JP2009227722A - Desulfurization apparatus, its method, apparatus for producing fuel gas for fuel cell, and fuel cell system - Google Patents

Desulfurization apparatus, its method, apparatus for producing fuel gas for fuel cell, and fuel cell system Download PDF

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和志 東野
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繁 飯山
Tsune Katayama
恒 片山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system having a desulfurization apparatus capable of stably and efficiently supplying a liquid fuel by carrying out desulfurization treatment. <P>SOLUTION: A liquid fuel to be subjected to the desulfurization treatment is desulfurized by exchanging the heat with a liquid fuel after the desulfurization treatment by a liquid fuel heat exchanger 122. The liquid fuel having a temperature lowered by the heat exchange is reheated by a heating means 122B4 after releasing the pressure by a minimum pressure valve 122B3 on a runoff route 122B, and flowed into a buffer tank 123. A vapor component such as methane gas present in the liquid fuel in an equilibrium condition is sufficiently separated in the buffer tank 123. As a result, the inconvenience of causing pulsating current by the generation of the vapor phase component when feeding the liquid fuel to the following step can be prevented without setting the volume of the buffer tank 123 large. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a desulfurization apparatus that desulfurizes liquid fuel with a desulfurization agent, a method thereof, an apparatus for producing fuel gas for a fuel cell, and a fuel cell system.

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。
しかしながら、この特許文献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留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。
Conventionally, for example, various desulfurization methods for desulfurizing liquid fuel to generate hydrogen gas used for power generation in a fuel cell are known (see, for example, Patent Document 1 or Patent Document 2).
The one described in Patent Document 1 supplies a raw material from a desulfurizer that is filled with a desulfurizing agent and performs a desulfurization process to the auxiliary tank, supplies the raw material from the auxiliary tank to the reformer, and is generated from the desulfurizer at the time of start The raw material vapor is poured into an auxiliary tank and stored to prevent it from being supplied to the reformer, thereby preventing deterioration of the reforming catalyst and shortening the stop time. And the raw material level in an auxiliary tank is detected so that an auxiliary tank may not become empty, and the required quantity of raw material is supplied through a desulfurizer from a raw material tank.
However, in the conventional desulfurization method as described in Patent Document 1, a necessary amount of raw material is supplied from the raw material tank via the desulfurizer so that the auxiliary tank does not become empty, and a certain amount of raw material is supplied to the auxiliary tank. If the supply from the raw material tank is stopped when the gas is stored, the flow of the raw material stops in the desulfurizer, the temperature of the raw material in the desulfurizer rises, and steam is generated, so that desulfurization by the liquid phase adsorption method is performed. There is a possibility that the desulfurization efficiency of the desulfurizing agent for performing the treatment may fluctuate. For this reason, it is necessary to use a desulfurizer having a sufficient volume for a stable and good desulfurization treatment, which may increase the size of the apparatus.

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。
しかしながら、この特許文献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。
In the device described in Patent Document 2, liquid fuel is introduced into the bottom of a desulfurization reactor in which a desulfurizing agent is filled and desulfurized, and the temperature is raised to a predetermined temperature and brought into contact with the desulfurizing agent for desulfurization. Thereafter, the reaction product in which the liquid component and the gas component coexist is extracted from the site of the gas-liquid interface in the desulfurization reactor, transferred to the downstream vaporizer and the reforming reactor, and hydrogen gas is supplied. The structure which prevents the pulsation at the time of producing | generating and transferring downstream after desulfurization is taken.
However, in the conventional desulfurization method as described in Patent Document 2, since a desulfurization agent for performing a desulfurization treatment by a liquid phase adsorption method is used, a gas component and a liquid component are contained in the desulfurization reactor. Since the desulfurization treatment efficiency by the desulfurization agent is different due to the generation, it is necessary to use a desulfurization reactor having a sufficient volume for stable and good desulfurization treatment, which may increase the size of the apparatus. Further, for example, when the flow of the liquid fuel is stopped by interrupting the power generation process, a gaseous component is more easily generated in the desulfurization reactor. For this reason, at the time of restarting, the control of pulling out in the state where the gas component and the liquid component coexist becomes complicated, and there is a possibility that pulsation may occur during the transfer to the downstream side. Furthermore, when vaporization is caused by mixing with water vapor in the vaporizer in the latter stage, the ratio of the gas component and liquid component of the reaction product to be transferred fluctuates, so that the water vapor balance in the reforming process in the latter stage is changed. It may fluctuate and a stable reforming process may not be obtained.

ところで、脱硫方法として、特に燃料電池で発電に利用する水素ガスを生成させる構成では、エネルギ効率が極めて重要である。このため、例えば特許文献3に記載のように、金属系脱硫剤を用いて水素を添加することなく液状炭化水素を所定の温度、圧力条件で脱硫する構成が知られている。また、燃料電池システムでは、小型化も強く望まれている。   By the way, as a desulfurization method, energy efficiency is extremely important particularly in a configuration in which hydrogen gas used for power generation in a fuel cell is generated. For this reason, as described in Patent Document 3, for example, a configuration is known in which a liquid hydrocarbon is desulfurized using a metal-based desulfurizing agent without adding hydrogen at a predetermined temperature and pressure. Further, miniaturization is strongly desired in the fuel cell system.

特開2003−151608号公報JP 2003-151608 A 特開2004−51864号公報JP 2004-51864 A 国際公開WO2004/9735号公報International Publication WO2004 / 9735

上述したように、従来の脱硫方法では、特許文献1などのように脱硫処理後の液体燃料を一時的に貯留する補助タンクを用い、後段の処理へ連続的に安定して供給できるようにしている。しかしながら、脱硫処理後の液体燃料を後段へ供給する際、脱硫処理において液体燃料を加熱するので、脱硫後の液体燃料中に平衡状態で存在する気相分が発生し、後段での安定した処理が得られなくなるおそれがある。   As described above, the conventional desulfurization method uses an auxiliary tank that temporarily stores liquid fuel after desulfurization as in Patent Document 1 and the like so that it can be continuously and stably supplied to subsequent processes. Yes. However, when the liquid fuel after desulfurization is supplied to the subsequent stage, the liquid fuel is heated in the desulfurization process, so that a gas phase component existing in an equilibrium state is generated in the liquid fuel after desulfurization, and the stable process at the subsequent stage. May not be obtained.

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。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a desulfurization apparatus, a method thereof, a fuel gas production apparatus for a fuel cell, and a fuel cell system, which can stably supply liquid fuel with a desulfurization treatment. .

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手段と、内部に脱硫剤が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加熱する加熱手段を備え前記供給される液体燃料を加熱しつつ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、下部に貯留する前記液体燃料を流出する液体燃料流出口が開口され、上部に前記液体燃料の気相分を流出する気体燃料流出口が開口された貯留タンクと、前記脱硫器から流出される前記脱硫された液体燃料と前記液体燃料供給手段にて前記脱硫器へ供給する前記液体燃料とを熱交換する熱交換器と、この熱交換器で熱交換され前記貯留タンクへ流入される前記脱硫された液体燃料を加温する加温手段を備えた流通経路と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、脱硫処理する液体燃料を、脱硫器で効率よく脱硫処理するために、熱交換器により脱硫処理後の液体燃料と熱交換させ、熱交換によりある程度の温度低下した液体燃料を、貯留タンクへ流入させる流通経路の加温手段で再加温させ、液体燃料中に平衡状態で存在する気相成分を貯留タンクで十分に分離させ、貯留タンクから後段へ流出する液体燃料から気相分が発生して脈流を生じる不都合を防止する。
このことにより、例えば貯留タンクの容量を大きく設定しなくても後段での脈流の不都合を確実に防止でき、安定して脱硫処理後の液体燃料を供給できる。
The desulfurization apparatus according to the present invention is a desulfurization apparatus for desulfurizing a liquid fuel, the liquid fuel supply means for supplying the liquid fuel, and the liquid supplied with the desulfurization agent and supplied by the liquid fuel supply means A desulfurizer comprising a heating means for heating the fuel and desulfurizing while heating the supplied liquid fuel; the desulfurized liquid fuel connected to the desulfurizer is flowed in; and the liquid fuel stored in the lower portion is flowed out A storage tank having an open liquid fuel outlet and a gas fuel outlet through which gas phase of the liquid fuel flows out, and the desulfurized liquid fuel and liquid fuel flowing out from the desulfurizer A heat exchanger that exchanges heat with the liquid fuel supplied to the desulfurizer by a supply means, and a heating that heats the desulfurized liquid fuel that is heat-exchanged by the heat exchanger and flows into the storage tank means A flow path with, and characterized by including the.
In this invention, in order to efficiently desulfurize the liquid fuel to be desulfurized with the desulfurizer, the heat is exchanged with the liquid fuel after the desulfurization treatment with the heat exchanger, and the liquid fuel whose temperature has been lowered to some extent by the heat exchange is stored. It is reheated by the heating means of the flow path that flows into the tank, and the vapor phase components existing in an equilibrium state in the liquid fuel are sufficiently separated in the storage tank, and the gas phase component is separated from the liquid fuel flowing out from the storage tank to the subsequent stage. To prevent the inconvenience of generating pulsating flow.
Accordingly, for example, the inconvenience of the pulsating flow in the subsequent stage can be surely prevented without setting the capacity of the storage tank large, and the liquid fuel after the desulfurization treatment can be supplied stably.

