硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法、硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置、燃料電池用改質ガスの製造装置、および、燃料電池システム
【課題】硫黄吸着脱硫剤の寿命を簡単な構成で適切に判定可能な燃料電池システムの提供。
【解決手段】寿命判定装置は、投光手段５２２にて、脱硫器３００に充填された硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に投光光Ｈ１を投光し、受光手段５２３にて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ２を受光する。寿命判定装置は、寿命判定制御手段にて、受光手段５２３での受光状態に基づいて、硫黄分の吸着状態に対応する硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態を判定し、この変色状態に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。
【解決手段】寿命判定装置は、投光手段５２２にて、脱硫器３００に充填された硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に投光光Ｈ１を投光し、受光手段５２３にて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ２を受光する。寿命判定装置は、寿命判定制御手段にて、受光手段５２３での受光状態に基づいて、硫黄分の吸着状態に対応する硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態を判定し、この変色状態に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素原料を含む原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法、硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置、燃料電池用改質ガスの製造装置、および、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料ガス中の硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する構成が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この特許文献１に記載のものは、燃料ガス中の硫黄化合物によって色相変化するインジケータ機能付き吸着剤を、吸着管に充填する。
そして、この吸着管に燃料ガスを導入することにより、燃料ガス中の硫黄化合物を吸着除去して、脱硫済燃料ガスとして導出管から排出する。このとき、吸着管中のインジケータ機能付き吸着剤は、硫黄化合物を吸着して変色する。そして、この変色相の位置を目視により観察することにより、インジケータ機能付き吸着剤の取り換え時期を判定する構成がとられている。また、色相変化をカメラ撮影により観察して、その判定を自動化する構成がとられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０５１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような特許文献１のような構成では、目視で観察する場合、視認者により変色相の判定基準が異なるおそれがあり、適切に取り換え時期を判定できないおそれがある。また、カメラ撮影により自動判定する場合、画像処理などの複雑な処理を実施しなくては、適切に判断できないおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、このような点に鑑みて、硫黄吸着脱硫剤の寿命を簡単な構成で適切に判定可能な硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法、硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置、燃料電池用改質ガスの製造装置、および、燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法は、炭化水素原料を含む原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記硫黄吸着脱硫剤は、脱硫された原料ガスを改質触媒下で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器における前記原料ガスが流入される上流側に直列状に接続された脱硫器に充填され、前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤へ光を投光して、前記硫黄吸着脱硫剤から出射される光を受光し、この受光状態に基づいて、前記硫黄分の吸着状態に対応する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定し、この判定した前記変色状態に基づいて、前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定することを特徴とする。
この発明では、脱硫器に充填された硫黄吸着脱硫剤に光を投光して、硫黄吸着脱硫剤から出射される光の受光状態に基づいて、硫黄分の吸着状態に対応する硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定する。そして、この変色状態に基づいて、硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する。
このことにより、硫黄吸着脱硫剤からの光の受光状態に基づいて、この光を出射した硫黄吸着脱硫剤での硫黄分の吸着状態に対応させて、硫黄吸着脱硫剤の寿命が判定される。したがって、一定の判定基準で硫黄吸着脱硫剤の寿命が判定される。また、画像処理などの複雑な処理を実施する必要がなく、簡単な構成で硫黄吸着脱硫剤の寿命が判定される。
【０００８】
また、本発明では、請求項１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤で構成される前記原料ガスが流入される上流側の面から下流側の面までの距離をＬ０、前記上流側の面から前記受光する光が出射される位置までの距離をＬ１、として、Ｌ１をＬ０で除した受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置から出射される前記光を受光することが好ましい。
この発明では、脱硫器に充填された硫黄吸着脱硫剤で構成される原料ガスが流入される上流側の面（以下、脱硫剤上流面と称す）から下流側の面（以下、脱硫剤下流面と称す）までの距離をＬ０、脱硫剤上流面から受光する光が出射される位置までの距離をＬ１として、Ｌ１をＬ０で除した受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置から出射される光を受光する。
ここで、例えば受光位置特定値Ｖが０．５よりも小さくなる位置（以下、上流側位置と称す）で受光して、この上流側位置に存在する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する場合、この上流側位置よりも下流側に硫黄分を吸着可能な硫黄吸着脱硫剤（以下、吸着可能脱硫剤と称す）が比較的広い範囲にわたって存在することになる。このため、この吸着可能脱硫剤を有効利用するためには、利用者が吸着可能脱硫剤の寿命を予測する必要があり、もし、この予測を行わないときは、管理が煩雑になるおそれがある。また、例えば受光位置特定値Ｖが０．９０よりも大きくなる位置（以下、下流側位置と称す）に存在する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する場合、この下流側位置よりも下流側に吸着可能脱硫剤が狭い範囲にわたって存在することになる。このため、下流側位置の硫黄吸着脱硫剤の寿命が判定されてから、利用者が硫黄吸着脱硫剤を交換するなどのメンテナンスをするまでの間に、吸着可能脱硫剤の全てで硫黄分が吸着されて吸着不可能な状態となり、硫黄分が改質器へ流れてしまうおそれがある。
このことにより、受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置で受光して、この位置に存在する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定することで、管理が煩雑になるおそれや、硫黄分が改質器へ流れてしまうおそれが抑制される。
【０００９】
さらに、本発明では、請求項１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤における前記原料ガスが流入される方向に沿った異なる位置から出射される前記光を受光し、前記異なる位置での受光状態に基づいて、前記異なる位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定し、この判定した前記異なる位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態に基づいて、前記異なる位置よりも前記原料ガスが流入される下流側の位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定することが好ましい。
この発明では、脱硫器に充填された硫黄吸着脱硫剤における原料ガスが流入される方向に沿った異なる位置から出射される光を受光する。そして、この異なる位置での受光状態に基づいて、この異なる位置よりも原料ガスが流入される下流側に存在する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する。
このことにより、受光位置よりも下流側の硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定することにより、硫黄吸着脱硫剤の有効利用を容易に図れる。
【００１０】
そして、本発明では、請求項３に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤で構成される前記原料ガスが流入される上流側の面からの距離がＬ１１となる第１の位置から出射される前記光を受光し、前記上流側の面からの距離がＬ１１より長いＬ１２となる第２の位置から出射される前記光を受光し、前記第１の位置での受光状態に対応する第１の前記変色状態が特定変色状態となってから、前記第２の位置での受光状態に対応する第２の前記変色状態が前記特定変色状態となるまでの時間をΔＴ、として、前記第２の変色状態が前記特定変色状態となってからの経過時間が以下の式（１）で求められるＴｊとなるときに、前記上流側の面からの距離がＬ１２より長いＬ１３となる第３の位置の変色状態が前記特定変色状態となると判定する処理を、前記異なる位置よりも前記下流側の位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する処理として実施することが好ましい。
【００１１】
（数１）
Ｔｊ＝〔（Ｌ１３−Ｌ１２）／（Ｌ１２−Ｌ１１）〕×ΔＴ…（１）
【００１２】
この発明では、脱硫剤上流面からの距離がＬ１１となる第１の位置から出射される光を受光する。さらに、脱硫剤上流面からの距離がＬ１１より長いＬ１２となる第２の位置から出射される光を受光する。そして、脱硫剤上流面から脱硫剤下流面までの距離をＬ０、第１の位置での受光状態に対応する第１の変色状態が特定変色状態となってから、第２の位置での受光状態に対応する第２の変色状態が特定変色状態となるまでの時間をΔＴ、として、第２の変色状態が特定変色状態となってからの経過時間が上述した式（１）で求められるＴｊとなるときに、脱硫剤上流面からの距離がＬ１２よりも長いＬ１３となる第３の位置の変色状態が特定変色状態となると判定する処理を、異なる位置よりも下流側の位置に存在する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定するとして実施する。
このことにより、硫黄吸着脱硫剤で構成される脱硫剤上流面から第１，第２，第３の位置までの距離、第１の位置での第１の変色状態が特定変色状態となってから第２の位置での第２の変色状態が特定変色状態となるまでの時間を上述した式（１）に代入するだけの簡単な方法で、第３の位置の変色状態が特定変色状態となる時期が判定される。したがって、より簡単な方法で判定された寿命に基づいて、硫黄吸着脱硫剤の有効利用を容易に図れる。
【００１３】
また、本発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記判定した前記硫黄吸着脱硫剤の寿命に対応するアラーム音を発することが好ましい。
この発明では、硫黄吸着脱硫剤の寿命に対応するアラーム音を発する。
このことにより、脱硫器から離れた位置にいる利用者、あるいは、他の作業をしている利用者に対して、硫黄吸着脱硫剤の寿命を認識させることにより、適切なメンテナンスを実施させることが可能となる。
【００１４】
そして、本発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記脱硫器には、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含む前記硫黄吸着脱硫剤が充填されたことが好ましい。
この発明では、脱硫器に、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含む硫黄吸着脱硫剤が充填される。つまり、硫黄分を吸着していない状態では白色で、硫黄分を吸着することにより変色する硫黄吸着脱硫剤が充填される。
このことにより、変色の判定が容易になり、硫黄吸着脱硫剤の寿命がさらに適切に判定される。
【００１５】
また、本発明では、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記判定した寿命に基づいて、前記改質器で生成した前記改質ガスを原料として発電する燃料電池システムの動作を停止させることが好ましい。
この発明では、硫黄吸着脱硫剤の寿命に基づいて、改質器で生成した改質ガスを原料として発電する燃料電池システムの動作を停止させる。
このことにより、硫黄分が燃料電池システムに流れることが防止され、適切な発電が得られる。
【００１６】
さらに、本発明では、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記判定した寿命に関する寿命情報を、前記改質器で生成した前記改質ガスを原料として発電する燃料電池システムの管理者に通報することが好ましい。
この発明では、硫黄吸着脱硫剤の寿命に関する寿命情報を、燃料電池システムの管理者に通報する。ここで、燃料電池システムの管理者とは、燃料電池システムの製造者など、燃料電池システムに関する知識を有する人物を意味する。
このことにより、燃料電池システムの管理者に迅速に寿命を認識させることにより、さらに適切なメンテナンスをより迅速に実施させることが可能となる。
【００１７】
本発明に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置は、炭化水素原料を含む原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、前記硫黄吸着脱硫剤は、前記硫黄分が脱硫された原料ガスを改質触媒下で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器における前記原料ガスが流入される上流側に直列状に接続された脱硫器に充填され、前記脱硫器に充填された硫黄吸着脱硫剤へ光を投光する投光手段と、前記硫黄吸着脱硫剤から出射される光を受光する受光手段と、この受光手段での受光状態に基づいて、前記硫黄分の吸着状態に対応する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定する変色状態判定手段と、この変色状態判定手段で判定した前記変色状態に基づいて、前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する寿命判定手段と、を具備したことを特徴とする。
この発明は、請求項１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法を装置構成に展開したもので、投光手段にて、脱硫器に充填された硫黄吸着脱硫剤に光を投光して、受光手段にて、硫黄吸着脱硫剤から出射される光を受光する。さらに、変色状態判定手段にて、受光手段での受光状態に基づいて、硫黄分の吸着状態に対応する硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定する。そして、寿命判定手段にて、この判定した変色状態に基づいて、硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する。
