説明

水素生成システム

【課題】脱硫器の交換あるいは再生処理作業時に、迅速かつ容易に脱硫器の交換が行え、かつその際に水分の流入を確実に防止することができるような水素生成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】脱硫部12の上流側および下流側に、自動開閉弁をそれぞれ内蔵した一対のソケットとプラグから構成される自閉式着脱継手19aおよび19bを設けることで、脱硫部12の交換あるいは再生処理作業時に、迅速かつ容易に脱硫部12の着脱を行うことができる。自閉式着脱継手19aおよび19bを構成しているソケットとプラグには自動開閉弁が内蔵されているため、脱硫部12を取り外した際には自動的に脱硫部12を密閉することができ、脱硫部12の内部への水分の流入を確実に防止することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも硫黄化合物と炭化水素とを含有する原料から、水素リッチの改質ガスを生成する水素生成装置を含む水素生成システムに関する。
【背景技術】
【0002】
燃料電池などへ供給する水素としては、Ni系またはRu系などの改質触媒で炭化水素原料の水蒸気改質を行う水素生成装置を用い、生成した水素リッチの改質ガスが一般に利用されている。炭化水素原料としては、例えば天然ガスを主成分とした都市ガス、LPG、ナフサおよび灯油などが用いられるが、これらの炭化水素には通常付臭剤または元々の含有成分として硫黄化合物が含まれている。例えば、天然ガスを原料とする都市ガスおよびLPGには、付臭剤として硫黄化合物が数ppmの濃度で混合されている。水素を生成するための原料に硫黄化合物が含まれていると、改質触媒が硫黄化合物によって被毒され触媒活性が低下する。したがって、炭化水素原料の前処理として、吸着式脱硫器を用いて脱硫を行うのが一般的である。
【0003】
吸着式脱硫器では、原料を通過させていると、やがて吸着剤が飽和状態となり破過に達する。吸着剤が破過に達すると原料中に含まれている硫黄化合物が充分には除去されず、漏れ出してくる。その結果、改質触媒が被毒され触媒活性が低下するなどの弊害を招いてしまう。したがって、吸着式脱硫器では、吸着剤が破過に達した場合、あるいは破過に達する前に定期的に新しい吸着剤と交換するか、熱や圧力によって再生処理を行う必要がある。なかでも、脱硫器ごと装置から取り外し、新しい脱硫器に交換したり、取り外した脱硫器を再生処理したりするのが一般的である。
【0004】
また、一般に吸着式脱硫器に用いられる吸着剤は水を吸着しやすい。水が吸着剤に吸着すると、脱硫器の処理能力が低下してしまう。したがって、脱硫器の交換作業や再生処理作業においても、脱硫器内部への空気中の水分の流入を充分に防止する必要がある。従来、脱硫器の交換や再生処理を行う場合には、ねじ式の配管継手などによって接続された脱硫器を、工具を用いて着脱していた。また、脱硫器の交換あるいは再生作業中における脱硫器内部への水分の流入を防ぐために、脱硫器の原料入口および原料出口に手動式の遮断弁を設け、脱硫器を取り外す際には手動で遮断弁を閉じていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のように、ねじ式の配管継手などによって接続された脱硫部を、工具を用いて取り外す場合には、労力と時間を必要とするという問題があった。また、水の流入を防ぐために手動で遮断弁を開閉する場合には、操作が煩雑であること、および遮断弁の開閉を忘れてしまう恐れがあることなどの問題があった。そこで、本発明は、このような水素生成装置の問題点を考慮し、脱硫器の交換時および再生処理作業時に、迅速かつ容易に脱硫器の交換を行なうことができ、かつその際に水分の流入を確実に防止することのできる水素生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決すべく、本発明は、少なくとも硫黄化合物と炭化水素とを含有する原料を供給する原料供給部と、前記原料供給部の下流側に設けた脱硫部と、前記脱硫部の下流側に設けられ、改質反応によって前記炭化水素から水素を生成する水素発生部とを具備し、前記原料供給部より前記脱硫部を経て前記水素発生部に前記原料を供給する水素生成装置であって、前記脱硫部の上流側に設けられた第一自閉式着脱継手、および前記脱硫部の下流側に設けられた第二自閉式着脱継手を具備することを特徴とする水素生成装置を提供する。