重整系统和燃料电池系统的制作方法

重整系统和燃料电池系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种重整系统和燃料电池系统，该重整系统包括：泵，其用于送出液体燃料；脱硫器，其配置在上述泵的下游侧，用于从上述液体燃料中除去硫成分；毛细管，其配置在上述脱硫器的下游侧，供利用上述脱硫器除去了硫成分的液体燃料通过，重整器，其配置在上述毛细管的下游侧，使用利用上述脱硫器除去了硫成分的液体燃料生成含有氢的重整气体。
【专利说明】重整系统和燃料电池系统
[0001]本申请是 申请人:新日本石油株式会社于2009年5月14日提出的申请号为
200910137588.4、发明名称为“脱硫装置、燃料电池系统和重整系统”的发明申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及重整系统和具有脱硫装置的燃料电池系统。
【背景技术】
[0003]在燃料电池系统中，利用重整器生成含有氢的重整气体，利用燃料电池堆栈(stack)，使用该重整气体来进行发电。在这样的燃料电池系统中，在作为重整原料的煤油等液体燃料被供给到重整器中的情况下，为了防止重整催化剂的老化，需要设置用于从液体燃料中除去硫成分的脱硫器。(例如，参照日本特开2004— 323285号公报)。

【发明内容】

[0004]本发明的第I技术方案
[0005]不过，在脱硫器中，为了促进催化反应需要加热脱硫催化剂，但是由于伴随加热脱硫催化剂的温度上升，液体燃料气化，不仅难以进行高效率的脱硫，而且有可能使脱硫催化剂老化。
[0006]因此，本发明的第I技术方案是鉴于这`样的情况做成的，目的在于提供一种能防止液体燃料气化的脱硫装置、以及具有该脱硫装置的燃料电池系统。
[0007]为了达到上述目的，本发明的第I技术方案的脱硫装置的特征在于，其包括:脱硫器，其用于收容脱硫催化剂，该脱硫催化剂用于从要供给到重整器中的液体燃料中除去硫成分，该重整器用于生成含有氢的重整气体；加热部件，其用于加热脱硫催化剂；液体燃料导入部件，其将液体燃料导入到脱硫器内；液体燃料导出部件，其将液体燃料从脱硫器内导出；温度测量部件，其用于测量脱硫器内的液体燃料的温度；压力测量部件，其用于测量脱硫器内的液体燃料的压力；控制部件，其对加热部件、液体燃料导入部件和液体燃料导出部件进行控制，控制部件对加热部件、液体燃料导入部件和液体燃料导出部件进行控制，使得由温度测量部件测量的温度为规定温度，由压力测量部件测量的压力为规定温度下的液体燃料的饱和蒸气压以上而且为脱硫器的耐压以下的规定压力。
[0008]在该脱硫装置中，通过利用控制部件控制加热部件、液体燃料导入部件和液体燃料导出部件，从而使由温度测量部件测量的温度、即脱硫器内的液体燃料的温度为例如能促进脱硫催化剂的催化反应的规定温度。并且，由压力测量部件测量的压力、即脱硫器内的液体燃料的压力为规定温度下的液体燃料的饱和蒸气压以上而且为脱硫器的耐压以下的规定压力。从而，即使使脱硫器内的液体燃料的温度上升，也能防止液体燃料气化。另外，所谓硫成分是包括硫和硫化物的意思。而且，所谓脱硫器的耐压是指收容脱硫催化剂的容器能承受的内压的最大值。[0009]在本发明的第I技术方案的脱硫装置中，优选为，控制部件进行如下控制:在使由压力测量部件测量的压力上升的情况下，增加由液体燃料导入部件导入的液体燃料的导入量，并且减少由液体燃料导出部件导出的液体燃料的导出量，在使由压力测量部件测量的压力降低的情况下，减少由液体燃料导入部件导入的液体燃料的导入量，并且增加由液体燃料导出部件导出的液体燃料的导出量。采用该结构，能使由压力测量部件测量的压力、即脱硫器内的液体燃料的压力迅速且可靠地上升或降低。
[0010]而且，本发明的第I技术方案的燃料电池系统的特征在于，其包括:上述脱硫装置；使用利用脱硫装置除去了硫成分的液体燃料来生成含有氢的重整气体的重整器；使用利用重整器生成的重整气体进行发电的燃料电池堆栈。 [0011]采用该燃料电池系统，因为具有上述脱硫装置，所以即使使脱硫器内的液体燃料的温度上升，也能防止液体燃料气化。
[0012]采用本发明的第I技术方案，能防止液体燃料的气化。
[0013]本发明的第2技术方案
[0014]在燃料电池系统中，利用重整器生成含有氢的重整气体，利用燃料电池堆栈使用该重整气体来进行发电。在这样的燃料电池系统中，在作为重整原料的煤油等液体燃料被供给到重整器中的情况下，为了防止重整催化剂的老化，需要设置用于从液体燃料中除去硫成分的脱硫器。(例如，参照日本特开2004— 323285号公报)。
[0015]不过，在脱硫器中，为了促进催化反应而需要加热脱硫催化剂，但使脱硫催化剂从常温上升到规定的脱硫温度(例如200°C)需要相当长的时间。因此，存在一旦停止时到再启动就要花费时间这样的问题。
[0016]因此，本发明的第2技术方案是鉴于这样的情况做成的，目的在于提供一种能谋求缩短一直到再启动的时间的脱硫装置以及具有该脱硫装置的燃料电池系统。
[0017]为了达到上述目的，本发明的第2技术方案的脱硫装置的特征在于，其包括:脱硫器，其用于收容脱硫催化剂，该脱硫催化剂用于从要供给到重整器中的液体燃料中除去硫成分，该重整器用于生成含有氢的重整气体；加热部件，其用于加热脱硫催化剂；液体燃料导入部件，其将液体燃料导入到脱硫器内；液体燃料导出部件，其将液体燃料从脱硫器内导出；温度测量部件，其用于测量脱硫器内的液体燃料的温度；控制部件，其用于控制加热部件、液体燃料导入部件和液体燃料导出部件，控制部件对液体燃料导入部件和液体燃料导出部件的至少一个进行控制，使得在对上述控制部件输入有暂停信号的情况下，停止从脱硫器内供给液体燃料，并且对加热部件进行控制，使得由测量部件测量的温度为比常温高且比通常运转时的温度低的规定温度。
[0018]在该脱硫装置中，在输入有暂停信号的情况下，通过利用控制部件控制液体燃料导入部件和液体燃料导出部件的至少一个，而停止从脱硫器内供给液体燃料。此时，通过利用控制部件控制加热部件，而将由温度测量部件测量的温度、即脱硫器内的液体燃料的温度被保持成比常温高且为通常运转时的温度以下的规定温度。由此，与使脱硫装置停止而使温度降低到常温的情况相比，由于直到加热成通常运转时的温度、即规定的脱硫温度的时间被缩短，因此能谋求缩短直到再启动的时间。另外，所谓硫成分是包括硫和硫化物的意思。
[0019]在本发明的第2技术方案的脱硫装置中，优选为，还包括将由液体燃料导出部件导出的液体燃料暂时储存的储存容器、用于测量储存在储存容器中的液体燃料的储存量的储存量测量部件，储存量测量部件在储存量达到规定储存量的情况下，将暂停信号输出到控制部件中。采用该结构，通过将液体燃料暂时储存在储存容器中，能使液体燃料向重整器等中的供给稳定化。而且，在储存容器内的储存量达到规定储存量的情况下，储存量测量部件将暂停信号输出到控制部件中，因此能防止例如由储存量超量所引起的储存容器的破损
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[0020]而且，本发明的第2技术方案的燃料电池系统包括:上述脱硫装置；使用利用脱硫装置除去了硫成分的液体燃料生成含有氢的重整气体的重整器；使用利用重整器生成的重整气体进行发电的燃料电池堆栈。
[0021]采用该燃料电池系统，具有上述脱硫装置，因此能谋求缩短到再启动的时间。
[0022]采用本发明的第2技术方案，能谋求缩短到再启动的时间。
[0023]本发明的第3技术方案
[0024]在燃料电池系统中，利用重整器生成含有氢的重整气体，利用燃料电池堆栈使用该重整气体进行发电。在这样的燃料电池系统中，在作为重整原料的煤油等液体燃料被供给到重整器中的情况下，为了防止重整催化剂的老化，需要设置用于从液体燃料中除去硫成分的脱硫器。(例如，参照日本特开2004— 323285号公报)。
[0025]不过，在脱硫器内中，随着液体燃料的温度的降低，压力降低。例如，在停止运转时，压力比通常运转时大约降低20%左右。此时，液体燃料有可能气化，使脱硫催化剂老化。而且，当脱硫器内的压力成为负压时，也可能产生脱硫器的破损、重新开始运转时空气混入脱硫器中等这样的问题。
[0026]因此，本发明的第3技术 方案是鉴于这样的情况做成的，目的在于提供一种能防止因压力降低而给脱硫器带来不良影响的脱硫装置以及具有该脱硫装置的燃料电池系统。
[0027]为了达到上述目的，本发明的第3技术方案的脱硫装置的特征在于，其包括:脱硫器，其用于收容脱硫催化剂，该脱硫催化剂用于从要供给到重整器中的液体燃料中除去硫成分，该重整器用于生成含有氢的重整气体；液体燃料导入部件，其将液体燃料导入到脱硫器内；液体燃料导出部件，其将液体燃料从脱硫器内导出；温度测量部件，其用于测量脱硫器内的液体燃料的温度；压力测量部件，其用于测量脱硫器内的液体燃料的压力；控制部件，其用于控制液体燃料导入部件和液体燃料导出部件，控制部件对液体燃料导入部件和液体燃料导出部件进行控制，使得在由温度测量部件测量的温度为比通常运转时的温度低的规定温度以下的情况下，由压力测量部件测量的压力为作为正压的规定压力。
[0028]在该脱硫装置中，在由温度测量部件测量的温度、即脱硫器内的液体燃料的温度为比通常运转时的温度(例如200°C)低的规定温度(例如IO(TC)以下的情况下，通过利用控制部件控制液体燃料导入部件和液体燃料导出部件，使由压力测量部件测量的压力为作为正压(负压以上)的规定压力。因此，例如在停止运转时，即使随着液体燃料的温度的降低，压力降低了，由于作为正压的规定压力被保持，所以也能防止因压力降低引起的例如液体燃料气化、脱硫器的破损等这样的对脱硫器的不良影响。另外，所谓硫成分是包括硫和硫化物的意思。
[0029]在本发明的第3技术方案的脱硫装置中，优选控制部件进行如下控制:在使由压力测量部件测量的压力上升的情况下，增加由液体燃料导入部件导入的液体燃料的导入量，并且减少由液体燃料导出部件导出的液体燃料的导出量，在使由压力测量部件测量的压力降低的情况下，减少由液体燃料导入部件导入的液体燃料的导入量，并且增加由液体燃料导出部件导出的液体燃料的的导出量。采用该结构，能迅速且可靠地使由压力测量部件测量的压力、即脱硫器内的液体燃料的压力上升或降低。
[0030]而且，本发明的第3技术方案的燃料电池系统，包括:上述脱硫装置；使用利用脱硫装置除去了硫成分的液体燃料生成含有氢的重整气体的重整器；使用利用重整器生成的重整气体进行发电的燃料电池堆栈。
[0031]采用该燃料电池系统，具有上述脱硫装置，因此即使压力随着液体燃料的温度的降低而降低，也能防止因压力降低对脱硫器造成的不良影响。
[0032]采用本发明的第3技术方案，能防止因压力降低对脱硫器造成的不良影响。
[0033]本发明的第4技术方案
[0034]在燃料电池系统中，利用重整器生成含有氢的重整气体，利用燃料电池堆栈，使用该重整气体进行发电。在这样的燃料电池系统中，在作为重整原料的煤油等液体燃料被供给到重整器中的情况下，为了防止重整催化剂的老化，需要设置用于从液体燃料中除去硫成分的脱硫器。(例如，参照日本特开2004— 323285号公报)。
