JP5125181B2 - 反応装置及び発電装置並びに反応装置の停止方法 - Google Patents

Description

本発明は、反応装置及び発電装置並びに反応装置の停止方法に関し、特に、好適なタイミングで化学反応器を降温させることができる反応装置及び発電装置並びに反応装置の停止方法に関する。

近年、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として燃料電池が注目されるようになり、燃料電池自動車や電化住宅などへの実用化が進められてきている。また、携帯電話機やノート型パソコンといった携帯型電子機器においても、燃料電池を電源として用いる研究・開発が進められている。

燃料電池は水素と酸素の電気化学反応により発電する装置である。燃料電池に使用する水素はメタノールといった液体燃料と水から生成されるので、液体燃料と水から水素を生成するための改質器や一酸化炭素除去器を備えた化学反応器が必要となる場合がある。その場合、燃料電池を備える電源システムには、気化器や、改質器や一酸化炭素除去器を有する化学反応器等を有する反応装置が備え付けられている。そして、液体燃料と水が気化器によって気化され、気化された燃料と水から化学反応器の改質器によって水素を生成し、改質器で微量に生成された一酸化炭素を一酸化炭素除去器で除去する。連続的に発電を行う場合には、気化器や化学反応器等をヒータ等で加熱して所定の温度に設定した状態で、液体燃料と水をポンプで気化器に送液し続ける必要がある。
特開平７−２２７５３５号公報

ところで、燃料電池の発電を停止する場合には、ポンプを停止して液体燃料と水の供給を停止すれば良い。しかしながら、ポンプを停止した直後では、気化器内に残留していた液体燃料と水の全てが気化されるまで、燃料と水の蒸気が化学反応器に送り続けられる。そのため、ポンプを停止した直後に化学反応器の加熱も止めて、化学反応器の改質器を降温させると、温度の低い改質器に燃料と水の蒸気が送られて、これによって改質器の触媒が劣化してしまう。これを避けるために、ポンプを停止した後もある程度の時間は化学反応器の加熱を停止することができない。しかし、ポンプを停止してからも化学反応器を長時間加熱し続けることはエネルギーの無駄であり、エネルギーの利用効率が悪い。
そこで、本発明の課題は、反応装置及びこれを備える発電装置を停止させるときに、好適なタイミングで化学反応器の加熱を止めることができるようにすることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、反応装置において、
液体を気化させる気化器と、
前記気化器を加熱する第１ヒータと、
前記気化器の温度を検知する温度センサと、
前記液体を前記気化器に送液するポンプと、
前記気化器にて前記液体が気化された気体が供給される化学反応器と、
前記化学反応器を加熱する第２ヒータと、
前記温度センサによる検知温度をフィードバックし、前記第１ヒータの消費電力を制御し、前記気化器を一定温度に制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ポンプを停止して前記気化器への前記液体の送液を止めたとき、前記ポンプの停止後の前記第１ヒータの消費電力の値に基づいて前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させるか否かを制御することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、
前記制御部は、前記ポンプを停止した後の前記第１ヒータの消費電力の値が所定の閾値以下になったときに、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、
前記制御部は、前記ポンプを停止した後の前記第１ヒータの消費電力の値の変化から求められる該消費電力の変化率が所定の閾値以下になったときに、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、
前記制御部は、前記ポンプを停止した後の前記第１ヒータの消費電力が所定の閾値以下になり、且つ、前記第１ヒータの消費電力の値の変化から求められる該消費電力の変化率が所定の閾値以下になったときに、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、
少なくとも前記気化器、前記ポンプ、前記化学反応器、及び前記制御部を内蔵する筐体と、
前記筐体の温度を検知する第２温度センサと、を備え、
前記制御部は、前記第２温度センサによる検知温度に基づいて閾値を算出し、前記算出した閾値と前記ポンプを停止した後の前記第１ヒータの消費電力の値との比較に基づいて、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させるか否かを制御することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、
前記液体は組成に水素を含む液体燃料と水の混合液であり、
前記化学反応器は、前記気化器により前記混合液が気化された気体から水素を生成する改質器を有することを特徴とする。

