JP4989340B2 - 改質原料供給システム - Google Patents

Description

本発明は、改質原料供給システムに関する。

改質原料供給システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図５に示されているように、改質原料供給システムは、燃料ポンプ２１、脱硫器２９、流量計２２を上流側から順に設けるようにしたものである。これにより、上記燃料ポンプ２１における都市ガスＴＧの脈動による圧力変動及び流量変動を、上記脱硫器２９によって抑えることができ、上記圧力変動及び流量変動が抑えられた後の都市ガスＴＧを流量計２２で計測させることにより、該流量計２２の安定した流量計測値に基づいて燃料ポンプ２１による流量制御を行うことができるようになっている。また、特許文献１の図６に示されているように、脱硫器２９を、都市ガスＴＧの圧力変動及び流量変動を抑えるための調圧器としてのバッファタンク２８に代えて設けるものも記載されている。

上記脱硫器の一形式として、特許文献２に示されているものが知られている。特許文献２の図２に示されているように、脱硫器は、容器部２０内の出入口部に設けられ、原燃料は通すが脱硫触媒Ｓは通さない脱硫触媒Ｓの流出・飛散防止用の触媒保持ストレーナ２１を備えている。このストレーナ２１の上部のものは位置決め固定されているものと考えられる。また、脱硫器は、容器部２０の出入口部が上下となるように配置され、原燃料が上下方向に流れるようになっている。
特開２００６−２６０８７４号公報 特開平０６−４９４６９号公報

上述した特許文献１に記載の改質原料供給システムにおいては、燃料ポンプ２１における都市ガスＴＧの脈動による圧力変動を特許文献２に記載の脱硫器２９が吸収するため脱硫器２９内の触媒が振動する。この振動による触媒どうしの接触によって微粉末が発生するとともに、触媒が小さくなり容器部２０と触媒との間に隙間が発生するという問題があった。さらに、隙間が生じることにより触媒が振動しやすくなり、より多くの微粉末が発生するという問題があった。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、脱硫器および改質原料供給システムにおいて、微粉末の発生を抑制して性能を高く維持することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る改質原料供給システムの発明の構成上の特徴は、硫黄を吸着する粒状の脱硫剤と、脱硫剤が充填され硫黄を含む流体が流通される容器と、容器に設けられ脱硫剤を鉛直方向に押圧して支持する押圧装置と、を備えた脱硫器であって流体として改質原料を脱硫する脱硫器と、脱硫器に改質原料を圧送する圧送装置と、脱硫器から導出される改質原料が供給されて該改質原料を改質する改質装置と、を備え、圧送装置と前記脱硫器とをつなぐ管路にオリフィスが設けられたことである。

