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【発明の名称】 脱硫装置、その方法、燃料電池用燃料ガスの製造装置、および、燃料電池システム
【発明者】 【氏名】佐藤 光一

【氏名】飯原 智宏

【要約】 【課題】液体燃料を安定し効率よく脱硫処理して供給できる脱硫装置を備えた燃料電池システムを提供する。

【解決手段】脱硫器121に、脱硫処理後の液体燃料111Aを貯溜するバッファタンク123を接続する。バッファタンク123に設けた液面センサにて貯溜する液体燃料111Aの液面位置を検出し、液面位置に対応する貯溜量を制御装置にて認識する。制御装置は、液体燃料供給手段110の液体燃料ポンプ112Aの駆動状態を、貯溜量に応じた供給量で連続的に液体燃料貯溜タンクから供給する状態に制御する。脱硫器121内で液体燃料111Aが滞留することによる気相分の液体燃料111Aの生成を抑制でき、安定して脱硫処理でき、脈動無く供給できる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体燃料を脱硫する脱硫装置であって、
前記液体燃料を供給する液体燃料供給ポンプを有した液体燃料供給手段と、
脱硫剤が内部に充填され前記液体燃料供給手段により供給される前記液体燃料を脱硫処理する脱硫器と、
この脱硫器に接続され脱硫された前記液体燃料が流入される流入口およびこの流入口から流入されて貯溜する前記液体燃料を流出する流出口を有した貯溜タンクと、
この貯溜タンクに貯溜する前記液体燃料の液量を検出する検出手段と、
この検出手段にて検出する前記貯溜タンクに貯溜する液体燃料の液量に応じた供給量で前記液体燃料を前記脱硫器へ連続的に供給する状態に前記液体燃料供給ポンプの駆動状態を制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とした脱硫装置。
【請求項2】
請求項1に記載の脱硫装置であって、
前記脱硫器は、前記液体燃料供給手段から供給される前記液体燃料を加熱させて前記脱硫剤にて脱硫処理させる加熱手段を備えた
ことを特徴とした脱硫装置。
【請求項3】
請求項2に記載の脱硫装置であって、
前記制御手段は、前記検出手段で検出する前記貯溜タンクに貯留する前記液体燃料の液量に応じた供給量に対応して、前記加熱手段による加熱負荷を大小させる制御をする
ことを特徴とした脱硫装置。
【請求項4】
請求項2に記載の脱硫装置であって、
前記脱硫器の温度またはこの脱硫器から流出する前記液体燃料の温度を検出する脱硫温度検出手段を具備し、
前記制御手段は、前記脱硫温度検出手段により検出する温度が略一定となる状態に前記加熱手段の加熱状態を制御する
ことを特徴とした脱硫装置。
【請求項5】
請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の脱硫装置であって、
前記脱硫器および前記貯溜タンク間に設けられ、前記脱硫器から流出する脱硫処理された前記液体燃料と、前記液体燃料供給手段にて供給される前記液体燃料との熱交換により、前記供給される液体燃料を前記脱硫処理された液体燃料で加熱する熱交換手段を具備した
ことを特徴とした脱硫装置。
【請求項6】
請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の脱硫装置であって、
前記検出手段は、前記貯溜タンクに貯溜される前記液体燃料の液面位置を検出する液面センサを備え、
前記制御手段は、前記液面センサにて検出する液面位置に応じて前記液体燃料供給ポンプの駆動状態を制御する
ことを特徴とした脱硫装置。
【請求項7】
液体燃料を脱硫器で脱硫する脱硫方法であって、
前記液体燃料を前記脱硫器へ供給する液体燃料供給ポンプと、前記脱硫器に接続され脱硫処理された前記液体燃料を貯溜しこの貯溜する液体燃料の液量を検出する検出手段を備えた貯溜タンクとを用い、
前記検出手段にて検出する前記貯溜タンクに貯溜する前記液体燃料の液量に応じた供給量で前記液体燃料を前記脱硫器へ連続的に供給させる状態に前記液体燃料供給ポンプの駆動を制御する
ことを特徴とする脱硫方法。
【請求項8】
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の脱硫装置と、
この脱硫装置の貯溜タンクに接続され前記貯溜タンクに貯溜された液相の前記液体燃料を移送する移送経路と、
この移送経路に接続され移送される前記液体燃料を原料ガスに気化する気化手段と、
この気化手段で気化された前記原料ガスを改質し燃料ガスを生成する改質手段と、
を具備したことを特徴とした燃料電池用燃料ガスの製造装置。
【請求項9】
請求項8に記載の燃料電池用燃料ガスの製造装置であって、
前記改質手段は、バーナを備え、
前記脱硫装置の貯溜タンクに接続され、前記貯溜タンクに貯溜する気相分を前記バーナの燃料として供給する燃料供給経路を具備した
ことを特徴とした燃料電池用燃料ガスの製造装置。
【請求項10】
請求項8または請求項9に記載の燃料電池用燃料ガスの製造装置と、
酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、
前記燃料電池用燃料ガスの製造装置の前記改質手段で改質された前記燃料ガスおよび前記酸素含有気体供給手段により供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、
を具備したことを特徴とした燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、液体燃料を脱硫剤によって脱硫する脱硫装置、その方法、燃料電池用燃料ガスの製造装置、および、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば燃料電池で発電に利用する水素ガスを生成するために、液体燃料を脱硫する各種脱硫方法が知られている(例えば、特許文献1または特許文献2参照)。
特許文献1に記載のものは、脱硫剤を内部に充填し脱硫処理する脱硫器からの原料を補助タンクへ供給し、この補助タンクから改質器へ原料を供給させ、起動時に脱硫器から発生する原料の蒸気を補助タンクに流し込んで溜め、改質器へ供給されることを防止し、改質触媒の劣化防止や停止時間を短縮させる構成が採られている。そして、補助タンクが空にならないように補助タンク内の原料レベルを検知し、原料タンクから脱硫器を介して必要量の原料を供給させている。
特許文献2に記載のものは、脱硫剤を内部に充填し脱硫処理する脱硫反応器の底部に液体燃料を導入し、所定の温度に昇温して脱硫剤と接触させて脱硫処理する。この後、脱硫反応器内での気液界面の部位より、液体成分と気体成分とが併存する状態の反応生成物で引き抜き、下流側の気化器ならびに改質反応器に移送し、水素ガスを生成させ、脱硫後に下流側へ移送する際の脈動を防止する構成が採られている。
【0003】
【特許文献1】特開2003−151608号公報
