对于催化燃烧器的控制.pdf

一个燃料喷射器(11)在燃料重整器件的启动期间把液体燃料供给到燃料重整器件的催化燃烧器(9)。一个控制器在开始燃料喷射之后的一个预定时间(t1)期间把用于液体燃料的喷射量(Qf)设置到一个第一喷射量(Qf1)。在预定时间之后，把喷射量(Qf)设置到一个大于第一喷射量(Qf1)的第二喷射量(Qf2)。当在开始燃料喷射之后的过去时间小于一个值(t1)时，通过把喷射量(Qf)设置到允许在催化剂中的点燃和燃烧的一个最小喷射量(Qf1)，减小未燃烧燃料的排出量。

1.  一种用于催化燃烧器(9)的控制器件，催化燃烧器(9)带有一种用来燃烧燃料的催化剂(10)，该器件包括：
一个燃料喷射器(11)，用来在催化燃烧器的启动操作期间把燃料喷射到催化燃烧器；
一个供给器件(5)，用来把含氧气体供给到催化燃烧器；及
一个控制器(31)，联接到燃料喷射器上，起这样的作用：
测量在第一次命令燃料喷射器喷射燃料之后过去的时间；
确定过去时间(t)是否大于一个预定时间(t1)；
当过去时间(t)小于或等于预定时间(t1)时，把燃料喷射器(11)的燃料喷射量(Qf)设置到一个第一预定喷射量(Qf1)；
当过去时间(t)大于预定时间(t1)时，把燃料喷射器(11)的燃料喷射量设置到一个比第一预定喷射量(Qf1)大的第二预定喷射量(Qf2)；及
命令燃料喷射器喷射设置的燃料喷射量。

2.  一种用于催化燃烧器(9)的控制器件，催化燃烧器(9)带有一种用来燃烧燃料的催化剂(10)，该器件包括：
一个燃料喷射器(11)，用来在催化燃烧器的启动操作期间把燃料喷射到催化燃烧器；
一个供给器件(5)，用来把含氧气体供给到催化燃烧器；
一个传感器(34)，用来探测催化剂的温度；及
一个控制器(31)，联接到燃料喷射器上，起这样的作用：
确定催化剂温度(Tc)是否大于一个第一预定温度(Tc1)；
当催化剂温度(Tc)小于第一预定温度(Tc1)时，把燃料喷射器(11)的燃料喷射量(Qf)设置到一个第一预定喷射量(Qf1)；
当催化剂温度(Tc)大于第一预定温度(Tc1)时，把燃料喷射器(11)的燃料喷射量(Qf)设置到一个比第一预定喷射量(Qf1)大的第二预定喷射量(Qf2)；及
命令燃料喷射器喷射设置的燃料喷射量。

3.  根据权利要求1或权利要求2所述的控制器件，进一步包括一个用来调节供给到催化燃烧器的含氧气体的流量的流动控制阀；
其中控制器(31)进一步起如下作用：
计算一个用来响应设置燃料喷射量达到一个固定过剩空气系数(λt)的含氧气体的流量；并且
命令流动控制阀实现含氧气体的计算流量。

4.  根据权利要求1所述的控制器件，进一步包括一个用来调节供给到催化燃烧器的含氧气体的流量的流动控制阀；
其中控制器(31)进一步起如下作用：
当过去时间(t)小于或等于预定时间(t1)时，计算一个用来达到一个第一过剩空气系数(λ1)的含氧气体的流量，
当过去时间(t)大于预定时间(t1)时，计算一个用来达到一个第二过剩空气系数(λ2)的含氧气体的流量，其中第二过剩空气系数大于第一过剩空气系数；及
命令流动控制阀实现含氧气体的计算流量。

5.  根据权利要求2所述的控制器件，进一步包括一个用来调节供给到催化燃烧器的含氧气体的流量的流动控制阀；
其中控制器(31)进一步起如下作用：
当催化剂温度(Tc)小于第一预定温度(Tc1)时，计算一个用来达到一个第一过剩空气系数(λ1)的含氧气体的流量，
当催化剂温度(Tc)大于第一预定温度(Tc1)时，计算一个用来达到一个第二过剩空气系数(λ2)的含氧气体的流量，其中第二过剩空气系数高于第一过剩空气系数；及
命令流动控制阀实现含氧气体的计算流量。