[0035]不过，由于沼气和氢气等气体与液体燃料一起从脱硫器排出，因此可能发生妨碍对重整器定量供给液体燃料等，对脱硫器的后段带来不良影响。
[0036]因此，本发明的第4技术方案是鉴于这样的情况做成的，目的在于提供一种能防止对后段的不良影响且能从液体燃料中可靠地除去硫成分的脱硫装置以及具有该脱硫装置的燃料电池系统。
[0037]为了达到上述目的，本发明的第4技术方案的脱硫装置的特征在于，其包括:脱硫器，其用于从要供给到重整器中的液体燃料中除去硫成分，该重整器用于生成含有氢的重整气体；气液分离容器，其用于储存从脱硫器排出的液体燃料和气体；液体燃料排出管线，其用于从气液分离容器排出液体燃料；气体排出管线，其用于从气液分离容器排出气体；开闭阀，其设在气体排出管线上，用于打开和关闭气体的流通；节流部件(抑制在气体的流通被打开时的脱硫器内的压力降低的节流部件)，其在开闭阀的下游侧设在气体排出管线上，用于妨碍气体的流通。
[0038]在该脱硫装置中，与液体燃料一起从脱硫器被排出的气体在气液分离容器中与液体燃料分离，经由气体排出管线从气液分离容器被排出。因此，能防止混入了气体的液体燃料被供给到脱硫装置的后段。并且，在气体排出管线上，在打开和关闭气体流通的开闭阀的下游侧设有妨碍气体流通的节流部件。因此，即使为了将气体经由气体排出管线从气液分离容器排出而利用开闭阀打开气体的流通，脱硫器内的压力的降低也会被节流部件抑制。因此，采用该脱硫装置，能防止对后段的不良影响且能从液体燃料中可靠地除去硫成分。另外，所谓硫成分是包括硫和硫化物的意思。
[0039]在本发明的第4技术方案的脱硫装置中，优选为，在开闭阀关闭气体的流通的情况下，在气液分离容器内的气体的量超过了规定量时，开闭阀分多次打开气体的流通。采用该结构，能更可靠地抑制为了将气体经由气体排出管线从气液分离容器排出而由开闭阀打开气体的流通时的脱硫器内的压力降低。
[0040]在本发明的第4技术方案的脱硫装置中，优选气体排出管线与对重整器的重整催化剂进行加热的燃烧器相连接。采用该结构，能有效地利用与液体燃料一起从脱硫器被排出的气体作为燃烧器的燃料。
[0041]而且，本发明的第4技术方案的燃料电池系统，包括:上述脱硫装置；使用利用脱硫装置除去了硫成分的液体燃料生成含有氢的重整气体的重整器；使用利用重整器生成的重整气体进行发电的燃料电池堆栈。
[0042]采用该燃料电池系统，具有上述脱硫装置，因此能防止对脱硫装置的后段的不良影响且能从液体燃料中可靠地除去硫成分。
[0043]采用本发明的第4技术方案，能防止对脱硫装置的后段不良影响，且能从液体燃料中可靠地除去硫成分。
[0044]本发明的第5技术方案
[0045]在燃料电池系统中，对液体燃料等进行重整而制造包含氢的重整气体，使该重整气体和包含氧的气体发生反应而发电。在使用煤油等包含硫成分的燃料作为投入到燃料电池系统中的原燃料的情况下，重整催化剂由于接触原燃料中的硫成分，因此发生硫中毒而使重整性能老化。因此，作为燃料电池系统，有时在重整反应之前从原燃料中除去硫成分。(例如，参照日本特开2004— 213941号公报)。
[0046]不过，在包含于原燃料中的硫浓度比较高的情况下，为了充分除去硫成分，考虑使脱硫器内的压力为比大气压高的压力来促进脱硫反应。不过，在使脱硫器内为高压的情况下，高压的液体燃料会从该脱硫器流入到后段的重整器内。这种情况下，难以控制高压的液体燃料的流量，重整性能降低，作为燃料电池系统的性能降低。而且，在使脱硫器内为高压时，后段的配管、反应容器、泵等设备产生耐久性的问题，这些设备需要与高压相适应，成本提闻。
[0047]因此，本发明的第5技术方案的目的在于提供一种即使在高压下进行脱硫的情况下，也能提高脱硫器的后段的·设备的耐久性、实现低成本且防止性能降低的燃料电池系统。
[0048]本发明的第5技术方案的燃料电池系统的特征在于，其包括:脱硫器，其用于在比大气压高的压力下从液体的原燃料中除去硫成分而生成液体燃料；储油槽，其设有与朝大气开放的排气孔，用于储存从脱硫器排出的液体燃料；输出泵，其将液体燃料从储油槽内送出；重整器，其被配置在输出泵的下游侧，对液体燃料进行重整而生成重整气体；燃料电池堆栈，其使用重整气体进行发电。
[0049]在本发明的第5技术方案的燃料电池系统中，储存液体燃料的储油槽被配置于在高压下进行脱硫反应的脱硫器和重整器之间，在该储油槽上设有与朝大气开放的排气孔。因此，在脱硫器内被脱硫了的高压的液体燃料流入到储油槽内时，包含于液体燃料中的气体与液体燃料分离而通过排气孔从储油槽内被排出。由于包含于液体燃料中的气体排出，因此在储油槽的下游侧，能增加液体燃料的流量控制的可靠性。因此，能可靠地控制流入到重整器内的液体燃料的流量，防止重整性能的降低。而且，由于高压状态的液体燃料不流入到储油槽的下游侧，因此不需要与高压相适应的设备，能提高储油槽的后段的设备的耐久性，能实现低成本。
[0050]在本发明的第5技术方案的燃料电池系统中，优选包括以恒压将原燃料加压输送入脱硫器内的恒压泵、被配置在脱硫器的下游侧且配置在储油槽的上游侧的毛细管。
[0051]在这种情况下，原燃料以恒压流入脱硫器内，自脱硫器的流出量被节流。因此，不使用高价的泵，就能使脱硫器内的压力高于大气压，并且能将原燃料(液体燃料)的流量保持得较低。一般认为也可以利用节流孔、针型阀等替代毛细管。不过，延长节流孔部分的流路存在极限，因此为了减小从脱硫器被排出的高压的液体燃料的流量而不得不使节流孔部分的直径极小。在此，在脱硫器中利用脱硫催化剂进行液体燃料的脱硫，但有时脱硫催化剂包含在利用脱硫器除去了硫成分的液体燃料中。因此，在利用了节流孔、针型阀等的情况下，从脱硫器流出的脱硫催化剂有时会堵塞节流孔部分的流路。相对于此，在本发明的燃料电池系统中，如上述那样使用了毛细管，因此能根据毛细管的长度，在一定程度上增大毛细管的内径。因此，极难发生由脱硫催化剂引起的堵塞的情况。
[0052]在本发明的第5技术方案的燃料电池系统中，优选包括:气液分离容器，其用于将从脱硫器排出的液体燃料和气体分离；液体燃料排出管线，其用于从气液分离容器排出液体燃料；气体排出管线，其用于从气液分离容器排出气体；开闭阀，其设置在气体排出管线上，用于打开和关闭气体的流通；节流部件，其设置在气体排出管线的开闭阀的下游侧，用于妨碍气体流通；流量计，其设置在液体燃料排出管线上，毛细管设置在液体燃料排出管线中的流量计的上游侧，储油槽在液体燃料排出管线上的流量计的下游侧与液体燃料排出管线相连结。
[0053]这种情况下，与液体燃料一起从脱硫器被排出的气体在气液分离容器与液体燃料分离，经由气体排出管线从气液分离容器被排出。在气体排出管线上，在打开和关闭气体的流通的开闭阀的下游侧设有妨碍气体流通的节流部件。因此，即使为了将气体经由气体排出管线从气液分离容器排出而由开闭阀打开气体的流通，脱硫器内的压力的降低也会被节流部件抑制。因此，通过将脱硫器内的压力保持在高压，能可靠地从原燃料中除去硫成分。另一方面，液体燃料经由液体燃料排出管线流入到储油槽内。由于在液体燃料排出管线上设有流量计，因此能稳定地测量与气体分离后的液体燃料的流量。
[0054]在本发明的第5技术方案的燃料电池系统中，优选包括:水位传感器，其用于测量储油槽内的液体燃料的 低水位和高水位；计时器，其用于测量水位传感器从检测到低水位到检测到高水位的时间；运算部件，其基于计时器的测量时间，算出液体燃料的流量。
[0055]这种情况下，利用计时器测量水位传感器从检测到低水位到检测到高水位的时间，运算部件基于计时器的测量时间算出液体燃料的流量，因此不需要另外设置流量计。由此，能谋求更低成本化。
[0056]在本发明的第5技术方案的燃料电池系统中，优选储油槽的下部作为用于蓄积与液体燃料一起从脱硫器流入的脱硫催化剂片的催化剂片储存部而发挥作用，储油槽内的液体燃料的流入口和流出口位于催化剂片储存部的上方。
[0057]这种情况下，能将与液体燃料一起从脱硫器流出的脱硫催化剂储存在储油槽内，使其不流入后段的重整器内。而且，由于储油槽内的液体燃料的流入口和流出口位于催化剂片储存部的上方，因此，利用液体燃料的流入和流出，能抑制储存在催化剂片储存部的催化剂飞扬、从储存槽流出而流入到重整器内。
[0058]在本发明的第5技术方案的燃料电池系统中，优选包括:油盘，其配置在储油槽的下方；溢流管，其一开口配置于储油槽内，另一开口配置在储油槽外且朝向下方、朝着油盘配置；泄漏传感器，其配置在油盘内。
[0059]在这种情况下，即使因某种原因而使液体燃料充满于储油槽内，液体燃料也会流过溢流管而流向油盘。并且，能利用被配置在油盘内的泄漏传感器检测出液体燃料流入到了油盘内。
[0060]在本发明的第5技术方案的燃料电池系统中，优选具有对重整器进行加热的燃烧器，将从排气孔流出的流出气体作为该燃烧器的燃烧用的燃料。
[0061]这种情况下，能防止从排气孔流出的流出气体流到燃料电池系统的周围。而且，使用流出气体作为燃烧器的燃料，因此能有助于节能。
[0062]采用本发明的第5技术方案的燃料电池系统，即使在高压下进行脱硫的情况下，也能提高脱硫器的后段的设备的耐久性，能实现低成本并且防止性能降低。
[0063]本发明的第6技术方案
[0064]在燃料电池系统中，将液体燃料等作为原燃料，在重整器中对该液体燃料等进行重整而制造包含氢的重整气体，使该重整气体和包含氧的气体反应而进行发电。
[0065]不过，在使用煤油等包含硫成分的燃料作为液体燃料的情况下，重整催化剂由于与存在于液体燃料中的的硫成分接触，因此重整催化剂会发生硫中毒，产生寿命缩短等性能的老化。因此，为了防止重整催化剂的老化，燃料电池系统一般具有从液体燃料中除去硫成分的脱硫器(例如，参照日本特开2004— 213941号公报)。
[0066]不过，为了体现脱硫催化剂的性能，优选使脱硫器内的温度为高温(例如，200°C左右)。另外，在这样地使脱硫器内为高温时，会产生气体(沼气和氢气等)，因此供给的液体燃料(煤油)的流量容易降低，或液体燃料(煤`油)气化而发生结碳(coking)(在脱硫催化剂的表面析出碳)，脱硫催化剂的耐久性容易降低，因此为了抑制这些，优选脱硫器内的压力为高压(例如，0.5MPa左右)。
[0067]不过，使脱硫器内处于高温高压的情况下，液体燃料的流量变大。因此，在需要以极低流量(例如，Ikff的燃料电池系统时为10g/min以下)输送液体燃料的小型的燃料电池系统中，存在如何将液体燃料的流量控制得较低的问题。此时，也想到利用低流量泵，但低流量泵价格非常高，不是现实的选择项。
[0068]因此，本发明的第6技术方案目的在于提供一种能简单且且以低成本实现以低流量输送液体燃料的燃料电池系统和重整系统。
[0069]本发明的第6技术方案的燃料电池系统的特征在于,其包括:泵，其用于输送液体燃料；脱硫器，其配置在泵的下游侧，用于从液体燃料中除去硫成分；毛细管，其配置在脱硫器的下游侧，供利用脱硫器除去了硫成分的液体燃料通过；重整器，其配置在毛细管的下游侧，使用利用脱硫器除去了硫成分的液体燃料生成含有氢的重整气体；燃料电池堆栈，其使用利用重整器生成的重整气体进行发电。
[0070]在本发明的第6技术方案的燃料电池系统中，在脱硫器的下游侧配置毛细管。因此，通过适当选择毛细管的内径和长度，不使用高价的泵，就能使脱硫器内的压力和液体燃料的流量为期望的大小。其结果，能简单且以低成本实现以低流量输送液体燃料。
