(57)【要約】【課題】  小型で廉価かつ保守製に優れ、高品質の燃料ガスを安定して供給する。【解決手段】ガスボンベ１３とガスメータ１９とを接続する供給管１７に付設され、燃料ガスに混入する硫黄成分等を除去する脱硫剤３３を内蔵した脱硫器１５を備える。脱硫器１５が、ヘッド部材３４と、ケース部材３５と、脱硫剤カートリッジ３２とを備え、ボンベ１３の交換時にヘッド部材３４からケース部材３５を取り外して脱硫剤カートリッジ３２の交換を行う。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧燃料ガスボンベから供給される燃料ガスをガス流量計を介して各種ガス器具と燃料電池装置とに供給する燃料ガス供給装置において、
上記高圧燃料ガスボンベと上記ガス流量計とを接続するガス配管に付設され、上記燃料ガスに混入する少なくとも硫黄成分や硫黄化合物を吸着除去する脱硫剤を充填した脱硫器を備え、
上記脱硫器が、ガス配管の接続部を設けたヘッド体と、このヘッド体に対して着脱自在なケース体と、上記脱硫剤を充填して上記ケース体内に装填される脱硫剤カートリッジとから構成され、上記高圧燃料ボンベの交換時に上記ヘッド体から上記ケース体を取り外して上記脱硫剤カートリッジの交換が行われることを特徴とする燃料ガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧燃料ボンベを燃料供給源とし、この高圧燃料ボンベに充填された液化石油ガス（LPG:Liquefied Petroleum Gas。以下ＬＰＧと称する。）や天然ガス或いは水素ガスや新燃料として注目されているＤＭＥ（ジメチルエーテル）等の燃料ガスをガス器具とともに燃料電池装置に供給する燃料ガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池装置は、省エネルギー化やクリーン化を実現する高効率なコージェネレーションシステム（電気・熱同時発生システム）の有力手段として積極的な開発が進められている。燃料電池装置においては、業務用或いは一般家庭用として供給システムが確立されている天然ガスやＬＰＧを燃料として水素を取り出す方式が注目されている。
【０００３】
燃料電池装置においては、燃料ガスから水素を取り出す改質工程とともに、硫黄分を除去する脱硫工程が大きな研究課題となっている。燃料電池装置においては、燃料ガスに混入する高沸点炭化水素やメルカプタン、チオフェン等の天然成分や着臭剤として混合された硫黄成分や硫黄化合物が装置内部に用いられている各種の改質触媒や燃料電池電極触媒に対して被毒物質として作用して触媒特性の低下等の原因となる。燃料電池装置においては、このために燃料ガスから水素を取り出す改質工程とともに硫黄成分を除去する脱硫工程が必要となる（例えば、特許文献１乃至特許文献３を参照。）。
【０００４】
燃料電池装置システムの開発は、都市ガスを燃料ガスとして用いる都市ガス方式が先行している状況にあり、燃料電池ユニットを介して屋内に設置された適宜の電気機器に対して電気エネルギーの供給を行う。都市ガス方式の燃料電池装置システムは、燃料ガスが都市ガス配管内を３．５ｋＰａ程度の圧力で供給されるために、燃料ガスを所定の圧力まで昇圧させる昇圧装置が必要となる。また、都市ガス方式の燃料電池装置システムは、脱硫器について例えば５年間程度のメンテナンスフリーとするために高価な貴金属系の脱硫触媒を用いることが必要となる。都市ガス方式の燃料電池装置システムは、脱硫器の交換のために新たなメンテナンスシステムの構築を必要とするとともにユーザに対して高額なメンテナンス費用を負担させるといった問題がある。
【０００５】
一方、ＬＰＧ又は天然ガスを充填した高圧ボンベを用いるボンベ方式の燃料電池装置システムは、特許文献３に開示されているが、莫大な設置投資の負担を不要として非都市ガス供給地域での導入も可能である。また、ボンベ方式の燃料電池装置システムは、高圧燃料ボンベの内部に燃料ガスを高圧で充填することから昇圧装置を不要として燃料ガスの供給が行われ、システム全体の簡易化、小型化、低コスト化等が図られる。ボンベ方式の燃料電池装置システムは、所定期間で高圧燃料ボンベの交換が行われることから、この高圧燃料ボンベの交換時に脱硫器の交換も行うことが可能である。ボンベ方式の燃料電池装置システムは、交換頻度が高められることによって廉価な吸着触媒を内蔵した廉価な脱硫器を用いることが可能であるとともに、新たなメンテナンスシステムの構築も不要である。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−４９４６９号公報
【特許文献２】特開２００１−２７９２５６号公報
【特許文献３】特開２００２−８３６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ボンベ方式の燃料電池装置システムは、上述したように都市ガス方式の燃料電池装置システムと比較して莫大な設備投資を必要とせずに非都市ガス供給地域への導入が可能であること、システム全体の簡易化、小型化、低コスト化等が図られること、新たなメンテナンスシステムの構築が不要であること等の特徴を有している。ボンベ方式の燃料電池装置システムは、その実用化のために、燃料ガスに混入する硫黄成分や燃料の主成分以外の高沸点炭化水素が効率的に除去された高品質の燃料ガスが安定して供給され取り扱いが簡易で保守性に優れた燃料ガス供給装置が必須となる。勿論、燃料ガス供給装置は、燃料ガスを燃料電池装置とともに各種のガス器具にも供給することが必要である。
【０００８】
ボンベ方式の燃料ガス供給装置は、上述したように高圧燃料ボンベの交換時に同時に交換される脱硫器をガス配管に付設するが、より低コスト化や交換作業の簡易化を図る必要がある。燃料ガス供給装置は、脱硫器内において燃料ガスを脱硫剤に充分接触させることによって高精度の脱硫処理を施す必要がある。燃料ガス供給装置においては、脱硫器内において圧力損失が生じて燃料ガスが所定の供給圧力で各ガス器具や燃料電池装置に供給されなくなることから、ガス配管の途中に適宜の昇圧器を設けるといった対応も図られることがあった。燃料ガス供給装置においては、高圧燃料ボンベとともに脱硫器がガス管に着脱されることから、接続部において発生しやすいガス漏れを防止するための慎重な作業と接続構造が必要となる。
【０００９】
例えば特許文献３の燃料供給ガス装置には、脱硫器を取り付けた高圧燃料ボンベが開示されており、高圧燃料ボンベの回収と供給及び脱硫器の回収と供給とが一元化して定期的に実施されるようになる。燃料ガス供給装置によれば、莫大な設備投資を必要とせずに非都市ガス供給地域においてボンベ方式の燃料電池装置システムの早期実用化を実現することを可能とする。燃料供給ガス装置は、高圧燃料ボンベから噴出される燃料ガスに対して脱硫器によって直ちに脱硫処理を施すことから、所定の供給圧力を保持して燃料ガスの供給が行われるとともに脱硫剤との接触時間も保持されて燃料ガスに対して効率的な脱硫処理を行うことが可能である。
【００１０】
しかしながら、かかる燃料供給ガス装置においては、脱硫器にガス配管を接続する構造となることから、この脱硫器に所定の強度と高度の漏れ防止構造を有するガス配管との接続構造を必要とし、またバルブ構造を異にした新規な構成の高圧燃料ボンベを必要とする等の問題によって実用化が困難であるといった問題がある。
【００１１】
したがって、本発明は、高品質の燃料ガスを燃料電池装置に安定して供給する小型で廉価かつ保守対応に優れた燃料ガス供給装置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】
【００１２】
上述した目的を達成する本発明にかかる燃料ガス供給装置は、高圧燃料ガスボンベから供給される燃料ガスをガス流量計を介して各種ガス器具と燃料電池装置とに供給する。燃料ガス供給装置は、高圧燃料ガスボンベとガス流量計とを接続するガス配管に付設されて燃料ガスに混入する硫黄成分や硫黄化合物或いは高沸点炭化水素等を吸着除去する脱硫剤を充填した脱硫器を備える。燃料ガス供給装置は、脱硫器が、ガス配管の接続部を設けたヘッド体と、このヘッド体に対して着脱自在なケース体と、脱硫剤を充填してケース体内に装填される脱硫剤カートリッジとから構成され、高圧燃料ボンベの交換時にヘッド体からケース体を取り外して脱硫剤カートリッジの交換が行われるようにする。燃料ガス供給装置は、高圧燃料ボンベから供給される燃料ガスを各ガス器具と燃料電池装置とに供給することにより、各ガス器具が既存のシステムのまま使用されるようにするとともに燃料電池装置において発熱及び発電が行われるようにする。
【００１３】
