TWI451620B - Desulfurization device, fuel cell system and modification system - Google Patents

Description

脫硫裝置、燃料電池系統及改質系統

本發明係涉及自液體燃料中除去硫成分之脫硫裝置、具有此種脫硫裝置之燃料電池系統及改質系統。

在燃料電池系統中，藉由改質器生成含有氫之改質氣體，並藉由燃料電池堆疊(stack)，使用該改質氣體來進行發電。於此種燃料電池系統中，在將作為改質原料之煤油等液體燃料供給至改質器中之情形時，為防止改質觸媒之劣化，需設置用於自液體燃料中除去硫成分之脫硫器。(例如，參照日本專利特開2004-323285號公報)。

(本發明之第1側面)

然而，在脫硫器中，為促進觸媒反應需加熱脫硫觸媒，但由於伴隨加熱脫硫觸媒之溫度上升，液體燃料會氣化，從而不僅難以進行高效率之脫硫，而且有可能會使脫硫觸媒劣化。

因此，本發明之第1側面係有鑒於此種情況而研發者，目的在於提供一種可防止液體燃料氣化之脫硫裝置及具有此種脫硫裝置之燃料電池系統。

為達成上述目的，本發明之第1側面之脫硫裝置之特徵在於包括：脫硫器，其收容脫硫觸媒，該脫硫觸媒用於自供給至改質器中之液體燃料中除去硫成分，該改質器用於生成含有氫之改質氣體；加熱機構，其加熱脫硫觸媒；液體燃料導入機構，其將液體燃料導入至脫硫器內；液體燃料導出機構，其將液體燃料自脫硫器內導出；溫度測量機構，其測量脫硫器內之液體燃料之溫度；壓力測量機構，其測量脫硫器內之液體燃料之壓力；以及控制機構，其對加熱機構、液體燃料導入機構及液體燃料導出機構進行控制，且，控制機構對加熱機構、液體燃料導入機構及液體燃料導出機構進行控制，使得由溫度測量機構測量之溫度達到特定溫度，由壓力測量機構測量之壓力達到特定溫度下之液體燃料之飽及蒸氣壓以上且為脫硫器之耐壓以下之特定壓力。

在該脫硫裝置中，藉由利用控制機構控制加熱機構、液體燃料導入機構及液體燃料導出機構，從而使由溫度測量機構測量之溫度、即脫硫器內之液體燃料之溫度達到例如可促進脫硫觸媒之觸媒反應之特定溫度。並且，使得由壓力測量機構測量之壓力、即脫硫器內之液體燃料之壓力達到特定溫度下之液體燃料之飽和蒸氣壓以上且為脫硫器之耐壓以下之特定壓力。因此，即使使脫硫器內之液體燃料之溫度上升，亦可防止液體燃料氣化。再者，所謂硫成分，係包括硫及硫化物之意。又，所謂脫硫器之耐壓，係指收容脫硫觸媒之容器可承受之內壓之最大值。

在本發明之第1側面之脫硫裝置中，較好的是，控制機構在使由壓力測量機構測量之壓力上升之情形時，增加由液體燃料導入機構導入之液體燃料之導入量，並且減少由液體燃料導出機構導出之液體燃料之導出量；在使由壓力測量機構測量之壓力降低之情形時，減少由液體燃料導入機構導入之液體燃料之導入量，並且增加由液體燃料導出機構導出之液體燃料之導出量。根據該構成，可使由壓力測量機構測量之壓力、即脫硫器內之液體燃料之壓力迅速且確實地上升或降低。

又，本發明之第1側面之燃料電池系統包括：上述脫硫裝置；改質器，其使用藉由脫硫裝置除去了硫成分之液體燃料生成含有氫之改質氣體；以及燃料電池堆疊，其使用藉由改質器生成之改質氣體進行發電。

根據該燃料電池系統，因具有上述脫硫裝置，所以即使使脫硫器內之液體燃料之溫度上升，亦可防止液體燃料氣化。

根據本發明之第1側面，可防止液體燃料之氣化。

(本發明之第2側面)

在燃料電池系統中，藉由改質器生成含有氫之改質氣體，並藉由燃料電池堆疊，使用該改質氣體來進行發電。在此種燃料電池系統中，於將作為改質原料之煤油等液體燃料供給至改質器中之情形時，為防止改質觸媒之劣化，需設置用於自液體燃料中除去硫成分之脫硫器。(例如，參照日本專利特開2004-323285號公報)。

然而，在脫硫器中，為促進觸媒反應而需加熱脫硫觸媒，但使脫硫觸媒自常溫上升至特定之脫硫溫度(例如200℃)需要相當長之時間。因此，存在一旦停止時直至再啟動為止需耗費時間之問題。

因此，本發明之第2側面係有鑒於此種情況而研發者，目的在於提供一種可謀求縮短直至再啟動為止之時間之脫硫裝置以及具有此種脫硫裝置之燃料電池系統。

為達成上述目的，本發明之第2側面之脫硫裝置之特徵在於包括：脫硫器，其收容脫硫觸媒，該脫硫觸媒自供給至改質器中之液體燃料中除去硫成分，該改質器用於生成含有氫之改質氣體；加熱機構，其加熱脫硫觸媒；液體燃料導入機構，其將液體燃料導入至脫硫器內；液體燃料導出機構，其將液體燃料自脫硫器內導出；溫度測量機構，其測量脫硫器內之液體燃料之溫度；控制機構，其控制加熱機構、液體燃料導入機構及液體燃料導出機構，且，控制機構對液體燃料導入機構及液體燃料導出機構之至少一個進行控制，使得在輸入有暫停信號之情形時，停止自脫硫器內供給液體燃料，並且對加熱機構進行控制，使得由測量機構測量之溫度達到比常溫高且比通常運轉時之溫度低之特定溫度。

在該脫硫裝置中，在輸入有暫停信號之情形時，藉由利用控制機構控制液體燃料導入機構及液體燃料導出機構之至少一個，而停止自脫硫器內供給液體燃料。此時，藉由利用控制機構控制加熱機構，而將由溫度測量機構測量之溫度、即脫硫器內之液體燃料之溫度維持為比常溫高且為通常運轉時之溫度以下之特定溫度。藉由，與使脫硫裝置停止而使溫度降低至常溫之情形相比，由於直至加熱至通常運轉時之溫度、即特定之脫硫溫度為止之時間被縮短，因此可謀求縮短直至再啟動為止之時間。再者，所謂硫成分，係包括硫及硫化物之意。

在本發明之第2側面之脫硫裝置中，較好的是更包括：儲存容器，其將由液體燃料導出機構導出之液體燃料暫時儲存；以及儲存量測量機構，其測量儲存在儲存容器中之液體燃料之儲存量，且，儲存量測量機構在儲存量達到特定儲存量之情形時，將暫停信號輸出至控制機構中。根據該構成，藉由將液體燃料暫時儲存在儲存容器中，可使液體燃料向改質器等中之供給穩定化。又，在儲存容器內之儲存量達到特定儲存量之情形時，儲存量測量機構將暫停信號輸出至控制機構中，因此可防止例如由儲存量超量所引起之儲存容器之破損等。

又，本發明之第2側面之燃料電池系統包括：上述脫硫裝置；改質器，其使用藉由脫硫裝置除去了硫成分之液體燃料生成含有氫之改質氣體；以及燃料電池堆疊，其使用藉由改質器生成之改質氣體進行發電。

根據該燃料電池系統，因具有上述脫硫裝置，因此能謀求縮短至再啟動為止之時間。

根據本發明之第2側面，可謀求縮短至再啟動為止之時間。

(本發明之第3側面)

在燃料電池系統中，利用改質器生成含有氫之改質氣體，並藉由燃料電池堆疊，使用該改質氣體進行發電。在此種燃料電池系統中，於將作為改質原料之煤油等液體燃料供給至改質器中之情形時，為防止改質觸媒之劣化，需設置用於自液體燃料中除去硫成分之脫硫器。(例如，參照日本專利特開2004-323285號公報)。

然而，在脫硫器內中，隨著液體燃料之溫度之降低，壓力會降低。例如，在停止運轉時，壓力比通常運轉時降低約20%左右。此時，有可能會導致液體燃料氣化，使脫硫觸媒劣化。又，當脫硫器內之壓力成為負壓時，亦可能會產生脫硫器之破損、重新開始運轉時空氣混入脫硫器中等之問題。

因此，本發明之第3側面係有鑒於此種情況而研發者，目的在於提供一種可防止因壓力降低而對脫硫器帶來不良影響之脫硫裝置以及具有此種脫硫裝置之燃料電池系統。

為達成上述目的，本發明之第3側面之脫硫裝置之特徵在於包括：脫硫器，其收容脫硫觸媒，該脫硫觸媒自供給至改質器中之液體燃料中除去硫成分，該改質器用於生成含有氫之改質氣體；液體燃料導入機構，其將液體燃料導入至脫硫器內；液體燃料導出機構，其將液體燃料自脫硫器內導出；溫度測量機構，其測量脫硫器內之液體燃料之溫度；壓力測量機構，其測量脫硫器內之液體燃料之壓力；以及控制機構，其控制液體燃料導入機構及液體燃料導出機構，且，控制機構對液體燃料導入機構及液體燃料導出機構進行控制，使得在由溫度測量機構測量之溫度成為比通常運轉時之溫度低之特定溫度以下之情形時，由壓力測量機構測量之壓力達到作為正壓之特定壓力。

在該脫硫裝置中，在由溫度測量機構測量之溫度、即脫硫器內之液體燃料之溫度成為比通常運轉時之溫度(例如200℃)低之特定溫度(例如100℃)以下之情形時，藉由利用控制機構控制液體燃料導入機構及液體燃料導出機構，使由壓力測量機構測量之壓力達到作為正壓(負壓以上)之特定壓力。因此，例如在停止運轉時，即使隨著液體燃料之溫度之降低而壓力降低，由於作為正壓之特定壓力被保持，所以亦可防止因壓力降低引起之例如液體燃料氣化、脫硫器之破損等之對脫硫器之不良影響。再者，所謂硫成分係包括硫及硫化物之意。

在本發明之第3側面之脫硫裝置中，較好的是，控制機構在使由壓力測量機構測量之壓力上升之情形時，增加由液體燃料導入機構導入之液體燃料之導入量，並且減少由液體燃料導出機構導出之液體燃料之導出量；在使由壓力測量機構測量之壓力降低之情形時，減少由液體燃料導入機構導入之液體燃料之導入量，並且增加由液體燃料導出機構導出之液體燃料之之導出量。根據該構成，可迅速且確實地使由壓力測量機構測量之壓力、即脫硫器內之液體燃料之壓力上升或降低。

又，本發明之第3側面之燃料電池系統包括：上述脫硫裝置；改質器，其使用藉由脫硫裝置除去了硫成分之液體燃料生成含有氫之改質氣體；以及燃料電池堆疊，其使用藉由改質器生成之改質氣體進行發電。

根據該燃料電池系統，因具有上述脫硫裝置，因此即使壓力隨著液體燃料之溫度之降低而降低，亦可防止因壓力降低對脫硫器造成之不良影響。

根據本發明之第3側面，可防止因壓力降低對脫硫器造成之不良影響。

(本發明之第4側面)

在燃料電池系統中，利用改質器生成含有氫之改質氣體，並藉由燃料電池堆疊，使用該改質氣體進行發電。在此種燃料電池系統中，於將作為改質原料之煤油等液體燃料供給至改質器中之情形時，為防止改質觸媒之劣化，需設置用於自液體燃料中除去硫成分之脫硫器。(例如，參照日本專利特開2004-323285號公報)。

然而，由於沼氣及氫氣等氣體與液體燃料一起自脫硫器排出，因此有可能阻礙對改質器定量供給液體燃料等，對脫硫器之後段帶來不良影響。

因此，本發明之第4側面係有鑒於此種情況而研發者，目的在於提供一種可防止對後段之不良影響且可自液體燃料中確實地除去硫成分之脫硫裝置以及具有此種脫硫裝置之燃料電池系統。

