(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器と、前記蒸発器が生成した水蒸気と前記脱硫器が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器とを備えた燃料改質装置において、
前記蒸発器が、供給された水を蒸発させて水蒸気を生成するが、かかる生成された水蒸気は、前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管に配設された弁手段によって、前記脱硫器に供給されることが阻止され、
前記弁手段が、前記脱硫器から前記蒸発器または前記改質器への流れを許容し、前記蒸発器から前記脱硫器への流れを阻止する逆止弁によって構成されている
ことを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器と、前記蒸発器が生成した水蒸気と前記脱硫器が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器とを備えた燃料改質装置において、
前記蒸発器によって生成された水蒸気が前記脱硫器に供給されることを阻止する弁が、前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管のうち、前記蒸発器と前記改質器とを連絡する配管との合流箇所よりも前記脱硫器側に設けられ、
前記弁が、前記脱硫器から前記蒸発器または前記改質器への流れを許容し、前記蒸発器から前記脱硫器への流れを阻止する逆止弁によって構成されている
ことを特徴とする燃料改質装置。
【請求項３】
水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器と、前記蒸発器が生成した水蒸気と前記脱硫器が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器とを備えた燃料改質装置において、
前記脱硫器に前記燃料ガスを供給する配管に設けられた弁と、
前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管に配設され、前記蒸発器によって生成された水蒸気が前記脱硫器に供給されることを阻止する弁と
を有し、
前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管に配設された前記弁が、前記脱硫器から前記蒸発器または前記改質器への流れを許容し、前記蒸発器から前記脱硫器への流れを阻止する逆止弁によって構成されている
ことを特徴とする燃料改質装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記改質器により生成された水素リッチガスは、燃料電池に排出される
ことを特徴とする燃料改質装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
燃料ガスを燃焼する燃焼部をさらに有し、
前記燃焼部には、燃料ガスが前記脱硫器を介することなく供給される
ことを特徴とする燃料改質装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管には、水蒸気が供給される配管のみが接続される
ことを特徴とする燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器と、蒸発器が生成した水蒸気と脱硫器が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器とを備えた燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池用燃料改質装置（特開平７−２５４４２６）は、図４に示されるように水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器１と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器２と、蒸発器１が生成した水蒸気と脱硫器２が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器３とを備え、前記蒸発器１によって生成された水蒸気と前記脱硫器２によって硫黄分が除去された燃料としての燃料ガスがそれぞれの供給配管４１、４２および合流配管４３を介して前記改質器３に供給され、燃料改質が行われるものであった。
【特許文献１】特開平７−２５４４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の燃料電池用燃料改質装置は、前記蒸発器１によって生成された水蒸気と前記脱硫器２によって硫黄分が除去された燃料としての燃料ガスがそれぞれの供給配管４１、４２および合流配管４３を介して前記改質器３に供給されるものであるため、前記蒸発器１および前記脱硫器２はそれぞれの供給配管４１、４２を介して連通しているので、前記蒸発器１によって生成された水蒸気が前記脱硫器２内に逆流し、水分をきらう前記脱硫器２の性能を低下させるという問題があった。
【０００４】
すなわち前記脱硫器２の硫黄吸着材におけるガスに混入した水分の硫黄吸着量への影響を把握するために、硫黄吸着材における水分量と硫黄吸着量との関係を調査した結果を示す線図である図５に示されるように、硫黄吸着材における水分量が多いほど硫黄吸着量が低下するのである。
