(57)【要約】【課題】液体燃料と脱硫剤との接触効率が向上する小型化の脱硫器を備えた燃料電池システムを提供する。【解決手段】脱硫剤３０１を充填する円筒状の収容空間３０２を内部に有し、軸方向の一端に液体燃料を収容空間３０２内に流入させる流入口３１２Ａを開口するとともに、軸方向の他端に収容空間３０２内の液体燃料を流出させる流出口３１３Ａを開口する脱硫剤容器３１０として、収容空間３０２における断面積Ｓに対する収容空間３０２の軸方向の長さ寸法Ｌの比率（Ｌ／Ｓ）を、０．３４以上３．１７以下とする。流入口３１２Ａから流入する液体燃料が収容空間３０２内を中心部分と脱硫剤容器３１０の壁面側となる外周部分との流速分布が略均一となり、脱硫効率を向上できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を脱硫する脱硫剤が内部に充填される脱硫器であって、
前記脱硫剤が充填される筒状の収容空間を内部に有する容器と、
この容器の軸方向の一端に設けられ前記液体燃料を前記収容空間内に流入させる流入口と、
前記容器の軸方向の他端に設けられ前記収容空間内の前記液体燃料を流出させる流出口と、を備え、
前記容器は、前記収容空間における断面積Ｓに対する前記収容空間の軸方向の長さ寸法Ｌの比率（Ｌ／Ｓ）が、０．３４以上３．１７以下である
ことを特徴とした脱硫器。
【請求項２】
請求項１に記載の脱硫器であって、
前記容器は、前記収容空間が略円筒状に形成された
ことを特徴とした脱硫器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の脱硫器であって、
前記容器は、前記収容空間を内周側に有する略筒状の胴体部と、この胴体部の軸方向の一端部に先端部側に従って縮径し先端部に前記収容空間の中心軸上で前記流入口を開口する略裁頭形状に一連に設けられた流入部と、前記胴体部の軸方向の他端部に先端部側に従って縮径し先端部に前記収容空間の中心軸上で前記流出口を開口する略裁頭形状に一連に設けられた流出部と、を有した
ことを特徴とした脱硫器。
【請求項４】
請求項３に記載の脱硫器であって、
前記流入部および前記流出部は、少なくとも内周面が略球面状に形成された
ことを特徴とした脱硫器。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の脱硫器であって、
前記容器の外面を加熱する加熱手段を備えた
ことを特徴とした脱硫器。
【請求項６】
請求項５に記載の脱硫器であって、
前記容器は、外周面が略円筒状に形成され、
前記加熱手段は、前記容器の外周面に略螺旋状に配設された電気ヒータを備えた
ことを特徴とした脱硫器。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の脱硫器であって、
前記容器は、軸方向が略鉛直方向に沿い、かつ前記流入口が鉛直方向の下方に向けて開口するとともに前記流出口が鉛直方向の上方に向けて開口する状態に形成された
ことを特徴とした脱硫器。
【請求項８】
燃料電池用の液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、
前記液体燃料供給手段によって供給される前記液体燃料および前記酸素含有気体供給手段によって供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
前記液体燃料供給手段に接続されて前記液体燃料が供給される請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の脱硫器と、
この脱硫器に接続され前記脱硫器から流出する前記液体燃料を改質して前記燃料電池へ供給する改質器と、
を具備したことを特徴とした燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に充填された脱硫剤によって液体を脱硫する脱硫器およびこの脱硫器を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体燃料の脱硫を行う脱硫器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のものは、液体燃料を上部より導入する導入口と液体燃料を下部から導出する導出口とを設けた密閉可能な容器の中心部に、液体燃料を加熱するための加熱手段を設けるとともに、容器内に脱硫剤を充填する領域を設けている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４３９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のような従来の液体燃料を脱硫する構成のものでは、液体燃料