(57)【要約】【課題】脱硫器下流のポンプの安定制御を可能とし、効率よく液体燃料を送液することのできる送液システム及びそれを備える燃料電池システムを提供する。【解決手段】ポンプ１０５の上流側において、気液分離部１０３に液体燃料を通過させることにより、冷却機構１０１で冷却され、減圧機構１０２で減圧されることで溶解度が低下した液体燃料中の気泡を取り除き、液体燃料から気体を分離する。更に、気液分離部１０３を通過した液体燃料を気液分離槽１０４に貯留することによって、液体燃料中に含まれていた気体を液体中で上昇させて気液分離槽１０４の上部側に溜め、液体を底部側に溜める。このように、液体燃料を気液分離することで、気体が十分に除去された液体燃料をポンプ１０５に供給することを可能とする。【選択図】図１
2010227912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温及び／又は高圧で脱硫された液体燃料を冷却及び／又は減圧する冷却／減圧手段と、
冷却及び／又は減圧された前記液体燃料を送液するポンプと、
前記ポンプの上流側に配置され、前記冷却及び／又は減圧された前記液体燃料を通過させることによって、当該液体燃料から気体を分離する気液分離手段と、
前記ポンプの上流側に配置され、前記気液分離手段を通過した前記液体燃料を貯留して気液分離する気液分離槽と、を備えることを特徴とする送液システム。
【請求項２】
請求項１に記載の送液システムを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料を送液する送液システム、及びその送液システムを備える燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムに用いられる送液システムとして、例えば、特開２００８−３６５２３号公報に記載されたものが知られている。この送液システムでは、脱硫後の液体燃料を通過させる配管に気体を滞留させる滞留部を設けることによって、液体燃料と気体を溶解させて送給量を安定させている。また、特開２００８−１０６１７２号公報に記載されたものが知られている。この送液システムでは、脱硫された液体燃料をバッファタンクに貯留し、このバッファタンク内の液体燃料の貯留量に応じて駆動ポンプを制御することによって、脱硫器内で液体燃料が滞留することを防止し、安定した脱硫処理を行うことを可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３６５２３号公報
【特許文献２】特開２００８−１０６１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、燃料電池システムにおいては、脱硫器で高温（１００℃以上）や高圧（２０ｋＰａ以上）で液体燃料を脱硫すると、脱硫の際に水素やメタンなどの気体が生成される。これらの気体を脱気するシステムを搭載したとしても、液体燃料を冷却（６０℃以下）、減圧すると気体の溶解度が低下することによって、液体燃料に可溶化された気体成分の一部が気泡となる。また、溶存ガスの一部はポンプ内部で一時的に加圧減圧されることによって気泡となる。従って、上述の送液システムでは、液体燃料の内部に発生した気泡が脱硫器の下流に配置されたポンプのキャビテーション、圧力変動、流量変動等の原因となり、ポンプの安定制御が行えなくなる場合があった。
【０００５】
そこで、本発明は、脱硫器下流のポンプの安定制御を可能とし、効率よく液体燃料を送液することのできる送液システム及びそれを備える燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る送液システムは、高温及び／又は高圧で脱硫された液体燃料を冷却及び／又は減圧する冷却／減圧手段と、冷却及び／又は減圧された液体燃料を送液するポンプと、ポンプの上流側に配置され、冷却及び／又は減圧された液体燃料を通過させることによって、当該液体燃料から気体を分離する気液分離手段と、ポンプの上流側に配置され、気液分離手段を通過した液体燃料を貯留して気液分離する気液分離槽と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この送液システムでは、ポンプの上流側において、気液分離手段に液体燃料を通過させるとともに気液分離槽に貯留することによって、液体燃料中の溶存ガス及び気泡を十分に分離することができる。このように、液体燃料中の溶存ガス及び気泡が十分に分離されることによりポンプの安定制御が可能となり、効率よく液体燃料を送液することができる。