【０００５】
そこで本発明者は、水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器と、蒸発器が生成した水蒸気と脱硫器が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器とを備えた燃料改質装置において、前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管に、前記蒸発器によって生成された水蒸気が前記脱硫器に供給されることを阻止するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、水分をきらう前記脱硫器の性能の低下を防止するという目的を達成する本発明に到達した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明（請求項１に記載の第１発明）の燃料改質装置は、
水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器と、前記蒸発器が生成した水蒸気と前記脱硫器が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器とを備えた燃料改質装置において、
前記蒸発器が、供給された水を蒸発させて水蒸気を生成するが、かかる生成された水蒸気は、前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管に配設された弁手段によって、前記脱硫器に供給されることが阻止され、
前記弁手段が、前記脱硫器から前記蒸発器または前記改質器への流れを許容し、前記蒸発器から前記脱硫器への流れを阻止する逆止弁によって構成されている
ものである。
【０００７】
本発明（請求項２に記載の第２発明）の燃料改質装置は、
水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器と、前記蒸発器が生成した水蒸気と前記脱硫器が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器とを備えた燃料改質装置において、
前記蒸発器によって生成された水蒸気が前記脱硫器に供給されることを阻止する弁が、前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管のうち、前記蒸発器と前記改質器とを連絡する配管との合流箇所よりも前記脱硫器側に設けられ、
前記弁が、前記脱硫器から前記蒸発器または前記改質器への流れを許容し、前記蒸発器から前記脱硫器への流れを阻止する逆止弁によって構成されている
ものである。
【０００８】
本発明（請求項３に記載の第３発明）の燃料改質装置は、
水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器と、前記蒸発器が生成した水蒸気と前記脱硫器が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器とを備えた燃料改質装置において、
前記脱硫器に前記燃料ガスを供給する配管に設けられた弁と、
前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管に配設され、前記蒸発器によって生成された水蒸気が前記脱硫器に供給されることを阻止する弁と
を有し、
前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管に配設された前記弁が、前記脱硫器から前記蒸発器または前記改質器への流れを許容し、前記蒸発器から前記脱硫器への流れを阻止する逆止弁によって構成されている
ものである。
【０００９】
本発明（請求項４に記載の第４発明）の燃料改質装置は、
前記第１発明乃至第３発明のいずれかにおいて、
前記改質器により生成された水素リッチガスは、燃料電池に排出される
ものである。
【００１０】
本発明（請求項５に記載の第５発明）の燃料改質装置は、
前記第１発明乃至第４発明のいずれかにおいて、
燃料ガスを燃焼する燃焼部をさらに有し、
前記燃焼部には、燃料ガスが前記脱硫器を介することなく供給される
ものである。
【００１１】
本発明（請求項６に記載の第６発明）の燃料改質装置は、
前記第１発明乃至第５発明のいずれかにおいて、
前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管には、水蒸気が供給される配管のみが接続される
ものである。
【００１２】
本発明の燃料改質装置は、
水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器と、蒸発器が生成した水蒸気と脱硫器が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器とを備えた燃料改質装置において、
前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管に、前記蒸発器によって生成された水蒸気が前記脱硫器に供給されることを阻止する弁手段を配設した
ものである。
【００１３】
本発明の燃料改質装置は、
前記発明において、
前記弁手段が、電気的入力に従い開閉動作する電磁弁によって構成されているものである。
【００１４】
本発明の燃料改質装置は、
前記発明において、
