JP5505779B2

JP5505779B2 - Desulfurizer and fuel cell system equipped with the same

Info

Publication number: JP5505779B2
Application number: JP2009293423A
Authority: JP
Inventors: 敬長谷川; 人志原
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: JP2011132377A

Description

本発明は、燃料ガスに含まれる硫黄分（硫黄化合物）を除去するための脱硫器及びこれを備えた燃料電池システムに関し、特に脱硫器内の脱硫剤の交換を燃料電池システムの運転を停止させることなく行い得るようにする技術に係る。 The present invention relates to a desulfurizer for removing sulfur (sulfur compound) contained in fuel gas and a fuel cell system including the desulfurizer, and in particular, the operation of the fuel cell system is stopped by replacing the desulfurizing agent in the desulfurizer. It relates to technology that can be performed without any problems.

燃料電池システムにおいては、炭化水素系の燃料ガスに含まれる硫黄分により触媒や電極等が被毒することを防止するために、硫黄分を脱硫器により除去した上で改質処理することが行われている。脱硫器内には脱硫剤が充填され、この脱硫剤と燃料ガスを接触させることで硫黄分を吸着除去するようになっており、脱硫剤の吸着除去能が飽和すれば脱硫器内の脱硫剤を交換するか、又は脱硫器ごと交換する必要がある。従来、このような交換のための技術について種々提案されている。 In the fuel cell system, in order to prevent poisoning of the catalyst and the electrode due to sulfur contained in the hydrocarbon-based fuel gas, the reforming treatment is performed after removing the sulfur by a desulfurizer. It has been broken. The desulfurizer is filled with a desulfurizing agent, and the sulfur content is adsorbed and removed by bringing the desulfurizing agent into contact with the fuel gas. If the desulfurizing agent adsorbs and removes, the desulfurizing agent in the desulfurizer is saturated. Or the entire desulfurizer needs to be replaced. Conventionally, various techniques for such replacement have been proposed.

例えば、特許文献１では、脱硫器を構成する容器に内部を上流側・下流側の各部分に二分割するためのストレーナを設け、上流側部分の上側に入口を、下側に出口をそれぞれ開閉蓋を付けて設置するとともに、下流側部分の上側に入口を、下側に出口をそれぞれ開閉蓋を付けて設置し、上流側部分及び下流側部分のそれぞれに脱硫剤（脱硫触媒）を充填したものが提案されている。このものでは、上流側部分の脱硫剤が交換時期に到達したとしても、下流側部分の脱硫剤はまだ硫黄吸着能力を残していることから、下流側部分の脱硫剤を再利用可能とする、としている。そして、脱硫剤の交換として、まず、上流側部分の脱硫剤を排除して下流側部分の脱硫剤を再充填し、下流側部分にのみ新しい脱硫剤を充填するようにすることを提案している。 For example, in Patent Document 1, a strainer is provided in a vessel constituting a desulfurizer to divide the inside into two parts, the upstream side and the downstream side, and the inlet is opened on the upper side and the outlet is opened and closed on the lower side. Installed with a lid, with an inlet on the upper side of the downstream part and an outlet on the lower part, with an open / close lid, and filled with a desulfurization agent (desulfurization catalyst) in each of the upstream part and the downstream part Things have been proposed. In this case, even if the desulfurizing agent in the upstream portion reaches the replacement time, the desulfurizing agent in the downstream portion still has the sulfur adsorption capacity, so that the desulfurizing agent in the downstream portion can be reused. It is said. Then, as a replacement of the desulfurizing agent, it is first proposed to eliminate the desulfurizing agent in the upstream portion and refill the desulfurizing agent in the downstream portion, and fill only the downstream portion with a new desulfurizing agent. Yes.

又、特許文献２では、脱硫剤を交換用容器に収容したカートリッジを事前に形成しておき、脱硫剤の交換をカートリッジ交換式にしたものが提案されている。すなわち、セルスタックの上側位置に横置きした収納ケース内に上記カートリッジを装填し、収納ケースの一端から燃料ガスを導入し、カートリッジ内の脱硫剤を通過させた後に収納ケースの他端から脱硫後の燃料ガスを導出させるようにしている。そして、脱硫剤の交換時期に到達すれば、セルスタックの運転を停止し、収納ケースの一端面の蓋を開け、カートリッジに固定された棒状の把持部材を掴んで引っ張り出すことにより外部に取り出し、代わりに新たなカートリッジを装填することにより交換し、交換後に運転を再開させることになる。 Patent Document 2 proposes a cartridge in which a desulfurizing agent is stored in a replacement container in advance and the desulfurizing agent is exchanged in a cartridge exchange type. That is, the cartridge is loaded into a storage case that is placed horizontally on the upper side of the cell stack, fuel gas is introduced from one end of the storage case, and after desulfurization from the other end of the storage case after passing through the desulfurizing agent in the cartridge. The fuel gas is derived. And when the replacement time of the desulfurization agent is reached, the operation of the cell stack is stopped, the lid on one end face of the storage case is opened, the bar-shaped gripping member fixed to the cartridge is gripped and pulled out, Instead, replacement is performed by loading a new cartridge, and operation is resumed after replacement.

特開平６−４９４６９号公報JP-A-6-49469 特開２００５−１５８７１６号公報JP 2005-158716 A

しかしながら、脱硫器の交換のために燃料電池の運転を停止せざるを得ないとなると、脱硫器の交換のための作業の手間以上に、その運転停止や交換後の運転再開（起動）のために消費される手間やエネルギーの損失を招くことになる。その上に、運転の停止から運転再開までの間は発電不能となって発電効率の低下をも招くことになる。特に、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ；Solid Oxide Fuel Cells）においては、炭化水素系の燃料に対し水蒸気を高温状況下で反応させて水素と一酸化炭素に変換させる水蒸気改質が行われるため、高温環境下での運転状態から停止のために冷却処理したり、停止状態から起動のために加熱処理したりするのにかなりの時間を要し、上記の損失や低下は他のタイプの燃料電池よりも大幅に増大することになる。 However, if it is necessary to stop the operation of the fuel cell for replacement of the desulfurizer, it is necessary to stop the operation of the fuel cell or to restart the operation after the replacement (startup) more than the labor for replacing the desulfurizer. This will cause labor and energy loss. In addition, power generation is disabled from the stoppage of operation to the resumption of operation, leading to a decrease in power generation efficiency. In particular, in solid oxide fuel cells (SOFCs), steam reforming is performed by reacting hydrocarbon fuel with steam under high temperature conditions to convert it into hydrogen and carbon monoxide. It takes a considerable amount of time to cool down from a running state in a high temperature environment to stop, or to heat from a stopped state to start up. It will be much larger than the battery.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、脱硫器の交換を、燃料電池の運転を停止させることなく、つまり燃料電池への燃料ガスの供給を停止させることなく、行い得る脱硫器及びこれを備えた燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to replace the desulfurizer without stopping the operation of the fuel cell, that is, to supply the fuel gas to the fuel cell. An object of the present invention is to provide a desulfurizer that can be performed without stopping and a fuel cell system including the desulfurizer.

上記目的を達成するために、脱硫器に係る発明では、内部に脱硫剤を収納した脱硫剤カートリッジと、この脱硫剤カートリッジを内部に格納する格納部とを備えた脱硫器を対象にして次の特定事項を備えることとした。すなわち、上記格納部として、両端に開口し両端開口の間に一直線状に延びる筒状の内周面を有し、この内周面には燃料ガスが流入する側の連通口と、燃料ガスが流出する側の連通口とを上記両端開口の間で互いに離れた両側位置においてそれぞれ側方に開口して形成する。上記脱硫剤カートリッジとして、両端が閉止され内部に脱硫剤が封入された密閉筒状の容器本体と、この容器本体の一端側、他端側、及び両者の中間位置の各外周面から外周側に突出されて上記格納部の内周面に対し密着してシールするシール部と、上記中間位置のシール部を挟んだ両側位置であって上記一対の連通口の開口位置に対応する上記容器本体の両壁部に対し貫通形成された通気孔とを備えて構成する。そして、上記格納部と上記脱硫剤カートリッジとを、上記脱硫剤カートリッジが上記格納部の両端開口のいずれか一方から他方に向けて内嵌されて上記通気孔が形成された両壁部が上記一対の連通口にそれぞれ相対向することになるよう装填した装填状態において、上記一端側及び他端側位置の両シール部が上記一対の連通口を挟んだ両側位置をシールする一方、上記中間位置のシール部が上記一対の連通口の中間位置をシールする構成とした（請求項１）。 In order to achieve the above object, the invention relating to a desulfurizer is directed to a desulfurizer equipped with a desulfurizing agent cartridge containing a desulfurizing agent therein and a storage unit for storing the desulfurizing agent cartridge therein. It was decided to provide specific matters. That is, the storage portion has a cylindrical inner peripheral surface that opens at both ends and extends straight between the both end openings, and the inner peripheral surface has a communication port on the side into which the fuel gas flows, and the fuel gas The communication port on the outflow side is formed so as to open laterally at both side positions separated from each other between the openings at both ends. As the desulfurization agent cartridge, a sealed cylindrical container body with both ends closed and desulfurization agent enclosed therein, one outer side of the container main body, and the outer peripheral surface from each outer peripheral surface at an intermediate position between the two. A seal portion that protrudes and seals in close contact with the inner peripheral surface of the storage portion; and both side positions sandwiching the seal portion at the intermediate position and corresponding to the opening positions of the pair of communication ports A vent hole formed through both walls is formed. The storage portion and the desulfurization agent cartridge are connected to the pair of wall portions in which the desulfurization agent cartridge is fitted from one end opening to the other end of the storage portion to form the vent hole. In the loaded state so as to face each other of the communication ports, both the seal portions at the one end side and the other end side seal both side positions sandwiching the pair of communication ports, while at the intermediate position. The seal portion is configured to seal an intermediate position between the pair of communication ports.

