JP2005259584A - 脱硫器および燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料の脱硫を十分に行うことができ、かつ、脱硫剤を無駄なく最大限に利用することによってコンパクトなサイズでも高度の脱硫性能を保持することができる脱硫器を提供すること。
【解決手段】 ガス入口配管２０２が脱硫剤容器２０１の軸線Ａの方向に対して垂直に形成されているから、燃料は長い間脱硫剤容器２０１の内部にとどまることができ、十分に脱硫される。また、燃料は、脱硫剤容器２０１の軸線Ａの方向に対して垂直な方向に拡散されて脱硫剤全体に行き渡り、脱硫剤が無駄なく最大限に利用される。脱硫剤の無駄を無くしたから、その分、脱硫器をコンパクト化できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、脱硫器および燃料電池システムに関する。詳しくは、内部に充填された脱硫剤によって流体の脱硫を行う脱硫器と、この脱硫器を利用した燃料電池システムに関する。

従来、都市ガス等の燃料の脱硫を行う脱硫器が知られている（特許文献１、２参照）。これは、脱硫剤が内部に充填された脱硫剤容器と、この脱硫剤容器内部に連通され、前記脱硫剤容器内部に前記燃料を流入させる燃料入口配管と、前記脱硫剤容器内部に連通され、前記脱硫剤容器内部から前記燃料を流出させる燃料出口配管とを備える。脱硫剤容器は、長尺で略円柱形状の中空の容器である。燃料入口配管は、脱硫剤容器の略円柱形状における一端面に垂直に設けられている。燃料出口配管は、他端面に垂直に設けられている。燃料入口配管と燃料出口配管とは共に、脱硫剤容器の略円柱形状における軸線の延長線上に設けられている。
この脱硫器によると、燃料入口配管から脱硫剤容器内部に流入された燃料は、脱硫剤容器内部に充填されている脱硫剤と接触されることによって脱硫され、燃料出口配管から脱硫剤容器外部へ流出される。すなわち、燃料をこの脱硫器に通すことによって燃料の脱硫を行うことができる。

特開平６−４９４６９号公報 特開平６−２８７５７５号公報

しかし、上記の脱硫器では、燃料入口配管と燃料出口配管とが同一延長線上に設けられているために、燃料入口配管から脱硫剤容器内部に流入された燃料は、その流入された勢いで燃料出口配管へ向かって直進され、燃料出口配管から脱硫剤容器外部へと流出される。そのため、燃料は脱硫剤容器内部に長時間とどまっていることができず、燃料の脱硫が十分に行われないという問題がある。
また、上記の脱硫剤容器内部において燃料が通る部分は、主として、燃料入口配管と燃料出口配管との同一延長線近傍、すなわち、脱硫剤容器の軸線近傍である。そのため、燃料の脱硫過程においては、軸線近傍に配置される脱硫剤が主として使われ、軸線から離れたところに配置される脱硫剤は十分に使われない。従って、脱硫剤容器内部に充填された脱硫剤の総量から期待される脱硫性能が十分に発揮されず、その一部を無駄にしてしまっているという問題がある。
また、現在、燃料電池システム等のコンパクト化を目的として、これに用いられる脱硫器のコンパクト化が求められている。脱硫器をコンパクト化するためには、脱硫剤容器に充填させる脱硫剤の総量を少なく抑えて体積を減少させることが必要であるとともに、少量に抑えた脱硫剤を無駄なく最大限に利用することによって、脱硫性能を高度に維持する必要がある。ところが、上記の脱硫器では、脱硫剤の一部が十分に利用されず、無駄になってしまう構造になっているので、脱硫器のための限られた設置スペースに合わせて脱硫剤の総量を少なくすると、脱硫性能を高度に維持するのが困難になり、コンパクト化する上で支障がある。

本発明の目的は、燃料の脱硫を十分に行うことができ、かつ、脱硫剤を無駄なく最大限に利用することによってコンパクトなサイズでも高度の脱硫性能を保持することができる脱硫器、および、この脱硫器を利用した燃料電池システムを提供することである。

本発明の脱硫器は、流体の脱硫を行う脱硫剤が内部に充填された脱硫剤容器と、この脱硫剤容器内部に連通され、前記脱硫剤容器内部に前記流体を流入させる流体入口配管と、前記脱硫剤容器内部に連通され、前記脱硫剤容器内部から前記流体を流出させる流体出口配管とを備える脱硫器において、前記脱硫剤容器は、その一端部から他端部に向かって長尺の形状であり、前記流体入口配管は、前記一端部近傍に、前記脱硫剤容器の長手方向に対して交差して設けられ、前記流体出口配管は、前記他端部近傍に設けられることを特徴とする。