燃料ガス供給装置は、高圧燃料ボンベの交換時に脱硫器の交換も行うことで、比較的廉価な活性炭粒子や無機物材粒子を基材とする脱硫剤を用いても高精度の脱硫が行われるようにするとともに脱硫器の低コスト化や小型、軽量化が図られる。燃料ガス供給装置は、脱硫器の脱硫カートリッジの交換に際してガス配管からの脱着作業を不要とすることによって、作業効率の向上が図られるようにするとともに接続箇所に生じやすいガス漏れの発生が防止されるようにして安全性の向上が図られるようにする。
【００１４】
燃料ガス供給装置は、高圧燃料ボンベとガス流量計との間、例えば高圧燃料ボンベと一次調整器との間の燃料ガスが０．１ＭＰａ〜１．６ＭＰａで流れるいわゆる高圧ゾーンや２段一次調整器と２段二次調整器との間の燃料ガスが２５ｋＰａ〜１００ｋＰａで流れるいわゆる中圧ゾーンに脱硫器を付設して燃料ガスの脱硫処理を行うことで、燃料ガスと脱硫剤との接触時間が確保されて硫黄成分や高沸点炭化水素等が高精度に除去されるようにする。燃料ガス供給装置は、脱硫処理を施した燃料ガスを各ガス器具と燃料電池装置へと供給するが、燃料ガスの硫黄成分を例えば１ｐｐｍ乃至３ｐｐｍ程度まで脱硫する。燃料ガスは、硫黄成分が１ｐｐｍ程度以上残留していれば、室内等でガス漏れがあった場合でも臭いの識別が充分に可能である。燃料ガスは、硫黄成分が平均で５ｐｐｍ以下、好ましくは３ｐｐｍ以下であれば、燃料電池装置に対して実用上、触媒特性を損なうものでは無い。
【００１５】
燃料ガス供給装置は、燃料ガスが脱硫器を通過することにより圧力損失を生じることがあっても、各ガス器具や燃料電池装置に対して所定の供給圧力を以って供給される。燃料ガス供給装置は、例えば複数本の高圧燃料ボンベが用いられる場合に、交換される高圧燃料ボンベの供給経路では既に供給圧力が無くなっており、高圧或いは中圧ゾーンであってもガス配管の閉鎖或いはバイパス配管の設置等を不要として脱硫器の交換を行うことが可能である。
【００１６】
燃料ガス供給装置は、複数本の高圧燃料ボンベを用いる場合に、例えば燃料ガスを供給している所定の高圧燃料ボンベからの供給圧力が所定値以下であることを検出すると他の高圧燃料ボンベからの供給に切り替える切替動作と切替信号を出力する切替器を設置し、この切替器と各高圧燃料ボンベとの間を接続するガス配管に脱硫器をそれぞれ付設する。燃料ガス供給装置は、例えば大型プラントの場合にガス流量計と燃料電池装置との間に脱硫器を通過した燃料ガス成分の異常値を検出して検出信号を出力するセンサを設置し、このセンサ出力によって切替器が高圧燃料ボンベからの燃料ガスの供給を停止させるようにしてもよい。燃料ガス供給装置は、切替器の後段に例えば攪拌器を設けて、主成分ガス以外に高沸点炭化水素が混入された燃料ガスを撹拌して成分比率を均一化した状態で各種ガス器具と燃料電池装置とに燃料ガスを供給するようにしてもよい。
【００１７】
燃料ガス供給装置は、高圧燃料ボンベとガス流量計との間のいわゆる高圧ゾーン或いは中圧ゾーンにおいて脱硫器により燃料ガスの脱硫処理を行い、硫黄成分や高沸点炭化水素等を除去する。燃料ガス供給装置は、硫黄成分等を除去した燃料ガスを燃料電池装置に供給することによって、燃料電池に用いられている各種の触媒に対する悪影響を低減して効率的な発電、発熱が行われるようにする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる燃料ガス供給装置によれば、高圧燃料ボンベとガス流量計との間のいわゆる高圧ゾーン或いは中圧ゾーンに付設した脱硫器に燃料ガスを導いて脱硫処理を行うことから、燃料ガスが脱硫剤との接触時間が充分に確保されて燃料電池装置に有害となる硫黄成分等が高精度に除去されるようにする。燃料ガス供給装置によれば、脱硫器を通過することにより燃料ガスに圧力損失を生じることがあっても、各ガス器具や燃料電池装置に対して所定の供給圧力が保持されて供給されることで昇圧装置等を不要とする。燃料ガス供給装置によれば、脱硫器の交換に際してガス配管内の燃料ガスを遮断するバルブ機構やバイパス配管を不要とすることで、設備の簡易化や作業性の向上が図られるようになる。燃料ガス供給装置によれば、高圧燃料ボンベの交換時に脱硫器の交換も行うようにすることで、比較的廉価な脱硫剤を用いても燃料ガスから高精度の脱硫処理が行われるようにするとともに脱硫器の低コスト化や小型、軽量化が図られるようになる。燃料ガス供給装置によれば、ガス配管からの脱着作業を行うことなく脱硫器から脱硫カートリッジの交換が行われることから、作業効率の向上が図られるようにするとともに接続箇所に生じやすいガス漏れの発生が防止されるようにして安全性の向上が図られるようにする。
【００１９】
燃料ガス供給装置によれば、莫大な設備投資を必要とせずに非都市ガス供給地域においてボンベ方式の燃料電池装置システムの早期実用化を実現することを可能とする。燃料ガス供給装置によれば、高圧燃料ボンベの回収と供給及び廉価な脱硫器の回収と供給とが一元化して定期的に実施されるようになり、燃料電池装置の効率的かつ信頼性の向上を図った稼働が行われるようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。燃料ガス供給装置１は、図１に示すようにＬＰＧ（燃料ガス）を燃料電池装置２と各種のガス器具３とに供給し、非都市ガス供給地域における既存のＬＰＧ供給システムを利用したＬＰＧ方式の燃料電池装置システムを構築する。なお、燃料ガス供給装置１は、燃料電池装置２が単独或いは商用電源と併用されて宅内機器等の全てのエネルギー源を構成しガス器具３が用いられないいわゆるオール電化住宅等に設置される場合には、燃料電池装置２にのみに燃料ガスを供給する。なお、燃料ガス供給装置１は、ＬＰＧばかりでなく他の燃料ガスの供給システムにも適用される。
【００２１】
燃料電池装置２は、詳細を後述するように燃料ガス供給装置１から燃料ガスが供給され、改質部４と、この改質部４と水素配管５とによって接続されるとともに酸素取入れ部６と酸素配管７によって接続される燃料電池部８とから構成される。燃料電池装置２は、図示を省略するが、改質部４が内部に燃料ガスを水素に変換する適宜の触媒を内蔵するとともに、燃料ガスを燃焼させるヒータやこのヒータによって加熱される水供給管等を備えている。燃料電池装置２は、改質部４において、燃料ガス供給装置１から供給された燃料ガスとヒータとによって水供給管を加熱して発生させた水蒸気との混合気体から、触媒の作用によって水素を発生させる。
【００２２】
燃料電池装置２は、燃料電池部８の内部に、正極と、負極と、電解質としての高分子電解質膜と、水素や酸素の漏れを防止するセパレータと、水素や酸素の供給量を制御する制御部等が設けられている。燃料電池装置２は、燃料電池部８において、改質部４から水素配管５を介して供給された水素と、酸素配管７を介して供給された酸素とを反応させて直流電力を発生させる。燃料電池装置２は、燃料電池部８で発電した直流電力を図示しない変換器によって交流電力に変換して電力供給線９を介して配電盤１０に供給する。なお、燃料電池装置２には、図示しないが燃料電池部８を冷却するラジエータが付設されており、このラジエータを熱源として熱供給パイプ１１によって適宜の熱交換機器１２へと熱エネルギーを導いて適宜利用することも可能である。
【００２３】
燃料ガス供給装置１は、図１及び図２に示すように、それぞれ燃料ガスを充填した複数本の可搬型高圧燃料ボンベ１３Ａ、１３Ｂ（以下、それぞれボンベ１３Ａ、１３Ｂと略称し、また個別に説明する場合を除いてボンベ１３と総称する。）を燃料ガスの供給源とする。なお、燃料ガス供給装置１は、燃料ガス供給源がボンベ１３に限定されるものではなく、例えば各ユーザ毎に設置されて配給車から供給される燃料ガスを貯蔵する固定型タンク（バルクタンク）によって構成してもよい。ボンベ１３は、所定の供給元と各ユーザとで供給契約が結ばれ、供給元においてＬＰＧを０．５〜１．５ＭＰａ程度まで加圧して液化した状態で充填する充填工程を行い、各ユーザの使用実績等に応じて定期的に交換が行われる。
【００２４】
ボンベ１３には、現状において非都市ガス供給地域において実施されている既存のＬＰＧ供給システムに用いられている高圧燃料ボンベがそのまま用いられる。ボンベ１３は、詳細を省略するが鋼材等により耐圧容器として形成されたボンベ本体と、その天井部に一体に形成された円筒状のバルブ組付部に組み付けられたバルブ構造体と、台座部とから構成される。ボンベ１３は、運搬車等によって各ユーザに配達されて所定の場所に複数本が並んで設置され、それぞれのバルブ構造体にガス配管が接続される。ボンベ１３には、詳細を省略するがバルブ構造体からＬＰＧ供給管が出されており、既設の接続管１４Ａ、１４Ｂ（以下、個別に説明する場合を除いて接続管１４と総称する。）にそれぞれ接続される。ボンベ１３は、ハンドルを操作してバルブ構造体内のバルブ弁を開放することにより、ボンベ本体内から燃料ガスを接続管１４へと供給する。