また請求項２に係る改質原料供給システムの発明の構成上の特徴は、硫黄を吸着する粒状の脱硫剤と、脱硫剤が充填され硫黄を含む流体が流通される容器と、容器に設けられ脱硫剤を鉛直方向に押圧して支持する押圧装置と、を備えた脱硫器であって流体として改質原料を脱硫する脱硫器と、脱硫器から導出される改質原料を圧送する圧送装置と、圧送装置から圧送される改質原料が供給されて該改質原料を改質する改質装置と、を備え、圧送装置と前記脱硫器とをつなぐ管路にオリフィスが設けられたことである。
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、押圧装置は、脱硫剤を上から下に向けて押圧する第１上支持部材と、上端が容器の上部に固定され下端が第１上支持部材の上面に固定され該第１上支持部材を脱硫剤に向けて付勢する付勢部材と、を備えたことである。
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、押圧装置は、自重によって脱硫剤を上から下に押圧する第２上支持部材と、を備えたことである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、脱硫器の容器に充填された脱硫剤は、押圧装置によって鉛直方向に押圧して支持される。すなわち、脱硫剤は常に押圧されるため、その振動を抑制することができるので、脱硫器を流れる流体の振動や脱硫器に加えられる外的な振動があっても脱硫剤の振動を小さく抑制することができる。また、このような振動が発生しても、押圧装置によって鉛直方向すなわち自重方向に押圧されているので、脱硫剤は大きな移動を伴うことなくガタ詰めされて、より効果的に脱硫剤の振動を抑制することができる。これにより、微粉末の発生を抑制して脱硫器の性能を高く維持することができる。
また、上流から圧送装置、脱硫器、改質装置の順番に並べられた改質原料供給システムにて、脱硫器では圧送装置の脈動があっても脱硫剤の振動を小さく抑制することができ、さらに脱硫剤に振動が加えられる場合でも、押圧装置によって押圧されているので、脱硫剤は振動による大きな移動を伴うことなく、容器と脱硫剤との間および脱硫剤間がガタ詰めされて、より効果的に脱硫剤の振動を抑制することができ、微粉末の発生を抑制することができる。したがって、下流に配置されている改質装置に脱硫剤の微粉末が流入するのを抑制し、改質装置ひいては改質原料供給システムの性能を高く維持することができる。
さらに、圧送装置と脱硫器とをつなぐ管路にオリフィスが設けられているので、脱硫器を流れる流体への振動による脱硫剤の振動をより抑制することができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、脱硫器の容器に充填された脱硫剤は、押圧装置によって鉛直方向に押圧して支持される。すなわち、脱硫剤は常に押圧されるため、その振動を抑制することができるので、脱硫器を流れる流体の振動や脱硫器に加えられる外的な振動があっても脱硫剤の振動を小さく抑制することができる。また、このような振動が発生しても、押圧装置によって鉛直方向すなわち自重方向に押圧されているので、脱硫剤は大きな移動を伴うことなくガタ詰めされて、より効果的に脱硫剤の振動を抑制することができる。これにより、微粉末の発生を抑制して脱硫器の性能を高く維持することができる。
また、上流から脱硫器、圧送装置、改質装置の順番に並べられた改質原料供給システムにて、脱硫器では圧送装置の脈動があっても脱硫剤の振動を小さく抑制することができ、さらに脱硫剤に振動が加えられる場合でも、押圧装置によって押圧されているので、脱硫剤は振動による大きな移動を伴うことなく、容器と脱硫剤との間および脱硫剤間がガタ詰めされて、より効果的に脱硫剤の振動を抑制することができ、微粉末の発生を抑制することができる。したがって、下流に配置されている圧送装置および改質装置に脱硫剤の微粉末が流入するのを抑制し、改質装置ひいては改質原料供給システムの性能を高く維持することができる。
さらに、圧送装置と脱硫器とをつなぐ管路にオリフィスが設けられているので、脱硫器を流れる流体への振動による脱硫剤の振動をより抑制することができる。
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２に係る発明において、押圧装置は、脱硫剤を上から下に向けて押圧する第１上支持部材と、上端が容器の上部に固定され下端が第１上支持部材の上面に固定され該第１上支持部材を脱硫剤に向けて付勢する付勢部材と、を備えたので、簡単な構成で確実に脱硫剤を押圧することができる。
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１または請求項２に係る発明において、押圧装置は、自重によって脱硫剤を上から下に押圧する第２上支持部材と、を備えたので、より簡単な構成で確実に脱硫剤を押圧することができる。

以下、本発明による脱硫器（改質原料供給システム）を適用した燃料電池システムの一実施形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは燃料電池１０とこの燃料電池１０に必要な水素ガスを含む改質ガスを生成する改質装置２０を備えている。

燃料電池１０は、燃料極１１と酸化剤極である空気極１２と両極１１，１２間に介在された電解質１３を備えており、燃料極１１に供給された改質ガスおよび空気極１２に供給された酸化剤ガスである空気（カソードエア）を用いて発電するものである。なお、空気の代わりに空気の酸素富化したガスを供給するようにしてもよい。

改質装置２０は、燃料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１０に供給するものであり、改質部２１、蒸発部２２、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）２３および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）２４およびバーナ（燃焼部）２５から構成されている。ここで使用する燃料は、硫黄や硫黄化合物を含む硫黄含有燃料である。硫黄含有燃料には、天然ガスなどの都市ガスやＬＰガスなどの硫黄含有気体燃料、灯油、ガソリンなどの硫黄含有液体燃料がある。本実施形態においては天然ガスにて説明する。天然ガスを都市ガスとして使用するとき、付臭剤としてジメチルサルファイドなどの硫黄化合物を添加している。また、燃料のうち改質部２１に供給されるものを改質用燃料（改質原料）と言い、バーナ２５に供給されるものを燃焼用燃料と言っている。

改質部２１は、燃料供給源Ｓｆ（例えば都市ガス管）から供給された改質用燃料に蒸発部２２からの水蒸気（改質水）を混合した混合ガスを改質部２１に充填された触媒（例えば、Ｒｕ、Ｎｉ系の触媒）により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応）。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）はＣＯシフト部２３に導出される。

改質部２１には、燃料供給源Ｓｆからの改質用燃料が改質用燃料供給管３１を介して供給されている。改質用燃料供給管３１には、上流から順番に一対の燃料バルブ３２，３２、燃料ポンプ３３、脱硫器３４、流量センサ３７、および改質用燃料バルブ３５が設けられている。燃料バルブ３２および改質用燃料バルブ３５は制御装置６０の指令によって改質用燃料供給管３１を開閉する電磁開閉弁である。

