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JP5337553B2 - Desulfurization apparatus and fuel cell system - Google Patents
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JP5337553B2 JP2009084442A JP2009084442A JP5337553B2 JP 5337553 B2 JP5337553 B2 JP 5337553B2 JP 2009084442 A JP2009084442 A JP 2009084442A JP 2009084442 A JP2009084442 A JP 2009084442A JP 5337553 B2 JP5337553 B2 JP 5337553B2
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Description

本発明は、液体燃料から硫黄分を除去する脱硫装置、及びそのような脱硫装置を備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a desulfurization device that removes sulfur from liquid fuel, and a fuel cell system including such a desulfurization device.

燃料電池システムにおいては、改質器によって、水素を含有する改質ガスが生成され、燃料電池スタックによって、その改質ガスが用いられて発電が行われる。このような燃料電池システムには、改質原料として灯油等の液体燃料が改質器に供給される場合に改質触媒の劣化を防止するために、液体燃料から硫黄分を除去する脱硫器を設ける必要がある(例えば、特許文献1参照)。   In the fuel cell system, a reformer containing hydrogen is generated by the reformer, and power is generated by using the reformed gas by the fuel cell stack. Such a fuel cell system includes a desulfurizer that removes sulfur from the liquid fuel in order to prevent deterioration of the reforming catalyst when liquid fuel such as kerosene is supplied to the reformer as a reforming raw material. It is necessary to provide (for example, refer patent document 1).

特開2007−332318号公報JP 2007-332318 A

上記特許文献1の脱硫器には、脱硫処理を促進させるための加熱手段として、シーズヒータ等の電気ヒータが設けられている。具体的には、隣り合う巻線の間隔が一定の、螺旋状となるように、電気ヒータが脱硫器の外周面に巻かれている。そのため、脱硫器内の液体燃料は、脱硫器の軸方向において均等に加熱されることとなる。この場合、脱硫器の軸方向における中央部分(脱硫器の入口側と出口側との間の部分)では、他の部分と比較して熱が逃げにくいため、脱硫器内の液体燃料のうち中央部分が最も高温となる。   The desulfurizer of Patent Document 1 is provided with an electric heater such as a sheathed heater as a heating means for promoting the desulfurization process. Specifically, an electric heater is wound around the outer peripheral surface of the desulfurizer so that the interval between adjacent windings is constant and spiral. Therefore, the liquid fuel in the desulfurizer is heated evenly in the axial direction of the desulfurizer. In this case, in the central part in the axial direction of the desulfurizer (the part between the inlet side and the outlet side of the desulfurizer), heat is less likely to escape than in other parts, so the center of the liquid fuel in the desulfurizer The part becomes the hottest.

ところが、脱硫器の入口側と出口側とでは脱硫反応が異なり、入口側では高温であるほど反応が起こりやすく、出口側ではそれほど高温でなくとも反応が生じる傾向にある。そのため、上記特許文献1の脱硫器では、入口側で液体燃料が相対的に低温となってしまい、液体燃料が十分に脱硫されないことがあると共に、中央部分で液体燃料が相対的に高温となってしまい、脱硫剤(脱硫触媒)が必要以上に加熱されて脱硫触媒の寿命が短くなってしまうという問題があった。   However, the desulfurization reaction is different between the inlet side and the outlet side of the desulfurizer, and the reaction tends to occur at a higher temperature on the inlet side, and the reaction tends to occur even at a higher temperature on the outlet side. Therefore, in the desulfurizer of Patent Document 1 described above, the liquid fuel becomes relatively cold at the inlet side, and the liquid fuel may not be sufficiently desulfurized, and the liquid fuel becomes relatively hot at the central portion. Therefore, there has been a problem that the desulfurization agent (desulfurization catalyst) is heated more than necessary and the life of the desulfurization catalyst is shortened.

そこで、本発明は、脱硫反応の促進を図りつつ、脱硫触媒の寿命低下を抑制することが可能な脱硫装置及び燃料電池システムを提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the desulfurization apparatus and fuel cell system which can suppress the lifetime reduction of a desulfurization catalyst, aiming at acceleration | stimulation of desulfurization reaction.

本発明に係る脱硫装置は、水素を含有する改質ガスを生成する改質器に供給するための液体燃料から硫黄分を除去する脱硫触媒を収容する、筒状の脱硫器と、脱硫器内の液体燃料を加熱するためのヒータと、ヒータに通電する電源とを備え、脱硫器は、脱硫器の外周のうち液体燃料の入口側の入口領域を有し、ヒータは、螺旋状となるように脱硫器の外周に巻かれており、ヒータのうちの隣り合う巻線の間隔は、入口領域において最も小さくなるように設定されていることを特徴とする。   A desulfurization apparatus according to the present invention includes a cylindrical desulfurizer that contains a desulfurization catalyst that removes sulfur from a liquid fuel to be supplied to a reformer that generates a reformed gas containing hydrogen, and an interior of the desulfurizer. A heater for heating the liquid fuel and a power source for energizing the heater. The desulfurizer has an inlet region on the inlet side of the liquid fuel in the outer periphery of the desulfurizer, and the heater has a spiral shape. It is wound around the outer periphery of the desulfurizer, and the interval between adjacent windings of the heater is set to be the smallest in the inlet region.

