JP2000178001A - Controller for reformer - Google Patents

Controller for reformer

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JP2000178001A
JP2000178001A JP10361713A JP36171398A JP2000178001A JP 2000178001 A JP2000178001 A JP 2000178001A JP 10361713 A JP10361713 A JP 10361713A JP 36171398 A JP36171398 A JP 36171398A JP 2000178001 A JP2000178001 A JP 2000178001A
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Masayoshi Taki
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively utilize an unused combustible gas and to prevent the damage to a combustion part. SOLUTION: A controller for a reformer for heating a reformed fuel with the heat generated in the combustion part to perform the reforming reaction to gasify the reformed fuel, supplying the resultant reformed gas to an energy converter for converting the resultant reformed gas to another form and combusting at least one of the unused gas and a heated fuel, which are generated in the energy converter, is provided with a calorie detecting means (step S2) for detecting the shortage of the calories when one of the unused combustible gas and the heated fuel is combusted in the combustion part and a supplementary combustion means (step S2) for additionally supplying the another one of the unused combustible gas and the heated fuel to the combustion part if it is detected that the calories are short.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、メチルアルコー
ルなどの炭化水素および水などからなる改質燃料を水素
リッチなガスなどの所望の燃料に改質する改質器に関
し、特にその改質燃料を加熱昇温するための燃焼を制御
する装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reformer for reforming a reformed fuel composed of a hydrocarbon such as methyl alcohol and water and the like into a desired fuel such as a hydrogen-rich gas, and more particularly to a reformer for reforming the reformed fuel. The present invention relates to a device for controlling combustion for heating and raising the temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の改質器の一例として、メチルア
ルコール(メタノール)と水とを原料として水素ガスを
主体とする改質ガスを生成する改質器が知られている。
この改質器は、銅合金などを触媒としており、その触媒
の活性温度が一例として280℃程度であって、それよ
り温度が低い場合には、メタノールが充分に改質されず
に改質ガスに残留するメタノールの量が多くなる。ま
た、メタノールの改質反応は、吸熱反応であるから、前
記の触媒の温度を維持すると同時に、改質反応を促進す
るために、外部から熱を供給している。
2. Description of the Related Art As an example of this type of reformer, a reformer that generates a reformed gas mainly composed of hydrogen gas using methyl alcohol (methanol) and water as raw materials is known.
This reformer uses a copper alloy or the like as a catalyst, and the activation temperature of the catalyst is about 280 ° C. as an example. If the temperature is lower than that, methanol is not sufficiently reformed and the reformed gas is The amount of methanol remaining in the mixture increases. Further, since the methanol reforming reaction is an endothermic reaction, heat is supplied from the outside to maintain the temperature of the catalyst and to promote the reforming reaction at the same time.

【0003】その加熱の方法は、バーナなどで加熱する
以外に、酸化反応によって発熱させ、その熱を改質部に
伝達する方法が知られている。後者の方法は、いわゆる
部分酸化反応による方法であり、例えばメタノール蒸気
に空気を混合し、これを触媒の下で酸化させて水素を発
生させ、その際の熱を利用するものである。したがって
この部分酸化反応を利用すれば、改質反応に伴う熱を部
分酸化反応によって補い、吸熱量と発熱量とをバランス
させることにより、外部からの加熱を不要にすることも
できる。しかしながらこれは、改質部での熱収支がバラ
ンスして改質および酸化による温度変化がないことをも
たらすのみであり、改質部の温度を目的温度に設定する
用をなすものではない。
[0003] As the heating method, in addition to heating with a burner or the like, a method of generating heat by an oxidation reaction and transmitting the heat to a reforming section is known. The latter method is a method based on a so-called partial oxidation reaction, for example, in which air is mixed with methanol vapor, and this is oxidized under a catalyst to generate hydrogen, and heat at that time is used. Therefore, if this partial oxidation reaction is used, the heat accompanying the reforming reaction is supplemented by the partial oxidation reaction, and the amount of heat absorbed and the amount of heat generated are balanced, so that external heating can be eliminated. However, this only results in that the heat balance in the reforming section is balanced and there is no temperature change due to reforming and oxidation, and does not serve to set the temperature of the reforming section to the target temperature.

【0004】すなわち改質部の温度を、改質反応あるい
は触媒の活性に好適な温度に設定するためには、外部か
らの加熱が必要である。そのため、この種の改質器で
は、燃焼部で発生させた熱によってメタノールと水との
混合液を、所定温度の蒸気とし、これを改質部に供給し
ている。
That is, in order to set the temperature of the reforming section to a temperature suitable for the reforming reaction or the activity of the catalyst, external heating is required. For this reason, in this type of reformer, a mixture of methanol and water is converted into steam at a predetermined temperature by the heat generated in the combustion section, and is supplied to the reforming section.

【0005】上記の改質器を、例えば燃料電池における
燃料ガスを生成するための手段として使用した場合、燃
料電池の負荷の変動に応じて改質器での反応を制御する
必要がある。すなわち負荷の増大に伴って改質ガスの生
成量を増大させ、また負荷が低下した場合には改質ガス
の生成量を減少させる必要がある。改質ガスの発生量を
増減するためには、改質部に供給する原料すなわちメタ
ノールと水との混合蒸気を増減することになるが、その
ためには、当然、目的とする温度のメタノールおよび水
の混合蒸気を発生させるのに要する加熱熱量を増減させ
る必要がある。
When the above reformer is used, for example, as a means for generating fuel gas in a fuel cell, it is necessary to control the reaction in the reformer in accordance with a change in the load of the fuel cell. That is, it is necessary to increase the amount of reformed gas generated as the load increases, and to decrease the amount of reformed gas generated when the load decreases. In order to increase or decrease the generation amount of the reformed gas, the amount of the raw material supplied to the reforming section, that is, the mixed steam of methanol and water, must be increased or decreased. It is necessary to increase or decrease the amount of heating heat required to generate the mixed steam of the above.

【0006】メタノールと水との混合蒸気を発生させる
のに要する熱量は、メタノールなどの加熱用の燃料の量
を増減することにより制御することができる。しかしな
がらメタノールと水との混合液を加熱するために従来採
用されているバーナや酸化触媒による発熱手段などは、
その発熱応答性が低いので、負荷変動に的確に対応した
加熱制御をおこなうことが困難であった。すなわち急激
な負荷の増大があった場合には、加熱するべきメタノー
ルと水との量に対して発熱量が不足し、その結果、蒸気
温度や触媒温度が低下して改質反応が低調になり、改質
ガス中の残留メタノール量が増大するなど、燃料電池の
性能が低下する。また反対に負荷が急激に低下した場合
には、加熱熱量の低下の遅れにより、蒸気温度や触媒温
度が過度に上昇し、その結果、触媒の活性が低下するな
どの不都合が生じる。
[0006] The amount of heat required to generate a mixed vapor of methanol and water can be controlled by increasing or decreasing the amount of heating fuel such as methanol. However, heat generation means such as a burner and an oxidation catalyst conventionally used for heating a mixture of methanol and water are as follows:
Because of its low heat generation responsiveness, it has been difficult to perform heating control accurately corresponding to load fluctuations. In other words, if there is a sudden increase in the load, the calorific value will be insufficient for the amount of methanol and water to be heated, and as a result, the steam temperature and the catalyst temperature will decrease, and the reforming reaction will be slow. As a result, the performance of the fuel cell decreases, for example, the amount of residual methanol in the reformed gas increases. On the other hand, when the load is sharply reduced, the steam temperature and the catalyst temperature are excessively increased due to a delay in the decrease in the amount of heating heat, and as a result, inconvenience such as a decrease in the activity of the catalyst occurs.

【0007】このような不都合を解消するために、特公
平7−105240号公報に記載された発明では、水蒸
気比を制御することにより、負荷変動に応じた温度制御
をおこなうようにしている。すなわち、改質燃料として
混合されている水の量を減少させれば、その加熱および
蒸発に要する熱量が低下して改質燃料であるメタノール
と水との混合蒸気の温度が高くなり、これとは反対に水
の量を多くすれば、その昇温および蒸発に要する熱量が
増大するので、改質燃料であるメタノールと水との混合
蒸気の温度が低くなる。またこの公報に記載された発明
では、改質燃料を加熱するための燃料の一部に、残存水
素を含む使用済み燃料ガスを使用しており、その残存水
素をバーナで燃焼させることにより改質燃料を加熱して
いる。
In order to solve such inconvenience, in the invention described in Japanese Patent Publication No. Hei 7-105240, the temperature control according to the load fluctuation is performed by controlling the steam ratio. That is, if the amount of water mixed as the reforming fuel is reduced, the amount of heat required for heating and evaporation is reduced, and the temperature of the mixed steam of methanol and water as the reforming fuel is increased. Conversely, if the amount of water is increased, the amount of heat required for the temperature rise and evaporation increases, so that the temperature of the mixed steam of methanol as reforming fuel and water decreases. Further, in the invention described in this publication, spent fuel gas containing residual hydrogen is used as part of the fuel for heating the reformed fuel, and the residual hydrogen is burned by a burner to reform the fuel. Heating fuel.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記の公報に記載され
た温度制御の方法は、水の量を変化させてその水の加熱
・蒸発により消費もしくは吸収する熱量を変化させ、こ
れにより温度を制御する方法である。したがって燃焼さ
せる燃料の量を変更して発熱量を制御する方法に比較し
て温度制御の応答性が高くなる。
The temperature control method disclosed in the above publication changes the amount of water to change the amount of heat consumed or absorbed by heating and evaporating the water, thereby controlling the temperature. How to Therefore, the responsiveness of the temperature control is higher than in the method of controlling the amount of heat generated by changing the amount of fuel to be burned.

【0009】しかしながら、上記の公報に記載された方
法は、燃料の燃焼による発熱量が一定であることを前提
とし、その発熱量の一部を水の加熱・蒸発のために消費
させる方法であるから、例えば燃料電池での負荷が少な
いことにより改質ガス量を低下させる場合であっても、
燃焼による発熱量を、理論上決まる熱量以上に維持する
ことになる。その結果、改質燃料の改質に実際に必要な
熱量以上の熱量を発生させるように燃焼をおこなうこと
になるので、燃料を不必要に消費し、燃費が悪化する不
都合がある。
However, the method described in the above publication is based on the premise that the amount of heat generated by combustion of fuel is constant, and a part of the amount of heat is consumed for heating and evaporating water. Therefore, for example, even when the amount of reformed gas is reduced by reducing the load on the fuel cell,
The amount of heat generated by combustion is maintained at or above the theoretically determined amount of heat. As a result, the combustion is performed so as to generate an amount of heat larger than the amount of heat actually required for reforming the reformed fuel, so that the fuel is unnecessarily consumed and the fuel efficiency is deteriorated.

【0010】また上記の公報に記載された方法では、残
存水素をバーナで燃焼させて改質燃料を加熱するとして
も、その熱量を制御していない。そして上記のように水
蒸気比によって温度を制御するのであるから、残存水素
を含む加熱燃料の消費量は、改質燃料の加熱に要する量
より多くする必要があり、したがってこの点でも残存水
素を過剰に燃焼させることになり、燃料の有効利用の点
では改善すべき余地があった。
Further, in the method described in the above-mentioned publication, even if the reformed fuel is heated by burning the residual hydrogen with a burner, the calorific value is not controlled. Since the temperature is controlled by the steam ratio as described above, the consumption of the heating fuel containing the residual hydrogen needs to be larger than the amount required for heating the reformed fuel. Therefore, there is room for improvement in terms of effective use of fuel.

【0011】この発明は、上記の事情を背景にしてなさ
れたものであり、改質燃料を加熱するための燃焼部での
燃焼を適正に制御して改質効率を向上させることのでき
る制御装置を提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a control device capable of appropriately controlling combustion in a combustion section for heating reformed fuel and improving reforming efficiency. The purpose is to provide.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項1の発明は、燃焼部で生じ
させた熱によって改質燃料を加熱するとともにその改質
燃料を改質反応によってガス化し、得られた改質ガスを
他の形態のエネルギーに変換するエネルギー変換器に供
給し、かつそのエネルギー変換器で生じた未利用可燃性
ガスと加熱燃料との少なくともいずれか一方を前記燃焼
部で燃焼させる改質器の制御装置において、前記未利用
可燃性ガスと加熱燃料とのいずれか一方を前記燃焼部で
燃焼させた場合の熱量の前記改質燃料を加熱するために
必要な熱量に対する不足状態を検出する熱量検出手段
と、前記未利用可燃性ガスと加熱燃料とのいずれか一方
を前記燃焼部で燃焼させることによる熱量が不足してい
ることが検出された場合に未利用可燃性ガスと加熱燃料
とのいずれか他方を追加して前記燃焼部に供給する追加
燃焼手段とを備えていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is to heat reformed fuel by heat generated in a combustion part and reform the reformed fuel. It is gasified by the reaction and is supplied to an energy converter that converts the obtained reformed gas to another form of energy, and at least one of the unused combustible gas and the heating fuel generated by the energy converter is supplied. In the control device of the reformer that burns in the combustion unit, it is necessary to heat the reformed fuel having a calorie when one of the unused combustible gas and the heating fuel is burned in the combustion unit. A calorie detecting means for detecting an insufficiency state with respect to a large calorific value, and a calorific value caused by burning any one of the unused combustible gas and the heating fuel in the combustion unit is detected. And it is characterized in that it comprises a one other additional to add combustion means for supplying to the combustion section of the unused combustible gas if the heated fuel.

【0013】したがって請求項1の発明においては、燃
焼部で発生させる必要のある熱量が、未利用可燃性ガス
の燃焼によって得られる熱量を超えている場合に、加熱
燃料が燃焼部に供給される。したがって加熱燃料は、未
利用可燃性ガスによる熱量では不足する場合に限って使
用されることにより、改質燃料の加熱には未利用可燃性
ガスが最大限使用されるので、加熱燃料の使用量が少な
くなり、全体としてのエネルギー効率が高くなる。
Therefore, in the first aspect of the present invention, when the amount of heat required to be generated in the combustion portion exceeds the amount of heat obtained by burning the unused combustible gas, the heating fuel is supplied to the combustion portion. . Therefore, the heating fuel is used only when the calorific value of the unused combustible gas is insufficient, and the unused combustible gas is used to the maximum extent to heat the reformed fuel. And the overall energy efficiency is increased.

