JP4918068B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、原燃料の脱硫機能を備えた燃料電池システムに関する。

燃料電池システムでは、液体燃料等を改質して水素を含む改質ガスを製造し、この改質ガスと酸素を含むガスとを反応させることで発電している。燃料電池システムに投入する原燃料として灯油などの硫黄分を含むものを用いる場合、改質触媒は、原燃料中の硫黄分にさらされることで、硫黄被毒し改質性能が劣化する。このため、燃料電池システムとして、改質反応の前に原燃料から硫黄分を除去するものがある（例えば、下記特許文献１参照）。
特開２００４−２１３９４１号公報

ところで、原燃料に含まれている硫黄濃度が比較的高い場合、硫黄分を十分に除去するために、脱硫器内の圧力を大気圧より高い圧力にして脱硫反応を促進させることが考えられる。しかしながら、脱硫器内を高圧にした場合、この脱硫器より後段の改質器内に高圧の液体燃料が流入することとなる。この場合、高圧の液体燃料の流量を制御することは困難であり、改質性能が低下し、燃料電池システムとしての性能が低下する。また、脱硫器内を高圧にすると、後段の配管、反応容器、ポンプ等の設備を高圧に対応したものにする必要があり、コストが高くなる。

そこで、本発明は、高圧下で脱硫を行う場合であっても、低コストを実現すると共に性能低下を防止した燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明の燃料電池システムは、大気圧より高い圧力下で液体の原燃料から硫黄分を除去して液体燃料を生成する脱硫器と、大気開放されたガス抜穴が設けられ、脱硫器から排出された液体燃料を貯留する貯油槽と、貯油槽内から液体燃料を送り出す送出ポンプと、送出ポンプの下流側に配置され、液体燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、を備えることを特徴とする。

本発明の燃料電池システムでは、液体燃料を貯留する貯油槽が、高圧下で脱硫反応を行う脱硫器と改質器との間に配置され、この貯油槽には、大気開放されたガス抜穴が設けられている。このため、脱硫器内で脱硫された高圧な液体燃料が、貯油槽内に流入する際に、液体燃料に含まれるガスが、液体燃料から分離してガス抜穴から抜けて、貯油槽内から排出される。液体燃料に含まれるガスが抜けるので、貯油槽より下流側において、液体燃料の流量制御の確実性を増すことができる。このため、改質器内に流入する液体燃料の流量を確実に制御して、改質性能の低下を防止できる。また、貯油槽より下流側には、高圧状態の液体燃料が流入しないので、高圧に対応した設備の必要はなく、低コストを実現できる。

本発明の燃料電池システムでは、好ましくは、脱硫器内に原燃料を定圧で圧送する定圧ポンプと、脱硫器より下流側、かつ、貯油槽より上流側に配置されたキャピラリチューブと、を備える。

この場合、一定圧で原燃料が脱硫器内に流入し、脱硫器からの流出量は絞られることとなる。このため、高価なポンプを用いることなく、脱硫器内の圧力を大気圧より高くすることができ、且つ、原燃料（液体燃料）の流量を低く保つことができる。一般的に、キャピラリチューブの代わりに、オリフィスやニードルバルブ等を利用することも考えられる。しかしながら、オリフィス部分の流路を長くするには限界があるので、脱硫器から排出された高圧の液体燃料の流量を小さくするためにはオリフィス部分の径を極めて小さくせざるを得ない。ここで、脱硫器においては脱硫触媒によって液体燃料の脱硫を行っているが、脱硫器によって硫黄分が除去された液体燃料の中に脱硫触媒が含まれている場合がある。そのため、オリフィスやニードルバルブ等を利用した場合、脱硫器から流出した脱硫触媒がオリフィス部分の流路に詰まってしまうことがある。これに対して、本発明に係る燃料電池システムでは、上記のようにキャピラリチューブを用いているので、キャピラリチューブの長さに応じて、キャピラリチューブの内径をある程度大きくすることができる。そのため、脱硫触媒による目詰まりが極めて起こりにくくなる。

本発明の燃料電池システムでは、好ましくは、脱硫器から排出される液体燃料とガスとを分離するための気液分離容器と、気液分離容器から液体燃料を排出するための液体燃料排出ラインと、気液分離容器からガスを排出するためのガス排出ラインと、ガス排出ラインに設けられ、ガスの流通を開放及び閉鎖する開閉弁と、ガス排出ラインにおける開閉弁の下流側に設けられ、ガスの流通を阻害する絞りと、液体燃料排出ラインに設けられた流量計と、を備え、キャピラリチューブは、液体燃料排出ラインにおける流量計より上流側に設けられ、貯油槽は、液体燃料排出ラインにおける流量計より下流側において、液体燃料排出ラインと連結されている。

