JP2007084621A

JP2007084621A - 脱硫剤カートリッジ

Info

Publication number: JP2007084621A
Application number: JP2005272493A
Authority: JP
Inventors: Hironori Hagio; 広典萩尾
Original assignee: HAGIO KOATSU YOKI KK
Current assignee: HAGIO KOATSU YOKI KK
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】小型で廉価かつ保守対応に優れかつ安全性の向上を図る。
【解決手段】上部に第１開口部６０を形成するとともに底部に第２開口部６１を形成したカートリッジ缶５５に、第１開口部６０を閉塞してキャップ部材５６を組み付けるとともに第２開口部６１を閉塞して密閉シール５７を貼着して脱硫剤５８を密閉する。第１開口部６０との対向部位に薄肉連結部６９を介して蓋部６８を一体に形成した樹脂製キャップ部材５６が薄肉連結部６９を破断して蓋部６８を取り外して第１開口部６０を開口し、密閉シール５７を引き剥がして第２開口部６１を開口して脱硫器１５に取り付けられる。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば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、水素ガス或いはジメチルエーテル（ＤＭＥ）等の燃料ガスを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付設され、燃料ガスに含有された硫黄成分や硫黄化合物等を吸着除去する脱硫器に用いられる脱硫剤カートリッジに関する。

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開発を進められている状況にあり、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。

特開平６−４９４６９号公報特開２００１−２７９２５６特開２００２−８３６２３

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、燃料供給ガス装置においては、脱硫器をガス配管に対して固定される脱硫器本体と、内部に脱硫剤を充填して脱硫器本体に対して着脱される脱硫剤カートリッジとによって構成し、高圧燃料ボンベの交換時に脱硫剤カートリッジを脱硫器本体から取り外して交換することにより作業性が大幅に向上されるようになるとともに安全性の向上も図られるようになる。脱硫剤カートリッジは、例えばカートリッジ缶と、その内部に充填した脱硫剤とによって構成するが、カートリッジ缶が脱硫剤を外気に曝さないようにする密閉缶構造とすることが必要である。脱硫剤カートリッジは、かかる構造であっても、コスト上昇が抑制され取り扱いが簡便であるとともに簡易な構造であることが要求される。

また、脱硫剤カートリッジは、脱硫器本体に対して簡易な作業によって着脱可能であるとともに、ガス漏れを生じさせない構造であることが要求される。さらに、脱硫剤カートリッジは、脱硫器本体に装填された状態において、脱硫剤を充填した内部空間に燃料ガスを導入するとともに脱硫処理を施した燃料ガスをガス配管へと供給するガス流路が構成される構造が必要とされる。また、脱硫剤カートリッジは、脱硫器本体から取り外されて回収された後に、簡易な作業によって内部から脱硫剤を取り出して廃棄処分することが可能な構造であることが必要である。

したがって、本発明は、上述した要求仕様に対応し、精度の高い脱硫処理を施して燃料ガスを燃料電池装置に安定して供給する燃料ガス供給装置に用いて好適な小型で廉価かつ保守対応に優れかつ安全性の向上を図る脱硫剤カートリッジ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脱硫剤カートリッジは、カートリッジ缶と、キャップ部材と、第１閉塞部材と、第２閉塞部材とを備え、例えば高圧燃料ガスボンベから供給される燃料ガスをガス器具や燃料電池装置等に供給するガス配管に付設された脱硫器本体に着脱されて、燃料ガスに含有された硫黄成分や硫黄化合物を除去する脱硫器を構成する。脱硫剤カートリッジは、カートリッジ缶が、上部に開口されて燃料ガスを内部空間に導入する導入開口又は内部空間から脱硫処理後の燃料ガスをガス配管に還流させる供給開口を構成する第１開口部と、底部に開口されて内部空間から脱硫処理後の燃料ガスをガス配管に還流させる供給開口又は燃料ガスを内部空間に導入する導入開口を構成する第２開口部とを有する。脱硫剤カートリッジは、キャップ部材が、カートリッジ缶の第１開口部と対向して開口部が形成され、カートリッジ缶の上部に第１開口部を閉塞して組み付けられ、脱硫器本体側の受け部に支持されることによって脱硫器本体とカートリッジ缶との間に燃料ガスのガス流路を構成する。脱硫剤カートリッジは、第１閉塞部材が、キャップ部材に開口部を閉塞して設けられ、使用時に取り外されることによって開口部を介してカートリッジ缶の第１開口部を開口させる。脱硫剤カートリッジは、第２閉塞部材が、カートリッジ缶に第２開口部を閉塞して設けられ、使用時に取り外されることによって第２開口部を開口させる。

脱硫剤カートリッジは、キャップ部材が、例えばカートリッジ缶との嵌合部を構成する外周部位に囲まれた第１開口部との対向部位に環状の薄肉連結部を介して一体に形成された蓋部によって第１閉塞部材を構成し、使用時に薄肉連結部を破断して蓋部を取り外すことによって第１開口部を開口させるようにしてもよい。また、脱硫剤カートリッジは、第１閉塞部材が、キャップ部材の上部に貼着されて開口部を閉塞し、使用時に剥離されて第１開口部を開口させる密閉シールによって構成してもよい。

脱硫剤カートリッジは、例えばカートリッジ缶の底部に環状の薄肉連結部を介して一体に形成された蓋部によって第２閉塞部材を構成し、使用時に薄肉連結部を破断して蓋部を取り外すことによって第２開口部を開口させるようにしてもよい。また、脱硫剤カートリッジは、第２閉塞部材が、カートリッジ缶の底部に貼着されて第２開口部を閉塞するとともに、使用時に剥離されて第１開口部を開口させる密閉シールによって構成してもよい。

