脱硫器及燃料电池系统的制作方法

关联申请

本申请享有以日本专利申请2019-223085号(申请日：2019年12月10日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包含基础申请的全部内容。

本发明的实施方式涉及脱硫器及燃料电池系统。

背景技术：

燃料电池系统的原料气体一般使用主要以甲烷气体为主成分的城市气体、天然气、以丙烷气体为主成分的lp气体等烃。改质器是通过水蒸气改质反应等将作为原料气体的烃转换成氢的装置。由于供给该改质器的原料气体中含有成为改质催化剂的中毒成分的硫化合物作为加臭剂，因此在原燃料供给系统中具备脱硫器。

脱硫方式有常温下仅使原料气体通过催化剂层以除去硫成分的常温脱硫；和在原气体中混合氢气，然后在约200～350℃下通过催化剂层以除去硫成分的加氢脱硫。但是，在使原料气体以上升流的方式通过时，催化剂的粉末有可能落下到脱硫器中的原料气体的入口部而堵塞入口部。

另外，近年来，加氢脱硫中使用的催化剂的成分中有时含有铜，与原料气体中的硫反应而生成的硫化铜有可能滴下或飞散到入口部，堵塞入口部。

技术实现要素：

本发明要解决的课题是提供一种脱硫器和燃料电池系统，其能够防止因脱硫而产生的落下物落下到原料气体的入口部而堵塞入口部。

本实施方式的脱硫器具备容器、脱硫剂部和板部。容器在下部底面具有流入原料气体的入口部。脱硫剂部在容器内从底部设置规定的空间来配置将原料气体脱硫的脱硫剂。板部设置于空间内的入口部的上方，防止因原料气体的脱硫而产生的落下物从脱硫剂部落下到入口部。

附图说明

图1是表示第1实施方式的燃料电池系统的构成例的图。

图2是表示第1实施方式的脱硫器10的构成例的垂直剖视图。

图3是表示第2实施方式的脱硫器10的构成例的垂直剖视图。

图4是表示第3实施方式的脱硫器10的构成例的垂直剖视图。

图5是表示第4实施方式的脱硫器10的构成例的垂直剖视图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式的脱硫器和燃料电池系统参照附图进行详细说明。此外，以下所示的实施方式是本发明的实施方式的一个例子，本发明并不限定于这些实施方式来解释。另外，在本实施方式所参照的附图中，对同一部分或具有同样的功能的部分标记相同的符号或类似的符号，有时省略其重复的说明。另外，为了便于说明，附图的尺寸比率有时与实际的比率不同，或构成的一部分有时从附图中省略。

(第1实施方式)

图1是表示第1实施方式的燃料电池系统1的构成例的图。燃料电池系统1通过改质原料气体而进行发电。该燃料电池系统1具备脱硫器10、改质器20和燃料电池30。

脱硫器10除去原料气体的硫化合物。该脱硫器10与配管l和改质器20连接。更具体而言，除去从配管l供给的原料气体的硫化合物，并供给至改质器20。硫化合物可以是作为加臭成分人为地添加到原料中的，也可以是来自原料本身的天然的硫化合物。脱硫器10的详细构成使用图2在后面叙述。

改质器20与脱硫器10和燃料电池30连接。该改质器20从由脱硫器10供给的脱硫气体通过改质反应而生成含氢气体，并供给至燃料电池30。改质反应例如为水蒸气改质反应、自热反应和部分氧化反应等。

燃料电池30利用由改质器20生成的含氢气体和发电用空气通过电化学反应来进行发电。燃料电池30例如为固体氧化物型燃料电池(sofc)，但不限于此。

图2是表示第1实施方式的脱硫器10的构成例的垂直剖视图。如图2所示，脱硫器10具备容器100、入口喷嘴102、出口喷嘴104、脱硫剂部106和挡板108。

容器100在底面具有流入原料气体的入口部100a。更具体而言，容器100例如为内部具有空间的长方体，底面设置有入口部100a，上表面设置有出口部100b。此外，本实施方式中，是以容器100为长方体来进行说明，但不限于此。容器100例如也可以是圆柱体等。

入口喷嘴102例如为圆筒状的管，与容器100的底面的入口部100a连接。入口喷嘴102与配管l连接，使原料气体流入容器100內。

出口喷嘴104例如为圆筒状的管，与容器100的上表面的出口部100b连接。出口喷嘴104通过配管与改质器20连接，将脱硫气体供给至改质器20。

脱硫剂部106在容器100内，从底面设置规定的空间来配置将原料气体进行脱硫的脱硫剂。即，脱硫剂部106具有下部网眼结构材106a、上部网眼结构材106b和脱硫剂106c。

下部网眼结构材106a例如为穿孔金属或金属网等，具有流入原料气体的多个开口部。同样，上部网眼结构材106b例如为穿孔金属或金属网等，具有排出脱硫气体的多个开口部。

脱硫剂106c例如为加氢脱硫催化剂层，配置于下部网眼结构材106a和上部网眼结构材106b之间，将原料气体进行脱硫而生成脱硫气体。脱硫剂106c例如是同时具有将硫化合物转换成硫化氢的功能和吸附硫化氢的功能的以铜锌为主成分的加氢脱硫剂。加氢脱硫剂并不限定于本例，例如，也可以由将原料中的硫化合物转换成硫化氢的como系催化剂、吸附转换了的硫化氢的吸附剂即zno系催化剂、和cuzn系催化剂等构成。

