JP2018188556A - Ｌｐｇ供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池装置自体のコストを低減する。【解決手段】ＬＰＧ供給システム１００は、ＬＰＧを脱硫する脱硫器１１０と、脱硫器１１０で脱硫されたＬＰＧに、硫黄原子を含まない化合物で構成される着臭剤を添加する添加部１２０と、着臭剤が添加されたＬＰＧを貯留するＬＰＧ貯留部１３０と、ＬＰＧ貯留部１３０のＬＰＧを所定の容器（ＬＰＧボンベ１５０）に分配する分配設備１４０と、を備える。これにより、ＬＰＧを燃料として利用する燃料電池装置において、脱硫器を省略することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas：液化石油ガス）を、ボンベ等の容器に分配するＬＰＧ供給システムに関する。

近年、環境問題の観点から、大気汚染物質を排出しないクリーンな発電システムとして、燃料電池装置が注目されている。燃料電池装置は、燃料を水素に改質する改質器と、水素と酸素とを反応させて発電する燃料電池とを含んで構成される。燃料電池装置の燃料としてＬＰＧを利用する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。

特開２００７−１９４１４３号公報

しかし、ＬＰＧには、原料由来の硫黄化合物に加えて、着臭剤として硫黄化合物が添加されている。硫黄化合物は、改質器の触媒を被毒させたり、燃料電池の電極に付着して発電効率を低下させたりしてしまう。このため、ＬＰＧを燃料として用いる燃料電池装置には、改質器の前段に脱硫器を設ける必要がある。このため、燃料電池装置自体のコストが高くなるという問題がある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、燃料電池装置自体のコストを低減することが可能なＬＰＧ供給システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のＬＰＧ供給システムは、ＬＰＧを脱硫する脱硫器と、前記脱硫器で脱硫されたＬＰＧに、硫黄原子を含まない化合物で構成される着臭剤を添加する添加部と、前記着臭剤が添加されたＬＰＧを貯留するＬＰＧ貯留部と、前記ＬＰＧ貯留部のＬＰＧを所定の容器に分配する分配設備と、を備える。

また、前記着臭剤は、シクロヘキセン、ノルマルヘプタン、ノルマルヘキサン、ノルマルペンタン、酢酸エチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、および、２，３−ブタンジオンの群から選択される１または複数であってもよい。

本発明によれば、燃料電池装置自体のコストを低減することが可能となる。

ＬＰＧ供給システムを説明する図である。 燃料電池装置を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、ＬＰＧ供給システム１００を説明する図である。図１中、ＬＰＧの流れを矢印で示す。図１に示すように、ＬＰＧ供給システム１００は、ＬＰＧ充填所１０に設置される。

海外から輸入されたＬＰＧは、まず、輸入基地（一次基地）に貯蔵される。輸入基地は、日本全国で３５か所に設置されている。輸入基地に貯蔵されたＬＰＧは、ＬＰＧを一時的に貯蔵するための大型タンクを有する中継基地（二次基地）に輸送される。中継基地は、日本全国で例えば５０か所に設置されている。中継基地に貯蔵されたＬＰＧは、中継基地からタンクローリーＴを介して各地域のＬＰＧ充填所（三次基地）１０に搬送される。ＬＰＧ充填所１０は、日本全国で例えば２２００か所に設置されている。

図１に示すように、ＬＰＧが充填されたタンクローリーＴは、中継基地からＬＰＧ充填所１０までＬＰＧを搬送する。タンクローリーＴは、ＬＰＧ充填所１０に到着すると、ＬＰＧ充填所１０のＬＰＧ貯蔵部１２にＬＰＧを移送する。これにより、ＬＰＧ貯蔵部１２にＬＰＧが充填される。