この場合、脱硫器から液体燃料と伴に排出されたガスは、気液分離容器で液体燃料と分離されて、ガス排出ラインを介して気液分離容器から排出される。ガス排出ラインには、ガスの流通を開放及び閉鎖する開閉弁の下流側に、ガスの流通を阻害する絞りが設けられている。そのため、ガス排出ラインを介して気液分離容器からガスを排出するために開閉弁によってガスの流通が開放されても、絞りによって脱硫器内の圧力の低下が抑制される。従って、脱硫器内の圧力を高圧に保つことにより、原燃料から硫黄分を確実に除去することが可能となる。一方、液体燃料は、液体燃料排出ラインを介して、貯油槽内に流入する。液体燃料排出ラインには、流量計が設けられているので、ガスと分離した液体燃料の流量を安定して計測することができる。

本発明の燃料電池システムでは、好ましくは、貯油槽内における液体燃料の低水位と高水位とを検知する水位センサと、水位センサが低水位を検知してから高水位を検知するまでの時間を測定するタイマと、タイマによる測定時間に基づいて、液体燃料の流量を算出する算出手段と、を備える。

この場合、水位センサが、低水位を検知してから高水位を検知するまでの時間をタイマによって測定し、算出手段が、タイマによる測定時間に基づいて液体燃料の流量を算出するので、流量計を別途備える必要がなくなる。これにより、更なる低コスト化を図ることができる。

本発明の燃料電池システムでは、好ましくは、貯油槽の下部は、脱硫器から液体燃料と共に流入した脱硫触媒片を溜めるための触媒片貯留部として機能し、貯油槽内における液体燃料の流入口と流出口とは、触媒片貯溜部より上方に位置している。

この場合、脱硫器から液体燃料と共に流出した脱硫触媒を、貯油槽内に溜めて、後段の改質器内へ流入しないようにできる。また、貯油槽内の液体燃料の流入口と流出口とは、触媒片貯留部より上方に位置しているので、液体燃料の流入及び流出により、触媒片貯留部に溜まった触媒が舞い上がり、貯留槽から流出して改質器内に流入することを抑制できる。

本発明の燃料電池システムでは、好ましくは、貯油槽の下方に配置されたオイルパンと、一方の開口が貯油槽内に配置され、他方の開口が貯油槽外に配置される共に下方かつオイルパンに向けて配置されたオーバーフローパイプと、オイルパン内に配置された漏洩センサと、を備える。

この場合、何らかの原因で、貯油槽内に液体燃料が満たされたとしても、液体燃料は、オーバーフローパイプを流れてオイルパンへ流れる。そして、オイルパン内に配置された漏洩センサによって、液体燃料がオイルパン内に流入したことを検知できる。

本発明の燃料電池システムでは、好ましくは、改質器を加熱するバーナと、バーナがガス抜穴から流出した流出ガスを燃焼用の燃料として用いるための、ガス排出ラインと、を備える。

この場合、ガス抜穴から流出した流出ガスが燃料電池システムの周囲に流出することを防止することができる。また、バーナの燃料として流出ガスを用いるので省エネルギー化に寄与することができる。

本発明の燃料電池システムによれば、高圧下で脱硫を行う場合であっても、低コストを実現すると共に性能低下を防止することができる。

本発明に係る燃料電池システムの好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、燃料電池システム１は、供給された原燃料から硫黄分を除去する脱硫装置２と、脱硫装置２によって硫黄分が除去された液体燃料を改質して改質ガスを生成する改質装置３と、改質装置３によって生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタック４と、を備えている。燃料電池システム１は、例えば、家庭用の電力供給源として利用されるものであり、容易に入手することができ且つ独立して貯蔵することができるという観点から、原燃料として灯油が用いられている。