この発明では、流体入口配管が脱硫剤容器の長手方向に対して交差して設けられているから、流体入口配管が脱硫剤容器の長手方向と平行に設けられている場合に比べて、脱硫剤容器内部において流体が脱硫剤容器の長手方向に進む速さは遅くなり、流体が流体出口配管に到達されるまでの時間も長くなるので、流体は長く脱硫剤容器内部にとどまることができる。すると、流体と脱硫剤が接している時間も長くなるから、流体の脱硫を十分に行うことができる。

また、この発明では、流体入口配管が脱硫剤容器の長手方向に対して交差して設けられているから、流体入口配管から脱硫剤容器内部へ流入される流体は脱硫剤容器の長手方向（以下、縦方向とする）に対して垂直な方向（以下、横方向とする）の速度を有している。そのため、流体は脱硫剤容器内部において横方向に拡散されやすくなる。そのため、流体は、流体出口配管に向かって縦方向に移動されるとともに横方向にも拡散され、脱硫剤の略全体に行き渡ることが可能となるから、脱硫剤を無駄にすることなく、その脱硫性能を十分に利用し、流体の脱硫を行うことができる。
また、従来の問題であった脱硫剤の無駄をなくしたことによって、従来よりも脱硫剤の総量を少なくしても、従来と同程度の脱硫性能を実現できる。そのため、脱硫器を小型化することができ、これを用いた燃料電池システム等のコンパクト化にも資することができる。

本発明では、前記脱硫剤容器の長手方向と前記流体入口配管とのなす角は、３０°から１５０°の間の角度であることが好ましい。また、より好ましくは、６０°から１２０°の間の角度、さらに好ましくは、８０°から１００°の間の角度がよい。
この角度が９０°（垂直）に近づけば近づくほど、流体は横方向に大きな速度を持ち、横方向に拡散されやすくなるから、脱硫剤の略全体に行き渡ることが可能となり、脱硫剤を無駄にすることなく、その脱硫性能を十分に利用し、流体の脱硫を行うことができる。

また、本発明では、前記脱硫剤容器は、長尺の中空柱形状であり、前記流体入口配管は、前記脱硫剤容器の柱形状の側面から前記脱硫剤容器内部に連通される構成が好ましい。

前記特許文献１、２において図示されている脱硫器の脱硫剤容器は略円柱形状であるが、その両端面が曲面状（略半球状）に形成されている点において、両端面が平面状に形成される正確な意味での円柱形状と異なっている。上記のような略円柱形状の容器と、この略円柱状の容器と高さが同一の円柱形状の容器とを比較すると、円柱形状の容器の方が容積が大きく、中に入れることのできる脱硫剤の総量が多い。すなわち、脱硫剤を全て無駄なく流体の脱硫に利用することができるのであれば、円柱形状の容器のほうが高い脱硫性能を実現することができる。ところが、前記各特許文献においては、燃料は、主として、脱硫剤容器の軸線近傍を流れることとなるので、軸線から離れたところに脱硫剤を配置したとしても、その脱硫剤は十分に脱硫に用いられることなく結局無駄になってしまう。そのため、前記各特許文献においては、脱硫剤容器を正確な円柱形状のものに代えて脱硫剤の総量を増やしたとしても、脱硫性能の向上は見込めない。そこで、初めから無駄になることがわかっている余分な脱硫剤を脱硫剤容器に入れなくても済むように、脱硫剤容器の両端面を曲面状とし、容積を小さくしている。

ところが、上述した通り、脱硫剤容器の両端面を平面状に形成したほうが、容積は大きくなり、入れることができる脱硫剤の総量が増大する。そして、その脱硫剤が全て無駄なく流体の脱硫に利用されるようにすることができれば、脱硫器の脱硫性能を高くすることができる。特に、上述したように、脱硫器のコンパクト化に当たっては、脱硫剤の総量を少なくして体積を減少させることを前提として、少なくした脱硫剤を全て無駄なく利用することによって、脱硫性能を高く維持させることが極めて重要である。

この発明は、以上のような課題を解決するものである。すなわち、この発明においては、脱硫剤容器は両端面が平面状に形成される柱形状であるが、その内部に充填される脱硫剤を流体の脱硫に無駄なく利用することができ、それによって、高度の脱硫性能が実現される。以下、具体的に説明する。

