JP2003212508A - Water supply control method for reforming system - Google Patents
Water supply control method for reforming systemInfo
- Publication number
- JP2003212508A JP2003212508A JP2002016031A JP2002016031A JP2003212508A JP 2003212508 A JP2003212508 A JP 2003212508A JP 2002016031 A JP2002016031 A JP 2002016031A JP 2002016031 A JP2002016031 A JP 2002016031A JP 2003212508 A JP2003212508 A JP 2003212508A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water supply
- gas
- water
- reforming system
- shifter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
- B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
- B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、改質器とシフタ
ーとを備えた改質システムにおける水供給制御方法に関
するものであり、特に、シフターに流入するガスの水分
濃度を制御可能な改質システムの水供給制御方法に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water supply control method in a reforming system including a reformer and a shifter, and more particularly to a reforming system capable of controlling the water concentration of gas flowing into the shifter. The present invention relates to the water supply control method.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池への燃料ガスの供給方法とし
て、メタノールやガソリンなどの炭化水素を含む原燃料
を、改質システムによって水素リッチな燃料ガス(以
下、水素リッチガスと略す)に改質し、この水素リッチ
ガスを燃料電池の燃料ガスとして供給する場合がある
(特開2000−302408号公報等)。例えば、原
燃料であるガソリンを水素リッチガスに改質する改質シ
ステムでは、蒸発器で生成した水蒸気と原燃料であるガ
ソリンとを混合させて改質器に供給し、改質器において
ガソリンを改質反応させて水素リッチガスに改質する。
この水素リッチな改質ガス中には、副反応により発生し
た一酸化炭素(CO)が含まれており、燃料電池に供給
される改質ガス中のCO濃度が高いと、燃料電池のアノ
ードがCO被毒され、燃料電池は出力低下を招く虞があ
る。そこで、この改質システムでは、改質器の下流に熱
交換器、シフター、CO除去器を順に設け、前記熱交換
器で改質ガスを所定温度まで低下させた後、前記シフタ
ーで改質ガス中のCOをシフト反応により二酸化炭素
(CO2)に変成し、さらに残留するCOを前記CO除
去器で酸化させてCO2に変えることにより、改質ガス
中のCO濃度を低減させてからこの改質ガスを燃料電池
のアノードに燃料ガス(水素リッチガス)として供給す
るようにしている。2. Description of the Related Art As a method of supplying fuel gas to a fuel cell, a raw fuel containing hydrocarbons such as methanol and gasoline is reformed into a hydrogen-rich fuel gas (hereinafter abbreviated as hydrogen-rich gas) by a reforming system. In some cases, this hydrogen-rich gas is supplied as the fuel gas for the fuel cell (JP 2000-302408 A, etc.). For example, in a reforming system that reforms gasoline, which is a raw fuel, into hydrogen-rich gas, steam generated in an evaporator and gasoline, which is a raw fuel, are mixed and supplied to the reformer, and the reformer reforms the gasoline. Quality reaction to reform to hydrogen-rich gas.
This hydrogen-rich reformed gas contains carbon monoxide (CO) generated by a side reaction, and if the CO concentration in the reformed gas supplied to the fuel cell is high, the anode of the fuel cell will There is a risk that CO will be poisoned and the output of the fuel cell will decrease. Therefore, in this reforming system, a heat exchanger, a shifter, and a CO remover are provided in this order downstream of the reformer, the reformed gas is lowered to a predetermined temperature by the heat exchanger, and then the reformed gas is changed by the shifter. CO in the reformed gas is reduced by converting CO in the reformed gas into carbon dioxide (CO 2 ) by a shift reaction and further oxidizing the remaining CO into CO 2 by oxidizing the CO in the CO remover. The reformed gas is supplied to the anode of the fuel cell as fuel gas (hydrogen rich gas).
【0003】このような改質システムおよび燃料電池を
搭載した燃料電池自動車では、過渡変動に対する迅速な
応答性が要求される。この場合、燃料電池本体の応答性
は極めて優れており、燃料電池自動車の過渡応答性は改
質システムの過渡応答性によって決定されると言える。A fuel cell vehicle equipped with such a reforming system and a fuel cell is required to have a quick response to transient fluctuations. In this case, the responsiveness of the fuel cell body is extremely excellent, and it can be said that the transient responsiveness of the fuel cell vehicle is determined by the transient responsiveness of the reforming system.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の改質
システムでは、改質システムが定常状態である時も過渡
状態である時も、水と炭化水素系燃料(前例ではガソリ
ン)の噴射比率、すなわち、スチーム/カーボンmol
比率(以下、S/C比と略す)が一定になるように供給
水量および燃料量を制御していた。ところが、水と燃料
では蒸発潜熱が相違するので、過渡時には改質器に流入
するガス(以下、改質器入口ガスと略す)の実質的なS
/C比が安定せず、その結果、改質器から流出する改質
ガス(以下、改質器出口ガスと略す)のCO濃度が安定
しなくなるという問題が生じた。詳述すると、改質器内
では、改質反応により生じたCO2と水素(H)が副反
応を起こし、[化1]に示されるような可逆反応が生じ
る。By the way, in the conventional reforming system, the injection ratio of water and hydrocarbon fuel (gasoline in the previous example), whether the reforming system is in the steady state or in the transient state, That is, steam / carbon mol
The amount of supplied water and the amount of fuel were controlled so that the ratio (hereinafter, abbreviated as S / C ratio) was constant. However, since the latent heat of vaporization differs between water and fuel, the substantial S of the gas flowing into the reformer (hereinafter referred to as the reformer inlet gas) during a transient state.
The / C ratio was not stable, and as a result, there was a problem that the CO concentration of the reformed gas flowing out from the reformer (hereinafter abbreviated as reformer outlet gas) became unstable. More specifically, in the reformer, CO 2 and hydrogen (H) generated by the reforming reaction cause a side reaction, and a reversible reaction as shown in [Chemical Formula 1] occurs.
【0005】[0005]
【化1】 [Chemical 1]
【0006】この可逆反応における平衡定数Kpは[数
1]に示すように表される。また、図16はこの平衡定
数Kpと温度との関係を示している。The equilibrium constant Kp in this reversible reaction is expressed as shown in [Equation 1]. FIG. 16 shows the relationship between the equilibrium constant Kp and temperature.
【0007】[0007]
【数1】 [Equation 1]
【0008】ここで、例えば、改質システムの出力を増
大した場合(燃料電池自動車用の改質システムであれば
車両の加速時に相当)、定常時と同じS/C比で水およ
び燃料を増大させても、前述したように蒸発潜熱の相違
に起因して水が蒸発しにくいため、改質器入口ガスの実
質的なS/C比は定常時よりも燃料リッチ(換言すれ
ば、水の濃度が減少)となる。この現象は出力増大率
(車両の加速率)が高ければ高いほど顕著に現れる。そ
して、改質器内の温度が一定に制御されているものとす
ると、平衡定数Kpは固定になり、改質器内の水の濃度
が減ると、前記平衡がCOリッチサイドに移行し、CO
濃度が上昇する。Here, for example, when the output of the reforming system is increased (in the case of a reforming system for a fuel cell vehicle, this corresponds to acceleration of the vehicle), water and fuel are increased at the same S / C ratio as in the steady state. However, as described above, since water is less likely to evaporate due to the difference in latent heat of vaporization, the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas is fuel-rich (in other words, water). Concentration decreases). This phenomenon becomes more remarkable as the output increase rate (vehicle acceleration rate) is higher. If the temperature in the reformer is controlled to be constant, the equilibrium constant Kp becomes fixed, and when the concentration of water in the reformer decreases, the equilibrium shifts to the CO rich side, and CO
The concentration increases.
【0009】図6は、出力増大時における前記熱交換器
から流出するガス(以下、熱交換器出口ガスと略す)の
水分濃度の挙動を実験的に求め、その実験結果をグラフ
化したものであり、図において実線は上述の如く定常時
と同じS/C比で水および燃料の供給量を制御した場合
を示している。この実験結果から、出力信号の増加に伴
って、熱交換器出口ガスの水分濃度が低下することがわ
かる。また、図7は、出力増大時における前記シフター
から流出するガス(以下、シフター出口ガスと略す)の
CO濃度の挙動を実験的に求め、その実験結果をグラフ
化したものであり、図において実線は上述の如く定常時
と同じS/C比で水および燃料の供給量を制御した場合
を示している。この実験結果から、出力信号の増加に伴
って、シフター出口ガスのCO濃度が上昇することがわ
かる。FIG. 6 is a graph in which the behavior of the water concentration of the gas flowing out from the heat exchanger (hereinafter, abbreviated as heat exchanger outlet gas) when the output is increased is experimentally obtained and the experimental result is graphed. The solid line in the figure shows the case where the water and fuel supply amounts are controlled at the same S / C ratio as in the steady state as described above. From this experimental result, it can be seen that the water concentration of the heat exchanger outlet gas decreases as the output signal increases. Further, FIG. 7 is a graph in which the behavior of the CO concentration of the gas flowing out from the shifter (hereinafter, abbreviated as shifter outlet gas) when the output is increased is experimentally obtained, and the experimental result is graphed. Shows the case where the supply amounts of water and fuel are controlled at the same S / C ratio as in the steady state as described above. From this experimental result, it can be seen that the CO concentration of the shifter outlet gas increases as the output signal increases.
【0010】このようにしてシフター出口ガスのCO濃
度が上昇すると、CO除去器に対する負荷が大きくな
り、したがって、CO除去器では多量のCOを除去する
ために過剰な酸化用空気を供給しなければならなくなる
が、そうすると、せっかく燃料電池用の燃料として発生
させた水素までも燃焼させてしまう結果となり、システ
ム効率が低下してしまう。When the CO concentration of the shifter outlet gas rises in this way, the load on the CO remover increases, and therefore the CO remover must supply an excessive amount of oxidizing air in order to remove a large amount of CO. However, if this happens, even hydrogen generated as fuel for the fuel cell will be burned, resulting in a decrease in system efficiency.
【0011】また、改質システムの出力急増後(急加速
後)の出力減少時(減速時)には、出力急増時に蒸発せ
ずに蒸発器内に滞留していた水が遅れて蒸発することか
ら、出力減少時に定常時と同じS/C比で水および燃料
を減少させても、改質器入口ガスの実質的なS/C比は
定常時よりも水リッチとなる。その結果、改質器内にお
ける前記平衡がCOリーンサイドに移行し、CO濃度が
低下する。この場合、S/C比を一定でCO除去器にC
O酸化用空気を供給する際には、実質の空気が過剰とな
り、水素を燃焼させてしまい、やはり効率を低下させ
る。そこで、この発明は、シフターに流入するガスの水
分濃度を安定させることができる改質システムの水供給
制御方法を提供するものである。Further, when the output of the reforming system decreases (decelerates) after the output rapidly increases (after deceleration), the water retained in the evaporator does not evaporate when the output suddenly increases and evaporates with a delay. Therefore, even if the water and fuel are reduced at the same S / C ratio as in the steady state when the output is reduced, the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas becomes water richer than in the steady state. As a result, the equilibrium in the reformer shifts to the CO lean side, and the CO concentration decreases. In this case, keep the S / C ratio constant and
When the air for O-oxidation is supplied, the substantial amount of air becomes excessive and hydrogen is burned, which also reduces the efficiency. Therefore, the present invention provides a water supply control method for a reforming system capable of stabilizing the water concentration of gas flowing into a shifter.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この出願の第1の発明は、原燃料(例えば、後述す
る実施の形態におけるガソリン)をガス化したのち改質
して水素リッチなガスを生成する改質器(例えば、後述
する実施の形態における改質器2)と、前記改質器で生
成された生成ガス(例えば、後述する実施の形態におけ
る改質ガス)に含まれる一酸化炭素をシフト反応により
除去するシフター(例えば、後述する実施の形態におけ
るシフター4)と、前記原燃料に対して水を供給する第
1の水供給手段(例えば、後述する実施の形態における
水供給管11、第1制御弁12、メインインジェクタ1
3)と、を備えた改質システムにおける水供給制御方法
において、前記生成ガスの湿度を検出し、検出された湿
度に応じて前記第1の水供給手段による水供給量を制御
することを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the first invention of this application is to hydrogenate a raw fuel (for example, gasoline in the embodiments described later) by gasifying and then reforming it. Included in a reformer (for example, the reformer 2 in the embodiment described later) that generates various gases and a generated gas (for example, the reformed gas in the embodiment described later) generated by the reformer. A shifter for removing carbon monoxide by a shift reaction (for example, shifter 4 in the embodiment described later) and a first water supply means for supplying water to the raw fuel (for example, water in the embodiment described later). Supply pipe 11, first control valve 12, main injector 1
3) and a water supply control method in a reforming system comprising: detecting the humidity of the generated gas, and controlling the amount of water supplied by the first water supply means according to the detected humidity. And
【0013】このように構成することにより、検出した
生成ガスの湿度が低い時には第1の水供給手段による水
供給量を増大させることにより、生成ガスの水分濃度を
上げることができ、検出した生成ガスの湿度が高い時に
は第1の水供給手段による水供給量を減少させることに
より、生成ガスの水分濃度を下げることができる。した
がって、シフターに流入する生成ガスの水分濃度を常に
安定させることが可能になる。With this configuration, when the detected humidity of the generated gas is low, the water concentration of the generated gas can be increased by increasing the amount of water supplied by the first water supply means, and the detected generated gas can be increased. When the humidity of the gas is high, the water concentration of the produced gas can be lowered by reducing the amount of water supplied by the first water supply means. Therefore, it becomes possible to always stabilize the moisture concentration of the produced gas flowing into the shifter.
