(57)【要約】【課題】可燃性ガスの混入が抑制された液体燃料を改質装置へ安定して供給する。【解決手段】燃料電池発電システムは、液体燃料を貯蔵する１次液体燃料タンク６と、脱硫器４の下流に配置されて脱硫器４から供給された液体燃料を気液分離して２次液体燃料タンク９に供給する改質燃料気液分離器１１ａと、脱硫器４の下流で２次液体燃料タンク９の上流で且つ改質燃料気液分離器１１ａと並列に配置されて脱硫器４から供給された液体燃料を気液分離して１次液体燃料タンク６へ供給するバイパス燃料気液分離器１１ｂを有する。改質燃料気液分離器１１ａ内の液体燃料がバイパス燃料気液分離器１１ｂに向かって流通するように構成されたオーバーフロー配管２４と、燃料気液分離器１１ａ、１１ｂそれぞれで液体燃料を気液分離して生成したガスを、バーナ燃焼部へ供給するように構成された気抜き配管１２を有する。【選択図】図１
2010135127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を貯蔵する１次液体燃料タンクと、
前記１次液体燃料タンクから供給された前記液体燃料に含まれる硫黄化合物の含有量を低減させる脱硫器と、
前記脱硫器の下流に配置されて、前記液体燃料からガスを抽出する改質燃料気液分離器と、
前記改質燃料気液分離器でガスを抽出した残りの液体燃料を貯蔵する２次液体燃料タンクと、
前記２次液体燃料タンクに貯蔵された前記液体燃料から水素を含む改質ガスを生成させる改質装置と、
前記改質装置から供給された前記改質ガスを用いて発電する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体から排出された排ガスを取り込んで燃焼させて前記改質装置を加熱するバーナ燃焼部と、
前記脱硫器の下流で前記２次液体燃料タンクの上流で且つ前記改質燃料気液分離器と並列に配置されて、前記液体燃料からガスを抽出して、ガスを抽出した残りの液体燃料を前記１次液体燃料タンクへ戻すように構成されたバイパス燃料気液分離器と、
一方の端部が前記改質燃料気液分離器に接続されて、他方の端部が前記バイパス燃料気液分離器に接続されて、前記改質燃料気液分離器内の前記液体燃料の一部が前記バイパス燃料気液分離器に向かって流通可能に構成されたオーバーフロー配管と、
前記バイパス燃料気液分離器の液面が、前記バイパス燃料気液分離器およびオーバーフロー配管の接続部よりも低くなるように制御する液面制御手段と、
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２】
前記改質燃料気液分離器は、
一方の端部が前記改質燃料気液分離器の壁面を貫通して内部に開口して、この開口位置は前記改質燃料気液分離器およびオーバーフロー配管の接続部よりも高くなるように形成されて、他方の端部が前記脱硫器に接続された第１燃料入口配管と、
一方の端部が前記改質燃料気液分離器の底部を貫通して内部に開口して、この開口位置は前記改質燃料気液分離器およびオーバーフロー配管の接続部よりも低くなるように形成されて、他方の端部が前記２次液体燃料タンクに接続された第１燃料出口配管と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記液面制御手段は、前記バイパス燃料気液分離器の側面に配置されて前記バイパス燃料気液分離器の液面を検知する液面検知装置を含み、この液面検知装置の検知結果に基づいて、前記バイパス燃料気液分離器の液面を制御するように構成されて、
前記バイパス燃料気液分離器は、
一方の端部が前記バイパス燃料気液分離器の壁面を貫通して内部に開口して、この開口位置は前記液面検知装置よりも高くなるように形成されて、他方の端部が前記脱硫器に接続された第２燃料入口配管と、
一方の端部が前記バイパス燃料気液分離器の底部を貫通して内部に開口してこの開口位置は前記液面検知装置よりも低くなるように形成されて、他方の端部が前記１次液体燃料タンクに接続された第２燃料出口配管と、
を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記液面制御手段は、
前記バイパス燃料気液分離器の側面に配置されて前記バイパス燃料気液分離器の液面を検知する第１液面検知装置と、
前記第１液面検知装置が配置された位置よりも高く且つ前記バイパス燃料気液分離器およびオーバーフロー配管の接続部よりも低い位置に配置された第２液面検知装置と、
を有し、
前記第１液面検知装置の検知結果に基づいて、前記バイパス燃料気液分離器の液面を制御するように構成されて、
前記第２液面検知装置が前記液面を検知したときに、前記脱硫器への前記液体燃料の供給を停止するように構成されていること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
液体燃料を貯蔵する１次液体燃料タンクと、
前記１次液体燃料タンクから供給された前記液体燃料に含まれる硫黄化合物の含有量を低減させる脱硫器と、
前記脱硫器の下流に配置されて、前記液体燃料からガスを抽出して、内部の液相を改質燃料気液分離部およびバイパス燃料気液分離部の２つの区画に仕切る堰が設けられて、この改質燃料気液分離部内の前記液体燃料の一部がこの堰の上端部を越えて前記バイパス燃料気液分離部に流通可能に構成されて、前記ガスが抽出されて前記バイパス燃料気液分離部に残った液体燃料を前記１次液体燃料タンクへ戻すように構成された気液分離器と、
前記改質燃料気液分離部でガスが抽出された前記液体燃料を貯蔵する２次液体燃料タンクと、
前記２次液体燃料タンクに貯蔵された前記液体燃料から水素を含む改質ガスを生成させる改質装置と、
前記改質装置から供給された前記改質ガスを用いて発電する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体から排出された排ガスを取り込んで燃焼させて前記改質装置を加熱するバーナ燃焼部と、
前記バイパス燃料気液分離部の液面が、前記堰の上端部よりも低くなるように制御する液面制御手段と、
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６】
前記液面制御手段は、前記バイパス燃料気液分離部の側面に配置されて前記バイパス燃料気液分離部の液面を検知する液面検知装置を含み、この液面検知装置の検知結果に基づいて、前記バイパス燃料気液分離部の液面を制御するように構成されて、
前記気液分離器は、
一方の端部が前記改質燃料気液分離部の壁面を貫通して内部に開口して、この開口位置は前記堰の上端部よりも高くなるように形成されて、他方の端部が前記脱硫器に接続されるように形成された第１燃料入口配管と、
一方の端部が前記改質燃料気液分離部の底部を貫通して内部に開口して、この開口位置は前記堰の上端部よりも低くなるように形成されて、他方の端部が前記２次液体燃料タンクに接続されるように形成された第１燃料出口配管と、
一方の端部が前記バイパス燃料気液分離部の壁面を貫通して内部に開口して、この開口位置は前記堰の上端部よりも低く且つ前記液面検知装置よりも高くなるように形成されて、他方の端部が前記脱硫器に接続されるように形成された第２燃料入口配管と、
一方の端部が前記バイパス燃料気液分離部の底部を貫通して内部に開口して、この開口位置は前記液面検知装置よりも低くなるように形成されて、他方の端部が前記１次液体燃料タンクに接続されるように形成された第２燃料出口配管と、
を有することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