ＬＰＧ供給システム１００は、脱硫器１１０と、添加部１２０と、ＬＰＧ貯留部１３０と、分配設備１４０と、業務用燃料電池装置１６０とを含んで構成される。

脱硫器１１０は、ＬＰＧ貯蔵部１２に貯蔵されたＬＰＧを脱硫する。脱硫器１１０は、例えば、常温吸着脱硫方式や、水添脱硫方式を採用したものである。常温吸着脱硫方式の脱硫器１１０は、銅−亜鉛系、ニッケル−亜鉛系、銀ゼオライト、および、活性炭のいずれか１または複数の収着剤が充填された脱硫容器を備え、脱硫容器内にＬＰＧを通過させる。これにより、ＬＰＧ中の硫黄化合物が吸着剤に吸着され、ＬＰＧは脱硫が為されることになる。また、水添脱硫方式の脱硫器１１０は、ニッケル−モリブデン系やコバルト−モリブデン系の触媒と酸化亜鉛が収容された反応装置を備え、反応装置内にＬＰＧおよび水素を供給する。これにより、ＬＰＧ中の硫黄化合物が触媒上において水素と反応して硫化水素となり、硫化水素が酸化亜鉛に取り込まれることにより、ＬＰＧは脱硫が為されることになる。

添加部１２０は、脱硫器１１０で脱硫されたＬＰＧに、硫黄原子を含まない化合物で構成される着臭剤を添加する。着臭剤は、シクロヘキセン、ノルマルヘプタン、ノルマルヘキサン、ノルマルペンタン、酢酸エチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、および、２，３−ブタンジオンの群から選択される１または複数である。着臭剤として上記複数の化合物のうち、いずれか１または複数を用いることにより、従来の液着臭方式の装置を利用することができ、着臭に要するコストをほとんど変えずにＬＰＧに着臭することができる。

ＬＰＧ貯留部１３０は、添加部１２０によって着臭剤が添加されたＬＰＧを一時的に貯留する。

分配設備１４０は、ＬＰＧ貯留部１３０のＬＰＧをＬＰＧボンベ１５０（容器）および後述する業務用燃料電池装置１６０のいずれか一方または両方に分配する。分配設備１４０は、一端がＬＰＧ貯留部１３０に接続され、他端が複数に分岐された配管１４２と、配管１４２に設けられた不図示のバルブとを含んで構成される。配管１４２の他端には、それぞれ供給口１４２ａ、１４２ｂが形成されている。供給口１４２ａ、１４２ｂは、ＬＰＧボンベ１５０と着脱可能に構成される。また、供給口１４２ａ、１４２ｂは、業務用燃料電池装置１６０に接続される接続機構１６０ａと着脱可能に構成される。分配設備１４０は、複数の供給口１４２ａ、１４２ｂのうち少なくとも一方にＬＰＧを供給することができる。したがって、複数の供給口１４２ａ、１４２ｂにＬＰＧボンベ１５０および接続機構１６０ａが接続されている場合、分配設備１４０は、ＬＰＧボンベ１５０および業務用燃料電池装置１６０のうち少なくとも一方にＬＰＧを供給することが可能となる。

また、接続機構１６０ａが、ＬＰＧボンベ１５０に接続される供給口１４２ａ、１４２ｂと着脱自在に構成されることにより、分配設備１４０に新たな構成（設備）を加えることなく、業務用燃料電池装置１６０にＬＰＧを供給することができる。なお、業務用燃料電池装置１６０は、分配設備１４０の供給口１４２ａ、１４２ｂを介さず、専用の配管によってＬＰＧ貯留部１３０から直接ＬＰＧの供給を受けてもよい。

