KR20090118865A - Desulfurizing device, fuel cell system and reforming system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황장치, 그와 같은 탈황장치를 구비하는 연료전지 시스템, 및 , 개질 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a desulfurization apparatus for removing sulfur content from liquid fuel, a fuel cell system having such a desulfurization apparatus, and a reforming system.
연료전지 시스템에 있어서는 개질기에 의해서, 수소를 함유하는 개질가스가 생성되고, 연료전지 스택에 의해서, 그 개질가스가 사용되어 발전이 행하여진다. 이러한 연료전지 시스템에는 개질 원료로서 등유 등의 액체연료가 개질기에 공급되는 경우에 개질 촉매의 열화를 방지하기 위해서, 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황기를 설치할 필요가 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 2004-323285호 참조).In a fuel cell system, a reformer containing hydrogen is produced by the reformer, and the reformed gas is used by the fuel cell stack to generate power. In such a fuel cell system, 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 install a desulfurizer for removing sulfur content from the liquid fuel (for example, Japanese Patent Laid-Open Publication 2004-323285).
(본 발명의 제 1 측면) (1st aspect of this invention)
그런데, 탈황기에 있어서는 촉매 반응을 촉진시키기 위해서 탈황 촉매를 가열하는 것이 필요하게 되지만, 이에 따른 온도 상승에 의해서 액체연료가 기화되어 버려, 효율이 좋은 탈황이 곤란해질 뿐만 아니라, 탈황 촉매를 열화시킬 우려가 있다. By the way, in the desulfurization unit, it is necessary to heat the desulfurization catalyst in order to promote the catalytic reaction, but the liquid fuel is vaporized by the temperature rise according to this, which makes it difficult to efficiently desulfurize and deteriorates the desulfurization catalyst. There is.
그래서, 본 발명의 제 1 측면은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 액체연료의 기화를 방지할 수 있는 탈황장치, 및 그와 같은 탈황장치를 구비하는 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the first aspect of 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 having such a desulfurization apparatus.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 측면에 관계되는 탈황장치는 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질기에 공급하기 위한 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황 촉매를 수용하는 탈황기와, 탈황 촉매를 가열하는 가열수단과, 탈황기 내에 액체연료를 도입시키는 액체연료 도입수단과, 탈황기 내로부터 액체연료를 도출시키는 액체연료 도출수단과, 탈황기 내의 액체연료의 온도를 측정하는 온도 측정수단과, 탈황기 내의 액체연료의 압력을 측정하는 압력 측정수단과, 가열수단, 액체연료 도입수단 및 액체연료 도출수단을 제어하는 제어수단을 구비하고, 제어수단은 온도 측정수단에 의해서 측정되는 온도가 소정의 온도가 되고, 압력 측정수단에 의해서 측정되는 압력이 소정의 온도에 있어서의 액체연료의 포화 증기압 이상 또한 탈황기의 내압 이하의 소정의 압력이 되도록, 가열수단, 액체연료 도입수단 및 액체연료 도출수단을 제어하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the desulfurization apparatus according to the first aspect of the present invention is a desulfurization unit containing a desulfurization catalyst for removing sulfur content from a liquid fuel for supplying a reformer that generates a reforming gas containing hydrogen, and a desulfurization catalyst Heating means for heating the liquid, liquid fuel introduction means for introducing the liquid fuel into the desulfurizer, liquid fuel derivation means for deriving the liquid fuel from the desulfurizer, temperature measuring means for measuring the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer, And 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 introduction means, and the liquid fuel derivation means, wherein the control means has a predetermined temperature measured by the temperature measuring means. The pressure measured by the pressure measuring means is equal to or higher than the saturated vapor pressure of the liquid fuel at a predetermined temperature. The heating means, the liquid fuel introduction means and the liquid fuel derivation means are controlled so as to be a predetermined pressure below the internal pressure of the desulfurization unit.
이 탈황장치에서는 가열수단, 액체연료 도입수단 및 액체연료 도출수단이 제어수단에 의해서 제어됨으로써, 온도 측정수단에 의해서 측정되는 온도, 즉 탈황기 내의 액체연료의 온도가, 예를 들면 탈황 촉매의 촉매 반응을 촉진시킬 수 있는 소정의 온도가 된다. 그리고, 압력 측정수단에 의해서 측정되는 압력, 즉 탈황기 내의 액체연료의 압력이, 소정의 온도에 있어서의 액체연료의 포화 증기압 이상 또한 탈황기의 내압 이하의 소정의 압력이 된다. 따라서, 탈황기 내의 액체연료의 온도를 상승시켜도, 액체연료가 기화되는 것을 방지할 수 있다. 또, 유황분이란 유황이나 유황 화합물을 포함하는 의미이다. 또한, 탈황기의 내압이란 탈황 촉매를 수용하는 용기가 견딜 수 있는 내압의 최대치를 의미한다. In this desulfurization apparatus, the heating means, the liquid fuel introduction means and the liquid fuel derivation means are controlled by the control means so that the temperature measured by the temperature measuring means, i.e., the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer, is for example a catalyst of the desulfurization catalyst. It becomes a predetermined temperature which can accelerate reaction. The pressure measured by the pressure measuring means, i.e., the pressure of the liquid fuel in the desulfurizer, becomes a predetermined pressure equal to or higher than the saturated vapor pressure of the liquid fuel at a predetermined temperature and equal to or lower than the internal pressure of the desulfurizer. Therefore, even if the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer is raised, it is possible to prevent the liquid fuel from vaporizing. In addition, a sulfur content is the meaning containing a sulfur and a sulfur compound. In addition, the internal pressure of a desulfurizer means the maximum value of the internal pressure which a container containing a desulfurization catalyst can endure.
본 발명의 제 1 측면에 관계되는 탈황장치에 있어서는 제어수단은 압력 측정수단에 의해서 측정되는 압력을 상승시키는 경우에는 액체연료 도입수단에 의한 액체연료의 도입량을 증가시키는 동시에 액체연료 도출수단에 의한 액체연료의 도출량을 감소시키고, 압력 측정수단에 의해서 측정되는 압력을 저하시키는 경우에는 액체연료 도입수단에 의한 액체연료의 도입량을 감소시키는 동시에 액체연료 도출수단에 의한 액체연료의 도출량을 증가시키는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 압력 측정수단에 의해서 측정되는 압력, 즉 탈황기 내의 액체연료의 압력을, 신속히 또한 확실히 상승 또는 저하시킬 수 있다. In the desulfurization apparatus according to the first aspect of the present invention, the control means increases the amount of introduction of the liquid fuel by the liquid fuel introduction means and increases the liquid by the liquid fuel derivation means when the pressure measured by the pressure measurement means is increased. In the case of reducing the amount of fuel drawn out and lowering the pressure measured by the pressure measuring means, it is desirable to reduce the amount of liquid fuel introduced by the liquid fuel introducing means and to increase the amount of liquid fuel derived by the liquid fuel drawing means. desirable. 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 raised or lowered quickly and surely.
또한, 본 발명의 제 1 측면에 관계되는 연료전지 시스템은 상기 탈황장치와, 탈황장치에 의해서 유황분이 제거된 액체연료를 사용하여, 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질기와, 개질기에 의해서 생성된 개질가스를 사용하여 발전을 행하는 연료전지 스택을 구비하는 것을 특징으로 한다. In addition, the fuel cell system according to the first aspect of the present invention uses the desulfurization apparatus, a reformer for producing reformed gas containing hydrogen using a liquid fuel from which sulfur content is removed by the desulfurization apparatus, and a reformer for generating the reformed gas containing hydrogen. And a fuel cell stack for generating electricity using the reformed gas.
이 연료전지 시스템에 의하면, 상기 탈황장치를 구비하고 있기 때문에, 탈황기 내의 액체연료의 온도를 상승시켜도, 액체연료가 기화되는 것을 방지할 수 있다. According to this fuel cell system, since the desulfurization apparatus is provided, the liquid fuel can be prevented from vaporizing even if the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer is raised.
본 발명의 제 1 측면에 의하면, 액체연료의 기화를 방지할 수 있다. According to the first aspect of the present invention, vaporization of the liquid fuel can be prevented.
(본 발명의 제 2 측면) (2nd aspect of this invention)
연료전지 시스템에 있어서는 개질기에 의해서, 수소를 함유하는 개질가스가 생성되고, 연료전지 스택에 의해서, 그 개질가스가 사용되어 발전이 행하여진다. 이러한 연료전지 시스템에는 개질 원료로서 등유 등의 액체연료가 개질기에 공급되는 경우에 개질 촉매의 열화를 방지하기 위해서, 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황기를 설치할 필요가 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 2004-323285호 참조). In a fuel cell system, a reformer containing hydrogen is produced by the reformer, and the reformed gas is used by the fuel cell stack to generate power. In such a fuel cell system, 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 install a desulfurizer for removing sulfur content from the liquid fuel (for example, Japanese Patent Laid-Open Publication 2004-323285).
그런데, 탈황기에 있어서는 촉매 반응을 촉진시키기 위해서 탈황 촉매를 가열하는 것이 필요하게 되지만, 탈황 촉매를 상온으로부터 소정의 탈황 온도(예를 들면 200℃)로 상승시키는 데 상당한 시간을 요한다. 이 때문에, 한번 정지시켜 버리면 재기동할 때까지 시간이 걸린다고 하는 문제가 있다. By the way, in the desulfurization unit, it is necessary to heat the desulfurization catalyst in order to promote the catalytic reaction, but it takes a considerable time to raise the desulfurization catalyst from normal temperature to a predetermined desulfurization temperature (for example, 200 ° C). For this reason, there is a problem that it takes time until it is restarted if it is stopped once.
그래서, 본 발명의 제 2 측면은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 재기동까지의 시간의 단축을 도모할 수 있는 탈황장치, 및 그와 같은 탈황장치를 구비하는 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the second aspect of the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a desulfurization apparatus capable of shortening the time until restarting, and a fuel cell system having such a desulfurization apparatus. .
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 2 측면에 관계되는 탈황장치는 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질기에 공급하기 위한 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황 촉매를 수용하는 탈황기와, 탈황 촉매를 가열하는 가열수단과, 탈황기 내에 액체연료를 도입시키는 액체연료 도입수단과, 탈황기 내로부터 액체연료를 도출시키는 액체연료 도출수단과, 탈황기 내의 액체연료의 온도를 측정하는 온도 측정수단과, 가열수단, 액체연료 도입수단 및 액체연료 도출수단을 제어하는 제어수단을 구비하고, 제어수단은 일시정지 신호가 입력된 경우에는, 탈황기 내로부터의 액체연료의 공급을 정지시키도록 액체연료 도입수단 및 액체연료 도출수단의 적어도 한쪽을 제어하는 동시에, 온도 측정수단에 의해서 측정되는 온도가 상온보다도 높고 또한 통상 운전시의 온도보다도 낮은 소정의 온도가 되도록, 가열수단을 제어하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the desulfurization apparatus according to the second aspect of the present invention is a desulfurization unit containing a desulfurization catalyst for removing sulfur content from a liquid fuel for supplying a reformer that generates a reforming gas containing hydrogen, and a desulfurization catalyst Heating means for heating the liquid, liquid fuel introduction means for introducing the liquid fuel into the desulfurizer, liquid fuel derivation means for deriving the liquid fuel from the desulfurizer, temperature measuring means for measuring the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer, And control means for controlling the heating means, the liquid fuel introduction means, and the liquid fuel derivation means, wherein the control means introduces the liquid fuel to stop the supply of the liquid fuel from the desulfurizer when a pause signal is input. While controlling at least one of the means and the liquid fuel derivation means, the temperature measured by the temperature measuring means is higher than the normal temperature. Further, the heating means is controlled so that the predetermined temperature is lower than the temperature during normal operation.
이 탈황장치에서는 일시정지 신호가 입력된 경우에, 액체연료 도입수단 및 액체연료 도출수단의 적어도 한쪽이 제어수단에 의해서 제어됨으로써, 탈황기 내에서의 액체연료의 공급이 정지된다. 이 때, 가열수단이 제어수단에 의해서 제어됨으로써, 온도 측정수단에 의해서 측정되는 온도, 즉 탈황기 내의 액체연료의 온도가, 상온보다도 높고 또한 통상 운전시의 온도 이하의 소정의 온도로 유지된다. 이것에 의해, 탈황장치를 정지시켜 상온까지 온도를 저하시킨 경우와 비교하여, 통상 운전시의 온도, 즉 소정의 탈황 온도로 가열할 때까지의 시간이 단축되기 때문에, 재기동까지의 시간의 단축을 도모할 수 있다. 또, 유황분이란 유황이나 유황 화합물을 포함하는 의미이다. In this desulfurization apparatus, when a pause signal is input, at least one of the liquid fuel introduction means and the liquid fuel derivation means is controlled by the control means, so that the supply of the liquid fuel in the desulfurizer is stopped. At this time, the heating means is controlled by the control means, so that the temperature measured by the temperature measuring means, that is, the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer, is maintained at a predetermined temperature higher than the normal temperature and lower than the temperature during normal operation. As a result, compared with the case where the desulfurization apparatus is stopped and the temperature is reduced to room temperature, the time until heating to a predetermined desulfurization temperature, that is, during normal operation, is shortened, so that the time until restart is shortened. We can plan. In addition, a sulfur content is the meaning containing a sulfur and a sulfur compound.
본 발명의 제 2 측면에 관계되는 탈황장치에 있어서는 액체연료 도출수단에 의해서 도출된 액체연료를 일시 저류하는 저류 용기와, 저류 용기에 저류된 액체연료의 저류량을 측정하는 저류량 측정수단을 더욱 구비하고, 저류량 측정수단은 저류량이 소정의 저류량에 도달한 경우에는 제어수단에 일시정지 신호를 출력하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 액체연료를 일시 저류 용기로 저류하는 것으로, 개질기 등에 대한 액체연료의 공급을 안정화시킬 수 있다. 또한, 저류 용기 내의 저류량이 소정의 저류량이 된 경우에는 저류량 측정수단이 일시정지 신호를 제어수단에 출력하기 때문에, 예를 들면 저류량 오버에 의한 저류 용기의 파손 등을 방지할 수 있다. In the desulfurization apparatus according to the second aspect of the present invention, the desulfurization apparatus further includes a storage container for temporarily storing the liquid fuel derived by the liquid fuel derivation means, and a storage amount measuring means for measuring the storage amount of the liquid fuel stored in the storage container. The storage amount measuring means preferably outputs a pause signal to the control means when the storage amount reaches the predetermined storage amount. According to this structure, by supplying liquid fuel to a temporary storage container, supply of liquid fuel to a reformer etc. can be stabilized. In addition, when the amount of storage in the storage container reaches a predetermined amount of storage, the storage amount measuring means outputs a pause signal to the control means, so that, for example, damage to the storage container due to the storage amount over can be prevented.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 관계되는 연료전지 시스템은 상기 탈황장치와, 탈황장치에 의해서 유황분이 제거된 액체연료를 사용하여, 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질기와, 개질기에 의해서 생성된 개질가스를 사용하여 발전을 행하는 연료전지 스택을 구비하는 것을 특징으로 한다. Further, the fuel cell system according to the second aspect of the present invention is a reformer for producing a reformed gas containing hydrogen using the desulfurization apparatus, a liquid fuel from which sulfur is removed by the desulfurization apparatus, and a reformer for generating a reformer gas containing hydrogen. And a fuel cell stack for generating electricity using the reformed gas.
이 연료전지 시스템에 의하면, 상기 탈황장치를 구비하고 있기 때문에, 재기동까지의 시간의 단축을 도모할 수 있다. According to this fuel cell system, since the desulfurization apparatus is provided, the time to restart can be shortened.
본 발명의 제 2 측면에 의하면, 재기동까지의 시간의 단축을 도모할 수 있다. According to the second aspect of the present invention, the time until restart can be shortened.
(본 발명의 제 3 측면) (Third aspect of the present invention)
연료전지 시스템에 있어서는 개질기에 의해서, 수소를 함유하는 개질가스가 생성되고, 연료전지 스택에 의해서, 그 개질가스가 사용되어 발전이 행하여진다. 이러한 연료전지 시스템에는 개질 원료로서 등유 등의 액체연료가 개질기에 공급되는 경우에 개질 촉매의 열화를 방지하기 위해서, 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황기를 설치할 필요가 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 2004-323285호 참조). In a fuel cell system, a reformer containing hydrogen is produced by the reformer, and the reformed gas is used by the fuel cell stack to generate power. In such a fuel cell system, 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 install a desulfurizer for removing sulfur content from the liquid fuel (for example, Japanese Patent Laid-Open Publication 2004-323285).
그런데, 탈황기 내에서는 액체연료의 온도의 저하에 따라 압력이 저하된다. 예를 들면, 운전 정지시에서는 통상 운전시보다도 압력이 약 20% 정도 저하된다. 이 때, 액체연료가 기화되어, 탈황 촉매를 열화시킬 우려가 있다. 또한, 탈황기 내의 압력이 부압(負壓)이 되면, 탈황기의 파손이나 운전 재개시에 있어서의 탈황기에 대한 공기의 혼입 등과 같은 문제도 생길 수 있다. However, in the desulfurizer, the pressure decreases as the temperature of the liquid fuel decreases. For example, when the operation is stopped, the pressure is lowered by about 20% than in normal operation. At this time, the liquid fuel may be vaporized to deteriorate the desulfurization catalyst. In addition, when the pressure in the desulfurizer becomes negative, problems such as breakage of the desulfurizer and mixing of air to the desulfurizer at the time of restarting of operation may also occur.
그래서, 본 발명의 제 3 측면은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 압력 저하에 기인하는 탈황기에 대한 악영향을 방지할 수 있는 탈황장치, 및 그와 같은 탈황장치를 구비하는 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the third aspect of the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is therefore desirable to provide a desulfurization apparatus capable of preventing adverse effects on the desulfurizer due to a pressure drop, and a fuel cell system having such a desulfurization apparatus. The purpose.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 3 측면에 관계되는 탈황장치는 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질기에 공급하기 위한 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황 촉매를 수용하는 탈황기와, 탈황기 내에 액체연료를 도입시키는 액체연료 도입수단과, 탈황기 내로부터 액체연료를 도출시키는 액체연료 도출수단과, 탈황기 내의 액체연료의 온도를 측정하는 온도 측정수단과, 탈황기 내의 액체연료의 압력을 측정하는 압력 측정수단과, 액체연료 도입수단 및 액체연료 도출수단을 제어하는 제어수단을 구비하고, 제어수단은 온도 측정수단에 의해서 측정 되는 온도가 통상 운전시의 온도보다도 낮은 소정의 온도 이하가 된 경우에는 압력 측정수단에 의해서 측정되는 압력이 정압(正壓)인 소정의 압력이 되도록, 액체연료 도입수단 및 액체연료 도출수단을 제어하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the desulfurization apparatus according to the third aspect of the present invention includes a desulfurizer and a desulfurizer containing a desulfurization catalyst for removing sulfur content from a liquid fuel for supplying to a reformer for producing reformed gas containing hydrogen. Liquid fuel introduction means for introducing liquid fuel into the liquid, liquid fuel derivation means for deriving the liquid fuel from the desulfurizer, temperature measuring means for measuring the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer, and pressure of the liquid fuel in the desulfurizer. And a pressure measuring means for measuring, and a control means for controlling the liquid fuel introduction means and the liquid fuel derivation means, wherein the control means is such that the temperature measured by the temperature measuring means is equal to or less than a predetermined temperature lower than the temperature during normal operation. In this case, the liquid fuel introduction means and the pressure so that the pressure measured by the pressure measuring means is a predetermined pressure of a positive pressure and It characterized in that the control fuel element derivation means.