前記水素生成装置は、さらに前記原料供給部と前記脱硫部とを連結する流路に設けられた第一原料遮断弁、前記脱硫部と前記水素発生部とを連結する流路に設けられた第二原料遮断弁、および遮断弁制御装置を具備し、前記遮断弁制御装置が、原料供給時に第一原料遮断弁および第二原料遮断弁を同時に開き、原料供給停止時に第一原料遮断弁および第二原料遮断弁を同時に閉じるように制御することが有効である。
【0007】
また、第一原料遮断弁が第一自閉式着脱継手と前記原料供給部との間に設けられ、第二原料遮断弁が第二自閉式着脱継手と前記水素発生部との間に設けられているのが有効である。さらに第二原料遮断弁と前記水素発生部とを連結する流路に設けられた不活性ガス供給部を具備することが有効である。さらに、前記脱硫部が、容器と前記容器内に充填された吸着剤からなり、前記吸着剤がゼオライトを主成分とすることが有効である。
【発明の効果】
【0008】
以上のように、本発明によれば、脱硫部の上流側および下流側に自動開閉弁をそれぞれ内蔵した一対のソケットとプラグから構成される自閉式着脱継手を設けることで、迅速かつ容易に脱硫部の交換または再生処理作業を行うことができ、またその際に脱硫部内部への水分の流入を確実に防止することができるような水素生成装置を提供することできる。さらに、原料供給部から脱硫部に原料を供給する流路および脱硫部から水素発生部に原料を供給する流路にそれぞれ第一原料遮断弁および第二原料遮断弁を設け、原料供給時に第一原料遮断弁および第二原料遮断弁を同時に開き、原料供給停止時に第一原料遮断弁および第二原料遮断弁を同時に閉じるように制御することで、原料供給停止時における脱硫部内部への水の流入を確実に防止でき、脱硫部に充填した吸着剤を長期間安定して使用できるような水素生成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本発明の水素生成装置は、少なくとも硫黄化合物と炭化水素とを含有する原料を供給する原料供給部と、原料供給部の下流側に設けた脱硫部と、脱硫部の下流側に設けられ、改質反応によって前記炭化水素から水素を発生させる水素発生部を具備し、原料供給部より脱硫部を経て水素発生部に原料を供給する水素生成装置において、脱硫部の上流側および下流側に、自動開閉弁をそれぞれ内蔵した一対のソケットとプラグから構成される自閉式着脱継手を設けたことを特徴とするものである。まず、本発明において用いる自閉式着脱継手について説明する。図1は、本発明における自閉式着脱継手の構造を示す概略断面図である。本発明の自閉式着脱継手は、内部に流路1’または流路2’を有する一対の円筒状のソケット1および円筒状のプラグ2からなり、ソケット1およびプラグ2は、バネ3に接続された弁4からなる自動開閉弁を有する。図1はソケット1とプラグ2が接続されている状態を示し、2つの弁4の有する突起部分が互いに押し合って開口部6との間に間隙を形成し、流路1’と流路2’とを連通させている。
【0010】
つぎに、図2に脱着したソケット1の概略断面図を示し、図3に脱着したプラグ2の概略断面図を示す。図2に示すように、ソケット1が脱着された状態では、バネ3に押されている弁4が、Oリング5を介して開口部6を閉じている。また、ソケット1の端部外周部分の表面に設けられたスリーブ7は、バネ8を介してソケット1の端部外周面を、流路方向にスライドさせることができる構造となっている。また、図2に示すように、ソケット1の端部外周部分には孔9’が設けられており、通常は、バネ8に押されているスリーブ7によってボール9が孔9’にはめ込まれている。このスリーブ7を、矢印の方向にスライドさせると、ボール9が孔9’から解放される仕組みになっている。図3に示すプラグ2もソケット1と同じ機構を備えた弁4を有する。
【0011】