【0014】また、請求項2の発明は、請求項1の構成
に加えて、前記燃焼部で生じた熱によって加熱された改
質燃料の温度を検出する改質燃料温度検出手段と、検出
された改質燃料の温度が予め定めた所定温度以上の場合
に、前記燃焼部に対する加熱燃料の供給を停止する加熱
燃料停止手段とを更に備えていることを特徴とするもの
である。
According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, there is provided a reformed fuel temperature detecting means for detecting a temperature of the reformed fuel heated by the heat generated in the combustion section. A heating fuel stopping means for stopping the supply of the heating fuel to the combustion section when the temperature of the reformed fuel is equal to or higher than a predetermined temperature.

【0015】したがって請求項2の発明においては、改
質燃料の温度が必要以上に高くなる場合には、加熱燃料
の燃焼部への供給が停止される。その結果、加熱燃料を
不必要に燃焼させることによるエネルギー効率の低下や
改質燃料の温度が必要以上に高くなることによる改質反
応効率の低下が防止される。
Therefore, in the second aspect of the present invention, when the temperature of the reformed fuel becomes unnecessarily high, the supply of the heated fuel to the combustion section is stopped. As a result, a decrease in energy efficiency due to unnecessary combustion of the heated fuel and a decrease in reforming reaction efficiency due to an unnecessarily high temperature of the reformed fuel are prevented.

【0016】請求項3の発明は、燃焼部で生じさせた熱
によって改質燃料を加熱するとともにその改質燃料を改
質反応によってガス化する改質器の制御装置において、
前記燃焼部の温度を検出する燃焼部温度検出手段と、検
出された燃焼部の温度に基づいて前記燃焼部に供給する
燃焼原料の量を減少するように補正する燃焼原料補正手
段とを備えていることを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a control device for a reformer which heats reformed fuel by heat generated in a combustion section and gasifies the reformed fuel by a reforming reaction.
A combustion part temperature detecting means for detecting a temperature of the combustion part; and a combustion raw material correction means for correcting the amount of combustion raw material supplied to the combustion part to decrease based on the detected temperature of the combustion part. It is characterized by having.

【0017】したがって請求項3の発明においては、燃
焼部の温度が所定値以上に高くなった場合、燃焼部で燃
焼する原料の量が少なくなるので、燃焼部での発熱量が
低下する。そのため、燃焼部の異常な温度上昇やそれに
伴う損傷が未然に防止される。
Therefore, according to the third aspect of the present invention, when the temperature of the combustion section becomes higher than a predetermined value, the amount of the raw material combusted in the combustion section decreases, and the calorific value in the combustion section decreases. For this reason, abnormal temperature rise of the combustion part and the accompanying damage are prevented.

【0018】さらに、請求項4の発明は、燃焼部で生じ
させた熱によって改質燃料を加熱するとともにその改質
燃料を改質反応によってガス化する改質器の制御装置に
おいて、前記改質燃料の目標温度に基づいて前記燃焼部
での目標燃焼温度を設定する目標燃焼温度設定手段と、
その目標燃焼温度設定手段で設定された目標燃焼温度に
基づいて前記燃焼部が燃焼させる燃焼原料の量を設定す
る燃焼原料量設定手段とを備えていることを特徴とする
ものである。
Further, the invention according to a fourth aspect of the present invention is a control apparatus for a reformer, wherein the reformed fuel is heated by heat generated in the combustion section and the reformed fuel is gasified by a reforming reaction. Target combustion temperature setting means for setting a target combustion temperature in the combustion section based on a target temperature of the fuel,
A combustion raw material quantity setting means for setting an amount of combustion raw material to be burned by the combustion section based on a target combustion temperature set by the target combustion temperature setting means.

【0019】したがって請求項4の発明においては、燃
焼部に供給される燃焼原料の量が目標燃焼温度に基づい
て設定されるので、燃焼部での異常な高温状態が防止さ
れ、燃焼部の損傷が回避される。また、その目標燃焼温
度が改質燃料の目標温度に基づいて設定されているの
で、改質燃料温度が適正化されて改質反応を効率よく生
じる。
Therefore, in the invention of claim 4, since the amount of the raw material to be supplied to the combustion part is set based on the target combustion temperature, an abnormally high temperature state in the combustion part is prevented, and the damage to the combustion part is prevented. Is avoided. Further, since the target combustion temperature is set based on the target temperature of the reformed fuel, the reformed fuel temperature is optimized and the reforming reaction occurs efficiently.

【0020】そして、請求項5の発明は、燃焼原料と支
燃ガスとの燃焼部での燃焼反応により生じた熱によって
改質燃料を加熱するとともに、その改質燃料を改質反応
によってガス化する改質器の制御装置において、前記燃
焼部における支燃ガスの供給側の温度を検出する第1温
度検出手段と、前記燃焼部における排気側の温度を検出
する第2温度検出手段と、前記第1温度検出手段で検出
された支燃ガスの供給側の温度が、前記第2温度検出手
段で検出された排気側の温度より高い場合に前記支燃ガ
スの供給量を増量し、かつ前記第1温度検出手段で検出
された支燃ガスの供給側の温度が、前記第2温度検出手
段で検出された排気側の温度より低い場合に前記支燃ガ
スの供給量を減量する支燃ガス量制御手段とを備えてい
ることを特徴とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, the reformed fuel is heated by the heat generated by the combustion reaction between the combustion raw material and the supporting gas in the combustion section, and the reformed fuel is gasified by the reforming reaction. A first temperature detecting means for detecting a temperature of a combustion supporting gas supply side in the combustion section, a second temperature detecting means for detecting a temperature of an exhaust side in the combustion section, When the temperature on the supply side of the supporting gas detected by the first temperature detecting means is higher than the temperature on the exhaust side detected by the second temperature detecting means, the supply amount of the supporting gas is increased, and A supporting gas for reducing the supply amount of the supporting gas when the temperature on the supply side of the supporting gas detected by the first temperature detecting means is lower than the temperature on the exhaust side detected by the second temperature detecting means; Quantity control means. It is intended.

【0021】したがって請求項5の発明においては、支
燃ガスの流入側の温度が高い場合には、支燃ガスの供給
量が多くなり、その結果、支燃ガスが持ち去る熱量が多
くなって燃焼温度が低下させられる。また反対に排気側
の温度が高い場合には支燃ガスの供給量が低下させら
れ、その結果、支燃ガスの流入側から運び去られる熱量
が少なくなるとともに、排気側に送られる熱量が低下
し、支燃ガスの流入側の温度が上昇し、かつ排気側の温
度が低下する。結局、支燃ガスの流入側と排気側との温
度が平準化され、局部的な過熱状態が防止される。
According to the fifth aspect of the present invention, when the temperature on the inflow side of the supporting gas is high, the supply amount of the supporting gas increases, and as a result, the amount of heat carried away by the supporting gas increases, resulting in the combustion. The temperature is reduced. Conversely, when the temperature on the exhaust side is high, the supply amount of the supporting gas is reduced, and as a result, the amount of heat carried away from the inflow side of the supporting gas is reduced, and the amount of heat sent to the exhaust side is reduced. As a result, the temperature on the inflow side of the supporting gas increases, and the temperature on the exhaust side decreases. As a result, the temperatures of the inflow side and the exhaust side of the supporting gas are leveled, and a local overheating state is prevented.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】つぎにこの発明を図に示す具体例
に基づいて説明する。先ず、改質器としてメタノールお
よび水を改質燃料とした改質器を使用し、かつその改質
器から生じた改質ガスを他の形態のエネルギーに変換す
るエネルギー変換器として燃料電池を使用したシステム
について説明する。図16はその一例を模式的に示して
おり、燃料電池1の燃料極(水素極)側に、改質器2が
接続されている。この改質器2は、改質燃料であるメタ
ノールと水との混合物を水素と二酸化炭素とに改質する
ものであって、改質燃料を加熱する加熱部3と、改質部
4と、CO酸化部5とを備えている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described based on a specific example shown in the drawings. First, a reformer using methanol and water as a reforming fuel is used as a reformer, and a fuel cell is used as an energy converter for converting reformed gas generated from the reformer into another form of energy. The system that has been described will be described. FIG. 16 schematically shows an example of this, in which the reformer 2 is connected to the fuel electrode (hydrogen electrode) side of the fuel cell 1. The reformer 2 reforms a mixture of methanol and water, which are reforming fuels, into hydrogen and carbon dioxide, and includes a heating unit 3 for heating the reforming fuel, a reforming unit 4, A CO oxidation unit 5.

【0023】加熱部3は、改質燃料を加熱してメタノー
ルと水との混合蒸気を生じさせるためのものであり、加
熱のための熱を発生させる燃焼部6とその熱によって改
質燃料を蒸発させる蒸発部7とによって構成されてい
る。その燃焼部6としては、燃焼原料をバーナによって
燃焼させる構造のものや燃焼原料を触媒によって酸化さ
せる構成のものなどを採用することができる。したがっ
てこの燃焼部6には、加熱燃料の一例であるメタノール
を供給するポンプ8がインジェクタ9を介して接続さ
れ、また支燃ガスの一例である空気を供給するエアー供
給部10が設けられている。このエアー供給部10は具
体的には、エアーポンプによって構成されている。
The heating section 3 is for heating the reformed fuel to generate a mixed vapor of methanol and water, and the combustion section 6 for generating heat for heating and the reformed fuel is heated by the heat. And an evaporating section 7 for evaporating. The combustion unit 6 may have a structure in which the combustion raw material is burned by a burner, a structure in which the combustion raw material is oxidized by a catalyst, or the like. Therefore, a pump 8 for supplying methanol, which is an example of a heating fuel, is connected to the combustion unit 6 via an injector 9, and an air supply unit 10 for supplying air, which is an example of a supporting gas, is provided. . The air supply unit 10 is specifically constituted by an air pump.

【0024】また、蒸発部7には、メタノールと水との
混合液を供給する改質燃料供給部としてポンプ11が接
続されている。そしてこの蒸発部7と前記燃焼部6と
は、熱交換器12によって熱伝達可能に連結されてい
る。なお、この加熱部3の更に具体的な構成については
後述する。
A pump 11 is connected to the evaporating section 7 as a reforming fuel supply section for supplying a mixed liquid of methanol and water. The evaporating section 7 and the combustion section 6 are connected by a heat exchanger 12 so that heat can be transmitted. Note that a more specific configuration of the heating unit 3 will be described later.

【0025】前記改質部4は、主としてメタノールと水
との改質反応によって水素リッチなガスを発生させるよ
うに構成されている。具体的には、活性温度が280℃
程度の銅系の触媒を用いて、 CHOH+HO→CO+3H …(1) の改質反応によって水素ガスを主体とする改質ガスを生
成するようになっている。またこの改質部4は、メタノ
ールの部分酸化反応によって水素ガスおよび熱を生じさ
せるようになっており、そのためにエアー供給部13か
ら空気が供給されている。すなわち上記の(1)式で示
される改質反応が吸熱反応であり、これに対してメタノ
ールの部分酸化反応である下記の(2)式の反応が発熱
反応であるから、これらの吸熱量と発熱量とをバランス
させることにより、改質部4の温度をほぼ一定に維持さ
せるようになっている。
The reforming section 4 is configured to generate a hydrogen-rich gas mainly by a reforming reaction between methanol and water. Specifically, the activation temperature is 280 ° C.
Using a copper-based catalyst of a certain degree, a reforming reaction mainly composed of hydrogen gas is generated by a reforming reaction of CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 3H 2 (1). The reforming section 4 generates hydrogen gas and heat by a partial oxidation reaction of methanol. For this purpose, air is supplied from an air supply section 13. That is, the reforming reaction represented by the above formula (1) is an endothermic reaction, whereas the reaction of the following formula (2), which is a partial oxidation reaction of methanol, is an exothermic reaction. By balancing the calorific value, the temperature of the reforming section 4 is maintained substantially constant.

【0026】 CHOH+1/2O→2H +CO …(2)CH 3 OH + / O 2 → 2H 2 + CO 2 (2)

【0027】上記の(1)式で示す改質反応および
(2)式で示す部分酸化反応は理想状態の反応であり、
また二酸化炭素は可逆的に一酸化炭素に変化するので、
実際には、不可避的に一酸化炭素ガスが改質ガスに混入
する。この一酸化炭素は、燃料電池1における燃料極の
触媒を被毒する原因となるので、これを除去するために
CO酸化部5が設けられている。このCO酸化部5は、
CO酸化触媒(図示せず)を備えるとともに、エアー供
給部14を備えており、改質部4で生成させた改質ガス
を通過させることにより、改質ガスに含まれる一酸化炭
素を空気中の酸素によって酸化させるように構成されて
いる。
The reforming reaction represented by the above equation (1) and the partial oxidation reaction represented by the above equation (2) are reactions in an ideal state.
Also, since carbon dioxide changes reversibly to carbon monoxide,
In practice, carbon monoxide gas is inevitably mixed into the reformed gas. Since this carbon monoxide causes poisoning of the catalyst of the fuel electrode in the fuel cell 1, a CO oxidizing unit 5 is provided to remove this. This CO oxidation part 5
A CO oxidation catalyst (not shown) is provided, and an air supply unit 14 is provided. By passing the reformed gas generated by the reforming unit 4, carbon monoxide contained in the reformed gas is removed from the air. It is configured to be oxidized by oxygen.