脱硫剤カートリッジにおいては、例えば高圧燃料ボンベの交換時に合わせて脱硫器本体から取り外されて交換されることで、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実用上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、軽量化が図られるようにする。脱硫剤カートリッジにおいては、脱硫器本体をガス配管から取り外す作業を不要とすることで、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。

脱硫剤カートリッジは、キャップ部材とカートリッジ缶とにそれぞれ第１閉塞部材と第２閉塞部材とを設けて未使用時にカートリッジ缶が密閉容器を構成してその内部空間に大気との接触を断つようにして脱硫剤を充填することから、脱硫剤の脱硫特性の劣化を防止して使用時に燃料ガスに対して高精度の脱硫処理を施すことが可能である。脱硫剤カートリッジにおいては、第１閉塞部材と第２閉塞部材とがプルトップ型蓋体或いは密閉シールによって構成されることで、使用時において極めて簡易な操作によってキャップ部材やカートリッジ缶からの取り外しが行われる。

脱硫剤カートリッジにおいては、キャップ部材が、脱硫器本体に対する取付部材としても機能することで構成部品が削減されて構造の簡易化が図られる。脱硫剤カートリッジにおいては、キャップ部材が脱硫器本体の内面とカートリッジ缶の外周部との間に燃料ガスの流路を構成する部材としても機能することで、脱硫器内に燃料ガスがカートリッジ缶の内外を巡る流路を構成する。脱硫剤カートリッジにおいては、燃料ガスを脱硫剤が充填されたカートリッジ缶の全長に亘って導くことで、簡易な構造と小型化を図って効率的な脱硫処理が行われるようにする。脱硫剤カートリッジにおいては、回収した後に、簡易な作業によってカートリッジ缶からキャップ部材を取り外すとともに内部から脱硫剤の取り出しが行われることから、カートリッジ缶とキャップ部材と脱硫剤との分別廃棄も簡易に行うことが可能である。

本発明にかかる脱硫剤カートリッジによれば、ガス配管から脱硫器本体を取り外すことなく交換が行われることから、作業性や安全性の向上が図られるようにする。脱硫剤カートリッジによれば、未使用時にはカートリッジ缶やキャップ部材に設けた閉塞体によってカートリッジ缶を密閉容器として構成し、その内部空間に脱硫剤を密封状態に保持するとともに使用時には簡易な操作により閉塞体を取り外して燃料ガスの導入が行われるようにすることから、廉価な脱硫剤を用いて高精度の脱硫処理を行うことを可能とし、脱硫器の低コスト化や小型軽量化をはかることを可能とする。脱硫剤カートリッジによれば、キャップ部材が、キャップ機能とともに脱硫器本体への取付機能とガス流路の構成機能とを奏することから、構造の簡易化のコスト低減が図られるとともに廃棄処分に際しての作業性の向上も図られる。

以下、本発明の実施の形態として示す脱硫剤カートリッジ３０について、図面を参照して詳細に説明する。脱硫剤カートリッジ３０は、図１に示すＬＰＧ（燃料ガス）を燃料電池装置２と各種のガス器具３とに供給して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燃料ガス供給装置１に用いられる。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。

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空気取入れ部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。燃料電池装置２は、配電盤１０から図示しない電気機器等に対して電力を供給する。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所定本数の可搬型高圧燃料ボンベ１３Ａ、１３Ｂ（以下、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、燃料ガスの供給源がボンベ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、詳細を省略するが図２に示すように上部に設けたバルブ構造体から燃料ガス供給管が出されており、既設の接続管１４Ａ、１５Ｂ（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、後述する自動切替圧力調整器１６（以下、調整器１６と略称する。）によって選択された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、調整器１６と、この調整器１６と接続される供給管１７に付設された撹拌器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とが付設される。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、特に一般家庭用や中規模システム等の場合には、第１センサ２２や第２センサ２３或いは制御監視盤２４や撹拌器１８を特に必要とするものでは無い。燃料ガス供給装置１は、例えば調整器１６がボンベ１３から供給される燃料ガスの圧力を０．１ＭＰａ〜１．６ＭＰａに減圧する第一次調整器とさらに２５ｋＰａ〜１００ｋＰａに減圧する第二次調整器とによって構成される場合に、脱硫器１５を脱硫作用がより効率的に奏される第一次調整器の上流側である高圧ゾーン或いは第二次調整器の上流側である中圧ゾーンのいずれに設置することが好ましい。また、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切替器１７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、後述する脱硫剤カートリッジ３０のみの交換が行われる。

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。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。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。

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。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。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。

調整器１６は、図示を省略するが上流側の接続管１４Ａを接続する第１弁機構と下流側の接続管１４Ｂを接続する第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。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に対して切替え実行信号を出力する。

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、調整器１６から出力された切替え実行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、例えば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、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、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、脱硫剤カートリッジ３０と、この脱硫剤カートリッジ３０を着脱自在に収納する脱硫器本体３１とから構成されと、ボンベ１３の交換に合わせて脱硫剤カートリッジ３０の交換が行われる。脱硫器本体３１は、図３に示すように接続管１４に固定接続されるヘッド部材３２と、このヘッド部材３２に対して着脱されるケース部材３３とから構成され、ロックリング部材３４によって一体化される。脱硫器本体３１は、後述するようにロックリング部材３４をヘッド部材３２から取り外した後にケース部材３２を抜き出して脱硫剤カートリッジ３０の交換が行われる。

