(57)【要約】【課題】触媒収容空間に処理対象ガスを供給する流路の閉塞を抑制可能な触媒容器を提供することを目的とする。【解決手段】触媒容器３０であって、処理対象ガスが下方から上方に向かって通流する容器本体Ｒと、容器本体Ｒの下面に接続され、処理対象ガスを容器本体Ｒに供給する上下方向に延びる供給流路３１とを備え、容器本体Ｒは、供給流路３１が一部に接続される導入部Ｒｂと、導入部Ｒｂに対して上方に位置し、粒状の触媒を収容する触媒収容部Ｒｕと、導入部Ｒｂと触媒収容部Ｒｕとを区画する仕切り体４１とを有し、仕切り体４１は、粒状の触媒の導入部Ｒｂへの落下を阻止するとともに、処理対象ガスを導入部Ｒｂから触媒収容部Ｒｕへと通過させる複数の孔４３を有しており、仕切り体４１は、供給流路３１が導入部Ｒｂに接続された部分の上方に対応する部分において、処理対象ガスの通過を阻止する通過阻止領域Ｉを有する。【選択図】図２
2020131192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状の触媒が収容され、処理対象ガスが通流可能な触媒容器であって、
前記処理対象ガスが下方から上方に向かって通流する容器本体と、
前記容器本体の下面に接続され、前記処理対象ガスを前記容器本体に供給する供給流路とを備え、
前記容器本体は、
前記供給流路が一部に接続され、前記処理対象ガスが導入される導入部と、
前記導入部に対して上方に位置し、前記粒状の触媒を収容する触媒収容部と、
前記導入部と前記触媒収容部とを区画する仕切り体とを有し、
前記仕切り体は、前記粒状の触媒の前記導入部への落下を阻止するとともに、前記処理対象ガスを前記導入部から前記触媒収容部へと通過させる複数の開口部を有しており、
前記供給流路は、前記導入部と面する前記仕切り体の下面と交差する上下方向に延びており、
前記仕切り体は、前記供給流路が前記導入部に接続された部分の上方に対応する部分において、前記処理対象ガスの通過を阻止する通過阻止領域を有する、触媒容器。
【請求項２】
前記仕切り体の前記通過阻止領域には開口部が形成されていない、請求項１に記載の触媒容器。
【請求項３】
前記仕切り体に形成された前記複数の開口部のうち、前記通過阻止領域に対応する複数の開口部を塞ぐ通過阻止部材を備える、請求項１に記載の触媒容器。
【請求項４】
前記仕切り体は板状部材であり、前記通過阻止部材は、前記仕切り体の板状面に沿う板状部材である、請求項３に記載の触媒容器。
【請求項５】
前記通過阻止部材は、液体状態から固体状態に硬化することで前記通過阻止領域に対応する複数の開口部を塞ぐ硬化性部材である、請求項３に記載の触媒容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料改質システムが開示されている。燃料改質システムは、原燃料である処理対象ガスの供給を受け、触媒を用いて当該処理対象ガスに所定の処理を施すガス処理装置を有している。触媒はガス処理装置に収容されているが、装置の起動及び停止の繰り返しによって、触媒が収容された空間を形成する部材が膨張収縮し、当該空間に収容された粒状の触媒が圧壊して細分化する。細分化した細分化触媒が粒状の触媒の隙間に溜まると、処理対象ガスの通流が妨げられる。
【０００３】
そこで、特許文献１のガス処理装置では、触媒収容空間を、粒状の触媒を収容する上方の触媒収容部分と、細分化触媒を収容する下方の細分化触媒収容部分とに分離する。そして、触媒収容空間への処理対象ガスの供給を停止した状態で、加振手段により触媒収容空間の触媒を振動させる。これにより、処理対象ガスの流れにのって下流側に細分化触媒が流動するのを防止しつつ、粒状の触媒間に溜まっている細分化触媒を細分化触媒収容部分にふるい落とすことができる。よって、触媒収容空間を通流する処理対象ガスに偏流が生じるのを十分に抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６３８１４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のガス処理装置では、細分化触媒を下方の細分化触媒収容部分にふるい落とすことができるものの、ガス処理装置の下方に接続された処理対象ガスが通流する流路が、細分化触媒等によって閉塞する可能性がある。よって、処理対象ガスを触媒収容空間に通流させることができず、触媒による処理に供することができない場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、触媒収容空間に処理対象ガスを供給する流路の閉塞を抑制可能な触媒容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る触媒容器の特徴構成は、
粒状の触媒が収容され、処理対象ガスが通流可能な触媒容器であって、
前記処理対象ガスが下方から上方に向かって通流する容器本体と、
前記容器本体の下面に接続され、前記処理対象ガスを前記容器本体に供給する供給流路とを備え、
前記容器本体は、
前記供給流路が一部に接続され、前記処理対象ガスが導入される導入部と、
前記導入部に対して上方に位置し、前記粒状の触媒を収容する触媒収容部と、