燃料ポンプ３３は、改質用燃料を改質部２１に圧送する圧送装置であり、制御装置６０の指令に応じて燃料供給源Ｓｆからの燃料供給量を調整するものである。燃料ポンプ３３としては、ダイヤフラム式ポンプなどの容積ポンプが挙げられる。一般的に容積ポンプで改質用燃料を圧送する際にはポンプの脈動が生じる。脱硫器３４は、改質用燃料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。流量センサ３７は、改質用燃料供給管３１を流れる燃料の流量を検出して、その検出結果を制御装置６０に送信するものである。

脱硫器３４は、図２に示すように、脱硫剤３４ａ、容器３４ｂ、および押圧装置３４ｃを備えている。脱硫剤３４ａは、Ｃｕ・Ｚｎ触媒、活性炭、ゼオライトなどの硫黄を吸着する原料の粉末を結合（焼結）させて粒状（例えば円柱状、球状など）に形成されたものである。

容器３４ｂは、脱硫剤３４ａが充填され硫黄を含む流体である改質用燃料が流通されるものである。容器３４ｂは、両端が開口する筒状体３４ｂ１、筒状体３４ｂ１の上開口および下開口を塞ぐ上板３４ｂ２および下板３４ｂ３から構成されている。筒状体３４ｂ１は、筒状（本実施形態では円筒状）に形成されており、鉛直方向（上下方向）に立設されている。上板３４ｂ２および下板３４ｂ３には、出口３４ｆおよび入口３４ｇが設けられている。

このように構成した脱硫器３４においては、入口３４ｇから流入した改質用燃料は、脱硫剤３４ａが収納されている部分を下から上に向って通過しその間脱硫剤３４ａによって脱硫されて、出口３４ｆを通って改質部２１に導出されるようになっている。

押圧装置３４ｃは、容器３４ｂに設けられ脱硫剤３４ａを鉛直方向に押圧して支持するものである。押圧装置３４ｃは、容器３４ｂ内に移動可能に設けられ脱硫剤３４ａを上から下に向けて押圧する第１上支持部材３４ｃ１と、上端が容器３４ｂの上部に固定され下端が第１上支持部材３４ｃ１の上面に固定され該第１上支持部材３４ｃ１を脱硫剤３４ａに向けて付勢する付勢部材であるコイルばね３４ｃ２と、容器３４ｂの下部に固定され脱硫剤３４ａを下から支持する下支持部材３４ｃ３と、を備えている。

第１上支持部材３４ｃ１および下支持部材３４ｃ３は、多孔質材やパンチングメタルなど、脱硫材３４ａが通過しない孔を有する板状部材から形成されている。これにより、改質原料のみを通過させ脱硫材３４ａを通過させないで保持することができる。また、第１上支持部材３４ｃ１の周部には、摺動性のよい摺動部材３４ｃ４（例えば四フッ化エチレン樹脂材で構成されている）が取付けられている。

このように構成した脱硫器３４は、燃料ポンプ３３に対するバッファタンクとして機能する。すなわち、脱硫器３４は、その大容積と脱硫剤３４ａによって燃料ポンプ３３にて発生する脈動を低減する。

また、改質用燃料供給管３１の改質用燃料バルブ３５と改質部２１との間には水蒸気供給源である蒸発部２２に接続された水蒸気供給管４１が接続されており、蒸発部２２からの水蒸気が改質用燃料に混合されて改質部２１に供給されている。

蒸発部２２には改質水供給源である水タンクＳｗに接続された給水管４２が接続されている。給水管４２には、上流から順番に改質水ポンプ４３、改質水バルブ４４が設けられている。改質水ポンプ４３は水タンクＳｗからの改質水を蒸発部２２に供給し、制御装置６０の指令に応じて改質水供給量を調整するものである。改質水バルブ４４は制御装置６０の指令によって給水管４２を開閉する電磁開閉弁である。蒸発部２２は、燃焼ガス流路５６を流通する燃焼ガス（または、改質部２１、ＣＯシフト部２３などの排熱）によって加熱されており、これにより圧送された改質水を水蒸気化する。

ＣＯシフト部２３は、改質部２１からの改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒（例えば、Ｃｕ、Ｚｎ系の触媒）により反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてＣＯ選択酸化部２４に導出される。

ＣＯ選択酸化部２４は、改質ガスに残留している一酸化炭素とＣＯ酸化用空気供給管３８から供給されたＣＯ酸化用の空気（エア）とをその内部に充填された触媒（例えば、Ｒｕ系またはＰｔ系の触媒）により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）燃料電池１０の燃料極１１に導出される。