ヘッド部材３２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３に示すように円盤状の天井部３５と、この天井部３５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３６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３２には、天井部３５の上面に中央位置を横切るようにして一体に突出された矩形の凸部からなるガス流路構成部３７が形成されている。ガス流路構成部３７は、後述するように内部に燃料ガスの流路が形成されるとともに上面部が適宜の取付部材に固定される取付部を構成する。

ガス流路構成部３７には、長さ方向の一方側面に上流側の接続管１４が接続されてボンベ１３から燃料ガスが供給される第１接続孔３８が開口されるとともに、相対する他方側面に調整器１６と接続する第２接続管４０が接続されて脱硫処理した燃料ガスを送り出す第２接続孔３９が形成されている。なお、ガス流路構成部３７は、例えば第１接続孔３８と第２接続孔３９の内壁にそれぞれ内周ねじを形成して連結管を一体に設け、これら連結管を介して接続管１４や第２接続管４０の接続を行うようにしてもよい。

ヘッド部材３２は、第１接続孔３８がガス流路構成部３７の内部において下方へと折曲され、天井部３５を貫通して外周壁部３６で囲まれた内部空間４１に連通する第１開口部４２を構成する。第１開口部４２は、内部空間４１の外周側に位置して天井部３５に形成されている。ヘッド部材３２は、第２接続孔３９がガス流路構成部３７の内部を第１接続孔３８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、中央位置で内部空間４１に大きく開口する第２開口部４３を構成する。ヘッド部材３２は、第２開口部４３を構成する天井部３５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３０が組み合わされる嵌合筒部４４を構成する。

ヘッド部材３２は、上述したように天井部３５と外周壁部３６とによって底部を開放した内部空間４１を構成し、この内部空間４１が後述するように脱硫剤カートリッジ３０を装填したケース部材３３の上方部位を収納する空間部を構成する。ヘッド部材３２には、外周壁部３６の内周部に全域に亘って内周ねじ４５が形成されており、この内周ねじ４５に内部空間４１に嵌め合わされたケース部材３３を保持するロックリング部材３４をねじ込むことによってケース部材３３を一体化する。

なお、ヘッド部材３２は、ガス流路構成部３７の相対する側面部に開口する第１接続孔３８と第２接続孔３９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３２は、例えば複数個の第１接続孔３８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３２は、脱硫処理を施した燃料ガスを第２接続孔３９を介して側方へと排出するようにしたが、ガス流路構成部３７の上面に開口する接続孔を形成して上方から燃料ガスの供給を行うようにしてもよい。

ケース部材３３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３に示すようにヘッド部材３２の外周壁部３６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３３は、後述するように内部空間４６に脱硫剤カートリッジ３０を浮かした状態で収納するとともに、第１開口部４２から導入した燃料ガスを脱硫剤カートリッジ３０の外周部に回り込ませるガス流路を構成する。

ケース部材３３には、外周部の上端部位に所定の厚みと高さとを有する係合フランジ部４７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４７は、ヘッド部材３２の外周壁部３６の内径よりもやや小径に形成されている。ケース部材３３は、係合フランジ部４７を嵌め合わせ側として外周壁部３６の開口部から内部空間４１に嵌め合わされ、ロックリング部材３４をねじ込むことによってヘッド部材３２と一体化される。

ケース部材３３には、係合フランジ部４７の上端面に全周に亘って凹溝４８が形成されており、この凹溝４８内にＯリング或いは弾性リング等からなるシールリング４９が嵌め込まれる。ケース部材３３は、ヘッド部材３２に対して、係合フランジ部４７の上端面が天井部３５の底面に突き当てられるまで嵌め合わされ、ロックリング部材３４によって押圧されてこの天井部３５の底面にシールリング４９が密着することによってそれぞれの内部空間４１、４６を密閉空間として構成する。

ケース部材３３は、ヘッド部材３２と一体化された状態において、図３に示すように係合フランジ部４７の内周縁が天井部３５の内周縁よりも全周に亘って突出して、後述するように内部空間４６に装填された脱硫剤カートリッジ３０を浮いた状態で支持する受け段部５０を構成する。

脱硫器１５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３４を介してヘッド部材３２とケース部材３３とを一体化することによりガス漏れ防止とともに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３４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３４は、ヘッド部材３２の外周壁部３６の内径とほぼ等しい外径を有するとともに、ケース部材３３の外径よりも大径の嵌挿口５１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３４には、嵌挿口５１の内周壁に、複数個の係合凸部５２が一体に突設されている。各係合凸部５２は、それぞれ横長矩形の凸部であり、ケース部材３３の外径とほぼ等しい内周円を構成する厚みを有している。したがって、係合凸部５２は、後述するようにロックリング部材３４がケース部材３３の外周部に嵌め合わされた状態で、図３に示すようにその外周面に突き当てられてケース部材３３を保持する。

ロックリング部材３４には、外周部に全長に亘って外周ねじ５３が形成されている。ロックリング部材３４は、ヘッド部材３２にケース部材３３を嵌め込んだ状態で、下方側から外周壁部３６に嵌め合わされてその内周ねじ４５に外周ねじ５３がねじ合わされる。ロックリング部材３４は、ねじ込まれるにしたがってケース部材３３の係合フランジ部４７を上方側へと押し上げてヘッド部材３２の天井部３５の底面に押し付けることによって、ヘッド部材３２とケース部材３３とを一体化させる。