この発明では、流体入口配管が、脱硫剤容器の長手方向（縦方向）に対して交差して設けられ、脱硫剤容器の柱形状の側面から脱硫剤容器内部に連通されているので、流体入口配管から脱硫剤容器内部に流入された流体は横方向（縦方向に垂直な方向）の速度を有し、横方向に拡散される。流体入口配管は柱形状における一端面の近傍に設けられているので、流体は、横方向に拡散されることによって、一端面近傍に配置される脱硫剤にも行き渡ることが可能となる。
そのため、一端面近傍に配置される脱硫剤も無駄なく流体の脱硫に利用されることとなり、脱硫性能を高めることができるとともに、脱硫器のコンパクト化にも資することができる。

また、本発明では、前記脱硫剤容器は長尺の中空円柱形状であり、その高さは８ｃｍから１５０ｃｍの間とされ、かつ、両端面における円形状の直径は３ｃｍから２０ｃｍの間とされる構成が好ましい。また、より好ましくは、高さが１０ｃｍから１００ｃｍの間、直径が３．５ｃｍから１０ｃｍの間、さらに好ましくは、高さが１５ｃｍから５０ｃｍの間、直径が４ｃｍから７．５ｃｍの間、がよい。

また、本発明では、前記脱硫剤容器は長尺の中空円柱形状であり、前記流体入口配管は、前記脱硫剤容器の円柱形状の軸線に対して垂直な一平面によって切り取られる前記脱硫剤容器の一断面円の接線上に形成されるとともに、前記脱硫剤容器の円柱形状における側面において一端が連結され、前記流体出口配管は、前記軸線に対して垂直な他平面によって切り取られる前記脱硫剤容器の他断面円の接線上に形成されるとともに、前記脱硫剤容器の円柱形状における側面において一端が連結され、かつ、前記流体出口配管を、前記軸線を回転軸として回転移動させた際、前記流体出口配管の向きが前記流体入口配管の向きと一致するように、前記流体入口配管および前記流体出口配管が形成される構成が好ましい。

この発明では、流体入口配管が一断面円の接線上に形成されるため、流体入口配管から脱硫剤容器内部に流入された流体は、脱硫剤容器の軸線の周りを回転しながら螺旋状に軸線方向に移動される。そのため、流体を脱硫剤容器内部に行き渡らせることが可能となり、脱硫剤を無駄なく有効に利用することができる。特に、脱硫剤容器の内壁面近傍に配置される脱硫剤が無駄にされることがなくなるので、脱硫性能を高めることができる。また、脱硫性能を高めることは、前記のように脱硫器をコンパクト化する上でも都合がよい。

上述の通り、流体入口配管から脱硫剤容器内部に流入される流体は、脱硫剤容器の軸線の周りを回転されながら軸線方向に沿って螺旋状に移動され、脱硫剤容器の内壁面近傍にも行き渡る。そして、その後、流体が流体出口配管へ向かって軸線方向（長手方向）に移動されるにつれて、流体の回転の勢いは次第に弱められ、流体の運動は、前記の螺旋運動から軸線方向に沿った直線運動へと変わっていく。ここで、前記のように流体は脱硫剤容器の内壁面近傍にも行き渡っているから、脱硫剤容器の軸線近傍から内壁面近傍にわたって、略均一な直線状の流れが形成されていることになる。
その後、流体は、軸線方向に沿った直線運動状態を維持したまま、流体出口配管近傍まで移動される。ここで、流体出口配管が脱硫剤容器の軸線方向と平行に形成されているとすれば、流体は、直線運動の勢いで、そのまま、流体出口配管から脱硫剤容器外部へ排出されてしまう。ところが、本発明では、流体出口配管は、脱硫剤容器の軸線方向と垂直に形成されているので、流体は、流体出口配管から脱硫剤容器外部に流出されにくい。すると、流体は、長い時間脱硫剤容器内部にとどまることができ、脱硫剤と接する時間も長くなるから、流体の脱硫を十分に行うことができるとともに、脱硫剤を無駄なく有効に利用することができる。