ＣＯ酸化用空気供給管３８上には、上流から順番に酸化用空気ポンプ３８ａおよび酸化用空気バルブ３８ｂが設けられている。酸化用空気ポンプ３８ａは、空気供給源である大気からのＣＯ酸化用空気をＣＯ選択酸化部２４に供給し、制御装置６０の指令に応じてＣＯ酸化用空気供給量を調整するものである。酸化用空気バルブ３８ｂは制御装置６０の指令によってＣＯ酸化用空気供給管３８を開閉する電磁開閉弁である。

燃料電池１０の燃料極１１の導入口には改質ガス供給管５１を介してＣＯ選択酸化部２４が接続されるとともに、燃料極１１の導出口にはオフガス供給管５２を介してバーナ２５が接続されている。バイパス管５３は燃料電池１０をバイパスして改質ガス供給管５１およびオフガス供給管５２を直結するものである。改質ガス供給管５１にはバイパス管５３との分岐点と燃料極１１の導入口との間に第１改質ガスバルブ５１ａが設けられている。オフガス供給管５２にはバイパス管５３との合流点と燃料極１１の導出口との間にオフガスバルブ５２ａが設けられている。バイパス管５３には第２改質ガスバルブ５３ａが設けられている。

起動運転時には、ＣＯ選択酸化部２４から一酸化炭素濃度の高い改質ガスを燃料電池１０に供給するのを回避するため、第１改質ガスバルブ５１ａおよびオフガスバルブ５２ａを閉じ第２改質ガスバルブ５３ａを開いている。定常運転時には、ＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスを燃料電池１０に供給するため、第１改質ガスバルブ５１ａおよびオフガスバルブ５２ａを開き第２改質ガスバルブ５３ａを閉じている。

また、燃料電池１０の空気極１２の導入口には、カソード用空気供給管５４が接続されており、空気極１２内に空気（カソードエア）が供給されるようになっている。さらに、燃料電池１０の空気極１２の導出口には、排気管５５が接続されており、空気極１２からの空気（カソードオフガス）が外部に排出されるようになっている。

バーナ（燃焼部）２５は、供給された燃焼用燃料を供給された燃焼用酸化剤ガスにより燃焼してその燃焼ガスによって改質部２１を加熱するものであり、すなわち水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための燃焼ガスを生成するものである。このバーナ２５は、燃料供給源Ｓｆ、改質部２１および燃料電池１０の燃料極１１からの各可燃ガスが供給可能であり、これら可燃ガスのうち何れか少なくとも一つを燃焼用酸化剤ガスである燃焼用空気で燃焼するものである。

バーナ２５には、燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給管５７が接続されるとともに、脱硫器３４と改質用燃料バルブ３５との間にて改質用燃料供給管３１から分岐した燃焼用燃料供給管３６が燃焼用空気供給管５７を介して接続されている。

燃焼用空気供給管５７上には、上流から順番に燃焼用空気ポンプ５７ａおよび燃焼用空気バルブ５７ｂが設けられている。燃焼用空気ポンプ５７ａは空気供給源である大気から供給される燃焼用空気をバーナ２５に供給し、制御装置６０の指令に応じて燃焼用空気供給量を調整するものである。燃焼用空気バルブ５７ｂは制御装置６０の指令によって燃焼用空気供給管５７を開閉する電磁開閉弁である。燃焼用燃料供給管３６上には、燃焼用燃料バルブ３６ａが設けられている。燃焼用燃料バルブ３６ａは制御装置６０の指令によって燃焼用燃料供給管３６を開閉する電磁開閉弁である。

これにより、システム起動開始した時点から改質部２１に改質用燃料の供給が開始されるまでの間は、バーナ２５には燃料供給源Ｓｆからの燃焼用燃料が燃焼用燃料供給管３６を通って供給され、改質部２１への改質用燃料の供給開始以降から定常運転（発電）開始までの間は、バーナ２５にはＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスが燃料電池１０を通らないで直接供給され、そして、定常運転（発電）中においてはバーナ２５には燃料電池１０の燃料極１１からのアノードオフガス（燃料電池１０の燃料極１１に供給され使用されずに排出された水素を含んだ改質ガスや未改質の改質用燃料）が供給される。なお、定常運転中においては、改質ガスやオフガスの不足分を燃焼用燃料供給管３６を通って供給される燃焼用燃料で補っている。

バーナ２５から導出される燃焼ガスは、燃焼ガス流路５６を流通して外部に排出される。燃焼ガス流路５６は改質部２１や蒸発部２２を加熱するように配設され、燃焼ガスは改質部２１の触媒の活性温度域となるように加熱し、蒸発部２２を水蒸気生成するために加熱する。