本発明の場合、装填状態では、上端側位置のシール部と下端側位置のシール部とによって燃料ガスの流入側の連通口及び流出側の連通口を含んだ両側位置で外部と遮断される一方、中間位置のシール部によって一対の連通口の内の流入側と流出側との両者間がシールされる結果、流入側の連通口から流出側の連通口までの間は、流入側の連通口に相対向する通気孔から容器本体の内部空間を通して流出側の連通口に相対向する通気孔へと連通されるように仕切られることになる。このため、流入側の連通口から流入した燃料ガスは通気孔を通して容器本体の内部空間にその全てが流入し、脱硫剤と接触しつつ流出側に流れ、流出側の連通口と相対向する通気孔及び流出側の連通口を通して下流に流出されることになる。これにより、上流側から下流側へ流れる燃料ガスを脱硫剤と接触させて燃料ガス中の硫黄分を吸着除去して脱硫し得ることになる。一方、脱硫剤の硫黄吸着除去能が飽和すれば、装填状態の脱硫剤カートリッジを他の新しい交換用の脱硫剤カートリッジに交換すればよく、この交換作業は次のように行われることになる。すなわち、既に装填状態の使用済みの脱硫剤カートリッジの他端面に対し、格納部の他端開口から交換用の脱硫剤カートリッジの一端面を当接させ、この状態で交換用の脱硫剤カートリッジを押し込めばよい。これにより、使用済みの脱硫剤カートリッジは格納部の一端開口から押し出され、それと同時に、交換用の脱硫剤カートリッジが格納部の内周面に内嵌されて装填状態に至ることになる。つまり、交換用の脱硫剤カートリッジを押し込むことにより、使用済みの脱硫剤カートリッジを格納部から押し出すと同時に、新しい交換用の脱硫剤カートリッジの装填作業をも完了させ得ることになる。この交換作業の際には、新・旧の２つの脱硫剤カートリッジの６つのシール部が格納部の内周面に対し密着した状態で順に摺動していくことになる上に、上記の押し出しによる交換作業もほぼ一瞬の内に作業が完了することになるため、交換作業に伴う燃料ガスの漏出も最小限に抑えられることになる。このため、燃料ガスの供給を停止させなくても、脱硫器内の脱硫剤カートリッジの交換が可能になり、このような脱硫器を用いることで、燃料電池システムにおける燃料電池の運転を停止させなくても、脱硫剤の交換を行い得るようになる。この結果、脱硫剤の交換のために燃料電池の運転を停止させる場合と比べ、運転停止及び起動（運転再開）のために要するエネルギー消費を全て解消することが可能となり、大幅な省エネルギー化や省コスト化を実現させることが可能となる。 In the case of the present invention, in the loaded state, the seal portion at the upper end side and the seal portion at the lower end side are cut off from the outside at both side positions including the communication port on the fuel gas inflow side and the communication port on the outflow side. As a result of sealing between the inflow side and the outflow side of the pair of communication ports by the seal portion at the intermediate position, there is a communication port on the inflow side from the communication port on the inflow side to the communication port on the outflow side. Thus, the air holes are separated from the air holes facing each other through the internal space of the container body so as to communicate with the air holes facing the outflow side communication port. For this reason, all of the fuel gas flowing in from the communication port on the inflow side flows into the internal space of the container body through the vent hole, flows to the outflow side in contact with the desulfurizing agent, and flows opposite to the communication port on the outflow side. It will flow out downstream through the pores and the communication port on the outflow side. As a result, the fuel gas flowing from the upstream side to the downstream side can be brought into contact with the desulfurization agent to adsorb and remove the sulfur content in the fuel gas and desulfurize. On the other hand, if the sulfur adsorption ability of the desulfurizing agent is saturated, the loaded desulfurizing agent cartridge may be replaced with another new desulfurizing agent cartridge for replacement, and this replacement operation is performed as follows. That is, the one end surface of the replacement desulfurizing agent cartridge is brought into contact with the other end surface of the used desulfurizing agent cartridge already loaded from the other end opening of the storage portion, and the replacement desulfurizing agent cartridge is pushed in this state. That's fine. As a result, the used desulfurizing agent cartridge is pushed out from the opening at one end of the storage portion, and at the same time, the replacement desulfurizing agent cartridge is fitted into the inner peripheral surface of the storage portion to reach a loaded state. In other words, by pushing in the replacement desulfurizing agent cartridge, the used desulfurizing agent cartridge can be pushed out of the storage portion, and at the same time, the loading operation of a new replacement desulfurizing agent cartridge can be completed. In this replacement operation, the six seal portions of the two new and old desulfurizing agent cartridges slide in order in close contact with the inner peripheral surface of the storage portion. Since the replacement work is completed within almost an instant, the leakage of fuel gas accompanying the replacement work can be minimized. For this reason, it is possible to replace the desulfurizing agent cartridge in the desulfurizer without stopping the supply of the fuel gas. By using such a desulfurizer, the operation of the fuel cell in the fuel cell system is not stopped. However, the desulfurization agent can be exchanged. As a result, it is possible to eliminate all energy consumption required for operation stop and start-up (resumption of operation) compared to the case of stopping the operation of the fuel cell for replacement of the desulfurization agent. Cost reduction can be realized.

本発明における脱硫剤カートリッジとして、上記格納部内に装填される前の交換用の段階では両端を除く外周面を覆う筒状のカバー部材を一体的に付設し、このカバー部材の内周面に対し上記容器本体の一端側及び他端側位置のシール部が密着した状態で内部に燃料ガスを封入するようにすることができる（請求項２）。このようにすることにより、燃料ガスの供給を停止させずに、脱硫剤カートリッジの交換作業を行ったとしても、交換用の脱硫剤カートリッジの内部には燃料ガスが封入されているため、燃料ガスを封入せずに空気が存在した状態で交換作業を行った場合に僅かな空気混入が発生する事態を、確実に回避させることが可能になる。又、交換用の脱硫剤カートリッジを格納部内に押し込む際に、カバー部材の端縁を格納部の開口端縁に当てることにより、カバー部材を自動的に除去させ得ることにもなる。 As the desulfurizing agent cartridge in the present invention, a cylindrical cover member covering the outer peripheral surface excluding both ends is integrally attached at the stage of replacement before being loaded into the storage portion, and the inner peripheral surface of the cover member is attached. The fuel gas can be sealed in the container body in a state where the seal portions at the one end side and the other end side of the container body are in close contact with each other. Thus, even if the desulfurizing agent cartridge is replaced without stopping the supply of the fuel gas, the fuel gas is sealed inside the replacement desulfurizing agent cartridge. It is possible to surely avoid a situation in which slight air mixing occurs when the replacement work is performed in a state where air is present without sealing. Further, when the replacement desulfurizing agent cartridge is pushed into the storage portion, the cover member can be automatically removed by applying the edge of the cover member to the opening edge of the storage portion.

燃料電池システムに係る発明では、筐体と、筐体内に収容された電池本体と、この電池本体に対し燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、この燃料ガス供給路に介装された上記請求項１又は請求項２に記載の脱硫器とを備えたものとし、上記脱硫器を上記筐体の外部に配設することとした（請求項３）。 In the invention relating to the fuel cell system, the casing, the battery main body housed in the casing, the fuel gas supply path for supplying fuel gas to the battery main body, and the above-described claim interposed in the fuel gas supply path The desulfurizer according to claim 1 or claim 2 is provided, and the desulfurizer is disposed outside the casing (claim 3).