と脱硫剤との接触効率が不十分であると、接触効率を向上させるために容器が大型化するおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、このような点に鑑みて、液体燃料と脱硫剤との接触効率が向上する小型化の脱硫器および燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に記載の脱硫器は、液体燃料を脱硫する脱硫剤が内部に充填される脱硫器であって、前記脱硫剤が充填される筒状の収容空間を内部に有する容器と、この容器の軸方向の一端に設けられ前記液体燃料を前記収容空間内に流入させる流入口と、前記容器の軸方向の他端に設けられ前記収容空間内の前記液体燃料を流出させる流出口と、を備え、前記容器は、前記収容空間における断面積Ｓに対する前記収容空間の軸方向の長さ寸法Ｌの比率（Ｌ／Ｓ）が、０．３４以上３．１７以下であることを特徴とする。
この発明では、容器の脱硫剤が充填される収容空間における断面積Ｓに対する収容空間の軸方向の長さ寸法Ｌの比率（Ｌ／Ｓ）が０．３４以上３．１７以下であることから、流入口から流入する液体燃料が収容空間内を中心部分と容器壁面側となる外周部分との流速分布が略均一となる。このことにより、脱硫剤と液体燃料との接触状態が前記収容空間内で略均一化し、脱硫効率が向上して容易に小型化できる。さらには、脱硫剤の寿命が向上し、保守管理が容易となり、効率的な運転が容易に得られる。
ここで、比率（Ｌ／Ｓ）が０．３４より小さくなると、内部を流通する液体燃料の流速分布が収容空間内における中心部分と容器壁面側の外周部分とに差が生じる。すなわち、容器壁面側の外周部分の流速が中央部分に比して遅くなる。このことにより、収容空間内での脱硫剤と液体燃料との接触状態に差が生じ、部分的な寿命の低下などが生じる不都合がある。一方、比率（Ｌ／Ｓ）が３．１７より大きくなると、軸方向における長さ寸法が極めて長くなる状態となり、脱硫剤の充填や交換作業などの保守管理が煩雑となるなどの不都合が生じる。さらには、例えば燃料電池システムなどに利用する場合などで他の機器などとの外形寸法に差が生じてシステム構築が煩雑でシステム構造が大型化するなどの不都合が生じる。これらのことから、比率（Ｌ／Ｓ）は、０．３４以上３．１７以下に設定される。
【０００７】
そして、本発明では、前記容器は、前記収容空間が略円筒状に形成された構成とすることが好ましい。
このことにより、収容空間の中心から容器壁面までの距離が周方向で等距離となり、流通する液体燃料の流速分布がより均一化し、より脱硫効率の向上が得られる。さらには、容器の製造が容易で、かつ外部からの衝撃が分散されやすいので肉薄に設計することが容易で、製造性の向上、小型化、コストの低減などが容易に図れる。
【０００８】
また、本発明では、前記容器は、前記収容空間を内周側に有する略筒状の胴体部と、この胴体部の軸方向の一端部に先端部側に従って縮径し先端部に前記収容空間の中心軸上で前記流入口を開口する略裁頭形状に一連に設けられた流入部と、前記胴体部の軸方向の他端部に先端部側に従って縮径し先端部に前記収容空間の中心軸上で前記流出口を開口する略裁頭形状に一連に設けられた流出部と、を有した構成とすることが好ましい。
このことにより、流入口から容器内に流入された液体燃料は、断面で流速分布が略均一な状態で流入部内を介して脱硫剤が充填された収容空間に流入するとともに、流出部内を介して収容空間から断面で流速分布が略均一な状態で流出口から流出される状態が得られ、より円滑でより均一な流速分布で液体燃料を流通させることができ、より脱硫効率の向上が得られる。
【０００９】
さらに、本発明では、前記流入部および前記流出部は、少なくとも内周面が略球面状に形成された構成とすることが好ましい。
このことにより、少なくとも内周面が略球面状であることから、流入口から円滑に収容空間に流入する状態や、収容空間から円滑に流出口を介して流出する状態が得られ、より円滑な液体燃料の流通が得られ、均一な流速分布が容易に得られることとなり、より脱硫効率の向上が得られる。さらには、内圧に対する分散性、特に外面も球面状に形成することで、外部からの衝撃に対する分散性も向上し、肉薄に設計することが容易で、製造性の向上、小型化、コストの低減などが容易に得られる。
【００１０】
そして、本発明では、前記容器の外面を加熱する加熱手段を備えた構成とすることが好ましい。
このことにより、流入口から流入された液体燃料は容器内の断面で流速分布が略均一な状態で流通するので、流通過程で断面における温度分布も略均一な状態が得られ、加熱により反応速度が増大し、良好な脱硫状態が得られる。さらに、容器外から加熱されるので、加熱手段に液体燃料や脱硫剤が接触せず、例えばシーズヒータなどを用いることができるなど、加熱手段の構成の簡略化や保守管理の容易化が得られ、さらには容器内における脱硫剤の充填容積の確保が得られ、構成の簡略化および小型化が容易に得られる。