[0071]不过，也想到利用节流孔、针型阀等来替代毛细管。不过，延长节流孔部分的流路存在极限，因此为了减小从脱硫器被排出的高压的液体燃料的流量，不得不使节流孔部分的直径极小。在此，在脱硫器中，利用脱硫催化剂进行液体燃料的脱硫，但有时脱硫催化剂包含于利用脱硫器除去了硫成分的液体燃料中。因此，在利用节流孔、针型阀等的情况下，有时从脱硫器流出的脱硫催化剂会堵塞节流孔部分的流路。[0072]不过，在本发明的第6技术方案的燃料电池系统中，如上述那样使用毛细管，因此根据毛细管的长度，能在一定程度上增大毛细管的内径。因此，极难发生由脱硫催化剂引起的堵塞。
[0073]优选泵是恒压泵。这样，容易管理脱硫器内的压力。
[0074]优选毛细管的内径是0.1mm~0.7mm。当毛细管的内径不足0.1mm时,存在容易发生由脱硫催化剂堵塞毛细管的倾向。当毛细管的内径超过0.7mm时，为了一边将脱硫器内维持为高压一边以低流量输送液体燃料，所需的毛细管的全长变长，存在难以小型化的倾向。
[0075]优选毛细管卷绕成螺旋状。这样，即使毛细管的全长变长的情况下，体积也不会很大。
[0076]另一方面，本发明的第6技术方案的重整系统的特征在于,其包括:泵，其用于输送液体燃料；脱硫器，其配置在泵的下游侧，用于从液体燃料中除去硫成分；毛细管，其配置在脱硫器的下游侧，供利用脱硫器除去了硫成分的液体燃料通过；重整器，其配置在毛细管的下游侧，使用利用脱硫器除去了硫成分的液体燃料生成含有氢的重整气体。
[0077]在本发明的第6技术方案的重整系统中，在脱硫器的下游侧配置毛细管。因此，通过适当选择毛细管的内径和长度，不使用高价的泵，就能使脱硫器内的压力和液体燃料的流量为期望的大小。其结果，能简便且以低成本实现以低流量输送液体燃料。
[0078]不过，也想到利用节流孔、针型阀等来替代毛细管。不过，延长节流孔部分的流路存在极限，因此为了减小从脱硫器排出的高压的液体燃料的流量，不得不使节流孔部分的直径极小。在此，在脱硫器中，利用脱硫催化剂进行液体燃料的脱硫，但有时脱硫催化剂包含于利用脱硫器除去了硫成分的液体燃料中。因此，在利用节流孔、针型阀等的情况下，有时从脱硫器流出的脱硫催化剂会堵塞节流孔部分的流路。
[0079]不过，在本发明的第6技术方案的燃料电池系统中，如上述那样使用毛细管，因此根据毛细管的长度，能在一定程度上增大毛细管的内径。因此，极难发生由脱硫催化剂引起的堵塞。
[0080]优选泵是恒压泵。这样，容易管理脱硫器内的压力。
[0081]优选毛细管的内径是0.1mm~0.7mm。当毛细管的内径不足0.1mm时,存在容易发生由脱硫催化剂堵塞毛细管的倾向。当毛细管的内径超过0.7mm时，为了一边将脱硫器内维持为高压一边以低流量输送液体燃料，所需的毛细管的全长变长，存在难以小型化的倾向。
[0082]优选毛细管卷绕成螺旋状。这样，即使毛细管的全长变长的情况下，体积也不会很大。
[0083]采用本发明的第6技术方案，能提供一种简便且以低成本实现以低流量输送液体燃料的燃料电池系统和重整系统。
【专利附图】

【附图说明】
[0084]图1是第I实施方式的燃料电池系统的一实施方式的构成图。
[0085]图2是图1的燃料电池系统所具有的脱硫装置的构成图。
[0086]图3是表示图2的脱硫装置的脱硫器内的液体燃料的温度和压力之间的关系的曲线图。
[0087]图4是表示图2的脱硫装置的启动工作的流程图。
[0088]图5是第2实施方式的燃料电池系统的实施方式的构成图。
[0089]图6是图5的燃料电池系统所具有的脱硫装置的构成图。
[0090]图7是表示图6的脱硫装置的运转状态和设定温度之间的关系的一个例子的图。
[0091]图8是表示图6的脱硫装置的工作的流程图。
[0092]图9是第3实施方式的燃料电池系统的一实施方式的构成图。[0093]图10是图9的燃料电池系统所具有的脱硫装置的构成图。
[0094]图11是表示图10的脱硫装置的运转停止时的温度和压力之间的关系的表。
[0095]图12是表示图10的脱硫装置的停止工作的流程图。
[0096]图13是第4实施方式的燃料电池系统的一实施方式的构成图。
[0097]图14是表示图13的燃料电池系统的浮动开关、电磁阀和脱硫器的压力的关系的曲线图。
[0098]图15是概略表不第5实施方式的燃料电池系统的图。
[0099]图16是表示第5实施方式的燃料电池系统所具有的储油槽的图。
[0100]图17是表示第5实施方式的燃料电池系统所具有的储油槽的图。
[0101]图18是概略表不第5实施方式的燃料电池系统的变形例的图。
[0102]图19是表示第5实施方式的燃料电池系统所具有的储油槽的变形例的图。
[0103]图20是表示在图19的变形例中，第5实施方式的燃料电池系统所具有的控制部的图。
[0104]图21是表示第5实施方式的燃料电池系统所具有的储油槽的变形例的图。
[0105]图22是概略表示第6实施方式的燃料电池系统的图。
[0106]图23是概略表不第6实施方式的燃料电池系统的另一例子的图。
【具体实施方式】
[0107]第I实施方式
[0108]下面参照图1~图4对第I实施方式的燃料电池系统I进行详细地说明。
[0109]图1是第I实施方式的燃料电池系统的一实施方式的构成图。如图1所示，燃料电池系统I包括:生成含有氢的重整气体的重整装置2 ;从要供给到重整装置2中的液体燃料中除去硫成分的脱硫装置3 ;使用由重整装置2生成的重整气体进行发电的燃料电池堆栈4。燃料电池系统I例如用作家庭用的电源，从能容易获得而且能独立储存这方面出发，使用煤油作为液体燃料。
[0110]重整装置2包括:对液体燃料进行水蒸气重整而生成重整气体的重整器5 ;对收容在重整器5内的重整催化剂进行加热的燃烧器6。燃烧器6通过加热用于促进水蒸气重整反应的重整催化剂，将使催化反应有效地发挥所需的热供给于重整催化剂。在重整器5中，从脱硫装置3导入的液体燃料气化而成为原料气体，利用重整催化剂促进原料气体和水蒸气(水)之间的水蒸气重整反应,生成富氢(hydrogen rich)的重整气体。
[0111]燃料电池堆栈4是多个电池单体堆积而构成的固体高分子型燃料电池堆栈，使用在重整装置2中得到的重整气体进行发电。各电池单体具有阳极、阴极和配置在阳极与阴极之间的作为电解质的高分子离子交换膜。在各电池单体中，重整气体被导入到阳极并且空气被导入到阴极，进行电化学发电反应。
[0112]图2是图1的燃料电池系统所具有的脱硫装置的构成图。如图2所示，脱硫装置3具有收容脱硫催化剂7a的脱硫器7，该脱硫催化剂7a用于从要供给到重整器5中的液体燃料中除去硫成分。脱硫催化剂7a由加热器(加热部件)8加热到规定温度。在脱硫器7的上游侧设有调节向脱硫器7内导入液体燃料的导入量的入口阀(液体燃料导入部件)9。并且，在入口阀9的上游侧设有将液体燃料加压输送到脱硫器7内的泵(液体燃料导入部件)11。另一方面，在脱硫器7的下游侧设有调节来自脱硫器7内的液体燃料的导出量的出口阀(液体燃料导出部件)12。
[0113]而且，在脱硫器7上设有测量脱硫器7内的液体燃料的温度的温度计(温度测量部件)13。并且，在脱硫器7和入口阀9之间还设有测量脱硫器7内的液体燃料的压力的压力计(压力测量部件)14。控制部(控制部件)15基于由温度计13测量的温度和由压力计14测量的压力，对加热器8、入口阀9、泵11和出口阀12进行控制。
[0114]如图1所示，脱硫装置3与供被除去了硫成分的液体燃料流通的液体燃料流通管线16的一端相连接，液体燃料流通管线16的另一端与配置在脱硫装置3上方的储存容器19的侧壁相连接。储存容器19的底壁与液体燃料流通管线23、液体燃料流通管线25相连接，在该液体燃料流通管线23上设有用于将储存在储存容器19内的下方的液体燃料导入到重整器5中的泵22，在该液体燃料流通管线25上设有用于将该液体燃料导入到燃烧器6中的泵24。另外，燃烧器6与设有用于将空气导入燃烧器6中的泵26的空气流通管线27相连接。这样，通过将液体燃料暂时储存在储存容器19中，能使泵22对重整器5的液体燃料的供给和泵24对燃烧器6的液体燃料的供给稳定化。
[0115]在如上述那样构成的燃料电池系统I中，液体燃料首先被导入到脱硫装置3的脱硫器7中，在高温、高压的状态下，利用脱硫催化剂7a除去硫成分。从脱硫器7被导出的液体燃料经由液体燃料流通管线1·6被储存到储存容器19中。被储存到储存容器19中的液体燃料经由液体燃料流通管线23被导入到重整器5中。此时，液体燃料经由液体燃料流通管线25被导入到燃烧器6中，并且空气经由空气流通管线27被导入到燃烧器6中。由此，在重整器5中，重整催化剂被进行燃烧的燃烧器6加热，使用液体燃料而生成重整气体。在重整器5中生成的重整气体被导入到燃料电池堆栈4中，在燃料电池堆栈4中，使用重整气体进行发电。
[0116]接着，说明脱硫装置3的工作。图3是表示图2的脱硫装置的脱硫器内的液体燃料的温度和压力之间的关系的曲线图，图4是表示图2的脱硫装置的启动工作的流程图。
[0117]如图3所示，控制部15将脱硫器7内的液体燃料的各温度时的、脱硫器7内的液体燃料的压力的目标值作为数据表进行存储。该压力的目标值被设定为各温度时的液体燃料的饱和蒸气压以上且为脱硫器7的耐压以下。也就是说，根据脱硫器7内的液体燃料的温度，只要将脱硫器7内的液体燃料的压力维持为目标值，就能防止液体燃料的气化。
[0118]如图4所示，脱硫装置3的启动工作开始时，控制部15对由温度计13测量的温度、即脱硫器7内的液体燃料的温度是否比A高进行判断(步骤S11)。其结果为脱硫器7内的液体燃料的温度比A低的情况下，为了加热脱硫器7内的脱硫催化剂7a，控制部15使加热器8工作(步骤S12)，返回到步骤Sll的判断处理。[0119]步骤Sll的判断处理的结果为脱硫器7内的液体燃料的温度比A高的情况下，控制部15对由压力计14测量的压力、即脱硫器7内的液体燃料的压力是否比X高进行判断(步骤S13)。其结果为脱硫器7内的液体燃料的压力比X低的情况下，为了将液体燃料导入到脱硫器7内，控制部15使泵11工作并且打开入口阀9(步骤S14)，还使加热器8停止(步骤S15)，返回到步骤S13的判断处理。
[0120]步骤S13的判断处理结果为脱硫器7内的液体燃料的压力比X高的情况下，控制部15使泵11停止并且关闭入口阀9 (步骤S16)。然后，控制部15对由温度计13测量的温度、即脱硫器7内的液体燃料的温度是否比B(>A)高进行判断(步骤S17)。其结果为脱硫器7内的液体燃料的温度比B低的情况下，为了加热脱硫器7内的脱硫催化剂7a，控制部15使加热器8工作(步骤S18)，返回到步骤S17的判断处理。
[0121]步骤S17的判断处理结果为脱硫器7内的液体燃料的温度比B高的情况下，控制部15对由压力计14测量的压力、即脱硫器7内的液体燃料的压力是否比Y(>X)高进行判断(步骤S19)。其结果为脱硫器7内的液体燃料压力比Y低的情况下，为了将液体燃料导入到脱硫器7内，控制部15使泵11工作并且打开入口阀9 (步骤S20)，还使加热器8停止(步骤S21)，返回到步骤S19的判断处理。