この発明の場合、脱硫剤カートリッジの上述の交換作業を、筐体の外部において電池本体の運転に伴う高温環境等の影響を受けることなく行うことが可能となる。これにより、筐体内の電池本体の運転を継続させたまま、その運転とは切り離して筐体の外部で交換作業を容易に行い得ることになる。 In the case of the present invention, the above-described replacement operation of the desulfurizing agent cartridge can be performed outside the housing without being affected by the high temperature environment or the like accompanying the operation of the battery body. As a result, while the operation of the battery main body in the casing is continued, the replacement work can be easily performed outside the casing while being separated from the operation.

この燃料電池システムにおいて、上記脱硫器の下流側位置の燃料ガス供給路に対しバッファータンクを介装するようにすることができる（請求項４）。このようにすることにより、脱硫剤カートリッジの交換の際に、燃料ガスの供給流量における瞬間的な変動がたとえ発生したとしても、その変動を下流側位置のバッファータンク内において吸収することが可能となる。これにより、電池本体での運転を停止することなく脱硫剤カートリッジの交換を行ったとしても、電池本体に対する燃料ガスの供給流量を安定的に維持させ得ることになる。 In this fuel cell system, a buffer tank can be interposed in the fuel gas supply path downstream of the desulfurizer. By doing so, even if an instantaneous fluctuation in the fuel gas supply flow rate occurs when the desulfurizing agent cartridge is replaced, the fluctuation can be absorbed in the buffer tank at the downstream position. Become. As a result, even if the desulfurizing agent cartridge is replaced without stopping the operation of the battery main body, the supply flow rate of the fuel gas to the battery main body can be stably maintained.

以上、説明したように、本発明の脱硫器によれば、格納部に対し脱硫剤カートリッジが装填された状態では、上流側から流入する燃料ガスを流入側の連通口、通気孔、容器本体内の脱硫剤、通気孔、及び、流出側の連通口をそれぞれ通して下流側に流すことができ、容器本体内の脱硫剤を通過する間に燃料ガス中の硫黄分を除去して確実に脱硫することができる。その上で、脱硫剤の硫黄吸着除去能が飽和した際の脱硫剤カートリッジの交換作業として、その使用済みの脱硫剤カートリッジに対し交換用の脱硫剤カートリッジを押し当てて格納部内に押し込むだけで、使用済みの脱硫剤カートリッジを格納部から押し出すと同時に、新しい交換用の脱硫剤カートリッジの装填作業をも完了させることができるようになる。その交換作業の際、新・旧の２つの脱硫剤カートリッジの６つのシール部が格納部の内周面に対し密着した状態で順に摺動していくことになる上に、押し出しによる交換作業もほぼ一瞬の内に作業が完了することになるため、交換作業に伴う燃料ガスの漏出も最小限に抑えることができるようになる。このため、燃料ガスの供給を停止させなくても、脱硫器内の脱硫剤カートリッジの交換を行うことができ、このような脱硫器を用いることで、燃料電池システムにおける燃料電池の運転を停止させなくても、脱硫剤の交換を行うことができるようになる。この結果、脱硫剤の交換のために燃料電池の運転を停止させる場合と比べ、運転停止及び起動（運転再開）のために要するエネルギー消費を全て解消することができ、大幅な省エネルギー化や省コスト化を実現させることができるようになる。 As described above, according to the desulfurizer of the present invention, in the state where the desulfurizing agent cartridge is loaded in the storage portion, the fuel gas flowing in from the upstream side is allowed to flow into the inflow side communication port, the vent hole, and the container body. The desulfurization agent, vent hole, and outflow side communication port can be flown downstream, and the sulfur content in the fuel gas is removed while passing through the desulfurization agent in the container body to ensure desulfurization. can do. Then, as a replacement operation of the desulfurizing agent cartridge when the sulfur adsorption removal ability of the desulfurizing agent is saturated, simply press the desulfurizing agent cartridge for replacement against the used desulfurizing agent cartridge and push it into the storage part. The used desulfurizing agent cartridge is pushed out of the storage portion, and at the same time, the loading operation of a new replacement desulfurizing agent cartridge can be completed. During the replacement work, the six seals of the two new and old desulfurization agent cartridges slide in order in close contact with the inner peripheral surface of the storage part. Since the work is completed almost instantly, the leakage of fuel gas accompanying the replacement work can be minimized. For this reason, it is possible to replace the desulfurization agent cartridge in the desulfurizer without stopping the supply of the fuel gas. By using such a desulfurizer, the operation of the fuel cell in the fuel cell system is stopped. Even without this, the desulfurization agent can be exchanged. As a result, compared with the case where the operation of the fuel cell is stopped for the replacement of the desulfurization agent, all energy consumption required for the operation stop and start-up (operation restart) can be eliminated. Can be realized.

特に請求項２によれば、交換用の脱硫剤カートリッジとしてカバー部材を一体的に付設したものにすることにより、燃料ガスの供給を停止させずに、脱硫剤カートリッジの交換作業を行ったとしても、交換用の脱硫剤カートリッジの内部には燃料ガスが封入されているため、燃料ガスを封入せずに空気が存在した状態で交換作業を行った場合に僅かな空気混入が発生する事態を、確実に回避させることができるようになる。 In particular, according to the present invention, even if the desulfurizing agent cartridge is replaced without stopping the supply of the fuel gas by providing the cover member integrally as a replacement desulfurizing agent cartridge, Since the fuel gas is sealed inside the replacement desulfurizing agent cartridge, a situation where slight air mixing occurs when the replacement operation is performed in a state where air is present without sealing the fuel gas, It will be possible to avoid it with certainty.

一方、本発明の燃料電池システムによれば、上述の如く、燃料電池システムにおける燃料電池の運転を停止させなくても、脱硫剤の交換を行うことができるようになる結果、脱硫剤の交換のために燃料電池の運転を停止させる場合と比べ、運転停止及び起動（運転再開）のために要するエネルギー消費を全て解消することができ、大幅な省エネルギー化や省コスト化を実現させることができるようになる。その上に、脱硫剤カートリッジの交換作業を、筐体の外部において電池本体の運転に伴う高温環境等の影響を受けることなく行うことができるようになり、これにより、筐体内の電池本体の運転を継続させたまま、その運転とは切り離して筐体の外部で交換作業を容易に行うことができるようになる。 On the other hand, according to the fuel cell system of the present invention, as described above, the desulfurization agent can be replaced without stopping the operation of the fuel cell in the fuel cell system. Therefore, compared with the case where the operation of the fuel cell is stopped, it is possible to eliminate all the energy consumption required for the operation stop and start-up (resumption of operation), and to realize significant energy saving and cost saving. become. In addition, the desulfurization agent cartridge can be replaced without being affected by the high-temperature environment associated with the operation of the battery body outside the housing, thereby enabling the operation of the battery body in the housing. While the operation is continued, the replacement work can be easily performed outside the casing while being separated from the operation.

特に請求項４によれば、バッファータンクの介装により、脱硫剤カートリッジの交換の際に、燃料ガスの供給流量における瞬間的な変動がたとえ発生したとしても、その変動を下流側位置のバッファータンク内において吸収することができるようになる。これにより、電池本体での運転を停止することなく脱硫剤カートリッジの交換を行ったとしても、電池本体に対する燃料ガスの供給流量を安定的に維持させることができるようになる。 In particular, according to the fourth aspect of the present invention, even if an instantaneous fluctuation in the supply flow rate of the fuel gas occurs when the desulfurization agent cartridge is replaced due to the buffer tank, the fluctuation is reduced in the buffer tank at the downstream position. Can be absorbed inside. As a result, even if the desulfurizing agent cartridge is replaced without stopping the operation of the battery main body, the fuel gas supply flow rate to the battery main body can be stably maintained.