이 탈황장치에서는 온도 측정수단에 의해서 측정되는 온도, 즉 탈황기 내의 액체연료의 온도가 통상 운전시의 온도(예를 들면 200℃)보다도 낮은 소정의 온도(예를 들면 100℃) 이하가 된 경우에, 액체연료 도입수단 및 액체연료 도출수단이 제어수단에 의해서 제어됨으로써, 압력 측정수단에 의해서 측정되는 압력이 정압(부압 이상)인 소정의 압력이 된다. 따라서, 예를 들면 운전 정지시에, 액체연료의 온도의 저하에 따라 압력이 저하되었다고 해도, 정압인 소정의 압력이 유지되기 때문에, 압력 저하에 기인하는 예를 들면 액체연료의 기화나 탈황기의 파손 등과 같은 탈황기에 대한 악영향을 방지할 수 있다. 또, 유황분이란 유황이나 유황 화합물을 포함하는 의미이다. In this desulfurization apparatus, when the temperature measured by the temperature measuring means, i.e., the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer, becomes lower than or equal to a predetermined temperature (e.g., 100 deg. C) lower than the temperature in normal operation (e.g., 200 deg. C). The liquid fuel introduction means and the liquid fuel derivation means are controlled by the control means, whereby the pressure measured by the pressure measuring means becomes a predetermined pressure at a positive pressure (more than negative pressure). Therefore, even when the pressure is lowered due to the decrease in the temperature of the liquid fuel at the time of stopping operation, for example, since the predetermined pressure is maintained at a constant pressure, for example, the vaporization of the liquid fuel due to the pressure drop or the desulfurizer It is possible to prevent adverse effects on the desulfurizer such as breakage. In addition, a sulfur content is the meaning containing a sulfur and a sulfur compound.
본 발명의 제 3 측면에 관계되는 탈황장치에 있어서는 제어수단은 압력 측정수단에 의해서 측정되는 압력을 상승시키는 경우에는 액체연료 도입수단에 의한 액체연료의 도입량을 증가시키는 동시에 액체연료 도출수단에 의한 액체연료의 도출량을 감소시키고, 압력 측정수단에 의해서 측정되는 압력을 저하시키는 경우에는 액체연료 도입수단에 의한 액체연료의 도입량을 감소시키는 동시에 액체연료 도출수단에 의한 액체연료의 도출량을 증가시키는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 압력 측정수단에 의해서 측정되는 압력, 즉 탈황기 내의 액체연료의 압력을, 신속히 또한 확실히 상승 또는 저하시킬 수 있다. In the desulfurization apparatus according to the third aspect of the present invention, when the control means raises the pressure measured by the pressure measuring means, the liquid fuel introduction means increases the amount of liquid fuel introduced by the liquid fuel introduction means and at the same time the liquid by the liquid fuel derivation means. In the case of reducing the amount of fuel drawn out and lowering the pressure measured by the pressure measuring means, it is desirable to reduce the amount of liquid fuel introduced by the liquid fuel introducing means and to increase the amount of liquid fuel derived by the liquid fuel drawing means. desirable. 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 raised or lowered quickly and surely.
또한, 본 발명의 제 3 측면에 관계되는 연료전지 시스템은 상기 탈황장치와, 탈황장치에 의해서 유황분이 제거된 액체연료를 사용하여, 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질기와, 개질기에 의해서 생성된 개질가스를 사용하여 발전을 행하는 연료전지 스택을 구비하는 것을 특징으로 한다. In addition, the fuel cell system according to the third aspect of the present invention uses the desulfurization apparatus, a reformer for generating a reformed gas containing hydrogen using a liquid fuel from which sulfur content is removed by the desulfurization apparatus, and a reformer produced by the reformer. And a fuel cell stack for generating electricity using the reformed gas.
이 연료전지 시스템에 의하면, 상기 탈황장치를 구비하고 있기 때문에, 액체연료의 온도의 저하에 따라 압력이 저하되어도, 이것에 기인하는 탈황기에 대한 악영향을 방지할 수 있다. According to this fuel cell system, since the desulfurization apparatus is provided, even if the pressure decreases due to the decrease in the temperature of the liquid fuel, adverse effects on the desulfurizer resulting from this can be prevented.
본 발명의 제 3 측면에 의하면, 압력 저하에 기인하는 탈황기에 대한 악영향을 방지할 수 있다. According to the 3rd aspect of this invention, the bad influence to the desulfurizer resulting from a pressure fall can be prevented.
(본 발명의 제 4 측면) (4th aspect of this invention)
연료전지 시스템에 있어서는 개질기에 의해서, 수소를 함유하는 개질가스가 생성되고, 연료전지 스택에 의해서, 그 개질가스가 사용되어 발전이 행하여진다. 이러한 연료전지 시스템에는 개질 원료로서 등유 등의 액체연료가 개질기에 공급되는 경우에 개질 촉매의 열화를 방지하기 위해서, 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황기를 설치할 필요가 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 2004-323285호 참조). In a fuel cell system, a reformer containing hydrogen is produced by the reformer, and the reformed gas is used by the fuel cell stack to generate power. In such a fuel cell system, 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 install a desulfurizer for removing sulfur content from the liquid fuel (for example, Japanese Patent Laid-Open Publication 2004-323285).
그러나, 탈황기로부터는 메탄가스나 수소가스 등의 가스가 액체연료와 함께 배출되기 때문에, 개질기에 대한 액체연료의 정량적인 공급이 저해되는 등, 탈황기의 후단에 악영향을 미칠 우려가 있다. However, since gas such as methane gas or hydrogen gas is discharged from the desulfurizer together with the liquid fuel, there is a possibility that the rear end of the desulfurizer is adversely affected, such as quantitative supply of the liquid fuel to the reformer is hindered.
그래서, 본 발명의 제 4 측면은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 후단에 대한 악영향을 방지하면서, 액체연료로부터 유황분을 확실히 제거할 수 있는 탈황장치, 및 그와 같은 탈황장치를 구비하는 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. Therefore, the fourth aspect of the present invention has been made in view of such circumstances, and a fuel cell system having a desulfurization apparatus capable of reliably removing sulfur content from a liquid fuel while preventing adverse effects on the rear end, and such a desulfurization apparatus. The purpose is to provide.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 4 측면에 관계되는 탈황장치는 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질기에 공급하기 위한 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황기와, 탈황기로부터 배출된 액체연료 및 가스를 저류하는 기액 분리 용기와, 기액 분리 용기로부터 액체연료를 배출하기 위한 액체연료 배출 라인과, 기액 분리 용기로부터 가스를 배출하기 위한 가스 배출 라인과, 가스 배출 라인에 형성되고, 가스의 유통을 개방 및 폐쇄하는 개폐 밸브와, 개폐 밸브의 하류측에서 가스 배출 라인에 형성되고, 가스의 유통을 저해하는 스로틀(가스의 유통이 개방되었을 때에 있어서의 탈황기 내의 압력의 저하를 억제하는 스로틀)을 구비하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the desulfurization apparatus according to the fourth aspect of the present invention includes a desulfurizer for removing sulfur content from a liquid fuel for supplying to a reformer for producing reformed gas containing hydrogen, and a liquid fuel discharged from the desulfurizer. And a gas-liquid separation container for storing gas, a liquid fuel discharge line for discharging liquid fuel from the gas-liquid separation container, a gas discharge line for discharging gas from the gas-liquid separation container, and a gas discharge line. Valve for opening and closing the valve, and a throttle formed in the gas discharge line on the downstream side of the on / off valve and inhibiting the flow of gas (throttle for suppressing a drop in pressure in the desulfurizer when the flow of gas is opened). It characterized by having a.
이 탈황장치에서는 탈황기로부터 액체연료와 함께 배출된 가스는 기액 분리 용기에서 액체연료와 분리되어, 가스 배출 라인을 통해서 기액 분리 용기로부터 배출된다. 이 때문에, 가스가 혼입된 액체연료가 탈황장치의 후단에 공급되는 것이 방지된다. 또, 가스 배출 라인에는 가스의 유통을 개방 및 폐쇄하는 개폐 밸브의 하류측에, 가스의 유통을 저해하는 스로틀이 설치되어 있다. 이 때문에, 가스 배출 라인을 통해서 기액 분리 용기로부터 가스를 배출하기 위해서 개폐 밸브에 의해서 가스의 유통이 개방되어도, 스로틀에 의해서 탈황기 내의 압력의 저하가 억제된다. 따라서, 이 탈황장치에 의하면, 후단에 대한 악영향을 방지하면서, 액체연료 로부터 유황분을 확실히 제거하는 것이 가능해진다. 또, 유황분이란 유황이나 유황 화합물을 포함하는 의미이다. In this desulfurization apparatus, the gas discharged from the desulfurizer together with the liquid fuel is separated from the liquid fuel in the gas-liquid separation vessel and discharged from the gas-liquid separation vessel through the gas discharge line. For this reason, the liquid fuel mixed with gas is prevented from being supplied to the rear end of the desulfurization apparatus. Moreover, the gas discharge line is provided with the throttle which inhibits gas flow in the downstream side of the on-off valve which opens and closes gas flow. For this reason, even if the flow of gas is opened by the on-off valve for discharging gas from the gas-liquid separation vessel through the gas discharge line, the drop in pressure in the desulfurizer is suppressed by the throttle. Therefore, according to this desulfurization apparatus, it becomes possible to reliably remove sulfur content from liquid fuel, preventing the bad influence to a rear end. In addition, a sulfur content is the meaning containing a sulfur and a sulfur compound.
본 발명의 제 4 측면에 관계되는 탈황장치에 있어서는 개폐 밸브는 가스의 유통을 폐쇄하고 있는 경우에 있어서, 기액 분리 용기 내의 가스의 양이 소정의 양을 초과하였을 때에, 복수회로 나누어 가스의 유통을 개방하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 가스 배출 라인을 통해서 기액 분리 용기로부터 가스를 배출하기 위해서 개폐 밸브에 의해서 가스의 유통이 개방되었을 때에 있어서의 탈황기 내의 압력의 저하를 더욱 확실히 억제할 수 있다. In the desulfurization apparatus according to the fourth aspect of the present invention, in the case where the flow valve closes the flow of gas, when the amount of gas in the gas-liquid separation vessel exceeds a predetermined amount, the flow is divided into a plurality of times. It is preferable to open. According to this structure, the fall of the pressure in a desulfurizer at the time of opening | release of gas by a switching valve in order to discharge gas from a gas-liquid separation container via a gas discharge line can be suppressed more reliably.
본 발명의 제 4 측면에 관계되는 탈황장치에 있어서는 가스 배출 라인은 개질기의 개질 촉매를 가열하는 버너와 접속되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 탈황기로부터 액체연료와 함께 배출된 가스를 버너의 연료로서 유효하게 이용할 수 있다. In the desulfurization apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the gas discharge line is preferably connected to a burner for heating the reforming catalyst of the reformer. According to this structure, the gas discharged | emitted with the liquid fuel from a desulfurizer can be utilized effectively as a fuel of a burner.
또한, 본 발명의 제 4 측면에 관계되는 연료전지 시스템은 상기 탈황장치와, 탈황장치에 의해서 유황분이 제거된 액체연료를 사용하여, 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질기와, 개질기에 의해서 생성된 개질가스를 사용하여 발전을 행하는 연료전지 스택을 구비하는 것을 특징으로 한다. In addition, the fuel cell system according to the fourth aspect of the present invention uses a desulfurization apparatus, a reformer for generating reformed gas containing hydrogen using a liquid fuel from which sulfur is removed by the desulfurization apparatus, and a reformer for generating the reformed gas containing hydrogen. And a fuel cell stack for generating electricity using the reformed gas.
이 연료전지 시스템에 의하면, 상기 탈황장치를 구비하고 있기 때문에, 탈황장치의 후단에 대한 악영향을 방지하면서, 액체연료로부터 유황분을 확실히 제거하는 것이 가능해진다. According to this fuel cell system, since the desulfurization apparatus is provided, it is possible to reliably remove sulfur from the liquid fuel while preventing adverse effects on the rear end of the desulfurization apparatus.
본 발명의 제 4 측면에 의하면, 탈황장치의 후단에 대한 악영향을 방지하면 서, 액체연료로부터 유황분을 확실히 제거할 수 있다. According to the fourth aspect of the present invention, sulfur content can be reliably removed from the liquid fuel while preventing adverse effects on the rear end of the desulfurization apparatus.
(본 발명의 제 5 측면) (5th aspect of this invention)
연료전지 시스템에서는 액체연료 등을 개질하여 수소를 포함하는 개질가스를 제조하고, 이 개질가스와 산소를 포함하는 가스를 반응시키는 것으로 발전하고 있다. 연료전지 시스템에 투입하는 원연료로서 등유 등의 유황분을 포함하는 것을 사용하는 경우, 개질 촉매는 원연료 중의 유황분에 노출되는 것으로, 유황 피독하여 개질 성능이 열화된다. 이 때문에, 연료전지 시스템으로서, 개질 반응 전에 원연료로부터 유황분을 제거하는 경우가 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 2004-213941호 참조). BACKGROUND ART Fuel cell systems have been developed by reforming liquid fuels to produce reformed gas containing hydrogen and reacting the reformed gas with a gas containing oxygen. In the case where a fuel containing sulfur content such as kerosene is used as the raw fuel to be introduced into the fuel cell system, the reforming catalyst is exposed to the sulfur content in the raw fuel, and poisoning of the sulfur deteriorates the reforming performance. For this reason, as a fuel cell system, sulfur content may be removed from a raw fuel before reforming reaction (for example, refer Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-213941).
그런데, 원연료에 포함되어 있는 유황 농도가 비교적 높은 경우, 유황분을 충분히 제거하기 위해서, 탈황기 내의 압력을 대기압보다 높은 압력으로 하여 탈황 반응을 촉진시키는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 탈황기 안을 고압으로 한 경우, 이 탈황기보다 후단의 개질기 내에 고압의 액체연료가 유입되게 된다. 이 경우, 고압의 액체연료의 유량을 제어하는 것은 곤란하고, 개질 성능이 저하되어, 연료전지 시스템으로서의 성능이 저하된다. 또한, 탈황기 안을 고압으로 하면, 후단의 배관, 반응용기, 펌프 등의 설비에 대하여 내구성의 문제가 생기기 때문에, 이들의 설비를 고압에 대응한 것으로 할 필요가 있고, 비용이 높아진다. By the way, when the sulfur concentration contained in a raw fuel is comparatively high, in order to remove sulfur content sufficiently, it is conceivable to promote the desulfurization reaction by making the pressure in a desulfurizer higher than atmospheric pressure. However, when the desulfurizer is set to a high pressure, the high pressure liquid fuel flows into the reformer after the desulfurizer. In this case, it is difficult to control the flow rate of the high pressure liquid fuel, the reforming performance is lowered, and the performance as the fuel cell system is lowered. In addition, when the desulfurizer is used at a high pressure, durability problems arise in facilities such as pipes, reaction vessels, and pumps at the rear end, so that these facilities need to be made to support high pressure, and the cost is high.
그래서, 본 발명의 제 5 측면은 고압하에서 탈황을 하는 경우에도, 탈황기의 후단의 설비의 내구성을 향상시킬 수 있고, 저비용을 실현하는 동시에 성능 저하를 방지한 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the fifth aspect of the present invention is to provide a fuel cell system which can improve the durability of a facility at a rear stage of a desulfurizer even when desulfurizing under high pressure, and realizes low cost and prevents performance degradation. do.
본 발명의 제 5 측면에 관계되는 연료전지 시스템은 대기압보다 높은 압력하에서 액체의 원연료로부터 유황분을 제거하여 액체연료를 생성하는 탈황기와, 대기 개방된 가스 추출 구멍이 형성되고, 탈황기로부터 배출된 액체연료를 저류(貯留)하는 저유조(貯油槽)와, 저유조 내로부터 액체연료를 보내는 송출 펌프와, 송출 펌프의 하류측에 배치되어, 액체연료를 개질하여 개질가스를 생성하는 개질기와, 개질가스를 사용하여 발전을 행하는 연료전지 스택을 구비하는 것을 특징으로 한다. In the fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention, a desulfurizer for removing sulfur from a liquid raw fuel under pressure higher than atmospheric pressure to generate a liquid fuel, an open gas extraction hole is formed, and discharged from a desulfurizer. A storage tank for storing liquid fuel, a delivery pump for sending liquid fuel from within the storage tank, a reformer disposed downstream of the delivery pump and reforming the liquid fuel to generate reformed gas; A fuel cell stack for generating power using reformed gas is provided.
본 발명의 제 5 측면에 관계되는 연료전지 시스템에서는 액체연료를 저류하는 저유조가, 고압하에서 탈황 반응을 하는 탈황기와 개질기의 사이에 배치되고, 이 저유조에는 대기 개방된 가스 추출 구멍이 형성되어 있다. 이 때문에, 탈황기 내에서 탈황된 고압의 액체연료가, 저유조 내에 유입할 때에, 액체연료에 포함되는 가스가, 액체연료로부터 분리하여 가스 추출 구멍으로부터 빠져, 저유조 내로부터 배출된다. 액체연료에 포함되는 가스가 빠지기 때문에, 저유조보다 하류측에서, 액체연료의 유량 제어의 확실성을 증가시킬 수 있다. 이 때문에, 개질기 내에 유입되는 액체연료의 유량을 확실히 제어하고, 개질 성능의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 저유조보다 하류측에는 고압상태의 액체연료가 유입하지 않기 때문에, 고압에 대응한 설비의 필요는 없고, 저유조의 후단의 설비의 내구성을 향상시킬 수 있고, 저비용을 실현할 수 있다. In the fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention, a storage tank for storing liquid fuel is disposed between a desulfurizer and a reformer for desulfurization under high pressure, and the storage tank is formed with a gas extraction hole open to the atmosphere. have. Therefore, when the high-pressure liquid fuel desulfurized in the desulfurizer flows into the oil storage tank, the gas contained in the liquid fuel is separated from the liquid fuel, escapes from the gas extraction hole, and is discharged from the oil storage tank. Since the gas contained in the liquid fuel is released, the reliability of the flow rate control of the liquid fuel can be increased on the downstream side than the storage tank. For this reason, the flow volume of the liquid fuel which flows into a reformer can be controlled reliably, and the fall of reforming performance can be prevented. In addition, since the liquid fuel in the high pressure state does not flow in the downstream side from the oil storage tank, there is no need of a facility corresponding to a high pressure, and the durability of the equipment at the rear end of the oil storage tank can be improved, and low cost can be realized.
본 발명의 제 5 측면에 관계되는 연료전지 시스템에서는 바람직하게는 탈황기 내에 원연료를 정압으로 압송하는 정압 펌프와, 탈황기보다 하류측, 또한, 저유조보다 상류측에 배치된 캐필러리 튜브를 구비한다. In the fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention, preferably, a positive pressure pump for conveying the raw fuel at a constant pressure in the desulfurization unit, and a capillary tube disposed downstream from the desulfurizer and upstream from the storage tank. It is provided.
이 경우, 일정압으로 원연료가 탈황기 내에 유입되어, 탈황기로부터의 유출량은 스로틀되게 된다. 이 때문에, 고가의 펌프를 사용하지 않고, 탈황기 내의 압력을 대기압보다 높게 할 수 있고, 또한, 원연료(액체연료)의 유량을 낮게 유지할 수 있다. 일반적으로, 캐필러리 튜브 대신에, 오리피스나 니들 밸브 등을 이용하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 오리피스 부분의 유로를 길게 하기 위해서는 한계가 있기 때문에, 탈황기로부터 배출된 고압의 액체연료의 유량을 작게 하기 위해서는 오리피스 부분의 직경을 극히 작게 해야만 한다. 여기에서, 탈황기에 있어서는 탈황 촉매에 의해서 액체연료의 탈황을 행하였지만, 탈황기에 의해서 유황분이 제거된 액체연료 중에 탈황 촉매가 포함되어 있는 경우가 있다. 이 때문에, 오리피스나 니들 밸브 등을 이용한 경우, 탈황기로부터 유출된 탈황 촉매가 오리피스 부분의 유로에 막혀 버리는 경우가 있다. 이것에 대하여, 본 발명에 관계되는 연료전지 시스템에서는 상기한 바와 같이 캐필러리 튜브를 사용하고 있기 때문에, 캐필러리 튜브의 길이에 따라서, 캐필러리 튜브의 내경을 어느 정도 크게 할 수 있다. 이 때문에, 탈황 촉매에 의한 막힘이 극히 일어나기 어려워진다. In this case, the raw fuel flows into the desulfurizer at a constant pressure, and the flow rate from the desulfurizer is throttled. For this reason, the pressure in a desulfurizer can be made higher than atmospheric pressure, and the flow rate of a raw fuel (liquid fuel) can be kept low, without using an expensive pump. In general, it is also possible to use an orifice, a needle valve, or the like instead of the capillary tube. However, since the flow path of the orifice portion is limited, the diameter of the orifice portion must be made extremely small in order to reduce the flow rate of the high-pressure liquid fuel discharged from the desulfurizer. Here, in the desulfurization unit, the desulfurization catalyst is desulfurized by the desulfurization catalyst, but the desulfurization catalyst may be contained in the liquid fuel from which the sulfur content is removed by the desulfurization unit. For this reason, when an orifice, a needle valve, etc. are used, the desulfurization catalyst which flowed out from the desulfurizer may be blocked by the flow path of an orifice part. On the other hand, since the capillary tube is used in the fuel cell system which concerns on this invention as mentioned above, the inner diameter of a capillary tube can be enlarged to some extent according to the length of a capillary tube. For this reason, clogging by a desulfurization catalyst becomes extremely difficult to occur.