請求項７に係る発明は、発電装置において、
液体を気化させる気化器と、前記気化器を加熱する第１ヒータと、前記気化器の温度を検知する温度センサと、前記液体を前記気化器に送液するポンプと、前記気化器にて前記液体が気化された気体が供給され、前記気体から水素を生成する改質器を有する化学反応器と、前記化学反応器を加熱する第２ヒータと、前記温度センサによる検知温度をフィードバックし、前記第１ヒータの消費電力を制御して前記気化器を一定温度に制御し、前記ポンプを停止して前記気化器への前記液体の送液を止めたとき、前記ポンプの停止後の前記第１ヒータの消費電力の値に基づいて前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させるか否かを制御する制御部と、を備える反応装置と、
前記化学反応器の改質器から供給された水素を用いて電力を取り出す発電セルと、
を備えることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、反応装置の停止方法において、
液体を気化させる気化器と、前記液体を前記気化器に送液するポンプと、前記気化器にて前記液体が気化された気体が供給される化学反応器を備える反応装置の停止方法であって、
前記気化器の温度を温度センサで測定しながら前記気化器を第１ヒータで加熱して前記気化器を一定温度に保った状態で、液体を前記ポンプで前記気化器に送液し、前記気化器で気化した気体を第２ヒータで加熱した前記化学反応器に供給ししている状態から、
前記ポンプを停止して前記気化器への前記液体の送液を止めた後に、前記第１ヒータの消費電力を制御して前記気化器を一定温度に保った状態で、前記第１ヒータの消費電力の値に基づいて前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させるか否かを制御することを特徴とする。

請求項９に係る発明では、前記反応装置の停止方法は、前記ポンプを停止した後に、前記第１ヒータの消費電力の値が所定の閾値以下になったときに、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させることを特徴とする。

請求項１０に係る発明では、前記反応装置の停止方法は、前記ポンプを停止した後に、前記第１ヒータの消費電力の値の変化から求められる該消費電力の変化率が所定の閾値以下になったときに、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させることを特徴とする。

請求項１１に係る発明では、前前記反応装置の停止方法は、前記ポンプを停止した後に、前記第１ヒータの消費電力が所定の閾値以下になり、且つ、前記第１ヒータの消費電力の値の変化から求められる該消費電力の変化率が所定の閾値以下になったときに、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させることを特徴とする。

請求項１２に係る発明では、前記反応装置は、更に、少なくとも前記気化器、前記ポンプ、前記化学反応器、及び前記制御部を内蔵する筐体を備え、
前記反応装置の停止方法は、前記筐体の温度を第２温度センサで検知し、前記第２温度センサによる検知温度に基づいて閾値を算出し、前記ポンプを停止した後に、前記算出した閾値と前記第１ヒータの消費電力の値とを比較して、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させるか否かを制御することを特徴とする。

本発明によれば、ポンプを停止して気化器への液体の供給を停止した後に、気化器を一定温度に維持するための第１ヒータの消費電力の値に基づいて、第２ヒータによる化学反応器の加熱を停止させるか否かが制御されるので、好適なタイミングで化学反応器の加熱を停止することができて、エネルギー利用効率の低下を抑制することができる。

以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施形態における発電装置１を示した外観斜視図であり、図２は本実施形態における発電装置１の構成を示したブロック図である。この発電装置１は、例えばノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられるものであり、これらの電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。

図１及び図２に示すように、発電装置１は、燃料タンク２と、液体ポンプ３と、開閉弁４と、気化器５と、化学反応器６と、開閉弁９，１０と、発電セル１１と、逆止め弁１２と、送風機１４と、温度センサ１５と、温調用ヒータ１６と、制御部２２と、を備える。なお、これらのうち、燃料タンク２、液体ポンプ３、開閉弁４、気化器５、化学反応器６、開閉弁９，１０、逆止め弁１２、送風機１４、温度センサ１５、温調用ヒータ１６及び制御部２２を有するユニットが、反応装置に相当する。

制御部２２はマイコン、ドライバ等を有する。

燃料タンク２には、液体燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ガソリン）と水が別々に又は混合した状態で貯留されている。

送風機１４は外部の空気を一酸化炭素除去器８、触媒燃焼器１３及び発電セル１１のカソード２１に送るものである。

液体ポンプ３は、液体燃料と水の混合液を燃料タンク２から開閉弁４を介して気化器５に送液する。つまり、液体ポンプ３は、燃料タンク２から液体燃料と水の混合液を吸引し、その混合液を開閉弁４を介して気化器５へ送り出す。液体ポンプ３は駆動速度可変型のポンプであり、液体ポンプ３の作動・停止・速度調整が制御部２２によって行われる。