改質装置３は、液体燃料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質器５と、改質器５内に収容された改質触媒を加熱するバーナ６と、を有している。バーナ６は、水蒸気改質反応を促進する改質触媒を加熱することで、触媒反応を効果的に発揮させるために必要な熱を改質触媒に供給する。バーナ６の燃料は、主に、原燃料と酸素である。このため、バーナ６には、原燃料を供給するための燃料ライン２５と、バーナ６に空気を導入するためのブロア１６と連結された空気流通ライン１７とが接続されている。改質器５では、脱硫装置２によって脱硫された液体燃料が気化して原料ガスとなり、改質触媒によって、原料ガスと水蒸気（水）との水蒸気改質反応が促進されて、水素リッチな改質ガスが生成される。

燃料電池スタック４は、複数の電池セルが積み重ねられて構成された固体高分子形燃料電池スタックであり、改質装置３で得られた改質ガスを用いて発電を行う。各電池セルは、アノードと、カソードと、このアノードとカソードとの間に配置された電解質である高分子のイオン交換膜と、を有している。各電池セルにおいては、アノードに改質ガスが導入されると共にカソードに空気が導入されて、電気化学的な発電反応が行われる。

脱硫装置２は、定圧ポンプ７によって導入された原燃料から硫黄分を除去する脱硫器８と、脱硫器８から排出された液体燃料とガス（メタンガスや水素ガス等）とを分離するための気液分離容器９と、を有している。原燃料は、約８０ppm以下の硫黄や硫黄化合物等の硫黄分を含んでいる。脱硫器８は、原燃料から硫黄分を除去して、硫黄濃度を約５０ｐｐｂ以下とした液体燃料を生成する。脱硫器８内は、後述する構成により高圧状態に保たれ、高圧状態で脱硫反応が進む。

気液分離容器９内には、ガスの量を検知するために液体燃料の液面を検出するフロートスイッチ１１が設置されている。気液分離容器９は、脱硫器８よりも上方に配置されており、液体燃料及びガスが流通する液体燃料・ガス流通ライン１２は、一端が脱硫器８の底壁に接続され、他端が気液分離容器９の底壁に接続されている。これにより、脱硫器８から排出されたガスを気液分離容器９内に確実に導入することができる。この気液分離容器９の容積は、１００ｃｃ程度である。なお、図示はしていないが、脱硫器８によって硫黄分が除去された液体燃料の中に含まれる脱硫触媒を除去する目的で、液体燃料・ガス流通ライン１２にフィルタを設けている。本実施形態においては、例えば、目開きが０．０２６ｍｍ程度のフィルタを用いることができる。

気液分離容器９の天壁には、気液分離容器９内において上方に貯留されたガスを気液分離容器９から排出するためのガス排出ライン１３の一端が接続されている。ガス排出ライン１３には、ガスの流通を開放及び閉鎖する電磁弁１４が設けられている。電磁弁１４は、気液分離容器９と協働して、液体燃料からガスを除去するデガッサＤを構成している。更に、ガス排出ライン１３における電磁弁１４の下流側には、ガスの流通を阻害するキャピラリチューブ１５が設けられている。そのため、ガス排出ラインを介して気液分離容器からガスを排出するために開閉弁によってガスの流通が開放されても、絞りによって脱硫器８及び気液分離容器９内の圧力の低下が抑制される。なお、ガス排出ライン１３におけるキャピラリチューブ１５の下流側は、空気流通ライン１７に接続されている。

一方、気液分離容器９の底壁には、気液分離容器９内において下方に貯留された液体燃料を気液分離容器９から排出するための液体燃料排出ライン１８の一端が接続されている。液体燃料排出ライン１８の他端は、気液分離容器９よりも上方に配置された貯油槽１９の底壁に接続されている。この液体燃料排出ライン１８には、液体燃料の流通を阻害するキャピラリチューブ２１が設けられている。

ここで、キャピラリチューブ２１は、極細管が螺旋状に巻回されたものである。キャピラリチューブ２１が、脱硫器８の下流側で液体燃料の流量を絞るので、脱硫器８内の流量を低流量にすることができる。一方、定圧ポンプ７によって脱硫器８内へ液体燃料が圧送されるので、脱硫器８内は加圧され、高圧下で脱硫反応が行われる。例えば、１ｋＷの燃料電池システムの場合、液体燃料（液体燃料）の流量が１０ｇ／ｍｉｎ以下となると共に、定圧ポンプ７からキャピラリチューブ２１までの流路内圧力が０．１ＭＰａより大きく１．０ＭＰａ以下の高圧となるように、キャピラリチューブ２１の内径及び巻回されたときの直径が設定される。具体的には、キャピラリチューブ２１は、その内径が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であることが好ましく、螺旋の直径が１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度となるように巻回されていると好ましい。