본 발명의 제 5 측면에 관계되는 연료전지 시스템에서는 바람직하게는 탈황기로부터 배출되는 액체연료와 가스를 분리하기 위한 기액 분리 용기와, 기액 분리 용기로부터 액체연료를 배출하기 위한 액체연료 배출 라인과, 기액 분리 용기로부터 가스를 배출하기 위한 가스 배출 라인과, 가스 배출 라인에 형성되고, 가스의 유통을 개방 및 폐쇄하는 개폐 밸브와, 가스 배출 라인에 있어서의 개폐 밸브의 하류측에 형성되고, 가스의 유통을 저해하는 스로틀과, 액체연료 배출 라인에 형성된 유량계를 구비하고, 캐필러리 튜브는 액체연료 배출 라인에 있어서의 유량계보다 상류측에 형성되고, 저유조는 액체연료 배출 라인에 있어서의 유량계보다 하류측에서, 액체연료 배출 라인과 연결되어 있다. In the fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention, Preferably, a liquid-liquid separation vessel for separating the liquid fuel and gas discharged from the desulfurizer, a liquid fuel discharge line for discharging the liquid fuel from the gas-liquid separation vessel, A gas discharge line for discharging gas from the gas-liquid separation vessel, an on / off valve formed in the gas discharge line to open and close the flow of gas, and a downstream side of the on / off valve in the gas discharge line, A flow meter formed in the liquid fuel discharge line; the capillary tube is formed upstream of the flow meter in the liquid fuel discharge line; On the downstream side, it is connected with a liquid fuel discharge line.
이 경우, 탈황기로부터 액체연료와 함께 배출된 가스는 기액 분리 용기에서 액체연료와 분리되어, 가스 배출 라인을 통해서 기액 분리 용기로부터 배출된다. 가스 배출 라인에는 가스의 유통을 개방 및 폐쇄하는 개폐 밸브의 하류측에, 가스의 유통을 저해하는 스로틀이 설치되어 있다. 이 때문에, 가스 배출 라인을 통해서 기액 분리 용기로부터 가스를 배출하기 위해서 개폐 밸브에 의해서 가스의 유통이 개방되어도, 스로틀에 의해서 탈황기 내의 압력의 저하가 억제된다. 따라서, 탈황기 내의 압력을 고압으로 유지함으로써, 원연료로부터 유황분을 확실히 제거하는 것이 가능해진다. 한편, 액체연료는 액체연료 배출 라인을 통해서, 저유조 내에 유입된다. 액체연료 배출 라인에는 유량계가 형성되어 있기 때문에, 가스와 분리한 액체연료의 유량을 안정적으로 계측할 수 있다. In this case, the gas discharged from the desulfurizer together with the liquid fuel is separated from the liquid fuel in the gas-liquid separation vessel and discharged from the gas-liquid separation vessel through the gas discharge line. In the gas discharge line, a throttle is provided on the downstream side of the on / off valve for opening and closing the flow of gas. For this reason, even if the flow of gas is opened by the on-off valve for discharging gas from the gas-liquid separation vessel through the gas discharge line, the drop in pressure in the desulfurizer is suppressed by the throttle. Therefore, by maintaining the pressure in the desulfurizer at a high pressure, it becomes possible to reliably remove the sulfur content from the raw fuel. On the other hand, the liquid fuel is introduced into the storage tank through the liquid fuel discharge line. Since the flowmeter is formed in the liquid fuel discharge line, it is possible to stably measure the flow rate of the liquid fuel separated from the gas.
본 발명의 제 5 측면에 관계되는 연료전지 시스템에서는 바람직하게는 저유조 내에 있어서의 액체연료의 저수위와 고수위를 검지하는 수위 센서와, 수위 센서가 저수위를 검지하고 나서 고수위를 검지할 때까지의 시간을 측정하는 타이머와, 타이머에 의한 측정시간에 기초하여, 액체연료의 유량을 산출하는 산출수단을 구비한다. In the fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention, preferably, the water level sensor for detecting the low and high water level of the liquid fuel in the low oil tank, and the time from when the water level sensor detects the low water level to detect the high water level And a calculating means for calculating a flow rate of the liquid fuel based on the timer for measuring the pressure and the measurement time by the timer.
이 경우, 수위 센서가, 저수위를 검지하고 나서 고수위를 검지할 때까지의 시간을 타이머에 의해서 측정하고, 산출수단이, 타이머에 의한 측정시간에 기초하 여 액체연료의 유량을 산출하기 때문에, 유량계를 별도 구비할 필요가 없어진다. 이것에 의해, 저비용화를 더욱 도모할 수 있다. In this case, the water level sensor measures the time from the low water level detection until the high water level is detected by the timer, and the calculation means calculates the flow rate of the liquid fuel based on the measurement time by the timer. There is no need to provide separately. This can further reduce the cost.
본 발명의 제 5 측면에 관계되는 연료전지 시스템에서는 바람직하게는 저유조의 하부는 탈황기로부터 액체연료와 함께 유입된 탈황 촉매편을 모으기 위한 촉매편 저류부로서 기능하고, 저유조 내에 있어서의 액체연료의 유입구와 유출구는 촉매편 저류부보다 위쪽에 위치하고 있다. In the fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention, preferably, the lower part of the storage tank functions as a catalyst piece storage unit for collecting the desulfurization catalyst pieces introduced together with the liquid fuel from the desulfurization unit, and the liquid fuel in the storage tank. The inlet and outlet of are located above the reservoir of the catalyst piece.
이 경우, 탈황기로부터 액체연료와 함께 유출된 탈황 촉매를, 저유조 내에 모아, 후단의 개질기 내에 유입하지 않도록 할 수 있다. 또한, 저유조 내의 액체연료의 유입구와 유출구는 촉매편 저류부보다 위쪽에 위치하고 있기 때문에, 액체연료의 유입 및 유출에 의해, 촉매편 저류부에 고인 촉매가 날아 올라, 저류조로부터 유출되어 개질기 내에 유입되는 것을 억제할 수 있다. In this case, the desulfurization catalyst which flowed out together with the liquid fuel from the desulfurization unit can be collected in the oil storage tank so as not to flow into the reformer of the subsequent stage. In addition, since the inlet and outlet of the liquid fuel in the oil storage tank are located above the storage portion of the catalyst piece, the catalyst accumulated in the storage portion of the catalyst piece rises by the inflow and outflow of the liquid fuel, flows out of the storage tank and flows into the reformer. Can be suppressed.
본 발명의 제 5 측면에 관계되는 연료전지 시스템에서는 바람직하게는 저유조의 아래쪽에 배치된 오일팬과, 한쪽의 개구가 저유조 내에 배치되고, 다른쪽의 개구가 저유조 밖에 배치되는 동시에 아래쪽 또한 오일팬을 향하여 배치된 오버플로 파이프와, 오일팬 내에 배치된 누설 센서를 구비한다. In the fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention, preferably, an oil pan disposed below the oil storage tank, one opening is disposed in the oil storage tank, and the other opening is disposed outside the oil storage tank, An overflow pipe disposed toward the fan and a leak sensor disposed in the oil pan.
이 경우, 어떠한 원인으로, 저유조 내에 액체연료가 채워졌다고 해도, 액체연료는 오버플로 파이프를 흘러 오일팬으로 흐른다. 그리고, 오일팬 내에 배치된 누설 센서에 의해서, 액체연료가 오일팬 내에 유입된 것을 검지할 수 있다. In this case, even if the liquid fuel is filled in the oil storage tank for some reason, the liquid fuel flows through the overflow pipe to the oil pan. The leak sensor disposed in the oil pan can detect that the liquid fuel has flowed into the oil pan.
본 발명의 제 5 측면에 관계되는 연료전지 시스템에서는 바람직하게는 개질기를 가열하는 버너와, 버너가 가스 추출 구멍으로부터 유출된 유출가스를 연소용 의 연료로서 사용하기 위한, 가스 배출 라인을 구비한다. The fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention is preferably provided with a burner for heating the reformer and a gas discharge line for using the effluent gas flowing out of the gas extraction hole as the fuel for combustion.
이 경우, 가스 추출 구멍으로부터 유출된 유출가스가 연료전지 시스템의 주위에 유출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 버너의 연료로서 유출가스를 사용하기 때문에 에너지 절감화에 기여할 수 있다. In this case, it is possible to prevent the outflow gas flowing out of the gas extraction hole from flowing around the fuel cell system. In addition, since the outflow gas is used as the fuel of the burner, it can contribute to energy saving.
본 발명의 제 5 측면에 관계되는 연료전지 시스템에 의하면, 고압하에서 탈황을 하는 경우에도, 탈황기의 후단의 설비의 내구성을 향상시킬 수 있고, 저비용을 실현하는 동시에 성능 저하를 방지할 수 있다. According to the fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention, even in the case of desulfurization under high pressure, the durability of the equipment at the rear stage of the desulfurizer can be improved, low cost can be realized, and performance deterioration can be prevented.
(본 발명의 제 6 측면) (6th aspect of this invention)
연료전지 시스템에서는 액체연료 등을 원연료로 하고, 이 액체연료 등을 개질기에 있어서 개질하여 수소를 포함하는 개질가스를 제조하고, 이 개질가스와 산소를 포함하는 가스를 반응시키는 것으로 발전하고 있다. In fuel cell systems, liquid fuel or the like is used as a raw fuel, and the liquid fuel or the like is reformed in a reformer to produce a reformed gas containing hydrogen, and the reformed gas is reacted with a gas containing oxygen.
그런데, 액체연료로서 등유 등의 유황분을 포함하는 것을 사용하는 경우, 액체연료 중에 존재하는 유황분에 개질 촉매가 노출되는 것으로, 개질 촉매가 유황 피독(被毒)하여, 수명의 단축 등의 성능 열화가 생겨 버린다. 이 때문에, 개질 촉매의 열화를 방지하기 위해서, 연료전지 시스템은 일반적으로, 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황기를 구비하고 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 2004-213941호 참조). By the way, when a liquid fuel containing sulfur content, such as kerosene, is used, the reforming catalyst is exposed to the sulfur content present in the liquid fuel, and the reforming catalyst is poisoned with sulfur, resulting in deterioration of performance such as shortening of life. It occurs. For this reason, in order to prevent deterioration of a reforming catalyst, a fuel cell system generally includes a desulfurizer for removing sulfur content from liquid fuel (see, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-213941).
그런데, 탈황 촉매의 성능을 발현시키기 위해서, 탈황기 내의 온도를 고온(예를 들면, 200℃ 정도)으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같이 탈황기 안이 고온이면, 기체(메탄가스나 수소가스 등)가 발생하는 것으로, 공급하는 액체연 료(등유)의 유량이 저하되기 쉬워지거나, 액체연료(등유)가 기화하여 코킹(탈황 촉매의 표면에 탄소가 석출하는 것)이 발생하여, 탈황 촉매의 내구성이 저하되기 쉬워지거나 하기 때문에, 이들을 억제하기 위해서, 탈황기 내의 압력을 고압(예를 들면, 0.5MPa 정도)으로 하는 것이 바람직하다. By the way, in order to express the performance of a desulfurization catalyst, it is preferable to make temperature in a desulfurizer high temperature (for example, about 200 degreeC). In this way, when the desulfurizer is at a high temperature, gas (methane gas, hydrogen gas, etc.) is generated, so that the flow rate of the liquid fuel (kerosene) to be supplied is easily lowered, or the liquid fuel (kerosene) is vaporized and caulked ( Since carbon precipitates on the surface of the desulfurization catalyst, and the durability of the desulfurization catalyst tends to be lowered, so that the pressure in the desulfurizer is set to a high pressure (for example, about 0.5 MPa) in order to suppress them. desirable.
그러나, 탈황기 안을 고온고압으로 한 경우, 액체연료의 유량이 커져 버린다. 이 때문에, 액체연료를 극히 저유량(예를 들면, 1kW의 연료전지 시스템일 때에 10g/min 이하)으로 송액(送液)할 필요가 있는 소형의 연료전지 시스템에서는, 어떻게 하여 액체연료의 유량을 낮게 제어할지가 과제였다. 이 때, 저유량 펌프를 이용하는 것도 생각할 수 있지만, 저유량 펌프는 대단히 고가이고, 현실적인 선택지가 아니었다. However, when the desulfurizer is subjected to high temperature and high pressure, the flow rate of the liquid fuel increases. For this reason, in a small fuel cell system that needs to supply liquid fuel at extremely low flow rate (for example, 10 g / min or less in a 1 kW fuel cell system), the flow rate of the liquid fuel can be reduced. The challenge was to control it low. At this time, it is conceivable to use a low flow rate pump, but the low flow rate pump is extremely expensive and not a realistic option.
그래서, 본 발명의 제 6 측면은 저유량에서의 액체연료의 송액을 간편히 또한 저비용으로 실현하는 것이 가능한 연료전지 시스템 및 개질 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is therefore an object of the sixth aspect of the present invention to provide a fuel cell system and a reforming system capable of easily and at low cost delivering liquid fuel at low flow rates.
본 발명의 제 6 측면에 관계되는 연료전지 시스템은 액체연료를 송출하는 펌프와, 펌프의 하류측에 배치되어, 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황기와, 탈황기의 하류측에 배치되어, 탈황기에 의해서 유황분이 제거된 액체연료가 통과하는 캐필러리 튜브와, 캐필러리 튜브의 하류측에 배치되어, 탈황기에 의해서 유황분이 제거된 액체연료를 사용하여, 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질기와, 개질기에 의해서 생성된 개질가스를 사용하여 발전을 행하는 연료전지 스택을 구비하는 것을 특징으로 한다. The fuel cell system according to the sixth aspect of the present invention includes a pump for delivering liquid fuel, a desulfurizer disposed downstream of the pump, and a sulfur desulfurizer disposed at a downstream side of the desulfurizer. A reformer for producing a reformed gas containing hydrogen by using a capillary tube through which the liquid fuel from which sulfur is removed is passed, and a liquid fuel from which sulfur is removed by a desulfurizer, disposed downstream of the capillary tube. And a fuel cell stack for generating power using reformed gas generated by the reformer.
본 발명의 제 6 측면에 관계되는 연료전지 시스템에서는 탈황기의 하류측에 캐필러리 튜브를 배치하고 있다. 이 때문에, 캐필러리 튜브의 내경이나 길이를 적절하게 선택하는 것으로, 고가의 펌프를 사용하지 않고, 탈황기 내의 압력 및 액체연료의 유량을 원하는 크기로 할 수 있다. 그 결과, 저유량에서의 액체연료의 송액을 간편히 또한 저비용으로 실현하는 것이 가능해진다. In the fuel cell system according to the sixth aspect of the present invention, the capillary tube is disposed downstream of the desulfurizer. Therefore, by appropriately selecting the inner diameter and the length of the capillary tube, the pressure in the desulfurizer and the flow rate of the liquid fuel can be made a desired size without using an expensive pump. As a result, it is possible to realize the liquid feed at low flow rate easily and at low cost.
그런데, 캐필러리 튜브 대신에, 오리피스나 니들 밸브 등을 이용하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 오리피스 부분의 유로를 길게 하기 위해서는 한계가 있기 때문에, 탈황기로부터 배출된 고압의 액체연료의 유량을 작게 하기 위해서는 오리피스 부분의 직경을 극히 작게 해야만 한다. 여기에서, 탈황기에 있어서는 탈황 촉매에 의해서 액체연료를 탈황하고 있지만, 탈황기에 의해서 유황분이 제거된 액체연료 중에 탈황 촉매가 포함되어 있는 경우가 있다. 이 때문에, 오리피스나 니들 밸브 등을 이용한 경우, 탈황기로부터 유출된 탈황 촉매가 오리피스 부분의 유로에 막혀 버리는 경우가 있다. By the way, it is also possible to use an orifice, a needle valve, or the like instead of the capillary tube. However, since the flow path of the orifice portion is limited, the diameter of the orifice portion must be made extremely small in order to reduce the flow rate of the high-pressure liquid fuel discharged from the desulfurizer. Here, in the desulfurization unit, the liquid fuel is desulfurized by the desulfurization catalyst, but the desulfurization catalyst may be contained in the liquid fuel from which sulfur content is removed by the desulfurization unit. For this reason, when an orifice, a needle valve, etc. are used, the desulfurization catalyst which flowed out from the desulfurizer may be blocked by the flow path of an orifice part.
그러나, 본 발명의 제 6 측면에 관계되는 연료전지 시스템에서는 상기한 바와 같이 캐필러리 튜브를 사용하고 있기 때문에, 캐필러리 튜브의 길이에 따라서, 캐필러리 튜브의 내경을 어느 정도 크게 할 수 있다. 이 때문에, 탈황 촉매에 의한 막힘이 극히 일어나기 어렵게 되어 있다. However, in the fuel cell system according to the sixth aspect of the present invention, since the capillary tube is used as described above, the inner diameter of the capillary tube can be increased to some extent depending on the length of the capillary tube. have. For this reason, clogging by a desulfurization catalyst is extremely unlikely to occur.
바람직하게는 펌프가 정압 펌프이다. 이와 같이 하면, 탈황기 내의 압력의 관리가 용이해진다. Preferably the pump is a constant pressure pump. In this way, management of the pressure in a desulfurizer becomes easy.
바람직하게는 캐필러리 튜브의 내경이 0.1mm 내지 0.7mm이다. 캐필러리 튜 브의 내경이 O.1mm 미만이면, 탈황 촉매에 의해서 캐필러리 튜브가 막히기 쉬워지는 경향이 있다. 캐필러리 튜브의 내경이 0.7mm를 초과하면, 탈황기 안을 고압으로 유지하면서 저유량으로 액체연료의 송액을 하기 위해서, 필요한 캐필러리 튜브의 전체 길이가 길어져 버려, 콤팩트화가 곤란해지는 경향이 있다. Preferably the inner diameter of the capillary tube is 0.1mm to 0.7mm. If the inner diameter of the capillary tube is less than 0.1 mm, the capillary tube tends to be clogged by the desulfurization catalyst. When the inner diameter of the capillary tube exceeds 0.7 mm, the total length of the required capillary tube is lengthened in order to supply liquid fuel at low flow rate while maintaining the inside of the desulfurizer at a high pressure, which tends to make compacting difficult. .
바람직하게는 캐필러리 튜브가 나선형으로 권취되어 있다. 이와 같이 하면, 캐필러리 튜브의 전체 길이가 긴 경우에도, 부풀기 어려워진다. Preferably the capillary tube is spirally wound. This makes it difficult to swell even when the entire length of the capillary tube is long.
한편, 본 발명의 제 6 측면에 관계되는 개질 시스템은 액체연료를 송출하는 펌프와, 펌프의 하류측에 배치되어, 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황기와, 탈황기의 하류측에 배치되어, 탈황기에 의해서 유황분이 제거된 액체연료가 통과하는 캐필러리 튜브와, 캐필러리 튜브의 하류측에 배치되어, 탈황기에 의해서 유황분이 제거된 액체연료를 사용하여, 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질기를 구비하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the reforming system according to the sixth aspect of the present invention is a pump for delivering liquid fuel, a desulfurizer disposed on the downstream side of the pump to remove sulfur from the liquid fuel, and disposed downstream of the desulfurizer. A capillary tube through which the liquid fuel from which sulfur is removed by gas flows and a liquid fuel from which sulfur is removed by a desulfurizer are generated on the downstream side of the capillary tube to generate reformed gas containing hydrogen. It is characterized by including a reformer.
본 발명의 제 6 측면에 관계되는 개질 시스템에서는 탈황기의 하류측에 캐필러리 튜브를 배치하고 있다. 이 때문에, 캐필러리 튜브의 내경이나 길이를 적절하게 선택하는 것으로, 고가의 펌프를 사용하지 않고, 탈황기 내의 압력 및 액체연료의 유량을 원하는 크기로 할 수 있다. 그 결과, 저유량에서의 액체연료의 송액을 간편히 또한 저비용으로 실현하는 것이 가능해진다. In the reforming system according to the sixth aspect of the present invention, the capillary tube is disposed downstream of the desulfurizer. Therefore, by appropriately selecting the inner diameter and the length of the capillary tube, the pressure in the desulfurizer and the flow rate of the liquid fuel can be made a desired size without using an expensive pump. As a result, it is possible to realize the liquid feed at low flow rate easily and at low cost.