前記液面制御手段は、
前記バイパス燃料気液分離部の側面に配置されて前記バイパス燃料気液分離部の液面を検知する第１液面検知装置と、
前記第１液面検知装置が配置された位置よりも高く且つ前記堰の上端部よりも低い位置に配置された第２液面検知装置と、
を有し、
前記第１液面検知装置の検知結果に基づいて、前記バイパス燃料気液分離部の液面を制御するように構成されて、
前記第２液面検知装置が前記液面を検知したときに、前記脱硫器への前記液体燃料の供給を停止するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池発電システム。
【請求項８】
前記液体燃料を気液分離して生成したガスが前記バーナ燃焼部に向かって流通する系統に、前記液体燃料が流れることを検知する液体燃料検知センサが配置されて、
前記液面制御手段は、前記液体燃料検知センサが前記系統内に前記液体燃料が流通したことを検知したときに、前記脱硫器への前記液体燃料の供給を停止するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項９】
脱硫器を加熱する脱硫器加熱工程と、
前記脱硫器が所定の温度まで加熱されているか否かを判定する脱硫器温度判定工程と、
液体燃料タンクから前記脱硫器に供給された液体燃料に含まれる硫黄化合物の含有量を低減させる脱硫工程と、
前記脱硫器温度判定工程で前記所定の温度に達していないと判定されているときに、前記脱硫器を流通した前記液体燃料をバイパス燃料気液分離器へ供給し、前記液体燃料から可燃性ガスを抽出する第１気液分離工程と、
前記第１気液分離工程の後に、気液分離された前記液体燃料を前記液体燃料タンクに戻す第１燃料リサイクル工程と、
前記脱硫器温度判定工程で前記所定の温度に達していると判定されているときに、前記脱硫器を流通した前記液体燃料を改質燃料気液分離器へ供給し、前記液体燃料から可燃性ガスを抽出する第２気液分離工程と、
前記第２気液分離工程の後に、前記可燃性ガスが抽出された前記液体燃料を、水素を含む改質ガスを生成させる改質装置へ供給する改質装置燃料供給工程と、
前記第２気液分離工程の後に、余剰液体燃料を前記液体燃料タンクに戻す第２燃料リサイクル工程と、
を有することを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項１０】
前記脱硫工程の後に、前記可燃性ガスがバーナ燃焼部に向かって流通する流路内を前記液体燃料が流通したときに、前記脱硫器への前記液体燃料供給を停止する工程を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の運転方法。
【請求項１１】
前記脱硫工程の後に、前記バイパス燃料気液分離器の液位が、所定の液位を超えたときに、前記脱硫器への前記液体燃料供給を停止する工程を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の燃料電池発電システムの運転方法。
【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の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムは、燃料処理装置で生成した水素を、燃料電池本体において直接電気エネルギーに変換するシステムである。このシステムは化学反応による発電であるために発電効率が高く、汚染物質の排出および騒音が少なく、環境性に優れた発電装置として評価されている。
【０００３】
このような燃料電池発電システム、特に家庭でのコジェネレーション発電を目指した１ｋＷ級燃料電池発電システムの運転においては、運搬や貯蔵に適した液体燃料の適用が検討されている。このような液体燃料としては灯油など石油系液体燃料などが提案されている。
【０００４】
しかし、石油系液体燃料には多くの場合、有機硫黄化合物が含まれている。これら有機硫黄化合物は、燃料処理装置で使用される触媒の多くを被毒し、水素生成を阻害する特性を有している。したがって、液体燃料を燃料処理装置に供給する前に、脱硫器によって、液体燃料に含有する有機硫黄化合物を低減させることが必要となる。
【０００５】
しかし、脱硫器の性能を確保するために高温高圧に保つ必要があるが、脱硫反応の副生成物である可燃性ガスが発生するため、この発生ガスも適切に処理する必要がある。
【０００６】
このような液体燃料を脱硫処理するシステムの例として、特許文献１、特許文献２および特許文献３に開示された燃料電池システムが知られている。
【特許文献１】特開２００７−７０５０２号公報
【特許文献２】特開２００４−５１８６４号公報
【特許文献３】特開２００８−６３４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、脱硫器により有機硫黄化合物の含有量が低減された液体燃料（脱硫液体燃料）を一時蓄えるために、脱硫器の下流に配置された脱硫液体燃料タンクが配置された例が開示されている。このシステムは、脱硫液体燃料タンクから可燃性ガスを抽出し改質装置のバーナに排出することができる。また、このシステムは、脱硫液体燃料タンク内での可燃性ガスと空気の混入状態を防止するため、排出ラインに遮断弁や逆止弁などが必要となる。
【０００８】
しかし、このシステムは、遮断弁が閉じている状態での脱硫液体燃料タンク内に蓄えられた脱硫液体燃料の液面レベルの変化、または、遮断弁が開いている状態での改質装置のバーナ圧力変化などによって、脱硫液体燃料タンクの内圧が変化する場合がある。
【０００９】
例えば、脱硫液体燃料タンクから、ポンプ等を駆動力として脱硫液体燃料タンク下流に設置された改質装置に、脱硫液体燃料を供給する場合には、ポンプ入口の圧力が変化するため、予め実験等で決められたポンプ出力と供給される脱硫液体燃料流量との相関関係が、ずれてしまう可能性がある。
【００１０】
よって、ポンプ下流に流量計などを配置して、改質装置に供給される脱硫液体燃料流量を計測することによって、ポンプ回転数から想定される液体燃料流量とのずれが生じた場合はポンプ回転数を補正する必要がある。
【００１１】
また、例えば、１ｋＷ級の燃料電池発電システムにおいては、脱硫液体燃料流量は５．８×１０−８ｍ３／ｓ（３．５ｃｃ／ｍｉｎ）程度であり、高精度に流量を計測する必要がある。よって、高価な流量計が必要となり、コストアップに繋がる。
【００１２】
特許文献２には、燃料電池発電システムの起動時等において、脱硫器が所定の温度以下の場合には、脱硫液体燃料を脱硫器上流に設置された液体燃料タンクに戻すように構成された例が開示されている。このシステムは、未脱硫の液体燃料が、改質装置に流入することを抑制できる。しかし、この例では、液体燃料、液体燃料に含まれる可燃性ガス、および空気が混合した状態で、液体燃料タンクに戻されるため、安全上の問題がある。
【００１３】