【0028】一方、燃料電池1は、一例として、プロト
ン透過性のある高分子膜を電解質とし、その電解質膜を
挟んで燃料極(水素極)15と空気極(酸素極)16と
を設け、このような構成の単電池を多数直並列に接続し
て構成されている。各電極15,16は、拡散層と反応
層とによって構成され、燃料極15における反応層は、
例えば炭素に白金やその合金あるいはルテニウムなどの
触媒を担持させた多孔質構造とされている。そしてこの
燃料極15に前記改質器2が連通され、ここに水素ガス
を主体とする改質ガスが供給されるようになっている。
また空気極16には、ポンプなどのエアー供給部17が
接続され、改質ガス中の水素と反応させるための酸素を
供給するようになっている。
On the other hand, in the fuel cell 1, as an example, a proton-permeable polymer membrane is used as an electrolyte, and a fuel electrode (hydrogen electrode) 15 and an air electrode (oxygen electrode) 16 are provided with the electrolyte membrane interposed therebetween. A large number of cells having such a configuration are connected in series and parallel. Each of the electrodes 15 and 16 is composed of a diffusion layer and a reaction layer.
For example, it has a porous structure in which a catalyst such as platinum, an alloy thereof, or ruthenium is supported on carbon. The reformer 2 is connected to the fuel electrode 15, and a reformed gas mainly composed of hydrogen gas is supplied thereto.
Further, an air supply unit 17 such as a pump is connected to the air electrode 16 so as to supply oxygen for reacting with hydrogen in the reformed gas.

【0029】なお、各電極15,16には、外部負荷と
してバッテリー18やインバータ19が閉回路を構成す
るように接続されている。またこの閉回路には、電流セ
ンサ20が介装されている。さらにインバータ19に
は、モータ21が接続されている。このモータ21は、
例えば車両の走行のための動力源とされる。
The electrodes 15 and 16 are connected to a battery 18 and an inverter 19 as external loads so as to form a closed circuit. Further, a current sensor 20 is interposed in this closed circuit. Further, a motor 21 is connected to the inverter 19. This motor 21
For example, it is a power source for running the vehicle.

【0030】上記の燃料極15で生じる水素のイオン化
および電解質膜を介した酸化反応は、燃料電池1に供給
した水素ガスの全てについて生じる訳ではなく、その反
応効率は、数十%であり、したがって燃料極15側から
生じる排ガス(以下、オフガスと記す場合がある。)に
は未利用の可燃性ガスすなわち水素ガスが含まれてい
る。これを有効利用するために、燃料極15側の排ガス
を前記燃焼部6に戻すためにリターン管22が、燃料電
池1と燃焼部6とを連通した状態に配置されている。ま
たこのリターン管22の中間部には、その内部を流動す
るガスの流量を制御するための流量調整弁23が設けら
れている。なお、この流量調整弁23はその開度を電気
的に制御するように構成されている。さらに、このリタ
ーン管22は、その内部を流動するガスを、燃焼部6に
供給せずに適宜に外部に排出できるように構成されてい
る。
The ionization of hydrogen generated at the fuel electrode 15 and the oxidation reaction via the electrolyte membrane do not occur for all of the hydrogen gas supplied to the fuel cell 1, and the reaction efficiency is several tens%. Therefore, the exhaust gas generated from the fuel electrode 15 side (hereinafter sometimes referred to as off-gas) contains an unused combustible gas, that is, hydrogen gas. In order to make effective use of this, a return pipe 22 is disposed in a state in which the fuel cell 1 and the combustion unit 6 communicate with each other in order to return the exhaust gas on the fuel electrode 15 side to the combustion unit 6. Further, a flow regulating valve 23 for controlling the flow rate of the gas flowing inside the return pipe 22 is provided at an intermediate portion thereof. The flow control valve 23 is configured to electrically control the opening. Further, the return pipe 22 is configured so that the gas flowing inside the return pipe 22 can be appropriately discharged to the outside without supplying the gas to the combustion section 6.

【0031】図17に上記の加熱部3の更に具体的な構
成が制御系統と併せて示されている。燃焼部6は、加熱
燃料としてのメタノール(以下、燃焼メタノールと記
す)および/または未利用水素ガスと空気とを一定方向
に流通させる間に、これらの燃焼原料を酸化させる燃焼
室24を備えており、その燃焼室24の流入側にインジ
ェクタ9が配置され、このインジェクタ9から燃焼メタ
ノールを燃焼室24内に噴霧するようになっている。ま
た燃焼室24の流入側で燃焼メタノールの噴霧位置の近
傍に開口するエアー供給口25が形成されており、この
エアー供給口25にエアーポンプ10が接続されてい
る。
FIG. 17 shows a more specific configuration of the heating section 3 together with a control system. The combustion unit 6 includes a combustion chamber 24 for oxidizing the combustion raw material while flowing methanol (hereinafter, referred to as combustion methanol) and / or unused hydrogen gas and air as heating fuel in a certain direction. The injector 9 is arranged on the inflow side of the combustion chamber 24, and the combustion methanol is sprayed from the injector 9 into the combustion chamber 24. Further, an air supply port 25 is formed on the inflow side of the combustion chamber 24 in the vicinity of the spray position of the combustion methanol, and the air pump 10 is connected to the air supply port 25.

【0032】さらに前記燃焼室24のうち前記インジェ
クタ9の近傍に、リターン管22が開口して接続されて
いる。そしてこのリターン管22に介装してある流量調
整弁23を挟んだ両側に、圧力センサ26,27が配置
され、流量調整弁23の上流側の圧力と下流側の圧力と
を検出するようになっている。
Further, a return pipe 22 is opened and connected to the vicinity of the injector 9 in the combustion chamber 24. Pressure sensors 26 and 27 are disposed on both sides of the flow control valve 23 interposed in the return pipe 22 so as to detect the pressure on the upstream side and the pressure on the downstream side of the flow control valve 23. Has become.

【0033】燃焼室24の内部に熱交換器12が配置さ
れている。この熱交換器12は、燃焼室24を横断する
ように気密状態に貫通した複数の蒸発管28を有してお
り、これらの蒸発管28の一方の端部が、給液管29に
連通され、また他方の端部が蒸気管30に連通されてい
る。さらに各蒸発管28の外周面のうち前記燃焼室24
の内部に位置する部分には、酸化触媒31が取り付けら
れている。したがって燃焼室24の内部に供給された燃
焼メタノールや排ガス中の未利用水素ガスがこれらの触
媒31において空気中の酸素により酸化し、発熱するよ
うになっている。そしてこの燃焼による温度を検出する
ためにの温度センサ32が各触媒31もしくは蒸発管2
8に取り付けられている。したがってこれらの温度セン
サ32は、支燃ガスである空気の流入側から排気側に向
けて配列されている。
The heat exchanger 12 is arranged inside the combustion chamber 24. The heat exchanger 12 has a plurality of evaporating pipes 28 penetrating in an airtight manner so as to cross the combustion chamber 24, and one ends of the evaporating pipes 28 are connected to a liquid supply pipe 29. The other end is connected to the steam pipe 30. Further, the combustion chamber 24 on the outer peripheral surface of each evaporator tube 28
The oxidation catalyst 31 is attached to a portion located inside the. Therefore, the unused methanol gas in the combustion methanol and the exhaust gas supplied into the combustion chamber 24 is oxidized by the oxygen in the air in the catalyst 31 to generate heat. Then, a temperature sensor 32 for detecting the temperature due to the combustion is connected to each catalyst 31 or the evaporating pipe 2.
8 attached. Therefore, these temperature sensors 32 are arranged from the inflow side of the air serving as the supporting gas to the exhaust side.

【0034】前記燃焼室24の下流側には排気管33が
接続されており、その排気管33の燃焼室24側の端部
に空燃比センサ(A/Fセンサ)34が配置されてい
る。このA/Fセンサ34は排気中の酸素濃度に応じた
電気信号を出力するように構成されたセンサである。し
たがって加熱部3に供給された燃焼メタノールあるいは
未利用水素ガスと酸素との比率(A/F)を検出するこ
とができる。
An exhaust pipe 33 is connected to the downstream side of the combustion chamber 24, and an air-fuel ratio sensor (A / F sensor) 34 is disposed at an end of the exhaust pipe 33 on the combustion chamber 24 side. The A / F sensor 34 is a sensor configured to output an electric signal according to the oxygen concentration in the exhaust gas. Therefore, the ratio (A / F) of the combustion methanol or the unused hydrogen gas supplied to the heating unit 3 and the oxygen can be detected.

【0035】前記給液管29は改質燃料であるメタノー
ルと水との混合液を蒸発管28に供給するためのもので
あって、改質燃料供給部を構成する給液ポンプ11に接
続されている。これに対して蒸気管30は、蒸発管28
で生じたメタノールと水との混合蒸気を改質部4に供給
するための管路を構成しており、その内部には蒸気温度
を検出するための蒸気温度センサ35が配置されてい
る。
The liquid supply pipe 29 is for supplying a mixed liquid of methanol and water as the reforming fuel to the evaporating pipe 28, and is connected to the liquid supply pump 11 constituting the reforming fuel supply section. ing. On the other hand, the steam pipe 30 is
Constitutes a pipeline for supplying the mixed steam of methanol and water generated in the above to the reforming section 4, and a steam temperature sensor 35 for detecting the steam temperature is disposed inside the pipeline.

【0036】前記各ポンプ8,10,11は電気的に制
御されてその吐出量を適宜に調整するように構成されて
おり、その制御のために電子制御装置(ECU)36が
設けられている。この電子制御装置36は、中央演算処
理装置(CPU)と記憶装置(RAM、ROM)と入出
力インターフェースとを主体とするいわゆるマイクロコ
ンピュータからなるものであり、制御データとして前記
各センサ26,27,32,34,35による検出信号
が入力されている。さらに燃料電池1の負荷を検出する
ための電流センサ20の検出信号が電子制御装置36に
入力されている。なお、前記流量調整弁23の開度をこ
の電子制御装置36によって制御するようになってい
る。
Each of the pumps 8, 10, and 11 is electrically controlled so as to appropriately adjust the discharge amount, and an electronic control unit (ECU) 36 is provided for the control. . The electronic control unit 36 is composed of a so-called microcomputer mainly including a central processing unit (CPU), a storage device (RAM, ROM) and an input / output interface. The detection signals by 32, 34 and 35 are input. Further, a detection signal of the current sensor 20 for detecting the load of the fuel cell 1 is input to the electronic control unit 36. The opening of the flow control valve 23 is controlled by the electronic control unit 36.

【0037】上述した改質器2の基本的な動作について
説明すると、改質燃料であるメタノールと水との混合液
が、給液ポンプ11により給液管29を介して蒸発管2
8に供給される。これに対して燃焼室24には、燃焼メ
タノールがインジェクタ9によって噴霧され、あるいは
これと同時にもしくはこれに替えて未利用水素ガスを含
むオフガスがリターン管22から供給される。また支燃
ガスとして空気がエアーポンプ10によって供給され
る。この燃焼メタノールおよび/または未利用水素ガス
と空気とが酸化触媒31において酸化反応し、すなわち
燃焼し、熱を発生する。その熱によって蒸発管28が加
熱され、その内部の混合液が蒸発し、メタノールと水と
の混合蒸気が生じる。また、燃焼によって生じた排ガス
は排気管33を介して外部に送り出される。
The basic operation of the above-described reformer 2 will be described. A mixed liquid of methanol and water, which is a reforming fuel, is supplied from the supply pump 11 through the supply pipe 29 to the evaporation pipe 2.
8 is supplied. On the other hand, combustion methanol is sprayed into the combustion chamber 24 by the injector 9, or an off-gas containing unused hydrogen gas is supplied from the return pipe 22 at the same time or instead. Air is supplied by the air pump 10 as a supporting gas. The combustion methanol and / or unused hydrogen gas and the air undergo an oxidation reaction in the oxidation catalyst 31, that is, combust to generate heat. The heat heats the evaporator tube 28, evaporating the mixed liquid inside the evaporator tube 28, and generates a mixed vapor of methanol and water. Further, the exhaust gas generated by the combustion is sent out through the exhaust pipe 33 to the outside.

【0038】蒸発管28で生じた混合蒸気は、蒸気管3
0を介して改質部4に送られる。この改質部4に設けら
れた銅系触媒によってメタノールと水との改質反応が生
じ、水素ガスおよび二酸化炭素ガスを主成分とする改質
ガスが生じる。またこれと同時に、エアー供給部13か
ら改質部4に供給された空気とメタノールとの部分酸化
反応が生じる。この部分酸化反応は上述した(2)式で
表され、その結果、水素ガスと二酸化炭素ガスとが生じ
る。メタノールの改質反応は吸熱反応であり、これに対
してメタノールの部分酸化反応は発熱反応であるから、
これらの反応における吸熱量と発熱量とが等しくなるよ
うに反応を制御することにより、改質部4での熱収支を
バランスさせ、改質部4の温度がほぼ一定に維持され
る。したがって改質部4での熱の出入りがないので、前
記燃焼部6で生じさせた熱は、専ら改質燃料の加熱・蒸
発に使用される。
The mixed steam generated in the evaporating pipe 28 is
0 to the reforming section 4. The reforming reaction between methanol and water occurs by the copper-based catalyst provided in the reforming section 4, and a reformed gas mainly composed of hydrogen gas and carbon dioxide gas is generated. At the same time, a partial oxidation reaction between the air supplied from the air supply unit 13 to the reforming unit 4 and methanol occurs. This partial oxidation reaction is represented by the above equation (2), and as a result, hydrogen gas and carbon dioxide gas are generated. Since the reforming reaction of methanol is an endothermic reaction, whereas the partial oxidation reaction of methanol is an exothermic reaction,
By controlling the reactions so that the amount of heat absorbed and the amount of heat generated in these reactions become equal, the heat balance in the reforming section 4 is balanced, and the temperature of the reforming section 4 is maintained substantially constant. Therefore, since heat does not flow in and out of the reforming section 4, the heat generated in the combustion section 6 is used exclusively for heating and evaporating the reformed fuel.