그런데, 캐필러리 튜브 대신에, 오리피스나 니들 밸브 등을 이용하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 오리피스 부분의 유로를 길게 하기 위해서는 한계가 있기 때문에, 탈황기로부터 배출된 고압의 액체연료의 유량을 작게 하기 위해서는 오 리피스 부분의 직경을 극히 작게 해야만 한다. 여기에서, 탈황기에 있어서는 탈황 촉매에 의해서 액체연료를 탈황하였지만, 탈황기에 의해서 유황분이 제거된 액체연료 중에 탈황 촉매가 포함되어 있는 경우가 있다. 이 때문에, 오리피스나 니들 밸브 등을 이용한 경우, 탈황기로부터 유출된 탈황 촉매가 오리피스 부분의 유로에 막혀 버리는 경우가 있다. By the way, it is also possible to use an orifice, a needle valve, or the like instead of the capillary tube. However, since the flow path of the orifice portion is limited, the diameter of the orifice portion must be made extremely small in order to reduce the flow rate of the high-pressure liquid fuel discharged from the desulfurizer. Here, in the desulfurization unit, although the liquid fuel is desulfurized by the desulfurization catalyst, the desulfurization catalyst may be contained in the liquid fuel from which sulfur content is removed by the desulfurization unit. For this reason, when an orifice, a needle valve, etc. are used, the desulfurization catalyst which flowed out from the desulfurizer may be blocked by the flow path of an orifice part.
그러나, 본 발명의 제 6 측면에 관계되는 개질 시스템에서는 상기한 바와 같이 캐필러리 튜브를 사용하고 있기 때문에, 캐필러리 튜브의 길이에 따라서, 캐필러리 튜브의 내경을 어느 정도 크게 할 수 있다. 이 때문에, 탈황 촉매에 의한 막힘이 극히 일어나기 어렵게 되어 있다. However, since the capillary tube is used in the reforming system according to the sixth aspect of the present invention as described above, the inner diameter of the capillary tube can be increased to some extent depending on the length of the capillary tube. . For this reason, clogging by a desulfurization catalyst is extremely unlikely to occur.
바람직하게는 펌프가 정압 펌프이다. 이와 같이 하면, 탈황기 내의 압력의 관리가 용이해진다. Preferably the pump is a constant pressure pump. In this way, management of the pressure in a desulfurizer becomes easy.
바람직하게는 캐필러리 튜브의 내경이 0.1mm 내지 0.7mm이다. 캐필러리 튜브의 내경이 O.1mm 미만이면, 탈황 촉매에 의해서 캐필러리 튜브가 막히기 쉬워지는 경향이 있다. 캐필러리 튜브의 내경이 0.7mm를 초과하면, 탈황기 안을 고압으로 유지하면서 저유량으로 액체연료의 송액을 하기 위해서, 필요한 캐필러리 튜브의 전체 길이가 길어져 버려, 콤팩트화가 곤란해지는 경향이 있다. Preferably the inner diameter of the capillary tube is 0.1mm to 0.7mm. When the inner diameter of the capillary tube is less than 0.1 mm, the capillary tube tends to be clogged by the desulfurization catalyst. When the inner diameter of the capillary tube exceeds 0.7 mm, the total length of the required capillary tube is lengthened in order to supply liquid fuel at low flow rate while maintaining the inside of the desulfurizer at a high pressure, which tends to make compacting difficult. .
바람직하게는 캐필러리 튜브가 나선형으로 권취되어 있다. 이와 같이 하면, 캐필러리 튜브의 전체 길이가 긴 경우에도, 부풀기 어려워진다. Preferably the capillary tube is spirally wound. This makes it difficult to swell even when the entire length of the capillary tube is long.
본 발명의 제 6 측면에 의하면, 저유량에서의 액체연료의 송액을 간편히 또한 저비용으로 실현하는 것이 가능한 연료전지 시스템 및 개질 시스템을 제공할 수 있다. According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to provide a fuel cell system and a reforming system capable of easily and inexpensively delivering liquid fuel at a low flow rate.
(제 1 실시형태) (1st embodiment)
이하, 제 1 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)에 관해서, 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, the
도 1은 제 1 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템의 1실시형태의 구성도이다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 연료전지 시스템(1)은 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질장치(2)와, 개질장치(2)에 공급하기 위한 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황장치(3)와, 개질장치(2)에 의해서 생성된 개질가스를 사용하여 발전을 행하는 연료전지 스택(4)을 구비하고 있다. 연료전지 시스템(1)은 예를 들면, 가정용의 전력 공급원으로서 이용됨으로써, 용이하게 입수할 수 있고 또한 독립적으로 저장할 수 있다고 하는 관점에서, 액체연료로서 등유가 사용되고 있다. 1 is a configuration diagram of one embodiment of a fuel cell system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
개질장치(2)는 액체연료를 수증기 개질하여 개질가스를 생성하는 개질기(5)와, 개질기(5) 내에 수용된 개질 촉매를 가열하는 버너(6)를 갖고 있다. 버너(6)는 수증기 개질 반응을 촉진하는 개질 촉매를 가열하는 것으로, 촉매 반응을 효과적으로 발휘시키기 위해서 필요한 열을 개질 촉매에 공급한다. 개질기(5)에서는 탈황장치(3)로부터 도입된 액체연료가 기화하여 원료가스가 되고, 개질 촉매에 의해서, 원료가스와 수증기(물)의 수증기 개질 반응이 촉진되어, 수소가 풍부한 개질 가스가 생성된다. The
연료전지 스택(4)은 복수의 전지 셀이 겹쳐져 구성된 고체 고분자형 연료전지 스택이고, 개질장치(2)에서 얻어진 개질가스를 사용하여 발전을 행한다. 각 전지 셀은 애노드와, 캐소드와, 애노드와 캐소드의 사이에 배치된 전해질인 고분자의 이온 교환막을 갖고 있다. 각 전지 셀에 있어서는 애노드에 개질가스가 도입되는 동시에 캐소드에 공기가 도입되어, 전기화학적인 발전 반응이 행하여진다. The
도 2는 도 1의 연료전지 시스템이 구비하는 탈황장치의 구성도이다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 탈황장치(3)는 개질기(5)에 공급하기 위한 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황 촉매(7a)를 수용하는 탈황기(7)를 갖고 있다. 탈황 촉매(7a)는 히터(8; 가열수단)에 의해서 소정의 온도로 가열된다. 탈황기(7)의 상류측에는 탈황기(7) 내에 대한 액체연료의 도입량을 조절하는 입구 밸브(9; 액체연료 도입수단)가 형성되어 있다. 또, 입구 밸브(9)의 상류측에는 탈황기(7) 내에 액체연료를 압송하는 펌프(11; 액체연료 도입수단)가 형성되어 있다. 한편, 탈황기(7)의 하류측에는 탈황기(7) 내로부터의 액체연료의 도출량을 조절하는 출구 밸브(12; 액체연료 도출수단)가 형성되어 있다. FIG. 2 is a configuration diagram of a desulfurization apparatus included in the fuel cell system of FIG. 1. As shown in FIG. 2, the
또한, 탈황기(7)에는 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도를 측정하는 온도계(13; 온도 측정수단)가 형성되어 있다. 또, 탈황기(7)와 입구 밸브(9)의 사이에는 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력을 측정하는 압력계(14; 압력 측정수단)가 형성되어 있다. 제어부(15; 제어수단)는 온도계(13)에 의해서 측정된 온도 및 압력계(14)에 의해서 측정된 압력에 기초하여, 히터(8), 입구 밸브(9), 펌프(11) 및 출 구 밸브(12)를 제어한다. Further, a
도 1에 도시되는 바와 같이, 탈황장치(3)에는 유황분이 제거된 액체연료가 유통하는 액체연료 유통 라인(16)의 일단이 접속되어 있고, 액체연료 유통 라인(16)의 타단은 탈황장치(3)보다도 위쪽에 배치된 저류 용기(19)의 측벽에 접속되어 있다. 저류 용기(19)의 바닥벽에는 저류 용기(19) 내에서 아래쪽에 저류된 액체연료를 개질기(5)에 도입하기 위한 펌프(22)가 설치된 액체연료 유통 라인(23), 및 동 액체연료를 버너(6)에 도입하기 위한 펌프(24)가 설치된 액체연료 유통 라인(25)이 접속되어 있다. 또, 버너(6)에는 버너(6)에 공기를 도입하기 위한 펌프(26)가 설치된 공기 유통 라인(27)이 접속되어 있다. 이와 같이, 저류 용기(19)에 액체연료를 일단 저류하는 것으로, 펌프(22)에 의한 개질기(5)에 대한 액체연료의 공급, 및 펌프(24)에 의한 버너(6)에 대한 액체연료의 공급을 안정화시킬 수 있다. As shown in FIG. 1, one end of a liquid
이상과 같이 구성된 연료전지 시스템(1)에 있어서는 액체연료는 우선 탈황장치(3)의 탈황기(7)에 도입되어, 고온·고압의 상태에서 탈황 촉매(7a)에 의해서 유황분이 제거된다. 탈황기(7)로부터 도출된 액체연료는 액체연료 유통 라인(16)을 통해서 저류 용기(19)에 저류된다. 저류 용기(19)에 저류된 액체연료는 액체연료 유통 라인(23)을 통해서 개질기(5)에 도입된다. 이 때, 버너(6)에는 액체연료 유통 라인(25)을 통해서 액체연료가 도입되는 동시에, 공기 유통 라인(27)을 통해서 공기가 도입된다. 이것에 의해, 개질기(5)에서는 연소하는 버너(6)에 의해서 개질 촉매가 가열되고, 액체연료가 사용되어 개질가스가 생성된다. 개질기(5)에서 생성 된 개질가스는 연료전지 스택(4)에 도입되고, 연료전지 스택(4)에서는 개질가스가 사용되어 발전이 행하여진다. In the
다음에, 탈황장치(3)의 동작에 관해서 설명한다. 도 3은 도 2의 탈황장치에 있어서의 탈황기 내의 액체연료의 온도와 압력의 관계를 도시하는 그래프이고, 도 4는 도 2의 탈황장치의 기동 동작을 도시하는 플로차트이다. Next, the operation of the
도 3에 도시되는 바와 같이, 제어부(15)는 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도마다, 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력의 목표치를 데이터 테이블로서 기억하고 있다. 이 압력의 목표치는 각 온도에 있어서의 액체연료의 포화 증기압 이상 또한 탈황기(7)의 내압 이하로 설정되어 있다. 요컨대, 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도에 따라서, 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력을 목표치로 유지하면, 액체연료의 기화가 방지되게 된다. As shown in FIG. 3, the
도 4에 도시되는 바와 같이, 탈황장치(3)의 기동 동작이 개시되면, 온도계(13)에 의해서 측정된 온도, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 A보다도 높은지의 여부를 제어부(15)가 판단한다(스텝 S11). 그 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 A보다도 낮은 경우에는, 탈황기(7) 내의 탈황 촉매(7a)를 가열하기 위해서 제어부(15)가 히터(8)를 작동시키고(스텝 S12), 스텝 S11의 판단처리로 되돌아간다. As shown in FIG. 4, when the starting operation of the
스텝 S11의 판단처리의 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 A보다도 높은 경우에는 압력계(14)에 의해서 측정된 압력, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 X보다도 높은지의 여부를 제어부(15)가 판단한다(스텝 S13). 그 결과, 탈황 기(7) 내의 액체연료의 압력이 X보다도 낮은 경우에는, 탈황기(7) 내에 액체연료를 도입시키기 위해서 제어부(15)가 펌프(11)를 작동시키는 동시에 입구 밸브(9)를 열고(스텝 S14), 또 히터(8)를 정지시키고(스텝 S15), 스텝 S13의 판단처리로 되돌아간다. As a result of the determination process of step S11, when the temperature of the liquid fuel in the
스텝 S13의 판단처리의 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 X보다도 높은 경우에는, 제어부(15)가 펌프(11)를 정지시키는 동시에 입구 밸브(9)를 닫는다(스텝 S16). 그리고, 온도계(13)에 의해서 측정된 온도, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 B(>A)보다도 높은지의 여부를 제어부(15)가 판단한다(스텝 S17). 그 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 B보다도 낮은 경우에는, 탈황기(7) 내의 탈황 촉매(7a)를 가열하기 위해서 제어부(15)가 히터(8)를 작동시키고(스텝 S18), 스텝 S17의 판단처리로 되돌아간다. As a result of the determination process of step S13, when the pressure of the liquid fuel in the
스텝 S17의 판단처리의 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 B보다도 높은 경우에는 압력계(14)에 의해서 측정된 압력, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 Y(>X)보다도 높은지의 여부를 제어부(15)가 판단한다(스텝 S19). 그 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 Y보다도 낮은 경우에는, 탈황기(7) 내에 액체연료를 도입시키기 위해서 제어부(15)가 펌프(11)를 작동시키는 동시에 입구 밸브(9)를 열고(스텝 S20), 또 히터(8)를 정지시키고(스텝 S21), 스텝 S19의 판단처리로 되돌아간다. As a result of the determination process of step S17, when the temperature of the liquid fuel in the
스텝 S19의 판단처리의 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 Y보다도 높은 경우에는, 제어부(15)가 펌프(11)를 정지시키는 동시에 입구 밸브(9)를 닫는다 (스텝 S22). 그리고, 온도계(13)에 의해서 측정된 온도, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 C(>B)보다도 높은지의 여부를 제어부(15)가 판단한다(스텝 S23). 그 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 C보다도 낮은 경우에는, 탈황기(7) 내의 탈황 촉매(7a)를 가열하기 위해서 제어부(15)가 히터(8)를 작동시키고(스텝 S24), 스텝 S23의 판단처리로 되돌아간다. As a result of the determination process of step S19, when the pressure of the liquid fuel in the
스텝 S23의 판단처리의 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 C보다도 높은 경우에는 압력계(14)에 의해서 측정된 압력, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 Z(>Y)보다도 높은지의 여부를 제어부(15)가 판단한다(스텝 S25). 그 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 Z보다도 낮은 경우에는, 탈황기(7) 내에 액체연료를 도입시키기 위해서 제어부(15)가 펌프(11)를 작동시키는 동시에 입구 밸브(9)를 열고(스텝 S26), 또 히터(8)를 정지시키고(스텝 S27), 스텝 S25의 판단처리로 되돌아간다. As a result of the determination process of step S23, when the temperature of the liquid fuel in the
스텝 S25의 판단처리의 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 Z보다도 높은 경우에는, 제어부(15)가 펌프(11)를 정지시키는 동시에 입구 밸브(9)를 닫는다(스텝 S28). 그리고, 온도계(13)에 의해서 측정된 온도, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 D(>C)보다도 높은지의 여부를 제어부(15)가 판단한다(스텝 S29). 그 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 D보다도 낮은 경우에는, 탈황기(7) 내의 탈황 촉매(7a)를 가열하기 위해서 제어부(15)가 히터(8)를 작동시키고(스텝 S30), 스텝 S29의 판단처리로 되돌아간다. As a result of the determination process of step S25, when the pressure of the liquid fuel in the
스텝 S29의 판단처리의 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 D보다도 높 은 경우에는 그 온도로 탈황을 하여, 유황분이 제거된 액체연료를 개질장치(2)에 공급하기 위해서, 펌프(11)를 작동시키는 동시에 입구 밸브(9) 및 출구 밸브(12)를 열어, 탈황장치(3)의 기동 동작이 종료가 된다. As a result of the determination process in step S29, when the temperature of the liquid fuel in the
이상 설명한 바와 같이, 연료전지 시스템(1)의 탈황장치(3)에 있어서는 온도계(13)에 의해서 측정되는 온도, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 소정의 온도가 되고, 압력계(14)에 의해서 측정되는 압력, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 소정의 온도에 있어서의 액체연료의 포화 증기압 이상 또한 탈황기의 내압 이하의 소정의 압력(즉 목표치)이 되도록, 제어부(15)가, 히터(8), 입구 밸브(9), 펌프(11) 및 출구 밸브(12)를 제어한다. 이것은 탈황장치(3)의 기동 동작시뿐만 아니라, 탈황장치(3)의 정상 동작시 및 정지 동작시에 있어서도 동일하다. 따라서, 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도를 상승시켜도, 액체연료가 기화되는 것을 방지할 수 있고, 그 결과, 효율이 좋은 탈황, 및 탈황 촉매(7a)의 열화 억제를 실현하는 것이 가능해진다. As described above, in the
또한, 압력계(14)에 의해서 측정되는 압력을 상승시키는 경우에는, 제어부(15)는 펌프(11)를 작동시키는 동시에 입구 밸브(9)를 열어 액체연료의 도입량을 증가시키는 동시에, 출구 밸브(12)를 닫고 액체연료의 도출량을 감소시킨다. 한편, 압력계(14)에 의해서 측정되는 압력을 저하시키는 경우에는, 제어부(15)는 펌프(11)를 정지시키는 동시에 입구 밸브(9)를 닫고 액체연료의 도입량을 감소시키는 동시에, 출구 밸브(12)를 열어 액체연료의 도출량을 증가시킨다. 이것에 의해, 압력계(14)에 의해서 측정되는 압력, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력을, 신속히 또한 확실히 상승 또는 저하시킬 수 있다. 또, 「입구 밸브(9(또는 출구 밸브(12))를 닫는다」란 밸브를 완전히 닫고 유량이 0이 되는 경우뿐만 아니라, 밸브를 불완전하게 닫아 유량이 감소하는 경우도 포함하는 의미이다. In addition, when raising the pressure measured by the
본 발명의 제 1 측면은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. The 1st aspect of this invention is not limited to embodiment mentioned above.