挡板108设置于容器100内的底面与下部网眼结构材106a之间的空间内的入口部100a的上方，是防止因原料气体的脱硫而生成的落下物从脱硫剂部106落下到入口部100a的板。另外，本实施方式中，挡板108以与入口部100a上方的下部网眼结构材106a接触的方式配置。挡板108的面积为入口部100a的面积的大约3倍左右。此外，本实施方式的挡板108与板部对应。

通过上述的构成，经由入口喷嘴102从配管l流入原料气体容器100的入口部100a。流入入口部100a的原料气体在容器100内的底面与下部网眼结构材106a之间的空间内扩展，通过下部网眼结构材106a而供给到脱硫剂106c。

此时，在设置于脱硫剂106c的上游的下部网眼结构材106a中，原料气体直接接触的部分被挡板108阻挡。由此，原料气体不直接接触入口部100a上部的脱硫剂106c，而是向脱硫剂106c导入原料气体。因此，能够抑制入口部100a上部的脱硫反应的产物和粉剂等落下物的生成。然后，脱硫剂106c将导入的原料气体中的硫化合物转换成硫化氢，并吸附而生成脱硫气体。

脱硫气体经由上部网眼结构材106b扩散到上表面与上部网眼结构材106b之间的空间，从与出口部100b连接的出口喷嘴104排出。从出口喷嘴104排出的脱硫气体经由配管而供给至改质器20。

如上所述，根据本实施方式，将挡板108设置在容器100的底面与下部网眼结构材106a之间的空间内的入口部100a的上方。由此，能够抑制入口部100a上方的脱硫反应的产物和粉剂等落下物的生成，同时即使产生落下部也能够防止向入口部100a落下。

(第2实施方式)

第2实施方式的脱硫器10与第1实施方式的脱硫器10的不同之处在于：与原料气体接触的挡板108设置在远离下部网眼结构材106a的位置。以下，对与第1实施方式的脱硫器10的不同点进行说明。

图3是表示第2实施方式的脱硫器10的构成例的垂直剖视图。如图3所示，挡板108设置于远离下部网眼结构材106a的位置。

如上所述，根据本实施方式，原料气体的流通路面积变大，能够更有效率地进行脱硫反应。另外，由于在入口部100a的上方配置有挡板108，因此能够防止脱硫反应的产物和粉剂等落下物向入口部100a落下。

(第3实施方式)

第3实施方式的脱硫器10与第2实施方式的脱硫器10的不同之处在于：入口部100a从底面的中心部偏心，且挡板108倾斜。以下，对与第3实施方式的脱硫器10的不同点进行说明。

图4是表示第3实施方式的脱硫器10的构成例的垂直剖视图。如图4所示，入口喷嘴102比容器100的底面更向上部突出而构成了防御壁110。由此，能够抑制蓄积在底面的落下物流入入口部100a。另外，防御壁110和入口喷嘴102一体地构成，但不限于此。例如，防御壁110可以由其它部件构成。

另外，入口部100a从容器100的底面的中心部偏心。另外，偏心的入口部100a的靠近容器100的侧面壁的一侧的挡板108的端部位于上方地倾斜。

通过使入口部100a从容器100的底面的中心部偏心，可以调整原料气体的上升流的方向。通过使偏心的入口部100a的靠近容器100的侧面壁的一侧的挡板108的端部位于上方地倾斜，能够从挡板108的端部位于上方的一侧供给更多的原料气体。而且，通过倾斜挡板108，能够使落下到挡板108上的落下物落入底面积宽的一侧，能够进一步抑制落下物超过防御壁110。

如上所述，根据本实施方式，入口部100a从容器100的底面的中心部偏心，偏心的入口部100a的靠近容器100的侧面壁的一侧的挡板108的端部位于上方地倾斜。由此，在调整原料气体的上升流的方向的同时，能够使落下到挡板108的落下物落入底面积宽的一侧。

(第4实施方式)

第4实施方式的脱硫器10与第1实施方式的脱硫器10的不同之处在于：入口喷嘴在容器100内的端部的朝向相对于铅直上方倾斜。以下，对与第1实施方式的脱硫器10的不同点进行说明。

图5是表示第4实施方式的脱硫器10的构成例的垂直剖视图。如图5所示，入口喷嘴102在容器100内的端部的朝向相对于铅直上方倾斜地构成。由此，可以将入口喷嘴102内的管状部分的上部构成为挡板108。

通过使入口喷嘴102在容器100内的端部的朝向相对于铅直上方倾斜地构成，可以调整原料气体的上升流的方向。另外，在本实施方式中，入口喷嘴102在容器100内的端部的朝向相对于铅直上方倾斜，但不限于此。例如，也可以使入口喷嘴102在容器100内的端部的朝向水平地构成。在这种情况下，入口部100a也可以位于底面的中心部。

另外，入口喷嘴102比容器100的底面更向上部突出而构成了防御壁110。由此，能够抑制蓄积在底面的落下物流入入口部100a。

如上所述，根据本实施方式，入口喷嘴102在容器100内的端部的朝向相对于铅直上方倾斜地构成。由此，在调整原料气体的上升流的方向的同时，能够使落下到挡板108的落下物落入底面积较宽的一侧。

以上，对几个实施方式进行了说明，但这些实施方式仅是作为例子提示出的，而不是意图限定发明的范围。本说明书中说明过的新型装置、方法和程序可以用其它的各种形态来实施。另外，在不脱离发明要旨的范围内，可以对本说明书中说明过的装置、方法和程序的形态进行各种省略、置换、变更。

符号说明

1：燃料电池系统、10：脱硫器、20：改质器、30：燃料电池、100：容器、100a：入口部、100b：出口部、102：入口喷嘴、106：脱硫剂部、106a：下部网眼结构材、106b：上部网眼结构材、106c：脱硫剂、108：挡板。