(57)【要約】【課題】従来よりも浄化器の寿命を伸長させることができる浄化器を提供することが目的である。【解決手段】浄化器１０は、入口部２２及び出口部２４を有する容器１２と、容器１２の内部に充填され、入口部２２と出口部２４との間に配置された浄化剤１４とを備える。浄化剤１４は、容器１２の中心側に配置された中心層５１と、中心層５１に対する容器１２の周壁部１７側に配置され中心層５１よりも流通抵抗が高い外側層５２とを有する。【選択図】図２
2015147181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口部及び出口部を有する容器と、
前記容器の中心側に配置された中心層と、前記中心層に対する前記容器の周壁部側に配置され前記中心層よりも流通抵抗が高い外側層とを有すると共に、前記入口部と前記出口部との間に配置された浄化剤と、
を備えた浄化器。
【請求項２】
前記外側層は、前記中心層よりも粒径が小さい、
請求項１に記載の浄化器。
【請求項３】
前記浄化剤を通過する流体の流速分布が均一になるように、前記中心層及び前記外側層の流通抵抗が設定されている、
請求項１又は請求項２に記載の浄化器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄化器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入口部及び出口部を有する容器と、容器の内部に充填された脱硫剤とを備えた脱硫器が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。この脱硫器では、容器の内部を入口部から出口部へ流れる気体と脱硫剤との間で脱硫反応が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６１３０２２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４９１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の脱硫器を含む従来の浄化器において、例えば浄化剤として粒状剤が用いられることにより容器の周壁部と浄化剤との間に隙間が形成されると、容器の内部においては容器の周壁部側（外径側）の方が容器の中心側よりも流体が流れやすくなる（流通抵抗が低くなる）。このため、容器の周壁部側の方が容器の中心側よりも流速が高くなり、容器の内部において偏流が生じる虞がある。
【０００５】
また、このように容器の内部において偏流が生じると、容器の中心側よりも容器の周壁部側において浄化剤による浄化反応が促進される。この場合、容器の周壁部側において浄化剤による浄化反応がされなくなったタイミング（破過したタイミング）で浄化器が寿命を迎えるので、本来の性能から期待されるよりも浄化器の寿命が短くなる虞がある。
【０００６】
そこで、本発明は、寿命を伸長させることができる浄化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】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の浄化器は、入口部及び出口部を有する容器と、前記容器の中心側に配置された中心層と、前記中心層に対する前記容器の周壁部側に配置され前記中心層よりも流通抵抗が高い外側層とを有すると共に、前記入口部と前記出口部との間に配置された浄化剤と、を備える。
【０００８】
この浄化器によれば、浄化剤は、中心層及び外側層を有しており、外側層は、中心層よりも流通抵抗が高くなっている。従って、容器の周壁部側（外径側）における流体の流れを抑制することができるので、容器の周壁部側における流体の流速を容器の中心側における流体の流速に近づけることができる。これにより、容器の内部における偏流を抑制することができるので、容器の周壁部側と中心側とで同様に浄化剤による浄化反応を行わせることができる。この結果、浄化剤の粒径が均一とされた従来の浄化器よりも浄化器の寿命を伸長させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の浄化器は、請求項１に記載の浄化器において、前記外側層が、前記中心層よりも粒径が小さい構成とされている。
【００１０】