【００２５】
燃料ガス供給装置１は、ボンベ１３と、接続管１４と、各接続管１４に付設される脱硫器１５Ａ、１５Ｂ（以下、個別に説明する場合を除いて脱硫器１５と総称する。）と、自動切替圧力調整器１６と、この自動切替圧力調整器１６と接続される供給管１７に付設された攪拌器１８とガスメータ１９とを備えている。燃料ガス供給装置１は、供給管１７がガスメータ１９の後段において、各ガス器具３に燃料ガスを供給する第１端末配管２０と燃料電池装置２に燃料ガスを供給する第２端末配管２１とに分岐される。燃料ガス供給装置１は、第２端末配管２１に第１センサ２２と第２センサ２３が付設される。燃料ガス供給装置１には、システム全体を制御するための制御監視盤２４が設けられている。なお、燃料ガス供給装置１は、必要に応じて第２端末配管２１に、第２センサ２３と燃料電池装置２との間に位置して昇圧器を付設するようにしてもよい。
【００２６】
燃料ガス供給装置１は、各接続管１４に付設された脱硫器１５が、燃料ガスから硫黄成分や硫黄化合物或いは高沸点炭化水素を除去して自動切替圧力調整器１６に供給することで、燃料電池装置２内に用いられている各種の触媒に対する悪影響を低減して効率的な発電、発熱が行われるようにする。脱硫器１５は、当該接続管１４に接続されたボンベ１３を交換する際に同時に交換される。脱硫器１５は、詳細を後述するが接続管１４から全体を取り外して交換する操作を不要とし、脱硫剤部位のみが交換される。
なお、燃料ガス供給装置１は、自動切替圧力調整器１６が一次調整器と二次調整器とから構成されてボンベ１３から供給する燃料ガスを２段階で圧力調整する場合に、脱硫器１５が、燃料ガスが０．１ＭＰａ〜１．６ＭＰａの高圧で流れるボンベ１３と一次調整器との間の高圧ゾーン或いは燃料ガスが２５ｋＰａ〜１００ｋＰａの中圧で流れる一次調整器と二次調整器との間の中圧ゾーンのいずれかに設置される。
【００２７】
自動切替圧力調整器１６は、従来のＬＰＧ供給システムにも設けられており、燃料ガスを所定の圧力に降圧して供給管１７に送り出す降圧機能や燃料ガスの圧力を検出する圧力検出機能を有している。自動切替圧力調整器１６は、燃料ガスの供給をボンベ１３Ａからボンベ１３Ｂに切り替える切替機能やこのボンベ切替を行った際に信号を出力する切替信号発信機能を有している。自動切替圧力調整器１６は、降圧機能によって、ボンベ１３から高圧で供給される燃料ガスを各ガス器具３やガスメータ１９の耐圧圧力の２．８〜３．５ｋＰａ程度に降圧し、供給管１７や端末配管２０、２１の低圧仕様化を図ってガス漏れの発生を抑制するようにする。
【００２８】
自動切替圧力調整器１６は、圧力検出機能によって、ボンベ１３から供給される燃料ガスの圧力を検出する。自動切替圧力調整器１６は、現に燃料ガスを供給しているボンベ１３Ａにおいて使用に伴って燃料ガスの残量が少なくなって例えば０．０８ＭＰａ程度まで降下した状態を検出する。自動切替圧力調整器１６は、この圧力降下を検出すると、切替機能によって燃料ガスの供給源をボンベ１３Ａからボンベ１３Ｂへと切り替える切替動作を行う。
【００２９】
自動切替圧力調整器１６は、図示を省略するが接続管１４Ａが接続された第１弁機構と接続管１４Ｂが接続された第２弁機構とが内蔵されており、開放状態のボンベ１３Ａ側の第１弁機構を閉塞するとともに、閉塞されていたボンベ１３Ｂ側の第２弁機構を開放する切替動作を行う。自動切替圧力調整器１６は、この切替え動作を実行するとともに、発信機能によってガスメータ１９及び制御監視盤２４に対して切替え信号を出力する。
【００３０】
ところで、燃料ガスは、プロパンを主成分とするが気化特性を異にする数％のブタンや数ｐｐｍ単位の高沸点炭化水素も混入しており、ボンベ１３内において自然気化して供給管１７へと供給される。燃料ガスは、ボンベ１３内で満タン状態の場合に、ほぼプロパン成分のみが供給管１７に供給されるが、残量の低下に伴って次第にブタンの割合が多くなってくる。したがって、燃料ガス供給装置１は、環境条件や残量等の要因によって成分比率にバラツキがある燃料ガスを供給管１７に供給するようになる。
【００３１】
燃料ガス供給装置１は、供給管１７の途中に付設された撹拌器１８によって燃料ガスを撹拌することによってプロパンとブタンとの比率を均一化し、燃料電池装置２や各ガス器具３に供給する。燃料ガス供給装置１は、成分の均一化が図られた燃料ガスを燃料電池装置２に供給することによって改質部４において効率的な改質が行われるようにする。撹拌器１８は、例えば豊晴理工製の超振動攪拌器や佐竹化学機械工業製のポータブルミキサ等が用いられ、第２センサ２３により検出される燃料ガスの成分情報に基づいてブタンの割合が一定以上となった場合に制御監視盤２４から出力される制御信号によって駆動される。なお、撹拌器１８は、常時駆動されるようにしてもよく、燃料電池装置２の前段位置に適宜付設することも可能である。
【００３２】
ガスメータ１９は、燃料ガス供給装置１を既存のＬＰＧ供給システムに設置することを前提とすることから、既設のいわゆるマイコンガスメータが用いられる。ガスメータ１９は、燃料ガスの使用量を計量するとともに電話回線やデジタル無線電話サービス（PHS:Personal Handy-Phone System）網によって計量値やガス漏れ警報等を通信する機能を備えている。ガスメータ１９は、自動切替圧力調整器１６から出力された切替え信号を受信するとともに、計量値情報をガス会社等や制御監視盤２４に対して出力する。なお、ガスメータ１９については、供給管１７に付設される計量センサによって構成し、表示器や通信機能等を制御監視盤２４に持たせるようにしてもよい。
【００３３】
ところで、燃料ガス供給装置１においては、脱硫器１５によって燃料ガスから硫黄成分や炭化水素成分を除去するとともに、撹拌器１８によって成分を均一化して燃料電池装置２や各ガス器具３に燃料ガスを供給する。燃料ガス供給装置１は、何らかの原因によって例えばブタン成分の割合が多い燃料ガスを燃料電池装置２に供給することがある。燃料電池装置２は、燃料ガスとしてＬＰＧを用いることから改質触媒等をＬＰＧの主成分であるプロパン仕様で設計する。したがって、燃料電池装置２は、万一燃料ガス供給装置１から成分を異にするＬＰＧが燃料ガスとして供給された場合に、改質触媒の劣化や改質効率が低下する。なお、燃料電池装置２は、燃料ガスとして都市ガスを用いる場合には、メタン仕様で設計される。
【００３４】
燃料ガス供給装置１においては、第２端末配管２１に第１センサ２２と第２センサ２３とを付設して燃料ガスの成分検出を行うことにより、所定成分の燃料ガスが燃料電池装置２に供給されるようにする。第１センサ２２及び第２センサ２３には、赤外線分析器が用いられ、所定波数に現れる硫黄成分や炭化水素成分を測定する。第１センサ２２は、脱硫器１５により燃料ガス中の硫黄成分が所定のレベルで除去されていることを検出する。第１センサ２２は、具体的には燃料ガス中のチオフェンの１５２０ｃｍ−１に現れる吸収で硫黄成分を測定する。第１センサ２２は、燃料ガス中からこれらの硫黄成分の測定を行って測定結果の検出信号を制御監視盤２４に出力する。
【００３５】
第２センサ２３は、燃料ガス中のプロパン濃度とブタン以上の炭化水素の濃度とを測定する。第２センサ２３は、具体的には、燃料ガス中のプロパンの３０００ｃｍ−１に現れる飽和炭化水素成分を測定し、次に、プロピレンの１７００ｃｍ−１に現れる吸収で不飽和炭化水素成分を測定し、さらにベンゼンの８００ｃｍ−１に現れる芳香族炭化水素成分を測定して測定結果の検出信号を制御監視盤２４に出力する。
【００３６】
制御監視盤２４は、詳細を省略するがマイクロコンピュータや表示器或いは通信機能等を備えており、燃料電池装置２に対する燃料ガスの供給を制御するとともにボンベ１３を供給するガス会社等の適宜の外部機関との通信を行う機能を有している。制御監視盤２４は、自動切替圧力調整器１６から出力されるボンベ１３の切替信号を受信すると、燃料ガスの残量計算等を行いガス会社に対して必要な情報提供等を行う。制御監視盤２４は、ガスメータ１９から出力される計量信号を受信すると、例えばこの計量信号と平均使用量等の基準値との比較を行い異常値を検出するとガス会社に対して警報を発信する。
【００３７】
制御監視盤２４は、基準の硫黄成分値や基準成分値の基準値情報を格納しており、第１センサ２２や第２センサ２３から出力される検出信号を受信すると、これら検出信号と基準値情報との比較を行う。制御監視盤２４は、基準値を超える硫黄成分値や基準成分値を検出すると、自動切替圧力調整器１６或いは図示しない弁機構に対して制御信号を出力して燃料ガスの供給を停止又は予備ボンベへの切替えを指示するとともに警報信号を供給元や所定の外部機関等に発信する。制御監視盤２４は、第２センサ２３から出力される検出信号に基づいてブタンの割合が一定値を超えた状態を検出すると、撹拌器１８を駆動させる制御信号を出力して燃料ガスを撹拌させる。