【0014】また、この出願の第2の発明は、原燃料
(例えば、後述する実施の形態におけるガソリン)をガ
ス化したのち改質して水素リッチなガスを生成する改質
器(例えば、後述する実施の形態における改質器2)
と、前記改質器で生成された生成ガス(例えば、後述す
る実施の形態における改質ガス)に含まれる一酸化炭素
をシフト反応により除去するシフター(例えば、後述す
る実施の形態におけるシフター4)と、前記原燃料に対
して水を供給する第1の水供給手段(例えば、後述する
実施の形態における水供給管11、第1制御弁12、メ
インインジェクタ13)と、を備えた改質システムにお
ける水供給制御方法において、前記生成ガスに対して水
を供給する第2の水供給手段(例えば、後述する実施の
形態における水供給管17、第2制御弁18、サブイン
ジェクタ19)を備え、前記生成ガスの湿度を検出し、
検出された湿度に応じて前記第2の水供給手段による水
供給量を制御することを特徴とする。A second invention of this application is a reformer (for example, which will be described later) that gasifies a raw fuel (for example, gasoline in the embodiment described later) and then reforms it to produce a hydrogen-rich gas. Reformer 2 in the embodiment
And a shifter for removing carbon monoxide contained in the produced gas (for example, the reformed gas in the embodiment described later) generated by the reformer by a shift reaction (for example, the shifter 4 in the embodiment described below). And a first water supply means for supplying water to the raw fuel (for example, a water supply pipe 11, a first control valve 12, and a main injector 13 in an embodiment described later). In the water supply control method according to the second aspect, a second water supply means (for example, a water supply pipe 17, a second control valve 18, a sub-injector 19 in an embodiment described later) for supplying water to the generated gas is provided, Detecting the humidity of the generated gas,
It is characterized in that the amount of water supplied by the second water supply means is controlled according to the detected humidity.
【0015】このように構成することにより、検出した
生成ガスの湿度が低い時には、第2の水供給手段による
水供給量を増大させることにより、シフターに流入する
生成ガスの水分濃度を上げることができる。したがっ
て、シフターに流入する生成ガスの水分濃度を安定させ
ることが可能になる。With this configuration, when the detected humidity of the generated gas is low, the water concentration of the generated gas flowing into the shifter can be increased by increasing the amount of water supplied by the second water supply means. it can. Therefore, it becomes possible to stabilize the moisture concentration of the generated gas flowing into the shifter.
【0016】前記第1の発明あるいは第2の発明におい
て、前記生成ガスの湿度が低くなるにしたがって前記水
供給量を増大するように制御すると、検出した生成ガス
の湿度が低ければ低いほど水供給量を急増させることが
できるので、シフターに流入する生成ガスの水分濃度を
迅速に上げることができる。In the first invention or the second invention, when the water supply amount is controlled to increase as the generated gas humidity decreases, the lower the detected product gas humidity, the more the water supply. Since the amount can be rapidly increased, the water concentration of the product gas flowing into the shifter can be rapidly increased.
【0017】また、この出願の第3の発明は、原燃料
(例えば、後述する実施の形態におけるガソリン)をガ
ス化したのち改質して水素リッチなガスを生成する改質
器(例えば、後述する実施の形態における改質器2)
と、前記改質器で生成された生成ガス(例えば、後述す
る実施の形態における改質ガス)に含まれる一酸化炭素
をシフト反応により除去するシフター(例えば、後述す
る実施の形態におけるシフター4)と、前記原燃料に対
して水を供給する第1の水供給手段(例えば、後述する
実施の形態における水供給管11、第1制御弁12、メ
インインジェクタ13)と、を備えた改質システムにお
ける水供給制御方法において、前記改質システムに要求
される生成ガス量の変化率を算出し、この変化率に応じ
て前記第1の水供給手段による水供給量を制御すること
を特徴とする。A third invention of this application is a reformer (for example, which will be described later) which gasifies a raw fuel (for example, gasoline in the embodiment described later) and then reforms it to produce a hydrogen-rich gas. Reformer 2 in the embodiment
And a shifter for removing carbon monoxide contained in the produced gas (for example, the reformed gas in the embodiment described later) generated by the reformer by a shift reaction (for example, the shifter 4 in the embodiment described below). And a first water supply means for supplying water to the raw fuel (for example, a water supply pipe 11, a first control valve 12, and a main injector 13 in an embodiment described later). In the water supply control method according to the first aspect, the rate of change in the amount of generated gas required for the reforming system is calculated, and the amount of water supplied by the first water supply means is controlled according to the rate of change. .
【0018】このように構成することにより、算出され
た生成ガス量の変化率から改質システムが出力増大時か
出力減少時かを判定することができ、出力増大時である
と判定された時には、第1の水供給手段による水供給量
を増大させることにより、生成ガスの水分濃度を上げる
ことができ、出力減少時であると判定された時には、第
1の水供給手段による水供給量を減少させることによ
り、生成ガスの水分濃度を下げることができる。したが
って、シフターに流入する生成ガスの水分濃度を常に安
定させることが可能になる。With such a configuration, it is possible to determine from the calculated rate of change of the produced gas amount whether the reforming system is in the output increasing or the output decreasing, and when it is determined that the output is increasing. By increasing the amount of water supplied by the first water supply means, it is possible to increase the water concentration of the produced gas, and when it is determined that the output is decreasing, the amount of water supply by the first water supply means is increased. By reducing the amount, the water concentration of the produced gas can be lowered. Therefore, it becomes possible to always stabilize the moisture concentration of the produced gas flowing into the shifter.
【0019】また、この出願の第4の発明は、原燃料
(例えば、後述する実施の形態におけるガソリン)をガ
ス化したのち改質して水素リッチなガスを生成する改質
器(例えば、後述する実施の形態における改質器2)
と、前記改質器で生成された生成ガス(例えば、後述す
る実施の形態における改質ガス)に含まれる一酸化炭素
をシフト反応により除去するシフター(例えば、後述す
る実施の形態におけるシフター4)と、前記原燃料に対
して水を供給する第1の水供給手段(例えば、後述する
実施の形態における水供給管11、第1制御弁12、メ
インインジェクタ13)と、を備えた改質システムにお
ける水供給制御方法において、前記生成ガスに対して水
を供給する第2の水供給手段(例えば、後述する実施の
形態における水供給管17、第2制御弁18、サブイン
ジェクタ19)を備え、前記改質システムに要求される
生成ガス量の変化率を算出し、この変化率に応じて前記
第2の水供給手段による水供給量を制御することを特徴
とする。A fourth invention of this application is a reformer (for example, which will be described later) which gasifies a raw fuel (for example, gasoline in the embodiment described later) and then reforms it to produce a hydrogen-rich gas. Reformer 2 in the embodiment
And a shifter for removing carbon monoxide contained in the produced gas (for example, the reformed gas in the embodiment described later) generated by the reformer by a shift reaction (for example, the shifter 4 in the embodiment described below). And a first water supply means for supplying water to the raw fuel (for example, a water supply pipe 11, a first control valve 12, and a main injector 13 in an embodiment described later). In the water supply control method according to the second aspect, a second water supply means (for example, a water supply pipe 17, a second control valve 18, a sub-injector 19 in an embodiment described later) for supplying water to the generated gas is provided, It is characterized in that the rate of change in the amount of generated gas required for the reforming system is calculated, and the amount of water supplied by the second water supply means is controlled in accordance with this rate of change.
【0020】このように構成することにより、算出され
た生成ガス量の変化率から改質システムが出力増大時か
出力減少時かを判定することができ、出力増大時と判定
された時には、第2の水供給手段による水供給量を増大
させることにより、シフターに流入する生成ガスの水分
濃度を上げることができる。したがって、シフターに流
入する生成ガスの水分濃度を常に安定させることが可能
になる。With such a configuration, it is possible to determine from the calculated rate of change of the produced gas amount whether the reforming system is at the time of output increase or output decrease, and when it is determined to be the output increase time, By increasing the amount of water supplied by the water supply means No. 2, it is possible to increase the water content of the generated gas flowing into the shifter. Therefore, it becomes possible to always stabilize the moisture concentration of the produced gas flowing into the shifter.
【0021】前記第3の発明あるいは第4の発明におい
て、生成ガス量の変化率を、改質システムが搭載される
車両のアクセルの開度の変化率から求めるようにした場
合には、車両の過渡状態に改質システムを素早く追従さ
せることができる。In the third invention or the fourth invention, when the rate of change of the generated gas amount is obtained from the rate of change of the accelerator opening of the vehicle in which the reforming system is mounted, The reforming system can be made to follow the transient state quickly.
【0022】また、前記第3の発明あるいは第4の発明
において、生成ガス量の変化率が正方向に増大するにし
たがって水供給量の増加を大きくするように制御した場
合には、生成ガス量の変化率が正方向に増大すればする
ほど水供給量を急増させることができるので、シフター
に流入する生成ガスの水分濃度を迅速に上げることがで
きる。Further, in the third invention or the fourth invention, when the increase in the water supply amount is controlled to increase as the rate of change of the generated gas amount increases in the positive direction, the generated gas amount increases. Since the water supply amount can be rapidly increased as the rate of change in the positive direction increases, the water concentration of the product gas flowing into the shifter can be rapidly increased.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下、この発明に係る改質システ
ムの水供給制御方法の実施の形態を図1から図15の図
面を参照して説明する。なお、以下に記載する各実施の
形態における改質システムは、燃料電池自動車に搭載さ
れたエネルギー発生装置としての燃料電池に供給される
燃料ガスを生成する改質システムとしての態様であり、
改質システムは、前述したように、ガソリンまたはメタ
ノールなどの炭化水素を含む原燃料を、水蒸気改質等に
より水素リッチガスに改質し、燃料電池に供給する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a water supply control method for a reforming system according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS. 1 to 15. The reforming system in each of the embodiments described below is an aspect as a reforming system that generates fuel gas to be supplied to a fuel cell as an energy generator mounted on a fuel cell vehicle,
As described above, the reforming system reforms a raw fuel containing hydrocarbons such as gasoline or methanol into hydrogen-rich gas by steam reforming or the like, and supplies the hydrogen-rich gas to the fuel cell.
