(57)【要約】【課題】燃料ガス中に含まれる硫黄化合物を除去する燃料処理器において、硫黄化合物を吸着する吸着剤を収納した容器を通過する燃料ガスの偏流を防止するものであって、吸着剤の交換が、容器に収納した吸着剤の交換のみである手段を提供する。【解決手段】吸着剤を収納する容器の内壁に、弾性体を設けることにより、吸着剤が接する弾性体の表面において、吸着剤の粒子同士の間に空隙が存在しないものとする。【選択図】図１
2009029977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス中に含まれる硫黄化合物を除去する燃料処理器において、前記硫黄化合物を吸着する吸着剤を収納する容器の内壁に、弾性体を設けたことを特徴とする燃料処理器。
【請求項２】
前記吸着剤を前記弾性体に押しつける加圧手段を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料処理器。
【請求項３】
前記弾性体が、前記内壁に塗布して形成したもの、あるいは、シート状の弾性体を前記内壁に密着固定したものであることを特徴とするとする請求項１または請求項２に記載の燃料処理器。
【請求項４】
前記弾性体が、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムから成ることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか1項に記載の燃料処理器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ガス、ＬＰＧなどの燃料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する燃料処理器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池発電装置などの燃料電池発電装置は、水素の他、都市ガス、ＬＰＧなどの燃料ガスを燃料として、発電する。都市ガス、ＬＰＧなどを燃料とする場合、触媒を用いて、都市ガスなどを水素に改質することを要する。
ここで、都市ガス、ＬＰＧなどの燃料ガスには、付臭剤として、臭気を発する硫黄化合物が含まれている。付臭剤の含有は、その臭気によって、都市ガスなどのガス洩れが感知されることを目的とするもので、付臭剤の硫黄化合物として、ジメチルサルファイド、ターシャリーブチルメルカプタンなどが使用される。
しかし、都市ガスなどを水素に改質する改質反応において、これらの硫黄化合物は、使用される触媒を被毒するものとなるため、これらの硫黄化合物をあらかじめ除去した都市ガス、ＬＰＧなどを、改質反応に供することが求められる。
これらの硫黄化合物の除去は、吸着剤を充填、収納した燃料処理器により行われる。図２は、従来技術の燃料処理器の構成を示すものである。燃料処理器の容器１は、金属製の円筒形容器であり、その下面３には燃料ガスの入口３１が、その上面４には燃料ガスの出口４１が形成されている。容器1には、２個の吸着剤支え板が設けられる。燃料ガスの入口３１側の下部吸着剤支え板５１と、出口４１側の上部吸着剤支え板５２の間に、吸着剤６が充填される。下部吸着剤支え板５１と上部吸着剤支え板５２には、吸着剤６の粒子の粒径より小さな穴が多数、形成されているため、燃料ガスの入口３１から流入した燃料ガスは、吸着剤６の充填層を通過して、燃料ガスの出口４１から排出される。この吸着剤６の充填層を燃料ガスが通過する際、燃料ガスに含まれる硫黄化合物は、吸着剤６に吸着されて除去される。
【０００３】
ここで、燃料処理器の容器１の円筒の直径（Ｄ）と、吸着剤６の充填層の長さ（Ｌ）は、その比（Ｌ／Ｄ）が１〜５、望ましくは１．５〜３に設定されて、容器１が製作される。これは、円筒の直径（Ｄ）が、充填層の長さ（Ｌ）に対して小であって、Ｌ／Ｄ比が大きい場合、所定流量の燃料ガスが通過する際、その通過速度が大となって、硫黄化合物が吸着剤に吸着されずに燃料ガスが通過する「吹き抜け現象」が生じるからである。
この燃料ガスの吹き抜けは、特に、吸着剤６が、燃料処理器の容器１の内壁１１と接する箇所において生じやすい。これは、吸着剤６の粒子が内壁１１と接する箇所で生じる空隙が、吸着剤６の充填層の内部において、吸着剤６の粒子同士が互いに接する箇所で生じる空隙よりも大きいことによる。