【００１１】
さらに、本発明では、前記容器は、外周面が略円筒状に形成され、前記加熱手段は、前記容器の外周面に略螺旋状に配設された電気ヒータを備えた構成とすることが好ましい。
この発明では、外周面が略円筒状の容器の外周面に加熱手段の電気ヒータを略螺旋状に配設しているので、簡単な構成で良好な脱硫状態が容易に得られ、製造性を向上できる。
【００１２】
また、本発明では、前記容器は、軸方向が略鉛直方向に沿い、かつ前記流入口が鉛直方向の下方に向けて開口するとともに前記流出口が鉛直方向の上方に向けて開口する状態に形成された構成とすることが好ましい。
このことにより、流入口から流入した液体燃料は鉛直方向の上方に向けて流通する状態となり、容器の断面における流速分布のより均一化が得られ、より良好な脱硫効率が得られる。
【００１３】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池用の液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、前記液体燃料供給手段によって供給される前記液体燃料および前記酸素含有気体供給手段によって供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、前記液体燃料供給手段に接続されて前記液体燃料が供給される請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の脱硫器と、この脱硫器に接続され前記脱硫器から流出する前記液体燃料を改質して前記燃料電池へ供給する改質器と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、液体燃料供給手段から供給される液体燃料を、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の効率よく長期間安定して脱硫できる小型の脱硫器により脱硫処理した後、改質器で改質して燃料電池へ供給し、燃料電池で酸素含有気体供給手段から供給される酸素含有気体とにより発電させるので、効率よく長期間安定して発電できる小型のシステム構成を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の燃料電池システムに係る一実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態では、本発明の脱硫器を備えた液体燃料を利用する燃料電池システムの構成を例示するが、燃料電池システムに利用する構成に限らず、例えば液体燃料の製造装置や精製装置、供給装置など、液体燃料を脱硫する各種構成に適用できる。
図１は、本実施の一形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【００１５】
〔燃料電池システムの構成〕
（全体構成）
図１において、１００は、燃料電池システムで、この燃料電池システム１００は、液体燃料を原料として水素を主成分とする燃料ガスに改質し、燃料電池２００により発電させるシステムである。
この燃料電池システム１００は、液体燃料１１１、例えば灯油を貯溜する液体燃料貯溜タンク１１０を備えている。ここで、液体燃料１１１としては、灯油に限らず、軽油やナフサなど、各種液体燃料が利用できる。液体燃料貯溜タンク１１０には、液体燃料ポンプ１２１を備え液体燃料１１１を搬送する燃料搬送経路１２０を介して、詳細構成は後述する脱硫器３００が接続されている。そして、液体燃料貯溜タンク１１０と燃料搬送経路１２０とにより、本発明の液体燃料供給手段が構成される。
脱硫器３００は、液体燃料貯溜タンク１１０から燃料搬送経路１２０を介して例えば約３００［ｍｌ／時間］で供給される液体燃料１１１を、液相吸着法により液体燃料１１１中に含有される硫黄化合物を吸着除去する脱硫処理を実施する。この脱硫器３００には、気化器１４０を介して改質器１５０が接続されている。
気化器１４０には、熱交換装置１６０が接続され、熱交換装置１６０から供給される水蒸気を脱硫器３００から流出する液体燃料１１１と混合させて気化させる。
【００１６】
改質器１５０は、脱硫され水蒸気が混合されて気化された気化液体燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する。この改質器１５０は、内部に図示しないニッケル触媒などの改質触媒および加熱装置としてのバーナ１５１を備えている。