[0122]步骤S19的判断处理结果为脱硫器7内的液体燃料的压力比Y高的情况下，控制部15使泵11停止并且关闭入口阀9 (步骤S22)。然后，控制部15对由温度计13测量的温度、即脱硫器7内的液体燃料的温度是否比C(>B)高进行判断(步骤S23)。其结果为脱硫器7内的液体燃料的温度比C低的情况下，为了加热脱硫器7内的脱硫催化剂7a，控制部15使加热器8工作(步骤S24)，返回到步骤S23的判断处理。
[0123]步骤S23的判断处理结果为脱硫器7内的液体燃料的温度比C高的情况下，控制部15对由压力计14测量的压力、即 脱硫器7内的液体燃料压力是否比Z (>Υ)高进行判断(步骤S25)。其结果为脱硫器7内的液体燃料的压力比Z低的情况下，为了将液体燃料导入到脱硫器7内，控制部15使泵11工作并且打开入口阀9(步骤S26)，还使加热器8停止(步骤S27)，返回到步骤S25的判断处理。
[0124]步骤S25的判断处理结果为脱硫器7内的液体燃料的压力比Z高的情况下，控制部15使泵11停止并且关闭入口阀9 (步骤S28)。然后，控制部15对由温度计13测量的温度、即脱硫器7内的液体燃料的温度是否比D(>C)高进行判断(步骤S29)。其结果为脱硫器7内的液体燃料的温度比D低的情况下，为了加热脱硫器7内的脱硫催化剂7a，控制部15使加热器8工作(步骤S30)，返回到步骤S29的判断处理。
[0125]步骤S29的判断处理结果为脱硫器7内的液体燃料的温度比D高的情况下，在该温度下进行脱硫，为了将被除去了硫成分的液体燃料供给到重整装置2中，使泵11工作并打开入口阀9和出口阀12，脱硫装置3的启动工作结束。
[0126]如上说明的那样，在燃料电池系统I的脱硫装置3中，控制部15对加热器8，入口阀9、泵11和出口阀12进行控制，使得由温度计13测量的温度、即脱硫器7内的液体燃料的温度为规定温度，由压力计14测量的压力、即脱硫器7内的液体燃料的压力为规定温度下的液体燃料的饱和蒸气压以上且为脱硫器的耐压以下的规定压力(即目标值)。这不仅在脱硫装置3的启动工作时，在脱硫装置3的稳定工作时和停止工作时也同样。因此，即使使脱硫器7内的液体燃料的温度上升，也能防止液体燃料气化，其结果，能实现高效率的脱硫和抑制脱硫催化剂7a的老化。[0127]在使由压力计14测量的压力上升的情况下，控制部15使泵11工作并打开入口阀9而使液体燃料的导入量增加，并且关闭出口阀12而使液体燃料的导出量减少。另一方面，在使由压力计14测量的压力降低的情况下，控制部15使泵11停止并关闭入口阀9而使液体燃料的导入量减少，并且打开出口阀12使液体燃料的导出量增加。由此，能迅速且可靠地使由压力计14测量的压力、即脱硫器7内的液体燃料的压力上升或降低。而且，所谓“关闭入口阀9 (或出口阀12)”不仅是指完全关闭而流量为O的情况，也包括未完全关闭而流量减少的情况。[0128]本发明的第I技术方案不限定于上述实施方式。[0129]例如，燃料电池堆栈4不限于固体高分子型燃料电池堆栈，也可以是固体氧化物型燃料电池堆栈等。[0130]而且，重整器5不限于进行水蒸气重整的重整器，也可以是进行部分氧化重整、自身热重整的重整器。重整器5的重整方法是基于煤油之外、还根据汽油、石脑油、轻油、甲醇、乙醇、DME (二甲醚)、利用生物物质的生物燃料等液体燃料的特性的重整方法。[0131]第2实施方式[0132]下面参照图5~图8对第2实施方式的燃料电池系统I进行详细地说明。[0133]图5是第2实施方式的燃料电池系统I的一实施方式的构成图。如图5所示，燃料电池系统I包括:生成含有氢的重整气体的重整装置2 ;从要供给到重整装置2中的液体燃料中除去硫成分的脱硫装置3 ;使用由重整装置2生成的重整气体进行发电的燃料电池堆栈4。燃料电池系统I例如用作家庭用的电源，从能容易获得且能独立储存这方面出发，使用煤油作为液体燃料。[0134]重整装置2具有对液体燃料进行水蒸气重整而生成重整气体的重整器5和对收容在重整器5内的重整催化剂进行加热的燃烧器6。燃烧器6通过加热用于促进水蒸气重整反应的重整催化剂，将使催化反应有效地发挥所需的热供给于重整催化剂。在重整器5中，从脱硫装置3导入的液体燃料气化而成为原料气体，利用重整催化剂促进原料气体和水蒸气(水)之间的水蒸气重整反应，生成富氢的重整气体。[0135]燃料电池堆栈4是多个电池单体堆积而构成的固体高分子型燃料电池堆栈，使用在重整装置2得到的重整气体进行发电。各电池单体具有阳极、阴极和配置在阳极与阴极之间的作为电解质的高分子离子交换膜。在各电池单体中，重整气体被导入到阳极并且空气被导入到阴极，进行电化学的发电反应。[0136]图6是图5的燃料电池系统所具有的脱硫装置的构成图。如图6所示，脱硫装置3具有收容脱硫催化剂7a的脱硫器7，该脱硫催化剂7a用于从要供给到重整器5中的液体燃料中除去硫成分。脱硫催化剂7a由加热器(加热部件)8加热到规定温度。在脱硫器7的上游侧设有调节向脱硫器7内导入液体燃料的导入量的入口阀(液体燃料导入部件)9。并且，在入口阀9的上游侧设有将液体燃料加压输送到脱硫器7内的泵(液体燃料导入部件)11。另一方面，在脱硫器7的下游侧设有调节来自脱硫器7内的液体燃料的导出量的出口阀(液体燃料导出部件)12。[0137]而且，在脱硫器7上设有测量脱硫器7内的液体燃料的温度的温度计(温度测量部件)13。并且，在脱硫器7和入口阀9之间设有测量脱硫器7内的液体燃料的压力的压力计(压力测量部件)14。在规定的信号被输出时，控制部(控制部件)15基于该信号对加热器8、入口阀9、泵11和出口阀12进行控制。另外，所谓规定信号是启动信号、停止信号、暂停信号、重新开始运转信号。
[0138]如图5所示，脱硫装置3与供被除去了硫成分的液体燃料流通的液体燃料流通管线16的一端相连接，液体燃料流通管线16的另一端与配置在脱硫装置3上方的储存容器19的侧壁相连接。储存容器19中设有测量储存量的液面计(leveller)(储存量测量部件)20。液面计20在储存容器19中的储存量达到第I储存量时，向控制部15输出暂停信号，在储存容器19中的储存量减少到比第I储存量低位的第2储存量时，向控制部15输出重新开始运转信号。
[0139]而且，储存容器19的底壁与液体燃料流通管线23、液体燃料流通管线25相连接，该液体燃料流通管线23上设有用于将储存在储存容器19内的下方的液体燃料导入到重整器5中的泵22，该液体燃料流通管线25上设有用于将该液体燃料导入到燃烧器6中的泵24。另外，燃烧器6与设有用于将空气导入到燃烧器6中的泵26的空气流通管线27相连接。这样，通过将液体燃料暂时储存在储存容器19中，能使泵22对重整器5的液体燃料的供给和泵24对燃烧器6的液体燃料的供给稳定化。
[0140]在如上述那样构成的燃料电池系统I中，液体燃料首先被导入到脱硫装置3的脱硫器7中，在高温、高压的状态下，利用脱硫催化剂7a除去硫成分。从脱硫器7被导出的液体燃料经由液体燃料流通管线16被储存到储存容器19中。被储存到储存容器19中的液体燃料经由液体燃料流通管线23被导入到重整器5中。此时，液体燃料经由液体燃料流通管线25被导入到燃烧器6中，并且空气经由空气流通管线27被导入到燃烧器6中。由此，在重整器5中，重整催化剂被进行燃烧的燃烧器6加热，使用液体燃料而生成重整气体。在重整器5中生成的重整气体被导入到燃料电池堆栈4中，在燃料电池堆栈4中，使用重整气体进行发电。
[0141]接着，说明脱硫装置3的工作。图7是表示图6的脱硫装置的运转状态和设定温度之间的关系的一个例子的图，图8是表示图6的脱硫装置的工作的流程图。
[0142]如图7所示，控制部15将各运转状态的脱硫器7内的温度的目标值作为数据表进行存储。温度的目标值:例如在通常运转时是190°C~210°C (能促进脱硫催化剂7a的催化反应的规定脱硫温度:温度A)，暂停时是180°C~190°C (温度B)。暂停时的温度B (规定温度)被设定得比停止时的温度(5°C~35°C)高而且比通常运转时的温度A低。 [0143]如图8所示，在脱硫装置3启动的通常运转时，控制部15对是否自液面计20输入了暂停信号进行判断(步骤S11)。其结果为输入了暂停信号的情况下，为了停止向脱硫器7内导入液体燃料，控制部15使泵11停止并关闭入口阀9和出口阀12 (步骤S12)。然后，控制部15控制加热器8，使得脱硫器7内的液体燃料的温度成为温度B (步骤S13)。
[0144]步骤S13的处理后，控制部15对是否自液面计20输入了重新开始运转信号进行判断(步骤S14)。其结果为输入了重新开始运转信号的情况下，控制部15控制加热器8，使得脱硫器7内的液体燃料的温度成为温度A (步骤S15)。然后，以温度A进行脱硫，为了将被除去了硫成分的液体燃料再供给到重整装置2中，使泵11工作并且打开入口阀9和出口阀12 (步骤S16)，返回到步骤Sll的判断处理。另一方面，在步骤S17中，在未输入有重新开始运转信号的情况下，反复该处理直到输入有重新开始运转信号。[0145]另一方面，步骤Sll的判断处理结果为未输入有暂停信号的情况下，控制部15对是否输入有停止信号进行判断(步骤S17)。其结果为输入有停止信号的情况下，控制部15使泵11停止并关闭入口阀9和出口阀12 (步骤S18)，还使加热器8停止(步骤S19)，脱硫装置3的运转结束。另一方面，在未输入有停止信号的情况下，返回到步骤Sll的判断处理。而且，通过按下用于使脱硫装置3的工作停止的例如按钮而将停止信号输入到控制部15中。
[0146]如上说明的那样，在燃料电池系统I的脱硫装置3中，在自液面计20输入了暂停信号的情况下，控制部15对入口阀9、泵11和出口阀12进行控制，使得停止从脱硫器7内向储存容器19供给液体燃料。此时，控制部15控制加热器8，使得由温度计13测量的温度、即脱硫器7内的液体燃料的温度被保持在比常温高且比通常运转时的温度A低的规定温度B (即目标值)。由此，与使脱硫装置3停止而使温度降低到常温的情况相比，加热到通常运转时的温度A、即规定脱硫温度的时间被缩短，因此能谋求缩短直到再启动的时间。
[0147]而且，如图7所示，通过使暂停时的温度B为比通常运转时的温度A低的温度，能谋求减少能量消耗。并且，通过在暂停时不使温度B降低到常温，能防止由与通常运转时的温差引起的脱硫催化剂7a的老化。
[0148]而且，具有暂时储存液体燃料的储存容器19，在储存容器19的储存量达到第I储存量的情况下，液面计20向控制部15输出暂停信号。另一方面，储存容器19的储存量减少为比第I储存量低位的第2储存量的情况下，液面计20向控制部15输出重新开始运转信号。由此，能防止例如储存量超量导致的储存容器19的破损等。而且，在减少到比第I储存量低位的第2储存量的情况下，输出重新开始运转信号，脱硫装置3的工作重新开始，因此能谋求作业的效率化。
[0149]本发明的第2技 术方案不限于上述实施方式。
[0150]例如，在输入有暂停信号的情况下，也可以不关闭入口阀9和出口阀12这两个，而只关闭入口阀9。
[0151]而且，暂停信号和重新开始运转信号也可以不从液面计20输入，例如通过押下按钮来输入。
[0152]而且，燃料电池堆栈4不限于固体高分子型燃料电池堆栈，也可以是固体氧化物型燃料电池堆栈等。