つぎに、図4に、ソケット1とプラグ2を接続する方法を説明するための模式図を示す。まず、図4の(a)に示すように、ソケット1のスリーブ7をスライドさせる。このとき、スリーブ7に力をかけてスライドさせることにより、ボール9は自由に動くことができるため、プラグ2はボール9に妨げられることなくソケット1に挿入させることができる。そして、図4の(b)に示すように、プラグ2の端面とソケット1の端面が接するまで、プラグ2をソケット1内に挿入する。このとき、2つの弁4の突起部分が互いに押し合ってバネ3を収縮させ、Oリング5と開口部6との間に間隙を形成する。
【0012】
ついで、図4の(c)に示すように、プラグ2の端面とソケット1の端面が接したときにスリーブ7にかけていた力を解放すると、バネ8によってスリーブ7が押されてプラグ2側にスライドし、孔9’にあるボール9がプラグ2の溝10にはめ込まれ、スリーブ7によって固定される。これにより、ソケット1とプラグ2の接続が完了する。このとき、ソケット1とプラグ2の間はOリング5’によってシールされており、流路1’および流路2’を流れるガスが漏れないようになっている。逆に、ソケット1とプラグ2を脱着したい場合には、スリーブ7をソケット1側にスライドさせてボール9を溝10から自由にした後、ソケット1とプラグ2を分離すればよい。上述のような自閉式着脱継手は、一般のガス機器の配管接続用に使用されているものと同様な構造を有し、工具を用いることなく迅速かつ容易に接続あるいは取り外しが可能である。したがって、本発明においては、市販の自閉式着脱継手を用いることができる。
【0013】
つぎに、本発明の水素生成装置は、原料供給部から脱硫部に原料を供給する流路および脱硫部から水素発生部に原料を供給する流路にそれぞれ第一原料遮断弁、第二原料遮断弁を設け、原料供給時に第一原料遮断弁および第二原料遮断弁を同時に開き、原料供給停止時に第一原料遮断弁および第二原料遮断弁を同時に閉じるように制御することが有効である。このとき、脱硫部の上流側に設けた自閉式着脱継手と原料供給部との間に第一原料遮断弁を設け、脱硫部の下流側に設けた自閉式着脱継手と水素発生部との間に第二原料遮断弁を設けることも有効である。このとき、原料遮断弁のうち脱硫部の下流側に設けられた一つと水素発生部の間の流路に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部を設けることも有効である。また、脱硫部が、硫黄化合物を吸着する吸着剤を内部に充填した構造であって、吸着剤がゼオライトを主成分とすることも有効である。以下、本発明に係る水素生成装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0014】
《参考の形態1》
図5は、本発明の参考の形態1に係る水素生成装置の構成を示す模式図である。図5に示す水素生成装置は、少なくとも硫黄化合物と炭化水素とを含有する原料を供給する原料供給部11、硫黄化合物を吸着する吸着剤13を内部に充填した脱硫部12、水と炭化水素から改質反応により水素リッチの改質ガスを発生させる改質触媒15と、改質触媒15を改質温度にまで加熱する加熱部16から構成される水素発生部14からなる。水素発生部14の上流側には、水素発生部14に水を供給する水供給部17が設けられている。原料供給部11より供給された原料は、まず脱硫部12に導入され、脱硫部12の内部に充填された吸着剤13によって硫黄化合物を除去した後に、水供給部17より供給される水とともに水素発生部14に供給される。原料と水は、加熱部16によって所定の改質温度にまで加熱された改質触媒15によって水素リッチの改質ガスに改質される。生成した改質ガスは改質ガス出口18から外部に供給される。
【0015】
19aおよび19bは自動開閉弁をそれぞれ内蔵した一対のソケットとプラグから構成される自閉式着脱継手である。自閉式着脱継手19aおよび19bは、一般のガス機器の配管接続用に使用されているものと同様な構造を有している物で、工具を用いることなく迅速かつ容易に接続あるいは取り外しが可能である。ソケットとプラグのどちらにも自動開閉弁が内蔵されており、ソケットとプラグを接続した場合には自動開閉弁が開き、取り外した場合には自動開閉弁が閉じる。脱硫部12に充填された吸着剤13は、原料を通過させているとやがて飽和状態となり破過に達する。吸着剤13が破過に達すると原料中に含まれている硫黄化合物が十分除去されず、漏れ出してくる。その結果、改質触媒15が被毒され触媒活性が低下するなどの弊害を招く。したがって、脱硫部12は定期的に交換、あるいは熱や圧力によって再生処理を行う必要がある。