【００３８】
脱硫器１５は、図３に示すように例えばボンベ１３を設置する場所の壁面２５等に固定されるブラケット部材２６と取付プレート２７を介して接続管１４の配管経路に沿って設置される。ブラケット部材２６は、全体がＬ字状を呈しており、垂直方向の一端部２６ａを壁面２５にアンカーボルト２８によって固定するとともに、水平方向の他端部２６ｂ上に取付プレート２７を取付ねじ２９によって固定する。ブラケット部材２６は、図示しないがアンカーボルト２８をねじ込む取付孔が高さ方向の長孔とされ、取付プレート２７を介して取り付ける脱硫器１５の高さ位置が調整されるようにする。取付プレート２７は、取付ねじ２９がねじ込まれる取付孔３０を長孔とすることによって、先端側に取り付ける脱硫器１５と壁面２５との間隔が調整されるようにする。なお、取付調整構造は、かかる構造に限定されず、例えば取付プレート２７側に長孔を形成するようにしてもよいことは勿論である。
【００３９】
脱硫器１５は、本体部３１と、この本体部３１に対して着脱自在に収納されるとともにボンベ１３の交換に合わせて接続管１４から取り外されて交換される後述する脱硫剤３３をカートリッジ缶５９に封装した脱硫剤カートリッジ３２とから構成される。脱硫器１５は、本体部３１が、図３及び図４に示すようにヘッド部材（ヘッド体）３４と、ケース部材（ケース体）３５と、これらヘッド部材３４とケース部材３５とを一体化する結合リング部材（ユニオン）３６とから構成される。脱硫器１５は、詳細を後述するようにヘッド部材３４が接続管１４に固定接続され、このヘッド部材３４に対してケース部材３５を着脱して脱硫剤カートリッジ３２の交換操作が行われる。
【００４０】
ヘッド部材３４は、防錆性や機械的剛性に優れた金属材、例えばステンレス鋼が用いられ、図４及び図５に示すように円盤状の天井部３７と、この天井部３７の外周縁に沿って全周に亘って一体に折曲形成された円筒状の外周壁部３８とからなる全体略キャップ状に形成されている。ヘッド部材３４には、図３に示すように天井部３７の上面に中央位置を横切るようにして一体に膨出された矩形凸部からなるガス流路構成部３９が形成されている。ガス流路構成部３９は、内部に燃料ガスの流路が形成されるとともに上面部を取付ねじ４０によって取付プレート２７に固定される取付部を構成する。
【００４１】
ガス流路構成部３９には、長さ方向の一方側面に燃料ガスの流入孔４１が開口されるとともに他方側面に排出孔４２が開口される。ガス流路構成部３９には、図４に示すように流入孔４１と排出孔４２とに、それぞれの内壁に内周ねじ４１ａ、４２ａが形成されており、これら内周ねじ４１ａ、４２ａにそれぞれねじ込まれることによって連結管４３Ａ、４３Ｂが図３（Ｂ）に示すように突出して設けられる。ガス流路構成部３９には、連結管４３Ａに対して周知の気密管継ぎ手機構４４Ａを介して、ボンベ１３と接続されていわゆる生ガスを供給する上流側の接続管１４ａが接続される。ガス流路構成部３９には、連結管４３Ｂを介して、後述するように脱硫処理を施した燃料ガスをガスメータ１９へと供給する下流側の接続管１４ｂが接続される。
【００４２】
ヘッド部材３４は、図４に示すように流入孔４１がガス流路構成部３９の内部において下方へと折曲され、天井部３７を貫通して外周壁部３８で囲まれた内部空間４６に連通する導入開口４５を構成する。導入開口４５は、内部空間４６の外周側に位置して天井部３７に形成されている。ヘッド部材３４は、排出孔４２がガス流路構成部３９の内部を流入孔４１側へと延長され、中央部を越えた位置で下方へと折曲され、内部空間４６に連通する排出開口４７を構成する。ヘッド部材３４は、排出開口４７を構成する天井部３７の中央部位が下方に向かって突き出されており、後述するように脱硫剤カートリッジ３２が組み合わされる嵌合筒部４８を構成する。
【００４３】
ヘッド部材３４は、上述したように天井部３７と外周壁部３８とによって底部を開放した内部空間４６を構成し、この内部空間４６が脱硫剤カートリッジ３２の上方部位を収納する空間部を構成する。外周壁部３８には、内周壁に複数個の円弧状の位置決め凸部４９が形成されており、これら位置決め凸部４９が後述するように内部空間４６に収納された脱硫剤カートリッジ３２の外周面を支持して位置決めする。外周壁部３８には、下端部の外周面に全周に亘って係止フランジ部５０が一体に形成されている。ヘッド部材３４は、後述するように係止フランジ部５０に結合リング部材３６が係合されてケース部材３５と結合される。
【００４４】
なお、ヘッド部材３４は、ガス流路構成部３９の側面部に相対して流入孔４１と排出孔４２とを形成したが、かかる構成に限定されるものでは無い。ヘッド部材３４は、例えば複数個の流入孔４１を形成して脱硫器１５に対して複数本のボンベ１３が接続されるようにしてもよい。ヘッド部材３４は、脱硫処理を施した燃料ガスを排出孔４２を介して側方へと排出するようにしたが、天井部３７に排出孔を形成して上方から排出するようにしてもよいことは勿論である。
【００４５】
また、ヘッド部材３４は、連結管４３Ａ、４３Ｂを流入孔４１と排出孔４２とに形成した内周ねじ４１ａ、４２ａにそれぞれねじ込んで結合したが、例えばこれら内周ねじ４１ａ、４２ａを微小なピッチのねじによって構成したり、ねじロック剤を塗布してねじ合わせするようにしてガス漏れや脱落を防止することが好ましい。さらに、ヘッド部材３４は、例えば流入孔４１と排出孔４２に対して、溶接等の方法によって連結管４３Ａ、４３Ｂを一体化した構造であってもよい。
【００４６】
ケース部材３５も、防錆性や機械的剛性に優れた金属材、例えばステンレス鋼が用いられ、図４及び図５に示すようにヘッド部材３４の外周壁部３８とほぼ同径とされた有底円筒形の部材からなる。ケース部材３５は、内部空間５２がヘッド部材３４と組み合わされて内部に脱硫剤カートリッジ３２の下方部位を収納する空間部を構成するとともに、ヘッド部材３４側の内部空間４６と共同して流入孔４１から供給された燃料ガスを脱硫剤カートリッジ３２に供給するための流路を構成する。
【００４７】
ケース部材３５には、図４及び図５に示すように、外周部の上端部位に所定の厚みと高さとを有する結合フランジ部５３が全周に亘って周回りに一体に突設されている。結合フランジ部５３は、ヘッド部材３４の係止フランジ部５０とほぼ同径とされ、全域に亘って外周ねじ５４が形成されている。外周ねじ５４には、後述するように結合リング部材３６がねじ合わせされるが、このねじ合わせ部位からのガス漏れや脱落を防止するために例えば微小ピッチのねじとして形成されたりねじロック剤が塗布されたりする。
【００４８】
結合フランジ部５３には、上縁部に全周に亘って凹溝５５が形成され、この凹溝５５内に外周部を露出させてシールリング部材５１が嵌め合わされている。シールリング部材５１は、後述するようにケース部材３５をヘッド部材３４に組み合わせた状態で、係止フランジ部５０と結合フランジ部５３との間に全周に亘って密着した状態で介在してヘッド部材３４の内部空間４６とケース部材３５の内部空間５２とを気密状態に保持する。
【００４９】
ケース部材３５には、開口縁から所定の高さ位置の部位までがやや広径部位とされることによって、その底部に受け段部５６が形成されている。受け段部５６は、後述するように内部空間５２内に収納する脱硫剤カートリッジ３２の外周部を支持するに足る内径を有するとともに、ケース部材３５の底部から浮かした状態で保持するに足る高さ位置に形成されている。ケース部材３５は、内部空間５２内に脱硫剤カートリッジ３２を収納した状態で、外周部と底部との間に燃料ガスの流路を構成する。
【００５０】
結合リング部材３６も、防錆性や機械的剛性に優れた金属材、例えばステンレス鋼が用いられ、図４及び図５に示すように全体が略リング状を呈して形成された部材である。結合リング部材３６は、ケース部材３５側の結合フランジ部５３の外径とほぼ等しい内径を有するとともに、この結合フランジ部５３に形成された外周ねじ５４とねじ合わされる内周ねじ５７が形成されている。結合リング部材３６には、上端部位にヘッド部材３４側の係止フランジ部５０の外径とほぼ等しくかつ外周壁部３８の外径とほぼ等しい開口径を有する結合部５８が、内周方向に庇状に突出して一体に形成されている。なお、結合リング部材３６には、外周部に滑り止めの微細凹凸部が形成されている。
【００５１】