この浄化器によれば、外側層の粒径を中心層の粒径よりも小さくするという簡単な構造により、外側層の流通抵抗を中心層の流通抵抗よりも高くすることができるので、製造が容易であると共に、コストアップを抑制することができる。
【００１１】
請求項３に記載の浄化器は、請求項１又は請求項２に記載の浄化器において、前記浄化剤を通過する流体の流速分布が均一になるように、前記中心層及び前記外側層の流通抵抗が設定された構成とされている。
【００１２】
この浄化器によれば、浄化剤を通過する流体の流速分布が均一になるように、中心層及び外側層の流通抵抗（浄化剤の粒径や割合等）が設定されている。従って、浄化剤を通過する流体の流速分布を均一に近づけることができるので、浄化剤の全体を使い切ることができる。これにより、浄化器の寿命をより効果的に伸長させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上詳述したように、本発明によれば、浄化器の寿命を伸長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る浄化器の斜視図である。
【図２】図１に示される浄化器の縦断面図である。
【図３】図１に示される浄化器の製造方法を説明する図である。
【図４】従来例に係る浄化器の斜視図である。
【図５】図４に示される浄化器の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
【００１６】
図１，図２に示されるように、本発明の一実施形態に係る浄化器１０は、容器１２と、浄化剤１４とを備えている。
【００１７】
容器１２は、一例として、円筒状の周壁部１７と、この周壁部１７の軸方向両端側を塞ぐ一対の端部１８，２０とを有する断面円形の筒体により形成されている。この容器１２における軸方向一方側の端部１８には、入口部２２が形成されており、容器１２における軸方向他方側の端部２０には、出口部２４が形成されている。この入口部２２及び出口部２４は、容器１２の軸方向に沿って延びる管状に形成されており、容器１２の中心軸上に設けられている。なお、図１では、容器１２の内部の浄化剤１４が見えるように容器１２の一部が切り欠かれた状態で表示されている。後に説明する図４においても同様である。
【００１８】
浄化剤１４は、例えば、粒状物、又は、柱状のブロック等の集合体であり、容器１２の内部に充填されている。この浄化剤１４は、容器１２の内部における入口部２２と出口部２４との間に配置されている。図２に示されるように、容器１２の内部には、容器１２の軸方向に離間する一対の保持部材２６，２８が設けられている。各保持部材２６，２８は、円環状の板材３０と、この板材３０の内側に設けられたメッシュ３２とを有しており、浄化剤１４は、この一対の保持部材２６，２８によって容器１２の軸方向の両側から保持されている。一対の保持部材２６，２８は、容器１２の軸方向両側の端部１８，２０とそれぞれ離間されており、これにより、入口部２２と浄化剤１４との間、及び、浄化剤１４と出口部２４との間には、隙間３４，３６がそれぞれ設けられている。
【００１９】
そして、この浄化器１０では、入口部２２を通じて容器１２の内部に流体が流入し、この流入した流体は、容器１２の内部を流れる際に浄化剤１４との間で浄化反応をし、その後、出口部２４を通じて容器１２の外部に排出される。この浄化剤１４を備えた浄化器１０は、例えば、都市ガスを利用した燃料電池システムにおける前処理段階の脱硫器（常温吸着脱硫器）として好適に用いられるものであり、浄化器１０が脱硫器として用いられる場合、浄化剤１４は、脱硫剤とされる。この脱硫剤としては、例えば、銀ゼオライトが用いられる。
【００２０】
また、上述の浄化剤１４は、より具体的には、大きさの異なる浄化剤５４Ａ，５４Ｂにより構成された中心層５１及び外側層５２を有している。中心層５１は、容器１２の中心側に配置されている。この中心層５１は、大粒の浄化剤５４Ａによって構成されることで粒同士の間の隙間が大きくなっており、これにより流通抵抗が低くなっている。一方、外側層５２は、中心層５１に対する容器１２の周壁部１７側（外径側）に配置されている（周壁部１７に沿って環状に設けられている）。この外側層５２は、大粒の浄化剤５４Ａよりも小粒の浄化剤５４Ｂによって構成されることで粒同士の間の隙間が小さくなっており、これにより中心層５１よりも流通抵抗が高くなっている。
【００２１】