バーナ１５１は、分岐する燃料搬送経路１２０を介して液体燃料貯溜タンク１１０から液体燃料１１１が供給されるとともに、後述する燃料電池２００から排出される燃料ガスが供給される。そして、バーナ１５１は、送気ブロワ１７０から供給される空気により、液体燃料１１１および燃料ガスを燃焼させ、気化液体燃料を水素リッチの燃料ガスに水蒸気改質する。
このバーナ１５１の燃焼による高温の排ガスは、熱交換装置１６０に供給され、水との熱交換により冷やされて外気中に排気される。
熱交換装置１６０には、純水１８１を貯留する純水タンク１８０が搬送ポンプ１８２を有した給水経路１８３を介して接続され、純水タンク１８０から純水１８１が供給される。そして、熱交換装置１６０は、供給される純水１８１により改質器１５０から排気される排ガスを冷却させるとともに水蒸気を生成させ、生成した水蒸気を気化器１４０へ供給させる。なお、純水タンク１８０は、蒸留水などの不純物を含まない純水１８１を貯留し、例えば水道水などが浄化されて適宜給水される構成が設けられていてもよい。
【００１７】
また、改質器１５０には、ＣＯ変成器１５５およびＣＯ選択酸化器１５６が直列状に接続されている。
ＣＯ変性器１５５は、改質器１５０から流出する水素リッチの燃料ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）を変成する。
ＣＯ選択酸化器１５６は、ＣＯ変成器１５５でＣＯを二酸化炭素（ＣＯ2）に酸化させ、燃料ガス中のＣＯを除去する。
なお、ＣＯ変成器１５５およびＣＯ選択酸化器１５６は、改質器１５０と一体構成としてもよい。また、これらＣＯ変成器１５５およびＣＯ選択酸化器１５６の他、ＣＯを吸着除去するなどの装置を設けるなどしてもよい。
【００１８】
そして、ＣＯ選択酸化器１５６には、加湿器１９０が接続されている。
加湿器１９０は、改質器１５０で改質された水素リッチの燃料ガスを、例えば６０〜７０℃程度に加熱しつつ純水タンク１８０から供給される純水１８１にて加湿する。
また、加湿器１９０には、酸素含有気体供給手段としてのブロワ２１０が接続され、酸素含有気体である空気が供給される。そして、加湿器１９０は、ブロワ２１０から供給される空気を、例えば６０〜７０℃に加熱しつつ純水タンク１８０から供給される純水１８１にて加湿する。
この加湿器１９０には、燃料電池２００が接続され、加湿した水素リッチの燃料ガスおよび空気を燃料電池２００へ供給する。
【００１９】
燃料電池２００は、水素と酸素とを反応させて直流電力を発生させる。この燃料電池２００は、例えば固体高分子型燃料電池で、正極２０１と、負極２０２と、正極２０１および負極２０２間に配設された図示しない高分子電解質膜と、を備えている。そして、正極２０１側には、加湿器１９０を介して加湿された空気が供給され、負極２０２側には加湿器１９０を介して水素リッチの燃料ガスが供給される。そして、燃料ガスの水素と空気中の酸素とが反応して水（純水１８１）が生成されるとともに、正極２０１および負極２０２間に直流電力が発生する。
そして、負極２０２側は、上述したように改質器１５０のバーナ１５１に接続され、余った水素分をバーナ１５１の燃料として供給する。また、正極２０１側には、分離器１８５が接続されている。この分離器１８５には、正極２０１側から反応に利用された空気が供給され、気相分の空気と液相分の水（純水１８１）とに分離する。なお、分離した空気は、外気に排気される。そして、分離器１８５には、純水タンク１８０が接続され、分離した水（純水１８１）を純水タンク１８０へ供給する。
【００２０】
また、燃料電池２００には、冷却装置１８７が設けられている。この冷却装置１８７は、燃料電池２００に付設された熱回収装置１８７Ａが設けられている。この熱回収装置１８７Ａには、ポンプ１８７Ｂおよび熱交換器１８７Ｃを備えた循環経路１８７Ｄを介して純水タンク１８０が接続されている。
この循環経路１８７Ｄは、ポンプ１８７Ｂの駆動により、熱回収装置１８７Ａと純水タンク１８０との間で純水１８１を循環させ、発電に伴って発熱する燃料電池２００を冷却させるとともに熱を回収する。
熱交換器１８７Ｃは、循環され熱回収装置１８７Ａで熱を回収した純水１８１と、例えば水道水などと熱交換させる。この熱交換により温められた水道水は、例えばお風呂などの他の設備に直接供給されて有効利用される。なお、水道水との熱交換の他、熱交換により得られる熱から発電させるなど、他の設備などに有効利用してもよい。
【００２１】
そして、燃料電池システム１００は、システム全体の動作を制御する図示しない制御装置を備えている。
この制御装置は、液体燃料１１１の流量制御、詳細は後述（図２参照）する脱硫器３００の加熱手段３５０の加熱条件である電気ヒータ３５１へ供給する電力制御、改質器１５０のバーナ１５１の燃焼制御、熱交換装置１６０で水蒸気を生成させるための純水１８１の供給量制御や温度管理、発電量の管理などを実施する。
