JP4487401B2 - 燃料改質装置の燃焼排出ガス処理 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に対して改質燃料を供給する燃料改質装置の燃焼排出ガスを浄化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、開発が盛んに行われている燃料電池に対する燃料供給方法には、例えば、燃料改質装置を介して原燃料から改質燃料（水素リッチガス）を生成する方法が知られている。
【０００３】
燃料改質装置の一方法として、原燃料の改質に際して水蒸気を用いる手法（水蒸気改質）がある。水蒸気改質法では、水蒸気を生成するために、燃料電池の排出ガス、いわゆるオフガス、または、原燃料の一部を燃料改質装置の加熱部にて燃焼させている。これまで、この燃料改質装置の燃焼排出ガスは、すなわち、加熱部の燃焼排出ガスは、特に浄化処理がなされることなく、そのまま排出されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料改質装置の燃焼排出ガスには、内燃機関の排出ガスと比較すれば微量であるとはいえ、未燃燃料分、および一酸化炭素が含まれているという問題があった。特に、今後、燃料電池が普及すれば燃料改質装置から排出される燃焼排出ガスの総量も増加することとなり、大気環境の観点からは、燃料改質装置の燃焼排出ガスに対しても何らかの処理が実施されることが望まれる。
【０００５】
本発明は、上記問題および要望を実現するためになされたものであり、燃料改質装置の燃焼排出ガスを処理することを目的とする。また、小型で簡易な燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化処理システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、燃料電池に対して改質燃料を供給する燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムを提供する。本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムは、前記燃料改質装置の燃焼排出ガスを排気する排出ガス通路と、前記排出ガス通路に配置されているガス浄化装置とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムによれば、燃料改質装置から排出される燃焼排出ガスを浄化するので、大気汚染を防止することができると共に、簡便に燃焼排出ガスを処理することができる。
【０００８】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、前記ガス浄化装置はバーナによって前記燃焼排出ガスを燃焼させることにより、前記燃焼排出ガスを浄化しても良い。かかる構成を備える場合には、バーナによる燃焼によって燃焼排出ガスを酸化浄化することができる。あるいは、前記ガス浄化装置は酸化触媒反応によって前記燃焼排出ガスを浄化しても良い。かかる構成を備える場合には、比較的低温にて燃焼排出ガスを酸化浄化することができる。また、燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化処理システムを小型で簡易なものとすることができる。
【０００９】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムはさらに、前記ガス浄化装置の温度を所定温度範囲に維持する温度維持手段を備えても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置における燃焼排出ガスの浄化処理を安定させることができる。また、前記温度維持手段は、前記所定温度範囲のガスを前記ガス浄化装置に供給しても良い。かかる場合には、ガス浄化装置の温度を所定温度範囲に維持することができる。
【００１０】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、前記温度維持手段は、前記ガス浄化装置における酸化触媒反応を活性化させる反応活性化ガスを供給する反応活性化ガス供給手段であっても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置における酸化触媒反応が活性化され、ガス浄化装置の温度を燃焼排出ガスの浄化処理に適した温度まで上昇させることができる。この結果、ガス浄化装置から排出される燃焼排出ガスは適切に浄化されている。
【００１１】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、前記反応活性化ガス供給手段は、前記燃料電池のオフガスを前記ガス浄化装置に供給するオフガス供給手段であっても良い。かかる構成を備える場合には、オフガス中に含まれる水素が触媒燃焼する際に発生する熱を利用してガス浄化装置の温度を上昇させることができ、ガス浄化装置を所定温度範囲に維持することができる。また、本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムはさらに、前記ガス浄化装置の温度を検出する温度検出装置を備え、前記オフガス供給手段は、前記検出された温度が前記所定温度範囲の下限値未満となった場合に前記ガス浄化装置に対して前記オフガスを供給しても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置を所定温度範囲の下限値以上に維持することができる。さらに、前記オフガス供給手段は、前記燃料電池のオフガスを前記ガス浄化装置に供給するオフガス供給通路を備え、前記オフガスの供給量を制御しても良い。また、前記オフガスは前記燃料電池のアノード極から排出されるアノードオフガスであっても良い。一般的に、アノードオフガスには、未反応水素が含まれており、未反応水素が触媒燃焼することによりガス浄化装置の温度を上昇させることができる。
【００１２】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、前記反応活性化ガス供給手段は、前記燃料改質装置にて生成された改質燃料を前記ガス浄化装置に供給する改質燃料供給手段であっても良い。かかる構成を備える場合には、改質燃料中に含まれる水素が触媒燃焼する際に発生する熱を利用してガス浄化装置の温度を上昇させることができ、ガス浄化装置を所定温度範囲に維持することができる。本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムはさらに、前記ガス浄化装置の温度を検出する温度検出装置を備え、前記改質燃料供給手段は、前記検出された温度が前記所定温度範囲の下限値未満となった場合に前記ガス浄化装置に対して前記改質燃料を供給しても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置を所定温度範囲の下限値以上に維持することができる。また、前記改質燃料供給手段は、前記燃料改質装置において生成された改質燃料を前記ガス浄化装置に供給する改質燃料供給通路を備え、前記改質燃料の供給量を制御しても良い。