結合リング部材３６は、ヘッド部材３４に対して天井部３７の上方から外周壁部３８の外周に落とし込まれるようにして組み合わされる。結合リング部材３６は、図４に示すように係止部５８がヘッド部材３４の係止フランジ部５３上に係止され、ヘッド部材３４に対して内周ねじ５７の形成部位を外周壁部３８の下端から全周に亘って下方へと袴状に突出させて組み合わされる。結合リング部材３６は、内部空間５２内に脱硫剤カートリッジ３２を収納したケース部材３５が内周ねじ５７に外周ねじ５４をねじ込まれることによって、このケース部材３５とヘッド部材３４とを一体化する。
【００５２】
なお、結合リング部材３６は、例えばヘッド部材３４と一体に形成することも可能である。ヘッド部材３４は、外周壁部３８の下端部位を延長して拡径のリング部を形成し、このリング部の内周部に内周ねじを形成する。ヘッド部材３４には、リング部の内周ねじにケース部材３５がねじ込まれて一体化される。
【００５３】
脱硫剤カートリッジ３２は、上述したようにカートリッジ缶５９に脱硫剤３３を気密状態で充填してなり、例えばボンベ１３の交換時にヘッド部材３４からケース部材３５を取り外して交換が行われる。カートリッジ缶５９には、例えばアルミ材に深絞り加工を施したアルミ缶や樹脂材によって成形した樹脂缶が用いられる。なお、カートリッジ缶５９は、脱硫処理を施す際に反応熱が発生することから、耐熱性が大きいアルミ缶が好ましい。
【００５４】
カートリッジ缶５９は、図４及び図５に示すように上面部５９ａにヘッド部材３４側の嵌合筒部４８とほぼ同径の供給開口６０が形成されるとともに、底面部５９ｂに燃料ガスを導入する複数個の導入開口６１が形成される。カートリッジ缶５９は、後述するように内部空間４６内において供給開口６０が嵌合筒部４８に嵌合され、脱硫処理を施した燃料ガスを下流側へと供給する。カートリッジ缶５９は、流入孔４１から内部空間４６に流入された燃料ガスを、導入開口６１から内部に導入して脱硫処理を施す。
【００５５】
カートリッジ缶５９は、未使用時に封装した脱硫剤３３と外気とを遮断するために、供給開口６０と導入開口６１とがアルミ箔等の図示しない密閉シールによって封止されている。カートリッジ缶５９は、本体部３１に取り付ける際にこれら密閉シールが剥離されることによって供給開口６０と導入開口６１とを開口させる。カートリッジ缶５９は、図４及び図５に示すように上方部位をやや大径とすることによって段部６２を形成し、この段部６２に突き当てられる受けリング部材６３が下方側から外周部に嵌め合わされる。
【００５６】
受けリング部材６３は、防錆性や機械的剛性に優れた金属材、例えばステンレス鋼が用いられ、カートリッジ缶５９の外径とほぼ等しい内径とされこのカートリッジ缶５９の外周に嵌め合わされる嵌合口６４を有する多角形のリング部材からなる。受けリング部材６３は、各頂点部位６３ａの円周径をヘッド部材３４の外周壁部３８の内径とほぼ等しくかつケース部材３５の結合フランジ部５３に形成した受け段部５６の内径とほぼ等しく形成される。また、受けリング部材６３は、各辺６３ｂの円周径を外周壁部３８及び受け段部５６の内径よりも小径に形成される。
【００５７】
受けリング部材６３は、カートリッジ缶５９に対して下方側からその外周部に嵌合口６４を嵌め合わされ、図４に示すように上端縁が段部６２に突き当たることにより上方向に抜け止めされる。受けリング部材６３は、後述するようにその下端面を受け段部５６上に支持されるが、この状態でカートリッジ缶５９の上面部５９ａをケース部材３５が組み合わされたヘッド部材３４の天井部３７の内面と略同等の高さ位置とする。
【００５８】
以上のように構成された脱硫剤カートリッジ３２は、供給開口６０と導入開口６１から密閉シールを剥がしたカートリッジ缶５９に受けリング部材６３をはめ込み、このカートリッジ缶５９をヘッド部材３４から取り外したケース部材３５の内部空間５２内に装填する。脱硫剤カートリッジ３２は、カートリッジ缶５９をケース部材３５の内部空間５２に収納した状態で、図４に示すように受けリング部材６３がその頂点部位６３ａの下端面を受け段部５６上に支持される。
【００５９】
脱硫剤カートリッジ３２は、この状態で受けリング部材６３が、図４に示すようにカートリッジ缶５９をケース部材３５に対してその外周部の内面及び底面との間に間隙を構成するように浮いた状態で組み合わせるようにする。また、脱硫剤カートリッジ３２は、この状態で受けリング部材６３が、同図に示すように各辺６３ｂを受け段部５６上に載せられていない状態となり、ケース部材３５の内周面との間においてその内部空間５２とヘッド部材３４の内部空間４６とを高さ方向に連通させる開口部を構成する。
【００６０】
脱硫剤カートリッジ３２は、ケース部材３５が結合フランジ部５３をヘッド部材３４の係止フランジ部５０に突き合わして結合リング部材３６にねじ込むことによって、受けリング部材６３が結合フランジ部５３の受け段部５６によってヘッド部材３４側へと押し上げられる。脱硫剤カートリッジ３２は、図４に示すように供給開口６０にヘッド部材３４の嵌合筒部４８が嵌合し、その排出開口４７を介してガス流路構成部３９の排出孔４２と連通される。
【００６１】
したがって、脱硫剤カートリッジ３２は、本体部３１内にカートリッジ缶５９を収納した状態で、図４矢印で示すように流入孔４１から導入開口４５を介して流れ込む燃料ガスがヘッド部材３４の外周壁部３８及びケース部材３５の外周壁とカートリッジ缶５９の外周壁との間に構成されるガス流路を介して底面部５９ｂに形成した導入開口６１からカートリッジ缶５９の内部へと導入されるようにする。脱硫剤カートリッジ３２は、カートリッジ缶５９の内部で脱硫処理を施した燃料ガスを供給開口６０からヘッド部材３４の排出開口４７を介して排出孔４２に導き、供給管１７へと供給する。
【００６２】
脱硫剤カートリッジ３２は、例えば椰子殻活性炭に銅を含浸させて嵌挿させた特殊活性炭を脱硫剤３３として用い、上述したようにこの脱硫剤３３をカートリッジ缶５９内に封装する。脱硫剤カートリッジ３２は、供給開口６０や導入開口６１から脱硫剤３３が脱落しないようにするため、カートリッジ缶５９内の上層と下層に例えば繊維状のグラファイト等を充填するとともに内層に粒状或いは粉末状の上述した脱硫剤３３を封装する。脱硫剤カートリッジ３２は、カートリッジ缶５９内を複数の空間部に区割りする隔壁部材を収納し、燃料ガスが蛇行しながら供給開口６０へと導かれることによって脱硫剤３３との接触時間が保持されるように構成してもよい。
【００６３】
ところで、燃料ガスは、ボンベ１３内に圧縮状態で充填されており、硫黄成分も例えば２００ｐｐｍといった高濃度の状態である。燃料ガスは、硫黄成分が１ｐｐｍ程度以上残留していれば、室内等でガス漏れがあった場合でも臭いの識別が充分に可能である。燃料ガスは、硫黄成分が平均で５ｐｐｍ以下、好ましくは３ｐｐｍ以下であれば、燃料電池装置に対して実用上、触媒特性を損なわさせることは無い。したがって、脱硫剤カートリッジ３２は、脱硫剤３３によって燃料ガスの硫黄成分を例えば１ｐｐｍ乃至３ｐｐｍ程度まで脱硫する。
【００６４】
なお、脱硫剤３３には、上述した銅含浸の椰子殻系活性炭ばかりでなく、含浸材として硫黄化合物との反応性が大きい鉄、亜鉛或いはニッケル等の金属元素を用いたり、石炭系活性炭を用いてもよい。また、脱硫剤３３には、活性炭粒子に対してスパッタ法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposit）法によって硫黄化合物との反応性が大きなニッケル、コバルト、モリブデン、銀、白金、ルテニウム、銅等の金属及びその酸化物の微粒子又は被膜を形成した脱硫剤も用いられる。さらに、脱硫剤３３には、例えば微細多孔質の活性炭粒子或いは無機物粒子を基材とし、この基材の表面にその粒径よりも小さな金属や金属酸化物を担持させた脱硫剤も用いられる。かかる脱硫剤は、常温、常圧雰囲気で、物理的なファンデルワールス吸着や化学的な吸着論等に基づいて、燃料ガスから硫黄成分や硫黄化合物或いは高沸点炭化水素を吸着除去する。
【００６５】
以上のように構成された燃料ガス供給装置１においては、脱硫器１５が、ボンベ１３の交換時に脱硫剤カートリッジ３２のみを同時に交換される。燃料ガス供給装置１は、自動切替圧力調整器１６によってボンベ１３に接続された接続管１４が閉鎖された状態にあり、脱硫剤カートリッジ３２を交換するために接続管１４を閉鎖するバルブ機構やバイパス配管を不要として設備の簡易化や作業性の向上が図られる。燃料ガス供給装置１は、比較的短期間で脱硫剤カートリッジ３２を交換することから、比較的廉価な脱硫剤を用いても燃料ガスから高精度の脱硫処理を行うとともに脱硫器１５の低コスト化や小型、軽量化が図られるようになる。脱硫器１５は、接続管１４に対して着脱操作を不要として脱硫剤カートリッジ３２の交換が行われることで、作業効率の向上が図られるとともに接続箇所に生じやすいガス漏れの発生が防止されて安全性の向上が図られる。