【0016】
従来、脱硫部12は、ねじ式の配管継手などによって接続されており、着脱には工具が必要であり、時間と労力を必要としていた。また、水が吸着剤13に吸着すると脱硫部12の処理能力が低下してしまう。吸着剤12は水を吸着しやすい性質を有しており、脱硫部12の交換作業や再生処理作業においても、脱硫部12への空気中の水分の流入を充分に防止する必要がある。さらに従来、脱硫部12の着脱作業中における脱硫部12の内部への水分の流入を防ぐためには、脱硫部12の原料入口および原料出口に手動式の遮断弁を設け、脱硫部12を取り外す際には手動で遮断弁を閉じていたわけであるが、操作が煩雑であること、および遮断弁の開閉を忘れる恐れがあることなどの問題があった。
【0017】
本発明の水素生成装置では、自閉式着脱継手19aおよび19bを設けることで、工具を用いることなく、脱硫部12の交換あるいは再生処理作業時に、迅速かつ容易に脱硫部12の着脱を行うことができる。自閉式着脱継手19aおよび19bを構成しているソケットとプラグには自動開閉弁が内蔵されているため、脱硫部12を取り外した際には自動的に脱硫部12を密閉することができ、脱硫部の12内部への水分の流入を確実に防止することができる。同時に、水素生成装置側の配管も自動的に閉止されるため、可燃ガスの存在する水素生成装置系内への空気の進入を防止でき、安全上も好ましい。なお、脱硫部12に充填する吸着剤13として、ゼオライトを主成分としたものを使用することが好ましい。
【0018】
《実施の形態1》
図6は、本発明の実施の形態1に係る水素生成装置の構成を示す模式図である。本実施の形態では参考の形態1の構成に加えて、制御器21と、原料供給部11から脱硫部12に原料を供給する流路および脱硫部12から水素発生部14に原料を供給する流路にそれぞれ第一原料遮断弁20a、第二原料遮断弁20bを設けたものであり、作用効果の大部分は参考の形態1と類似である。したがって、異なる点を中心に本実施の形態を説明する。原料として水と炭化水素を用いるため、水素発生部14および水素発生部14近傍の流路には常に水が存在しており、そのため原料供給停止時には、拡散してきた水分が脱硫部12に流入する可能性がある。一方、脱硫部12に充填した吸着剤13は水を吸着しやすい。そのため脱硫部12の内部に水が流入した場合には、水が吸着剤13に吸着する結果、硫黄化合物を吸着できる容量が減少し、破過に達する時間が本来より著しく短くなり、短い使用期間で吸着剤13を交換する必要が生じる。
【0019】
本実施の形態の水素生成装置では、制御器21によって原料供給時に第一原料遮断弁20aおよび第二原料遮断弁20bを同時に開き、原料供給停止時に第一原料遮断弁20aおよび第二原料遮断弁20bを同時に閉じるように制御することで、原料供給停止時における脱硫部12の内部への水分の流入を確実に防ぐことで、吸着剤13の寿命短縮を回避でき、脱硫部12を長期間安定して使用することができる。なお、図6に示す本実施の形態の構成では、原料供給部11と自閉式着脱継手19aの間および自閉式着脱継手19bと水素発生部14の間に、それぞれ第一原料遮断弁20aおよび第二原料遮断弁20bを設けたが、自閉式着脱継手19aと脱硫部12の間および脱硫部12と自閉式着脱継手19bの間に、それぞれ第一原料遮断弁20aおよび第二原料遮断弁20bを設けても何ら問題はなく、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。しかし、脱硫部12の取り外し作業時における作業性の点から、図6に示す本実施の形態の構成が好ましい。
【0020】
《実施の形態2》