そして、本発明では、前記加温手段は、脱硫器による脱硫処理のための保圧状態の解除後の前記液体燃料を加温する構成とすることが好ましい。
この発明では、脱硫器による脱硫処理のための保圧状態を解除した後の液体燃料を、加温手段で加温する。
このことにより、保圧状態の解除により平衡状態で存在する気相分が分離しやすい状態で加温するので、貯留タンクの容量を大きくする必要がなく、効率よく容易に気相分を分離でき、後段への脱硫処理後の液体燃料の供給時に気相分の発生による脈流の不都合を防止できる。
And in this invention, it is preferable that the said heating means heats the said liquid fuel after cancellation | release of the pressure-holding state for the desulfurization process by a desulfurizer.
In this invention, the liquid fuel after releasing the pressure holding state for the desulfurization process by the desulfurizer is heated by the heating means.
This eliminates the need to increase the capacity of the storage tank and allows the gas phase components to be separated efficiently and easily because the gas phase components that exist in an equilibrium state are heated easily by releasing the pressure holding state. In addition, it is possible to prevent the inconvenience of the pulsating flow due to the generation of a gas phase component when supplying the liquid fuel after the desulfurization treatment to the subsequent stage.

また、本発明では、前記流通経路は、保圧弁を備え、前記加温手段は、前記保圧弁より前記貯留タンク側に位置して設けられた構成とすることが好ましい。
この発明では、脱硫器内で効率よく安定して脱硫剤と接触させて脱硫処理するために流通経路に設けた保圧弁より、下流側となる貯留タンク側で脱硫処理後の液体燃料を加温手段で加温する。
このことにより、効率よく安定して脱硫処理された後の液体燃料が減圧状態となり、平衡状態で存在する気相分が分離しやすい状態で加温するので、貯留タンクの容量を大きくする必要がなく、効率よく容易に気相分を分離でき、後段への脱硫処理後の液体燃料の供給時に気相分の発生による脈流の不都合を防止できる。
In the present invention, it is preferable that the flow path includes a pressure holding valve, and the heating means is provided on the storage tank side with respect to the pressure holding valve.
According to the present invention, the liquid fuel after desulfurization treatment is heated on the storage tank side downstream from the pressure-holding valve provided in the flow path in order to efficiently and stably contact with the desulfurization agent in the desulfurizer. Heat by means.
As a result, the liquid fuel after being efficiently and stably desulfurized is in a depressurized state and heated in a state in which the gas phase component existing in the equilibrium state is easily separated, so it is necessary to increase the capacity of the storage tank. Therefore, the gas phase can be separated efficiently and easily, and the inconvenience of the pulsating flow due to the generation of the gas phase can be prevented when supplying the liquid fuel after the desulfurization process to the subsequent stage.

さらに、本発明では、前記加温手段は、前記液体燃料を90℃以上、好ましくは95℃以上、より好ましくは100℃以上に加温する構成とすることが好ましい。
ここで、90℃より低い温度で加温した場合、温度が低いほど気相分の発生状態が悪く、非効率となるおそれがある。一方、脱硫後に加温しない場合には平衡状態の気相分が分離しにくくなる。このため、90℃以上で脱硫処理後の液体燃料を加温することで、効率よく液体燃料中に平衡状態で存在する気相分を分離できる。
Furthermore, in the present invention, it is preferable that the heating means heats the liquid fuel to 90 ° C. or higher, preferably 95 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher.
Here, when heating is performed at a temperature lower than 90 ° C., the lower the temperature, the worse the generation state of the gas phase component, which may be inefficient. On the other hand, when heating is not performed after desulfurization, the vapor phase in an equilibrium state is difficult to separate. For this reason, by heating the liquid fuel after the desulfurization treatment at 90 ° C. or higher, the gas phase component existing in an equilibrium state in the liquid fuel can be separated efficiently.

また、本発明では、前記加温手段は、前記熱交換器により90℃より低い温度に熱交換された前記液体燃料を90℃以上に加温する構成とすることが好ましい。
この発明では、熱交換により90℃より低い温度まで冷却された液体燃料を90℃以上に加温する。
このことにより、液体燃料中に平衡状態で存在する気相分が再加温により効率よく分離される。
Moreover, in this invention, it is preferable that the said heating means heats the said liquid fuel heat-exchanged to the temperature lower than 90 degreeC with the said heat exchanger to 90 degreeC or more.
In this invention, the liquid fuel cooled to a temperature lower than 90 ° C. by heat exchange is heated to 90 ° C. or higher.
As a result, gas phase components existing in an equilibrium state in the liquid fuel are efficiently separated by reheating.

そして、本発明では、前記加温手段は、前記脱硫器の加熱手段の加熱により、流通する前記液体燃料を加温する熱交換器である構成とすることが好ましい。
この発明では、加温手段として、脱硫器の加熱手段の加熱により流通する液体燃料を加温する熱交換器を用いる。
このことにより、液体燃料を再加温するための熱エネルギとして、加熱手段からの熱量を有効利用でき、より効率よく平衡状態で存在する気相分を分離できる。
And in this invention, it is preferable that the said heating means is set as the structure which is a heat exchanger which heats the said liquid fuel which distribute | circulates by the heating of the heating means of the said desulfurizer.
In the present invention, as the heating means, a heat exchanger that heats the liquid fuel flowing through the heating of the heating means of the desulfurizer is used.
As a result, the amount of heat from the heating means can be effectively used as the thermal energy for reheating the liquid fuel, and the gas phase component existing in an equilibrium state can be separated more efficiently.

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、前記液体燃料を熱交換により加熱して前記脱硫器にて脱硫処理するとともに脱硫処理した前記液体燃料を熱交換により冷却させる熱交換器と、前記脱硫処理後の液体燃料を貯留するとともに下部から前記液体燃料を流出するとともに上部から気相分を流出可能な貯留タンクを用い、前記熱交換器により冷却された前記液体燃料を前記貯留タンクに流入する前に加熱することを特徴とする。
この発明は、請求項1に記載の脱硫装置を方法に展開したもので、請求項1に記載の脱硫装置と同様の作用効果を奏する。
The desulfurization method according to the present invention is a desulfurization method in which liquid fuel is desulfurized by a desulfurizer, wherein the liquid fuel is heated by heat exchange and desulfurized by the desulfurizer, and the desulfurized liquid fuel is heated. A heat exchanger that is cooled by exchange, and a storage tank that stores the liquid fuel after the desulfurization treatment and that allows the liquid fuel to flow out from the lower part and out of the gas phase from the upper part, and is cooled by the heat exchanger. The liquid fuel is heated before flowing into the storage tank.
The present invention is a development of the desulfurization apparatus according to claim 1, and has the same effects as the desulfurization apparatus according to claim 1.

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、この脱硫装置の貯留タンクに接続され前記貯留タンクに貯留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。
この発明では、脱硫処理した液体燃料を効率よく安定して供給できる請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の脱硫装置に、貯留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、脱硫処理した液体燃料を気化手段へ脈動無く効率よく安定して供給できるので、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。
An apparatus for producing fuel gas for a fuel cell according to the present invention includes the desulfurization apparatus according to any one of claims 1 to 6 and a liquid phase connected to a storage tank of the desulfurization apparatus and stored in the storage tank. A transfer path for transferring the liquid fuel, vaporization means for vaporizing the liquid fuel connected to the transfer path into a raw material gas, reforming the raw material gas vaporized by the vaporization means, And a reforming means to be produced.
In the present invention, the desulfurized liquid fuel can be efficiently and stably supplied to the desulfurization apparatus according to any one of claims 1 to 6, via a transfer path for transferring the liquid liquid fuel to be stored. A vaporizing means for vaporizing the liquid fuel into the raw material gas is connected. Then, the raw material gas vaporized by the vaporizing means is reformed by the reforming means to generate a fuel gas.
As a result, the desulfurized liquid fuel can be efficiently and stably supplied to the vaporizing means without pulsation, so that the mixing balance with the water vapor when vaporizing the vaporized gas by the vaporizing means is stabilized, for example, and reforming in the subsequent stage. A stable reforming process in the means can be obtained, and fuel gas with stable characteristics can be supplied stably.