図２は、業務用燃料電池装置１６０を説明する図である。本実施形態において、業務用燃料電池装置１６０は、燃料リサイクル再生型燃料電池（ＨＥＳＯ：特許第６０６１９６９号参照）で構成される。ここで、燃料リサイクル再生型燃料電池とは、１段目の反応の排出物（アノードオフガス）から、Ｈ_２およびＣＯを分離するとともに、Ｈ_２ＯまたはＣＯ_２、もしくはその両方を分離（除去）する燃料リサイクル型燃料電池のことである。図２に示すように、業務用燃料電池装置１６０は、燃料供給経路１６２と、改質器１６４と、酸素供給経路１６６と、熱交換器１６８と、第１燃料電池１７０と、除去部１７２と、第２燃料電池１７４と、燃焼部１７６と、排気経路１７８を含んで構成される。

燃料供給経路１６２は、一端が接続機構１６０ａ（図１参照）またはＬＰＧボンベ１５０に接続され、他端が改質器１６４に接続された配管である。

改質器１６４には、改質用触媒が収容された反応器を備え、燃料供給経路１６２を介してＬＰＧが供給されるとともに、水（水蒸気）が供給される。改質器１６４は、ＬＰＧを、水素（Ｈ_２）を含有する改質ガスに改質する。

酸素供給経路１６６は、酸素を含むガス（例えば、空気）を送り込むブロワ（不図示）に一端が接続され、他端が後述する第１燃料電池１７０（カソード）に接続された配管である。

熱交換器１６８は、酸素供給経路１６６上に設けられ、酸素供給経路１６６を通過する空気と、後述する排気経路１７８を通過する排気ガスとを熱交換させる。これにより、空気が加熱され、排気ガスが冷却される。

第１燃料電池１７０は、改質器１６４から供給された改質ガス、および、酸素供給経路１６６から供給された空気（酸素）を用いて発電を行う。第１燃料電池１７０は、アノード（燃料極）１７０ａ、電解質１７０ｂ、および、カソード（空気極）１７０ｃを含んで構成される。アノード１７０ａには、改質器１６４から改質ガスが供給され、カソード１７０ｃには、酸素供給経路１６６を介して空気が供給される。

第１燃料電池１７０を固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）とする場合、カソード１７０ｃに、酸素を含有する空気が供給されることにより、カソード１７０ｃにおいて酸素が電子を受け取り、酸素イオンとなる。カソード１７０ｃで生成された酸素イオンは、電解質１７０ｂの内部を移動し、アノード１７０ａに到達する。また、アノード１７０ａに水素を含有する改質ガスが供給されることにより、水素が、電解質１７０ｂを移動した酸素イオンと反応し、電子が生成されることになる。アノード１７０ａで生成された電子は、外部回路を通じてカソード１７０ｃに移動する。このように、電子がアノード１７０ａからカソード１７０ｃに移動することにより、第１燃料電池１７０で発電が行われる。

除去部１７２は、第１燃料電池１７０のアノード１７０ａから排出された未反応の改質ガスを含むアノードオフガスが導入される。除去部１７２は、導入されたアノードオフガスから水（Ｈ_２Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ_２）を除去する。なお、除去部１７２は、水および二酸化炭素のうち少なくとも一方を除去してもよい。

第２燃料電池１７４は、第１燃料電池１７０（および除去部１７２）の下流に設けられ、水および二酸化炭素が除去されたアノードオフガスを用いて発電を行う。第２燃料電池１７４は、アノード（燃料極）１７４ａ、電解質１７４ｂ、および、カソード（空気極）１７４ｃを備える。アノード１７４ａには、除去部１７２によって水および二酸化炭素が除去されたアノードオフガスが供給される。カソード１７４ｃには酸素供給経路１６６を介して空気が供給される。これにより、第２燃料電池１７４では、第１燃料電池１７０と同様に、発電が行われる。

このように、第２燃料電池１７４は、水および二酸化炭素が除去されたアノードオフガスを用いて発電を行う。このため、第２燃料電池１７４では、電極間の酸素分圧差に起因する理論電圧が向上するとともに、アノードオフガス中の水（水蒸気）および二酸化炭素に起因する濃度過電圧が低減され、特に高電流密度時に高い性能を発揮することができる。これにより、業務用燃料電池装置１６０は、第２燃料電池１７４を備えない従来の燃料電池装置や、除去部１７２を備えない従来の燃料電池装置（後段の第２燃料電池において水および二酸化炭素が除去されていないアノードオフガスを用いて発電を行う多段燃料電池装置）と比較して、高い発電効率を得ることが可能となる。

