JP2007335333A - 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 - Google Patents
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Abstract
【課題】各種原料を用いて水素ガスリッチの燃料ガスを生成して発電できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】液体燃料供給手段２１１から供給して液体燃料脱硫手段２１２で脱硫処理した液体燃料１０１を脱硫燃料バルブ２１３Ａの開閉により供給する液体燃料供給経路２１０と、都市ガス配管２２１から供給し都市ガス脱硫手段２２２で脱硫処理した都市ガスを都市ガスバルブ２２３Ａの開閉により供給する都市ガス供給経路２２０と、ＬＰＧ配管２３１から供給しＬＰＧ脱硫手段２３２で脱硫処理したＬＰＧをＬＰＧバルブ２３３Ａの開閉により供給するＬＰＧ供給経路２３０とを、水蒸気混合手段１３０に並列状に接続する。原料に応じて適宜水蒸気を混合した混合原料を改質手段１４０で水蒸気改質して燃料ガスを生成する。原料を問わず安定して良好に燃料ガスを製造できる。
【選択図】図１
【解決手段】液体燃料供給手段２１１から供給して液体燃料脱硫手段２１２で脱硫処理した液体燃料１０１を脱硫燃料バルブ２１３Ａの開閉により供給する液体燃料供給経路２１０と、都市ガス配管２２１から供給し都市ガス脱硫手段２２２で脱硫処理した都市ガスを都市ガスバルブ２２３Ａの開閉により供給する都市ガス供給経路２２０と、ＬＰＧ配管２３１から供給しＬＰＧ脱硫手段２３２で脱硫処理したＬＰＧをＬＰＧバルブ２３３Ａの開閉により供給するＬＰＧ供給経路２３０とを、水蒸気混合手段１３０に並列状に接続する。原料に応じて適宜水蒸気を混合した混合原料を改質手段１４０で水蒸気改質して燃料ガスを生成する。原料を問わず安定して良好に燃料ガスを製造できる。
【選択図】図１
Description
本発明は、液体燃料または炭化水素原料ガスを用いて燃料電池用の燃料ガスを製造する燃料電池用燃料ガスの製造装置、および、この燃料電池用燃料ガスの製造装置にて製造された水素ガスを利用して発電する燃料電池システムに関する。
従来、水素ガスを生成して燃料電池で発電させる燃料電池システムとして、例えば都市ガスなどの燃料ガスを原料とした構成や、灯油などの液体燃料を原料とした構成など、各種構成が知られている（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、燃焼部により加熱された燃料改質部で、脱硫器で脱硫したのちに昇圧器で昇圧され燃料供給手段から供給される炭化水素燃料ガスと水供給手段から供給される純水とにより水素ガスを発生させる。この水素ガスをアノード極へ供給させ、酸素含有気体供給手段からカソード極へ空気を供給し、発電させる構成が採られている。
特許文献２に記載のものは、脱硫器で脱硫した液体燃料を補助タンクへ空にならないように供給し、この補助タンクから改質器へ原料を供給させる。そして、改質器で加熱しつつ改質して水素ガスを発生させ、燃料電池へ空気とともに供給して発電させる構成が採られている。
特許文献１に記載のものは、燃焼部により加熱された燃料改質部で、脱硫器で脱硫したのちに昇圧器で昇圧され燃料供給手段から供給される炭化水素燃料ガスと水供給手段から供給される純水とにより水素ガスを発生させる。この水素ガスをアノード極へ供給させ、酸素含有気体供給手段からカソード極へ空気を供給し、発電させる構成が採られている。
特許文献２に記載のものは、脱硫器で脱硫した液体燃料を補助タンクへ空にならないように供給し、この補助タンクから改質器へ原料を供給させる。そして、改質器で加熱しつつ改質して水素ガスを発生させ、燃料電池へ空気とともに供給して発電させる構成が採られている。
ところで、例えば燃料電池システムを家庭用に設計して設置した場合において、例えば震災など、都市ガスの供給ラインが寸断されたり、プロパンガスなどのボンベや灯油の配送のための道路が寸断されたりするなどにより、原料が得られなくなる。このように、上述した特許文献１や特許文献２に記載のような従来の燃料電池システムでは、原料の供給が遮断されることで、水素ガスの生成ができず、電力を供給できなくなる。
また、例えば都市ガスが供給されていない地域では、特許文献１に記載のような都市ガスを利用するシステムを利用できないこととなる。このため、地域毎に対応した複数種の燃料電池システムを製造する必要があり、製造効率の向上が図りにくい。
また、例えば都市ガスが供給されていない地域では、特許文献１に記載のような都市ガスを利用するシステムを利用できないこととなる。このため、地域毎に対応した複数種の燃料電池システムを製造する必要があり、製造効率の向上が図りにくい。
本発明の目的は、このような点に鑑みて、各種原料を用いて水素ガスを生成できる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。
本発明に記載の燃料電池用燃料ガスの製造装置は、脱硫処理された液体燃料または炭化水素原料ガスを切り替えて供給する原料供給手段と、この原料供給手段から供給される前記液体燃料または前記炭化水素原料ガスに水蒸気を混合して混合原料を生成する水蒸気混合手段と、この水蒸気混合手段により生成した前記混合原料を改質して水素ガスを主成分とした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。
この発明では、原料供給手段から脱硫処理した液体燃料または炭化水素原料ガスを切り替えて水蒸気混合手段へ供給させ、水蒸気を混合して混合原料を生成させる。この生成した混合原料を改質手段で改質して水素ガスを主成分とした燃料ガスを生成させる。
このことにより、仮に液体燃料または炭化水素原料ガスのいずれか一方の供給が出来ない状態となっても、いずれか他方で燃料ガスを生成でき、安定して燃料ガスを生成できるとともに、１つの装置構成で、液体燃料および炭化水素原料ガスの双方を利用できることから、装置構成が共通となり、製造性の向上が得られる。また、供給している液体燃料または炭化水素原料ガスと異なる供給側での液体燃料を脱硫するための装置または炭化水素原料ガスを脱硫するための装置の保守点検や脱硫剤の交換なども可能となり、保守点検のために運転を中断する必要もなく、良好に燃料ガスの生成ができる。また、例えば、液体燃料と炭化水素原料ガスとの原料価格に基づいて、いずれか一方を燃料ガスの原料として利用する制御も容易に得られる。
この発明では、原料供給手段から脱硫処理した液体燃料または炭化水素原料ガスを切り替えて水蒸気混合手段へ供給させ、水蒸気を混合して混合原料を生成させる。この生成した混合原料を改質手段で改質して水素ガスを主成分とした燃料ガスを生成させる。
このことにより、仮に液体燃料または炭化水素原料ガスのいずれか一方の供給が出来ない状態となっても、いずれか他方で燃料ガスを生成でき、安定して燃料ガスを生成できるとともに、１つの装置構成で、液体燃料および炭化水素原料ガスの双方を利用できることから、装置構成が共通となり、製造性の向上が得られる。また、供給している液体燃料または炭化水素原料ガスと異なる供給側での液体燃料を脱硫するための装置または炭化水素原料ガスを脱硫するための装置の保守点検や脱硫剤の交換なども可能となり、保守点検のために運転を中断する必要もなく、良好に燃料ガスの生成ができる。また、例えば、液体燃料と炭化水素原料ガスとの原料価格に基づいて、いずれか一方を燃料ガスの原料として利用する制御も容易に得られる。
そして、本発明では、前記原料供給手段は、前記液体燃料を供給する液体燃料供給手段、この液体燃料供給手段から供給される前記液体燃料を脱硫処理する液体燃料脱硫手段、および液体燃料開閉バルブを有し前記液体燃料脱硫手段で脱硫処理した前記液体燃料を供給する液体燃料供給経路と、前記炭化水素原料ガスを供給する原料ガス供給手段、この原料ガス供給手段から供給される前記炭化水素原料ガスを脱硫処理する原料ガス脱硫手段、および原料ガス開閉バルブを有し前記原料ガス脱硫手段で脱硫処理した前記炭化水素原料ガスを供給する原料ガス供給経路と、を備えた構成とすることが好ましい。
この発明では、原料供給手段として、液体燃料供給手段から供給され液体燃料脱硫手段で脱硫処理した液体燃料を、液体燃料供給経路から液体燃料開閉バルブの開閉により供給し、原料ガス供給手段から供給され原料ガス脱硫手段で脱硫処理した炭化水素原料ガスを、原料ガス供給経路から原料ガス開閉バルブの開閉により供給する。
このことにより、既存の水蒸気混合手段および改質手段に液体燃料供給経路と原料ガス供給経路とを並列に接続する構成とするのみで、原料に限られずに燃料電池用の燃料ガスを良好に生成できる構成が容易に得られる。
この発明では、原料供給手段として、液体燃料供給手段から供給され液体燃料脱硫手段で脱硫処理した液体燃料を、液体燃料供給経路から液体燃料開閉バルブの開閉により供給し、原料ガス供給手段から供給され原料ガス脱硫手段で脱硫処理した炭化水素原料ガスを、原料ガス供給経路から原料ガス開閉バルブの開閉により供給する。
このことにより、既存の水蒸気混合手段および改質手段に液体燃料供給経路と原料ガス供給経路とを並列に接続する構成とするのみで、原料に限られずに燃料電池用の燃料ガスを良好に生成できる構成が容易に得られる。
また、本発明では、前記炭化水素原料ガスは、都市ガスおよび液化石油ガスのうちの少なくともいずれか一方である構成とすることが好ましい。
この発明では、炭化水素原料ガスとして、都市ガスおよび液化石油ガスのうちの少なくともいずれか一方としている。