[0153]而且，重整器5不限于进行水蒸气重整的重整器，也可以是进行部分氧化重整、自身热重整的重整器。重整器5的重整方法是基于煤油之外、还根据汽油、石脑油、轻油、甲醇、乙醇、DME (二甲醚)、利用生物物质的生物燃料等液体燃料的特性的重整方法。
[0154]第3实施方式
[0155]下面参照图9~图12对第3实施方式的燃料电池系统I进行详细地说明。
[0156]图9是第3实施方式的燃料电池系统的一实施方式的构成图。如图9所示，燃料电池系统I包括:生成含有氢的重整气体的重整装置2 ;从要供给到重整装置2中的液体燃料中除去硫成分的脱硫装置3 ;使用由重整装置2生成的重整气体进行发电的燃料电池堆栈4。燃料电池系统I例如用作家庭用的电源，从能容易获得且能独立储存这方面出发，使用煤油作为液体燃料。
[0157]重整装置2具有对液体燃料进行水蒸气重整而生成重整气体的重整器5和对收容在重整器5内的重整催化剂进行加热的燃烧器6。燃烧器6通过加热用于促进水蒸气重整反应的重整催化剂，将使催化反应有效地发挥所需的热供给于重整催化剂。在重整器5中，从脱硫装置3导入的液体燃料气化而成为原料气体，利用重整催化剂促进原料气体和水蒸气(水)之间的水蒸气重整反应，生成富氢的重整气体。
[0158]燃料电池堆栈4是多个电池单体堆积而构成的固体高分子型燃料电池堆栈，使用在重整装置2得到的重整气体进行发电。各电池单体具有阳极、阴极和配置在阳极与阴极之间的作为电解质的高分子离子交换膜。在各电池单体中，重整气体被导入到阳极并且空气被导入到阴极，进行电化学的发电反应。
[0159]图10是图9的燃料电池系统所具有的脱硫装置的构成图。如图10所示，脱硫装置3具有收容脱硫催化剂7a的脱硫器7，该脱硫催化剂7a用于从要供给到重整器5中的液体燃料中除去硫成分。脱硫催化剂7a由加热器(加热部件)8加热到规定温度。在脱硫器7的上游侧设有调节向脱硫器7内导入液体燃料的导入量的入口阀(液体燃料导入部件)9。并且，在入口阀9的上游侧设有将液体燃料加压输送到脱硫器7内的泵(液体燃料导入部件)11。另一方面，在脱硫器7的下游侧设有调节来自脱硫器7内的液体燃料的导出量的出口阀(液体燃料导出部件)12。
[0160]在脱硫器7上设有测量脱硫器7内的液体燃料的温度的温度计(温度测量部件)13。并且，在脱硫器7和入口阀9之间设有测量脱硫器7内的液体燃料的压力的压力计(压力测量部件)14。控制部(控制部件)15基于由温度计13测量的温度和由压力计14测量的压力，对加热器8、入口阀9、泵11和出口阀12进行控制。
[0161]如图9所示，脱硫装置3与供被除去了硫成分的液体燃料流通的液体燃料流通管线16的一端相连接，液体燃料流通管线16的另一端与配置在脱硫装置3上方的储存容器19的侧壁相连接。储存容器19的底壁与液体燃料流通管线23、液体燃料流通管线25相连接，该液体燃料流通管线23上设有用于将储存在储存容器19内的下方的液体燃料导入到重整器5中的泵22，该液体燃料流通管线25上设有用于将该液体燃料导入到燃烧器6中的泵24。另外，燃烧器6与设有用于将空气导入燃烧器6中的泵26的空气流通管线27相连接。这样，通过将液体燃料暂时储存在储存容器19中，能使泵22对重整器5的液体燃料的供给和泵24对燃烧器6的液体燃料的供给稳定化。
[0162]在如上述那样构成的燃料电池系统I中，液体燃料首先被导入到脱硫装置3的脱硫器7中，在高温、高压的状态下，利用脱硫催化剂7a除去硫成分。从脱硫器7被导出的液体燃料经由液体燃料流通管线16被储存到储存容器19中。被储存到储存容器19中的液体燃料经由液体燃料流通管线23被导入到重整器5中。此时，液体燃料经由液体燃料流通管线25被导入到燃烧器6中，并且空气经由空气流通管线27被导入到燃烧器6中。由此，在重整器5中，重整催化剂被进行燃烧的燃烧器6加热，使用液体燃料而生成重整气体。在重整器5中生成的重整气体被导入到燃料电池堆栈4中，在燃料电池堆栈4中，使用重整气体进行发电。
[0163]接着，说明脱硫装置3的工作。图11是表示图10的脱硫装置的停止运转时的温度和压力之间的关系的图表，图12是表示图10的脱硫装置的工作的流程图。
[0164]如图11所示，控制部15将停止时的各温度范围的脱硫器7内的压力下限值(目标值)作为数据表进行存储。压力的下限值:例如在150°C以上时为200kPa，在100°C~150°C时为lOOkPa。而且，例如在100°C以下时为5kPa。比通常运转时的温度低的100°C (规定温度)以下的压力被设定为作为正压(负压以上)的规定压力。
[0165]如图12所示，脱硫装置3的停止工作开始时，为了停止将液体燃料导入到脱硫器7内，控制部15使泵11停止并关闭入口阀9和出口阀12 (步骤S11)，还使加热器8停止(步骤 S12)。
[0166]步骤S12的处理后，控制部15对由压力计14所测量的压力、即脱硫器7内的液体燃料的压力是否比压力A (例如5kPa)高进行判断(步骤S13)。其结果为脱硫器7内的液体燃料的压力比压力A高的情况下，返回到步骤S13的判断处理。另一方面，在脱硫器7内的液体燃料的压力比压力A低的情况下，为了将液体燃料导入到脱硫器7内，控制部15使泵11工作并打开入口阀9 (步骤S14)。
[0167]步骤S14的处理后，控制部15对由压力计14测量的压力、即脱硫器7内的液体燃料的压力是否比压力B (例如40kPa)高进行判断(步骤S15)。其结果为脱硫器7内的液体燃料的压力比压力B高的情况下，为了停止将液体燃料导入到脱硫器7内，控制部15使泵11停止并关闭入口阀9 (步骤S16)，返回到步骤S13的判断处理。另一方面，在脱硫器7内的液体燃料压力比压力B高的情况下，返回到步骤S15的判断处理。
[0168]如上说明的那样，在燃料电池系统I的脱硫装置3中，在由温度计13测量的温度、即脱硫器7内的液体燃料的温度为比通常运转时的温度低的规定温度以下的情况下，控制部15对入口阀9、泵11和出口阀12进行控制，使得由压力计14测量的压力、即脱硫器7内的液体燃料的压力为作为正压的规定压力。因此，例如在停止运转时，即使压力随着液体燃料的温度的降低而降低，由于作为正压的规定压力被保持，因此能防止由压力降低引起的例如液体燃料的气化、脱硫器7的破损等这样的对脱硫器7的不良影响。
[0169]在使由压力计14测量的压力上升的情况下，控制部15使泵11工作并打开入口阀9而使液体燃料的导入量增加，并且关闭出口阀12而使液体燃料的导出量减少。另一方面，在使由压力计14测量的压力降低的情况下，控制部15使泵11停止并关闭入口阀9而使液体燃料的导入量减少，并且打开出口阀12而使液体燃料的导出量增加。由此，能迅速且可靠地使由压力计14测量的压力、即脱硫器7内的液体燃料的压力上升或降低。而且，所谓“关闭入口阀9 (或出口阀12)”不仅是指完全关闭而流量为O的情况，也包括未完全关闭而流量减少的情况。
[0170]本发明的第3技术方案不限定于上述实施方式。
[0171]例如，燃料电池堆栈4不限于固体高分子型燃料电池堆栈，也可以是固体氧化物型燃料电池堆栈等。
[0172]而且，重整器5不限于水蒸气重整的重整器，也可以是部分氧化重整、自身热重整的重整器。重整器5的重整方法是基于煤油之外、还根据汽油、石脑油、轻油、甲醇、乙醇、DME (二甲醚)、利用生物物质的生物燃料等液体燃料的特性的重整方法。
[0173]第4实施方式
[0174]下面参照图13和图14对第4实施方式的燃料电池系统I进行详细地说明。
[0175]图13是第4实施方式的燃料电池系统的实施方式的构成图。如图13所示，燃料电池系统I包括:生成含有氢的重整气体的重整装置2 ;从要供给到重整装置2中的液体燃料中除去硫成分的脱硫装置3 ;使用由重整装置2生成的重整气体进行发电的燃料电池堆栈4。燃料电池系统I例如用作家庭用的电源，从能容易获得且能独立储存这方面出发，使用煤油作为液体燃料。
[0176]重整装置2具有对液体燃料进行水蒸气重整而生成重整气体的重整器5和对收容在重整器5内的重整催化剂进行加热的燃烧器6。燃烧器6通过加热用于促进水蒸气重整反应的重整催化剂，将使催化反应有效地发挥所需的热供给于重整催化剂。在重整器5中，从脱硫装置3导入的液体燃料气化而成为原料气体，利用重整催化剂促进原料气体和水蒸气(水)之间的水蒸气重整反应，生成富氢的重整气体。
[0177]燃料电池堆栈4是多个电池单体堆积而构成的固体高分子型燃料电池堆栈，使用在重整装置2得到的重整气体进行发电。各电池单体具有阳极、阴极和配置在阳极与阴极之间的作为电解质的高分子离子交换膜。在各电池单体中，重整气体被导入到阳极并且空气被导入到阴极，进行电化学的发电反应。
[0178]脱硫装置3包括:从由泵7导入的液体燃料中除去硫成分的脱硫器8 ;储存从脱硫器8排出的液体燃料和气体(沼气和氢气等)的气液分离容器9。为了检测气体的量而在气液分离容器9内设有检测液体燃料的液面的浮动开关11。气液分离容器9被配置在脱硫器8的上方，供液体燃料和气体流通的液体燃料、气体流通管线12的一端与脱硫器8的底壁相连接，另一端与气液分离容器9的底壁相连接。由此，能可靠地将从脱硫器8排出的气体导入到气液分离容器9内。
[0179]气液分离容器9的顶壁与气体排出管线13的一端相连接，该气体排出管线13用于将储存在气液分离容器9内的上方的气体从气液分离容器9排出。气体排出管线13的另一端与用于对重整器5的重整催化剂进行加热的燃烧器6相连接。在气体排出管线13上设有打开和关闭气体的流通的电磁阀(开闭阀)14。电磁阀14与气液分离容器9协同工作，构成用于从液体燃料中除去气体的除气器(degasser)D。并且，在气体排出管线13的电磁阀14的下游侧设有妨碍气体流通的毛细管(节流部件)15。而且，气体排出管线13的毛细管15的下游侧与设有用于将·空气导入到燃烧器6中的泵16的空气流通管线17相连接。
[0180]另一方面，气液分离容器9的底壁与液体燃料排出管线18的一端相连接，该液体燃料排出管线18用于将储存在气液分离容器9内的下方的液体燃料从气液分离容器9排出。液体燃料排出管线18的另一端与配置在气液分离容器9的上方的储存容器19的侧壁相连接。在液体燃料排出管线18上设有妨碍液体燃料流通的毛细管21。
[0181]储存容器19的底壁与液体燃料流通管线23、液体燃料流通管线25相连接，在该液体燃料流通管线23上设有用于将储存在储存容器19内的下方的液体燃料导入到重整器5中的泵22，在该液体燃料流通管线25上设有用于将该液体燃料导入到燃烧器6中的泵24。这样，通过将液体燃料暂时储存在储存容器19中，能使泵22对重整器5的液体燃料的供给和泵24对燃烧器6的液体燃料的供给稳定化。
[0182]在如上所述那样构成的燃料电池系统I中，液体燃料首先被导入到脱硫器8中，在脱硫器8中，在高温、高压的状态下利用脱硫催化剂从液体燃料中除去硫成分。从脱硫器8排出的液体燃料和气体被储存于气液分离容器9中，液体燃料经由液体燃料排出管线18、储存容器19和液体燃料流通管线23被导入到重整器5中。此时，液体燃料经由液体燃料排出管线18、储存容器19和液体燃料流通管线25被导入到燃烧器中，并且空气经由空气流通管线17被导入到燃烧器6中。由此，在重整器5中，由燃烧的燃烧器6加热重整催化剂，使用液体燃料而生成重整气体。在重整器5中生成的重整气体被导入到燃料电池堆栈4中，在燃料电池堆栈4中，使用重整气体进行发电。