そして、本発明では、前記改質手段は、バーナを備え、前記脱硫装置の貯留タンクに接続され、前記貯留タンクに貯留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、脱硫装置の貯留タンクに貯留する気相分を、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。
In the present invention, the reforming means includes a burner, is connected to a storage tank of the desulfurization apparatus, and includes a fuel supply path that supplies a gas phase component stored in the storage tank as fuel for the burner. It is preferable that
In this invention, the gas phase component stored in the storage tank of the desulfurization apparatus is supplied as fuel to the burner of the reforming means via the fuel supply path.
As a result, even when a gas phase component is generated, the fuel can be effectively used as the fuel for the burner that is heated for the reforming process by the reforming means, so that the liquid fuel can be used efficiently.

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。
A fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell fuel gas production device according to claim 8 or claim 9, oxygen-containing gas supply means for supplying an oxygen-containing gas, and fuel cell fuel gas. And a fuel cell that generates electric power by using the fuel gas reformed by the reforming unit of the manufacturing apparatus and the oxygen-containing gas supplied by the oxygen-containing gas supply unit.
According to the present invention, a fuel cell is obtained by utilizing a fuel gas from a fuel cell fuel gas production apparatus capable of stably supplying a fuel gas having stable characteristics and an oxygen-containing gas supplied from an oxygen-containing gas supply means. To generate electricity.
As a result, the ratio between the fuel gas and the oxygen-containing gas is stabilized, and power can be generated efficiently and satisfactorily.

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。
Hereinafter, an embodiment according to the fuel cell system of the present invention will be described.
In the present embodiment, the configuration of a fuel cell system that uses kerosene is exemplified, but the present invention can be applied to, for example, a manufacturing apparatus that manufactures fuel gas supplied to a fuel cell.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to the present embodiment. FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the desulfurization apparatus.

〔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。
[Configuration of fuel cell system]
(overall structure)
In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a fuel cell system. The fuel cell system 100 is a system in which liquid fuel is used as a raw material to be reformed into a fuel gas mainly containing hydrogen, and the fuel cell 170 generates power.
The fuel cell system 100 includes a liquid fuel supply unit 110, a desulfurization unit 120, a vaporization unit 130, a reforming unit 140, an oxygen-containing gas supply unit 150, a humidifier 160, a fuel cell 170, and the like. I have.
The liquid fuel supply means 110 and the desulfurization means 120 constitute a desulfurization apparatus 200 for desulfurizing the liquid fuel in the present invention. The desulfurization apparatus 200, a desulfurization fuel path 124 as a transfer path, a vaporization means 130, Fuel as a fuel gas production device for fuel cells, which is a device for producing hydrogen gas-rich fuel gas as a raw material to be generated by the fuel cell 170 from the desulfurized liquid fuel 111A according to the present invention by the reforming means 140 A gas manufacturing apparatus 300 is configured.

液体燃料供給手段110は、図1および図2に示すように、液体燃料貯留タンク111と、液体燃料供給経路112と、を備えている。
液体燃料貯留タンク111は、例えば灯油などの液体燃料111Aを流出可能に貯留する。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、液体燃料貯留タンク111に接続され、液体燃料貯留タンク111に貯留する液体燃料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、一端が液体燃料貯留タンク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留タンク111に貯留する液体燃料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、液体燃料貯留タンク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留タンク111に接続されこの液体燃料貯留タンク111に貯留する液体燃料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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the liquid fuel supply means 110 includes a liquid fuel storage tank 111 and a liquid fuel supply path 112.
The liquid fuel storage tank 111 stores liquid fuel 111A such as kerosene so that it can flow out. Here, the liquid fuel 111A is not limited to kerosene, and various liquid fuels such as light oil and naphtha can be used.
The liquid fuel supply path 112 is connected to the liquid fuel storage tank 111, and distributes the liquid fuel 111A stored in the liquid fuel storage tank 111. The liquid fuel supply path 112 has a liquid fuel pump 112A as a liquid fuel supply pump and a fuel supply valve 112B, one end connected to the liquid fuel storage tank 111 and the other end connected to the desulfurization means 120. A tube 112C is provided. The liquid fuel supply path 112 distributes the liquid fuel 111A stored in the liquid fuel storage tank 111 to the desulfurization means 120 by driving the liquid fuel pump 112A.
The liquid fuel supply unit 110 is not limited to the configuration including the liquid fuel storage tank 111. For example, the liquid fuel supply unit 110 is connected to the separately provided liquid fuel storage tank 111 and stores liquid in the liquid fuel storage tank 111. It is good also as a structure provided only with the liquid fuel supply path 112 which distribute | circulates the fuel 111A.

脱硫手段120は、図1および図2に示すように、脱硫器121と、熱交換器としての液体燃料熱交換器122と、貯留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、液体燃料貯留タンク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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the desulfurization means 120 includes a desulfurizer 121, a liquid fuel heat exchanger 122 as a heat exchanger, a buffer tank 123 as a storage tank, and the like.
For example, the desulfurizer 121 supplies liquid fuel 111A supplied from the liquid fuel storage tank 111 to the liquid fuel supply path 112 via the liquid fuel heat exchanger 122 at about 300 [ml / hour] by liquid phase adsorption. A desulfurization treatment is performed to adsorb and remove sulfur compounds contained in 111A.
The desulfurizer 121 includes a desulfurization agent container 121A, a desulfurization heating unit (not shown) as a heating unit, a desulfurization temperature detection unit (not shown), and the like. The desulfurization agent container 121A is formed in a substantially cylindrical shape filled with a desulfurization agent 121B. The other end of the liquid fuel supply pipe 112C of the liquid fuel supply path 112 is connected to one end in the axial direction, and the liquid fuel 111A flows into the desulfurization agent container 121A. A fuel inlet (not shown) is provided at the other end in the axial direction, and a fuel outlet (not shown) is connected to the buffer tank 123 and flows out the liquid fuel 111A flowing in contact with the desulfurizing agent 121B. The desulfurizer 121 is in a state in which the axial direction of the desulfurizing agent container 121A is substantially along the vertical direction, the fuel inlet is opened downward in the vertical direction, and the fuel outlet is opened upward in the vertical direction. To be installed. That is, the desulfurizer 121 is installed in a state in which the liquid fuel 111A is introduced from the lower part of the desulfurizing agent container 121A and flows out from the upper part while flowing upward in the vertical direction.
The desulfurization heating means includes, for example, an electric heater such as a sheathed heater spirally disposed on the outer surface of the desulfurization agent container 121A, and heats the liquid fuel 111A flowing from the outer surface side of the desulfurization agent container 121A to about 200 ° C., for example. To promote desulfurization. A heat insulating material that covers and heat-insulates the outer surface of the desulfurization agent container 121 </ b> A together with an electric heater is provided on the outer surface of the desulfurizer 121. Further, the electric heater is not limited to the spiral arrangement, and may be arranged so as to be folded along the longitudinal direction of the desulfurization agent container 121A, for example.
The desulfurization temperature detection means includes, for example, a temperature sensor that is disposed in the desulfurization agent container 121A and detects the temperature of the desulfurization agent container 121A. This temperature sensor outputs the detected temperature detection signal to a control device described later.