本発明に係る脱硫装置では、ヒータが、螺旋状となるように脱硫器の外周に巻かれており、ヒータのうちの隣り合う巻線の間隔が、入口領域において最も小さくなるように設定されている。そのため、ヒータに通電した場合、脱硫器の入口側が最も加熱されることとなる。その結果、脱硫器の入口側で液体燃料が相対的に高温となりやすくなるので、脱硫器の入口側における脱硫反応を促進することが可能となる。また、脱硫器の入口側よりも後段で液体燃料が相対的に低温となりやすくなるので、脱硫触媒が必要以上に加熱されることがなくなる。その結果、脱硫触媒の寿命低下を抑制することが可能となる。さらに、脱硫器の入口側よりも後段においてヒータの巻数が相対的に少なくなることにより、ヒータの消費電力を低減することが可能となる。またさらに、一つのヒータ及び一つの電源という単純な構成によって、脱硫器内の液体燃料の温度分布を制御することができるので、脱硫装置の簡略化に伴うコストダウンが可能となる。   In the desulfurization apparatus according to the present invention, the heater is wound around the outer periphery of the desulfurizer so as to have a spiral shape, and the interval between adjacent windings of the heaters is set to be the smallest in the inlet region. Yes. Therefore, when the heater is energized, the inlet side of the desulfurizer is heated most. As a result, the liquid fuel tends to be relatively hot at the inlet side of the desulfurizer, and therefore, the desulfurization reaction at the inlet side of the desulfurizer can be promoted. In addition, since the liquid fuel tends to be relatively low in the downstream stage from the inlet side of the desulfurizer, the desulfurization catalyst is not heated more than necessary. As a result, it is possible to suppress the life reduction of the desulfurization catalyst. Furthermore, since the number of turns of the heater is relatively reduced in the subsequent stage from the inlet side of the desulfurizer, it is possible to reduce the power consumption of the heater. Furthermore, since the temperature distribution of the liquid fuel in the desulfurizer can be controlled by a simple configuration of one heater and one power source, it is possible to reduce costs associated with simplification of the desulfurization apparatus.

好ましくは、脱硫器は、脱硫器の外周のうち液体燃料の出口側の出口領域と、脱硫器の外周のうち入口領域と出口領域との間の中央領域とを有し、ヒータのうちの隣り合う巻線の間隔は、中央領域において最も大きくなるように設定されており、出口領域において、入口領域よりも大きく且つ中央領域よりも小さくなるように設定されている。このようにすると、脱硫器の入口側、出口側、中央部分の順で、液体燃料が加熱されやすくなる(液体燃料の加熱されやすさ:入口側>出口側>中央部分)。ここで、脱硫器の中央部分(脱硫器の入口側と出口側との間の部分)では、他の部分と比較して熱が逃げにくい。従って、最も加熱されにくい脱硫器の中央部分、最も加熱されやすい脱硫器の入口側、及び、加熱されやすさが相対的に中間的な脱硫器の出口側のいずれにおいても、液体燃料の温度が略等しくなる。その結果、脱硫器内の液体燃料の温度分布をほぼ一様にすることが可能となる。また、脱硫器の中央領域及び出口領域においてヒータの巻数が相対的に少なくなることにより、ヒータの消費電力を低減することが可能となる。   Preferably, the desulfurizer has an outlet region on the outlet side of the liquid fuel in the outer periphery of the desulfurizer, and a central region between the inlet region and the outlet region in the outer periphery of the desulfurizer, and is adjacent to the heater. The interval between the matching windings is set to be the largest in the central region, and is set to be larger than the inlet region and smaller than the central region in the outlet region. If it does in this way, it will become easy to heat liquid fuel in order of the entrance side of a desulfurizer, the exit side, and a central part (ease of heating of liquid fuel: inlet side> outlet side> central part). Here, in the central portion of the desulfurizer (the portion between the inlet side and the outlet side of the desulfurizer), heat is less likely to escape than other portions. Therefore, the temperature of the liquid fuel is low at the central portion of the desulfurizer that is most difficult to be heated, the inlet side of the desulfurizer that is most easily heated, and the outlet side of the desulfurizer that is relatively easy to be heated. Almost equal. As a result, the temperature distribution of the liquid fuel in the desulfurizer can be made substantially uniform. Further, since the number of turns of the heater is relatively reduced in the central region and the outlet region of the desulfurizer, the power consumption of the heater can be reduced.