【特許文献2】特開2004−51864号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記特許文献1に記載のような従来の脱硫方法では、補助タンクが空にならないように原料タンクから脱硫器を介して必要量の原料を供給する構成であり、補助タンクにある程度の原料が貯溜する場合に原料タンクからの供給を停止すると、脱硫器内で原料の流動が停止し、脱硫器内での原料の温度が上昇し、蒸気が発生することで、液相吸着法による脱硫処理を実施する脱硫剤の脱硫処理効率が変動するおそれがある。このため、安定した良好な脱硫処理のために十分な容積の脱硫器を用いる必要があり、装置が大型化するおそれがある。
また、特許文献2に記載のような従来の脱硫方法では、液相吸着法による脱硫処理を実施するための脱硫剤が利用されることから、脱硫反応器内に気体成分と液体成分とが生成することで、脱硫剤による脱硫処理効率が異なってしまうので、安定した良好な脱硫処理のために十分な容積の脱硫反応器を用いる必要があり、装置が大型化するおそれがある。また、例えば、発電処理を中断することにより、液体燃料の流通が停止すると、脱硫反応器内で気体成分がより生成し易くなる。このため、再起動する際に、気体成分と液体成分とが併存する状態で引き抜く制御が煩雑となるとともに、下流側への移送の際に脈動を生じるおそれがある。さらには、後段での気化器における水蒸気との混合による気化の際に、移送される反応生成物の気体成分と液体成分との割合が変動することで、後段での改質処理における水蒸気バランスが変動し、安定した改質処理が得られなくなるおそれもある。
【0005】
本発明の目的は、このような点に鑑みて、液体燃料を安定し効率よく脱硫処理して供給できる脱硫装置、その方法、燃料電池用燃料ガスの製造装置、および、燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に記載の脱硫装置は、液体燃料を脱硫する脱硫装置であって、前記液体燃料を供給する液体燃料供給ポンプを有した液体燃料供給手段と、脱硫剤が内部に充填され前記液体燃料供給手段により供給される前記液体燃料を脱硫処理する脱硫器と、この脱硫器に接続され脱硫された前記液体燃料が流入される流入口およびこの流入口から流入されて貯溜する前記液体燃料を流出する流出口を有した貯溜タンクと、この貯溜タンクに貯溜する前記液体燃料の液量を検出する検出手段と、この検出手段にて検出する前記貯溜タンクに貯溜する液体燃料の液量に応じた供給量で前記液体燃料を前記脱硫器へ連続的に供給する状態に前記液体燃料供給ポンプの駆動状態を制御する制御手段と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、脱硫剤が内部に充填され供給される液体燃料を脱硫処理する脱硫器に、脱硫処理された液体燃料が流入口から流入されて貯溜しこの貯溜する液体燃料を流出口から流出する貯溜タンクを接続する。貯溜タンクに貯溜する液体燃料の液量を検出手段で検出し、制御手段により、検出手段で検出する液量に応じた供給量で液体燃料供給手段にて液体燃料を脱硫器へ連続的に供給する状態に液体燃料供給手段の液体燃料供給ポンプの駆動状態を制御する。
このことにより、液体燃料が脱硫器に連続して供給され、脱硫器内で液体燃料が滞留することによる液体燃料の気相分の生成が抑制され、脱硫剤による安定した脱硫処理が得られるとともに、液体分のみ貯溜タンクから供給することにより、気相および液相分の混合移送時の脈動も防止でき、脱硫処理後の液体燃料を安定して供給できる。
【0007】
そして、本発明では、前記脱硫器は、前記液体燃料供給手段から供給される前記液体燃料を加熱させて前記脱硫剤にて脱硫処理させる加熱手段を備えた構成とすることが好ましい。
この発明では、脱硫器に設けた加熱手段により、液体燃料供給手段から供給される液体燃料を加熱させて脱硫剤にて脱硫処理させる。
このことにより、脱硫処理効率の向上のために加熱手段にて液体燃料を加熱して脱硫処理するので、加熱により液体燃料の気化が生じやすい構成において、特に有効である。
【0008】
さらに、本発明では、前記制御手段は、前記検出手段で検出する前記貯溜タンクに貯留する前記液体燃料の液量に応じた供給量に対応して、前記加熱手段による加熱負荷を大小させる制御をする構成とすることが好ましい。
この発明では、制御手段により、検出手段で検出する貯溜タンクに貯留する液体燃料の液量に応じた液体燃料供給手段による液体燃料の供給量に対応して、加熱手段による加熱負荷を大小させる。
このことにより、脱硫処理時の液体燃料の加熱負荷が、貯溜タンクの液量に応じて液体燃料供給手段から供給される液体燃料の供給量に対応して可変するので、安定した脱硫処理が得られる。
【0009】
そして、本発明では、前記脱硫器の温度またはこの脱硫器から流出する前記液体燃料の温度を検出する脱硫温度検出手段を具備し、前記制御手段は、前記脱硫温度検出手段により検出する温度が略一定となる状態に前記加熱手段の加熱状態を制御する構成とすることが好ましい。
この発明では、制御手段により、脱硫温度検出手段で検出する脱硫器の温度または脱硫器から流出する液体燃料の温度が略一定となる状態に、加熱手段の加熱状態を制御する。
このことにより、貯溜タンクの液量に応じて液体燃料供給手段から供給される液体燃料の供給量が変動しても、加熱手段での加熱状態を、脱硫器の温度あるいは脱硫器から流出する液体燃料の温度を略一定として安定した脱硫処理が得られるように制御するので、安定した脱硫処理が簡単な構成で容易に得られる。
【0010】
また、本発明では、前記脱硫器および前記貯溜タンク間に設けられ、前記脱硫器から流出する脱硫処理された前記液体燃料と、前記液体燃料供給手段にて供給される前記液体燃料との熱交換により、前記供給される液体燃料を前記脱硫処理された液体燃料で加熱する熱交換手段を具備した構成とすることが好ましい。
この発明では、脱硫器および貯溜タンク間に設けた熱交換手段により、脱硫器から流出する脱硫処理された液体燃料と、液体燃料供給手段にて供給される液体燃料との熱交換により、供給される液体燃料を脱硫処理された液体燃料で加熱する。
このことにより、脱硫器で脱硫処理時に加熱手段にて加熱した熱量の有効利用が得られ、脱硫処理後の液体燃料の効率的な供給が得られる。
【0011】
さらに、本発明では、前記検出手段は、前記貯溜タンクに貯溜される前記液体燃料の液面位置を検出する液面センサを備え、前記制御手段は、前記液面センサにて検出する液面位置に応じて前記液体燃料供給ポンプの駆動状態を制御する構成とすることが好ましい。
この発明では、検出手段の液面センサにて検出した貯溜タンクに貯溜された液体燃料の液面位置に応じて、液体燃料を連続的に供給する液体燃料供給ポンプの駆動状態を制御する。
このことにより、例えば液面位置と液体燃料供給ポンプの流量とを関連付けた制御用データなどを設けておく簡単な制御方法で、かつ液面を検出する簡単なセンサを用いる構成で、安定した脱硫処理が得られ脈動なく安定して脱硫処理後の液体燃料を供給する構成が得られる。
【0012】
本発明に記載の脱硫方法は、液体燃料を脱硫器で脱硫する脱硫方法であって、前記液体燃料を前記脱硫器へ供給する液体燃料供給ポンプと、前記脱硫器に接続され脱硫処理された前記液体燃料を貯溜しこの貯溜する液体燃料の液量を検出する検出手段を備えた貯溜タンクとを用い、前記検出手段にて検出する前記貯溜タンクに貯溜する前記液体燃料の液量に応じた供給量で前記液体燃料を前記脱硫器へ連続的に供給させる状態に前記液体燃料供給ポンプの駆動を制御することを特徴とする。