【００１３】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、前記所定温度範囲の下限値は、前記ガス浄化装置の触媒の活性化温度であっても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置における触媒を常に活性化温度に維持することが可能となり、燃焼排出ガスを適切に浄化することができる。また、前記所定温度範囲の上限値は、前記ガス浄化装置における触媒反応によって窒素酸化物が生成される温度未満であっても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置から窒素酸化物が排出されることを防止することができる。
【００１４】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムはさらに、前記ガス浄化装置に対して酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置を備えても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置における酸化状態をより的確に調整することができる。
【００１５】
本発明の第２の態様は、燃料電池に対して改質燃料を供給する燃料改質装置の燃焼排出ガスを浄化する方法を提供する。本発明の第２の態様に係る方法は、前記燃料改質装置の改質燃料をガス浄化装置に供給し、前記燃焼排出ガスを前記ガス浄化装置に供給することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第２の態様に係る方法によれば、燃料改質装置から排出される燃焼排出ガスを浄化するので、大気汚染を防止することができると共に、簡便に燃焼排出ガスを処理することができる。
【００１７】
本発明の第３の態様は、燃料電池に対して改質燃料を供給する燃料改質装置の燃焼排出ガスを浄化する方法を提供する。本発明の第３の態様に係る方法は、前記燃料電池のオフガスをガス浄化装置に供給し、前記燃焼排出ガスを前記ガス浄化装置に供給することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第３の態様に係る方法によれば、燃料改質装置から排出される燃焼排出ガスを浄化するので、大気汚染を防止することができると共に、簡便に燃焼排出ガスを処理することができる。
【００１９】
本発明の第４の態様は、燃料電池に対して改質燃料を供給する燃料改質装置の燃焼排出ガスを浄化する方法を提供する。本発明の第４の態様に係る方法は、酸化触媒反応によって燃焼排出ガスを浄化するガス浄化装置に対して前記酸化触媒反応を活性化する反応活性化ガスを供給し、前記燃焼排出ガスを前記ガス浄化装置に供給することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第４の態様に係る方法によれば、燃料改質装置から排出される燃焼排出ガスを浄化するので、大気汚染を防止することができると共に、簡便に燃焼排出ガスを処理することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムについて図面を参照して実施例に基づいて説明する。
【００２２】
先ず、図１を参照して本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムの概略構成について説明する。図１は本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムの概略構成を示すブロック図である。
【００２３】
浄化システム１０は、燃料改質装置２０、燃料改質装置２０から供給された改質燃料を燃料として発電する燃料電池３０、燃料改質装置２０からの燃焼排出ガスを浄化する浄化装置４０、制御装置６０を備えている。
【００２４】
燃料改質装置２０は、水蒸気改質反応を主反応とする改質反応によって原燃料を改質する改質装置であり、水蒸気改質反応に用いられる水蒸気を生成する蒸発部２１、水蒸気改質反応および部分酸化反応が進行する改質部２２、改質反応によって生じた一酸化炭素を選択的に酸化させるＣＯ低減部２３を備えている。
【００２５】
蒸発部２１は、触媒酸化反応によって水蒸気の生成に必要な熱エネルギーを生成する加熱器２１１、加熱器２１１によって供給された熱エネルギーを用いてＨ2Ｏおよび改質燃料の混合水蒸気を生成する蒸発器２１２を備えている。加熱器２１１には、改質用燃料（原燃料）またはアノードオフガスが燃焼用燃料として供給される。加熱器２１１には燃焼用燃料の酸化反応を促進させるためのＰｔ、Ｐｄ等の貴金属触媒が内包されており、加熱器２１１は、内包されている触媒によって促進されるこれら燃焼用燃料の酸化反応に伴い発生する反応熱を利用して蒸発器２１２を加熱する。加熱器２１１における酸化反応に寄与しなかった燃焼用燃料は、燃焼排出ガスとして燃焼排出ガス管Ｐ１を介して浄化装置４０に供給される。なお、燃焼排出ガスの温度は概ね１００℃〜２００℃程度である。
【００２６】
蒸発器２１２には、燃料供給ポンプ５０を介して改質用燃料および図示しないウォータポンプを介してＨ2Ｏがそれぞれ供給される。供給された改質用燃料およびＨ2Ｏは、加熱器２１１によって与えられた熱により混合水蒸気となり、改質部２２に供給される。なお、改質用燃料としては、炭化水素、アルコール、エーテル、アルデヒドなど水素原子を含有する原料が用いられる。
【００２７】
改質部２２には、改質反応を促進させるためのＣｕ−Ｚｎ系の卑金属触媒が内包されている。改質部２２では、水蒸気改質反応および部分酸化反応によって、蒸発器２１２から供給された改質用燃料およびＨ2Ｏからなる混合水蒸気から、水素と二酸化炭素とを含む改質ガスが生成される。この改質ガスには、一酸化炭素も含まれており、一酸化炭素成分を低減するためにＣＯ低減部２３に供給される。
【００２８】
ＣＯ低減部２３には、選択酸化反応を促進させるためのＰｔ、Ｒｕ等の貴金属触媒またはＡｌ触媒が内包されている。ＣＯ低減部２３に供給された改質ガスに含まれる一酸化炭素は、選択酸化反応により二酸化炭素となる。ＣＯ低減部２３から排出される改質ガスは、改質ガス供給管Ｐ２を介して燃料電池３０に供給される。
【００２９】
なお、改質ガス供給管Ｐ２には分岐管Ｐ３の一端が接続されており、分岐管Ｐ３には改質ガス供給ポンプ５１が配置されている。
【００３０】
燃料電池３０は、例えば、固体高分子型の燃料電池であり、内部に複数のセルが積層されて構成されるスタックを備えている。燃料電池３０は、燃料改質装置２０から供給された改質ガスを燃料として、化学反応を利用して発電を行う。通常、燃料改質装置２０から供給された改質ガスはアノード極に供給され、図示しない空気ポンプによって供給される空気はカソード極に供給される。燃料電池３０内部の化学反応に用いられなかった改質ガスは、アノードオフガスとしてリターン管Ｐ４を介して燃料改質装置２０の加熱器２１１に供給される。本実施例では、アノードオフガスを加熱器２１１の燃料として利用している。
【００３１】
本実施例では、アノードオフガスはまた、アノードオフガス供給管Ｐ５を介して浄化装置４０に供給される。アノードオフガス供給管Ｐ５には浄化装置４０に供給するアノードオフガス量を調整するための流量調整弁５２が配置されている。アノードオフガス供給管Ｐ５には、分岐管Ｐ３の他端が接続されている。
【００３２】
この他、燃料排出ガス管Ｐ１には空気を供給する空気ポンプ５３が接続されており、必要に応じて燃焼排出ガス中の空気量が調整される。
【００３３】