前記電磁弁が、前記燃料改質装置の動作に応じてコントローラから出力されるコントロール信号によって開閉動作するように構成されている
ものである。
【００１５】
本発明の燃料改質装置は、
前記発明において、
前記弁手段が、前記蒸発器が生成した水蒸気が脱硫器に逆流することを阻止する逆止弁によって構成されている
ものである。
【００１６】
本発明の燃料改質装置は、
前記発明において、
前記弁手段が、前記蒸発器によって生成された水蒸気が前記脱硫器に供給されることを阻止する２連弁によって構成されている
ものである。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成より成る第１発明の燃料改質装置は、水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器と、前記蒸発器が生成した水蒸気と前記脱硫器が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器とを備えた燃料改質装置において、前記蒸発器が、供給された水を蒸発させて水蒸気を生成するが、かかる生成された水蒸気は、前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管に配設され、逆止弁によって構成される前記弁手段によって、前記脱硫器から前記蒸発器または前記改質器への流れを許容し、前記蒸発器から前記脱硫器への流れが阻止され前記脱硫器に供給されることが阻止されるので、外的制御を必要としないで安価に、水分をきらう前記脱硫器の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【００１８】
上記構成より成る第２発明の燃料改質装置は、水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器と、前記蒸発器が生成した水蒸気と前記脱硫器が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器とを備えた燃料改質装置において、前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管のうち、前記蒸発器と前記改質器とを連絡する配管との合流箇所よりも前記脱硫器側に設けられ、逆止弁によって構成される前記弁が、前記脱硫器から前記蒸発器または前記改質器への流れを許容し、前記蒸発器から前記脱硫器への流れが阻止され前記蒸発器によって生成された水蒸気が前記脱硫器に供給されることを阻止するので、外的制御を必要としないで安価に、水分をきらう前記脱硫器の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【００１９】
上記構成より成る第３発明の燃料改質装置は、水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器と、前記蒸発器が生成した水蒸気と前記脱硫器が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器とを備えた燃料改質装置において、前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管に配設され、逆止弁によって構成される前記弁が、前記脱硫器から前記蒸発器または前記改質器への流れを許容し、前記蒸発器から前記脱硫器への流れが阻止され前記蒸発器によって生成された水蒸気が前記脱硫器に供給されることを阻止するので、外的制御を必要としないで安価に、水分をきらう前記脱硫器の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【００２０】
上記構成より成る第４発明の燃料改質装置は、前記第１発明乃至第３発明のいずれかにおいて、前記改質器により生成された水素リッチガスが、燃料電池に排出されるので、前記改質器により生成された水素リッチガスの排出を可能にするという効果を奏する。
【００２１】
上記構成より成る第５発明の燃料改質装置は、前記第１発明乃至第４発明のいずれかにおいて、燃料ガスを燃焼する前記燃焼部には、燃料ガスが前記脱硫器を介することなく供給されるので、燃料ガスの脱硫を省略することが出来るという効果を奏する。
【００２２】
上記構成より成る第６発明の燃料改質装置は、前記第１発明乃至第５発明のいずれかにおいて、前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管には、水蒸気が供給される配管のみが接続されるので、水蒸気の供給制御のみでよいため、制御がシンプルであるという効果を奏する。
【００２３】
上記構成より成る本発明の燃料改質装置は、水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、燃料ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した燃料ガスを供給する脱硫器と、蒸発器が生成した水蒸気と脱硫器が供給する硫黄分を除去した燃料ガスとを改質原料として供給される改質器とを備えた燃料改質装置において、前記脱硫器と前記改質器とを連絡する配管に配設された前記弁手段によって、前記蒸発器によって生成された水蒸気が前記脱硫器に供給されることを阻止するので、水分をきらう前記脱硫器の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【００２４】