前記導入部と前記触媒収容部とを区画する仕切り体とを有し、
前記仕切り体は、前記粒状の触媒の前記導入部への落下を阻止するとともに、前記処理対象ガスを前記導入部から前記触媒収容部へと通過させる複数の開口部を有しており、
前記供給流路は、前記導入部と面する前記仕切り体の下面と交差する上下方向に延びており、
前記仕切り体は、前記供給流路が前記導入部に接続された部分の上方に対応する部分において、前記処理対象ガスの通過を阻止する通過阻止領域を有する点にある。
【０００８】
処理対象ガスは、供給流路を介して容器本体の下面から導入部に導入される。導入部に導入された処理対象ガスは、仕切り体の複数の開口部を通過して触媒収容部へと導入され、触媒により所定の処理を施される。このように処理対象ガスは、供給流路から導入部及び触媒収容部へと導入されるが、仕切り体との接触及び導入部の内壁との接触により導入部内で処理対象ガスの旋回流が発生する場合がある。発生した旋回流が、仕切り体の複数の開口部を通過して触媒収容部に導入されると、粉粒が巻き上がり仕切り体の複数の開口部を介して導入部に落下し、供給流路を閉塞させる。粉粒としては、触媒が細分化した細分化触媒、及び粒状の触媒と処理対象ガスとの反応物等が挙げられる。なお、触媒容器が備えられた装置の起動及び停止等により触媒容器に膨張及び収縮の力が加わるが、これにより触媒収容部に収容された触媒が圧壊して細分化し、細分化触媒となる。
【０００９】
上記特徴構成によれば、上下方向に延びる供給流路からは、処理対象ガスが上方の仕切り体に向かって吹き出されるが、仕切り体の通過阻止領域に向かった処理対象ガスは仕切り体を通過できない。ここで、供給流路から吹き出されて流速が速い状態で処理対象ガスが上方の仕切り体の通過阻止領域に到達すると、通過阻止領域及び導入部等との接触により、旋回流が発生する場合がある。
【００１０】
しかし、通過阻止領域の存在により、旋回流は通過阻止領域により通過を阻止され、触媒収容部への通流が阻止されている。そして、通過阻止領域により仕切り体の通過を阻止された処理対象ガスは、通過阻止領域以外の通過可能領域に誘導される。このように、供給流路から導入部に吹き出された処理対象ガスが通過阻止領域から通過可能領域に亘って流れるため、処理対象ガスの吹き出し方向（流れ方向）の空間長さを、吹き出し方向（流れ方向）以外よりもある程度確保することができる。これにより、処理対象ガスは、吹出方向（流れ方向）の先端に向かって流速が低下していく。流速が低下した状態の処理対象ガスは、仕切り体の通過可能領域に到達し、複数の開口部を介して触媒収容部に導入される。よって、処理対象ガスの流速は、触媒収容部に導入されるときには低下しており、触媒収容部内の粉粒（細分化触媒及び反応物等）が巻き上げられ、導入部に落下するのを抑制でき、粉粒が供給流路に導入されて供給流路が閉塞するのを抑制できる。
【００１１】
本発明に係る触媒容器の更なる特徴構成は、
前記仕切り体の前記通過阻止領域には開口部が形成されていない点にある。
【００１２】
上記特徴構成によれば、仕切り体は、複数の開口部が形成される領域と、開口部が形成されない通過阻止領域とを有するように形成できる。よって、供給流路の上方に対応する部分に開口部を予め形成しないことで、通過阻止領域を有する仕切り体を用意できる。
【００１３】
本発明に係る触媒容器の更なる特徴構成は、
前記仕切り体に形成された前記複数の開口部のうち、前記通過阻止領域に対応する複数の開口部を塞ぐ通過阻止部材を備える点にある。
【００１４】
上記特徴構成によれば、触媒容器の仕切り体に予め形成された複数の開口部のうち通過阻止領域に対応する開口部を塞ぐ通過阻止部材を備える。よって、仕切り体に予め形成された複数の開口部の一部を、別部材の通過阻止部材により後から塞ぐことができる。
【００１５】
本発明に係る触媒容器の更なる特徴構成は、
前記仕切り体は板状部材であり、前記通過阻止部材は、前記仕切り体の板状面に沿う板状部材である点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、仕切り体及び通過阻止部材が板状部材であるため、通過阻止部材を仕切り体に沿わせることで仕切り体に予め形成された複数の開口部を塞ぐことができる。
【００１７】
本発明に係る触媒容器の更なる特徴構成は、
前記通過阻止部材は、液体状態から固体状態に硬化することで前記通過阻止領域に対応する複数の開口部を塞ぐ硬化性部材である点にある。
【００１８】
上記特徴構成によれば、仕切り体に予め形成された複数の開口部のうち、通過阻止領域に対応する複数の開口部に液体状態で硬化性部材を適用し、固体状態に硬化させる。これにより、仕切り体に予め形成された複数の開口部を塞ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ガス処理装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】触媒容器の全体構成を示す斜視図である。
【図３】＋Ｘ及び−Ｘ方向からの触媒容器の側面図である。
【図４】＋Ｘ及び−Ｘ方向からの別の触媒容器の側面図である。