また、流体出口配管が脱硫剤容器の軸線方向と平行に形成されているとすれば、流体出口配管の延長線の近傍を流される流体が流体出口配管から排出されやすい一方で、流体出口配管の延長線から離れたところを流される流体は排出されにくい。そのため、流体出口配管の延長線から離れたところの流体の流れは滞りやすくなり、特に、脱硫剤容器の流体出口側の内壁面（円柱形状の側面）近傍には、流体の流れが滞る部位（いわゆるデッドスペース。）が生じてしまう。デッドスペースには流体が滞るので、ここに脱硫剤が配置されても、すぐに脱硫性能の限界まで使い果たされてしまう。脱硫剤容器内に充填される脱硫剤の全てを無駄なく、最大限に有効に利用するためには、脱硫剤容器内に充填される脱硫剤が一様に使われる必要がある。そのため、デッドスペースが生じることは好ましくない。デッドスペースが生じるのを防ぐための一つの方法として、脱硫剤容器の流体出口側の内壁面近傍（デッドスペースが生じる部分）には、初めから脱硫剤を充填させないことが考えられる。しかし、この方法では、脱硫剤容器内の限られたスペースを無駄にしていることになり、限られたスペース内で最大限の脱硫性能を発揮させようとする目的に適うものではない。また、脱硫剤容器内に脱硫剤が充填されない無駄なスペースがある結果、脱硫剤容器が必要以上に大きくなってしまう。
ところが、本発明では、流体出口配管は、脱硫剤容器の側面において一端が連結されているから、脱硫剤容器の流体出口側の内壁面（円柱形状の側面）近傍を流される流体も、その場に滞ることなく、流体出口配管から排出される。そのため、脱硫剤容器の流体出口付近にデッドスペースが生じることがない。すると、脱硫剤容器内に充填された脱硫剤は略一様に使われることになり、脱硫性能が十分に発揮され、また、脱硫器をコンパクト化することができる。

また、本発明の脱硫器を用いることによって、燃料電池用の燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、前記燃料ガス供給手段によって供給される前記燃料ガスと、前記酸素含有気体供給手段によって供給される前記酸素含有気体とを利用して発電を行う燃料電池とを備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料ガス供給手段は、流体燃料が入っている燃料容器と、この燃料容器に前記流体入口配管の他端が連通されることによって前記燃料容器と連結される本発明の脱硫器と、この脱硫器における前記流体出口配管の他端に連通して設けられ、前記流体燃料を前記燃料ガスへと改質させる改質器と、一端が前記改質器に連通して設けられ、他端が前記燃料電池に連通して設けられ、前記燃料ガスを通す燃料ガス供給配管とを備えることを特徴とする燃料電池システムを構成することができる。

一般に燃料電池においては、空気等に含まれる酸素と、都市ガス等の流体燃料を改質器によって改質させることによって得られる燃料ガスに含まれる水素とから、電気が取り出される。ここで、流体燃料は改質器において燃料ガスへと改質されるが、改質器内の改質触媒が硫黄分を嫌うため、流体燃料を改質器に送る前に脱硫させておく必要があり、脱硫器を設けなくてはならない。
この発明の燃料電池システムにおいては、高度の脱硫性能を維持しながらコンパクト化することが可能な本発明の脱硫器を用いているため、燃料電池システムもコンパクトな構成のものにすることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の脱硫器を利用した固体高分子型燃料電池システムを示している。同図において、燃料容器としての燃料タンク１に蓄えられた流体燃料としての液化石油ガス（ＬＰＧ）は、脱硫器２０へ送られ、そこで脱硫される。脱硫器２０を経て脱硫されたＬＰＧは、そのまま、あるいは、一度タンクに貯蔵されたのち、予熱のための熱交換器９を通ってエゼクタ４へ送られる。

エゼクタ４は、水蒸気を導入するとともに、それによって生じる吸引部４ＡからＬＰＧを吸引し、その吸引したＬＰＧと水蒸気とを混合させる。水蒸気と混合されたＬＰＧは、下流の燃料電池システムに供給される。
水蒸気は、水を定量ポンプ５で２段の蒸気発生器６Ａ，６Ｂに送り、そこで熱を加えて水蒸気としたのち、エゼクタ４に供給される。各蒸気発生器６Ａ，６Ｂにおける水の加熱手段としては、電気ヒータ、加熱されたガスや溶媒との熱交換などが考えられるが、ここでは、後述する改質器１１からの高温の排気ガスを利用することによって熱の利用効率を高めている。なお、改質器１１からの排気ガスを利用して水を加熱したのち、低温になった排気ガスを前記熱交換器９へ導き灯油燃料の予熱に利用するようにすれば、熱の利用効率をより高めることができる。

エゼクタ４によって水蒸気と混合されたＬＰＧは、改質器１１へ送られ、ここで水素を主成分とする燃料ガスに改質される。改質器１１は、内部に改質触媒（図示省略）および後述する燃料電池１４から排出される水素を燃料とするバーナ１１Ａを有し、エゼクタ４から送られたＬＰＧを水素リッチな燃料ガスに改質する。このときに発生する高温の排気ガスは、蒸気発生器６Ａ，６Ｂへ送られ、水蒸気の生成に寄与する。
改質器１１を経た燃料ガスは、ＣＯ変性器１２およびＣＯ選択酸化器１３において燃料ガス中のＣＯが変成、除去されたのち、燃料電池１４へ送られる。