また、上述した流量センサ３７、各バルブ３２，３５，３６ａ，３８ｂ、４４，５１ａ，５２ａ，５３ａ，５７ｂ、各ポンプ３３，４３，３８ａ，５７ａ、およびバーナ２５は制御装置６０に接続されている（図３参照）。制御装置６０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、制御プログラムを実行して、改質原料供給システムを制御している。改質原料供給システムは、上述した燃料ポンプ３３、脱硫器３４、改質部２１を少なくとも含んで構成されるものであり、改質部２１に改質原料である改質用燃料を供給するものである。すなわち、ＣＰＵは、流量センサ３７から改質原料の流量を検知し、必要量が適宜供給できるように燃料ポンプ３３の出力（回転数など）を制御している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。

上述の説明から明らかなように、この実施形態においては、脱硫器３４の容器３４ｂに充填された脱硫剤３４ａは、押圧装置３４ｃによって鉛直方向に押圧して支持される。すなわち、脱硫剤３４ａは常に押圧されるため、その振動を抑制することができるので、脱硫器３４を流れる流体の振動（燃料ポンプ３３の脈動による振動）や脱硫器３４に加えられる外的な振動があっても脱硫剤３４ａの振動を小さく抑制することができる。また、このような振動が発生しても、押圧装置３４ｃによって鉛直方向すなわち自重方向に押圧されているので、脱硫剤３４ａは振動による大きな移動を伴うことなく、容器３４ｂと脱硫剤３４ａとの間および脱硫剤３４ａ間がガタ詰めされて、より効果的に脱硫剤３４ａの振動を抑制することができる。これにより、振動による微粉末の発生を抑制して脱硫器３４の性能を高く維持することができる。

脱硫剤３４ａから微粉末が発生する場合には、発生した微粉末が下流（容器３４ｂの上方）に流される。すなわち、上流で硫黄を吸着した微粉末が下流に移動して、脱硫剤３４ａが保持されている部分の下流部に達すると、吸着されている硫黄が離れるため、改質原料中の硫黄濃度が、図４の破線で示すように上昇していた。ここで、下流で改質原料中の硫黄濃度が上昇する理由を詳述する。脱硫剤３４ａによる硫黄や硫黄化合物の除去は吸脱着反応であるため、改質原料などのガス中の硫黄濃度は脱硫剤３４ａ中の硫黄濃度に依存する。図５（ａ）に示すように正常な状態（硫黄を含んだ微粉末が下流に流れない状態）であれば、上流では脱硫剤３４ａは硫黄を吸着して硫黄濃度が高いためガス中の硫黄濃度も高いが、下流の脱硫剤３４ａには硫黄を吸着した微粉末が存在しないためガス中の硫黄濃度はほぼ０（数ｐｐｂ）まで低下する。一方、下流の脱硫剤３４ａに硫黄が吸着されていると、図５（ｂ）に示すようにガス中の硫黄濃度は十分に低下しない。また、図５（ｃ）に示すように、中間域の脱硫剤３４ａが正常状態であっても、下流の硫黄濃度が高ければ、出口におけるガス中の硫黄濃度は高くなる。

一方、本実施形態によれば、脱硫剤３４ａから微粉末が発生するのを抑制することができるので、上流で硫黄を吸着した微粉末が下流に移動するのを抑制することができ、改質原料中の硫黄濃度が、図４の実線で示すように上昇することはなく低く抑制することができる。したがって、脱硫器３４の性能を高く維持することができる。

なお、図４において、縦軸が容器３４ｂの高さ方向であり、横軸が硫黄濃度である。正常状態（硫黄を含んだ微粉末が下流に流れない状態）の場合（図にて実線で示す）、入口では改質原料中の硫黄濃度が高く中流域で急激に低下し下流ではほぼ０となる。一方、微粉末が下流に流れた状態の場合（図にて破線で示す）、入口では正常状態と同様に改質原料中の硫黄濃度が高く中流域で急激に低下するが中流から下流にかけて硫黄を吸着した微粉末が存在するので正常状態と比較して硫黄濃度が高くなっている。

また、押圧装置３４ｃは、脱硫剤３４ａを上から下に向けて押圧する第１上支持部材３４ｃ１と、上端が容器３４ｂの上部に固定され下端が第１上支持部材３４ｃ１の上面に固定され該第１上支持部材３４ｃ１を脱硫剤３４ａに向けて付勢する付勢部材３４ｃ２と、を備えたので、簡単な構成で確実に脱硫剤３４ａを押圧することができる。