【図５】通過阻止領域Ｉを有する仕切り体の構成図である。
【図６】通過阻止領域Ｉを有する仕切り体の構成図である。
【図７】通過阻止領域Ｉを有する仕切り体の構成図である。
【図８】従来の触媒容器の全体構成を示す斜視図である。
【図９】従来の触媒容器及び本実施形態の触媒容器それぞれに処理対象ガスを導入した場合の温度分布の違いを示す説明図である。
【図１０】従来の触媒容器及び本実施形態の触媒容器それぞれに処理対象ガスを導入した場合の速度ベクトルの違いを示す説明図である。
【図１１】従来の触媒容器及び本実施形態の触媒容器それぞれに処理対象ガスを導入した場合の流跡線の違いを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明に係る触媒容器を水素含有ガス（燃料ガス）生成用のガス処理装置に適用した場合の実施形態を説明する。
【００２１】
（１）ガス処理装置の全体構成
ガス処理装置１０の全体構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、水素含有ガス生成用のガス処理装置１０は、処理対象ガスに所定の処理を施す処理部として、炭化水素系の原燃料ガス（例えば、１３Ａ等の天然ガスベースの都市ガス）に対して脱硫処理を施す脱硫器１１と、脱硫器１１から供給される脱硫後の原燃料ガスを改質して改質ガスを生成する改質器１３と、改質ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成するＣＯ変成器１５と、改質済みの改質ガスに含まれる一酸化炭素ガスを選択的に酸化するＣＯ選択酸化反応器１７とを備えている。
なお、本実施形態では、原燃料ガスに硫黄が含まれる場合を例示しており、原燃料ガスを脱硫処理するために脱硫器１１が設けられている。
【００２２】
脱硫器１１、改質器１３、ＣＯ変成器１５及びＣＯ選択酸化反応器１７は、通流する各ガスに処理を施すための触媒を収容する触媒収容部Ｒｕを有する触媒容器３０（図２等）から構成されている。触媒容器３０の構成については後述する。なお、図１における脱硫器１１、改質器１３、ＣＯ変成器１５及びＣＯ選択酸化反応器１７の接続配管の構成は、簡略化して記載している。
【００２３】
脱硫器１１の触媒収容部Ｒｕには、脱硫処理用の脱硫触媒１１ｃが収容されている。
そして、脱硫器１１は、脱硫触媒１１ｃを所定の脱硫処理用の脱硫処理温度（例えば２００〜２７０℃）に昇温させた状態で、原燃料ガスを脱硫する。この場合、改質器１３を経た改質ガスの一部をリサイクルガスとして脱硫器１１に供給してもよい。これにより、リサイクルガス中の水素ガスにより原燃料ガス中の硫黄化合物が水素化されると共に、脱硫触媒１１ｃがその水素化物を吸着して脱硫する。なお、脱硫触媒１１ｃは、例えば、ニッケル、コバルト、モリブデン、銅、亜鉛、アルミニウム、クロム等の触媒作用させる物質をセラミック製等の多孔質粒状体に担持させて構成される。
【００２４】
改質器１３の触媒収容部Ｒｕには、改質処理用の改質触媒１３ｃが収容されている。
改質器１３には、脱硫器１１により脱硫後の原燃料ガスが供給されるとともに、水蒸気化された改質水が供給される。改質器１３は、改質触媒１３ｃを所定の改質処理用の改質処理温度（例えば６００〜７００℃の範囲）に昇温させた状態で、脱硫後の原燃料ガスを水蒸気改質する。
原燃料ガスがメタンガスを主成分とする天然ガスである場合、改質器１３は、下記の反応式によりメタンガスを水蒸気と反応させて改質処理することで改質ガスを生成する。下記反応式では、改質ガスには、水素ガス、一酸化炭素ガス及び二酸化炭素ガスが含まれる。なお、改質触媒１３ｃは、ルテニウム、ニッケル、白金等の触媒作用させる物質をセラミック製等の多孔質粒状体に担持させて構成される。
【００２５】
ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２
【００２６】
ＣＯ変成器１５の触媒収容部Ｒｕには、変成処理用の変成触媒１５ｃが収容されている。
ＣＯ変成器１５は、変成触媒１５ｃを所定の変成処理用の変成処理温度（例えば１５０〜２５０℃の範囲）に昇温させた状態で、下記の反応式にて改質ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気と反応させて、二酸化炭素ガスに変成させる。なお、変成触媒１５ｃは、白金、ルテニウム、ロジウム等の触媒作用させる物質をセラミック製等の多孔質粒状体に担持させて構成される。
【００２７】
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２
【００２８】
ＣＯ選択酸化反応器１７の触媒収容部Ｒｕには、選択酸化処理用の選択酸化触媒１７ｃが収容されている。
ＣＯ選択酸化反応器１７は、選択酸化触媒１７ｃを所定の選択酸化処理用の選択酸化処理温度（例えば、８０〜１００℃の範囲）に昇温させた状態で、変成処理後の改質ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択酸化させる。これにより、ＣＯ選択酸化反応器１７は、燃料電池２０に供給可能な水素含有ガス（燃料ガス）を生成する。水素含有ガスは、一酸化炭素ガス濃度の低い（例えば１０ｐｐｍ以下）水素リッチな水素含有ガスとして生成される。なお、選択酸化触媒１７ｃは、白金、ルテニウム、ロジウム等の触媒作用させる物質をセラミック製等の多孔質粒状体に担持させて構成される。