燃料電池１４は、水素と酸素とを反応させて直流電力を発生するもので、負極１４Ａと正極１４Ｂとの間に高分子電解質膜１４Ｃを備えた固体高分子型燃料電池である。
負極１４Ａ側にはＣＯ選択酸化器１３から送り出された水素リッチな燃料ガスが、正極１４Ｂには酸素含有気体供給手段としてのブロワー（またはファン）１５によって送り込まれた空気がそれぞれ供給され、両者の反応により、水と同時に、両極１４Ａ，１４Ｂ間に直流電力が発生する。負極１４Ａ側には余った水素を燃料とする改質器１１のバーナ１１Ａが接続され、正極１４Ｂ側には気水分離器１６が接続されている。気水分離器１６は、正極１４Ｂ側に供給された空気中の酸素と水素との結合により生じた水と排気ガスとを分離し、水を水蒸気の生成に利用している。

燃料電池１４では発電に伴って熱が発生するため、本実施形態では、この熱を回収して有効利用するための排熱回収装置１７が付設されている。排熱回収装置１７は、燃料電池１４に付設され反応時に生じた熱を奪う熱交換器１７Ａと、この熱交換器１７Ａで奪った熱を水と熱交換するための熱交換器１７Ｂと、冷却器１７Ｃと、これら熱交換器１７Ａ，１７Ｂおよび冷却器１７Ｃへ冷媒を循環させるポンプ１７Ｄとを備えている。熱交換器１７Ｂにおいて、熱交換によって得られた温水は、他の設備などで有効利用される。

図２に、脱硫器２０を示す。
脱硫器２０は、長尺の中空円柱形状の脱硫剤容器２０１と、この脱硫剤容器２０１の一端部近傍に設けられ、一端が脱硫剤容器２０１の円柱形状における側面において連結され他端が燃料タンク１に連結される流体入口配管としてのガス入口配管２０２と、脱硫剤容器２０１の他端部近傍に設けられ、一端が脱硫剤容器２０１の円柱形状における側面において連結され他端が熱交換器９に連結される流体出口配管としてのガス出口配管２０３とを備える。
脱硫剤容器２０１の内部にはＬＰＧの脱硫を行う脱硫剤が充填されている。ガス入口配管２０２は、脱硫剤容器２０１の円柱形状における軸線Ａに対して垂直な平面Ｐ１によって切り取られる脱硫剤容器２０１の断面円Ｃ１の接線Ｌ１上に形成されており、それと同様に、ガス出口配管２０３は、軸線Ａに対して垂直な平面Ｐ２によって切り取られる脱硫剤容器２０１の断面円Ｃ２の接線Ｌ２上に形成されている。なお、ガス入口配管２０２は、脱硫剤容器２０１の軸線Ａに対して垂直な平面Ｐ１内に形成されているから、脱硫剤容器２０１の長手方向（軸線Ａ方向）に対して交差して設けられていることになる。
脱硫剤容器２０１の軸線Ａ方向とガス入口配管２０２とのなす角は、３０°から１５０°の間であればよいが、本実施形態では、図２に示されるように９０°（垂直）である。
また、脱硫剤容器２０１の高さは８ｃｍから１５０ｃｍの間、両端面における円形状の直径は３ｃｍから２０ｃｍの間であればよいが、本実施形態では、高さ３０ｃｍ、直径７ｃｍとしている。

図３に、平面Ｐ１によって脱硫剤容器２０１およびガス入口配管２０２を切断した端面図（図２の上方から見たもの）を示し、図４に、平面Ｐ２によって脱硫剤容器２０１およびガス出口配管２０３を切断した端面図（図２の上方から見たもの）を示す。
図４に示される端面の形状を、軸線Ａを回転軸として１８０°回転させることによって、図３に示される端面の形状に重ね合わせることができる。すなわち、ガス出口配管２０３を、軸線Ａを回転軸として１８０°回転させると、ガス入口配管２０２の向きと一致させることができる。