図１（ａ）は本発明の脱硫器を備えた燃料電池システムの実施形態を示すブロック構成図であり、図１（ｂ）はその燃料電池システムの全体外観図である。FIG. 1A is a block diagram showing an embodiment of a fuel cell system provided with a desulfurizer of the present invention, and FIG. 1B is an overall external view of the fuel cell system. 図１の主として脱硫器を含む部分の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the part mainly including a desulfurizer of FIG. 図２に装着されている脱硫剤カートリッジの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a desulfurizing agent cartridge installed in FIG. 2. 図２の脱硫器内の脱硫剤カートリッジを新しい脱硫剤カートリッジに交換する作業の手順を示す断面説明図である。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view showing a procedure for exchanging the desulfurizing agent cartridge in the desulfurizer of FIG. 2 with a new desulfurizing agent cartridge. 第２実施形態の脱硫器で用いる脱硫剤カートリッジの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the desulfurization agent cartridge used with the desulfurizer of 2nd Embodiment. 他の実施形態を示す図２対応図である。It is a figure corresponding to FIG. 2 which shows other embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムを示す。この燃料電池システムは、炭化水素系の燃料ガス（例えば都市ガス）から硫黄分を脱硫し、脱硫後の燃料ガスを水蒸気改質により水素リッチな燃料ガスに改質し、この燃料ガスを用いて燃料電池にて発電するようになっている。特に燃料ガスとして都市ガスを用いる場合には、その都市ガス中の付臭剤に硫黄分が含まれるため、この硫黄分を除去する必要がある。そして、この燃料電池システムの特徴的な構成部分としての脱硫器６は、燃料電池システム１の筐体２の外部に付設され、後述の脱硫剤カートリッジ９を交換することにより脱硫器６内の脱硫剤を交換可能にしたものである。以下、詳細に説明する。 <First Embodiment>
FIG. 1 shows a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. This fuel cell system desulfurizes sulfur from a hydrocarbon-based fuel gas (for example, city gas), reforms the desulfurized fuel gas into a hydrogen-rich fuel gas by steam reforming, and uses this fuel gas. Electricity is generated by a fuel cell. In particular, when city gas is used as fuel gas, the sulfur content is contained in the odorant in the city gas, and it is necessary to remove this sulfur content. The desulfurizer 6 as a characteristic component of the fuel cell system is attached to the outside of the casing 2 of the fuel cell system 1, and desulfurization in the desulfurizer 6 is performed by replacing a desulfurizing agent cartridge 9 described later. The agent can be exchanged. Details will be described below.

図１（ａ）を主に参照しつつ説明すると、燃料ガスが筐体２のガス導入口２１から上流側の燃料ガス供給路３１に導入され、この燃料ガス供給路３１に導入された燃料ガスは昇圧ポンプ４及び流量センサ５を介して脱硫器６に導入され、脱硫器６を通過することにより脱硫された燃料ガスは下流側の燃料ガス供給路３２に導出され、途中で水供給部７１から水供給により水蒸気が混合された状態で電池本体８に供給されることになる。上流側及び下流側の両燃料供給路３１，３２によって、燃料ガス供給路が構成されている。 Referring mainly to FIG. 1A, the fuel gas is introduced from the gas introduction port 21 of the housing 2 into the upstream fuel gas supply path 31, and the fuel gas introduced into the fuel gas supply path 31. Is introduced into the desulfurizer 6 via the booster pump 4 and the flow rate sensor 5, and the fuel gas desulfurized by passing through the desulfurizer 6 is led to the downstream fuel gas supply path 32, and the water supply unit 71 is in the middle. Thus, the water vapor is supplied to the battery body 8 in a state where water vapor is mixed. A fuel gas supply path is constituted by both the upstream and downstream fuel supply paths 31 and 32.

電池本体８は、改質器８１及び円筒型の燃料電池セル（固体電解質形燃料電池；ＳＯＦＣを例示）８２を備えている。改質器８１は、燃料ガス供給路３２により供給される脱硫後の燃料ガスを水蒸気改質し、改質後の水素リッチな燃料ガスを燃料電池セル８２の後述の燃料極に供給するようになっている。 The battery body 8 includes a reformer 81 and a cylindrical fuel cell (solid oxide fuel cell; SOFC is exemplified) 82. The reformer 81 steam-reforms the desulfurized fuel gas supplied from the fuel gas supply path 32 and supplies the reformed hydrogen-rich fuel gas to a fuel electrode (described later) of the fuel cell 82. It has become.

燃料電池セル８２は、Ｎｉ等の金属酸化物を含有するセラミックスにより形成された燃料極や空気極を備え、電解質として例えばＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）等の固体酸化物により形成されたものである。そして、燃料電池セル８２ではその空気極に対し空気供給部７２のブロワからカソード空気が供給されて、カソード空気の酸素が酸素イオンとなって電解質を通り、燃料極では燃料ガスの水素と反応して水（水蒸気）を生成する一方、その際に生じた電子が回路を通して空気極側に移動して酸素を再びイオン化するということを繰り返して発電される。燃料極に供給された燃料ガスは上記反応に利用された後、未利用の水素リッチなオフガスが改質器バーナ８１１に導かれて燃焼用の燃料として利用されるようになっている。一方、改質器バーナ８１１からの排ガスは、図外の排熱回収回路（例えば排熱回収熱交換器）により熱回収されて水供給部７１や空気供給部７２での水や空気を加熱するために利用したり、排ガス中の水分回収等により回収された水を精製して純水にした上で水供給部７１による供給水の一部又は全部として利用したり、されることになる。 The fuel battery cell 82 includes a fuel electrode and an air electrode formed of ceramics containing a metal oxide such as Ni, and is formed of a solid oxide such as YSZ (yttrium stabilized zirconia) as an electrolyte. . In the fuel cell 82, cathode air is supplied to the air electrode from the blower of the air supply unit 72, oxygen in the cathode air passes through the electrolyte as oxygen ions, and reacts with hydrogen in the fuel gas at the fuel electrode. Thus, water (steam) is generated, and electricity generated at that time moves through the circuit to the air electrode side and ionizes oxygen again to generate electricity. After the fuel gas supplied to the fuel electrode is used for the above reaction, unused hydrogen-rich off-gas is guided to the reformer burner 811 and used as a fuel for combustion. On the other hand, the exhaust gas from the reformer burner 811 is heat recovered by an exhaust heat recovery circuit (for example, exhaust heat recovery heat exchanger) (not shown) to heat water and air in the water supply unit 71 and the air supply unit 72. For this purpose, the water recovered by recovering the moisture in the exhaust gas or the like is purified into pure water and used as a part or all of the water supplied by the water supply unit 71.

上記の脱硫器６は図１（ａ）又は図１（ｂ）に示すように筐体２の外部に付設されたものであり、図２に詳細を示すように脱硫器６内に脱硫剤カートリッジ９が装填されて構成されたものである。脱硫器６は、両端が開放されて一直線状に延びる筒状の格納部６１と、その各端の開口６１１，６１２を開閉可能に閉止する開閉蓋６２，６２とを備えて構成されている。なお、格納部６１の配設方向に制限はなく、いずれでもよい。すなわち、両端開口６１１，６１２が図例の如く上下方向両側に位置するよう上下方向に配設しても、両端開口６１１，６１２が水平方向両側に位置するよう水平方向に配設しても、あるいは斜め方向に配設しても、いずれでもよい。以下、格納部６１及び脱硫剤カートリッジ９が図例の如く上下方向に配設されたものとして、「上」又は「下」との用語を用いて説明する。つまり、格納部６１又は脱硫剤カートリッジ９の説明において、例えば「上側」又は「下側」とは「一側」又は「他側」のいずれかのことであり、「上端」又は「下端」とは「一端」又は「他端」のいずれかのことを意味する。 The desulfurizer 6 is attached to the outside of the housing 2 as shown in FIG. 1 (a) or FIG. 1 (b). As shown in detail in FIG. 9 is loaded and configured. The desulfurizer 6 includes a cylindrical storage portion 61 that is open at both ends and extends in a straight line, and opening / closing lids 62 and 62 that close the openings 611 and 612 at the ends so as to be openable and closable. In addition, there is no restriction | limiting in the arrangement | positioning direction of the storage part 61, and any may be sufficient. That is, both end openings 611 and 612 are arranged in the vertical direction so as to be located on both sides in the vertical direction as shown in the figure, or both end openings 611 and 612 are arranged in the horizontal direction so as to be located on both sides in the horizontal direction. Alternatively, it may be arranged in an oblique direction. Hereinafter, the storage unit 61 and the desulfurizing agent cartridge 9 will be described using the terms “upper” or “lower” on the assumption that the storage unit 61 and the desulfurizing agent cartridge 9 are arranged in the vertical direction as shown in the figure. That is, in the description of the storage unit 61 or the desulfurizing agent cartridge 9, for example, “upper side” or “lower side” means “one side” or “other side”, and “upper end” or “lower end”. Means “one end” or “the other end”.