【0039】改質部4で生じるガスは、原理的には、水
素ガスと二酸化炭素ガスであるが、実際には一酸化炭素
ガスがわずか(1%程度)生じる。この一酸化炭素ガス
の大半は、改質ガスがCO酸化部5を通過する際にエア
ー供給部14から供給される空気中の酸素と反応して二
酸化炭素となる。こうして水素リッチなガスとされた改
質ガスが燃料電池1における燃料極15に送られ、その
反応層で水素イオンと電子とを生じるとともに、その水
素イオンが電解質膜を透過して空気極16側で酸素と反
応し、水を生じる。また電子は外部負荷を通って動力を
生じさせる。
The gas generated in the reforming section 4 is, in principle, a hydrogen gas and a carbon dioxide gas, but actually, a small amount (about 1%) of a carbon monoxide gas is generated. Most of the carbon monoxide gas reacts with oxygen in the air supplied from the air supply unit 14 when the reformed gas passes through the CO oxidizing unit 5 to become carbon dioxide. The reformed gas thus converted into a hydrogen-rich gas is sent to the fuel electrode 15 of the fuel cell 1 to generate hydrogen ions and electrons in the reaction layer, and the hydrogen ions penetrate the electrolyte membrane and pass through the air electrode 16 side. Reacts with oxygen to produce water. The electrons also generate power through an external load.

【0040】以上のようにして改質器2で生じさせる改
質ガスの量は、燃料電池1での負荷に応じた量に制御さ
れ、したがって加熱部3で生じさせるメタノールと水と
の混合蒸気の量も燃料電池1での負荷に応じた量に制御
される。この発明に係る制御装置は、この燃料電池1で
の負荷に応じた改質燃料を加熱・蒸発させるために、燃
焼部6での燃焼を以下のように制御する。
As described above, the amount of the reformed gas generated in the reformer 2 is controlled to an amount corresponding to the load on the fuel cell 1, and accordingly, the mixed steam of methanol and water generated in the heating unit 3 Is also controlled to an amount corresponding to the load on the fuel cell 1. The control device according to the present invention controls the combustion in the combustion unit 6 as follows in order to heat and evaporate the reformed fuel according to the load in the fuel cell 1.

【0041】図1はその制御例を説明するためのフロー
チャートであって、先ず、改質燃料(メタノールと水と
の混合液)の量を算出する(ステップS1)。燃料電池
1で使用される水素ガスは、上記の(1)式および
(2)式で表される反応によって生じるから、その改質
率や燃料電池1での水素ガスの利用率さらにはファラデ
ィー定数などに基づいて算出することができる。
FIG. 1 is a flowchart for explaining an example of the control. First, the amount of reformed fuel (mixture of methanol and water) is calculated (step S1). Since the hydrogen gas used in the fuel cell 1 is generated by the reaction represented by the above formulas (1) and (2), the reforming rate, the utilization rate of the hydrogen gas in the fuel cell 1, and the Faraday It can be calculated based on a constant or the like.

【0042】つぎに燃焼部6に供給する燃焼原料の選択
条件を決定する(ステップS2)。具体的には、前記
流量調整弁23の開度V0 (%)が予め定めた最大値V
ou以上、改質燃料の蒸気温度Te (℃)が予め定めた
下限温度Tel以下、制御フラグFacがOFFの3条件
の論理積(and条件)が成立した場合に、加熱燃料で
ある燃焼メタノールの追加供給をおこなう。すなわちこ
れらの3条件が成立していれば、未利用可燃性ガス(オ
フガス水素)を最大限、燃焼部6に供給しているにも関
わらず、改質燃料温度が下限値を下回っていて燃焼部6
での発熱量が不足していることになる。そこで、燃焼部
6に対して未利用可燃性ガスに加えて燃焼メタノールを
追加供給して発熱量を増大させる。いわゆる燃焼メタノ
ールによるアシスト制御を実行する。これと同時に、制
御フラグFacをONにする。
Next, the conditions for selecting the combustion raw material to be supplied to the combustion section 6 are determined (step S2). Specifically, the opening degree V0 (%) of the flow control valve 23 is set to a predetermined maximum value V
When the steam temperature Te (° C.) of the reformed fuel is equal to or lower than the predetermined lower limit temperature Tel and the logical product (and condition) of the three conditions of turning off the control flag Fac is satisfied, the combustion methanol as the heating fuel is discharged. Provide additional supply. That is, if these three conditions are satisfied, the temperature of the reformed fuel is lower than the lower limit and the combustion is performed even though the unused combustible gas (off-gas hydrogen) is supplied to the combustion unit 6 to the maximum. Part 6
Is insufficient. Therefore, in addition to the unused combustible gas, combustion methanol is additionally supplied to the combustion unit 6 to increase the calorific value. The so-called assist control using combustion methanol is executed. At the same time, the control flag Fac is turned ON.

【0043】これとは反対に、燃焼メタノール量を制
御するためのインジェクタ9に対する指令値τ(%)が
0%以下、改質燃料蒸気温度Te (℃)が上限温度T
eu以上、制御フラグFacがONの3条件の論理積(a
nd条件)が成立した場合に、アシスト制御を終了す
る。すなわち、これらの3条件が成立していれば、燃焼
メタノールの供給を停止しても燃焼部6での発熱量が改
質燃料を加熱するのに必要な熱量を上回っていることに
なる。したがって燃焼メタノールを未利用可燃性ガス
(オフガス水素)に追加して燃焼部6に供給するアシス
ト制御を中止する。また同時に制御フラグFacをOFF
にする。
On the contrary, the command value τ (%) for the injector 9 for controlling the amount of combustion methanol is 0% or less, and the reformed fuel vapor temperature Te (° C.)
eu or more, the logical product of the three conditions (a
(nd condition) is satisfied, the assist control is ended. That is, if these three conditions are satisfied, the calorific value in the combustion section 6 exceeds the calorific value necessary to heat the reformed fuel even if the supply of the combustion methanol is stopped. Therefore, the assist control for supplying the combustion methanol to the combustion unit 6 by adding the combustion methanol to the unused combustible gas (off-gas hydrogen) is stopped. At the same time, the control flag Fac is turned off.
To

【0044】このようにして燃焼部6に対する燃焼原料
の選択条件を決定して改質燃料の加熱をおこなった場合
のタイムチャートを図2に示してある。すなわち流量調
整弁23の開度V0 を最大値Vouに設定した状態で、蒸
気温度(改質燃料温度)Teが下限値Tel以下になると
(t1 時点)、燃焼部6での発熱量が不足していること
により、燃焼メタノールの供給が開始される。すなわち
インジェクタ指令値τが所定の値に設定され、また制御
フラグFacがONになる。
FIG. 2 is a time chart when the reforming fuel is heated by determining the conditions for selecting the raw material for combustion in the combustion section 6 in this manner. That is, when the steam temperature (reformed fuel temperature) Te becomes lower than or equal to the lower limit value Tel (at time t1) in a state where the opening degree V0 of the flow control valve 23 is set to the maximum value Vou, the calorific value in the combustion section 6 becomes insufficient. As a result, the supply of the combustion methanol is started. That is, the injector command value τ is set to a predetermined value, and the control flag Fac is turned on.

【0045】その結果、燃焼部6においては未利用可燃
性ガス(オフガス水素)と燃焼メタノールとの燃焼が生
じ、燃焼原料が増量されたことにより燃焼部6での発熱
量が増大する。その場合、蒸気温度に応じてインジェク
タ指令値τ、すなわち燃焼メタノール量が制御される。
As a result, combustion of the unused combustible gas (off-gas hydrogen) and the combustion methanol occurs in the combustion section 6, and the amount of heat generated in the combustion section 6 increases due to an increase in the amount of combustion raw material. In this case, the injector command value τ, that is, the amount of combustion methanol is controlled according to the steam temperature.

【0046】燃焼部6での発熱量の増大や改質燃料量の
減少などによって蒸気温度が次第に上昇すると、それに
応じてインジェクタ指令値τ(燃焼メタノール量)が低
下させられ、改質燃料蒸気温度が上限温度Teuに達した
t2 時点では、インジェクタ指令値τが0%に低下す
る。その状態で改質燃料蒸気温度が上限温度Teu以上で
あれば、燃焼メタノールの供給すなわちアシスト制御が
終了し、制御フラグFacがOFFになる。
When the steam temperature gradually increases due to an increase in the amount of heat generated in the combustion section 6 or a decrease in the amount of reformed fuel, the injector command value τ (combustion methanol amount) is reduced accordingly, and the reformed fuel vapor temperature At time t2 when the temperature reaches the upper limit temperature Teu, the injector command value τ drops to 0%. If the reformed fuel vapor temperature is equal to or higher than the upper limit temperature Teu in this state, the supply of the combustion methanol, that is, the assist control ends, and the control flag Fac is turned off.

【0047】その後、改質燃料蒸気温度Te を目標温度
に設定するために、その温度Te に応じてオフガス用の
流量調整弁23の開度が減少させられ、未利用可燃性ガ
スのみによって改質燃料の加熱がおこなわれる。
Thereafter, in order to set the reformed fuel vapor temperature Te to the target temperature, the opening degree of the off-gas flow control valve 23 is reduced in accordance with the temperature Te, and the reforming is performed only by the unused combustible gas. Heating of the fuel takes place.

【0048】なお、燃焼部6での発熱量を変更してから
改質燃料の温度の変化するまでの間には応答遅れがある
から、燃焼メタノールの供給およびその停止ならびにオ
フガス量の変更の制御のハンチングを防止するために、
前記上限温度Teuと下限温度Telとの間に所定の温度差
(例えば30℃)を設定することが好ましい。
Since there is a response delay between the change in the amount of heat generated in the combustion section 6 and the change in the temperature of the reformed fuel, the supply and stop of the combustion methanol and the control of the change in the off-gas amount are controlled. To prevent hunting
It is preferable to set a predetermined temperature difference (for example, 30 ° C.) between the upper limit temperature Teu and the lower limit temperature Tel.

【0049】上記のように改質燃料の加熱は基本的に
は、未利用可燃性ガスを燃焼させることによっておこな
う。そこで燃焼部6で燃焼させることのできる未利用可
燃性ガスすなわちオフガス中水素量を算出する(ステッ
プS3)。これは、例えば燃料電池1に供給した水素ガ
ス量と、外部に取り出された電力に基づいて算定される
水素ガスの使用量とから求めることができる。
As described above, the heating of the reformed fuel is basically performed by burning the unused combustible gas. Therefore, the amount of unused combustible gas that can be burned in the combustion unit 6, that is, the amount of hydrogen in the off-gas is calculated (step S3). This can be determined, for example, from the amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell 1 and the usage amount of hydrogen gas calculated based on electric power extracted outside.

【0050】未利用可燃性ガス(水素ガス)を燃焼させ
た場合の単位量当たりの発熱量が知られているから、そ
の熱によって改質燃料を加熱する際の効率を考慮するこ
とにより、改質燃料を加熱するために必要なオフガスの
量が知られる。そこでステップS4では、流量調整弁2
3の開度を決定する。上述したアシスト制御が実行され
ている場合、すなわち制御フラグFacがONの場合に
は、流量調整弁23の開度を上限値Vouに固定する。こ
れに対して、アシスト制御がおこなわれていない場合、
すなわち制御フラグFacがOFFの場合には、改質燃料
を加熱するために必要なオフガスの量に基づいて決定す
る。これは、例えば、未利用可燃性ガスの必要量を含有
する排ガス量と、バルブ絞り係数、ならびに流量調整弁
23を挟んだ上流側と下流側との圧力差に基づいて決定
することができる。
Since the calorific value per unit amount when an unused combustible gas (hydrogen gas) is burned is known, it is necessary to consider the efficiency of heating the reformed fuel by the heat to improve the efficiency. The amount of offgas required to heat the quality fuel is known. Therefore, in step S4, the flow control valve 2
3 is determined. When the above-described assist control is being executed, that is, when the control flag Fac is ON, the opening of the flow control valve 23 is fixed to the upper limit value Vou. On the other hand, when the assist control is not performed,
That is, when the control flag Fac is OFF, the determination is made based on the amount of off-gas required to heat the reformed fuel. This can be determined, for example, based on the amount of exhaust gas containing the required amount of unused combustible gas, the valve throttling coefficient, and the pressure difference between the upstream side and the downstream side across the flow control valve 23.

【0051】また一方、未利用可燃性ガスのみによって
は改質燃料を充分に加熱することができない場合に、燃
焼メタノールを燃焼部6に追加供給して燃焼させるの
で、その燃焼メタノール量を算出する(ステップS
5)。燃焼メタノールが酸化した場合の発熱量が知られ
ているから、改質燃料の比熱や蒸発潜熱、改質燃料の
量、改質燃料に対する熱伝達率ならびに改質燃料の目標
温度、さらに制御の遅れに伴う補正量などに基づいてそ
の燃焼メタノール量を決定することができる。なお、こ
の燃焼メタノール量は改質燃料蒸気温度に基づくフィー
ドバック制御によって決定する。
On the other hand, when the reformed fuel cannot be sufficiently heated only by the unused combustible gas, the combustion methanol is additionally supplied to the combustion section 6 for combustion. (Step S
5). Since the calorific value when the combustion methanol is oxidized is known, the specific heat and latent heat of vaporization of the reformed fuel, the amount of the reformed fuel, the heat transfer coefficient to the reformed fuel, the target temperature of the reformed fuel, and the control delay The amount of combustion methanol can be determined on the basis of the correction amount accompanying the above. The amount of combustion methanol is determined by feedback control based on the reformed fuel vapor temperature.

【0052】そしてこのようにして求められた燃焼メタ
ノールの量が前記燃焼部6に供給されるようにインジェ
クタ9に指令信号が出力される(ステップS6)。その
場合、インジェクタ9の上流側の圧力がほぼ一定圧力
(例えば2気圧程度)となるようにポンプ8を制御す
る。これは、インジェクタ9に対する指令値と吐出量と
が一定の関係となるようにするためであり、その結果、
インジェクタ9によって供給される燃焼メタノールの量
が正確になる。
Then, a command signal is output to the injector 9 so that the amount of combustion methanol thus obtained is supplied to the combustion section 6 (step S6). In this case, the pump 8 is controlled so that the pressure on the upstream side of the injector 9 becomes substantially constant (for example, about 2 atm). This is to ensure that the command value for the injector 9 and the discharge amount have a constant relationship. As a result,
The amount of combustion methanol supplied by the injector 9 will be accurate.