特許文献３には、脱硫器で発生する可燃性ガスが、バイパス弁を通じて内部燃料タンクに戻るように構成された例が開示されている。この例では、内部燃料タンクには内圧が大気圧相当の外部燃料タンクから液体燃料が供給されるため、内部燃料タンクの内圧を大気圧よりも高圧になるように加圧できない。このため、可燃性ガスを改質器のバーナに送って燃焼させる等の運用は困難になる。また、可燃性ガスを雰囲気中に放出するため、安全上の問題を生じる。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、可燃性ガスの混入が抑制された液体燃料を改質装置へ安定して供給することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池発電システムは、液体燃料を貯蔵する１次液体燃料タンクと、前記１次液体燃料タンクから供給された前記液体燃料に含まれる硫黄化合物の含有量を低減させる脱硫器と、前記脱硫器の下流に配置されて、前記液体燃料からガスを抽出する改質燃料気液分離器と、前記改質燃料気液分離器でガスを抽出した残りの液体燃料を貯蔵する２次液体燃料タンクと、前記２次液体燃料タンクに貯蔵された前記液体燃料から水素を含む改質ガスを生成させる改質装置と、前記改質装置から供給された前記改質ガスを用いて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体から排出された排ガスを取り込んで燃焼させて前記改質装置を加熱するバーナ燃焼部と、前記脱硫器の下流で前記２次液体燃料タンクの上流で且つ前記改質燃料気液分離器と並列に配置されて、前記液体燃料からガスを抽出して、ガスを抽出した残りの液体燃料を前記１次液体燃料タンクへ戻すように構成されたバイパス燃料気液分離器と、一方の端部が前記改質燃料気液分離器に接続されて、他方の端部が前記バイパス燃料気液分離器に接続されて、前記改質燃料気液分離器内の前記液体燃料の一部が前記バイパス燃料気液分離器に向かって流通可能に構成されたオーバーフロー配管と、前記バイパス燃料気液分離器の液面が、前記バイパス燃料気液分離器およびオーバーフロー配管の接続部よりも低くなるように制御する液面制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池発電システムは、液体燃料を貯蔵する１次液体燃料タンクと、前記１次液体燃料タンクから供給された前記液体燃料に含まれる硫黄化合物の含有量を低減させる脱硫器と、前記脱硫器の下流に配置されて、前記液体燃料からガスを抽出して、内部の液相を改質燃料気液分離部およびバイパス燃料気液分離部の２つの区画に仕切る堰が設けられて、この改質燃料気液分離部内の前記液体燃料の一部がこの堰の上端部を越えて前記バイパス燃料気液分離部に流通可能に構成されて、前記ガスが抽出されて前記バイパス燃料気液分離部に残った液体燃料を前記１次液体燃料タンクへ戻すように構成された気液分離器と、前記改質燃料気液分離部でガスが抽出された前記液体燃料を貯蔵する２次液体燃料タンクと、前記２次液体燃料タンクに貯蔵された前記液体燃料から水素を含む改質ガスを生成させる改質装置と、前記改質装置から供給された前記改質ガスを用いて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体から排出された排ガスを取り込んで燃焼させて前記改質装置を加熱するバーナ燃焼部と、前記バイパス燃料気液分離部の液面が、前記堰の上端部よりも低くなるように制御する液面制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池発電システムの運転方法は、脱硫器を加熱する脱硫器加熱工程と、前記脱硫器が所定の温度まで加熱されているか否かを判定する脱硫器温度判定工程と、液体燃料タンクから前記脱硫器に供給された液体燃料に含まれる硫黄化合物の含有量を低減させる脱硫工程と、前記脱硫器温度判定工程で前記所定の温度に達していないと判定されているときに、前記脱硫器を流通した前記液体燃料をバイパス燃料気液分離器へ供給し、前記液体燃料から可燃性ガスを抽出する第１気液分離工程と、前記第１気液分離工程の後に、気液分離された前記液体燃料を前記液体燃料タンクに戻す第１燃料リサイクル工程と、前記脱硫器温度判定工程で前記所定の温度に達していると判定されているときに、前記脱硫器を流通した前記液体燃料を改質燃料気液分離器へ供給し、前記液体燃料から可燃性ガスを抽出する第２気液分離工程と、前記第２気液分離工程の後に、前記可燃性ガスが抽出された前記液体燃料を、水素を含む改質ガスを生成させる改質装置へ供給する改質装置燃料供給工程と、前記第２気液分離工程の後に、余剰液体燃料を前記液体燃料タンクに戻す第２燃料リサイクル工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、可燃性ガスの混入が抑制された液体燃料を改質装置へ安定して供給することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る燃料電池発電システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
［第１の実施形態］
本発明の燃料電池発電システムに係る第１の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、本実施形態の燃料電池発電システムの系統構成図である。図２は、図１の改質燃料気液分離器１１ａの詳細を示す斜視図である。図３は、図１のバイパス燃料気液分離器１１ｂの詳細を示す斜視図である。図４は、図１の燃料電池発電システムを起動するときに係る燃料遮断弁２１ａおよび燃料バイパス弁２１ｂの開閉動作を示すフロー図である。図５は、図１の燃料電池発電システムを停止するときに係る燃料遮断弁２１ａおよび燃料バイパス弁２１ｂの開閉動作を示すフロー図である。
【００２１】
本実施形態の燃料電池発電システムは、燃料電池本体２等を具備する燃料電池パッケージ１と、この燃料電池パッケージ１の外に配置されて液体燃料を燃料電池パッケージ１に供給する液体燃料タンク５を有している。燃料電池本体２は、冷却水系２ｃがアノード極２ａおよびカソード極２ｂに挟み込まれるように構成されている。
【００２２】
先ず、本実施形態の燃料電池システムの構成および液体燃料の流れについて説明する。
【００２３】
燃料電池パッケージ１は、液体燃料タンク５から供給された液体燃料を一時貯蔵しておく１次液体燃料タンク６と、液体燃料の脱硫処理、すなわち液体燃料に含まれる硫黄化合物の含有量を低減させる脱硫器４を有する。脱硫器４の下流には、改質燃料気液分離器１１ａおよびバイパス燃料気液分離器１１ｂが並列に配置されている。これらの気液分離器１１ａ、１１ｂそれぞれには、脱硫器４で脱硫処理された液体燃料が供給される。
【００２４】
液体燃料タンク５に貯蔵されている液体燃料は、先ず１次液体燃料タンク６に導かれる。１次液体燃料タンク６の入口側には、自力式液面調節弁４０が配置されている。この自力式液面調整弁４０は、１次液体燃料タンク６内の液面に配置された浮子４１が上下移動することによって、１次液体燃料タンク６の貯蔵量を計測している。これにより、液体燃料タンク５から液体燃料を供給する量を調整できるように構成されている。
【００２５】
なお、この１次液体燃料タンク６の貯蔵量を、１次液体燃料タンク６に液面センサ等を設けて、電気的な制御装置を介して１次液体燃料タンク６の入口側に配置された自力式液面調節弁４０を開閉するように制御してもよい。この場合、１次液体燃料タンク６内部の液体燃料が所定の量以下となったときに液体燃料タンク５から液体燃料を供給し、所定量以上となったときには液体燃料の供給を停止するように制御すればよい。
【００２６】
１次液体燃料タンク６の下流には、上流側から順に、送液昇圧ポンプ７、脱硫器予熱手段８、脱硫器４が配置されている。この送液昇圧ポンプ７は、１次液体燃料タンク６内の液体燃料を吸引し、昇圧した後に、脱硫器４へ送出する。脱硫器４へ供給された液体燃料に作用する圧力は、脱硫器４の下流に設置される圧力調整弁１９などによって調整されている。