浄化装置４０には、Ｐｔ−Ａｌ2Ｏ3、パラジウム等の一般的な内燃機関排ガス用の浄化触媒４１が内包されている。燃焼排出ガス管Ｐ１を介して加熱器２１１（蒸発部２１）から排出された燃焼排出ガス中に含まれる未燃燃料（ＨＣ）および一酸化炭素は、浄化触媒４１によって促進される酸化反応によってＨ2Ｏまたは二酸化炭素に浄化される。浄化装置４０よって浄化処理された燃焼排出ガスは、大気中に放出される。また、浄化装置４０には、浄化装置４０の内部温度を検出するために温度センサ５４が設けられている。すなわち、浄化装置４０に内包されている触媒４１は通常、概ね３００℃〜５００℃程度で活性化するので、未浄化の燃焼排出ガスを排出させないために、以下に説明する浄化装置４０（触媒４１）の温度管理を行う。
【００３４】
制御装置６０は、本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化システム１０を制御する装置である。図２を参照して、制御装置６０の構成について詳細に説明する。図２は本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システム１０を制御する制御装置６０の概略的な構成を示すブロック図である。
【００３５】
制御装置６０は、各種演算処理を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）６１、浄化装置４０の温度を所定温度範囲に維持するためのプログラム、浄化装置４０の温度と流量制御弁５２のバルブ開度とのマップ等を格納しているリードオンリメモリ（ＲＯＭ）６２、ＣＰＵ６１の演算結果、取得したデータ等を一時的に格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）６３を備えている。
【００３６】
ＣＰＵ６１とＲＯＭ６２とは双方向または片方向通信可能に接続されており、ＣＰＵ６１とＲＡＭ６３とは双方向通信可能に接続されている。ＣＰＵ６１には、図示しない入出力インターフェースを介して燃料供給ポンプ５０、改質ガス供給ポンプ５１、流量制御弁５２、空気ポンプ５３、および温度センサ５４が制御線を介して接続されている。
【００３７】
次に、本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化システム１０の動作について図３および図４を参照して説明する。図３は本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化システム１０において実施される浄化装置４０の温度維持処理に際して実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図４は浄化装置４０の温度から流量制御弁５２のバルブ開度を求めるためのマップの一例を示す説明図である。
【００３８】
制御装置６０のＣＰＵ６１は、温度センサ５４を介して浄化装置４０の温度を検出する（ステップＳ１００）。ＣＰＵ６１は、検出した温度とシステム１０の運転状態とに基づいて、低温始動時であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ＣＰＵ６１は低温始動時でないと判定した場合には（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、検出した浄化装置４０の温度とＲＯＭ６２に格納されているマップとに基づいて流量制御弁５２のバルブ開度を決定する（Ｓ１２０）。このとき用いられるマップは、例えば、図４に示すような特性を有している。流量制御弁５２のバルブ開度が決定されると、バルブ開度に応じた流量のアノードオフガスがアノードオフガス供給管Ｐ５を介して浄化装置４０に供給される。
【００３９】
既述のように、通常、燃料改質装置２０の蒸発部２１から排出される燃焼排出ガスの温度は、約１００℃から２００℃程度であり、また、水素は含まれていない。したがって、浄化装置４０に内包されている触媒４１を活性化温度である約３００℃以上に加熱することができず、また、燃焼排出ガスは水素を含有していないため水素の酸化反応に伴い発生する反応熱を利用して触媒４１を加熱することもできない。本実施例では、未反応水素、未改質燃料等を含む、燃料電池３０のアノードオフガスを浄化装置４０に供給し、浄化装置４０に内包されている触媒４１を用いて水素等を触媒燃焼（酸化）させることにより浄化装置４０（触媒４１）の温度を活性化温度まで上昇させる。また、浄化装置４０の温度が所定の上限値を超えている場合には、流量制御弁５２のバルブ開度を絞ることによって浄化装置４０の温度が窒素酸化物の生成温度である１０００℃以上に上昇する事態を回避する。
【００４０】
ＣＰＵ６１は、温度センサ５４を介して再度、浄化装置４０の温度を検出する（ステップＳ１３０）。ＣＰＵ６１は、検出した温度が所定温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。ここで、所定温度は、浄化装置４０に内包されている触媒４１が活性化する既述の温度を意味する。
【００４１】
ＣＰＵ６１は、検出温度が所定温度以上であると判定した場合には（ステップＳ１４０：Ｙｅｓ）、燃料改質装置２０から燃焼排出ガス管Ｐ１を介して浄化装置４０に供給された燃焼排出ガスは、浄化装置４０において十分に浄化されるものと判断して、本処理ルーチンを終了する。
【００４２】
一方、ＣＰＵ６１は、検出温度が所定温度未満であると判定した場合には（ステップＳ１４０：Ｎｏ）、空気ポンプ５３を駆動して燃焼排出ガス管Ｐ１を介して浄化装置４０に対して酸化剤としての空気を供給する（ステップＳ１５０）。アノードオフガスが供給されているにもかかわらず浄化装置４０の温度が上昇しないのは、浄化装置４０内における水素等の酸化反応が効率よく進行していない、すなわち、酸素が不足しているからである。そこで、酸化剤として、酸素を含む空気を供給し、浄化装置４０における酸化反応を促進し、浄化装置４０の温度を上昇させるのである。このとき、浄化装置４０に対して供給される空気量は、例えば、浄化装置４０の温度、供給空気量、燃焼排出ガス中に含まれる酸素量等を関連付けたマップを用いて決定される。ＣＰＵ６１は、空気ポンプ５３を介して浄化装置４０に空気を供給させると、本処理ルーチンを終了する。
【００４３】
以上の説明は、非低温始動時における燃焼排出ガスの浄化処理であり、低温始動時は、次のように燃焼排出ガスの浄化処理が実行される。
【００４４】
ＣＰＵ６１は、今回の処理ルーチンが低温始動時に実行されていると判定した場合には（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、改質ガス供給ポンプ５１を駆動して燃料改質装置２０内に残存する改質ガスを分岐管Ｐ３、アノードオフガス供給管Ｐ５を介して浄化装置４０に供給する（ステップＳ１６０）。燃料改質装置２０内に残存する改質ガスは水素リッチガスである。したがって、水素リッチガスを浄化装置４０に供給することにより、浄化装置４０内で水素の触媒燃焼（酸化）反応が起こり、浄化装置４０内の触媒４１を活性化温度まで加熱することができる。水素リッチガスの水素濃度はアノードオフガスの水素濃度よりも遙かに高く、たとえ低温時であっても、触媒温度は活性化温度まで迅速に上昇される。また、システム１０の低温始動時であっても、燃料改質装置２０内に残存する改質ガスは、数百℃の温度を有していることがあり、かかる場合には改質ガスの保有する温度（熱エネルギ）によって、浄化装置４０を加熱することができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システム１０によれば、浄化装置４０に対して燃料電池３０のアノードオフガスを供給可能な構成を備えるので、浄化装置４０の温度、すなわち、内包されている触媒４１の温度を活性化温度に維持することができる。