液体燃料熱交換器122は、液体燃料貯留タンク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、流通経路としての流出経路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、保圧弁122B3、加温手段122B4が設けられている。加温手段122B4は、例えば脱硫器121の外面に螺旋状に配管され、脱硫加熱手段による脱硫器121の加熱にて流通する液体燃料111Aを加温する熱交換器の構造が取られている。
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。
また、流出経路122Bを流通する脱硫処理後の液体燃料111Aは、保圧弁122B3を流過して圧力が解放され、加温手段122B4で再加温され、バッファタンク123へ流入される。加温手段122B4による加温は、90℃以上、好ましくは95℃以上、より好ましくは100℃以上の温度範囲で流通する液体燃料111Aが加温される構造に設計されている。ここで、加温が90℃より低い温度で加温した場合、温度が低いほど気相分の発生状態が悪く、非効率となるおそれがある。一方、脱硫後に加温しない場合には平衡状態の気相分が分離しにくくなる。このため、脱硫処理後の液体燃料を90℃以上、好ましくは95℃以上、より好ましくは100℃以上に加温する。なお、加温手段122B4は、熱交換器の構成に限らず、例えば脱硫加熱手段と同様に電気ヒータなどを用いて、液体燃料111Aを再加温する構成としてもよい。
The liquid fuel heat exchanger 122 heats the liquid fuel 111A supplied from the liquid fuel storage tank 111 by heat exchange with the liquid fuel 111A after desulfurization that flows out of the desulfurizer 121.
Specifically, an inflow path 122A and an outflow path 122B as a distribution path are connected to the liquid fuel heat exchanger 122. The inflow path 122A is connected to the liquid fuel supply pipe 112C of the liquid fuel supply path 112 and is connected to the fuel inlet of the desulfurizer 121, and supplies the liquid fuel 111A to the desulfurizer 121 from the liquid fuel supply pipe 112C. The outflow path 122 </ b> B is connected to the fuel outlet of the desulfurizer 121 and is connected to the buffer tank 123, and distributes the liquid fuel 111 </ b> A that has been desulfurized by the desulfurizer 121 and flows out to the buffer tank 123. An outflow valve 122B1, a strainer 122B2, a pressure holding valve 122B3, and a heating means 122B4 are provided on the outflow path 122B downstream of the liquid fuel heat exchanger 122. The heating means 122B4 has, for example, a heat exchanger structure that is spirally piped on the outer surface of the desulfurizer 121 and heats the liquid fuel 111A that is circulated by heating the desulfurizer 121 by the desulfurization heating means.
Then, the supplied liquid fuel 111A flowing from the liquid fuel supply pipe 112C and flowing through the inflow path 122A and the liquid fuel 111A after desulfurization processing flowing through the outflow path 122B are subjected to heat exchange, and the supplied liquid fuel 111A is exchanged. It is heated to some extent and supplied to the desulfurizer 121.
The desulfurized liquid fuel 111A flowing through the outflow path 122B flows through the pressure holding valve 122B3 to release the pressure, is reheated by the heating means 122B4, and flows into the buffer tank 123. Heating by the heating means 122B4 is designed to heat the liquid fuel 111A that circulates in a temperature range of 90 ° C. or higher, preferably 95 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher. Here, when heating is performed at a temperature lower than 90 ° C., the lower the temperature, the worse the state of gas phase generation, which may be inefficient. On the other hand, when heating is not performed after desulfurization, the vapor phase in an equilibrium state is difficult to separate. For this reason, the liquid fuel after the desulfurization treatment is heated to 90 ° C. or higher, preferably 95 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher. The heating unit 122B4 is not limited to the configuration of the heat exchanger, and may be configured to reheat the liquid fuel 111A using an electric heater or the like, for example, similarly to the desulfurization heating unit.

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を一時的に貯留するタンクである。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を排出する気体燃料流出口としての排出口とが設けられ、下部に貯留する液相分の液体燃料111Aを流出する図示しない液体燃料流出口としての流出口が設けられ、液体燃料111Aを貯留可能なタンク構成に形成されている。
そして、バッファタンク123に流入された液体燃料111Aは、放圧後に加温手段122B4で再加温され、平衡状態で溶存していた気相分が分離される。
The buffer tank 123 is a tank that temporarily stores the liquid fuel 111A that is desulfurized in the desulfurizer 121 and flows in from the outflow path 122B via the liquid fuel heat exchanger 122. That is, the buffer tank 123 is provided with an inlet (not shown) through which the desulfurized liquid fuel 111A flows in and an outlet as a gaseous fuel outlet through which the gaseous fuel 111A is discharged. An outflow port as a liquid fuel outflow port (not shown) for flowing out the liquid fuel 111A corresponding to the liquid phase stored in the tank is provided, and a tank configuration capable of storing the liquid fuel 111A is formed.
Then, the liquid fuel 111A that has flowed into the buffer tank 123 is reheated by the heating means 122B4 after being released, and the gas phase component dissolved in the equilibrium state is separated.

また、バッファタンク123には、貯留する液体燃料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。
液面センサは、バッファタンク123に貯留する液体燃料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に貯留する液体燃料111Aが非常に少ない量となる液面位置「LLレベル」と、貯留する液体燃料111Aが比較的に少ない量となる液面位置「Lレベル」と、貯留する液体燃料111Aが比較的に多い量となる液面位置「Hレベル」と、貯留する液体燃料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、すなわち少ない貯留量となる液面位置、および、液面位置が「HHレベル」よりさらに高い、すなわち多い貯留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内に貯留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。
Further, the buffer tank 123 is provided with a liquid level sensor as a detection means (not shown) that detects the amount of liquid fuel 111A to be stored.
The liquid level sensor detects the liquid level position of the liquid fuel 111A stored in the buffer tank 123, and outputs a detection signal related to the liquid level position to a control device described later. In the present embodiment, the liquid level position “LL level” where the amount of liquid fuel 111A stored in the buffer tank 123 is extremely small and the liquid level position “L level” where the amount of liquid fuel 111A stored is relatively small. ”, The liquid level position“ H level ”where the liquid fuel 111A to be stored becomes a relatively large amount, and the liquid level position“ HH level ”where the amount of stored liquid fuel 111A becomes a very large amount. The structure which detects this is illustrated.
That is, for example, when the liquid level position is between “L level” and “H level”, the liquid level sensor does not output a signal or a detection signal to that effect. When the liquid level position is between “L level” and “LL level”, a detection signal corresponding to the liquid level position “L level” is output. Further, when the position is between “H level” and “HH level”, a detection signal corresponding to the liquid level position “H level” is output. In addition, the liquid level position is lower than the “LL level”, that is, the liquid level position where the storage amount is small, and the liquid level position is higher than the “HH level”, that is, the liquid level position where the storage amount is high. A detection signal to the effect is output.
Note that the liquid level sensor is not limited to such a configuration, but is configured to continuously detect the liquid level position, and is not limited to the liquid level. Any configuration that can detect the amount of the liquid liquid fuel 111 </ b> A stored in the buffer tank 123, such as a calculated configuration, can be applied. In addition, the “LL level” and the “HH level” may be different signals as detection signals indicating an abnormality, and the control device may perform different controls.

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、貯留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。
A desulfurization fuel passage 124 having a desulfurization fuel valve 124A and a desulfurization fuel pump 124B is connected to the lower part of the buffer tank 123, and the stored desulfurized liquid fuel 111A can be supplied to the vaporizing means 130. Yes.
The upper part of the buffer tank 123 has a backfire prevention filter 125A, and discharges the vaporized liquid fuel 111A, for example, a combustion gas supply path as a fuel supply path that is supplied as a combustion gas burned by the reforming means 140 125 is connected.

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を貯留し、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。
As shown in FIG. 1, the vaporization unit 130 is connected to the desulfurization fuel path 124 of the desulfurization unit 120 and vaporizes the liquid fuel 111 </ b> A after desulfurization supplied from the desulfurization unit 120. The vaporization means 130 includes a vaporizer 131, a heat exchange device 132, a water supply path 133, and the like.
The vaporizer 131 is connected to the desulfurization fuel path 124 and supplied with the liquid fuel 111 </ b> A, and is connected to the heat exchange device 132 and supplied with water vapor from the heat exchange device 132. Then, the vaporizer 131 appropriately mixes the liquid fuel 111A and water vapor to vaporize, that is, generate vaporized liquid fuel that is a raw material gas. The vaporizer 131 is connected to the reforming unit 140, and supplies the vaporized liquid fuel, which is the liquid fuel 111 </ b> A vaporized by mixing water vapor, to the reforming unit 140.
The heat exchange device 132 is connected to the reforming means 140, cools the exhaust gas exhausted from the reforming means 140, generates steam from water by heat exchange with the exhaust gas, and supplies the generated steam to the vaporizer 131. . Specifically, a pure water tank 133B for storing pure water 133A is connected to the heat exchange device 132 via a water supply path 133 having a transfer pump 133C and a transfer valve 133D, and the pure water 133A is supplied from the pure water tank 133B. Is supplied. The pure water 133A is heat-exchanged with the exhaust gas from the reforming means 140 and supplied to the vaporizer 131 as water vapor. The pure water tank 133B may store pure water 133A that does not contain impurities such as distilled water, and may be provided with a configuration in which, for example, tap water is purified and supplied appropriately.