ここで、受光手段としては、硫黄吸着脱硫剤を介して投光手段に略対向する位置に設けられ、硫黄吸着脱硫剤を通過する光を受光する構成としてもよい。また、投光手段の近傍に設けられ、硫黄吸着脱硫剤で反射した光を受光する構成としてもよい。また、投光手段および受光手段としては、例えば光を透過しない金属の脱硫器内に設けられる構成としてもよい。さらに、例えば光を透過するガラスで脱硫器の少なくとも一部を構成するとともに、投光手段および受光手段を脱硫器外に設け、ガラスを介して光を投光、受光する構成としてもよい。
このことにより、請求項１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法と同様の作用効果を奏する。
【００１８】
また、請求項９に従属する請求項１０ないし請求項１４に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置は、請求項１に従属する請求項２ないし請求項６に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法をそれぞれ装置構成に展開したものであり、請求項２ないし請求項６に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法と同様の作用効果を奏する。
【００１９】
本発明に記載の燃料電池用改質ガスの製造装置は、炭化水素原料を含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、この原料ガス供給手段から供給される原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤が充填された脱硫器と、この脱硫器で脱硫された原料ガスを改質触媒下で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器と、前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する請求項９ないし請求項１４のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、原料ガス供給手段から供給される炭化水素原料を含む原料ガスを脱硫する脱硫器の硫黄吸着脱硫剤の寿命を、請求項９ないし請求項１４のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置で判定する。
このことにより、請求項９ないし請求項１４のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置と同様の作用効果を奏する状態で、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを適切に製造可能となる。
【００２０】
本発明に記載の燃料電池システムは、請求項１５に記載の燃料電池用改質ガスの製造装置と、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、前記燃料電池用改質ガスの製造装置の前記改質器で改質された前記改質ガスおよび前記酸素含有気体供給手段により供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを適切に製造可能な請求項１５に記載の燃料電池用改質ガスの製造装置からの改質ガスと、酸素含有気体供給手段から供給される酸素含有気体とを利用して、燃料電池で発電させる。
このことにより、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを利用して、適切な発電が得られる。
【００２１】
また、請求項１６に従属する請求項１７および請求項１８に記載の燃料電池システムは、請求項７および請求項８に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法をそれぞれ燃料電池システムに展開したものであり、請求項７および請求項８に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法と同様の作用効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池システムについて説明する。
なお、この第１の実施の形態、および、後述する第２の実施の形態では、本発明の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置を備えた炭化水素原料を利用する燃料電池システムの構成を例示するが、燃料電池システムに利用する構成に限らず、例えば改質ガスの製造装置や精製装置、供給装置など、炭化水素原料を含む原料ガスを脱硫する各種構成に適用できる。さらに、例えば家庭用の小型のシステム構成に限らず、集合住宅用や各種店舗などに利用される比較的大型のシステム構成にも適用できる。
図１は、第１の実施の形態および第２の実施の形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図２は、脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。図４は、制御部の概略構成を示すブロック図である。
【００２３】
〔燃料電池システムの構成〕
図１において、１００Ａは、燃料電池システムで、この燃料電池システム１００Ａは、炭化水素原料を含む原料ガスを原料として、水素を主成分とする改質ガスである燃料ガスに改質し、燃料電池２００により発電させるシステムである。
ここで、原料ガスとしては、例えば、メタノール、メタンを主体とする液化天然ガス、この天然ガスを主成分とする都市ガス、天然ガスを原料とする合成液体燃料、さらには液化石油ガス（ＬＰＧ）、ジメチルエーテル、ナフサ、灯油などの石油系炭化水素をガス状にしたものを利用できる。
【００２４】
燃料電池システム１００Ａは、原料ガスを供給する配管である流通経路を構成する原料ガス供給手段１１０を有している。なお、本発明における原料ガス供給手段としては、例えば設置させるボンベやタンクからガス状の原料ガスを供給させる気化装置を備えた構成など、炭化水素原料を含む原料ガスを供給するいずれの構成が適用できる。
そして、この原料ガス供給手段１１０には、脱硫器３００が接続されている。
【００２５】
脱硫器３００は、原料ガス供給手段１１０から供給される原料ガス中の硫黄分を、例えば０．０１ｐｐｍ以下まで除去する。
この脱硫器３００は、図２および図３に示すような脱硫容器３１０と、図示しない加熱手段と、を備えている。この脱硫容器３１０は、例えば、ガラスなどの光を透過する材料により、軸方向の一端部に原料ガス供給手段１１０からの原料ガスが流入される流入口３１１が開口形成され、軸方向の他端部に脱硫された原料ガスを流出させる流出口３１２が開口形成され、内部に硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が充填される内部空間を有した略円筒状に形成されている。
そして、脱硫器３００は、原料ガス供給手段１１０の原料排出口に、流入口３１１が連通する状態に接続される。
【００２６】
脱硫容器３１０内には、上述したように硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が充填されている。この硫黄吸着脱硫剤Ｄ０は、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含んで構成されている。つまり、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０として、硫黄分を吸着していない状態では白色で、硫黄分を吸着することにより変色する構成を有している。なお、硫黄吸着脱硫剤としては、硫黄分未吸着状態での色が白色の構成に限らず、硫黄分を吸着した際に変色するいずれの構成を適用してもよい。
ここで、以下において、硫黄分を吸着していない白色の状態の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を吸着可能脱硫剤Ｄ１と、硫黄分を吸着して変色した状態の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を吸着済脱硫剤Ｄ２と、適宜称して説明する。
【００２７】
また、脱硫器３００の加熱を行うときは、例えば、脱硫容器３１０の外周面に螺旋状に配設されたシーズヒータなどの電気ヒータを備え、脱硫容器３１０の外面側から内部を流通する原料ガスを例えば５０℃以上２００℃以下、好ましくは５０℃以上１５０℃以下で加熱して脱硫処理できる。なお、脱硫器３００の外面には、電気ヒータとともに脱硫容器３１０の外面を被覆して断熱する断熱材が設けられる。また、電気ヒータは、螺旋状に配設する構成に限らず、例えば脱硫容器３１０の長手方向に沿って折り返すように配設するなどしてもよい。さらに、脱硫容器３１０内に配設した構成などとしてもよい。その他、後述する改質器４１０、ＣＯ変成器４２０、ＣＯ選択酸化器４３０の排熱を利用、具体的には熱交換装置１６０のように排ガスを流通する管を配設したり、改質器４１０、ＣＯ変成器４２０、ＣＯ選択酸化器４３０の保温材の中に原料ガスが流通するように脱硫器３００を配設したりするなどしてもよい。
これら原料ガス供給手段１１０から改質手段４００までの構成が、本発明における燃料電池用改質ガスの製造装置である燃料ガス製造装置４５０として構成される。
【００２８】
また、脱硫器３００は、図１に示すように、水蒸気混合器１４０を介して、改質手段４００が接続されている。
水蒸気混合器１４０は、脱硫器３００における脱硫容器３１０の流出口３１２から流出する脱硫処理後の原料ガスに水蒸気を混合する。この水蒸気混合器１４０には熱交換装置１６０が接続され、熱交換装置１６０から供給される水蒸気を脱硫器３００から流出する脱硫処理後の原料ガスと混合させる。
【００２９】
改質手段４００は、水蒸気が混合された原料ガスを水素リッチな改質ガスとしての燃料ガスに改質する。
この改質手段４００は、改質器４１０と、ＣＯ変成器４２０と、ＣＯ選択酸化器４３０と、を備えている。
【００３０】
改質器４１０は、内部に図示しないニッケル触媒などの改質触媒が充填され、加熱装置としてのバーナ４１１を備えている。
バーナ４１１は、脱硫器３００の上流側で分岐する原料ガス供給手段１１０から原料ガスが供給されるとともに、後述する燃料電池２００から排出される燃料ガスが供給される。そして、バーナ４１１は、送気ブロワ１７０から供給される空気により、原料ガスおよび燃料ガスを燃焼させ、脱硫され水蒸気が混合された原料ガスを水素リッチの燃料ガスに水蒸気改質する。
このバーナ４１１の燃焼による高温の排ガスは、熱交換装置１６０に供給され、水との熱交換により冷やされて外気中に排気される。
熱交換装置１６０には、純水１８１を貯留する純水タンク１８０が搬送ポンプ１８２を有した給水経路１８３を介して接続され、純水タンク１８０から純水１８１が供給される。そして、熱交換装置１６０は、供給される純水１８１により改質器４１０から排気される排ガスを冷却させるとともに水蒸気を生成させ、生成した水蒸気を水蒸気混合器１４０へ供給させる。なお、純水タンク１８０は、蒸留水などの不純物を含まない純水１８１を貯留し、例えば水道水などが浄化されて適宜給水される構成が設けられていてもよい。
【００３１】
ＣＯ変成器４２０は、改質器４１０に直列状に接続され、改質器４１０から流出する水素リッチの燃料ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）を変成する。
ＣＯ選択酸化器４３０は、ＣＯ変成器４２０に直列状に接続され、ＣＯ変成器４２０でＣＯを二酸化炭素（ＣＯ2）に酸化させ、燃料ガス中のＣＯを除去する。
なお、ＣＯ変成器４２０およびＣＯ選択酸化器４３０は、改質器４１０と一体構成としてもよい。さらには、水蒸気混合器１４０および熱交換装置１６０をも一体構成としてもよい。また、ＣＯ変成器４２０およびＣＯ選択酸化器４３０の他、ＣＯを吸着除去するなどの装置を設けるなどしてもよい。
【００３２】
改質手段４００には燃料電池２００が接続され、改質手段４００で得られた燃料ガスを燃料電池２００へ供給する。
燃料電池２００は、水素と酸素とを反応させて直流電力を発生させる。この燃料電池２００は、例えば固体高分子型燃料電池で、正極２０１と、負極２０２と、正極２０１および負極２０２間に配設された図示しない高分子電解質膜と、を備えている。そして、正極２０１側には、酸素含有気体供給手段としてのブロワ２１０の駆動により発生し、例えば図示しない加湿器で加湿された空気が供給され、負極２０２側には、例えば図示しない加湿器を介して加湿された水素リッチの燃料ガスが供給される。そして、燃料ガスの水素と空気中の酸素とが反応して水（純水１８１）が生成されるとともに、正極２０１および負極２０２間に直流電力が発生する。
そして、負極２０２側は、上述したように改質器４１０のバーナ４１１に接続され、余った水素分をバーナ４１１の燃料として供給する。また、正極２０１側には、分離器１８５が接続されている。この分離器１８５には、正極２０１側から反応に利用された空気が供給され、気相分の空気と液相分の水（純水１８１）とに分離する。なお、分離した空気は、外気に排気される。そして、分離器１８５には、純水タンク１８０が接続され、分離した水（純水１８１）を純水タンク１８０へ供給する。
【００３３】
また、燃料電池２００には、冷却装置１８７が設けられている。この冷却装置１８７は、燃料電池２００に付設された熱回収装置１８７Ａが設けられている。この熱回収装置１８７Ａには、ポンプ１８７Ｂおよび熱交換器１８７Ｃを備えた循環経路１８７Ｄを介して純水タンク１８０が接続されている。
この循環経路１８７Ｄは、ポンプ１８７Ｂの駆動により、熱回収装置１８７Ａと純水タンク１８０との間で純水１８１を循環させ、発電に伴って発熱する燃料電池２００を冷却させるとともに熱を回収する。
熱交換器１８７Ｃは、循環され熱回収装置１８７Ａで熱を回収した純水１８１と、例えば水道水などと熱交換させる。この熱交換により温められた水道水は、例えばお風呂などの他の設備に直接供給されて有効利用される。なお、水道水との熱交換の他、熱交換により得られる熱から発電させるなど、他の設備などに有効利用してもよい。
【００３４】
そして、燃料電池システム１００Ａは、システム全体の動作を制御する制御部５００を備えている。この制御部５００は、燃料電池システム１００Ａの図示しないケース体から臨む状態で設けられた発音手段としてのアラーム９１０に接続されている。さらに、制御部５００は、ネットワークＮを介して管理室９２０に接続されている。
ここで、ネットワークＮとしては、インターネット、イントラネット、ＬＡＮ(Local Area Network)、無線媒体により情報が送受信可能な複数の基地局がネットワークを構成する通信回線網や放送網などのネットワーク、さらには、制御部５００および管理室９２０間で情報を直接送受信するための媒体となる無線媒体自体などが例示できる。ここで、無線媒体としては、電波、光、音波、電磁波などのいずれの媒体をも適用できる。
そして、制御部５００は、図４に示すように、寿命判定装置５１０と、システム制御装置５４０と、を備えている。
【００３５】
寿命判定装置５１０は、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に光を投光して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される光に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。そして、寿命判定装置５１０は、検出ユニット５２０と、寿命判定制御手段５３０と、を備えている。
【００３６】
検出ユニット５２０は、図２〜図４に示すように、ユニット本体５２１と、投光手段５２２と、受光手段５２３と、を備えている。
ユニット本体５２１は、例えば樹脂材などにより、略箱状に形成されている。このユニット本体５２１は、一面に脱硫容器３１０の外周面に密着可能な曲面状の曲面部５２１Ａを有している。そして、ユニット本体５２１は、脱硫容器３１０に巻き付けられたベルト５２４により、曲面部５２１Ａが脱硫容器３１０に密着する状態で固定される。
投光手段５２２は、図示しない接続線を介して寿命判定制御手段５３０に接続された、例えば光ファイバである。この投光手段５２２は、ユニット本体５２１の内部に、投光光Ｈ１を投光する投光面５２２Ａが曲面部５２１Ａから臨む状態で設けられている。
受光手段５２３は、図示しない接続線を介して寿命判定制御手段５３０に接続された、例えば光ファイバであり、ユニット本体５２１の内部に、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ２を受光する受光面５２３Ａが曲面部５２１Ａから臨む状態で設けられている。
そして、投光手段５２２および受光手段５２３は、図３に示すように、投光光Ｈ１が硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に投光され、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０で反射して出射される出射光Ｈ２を受光面５２３Ａで受光可能な状態で、それぞれ位置決めされている。