このことにより、各家庭にライフラインとして供給される都市ガスや液化石油ガスを利用するので、液体燃料として暖房機器などに家庭に広く利用されている例えば灯油などを利用することで、原料に限られずに燃料ガスを良好に生成できる構成が容易に得られる。さらには、各家庭に供給されている都市ガスや液化石油ガスのラインに接続するのみで、容易に家庭用に適用でき、利用の拡大が容易となる。
この発明では、炭化水素原料ガスとして、都市ガスおよび液化石油ガスのうちの少なくともいずれか一方としている。
このことにより、各家庭にライフラインとして供給される都市ガスや液化石油ガスを利用するので、液体燃料として暖房機器などに家庭に広く利用されている例えば灯油などを利用することで、原料に限られずに燃料ガスを良好に生成できる構成が容易に得られる。さらには、各家庭に供給されている都市ガスや液化石油ガスのラインに接続するのみで、容易に家庭用に適用でき、利用の拡大が容易となる。
さらに、本発明では、前記水蒸気混合手段は、供給される前記液体燃料または前記炭化水素原料ガスの種別に応じて前記水蒸気の混合割合を変更する構成とすることが好ましい。
この発明では、供給される液体燃料または炭化水素原料ガスの種別に応じて、水蒸気混合手段で混合する水蒸気の混合割合を変更している。
このことにより、液体燃料または炭化水素原料ガスの異なる組成に応じて適切に水蒸気を混合することで、水蒸気バランスが原料の組成に応じて好適にでき、改質手段における水蒸気改質にて生成する水素ガスを良好に生成でき、効率よく燃料ガスを生成できる。
この発明では、供給される液体燃料または炭化水素原料ガスの種別に応じて、水蒸気混合手段で混合する水蒸気の混合割合を変更している。
このことにより、液体燃料または炭化水素原料ガスの異なる組成に応じて適切に水蒸気を混合することで、水蒸気バランスが原料の組成に応じて好適にでき、改質手段における水蒸気改質にて生成する水素ガスを良好に生成でき、効率よく燃料ガスを生成できる。
そして、本発明では、前記水蒸気混合手段は、供給される前記液体燃料または前記炭化水素原料ガスの流量に基づいて前記水蒸気を所定の混合割合で混合する構成とすることが好ましい。
この発明では、供給される液体燃料または炭化水素原料ガスの種別に応じて、水蒸気混合手段で混合する水蒸気の混合割合として、供給される液体燃料または炭化水素原料ガスの流量に基づいて設定する。
このことにより、流量を検出するセンサなどの簡単な構成で適切な水蒸気バランスに設定でき、効率よく燃料ガスを生成する構成が容易に得られる。
この発明では、供給される液体燃料または炭化水素原料ガスの種別に応じて、水蒸気混合手段で混合する水蒸気の混合割合として、供給される液体燃料または炭化水素原料ガスの流量に基づいて設定する。
このことにより、流量を検出するセンサなどの簡単な構成で適切な水蒸気バランスに設定でき、効率よく燃料ガスを生成する構成が容易に得られる。
また、本発明として、前記改質手段は、前記水蒸気混合手段から供給される前記混合原料を改質するために加熱するバーナを備え、前記原料供給手段に接続され、前記原料供給手段から前記水蒸気混合手段へ供給する前記液体燃料または前記炭化水素原料ガスに対応して、前記原料供給手段から前記バーナへ脱硫処理前の前記液体燃料または前記炭化水素原料ガスを燃焼原料として供給する燃焼原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、原料供給手段から水蒸気混合手段へ供給する液体燃料または炭化水素原料ガスに対応して、原料供給手段から燃焼原料供給経路を介して改質手段における改質のために加熱するバーナへ脱硫処理前の液体燃料または炭化水素原料ガスを燃焼原料として供給する。
このことにより、燃料ガスを生成するための原料と、改質の際の加熱の燃焼原料とが同一であることから、液体燃料と炭化水素原料ガスとのいずれか一方のラインを利用するのみでよく、供給しない側での保守点検などを実施可能で、運転を停止することなく長期安定した燃料ガスの生成が容易に得られる。
この発明では、原料供給手段から水蒸気混合手段へ供給する液体燃料または炭化水素原料ガスに対応して、原料供給手段から燃焼原料供給経路を介して改質手段における改質のために加熱するバーナへ脱硫処理前の液体燃料または炭化水素原料ガスを燃焼原料として供給する。
このことにより、燃料ガスを生成するための原料と、改質の際の加熱の燃焼原料とが同一であることから、液体燃料と炭化水素原料ガスとのいずれか一方のラインを利用するのみでよく、供給しない側での保守点検などを実施可能で、運転を停止することなく長期安定した燃料ガスの生成が容易に得られる。
本発明に記載の燃料電池システムは、請求項１ないし請求項６のいずれか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改質手段で生成された水素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、各種原料を用いて水素ガスを生成できる請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池用燃料ガスの製造装置で生成した水素ガスと、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、燃料電池にて発電する。
このことにより、原料に限られることなく安定して燃料電池で発電でき、家庭用としても好適で、安定した電力供給ができる。
この発明では、各種原料を用いて水素ガスを生成できる請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池用燃料ガスの製造装置で生成した水素ガスと、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、燃料電池にて発電する。
このことにより、原料に限られることなく安定して燃料電池で発電でき、家庭用としても好適で、安定した電力供給ができる。
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、液体燃料としての灯油、炭化水素原料ガスとしてプロパンガスである液化石油ガス（Liquefied Petroleum Gas；ＬＰＧ）およびメタンガスを主成分とした都市ガスを利用する家庭用の燃料電池システムの構成を例示するが、例えば、家庭用に限らず、集合住宅用や小規模地域用、さらには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も適用できる。また、炭化水素原料ガスとしては、プロパンガスと都市ガスとのいずれか一方のみでもよい。さらには、炭化水素原料ガスとしては、これらに限らず、エタンガス、ブタンガスなどでもよく、都市ガス、ＬＰＧの他にさらにブタンガスを供給する構成を加えるなどしてもよい。
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。
なお、本実施の形態では、液体燃料としての灯油、炭化水素原料ガスとしてプロパンガスである液化石油ガス（Liquefied Petroleum Gas；ＬＰＧ）およびメタンガスを主成分とした都市ガスを利用する家庭用の燃料電池システムの構成を例示するが、例えば、家庭用に限らず、集合住宅用や小規模地域用、さらには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も適用できる。また、炭化水素原料ガスとしては、プロパンガスと都市ガスとのいずれか一方のみでもよい。さらには、炭化水素原料ガスとしては、これらに限らず、エタンガス、ブタンガスなどでもよく、都市ガス、ＬＰＧの他にさらにブタンガスを供給する構成を加えるなどしてもよい。
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。
〔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により発電させる家庭用のシステムで、家屋に隣接して設置される。
この燃料電池システム１００は、原料供給手段２００と、水蒸気混合手段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、原料供給手段２００と、水蒸気混合手段１３０と、改質手段１４０と、により、液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧ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本発明におけ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。
（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により発電させる家庭用のシステムで、家屋に隣接して設置される。
この燃料電池システム１００は、原料供給手段２００と、水蒸気混合手段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、原料供給手段２００と、水蒸気混合手段１３０と、改質手段１４０と、により、液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧ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本発明におけ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。