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、液体燃料貯留タンク111に接続され搬送ポンプ144Aを有し液体燃料貯留タンク111に貯留する液体燃料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に貯留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。
The reforming unit 140 reforms the vaporized liquid fuel vaporized by mixing the water vapor by the vaporizing unit 130 into a hydrogen-rich fuel gas. The reforming means 140 includes a reformer 141, a CO converter 142, a CO selective oxidizer 143, and the like.
The reformer 141 includes a reforming catalyst such as a nickel catalyst (not shown) and a burner 141A. The burner 141 </ b> A is connected to a fuel transfer path 144 that is connected to the liquid fuel storage tank 111 and has a transfer pump 144 </ b> A to transfer the liquid fuel 111 </ b> A stored in the liquid fuel storage tank 111. In addition, an air supply path 145 having an air supply blower 145A and an air supply valve 145B is connected to the burner 141A, and combustion air is supplied by driving the air supply blower 145A. Further, the burner 141A is connected to a fuel cell 170, which will be described later in detail. The burner 141A has an open / close valve 146A and is connected to a fuel gas supply path 146 for discharging the fuel gas discharged from the fuel cell 170. The burner 141 </ b> A is connected with a combustion gas supply path 125, and is supplied with gas-phase liquid fuel 111 </ b> A stored in the buffer tank 123.
The burner 141 </ b> A is a gas-phase liquid fuel supplied via the fuel supply path 144 or the gas-phase liquid fuel supplied via the fuel conveyance path 144 by the air supplied from the air supply blower 145 </ b> A. The fuel gas supplied via 111A and the fuel gas supply path 146 is combusted, and the vaporized liquid fuel supplied to the reformer 141 is steam reformed into a hydrogen-rich fuel gas. The high-temperature exhaust gas generated by the combustion of the burner 141A is supplied to the heat exchange device 132 of the vaporizing means 130, cooled by heat exchange with the pure water 133A, and exhausted into the outside air.
The CO converter 142 converts carbon monoxide (CO) contained in the hydrogen-rich fuel gas flowing out from the reformer 141.
The CO selective oxidizer 143 is connected to the oxidation blower 143A and supplied with air. The CO selective oxidizer 143 oxidizes the remaining CO that is not transformed by the CO transformer 142 to carbon dioxide (CO 2 ) by oxygen in the supplied air, and removes CO in the fuel gas.
Note that the CO converter 142 and the CO selective oxidizer 143 may be integrated with the reformer 141. In addition to the CO converter 142 and the CO selective oxidizer 143, a device for adsorbing and removing CO may be provided.

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。
The oxygen-containing gas supply means 150 supplies, for example, air to the fuel cell 170 as the oxygen-containing gas.
Specifically, the oxygen-containing gas supply means 150 includes a blower 151, an air supply pipe 152 having one end connected to the blower 151 and the other end connected to the humidifier 160, and air provided in the air supply pipe 152. And a valve 153. The blower 151 is driven to supply air to the humidifier 160 through the air supply pipe 152.

加湿器160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、加湿器160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。
The humidifier 160 is connected to the air supply pipe 152 of the oxygen-containing gas supply means 150, and humidifies the pure air 133A supplied from the pure water tank 133B while heating the supplied air to, for example, 60 to 70 ° C. The humidifier 160 then supplies the humidified air to the fuel cell 170.
The fuel gas flow path 163 is connected to the bypass path 165 at a position upstream of the fuel gas valve 163A. The bypass path 165 has a switching valve 165A and is connected to the downstream side of the opening / closing valve 146A in the fuel gas supply path 146. The bypass path 165 supplies the fuel gas flowing through the fuel gas distribution path 163 to the burner 141A of the reformer 141 via the fuel gas supply path 146.

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側には改質手段140からの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。
The fuel cell 170 reacts hydrogen and oxygen to generate DC power. The fuel cell 170 is, for example, a solid polymer fuel cell, and includes a positive electrode 171, a negative electrode 172, and a polymer electrolyte membrane (not shown) disposed between the positive electrode 171 and the negative electrode 172. The air humidified by the humidifier 160 is supplied to the positive electrode 171 side, and the hydrogen-rich fuel gas from the reforming unit 140 is supplied to the negative electrode 172 side. Then, hydrogen (fuel gas) and oxygen in the air react to generate water (pure water 133A), and DC power is generated between the positive electrode 171 and the negative electrode 172.
The negative electrode 172 side is connected to the burner 141A of the reformer 141 via the fuel gas supply path 146 as described above, and supplies the surplus hydrogen as fuel for the burner 141A. A separator 175 is connected to the positive electrode 171 side. The separator 175 is supplied with air used for the reaction from the positive electrode 171 side, and is separated into air for the gas phase and water (pure water 133A) for the liquid phase. The separated air is exhausted to the outside air. And the pure water tank 133B is connected to the separator 175, and the separated water (pure water 133A) is supplied to the pure water tank 133B.
The fuel cell 170 is provided with a cooling device 177. The cooling device 177 is provided with a heat recovery device 177 A attached to the fuel cell 170. A pure water tank 133B is connected to the heat recovery device 177A via a cooling water circulation path 178 including a cooling water circulation pump 178A and a heat exchanger 178B. The cooling device 177 drives the cooling water circulation pump 178A to circulate pure water 133A serving as cooling water between the heat recovery device 177A and the pure water tank 133B through the cooling water circulation path 178, and generates heat with power generation. The fuel cell 170 is cooled and heat is recovered. The heat exchanger 178B exchanges heat with the pure water 133A circulated and heat recovered by the heat recovery device 177A, for example, tap water. The tap water warmed by this heat exchange is directly supplied to other facilities such as a bath for effective use. In addition to heat exchange with tap water, power generation from heat obtained by heat exchange may be used effectively for other facilities.

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留する液体燃料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にて液体燃料貯留タンク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を制御する。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。
The fuel cell system 100 includes a control device (not shown) that controls the operation of the entire system.
This control device controls the flow rate of the liquid fuel 111A, controls the power supplied to the electric heater which is the heating condition of the desulfurization heating means of the desulfurizer 121, controls the combustion of the burner 141A of the reformer 141, and heats the steam in the heat exchanger 132. Control of supply amount of pure water 133A for generation, temperature management, management of power generation amount, purge processing at start / stop, etc. are performed.
In addition, the control device is connected from the liquid fuel storage tank 111 through the liquid fuel supply path 112 according to the flow rate of the liquid fuel 111A to be stored detected by the liquid level sensor of the buffer tank 123 of the desulfurization device 200, that is, the liquid level position. The driving state of the liquid fuel pump 112A is controlled so that the liquid fuel 111A is supplied at a predetermined supply amount.
Further, the control device recognizes the temperature during the desulfurization process based on the temperature detection signal output from the temperature sensor of the desulfurization device 200, and controls the power supplied to the electric heater, which is the heating condition of the desulfurization heating means. That is, the electric power to the electric heater is controlled so that the temperature sensor is substantially constant at a suitable predetermined temperature during the desulfurization process, and the heating state of the desulfurization process that is a heating load of the electric heater is controlled. In addition, when controlling the heating load, it is preferable to carry out the control for increasing or decreasing the heating load according to the driving state of the liquid fuel pump 112A described above, that is, according to the supply amount of the supplied liquid fuel 111A. Specifically, when controlling the driving state of the liquid fuel pump 112A so that the supply amount is increased, the amount of power supplied to the electric heater is also increased. Further, when controlling the driving state of the liquid fuel pump 112A so as to reduce the supply amount, the amount of power supplied to the electric heater is also reduced.