【００２７】
脱硫器予熱手段８は、送液昇圧ポンプ７から送り出された液体燃料を脱硫反応開始可能な温度まで予熱して、脱硫器４へ供給する。脱硫器予熱手段８は、常温で送り出された液体燃料を約１５０℃〜３００℃に加熱することができ、例えば電気ヒータなどが用いられている。また、この脱硫器予熱手段８には、燃焼排気ガスや水蒸気などと熱交換させて予熱する手段などを用いてもよい。
【００２８】
本実施形態では、脱硫器４の側壁に設けられて温度計７０と、この温度計７０の測定結果が入力される制御手段４３を有している。制御手段４３は、温度計７０によって脱硫器４の温度Ｔ１を測定した結果に基づいて、脱硫予熱手段８の加熱状態を制御している。この制御手段４３は、脱硫器４の温度Ｔ１が約１７０℃〜２３０℃の範囲のときに、脱硫器４内の液体燃料は、脱硫反応開始可能な温度であると判定している。
【００２９】
脱硫器４から送出された液体燃料が流通する配管系は、２系統に分岐されて、改質燃料気液分離器１１ａおよびバイパス燃料気液分離器１１ｂそれぞれに並列に接続されている。これらの気液分離器１１ａ、１１ｂの入口（上流）側には、それぞれ、燃料遮断弁２１ａおよび燃料バイパス弁２１ｂが配置されている。これらの燃料遮断弁２１ａおよび燃料バイパス弁２１ｂそれぞれの開閉動作は、制御手段４３によって制御される。
【００３０】
これらの改質燃料気液分離器１１ａおよびバイパス燃料気液分離器１１ｂは、オーバーフロー配管２４によって、これらが互いに連通するように構成されている。このオーバーフロー配管２４は、改質燃料気液分離器１１ａ内の液体燃料が、バイパス燃料気液分離器１１ｂに向かって流通可能に構成されている。
【００３１】
改質燃料気液分離器１１ａで所定量以上貯蔵された液体燃料は、このオーバーフロー配管２４内を流通して、バイパス燃料気液分離器１１ｂに流入するように構成されている。すなわち、改質燃料気液分離器１１ａの液位は、バイパス燃料気液分離器１１ｂの液位よりも常に高くなるように調整されている。
【００３２】
なお、オーバーフロー配管２４は、水平に延びるように図示されているが、これに限らず、傾きを有してもよい。上記の通り、オーバーフロー配管２４は、改質燃料気液分離器１１ａからバイパス燃料気液分離器１１ｂに向かって一定方向に流通可能に構成されている。よって、改質燃料気液分離器１１ａ側が高くなるように配置されていることが望ましい。
【００３３】
しかし、改質燃料気液分離器１１ａの液位が、バイパス燃料気液分離器１１ｂおよびオーバーフロー配管２４の接続部よりも高ければ、オーバーフロー配管２４内を流通することは可能である。よって、バイパス燃料気液分離器１１ｂ側が高くなるように配置することもできる。
【００３４】
脱硫器４で脱硫された液体燃料は、脱硫反応の副生成物である可燃性ガスを含んだ状態で、燃料遮断弁２１ａまたは燃料バイパス弁２１ｂへ供給される。以下に、液体燃料が、燃料遮断弁２１ａおよび燃料バイパス弁２１ｂそれぞれに流通する状態について説明する。
【００３５】
先ず、図４に示すように、発電運転の起動指令がなされたら（ステップＳ４１）、温度計７０によって測定された脱硫器４の温度Ｔ１が、１７０℃〜２３０℃の範囲にあるかどうかを判定する（ステップＳ４２）。温度Ｔ１が、１７０℃〜２３０℃の範囲にあるときには、脱硫器４を通過した液体燃料は、硫黄含有量の低減が完了した、すなわち脱硫されていると判定される（ステップＳ４３）。このとき、制御手段４３によって燃料遮断弁２１ａは開かれて燃料バイパス弁２１ｂは閉じられる（ステップＳ４４）。脱硫器４で脱硫された液体燃料は、燃料気液分離器１１ａに供給されて、発電運転の準備が完了する（ステップＳ４７）。
【００３６】
以下に、液体燃料が燃料遮断弁２１ａを流通して、改質燃料気液分離器１１ａに供給される系統について説明する。
【００３７】
図２に示すように、改質燃料気液分離器１１ａは、液体燃料が貯蔵される第１気液分離用容器３０ａに、第１燃料出口配管３１ａ、第１燃料入口配管３２ａ、第１オーバーフロー出口配管３３ａ、および第１ガス出口配管３４ａが設けられている。
【００３８】
第１ガス出口配管３４ａの下端は、第１気液分離用容器３０ａの最上部に形成された第１天板開口部５１ａに接続されている。第１ガス出口配管３４ａの上端は、図２では図示を省略するが、改質燃料気抜き配管１２ａに連結されている。最上部からガスを導出するので、液体を巻き込むことなくガスのみを送ることができる。第１オーバーフロー出口配管３３ａの一方の端部は、第１気液分離用容器３０ａの側面でほぼ中間の高さの位置に形成された第１側面開口部５２ａに接続されて、もう一方の端部はオーバーフロー配管２４に連結されている。
【００３９】
第１燃料入口配管３２ａは、第１気液分離用容器３０ａの底部に形成された第１底部貫通部５５ａを貫通して、その上端部（第１開口上端部）６１ａは第１気液分離用容器３０ａ内部に開口している。第１燃料入口配管３２ａの下端は燃料遮断弁２１ａを介して脱硫器４に接続されている。第１開口上端部６１ａは、例えば液体燃料内に気泡が発生して微小な泡が液相に混入することを回避するために、第１側面開口部５２ａより高い位置としている。
【００４０】
第１燃料出口配管３１ａの上端は、第１気液分離用容器３０ａの底板に形成された第１底部開口部５４ａに接続されて、第１燃料出口配管３１ａの下端は改質燃料供給配管１４ａに接続されている。この改質燃料供給配管１４ａは、自力式液面調節弁４０を介して２次液体燃料タンク９へ接続されている。図２では、２次液体燃料タンク９に送る液体燃料の流量を大きくして送液量を確保するために、第１燃料出口配管３１ａの上端は、第１底部開口部５４ａとほぼ同じ位置に配置された例を示している。万一脱硫器４からの流出物など固形の不純物が流入した場合、これを下流に流さないために、底部を貫通して底部より若干高い位置で開口してもよい。ただし、この場合においても、第１側面開口部５２ａよりも低い位置で開口しておく。
【００４１】
可燃性ガスを含んだ液体燃料は、第１燃料入口配管３２ａを介して改質燃料気液分離器１１ａに供給されて、気液分離される。この気液分離によって、液体燃料から可燃性ガスが抽出（分離）される。気液分離により発生した可燃性ガスは改質燃料気液分離器１１ａの上部に溜まり、改質燃料気液分離器１１ａの下部には可燃性ガスが分離した後の液体燃料が蓄積される。
【００４２】
改質燃料気液分離器１１ａ上部に溜まっている可燃性ガスは、第１ガス出口配管３４ａを介して改質燃料気液分離器１１ａ上部に配置された改質燃料気抜き配管１２ａへ流通する。
【００４３】
改質燃料気液分離器１１a下部の液体燃料は、第１燃料出口配管３１ａおよび改質燃料供給配管１４ａを介して２次液体燃料タンク９へ導かれる。２次液体燃料タンク９の入口付近の改質燃料供給配管１４ａには１次液体燃料タンク６と同様に、自力式液面調節弁４０が配置されて、液体燃料の供給量を調整するように構成されている。
【００４４】
なお、２次液体燃料タンク９の貯蔵量を、２次液体燃料タンク９に液面センサを設けて、電気的な制御装置を介して２次液体燃料タンク９の入口側に配置された自力式液面調節弁４０を開閉するように制御してもよい。この場合、２次液体燃料タンク９内部の液体燃料が所定量以下となったときに、改質燃料気液分離器１１ａから液体燃料が供給させて、所定量以上となったときに供給が停止するように構成されていればよい。
【００４５】