また、本実施形態では、浄化剤１４を通過する流体の流速分布が均一になるように、中心層５１及び外側層５２の流通抵抗（浄化剤５４Ａ，５４Ｂの粒径や割合等）が設定されている。この中心層５１及び外側層５２の流通抵抗の設定については、例えば試作を繰り返すことやシミュレーション等により行われる。また、浄化剤１４を通過する流体の流速分布が均一であることは、例えばシミュレーションや浄化剤１４による反応促進状態等を調べることにより把握可能である。
【００２２】
なお、この浄化剤１４を備えた浄化器１０において、例えば、周壁部１７及び他方の端部２０は、容器１２の本体部分である有底筒状の容器本体部１３を構成している。また、容器１２における軸方向一方側の端部１８は、この容器本体部１３とは別体の蓋材として構成される。そして、この浄化器１０は、次の要領で組み立てられる。
【００２３】
すなわち、図３に示されるように、例えば、有底筒状の容器本体部１３の内側に保持部材２８が組み付けられると共に、この容器本体部１３の内側に円筒状の治具５０が挿入される。そして、この治具５０の内側に大粒の浄化剤５４Ａが流し込まれると共に、治具５０の外側（治具５０と周壁部１７との間）に小粒の浄化剤５４Ｂが流し込まれる。その後、容器本体部１３から治具５０が引き抜かれることにより容器本体部１３の内側に中心層５１及び外側層５２が形成され、この容器本体部１３の内側に保持部材２６が組み付けられると共に、容器本体部１３の軸方向一方側に蓋状の端部１８が組み付けられることにより、浄化器１０が完成する。
【００２４】
次に、本発明の一実施形態の作用及び効果について説明する。
【００２５】
本発明の一実施形態に係る作用及び効果を明確にするために、先ず従来例について説明する。図４，図５には、従来例に係る浄化器７０が示されている。この従来例に係る浄化器７０において、上述の本発明の一実施形態に係る浄化器１０と同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。この従来例に係る浄化器７０は、上述の本発明の一実施形態に係る浄化器１０に対し、浄化剤１４の粒径が均一（上述の大粒の浄化剤５４Ａと同一）になっている。
【００２６】
しかしながら、この従来例に係る浄化器７０においては、粒状剤等により構成された浄化剤１４と容器１２の周壁部１７との間に隙間が形成されるため、容器１２の内部においては周壁部１７側（容器１２の外径側）の方が容器１２の中心側よりも流体が流れやすくなる（流通抵抗が低くなる）。このため、図５に示されるように、容器１２の周壁部１７側における流体の流速Ｖａが容器１２の中心側における流体の流速Ｖｂよりも高くなり、容器１２の内部において偏流が生じる虞がある。特に、この容器１２の内部における偏流は、容器１２の軸方向中央部よりも下流側において顕著となる。
【００２７】
また、このように容器１２の内部において偏流が生じると、容器１２の中心側よりも容器１２の周壁部１７側において浄化剤１４による浄化反応が促進される。図５では、浄化剤１４のうち浄化反応を行えなくなった領域は濃いドットで示されており、浄化剤１４のうち浄化反応可能な領域は薄いドットで示されている。そして、このような浄化器７０においては、容器１２の周壁部１７側において浄化剤１４による浄化反応がされなくなったタイミング（破過したタイミング）で浄化器７０が寿命を迎えるので、本来の性能から期待されるよりも浄化器７０の寿命が短くなる虞がある。しかも、流体に重質炭化水素や高濃度の水分が含まれると、偏流が加速されるので、浄化器７０の寿命がさらに短くなる虞がある。
【００２８】
これに対し、図２に示される本実施形態に係る浄化器１０によれば、浄化剤１４は、中心層５１及び外側層５２を有しており、外側層５２は、中心層５１よりも流通抵抗が高くなっている。従って、容器１２の周壁部１７側（外径側）における流体の流れを抑制することができるので、容器１２の周壁部１７側における流体の流速Ｖａを容器１２の中心側における流体の流速Ｖｂに近づけることができる。これにより、容器１２の内部における偏流を抑制することができるので、容器１２の周壁部１７側と中心側とで同様に浄化剤１４による浄化反応を行わせることができる。この結果、浄化剤の粒径が均一とされた従来の浄化器７０よりも浄化器１０の寿命を伸長させることができる。
【００２９】