【0024】〔第1の実施の形態〕初めに、この発明の
第1の実施の形態を図1から図8の図面を参照して説明
する。図1は改質システムの概略構成を示している。こ
の実施の形態における改質システムは、蒸発器1、オー
トサーマル式の改質器2、熱交換器3、シフター4、熱
交換器付きCO除去器5、を主要構成としており、原燃
料としてのガソリンを水素リッチガスに改質して燃料電
池50に供給する。燃料電池50は固体高分子電解質膜
型の燃料電池であり、アノードに供給される燃料ガス中
の水素と、カソードに供給される酸化剤ガスとしての空
気中の酸素との電気化学反応により発電を行う。[First Embodiment] First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS. 1 to 8. FIG. 1 shows a schematic configuration of the reforming system. The reforming system in this embodiment mainly includes an evaporator 1, an autothermal reformer 2, a heat exchanger 3, a shifter 4, and a CO remover 5 with a heat exchanger, and serves as a raw fuel. The gasoline is reformed into hydrogen-rich gas and supplied to the fuel cell 50. The fuel cell 50 is a solid polymer electrolyte membrane fuel cell, and generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen in the fuel gas supplied to the anode and oxygen in the air as the oxidant gas supplied to the cathode. To do.
【0025】蒸発器1には、水供給管11および第1制
御弁12を介してメインインジェクタ13から水が供給
されるとともに、空気供給管14を介して改質用空気が
供給されるようになっている。メインインジェクタ13
から供給される水の供給量は、制御装置90からの指令
に基づいて第1制御弁12によって制御可能になってい
る。なお、この実施の形態の形態において、水供給管1
1、第1制御弁12、メインインジェクタ13は、第1
の水供給手段を構成する。また、蒸発器1は内部に触媒
燃焼器(図示せず)を備えており、燃料電池50から排
出される水素オフガスと空気オフガスがオフガス管2
3,24を介してこの触媒燃焼器に導入されて燃焼さ
れ、この時に発生する熱で、蒸発器1に導入される前記
水を気化させて水蒸気にするとともに、改質用空気を加
熱する。Water is supplied to the evaporator 1 from the main injector 13 via the water supply pipe 11 and the first control valve 12, and reforming air is supplied via the air supply pipe 14. Has become. Main injector 13
The amount of water supplied from the first control valve 12 can be controlled based on a command from the control device 90. In the embodiment, the water supply pipe 1
1, the first control valve 12, the main injector 13 is the first
It constitutes the water supply means. Further, the evaporator 1 is provided with a catalytic combustor (not shown) inside, and the hydrogen off gas and the air off gas discharged from the fuel cell 50 are supplied to the off gas pipe 2.
Introduced into the catalytic combustor through 3, 24 and burned, the heat generated at this time vaporizes the water introduced into the evaporator 1 into steam and heats the reforming air.
【0026】蒸発器1で発生させた水蒸気と加熱された
改質用空気は、混合されて蒸発器1から原料ガス供給管
15を介し、熱交換器3を経由して改質器2に供給され
る。また、原料ガス供給管15において熱交換器3より
も上流側の所定部位には、燃料供給装置6により原燃料
としてのガソリンが噴射されるようになっており、原料
ガス供給管15内に噴射されたガソリンは水蒸気および
改質用空気の熱によって気化されて原燃料ガスとなり、
水蒸気および改質用空気と混合されて原料ガス供給管1
5を流れていく。以下、水蒸気、改質用空気、原燃料ガ
ス(ガソリン)の混合流体を原料ガスと称す。原料ガス
供給管15内に噴射されるガソリンの噴射量は、制御装
置90からの指令に基づき燃料供給装置6によって制御
可能になっている。また、原料ガスは熱交換器3を通過
する際に、改質器2から流出する高温の改質ガスと非接
触で熱交換することによって加熱され、原料ガス中に液
状のガソリンが存在している場合にはこれを気化させ
る。The steam generated in the evaporator 1 and the heated reforming air are mixed and supplied from the evaporator 1 to the reformer 2 via the raw material gas supply pipe 15 and the heat exchanger 3. To be done. Further, gasoline as a raw fuel is injected by the fuel supply device 6 into a predetermined portion of the raw material gas supply pipe 15 upstream of the heat exchanger 3 and is injected into the raw material gas supply pipe 15. The generated gasoline is vaporized by the heat of steam and reforming air to become raw fuel gas,
Raw gas supply pipe 1 mixed with steam and reforming air
Flow through 5. Hereinafter, a mixed fluid of steam, reforming air, and raw fuel gas (gasoline) is referred to as a raw material gas. The injection amount of gasoline injected into the raw material gas supply pipe 15 can be controlled by the fuel supply device 6 based on a command from the control device 90. When the raw material gas passes through the heat exchanger 3, the raw material gas is heated by exchanging heat with the high-temperature reformed gas flowing out of the reformer 2 in a non-contact manner, and liquid gasoline is present in the raw material gas. If so, vaporize this.
【0027】改質器2は内部に改質触媒を備えており、
この改質触媒の触媒作用により改質器2内で部分酸化と
水蒸気改質が行われ、その結果、原料ガス中のガソリン
(原燃料ガス)は水素リッチな改質ガス(生成ガス)に
改質される。前記改質触媒としては、Pt,Rh等の貴
金属触媒、またはNi触媒を例示することができる。な
お、この改質ガスには、副反応により生じたCOが数%
程度含まれている。The reformer 2 has a reforming catalyst inside,
Due to the catalytic action of this reforming catalyst, partial oxidation and steam reforming are performed in the reformer 2, and as a result, the gasoline (raw fuel gas) in the raw material gas is converted to a hydrogen-rich reformed gas (produced gas). Be quality. Examples of the reforming catalyst include noble metal catalysts such as Pt and Rh, and Ni catalysts. It should be noted that this reformed gas contains several% of CO generated by the side reaction.
The degree is included.
【0028】改質器2で改質された改質ガスは、改質ガ
ス供給管16を介して熱交換器3に供給される。改質ガ
スは極めて高温であり、この高温のまま下流のシフター
4に供給することができないので、熱交換器3において
原料ガス供給管15を流れる原料ガスと非接触で熱交換
することにより、改質ガスを冷却する。これと同時に、
前述したように改質ガスの排熱を利用して原料ガスを加
熱している。The reformed gas reformed by the reformer 2 is supplied to the heat exchanger 3 via the reformed gas supply pipe 16. Since the reformed gas is extremely hot and cannot be supplied to the downstream shifter 4 at this high temperature, the reformed gas is exchanged with the raw material gas flowing through the raw material gas supply pipe 15 in the heat exchanger 3 in a non-contact manner. Cool the quality gas. At the same time,
As described above, the exhaust gas of the reformed gas is used to heat the raw material gas.
【0029】改質ガス供給管16の途中には、水供給管
17および第2制御弁18を介してサブインジェクタ1
9から水が供給可能にされており、制御装置90からの
指令に基づき第2制御弁18によって供給水量を制御す
ることができるようになっている。なお、この実施の形
態において、水供給管17、第2制御弁18、サブイン
ジェクタ19は、第2の水供給手段を構成する。In the middle of the reformed gas supply pipe 16, a sub-injector 1 is provided via a water supply pipe 17 and a second control valve 18.
The water can be supplied from 9 and the amount of supplied water can be controlled by the second control valve 18 based on a command from the control device 90. In addition, in this embodiment, the water supply pipe 17, the second control valve 18, and the sub-injector 19 constitute second water supply means.
【0030】熱交換器3で冷却された改質ガスは改質ガ
ス供給管20を介してシフター4に供給される。前述し
たように、改質器2から出てくる改質ガスはCO濃度が
高く、これをそのまま燃料電池50のアノードに供給す
ることができないので、シフター4によりCOを除去す
る。シフター4は内部にシフト触媒を備えており、この
シフト触媒の触媒作用によりシフター4の内部でシフト
反応が行われ、改質ガス中の多くのCOがCO2に変成
せしめられる。前記シフト触媒としては、Pt系または
CuZn触媒を例示することができる。The reformed gas cooled by the heat exchanger 3 is supplied to the shifter 4 via the reformed gas supply pipe 20. As described above, since the reformed gas discharged from the reformer 2 has a high CO concentration and cannot be directly supplied to the anode of the fuel cell 50, CO is removed by the shifter 4. The shifter 4 has a shift catalyst inside, and a shift reaction is performed inside the shifter 4 by the catalytic action of the shift catalyst, so that a large amount of CO in the reformed gas is converted to CO 2 . Examples of the shift catalyst include Pt-based or CuZn catalysts.
【0031】シフター4によってCOを除去せしめられ
た改質ガスは改質ガス供給管21を介してCO除去器5
に供給される。CO除去器5は内部にCOを選択酸化す
るCO除去触媒を備えており、このCO除去触媒の触媒
作用により改質ガス中に微量に残留するCOがCO2に
酸化せしめられる。CO除去触媒としては、白金(P
t)やルテニウム(Ru)等の酸化触媒を例示すること
ができる。また、CO除去器5は熱交換器5aを内蔵し
た構造にされており、改質ガスはCO除去器5を通過す
る間に冷却される。このようにしてCOを除去されると
ともに所定温度まで冷却された改質ガスは、CO除去器
5から水素リッチガス供給管22を介して、水素リッチ
ガスとして燃料電池1のアノードに供給される。The reformed gas from which CO has been removed by the shifter 4 passes through the reformed gas supply pipe 21 and the CO remover 5
Is supplied to. The CO remover 5 includes a CO removing catalyst that selectively oxidizes CO, and a small amount of CO remaining in the reformed gas is oxidized to CO 2 by the catalytic action of the CO removing catalyst. As a CO removal catalyst, platinum (P
Examples of the oxidation catalyst include t) and ruthenium (Ru). Further, the CO remover 5 has a structure in which a heat exchanger 5 a is built in, and the reformed gas is cooled while passing through the CO remover 5. The reformed gas thus removed of CO and cooled to a predetermined temperature is supplied from the CO remover 5 to the anode of the fuel cell 1 as hydrogen-rich gas through the hydrogen-rich gas supply pipe 22.
【0032】また、改質ガス供給管20には、改質ガス
供給管20を流れる改質ガスの一部を分岐して流すバイ
パス管25が接続されており、バイパス管25には、バ
イパス管25を流れる改質ガスを所定温度まで冷却する
ガス冷却器26と、ガス冷却器26で冷却された改質ガ
スの湿度を検出する湿度センサ27が設けられている。
すなわち、湿度センサ27は、熱交換器3から流出する
改質ガスの湿度を検出する。Further, the reformed gas supply pipe 20 is connected with a bypass pipe 25 for branching and flowing a part of the reformed gas flowing through the reformed gas supply pipe 20, and the bypass pipe 25 is connected to the bypass pipe 25. A gas cooler 26 for cooling the reformed gas flowing through 25 to a predetermined temperature and a humidity sensor 27 for detecting the humidity of the reformed gas cooled by the gas cooler 26 are provided.
That is, the humidity sensor 27 detects the humidity of the reformed gas flowing out from the heat exchanger 3.
【0033】この改質システムにおいては、改質システ
ムで生成される水素リッチガス(換言すれば、CO除去
器5から燃料電池50に燃料ガスとして供給される燃料
ガス)の流量が定常状態である時には、メインインジェ
クタ13から蒸発器1に供給される水と、燃料供給装置
6から原料ガス供給管15に噴射される燃料との比、す
なわちS/C比が一定値となるように、メインインジェ
クタ13からの水噴射量と燃料供給装置6からの燃料噴
射量を制御する。なお、この定常時にはサブインジェク
タ19からの水噴射は行わない。In this reforming system, when the flow rate of the hydrogen-rich gas generated in the reforming system (in other words, the fuel gas supplied from the CO remover 5 to the fuel cell 50 as the fuel gas) is in a steady state. , The main injector 13 so that the ratio of the water supplied from the main injector 13 to the evaporator 1 and the fuel injected from the fuel supply device 6 to the raw material gas supply pipe 15, that is, the S / C ratio becomes a constant value. The amount of water injection from the fuel injection device and the amount of fuel injection from the fuel supply device 6 are controlled. In this steady state, water injection from the sub-injector 19 is not performed.