6.  根据权利要求1至权利要求2任一项所述的控制器件，进一步包括一个用来点燃燃料的炽热塞(12)，炽热塞(12)提供催化燃烧器中、在燃料喷射器与催化剂之间。

7.  根据权利要求1所述的控制器件，其中第一预定喷射量(Qf1)是一个允许在催化剂中的燃料点燃的最小喷射量；而第二预定喷射量(Qf2)是一个在其处在催化燃烧器稳态操作条件下催化剂的温度达到一个第二预定温度(Tc2)的喷射量，其中第二预定温度(Tc2)高于催化剂的一个活化温度(Tc1′)并且低于催化剂的最大允许温度。

8.  根据权利要求2所述的控制器件，其中第一预定喷射量(Qf1)是一个允许在催化剂中的燃料点燃的最小喷射量；而第二预定喷射量(Qf2)是一个在其处在催化燃烧器稳态操作条件下催化剂的温度达到一个第二预定温度(Tc2)的喷射量，其中第二预定温度(Tc2)高于第一预定温度(Tc1)并且低于催化剂的最大允许温度。

9.  根据权利要求4所述的控制器件，其中第一过剩空气系数(λ1)是在其下由燃料燃烧产生氧化氮的量在一个允许范围内的最低值；而第二过剩空气系数(λ2)是一个在其处在催化燃烧器稳态操作条件下催化剂温度与第二预定温度(Tc2)一致的过剩空气系数，其中第二预定温度(Tc2)高于催化剂的一个活化温度(Tc1′)并且低于催化剂的最大允许温度。

10.  根据权利要求5所述的控制器件，其中第一过剩空气系数(λ1)是在其下由燃料燃烧产生氧化氮的量在一个允许范围内的最低值；而第二过剩空气系数(λ2)是一个在其处在催化燃烧器稳态操作条件下催化剂温度与第二预定温度(Tc2)一致的过剩空气系数，其中第二预定温度(Tc2)高于第一预定温度(Tc1)并且低于催化剂的最大允许温度。

11.  一种用来控制催化燃烧器(9)的操作的方法，催化燃烧器带有一种用来燃烧燃料的催化剂(10)，该方法包括：
把含氧气体供给到催化燃烧器(9)；
测量在开始燃料喷射之后的过去时间；
确定过去时间(t)是否大于一个预定时间(t1)；
当过去时间(t)小于或等于预定时间(t1)时，把用于催化燃烧器(9)的燃料喷射量(Qf)设置到一个第一预定喷射量(Qf1)；
当过去时间(t)大于预定时间(t1)时，把用于催化燃烧器(9)的燃料喷射量设置到一个比第一预定喷射量(Qf1)大的第二预定喷射量(Qf2)；及
把设置的燃料喷射量喷射到催化燃烧器。

12.  一种用来控制催化燃烧器(9)的操作的方法，催化燃烧器带有一种用来燃烧燃料的催化剂(10)，该方法包括：
把含氧气体供给到催化燃烧器；
探测催化剂的温度；
确定催化剂温度(Tc)是否大于一个第一预定温度(Tc1)；
当催化剂温度(Tc)小于第一预定温度(Tc1)时，把燃料喷射器(11)的燃料喷射量(Qf)设置到一个第一预定喷射量(Qf1)；
当催化剂温度(Tc)大于第一预定温度(Tc1)时，把燃料喷射器(11)的燃料喷射量(Qf)设置到一个比第一预定喷射量(Qf1)大的第二预定喷射量(Qf2)；及
把设置的燃料喷射量喷射到催化燃烧器。