[0183]另一方面，被储存在气液分离容器9中的气体经由气体排出管线13被导入到燃烧器6中，与液体燃料一起用作燃烧器6的燃料。这样，能将与液体燃料一起从脱硫器8排出的气体有效地用作燃烧器6的燃料。另外，在电磁阀14关闭气体的流通的情况下，在由浮动开关11检测的气液分离容器9内的气体的量超过了规定量时，电磁阀14分多次打开气体的流通。 [0184]如以上说明的那样，在燃料电池系统I的脱硫装置3中，与液体燃料一起从脱硫器8排出的气体在气液分离容器9中与液体燃料分离，经由气体排出管线13从气液分离容器9被排出。因此，能防止混入了气体的液体燃料被供给到脱硫装置3的后段(例如，泵22、24和重整器5等)。并且，在气体排出管线13上，在打开和关闭气体的流通的电磁阀14的下游侧设有妨碍气体流通的毛细管15。因此，即使为了将气体经由气体排出管线13从气液分离容器9排出而由电磁阀14打开气体的流通，脱硫器8内的压力的降低也会被毛细管15抑制，而被保持在高压的状态。因此，采用燃料电池系统I的脱硫装置3，能防止对后段的不良影响，并能可靠地从液体燃料中除去硫成分。
[0185]而且，利用设置在液体燃料排出管线18上的毛细管21，脱硫器8内的压力降低也被抑制而被保持在高压的状态。也就是说，由于脱硫器8内的压力被毛细管15、21维持为恒定，因此，泵7能使用恒压泵。
[0186]而且，在电磁阀14关闭气体的流通的情况下，在由浮动开关11检测的气液分离容器9内的气体的量超过了规定量时，电磁阀14分多次打开气体的流通。由此，能更可靠地抑制为了将气体经由气体排出管线13从气液分离容器9排出而由电磁阀14打开气体的流通时的脱硫器8内的压力降低。
[0187]图14是表示图13的燃料电池系统中的浮动开关、电磁阀和脱硫器的压力的关系的曲线图。如图14所示，浮动开关11处于ON期间，即，气液分离容器9内的气体的量超过规定量期间(在此为15秒钟)，以规定间隔(在此为5秒间隔)多次(在此为3次)短时间(在此为200m秒钟)打开电磁阀14。由此，脱硫器8的入口和出口的压力只产生稍微的压力降低(在此为10~20kPa的压力降低)，而被维持为高压。
[0188]本发明的第4技术方案不限于上述实施方式。
[0189]例如，燃料电池堆栈4不限于固体高分子型燃料电池堆栈，也可以是固体氧化物型燃料电池堆栈等。
[0190]而且，重整器5不限于水蒸气重整的重整器，也可以是部分氧化重整、自身热重整的重整器。重整器5的重整方法是基于煤油之外、还根据汽油、石脑油、轻油、甲醇、乙醇、DME (二甲醚)、利用生物物质的生物燃料等液体燃料的特性的重整方法。
[0191]而且，气体排出管线13上的妨碍气体流通的节流部件、液体燃料排出管线18上的妨碍液体燃料流通的节流部件不限于毛细管15、21，也可以利用节流孔、针型阀等。
[0192]第5实施方式
[0193]下面参照图15~图21对第5实施方式的燃料电池系统I进行详细地说明。
[0194]如图15所示，燃料电池系统I包括:从供给的原燃料中除去硫成分的脱硫装置2 ；对由脱硫装置2除去了硫成分的液体燃料进行重整而生成重整气体的重整装置3 ;使用由重整装置3生成的重整气体进行发电的燃料电池堆栈4。燃料电池系统I例如用作家庭用的电源，从能容易获得且能独立储存这方面出发，使用煤油作为原燃料。
[0195]重整装置3具有对液体燃料进行水蒸气重整而生成富氢的重整气体的重整器5、对收容在重整器5内的重整催化剂进行加热的燃烧器6。燃烧器6通过加热用于促进水蒸气重整反应的重整催化剂，将使催化反应有效地发挥所需的热供给于重整催化剂。燃烧器6的燃料主要是原燃料和氧。因此，燃烧器6与用于供给原燃料的燃料管线25和与用于将空气导入到燃烧器6中的鼓风机16相连结的空气流通管线17相连接。在重整器5中，由脱硫装置2进行了脱硫的液体燃料气化而成为原料气体，利用重整催化剂促进原料气体和水蒸气(水)之间的水蒸气重整反应，生成富氢的重整气体。
[0196]燃料电池堆栈4是多个电池单体堆积而构成的固体高分子型燃料电池堆栈，使用在重整装置3得到的重整气体进行发电。各电池单体具有阳极、阴极和配置在阳极与阴极之间的作为电解质的高分子离子交换膜。在各电池单体中，重整气体被导入到阳极并且空气被导入到阴极，进行电化学的发电反应。
[0197]脱硫装置2包括:从由恒压泵7导入的原燃料中除去硫成分的脱硫器8 ;用于分离从脱硫器8排出的液体燃料和气体(沼气和氢气等)的气液分离容器9。原燃料包含大约80ppm以下的硫和硫化物等硫成分。脱硫器8从原燃料中除去硫成分，生成硫浓度为大约50ppb以下的液体燃料。脱硫器8内被后述的结构保持在高压状态，在高压状态下进行脱硫反应。
[0198]为了检测气体的量而在气液分离容器9内设置检测液体燃料的液面的浮动开关11。气液分离容器9被配置在脱硫器8的上方，供液体燃料和气体流通的液体燃料、气体流通管线12的一端与脱硫器8的底壁相连接，另一端与气液分离容器9的底壁相连接。由此，能可靠地将从脱硫器8排出的气体导入到气液分离容器9内。该气液分离容器9的容积是IOOcc左右。另外，虽未图示，但为了除去由脱硫器8除去了硫成分的液体燃料中所包含的脱硫催化剂，在液体燃料、气体流通管线12上设置过滤器。在第5实施方式中，例如，能使用网眼是0.026mm左右的过滤器。
[0199]气液分离容器9的顶壁与气体排出管线13的一端相连接，该气体排出管线13用于将储存在气液分离容器9内的上方的气体从气液分离容器9排出。在气体排出管线13上设有打开和关闭气体的流通的电磁阀14。电磁阀14与气液分离容器9协同工作，构成从液体燃料中除去气体的除气器D。并且，在气体排出管线13上的电磁阀14的下游侧设有妨碍气体流通的毛细管15。因此，即使为了将气体经由气体排出管线从气液分离容器排出而由电磁阀14打开气体的流通，脱硫器8和气液分离容器9内的压力的降低也会被毛细管15抑制。而且，气体排出管线13上的毛细管15的下游侧与空气流通管线17相连接。
[0200]另一方面，气液分离容器9的底壁与液体燃料排出管线18的一端相连接，该液体燃料排出管线18用于将储存在气液分离容器9内的下方的液体燃料从气液分离容器9排出。液体燃料排出管线18的另一端与配置在气液分离容器9的上方的储存容器19的底壁相连接。在该液体燃料排出管线18上设有妨碍液体燃料流通的毛细管21。
[0201]在此，毛细管21是将极细管卷绕成螺旋状而成的。毛细管21在脱硫器8的下游侧对液体燃料的流量进行节流，因此能使脱硫器8内的流量为低流量。另一方面，由恒压泵7向脱硫器8内加压输送液体燃料，因此脱硫器8内被加压，在高压下进行脱硫反应。例如，在IkW的燃料电池系统的情况下，毛细管21的内径和被卷绕时的直径被设定为，使得液体燃料(液体燃料)的流量为10g/min以下，并且从恒压泵7到毛细管21的流路内压力为大于
0.1MPa小于等于1.0MPa的高压。具体来说，优选毛细管21的内径是0.1mm~0.5mm左右，优选被卷绕成螺旋的直径是IOmm~IOOmm左右。
[0202]如上所述，在液体燃料、气体流通管线12上设有过滤器，但粒径比网眼小的脱硫催化剂会通过过滤器，因此在毛细管21的内径不足0.1mm时，存在毛细管21容易被脱硫催化剂堵塞的倾向。另一方面，毛细管21的内径超过0.5_时，存在难以以低流量输送液体燃料的倾向。另外，根据毛细管21被卷绕时的直径的大小，能调整压损。
[0203]在液体燃料排出管线18上的毛细管21的下游侧设有流量计26。流量计26测量从毛细管21流出的液体燃料的流量。即，流量计26测量由脱硫器8内的脱硫反应生成的液体燃料的生成速度。该流量计26被设置在气液分离容器9的下游侧，因此测量的是气体被分离后而流入的液体燃料的流量，能稳定地测量流量。
[0204]脱硫装置2还具有与液体燃料排出管线18相连结并被配置在流量计26的下游侧的储油槽19。储油槽19的顶壁与液体燃料流通管线23相连接，在该液体燃料流通管线23上设有用于将储存在储油槽19内的液体燃料输出到重整器5中的输出泵24。储油槽19的顶壁还与用于将储存在储油槽19内的上方的气体排出的气体排出管线27相连接。
[0205]接着，参照图16和图17，对储油槽19进行详细地说明。储油槽19是由顶壁19a、底壁19b、侧壁19c构成的空心长方体状的容器，容积是200cc左右。在储油槽19上连结着流入管31，该流入管31在 液体燃料排出管线18上将毛细管21与储油槽19连结起来。流入管31贯穿底壁19b，流入管31的位于储油槽19内的流入口 31a向上方开口。从该流入口 31a向储油槽19内流入有高压的液体燃料。
[0206]在储油槽19的顶壁19a上设有排气孔32，构成气体排出管线27的排气管33的一端插入在排气孔32中。该排气管33的另一端朝大气开放，因此储油槽19内的压力被保持为大气压，从流入的液体燃料中分离出包含于该液体燃料中的气体。在储油槽19内从液体燃料中分离出的气体从排气孔32流入排气管33，从排气管33的另一端被排出。排气管33的另一端被配置在鼓风机16的吸入口附近，因此气体被鼓风机16吸入，利用为燃烧器6的燃烧燃料。
[0207]在储油槽19中设有将输出泵24和储油槽19连结起来并构成液体燃料流通管线23的一部分的流出管34。该输出泵24是常压泵，例如是排出压力为IOOkPa左右的泵。流出管34贯穿顶壁19a地插入到储油槽19中，流出管34的位于储油槽19内的流出口 34a向下方开口。通过输出泵24的工作，储油槽19内的液体燃料经由流出管34被向重整器5内送出。
[0208]储油槽19内的液体燃料的控制水位S由浮子阀35控制。浮子阀35的被安装在臂的一端上的浮子36浮在液面上，在液面比控制水位S低的情况下，如图16所示，液体燃料从流入管31的流入口 31a流入到储油槽19内。当液面达到水位S时，如图17所示，被安装在臂的另一端上的塞子(tap) 37嵌入到流入管31流入口 31a内，流入管31内的流路被封闭。
[0209]流入到储油槽19内的液体燃料中混入有脱硫器8内的脱硫催化剂的催化剂片38。通过将液体燃料储存在储油槽19内，该脱硫催化剂的催化剂片38在储油槽19内下沉，蓄积在储油槽19的下部。即，储油槽19的下部作为蓄积脱硫催化剂的催化剂片38的催化剂片储存部39而发挥作用。该脱硫催化剂的催化剂片38给后段的设备带来不良影响，因此为了使其不从流出管34流出，流出口 34a位于催化剂片储存部39的上方。而且，为了使从流入管31流入的液体燃料不卷起脱硫催化剂的催化剂片38，流入口 31a位于催化剂片储存部39的上方。
[0210]为了将蓄积在该催化剂片储存部39中的脱硫催化剂的催化剂片38从储油槽19排出，储油槽19的底壁与排出管40相连结。在排出管40上夹装有电磁阀41，通过打开电磁阀41能简便地将在电磁阀41被关闭期间蓄积在催化剂片储存部39中的催化剂片38排出。