【0034】しかしながら、改質システムで生成される
水素リッチガスの流量が過渡状態である時にも、定常状
態と同じS/C比でメインインジェクタ13からの水噴
射量と燃料供給装置6からの燃料噴射量を制御したので
は、前述したようにシフター4から流出する改質ガス
(以下、シフター出口ガスと略す)のCO濃度が安定し
なくなり、これに起因して問題が生じることは前述した
とおりである。すなわち、出力増大時(車両加速時)に
は、シフター出口ガス中のCO濃度が高くなってCO除
去器5の負荷が大きくなり、CO除去器5に酸化用空気
を定常時よりも過剰に供給しなければならなくなり、そ
の結果、改質ガス中の水素まで燃焼させてしまい、シス
テム効率が悪くなる。However, even when the flow rate of the hydrogen-rich gas generated in the reforming system is in a transient state, the water injection amount from the main injector 13 and the fuel injection from the fuel supply device 6 are kept at the same S / C ratio as in the steady state. If the amount is controlled, as described above, the CO concentration of the reformed gas (hereinafter, abbreviated as shifter outlet gas) flowing out from the shifter 4 becomes unstable, which causes a problem as described above. is there. That is, when the output is increased (when the vehicle is accelerated), the CO concentration in the shifter outlet gas is increased and the load on the CO remover 5 is increased, so that the oxidizing air is supplied to the CO remover 5 in excess of the steady state. Must be done, and as a result, even hydrogen in the reformed gas is burned, resulting in poor system efficiency.
【0035】本発明者は、上述のように出力増大時にシ
フター出口ガスのCO濃度が高くなるのは、シフター4
に流入する改質ガス(換言すれば、改質器2から流出す
る改質ガス)の水分濃度が低いことに原因があると推察
した。そこで、これを裏付けるために、シフター4に流
入する改質ガス(以下、シフター入口ガスと略す)のC
O濃度を一定にして、該改質ガスの水分濃度だけを変え
て、シフター出口ガスのCO濃度を測定したところ、図
2および図3の実験結果を得た。この実験結果から、シ
フト触媒を同一温度で比較すると、水分濃度が高いほど
シフター出口ガスのCO濃度が低くなることがわかる。
例えば、シフト触媒温度T1では、シフター入口ガスの
水分濃度が20%の時にシフター出口ガスのCO濃度が
1.4%であるのに対して、シフター入口ガスの水分濃
度が30%の時にはシフター出口ガスのCO濃度が0.
8%に低下する。The inventor of the present invention, as described above, has a high CO concentration in the shifter outlet gas when the output is increased.
It was speculated that this was caused by the low water concentration of the reformed gas flowing in (in other words, the reformed gas flowing out of the reformer 2). Therefore, in order to support this, C of the reformed gas (hereinafter abbreviated as shifter inlet gas) flowing into the shifter 4
When the O concentration was kept constant and only the water concentration of the reformed gas was changed to measure the CO concentration of the shifter outlet gas, the experimental results shown in FIGS. 2 and 3 were obtained. From the results of this experiment, it is understood that, when the shift catalysts are compared at the same temperature, the higher the water concentration is, the lower the CO concentration of the shifter outlet gas is.
For example, at the shift catalyst temperature T1, the CO concentration of the shifter outlet gas is 1.4% when the moisture concentration of the shifter inlet gas is 20%, while the CO concentration of the shifter inlet gas is 30%. The CO concentration of the gas is 0.
It drops to 8%.
【0036】そこで、第1の実施の形態では、シフター
入口ガスの水分濃度を一定に制御することにより、シフ
ター出口ガスのCO濃度が一定になるようにした。そし
て、シフター入口ガスの水分濃度を一定に制御するため
に、シフター入口ガスの湿度を湿度センサ27で検出
し、その検出結果に応じて、サブインジェクタ19から
水噴射を行ったり、メインインジェクタ13からの水噴
射量を減量(停止も含む)したりすることとした。Therefore, in the first embodiment, the CO concentration of the shifter outlet gas is made constant by controlling the moisture concentration of the shifter inlet gas to be constant. Then, in order to control the moisture concentration of the shifter inlet gas at a constant level, the humidity of the shifter inlet gas is detected by the humidity sensor 27, and water is jetted from the sub-injector 19 or from the main injector 13 according to the detection result. It was decided to reduce (including stopping) the water injection amount of.
【0037】次に、この実施の形態における改質システ
ムの水供給制御について、図4のフローチャートに従っ
て説明する。図4に示すフローチャートは水供給制御ル
ーチンを示し、この水供給制御ルーチンは、改質システ
ムの暖機完了後、ECU90によって一定時間毎に実行
される。Next, the water supply control of the reforming system in this embodiment will be described with reference to the flow chart of FIG. The flowchart shown in FIG. 4 shows a water supply control routine, and this water supply control routine is executed by the ECU 90 at regular time intervals after the completion of warming up of the reforming system.
【0038】初めに、湿度センサ27により検出された
シフター入口ガスの湿度を読み込み(ステップS10
1)、その湿度値に基づき、図5に示す湿度・S/Cマ
ップを参照して、改質器2に流入するガス(以下、改質
器入口ガスと略す)の実質的なS/C比を算出する(ス
テップS102)。なお、図5の湿度・S/Cマップ
は、予め実験的に求めた改質器入口ガスの実質的なS/
C比とシフター入口ガスの湿度との関係に基づいて作成
されており、湿度が低いほどS/C比は小さくなってい
る。First, the humidity of the shifter inlet gas detected by the humidity sensor 27 is read (step S10).
1) Based on the humidity value, referring to the humidity / S / C map shown in FIG. 5, the substantial S / C of the gas flowing into the reformer 2 (hereinafter referred to as reformer inlet gas). The ratio is calculated (step S102). The humidity / S / C map of FIG. 5 shows the substantial S / C of the reformer inlet gas obtained experimentally in advance.
It is created based on the relationship between the C ratio and the humidity of the shifter inlet gas, and the lower the humidity, the smaller the S / C ratio.
【0039】次に、ステップS102で算出した改質器
入口ガスの実質的なS/C比が、目標S/C比よりも小
さいか否かを判定する(ステップS103)。なお、こ
の目標S/C比は、改質システムの定常時におけるS/
C比と同じである。ステップS103における判定結果
が「YES」(目標S/C比よりも小さい:燃料リッ
チ)である場合は、サブインジェクタ19からの水噴射
を実行して(ステップS104)、本ルーチンの実行を
一旦終了する。この場合、サブインジェクタ19からの
水噴射量は、ステップS102で算出した改質器入口ガ
スの実質的なS/C比と目標S/C比との差に基づいて
算出される水の不足分とする。Next, it is determined whether or not the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas calculated in step S102 is smaller than the target S / C ratio (step S103). The target S / C ratio is S / C in the steady state of the reforming system.
It is the same as the C ratio. If the determination result in step S103 is "YES" (smaller than the target S / C ratio: fuel rich), water injection from the sub-injector 19 is executed (step S104), and the execution of this routine is once terminated. To do. In this case, the water injection amount from the sub-injector 19 is the water shortage amount calculated based on the difference between the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas calculated in step S102 and the target S / C ratio. And
【0040】なお、シフター入口ガスの湿度が低いほど
改質器入口ガスの実質的なS/C比は小さく、実質的な
S/C比と目標S/C比との差は大きくなり、水の不足
量が多くなる。したがって、シフター入口ガスの湿度が
低いほど、サブインジェクタ19からの水噴射量を多く
する。これにより、シフター4に流入する改質ガスの水
分濃度を迅速に上げることができ、ひいては、改質シス
テムの過渡応答性が向上する。The lower the humidity of the shifter inlet gas, the smaller the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas, and the larger the difference between the substantial S / C ratio and the target S / C ratio becomes. The shortage of water will increase. Therefore, the lower the humidity of the shifter inlet gas, the larger the amount of water injected from the sub-injector 19. As a result, the moisture concentration of the reformed gas flowing into the shifter 4 can be rapidly increased, and the transient response of the reforming system is improved.
【0041】一方、ステップS103における判定結果
が「NO」(目標S/C比より小さくない)である場合
は、ステップS102で算出した改質器入口ガスの実質
的なS/C比が目標S/C比よりも大きいか否かを判定
する(ステップS105)。ステップS105における
判定結果が「YES」(目標S/C比より大きい:水リ
ッチ)である場合は、メインインジェクタ13からの水
噴射量を減量し(ステップS106)、本ルーチンの実
行を一旦終了する。ここで、水噴射量の減量には、水噴
射量をゼロにする(すなわち、メインインジェクタ13
からの水噴射を停止する)場合も含むものとする。この
場合、メインインジェクタ13からの水噴射の減少量
は、ステップS102で算出した改質器入口ガスの実質
的なS/C比と目標S/C比との差に基づいて算出す
る。ステップS105における判定結果が「NO」(目
標S/C比より大きくない)である場合は、ステップS
102で算出した改質器入口ガスの実質的なS/C比が
目標S/C比と一致しているので、現状を維持して本ル
ーチンの実行を一旦終了する。On the other hand, if the determination result in step S103 is "NO" (not smaller than the target S / C ratio), the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas calculated in step S102 is the target S / C ratio. It is determined whether it is larger than the / C ratio (step S105). If the determination result in step S105 is "YES" (greater than the target S / C ratio: water rich), the water injection amount from the main injector 13 is reduced (step S106), and the execution of this routine is once terminated. . Here, in order to reduce the water injection amount, the water injection amount is set to zero (that is, the main injector 13
The case of stopping the water injection from) is also included. In this case, the reduction amount of water injection from the main injector 13 is calculated based on the difference between the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas calculated in step S102 and the target S / C ratio. If the determination result in step S105 is "NO" (not larger than the target S / C ratio), step S105
Since the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas calculated in 102 matches the target S / C ratio, the current state is maintained and the execution of this routine is once terminated.
【0042】図6および図7における一点鎖線は、前述
のように水供給制御を実行した時のシフター入口ガスの
水分濃度とシフター出口ガスのCO濃度を測定した結果
である。図6に示す実験結果から、前述のように水供給
制御を行うと、出力信号の増加があった時にもシフター
入口ガスの水分濃度が従来よりも格段に安定することが
わかる。また、図7に示す実験から、前述のように水供
給制御を行うと、出力信号の増加があった時にもシフタ
ー出口ガスのCO濃度が従来よりも格段に安定すること
がわかる。すなわち、シフター入口ガスの水分濃度が安
定すると、シフター4が常に最適条件で運転されるよう
になり、その結果、シフター出口ガスのCO濃度が安定
する。The alternate long and short dash lines in FIGS. 6 and 7 are the results of measuring the water concentration of the shifter inlet gas and the CO concentration of the shifter outlet gas when the water supply control is executed as described above. From the experimental results shown in FIG. 6, it can be seen that when the water supply control is performed as described above, the water concentration of the shifter inlet gas is much more stable than before even when the output signal increases. Further, from the experiment shown in FIG. 7, it can be seen that when the water supply control is performed as described above, the CO concentration of the shifter outlet gas becomes much more stable than before even when the output signal increases. That is, when the moisture concentration of the shifter inlet gas becomes stable, the shifter 4 is always operated under the optimum condition, and as a result, the CO concentration of the shifter outlet gas becomes stable.