对于催化燃烧器的控制
发明领域
本发明涉及一种能用在燃料电池系统中的催化燃烧器。此外，它涉及一种把燃料和一种含氧气体供给到催化燃烧器的方法。
发明背景
一种诸如甲醇之类的液烃燃料由重整装置重整，以便得到供给到燃料电池的含氢气体。重整装置使用在气态下的水和燃料。因此一个汽化器或一个热交换器一般提供在燃料电池系统中，以便汽化水和液体燃料。
汽化器或热交换器所需的热量常常由来自一个燃烧器的燃烧气体供给，该燃烧器燃烧来自燃料电池的阳极废气与空气或者燃烧重整气体与空气。然而，当启动燃料电池系统时，发生不能得到在燃烧器中燃烧的重整气体或阳极废气或者其产生量不足的问题。由日本专利局在2001年出版的Tokkai 2001-52730公开了一种装有一个催化燃烧器的燃料电池系统，当启动燃料电池系统时，该催化燃烧器燃烧要引入到汽化器中的液体燃料的一部分或一种不同液体燃料与空气。由催化燃烧器产生的燃烧气体流入汽化器或热交换器。
本发明概述
然而，常规技术伴有这样的问题：在其中在催化燃烧器中的催化剂温度较低的时段期间，就是说当催化剂活性较低时，喷射到催化燃烧器中的燃料的一部分排出而不经历燃烧。
因此本发明的一个目的在于，提供一种防止未燃烧燃料排出并且迅速升高诸如汽化器或重整装置之类的各种类型反应器的温度的催化燃烧器。
为了实现以上目的，本发明提供一种用于催化燃烧器的控制器件，催化燃烧器带有一种用来燃烧燃料的催化剂，该器件包括：一个燃料喷射器，用来在催化燃烧器的启动操作期间把燃料喷射到催化燃烧器；一个供给器件，用来把含氧气体供给到催化燃烧器；及一个控制器，联接到燃料喷射器上。控制器起这样的作用：测量在第一次命令燃料喷射器喷射燃料之后过去的时间；确定过去时间是否大于一个预定时间；当过去时间小于或等于预定时间时，把燃料喷射器的燃料喷射量设置到一个第一预定喷射量；当过去时间大于预定时间时，把燃料喷射器的燃料喷射量设置到一个比第一预定喷射量大的第二预定喷射量；及命令燃料喷射器喷射设置的燃料喷射量。
本发明进一步提供一种用于催化燃烧器的控制器件，催化燃烧器带有一种用来燃烧燃料的催化剂，该器件包括：一个燃料喷射器，用来在催化燃烧器的启动操作期间把燃料喷射到催化燃烧器；一个供给器件，用来把含氧气体供给到催化燃烧器；一个传感器，用来探测催化剂的温度；及一个控制器，联接到燃料喷射器和传感器上。控制器起这样的作用：确定催化剂温度(Tc)是否大于一个第一预定温度(Tc1)；当催化剂温度小于第一预定温度时，把燃料喷射器的燃料喷射量设置到一个第一预定喷射量；当催化剂温度大于第一预定温度时，把燃料喷射器的燃料喷射量设置到一个比第一预定喷射量大的第二预定喷射量；及命令燃料喷射器喷射设置的燃料喷射量。
本发明的细节以及其它特征和优点在说明书的剩余部分中叙述，并且表示在附图中。
附图的简要描述
图1A是示意图，表示适于本发明的一种燃料电池系统的一个例子。图1B是示意图，表示用于催化剂燃烧器的一种控制器件。
图2是曲线图，表示相对于先有技术和本发明的实施例在燃料喷射开始之后在燃料喷射量与过去时间之间的关系。图2B是曲线图，表示在燃料喷射开始之后催化剂温度对于过去时间的关系。图2C是曲线图，表示在燃料喷射开始之后HC排出量对于过去时间的关系。在图2A至2C中，实线代表第一实施例，而虚线代表先有技术。
图3是流程图，表示由根据第一实施例的控制器执行的控制例行程序。
图4是流程图，表示由根据第二实施例的控制器执行的控制例行程序。
图5是曲线图，表示氧化氮的产生量对于过剩空气系数的关系和与催化燃烧器有关的燃烧温度对于过剩空气系数的关系。