原料供給手段２００は、燃料ガスの原料である例えば灯油などの液体燃料１０１、炭化水素原料ガスである都市ガスおよびＬＰＧのいずれかを切り替えて供給する。
具体的には、原料供給手段２００は、液体燃料供給経路２１０と、原料ガス供給経路としての都市ガス供給経路２２０と、原料ガス供給経路としてのＬＰＧ供給経路２３０と、原料供給管２０１と、を備えている。そして、原料供給管２０１は、液体燃料供給経路２１０、都市ガス供給経路２２０、およびＬＰＧ供給経路２３０がそれぞれ接続され、いずれかから供給される脱硫処理された液体燃料１０１、あるいは脱硫処理された都市ガス、または脱硫処理されたＬＰＧを水蒸気混合手段１３０へ供給する。
具体的には、原料供給手段２００は、液体燃料供給経路２１０と、原料ガス供給経路としての都市ガス供給経路２２０と、原料ガス供給経路としてのＬＰＧ供給経路２３０と、原料供給管２０１と、を備えている。そして、原料供給管２０１は、液体燃料供給経路２１０、都市ガス供給経路２２０、およびＬＰＧ供給経路２３０がそれぞれ接続され、いずれかから供給される脱硫処理された液体燃料１０１、あるいは脱硫処理された都市ガス、または脱硫処理されたＬＰＧを水蒸気混合手段１３０へ供給する。
液体燃料供給経路２１０は、液体燃料供給手段２１１と、液体燃料脱硫手段２１２と、液体燃料供給管２１３と、を備えている。
液体燃料供給手段２１１は、液体燃料貯溜タンク２１１Ａと、液体燃料流通経路２１１Ｂと、を備えている。液体燃料貯溜タンク２１１Ａは、例えば灯油などの液体燃料１０１を流出可能に貯溜する。ここで、液体燃料１０１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。
液体燃料流通経路２１１Ｂは、液体燃料貯溜タンク２１１Ａに接続され、液体燃料貯溜タンク２１１Ａに貯溜する液体燃料１０１を流通させる。この液体燃料流通経路２１１Ｂは、液体燃料ポンプ２１１Ｂ１および燃料供給バルブ２１１Ｂ２を有し、一端が液体燃料貯溜タンク２１１Ａに接続され他端が液体燃料脱硫手段２１２に接続された液体燃料流通管２１１Ｂ３を備えている。そして、液体燃料流通経路２１１Ｂは、液体燃料ポンプ２１１Ｂ１の駆動により液体燃料貯溜タンク２１１Ａに貯留する液体燃料１０１を液体燃料脱硫手段２１２へ流通させる。
なお、液体燃料供給手段２１１としては、液体燃料貯溜タンク２１１Ａ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２１１Ａに接続されこの液体燃料貯溜タンク２１１Ａに貯溜する液体燃料１０１を流通させる液体燃料流通経路２１１Ｂのみを備えた構成としてもよい。
液体燃料供給手段２１１は、液体燃料貯溜タンク２１１Ａと、液体燃料流通経路２１１Ｂと、を備えている。液体燃料貯溜タンク２１１Ａは、例えば灯油などの液体燃料１０１を流出可能に貯溜する。ここで、液体燃料１０１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。
液体燃料流通経路２１１Ｂは、液体燃料貯溜タンク２１１Ａに接続され、液体燃料貯溜タンク２１１Ａに貯溜する液体燃料１０１を流通させる。この液体燃料流通経路２１１Ｂは、液体燃料ポンプ２１１Ｂ１および燃料供給バルブ２１１Ｂ２を有し、一端が液体燃料貯溜タンク２１１Ａに接続され他端が液体燃料脱硫手段２１２に接続された液体燃料流通管２１１Ｂ３を備えている。そして、液体燃料流通経路２１１Ｂは、液体燃料ポンプ２１１Ｂ１の駆動により液体燃料貯溜タンク２１１Ａに貯留する液体燃料１０１を液体燃料脱硫手段２１２へ流通させる。
なお、液体燃料供給手段２１１としては、液体燃料貯溜タンク２１１Ａ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２１１Ａに接続されこの液体燃料貯溜タンク２１１Ａに貯溜する液体燃料１０１を流通させる液体燃料流通経路２１１Ｂのみを備えた構成としてもよい。
液体燃料脱硫手段２１２は、図示しない、液体燃料脱硫器と、バッファタンクと、などを備えている。
液体燃料脱硫器は、液体燃料貯溜タンク２１１Ａから液体燃料流通経路２１１Ｂを介して例えば約３００［ｍｌ／時間］で供給される液体燃料１０１を、液相吸着法により液体燃料１０１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。この液体燃料脱硫器は、図示しない、脱硫剤容器と、脱硫加熱手段と、などを備えている。脱硫剤容器は、内部に液体燃料１０１用の脱硫剤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流通経路２１１Ｂの液体燃料流通管２１１Ｂ３の他端が接続され液体燃料１０１が流入される図示しない流入口を有し、軸方向の他端にバッファタンクに接続され脱硫剤と接触して流通する液体燃料１０１を流出させる図示しない流出口を有している。そして、液体燃料脱硫器は、脱硫剤容器の軸方向が略鉛直方向に沿う状態で、かつ流入口が鉛直方向の下方に向けて開口するとともに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、液体燃料脱硫器は、脱硫剤容器の下部から液体燃料１０１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、脱硫剤容器の外面に螺旋状に配設された例えばシーズヒータなどの電気ヒータを備え、脱硫剤容器の外面側から流通する液体燃料１０１を例えば２００℃程度に加熱して脱硫処理を促進させる。なお、液体燃料脱硫器の外面には、電気ヒータとともに脱硫剤容器の外面を被覆して断熱する断熱材が設けられる。
バッファタンクは、液体燃料脱硫器で脱硫処理された液体燃料１０１を一時的に貯留するタンクである。バッファタンクには、貯溜する液体燃料１０１の液量を検出する液量センサが設けられている。この液量センサは、バッファタンクに所定量が貯溜される状態に、液体燃料流通経路２１１Ｂの液体燃料ポンプ２１１Ｂ１の駆動制御のために液量に関する信号を出力する。そして、このバッファタンクの下部には、液体燃料開閉バルブとしての脱硫燃料バルブ２１３Ａおよび図示しない脱硫燃料ポンプを有した液体燃料供給管２１３が接続されている。
液体燃料供給管２１３は、原料供給管２０１に接続され、バッファタンクに貯溜する脱硫処理後の液体燃料１０１を、原料供給管２０１を介して水蒸気混合手段１３０へ供給可能となっている。この液体燃料供給管２１３の脱硫燃料バルブ２１３Ａは、制御装置にて開閉され開閉状態に関する信号を制御装置へ出力する。
また、バッファタンクの上部には、気化した液体燃料１０１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図示しない燃焼ガス供給経路が接続されている。
液体燃料脱硫器は、液体燃料貯溜タンク２１１Ａから液体燃料流通経路２１１Ｂを介して例えば約３００［ｍｌ／時間］で供給される液体燃料１０１を、液相吸着法により液体燃料１０１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。この液体燃料脱硫器は、図示しない、脱硫剤容器と、脱硫加熱手段と、などを備えている。脱硫剤容器は、内部に液体燃料１０１用の脱硫剤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流通経路２１１Ｂの液体燃料流通管２１１Ｂ３の他端が接続され液体燃料１０１が流入される図示しない流入口を有し、軸方向の他端にバッファタンクに接続され脱硫剤と接触して流通する液体燃料１０１を流出させる図示しない流出口を有している。そして、液体燃料脱硫器は、脱硫剤容器の軸方向が略鉛直方向に沿う状態で、かつ流入口が鉛直方向の下方に向けて開口するとともに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、液体燃料脱硫器は、脱硫剤容器の下部から液体燃料１０１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、脱硫剤容器の外面に螺旋状に配設された例えばシーズヒータなどの電気ヒータを備え、脱硫剤容器の外面側から流通する液体燃料１０１を例えば２００℃程度に加熱して脱硫処理を促進させる。なお、液体燃料脱硫器の外面には、電気ヒータとともに脱硫剤容器の外面を被覆して断熱する断熱材が設けられる。
バッファタンクは、液体燃料脱硫器で脱硫処理された液体燃料１０１を一時的に貯留するタンクである。バッファタンクには、貯溜する液体燃料１０１の液量を検出する液量センサが設けられている。この液量センサは、バッファタンクに所定量が貯溜される状態に、液体燃料流通経路２１１Ｂの液体燃料ポンプ２１１Ｂ１の駆動制御のために液量に関する信号を出力する。そして、このバッファタンクの下部には、液体燃料開閉バルブとしての脱硫燃料バルブ２１３Ａおよび図示しない脱硫燃料ポンプを有した液体燃料供給管２１３が接続されている。
液体燃料供給管２１３は、原料供給管２０１に接続され、バッファタンクに貯溜する脱硫処理後の液体燃料１０１を、原料供給管２０１を介して水蒸気混合手段１３０へ供給可能となっている。この液体燃料供給管２１３の脱硫燃料バルブ２１３Ａは、制御装置にて開閉され開閉状態に関する信号を制御装置へ出力する。
また、バッファタンクの上部には、気化した液体燃料１０１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図示しない燃焼ガス供給経路が接続されている。
都市ガス供給経路２２０は、原料ガス供給手段としての都市ガス配管２２１と、都市ガス脱硫手段２２２と、都市ガス供給管２２３と、を備えている。