【0053】なお、このような燃焼メタノール量のフィ
ードバック制御は、前記制御フラグFacがONの状態、
すなわち燃焼メタノールによるアシスト制御を実行して
いる場合に限られ、それ以外の場合、すなわち制御フラ
グFacがOFFであってアシスト制御が実行されていな
い場合にはインジェクタ9に対する指令値は0%に固定
される。
Note that such feedback control of the amount of combustion methanol is performed in a state where the control flag Fac is ON.
That is, the command value for the injector 9 is fixed to 0% only when the assist control using the combustion methanol is being performed, and in other cases, that is, when the control flag Fac is OFF and the assist control is not being performed. Is done.

【0054】上述した制御をおこなうこの発明の制御装
置によれば、燃料電池1などの改質燃料を使用して他の
形態のエネルギーを出力するエネルギー変換器から不可
避的に生じる未利用可燃性ガスを使用して改質燃料を加
熱し、その加熱熱量が不足する場合に限ってメタノール
などの加熱用の燃料を燃焼させるから、燃料の有効利用
を図って熱効率を向上させることができる。また同時
に、改質燃料の温度を目標温度に維持することができる
ので、水蒸気改質反応や部分酸化改質反応を促進して高
品質な改質ガスを得ることができ、それに伴い燃料電池
1での一酸化炭素による被毒を低減することが可能にな
る。
According to the control device of the present invention for performing the above-described control, the unused combustible gas inevitably generated from the energy converter that outputs another form of energy using the reformed fuel such as the fuel cell 1. Is used to heat the reformed fuel and the fuel for heating such as methanol is combusted only when the heating calorie is insufficient, so that the fuel can be effectively used and the thermal efficiency can be improved. At the same time, since the temperature of the reformed fuel can be maintained at the target temperature, a steam reforming reaction or a partial oxidation reforming reaction can be promoted to obtain a high-quality reformed gas. It is possible to reduce the poisoning by carbon monoxide at the same time.

【0055】ここで、上記の制御をおこなう制御装置と
請求項1および請求項2の発明との関係を説明すると、
上記のステップS2の機能が、請求項1の発明における
熱量検出手段および追加燃焼手段に相当する。また、こ
のステップS2の機能が請求項2の発明における改質燃
料温度検出手段および燃料燃焼停止手段に相当する。
Here, the relationship between the control device for performing the above-mentioned control and the first and second aspects of the present invention will be described.
The function of step S2 corresponds to the calorific value detection means and the additional combustion means in the first aspect of the present invention. Further, the function of step S2 corresponds to the reformed fuel temperature detecting means and the fuel combustion stopping means in the invention of claim 2.

【0056】なお、上記の具体例では、改質燃料蒸気温
度に基づいて熱量の過不足および追加燃焼の要否を判定
するように構成したが、改質燃料を加熱するために必要
とする熱量および未利用可燃性ガスを燃焼させて得られ
る熱量は、共に、改質器2の運転状況に基づいて算定す
ることができるから、加熱熱量の過不足および追加燃焼
の要否を、改質燃料蒸気温度によらずに、改質器2の運
転状況から演算することができる。したがって上記のス
テップS2をこれらの熱量の算定および算定結果の比較
に基づく燃焼原料の選択のステップとすることができ
る。そして請求項1の発明は、「燃焼部で生じさせた熱
によって改質燃料を加熱するとともにその改質燃料を改
質反応によってガス化し、得られた改質ガスを他の形態
のエネルギーに変換するエネルギー変換器に供給し、か
つそのエネルギー変換器で生じた未利用可燃性ガスと加
熱燃料との少なくともいずれか一方を前記燃焼部で燃焼
させる改質器の制御装置において、ガス化させるべき前
記改質燃料の量に基づいて前記燃焼部で発生させる熱量
を算定する加熱熱量算定手段と、前記エネルギー変換器
で生じた未利用可燃性ガスによって発生させることので
きる熱量を算定する回収熱量算定手段と、前記加熱熱量
算定手段で算定された熱量に基づく値が前記回収熱量算
定手段で算定された熱量に基づく値を越えている場合に
前記燃焼部に前記加熱燃料を供給する加熱燃料供給手段
とを備えていることを特徴とする改質器の制御装置。」
として構成することができる。
In the specific example described above, the excess / deficiency of the heat amount and the necessity of the additional combustion are determined based on the reformed fuel vapor temperature. However, the heat amount required for heating the reformed fuel is determined. And the amount of heat obtained by burning the unused combustible gas can both be calculated based on the operating conditions of the reformer 2. The calculation can be performed from the operation state of the reformer 2 irrespective of the steam temperature. Therefore, the above step S2 can be a step of selecting the combustion raw material based on the calculation of the calorific values and the comparison of the calculation results. The first aspect of the invention is that "the reformed fuel is heated by the heat generated in the combustion section, the reformed fuel is gasified by a reforming reaction, and the obtained reformed gas is converted into another form of energy. In a reformer control device that supplies at least one of an unused combustible gas and a heated fuel generated by the energy converter to the energy converter, the control unit controls the gasification. Heating calorie calculating means for calculating the amount of heat generated in the combustion section based on the amount of reformed fuel, and recovered heat calculating means for calculating the amount of heat that can be generated by the unused combustible gas generated in the energy converter When the value based on the calorie calculated by the heating calorie calculating means exceeds the value based on the calorie calculated by the recovered calorie calculating means, Reformer controller, characterized in that a heating fuel supply means for supplying a charge. "
Can be configured as

【0057】ところで、燃焼部6に対して未利用可燃性
ガスや燃焼メタノールを供給して燃焼させた場合、その
燃焼反応や改質燃料に対する熱伝達あるいは外部への放
熱などが全ての箇所で均一に生じるとは限らず、温度の
バラツキが不可避的に生じる。温度のバラツキによって
局部的に高温になると、その部分で溶損が生じるなどの
可能性があるので、これを防止するために、以下に説明
する制御を実行する。
When an unused combustible gas or combustion methanol is supplied to the combustion section 6 for combustion, the combustion reaction, heat transfer to the reformed fuel, or heat radiation to the outside are uniform at all points. The temperature does not always occur, and temperature variations inevitably occur. If the temperature locally rises due to temperature variation, there is a possibility that erosion will occur at that portion, and the control described below is executed to prevent this.

【0058】図3はその一例を示すフローチャートであ
って、先ず、ステップS11およびステップS12でオ
フガス目標流量と燃焼メタノール目標流量とを算出す
る。これは、上述した図1に示す制御に従って実行さ
れ、前記のアシスト制御が実行されている場合には、オ
フガス流量は流量調整弁23の開度を上限値Vouに設定
した量に固定され、またアシスト制御が実行されていな
い場合には、改質燃料の目標温度およびその量に基づい
て算出される。また燃焼メタノールの流量は、アシスト
制御が実行されている場合に、改質燃料の温度や改質燃
料を目標温度に加熱するために不足する熱量に基づいて
算出される。
FIG. 3 is a flow chart showing an example of this. First, in steps S11 and S12, an off-gas target flow rate and a combustion methanol target flow rate are calculated. This is performed in accordance with the control shown in FIG. 1 described above. When the assist control is performed, the off-gas flow rate is fixed to an amount in which the opening degree of the flow control valve 23 is set to the upper limit value Vou. When the assist control has not been executed, the calculation is performed based on the target temperature and the amount of the reformed fuel. Further, the flow rate of the combustion methanol is calculated based on the temperature of the reformed fuel and the amount of heat insufficient to heat the reformed fuel to the target temperature when the assist control is being performed.

【0059】ついで、アシスト制御の実行・不実行に基
づいて、オフガス流量および/または燃焼メタノール流
量が補正される(ステップS13,S14)。具体的に
は、アシスト制御を実行していない場合には、排ガス流
量の補正をおこない、アシスト制御を実行している場合
には、燃焼メタノールの流量の補正をおこなう。
Next, based on the execution / non-execution of the assist control, the off-gas flow rate and / or the combustion methanol flow rate are corrected (steps S13, S14). Specifically, when the assist control is not being performed, the exhaust gas flow rate is corrected, and when the assist control is being performed, the flow rate of the combustion methanol is corrected.

【0060】これらの流量補正は、燃焼部6の温度に基
づいておこなう。すなわち前述した温度センサ32によ
って燃焼部6の各部の温度Tb1,Tb2,…Tbnを検出
し、その検出した温度Tb1,Tb2,…Tbnから代表温度
Tbmを求める。この代表温度Tbmは、燃焼部6における
最も溶損し易い箇所の温度であってもよく、あるいは検
出した温度Tb1,Tb2,…Tbnのうちの最大値であって
もよい。その代表温度Tbmに応じた補正係数Ko ,Km
を設定し、ステップS11もしくはステップS12で算
定された流量Qo ,Qm にその補正係数を掛けて各流量
を補正する。すなわちオフガス流量については、 Qo'=Ko ×Qo 燃焼メタノールの流量については、 Qm'=Km ×Qm である。
These flow rate corrections are performed based on the temperature of the combustion section 6. That is, the temperatures Tb1, Tb2,..., Tbn of the respective parts of the combustion section 6 are detected by the above-described temperature sensor 32, and the representative temperature Tbm is obtained from the detected temperatures Tb1, Tb2,. This representative temperature Tbm may be the temperature of the most liable to be damaged in the combustion section 6 or may be the maximum value of the detected temperatures Tb1, Tb2,... Tbn. Correction coefficients Ko and Km according to the representative temperature Tbm
Is set, and the flow rates Qo and Qm calculated in step S11 or step S12 are multiplied by the correction coefficient to correct each flow rate. That is, the flow rate of the off gas is as follows: Qo '= Ko * Qo The flow rate of the combustion methanol is Qm' = Km * Qm.

【0061】またその補正係数Ko ,Km は、予めマッ
プの形で設定した値を採用することができ、具体的には
図4の(A)および(B)に示す値を採用することがで
きる。すなわち、前記代表温度Tbmが、燃焼部6の許容
上限温度に対して所定温度低い第1の基準温度T1 以下
では、補正係数Ko ,Km が“1”、その第1の基準温
度T1 より高くかつ許容上限温度より低い第2の基準温
度T2 までの範囲では、補正係数Ko ,Km が“1”か
ら“0”まで代表温度Tbmの増大に応じて減少する値と
され、さらにその第2の基準温度T2 以上では“0”に
設定される。
As the correction coefficients Ko and Km, values set in advance in the form of a map can be used, and more specifically, the values shown in FIGS. 4A and 4B can be used. . That is, when the representative temperature Tbm is equal to or lower than the first reference temperature T1 lower than the allowable upper limit temperature of the combustion section 6 by a predetermined temperature, the correction coefficients Ko and Km are "1", which are higher than the first reference temperature T1 and In the range up to the second reference temperature T2, which is lower than the allowable upper limit temperature, the correction coefficients Ko and Km are set to values that decrease from "1" to "0" as the representative temperature Tbm increases. When the temperature is equal to or higher than T2, it is set to "0".

【0062】上述のようにして算出された未利用可燃性
ガスを含むオフガス量および燃焼メタノール量に対する
燃焼エアー量を算定する(ステップS15)。未利用可
燃性ガスおよび燃焼メタノールを完全に燃焼させるため
に必要とする酸素量は、その酸化反応の式に基づいて知
ることができ、また空気中の酸素濃度は既知であり、さ
らに酸化反応時の温度は予め想定することができるか
ら、未利用可燃性ガス量および燃焼メタノール量から必
要とする空気量すなわち空燃比(A/F)を求めること
ができる。
The amount of combustion air with respect to the amount of off-gas containing unused combustible gas and the amount of combustion methanol calculated as described above is calculated (step S15). The amount of oxygen required to completely burn unused combustible gas and combustion methanol can be known based on the equation of the oxidation reaction, and the oxygen concentration in the air is known, Can be assumed in advance, and the required air amount, that is, the air-fuel ratio (A / F) can be obtained from the unused combustible gas amount and the combustion methanol amount.

【0063】以上のようにして排ガス流量および燃焼メ
タノール流量ならびに燃焼エアー量が求まるので、それ
ぞれに応じた指令値を出力する。すなわちリターン管2
2に介装してある流量調整弁23に対してはオフガス流
量を得るための開度指令信号を出力し(ステップS1
6)、インジェクタ9に対しては燃焼メタノール量を得
るように指令信号を出力し(ステップS17)、さらに
前記の算出したエアー量となるようにエアーポンプ10
に指令信号を出力する(ステップS18)。
Since the flow rate of the exhaust gas, the flow rate of the combustion methanol, and the flow rate of the combustion air are obtained as described above, the corresponding command values are output. That is, return pipe 2
An opening command signal for obtaining the off-gas flow rate is output to the flow control valve 23 interposed in Step 2 (Step S1).
6) A command signal is output to the injector 9 so as to obtain the amount of combustion methanol (step S17), and the air pump 10 is further controlled so as to have the calculated air amount.
(Step S18).

【0064】上記の図3に示す制御をおこなった場合の
燃焼部6の代表温度の変化を、比較例と共に図5に示
す。図5の(A)は比較例であって上記の流量補正をお
こなわない場合の例を示しており、改質燃料蒸気温度の
低下に伴ってオフガス量Qo が増量され、所定の遅れ時
間後に燃焼部6の代表温度Tbmが許容上限温度を超えて
しまう。これに対して図5の(B)は上記の流量補正を
おこなった例であり、改質燃料蒸気温度が低下すること
によりオフガス量Qo を増量するとしても、代表温度T
bmが第1の基準温度T1 以上になると、流量が減じられ
るので、燃焼部6での発熱量が低下し、その結果、燃焼
部6の代表温度Tbmが許容上限温度を超えることがな
い。
FIG. 5 shows a change in the representative temperature of the combustion section 6 when the control shown in FIG. 3 is performed, together with a comparative example. FIG. 5A shows a comparative example in which the above-described flow rate correction is not performed. The off-gas amount Qo is increased with a decrease in the reforming fuel vapor temperature, and the combustion is performed after a predetermined delay time. The representative temperature Tbm of the part 6 exceeds the allowable upper limit temperature. On the other hand, FIG. 5B shows an example in which the above flow rate correction is performed. Even if the off-gas amount Qo is increased due to the decrease in the reformed fuel vapor temperature, the representative temperature T
When bm is equal to or higher than the first reference temperature T1, the flow rate is reduced, so that the calorific value in the combustion section 6 is reduced. As a result, the representative temperature Tbm of the combustion section 6 does not exceed the allowable upper limit temperature.