図7は、本発明の実施の形態2に係る水素生成装置の構成を示す模式図である。本実施の形態では、実施の形態1の構成に加えて、原料遮断弁20bの下流側に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部22を接続した構成としたものであり、作用効果の大部分は参考の形態1および実施の形態1と類似である。したがって、異なる点を中心に本実施の形態を説明する。水素生成装置の立ち上げ操作時において原料供給開始に先立ち、あるいは水素生成装置の停止操作時において原料供給停止後、不活性ガス供給部22より不活性ガスを供給しパージを行う。このとき、原料遮断弁20bは閉じた状態にあり、原料遮断弁20bの下流に存在する水蒸気や結露水を水素発生部へ押し出すことができる。したがって、より確実に脱硫部12の内部への水分の流入を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明における自閉式着脱継手の接続状態を示す概略断面図
【図2】本発明における自閉式着脱継手のソケットの概略断面図
【図3】本発明における自閉式着脱継手のプラグの概略断面図
【図4】本発明における自閉式着脱継手のソケットとプラグを接続する方法を説明するための概略断面図
【図5】本発明の参考の形態1に係る水素生成装置の構成を示す模式図
【図6】本発明の実施の形態1に係る水素生成装置の構成を示す模式図
【図7】本発明の実施の形態2に係る水素生成装置の構成を示す模式図
【符号の説明】
【0022】
1 ソケット
1’ 流路
2 プラグ
2’ 流路
3 バネ
4 弁
5 Oリング
6 開口部
7 スリーブ
8 バネ
9 ボール
9’ 孔
10 溝
11 原料供給部
12 脱硫部
13 吸着剤
14 水素発生部
15 改質触媒
16 加熱部
17 水供給部
18 改質ガス出口
19a 自閉式着脱継手
19b 自閉式着脱継手
20a 第一原料遮断弁
20b 第二原料遮断弁
21 制御器
22 不活性ガス供給部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
硫黄と炭化水素とを含有する原料から硫黄分を除去して硫黄分を除去した原料を供給する脱硫部と、
前記脱硫部が供給する硫黄分を除去した原料と水分とを改質反応させる改質部とを備えた水素生成装置を含む水素生成システムにおいて、
前記脱硫部と前記改質部とを連絡する配管に配設され、前記水分が前記脱硫部に流入することを阻止する弁手段と、
制御器とを具備し、
前記弁手段が、原料供給時に開き、原料供給停止時に閉じるように前記制御器により制御される水素生成システム。
【請求項2】
前記改質部において前記水分は、改質反応の可能な状態となるまで加熱される請求項1記載の水素生成システム。
【請求項3】
前記水分の改質反応の可能な状態が水蒸気となった状態である請求項2記載の水素生成システム。
【請求項4】
前記脱硫部に原料を供給する配管に、前記原料の前記脱硫部への供給を遮断する弁手段がさらに設けられている請求項1から4のいずれかに記載の水素生成システム。
【請求項5】
前記2つの弁手段が、原料供給時に開き、原料供給停止時に閉じるように前記制御器により制御される請求項4記載の水素生成システム。
【請求項6】
前記脱硫部と前記改質部とを連絡する配管に、前記脱硫部を当該配管に着脱自在に接続する接続手段が設けられている請求項1〜5のいずれかに記載の水素生成システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2008−44845(P2008−44845A)
【公開日】平成20年2月28日(2008.2.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−270552(P2007−270552)
【出願日】平成19年10月17日(2007.10.17)
【分割の表示】特願2000−223397(P2000−223397)の分割
【原出願日】平成12年7月25日(2000.7.25)
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【出願人】(000006242)松下エコシステムズ株式会社 (36)
【Fターム(参考)】