好ましくは、脱硫器は、脱硫器の外周のうち液体燃料の出口側の出口領域と、脱硫器の外周のうち入口領域と出口領域との間の中央領域とを有し、ヒータのうちの隣り合う巻線の間隔は、中央領域において、入口領域よりも大きくなるように設定されており、出口領域には、ヒータが巻かれていない。このようにすると、脱硫器の入口側、中央部分、出口側の順で、液体燃料が加熱されやすくなる(液体燃料の加熱されやすさ:入口側>中央部分>出口側)。従って、脱硫器内の液体燃料の温度は、脱硫器の出口側から入口側に向かうに従って高くなる。その結果、脱硫反応の促進を図りつつ、脱硫触媒の寿命低下を抑制することが可能となると共に、脱硫器の出口領域にヒータを巻かないことにより、ヒータの消費電力を低減することが可能となる。   Preferably, the desulfurizer has an outlet region on the outlet side of the liquid fuel in the outer periphery of the desulfurizer, and a central region between the inlet region and the outlet region in the outer periphery of the desulfurizer, and is adjacent to the heater. The interval between the matching windings is set to be larger than the entrance region in the central region, and no heater is wound around the exit region. If it does in this way, it will become easy to heat liquid fuel in the order of the entrance side of a desulfurizer, a central part, and an outlet side (ease of heating of liquid fuel: inlet side> central part> outlet side). Therefore, the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer increases as it goes from the outlet side to the inlet side of the desulfurizer. As a result, it is possible to suppress the life reduction of the desulfurization catalyst while promoting the desulfurization reaction, and it is possible to reduce the power consumption of the heater by not winding the heater around the outlet region of the desulfurizer. Become.

好ましくは、脱硫器は、脱硫器の外周のうち液体燃料の出口側の出口領域を有し、ヒータのうちの隣り合う巻線の間隔は、中央領域において、入口領域よりも大きくなるように設定されている。このようにすると、脱硫器の入口側、出口側の順で、液体燃料が加熱されやすくなる(液体燃料の加熱されやすさ:入口側>出口側)。従って、脱硫器内の液体燃料の温度は、脱硫器の出口側から入口側に向かうに従って高くなる。その結果、脱硫反応の促進を図りつつ、脱硫触媒の寿命低下を抑制することが可能となると共に、脱硫器の出口領域においてヒータの巻数が相対的に少なくなることにより、ヒータの消費電力を低減することが可能となる。   Preferably, the desulfurizer has an outlet region on the liquid fuel outlet side of the outer periphery of the desulfurizer, and the interval between adjacent windings of the heater is set to be larger than the inlet region in the central region. Has been. If it does in this way, it will become easy to heat liquid fuel in the order of the inlet side of a desulfurizer, and an outlet side (ease of heating of liquid fuel: inlet side> outlet side). Therefore, the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer increases as it goes from the outlet side to the inlet side of the desulfurizer. As a result, while promoting the desulfurization reaction, it is possible to suppress a decrease in the life of the desulfurization catalyst and reduce the power consumption of the heater by relatively reducing the number of turns of the heater in the outlet region of the desulfurizer. It becomes possible to do.

一方、本発明に係る燃料電池システムは、上記いずれかの脱硫装置と、脱硫装置によって硫黄分が除去された液体燃料を用いて、水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、改質器によって生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックとを備えることを特徴とする。   On the other hand, a fuel cell system according to the present invention includes any one of the above-described desulfurization apparatuses, a reformer that generates a reformed gas containing hydrogen using a liquid fuel from which sulfur content has been removed by the desulfurization apparatus, and a reformer. And a fuel cell stack for generating power using the reformed gas generated by the mass device.

本発明に係る燃料電池システムによれば、上記いずれかの脱硫装置を備えているため、脱硫反応の促進を図りつつ、脱硫触媒の寿命低下を抑制することが可能となる。   According to the fuel cell system of the present invention, since any one of the desulfurization apparatuses described above is provided, it is possible to suppress a decrease in the life of the desulfurization catalyst while promoting the desulfurization reaction.

本発明によれば、脱硫反応の促進を図りつつ、脱硫触媒の寿命低下を抑制することが可能な脱硫装置及び燃料電池システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the desulfurization apparatus and fuel cell system which can suppress the lifetime reduction of a desulfurization catalyst can be provided, aiming at acceleration | stimulation of desulfurization reaction.

図1は、本実施形態に係る燃料電池システムを概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a fuel cell system according to the present embodiment. 図2は、本実施形態に係る燃料電池システムが備える脱硫装置の例(第1の例)を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing an example (first example) of a desulfurization device provided in the fuel cell system according to the present embodiment. 図3は、本実施形態に係る燃料電池システムが備える脱硫装置の例(第2の例)を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing an example (second example) of the desulfurization apparatus provided in the fuel cell system according to the present embodiment. 図4は、本実施形態に係る燃料電池システムが備える脱硫装置の例(第3の例)を概略的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an example (third example) of the desulfurization device provided in the fuel cell system according to the present embodiment. 図5は、本実施形態に係る燃料電池システムが備える脱硫装置の例(第4の例)を概略的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an example (fourth example) of a desulfurization device included in the fuel cell system according to the present embodiment.