この発明では、液体燃料を脱硫器へ供給する液体燃料供給ポンプと、脱硫器に接続され脱硫処理された液体燃料を貯溜しこの貯溜する液体燃料の液量を検出する検出手段を備えた貯溜タンクとを用いる。そして、検出手段にて検出する貯溜タンクに貯溜する液体燃料の液量に応じた供給量で液体燃料を脱硫器へ連続的に供給させる状態に、液体燃料供給ポンプの駆動を制御する。
このことにより、液体燃料が脱硫器に連続して供給され、脱硫器内で液体燃料が滞留することによる液体燃料の気相分の生成が抑制され、脱硫剤による安定した脱硫処理が得られるとともに、液体分のみ貯溜タンクから供給することにより、気相および液相分の混合移送時の脈動も防止でき、脱硫処理後の液体燃料を安定して供給できる。
【0013】
本発明に記載の燃料電池用燃料ガスの製造装置は、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の脱硫装置と、この脱硫装置の貯溜タンクに接続され前記貯溜タンクに貯溜された液相の前記液体燃料を移送する移送経路と、この移送経路に接続され移送される前記液体燃料を原料ガスに気化する気化手段と、この気化手段で気化された前記原料ガスを改質し燃料ガスを生成する改質手段と、を具備したことを特徴とする。
この構成では、液体燃料の安定した脱硫処理および脱硫処理後の液体燃料の安定供給が得られる請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の脱硫装置の貯溜タンクに、貯溜する液相の液体燃料を移送する移送経路を介して、液体燃料を原料ガスに気化する気化手段を接続する。そして、気化手段で気化した原料ガスを改質手段で改質して燃料ガスを生成させる。
このことにより、安定して良好に脱硫処理された液体燃料が気化手段へ脈動無く安定して供給されるので、気化手段で例えば水蒸気を混合して気化させる際の水蒸気との混合バランスが安定し、後段の改質手段における安定した改質処理が得られ、安定した特性の燃料ガスを安定して供給できる。
【0014】
そして、本発明では、前記改質手段は、バーナを備え、前記脱硫装置の貯溜タンクに接続され、前記貯溜タンクに貯溜する気相分を前記バーナの燃料として供給する燃料供給経路を具備した構成とすることが好ましい。
この発明では、脱硫装置の貯溜タンクに貯溜する気相分を、燃料供給経路を介して改質手段のバーナへ燃料として供給する。
このことにより、気相分が発生しても改質手段での改質処理のために加熱するバーナの燃料として有効利用するので、液体燃料を効率よく利用できる。
【0015】
本発明に記載の燃料電池システムは、請求項8または請求項9に記載の燃料電池用燃料ガスの製造装置と、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、前記燃料電池用燃料ガスの製造装置の前記改質手段で改質された前記燃料ガスおよび前記酸素含有気体供給手段により供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、安定した特性の燃料ガスを安定して供給できる燃料電池用燃料ガスの製造装置からの燃料ガスと、酸素含有気体供給手段から供給される酸素含有気体とを利用して、燃料電池にて発電させる。
このことにより、燃料ガスと酸素含有気体との割合が安定し、効率よく良好に発電できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明の燃料電池システムに係る一実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態では、灯油を利用する燃料電池システムの構成を例示するが、例えば燃料電池に供給する燃料ガスを製造する製造装置などに適用できる。
図1は、本実施の一形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図2は、脱硫装置の概略構成を示すブロック図である。
【0017】
〔燃料電池システムの構成〕
(全体構成)
図1において、100は、燃料電池システムで、この燃料電池システム100は、液体燃料を原料として水素を主成分とする燃料ガスに改質し、燃料電池170により発電させるシステムである。
この燃料電池システム100は、液体燃料供給手段110と、脱硫手段120と、気化手段130と、改質手段140と、酸素含有気体供給手段150と、加湿器160と、燃料電池170と、などを備えている。
そして、液体燃料供給手段110と、脱硫手段120とにより、本発明における液体燃料を脱硫する脱硫装置200が構成され、脱硫装置200と、移送経路としての脱硫燃料経路124と、気化手段130と、改質手段140と、により、本発明における脱硫処理後の液体燃料111Aから燃料電池170で発電させる原料となる水素ガスリッチの燃料ガスを製造する装置である燃料電池用燃料ガスの製造装置としての燃料ガス製造装置300が構成される。
【0018】
液体燃料供給手段110は、図1および図2に示すように、液体燃料貯溜タンク111と、液体燃料供給経路112と、を備えている。
液体燃料貯溜タンク111は、例えば灯油などの液体燃料111Aを流出可能に貯溜する。ここで、液体燃料111Aとしては、灯油に限らず、例えば軽油やナフサなど、各種液体燃料が利用できる。
液体燃料供給経路112は、液体燃料貯溜タンク111に接続され、液体燃料貯溜タンク111に貯溜する液体燃料111Aを流通させる。この液体燃料供給経路112は、液体燃料供給ポンプとしての液体燃料ポンプ112Aおよび燃料供給バルブ112Bを有し、一端が液体燃料貯溜タンク111に接続され他端が脱硫手段120に接続された液体燃料供給管112Cを備えている。そして、液体燃料供給経路112は、液体燃料ポンプ112Aの駆動により液体燃料貯溜タンク111に貯溜する液体燃料111Aを脱硫手段120へ流通させる。
なお、液体燃料供給手段110としては、液体燃料貯溜タンク111を備えた構成に限られるものではなく、例えば、別途設けられた液体燃料貯溜タンク111に接続されこの液体燃料貯溜タンク111に貯溜する液体燃料111Aを流通させる液体燃料供給経路112のみを備えた構成としてもよい。
【0019】
脱硫手段120は、図1および図2に示すように、脱硫器121と、熱交換手段としての液体燃料熱交換器122と、貯溜タンクとしてのバッファタンク123と、などを備えている。
脱硫器121は、液体燃料貯溜タンク111から液体燃料供給経路112に液体燃料熱交換器122を介して例えば約300[ml/時間]で供給される液体燃料111Aを、液相吸着法により液体燃料111A中に含有される硫黄化合物を吸着除去する脱硫処理を実施する。
この脱硫器121は、脱硫剤容器121Aと、加熱手段としての図示しない脱硫加熱手段と、図示しない脱硫温度検出手段と、などを備えている。脱硫剤容器121Aは、内部に脱硫剤121Bが充填された略円筒状に形成され、軸方向の一端に液体燃料供給経路112の液体燃料供給管112Cの他端が接続され液体燃料111Aが流入される図示しない燃料流入口を有し、軸方向の他端にバッファタンク123に接続され脱硫剤121Bと接触して流通する液体燃料111Aを流出させる図示しない燃料流出口を有している。そして、脱硫器121は、脱硫剤容器121Aの軸方向が略鉛直方向に沿う状態で、かつ燃料流入口が鉛直方向の下方に向けて開口するとともに燃料流出口が鉛直方向の上方に向けて開口する状態に設置される。すなわち、脱硫器121は、脱硫剤容器121Aの下部から液体燃料111Aが流入され、鉛直方向の上方に向けて流通しつつ上部から流出させる状態に設置される。