続いて、脱硫器２０に流入させたＬＰＧの、脱硫剤容器２０１内部における流れについて説明する。
図３において、ガス入口配管２０２によって脱硫剤容器２０１内部に流入されたＬＰＧは、脱硫剤容器２０１の壁面に沿って移動され、反時計回りに回転される（図中の矢印参照）。
その後、ＬＰＧは反時計回り方向の回転をしながら脱硫剤容器２０１の軸線Ａの方向に沿って螺旋状に移動される（図２中の矢印参照）。すると、ＬＰＧは、脱硫剤容器２０１の内壁面近傍にも行き渡ることができる。
そして、ＬＰＧがガス出口配管２０３へ向かって軸線Ａ方向（長手方向）に移動されるにつれて、ＬＰＧの回転の勢いは次第に弱められ、ＬＰＧの運動は、前記の螺旋運動から軸線Ａ方向に沿った直線運動へと変わっていく。ここで、前記のようにＬＰＧは脱硫剤容器２０１の内壁面近傍にも行き渡っているから、脱硫剤容器２０１の軸線Ａ近傍から内壁面近傍にわたって、略均一な直線状の流れが形成されていることになる（図２中の矢印参照）。
その後、ＬＰＧは、軸線Ａ方向に沿った直線運動状態を維持したまま、ガス出口配管２０３近傍まで移動される。ここで、ガス出口配管２０３が脱硫剤容器２０１の軸線Ａ方向と平行に形成されているとすれば、ＬＰＧは、直線運動の勢いで、そのまま、ガス出口配管２０３から脱硫剤容器２０１の外部へ排出されてしまう。ところが、本実施形態では、ガス出口配管２０３は、脱硫剤容器２０１の軸線Ａ方向と垂直に形成されているので、ＬＰＧは、ガス出口配管２０３から脱硫剤容器２０１の外部に流出されにくい。すると、ＬＰＧは、長い時間脱硫剤容器２０１内部にとどまることができ、脱硫剤と接する時間も長くなるから、ＬＰＧの脱硫を十分に行うことができるとともに、脱硫剤を無駄なく有効に利用することができる。

また、ガス出口配管２０３が脱硫剤容器２０１の軸線Ａ方向と平行に形成されているとすれば、流体出口配管２０３の延長線の近傍を流されるＬＰＧがガス出口配管２０３から排出されやすい一方で、ガス出口配管２０３の延長線から離れたところを流されるＬＰＧは排出されにくい。そのため、ガス出口配管２０３の延長線から離れたところのＬＰＧの流れは滞りやすくなり、特に、脱硫剤容器２０１の流体出口側の内壁面（円柱形状の側面）近傍には、ＬＰＧの流れが滞る部位（デッドスペース）が生じてしまう。デッドスペースにはＬＰＧが滞るので、ここに脱硫剤が配置されても、すぐに脱硫性能の限界まで使い果たされてしまう。脱硫剤容器２０１内に充填される脱硫剤の全てを無駄なく、最大限に有効に利用するためには、脱硫剤容器２０１内に充填される脱硫剤が一様に使われる必要がある。そのため、デッドスペースが生じることは好ましくない。デッドスペースが生じるのを防ぐための一つの方法として、脱硫剤容器２０１の流体出口側の内壁面近傍（デッドスペースが生じる部分）には、初めから脱硫剤を充填させないことが考えられる。しかし、この方法では、脱硫剤容器２０１内の限られたスペースを無駄にしていることになり、限られたスペース内で最大限の脱硫性能を発揮させようとする目的に適うものではない。また、脱硫剤容器２０１内に脱硫剤が充填されない無駄なスペースがある結果、脱硫剤容器２０１が必要以上に大きくなってしまう。
ところが、本実施形態では、ガス出口配管２０３は、脱硫剤容器２０１の側面において一端が連結されているから、脱硫剤容器２０１の流体出口側の内壁面（円柱形状の側面）近傍を流されるＬＰＧも、その場に滞ることなく、ガス出口配管２０３から排出される。そのため、脱硫剤容器２０１の流体出口付近にデッドスペースが生じることがない。すると、脱硫剤容器２０１内に充填された脱硫剤は略一様に使われることになり、脱硫性能が十分に発揮され、また、脱硫器２０をコンパクト化することができる。

本実施形態によれば以下の作用・効果がある。
（１）ガス入口配管２０２が脱硫剤容器２０１の軸線Ａに対して垂直な平面Ｐ１内に形成されているから、ガス入口配管２０２が軸線Ａと平行に形成される場合に比べて、ＬＰＧが脱硫剤容器２０１の軸線Ａの方向に進む速さは遅くなり、ＬＰＧがガス出口配管２０３に到達されるまでの時間が長くなるので、ＬＰＧは長く脱硫剤容器２０１内部にとどまることができる。すると、ＬＰＧと脱硫剤が接している時間も長くなるから、ＬＰＧの脱硫を十分に行うことができる。