图6A是曲线图，表示相对于本发明的第一和第三实施例在燃料喷射开始之后燃料喷射量对于过去时间的关系。图6B是曲线图，表示相对于第一和第三实施例在燃料喷射开始之后过剩空气系数对于过去时间的关系。图6C是曲线图，表示根据第一和第三实施例在燃料喷射开始之后催化剂温度对于过去时间的关系。在图6A至6C中，实线代表第三实施例，而虚线代表第一实施例。
最佳实施例的详细描述
参照图1A和1B，将描述根据本发明包括一个催化燃烧器的示范燃料电池系统1。这种燃料电池系统包括：一个燃料电池2，从电化学反应得到电动势；一个压缩机5，用来供给压缩空气作为含氧气体；一个重整装置6，用来从重整反应产生一种含氢气体；及一个催化燃烧器9，起用于在汽化器8中的热交换操作的热源地作用。在这种描述中，一种包含氧的气体有时称作“含氧气体”。
用于重整反应的启动材料是分别存储在一个甲醇箱13和一个水箱15中的甲醇和水。甲醇由一个抽吸甲醇的第一泵14输送到汽化器8。在汽化器8中产生的蒸汽和甲醇蒸气输送到重整装置6。
在重整装置6中，从汽化器8经管道17、18供给的甲醇蒸气和蒸汽与从压缩机5经管道20供给的空气混合，以便通过使用与甲醇的氧化反应和与甲醇的蒸汽重整反应产生富氢重整气体。重整装置6是一种能消除一个独立加热元件的自热型。在自热重整装置中，吸热蒸汽重整反应所需的热量由放热氧化反应产生的热量补充。一种CO氧化剂7提供在燃料电池2与重整装置6之间，以便防止由在供给到燃料电池2的阳极3的重整气体中包含的一氧化碳导致燃料电池2的毒化。
压缩空气从压缩机5经管道24供给到燃料电池2的阴极4。来自CO氧化剂7的重整气体经管道22供给到阳极3。以这种方式，燃料电池2使用电化学反应产生电力。
在电力产生中没有由燃料电池2使用的阳极废气和阴极废气由指定管道26、27传送到催化燃烧器9，并且由用来燃烧燃料的燃烧催化剂10燃烧。由燃烧操作产生的高温燃烧气体用来汽化连接在燃烧催化剂10的下游的汽化器8中的水和液体燃料，并且然后从管道28排出。汽化器8完成在液体燃料与燃烧气体和在燃烧气体与水之间的热交换操作，以便汽化水和液体燃料。
而且，至少当启动重整装置或燃料电池系统1时，换句话说，在催化燃烧器的启动操作期间，把空气经管道29和压缩机5引入到催化燃烧器9中，并且经一个燃料喷射器11、管道19和一个抽吸甲醇的第一泵14供给液体燃料。空气和甲醇混合，并且把甲醇和空气的生成气体混合物引入到燃烧催化剂10中和由燃烧催化剂10燃烧。一个炽热塞12提供在燃烧催化剂10与催化燃烧器9的燃料喷射器11之间，以便强迫点燃甲醇和空气的气体混合物。由在燃烧催化剂10中的燃烧操作产生高温燃烧气体在使用后从管道28排出，以便汽化在汽化器8中的水和燃料。
控制器31是一个微型计算机，包括一个中央处理单元(CPU)、一个只读存储器(ROM)、一个随机存取存储器(RAM)及一个输出/输出接口(I/O接口)。这些元件由一根总线连接。控制器31可以包括多个微型计算机。
控制器31控制当启动燃料电池系统时，换句话说，在催化燃烧器的启动操作期间，空气的流量和供给到催化燃烧器9的燃料流量。来自用来探测重整装置6的温度的一个第一温度传感器32、用来探测CO氧化剂7的温度的一个第二温度传感器33及用来探测燃烧催化剂的温度的一个第三温度传感器34的温度信号经I/O接口输入到控制器31。控制器31在控制压缩机5、燃料喷射器11、炽热塞12、控制空气流量的第一、第二和第三空气流动控制阀21、25、30、及调节重整气体的流量和流动方向的气体流动控制阀23的操作时，使用这些探测温度。压缩机5、燃料喷射器11、炽热塞12、第一、第二和第三空气流动控制阀21、25、30、及气体流动控制阀23响应来自控制器31的命令信号操作。第一空气流动控制阀21调节从压缩机5供给到重整装置6的空气量。第二空气流动控制阀25调节从压缩机5供给到燃料电池2的空气量。第三空气流动控制阀30调节从压缩机5供给到催化燃烧器9的空气量。