上記構成より成る本発明の燃料改質装置は、前記発明において、前記弁手段を構成する前記電磁弁によって、電気的入力に従い開閉動作することにより、前記蒸発器によって生成された水蒸気が前記脱硫器に供給されることを阻止するので、水分をきらう前記脱硫器の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【００２５】
上記構成より成る本発明の燃料改質装置は、前記発明において、前記電磁弁が、前記燃料改質装置の動作に応じてコントローラから出力されるコントロール信号によって開閉動作するので、前記燃料改質装置の動作に応じて前記蒸発器によって生成された水蒸気が前記脱硫器に供給されることを阻止するので、水分をきらう前記脱硫器の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【００２６】
上記構成より成る本発明の燃料改質装置は、前記発明において、前記弁手段を構成する前記逆止弁によって、前記蒸発器が生成した水蒸気が脱硫器に逆流することを阻止するので、外的制御を必要としないで安価に、水分をきらう前記脱硫器の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【００２７】
上記構成より成る本発明の燃料改質装置は、前記発明において、前記弁手段を構成する前記２連弁によって、前記蒸発器によって生成された水蒸気が前記脱硫器に供給されることを阻止するものであるので、前記２連弁として燃料ガスの供給部に配設されているものを用いれば、新たな弁部材を追加することなく、安価に水分をきらう前記脱硫器の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下本発明の最良の実施の形態につき実施例に基づき、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２９】
本第１実施例の燃料電池用燃料改質装置は、図１に示されるように水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器１と、燃料ガスとしての都市ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した都市ガスを供給する脱硫器２と、蒸発器が生成した水蒸気と脱硫器が供給する硫黄分を除去した都市ガスとを改質原料として供給される改質器３とを備えた燃料電池用燃料改質装置において、前記脱硫器２と前記改質器３とを連絡する配管４に、前記蒸発器１によって生成された水蒸気が前記脱硫器２に供給されることを阻止する弁手段５としての電気的入力に従い開閉動作する電磁弁５１を配設したものである。
【００３０】
本第１実施例における燃料電池用燃料改質装置は、図１に示されるように供給された水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器１と、２連弁２１を介して供給される都市ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した都市ガスを供給する脱硫器２とが、前記改質器３の上流に配設され、前記配管４を構成する供給配管４１、４２および合流配管４３によって前記蒸発器１と前記脱硫器２と前記改質器３とが互いに連絡している。
【００３１】
前記２連弁２１を介して供給される都市ガスは、本来無臭の天然ガスのため、ガス漏れ検知の容易性その他の観点より一定量の硫黄分が含有されている。
【００３２】
前記改質器３は、前記配管４を介して供給された前記蒸発器１が生成した水蒸気と前記脱硫器２が供給する硫黄分を除去した都市ガスとを改質原料として燃料改質して、水素リッチガスを燃料電池のＦＣスタック６に排出するリアクターとしての改質部３１と、前記２連弁２１を介して供給される都市ガスを燃焼燃料として燃焼させる燃焼器３２とから成る。
【００３３】
前記電磁弁５１は、コントローラ７が前記燃料改質装置の動作に応じて出力するコントロール信号によってマグネットＭを励磁して、開閉動作するように構成され、前記供給配管４２に配設されている。
【００３４】
本第１実施例においては、前記コントローラ７が前記燃料改質装置の動作に応じてコントロール信号を出力すると、前記電磁弁５１が、該コントロール信号に基づきマグネットＭを励磁して、開閉動作する。
【００３５】
前記蒸発器１が、供給された水を蒸発させて水蒸気を生成するが、かかる生成された水蒸気は、前記脱硫器２と前記改質器３とを連絡する前記供給配管４２に配設された前記弁手段としての電磁弁５１によって、前記脱硫器２に供給されることが阻止される。
【００３６】
本第１実施例の燃料電池用燃料改質装置は、前記弁手段５を構成する前記電磁弁５１によって、電気的入力に従い開閉動作することにより、前記蒸発器１によって生成された水蒸気が前記脱硫器２に供給されることを阻止するので、水分をきらう前記脱硫器２の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【００３７】
また本第１実施例の燃料電池用燃料改質装置は、前記電磁弁５１が、前記燃料改質装置の動作に応じて前記コントローラ７から出力されるコントロール信号によって開閉動作するので、前記燃料改質装置の動作に応じて前記蒸発器１によって生成された水蒸気が前記脱硫器２に供給されることをタイミング良く阻止するとともに、必要応じて任意のタイミングで水蒸気が前記脱硫器２に供給されることを阻止することが出来るので、水分をきらう前記脱硫器の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【実施例２】