上記のように、液体燃料・ガス流通ライン１２にはフィルタが設けられているものの、目開きよりも小さな粒径の脱硫触媒はフィルタを通過してしまうことから、キャピラリチューブ２１の内径が０．１ｍｍ未満であると、脱硫触媒によってキャピラリチューブ２１が目詰まりを起こしやすくなる傾向にある。一方、キャピラリチューブ２１の内径が０．５ｍｍを超えると、低流量での液体燃料の送液が困難となる傾向にある。なお、キャピラリチューブ２１の巻回されたときの直径の大きさに応じて、圧損を調整することができる。

液体燃料排出ライン１８におけるキャピラリチューブ２１の下流側には、流量計２６が設けられている。流量計２６は、キャピラリチューブ２１から流出する液体燃料の流量を計測する。すなわち、流量計２６は、脱硫器８内の脱硫反応によって生成された液体燃料の生成速度を計測する。この流量計２６は、気液分離容器９の下流側に設けられているので、ガスが分離されて流入した液体燃料の流量を測定することとなり、安定して流量を計測することができる。

脱硫装置２は、液体燃料排出ライン１８と連結され、流量計２６より下流側に配置された貯油槽１９を更に備える。貯油槽１９の天壁には、液体燃料流通ライン２３が接続され、この液体燃料流通ライン２３には、貯油槽１９内において貯留された液体燃料を改質器５へ送出する送出ポンプ２４が設けられている。更に貯油槽１９の天壁には、貯油槽１９内において上方に貯留されたガスを排出するためのガス排出ライン２７が接続されている。

引き続いて、図２，図３を参照して、貯油槽１９についてより詳細に説明する。貯油槽１９は、天壁１９ａ、底壁１９ｂ、側壁１９ｃにより構成された中空直方体状の容器であり、容積は、２００ｃｃ程度である。貯油槽１９には、液体燃料排出ライン１８においてキャピラリチューブ２１と貯油槽１９とを連結する流入管３１が連結されている。流入管３１は、底壁１９ｂを貫通し、流入管３１の貯油槽１９内に位置する流入口３１ａは、上方に開口している。この流入口３１ａから高圧の液体燃料が貯油槽１９内に流入する。

貯油槽１９の天壁１９ａにはガス抜穴３２が設けられ、ガス抜穴３２にガス排出ライン２７を構成するガス抜管３３の一端が挿入されている。このガス抜管３３の他端は、大気開放されているので、貯油槽１９内の圧力は大気圧に保たれ、流入した液体燃料からこの液体燃料に含まれたガスが分離する。貯油槽１９内で液体燃料から分離したガスは、ガス抜穴３２からガス抜管３３へ流入し、ガス抜管３３の他端から排出される。ガス抜管３３の他端は、ブロア１６の吸入口付近に配置されているので、ガスは、ブロア１６によって吸入され、バーナ６の燃焼燃料として利用される。

貯油槽１９には、送出ポンプ２４と貯油槽１９とを連結し、液体燃料流通ライン２３の一部を構成する流出管３４が、設けられている。この送出ポンプ２４は、常圧ポンプであり、例えば、吐出圧力が、１００ｋＰａ程度のポンプである。流出管３４は、天壁１９ａを貫通して挿入され、流出管３４の貯油槽１９内に位置する流出口３４ａは、下方に開口している。送出ポンプ２４が動作することにより、貯油槽１９内の液体燃料が、流出管３４を介して改質器５内へ送り出される。

貯油槽１９内の液体燃料の制御水位Ｓは、フロートバルブ３５によって制御される。フロートバルブ３５は、アームの一端に取り付けられたフロート３６が液面に浮き、液面が制御水位Ｓより低い場合は、図２に示すように、流入管３１の流入口３１ａから液体燃料が貯油槽１９内に流入する。液面が水位Ｓに達すると、図３に示すように、アームの他端に取り付けられたタップ３７が流入管３１の流入口３１ａ内に嵌り、流入管３１内の流路が閉鎖される。