吸着剤６の粒子が、内壁１１と接する箇所で生じる空隙が大きいため、燃料ガスが当該箇所を通過しやすく、その通過速度が大きい場合、次のような問題点がある。
吸着剤６が容器１の内壁１１と接する箇所において、燃料ガスが通過しやすい場合、所定流量の燃料ガスのうち、その多くの量が、当該箇所およびその近傍を通過する。このとき、燃料ガスは、その通過する箇所の吸着剤６に接触して、その中に含まれる硫黄化合物が吸着剤６に吸着される。一方、内壁１１から離れた箇所、すなわち、吸着剤６の充填層の内部においては空隙が小さく、燃料ガスはより通過し難いため、所定流量の燃料ガスのうち、少量が通過することとなり、吸着される硫黄化合物の量は少ない。
【０００４】
このように、内壁１１の近傍を通過する燃料ガスの通過速度が大きく、流量が大である一方、吸着剤６の充填層の内部を通過する燃料ガスの通過速度が小で、流量が小である場合、すなわち、燃料ガスの流れが内壁１１の近傍部分に集中する偏流が生じる場合においては、内壁１１の近傍部分の吸着剤６により多くの硫黄化合物が吸着されるため、内壁１１の近傍部分の吸着剤６は、充填層内部の吸着剤６より先に、吸着能力が低下し、その交換を要することとなる。
したがって、燃料ガスの偏流がある場合、吸着能力をまだ十分、有する吸着剤６があるにもかかわらず、先に吸着能力が低下した吸着剤６があるために、偏流が無い場合より早期に、充填された吸着剤全部の交換を要することとなる。
これに対し、容器1内の燃料ガスの流れが均一で、偏流が無い場合には、内壁１１の近傍部分の吸着剤６と、充填層内部の吸着剤６とは、硫黄化合物を同じく吸着し、その吸着能力も同様に低下するため、内壁１１の近傍部分の吸着剤６を先に交換することは要しない。
以上のように、吸着剤６が内壁１１と接する箇所における空隙が大きいため、燃料ガスの偏流が生じる場合には、硫黄化合物が吸着剤に吸着されずに燃料ガスが通過する「吹き抜け現象」を生じることや、偏流が無い場合より早期に吸着剤の交換を要することとなる問題点がある。
【０００５】
このため、特許文献１では、燃料ガスの偏流を防止する技術として、セラミック層を用いる技術を開示する。
本技術は、容器１の内壁１１に粉末状の吸着剤を含有する多孔質のセラミック層を設置するものである。粉末状の吸着剤を含有することにより、セラミック層の表面は凹凸化する。容器１に充填された吸着剤６は、セラミック層に接するが、その表面が凹凸形状であるため、セラミック層と吸着剤６との間に生じる空隙は、セラミック層が設置されない内壁１１との間に生じる空隙より小さなものとなる。
また、セラミック層と吸着剤６との間に生じる空隙を通過する燃料ガスは、セラミック層に含有された粉末状の吸着剤に接触するため、この粉末状の吸着剤によって、硫黄化合物が吸着されることも生じる。
【特許文献１】特開２０００―１１９６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の技術では、セラミック層と吸着剤６との間に生じる空隙は、燃料ガスの偏流を防止するほどには小とならないため、偏流を防止することは困難となる。粉末状の吸着剤を含有することにより、セラミック層の表面は凹凸化するが、吸着剤６との間に生じる空隙を埋めるべく、吸着剤６の粒子の形状に合わせて、その凹凸形状を形成することは難しいことによる。また、本セラミック層は弾性を有するものではないため、吸着剤６に接するセラミック層は、吸着剤６に押されても、変形しない。このため、セラミック層は吸着剤６の粒子の形状に合わせて変形することはなく、セラミック層と吸着剤６との間に生じる空隙が小さくなることはない。
本技術では、セラミック層に粉末状の吸着剤が含まれるため、セラミック層と吸着剤との間に生じる空隙を通過する燃料ガスは、この粉末状の吸着剤によって、硫黄化合物が吸着される。このため、セラミック層が設置されない場合より、硫黄化合物が吸着されずに通過する燃料ガスは減少する。しかし、本技術には、つぎのような問題点がある。
