(57)【要約】【課題】燃料電池発電システムの発電効率を低下させることなく液体燃料を脱硫できるようにする。【解決手段】脱硫器１に、脱硫触媒１１と、脱硫触媒１１を収納する内容器１０と、燃焼触媒２１と、燃焼触媒２１を収納する外容器２０とを備える。外容器２０は、内容器１０を加熱可能なように、外周を取り囲むように配置される。外容器２０には、酸素含有ガス導入口２３から、燃焼・改質器から排出される酸素含有ガスが導入される。また、外容器２０には、燃焼物質導入口２４から未脱硫灯油などの燃焼物質が導入される。内容器１０の内部は、外容器２０の内部での触媒燃焼反応によって生じた熱によって加熱される。未脱硫灯油導入口１３から内容器１０に導入された未脱硫灯油は、高温の内容器１０の内部で脱硫触媒１１と接触して脱硫され、脱硫済灯油は脱硫済灯油排出口１４から排出される。【選択図】図１
2010024402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱硫触媒と、
硫黄含有液体燃料を導入する硫黄含有液体燃料導入口と、前記硫黄含有液体燃料が前記脱硫触媒に接触して脱硫された脱硫済液体燃料を排出する脱硫済液体燃料排出口とが形成され、前記硫黄含有液体燃料導入口と前記脱硫済液体燃料排出口とに挟まれる位置に前記脱硫触媒を収納する第１容器と、
燃焼触媒と、
前記第１容器を加熱可能な位置に設けられて、酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入口と、燃焼物質導入口と、排出口とが形成され、前記酸素含有ガス導入口および前記燃焼物質導入口と前記排出口とに挟まれる位置に前記燃焼触媒を収納する第２容器と、
を有することを特徴とする脱硫器。
【請求項２】
前記第１容器は円筒形に形成されていて、前記第２容器は前記第１容器の側面を囲むリング状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の脱硫器。
【請求項３】
前記第１容器は前記第２容器に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の脱硫器。
【請求項４】
前記第１容器の外部から前記硫黄含有液体燃料導入口まで少なくとも一部が前記脱硫触媒に囲まれて延びる硫黄含有液体燃料導入管をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の脱硫器。
【請求項５】
前記第２容器の外部から前記燃焼物質導入口まで少なくとも一部が前記燃焼触媒に囲まれて延びる燃焼物質導入管をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の脱硫器。
【請求項６】
前記硫黄含有液体燃料導入口および前記脱硫済液体燃料排出口は、前記第１容器の上面に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の脱硫器。
【請求項７】
酸素を含有する酸素含有ガスを排出する固体高分子形燃料電池発電装置と、前記固体高分子形燃料電池発電装置に供給される硫黄を含有する硫黄含有液体燃料を脱硫する脱硫器と、前記脱硫器から排出された前記脱硫済液体燃料を用いて水蒸気改質反応で水素リッチガスを生成して前記固体高分子形燃料電池発電装置に供給する燃焼・改質装置と、を備えた燃料電池発電システムにおいて、前記脱硫器は、
脱硫触媒と、
硫黄含有液体燃料を導入する硫黄含有液体燃料導入口と、前記硫黄含有液体燃料が前記脱硫触媒に接触して脱硫された脱硫済液体燃料を排出する脱硫済液体燃料排出口とが形成され、前記硫黄含有液体燃料導入口と前記脱硫済液体燃料排出口とに挟まれる位置に前記脱硫触媒を収納する第１容器と、
燃焼触媒と、
前記第１容器を加熱可能な位置に設けられて、酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入口と、燃焼物質導入口と、排出口とが形成され、前記酸素含有ガス導入口および前記燃焼物質導入口と前記排出口とに挟まれる位置に前記燃焼触媒を収納する第２容器と、