為達成上述目的，本發明之第4側面之脫硫裝置之特徵在於包括：脫硫器，其自供給至改質器中之液體燃料中除去硫成分，該改質器用於生成含有氫之改質氣體；氣液分離容器，其儲存自脫硫器排出之液體燃料及氣體；液體燃料排出管線，其用於自氣液分離容器排出液體燃料；氣體排出管線，其用於自氣液分離容器排出氣體；開閉閥，其設在氣體排出管線上，用於開啟及關閉氣體之流通；以及節流機構(抑制在氣體之流通被開啟時之脫硫器內之壓力降低之節流機構)，其在開閉閥之下游側設在氣體排出管線上，用於阻礙氣體之流通。

在該脫硫裝置中，與液體燃料一起自脫硫器被排出之氣體在氣液分離容器中與液體燃料分離，經由氣體排出管線自氣液分離容器被排出。因此，可防止混入了氣體之液體燃料被供給至脫硫裝置之後段。並且，在氣體排出管線上，在開啟及關閉氣體流通之開閉閥之下游側設有阻礙氣體流通之節流機構。因此，即使為將氣體經由氣體排出管線自氣液分離容器排出而利用開閉閥開啟氣體之流通，脫硫器內之壓力之降低亦會被節流機構抑制。因此，根據該脫硫裝置，可防止對後段之不良影響且可自液體燃料中確實地除去硫成分。再者，所謂硫成分係包括硫及硫化物之意。

在本發明之第4側面之脫硫裝置中，較好的是，在開閉閥關閉氣體之流通之情形時，當氣液分離容器內之氣體之量超過特定量時，開閉閥分多次開啟氣體之流通。根據該構成，可更確實地抑制為將氣體經由氣體排出管線自氣液分離容器排出而由開閉閥開啟氣體之流通時之脫硫器內之壓力降低。

在本發明之第4側面之脫硫裝置中，較好的是，氣體排出管線與對改質器之改質觸媒進行加熱之燃燒器相連接。根據該構成，可有效地利用與液體燃料一起自脫硫器被排出之氣體作為燃燒器之燃料。

又，本發明之第4側面之燃料電池系統包括：上述脫硫裝置；改質器，其使用藉由脫硫裝置除去了硫成分之液體燃料生成含有氫之改質氣體；以及燃料電池堆疊，其使用藉由改質器生成之改質氣體進行發電。

根據該燃料電池系統，因具有上述脫硫裝置，因此可防止對脫硫裝置之後段之不良影響且可自液體燃料中確實地除去硫成分。

根據本發明之第4側面，可防止對脫硫裝置之後段不良影響，且能自液體燃料中確實地除去硫成分。

(本發明之第5側面)

在燃料電池系統中，對液體燃料等進行改質而製造包含氫之改質氣體，使該改質氣體及包含氧之氣體發生反應而發電。於將使用煤油等包含硫成分之燃料作為投入至燃料電池系統中之原燃料之情形時，改質觸媒由於接觸原燃料中之硫成分，因此會發生硫中毒而使改質性能劣化。因此，作為燃料電池系統，有在改質反應之前自原燃料中除去硫成分者。(例如，參照日本專利特開2004-213941號公報)。

然而，在包含於原燃料中之硫濃度比較高之情形時，為充分除去硫成分，考慮使脫硫器內之壓力達到比大氣壓高之壓力來促進脫硫反應。然而，在使脫硫器內達到高壓之情形時，高壓之液體燃料會自該脫硫器流入至後段之改質器內。於此情形時，將難以控制高壓之液體燃料之流量，改質性能會降低，而作為燃料電池系統之性能會降低。又，在使脫硫器內達到高壓時，後段之配管、反應容器、泵等設備會產生耐久性之問題，該等設備需要與高壓相適應，從而導致成本提高。

因此，本發明之第5側面之目的在於提供一種即使在高壓下進行脫硫之情形時，亦可提高脫硫器之後段之設備之耐久性、實現低成本且防止性能降低之燃料電池系統。

本發明之第5側面之燃料電池系統之特徵在於包括：脫硫器，其在比大氣壓高之壓力下自液體之原燃料中除去硫成分而生成液體燃料；儲油槽，其設有與朝大氣開放之排氣孔，用於儲存自脫硫器排出之液體燃料；輸出泵，其將液體燃料自儲油槽內送出；改質器，其配置在輸出泵之下游側，對液體燃料進行改質而生成改質氣體；以及燃料電池堆疊，其使用改質氣體進行發電。

在本發明之第5側面之燃料電池系統中，儲存液體燃料之儲油槽係配置於在高壓下進行脫硫反應之脫硫器及改質器之間，在該儲油槽上設有與朝大氣開放之排放孔。因此，當在脫硫器內經脫硫之高壓之液體燃料流入至儲油槽內時，包含於液體燃料中之氣體與液體燃料分離而藉由排放孔自儲油槽內排出。由於包含於液體燃料中之氣體被排出，因此在儲油槽之下游側，可增加液體燃料之流量控制之可靠性。因此，可確實地控制流入至改質器內之液體燃料之流量，防止改質性能之降低。又，由於高壓狀態之液體燃料不流入至儲油槽之下游側，因此無需與高壓相適應之設備，可提高儲油槽之後段設備之耐久性，從而可實現低成本。

在本發明之第5側面之燃料電池系統中，較好的是包括：恆壓泵，其以恆壓將原燃料加壓輸送入脫硫器內；以及毛細管，其配置在脫硫器之下游側且配置在儲油槽之上游側。

於此情形時，原燃料以恆壓流入脫硫器內，自脫硫器之流出量受到節流。因此，不使用高價之泵，便可使脫硫器內之壓力高於大氣壓，並且可將原燃料(液體燃料)之流量保持為較低。一般亦可考慮利用節流孔、針型閥等來替代毛細管。然而，延長節流孔部分之流路存在極限，因此為減小自脫硫器被排出之高壓之液體燃料之流量，必需使節流孔部分之直徑極小。此處，在脫硫器中係藉由脫硫觸媒進行液體燃料之脫硫，但有時脫硫觸媒會包含在藉由脫硫器除去了硫成分之液體燃料中。因此，在利用節流孔、針型閥等之情形時，自脫硫器流出之脫硫觸媒有時會堵塞節流孔部分之流路。相對於此，在本發明之燃料電池系統中，如上所述般使用了毛細管，因此可根據毛細管之長度而在一定程度上增大毛細管之內徑。因此，極難發生由脫硫觸媒引起之堵塞之情形。

在本發明之第5側面之燃料電池系統中，較好的是包括：氣液分離容器，其用於將自脫硫器排出之液體燃料及氣體分離；液體燃料排出管線，其用於自氣液分離容器排出液體燃料；氣體排出管線，其用於自氣液分離容器排出氣體；開閉閥，其設置在氣體排出管線上，用於開啟及關閉氣體之流通；節流機構，其設置在氣體排出管線之開閉閥之下游側，用於阻礙氣體流通；以及流量計，其設置在液體燃料排出管線上，且，毛細管係設置在液體燃料排出管線中之流量計之上游側，儲油槽在液體燃料排出管線上之流量計之下游側與液體燃料排出管線相連結。

於此情形時，與液體燃料一起自脫硫器被排出之氣體在氣液分離容器與液體燃料分離，經由氣體排出管線自氣液分離容器被排出。在氣體排出管線上，在開啟及關閉氣體之流通之開閉閥之下游側設有阻礙氣體流通之節流機構。因此，即使為將氣體經由氣體排出管線自氣液分離容器排出而由開閉閥開啟氣體之流通，脫硫器內之壓力之降低亦會被節流機構抑制。因此，藉由將脫硫器內之壓力保持在高壓，可確實地自原燃料中除去硫成分。另一方面，液體燃料經由液體燃料排出管線流入至儲油槽內。由於在液體燃料排出管線上設有流量計，因此可穩定地測量與氣體分離後之液體燃料之流量。

在本發明之第5側面之燃料電池系統中，較好的是包括：水位感測器，其測量儲油槽內之液體燃料之低水位及高水位；計時器，其測量水位感測器自檢測到低水位至檢測到高水位為止之時間；以及計算機構，其根據計時器之測量時間，算出液體燃料之流量。

於此情形時，藉由計時器測量水位感測器自檢測到低水位至檢測到高水位為止之時間，計算機構根據計時器之測量時間算出液體燃料之流量，因此無需另外設置流量計。由此，可謀求更低成本化。

在本發明之第5側面之燃料電池系統中，較好的是，儲油槽之下部起到觸媒片儲存部之作用，其用於蓄積與液體燃料一起自脫硫器流入之脫硫觸媒片，儲油槽內之液體燃料之流入口及流出口位於觸媒片儲存部之上方。

於此情形時，可將與液體燃料一起自脫硫器流出之脫硫觸媒儲存在儲油槽內，使其不流入後段之改質器內。又，由於儲油槽內之液體燃料之流入口及流出口位於觸媒片儲存部之上方，因此，藉由液體燃料之流入及流出，可抑制儲存在觸媒片儲存部之觸媒飛揚、自儲存槽流出而流入至改質器內。

在本發明之第5側面之燃料電池系統中，較好的是包括：油盤，其配置在儲油槽之下方；溢流管，其一方開口配置於儲油槽內，另一方開口配置在儲油槽外並且朝向下方且朝向油盤配置；以及洩漏感測器，其配置在油盤內。

於此情形時，即使因某種原因而使液體燃料充滿於儲油槽內，液體燃料亦會流過溢流管而流向油盤。並且，可利用配置在油盤內之洩漏感測器檢測出液體燃料流入至油盤內。

在本發明之第5側面之燃料電池系統中，較好的是包括：燃燒器，其對改質器進行加熱；以及氣體排出管線，其將自排放孔流出之流出氣體作為該燃燒器之燃燒用燃料。

於此情形時，可防止自排放孔流出之流出氣體流至燃料電池系統之周圍。又，使用流出氣體作為燃燒器之燃料，因此可有助於節能。

根據本發明之第5側面之燃料電池系統，即使在高壓下進行脫硫之情形時，亦可提高脫硫器之後段之設備之耐久性，從而可實現低成本並且防止性能降低。

(本發明之第6側面)

在燃料電池系統中，將液體燃料等作為原燃料，在改質器中對該液體燃料等進行改質而製造包含氫之改質氣體，並使該改質氣體及包含氧之氣體反應而進行發電。

然而，在使用煤油等包含硫成分之燃料作為液體燃料之情形時，改質觸媒由於與存在於液體燃料中之之硫成分接觸，因此改質觸媒會發生硫中毒，從而產生壽命縮短等性能之劣化。因此，為防止改質觸媒之劣化，燃料電池系統一般具有自液體燃料中除去硫成分之脫硫器(例如，參照日本專利特開2004-213941號公報)。

然而，為體現脫硫觸媒之性能，較好的是使脫硫器內之溫度為高溫(例如，200℃左右)。再者，在如此般使脫硫器內達到高溫時，會產生氣體(沼氣及氫氣等)，因此所供給之液體燃料(煤油)之流量容易降低，或液體燃料(煤油)會氣化而發生結碳(coking)(在脫硫觸媒之表面析出碳)，從而導致脫硫觸媒之耐久性容易降低，因此為抑制該等情形，較好的是脫硫器內之壓力為高壓(例如，0.5 MPa左右)。

然而，使脫硫器內處於高溫高壓之情形時，液體燃料之流量變大。因此，在需以極低流量(例如，1 kW之燃料電池系統時為10 g/min以下)輸送液體燃料之小型燃料電池系統中，存在如何將液體燃料之流量控制為較低之問題。此時，亦可考慮利用低流量泵，但低流量泵價格非常高，並未現實之選。

因此，本發明之第6側面目的在於提供一種可簡單且以低成本實現以低流量輸送液體燃料之燃料電池系統及改質系統。

本發明之第6側面之燃料電池系統之特徵在於包括：泵，其送出液體燃料；脫硫器，其配置在泵之下游側，用於自液體燃料中除去硫成分；毛細管，其配置在脫硫器之下游側，供藉由脫硫器除去了硫成分之液體燃料通過；改質器，其配置在毛細管之下游側，使用藉由脫硫器除去了硫成分之液體燃料生成含有氫之改質氣體；以及燃料電池堆疊，其使用藉由改質器生成之改質氣體進行發電。

在本發明之第6側面之燃料電池系統中，在脫硫器之下游側配置毛細管。因此，藉由適當選擇毛細管之內徑及長度，不使用高價之泵，便可使脫硫器內之壓力及液體燃料之流量達到期望之大小。其結果，可簡單且以低成本實現以低流量輸送液體燃料。