ロックリング部材３４は、上述したヘッド部材３２に対するねじ込み操作に際して、図示しないが専用の治具が用いられる。専用治具は、ケース部材３３の外径よりもやや大径のガイド孔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り、一方側の外周縁に上述したロックリング部材３４の係合凸部５２を挟み込むクランク状の係合片部が一体に突設されている。専用治具は、各係合片部に係合凸部５２を係合させてケース部材３３の外周部に嵌め合わされ、この状態で回転操作することによってロックリング部材３４をヘッド部材３２の外周壁部３６の内部空間４１内へとねじ込むようにする。

脱硫器本体３１においては、専用治具によるロックリング部材３４の締め付け操作によって、ケース部材３３がその係合フランジ部４７をヘッド部材３２の天井部３５に突き当てられまで押し上げられる。脱硫器本体３１においては、図３に示すように係合フランジ部４７が全周に亘って天井部３５とロックリング部材３４とによって挟み込まれて固定される。

脱硫器本体３１においては、この状態でシールリング４９が天井部３５と係合フランジ部４７との間に密着されてヘッド部材３２とケース部材３３とが確実にシーリングされた状態で結合される。脱硫器本体３１においては、図３に示すようにロックリング部材３４がヘッド部材３２の内部空間４１内に収納されて外部から視認することができない状態となっている。したがって、脱硫器本体３１においては、不心得者が例えばケース部材３３を回す操作を行っても、ヘッド部材３２からの取り外しを不能とさせる。

また、脱硫器本体３１においては、ロックリング部材３４の存在に気づいても専用治具を使用しなければロックリング部材３４の取り外しができないことから、不正にケース部材３３をヘッド部材３２から取り外すといったいたずらを防止する。また、脱硫器本体３１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３０が誤り無く行われるようにすることが可能である。さらに、脱硫器本体３１は、ヘッド部材３２とケース部材３３との接合部位が内部に設けられた構造とされることから、雨水等の浸入も防止される。

なお、脱硫器本体３１は、上述したヘッド部材３２とケース部材３３及びロックリング部材３４の構成に限定されないことは勿論である。脱硫器本体３１は、最も簡易な構成としてヘッド部材３２に対してケース部材３３を直接ねじ込んで一体化した構造であってもよい。また、脱硫器本体３１は、ヘッド部材３２とケース部材３３との外周部に相対して突き合わされるフランジ部をそれぞれ一体に形成し、これらフランジ部をリング状の結合部材によって引き付けるようにして一体化する構造であってもよい。脱硫器本体３１は、ヘッド部材３２とケース部材３３とを適宜の密閉型管継ぎ手構造を利用して一体化することも可能である。

脱硫器１５は、上述したように脱硫器本体３１に対して脱硫剤カートリッジ３０が着脱される。脱硫剤カートリッジ３０は、カートリッジ缶５５と、キャップ部材５６と、密閉シール５７とによって脱硫剤５８を封装し、上述したようにボンベ１３の交換時にヘッド部材３２からケース部材３３を取り外して交換が行われる。カートリッジ缶５５には、アルミ材に深絞り加工を施したアルミ缶が用いられるが例えば樹脂材によって成形した樹脂缶を用いてもよい。なお、カートリッジ缶５５は、アルミ材に深絞り加工を施して一体形成した後述するアルミ缶を用いるが、例えば筒状体にボトムプレートをかしめ付けたアルミ缶或いは各種の金属缶であってもよい。カートリッジ缶５５は、脱硫処理を施す際に反応熱が発生することから、樹脂缶よりも耐熱性が大きい金属缶が好ましく、さらに軽量で加工性の高いアルミ缶が好ましい。

カートリッジ缶５５は、図３に示すようにケース部材３３の内部空間４６よりも小径でかつ高さも小さな缶体からなり、ボンベ１３に充填された燃料ガスに対して所定の脱硫処理を施すに足る容量の脱硫剤５８を内部に充填する。カートリッジ缶５５は、脱硫器１５に複数本のボンベ１３が接続される場合には、全体の容量の燃料ガスに対して脱硫処理を施すに足る容量の脱硫剤５８が充填される。

カートリッジ缶５５には、図４及び図５に示すように上端部に全周に亘って形成されたビード５９によって補強された広口の供給開口部６０（第１開口部）が開口されている。供給開口部６０は、ヘッド部材３２の第２開口部４３とほぼ同径とされ、脱硫剤５８によって脱硫処理を施した燃料ガスを後述するキャップ部材５６を介して第２開口部４３へと供給する。カートリッジ缶５５には、底部に複数個の導入開口部６１（第２開口部）が形成されている。導入開口部６１は、外周部とケース部材３３の内周壁との間に構成されたガス流路を回り込んで底部に導かれた燃料ガスを缶内へと導入する。

カートリッジ缶５５は、図５に示すように未使用時に封装した脱硫剤５８と外気とを遮断するために、供給開口部６０をキャップ部材５６によって閉塞するとともに導入開口部６１を第２閉塞材を構成する密閉シール５７により閉塞することによって密閉缶として構成される。密閉シール５７は、例えば粘着剤を塗布したアルミ箔が用いられ、導入開口部６１を閉塞してカートリッジ缶５５に接合されるとともに、使用時にカートリッジ缶５５から引き剥がされることによって導入開口部６１を開口させる。カートリッジ缶５５は、導入開口部６１を密閉シール５７によって閉塞することで、回収後にキャップ部材５６のみを交換することによって再利用することも可能である。