【００４６】
また、低温始動時には、浄化装置４０に対して燃料改質装置２０の改質ガスを供給可能な構成を備えるので、浄化装置４０の温度、すなわち、内包されている触媒４１の温度を速やかに活性化温度まで上昇させることができる。
【００４７】
この結果、燃料改質装置２０から排出される燃焼排出ガス中のＨＣ、一酸化炭素等の成分を、Ｈ2Ｏ、二酸化炭素等に浄化した後に、大気中に排出することができる。
【００４８】
本実施例に係る浄化システム１０では、浄化装置４０に浄化用の触媒４１を備え、触媒燃焼により燃焼排出ガスを浄化する構成を備えているので、浄化装置４０の作動温度を窒素酸化物の生成温度である１０００℃以下とすることができる。したがって、アノードオフガス中に窒素が含まれている場合であっても、窒素酸化物を含まない排出ガスを浄化装置４０から排出することができる。もっとも、浄化装置４０の作動温度を１０００℃以下に維持することは必須要件ではなく、例えば、窒素酸化物が発生したとしても触媒を用いて還元処理を実行しても良い。
【００４９】
以上、発明の実施の形態に基づき本発明に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムを説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【００５０】
例えば、上記実施例では、浄化装置として触媒燃焼により燃焼排出ガスを浄化する浄化装置４０を用いたが、アノードオフガス等をバーナ等を介して燃焼させて、燃焼排出ガスを浄化させる浄化装置を用いても良い。かかる構成を備える場合にも、燃焼排出ガスを浄化できることに代わりはない。
【００５１】
上記実施例において、低温始動時には改質ガス供給ポンプ５１を用いて、浄化装置４０に対して改質ガスを供給しているが、改質用燃料供給ポンプ５０を駆動して、改質用燃料を燃料改質装置２０内に供給し、燃料改質装置２０内に残存している改質ガスを押し出しても良い。
【００５２】
上記実施例では、浄化装置４０の温度とマップとに基づいて流量制御弁５２のバルブ開度を適宜調整しているが、浄化装置４０の温度が所定温度範囲の下限値未満となった場合にだけ流量制御弁５２を解放するようにしてもよい。かかる場合にも、浄化装置４０の温度を所定温度範囲の下限値以上に維持することができる。
【００５３】
上記実施例における燃料改質装置２０の詳細な構成は例示に過ぎず、改質燃料（原燃料）の種類に応じて、改質部２２とＣＯ低減部２３との間に、一酸化炭素とＨ2Ｏとから二酸化炭素および水素を生成させるシフト部を備えても良い。燃焼排出ガスが排出される構成の燃料改質装置であれば、本実施例は適用可能であり、本実施例により得られる利益を享受することができる。
【００５４】
上記実施例におけるアノードオフガス流量を決定するためのマップ、並びに、空気ポンプによる空気供給量を決定するためのマップは一例に過ぎず、また、マップに用いられるパラメータも例示に過ぎない。いずれにしても、浄化装置４０内の触媒４１を活性化温度に維持できるようにアノードオフガス流量、空気供給量等が決定されれば良い。
【００５５】
上記実施例では、反応活性化ガスとしてアノードオフガス、および、改質ガスを用いているが、他のガスを用いることも可能である。例えば、本システムが内燃機関と電動機とを駆動力源として備えるハイブリッド車両に搭載されている場合には、内燃機関の排気ガスの一部または全部を反応活性化ガスとして用いても良い。また、浄化装置４０の温度を所定温度範囲に維持するために内燃機関の排気ガスを用いても良い。さらに、燃焼排出ガス管Ｐ１を内燃機関の排気ガス排出管と連結して、内燃機関の排気ガスと共に浄化処理を実行しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システム１０を制御する制御装置６０の概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化システム１０において実施される浄化装置４０の温度維持処理に際して実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】浄化装置４０の温度から流量制御弁５２のバルブ開度を求めるためのマップの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化システム
２０…燃料改質装置
２１…蒸発部
２１１…加熱器
２１２…蒸発器
２２…改質部
２３…ＣＯ低減部
３０…燃料電池
４０…浄化装置
４１…浄化触媒
５０…改質用燃料供給ポンプ
５１…改質ガス供給ポンプ
５２…流量制御弁
５３…空気ポンプ
５４…温度センサ
６０…制御装置
６１…中央処理装置（ＣＰＵ）
６２…リードオンリメモリ（ＲＯＭ）
６３…ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
Ｐ１…燃焼排出ガス管
Ｐ２…改質ガス供給管
Ｐ３…分岐管
Ｐ４…リターン管
Ｐ５…アノードオフガス供給管
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に対して改質燃料を供給する燃料改質装置の燃焼排出ガスを浄化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、開発が盛んに行われている燃料電池に対する燃料供給方法には、例えば、燃料改質装置を介して原燃料から改質燃料（水素リッチガス）を生成する方法が知られている。
【０００３】
燃料改質装置の一方法として、原燃料の改質に際して水蒸気を用いる手法（水蒸気改質）がある。水蒸気改質法では、水蒸気を生成するために、燃料電池の排出ガス、いわゆるオフガス、または、原燃料の一部を燃料改質装置の加熱部にて燃焼させている。これまで、この燃料改質装置の燃焼排出ガスは、すなわち、加熱部の燃焼排出ガスは、特に浄化処理がなされることなく、そのまま排出されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料改質装置の燃焼排出ガスには、内燃機関の排出ガスと比較すれば微量であるとはいえ、未燃燃料分、および一酸化炭素が含まれているという問題があった。特に、今後、燃料電池が普及すれば燃料改質装置から排出される燃焼排出ガスの総量も増加することとなり、大気環境の観点からは、燃料改質装置の燃焼排出ガスに対しても何らかの処理が実施されることが望まれる。
【０００５】
本発明は、上記問題および要望を実現するためになされたものであり、燃料改質装置の燃焼排出ガスを処理することを目的とする。また、小型で簡易な燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化処理システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、燃料電池に対して改質燃料を供給する燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムを提供する。本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムは、前記燃料改質装置の燃焼排出ガスを排気する排出ガス通路と、前記排出ガス通路に配置されているガス浄化装置とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムによれば、燃料改質装置から排出される燃焼排出ガスを浄化するので、大気汚染を防止することができると共に、簡便に燃焼排出ガスを処理することができる。