本発明に係る燃料電池システム1の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。   A preferred embodiment of a fuel cell system 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and a duplicate description is omitted.

燃料電池システム1は、図1に示されるように、水素を含有する改質ガスを生成する改質装置2と、改質装置2に供給するための液体燃料から硫黄分を除去する脱硫装置3と、改質装置2によって生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタック4とを備えている。燃料電池システム1は、例えば、家庭用の電力供給源として利用されるものであり、容易に入手することができ且つ独立して貯蔵することができるという観点から、液体燃料として灯油が用いられている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a reformer 2 that generates reformed gas containing hydrogen, and a desulfurizer 3 that removes sulfur from the liquid fuel supplied to the reformer 2. And a fuel cell stack 4 that generates electric power using the reformed gas generated by the reformer 2. The fuel cell system 1 is used as, for example, a household power supply source, and kerosene is used as a liquid fuel from the viewpoint that it can be easily obtained and stored independently. Yes.

改質装置2は、液体燃料を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質器5と、改質器5内に収容された改質触媒を加熱するバーナ6とを有している。バーナ6は、水蒸気改質反応を促進する改質触媒を加熱することで、触媒反応を効果的に発揮させるために必要な熱を改質触媒に供給する。改質器5では、脱硫装置3から導入された液体燃料が気化して原料ガスとなり、改質触媒によって、原料ガスと水蒸気(水)との水蒸気改質反応が促進されて、水素リッチな改質ガスが生成される。   The reformer 2 includes a reformer 5 that generates a reformed gas by steam reforming a liquid fuel, and a burner 6 that heats the reforming catalyst accommodated in the reformer 5. The burner 6 heats the reforming catalyst that promotes the steam reforming reaction, thereby supplying the reforming catalyst with heat necessary for effectively exhibiting the catalytic reaction. In the reformer 5, the liquid fuel introduced from the desulfurization apparatus 3 is vaporized to become a raw material gas, and the reforming catalyst promotes a steam reforming reaction between the raw material gas and steam (water), thereby improving the hydrogen-rich reforming. A quality gas is produced.

脱硫装置3は、脱硫器7と、ヒータ8と、電源9と、制御部15とを有している。脱硫器7は、円筒形状を呈しており、脱硫器7の内部には、改質器5に供給するための液体燃料から硫黄分を除去する脱硫触媒(図示せず)と、熱電対等の温度計13とが設けられている。   The desulfurization apparatus 3 includes a desulfurizer 7, a heater 8, a power source 9, and a control unit 15. The desulfurizer 7 has a cylindrical shape, and inside the desulfurizer 7 is a desulfurization catalyst (not shown) that removes sulfur from the liquid fuel to be supplied to the reformer 5, and a temperature such as a thermocouple. A total of 13 is provided.

図1及び図2に示されるように、本実施形態においては、脱硫器7の下端から脱硫器7内に液体燃料が供給され、硫黄分が除去された液体燃料が、脱硫器7の上端に接続された液体燃料流通ライン16を通って貯留容器19へと流れるように構成されている(いわゆるアップフロー)。そのため、図2に示されるように、脱硫器7は、脱硫器7の外周のうち液体燃料の入口側に位置する入口領域Aと、脱硫器7の外周のうち液体燃料の出口側に位置する出口領域Bと、脱硫器7の外周のうち液体燃料の入口領域Aと出口領域Bとの間に位置する中央領域Cとを有している。なお、本実施形態において、脱硫器7の軸方向における入口領域Aの長さと、脱硫器7の軸方向における中央領域Cの長さと、脱硫器7の軸方向における出口領域Bの長さとは、いずれも略等しくなるように設定されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, in the present embodiment, liquid fuel is supplied from the lower end of the desulfurizer 7 into the desulfurizer 7, and the liquid fuel from which the sulfur content has been removed is present at the upper end of the desulfurizer 7. It is configured to flow to the storage container 19 through the connected liquid fuel circulation line 16 (so-called upflow). Therefore, as shown in FIG. 2, the desulfurizer 7 is positioned on the liquid fuel inlet side of the outer periphery of the desulfurizer 7 and on the liquid fuel outlet side of the outer periphery of the desulfurizer 7. It has an outlet region B and a central region C located between the liquid fuel inlet region A and the outlet region B on the outer periphery of the desulfurizer 7. In the present embodiment, the length of the inlet region A in the axial direction of the desulfurizer 7, the length of the central region C in the axial direction of the desulfurizer 7, and the length of the outlet region B in the axial direction of the desulfurizer 7 are: Both are set to be substantially equal.