なお、新規の脱硫剤カートリッジから引き剥がした密閉シール５７は、例えば脱硫器１５から取り外した脱硫剤カートリッジに接合することによって、導入開口部６１からの脱硫剤５８の落下を防止して回収を行うことも可能とする。交換されるカートリッジ缶５５は、脱硫剤５８が燃料ガスから硫黄成分等を吸着することによって、かなりの異臭を発生させる。交換後のカートリッジ缶５５は、密閉シール５７を利用して導入開口部６１を閉塞することによって、廃棄処分の際に防臭の対応が効果的に図られるようになる。また、カートリッジ缶５５は、例えば底部の全体或いは一部にいわゆるプルトップ構造を形成して導入開口部６１を開口させるようにしてもよい。

キャップ部材５６は、例えばポリプロピレンやポリエチレン等の耐熱性、耐化学性を有する合成樹脂材によって一体に成形される。キャップ部材５６は、図４及び図６に示すように、ヘッド部材３２の内部空間４１とほぼ等しい外径を有するとともに嵌合筒部４４の外径とほぼ等しい内径の開口構成部６３を設けた円筒形状を基本形として筒状基部６２が形成される。キャップ部材５６は、筒状基部６２が略正方形状となるように互いに等間隔でかつ円周方向に所定の長さを有する円弧状の受け頂点部６４を４箇所に残し、各受け頂点部６４間にそれぞれケース部材３３の受け段部５０の内径よりも小径とした短径辺部からなる流路構成辺部６５を構成してなる。

キャップ部材５６は、筒状基部６２が、上述したようにヘッド部材３２の天井部３５に脱硫カートリッジ３０を装填したケース部材３３の係合フランジ部４７を突き当て組み合わせた状態で、図３に示すように排出開口部７３にヘッド部材３２側の嵌合筒部４４が相対嵌合する厚みを以って形成される。また、キャップ部材５６は、ヘッド部材３２とケース部材３３とを一体した状態で、筒状基部６２がヘッド部材３２の天井部３５との間に所定の高さの空間部を構成する厚みを以って形成される。

キャップ部材５６は、ヘッド部材３２とケース部材３３とを一体化した状態で、各受け頂点部６４が係合フランジ部４７の開口縁によって構成された受け段部５０上にそれぞれ支持される。キャップ部材５６は、ヘッド部材３２とケース部材３３とを一体化した状態で、各流路構成辺部６５の対向部位においてケース部材３３の内周壁との間にガス流路７４を構成する間隙が設けられるようにする。ガス流路７４は、ヘッド部材３２の第１接続孔３８−第１開口部４２−天井部３５と係合フランジ部４７との間に構成される間隙のルートを介してケース部材３３の内部空間４６に連通して、第１接続孔３８から流入する燃料ガスをカートリッジ缶５５の底部へと回り込ませるようにする。

なお、キャップ部材５６は、筒状基部６２を４箇所に受け頂点部６４を有する略正方形状としたがかかる形状に限定されるものでは無い。キャップ部材５６は、ケース部材３３の受け段部５０上に安定した状態で載置される部位と、ケース部材３３の内周壁との間にガス流路７４を構成する部位とが形成されればよい。キャップ部材５６は、多角形や流路を構成する多数個の貫通孔を形成した形状であってもよい。

キャップ部材５６には、筒状基部６２の底面部に、後述するようにカートリッジ缶５５のビード５９が嵌合される略半円形断面を有するビード嵌合凹部６６が、開口構成部６３の開口縁部に沿って全周に亘って形成される。キャップ部材５６には、開口構成部６３の内壁に所定幅を有して全周に亘って突出する蓋フランジ部６７が形成されるとともに、この蓋フランジ部６７に対して環状の薄肉連結部６９を介して第１閉塞体を構成する蓋部６８が形成されて開口構成部６３を閉塞している。キャップ部材５６には、蓋部６８に立設された連結リブ７１を介して蓋部６８と対向するプルトップリング部７０が形成されている。キャップ部材５６には、蓋フランジ部６７の内周縁に沿った上面に、略漏斗状を呈するリップリング部７２が一体に立設されている。

ビード嵌合凹部６６は、詳細にはカートリッジ缶５５のビード５９の外周部位を半周よりもやや大きな範囲で包み込んできつく嵌合する半円形の断面寸法を有して形成されている。したがって、キャップ部材５６は、カートリッジ缶５５の供給開口部６０を閉塞するようにしてビード嵌合凹部６６にビード５９を嵌合させて組み合わされるが、このビード５９とビード嵌合凹部６６との嵌合によってカートリッジ缶５５から脱落することは無い。また、キャップ部材５６は、カートリッジ缶５５の外周部との間に適宜の治具をこじ入れて開口構成部６３の下方部位を押し広げてビード５９とビード嵌合凹部６６との嵌合を解除することによって、カートリッジ缶５５から取り外すことが可能である。

蓋フランジ部６７は、やや厚みが大きくかつヘッド部材３２の嵌合筒部４４の内径とほぼ等しいリング部を構成して開口構成部６３に形成されている。蓋フランジ部６７には、上述したようにリップリング部７２を一体に立設し、このリップリング部７２によって上述したキャップ部材５６とヘッド部材３２の筒状基部６２との嵌合部位がシーリングされるようにする。リップリング部７２は、薄肉とされることによって可撓性を有しており、脱硫剤カートリッジ３０を脱硫器本体３１に組み付けた状態において筒状基部６２の底面部に弾性変形した状態で密着する。