貯油槽１９内に流入する液体燃料には、脱硫器８内の脱硫触媒の触媒片３８が混入している。貯油槽１９内に液体燃料を貯留することにより、この脱硫触媒の触媒片３８が貯油槽１９内で沈下し、貯油槽１９の下部に溜まる。すなわち、貯油槽１９の下部は、脱硫触媒の触媒片３８を溜める触媒片貯留部３９として機能する。この脱硫触媒の触媒片３８は、後段の設備に悪影響を及ぼすので、流出管３４から流出しないように、流出口３４ａは、触媒片貯留部３９の上方に位置している。また、流入管３１から流入した液体燃料が脱硫触媒の触媒片３８を巻き上げないように、流入口３１ａは、触媒片貯留部３９の上方に位置している。

この触媒片貯留部３９に溜まった脱硫触媒の触媒片３８を貯油槽１９から排出するために、貯油槽１９の底壁には排出管４０が連結されている。排出管４０には、電磁弁４１が介設され、電磁弁４１が閉鎖されている間に触媒片貯留部３９に溜まった触媒片３８を、電磁弁４１を開放することにより、簡便に排出することができる。

以上のように構成された燃料電池システム１において、原燃料は、まず脱硫器８に導入され、脱硫器８では、高温・高圧の状態で脱硫触媒によって液体燃料から硫黄分が除去される。脱硫器８から排出された液体燃料とガスとは、気液分離容器９に貯留されることにより分離し、液体燃料は、液体燃料排出ライン１８に導入される。液体燃料は、液体燃料排出ライン１８において、キャピラリチューブ２１の下流側で流量計２６によってその流量が計測され、貯油槽１９内に流入する。高圧の液体燃料は、常圧に保たれた貯油槽１９内に流入することにより、液体燃料からガスが分離する。そして、液体燃料は、貯油槽１９内に貯留された後、送出ポンプ２４によって、液体燃料流通ライン２３を介して改質器５に導入される。また、ガスは、貯油槽１９内からガス排出ライン２７を介して排出され、ブロア１６によってバーナ６へ供給されて、燃料として用いられる。

一方、バーナ６には、燃料ライン２５を介して原燃料が導入されると共に、空気流通ライン１７を介して主に空気が導入される。これにより、改質器５では、燃焼するバーナ６によって改質触媒が加熱され、液体燃料から改質ガスが生成される。改質器５で生成された改質ガスは、燃料電池スタック４に導入され、燃料電池スタック４では、改質ガスが用いられて発電が行われる。

一方、気液分離容器９に貯留されたガスは、ガス排出ライン１３を介してバーナ６に導入され、液体燃料と共に、バーナ６の燃料として用いられる。なお、電磁弁１４は、ガスの流通を閉鎖している場合において、フロートスイッチ１１によって検知された気液分離容器９内のガスの量が所定の量を超えたときに、複数回に分けてガスの流通を開放する。

貯油槽１９においては、液体燃料の液面が制御水位Ｓまで達すると、フロートバルブ３５によって流入管３１の流入口３１ａが閉じられ、貯油槽１９内への流入が停止する。液体燃料の液面が制御水位Ｓより低くなると、フロートバルブ３５によって流入管３１の流入口３１ａが開放され、貯油槽１９内への流入が開始する。

また、貯油槽１９の触媒片貯留部３９に触媒片３８が溜まると、排出管４０に設けられた電磁弁４１を開放することにより、触媒片３８を貯油槽１９から排出する。電磁弁４１の開放は、所定の時間間隔で行うように設定してもよい。

以上説明した本実施形態に係る燃料電池システム１では、液体燃料を貯留する貯油槽１９が、脱硫器８と改質器５との間に配置され、この貯油槽１９には、大気開放されたガス抜穴３２が設けられている。このため、原燃料は脱硫器８内において高圧で脱硫され、脱硫された液体燃料が貯油槽１９内に流入すると共に、液体燃料に含まれるガスがガス抜穴３２から抜けて貯油槽１９内から排出される。液体燃料に含まれるガスが抜けるので、貯油槽１９より下流側において、液体燃料の流量計測及び流量制御の確実性を増すことができる。このため、改質器１９内に流入する液体燃料の流量を確実に制御して、改質性能の低下を防止できる。また、貯油槽１９より下流側には、高圧状態の液体燃料が流入しないので、高圧に対応した設備の必要はなく、低コストを実現できる。

また、本実施形態に係る燃料電池システム１が、脱硫器８内に原燃料を定圧で圧送する定圧ポンプ７と、脱硫器８より下流側、かつ、貯油槽１９より上流側に配置されたキャピラリチューブ２１と、を備える。このため、一定圧で原燃料が脱硫器８内に流入し、一方で、脱硫器８からの流出量は絞られることとなる。このため、高価なポンプを用いることなく、脱硫器内の圧力を大気圧より高くすることができ、且つ、原燃料（液体燃料）の流量を低く保つことができる。