格納部６１は、その内周面６１０が円形の断面形状を有し、内周面６１０の下側位置の側方には流入側連通口６１３が開口して形成される一方、上側位置の側方には流出側連通口６１４が開口して形成されている。流入側連通口６１３には筐体２の内部から外部に突出された上流側の燃料ガス供給路３１の下流端が連通して接続され、流出側連通口６１４には筐体２の内部から外部に突出された下流側の燃料ガス供給路３２の上流端が連通して接続されている。 The storage portion 61 has an inner peripheral surface 610 having a circular cross-sectional shape, and an inflow side communication port 613 is formed on the side of the lower position of the inner peripheral surface 610, while the upper position side. On the side, an outflow side communication port 614 is opened. The inflow side communication port 613 is connected to the downstream end of the upstream fuel gas supply path 31 protruding from the inside of the housing 2 to the outside, and the outflow side communication port 614 is connected from the inside of the housing 2 to the outside. The upstream end of the downstream fuel gas supply path 32 that protrudes from is connected in communication.

脱硫剤カートリッジ９は、内部空間に脱硫剤Sが予め充填された状態で両端が閉止されて密閉された円筒状の容器本体９１と、この容器本体９１の上下端壁部９１１，９１２及び中間壁部９１３の各外周面から外周側に突出（膨出）して上記の格納部６１の内周面との間を遮断するように設けられたシール部９２，９３，９４とを備えて構成されたものである。シール部９２が例えば「一端側位置のシール部」を構成し、シール部９４が「他端側位置のシール部」を構成し、シール部９３が「中間位置のシール部」を構成する。容器本体９１は、上記の上下端壁部９１１，９１２間の上下方向長さとして上記の格納部６１と同一の長さを有し、シール部９２，９３，９４の膨出代を考慮して上記の格納部６１の内径と同等か僅かに小径の外径を有するように形成されている。又、上記の脱硫剤Ｓは燃料ガスと接触することで燃料ガスに含まれる硫黄分を吸着除去（脱硫）するようになっている。 The desulfurizing agent cartridge 9 includes a cylindrical container body 91 that is closed and sealed with the desulfurizing agent S filled in the internal space in advance, and upper and lower end wall portions 911 and 912 and intermediate walls of the container body 91. The seal portion 92, 93, 94 is provided so as to protrude (bulge) from each outer peripheral surface of the portion 913 to the outer peripheral side and to block between the inner peripheral surface of the storage portion 61. It is a thing. The seal portion 92 constitutes, for example, “a seal portion at one end side position”, the seal portion 94 constitutes “a seal portion at the other end side position”, and the seal portion 93 constitutes “a seal portion at an intermediate position”. The container body 91 has the same length as the storage portion 61 as the vertical length between the upper and lower end wall portions 911, 912, and takes into account the bulging allowance of the seal portions 92, 93, 94 The outer diameter is equal to or slightly smaller than the inner diameter of the storage portion 61 described above. Further, the desulfurization agent S comes into contact with the fuel gas to adsorb and remove (desulfurize) sulfur contained in the fuel gas.

より詳細に説明すると、脱硫剤カートリッジ９の容器本体９１は、図３にも示すように、上端壁部９１１，下端壁部９１２及び中間壁部９１３が同一外径の外周面を有する一方、上端壁部９１１及び中間壁部９１３の両者間に挟まれた下流側の流通壁部９１４と、中間壁部９１３及び下端部９１２の両者間に挟まれた上流側の流通壁部９１５との各周面が、上下方向の中央部位に向かって外径が漸減するように滑らかに湾曲する凹曲面に形成されている。そして、各流通壁部９１４，９１５の周面には内外方向（径方向）に貫通する多数の通気孔９１６，９１６，…が形成されている。要するに、容器本体９１は、両端が上端壁部９１１及び下端壁部９１２により閉止され、中間壁部９１３を間に挟んで両側位置にそれぞれ多数の通気孔９１６，９１６，…が形成された流通壁部９１４，９１５を備えるように形成されたものであって、かつ、両流通壁部９１４，９１５の外径はこれらを区画する他の上端壁部９１１，下端壁部９１２及び中間壁部９１３よりも小径になるように設定されている。加えて、流通壁部９１４，９１５は、脱硫剤カートリッジ９が上記の格納部６１に装填された際に(図２参照)、その格納部６１の連通口６１３，６１４に臨むことになるように上下方向の形成位置が設定されている。すなわち、下側の流通壁部９１５が流入側の連通口６１３に臨み、上側の流通壁部９１４が流出側の連通口６１４に臨むことになるよう互いの位置関係が設定されている。 More specifically, as shown in FIG. 3, the container body 91 of the desulfurizing agent cartridge 9 has an upper end wall portion 911, a lower end wall portion 912, and an intermediate wall portion 913 having outer peripheral surfaces having the same outer diameter, Each circumference of the downstream flow wall portion 914 sandwiched between both the wall portion 911 and the intermediate wall portion 913 and the upstream flow wall portion 915 sandwiched between both the intermediate wall portion 913 and the lower end portion 912 The surface is formed into a concave curved surface that smoothly curves so that the outer diameter gradually decreases toward the central portion in the vertical direction. A large number of vent holes 916, 916,... Penetrating in the inner and outer directions (radial direction) are formed on the peripheral surfaces of the respective flow wall portions 914, 915. In short, the container main body 91 is closed at both ends by the upper end wall portion 911 and the lower end wall portion 912, and has a distribution wall in which a large number of vent holes 916, 916,. Are formed so as to include portions 914 and 915, and the outer diameters of both flow wall portions 914 and 915 are higher than those of the other upper end wall portion 911, lower end wall portion 912 and intermediate wall portion 913 that define them. Is also set to have a small diameter. In addition, the flow wall portions 914 and 915 face the communication ports 613 and 614 of the storage portion 61 when the desulfurizing agent cartridge 9 is loaded in the storage portion 61 (see FIG. 2). The formation position in the vertical direction is set. That is, the positional relationship is set such that the lower flow wall portion 915 faces the inflow side communication port 613 and the upper flow wall portion 914 faces the outflow side communication port 614.

各シール部９２，９３，９４は、上端壁部９１１，下端壁部９１２及び中間壁部９１３の各外周面に対し、シール部材としてOリングが嵌め込まれて形成されたものである。各シール部９２，９３，９４は、上端壁部９１１，下端壁部９１２及び中間壁部９１３の各外周面よりも外周側に対し上記格納部６１の内周面６１０の内径よりも僅かに大径になるよう膨出し、かつ、上記の格納部６１の内周面に対し摺動可能で弾性変形により圧接することによりシール（格納部６１の内周面との間の隙間を遮断）するようになっている。従って、このような機能を発揮するものであれば、「Oリング」なる名称の如何に拘わらず他の同種の部材を用いて各シール部９２，９３，９４を構成することができる。 Each of the seal portions 92, 93, 94 is formed by fitting an O-ring as a seal member to each outer peripheral surface of the upper end wall portion 911, the lower end wall portion 912 and the intermediate wall portion 913. Each of the seal portions 92, 93, 94 is slightly larger than the inner diameter of the inner peripheral surface 610 of the storage portion 61 with respect to the outer peripheral side than the outer peripheral surfaces of the upper end wall portion 911, the lower end wall portion 912 and the intermediate wall portion 913. It swells to have a diameter and is slidable with respect to the inner peripheral surface of the storage portion 61 and seals by sealing with elastic deformation to block the gap with the inner peripheral surface of the storage portion 61. It has become. Therefore, as long as such a function is exhibited, the seal portions 92, 93, and 94 can be configured using other similar members regardless of the name “O-ring”.

そして、格納部６１の内周面６１０を、流出側の連通口６１４及び上端開口６１１の両者間の上側内周面６１５と、両連通口６１３，６１４の上下間に位置する中間内周面６１６と、流入側の連通口６１３及び下端開口６１２の両者間の下側内周面６１７とに分けたとすると、上端壁部９１１のシール部(以下、「上端側シール部」ともいう)９２は上側内周面６１５に圧接又は密着し、中間壁部９１３のシール部(以下、「中間シール部」ともいう)９３は中間内周面６１６に圧接又は密着し、下端壁部９１２のシール部(以下、「下端側シール部」ともいう)９４は下側内周面６１７に圧接又は密着することになる。 Then, the inner peripheral surface 610 of the storage portion 61 is arranged between the upper inner peripheral surface 615 between the outflow side communication port 614 and the upper end opening 611 and the intermediate inner peripheral surface 616 located between the upper and lower sides of both communication ports 613 and 614. And the lower inner peripheral surface 617 between the inflow side communication port 613 and the lower end opening 612, the seal portion (hereinafter also referred to as “upper end side seal portion”) 92 of the upper end wall portion 911 is the upper side. A seal portion (hereinafter also referred to as “intermediate seal portion”) 93 of the intermediate wall portion 913 is press-contacted or closely contacted with the inner peripheral surface 615, and a seal portion (hereinafter referred to as the lower end wall portion 912). , 94 (also referred to as “lower end side seal portion”) is in pressure contact with or in close contact with the lower inner peripheral surface 617.