然而，以可考慮利用節流孔、針型閥等來替代毛細管。然而，延長節流孔部分之流路存在極限，因此為減小自脫硫器被排出之高壓之液體燃料之流量，必需使節流孔部分之直徑極小。此處，在脫硫器中係利用脫硫觸媒進行液體燃料之脫硫，但有時脫硫觸媒會包含於藉由脫硫器除去了硫成分之液體燃料中。因此，在利用節流孔、針型閥等之情形時，有時自脫硫器流出之脫硫觸媒會堵塞節流孔部分之流路。

然而，在本發明之第6側面之燃料電池系統中，如上所述般使用毛細管，因此根據毛細管之長度，可在一定程度上增大毛細管之內徑。因此，極難發生由脫硫觸媒引起之堵塞。

較好的是泵為恆壓泵。如此，容易管理脫硫器內之壓力。

較好的是，毛細管之內徑係0.1 mm~0.7 mm。當毛細管之內徑未達0.1 mm時，存在容易發生由脫硫觸媒堵塞毛細管之傾向。當毛細管之內徑超過0.7 mm時，為一面將脫硫器內維持為高壓一面以低流量輸送液體燃料，所需之毛細管之全長變長，存在難以小型化之傾向。

較好的是，毛細管係捲繞成螺旋狀。如此，即使於毛細管之全長變長之情形時，體積亦不易變大。

另一方面，本發明之第6側面之改質系統之特徵在於包括：泵，其送出液體燃料；脫硫器，其配置在泵之下游側，用於自液體燃料中除去硫成分；毛細管，其配置在脫硫器之下游側，供藉由脫硫器除去了硫成分之液體燃料通過；改質器，其配置在毛細管之下游側，使用藉由脫硫器除去了硫成分之液體燃料生成含有氫之改質氣體。

在本發明之第6側面之改質系統中，在脫硫器之下游側配置毛細管。因此，藉由適當選擇毛細管之內徑及長度，不使用高價之泵，便可使脫硫器內之壓力及液體燃料之流量達到期望之大小。其結果，可簡便且以低成本實現以低流量輸送液體燃料。

然而，亦可考慮利用節流孔、針型閥等來替代毛細管。然而，延長節流孔部分之流路存在極限，因此為減小自脫硫器排出之高壓之液體燃料之流量，必需使節流孔部分之直徑極小。此處，在脫硫器中係藉由脫硫觸媒進行液體燃料之脫硫，但有時脫硫觸媒會包含於利用脫硫器除去了硫成分之液體燃料中。因此，在利用節流孔、針型閥等之情形時，有時自脫硫器流出之脫硫觸媒會堵塞節流孔部分之流路。

然而，在本發明之第6側面之燃料電池系統中，如上所述般使用毛細管，因此根據毛細管之長度，可在一定程度上增大毛細管之內徑。因此，極難發生由脫硫觸媒引起之堵塞。

較好的是泵為恆壓泵。如此，容易管理脫硫器內之壓力。

較好的是毛細管之內徑係0.1 mm~0.7 mm。當毛細管之內徑未達0.1 mm時，存在容易發生由脫硫觸媒堵塞毛細管之傾向。當毛細管之內徑超過0.7 mm時，為一面將脫硫器內維持為高壓一面以低流量輸送液體燃料，所需之毛細管之全長變長，存在難以小型化之傾向。

較好的是毛細管係捲繞成螺旋狀。如此，即使於毛細管之全長變長之情形時，體積亦不易變大。

根據本發明之第6側面，可提供一種簡便且以低成本實現以低流量輸送液體燃料之燃料電池系統及改質系統。

(第1實施形態)

以下參照圖1~圖4對第1實施形態之燃料電池系統1進行詳細說明。

圖1係第1實施形態之燃料電池系統之一實施形態之構成圖。如圖1所示，燃料電池系統1包括：生成含有氫之改質氣體之改質裝置2；自供給至改質裝置2中之液體燃料中除去硫成分之脫硫裝置3；以及使用由改質裝置2生成之改質氣體進行發電之燃料電池堆疊4。燃料電池系統1例如係用作家庭用電力供給源者，自可容易獲得且可獨立儲存之觀點考慮，使用煤油作為液體燃料。

改質裝置2包括：對液體燃料進行水蒸氣改質而生成改質氣體之改質器5；以及對收容在改質器5內之改質觸媒進行加熱之燃燒器6。燃燒器6藉由加熱用於促進水蒸氣改質反應之改質觸媒，將使觸媒反應有效地發揮所需之熱供給於改質觸媒。在改質器5中，自脫硫裝置3導入之液體燃料氣化而成為原料氣體，利用改質觸媒促進原料氣體及水蒸氣(水)之間之水蒸氣改質反應，生成富氫(hydrogen rich)之改質氣體。

燃料電池堆疊4係多個電池單元堆積而構成之固體高分子型燃料電池堆疊，使用在改質裝置2中獲得之改質氣體進行發電。各電池單元具有陽極、陰極及配置在陽極與陰極之間之作為電解質之高分子離子交換膜。在各電池單元中，改質氣體被導入至陽極並且空氣被導入至陰極，藉此進行電化學發電反應。

圖2係圖1之燃料電池系統所具有之脫硫裝置之構成圖。如圖2所示，脫硫裝置3具有收容脫硫觸媒7a之脫硫器7，該脫硫觸媒7a用於自供給至改質器5中之液體燃料中除去硫成分。脫硫觸媒7a由加熱器(加熱機構)8加熱至特定溫度。在脫硫器7之上游側設有調節向脫硫器7內導入液體燃料之導入量之入口閥(液體燃料導入機構)9。並且，在入口閥9之上游側設有將液體燃料加壓輸送至脫硫器7內之泵(液體燃料導入機構)11。另一方面，在脫硫器7之下游側設有調節來自脫硫器7內之液體燃料之導出量之出口閥(液體燃料導出機構)12。

又，在脫硫器7上設有測量脫硫器7內之液體燃料之溫度之溫度計(溫度測量機構)13。並且，在脫硫器7及入口閥9之間還設有測量脫硫器7內之液體燃料之壓力之壓力計(壓力測量機構)14。控制部(控制機構)15根據由溫度計13測量之溫度及由壓力計14測量之壓力，對加熱器8、入口閥9、泵11及出口閥12進行控制。

如圖1所示，脫硫裝置3與供硫成分被除去之液體燃料流通之液體燃料流通管線16之一端相連接，液體燃料流通管線16之另一端與配置在脫硫裝置3上方之儲存容器19之側壁相連接。儲存容器19之底壁與液體燃料流通管線23、液體燃料流通管線25相連接，在該液體燃料流通管線23上設有用於將儲存在儲存容器19內之下方之液體燃料導入至改質器5中之泵22，在該液體燃料流通管線25上設有用於將該液體燃料導入至燃燒器6中之泵24。再者，燃燒器6與設有用於將空氣導入燃燒器6中之泵26之空氣流通管線27相連接。如此，藉由將液體燃料暫時儲存在儲存容器19中，可使泵22對改質器5之液體燃料之供給及泵24對燃燒器6之液體燃料之供給穩定化。

在如上所述般構成之燃料電池系統1中，液體燃料首先被導入至脫硫裝置3之脫硫器7中，在高溫、高壓之狀態下，藉由脫硫觸媒7a除去硫成分。自脫硫器7導出之液體燃料經由液體燃料流通管線16而儲存至儲存容器19中。被儲存至儲存容器19中之液體燃料經由液體燃料流通管線23而導入至改質器5中。此時，液體燃料經由液體燃料流通管線25而導入至燃燒器6中，並且空氣經由空氣流通管線27而導入至燃燒器6中。由此，在改質器5中，改質觸媒被進行燃燒之燃燒器6加熱，使用液體燃料而生成改質氣體。在改質器5中生成之改質氣體被導入至燃料電池堆疊4中，在燃料電池堆疊4中，使用改質氣體進行發電。

繼而，說明脫硫裝置3之動作。圖3係表示圖2之脫硫裝置之脫硫器內之液體燃料之溫度及壓力之間之關係之圖表，圖4係表示圖2之脫硫裝置之啟動動作之流程圖。

如圖3所示，控制部15將脫硫器7內之液體燃料之各溫度時之、脫硫器7內之液體燃料之壓力之目標值存儲作為資料表。該壓力之目標值係設定為各溫度時之液體燃料之飽和蒸氣壓以上且為脫硫器7之耐壓以下。亦即，根據脫硫器7內之液體燃料之溫度，只要將脫硫器7內之液體燃料之壓力維持為目標值，便可防止液體燃料之氣化。

如圖4所示，脫硫裝置3之啟動動作開始時，控制部15對由溫度計13測量之溫度、即脫硫器7內之液體燃料之溫度是否比A高進行判斷(步驟S11)。於其結果為脫硫器7內之液體燃料之溫度比A低之情形時，為加熱脫硫器7內之脫硫觸媒7a，控制部15使加熱器8動作(步驟S12)，返回至步驟S11之判斷處理。

於步驟S11之判斷處理之結果為脫硫器7內之液體燃料之溫度比A高之情形時，控制部15對由壓力計14測量之壓力、即脫硫器7內之液體燃料之壓力是否比X高進行判斷(步驟S13)。於其結果為脫硫器7內之液體燃料之壓力比X低之情形時，為將液體燃料導入至脫硫器7內，控制部15使泵11動作並且開啟入口閥9(步驟S14)，進而使加熱器8停止(步驟S15)，返回至步驟S13之判斷處理。

於步驟S13之判斷處理結果為脫硫器7內之液體燃料之壓力比X高之情形時，控制部15使泵11停止並且關閉入口閥9(步驟S16)。然後，控制部15對由溫度計13測量之溫度、即脫硫器7內之液體燃料之溫度是否比B(>A)高進行判斷(步驟S17)。於其結果為脫硫器7內之液體燃料之溫度比B低之情形時，為加熱脫硫器7內之脫硫觸媒7a，控制部15使加熱器8動作(步驟S18)，返回至步驟S17之判斷處理。

於步驟S17之判斷處理結果為脫硫器7內之液體燃料之溫度比B高之情形時，控制部15對由壓力計14測量之壓力、即脫硫器7內之液體燃料之壓力是否比Y(>X)高進行判斷(步驟S19)。於其結果為脫硫器7內之液體燃料壓力比Y低之情形時，為將液體燃料導入至脫硫器7內，控制部15使泵11動作並且開啟入口閥9(步驟S20)，進而使加熱器8停止(步驟S21)，返回至步驟S19之判斷處理。

於步驟S19之判斷處理結果為脫硫器7內之液體燃料之壓力比Y高之情形時，控制部15使泵11停止並且關閉入口閥9(步驟S22)。然後，控制部15對由溫度計13測量之溫度、即脫硫器7內之液體燃料之溫度是否比C(>B)高進行判斷(步驟S23)。於其結果為脫硫器7內之液體燃料之溫度比C低之情形時，為加熱脫硫器7內之脫硫觸媒7a，控制部15使加熱器8動作(步驟S24)，返回至步驟S23之判斷處理。

於步驟S23之判斷處理結果為脫硫器7內之液體燃料之溫度比C高之情形時，控制部15對由壓力計14測量之壓力、即脫硫器7內之液體燃料壓力是否比Z(>Y)高進行判斷(步驟S25)。於其結果為脫硫器7內之液體燃料之壓力比Z低之情形時，為將液體燃料導入至脫硫器7內，控制部15使泵11動作並且開啟入口閥9(步驟S26)，進而使加熱器8停止(步驟S27)，返回至步驟S25之判斷處理。

於步驟S25之判斷處理結果為脫硫器7內之液體燃料之壓力比Z高之情形時，控制部15使泵11停止並且關閉入口閥9(步驟S28)。然後，控制部15對由溫度計13測量之溫度、即脫硫器7內之液體燃料之溫度是否比D(>C)高進行判斷(步驟S29)。於其結果為脫硫器7內之液體燃料之溫度比D低之情形時，為加熱脫硫器7內之脫硫觸媒7a，控制部15使加熱器8動作(步驟S30)，返回至步驟S29之判斷處理。

於步驟S29之判斷處理結果為脫硫器7內之液體燃料之溫度比D高之情形時，在該溫度下進行脫硫，為將硫成分被除去之液體燃料供給至改質裝置2中，使泵11動作並開啟入口閥9及出口閥12，脫硫裝置3之啟動動作結束。