其次将描述一种在启动操作期间把空气和燃料供给到催化燃烧器的方法。如上所述，在燃料电池2的电力产生操作期间，催化燃烧器9燃烧在电力产生期间没有由燃料电池2使用的阳极废气和阴极废气。由催化燃烧器9产生高温燃烧气体用作一个用来汽化在汽化器8中的水和燃料的热源。另一方面，当启动燃料电池系统时，催化燃烧器9燃烧从压缩机5供给的空气和从燃料喷射器11供给的液体燃料的气体混合物，因为从燃料电池2不能得到阳极废气和阴极废气。
参照图2A-C，在现有技术中，虽然由于来自控制器的命令而进行固定量的燃料喷射，由于低的催化剂温度，催化剂活性不足。结果，提供的燃料的一部分被从催化燃烧器9排出而没进行燃烧。
再参照图2A-C，根据本发明，在开始启动操作之后，就是说在启动燃料喷射之后，在一个预定时间t1期间通过把供给到催化燃烧器9的液体燃料的喷射量设置到一个第一预定喷射量Qf1减小排出而没有经历燃烧的燃料量(HC排出物)。第一预定喷射量Qf1代表在其下实现在催化燃烧器9中由燃烧催化剂10点燃燃料的最小喷射量。
预定时间t1代表催化燃烧器9的燃烧催化剂10在开始燃料喷射之后达到活化温度Tc1′所需的时间。通过测量燃烧率对于流入催化剂中的燃料的时间依赖性经验确定预定时间t1。活化温度Tc1′定义为在其下燃烧流入催化剂中的燃料的预定百分比(50％-90％)的催化剂温度。当把活化温度定义为在其下燃烧流入催化剂中的燃料的50％的催化剂温度时，活化温度Tc1′是约60℃。
当在预定时间t1期间燃烧催化剂10的活性不足时，供给的燃料的一部分从催化燃烧器9排出而不经历燃烧。当在开始燃料喷射之后过去预定时间t1时，燃烧大部分燃料，因为由于由燃料导致的温度升高活化燃烧催化剂10。
在预定时间t1之后，控制器31把燃料喷射量设置到一个比第一预定喷射量Qf1大的第二预定喷射量Qf2。这里，在预定时间t1之后的催化燃烧器9的操作称作稳态操作。在预定时间t1之后的稳态操作中，由于燃烧催化剂10已经达到活化温度Tc1′，所以产生热量的增大在燃烧催化剂10中和在布置在其下游的汽化器8中都创建迅速的温度升高。
催化燃烧器9装有一个在开始燃料喷射之后的预定时间t1期间用来强迫点燃气体混合物的炽热塞12。这允许未燃烧燃料的排出量进一步减小，因为把第一预定喷射量Qf1设置到一个较小值。另外，控制供给到催化燃烧器9的空气流动，从而独立于燃料喷射量的变化固定过剩空气系数λ。这使燃烧温度能够控制到一个适当温度。
这里，过剩空气(过剩气体)系数λ代表含氧气体(在这种描述中是空气)的流量除以用来实现燃料完全燃料需要的最小气体流量。换句话说，过剩空气系数λ代表在催化燃烧器9中的气体/燃料比率除以化学计量气体/燃料比率。在大于1的过剩空气系数下，完全燃烧喷射到催化燃烧器9的燃料。
现在参照图3，将描述对于催化燃烧器9在启动操作期间由控制器31执行的一种控制例行程序。使用以固定间隔中断的计时器周期地执行控制例行程序。固定间隔取0.5-2秒的值。
首先在步骤S101中，读在燃料喷射开始之后的过去时间t。在初始控制例行程序的开始处把时间t设置到0的值。当控制器31启动喷射燃料的燃料喷射器时，它开始测量过去时间。即，控制器31测量在第一次命令燃料喷射器喷射燃料之后的过去时间。
在步骤S102中，确定在燃料喷射开始之后的过去时间t是否大于一个预定时间t1。当过去时间t小于或等于预定时间t1时，例行程序前进到步骤S103，其中把燃料喷射量Qf设置到一个第一预定喷射量Qf1。
在步骤S104中，把空气流量Qa设置到一个在其下对于第一喷射量Qf1实现一个固定过剩空气系数λt的空气流量Qa1。然后，例行程序前进到步骤S107。固定过剩空气系数λt是一个在催化燃烧器9的稳态操作期间实现400至800℃的燃烧催化剂温度的过剩空气系数，并且在从3到5的范围内。