【００３７】
また、検出ユニット５２０は、図２に示すように、脱硫容器３１０における流出口３１２側に固定されている。具体的には、検出ユニット５２０は、脱硫容器３１０の流入口３１１から流出口３１２までの距離、すなわち硫黄吸着脱硫剤Ｄ０で構成される原料ガスが流入される上流側の面（脱硫剤上流面）から下流側の面（脱硫剤下流面）までの距離をＬ０、流入口３１１から受光手段５２３までの距離、すなわち上述した脱硫剤上流面から出射光Ｈ２が出射される位置までの距離をＬ１として、Ｌ１をＬ０で除した受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置（以下、寿命検出位置と称す）に固定されている。
【００３８】
ここで、脱硫容器３１０に硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を充填した後、最初に原料ガスが流入されると、原料ガスは、流入口３１１近傍の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０により硫黄分が吸着されるので、流入口３１１近傍に吸着済脱硫剤Ｄ２が存在し、それ以外の部分に吸着可能脱硫剤Ｄ１が存在する状態となる。この後、原料ガスが流入されると、吸着済脱硫剤Ｄ２の存在範囲は、流出口３１２側に徐々に広がる状態となる。
つまり、検出ユニット５２０が固定された寿命検出位置は、脱硫容器３１０に硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を充填してからの使用期間が短いときに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が変色せずに、使用期間が長いときに変色する位置に設定されている。
【００３９】
寿命判定制御手段５３０は、図４に示すように、アラーム９１０に接続されている。この寿命判定制御手段５３０は、変色状態判定手段５３１と、寿命判定手段５３２と、発音制御手段としてのアラーム制御手段５３３と、を備えている。
【００４０】
変色状態判定手段５３１は、投光手段５２２を制御して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０へ投光光Ｈ１を投光させる。そして、受光手段５２３を制御して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ２を受光させて、この受光状態に対応する受光信号を取得する。ここで、受光状態は、出射光Ｈ２が吸着可能脱硫剤Ｄ１から出射された場合、白色に対応した状態となり、出射光Ｈ２が吸着済脱硫剤Ｄ２から出射された場合、白色以外の例えば灰色、褐色、黒色に対応した状態となる。
そして、変色状態判定手段５３１は、受光信号の受光状態に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態に対応した変色状態値を設定する処理を、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態を判定する処理として実施する。例えば、受光状態が白色に対応している場合、変色状態値を０に設定し、着色するにしたがって、大きい値に設定する。なお、例えば白色に対応している場合に変色状態値を１００に設定し、着色するにしたがって、小さい値に設定する構成としてもよい。
【００４１】
寿命判定手段５３２は、変色状態判定手段５３１で変換された変色状態値を認識する。さらに、この変色状態値があらかじめ設定された閾値Ｓ未満であると判断した場合、寿命検出位置よりも流出口３１２側に広い範囲にわたって吸着可能脱硫剤Ｄ１が存在していると判断する。そして、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命でないと判定する。
一方、寿命判定手段５３２は、変色状態値が閾値Ｓ以上であると判断した場合、寿命検出位置に変色した吸着済脱硫剤Ｄ２が存在しており、この寿命検出位置よりも流出口３１２側の狭い範囲に吸着可能脱硫剤Ｄ１が存在していると判断する。そして、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定する。
【００４２】
アラーム制御手段５３３は、寿命判定手段５３２にて、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定されたことを認識すると、アラーム９１０を制御して、アラーム音を発せさせ、燃料電池システム１００Ａの利用者に、その旨を報知する。
【００４３】
システム制御装置５４０は、ネットワークＮを介して管理室９２０に接続されている。このシステム制御装置５４０は、システム制御手段５４１と、停止制御手段としての非常停止制御手段５４２と、通報手段５４３と、を備えている。
【００４４】
システム制御手段５４１は、原料ガスの流量制御、脱硫器３００の加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器４１０のバーナ４１１の燃焼制御、熱交換装置１６０で水蒸気を生成させるための純水１８１の供給量制御や温度管理、発電量の管理などを実施する。
【００４５】
非常停止制御手段５４２は、寿命判定手段５３２にて、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定されたことを認識すると、システム制御手段５４１を制御して、燃料電池システム１００Ａの動作を非常停止させる。
【００４６】
通報手段５４３は、寿命判定手段５３２にて、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定されたことを認識すると、ネットワークＮを介して管理室９２０の管理者に、その旨を寿命情報として通報する。ここで、通報する方法としては、管理室９２０に設けられたコンピュータや通報器などを利用して、画像表示や音の出力あるいはランプの点灯などにより実施する方法が例示できる。
【００４７】
〔燃料電池システムの動作〕
次に、上述した燃料電池システム１００Ａの動作を説明する。
【００４８】
まず、制御部５００のシステム制御手段５４１が発電要求に関する信号を取得すると、発電処理が実施される。すなわち、バーナ４１１に原料ガスおよび空気を供給して改質器４１０を、例えば７００℃程度まで加熱させる。さらに、システム制御手段５４１は、搬送ポンプ１８２を駆動させて純水タンク１８０に貯留する純水１８１を給水経路１８３を介して熱交換装置１６０に供給して水蒸気を生成し、水蒸気混合器１４０へ水蒸気を供給させる。この後、システム制御手段５４１は、脱硫器３００の加熱手段の電気ヒータを、５０℃以上４００℃以下、好ましくは１００℃以上３００℃以下に加熱させるとともに、原料ガス供給手段１１０から原料ガスを脱硫器３００へ供給する。
この脱硫器３００へ供給された原料ガスは、５０℃以上４００℃以下、好ましくは１００℃以上３００℃以下の温度で硫黄吸着脱硫剤Ｄ０により、硫黄分の濃度が０．０１ｐｐｍ以下に脱硫処理される。
【００４９】
そして、脱硫器３００で脱硫された原料ガスは、水蒸気混合器１４０で熱交換装置１６０から供給される水蒸気と混合されて、改質手段４００の改質器４１０へ供給される。そして、水蒸気が混合された原料ガスは、改質器４１０で水素リッチな燃料ガスに改質される。さらに、ＣＯ変成器４２０およびＣＯ選択酸化器４３０により、燃料ガス中のＣＯが変成・除去され、加湿器などで適宜加湿された後、燃料電池２００の負極２０２側に供給される。
そして、負極２０２側に供給された燃料ガスの水素は、加湿器などで適宜加湿されて燃料電池２００の正極２０１側に供給された空気中の酸素と反応して水を生成するとともに、正極２０１および負極２０２間に直流電力を発生させる。
なお、負極２０２側の余った水素分を含む燃料ガスは、改質器４１０のバーナ４１１に供給されて燃焼される。
【００５０】
また、制御部５００の寿命判定装置５１０は、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命判定処理を実施する。ここで、上述した寿命判定処理のタイミングとしては、発電処理開始時、所定時間毎、連続的など、いずれのタイミングであってもよい。
具体的には、寿命判定装置５１０は、上述した寿命検出位置に固定された検出ユニット５２０にて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０へ投光光Ｈ１を投光するとともに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０からの出射光Ｈ２を受光する。
この後、寿命判定制御手段５３０の変色状態判定手段５３１にて、検出ユニット５２０での受光状態に基づく変色状態値を設定する。さらに、寿命判定手段５３２にて、この変色状態値に基づいて、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であるか否かを判定する。
【００５１】
そして、制御部５００は、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命でないと判定された場合、あらかじめ設定されたタイミングで寿命判定処理を実施する。
一方、制御部５００は、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定された場合、アラーム９１０を制御してアラーム音を発せさせる処理、燃料電池システム１００Ａを非常停止させる処理、管理室９２０へ通報する処理を実施する。
なお、例えば利用者により、アラーム制御手段５３３、非常停止制御手段５４２、通報手段５４３のうち、動作させたい構成のみを適宜選択可能な構成としてもよい。
【００５２】
〔第１の実施の形態の作用効果〕
上述したように、上記第１の実施の形態では、脱硫器３００に充填された硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に投光光Ｈ１を投光して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ２の受光状態に基づいて、硫黄分の吸着状態に対応する硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態を判定する。具体的には、変色状態値を設定する。そして、この変色状態値に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。
このため、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０からの出射光Ｈ２の受光状態に基づいて、この出射光Ｈ２を出射した硫黄吸着脱硫剤Ｄ０での硫黄分の吸着状態に対応させて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定できる。したがって、一定の判定基準で硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定できる。また、画像処理などの複雑な処理を実施する必要がなく、簡単な構成で硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定できる。
【００５３】
そして、受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる寿命検出位置から出射される出射光Ｈ２を受光して、この出射光Ｈ２に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。
このため、受光位置特定値Ｖが０．５よりも小さくなる上流側位置で受光する場合のように、吸着可能脱硫剤Ｄ１を有効利用するために、利用者が吸着可能脱硫剤Ｄ１の寿命を予測する必要がなくなる。また、受光位置特定値Ｖが０．９０よりも大きくなる下流側位置で受光する場合のように、下流側位置の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命が判定されてから、利用者が硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を交換するなどのメンテナンスをするまでの間に、吸着可能脱硫剤Ｄ１の全てで硫黄分が吸着されて吸着不可能な状態となり、硫黄分が改質器４１０へ流れてしまうことがなくなる。したがって、管理が煩雑になるおそれや、硫黄分が改質器４１０へ流れてしまうおそれを抑制できる。
【００５４】
さらに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定した際に、アラーム９１０からアラーム音を発している。
このため、脱硫器３００から離れた位置にいる利用者、あるいは、他の作業をしている利用者に対して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を認識させることにより、適切なメンテナンスを実施させることができる。
【００５５】
また、脱硫器３００に、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含む硫黄吸着脱硫剤Ｄ０、つまり、硫黄分を吸着していない状態では白色で、硫黄分を吸着することにより変色する硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を充填している。
このため、変色の判定が容易になり、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命をさらに適切に判定できる。
【００５６】
さらに、原料ガス供給手段１１０から供給される炭化水素原料を含む原料ガスを脱硫する脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を、寿命判定装置５１０で判定する。
このため、上述した作用効果を奏する状態で、燃料ガス製造装置４５０にて、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを適切に製造できる。
【００５７】
また、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを適切に製造可能な燃料ガス製造装置４５０からの改質ガスと、ブロワ２１０から供給される酸素含有気体とを利用して、燃料電池２００で発電させる。
このため、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを利用して、適切な発電を得ることができる。
【００５８】
そして、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定した際に、燃料電池システム１００Ａの動作を停止させている。
このため、硫黄分が燃料電池システム１００Ａに流れることを防止でき、適切な発電を得ることができる。
【００５９】
さらに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定した際に、その旨を寿命情報として、管理室９２０にいる燃料電池システム１００Ａの管理者に通報する。
このため、燃料電池システム１００Ａの管理者に迅速に寿命を認識させることにより、さらに適切なメンテナンスをより迅速に実施させることができる。
【００６０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池システムについて説明する。
なお、上述した第１の実施の形態の燃料電池システム１００Ａと同一の構成については、同一名称および同一符号を付し、説明を省略する。
図５は、制御部の概略構成を示すブロック図である。図６は、脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。図７は、図６のVII−VII線に沿った断面図である。図８は、時間と、第１の受光手段および第２の受光手段での受光状態に対応する変色状態値と、の関係を示すグラフである。
【００６１】
〔燃料電池システムの構成〕
図１において、１００Ｂは、燃料電池システムで、この燃料電池システム１００Ｂは、第１の実施の形態の燃料電池システム１００Ａの制御部５００を制御部６００に変更した構成を有している。
【００６２】
この制御部６００は、アラーム９１０に接続されているとともに、ネットワークＮを介して管理室９２０に接続されている。
そして、制御部６００は、図５に示すように、寿命判定装置６１０と、システム制御装置６５０と、を備えている。
【００６３】
寿命判定装置６１０は、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に光を投光して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される光に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。そして、寿命判定装置６１０は、第１の検出ユニット６２０と、第２の検出ユニット６３０と、寿命判定制御手段６４０と、を備えている。
【００６４】
ここで、第１，第２の検出ユニット６２０，６３０は、第１の実施の形態の検出ユニット５２０と同一のものである。