【００２２】
（脱硫器）
次に、上述した燃料電池システム１００における脱硫器３００の構成を詳細に説明する。
図２は、脱硫器の概略構成を示す断面図である。
【００２３】
脱硫器３００は、内部に脱硫剤３０１が充填される脱硫剤容器３１０を有している。この脱硫剤容器３１０は、例えば鋼材などにて長尺で内部に脱硫剤３０１が充填される収容空間３０２を有した略円筒状に形成されている。
具体的には、この脱硫剤容器３１０は、収容空間３０２を内周側に有する円筒状の胴体部３１１を有している。この胴体部３１１は、断面積Ｓに対する収容空間３０２の軸方向の長さ寸法Ｌの比率（Ｌ／Ｓ）が、０．３４以上３．１７以下、すなわち円筒形の胴体部３１１の内径Ｄに対する収容空間３０２の軸方向の長さ寸法Ｌの比率（Ｌ／Ｄ）が１．８６以上９．９５以下である。
ここで、比率（Ｌ／Ｓ）が０．３４より小さくなると、内部を流通する液体燃料１１１の流速分布が収容空間３０２内における中心部分と脱硫剤容器３１０の壁面側の外周部分とに差が生じる、すなわち脱硫剤容器３１０の壁面側の外周部分の流速が中央部分に比して遅くなり、収容空間３０２内での脱硫剤３０１と液体燃料１１１との接触状態に差が生じ、部分的な寿命の低下などが生じる不都合がある。一方、比率（Ｌ／Ｓ）が３．１７より大きくなると、軸方向における長さ寸法が極めて長くなる状態となり、脱硫剤３０１の充填や交換作業などの保守管理が煩雑となるなどの不都合が生じるとともに、例えば燃料電池システム１００として利用する場合など、他の機器などとの外形寸法に差が生じてシステム構築が煩雑でシステム構造が大型化するなどの不都合が生じる。これらのことから、比率Ｌ／Ｓは、０．３４以上３．１７以下に設定する。
より具体的には、液体燃料１１１が灯油である場合に平均的な家庭用における消費電力に対応する燃料電池システム１００として、灯油を十分に脱硫処理、すなわち脱硫処理後の硫黄濃度を推奨値の０．０５ｐｐｍ以下にするために必要な脱硫剤３０１の容積となる収容空間３０２は５００ｍｌと設定される。この容積で家庭用の燃料電池システム１００として小型のシステム構成として設定される構成は、脱硫剤容器３１０の内径Ｄが４ｃｍ以上７ｃｍ以下で、脱硫剤３０１が充填される収容空間３０２の軸方向の長さ寸法Ｌが１３ｃｍ以上３９．８ｃｍ以下が好ましい。このことから、比率（Ｌ／Ｓ）が、０．３４以上３．１７以下に設定される。
【００２４】
そして、脱硫剤容器３１０の胴体部３１１の軸方向の一端部には、先端部側に従って縮径する略裁頭形状、例えば略半球状のドーム形状に形成された流入部３１２が一連に設けられている。この流入部３１２の頂部となる先端部には、収容空間３０２の中心軸上に位置する状態に流入口３１２Ａが開口形成されている。この流入口３１２Ａには、シール部材１２０Ａを介在して液密に燃料搬送経路１２０を構成する配管１２０Ｂが連結される流入連結管３１２Ｂが、開口縁に連続して設けられている。
また、胴体部３１１の軸方向の他端部には、先端部側に従って縮径する略裁頭形状、例えば略半球状のドーム形状に形成された流出部３１３が一連に設けられている。この流出部３１３の頂部となる先端部には、収容空間３０２の中心軸上に位置する状態に流出口３１３Ａが開口形成されている。この流出口３１３Ａには、気化器１４０に連結させる配管１４０Ａがシール部材１２０Ａを介在して液密に連結される流出連結管３１３Ｂが、開口縁に連続して設けられている。
なお、流出口３１３Ａは、流入口３１２Ａより径大で、脱硫剤３０１の交換作業が可能な径寸法に形成されている。
【００２５】
また、脱硫剤容器３１０内には、脱硫剤３０１を外部に流出させずに収容空間３０２内に保持させる仕切部材３１４，３１５が設けられている。
仕切部材３１４は、例えば金属焼結体などで、液体燃料１１１が流通可能で微粒状の脱硫剤３０１が流通不可能に構成されている。
仕切部材３１５は、例えばアルミナ粒などの充填材３１５Ａと、例えばフィルタ３１５Ｂと、にて構成されている。充填材３１５Ａは、胴体部３１１の流出口３１３Ａ側の端部まで充填された脱硫剤３０１を流出口３１３Ａから流出しないように流出部３１３内に充填される。フィルタ３１５Ｂは、充填材３１５Ａが流出口３１３Ａから流出しないように保持する例えばメッシュ状物が用いられる。
なお、仕切部材３１４は、収容空間３０２を軸方向で複数分割する状態に複数設けてもよい。また、仕切部材３１５としては、充填材３１５Ａを用いず、例えば流出部３１３が胴体部３１１から取り外し可能な脱硫剤容器３１０の構成として、脱硫剤３０１を胴体部３１１内に充填した後に仕切部材３１４を配設し、流出部３１３を胴体部３１１に一連に連結するなどしてもよい。
【００２６】