蓋部６８は、脱硫剤カートリッジ３０が未使用状態において、開口構成部６３を閉塞している。蓋部６８には、図４に示すように薄肉連結部６９を基端として内周側を長軸とした矩形断面の連結リブ７１が一体に突設されるとともにこの連結リブ７１の上端にプルトップリング部７０が一体に形成されている。したがって、キャップ部材５６は、プルトップリング部７０を摘んで上方へと強く引っ張ることによって連結リブ７１の形成部位から薄肉連結部６９を全周に亘って蓋フランジ部６７から破断させて蓋部６８を蓋フランジ部６７から簡単に取り外すことが可能である。キャップ部材５６は、蓋部６８を取り外すことによって図６及び図７に示すように開口構成部６３が基部６２を貫通して開口されてヘッド部材３２の第２開口部４３とほぼ同径の第１開口部となる排出開口部７３が構成される。

なお、キャップ部材５６は、円形の薄肉連結部６９を介して蓋部６８を取り外すことによって円形の排出開口部７３を形成するようにしたが、適宜の形状の排出開口部７３が形成されるようにしてもよいことは勿論である。また、キャップ部材５６は、プルトップリング部７０と連結リブ７１とによって蓋部６８を取り外すようにしたが、かかる構成に限定されないことは勿論であり蓋部６８に適宜の摘み部位を形成してもよい。

さらに、キャップ部材５６は、上述したプルトップ構造に代えて、カートリッジ缶５５の導入開口部６１を密閉する密閉シール５７と同様の密閉シールを用いて予め貫通して形成された排出開口部７３を閉塞するようにしてもよい。キャップ部材５６も、使用時に密閉シールが引き剥がされることによって排出開口部７３を開口させる。なお、新規の脱硫剤カートリッジから引き剥がした密閉シールも、例えば脱硫器１５から取り外した脱硫剤カートリッジのキャップ部材５６に接合することによって、排出開口部７３からの脱硫剤５８の落下を防止して回収を行うことも可能とする。密閉シールも、交換されるカートリッジ缶５５の排出開口部７３を閉塞することによって、廃棄処分の際に防臭の対応が効果的に図られるようにする。

また、キャップ部材５６は、排出開口部７３を比較的大径の貫通孔として形成することから、取り扱い時等において密閉シールに孔が空いてしまう虞もある。したがって、キャップ部材５６は、排出開口部７３を、上述したカートリッジ缶５５の導入開口部６１と同様に多数個の貫通孔によって形成するようにしてもよい。

脱硫剤カートリッジ３０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が脱硫剤５８として用いられ、この脱硫剤５８を導入開口部６１を密閉シール５７で塞いだカートリッジ缶５５内に充填した後にキャップ部材５６を供給開口部６０に嵌合することによって封装する。脱硫剤カートリッジ３０は、カートリッジ缶５５に対してキャップ部材５６が、ビード嵌合凹部６６にビード５９を相対嵌合して組み合わせることにより供給開口部６０を密閉する。

脱硫剤カートリッジ３０は、詳細を省略するがカートリッジ缶５５内の上層と下層に例えば繊維状のグラファイバー等からなるフィルタ７５を充填するとともに、これらフィルタ７５間に粒状或いは粉末状の上述した脱硫剤５８を封装する。脱硫剤カートリッジ３０は、例えばカートリッジ缶５５内を複数の空間部に区割りする隔壁部材を収納し、導入開口部６１から導入された燃料ガスが缶内を蛇行しながら供給開口部６０へと導かれることによって脱硫剤５８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２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３０は、脱硫剤５８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５８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５８には、活性炭粒子に対して例えばプラズマ法や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、銅、白金、ルテニウム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５８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。

脱硫剤カートリッジ３０は、密閉シール５７によって導入開口部６１が閉塞されたカートリッジ缶５５内に供給開口部６１から下層のフィルタ７５を敷き込むようにして充填した後に所定量の脱硫剤５８が充填される。脱硫剤カートリッジ３０は、必要に応じて上層のフィルタを充填した後に、供給開口部６１を閉塞してカートリッジ缶５５にキャップ部材５６が組み付けられる。キャップ部材５６は、カートリッジ缶５５に対して筒状基部６２の開口構成部６３をビード５９に押し込むようにして組み付けられる。キャップ部材５６は、ビード５９がビード嵌合凹部６６に全周に亘って嵌合することによって供給開口部６１を閉塞してカートリッジ缶５５と一体化される。

以上のように構成された脱硫剤カートリッジ３０は、キャップ部材５６からプルトップリング部７０と連結リブ７１とにより蓋部６８を取り外して排出開口部７３を開口させるとともにカートリッジ缶５５から密閉シール５７を剥がして導入開口６１を開口させてケース部材３３の内部空間４６内に装填する。脱硫剤カートリッジ３０は、キャップ部材５６の各受け頂点部６４がそれぞれの受け段部５０上に支持されて、図３に示すようにカートリッジ缶５５がケース部材３３の内部空間４６に浮いた状態で収納される。また、脱硫剤カートリッジ３０は、この状態でキャップ部材５６が、同図に示すように各流路構成辺部６５を受け段部５０上に載せられていない状態とすることにより、ケース部材３３の内周面との間においてその内部空間４６とヘッド部材３２の内部空間４１とを高さ方向に連通させてガス流路７４を構成する。