２次液体燃料タンク９へ供給された液体燃料は、改質燃料供給ポンプ１０によって、改質装置３に供給される。改質装置３に供給された液体燃料は、水素リッチガスに改質された後、燃料電池本体２のアノード極２ａに送られる。なお、２次液体燃料タンク９は大気開放とし、常に大気圧に保たれている。
【００４６】
改質装置３は、改質器本体３ａ、一酸化炭素変成器３ｂ、一酸化炭素除去器３ｃ、バーナ燃焼部３ｄを有し、これらにはそれぞれ触媒が充填されている。改質装置３で使用される触媒の多くは、硫黄により被毒され活性が低下する。このため、改質装置３に供給される前の液体燃料中の硫黄濃度を、脱硫器４による脱硫処理で数十ｐｐｍまで低下させることが望ましい。
【００４７】
改質器本体３ａは、原燃料を改質して水素リッチガスを生成する機能を有する。代表的な改質方式である水蒸気改質では、約５００〜７００℃にまで加熱された触媒層に、水蒸気を混合させた原燃料を通過させることによって、水素リッチガスを生成する。この水素リッチガスは、水素を主成分として、水蒸気、一酸化炭素、および二酸化炭素等が含まれている。
【００４８】
水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、温度と反応を維持するために外部から加熱する必要がある。そのため、バーナ燃焼部３ｄで空気および燃料等を混合して燃焼させて、その燃焼熱を改質器本体３ａに伝えて改質反応を維持する。
【００４９】
改質器本体３ａ出口の水素リッチガスには、多量の一酸化炭素が含まれている。一酸化炭素は、下流の燃料電池本体２のアノード極２ａにおいて、発電電圧を低下させる要因となる。よって、一酸化炭素変成器３ｂにおけるシフト反応および一酸化炭素除去器３ｃにおける一酸化炭素選択酸化反応によって、水素リッチガスの一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ以下にまで低減させる。
【００５０】
改質装置３から送出された水素リッチガスは、燃料電池本体２に供給される。燃料電池本体２では、アノード極２ａに供給された水素リッチガス中の水素と、カソード極２ｂに供給された空気中の酸素との間で、電気化学反応が発生して直流起電力が発生する。
【００５１】
アノード極２ａでは、水素リッチガス中の水素を通常５割から８割程度消費するので、アノード出口ガス中には、水素などの可燃性ガスが含まれている。アノード極２ａから排出されたアノード出口ガスは、バーナ燃焼部３ｄへ供給されて、空気や燃料と混合されて改質器本体３ａの加熱に使用される。
【００５２】
次に、液体燃料が燃料バイパス弁２１ｂを流通し、バイパス燃料気液分離器１１ｂに供給される系統について説明する。
【００５３】
図３に示すように、バイパス燃料気液分離器１１ｂには、液体燃料が貯蔵される第２気液分離用容器３０ｂに、第２燃料出口配管３１ｂ、第２燃料入口配管３２ｂ、第２オーバーフロー出口配管３３ｂ、および第２ガス出口配管３４ｂが設けられている。
【００５４】
第２ガス出口配管３４ｂの下端は、第２気液分離用容器３０ｂの最上部に形成された第２天板開口部５１ｂに接続されている。第２ガス出口配管３４ｂの上端は、図３では図示を省略しているが、バイパス燃料気抜き配管１２ｂに連結されている。第１ガス出口配管３４ａと同様に、最上部からガスを導出するので、液体を巻き込むことなくガスのみを送ることができる。第２オーバーフロー出口配管３３ｂの一方の端部は、第２気液分離用容器３０ｂの側面でほぼ中間の高さの位置に形成された第２側面開口部５２ｂに接続されて、もう一方の端部はオーバーフロー配管２４に連結されている。
【００５５】
第２燃料入口配管３２ｂは、第２気液分離用容器３０ｂの底部に形成された第２底部貫通部５５ｂを貫通して、その上端部（第２開口上端部）６１ｂは、第２気液分離用容器３０ｂ内部に開口している。第２燃料入口配管３２ｂの下端は、バイパス燃料遮断弁２１ｂを介して脱硫器４に接続されている。第２開口上端部６１ｂは、例えば液体燃料内に気泡が発生して微小な泡が液相に混入することを回避するために、第２側面開口部５２ｂより高い位置としている。
【００５６】
第２燃料出口配管３１ｂの上端は、第２気液分離用容器３０ｂの底部に形成された第２底部開口部５４ｂに接続されて、第２燃料出口配管３１ｂの下端は液体燃料リサイクル配管１４ｂに接続されている。この液体燃料リサイクル配管１４ｂは、液体燃料リサイクル遮断弁１５を介して１次液体燃料タンク６に接続されている。図３では、第２燃料出口配管３１ｂの上端の開口位置は、第２底部開口部５４ｂとほぼ同じ位置に配置された例を示している。第１燃料出口配管３１ａと同様に、万一脱硫器４からの流出物など固形の不純物が流入した場合、これを下流に流さないために、底板を貫通して底部より若干高い位置で開口してもよい。ただし、この場合においても、第２側面開口部５２ｂよりも低い位置で開口しておく。
【００５７】
さらに、このバイパス燃料気液分離器１１ｂの外側の側面には、液面検出用配管３５が設けられている。この液面検出用配管３５は、第２気液分離用容器３０ｂの外側に配置されて、第２気液分離用容器３０ｂの最上部と底部を接続するように構成されている。この液面検出用配管３５上に、第１気液分離器レベル計２０が配置されて、液面を検出している。この第１気液分離器レベル計２０は、第２側面開口部５２ｂよりも低い位置に配置されている。
【００５８】
なお、第１気液分離器レベル計２０は、第２気液分離用容器３０ｂに直接取り付けられてもよい。この場合でも、第１気液分離器レベル計２０は、第２側面開口部５２ｂよりも低い位置に配置されている。
【００５９】
可燃性ガスを含んだ液体燃料は、バイパス燃料気液分離器１１ｂに供給されて、改質燃料気液分離器１１ａと同様に、気液分離される。この気液分離によって、液体燃料から可燃性ガスが抽出される。気液分離により発生した可燃性ガスは、バイパス燃料気液分離器１１ｂの上部に溜まり、下部には可燃性ガスが分離した後の液体燃料が蓄積される。
【００６０】
バイパス燃料気液分離器１１ｂ下部の液体燃料は、液体燃料リサイクル配管１４ｂを流通し、液体燃料リサイクル遮断弁１５を介して１次液体燃料タンク６に流入してリサイクルされる。
【００６１】
さらに、燃料電池パッケージ１には、この第１気液分離器レベル計２０が液面を検知した結果に基づいて、バイパス燃料気液分離器１１ｂの液位を制御する液面制御手段４２が設けられている。この液面制御手段４２には、検知した液位に基づいて液体燃料リサイクル遮断弁１５の開閉状態を制御する電気的な回路（図示せず）等が設けられている。
【００６２】
また、バイパス燃料気液分離器１１ｂ上部に溜まっている可燃性ガスは、改質燃料気液分離器１１ａの上部に溜まった可燃性ガスと同様に、バイパス燃料気液分離器１１ｂ上部に連結されたバイパス燃料気抜き配管１２ｂへ流通する。
【００６３】
次に、改質燃料気抜き配管１２ａおよびバイパス燃料気抜き配管１２ｂを流通する可燃性ガスの流れについて説明する。
【００６４】
改質燃料気抜き配管１２ａおよびバイパス燃料気抜き配管１２ｂは合流して気抜き配管１２に接続される。気抜き配管１２には、気抜き配管逆止弁１３が配置されている。この気抜き配管逆止弁１３は、気液分離器１１ａ、１１ｂが配置される上流側に可燃性ガスが流れないように、すなわち逆流しないように構成されている。
【００６５】
改質燃料気抜き配管１２ａおよびバイパス燃料気抜き配管１２ｂそれぞれを流通する可燃性ガスは、気抜き配管１２および気抜き配管逆止弁１３を流通して、バーナ燃焼部３ｄへ供給される。
【００６６】
続いて、本実施形態に係る燃料電池発電システムの作用について説明する。
