JP5171443B2 - Desulfurization apparatus and fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、液体燃料から硫黄分を除去する脱硫装置、及びそのような脱硫装置を備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a desulfurization device that removes sulfur from liquid fuel, and a fuel cell system including such a desulfurization device.

燃料電池システムにおいては、改質器によって、水素を含有する改質ガスが生成され、燃料電池スタックによって、その改質ガスが用いられて発電が行われる。このような燃料電池システムには、改質原料として灯油等の液体燃料が改質器に供給される場合に改質触媒の劣化を防止するために、液体燃料から硫黄分を除去する脱硫器を設ける必要がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３２３２８５号公報 In the fuel cell system, a reformer containing hydrogen is generated by the reformer, and power is generated by using the reformed gas by the fuel cell stack. Such a fuel cell system includes a desulfurizer that removes sulfur from the liquid fuel in order to prevent deterioration of the reforming catalyst when liquid fuel such as kerosene is supplied to the reformer as a reforming raw material. It is necessary to provide (for example, refer patent document 1).
JP 2004-323285 A

ところで、脱硫器においては、触媒反応を促進させるために脱硫触媒を加熱することが必要となるが、それに伴う温度上昇によって液体燃料が気化してしまい、効率の良い脱硫が困難となるばかりか、脱硫触媒を劣化させるおそれがある。   By the way, in the desulfurizer, it is necessary to heat the desulfurization catalyst in order to promote the catalytic reaction, but the liquid fuel is vaporized due to the accompanying temperature rise, and efficient desulfurization becomes difficult. There is a risk of degrading the desulfurization catalyst.

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、液体燃料の気化を防止することができる脱硫装置、及びそのような脱硫装置を備える燃料電池システムを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a desulfurization apparatus capable of preventing vaporization of liquid fuel, and a fuel cell system including such a desulfurization apparatus. To do.

上記目的を達成するために、本発明に係る脱硫装置は、水素を含有する改質ガスを生成する改質器に供給するための液体燃料から硫黄分を除去する脱硫触媒を収容する脱硫器と、脱硫触媒を加熱する加熱手段と、脱硫器内に液体燃料を導入させる液体燃料導入手段と、脱硫器内から液体燃料を導出させる液体燃料導出手段と、脱硫器内の液体燃料の温度を測定する温度測定手段と、脱硫器内の液体燃料の圧力を測定する圧力測定手段と、加熱手段、液体燃料導入手段及び液体燃料導出手段を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、脱硫器内の液体燃料の温度毎に、当該温度における液体燃料の飽和蒸気圧以上且つ脱硫器の耐圧以下の圧力の目標値をデータテーブルとして記憶しており、当該データテーブルに基づいて、温度測定手段によって測定される温度が所定の温度となり、圧力測定手段によって測定される圧力が所定の温度における圧力の目標値となるように、加熱手段、液体燃料導入手段及び液体燃料導出手段を制御し、制御手段は、圧力測定手段によって測定される圧力を上昇させる場合には、液体燃料導入手段による液体燃料の導入量を増加させると共に液体燃料導出手段による液体燃料の導出量を減少させ、圧力測定手段によって測定される圧力を低下させる場合には、液体燃料導入手段による液体燃料の導入量を減少させると共に液体燃料導出手段による液体燃料の導出量を増加させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a desulfurization apparatus according to the present invention includes a desulfurizer that contains a desulfurization catalyst that removes sulfur from liquid fuel to be supplied to a reformer that generates reformed gas containing hydrogen. , Heating means for heating the desulfurization catalyst, liquid fuel introduction means for introducing the liquid fuel into the desulfurizer, liquid fuel deriving means for deriving the liquid fuel from the desulfurizer, and measuring the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer Temperature measuring means, pressure measuring means for measuring the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer, and control means for controlling the heating means, the liquid fuel introducing means, and the liquid fuel deriving means . For each temperature of the liquid fuel, a target value of a pressure not less than the saturated vapor pressure of the liquid fuel at that temperature and not more than the pressure resistance of the desulfurizer is stored as a data table, and based on the data table, the temperature measurement means Yo Temperature measured Te becomes a predetermined temperature, so that the pressure measured by the pressure measuring means becomes the target value of the pressure at a given temperature, the heating means controls the liquid fuel introducing means and the liquid fuel deriving means, control In the case of increasing the pressure measured by the pressure measuring means, the means increases the amount of liquid fuel introduced by the liquid fuel introducing means and decreases the amount of liquid fuel derived by the liquid fuel deriving means. When the pressure to be measured is lowered, the introduction amount of the liquid fuel by the liquid fuel introduction unit is decreased and the discharge amount of the liquid fuel by the liquid fuel extraction unit is increased .