都市ガス配管２２１は、各家庭に分岐配設された図示しない都市ガスのガス管に接続される配管で、都市ガス元バルブ２２１Ａを有している。この都市ガス配管２２１は、都市ガス脱硫手段２２２に接続され、都市ガス元バルブ２２１Ａの開状態によりガス管から供給される都市ガスを都市ガス脱硫手段２２２へ流通させる。
都市ガス脱硫手段２２２は、図示しない都市ガス脱硫器を備えている。この都市ガス脱硫器は、気相吸着法により都市ガス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。この都市ガス脱硫器は、都市ガス用の脱硫剤が充填された略円筒形の図示しない脱硫剤容器と、脱硫加熱手段と、などを備えている。そして、この脱硫剤容器には、原料ガス開閉バルブとしての都市ガスバルブ２２３Ａを有した都市ガス供給管２２３が接続されている。
都市ガス供給管２２３は、原料供給管２０１に接続され、都市ガス脱硫器にて脱硫処理された都市ガスを、原料供給管２０１を介して水蒸気混合手段１３０へ供給する。この都市ガス供給管２２３の都市ガスバルブ２２３Ａは、制御装置にて開閉され開閉状態に関する信号を制御装置へ出力する。
都市ガス配管２２１は、各家庭に分岐配設された図示しない都市ガスのガス管に接続される配管で、都市ガス元バルブ２２１Ａを有している。この都市ガス配管２２１は、都市ガス脱硫手段２２２に接続され、都市ガス元バルブ２２１Ａの開状態によりガス管から供給される都市ガスを都市ガス脱硫手段２２２へ流通させる。
都市ガス脱硫手段２２２は、図示しない都市ガス脱硫器を備えている。この都市ガス脱硫器は、気相吸着法により都市ガス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。この都市ガス脱硫器は、都市ガス用の脱硫剤が充填された略円筒形の図示しない脱硫剤容器と、脱硫加熱手段と、などを備えている。そして、この脱硫剤容器には、原料ガス開閉バルブとしての都市ガスバルブ２２３Ａを有した都市ガス供給管２２３が接続されている。
都市ガス供給管２２３は、原料供給管２０１に接続され、都市ガス脱硫器にて脱硫処理された都市ガスを、原料供給管２０１を介して水蒸気混合手段１３０へ供給する。この都市ガス供給管２２３の都市ガスバルブ２２３Ａは、制御装置にて開閉され開閉状態に関する信号を制御装置へ出力する。
ＬＰＧ供給経路２３０は、原料ガス供給手段としてのＬＰＧ配管２３１と、ＬＰＧ脱硫手段２３２と、ＬＰＧ供給管２３３と、を備えている。
ＬＰＧ配管２３１は、各家庭に設置された図示しないＬＰＧを貯留するＬＰＧボンベに接続される配管で、ＬＰＧ元バルブ２３１Ａを有している。このＬＰＧ配管２３１は、ＬＰＧ脱硫手段２３２に接続され、ＬＰＧ元バルブ２３１Ａの開状態によりＬＰＧボンベから供給されるＬＰＧをＬＰＧ脱硫手段２３２へ流通させる。
ＬＰＧ脱硫手段２３２は、図示しないＬＰＧ脱硫器を備えている。このＬＰＧ脱硫器は、気相吸着法によりＬＰＧ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ＬＰＧ脱硫器は、ＬＰＧ用の脱硫剤が充填された略円筒形の図示しない脱硫剤容器と、脱硫加熱手段と、などを備えている。そして、この脱硫剤容器には、原料ガス開閉バルブとしてのＬＰＧバルブ２３３Ａを有したＬＰＧ供給管２３３が接続されている。
ＬＰＧ供給管２３３は、原料供給管２０１に接続され、ＬＰＧ脱硫器にて脱硫処理されたＬＰＧを、原料供給管２０１を介して水蒸気混合手段１３０へ供給する。このＬＰＧ供給管２３３のＬＰＧバルブ２３３Ａは、制御装置にて開閉され開閉状態に関する信号を制御装置へ出力する。
ＬＰＧ配管２３１は、各家庭に設置された図示しないＬＰＧを貯留するＬＰＧボンベに接続される配管で、ＬＰＧ元バルブ２３１Ａを有している。このＬＰＧ配管２３１は、ＬＰＧ脱硫手段２３２に接続され、ＬＰＧ元バルブ２３１Ａの開状態によりＬＰＧボンベから供給されるＬＰＧをＬＰＧ脱硫手段２３２へ流通させる。
ＬＰＧ脱硫手段２３２は、図示しないＬＰＧ脱硫器を備えている。このＬＰＧ脱硫器は、気相吸着法によりＬＰＧ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ＬＰＧ脱硫器は、ＬＰＧ用の脱硫剤が充填された略円筒形の図示しない脱硫剤容器と、脱硫加熱手段と、などを備えている。そして、この脱硫剤容器には、原料ガス開閉バルブとしてのＬＰＧバルブ２３３Ａを有したＬＰＧ供給管２３３が接続されている。
ＬＰＧ供給管２３３は、原料供給管２０１に接続され、ＬＰＧ脱硫器にて脱硫処理されたＬＰＧを、原料供給管２０１を介して水蒸気混合手段１３０へ供給する。このＬＰＧ供給管２３３のＬＰＧバルブ２３３Ａは、制御装置にて開閉され開閉状態に関する信号を制御装置へ出力する。
水蒸気混合手段１３０は、原料供給管２０１に接続され、液体燃料供給経路２１０から供給される脱硫処理後の液体燃料１０１、あるいは都市ガス供給経路２２０から供給される脱硫処理後の都市ガス、またはＬＰＧ供給経路２３０から供給される脱硫処理後のＬＰＧに、水蒸気を適宜混合する。この水蒸気混合手段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、原料供給管２０１に接続され液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧ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１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧと、水蒸気とを適宜混合し、液体燃料１０１は気化させ、混合原料を生成する。この気化器１３１では、液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧが、後段の改質手段１４０で改質処理により分解されて水素ガスと二酸化炭素とに分解される水蒸気バランスで水蒸気が混合される。この水蒸気の混合は、例えば制御装置により気化器１３１が駆動制御されることで設定、例えばセンサにて検出した液体燃料１０１、都市ガス、ＬＰＧの原料供給管２０１に流入する流量などに基づいて設定される。そして、気化器１３１は、改質手段１４０に接続され、水蒸気が混合されて生成された混合原料を改質手段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を貯留する純水タンク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。
気化器１３１は、原料供給管２０１に接続され液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧ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１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧと、水蒸気とを適宜混合し、液体燃料１０１は気化させ、混合原料を生成する。この気化器１３１では、液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧが、後段の改質手段１４０で改質処理により分解されて水素ガスと二酸化炭素とに分解される水蒸気バランスで水蒸気が混合される。この水蒸気の混合は、例えば制御装置により気化器１３１が駆動制御されることで設定、例えばセンサにて検出した液体燃料１０１、都市ガス、ＬＰＧの原料供給管２０１に流入する流量などに基づいて設定される。そして、気化器１３１は、改質手段１４０に接続され、水蒸気が混合されて生成された混合原料を改質手段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を貯留する純水タンク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。
改質手段１４０は、水蒸気混合手段１３０により水蒸気が混合されて生成された混合原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２１１Ａに接続され搬送ポンプ１４４Ａを有し液体燃料貯溜タンク２１１Ａに貯溜する液体燃料１０１を搬送する燃焼原料供給経路としての燃料搬送経路１４４が接続されている。また、バーナ１４１Ａには、都市ガス配管２２１に接続されガス管から供給される都市ガスを流通する燃焼原料供給経路としての図示しない都市ガス搬送経路が接続されている。さらに、バーナ１４１Ａには、ＬＰＧ配管２３１に接続されＬＰＧボンベに貯留するＬＰＧが流通する燃焼原料供給経路としての図示しないＬＰＧ搬送経路が接続されている。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、燃焼ガス供給経路が接続され、液体燃料脱硫手段２１２のバッファタンクに貯留する気相の液体燃料１０１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１０１や都市ガス搬送経路を介して供給された都市ガスあるいはＬＰＧ搬送経路を介して供給されたＬＰＧ、あるいは燃焼ガス供給経路を介して供給された気相の液体燃料１０１、または燃料ガス供給経路１４６を介して供給された燃料ガスを燃焼させ、改質器１４１に供給された混合原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、水蒸気混合手段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で変成された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、一体構成、さらには改質器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。