【００６７】
燃料電池発電システムの通常の運転状態では、燃料遮断弁２１ａが開き、燃料バイパス弁２１ｂが閉じられている。１次液体燃料タンク６から供給された液体燃料は、送液昇圧ポンプ７で所定の圧力に昇圧されて、さらに脱硫器加熱手段８で所定の温度に昇温されて、脱硫器４に供給されて脱硫される。脱硫された液体燃料は、燃料遮断弁２１ａを流通して改質燃料気液分離器１１ａへ供給される。改質燃料気液分離器１１ａに供給された液体燃料は、その内部で下部に液体燃料、上部に可燃性ガスが溜まるように気液分離される。
【００６８】
改質燃料気液分離器１１ａ内下部の液体燃料は、自重および改質燃料気液分離器１１ａの内圧によって、改質燃料供給配管１４ａを流通し、自力式液面調節弁４０を経て２次液体燃料タンク９へ送出される。上部の可燃性ガスは、改質燃料気抜き配管１２ａ、気抜き配管１２、および気抜き配管逆止弁１３を流通してバーナ燃焼部３ｄへ供給される。
【００６９】
２次液体燃料タンク９へ供給された液体燃料は、改質燃料気液分離器１１ａで気液分離されているため、可燃性ガスの混入が抑制されている。このため、２次液体燃料タンク９を大気開放状態で運用しても可燃性ガスが漏出する可能性は低い。よって、２次液体燃料タンク９を安全に運用することが可能となる。
【００７０】
一方、脱硫器４の運転条件が通常運転と異なる状態、例えば、図４に示すように、起動途中において、温度Ｔ１が約１７０℃〜２３０℃の範囲によりも低いときは、脱硫器４を通過した液体燃料は、硫黄含有量の低減が未完了である、すなわち十分に脱硫されていないと判定される（ステップＳ４５）。このとき、制御手段４３によって、燃料遮断弁２１ａは閉じられて、燃料バイパス弁２１ｂは開かれている（ステップＳ４６）。
【００７１】
この状態から、さらに脱硫器４を加熱して、温度Ｔ１が上記温度範囲にあると判定されたら、燃料遮断弁２１ａは開かれて、燃料バイパス弁２１ｂは閉じられる（ステップＳ４４）。
【００７２】
なお、温度Ｔ１が上記温度範囲にあると判定された（ステップＳ４３）後で、制御手段４３によって燃料遮断弁２１ａを開いて燃料バイパス弁２１ｂを閉じる（ステップＳ４４）前に、燃料遮断弁２１ａが閉じられて燃料バイパス弁２１ｂが開かれた状態を所定の時間だけ保持しておくとよい。これにより、燃料遮断弁２１ａが閉じられていたときに燃料遮断弁２１ａの入口側の配管内に淀んでいた脱硫が不十分な液体燃料をバイパス燃料気液分離器２１ｂ側へ流すことができ、当該液体燃料が改質燃料気液分離器１１ａへ流入されることを抑制できる。
【００７３】
また、脱硫不十分な液体燃料が燃料遮断弁２１ａの入口側で淀む量を低減させるために、脱硫器４の下流側で燃料遮断弁２１ａ側および燃料バイパス弁２１ｂ側の２系統に分岐する部位を燃料遮断弁２１ａ側に近づけておくとよい。
【００７４】
また、図５に示すように、発電運転の停止指令がなされたときに（ステップＳ５１）、脱硫器４を通過した液体燃料は、硫黄含有量の低減が未完了であると判定される（ステップＳ５２）。このとき、燃料遮断弁２１ａは閉じられて、燃料バイパス弁２１ｂは開かれている（ステップＳ５３）。この状態で停止操作の準備が完了する（ステップＳ５４）。
【００７５】
以下に、液体燃料が燃料バイパス弁２１ｂを流通して、バイパス燃料気液分離器１１ｂに供給される系統について説明する。
【００７６】
温度Ｔ１が上記温度範囲よりも低いとき、１次液体燃料タンク６から供給される液体燃料は、燃料バイパス弁２１ｂを流通してバイパス燃料気液分離器１１ｂへ供給される。バイパス燃料気液分離器１１ｂに供給された液体燃料は、その内部で下部に液体燃料、上部に可燃性ガスが溜まるように気液分離される。
【００７７】
バイパス燃料気液分離器１１ｂ下部の液体燃料は、自重およびバイパス燃料気液分離器１１ｂの内圧によって、液体燃料リサイクル配管１４ｂを流通し、液体燃料リサイクル遮断弁１５を経て１次液体燃料タンク６へ戻される。上部の可燃性ガスは、バイパス燃料気抜き配管１２ｂ、気抜き配管１２、および気抜き配管逆止弁１３を流通してバーナ燃焼部３ｄへ供給される。
【００７８】
１次液体燃料タンク６へ戻された液体燃料は、バイパス燃料気液分離器１１ｂで気液分離されているため、可燃性ガスの混入は抑制されている。このため、１次液体燃料タンク６を大気開放状態で運用しても可燃性ガスが漏出する可能性は低い。
【００７９】
液体燃料リサイクル配管１４ｂに配置された液体燃料リサイクル遮断弁１５は、通常は閉じられている。第１気液分離器レベル計２０が検知する液面が上昇して所定の液位に達したとき、または、第１気液分離器レベル計２０が液面を検知して所定の時間が経過したとき、液面制御手段４２によって液体燃料リサイクル遮断弁１５が開かれて、バイパス燃料気液分離器１１ｂ内部の液体燃料が１次液体燃料タンク６に戻される。
【００８０】
バイパス燃料気液分離器１１ｂの気相（可燃性ガス）は、バイパス燃料気抜き配管１２ｂを介してバーナ燃焼部３ｄと連通しているので、バーナ燃焼部３ｄ相当の内圧が作用している。一方、１次液体燃料タンク６の内圧は、大気圧相当で運用されている。バーナ燃料部３ｄ相当の内圧が大気圧よりも高圧のときに、液体燃料リサイクル遮断弁１５を開くと、バイパス燃料気抜き配管１２ｂ内の液体燃料が、一気に流れ出すと共に、バーナ燃焼部３ｄから１次液体燃料タンク６に向かって燃焼ガスが吹き抜けることが考えられる。
【００８１】
この燃焼ガスの吹き抜けは、気抜き配管１２に配置された気抜き配管逆止弁１３によって、抑制されている。よって、液体燃料リサイクル遮断弁１５が開いたときに液体燃料が流出することによって気相容積が増加して１次液体燃料タンク６内の内圧が低下した場合においても、燃焼ガスが１次液体燃料タンク６内に流入することを抑制できる。
【００８２】
また、バイパス燃料気液分離器１１ｂ内の液体燃料が流出して負圧となった気相の内圧が、液体燃料リサイクル配管１４ｂ内の液体燃料のヘッド圧力と、バランスした時点で液体燃料の流出は自動的に停止する。
【００８３】
したがって、液体燃料が１次液体燃料タンク６の外へ流出して、溢れることを抑制できる。よって、１次液体燃料タンク６を安全に運用することができる。
【００８４】
なお、２次液体燃料タンク９に流入する液体燃料の量は、改質燃料気液分離器１１ａに貯蔵されている液体燃料の量によって調整されるので、脱硫器４出口の液体燃料の量とは関係なく決められている。送液昇圧ポンプ７を流通して脱硫器４に送られる液体燃料の送液量は、改質燃料供給ポンプ１０による送液量よりも多くなるように設定しておく。これにより、２次液体燃料タンク９の燃料欠乏を回避できる。
【００８５】
改質燃料気液分離器１１ａに供給される液体燃料は、ある程度過剰供給となるように制御しておく。これにより、余剰となった液体燃料は、オーバーフロー配管２４を流通して、バイパス燃料気液分離器１１ｂへ供給される。
【００８６】
バイパス燃料気液分離器１１ｂの内圧は、改質燃料気抜き配管１２ａおよびバイパス燃料気抜き配管１２ｂが連通しているため、改質燃料気液分離器１１ａの内圧とほぼ同じである。この場合、第１気液分離器レベル計２０により制御される液位は、バイパス燃料気液分離器１１ｂに設けられたオーバーフロー配管２４が接続される開口部（第２側面開口部）５２ｂよりも、低くなるように設定しておくとよい。これによりバイパス燃料気液分離器１１ｂ内の液体燃料が、改質燃料気液分離器１１ａに逆流することを抑制できる。
【００８７】