また、上流から圧送装置である燃料ポンプ３３、脱硫器３４、改質装置２０（改質部２１）の順番に並べられた改質原料供給システムにて、脱硫器３４では燃料ポンプ３３の脈動があっても脱硫剤３４ａの振動を小さく抑制することができ、脱硫剤３４ａに振動が加えられる場合でも、押圧装置３４ｃによって押圧されているので、脱硫剤３４ａは振動による大きな移動を伴うことなく、容器３４ｂと脱硫剤３４ａとの間および脱硫剤３４ａ間がガタ詰めされて、より効果的に脱硫剤３４ａの振動を抑制することができ、微粉末の発生を抑制することができる。したがって、下流に配置されている改質装置２０に脱硫剤３４ａの微粉末が流入するのを抑制し、脱硫剤３４ａの微粉末に吸着された硫黄による改質触媒などの下流の触媒に対する被毒を回避して、改質装置２０ひいては改質原料供給システムの性能を高く維持することができる。

また、下流に配置されている流量センサ３７の検出流量に基づいて燃料ポンプ３３を制御する場合には、脱硫器３４で発生する微粉末を抑制することができるので、流量センサ３７に微粉末が付着して測定精度を悪化することを抑制するので、測定精度を高く維持しひいては改質原料の供給を精度よく制御することができる。

また、上述した実施形態においては、図６に示すように、押圧装置３４ｃは、第１上支持部材３４ｃ１およびコイルばね３４ｃ２に代えて、自重によって脱硫剤３４ａを上から下に押圧する第２上支持部材３４ｃ５を備えるようにしてもよい。第２上支持部材３４ｃ５は、図７に示すように、第１上支持部材と同様に構成された支持部材３４ｃ５ａ、支持部材３４ｃ５ａの上面に固定された円筒状のおもり３４ｃ５ｂ、おもり３４ｃ５ｂ（または支持部材３４ｃ５ａ）の周部に固定されて容器３４ｂの内周に摺動自在に当接する摺動部材３４ｃ５ｃ（例えば四フッ化エチレン樹脂材で構成されている）から構成されている。おもり３４ｃ５ｂは、脱硫剤３５ａに加わる振動を適切に抑制し、かつ、脱硫剤３５ａに必要以上の荷重を加えない重さに設定されている。改質原料は、支持部材３４ｃ５ａの多孔および支持部材３４ｃ５ａの穴を通過する。

これによっても、上述の場合と同様に、脱硫器３４の容器３４ｂに充填された脱硫剤３４ａは、第２上支持部材３４ｃ５によって鉛直方向に押圧して支持され、振動が加わっても脱硫剤３４ａの振動を小さく抑制することができる。これにより、振動による微粉末の発生を抑制して脱硫器３４の性能を高く維持することができる。これに加えて、より簡単な構成で確実に脱硫剤３４ａを押圧することができる。

また、上述した実施形態においては、図８に示すように、折返し流路を設けるようにしてもよい。具体的には、脱硫器３４は、図２に示す脱硫器３４から下板３４ｂ３および入口３４ｇを削除するとともに、出口３４ｆを入口３４ｈとして使用する。さらに、脱硫器３４は、容器３４ｂの下部を空間をおいて覆うように同軸に配設される外筒３４ｉを備えている。外筒３４ｉと容器３４ｂとの間に、折返し流路３４ｊが形成されている。外筒３４ｉの上部には出口３４ｋが設けられている。

このように構成した脱硫器３４においては、入口３４ｈから流入した改質原料は、容器３４ｂ内の脱硫剤３４ａを脱硫されて通過し、下支持部材３４ｃ３を通過し、折返し流路３４ｊを通過して、出口３４ｋを通って改質部２１に流出される。このとき、脱硫剤３４ａから万一微粉末が発生しても、折返し流路３４ｊにて微粉末を分離して折返し流路３４ｊ内に集塵することができるので、脱硫器３４から微粉末を排出するのを抑制することができる。

また、上述した実施形態においては、図９に示すように、オリフィス３４ｌを燃料ポンプ３３と脱硫器３４をつなぐ管路（改質用燃料供給管３１）に設けることが好ましい。上述したように燃料ポンプ３３、脱硫器３４の順である場合には、図８に示すように管路の一部である脱硫器３４の入口３４ｈにオリフィス３４ｌを設けるのが望ましい。オリフィス３４ｌの内径は１〜２ｍｍであることが望ましい。これによれば、オリフィス３４ｌが燃料ポンプ３３と脱硫器３４との間に配設されて、脱硫器３４を流れる流体の振動（例えば燃料ポンプ３３の脈動）による脱硫剤３４ａの振動をより抑制することができる。

なお、オリフィス３４ｌは、図９に示すように折返し流路３４ｊを備えたものだけでなく、図２（または図６）に示すような折返し流路を備えていないものの入口３４ｇに設けるようにしてもよい。また、上流側から脱硫器３４、燃料ポンプ３３の順である場合には、管路の一部である脱硫器３４の出口（図２で３４ｆで示し図８で３４ｋで示す）にオリフィス３４ｌを設けるのが望ましい。これにより、オリフィス３４ｌが燃料ポンプ３３と脱硫器３４との間に配設される。