燃焼部１７６は、第２燃料電池１７４のアノード１７４ａから排出されたアノードオフガスと、第２燃料電池１７４のカソード１７４ｃから排出された酸素を含むガスとが導入される。燃焼部１７６は、アノードオフガスを酸素で燃焼させる。

排気経路１７８は、燃焼部１７６から排出された排気ガスを、改質器１６４および熱交換器１６８に通過させる。これにより、排気ガスが有する熱で改質器１６４の改質用触媒を加熱することができる。また、排気ガスが有する熱で第１燃料電池１７０のカソード１７０ｃに供給される空気を加熱することが可能となる。改質器１６４および熱交換器１６８を通過した排気ガスは、排気経路１７８に形成された不図示の排気孔を通じて、外部に排出される。

図１に戻って説明すると、ＬＰＧが充填されたＬＰＧボンベ１５０は、配送ボンベとして販売事業所に配送され、配送されたＬＰＧボンベ１５０は、販売事業所から需要家２０に販売される。ＬＰＧボンベ１５０を購入した需要家２０は、ＬＰＧボンベ１５０に充填されたＬＰＧを、需要家２０の構内における家庭用燃料電池装置２００、調理、給湯、レジャーの燃料として用いることができる。

家庭用燃料電池装置２００は、改質器２１０と、燃料電池２２０とを含んで構成される。改質器２１０は、改質用触媒が収容された反応器を備え、ＬＰＧボンベ１５０からＬＰＧが供給されるとともに、水（水蒸気）が供給される。改質器２１０は、ＬＰＧを、水素を含有する改質ガスに改質する。

燃料電池２２０は、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）で構成される。燃料電池２２０は、改質ガスが供給されるアノード、電解質、および、空気が供給されるカソードを含んで構成される。燃料電池２２０は、改質ガス中の水素と、空気中の酸素を反応させて、電力および熱を生成する。燃料電池２２０によって生成された電力は、需要家２０の負荷設備（照明、空調機等）に供給される。一方、燃料電池２２０によって生成された熱は、貯湯タンクの水を加熱し、湯水を生成する。

以上説明したように、本実施形態のＬＰＧ供給システム１００は、ＬＰＧ充填所１０においてタンクローリーＴによって移送されたＬＰＧを脱硫して、着臭剤として硫黄原子を含まない化合物を添加する。これにより、業務用燃料電池装置１６０、家庭用燃料電池装置２００において脱硫器が不要となる。したがって、業務用燃料電池装置１６０、家庭用燃料電池装置２００自体を小型化することができ、また、業務用燃料電池装置１６０、家庭用燃料電池装置２００自体のコストを低減することが可能となる。

また、従来、着臭剤として用いられていた硫黄化合物は、ＬＰＧの燃料成分（プロパン、ブタン等）と比較して質量密度が大きい。また、硫黄化合物は、燃料成分と比較して蒸気圧が小さいので、ＬＰＧボンベ内でプロパンやブタンと一緒に気化しにくい。このため、着臭剤として硫黄化合物を添加する従来技術では、ＬＰＧが充填されたＬＰＧボンベ内において硫黄化合物が沈降する。つまり、ＬＰＧボンベ内において、硫黄化合物は均一に分散されていない。したがって、従来のＬＰＧボンベから送出されるＬＰＧ中の硫黄化合物の濃度（以下、「硫黄濃度」と称する）は、ＬＰＧボンベ内のＬＰＧの残量に応じて変動する。具体的には、ＬＰＧボンベ内のＬＰＧの残量が少なくなるほど、送出されるＬＰＧ中の硫黄濃度が高くなる。このため、従来、ＬＰＧボンベ内にＬＰＧが残っていても、ＬＰＧ中の硫黄濃度が、脱硫器の処理能力の上限に到達する前にＬＰＧボンベを交換する必要があった。