この脱硫装置では、加熱手段、液体燃料導入手段及び液体燃料導出手段が制御手段によって制御されることで、温度測定手段によって測定される温度、すなわち脱硫器内の液体燃料の温度が、例えば脱硫触媒の触媒反応を促進させ得る所定の温度とされる。そして、圧力測定手段によって測定される圧力、すなわち脱硫器内の液体燃料の圧力が、所定の温度における液体燃料の飽和蒸気圧以上且つ脱硫器の耐圧以下の所定の圧力とされる。従って、脱硫器内の液体燃料の温度を上昇させても、液体燃料が気化するのを防止することができる。また、この構成によれば、圧力測定手段によって測定される圧力、すなわち脱硫器内の液体燃料の圧力を、迅速に且つ確実に上昇又は低下させることができる。なお、硫黄分とは、硫黄や硫黄化合物を含む意味である。また、脱硫器の耐圧とは、脱硫触媒を収容する容器が耐え得る内圧の最大値を意味する。 In this desulfurization apparatus, the heating means, the liquid fuel introduction means, and the liquid fuel lead-out means are controlled by the control means, so that the temperature measured by the temperature measurement means, that is, the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer is, for example, a desulfurization catalyst. The temperature is set to a predetermined temperature that can promote the catalytic reaction. The pressure measured by the pressure measuring means, that is, the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer is set to a predetermined pressure that is equal to or higher than the saturated vapor pressure of the liquid fuel at a predetermined temperature and equal to or lower than the pressure resistance of the desulfurizer. Therefore, even if the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer is increased, the liquid fuel can be prevented from being vaporized. Further, according to this configuration, the pressure measured by the pressure measuring means, that is, the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer can be increased or decreased quickly and reliably. In addition, a sulfur content is the meaning containing sulfur and a sulfur compound. Further, the pressure resistance of the desulfurizer means the maximum value of the internal pressure that can be withstood by the container that contains the desulfurization catalyst.

また、本発明に係る燃料電池システムは、上記脱硫装置と、脱硫装置によって硫黄分が除去された液体燃料を用いて、水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、改質器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と、を備えることを特徴とする。   A fuel cell system according to the present invention includes the desulfurization device, a reformer that generates a reformed gas containing hydrogen using the liquid fuel from which sulfur content has been removed by the desulfurization device, and a reformer. And a fuel cell stack that generates electric power using the generated reformed gas.

この燃料電池システムによれば、上記脱硫装置を備えているため、脱硫器内の液体燃料の温度を上昇させても、液体燃料が気化するのを防止することができる。   According to this fuel cell system, since the desulfurization apparatus is provided, it is possible to prevent the liquid fuel from being vaporized even if the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer is increased.

本発明によれば、液体燃料の気化を防止することができる。   According to the present invention, vaporization of liquid fuel can be prevented.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図１は、本発明に係る燃料電池システムの一実施形態の構成図である。図１に示されるように、燃料電池システム１は、水素を含有する改質ガスを生成する改質装置２と、改質装置２に供給するための液体燃料から硫黄分を除去する脱硫装置３と、改質装置２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、液体燃料として灯油が用いられている。   FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 includes a reformer 2 that generates a reformed gas containing hydrogen, and a desulfurizer 3 that removes sulfur from liquid fuel to be supplied to the reformer 2. And a fuel cell stack 4 that generates electric power using the reformed gas generated by the reformer 2. The fuel cell system 1 is used as, for example, a household power supply source, and kerosene is used as a liquid fuel from the viewpoint that it can be easily obtained and stored independently. Yes.