一定量の硫黄化合物を吸着した吸着剤は、吸着能力が低下するため、新たな吸着剤と交換することを要する。このとき、セラミック層に含まれる粉末状の吸着剤も、同じく交換を要するが、セラミック層は、容器１の内壁１１に接着により設置されているため、その交換は容易でない。特に、吸着剤の交換頻度が多い場合、その交換作業の困難さは、燃料処理器の使用上、問題となる。
【０００７】
このため、吸着剤６と容器１の内壁１１との間に生じる空隙が大きいことにより生じる燃料ガスの偏流を防止する技術であって、かつ吸着剤の交換が容易である技術が求められる。
そこで、本発明は、燃料ガスの偏流を防止するものであって、吸着剤の交換は、容器１に充填する吸着剤６の交換のみである手段を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、硫黄化合物を吸着する吸着剤６を充填する容器１の内壁１１に、弾性体を設けることにより解決できる。
請求項１に記載の発明は、燃料ガス中に含まれる硫黄化合物を除去する燃料処理器において、前記硫黄化合物を吸着する吸着剤を収納する容器の内壁に、弾性体を設けたことを特徴とする燃料処理器に係るものである。
本発明において、燃料処理器の容器１に充填、収納された吸着剤６は、容器の内壁１１に設けられた弾性体に接する。この弾性体は、弾性を有するため、吸着剤６の粒子に押されて変形する。この変形により、弾性体に接する吸着剤６の粒子は、弾性体の表面が押されてできた凹状のへこみに、陥入する状態となる。このとき、弾性体に接する吸着剤６粒子同士の間に、弾性体が入り込んだ状態となるため、吸着剤６が接する弾性体の表面において、空隙部分は存在しないこととなる。
請求項２に記載の発明は、前記吸着剤を前記弾性体に押しつける加圧手段を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料処理器に係るものである。
本発明の燃料処理器において、上部吸着剤支え板５２に加圧手段が設けられている。加圧手段は、充填された吸着剤６を、上部吸着剤支え板５２を介して、燃料ガスの通過方向に加圧するものである。この加圧手段の作用によって、吸着剤６は、容器１の内壁１１に設けられた弾性体の表面に押しつけられる。このとき、弾性体に接する吸着剤６粒子同士の間に、弾性体が入り込んだ状態となるため、吸着剤６が接する弾性体の表面において、空隙部分は存在しないこととなる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記弾性体が、前記内壁に塗布して形成したもの、あるいは、シート状の弾性体を前記内壁に密着固定したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料処理器に係るものである。
本発明の燃料処理器の容器１の内壁１１に設けられた弾性体は、容器１の内壁１１に塗布して形成したもの、あるいはシート状の弾性体を容器の内壁１１に密着固定したものである。弾性体と容器１の内壁１１とは、密着しているため、内壁１１と弾性体の間を燃料ガスが通過することはない。
弾性体の表面は、容器１に充填された吸着剤６によって、押されるため、弾性体に接する吸着剤６の粒子は、弾性体の表面が押されてできた凹状のへこみに、陥入する状態となる。このとき、弾性体に接する吸着剤６粒子同士の間に、弾性体が入り込んだ状態となるため、吸着剤６が接する弾性体の表面において、空隙部分は存在しないこととなる。
請求項４に記載の発明は、前記弾性体が、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムから成ることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか1項に記載の燃料処理器に係るものである。