【００２９】
ＣＯ選択酸化反応器１７を出た水素含有ガスは、燃料電池２０に供給される。燃料電池２０は、供給された水素含有ガスと空気を反応させて発電する。燃料電池２０は、水素含有ガスを燃料ガスとして発電できる装置であれば特に限定されず、例えば固体高分子膜からなる電解質層をアノードとカソードで挟持したセルを積層して構成される固体高分子形燃料電池である。
【００３０】
（２）触媒容器
次に、触媒容器３０について説明する。上述の通り脱硫器１１、改質器１３、ＣＯ変成器１５及びＣＯ選択酸化反応器１７の各処理部は、それぞれ触媒容器３０を有しており、各処理部で所定の処理を行うために所定の触媒１１ｃ、１３ｃ、１５ｃ、１７ｃが収容されている。触媒容器３０の構成は各処理部で構成が同様であるため、以下では脱硫器１１の触媒容器３０を例に挙げて説明する。
【００３１】
図２、図３に示すように、脱硫器１１の触媒容器３０は、処理対象ガスが下方から上方に向かって通流する容器本体Ｒと、容器本体Ｒの下面に接続され、処理対象ガスを容器本体に供給する供給流路３１とを備えている。触媒容器３０には、さらに触媒により所定の処理が施された処理済みの処理対象ガスが排出される排出流路３９が容器本体Ｒの上面に接続されていてもよい。
【００３２】
本実施形態では、容器本体Ｒは直方体状である。容器本体Ｒは、図２、図３等の＋Ｘ及び−Ｘ方向（以下、幅方向という場合もある）が長手方向であり、長手方向の長さはＬ２である。また、＋Ｙ及び−Ｙ方向（以下、奥行方向という場合もある）が短手方向であり、短手方向の長さはＷ１（Ｌ２＞Ｗ１）である。また、＋Ｚ及び−Ｚ方向（以下、上下方向という場合もある）が高さ方向である。以下では、＋Ｘ及び−Ｘ方向と＋Ｙ及び−Ｙ方向が含まれる平面を水平面とし、水平面に沿う方向を水平面方向という。そして、水平面方向における容器本体Ｒの形状は概ね長方形状である。
【００３３】
容器本体Ｒは、容器本体Ｒ内の空間を上下に区画する仕切り体４１と、仕切り体４１よりも上側の直方体状の空間であり、粒状の触媒である脱硫触媒１１ｃを収容する触媒収容部Ｒｕと、仕切り体４１よりも下側の直方体状の空間であり、供給流路３１が接続される導入部Ｒｂとを備えている。触媒収容部Ｒｕは、長手方向である＋Ｘ及び−Ｘ方向の長さがＬ２であり、短手方向である＋Ｙ及び−Ｙ方向の長さがＷ１（Ｌ２＞Ｗ１）であり、高さは任意であり、例えばＬ２及びＷ１よりも大きい。導入部Ｒｂは、長手方向の長さがＬ２であり、短手方向の長さがＷ１（Ｌ２＞Ｗ１）であり、高さがＬ２よりも小さい。触媒収容部Ｒｕは導入部Ｒｂよりも広い空間に形成されており、より多くの触媒を収容可能となっている。
【００３４】
仕切り体４１は、板状部材から形成されており、複数の孔（開口部の一例）４３を有している。複数の孔４３は、触媒収容部Ｒｕに収容された粒状の触媒が導入部Ｒｂに落下するのを阻止するとともに、処理対象ガスが導入部Ｒｂから触媒収容部Ｒｕに通過可能な大きさに形成されている。
また、触媒収容部Ｒｕは導入部Ｒｂよりも広い空間に形成されており、より多くの触媒を収容可能となっている。
【００３５】
供給流路３１は、筒状部材であり、導入部Ｒｂと接続部分を介して連通している。また、供給流路３１は、少なくとも導入部Ｒｂとの接続部分の近傍においては、＋Ｚ及び−Ｚ方向（上下方向）に延びている。そして、供給流路３１は、供給流路３１の下方から導入された処理対象ガスを導入部Ｒｂに向かって上方向に吹き出すように導入部Ｒｂに接続されている。
【００３６】
供給流路３１は、導入部Ｒｂの下面のうち周縁に近い位置に接続されている。本実施形態では、供給流路３１は、導入部Ｒｂの＋Ｘ及び−Ｘ方向（幅方向）のうち、中央部よりも−Ｘ方向側に接続されている。また、本実施形態では、図３に示すように、導入部Ｒｂの下面は、−Ｙから＋Ｙ方向に向かって同一の高さの水平面である。しかし、図４に示すように、導入部Ｒｂの下面は、−Ｙから＋Ｙ方向に向かって高さが高くなるように傾斜していてもよい。これにより、供給流路３１を導入部Ｒｂの下面に溶接等により接続することが容易である。
【００３７】
本実施形態では、導入部Ｒｂには、導入部Ｒｂの下面に接続された上下方向に延びる供給流路３１から、下方から上方に向かって処理対象ガスが吹き出される。このような構成において、仕切り体４１は、供給流路３１が導入部Ｒｂに接続された部分の上方に対応する部分において、処理対象ガスの通過を阻止する通過阻止領域Ｉを有する。
【００３８】
ここで、処理対象ガスは、供給流路３１から導入部Ｒｂ及び触媒収容部Ｒｕへと導入されるが、仕切り体４１との接触及び導入部Ｒｂの内壁との接触により導入部Ｒｂ内で処理対象ガスの旋回流が発生する場合がある。そして、流速がある程度速い状態で処理対象ガスが仕切り体４１及び導入部Ｒｂの内壁等と接触することで、旋回流は発生し易くなる。発生した旋回流が、仕切り体４１の複数の孔４３を通過して触媒収容部Ｒｕに導入されると、粉粒が巻き上がり、仕切り体４１の複数の孔４３を介して導入部Ｒｂに落下し、供給流路３１を閉塞させる。粉粒としては、触媒が細分化した細分化触媒、及び粒状の触媒と処理対象ガスとの反応物等が挙げられる。脱硫器１１の場合、反応物として硫化銅が生じる。
