JPWO2014109236A1 - 脱硫装置、脱硫方法及び燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は以下の詳細な説明によりさらに完全に理解できるであろう。本発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明により明らかとなろう。しかしながら、詳細な説明及び特定の実例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、本発明の精神と範囲内で、当業者にとって明らかであるからである。
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
図8は、本発明の実施の形態の第1の変形例に係る脱硫装置1Aを含む燃料電池システム100Aの模式的系統図である。脱硫装置1Aは、脱硫装置1(図1参照)が備えていた切替弁15、加温管16、加温水往管18及び加温水還管19を備えておらず、脱硫装置1(図1参照)が備えていなかったヒータ71を備えている点で、脱硫装置1(図1参照)と相違している。ヒータ71は、典型的には電気ヒータであり、商用電源あるいは燃料電池52から電力を受けて発熱するように構成されている。ヒータ71は、脱硫触媒11を収容する脱硫部10Aのケースの内部に設けられていてもよく、脱硫触媒11を加温することができればケースの外に設けられていてもよい。ヒータ71は、脱硫制御部92と信号ケーブルで接続されており、脱硫制御部92からの指令により加温のON及びOFFを制御することができるように構成されている。また、燃料電池システム100Aは、脱硫装置1Aが、切替弁15、加温水往管18及び加温水還管19を備えていないことに伴い、貯湯槽55から導出された温水Wが、熱交換器54の熱交換部材54hを流れた後に分岐することなく、熱回収水流路としての熱回収水還管68を介して貯湯槽55に導入されるように構成されている点で、燃料電池システム100(図1参照)と相違している。上記以外の脱硫装置1A及び燃料電池システム100Aの構成は、脱硫装置1(図1参照)及び燃料電池システム100(図1参照)と同じである。上述のように構成された脱硫装置1Aあるいは燃料電池システム100Aでは、脱硫触媒11の加温が必要になったときに、比較的応答よく脱硫触媒11を加温することができる。
図10は、本発明の実施の形態の第3の変形例に係る脱硫装置1Cを含む燃料電池システム100Cの模式的系統図である。脱硫装置1Cは、脱硫装置1A(図8参照)が備えていたヒータ71を備えていない点で、脱硫装置1A(図8参照)と相違している。また、燃料電池システム100Cは、脱硫部10C(脱硫触媒11)が改質器51及び/又は燃料電池52及び/又は燃焼部53から受熱する位置に配置されている点で、燃料電池システム100A(図8参照)と相違している。脱硫部10Cは、典型的には、改質器51及び/又は燃料電池52及び/又は燃焼部53を収容するハウジング73の外側に、ハウジング73から放出された熱を回収する熱交換部74を介して配設されている。脱硫触媒11を加温する必要がない場合は、熱交換部74における熱回収量が多くなるように、熱媒体ポンプ等の熱媒体圧送装置(不図示)の吐出量を制御する。他方、脱硫触媒11を加温する必要がある場合は、熱交換部74における熱回収量が少なくなるように熱媒体圧送装置(不図示)の吐出量を制御して、脱硫部10Cへの伝熱量を増加させる。効率的に熱を利用するために、ハウジング73と熱交換部74との間に、断熱材を配置してもよい。燃料電池52が固体酸化物形(SOFC)の場合、改質器51と燃料電池52とが1つのハウジング73に収容されることが多い。なお、ハウジング73を設けずに、改質器51及び/又は燃料電池52及び/又は燃焼部53に隣接して脱硫部10Cを配設することとしてもよい。本実施の形態における改質器51は、吸熱反応が行われる機器であるが、脱硫触媒11が加温される温度に比べて、作動温度が十分に高いので、脱硫触媒11を加温する際の発熱体として機能する。熱媒体としては、例えば、燃料電池52のカソード極に供給する酸化剤、改質水、あるいは貯湯槽55を循環する熱回収水を用いることができる。燃料電池52が固体高分子形(PEFC)の場合は、燃料電池52の発熱及び/又は改質器51用のバーナの排熱及び/又オフガスFの燃焼熱を、脱硫触媒11を加温する熱源として利用することができる。熱媒体としては、例えば、燃料電池52のカソード極に供給する酸化剤、選択酸化反応用の酸化剤、改質水、あるいは貯湯槽55を循環する熱回収水を用いることができる。燃料電池52が固体酸化物形(SOFC)の場合は、燃料電池52の発熱及び/又はオフガスFの燃焼熱を、脱硫触媒11を加温する熱源として利用することができる。脱硫部10Cをハウジング73の外側に配置する場合、改質器51及び/又は燃料電池52及び/又は燃焼部53から熱を受けることができれば、ハウジング73の上面、側面、下面のいずれに設置してもよい。上述のように構成された脱硫装置1Cあるいは燃料電池システム100Cでは、脱硫触媒11を加温するために特別な装置を設ける必要がなく、装置構成を簡略化することができる。なお、脱硫部10Cが、改質器51及び/又は燃料電池52及び/又は燃焼部53から常に熱を受ける配置に代えて、排ガスの流路を脱硫部10Cに這わせると共に脱硫部10Cをバイパスする流路を並設し、脱硫部10Cの加温が必要な場合のみ排ガスを脱硫部10Cまわりに供給することとしてもよい。
11 脱硫触媒
16 加温管
21 露点計
22 流量計
31 原料ガス管