を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項８】
前記硫黄含有液体燃料導入口に前記硫黄含有液体燃料を加圧して送出する加圧供給ポンプと、前記脱硫済液体燃料排出口よりも下流側に設けられた圧力調整弁と、をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項９】
前記脱硫器から排出された前記脱硫済液体燃料を蓄える脱硫済液体燃料タンクをさらに有することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１０】
前記脱硫済液体燃料タンクの気相部分から前記第２容器に延びる気相出口配管をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システムおよびそれに用いる脱硫器に関する。
【背景技術】
【０００２】
灯油など硫黄分を含有する液体燃料を用いる燃料電池発電システムでは、液体燃料から水素を精製する改質反応を行う際、改質触媒が液体燃料中の硫黄分で被毒し、寿命などの性能劣化が生じる。したがって、改質触媒の硫黄被毒を防止するために、改質触媒に液体燃料を導入する前段階で、脱硫触媒を用いて液体燃料の硫黄濃度を約２０ｐｐｂ以下にまで低減する必要がある。
【０００３】
そこで、たとえば特許文献１ないし特許文献５には、Ｎｉを含む脱硫触媒を用いて液体燃料から硫黄分を除去する方法として、温度を高温にして脱硫性能を確保し、液体燃料が高温でも蒸発しないように高圧状態を保って脱硫を行う方法および脱硫器が開示されている。この方法では、脱硫しにくい環状サルファイドも脱硫可能である。
【特許文献１】特開２００４−１７５９６６号公報
【特許文献２】特開２００５−１４６０５５号公報
【特許文献３】特開２００４−２６３１１８号公報
【特許文献４】特開２００７−３３２３１８号公報
【特許文献５】特開２００７−２６２１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
脱硫器では、脱硫性能を確保するために高温に保つ必要がある。たとえば特許文献３ないし特許文献５には、加熱のために電気ヒーターを用いる方法が開示されている。しかし、電気ヒーターなどを用いて電気を消費すると、燃料電池発電システムの全体としての電力供給能力を直接的に減らす結果となり、発電効率を悪化させる。また、特許文献４に記載された脱硫器では、触媒層の高さ方向に温度が不均一になる可能性がある。また、特許文献５に記載された脱硫器では、原燃料供給端、および、脱硫済灯油の取り出し口が下端となっており、内部の灯油が流出することを防止するために、バルブなどの付帯的な機器の設置が必要である。
【０００５】
そこで、本発明は、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることなく液体燃料を脱硫できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明は、脱硫器において、脱硫触媒と、硫黄含有液体燃料を導入する硫黄含有液体燃料導入口と、前記硫黄含有液体燃料が前記脱硫触媒に接触して脱硫された脱硫済液体燃料を排出する脱硫済液体燃料排出口とが形成され、前記硫黄含有液体燃料導入口と前記脱硫済液体燃料排出口とに挟まれる位置に前記脱硫触媒を収納する第１容器と、燃焼触媒と、前記第１容器を加熱可能な位置に設けられて、酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入口と、燃焼物質導入口と、排出口とが形成され、前記酸素含有ガス導入口および前記燃焼物質導入口と前記排出口とに挟まれる位置に前記燃焼触媒を収納する第２容器と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、酸素を含有する酸素含有ガスを排出する固体高分子形燃料電池発電装置と、前記固体高分子形燃料電池発電装置に供給される硫黄を含有する硫黄含有液体燃料を脱硫する脱硫器と、前記脱硫器から排出された前記脱硫済液体燃料を用いて水蒸気