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２１１Ａに接続され搬送ポンプ１４４Ａを有し液体燃料貯溜タンク２１１Ａに貯溜する液体燃料１０１を搬送する燃焼原料供給経路としての燃料搬送経路１４４が接続されている。また、バーナ１４１Ａには、都市ガス配管２２１に接続されガス管から供給される都市ガスを流通する燃焼原料供給経路としての図示しない都市ガス搬送経路が接続されている。さらに、バーナ１４１Ａには、ＬＰＧ配管２３１に接続されＬＰＧボンベに貯留するＬＰＧが流通する燃焼原料供給経路としての図示しないＬＰＧ搬送経路が接続されている。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、燃焼ガス供給経路が接続され、液体燃料脱硫手段２１２のバッファタンクに貯留する気相の液体燃料１０１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１０１や都市ガス搬送経路を介して供給された都市ガスあるいはＬＰＧ搬送経路を介して供給されたＬＰＧ、あるいは燃焼ガス供給経路を介して供給された気相の液体燃料１０１、または燃料ガス供給経路１４６を介して供給された燃料ガスを燃焼させ、改質器１４１に供給された混合原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、水蒸気混合手段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で変成された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、一体構成、さらには改質器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。
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。
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。
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℃程度に加熱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。
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℃程度に加熱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。
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。
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。
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１０１の流量制御、液体燃料脱硫器や都市ガス脱硫器あるいはＬＰＧ脱硫器の各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、水蒸気の混合割合、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、液体燃料供給経路２１０の脱硫燃料バルブ２１３Ａ、都市ガス供給経路２２０の都市ガスバルブ２２３Ａ、およびＬＰＧ供給経路２３０のＬＰＧバルブ２３３Ａの開閉状態を検出し、水蒸気混合手段１３０へ供給されている原料が、液体燃料１０１か都市ガスかＬＰＧかを判断し、混合する水蒸気の割合を気化器１３１の駆動制御により制御する。
さらに、制御装置には、例えば利用者による入力操作が可能な図示しない操作手段が設けられている。そして、利用者が使用する原料に関する入力操作が実施され、その入力操作に応じた操作信号が操作手段から出力されると、制御装置は、入力操作された原料を供給して発電させる動作制御をする。なお、いずれかの原料を利用する状態が初期設定としてあらかじめ設定されており、入力操作により原料の切替要求が設定入力された場合にその原料を利用する動作制御に切り替えたり、各原料の供給可能状況、例えば各種センサにて残量や供給圧などを認識して十分に供給可能であると認識した原料を利用する動作制御としたり、あらかじめ設定された熱量と原料価格に基づいて最も安価に発電できる原料を利用する動作制御としたりするなど、手動に基づく動作制御や自動制御など、いずれの構成とすることができる。
この制御装置は、液体燃料１０１の流量制御、液体燃料脱硫器や都市ガス脱硫器あるいはＬＰＧ脱硫器の各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、水蒸気の混合割合、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、液体燃料供給経路２１０の脱硫燃料バルブ２１３Ａ、都市ガス供給経路２２０の都市ガスバルブ２２３Ａ、およびＬＰＧ供給経路２３０のＬＰＧバルブ２３３Ａの開閉状態を検出し、水蒸気混合手段１３０へ供給されている原料が、液体燃料１０１か都市ガスかＬＰＧかを判断し、混合する水蒸気の割合を気化器１３１の駆動制御により制御する。
さらに、制御装置には、例えば利用者による入力操作が可能な図示しない操作手段が設けられている。そして、利用者が使用する原料に関する入力操作が実施され、その入力操作に応じた操作信号が操作手段から出力されると、制御装置は、入力操作された原料を供給して発電させる動作制御をする。なお、いずれかの原料を利用する状態が初期設定としてあらかじめ設定されており、入力操作により原料の切替要求が設定入力された場合にその原料を利用する動作制御に切り替えたり、各原料の供給可能状況、例えば各種センサにて残量や供給圧などを認識して十分に供給可能であると認識した原料を利用する動作制御としたり、あらかじめ設定された熱量と原料価格に基づいて最も安価に発電できる原料を利用する動作制御としたりするなど、手動に基づく動作制御や自動制御など、いずれの構成とすることができる。
〔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。なお、本実施形態では、通常設定とした液体燃料１０１を原料に利用する構成を説明する。なお、都市ガスやＬＰＧを用いる場合では、液体燃料供給経路２１０から脱硫処理後の液体燃料１０１を供給する構成および燃料搬送経路１４４を介して液体燃料１０１をバーナ１４１Ａへ供給する構成に替えて、都市ガス供給経路２２０から脱硫処理後の都市ガスを供給する構成および都市ガス搬送経路を介して都市ガスをバーナ１４１Ａへ供給する構成や、ＬＰＧ供給経路２３０から脱硫処理後のＬＰＧを供給する構成およびＬＰＧ搬送経路を介してＬＰＧをバーナ１４１Ａへ供給する構成とすればよい。
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。なお、本実施形態では、通常設定とした液体燃料１０１を原料に利用する構成を説明する。なお、都市ガスやＬＰＧを用いる場合では、液体燃料供給経路２１０から脱硫処理後の液体燃料１０１を供給する構成および燃料搬送経路１４４を介して液体燃料１０１をバーナ１４１Ａへ供給する構成に替えて、都市ガス供給経路２２０から脱硫処理後の都市ガスを供給する構成および都市ガス搬送経路を介して都市ガスをバーナ１４１Ａへ供給する構成や、ＬＰＧ供給経路２３０から脱硫処理後のＬＰＧを供給する構成およびＬＰＧ搬送経路を介してＬＰＧをバーナ１４１Ａへ供給する構成とすればよい。
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。
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に貯留する純水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。
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に貯留する純水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。
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、通常設定である液体燃料１０１を利用する動作制御をする。
すなわち、制御装置は、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２１１Ａに貯溜する液体燃料１０１をバーナ１４１Ａへ供給したり、燃焼ガス供給経路を介してバッファタンクに貯留する気化した液体燃料１０１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１０１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。