【0043】このように過渡時においてもシフター出口
ガスのCO濃度を安定させることができると、CO除去
器5は定常時と同様の酸化用空気供給量で十分にCO除
去性能を発揮することができるようになり、その結果、
定常時とほぼ同じ水素濃度およびCO濃度の水素リッチ
ガスを生成することができ、その水素リッチガスを燃料
電池50に供給することができるようになる。すなわ
ち、前述の水供給制御を実行することにより、改質シス
テムは過渡時においてもシステム効率を安定させること
が可能になる。なお、図8に示す水供給制御パターン表
におけるNO.1は、この第1の実施の形態における水
供給制御パターンを示している。If the CO concentration of the shifter outlet gas can be stabilized even in the transient state, the CO remover 5 can sufficiently exhibit the CO removing performance with the same supply amount of oxidizing air as in the steady state. And as a result,
It is possible to generate a hydrogen-rich gas having substantially the same hydrogen concentration and CO concentration as in the regular state, and to supply the hydrogen-rich gas to the fuel cell 50. That is, by executing the above-described water supply control, the reforming system can stabilize the system efficiency even during a transition. In addition, NO. In the water supply control pattern table shown in FIG. 1 shows the water supply control pattern in this 1st Embodiment.
【0044】〔第2の実施の形態〕次に、この発明の第
2の実施の形態を図9の図面を参照して説明する。前述
した第1の実施の形態では、改質器入口ガスの実質的な
S/C比が目標S/C比よりも燃料リッチにずれたとき
には、定常状態と同じS/C比でメインインジェクタ1
3からの水噴射量と燃料供給装置6からの燃料噴射量を
制御した上で、サブインジェクタ19からの水噴射を実
行することにより、シフター入口ガスの水分濃度を安定
させ、シフター出口ガスのCO濃度を安定させるように
している。[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawing of FIG. In the above-described first embodiment, when the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas deviates to the fuel rich from the target S / C ratio, the main injector 1 has the same S / C ratio as the steady state.
By controlling the water injection amount from the fuel injection device 3 and the fuel injection amount from the fuel supply device 6, the water injection from the sub-injector 19 is executed to stabilize the water concentration of the shifter inlet gas and reduce the CO 2 of the shifter outlet gas. I try to stabilize the concentration.
【0045】これに対して、第2の実施の形態では、改
質器入口ガスの実質的なS/C比が目標S/C比よりも
燃料リッチにずれたときは、メインインジェクタ13か
らの水噴射量と燃料供給装置6からの燃料噴射量のS/
C比を水リッチ側に意識的にずらすことにより、蒸発器
1における水の蒸発量を積極的に増加させ、これにより
改質器入口ガスの実質的なS/C比を目標S/C比に制
御し、改質器2およびその下流のシステムを定常時と同
じ運転条件で作動させるようにした。On the other hand, in the second embodiment, when the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas deviates to the fuel rich from the target S / C ratio, the main injector 13 outputs the fuel. S / of the water injection amount and the fuel injection amount from the fuel supply device 6
By intentionally shifting the C ratio to the water-rich side, the amount of water evaporated in the evaporator 1 is positively increased, whereby the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas is increased to the target S / C ratio. The reformer 2 and the system downstream thereof are operated under the same operating conditions as in the steady state.
【0046】なお、第2の実施の形態における改質シス
テムの構成は、第1の実施の形態のシステム構成からサ
ブインジェクタ19を除いただけであり、それ以外の構
成は全く同じであるので、図1を援用するものとする。
第2の実施の形態における改質システムの水供給制御に
ついて、図9のフローチャートに従って説明する。図9
に示す水供給制御ルーチンも、第1の実施の形態と同
様、改質システムの暖機完了後、ECU90によって一
定時間毎に実行される。The configuration of the reforming system according to the second embodiment is the same as that of the system configuration according to the first embodiment except that the sub-injector 19 is removed, and the other configurations are exactly the same. 1 shall be used.
Water supply control of the reforming system according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. Figure 9
Similarly to the first embodiment, the water supply control routine shown in (7) is also executed by the ECU 90 at regular time intervals after the completion of warming up of the reforming system.
【0047】初めに、湿度センサ27により検出された
シフター入口ガスの湿度を読み込み(ステップS20
1)、その湿度値に基づき、図5に示す湿度・S/Cマ
ップを参照して改質器入口ガスの実質的なS/C比を算
出する(ステップS202)。次に、ステップS202
で算出した改質器入口ガスの実質的なS/C比が、目標
S/C比よりも小さいか否かを判定する(ステップS2
03)。なお、この目標S/C比は、改質システムの定
常時におけるS/C比と同じである。First, the humidity of the shifter inlet gas detected by the humidity sensor 27 is read (step S20).
1) Based on the humidity value, the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas is calculated with reference to the humidity / S / C map shown in FIG. 5 (step S202). Next, step S202.
It is determined whether or not the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas calculated in step 3 is smaller than the target S / C ratio (step S2).
03). The target S / C ratio is the same as the S / C ratio when the reforming system is in a steady state.
【0048】ステップS203における判定結果が「Y
ES」(目標S/C比よりも小さい:燃料リッチ)であ
る場合は、メインインジェクタ13からの水噴射量を定
常時における噴射量よりも増量して(ステップS20
4)、メインインジェクタ13から噴射される水の量と
燃料供給装置6から噴射される燃料量とから算出される
S/C比(以下、見かけ上のS/C比という)を水リッ
チに制御し、本ルーチンの実行を一旦終了する。この場
合、メインインジェクタ13からの水噴射の増加量は、
ステップS202で算出した改質器入口ガスの実質的な
S/C比と目標S/C比との差に基づいて算出される。The determination result in step S203 is "Y.
In the case of “ES” (smaller than the target S / C ratio: fuel rich), the water injection amount from the main injector 13 is increased from the injection amount in the steady state (step S20).
4), S / C ratio (hereinafter referred to as apparent S / C ratio) calculated from the amount of water injected from the main injector 13 and the amount of fuel injected from the fuel supply device 6 is controlled to be water-rich Then, the execution of this routine is once ended. In this case, the increase amount of water injection from the main injector 13 is
It is calculated based on the difference between the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas calculated in step S202 and the target S / C ratio.
【0049】なお、シフター入口ガスの湿度が低いほど
改質器入口ガスの実質的なS/C比は小さく、実質的な
S/C比と目標S/C比との差は大きくなり、水の不足
量が多くなる。したがって、シフター入口ガスの湿度が
低いほど、メインインジェクタ13からの水噴射の増加
量を多くする。これにより、シフター4に流入する改質
ガスの水分濃度を迅速に上げることができ、ひいては、
改質システムの過渡応答性が向上する。一方、ステップ
S203における判定結果が「NO」(目標S/C比よ
り小さくない)である場合は、ステップS202で算出
した改質器入口ガスの実質的なS/C比が目標S/C比
よりも大きいか否かを判定する(ステップS205)。The lower the humidity of the shifter inlet gas, the smaller the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas, and the larger the difference between the substantial S / C ratio and the target S / C ratio becomes. The shortage of water will increase. Therefore, the lower the humidity of the shifter inlet gas, the greater the increase amount of water injection from the main injector 13. As a result, the moisture concentration of the reformed gas flowing into the shifter 4 can be quickly increased, and
The transient response of the reforming system is improved. On the other hand, if the determination result in step S203 is "NO" (not smaller than the target S / C ratio), the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas calculated in step S202 is the target S / C ratio. It is determined whether it is larger than (step S205).
【0050】ステップS105における判定結果が「Y
ES」(目標S/C比より大きい:水リッチ)である場
合は、メインインジェクタ13からの水噴射量を減量し
(ステップS206)、見かけ上のS/C比を燃料リッ
チに制御して、本ルーチンの実行を一旦終了する。ここ
で、水噴射量の減量には、水噴射量をゼロにする(すな
わち、メインインジェクタ13からの水噴射を停止す
る)場合も含むものとする。この場合、メインインジェ
クタ13からの水噴射の減少量は、ステップS202で
算出した改質器入口ガスの実質的なS/C比と目標S/
C比との差に基づいて算出する。ステップS205にお
ける判定結果が「NO」(目標S/C比より大きくな
い)である場合は、ステップS202で算出した改質器
入口ガスの実質的なS/C比が目標S/C比と一致して
いるので、現状を維持して本ルーチンの実行を一旦終了
する。The determination result in step S105 is "Y.
If it is "ES" (greater than the target S / C ratio: water rich), the amount of water injection from the main injector 13 is reduced (step S206), and the apparent S / C ratio is controlled to be fuel rich, The execution of this routine is once terminated. Here, the reduction of the water injection amount includes the case where the water injection amount is set to zero (that is, the water injection from the main injector 13 is stopped). In this case, the reduction amount of water injection from the main injector 13 is determined by the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas calculated in step S202 and the target S /
It is calculated based on the difference from the C ratio. If the determination result in step S205 is "NO" (not larger than the target S / C ratio), the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas calculated in step S202 is equal to the target S / C ratio. Therefore, the current state is maintained and the execution of this routine is once terminated.
【0051】この第2の実施の形態の水供給制御によれ
ば、改質システムが過渡時においても改質器入口ガスの
実質的なS/C比を定常時のS/C比と同一に制御する
ことができるので、改質器2、シフター4、CO除去器
5を定常時と同じ運転条件で作動させることができ、そ
の結果、定常時とほぼ同じ水素濃度およびCO濃度の水
素リッチガスを生成することができ、その水素リッチガ
スを燃料電池50に供給することができるようになる。
すなわち、改質システムは過渡時においてもシステム効
率を安定させることが可能になる。なお、図8に示す水
供給制御パターン表におけるNO.5は、この第2の実
施の形態における水供給制御パターンを示している。According to the water supply control of the second embodiment, the substantial S / C ratio of the reformer inlet gas is made equal to the steady-state S / C ratio even when the reforming system is in transition. Since it can be controlled, the reformer 2, the shifter 4, and the CO remover 5 can be operated under the same operating conditions as in the steady state, and as a result, a hydrogen-rich gas having substantially the same hydrogen concentration and CO concentration as in the steady state can be produced. The hydrogen-rich gas can be generated and can be supplied to the fuel cell 50.
That is, the reforming system can stabilize the system efficiency even during a transient period. In addition, NO. In the water supply control pattern table shown in FIG. 5 shows a water supply control pattern in the second embodiment.
【0052】また、前述した第1の実施の形態で説明し
た水供給制御と第2の実施の形態で説明した水供給制御
とを組み合わせることも可能であり、図8に示す水供給
制御パターン表におけるNO.2〜NO.4は、その組
み合わせ例である。以下、各組み合わせパターンについ
て説明する。図8においてNO.2に示す水供給制御パ
ターンは、定常時にはメインインジェクタ13からの水
噴射だけで水供給制御を実行し、見かけ上のS/C比が
燃料リッチに変動する過渡時には、メインインジェクタ
13からの水噴射を増量するとともに、サブインジェク
タ19からの水噴射を実行し、見かけ上のS/C比が水
リッチに変動する過渡時には、メインインジェクタ13
からの水噴射を減量または停止する。It is also possible to combine the water supply control described in the first embodiment with the water supply control described in the second embodiment, and the water supply control pattern table shown in FIG. NO. 2 to NO. 4 is an example of the combination. Hereinafter, each combination pattern will be described. In FIG. In the water supply control pattern shown in 2, the water supply control is executed only by the water injection from the main injector 13 in the steady state, and the water injection from the main injector 13 is performed during the transition in which the apparent S / C ratio changes to fuel rich. And the water injection from the sub-injector 19 is performed, and the main injector 13 is in a transient state when the apparent S / C ratio changes to water-rich.
Reduce or stop water injection from.
【0053】図8においてNO.3に示す水供給制御パ
ターンは、定常時にメインインジェクタ13からの水噴
射とサブインジェクタ19から水噴射を実行するものと
し、見かけ上のS/C比が燃料リッチに変動する過渡時
には、メインインジェクタ13からの水噴射は停止する
とともに、サブインジェクタ19からの水噴射を増量
し、見かけ上のS/C比が水リッチに変動する過渡時に
は、メインインジェクタ13およびサブインジェクタ1
9からの水噴射を減量または停止する。In FIG. In the water supply control pattern shown in FIG. 3, water injection from the main injector 13 and water injection from the sub-injector 19 are executed in a steady state, and when the apparent S / C ratio changes to fuel rich, the main injector 13 The water injection from the sub-injector 19 is stopped, the water injection from the sub-injector 19 is increased, and at the transient time when the apparent S / C ratio changes to water-rich, the main injector 13 and the sub-injector 1
The water injection from 9 is reduced or stopped.