第１の検出ユニット６２０は、図５〜図７に示すように、ユニット本体６２１と、第１の投光手段６２２と、第１の受光手段６２３と、を備えている。
ユニット本体６２１は、例えば樹脂材などにより略箱状に形成され、一面に脱硫容器３１０の外周面に密着可能な曲面状の曲面部６２１Ａを有している。そして、ユニット本体６２１は、脱硫容器３１０に巻き付けられたベルト６２４により、曲面部６２１Ａが脱硫容器３１０に密着する状態で固定される。
第１の投光手段６２２は、寿命判定制御手段６４０に接続された例えば光ファイバであり、ユニット本体６２１の内部に投光光Ｈ１１を投光する投光面６２２Ａが曲面部６２１Ａから臨む状態で設けられている。
第１の受光手段６２３は、寿命判定制御手段６４０に接続された例えば光ファイバであり、ユニット本体６２１の内部に、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ１２を受光する受光面６２３Ａが曲面部６２１Ａから臨む状態で設けられている。
そして、第１の投光手段６２２および第１の受光手段６２３は、図７に示すように、投光光Ｈ１１が硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に投光され、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０で反射して出射される出射光Ｈ１２を受光面６２３Ａで受光可能な状態で、それぞれ位置決めされている。
【００６５】
また、第２の検出ユニット６３０は、ユニット本体６３１と、第２の投光手段６３２と、第２の受光手段６３３と、を備えている。
ユニット本体６３１は、脱硫容器３１０に巻き付けられたベルト６３４により、図示しない曲面部が脱硫容器３１０に密着する状態で固定される。
第２の投光手段６３２は、ユニット本体６３１の曲面部から臨む図示しない投光面から投光光を投光する。第２の受光手段６３３は、ユニット本体６３１の曲面部から臨む図示しない受光面で出射光を受光する。また、第２の投光手段６３２および第２の受光手段６３３は、第１の投光手段６２２および第１の受光手段６２３と同一の状態で位置決めされている。
【００６６】
そして、第１の検出ユニット６２０は、図６に示すように、脱硫容器３１０における流入口３１１近傍に固定されている。具体的には、第１の検出ユニット６２０は、流入口３１１から第１の受光手段６２３までの距離、すなわち上述した脱硫剤上流面から出射光Ｈ１２が出射される位置までの距離がＬ１１となる第１の位置に固定されている。
また、第２の検出ユニット６３０は、脱硫容器３１０における軸方向略中央に固定されている。具体的には、第２の検出ユニット６３０は、流入口３１１から第２の受光手段６３３までの距離、すなわち上述した脱硫剤上流面から出射光が出射される位置までの距離がＬ１２となる第２の位置に固定されている。
つまり、第１の検出ユニット６２０の第１の位置は、脱硫容器３１０に硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を充填してからの使用期間が短いときに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が変色する位置に設定されている。また、第２の検出ユニット６２０の第２の位置は、脱硫容器３１０に硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を充填してからの使用期間が短いときに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が変色せずに、使用期間が長いときに変色する位置に設定されている。
ここで、脱硫剤上流面から脱硫剤下流面までの距離は、第１の実施の形態と同様にＬ０に設定さている。
なお、第１，第２の検出ユニット６２０，６３０の固定位置としては、上述した位置に限らず、脱硫容器３１０の軸方向に沿った異なる位置であればいずれの位置であってもよい。
【００６７】
寿命判定制御手段６４０は、図５に示すように、アラーム９１０に接続され、変色状態判定手段６４１と、寿命判定手段６４２と、発音制御手段としてのアラーム制御手段６４３と、を備えている。
【００６８】
変色状態判定手段６４１は、第１，第２の投光手段６２２，６３２を制御して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０へ投光光Ｈ１１、図示しない投光光を投光させる。そして、第１，第２の受光手段６２３，６３３を制御して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ１２、図示しない出射光を受光させて、この受光状態に対応する受光信号を取得する。ここで、受光状態は、出射光Ｈ１２が吸着可能脱硫剤Ｄ１から出射された場合、白色に対応した状態となり、出射光Ｈ１２が吸着済脱硫剤Ｄ２から出射された場合、白色以外の例えば灰色に対応した状態となる。
そして、変色状態判定手段６４１は、受光信号の受光状態に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態に対応した変色状態値を設定する処理を、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態を判定する処理として実施する。なお、変色状態値の設定方法は、第１の実施の形態と同一なので説明を省略する。
【００６９】
ここで、上述したように、第１，第２の受光手段６２３，６３３は、脱硫容器３１０の軸方向に沿った異なる位置に固定されている。このため、第１，第２の受光手段６２３，６３３の受光状態に対応する変色状態値は、図８のグラフに示すように、使用時間に伴う増加状態が異なる。つまり、流入口３１１側の第１の受光手段６２３の変色状態値が、まず増加する。そして、第２の位置よりも流入口３１１側の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が吸着済脱硫剤Ｄ２に変化した後に、第２の受光手段６３３の変色状態値が増加する。
なお、図８では、変色状態値の増加状態を簡易的に直線で表しているが、実際には、使用状態に応じて適宜曲線的に増加する。
【００７０】
寿命判定手段６４２は、第１の受光手段６２３での受光状態に対応する変色状態値を認識し、この変色状態値があらかじめ設定された閾値Ｓ以上であると判断した場合、このときの時間Ｔ１を認識する。ここで、変色状態値が閾値Ｓ以上となる状態は、本発明の特定変色状態に対応する。また、寿命判定手段６４２は、第２の受光手段６３３での受光状態に対応する変色状態値が閾値Ｓ以上であると判断した場合、このときの時間Ｔ２を認識する。さらに、例えばあらかじめ設定された、あるいは、利用者により設定入力され、脱硫剤上流面からの距離がＬ１３となる第３の位置を認識する。
そして、時間Ｔ２から時間Ｔ１を減じたΔＴと、上述した距離Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３と、を以下の式（２）に代入して、時間Ｔｊを算出する。
【００７１】
（数２）
Ｔｊ＝〔（Ｌ１３−Ｌ１２）／（Ｌ１２−Ｌ１１）〕×ΔＴ…（２）
【００７２】
そして、寿命判定手段６４２は、第２の受光手段６３３での変色状態値が閾値Ｓ以上となった時間Ｔ２からの経過時間が、式（２）に基づき算出した時間Ｔｊとなるときに、第３の位置の変色状態値が閾値Ｓ以上となると判定する。すなわち、時間Ｔ２からの経過時間がＴｊとなるときに、第３の位置の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が吸着済脱硫剤Ｄ２に変化すると判定する処理を、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命判定処理として実施する。
上述した式（２）により、例えば、Ｌ１１が２ｃｍ、Ｌ１２が６ｃｍ、Ｌ１３が８ｃｍ、ΔＴが５日間の場合、つまり、脱硫容器３１０の軸方向に沿って４ｃｍの範囲の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が吸着済脱硫剤Ｄ２に変化するのに５日間要し、かつ、吸着可能脱硫剤Ｄ１の存在範囲である第２の位置から第３の位置までの距離が２ｃｍの場合、Ｔｊを２．５日間と算出することができる。
【００７３】
アラーム制御手段６４３は、寿命判定手段６４２にて、時間Ｔｊが算出されると、時間Ｔ２からの経過時間がＴｊになったときに、あるいは、Ｔｊになる前にアラーム９１０を制御して、アラーム音を発せさせ、燃料電池システム１００Ｂの利用者に、その旨を報知する。
【００７４】
システム制御装置６５０は、ネットワークＮを介して管理室９２０に接続されている。このシステム制御装置６５０は、システム制御手段５４１と、停止制御手段としての非常停止制御手段６５２と、通報手段６５３と、を備えている。
【００７５】
システム制御手段５４１は、原料ガスの流量制御、脱硫器３００の加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器４１０のバーナ４１１の燃焼制御、熱交換装置１６０で水蒸気を生成させるための純水１８１の供給量制御や温度管理、発電量の管理などを実施する。
【００７６】
非常停止制御手段６５２は、寿命判定手段６４２にて、時間Ｔｊが算出されると、時間Ｔ２からの経過時間がＴｊになったときに、あるいは、Ｔｊになる前にシステム制御手段５４１を制御して、燃料電池システム１００Ｂの動作を非常停止させる。
【００７７】
通報手段６５３は、寿命判定手段６４２にて、時間Ｔｊが算出されると、時間Ｔ２からの経過時間がＴｊになったときに、あるいは、Ｔｊになる前にネットワークＮを介して管理室９２０の管理者に、その旨を寿命情報として通報する。
【００７８】
〔燃料電池システムの動作〕
次に、上述した燃料電池システム１００Ｂの動作を説明する。なお、燃料電池システム１００Ｂの発電動作は、第１の実施の形態の燃料電池システム１００Ａと同一なので説明を省略し、寿命判定方法について説明する。
【００７９】
制御部６００の寿命判定装置６１０は、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命判定処理を実施する。ここで、上述した寿命判定処理のタイミングとしては、発電処理開始時、所定時間毎、連続的など、いずれのタイミングであってもよい。
具体的には、寿命判定装置６１０は、上述した第１，第２の位置に固定された第１，第２の検出ユニット６２０，６３０にて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０へ投光光Ｈ１１、投光光を投光するとともに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０からの出射光Ｈ１２、出射光を受光する。
この後、寿命判定制御手段６４０の変色状態判定手段６４１にて、第１，第２の検出ユニット６２０，６３０での受光状態に基づく変色状態値を設定する。さらに、寿命判定手段６４２にて、第１，第２の検出ユニット６２０，６３０に対応する変色状態値が閾値Ｓ以上となった時間Ｔ１，Ｔ２を認識するとともに、第３の位置までの距離Ｌ１３を認識して、上述した式（２）に基づいて、時間Ｔｊを算出する。
【００８０】
そして、制御部６００は、寿命判定手段６４２で時間Ｔｊが算出されると、時間Ｔ２からの経過時間が例えばＴｊになったときに、アラーム９１０を制御してアラーム音を発せさせる処理、燃料電池システム１００Ｂを非常停止させる処理、管理室９２０へ通報する処理を実施する。
なお、例えば利用者により、アラーム制御手段６４３、非常停止制御手段６５２、通報手段６５３のうち、動作させたい構成のみを適宜選択可能な構成としてもよい。
【００８１】
〔第２の実施の形態の作用効果〕
上述したように、上記第２の実施の形態では、脱硫器３００に充填された硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に投光光Ｈ１１を投光して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ１２の受光状態に基づいて、硫黄分の吸着状態に対応する硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態を判定する。具体的には、変色状態値を設定する。そして、この変色状態値に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。
このため、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０からの出射光Ｈ１２の受光状態に基づいて、この出射光Ｈ１２を出射した硫黄吸着脱硫剤Ｄ０での硫黄分の吸着状態に対応させて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定できる。したがって、一定の判定基準で硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定できる。また、画像処理などの複雑な処理を実施する必要がなく、簡単な構成で硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定できる。
【００８２】
そして、脱硫器３００の軸方向、すなわち脱硫器３００に充填された硫黄吸着脱硫剤Ｄ０における原料ガスが流入される方向に沿った異なる位置から出射される出射光Ｈ１２、出射光を受光する。そして、この異なる位置での受光状態に基づいて、この異なる位置よりも原料ガスが流入される下流側に存在する硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。
このため、受光位置よりも下流側の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定することにより、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の有効利用を容易に図ることができる。
【００８３】
さらに、脱硫剤上流面からの距離がＬ１１となる第１の位置から出射される光を受光するとともに、脱硫剤上流面からの距離がＬ１２となる第２の位置から出射される光を受光する。そして、第１の位置での受光状態に対応する第１の変色状態が特定変色状態となってから、第２の位置での受光状態に対応する第２の変色状態が特定変色状態となるまでの時間をΔＴ、として、第２の変色状態が特定変色状態となってからの経過時間が上述した式（２）で求められるＴｊとなるときに、脱硫剤上流面からの距離がＬ１３となる第３の位置の変色状態が特定変色状態となると判定する処理を、異なる位置よりも下流側の位置に存在する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定するとして実施する。なお、脱硫剤上流面から第３の位置までの距離であるＬ１３として、脱硫剤下流面までの距離であるＬ０を代入すれば、脱硫剤下流面で変色状態が特定変色状態になるまでの時間を算出できる。
このため、脱硫剤上流面から第１，第２，第３の位置までの距離、第１の位置での第１の変色状態が特定変色状態となってから第２の位置での第２の変色状態が特定変色状態となるまでの時間を上述した式（１）に代入するだけの簡単な方法で、第３の位置の変色状態が特定変色状態となる時期を判定できる。したがって、より簡単な方法で判定された寿命に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の有効利用を容易に図ることがでる。
【００８４】
さらに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定した際に、アラーム９１０からアラーム音を発している。
また、脱硫器３００に、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含む硫黄吸着脱硫剤Ｄ０、つまり、硫黄分を吸着していない状態では白色で、硫黄分を吸着することにより変色する硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を充填している。
さらに、原料ガス供給手段１１０から供給される炭化水素原料を含む原料ガスを脱硫する脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を、寿命判定装置６１０で判定する。
また、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを適切に製造可能な燃料ガス製造装置４５０からの改質ガスと、ブロワ２１０から供給される酸素含有気体とを利用して、燃料電池２００で発電させる。
そして、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定した際に、燃料電池システム１００Ｂの動作を停止させている。
さらに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定した際に、その旨を寿命情報として、管理室９２０にいる燃料電池システム１００Ｂの管理者に通報する。
このため、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