改質装置２は、液体燃料を水蒸気改質して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。改質器５では、脱硫装置３から導入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。   The reformer 2 includes a reformer 5 that generates a reformed gas by steam reforming a liquid fuel, and a burner 6 that heats the reforming catalyst accommodated in the reformer 5. . The burner 6 heats the reforming catalyst that promotes the steam reforming reaction, thereby supplying the reforming catalyst with heat necessary for effectively exhibiting the catalytic reaction. In the reformer 5, the liquid fuel introduced from the desulfurization apparatus 3 is vaporized to become a raw material gas, and the reforming catalyst promotes a steam reforming reaction between the raw material gas and steam (water), thereby improving the hydrogen-rich reforming. A quality gas is produced.

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２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、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。   The fuel cell stack 4 is a polymer electrolyte fuel cell stack configured by stacking a plurality of battery cells, and generates power using the reformed gas obtained by the reformer 2. Each battery cell has an anode, a cathode, and a polymer ion exchange membrane that is an electrolyte disposed between the anode and the cathode. In each battery cell, the reformed gas is introduced into the anode and air is introduced into the cathode, and an electrochemical power generation reaction is performed.

図２は、図１の燃料電池システムが備える脱硫装置の構成図である。図２に示されるように、脱硫装置３は、改質器５に供給するための液体燃料から硫黄分を除去する脱硫触媒７ａを収容する脱硫器７を有している。脱硫触媒７ａは、ヒータ（加熱手段）８によって所定の温度に加熱される。脱硫器７の上流側には、脱硫器７内への液体燃料の導入量を調節する入口弁（液体燃料導入手段）９が設けられている。更に、入口弁９の上流側には、脱硫器７内に液体燃料を圧送するポンプ（液体燃料導入手段）１１が設けられている。一方、脱硫器７の下流側には、脱硫器７内からの液体燃料の導出量を調節する出口弁（液体燃料導出手段）１２が設けられている。   FIG. 2 is a configuration diagram of a desulfurization apparatus provided in the fuel cell system of FIG. As shown in FIG. 2, the desulfurization apparatus 3 includes a desulfurizer 7 that houses a desulfurization catalyst 7 a that removes sulfur from the liquid fuel to be supplied to the reformer 5. The desulfurization catalyst 7 a is heated to a predetermined temperature by a heater (heating means) 8. An inlet valve (liquid fuel introduction means) 9 for adjusting the amount of liquid fuel introduced into the desulfurizer 7 is provided on the upstream side of the desulfurizer 7. Further, on the upstream side of the inlet valve 9, a pump (liquid fuel introducing means) 11 that pumps liquid fuel into the desulfurizer 7 is provided. On the other hand, on the downstream side of the desulfurizer 7, an outlet valve (liquid fuel deriving means) 12 for adjusting the amount of liquid fuel derived from the desulfurizer 7 is provided.

また、脱硫器７には、脱硫器７内の液体燃料の温度を測定する温度計（温度測定手段）１３が設けられている。更に、脱硫器７と入口弁９との間には、脱硫器７内の液体燃料の圧力を測定する圧力計（圧力測定手段）１４が設けられている。制御部（制御手段）１５は、温度計１３によって測定された温度及び圧力計１４によって測定された圧力に基づいて、ヒータ８、入口弁９、ポンプ１１及び出口弁１２を制御する。   The desulfurizer 7 is provided with a thermometer (temperature measuring means) 13 for measuring the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7. Furthermore, a pressure gauge (pressure measuring means) 14 for measuring the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is provided between the desulfurizer 7 and the inlet valve 9. The control unit (control means) 15 controls the heater 8, the inlet valve 9, the pump 11, and the outlet valve 12 based on the temperature measured by the thermometer 13 and the pressure measured by the pressure gauge 14.