在步骤S102中，当过去时间t大于预定时间t1时，例行程序前进到步骤S105，其中把燃料喷射量Qf设置到一个第二喷射量Qf2。应该注意，第二喷射量Qf2大于第一喷射量Qf1。
在步骤S106中，把空气流量Qa设置到在第二喷射量Qf2下实现固定过剩空气系数λt的一个空气流量Qa2。然后，例行程序前进到步骤S107。
在步骤S107中，控制第三空气流动控制阀30的开口和压缩机5的转动速度，以便产生设置的空气流量Qa。例如，通过查阅相对于空气流量Qa规定空气流动控制阀30的开口和压缩机5的转动速度并且经验确定的一个表可以实现这种控制。
在步骤S108中，根据在步骤S103或步骤S105中设置的喷射量Qf进行燃料喷射器11的控制。即，控制器命令燃料喷射器11喷射设置的燃料喷射量Qf。
其次将描述与一种在启动操作期间把空气和燃料供给到催化燃烧器的方法有关的一个第二实施例。
图1中所示的一个温度传感器34探测燃烧催化剂10的温度。在比催化剂活化温度Tc1′低的温度下，把供给到催化燃烧器9的液体燃料的喷射量Qf设置到一个第一预定喷射量Qf1，就是说，设置到能实现在催化剂中的点燃的最小喷射量。以这种方式，能减小未燃烧燃料的排出量。在大于或等于催化剂活化温度Tc1′的温度下，把燃料喷射量Qf设置到一个比第一预定喷射量Qf1大的第二预定喷射量Qf2。在催化剂活化温度Tc1′以上，近似燃烧所有的供给燃料。此后保持第二预定喷射量Qf2，并且因为由燃烧导致的温度升高进一步增强催化剂活化。此后，催化剂温度逐渐达到在稳态操作期间是催化剂的稳态温度的第二预定温度Tc2。换句话说，第二预定喷射量Qf2是一个在催化燃烧器的稳态操作条件下实现第二预定温度Tc2的燃料喷射量。
这里把第二预定温度Tc2设置成大于或等于在其下流入催化剂中的至少99％的燃料经受燃烧的一个400℃的下限温度。而且，把第二预定温度Tc2设置成小于催化剂的最大允许温度，该温度近似是800℃并且根据催化剂的耐热特性确定。例如，把第二预定温度Tc2设置到近似600℃。以这种方式，在燃烧催化剂10中和在提供在其下游的汽化器8中实现快速温度升高。此外基于实际催化剂温度的燃料喷射量的控制能够实现催化剂温度的准确控制。
在比一个催化剂活化温度Tc1′低的温度下由一个炽热塞12可以强迫点燃燃料和空气的气体混合物，以便进一步减小未燃烧燃料的排出量。
此外，为了实现适当的温度，以独立燃料喷射量变化固定过剩空气系数λ的方式控制供给到催化燃烧器9的空气流动。
现在参照图4，将描述在催化燃烧器9的启动操作期间由控制器31执行的根据第二实施例的一个控制例行程序。使用以固定间隔中断的计时器周期地执行控制例行程序。固定间隔取10-100毫秒的值。
在步骤S201中，使用温度传感器34读燃烧催化剂10的温度Tc。
然后在步骤S202中，确定催化剂温度Tc是否大于一个等于一个活化温度Tc1′的第一预定温度Tc1。当催化剂温度Tc小于第一预定温度Tc1时，例行程序前进到步骤S203，其中把燃料喷射量Qf设置到一个第一喷射量Qf1。
然后在步骤S204中，把空气流量Qa设置到一个空气流量Qa1，以便在第一喷射量Qf1下实现一个固定过剩空气系数λt。然后，例行程序前进到步骤S207。固定过剩空气系数λt在从3到5的范围内。
当在步骤S202中确定催化剂温度Tc大于第一预定温度Tc1时，例行程序前进到步骤S205，其中把燃料喷射量Qf设置到一个第二喷射量Qf2。应该注意，第二喷射量Qf2大于第一喷射量Qf1。