如上所說明般，在燃料電池系統1之脫硫裝置3中，控制部15對加熱器8、入口閥9、泵11及出口閥12進行控制，使得由溫度計13測量之溫度、即脫硫器7內之液體燃料之溫度達到特定溫度，由壓力計14測量之壓力、即脫硫器7內之液體燃料之壓力達到特定溫度下之液體燃料之飽和蒸氣壓以上且為脫硫器之耐壓以下之特定壓力(即目標值)。其不僅在脫硫裝置3之啟動動作時，在脫硫裝置3之穩定動作時及停止動作時亦同樣。因此，即使使脫硫器7內之液體燃料之溫度上升，亦可防止液體燃料氣化，其結果，可實現高效率之脫硫及抑制脫硫觸媒7a之劣化。

又，在使由壓力計14測量之壓力上升之情形時，控制部15使泵11動作並開啟入口閥9而使液體燃料之導入量增加，並且關閉出口閥12而使液體燃料之導出量減少。另一方面，在使由壓力計14測量之壓力降低之情形時，控制部15使泵11停止並關閉入口閥9而使液體燃料之導入量減少，並且開啟出口閥12使液體燃料之導出量增加。藉此，可迅速且確實地使由壓力計14測量之壓力、即脫硫器7內之液體燃料之壓力上升或降低。又，所謂「關閉入口閥9(或出口閥12)」不僅係指完全關閉而流量為0之情形，亦包括未完全關閉而流量減少之情形。

本發明之第1側面不限定於上述實施形態。

例如，燃料電池堆疊4不限於固體高分子型燃料電池堆疊，亦可為固體氧化物型燃料電池堆疊等。

又，改質器5不限於進行水蒸氣改質之改質器，亦可為進行部分氧化改質、自身熱改質之改質器。改質器5之改質方法除根據煤油之特性而設以外，還根據汽油、石腦油、輕油、甲醇、乙醇、DME(二甲醚)、利用生物物質之生物燃料等液體燃料之特性而設。

(第2實施形態)

以下參照圖5~圖8對第2實施形態之燃料電池系統1進行詳細說明。

圖5係第2實施形態之燃料電池系統1之一實施形態之構成圖。如圖5所示，燃料電池系統1包括：生成含有氫之改質氣體之改質裝置2；自供給至改質裝置2中之液體燃料中除去硫成分之脫硫裝置3；以及使用由改質裝置2生成之改質氣體進行發電之燃料電池堆疊4。燃料電池系統1例如係用作家庭用之電力供給源者，自可容易獲得且可獨立儲存之觀點考慮，使用煤油作為液體燃料。

改質裝置2具有對液體燃料進行水蒸氣改質而生成改質氣體之改質器5及對收容在改質器5內之改質觸媒進行加熱之燃燒器6。燃燒器6藉由加熱用於促進水蒸氣改質反應之改質觸媒，將使觸媒反應有效地發揮所需之熱供給於改質觸媒。在改質器5中，自脫硫裝置3導入之液體燃料氣化而成為原料氣體，利用改質觸媒促進原料氣體及水蒸氣(水)之間之水蒸氣改質反應，生成富氫之改質氣體。

燃料電池堆疊4係多個電池單元堆積而構成之固體高分子型燃料電池堆疊，使用在改質裝置2獲得之改質氣體進行發電。各電池單元具有陽極、陰極及配置在陽極與陰極之間之作為電解質之高分子離子交換膜。在各電池單元中，改質氣體被導入至陽極並且空氣被導入至陰極，從而進行電化學之發電反應。

圖6係圖5之燃料電池系統所具有之脫硫裝置之構成圖。如圖6所示，脫硫裝置3具有收容脫硫觸媒7a之脫硫器7，該脫硫觸媒7a用於自供給至改質器5中之液體燃料中除去硫成分。脫硫觸媒7a由加熱器(加熱機構)8加熱至特定溫度。在脫硫器7之上游側設有調節向脫硫器7內導入液體燃料之導入量之入口閥(液體燃料導入機構)9。並且，在入口閥9之上游側設有將液體燃料加壓輸送至脫硫器7內之泵(液體燃料導入機構)11。另一方面，在脫硫器7之下游側設有調節來自脫硫器7內之液體燃料之導出量之出口閥(液體燃料導出機構)12。

又，在脫硫器7上設有測量脫硫器7內之液體燃料之溫度之溫度計(溫度測量機構)13。並且，在脫硫器7及入口閥9之間設有測量脫硫器7內之液體燃料之壓力之壓力計(壓力測量機構)14。在輸出特定之信號時，控制部(控制機構)15根據該信號對加熱器8、入口閥9、泵11及出口閥12進行控制。再者，所謂特定信號係啟動信號、停止信號、暫停信號、重新開始運轉信號。

如圖5所示，脫硫裝置3與供硫成分被除去之液體燃料流通之液體燃料流通管線16之一端相連接，液體燃料流通管線16之另一端與配置在脫硫裝置3上方之儲存容器19之側壁相連接。儲存容器19中設有測量儲存量之液面計(leveller)(儲存量測量機構)20。液面計20在儲存容器19中之儲存量達到第1儲存量時，向控制部15輸出暫停信號，在儲存容器19中之儲存量減少至比第1儲存量低位之第2儲存量時，向控制部15輸出重新開始運轉信號。

又，儲存容器19之底壁與液體燃料流通管線23、液體燃料流通管線25相連接，該液體燃料流通管線23上設有用於將儲存在儲存容器19內下方之液體燃料導入至改質器5中之泵22，該液體燃料流通管線25上設有用於將該液體燃料導入至燃燒器6中之泵24。再者，燃燒器6與設有用於將空氣導入至燃燒器6中之泵26之空氣流通管線27相連接。如此，藉由將液體燃料暫時儲存在儲存容器19中，可使泵22對改質器5之液體燃料之供給及泵24對燃燒器6之液體燃料之供給穩定化。

在如上所述般構成之燃料電池系統1中，液體燃料首先被導入至脫硫裝置3之脫硫器7中，在高溫、高壓之狀態下，利用脫硫觸媒7a除去硫成分。自脫硫器7被導出之液體燃料經由液體燃料流通管線16而儲存至儲存容器19中。被儲存至儲存容器19中之液體燃料經由液體燃料流通管線23而導入至改質器5中。此時，液體燃料經由液體燃料流通管線25而導入至燃燒器6中，並且空氣經由空氣流通管線27而導入至燃燒器6中。由此，在改質器5中，改質觸媒被進行燃燒之燃燒器6加熱，使用液體燃料而生成改質氣體。在改質器5中生成之改質氣體被導入至燃料電池堆疊4中，在燃料電池堆疊4中，使用改質氣體進行發電。

繼而，說明脫硫裝置3之動作。圖7係表示圖6之脫硫裝置之運轉狀態及設定溫度之間之關係之一例之圖，圖8係表示圖6之脫硫裝置之動作之流程圖。

如圖7所示，控制部15將各運轉狀態之脫硫器7內之溫度之目標值存儲作為資料表。溫度之目標值例如在通常運轉時係190℃~210℃(可促進脫硫觸媒7a之觸媒反應之特定脫硫溫度：溫度A)，暫停時係180℃~190℃(溫度B)。暫停時之溫度B(特定溫度)係設定為比停止時之溫度(5℃~35℃)高且比通常運轉時之溫度A低。

如圖8所示，在脫硫裝置3啟動之通常運轉時，控制部15對是否自液面計20輸入有暫停信號進行判斷(步驟S11)。於其結果為輸入有暫停信號之情形時，為停止向脫硫器7內導入液體燃料，控制部15使泵11停止並關閉入口閥9及出口閥12(步驟S12)。然後，控制部15控制加熱器8，使得脫硫器7內之液體燃料之溫度達到溫度B(步驟S13)。

步驟S13之處理後，控制部15對是否自液面計20輸入有重新開始運轉信號進行判斷(步驟S14)。於其結果為輸入有重新開始運轉信號之情形時，控制部15控制加熱器8，使得脫硫器7內之液體燃料之溫度達到溫度A(步驟S15)。然後，以溫度A進行脫硫，為將硫成分被除去之液體燃料再供給至改質裝置2中，使泵11動作並且開啟入口閥9及出口閥12(步驟S16)，返回至步驟S11之判斷處理。另一方面，在步驟S17中，於未輸入有重新開始運轉信號之情形時，反覆該處理直至輸入有重新開始運轉信號。

另一方面，於步驟S11之判斷處理結果為未輸入有暫停信號之情形時，控制部15對是否輸入有停止信號進行判斷(步驟S17)。於其結果為輸入有停止信號之情形時，控制部15使泵11停止並關閉入口閥9及出口閥12(步驟S18)，進而使加熱器8停止(步驟S19)，脫硫裝置3之運轉結束。另一方面，於未輸入有停止信號之情形時，返回至步驟S11之判斷處理。又，藉由按下用於使脫硫裝置3之動作停止之例如按鈕，而將停止信號輸入至控制部15中。

如上說明般，在燃料電池系統1之脫硫裝置3中，在自液面計20輸入有暫停信號之情形時，控制部15對入口閥9、泵11及出口閥12進行控制，以停止自脫硫器7內向儲存容器19供給液體燃料。此時，控制部15控制加熱器8，使得由溫度計13測量之溫度、即脫硫器7內之液體燃料之溫度被保持為比常溫高且比通常運轉時之溫度A低之特定溫度B(即目標值)。藉此，與使脫硫裝置3停止而使溫度降低至常溫之情形相比，加熱至通常運轉時之溫度A、即特定脫硫溫度之時間被縮短，因此可謀求縮短直至再啟動為止之時間。

又，如圖7所示，藉由使暫停時之溫度B成為比通常運轉時之溫度A低之溫度，可謀求減少能量消耗。並且，藉由在暫停時不使溫度B降低至常溫，可防止由與通常運轉時之溫差引起之脫硫觸媒7a之劣化。

又，具有暫時儲存液體燃料之儲存容器19，於儲存容器19之儲存量達到第1儲存量之情形時，液面計20向控制部15輸出暫停信號。另一方面，於儲存容器19之儲存量減少為比第1儲存量低位之第2儲存量之情形時，液面計20向控制部15輸出重新開始運轉信號。藉此，可防止例如儲存量超量導致之儲存容器19之破損等。又，在減少至比第1儲存量低位之第2儲存量之情形時，輸出重新開始運轉信號，脫硫裝置3之動作重新開始，因此可謀求作業之效率化。

本發明之第2側面不限於上述實施形態。

例如，在輸入有暫停信號之情形時，亦可不關閉入口閥9及出口閥12這兩者，而僅關閉入口閥9。

又，暫停信號及重新開始運轉信號亦可不自液面計20輸入，而例如藉由押下按鈕來輸入。

又，燃料電池堆疊4不限於固體高分子型燃料電池堆疊，亦可為固體氧化物型燃料電池堆疊等。

又，改質器5不限於進行水蒸氣改質之改質器，亦可為進行部分氧化改質、自身熱改質之改質器。改質器5之改質方法除根據煤油之特性而設以外，還根據汽油、石腦油、輕油、甲醇、乙醇、DME(二甲醚)、利用生物物質之生物燃料等液體燃料之特性而設。

(第3實施形態)

以下參照圖9~圖12對第3實施形態之燃料電池系統1進行詳細說明。

圖9係第3實施形態之燃料電池系統之一實施形態之構成圖。如圖9所示，燃料電池系統1包括：生成含有氫之改質氣體之改質裝置2；自供給至改質裝置2中之液體燃料中除去硫成分之脫硫裝置3；以及使用由改質裝置2生成之改質氣體進行發電之燃料電池堆疊4。燃料電池系統1例如係用作家庭用之電力供給源者，自能容易獲得且能獨立儲存之觀點考慮，使用煤油作為液體燃料。

改質裝置2具有對液體燃料進行水蒸氣改質而生成改質氣體之改質器5及對收容在改質器5內之改質觸媒進行加熱之燃燒器6。燃燒器6藉由加熱用於促進水蒸氣改質反應之改質觸媒，將使觸媒反應有效地發揮所需之熱供給於改質觸媒。在改質器5中，自脫硫裝置3導入之液體燃料氣化而成為原料氣體，利用改質觸媒促進原料氣體及水蒸氣(水)之間之水蒸氣改質反應，生成富氫之改質氣體。