また、燃料電池システム１００Ｂが一般的な家庭に配置されている場合、利用者の生活様式によらず、燃料電池システム１００Ｂの利用状況は、ほぼ等しいことが確認されている。このため、ほとんどの利用者の燃料電池システム１００Ｂに対して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を適切に判定することができ、利用拡大を容易に図ることができる。
【００８５】
［実施の形態の変形例］
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。
【００８６】
すなわち、第１の実施の形態において、受光位置特定値Ｖが０．５よりも小さい上流側位置や、０．９０よりも大きい下流側位置で受光した出射光Ｈ２に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する構成としてもよい。
【００８７】
また、第２の実施の形態において、第１，第２の投光手段６２２，６３２の代わりに、例えば脱硫容器３１０の軸方向全体にわたって光を照射可能な投光手段を設ける構成としてもよい。
【００８８】
さらに、第１，第２の実施の形態において、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命に基づいて、アラーム音の出力処理、燃料電池システム１００Ａ，１００Ｂの動作停止処理、管理室９２０にいる燃料電池システム１００Ａ，１００Ｂの管理者への通報処理のうち、少なくともいずれか１つあるいは２つのみを実施する構成としてもよい。
そして、第１，第２の実施の形態において、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０としては、硫黄分を吸着していない状態での色が白色のものに限らず、硫黄分を吸着することにより変色するものであれば、吸着していない状態での色がいかなる色のものをも適用できる。
【００８９】
また、第１の実施の形態の脱硫容器３１０の代わりに、図９に示すような脱硫容器７１０を適用してもよい。
すなわち、ＳＵＳなどの金属材料により略円筒状に形成され、例えば受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置に四角形状に開口形成された窓部７１１Ａを有する容器基部７１１と、例えば耐熱ガラスなどの光を透過する材料により四角板状に形成され、容器基部７１１の窓部７１１Ａを閉塞する状態で設けられた光透過部７１２と、脱硫容器７１０を適用する。そして、検出ユニット５２０を、投光手段５２２および受光手段５２３が光透過部７１２に対向する状態で設け、容器基部７１１内の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する構成としてもよい。
【００９０】
そして、第１の実施の形態の脱硫容器３１０の代わりに、図１０に示すような脱硫容器７２０を適用して、以下のように硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する構成としてもよい。
すなわち、ＳＵＳなどの金属材料や耐熱ガラスなどにより円筒状に形成され、例えば受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置に丸形状に開口形成された第１，第２の挿通孔部７２１Ａ，７２１Ｂを有する容器基部７２１を適用する。第１，第２の挿通孔部７２１Ａ，７２１Ｂは、容器基部７２１の軸に対して略対向する状態で設けられている。また、投光手段７３１を第１の挿通孔部７２１Ａに、受光手段７３２を第２の挿通孔部７２１Ｂにそれぞれ嵌合させる。そして、投光手段７３１から投光されて硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を透過した光を受光手段７３２にて受光して、この受光状態に基づいて、寿命判定制御手段５３０にて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する構成としてもよい。
【００９１】
さらに、図１０に示すような脱硫容器７２０の代わりに、図１１に示すような脱硫容器７４０を適用してもよい。
すなわち、脱硫容器７４０を、例えば耐熱ガラスなどの光を透過する材料により円筒状に形成する。そして、投光手段７３１および受光手段７３２を、脱硫容器７４０の外部において脱硫容器７４０の軸に対して略対向する状態で設け、投光手段７３１から投光され硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を透過した光を、受光手段７３２にて受光する構成としてもよい。
【００９２】
さらに、図９〜図１１と同様の構成を、第２の実施の形態に適用してもよい。
【００９３】
その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、炭化水素原料を含む原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法、硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置、燃料電池用改質ガスの製造装置、および、燃料電池システムに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】前記第１の実施の形態における脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】前記第１の実施に形態における制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図５】前記第２の実施の形態における制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】前記第２の実施の形態における脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿った断面図である。
【図８】前記第２の実施の形態における時間と、第１の受光手段および第２の受光手段での受光状態に対応する変色状態値と、の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態に係る脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施の形態に係る脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１００Ａ，１００Ｂ…燃料電池システム
１１０…原料ガス供給手段
２００…燃料電池
２１０…酸素含有気体供給手段としてのブロワ
３００…脱硫器
４１０…改質器
４５０…燃料ガス製造装置
５１０，６１０…寿命判定装置
５２２，７３１…投光手段
５２３，７３２…受光手段
５３１，６４１…変色状態判定手段
５３２，６４２…寿命判定手段
５３３，６４３…発音制御手段としてのアラーム制御手段
５４２，６５２…停止制御手段としての非常停止制御手段
５４３，６５３…通報手段
６２２…第１の投光手段
６２３…第１の受光手段
６３２…第２の投光手段
６３３…第２の受光手段
９１０…発音手段としてのアラーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素原料を含む原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法、硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置、燃料電池用改質ガスの製造装置、および、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料ガス中の硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する構成が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この特許文献１に記載のものは、燃料ガス中の硫黄化合物によって色相変化するインジケータ機能付き吸着剤を、吸着管に充填する。
そして、この吸着管に燃料ガスを導入することにより、燃料ガス中の硫黄化合物を吸着除去して、脱硫済燃料ガスとして導出管から排出する。このとき、吸着管中のインジケータ機能付き吸着剤は、硫黄化合物を吸着して変色する。そして、この変色相の位置を目視により観察することにより、インジケータ機能付き吸着剤の取り換え時期を判定する構成がとられている。また、色相変化をカメラ撮影により観察して、その判定を自動化する構成がとられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０５１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような特許文献１のような構成では、目視で観察する場合、視認者により変色相の判定基準が異なるおそれがあり、適切に取り換え時期を判定できないおそれがある。また、カメラ撮影により自動判定する場合、画像処理などの複雑な処理を実施しなくては、適切に判断できないおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、このような点に鑑みて、硫黄吸着脱硫剤の寿命を簡単な構成で適切に判定可能な硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法、硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置、燃料電池用改質ガスの製造装置、および、燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法は、炭化水素原料を含む原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記硫黄吸着脱硫剤は、脱硫された原料ガスを改質触媒下で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器における前記原料ガスが流入される上流側に直列状に接続された脱硫器に充填され、前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤へ光を投光して、前記硫黄吸着脱硫剤から出射される光を受光し、この受光状態に基づいて、前記硫黄分の吸着状態に対応する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定し、この判定した前記変色状態に基づいて、前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定することを特徴とする。
この発明では、脱硫器に充填された硫黄吸着脱硫剤に光を投光して、硫黄吸着脱硫剤から出射される光の受光状態に基づいて、硫黄分の吸着状態に対応する硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定する。そして、この変色状態に基づいて、硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する。
このことにより、硫黄吸着脱硫剤からの光の受光状態に基づいて、この光を出射した硫黄吸着脱硫剤での硫黄分の吸着状態に対応させて、硫黄吸着脱硫剤の寿命が判定される。したがって、一定の判定基準で硫黄吸着脱硫剤の寿命が判定される。また、画像処理などの複雑な処理を実施する必要がなく、簡単な構成で硫黄吸着脱硫剤の寿命が判定される。
【０００８】
また、本発明では、請求項１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤で構成される前記原料ガスが流入される上流側の面から下流側の面までの距離をＬ０、前記上流側の面から前記受光する光が出射される位置までの距離をＬ１、として、Ｌ１をＬ０で除した受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置から出射される前記光を受光することが好ましい。
この発明では、脱硫器に充填された硫黄吸着脱硫剤で構成される原料ガスが流入される上流側の面（以下、脱硫剤上流面と称す）から下流側の面（以下、脱硫剤下流面と称す）までの距離をＬ０、脱硫剤上流面から受光する光が出射される位置までの距離をＬ１として、Ｌ１をＬ０で除した受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置から出射される光を受光する。
ここで、例えば受光位置特定値Ｖが０．５よりも小さくなる位置（以下、上流側位置と称す）で受光して、この上流側位置に存在する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する場合、この上流側位置よりも下流側に硫黄分を吸着可能な硫黄吸着脱硫剤（以下、吸着可能脱硫剤と称す）が比較的広い範囲にわたって存在することになる。このため、この吸着可能脱硫剤を有効利用するためには、利用者が吸着可能脱硫剤の寿命を予測する必要があり、もし、この予測を行わないときは、管理が煩雑になるおそれがある。また、例えば受光位置特定値Ｖが０．９０よりも大きくなる位置（以下、下流側位置と称す）に存在する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する場合、この下流側位置よりも下流側に吸着可能脱硫剤が狭い範囲にわたって存在することになる。このため、下流側位置の硫黄吸着脱硫剤の寿命が判定されてから、利用者が硫黄吸着脱硫剤を交換するなどのメンテナンスをするまでの間に、吸着可能脱硫剤の全てで硫黄分が吸着されて吸着不可能な状態となり、硫黄分が改質器へ流れてしまうおそれがある。
このことにより、受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置で受光して、この位置に存在する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定することで、管理が煩雑になるおそれや、硫黄分が改質器へ流れてしまうおそれが抑制される。
【０００９】
さらに、本発明では、請求項１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤における前記原料ガスが流入される方向に沿った異なる位置から出射される前記光を受光し、前記異なる位置での受光状態に基づいて、前記異なる位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定し、この判定した前記異なる位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態に基づいて、前記異なる位置よりも前記原料ガスが流入される下流側の位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定することが好ましい。
この発明では、脱硫器に充填された硫黄吸着脱硫剤における原料ガスが流入される方向に沿った異なる位置から出射される光を受光する。そして、この異なる位置での受光状態に基づいて、この異なる位置よりも原料ガスが流入される下流側に存在する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する。
このことにより、受光位置よりも下流側の硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定することにより、硫黄吸着脱硫剤の有効利用を容易に図れる。
【００１０】
そして、本発明では、請求項３に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤で構成される前記原料ガスが流入される上流側の面からの距離がＬ１１となる第１の位置から出射される前記光を受光し、前記上流側の面からの距離がＬ１１より長いＬ１２となる第２の位置から出射される前記光を受光し、前記第１の位置での受光状態に対応する第１の前記変色状態が特定変色状態となってから、前記第２の位置での受光状態に対応する第２の前記変色状態が前記特定変色状態となるまでの時間をΔＴ、として、前記第２の変色状態が前記特定変色状態となってからの経過時間が以下の式（１）で求められるＴｊとなるときに、前記上流側の面からの距離がＬ１２より長いＬ１３となる第３の位置の変色状態が前記特定変色状態となると判定する処理を、前記異なる位置よりも前記下流側の位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する処理として実施することが好ましい。
【００１１】
（数１）
Ｔｊ＝〔（Ｌ１３−Ｌ１２）／（Ｌ１２−Ｌ１１）〕×ΔＴ…（１）
【００１２】