また、脱硫器３００には、脱硫剤容器３１０の外面側から流通する液体燃料１１１を例えば２００℃程度に加熱して脱硫処理を促進させる加熱手段３５０が設けられている。この加熱手段３５０は、脱硫剤容器３１０の外面に螺旋状に配設された例えばシーズヒータなどの電気ヒータ３５１を備えている。
なお、脱硫剤容器３１０の外面には、電気ヒータ３５１とともに脱硫剤容器３１０の外面を被覆して断熱する断熱材が設けられる。
【００２７】
そして、脱硫器３００は、収容空間３０２の軸方向が略鉛直方向に沿う状態で、かつ流入口３１２Ａが鉛直方向の下方に向けて開口するとともに流出口３１３Ａが鉛直方向の上方に向けて開口する状態に設置される。
すなわち、脱硫器３００は、脱硫剤容器３１０の下部から液体燃料１１１が流入され、鉛直方向の上方に向けて流通しつつ上部から流出する状態に設置される。
【００２８】
〔燃料電池システムの動作〕
次に、上述した燃料電池システム１００における発電動作について説明する。
【００２９】
まず、制御装置が発電要求に関する信号を取得すると、バーナ１５１に液体燃料１１１および空気を供給して改質器１５０を、例えば７００℃程度まで加熱させる。さらに、制御装置は、搬送ポンプ１８２を駆動させて純水タンク１８０に貯留する純水１８１を給水経路１８３を介して熱交換装置１６０に供給して水蒸気を生成し、気化器１４０へ水蒸気を供給させる。この後、制御装置は、脱硫器３００の加熱手段３５０の電気ヒータ３５１を加熱させるとともに、液体燃料ポンプ１２１を駆動させて液体燃料貯溜タンク１１０から液体燃料１１１を脱硫器３００へ、例えば約３００［ｍｌ／時間］で供給する。
この脱硫器３００へ供給された液体燃料１１１は、流入口３１２Ａから脱硫剤容器３１０内に流入し、脱硫剤容器３１０の断面における流速分布が略均一な状態で加熱されつつ脱硫処理される。そして、脱硫処理された液体燃料１１１は、気化器１４０で熱交換装置１６０から供給される水蒸気と混合されて気化され、改質器１５０へ気化液体燃料として供給される。そして、気化液体燃料は、改質器１５０で水素リッチな燃料ガスに改質され、さらにＣＯ変成器１５５およびＣＯ選択酸化器１５６により、燃料ガス中のＣＯを変成・除去し、加湿器１９０で加湿された後、燃料電池２００の負極２０２側に供給される。
そして、負極２０２側に供給された燃料ガスの水素は、加湿器１９０で加湿されて燃料電池２００の正極２０１側に供給された空気中の酸素と反応して水を生成するとともに、正極２０１および負極２０２間に直流電力を発生させる。
なお、負極２０２側の余った水素分を含む燃料ガスは、改質器１５０のバーナ１５１に供給されて燃焼される。
【００３０】
〔燃料電池システムの作用効果〕
上述したように、上記実施の形態の脱硫器３００では、脱硫剤３０１が充填される筒状の収容空間３０２を内部に有し、軸方向の一端に液体燃料１１１を収容空間３０２内に流入させる流入口３１２Ａを開口するとともに、軸方向の他端に収容空間３０２内の液体燃料１１１を流出させる流出口３１３Ａを開口する脱硫剤容器３１０として、収容空間３０２における断面積Ｓに対する収容空間３０２の軸方向の長さ寸法Ｌの比率（Ｌ／Ｓ）を、０．３４以上３．１７以下としている。
このため、都市ガスなどの気体を原料とした場合に比して線速度が遅く脱硫剤の粒径も異なり抵抗が異なる液体燃料でも、流入口３１２Ａから流入する液体燃料１１１が収容空間３０２内を中心部分と脱硫剤容器３１０の壁面側となる外周部分との流速分布を略均一にできる。したがって、脱硫剤３０１と液体燃料１１１との接触状態が収容空間３０２内で略均一化し、脱硫効率を向上でき、最小限の脱硫剤３０１を収容できる容積に設計すればよく容易に小型化できる。さらには、脱硫剤３０１の寿命が平均化して全体的に向上し、脱硫剤３０１の交換などの保守管理が容易となり、また部分的に脱硫効果がある脱硫剤３０１を交換して再利用処理したり、保守管理のための運転中止による損失が発生したりするなどを低減でき、効率的な運転が容易に得られる。
【００３１】
そして、収容空間３０２が略円筒状に形成、すなわち略円筒状に脱硫剤容器３１０を形成している。
このため、収容空間３０２の中心から脱硫剤容器３１０の壁面までの距離が周方向で等距離となり、流通する液体燃料１１１の流速分布がより均一化し、より脱硫効率を向上できる。さらには、脱硫剤容器３１０の製造が容易で、かつ外部からの衝撃が分散されやすいので肉薄に設計することが容易で、製造性の向上、小型化、コストの低減などが容易に得られる。
【００３２】
また、収容空間３０２を内周側に有する略円筒状の胴体部３１１の軸方向の一端部に、先端部側に従って縮径する例えば略半球状のドーム形状に形成され頂部に収容空間３０２の中心軸上に位置する状態に流入口３１２Ａを開口する流入部３１２を一連に設けている。さらに、胴体部３１１の軸方向の他端部には、先端部側に従って縮径する例えば略半球状のドーム形状に形成され頂部に流出口３１３Ａを開口する流出部３１３を一連に設けている。