（２）ガス入口配管２０２が脱硫剤容器２０１の軸線Ａの方向に対して垂直に設けられているから、ガス入口配管２０２から脱硫剤容器２０１内部へ流入されるＬＰＧは脱硫剤容器２０１の軸線Ａの方向（縦方向）に対して垂直な方向（横方向）の速度を有している。そのため、ＬＰＧは、脱硫剤容器２０１内部において横方向にも拡散されやすくなり、脱硫剤の全体に行き渡ることが可能となるから、脱硫剤を無駄にすることなく、その脱硫性能を十分に利用し、ＬＰＧの脱硫を行うことができる。
特に、本実施形態では、ガス入口配管２０２が断面円Ｃ１の接線Ｌ１上に形成されるため、ガス入口配管２０２から脱硫剤容器２０１内部に流入されたＬＰＧは、脱硫剤容器２０１の軸線Ａの周りを回転しながら螺旋状に軸線Ａの方向に移動される（図２中の矢印参照）。そのため、ＬＰＧを脱硫剤容器２０１の内壁面近傍にも行き渡らせることが可能となるので、脱硫剤を無駄なく有効に利用することができ、いっそう脱硫性能を高めることができる。

（３）脱硫剤を無駄なく有効に利用できることによって、少量の脱硫剤でも高度の脱硫性能を実現することができるから、脱硫器２０をコンパクト化することができ、さらには本実施形態の固体高分子型燃料電池システムもコンパクト化できる。

（４）本実施形態における脱硫剤容器２０１は両端面が平面状に形成された円柱形状であるが、前記の通り、脱硫剤を無駄なく有効に利用することができる。そのため、前記特許文献１、２におけるように両端面を曲面状に形成させることによって容積を小さくさせ、脱硫剤の充填量を不必要に小さくさせる必要がない。すなわち、脱硫器のための限られた設置スペース内においても、脱硫剤容器の容積を大きく確保し、脱硫剤の充填量を増大させ、高度の脱硫性能を実現させることができる。このことは脱硫器２０をコンパクト化する上で都合がよい。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、脱硫器として図２に示されるものを使用していたが、本発明では、図５に示される脱硫器２１、図６に示される脱硫器２２を使用してもよい。
これらの脱硫器において、ガス入口配管２０２およびガス出口配管２０３は、脱硫剤容器２０１の円柱形状における側面に対して垂直に形成されている。
脱硫器２１においては、ガス出口配管２０３の向きはガス入口配管２０２の向きと一致している。
脱硫器２２においては、ガス出口配管２０３を、軸線Ａを回転軸として１８０°回転移動させると、ガス入口配管２０２の向きと一致する。
また、ガス入口配管２０２およびガス出口配管２０３が、脱硫剤容器２０１の円柱形状における側面に対して垂直に形成されているものであれば、前記の脱硫器２１、２２に限られず、本発明に含まれる。
また、例えば、図２に示される脱硫器２０において、ガス出口配管２０３を、接線Ｌ２上ではなく、脱硫剤容器２０１の円柱形状における側面に対して垂直に形成させたものも本発明に含まれる。

以上の脱硫器においては、ガス入口配管２０２が脱硫剤容器２０１の軸線Ａの方向に対して垂直に形成されているから、ＬＰＧが脱硫剤容器２０１の軸線Ａの方向に進む速さは遅くなり、ＬＰＧがガス出口配管２０３に到達されるまでの時間が長くなるので、ＬＰＧは長い間脱硫剤容器２０１内部にとどまることができる。そのため、ＬＰＧと脱硫剤が接している時間も長くなるから、ＬＰＧの脱硫を十分に行うことができる。
また、ガス入口配管２０２から脱硫剤容器２０１内部へ流入されるＬＰＧは脱硫剤容器２０１の軸線Ａの方向（縦方向）に対して垂直な方向（横方向）の速度を有している。そのため、ＬＰＧは脱硫剤容器２０１内部において横方向に拡散されやすくなり、脱硫剤の全体に行き渡ることが可能となるから、脱硫剤を無駄にすることなく、その脱硫性能を十分に利用し、ＬＰＧの脱硫を行うことができる。

次に、本発明の実施例について説明する。
図７、図５、図６、図２に示される脱硫器を用いて実施した脱硫実験の結果を以下に示す。図５、図６、図２に示される脱硫器は、本発明にかかる脱硫器である。一方、図７に示される脱硫器２３は、従来用いられているものであって、比較例として実験に用いた。
まず、表１に脱硫実験に用いられたＬＰＧの組成を示す。