脱硫加熱手段は、例えば脱硫剤容器121Aの外面に螺旋状に配設されたシーズヒータなどの電気ヒータを備え、脱硫剤容器121Aの外面側から流通する液体燃料111Aを例えば200℃程度に加熱して脱硫処理を促進させる。なお、脱硫器121の外面には、電気ヒータとともに脱硫剤容器121Aの外面を被覆して断熱する断熱材が設けられる。また、電気ヒータは、螺旋状に配設する構成に限らず、例えば脱硫剤容器121Aの長手方向に沿って折り返すように配設するなどしてもよい。
脱硫温度検出手段は、例えば脱硫剤容器121Aに配設され、脱硫剤容器121Aの温度を検出する温度センサを備えている。この温度センサは、検出した温度検出信号を後述する制御装置へ出力する。
【0020】
液体燃料熱交換器122は、液体燃料貯溜タンク111から供給される液体燃料111Aを、脱硫器121から流出する脱硫処理後の液体燃料111Aとの熱交換により加熱する。
具体的には、液体燃料熱交換器122には、流入経路122Aと、流出経路122Bと、が接続されている。流入経路122Aは、液体燃料供給経路112の液体燃料供給管112Cが接続されるとともに脱硫器121の燃料流入口に接続され、液体燃料供給管112Cから脱硫器121へ液体燃料111Aを供給する。流出経路122Bは、脱硫器121の燃料流出口に接続されるとともにバッファタンク123に接続され、脱硫器121で脱硫処理されて流出する液体燃料111Aをバッファタンク123へ流通する。なお、流出経路122Bの液体燃料熱交換器122より下流側には、流出バルブ122B1、ストレーナ122B2、放圧弁122B3が設けられている。
そして、液体燃料供給管112Cから流入され流入経路122Aを流通する供給された液体燃料111Aと、流出経路122Bを流通する脱硫処理後の液体燃料111Aとが熱交換され、供給された液体燃料111Aがある程度加熱されて脱硫器121へ供給される。
【0021】
バッファタンク123は、脱硫器121で脱硫処理され液体燃料熱交換器122を介して流出経路122Bから流入する液体燃料111Aを一時的に貯溜するタンクである。すなわち、バッファタンク123は、上部に脱硫処理された液体燃料111Aが流入される図示しない流入口と、気相分の液体燃料111Aを排出する排出口とが設けられ、下部に貯溜する液相分の液体燃料111Aを流出する図示しない流出口が設けられ、液体燃料111Aを貯溜可能なタンク構成に形成されている。
また、バッファタンク123には、貯溜する液体燃料111Aの液量を検出する図示しない検出手段としての液面センサが設けられている。
【0022】
液面センサは、バッファタンク123に貯溜する液体燃料111Aの液面位置を検出し、この液面位置に関する検出信号を後述する制御装置へ出力する。本実施の形態では、バッファタンク123に貯溜する液体燃料111Aが非常に少ない量となる液面位置「LLレベル」と、貯溜する液体燃料111Aが比較的に少ない量となる液面位置「Lレベル」と、貯溜する液体燃料111Aが比較的に多い量となる液面位置「Hレベル」と、貯溜する液体燃料111Aが非常に多い量となる液面位置「HHレベル」の4つの液面位置を検出する構成を例示する。
すなわち、液面センサは、例えば、液面位置が「Lレベル」および「Hレベル」間に位置する場合には、その旨の信号もしくは検出信号を出力しない。また、液面位置が「Lレベル」および「LLレベル」間に位置する場合には、液面位置「Lレベル」に応じた検出信号を出力する。さらに、「Hレベル」および「HHレベル」間に位置する場合には、液面位置「Hレベル」に応じた検出信号を出力する。また、液面位置が「LLレベル」よりさらに低い、すなわち少ない貯溜量となる液面位置、および、液面位置が「HHレベル」よりさらに高い、すなわち多い貯溜量となる液面位置では、異常である旨の検出信号を出力する。
なお、液面センサとしては、このような構成に限らず、連続的に液面位置を検出する構成、さらには液面に限らず、流入量および流出量の差分から液体燃料111Aの液量を算出する構成など、バッファタンク123内に貯溜する液相の液体燃料111Aの液量を検出できるいずれの構成が適用できる。また、異常である旨の検出信号として「LLレベル」と「HHレベル」とをそれぞれ異なる信号とし、制御装置でそれぞれ異なる制御をしてもよい。
【0023】
そして、このバッファタンク123の下部には、脱硫燃料バルブ124Aおよび脱硫燃料ポンプ124Bを有した脱硫燃料経路124が接続され、貯溜する脱硫処理後の液体燃料111Aを気化手段130へ供給可能となっている。
また、バッファタンク123の上部には、逆火防止フィルタ125Aを有し、気化した液体燃料111Aを排出、例えば改質手段140で燃焼される燃焼ガスとして供給させる燃料供給経路としての燃焼ガス供給経路125が接続されている。
【0024】
気化手段130は、図1に示すように、脱硫手段120の脱硫燃料経路124に接続され、脱硫手段120から供給される脱硫処理後の液体燃料111Aを気化させる。この気化手段130は、気化器131と、熱交換装置132と、給水経路133と、などを備えている。
気化器131は、脱硫燃料経路124に接続され液体燃料111Aが供給されるとともに、熱交換装置132に接続され熱交換装置132から水蒸気が供給される。そして、気化器131は、液体燃料111Aおよび水蒸気を適宜混合して気化、すなわち原料ガスである気化液体燃料を生成させる。この気化器131は、改質手段140に接続され、水蒸気が混合されて気化した液体燃料111Aである気化液体燃料を改質手段140へ供給する。
熱交換装置132は、改質手段140に接続され、改質手段140から排気される排ガスを冷却させるとともに排ガスとの熱交換により水から水蒸気を生成させ、生成した水蒸気を気化器131へ供給させる。具体的には、熱交換装置132には、純水133Aを貯溜する純水タンク133Bが搬送ポンプ133Cおよび搬送バルブ133Dを有した給水経路133を介して接続され、純水タンク133Bから純水133Aが供給される。この純水133Aが改質手段140からの排ガスと熱交換されて水蒸気として気化器131に供給される。なお、純水タンク133Bは、蒸留水などの不純物を含まない純水133Aを貯溜し、例えば水道水などが浄化されて適宜給水される構成が設けられていてもよい。
【0025】
改質手段140は、気化手段130により水蒸気が混合されて気化された気化液体燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する。この改質手段140は、改質器141と、CO変成器142と、CO選択酸化器143と、などを備えている。