なお、触媒容器３０が備えられた装置の起動及び停止等により触媒容器３０に膨張及び収縮の力が加わるが、これにより触媒収容部Ｒｕに収容された触媒が圧壊して細分化し、細分化触媒となる。
【００３９】
上記のように、仕切り体４１には通過阻止領域Ｉが設けられている。よって、上下方向に延びる供給流路３１からは、処理対象ガスが上方の仕切り体４１に向かって吹き出されるが、仕切り体４１の通過阻止領域Ｉに向かった処理対象ガスは仕切り体４１を通過できない。ここで、供給流路３１から吹き出されて流速が速い状態で処理対象ガスが上方の仕切り体４１の通過阻止領域Ｉに到達すると、通過阻止領域Ｉ及び導入部Ｒｂ等との接触により、旋回流が発生する場合がある。
【００４０】
しかし、通過阻止領域Ｉの存在により、旋回流は通過阻止領域Ｉにより通過を阻止され、触媒収容部Ｒｕへの通流が阻止されている。そして、通過阻止領域Ｉにより仕切り体４１の通過を阻止された処理対象ガスは、通過阻止領域Ｉ以外の通過可能領域ＩＩに誘導される。このように、供給流路３１から導入部Ｒｂに吹き出された処理対象ガスが通過阻止領域Ｉから通過可能領域ＩＩに亘って流れるため、処理対象ガスの吹き出し方向（流れ方向）の空間長さを、吹き出し方向（流れ方向）以外よりもある程度確保することができる。これにより、処理対象ガスは、吹出方向の先端に向かって流速が低下していく。流速が低下した状態の処理対象ガスは、仕切り体４１の通過可能領域ＩＩに到達し、複数の孔４３を介して触媒収容部Ｒｕに導入される。よって、処理対象ガスの流速は、触媒収容部Ｒｕに導入されるときには低下しており、触媒収容部Ｒｕ内の粉粒（細分化触媒及び反応物等）が巻き上げられ、導入部Ｒｂに落下するのを抑制でき、粉粒が供給流路３１に導入されて供給流路３１が閉塞するのを抑制できる。
【００４１】
以下に、通過阻止領域Ｉを有する仕切り体４１の具体例について、図２の＋Ｙ方向視である図５〜図７を用いてさらに説明する。
具体例としては、例えば複数の孔を形成しない領域を有する仕切り体４１の検討例、複数の孔４３の一部が板状部材で覆われた仕切り体４１の検討例、複数の孔４３の一部が硬化性部材で覆われた仕切り体４１の検討例が挙げられる。以下に、それぞれについて説明する。
なお、図５〜図７に示すように、供給流路３１は上下方向に延びており、供給流路３１の上端部は容器本体Ｒの下面に接続されて、導入部Ｒｂと連通している。そして、供給流路３１の上下方向と、水平面である仕切り体４１の下面とは交差している。
【００４２】
（２−１）複数の孔を形成しない領域を有する仕切り体の検討例
図５では、上下方向に延びた供給流路３１の上方において、仕切り体４１には孔が形成されておらず、これにより処理対象ガスの通過が阻止される通過阻止領域Ｉが形成されている。そして、仕切り体４１の板状面のうち、通過阻止領域Ｉを除く部分は、処理対象ガスの通過可能な通過可能領域ＩＩとして形成されている。つまり、仕切り体４１は、予め、孔が形成されない通過阻止領域Ｉと複数の孔４３が形成されている通過可能領域ＩＩとを有するように形成できる。
【００４３】
より具体的に説明すると、供給流路３１は、導入部Ｒｂの＋Ｘ及び−Ｘ方向（幅方向）のうち、中央部よりも−Ｘ方向側に接続されている。つまり、＋Ｘ及び−Ｘ方向において、導入部ＲｂはＬ２の長さがあり、供給流路３１は、−Ｘ方向側の端部から長さＬ３の位置に、かつ＋Ｘ方向側の端部から長さＬ４の位置において導入部Ｒｂに接続されている。Ｌ４はＬ３より大きい（Ｌ４＞Ｌ３）。また、仕切り体４１は水平面方向に沿って配置されており、導入部Ｒｂの上面と対向している。そして、Ｌ４の長さは、導入部Ｒｂの下面から仕切り体４１の上面までの長さＬ５よりも長い（Ｌ４＞Ｌ５）。
【００４４】
このような構成において、図５では、導入部Ｒｂに接続された供給流路３１の上部において、仕切り体４１が通過阻止領域Ｉを有している。図５においては、通過阻止領域Ｉは、＋Ｘ及び−Ｘ方向の中央部よりも−Ｘ方向側に位置し、−Ｘ方向側の端部からＬ１であり、かつ＋Ｙ及び−Ｙ方向（奥行方向）がＷ１である領域である。この通過阻止領域Ｉは、供給流路３１の上方を中心とした領域であり、仕切り体４１の水平面方向の長さＬ２及び奥行Ｗ１の領域の半分より小さい領域である。例えば、通過阻止領域Ｉの面積は、仕切り体４１の面積の１／３〜１／２である。さらに言えば、通過阻止領域Ｉの面積は供給流路３１の上部に対応する位置であればよく、仕切り体４１の面積の１／４〜１／２であってもよい。
なお、通過阻止領域Ｉの端部は、触媒容器３０の−Ｘ方向側の端部に接触して配置されている。これにより、触媒容器３０の導入部Ｒｂの−Ｘ方向側には、導入部Ｒｂの底面と、−Ｘ方向の側面と、−Ｙ方向の側面と、＋Ｙ方向の側面と、仕切り体４１の通過阻止領域Ｉとにより閉塞空間が形成されている。そして、供給流路３１は、図５等に示すように、触媒容器３０の−Ｘ方向側に偏った位置に取り付けられており、通過阻止領域Ｉは、供給流路３１の上方を中心に覆うように配置されている。