すなわち、制御装置は、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２１１Ａに貯溜する液体燃料１０１をバーナ１４１Ａへ供給したり、燃焼ガス供給経路を介してバッファタンクに貯留する気化した液体燃料１０１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１０１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。
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、水蒸気混合手段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、液体燃料供給経路２１０の液体燃料供給管２１３の脱硫燃料バルブ２１３Ａを開状態とするとともに図示しない脱硫燃料ポンプを駆動させ、液体燃料脱硫手段２１２のバッファタンクに貯溜する脱硫処理された液体燃料１０１を、原料供給管２０１を介して水蒸気混合手段１３０の気化器１３１へ供給させる。この気化器１３１への液体燃料１０１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気化されて混合原料が生成され、この混合原料が改質手段１４０へ供給される。
さらに、制御装置は、液体燃料流通経路２１１Ｂの燃料供給バルブ２１１Ｂ２を開状態とするとともに、液量センサからの検出信号に基づいてバッファタンクに貯溜する液体燃料１０１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２１１Ｂ１を駆動させ、液体燃料貯溜タンク２１１Ａに貯留する液体燃料１０１を液体燃料脱硫手段２１２へ液体燃料流通管２１１Ｂ３を介して供給させる。この液体燃料１０１の液体燃料脱硫手段２１２への供給により、液体燃料１０１は、液体燃料脱硫器にて脱硫剤との接触により含有される硫黄化合物が吸着除去され、バッファタンクへ流入される。
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から混合原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における混合原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。
また、制御装置は、液体燃料供給経路２１０の液体燃料供給管２１３の脱硫燃料バルブ２１３Ａを開状態とするとともに図示しない脱硫燃料ポンプを駆動させ、液体燃料脱硫手段２１２のバッファタンクに貯溜する脱硫処理された液体燃料１０１を、原料供給管２０１を介して水蒸気混合手段１３０の気化器１３１へ供給させる。この気化器１３１への液体燃料１０１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気化されて混合原料が生成され、この混合原料が改質手段１４０へ供給される。
さらに、制御装置は、液体燃料流通経路２１１Ｂの燃料供給バルブ２１１Ｂ２を開状態とするとともに、液量センサからの検出信号に基づいてバッファタンクに貯溜する液体燃料１０１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２１１Ｂ１を駆動させ、液体燃料貯溜タンク２１１Ａに貯留する液体燃料１０１を液体燃料脱硫手段２１２へ液体燃料流通管２１１Ｂ３を介して供給させる。この液体燃料１０１の液体燃料脱硫手段２１２への供給により、液体燃料１０１は、液体燃料脱硫器にて脱硫剤との接触により含有される硫黄化合物が吸着除去され、バッファタンクへ流入される。
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から混合原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における混合原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。
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で変成された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。
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。
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、バッファタンクに貯溜する液体燃料１０１の貯溜量に応じた液体燃料１０１の流量制御、液体燃料脱硫手段２１２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。
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、バッファタンクに貯溜する液体燃料１０１の貯溜量に応じた液体燃料１０１の流量制御、液体燃料脱硫手段２１２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。
一方、例えば利用者による原料の切替要求など、原料として都市ガスあるいはＬＰＧの利用を要求する旨を制御装置が認識すると、制御装置は、液体燃料１０１の供給を中止し、都市ガスあいはＬＰＧを供給する動作制御をする。
すなわち、都市ガスを利用する場合、制御装置は、液体燃料供給経路２１０の液体燃料供給管２１３の脱硫燃料バルブ２１３Ａを閉状態として供給を遮断するとともに、都市ガス供給経路２２０の都市ガスバルブ２２３Ａを開状態として都市ガスを都市ガス脱硫手段２２２で脱硫処理した後に水蒸気混合手段１３０へ混合させる。さらに、制御装置は、燃料搬送経路１４４の搬送ポンプ１４４Ａの駆動を停止して液体燃料１０１のバーナ１４１Ａへの供給を遮断するとともに、都市ガス搬送経路を介して都市ガスをバーナ１４１Ａへ供給して、都市ガスをバーナ１４１Ａで燃焼させて加熱すればよい。
また、ＬＰＧを利用する場合、制御装置は、同様に、液体燃料供給経路２１０の液体燃料供給管２１３の脱硫燃料バルブ２１３Ａを閉状態として供給を遮断するとともに、ＬＰＧ供給経路２３０のＬＰＧバルブ２３３Ａを開状態としてＬＰＧをＬＰＧ脱硫手段２３２で脱硫処理した後に水蒸気混合手段１３０へ混合させる。さらに、制御装置は、燃料搬送経路１４４の搬送ポンプ１４４Ａの駆動を停止して液体燃料１０１のバーナ１４１Ａへの供給を遮断するとともに、ＬＰＧ搬送経路を介してＬＰＧをバーナ１４１Ａへ供給して、ＬＰＧをバーナ１４１Ａで燃焼させて加熱すればよい。
すなわち、都市ガスを利用する場合、制御装置は、液体燃料供給経路２１０の液体燃料供給管２１３の脱硫燃料バルブ２１３Ａを閉状態として供給を遮断するとともに、都市ガス供給経路２２０の都市ガスバルブ２２３Ａを開状態として都市ガスを都市ガス脱硫手段２２２で脱硫処理した後に水蒸気混合手段１３０へ混合させる。さらに、制御装置は、燃料搬送経路１４４の搬送ポンプ１４４Ａの駆動を停止して液体燃料１０１のバーナ１４１Ａへの供給を遮断するとともに、都市ガス搬送経路を介して都市ガスをバーナ１４１Ａへ供給して、都市ガスをバーナ１４１Ａで燃焼させて加熱すればよい。
また、ＬＰＧを利用する場合、制御装置は、同様に、液体燃料供給経路２１０の液体燃料供給管２１３の脱硫燃料バルブ２１３Ａを閉状態として供給を遮断するとともに、ＬＰＧ供給経路２３０のＬＰＧバルブ２３３Ａを開状態としてＬＰＧをＬＰＧ脱硫手段２３２で脱硫処理した後に水蒸気混合手段１３０へ混合させる。さらに、制御装置は、燃料搬送経路１４４の搬送ポンプ１４４Ａの駆動を停止して液体燃料１０１のバーナ１４１Ａへの供給を遮断するとともに、ＬＰＧ搬送経路を介してＬＰＧをバーナ１４１Ａへ供給して、ＬＰＧをバーナ１４１Ａで燃焼させて加熱すればよい。
〔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、原料供給手段２００から脱硫処理した液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧを切り替えて水蒸気混合手段１３０へ供給させ、水蒸気を混合して混合原料を生成させる。この生成した混合原料を改質手段１４０で改質して水素ガスを主成分とした燃料ガスを生成させている。
このため、仮に液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧのいずれか１つの供給が出来ない状態となっても、他の原料で燃料ガスを生成でき、安定して燃料ガスを生成できるとともに、１つの燃料ガス製造装置３００で、液体燃料１０１、都市ガスおよびＬＰＧを利用できることから、装置構成が共通となり、製造性の向上が得られる。また、供給している液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧと異なる側における液体燃料１０１を脱硫処理するための液体燃料脱硫手段２１２あるいは都市ガスを脱硫処理するための都市ガス脱硫手段２２２またはＬＰＧを脱硫処理するためのＬＰＧ脱硫手段２３２の保守点検や脱硫剤の交換など、供給しない側における保守管理が可能で、保守点検のために運転を中断する必要もなく、良好に燃料ガスの生成ができる。さらには、例えば、液体燃料１０１、都市ガス、ＬＰＧの原料価格に基づいて、いずれか１つを燃料ガスの原料として利用する制御も例えば原料価格や各原料の熱量のデータを設定入力する簡単な構成で容易にでき、効率的な燃料ガスの生成が容易にできる。
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、原料供給手段２００から脱硫処理した液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧを切り替えて水蒸気混合手段１３０へ供給させ、水蒸気を混合して混合原料を生成させる。この生成した混合原料を改質手段１４０で改質して水素ガスを主成分とした燃料ガスを生成させている。