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、脱硫器８から液体燃料と伴に排出されたガスは、気液分離容器９で液体燃料と分離されて、ガス排出ライン１３を介して気液分離容器９から排出される。ガス排出ライン１３には、ガスの流通を開放及び閉鎖する電磁弁１４の下流側に、ガスの流通を阻害するキャピラリチューブ１５が設けられている。そのため、ガス排出ライン１３を介して気液分離容器９からガスを排出するために電磁弁１４によってガスの流通が開放されても、キャピラリチューブ１５によって脱硫器８内の圧力の低下が抑制される。従って、脱硫器８内の圧力を高圧に保ち、原燃料から硫黄分を確実に除去することが可能となる。一方、液体燃料は、液体燃料排出ライン１８を介して、貯油槽１９内に流入する。液体燃料排出ライン１８には、流量計２６が設けられているので、ガスと分離した液体燃料の流量を安定して計測することができる。

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、脱硫器８から液体燃料と共に流出した脱硫のための触媒片３８を、貯油槽１９の下部に位置する触媒片貯留部３９内に溜めて、後段の改質器５内へ流入しないようにできる。また、貯油槽１９内の液体燃料の流入口３１ａと流出口３４ａとは、触媒片貯留部３９より上方に位置しているので、液体燃料の流入及び流出により、触媒片貯留部３９に溜まった触媒が舞い上がり、貯留槽１９から流出して改質器５内に流入することを抑制できる。

一般的に、容器内に溜まった液体をポンプで吸い上げる場合、その流出口は、エアを吸い込まないように、容器の最下方に設ける。本実施形態に係る燃料電池システム１では、触媒片貯留部３９より上に流出口３４ａを設けることで、触媒片貯留部３９に溜まった触媒が舞い上がり、貯留槽１９から流出して改質器５内に流入することを抑制できる。

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、改質器５を加熱するバーナ６を備え、当該バーナ６は、ガス抜穴３２から流出した流出ガスを燃焼用の燃料として用いる。このため、ガス抜穴３２から流出した流出ガスが燃料電池システム１の周囲に流出することを防止することができる。また、バーナ６の燃料として流出ガスを用いるので省エネルギー化に寄与することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は種々の変形が可能である。

図４に示されるように、燃料電池システム１にデガッサＤ、ガス排出ライン１３を設けなくてもよい。燃料電池システム１ａとして、液体燃料・ガス流通ライン１２によって脱硫器８と貯油槽１９とを直接接続し、液体燃料・ガス流通ライン１２上にキャピラリチューブ２１を設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、貯油槽１９内の水位を制御するために、フロートバルブ３５を備えることとしたが、これに限られない。図５，図６に示されるように、燃料電池システム１が、フロートバルブ３５に変えて、貯油槽１９内の液体燃料の液面が、低水位Ｓ１になったことを検知する低水位センサ５１と、高水位Ｓ２になったことを検知する高水位センサ５２と、この低水位センサ５１と高水位センサ５２との出力信号に応じて制御を行う制御部５３とを備えていてもよい。この低水位センサ５１と高水位センサ５２として、例えば、フロートスイッチや、電極式水位センサ、圧力式水位センサ等を用いることができる。

この場合、流入管３１に電磁弁４２が設けられ、この電磁弁４２の開閉は、制御部５３が備える開閉制御部５４によって制御される。また、制御部５３は、低水位センサ５１が低水位Ｓ１を検知してから高水位センサ５２が高水位Ｓ２を検知するまでの時間を測定するタイマ５５と、タイマ５５による測定時間に基づいて、液体燃料の流量を算出する算出部５６と、算出部５６による算出結果に基づいて定圧ポンプ７の制御を行うポンプ制御部５７とを備える。

貯油槽１９内の液体燃料の液面が、低水位Ｓ１より高い状態から低水位Ｓ１に達すると、低水位センサ５１によって、液体燃料の液面が低水位Ｓ１になったことが検知され、電気信号が低水位センサ５１から制御部５３へ出力される。低水位センサ５１から出力された電気信号が、開閉制御部５４によって入力されると、開閉制御部５４が、電磁弁４１を閉鎖状態から開放し、液体燃料が、貯油槽１９内に流入し始める。