【００４５】
供給流路３１から、仕切り体４１に向かって進んだ処理対象ガスは、通過阻止領域Ｉにより仕切り体４１の通過を阻止され、通過阻止領域Ｉ以外の通過可能領域ＩＩに誘導される。つまり、処理対象ガスは、導入部Ｒｂ内において、＋Ｘ及び−Ｘ方向（幅方向）の中央部よりも−Ｘ方向側の供給流路３１から上方の仕切り体４１へ吹き出された後、通過阻止領域Ｉ（図５では、＋Ｘ及び−Ｘ方向の中央部よりも−Ｘ方向側の領域）により仕切り体４１の通過を阻止される。その後、処理対象ガスは、通過阻止領域Ｉを経て、通過可能領域ＩＩ（＋Ｘ方向側の領域）に向かって水平面方向に沿って流れる。
【００４６】
（２−２）複数の孔の一部が板状部材で覆われた仕切り体の検討例
図６では、上下方向に延びた供給流路３１の上方において、仕切り体４１には複数の孔４３の一部を塞ぐ通過阻止部材４５が取り付けられている。通過阻止部材４５には孔が形成されていない。よって、通過阻止部材４５が取り付けられている部分によって、処理対象ガスの通過が阻止される通過阻止領域Ｉが形成されている。仕切り体４１の板状面のうち、通過阻止領域Ｉを除く部分は、処理対象ガスの通過可能な通過可能領域ＩＩとして形成されている。よって、仕切り体４１に予め形成された複数の孔４３の一部を、別部材の通過阻止部材４５により後から塞ぎ、通過阻止領域Ｉを形成できる。
また、仕切り体４１及び通過阻止部材４５はともに板状部材であるため、通過阻止部材４５を仕切り体４１に沿わせることで仕切り体４１に予め形成された複数の孔４３を塞ぐことができる。
その他の構成は図５と同様であり、処理対象ガスの挙動も同様である。
なお、通過阻止部材４５は、仕切り体４１の上面に設けてもよいし、下面に設けてもよい。
【００４７】
（２−３）複数の孔の一部が硬化性部材で覆われた仕切り体の検討例
図７では、上下方向に延びた供給流路３１の上方において、仕切り体４１には複数の孔４３の一部を塞ぐように硬化性部材４８が配置されており、この硬化性部材４８により通過阻止領域Ｉが形成される。硬化性部材４８は、例えば、仕切り体４１に対して滴下及び塗布等された液体状態の硬化性材料が、液体状態から固体状態に硬化することで形成される。そして、仕切り体４１の板状面のうち、通過阻止領域Ｉを除く部分は、処理対象ガスの通過可能な通過可能領域ＩＩとなる。よって、仕切り体４１に予め形成された複数の孔４３の一部を、硬化性部材４８により後から塞ぎ、通過阻止領域Ｉを形成できる。硬化性材料としては、硬化可能な材料であれば特に限定されないが、例えば硬化性樹脂等が挙げられる。
その他の構成は図５と同様であり、処理対象ガスの挙動も同様である。
なお、硬化性部材４８は、仕切り体４１の上面に設けてもよいし、下面に設けてもよい。
【００４８】
図５〜図７に示すように、処理対象ガスは、供給流路３１から導入部Ｒｂに導入されて仕切り体４１のうち通過阻止領域Ｉに到達する。この際、処理対象ガスは旋回流を生じさせる場合があるが、処理対象ガスは、通過阻止領域Ｉにより仕切り体４１を通過できず、通過可能領域ＩＩに向かって仕切り体４１の下面に沿う水平面方向に流れる。
【００４９】
また、供給流路３１は、Ｌ４＞Ｌ３となるように、導入部Ｒｂの＋Ｘ及び−Ｘ方向のうち、中央部よりも−Ｘ方向側に接続されている。そして、この導入部Ｒｂの上部に通過阻止領域Ｉが設けられている。よって、前述の通り処理対象ガスは、通過阻止領域Ｉの存在により通過可能領域ＩＩに向かって流れる。この処理対象ガスが流れる方向は、＋Ｘ及び−Ｘ方向（幅方向）の長さが長いＬ４側、つまり、＋Ｘ方向側である。さらに、Ｌ４の長さはＬ５よりも長い（Ｌ４＞Ｌ５）。よって、導入部Ｒｂにおいて、処理対象ガスの吹き出し方向（流れる方向）である水平面方向の空間長さ（Ｌ４）が、吹き出し方向（流れる方向）以外の空間長さの少なくとも一部（例えばＬ３、Ｌ５）よりも大きく構成されている。
【００５０】
これらにより、処理対象ガスの吹き出し方向（流れ方向）である水平面方向の空間長さを、吹き出し方向（流れ方向）以外よりもある程度確保することができる。よって、処理対象ガスが仕切り体４１及び導入部Ｒｂ等と接触するときには、その流速が低下しており、当該接触による旋回流の発生を抑制できる。これにより、旋回流の触媒収容部Ｒｕへの導入を抑制し、触媒収容部Ｒｕから粉粒が導入部Ｒｂに落下することによって供給流路３１が閉塞するのを抑制できる。
【００５１】
（３）実験結果
旋回流は、供給流路３１から導入部Ｒｂに導入された処理対象ガスが、ある程度流速の速い状態で仕切り体４１及び導入部Ｒｂの内壁等と接触することにより生じ易い。この旋回流が導入部Ｒｂ内に導入されることで粉粒が導入部Ｒｂに落下し、供給流路３１を閉塞させる。そこで、本実施形態では、上述の通り、仕切り体４１に通過阻止領域Ｉを形成する。通過阻止領域Ｉを形成することにより旋回流が導入部Ｒｂ内に導入されるのが抑制できる点について以下に実験結果を示して説明する。
【００５２】