また、上述した図８または図９に示す実施形態においては、図２に示す脱硫器３４に折返し流路３４ｊを設けたが、図６に示す脱硫器３４に折返し流路３４ｊを設けるようにしてもよい。この場合、脱硫器３４は、図１０に示すように、図６に示す脱硫器３４から下板３４ｂ３および入口３４ｇを削除するとともに、出口３４ｆを入口３４ｈとして使用する。さらに、脱硫器３４は、容器３４ｂの下部を空間をおいて覆うように同軸に配設される外筒３４ｉを備えている。外筒３４ｉと容器３４ｂとの間に、折返し流路３４ｊが形成されている。外筒３４ｉの上部には出口３４ｋが設けられている。これによっても、図８に示す脱硫器３４と同様な作用・効果を得ることができる。

また、第２上支持部材３４ｃ５においては、図７に示す流れとは反対方向の流れが生じている。すなわち、改質原料は、支持部材３４ｃ５ａの穴を通過して支持部材３４ｃ５ａの多孔を通過する。

また、図６および図１０に示す脱硫器３４の第２上支持部材３４ｃ５に代えて、図１２に示す第２上支持部材３４ｃ６を使用するようにしてもよい。この第２上支持部材３４ｃ６は、支持部材３４ｃ５ａに代えて、支持部材３４ｃ６ａを使用しており、おもり３４ｃ５ｂおよび摺動部材３４ｃ５ｃは第２上支持部材３４ｃ５と同様に使用している。支持部材３４ｃ６ａは、上下のシート状支持部材３４ｃ６ｂ，３４ｃ６ｃ、両シート状支持部材３４ｃ６ｂ，３４ｃ６ｃに挟持されている分散部材３４ｃ６ｄを備えている。シート状支持部材３４ｃ６ｂ，３４ｃ６ｃは、例えばパンチングメタル、金網など多数の穴を有するシート状（薄板状）に形成された部材である。分散部材３４ｃ６ｄは、上部開口、複数の側部開口、下部開口が連通して形成されている。上シート状支持部材３４ｃ６ｂを通過した改質原料は、分散部材３４ｃ６ｄの上部開口を通過し、複数の側部開口および下部開口を通って分散されて、下シート状支持部材３４ｃ６ｃを通って脱硫剤３４ａに流入し、均一に脱硫剤３４ａを通過することができる。

また、上述した図８〜図１０に示す折返し流路を備えた脱硫器においては、容器３４ｂの下端に旋回流生成部材３４ｍを設けるようにしてもよい。旋回流生成部材３４ｍは、図１３に示すように、下支持部材３４ｃ３の下面全てを覆う本体３４ｍ１と、本体３４ｍ１から水平方向から斜め下方に延設された出口３４ｍ２と、を備えている。改質原料は出口３４ｍ２から斜め下方に流出され、図１３（ａ）に示す旋回流が発生する。これにより、微粉末が発生しても、折返し流路３４ｊの底面周辺部に微粉末を集塵するのでなく、折返し流路３４ｊの底面中央部に微粉末を集塵するので、集塵された微粉末を巻き上げにくくして微粉末が出口３４ｋまで到達するのをより抑制することができる。

また、上述した実施形態の改質原料供給システムにおいては、上流から圧送装置である燃料ポンプ３３、脱硫器３４、改質装置２０（改質部２１）の順番に並べられているが、図１４に示すように、上流から脱硫器３４、圧送装置３３、改質装置２０（改質部２１）の順番に並べるようにしてもよい。

これによれば、脱硫器３４では圧送装置３３の脈動があっても脱硫剤３４ａの振動を小さく抑制することができ、さらに脱硫剤３４ａに振動が加えられる場合でも、押圧装置３４ｃによって押圧されているので、脱硫剤３４ａは振動による大きな移動を伴うことなく、容器３４ｂと脱硫剤３４ａとの間および脱硫剤３４ａ間がガタ詰めされて、より効果的に脱硫剤３４ａの振動を抑制することができ、微粉末の発生を抑制することができる。したがって、下流に配置されている圧送装置３３および改質装置２０に脱硫剤の微粉末が流入するのを抑制し、改質装置２０ひいては改質原料供給システムの性能を高く維持することができる。