燃料電池堆疊4係多個電池單元堆積而構成之固體高分子型燃料電池堆疊，使用在改質裝置2得至之改質氣體進行發電。各電池單元具有陽極、陰極及配置在陽極與陰極之間之作為電解質之高分子離子交換膜。在各電池單元中，改質氣體被導入至陽極並且空氣被導入至陰極，從而進行電化學之發電反應。

圖10係圖9之燃料電池系統所具有之脫硫裝置之構成圖。如圖10所示，脫硫裝置3具有收容脫硫觸媒7a之脫硫器7，該脫硫觸媒7a用於自供給至改質器5中之液體燃料中除去硫成分。脫硫觸媒7a由加熱器(加熱機構)8加熱至特定溫度。在脫硫器7之上游側設有調節向脫硫器7內導入液體燃料之導入量之入口閥(液體燃料導入機構)9。並且，在入口閥9之上游側設有將液體燃料加壓輸送至脫硫器7內之泵(液體燃料導入機構)11。另一方面，在脫硫器7之下游側設有調節來自脫硫器7內之液體燃料之導出量之出口閥(液體燃料導出機構)12。

又，在脫硫器7上設有測量脫硫器7內之液體燃料之溫度之溫度計(溫度測量機構)13。並且，在脫硫器7及入口閥9之間設有測量脫硫器7內之液體燃料之壓力之壓力計(壓力測量機構)14。控制部(控制機構)15根據由溫度計13測量之溫度及由壓力計14測量之壓力，對加熱器8、入口閥9、泵11及出口閥12進行控制。

如圖9所示，脫硫裝置3與供硫成分被除去之液體燃料流通之液體燃料流通管線16之一端相連接，液體燃料流通管線16之另一端與配置在脫硫裝置3上方之儲存容器19之側壁相連接。儲存容器19之底壁與液體燃料流通管線23、液體燃料流通管線25相連接，該液體燃料流通管線23上設有用於將儲存在儲存容器19內之下方之液體燃料導入至改質器5中之泵22，該液體燃料流通管線25上設有用於將該液體燃料導入至燃燒器6中之泵24。再者，燃燒器6與設有用於將空氣導入燃燒器6中之泵26之空氣流通管線27相連接。如此，藉由將液體燃料暫時儲存在儲存容器19中，可使泵22對改質器5之液體燃料之供給及泵24對燃燒器6之液體燃料之供給穩定化。

在如上所述般構成之燃料電池系統1中，液體燃料首先被導入至脫硫裝置3之脫硫器7中，在高溫、高壓之狀態下，利用脫硫觸媒7a除去硫成分。自脫硫器7被導出之液體燃料經由液體燃料流通管線16而儲存至儲存容器19中。被儲存至儲存容器19中之液體燃料經由液體燃料流通管線23而導入至改質器5中。此時，液體燃料經由液體燃料流通管線25而導入至燃燒器6中，並且空氣經由空氣流通管線27而導入至燃燒器6中。藉此，在改質器5中，改質觸媒被進行燃燒之燃燒器6加熱，使用液體燃料而生成改質氣體。在改質器5中生成之改質氣體被導入至燃料電池堆疊4中，在燃料電池堆疊4中，使用改質氣體進行發電。

繼而，說明脫硫裝置3之動作。圖11係表示圖10之脫硫裝置之停止運轉時之溫度及壓力之間之關係之表，圖12係表示圖10之脫硫裝置之動作之流程圖。

如圖11所示，控制部15將停止時之各溫度範圍之脫硫器7內之壓力下限值(目標值)存儲作為資料表。壓力之下限值例如在150℃以上時為200 kPa，在100℃~150℃時為100 kPa。又，例如在100℃以下時為5 kPa。比通常運轉時之溫度低之100℃(特定溫度)以下之壓力係設定為作為正壓(負壓以上)之特定壓力。

如圖12所示，脫硫裝置3之停止動作開始時，為停止將液體燃料導入至脫硫器7內，控制部15使泵11停止並關閉入口閥9及出口閥12(步驟S11)，進而使加熱器8停止(步驟S12)。

步驟S12之處理後，控制部15對由壓力計14所測量之壓力、即脫硫器7內之液體燃料之壓力是否比壓力A(例如5 kPa)高進行判斷(步驟S13)。於其結果為脫硫器7內之液體燃料之壓力比壓力A高之情形時，返回至步驟S13之判斷處理。另一方面，於脫硫器7內之液體燃料之壓力比壓力A低之情形時，為將液體燃料導入至脫硫器7內，控制部15使泵11動作並開啟入口閥9(步驟S14)。

步驟S14之處理後，控制部15對由壓力計14測量之壓力、即脫硫器7內之液體燃料之壓力是否比壓力B(例如40 kPa)高進行判斷(步驟S15)。其結果為脫硫器7內之液體燃料之壓力比壓力B高之情形時，為停止將液體燃料導入至脫硫器7內，控制部15使泵11停止並關閉入口閥9(步驟S16)，返回至步驟S13之判斷處理。另一方面，在脫硫器7內之液體燃料壓力比壓力B高之情形時，返回至步驟S15之判斷處理。

如上說明般，在燃料電池系統1之脫硫裝置3中，在由溫度計13測量之溫度、即脫硫器7內之液體燃料之溫度為比通常運轉時之溫度低之特定溫度以下之情形時，控制部15對入口閥9、泵11及出口閥12進行控制，使得由壓力計14測量之壓力、即脫硫器7內之液體燃料之壓力達到作為正壓之特定壓力。因此，例如在停止運轉時，即使壓力隨著液體燃料之溫度之降低而降低，由於作為正壓之特定壓力被保持，因此可防止由壓力降低引起之例如液體燃料之氣化、脫硫器7之破損等對脫硫器7之不良影響。

在使由壓力計14測量之壓力上升之情形時，控制部15使泵11動作並開啟入口閥9而使液體燃料之導入量增加，並且關閉出口閥12而使液體燃料之導出量減少。另一方面，在使由壓力計14測量之壓力降低之情形時，控制部15使泵11停止並關閉入口閥9而使液體燃料之導入量減少，並且開啟出口閥12而使液體燃料之導出量增加。藉此，可迅速且確實地使由壓力計14測量之壓力、即脫硫器7內之液體燃料之壓力上升或降低。又，所謂「關閉入口閥9(或出口閥12)」不僅係指完全關閉而流量為0之情形，亦包括未完全關閉而流量減少之情形。

本發明之第3側面不限定於上述實施形態。

例如，燃料電池堆疊4不限於固體高分子型燃料電池堆疊，亦可為固體氧化物型燃料電池堆疊等。

又，改質器5不限於水蒸氣改質之改質器，亦可為部分氧化改質、自身熱改質之改質器。改質器5之改質方法除根據煤油之特性而設以外，還根據汽油、石腦油、輕油、甲醇、乙醇、DME(二甲醚)、利用生物物質之生物燃料等液體燃料之特性而設。

(第4實施形態)

以下參照圖13及圖14對第4實施形態之燃料電池系統1進行詳細地說明。

圖13係第4實施形態之燃料電池系統之實施形態之構成圖。如圖13所示，燃料電池系統1包括：生成含有氫之改質氣體之改質裝置2；自供給至改質裝置2中之液體燃料中除去硫成分之脫硫裝置3；以及使用由改質裝置2生成之改質氣體進行發電之燃料電池堆疊4。燃料電池系統1例如係用作家庭用之電力供給源，自可容易獲得且可獨立儲存之觀點考慮，使用煤油作為液體燃料。

改質裝置2具有對液體燃料進行水蒸氣改質而生成改質氣體之改質器5及對收容在改質器5內之改質觸媒進行加熱之燃燒器6。燃燒器6藉由加熱用於促進水蒸氣改質反應之改質觸媒，將使觸媒反應有效地發揮所需之熱供給於改質觸媒。在改質器5中，自脫硫裝置3導入之液體燃料氣化而成為原料氣體，利用改質觸媒促進原料氣體及水蒸氣(水)之間之水蒸氣改質反應，生成富氫之改質氣體。

燃料電池堆疊4係多個電池單元堆積而構成之固體高分子型燃料電池堆疊，使用在改質裝置2獲得之改質氣體進行發電。各電池單元具有陽極、陰極及配置在陽極與陰極之間之作為電解質之高分子離子交換膜。在各電池單元中，改質氣體被導入至陽極並且空氣被導入至陰極，從而進行電化學之發電反應。

脫硫裝置3包括：自由泵7導入之液體燃料中除去硫成分之脫硫器8；以及儲存自脫硫器8排出之液體燃料及氣體(沼氣及氫氣等)之氣液分離容器9。為檢測氣體之量而在氣液分離容器9內設有檢測液體燃料之液面之浮動開關11。氣液分離容器9係配置在脫硫器8之上方，供液體燃料及氣體流通之液體燃料、氣體流通管線12之一端與脫硫器8之底壁相連接，另一端與氣液分離容器9之底壁相連接。藉此，可確實地將自脫硫器8排出之氣體導入至氣液分離容器9內。

氣液分離容器9之頂壁與氣體排出管線13之一端相連接，該氣體排出管線13用於將儲存在氣液分離容器9內之上方之氣體自氣液分離容器9排出。氣體排出管線13之另一端與用於對改質器5之改質觸媒進行加熱之燃燒器6相連接。在氣體排出管線13上設有開啟及關閉氣體之流通之電磁閥(開閉閥)14。電磁閥14與氣液分離容器9協同動作，構成用於自液體燃料中除去氣體之除氣器(degasser)D。並且，在氣體排出管線13之電磁閥14之下游側設有阻礙氣體流通之毛細管(節流機構)15。又，氣體排出管線13之毛細管15之下游側與設有用於將空氣導入至燃燒器6中之泵16之空氣流通管線17相連接。

另一方面，氣液分離容器9之底壁與液體燃料排出管線18之一端相連接，該液體燃料排出管線18用於將儲存在氣液分離容器9內之下方之液體燃料自氣液分離容器9排出。液體燃料排出管線18之另一端與配置在氣液分離容器9之上方之儲存容器19之側壁相連接。在液體燃料排出管線18上設有阻礙液體燃料流通之毛細管21。

儲存容器19之底壁與液體燃料流通管線23、液體燃料流通管線25相連接，在該液體燃料流通管線23上設有用於將儲存在儲存容器19內之下方之液體燃料導入至改質器5中之泵22，在該液體燃料流通管線25上設有用於將該液體燃料導入至燃燒器6中之泵24。如此，藉由將液體燃料暫時儲存在儲存容器19中，可使泵22對改質器5之液體燃料之供給及泵24對燃燒器6之液體燃料之供給穩定化。

在如上所述般構成之燃料電池系統1中，液體燃料首先被導入至脫硫器8中，在脫硫器8中，在高溫、高壓之狀態下藉由脫硫觸媒自液體燃料中除去硫成分。自脫硫器8排出之液體燃料及氣體被儲存於氣液分離容器9中，液體燃料經由液體燃料排出管線18、儲存容器19及液體燃料流通管線23而導入至改質器5中。此時，液體燃料經由液體燃料排出管線18、儲存容器19及液體燃料流通管線25而導入至燃燒器中，並且空氣經由空氣流通管線17而導入至燃燒器6中。藉此，在改質器5中，由燃燒之燃燒器6加熱改質觸媒，使用液體燃料而生成改質氣體。在改質器5中生成之改質氣體被導入至燃料電池堆疊4中，在燃料電池堆疊4中，使用改質氣體進行發電。

另一方面，被儲存在氣液分離容器9中之氣體經由氣體排出管線13而導入至燃燒器6中，與液體燃料一起被用作燃燒器6之燃料。如此，可將與液體燃料一起自脫硫器8排出之氣體有效地用作燃燒器6之燃料。再者，在電磁閥14關閉氣體之流通之情形時，在由浮動開關11檢測之氣液分離容器9內之氣體之量超過特定量時，電磁閥14分多次開啟氣體之流通。