【0065】したがって上記の制御をおこなう制御装置
によれば、燃料電池1の負荷の変動などに伴って改質燃
料量が変化し、それに伴って燃焼部6に要求される熱量
あるいは燃焼原料の供給量が変化した場合であっても、
燃焼部6での局部的な過熱状態を未然に回避でき、燃焼
部6の溶損などの異常を防止することができる。
Therefore, according to the control device for performing the above-described control, the amount of reformed fuel changes with a change in the load of the fuel cell 1 or the like, and accordingly, the amount of heat required for the combustion section 6 or the supply of the combustion raw material is changed. Even if the amount changes,
It is possible to avoid a local overheating state in the combustion section 6 beforehand, and it is possible to prevent an abnormality such as melting of the combustion section 6.

【0066】ここで上記の具体例と請求項3の発明との
関係を述べると、上記のステップS13,S14の機能
が請求項3における燃焼部温度検出手段および燃焼原料
補正手段に相当する。
Here, the relationship between the above specific example and the invention of claim 3 will be described. The functions of steps S13 and S14 correspond to the combustion section temperature detection means and combustion raw material correction means in claim 3.

【0067】この発明の制御装置は、未利用可燃性ガス
によって改質燃料を充分加熱することのできる状態、す
なわち前述したいわゆるアシスト制御をおこなわない場
合には、リターン管22の途中に設けた流量調整弁23
の開度を調整することによりオフガスの流量を制御す
る。その場合、改質燃料の目標蒸気温度に基づいて目標
燃焼温度を設定し、さらにその目標燃焼温度に基づいて
オフガス流量を設定する。また、これと併せて上述のよ
うに燃焼部6での許容上限温度に基づいて流量補正をお
こなう。これは、未利用可燃性ガスのみを燃焼原料とし
て使用する場合と燃焼メタノールを併用する場合とのい
ずれにおいても同様である。そこで、この発明では、コ
ントローラを以下のように構成することが好ましい。
When the reforming fuel can be sufficiently heated by the unused combustible gas, that is, when the so-called assist control is not performed, the control device provided in the return pipe 22 has Regulating valve 23
The off-gas flow rate is controlled by adjusting the opening degree. In that case, the target combustion temperature is set based on the target steam temperature of the reformed fuel, and the off-gas flow rate is further set based on the target combustion temperature. At the same time, the flow rate is corrected based on the allowable upper limit temperature in the combustion unit 6 as described above. This is the same in the case where only the unused combustible gas is used as the combustion raw material and the case where the combustion methanol is used in combination. Therefore, in the present invention, it is preferable to configure the controller as follows.

【0068】図6は、オフガス流量の制御のための構成
を示しており、蒸気温度コントローラ41と、燃焼温度
コントローラ42と、オフガス流量調整弁コントローラ
43とが設けられている。これらのコントローラ41,
42,43のそれぞれは、マイクロコンピュータを主体
として構成されており、蒸気温度コントローラ41は目
標蒸気温度Terと検出された改質燃料蒸気温度Te とに
基づいて、蒸気温度Te が目標温度Terとなるように目
標燃焼温度Tbrを設定する。ここで、目標蒸気温度Ter
は、例えば改質部4での活性温度に基づいた温度(例え
ば330℃)である。
FIG. 6 shows a configuration for controlling the off-gas flow rate, which is provided with a steam temperature controller 41, a combustion temperature controller 42, and an off-gas flow rate regulating valve controller 43. These controllers 41,
Each of 42 and 43 is mainly configured by a microcomputer, and the steam temperature controller 41 turns the steam temperature Te to the target temperature Ter based on the target steam temperature Ter and the detected reformed fuel steam temperature Te. The target combustion temperature Tbr is set as described above. Here, the target steam temperature Ter
Is a temperature (for example, 330 ° C.) based on the activation temperature in the reforming section 4, for example.

【0069】また、燃焼温度コントローラ42は、蒸気
温度コントローラ41から目標燃焼温度Tbrが入力され
る一方、検出された燃焼温度Tb が入力され、これらの
入力データに基づいて演算をおこなってオフガス流量Q
o を設定するように構成されている。さらに、オフガス
流量調整弁コントローラ43は、燃焼温度コントローラ
42から入力される排ガス流量に基づいて前記流量調整
弁23の開度を制御するように構成されている。
The combustion temperature controller 42 receives the target combustion temperature Tbr from the steam temperature controller 41 and the detected combustion temperature Tb, and calculates the off-gas flow rate Q based on the input data.
o is configured to be set. Further, the off-gas flow control valve controller 43 is configured to control the opening of the flow control valve 23 based on the exhaust gas flow input from the combustion temperature controller 42.

【0070】また、図7は、燃焼メタノールの流量制御
のための構成を示しており、蒸気温度コントローラ51
と、燃焼温度コントローラ52と、インジェクタコント
ローラ53とが設けられている。これらのコントローラ
51,52,53のそれぞれは、マイクロコンピュータ
を主体として構成されており、蒸気温度コントローラ5
1は目標蒸気温度Terと検出された改質燃料蒸気温度T
e とに基づいて、蒸気温度Te が目標温度Terとなるよ
うに目標燃焼温度Tbrを設定する。ここで、目標蒸気温
度Terは、例えば改質部4での触媒活性温度に基づいた
温度(例えば330℃)である。
FIG. 7 shows a structure for controlling the flow rate of the combustion methanol.
, A combustion temperature controller 52, and an injector controller 53. Each of these controllers 51, 52, and 53 is mainly configured by a microcomputer, and includes a steam temperature controller 5
1 is the target steam temperature Ter and the detected reformed fuel steam temperature T
Based on e, the target combustion temperature Tbr is set so that the steam temperature Te becomes the target temperature Ter. Here, the target steam temperature Ter is, for example, a temperature (for example, 330 ° C.) based on the catalyst activation temperature in the reforming unit 4.

【0071】また、燃焼温度コントローラ52は、蒸気
温度コントローラ51から目標燃焼温度Tbrが入力され
る一方、検出された燃焼温度Tb が入力され、これらの
入力データに基づいて演算をおこなって燃焼メタノール
量Qbmを設定するように構成されている。さらに、イン
ジェクタコントローラ53は、燃焼温度コントローラ5
2から入力される燃焼メタノール量Qbmに基づいて前記
インジェクタ9による燃焼メタノールの供給量を制御す
るように構成されている。なお、上記の各蒸気温度コン
トローラ41,51をそれぞれ共用し、また各燃焼温度
コントローラ42,52をそれぞれ共用した構成として
もよい。
The combustion temperature controller 52 receives the target combustion temperature Tbr from the steam temperature controller 51 and the detected combustion temperature Tb. The combustion temperature controller 52 calculates the combustion methanol amount based on these input data. It is configured to set Qbm. Further, the injector controller 53 includes the combustion temperature controller 5
It is configured to control the supply amount of combustion methanol by the injector 9 on the basis of the combustion methanol amount Qbm input from Step 2. The above steam temperature controllers 41 and 51 may be commonly used, and the combustion temperature controllers 42 and 52 may be commonly used.

【0072】上記の各蒸気温度コントローラ41,51
における目標燃焼温度Tbrの計算プロセスは共にほぼ同
様であり、これを図8に示してある。先ず、目標燃焼温
度のノミナル値Tbrffを求める(ステップS21)。こ
れは、例えば図9に示すマップから求めることができ
る。この図9に示すマップは、改質メタノールと水との
混合液の量と、これを上述した目標蒸気温度Terに加熱
するために必要とする燃焼温度の目標値との関係を定め
たものであり、実験に基づき、あるいは熱量計算に基づ
いて定められている。したがって改質燃料の流量が決ま
れば、このマップから目標燃焼温度のノミナル値Tbrff
が定まる。なお、この目標燃焼温度としては燃焼部6の
各部位の平均温度あるいは代表温度を採用する。
The above steam temperature controllers 41, 51
The calculation process of the target combustion temperature Tbr is almost the same, and this is shown in FIG. First, a nominal value Tbrff of the target combustion temperature is obtained (step S21). This can be obtained, for example, from the map shown in FIG. The map shown in FIG. 9 defines the relationship between the amount of the mixture of the reformed methanol and water and the target value of the combustion temperature required to heat the mixture to the target steam temperature Ter described above. Yes, it is determined based on experiments or calorimetric calculations. Therefore, if the flow rate of the reforming fuel is determined, the nominal value Tbrff of the target combustion temperature can be obtained from this map.
Is determined. As the target combustion temperature, an average temperature or a representative temperature of each part of the combustion section 6 is adopted.

【0073】つぎに目標燃焼温度の補正をおこなう(ス
テップS22)。すなわち、目標燃焼温度Tbrをノミナ
ル値Tbrffとなるようにしても、外気温度や改質燃料の
温度、流量調整弁23あるいはインジェクタ9のなどの
装置のバラツキが原因となって、蒸気の生成に必要な熱
量が不足し、蒸気温度Te が目標蒸気温度Terとならな
いことがある。ステップS22ではこれを是正するよう
に補正をおこなう。その一例として、補正値Tbrfbを Tbrfb=Kpe(Te −Ter)+KieΣ(Te −Ter) で算出する。ここで、KpeおよびKieは、予め定めた制
御パラメータ、Σ(Te−Ter)は、改質燃料蒸気の目
標値と検出値との偏差の積算値である。また、他の補正
例は、Te −Ter<−εe のとき、Tbrfb=Tbrfb+Δ
e Te −Ter>εe のとき、Tbrfb=Tbrfb−Δeとして
補正値を求める。ここで、εe ,Δeは予め定めた制御
パラメータである。
Next, the target combustion temperature is corrected (step S22). In other words, even if the target combustion temperature Tbr is set to the nominal value Tbrff, it is necessary to generate steam due to variations in the outside air temperature, the temperature of the reformed fuel, and devices such as the flow control valve 23 and the injector 9. In some cases, the amount of heat is insufficient and the steam temperature Te does not reach the target steam temperature Ter. In step S22, a correction is made so as to correct this. As an example, the correction value Tbrfb is calculated as follows: Tbrfb = Kpe (Te−Te) + KieΣ (Te−Ter). Here, Kpe and Kie are predetermined control parameters, and Σ (Te−Te) is an integrated value of a deviation between a target value and a detected value of the reformed fuel vapor. Another example of correction is that when Te−Ter <−εe, Tbrfb = Tbrfb + Δ
When eTe−Ter> εe, a correction value is obtained as Tbrfb = Tbrfb−Δe. Here, εe and Δe are predetermined control parameters.

【0074】つぎに、上記のノミナル値Tbrffに補正値
Tbrfbを加算して目標燃焼温度Tbrを求める(ステップ
S23)。 Tbr=Tbrff+Tbrfb
Next, the target combustion temperature Tbr is determined by adding the correction value Tbrfb to the nominal value Tbrff (step S23). Tbr = Tbrff + Tbrfb

【0075】さらに、燃焼部6の溶損を防止するため
に、上限ガードを設定する(ステップS24)。すなわ
ち Tbr=min(Tbr,TbrMAX) として、算出された値Tbrと予め定めた上限値TbrMAX
とのうちの小さい値を採用する。上記温度コントローラ
41,51ではこれらステップS21ないしステップS
24の制御を実行して目標燃焼温度Tbrを設定する。
Further, an upper limit guard is set in order to prevent erosion of the combustion part 6 (step S24). That is, assuming that Tbr = min (Tbr, TbrMAX), the calculated value Tbr and a predetermined upper limit value TbrMAX
And adopt the smaller value of In the temperature controllers 41 and 51, steps S21 to S21 are performed.
24, the target combustion temperature Tbr is set.

【0076】また一方、各燃焼温度コントローラ42,
52におけるオフガス流量もしくは燃焼メタノール量の
計算プロセスは共にほぼ同様であり、これを図10に示
してある。先ず、未利用可燃性ガスを含む排ガスあるい
は燃焼メタノールの目標量(以下、これらを燃焼原料目
標量と記す)を求める(ステップS31)。これは、例
えば図11に示すマップから求めることができる。この
図11に示すマップは、目標燃焼温度と改質メタノール
および水の混合液の量とから燃焼原料流量を求める三次
元マップであり、実験に基づき、あるいは熱量計算に基
づいて定められている。したがって目標燃焼温度Tbrが
図8に示すルーチンに従って算出され、また改質燃料量
が燃料電池1の負荷に基づいて算出されているから、図
11に示すマップから燃焼原料流量のノミナル値Qbmff
(Qoff)が求められる。
On the other hand, each combustion temperature controller 42,
The calculation process of the off-gas flow rate or the amount of combustion methanol in 52 is almost the same, and is shown in FIG. First, a target amount of exhaust gas containing unused combustible gas or combustion methanol (hereinafter, referred to as a target amount of combustion raw material) is determined (step S31). This can be obtained, for example, from the map shown in FIG. The map shown in FIG. 11 is a three-dimensional map for obtaining the combustion raw material flow rate from the target combustion temperature and the amount of the mixed liquid of reformed methanol and water, and is determined based on experiments or calorific value calculation. Therefore, since the target combustion temperature Tbr is calculated according to the routine shown in FIG. 8 and the reformed fuel amount is calculated based on the load of the fuel cell 1, the nominal value Qbmff of the combustion material flow rate is obtained from the map shown in FIG.
(Qoff) is required.