以上の脱硫剤カートリッジ９は、格納部６１に対し上端開口６１１又は下端開口６１２から内部に差し込まれ、各シール部９２，９３，９４が格納部６１の内周面６１０に密着した状態で押し込まれることにより、格納部６１内に上下方向の長さが丁度合致した状態に装填される。この装填状態(図２に示す状態参照)では、上側シール部９２と下側シール部９４とによって上流側の燃料ガス供給路３１、格納部６１内、及び、下流側の燃料ガス供給路３２の間が外部と遮断された状態で互いに連通されることになる一方、中間シール部９３によって上流側の燃料ガス供給路３１及び下流側の燃料ガス供給路３２の両者間が脱硫剤カートリッジ９の容器本体９１の内部空間を通してのみ連通されるように仕切られることになる。 The desulfurizing agent cartridge 9 described above is inserted into the storage portion 61 from the upper end opening 611 or the lower end opening 612, and the seal portions 92, 93, 94 are pushed into contact with the inner peripheral surface 610 of the storage portion 61. Thus, the storage unit 61 is loaded in a state in which the lengths in the vertical direction exactly match. In this loaded state (see the state shown in FIG. 2), the upper seal portion 92 and the lower seal portion 94 allow the fuel gas supply path 31 on the upstream side, the storage section 61, and the fuel gas supply path 32 on the downstream side. On the other hand, the intermediate seal portion 93 connects the upstream fuel gas supply path 31 and the downstream fuel gas supply path 32 to each other in the container of the desulfurizing agent cartridge 9. It is partitioned so as to communicate only through the internal space of the main body 91.

このため、上流側の燃料ガス供給路３１を通して脱硫器６に供給される燃料ガスＦは、図２に点線の矢印にて示すように、流入側の連通口６１３及び下側の流通壁部９１５の各通気孔９１６を通して容器本体９１の内部空間にその全てが流入し、脱硫剤Sと接触しつつ上側に流れ、上側の流通壁部９１４の各通気孔９１６及び流出側の連通口６１４を通して下流側の燃料ガス供給路３２に流出（吐出）されることになる。この際、各流通壁部９１４，９１５の外周面が凹曲面により構成されているため、燃料ガスの容器本体９１内への流入や容器本体９１内からの流出も、各流通壁部９１４，９１５と格納部６１の内周面６１０とのドーナッツ環状の隙間を通してスムースに行わせることができる。このように上流側の燃料ガス供給路３１からの燃料ガスが脱硫剤Sと接触しつつ脱硫剤カートリッジ９内を通過する際に、燃料ガス中の硫黄分が吸着除去されて脱硫され、脱硫後の燃料ガスが下流側の燃料ガス供給路３２を通して電池本体８(図１（ａ）参照)に供給されることになる。 For this reason, the fuel gas F supplied to the desulfurizer 6 through the upstream fuel gas supply passage 31 is connected to the inflow side communication port 613 and the lower flow wall portion 915 as shown by the dotted arrows in FIG. All flow into the internal space of the container main body 91 through the respective vent holes 916, flow upward while contacting the desulfurization agent S, and downstream through the vent holes 916 of the upper flow wall portion 914 and the communication port 614 on the outflow side. It flows out (discharges) to the fuel gas supply path 32 on the side. At this time, since the outer peripheral surfaces of the respective circulation wall portions 914 and 915 are configured by concave curved surfaces, the inflow of fuel gas into the container main body 91 and the outflow from the inside of the container main body 91 are also caused by the respective distribution wall portions 914 and 915. And the inner peripheral surface 610 of the storage portion 61 can be smoothly performed through a donut-shaped annular gap. As described above, when the fuel gas from the upstream fuel gas supply passage 31 passes through the desulfurizing agent cartridge 9 while being in contact with the desulfurizing agent S, the sulfur content in the fuel gas is adsorbed and removed and desulfurized. The fuel gas is supplied to the battery body 8 (see FIG. 1A) through the fuel gas supply path 32 on the downstream side.

脱硫剤Ｓの硫黄吸着除去能が飽和して交換時期（例えば１〜２年）が到来すれば、それまで装填されていた脱硫剤カートリッジ９を、これと同様構成に形成された他の新しい脱硫剤カートリッジに交換すればよい。図４を参照しつつ交換手順について説明すると、次のようになる。なお、上記の新しい脱硫剤カートリッジに対し符号９ａを付して表示している。 When the sulfur adsorption removal ability of the desulfurizing agent S is saturated and the replacement time (for example, 1 to 2 years) comes, another new desulfurization in which the desulfurizing agent cartridge 9 that has been loaded so far is formed in the same configuration as this is used. What is necessary is just to replace | exchange for an agent cartridge. The replacement procedure will be described with reference to FIG. The above-mentioned new desulfurizing agent cartridge is indicated by a reference numeral 9a.

まず、図４の左側部分に示すように、上下の開閉蓋６２，６２（図２参照）を除去した後、既に装填されている交換すべき使用済みの脱硫剤カートリッジ９の上か下か（図例では下）に新しい脱硫剤カートリッジ９ａを配置する。つまり、図４では使用済みの脱硫剤カートリッジ９を下から上に押し出すことにより交換する手順を示している。なお、逆に上から下に押し出すことにより交換する場合も、作業の向きが逆になるだけでほぼ同様である。 First, as shown in the left part of FIG. 4, after removing the upper and lower opening / closing lids 62, 62 (see FIG. 2), whether it is above or below the used desulfurizing agent cartridge 9 to be replaced (see FIG. 2) A new desulfurizing agent cartridge 9a is arranged in the lower part of the figure. That is, FIG. 4 shows a procedure for exchanging the used desulfurizing agent cartridge 9 by pushing it upward from the bottom. Note that, in the case of exchanging by pushing from the top to the bottom, it is almost the same as the work direction is reversed.

そして、格納部６１の下端開口６１２から露出した状態になっている使用済みの脱硫剤カートリッジ９の下端壁部９１２の下端面に対し、新しい脱硫剤カートリッジ９ａの上端壁部９１１の上端面を当接させ、この状態で新しい脱硫剤カートリッジ９ａを上向きに押し込む。これにより、使用済みの脱硫剤カートリッジ９は図４の右側部分に示すように格納部６１の上端開口６１１から上方に押し出されると同時に、新しい脱硫剤カートリッジ９ａが格納部６１の内周面６１０に内嵌されて装填状態に至ることになる。つまり、上端開口６１１又は下端開口６１２のいずれかから新しい脱硫剤カートリッジ９ａを押し込むことにより、古い脱硫剤カートリッジ９を格納部６１から押し出すと同時に、新しい脱硫剤カートリッジ９ａの装填作業をも完了させ得ることになる。 Then, the upper end surface of the upper end wall portion 911 of the new desulfurizing agent cartridge 9a is brought into contact with the lower end surface of the lower end wall portion 912 of the used desulfurizing agent cartridge 9 exposed from the lower end opening 612 of the storage portion 61. In this state, a new desulfurizing agent cartridge 9a is pushed upward. As a result, the used desulfurizing agent cartridge 9 is pushed upward from the upper end opening 611 of the storage portion 61 as shown in the right part of FIG. 4, and at the same time, a new desulfurizing agent cartridge 9 a is placed on the inner peripheral surface 610 of the storage portion 61. It is fitted inside and reaches a loaded state. That is, by pushing the new desulfurizing agent cartridge 9a from either the upper end opening 611 or the lower end opening 612, the old desulfurizing agent cartridge 9 can be pushed out of the storage portion 61 and the loading operation of the new desulfurizing agent cartridge 9a can be completed. It will be.