如以上說明般，在燃料電池系統1之脫硫裝置3中，與液體燃料一起自脫硫器8排出之氣體在氣液分離容器9中與液體燃料分離，經由氣體排出管線13自氣液分離容器9而排出。因此，可防止混入有氣體之液體燃料被供給至脫硫裝置3之後段(例如，泵22、24及改質器5等)。並且，在氣體排出管線13上，在開啟及關閉氣體之流通之電磁閥14之下游側設有阻礙氣體流通之毛細管15。因此，即使為將氣體經由氣體排出管線13自氣液分離容器9排出而由電磁閥14開啟氣體之流通，脫硫器8內之壓力之降低亦會被毛細管15抑制，從而被保持為高壓之狀態。因此，根據燃料電池系統1之脫硫裝置3，可防止對後段之不良影響，並可確實地自液體燃料中除去硫成分。

又，藉由設置在液體燃料排出管線18上之毛細管21，脫硫器8內之壓力降低亦被抑制而被保持為高壓之狀態。亦即，由於脫硫器8內之壓力被毛細管15、21維持為恆定，因此泵7可使用恆壓泵。

又，在電磁閥14關閉氣體之流通之情形時，在由浮動開關11檢測之氣液分離容器9內之氣體之量超過特定量時，電磁閥14分多次開啟氣體之流通。藉此，可更確實地抑制為將氣體經由氣體排出管線13自氣液分離容器9排出而由電磁閥14開啟氣體之流通時之脫硫器8內之壓力降低。

圖14係表示圖13之燃料電池系統中之浮動開關、電磁閥及脫硫器之壓力之關係之圖表。如圖14所示，浮動開關11處於ON期間，即，氣液分離容器9內之氣體之量超過特定量期間(此處為15秒鐘)，以特定間隔(此處為5秒間隔)多次(此處為3次)短時間(此處為200 m秒鐘)開啟電磁閥14。藉此，脫硫器8之入口及出口之壓力僅產生少許之壓力降低(此處為10~20 kPa之壓力降低)，而被維持為高壓。

本發明之第4側面不限於上述實施形態。

例如，燃料電池堆疊4不限於固體高分子型燃料電池堆疊，亦可為固體氧化物型燃料電池堆疊等。

又，改質器5不限於水蒸氣改質之改質器，亦可為部分氧化改質、自身熱改質之改質器。改質器5之改質方法除根據煤油之特性而設以外，還根據汽油、石腦油、輕油、甲醇、乙醇、DME(二甲醚)、利用生物物質之生物燃料等液體燃料之特性而設。

又，氣體排出管線13上之阻礙氣體流通之節流機構、液體燃料排出管線18上之阻礙液體燃料流通之節流機構不限於毛細管15、21，亦可利用節流孔、針型閥等。

(第5實施形態)

以下參照圖15~圖21對第5實施形態之燃料電池系統1進行詳細說明。

如圖15所示，燃料電池系統1包括：自供給之原燃料中除去硫成分之脫硫裝置2；對由脫硫裝置2除去了硫成分之液體燃料進行改質而生成改質氣體之改質裝置3；以及使用由改質裝置3生成之改質氣體進行發電之燃料電池堆疊4。燃料電池系統1例如係用作家庭用之電力供給源，自可容易獲得且能獨立儲存之觀點考慮，使用煤油作為原燃料。

改質裝置3具有對液體燃料進行水蒸氣改質而生成富氫之改質氣體之改質器5及對收容在改質器5內之改質觸媒進行加熱之燃燒器6。燃燒器6藉由加熱用於促進水蒸氣改質反應之改質觸媒，將使觸媒反應有效地發揮所需之熱供給於改質觸媒。燃燒器6之燃料主要係原燃料及氧。因此，燃燒器6與用於供給原燃料之燃料管線25及與用於將空氣導入至燃燒器6中之鼓風機16相連結之空氣流通管線17相連接。在改質器5中，經脫硫裝置2脫硫之液體燃料氣化而成為原料氣體，藉由改質觸媒促進原料氣體及水蒸氣(水)之間之水蒸氣改質反應，生成富氫之改質氣體。

燃料電池堆疊4係多個電池單元堆積而構成之固體高分子型燃料電池堆疊，使用在改質裝置3獲得之改質氣體進行發電。各電池單元具有陽極、陰極及配置在陽極與陰極之間之作為電解質之高分子離子交換膜。在各電池單元中，改質氣體被導入至陽極並且空氣被導入至陰極，從而進行電化學之發電反應。

脫硫裝置2包括：自由恆壓泵7導入之原燃料中除去硫成分之脫硫器8；以及用於分離自脫硫器8排出之液體燃料及氣體(沼氣及氫氣等)之氣液分離容器9。原燃料包含大約80 ppm以下之硫及硫化物等硫成分。脫硫器8自原燃料中除去硫成分，生成硫濃度為大約50 ppb以下之液體燃料。脫硫器8內藉由後述之構成而保持為高壓狀態，在高壓狀態下進行脫硫反應。

為檢測氣體之量而在氣液分離容器9內設置檢測液體燃料之液面之浮動開關11。氣液分離容器9被配置在脫硫器8之上方，供液體燃料及氣體流通之液體燃料、氣體流通管線12之一端與脫硫器8之底壁相連接，另一端與氣液分離容器9之底壁相連接。藉此，可確實地將自脫硫器8排出之氣體導入至氣液分離容器9內。該氣液分離容器9之容積係100 cc左右。再者，雖未圖示，但為除去由脫硫器8除去硫成分之液體燃料中所包含之脫硫觸媒，在液體燃料、氣體流通管線12上設置過濾器。在第5實施形態中，例如，可使用網眼為0.026 mm左右之過濾器。

氣液分離容器9之頂壁與氣體排出管線13之一端相連接，該氣體排出管線13用於將儲存在氣液分離容器9內之上方之氣體自氣液分離容器9排出。在氣體排出管線13上設有開啟及關閉氣體之流通之電磁閥14。電磁閥14與氣液分離容器9協同動作，構成自液體燃料中除去氣體之除氣器D。並且，在氣體排出管線13上之電磁閥14之下游側設有阻礙氣體流通之毛細管15。因此，即使為將氣體經由氣體排出管線自氣液分離容器排出而由電磁閥14開啟氣體之流通，脫硫器8及氣液分離容器9內之壓力之降低亦會被毛細管15抑制。又，氣體排出管線13上之毛細管15之下游側與空氣流通管線17相連接。

另一方面，氣液分離容器9之底壁與液體燃料排出管線18之一端相連接，該液體燃料排出管線18用於將儲存在氣液分離容器9內之下方之液體燃料自氣液分離容器9排出。液體燃料排出管線18之另一端與配置在氣液分離容器9之上方之儲存容器19之底壁相連接。在該液體燃料排出管線18上設有阻礙液體燃料流通之毛細管21。

此處，毛細管21係將極細管捲繞成螺旋狀而成者。毛細管21在脫硫器8之下游側對液體燃料之流量進行節流，因此可使脫硫器8內之流量為低流量。另一方面，由恆壓泵7向脫硫器8內加壓輸送液體燃料，因此脫硫器8內被加壓，從而在高壓下進行脫硫反應。例如，在1 kW之燃料電池系統之情形時，毛細管21之內徑及被捲繞時之直徑係設定為液體燃料(液體燃料)之流量為10 g/min以下，並且自恆壓泵7至毛細管21之流路內壓力為大於0.1 MPa且為1.0 MPa以下之高壓。具體而言，較好的是毛細管21之內徑為0.1 mm~0.5 mm左右，較好的是被捲繞成螺旋之直徑為10 mm~100 mm左右。

如上所述，在液體燃料、氣體流通管線12上設有過濾器，但粒徑比網眼小之脫硫觸媒會通過過濾器，因此在毛細管21之內徑未達0.1 mm時，存在毛細管21容易被脫硫觸媒堵塞之傾向。另一方面，當毛細管21之內徑超過0.5 mm時，存在難以以低流量輸送液體燃料之傾向。再者，可根據毛細管21被捲繞時之直徑之大小而調整壓損。

在液體燃料排出管線18上之毛細管21之下游側設有流量計26。流量計26測量自毛細管21流出之液體燃料之流量。即，流量計26測量由脫硫器8內之脫硫反應生成之液體燃料之生成速度。該流量計26係設置在氣液分離容器9之下游側，因此測量的是氣體被分離後而流入之液體燃料之流量，可穩定地測量流量。

脫硫裝置2更具有與液體燃料排出管線18相連結並配置在流量計26之下游側之儲油槽19。儲油槽19之頂壁與液體燃料流通管線23相連接，在該液體燃料流通管線23上設有用於將儲存在儲油槽19內之液體燃料輸出至改質器5中之輸出泵24。儲油槽19之頂壁還與用於將儲存在儲油槽19內之上方之氣體排出之氣體排出管線27相連接。

繼而，參照圖16及圖17，對儲油槽19進行詳細說明。儲油槽19係由頂壁19a、底壁19b、側壁19c構成之空心長方體狀之容器，容積係200 cc左右。在儲油槽19上連結有流入管31，該流入管31在液體燃料排出管線18上將毛細管21與儲油槽19連結起來。流入管31貫穿底壁19b，流入管31之位於儲油槽19內之流入口31a朝上方開口。自該流入口31a向儲油槽19內流入有高壓之液體燃料。

在儲油槽19之頂壁19a上設有排氣孔32，構成氣體排出管線27之排氣管33之一端插入在排氣孔32中。該排氣管33之另一端朝大氣開放，因此儲油槽19內之壓力被保持為大氣壓，自流入之液體燃料中分離出包含於該液體燃料中之氣體。在儲油槽19內自液體燃料中分離出之氣體自排氣孔32流入排氣管33，並自排氣管33之另一端而排出。排氣管33之另一端係配置在鼓風機16之吸入口附近，因此氣體被鼓風機16吸入，利用為燃燒器6之燃燒燃料。

在儲油槽19中設有將輸出泵24及儲油槽19連結起來並構成液體燃料流通管線23之一部分之流出管34。該輸出泵24係常壓泵，例如係排出壓力為100 kPa左右之泵。流出管34貫穿頂壁19a地插入至儲油槽19中，流出管34之位於儲油槽19內之流出口34a朝下方開口。藉由輸出泵24之動作，儲油槽19內之液體燃料經由流出管34而向改質器5內送出。

儲油槽19內之液體燃料之控制水位S由浮子閥35進行控制。浮子閥35之安裝在臂之一端上之浮子36浮在液面上，在液面比控制水位S低之情形時，如圖16所示，液體燃料自流入管31之流入口31a流入至儲油槽19內。當液面達到水位S時，如圖17所示，安裝在臂之另一端上之塞子(taP)37嵌入至流入管31流入口31a內，流入管31內之流路被封閉。

流入至儲油槽19內之液體燃料中混入有脫硫器8內之脫硫觸媒之觸媒片38。藉由將液體燃料儲存在儲油槽19內，該脫硫觸媒之觸媒片38在儲油槽19內下沉，從而蓄積在儲油槽19之下部。即，儲油槽19之下部起到蓄積脫硫觸媒之觸媒片38之觸媒片儲存部39之作用。該脫硫觸媒之觸媒片38會對後段之設備帶來不良影響，因此為使其不自流出管34流出，流出口34a係位於觸媒片儲存部39之上方。又，為使自流入管31流入之液體燃料不會捲起脫硫觸媒之觸媒片38，流入口31a係位於觸媒片儲存部39之上方。

為將蓄積在該觸媒片儲存部39中之脫硫觸媒之觸媒片38自儲油槽19排出，儲油槽19之底壁與排出管40相連結。在排出管40上介設有電磁閥41，藉由開啟電磁閥41可簡便地將在電磁閥41被關閉之期間蓄積在觸媒片儲存部39中之觸媒片38排出。

在如上所述般構成之燃料電池系統1中，原燃料首先被導入至脫硫器8中，在脫硫器8中，在高溫、高壓之狀態下藉由脫硫觸媒自液體燃料中除去硫成分。自脫硫器8被排出之液體燃料及氣體藉由儲存在氣液分離容器9中而進行分離，液體燃料被導入至液體燃料排出管線18中。液體燃料之流量在液體燃料排出管線18中在毛細管21下游側由流量計26進行測量，液體燃料流入至儲油槽19內。高壓之液體燃料流入至被保持為常壓之儲油槽19內，而氣體自液體燃料中分離。然後，液體燃料被儲存在儲油槽19內之後，藉由輸出泵24經由液體燃料流通管線23而導入至改質器5中。又，氣體自儲油槽19內經由氣體排出管線27而排出，利用鼓風機16向燃燒器6供給，作為燃料使用。

