(57)【要約】【課題】液体燃料脱硫器から排出される液体燃料の流れを均一化する。【解決手段】燃料電池発電システムに用いる液体燃料を脱硫する液体燃料脱硫器３０は、液体燃料入口４および液体燃料出口５が設けられた脱硫容器２と、脱硫容器２に収められた脱硫剤１と、脱硫容器２の内部を流れる液体燃料の脱硫剤１よりも下流で液体燃料出口５よりも上流に配設された液体燃料を攪拌する攪拌体１０とを備える。攪拌体１０は、改質装置バーナ４２から排出されるバーナ燃焼排ガスによって駆動される回転体１１によって駆動することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電システムに用いる液体燃料を脱硫する液体燃料脱硫器において、
前記液体燃料の入口および出口が設けられた容器と、
前記容器に収められた脱硫剤と、
前記容器の内部での前記液体燃料の流れの前記脱硫剤よりも下流で前記出口よりも上流に配設された前記液体燃料を攪拌する攪拌手段と、
を有することを特徴とする液体燃料脱硫器。
【請求項２】
前記攪拌手段は、気体によって駆動される攪拌体であることを特徴とする請求項１に記載の液体燃料脱硫器。
【請求項３】
前記気体は、前記燃料電池発電システムの改質装置バーナから排出されるバーナ燃焼排ガスであることを特徴とする請求項２に記載の液体燃料脱硫器。
【請求項４】
前記バーナ燃焼排ガスによって前記入口に供給される液体燃料を加熱する液体燃料予熱器を有することを特徴とする請求項３に記載の液体燃料脱硫器。
【請求項５】
前記容器を囲むバーナ燃焼排ガス流路を形成する外容器を有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の液体燃料脱硫器。
【請求項６】
前記攪拌手段は、電気によって駆動される攪拌体であることを特徴とする請求項１に記載の液体燃料脱硫器。
【請求項７】
前記脱硫剤の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサが測定した温度に基づいて前記攪拌体の駆動を制御する制御器と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の液体燃料脱硫器。
【請求項８】
燃料電池発電システムに用いる液体燃料を脱硫する液体燃料脱硫器において、
前記液体燃料の入口および出口が設けられた容器と、
前記容器に収められた脱硫剤と、
前記容器の内部での前記液体燃料の流れの前記脱硫剤よりも下流で前記出口よりも上流に配設された多孔質体と、
を有することを特徴とする液体燃料脱硫器。
【請求項９】
液体燃料を用いる燃料電池発電システムにおいて、
前記液体燃料の入口および出口が設けられた容器と、
前記容器に収められた脱硫剤と、
前記容器の内部での前記液体燃料の流れの前記脱硫剤よりも下流で前記出口よりも上流に配設された前記液体燃料を攪拌する攪拌手段と、
前記出口に接続された改質装置と、
前記改質装置で改質された燃料を用いて発電する燃料電池本体と、
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１０】
液体燃料を用いる燃料電池発電システムにおいて、
前記液体燃料の入口および出口が設けられた容器と、
前記容器に収められた脱硫剤と、
前記容器の内部での前記液体燃料の流れの前記脱硫剤よりも下流で前記出口よりも上流に配設された多孔質体と、
前記出口に接続された改質装置と、
前記改質装置で改質された燃料を用いて発電する燃料電池本体と、
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１１】
燃料電池発電システムに用いる液体燃料に含まれる硫黄を脱硫する液体燃料脱硫方法において、
前記液体燃料を脱硫剤に接触させる脱硫工程と、
前記脱硫工程の後に、前記液体燃料を攪拌する工程と、
を有することを特徴とする液体燃料脱硫方法。
【請求項１２】
燃料電池発電システムに用いる液体燃料に含まれる硫黄を脱硫する液体燃料脱硫方法において、
前記液体燃料を脱硫剤に接触させる脱硫工程と、
前記脱硫工程の後に、前記液体燃料を多孔質体中を通過させる均一化工程と、
を有することを特徴とする液体燃料脱硫方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料を脱硫する液体燃料脱硫器および液体燃料脱硫方法、並びに、燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
灯油など硫黄分を含む液体燃料を用いる固体高分子型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改質触媒が液体燃料中の硫黄分にさらされると、硫黄被毒し、寿命などの性能が劣化する。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、脱硫剤を用いて液体燃料の硫黄濃度を５０ｐｐｂ程度以下にまで低減する必要がある。
【０００３】