改質反応で水素リッチガスを生成して前記固体高分子形燃料電池発電装置に供給する燃焼・改質装置と、を備えた燃料電池発電システムにおいて、前記脱硫器は、脱硫触媒と、硫黄含有液体燃料を導入する硫黄含有液体燃料導入口と、前記硫黄含有液体燃料が前記脱硫触媒に接触して脱硫された脱硫済液体燃料を排出する脱硫済液体燃料排出口とが形成され、前記硫黄含有液体燃料導入口と前記脱硫済液体燃料排出口とに挟まれる位置に前記脱硫触媒を収納する第１容器と、燃焼触媒と、前記第１容器を加熱可能な位置に設けられて、酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入口と、燃焼物質導入口と、排出口とが形成され、前記酸素含有ガス導入口および前記燃焼物質導入口と前記排出口とに挟まれる位置に前記燃焼触媒を収納する第２容器と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることなく液体燃料を脱硫することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係る脱硫器の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。
【００１０】
図１は、本発明に係る脱硫器の一実施の形態における立断面図であって、図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。図２は、図１のII−II矢視平断面図である。図３は、図１のIII−III矢視上面図である。図４は、本実施の形態の脱硫器を用いた燃料電池発電システムのプロセスフロー図である。なお、燃料電池発電システムにおける一部の機器については図示を省略している。
【００１１】
燃料電池発電システムは、脱硫器１と、固体高分子形燃料電池２と、燃焼・改質装置８１とを備えている。脱硫器１は、内容器１０、脱硫触媒１１、外容器２０および燃焼触媒２１を備えている。脱硫触媒１１は、内容器１０に収納されている。燃焼触媒２１は、外容器２０に収納されている。
【００１２】
内容器１０には、未脱硫灯油導入口１３および脱硫済灯油排出口１４が形成されている。内容器１０は、軸が鉛直に向いた円筒形に形成されていて、その軸方向の２か所に断面全体を覆う水平方向に延びる整流板１２がそれぞれ設けられている。整流板１２は、円環状に加工したステンレス鋼金網や、多孔板などである。脱硫触媒１１は、粒子状であり、２枚の整流板１２の間に保持されている。
【００１３】
内容器１０の下方の整流板１２の下部には、脱硫触媒１１が存在しない下部空間１８が形成されている。内容器１０の上方の整流板１２の上部には、脱硫触媒１１が存在しない上部空間１９が形成されている。未脱硫灯油導入口１３は、下部空間１８の内部に形成されている。脱硫済灯油排出口１４は、上部空間１９と連通している。つまり、脱硫触媒１１は、未脱硫灯油導入口１３と脱硫済灯油排出口１４とに挟まれる位置に収納されている。
【００１４】
また、内容器１０の外部から未脱硫灯油導入口１３まで２枚の整流板１２および脱硫触媒を貫通して延びる未脱硫灯油導入管１５が設けられている。さらに、内容器１０の下部側面には、還元ガス導入配管１６が取り付けられている。通常時には、還元ガス導入配管１６の内容器１０の反対側の端部は、閉止キャップ１７によって閉止されている。未脱硫灯油導入管１５の未脱硫灯油導入口１３に対して反対側の端部７１および脱硫済灯油排出口１４は、内容器１０の上面に設けられている。
【００１５】
外容器２０には、酸素含有ガス導入口２３、燃焼物質導入口２４および燃焼排ガス排出口２５が形成されている。外容器２０は、内容器１０を囲むリング状に形成されていて、その軸方向の２か所に断面全体を覆う整流板２２がそれぞれ設けられている。内容器１０と外容器２０の間には、空隙が形成されている。燃焼触媒２１は、たとえば外容器２０の内側断面とほぼ同じ断面を持つリング状に形成された多孔質体である。
【００１６】