この発明では、脱硫剤上流面からの距離がＬ１１となる第１の位置から出射される光を受光する。さらに、脱硫剤上流面からの距離がＬ１１より長いＬ１２となる第２の位置から出射される光を受光する。そして、脱硫剤上流面から脱硫剤下流面までの距離をＬ０、第１の位置での受光状態に対応する第１の変色状態が特定変色状態となってから、第２の位置での受光状態に対応する第２の変色状態が特定変色状態となるまでの時間をΔＴ、として、第２の変色状態が特定変色状態となってからの経過時間が上述した式（１）で求められるＴｊとなるときに、脱硫剤上流面からの距離がＬ１２よりも長いＬ１３となる第３の位置の変色状態が特定変色状態となると判定する処理を、異なる位置よりも下流側の位置に存在する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定するとして実施する。
このことにより、硫黄吸着脱硫剤で構成される脱硫剤上流面から第１，第２，第３の位置までの距離、第１の位置での第１の変色状態が特定変色状態となってから第２の位置での第２の変色状態が特定変色状態となるまでの時間を上述した式（１）に代入するだけの簡単な方法で、第３の位置の変色状態が特定変色状態となる時期が判定される。したがって、より簡単な方法で判定された寿命に基づいて、硫黄吸着脱硫剤の有効利用を容易に図れる。
【００１３】
また、本発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記判定した前記硫黄吸着脱硫剤の寿命に対応するアラーム音を発することが好ましい。
この発明では、硫黄吸着脱硫剤の寿命に対応するアラーム音を発する。
このことにより、脱硫器から離れた位置にいる利用者、あるいは、他の作業をしている利用者に対して、硫黄吸着脱硫剤の寿命を認識させることにより、適切なメンテナンスを実施させることが可能となる。
【００１４】
そして、本発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記脱硫器には、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含む前記硫黄吸着脱硫剤が充填されたことが好ましい。
この発明では、脱硫器に、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含む硫黄吸着脱硫剤が充填される。つまり、硫黄分を吸着していない状態では白色で、硫黄分を吸着することにより変色する硫黄吸着脱硫剤が充填される。
このことにより、変色の判定が容易になり、硫黄吸着脱硫剤の寿命がさらに適切に判定される。
【００１５】
また、本発明では、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記判定した寿命に基づいて、前記改質器で生成した前記改質ガスを原料として発電する燃料電池システムの動作を停止させることが好ましい。
この発明では、硫黄吸着脱硫剤の寿命に基づいて、改質器で生成した改質ガスを原料として発電する燃料電池システムの動作を停止させる。
このことにより、硫黄分が燃料電池システムに流れることが防止され、適切な発電が得られる。
【００１６】
さらに、本発明では、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、前記判定した寿命に関する寿命情報を、前記改質器で生成した前記改質ガスを原料として発電する燃料電池システムの管理者に通報することが好ましい。
この発明では、硫黄吸着脱硫剤の寿命に関する寿命情報を、燃料電池システムの管理者に通報する。ここで、燃料電池システムの管理者とは、燃料電池システムの製造者など、燃料電池システムに関する知識を有する人物を意味する。
このことにより、燃料電池システムの管理者に迅速に寿命を認識させることにより、さらに適切なメンテナンスをより迅速に実施させることが可能となる。
【００１７】
本発明に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置は、炭化水素原料を含む原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、前記硫黄吸着脱硫剤は、前記硫黄分が脱硫された原料ガスを改質触媒下で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器における前記原料ガスが流入される上流側に直列状に接続された脱硫器に充填され、前記脱硫器に充填された硫黄吸着脱硫剤へ光を投光する投光手段と、前記硫黄吸着脱硫剤から出射される光を受光する受光手段と、この受光手段での受光状態に基づいて、前記硫黄分の吸着状態に対応する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定する変色状態判定手段と、この変色状態判定手段で判定した前記変色状態に基づいて、前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する寿命判定手段と、を具備したことを特徴とする。
この発明は、請求項１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法を装置構成に展開したもので、投光手段にて、脱硫器に充填された硫黄吸着脱硫剤に光を投光して、受光手段にて、硫黄吸着脱硫剤から出射される光を受光する。さらに、変色状態判定手段にて、受光手段での受光状態に基づいて、硫黄分の吸着状態に対応する硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定する。そして、寿命判定手段にて、この判定した変色状態に基づいて、硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する。
ここで、受光手段としては、硫黄吸着脱硫剤を介して投光手段に略対向する位置に設けられ、硫黄吸着脱硫剤を通過する光を受光する構成としてもよい。また、投光手段の近傍に設けられ、硫黄吸着脱硫剤で反射した光を受光する構成としてもよい。また、投光手段および受光手段としては、例えば光を透過しない金属の脱硫器内に設けられる構成としてもよい。さらに、例えば光を透過するガラスで脱硫器の少なくとも一部を構成するとともに、投光手段および受光手段を脱硫器外に設け、ガラスを介して光を投光、受光する構成としてもよい。
このことにより、請求項１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法と同様の作用効果を奏する。
【００１８】
また、請求項９に従属する請求項１０ないし請求項１４に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置は、請求項１に従属する請求項２ないし請求項６に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法をそれぞれ装置構成に展開したものであり、請求項２ないし請求項６に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法と同様の作用効果を奏する。
【００１９】
本発明に記載の燃料電池用改質ガスの製造装置は、炭化水素原料を含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、この原料ガス供給手段から供給される原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤が充填された脱硫器と、この脱硫器で脱硫された原料ガスを改質触媒下で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器と、前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する請求項９ないし請求項１４のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、原料ガス供給手段から供給される炭化水素原料を含む原料ガスを脱硫する脱硫器の硫黄吸着脱硫剤の寿命を、請求項９ないし請求項１４のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置で判定する。
このことにより、請求項９ないし請求項１４のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置と同様の作用効果を奏する状態で、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを適切に製造可能となる。
【００２０】
本発明に記載の燃料電池システムは、請求項１５に記載の燃料電池用改質ガスの製造装置と、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、前記燃料電池用改質ガスの製造装置の前記改質器で改質された前記改質ガスおよび前記酸素含有気体供給手段により供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを適切に製造可能な請求項１５に記載の燃料電池用改質ガスの製造装置からの改質ガスと、酸素含有気体供給手段から供給される酸素含有気体とを利用して、燃料電池で発電させる。
このことにより、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを利用して、適切な発電が得られる。
【００２１】
また、請求項１６に従属する請求項１７および請求項１８に記載の燃料電池システムは、請求項７および請求項８に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法をそれぞれ燃料電池システムに展開したものであり、請求項７および請求項８に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法と同様の作用効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池システムについて説明する。
なお、この第１の実施の形態、および、後述する第２の実施の形態では、本発明の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置を備えた炭化水素原料を利用する燃料電池システムの構成を例示するが、燃料電池システムに利用する構成に限らず、例えば改質ガスの製造装置や精製装置、供給装置など、炭化水素原料を含む原料ガスを脱硫する各種構成に適用できる。さらに、例えば家庭用の小型のシステム構成に限らず、集合住宅用や各種店舗などに利用される比較的大型のシステム構成にも適用できる。
図１は、第１の実施の形態および第２の実施の形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図２は、脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。図４は、制御部の概略構成を示すブロック図である。
【００２３】
〔燃料電池システムの構成〕
図１において、１００Ａは、燃料電池システムで、この燃料電池システム１００Ａは、炭化水素原料を含む原料ガスを原料として、水素を主成分とする改質ガスである燃料ガスに改質し、燃料電池２００により発電させるシステムである。
ここで、原料ガスとしては、例えば、メタノール、メタンを主体とする液化天然ガス、この天然ガスを主成分とする都市ガス、天然ガスを原料とする合成液体燃料、さらには液化石油ガス（ＬＰＧ）、ジメチルエーテル、ナフサ、灯油などの石油系炭化水素をガス状にしたものを利用できる。
【００２４】
燃料電池システム１００Ａは、原料ガスを供給する配管である流通経路を構成する原料ガス供給手段１１０を有している。なお、本発明における原料ガス供給手段としては、例えば設置させるボンベやタンクからガス状の原料ガスを供給させる気化装置を備えた構成など、炭化水素原料を含む原料ガスを供給するいずれの構成が適用できる。
そして、この原料ガス供給手段１１０には、脱硫器３００が接続されている。
【００２５】
脱硫器３００は、原料ガス供給手段１１０から供給される原料ガス中の硫黄分を、例えば０．０１ｐｐｍ以下まで除去する。
この脱硫器３００は、図２および図３に示すような脱硫容器３１０と、図示しない加熱手段と、を備えている。この脱硫容器３１０は、例えば、ガラスなどの光を透過する材料により、軸方向の一端部に原料ガス供給手段１１０からの原料ガスが流入される流入口３１１が開口形成され、軸方向の他端部に脱硫された原料ガスを流出させる流出口３１２が開口形成され、内部に硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が充填される内部空間を有した略円筒状に形成されている。
そして、脱硫器３００は、原料ガス供給手段１１０の原料排出口に、流入口３１１が連通する状態に接続される。
【００２６】
脱硫容器３１０内には、上述したように硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が充填されている。この硫黄吸着脱硫剤Ｄ０は、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含んで構成されている。つまり、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０として、硫黄分を吸着していない状態では白色で、硫黄分を吸着することにより変色する構成を有している。なお、硫黄吸着脱硫剤としては、硫黄分未吸着状態での色が白色の構成に限らず、硫黄分を吸着した際に変色するいずれの構成を適用してもよい。
ここで、以下において、硫黄分を吸着していない白色の状態の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を吸着可能脱硫剤Ｄ１と、硫黄分を吸着して変色した状態の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を吸着済脱硫剤Ｄ２と、適宜称して説明する。
【００２７】
また、脱硫器３００の加熱を行うときは、例えば、脱硫容器３１０の外周面に螺旋状に配設されたシーズヒータなどの電気ヒータを備え、脱硫容器３１０の外面側から内部を流通する原料ガスを例えば５０℃以上２００℃以下、好ましくは５０℃以上１５０℃以下で加熱して脱硫処理できる。なお、脱硫器３００の外面には、電気ヒータとともに脱硫容器３１０の外面を被覆して断熱する断熱材が設けられる。また、電気ヒータは、螺旋状に配設する構成に限らず、例えば脱硫容器３１０の長手方向に沿って折り返すように配設するなどしてもよい。さらに、脱硫容器３１０内に配設した構成などとしてもよい。その他、後述する改質器４１０、ＣＯ変成器４２０、ＣＯ選択酸化器４３０の排熱を利用、具体的には熱交換装置１６０のように排ガスを流通する管を配設したり、改質器４１０、ＣＯ変成器４２０、ＣＯ選択酸化器４３０の保温材の中に原料ガスが流通するように脱硫器３００を配設したりするなどしてもよい。
これら原料ガス供給手段１１０から改質手段４００までの構成が、本発明における燃料電池用改質ガスの製造装置である燃料ガス製造装置４５０として構成される。
【００２８】
また、脱硫器３００は、図１に示すように、水蒸気混合器１４０を介して、改質手段４００が接続されている。
水蒸気混合器１４０は、脱硫器３００における脱硫容器３１０の流出口３１２から流出する脱硫処理後の原料ガスに水蒸気を混合する。この水蒸気混合器１４０には熱交換装置１６０が接続され、熱交換装置１６０から供給される水蒸気を脱硫器３００から流出する脱硫処理後の原料ガスと混合させる。
【００２９】
改質手段４００は、水蒸気が混合された原料ガスを水素リッチな改質ガスとしての燃料ガスに改質する。
この改質手段４００は、改質器４１０と、ＣＯ変成器４２０と、ＣＯ選択酸化器４３０と、を備えている。
【００３０】
改質器４１０は、内部に図示しないニッケル触媒などの改質触媒が充填され、加熱装置としてのバーナ４１１を備えている。
バーナ４１１は、脱硫器３００の上流側で分岐する原料ガス供給手段１１０から原料ガスが供給されるとともに、後述する燃料電池２００から排出される燃料ガスが供給される。そして、バーナ４１１は、送気ブロワ１７０から供給される空気により、原料ガスおよび燃料ガスを燃焼させ、脱硫され水蒸気が混合された原料ガスを水素リッチの燃料ガスに水蒸気改質する。
このバーナ４１１の燃焼による高温の排ガスは、熱交換装置１６０に供給され、水との熱交換により冷やされて外気中に排気される。
熱交換装置１６０には、純水１８１を貯留する純水タンク１８０が搬送ポンプ１８２を有した給水経路１８３を介して接続され、純水タンク１８０から純水１８１が供給される。そして、熱交換装置１６０は、供給される純水１８１により改質器４１０から排気される排ガスを冷却させるとともに水蒸気を生成させ、生成した水蒸気を水蒸気混合器１４０へ供給させる。なお、純水タンク１８０は、蒸留水などの不純物を含まない純水１８１を貯留し、例えば水道水などが浄化されて適宜給水される構成が設けられていてもよい。
【００３１】
ＣＯ変成器４２０は、改質器４１０に直列状に接続され、改質器４１０から流出する水素リッチの燃料ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）を変成する。
ＣＯ選択酸化器４３０は、ＣＯ変成器４２０に直列状に接続され、ＣＯ変成器４２０でＣＯを二酸化炭素（ＣＯ2）に酸化させ、燃料ガス中のＣＯを除去する。
なお、ＣＯ変成器４２０およびＣＯ選択酸化器４３０は、改質器４１０と一体構成としてもよい。さらには、水蒸気混合器１４０および熱交換装置１６０をも一体構成としてもよい。また、ＣＯ変成器４２０およびＣＯ選択酸化器４３０の他、ＣＯを吸着除去するなどの装置を設けるなどしてもよい。