【0054】図8においてNO.4に示す水供給制御パ
ターンは、定常時にメインインジェクタ13からの水噴
射とサブインジェクタ19から水噴射を実行するものと
し、見かけ上のS/C比が燃料リッチに変動する過渡時
には、メインインジェクタ13およびサブインジェクタ
19からの水噴射を増量し、見かけ上のS/C比が水リ
ッチに変動する過渡時には、メインインジェクタ13お
よびサブインジェクタ19からの水噴射を減量または停
止する。これらNO.2〜NO.4の水供給制御パター
ンによっても、第1の実施の形態(NO.1水供給制御
パターン)、あるいは、第2の実施の形態(NO.2水
供給制御パターン)の場合と同様に、シフター入口ガス
の水分濃度を安定させることができ、過渡時におけるシ
ステム効率を定常時と同様に安定させることが可能にな
る。In FIG. In the water supply control pattern shown in FIG. 4, the water injection from the main injector 13 and the water injection from the sub-injector 19 are executed in a steady state, and when the apparent S / C ratio changes to fuel rich, the main injector 13 Further, the amount of water injection from the sub-injector 19 is increased, and during a transition in which the apparent S / C ratio changes to water-rich, the amount of water injection from the main injector 13 and the sub-injector 19 is decreased or stopped. These NO. 2 to NO. According to the water supply control pattern of No. 4, as in the case of the first embodiment (NO.1 water supply control pattern) or the second embodiment (NO.2 water supply control pattern), the shifter inlet is also provided. The water concentration of the gas can be stabilized, and the system efficiency in the transient state can be stabilized as in the steady state.
【0055】〔第3の実施の形態〕次に、この発明の第
3の実施の形態を図10から図15の図面を参照して説
明する。改質システムに要求される生成ガス量、すなわ
ち改質システムの出力は、燃料電池50の運転状態によ
って決定され、また燃料電池50の運転状態は燃料電池
自動車にこの改質システムが搭載された場合ではアクセ
ル開度(または出力指令値)によって決定されるので、
アクセル開度の変化から改質システムの出力変化(生成
ガス量の変化)を検出することが可能であり、アクセル
開度の変化率から改質システムの出力変化率を求めるこ
とができる。[Third Embodiment] Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS. The amount of generated gas required for the reforming system, that is, the output of the reforming system is determined by the operating state of the fuel cell 50, and the operating state of the fuel cell 50 when the reforming system is installed in a fuel cell vehicle. Since it is determined by the accelerator opening (or output command value),
It is possible to detect the output change of the reforming system (change of the produced gas amount) from the change of the accelerator opening, and the output change rate of the reforming system can be obtained from the change rate of the accelerator opening.
【0056】そこで、この第3の実施の形態では、前述
した第1の実施の形態あるいは第2の実施の形態のよう
にシフター入口ガスの湿度を検出しその湿度値に基づい
て水供給制御を行うのではなく、アクセル開度の変化率
を算出し、その変化率に基づいて改質システムが過渡時
(出力増大時あるいは出力減少時)かを判定し、且つ、
該変化率に応じてメインインジェクタ13またはサブイ
ンジェクタ19またはその両方の水噴射を制御するよう
にした。Therefore, in the third embodiment, the humidity of the shifter inlet gas is detected and the water supply control is performed based on the humidity value as in the first embodiment or the second embodiment. Instead of performing, calculate the rate of change of the accelerator opening, determine whether the reforming system is in transition (when the output is increasing or decreasing) based on the rate of change, and
Water injection of the main injector 13, the sub-injector 19, or both is controlled according to the rate of change.
【0057】図10は第3の実施の形態における改質シ
ステムの概略構成図であり、図1に示す第1の実施の形
態のシステム構成と相違する点は、バイパス管25、ガ
ス冷却器26、湿度センサ27がないことと、燃料電池
自動車に設けられているアクセル開度センサ80の出力
信号が制御装置90に入力されることだけである。その
他の構成は図1に示すシステム構成と同じであるので、
同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。な
お、この実施の形態におけるメインインジェクタ13と
サブインジェクタ19はいずれも開弁時間をデューティ
比制御することによって噴射量を制御するものとする。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the reforming system according to the third embodiment, and is different from the system configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 in that the bypass pipe 25 and the gas cooler 26 are provided. The humidity sensor 27 is not provided and the output signal of the accelerator opening sensor 80 provided in the fuel cell vehicle is input to the control device 90. Since other configurations are the same as the system configuration shown in FIG. 1,
The same reference numerals are given to the same aspect parts and the description thereof will be omitted. The main injector 13 and the sub-injector 19 in this embodiment both control the injection amount by controlling the duty ratio of the valve opening time.
【0058】次に、図8に示す水供給制御パターン表に
おけるNO.1の水供給制御パターンで水供給量を制御
する場合を、図11のフローチャートに従って説明す
る。図11に示す水供給制御ルーチンも、第1の実施の
形態と同様、改質システムの暖機完了後、ECU90に
よって一定時間毎に実行される。まず、ステップS30
1において、アクセル開度センサ80のアクセル開度信
号に基づいて、アクセル開度の変化率を算出する。この
アクセル開度の変化率は、車両の加速時には正(プラ
ス)の値となり、車両の減速時には負(マイナス)の値
となる。Next, in the water supply control pattern table shown in FIG. A case where the water supply amount is controlled by the water supply control pattern 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. Similarly to the first embodiment, the water supply control routine shown in FIG. 11 is also executed by the ECU 90 at regular time intervals after the completion of warming up of the reforming system. First, step S30
1, the rate of change of the accelerator opening is calculated based on the accelerator opening signal of the accelerator opening sensor 80. The rate of change of the accelerator opening has a positive (plus) value when the vehicle is accelerating, and has a negative (minus) value when the vehicle is decelerating.
【0059】次に、ステップS302に進んで、ステッ
プS301で算出したアクセル開度の変化率が、予め設
定しておいた正の上限値以上か否かを判定する。ステッ
プS302における判定結果が「YES」(正の上限値
以上)である場合は、燃料電池自動車が加速状態にあ
り、改質システムは出力増大の過渡時であると判定され
て、ステップS303に進む。Next, in step S302, it is determined whether the rate of change in accelerator opening calculated in step S301 is equal to or greater than a preset positive upper limit value. If the determination result in step S302 is "YES" (equal to or greater than the positive upper limit value), it is determined that the fuel cell vehicle is in the acceleration state and the reforming system is in the transient state of output increase, and the process proceeds to step S303. .
【0060】ステップS303では、図12に示すサブ
インジェクタ・デューティ比マップを参照して、ステッ
プS301で算出したアクセル開度の変化率に基づき、
サブインジェクタ19のデューティ比を算出する。な
お、図12のサブインジェクタ・デューティ比マップは
予め実験を行って作成されたものであり、アクセル開度
の変化率が大きいほどデューティ比が大きくなるように
設定されている。アクセル開度の変化率が大きいという
ことは改質システムの出力変化率が大きいことであるか
ら、改質システムの出力変化率が大きいほど、サブイン
ジェクタ19からの水噴射量を多くする。これにより、
シフター4に流入する改質ガスの水分濃度を迅速に上げ
ることができ、ひいては、改質システムの過渡応答性が
向上する。In step S303, referring to the sub-injector duty ratio map shown in FIG. 12, based on the rate of change of the accelerator opening calculated in step S301,
The duty ratio of the sub-injector 19 is calculated. The sub-injector duty ratio map of FIG. 12 is created by performing an experiment in advance, and is set so that the duty ratio increases as the rate of change of the accelerator opening increases. Since the change rate of the accelerator opening is large means that the output change rate of the reforming system is large, the water injection amount from the sub-injector 19 is increased as the output change rate of the reforming system is larger. This allows
The moisture concentration of the reformed gas flowing into the shifter 4 can be quickly increased, and the transient response of the reforming system is improved.
【0061】次に、ステップS304に進み、図13に
示すサブインジェクタ・噴射時間マップを参照して、自
動車が加速状態を保持している時間(以下、加速時間と
いう)に基づき、サブインジェクタ19からの水噴射時
間を算出する。図13のサブインジェクタ・噴射時間マ
ップは予め実験を行って作成されたものであり、加速時
間が長くなるほど噴射時間が短くなるように設定されて
いる。Next, in step S304, referring to the sub-injector / injection time map shown in FIG. 13, from the sub-injector 19 based on the time during which the vehicle is in the accelerated state (hereinafter referred to as "acceleration time"). Calculate the water injection time. The sub-injector / injection time map of FIG. 13 is created by performing an experiment in advance, and is set so that the injection time becomes shorter as the acceleration time becomes longer.
【0062】次に、ステップS305に進み、ステップ
S303で算出したデューティ比で、ステップS304
で算出した噴射時間だけ、サブインジェクタ19から水
噴射を実行し、本ルーチンの実行を一旦終了する。Next, in step S305, the duty ratio calculated in step S303 is used to calculate the duty ratio in step S304.
The water injection is executed from the sub-injector 19 for the injection time calculated in step 1, and the execution of this routine is once ended.
【0063】一方、ステップS302における判定結果
が「NO」(アクセル開度の変化率が正の上限値より小
さい)である場合は、ステップS306に進んで、ステ
ップS301で算出したアクセル開度の変化率が負の下
限値以下か否かを判定する。ステップS306における
判定結果が「YES」(負の下限値以下)である場合
は、燃料電池自動車が減速状態にあり、改質システムは
出力減少の過渡時であると判定されて、ステップS30
7に進む。On the other hand, if the result of the determination in step S302 is "NO" (the rate of change of the accelerator opening is smaller than the positive upper limit value), the flow advances to step S306 to change the accelerator opening calculated in step S301. It is determined whether the rate is less than or equal to the negative lower limit value. If the result of the determination in step S306 is "YES" (less than or equal to the negative lower limit value), it is determined that the fuel cell vehicle is in the decelerating state and the reforming system is in the transition period of output reduction, and thus step S30.
Proceed to 7.
【0064】ステップS307では、図14に示すメイ
ンインジェクタ・デューティ比減量率マップを参照し
て、ステップS301で算出したアクセル開度の変化率
に基づき、メインインジェクタ13のデューティ比減量
率を算出する。なお、図14のメインインジェクタ・デ
ューティ比減量率マップは予め実験を行って作成された
ものであり、アクセル開度の負の変化率が大きいほどデ
ューティ比減量率が小さくなるように設定されている。In step S307, the duty ratio reduction rate of the main injector 13 is calculated based on the rate of change of the accelerator opening calculated in step S301 with reference to the main injector duty ratio reduction rate map shown in FIG. The main injector / duty ratio reduction rate map of FIG. 14 is created by performing an experiment in advance, and is set so that the duty ratio reduction rate decreases as the negative change rate of the accelerator opening increases. .
【0065】次に、ステップS308に進み、図15に
示すメインインジェクタ・減量時間マップを参照して、
燃料電池自動車が減速状態を保持している時間(以下、
減速時間という)に基づき、メインインジェクタ13か
らの水減量噴射の実行時間(以下、減量時間という)を
算出する。図15のメインインジェクタ・減量時間マッ
プは予め実験を行って作成されたものであり、減速時間
が長くなるほど減量時間が短くなるように設定されてい
る。Next, in step S308, referring to the main injector / reduction time map shown in FIG.
The time that the fuel cell vehicle holds the deceleration state (hereinafter,
Based on the deceleration time), the execution time of the water reducing injection from the main injector 13 (hereinafter referred to as the reduction time) is calculated. The main injector / weight reduction time map of FIG. 15 is created by conducting an experiment in advance, and is set so that the weight reduction time becomes shorter as the deceleration time becomes longer.