図１に示されるように、脱硫装置３には、硫黄分が除去された液体燃料が流通する液体燃料流通ライン１６の一端が接続されており、液体燃料流通ライン１６の他端は、脱硫装置３よりも上方に配置された貯留容器１９の側壁に接続されている。貯留容器１９の底壁には、貯留容器１９内において下方に貯留された液体燃料を改質器５に導入するためのポンプ２２が設けられた液体燃料流通ライン２３、及び同液体燃料をバーナ６に導入するためのポンプ２４が設けられた液体燃料流通ライン２５が接続されている。なお、バーナ６には、バーナ６に空気を導入するためのポンプ２６が設けられた空気流通ライン２７が接続されている。このように、貯留容器１９に液体燃料を一旦貯留することで、ポンプ２２による改質器５への液体燃料の供給、及びポンプ２４によるバーナ６への液体燃料の供給を安定化させることができる。   As shown in FIG. 1, the desulfurization apparatus 3 is connected to one end of a liquid fuel distribution line 16 through which liquid fuel from which sulfur content has been removed flows, and the other end of the liquid fuel distribution line 16 is connected to the desulfurization apparatus. 3 is connected to the side wall of the storage container 19 arranged above 3. On the bottom wall of the storage container 19, a liquid fuel distribution line 23 provided with a pump 22 for introducing the liquid fuel stored downward in the storage container 19 into the reformer 5, and the liquid fuel is supplied to the burner 6. A liquid fuel distribution line 25 provided with a pump 24 for introduction into is connected. The burner 6 is connected to an air circulation line 27 provided with a pump 26 for introducing air into the burner 6. Thus, by temporarily storing the liquid fuel in the storage container 19, the supply of the liquid fuel to the reformer 5 by the pump 22 and the supply of the liquid fuel to the burner 6 by the pump 24 can be stabilized. .

以上のように構成された燃料電池システム１においては、液体燃料は、まず脱硫装置３の脱硫器７に導入され、高温・高圧の状態で脱硫触媒７ａによって硫黄分が除去される。脱硫器７から導出された液体燃料は、液体燃料流通ライン１６を介して貯留容器１９に貯留される。貯留容器１９に貯留された液体燃料は、液体燃料流通ライン２３を介して改質器５に導入される。このとき、バーナ６には、液体燃料流通ライン２５を介して液体燃料が導入されると共に、空気流通ライン２７を介して空気が導入される。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、液体燃料が用いられて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。   In the fuel cell system 1 configured as described above, the liquid fuel is first introduced into the desulfurizer 7 of the desulfurization apparatus 3, and the sulfur content is removed by the desulfurization catalyst 7a in a high temperature and high pressure state. The liquid fuel derived from the desulfurizer 7 is stored in the storage container 19 through the liquid fuel distribution line 16. The liquid fuel stored in the storage container 19 is introduced into the reformer 5 via the liquid fuel distribution line 23. At this time, liquid fuel is introduced into the burner 6 through the liquid fuel circulation line 25 and air is introduced through the air circulation line 27. Thereby, in the reformer 5, the reforming catalyst is heated by the burning burner 6, and the reformed gas is generated using the liquid fuel. The reformed gas generated by the reformer 5 is introduced into the fuel cell stack 4, and the fuel cell stack 4 generates power using the reformed gas.

次に、脱硫装置３の動作について説明する。図３は、図２の脱硫装置における脱硫器内の液体燃料の温度と圧力との関係を示すグラフであり、図４は、図２の脱硫装置の起動動作を示すフローチャートである。   Next, the operation of the desulfurization apparatus 3 will be described. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature and pressure of the liquid fuel in the desulfurizer in the desulfurization apparatus of FIG. 2, and FIG. 4 is a flowchart showing the startup operation of the desulfurization apparatus of FIG.

図３に示されるように、制御部１５は、脱硫器７内の液体燃料の温度毎に、脱硫器７内の液体燃料の圧力の目標値をデータテーブルとして記憶している。この圧力の目標値は、各温度における液体燃料の飽和蒸気圧以上且つ脱硫器７の耐圧以下に設定されている。つまり、脱硫器７内の液体燃料の温度に応じて、脱硫器７内の液体燃料の圧力を目標値に維持すれば、液体燃料の気化が防止されることになる。   As shown in FIG. 3, the control unit 15 stores a target value of the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 as a data table for each temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7. The target value of this pressure is set to be equal to or higher than the saturated vapor pressure of the liquid fuel at each temperature and equal to or lower than the pressure resistance of the desulfurizer 7. That is, if the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is maintained at a target value according to the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7, vaporization of the liquid fuel is prevented.