ヒータ8は、シーズヒータ等の電気ヒータであり、脱硫器7の外周に設けられている。具体的には、ヒータ8は、図1及び図2に示されるように、脱硫器7の外周において螺旋状に巻回されている。これにより、脱硫器7は外面側からヒータ8によって加熱され、液体燃料の脱硫処理が促進されることとなる。   The heater 8 is an electric heater such as a sheathed heater and is provided on the outer periphery of the desulfurizer 7. Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the heater 8 is spirally wound around the outer periphery of the desulfurizer 7. Thereby, the desulfurizer 7 is heated by the heater 8 from the outer surface side, and the desulfurization process of the liquid fuel is promoted.

本実施形態において、ヒータ8のうちの隣り合う巻線の間隔は、入口領域Aにおいて最も小さくなるように設定されており、中央領域Cにおいて最も大きくなるように設定されており、出口領域Bにおいて、入口領域Aよりも大きく且つ中央領域Cよりも小さくなるように設定されている(図2参照)。   In the present embodiment, the interval between adjacent windings in the heater 8 is set to be the smallest in the entrance region A, and is set to be the largest in the central region C, and in the exit region B. It is set to be larger than the entrance area A and smaller than the central area C (see FIG. 2).

電源9は、燃料電池スタック4から交流に変換された電力をヒータ8に印加し、ヒータ8への通電を行う。温度計13は、脱硫器7内の下部に配置されており、脱硫器7内の脱硫触媒の温度を測定し、その温度を示す電気信号を制御部15へと送信する。制御部15は、温度計13によって測定された温度に基づいて、電源9のON/OFFを制御する。   The power source 9 applies electric power converted from the fuel cell stack 4 to alternating current to the heater 8 and energizes the heater 8. The thermometer 13 is disposed in the lower part of the desulfurizer 7, measures the temperature of the desulfurization catalyst in the desulfurizer 7, and transmits an electric signal indicating the temperature to the control unit 15. The control unit 15 controls ON / OFF of the power source 9 based on the temperature measured by the thermometer 13.

燃料電池スタック4は、複数の電池セルが積み重ねられて構成された固体高分子形燃料電池スタックであり、改質装置2で得られた改質ガスを用いて発電を行う。各電池セルは、アノードと、カソードと、アノードとカソードとの間に配置された電解質である高分子のイオン交換膜とを有している。各電池セルにおいては、アノードに改質ガスが導入されると共にカソードに空気が導入されて、電気化学的な発電反応が行われる。   The fuel cell stack 4 is a polymer electrolyte fuel cell stack configured by stacking a plurality of battery cells, and generates power using the reformed gas obtained by the reformer 2. Each battery cell has an anode, a cathode, and a polymer ion exchange membrane that is an electrolyte disposed between the anode and the cathode. In each battery cell, the reformed gas is introduced into the anode and air is introduced into the cathode, and an electrochemical power generation reaction is performed.

図1及び図2に示されるように、脱硫器7の上端には液体燃料流通ライン16の一端が接続されており、液体燃料流通ライン16の他端は、脱硫装置3よりも上方に配置された貯留容器19の側壁に接続されている。貯留容器19の底壁には、貯留容器19内において下方に貯留された液体燃料を改質器5に導入するためのポンプ22が設けられた液体燃料流通ライン23、及び同液体燃料をバーナ6に導入するためのポンプ24が設けられた液体燃料流通ライン25が接続されている。なお、バーナ6には、バーナ6に空気を導入するためのポンプ26が設けられた空気流通ライン27が接続されている。このように、貯留容器19に液体燃料を一旦貯留することで、ポンプ22による改質器5への液体燃料の供給、及びポンプ24によるバーナ6への液体燃料の供給を安定化させることができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, one end of a liquid fuel circulation line 16 is connected to the upper end of the desulfurizer 7, and the other end of the liquid fuel circulation line 16 is disposed above the desulfurization device 3. The storage container 19 is connected to the side wall. On the bottom wall of the storage container 19, a liquid fuel distribution line 23 provided with a pump 22 for introducing the liquid fuel stored downward in the storage container 19 into the reformer 5, and the liquid fuel is supplied to the burner 6. A liquid fuel distribution line 25 provided with a pump 24 for introduction into is connected. The burner 6 is connected to an air circulation line 27 provided with a pump 26 for introducing air into the burner 6. Thus, by temporarily storing the liquid fuel in the storage container 19, the supply of the liquid fuel to the reformer 5 by the pump 22 and the supply of the liquid fuel to the burner 6 by the pump 24 can be stabilized. .