なお、本実施形態においては、本発明を改質原料が気体である場合に適用したが、液体である場合にも適用することができる。

また、付勢部材として、コイルばね以外の弾性部材（ゴム材）を使用するようにしてもよい。

本発明による脱硫器または改質原料供給システムによる燃料電池システムの一実施形態の概要を示す概要図である。 図１に示す脱硫器を示す模式図である。 図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。 脱硫器内部の改質原料中（ガス中）の流れ方向に対する硫黄濃度を示すグラフである。 脱硫器内部の改質原料中（ガス中）および脱硫剤の流れ方向に対する硫黄濃度を示すグラフであり、（ａ）は正常状態、（ｂ）および（ｃ）は硫黄を吸着した微粉末が下流に存在する状態を示している。 図１に示す脱硫器の変形例を示す模式図である。 図６に示す第２上支持部材を示す拡大断面図である。 図２に示す脱硫器に折返し流路を設けた変形例を示す模式図である。 図８に示す脱硫器にオリフィスを設けた変形例を示す模式図である。 図６に示す脱硫器に折返し流路を設けた変形例を示す模式図である。 図１０に示す第２上支持部材を示す拡大断面図である。 図１１に示す第２上支持部材の変形例を示す拡大断面図である。 （ａ）は図８に示す脱硫器に旋回流生成部材を設けた変形例を示す模式図であり、（ｂ）は旋回流生成部材の下面図である。 本発明による改質原料供給システムの変形例を示す部分概要図である。

符号の説明

１０…燃料電池、１１…燃料極、１２…空気極、２０…改質装置、２１…改質部、２２…蒸発部、２３…一酸化炭素シフト反応部（ＣＯシフト部）、２４…一酸化炭素選択酸化反応部（ＣＯ選択酸化部）、２５…バーナ（燃焼部）、３１…改質用燃料供給管、３２…燃料バルブ、３３…燃料ポンプ、３４…脱硫器、３４ａ…脱硫剤、３４ｂ…容器、３４ｃ…押圧部材、３４ｃ１…第１上支持部材、３４ｃ２…コイルばね（付勢部材）、３４ｃ５…第２上支持部材、３５…改質用燃料バルブ、３６…燃焼用燃料供給管、３６ａ…燃焼用燃料バルブ、３７…流量センサ、３８…ＣＯ酸化用空気供給管、３８ａ…酸化用空気ポンプ、３８ｂ…酸化用空気バルブ、４１…水蒸気供給管、４２…給水管、４３…改質水ポンプ、４４…改質水バルブ、５１…改質ガス供給管、５１ａ…第１改質ガスバルブ、５２…オフガス供給管、５２ａ…オフガスバルブ、５３…バイパス管、５３ａ…第２改質ガスバルブ、５４…カソード用空気供給管、５５…排気管、５６…燃焼ガス流路、５７…燃焼用空気供給管、５７ａ…燃焼用空気ポンプ、５７ｂ…燃焼用空気バルブ、６０…制御装置、Ｓｆ…燃料供給源、Ｓｗ…水タンク。

Claims (4)

1. 硫黄を吸着する粒状の脱硫剤と、前記脱硫剤が充填され前記硫黄を含む流体が流通される容器と、前記容器に設けられ前記脱硫剤を鉛直方向に押圧して支持する押圧装置と、を備えた脱硫器であって前記流体として改質原料を脱硫する脱硫器と、
   前記脱硫器に前記改質原料を圧送する圧送装置と、
   前記脱硫器から導出される前記改質原料が供給されて該改質原料を改質する改質装置と、を備え、
   前記圧送装置と前記脱硫器とをつなぐ管路にオリフィスが設けられたことを特徴とする改質原料供給システム。
2. 硫黄を吸着する粒状の脱硫剤と、前記脱硫剤が充填され前記硫黄を含む流体が流通される容器と、前記容器に設けられ前記脱硫剤を鉛直方向に押圧して支持する押圧装置と、を備えた脱硫器であって前記流体として改質原料を脱硫する脱硫器と、
   前記脱硫器から導出される前記改質原料を圧送する圧送装置と、
   前記圧送装置から圧送される前記改質原料が供給されて該改質原料を改質する改質装置と、を備え、
   前記圧送装置と前記脱硫器とをつなぐ管路にオリフィスが設けられたことを特徴とする改質原料供給システム。
3. 請求項１または請求項２において、前記押圧装置は、前記脱硫剤を上から下に向けて押圧する第１上支持部材と、上端が前記容器の上部に固定され下端が前記第１上支持部材の上面に固定され該第１上支持部材を前記脱硫剤に向けて付勢する付勢部材と、を備えたことを特徴とする改質原料供給システム。
4. 請求項１または請求項２において、前記押圧装置は、自重によって前記脱硫剤を上から下に押圧する第２上支持部材と、を備えたことを特徴とする改質原料供給システム。

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