【００３２】
改質手段４００には燃料電池２００が接続され、改質手段４００で得られた燃料ガスを燃料電池２００へ供給する。
燃料電池２００は、水素と酸素とを反応させて直流電力を発生させる。この燃料電池２００は、例えば固体高分子型燃料電池で、正極２０１と、負極２０２と、正極２０１および負極２０２間に配設された図示しない高分子電解質膜と、を備えている。そして、正極２０１側には、酸素含有気体供給手段としてのブロワ２１０の駆動により発生し、例えば図示しない加湿器で加湿された空気が供給され、負極２０２側には、例えば図示しない加湿器を介して加湿された水素リッチの燃料ガスが供給される。そして、燃料ガスの水素と空気中の酸素とが反応して水（純水１８１）が生成されるとともに、正極２０１および負極２０２間に直流電力が発生する。
そして、負極２０２側は、上述したように改質器４１０のバーナ４１１に接続され、余った水素分をバーナ４１１の燃料として供給する。また、正極２０１側には、分離器１８５が接続されている。この分離器１８５には、正極２０１側から反応に利用された空気が供給され、気相分の空気と液相分の水（純水１８１）とに分離する。なお、分離した空気は、外気に排気される。そして、分離器１８５には、純水タンク１８０が接続され、分離した水（純水１８１）を純水タンク１８０へ供給する。
【００３３】
また、燃料電池２００には、冷却装置１８７が設けられている。この冷却装置１８７は、燃料電池２００に付設された熱回収装置１８７Ａが設けられている。この熱回収装置１８７Ａには、ポンプ１８７Ｂおよび熱交換器１８７Ｃを備えた循環経路１８７Ｄを介して純水タンク１８０が接続されている。
この循環経路１８７Ｄは、ポンプ１８７Ｂの駆動により、熱回収装置１８７Ａと純水タンク１８０との間で純水１８１を循環させ、発電に伴って発熱する燃料電池２００を冷却させるとともに熱を回収する。
熱交換器１８７Ｃは、循環され熱回収装置１８７Ａで熱を回収した純水１８１と、例えば水道水などと熱交換させる。この熱交換により温められた水道水は、例えばお風呂などの他の設備に直接供給されて有効利用される。なお、水道水との熱交換の他、熱交換により得られる熱から発電させるなど、他の設備などに有効利用してもよい。
【００３４】
そして、燃料電池システム１００Ａは、システム全体の動作を制御する制御部５００を備えている。この制御部５００は、燃料電池システム１００Ａの図示しないケース体から臨む状態で設けられた発音手段としてのアラーム９１０に接続されている。さらに、制御部５００は、ネットワークＮを介して管理室９２０に接続されている。
ここで、ネットワークＮとしては、インターネット、イントラネット、ＬＡＮ(Local Area Network)、無線媒体により情報が送受信可能な複数の基地局がネットワークを構成する通信回線網や放送網などのネットワーク、さらには、制御部５００および管理室９２０間で情報を直接送受信するための媒体となる無線媒体自体などが例示できる。ここで、無線媒体としては、電波、光、音波、電磁波などのいずれの媒体をも適用できる。
そして、制御部５００は、図４に示すように、寿命判定装置５１０と、システム制御装置５４０と、を備えている。
【００３５】
寿命判定装置５１０は、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に光を投光して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される光に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。そして、寿命判定装置５１０は、検出ユニット５２０と、寿命判定制御手段５３０と、を備えている。
【００３６】
検出ユニット５２０は、図２〜図４に示すように、ユニット本体５２１と、投光手段５２２と、受光手段５２３と、を備えている。
ユニット本体５２１は、例えば樹脂材などにより、略箱状に形成されている。このユニット本体５２１は、一面に脱硫容器３１０の外周面に密着可能な曲面状の曲面部５２１Ａを有している。そして、ユニット本体５２１は、脱硫容器３１０に巻き付けられたベルト５２４により、曲面部５２１Ａが脱硫容器３１０に密着する状態で固定される。
投光手段５２２は、図示しない接続線を介して寿命判定制御手段５３０に接続された、例えば光ファイバである。この投光手段５２２は、ユニット本体５２１の内部に、投光光Ｈ１を投光する投光面５２２Ａが曲面部５２１Ａから臨む状態で設けられている。
受光手段５２３は、図示しない接続線を介して寿命判定制御手段５３０に接続された、例えば光ファイバであり、ユニット本体５２１の内部に、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ２を受光する受光面５２３Ａが曲面部５２１Ａから臨む状態で設けられている。
そして、投光手段５２２および受光手段５２３は、図３に示すように、投光光Ｈ１が硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に投光され、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０で反射して出射される出射光Ｈ２を受光面５２３Ａで受光可能な状態で、それぞれ位置決めされている。
【００３７】
また、検出ユニット５２０は、図２に示すように、脱硫容器３１０における流出口３１２側に固定されている。具体的には、検出ユニット５２０は、脱硫容器３１０の流入口３１１から流出口３１２までの距離、すなわち硫黄吸着脱硫剤Ｄ０で構成される原料ガスが流入される上流側の面（脱硫剤上流面）から下流側の面（脱硫剤下流面）までの距離をＬ０、流入口３１１から受光手段５２３までの距離、すなわち上述した脱硫剤上流面から出射光Ｈ２が出射される位置までの距離をＬ１として、Ｌ１をＬ０で除した受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置（以下、寿命検出位置と称す）に固定されている。
【００３８】
ここで、脱硫容器３１０に硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を充填した後、最初に原料ガスが流入されると、原料ガスは、流入口３１１近傍の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０により硫黄分が吸着されるので、流入口３１１近傍に吸着済脱硫剤Ｄ２が存在し、それ以外の部分に吸着可能脱硫剤Ｄ１が存在する状態となる。この後、原料ガスが流入されると、吸着済脱硫剤Ｄ２の存在範囲は、流出口３１２側に徐々に広がる状態となる。
つまり、検出ユニット５２０が固定された寿命検出位置は、脱硫容器３１０に硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を充填してからの使用期間が短いときに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が変色せずに、使用期間が長いときに変色する位置に設定されている。
【００３９】
寿命判定制御手段５３０は、図４に示すように、アラーム９１０に接続されている。この寿命判定制御手段５３０は、変色状態判定手段５３１と、寿命判定手段５３２と、発音制御手段としてのアラーム制御手段５３３と、を備えている。
【００４０】
変色状態判定手段５３１は、投光手段５２２を制御して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０へ投光光Ｈ１を投光させる。そして、受光手段５２３を制御して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ２を受光させて、この受光状態に対応する受光信号を取得する。ここで、受光状態は、出射光Ｈ２が吸着可能脱硫剤Ｄ１から出射された場合、白色に対応した状態となり、出射光Ｈ２が吸着済脱硫剤Ｄ２から出射された場合、白色以外の例えば灰色、褐色、黒色に対応した状態となる。
そして、変色状態判定手段５３１は、受光信号の受光状態に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態に対応した変色状態値を設定する処理を、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態を判定する処理として実施する。例えば、受光状態が白色に対応している場合、変色状態値を０に設定し、着色するにしたがって、大きい値に設定する。なお、例えば白色に対応している場合に変色状態値を１００に設定し、着色するにしたがって、小さい値に設定する構成としてもよい。
【００４１】
寿命判定手段５３２は、変色状態判定手段５３１で変換された変色状態値を認識する。さらに、この変色状態値があらかじめ設定された閾値Ｓ未満であると判断した場合、寿命検出位置よりも流出口３１２側に広い範囲にわたって吸着可能脱硫剤Ｄ１が存在していると判断する。そして、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命でないと判定する。
一方、寿命判定手段５３２は、変色状態値が閾値Ｓ以上であると判断した場合、寿命検出位置に変色した吸着済脱硫剤Ｄ２が存在しており、この寿命検出位置よりも流出口３１２側の狭い範囲に吸着可能脱硫剤Ｄ１が存在していると判断する。そして、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定する。
【００４２】
アラーム制御手段５３３は、寿命判定手段５３２にて、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定されたことを認識すると、アラーム９１０を制御して、アラーム音を発せさせ、燃料電池システム１００Ａの利用者に、その旨を報知する。
【００４３】
システム制御装置５４０は、ネットワークＮを介して管理室９２０に接続されている。このシステム制御装置５４０は、システム制御手段５４１と、停止制御手段としての非常停止制御手段５４２と、通報手段５４３と、を備えている。
【００４４】
システム制御手段５４１は、原料ガスの流量制御、脱硫器３００の加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器４１０のバーナ４１１の燃焼制御、熱交換装置１６０で水蒸気を生成させるための純水１８１の供給量制御や温度管理、発電量の管理などを実施する。
【００４５】
非常停止制御手段５４２は、寿命判定手段５３２にて、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定されたことを認識すると、システム制御手段５４１を制御して、燃料電池システム１００Ａの動作を非常停止させる。
【００４６】
通報手段５４３は、寿命判定手段５３２にて、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定されたことを認識すると、ネットワークＮを介して管理室９２０の管理者に、その旨を寿命情報として通報する。ここで、通報する方法としては、管理室９２０に設けられたコンピュータや通報器などを利用して、画像表示や音の出力あるいはランプの点灯などにより実施する方法が例示できる。
【００４７】
〔燃料電池システムの動作〕
次に、上述した燃料電池システム１００Ａの動作を説明する。
【００４８】
まず、制御部５００のシステム制御手段５４１が発電要求に関する信号を取得すると、発電処理が実施される。すなわち、バーナ４１１に原料ガスおよび空気を供給して改質器４１０を、例えば７００℃程度まで加熱させる。さらに、システム制御手段５４１は、搬送ポンプ１８２を駆動させて純水タンク１８０に貯留する純水１８１を給水経路１８３を介して熱交換装置１６０に供給して水蒸気を生成し、水蒸気混合器１４０へ水蒸気を供給させる。この後、システム制御手段５４１は、脱硫器３００の加熱手段の電気ヒータを、５０℃以上４００℃以下、好ましくは１００℃以上３００℃以下に加熱させるとともに、原料ガス供給手段１１０から原料ガスを脱硫器３００へ供給する。
この脱硫器３００へ供給された原料ガスは、５０℃以上４００℃以下、好ましくは１００℃以上３００℃以下の温度で硫黄吸着脱硫剤Ｄ０により、硫黄分の濃度が０．０１ｐｐｍ以下に脱硫処理される。
【００４９】
そして、脱硫器３００で脱硫された原料ガスは、水蒸気混合器１４０で熱交換装置１６０から供給される水蒸気と混合されて、改質手段４００の改質器４１０へ供給される。そして、水蒸気が混合された原料ガスは、改質器４１０で水素リッチな燃料ガスに改質される。さらに、ＣＯ変成器４２０およびＣＯ選択酸化器４３０により、燃料ガス中のＣＯが変成・除去され、加湿器などで適宜加湿された後、燃料電池２００の負極２０２側に供給される。
そして、負極２０２側に供給された燃料ガスの水素は、加湿器などで適宜加湿されて燃料電池２００の正極２０１側に供給された空気中の酸素と反応して水を生成するとともに、正極２０１および負極２０２間に直流電力を発生させる。
なお、負極２０２側の余った水素分を含む燃料ガスは、改質器４１０のバーナ４１１に供給されて燃焼される。
【００５０】
また、制御部５００の寿命判定装置５１０は、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命判定処理を実施する。ここで、上述した寿命判定処理のタイミングとしては、発電処理開始時、所定時間毎、連続的など、いずれのタイミングであってもよい。
具体的には、寿命判定装置５１０は、上述した寿命検出位置に固定された検出ユニット５２０にて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０へ投光光Ｈ１を投光するとともに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０からの出射光Ｈ２を受光する。
この後、寿命判定制御手段５３０の変色状態判定手段５３１にて、検出ユニット５２０での受光状態に基づく変色状態値を設定する。さらに、寿命判定手段５３２にて、この変色状態値に基づいて、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であるか否かを判定する。
【００５１】
そして、制御部５００は、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命でないと判定された場合、あらかじめ設定されたタイミングで寿命判定処理を実施する。
一方、制御部５００は、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定された場合、アラーム９１０を制御してアラーム音を発せさせる処理、燃料電池システム１００Ａを非常停止させる処理、管理室９２０へ通報する処理を実施する。
なお、例えば利用者により、アラーム制御手段５３３、非常停止制御手段５４２、通報手段５４３のうち、動作させたい構成のみを適宜選択可能な構成としてもよい。
【００５２】
〔第１の実施の形態の作用効果〕
上述したように、上記第１の実施の形態では、脱硫器３００に充填された硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に投光光Ｈ１を投光して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ２の受光状態に基づいて、硫黄分の吸着状態に対応する硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態を判定する。具体的には、変色状態値を設定する。そして、この変色状態値に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。
このため、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０からの出射光Ｈ２の受光状態に基づいて、この出射光Ｈ２を出射した硫黄吸着脱硫剤Ｄ０での硫黄分の吸着状態に対応させて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定できる。したがって、一定の判定基準で硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定できる。また、画像処理などの複雑な処理を実施する必要がなく、簡単な構成で硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定できる。
【００５３】
そして、受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる寿命検出位置から出射される出射光Ｈ２を受光して、この出射光Ｈ２に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。