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、貯留する液体燃料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、貯留する液体燃料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がほとんど貯留されておらず、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。
Specifically, the control device acquires a detection signal from the liquid level sensor, recognizes the liquid level position, and drives and controls the liquid fuel pump 112A in a driving state corresponding to the liquid level position.
For example, when the detection signal from the liquid level sensor is not recognized, the liquid level position is determined to be in a steady state between “L level” and “H level”, and the liquid fuel pump 112A is set to a normal state, for example, about 300. The liquid fuel 111A is continuously supplied at [ml / hour], that is, the driving state is controlled so as to continuously flow into the desulfurizer 121 instead of the on / off control.
Further, when the detection signal indicating “L level” is acquired, it is determined that the liquid amount of the liquid fuel 111A to be stored is relatively small, and the liquid fuel pump 112A is made to have a relatively large amount of liquid fuel 111A. Is not continuously supplied, that is, controlled to be driven so as to continuously flow into the desulfurizer 121 instead of on-off control. Further, when the detection signal indicating “H level” is acquired, it is determined that the liquid amount of the liquid fuel 111A to be stored is relatively large, and the liquid fuel pump 112A is relatively small and the liquid fuel 111A is continuously supplied. To the driving state to be supplied automatically.
Note that when the control device acquires a detection signal indicating an abnormality, the liquid fuel 111A supplied to the reforming means 140 in the liquid phase is hardly stored, and the fuel gas supplied to the fuel cell 170 is not stored. An abnormal situation where the fuel cell system 100 cannot be generated and a stable operating state cannot be obtained, or the liquid fuel 111A after the desulfurization process flowing into the buffer tank 123 from the outflow path 122B overflows and flows into the combustion gas supply path 125 As an abnormal situation such as, the operation of the liquid fuel pump 112A is stopped.

〔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、脱硫処理する液体燃料111Aを、脱硫器121で効率よく脱硫処理するために、液体燃料熱交換器122により脱硫処理後の液体燃料111Aと熱交換させ、熱交換によりある程度の温度低下した液体燃料111Aを、バッファタンク123へ流入させる流出経路122Bの加温手段122B4で再加温させ、液体燃料111A中に平衡状態で存在するメタンガスなどの気相成分をバッファタンク123で十分に分離させ、バッファタンク123から脱硫燃料経路124を流通して後段へ供給される液体燃料111Aから気相分が発生し脈流を生じる不都合を防止できる。
このため、例えばバッファタンク123の容量を大きく設定しなくても後段への供給時の脈流の不都合を確実に防止でき、安定して脱硫処理後の液体燃料111Aを供給できる。
[Effects of fuel cell system]
As described above, in the fuel cell system 100 of the above embodiment, the liquid fuel 111A after the desulfurization treatment is performed by the liquid fuel heat exchanger 122 in order to efficiently desulfurize the liquid fuel 111A to be desulfurized by the desulfurizer 121. The liquid fuel 111A, which has been subjected to heat exchange with the heat exchange, is reheated by the heating means 122B4 of the outflow path 122B that flows into the buffer tank 123, and methane gas that exists in an equilibrium state in the liquid fuel 111A. The gas phase component is sufficiently separated by the buffer tank 123, and the inconvenience of generating a pulsating flow by generating a gas phase component from the liquid fuel 111A that flows from the buffer tank 123 through the desulfurization fuel path 124 to the subsequent stage can be prevented.
For this reason, for example, even if the capacity of the buffer tank 123 is not set large, the inconvenience of the pulsating flow at the time of supply to the subsequent stage can be surely prevented, and the liquid fuel 111A after the desulfurization treatment can be stably supplied.

そして、脱硫器121による脱硫処理のための保圧状態の解除により放圧されて平衡状態で存在する気相分が分離しやすい状態で、加温手段122B4により加温する。すなわち、保圧弁122B3より下流側となるバッファタンク123側に、液体燃料111Aを再加温する加温手段122B4を設けている。
このため、バッファタンク123の容量を大きくする必要がなく、効率よく容易に気相分を分離でき、後段への脱硫処理後の液体燃料111Aの供給時に気相分の発生による脈流の不都合を防止できる。
特に、加温手段122B4は、バッファタンク123の直近に設けているので、再加温されて気相分が発生しても直ちにバッファタンク123で分れ、安定した液体燃料111Aの流通が得られる。
さらに、効率よく良好に脱硫処理するために、液体燃料熱交換器122にて十分に熱交換されるとともに所定の圧力に維持する保圧弁122B3を設けている。このことにより、保圧弁122B3の上流側では40℃〜60℃程度まで液体燃料111Aは冷却された状態となっており、例えば保圧弁122B3のシール材の寿命が確保されるなどの長期間安定した機能を発現できる一方、気相分が平衡状態で溶存してしまう状態が生じるので、加温手段122B4にて再加温することで、後段での脈流の不都合を防止できる。
And it heats by the heating means 122B4 in a state where the gas phase component that is released by releasing the pressure holding state for the desulfurization treatment by the desulfurizer 121 and is in an equilibrium state is easily separated. That is, heating means 122B4 for reheating the liquid fuel 111A is provided on the buffer tank 123 side, which is downstream from the pressure holding valve 122B3.
Therefore, it is not necessary to increase the capacity of the buffer tank 123, the gas phase can be separated efficiently and easily, and the inconvenience of the pulsating flow due to the generation of the gas phase when the liquid fuel 111A is supplied after the desulfurization process to the subsequent stage. Can be prevented.
In particular, since the heating means 122B4 is provided in the immediate vicinity of the buffer tank 123, even if it is reheated and a gas phase component is generated, it can be immediately divided by the buffer tank 123, and a stable flow of the liquid fuel 111A can be obtained. .
Further, in order to efficiently and satisfactorily perform desulfurization treatment, a pressure holding valve 122B3 that is sufficiently heat-exchanged in the liquid fuel heat exchanger 122 and maintained at a predetermined pressure is provided. As a result, the liquid fuel 111A is cooled to about 40 ° C. to 60 ° C. on the upstream side of the pressure holding valve 122B3. For example, the life of the sealing material of the pressure holding valve 122B3 is ensured and stable for a long time. While the function can be expressed, the gas phase component is dissolved in an equilibrium state. Therefore, the inconvenience of the pulsating flow in the subsequent stage can be prevented by reheating with the heating means 122B4.

そして、加温手段122B4による加温は、90℃以上、好ましくは95℃以上、より好ましくは100℃以上に加温することで、液体燃料111A中に平衡状態で存在する気相分を効率よく分離できる。
また、加温手段122B4として、脱硫器121の脱硫加熱手段の加熱により流通する液体燃料111Aを加温する熱交換器の構造としている。
このため、液体燃料111Aを再加温するための熱エネルギとして、脱硫加熱手段からの熱量を有効利用でき、より効率よく平衡状態で存在する気相分を分離できる。また、脱硫器121の加熱が適切に行われている状態では、液体燃料111Aは脱硫器121以上の温度に再加熱されることがなく、液体燃料111Aを過熱してしまうこともない。
The heating by the heating means 122B4 is performed at 90 ° C. or higher, preferably 95 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, so that the gas phase component existing in an equilibrium state in the liquid fuel 111A can be efficiently removed. Can be separated.
Further, the heating means 122B4 has a heat exchanger structure that heats the liquid fuel 111A that is circulated by heating of the desulfurization heating means of the desulfurizer 121.
For this reason, the amount of heat from the desulfurization heating means can be effectively used as the heat energy for reheating the liquid fuel 111A, and the gas phase component existing in an equilibrium state can be separated more efficiently. Further, when the desulfurizer 121 is appropriately heated, the liquid fuel 111A is not reheated to a temperature higher than that of the desulfurizer 121, and the liquid fuel 111A is not overheated.

また、上記実施形態では、バッファタンク123に貯留する液体燃料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留量に対応した貯留された液体燃料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。
Moreover, in the said embodiment, the liquid level sensor which detects the liquid quantity of 111 A of liquid fuel stored in the buffer tank 123 is provided, and the liquid fuel 111A of the stored liquid fuel corresponding to the storage quantity detected with a liquid level sensor by a control apparatus is provided. The driving state of the liquid fuel pump 112A of the liquid fuel supply means 110 is controlled so that the liquid fuel 111A is continuously supplied to the desulfurizer 121 by the liquid fuel supply means 110 at a supply amount corresponding to the liquid level position. .
For this reason, the liquid fuel 111A is continuously supplied to the desulfurizer 121, and generation of the liquid fuel 111A for the gas phase due to the liquid fuel 111A staying in the desulfurizer 121 can be suppressed. The contact state with the liquid fuel 111A is stabilized, and a stable desulfurization process is obtained. Furthermore, since only the liquid phase component is supplied from the buffer tank 123, pulsation during mixing and transfer of the gas phase component and the liquid phase component can be prevented, and the liquid fuel 111A after the desulfurization treatment can be stably supplied to the subsequent process. . Therefore, the state of mixing with the water vapor in the vaporizer 131 at the subsequent stage can be made almost constant, hydrogen-rich fuel gas having stable properties can be stably generated, and a stable power generation state in the fuel cell 170 can be obtained.