外容器２０の下方の整流板２２の下部には、燃焼触媒２１が存在しない環状の下部空間２７が形成されている。外容器２０の上方の整流板２２の上部には、燃焼触媒２１が存在しない環状の上部空間２８が形成されている。酸素含有ガス導入口２３は、下部空間２７と連通している。燃焼物質導入口２４は、下部空間２７に形成されている。つまり、燃焼物質導入口２４は、燃焼触媒２１に対して酸素含有ガス導入口２３と同じ側に位置している。燃焼排ガス排出口２５は、上部空間２８と連通している。つまり、燃焼触媒２１は、酸素含有ガス導入口２３および燃焼物質導入口２４と燃焼排ガス排出口２５とに挟まれる位置に収納されている。また、外容器２０の外部から酸素含有ガス導入口２３まで２枚の整流板２２および燃焼触媒２１を貫通して延びる燃焼物質導入管２６が設けられている。
【００１７】
固体高分子形燃料電池２は、アノード４とカソード５で固体高分子電解質膜３を挟み込んだセルを複数積層したものである。なお、図４において、セルは１つだけ記載している。
【００１８】
燃焼・改質器８１は、改質器８２と、燃焼器８３と、蒸発器８４とを備えている。改質器８２および蒸発器８４は、燃焼器８３によって加熱可能な位置に設けられている。蒸発器８４には、改質水８５が供給されて蓄えられる。
【００１９】
改質器８２とアノード４との間には、水素リッチガス供給配管７が延びている。水素リッチガス供給配管７の途中には、ＣＯ除去装置８６が設けられている。アノード４と燃焼器８３との間には、アノード排ガス配管６が延びている。また、脱硫器１の外容器２０の酸素含有ガス導入口２３と燃焼器８３との間には、燃焼器排ガス排出配管３９が延びている。
【００２０】
燃料電池発電システムは、未脱硫灯油タンク３３を備えている。未脱硫灯油タンク３３には、未脱硫灯油６１が蓄えられる。未脱硫灯油タンク３３の液相部から脱硫器１の内容器１０の未脱硫灯油導入管１５の未脱硫灯油導入口１３に対して反対側の端部７１には、未脱硫灯油送液配管３５が延びている。さらに、未脱硫灯油タンク３３の液相部から脱硫器１の外容器２０の燃焼物質導入管２６の燃焼物質導入口２４に対して反対側の端部７２には、燃焼物質供給配管３７延びている。燃焼物質供給配管３７の途中には、未脱硫灯油送液ポンプ４２が設けられている。未脱硫灯油送液配管３５の途中には、未脱硫灯油加圧供給ポンプ４１が設けられている。未脱硫灯油タンク３３の液相部から未脱硫灯油６１を導いて、空気と混合させて燃焼器８３に供給するためのポンプ４３が設けられている。
【００２１】
また、燃料電池発電システムは、脱硫済灯油タンク３０を備えている。内容器１０の脱硫済灯油排出口１４から脱硫済灯油タンク３０には、脱硫済灯油送液配管３６が延びている。脱硫済灯油送液配管３６の途中には、圧力調整弁３４が設けられる。脱硫済灯油タンク３０には、脱硫済灯油６２が蓄えられる。脱硫済灯油タンク３０の液相部から燃焼・改質装置８１の改質器８２には、液相出口配管３１が延びている。液相出口配管３１の途中には、脱硫済灯油送液ポンプ４０が設けられている。脱硫済灯油タンク３０の気相部から脱硫器１の外容器２０の酸素含有ガス導入口２３には、気相出口配管３２が延びている。
【００２２】
さらに、燃料電池発電システムは、水・熱回収装置８７を備えている。脱硫器１の外容器２０の燃焼排ガス排出口２５から水・熱回収装置８７には、燃焼排ガス排出配管３８が延びている。
【００２３】
未脱硫灯油送液配管３５は、燃焼・改質器８１で発生した熱を受け取る熱交換器５３を通過している。脱硫済灯油送液配管３６および液相出口配管３１は、両者の内部を流れる流体が互いに熱交換する熱交換器５１を通過している。また、燃焼排ガス排出配管３８および燃焼器排ガス排出配管３９は、両者の内部を流れる流体が互いに熱交換する熱交換器５２を通過している。
【００２４】
次に、本実施の形態における燃料電池発電システムの通常時の動作を説明する。
【００２５】