本発明の燃料処理器の容器１の内壁１１に設けられた弾性体は、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムから成る。シリコーンゴムまたはフッ素ゴムから成る弾性体は、弾性を有するため、容器１に充填された吸着剤６によって、弾性体の表面は押されて、変形する。このとき、弾性体に接する吸着剤６粒子同士の間に、弾性体が入り込んだ状態となり、吸着剤６が接する弾性体の表面において、空隙部分は存在しないこととなる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載の発明によれば、燃料処理器の容器１の内壁１１に弾性体が設けられている。燃料処理器の容器１に充填、収納された吸着剤６は、容器１の内壁１１に設けられた弾性体に接する。弾性体は吸着剤６の粒子に押されて変形するため、弾性体に接する吸着剤６の粒子は、弾性体の表面が押されてできた凹状のへこみに、陥入する状態となる。このとき、弾性体に接する吸着剤６粒子同士の間に、弾性体が入り込んだ状態となるため、吸着剤６が接する弾性体の表面において、空隙部分は存在しないこととなる。
このため、本発明の技術によれば、燃料ガスは、吸着剤６の充填層を通過する際、吸着剤６粒子同士の間の空隙のみを通過するため、燃料ガスの偏流は防止される。
また、燃料処理器の容器１の内壁１１に設けられた弾性体は、吸着剤を含むものではないため、粉末状の吸着剤を含むセラミック層を設置する特許文献１の技術と異なり、内壁１１に設けられた弾性体を交換する必要はない。
このように、本発明は、容器１に充填された吸着剤６の充填層を通過する燃料ガスの偏流を防止するものであり、また、吸着剤６の交換は、容器１に充填する吸着剤６の交換のみで足りる技術を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
請求項１に発明は、燃料ガス中に含まれる硫黄化合物を除去する燃料処理器において、硫黄化合物を吸着する吸着剤６を収納する容器１の内壁１１に、弾性体を設けることにより実施される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に係る燃料処理器が、吸着剤６を弾性体に押しつける加圧手段を有することによって実施される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、弾性体が、容器１の内壁１１に塗布して形成したもの、あるいは、シート状の弾性体を内壁１１に密着固定したものであることによって実施される。
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか1項に記載の発明において、弾性体が、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムから成るものであることによって実施される。
以下に、請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載の発明の実施例を実施例１に記載し説明する。
【実施例１】
【００１２】
実施例１を図１にて説明する。図１は、実施例１に係る燃料処理器の構成を示すものである。燃料処理器の容器１は、金属製の円筒形容器であり、その下面３には燃料ガスの入口３１が、その上面４には燃料ガスの出口４１がそれぞれ形成されている。下面３および上面４は、蓋として、開閉可能なものである。
容器1には、２個の吸着剤支え板が設けられており、燃料ガスの入口３１側の吸着剤下部支え板５１と、出口４１側の吸着剤上部支え板５２の間に、吸着剤６が充填される。吸着剤下部支え板５１と吸着剤上部支え板５２には、吸着剤６の粒径より小さな穴が多数、形成されているため、燃料ガスの入口３１から流入した燃料ガスは、吸着剤６の充填層を通過して、燃料ガスの出口４１から排出される。
燃料処理器の容器１の円筒の直径（Ｄ）と、吸着剤６の充填層の長さ（Ｌ）の関係は、その比（Ｌ／Ｄ）が２に設定されて、容器１が製作されている。
容器１の内壁１１には、弾性体７が設けられている。弾性体７は、シート状の弾性体を内壁１１に密着固定したものである。シート状の弾性体として、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムのシートを使用することができる。シート状の弾性体は、１液型で室温硬化型のシリコーンゴムコンパウンドを用いて、内壁１１に接着され、密着固定されている。
【００１３】