在步骤S206中，把空气流量Qa设置到对应于第二喷射量Qf2产生固定过剩空气系数λt的一个空气流量Qa2。此后例行程序前进到步骤S207。
在步骤S207中，控制空气流动控制阀30的开口和压缩机5的转动速度，从而实现设置的空气流量Qa。然后在步骤S208中，根据在步骤S203或步骤S205中设置的喷射量Qf控制燃料喷射器11。
下文描述涉及一种在催化燃烧器的启动操作期间供给空气和燃料的一种方法的第三实施例。在这个实施例中，控制器31执行与根据第一或第二实施例的控制例行程序相同的一个控制例行程序。况且，燃料喷射量控制与在第一和第二实施例中执行的相同。在这个实施例中与第一和第二实施例的不同点在于按下文描述的那样设置空气流量。
图5表示作为过剩空气系数λ的函数的燃烧温度和氧化氮产生量。燃烧温度和氧化氮产生量在约1的过剩空气系数处取最大值。在催化燃烧器9中的过剩空气系数总是设置成比在其下燃烧温度或氧化氮产生量取最大值的过剩空气系数高的过剩空气系数。尽管在第一和第二实施例中把过剩空气系数λ设置为一个恒定值λt，但在第三实施例中，根据过去时间或燃烧催化剂10的温度改变过剩空气系数λ。
在这个实施例中，如图6A-C中所示使用一个第一和一个第二剩空气系数λ1、λ2进行空气流量的控制。把用来实现在第一预定温度Tc1与最大允许温度之间的燃烧催化剂10的温度的过剩空气系数取作第二过剩空气系数λ2。通过考虑燃烧催化剂10的耐热特性确定用于催化剂的最大允许温度。另一方面，把第一过剩空气系数λ1设置成一个比λ2小的值，并且这样设置，从而氧化氮产生量落在一个允许范围内。第一过剩空气系数λ1希望是在其下由燃料燃烧产生的氧化氮量在一个允许范围内的最低值。第一过剩空气系数λ1取2至3的值。第二过剩空气系数λ2取4至5的值。
当在图3的步骤S102中确定燃烧喷射开始之后的过去时间t小于或等于预定时间t1时，在步骤S104，控制器31把空气流量Qa设置到对于燃料喷射量Qf1达到第一过剩空气系数λ1的空气流量。当在图4中的步骤S202中确定催化剂温度低于或等于预定温度Tc1时，在步骤S204，控制器31把空气流量Qa设置到对于燃料喷射量Qf1达到第一过剩空气系数λ1的空气流量。这允许高燃烧温度和在催化剂中生成的迅速温度升高。如图6C中所示，在催化燃烧器的启动操作期间，与在当把过剩空气系数λ保持到第二过剩空气系数λ2时的过去时间t1相比，在燃料喷射开始之后直到催化剂达到活化温度的过去时间缩短到一个过去时间t1′。
当在图3的步骤S102中确定燃料喷射开始之后的过去时间t大于预定时间t1时，在步骤S106，控制器31把空气流量Qa设置到响应燃料喷射量Qf2达到第二过剩空气系数λ2的空气流量。当在步骤S202中确定催化剂温度已经升高到大于或等于预定温度Tc1时，在步骤S206中，控制器31把空气流量Qa设置到响应燃料喷射量Qf2达到第二过剩空气系数λ2的空气流量。以这种方式，通过避免催化剂温度的过分升高避免催化剂退化。此外，该实施例允许未燃烧燃料的排出量减小，同时在燃料催化剂10和汽化器8中实现更迅速的温度升高。
在以上的每个实施例中，尽管催化燃烧器9适于作为到汽化器8的燃烧气体的源，但本发明在这方面不受限制。在启动操作期间催化燃烧器9可以适于作为供给到燃料电池或重整装置的催化剂的热源。
日本专利申请P2001-384199(提出于2001年12月18日)的全部内容通过参考包括在这里。
尽管通过参照本发明的某些实施例在以上已经描述了本发明，但本发明不限于上述实施例。鉴于以上讲授，对于熟悉本专业的技术人员能想到上述实施例的修改和变更。本发明的范围参照如下权利要求书限定。
工业适用性
根据本发明的一种控制器件和控制方法能应用于催化燃烧器，特别是应用于在燃料重整系统或燃料电池系统中使用的催化燃烧器。