開閉弁４は液体ポンプ３と気化器５の間に設けられている。開閉弁４は、開弁することで液体ポンプ３から気化器５への流れを許容し、閉弁することで燃料供給の経路を封止するものである。開閉弁４は電子制御式の２ポート方向制御弁であり、開閉弁４が制御部２２によって制御される。

気化器５には温調用ヒータ１６が設けられ、気化器５が温調用ヒータ１６によって加熱される。温調用ヒータ１６は電力により加熱するものであり、例えば電熱線が温調用ヒータ１６として用いられる。温調用ヒータ１６に供給される電力は制御部２２により制御され、具体的には制御部２２がＰＷＭ制御によりデューティ比を制御することによって温調用ヒータ１６の消費電力が調整される。なお、温調用ヒータ１６が第１ヒータである。

気化器５が温調用ヒータ１６によって加熱された状態で、燃料タンク２から気化器５に混合液が送液されると、気化器５において混合液が気化する。気化器５において蒸発した燃料と水の混合気は、化学反応器６の改質器７に送られる。

気化器５には温度センサ１５が設けられ、気化器５の温度が温度センサ１５によって検知される。温度センサ１５は温度を電気信号に変換するものであり、気化器５の温度を表した信号が温度センサ１５から制御部２２にフィードバックされる。制御部２２は気化器５について定温度制御を行う。つまり、制御部２２は、温度センサ１５の検知温度に基づき温調用ヒータ１６の消費電力を制御する。具体的には、制御部２２は、温度センサ１５の検知温度が目標温度範囲の上限を越える場合に温調用ヒータ１６の電力を下げ、温度センサ１５の検知温度が目標温度範囲の下限である場合に温調用ヒータ１６の電力を上げる。これにより、気化器５の温度が一定の温度（目標温度範囲内）に保たれる。

化学反応器６は、改質器７と、一酸化炭素除去器８と、触媒燃焼器１３と、温度依存性抵抗ヒータ１７，１８と、を備える。なお、改質器７、一酸化炭素除去器８、触媒燃焼器１３及び温度依存性抵抗ヒータ１７，１８は密閉空間を有した断熱パッケージの内側に収容されており、熱エネルギーの放散が断熱パッケージによって抑えられている。

温度依存性抵抗ヒータ１７，１８は、共に、例えば金といった電熱材（電気抵抗材）からなるものであって、電力により発熱するものである。温度依存性抵抗ヒータ１７が改質器７を加熱し、温度依存性抵抗ヒータ１８が一酸化炭素除去器８を加熱する。温度依存性抵抗ヒータ１７，１８に供給される電力は制御部２２により制御され、制御部２２がＰＷＭ制御によりデューティ比を制御することによって温度依存性抵抗ヒータ１７，１８の消費電力が調整される。なお、温度依存性抵抗ヒータ１７が第２ヒータである。

温度依存性抵抗ヒータ１７，１８はその温度に依存してその抵抗値が変化する特性を持ち、特に温度と抵抗値に比例の関係が成り立つ。そのため、温度依存性抵抗ヒータ１７，１８は抵抗値から温度を検知する温度センサとしても機能し、温度依存性抵抗ヒータ１７が改質器７の温度を検知し、温度依存性抵抗ヒータ１８が一酸化炭素除去器８の温度を検知する。温度依存性抵抗ヒータ１７，１８によって検知された温度を表す信号は、制御部２２にフィードバックされる。なお、温度依存性抵抗ヒータ１７，１８のように温度センサと電気ヒータを兼ねたものを用いたが、温度センサと電気ヒータを別々に改質器７、一酸化炭素除去器８に設けても良い。

改質器７は触媒を担持したものである。そして、改質器７は、気化器５から供給された水と燃料の混合気から水素ガス等を触媒反応により生成し、更に微量ながら一酸化炭素ガスを生成する。燃料がメタノールの場合には、次式（１）、（２）のような化学反応が改質器７で起こる。改質器７における改質反応は吸熱反応であり、その改質反応に適した温度は室温よりも高く、約２８０℃である。そのため、触媒燃焼器１３の燃焼熱や温度依存性抵抗ヒータ１７の熱が改質器７の改質反応に用いられる。

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ …（１）
Ｈ₂＋ＣＯ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ …（２）