脱硫剤カートリッジ３０は、詳細を後述するようにケース部材３３の外周部にロックリング部材３４が嵌め合わされた状態で、ケース部材３３がヘッド部材３２に組み合わされることによってこれらヘッド部材３２の内部空間４１とケース部材３３の内部空間４６とによって構成された密閉空間内に収納される。脱硫剤カートリッジ３０は、図３に示すようにキャップ部材５６の排出開口部７３にヘッド部材３２側の嵌合筒部４４が嵌合されることにより、供給開口部６０がガス流路構成部３７の第２接続孔３９と連通する。

脱硫剤カートリッジ３０は、上述したようにキャップ部材５６の流路構成辺部６５とケース部材３３の受け段部５０との間にガス流路７４を構成し、このガス流路７４を介して導入開口部６１がヘッド部材３２のガス流路構成部３７に形成した第１接続孔３８と連通する。したがって、脱硫剤カートリッジ３０には、ボンベ１３から供給された燃料ガスが第１接続孔３８−第１開口部４２−ガス流路７４−導入開口部６１の流路によってカートリッジ缶５５内に導入される。脱硫剤カートリッジ３０は、カートリッジ缶５５内に導入された燃料ガスに対して脱硫剤５８による脱硫処理を施して供給開口部６０からガス流路構成部３７に形成した第２接続孔３９へと供給する。

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の交換時に合わせて脱硫カートリッジ３０の交換が行われる。燃料ガス供給装置１は、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３０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においては、比較的短期間で脱硫剤カートリッジ３０を交換することから、上述した廉価な脱硫剤を用いても燃料ガスに対して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。燃料ガス供給装置１においては、脱硫器１５が、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３０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、ケース部材３３の外周部に鍵治具が嵌め合わされ、ロックリング部材３４の取り外し操作が行われる。脱硫器１５は、鍵治具によってロックリング部材３４が緩み方向に回転されることによってヘッド部材３２とのねじ合わせ状態が解除され、ケース部材３３をヘッド部材３２から取り外されるようにする。脱硫器１５は、脱硫剤カートリッジ３０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３２から取り外される。取り外された脱硫剤カートリッジ３０は、例えば交換用の脱硫剤カートリッジ３０から引き剥がした密閉シール５７を利用して導入開口部６１が塞がれて回収される。

脱硫剤カートリッジ３０は、カートリッジ缶５５からキャップ部材５６を取り外した後に、カートリッジ缶５５の内部から脱硫剤５８を取り出して分別廃棄される。脱硫剤カートリッジ３０は、カートリッジ缶５５とキャップ部材５６との間に適当な治具をこじ入れてビード５９とビード嵌合凹部６６との嵌合状態を解除することによって、容易に分解することが可能である。

なお、脱硫剤カートリッジ３０においては、上述したように脱硫器本体３１内に密閉状態で収納されて用いられることから、カートリッジ缶５５に腐食や汚れの発生がほとんど生じない。脱硫剤カートリッジ３０においては、カートリッジ缶５５に対するキャップ部材５６の着脱が簡易な作業によって行われる。したがって、脱硫剤カートリッジ３０は、回収したカートリッジ缶５５に所定の処理を施して再利用するリサイクルシステムも構築することによって資源の有効利用とコスト低減が図られるようにする。

脱硫剤カートリッジ３０は、カートリッジ缶５５から密閉シール５７を剥がして導入開口部６１を開口させるとともにキャップ部材５６から蓋部６８を取り除いて供給開口部６０を開口させる。脱硫剤カートリッジ３０は、カートリッジ缶５５を内部空間４６内に装填し、各受け頂点部６４を受け段部５０上に載置してケース部材３３に組み合わせる。脱硫剤カートリッジ３０は、ケース部材３３の内部空間４６内において浮いた状態とされるとともに、キャップ部材５６の上部が係合フランジ部４７から突出した状態で組み合わされる。

脱硫器１５においては、脱硫剤カートリッジ３０を装填したケース部材３３の外周部にロックリング部材３４が嵌め合わされる。脱硫器１５においては、ケース部材３３の外周部に嵌め合わされた鍵治具を介してロックリング部材３４が係合フランジ部４７に突き当たるまで押し上げられた状態で、ケース部材３３がヘッド部材３２に組み合わされる。脱硫器１５においては、鍵治具の回転操作によりヘッド部材３２の内周ねじ４５にロックリング部材３４の外周ねじ５３が次第にねじ込まれ、ロックリング部材３４によって押し上げられたケース部材３３が係止フランジ部４７の上端面をヘッド部材３２の天井部３５の底面に突き当てられる。

脱硫器１５においては、ケース部材３３がその係止フランジ部４７をヘッド部材３２の天井部３５とロックリング部材３４との間に全周に亘って挟み込まれることによって、ヘッド部材３２と一体化される。脱硫器１５においては、天井部３５と係止フランジ部４７との間でシールリング４９が密着してヘッド部材３２の内部空間４１とケース部材３３の内部空間４６とが密閉空間を構成する。

脱硫器１５においては、脱硫剤カートリッジ３０がケース部材３３を介してヘッド部材３２の内部空間４１を押し上げられ、キャップ部材５６の排出開口部７３に嵌合筒部４４が嵌合される。脱硫器１５においては、この状態で図３に示すように嵌合筒部４４の底面にリップリング部７２が弾性変形した状態で密着することにより、排出開口部７３と嵌合筒部４４との間を密閉する。