예를 들면, 연료전지 스택(4)은 고체 고분자형 연료전지 스택에 한정되지 않고, 고체 산화물형 연료전지 스택 등이어도 좋다. For example, the
또한, 개질기(5)는 수증기 개질하는 것에 한정되지 않고, 부분 산화 개질이나 자기(自己) 열 개질하는 것이어도 좋다. 개질기(5)에 의한 개질방법은 등유 외에, 가솔린, 나프타, 경유, 메탄올, 에탄올, DME(디메틸에테르), 바이오매스를 이용한 바이오연료 등, 액체연료의 특성에 따른 것이 된다. The
(제 2 실시형태) (2nd embodiment)
이하, 제 2 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)에 관해서, 도 5 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, the
도 5는 제 2 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)의 1실시형태의 구성도이다. 도 5에 도시되는 바와 같이, 연료전지 시스템(1)은 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질장치(2)와, 개질장치(2)에 공급하기 위한 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황장치(3)와, 개질장치(2)에 의해서 생성된 개질가스를 사용하여 발전을 행하는 연료전지 스택(4)을 구비하고 있다. 연료전지 시스템(1)은 예를 들면, 가정용의 전력 공급원으로서 이용됨으로써, 용이하게 입수할 수 있고 또한 독립적으로 저장할 수 있다고 하는 관점에서, 액체연료로서 등유가 사용되고 있다. 5 is a configuration diagram of one embodiment of a
개질장치(2)는 액체연료를 수증기 개질하여 개질가스를 생성하는 개질기(5)와, 개질기(5) 내에 수용된 개질 촉매를 가열하는 버너(6)를 갖고 있다. 버너(6)는 수증기 개질 반응을 촉진하는 개질 촉매를 가열하는 것으로, 촉매 반응을 효과적으로 발휘시키기 위해서 필요한 열을 개질 촉매에 공급한다. 개질기(5)에서는 탈황장치(3)로부터 도입된 액체연료가 기화하여 원료가스가 되고, 개질 촉매에 의해서, 원료가스와 수증기(물)의 수증기 개질 반응이 촉진되어, 수소가 풍부한 개질가스가 생성된다. The
연료전지 스택(4)은 복수의 전지 셀이 겹쳐져 구성된 고체 고분자형 연료전지 스택이고, 개질장치(2)에서 얻어진 개질가스를 사용하여 발전을 행한다. 각 전지 셀은 애노드와, 캐소드와, 애노드와 캐소드의 사이에 배치된 전해질인 고분자의 이온 교환막을 갖고 있다. 각 전지 셀에 있어서는 애노드에 개질가스가 도입되는 동시에 캐소드에 공기가 도입되어, 전기화학적인 발전 반응이 행하여진다. The
도 6은 도 5의 연료전지 시스템이 구비하는 탈황장치의 구성도이다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 탈황장치(3)는 개질기(5)에 공급하기 위한 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황 촉매(7a)를 수용하는 탈황기(7)를 갖고 있다. 탈황 촉매(7a)는 히터(8; 가열수단)에 의해서 소정의 온도로 가열된다. 탈황기(7)의 상류측에는 탈황기(7) 내에 대한 액체연료의 도입량을 조절하는 입구 밸브(9; 액체연료 도입수단)가 형성되어 있다. 또, 입구 밸브(9)의 상류측에는 탈황기(7) 내에 액체연료를 압송하는 펌프(11; 액체연료 도입수단)가 형성되어 있다. 한편, 탈황기(7)의 하류측에는 탈황기(7) 내로부터의 액체연료의 도출량을 조절하는 출구 밸브(12; 액체연료 도출수단)가 형성되어 있다. 6 is a configuration diagram of a desulfurization apparatus included in the fuel cell system of FIG. 5. As shown in FIG. 6, the
또한, 탈황기(7)에는 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도를 측정하는 온도계(13; 온도 측정수단)가 형성되어 있다. 또, 탈황기(7)와 입구 밸브(9)의 사이에는 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력을 측정하는 압력계(14; 압력 측정수단)가 형성되어 있다. 제어부(15; 제어수단)는 소정의 신호가 출력되면, 그 신호에 따라서, 히터(8), 입구 밸브(9), 펌프(11) 및 출구 밸브(12)를 제어한다. 또, 소정의 신호란 기동 신호, 정지 신호, 일시정지 신호, 운전 재개 신호이다. Further, a
도 5에 도시되는 바와 같이, 탈황장치(3)에는 유황분이 제거된 액체연료가 유통하는 액체연료 유통 라인(16)의 일단이 접속되어 있고, 액체연료 유통 라인(16)의 타단은 탈황장치(3)보다도 위쪽에 배치된 저류 용기(19)의 측벽에 접속되어 있다. 저류 용기(19)에는 저류량을 측정하는 레벨러(20; 저류량 측정수단)가 형성되어 있다. 레벨러(20)는 저류 용기(19) 내의 저류량이 제 1 저류량에 도달한 경우에는, 제어부(15)에 일시정지 신호를 출력하고, 저류 용기(19) 내의 저류량이 제 1 저류량보다도 저위의 제 2 저류량으로 감소하여 도달한 경우에는, 제어부(15)에 운전 재개 신호를 출력한다. As shown in FIG. 5, one end of a liquid
또한, 저류 용기(19)의 바닥벽에는 저류 용기(19) 내에서 아래쪽에 저류된 액체연료를 개질기(5)에 도입하기 위한 펌프(22)가 설치된 액체연료 유통 라인(23), 및 동 액체연료를 버너(6)에 도입하기 위한 펌프(24)가 설치된 액체연료 유통 라인(25)이 접속되어 있다. 또, 버너(6)에는 버너(6)에 공기를 도입하기 위한 펌프(26)가 설치된 공기 유통 라인(27)이 접속되어 있다. 이와 같이, 저류 용 기(19)에 액체연료를 일단 저류하는 것으로, 펌프(22)에 의한 개질기(5)에 대한 액체연료의 공급, 및 펌프(24)에 의한 버너(6)에 대한 액체연료의 공급을 안정화시킬 수 있다. The bottom wall of the
이상과 같이 구성된 연료전지 시스템(1)에 있어서는 액체연료는 우선 탈황장치(3)의 탈황기(7)에 도입되어, 고온·고압의 상태에서 탈황 촉매(7a)에 의해서 유황분이 제거된다. 탈황기(7)로부터 도출된 액체연료는 액체연료 유통 라인(16)을 통해서 저류 용기(19)에 저류된다. 저류 용기(19)에 저류된 액체연료는 액체연료 유통 라인(23)을 통해서 개질기(5)에 도입된다. 이 때, 버너(6)에는 액체연료 유통 라인(25)을 통해서 액체연료가 도입되는 동시에, 공기 유통 라인(27)을 통해서 공기가 도입된다. 이것에 의해, 개질기(5)에서는 연소하는 버너(6)에 의해서 개질 촉매가 가열되고, 액체연료가 사용되어 개질가스가 생성된다. 개질기(5)에서 생성된 개질가스는 연료전지 스택(4)에 도입되고, 연료전지 스택(4)에서는 개질가스가 사용되어 발전이 행하여진다. In the
다음에, 탈황장치(3)의 동작에 관해서 설명한다. 도 7은 도 6의 탈황장치에 있어서의 운전상태와 설정온도의 관계의 일례를 도시하는 도면이고, 도 8은 도 6의 탈황장치의 동작을 도시하는 플로차트이다. Next, the operation of the
도 7에 도시되는 바와 같이, 제어부(15)는 운전상태마다, 탈황기(7) 내의 온도의 목표치를 데이터 테이블로서 기억하고 있다. 온도의 목표치는 예를 들면 통상 운전시에는 190℃ 내지 210℃(탈황 촉매(7a)의 촉매 반응을 촉진시킬 수 있는 소정의 탈황 온도: 온도 A)이고, 일시 정지시에서는 180℃ 내지 190℃(온도 B)이 다. 일시 정지시의 온도 B(소정의 온도)는 정지시의 온도(5℃ 내지 35℃)보다도 높게 또한 통상 운전시의 온도 A보다도 낮게 설정되어 있다. As shown in FIG. 7, the
도 8에 도시되는 바와 같이, 탈황장치(3)가 기동되고 있는 통상 운전시에 있어서, 레벨러(20)로부터 일시정지 신호가 입력되었는지의 여부를 제어부(15)가 판단한다(스텝 S11). 그 결과, 일시정지 신호가 입력된 경우에는, 탈황기(7) 내에 대한 액체연료의 도입을 정지시키기 위해서 제어부(15)가 펌프(11)를 정지시키는 동시에, 입구 밸브(9) 및 출구 밸브(12)를 닫고(스텝 S12). 그리고, 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 온도 B가 되도록, 제어부(15)가 히터(8)를 제어한다(스텝 S13). As shown in FIG. 8, in the normal operation in which the
스텝 S13의 처리 후, 레벨러(20)로부터 운전 재개 신호가 입력되었는지의 여부를 제어부(15)가 판단한다(스텝 S14). 그 결과, 운전 재개 신호가 입력된 경우에는, 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 온도 A가 되도록, 제어부(15)가 히터(8)를 제어한다(스텝 S15). 그리고, 온도 A에서 탈황을 하여, 유황분이 제거된 액체연료를 개질장치(2)에 다시 공급하기 위해서, 펌프(11)를 작동시키는 동시에, 입구 밸브(9) 및 출구 밸브(12)를 열고(스텝 S16), 스텝 S11의 판단처리로 되돌아간다. 한편, 스텝 S17에 있어서, 운전 재개 신호가 입력되지 않은 경우에는 운전 재개 신호가 입력될 때까지 동일 처리를 반복한다. After the process of step S13, the
한편, 스텝 S11의 판단처리의 결과, 일시정지 신호가 입력되지 않은 경우에는 정지 신호가 입력되었는지의 여부를 제어부(15)가 판단한다(스텝 S17). 그 결과, 정지 신호가 입력된 경우에는, 제어부(15)가 펌프(11)를 정지시키는 동시에, 입구 밸브(9) 및 출구 밸브(12)를 닫고(스텝 S18), 또 히터(8)를 정지시키고(스텝 S19), 탈황장치(3)의 운전이 종료가 된다. 한편, 정지 신호가 입력되지 않은 경우에는 스텝 S11의 판단처리로 되돌아간다. 또, 정지 신호는 탈황장치(3)의 동작을 정지시키기 위한 예를 들면 버튼이 눌림으로써, 제어부(15)에 입력된다. On the other hand, when the pause signal is not input as a result of the determination process of step S11, the
이상 설명한 바와 같이, 연료전지 시스템(1)의 탈황장치(3)에 있어서는 레벨러(20)로부터 일시정지 신호가 입력된 경우에, 탈황기(7) 내로부터 저류 용기(19)에 대한 액체연료의 공급이 정지되도록, 제어부(15)가 입구 밸브(9), 펌프(11) 및 출구 밸브(12)를 제어한다. 이 때, 온도계(13)에 의해서 측정되는 온도, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가, 상온보다도 높고 또한 통상 운전시의 온도 A보다도 낮은 소정의 온도 B(즉 목표치)로 유지되도록, 제어부(15)가, 히터(8)를 제어한다. 이것에 의해, 탈황장치(3)를 정지시켜 상온까지 온도를 저하시킨 경우와 비교하여, 통상 운전시의 온도 A, 즉 소정의 탈황 온도로 가열할 때까지의 시간이 단축되기 때문에, 재기동까지의 시간의 단축을 도모할 수 있다. As described above, in the
또한, 도 7에 도시하는 바와 같이, 일시 정지시의 온도 B를 통상 운전시의 온도 A보다도 낮은 온도로 하는 것으로, 소비 에너지의 삭감이 도모된다. 또, 일시 정지시에 온도 B를 상온까지 내리지 않는 것으로, 통상 운전시와의 온도차에 기인하는 탈황 촉매(7a)의 열화를 방지할 수 있다. In addition, as shown in FIG. 7, the temperature B at the time of pausing is made lower than the temperature A at the time of normal operation, and reduction of energy consumption is attained. In addition, since temperature B is not lowered to normal temperature at the time of temporary stop, deterioration of the
또한, 액체연료를 일단 저류하는 저류 용기(19)를 구비하고, 저류 용기(19)의 저류량이 제 1 저류량에 도달한 경우에는 레벨러(20)는 제어부(15)에 일시정지 신호를 출력한다. 한편, 저류 용기(19)의 저류량이 제 1 저류량보다도 저위의 제 2 저류량으로 감소하여 도달한 경우에는 레벨러(20)는 제어부(15)에 운전 재개 신호를 출력한다. 이것에 의해, 예를 들면 저류량 오버에 의한 저류 용기(19)의 파손 등을 방지할 수 있다. 또한, 제 1 저류량보다도 저위의 제 2 저류량으로 감소하여 도달한 경우에는 운전 재개 신호가 출력되어 탈황장치(3)의 동작이 재개되기 때문에, 작업의 효율화를 도모할 수 있다. Moreover, the
본 발명의 제 2 측면은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. The second aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment.
예를 들면, 일시정지 신호가 입력된 경우에는 입구 밸브(9) 및 출구 밸브(12)의 양쪽을 닫지 않고, 입구 밸브(9)만을 닫아도 좋다. For example, when the pause signal is input, only the
또한, 일시정지 신호 및 운전 재개 신호는 레벨러(20)으로부터의 입력이 아니라, 예를 들면 버튼이 눌림으로써 입력되어도 좋다. The pause signal and the operation resume signal may not be input from the
또한, 연료전지 스택(4)은 고체 고분자형 연료전지 스택에 한정되지 않고, 고체 산화물형 연료전지 스택 등이어도 좋다. The
또한, 개질기(5)는 수증기 개질하는 것에 한정되지 않고, 부분 산화 개질이나 자기 열 개질하는 것이어도 좋다. 개질기(5)에 의한 개질방법은 등유 외에, 가솔린, 나프타, 경유, 메탄올, 에탄올, DME(디메틸에테르), 바이오매스를 이용한 바이오연료 등, 액체연료의 특성에 따른 것이 된다. The
(제 3 실시형태) (Third embodiment)
이하, 제 3 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)에 관해서, 도 9 내지 도 12를 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, the
도 9는 제 3 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템의 1실시형태의 구성도이 다. 도 9에 도시되는 바와 같이, 연료전지 시스템(1)은 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질장치(2)와, 개질장치(2)에 공급하기 위한 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황장치(3)와, 개질장치(2)에 의해서 생성된 개질가스를 사용하여 발전을 행하는 연료전지 스택(4)을 구비하고 있다. 연료전지 시스템(1)은 예를 들면, 가정용의 전력 공급원으로서 이용됨으로써, 용이하게 입수할 수 있고 또한 독립적으로 저장할 수 있다고 하는 관점에서, 액체연료로서 등유가 사용되고 있다. 9 is a configuration diagram of one embodiment of a fuel cell system according to the third embodiment. As shown in FIG. 9, the
개질장치(2)는 액체연료를 수증기 개질하여 개질가스를 생성하는 개질기(5)와, 개질기(5) 내에 수용된 개질 촉매를 가열하는 버너(6)를 갖고 있다. 버너(6)는 수증기 개질 반응을 촉진하는 개질 촉매를 가열하는 것으로, 촉매 반응을 효과적으로 발휘시키기 위해서 필요한 열을 개질 촉매에 공급한다. 개질기(5)에서는 탈황장치(3)로부터 도입된 액체연료가 기화하여 원료가스가 되고, 개질 촉매에 의해서, 원료가스와 수증기(물)의 수증기 개질 반응이 촉진되어, 수소가 풍부한 개질가스가 생성된다. The
연료전지 스택(4)은 복수의 전지 셀이 겹쳐져 구성된 고체 고분자형 연료전지 스택이고, 개질장치(2)에서 얻어진 개질가스를 사용하여 발전을 행한다. 각 전지 셀은 애노드와, 캐소드와, 애노드와 캐소드의 사이에 배치된 전해질인 고분자의 이온 교환막을 갖고 있다. 각 전지 셀에 있어서는 애노드에 개질가스가 도입되는 동시에 캐소드에 공기가 도입되어, 전기화학적인 발전 반응이 행하여진다. The
도 10은 도 9의 연료전지 시스템이 구비하는 탈황장치의 구성도이다. 도 10에 도시되는 바와 같이, 탈황장치(3)는 개질기(5)에 공급하기 위한 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황 촉매(7a)를 수용하는 탈황기(7)를 갖고 있다. 탈황 촉매(7a)는 히터(8; 가열수단)에 의해서 소정의 온도로 가열된다. 탈황기(7)의 상류측에는 탈황기(7) 내에 대한 액체연료의 도입량을 조절하는 입구 밸브(9; 액체연료 도입수단)가 형성되어 있다. 또, 입구 밸브(9)의 상류측에는 탈황기(7) 내에 액체연료를 압송하는 펌프(11; 액체연료 도입수단)가 형성되어 있다. 한편, 탈황기(7)의 하류측에는 탈황기(7) 내로부터의 액체연료의 도출량을 조절하는 출구 밸브(12; 액체연료 도출수단)가 형성되어 있다. FIG. 10 is a configuration diagram of a desulfurization apparatus included in the fuel cell system of FIG. 9. As shown in FIG. 10, the
또한, 탈황기(7)에는 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도를 측정하는 온도계(13; 온도 측정수단)가 형성되어 있다. 또, 탈황기(7)와 입구 밸브(9)의 사이에는 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력을 측정하는 압력계(14; 압력 측정수단)가 형성되어 있다. 제어부(15; 제어수단)는 온도계(13)에 의해서 측정된 온도 및 압력계(14)에 의해서 측정된 압력에 기초하여, 히터(8), 입구 밸브(9), 펌프(11) 및 출구 밸브(12)를 제어한다. Further, a
도 9에 도시되는 바와 같이, 탈황장치(3)에는 유황분이 제거된 액체연료가 유통하는 액체연료 유통 라인(16)의 일단이 접속되어 있고, 액체연료 유통 라인(16)의 타단은 탈황장치(3)보다도 위쪽에 배치된 저류 용기(19)의 측벽에 접속되어 있다. 저류 용기(19)의 바닥벽에는 저류 용기(19) 내에서 아래쪽에 저류된 액체연료를 개질기(5)에 도입하기 위한 펌프(22)가 설치된 액체연료 유통 라인(23), 및 동 액체연료를 버너(6)에 도입하기 위한 펌프(24)가 설치된 액체연료 유통 라인(25)이 접속되어 있다. 또, 버너(6)에는 버너(6)에 공기를 도입하기 위한 펌 프(26)가 설치된 공기 유통 라인(27)이 접속되어 있다. 이와 같이, 저류 용기(19)에 액체연료를 일단 저류하는 것으로, 펌프(22)에 의한 개질기(5)에 대한 액체연료의 공급, 및 펌프(24)에 의한 버너(6)에 대한 액체연료의 공급을 안정화시킬 수 있다. As shown in FIG. 9, one end of the liquid
이상과 같이 구성된 연료전지 시스템(1)에 있어서는 액체연료는 우선 탈황장치(3)의 탈황기(7)에 도입되어, 고온·고압의 상태에서 탈황 촉매(7a)에 의해서 유황분이 제거된다. 탈황기(7)로부터 도출된 액체연료는 액체연료 유통 라인(16)을 통해서 저류 용기(19)에 저류된다. 저류 용기(19)에 저류된 액체연료는 액체연료 유통 라인(23)을 통해서 개질기(5)에 도입된다. 이 때, 버너(6)에는 액체연료 유통 라인(25)을 통해서 액체연료가 도입되는 동시에, 공기 유통 라인(27)을 통해서 공기가 도입된다. 이것에 의해, 개질기(5)에서는 연소하는 버너(6)에 의해서 개질 촉매가 가열되고, 액체연료가 사용되어 개질가스가 생성된다. 개질기(5)에서 생성된 개질가스는 연료전지 스택(4)에 도입되고, 연료전지 스택(4)에서는 개질가스가 사용되어 발전이 행하여진다. In the
다음에, 탈황장치(3)의 동작에 관해서 설명한다. 도 11은 도 10의 탈황장치에 있어서의 운전 정지시의 온도와 압력의 관계를 도시하는 표이고, 도 12는 도 10의 탈황장치의 동작을 도시하는 플로차트이다. Next, the operation of the
도 11에 도시되는 바와 같이, 제어부(15)는 정지시에 있어서의 온도범위마다, 탈황기(7) 내의 압력의 하한치(목표치)를 데이터 테이블로서 기억하고 있다. 압력의 하한치는 예를 들면 150℃ 이상에서는 200kPa이고, 100℃ 내지 150℃에서는 100kPa이다. 또한, 예를 들면 100℃ 이하에서는 5kPa이다. 통상 운전시의 온도보다도 낮은 100℃(소정의 온도) 이하에 있어서의 압력은 정압(부압 이상)인 소정의 압력이 되도록 설정되어 있다. As shown in FIG. 11, the
도 12에 도시되는 바와 같이, 탈황장치(3)의 정지 동작이 개시되면, 탈황기(7) 내에 액체연료의 도입을 정지시키기 위해서 제어부(15)가 펌프(11)를 정지시키는 동시에 입구 밸브(9) 및 출구 밸브(12)를 닫고(스텝 S11), 또 히터(8)를 정지시킨다(스텝 S12). As shown in FIG. 12, when the stop operation of the
스텝 S12의 처리 후, 압력계(14)에 의해서 측정된 압력, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 압력 A(예를 들면 5kPa)보다도 높은지의 여부를 제어부(15)가 판단한다(스텝 S13). 그 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 압력 A보다도 높은 경우에는 스텝 S13의 판단처리로 되돌아간다. 한편, 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 압력 A보다도 낮은 경우에는, 탈황기(7) 내에 액체연료를 도입시키기 위해서 제어부(15)가 펌프(11)를 작동시키는 동시에 입구 밸브(9)를 연다(스텝 S14). After the process of step S12, the
스텝 S14의 처리 후, 압력계(14)에 의해서 측정된 압력, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 압력 B(예를 들면 40kPa)보다도 높은지의 여부를 제어부(15)가 판단한다(스텝 S15). 그 결과, 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 압력 B보다도 높은 경우에는, 탈황기(7) 내에 대한 액체연료의 도입을 정지시키기 위해서 제어부(15)가 펌프(11)를 정지시키는 동시에 입구 밸브(9)를 닫고(스텝 S16), 스텝 S13의 판단처리로 되돌아간다. 한편, 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 압력 B보다 도 높은 경우에는 스텝 S15의 판단처리로 되돌아간다. After the process of step S14, the
이상 설명한 바와 같이, 연료전지 시스템(1)의 탈황장치(3)에 있어서는 온도계(13)에 의해서 측정되는 온도, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 온도가 통상 운전시의 온도보다도 낮은 소정의 온도 이하가 된 경우에, 압력계(14)로 측정되는 압력, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력이 정압인 소정의 압력이 되도록, 제어부(15)가 입구 밸브(9), 펌프(11) 및 출구 밸브(12)를 제어한다. 따라서, 예를 들면 운전 정지시에, 액체연료의 온도의 저하에 따라 압력이 저하되었다고 해도, 정압인 소정의 압력이 유지되기 때문에, 압력 저하에 기인하는 예를 들면 액체연료의 기화나 탈황기(7)의 파손 등과 같은 탈황기(7)에 대한 악영향을 방지할 수 있다. As described above, in the
또한, 압력계(14)에 의해서 측정되는 압력을 상승시키는 경우에는, 제어부(15)는 펌프(11)를 작동시키는 동시에 입구 밸브(9)를 열어 액체연료의 도입량을 증가시키는 동시에, 출구 밸브(12)를 닫고 액체연료의 도출량을 감소시킨다. 한편, 압력계(14)에 의해서 측정되는 압력을 저하시키는 경우에는, 제어부(15)는 펌프(11)를 정지시키는 동시에 입구 밸브(9)를 닫고 액체연료의 도입량을 감소시키는 동시에, 출구 밸브(12)를 열어 액체연료의 도출량을 증가시킨다. 이것에 의해, 압력계(14)에 의해서 측정되는 압력, 즉 탈황기(7) 내의 액체연료의 압력을, 신속히 또한 확실히 상승 또는 저하시킬 수 있다. 또, 「입구 밸브(9(또는 출구 밸브(12))를 닫는다」는 밸브를 완전히 닫아 유량이 0이 되는 경우뿐만 아니라, 밸브를 불완전하게 닫아 유량이 감소하는 경우도 포함하는 의미이다. In addition, when raising the pressure measured by the
본 발명의 제 3 측면은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. The third aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment.