改質器７で生成された水素ガス等は一酸化炭素除去器８に送られ、更に外部の空気が一酸化炭素除去器８に送られる。一酸化炭素除去器８は触媒を担持したものである。一酸化炭素除去器８は、副生された一酸化炭素を触媒により優先的に酸化させることで、一酸化炭素を選択的に除去する。以下、一酸化炭素を除去した混合気体を改質ガスという。なお、一酸化炭素が酸化する反応は発熱反応であるが、一酸化炭素除去器８における選択酸化反応に適した温度が室温よりも高いため、一酸化炭素除去器８の温度がその適温に達していない場合には（主に、発電装置１が起動した直後）、温度依存性抵抗ヒータ１８によって加熱される。

一酸化炭素除去器８のアウトレットは二手に分岐しており、一方が開閉弁９を介して発電セル１１のアノード２０に接続され、他方が開閉弁１０を介して触媒燃焼器１３に接続されている。

開閉弁９，１０は電子制御式の２ポート方向制御弁であり、開閉弁９，１０が制御部２２によって制御される。開閉弁９は、開弁することで一酸化炭素除去器８から発電セル１１のアノード２０への流れを許容し、閉弁することで流れを止めるものである。開閉弁１０は、開弁することで一酸化炭素除去器８から触媒燃焼器１３への流れを許容し、閉弁することで流れを止めるものである。なお、２つの開閉弁９，１０の代わりに、３ポート方向制御弁を用いても良い。

発電セル１１は、アノード２０と、カソード２１と、アノード２０とカソード２１との間に挟まされた電解質膜１９とから構成される。一酸化炭素除去器８から送られた改質ガスは発電セル１１のアノード２０に供給され、更に外部の空気がカソード２１に送られる。そして、アノード２０に供給された改質ガス中の水素が、電解質膜１９を介して、カソード２１に供給された空気中の酸素と電気化学反応することによって、アノード２０とカソード２１との間で電力が生じる。発電セル１１で取り出された電力が電子機器本体に供給され、電子機器本体の二次電池に電力が蓄電されたり、電子機器本体の負荷（液晶ディスプレイ等）が電力により動作したりする。

電解質膜１９が水素イオン透過性の電解質膜（例えば、固体高分子電解質膜）の場合には、アノード２０では次式（３）のような反応が起き、アノード２０で生成された水素イオンが電解質膜１９を透過し、カソード２１では次式（４）のような反応が起こる。
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（３）
２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ …（４）

一方、電解質膜１９が酸素イオン透過性の電解質膜（例えば、固体酸化物電解質膜）の場合には、カソード２１では次式（５）のような反応が起き、カソード２１で生成された酸素イオンが電解質膜１９を透過し、アノード２０では次式（６）のような反応が起こる。
１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→２Ｏ^2- ・・・（５）
Ｈ₂＋２Ｏ^2-→Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^- ・・・（６）

アノード２０で化学反応せずに残った水素ガス等が逆止め弁１２を介して触媒燃焼器１３に送られる。また、一酸化炭素除去器８から排出された水素ガス等は開閉弁１０を介して触媒燃焼器１３に送られる。更に、外部の空気が送風機１４によって触媒燃焼器１３に送られる。

触媒燃焼器１３は触媒を担持したものである。触媒燃焼器１３は水素ガスと酸素を触媒反応により燃焼させる。これにより、触媒燃焼器１３において燃焼熱が生じ、その燃焼熱が主に改質器７に伝わる。そして、触媒燃焼器１３を経た排ガスが外部に排気される。

次に、発電装置１を用いた発電方法及びその発電動作について説明する。
制御部２２が温調用ヒータ１６及び温度依存性抵抗ヒータ１７，１８に電力を供給し、液体ポンプ３及び送風機１４を駆動する。これにより、液体燃料と水の混合液が気化器５に供給され、混合液が気化器５において気化され、改質器７において燃料と水から水素等が生成され、一酸化炭素除去器８において一酸化炭素が酸化し、発電セル１１において水素と酸素の電気化学反応により発電が起き、触媒燃焼器１３において残留水素が燃焼される。このように流れが生じている時、制御部２２が液体ポンプ３の駆動速度を制御する。更に、制御部２２は温度依存性抵抗ヒータ１７，１８の電力を制御する。制御部２２が、液体ポンプ３、開閉弁９，１０及び温度依存性抵抗ヒータ１７，１８を制御するにあたって、温度センサ１５及び温度依存性抵抗ヒータ１７，１８の検知温度がフィードバックされ、制御部２２がこれらの検知温度に基づき液体ポンプ３、開閉弁９，１０及び温度依存性抵抗ヒータ１７，１８を制御する。これにより、発電セル１１の発電量が調整されたり、改質器７や一酸化炭素除去器８の温度が調整されたりする。