改質器141は、内部に図示しないニッケル触媒などの改質触媒およびバーナ141Aを備えている。バーナ141Aには、液体燃料貯溜タンク111に接続され搬送ポンプ144Aを有し液体燃料貯溜タンク111に貯溜する液体燃料111Aを搬送する燃料搬送経路144が接続されている。また、バーナ141Aには、送気ブロワ145Aおよび送気バルブ145Bを有した送気経路145が接続され、送気ブロワ145Aの駆動により燃焼用空気が供給される。さらに、バーナ141Aには、詳細は後述する燃料電池170に接続され開閉バルブ146Aを有し燃料電池170から排出される燃料ガスを排出する燃料ガス供給経路146が接続されている。また、バーナ141Aには、燃焼ガス供給経路125が接続され、バッファタンク123に貯溜する気相の液体燃料111Aが供給される。
そして、バーナ141Aは、送気ブロワ145Aから供給される空気により、燃料搬送経路144を介して供給された液相の液体燃料111Aや燃焼ガス供給経路125を介して供給された気相の液体燃料111A、および燃料ガス供給経路146を介して供給された燃料ガスを燃焼させ、改質器141に供給された気化液体燃料を水素リッチの燃料ガスに水蒸気改質する。このバーナ141Aの燃焼による高温の排ガスは、気化手段130の熱交換装置132に供給され、純水133Aとの熱交換により冷やされて外気中に排気される。
CO変成器142は、改質器141から流出する水素リッチの燃料ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)を変成する。
CO選択酸化器143は、酸化ブロワ143Aが接続されて空気が供給される。そして、CO選択酸化器143は、供給される空気中の酸素により、CO変成器142で変成されずに残留するCOを二酸化炭素(CO2)に酸化させ、燃料ガス中のCOを除去する。
なお、CO変成器142およびCO選択酸化器143は、改質器141と一体構成としてもよい。また、これらCO変成器142およびCO選択酸化器143の他、COを吸着除去するなどの装置を設けるなどしてもよい。
【0026】
酸素含有気体供給手段150は、酸素含有気体として例えば空気を燃料電池170へ供給する。
具体的には、酸素含有気体供給手段150は、ブロワ151と、一端がブロワ151に接続され他端が加湿器160に接続された空気供給管152と、この空気供給管152に設けられた空気バルブ153と、を備えている。そして、ブロワ151の駆動により、空気供給管152を介して空気を加湿器160へ供給する。
【0027】
加湿器160は、第1加湿部161と、第2加湿部162と、を有している。
第1加湿部161は、燃料ガスバルブ163Aを有した燃料ガス流通経路163を介して改質手段140のCO選択酸化器143に接続され、改質手段140で改質された水素リッチの燃料ガスを、例えば60〜70℃程度に調整しつつ例えば純水タンク133Bから供給される純水133Aにて加湿する。そして、第1加湿部161は、加湿した燃料ガスを燃料電池170へ供給する。
第2加湿部162は、酸素含有気体供給手段150の空気供給管152が接続され、供給される空気を例えば60〜70℃に加熱しつつ純水タンク133Bから供給される純水133Aにて加湿する。そして、第2加湿部162は、加湿した空気を燃料電池170へ供給する。
また、燃料ガス流通経路163は、燃料ガスバルブ163Aより上流側の位置で、バイパス経路165が接続されている。このバイパス経路165は、切替バルブ165Aを有し、燃料ガス供給経路146における開閉バルブ146Aより下流側に接続されている。そして、バイパス経路165は、燃料ガス流通経路163を流通する燃料ガスを、燃料ガス供給経路146を介して改質器141のバーナ141Aへ供給する。
【0028】
燃料電池170は、水素と酸素とを反応させて直流電力を発生させる。この燃料電池170は、例えば固体高分子型燃料電池で、正極171と、負極172と、正極171および負極172間に配設された図示しない高分子電解質膜と、を備えている。そして、正極171側には、加湿器160で加湿された空気が供給され、負極172側には加湿器160で加湿された水素リッチの燃料ガスが供給される。そして、燃料ガスの水素と空気中の酸素とが反応して水(純水133A)が生成されるとともに、正極171および負極172間に直流電力が発生する。
そして、負極172側は、上述したように改質器141のバーナ141Aに燃料ガス供給経路146を介して接続され、余った水素分をバーナ141Aの燃料として供給する。また、正極171側には、分離器175が接続されている。この分離器175には、正極171側から反応に利用された空気が供給され、気相分の空気と液相分の水(純水133A)とに分離する。なお、分離した空気は、外気に排気される。そして、分離器175には、純水タンク133Bが接続され、分離した水(純水133A)を純水タンク133Bへ供給する。
また、燃料電池170には、冷却装置177が設けられている。この冷却装置177は、燃料電池170に付設された熱回収装置177Aが設けられている。この熱回収装置177Aには、冷却水循環ポンプ178Aおよび熱交換器178Bを備えた冷却水循環経路178を介して純水タンク133Bが接続されている。そして、冷却装置177は、冷却水循環ポンプ178Aの駆動により、熱回収装置177Aと純水タンク133Bとの間で冷却水となる純水133Aを冷却水循環経路178で循環させ、発電に伴って発熱する燃料電池170を冷却させるとともに熱を回収する。熱交換器178Bは、循環され熱回収装置177Aで熱を回収した純水133Aと、例えば水道水などと熱交換させる。この熱交換により温められた水道水は、例えばお風呂などの他の設備に直接供給されて有効利用される。なお、水道水との熱交換の他、熱交換により得られる熱から発電させるなど、他の設備などに有効利用してもよい。
【0029】
そして、燃料電池システム100は、システム全体の動作を制御する図示しない制御装置を備えている。
この制御装置は、液体燃料111Aの流量制御、脱硫器121の脱硫加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器141のバーナ141Aの燃焼制御、熱交換装置132で水蒸気を生成させるための純水133Aの供給量制御や温度管理、発電量の管理、起動・停止時のパージ処理などを実施する。
また、制御装置は、脱硫装置200のバッファタンク123の液面センサにて検出する貯溜する液体燃料111Aの流量、すなわち液面位置に応じて、液体燃料供給経路112にて液体燃料貯溜タンク111から所定の供給量で液体燃料111Aを供給させる状態に液体燃料ポンプ112Aの駆動状態を制御する。
さらに、制御装置は、脱硫装置200の温度センサから出力される温度検出信号に基づいて、脱硫処理時の温度を認識し、脱硫加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御する。すなわち、温度センサが脱硫処理時の好適な所定の温度で略一定とように、電気ヒータへの電力を制御し、電気ヒータの加熱負荷である脱硫処理の加熱状態を制御する。なお、この加熱負荷の制御の際、上述した液体燃料ポンプ112Aの駆動状態に応じて、すなわち供給する液体燃料111Aの供給量に対応して加熱負荷を大小させる制御を合わせて実施するとよい。具体的には、供給量が多くなるように液体燃料ポンプ112Aの駆動状態を制御する際には、合わせて電気ヒータへ供給する電力量を増大させる。また、供給量が少なくなるように液体燃料ポンプ112Aの駆動状態を制御する際には、合わせて電気ヒータへ供給する電力量を減少させる。