これに対し、本実施形態のＬＰＧ供給システム１００で製造されるＬＰＧボンベ１５０は、硫黄化合物を含まないＬＰＧが充填される。このため、ＬＰＧボンベ１５０内のＬＰＧの残量に拘わらず、送出されるＬＰＧには、硫黄が含まれることはない。したがって、ＬＰＧボンベ１５０の残量が０（ゼロ）になるまで、ＬＰＧボンベ１５０を交換する必要がなくなり、ＬＰＧボンベ１５０の交換に要するコストや作業負担を低減することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、上記実施形態において、脱硫器１１０がタンクローリーＬによって搬送されたＬＰＧを脱硫する構成を例に挙げて説明した。しかし、脱硫器１１０は、既存のＬＰＧボンベに充填されたＬＰＧ（着臭剤として硫黄化合物が添加されたＬＰＧ）を脱硫してもよい。

また、上記実施形態において、添加部１２０が添加する着臭剤として、シクロヘキセン、ノルマルヘプタン、ノルマルヘキサン、ノルマルペンタン、酢酸エチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、および、２，３−ブタンジオンの群から選択される１または複数である構成を例に挙げて説明した。しかし、着臭剤は、硫黄原子を含まず、着臭剤としての機能を備える化合物で構成されていればよい。

また、上記実施形態において、燃焼部１７６から排出された排気ガスによって改質器１６４内の改質用触媒および酸素供給経路１６６内を流通する空気を加熱する構成を例に挙げて説明した。しかし、第１燃料電池１７０および第２燃料電池１７４から放出される熱を用いてこれらを加熱してもよい。これにより、燃焼部１７６を省略することができ、業務用燃料電池装置１６０自体のコストをより低減することができる。

また、上記実施形態において、業務用燃料電池装置１６０が、燃料リサイクル再生型燃料電池で構成される場合を例に挙げて説明した。しかし、業務用燃料電池装置１６０は、ＬＰＧを改質する改質器と、改質器で生成された水素や一酸化炭素と酸素とを反応させて発電する燃料電池とを備えればよい。

また、上記実施形態において、ＬＰＧ供給システム１００が業務用燃料電池装置１６０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、業務用燃料電池装置１６０は必須の構成ではない。

また、ＬＰＧ供給システム１００は、硫黄原子を含まない化合物で構成された着臭剤を添加したＬＰＧを充填したＬＰＧボンベ１５０に加えて、硫黄化合物で構成された着臭剤を添加したＬＰＧを充填したＬＰＧボンベを製造してもよい。これにより、ＬＰＧ供給システム１００が、用途に応じて、ＬＰＧボンベを販売することが可能となる。

本発明は、ＬＰＧを燃料として発電を行う発電システムに利用することができる。

１００ ＬＰＧ供給システム
１１０ 脱硫器
１２０ 添加部
１３０ ＬＰＧ貯留部
１４０ 分配設備
１５０ ＬＰＧボンベ（容器）

Claims (2)

1. ＬＰＧを脱硫する脱硫器と、
   前記脱硫器で脱硫されたＬＰＧに、硫黄原子を含まない化合物で構成される着臭剤を添加する添加部と、
   前記着臭剤が添加されたＬＰＧを貯留するＬＰＧ貯留部と、
   前記ＬＰＧ貯留部のＬＰＧを所定の容器に分配する分配設備と、
   を備えるＬＰＧ供給システム。
2. 前記着臭剤は、シクロヘキセン、ノルマルヘプタン、ノルマルヘキサン、ノルマルペンタン、酢酸エチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、および、２，３−ブタンジオンの群から選択される１または複数である請求項１に記載するＬＰＧ供給システム。

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