貯油槽１９内の液体燃料の液面が、高水位Ｓ２より低い状態から高水位Ｓ２に達すると、高水位センサ５２によって、液体燃料の液面が高水位Ｓ２に達したことが検知され、電気信号が高水位センサ５２から制御部５３へ出力される。高水位センサ５２から出力された電気信号が、開閉制御部５４によって入力されると、開閉制御部５４が、電磁弁４１を開放状態から閉鎖し、液体燃料の貯油槽１９内への流入が停止する。

この一方で、低水位センサ５１から出力された電気信号と高水位センサ５２から出力された電気信号とが、タイマ５５によってそれぞれ入力される。タイマ５５は、低水位センサ５１から出力された電気信号を入力してから高水位センサ５２から出力された電気信号を入力するまでの時間を測定し、その測定時間を示す電気信号を算出部５６へ出力する。算出部５６は、タイマ５５から測定時間を示す電気信号を入力すると、その測定時間に基づいて、液体燃料の流量を算出する。算出部５６は、算出した流量を示す電気信号をポンプ制御部５７へ出力する。ポンプ制御部５７は、算出部５６から流量を示す電気信号を入力すると、この流量に基づいて、定圧ポンプ７の駆動を制御する。

この場合、水位センサが、低水位を検知してから高水位を検知するまでの時間をタイマによって測定し、算出手段が、タイマによる測定時間に基づいて液体燃料の流量を算出するので、流量計を別途備える必要がなくなる。これにより、更なる低コスト化を図ることができる。

また、貯油槽１９内の液体燃料の流入口３１ａと流出口３４ａとは、低水位Ｓ１より下方に位置しているので、液体燃料が流入するときに液体燃料が泡立つことを防止し、液体燃料が流出するときは、水面下から流出するのでエアの巻き込みを防止できる。

なお、算出部５６は、貯油槽１９の流出管３４から流出する液体燃料の流量、送出ポンプ２４の吐出量等に基づいて、液体燃料が貯油槽１９に流入する流量を算出してもよい。また、ポンプ制御部５７は、タイマ５５による測定時間に基づいて、定圧ポンプ７の駆動制御を行ってもよい。

また、図７に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１の変形例として、貯油槽１９にオーバーフローパイプ４３が連結されていてもよい。このオーバーフローパイプ４３の一端は、貯油槽１９の天壁に挿入され、一方の開口４３ａが、貯油槽１９内の水位Ｓより高い位置Ｍに配置され、下方に開口している。オーバーフローパイプ４３は、貯油槽１９の側壁１９ｃの外側に沿って配管され、他方の開口４３ｂは、貯油槽１９の外側に位置し、下方に向けて開口している。このため、フロートバルブ３５の故障等、なんらかの原因で貯油槽１９内に液体燃料が満たされたとしても、オーバーフローパイプ４３によって液体燃料が貯油槽１９から排出される。

貯油槽１９の下方には、オイルパン４４が配置され、下方に向けられたオーバーフローパイプ４３の他方の開口４３ｂから排出される液体燃料は、オイルパン４４内に流入する。オイルパン４４内に液体燃料が流入すると、オイルパン４４の底面に配置された漏洩センサ４５によって、液体燃料がオイルパン４４内に漏れたことが検知される。この場合、制御装置（図示せず）が、漏洩センサ４５による検知信号の入力に応じて、定圧ポンプ７の動作を停止する等の制御を行うことにより、液体燃料の供給を停止し、液体燃料の流出を停止させることができる。

なお、オーバーフローパイプは、上記の形態に限られず、直線状に形成されたものでもよい。この場合、オーバーフローパイプは、貯油槽１９の底壁１９ｂの開口から挿入され、一方端が、貯油槽１９内の満水水位の高さに設定された位置に配置され、他方端が、貯油槽１９外の底壁１９ｂより下方に位置し、オイルパン４４に向かって開口するように配置されている。

更に、本実施形態に係る燃料電池システムでは、種々の変形が可能である。燃料電池スタック４は、固体高分子形燃料電池スタックに限定されず、固体酸化物形燃料電池スタック等であってもよい。また、原燃料としては、灯油の他、ガソリン、ナフサ、軽油、メタノール、エタノール、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）、バイオマスを利用したバイオ燃料等を用いてもよい。また、改質器５は、水蒸気改質するものに限定されず、部分酸化改質や自己熱改質するものであってもよい。また、定圧ポンプ７の代わりに定流量ポンプを用いてもよい。ただし、脱硫器８内の圧力の管理の観点からは、定圧ポンプ７を用いることが好ましい。