[0211]在如上述那样构成的燃料电池系统I中，原燃料首先被导入到脱硫器8中，在脱硫器8中，在高温、高压的状态下利用脱硫催化剂从液体燃料中除去硫成分。从脱硫器8被排出的液体燃料和气体通过储存在气液分离容器9中而进行分离，液体燃料被导入到液体燃料排出管线18中。液体燃料的流量在液体燃料排出管线18中在毛细管21下游侧利用流量计26测量，液体燃料流入到储油槽19内。高压的液体燃料流入到被保持为常压的储油槽19内，从而气体从液体燃料中分离。然后，液体燃料被储存在储油槽19内之后，利用输出泵24经由液体燃料流通管线23被导入到重整器5中。而且，气体从储油槽19内经由气体排出管线27排出，利用鼓风机16向燃烧器6供给，作为燃料使用。
[0212]另一方面，原燃料经由燃料管线25被导入到燃烧器6中，并且空气主要经由空气流通管线17被导入到燃烧 器6中。由此，在重整器5中，重整催化剂被进行燃烧的燃烧器6加热，由液体燃料生成重整气体。在重整器5中生成的重整气体被导入到燃料电池堆栈4中，燃料电池堆栈4使用重整气体进行发电。
[0213]另一方面，被储存在气液分离容器9内的气体经由气体排出管线13被导入到燃烧器6中，与液体燃料一起用作燃烧器6的燃料。另外，电磁阀14在封闭气体的流通的情况下，在由浮动开关11检测的气液分离容器9内的气体的量超过了规定量时，电磁阀14分多次打开气体的流通。
[0214]在储油槽19中，液体燃料的液面达到控制水位S时，由浮子阀35封闭流入管31的流入口 31a，液体燃料向储油槽19内的流入停止。在液体燃料的液面比控制水位S低时，由浮子阀35打开流入管31的流入口 31a，液体燃料开始向储油槽19内流入。
[0215]而且，当催化剂片38蓄积在储油槽19的催化剂片储存部39中时，通过打开设置在排出管40上的电磁阀41，将催化剂片38从储油槽19中排出。电磁阀41的打开也可以被设定为以规定的时间间隔进行。
[0216]在如上说明的本实施方式的燃料电池系统I中，储存液体燃料的储油槽19被配置在脱硫器8和重整器5之间，在该储油槽19上设有朝大气开放的排气孔32。因此，原燃料在脱硫器8内在高压下进行脱硫，被脱硫了的液体燃料流入到储油槽19内，并且包含于液体燃料中的气体通过排气孔32而从储油槽19内排出。由于包含于液体燃料中的气体排出，因此，能增加在储油槽19下游侧的液体燃料的流量测量和流量控制的可靠性。因此，能可靠地控制流入到重整器19内的液体燃料的流量，能防止重整性能的降低。而且，高压状态的液体燃料未流入到储油槽19的下游侧，因此不需要与高压相适应的设备，能提高储油槽19的后段设备的耐久性，能实现低成本。
[0217]而且，第5实施方式的燃料电池系统I包括:以恒压将原燃料加压输送到脱硫器8内的恒压泵7 ;被配置在脱硫器8的下游侧且储油槽19的上游侧的毛细管21。因此，原燃料以恒压流入到脱硫器8内，另一方面，从脱硫器8的流出量被节流。因此，不使用高价的泵，就能使脱硫器内的压力比大气压高，而且能将原燃料(液体燃料)的流量保持得较低。
[0218]而且,在第5实施方式的燃料电池系统I中，与液体燃料一起从脱硫器8排出的气体在气液分离容器9中与液体燃料分离，经由气体排出管线13从气液分离容器9排出。在气体排出管线13上，在打开和关闭气体流通的电磁阀14的下游侧设有妨碍气体流通的毛细管15。因此，即使为了将气体经由气体排出管线13从气液分离容器9排出而由电磁阀14打开气体的流通，脱硫器8内的压力的降低也会被毛细管15抑制。因此，能将脱硫器8内的压力保持成高压，能从原燃料中可靠地除去硫成分。另一方面，液体燃料经由液体燃料排出管线18流入到储油槽19内。由于在液体燃料排出管线18上设有流量计26，因此能稳定地测量与气体分离了的液体燃料的流量。
[0219]而且，在第5实施方式的燃料电池系统I中，能将与液体燃料一起从脱硫器8流出的用于脱硫的催化剂片38蓄积在位于储油槽19下部的催化剂片储存部39内，使其不流入后段的重整器5内。而且，储油槽19内的液体燃料的流入口 31a和流出口 34a位于催化剂片储存部39的上方，因此，能抑制由于液体燃料的流入和流出而使蓄积在催化剂片储存部39内的催化剂飞扬、从储存槽19流出而流入到重整器5内。
[0220]一般来说，在用泵将蓄积在容器内的液体抽出的情况下，该流出口为了不吸入空气而设置在容器的最下方。在第5实施方式的燃料电池系统I中，通过将流出口 34a设置在催化剂片储存部39的上方，能抑制蓄积在催化剂片储存部39内的催化剂飞扬、从储存槽19流出而流入到重整器5内。
[0221 ] 而且，在第5实施方式的·燃料电池系统I中，具有加热重整器5的燃烧器6，该燃烧器6将从排气孔32流出的流出气体用作燃烧用的燃料。因此，能防止从排气孔32流出的流出气体流出到燃料电池系统I的周围。而且，由于使用流出气体作为燃烧器6的燃料，所以能有助于节能。
[0222]以上对本发明的第5技术方案的较佳实施方式进行详细地说明，但本发明的第5技术方案能进行各种变形。
[0223]如图18所示，也可以不在燃料电池系统I中设置除气器D、气体排出管线13。作为燃料电池系统la，也可以利用液体燃料、气体流通管线12将脱硫器8与储油槽19直接连接起来，在液体燃料、气体流通管线12上设有毛细管21。
[0224]而且，在第5实施方式中，为了控制储油槽19内的水位而设置浮子阀35，但不限于此。如图19和图20所示，替代浮子阀35，燃料电池系统I也可以包括:检测储油槽19内的液体燃料的液面达到低水位SI的低水位传感器51 ;检测储油槽19内的液体燃料的液面达到高水位S2的高水位传感器52 ;根据该低水位传感器51和高水位传感器52的输出信号进行控制的控制部53。作为该低水位传感器51和高水位传感器52，例如能使用浮动开关、电极式水位传感器、压力式水位传感器等。
[0225]这种情况下，在流入管31上设有电磁阀42，该电磁阀42的开闭由控制部53所具有的开闭控制部54控制。而且，控制部53包括:对从低水位传感器51检测低水位SI直到高水位传感器52检测高水位S2的时间进行测量的计时器55 ;基于计时器55的测量时间运算液体燃料的流量的运算部56 ;基于运算部56的运算结果进行恒压泵7的控制的泵控制部57。
[0226]当储油槽19内的液体燃料的液面从比低水位SI高的状态达到低水位SI时，利用低水位传感器51检测到液体燃料的液面达到了低水位SI，从低水位传感器51向控制部53输出电信号。从低水位传感器51输出的电信号输入到开闭控制部54时,开闭控制部54将电磁阀41从关闭状态打开，液体燃料开始流入到储油槽19内。
[0227]当储油槽19内的液体燃料的液面从比高水位S2低的状态达到高水位S2时，利用高水位传感器52检测到液体燃料的液面达到了高水位S2，从高水位传感器52向控制部53输出电信号。从高水位传感器52输出的电信号输入到开闭控制部54时,开闭控制部54将电磁阀41从打开状态关闭，液体燃料向储油槽19内的流入停止。
[0228]另一方面，从低水位传感器51输出的电信号和从高水位传感器52输出的电信号分别输入到计时器55。计时器55对自输入从低水位传感器51输出的电信号到输入从高水位传感器52输出的电信号的时间进行测量，将表示该测量时间的电信号输出到运算部56。运算部56输入有来自计时器55的表示测量时间的电信号时，基于该测量时间算出液体燃料的流量。运算部56将表示算出的流量的电信号输出到泵控制部57。泵控制部57输入有来自运算部56的表示流量的电信号时，基于该流量控制恒压泵7的驱动。
[0229]这种情况下，水位传感器利用计时器对检测出低水位到检测出高水位的时间进行测量，运算部件基于计时器的测量时间算出液体燃料的流量，因此不需要另外设置流量计。由此,能谋求更低成本化。
[0230]而且，储油槽19内的液体燃料的流入口 31a和流出口 34a位于低水位SI的下方，因此，能防止在液体燃料流入时液体燃料起泡，能防止在液体燃料流出时从水面下流出而卷入空气。
[0231]另外，运算部56也可以基于从储油槽19的流出管34流出的液体燃料的流量、输出泵24的排出量等，算出液体燃料流入到储油槽19内的流量。而且，泵控制部57也可以基于计时器55的测量时间进行恒压泵7的驱动控制。
[0232]而且，如图21所示，作为第5实施方式的燃料电池系统I的变形例，也可以在储油槽19上连结溢流管43。该溢流管43的一端被穿过储油槽19的顶壁，一开口 43a配置在比储油槽19内的水位S高的位置M,向下方开口。溢流管43沿着储油槽19的侧壁19c的外侧配置，另一开口 43b位于储油槽19的外侧，向下方开口。因此，即使因浮子阀35的故障等某些原因液体燃料充满于储油槽19内，液体燃料也会利用溢流管43从储油槽19排出。
[0233]在储油槽19的下方配置有油盘44，从向下方开口的溢流管43的另一开口 43b排出的液体燃料流入到油盘44内。当液体燃料流入到油盘44内时，通过配置在油盘44的底面上的泄漏传感器45检测出液体燃料漏出到了油盘44内。这种情况下，控制装置(未图示)根据泄漏传感器45的检测信号的输入，进行使恒压泵7的工作停止等的控制，从而能停止液体燃料的供给，使液体燃料的流出停止。
[0234]另外，溢流管不限于上述方式，也可以形成为直线状。这种情况下，溢流管被配置成:从储油槽19的底壁19b的开口插入，一端被配置在设定于储油槽19内的满水位的高度的位置，另一端位于储油槽19外的底壁19b的下方，朝向油盘44开口。[0235]并且，第5实施方式的燃料电池系统能进行各种变形。燃料电池堆栈4不限于固体高分子型燃料电池堆栈，也可以是固体氧化物型燃料电池堆栈等。除了煤油之外，还可以利用汽油、石脑油、轻油、甲醇、乙醇、DME (二甲醚)、利用生物物质的生物燃料等液体燃料作为原燃料。而且，重整器5不限于进行水蒸气重整的重整器，也可以是进行部分氧化重整、自身热重整的重整器。而且，也可以使用定流量泵替代恒压泵7。但是，从脱硫器8内的压力管理方面出发，优选使用恒压泵7。
[0236]第6实施方式
[0237]下面参照图22和图23对第6实施方式的燃料电池系统I进行详细地说明。
[0238]如图22所示，燃料电池系统I包括:生成含有氢的重整气体的重整装置2 ;从要供给到重整装置2中的液体燃料中除去硫成分的脱硫装置3 ;使用由重整装置2生成的重整气体进行发电的燃料电池堆栈4。燃料电池系统I例如用作家庭用的电源，从能容易获得且能独立储存这方面出发，使用煤油作为液体燃料。另外，由燃料电池系统I中的除了燃料电池堆栈4之外的部分(重整装置2、脱硫装置3和后述的泵16、22、24)构成重整系统R。
[0239]重整装置2具有对液体燃料进行水蒸气重整而生成重整气体的重整器5、对收容在重整器5内的重整催化剂进行加热的燃烧器6。燃烧器6通过加热用于促进水蒸气重整反应的重整催化剂，将使催化反应有效地发挥所需的热供给于重整催化剂。在重整器5中，从脱硫装置3导入的液体燃料气化而成为原料气体，利用重整催化剂促进原料气体和水蒸气(水)之间的水蒸气重整反应，生成富氢的重整气体。
[0240]燃料电池堆栈4是多个电池单体堆积而构成的固体高分子型燃料电池堆栈，使用在重整装置2得到的重整气体进行发电。各电池单体具有阳极、阴极和配置在阳极与阴极之间的作为电解质的高分子离子交换膜。在各电池单体中，重整气体被导入到阳极并且空气被导入到阴极，进行电化学的发电反应。