【０００８】
また、本発明に係る燃料電池システムは、上述の送液システムを備えることが好ましい。
【０００９】
この燃料電池システムによれば、効率よく液体燃料を送液することのできる送液システムを備えているため、安定して電力を発生させることができ、システム全体の効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、脱硫器下流のポンプの安定制御を可能とし、効率よく液体燃料を送液することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システム及び送液システムの構成を示す図である。
【図２】気液分離部の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係る燃料電池システム及び送液システムの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
まず、本発明の実施形態の燃料電池システム及び送液システムの構成を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１及び送液システム１００の構成を示す図である。図１に示されるように、燃料電池システム１は、供給された原燃料を燃料電池システムへ供給する加圧ポンプ２と、原燃料から硫黄分を除去する脱硫装置３と、脱硫装置３によって硫黄分が除去された液体燃料を改質して改質ガスを生成する改質装置４と、脱硫装置３から改質装置４へ液体燃料を送液する送液システム１００と、改質装置４によって生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタック５と、を備えている。燃料電池システム１は、例えば、家庭用の電力供給源として利用されるものであり、容易に入手することができ且つ独立して貯蔵することができるという観点から、原燃料として灯油や軽油やナフサが用いられている。
【００１４】
脱硫装置３は、加圧ポンプ２から供給された原燃料から硫黄分を除去する脱硫器１１と、脱硫器１１を加熱する昇温機構１２とを備えて構成されている。原燃料は、約８０ppm以下の硫黄や硫黄化合物等の硫黄分を含んでいる。脱硫器１３は、原燃料から硫黄分を除去して、硫黄濃度を約５０ｐｐｂ以下とした液体燃料を生成する。脱硫器１３内は高温・高圧状態に保たれ、高温・高圧状態で脱硫反応が進む。高温とは具体的には１００℃以上、高圧とは具体的には２０ｋＰａ以上である。これによって、脱硫後の液体燃料は高温・高圧の状態で送液システム１００へ供給される。
【００１５】
改質装置４は、液体燃料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質器１６と、改質器１６内に収容された改質触媒を加熱するバーナ１７とから構成されてる。バーナ１７は、水蒸気改質反応を促進する改質触媒を加熱することで、触媒反応を効果的に発揮させるために必要な熱を改質触媒に供給する。バーナ１７の燃料は、主に、原燃料と酸素である。改質器１６では、脱硫装置３によって脱硫された液体燃料が気化して原料ガスとなり、改質触媒によって、原料ガスと水蒸気（水）との水蒸気改質反応が促進されて、水素リッチな改質ガスが生成される。
【００１６】
燃料電池スタック５は、複数の電池セルが積み重ねられて構成された固体高分子形燃料電池スタックであり、改質装置４で得られた改質ガスを用いて発電を行う。各電池セルは、アノードと、カソードと、このアノードとカソードとの間に配置された電解質である高分子のイオン交換膜と、を有している。各電池セルにおいては、アノードに改質ガスが導入されると共にカソードに空気が導入されて、電気化学的な発電反応が行われる。
【００１７】
送液システム１００は、高温・高圧で脱硫された液体燃料を冷却する冷却機構（冷却／減圧手段）１０１と、高温・高圧で脱硫された液体燃料を減圧する減圧機構（冷却／減圧手段）１０２と、液体燃料を気液分離する気液分離部（気液分離手段）１０３と、気液分離部１０３を通過した液体燃料を貯留して気液分離する気液分離槽１０４と、気液分離槽１０４に貯留された液体燃料を改質装置４へ送液するポンプ１０５とを備えて構成されている。
【００１８】
送液システム１００の冷却機構１０１は、熱交換器から構成されており、例えば、高温・高圧の液体燃料を脱硫装置３の上流側の配管付近に設けられた熱交換器を通過させることによって、脱硫装置３に供給される原燃料との間で熱交換を行うことができる。これによって、脱硫後の液体燃料を冷却（６０℃以下）することができると共に、その熱で原燃料を加熱して有効利用することができる。減圧機構１０２としては、具体的には、細いコイル状の管から構成されるキャピラリーが採用される。この減圧機構１０２によって、大気圧まで減圧することができる。