【0030】
具体的には、制御装置は、液面センサからの検出信号を取得して液面位置を認識し、液面位置に応じた駆動状態で液体燃料ポンプ112Aを駆動制御する。
例えば、液面センサからの検出信号を認識しない場合には、液面位置が「Lレベル」と「Hレベル」との間にある定常状態と判断し、液体燃料ポンプ112Aを通常の例えば約300[ml/時間]で液体燃料111Aを連続的に供給、すなわちオンオフ制御ではなく連続して脱硫器121へ流入させる駆動状態に制御する。
また、「Lレベル」である旨の検出信号を取得した場合には、貯溜する液体燃料111Aの液量が比較的に少ないと判断して、液体燃料ポンプ112Aを比較的に多くの液体燃料111Aを連続的に供給、すなわちオンオフ制御ではなく連続して脱硫器121へ流入させる駆動状態に制御する。また、「Hレベル」である旨の検出信号を取得した場合には、貯溜する液体燃料111Aの液量が比較的に多いと判断し、液体燃料ポンプ112Aを比較的に少なく液体燃料111Aを連続的に供給する駆動状態に制御する。
なお、制御装置は、異常である旨の検出信号を取得した場合には、改質手段140へ液相で供給する液体燃料111Aがほとんど貯溜されておらず、燃料電池170へ供給する燃料ガスの生成ができず燃料電池システム100の安定した稼働状態が得られなくなる異常事態、あるいは、流出経路122Bからバッファタンク123へ流入する脱硫処理後の液体燃料111Aがオーバーフローして燃焼ガス供給経路125に流れ込むなどの異常事態として、液体燃料ポンプ112Aの稼働を停止させる。
【0031】
〔燃料電池システムの動作〕
次に、上述した燃料電池システム100における動作について、図面を参照して説明する。
【0032】
まず、制御装置は、発電要求に関する信号を取得すると、暖気工程を実施する。なお、発電要求に関する信号としては、利用者によるスイッチの切替操作などの入力操作、現在時刻を計時する計時手段があらかじめ設定された時刻になったことを認識するタイマ制御、電力負荷における電力消費の開始あるいは電力消費の増大などに伴う信号、低下蓄電池の蓄電量の低下に伴う信号などが例示できる。
具体的には、制御装置は、図示しない起動用ヒータを動作させてバーナ141Aを加熱する。また、制御装置は、送気経路145の送気バルブ145Bを開状態にするとともに送気ブロワ145Aを駆動させ、改質器141のバーナ141Aに燃焼用空気を供給させる。さらに、制御装置は、冷却水循環経路178の冷却水循環ポンプ178Aを駆動させ、純水タンク133Bに貯溜する純水133Aを、冷却装置177、熱交換器178Bおよび純水タンク133Bで循環させる。
【0033】
この暖気工程の後、制御装置は、バーナ141Aの温度状態を確認する。そして、制御装置は、バーナ141Aがある程度の温度に暖まったことを認識すると、燃料搬送経路144の搬送ポンプ144Aを駆動させて液体燃料貯溜タンク111に貯溜する液体燃料111Aをバーナ141Aへ供給したり、燃焼ガス供給経路125を介してバッファタンク123に貯留する気化した液体燃料111Aをバーナ141Aへ供給したりするとともに、バーナ141Aの図示しない点火器を動作させ、液体燃料111Aを燃焼させて改質器141を加熱する。
さらに、制御装置は、バーナ141Aの火炎の温度を検知する。そして、制御装置は、バーナ141Aの火炎検知温度が所定の温度に達したことを認識すると、改質手段140の改質器141、CO変成器142およびCO選択酸化器143の各温度が所定の温度に達したか否かを検出する。この後、制御装置は、改質手段140がそれぞれ所定の温度に達したことを認識すると、改質工程を実施する。
【0034】
この改質工程では、制御装置は、給水経路133の搬送バルブ133Dを開状態とするとともに、気化手段130の給水経路133の搬送ポンプ133Cを駆動させ、純水タンク133Bに貯溜する純水133Aを熱交換装置132へ供給する。この純水133Aの供給により、熱交換装置132で改質器141からの排ガスとの熱交換により水蒸気が生成されて気化器131へ供給される。
また、制御装置は、脱硫手段120の脱硫燃料経路124の脱硫燃料バルブ124Aを開状態とするとともに脱硫燃料ポンプ124Bを駆動させ、脱硫手段120のバッファタンク123に貯溜する脱硫処理された液体燃料111Aを気化手段130の気化器131へ供給させる。この気化器131への液体燃料111Aの供給により、熱交換装置132から気化器131へ供給される水蒸気と混合されて気化され気化液体燃料として改質手段140の改質器141へ供給される。
さらに、制御装置は、液体燃料供給経路112の燃料供給バルブ112Bを開状態とするとともに、液面検出センサからの検出信号に基づいてバッファタンク123に貯溜する液体燃料111Aの液量に応じた供給量となる駆動状態に液体燃料ポンプ112Aを駆動させ、液体燃料貯溜タンク111に貯溜する液体燃料111Aを脱硫手段120の脱硫器121へ液体燃料供給管112Cを介して供給させる。この液体燃料111Aの脱硫器121への供給により、液体燃料111Aは、脱硫剤121Bとの接触により含有される硫黄化合物が吸着除去され、バッファタンク123へ流入される。
そしてさらに、制御装置は、バイパス経路165の切替バルブ165Aを開状態とし、気化器131から気化液体燃料として供給され改質手段140で改質処理されて流出するガスをバイパス経路165および燃料ガス供給経路146を介して改質器141のバーナ141Aへ供給する。すなわち、改質手段140における気化液体燃料の不安定な改質処理状態で処理された燃料ガスは、改質器141の安定加熱のための燃焼に利用される。
【0035】
この改質工程の後、制御装置は、改質手段140における改質処理のための改質器141、CO変成器142およびCO選択酸化器143の各温度などの条件を確認する。そして、改質処理の条件が満たされたことを認識すると、酸化ブロワ143Aを駆動させてCO選択酸化器143へ空気を供給する。この空気の供給により、CO変成器142で変成されずに残留するCOを二酸化炭素(CO2)に酸化させ、燃料ガス中のCOを除去させる。
そして、改質処理条件の確認後、改質手段140が安定したか否か、例えば安定する時間が経過したか否かを判断する。そして、改質手段140の安定時間が経過したことを認識すると、発電工程を実施する。
【0036】
発電工程では、制御装置は、酸素含有気体供給手段150の空気バルブ153を開状態とするとともにブロワ151を駆動させ、空気を加湿器160の第2加湿部162へ供給させる。さらに、加湿器160の第2加湿部162で空気を例えば60〜70℃に加熱しつつ純水タンク133Bから供給される純水133Aにて加湿する。そして、第2加湿部162で加湿した空気を燃料電池170の正極171へ供給させる。
さらに、制御装置は、バイパス経路165の切替バルブ165Aを閉状態とするとともに、燃料ガス流通経路163の燃料ガスバルブ163Aを開状態とし、改質手段140で改質された水素リッチの燃料ガスを、加湿器160の第1加湿部161へ供給させる。さらに、加湿器160の第1加湿部161で燃料ガスを例えば60〜70℃に調整しつつ純水タンク133Bから供給される純水133Aにて加湿する。そして、第1加湿部161で加湿した燃料ガスを燃料電池170の負極172へ供給させる。