【0077】このノミナル値Qbmff(Qoff)に対して
補正値Qbmfb(Qofb)を求め(ステップS32)、ま
たその補正値Qbmfb(Qofb)による補正をおこなう
(ステップS33)。これらステップS32およびステ
ップS33は、図8に示すステップS22およびステッ
プS23に対応するステップであり、その補正値の算出
および補正は、ステップS22およびステップS23の
説明で述べたのと同様にしておこなうことができる。す
なわち補正値は、一例として Qbmfb(Qofb)=Kpb(Tb −Tbr)+KibΣ(Tb −
Tbr) で算出する。ここで、KpbおよびKibは、予め定めた制
御パラメータ、Σ(Tb−Tbr)は、燃焼温度の目標値
と検出値との偏差の積算値である。また、他の補正例
は、Tb −Tbr<−εb のとき、Qbmfb(Qofb)=Qb
mfb(Qofb)+Δb Tb −Tbr>εb のとき、Qbmfb(Qofb)=Qbmfb
(Qofb)−Δbとして補正値を求める。ここで、εb
,Δbは予め定めた制御パラメータである。
A correction value Qbmfb (Qofb) is obtained for the nominal value Qbmff (Qoff) (step S32), and a correction based on the correction value Qbmfb (Qofb) is performed (step S33). Steps S32 and S33 correspond to steps S22 and S23 shown in FIG. 8, and the calculation and correction of the correction values are performed in the same manner as described in the description of step S22 and step S23. Can be. That is, the correction value is, for example, Qbmfb (Qofb) = Kpb (Tb−Tbr) + KibΣ (Tb−
Tbr). Here, Kpb and Kib are predetermined control parameters, and Σ (Tb−Tbr) is an integrated value of a deviation between a target value and a detected value of the combustion temperature. Another example of correction is that when Tb−Tbr <−εb, Qbmfb (Qofb) = Qb
When mfb (Qofb) + Δb Tb −Tbr> εb, Qbmfb (Qofb) = Qbmfb
A correction value is obtained as (Qofb) −Δb. Where εb
, Δb are predetermined control parameters.

【0078】つぎに、上記のノミナル値Qbmff(Qof
f)に補正値Qbmfb(Qofb)を加算して目標燃焼原料量
Qbm,Qo を求める(ステップS33)。 Qbm(Qo)=Qbmff(Qoff)+Qbmfb(Qofb)
Next, the nominal value Qbmff (Qof
The correction value Qbmfb (Qofb) is added to f) to determine the target combustion raw material amounts Qbm, Qo (step S33). Qbm (Qo) = Qbmff (Qoff) + Qbmfb (Qofb)

【0079】そしてこのようにして求められた燃焼原料
流量となるように流量調整弁23の開度あるいはインジ
ェクタ9の噴射量を制御する(ステップS34)。これ
は、例えば燃焼原料の流量と指令値との関係を流量調整
弁23やインジェクタ9について実験的に求めて図12
に示すようにマップ化しておき、そのマップから求める
ことができる。
Then, the opening degree of the flow control valve 23 or the injection amount of the injector 9 is controlled so as to obtain the combustion raw material flow rate thus obtained (step S34). This is because, for example, the relationship between the flow rate of the combustion raw material and the command value is experimentally obtained for the flow rate control valve 23 and the injector 9 and FIG.
Can be obtained as a map as shown in FIG.

【0080】したがって上記のように燃焼温度コントロ
ーラ42,52を独立して設け、その燃焼温度コントロ
ーラ42,52によって燃焼部6における上限温度を考
慮した燃焼原料の流量制御を実行するので、燃焼温度が
過剰に高くなったり、それに伴って燃焼部6の溶損が生
じたりすることを確実に防止することができる。またこ
の燃焼温度コントローラ42,52による燃焼原料の流
量制御は、蒸気温度コントローラ41,51による目標
燃焼温度に基づいているので、改質燃料の蒸気温度が適
正に制御されて改質効率が良好になるとともに、改質部
4における触媒の劣化を防止することができる。
Therefore, as described above, the combustion temperature controllers 42 and 52 are independently provided, and the combustion temperature controllers 42 and 52 execute the flow control of the combustion raw material in consideration of the upper limit temperature in the combustion section 6. It is possible to reliably prevent the height from becoming excessively high and the accompanying erosion of the combustion portion 6. Further, since the control of the flow rate of the combustion raw material by the combustion temperature controllers 42 and 52 is based on the target combustion temperature by the steam temperature controllers 41 and 51, the steam temperature of the reformed fuel is appropriately controlled, and the reforming efficiency is improved. At the same time, deterioration of the catalyst in the reforming section 4 can be prevented.

【0081】ここで、この図6ないし図12に示す具体
例と請求項4の発明との関係とを説明すると、図6およ
び図7に示す蒸気温度コントローラ41,51が請求項
4における目標燃焼温度設定手段に相当し、また燃焼温
度コントローラ42,52が燃焼原料量設定手段に相当
する。
Here, the relationship between the specific examples shown in FIGS. 6 to 12 and the invention of claim 4 will be described. The steam temperature controllers 41, 51 shown in FIGS. The combustion temperature controllers 42 and 52 correspond to temperature setting means, and the combustion temperature controllers 42 and 52 correspond to combustion raw material amount setting means.

【0082】ところで、燃焼部6に供給される空気は特
には予熱されていないから、燃焼部6に対して冷却剤と
して機能する。また燃焼部6に導入された空気は、燃焼
によって温度が上昇し、その状態で排気側に流動するこ
とにより排気側に熱を運ぶことになる。そのため、空気
の導入の仕方によって燃焼部6での温度分布が変化する
ので、空気を燃焼部6の温度分布の制御に使用すること
ができる。以下、その例について説明する。
By the way, since the air supplied to the combustion section 6 is not particularly preheated, it functions as a coolant for the combustion section 6. Further, the temperature of the air introduced into the combustion section 6 rises due to the combustion, and flows into the exhaust side in that state, thereby carrying heat to the exhaust side. Therefore, the temperature distribution in the combustion unit 6 changes depending on the way of introducing air, so that the air can be used for controlling the temperature distribution in the combustion unit 6. Hereinafter, the example will be described.

【0083】燃焼部6で発生させた熱によって改質燃料
を加熱する場合、前述したように、改質燃料量やその目
標蒸気温度などに基づいて、未利用可燃性ガスを含む排
ガスの流量や燃焼メタノールの量、その燃焼に必要なエ
アー量を求め、それらの流量を実現するために、流量調
整弁23やインジェクタ9あるいはエアーポンプ10に
所定の指令値を出力する。図13に示す制御例では、こ
れに加えて、検出された燃焼部の温度に基づいて流量を
補正するように構成されている。
When the reformed fuel is heated by the heat generated in the combustion section 6, as described above, the flow rate of the exhaust gas including the unused combustible gas is determined based on the reformed fuel amount and the target steam temperature. A predetermined command value is output to the flow control valve 23, the injector 9, or the air pump 10 in order to obtain the amount of the combustion methanol and the amount of air necessary for the combustion, and to realize the flow rates thereof. In the control example shown in FIG. 13, in addition to this, the flow rate is corrected based on the detected temperature of the combustion section.

【0084】これを具体的に説明すると、オフガスの目
標流量の計算(ステップS41)および燃焼メタノール
の目標流量計算(ステップS42)ならびにエアー流量
の計算(ステップS43)を、図3を参照して説明した
のと同様にしておこなう。ついで、そのエアー流量を補
正する(ステップS44)。
More specifically, the calculation of the target flow rate of the off-gas (step S41), the calculation of the target flow rate of the combustion methanol (step S42), and the calculation of the air flow rate (step S43) will be described with reference to FIG. Do as you did. Next, the air flow rate is corrected (step S44).

【0085】このステップS44のサブルーチンを図1
4に示してある。先ず、燃焼部6における目標温度勾配
Ar を求める(ステップS44−1)。すなわち、燃焼
部6における長手方向(エアーおよび燃焼原料の流入側
から排気側に向けた方向)に対する目標燃焼温度分布
を、改質燃料の流量ごとに実験的にもしくは熱量計算に
基づいて求め、その温度分布を直線近似するとともに、
その傾きを目標温度勾配Ar とする。このようにして設
定した温度分布のマップの一例を図15に示してある。
The subroutine of step S44 is shown in FIG.
It is shown in FIG. First, a target temperature gradient Ar in the combustion section 6 is determined (step S44-1). That is, the target combustion temperature distribution in the longitudinal direction (the direction from the inflow side of the air and the combustion raw material to the exhaust side) in the combustion section 6 is obtained experimentally or based on calorific value calculation for each reformed fuel flow rate. In addition to linear approximation of the temperature distribution,
The gradient is defined as a target temperature gradient Ar. FIG. 15 shows an example of the temperature distribution map set in this way.

【0086】一方、前述した温度センサ32によって検
出された燃焼部6の各部位の温度Tb1,Tb2,…Tbnに
ついて直線近似をおこなうことにより、その温度分布の
勾配Aを求める(ステップS44−2)。その直線近似
は例えば最小自乗法などによっておこなえばよい。
On the other hand, the gradient A of the temperature distribution is obtained by performing linear approximation on the temperatures Tb1, Tb2,... Tbn of the respective parts of the combustion section 6 detected by the temperature sensor 32 (step S44-2). . The linear approximation may be performed by, for example, the least square method.

【0087】このようにして求めた温度勾配Aと前記の
目標温度勾配Ar とに基づいてエアー量の補正値Qafb
を求める(ステップS44−3)。その一例を示すと、 A−Ar >εの場合、Qafb =max(Qafb −Δ,
QafbMIN) A−Ar <−εの場合、Qafb =min(Qafb +
Δ,QafbMax) とする。ここで、εおよびΔは、制御パラメータであ
る。
The correction value Qafb for the air amount is obtained based on the temperature gradient A thus obtained and the target temperature gradient Ar.
Is obtained (step S44-3). As an example, when A-Ar> ε, Qafb = max (Qafb−Δ,
QafbMIN) When A−Ar <−ε, Qafb = min (Qafb +
Δ, QafbMax). Here, ε and Δ are control parameters.

【0088】すなわちの場合は、排気側(下流側)の
温度が高い場合であり、この場合、所定の値Δを減じた
値と補正最小値QafbMINとのうちの大きい方を補正値Q
afbとして採用する。またの場合は、排気側(下流
側)の温度が低い場合であり、この場合は、所定の値Δ
を加えた値と補正最大値QafbMAXとのうちの小さい方を
補正値Qafb として採用する。そしてステップS43で
求められているエアー量Qa に補正値Qafb を加算して
エアー量の補正をおこなう(ステップS44−4)。
That is, the case where the temperature on the exhaust side (downstream side) is high. In this case, the larger of the value obtained by subtracting the predetermined value Δ and the correction minimum value QafbMIN is determined as the correction value QafbMIN.
Adopt as afb. In other cases, the temperature on the exhaust side (downstream side) is low. In this case, the predetermined value Δ
Is used as the correction value Qafb. Then, the correction value Qafb is added to the air amount Qa obtained in step S43 to correct the air amount (step S44-4).

【0089】ついで、排ガス量および燃焼メタノール量
ならびにエアー量が、上記のようにして算出した量とな
るように流量調整弁23、インジェクタ9、エアーポン
プ10に対して指令信号を出力する(ステップS45,
S46,S47)。
Next, a command signal is output to the flow control valve 23, the injector 9, and the air pump 10 so that the exhaust gas amount, the combustion methanol amount, and the air amount become the amounts calculated as described above (step S45). ,
S46, S47).

【0090】このように制御することにより、エアーの
流入側の温度が高い場合には、エアー供給量が増大させ
られてその冷却作用によって流入側の温度が低下させら
れ、かつ排気側の温度が上昇させられる。また反対の場
合には、エアーの流入量が低下するために、流入側の温
度が高くなり、かつ排気側の温度が低下し、その結果、
温度分布が目標とする分布に是正される。すなわち燃焼
部6に局部的な高温箇所が生じることが防止されて、燃
焼部6の溶損などの不都合を未然に回避することができ
る。
By performing such control, when the temperature on the inflow side of the air is high, the air supply amount is increased, the temperature on the inflow side is reduced by the cooling action, and the temperature on the exhaust side is reduced. Can be raised. In the opposite case, the temperature of the inflow side increases and the temperature of the exhaust side decreases due to a decrease in the inflow amount of air. As a result,
The temperature distribution is corrected to the target distribution. That is, it is possible to prevent a local high-temperature portion from being generated in the combustion section 6, and it is possible to prevent inconvenience such as melting of the combustion section 6 beforehand.

【0091】ここで図13ないし図15に示す制御をお
こなう装置と請求項5の発明との関係を説明すると、燃
焼部6に設けられている温度センサ32が請求項5にお
ける第1および第2の温度検出手段に相当し、また図1
3および図14に示すステップS44の機能が請求項5
における支燃ガス量制御手段に相当する。
Here, the relationship between the control device shown in FIGS. 13 to 15 and the invention according to claim 5 will be described. The temperature sensor 32 provided in the combustion section 6 includes the first and second temperature sensors in claim 5. FIG.
The function of step S44 shown in FIG.
Corresponds to the supporting gas amount control means.

【0092】以上、この発明を具体例を参照して説明し
たが、この発明は、上述した各例に限定されないのであ
って、改質器に供給される燃料はメタノールと水との混
合液に限定されず、他の炭化水素を用いたものであって
もよい。また、改質ガスの供給部は、燃料電池に限定さ
れず、他の用途に改質ガスを使用してもよい。さらに、
燃焼部や熱交換器は、図に示す構造に限定されず、必要
に応じて適宜の構造のものを使用してよい。
As described above, the present invention has been described with reference to the specific examples. However, the present invention is not limited to the above examples, and the fuel supplied to the reformer is a mixed solution of methanol and water. There is no limitation, and other hydrocarbons may be used. Further, the supply section of the reformed gas is not limited to the fuel cell, and the reformed gas may be used for other uses. further,
The combustion section and the heat exchanger are not limited to the structures shown in the drawings, and may have an appropriate structure as needed.