【００６６】
脱硫器１５は、例えば適宜の治具によって結合リング部材３６を固定した状態でケース部材３５を緩み方向に回転して取り外し操作を行う。脱硫器１５は、ケース部材３５が、外周ねじ５４と内周ねじ５７とのねじ合わせ状態が解除されることによって、結合リング部材３６から取り外される。脱硫器１５は、脱硫剤カートリッジ３２も、供給開口６０が嵌合筒部４８から引き抜かれることによってヘッド部材３４から取り外される。取り外された脱硫剤カートリッジ３２は、例えば交換用の脱硫剤カートリッジ３２から引き剥がした密閉シールを利用して供給開口６０や導入開口６１が塞がれて回収される。
【００６７】
脱硫器１５は、交換用の脱硫剤カートリッジ３２がケース部材３５の内部空間５２内に装填される。脱硫剤カートリッジ３２は、カートリッジ缶５９の外周部に受けリング部材６３が嵌め込まれており、底面部５９ｂ側からケース部材３５の内部空間５２内に装填される。脱硫剤カートリッジ３２は、受けリング部材６３の各頂点部位６３ａが受け段部５６上に支持されることによって、カートリッジ缶５９がケース部材３５の内部空間５２内において浮いた状態とされるとともにその上部が結合フランジ部５３から突出した状態で組み合わされる。
【００６８】
脱硫器１５は、脱硫剤カートリッジ３２を組み合わせたケース部材３５がヘッド部材３４に組み付けられる。ケース部材３５は、ヘッド部材３４から袴状に突出して組み合わされた結合リング部材３６に対して、外周ねじ５４を内周ねじ５７にねじ合わせして締め付け方向に回転操作される。ケース部材３５は、ねじ込み操作にしたがって次第に上方へと移動し、所定の高さ位置において結合フランジ部５３がヘッド部材３４側の係止フランジ部５０に突き当たる。
【００６９】
脱硫器１５は、結合リング部材６３を介してケース部材３５がヘッド部材３４に引き寄せられる。ケース部材３５は、結合リング部材６３を締め付け方向に回転操作することによってさらに押し上げられ、受け段部５６を介して受けリング部材６３を押し上げるようにする。受けリング部材６３は、段部６２を介してカートリッジ缶５９をヘッド部材３４側へと押し上げて供給開口６０を嵌合筒部４８に嵌合させる。
【００７０】
脱硫器１５においては、ヘッド部材３４を接続管１７に対して着脱操作することなく、脱硫剤カートリッジ３２の交換が行われる。脱硫器１５においては、係止フランジ部５０と結合フランジ部５３とが全周に亘って密着し、また外周部位においても結合リング部材３６が係止フランジ部５０と結合フランジ部５３とにそれぞれ密着することで、ヘッド部材３４とケース部材３５とがガス漏れを生じさせることなく組み合わされる。なお、脱硫器１５は、例えば係止フランジ部５０と結合フランジ部５３との間や係止フランジ部５０と結合リング部材３６の結合部５８との間にシール片を介挿するようにしてもよい。
【００７１】
燃料ガス供給装置１においては、自動切替圧力調整器１６によってボンベ１３の切り換えが行われると、接続管１７から脱硫器１５に燃料ガスが供給される。脱硫器１５は、流入孔４１から流れ込んだ燃料ガスが、図４矢印で示すようにヘッド部材３４の天井部３７に形成した導入開口４５から外周壁部３８の内部空間４６にその内面と脱硫剤カートリッジ３２の外周部との間に構成された流路を流れる。脱硫器１５は、燃料ガスが、ケース部材３５の内部空間５２にその内面と脱硫剤カートリッジ３２の外周部との間に構成された流路をケース部材３５の底面部まで流れる。脱硫器１５は、ケース部材３５の底面部に回り込んだ燃料ガスが、カートリッジ缶５９の底面部５９ｂに形成した導入開口６１から内部へと流れ込む。
【００７２】
脱硫器１５は、脱硫剤カートリッジ３２が、カートリッジ缶５９の内部を流れる燃料ガスから脱硫剤３３によって硫黄成分等を除去し、脱硫処理を施した燃料ガスを上面部５９ａに形成した供給開口６０からヘッド部材３４側の排出開口４７を介して排出する。脱硫器１５は、燃料ガスが排出孔４２から接続管１４を介して自動切替圧力調整器１６に供給することで、燃料電池装置２や各ガス器具３への供給を行う。
【００７３】
燃料ガス供給装置１においては、脱硫器１５がボンベ１３とガスメータ１９との間のいわゆる高圧ゾーンに付設されて燃料ガスの脱硫処理を行っている。燃料ガスは、燃料電池装置２や各ガス器具３における単位時間当たりの消費量が一定であり、高圧ゾーンにおいて圧縮状態とされることで脱硫器１５内での滞留時間が低圧ゾーンよりも長くなる。したがって、燃料ガス供給装置１においては、燃料ガスが脱硫器１５において脱硫剤３３との接触時間が長くなり、硫黄成分や高沸点炭化水素等を効率的に除去する。
【００７４】
燃料ガス供給装置１においては、カートリッジ缶５９内に例えば粒径が２ｍｍ乃至３ｍｍ程度の脱硫剤３３を充填して脱硫剤カートリッジ３２を構成しており、燃料ガスがこの脱硫剤カートリッジ３２内を通過することで圧力損失が生じる。燃料ガス供給装置１においては、燃料ガスを例えば３ｋＰａ程度の微圧に調整して端末側へと供給することから、低圧ゾーン側では困難な圧力調整を容易に行うことを可能とする。燃料ガス供給装置１においては、脱硫器１５による燃料ガスの圧力低下も少なく、圧力調整器による調整範囲が大きいことから端末機器に対して燃料ガスを安定して供給することが可能である。
【００７５】
燃料ガス供給装置１においては、上述した脱硫器１５を例えば空気取入れ部６の空気配管７にも設置するようにしてもよい。脱硫器１５は、脱硫剤３３やフィルタによって空気中の塵埃やゴミ或いは粒子状物質（ＰＭ）、塩分、硫黄化合物、窒化化合物等を除去する空気清浄機能を奏して、燃料電池装置２に清浄な空気の供給が行われるようにする。燃料ガス供給装置１においては、この空気取入れ部６の脱硫器１５についてもボンベ１３の交換時に脱硫カートリッジ３２の交換を行うことで、保守性の向上が図られるようになる。
【００７６】
燃料ガス供給装置１においては、上述したように自動切替圧力調整器１６とガスメータ１９との間に攪拌器１８を設置するとともに第２端末配管２１に沿って第１センサ２２と第２センサ２３とが設置される。また、燃料ガス供給装置１においては、ガスメータ１９或いは第１センサ２２や第２センサ２３からの検出出力が入力され、ガスメータ１９や攪拌器１８を制御する制御監視盤２４が備えられる。燃料ガス供給装置１においては、これらの構成を備えることによって極めて高精度の燃料ガスを燃料電池装置２に供給するが、例えば一般家庭向や小規模の燃料電池装置システムを構築する場合には、ボンベ１３の交換時に脱硫剤カートリッジ３２が交換される脱硫器１５によって精度の高い燃料ガスの供給が行われることから、上述した構成を特に設置する必要は無いことは勿論である。
【００７７】
第２の実施の形態として図６乃至図８に示した脱硫器７０も、上述した脱硫器１５と同様にボンベ１３と自動切替圧力調整器１６との間において接続管１４に付設されるが、不心得者によるいたずらを防止する機構を備えた構成に特徴を有している。脱硫器７０は、基本的な構成を脱硫器１５と同様とするが、ヘッド部材７１とケース部材７２との結合部位に特殊治具を用いて着脱されるロックリング部材７３を備えている。なお、脱硫器７０は、上述した脱硫器１５と同一仕様の脱硫剤カートリッジ３２を用いることから、同一符号を付すことによって説明を省略する。また、脱硫器７０は、ヘッド部材７１やケース部材７２も基本的な構成を上述したヘッド部材３４やケース部材３５と同様とすることから、要部についてのみ説明するものとする。
【００７８】
ヘッド部材７１は、基本的な構成を上述したヘッド部材３４と同等とするが、結合リング部材３６と同等の機能を有する部位が一体に形成された構成に特徴を有している。ヘッド部材７１も、防錆性や機械的剛性に優れた金属材、例えばステンレス鋼が用いられ、図６に示すように円盤状の天井部７４と、この天井部７４の外周縁に沿って全周に亘って一体に折曲形成された円筒状の外周壁部７５と、この外周壁部７５の下端部に全周に亘って一体に形成された結合リング部７６とからなる全体略キャップ状に形成されている。
【００７９】
ヘッド部材７１には、天井部７４の上面に上述したガス流路構成部３９と同等のガス流路構成部７７が一体に形成される。ガス流路構成部７７には、詳細を省略するが内部に燃料ガスの流路が形成されるとともに、上面部が取付ねじ４０によって取付プレート２７に固定される取付部を構成する。ガス流路構成部７７には、それぞれの内壁に内周ねじ７８ａ、７９ａが形成され燃料ガスの流入孔７８と排出孔７９とが形成され、連結管４３Ａ、４３Ｂとが突出して設けられる。
【００８０】