未脱硫市販灯油は、環状サルファイドを含む総硫黄濃度が１０ｐｐｍ程度である。未脱硫灯油タンク３３に蓄えられたこのような未脱硫灯油６１は、未脱硫灯油加圧供給ポンプ４１により、０．６ＭＰａＧから０．６５ＭＰａＧに昇圧されると同時に、所定流量が送出される。送出された未脱硫灯油６１は、熱交換器５３において燃焼・改質器８１で発生した熱をもらい、１００℃〜１５０℃の温度となる。さらに、未脱硫灯油６１は、未脱硫灯油送液配管３５および未脱硫灯油導入管１５を通って、脱硫器１の内容器１０の内部に流入する。未脱硫灯油６１は、未脱硫灯油導入管１５を流下する間に脱硫触媒１１の層と熱の授受を行い、温度２００℃程度となって未脱硫灯油導入口１３から内容器１０の下部空間１８へと流入する。
【００２６】
内容器１０の下部空間１８に流入した未脱硫灯油６１は、整流板１２を通過することによって円環断面上の速度分布が均一化されて、下方から脱硫触媒１１の層に流入する。未脱硫灯油６１は脱硫触媒１１の層を通過する間に触媒反応の作用により硫黄分が減少して、脱硫済灯油６２が生成される。脱硫触媒１１の層の上端に到達した脱硫済灯油６２は、上部の整流板１２を通過して、内容器１０の上部空間１９に流入し、その後、脱硫済灯油排出口１４から脱硫器１の外部へ流出する。
【００２７】
脱硫済灯油排出口１４から流出した脱硫済灯油６２は、熱交換器５１の高温側に流入し、温度が６０℃以下に低下する。温度が低下した脱硫済灯油６２は、圧力調整弁３４へ到達する。脱硫済灯油６２は、圧力調整弁３４を通過する際に、大気圧程度まで圧力が下がり、圧力が下がった状態で脱硫済灯油タンク３０に流入する。脱硫済灯油タンク３０において、脱硫反応中に発生したメタンガスは、脱硫済灯油６２と分離される。
【００２８】
脱硫済灯油タンク３０に一旦蓄えられた脱硫済灯油６２は、脱硫済灯油送液ポンプ４０によって送出され、熱交換器５１の低温側へと流入する。熱交換器５１で温度が１５０℃〜１８０℃まで上昇した脱硫済灯油６２は、改質器８２に供給される。
【００２９】
脱硫済灯油送液ポンプ４０によって送出された脱硫済灯油６２は、蒸発器８４で発生した水蒸気と混合されて、灯油・水蒸気混合物となる。灯油・水蒸気混合物は、改質器８２へ流入し、改質器８２での水蒸気改質反応によって水素リッチガスへと変化する。改質器８２で生成された水素リッチガスは、後工程のＣＯ除去装置８６へと送られる。
【００３０】
ＣＯ除去装置８６において一酸化炭素（ＣＯ）を除去された水素リッチガスは、固体高分子形燃料電池２のアノード４へと流入する。アノード４に流入した水素リッチガスは、アノード極反応によって、水素の一部が発電のために消費される。アノード４に水素リッチガスが供給され、カソード５に空気などの酸素含有ガスが供給されることによって、固体高分子形燃料電池２は発電する。アノード極反応に用いられなかった水素、未改質のメタンガス、ＣＯ２などは、燃焼排ガスとなって、改質器８２に付随して設置した燃焼器８３へと流入する。
【００３１】
アノード排ガスは、改質器８２に付随した燃焼器８３で別途供給された空気とともに燃焼反応を起こす。この燃焼反応によって発生した熱は、改質器８２および蒸発器８４に供給される。その後、アノード排ガスは、酸素濃度が７％〜１０％、温度が１３０℃程度となって、熱交換器５２の低温側へと流入する。
【００３２】
熱交換器５２で１８０℃〜２３０℃まで温度が上昇した燃焼排ガスは、脱硫器１の外容器２０の酸素含有ガス導入口２３へと流れる。このとき、脱硫済灯油タンク３０で分離したメタンガスも同時に酸素含有ガス導入口２３へと流入する。
【００３３】
また、外容器２０の燃焼物質導入口２４からは、未脱硫灯油加圧供給ポンプ４１などの作用により、未脱硫灯油６１が流入する。未脱硫灯油６１の代わりに、燃焼物質導入口２４から脱硫済灯油６２が流入するようにしてもよい。
【００３４】
燃焼物質導入管２６を通って燃焼物質導入口２４から外容器２０に流入する未脱硫灯油６１などの燃焼物質は、燃焼物質導入管２６を流下する間に燃焼触媒２１と熱交換し、温度が２００℃程度まで上昇して、下部空間２７に到達する。下部空間２７に到達した燃焼物質は、酸素含有ガスと混合され、整流板２２を通して燃焼触媒２１の下端より燃焼触媒２１の層へと流入する。なお、燃焼触媒２１による触媒燃焼反応を生じさせる程度に高温の燃焼物質を供給可能であり、燃焼触媒２１の層の下部と上部の温度差が小さい場合には、燃焼物質導入管２６を設けなくてもよい。
【００３５】