これら加湿器160からの加湿された空気および燃料ガスの供給により、燃料電池170では供給された燃料ガスの水素と供給された空気中の酸素とが反応して水(純水133A)を生成させるとともに、正極171および負極172間に直流電力を発生させる。そして、制御装置は、燃料電池170で発生する直流電力の電圧を確認し、発生した直流電力を制御装置の図示しないインバータを介して交流電力に変換させ、電力負荷へ供給させる。具体的には、外部からの商用交流電源を供給する状態から燃料電池システム100から家庭用電力として供給させる状態に切り替える。
このようにして、定常運転処理に移行する。すなわち、バッファタンク123に貯溜する液体燃料111Aの貯溜量に応じた液体燃料111Aの流量制御、脱硫器121の脱硫加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器141のバーナ141Aの燃焼制御、熱交換装置132で水蒸気を生成させるための純水133Aの供給量制御や温度管理、発電量の管理など、燃料電池システム100全体の運転状態を制御する。
【0037】
ここで、脱硫器121内に液体燃料111Aが滞留した場合について、図3を参照して説明する。
図3は、脱硫装置200での液体燃料111Aの滞留と液体燃料111Aの気化との関係を示すグラフである。そして、この図3は、脱硫装置200における脱硫器121の構成として、平均的な家庭用における消費電力に対応する燃料電池システム100として、灯油を十分に脱硫処理すなわち脱硫処理後の硫黄濃度を推奨値の0.05ppm以下にするために必要な脱硫剤容積となる500mlとし、製造性および構造強度を考慮して円筒形の脱硫剤容器121Aを用いた。また、脱硫処理では、液体燃料111Aとして灯油とし、脱硫加熱手段により190℃〜230℃に加熱して処理する構成とした。そして、この脱硫器121における灯油の滞留時間と気化(ガス化)した液体燃料111Aの量とを測定し、図3のグラフとした。
この図3に示すように、滞留時間が長くなるに従って液体燃料111Aが気化し、脱硫器121内に気化した液体燃料111Aが次第に蓄積することがわかる。
このように、制御装置は、脱硫器121内で液体燃料111Aを滞留させずに連続的に流通させ、かつ脱硫器121より下流側で発電に必要な水素ガスを生成させるための原料となる所量の液体燃料111Aを供給させる供給量で、液体燃料ポンプ112Aを駆動させる必要がある。
そして、脱硫処理された液体燃料111Aは、バッファタンク123に一旦貯溜されるので、液体燃料ポンプ112Aの供給量と液体燃料111Aの処理量とのバランスは、バッファタンク123にて調整されることとなる。また、仮に、燃料電池システム100の起動・停止時、あるいは処理バランスなどにより液体燃料111Aが気化しても、バッファタンク123にて回収するので、後段の気化手段130へは液相の液体燃料111Aのみを供給できる。
【0038】
〔燃料電池システムの作用効果〕
上述したように、上記実施の形態の燃料電池システム100では、脱硫剤121Bが内部に充填され供給される液体燃料111Aを脱硫処理する脱硫器121に、脱硫処理された液体燃料111Aが流入口から流入されて貯溜しこの貯溜する液体燃料111Aを流出口から流出するバッファタンク123を接続する。バッファタンク123に貯溜する液体燃料111Aの液量を検出する液面センサを設け、制御装置により、液面センサで検出する貯溜量に対応した貯溜された液体燃料111Aの液面位置に応じた供給量で液体燃料供給手段110にて液体燃料111Aを脱硫器121へ連続的に供給する状態に、液体燃料供給手段110の液体燃料ポンプ112Aの駆動状態を制御している。
このため、液体燃料111Aが脱硫器121に連続して供給され、脱硫器121内で液体燃料111Aが滞留することによる気相分の液体燃料111Aの生成を抑制でき、脱硫剤121Bと液相の液体燃料111Aとの接触状態が安定し、安定した脱硫処理が得られる。さらには、液相分のみバッファタンク123から供給しているので、気相分および液相分の混合移送時の脈動も防止でき、脱硫処理後の液体燃料111Aを後工程へ安定して供給できる。したがって、後段の気化器131での水蒸気との混合状態がほぼ一定にでき、安定した性状の水素リッチの燃料ガスを安定して生成でき、燃料電池170における安定した発電状態が得られる。
【0039】
そして、脱硫器121に設けた脱硫加熱手段により、液体燃料供給手段110から供給される液体燃料111Aを加熱させて脱硫剤121Bにて脱硫処理させる構成に適用している。
このため、脱硫処理効率の向上のために脱硫加熱手段にて液体燃料111Aを加熱して脱硫処理する構成であることから、加熱により液体燃料111Aの気化が生じやすい構成でも、特に有効である。
【0040】
また、制御装置により、液面センサで検出するバッファタンク123に貯留する液体燃料111Aの液量に応じた液体燃料ポンプ112Aで供給する液体燃料111Aの供給量に対応して、脱硫加熱手段の電気ヒータによる加熱負荷を大小させる。すなわち、電気ヒータへの供給電力を大小させる。
このため、脱硫処理時の液体燃料111Aの加熱負荷が、バッファタンク123の液量に応じて液体燃料ポンプ112Aで供給する液体燃料111Aの供給量に対応して可変するので、供給量が変動しても液体燃料111Aへ供給する熱量を一定とすることができ、安定した脱硫処理が得られる。
【0041】
さらに、制御装置により、脱硫温度検出手段の温度センサで検出する脱硫器121Aの温度が略一定となる状態に、脱硫加熱手段の電気ヒータの加熱状態を制御する。
このため、バッファタンク123の液量に応じて液体燃料ポンプ112Aで供給する液体燃料111Aの供給量が変動しても、電気ヒータでの加熱状態を、脱硫器121Aの温度を略一定として安定した脱硫処理が得られるように制御するので、安定した脱硫処理が簡単な構成で容易に得られる。
【0042】
また、脱硫器121およびバッファタンク123間に設けた液体燃料熱交換器122により、脱硫器121から流出する脱硫処理された液体燃料111Aと、液体燃料供給手段110にて供給される液体燃料111Aとの熱交換により、供給される液体燃料111Aを脱硫処理された液体燃料111Aで加熱している。
このため、脱硫器121で脱硫処理時に脱硫加熱手段にて加熱した熱量の有効利用ができ、脱硫加熱手段による加熱のためのエネルギを低減でき、脱硫処理後の液体燃料111Aを効率よく供給できる。
【0043】
さらに、液面センサにて検出したバッファタンク123に貯溜された液体燃料111Aの液面位置に応じて、液体燃料ポンプ112Aの駆動を制御している。
このため、例えば液面センサにて検出する液面位置と液体燃料ポンプ112Aの流量とを関連付けた制御用データなどを設けておく簡単な制御方法で、かつ液面を検出する簡単なセンサを用いる構成で、安定した脱硫処理が得られ脈動なく安定して脱硫処理後の液体燃料を供給できる構成を提供でき、安定した燃料電池170用の燃料ガスの生成や、安定した燃料電池170における発電を提供できる。
【0044】
また、制御装置にて統括制御、すなわち燃料電池システム100全体の動作制御をしている。