表２、３、４は、ＬＰＧを常圧、室温、ＧＨＳＶ＝１５０ｈ^−１、流量＝２Ｌ/ｍｉｎで供給した場合の脱硫剤寿命を示すものである。表２、３、４の間では、脱硫器径（Ｄ）および脱硫器長（Ｌ）の値のみが相違する。

以上のいずれの表においても、本発明の脱硫器（実施例１〜９）は、従来の脱硫器（比較例１〜３）に比べて、脱硫剤寿命が長い。すなわち、脱硫剤を入れる容器の形状（Ｄ、Ｌ）が同一であっても、本発明の脱硫器のようにガス入口配管およびガス出口配管を配設させることによって、高度の脱硫性能を実現できることがわかる。

本発明は、流体の脱硫に利用できる。特に燃料電池システムにおける脱硫器に利用することができる。

本発明の一実施形態にかかる固体高分子型燃料電池システムを示す図。 前記実施形態における脱硫器を示す斜視図。 前記実施形態において、平面Ｐ１によって脱硫器を切断した端面を示す図。 前記実施形態において、平面Ｐ２によって脱硫器を切断した端面を示す図。 本発明の他の例にかかる脱硫器を示す斜視図。 本発明のさらに他の例にかかる脱硫器を示す斜視図。 従来用いられている脱硫器の例を示す斜視図。

符号の説明

４…エゼクタ
１１…改質器
１４…燃料電池
１５…ブロワ―
２０、２１、２２、２３…脱硫器
２０１…脱硫剤容器
２０２…ガス入口配管
２０３…ガス出口配管
Ａ…軸線
Ｃ１、Ｃ２…断面円
Ｌ１、Ｌ２…接線
Ｐ１、Ｐ２…平面

Claims (6)

1. 流体の脱硫を行う脱硫剤が内部に充填された脱硫剤容器と、
   この脱硫剤容器内部に連通され、前記脱硫剤容器内部に前記流体を流入させる流体入口配管と、
   前記脱硫剤容器内部に連通され、前記脱硫剤容器内部から前記流体を流出させる流体出口配管とを備える脱硫器において、
   前記脱硫剤容器は、その一端部から他端部に向かって長尺の形状であり、
   前記流体入口配管は、前記一端部近傍に、前記脱硫剤容器の長手方向に対して交差して設けられ、
   前記流体出口配管は、前記他端部近傍に設けられることを特徴とする脱硫器。
2. 請求項１に記載の脱硫器において、前記脱硫剤容器の長手方向と前記流体入口配管とのなす角は、３０°から１５０°の間の角度であることを特徴とする脱硫器。
3. 請求項１または２に記載の脱硫器において、前記脱硫剤容器は、長尺の中空柱形状であり、前記流体入口配管は、前記脱硫剤容器の柱形状の側面から前記脱硫剤容器内部に連通されることを特徴とする脱硫器。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の脱硫器において、前記脱硫剤容器は長尺の中空円柱形状であり、その高さは８ｃｍから１５０ｃｍの間とされ、かつ、両端面における円形状の直径は３ｃｍから２０ｃｍの間とされることを特徴とする脱硫器。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の脱硫器において、前記脱硫剤容器は長尺の中空円柱形状であり、前記流体入口配管は、前記脱硫剤容器の円柱形状の軸線に対して垂直な一平面によって切り取られる前記脱硫剤容器の一断面円の接線上に形成されるとともに、前記脱硫剤容器の円柱形状における側面において一端が連結され、前記流体出口配管は、前記軸線に対して垂直な他平面によって切り取られる前記脱硫剤容器の他断面円の接線上に形成されるとともに、前記脱硫剤容器の円柱形状における側面において一端が連結され、かつ、前記流体出口配管を、前記軸線を回転軸として回転移動させた際、前記流体出口配管の向きが前記流体入口配管の向きと一致するように、前記流体入口配管および前記流体出口配管が形成されることを特徴とする脱硫器。
6. 燃料電池用の燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
   酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、
   前記燃料ガス供給手段によって供給される前記燃料ガスと、前記酸素含有気体供給手段によって供給される前記酸素含有気体とを利用して発電を行う燃料電池とを備えた燃料電池システムにおいて、
   前記燃料ガス供給手段は、流体燃料が入っている燃料容器と、
   この燃料容器に前記流体入口配管の他端が連通されることによって前記燃料容器と連結される請求項１から５のいずれかに記載の脱硫器と、
   この脱硫器における前記流体出口配管の他端に連通して設けられ、前記流体燃料を前記燃料ガスへと改質させる改質器と、
   一端が前記改質器に連通して設けられ、他端が前記燃料電池に連通して設けられ、前記燃料ガスを通す燃料ガス供給配管とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
   

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