以上の説明からわかるように、本実施形態によれば、可燃性ガスの混入が抑制された液体燃料を改質装置３へ安定して供給して、燃料電池発電システムの安定性を向上させて、安全に運転することが可能である。
【００８８】
［第２の実施形態］
本発明に係る燃料電池発電システムの第２の実施形態について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態の系統構成図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００８９】
本実施形態では、改質燃料気液分離器１１ａが、バイパス燃料気液分離器１１ｂより上方に配置されている。この場合、改質燃料気液分離器１１ａおよびバイパス燃料気液分離器１１ｂは、ほぼ同じ形状、同じ寸法であるとする。また、これらの気液分離器１１ａ、１１ｂそれぞれの液位の関係は第１の実施形態と同様であって、改質燃料気液分離器１１ａは、バイパス燃料気液分離器１１ｂよりも液位が高い。
【００９０】
改質燃料気液分離器１１ａからバイパス燃料気液分離器１１ｂに向かって流通する余剰分の液体燃料は、改質燃料気液分離器１１ａおよびバイパス燃料気液分離器１１ｂそれぞれの気相が互いに連通しているため、双方の液体燃料（液相）のヘッド差でのみ行われる。
【００９１】
よって、本実施形態によれば第１の実施形態よりも簡易的に、改質燃料気液分離器１１ａの余剰分の液体燃料が、バイパス燃料気液分離器１１ｂに向かって流入し、かつ逆流のリスクを低減することが可能となる。
【００９２】
［第３の実施形態］
本発明に係る燃料電池発電システムの第３の実施形態について図７を用いて説明する。図７は、本実施形態の系統構成図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００９３】
本実施形態では、改質燃料気抜き配管１２ａおよびバイパス燃料気抜き配管１２ｂの合流点よりも下流で気抜き配管逆止弁１３よりも上流側の気抜き配管１２に、液体燃料センサ２２が配置されている。この液体燃料センサ２２は、液面制御手段４２に接続されており、気抜き配管１２に液体燃料が流通した場合に、この液体燃料を検知して液面制御手段４２に信号を出力する。液面制御手段４２は、受信した信号に基づいて、送液昇圧ポンプ７の運転を停止すると共に、改質装置３の運転や燃料電池本体の発電運転を停止する。このとき、燃料電池発電システム全体の運転を停止するように制御してもよい。
【００９４】
改質燃料気液分離器１１ａから２次燃料タンク９への液体燃料の送液が滞ったとき、またはバイパス燃料気液分離器１１ｂから１次燃料タンク６への送液が滞ったときには、液体燃料が溢れて気抜き配管１２に流入する可能性がある。このとき、気抜き配管１２に流入する液体燃料を検知して、それ以上流通しないように送液昇圧ポンプ７の運転等を停止させる。
【００９５】
バーナ燃焼部３ｄは、可燃性ガスを燃焼させるものであって、通常は液体燃料を燃焼させるように設計されていない。このバーナ燃焼部３ｄへ想定外の液体燃料が流入した場合、燃料過多で不適切な運転となって、システムを安全に運用することが困難になる場合がある。
【００９６】
本実施形態によれば上記のように構成することによって、バーナ燃焼部３ｄへ液体燃料が流入することを抑制できる。よって、燃料電池発電システムを長時間安全かつ安定して運用することが可能となる。
【００９７】
［第４の実施形態］
本発明に係る燃料電池発電システムの第４の実施形態について図８を用いて説明する。
【００９８】
図８は、本実施形態のバイパス燃料気液分離器１１ｂの詳細を示す斜視図である。本実施形態のバイパス燃料気液分離器１１ｂは、図１の燃料電池発電システムに適用されている。
【００９９】
図８に示すように、本実施形態のバイパス燃料気液分離器１１ｂの液面検出用配管３５には、第１気液分離器レベル計２０の他に、第２気液分離器レベル計２３が配置されている。この第２気液分離器レベル計２３は、第１気液分離器レベル計２０よりも高い位置で、且つ第２側面開口部５２ｂより低い位置に配置されている。図示は省略するが、第１および第２気液分離器レベル計２０、２３は、液面検知手段４２に接続されている。第１および第２気液分離器レベル計２０、２３が液面を検知した信号は、液面制御手段４２に送られる。
【０１００】
なお、これらの第１および第２液面検知レベル計２０、２３は、バイパス燃料気液分離器１１ｂの第２気液分離用容器３０ｂに直接取り付けてもよい。この場合においても、第１および第２液面検知レベル計２０、２３は、上記のように配置される。
【０１０１】
１次燃料タンク６への送液が滞ると、バイパス燃料気液分離器１１ｂの液面が上昇して、オーバーフロー配管２４を介して、バイパス燃料気液分離器１１ｂから改質燃料気液分離器１１ａに向かって流通する逆流が生じる可能性がある。
【０１０２】
バイパス燃料気液分離器１１ｂには、通常運転時の脱硫条件と異なる状態で脱硫された液体燃料が貯蔵されている。この液体燃料が、バイパス燃料気液分離器１１ｂから改質燃料気液分離器１１ａへ逆流して、さらに改質装置３へ送出されると、改質装置３内の触媒が被毒され、改質装置３の運転寿命が短縮される可能性がある。
【０１０３】
これに対して、本実施形態では、液面制御手段４２は、第２気液分離器レベル計２３が液面を検知すると、第２側面開口部３３ｂよりも液面が上昇しないように、送液昇圧ポンプ７等の運転を停止して液体燃料の流通を止める。このとき、燃料電池本体２の発電運転や、システム全体の運転を停止させてもよい。
【０１０４】
上記のように構成することで、バイパス燃料気液分離器１１ｂに貯槽された液体燃料が改質装置３へ流入することを抑制できる。よって、改質装置３の運転寿命を確保し、燃料電池発電システムを長時間安定して運用することができる。
【０１０５】
なお、第１の実施形態で説明したように、第１気液分離器レベル計２０のみを用いて液面を制御してもよいが、２つのレベル計、すなわち、第１気液分離器レベル計２０および第２気液分離器レベル計２３により液面を検知することで、システムの安全性がより向上する。
【０１０６】
［第５の実施形態］
本発明に係る燃料電池発電システムの第５の実施形態について図９および図１０を用いて説明する。図９は、本実施形態の燃料電池発電システムの系統構成図である。図１０は、図９の気液分離器１１の詳細を示す正面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１０７】
本実施形態では、第１〜第４の実施形態で説明した改質燃料気液分離器１１ａおよびバイパス燃料気液分離器１１ｂを一体化して、気液分離器１１としている。この気液分離器１１には、その内部に液相を２つの区画に仕切るように堰２６が設けられている。燃料遮断弁２１ａと配管を介して連結される区画を改質燃料気液分離部１１ａ１として、バイパス弁２１ｂと配管を介して連結される区画をバイパス燃料気液分離部１１ｂ１としている。
【０１０８】
図１０に示すように、改質燃料気液分離部１１ａ１の底部には、第３燃料出口配管３１ｃ、第３燃料入口配管３２ｃが設けられている。バイパス燃料気液分離部１１ｂ１の底部には、第４燃料出口配管３１ｄ、第４燃料入口配管３２ｄが設けられている。
【０１０９】
第３燃料入口配管３２ｃは、改質燃料気液分離部１１ａ１側の底部を貫通して、その上端部（第３開口上端部）６１ｃは気液分離用容器３０ｃ内部に開口している。第３燃料入口配管３２ｃの下端は第１燃料入口配管３２ａと同様に、燃料遮断弁２１ａを介して脱硫器４に接続されている。第３開口上端部６１ｃは、堰２６上端部よりも高い位置に配置されている。