【０００８】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、前記ガス浄化装置はバーナによって前記燃焼排出ガスを燃焼させることにより、前記燃焼排出ガスを浄化しても良い。かかる構成を備える場合には、バーナによる燃焼によって燃焼排出ガスを酸化浄化することができる。あるいは、前記ガス浄化装置は酸化触媒反応によって前記燃焼排出ガスを浄化しても良い。かかる構成を備える場合には、比較的低温にて燃焼排出ガスを酸化浄化することができる。また、燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化処理システムを小型で簡易なものとすることができる。
【０００９】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムはさらに、前記ガス浄化装置の温度を所定温度範囲に維持する温度維持手段を備えても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置における燃焼排出ガスの浄化処理を安定させることができる。また、前記温度維持手段は、前記所定温度範囲のガスを前記ガス浄化装置に供給しても良い。かかる場合には、ガス浄化装置の温度を所定温度範囲に維持することができる。
【００１０】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、前記温度維持手段は、前記ガス浄化装置における酸化触媒反応を活性化させる反応活性化ガスを供給する反応活性化ガス供給手段であっても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置における酸化触媒反応が活性化され、ガス浄化装置の温度を燃焼排出ガスの浄化処理に適した温度まで上昇させることができる。この結果、ガス浄化装置から排出される燃焼排出ガスは適切に浄化されている。
【００１１】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、前記反応活性化ガス供給手段は、前記燃料電池のオフガスを前記ガス浄化装置に供給するオフガス供給手段であっても良い。かかる構成を備える場合には、オフガス中に含まれる水素が触媒燃焼する際に発生する熱を利用してガス浄化装置の温度を上昇させることができ、ガス浄化装置を所定温度範囲に維持することができる。また、本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムはさらに、前記ガス浄化装置の温度を検出する温度検出装置を備え、前記オフガス供給手段は、前記検出された温度が前記所定温度範囲の下限値未満となった場合に前記ガス浄化装置に対して前記オフガスを供給しても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置を所定温度範囲の下限値以上に維持することができる。さらに、前記オフガス供給手段は、前記燃料電池のオフガスを前記ガス浄化装置に供給するオフガス供給通路を備え、前記オフガスの供給量を制御しても良い。また、前記オフガスは前記燃料電池のアノード極から排出されるアノードオフガスであっても良い。一般的に、アノードオフガスには、未反応水素が含まれており、未反応水素が触媒燃焼することによりガス浄化装置の温度を上昇させることができる。
【００１２】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、前記反応活性化ガス供給手段は、前記燃料改質装置にて生成された改質燃料を前記ガス浄化装置に供給する改質燃料供給手段であっても良い。かかる構成を備える場合には、改質燃料中に含まれる水素が触媒燃焼する際に発生する熱を利用してガス浄化装置の温度を上昇させることができ、ガス浄化装置を所定温度範囲に維持することができる。本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムはさらに、前記ガス浄化装置の温度を検出する温度検出装置を備え、前記改質燃料供給手段は、前記検出された温度が前記所定温度範囲の下限値未満となった場合に前記ガス浄化装置に対して前記改質燃料を供給しても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置を所定温度範囲の下限値以上に維持することができる。また、前記改質燃料供給手段は、前記燃料改質装置において生成された改質燃料を前記ガス浄化装置に供給する改質燃料供給通路を備え、前記改質燃料の供給量を制御しても良い。
【００１３】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、前記所定温度範囲の下限値は、前記ガス浄化装置の触媒の活性化温度であっても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置における触媒を常に活性化温度に維持することが可能となり、燃焼排出ガスを適切に浄化することができる。また、前記所定温度範囲の上限値は、前記ガス浄化装置における触媒反応によって窒素酸化物が生成される温度未満であっても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置から窒素酸化物が排出されることを防止することができる。
【００１４】
本発明の第１の態様に係る燃焼排出ガスの浄化システムはさらに、前記ガス浄化装置に対して酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置を備えても良い。かかる構成を備える場合には、ガス浄化装置における酸化状態をより的確に調整することができる。
【００１５】
本発明の第２の態様は、燃料電池に対して改質燃料を供給する燃料改質装置の燃焼排出ガスを浄化する方法を提供する。本発明の第２の態様に係る方法は、前記燃料改質装置の改質燃料をガス浄化装置に供給し、前記燃焼排出ガスを前記ガス浄化装置に供給することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第２の態様に係る方法によれば、燃料改質装置から排出される燃焼排出ガスを浄化するので、大気汚染を防止することができると共に、簡便に燃焼排出ガスを処理することができる。
【００１７】
本発明の第３の態様は、燃料電池に対して改質燃料を供給する燃料改質装置の燃焼排出ガスを浄化する方法を提供する。本発明の第３の態様に係る方法は、前記燃料電池のオフガスをガス浄化装置に供給し、前記燃焼排出ガスを前記ガス浄化装置に供給することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第３の態様に係る方法によれば、燃料改質装置から排出される燃焼排出ガスを浄化するので、大気汚染を防止することができると共に、簡便に燃焼排出ガスを処理することができる。
【００１９】