【0066】次に、ステップS309に進み、定常時に
おけるメインインジェクタ13のデューティ比に、ステ
ップS307で算出したデューティ比減量率を乗じて得
た積をメインインジェクタ13のデューティ比として、
ステップS308で算出した減量時間だけメインインジ
ェクタ13からの水噴射を実行し、本ルーチンの実行を
一旦終了する。Next, in step S309, the product obtained by multiplying the duty ratio of the main injector 13 in the steady state by the duty ratio reduction rate calculated in step S307 is set as the duty ratio of the main injector 13.
The water injection from the main injector 13 is executed for the weight reduction time calculated in step S308, and the execution of this routine is once ended.
【0067】なお、ステップS306における判定結果
が「NO」である場合は、アクセル開度の変化率は、負
の下限値より大きく且つ正の上限値より小さい範囲にあ
ることとなり、燃料電池自動車は定常状態にあると判定
されて、本ルーチンの実行を一旦終了する。When the result of the determination in step S306 is "NO", the rate of change of the accelerator opening is in the range larger than the negative lower limit value and smaller than the positive upper limit value. It is determined that the routine is in the steady state, and the execution of this routine is once terminated.
【0068】以上のように水供給制御を行うことによ
り、改質システムは過渡時においてもシフター入口ガス
の水分濃度を安定させることができ、シフター4が常に
最適条件で運転されるようになり、その結果、シフター
出口ガスのCO濃度が安定する。その結果、CO除去器
5は定常時と同様の酸化用空気供給量で十分にCO除去
性能を発揮することができるようになり、その結果、定
常時とほぼ同じ水素濃度およびCO濃度の水素リッチガ
スを生成することができ、その水素リッチガスを燃料電
池50に供給することができるようになる。すなわち、
前述の水供給制御を実行することにより、改質システム
は過渡時においてもシステム効率を安定させることが可
能になる。また、改質システムの出力変化率(生成ガス
の変化率)を、アクセル開度の変化率から求めるように
しているので、車両の過渡状態に改質システムを素早く
追従させることができ、改質システムの過渡応答性が向
上する。By performing the water supply control as described above, the reforming system can stabilize the water concentration of the shifter inlet gas even during a transient time, and the shifter 4 can be operated under optimum conditions at all times. As a result, the CO concentration of the shifter outlet gas becomes stable. As a result, the CO remover 5 can exhibit sufficient CO removal performance with the same supply amount of oxidizing air as in the steady state, and as a result, the hydrogen-rich gas having substantially the same hydrogen concentration and CO concentration as in the steady state is obtained. Can be generated, and the hydrogen-rich gas can be supplied to the fuel cell 50. That is,
By executing the water supply control described above, the reforming system can stabilize the system efficiency even during a transient period. Further, the output change rate of the reforming system (change rate of generated gas) is obtained from the change rate of the accelerator opening, so that the reforming system can quickly follow the transient state of the vehicle. The transient response of the system is improved.
【0069】なお、第3の実施の形態のようにアクセル
開度の変化率(生成ガス量の変化率)に基づいて水供給
制御を行う場合も、図8に示す水供給制御パターン表の
NO.2〜NO.5の水供給制御パターンを採用するこ
とが可能である。Even when the water supply control is performed based on the rate of change of the accelerator opening (the rate of change of the amount of generated gas) as in the third embodiment, NO in the water supply control pattern table shown in FIG. . 2 to NO. It is possible to adopt the water supply control pattern of No. 5.
【0070】〔他の実施の形態〕尚、この発明は前述し
た実施の形態に限られるものではない。例えば、原燃料
はガソリンに限らず、メタノールやメタンを用いること
も可能である。また、生成ガス量の変化率は燃料電池か
ら取り出される電力量の変化率から求めることも可能で
ある。[Other Embodiments] The present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the raw fuel is not limited to gasoline, but methanol or methane can be used. The rate of change of the amount of generated gas can also be obtained from the rate of change of the amount of electric power taken out from the fuel cell.
【0071】[0071]
【発明の効果】以上説明するように、第1の発明によれ
ば、原燃料をガス化したのち改質して水素リッチなガス
を生成する改質器と、前記改質器で生成された生成ガス
に含まれる一酸化炭素をシフト反応により除去するシフ
ターと、前記原燃料に対して水を供給する第1の水供給
手段と、を備えた改質システムの水供給制御方法におい
て、前記生成ガスの湿度を検出し、検出された湿度に応
じて前記第1の水供給手段による水供給量を制御するよ
うにしたことにより、改質システムの運転状態が変動し
てもシフターに流入する生成ガスの水分濃度を安定させ
ることができるので、シフターを常に最適条件で運転す
ることができ、シフターで処理されたガスのCO濃度を
常に安定させることができるという優れた効果が奏され
る。As described above, according to the first aspect of the invention, a reformer for gasifying a raw fuel and then reforming it to produce a hydrogen-rich gas, and a reformer produced by the reformer are provided. A water supply control method for a reforming system, comprising: a shifter for removing carbon monoxide contained in a product gas by a shift reaction; and a first water supply means for supplying water to the raw fuel. By detecting the humidity of the gas and controlling the amount of water supplied by the first water supply means in accordance with the detected humidity, generation that flows into the shifter even if the operating state of the reforming system changes Since the water concentration of the gas can be stabilized, the shifter can always be operated under optimum conditions, and the CO concentration of the gas treated by the shifter can be constantly stabilized, which is an excellent effect.
【0072】また、第2の発明によれば、原燃料をガス
化したのち改質して水素リッチなガスを生成する改質器
と、前記改質器で生成された生成ガスに含まれる一酸化
炭素をシフト反応により除去するシフターと、前記原燃
料に対して水を供給する第1の水供給手段と、を備えた
改質システムにおける水供給制御方法において、前記生
成ガスに対して水を供給する第2の水供給手段を備え、
前記生成ガスの湿度を検出し、検出された湿度に応じて
前記第2の水供給手段による水供給量を制御するように
したことにより、改質システムの運転状態が変動して
も、シフターに流入する生成ガスの水分濃度を安定させ
ることができるので、シフターを常に最適条件で運転す
ることができ、シフターで処理されたガスのCO濃度を
常に安定させることができるという優れた効果が奏され
る。Further, according to the second aspect of the invention, a reformer for gasifying the raw fuel and then reforming it to produce a hydrogen-rich gas, and a reformer included in the produced gas produced by the reformer In a water supply control method in a reforming system comprising a shifter for removing carbon oxide by a shift reaction and a first water supply means for supplying water to the raw fuel, water is supplied to the produced gas. A second water supply means for supplying,
By detecting the humidity of the generated gas and controlling the amount of water supplied by the second water supply unit according to the detected humidity, even if the operating state of the reforming system fluctuates, a shifter is provided. Since the moisture concentration of the generated gas that flows in can be stabilized, the shifter can always be operated under optimum conditions, and the excellent effect that the CO concentration of the gas treated by the shifter can always be stabilized is exhibited. It
【0073】前記第1の発明あるいは第2の発明におい
て、生成ガスの湿度が低くなるにしたがって、水供給量
を増大させるようにした場合には、シフターに流入する
生成ガスの水分濃度を迅速に上げることができるので、
改質システムの過渡応答性が向上する。In the first invention or the second invention, when the water supply amount is increased as the humidity of the produced gas becomes lower, the water concentration of the produced gas flowing into the shifter can be increased quickly. Because you can raise
The transient response of the reforming system is improved.
【0074】また、第3の発明によれば、原燃料をガス
化したのち改質して水素リッチなガスを生成する改質器
と、前記改質器で生成された生成ガスに含まれる一酸化
炭素をシフト反応により除去するシフターと、前記原燃
料に対して水を供給する第1の水供給手段と、を備えた
改質システムにおける水供給制御方法において、前記改
質システムに要求される生成ガス量の変化率を算出し、
この変化率に応じて前記第1の水供給手段による水供給
量を制御するようにしたことにより、改質システムの運
転状態が変動してもシフターに流入する生成ガスの水分
濃度を安定させることができるので、シフターを常に最
適条件で運転することができ、シフターで処理されたガ
スのCO濃度を常に安定させることができるという優れ
た効果が奏される。Further, according to the third aspect of the invention, a reformer for gasifying the raw fuel and then reforming it to produce a hydrogen-rich gas, and a reformer contained in the produced gas produced by the reformer A water supply control method in a reforming system comprising a shifter for removing carbon oxide by a shift reaction and a first water supply means for supplying water to the raw fuel, which is required for the reforming system. Calculate the rate of change in the amount of gas produced,
By controlling the amount of water supplied by the first water supply means in accordance with this rate of change, the water concentration of the product gas flowing into the shifter is stabilized even if the operating state of the reforming system changes. Therefore, it is possible to always operate the shifter under the optimum conditions, and it is possible to always stabilize the CO concentration of the gas treated by the shifter, which is an excellent effect.
【0075】また、第4の発明によれば、原燃料をガス
化したのち改質して水素リッチなガスを生成する改質器
と、前記改質器で生成された生成ガスに含まれる一酸化
炭素をシフト反応により除去するシフターと、前記原燃
料に対して水を供給する第1の水供給手段と、を備えた
改質システムにおける水供給制御方法において、前記生
成ガスに対して水を供給する第2の水供給手段を備え、
前記改質システムに要求される生成ガス量の変化率を算
出し、この変化率に応じて前記第2の水供給手段による
水供給量を制御するようにしたことにより、改質システ
ムの運転状態が変動しても、シフターに流入する生成ガ
スの水分濃度を安定させることができるので、シフター
を常に最適条件で運転することができ、シフターで処理
されたガスのCO濃度を常に安定させることができると
いう優れた効果が奏される。Further, according to the fourth aspect of the invention, a reformer for gasifying the raw fuel and then reforming it to produce a hydrogen-rich gas, and a reformer included in the produced gas produced by the reformer In a water supply control method in a reforming system comprising a shifter for removing carbon oxide by a shift reaction and a first water supply means for supplying water to the raw fuel, water is supplied to the produced gas. A second water supply means for supplying,
The operating state of the reforming system is calculated by calculating the rate of change in the amount of generated gas required for the reforming system and controlling the amount of water supplied by the second water supply means according to the rate of change. Even if the value fluctuates, the water concentration of the product gas flowing into the shifter can be stabilized, so that the shifter can always be operated under optimum conditions, and the CO concentration of the gas treated by the shifter can always be stabilized. It has an excellent effect that it can be done.
【0076】前記第3の発明あるいは第4の発明におい
て、生成ガス量の変化率を、改質システムが搭載される
車両のアクセルの開度の変化率から求めるようにした場
合には、車両の過渡状態に改質システムが素早く追従す
るようになるので、改質システムの過渡応答性が向上す
る。In the third or fourth aspect of the invention, when the rate of change of the amount of generated gas is determined from the rate of change of the opening degree of the accelerator of the vehicle equipped with the reforming system, Since the reforming system quickly follows the transient state, the transient response of the reforming system is improved.
【0077】前記第3の発明あるいは第4の発明におい
て、生成ガス量の変化率が正方向に増大するにしたがっ
て水供給量の増加を大きくするように制御した場合に
は、シフターに流入する生成ガスの水分濃度を迅速に上
げることができるので、改質システムの過渡応答性が向
上する。In the third invention or the fourth invention, when the increase in the water supply amount is controlled to increase as the change rate of the generated gas increases in the positive direction, the generation flowing into the shifter is increased. Since the water concentration of the gas can be raised quickly, the transient response of the reforming system is improved.
【図1】 この発明の第1の実施の形態の水供給制御方
法を実施可能な改質システムの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a reforming system capable of implementing a water supply control method according to a first embodiment of this invention.
【図2】 シフター入口水分20%の時のシフト触媒温
度とシフター出口CO濃度との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a shift catalyst temperature and a shifter outlet CO concentration when a shifter inlet water content is 20%.