以上のように構成された燃料電池システム1においては、まず、液体燃料が、例えば3g/min〜10g/min程度の流量にて脱硫装置3の脱硫器7に導入され、高温・高圧の状態で脱硫触媒によって硫黄分が除去される。脱硫器7から導出された液体燃料は、液体燃料流通ライン16を介して貯留容器19に貯留される。貯留容器19に貯留された液体燃料は、液体燃料流通ライン23を介して改質器5に導入される。このとき、バーナ6には、液体燃料流通ライン25を介して液体燃料が導入されると共に、空気流通ライン27を介して空気が導入される。これにより、改質器5では、燃焼するバーナ6によって改質触媒が加熱され、液体燃料が用いられて改質ガスが生成される。改質器5で生成された改質ガスは、燃料電池スタック4に導入され、燃料電池スタック4では、改質ガスが用いられて発電が行われる。   In the fuel cell system 1 configured as described above, first, liquid fuel is introduced into the desulfurizer 7 of the desulfurization device 3 at a flow rate of, for example, about 3 g / min to 10 g / min, and in a high temperature / high pressure state. The sulfur content is removed by the desulfurization catalyst. The liquid fuel derived from the desulfurizer 7 is stored in the storage container 19 through the liquid fuel distribution line 16. The liquid fuel stored in the storage container 19 is introduced into the reformer 5 via the liquid fuel distribution line 23. At this time, liquid fuel is introduced into the burner 6 through the liquid fuel circulation line 25 and air is introduced through the air circulation line 27. Thereby, in the reformer 5, the reforming catalyst is heated by the burning burner 6, and the reformed gas is generated using the liquid fuel. The reformed gas generated by the reformer 5 is introduced into the fuel cell stack 4, and the fuel cell stack 4 generates power using the reformed gas.

以上のような本実施形態においては、ヒータ8が、螺旋状となるように脱硫器7の外周に巻かれており、ヒータ8のうちの隣り合う巻線の間隔が、入口領域Aにおいて最も小さくなるように設定されており、中央領域Cにおいて最も大きくなるように設定されており、出口領域Bにおいて、入口領域Aよりも大きく且つ中央領域Cよりも小さくなるように設定されている。そのため、ヒータ8に通電した場合、脱硫器の入口領域A、出口領域B、中央領域Cの順で、液体燃料が加熱されやすくなる(液体燃料の加熱されやすさ:入口領域A>出口領域B>中央領域C)。ここで、脱硫器7の中央領域Cでは、他の部分と比較して熱が逃げにくい。従って、最も加熱されにくい脱硫器7の中央領域C、最も加熱されやすい脱硫器7の入口領域A、及び、加熱されやすさが相対的に中間的な脱硫器7の出口側のいずれにおいても、液体燃料の温度が略等しくなる。その結果、脱硫器7内の液体燃料の温度分布がほぼ一様となるので、脱硫器7の入口側における脱硫反応を促進することが可能となる。また、脱硫器7の入口側よりも後段においてヒータ8の巻数が相対的に少なくなることにより、ヒータ8の消費電力を低減することが可能となる。またさらに、一つのヒータ8及び一つの電源9という単純な構成によって、脱硫器7内の液体燃料の温度分布を制御することができるので、脱硫装置3の簡略化に伴うコストダウンが可能となる。   In the present embodiment as described above, the heater 8 is wound around the outer periphery of the desulfurizer 7 so as to be spiral, and the interval between adjacent windings in the heater 8 is the smallest in the inlet region A. It is set so as to be the largest in the central region C, and is set so as to be larger than the inlet region A and smaller than the central region C in the outlet region B. Therefore, when the heater 8 is energized, the liquid fuel is easily heated in the order of the inlet region A, the outlet region B, and the central region C of the desulfurizer (ease of heating the liquid fuel: inlet region A> outlet region B). > Center region C). Here, in the central region C of the desulfurizer 7, heat is less likely to escape as compared with other portions. Therefore, in any of the central region C of the desulfurizer 7 that is most difficult to be heated, the inlet region A of the desulfurizer 7 that is most easily heated, and the outlet side of the desulfurizer 7 that is relatively easily heated. The temperature of liquid fuel becomes substantially equal. As a result, since the temperature distribution of the liquid fuel in the desulfurizer 7 becomes substantially uniform, the desulfurization reaction on the inlet side of the desulfurizer 7 can be promoted. In addition, since the number of turns of the heater 8 is relatively reduced in the subsequent stage from the inlet side of the desulfurizer 7, the power consumption of the heater 8 can be reduced. Furthermore, since the temperature distribution of the liquid fuel in the desulfurizer 7 can be controlled by a simple configuration of one heater 8 and one power source 9, it is possible to reduce costs associated with simplification of the desulfurization apparatus 3. .