本発明の第４の態様は、燃料電池に対して改質燃料を供給する燃料改質装置の燃焼排出ガスを浄化する方法を提供する。本発明の第４の態様に係る方法は、酸化触媒反応によって燃焼排出ガスを浄化するガス浄化装置に対して前記酸化触媒反応を活性化する反応活性化ガスを供給し、前記燃焼排出ガスを前記ガス浄化装置に供給することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第４の態様に係る方法によれば、燃料改質装置から排出される燃焼排出ガスを浄化するので、大気汚染を防止することができると共に、簡便に燃焼排出ガスを処理することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムについて図面を参照して実施例に基づいて説明する。
【００２２】
先ず、図１を参照して本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムの概略構成について説明する。図１は本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムの概略構成を示すブロック図である。
【００２３】
浄化システム１０は、燃料改質装置２０、燃料改質装置２０から供給された改質燃料を燃料として発電する燃料電池３０、燃料改質装置２０からの燃焼排出ガスを浄化する浄化装置４０、制御装置６０を備えている。
【００２４】
燃料改質装置２０は、水蒸気改質反応を主反応とする改質反応によって原燃料を改質する改質装置であり、水蒸気改質反応に用いられる水蒸気を生成する蒸発部２１、水蒸気改質反応および部分酸化反応が進行する改質部２２、改質反応によって生じた一酸化炭素を選択的に酸化させるＣＯ低減部２３を備えている。
【００２５】
蒸発部２１は、触媒酸化反応によって水蒸気の生成に必要な熱エネルギーを生成する加熱器２１１、加熱器２１１によって供給された熱エネルギーを用いてＨ2Ｏおよび改質燃料の混合水蒸気を生成する蒸発器２１２を備えている。加熱器２１１には、改質用燃料（原燃料）またはアノードオフガスが燃焼用燃料として供給される。加熱器２１１には燃焼用燃料の酸化反応を促進させるためのＰｔ、Ｐｄ等の貴金属触媒が内包されており、加熱器２１１は、内包されている触媒によって促進されるこれら燃焼用燃料の酸化反応に伴い発生する反応熱を利用して蒸発器２１２を加熱する。加熱器２１１における酸化反応に寄与しなかった燃焼用燃料は、燃焼排出ガスとして燃焼排出ガス管Ｐ１を介して浄化装置４０に供給される。なお、燃焼排出ガスの温度は概ね１００℃〜２００℃程度である。
【００２６】
蒸発器２１２には、燃料供給ポンプ５０を介して改質用燃料および図示しないウォータポンプを介してＨ2Ｏがそれぞれ供給される。供給された改質用燃料およびＨ2Ｏは、加熱器２１１によって与えられた熱により混合水蒸気となり、改質部２２に供給される。なお、改質用燃料としては、炭化水素、アルコール、エーテル、アルデヒドなど水素原子を含有する原料が用いられる。
【００２７】
改質部２２には、改質反応を促進させるためのＣｕ−Ｚｎ系の卑金属触媒が内包されている。改質部２２では、水蒸気改質反応および部分酸化反応によって、蒸発器２１２から供給された改質用燃料およびＨ2Ｏからなる混合水蒸気から、水素と二酸化炭素とを含む改質ガスが生成される。この改質ガスには、一酸化炭素も含まれており、一酸化炭素成分を低減するためにＣＯ低減部２３に供給される。
【００２８】
ＣＯ低減部２３には、選択酸化反応を促進させるためのＰｔ、Ｒｕ等の貴金属触媒またはＡｌ触媒が内包されている。ＣＯ低減部２３に供給された改質ガスに含まれる一酸化炭素は、選択酸化反応により二酸化炭素となる。ＣＯ低減部２３から排出される改質ガスは、改質ガス供給管Ｐ２を介して燃料電池３０に供給される。
【００２９】
なお、改質ガス供給管Ｐ２には分岐管Ｐ３の一端が接続されており、分岐管Ｐ３には改質ガス供給ポンプ５１が配置されている。
【００３０】
燃料電池３０は、例えば、固体高分子型の燃料電池であり、内部に複数のセルが積層されて構成されるスタックを備えている。燃料電池３０は、燃料改質装置２０から供給された改質ガスを燃料として、化学反応を利用して発電を行う。通常、燃料改質装置２０から供給された改質ガスはアノード極に供給され、図示しない空気ポンプによって供給される空気はカソード極に供給される。燃料電池３０内部の化学反応に用いられなかった改質ガスは、アノードオフガスとしてリターン管Ｐ４を介して燃料改質装置２０の加熱器２１１に供給される。本実施例では、アノードオフガスを加熱器２１１の燃料として利用している。
【００３１】
本実施例では、アノードオフガスはまた、アノードオフガス供給管Ｐ５を介して浄化装置４０に供給される。アノードオフガス供給管Ｐ５には浄化装置４０に供給するアノードオフガス量を調整するための流量調整弁５２が配置されている。アノードオフガス供給管Ｐ５には、分岐管Ｐ３の他端が接続されている。
【００３２】
この他、燃料排出ガス管Ｐ１には空気を供給する空気ポンプ５３が接続されており、必要に応じて燃焼排出ガス中の空気量が調整される。
【００３３】
浄化装置４０には、Ｐｔ−Ａｌ2Ｏ3、パラジウム等の一般的な内燃機関排ガス用の浄化触媒４１が内包されている。燃焼排出ガス管Ｐ１を介して加熱器２１１（蒸発部２１）から排出された燃焼排出ガス中に含まれる未燃燃料（ＨＣ）および一酸化炭素は、浄化触媒４１によって促進される酸化反応によってＨ2Ｏまたは二酸化炭素に浄化される。浄化装置４０よって浄化処理された燃焼排出ガスは、大気中に放出される。また、浄化装置４０には、浄化装置４０の内部温度を検出するために温度センサ５４が設けられている。すなわち、浄化装置４０に内包されている触媒４１は通常、概ね３００℃〜５００℃程度で活性化するので、未浄化の燃焼排出ガスを排出させないために、以下に説明する浄化装置４０（触媒４１）の温度管理を行う。
【００３４】
制御装置６０は、本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化システム１０を制御する装置である。図２を参照して、制御装置６０の構成について詳細に説明する。図２は本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システム１０を制御する制御装置６０の概略的な構成を示すブロック図である。
【００３５】
制御装置６０は、各種演算処理を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）６１、浄化装置４０の温度を所定温度範囲に維持するためのプログラム、浄化装置４０の温度と流量制御弁５２のバルブ開度とのマップ等を格納しているリードオンリメモリ（ＲＯＭ）６２、ＣＰＵ６１の演算結果、取得したデータ等を一時的に格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）６３を備えている。
【００３６】
ＣＰＵ６１とＲＯＭ６２とは双方向または片方向通信可能に接続されており、ＣＰＵ６１とＲＡＭ６３とは双方向通信可能に接続されている。ＣＰＵ６１には、図示しない入出力インターフェースを介して燃料供給ポンプ５０、改質ガス供給ポンプ５１、流量制御弁５２、空気ポンプ５３、および温度センサ５４が制御線を介して接続されている。
【００３７】
次に、本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化システム１０の動作について図３および図４を参照して説明する。図３は本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化システム１０において実施される浄化装置４０の温度維持処理に際して実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図４は浄化装置４０の温度から流量制御弁５２のバルブ開度を求めるためのマップの一例を示す説明図である。