【００３８】
本第２実施例の燃料電池用燃料改質装置は、図２に示されるように前記弁手段５が、前記蒸発器１が生成した水蒸気が脱硫器２に逆流することを阻止する逆止弁５２によって構成されている点が、前記第１実施例との相違点であり、以下相違点を中心に説明する。
【００３９】
前記逆止弁５２は、スプリング・ロード式ポペット弁その他によって構成され、通常のシステム操作中「開」状態に保持され、上流（脱硫器２）から下流（改質器３、蒸発器１）への流れを許容し、下流側（蒸発器１）から上流（脱硫器２）への流れが生じた時にとスプリングによって「閉」状態とされ、上流（脱硫器２）から下流（改質器３、蒸発器１）への流れを生じたら、「再び開」状態に保持される。
【００４０】
本第２実施例の燃料電池用燃料改質装置は、図２に示されるように前記弁手段５を構成する前記逆止弁５２によって、前記蒸発器１が生成した水蒸気が脱硫器２に逆流することが阻止されるので、水分をきらう前記脱硫器２の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【００４１】
また本第２実施例の燃料電池用燃料改質装置は、前記逆止弁５２によって、前記蒸発器１が生成した水蒸気が前記脱硫器２に逆流することを阻止するので、外的制御を必要としないで安価に、水分をきらう前記脱硫器２の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【実施例３】
【００４２】
本第３実施例の燃料電池用燃料改質装置は、図３に示されるように前記弁手段５が、２連弁５３によって構成されている点が、前記第１実施例との相違点であり、以下相違点を中心に説明する。
【００４３】
前記弁手段５を構成する前記２連弁５３は、直動方式電磁弁を連結してボディを一体化したもので、ガス流路および弁座も一体成形されており、給湯器および給湯付風呂釜等に用いられ、都市ガスの供給部に配設されるものである。
【００４４】
本第３実施例においては、都市ガスの供給部に配設される前記２連弁５３の上流側に脱硫器２を配設して、前記脱硫器２によって都市ガスに含まれる硫黄分を除去して硫黄分を除去した都市ガスを前記改質器３に供給する必要がある場合は、前記２連弁５３が「開」状態にされ、硫黄分を除去した都市ガスを前記改質器３に供給する必要がない場合は、前記２連弁５３が「閉」状態にされるので、かかる前記２連弁５３によって、前記蒸発器１が生成した水蒸気が前記脱硫器２に逆流することが阻止されるものである。
【００４５】
本第３実施例の燃料電池用燃料改質装置は、図３に示されるように硫黄分を除去した都市ガスを前記改質器３に供給する必要がない場合は、「閉」状態にされた前記２連弁５３によって、前記蒸発器１が生成した水蒸気が脱硫器２に逆流することが阻止されるので、水分をきらう前記脱硫器２の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【００４６】
また本第３実施例の燃料電池用燃料改質装置は、前記弁手段を構成する前記２連弁５３によって、前記蒸発器１によって生成された水蒸気が前記脱硫器２に供給されることを阻止するものであるので、前記２連弁５３として都市ガスの供給部に配設されているものを用いるので、新たな弁部材を追加することなく、安価に水分をきらう前記脱硫器２の性能の低下を防止するという効果を奏する。
【００４７】
上述の実施例は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００４８】
上記実施例においては、本発明を一例として燃料電池に適用した例について説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、燃料電池以外にも適用することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
上記実施例においては、燃料ガスの一例として都市ガスを利用する例について説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、硫黄分が含まれる燃料ガスに広く適用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施例の燃料電池用燃料改質装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施例の燃料電池用燃料改質装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３実施例の燃料電池用燃料改質装置を示すブロック図である。
【図４】従来の燃料電池用燃料改質装置を示すブロック図である。
【図５】脱硫器の硫黄吸着材における水分量と硫黄吸着量との関係を示す線図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  蒸発器
２  脱硫器
３  改質器
４  配管
５  弁手段
５１  電磁弁
【図１】
0004494391.tif 000002
【図２】
0004494391.tif 000003
【図３】
0004494391.tif 000004
【図４】
0004494391.tif 000005
【図５】
0004494391.tif 000006