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、図3に示されるように、出口領域Bにヒータ8を巻かず、ヒータ8のうちの隣り合う巻線の間隔を、中央領域Cにおいて、入口領域Aよりも大きくなるように設定してもよい。このようにすると、脱硫器7の入口領域A、中央領域C、出口領域Bの順で、液体燃料が加熱されやすくなる(液体燃料の加熱されやすさ:入口領域A>中央領域C>出口領域B)。従って、脱硫器7内の液体燃料の温度が脱硫器7の出口領域Bから入口領域Aに向かうに従って高くなるので(脱硫器7の入口側よりも後段で液体燃料が相対的に低温となりやすくなるので)、脱硫触媒が必要以上に加熱されることがなくなる。その結果、脱硫反応の促進を図りつつ、脱硫触媒の寿命低下を抑制することが可能となると共に、脱硫器7の出口領域Bにヒータ8を巻かないことにより、ヒータ8の消費電力を低減することが可能となる。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, as shown in FIG. 3, the heater 8 is not wound around the outlet region B, and the interval between adjacent windings in the heater 8 is set to be larger in the central region C than in the inlet region A. Also good. If it does in this way, it will become easy to heat a liquid fuel in order of the entrance area A of the desulfurizer 7, the center area | region C, and the exit area | region B (Easiness of heating of liquid fuel: Inlet area A> center area C> outlet area) B). Therefore, since the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7 increases from the outlet region B of the desulfurizer 7 toward the inlet region A (the liquid fuel tends to be relatively low in the latter stage than the inlet side of the desulfurizer 7. Therefore, the desulfurization catalyst is not heated more than necessary. As a result, the desulfurization reaction can be promoted and the life reduction of the desulfurization catalyst can be suppressed, and the heater 8 is not wound around the outlet region B of the desulfurizer 7, thereby reducing the power consumption of the heater 8. It becomes possible.

また、図4に示されるように、脱硫器7の外周を入口領域A及び出口領域Bに二分割し、ヒータ8のうちの隣り合う巻線の間隔を、出口領域Bにおいて、入口領域Aよりも大きくなるように設定してもよい。このようにすると、脱硫器7の入口領域A、出口領域Bの順で、液体燃料が加熱されやすくなる(液体燃料の加熱されやすさ:入口領域A>出口領域B)。従って、脱硫器7内の液体燃料の温度が脱硫器7の出口領域Bから入口領域Aに向かうに従って高くなるので(脱硫器7の入口側よりも後段で液体燃料が相対的に低温となりやすくなるので)、脱硫触媒が必要以上に加熱されることがなくなる。その結果、脱硫反応の促進を図りつつ、脱硫触媒の寿命低下を抑制することが可能となると共に、脱硫器7の出口領域Bにおいてヒータ8の巻数が相対的に少なくなることにより、ヒータ8の消費電力を低減することが可能となる。なお、図4において、脱硫器7の軸方向における入口領域Aの長さと、脱硫器7の軸方向における出口領域Bの長さとは、略等しくなるように設定されている。   Further, as shown in FIG. 4, the outer periphery of the desulfurizer 7 is divided into an inlet region A and an outlet region B, and an interval between adjacent windings of the heater 8 is set in the outlet region B from the inlet region A. May be set to be larger. If it does in this way, it will become easy to heat a liquid fuel in order of the entrance area A of the desulfurizer 7, and the exit area | region B (easiness of a liquid fuel being heated: entrance area A> exit area B). Therefore, since the temperature of the liquid fuel in the desulfurizer 7 increases from the outlet region B of the desulfurizer 7 toward the inlet region A (the liquid fuel tends to be relatively low in the latter stage than the inlet side of the desulfurizer 7. Therefore, the desulfurization catalyst is not heated more than necessary. As a result, while promoting the desulfurization reaction, it is possible to suppress a decrease in the life of the desulfurization catalyst, and the number of turns of the heater 8 in the outlet region B of the desulfurizer 7 is relatively reduced. It becomes possible to reduce power consumption. In FIG. 4, the length of the inlet region A in the axial direction of the desulfurizer 7 and the length of the outlet region B in the axial direction of the desulfurizer 7 are set to be substantially equal.

また、本実施形態においては、脱硫器7の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、図5に示されるように、脱硫器7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。この場合、温度計13は、脱硫器7内で且つ脱硫器7の入口側に配置される。   Further, in the present embodiment, the configuration in which the axial direction of the desulfurizer 7 is installed so as to be in a state where the axial direction of the desulfurizer 7 is substantially vertical is illustrated, but as shown in FIG. You may install and use in the state which follows a horizontal direction, or the state which inclines. In this case, the thermometer 13 is disposed in the desulfurizer 7 and on the inlet side of the desulfurizer 7.

また、燃料電池スタック4は、固体高分子形燃料電池スタックに限定されず、固体酸化物形燃料電池スタック等であってもよい。   The fuel cell stack 4 is not limited to a solid polymer fuel cell stack, and may be a solid oxide fuel cell stack or the like.