また、制御部２２は温度センサ１５の検知温度をフィードバックし、検知温度に基づき温調用ヒータ１６の電力を制御する。具体的には、制御部２２は気化器５には温度センサ１５が設けられ、気化器５の温度が温度センサ１５によって検知される。温度センサ１５は温度を電気信号に変換するものであり、気化器５の温度を表した信号が温度センサ１５から制御部２２に出力される。制御部２２は気化器５について定温度制御を行う。つまり、制御部２２は温度センサ１５の検知温度に基づき温調用ヒータ１６の消費電力を制御し、気化器５の定温度制御を行う。

制御部２２によって定温度制御が行われている時、液体ポンプ３により混合液の流量が変化すると、温調用ヒータ１６の消費電力も変化する。図３は、本実施形態における発電装置の気化器の、定温度制御時における気化器に供給される混合液の流量と、その気化器のヒータで消費される電力との関係を表したグラフである。図３に示すように、消費電力が混合液の流量に比例する。

続いて、発電装置１を停止させる方法及びその停止動作について図４のフローチャートを用いて説明する。図４は、本実施形態における発電装置の制御部の動作順序を示したフローチャートである。また、図５は、本実施形態における時間と、発電装置の気化器のヒータで消費される電力との関係を示したグラフである。
上述のように制御部２２が液体ポンプ３を駆動して開閉弁４を開弁するとともに、気化器５、改質器７及び一酸化炭素除去器８の定温度制御を行っている状態から、まず、制御部２２が開閉弁１０を開弁する（ステップＳ１）とともに開閉弁９を閉弁する（ステップＳ２）。これにより、改質器７で生成された水素がアノード２０に流れ込まず、触媒燃焼器１３に直接流れ込む。そのため、発電セル１１における発電が止まる。

次に、制御部２２が液体ポンプ３を停止するとともに（ステップＳ３）、開閉弁４を閉弁する（ステップＳ４）。そして、制御部２２が温調用ヒータ１６の消費電力を監視する。ここで、制御部２２はＰＷＭ制御により温調用ヒータ１６の消費電力を制御するので、具体的には制御部２２は出力するＰＷＭ信号のデューティ比を監視する。つまり、ＰＷＭ信号のデューティ比は温調用ヒータ１６の消費電力に対応するものである。

液体ポンプ３が停止すると、液体燃料と水の混合液の供給が止まる。混合液の供給が止まると、気化器５の内部に残留している混合液が蒸発されていき、気化器５の内部の混合液が減っていく。気化器５の内部の混合液が減っていくに従って、気化に必要とするエネルギーが減少していく。制御部２２によって気化器５の定温度制御が行われているので、図５に示すように温調用ヒータ１６の消費電力が減少していく。特に単位時間当たりの消費電力の変化量は液体ポンプ３が停止して少し経過してから急に大きくなり、その後時間の経過と共に小さくなっていく。ここで、図５において、横軸が時間であり、縦軸が温調用ヒータ１６の消費電力である。また、電力Ｐ1は気化器５において気化が行われて気化器５が定温度に保たれている時の温調用ヒータ１６の消費電力であり、電力Ｐ0は当該発電装置を動作させている環境の温度において、気化器５において気化が行われず気化器５が定温度に保たれている時の温調用ヒータ１６の消費電力である。また、電力Ｐ0＜閾値Ｐ2＜電力Ｐ1である。図５において、時刻Ｔ1は液体ポンプ３を停止したタイミングであり、時刻Ｔ2は気化器５内の混合液がほぼ全て気化したタイミングである。

液体ポンプ３の停止後、制御部２２は温調用ヒータ１６の消費電力と所定の閾値Ｐ2と比較し、温調用ヒータ１６の消費電力が所定の閾値Ｐ2以下になったか否かを監視する（ステップＳ５）。制御部２２は、温調用ヒータ１６の消費電力が閾値Ｐ2以下になるまで監視し続ける（ステップＳ５：Ｎｏ）。制御部２２は温調用ヒータ１６の消費電力が閾値Ｐ2以下になったと判定したら（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、制御部２２は消費電力の変化率を監視する（ステップＳ６）。具体的には、制御部２２は、｛（現在のデューティ比）−（１サイクル前のデューティ比）｝／（現在のデューティ比）により消費電力の変化率を求めて、その消費電力の変化率を所定の閾値Ｘ（例えば、１％）と比較する。