脱硫器１５においては、上述したようにヘッド部材３２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３０を交換することが可能である。脱硫器１５においては、ヘッド部材３２とケース部材３３とが結合部位においてシールリング４９を介して密閉されるとともに、ヘッド部材３２と脱硫剤カートリッジ３０のキャップ部材５６とが結合部位においてリップリング部７２によって密閉される。

燃料ガス供給装置１においては、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には、第１接続孔３８から流れ込んだ燃料ガスが、ヘッド部材３２の天井部３５に形成した第１開口部４２からケース部材３３の外周壁部３６とカートリッジ缶５５の外周部との間に構成されたガス流路７４を流れる。脱硫器１５においては、燃料ガスが、ガス流路７４をケース部材３３の底面部に回り込んでカートリッジ缶５５の底面部に形成した導入開口部６１から内部へと流れ込む。

脱硫器１５においては、脱硫剤カートリッジ３０が、カートリッジ缶５５の内部を流れる燃料ガスから脱硫剤５８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供給開口部６０からヘッド部材３２側の第２開口部４３を介して第２接続孔３９へと排出する。脱硫器１５においては、燃料ガスが第２接続孔３９から第２接続管４０を介して調整器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。

脱硫器１５は、上述したようにボンベ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、脱硫器１５においては、燃料ガスが脱硫剤カートリッジ３０内において脱硫剤５８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。

脱硫器１５においては、カートリッジ缶５５内に例えば粒径が２ｍｍ乃至３ｍｍ程度の脱硫剤５８を充填して脱硫剤カートリッジ３０を構成しており、燃料ガスがこの脱硫剤カートリッジ３０内を通過することで圧力損失が生じる。脱硫器１５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が可能な燃料ガス供給装置１を構成する。脱硫器１５においては、燃料ガスの圧力低下も少なく、調整器１６による調整範囲が大きいことから燃料電池装置２や各ガス器具３に対して燃料ガスを安定して供給することが可能な燃料ガス供給装置１を構成する。

脱硫器１５は、例えば空気取入れ部６の空気配管７にも付設してもよい。脱硫器１５は、脱硫剤５８やフィルタ７５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、窒化化合物等の不純物を吸着除去する空気清浄機能を奏して、燃料電池装置２に対して清浄な空気の供給を行う。空気配管７に付設した脱硫器１５は、さほどの交換頻度を要するものでは無いが、保守作業の効率化を図るためにボンベ１３の交換時に同時に行うようにする。

燃料ガス供給装置１においては、上述したように脱硫器１５を高圧或いは中圧ゾーンに設置するようにしたが、例えば二次調整器と燃料電池装置２や各ガス器具３との間の、燃料ガスが２ｋＰａ〜４ｋＰａの圧力で流れる低圧ゾーンに付設するようにしてもよいことは勿論である。

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。燃料ガス供給部を構成するガスボンベと自動切替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。脱硫器の内部構造を示す断面図である。未使用状態の脱硫剤カートリッジの平面図である。同脱硫剤カートリッジの一部切欠き要部側面図である。使用状態の脱硫剤カートリッジの平面図である。同脱硫剤カートリッジの一部切欠き要部側面図である。

符号の説明

１燃料ガス燃料供給装置、２燃料電池装置、３ガス器具、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、３０脱硫剤カートリッジ、３１脱硫器本体、３２ヘッド部材、３３ケース部材、３４ロックリング部材、３５天井部、３６外周壁部、３７ガス流路構成部、３８第１接続孔、３９第２接続孔、４０第２接続管、４１内部空間、４２第１開口部、４３第２開口部、４４嵌合筒部、４５内周ねじ、４６内部空間、４７係合フランジ部、４９シールリング、５０受け段部、５１嵌挿口、５３外周ねじ、５５カートリッジ缶、５６キャップ部材、５７密閉シール、５８脱硫剤、５９ビード、６０供給開口部、６１導入開口部、６２筒状基部、６３開口構成部、６４受け頂点部、６５流路構成辺部、６６ビード嵌合凹部、６７蓋フランジ部、６８蓋部、６９薄肉連結部、７０プルトップリング部、７２リップリング部、７３排出開口部、７４ガス流路、７５フィルタ

Claims

燃料ガスを供給するガス配管に付設された脱硫器本体に着脱されて脱硫器を構成し、内部に上記燃料ガスに含有された少なくとも硫黄成分や硫黄化合物を除去する脱硫剤を充填した脱硫剤カートリッジにおいて、
上部に開口されて上記燃料ガスを内部空間に導入する導入開口又は内部空間から脱硫処理後の上記燃料ガスを上記ガス配管に還流させる供給開口を構成する第１開口部と、底部に開口されて上記内部空間から脱硫処理後の上記燃料ガスを上記ガス配管に還流させる供給開口又は上記燃料ガスを内部空間に導入する導入開口を構成する第２開口部とを有するカートリッジ缶と、
上記カートリッジ缶の上記第１開口部と対向して開口部が形成され、上記カートリッジ缶の上部に上記第１開口部を閉塞して組み付けられて上記脱硫器本体側の受け部に支持されることによって、上記脱硫器本体と上記カートリッジ缶との間に上記燃料ガスのガス流路を構成するキャップ部材と、
上記キャップ部材に、上記開口部を閉塞して設けられ、使用時に取り外されることによって上記開口部を介して上記カートリッジ缶の上記第１開口部を開口させる第１閉塞部材と、
上記カートリッジ缶に上記第２開口部を閉塞して設けられ、使用時に取り外されることによって上記第２開口部を開口させる第２閉塞部材と
を備えることを特徴とする脱硫剤カートリッジ。