図８は、従来の脱硫器１１の触媒容器６０の構成を示すものである。従来の触媒容器６０は、本実施形態の触媒容器３０と同様に、複数の孔７３を有する仕切り体７１と、脱硫触媒１１ｃを収容する触媒収容部Ｒｕと、導入部Ｒｂと、供給流路６１と、排出流路６９とを備える。よって、従来の触媒容器６０は、本実施形態の触媒容器３０とは異なり、通過阻止領域Ｉを有していない。従来の触媒容器６０では、供給流路６１は上下方向に延びた状態で、−Ｘ方向側において導入部Ｒｂと接続されている。また、仕切り体７１は、水平面に沿って形成されており、仕切り体７１の下面と導入部Ｒｂの上面との間の高さは一定である。
【００５３】
図６の本実施形態の触媒容器３０の各部の寸法の一例について説明する。
図６の例において、導入部Ｒｂは、Ｌ１＝６５ｍｍ、Ｌ２＝２００ｍｍ、Ｌ３＝４０ｍｍ、Ｌ４＝１６０ｍｍ、Ｌ５＝２０ｍｍ、Ｗ１＝２０ｍｍである。また、仕切り体４１の開口率＝２３％である。
図８の従来の触媒容器６０の各部の寸法の一例は、通過阻止領域Ｉを備えていない点以外、上記図６の例と同様である。
【００５４】
図９は、図８の従来の触媒容器６０の正面図及び図６の本実施形態の触媒容器３０の正面図それぞれにおいて、ガス流量２．６５Ｌ／ｍｉｎで供給流路６１及び３１それぞれから導入部Ｒｂ及び触媒収容部Ｒｕに処理対象ガスを導入した場合の温度分布を示している。従来の触媒容器６０及び本実施形態の触媒容器３０内の触媒は、所定の処理温度に加熱されており、供給流路６１及び３１それぞれからは低温の処理対象ガスが導入部Ｒｂ及び触媒収容部Ｒｕに導入される。
【００５５】
図９に示すように、従来の触媒容器（通過阻止領域Ｉ無し）６０では、供給流路６１の上方において仕切り体７１から触媒収容部Ｒｕに処理対象ガスが導入されている。一方、本実施形態の触媒容器（通過阻止領域Ｉ有り）３０では、供給流路３１の上方において仕切り体４１に通過阻止部材４５が設けられて通過阻止領域Ｉが形成されている。よって、供給流路３１の上方の仕切り体４１から触媒収容部Ｒｕへの処理対象ガスの導入は阻止されている。通過阻止領域Ｉで触媒収容部Ｒｕへの通過を阻止された処理対象ガスは、通過可能領域ＩＩから触媒収容部Ｒｕへ導入されている。
【００５６】
図１０は、−Ｘ方向視の触媒容器の側面図において、従来の触媒容器６０（通過阻止領域Ｉ無し）及び本実施形態の触媒容器（通過阻止領域Ｉ有り）３０それぞれに処理対象ガスを導入した場合の速度ベクトルの違いを示している。処理対象ガスの流量は、２．６５Ｌ／ｍｉｎである。なお、図１０では、図４に示すように導入部Ｒｂの下面が−Ｙから＋Ｙ方向に向かって高さが高くなるように傾斜している触媒容器３０を用いている。
【００５７】
従来の触媒容器６０において、供給流路６１から処理対象ガスが導入部Ｒｂに導入されると、流速の速い領域Ａの部分が仕切り体７１に向かって勢いよく衝突し、領域Ｂ及びＣにおいて旋回流が生じている。そして、従来の触媒容器６０では、導入部Ｒｂの領域Ｂ及びＣにおいて生じた旋回流が、触媒収容部Ｒｕ内の領域Ｄに一部入り込んでおり、旋回流の挙動が仕切り体７１の上方において矢印で示されている。
【００５８】
一方、本実施形態の触媒容器３０においても、供給流路３１から処理対象ガスが導入部Ｒｂに導入されると、流速の速い領域Ａの部分が仕切り体４１に向かって勢いよく衝突し、領域Ｂ及びＣにおいて旋回流が生じている。本実施形態の触媒容器３０では、導入部Ｒｂの領域Ｂ及びＣにおいて生じた旋回流は、通過阻止領域Ｉによって、触媒収容部Ｒｕ内の領域Ｄへの導入が阻止されている。このことは、触媒収容部Ｒｕ内の領域Ｄにおいて、矢印で示される旋回流の挙動が示されていないことから明らかである。
【００５９】
図１１は、＋Ｙ方向視において、従来の触媒容器（通過阻止領域Ｉ無し）６０及び本実施形態の触媒容器（通過阻止領域Ｉ有り）３０それぞれに処理対象ガスを導入した場合の流跡線の違いを示している。処理対象ガスの流量は、２．６５Ｌ／ｍｉｎである。
従来の触媒容器６０において、供給流路６１から処理対象ガスが導入部Ｒｂに導入されているが、流速の速い領域Ａの部分が仕切り体７１に向かって勢いよく衝突し、領域Ｅにおいて旋回流が生じている。そして、従来の触媒容器６０では、導入部Ｒｂの領域Ｅにおいて生じた旋回流が、触媒収容部Ｒｕ内の−Ｘ方向側の領域Ｇに一部入り込んでおり、領域Ｇにおいて多数の流跡線が示されている。なお、領域Ｆは、導入部Ｒｂの空間が領域Ｅよりも＋Ｘ及び−Ｘ方向において広い。よって、領域Ｆでは旋回流は生じていない。
【００６０】
一方、本実施形態の触媒容器３０においても、供給流路３１から処理対象ガスが導入部Ｒｂに導入されると、流速の速い領域Ａの部分が仕切り体４１に向かって勢いよく衝突し、領域Ｅにおいて旋回流が生じている。本実施形態の触媒容器３０では、領域Ｅにおいて生じた旋回流は、通過阻止領域Ｉによって、触媒収容部Ｒｕ内の−Ｘ方向側の領域Ｇへの導入が阻止されている。このことは、触媒収容部Ｒｕ内の領域Ｇにおいて、流跡線が少ないことから明らかである。導入部Ｒｂ内の＋Ｘ方向側では、導入部Ｒｂから触媒収容部Ｒｕの領域Ｈに処理対象ガスが導入されている。領域Ｅよりも空間が広い領域Ｆでは旋回流はほとんど生じていない。
【００６１】