예를 들면, 연료전지 스택(4)은 고체 고분자형 연료전지 스택에 한정되지 않고, 고체 산화물형 연료전지 스택 등이어도 좋다. For example, the
또한, 개질기(5)는 수증기 개질하는 것에 한정되지 않고, 부분 산화 개질이나 자기 열 개질하는 것이어도 좋다. 개질기(5)에 의한 개질방법은 등유 외에, 가솔린, 나프타, 경유, 메탄올, 에탄올, DME(디메틸에테르), 바이오매스를 이용한 바이오연료 등, 액체연료의 특성에 따른 것이 된다. The
(제 4 실시형태) (4th Embodiment)
이하, 제 4 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)에 관해서, 도 13 및 도 14를 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, the
도 13은 제 4 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템의 1실시형태의 구성도이다. 도 13에 도시되는 바와 같이, 연료전지 시스템(1)은 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질장치(2)와, 개질장치(2)에 공급하기 위한 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황장치(3)와, 개질장치(2)에 의해서 생성된 개질가스를 사용하여 발전을 행하는 연료전지 스택(4)을 구비하고 있다. 연료전지 시스템(1)은 예를 들면, 가정용의 전력 공급원으로서 이용됨으로써, 용이하게 입수할 수 있고 또한 독립적으로 저장할 수 있다고 하는 관점에서, 액체연료로서 등유가 사용되고 있다. 13 is a configuration diagram of one embodiment of a fuel cell system according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 13, the
개질장치(2)는 액체연료를 수증기 개질하여 개질가스를 생성하는 개질기(5)와, 개질기(5) 내에 수용된 개질 촉매를 가열하는 버너(6)를 갖고 있다. 버너(6)는 수증기 개질 반응을 촉진하는 개질 촉매를 가열하는 것으로, 촉매 반응을 효과적으로 발휘시키기 위해서 필요한 열을 개질 촉매에 공급한다. 개질기(5)에서는 탈황장치(3)로부터 도입된 액체연료가 기화하여 원료가스가 되고, 개질 촉매에 의해서, 원료가스와 수증기(물)의 수증기 개질 반응이 촉진되어, 수소가 풍부한 개질가스가 생성된다. The
연료전지 스택(4)은 복수의 전지 셀이 겹쳐져 구성된 고체 고분자형 연료전지 스택이고, 개질장치(2)에서 얻어진 개질가스를 사용하여 발전을 행한다. 각 전지 셀은 애노드와, 캐소드와, 애노드와 캐소드의 사이에 배치된 전해질인 고분자의 이온 교환막을 갖고 있다. 각 전지 셀에 있어서는 애노드에 개질가스가 도입되는 동시에 캐소드에 공기가 도입되어, 전기화학적인 발전 반응이 행하여진다. The
탈황장치(3)는 펌프(7)에 의해서 도입된 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황기(8)와, 탈황기(8)로부터 배출된 액체연료 및 가스(메탄가스나 수소가스 등)를 저류하는 기액 분리 용기(9)를 갖고 있다. 기액 분리 용기(9) 내에는 가스의 양을 검지하기 위해서 액체연료의 액면을 검출하는 플로트 스위치(11; float switch)가 설치되어 있다. 기액 분리 용기(9)는 탈황기(8)보다도 위쪽에 배치되어 있고, 액체연료 및 가스가 유통하는 액체연료·가스 유통 라인(12)은 일단이 탈황기(8)의 바닥벽에 접속되고, 타단이 기액 분리 용기(9)의 바닥벽에 접속되어 있다. 이것에 의해, 탈황기(8)로부터 배출된 가스를 기액 분리 용기(9) 내에 확실히 도입할 수 있다. The
기액 분리 용기(9)의 천장벽에는 기액 분리 용기(9) 내에서 위쪽에 저류된 가스를 기액 분리 용기(9)로부터 배출하기 위한 가스 배출 라인(13)의 일단이 접속되어 있다. 가스 배출 라인(13)의 타단은 개질기(5)의 개질 촉매를 가열하는 버 너(6)에 접속되어 있다. 가스 배출 라인(13)에는 가스의 유통을 개방 및 폐쇄하는 전자 밸브(14; 개폐 밸브)가 형성되어 있다. 전자 밸브(14)는 기액 분리 용기(9)와 협동하여, 액체연료로부터 가스를 제거하는 디가서(degasser) D를 구성하고 있다. 또, 가스 배출 라인(13)에 있어서의 전자 밸브(14)의 하류측에는 가스의 유통을 저해하는 캐필러리(15; 스로틀)가 형성되어 있다. 또, 가스 배출 라인(13)에 있어서의 캐필러리(15)의 하류측에는 버너(6)에 공기를 도입하기 위한 펌프(16)가 형성된 공기 유통 라인(17)이 접속되어 있다. One end of the
한편, 기액 분리 용기(9)의 바닥벽에는 기액 분리 용기(9) 내에서 아래쪽에 저류된 액체연료를 기액 분리 용기(9)로부터 배출하기 위한 액체연료 배출 라인(18)의 일단이 접속되어 있다. 액체연료 배출 라인(18)의 타단은 기액 분리 용기(9)보다도 위쪽에 배치된 저류 용기(19)의 측벽에 접속되어 있다. 액체연료 배출 라인(18)에는 액체연료의 유통을 저해하는 캐필러리(21)가 형성되어 있다. On the other hand, one end of the liquid
저류 용기(19)의 바닥벽에는 저류 용기(19) 내에서 아래쪽에 저류된 액체연료를 개질기(5)에 도입하기 위한 펌프(22)가 설치된 액체연료 유통 라인(23), 및 동 액체연료를 버너(6)에 도입하기 위한 펌프(24)가 설치된 액체연료 유통 라인(25)이 접속되어 있다. 이와 같이, 저류 용기(19)에 액체연료를 일단 저류하는 것으로, 펌프(22)에 의한 개질기(5)에 대한 액체연료의 공급, 및 펌프(24)에 의한 버너(6)에 대한 액체연료의 공급을 안정화시킬 수 있다. The bottom wall of the
이상과 같이 구성된 연료전지 시스템(1)에 있어서는 액체연료는 우선 탈황기(8)에 도입되고, 탈황기(8)에서는 고온·고압의 상태에서 탈황 촉매에 의해서 액 체연료로부터 유황분이 제거된다. 탈황기(8)로부터 배출된 액체연료 및 가스는 기액 분리 용기(9)에 저류되고, 액체연료는 액체연료 배출 라인(18), 저류 용기(19) 및 액체연료 유통 라인(23)을 통해서 개질기(5)에 도입된다. 이 때, 버너(6)에는 액체연료 배출 라인(18), 저류 용기(19) 및 액체연료 유통 라인(25)을 통해서 액체연료가 도입되는 동시에, 공기 유통 라인(17)을 통해서 공기가 도입된다. 이것에 의해, 개질기(5)에서는 연소하는 버너(6)에 의해서 개질 촉매가 가열되고, 액체연료가 사용되어 개질가스가 생성된다. 개질기(5)에서 생성된 개질가스는 연료전지 스택(4)에 도입되고, 연료전지 스택(4)에서는 개질가스가 사용되어 발전이 행하여진다. In the
한편, 기액 분리 용기(9)에 저류된 가스는 가스 배출 라인(13)을 통해서 버너(6)에 도입되어, 액체연료와 함께, 버너(6)의 연료로서 사용된다. 이와 같이, 탈황기(8)로부터 액체연료와 함께 배출된 가스를 버너(6)의 연료로서 유효하게 이용할 수 있다. 또, 전자 밸브(14)는 가스의 유통을 폐쇄하고 있는 경우에 있어서, 플로트 스위치(11)에 의해서 검지된 기액 분리 용기(9) 내의 가스의 양이 소정의 양을 초과하였을 때에, 복수회로 나누어 가스의 유통을 개방한다. On the other hand, the gas stored in the gas-
이상 설명한 바와 같이, 연료전지 시스템(1)의 탈황장치(3)에 있어서는 탈황기(8)로부터 액체연료와 함께 배출된 가스는 기액 분리 용기(9)에서 액체연료와 분리되어, 가스 배출 라인(13)을 통해서 기액 분리 용기(9)로부터 배출된다. 이 때문에, 가스가 혼입된 액체연료가 탈황장치(3)의 후단(예를 들면, 펌프(22, 24)나 개질기(5) 등)에 공급되는 것이 방지된다. 또, 가스 배출 라인(13)에는 가스의 유 통을 개방 및 폐쇄하는 전자 밸브(14)의 하류측에, 가스의 유통을 저해하는 캐필러리(15)가 형성되어 있다. 이 때문에, 가스 배출 라인(13)을 통해서 기액 분리 용기(9)로부터 가스를 배출하기 위해서 전자 밸브(14)에 의해서 가스의 유통이 개방되어도, 캐필러리(15)에 의해서 탈황기(8) 내의 압력의 저하가 억제되어 고압의 상태가 유지된다. 따라서, 연료전지 시스템(1)의 탈황장치(3)에 의하면, 후단에 대한 악영향을 방지하면서, 액체연료로부터 유황분을 확실히 제거하는 것이 가능해진다. As described above, in the
또, 액체연료 배출 라인(18)에 형성된 캐필러리(21)에 의해서도, 탈황기(8) 내의 압력의 저하가 억제되어 고압의 상태가 유지된다. 요컨대, 캐필러리(15, 21)에 의해서 탈황기(8) 내의 압력이 일정하게 유지되기 때문에, 펌프(7)에 정압 펌프를 사용하는 것이 가능해진다. In addition, the capillary 21 formed in the liquid
또한, 전자 밸브(14)는 가스의 유통을 폐쇄하고 있는 경우에 있어서, 플로트 스위치(11)에 의해서 검지된 기액 분리 용기(9) 내의 가스의 양이 소정의 양을 초과하였을 때에, 복수회로 나누어 가스의 유통을 개방한다. 이것에 의해, 가스 배출 라인(13)을 통해서 기액 분리 용기(9)로부터 가스를 배출하기 위해서 전자 밸브(14)에 의해서 가스의 유통이 개방되었을 때에 있어서의 탈황기(8) 내의 압력의 저하를 더욱 확실히 억제할 수 있다. In the case where the flow of gas is closed, the
도 14는 도 13의 연료전지 시스템에 있어서의 플로트 스위치, 전자 밸브 및 탈황기의 압력의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 14에 도시되는 바와 같이, 플로트 스위치(11)가 ON으로 되어 있는 동안, 즉, 기액 분리 용기(9) 내의 가스의 양이 소정의 양을 넘은 동안(여기에서는 15초간)에, 소정의 간격(여기에서는 5초 간격)으로 복수회(여기에서는 3회) 전자 밸브(14)를 단시간(여기에서는 200m초간) 개방한다. 이것에 의해, 탈황기(8)의 입구 및 출구의 압력은 약간의 압력 저하(여기서는, 10 내지 20kPa의 압력 저하)가 생기는 것만으로, 고압으로 유지된다.FIG. 14 is a graph showing the relationship between the pressure of the float switch, the solenoid valve and the desulfurizer in the fuel cell system of FIG. As shown in FIG. 14, while the
본 발명의 제 4 측면은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. The fourth aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment.
예를 들면, 연료전지 스택(4)은 고체 고분자형 연료전지 스택에 한정되지 않고, 고체 산화물형 연료전지 스택 등이어도 좋다. For example, the
또한, 개질기(5)는 수증기 개질하는 것에 한정되지 않고, 부분 산화 개질이나 자기 열 개질하는 것이어도 좋다. 개질기(5)에 의한 개질방법은 등유 외에, 가솔린, 나프타, 경유, 메탄올, 에탄올, DME(디메틸에테르), 바이오매스를 이용한 바이오연료 등, 액체연료의 특성에 따른 것이 된다. The
또한, 가스 배출 라인(13)에 있어서의 가스의 유통을 스로틀이나, 액체연료 배출 라인(18)에 있어서의 액체연료의 유통을 저해하는 스로틀은 캐필러리(15, 21)에 한정되지 않고, 오리피스나 니들 밸브 등이어도 좋다. In addition, the throttle which prevents the flow of gas in the
(제 5 실시형태) (5th Embodiment)
이하, 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)에 관해서, 도 15 내지 도 21을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, the
도 15에 도시되는 바와 같이, 연료전지 시스템(1)은 공급된 원연료로부터 유황분을 제거하는 탈황장치(2)와, 탈황장치(2)에 의해서 유황분이 제거된 액체연료를 개질하여 개질가스를 생성하는 개질장치(3)와, 개질장치(3)에 의해서 생성된 개 질가스를 사용하여 발전을 행하는 연료전지 스택(4)을 구비하고 있다. 연료전지 시스템(1)은 예를 들면, 가정용의 전력 공급원으로서 이용됨으로써, 용이하게 입수할 수 있고 또한 독립적으로 저장할 수 있다고 하는 관점에서, 원연료로서 등유가 사용되고 있다. As shown in FIG. 15, the
개질장치(3)는 액체연료를 수증기 개질하여 수소가 풍부한 개질가스를 생성하는 개질기(5)와, 개질기(5) 내에 수용된 개질 촉매를 가열하는 버너(6)를 갖고 있다. 버너(6)는 수증기 개질 반응을 촉진하는 개질 촉매를 가열하는 것으로, 촉매 반응을 효과적으로 발휘시키기 위해서 필요한 열을 개질 촉매에 공급한다. 버너(6)의 연료는 주로 원연료와 산소이다. 이 때문에, 버너(6)에는 원연료를 공급하기 위한 연료 라인(25)과, 버너(6)에 공기를 도입하기 위한 블로워(16)와 연결된 공기 유통 라인(17)이 접속되어 있다. 개질기(5)에서는 탈황장치(2)에 의해서 탈황된 액체연료가 기화하여 원료가스가 되고, 개질 촉매에 의해서, 원료가스와 수증기(물)의 수증기 개질 반응이 촉진되어, 수소가 풍부한 개질가스가 생성된다. The
연료전지 스택(4)은 복수의 전지 셀이 겹쳐져 구성된 고체 고분자형 연료전지 스택이고, 개질장치(3)에서 얻어진 개질가스를 사용하여 발전을 행한다. 각 전지 셀은 애노드와, 캐소드와, 이 애노드와 캐소드의 사이에 배치된 전해질인 고분자의 이온 교환막을 갖고 있다. 각 전지 셀에 있어서는 애노드에 개질가스가 도입되는 동시에 캐소드에 공기가 도입되어, 전기화학적인 발전 반응이 행하여진다. The
탈황장치(2)는 정압 펌프(7)에 의해서 도입된 원연료로부터 유황분을 제거하는 탈황기(8)와, 탈황기(8)로부터 배출된 액체연료와 가스(메탄가스나 수소가스 등)를 분리하기 위한 기액 분리 용기(9)를 갖고 있다. 원연료는 약 80ppm 이하의 유황이나 유황 화합물 등의 유황분을 포함하고 있다. 탈황기(8)는 원연료로부터 유황분을 제거하여, 유황 농도를 약 50ppb 이하로 한 액체연료를 생성한다. 탈황기(8) 내는 후술하는 구성에 의해 고압상태로 유지되고, 고압상태에서 탈황 반응이 진행한다. The
기액 분리 용기(9) 내에는 가스의 양을 검지하기 위해서 액체연료의 액면을 검출하는 플로트 스위치(11)가 설치되어 있다. 기액 분리 용기(9)는 탈황기(8)보다도 위쪽에 배치되어 있고, 액체연료 및 가스가 유통하는 액체연료·가스 유통 라인(12)은 일단이 탈황기(8)의 바닥벽에 접속되고, 타단이 기액 분리 용기(9)의 바닥벽에 접속되어 있다. 이것에 의해, 탈황기(8)로부터 배출된 가스를 기액 분리 용기(9) 내에 확실히 도입할 수 있다. 이 기액 분리 용기(9)의 용적은 100cc 정도이다. 또, 도시는 하지 않았지만, 탈황기(8)에 의해서 유황분이 제거된 액체연료 중에 포함되는 탈황 촉매를 제거할 목적으로, 액체연료·가스 유통 라인(12)에 필터를 형성하고 있다. 제 5 실시형태에서는 예를 들면, 눈금 간격이 0.026mm 정도인 필터를 사용할 수 있다. In the gas-
기액 분리 용기(9)의 천장벽에는 기액 분리 용기(9) 내에서 위쪽에 저류된 가스를 기액 분리 용기(9)로부터 배출하기 위한 가스 배출 라인(13)의 일단이 접속되어 있다. 가스 배출 라인(13)에는 가스의 유통을 개방 및 폐쇄하는 전자 밸브(14)가 형성되어 있다. 전자 밸브(14)는 기액 분리 용기(9)와 협동하여, 액체연료로부터 가스를 제거하는 디가서 D를 구성하고 있다. 또, 가스 배출 라인(13)에 있어서의 전자 밸브(14)의 하류측에는 가스의 유통을 저해하는 캐필러리 튜브(15)가 설치되어 있다. 이 때문에, 가스 배출 라인을 통해서 기액 분리 용기로부터 가스를 배출하기 위해서 개폐 밸브에 의해서 가스의 유통이 개방되어도, 스로틀에 의해서 탈황기(8) 및 기액 분리 용기(9) 내의 압력의 저하가 억제된다. 또, 가스 배출 라인(13)에 있어서의 캐필러리 튜브(15)의 하류측은 공기 유통 라인(17)에 접속되어 있다. One end of the
한편, 기액 분리 용기(9)의 바닥벽에는 기액 분리 용기(9) 내에서 아래쪽에 저류된 액체연료를 기액 분리 용기(9)로부터 배출하기 위한 액체연료 배출 라인(18)의 일단이 접속되어 있다. 액체연료 배출 라인(18)의 타단은 기액 분리 용기(9)보다도 위쪽에 배치된 저유조(19)의 바닥벽에 접속되어 있다. 이 액체연료 배출 라인(18)에는 액체연료의 유통을 저해하는 캐필러리 튜브(21)가 형성되어 있다. On the other hand, one end of the liquid
여기에서, 캐필러리 튜브(21)는 극세관이 나선형으로 권취된 것이다. 캐필러리 튜브(21)가, 탈황기(8)의 하류측에서 액체연료의 유량을 스로틀하기 때문에, 탈황기(8) 내의 유량을 저유량으로 할 수 있다. 한편, 정압 펌프(7)에 의해서 탈황기(8) 내에 액체연료가 압송되기 때문에, 탈황기(8) 내는 가압되어, 고압하에서 탈황 반응이 행하여진다. 예를 들면, 1kW의 연료전지 시스템의 경우, 액체연료(액체연료)의 유량이 10g/min 이하가 되는 동시에, 정압 펌프(7)로부터 캐필러리 튜브(21)까지의 유로내 압력이 0.1MPa보다 크고 1.0MPa 이하의 고압이 되도록, 캐필러리 튜브(21)의 내경 및 권취되었을 때의 직경이 설정된다. 구체적으로는 캐필러 리 튜브(21)는 그 내경이 0.1mm 내지 0.5mm 정도인 것이 바람직하고, 나선의 직경이 10mm 내지 100mm 정도가 되도록 권취되어 있으면 바람직하다. Here, the
상기한 바와 같이, 액체연료·가스 유통 라인(12)에는 필터가 설치되어 있지만, 눈연다보다도 작은 입자직경의 탈황 촉매는 필터를 통과하기 때문에, 캐필러리 튜브(21)의 내경이 0.1mm 미만이면, 탈황 촉매에 의해서 캐필러리 튜브(21)가 막히기 쉬워지는 경향이 있다. 한편, 캐필러리 튜브(21)의 내경이 0.5mm를 초과하면, 저유량에서의 액체연료의 송액이 곤란해지는 경향이 있다. 또, 캐필러리 튜브(21)의 권취되었을 때의 직경의 크기에 따라서, 압손을 조정할 수 있다. As mentioned above, although the filter is provided in the liquid fuel and