ヘッド部材７１には、天井部７４を貫通されて流入孔７８と外周壁部７５の内部空間８０とを連通させる導入開口８１が形成されるとともに、天井部７４の中央位置において天井部７４を貫通されて排出孔７９とを内部空間８０とを連通させる排出開口８２が形成されている。ヘッド部材７１には、天井部７４に排出開口８２を構成して脱硫剤カートリッジ３２が組み合わされる嵌合筒部８３が形成されている。ヘッド部材７１も、内部空間８０が脱硫剤カートリッジ３２の上方部位を収納する空間部を構成する。
【００８１】
ヘッド部材７１には、外周壁部３８の下端部位に外周方向に突出するフランジ部８４を介して外周壁部３８と同軸の結合リング部７６が一体に形成されている。結合リング部７６は、フランジ部８４の突出分、外周壁部３８よりも大径とされた筒状の部位であり、その内周部に先端側から所定の高さ位置に亘って内周ねじ８５が形成されている。
【００８２】
なお、ヘッド部材７１についても、ガス流路構成部７７の側面部に複数の流入孔７８を形成したり、排出孔７９を上面に開口して形成するようにしてもよい。また、ヘッド部材７１においては、連結管４３Ａ、４３Ｂを一体化した構造であってもよい。
【００８３】
ケース部材７２も、防錆性や機械的剛性に優れた金属材、例えばステンレス鋼が用いられ、ヘッド部材７１の外周壁部７５よりもやや小径とされるとともに結合リング部７６の内径よりも小径とされた有底円筒形の部材からなる。ケース部材７２は、内部空間８７がヘッド部材７１と組み合わされて内部に脱硫剤カートリッジ３２の下方部位を収納する空間部を構成するとともに、ヘッド部材７１側の内部空間８０と共同して流入孔７８から供給された燃料ガスを脱硫剤カートリッジ３２に供給するための流路を構成する。
【００８４】
ケース部材７２にも、外周部の上端部位に、ヘッド部材７１側の結合リング部７６の内径とほぼ同径とされかつ所定の厚みと高さとを有する係合フランジ部８８が全周に亘って周回りに一体に突設されている。係合フランジ部８８には、上述したケース部材３５と同様に上縁部に全周に亘って凹溝８９が形成され、ヘッド部材７１とケース部材７２とを気密状態に組み合わさせるシーリング部材８６が嵌め合わされる。
【００８５】
ケース部材７２は、上述したように外周壁部７５よりもやや小径とされることによって後述するようにヘッド部材７１に組み合わされた状態で、係合フランジ部８８の内周部位がヘッド部材７１の内部空間８に張り出すことによって円周方向の全域に亘って段部を構成する。ケース部材７２は、この係合フランジ部８８の張り出し部位が内部空間８７内に収納する脱硫剤カートリッジ３２の外周部を支持する受け段部９０を構成する。ケース部材７２は、受け段部９０によって脱硫剤カートリッジ３２を浮かした状態で保持し、外周部と底部との間に燃料ガスの流路を構成する。
【００８６】
脱硫器７０には、上述した脱硫器１５に用いた脱硫剤カートリッジ３２が共用されるため、同一符号を付すことによって説明を省略する。脱硫剤カートリッジ３２にも、カートリッジ缶５９の外周部に受けリング部材９１が嵌め合わされる。受けリング部材９１も、ステンレス等によってカートリッジ缶５９の外径とほぼ等しい内径とされこのカートリッジ缶５９の外周に嵌め合わされる嵌合口９２を有する多角形のリング部材からなる。
【００８７】
受けリング部材９１は、各頂点部位９１ａの円周径がヘッド部材７１の外周壁部７５の内径とほぼ等しくかつケース部材７２の内径よりも大径に形成される。また、受けリング部材９１は、各辺６３ｂの円周径がヘッド部材７１の外周壁部７５及びケース部材７２の内径よりも小径に形成される。受けリング部材９１は、ケース部材７２の内径よりも大径の部位に位置して、底面側に係合フランジ部８８の開口縁に嵌合される段部９２が形成されている。
【００８８】
受けリング部材９１も、カートリッジ缶５９に対して、下方側から外周部に嵌め合わされ段部６２に突き当てられて上方向に抜け止めされる。受けリング部材９１は、下端面を係合フランジ部８８の開口縁上に支持されるが、この状態でカートリッジ缶５９の上面部５９ａをケース部材７２が組み合わされたヘッド部材７１の天井部７４の内面と略同等の高さ位置とする。
【００８９】
脱硫剤カートリッジ３２は、カートリッジ缶５９の外周部に受けリング部材９１を嵌め込み、このカートリッジ缶５９をヘッド部材７１から取り外したケース部材７２の内部空間８７内に装填する。脱硫剤カートリッジ３２は、カートリッジ缶５９をケース部材７２の内部空間８７に収納した状態で、受けリング部材９１がその頂点部位９１ａの下端面を係合フランジ部８８によって構成された受け段部９０上に支持される。
【００９０】
脱硫剤カートリッジ３２は、この状態で受けリング部材９１が、カートリッジ缶５９をケース部材７２に対してその外周部の内面及び底面との間に間隙を構成するように浮いた状態で組み合わせるようにする。また、脱硫剤カートリッジ３２は、この状態で受けリング部材９１が、各辺９１ｂを受け段部９０上に載せられていない状態となり、ケース部材７２の内周面との間においてその内部空間８７とヘッド部材７１の内部空間８０とを高さ方向に連通させる開口部を構成する。
【００９１】
脱硫剤カートリッジ３２は、ケース部材７２が後述するロックリング部材７３を介してヘッド部材７１と組み合わされた状態において、供給開口６０にヘッド部材７１の嵌合筒部８３が嵌合し、その排出開口８２を介してガス流路構成部７７の排出孔７９と連通される。脱硫剤カートリッジ３２は、図６矢印で示すように流入孔７８から導入開口８１を介して流れ込む燃料ガスが、ヘッド部材７１の外周壁部７５及びケース部材７２の外周壁とカートリッジ缶５９の外周壁との間に構成されるガス流路を介して底面部５９ｂに形成した導入開口６１からカートリッジ缶５９の内部へと導入されるようにする。脱硫剤カートリッジ３２は、カートリッジ缶５９の内部で脱硫処理を施した燃料ガスを供給開口６０からヘッド部材７１の排出開口８２を介して排出孔７９に導き、供給管１７へと供給する。
【００９２】
脱硫器７０は、ボンベ１３に近接して屋外に設置されることから、ロックリング部材７３を介してヘッド部材７１とケース部材７２とを一体化することにより不心得者等によるいたずら防止の対応が図られている。ロックリング部材７３も、防錆性や機械的剛性に優れた金属材、例えばステンレス鋼によって形成されたリング状の部材からなる。ロックリング部材７３は、ヘッド部材７１の結合リング部７６の内径とほぼ等しい外径を有するとともに、ケース部材７２の外径よりも大径の嵌挿口９３が厚み方向に貫通して形成されている。
【００９３】
ロックリング部材７３は、全体が結合リング部７６の内周ねじ８５の形成領域とほぼ等しく若しくはやや小さな厚みで形成され、この内周ねじ８５にねじ合わされる外周ねじ９４が外周部に全長に亘って形成されている。ロックリング部材７３には、嵌挿口９３の内周壁に、周方向に対称に位置して一対の係合凸部９５Ａ、９５Ｂ（以下、係合凸部９５と総称する。）が一体に突設されている。係合凸部９５は、それぞれ横長矩形の凸部であり、ケース部材７２の外径とほぼ等しい内周径の厚みで形成されている。したがって、係合凸部９５は、後述するようにロックリング部材７３がケース部材７２の外周部に嵌め合わされた状態で、図６に示すように外周面に突き当てられてケース部材７２を保持する。
【００９４】
脱硫器７０も、ボンベ１３の交換時に、脱硫剤カートリッジ３２のみが同時に交換されるが、図７及び図８に示した専用の鍵治具９６を用いることによってのみヘッド部材７１に対してケース部材７２の着脱操作を可能とする。鍵治具９６は、ケース部材７２の外径よりもやや大径のガイド孔９７が厚み方向に貫通して形成された略リング状の部材からなる。鍵治具９６には、外周部に滑り止めの微細な凹凸が形成されるとともに、一方側の外周縁に一対の係合片部９８Ａ、９８Ｂ（以下、係合片部９８と総称する。）が一体に突設されている。
【００９５】
係合片部９８は、図８に示すように周方向に対称に位置して突設された円弧状の凸壁からなり、ケース部材７２の外径とほぼ同径の円周を構成して形成される。係合片部９８には、それぞれの両側縁から切り込まれて係合凹部９９Ａ１、９９Ａ２及び９９Ｂ１、９９Ｂ２（以下、係合凹部９９と総称する。）が形成されている。係合片部９８は、係合凹部９９が、ロックリング部材７３の係合凸部９５と相対係合される高さを以って形成されている。
【００９６】
脱硫器７０は、脱硫剤カートリッジ３２を収納したケース部材７２の外周部にロックリング部材７３が嵌め合わされる。ロックリング部材７３は、この場合に図７に示すように予め鍵治具９６に組み付けられてケース部材７２への嵌め合わせが行われる。鍵治具９６は、係合片部９８間に係合凸部９５を位置させて、係合片部９８を嵌挿口９３内に差し込むことによりロックリング部材７３と組み合わされる。鍵治具９６は、この状態で回転操作することにより、同図に示すように係合凹部９９に相対する係合凸部９５が係合してロックリング部材７３と一体化される。