図４に示されるように、脱硫装置３の起動動作が開始されると、温度計１３によって測定された温度、すなわち脱硫器７内の液体燃料の温度がＡよりも高いか否かを制御部１５が判断する（ステップＳ１１）。その結果、脱硫器７内の液体燃料の温度がＡよりも低い場合には、脱硫器７内の脱硫触媒７ａを加熱するために制御部１５がヒータ８を作動させ（ステップＳ１２）、ステップＳ１１の判断処理に戻る。   As shown in FIG. 4, when the start-up operation of the desulfurization apparatus 3 is started, the control unit determines whether the temperature measured by the thermometer 13, that is, whether the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is higher than A. 15 determines (step S11). As a result, when the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is lower than A, the controller 15 operates the heater 8 to heat the desulfurization catalyst 7a in the desulfurizer 7 (step S12), and step S11. Return to the determination process.

ステップＳ１１の判断処理の結果、脱硫器７内の液体燃料の温度がＡよりも高い場合には、圧力計１４によって測定された圧力、すなわち脱硫器７内の液体燃料の圧力がＸよりも高いか否かを制御部１５が判断する（ステップＳ１３）。その結果、脱硫器７内の液体燃料の圧力がＸよりも低い場合には、脱硫器７内に液体燃料を導入させるために制御部１５がポンプ１１を作動させると共に入口弁９を開き（ステップＳ１４）、更にヒータ８を停止させ（ステップＳ１５）、ステップＳ１３の判断処理に戻る。   If the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is higher than A as a result of the determination process in step S11, the pressure measured by the pressure gauge 14, that is, the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is higher than X. It is judged whether the control part 15 is (step S13). As a result, when the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is lower than X, the control unit 15 operates the pump 11 and opens the inlet valve 9 in order to introduce the liquid fuel into the desulfurizer 7 (Step S1). In step S14, the heater 8 is further stopped (step S15), and the process returns to the determination process in step S13.

ステップＳ１３の判断処理の結果、脱硫器７内の液体燃料の圧力がＸよりも高い場合には、制御部１５がポンプ１１を停止させると共に入口弁９を閉じる（ステップＳ１６）。そして、温度計１３によって測定された温度、すなわち脱硫器７内の液体燃料の温度がＢ（＞Ａ）よりも高いか否かを制御部１５が判断する（ステップＳ１７）。その結果、脱硫器７内の液体燃料の温度がＢよりも低い場合には、脱硫器７内の脱硫触媒７ａを加熱するために制御部１５がヒータ８を作動させ（ステップＳ１８）、ステップＳ１７の判断処理に戻る。   As a result of the determination process in step S13, when the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is higher than X, the control unit 15 stops the pump 11 and closes the inlet valve 9 (step S16). And the control part 15 judges whether the temperature measured by the thermometer 13, ie, the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7, is higher than B (> A) (step S17). As a result, when the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is lower than B, the controller 15 operates the heater 8 to heat the desulfurization catalyst 7a in the desulfurizer 7 (step S18), and step S17. Return to the determination process.

ステップＳ１７の判断処理の結果、脱硫器７内の液体燃料の温度がＢよりも高い場合には、圧力計１４によって測定された圧力、すなわち脱硫器７内の液体燃料の圧力がＹ（＞Ｘ）よりも高いか否かを制御部１５が判断する（ステップＳ１９）。その結果、脱硫器７内の液体燃料の圧力がＹよりも低い場合には、脱硫器７内に液体燃料を導入させるために制御部１５がポンプ１１を作動させると共に入口弁９を開き（ステップＳ２０）、更にヒータ８を停止させ（ステップＳ２１）、ステップＳ１９の判断処理に戻る。   If the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is higher than B as a result of the determination process in step S17, the pressure measured by the pressure gauge 14, that is, the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is Y (> X ), The control unit 15 determines whether it is higher (step S19). As a result, when the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is lower than Y, the control unit 15 operates the pump 11 and opens the inlet valve 9 in order to introduce the liquid fuel into the desulfurizer 7 (Step S1). In step S20, the heater 8 is further stopped (step S21), and the process returns to the determination process in step S19.