さらに、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。
Further, the controller controls the electric power of the desulfurization heating means corresponding to the supply amount of the liquid fuel 111A supplied by the liquid fuel pump 112A according to the liquid amount of the liquid fuel 111A stored in the buffer tank 123 detected by the liquid level sensor. Reduce the heating load by the heater. That is, the power supplied to the electric heater is increased or decreased.
For this reason, the heating load of the liquid fuel 111A during the desulfurization process varies according to the supply amount of the liquid fuel 111A supplied by the liquid fuel pump 112A according to the amount of liquid in the buffer tank 123, and thus the supply amount varies. However, the amount of heat supplied to the liquid fuel 111A can be made constant, and a stable desulfurization process can be obtained.

また、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121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121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。
Further, the heating state of the electric heater of the desulfurization heating unit is controlled by the control device so that the temperature of the desulfurizer 121 detected by the temperature sensor of the desulfurization temperature detection unit becomes substantially constant.
For this reason, even when the supply amount of the liquid fuel 111A supplied by the liquid fuel pump 112A varies according to the liquid amount of the buffer tank 123, the heating state by the electric heater is stabilized with the temperature of the desulfurizer 121 being substantially constant. Since the desulfurization treatment is controlled, a stable desulfurization treatment can be easily obtained with a simple configuration.

さらに、液面センサにて検出したバッファタンク123に貯留された液体燃料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。
Furthermore, the driving of the liquid fuel pump 112A is controlled according to the liquid level position of the liquid fuel 111A stored in the buffer tank 123 detected by the liquid level sensor.
For this reason, for example, a simple sensor for detecting the liquid level is used with a simple control method in which control data in association with the liquid level position detected by the liquid level sensor and the flow rate of the liquid fuel pump 112A is provided. With this configuration, it is possible to provide a configuration in which a stable desulfurization treatment can be obtained and liquid fuel after desulfurization treatment can be stably supplied without pulsation, and stable generation of fuel gas for the fuel cell 170 and stable power generation in the fuel cell 170 can be achieved. Can be provided.

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。
The control device performs overall control, that is, operation control of the entire fuel cell system 100.
For this reason, temperature, flow rate, valve opening / closing timing, pump drive stop timing, etc. can be controlled relatively easily.For example, it is easy to construct inert gas purge and circulation control by software program control, etc. Automatic control can be easily performed as a home system in which stop and start are performed relatively frequently.
Note that the control device is not limited to one individual form, such as configured by a plurality of circuit boards, and various forms such as one in which a plurality of control circuits are constructed as a network can be applied.

〔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。
[Modification of Embodiment]
The aspect described above shows one aspect of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and within the scope of achieving the objects and effects of the present invention. Needless to say, the modifications and improvements are included in the contents of the present invention. In addition, the specific structure and shape in carrying out the present invention may be used as other structures and shapes within the scope of achieving the object and effect of the present invention.

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。
That is, the fuel cell system of the present invention is not limited to a configuration in which the operation is controlled by the control device, but may be configured to be controlled for each configuration of the desulfurization means 120, the vaporization means 130, the reforming means 140, and the like.
In addition, as a control configuration, any configuration can be configured, such as a configuration in which valve opening / closing and pump or blower drive control are performed by software signal control as a general control, or a configuration in which control is performed by hardware of each configuration. Applicable.

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。
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。
Further, vaporization of the liquid fuel 111A is not limited to steam mixing, for example, by directly vaporizing by heat exchange with the exhaust gas from the reforming means 140 and separately mixing steam, using an ejector, etc. A vaporizer can be used.
Furthermore, the reformer 141, the CO converter 142, and the CO selective oxidizer 143 have been described as the reforming means 140. However, any configuration that generates hydrogen-rich gas from liquid fuel can be applied.
Further, the fuel cell 170 is not limited to the solid polymer type, and other various configurations can be applied.
The configuration of the fuel cell system 100 has been illustrated, but a desulfurization process is performed on the liquid fuel 111A, such as a production apparatus for producing fuel gas to be supplied to the fuel cell 170, a production apparatus, a purification apparatus, and a supply apparatus for the liquid fuel 111A. It can be applied to various configurations supplied.

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、液体燃料貯留タンク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に貯留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。さらには、液量検出により各種制御をする構成を適用したが、この限りではない。
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したりするなど、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。
In addition, although the configuration in which the combustion gas supply path 125 is connected to the buffer tank 123 and the vaporized liquid fuel 111A is supplied to the burner 141A is illustrated, this is not restrictive. For example, it can be used / supplied in various ways, such as being supplied to another combustion system, returned to the liquid fuel storage tank 111, or liquefied by the liquefaction device and returned to the buffer tank 123.
Further, the configuration for detecting the amount of the liquid fuel 111A in the liquid phase stored in the buffer tank 123 is not limited to the liquid level sensor, and various configurations described above can be applied. Furthermore, although the structure which performs various control by liquid amount detection was applied, it is not this limitation.
The control program of the control device may be distributed independently, for example, recorded on a recording medium or distributed via a network.
Furthermore, when the operation of the fuel cell system 100 is stopped, for example, the liquid tank position of the buffer tank 123 may be completely stopped after reaching a predetermined position. According to such a configuration, stable liquid fuel 111A can be supplied from the time of restart, and a favorable operation can be obtained.

さらに、脱硫器121の加熱手段として、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、脱硫器121の加熱手段としては、脱硫剤容器121Aに直接配設する構成に限らない。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に電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121に配設した温度センサに限らず、例えば脱硫器121内に配設したり、脱硫器121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121内や脱硫器121から流出する液体燃料111A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。
Further, the heating means of the desulfurizer 121 is not limited to the configuration in which the heater is heated from the outside of the desulfurizing agent container 121A, and may be disposed in the desulfurizing agent container 121A, for example. Moreover, not only electric heaters, such as a sheathed heater, but various heating methods such as heating by various heaters and burners can be used.
Further, the heating means of the desulfurizer 121 is not limited to the configuration directly disposed in the desulfurization agent container 121A. For example, in the inflow path 122A and the outflow path 122B between the liquid fuel heat exchanger 122 and the desulfurization agent container 121A, an electric heater, a heater that uses exhaust heat from the burner 141A of the reforming unit 140, and the like are disposed in the desulfurization agent container 121A. For example, the arrangement position and configuration can be appropriately set.
That is, the desulfurization temperature detection means is not limited to the temperature sensor disposed in the desulfurizer 121, but is disposed, for example, in the desulfurizer 121, disposed in the outflow path 122B connected to the desulfurizer 121, or an infrared sensor. Any arrangement position and detection configuration capable of detecting the temperature of the liquid fuel 111 </ b> A flowing out from the desulfurizer 121 or from the desulfurizer 121, such as detecting the temperature by, for example, can be applied.

また、加温手段122B4を保圧弁122B3とバッファタンク123との間に設けているが、加温手段122B4の構成はこれに限られない、例えば、バッファタンク123内で加温する構成としてもよいものである。   Further, although the heating means 122B4 is provided between the pressure holding valve 122B3 and the buffer tank 123, the configuration of the heating means 122B4 is not limited to this, and may be configured to heat in the buffer tank 123, for example. Is.

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。   In addition, the specific structure and shape in the implementation of the present invention may be other structures as long as the object of the present invention can be achieved.

上記燃料電池システムにおけるバッファタンク123直前の加温手段122B4として、内径が1/8インチ(3.2mm)のステンレス鋼管をシリコーンオイルバスに浸漬し、電気ヒータにてシリコーンオイルを加温する構成を適用した実験装置を用いた。
実験としては、100℃にシリコーンオイルを加温した場合(実施例1)、200℃に加温した場合(実施例2)と、加温せずに室温のままの場合(比較例)とで、灯油を5ml/分で流通させてバッファタンク123に流入させ、脱硫燃料経路124から灯油を引き抜き、置換法により単位時間当たりの気泡発生量を測定した。その結果を、図3に示す。
As the heating means 122B4 immediately before the buffer tank 123 in the fuel cell system, a configuration in which a stainless steel pipe having an inner diameter of 1/8 inch (3.2 mm) is immersed in a silicone oil bath and the silicone oil is heated by an electric heater is applied. The experimental apparatus used was used.
As an experiment, when silicone oil was heated to 100 ° C. (Example 1), when heated to 200 ° C. (Example 2), and when it was kept at room temperature without being heated (Comparative Example) Kerosene was circulated at a rate of 5 ml / min to flow into the buffer tank 123, kerosene was withdrawn from the desulfurized fuel passage 124, and the amount of bubbles generated per unit time was measured by a substitution method. The result is shown in FIG.