本実施形態に係る燃料電池システムを概略的に示す図である。 本実施形態に係る燃料電池システムが備える貯油槽を示す図である。 本実施形態に係る燃料電池システムが備える貯油槽を示す図である。 本実施形態に係る燃料電池システムの変形例を概略的に示す図である。 本実施形態に係る燃料電池システムが備える貯油槽の変形例を示す図である。 図５に示す変形例において、本実施形態に係る燃料電池システムが備える制御部を示す図である。 本実施形態に係る燃料電池システムが備える貯油槽の変形例を示す図である。

符号の説明

１…燃料電池システム、６…バーナ、７…定圧ポンプ、９…気液分離容器、１３…ガス排出ライン、１６…ブロア、１８…液体燃料排出ライン、１９…貯油槽、２１…キャピラリチューブ、２４…送出ポンプ、２６…流量計、３１…流入管、３２…ガス抜穴、３４…流出管、３８…触媒片、３９…触媒片貯留部、５１…低水位センサ、５２…高水位センサ、５５…タイマ、５６…算出部。

Claims (7)

1. 液体の原燃料を定圧で圧送する定圧ポンプと、
   大気圧より高い圧力下で、前記定圧ポンプで圧送された前記原燃料から硫黄分を除去して液体燃料を生成する脱硫器と、
   前記脱硫器の下流側に配置されたキャピラリチューブと、
   前記キャピラリチューブの下流側に配置され、大気開放されたガス抜穴が設けられ、前記脱硫器から排出された前記液体燃料を貯留する貯油槽と、
   前記貯油槽内から前記液体燃料を送り出す送出ポンプと、
   前記送出ポンプの下流側に配置され、前記液体燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、
   前記改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記貯油槽の下部は、前記脱硫器から前記液体燃料と共に流入した脱硫触媒片を溜めるための触媒片貯留部として機能し、
   前記貯油槽には、前記液体燃料が当該貯油槽内に流入する流入口を有する流入管と、前記液体燃料が当該貯油槽内から前記送出ポンプにより前記改質器に送り出される流出口を有する流出管とが設けられ、
   前記流入管は前記貯油槽の底壁を貫通して鉛直方向に沿って延び、前記流入口は上方に向けて開口し、
   前記流出管は前記貯油槽の天壁を貫通して鉛直方向に沿って延び、前記流出口は下方に向けて開口し、
   前記貯油槽内における前記液体燃料の前記流入口と前記流出口とは、前記触媒片貯溜部より上方に位置していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記流入口は、前記流出口よりも前記貯油槽の天壁寄りに位置していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 前記脱硫器から排出される前記液体燃料とガスとを分離するための気液分離容器と、
   前記気液分離容器から前記液体燃料を排出するための液体燃料排出ラインと、
   前記気液分離容器から前記ガスを排出するためのガス排出ラインと、
   前記ガス排出ラインに設けられ、前記ガスの流通を開放及び閉鎖する開閉弁と、
   前記ガス排出ラインにおける前記開閉弁の下流側に設けられ、前記ガスの流通を阻害する絞りと、
   前記液体燃料排出ラインに設けられた流量計と、
   を備え、
   前記キャピラリチューブは、前記液体燃料排出ラインにおける前記流量計より上流側に設けられ、
   前記貯油槽は、前記液体燃料排出ラインにおける前記流量計より下流側において、前記液体燃料排出ラインと連結されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記貯油槽内における前記液体燃料の低水位と高水位とを検知する水位センサと、
   前記水位センサが前記低水位を検知してから前記高水位を検知するまでの時間を測定するタイマと、
   前記タイマによる測定時間に基づいて、前記液体燃料の流量を算出する算出手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
6. 前記貯油槽の下方に配置されたオイルパンと、
   一方の開口が前記貯油槽内に配置され、他方の開口が前記貯油槽外に配置されると共に下方かつ前記オイルパンに向けて配置されたオーバーフローパイプと、
   前記オイルパン内に配置された漏洩センサと、
   を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
7. 前記改質器を加熱するバーナと、
   前記バーナが前記ガス抜穴から流出した流出ガスを燃焼用の燃料として用いるための、ガス排出ラインと、
   を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

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