このため、温度、流量、バルブの開閉タイミング、ポンプの駆動停止タイミングなど、比較的に容易に制御でき、例えばソフトウェアによるプログラム制御などにて不活性ガスのパージおよび循環制御の構築も容易で、特に停止・起動が比較的に頻繁に実施される家庭用のシステムとしても、自動制御も容易にできる。
なお、制御装置としては、複数の回路基板にて構成されるなど、1個体の形態に限らず、複数の制御回路がネットワークとして構築されたものなど、各種形態が適用できる。
【0045】
〔実施の形態の変形例〕
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。
【0046】
すなわち、本発明の燃料電池システムとしては、制御装置で統括して運転制御する構成に限らず、例えば脱硫手段120や気化手段130、改質手段140などの構成毎に制御する構成としてもよい。
また、統括制御としてソフトウェアによる信号制御にてバルブの開閉やポンプあるいはブロワの駆動制御を実施する構成としたり、各構成のハードウェアで制御する構成としたりするなど、制御構成としてはいずれの構成が適用できる。
【0047】
そして、液体燃料111Aを加熱して脱硫する構成としたが、例えば加熱することなく常温で脱硫処理する構成を適用することもできる。このような構成では、加熱のためのエネルギ消費も削減でき、より効率よく脱硫処理後の液体燃料111Aを供給できる。
また、液体燃料111Aの気化としては、水蒸気混合のみならず、例えば改質手段140からの排ガスとの熱交換により直接的に気化させて別途水蒸気を混合したり、エゼクタを用いたりするなど、各種気化装置を用いることができる。
さらに、改質手段140として、改質器141、CO変成器142およびCO選択酸化器143の構成で説明したが、液体燃料から水素リッチガスを生成させるいずれの構成が適用できる。
また、燃料電池170は、固体高分子型に限らず、他の各種構成が適用できる。
【0048】
そして、燃料電池システム100の構成を例示したが、燃料電池170に供給する燃料ガスを製造する製造装置、さらには液体燃料111Aの製造装置や精製装置、供給装置など、液体燃料111Aを脱硫処理して供給する各種構成に適用できる。
また、バッファタンク123に燃焼ガス供給経路125を接続し、気化した液体燃料111Aをバーナ141Aに供給する構成を例示したが、この限りではない。例えば、他の燃焼系へ供給したり、液体燃料貯溜タンク111へ返送したり、液化装置で気相分を液化してバッファタンク123へ戻したりするなど、各種利用・供給ができる。
さらに、バッファタンク123に貯溜する液相の液体燃料111Aの液量を検出する構成としては、液面センサに限らず、上述した各種構成が適用できる。
【0049】
そして、液面位置に応じて供給する流量を制御する制御方法としては、いずれの方法が適用できる。例えば、貯溜タンクとしてのバッファタンク123の液面位置の変化スピードや、改質処理の負荷の大きさ、あるいは改質器141へ供給する供給流量などを液面センサや流量センサなどにて検出し、液面位置の変化スピードや流量などに応じて、液体燃料111Aの供給量を制御するなどが例示できる。そして、バッファタンク123に貯溜する液体燃料の液量を検出する構成は、検出方法によりバッファタンク123に設ける構成に限られない。例えば、流量センサであれば流路に設けるなどすればよい。
すなわち、バッファタンク123の液量を検出する構成としても、直接バッファタンク123に設けた液面センサに限らず、流量センサなどを流路中に設けるなどして間接的に検出するなど、設置位置およびその検出構成については、各種構成が適用できる。
また、制御装置の制御プログラムとしては、例えば記録媒体に記録したりネットワークを介して配信するなど、独立して流通させるなどしてもよい。
さらに、燃料電池システム100における運転停止時において、例えばバッファタンク123の液面位置が所定の位置に達してから、全停止してもよい。このような構成によれば、再起動時から安定した液体燃料111Aの供給ができ、良好な運転が得られる。
【0050】
さらに、加熱手段として、脱硫剤容器121Aの外部から電気ヒータにより加熱する構成に限らず、例えば脱硫剤容器121A内に配設するなどしてもよい。また、シーズヒータなどの電気ヒータに限らず、各種ヒータやバーナによる加熱など、各種加熱方法を利用することができる。
また、加熱手段としては、脱硫剤容器121Aに直接配設する構成に限らず、例えば液体燃料熱交換器122および脱硫剤容器121A間の流入経路122Aや流出経路122Bなどに、脱硫剤容器121Aに伝熱ヒータや改質手段140のバーナ141Aの排熱による加熱器などを配設するなど、配設位置や構成は適宜設定できる。
すなわち、脱硫温度検出手段としては、脱硫器121Aに配設した温度センサに限らず、例えば脱硫器121A内に配設したり、脱硫器121Aに接続する流出経路122Bに配設したり、赤外線センサなどにて温度を検出したりするなど、脱硫器121A内や脱硫器121Aから流出する液体燃料の温度を検出可能ないずれの配設位置および検出構成を適用できる。
【0051】
その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0052】
本発明は、灯油などの液体燃料を原料として発電させる燃料電池システムに利用できる他、燃料電池の原料となる燃料ガスを製造する装置、さらには、液体燃料を脱硫処理する脱硫装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図2】前記一実施形態における脱硫装置の概略構成を示すブロック図である。
【図3】前記一実施形態における脱硫装置での液体燃料の滞留と液体燃料の気化との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【0054】
100……燃料電池システム
110……液体燃料供給手段
111A…液体燃料
112A…液体燃料供給ポンプとしての液体燃料ポンプ
121……脱硫器
121B…脱硫剤
122……熱交換手段としての液体燃料熱交換器
123……貯溜タンクとしてのバッファタンク
124……移送経路としての脱硫燃料経路
125……燃料供給経路としての燃焼ガス供給経路
130……気化手段
140……改質手段
141A…バーナ
150……酸素含有気体供給手段
170……燃料電池
200……脱硫装置
300……燃料電池用燃料ガスの製造装置としての燃料ガス製造装置
【出願人】 【識別番号】000183646
【氏名又は名称】出光興産株式会社
【識別番号】000000538
【氏名又は名称】株式会社コロナ
【出願日】 平成18年10月26日(2006.10.26)
【代理人】 【識別番号】110000637
【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

【識別番号】100079083
【弁理士】
【氏名又は名称】木下 實三

【識別番号】100094075
【弁理士】
【氏名又は名称】中山 寛二

【識別番号】100106390
【弁理士】
【氏名又は名称】石崎 剛


【公開番号】 特開2008−106172(P2008−106172A)
【公開日】 平成20年5月8日(2008.5.8)
【出願番号】 特願2006−291210(P2006−291210)