このため、仮に液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧのいずれか１つの供給が出来ない状態となっても、他の原料で燃料ガスを生成でき、安定して燃料ガスを生成できるとともに、１つの燃料ガス製造装置３００で、液体燃料１０１、都市ガスおよびＬＰＧを利用できることから、装置構成が共通となり、製造性の向上が得られる。また、供給している液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧと異なる側における液体燃料１０１を脱硫処理するための液体燃料脱硫手段２１２あるいは都市ガスを脱硫処理するための都市ガス脱硫手段２２２またはＬＰＧを脱硫処理するためのＬＰＧ脱硫手段２３２の保守点検や脱硫剤の交換など、供給しない側における保守管理が可能で、保守点検のために運転を中断する必要もなく、良好に燃料ガスの生成ができる。さらには、例えば、液体燃料１０１、都市ガス、ＬＰＧの原料価格に基づいて、いずれか１つを燃料ガスの原料として利用する制御も例えば原料価格や各原料の熱量のデータを設定入力する簡単な構成で容易にでき、効率的な燃料ガスの生成が容易にできる。
そして、原料供給手段２００として、液体燃料供給手段２１１から供給され液体燃料脱硫手段２１２で脱硫処理した液体燃料１０１を、液体燃料供給経路２１０から脱硫燃料バルブ２１３Ａの開閉により供給し、都市ガス配管２２１から供給され都市ガス脱硫手段２２２で脱硫処理した都市ガスを、都市ガス供給経路２２０から都市ガスバルブ２２３Ａの開閉により供給し、ＬＰＧ配管２３１から供給されＬＰＧ脱硫手段２３２で脱硫処理したＬＰＧを、ＬＰＧ供給経路２３０からＬＰＧバルブ２３３Ａの開閉により供給する構成としている。
このため、既存の水蒸気混合手段１３０および改質手段１４０に、液体燃料供給経路２１０、都市ガス供給経路２２０およびＬＰＧ供給経路２３０を並列に接続する構成とするのみで、原料に限られずに燃料電池１７０用の燃料ガスを良好に生成できる構成が容易に得られる。
このため、既存の水蒸気混合手段１３０および改質手段１４０に、液体燃料供給経路２１０、都市ガス供給経路２２０およびＬＰＧ供給経路２３０を並列に接続する構成とするのみで、原料に限られずに燃料電池１７０用の燃料ガスを良好に生成できる構成が容易に得られる。
また、ガス原料である炭化水素原料ガスとして、各家庭にライフラインとして供給される都市ガスや液化石油ガスを利用している。
このため、液体燃料１０１として暖房機器などに家庭に広く利用され流通されている例えば灯油などを利用することで、原料に限られずに燃料ガスを良好に生成できる構成が容易に得られる。さらには、各家庭に供給されている都市ガスや液化石油ガスの供給ラインである配管に接続するのみで、容易に家庭用に適用でき、利用の拡大が容易に得られる。
このため、液体燃料１０１として暖房機器などに家庭に広く利用され流通されている例えば灯油などを利用することで、原料に限られずに燃料ガスを良好に生成できる構成が容易に得られる。さらには、各家庭に供給されている都市ガスや液化石油ガスの供給ラインである配管に接続するのみで、容易に家庭用に適用でき、利用の拡大が容易に得られる。
さらに、供給される液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧの種別に応じて、水蒸気混合手段１３０で混合する水蒸気の混合割合を変更している。
このため、液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧの異なる組成に応じて適切に水蒸気が混合されて水蒸気バランスを原料の組成に応じて好適にでき、改質手段１４０における水蒸気改質にて生成する水素ガスを良好に生成でき、効率よく燃料ガスを生成できる。
このため、液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧの異なる組成に応じて適切に水蒸気が混合されて水蒸気バランスを原料の組成に応じて好適にでき、改質手段１４０における水蒸気改質にて生成する水素ガスを良好に生成でき、効率よく燃料ガスを生成できる。
そしてさらには、供給される液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧの種別に応じて、水蒸気混合手段１３０で混合する水蒸気の混合割合として、供給される液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧの流量に基づいて設定している。
このため、流量を検出するセンサなどの簡単な構成で適切な水蒸気バランスに設定でき、効率よく燃料ガスを生成する構成が容易に得られる。
このため、流量を検出するセンサなどの簡単な構成で適切な水蒸気バランスに設定でき、効率よく燃料ガスを生成する構成が容易に得られる。
また、原料供給手段２００から水蒸気混合手段１３０へ供給する液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧに対応して、原料供給手段２００から燃料搬送経路１４４あるいは都市ガス搬送経路またはＬＰＧ搬送経路を介して改質手段１４０における水蒸気改質のために加熱するバーナ１４１Ａへ、脱硫処理前の液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧを燃焼原料として供給している。
このため、燃料ガスを生成するための原料と、改質の際のバーナ１４１Ａによる加熱のための燃焼原料とを同一としているので、液体燃料１０１を供給するライン、あるいは都市ガスを供給するライン、またはＬＰＧを供給するラインのいずれかを利用、すなわち動作させるのみでよい。したがって、供給しない側のラインの保守点検などが実施可能となり、運転を停止することなく長期安定した燃料ガスの生成が容易にできる。さらには、脱硫処理前の原料を燃焼原料としてバーナ１４１Ａへ供給するので、液体燃料脱硫手段２１２、都市ガス脱硫手段２２２およびＬＰＧ脱硫手段２３２の負荷が低減して寿命の向上が得られ、より長期間安定して脱硫処理後の原料を原料供給手段２００から供給でき、効率よく燃料ガスの生成ができる。
このため、燃料ガスを生成するための原料と、改質の際のバーナ１４１Ａによる加熱のための燃焼原料とを同一としているので、液体燃料１０１を供給するライン、あるいは都市ガスを供給するライン、またはＬＰＧを供給するラインのいずれかを利用、すなわち動作させるのみでよい。したがって、供給しない側のラインの保守点検などが実施可能となり、運転を停止することなく長期安定した燃料ガスの生成が容易にできる。さらには、脱硫処理前の原料を燃焼原料としてバーナ１４１Ａへ供給するので、液体燃料脱硫手段２１２、都市ガス脱硫手段２２２およびＬＰＧ脱硫手段２３２の負荷が低減して寿命の向上が得られ、より長期間安定して脱硫処理後の原料を原料供給手段２００から供給でき、効率よく燃料ガスの生成ができる。
そして、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。さらには、原料価格に応じて効率的な原料供給のための制御も容易に実施でき、効率的な燃料ガスの生成および発電ができる。
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。
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。さらには、原料価格に応じて効率的な原料供給のための制御も容易に実施でき、効率的な燃料ガスの生成および発電ができる。
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。
〔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。
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。
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、例えば液体燃料脱硫手段２１２、都市ガス脱硫手段２２２、ＬＰＧ脱硫手段２３２毎や液体燃料供給経路２１０、都市ガス供給経路２２０およびＬＰＧ供給経路２３０毎、水蒸気混合手段１３０、改質手段１４０などの構成毎に制御する構成などとしてもよい。
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。
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。
そして、液体燃料１０１、あるいは都市ガスまたはＬＰＧを脱硫処理する構成としたが、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原料、すなわち液体燃料１０１あるいは都市ガスまたはＬＰＧを供給できる。
また、気化器１３１にて液体燃料１０１に水蒸気を混合して気化して説明したが、例えば、改質手段１４０から排気される排ガスとの熱交換により直接的に気化させたり、エゼクタを用いて気化させたりし、別途水蒸気を混合するなどしてもよい。
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、上述したように、液体燃料１０１や都市ガスおよびＬＰＧなどの炭化水素原料ガス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。