액체연료 배출 라인(18)에 있어서의 캐필러리 튜브(21)의 하류측에는 유량계(26)가 형성되어 있다. 유량계(26)는 캐필러리 튜브(21)로부터 유출되는 액체연료의 유량을 계측한다. 즉, 유량계(26)는 탈황기(8) 내의 탈황 반응에 의해서 생성된 액체연료의 생성 속도를 계측한다. 이 유량계(26)는 기액 분리 용기(9)의 하류측에 형성되어 있기 때문에, 가스가 분리되어 유입된 액체연료의 유량을 측정하게 되어, 안정적으로 유량을 계측할 수 있다. A
탈황장치(2)는 액체연료 배출 라인(18)과 연결되어, 유량계(26)보다 하류측에 배치된 저유조(19)를 더욱 구비한다. 저유조(19)의 천장벽에는 액체연료 유통 라인(23)이 접속되고, 이 액체연료 유통 라인(23)에는 저유조(19) 내에서 저류된 액체연료를 개질기(5)에 송출하는 송출 펌프(24)가 설치되어 있다. 또 저유조(19)의 천장벽에는 저유조(19) 내에서 위쪽에 저류된 가스를 배출하기 위한 가스 배출 라인(27)이 접속되어 있다. The
이어서, 도 16 및 도 17을 참조하여, 저유조(19)에 관해서 더욱 상세하게 설명한다. 저유조(19)는 천장벽(19a), 바닥벽(19b), 측벽(19c)에 의해 구성된 중공 직방체형의 용기이고, 용적은 200cc 정도이다. 저유조(19)에는 액체연료 배출 라인(18)에 있어서 캐필러리 튜브(21)와 저유조(19)를 연결하는 유입관(31)이 연결되어 있다. 유입관(31)은 바닥벽(19b)을 관통하여, 유입관(31)의 저유조(19) 내에 위치하는 유입구(31a)는 위쪽에 개구되어 있다. 이 유입구(31a)로부터 고압의 액체연료가 저유조(19) 내에 유입된다. Next, with reference to FIG. 16 and FIG. 17, the
저유조(19)의 천장벽(19a)에는 가스 추출 구멍(32)이 형성되고, 가스 추출 구멍(32)에 가스 배출 라인(27)을 구성하는 가스 추출관(33)의 일단이 삽입되어 있다. 이 가스 추출관(33)의 타단은 대기 개방되어 있기 때문에, 저유조(19) 내의 압력은 대기압으로 유지되고, 유입된 액체연료로부터 이 액체연료에 포함된 가스가 분리된다. 저유조(19) 내에서 액체연료로부터 분리한 가스는 가스 추출 구멍(32)으로부터 가스 추출관(33)에 유입되고, 가스 추출관(33)의 타단으로부터 배출된다. 가스 추출관(33)의 타단은 블로워(16)의 흡입구 부근에 배치되어 있기 때문에, 가스는 블로워(16)에 의해서 흡입되어, 버너(6)의 연소연료로서 이용된다. A
저유조(19)에는 송출 펌프(24)와 저유조(19)를 연결하여, 액체연료 유통 라인(23)의 일부를 구성하는 유출관(34)이 형성되어 있다. 이 송출 펌프(24)는 상압(常壓) 펌프이고, 예를 들면, 토출 압력이, 100kPa 정도인 펌프이다. 유출관(34)은 천장벽(19a)을 관통하여 삽입되고, 유출관(34)의 저유조(19) 내에 위치하는 유출구(34a)는 아래쪽으로 개구되어 있다. 송출 펌프(24)가 동작함으로써, 저 유조(19) 내의 액체연료가 유출관(34)을 통해서 개질기(5) 내로 보내진다. The
저유조(19) 내의 액체연료의 제어 수위 S는 플로트 밸브(35)에 의해서 제어된다. 플로트 밸브(35)는 암(arm)의 일단에 장착된 플로트(36)가 액면에 뜨고, 액면이 제어 수위 S보다 낮은 경우는 도 16에 도시하는 바와 같이, 유입관(31)의 유입구(31a)로부터 액체연료가 저유조(19) 내에 유입된다. 액면이 수위 S에 도달하면, 도 17에 도시하는 바와 같이, 암(arm)의 타단에 장착된 탭(37)이 유입관(31)의 유입구(31a) 내에 끼워지고, 유입관(31) 내의 유로가 폐쇄된다. The control level S of the liquid fuel in the
저유조(19) 내에 유입되는 액체연료에는 탈황기(8) 내의 탈황 촉매의 촉매편(38)이 혼입되어 있다. 저유조(19) 내에 액체연료를 저류함으로써, 이 탈황 촉매의 촉매편(38)이 저유조(19) 내에서 침하하여, 저유조(19)의 하부에 고인다. 즉, 저유조(19)의 하부는 탈황 촉매의 촉매편(38)을 모으는 촉매편 저류부(39)로서 기능한다. 이 탈황 촉매의 촉매편(38)은 후단의 설비에 악영향을 미치기 때문에, 유출관(34)으로부터 유출하지 않도록, 유출구(34a)는 촉매편 저류부(39)의 위쪽에 위치하고 있다. 또한, 유입관(31)으로부터 유입된 액체연료가 탈황 촉매의 촉매편(38)을 감지 않도록, 유입구(31a)는 촉매편 저류부(39)의 위쪽에 위치하고 있다. The
이 촉매편 저류부(39)에 고인 탈황 촉매의 촉매편(38)을 저유조(19)로부터 배출하기 위해서, 저유조(19)의 바닥벽에는 배출관(40)이 연결되어 있다. 배출관(40)에는 전자 밸브(41)가 설치되고, 전자 밸브(41)가 폐쇄되어 있는 동안에 촉매편 저류부(39)에 고인 촉매편(38)을, 전자 밸브(41)를 개방함으로써, 간편히 배출할 수 있다. In order to discharge the
이상과 같이 구성된 연료전지 시스템(1)에 있어서, 원연료는 우선 탈황기(8)에 도입되고, 탈황기(8)에서는 고온·고압의 상태에서 탈황 촉매에 의해서 액체연료로부터 유황분이 제거된다. 탈황기(8)로부터 배출된 액체연료와 가스는 기액 분리 용기(9)에 저류됨으로써 분리되어, 액체연료는 액체연료 배출 라인(18)에 도입된다. 액체연료는 액체연료 배출 라인(18)에 있어서, 캐필러리 튜브(21)의 하류측에서 유량계(26)에 의해서 그 유량이 계측되어, 저유조(19) 내에 유입된다. 고압의 액체연료는 상압으로 유지된 저유조(19) 내에 유입됨으로써, 액체연료로부터 가스가 분리된다. 그리고, 액체연료는 저유조(19) 내에 저류된 후, 송출 펌프(24)에 의해서, 액체연료 유통 라인(23)을 통해서 개질기(5)에 도입된다. 또한, 가스는 저유조(19) 내에서 가스 배출 라인(27)을 통해서 배출되어, 블로워(16)에 의해서 버너(6)에 공급되어, 연료로서 사용된다. In the
한편, 버너(6)에는 연료 라인(25)을 통해서 원연료가 도입되는 동시에, 공기 유통 라인(17)을 통해서 주로 공기가 도입된다. 이것에 의해, 개질기(5)에서는 연소하는 버너(6)에 의해서 개질 촉매가 가열되어, 액체연료로부터 개질가스가 생성된다. 개질기(5)에서 생성된 개질가스는 연료전지 스택(4)에 도입되고, 연료전지 스택(4)에서는 개질가스가 사용되어 발전이 행하여진다. On the other hand, the original fuel is introduced into the
한편, 기액 분리 용기(9)에 저류된 가스는 가스 배출 라인(13)을 통해서 버너(6)에 도입되어, 액체연료와 함께, 버너(6)의 연료로서 사용된다. 또, 전자 밸브(14)는 가스의 유통을 폐쇄하고 있는 경우에 있어서, 플로트 스위치(11)에 의해서 검지된 기액 분리 용기(9) 내의 가스의 양이 소정의 양을 초과하였을 때에, 복 수회로 나누어 가스의 유통을 개방한다. On the other hand, the gas stored in the gas-
저유조(19)에 있어서는 액체연료의 액면이 제어 수위 S까지 도달하면, 플로트 밸브(35)에 의해서 유입관(31)의 유입구(31a)가 닫히고, 저유조(19) 내에 대한 유입이 정지한다. 액체연료의 액면이 제어 수위 S보다 낮아지면, 플로트 밸브(35)에 의해서 유입관(31)의 유입구(31a)가 개방되어, 저유조(19) 내에 대한 유입이 개시한다. In the
또한, 저유조(19)의 촉매편 저류부(39)에 촉매편(38)이 고이면, 배출관(40)에 형성된 전자 밸브(41)를 개방함으로써, 촉매편(38)을 저유조(19)로부터 배출한다. 전자 밸브(41)의 개방은 소정의 시간 간격으로 하도록 설정하여도 좋다. In addition, when the
이상 설명한 본 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)에서는 액체연료를 저류하는 저유조(19)가, 탈황기(8)와 개질기(5)의 사이에 배치되고, 이 저유조(19)에는 대기 개방된 가스 추출 구멍(32)이 형성되어 있다. 이 때문에, 원연료는 탈황기(8) 내에서 고압으로 탈황되고, 탈황된 액체연료가 저유조(19) 내에 유입되는 동시에, 액체연료에 포함되는 가스가 가스 추출 구멍(32)으로부터 추출하여 저유조(19) 내로부터 배출된다. 액체연료에 포함되는 가스가 추출되기 때문에, 저유조(19)보다 하류측에서, 액체연료의 유량 계측 및 유량 제어의 확실성을 증가시킬 수 있다. 이 때문에, 개질기(19) 내에 유입되는 액체연료의 유량을 확실히 제어하고, 개질 성능의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 저유조(19)보다 하류측에는 고압상태의 액체연료가 유입하지 않기 때문에, 고압에 대응한 설비의 필요는 없고, 저유조(19)의 후단의 설비의 내구성을 향상시킬 수 있고, 저비용을 실현할 수 있다. In the
또한, 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)이, 탈황기(8) 내에 원연료를 정압으로 압송하는 정압 펌프(7)와, 탈황기(8)보다 하류측, 또한, 저유조(19)보다 상류측에 배치된 캐필러리 튜브(21)를 구비한다. 이 때문에, 일정압으로 원연료가 탈황기(8) 내에 유입되고, 한편, 탈황기(8)로부터의 유출량은 스로틀되게 된다. 이 때문에, 고가의 펌프를 사용하지 않고, 탈황기 내의 압력을 대기압보다 높게 할 수 있고, 또한, 원연료(액체연료)의 유량을 낮게 유지할 수 있다. In addition, the
또한, 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)에서는 탈황기(8)로부터 액체연료와 함께 배출된 가스는 기액 분리 용기(9)에서 액체연료와 분리되고, 가스 배출 라인(13)을 통해서 기액 분리 용기(9)로부터 배출된다. 가스 배출 라인(13)에는 가스의 유통을 개방 및 폐쇄하는 전자 밸브(14)의 하류측에, 가스의 유통을 저해하는 캐필러리 튜브(15)가 설치되어 있다. 이 때문에, 가스 배출 라인(13)을 통해서 기액 분리 용기(9)로부터 가스를 배출하기 위해서 전자 밸브(14)에 의해서 가스의 유통이 개방되어도, 캐필러리 튜브(15)에 의해서 탈황기(8) 내의 압력의 저하가 억제된다. 따라서, 탈황기(8) 내의 압력을 고압으로 유지하고, 원연료로부터 유황분을 확실히 제거하는 것이 가능해진다. 한편, 액체연료는 액체연료 배출 라인(18)을 통해서, 저유조(19) 내에 유입된다. 액체연료 배출 라인(18)에는 유량계(26)가 형성되어 있기 때문에, 가스와 분리한 액체연료의 유량을 안정적으로 계측할 수 있다. In the
또한, 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)에서는 탈황기(8)로부터 액체연료와 함께 유출된 탈황을 위한 촉매편(38)을, 저유조(19)의 하부에 위치하는 촉매편 저류부(39) 내에 모아, 후단의 개질기(5) 내에 유입하지 않도록 할 수 있다. 또한, 저유조(19) 내의 액체연료의 유입구(31a)와 유출구(34a)는 촉매편 저류부(39)보다 위쪽에 위치하고 있기 때문에, 액체연료의 유입 및 유출에 의해, 촉매편 저류부(39)에 고인 촉매가 날아 올라, 저류조(19)로부터 유출되어 개질기(5) 내에 유입되는 것을 억제할 수 있다. Further, in the
일반적으로, 용기 내에 고인 액체를 펌프로 빨아 올리는 경우, 그 유출구는 에어를 빨아 들이지 않도록, 용기의 가장 아래쪽에 형성한다. 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)에서는 촉매편 저류부(39)보다 위에 유출구(34a)를 형성하는 것으로, 촉매편 저류부(39)에 고인 촉매가 날아 올라, 저류조(19)로부터 유출되어 개질기(5) 내에 유입되는 것을 억제할 수 있다. In general, when pumping liquid accumulated in the container, its outlet is formed at the bottom of the container so as not to suck air. In the
또한, 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)에서는 개질기(5)를 가열하는 버너(6)를 구비하고, 상기 버너(6)는 가스 추출 구멍(32)으로부터 유출된 유출가스를 연소용의 연료로서 사용한다. 이 때문에, 가스 추출 구멍(32)으로부터 유출된 유출가스가 연료전지 시스템(1)의 주위에 유출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 버너(6)의 연료로서 유출가스를 사용하기 때문에 에너지 절감화에 기여할 수 있다. In the
이상, 본 발명의 제 5 측면의 적합한 실시형태에 관해서 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 제 5 측면은 여러가지의 변형이 가능하다. As mentioned above, although preferred embodiment of 5th aspect of this invention was described in detail, various modifications are possible for the 5th aspect of this invention.
도 18에 도시되는 바와 같이, 연료전지 시스템(1)에 디가서 D, 가스 배출 라인(13)을 형성하지 않아도 좋다. 연료전지 시스템(1a)으로서, 액체연료·가스 유 통 라인(12)에 의해서 탈황기(8)와 저유조(19)를 직접 접속하여, 액체연료·가스 유통 라인(12)상에 캐필러리 튜브(21)를 형성하도록 하여도 좋다. As shown in FIG. 18, it is not necessary to form the gas D and the
또한, 제 5 실시형태에서는 저유조(19) 내의 수위를 제어하기 위해서, 플로트 밸브(35)를 구비하는 것으로 하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 도 19 및 도 20에 도시되는 바와 같이, 연료전지 시스템(1)이, 플로트 밸브(35) 대신에, 저유조(19) 내의 액체연료의 액면이, 저수위 S1이 된 것을 검지하는 저수위 센서(51)와, 고수위 S2가 된 것을 검지하는 고수위 센서(52)와, 이 저수위 센서(51)와 고수위 센서(52)의 출력 신호에 따라서 제어를 하는 제어부(53)를 구비하고 있어도 좋다. 이 저수위 센서(51)와 고수위 센서(52)로서, 예를 들면, 플로트 스위치나, 전극식 수위 센서, 압력식 수위 센서 등을 사용할 수 있다. In addition, although the
이 경우, 유입관(31)에 전자 밸브(42)가 형성되고, 이 전자 밸브(42)의 개폐는 제어부(53)가 구비하는 개폐 제어부(54)에 의해서 제어된다. 또한, 제어부(53)는 저수위 센서(51)가 저수위 S1을 검지하고 나서 고수위 센서(52)가 고수위 S2를 검지할 때까지의 시간을 측정하는 타이머(55)와, 타이머(55)에 의한 측정시간에 기초하여, 액체연료의 유량을 산출하는 산출부(56)와, 산출부(56)에 의한 산출결과에 기초하여 정압 펌프(7)를 제어하는 펌프 제어부(57)를 구비한다. In this case, the
저유조(19) 내의 액체연료의 액면이, 저수위 S1보다 높은 상태로부터 저수위 S1에 도달하면, 저수위 센서(51)에 의해서, 액체연료의 액면이 저수위 S1이 된 것이 검지되어, 전기 신호가 저수위 센서(51)로부터 제어부(53)에 출력된다. 저수위 센서(51)로부터 출력된 전기 신호가 개폐 제어부(54)에 의해서 입력되면, 개폐 제 어부(54)가 전자 밸브(41)를 폐쇄상태로부터 개방하여, 액체연료가 저유조(19) 내에 유입되기 시작한다. When the liquid level of the liquid fuel in the
저유조(19) 내의 액체연료의 액면이, 고수위 S2보다 낮은 상태로부터 고수위 S2에 도달하면, 고수위 센서(52)에 의해서, 액체연료의 액면이 고수위 S2에 도달한 것이 검지되어, 전기 신호가 고수위 센서(52)로부터 제어부(53)에 출력된다. 고수위 센서(52)로부터 출력된 전기 신호가 개폐 제어부(54)에 의해서 입력되면, 개폐 제어부(54)가 전자 밸브(41)를 개방상태로부터 폐쇄하여, 액체연료의 저유조(19) 내에 대한 유입이 정지한다. When the liquid level of the liquid fuel in the
이 한편, 저수위 센서(51)로부터 출력된 전기 신호와 고수위 센서(52)로부터 출력된 전기 신호가 타이머(55)에 의해서 각각 입력된다. 타이머(55)는 저수위 센서(51)로부터 출력된 전기 신호를 입력하고 나서 고수위 센서(52)로부터 출력된 전기 신호를 입력할 때까지의 시간을 측정하고, 그 측정시간을 나타내는 전기 신호를 산출부(56)에 출력한다. 산출부(56)는 타이머(55)로부터 측정시간을 나타내는 전기 신호를 입력하면, 그 측정시간에 기초하여, 액체연료의 유량을 산출한다. 산출부(56)는 산출한 유량을 나타내는 전기 신호를 펌프 제어부(57)에 출력한다. 펌프 제어부(57)는 산출부(56)로부터 유량을 나타내는 전기 신호를 입력하면, 이 유량에 기초하여, 정압 펌프(7)의 구동을 제어한다. On the other hand, the electrical signal output from the low
이 경우, 수위 센서가 저수위를 검지하고 나서 고수위를 검지할 때까지의 시간을 타이머에 의해서 측정하고, 산출수단이 타이머에 의한 측정시간에 기초하여 액체연료의 유량을 산출하기 때문에, 유량계를 별도 구비할 필요가 없어진다. 이 것에 의해, 저비용화를 더욱 도모할 수 있다. In this case, since the time from the water level sensor to detecting the low water level until the high water level is detected by the timer, and the calculation means calculates the flow rate of the liquid fuel based on the measurement time by the timer, a flow meter is provided separately. There is no need to do it. This can further reduce the cost.