消費電力の変化率（つまり、デューティ比の変化率）が所定の閾値Ｘ（例えば、１％）以下になったと制御部２２が判定したら（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、制御部２２が温調用ヒータ１６の電力供給を停止して温調用ヒータ１６の加熱を止める（ステップＳ７）。そして、制御部２２が温度依存性抵抗ヒータ１７，１８を停止すること等を行って改質器７及び一酸化炭素除去器８の降温処理を行う（ステップＳ８）。次に、制御部２２が開閉弁９，１０を閉弁する（ステップＳ９）。

なお、上記ステップＳ６を行わず、温調用ヒータ１６の消費電力が閾値Ｐ2になったら制御部２２が温調用ヒータ１６を停止するものとしても良い。この場合、閾値Ｐ2は、気化器５の定温度制御が行われている場合において気化器５で気化が行われる状態と気化器５で気化が行われていない状態を仕切る閾値であり、閾値Ｐ2が電力Ｐ0よりも僅かに大きいことが好ましい。

本実施形態によれば、温調用ヒータ１６により気化器５の定温度制御を行っている状態で時刻Ｔ1で液体ポンプ３を停止して気化器５への混合液の供給を停止した後では、気化器５内の混合液が気化されていくにつれて、温調用ヒータ１６の消費電力が減っていく。そして、温調用ヒータ１６の消費電力が電力Ｐ0になって一定に保たれた時（時刻Ｔ2）が、気化器５内の混合液が殆ど蒸発したタイミングとなり、その時に温度依存性抵抗ヒータ１７，１８の加熱を停止している。つまり、燃料と水の混合気が改質器７に送られなくなったタイミングで温度依存性抵抗ヒータ１７，１８の加熱を停止しており、そのタイミングが好適なタイミングである。そのため、改質器７の触媒劣化も抑えられ、装置全体のエネルギー利用効率の低減を抑えられる。

また、仮に、気化器５と改質器７との間に別途流量センサを設け、流量センサによって流れを検知しなくなったタイミングで温度依存性抵抗ヒータ１７，１８の加熱を停止することも考えられるが、この場合、流量センサを設けた分だけ装置全体が大型化したり、部品点数が増えたり、製造コストが増えたりする。しかしながら、本実施形態では、そのような流量センサを設けていないので、発電装置１の構造がシンプルであり、発電装置１の製造コストも増えない。

［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施形態における発電装置１’を示した斜視図である。本第２の実施の形態におおける発電装置１’は、前述の図１に示した、第１の実施形態における発電装置１に対して、図６に示すように、筐体２６の内面に設けられた第２温度センサ２５を備えるものである。第２温度センサ２５は、筐体２６の温度を検知し、その検知温度を電気信号に変換して制御部２２に出力する。筐体２６には、第１の実施形態における発電装置１と同様に、燃料タンク２、液体ポンプ３、開閉弁４、気化器５、化学反応器６、開閉弁９，１０、発電セル１１、逆止め弁１２、送風機１４、温度センサ１５、温調用ヒータ１６及び制御部２２が組み付けられている。

第２の実施の形態における停止動作について説明する。
制御部２２が液体ポンプ３を駆動して開閉弁４を開弁するとともに、気化器５、改質器７及び一酸化炭素除去器８の定温度制御を行っている状態から、まず、制御部２２が開閉弁１０を開弁する（ステップＳ２１）とともに開閉弁９を閉弁する（ステップＳ２２）。次に、制御部２２が液体ポンプ３を停止するとともに（ステップＳ２３）、開閉弁４を閉弁する（ステップＳ２４）。そして、制御部２２が温調用ヒータ１６の消費電力（デューティ比）を監視する。

次に、制御部２２は第２温度センサ２５の検知温度Ｔrを入力し（ステップＳ２５）、検知温度Ｔrから基準閾値Ｐ（Ｔr）を算出する（ステップＳ２６）。ここで、制御部２２は、任意の検知温度Ｔと検知温度Ｔに対応する基準閾値Ｐ（Ｔ）とのを関係を表したデータテーブル又は関数を参照して、検知温度Ｔrから基準閾値Ｐ（Ｔr）を算出する。