另一方面，原燃料經由燃料管線25而導入至燃燒器6中，並且空氣主要經由空氣流通管線17而導入至燃燒器6中。藉此，在改質器5中，改質觸媒被進行燃燒之燃燒器6加熱，由液體燃料生成改質氣體。在改質器5中生成之改質氣體被導入至燃料電池堆疊4中，燃料電池堆疊4使用改質氣體進行發電。

另一方面，被儲存在氣液分離容器9內之氣體經由氣體排出管線13而導入至燃燒器6中，與液體燃料一起用作燃燒器6之燃料。再者，電磁閥14在封閉氣體之流通之情形時，在由浮動開關11檢測之氣液分離容器9內之氣體之量超過特定量時，電磁閥14分多次開啟氣體之流通。

在儲油槽19中，液體燃料之液面達到控制水位S時，由浮子閥35封閉流入管31之流入口31a，液體燃料向儲油槽19內之流入停止。在液體燃料之液面比控制水位S低時，由浮子閥35開啟流入管31之流入口31a，液體燃料開始向儲油槽19內流入。

又，當觸媒片38蓄積在儲油槽19之觸媒片儲存部39中時，藉由開啟設置在排出管40上之電磁閥41，將觸媒片38自儲油槽19中排出。電磁閥41之開啟亦可設定為以特定之時間間隔進行。

在如上說明之本實施形態之燃料電池系統1中，儲存液體燃料之儲油槽19係配置在脫硫器8及改質器5之間，在該儲油槽19上設有朝大氣開放之排氣孔32。因此，原燃料在脫硫器8內在高壓下進行脫硫，經脫硫之液體燃料流入至儲油槽19內，並且包含於液體燃料中之氣體藉由排氣孔32而自儲油槽19內排出。由於包含於液體燃料中之氣體被排出，因此可增加在儲油槽19下游側之液體燃料之流量測量及流量控制之可靠性。因此，可確實地控制流入至改質器19內之液體燃料之流量，並可防止改質性能之降低。又，由於高壓狀態之液體燃料未流入至儲油槽19之下游側，因此無需與高壓相適應之設備，可提高儲油槽19之後段設備之耐久性，從而可實現低成本。

又，第5實施形態之燃料電池系統1包括：以恆壓將原燃料加壓輸送至脫硫器8內之恆壓泵7；以及配置在脫硫器8之下游側且配置在儲油槽19之上游側之毛細管21。因此，原燃料以恆壓流入至脫硫器8內，另一方面，自脫硫器8之流出量受到節流。因此，不使用高價之泵便可使脫硫器內之壓力比大氣壓高，而且可將原燃料(液體燃料)之流量保持為較低。

又，在第5實施形態之燃料電池系統1中，與液體燃料一起自脫硫器8排出之氣體在氣液分離容器9中與液體燃料分離，並經由氣體排出管線13而自氣液分離容器9排出。在氣體排出管線13上，在開啟及關閉氣體流通之電磁閥14之下游側設有阻礙氣體流通之毛細管15。因此，即使為將氣體經由氣體排出管線13自氣液分離容器9排出而由電磁閥14開啟氣體之流通，脫硫器8內之壓力之降低亦會被毛細管15抑制。因此，可將脫硫器8內之壓力保持為高壓，可自原燃料中確實地除去硫成分。另一方面，液體燃料經由液體燃料排出管線18流入至儲油槽19內。由於在液體燃料排出管線18上設有流量計26，因此可穩定地測量與氣體分離之液體燃料之流量。

又，在第5實施形態之燃料電池系統1中，可將與液體燃料一起自脫硫器8流出之用於脫硫之觸媒片38蓄積在位於儲油槽19下部之觸媒片儲存部39內，使其不會流入後段之改質器5內。又，儲油槽19內之液體燃料之流入口31a及流出口34a位於觸媒片儲存部39之上方，因此，可抑制由於液體燃料之流入及流出而使蓄積在觸媒片儲存部39內之觸媒飛揚、自儲存槽19流出而流入至改質器5內。

一般而言，在用泵將蓄積在容器內之液體抽出之情形時，該流出口為不吸入空氣而設置在容器之最下方。在第5實施形態之燃料電池系統1中，藉由將流出口34a設置在觸媒片儲存部39之上方，可抑制蓄積在觸媒片儲存部39內之觸媒飛揚、自儲存槽19流出而流入至改質器5內。

又，在第5實施形態之燃料電池系統1中，具有加熱改質器5之燃燒器6，該燃燒器6將自排氣孔32流出之流出氣體用作燃燒用之燃料。因此，可防止自排氣孔32流出之流出氣體流出至燃料電池系統1之周圍。又，由於使用流出氣體作為燃燒器6之燃料，所以可有助於節能。

以上對本發明之第5側面之較佳實施形態進行詳細說明，但本發明之第5側面可進行各種變形。

如圖18所示，亦可不在燃料電池系統1中設置除氣器D、氣體排出管線13。作為燃料電池系統1a，亦可利用液體燃料、氣體流通管線12將脫硫器8與儲油槽19直接連接，並在液體燃料、氣體流通管線12上設有毛細管21。

又，在第5實施形態中，為控制儲油槽19內之水位而設置浮子閥35，但不限於此。如圖19及圖20所示，替代浮子閥35，燃料電池系統1亦可包括：檢測儲油槽19內之液體燃料之液面達到低水位S1之低水位感測器51；檢測儲油槽19內之液體燃料之液面達到高水位S2之高水位感測器52；以及根據該低水位感測器51及高水位感測器52之輸出信號進行控制之控制部53。作為該低水位感測器51及高水位感測器52，例如可使用浮動開關、電極式水位感測器、壓力式水位感測器等。

於此情形時，在流入管31上設有電磁閥42，該電磁閥42之開閉由控制部53所具有之開閉控制部54進行控制。又，控制部53包括：對自低水位感測器51檢測到低水位S1至高水位感測器52檢測到高水位S2為止之時間進行測量之計時器55；根據計時器55之測量時間計算液體燃料之流量之計算部56；以及根據計算部56之計算結果進行恆壓泵7之控制之泵控制部57。

當儲油槽19內之液體燃料之液面自比低水位S1高之狀態達到低水位S1時，藉由低水位感測器51檢測到液體燃料之液面達到低水位S1，自低水位感測器51向控制部53輸出電信號。自低水位感測器51輸出之電信號輸入至開閉控制部54時，開閉控制部54將電磁閥41自關閉狀態開啟，液體燃料開始流入至儲油槽19內。

當儲油槽19內之液體燃料之液面自比高水位S2低之狀態達到高水位S2時，藉由高水位感測器52檢測到液體燃料之液面達到高水位S2，自高水位感測器52向控制部53輸出電信號。自高水位感測器52輸出之電信號輸入至開閉控制部54時，開閉控制部54將電磁閥41自開啟狀態關閉，液體燃料向儲油槽19內之流入停止。

另一方面，自低水位感測器51輸出之電信號及自高水位感測器52輸出之電信號分別輸入至計時器55。計時器55對從輸入自低水位感測器51輸出之電信號至輸入自高水位感測器52輸出之電信號為止之時間進行測量，將表示該測量時間之電信號輸出至計算部56。計算部56輸入有來自計時器55之表示測量時間之電信號時，根據該測量時間算出液體燃料之流量。計算部56將表示所算出之流量之電信號輸出至泵控制部57。泵控制部57輸入有來自計算部56之表示流量之電信號時，根據該流量控制恆壓泵7之驅動。

於此情形時，水位感測器藉由計時器對檢測出低水位至檢測出高水位為止之時間進行測量，計算機構根據計時器之測量時間算出液體燃料之流量，因此無需另外設置流量計。藉此，可謀求更低成本化。

又，儲油槽19內之液體燃料之流入口31a及流出口34a位於低水位S1之下方，因此，可防止在液體燃料流入時液體燃料起泡，可防止在液體燃料流出時自水面下流出而捲入空氣。

再者，計算部56亦可根據自儲油槽19之流出管34流出之液體燃料之流量、輸出泵24之排出量等，算出液體燃料流入至儲油槽19內之流量。又，泵控制部57亦可根據計時器55之測量時間進行恆壓泵7之驅動控制。

又，如圖21所示，作為第5實施形態之燃料電池系統1之變形例，亦可在儲油槽19上連結溢流管43。該溢流管43之一端穿過儲油槽19之頂壁，一方開口43a配置在比儲油槽19內之水位S高之位置M，且朝下方開口。溢流管43沿著儲油槽19之側壁19c之外側配置，另一方開口43b位於儲油槽19之外側，且朝下方開口。因此，即使因浮子閥35之故障等某些原因而導致液體燃料充滿於儲油槽19內，液體燃料亦可利用溢流管43自儲油槽19排出。

在儲油槽19之下方配置有油盤44，自朝下方開口之溢流管43之另一方開口43b排出之液體燃料流入至油盤44內。當液體燃料流入至油盤44內時，藉由配置在油盤44之底面上之洩漏感測器45檢測出液體燃料漏出至油盤44內。於此情形時，控制裝置(未圖示)根據洩漏感測器45之檢測信號之輸入，進行使恆壓泵7之動作停止等之控制，從而可停止液體燃料之供給，使液體燃料之流出停止。

再者，溢流管不限於上述方式，亦可形成為直線狀。於此情形時，溢流管係配置成自儲油槽19之底壁19b之開口插入，一端配置在設定為儲油槽19內之滿水位之高度之位置，另一端位於儲油槽19外之底壁19b之下方，且朝向油盤44開口。

並且，第5實施形態之燃料電池系統可進行各種變形。燃料電池堆疊4不限於固體高分子型燃料電池堆疊，亦可為固體氧化物型燃料電池堆疊等。除煤油之外，還可利用汽油、石腦油、輕油、甲醇、乙醇、DME(二甲醚)、利用生物物質之生物燃料等液體燃料作為原燃料。又，改質器5不限於進行水蒸氣改質之改質器，亦可為進行部分氧化改質、自身熱改質之改質器。又，亦可使用定流量泵替代恆壓泵7。但自脫硫器8內之壓力管理之觀點考慮，較好的是使用恆壓泵7。

(第6實施形態)

以下參照圖22及圖23對第6實施形態之燃料電池系統1進行詳細說明。

如圖22所示，燃料電池系統1包括：生成含有氫之改質氣體之改質裝置2；自供給至改質裝置2中之液體燃料中除去硫成分之脫硫裝置3；以及使用由改質裝置2生成之改質氣體進行發電之燃料電池堆疊4。燃料電池系統1例如係用作家庭用之電力供給源，自可容易獲得且可獨立儲存之觀點考慮，使用煤油作為液體燃料。再者，由燃料電池系統1中之除燃料電池堆疊4以外之部分(改質裝置2、脫硫裝置3及後述之泵16、22、24)構成改質系統R。

改質裝置2具有對液體燃料進行水蒸氣改質而生成改質氣體之改質器5及對收容在改質器5內之改質觸媒進行加熱之燃燒器6。燃燒器6藉由加熱用於促進水蒸氣改質反應之改質觸媒，將使觸媒反應有效地發揮所需之熱供給於改質觸媒。在改質器5中，自脫硫裝置3導入之液體燃料氣化而成為原料氣體，藉由改質觸媒促進原料氣體及水蒸氣(水)之間之水蒸氣改質反應，生成富氫之改質氣體。

燃料電池堆疊4係多個電池單元堆積而構成之固體高分子型燃料電池堆疊，使用在改質裝置2獲得之改質氣體進行發電。各電池單元具有陽極、陰極及配置在陽極與陰極之間之作為電解質之高分子離子交換膜。在各電池單元中，改質氣體被導入至陽極並且空氣被導入至陰極，從而進行電化學之發電反應。

脫硫裝置3包括：自由恆壓泵7導入之液體燃料中除去硫成分之脫硫器8；以及對自脫硫器8排出之液體燃料及氣體(沼氣及氫氣等)進行儲存之氣液分離容器9。為檢測氣體之量而在氣液分離容器9內設有檢測液體燃料之液面之浮動開關11。氣液分離容器9係配置在脫硫器8之上方，供給液體燃料及氣體流通之液體燃料、氣體流通管線12之一端與脫硫器8之底壁相連接，另一端與氣液分離容器9之底壁相連接。藉此，可確實地將自脫硫器8排出之氣體導入至氣液分離容器9內。再者，雖未圖示，但為除去包含於由脫硫器8除去了硫成分之液體燃料中之脫硫觸媒，在液體燃料、氣體流通管線12上設有過濾器。在本實施形態中，例如可使用網眼為0.026 mm左右之過濾器。