特許文献１や特許文献２には、Ｎｉを含む脱硫剤を用いて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が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１７５９６６号公報
【特許文献２】特開２００５−１４６０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液体燃料脱硫器は、液体燃料が蒸発しないように高圧で運転される。一方、液体燃料脱硫器の下流の改質反応を行う改質装置は常圧で運転する。このため、液体燃料脱硫器の下流で液体燃料を常圧に減圧させている。
【０００５】
液体燃料脱硫器の温度は、電気ヒータや改質装置のバーナ燃焼排ガスによる加熱で上昇されている。このため、燃料電池発電システムの負荷の上昇や降下などの過渡運転において、液体燃料脱硫器の温度が過渡的に上昇した場合や脱硫剤が経時的に劣化した場合に、脱硫剤の脱硫反応の副反応として液体燃料から気体のメタンや水素などが発生し気相と液相の不均一な二相状態となることがある。
【０００６】
不均一な気液二相状態の燃料が液体燃料脱硫器の下流で減圧されると気相の体積が膨張する。このため改質装置に導入される燃料流量が大きく変動し、燃焼電池発電システムの運転継続が不可能になる場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、液体燃料脱硫器から排出される液体燃料の流れを均一化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、燃料電池発電システムに用いる液体燃料を脱硫する液体燃料脱硫器において、前記液体燃料の入口および出口が設けられた容器と、前記容器に収められた脱硫剤と、前記容器の内部での前記液体燃料の流れの前記脱硫剤よりも下流で前記出口よりも上流に配設された前記液体燃料を攪拌する攪拌手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、燃料電池発電システムに用いる液体燃料を脱硫する液体燃料脱硫器において、前記液体燃料の入口および出口が設けられた容器と、前記容器に収められた脱硫剤と、前記容器の内部での前記液体燃料の流れの前記脱硫剤よりも下流で前記出口よりも上流に配設された多孔質体と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、液体燃料を用いる燃料電池発電システムにおいて、前記液体燃料の入口および出口が設けられた容器と、前記容器に収められた脱硫剤と、前記容器の内部での前記液体燃料の流れの前記脱硫剤よりも下流で前記出口よりも上流に配設された前記液体燃料を攪拌する攪拌手段と、前記出口に接続された改質装置と、前記改質装置で改質された燃料を用いて発電する燃料電池本体と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、液体燃料を用いる燃料電池発電システムにおいて、前記液体燃料の入口および出口が設けられた容器と、前記容器に収められた脱硫剤と、前記容器の内部での前記液体燃料の流れの前記脱硫剤よりも下流で前記出口よりも上流に配設された多孔質体と、前記出口に接続された改質装置と、前記改質装置で改質された燃料を用いて発電する燃料電池本体と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、燃料電池発電システムに用いる液体燃料に含まれる硫黄を脱硫する液体燃料脱硫方法において、前記液体燃料を脱硫剤に接触させる脱硫工程と、前記脱硫工程の後に、前記液体燃料を攪拌する工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、燃料電池発電システムに用いる液体燃料に含まれる硫黄を脱硫する液体燃料脱硫方法において、前記液体燃料を脱硫剤に接触させる脱硫工程と、前記脱硫工程の後に、前記液体燃料を多孔質体中を通過させる均一化工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、液体燃料脱硫器から排出される液体燃料の流れを均一化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る液体燃料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。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る液体燃料脱硫器を含む燃料電池発電システムの第１の実施の形態におけるブロック図である。なお、図１の液体燃料脱硫器は、縦断面図で示している。
【００１７】
液体燃料脱硫器３０は、円筒状の脱硫容器２を有している。脱硫容器２の内部には、脱硫剤１が収められる。脱硫容器２の両端は、入口側閉止板３１および出口側閉止板３２で閉じられている。入口側閉止板３１には、脱硫容器２の外部に繋がる液体燃料入口４が設けられている。出口側閉止板３２には、脱硫容器２の外部に繋がる液体燃料出口５が設けられている。