灯油などの燃焼物質と酸素含有ガスとは、燃焼触媒２１の層で触媒燃焼反応によってＣＯ２と水蒸気に変化する。このように、燃焼触媒２１を用いて燃焼反応を生じさせるため、温度が２００℃程度の低温であっても燃焼物質を燃焼させることができる。また、アノード４から排出される電池反応で消費されなかった水素も、触媒燃焼反応に有効に活用することができる。
【００３６】
触媒燃焼反応によって発生した、触媒燃焼反応で発生した熱によって高温となったＣＯ２および水蒸気を主成分とする燃焼排ガスは、燃焼物質導入管２６およびその内部を流れる燃焼物質を加熱した後、２００℃〜２５０℃の温度で燃焼排ガス排出口２５から外容器２０の外部へ流出する。また、触媒燃焼反応で発生した熱は、外容器２０と内容器１０との間の空隙を通じて伝達され、間接的に脱硫触媒１１へと伝わる。燃焼排ガス排出口２５から排出された燃焼排ガスは、熱交換器５２の高温側に流入し、１５０℃程度の温度になって水・排熱回収装置８７へと送られる。
【００３７】
脱硫触媒１１は、未脱硫灯油導入管１５を流下する未脱硫灯油６１および外容器２０との間で熱の授受を行う。このため、脱硫触媒１１を脱硫反応に好適な２００℃〜２３０℃程度の温度に保つことができる。また、未脱硫灯油加圧供給ポンプ４１および圧力調整弁３４によって、内容器１０の内部を脱硫反応に好適な０．６ＭＰａＧ〜０．６５ＭＰａＧ程度の圧力とすることができる。このため、未脱硫灯油６１の硫黄分を除去して２０ｗｔｐｐｂ以下にすることができる。したがって、脱硫反応を高温高圧下で発生させることができる本実施の形態の脱硫器１は、低硫黄濃度の燃料が要求される燃料電池発電システムに特に有効である。
【００３８】
また、熱交換器５１によって、脱硫器１で２００℃から２３０℃に昇温した脱硫済灯油の温度を、圧力調整弁３４に流入する前に６０℃以下に下げることができる。このため、圧力調整弁３４を正常に動作させることができる。
【００３９】
このように、本実施の形態では、脱硫触媒１１を収納した内容器１０が、燃焼触媒２１を収納した外容器２０によって加熱可能な位置に設けられている。このため、灯油などの触媒燃焼反応で発生した熱によって間接的に脱硫触媒１１を加熱することができるので、通常運転時に電気ヒーターなどで加熱する必要がない。したがって、固体高分子形燃料電池発電システムの発電効率を低下させることなく、液体燃料を脱硫できる。
【００４０】
外容器２０によって内容器１０を加熱可能であれば、内容器１０および外容器２０の形状および配置はどのようなものであってもよい。本実施の形態では、内容器１０を円筒形に形成され、外容器２０は内容器１０を囲むリング状に形成されているため、内容器１０の外周面全体が外容器２０に対向している。このため、外容器２０によって内容器１０を効率的に加熱可能である。
【００４１】
未脱硫灯油導入管１５は、脱硫触媒１１の層の中を貫通して通っている。このため、上部から流入した温度の低い未脱硫灯油６１は、脱硫触媒１１に入る前に、脱硫触媒１１自身によって加熱されるため、脱硫触媒１１の層の下部と上部の温度差が小さくなる。なお、脱硫触媒１１による脱硫反応を生じさせる程度に高温の未脱硫灯油６１を供給可能であり、脱硫触媒１１の層の下部と上部の温度差が小さい場合には、未脱硫灯油導入管１５を設けなくてもよい。
【００４２】
一般的に、脱硫触媒１１の寿命は、燃焼触媒２１の寿命に比べて短い。そこで、内容器１０と外容器２０を着脱可能に設置してもよい。脱硫触媒１１の寿命が尽きた場合には、内容器１０のみを交換することができる。これにより、システムの寿命全体でのコストを低減することができる。なお、この場合、着脱時に還元ガス導入配管１６が外容器２０と干渉しないように配置する。
【００４３】
また、未脱硫灯油導入口１３まで延びる未脱硫灯油導入管１５の端部７１および脱硫済灯油排出口１４が上面に設けられているため、内容器１０を交換する際に未脱硫灯油送液配管３５および脱硫済灯油送液配管３６を取り外しても、灯油が重力の作用で抜けることはない。このため、内容器１０の交換時の灯油の抜けを防止するためにバルブなどを設ける必要がない。
【００４４】