また、改質器5は、水蒸気改質するものに限定されず、部分酸化改質や自己熱改質するものであってもよい。改質器5による改質方法は、灯油の他、ガソリン、ナフサ、軽油、メタノール、エタノール、DME(ジメチルエーテル)、バイオマスを利用したバイオ燃料等、液体燃料の特性に応じものとされる。   Further, the reformer 5 is not limited to one that performs steam reforming, and may be one that undergoes partial oxidation reforming or autothermal reforming. The reforming method using the reformer 5 depends on the characteristics of liquid fuel such as kerosene, gasoline, naphtha, light oil, methanol, ethanol, DME (dimethyl ether), biofuel using biomass, and the like.

また、本実施形態においては、脱硫器7の外周が、入口領域Aと出口領域Bと中央領域Cとの3つの領域を有していたり(図2、図3及び図5参照)、入口領域Aと出口領域Bとの2つの領域を有していたが(図4参照)、脱硫器の外周を4つ以上の領域に区分けして、液体燃料の入口側から第1領域、第2領域、第3領域、第4領域・・・などとしてもよい。この場合においても、ヒータ8のうちの隣り合う巻線の間隔は、液体燃料の入口側に最も近い第1領域において最も小さくなるように設定される。   Further, in the present embodiment, the outer periphery of the desulfurizer 7 has three regions of an inlet region A, an outlet region B, and a central region C (see FIGS. 2, 3, and 5), or an inlet region. A has two regions, A and an outlet region B (see FIG. 4). The outer periphery of the desulfurizer is divided into four or more regions, and the first region and the second region are separated from the liquid fuel inlet side. , The third region, the fourth region, and so on. Also in this case, the interval between adjacent windings in the heater 8 is set to be the smallest in the first region closest to the liquid fuel inlet side.

1…燃料電池システム、3…脱硫装置、4…燃料電池スタック、5…改質器、7…脱硫器、8…ヒータ、9…電源。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 3 ... Desulfurization apparatus, 4 ... Fuel cell stack, 5 ... Reformer, 7 ... Desulfurizer, 8 ... Heater, 9 ... Power supply.

Claims (3)

水素を含有する改質ガスを生成する改質器に供給するための液体燃料から硫黄分を除去する脱硫触媒を収容する、筒状の脱硫器と、
前記脱硫器内の前記液体燃料を加熱するためのヒータと、
前記ヒータに通電する電源とを備え、
前記脱硫器は、前記脱硫器の外周のうち前記液体燃料の入口側の入口領域と、前記脱硫器の外周のうち前記液体燃料の出口側の出口領域と、前記脱硫器の外周のうち前記入口領域と前記出口領域との間の中央領域とを有し、
前記ヒータは、螺旋状となるように前記脱硫器の外周に巻かれており、
前記ヒータのうちの隣り合う巻線の間隔は、
前記入口領域において最も小さくなるように設定されており、
前記中央領域において最も大きくなるように設定されており、
前記出口領域において、前記入口領域よりも大きく且つ前記中央領域よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする脱硫装置。
A cylindrical desulfurizer that contains a desulfurization catalyst that removes sulfur from the liquid fuel to be supplied to a reformer that generates reformed gas containing hydrogen;
A heater for heating the liquid fuel in the desulfurizer;
A power source for energizing the heater,
The desulfurizer includes an inlet region on the inlet side of the liquid fuel in an outer periphery of the desulfurizer, an outlet region on the outlet side of the liquid fuel in an outer periphery of the desulfurizer, and the inlet in an outer periphery of the desulfurizer. A central region between the region and the exit region ;
The heater is wound around the outer periphery of the desulfurizer so as to be spiral,
The spacing between adjacent windings of the heater is
Set to be the smallest in the entrance region ,
Is set to be the largest in the central region,
The desulfurization apparatus , wherein the outlet region is set to be larger than the inlet region and smaller than the central region .
前記液体燃料が前記脱硫器内を下方から上方に向かって流動するように、前記液体燃料の入口が前記脱硫器の下端側に設けられていると共に、前記液体燃料の出口が前記脱硫器の上端側に設けられている、請求項1に記載の脱硫装置。  The liquid fuel inlet is provided on the lower end side of the desulfurizer so that the liquid fuel flows from the lower side to the upper side in the desulfurizer, and the liquid fuel outlet is the upper end of the desulfurizer. The desulfurization apparatus of Claim 1 provided in the side. 請求項1又は2に記載された脱硫装置と、
前記脱硫装置によって硫黄分が除去された液体燃料を用いて、水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器によって生成された前記改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックとを備えることを特徴とする燃料電池システム。
A desulfurization apparatus according to claim 1 or 2 ,
A reformer that generates a reformed gas containing hydrogen using the liquid fuel from which sulfur content has been removed by the desulfurization apparatus;
A fuel cell system comprising: a fuel cell stack that generates electric power using the reformed gas generated by the reformer.
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