또한, 저유조(19) 내의 액체연료의 유입구(31a)와 유출구(34a)는 저수위 S1보다 아래쪽에 위치하고 있기 때문에, 액체연료가 유입될 때에 액체연료가 거품이 이는 것을 방지하고, 액체연료가 유출될 때에는 수면하로부터 유출되기 때문에 공기가 들어 가는 것을 방지할 수 있다. In addition, since the
또, 산출부(56)는 저유조(19)의 유출관(34)으로부터 유출되는 액체연료의 유량, 송출 펌프(24)의 토출량 등에 기초하여, 액체연료가 저유조(19)에 유입되는 유량을 산출하여도 좋다. 또한, 펌프 제어부(57)는 타이머(55)에 의한 측정시간에 기초하여, 정압 펌프(7)의 구동 제어를 하여도 좋다. In addition, the
또한, 도 21에 도시하는 바와 같이, 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)의 변형예로서, 저유조(19)에 오버플로 파이프(43)가 연결되어 있어도 좋다. 이 오버플로 파이프(43)의 일단은 저유조(19)의 천장벽에 삽입되고, 한쪽의 개구(43a)가, 저유조(19) 내의 수위 S보다 높은 위치 M에 배치되어, 아래쪽으로 개구되어 있다. 오버플로 파이프(43)는 저유조(19)의 측벽(19c)의 외측을 따라 배관되고, 다른쪽의 개구(43b)는 저유조(19)의 외측에 위치하고, 아래쪽을 향하여 개구되어 있다. 이 때문에, 플로트 밸브(35)의 고장 등, 어떤 원인으로 저유조(19) 내에 액체연료가 채워졌다고 해도, 오버플로 파이프(43)에 의해서 액체연료가 저유조(19)로부터 배출된다. As shown in FIG. 21, as a modification of the
저유조(19)의 아래쪽에는 오일팬(44)이 배치되고, 아래쪽을 향한 오버플로 파이프(43)의 다른쪽의 개구(43b)로부터 배출되는 액체연료는 오일팬(44) 내에 유 입된다. 오일팬(44) 내에 액체연료가 유입되면, 오일팬(44)의 저면에 배치된 누설 센서(45)에 의해서, 액체연료가 오일팬(44) 내로 샌 것이 검지된다. 이 경우, 제어장치(도시하지 않음)가 누설 센서(45)에 의한 검지 신호의 입력에 따라서, 정압 펌프(7)의 동작을 정지하는 등의 제어를 함으로써, 액체연료의 공급을 정지하여, 액체연료의 유출을 정지시킬 수 있다. An
또, 오버플로 파이프는 상기한 형태에 한정되지 않고, 직선형으로 형성된 것이어도 좋다. 이 경우, 오버플로 파이프는 저유조(19)의 바닥벽(19b)의 개구로부터 삽입되고, 한쪽 끝이, 저유조(19) 내의 만수 수위의 높이에 설정된 위치에 배치되고, 다른쪽 끝이, 저유조(19) 외의 바닥벽(19b)보다 아래쪽에 위치하고, 오일팬(44)을 향해서 개구하도록 배치되어 있다. In addition, the overflow pipe is not limited to the above-described form, and may be formed in a straight line. In this case, an overflow pipe is inserted from the opening of the
또, 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템은 여러가지의 변형이 가능하다. 연료전지 스택(4)은 고체 고분자형 연료전지 스택에 한정되지 않고, 고체 산화물형 연료전지 스택 등이어도 좋다. 또한, 원연료로서는 등유 외에, 가솔린, 나프타, 경유, 메탄올, 에탄올, DME(디메틸에테르), 바이오매스를 이용한 바이오연료 등을 사용하여도 좋다. 또한, 개질기(5)는 수증기 개질하는 것에 한정되지 않고, 부분 산화 개질이나 자기 열 개질하는 것이어도 좋다. 또한, 정압 펌프(7) 대신에 정류량 펌프를 사용하여도 좋다. 단, 탈황기(8) 내의 압력의 관리의 관점에서는 정압 펌프(7)를 사용하는 것이 바람직하다.The fuel cell system according to the fifth embodiment can be modified in various ways. The
(제 6 실시형태) (6th Embodiment)
이하, 제 6 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)에 관해서, 도 22 및 도 23을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, the
연료전지 시스템(1)은 도 22에 도시되는 바와 같이, 수소를 함유하는 개질가스를 생성하는 개질장치(2)와, 개질장치(2)에 공급하기 위한 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황장치(3)와, 개질장치(2)에 의해서 생성된 개질가스를 사용하여 발전을 행하는 연료전지 스택(4)을 구비하고 있다. 연료전지 시스템(1)은 예를 들면, 가정용 전력 공급원으로서 이용됨으로써, 용이하게 입수할 수 있고 또한 독립적으로 저장할 수 있다고 하는 관점에서, 액체연료로서 등유가 사용되고 있다. 또, 연료전지 시스템(1) 중 연료전지 스택(4)을 제외한 부분(개질장치(2), 탈황장치(3) 및 후술하는 펌프(16, 22, 24) 등)에 의해서 개질 시스템 R이 구성되어 있다. As shown in FIG. 22, the
개질장치(2)는 액체연료를 수증기 개질하여 개질가스를 생성하는 개질기(5)와, 개질기(5) 내에 수용된 개질 촉매를 가열하는 버너(6)를 갖고 있다. 버너(6)는 수증기 개질 반응을 촉진하는 개질 촉매를 가열하는 것으로, 촉매 반응을 효과적으로 발휘시키기 위해서 필요한 열을 개질 촉매에 공급한다. 개질기(5)에서는 탈황장치(3)로부터 도입된 액체연료가 기화하여 원료가스가 되고, 개질 촉매에 의해서, 원료가스와 수증기(물)의 수증기 개질 반응이 촉진되어, 수소가 풍부한 개질가스가 생성된다. The
연료전지 스택(4)은 복수의 전지 셀이 겹쳐져 구성된 고체 고분자형 연료전지 스택이고, 개질장치(2)에서 얻어진 개질가스를 사용하여 발전을 행한다. 각 전지 셀은 애노드와, 캐소드와, 애노드와 캐소드의 사이에 배치된 전해질인 고분자의 이온 교환막을 갖고 있다. 각 전지 셀에 있어서는 애노드에 개질가스가 도입되는 동시에 캐소드에 공기가 도입되어, 전기화학적인 발전 반응이 행하여진다. The
탈황장치(3)는 정압 펌프(7)에 의해서 도입된 액체연료로부터 유황분을 제거하는 탈황기(8)와, 탈황기(8)로부터 배출된 액체연료 및 가스(메탄가스나 수소가스 등)를 저류하는 기액 분리 용기(9)를 갖고 있다. 기액 분리 용기(9) 내에는 가스의 양을 검지하기 위해서 액체연료의 액면을 검출하는 플로트 스위치(11)가 설치되어 있다. 기액 분리 용기(9)는 탈황기(8)보다도 위쪽에 배치되어 있고, 액체연료 및 가스가 유통하는 액체연료·가스 유통 라인(12)은 일단이 탈황기(8)의 바닥벽에 접속되고, 타단이 기액 분리 용기(9)의 바닥벽에 접속되어 있다. 이것에 의해, 탈황기(8)로부터 배출된 가스를 기액 분리 용기(9) 내에 확실히 도입할 수 있다. 또, 도시는 하지 않았지만, 탈황기(8)에 의해서 유황분이 제거된 액체연료 중에 포함되는 탈황 촉매를 제거할 목적으로, 액체연료·가스 유통 라인(12)에 필터를 형성하고 있다. 본 실시형태에서는 예를 들면, 눈금 간격이 0.026mm 정도인 필터를 사용할 수 있다. The
기액 분리 용기(9)의 천장벽에는 기액 분리 용기(9) 내에서 위쪽에 저류된 가스를 기액 분리 용기(9)로부터 배출하기 위한 가스 배출 라인(13)의 일단이 접속되어 있다. 가스 배출 라인(13)의 타단은 개질기(5)의 개질 촉매를 가열하는 버너(6)에 접속되어 있다. 가스 배출 라인(13)에는 가스의 유통을 개방 및 폐쇄하는 전자 밸브(14)가 형성되어 있다. 전자 밸브(14)는 기액 분리 용기(9)와 협동하여, 액체연료로부터 가스를 제거하는 디가서 D를 구성하고 있다. 또, 가스 배출 라 인(13)에 있어서의 전자 밸브(14)의 하류측에는 가스의 유통을 저해하는 캐필러리 튜브(15)가 설치되어 있다. 또, 가스 배출 라인(13)에 있어서의 캐필러리 튜브(15)의 하류측에는 버너(6)에 공기를 도입하기 위한 펌프(16)가 형성된 공기 유통 라인(17)이 접속되어 있다. One end of the
한편, 기액 분리 용기(9)의 바닥벽에는 기액 분리 용기(9) 내에서 아래쪽에 저류된 액체연료를 기액 분리 용기(9)로부터 배출하기 위한 액체연료 배출 라인(18)의 일단이 접속되어 있다. 액체연료 배출 라인(18)의 타단은 기액 분리 용기(9)보다도 위쪽에 배치된 저류 용기(19)의 측벽에 접속되어 있다. 액체연료 배출 라인(18)에는 액체연료의 유통을 저해하는 캐필러리 튜브(21)가 형성되어 있다. On the other hand, one end of the liquid
여기에서, 캐필러리 튜브(21)는 극세관이 나선형으로 권취된 것이다. 정압 펌프에 의해서 결정되는 압력하에서, 액체연료의 유량이 저유량(예를 들면, 1kW의 연료전지 시스템일 때에 10g/min 이하)이 되도록, 캐필러리 튜브(21)의 내경 및 권취되었을 때의 직경이 설정된다. 구체적으로는 캐필러리 튜브(21)는 그 내경이 0.1mm 내지 0.7mm 정도인 것이 바람직하고, 직경이 10mm 내지 100mm 정도가 되도록 권취되어 있으면 바람직하다. 캐필러리 튜브(21)의 전체 길이는 제 6 실시형태에서는 600mm 정도이지만, 필요한 유량, 필요한 탈황기(8) 내의 압력, 캐필러리 튜브(21)의 내경 및 캐필러리 튜브(21)를 권취하였을 때의 직경을 고려하여 설정할 수 있다. 상기한 바와 같이, 액체연료·가스 유통 라인(12)에는 필터가 설치되어 있지만, 눈금 간격보다도 작은 입자직경의 탈황 촉매는 필터를 통과하여 버리기 때문에, 캐필러리 튜브(21)의 내경이 0.1mm 미만이면, 탈황 촉매에 의해서 캐필러리 튜브(21)가 막히기 쉬워지는 경향이 있다. 한편, 캐필러리 튜브(21)의 내경이 0.7mm를 초과하면, 탈황기(8) 내를 고압으로 유지하면서 저유량으로 액체연료의 송액을 하기 위해서, 필요한 캐필러리 튜브(21)의 전체 길이가 길어져 버려, 콤팩트화가 곤란해지는 경향이 있다. 또, 캐필러리 튜브(21)의 권취되었을 때의 직경의 크기에 따라서, 압손을 조정할 수 있다. Here, the
저류 용기(19)의 바닥벽에는 저류 용기(19) 내에서 아래쪽에 저류된 액체연료를 개질기(5)에 도입하기 위한 펌프(22)가 설치된 액체연료 유통 라인(23), 및 동 액체연료를 버너(6)에 도입하기 위한 펌프(24)가 설치된 액체연료 유통 라인(25)이 접속되어 있다. 이와 같이, 저류 용기(19)에 액체연료를 일단 저류하는 것으로, 펌프(22)에 의한 개질기(5)에 대한 액체연료의 공급, 및 펌프(24)에 의한 버너(6)에 대한 액체연료의 공급을 안정화시킬 수 있다. The bottom wall of the
이상과 같이 구성된 연료전지 시스템(1)에 있어서는 액체연료는 우선 탈황기(8)에 도입되고, 탈황기(8)에서는 고온·고압의 상태에서 탈황 촉매에 의해서 액체연료로부터 유황분이 제거된다. 탈황기(8)로부터 배출된 액체연료 및 가스는 기액 분리 용기(9)에 저류되고, 액체연료는 액체연료 배출 라인(18), 저류 용기(19) 및 액체연료 유통 라인(23)을 통해서 개질기(5)에 도입된다. 이 때, 버너(6)에는 액체연료 배출 라인(18), 저류 용기(19) 및 액체연료 유통 라인(25)을 통해서 액체연료가 도입되는 동시에, 공기 유통 라인(17)을 통해서 공기가 도입된다. 이것에 의해, 개질기(5)에서는 연소하는 버너(6)에 의해서 개질 촉매가 가열되고, 액체연료가 사용되어 개질가스가 생성된다. 개질기(5)에서 생성된 개질가스는 연료전지 스택(4)에 도입되고, 연료전지 스택(4)에서는 개질가스가 사용되어 발전이 행하여진다. In the
한편, 기액 분리 용기(9)에 저류된 가스는 가스 배출 라인(13)을 통해서 버너(6)에 도입되어, 액체연료와 함께, 버너(6)의 연료로서 사용된다. 이와 같이, 탈황기(8)로부터 액체연료와 함께 배출된 가스를 버너(6)의 연료로서 유효하게 이용할 수 있다. 또, 전자 밸브(14)는 가스의 유통을 폐쇄하고 있는 경우에 있어서, 플로트 스위치(11)에 의해서 검지된 기액 분리 용기(9) 내의 가스의 양이 소정의 양을 초과하였을 때에, 복수회로 나누어 가스의 유통을 개방한다. On the other hand, the gas stored in the gas-
이상과 같은 제 6 실시형태에서는 탈황기(8)의 하류측에 캐필러리 튜브(21)를 배치하고 있다. 이 때문에, 캐필러리 튜브(21)의 내경이나 길이를 적절하게 선택하는 것으로, 고가의 펌프를 사용하지 않고, 탈황기(8) 내의 압력 및 액체연료의 유량을 원하는 크기로 할 수 있다. 그 결과, 저유량에서의 액체연료의 송액을 간편히 또한 저비용으로 실현하는 것이 가능해진다. In the sixth embodiment as described above, the
그런데, 캐필러리 튜브(21) 대신에, 오리피스나 니들 밸브 등을 이용하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 오리피스 부분의 유로를 길게 하기 위해서는 한계가 있기 때문에, 탈황기(8)로부터 배출된 고압의 액체연료의 유량을 작게 하기 위해서는 오리피스 부분의 직경을 극히 작게 해야만 한다. 여기에서, 탈황기(8)에 있어서는 탈황 촉매에 의해서 액체연료를 탈황하고 있지만, 탈황기(8)에 의해서 유황분이 제거된 액체연료 중에 탈황 촉매가 포함되어 있는 경우가 있다. 이 때문에, 오리피스나 니들 밸브 등을 이용한 경우, 탈황기(8)로부터 유출된 탈황 촉매가 오리 피스 부분의 유로에 막혀 버리는 경우가 있다. By the way, it is also conceivable to use an orifice, a needle valve, or the like instead of the
그러나, 제 6 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템(1)에서는 상기한 바와 같이 캐필러리 튜브(21)를 사용하고 있기 때문에, 캐필러리 튜브(21)의 길이에 따라서, 캐필러리 튜브(21)의 내경을 어느 정도 크게 할 수 있다. 이 때문에, 탈황 촉매에 의한 막힘이 극히 일어나기 어렵게 되어 있다. However, in the
이상, 본 발명의 제 6 측면의 적합한 실시형태에 관해서 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 제 6 측면은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 연료전지 스택(4)은 고체 고분자형 연료전지 스택에 한정되지 않고, 고체 산화물형 연료전지 스택 등이어도 좋다. As mentioned above, although preferred embodiment of 6th aspect of this invention was described in detail, 6th aspect of this invention is not limited to said embodiment. For example, the
또한, 개질기(5)는 수증기 개질하는 것에 한정되지 않고, 부분 산화 개질이나 자기 열 개질하는 것이어도 좋다. 개질기(5)에 의한 개질방법은 등유 외에, 가솔린, 나프타, 경유, 메탄올, 에탄올, DME(디메틸에테르), 바이오매스를 이용한 바이오연료 등, 액체연료의 특성에 따른 것이 된다. The
또한, 정압 펌프(7) 대신에 정류량 펌프를 사용하여도 좋다. 단, 탈황기(8) 내의 압력의 관리의 관점에서는 정압 펌프(7)를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, a constant flow pump may be used instead of the
또한, 도 23에 도시되는 바와 같이, 연료전지 시스템(1)에 디가서 D, 가스 배출 라인(13) 및 캐필러리 튜브(15)를 형성하지 않아도 좋다. 즉, 액체연료·가스 유통 라인(12)에 의해서 탈황기(8)와 저류 용기(19)를 직접 접속하고, 액체연료·가스 유통 라인(12)상에 캐필러리 튜브(21)를 형성하도록 하여도 좋다. 또, 이 때, 펌프(16)와 버너(6)가 공기 유통 라인(17)에 의해서 직접 접속된다. In addition, as shown in FIG. 23, it is not necessary to form the D, the
도 1은 제 1 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템의 1실시형태의 구성도. 1 is a configuration diagram of one embodiment of a fuel cell system according to the first embodiment.
도 2는 도 1의 연료전지 시스템이 구비하는 탈황장치의 구성도. 2 is a block diagram of a desulfurization apparatus provided in the fuel cell system of FIG.
도 3은 도 2의 탈황장치에 있어서의 탈황기 내의 액체연료의 온도와 압력의 관계를 도시하는 그래프. 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.
도 4는 도 2의 탈황장치의 기동 동작을 도시하는 플로차트. 4 is a flowchart showing a startup operation of the desulfurization apparatus of FIG.
도 5는 제 2 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템의 1실시형태의 구성도. 5 is a configuration diagram of one embodiment of a fuel cell system according to the second embodiment.
도 6은 도 5의 연료전지 시스템이 구비하는 탈황장치의 구성도. 6 is a configuration diagram of a desulfurization apparatus provided in the fuel cell system of FIG. 5.
도 7은 도 6의 탈황장치에 있어서의 운전상태와 설정온도의 관계의 일례를 도시하는 도면. FIG. 7 is a diagram showing an example of a relationship between an operating state and a set temperature in the desulfurization apparatus of FIG. 6. FIG.
도 8은 도 6의 탈황장치에 있어서의 동작을 도시하는 플로차트. FIG. 8 is a flowchart showing operation in the desulfurization apparatus of FIG. 6. FIG.
도 9는 제 3 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템의 1실시형태의 구성도.9 is a configuration diagram of one embodiment of a fuel cell system according to the third embodiment.
도 10은 도 9의 연료전지 시스템이 구비하는 탈황장치의 구성도. 10 is a configuration diagram of a desulfurization apparatus provided in the fuel cell system of FIG. 9.
도 11은 도 10의 탈황장치에 있어서의 운전 정지시의 온도와 압력의 관계를 도시하는 표. FIG. 11 is a table showing a relationship between temperature and pressure at the time of stop of operation in the desulfurization apparatus of FIG. 10; FIG.
도 12는 도 10의 탈황장치의 정지 동작을 도시하는 플로차트. 12 is a flowchart showing a stop operation of the desulfurization apparatus of FIG. 10.
도 13은 제 4 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템의 1실시형태의 구성도. 13 is a configuration diagram of an embodiment of a fuel cell system according to the fourth embodiment.
도 14는 도 13의 연료전지 시스템에 있어서의 플로트 스위치, 전자 밸브 및 탈황기의 압력의 관계를 도시하는 그래프. FIG. 14 is a graph showing the relationship between the pressure of the float switch, the solenoid valve and the desulfurizer in the fuel cell system of FIG.
도 15는 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템을 개략적으로 도시하는 도면. 15 is a diagram schematically showing a fuel cell system according to a fifth embodiment.
도 16은 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템이 구비하는 저유조를 도시하는 도면. FIG. 16 is a view showing a oil storage tank of the fuel cell system according to the fifth embodiment. FIG.
도 17은 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템이 구비하는 저유조를 도시하는 도면. FIG. 17 is a view showing a oil storage tank of the fuel cell system according to the fifth embodiment. FIG.
도 18은 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템의 변형예를 개략적으로 도시하는 도면. 18 is a diagram schematically showing a modification of the fuel cell system according to the fifth embodiment.
도 19는 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템이 구비하는 저유조의 변형예를 도시하는 도면. FIG. 19 is a diagram showing a modification of the oil storage tank of the fuel cell system according to the fifth embodiment. FIG.
도 20은 도 19에 도시하는 변형예에 있어서, 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템이 구비하는 제어부를 도시하는 도면. FIG. 20 is a diagram showing a control unit of the fuel cell system according to the fifth embodiment in the modification shown in FIG. 19. FIG.
도 21은 제 5 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템이 구비하는 저유조의 변형예를 도시하는 도면. 21 is a diagram showing a modification of the oil storage tank included in the fuel cell system according to the fifth embodiment.
도 22는 제 6 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템을 개략적으로 도시하는 도면. 22 is a diagram schematically showing a fuel cell system according to a sixth embodiment.
도 23은 제 6 실시형태에 관계되는 연료전지 시스템의 다른 예를 개략적으로 도시하는 도면.Fig. 23 is a diagram schematically showing another example of a fuel cell system according to the sixth embodiment.
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