液体ポンプ３の停止後、制御部２２は温調用ヒータ１６の消費電力と基準閾値Ｐ（Ｔr）とを比較し、温調用ヒータ１６の消費電力が基準閾値Ｐ（Ｔr）以下になったか否かを判定する（ステップＳ２７）。温調用ヒータ１６の消費電力が基準閾値Ｐ（Ｔr）を越えている場合には（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、制御部２２の処理がステップＳ２５に戻り、再び第２温度センサ２５により検知温度Ｔrが測定され、制御部２２は新たな検知温度Ｔrから基準閾値Ｐ（Ｔr）を求めて、温調用ヒータ１６の消費電力が基準閾値Ｐ（Ｔr）以下になったか否かを判定する（ステップＳ２７）。

一方、制御部２２は温調用ヒータ１６の消費電力が基準閾値Ｐ（Ｔr）以下になったと判定したら（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、制御部２２が温調用ヒータ１６の電力供給を停止して温調用ヒータ１６の加熱を止める（ステップＳ２８）。そして、制御部２２が温度依存性抵抗ヒータ１７，１８を停止すること等を行って改質器７及び一酸化炭素除去器８の降温処理を行う（ステップＳ２９）。次に、制御部２２が開閉弁９，１０を閉弁する（ステップＳ３０）。

これにより、当該発電装置が動作している環境の温度が変化する場合においても、確実に気化器での気化動作の停止を検知することが出来、効率的かつ安全に発電装置を停止することができる。

なお、本発明を適用する実施形態は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、液体ポンプ３で液体燃料と水の混合液を気化器５へ送液するものとしたが、２つのポンプのうち一方で液体燃料を開閉弁４を介して気化器５へ送液し、他方で水を開閉弁４を介して気化器５へ送液するものとしても良い。この場合、更に燃料タンク２に水と液体燃料が別々に貯留され、又は、２つのタンクのうち一方に液体燃料が貯留されて他方のタンクに水が貯留されている。更に、上記実施形態のように液体ポンプ３を稼働又は停止するタイミングと同じタイミングで２つのポンプを制御部２２で稼働又は停止することになる。

また、２つのポンプ（液体燃料送液用のポンプと水送液用のポンプ）を準備した場合、開閉弁４及び気化器５をそれぞれ二個設けても良い。この場合、液体燃料送液のポンプから送り出された液体燃料は一方の開閉弁４を介して一方の気化器５に送られ、水送液用のポンプから送りされた水は他方の開閉弁４を介して他方の気化器５に送られ、一方の気化器５で気化した燃料と他方の気化器５で気化した水が混合されて、改質器７に送られる。この場合、更に、制御部２２によって２つの開閉弁４を開閉させるタイミングは、上記実施形態のように１つの開閉弁４を開閉させるタイミングと同じにする。

上記実施形態では、気化器５に温調用ヒータ１６と温度センサ１５を設けているが、改質器７や一酸化炭素除去器８の温度依存性抵抗ヒータ１７，１８のような温度依存性抵抗ヒータを温調用ヒータ１６及び温度センサ１５の代わりに気化器５に設けても良い。

本発明の第１の実施形態における発電装置を示した斜視図である。 本実施形態における発電装置の構成を示した概略ブロック図である。 本実施形態における発電装置の気化器の、定温度制御時における気化器に供給される混合液の流量と、その気化器のヒータで消費される電力との関係を示したグラフである。 本実施形態における発電装置の制御部の動作順序を示したフローチャートである。 本実施形態における時間と、発電装置の気化器のヒータで消費される電力との関係を示したグラフである。 本発明の第２の実施形態における発電装置を示した斜視図である。 本実施形態における発電装置の制御部の動作順序を示したフローチャートである。

符号の説明

１ 発電装置
３ 送液ポンプ
５ 気化器
７ 改質器
１１ 発電セル
１５ 温度センサ
１６ 温調用ヒータ
１７ 温度依存性抵抗ヒータ
２２ 制御部
２５ 第２温度センサ
２６ 筐体

Claims (12)