【００１８】
液体燃料入口４の上流には、液体燃料タンク４１が、ポンプ２０および液体燃料予熱器２１を介して接続されている。液体燃料出口５の下流には、減圧装置２２を介して改質装置４３が接続されている。改質装置４３には燃料電池本体４５が接続されている。
【００１９】
また、脱硫容器２の外側には、脱硫容器２を囲む円筒状の外容器６が配置されている。外容器６の入口側閉止板３１に近い端部の近傍には、改質装置バーナ４２に接続されたバーナ燃焼排ガス入口７が設けられている。外容器６の出口側閉止板３２に近い端部の近傍には、バーナ燃焼排ガス連絡管８が接続されている。外容器６の内部には、脱硫容器２を囲むように、バーナ燃焼排ガス入口７からバーナ燃焼排ガス連絡管８に繋がるバーナ燃焼排ガス流路２３が形成されている。
【００２０】
液体燃料予熱器２１は熱交換器であり、改質装置バーナ４２からバーナ燃焼排ガス入口７に流れるバーナ燃焼排ガスによって、液体燃料タンク４１から脱硫容器２に流れる液体燃料を加熱するようになっている。
【００２１】
バーナ燃焼排ガス連絡管８は、回転体室５０に接続されている。回転体室５０には、熱回収機器４４に接続されたバーナ燃焼排ガス出口９が設けられている。回転体室５０の内部には、バーナ燃焼排ガス連絡管８から供給されるバーナ燃焼排ガスの動力によって回転するように、回転体１１が配設されている。
【００２２】
また、脱硫容器２には、液体燃料の流れの脱硫剤１よりも下流で液体燃料出口５よりも上流に、回転体１１に連結部材１２で連結された攪拌体１０が配設されている。攪拌体１０は、たとえばプロペラ形状をしている。回転体１１の回転運動は、連結部材１２を介して攪拌体１０に伝達されるようになっている。
【００２３】
次に、液体燃料の流れについて説明する。
【００２４】
液体燃料タンク４１から供給される灯油などの液体燃料は、ポンプ２０により０．３ＭＰａ（Ｇ）〜０．６ＭＰａ（Ｇ）程度に加圧される。ポンプ２０により加圧された液体燃料は、液体燃料予熱器２１に送られ、改質装置からの２５０〜３００℃程度のバーナ燃焼排ガスにより加熱される。液体燃料予熱器２１で加熱された液体燃料は、２００℃〜２６０℃程度の温度となって液体燃料入口４より液体燃料脱硫器３０に導入される。
【００２５】
液体燃料は脱硫剤１を流通する間に脱硫されて、液体燃料中の硫黄分は５０ｐｐｂ程度以下に低下する。脱硫容器２の外部はバーナ燃焼排ガス流路２３となっており、放熱による脱硫剤１の温度低下を抑制している。
【００２６】
液体燃料脱硫器の負荷上昇や降下などの過渡運転条件において、バーナ燃焼排ガス温度が過渡的に上昇し、脱硫剤１の温度が局所的に上昇する場合がある。このように脱硫剤１の温度が局所的に２６０℃を超える場合や、脱硫剤１の劣化が生じた場合には、脱硫剤１の脱硫反応の副反応として、液体燃料から気体のメタンや水素などが発生する場合がある。このとき、燃料が気相と液相の不均一な二相状態になる可能性がある。
【００２７】
不均一な気液二相状態の燃料は、脱硫剤１の下流に設けられた攪拌体１０の攪拌作用によって均一な気液二相状態になり、液体燃料出口５より排出される。均一な気液二相状態の燃料は、減圧装置２２を通り減圧により気相が膨張した後も均一な気液二相状態で改質装置４３に導入される。改質装置４３で改質された燃料は、燃料電池本体４５に送られて、発電に用いられる。
【００２８】
次に、バーナ燃焼排ガスの流れについて説明する。
【００２９】
改質装置バーナ４２で発生したバーナ燃焼排ガスは、改質装置で熱利用された後に２５０℃〜３００℃程度となって、液体燃料予熱器２１に導入される。液体燃料予熱器２１に導入されたバーナ燃焼排ガスは、液体燃料を２００℃〜２６０℃程度に加熱する。
【００３０】
また、バーナ燃焼排ガスは、液体燃料予熱器２１で液体燃料を加熱した後、バーナ燃焼排ガス入口７より液体燃料脱硫器３０に導入される。液体燃料脱硫器３０に導入されたバーナ燃焼排ガスは、脱硫容器２と外容器６の間のバーナ燃焼排ガス流路２３を通る間に脱硫容器２を介して脱硫剤１を保温して脱硫剤１の温度を２００℃〜２６０℃程度に維持する。
【００３１】
さらに、バーナ燃焼排ガスは、バーナ燃焼排ガス流路２３を通過した後、バーナ燃焼排ガス連絡管８から回転体室５０に導入される。回転体室５０に導入されたバーナ燃焼排ガスは、回転体１１を駆動させた後、バーナ燃焼排ガス出口９より排出される。排出されたバーナ燃焼排ガスは、燃料電池発電システムの熱回収機器で熱回収された後に大気に放出される。バーナ燃焼排ガスの動力で回転された回転体１１は連結部材１２を介して攪拌体１０を駆動する。
【００３２】
