JP2006310027A - 燃料ガス供給装置 - Google Patents
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Abstract
【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
【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
Description
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。
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。
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。)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (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。
Priority Applications (1)
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- 2005-04-27 JP JP2005129718A patent/JP2006310027A/ja active Pending
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