氣液分離容器9之頂壁與氣體排出管線13之一端相連接，該氣體排出管線13用於將儲存在氣液分離容器9內之上方之氣體自氣液分離容器9排出。氣體排出管線13之另一端與對改質器5之改質觸媒進行加熱之燃燒器6相連接。在氣體排出管線13上設有開啟及關閉氣體之流通之電磁閥14。電磁閥14與氣液分離容器9協同動作，構成自液體燃料中除去氣體之除氣器D。並且，在氣體排出管線13上之電磁閥14之下游側設有阻礙氣體流通之毛細管15。又，氣體排出管線13上之毛細管15之下游側與設有用於將空氣導入至燃燒器6中之泵16之空氣流通管線17相連接。

另一方面，氣液分離容器9之底壁與液體燃料排出管線18之一端相連接，該液體燃料排出管線18用於將儲存在氣液分離容器9內之下方之液體燃料自氣液分離容器9排出。液體燃料排出管線18之另一端與配置在氣液分離容器9上方之儲存容器19之側壁相連接。在液體燃料排出管線18上設有阻礙液體燃料流通之毛細管21。

此處，毛細管21係將極細管捲繞成螺旋狀而成者。毛細管21之內徑及被捲繞時之直徑係設定為在由恆壓泵決定之壓力下，液體燃料之流量為低流量(例如，在1 kW之燃料電池系統時為10 g/min以下)。具體而言，較好的是毛細管21之內徑為0.1 mm~0.7 mm左右，較好的是被捲繞成螺旋之直徑為10 mm~100 mm左右。毛細管21之全長在第6實施形態中為600 mm左右，但可考慮所需之流量、所需之脫硫器8內之壓力、毛細管21之內徑及捲繞毛細管21時之直徑而設定。如上所述，雖在液體燃料、氣體流通管線12上設有過濾器，但粒徑比網眼小之脫硫觸媒會通過過濾器，因此，當毛細管21之內徑未達0.1 mm時，存在脫硫觸媒容易堵塞毛細管21之傾向。另一方面，當毛細管21之內徑超過0.7 mm時，為將脫硫器8內維持為高壓並且以低流量進行液體燃料之輸送，導致所需之毛細管21之全長變長，從而存在難以小型化之傾向。再者，可根據毛細管21被捲繞時之直徑之大小而調整壓損。

儲存容器19之底壁與液體燃料流通管線23、液體燃料流通管線25相連接，該液體燃料流通管線23上設有用於將儲存在儲存容器19內之下方之液體燃料導入至改質器5中之泵22，該液體燃料流通管線25上設有用於將該液體燃料導入至燃燒器6中之泵24。如此，藉由將液體燃料暫時儲存在儲存容器19中，可使泵22對改質器5之液體燃料之供給及泵24對燃燒器6之液體燃料之供給穩定化。

在如上所述般構成之燃料電池系統1中，液體燃料首先被導入至脫硫器8中，在脫硫器8中，在高溫、高壓之狀態下利用脫硫觸媒自液體燃料中除去硫成分。自脫硫器8排出之液體燃料及氣體被儲存至氣液分離器9中，液體燃料經由液體燃料排出管線18、儲存容器19及液體流通管線23而導入至改質室5中。此時，液體燃料經由液體燃料排出管線18、儲存容器19及液體流通管線25而導入至燃燒器6中，並且空氣經由空氣流通管線17被導入至燃燒器6中。藉此，在改質器5中，改質觸媒被進行燃燒之燃燒器6加熱，使用液體燃料而生成改質氣體。在改質器5中生成之改質氣體被導入至燃料電池堆疊4中，在燃料電池堆疊4中，使用改質氣體進行發電。

另一方面，被儲存在氣液分離容器9中之氣體經由氣體排出管線13而導入至燃燒器6中，與液體燃料一起用作燃燒器6之燃料。如此，可有效地利用與液體燃料一起自脫硫器8排出之氣體作為燃燒器6之燃料。再者，電磁閥14在關閉氣體之流通之情形時，在由浮動開關11檢測之氣液分離容器9內之氣體之量超過特定量時，電磁閥14分多次開啟氣體之流通。

在如上所述之第6實施形態中，將毛細管21配置在脫硫器8之下游側。因此，藉由適當地選擇毛細管21之內徑及長度，不使用高價之泵，便可使脫硫器8內之壓力及液體燃料之流量達到期望之大小。其結果，可簡便且低成本地實現以低流量輸送液體燃料。

一般認為亦可利用節流孔、針型閥等替代毛細管21。然而，延長節流孔部分之流路存在極限，因此為減小自脫硫器8被排出之高壓之液體燃料之流量而必需使節流孔部分之直徑很小。此處，在脫硫器8中藉由脫硫觸媒進行液體燃料之脫硫，但有時脫硫觸媒會包含於藉由脫硫器8除去了硫成分之液體燃料中。因此，在利用節流孔、針型閥等之情形時，自脫硫器8流出之脫硫觸媒有時會堵塞節流孔部分之流路。

然而，在第6實施形態之燃料電池系統1中，如上所述般使用毛細管21，因此，根據毛細管21之長度，可在一定程度上增大毛細管21之內徑。因此，極難發生由脫硫觸媒引起之堵塞之情況。

以上對本發明之第6側面之較佳實施形態進行了詳細說明，但本發明之第6側面不限於上述實施形態。例如，燃料電池堆疊4不限於固體高分子型燃料電池堆疊，亦可為固體氧化物型燃料電池堆疊等。

又，改質器5不限於水蒸氣改質之改質器，亦可為部分氧化改質、自身熱改質之改質器。改質器5之改質方法除根據煤油之特性而設以外，還根據汽油、石腦油、輕油、甲醇、乙醇、DME(二甲醚)、利用生物物質之生物燃料等液體燃料之特性而設。

又，亦可使用定流量泵替代恆壓泵7。但自脫硫器8內之壓力管理之觀點考慮，較好的是使用恆壓泵7。

又，如圖23所示，亦可不在燃料電池系統1中設置除氣器D、氣體排出管線13及毛細管15。即，亦可利用液體燃料、氣體流通管線12將脫硫器8及儲存容器19直接連接，並在液體燃料、氣體流通管線12上設置毛細管21。再者，此時，泵16及燃燒器6藉由空氣流通管線17而直接連接。

1、1a．．．燃料電池系統

2．．．改質裝置

3．．．脫硫裝置

4．．．燃料電池堆疊

5．．．改質器

6．．．燃燒器

7．．．脫硫觸媒

7a．．．脫硫器

8．．．加熱器(加熱機構)

9．．．入口閥(液體燃料導入機構)

11．．．泵(液體燃料導入機構)

12．．．出口閥(液體燃料導出機構)

13．．．溫度計(溫度測量機構)

14．．．壓力計(壓力測量機構)

15．．．控制部(控制機構)

16、23、25．．．液體燃料流通管線

17．．．空氣流通管線

18．．．液體燃料排出管線

19．．．儲存容器

19a．．．頂壁

19b．．．底壁

19c．．．側壁

20．．．液面計(儲存量測量機構)

21．．．毛細管

22、24、26．．．泵

27．．．空氣流通管線

31．．．流入管

31a．．．流入口

32．．．排氣孔

33．．．排氣管

34．．．流出管

34a．．．流出口

35．．．浮子閥

36．．．浮子

37．．．塞子

38．．．觸媒片

39．．．觸媒片儲存部

40．．．排出管

41、42．．．電磁閥

43．．．溢流管

43a．．．一方開口

43b．．．另一方開口

44．．．油盤

45．．．洩漏感測器

51．．．低水位感測器

52．．．高水位感測器

53．．．控制部

54．．．開閉控制部

55．．．計時器

56．．．計算部

57．．．泵控制部

M．．．位置

R．．．改質系統

S．．．水位

S1．．．低水位

S2．．．高水位

圖1係第1實施形態之燃料電池系統之一實施形態之構成圖。

圖2係圖1之燃料電池系統所具有之脫硫裝置之構成圖。

圖3係表示圖2之脫硫裝置之脫硫器內之液體燃料之溫度及壓力之間之關係之圖表。

圖4係表示圖2之脫硫裝置之啟動動作之流程圖。

圖5係第2實施形態之燃料電池系統之實施形態之構成圖。

圖6係圖5之燃料電池系統所具有之脫硫裝置之構成圖。

圖7係表示圖6之脫硫裝置之運轉狀態及設定溫度之間之關係之一例之圖。

圖8係表示圖6之脫硫裝置之動作之流程圖。

圖9係第3實施形態之燃料電池系統之一實施形態之構成圖。

圖10係圖9之燃料電池系統所具有之脫硫裝置之構成圖。

圖11係表示圖10之脫硫裝置之運轉停止時之溫度及壓力之間之關係之表。

圖12係表示圖10之脫硫裝置之停止動作之流程圖。

圖13係第4實施形態之燃料電池系統之一實施形態之構成圖。

圖14係表示圖13之燃料電池系統之浮動開關、電磁閥及脫硫器之壓力之關係之圖表。

圖15係概略表示第5實施形態之燃料電池系統之圖。

圖16係表示第5實施形態之燃料電池系統所具有之儲油槽之圖。

圖17係表示第5實施形態之燃料電池系統所具有之儲油槽之圖。

圖18係概略表示第5實施形態之燃料電池系統之變形例之圖。

圖19係表示第5實施形態之燃料電池系統所具有之儲油槽之變形例之圖。

圖20係表示在圖19所示之變形例中，第5實施形態之燃料電池系統所具有之控制部之圖。

圖21係表示第5實施形態之燃料電池系統所具有之儲油槽之變形例之圖。

圖22係概略表示第6實施形態之燃料電池系統之圖。

圖23係概略表示第6實施形態之燃料電池系統之另一例之圖。

3．．．脫硫裝置

7．．．脫硫觸媒

7a．．．脫硫器

8．．．加熱器(加熱機構)

9．．．入口閥(液體燃料導入機構)

11．．．泵(液體燃料導入機構)

12．．．出口閥(液體燃料導出機構)

13．．．溫度計(溫度測量機構)

14．．．壓力計(壓力測量機構)

15．．．控制部(控制機構)

Claims (2)

1. 一種脫硫裝置，其特徵在於：其包括：脫硫器，其收容脫硫觸媒，該脫硫觸媒係將硫成分從用於供給至生成含有氫之改質氣體的改質器中之液體燃料中除去者；加熱機構，其加熱上述脫硫觸媒；液體燃料導入機構，其將上述液體燃料導入上述脫硫器內；液體燃料導出機構，其將上述液體燃料自上述脫硫器內導出；溫度測量機構，其測量上述脫硫器內之上述液體燃料之溫度；壓力測量機構，其測量上述脫硫器內之上述液體燃料之壓力；以及控制機構，其控制上述加熱機構、上述液體燃料導入機構及上述液體燃料導出機構；上述控制機構控制上述加熱機構、上述液體燃料導入機構及上述液體燃料導出機構，將上述脫硫器內之上述液體燃料之各溫度時之、該溫度中之上述液體燃料之飽和蒸氣壓以上且上述脫硫器之耐壓以下之壓力之目標值存儲作為資料表，並根據該資料表使得由上述溫度測量機構所測量之溫度達到特定溫度，由上述壓力測量機構所測量之壓力達到上述特定溫度下之上述壓力之目標值； 上述控制機構在使由上述壓力測量機構所測量之壓力上升時，增加由上述液體燃料導入機構所導入之上述液體燃料之導入量，並減少由上述液體燃料導出機構所導出之上述液體燃料之導出量；在使由上述壓力測量機構所測量之壓力降低時，減少由上述液體燃料導入機構所導入之上述液體燃料之導入量，並增加由上述液體燃料導出機構所導出之上述液體燃料之導出量。
2. 一種燃料電池系統，其特徵在於包括：如請求項1之脫硫裝置；改質器，其使用藉由上述脫硫裝置除去硫成分後之液體燃料而生成含有氫之改質氣體；以及燃料電池堆疊，其使用由上述改質器所生成之上述改質氣體進行發電。