このように液体燃料脱硫器の運転状態の変化や脱硫剤１の劣化により、液体燃料が脱硫剤１の副反応により不均一な気液二相状態になったとしても、脱硫剤１の下流の攪拌体１０により均一な気液二相状態で液体燃料脱硫器から減圧装置２２へ導入される。つまり、液体燃料脱硫器から排出される液体燃料の流れを均一化できる。このため、減圧装置２２で気相が膨張しても均一な気液二相状態で燃料を改質装置に導入することができ、燃料流量の安定化が可能となる。さらに攪拌体１０の駆動動力にバーナ燃焼排ガスのエネルギーを有効利用しているので、燃料電池発電システムの効率低下は抑制される。
【００３３】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明に係る液体燃料脱硫器を含む燃料電池発電システムの第２の実施の形態におけるブロック図である。なお、図２の液体燃料脱硫器は、縦断面図で示している。
【００３４】
本実施の形態の液体燃料脱硫器３０には、脱硫剤１を加熱可能な電気ヒータ１５が脱硫容器２の外周に配設されている。なお、第１の実施の形態におけるバーナ燃焼排ガス流路は設けていない。
【００３５】
また、脱硫剤１の内部には、温度センサ１４が配設されている。温度センサ１４としては、熱電対や測温抵抗体やサーミスタなどを用いることができる。温度センサ１４の個数は、脱硫容器２の大きさなどに応じて適宜増減する。攪拌体１０には、電気モータ１３が連結部材１２を介して接続されている。
【００３６】
温度センサ１４で検出した脱硫剤１の温度は、制御器６０に伝達される。制御器６０は脱硫剤１の温度に基づいて、電気モータ１３を制御する。
【００３７】
温度センサ１４によって脱硫剤１の温度は監視される。制御器６０は、脱硫剤１の温度がたとえば２６０℃を超えた場合に液体燃料が気液二相状態と判断して、電気モータ１３を回転させて攪拌体１０を駆動させる。さらに、定常運転中においても温度センサ１４の温度変動が一定値を超えた場合に脱硫剤１の劣化による気液二相状態と判断して、電気モータ１３を回転させて攪拌体１０を駆動させてもよい。
【００３８】
このように、電気モータ１３を用いて攪拌体１０を駆動させても、液体燃料が脱硫剤１を通過する間に不均一な気液二相状態になった場合に、均一な気液二相状態で液体燃料脱硫器から減圧装置２２へ液体燃料を導入することができる。つまり、液体燃料脱硫器から排出される液体燃料の流れを均一化できる。さらに、脱硫剤１の温度を温度センサ１４で監視することによって、気液二相状態の発生時のみ電気モータ１３を使用するので、燃料電池発電システムの効率低下が抑制される。
【００３９】
［第３の実施の形態］
図３は、本発明に係る液体燃料脱硫器を含む燃料電池発電システムの第３の実施の形態におけるブロック図である。なお、図３の液体燃料脱硫器は、縦断面図で示している。
【００４０】
本実施の形態の液体燃料脱硫器３０では、脱硫容器２には、液体燃料の流れの脱硫剤１よりも下流で液体燃料出口５よりも上流に、多孔質体１６が配設されている。多孔質体１６は、セラミックや焼結金属などで形成されたもので、耐熱温度が３００℃程度以上である。
【００４１】
なお、第１の実施の形態における液体燃料脱硫器の攪拌体およびこれを駆動する回転体などは配設されていない。
【００４２】
液体燃料脱硫器３０の運転状態の変化や脱硫剤１の劣化により液体燃料が脱硫剤１の副反応により不均一な気液二相状態になったとしても、脱硫剤１の下流の多孔質体１６を流通する間に気相が微小化され、均一な気液二相状態で液体燃料出口５から排出される。
【００４３】
このように脱硫剤１の下流に多孔質体１６を配設することにより、均一な気液二相状態で液体燃料脱硫器から減圧装置２２へ液体燃料を導入することができる。つまり、液体燃料脱硫器から排出される液体燃料の流れを均一化できる。さらに、外部からの動力を使用しないので、燃料電池発電システムの効率低下を抑制できる。
【００４４】
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る液体燃料脱硫器を含む燃料電池発電システムの第１の実施の形態におけるブロック図である。
【図２】本発明に係る液体燃料脱硫器を含む燃料電池発電システムの第２の実施の形態におけるブロック図である。
【図３】本発明に係る液体燃料脱硫器を含む燃料電池発電システムの第３の実施の形態におけるブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…脱硫剤、２…脱硫容器、４…液体燃料入口、５…液体燃料出口、６…外容器、７…バーナ燃焼排ガス入口、８…バーナ燃焼排ガス連絡管、９…バーナ燃焼排ガス出口、１０…攪拌体、１１…回転体、１２…連結部材、１３…電気モータ、１４…温度センサ、１５…電気ヒータ、１６…多孔質体、２０…ポンプ、２１…液体燃料予熱器、２２…減圧装置、２３…バーナ燃焼排ガス流路、３０…液体燃料脱硫器、３１…入口側閉止板、３２…出口側閉止板、４１…液体燃料タンク、４２…改質装置バーナ、４３…改質装置、４４…熱回収機器、４５…燃料電池本体、５０…回転体室、６０…制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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