この交換作業の際には、新・旧の２つの脱硫剤カートリッジ９，９ａの６つのシール部９２，９３，９４、９２，９３，９４が上側内周面６１５，中間内周面６１６，下側内周面６１７に対し密着した状態で順に摺動していくことになる上に、上記の押し出しによる交換作業もほぼ一瞬の内に作業が完了することになるため、交換作業に伴う燃料ガスの漏出も最小限に抑えることができる。このため、上流側の燃料ガス供給路３１から下流側の燃料ガス供給路３２への燃料ガスの供給を停止させなくても、つまり、電池本体８への燃料ガスの供給を停止させなくても、脱硫器６内の脱硫剤カートリッジ９の交換を行うことができるようになる。 In this replacement operation, the six seal portions 92, 93, 94, 92, 93, 94 of the two new and old desulfurizing agent cartridges 9, 9a are connected to the upper inner peripheral surface 615, the intermediate inner peripheral surface 616, the lower In addition to sliding in order in close contact with the side inner peripheral surface 617, the replacement work by the above-mentioned extrusion is completed within almost an instant, so the fuel gas accompanying the replacement work Leakage can be minimized. Therefore, it is not necessary to stop the supply of the fuel gas from the upstream fuel gas supply path 31 to the downstream fuel gas supply path 32, that is, without stopping the supply of the fuel gas to the battery body 8. The desulfurizing agent cartridge 9 in the desulfurizer 6 can be exchanged.

以上、本実施形態の脱硫剤カートリッジ９（９ａ）を用いた脱硫器６によれば、燃料電池の運転を停止させることなく、燃料ガスの供給を継続させた状態で脱硫剤カートリッジ９の交換作業を行うことができ、これにより、硫黄吸着除去能が飽和した脱硫剤Ｓを新しい脱硫剤Ｓと交換することができるようになる。このため、脱硫剤の交換のために燃料電池の運転を停止させる場合と比べ、運転停止及び起動（運転再開）のために要するエネルギー消費を全て解消することができ、大幅な省エネルギー化や省コスト化を実現させることができる。 As described above, according to the desulfurizer 6 using the desulfurizing agent cartridge 9 (9a) of the present embodiment, the replacement operation of the desulfurizing agent cartridge 9 is performed while the supply of the fuel gas is continued without stopping the operation of the fuel cell. As a result, the desulfurization agent S having a saturated sulfur adsorption removal capability can be replaced with a new desulfurization agent S. For this reason, compared to the case where the operation of the fuel cell is stopped for replacement of the desulfurization agent, it is possible to eliminate all the energy consumption required for the operation stop and start-up (resumption of operation). Can be realized.

＜第２実施形態＞
図５は第２実施形態として交換用の脱硫剤カートリッジ９ａを示す。この第２実施形態では、脱硫器６内に装填される脱硫剤カートリッジ９としては第１実施形態で説明したものと同じ構成のものを用いるものの、格納部６１（図４参照）に装填する前の新しい交換用の脱硫剤カートリッジ９ａの状態では外周面を遮蔽して内部を密封するカバー部材１０（図３も併せて参照）が一体に付設されたものを用い、交換作業時にカバー部材１０を自動的に除去しつつ格納部６１に装填させ得るようにしたものである。 Second Embodiment
FIG. 5 shows a desulfurizing agent cartridge 9a for replacement as a second embodiment. In this second embodiment, the desulfurizing agent cartridge 9 loaded in the desulfurizer 6 is the same as that described in the first embodiment, but before being loaded into the storage unit 61 (see FIG. 4). In the state of the new replacement desulfurizing agent cartridge 9a, a cover member 10 (see also FIG. 3) that shields the outer peripheral surface and seals the inside is used as an integral part. The storage unit 61 can be loaded while being automatically removed.

カバー部材１０は、両端が開口し、容器本体９１と同じ上下方向寸法を有する円筒形に形成され、その内周面１０１にシール部９２，９３，９４が密着することにより、特に上側シール部９２と下側シール部９４とにより仕切られる領域を密封し得るようになっている。そして、この密封された領域の空間には、燃料ガス供給路３１により供給される燃料ガスと同じ燃料ガスＦが予め充填されており、脱硫剤Ｓと燃料ガスＦとが密封された状態で交換用脱硫剤カートリッジ９ａが形成されている。 The cover member 10 is formed in a cylindrical shape that is open at both ends and has the same vertical dimension as the container main body 91, and the seal portions 92, 93, 94 are in close contact with the inner peripheral surface 101 thereof, and in particular, the upper seal portion 92. The region partitioned by the lower seal portion 94 can be sealed. The space in this sealed region is filled with the same fuel gas F as the fuel gas supplied by the fuel gas supply passage 31 and is exchanged in a state where the desulfurizing agent S and the fuel gas F are sealed. A desulfurizing agent cartridge 9a is formed.

そして、交換の際には、交換用の脱硫剤カートリッジ９ａの上端面をそれまでに装填されていた古い脱硫剤カートリッジ９の下端面に押し付けると、図４の左側部分に一点鎖線で示すようにカバー部材１０が格納部６１の下端開口６１２の端縁に当たり、交換用の脱硫剤カートリッジ９ａを上向きに押し込むと、カバー部材１０は図４の右側部分に一点鎖線で示すようにその脱硫剤カートリッジ９ａから自動的に脱落することになる。完全に脱落するまでは、交換用脱硫剤カートリッジ９ａのシール部９２，９３，９４によりシールされた状態に維持されるため、内部の燃料ガスＦは密封された状態を維持しつつ格納部６１内に装填されることになる。 When the replacement is performed, when the upper end surface of the replacement desulfurizing agent cartridge 9a is pressed against the lower end surface of the old desulfurizing agent cartridge 9 loaded so far, the left side portion of FIG. When the cover member 10 hits the edge of the lower end opening 612 of the storage portion 61 and pushes the replacement desulfurizing agent cartridge 9a upward, the desulfurizing agent cartridge 9a is shown in the right side portion of FIG. Will automatically drop off. Until completely dropped, the sealed desulfurizing agent cartridge 9a is maintained in a sealed state by the seal portions 92, 93, 94, so that the fuel gas F inside is kept in the sealed portion 61 while maintaining the sealed state. Will be loaded.

このため、第１実施形態では、交換用脱硫剤カートリッジ９ａ内の脱硫剤Ｓ同士の僅かな隙間等には空気が存在し、この僅かな空気が交換に伴い燃料ガス供給路３２内の燃料ガスに混入することになるが、第２実施形態ではそのような僅かな空気の混入をも確実に回避することができるようになる。 For this reason, in the first embodiment, air exists in a slight gap or the like between the desulfurizing agents S in the replacement desulfurizing agent cartridge 9a, and this slight air is replaced with the fuel gas in the fuel gas supply path 32. However, in the second embodiment, such a slight amount of air can be reliably avoided.

なお、カバー部材１０としては、格納部６１の下端開口６１２の端縁に当たることにより自動脱落させ得る程度の硬めの合成樹脂を用いてフィルム状に形成してもよい。 Note that the cover member 10 may be formed in a film shape using a synthetic resin that is hard enough to be automatically dropped by hitting the edge of the lower end opening 612 of the storage portion 61.

＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記第１及び第２実施形態では、流通壁部９１４，９１５として凹曲面の外周面を有するものを示したが、これに限らず、上端壁部９１１，下端壁部９１２，中間壁部９１３よりも単に小径に形成された外周面を有するようにしてもよい。又、外径を全て同一にしてもよい。すなわち、図６に例示するように、上端壁部９１１，流通壁部９１４ａ，中間壁部９１３，流通壁部９１５ａ，下端壁部９１２の全てを同一の外径を有するように形成してもよい。この場合であっても、容器本体９１ａの外周面と、格納部６１の内周面６１０との間にはシール部９２，９３，９４に相当する分の隙間が形成されるため燃料ガスの流通に支障はない。あるいは、格納部６１に対し、上記の流通壁部９１４ａ，９１５ａに対応する部分に外周側に膨出した膨出部６２，６３を一体に形成するようにしてもよい。 <Other embodiments>
The present invention is not limited to the first and second embodiments described above, but includes other various embodiments. That is, in the said 1st and 2nd embodiment, although what has the outer peripheral surface of a concave curved surface was shown as the distribution | circulation wall part 914,915, it is not restricted to this, The upper end wall part 911, the lower end wall part 912, The intermediate wall part You may make it have an outer peripheral surface simply formed in the small diameter rather than 913. Also, the outer diameters may all be the same. That is, as illustrated in FIG. 6, all of the upper end wall portion 911, the flow wall portion 914a, the intermediate wall portion 913, the flow wall portion 915a, and the lower end wall portion 912 may be formed to have the same outer diameter. . Even in this case, gaps corresponding to the seal portions 92, 93, 94 are formed between the outer peripheral surface of the container main body 91 a and the inner peripheral surface 610 of the storage portion 61. There is no hindrance. Or you may make it integrally form the bulging parts 62 and 63 which bulged to the outer peripheral side in the part corresponding to said distribution | circulation wall parts 914a and 915a with respect to the storage part 61. FIG.