【００３８】
制御装置６０のＣＰＵ６１は、温度センサ５４を介して浄化装置４０の温度を検出する（ステップＳ１００）。ＣＰＵ６１は、検出した温度とシステム１０の運転状態とに基づいて、低温始動時であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ＣＰＵ６１は低温始動時でないと判定した場合には（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、検出した浄化装置４０の温度とＲＯＭ６２に格納されているマップとに基づいて流量制御弁５２のバルブ開度を決定する（Ｓ１２０）。このとき用いられるマップは、例えば、図４に示すような特性を有している。流量制御弁５２のバルブ開度が決定されると、バルブ開度に応じた流量のアノードオフガスがアノードオフガス供給管Ｐ５を介して浄化装置４０に供給される。
【００３９】
既述のように、通常、燃料改質装置２０の蒸発部２１から排出される燃焼排出ガスの温度は、約１００℃から２００℃程度であり、また、水素は含まれていない。したがって、浄化装置４０に内包されている触媒４１を活性化温度である約３００℃以上に加熱することができず、また、燃焼排出ガスは水素を含有していないため水素の酸化反応に伴い発生する反応熱を利用して触媒４１を加熱することもできない。本実施例では、未反応水素、未改質燃料等を含む、燃料電池３０のアノードオフガスを浄化装置４０に供給し、浄化装置４０に内包されている触媒４１を用いて水素等を触媒燃焼（酸化）させることにより浄化装置４０（触媒４１）の温度を活性化温度まで上昇させる。また、浄化装置４０の温度が所定の上限値を超えている場合には、流量制御弁５２のバルブ開度を絞ることによって浄化装置４０の温度が窒素酸化物の生成温度である１０００℃以上に上昇する事態を回避する。
【００４０】
ＣＰＵ６１は、温度センサ５４を介して再度、浄化装置４０の温度を検出する（ステップＳ１３０）。ＣＰＵ６１は、検出した温度が所定温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。ここで、所定温度は、浄化装置４０に内包されている触媒４１が活性化する既述の温度を意味する。
【００４１】
ＣＰＵ６１は、検出温度が所定温度以上であると判定した場合には（ステップＳ１４０：Ｙｅｓ）、燃料改質装置２０から燃焼排出ガス管Ｐ１を介して浄化装置４０に供給された燃焼排出ガスは、浄化装置４０において十分に浄化されるものと判断して、本処理ルーチンを終了する。
【００４２】
一方、ＣＰＵ６１は、検出温度が所定温度未満であると判定した場合には（ステップＳ１４０：Ｎｏ）、空気ポンプ５３を駆動して燃焼排出ガス管Ｐ１を介して浄化装置４０に対して酸化剤としての空気を供給する（ステップＳ１５０）。アノードオフガスが供給されているにもかかわらず浄化装置４０の温度が上昇しないのは、浄化装置４０内における水素等の酸化反応が効率よく進行していない、すなわち、酸素が不足しているからである。そこで、酸化剤として、酸素を含む空気を供給し、浄化装置４０における酸化反応を促進し、浄化装置４０の温度を上昇させるのである。このとき、浄化装置４０に対して供給される空気量は、例えば、浄化装置４０の温度、供給空気量、燃焼排出ガス中に含まれる酸素量等を関連付けたマップを用いて決定される。ＣＰＵ６１は、空気ポンプ５３を介して浄化装置４０に空気を供給させると、本処理ルーチンを終了する。
【００４３】
以上の説明は、非低温始動時における燃焼排出ガスの浄化処理であり、低温始動時は、次のように燃焼排出ガスの浄化処理が実行される。
【００４４】
ＣＰＵ６１は、今回の処理ルーチンが低温始動時に実行されていると判定した場合には（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、改質ガス供給ポンプ５１を駆動して燃料改質装置２０内に残存する改質ガスを分岐管Ｐ３、アノードオフガス供給管Ｐ５を介して浄化装置４０に供給する（ステップＳ１６０）。燃料改質装置２０内に残存する改質ガスは水素リッチガスである。したがって、水素リッチガスを浄化装置４０に供給することにより、浄化装置４０内で水素の触媒燃焼（酸化）反応が起こり、浄化装置４０内の触媒４１を活性化温度まで加熱することができる。水素リッチガスの水素濃度はアノードオフガスの水素濃度よりも遙かに高く、たとえ低温時であっても、触媒温度は活性化温度まで迅速に上昇される。また、システム１０の低温始動時であっても、燃料改質装置２０内に残存する改質ガスは、数百℃の温度を有していることがあり、かかる場合には改質ガスの保有する温度（熱エネルギ）によって、浄化装置４０を加熱することができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システム１０によれば、浄化装置４０に対して燃料電池３０のアノードオフガスを供給可能な構成を備えるので、浄化装置４０の温度、すなわち、内包されている触媒４１の温度を活性化温度に維持することができる。
【００４６】
また、低温始動時には、浄化装置４０に対して燃料改質装置２０の改質ガスを供給可能な構成を備えるので、浄化装置４０の温度、すなわち、内包されている触媒４１の温度を速やかに活性化温度まで上昇させることができる。
【００４７】
この結果、燃料改質装置２０から排出される燃焼排出ガス中のＨＣ、一酸化炭素等の成分を、Ｈ2Ｏ、二酸化炭素等に浄化した後に、大気中に排出することができる。
【００４８】
本実施例に係る浄化システム１０では、浄化装置４０に浄化用の触媒４１を備え、触媒燃焼により燃焼排出ガスを浄化する構成を備えているので、浄化装置４０の作動温度を窒素酸化物の生成温度である１０００℃以下とすることができる。したがって、アノードオフガス中に窒素が含まれている場合であっても、窒素酸化物を含まない排出ガスを浄化装置４０から排出することができる。もっとも、浄化装置４０の作動温度を１０００℃以下に維持することは必須要件ではなく、例えば、窒素酸化物が発生したとしても触媒を用いて還元処理を実行しても良い。
【００４９】
以上、発明の実施の形態に基づき本発明に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムを説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【００５０】
例えば、上記実施例では、浄化装置として触媒燃焼により燃焼排出ガスを浄化する浄化装置４０を用いたが、アノードオフガス等をバーナ等を介して燃焼させて、燃焼排出ガスを浄化させる浄化装置を用いても良い。かかる構成を備える場合にも、燃焼排出ガスを浄化できることに代わりはない。
【００５１】
上記実施例において、低温始動時には改質ガス供給ポンプ５１を用いて、浄化装置４０に対して改質ガスを供給しているが、改質用燃料供給ポンプ５０を駆動して、改質用燃料を燃料改質装置２０内に供給し、燃料改質装置２０内に残存している改質ガスを押し出しても良い。
【００５２】
上記実施例では、浄化装置４０の温度とマップとに基づいて流量制御弁５２のバルブ開度を適宜調整しているが、浄化装置４０の温度が所定温度範囲の下限値未満となった場合にだけ流量制御弁５２を解放するようにしてもよい。かかる場合にも、浄化装置４０の温度を所定温度範囲の下限値以上に維持することができる。