このため、流入口３１２Ａから脱硫剤容器３１０内に流入した液体燃料１１１は、流入部３１２内を介して断面で流速分布が略均一な状態で脱硫剤３０１が充填された収容空間３０２に流入するとともに、流出部３１３内を介して収容空間３０２から断面で流速分布が略均一な状態で流出口３１３Ａから流出される状態が得られる。したがって、より円滑でより均一な流速分布で液体燃料１１１を流通させることができ、より脱硫効率を向上できる。
【００３３】
さらに、流入部３１２および流出部３１３は、少なくとも内周面を略球面状となるドーム形状に形成している。
このため、流入口３１２Ａから円滑に収容空間３０２に流入する状態や、収容空間３０２から円滑に流出口３１３Ａを介して流出する状態が得られ、より円滑な液体燃料１１１の流通が得られ、均一な流速分布が容易に得られることとなり、より脱硫効率を向上できる。さらには、内圧に対する応力分散性、特に外面も球面状に形成しているので、外部からの衝撃に対する応力分散性も向上でき、肉薄に設計することが容易にでき、製造性の向上、小型化、コストの低減などが容易に得られる。
【００３４】
そして、脱硫剤容器３１０の外面を加熱する加熱手段３５０を設けている。
このため、流入口３１２Ａから流入された液体燃料１１１は脱硫剤容器３１０内の断面で流速分布が略均一な状態で流通するので、流通過程で断面における温度分布も略均一な状態が得られ、加熱により反応速度が増大し、良好な脱硫状態が得られる。特に、灯油などの液体燃料１１１でも燃料電池２００の原料となる水素リッチの燃料ガスを良好に生成できる。さらに、脱硫剤容器３１０外から加熱しているので、加熱手段３５０に液体燃料１１１や脱硫剤３０１が接触せず、例えばシーズヒータなどの簡単な構成の電気ヒータ３５１を用いることができ、加熱手段３５０の構成の簡略化や電気ヒータ３５１の寿命向上による保守管理の容易化が得られる。さらには、脱硫剤容器３１０内における脱硫剤３０１の充填容積を確保でき、構成の簡略化および小型化が容易に得られる。
さらに、外周面が略円筒状の脱硫剤容器３１０の外周面に、加熱手段３５０の電気ヒータ３５１を略螺旋状に配設している。
このため、簡単な構成で良好な脱硫状態が容易に得られ、製造性を向上できる。
【００３５】
また、脱硫器３００は、脱硫剤容器３１０の軸方向が略鉛直方向に沿い、かつ流入口３１２Ａが鉛直方向の下方に向けて開口するとともに流出口３１３Ａが鉛直方向の上方に向けて開口する状態に設置される。
このため、流入口３１２Ａから流入した液体燃料１１１は鉛直方向の上方に向けて流通する状態となり、脱硫剤容器３１０の断面における流速分布がより均一化し、より良好な脱硫効率が容易に得られる。
【００３６】
そして、流出口３１３Ａを流入口３１２Ａより径大で、収容空間３０２を開放して脱硫剤３０１を交換可能に形成している。
このため、単に配管１４０Ａの連結を解除して流出口３１３Ａを開放させることで、脱硫剤３０１を交換でき、より保守管理が容易にできる。
【００３７】
〔実施の形態の変形例〕
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。
【００３８】
すなわち、本発明の脱硫器としては、上述したように、燃料電池システム１００に利用する形態で説明したが、液体燃料の製造装置や精製装置、供給装置など、液体燃料を脱硫する各種構成に適用できる。また、燃料電池２００に水素リッチな燃料ガスを供給するための燃料ガス製造装置などにも適用できる。
【００３９】
そして、脱硫器３００の脱硫剤容器３１０の形状としては、円筒形に限らない。例えば、断面楕円形、断面多角形など、筒状形状であればよい。特に、システムをケース内に収容するユニット構成とする場合、三角筒形状とすることでケースの隅に配置でき、ユニット全体の小型化も図れる。
さらには、他の機器や部品などの配置関係により、軸方向が多少蛇行するように屈曲する構成としてもよい。
また、脱硫剤容器３１０の両端部における流入部３１２および流出部３１３をドーム形状に形成したが、例えば脱硫器３００として、両端部に仕切部材３１４にて内部に収容空間３０２を区画する胴体部３１１を本発明の容器として、この胴体部３１１の両端部にそれぞれ端部が胴体部３１１に連結する状態に拡径する配管１２０Ｂ，１４０Ａを連結する構成とするなどしてもよい。
そして、軸方向が略鉛直方向に沿う状態に設置するいわゆる縦置きとなる構成を例示したが、例えば軸方向が略水平方向に沿う状態や傾斜する状態に設置して利用してもよい。