また、気化器１３１にて液体燃料１０１に水蒸気を混合して気化して説明したが、例えば、改質手段１４０から排気される排ガスとの熱交換により直接的に気化させたり、エゼクタを用いて気化させたりし、別途水蒸気を混合するなどしてもよい。
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、上述したように、液体燃料１０１や都市ガスおよびＬＰＧなどの炭化水素原料ガス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。
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燃料ガス製造装置３００単体で適用してもよい。
また、液体燃料脱硫手段２１２として、バッファタンクを備えた構成に限られない。さらには、バッファタンクに燃焼ガス供給経路を接続し、気化した液体燃料１０１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２１１Ａ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へ戻したりするなど、各種利用・供給ができる。
そして、燃料ガスを生成させる原料と同一の原料をバーナ１４１Ａで燃焼させて説明したが、例えば液体燃料１０１を原料とする場合に都市ガスやＬＰＧを燃焼させるなど、異なる原料を用いてもよい。
また、制御装置の制御プログラムとして独立して流通させるなどしてもよい。
また、液体燃料脱硫手段２１２として、バッファタンクを備えた構成に限られない。さらには、バッファタンクに燃焼ガス供給経路を接続し、気化した液体燃料１０１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２１１Ａ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へ戻したりするなど、各種利用・供給ができる。
そして、燃料ガスを生成させる原料と同一の原料をバーナ１４１Ａで燃焼させて説明したが、例えば液体燃料１０１を原料とする場合に都市ガスやＬＰＧを燃焼させるなど、異なる原料を用いてもよい。
また、制御装置の制御プログラムとして独立して流通させるなどしてもよい。
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。
本発明は、灯油などの液体燃料や都市ガスや液化石油ガスなどの炭化水素原料ガス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に利用できる。
１００……燃料電池システム
１３０……水蒸気混合手段
１４０……改質手段
１４１Ａ…バーナ
１４４……燃焼原料供給経路としての燃料搬送経路
１５０……酸素含有気体供給手段
１７０……燃料電池
２００……原料供給手段
２１０……液体燃料供給経路
２１１……液体燃料供給手段
２１２……液体燃料脱硫手段
２１３……液体燃料供給経路としての液体燃料供給管
２１３Ａ…液体燃料開閉バルブとしての脱硫燃料バルブ
２２０……原料ガス供給経路としての都市ガス供給経路
２２１……原料ガス供給手段としての都市ガス配管
２２２……原料ガス脱硫手段としての都市ガス脱硫手段
２２３……原料ガス供給経路としての都市ガス供給管
２２３Ａ…原料ガス開閉バルブとしての都市ガスバルブ
２３０……原料ガス供給経路としてのＬＰＧ供給経路
２３１……原料ガス供給手段としてのＬＰＧ配管
２３２……原料ガス脱硫手段としてのＬＰＧ脱硫手段
２３３……原料ガス供給経路としてのＬＰＧ供給管
２３３Ａ…原料ガス開閉バルブとしてのＬＰＧバルブ
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
１３０……水蒸気混合手段
１４０……改質手段
１４１Ａ…バーナ
１４４……燃焼原料供給経路としての燃料搬送経路
１５０……酸素含有気体供給手段
１７０……燃料電池
２００……原料供給手段
２１０……液体燃料供給経路
２１１……液体燃料供給手段
２１２……液体燃料脱硫手段
２１３……液体燃料供給経路としての液体燃料供給管
２１３Ａ…液体燃料開閉バルブとしての脱硫燃料バルブ
２２０……原料ガス供給経路としての都市ガス供給経路
２２１……原料ガス供給手段としての都市ガス配管
２２２……原料ガス脱硫手段としての都市ガス脱硫手段
２２３……原料ガス供給経路としての都市ガス供給管
２２３Ａ…原料ガス開閉バルブとしての都市ガスバルブ
２３０……原料ガス供給経路としてのＬＰＧ供給経路
２３１……原料ガス供給手段としてのＬＰＧ配管
２３２……原料ガス脱硫手段としてのＬＰＧ脱硫手段
２３３……原料ガス供給経路としてのＬＰＧ供給管
２３３Ａ…原料ガス開閉バルブとしてのＬＰＧバルブ
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
Claims (7)
- 脱硫処理された液体燃料または炭化水素原料ガスを切り替えて供給する原料供給手段と、
この原料供給手段から供給される前記液体燃料または前記炭化水素原料ガスに水蒸気を混合して混合原料を生成する水蒸気混合手段と、
この水蒸気混合手段により生成した前記混合原料を改質して水素ガスを主成分とした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１に記載の燃料電池用燃料ガスの製造装置であって、
前記原料供給手段は、
前記液体燃料を供給する液体燃料供給手段、この液体燃料供給手段から供給される前記液体燃料を脱硫処理する液体燃料脱硫手段、および液体燃料開閉バルブを有し前記液体燃料脱硫手段で脱硫処理した前記液体燃料を供給する液体燃料供給経路と、
前記炭化水素原料ガスを供給する原料ガス供給手段、この原料ガス供給手段から供給される前記炭化水素原料ガスを脱硫処理する原料ガス脱硫手段、および原料ガス開閉バルブを有し前記原料ガス脱硫手段で脱硫処理した前記炭化水素原料ガスを供給する原料ガス供給経路と、を備えた
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２に記載の燃料電池用燃料ガスの製造装置であって、
前記炭化水素原料ガスは、都市ガスおよび液化石油ガスのうちの少なくともいずれか一方である
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１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池用燃料ガスの製造装置であって、
前記水蒸気混合手段は、供給される前記液体燃料または前記炭化水素原料ガスの種別に応じて前記水蒸気の混合割合を変更する
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４に記載の燃料電池用燃料ガスの製造装置であって、
前記水蒸気混合手段は、供給される前記液体燃料または前記炭化水素原料ガスの流量に基づいて前記水蒸気を所定の混合割合で混合する
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１ないし請求項５のいずれか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、前記水蒸気混合手段から供給される前記混合原料を改質するために加熱するバーナを備え、
前記原料供給手段に接続され、前記原料供給手段から前記水蒸気混合手段へ供給する前記液体燃料または前記炭化水素原料ガスに対応して、前記原料供給手段から前記バーナへ脱硫処理前の前記液体燃料または前記炭化水素原料ガスを燃焼原料として供給する燃焼原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１ないし請求項６のいずれか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改質手段で生成された水素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。
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| JP2006168105A JP2007335333A (ja) | 2006-06-16 | 2006-06-16 | 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 |
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| JP2007335333A true JP2007335333A (ja) | 2007-12-27 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2006168105A Pending JP2007335333A (ja) | 2006-06-16 | 2006-06-16 | 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 |
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2006
- 2006-06-16 JP JP2006168105A patent/JP2007335333A/ja active Pending
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