又、上記各実施形態では、シール部９２，９３，９４として、それぞれ１本のＯリングにより構成した例を示しているが、これに限らず、それぞれ２本又はそれ以上のＯリング等のシール部材により構成してもよい。 In each of the above-described embodiments, the seal portions 92, 93, and 94 are each configured by one O-ring. However, the present invention is not limited to this, and seals such as two or more O-rings are provided. You may comprise by a member.

上記各実施形態では、脱硫器カートリッジ９，９ａとして円筒状に形成したものを示したが、これに限らず、外周の断面形状として円形以外に楕円形や三角形，四角形あるいは多角形を採用した筒状に形成してもよい。この場合には、格納部６１の内周面の断面形状もそのような脱硫器カートリッジの断面形状に対応するように形成すればよい。 In each of the above embodiments, the desulfurizer cartridges 9 and 9a are shown to be formed in a cylindrical shape. You may form in a shape. In this case, what is necessary is just to form so that the cross-sectional shape of the internal peripheral surface of the storage part 61 may also correspond to the cross-sectional shape of such a desulfurizer cartridge.

上記各実施形態では格納部６１の両端の開口６１１，６１２に対し開閉蓋６２，６２を取り付けて閉止するようにしているが、これに限らず、開閉蓋６２，６２は必須ではなくて、いずれも省略してもよい。内部に装填された脱硫剤カートリッジ９の上端壁部９１１及び下端壁部９１２と、上下両側のシール部９２，９４とによって、格納部６１の上下の両端開口６１１，６１２は実質的にかつ完全に閉止状態に維持することができるからである。 In each of the above-described embodiments, the opening / closing lids 62, 62 are attached to the openings 611, 612 at both ends of the storage unit 61, and the opening / closing lids 62, 62 are not essential. May be omitted. The upper and lower end openings 611 and 612 of the storage portion 61 are substantially and completely formed by the upper end wall portion 911 and the lower end wall portion 912 of the desulfurizing agent cartridge 9 loaded therein and the seal portions 92 and 94 on the upper and lower sides. This is because the closed state can be maintained.

上記各実施形態では、通気孔９１６として各流通壁部９１４，９１５に対し貫通形成した孔により構成しているが、これに限らず、例えば上記の各流通壁部９１４，９１５の所定位置をメッシュ壁により構成することにより通気孔を形成するようにしてもよい。 In each of the above embodiments, the vent hole 916 is configured by a hole penetrating each flow wall portion 914, 915. However, the present invention is not limited to this, and for example, a predetermined position of each flow wall portion 914, 915 is meshed. You may make it form a ventilation hole by comprising with a wall.

さらに、各実施形態の脱硫器６の下流側の燃料ガス供給路３２に対しバッファータンク１１（図１（ａ）参照）を介装させるようにしてもよい。このようなバッファータンク１１を介装させることで、脱硫剤カートリッジ９の交換作業に伴う瞬間的な燃料ガスの供給流量の変動を吸収して、電池本体８に対し安定した供給流量によって燃料ガスを供給し続けることができるようになる。 Furthermore, you may make it interpose the buffer tank 11 (refer Fig.1 (a)) with respect to the fuel gas supply path 32 of the downstream of the desulfurizer 6 of each embodiment. By interposing such a buffer tank 11, the fluctuation of the instantaneous fuel gas supply flow accompanying the desulfurization agent cartridge 9 replacement operation is absorbed, and the fuel gas is supplied to the battery body 8 with a stable supply flow. You can continue to supply.

加えて、各実施形態では、脱硫器６を筐体２の外部に設置しているが、これに限らず、最低限、格納部６１の両端開口６１１，６１２が筐体２の外面に露出するように配設されていれば、格納部６１のその他の部位は筐体２の内部に設置するようにしてもよい。このようにしても、脱硫剤カートリッジ９を新たな脱硫剤カートリッジ９ａに交換する作業を上記各実施形態と同様に容易行うことができ、しかも燃料ガスの供給（燃料電池の運転）を停止することなしに交換作業を行うことができる。さらに、格納部６１の全体を筐体２の内部に設置することもできる。例えば筐体２に対し交換作業の際に開閉し得るカバー部を設け、カバー部を開けて格納部に対する交換作業を行うようにすればよい。この際、たとえ筐体２の内部が高温環境下に晒されていても、耐熱・防護した状態で交換作業を行えばよい。 In addition, in each embodiment, the desulfurizer 6 is installed outside the housing 2. However, the present invention is not limited to this, and at the minimum, both end openings 611 and 612 of the storage unit 61 are exposed to the outer surface of the housing 2. The other parts of the storage unit 61 may be installed inside the housing 2 as long as they are arranged as described above. Even in this case, the operation of replacing the desulfurizing agent cartridge 9 with a new desulfurizing agent cartridge 9a can be easily performed in the same manner as in the above embodiments, and the supply of fuel gas (operation of the fuel cell) is stopped. Exchange work can be done without. Furthermore, the entire storage unit 61 can be installed inside the housing 2. For example, a cover portion that can be opened and closed during replacement work is provided for the housing 2, and the cover portion may be opened to perform replacement work for the storage portion. At this time, even if the inside of the housing 2 is exposed to a high temperature environment, the replacement work may be performed in a heat-resistant and protected state.

２筐体
３燃料ガス供給路
６脱硫器
８電池本体
９脱硫剤カートリッジ
９ａ交換用の脱硫剤カートリッジ
１０カバー部材
１１バッファータンク
６１格納部
９１，９１ａ容器本体
９２シール部（一端側位置のシール部）
９３シール部（中間位置のシール部）
９４シール部（他端側位置のシール部）
６１０内周面
６１１上端開口
６１２下端開口
６１３流入側の連通口
６１４流出側の連通口
９１４，９１５流通壁部（通気孔が形成された両壁部）
９１６通気孔
Ｆ燃料ガス
Ｓ脱硫剤 2 Housing 3 Fuel gas supply path 6 Desulfurizer 8 Battery body 9 Desulfurizing agent cartridge 9a Desulfurizing agent cartridge 10 for replacement Cover member 11 Buffer tank 61 Storage portion 91, 91a Container body 92 Sealing portion (sealing portion at one end side)
93 Seal (intermediate position seal)
94 Sealing part (sealing part at the other end)
610 Inner peripheral surface 611 Upper end opening 612 Lower end opening 613 Inlet side communication port 614 Outlet side communication port 914, 915 Distribution wall portion (both wall portions in which vent holes are formed)
916 Ventilation hole F Fuel gas S Desulfurization agent

Claims

A desulfurizer comprising a desulfurizing agent cartridge containing a desulfurizing agent therein, and a storage unit in which the desulfurizing agent cartridge is loaded and stored,
The storage portion has a cylindrical inner peripheral surface that opens at both ends and extends in a straight line between the both end openings. The communication port on the side into which the fuel gas flows and the fuel gas flow out to the inner peripheral surface. The side communication port is formed to open to the side at each side position separated from each other between the openings at both ends,
The desulfurizing agent cartridge has a sealed cylindrical container body that is closed at both ends and encapsulated with a desulfurizing agent inside, and from one outer peripheral side of the container main body to the outer peripheral side at one end side and the other end side. A seal portion that protrudes and seals in close contact with the inner peripheral surface of the storage portion; and both side positions sandwiching the seal portion at the intermediate position and corresponding to the opening positions of the pair of communication ports A vent hole formed through both walls,
The storage portion and the desulfurization agent cartridge are configured such that both wall portions in which the desulfurization agent cartridge is internally fitted from either one of the opening portions of the storage portion toward the other to form the vent hole are the pair of communication portions. In the loaded state so as to face each other, both the seal portions at the one end side and the other end side seal the both side positions sandwiching the pair of communication ports, while the seal at the intermediate position A desulfurizer, wherein the portion is configured to seal an intermediate position between the pair of communication ports.

The desulfurizer according to claim 1,
The desulfurization agent cartridge is integrally provided with a cylindrical cover member that covers the outer peripheral surface excluding both ends at the stage of replacement before being loaded into the storage unit,
The cover member is a desulfurizer in which fuel gas is sealed inside with a seal portion at one end side and the other end side of the container body in close contact with an inner peripheral surface thereof.

The case according to claim 1 or 2, wherein the housing, the battery main body accommodated in the housing, a fuel gas supply path for supplying fuel gas to the battery main body, and the fuel gas supply path are interposed. Equipped with a desulfurizer,
The fuel cell system, wherein the desulfurizer is disposed outside the casing.

The fuel cell system according to claim 3,
A fuel cell system, wherein a buffer tank is interposed in a fuel gas supply path downstream of the desulfurizer.