[0241]脱硫装置3包括:从由 恒压泵7导入的液体燃料中除去硫成分的脱硫器8 ;对从脱硫器8排出的液体燃料和气体(沼气和氢气等)进行储存的气液分离容器9。为了检测气体的量而在气液分离容器9内设有检测液体燃料的液面的浮动开关11。气液分离容器9被配置在脱硫器8的上方，供给液体燃料和气体流通的液体燃料、气体流通管线12的一端与脱硫器8的底壁相连接，另一端与气液分离容器9的底壁相连接。由此，能可靠地将从脱硫器8排出的气体导入到气液分离容器9内。另外，虽未图示，但为了除去包含于由脱硫器8除去了硫成分的液体燃料中的脱硫催化剂，在液体燃料、气体流通管线12上设有过滤器。在本实施方式中，例如能使用网眼为0.026mm左右的过滤器。
[0242]气液分离容器9的顶壁与气体排出管线13的一端相连接，该气体排出管线13用于将储存在气液分离容器9内的上方的气体从气液分离容器9排出。气体排出管线13的另一端与对重整器5的重整催化剂进行加热的燃烧器6相连接。在气体排出管线13上设有打开和关闭气体的流通的电磁阀14。电磁阀14与气液分离容器9协同工作，构成从液体燃料中除去气体的除气器D。并且，在气体排出管线13上的电磁阀14的下游侧设有妨碍气体流通的毛细管15。而且，气体排出管线13上的毛细管15的下游侧与设有用于将空气导入到燃烧器6中的泵16的空气流通管线17相连接。
[0243]另一方面，气液分离容器9的底壁与液体燃料排出管线18的一端相连接，该液体燃料排出管线18用于将储存在气液分离容器9内的下方的液体燃料从气液分离容器9排出。液体燃料排出管线18的另一端与配置在气液分离容器9的上方的储存容器19的侧壁相连接。在液体燃料排出管线18上设有妨碍液体燃料流通的毛细管21。
[0244]在此，毛细管21是将极细管卷绕成螺旋状而成的。毛细管21的内径和被卷绕时的直径被设定为，使得在由恒压泵决定的压力下，液体燃料的流量为低流量(例如，在IkW的燃料电池系统时为10g/min以下)。具体来说，优选毛细管21的内径是0.1mm~0.7mm左右，优选被卷绕成螺旋的直径是IOmm~IOOmm左右。毛细管21的全长在第6实施方式中为600_左右，但能考虑需要的流量、需要的脱硫器8内的压力、毛细管21的内径和卷绕毛细管21时的直径来设定。如上所述，虽然在液体燃料、气体流通管线12上设有过滤器，但粒径比网眼小的脱硫催化剂会通过过滤器，因此，当毛细管21的内径不足0.1mm时，存在脱硫催化剂容易堵塞毛细管21的倾向。另一方面，当毛细管21的内径超过0.7_时，为了将脱硫器8内维持为高压并且以低流量进行液体燃料的输送，使需要的毛细管21的全长变长，存在难以小型化的倾向。另外，根据毛细管21被卷绕时的直径的大小，能调整压损。 [0245]储存容器19的底壁与液体燃料流通管线23、液体燃料流通管线25相连接，该液体燃料流通管线23上设有用于将储存在储存容器19内的下方的液体燃料导入到重整器5中的泵22，该液体燃料流通管线25上设有用于将该液体燃料导入到燃烧器6中的泵24。这样，通过将液体燃料暂时储存在储存容器19中，能使泵22对重整器5的液体燃料的供给和泵24对燃烧器6的液体燃料的供给稳定化。
[0246]在如上述那样构成的燃料电池系统I中，液体燃料首先被导入到脱硫器8中，在脱硫器8中，在高温、高压的状态下利用脱硫催化剂从液体燃料中除去硫成分。从脱硫器8排出的液体燃料和气体被储存到气液分离器9中，液体燃料经由液体燃料排出管线18、储存容器19和液体流通管线23被导入到重整室5中。此时，液体燃料经由液体燃料排出管线18、储存容器19和液体流通管线25被导入到燃烧器6中，并且空气经由空气流通管线17被导入到燃烧器6中。由此，在重整器5中，重整催化剂被进行燃烧的燃烧器6加热，使用液体燃料而生成重整气体。在重整器5中生成的重整气体被导入到燃料电池堆栈4中，在燃料电池堆栈4中，使用重整气体进行发电。
[0247]另一方面，被储存在气液分离容器9中的气体经由气体排出管线13被导入到燃烧器6中，与液体燃料一起用作燃烧器6的燃料。这样，能有效地利用与液体燃料一起从脱硫器8排出的气体作为燃烧器6的燃料。另外，电磁阀14在关闭气体的流通的情况下，在由浮动开关11检测的气液分离容器9内的气体的量超过了规定量时，电磁阀14分多次打开气体的流通。
[0248]在如上所述那样的第6实施方式中，将毛细管21配置在脱硫器8的下游侧。因此，通过适当地选择毛细管21的内径和长度，不使用高价的泵，就能使脱硫器8内的压力和液体燃料的流量为期望的大小。其结果，能简便且低成本地实现以输送低流量的液体燃料。
[0249]一般认为也可以利用节流孔、针型阀等替代毛细管21。不过，延长节流孔部分的流路存在极限，因此为了减小从脱硫器8被排出的高压的液体燃料的流量而不得不使节流孔部分的直径很小。在此，在脱硫器8中利用脱硫催化剂进行液体燃料的脱硫，但有时脱硫催化剂包含于利用脱硫器8除去了硫成分的液体燃料中。因此，在利用了节流孔、针型阀等的情况下，从脱硫器8流出的脱硫催化剂有时会堵塞节流孔部分的流路。
[0250]不过，在第6实施方式的燃料电池系统I中，如上述那样使用了毛细管21，因此，根据毛细管21的长度，能在一定程度上增大毛细管21的内径。因此，极难发生由脱硫催化剂引起的堵塞的情况。
[0251]以上对本发明的第6技术方案的较佳实施方式进行了详细地说明，但本发明的第6技术方案不限于上述实施方式。例如，燃料电池堆栈4不限于固体高分子型燃料电池堆栈，也可以是固体氧化物型燃料电池堆栈等。
[0252]而且，重整器5不限于水蒸气重整的重整器，也可以是部分氧化重整、自身热重整的重整器。重整器5的重整方法是基于煤油之外、还根据汽油、石脑油、轻油、甲醇、乙醇、DME (二甲醚)、利用生物物质的生物燃料等液体燃料的特性的重整方法。
[0253]而且，也可以使用定流量泵替代恒压泵7。但是，从脱硫器8内的压力管理方面出发，优选使用恒压泵7。
[0254]而且，如图23所示，也可以不在燃料电池系统I设置除气器D、气体排出管线13和毛细管15。即，也可以利用液体燃料、气体流通管线12将脱硫器8和储存容器19直接连接起来，在液体燃料、气体流通管线12上设置毛细管21。另外，此时，泵16和燃烧器6通过空气流通管线17直接连接 起来。
【权利要求】
1.一种重整系统，其特征在于，该重整系统包括: 泵，其用于送出液体燃料； 脱硫器，其配置在上述泵的下游侧，用于从上述液体燃料中除去硫成分； 毛细管，其配置在上述脱硫器的下游侧，供利用上述脱硫器除去了硫成分的液体燃料通过， 重整器，其配置在上述毛细管的下游侧，使用利用上述脱硫器除去了硫成分的液体燃料生成含有氢的重整气体。
2.根据权利要求1所述的重整系统，其特征在于， 上述泵是恒压泵。
3.根据权利要求1所述的重整系统，其特征在于， 上述毛细管的内径为0.1mm~0.7mm。
4.根据权利要求1所述的重整系统，其特征在于， 上述毛细管被卷绕成螺旋状。
5.一种燃料电池系统，其特征在于，该燃料电池系统包括: 脱硫器，其用于在高于大气压的压力下从液体的原燃料中除去硫成分而生成液体燃料； 储油槽，其设有朝大气开放的排气孔，用于储存从上述脱硫器排出的上述液体燃料； 输出泵，其用于从上述储油槽内送出上述液体燃料； 重整器，其配置在上述输出泵的下游侧，用于对上述液体燃料进行重整而生成重整气体； 燃料电池堆栈，其使用上述重整气体进行发电。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，该燃料电池系统包括: 恒压泵，其以恒压将上述原燃料加压输送到上述脱硫器内； 毛细管，其配置在上述脱硫器的下游侧且配置在上述储油槽的上游侧。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，该燃料电池系统包括: 气液分离容器，其用于将从上述脱硫器排出的上述液体燃料和气体分离； 液体燃料排出管线，其用于将上述液体燃料从上述气液分离容器排出； 气体排出管线，其用于将上述气体从上述气液分离容器排出； 开闭阀，其设在上述气体排出管线上，用于打开和关闭上述气体的流通； 节流部件，其设置在上述气体排出管线的上述开闭阀的下游侧，用于妨碍上述气体流通， 流量计，其设在上述液体燃料排出管线上， 上述毛细管设在上述液体燃料排出管线上的上述流量计的上游侧， 上述储油槽在上述液体燃料排出管线上的上述流量计的下游侧与上述液体燃料排出管线相连结。
8.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，该燃料电池系统包括: 水位传感器,其用于检测上述储油槽内的上述液体燃料的低水位和高水位； 计时器，其用于测量从上述水位传感器检测到上述低水位到检测到上述高水位的时间；运算部件，其基于上述计时器的测量时间，算出上述液体燃料的流量。
9.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述储油槽的下部起到催化剂片储存部的作用，其用于蓄积与上述液体燃料一起从上述脱硫器流入的脱硫催化剂片， 上述储油槽内的上述液体燃料的流入口和流出口位于上述催化剂片储存部的上方。
10.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，该燃料电池系统包括: 油盘，其配置在上述储油槽的下方； 溢流管，其一开口配置在上述储油槽内，另一开口配置在上述储油槽外并且朝向下方、朝着上述油盘配置； 泄漏传感器，其配置在上述油盘内。
11.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，该燃料电池系统具有用于对上述重整器进行加热的燃烧器， 将从上述排气孔流出的流出气体作为上述燃烧器的燃烧用的燃料。
12.一种燃料电池系统，其特征在于，该燃料电池系统包括: 泵，其用于输送液体燃料； 脱硫器，其配置在上述泵的下游侧，用于从上述液体燃料中除去硫成分； 毛细管，其配置在上述脱`硫器的下游侧，供利用上述脱硫器除去了硫成分的液体燃料通过； 重整器，其配置在上述毛细管的下游侧，使用利用上述脱硫器除去了硫成分的液体燃料生成含有氢的重整气体； 燃料电池堆栈，其使用利用上述重整器生成的上述重整气体进行发电。
13.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述泵是恒压泵。
14.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述毛细管的内径为0.1mm~0.7mm。
15.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述毛细管被卷绕成螺旋状。
【文档编号】H01M8/04GK103588169SQ201310279707
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2009年5月14日 优先权日:2008年5月14日
【发明者】秋本淳, 井深丈, 樋渡学, 渡边裕朗, 市川德市, 长谷川贵将, 玉川晶子, 西山拓雄 申请人:吉坤日矿日石能源株式会社