以上の実験結果から、仕切り体４１に通過阻止領域Ｉを設けることで、旋回流が触媒収容部Ｒｕに導入されるのが抑制される。これにより、旋回流による触媒収容部Ｒｕから導入部Ｒｂへの粉粒の落下が抑制され、また、粉粒による供給流路３１の閉塞が抑制されることが分かった。
【００６２】
〔他の実施形態〕
なお上述の実施形態（他の実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【００６３】
（１）上記実施形態では、脱硫器１１、改質器１３、ＣＯ変成器１５及びＣＯ選択酸化反応器１７の各処理部の触媒容器３０が同様の構成であると説明した。しかし、脱硫器１１、改質器１３、ＣＯ変成器１５及びＣＯ選択酸化反応器１７の触媒容器３０の少なくとも１つが上記実施形態で説明した構成を採用していればよい。
【００６４】
（２）上記実施形態では、触媒容器３０は直方体状であるが、供給流路３１から導入部Ｒｂに吹き出された処理対象ガスによる旋回流が直接に触媒収容部Ｒｕに導入されないようにできるのであれば、触媒容器３０の形状はこれに限定されない。例えば、触媒容器３０は、正方形状、円筒形状及び楕円形状等であってもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、供給流路３１は、導入部Ｒｂの下面のうち周縁に近い位置に接続されている。しかし、供給流路３１から導入部Ｒｂに吹き出された処理対象ガスによる旋回流が直接に触媒収容部Ｒｕに導入されないようにできればよく、供給流路３１の接続位置はこれに限定されない。例えば、供給流路３１は、導入部Ｒｂの下面の中央部等、導入部Ｒｂの下面のうちいずれかの位置に接続されていればよい。この場合、通過阻止領域Ｉは、供給流路３１の接続位置の上方に対応するように位置付けられる。
【００６６】
また、上記実施形態では、排出流路３９は、触媒容器３０の上面に接続されている。しかし、触媒容器３０で所定の処理が施されたガスを排出できればよく、排出流路３９の接続位置はこれに限定されない。例えば、排出流路３９は、触媒容器３０の上部の側面等に接続されていてもよい。
【００６７】
（３）上記実施形態では、燃料電池として固体高分子形燃料電池を例に挙げた。しかし、燃料電池２０は、ジルコニア系及びセレン系等のセラミックス膜をアノードとカソードで挟持したセルを積層して構成される固体酸化物形燃料電池であってもよい。
【００６８】
（４）上記実施形態では、脱硫器１１を設けている。しかし、原燃料として硫黄を含まない、例えばプロパン等の炭化水素系ガスやアルコールなどが用いられる場合には、ガス処理装置１０から脱硫器１１を省略してもよい。よって、上記実施形態において、ガス処理装置１０の処理部を、改質器１３、ＣＯ変成器１５及びＣＯ選択酸化反応器１７から構成することもできる。
【００６９】
さらに、水蒸気改質後の改質ガス中に含まれる一酸化炭素濃度が低い場合には、ガス処理装置１０からＣＯ変成器１５を省略してもよい。よって、上記実施形態において、ガス処理装置１０の処理部を、改質器１３及びＣＯ選択酸化反応器１７から構成することもできる。
【００７０】
（５）上記実施形態のガス処理装置１０には、ＣＯ変成器１５とＣＯ選択酸化反応器１７との間に水蒸気凝縮分離器（図示せず）が設けられていてもよい。水蒸気凝縮分離器は、改質器１３で水蒸気改質された改質ガスに含まれる水蒸気を凝縮分離して除去する。水蒸気を除去することで、各処理部を接続するラインの閉塞を抑制できる。
【００７１】
また、水蒸気凝縮分離器を経て水蒸気が除去された改質ガスの一部を原燃料ガスに混合してもよい。また、改質器１３を経て改質された改質ガスの一部を原燃料ガスに混合してもよい。また、ＣＯ変成器１５を経たガスの一部を原燃料ガスに混合してもよい。さらには、ＣＯ選択酸化反応器１７を経たガスの一部を原燃料ガスに混合してもよい。
【００７２】
（６）上記実施形態のガス処理装置１０で用いる原燃料ガスが気体であり、圧縮が必要な場合は、脱硫器１１の上流側に圧縮機が設けられてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１１ｃ〜１７ｃ  ：触媒
３０            ：触媒容器
３１            ：供給流路
４１            ：仕切り体
４３            ：孔
４５            ：通過阻止部材
４８            ：硬化性部材
Ｉ              ：通過阻止領域
ＩＩ            ：通過可能領域
Ｒ              ：容器本体
Ｒｂ            ：導入部
Ｒｕ            ：触媒収容部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020131192.tif 000009
【図８】
2020131192.tif 000010
【図９】
2020131192.tif 000011
【図１０】
2020131192.tif 000012
【図１１】
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