ステップＳ１９の判断処理の結果、脱硫器７内の液体燃料の圧力がＹよりも高い場合には、制御部１５がポンプ１１を停止させると共に入口弁９を閉じる（ステップＳ２２）。そして、温度計１３によって測定された温度、すなわち脱硫器７内の液体燃料の温度がＣ（＞Ｂ）よりも高いか否かを制御部１５が判断する（ステップＳ２３）。その結果、脱硫器７内の液体燃料の温度がＣよりも低い場合には、脱硫器７内の脱硫触媒７ａを加熱するために制御部１５がヒータ８を作動させ（ステップＳ２４）、ステップＳ２３の判断処理に戻る。   As a result of the determination process in step S19, when the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is higher than Y, the control unit 15 stops the pump 11 and closes the inlet valve 9 (step S22). And the control part 15 judges whether the temperature measured by the thermometer 13, ie, the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7, is higher than C (> B) (step S23). As a result, when the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is lower than C, the control unit 15 operates the heater 8 to heat the desulfurization catalyst 7a in the desulfurizer 7 (step S24), and step S23. Return to the determination process.

ステップＳ２３の判断処理の結果、脱硫器７内の液体燃料の温度がＣよりも高い場合には、圧力計１４によって測定された圧力、すなわち脱硫器７内の液体燃料の圧力がＺ（＞Ｙ）よりも高いか否かを制御部１５が判断する（ステップＳ２５）。その結果、脱硫器７内の液体燃料の圧力がＺよりも低い場合には、脱硫器７内に液体燃料を導入させるために制御部１５がポンプ１１を作動させると共に入口弁９を開き（ステップＳ２６）、更にヒータ８を停止させ（ステップＳ２７）、ステップＳ２５の判断処理に戻る。   As a result of the determination processing in step S23, when the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is higher than C, the pressure measured by the pressure gauge 14, that is, the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is Z (> Y ), The control unit 15 determines whether it is higher (step S25). As a result, when the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is lower than Z, the control unit 15 operates the pump 11 and opens the inlet valve 9 to introduce the liquid fuel into the desulfurizer 7 (step S1). In step S26, the heater 8 is further stopped (step S27), and the process returns to the determination process in step S25.

ステップＳ２５の判断処理の結果、脱硫器７内の液体燃料の圧力がＺよりも高い場合には、制御部１５がポンプ１１を停止させると共に入口弁９を閉じる（ステップＳ２８）。そして、温度計１３によって測定された温度、すなわち脱硫器７内の液体燃料の温度がＤ（＞Ｃ）よりも高いか否かを制御部１５が判断する（ステップＳ２９）。その結果、脱硫器７内の液体燃料の温度がＤよりも低い場合には、脱硫器７内の脱硫触媒７ａを加熱するために制御部１５がヒータ８を作動させ（ステップＳ３０）、ステップＳ２９の判断処理に戻る。   As a result of the determination process in step S25, when the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is higher than Z, the control unit 15 stops the pump 11 and closes the inlet valve 9 (step S28). And the control part 15 judges whether the temperature measured with the thermometer 13, ie, the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7, is higher than D (> C) (step S29). As a result, when the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is lower than D, the controller 15 operates the heater 8 to heat the desulfurization catalyst 7a in the desulfurizer 7 (step S30), and step S29. Return to the determination process.

ステップＳ２９の判断処理の結果、脱硫器７内の液体燃料の温度がＤよりも高い場合には、その温度で脱硫を行って、硫黄分が除去された液体燃料を改質装置２に供給するために、ポンプ１１を作動させると共に入口弁９及び出口弁１２を開いて、脱硫装置３の起動動作が終了となる。   If the result of the determination process in step S29 is that the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is higher than D, desulfurization is performed at that temperature, and the liquid fuel from which the sulfur content has been removed is supplied to the reformer 2. Therefore, the pump 11 is operated and the inlet valve 9 and the outlet valve 12 are opened, and the start-up operation of the desulfurization apparatus 3 is completed.