【図3】 シフター入口水分30%の時のシフト触媒温
度とシフター出口CO濃度との関係を示す図である。FIG. 3 is a graph showing the relationship between shift catalyst temperature and shifter outlet CO concentration when the shifter inlet water content is 30%.
【図4】 前記第1の実施の形態における水供給制御の
フローチャートである。FIG. 4 is a flow chart of water supply control in the first embodiment.
【図5】 前記第1の実施の形態の水供給制御に用いら
れる湿度・S/C比マップである。FIG. 5 is a humidity / S / C ratio map used in the water supply control of the first embodiment.
【図6】 改質器システムの出力増大時におけるシフタ
ー入口ガスの水分濃度の挙動を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the behavior of the water concentration of the shifter inlet gas when the output of the reformer system is increased.
【図7】 改質器システムの出力増大時におけるシフタ
ー出口ガスのCO濃度の挙動を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the behavior of CO concentration in the shifter outlet gas when the output of the reformer system is increased.
【図8】 水供給制御パターン表である。FIG. 8 is a water supply control pattern table.
【図9】 この発明の第2の実施の形態の水供給制御方
法における水供給制御のフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart of water supply control in the water supply control method according to the second embodiment of the present invention.
【図10】 この発明の第3の実施の形態の水供給制御
方法を実施可能な改質システムの構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a reforming system capable of implementing the water supply control method according to the third embodiment of the present invention.
【図11】 前記第3の実施の形態における水供給制御
のフローチャートである。FIG. 11 is a flow chart of water supply control in the third embodiment.
【図12】 前記第3の実施の形態の水供給制御に用い
られるサブインジェクタ・デューティ比マップである。FIG. 12 is a sub-injector duty ratio map used in the water supply control of the third embodiment.
【図13】 前記第3の実施の形態の水供給制御に用い
られるサブインジェクタ・噴射時間マップである。FIG. 13 is a sub-injector / injection time map used in the water supply control of the third embodiment.
【図14】 前記第3の実施の形態の水供給制御に用い
られるメインインジェクタ・デューティ比減量率マップ
である。FIG. 14 is a main injector / duty ratio reduction rate map used for the water supply control of the third embodiment.
【図15】 前記第3の実施の形態の水供給制御に用い
られるメインインジェクタ・減量時間マップである。FIG. 15 is a main injector / weight reduction time map used for the water supply control of the third embodiment.
【図16】 触媒温度と平衡定数Kpとの関係を示すグ
ラフである。FIG. 16 is a graph showing the relationship between catalyst temperature and equilibrium constant Kp.
2 改質器 4 シフター 11 水供給管、(第1の水供給手段) 12 第1制御弁(第1の水供給手段) 13 メインインジェクタ(第1の水供給手段) 17 水供給管(第2の水供給手段) 18 第2制御弁(第2の水供給手段) 19 サブインジェクタ(第2の水供給手段) 2 reformer 4 shifters 11 Water supply pipe, (first water supply means) 12 First control valve (first water supply means) 13 Main injector (first water supply means) 17 Water supply pipe (second water supply means) 18 Second control valve (second water supply means) 19 Sub-injector (second water supply means)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // H01M 8/10 H01M 8/10 (72)発明者 荒井 貴司 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 4G040 EA02 EA03 EA06 EB03 EB32 EB43 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA16 BA17 DD00 MM14 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) // H01M 8/10 H01M 8/10 (72) Inventor Takashi Arai 1-4-1, Chuo, Wako, Saitama No. F-term in Honda R & D Co., Ltd. (reference) 4G040 EA02 EA03 EA06 EB03 EB32 EB43 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA16 BA17 DD00 MM14
Claims (7)
ッチなガスを生成する改質器と、前記改質器で生成され
た生成ガスに含まれる一酸化炭素をシフト反応により除
去するシフターと、前記原燃料に対して水を供給する第
1の水供給手段と、を備えた改質システムにおける水供
給制御方法において、 前記生成ガスの湿度を検出し、検出された湿度に応じて
前記第1の水供給手段による水供給量を制御することを
特徴とする改質システムの水供給制御方法。1. A reformer that gasifies a raw fuel and then reforms it to produce a hydrogen-rich gas, and carbon monoxide contained in the produced gas produced by the reformer is removed by a shift reaction. A water supply control method in a reforming system comprising a shifter and a first water supply means for supplying water to the raw fuel, wherein the humidity of the produced gas is detected, and the humidity is detected according to the detected humidity. A water supply control method for a reforming system, comprising controlling the amount of water supplied by the first water supply means.
ッチなガスを生成する改質器と、前記改質器で生成され
た生成ガスに含まれる一酸化炭素をシフト反応により除
去するシフターと、前記原燃料に対して水を供給する第
1の水供給手段と、を備えた改質システムにおける水供
給制御方法において、 前記生成ガスに対して水を供給する第2の水供給手段を
備え、前記生成ガスの湿度を検出し、検出された湿度に
応じて前記第2の水供給手段による水供給量を制御する
ことを特徴とする改質システムの水供給制御方法。2. A reformer that gasifies raw fuel and then reforms it to produce a hydrogen-rich gas, and carbon monoxide contained in the produced gas produced by the reformer is removed by a shift reaction. A water supply control method in a reforming system comprising a shifter and a first water supply means for supplying water to the raw fuel, the second water supply means supplying water to the generated gas. And detecting the humidity of the produced gas, and controlling the amount of water supplied by the second water supply means according to the detected humidity.
って前記水供給量を増大させるように制御することを特
徴とする請求項1または請求項2に記載の改質システム
の水供給制御方法。3. The water supply control method for a reforming system according to claim 1, wherein the water supply amount is controlled to increase as the humidity of the produced gas decreases.
ッチなガスを生成する改質器と、前記改質器で生成され
た生成ガスに含まれる一酸化炭素をシフト反応により除
去するシフターと、前記原燃料に対して水を供給する第
1の水供給手段と、を備えた改質システムにおける水供
給制御方法において、 前記改質システムに要求される生成ガス量の変化率を算
出し、この変化率に応じて前記第1の水供給手段による
水供給量を制御することを特徴とする改質システムの水
供給制御方法。4. A reformer that gasifies a raw fuel and reforms it to produce a hydrogen-rich gas, and carbon monoxide contained in the produced gas produced by the reformer is removed by a shift reaction. A water supply control method in a reforming system comprising a shifter and a first water supply means for supplying water to the raw fuel, wherein a rate of change in the amount of generated gas required for the reforming system is calculated. Then, the water supply control method of the reforming system is characterized in that the water supply amount by the first water supply means is controlled according to the rate of change.
ッチなガスを生成する改質器と、前記改質器で生成され
た生成ガスに含まれる一酸化炭素をシフト反応により除
去するシフターと、前記原燃料に対して水を供給する第
1の水供給手段と、を備えた改質システムにおける水供
給制御方法において、 前記生成ガスに対して水を供給する第2の水供給手段を
備え、前記改質システムに要求される生成ガス量の変化
率を算出し、この変化率に応じて前記第2の水供給手段
による水供給量を制御することを特徴とする改質システ
ムの水供給制御方法。5. A reformer that gasifies a raw fuel and reforms it to produce a hydrogen-rich gas, and carbon monoxide contained in the produced gas produced by the reformer is removed by a shift reaction. A water supply control method in a reforming system comprising a shifter and a first water supply means for supplying water to the raw fuel, the second water supply means supplying water to the generated gas. Of the reforming system, the rate of change in the amount of generated gas required for the reforming system is calculated, and the amount of water supplied by the second water supply means is controlled according to the rate of change. Water supply control method.
ステムが搭載される車両のアクセルの開度の変化率から
求められることを特徴とする請求項4または請求項5に
記載の改質システムの水供給制御方法。6. The modification according to claim 4, wherein the rate of change of the generated gas amount is obtained from the rate of change of the opening degree of the accelerator of the vehicle on which the reforming system is mounted. Water supply control method for quality system.
するにしたがって水供給量の増加を大きくするように制
御することを特徴とする請求項4または請求項5に記載
の改質システムの水供給制御方法。7. The reforming system according to claim 4, wherein the reforming system is controlled so that the increase in the water supply amount increases as the rate of change in the generated gas amount increases in the positive direction. Water supply control method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002016031A JP2003212508A (en) | 2002-01-24 | 2002-01-24 | Water supply control method for reforming system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002016031A JP2003212508A (en) | 2002-01-24 | 2002-01-24 | Water supply control method for reforming system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003212508A true JP2003212508A (en) | 2003-07-30 |
Family
ID=27652220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002016031A Withdrawn JP2003212508A (en) | 2002-01-24 | 2002-01-24 | Water supply control method for reforming system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003212508A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006080544A1 (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-03 | Air Water Inc. | Apparatus and method for hydrogen generation |
| JP2006273619A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Aisin Seiki Co Ltd | Reformer |
| JP2008500941A (en) * | 2004-05-28 | 2008-01-17 | ハイラディックス,インク. | Hydrogen generation method using partial oxidation / steam reforming method |
| JP2011146174A (en) * | 2010-01-12 | 2011-07-28 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system and control method for fuel cell system |
| JP2013008689A (en) * | 2012-08-29 | 2013-01-10 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Fuel cell |
-
2002
- 2002-01-24 JP JP2002016031A patent/JP2003212508A/en not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008500941A (en) * | 2004-05-28 | 2008-01-17 | ハイラディックス,インク. | Hydrogen generation method using partial oxidation / steam reforming method |
| WO2006080544A1 (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-03 | Air Water Inc. | Apparatus and method for hydrogen generation |
| JP2006206382A (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-10 | Air Water Inc | Hydrogen generating apparatus and method |
| KR101241848B1 (en) * | 2005-01-28 | 2013-03-11 | 에어 워터 가부시키가이샤 | Hydrogen Generator and Method |
| TWI394710B (en) * | 2005-01-28 | 2013-05-01 | Air Water Inc | Apparatus and method for producing hydrogen |
| JP2006273619A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Aisin Seiki Co Ltd | Reformer |
| JP2011146174A (en) * | 2010-01-12 | 2011-07-28 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system and control method for fuel cell system |
| JP2013008689A (en) * | 2012-08-29 | 2013-01-10 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Fuel cell |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4192301B2 (en) | Control device for reformer | |
| JP3702752B2 (en) | Fuel cell system for moving body and control method thereof | |
| JP3874334B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2001043880A (en) | Monitoring and system control of fuel cell stack | |
| US6670061B2 (en) | Fuel cell power plant | |
| US7153333B2 (en) | Fuel reforming system of a fuel cell | |
| JP4147659B2 (en) | Control device for reformer | |
| CA2277458A1 (en) | Device and method for controlling reformer | |
| US6607855B2 (en) | Control system for fuel cell | |
| JPH08133702A (en) | Carbon monoxide removal apparatus and method | |
| JP2005209547A (en) | Fuel cell power generator and operating method for fuel cell power generator | |
| JP2003212508A (en) | Water supply control method for reforming system | |
| CA2263393A1 (en) | Carbon monoxide concentration reducing apparatus and method, and production method for carbon monoxide-selective oxidation catalyst | |
| JP2006169068A (en) | Hydrogen generator and fuel cell system using the same | |
| JP2008103278A (en) | Fuel cell system | |
| JP4357306B2 (en) | Fuel reformer and fuel cell system | |
| JP4556305B2 (en) | Fuel reformer and hydrogen production method | |
| JPH07263007A (en) | Fuel cell reformer heating device | |
| JP4902165B2 (en) | Fuel cell reformer and fuel cell system comprising the fuel cell reformer | |
| US7666537B2 (en) | Fuel cell system for preventing hydrogen permeable metal layer degradation | |
| JP2001206701A (en) | Fuel reformer and start-up method thereof | |
| WO2021234426A1 (en) | Fuel cell system and method for controlling fuel cell system | |
| JP2003077517A (en) | Fuel cell system | |
| JP5592760B2 (en) | Fuel cell power generation system | |
| JP2000034101A (en) | Reformer control device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041130 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20061106 |