【０１１０】
第３燃料出口配管３１ｃの上端は、気液分離用容器３０ｃの底部に接続されて、下端は改質燃料供給配管１４ａに接続されて、自力式液面調節弁４０を介して２次液体燃料タンク９に接続されている。
【０１１１】
第４燃料入口配管３２ｃは、バイパス燃料気液分離部１１ｂ１側の底部を貫通して、その上端部（第４上端開口端部）６１ｄは気液分離用容器３０ｃ内部に開口している。第４燃料入口配管３２ｃの下端は第２燃料入口配管３２ｂと同様に、燃料バイパス弁２１ｂを介して脱硫器４に接続されている。第４上端開口端部６１ｄは、堰２６上端部よりも低い位置に配置されている。
【０１１２】
第４燃料出口配管３１ｄの上端はバイパス燃料気液分離部１１ｂ１側の底部に接続されて、下端は液体燃料リサイクル配管１４ｂおよび液体燃料リサイクル遮断弁１５を介して１次液体燃料タンク６に接続されている。
【０１１３】
これにより、例えば、脱硫器４で可燃ガスの発生量が増加して第３および第４燃料入口配管３２ｃ、３２ｄそれぞれから液体燃料が噴出した場合においても、液体燃料が、第４燃料入口配管３２ｄから改質燃料気液分離部１１ａ１に向かって流入することを抑制できる。
【０１１４】
改質燃料気液分離部１１ａ１で余剰となった液体燃料は、堰２６の上端を越えてバイパス燃料気液分離部１１ｂ１に流入する。バイパス燃料気液分離部１１ｂ１に流入した液体燃料は、第１の実施形態と同様に、１次液体燃料タンク６に戻すことができる。この構成では、オーバーフロー配管２４を必要としない。
【０１１５】
このバイパス燃料気液分離部１１ｂ１には、第４の実施形態で説明した液面検出用配管３５が設けられている。この液面検出用配管３５上に第１気液分離器レベル計２０を配置して、バイパス燃料気液分離部１１ｂ１の液面を検出する。また、液面検出用配管３５上に、第１気液分離器レベル計２０および第２気液分離器レベル計２３を配置して、液面を検出してもよい。なお、第１および第２気液分離器レベル計２０、２３をバイパス燃料気液分離部１１ｂ１に直接取り付けてもよい。
【０１１６】
また、気液分離用器１１の最上部には、第３天板開口部５１ｃが形成されて、この第３天板開口部５１ｃに気抜き配管１２が接続されている。改質燃料気液分離部１１ａ１およびバイパス燃料気液分離部１１ｂ１それぞれの気相は、堰２６の上方で連通している。よって、第１〜第４の実施形態で用いている改質燃料気抜き配管１２ａおよびバイパス燃料気抜き配管１２ｂを、１本の配管、すなわち気抜き配管１２に統合できる。なお、この気抜き配管１２には、第３の実施形態で説明した液体燃料センサ２２を配置してもよい。
【０１１７】
本実施形態によれば、第１の実施形態に比べて配管系が簡素化されるため、継ぎ手等の部品点数も削減できコスト削減が可能となる。また、燃料電池パッケージ１を、よりコンパクトにすることが可能となる。
【０１１８】
［その他の実施形態］
上記の実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成はこれらの実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【０１１９】
また、上記の各実施形態の特徴を組み合わせることが可能である。例えば、第３および第４の実施形態の特徴を組み合わせてもよい。また、第２の実施形態の特徴に、第３または第４の実施形態の特徴を組み合わせてもよい。
【０１２０】
また、上記実施形態では、燃料遮断弁２１ａおよび燃料バイパス弁２１ｂの開閉動作や脱硫器予熱手段８の加熱状態などを制御する制御手段４３と、バイパス燃料気液分離器１１ｂの液面制御する液面制御手段４２は、別体となっているがこれに限らない。これらを１つの制御装置で制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の燃料電池発電システムの系統構成図である。
【図２】図１の実施形態の改質燃料気液分離器の詳細を示す斜視図である。
【図３】図１の実施形態のバイパス燃料気液分離器の詳細を示す斜視図である。
【図４】図１の燃料電池発電システムを起動するときに係る燃料遮断弁および燃料バイパス弁の開閉動作を示すフロー図である。
【図５】図１の燃料電池発電システムを停止するときに係る燃料遮断弁および燃料バイパス弁の開閉動作を示すフロー図である。
【図６】本発明に係る第２の実施形態の燃料電池発電システムの系統構成図である。
【図７】本発明に係る第３の実施形態の燃料電池発電システムの系統構成図である。
【図８】本発明に係る第４の実施形態の燃料電池発電システムに配置されたバイパス燃料気液分離器の詳細を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る第５の実施形態の燃料電池発電システムの系統構成図である。
【図１０】図９の実施形態の気液分離器の詳細を示す正面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１…燃料電池パッケージ、２…燃料電池本体、２ａ…アノード極、２ｂ…カソード極、２ｃ…冷却水系、３…改質装置、３ａ…改質器本体、３ｂ…一酸化炭素変成器、３ｃ…一酸化炭素除去器、３ｄ…バーナ燃焼部、４…脱硫器、５…液体燃料タンク、６…１次液体燃料タンク、７…送液昇圧ポンプ、８…脱硫器予熱手段、９…２次液体燃料タンク、１０…改質燃料供給ポンプ、１１…気液分離器、１１ａ…改質燃料気液分離器、１１ａ１…改質燃料気液分離部、１１ｂ…バイパス燃料気液分離器、１１ｂ１…バイパス燃料気液分離部、１２…気抜き配管、１２ａ…改質燃料気抜き配管、１２ｂ…バイパス燃料気抜き配管、１３…気抜き配管逆止弁、１４ａ…改質燃料供給配管、１４ｂ…液体燃料リサイクル配管、１５…液体燃料リサイクル遮断弁、１９…圧力調整弁、２０…第１気液分離器レベル計、２１ａ…燃料遮断弁、２１ｂ…燃料バイパス弁、２２…液体燃料センサ、２３…第２気液分離器レベル計、２４…オーバーフロー配管、２６…堰、３０ａ…第１気液分離用容器、３０ｂ…第２気液分離用容器、３０ｃ…気液分離用容器、３１ａ…第１燃料出口配管、３１ｂ…第２燃料出口配管、３１ｃ…第３燃料出口配管、３１ｄ…第４燃料出口配管、３２ａ…第１燃料入口配管、３２ｂ…第２燃料入口配管、３２ｃ…第３燃料入口配管、３２ｄ…第４燃料出口配管、３３ａ…第１オーバーフロー出口配管、３３ｂ…第２オーバーフロー出口配管、３４ａ…第１ガス出口配管、３４ｂ…第２ガス出口配管、３５…液面検出用配管、４０…自力式液面調節弁、４１…浮子、４２…液面制御手段、４３…制御手段、５１ａ…第１天板開口部、５１ｂ…第２天板開口部、５１ｃ…第３天板開口部、５２ａ…第１側面開口部、５２ｂ…第２側面開口部、５４ａ…第１底部開口部、５４ｂ…第２底部開口部、５５ａ…第１底部貫通部、５５ｂ…第２底部貫通部、６１ａ…第１開口上端部、６１ｂ…第２開口上端部、６１ｃ…第３上端開口部、６１ｄ…第４上端開口部、７０…温度計
【図１】
2010135127.tif 000003
【図２】
2010135127.tif 000004
【図３】
2010135127.tif 000005
【図４】
2010135127.tif 000006
【図５】
2010135127.tif 000007
【図６】
2010135127.tif 000008
【図７】
2010135127.tif 000009
【図８】
2010135127.tif 000010
【図９】
2010135127.tif 000011
【図１０】
2010135127.tif 000012