以上説明したように、燃料電池システム１の脱硫装置３においては、温度計１３によって測定される温度、すなわち脱硫器７内の液体燃料の温度が所定の温度となり、圧力計１４によって測定される圧力、すなわち脱硫器７内の液体燃料の圧力が所定の温度における液体燃料の飽和蒸気圧以上且つ脱硫器の耐圧以下の所定の圧力（すなわち目標値）となるように、制御部１５が、ヒータ８、入口弁９、ポンプ１１及び出口弁１２を制御する。これは、脱硫装置３の起動動作時だけでなく、脱硫装置３の定常動作時及び停止動作時においても同様である。従って、脱硫器７内の液体燃料の温度を上昇させても、液体燃料が気化するのを防止することができ、その結果、効率の良い脱硫、及び脱硫触媒７ａの劣化抑制を実現することが可能となる。   As described above, in the desulfurization device 3 of the fuel cell system 1, the temperature measured by the thermometer 13, that is, the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7 becomes a predetermined temperature, and the pressure measured by the pressure gauge 14. That is, the control unit 15 controls the heater 8 so that the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 becomes a predetermined pressure (that is, a target value) that is equal to or higher than the saturated vapor pressure of the liquid fuel at a predetermined temperature and equal to or lower than the pressure resistance of the desulfurizer. , Control the inlet valve 9, the pump 11 and the outlet valve 12. This is the same not only during the startup operation of the desulfurization apparatus 3 but also during the steady operation and the stop operation of the desulfurization apparatus 3. Therefore, even if the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7 is increased, the liquid fuel can be prevented from being vaporized, and as a result, efficient desulfurization and suppression of deterioration of the desulfurization catalyst 7a can be realized. It becomes possible.

また、圧力計１４によって測定される圧力を上昇させる場合には、制御部１５は、ポンプ１１を作動させると共に入口弁９を開いて液体燃料の導入量を増加させると共に、出口弁１２を閉じて液体燃料の導出量を減少させる。一方、圧力計１４によって測定される圧力を低下させる場合には、制御部１５は、ポンプ１１を停止させると共に入口弁９を閉じて液体燃料の導入量を減少させると共に、出口弁１２を開いて液体燃料の導出量を増加させる。これにより、圧力計１４によって測定される圧力、すなわち脱硫器７内の液体燃料の圧力を、迅速に且つ確実に上昇又は低下させることができる。なお、「入口弁９（或いは出口弁１２）を閉じる」とは、弁を完全に閉じて流量が０となる場合だけでなく、弁を不完全に閉じて流量が減少する場合も含む意味である。   When the pressure measured by the pressure gauge 14 is increased, the control unit 15 operates the pump 11 and opens the inlet valve 9 to increase the amount of liquid fuel introduced, and closes the outlet valve 12. Reduce the amount of liquid fuel derived. On the other hand, when the pressure measured by the pressure gauge 14 is decreased, the control unit 15 stops the pump 11 and closes the inlet valve 9 to reduce the amount of liquid fuel introduced, and opens the outlet valve 12. Increase the derived amount of liquid fuel. Thereby, the pressure measured by the pressure gauge 14, that is, the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer 7 can be increased or decreased quickly and reliably. “Close the inlet valve 9 (or the outlet valve 12)” means not only when the valve is completely closed and the flow rate becomes zero, but also when the valve is closed incompletely and the flow rate is reduced. is there.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。   The present invention is not limited to the embodiment described above.

例えば、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。   For example, the fuel cell stack 4 is not limited to a solid polymer fuel cell stack, and may be a solid oxide fuel cell stack or the like.

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。改質器５による改質方法は、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、液体燃料の特性に応じものとされる。   Further, the reformer 5 is not limited to one that performs steam reforming, and may be one that undergoes partial oxidation reforming or autothermal reforming. The reforming method using the reformer 5 depends on the characteristics of liquid fuel such as kerosene, gasoline, naphtha, light oil, methanol, ethanol, DME (dimethyl ether), biofuel using biomass, and the like.