脱硫触媒１１は、一般的に、脱硫に用いる前に還元処理を施す必要がある。本実施の形態では、閉止キャップ１７を取り外して、還元ガス導入配管１６から内容器１０に水素を流入させて還元処理を施すことができる。還元処理を工場で行った場合には、設置場所までの移動および交換作業において脱硫触媒が酸素などと接しないように、内容器１０に灯油を充填した状態で移動および交換作業をするようにしてもよい。
【００４５】
さらに、改質器８２に入る前の脱硫済灯油６２は、脱硫器１から排出された脱硫済灯油６２と、熱交換器５１によって熱交換する。この結果、改質器８２に入る前の脱硫済灯油６２は、１５０℃〜１８０℃の温度に昇温される。このため、触媒燃焼に用いた灯油の熱の一部を有効に活用することができる。
【００４６】
脱硫済灯油タンク３０を設けることにより、脱硫済灯油６２にとともに流入するメタンガスを分離できる。このため、脱硫済灯油送液ポンプ４０の入口を液単相状態にすることができ、改質器８２へ供給する脱硫済灯油６２の流量の変動を抑制することができる。
【００４７】
さらに、脱硫済灯油タンク３０によって脱硫済灯油６２から分離されメタンガスは、触媒燃焼器である外容器２０の内部で、灯油ともに触媒燃焼反応を生じ、熱を有効に利用することができる。また、熱交換器５２によって、酸素含有ガスを外容器２０に入る前に１８０℃〜２３０℃に予熱することができるので、熱を有効に活用することができる。さらに熱交換器５２によって、外容器２０を出た２００℃〜２５０℃の燃焼排ガスの温度を１５０℃程度にまで下げることができる。したがって、本実施の形態の脱硫器１を導入することによる水・熱回収装置への熱負荷の上昇を抑制できる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、鉛直方向に延びる円筒状の内容器１０を有する脱硫器１を用いて説明したが、脱硫器１の向きはこれに限定されない。内容器１０を交換しない場合や、内容器１０の交換の際に脱硫器１の向きを変えるなどの方法によって油の抜けを防止することができる場合などには、たとえば、内容器１０の軸が水平方向に向くように脱硫器１を配置することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る脱硫器の一実施の形態における立断面図であって、図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図２】図１のII−II矢視平断面図である。
【図３】図１のIII−III矢視上面図である。
【図４】本実施の形態の脱硫器を用いた燃料電池発電システムのプロセスフロー図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…脱硫器、２…固体高分子形燃料電池、３…固体高分子電解質膜、４…アノード、５…カソード、６…アノード排ガス配管、７…水素リッチガス供給配管、１０…内容器、１１…脱硫触媒、１２…整流板、１３…未脱硫灯油導入口、１４…脱硫済灯油排出口、１５…未脱硫灯油導入管、１６…還元ガス導入配管、１７…閉止キャップ、１８…下部空間、１９…上部空間、２０…外容器、２１…燃焼触媒、２２…整流板、２３…酸素含有ガス導入口、２４…燃焼物質導入口、２５…燃焼排ガス排出口、２６…燃焼物質導入管、２７…下部空間、２８…上部空間、３０…脱硫済灯油タンク、３１…液相出口配管、３２…気相出口配管、３３…未脱硫灯油タンク、３４…圧力調整弁、３５…未脱硫灯油送液配管、３６…脱硫済灯油送液配管、３７…燃焼物質供給配管、３８…燃焼排ガス排出配管、３９…燃焼器排ガス排出配管、４０…脱硫済灯油送液ポンプ、４１…未脱硫灯油加圧供給ポンプ、４２…未脱硫灯油送液ポンプ、４３…ポンプ、５１…熱交換器、５２…熱交換器、５３…熱交換器、６１…未脱硫灯油、６２…脱硫済灯油、８１…燃焼・改質器、８２…改質器、８３…燃焼器、８４…蒸発器、８５…改質水、８６…ＣＯ除去装置、８７…水・熱回収装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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