この図3に示す結果から、90℃以上で加温することで、加温しない場合の15℃の気泡発生量に比して、気泡発生量を1/3程度に減少できることが分かる。また、脱硫時とほぼ同じ温度である200℃に加温すると更に気泡発生量が漸減していくことがわかる。
このように、90℃以上で加温することで、気相分の発生を大きく抑制できることが認められた。また、250℃以上に加温すると灯油が変質してしまう可能性があるため、加温する温度は250℃以下で特に灯油が蒸発する温度(大気圧条件下)より低い温度が好ましい。
From the results shown in FIG. 3, it can be seen that by heating at 90 ° C. or higher, the amount of generated bubbles can be reduced to about 1/3 compared to the amount of generated bubbles at 15 ° C. when not heated. It can also be seen that when the temperature is increased to 200 ° C., which is substantially the same as that during desulfurization, the amount of bubbles generated gradually decreases.
Thus, it was recognized that the generation of the gas phase component can be greatly suppressed by heating at 90 ° C. or higher. Moreover, since there is a possibility that the kerosene will be deteriorated when heated to 250 ° C. or higher, the temperature to be heated is preferably 250 ° C. or lower and particularly lower than the temperature at which kerosene evaporates (under atmospheric pressure conditions).

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。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a fuel cell system that generates power using a liquid fuel such as kerosene as a raw material, as well as an apparatus for producing a fuel gas that is a raw material for a fuel cell, and a desulfurization apparatus that desulfurizes liquid fuel.

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。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 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。It is a block diagram which shows schematic structure of the desulfurization apparatus in the said one Embodiment. 加温による灯油の気泡発生状況を確認する実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result which confirms the bubble generation | occurrence | production state of the kerosene by heating.

符号の説明Explanation of symbols

100………燃料電池システム
110………液体燃料供給手段
111A……液体燃料
121………脱硫器
121B……脱硫剤
122………熱交換器としての液体燃料熱交換器
122B……流通経路としての流出経路
122B3…保圧弁
122B4…加温手段
123………貯留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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ......... Fuel cell system 110 ......... Liquid fuel supply means 111A ... Liquid fuel 121 ......... Desulfurizer 121B ... Desulfurization agent 122 ......... Liquid fuel heat exchanger 122B as a heat exchanger 122B ... Distribution channel Outflow path 122B3 ... Holding pressure valve 122B4 ... Heating means 123 ......... Buffer tank as storage tank 124 ... Desulfurization fuel path as transfer path 125 ... Combustion gas supply path as fuel supply path 130 ... Vaporization means DESCRIPTION OF SYMBOLS 140 ... Reforming means 141A ... Burner 150 ... Oxygen containing gas supply means 170 ... Fuel cell 200 ... Desulfurization apparatus 300 ... Fuel gas production apparatus as a fuel gas production apparatus for fuel cells

Claims (10)

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手段と、
内部に脱硫剤が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加熱する加熱手段を備え前記供給される液体燃料を加熱しつつ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、下部に貯留する前記液体燃料を流出する液体燃料流出口が開口され、上部に前記液体燃料の気相分を流出する気体燃料流出口が開口された貯留タンクと、
前記脱硫器から流出される前記脱硫された液体燃料と前記液体燃料供給手段にて前記脱硫器へ供給する前記液体燃料とを熱交換する熱交換器と、
この熱交換器で熱交換され前記貯留タンクへ流入される前記脱硫された液体燃料を加温する加温手段を備えた流通経路と、
を具備したことを特徴とした脱硫装置。
A desulfurization device for desulfurizing liquid fuel,
Liquid fuel supply means for supplying the liquid fuel;
A desulfurizer that includes a heating unit that heats the liquid fuel that is filled with a desulfurizing agent and is supplied by the liquid fuel supply unit, and that performs a desulfurization process while heating the supplied liquid fuel;
The desulfurized liquid fuel connected to the desulfurizer is flowed in, a liquid fuel outlet for flowing out the liquid fuel stored in the lower part is opened, and a gas fuel outlet for flowing out the gas phase component of the liquid fuel in the upper part A storage tank that is open,
A heat exchanger for exchanging heat between the desulfurized liquid fuel flowing out from the desulfurizer and the liquid fuel supplied to the desulfurizer by the liquid fuel supply means;
A flow path provided with a heating means for heating the desulfurized liquid fuel which is heat-exchanged by this heat exchanger and flows into the storage tank;
A desulfurization apparatus characterized by comprising:
請求項1に記載の脱硫装置であって、
前記加温手段は、脱硫器による脱硫処理のための保圧状態の解除後の前記液体燃料を加温する
ことを特徴とした脱硫装置。
The desulfurization apparatus according to claim 1,
The desulfurization apparatus characterized in that the heating means heats the liquid fuel after the release of the pressure holding state for desulfurization processing by a desulfurizer.
請求項1に記載の脱硫装置であって、
前記流通経路は、保圧弁を備え、
前記加温手段は、前記保圧弁より前記貯留タンク側に位置して設けられた
ことを特徴とした脱硫装置。
The desulfurization apparatus according to claim 1,
The flow path includes a pressure holding valve,
The desulfurization apparatus, wherein the heating means is provided on a side closer to the storage tank than the pressure holding valve.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の脱硫装置であって、
前記加温手段は、前記液体燃料を90℃以上に加温する
ことを特徴とした脱硫装置。
A desulfurization apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The desulfurization apparatus, wherein the heating means heats the liquid fuel to 90 ° C. or higher.
請求項4に記載の脱硫装置であって、
前記加温手段は、前記熱交換器により90℃より低い温度に熱交換された前記液体燃料を90℃以上に加温する
ことを特徴とした脱硫装置。
The desulfurization apparatus according to claim 4,
The desulfurization apparatus, wherein the heating means heats the liquid fuel heat-exchanged to a temperature lower than 90 ° C by the heat exchanger to 90 ° C or higher.
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、
前記加温手段は、前記脱硫器の加熱手段の加熱により、流通する前記液体燃料を加温する熱交換器である
ことを特徴とした脱硫装置。
A desulfurization apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The desulfurization apparatus, wherein the heating means is a heat exchanger that heats the flowing liquid fuel by heating the heating means of the desulfurizer.
液体燃料を脱硫器で脱硫する脱硫方法であって、
前記液体燃料を熱交換により加熱して前記脱硫器にて脱硫処理するとともに脱硫処理した前記液体燃料を熱交換により冷却させる熱交換器と、前記脱硫処理後の液体燃料を貯留するとともに下部から前記液体燃料を流出するとともに上部から気相分を流出可能な貯留タンクを用い、
前記熱交換器により冷却された前記液体燃料を前記貯留タンクに流入する前に加熱する
ことを特徴とする脱硫方法。
A desulfurization method for desulfurizing liquid fuel with a desulfurizer,
The liquid fuel is heated by heat exchange and desulfurized in the desulfurizer, and the desulfurized liquid fuel is cooled by heat exchange; the liquid fuel after the desulfurization treatment is stored, and Using a storage tank that allows liquid gas to flow out and the gas phase from the top,
The desulfurization method, wherein the liquid fuel cooled by the heat exchanger is heated before flowing into the storage tank.
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、
この脱硫装置の貯留タンクに接続され前記貯留タンクに貯留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。
A desulfurization apparatus according to any one of claims 1 to 6,
A transfer path connected to the storage tank of the desulfurization apparatus to transfer the liquid fuel in the liquid phase stored in the storage tank;
Vaporizing means for vaporizing the liquid fuel connected to the transfer path and transferred to a raw material gas;
Reforming means for reforming the raw material gas vaporized by the vaporizing means to generate fuel gas; and
An apparatus for producing fuel gas for a fuel cell, comprising:
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、
前記脱硫装置の貯留タンクに接続され、前記貯留タンクに貯留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。
An apparatus for producing fuel gas for a fuel cell according to claim 8,
The reforming means includes a burner,
An apparatus for producing fuel gas for a fuel cell, comprising a fuel supply path connected to a storage tank of the desulfurization apparatus and supplying a gas phase component stored in the storage tank as fuel for the burner.
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。
An apparatus for producing fuel gas for a fuel cell according to claim 8 or 9,
An oxygen-containing gas supply means for supplying an oxygen-containing gas;
A fuel cell that generates electric power using the fuel gas reformed by the reforming means of the fuel cell fuel gas production apparatus and the oxygen-containing gas supplied by the oxygen-containing gas supply means;
A fuel cell system comprising:
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