本発明に係る燃料電池システムの一実施形態の構成図である。1 is a configuration diagram of an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 図１の燃料電池システムが備える脱硫装置の構成図である。It is a block diagram of the desulfurization apparatus with which the fuel cell system of FIG. 1 is provided. 図２の脱硫装置における脱硫器内の液体燃料の温度と圧力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature and pressure of the liquid fuel in the desulfurizer in the desulfurization apparatus of FIG. 図２の脱硫装置の起動動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the starting operation | movement of the desulfurization apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池システム、３…脱硫装置、４…燃料電池スタック、５…改質器、７…脱硫器、７ａ…脱硫触媒、８…ヒータ（加熱手段）、９…入口弁（液体燃料導入手段）、１１…ポンプ（液体燃料導入手段）、１２…出口弁（液体燃料導出手段）、１３…温度計（温度測定手段）、１４…圧力計（圧力測定手段）、１５…制御部（制御手段）。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 3 ... Desulfurization apparatus, 4 ... Fuel cell stack, 5 ... Reformer, 7 ... Desulfurizer, 7a ... Desulfurization catalyst, 8 ... Heater (heating means), 9 ... Inlet valve (liquid fuel introduction means) , 11 ... Pump (liquid fuel introduction means), 12 ... Outlet valve (liquid fuel lead-out means), 13 ... Thermometer (temperature measurement means), 14 ... Pressure gauge (pressure measurement means), 15 ... Control section (control means) ).

Claims (2)

水素を含有する改質ガスを生成する改質器に供給するための液体燃料から硫黄分を除去する脱硫触媒を収容する脱硫器と、
前記脱硫触媒を加熱する加熱手段と、
前記脱硫器内に前記液体燃料を導入させる液体燃料導入手段と、
前記脱硫器内から前記液体燃料を導出させる液体燃料導出手段と、
前記脱硫器内の前記液体燃料の温度を測定する温度測定手段と、
前記脱硫器内の前記液体燃料の圧力を測定する圧力測定手段と、
前記加熱手段、前記液体燃料導入手段及び前記液体燃料導出手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記脱硫器内の前記液体燃料の温度毎に、当該温度における前記液体燃料の飽和蒸気圧以上且つ前記脱硫器の耐圧以下の圧力の目標値をデータテーブルとして記憶しており、当該データテーブルに基づいて、前記温度測定手段によって測定される温度が所定の温度となり、前記圧力測定手段によって測定される圧力が前記所定の温度における前記圧力の目標値となるように、前記加熱手段、前記液体燃料導入手段及び前記液体燃料導出手段を制御し、
前記制御手段は、前記圧力測定手段によって測定される圧力を上昇させる場合には、前記液体燃料導入手段による前記液体燃料の導入量を増加させると共に前記液体燃料導出手段による前記液体燃料の導出量を減少させ、前記圧力測定手段によって測定される圧力を低下させる場合には、前記液体燃料導入手段による前記液体燃料の導入量を減少させると共に前記液体燃料導出手段による前記液体燃料の導出量を増加させることを特徴とする脱硫装置。 A desulfurizer containing a desulfurization catalyst that removes sulfur from liquid fuel to be supplied to a reformer that generates reformed gas containing hydrogen;
Heating means for heating the desulfurization catalyst;
Liquid fuel introduction means for introducing the liquid fuel into the desulfurizer;
Liquid fuel deriving means for deriving the liquid fuel from the desulfurizer;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer;
Pressure measuring means for measuring the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer;
Control means for controlling the heating means, the liquid fuel introduction means and the liquid fuel lead-out means,
The control means stores, for each temperature of the liquid fuel in the desulfurizer, a target value of a pressure not lower than the saturated vapor pressure of the liquid fuel and not higher than the pressure resistance of the desulfurizer at the temperature as a data table, Based on the data table, the heating means so that the temperature measured by the temperature measuring means becomes a predetermined temperature, and the pressure measured by the pressure measuring means becomes a target value of the pressure at the predetermined temperature. , Controlling the liquid fuel introducing means and the liquid fuel deriving means ,
When the control means increases the pressure measured by the pressure measurement means, the control means increases the amount of liquid fuel introduced by the liquid fuel introduction means and reduces the amount of liquid fuel derived by the liquid fuel lead-out means. When reducing the pressure measured by the pressure measuring unit, the amount of liquid fuel introduced by the liquid fuel introducing unit is decreased and the amount of liquid fuel derived by the liquid fuel deriving unit is increased. A desulfurization apparatus characterized by that. 請求項１記載の脱硫装置と、
前記脱硫装置によって硫黄分が除去された液体燃料を用いて、水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器によって生成された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。 A desulfurization apparatus according to claim 1 Symbol placement,
A reformer that generates a reformed gas containing hydrogen using the liquid fuel from which sulfur content has been removed by the desulfurization apparatus;
And a fuel cell stack that generates electric power using the reformed gas generated by the reformer.
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