51 改質器
52 燃料電池
81 バイパス三方弁
82 バイパス管
91 推測部
92 脱硫制御部
C 原料ガス
D 脱硫済ガス
E 改質ガス
Claims (7)
- 硫黄分を含有する被脱硫ガスから前記硫黄分を除去する脱硫触媒であって、前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力を低下させる物質である吸着余力低下物質を含んだ前記被脱硫ガス中の前記吸着余力低下物質のレベルに応じて前記硫黄分の吸着余力が変化する所定の量の脱硫触媒と;
前記脱硫触媒に接触する前記被脱硫ガス中の前記吸着余力低下物質のレベルを検知する吸着余力低下物質レベル取得手段と;
前記脱硫触媒に接触する前記被脱硫ガスの流量を計測する流量計測手段と;
前記流量計測手段で計測された値の積算値から前記脱硫触媒における前記硫黄分の積算吸着量を推定して前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着可能残量を更新しつつ、前記吸着余力低下物質レベル取得手段で検知された前記吸着余力低下物質のレベルの前記被脱硫ガスが前記脱硫触媒に接触したときに前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力が第1の所定の値以下になったことを推測する推測手段とを備える;
脱硫装置。 - 前記推測手段によって前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力が前記第1の所定の値以下になったことが推測された時点で、前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着可能残量が第2の所定の値に到達していないときに、前記被脱硫ガスからの前記硫黄分の除去に際し、前記第2の所定の値に到達するまでの前記吸着可能残量を利用させるように、前記被脱硫ガスと前記脱硫触媒との接触条件を調節する制御手段を備える;
請求項1に記載の脱硫装置。 - 前記脱硫触媒を加温する加温手段を備え;
前記制御手段による前記接触条件の調節が、前記第2の所定の値に到達するまでの前記吸着可能残量を利用させる際に、前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力が前記第1の所定の値以下となる前記被脱硫ガスが前記脱硫触媒に接触するときに、前記第2の所定の値に到達するまでの前記吸着可能残量を利用するために初めて前記脱硫触媒を加温するように前記加温手段を制御することで構成された;
請求項2に記載の脱硫装置。 - 前記脱硫触媒に前記被脱硫ガスを導く被脱硫ガス流路と;
前記被脱硫ガス流路に配設された、前記被脱硫ガスの前記脱硫触媒への接触を回避させる接触回避手段とを備え;
前記制御手段による前記接触条件の調節が、前記第2の所定の値に到達するまでの前記吸着可能残量を利用させる際に、前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力が前記第1の所定の値を超えることとなる前記被脱硫ガスの前記脱硫触媒への接触を許可し、前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力が前記第1の所定の値以下となる前記被脱硫ガスの前記脱硫触媒への接触を許可しないように、前記接触回避手段を制御することで構成された;
請求項2に記載の脱硫装置。 - 前記吸着余力低下物質レベル取得手段で検知された前記被脱硫ガス中の前記吸着余力低下物質のレベルが所定のレベル以上である状態が所定の時間継続したときに、運転を停止するように構成された;
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の脱硫装置。 - 脱硫触媒によって脱硫される被脱硫ガスであって、硫黄分を含有すると共に前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力を低下させる物質である吸着余力低下物質を含有する被脱硫ガス中の、前記吸着余力低下物質のレベルを検知する吸着余力低下物質レベル検知工程と;
前記被脱硫ガスの流量を計測する流量計測工程と;
前記吸着余力低下物質レベル検知工程及び前記流量計測工程を経た前記被脱硫ガスを、前記被脱硫ガス中の前記吸着余力低下物質のレベルに応じて前記硫黄分の吸着余力が変化する所定の量の前記脱硫触媒に接触させて、前記被脱硫ガスから前記硫黄分を除去する脱硫工程と;
前記流量計測工程で計測された値の積算値から前記脱硫触媒における前記硫黄分の積算吸着量を推定して前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着可能残量を更新しつつ、前記吸着余力低下物質レベル検知工程で検知された前記吸着余力低下物質のレベルの前記被脱硫ガスが前記脱硫触媒に接触したときに前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力が第1の所定の値以下になったことを推測する推測工程とを備える;
脱硫方法。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の脱硫装置と;
前記脱硫装置で脱硫された被脱硫ガスを、水素を主成分とする改質ガスに改質する改質器と;
酸素を含有する酸化剤ガスと前記改質ガスとを導入して発電する燃料電池とを備える;
燃料電池システム。
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