【００１９】
気液分離部１０３は、冷却機構１０１・減圧機構１０２で冷却・減圧された液体燃料を通過させることによって、液体燃料から水素やメタンなどの気体を分離する機能を有している。気液分離部１０３は、例えば、フィルタ、メッシュあるいはオリフィスから構成されている。気液分離部１０３の具体的構成の一例を図２を参照して説明する。図２（ａ）は気液分離部１０３の具体例を示す図であり、図２（ｂ）は（ａ）においてＢで示す部分の断面斜視図である。図２（ａ）に示すように、気液分離部１０３は、当該気液分離部１０３の前後の配管１１１，１１２よりも径の細い細管部１１３を局所的に形成することによって構成される。更に、図２（ｂ）に示すように、細管部１１３の内部に多孔状の貫通孔１１４を形成することによって構成される。このような気液分離機１０３においては、細管を通すことによって液体の流速を上げると圧力が低下するため、溶存するガスが気体として分離し、気泡として成長させることができる。このような気液分離部１０３として、例えば、外径１０〜１５ｍｍ、内部細孔径２〜６０μｍ（２μｍが最適である）の焼結金属フィルタメッシュを用いることができる。
【００２０】
気液分離槽１０４は、気液分離部１０３を通過した液体燃料を貯留することによって、更に気液分離する機能を有している。この気液分離槽１０４に貯留された液体燃料は、気液分離槽１０４の底面側に溜められると共に、液体燃料内に含まれる気体は、当該液体燃料内を上昇して気液分離槽１０４の上面側に溜まる。このように、液体燃料は気液分離槽１０４内で気液分離され、分離された気体は配管１０６を介して改質装置４の燃料としてバーナ１７へ供給され、気体が十分に除去された液体燃料はポンプ１０５を介して改質装置４の改質器１６へ供給される。
【００２１】
ここで、従来の送液システムでは、本実施形態に係る送液システム１００のように気液分離部１０３や気液分離槽１０４を備えておらず、冷却・減圧された液体燃料がそのままポンプ１０５に流入する構成とされている。脱硫装置３で高温（１００℃以上）や高圧（２０ｋＰａ以上）で液体燃料を脱硫すると、脱硫の際に水素やメタンなどの気体が生成され、これらの気体を脱気するシステムを搭載したとしても、液体燃料を冷却（６０℃以下）、減圧すると気体の溶解度が低下することによって、液体燃料に可溶化された気体成分の一部が気泡となる。また、溶存ガスの一部はポンプ１０５内部で一時的に加圧減圧されることによって気泡となる。従って、従来の送液システムでは、液体燃料の内部に発生した気泡が脱硫装置３の下流に配置されたポンプ１０５のキャビテーション、圧力変動、流量変動等の原因となり、ポンプ１０５の安定制御が行えなくなる場合があった。
【００２２】
しかしながら、上述のように構成された本実施形態に係る送液システム１００によれば、ポンプ１０５の上流側において、気液分離部１０３に液体燃料を通過させるとともに気液分離槽１０４に貯留することによって、液体燃料中の溶存ガス及び気泡を十分に分離することができる。このように、液体燃料中の溶存ガス及び気泡が十分に分離されることによりポンプ１０５の安定制御が可能となり、効率よく液体燃料を送液することができる。
【００２３】
また、本実施形態に係る燃料電池システム１によれば、効率よく液体燃料を送液することのできる送液システム１００を備えているため、安定して電力を発生させることができ、システム全体の効率を向上させることができる。
【００２４】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
例えば、上述の実施形態においては、脱硫装置３は原燃料を高温及び高圧状態で脱硫し、それに伴い送液システム１００は冷却及び減圧を行ったのち気液分離したが、これに代えて、脱硫装置３は原燃料を高温状態あるいは高圧状態の一方のみの状態で脱硫を行い、それに伴い送液システムは冷却あるいは減圧の一方のみを行う構成としてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１…燃料電池システム、１００…送液システム、１０１…冷却機構（冷却／減圧手段）、１０２…減圧手段（冷却／減圧手段）、１０３…気液分離部（気液分離手段）、１０４…気液分離槽、１０５…ポンプ。
【図１】
2010227912.tif 000003
【図２】
2010227912.tif 000004