【００５３】
上記実施例における燃料改質装置２０の詳細な構成は例示に過ぎず、改質燃料（原燃料）の種類に応じて、改質部２２とＣＯ低減部２３との間に、一酸化炭素とＨ2Ｏとから二酸化炭素および水素を生成させるシフト部を備えても良い。燃焼排出ガスが排出される構成の燃料改質装置であれば、本実施例は適用可能であり、本実施例により得られる利益を享受することができる。
【００５４】
上記実施例におけるアノードオフガス流量を決定するためのマップ、並びに、空気ポンプによる空気供給量を決定するためのマップは一例に過ぎず、また、マップに用いられるパラメータも例示に過ぎない。いずれにしても、浄化装置４０内の触媒４１を活性化温度に維持できるようにアノードオフガス流量、空気供給量等が決定されれば良い。
【００５５】
上記実施例では、反応活性化ガスとしてアノードオフガス、および、改質ガスを用いているが、他のガスを用いることも可能である。例えば、本システムが内燃機関と電動機とを駆動力源として備えるハイブリッド車両に搭載されている場合には、内燃機関の排気ガスの一部または全部を反応活性化ガスとして用いても良い。また、浄化装置４０の温度を所定温度範囲に維持するために内燃機関の排気ガスを用いても良い。さらに、燃焼排出ガス管Ｐ１を内燃機関の排気ガス排出管と連結して、内燃機関の排気ガスと共に浄化処理を実行しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システム１０を制御する制御装置６０の概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】本実施例に係る燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化システム１０において実施される浄化装置４０の温度維持処理に際して実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】浄化装置４０の温度から流量制御弁５２のバルブ開度を求めるためのマップの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料改質装置の燃焼排出ガス浄化システム
２０…燃料改質装置
２１…蒸発部
２１１…加熱器
２１２…蒸発器
２２…改質部
２３…ＣＯ低減部
３０…燃料電池
４０…浄化装置
４１…浄化触媒
５０…改質用燃料供給ポンプ
５１…改質ガス供給ポンプ
５２…流量制御弁
５３…空気ポンプ
５４…温度センサ
６０…制御装置
６１…中央処理装置（ＣＰＵ）
６２…リードオンリメモリ（ＲＯＭ）
６３…ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
Ｐ１…燃焼排出ガス管
Ｐ２…改質ガス供給管
Ｐ３…分岐管
Ｐ４…リターン管
Ｐ５…アノードオフガス供給管
Claims (13)
- 燃料電池に対して改質燃料を供給する燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムであって、
前記燃料改質装置の燃焼排出ガスを排気する排出ガス通路と、
前記排出ガス通路に配置され、酸化触媒反応によって前記燃焼排出ガスを浄化するガス浄化装置と、
前記燃料改質装置にて生成された改質燃料を前記ガス浄化装置に供給する反応活性化ガス供給手段とを備える燃焼排出ガスの浄化システム。 - 請求項１に記載の燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、
前記反応活性化ガス供給手段は、前記ガス浄化装置の温度を所定温度範囲に維持する燃焼排出ガスの浄化システム。 - 請求項２に記載の燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、
前記反応活性化ガス供給手段は、前記所定温度範囲の改質燃料を前記ガス浄化装置に供給する燃焼排出ガスの浄化システム。 - 請求項２に記載の燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、
前記改質燃料は、前記ガス浄化装置における酸化触媒反応を活性化させる反応活性化ガスである燃焼排出ガスの浄化システム。 - 請求項４に記載の燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、
前記反応活性化ガス供給手段はさらに、前記燃料電池のオフガスを前記ガス浄化装置に供給するオフガス供給手段であることを特徴とする燃焼排出ガスの浄化システム。 - 請求項５に記載の燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、
前記オフガスは前記燃料電池のアノード極から排出されるアノードオフガスであることを特徴とする燃焼排出ガスの浄化システム。 - 燃料電池に対して改質燃料を供給する燃料改質装置の燃焼排出ガスの浄化システムであって、
前記燃料改質装置の燃焼排出ガスを排気する排出ガス通路と、
前記排出ガス通路に配置され、酸化触媒反応によって前記燃焼排出ガスを浄化するガス浄化装置と、
前記ガス浄化装置の温度を所定温度範囲に維持するために、前記ガス浄化装置における酸化触媒反応を活性化させる反応活性化ガスとして、前記燃料改質装置にて生成された改質燃料を前記ガス浄化装置に供給する改質燃料供給手段とを備える燃焼排出ガスの浄化システム。 - 請求項７に記載の燃焼排出ガスの浄化システムはさらに、
前記ガス浄化装置の温度を検出する温度検出装置を備え、
前記改質燃料供給手段は、前記検出された温度が前記所定温度範囲の下限値未満となった場合に前記ガス浄化装置に対して前記改質燃料を供給することを特徴とする燃焼排出ガスの浄化システム。 - 請求項７または請求項８に記載の燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、
前記改質燃料供給手段は、前記燃料改質装置において生成された改質燃料を前記ガス浄化装置に供給する改質燃料供給通路を備え、前記改質燃料の供給量を制御することを特徴とする燃焼排出ガスの浄化システム。 - 請求項２ないし請求項９のいずれかに記載の燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、
前記所定温度範囲の下限値は、前記ガス浄化装置の触媒の活性化温度であることを特徴とする燃焼排出ガスの浄化システム。 - 請求項２ないし請求項１０のいずれかに記載の燃焼排出ガスの浄化システムにおいて、
前記所定温度範囲の上限値は、前記ガス浄化装置における触媒反応によって窒素酸化物が生成される温度未満であることを特徴とする燃焼排出ガスの浄化システム。 - 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の燃焼排出ガスの浄化システムはさらに、
前記ガス浄化装置に対して酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置を備えることを特徴とする燃焼排出ガスの浄化システム。 - 燃料電池に対して改質燃料を供給する燃料改質装置の燃焼排出ガスを浄化する方法であって、
前記燃料改質装置の改質燃料をガス浄化装置に供給し、
前記燃焼排出ガスを前記ガス浄化装置に供給する方法。
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