1. 液体を気化させる気化器と、
   前記気化器を加熱する第１ヒータと、
   前記気化器の温度を検知する温度センサと、
   前記液体を前記気化器に送液するポンプと、
   前記気化器にて前記液体が気化された気体が供給される化学反応器と、
   前記化学反応器を加熱する第２ヒータと、
   前記温度センサによる検知温度をフィードバックし、前記第１ヒータの消費電力を制御し、前記気化器を一定温度に制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ポンプを停止して前記気化器への前記液体の送液を止めたとき、前記ポンプの停止後の前記第１ヒータの消費電力の値に基づいて前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させるか否かを制御することを特徴とする反応装置。
2. 前記制御部は、前記ポンプを停止した後の前記第１ヒータの消費電力の値が所定の閾値以下になったときに、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
3. 前記制御部は、前記ポンプを停止した後の前記第１ヒータの消費電力の値の変化から求められる該消費電力の変化率が所定の閾値以下になったときに、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
4. 前記制御部は、前記ポンプを停止した後の前記第１ヒータの消費電力が所定の閾値以下になり、且つ、前記第１ヒータの消費電力の値の変化から求められる該消費電力の変化率が所定の閾値以下になったときに、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
5. 少なくとも前記気化器、前記ポンプ、前記化学反応器、及び前記制御部を内蔵する筐体と、
   前記筐体の温度を検知する第２温度センサと、を備え、
   前記制御部は、前記第２温度センサによる検知温度に基づいて閾値を算出し、前記算出した閾値と前記ポンプを停止した後の前記第１ヒータの消費電力の値との比較に基づいて、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させるか否かを制御することを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
6. 前記液体は組成に水素を含む液体燃料と水の混合液であり、
   前記化学反応器は、前記気化器により前記混合液が気化された気体から水素を生成する改質器を有することを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
7. 液体を気化させる気化器と、前記気化器を加熱する第１ヒータと、前記気化器の温度を検知する温度センサと、前記液体を前記気化器に送液するポンプと、前記気化器にて前記液体が気化された気体が供給され、前記気体から水素を生成する改質器を有する化学反応器と、前記化学反応器を加熱する第２ヒータと、前記温度センサによる検知温度をフィードバックし、前記第１ヒータの消費電力を制御して前記気化器を一定温度に制御し、前記ポンプを停止して前記気化器への前記液体の送液を止めたとき、前記ポンプの停止後の前記第１ヒータの消費電力の値に基づいて前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させるか否かを制御する制御部と、を備える反応装置と、
   前記化学反応器の改質器から供給された水素を用いて電力を取り出す発電セルと、
   を備えることを特徴とする発電装置。
8. 液体を気化させる気化器と、前記液体を前記気化器に送液するポンプと、前記気化器にて前記液体が気化された気体が供給される化学反応器を備える反応装置の停止方法であって、
   前記気化器の温度を温度センサで測定しながら前記気化器を第１ヒータで加熱して前記気化器を一定温度に保った状態で、液体を前記ポンプで前記気化器に送液し、前記気化器で気化した気体を第２ヒータで加熱した前記化学反応器に供給ししている状態から、
   前記ポンプを停止して前記気化器への前記液体の送液を止めた後に、前記第１ヒータの消費電力を制御して前記気化器を一定温度に保った状態で、前記第１ヒータの消費電力の値に基づいて前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させるか否かを制御することを特徴とする反応装置の停止方法。
9. 前記反応装置の停止方法は、前記ポンプを停止した後に、前記第１ヒータの消費電力の値が所定の閾値以下になったときに、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させることを特徴とする請求項８に記載の反応装置の停止方法。
10. 前記反応装置の停止方法は、前記ポンプを停止した後に、前記第１ヒータの消費電力の値の変化から求められる該消費電力の変化率が所定の閾値以下になったときに、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させることを特徴とする請求項８に記載の反応装置の停止方法。
11. 前記反応装置の停止方法は、前記ポンプを停止した後に、前記第１ヒータの消費電力が所定の閾値以下になり、且つ、前記第１ヒータの消費電力の値の変化から求められる該消費電力の変化率が所定の閾値以下になったときに、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させることを特徴とする請求項８に記載の反応装置の停止方法。
12. 前記反応装置は、更に、少なくとも前記気化器、前記ポンプ、前記化学反応器、及び前記制御部を内蔵する筐体を備え、
    前記反応装置の停止方法は、前記筐体の温度を第２温度センサで検知し、前記第２温度センサによる検知温度に基づいて閾値を算出し、前記ポンプを停止した後に、前記算出した閾値と前記第１ヒータの消費電力の値とを比較して、前記第２ヒータによる前記化学反応器の加熱を停止させるか否かを制御することを特徴とする請求項８に記載の反応装置の停止方法。

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