【００９７】
鍵治具９６は、一体化したロックリング部材７３とともに、脱硫剤カートリッジ３２を収納したケース部材７に対して下方側から外周部への嵌め合わせが行われる。ロックリング部材７３と鍵治具９６とは、それぞれの嵌挿口９３とガイド孔９７内にケース部材７２を貫通させ、係合凸部９５の内面がケース部材７２の外周部に突き当たった状態で上方へと押し上げられる。鍵治具９６は、ロックリング部材７３の上端をケース部材７２の係合フランジ部７６の底面に突き当てさせる。
【００９８】
鍵治具９６は、この位置で締め付け方向に回転操作を行うことによってロックリング部材７３の外周ねじ９４を結合リング部７６の内周ねじ８５にねじ込ませるようにする。鍵治具９６は、ロックリング部材７３が結合リング部７６の内部へとねじ込まれるにしたがって、このロックリング部材７３が突き当てられた係合フランジ部８８を介してケース部材７２がヘッド部材７１の内部空間８０内に押し込まれるようにする。
【００９９】
脱硫器７０においても、脱硫剤カートリッジ３２が、受けリング部材９１の各頂点部位９１ａが受け段部９０上に支持されることによって、カートリッジ缶５９がケース部材７２の内部空間８７内において浮いた状態とされるとともにその上部を係合フランジ部８８から突出した状態でケース部材７２内に組み合わされている。脱硫器７０においては、脱硫剤カートリッジ３２を組み合わせたケース部材７２がヘッド部材７１に組み合わされ、上述した鍵治具９６を用いた締め付け操作が行われる。
【０１００】
脱硫器７０においては、上述した鍵治具９６の締め付け操作によってケース部材７２がその係合フランジ部８８をヘッド部材７１のフランジ部８４に突き当てられまで押し上げられると、図６に示すように係合フランジ部８８が全周に亘ってフランジ部８４とロックリング部材７３とによって挟み込まれて固定される。脱硫器７０は、ケース部材７２の押し上げ動作に伴って受けリング部材９１を介して脱硫剤カートリッジ３２がヘッド部材７１の内部空間８０内を押し上げられ、供給開口６０を嵌合筒部８３に嵌合させる。
【０１０１】
脱硫器７０においては、鍵治具９６を緩み方向に回して係合片部９８間に係合凸部９５が位置されるようにし、この状態で鍵治具９６をケース部材７２の下方部へと移動させて取り外し操作が行われる。脱硫器７０においては、ケース部材７２を鍵治具９６から取り外すことにより、図６に示すようにロックリング部材７３がベース部材７１側の結合リング部７６内に収納された状態とする。
【０１０２】
なお、脱硫器７０においては、脱硫剤カートリッジ３２を交換する場合には、鍵治具９６をケース部材７２に嵌め合わせ、ヘッド部材７１に対してロックリング部材７３を回転させて取り外しが行われる。
【０１０３】
脱硫器７０においては、外観からは図７に示すようにロックリング部材７３の存在を気付かせない状態とする。したがって、脱硫器７０においては、不心得者が例えばケース部材７２を回す操作を行っても、ヘッド部材７１からの取り外しを不能とさせる。また、脱硫器７０においては、ロックリング部材７３の存在に気づいても専用の鍵治具９６を使用しなければ、このロックリング部材７３をヘッド部材７１から取り外すことを不能とさせる。したがって、脱硫器７０においては、不正にケース部材７２をヘッド部材７１から取り外すといったいたずらを防止する。
【０１０４】
脱硫器７０においても、ヘッド部材７１を接続管１７に対して着脱操作することなく、脱硫剤カートリッジ３２の交換が行われるようにする。脱硫器７０においては、ケース部材７２のフランジ部８４とケース部材７２の係合フランジ部８８とが全周に亘って密着するとともに、外周部位においても結合リング部７６の内周ねじ８５とロックリング部材７３の外周ねじ９４とがねじ合わせされることで、ヘッド部材７１とケース部材７２とがガス漏れを生じさせることなく組み合わされる。なお、脱硫器７０は、例えばフランジ部８４と係合フランジ部８８との間にシール片を介挿するようにしてもよい。
【０１０５】
脱硫器７０においても、自動切替圧力調整器１６によってボンベ１３の切り換えが行われると、接続管１７から燃料ガスが供給される。脱硫器７０においても、流入孔７８から流れ込んだ燃料ガスが、図６矢印で示すようにヘッド部材７１の導入開口８１から外周壁部７５の内部空間８０にその内面と脱硫剤カートリッジ３２の外周部との間に構成された流路を流れる。脱硫器１５においても、燃料ガスが、ケース部材７２の内部空間８７にその内面と脱硫剤カートリッジ３２の外周部との間に構成された流路をケース部材７２の底面部まで流れる。脱硫器７０においても、ケース部材７２の底面部に回り込んだ燃料ガスが、カートリッジ缶５９の底面部５９ｂに形成した導入開口６１から内部へと流れ込むようにする。
【０１０６】
脱硫器７０は、脱硫剤カートリッジ３２が、カートリッジ缶５９の内部を流れる燃料ガスから脱硫剤３３によって硫黄成分等を除去し、脱硫処理を施した燃料ガスを上面部５９ａに形成した供給開口６０からヘッド部材７１側の排出開口８２を介して排出する。脱硫器７０は、燃料ガスが排出孔７９から接続管１４を介して自動切替圧力調整器１６へと供給して、燃料電池装置２や各ガス器具３への供給を行う。
【０１０７】
なお、脱硫器７０は、ロックリング部材７３と鍵治具９６とを一体化した状態でケース部材７２に嵌め込むようにしたが、かかる方法に限定されないことは勿論である。脱硫器７０は、例えばケース部材７２に対してロックリング部材７３を予め嵌め込んでヘッド部材７１に仮保持した状態で、ケース部材７２に鍵治具９６を嵌め込んでロックリング部材７３の締め付けを行うようにしてもよい。
【０１０８】
脱硫器７０においては、例えばロックリング部材７３に形成する係合凸部９５と鍵治具９６に形成する係合片部９８とを適宜の形状とすることによって、特定の鍵治具９６を用いた場合にのみ交換操作が行われるようになる。脱硫器７０においては、かかる鍵システムを構成することによりシステム仕様に合った脱硫剤カートリッジ３２が誤り無く行われるようにすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】実施の形態として示す燃料供給装置を用いたＬＰＧ方式燃料電池システムの要部構成図である。
【図２】燃料ガス供給部を構成するガスボンベと自動切替圧力調整器との間に脱硫器を設置した燃料供給装置の要部構成図である。
【図３】脱硫器の設置構造を示し、同図（Ａ）は側面図、同図（Ｂ）は平面図である。
【図４】脱硫器の内部構造を示す断面図である。
【図５】脱硫器の分解斜視図である。
【図６】第２の実施の形態として示すいたずら防止型脱硫器の断面図である。
【図７】ロックリング部材の組付操作を説明する一部切り欠き分解正面図である。
【図８】ロックリング部材と鍵治具の構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１  燃料ガス燃料供給装置、２  燃料電池装置、３  ガス器具、４  改質部、８  燃料電池部、１３  ボンベ、１４  接続管、１５  脱硫器、１６  自動切替圧力調整器、１７  供給管、１９  ガスメータ、２４  制御監視盤、２６  ブラケット部材、２７  取付プレート、  ３１  本体部、３２  脱硫剤カートリッジ、３４  ヘッド部材、３５  ケース部材、３６  結合リング部材、３７  天井部、３８  外周壁部、３９  ガス流路構成部、４１  流入孔、４２  排出孔、４３  連結管、４５  導入開口、４６  内部空間、４７  排出開口、４８  嵌合筒部、４９  位置決め凸部、５０  係止フランジ部、５１  シールリング部材、５２  内部空間、５３  結合フランジ部、５４  外周ねじ、５５  位置決め凹部、５６  受け段部、５７  内周ねじ、５９  カートリッジ缶、６１導入開口、６２段部、６３  受けリング部材、６４  嵌合口、７０  脱硫器、７１  ヘッド部材、７２  ケース部材、７３  ロックリング部材、７４  天井部、７５  外周壁部、７６  結合リング部、７７  ガス流路構成部、７８  流入孔、７９  排出孔、８０  内部空間、８１  導入開口、８２  排出開口、８３  嵌合筒部、８４  フランジ部、８５  内周ねじ、８７  内部空間、８６  シールリング部材、８８  係合フランジ部、９０  受け段部、９１  受けリング部材、９２  段部、９３  嵌挿口、９４  外周ねじ、９５  係合凸部、９６  鍵治具、９８  係合片部、９９  係合凹部
【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】
2006310027.tif 000009
【図８】
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