【0093】[0093]

【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明によ
れば、燃焼部で発生させる必要のある熱量が、未利用可
燃性ガスの燃焼によって得られる熱量を超えている場合
に、加熱燃料が燃焼部に供給されるので、加熱燃料は、
未利用可燃性ガスによる熱量では不足する場合に限って
使用されることになり、その結果、改質燃料の加熱には
未利用可燃性ガスが最大限使用されるので、加熱燃料の
使用量が少なくなり、全体としてのエネルギー効率を向
上させることができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, when the amount of heat required to be generated in the combustion section exceeds the amount of heat obtained by combustion of the unused combustible gas, the heating fuel Is supplied to the combustion section, so that the heating fuel is
The fuel will be used only when the amount of heat from the unused combustible gas is insufficient.As a result, the maximum amount of the unused combustible gas is used to heat the reformed fuel. And energy efficiency as a whole can be improved.

【0094】また、請求項2の発明によれば、改質燃料
の温度が必要以上に高くなる場合には、加熱燃料の燃焼
部への供給が停止されるので、加熱燃料を不必要に燃焼
させることによるエネルギー効率の低下や改質燃料の温
度が必要以上に高くなることによる改質反応効率の低下
を防止することができる。
According to the second aspect of the present invention, when the temperature of the reformed fuel becomes unnecessarily high, the supply of the heated fuel to the combustion section is stopped. This can prevent the energy efficiency from being lowered and the reforming reaction efficiency from being lowered due to the temperature of the reformed fuel becoming unnecessarily high.

【0095】さらに、請求項3の発明によれば、燃焼部
の温度が所定値以上に高くなった場合、燃焼部で燃焼す
る原料の量を少なくして燃焼部での発熱量を低下させる
ので、燃焼部の異常な温度上昇やそれに伴う損傷を未然
に防止することができる。
Further, according to the third aspect of the present invention, when the temperature of the combustion section becomes higher than a predetermined value, the amount of the raw material burned in the combustion section is reduced to reduce the calorific value in the combustion section. In addition, it is possible to prevent an abnormal rise in the temperature of the combustion section and damage caused thereby.

【0096】請求項4の発明によれば、燃焼部に供給さ
れる燃焼原料の量が目標燃焼温度に基づいて設定される
ので、燃焼部での異常な高温状態が防止され、燃焼部の
損傷を未然に回避でき、また、その目標燃焼温度が改質
燃料の目標温度に基づいて設定されているので、改質燃
料温度が適正化されて改質反応を効率よく生じさせ、さ
らには高品質な改質ガスを得ることができる。
According to the fourth aspect of the invention, since the amount of the raw material supplied to the combustion section is set based on the target combustion temperature, an abnormally high temperature state in the combustion section is prevented, and the combustion section is damaged. In addition, since the target combustion temperature is set based on the target temperature of the reformed fuel, the reformed fuel temperature is optimized and the reforming reaction occurs efficiently, and further, high quality It is possible to obtain a suitable reformed gas.

【0097】そして、請求項5の発明によれば、支燃ガ
スの流入側の温度が高い場合には、支燃ガスの供給量が
多くなり、その結果、支燃ガスが持ち去る熱量が多くな
って燃焼温度が低下させられ、また反対に排気側の温度
が高い場合には支燃ガスの供給量が低下させられ、その
結果、支燃ガスの流入側から運び去られる熱量が少なく
なるとともに、排気側に送られる熱量が低下し、支燃ガ
スの流入側の温度が上昇し、かつ排気側の温度が低下す
る。結局、支燃ガスの流入側と排気側との温度が平準化
され、局部的な過熱状態が防止され、ひいては燃焼部の
溶損などの不都合を未然に回避することができる。
According to the fifth aspect of the invention, when the temperature on the inflow side of the supporting gas is high, the supply amount of the supporting gas increases, and as a result, the amount of heat carried away by the supporting gas increases. When the temperature on the exhaust side is high, the supply amount of the supporting gas is reduced, and as a result, the amount of heat carried away from the inflow side of the supporting gas decreases, The amount of heat sent to the exhaust side decreases, the temperature on the inflow side of the supporting gas increases, and the temperature on the exhaust side decreases. As a result, the temperatures of the inflow side and the exhaust side of the supporting gas are leveled, and a local overheating state can be prevented, and inconveniences such as erosion of the combustion part can be avoided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 請求項1の発明による制御装置で実行される
制御例を説明するためのフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart for explaining a control example executed by a control device according to the invention of claim 1;

【図2】 図1に示す制御を実行した場合の各制御量の
変化を示すタイムチャートである。
FIG. 2 is a time chart showing changes in control amounts when the control shown in FIG. 1 is executed.

【図3】 請求項3の発明による制御装置で実行される
制御例を説明するためのフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart for explaining a control example executed by the control device according to the third aspect of the present invention.

【図4】 その排ガスあるいは燃焼メタノールの補正係
数を示すマップである。
FIG. 4 is a map showing a correction coefficient of the exhaust gas or combustion methanol.

【図5】 図4に示す制御を実行した場合と実行しない
場合との燃焼部の代表温度の変化を示す線図である。
FIG. 5 is a diagram showing a change in a representative temperature of a combustion unit when the control shown in FIG. 4 is executed and when it is not executed.

【図6】 排ガスの流量制御系におけるコントローラの
構成の一例を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing an example of a configuration of a controller in an exhaust gas flow control system.

【図7】 燃焼メタノールの流量制御系におけるコント
ローラの構成の一例を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a configuration of a controller in a combustion methanol flow rate control system.

【図8】 その蒸気温度コントローラで実行される制御
の一例を説明するためのフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart for explaining an example of control executed by the steam temperature controller.

【図9】 燃焼温度目標値を求めるマップの一例を示す
図である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of a map for obtaining a combustion temperature target value.

【図10】 燃焼温度コントローラで実行される制御の
一例を説明するためのフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of control performed by a combustion temperature controller.

【図11】 燃焼原料流量を求めるためのマップの一例
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a map for obtaining a combustion raw material flow rate.

【図12】 算定された燃焼原料量を得るための指令値
を求めるマップの一例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a map for obtaining a command value for obtaining a calculated amount of combustion raw material.

【図13】 請求項5の発明による制御装置で実行され
る制御例を説明するためのフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart for explaining a control example executed by the control device according to the invention of claim 5;

【図14】 エアー流量を補正するためのサブルーチン
を説明するためのフローチャートである。
FIG. 14 is a flowchart illustrating a subroutine for correcting an air flow rate.

【図15】 燃焼部での目標温度勾配のマップの一例を
示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing an example of a map of a target temperature gradient in the combustion section.

【図16】 改質器を燃料電池に接続したシステムの全
体的な構成を模式的に示す図である。
FIG. 16 is a diagram schematically showing an overall configuration of a system in which a reformer is connected to a fuel cell.

【図17】 その加熱部の構造および制御系統を模式的
に示す図である。
FIG. 17 is a diagram schematically showing a structure and a control system of the heating unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料電池、 2…改質器、 3…加熱部、 4…改
質部、 6…燃焼部、7…蒸発部、 9…インジェク
タ、 10…エアーポンプ、 22…リターン管、 2
3…流量調整弁、 24…燃焼室、 32…温度セン
サ、 36…電子制御装置、 41,51…蒸気温度コ
ントローラ、 42,52…燃焼温度コントローラ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... Reformer, 3 ... Heating part, 4 ... Reforming part, 6 ... Combustion part, 7 ... Evaporation part, 9 ... Injector, 10 ... Air pump, 22 ... Return pipe, 2
3 ... Flow control valve, 24 ... Combustion chamber, 32 ... Temperature sensor, 36 ... Electronic control device, 41,51 ... Steam temperature controller, 42,52 ... Combustion temperature controller.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永宮 清美 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 前田 岩夫 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 滝 正佳 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 4G040 EA02 EA06 EB16 EB43 EB44 5H027 AA06 BA01 BA09 BA16 KK41 KK42 MM13  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kiyomi Nagamiya 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (72) Inventor Iwao Maeda 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (72) Inventor Masayoshi Taki 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture F-term in Toyota Motor Corporation (reference) 4G040 EA02 EA06 EB16 EB43 EB44 5H027 AA06 BA01 BA09 BA16 KK41 KK42 MM13

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃焼部で生じさせた熱によって改質燃料
を加熱するとともにその改質燃料を改質反応によってガ
ス化し、得られた改質ガスを他の形態のエネルギーに変
換するエネルギー変換器に供給し、かつそのエネルギー
変換器で生じた未利用可燃性ガスと加熱燃料との少なく
ともいずれか一方を前記燃焼部で燃焼させる改質器の制
御装置において、 前記未利用可燃性ガスと加熱燃料とのいずれか一方を前
記燃焼部で燃焼させた場合の熱量の前記改質燃料を加熱
するために必要な熱量に対する不足状態を検出する熱量
検出手段と、 前記未利用可燃性ガスと加熱燃料とのいずれか一方を前
記燃焼部で燃焼させることによる熱量が不足しているこ
とが検出された場合に未利用可燃性ガスと加熱燃料との
いずれか他方を追加して前記燃焼部に供給する追加燃焼
手段とを備えていることを特徴とする改質器の制御装
置。
An energy converter that heats a reformed fuel by heat generated in a combustion section, gasifies the reformed fuel by a reforming reaction, and converts the obtained reformed gas into another form of energy. A reformer control device for supplying at least one of the unused combustible gas and the heating fuel generated by the energy converter to the combustion unit, wherein the unused combustible gas and the heating fuel And a calorie detecting means for detecting an insufficiency state with respect to the calorific value required to heat the reformed fuel when the calorific value is burned in the combustion unit, and the unused combustible gas and the heated fuel. When it is detected that the amount of heat generated by burning either one of the above in the combustion unit is insufficient, the other of the unused combustible gas and the heating fuel is added and supplied to the combustion unit. Control device of the reformer, characterized in that it comprises an additional combustion unit that.
【請求項2】 前記燃焼部で生じた熱によって加熱され
た改質燃料の温度を検出する改質燃料温度検出手段と、 検出された改質燃料の温度が予め定めた所定温度以上の
場合に、前記燃焼部に対する加熱燃料の供給を停止する
加熱燃料停止手段とを更に備えていることを特徴とする
請求項1に記載の改質器の制御装置。
2. A reformed fuel temperature detecting means for detecting a temperature of the reformed fuel heated by the heat generated in the combustion section, and when the detected temperature of the reformed fuel is equal to or higher than a predetermined temperature. The control device for a reformer according to claim 1, further comprising heating fuel stopping means for stopping supply of the heating fuel to the combustion unit.
【請求項3】 燃焼部で生じさせた熱によって改質燃料
を加熱するとともにその改質燃料を改質反応によってガ
ス化し、得られた改質ガスを他の形態のエネルギーに変
換するエネルギー変換器に供給する改質器の制御装置に
おいて、 前記燃焼部の温度を検出する燃焼部温度検出手段と、 検出された燃焼部の温度に基づいて前記燃焼部に供給す
る燃焼原料の量を減少するように補正する燃焼原料補正
手段とを備えていることを特徴とする改質器の制御装
置。
3. An energy converter that heats the reformed fuel by heat generated in the combustion section, gasifies the reformed fuel by a reforming reaction, and converts the obtained reformed gas into another form of energy. A control unit for the reformer to be supplied to the combustion unit; a combustion unit temperature detecting means for detecting a temperature of the combustion unit; and A control device for a reformer, comprising: a combustion raw material correcting means for correcting the temperature of the fuel.
【請求項4】 燃焼部で生じさせた熱によって改質燃料
を加熱するとともにその改質燃料を改質反応によってガ
ス化する改質器の制御装置において、 前記改質燃料の目標温度に基づいて前記燃焼部での目標
燃焼温度を設定する目標燃焼温度設定手段と、 その目標燃焼温度設定手段で設定された目標燃焼温度に
基づいて前記燃焼部で燃焼させる燃焼原料の量を設定す
る燃焼原料量設定手段とを備えていることを特徴とする
改質器の制御装置。
4. A control device for a reformer, which heats reformed fuel by heat generated in a combustion section and gasifies the reformed fuel by a reforming reaction, wherein the control unit is configured to perform a process based on a target temperature of the reformed fuel. Target combustion temperature setting means for setting a target combustion temperature in the combustion section; and a combustion raw material quantity for setting an amount of combustion raw material to be burned in the combustion section based on the target combustion temperature set by the target combustion temperature setting means. A control device for a reformer, comprising: a setting unit.
【請求項5】 燃焼原料と支燃ガスとの燃焼部での燃焼
反応により生じた熱によって改質燃料を加熱するととも
に、その改質燃料を改質反応によってガス化する改質器
の制御装置において、 前記燃焼部における支燃ガスの供給側の温度を検出する
第1温度検出手段と、 前記燃焼部における排気側の温度を検出する第2温度検
出手段と、 前記第1温度検出手段で検出された支燃ガスの供給側の
温度が、前記第2温度検出手段で検出された排気側の温
度より高い場合に前記支燃ガスの供給量を増量し、かつ
前記第1温度検出手段で検出された支燃ガスの供給側の
温度が、前記第2温度検出手段で検出された排気側の温
度より低い場合に前記支燃ガスの供給量を減量する支燃
ガス量制御手段とを備えていることを特徴とする改質器
の制御装置。
5. A control device for a reformer for heating reformed fuel by heat generated by a combustion reaction of a combustion material and a supporting gas in a combustion section and gasifying the reformed fuel by the reforming reaction. In the above, a first temperature detecting means for detecting a temperature of a supply side of the supporting gas in the combustion part, a second temperature detecting means for detecting a temperature of an exhaust side in the combustion part, and a detection by the first temperature detecting means When the detected temperature on the supply side of the supporting gas is higher than the temperature on the exhaust side detected by the second temperature detecting means, the supply amount of the supporting gas is increased and detected by the first temperature detecting means. And a supporting gas amount control means for reducing the supply amount of the supporting gas when the detected temperature on the supply side of the supporting gas is lower than the temperature on the exhaust side detected by the second temperature detecting means. A control device for a reformer.
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