吸着剤上部支え板５２には、吸着剤６を弾性体７に押しつける加圧手段８が設けられている。加圧手段８は、容器１に充填された吸着剤６を、吸着剤上部支え板５２によって、燃料ガスの通過方向に加圧するものであり、吸着剤上部支え板５２に取り付けたバネを加圧手段８として用いることができる。吸着剤６を充填後、上面４を閉じることにより、上面４と吸着剤上部支え板５２との間にあるバネの弾発力が作用し、吸着剤上部支え板５２を介して、吸着剤６は加圧されることとなる。
容器１に充填、収納された吸着剤６は、容器１の内壁１１に設けられた弾性体７に接する。加圧手段８の作用により、加圧された吸着剤６は、弾性体７を押すこととなるため、弾性体７は圧縮され、その表面が変形する。弾性体に接する吸着剤６の粒子は、弾性体７の表面が押されてできた凹状のへこみに、陥入する状態となる。このとき、弾性体７に接する吸着剤６粒子同士の間に、弾性体７が入り込んだ状態となるため、吸着剤６が接する弾性体７の表面において、吸着剤６粒子同士の間に、空隙部分は存在しないこととなる。
かかる状態において、吸着剤６の充填層を通過する燃料ガスは、吸着剤６粒子同士の間の空隙のみを通過するため、燃料ガスの流れは均一となり、偏流を生じることはない。
そして、燃料ガスが吸着剤６の充填層を通過する際、燃料ガスに含まれる硫黄化合物は、吸着剤６に吸着されるが、内壁１１の近傍部分の吸着剤６と、充填層内部の吸着剤６とは、硫黄化合物を同じく吸着し、その吸着能力も同様に低下するため、内壁１１の近傍部分の吸着剤６を先に交換することを要しない。
【００１４】
図３は、実施例１の燃料処理器と従来技術の燃料処理器を用いて、硫黄化合物を含む燃料ガスを処理し、各燃料処理器の出口４１における硫黄濃度を測定した結果を示すものである。ここで、硫黄濃度は、燃料ガスを試料とし、全硫黄分析計（サーモ  エレクトロン社製）を用いて、試料に含まれる硫黄の量を求めたもので、硫黄濃度１０ｐｐｂが測定下限の値である。測定は、燃料処理器の入口３１に燃料ガスが流入した時、すなわち、吸着剤６による硫黄化合物の吸着開始時から一定時間間隔ごとに行い、各測定回における測定値をプロットした。
出口４１における硫黄濃度が２０ｐｐｂとなるのは、従来技術では測定７．４回目、実施例１では測定１０．１回目であり、実施例１は、従来技術より３６％ほど回数が多い。したがって、実施例１の燃料処理器を用いて、燃料ガスを処理すれば、充填された吸着剤６の吸着能力の低下に至る時間が、従来技術と比べて３６％長いため、吸着剤６の交換間隔が長い利点がある。
これは、実施例１において、容器１の内壁１１に弾性体７を設けたことにより、吸着剤６が接する弾性体７の表面において、吸着剤６の粒子同士の間に空隙部分が無く、燃料ガスの偏流が防止されたことによるものである。
【００１５】
実施例１では、シート状の弾性体として、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムのシートを使用したが、１液型で室温硬化型のシリコーンゴムコンパウンドを容器１の内壁１１に塗布して、形成した被膜を弾性体７として用いることもできる。
実施例１では、加圧手段８を上部吸着剤支え板５２に設けたが、下部吸着剤支え板５１に設けることや、上部吸着剤支え板５２と下部吸着剤支え板５１の両方に設けることもできる。
また、弾性係数が小さな弾性体７を用いることにより、吸着剤６を容器１に充填した状態において、弾性体７が吸着剤６により押しつけられ、変形する場合には、加圧手段８を用いずに、弾性体７の表面において、吸着剤６の粒子同士の間に空隙部分が存在しない状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係る燃料処理器の構成を表した図
【図２】従来技術に係る燃料処理器の構成を表した図
【図３】本発明の実施例１および従来技術に係る燃料処理器における燃料ガス出口の硫黄濃度の変化を表す図
【符号の説明】
【００１７】
１    容器
１１  内壁
３    下面
３１  燃料ガスの入口
４    上面
４１  燃料ガスの出口
５１  下部吸着剤支え板
５２  上部吸着剤支え板
６    吸着剤
７    弾性体
８    加圧手段
【図１】
2009029977.tif 000003
【図２】
2009029977.tif 000004
【図３】
2009029977.tif 000005