さらに、脱硫剤容器３１０の流出部３１３内で充填材３１５Ａを充填してフィルタ３１５Ｂにて脱硫剤３０１を収容空間３０２内に充填する構成を例示したが、例えば図３に示すように、構成するなどしてもよい。すなわち、図３に示す実施形態では、流出部３１３を胴体部３１１に着脱可能に構成し、これら連結部分の位置にフィルタ３１５Ｂを装着して充填材３１５Ａを用いることなく脱硫剤３０１を充填する。なお、この図３に示すような構成では、流出部３１３内は空洞となるので、仮に液体燃料１１１が気化しても上部側となる流出部３１３内の空洞部分に位置することとなり、脱硫剤３０１との接触効率が低減することを防止でき、設計上の接触効率の変動が生じることなく安定した処理が得られる。
【００４０】
また、脱硫器３００に加熱手段３５０を設けて説明したが、加熱手段３５０を設けなくてもよい。
そして、加熱手段３５０の構成としては、脱硫剤容器３１０の外部から電気ヒータ３５１により加熱する構成に限らず、例えば脱硫剤容器３１０内に配設するなどしてもよい。また、シーズヒータなどの電気ヒータ３５１に限らず、各種ヒータを利用することができる。
そして、電気ヒータ３５１を脱硫剤容器３１０の外部に螺旋状に配設して説明したが、例えば図４に示すように、脱硫剤容器３１０の長手方向に沿って折り返すように配設するなどしてもよい。
【００４１】
その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
【実施例】
【００４２】
次に、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
なお、本発明は実施例などの内容に何ら限定されるものではない。
【００４３】
脱硫器３００として、収容空間３０２における断面積Ｓに対する収容空間３０２の軸方向の長さ寸法Ｌの比率（Ｌ／Ｓ）が異なる脱硫剤容器３１０を用い、同様の脱硫処理条件で灯油を脱硫処理した後の硫黄濃度を測定し、比較評価する実験を実施した。なお、脱硫器３００としては、脱硫剤容積として５００ｍｌとし、製造性および構造強度を考慮して円筒形の脱硫剤容器３１０を用いた。
（脱硫器の構成）
実施例の脱硫器３００の脱硫剤容器３１０は、Ｌ／Ｓが１．３０（Ｌ／Ｄ＝５．１０）に形成した。
比較例では、Ｌ／Ｓが０．０８（Ｌ／Ｄ＝０．６４）で形成した。
（実験条件）
原料である液体燃料１１１として、硫黄濃度が７ｐｐｍの灯油を用いた。
脱硫条件としては、脱硫処理後の灯油の硫黄濃度が推奨値の０．０５ｐｐｍ以下となる条件、すなわち、３００ｍｌ／ｈで灯油を連続供給し、電気ヒータ３５１にて１８０℃の脱硫温度に設定し常圧で脱硫させた。
そして、所定時間脱硫させた後の脱硫器３００から流出する灯油の硫黄濃度を測定し、比較評価した。
（実験結果）
比較例では、１０００時間の連続脱硫処理後の灯油の硫黄濃度は１．５ｐｐｍであった。一方、実施例では、２０００時間の連続脱硫処理後でも硫黄濃度は０．０３〜０．０４ｐｐｍ程度であった。
このことから、実施例の脱硫剤容器３１０の設計によれば、脱硫剤３０１全体が略均等に脱硫処理に寄与し、脱硫剤３０１の触媒機能が低下せずに長期間安定して脱硫処理できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、灯油などの液体燃料の脱硫に利用できる。特に、燃料電池システム１００における脱硫器３００に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】前記実施形態における脱硫器の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの脱硫器の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態に係る電両電池システムの脱硫器の概略構成を示す一部を切り欠いた側面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００……燃料電池システム
１１１……液体燃料
１１０……液体燃料供給手段を構成する液体燃料貯溜タンク
１２０……液体燃料供給手段を構成する燃料搬送経路
１５０……改質器
２００……燃料電池
２１０……酸素含有気体供給手段としてのブロワ
３００……脱硫器
３０１……脱硫剤
３０２……収容空間
３１０……容器である脱硫剤容器
３１１……胴体部
３１２……流入部
３１２Ａ…流入口
３１３……流出部
３１３Ａ…流出口
３５０……加熱手段
３５１……電気ヒータ
【図１】
2007332318.tif 000003
【図２】
2007332318.tif 000004
【図３】
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【図４】
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