特に、この浄化器１０では、浄化剤１４を通過する流体の流速分布が均一になるように、中心層５１及び外側層５２の流通抵抗（浄化剤の粒径や割合等）が設定されている。従って、浄化剤１４を通過する流体の流速分布を均一に近づけることができるので、浄化剤１４の全体を使い切ることができる。これにより、浄化器１０の寿命をより効果的に伸長させることができる。
【００３０】
また、換言すれば、この浄化器１０によれば、従来の浄化器７０と同等の寿命とする場合には、浄化剤１４の搭載量を減らすことができるので、従来の浄化器７０に対してコストダウンすることができる。
【００３１】
しかも、この浄化器１０では、外側層５２の粒径を中心層５１の粒径よりも小さくするという簡単な構造により、外側層５２の流通抵抗を中心層５１の流通抵抗よりも高くすることができるので、製造が容易であると共に、コストアップを抑制することができる。
【００３２】
次に、本発明の一実施形態の変形例について説明する。
【００３３】
上記実施形態において、浄化器１０は、例えば、燃料電池システムにおける脱硫器（常温吸着脱硫器）として好適に用いられるものとされていたが、脱硫器以外のもの（例えば、加熱脱硫器や水素化脱硫器などの他に触媒器など浄化器全般）でも良い。また、浄化器１０は、常温で使用されるものでも良く、又は、高温で使用されるものでも良い。また、浄化剤１４も、脱硫剤以外の材料でも良い。また、浄化器１０は、気体だけでなく液体を浄化する構成とされていても良い。また、浄化器１０が液体を浄化する構成である場合に、浄化剤１４として、例えばイオン交換樹脂が用いられても良い。
【００３４】
また、上記実施形態において、浄化剤１４は、中心層５１及び外側層５２からなる２層構造とされていた。しかしながら、例えば、この中心層５１及び外側層５２の少なくとも一方が容器１２の径方向にさらに複数の層に分かれることにより、浄化剤１４は、互いに粒径が異なる３層以上の構造とされていても良い。
【００３５】
また、上記実施形態では、中心層５１と外側層５２とで粒径を異ならせることにより、外側層５２の流通抵抗の方が中心層５１の流通抵抗よりも高くなっていた。しかしながら、中心層５１と外側層５２とで粒径を異ならせる以外の構成（例えば、粒径の異なる粒の割合を異ならせるなど）により、外側層５２の流通抵抗の方が中心層５１の流通抵抗よりも高くなるようにしても良い。
【００３６】
また、上記実施形態において、容器１２は、断面円形状に形成されていたが、断面円形以外の形状（例えば、四角形や多角形や楕円など）で形成されていても良い。また、容器１２は、入口部２２と出口部２４とを結ぶ方向に真っ直ぐに形成されていたが、真っ直ぐな形状以外の形状（例えば、湾曲や屈曲された形状）で形成されていても良い。
【００３７】
また、上記実施形態において、容器１２の軸方向両側の端部１８，２０と浄化剤１４との間には、隙間３４，３６がそれぞれ設けられていたが、この隙間３４，３６は設けられていなくても良い（浄化剤１４は容器１２の軸方向両側の端部１８，２０と接触していても良い）。
【００３８】
また、上記実施形態において、入口部２２及び出口部２４は、容器１２の中心軸上に設けられていたが、入口部２２及び出口部２４が容器１２の中心軸から外れた位置（偏心した位置）に設けられていても良い。また、入口部２２及び出口部２４の一方が容器１２の中心軸上に設けられ、入口部２２及び出口部２４の他方が容器１２の中心軸から外れた位置（偏心した位置）に設けられていても良い。また、入口部２２及び出口部２４は、周壁部１７の軸方向一方側及び他方側にそれぞれ設けられていても良い。また、この場合に、入口部２２及び出口部２４は、周壁部１７の径方向外側に向けて延出されていても良い。
【００３９】
なお、上記複数の変形例のうち組み合わせ可能な変形例は、適宜組み合わされて実施可能である。
【００４０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…浄化器、１２…容器、１３…容器本体部、１４…浄化剤、１７…周壁部、１８…容器における軸方向一方側の端部、２０…容器における軸方向他方側の端部、２２…入口部、２４…出口部、２６，２８…保持部材、３０…板材、３２…メッシュ、３４，３６…隙間、５０…治具、５１…中心層、５２…外側層、５４Ａ，５４Ｂ…浄化剤
【図１】
2015147181.tif 000003
【図２】
2015147181.tif 000004
【図３】
2015147181.tif 000005
【図４】
2015147181.tif 000006
【図５】
2015147181.tif 000007