このため、受光位置特定値Ｖが０．５よりも小さくなる上流側位置で受光する場合のように、吸着可能脱硫剤Ｄ１を有効利用するために、利用者が吸着可能脱硫剤Ｄ１の寿命を予測する必要がなくなる。また、受光位置特定値Ｖが０．９０よりも大きくなる下流側位置で受光する場合のように、下流側位置の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命が判定されてから、利用者が硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を交換するなどのメンテナンスをするまでの間に、吸着可能脱硫剤Ｄ１の全てで硫黄分が吸着されて吸着不可能な状態となり、硫黄分が改質器４１０へ流れてしまうことがなくなる。したがって、管理が煩雑になるおそれや、硫黄分が改質器４１０へ流れてしまうおそれを抑制できる。
【００５４】
さらに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定した際に、アラーム９１０からアラーム音を発している。
このため、脱硫器３００から離れた位置にいる利用者、あるいは、他の作業をしている利用者に対して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を認識させることにより、適切なメンテナンスを実施させることができる。
【００５５】
また、脱硫器３００に、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含む硫黄吸着脱硫剤Ｄ０、つまり、硫黄分を吸着していない状態では白色で、硫黄分を吸着することにより変色する硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を充填している。
このため、変色の判定が容易になり、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命をさらに適切に判定できる。
【００５６】
さらに、原料ガス供給手段１１０から供給される炭化水素原料を含む原料ガスを脱硫する脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を、寿命判定装置５１０で判定する。
このため、上述した作用効果を奏する状態で、燃料ガス製造装置４５０にて、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを適切に製造できる。
【００５７】
また、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを適切に製造可能な燃料ガス製造装置４５０からの改質ガスと、ブロワ２１０から供給される酸素含有気体とを利用して、燃料電池２００で発電させる。
このため、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを利用して、適切な発電を得ることができる。
【００５８】
そして、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定した際に、燃料電池システム１００Ａの動作を停止させている。
このため、硫黄分が燃料電池システム１００Ａに流れることを防止でき、適切な発電を得ることができる。
【００５９】
さらに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定した際に、その旨を寿命情報として、管理室９２０にいる燃料電池システム１００Ａの管理者に通報する。
このため、燃料電池システム１００Ａの管理者に迅速に寿命を認識させることにより、さらに適切なメンテナンスをより迅速に実施させることができる。
【００６０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池システムについて説明する。
なお、上述した第１の実施の形態の燃料電池システム１００Ａと同一の構成については、同一名称および同一符号を付し、説明を省略する。
図５は、制御部の概略構成を示すブロック図である。図６は、脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。図７は、図６のVII−VII線に沿った断面図である。図８は、時間と、第１の受光手段および第２の受光手段での受光状態に対応する変色状態値と、の関係を示すグラフである。
【００６１】
〔燃料電池システムの構成〕
図１において、１００Ｂは、燃料電池システムで、この燃料電池システム１００Ｂは、第１の実施の形態の燃料電池システム１００Ａの制御部５００を制御部６００に変更した構成を有している。
【００６２】
この制御部６００は、アラーム９１０に接続されているとともに、ネットワークＮを介して管理室９２０に接続されている。
そして、制御部６００は、図５に示すように、寿命判定装置６１０と、システム制御装置６５０と、を備えている。
【００６３】
寿命判定装置６１０は、脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に光を投光して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される光に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。そして、寿命判定装置６１０は、第１の検出ユニット６２０と、第２の検出ユニット６３０と、寿命判定制御手段６４０と、を備えている。
【００６４】
ここで、第１，第２の検出ユニット６２０，６３０は、第１の実施の形態の検出ユニット５２０と同一のものである。
第１の検出ユニット６２０は、図５〜図７に示すように、ユニット本体６２１と、第１の投光手段６２２と、第１の受光手段６２３と、を備えている。
ユニット本体６２１は、例えば樹脂材などにより略箱状に形成され、一面に脱硫容器３１０の外周面に密着可能な曲面状の曲面部６２１Ａを有している。そして、ユニット本体６２１は、脱硫容器３１０に巻き付けられたベルト６２４により、曲面部６２１Ａが脱硫容器３１０に密着する状態で固定される。
第１の投光手段６２２は、寿命判定制御手段６４０に接続された例えば光ファイバであり、ユニット本体６２１の内部に投光光Ｈ１１を投光する投光面６２２Ａが曲面部６２１Ａから臨む状態で設けられている。
第１の受光手段６２３は、寿命判定制御手段６４０に接続された例えば光ファイバであり、ユニット本体６２１の内部に、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ１２を受光する受光面６２３Ａが曲面部６２１Ａから臨む状態で設けられている。
そして、第１の投光手段６２２および第１の受光手段６２３は、図７に示すように、投光光Ｈ１１が硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に投光され、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０で反射して出射される出射光Ｈ１２を受光面６２３Ａで受光可能な状態で、それぞれ位置決めされている。
【００６５】
また、第２の検出ユニット６３０は、ユニット本体６３１と、第２の投光手段６３２と、第２の受光手段６３３と、を備えている。
ユニット本体６３１は、脱硫容器３１０に巻き付けられたベルト６３４により、図示しない曲面部が脱硫容器３１０に密着する状態で固定される。
第２の投光手段６３２は、ユニット本体６３１の曲面部から臨む図示しない投光面から投光光を投光する。第２の受光手段６３３は、ユニット本体６３１の曲面部から臨む図示しない受光面で出射光を受光する。また、第２の投光手段６３２および第２の受光手段６３３は、第１の投光手段６２２および第１の受光手段６２３と同一の状態で位置決めされている。
【００６６】
そして、第１の検出ユニット６２０は、図６に示すように、脱硫容器３１０における流入口３１１近傍に固定されている。具体的には、第１の検出ユニット６２０は、流入口３１１から第１の受光手段６２３までの距離、すなわち上述した脱硫剤上流面から出射光Ｈ１２が出射される位置までの距離がＬ１１となる第１の位置に固定されている。
また、第２の検出ユニット６３０は、脱硫容器３１０における軸方向略中央に固定されている。具体的には、第２の検出ユニット６３０は、流入口３１１から第２の受光手段６３３までの距離、すなわち上述した脱硫剤上流面から出射光が出射される位置までの距離がＬ１２となる第２の位置に固定されている。
つまり、第１の検出ユニット６２０の第１の位置は、脱硫容器３１０に硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を充填してからの使用期間が短いときに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が変色する位置に設定されている。また、第２の検出ユニット６２０の第２の位置は、脱硫容器３１０に硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を充填してからの使用期間が短いときに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が変色せずに、使用期間が長いときに変色する位置に設定されている。
ここで、脱硫剤上流面から脱硫剤下流面までの距離は、第１の実施の形態と同様にＬ０に設定さている。
なお、第１，第２の検出ユニット６２０，６３０の固定位置としては、上述した位置に限らず、脱硫容器３１０の軸方向に沿った異なる位置であればいずれの位置であってもよい。
【００６７】
寿命判定制御手段６４０は、図５に示すように、アラーム９１０に接続され、変色状態判定手段６４１と、寿命判定手段６４２と、発音制御手段としてのアラーム制御手段６４３と、を備えている。
【００６８】
変色状態判定手段６４１は、第１，第２の投光手段６２２，６３２を制御して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０へ投光光Ｈ１１、図示しない投光光を投光させる。そして、第１，第２の受光手段６２３，６３３を制御して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ１２、図示しない出射光を受光させて、この受光状態に対応する受光信号を取得する。ここで、受光状態は、出射光Ｈ１２が吸着可能脱硫剤Ｄ１から出射された場合、白色に対応した状態となり、出射光Ｈ１２が吸着済脱硫剤Ｄ２から出射された場合、白色以外の例えば灰色に対応した状態となる。
そして、変色状態判定手段６４１は、受光信号の受光状態に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態に対応した変色状態値を設定する処理を、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態を判定する処理として実施する。なお、変色状態値の設定方法は、第１の実施の形態と同一なので説明を省略する。
【００６９】
ここで、上述したように、第１，第２の受光手段６２３，６３３は、脱硫容器３１０の軸方向に沿った異なる位置に固定されている。このため、第１，第２の受光手段６２３，６３３の受光状態に対応する変色状態値は、図８のグラフに示すように、使用時間に伴う増加状態が異なる。つまり、流入口３１１側の第１の受光手段６２３の変色状態値が、まず増加する。そして、第２の位置よりも流入口３１１側の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が吸着済脱硫剤Ｄ２に変化した後に、第２の受光手段６３３の変色状態値が増加する。
なお、図８では、変色状態値の増加状態を簡易的に直線で表しているが、実際には、使用状態に応じて適宜曲線的に増加する。
【００７０】
寿命判定手段６４２は、第１の受光手段６２３での受光状態に対応する変色状態値を認識し、この変色状態値があらかじめ設定された閾値Ｓ以上であると判断した場合、このときの時間Ｔ１を認識する。ここで、変色状態値が閾値Ｓ以上となる状態は、本発明の特定変色状態に対応する。また、寿命判定手段６４２は、第２の受光手段６３３での受光状態に対応する変色状態値が閾値Ｓ以上であると判断した場合、このときの時間Ｔ２を認識する。さらに、例えばあらかじめ設定された、あるいは、利用者により設定入力され、脱硫剤上流面からの距離がＬ１３となる第３の位置を認識する。
そして、時間Ｔ２から時間Ｔ１を減じたΔＴと、上述した距離Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３と、を以下の式（２）に代入して、時間Ｔｊを算出する。
【００７１】
（数２）
Ｔｊ＝〔（Ｌ１３−Ｌ１２）／（Ｌ１２−Ｌ１１）〕×ΔＴ…（２）
【００７２】
そして、寿命判定手段６４２は、第２の受光手段６３３での変色状態値が閾値Ｓ以上となった時間Ｔ２からの経過時間が、式（２）に基づき算出した時間Ｔｊとなるときに、第３の位置の変色状態値が閾値Ｓ以上となると判定する。すなわち、時間Ｔ２からの経過時間がＴｊとなるときに、第３の位置の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が吸着済脱硫剤Ｄ２に変化すると判定する処理を、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命判定処理として実施する。
上述した式（２）により、例えば、Ｌ１１が２ｃｍ、Ｌ１２が６ｃｍ、Ｌ１３が８ｃｍ、ΔＴが５日間の場合、つまり、脱硫容器３１０の軸方向に沿って４ｃｍの範囲の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０が吸着済脱硫剤Ｄ２に変化するのに５日間要し、かつ、吸着可能脱硫剤Ｄ１の存在範囲である第２の位置から第３の位置までの距離が２ｃｍの場合、Ｔｊを２．５日間と算出することができる。
【００７３】
アラーム制御手段６４３は、寿命判定手段６４２にて、時間Ｔｊが算出されると、時間Ｔ２からの経過時間がＴｊになったときに、あるいは、Ｔｊになる前にアラーム９１０を制御して、アラーム音を発せさせ、燃料電池システム１００Ｂの利用者に、その旨を報知する。
【００７４】
システム制御装置６５０は、ネットワークＮを介して管理室９２０に接続されている。このシステム制御装置６５０は、システム制御手段５４１と、停止制御手段としての非常停止制御手段６５２と、通報手段６５３と、を備えている。
【００７５】
システム制御手段５４１は、原料ガスの流量制御、脱硫器３００の加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器４１０のバーナ４１１の燃焼制御、熱交換装置１６０で水蒸気を生成させるための純水１８１の供給量制御や温度管理、発電量の管理などを実施する。
【００７６】
非常停止制御手段６５２は、寿命判定手段６４２にて、時間Ｔｊが算出されると、時間Ｔ２からの経過時間がＴｊになったときに、あるいは、Ｔｊになる前にシステム制御手段５４１を制御して、燃料電池システム１００Ｂの動作を非常停止させる。
【００７７】
通報手段６５３は、寿命判定手段６４２にて、時間Ｔｊが算出されると、時間Ｔ２からの経過時間がＴｊになったときに、あるいは、Ｔｊになる前にネットワークＮを介して管理室９２０の管理者に、その旨を寿命情報として通報する。
【００７８】
〔燃料電池システムの動作〕
次に、上述した燃料電池システム１００Ｂの動作を説明する。なお、燃料電池システム１００Ｂの発電動作は、第１の実施の形態の燃料電池システム１００Ａと同一なので説明を省略し、寿命判定方法について説明する。
【００７９】
制御部６００の寿命判定装置６１０は、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命判定処理を実施する。ここで、上述した寿命判定処理のタイミングとしては、発電処理開始時、所定時間毎、連続的など、いずれのタイミングであってもよい。
具体的には、寿命判定装置６１０は、上述した第１，第２の位置に固定された第１，第２の検出ユニット６２０，６３０にて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０へ投光光Ｈ１１、投光光を投光するとともに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０からの出射光Ｈ１２、出射光を受光する。
この後、寿命判定制御手段６４０の変色状態判定手段６４１にて、第１，第２の検出ユニット６２０，６３０での受光状態に基づく変色状態値を設定する。さらに、寿命判定手段６４２にて、第１，第２の検出ユニット６２０，６３０に対応する変色状態値が閾値Ｓ以上となった時間Ｔ１，Ｔ２を認識するとともに、第３の位置までの距離Ｌ１３を認識して、上述した式（２）に基づいて、時間Ｔｊを算出する。
【００８０】
そして、制御部６００は、寿命判定手段６４２で時間Ｔｊが算出されると、時間Ｔ２からの経過時間が例えばＴｊになったときに、アラーム９１０を制御してアラーム音を発せさせる処理、燃料電池システム１００Ｂを非常停止させる処理、管理室９２０へ通報する処理を実施する。
なお、例えば利用者により、アラーム制御手段６４３、非常停止制御手段６５２、通報手段６５３のうち、動作させたい構成のみを適宜選択可能な構成としてもよい。
【００８１】
〔第２の実施の形態の作用効果〕
上述したように、上記第２の実施の形態では、脱硫器３００に充填された硫黄吸着脱硫剤Ｄ０に投光光Ｈ１１を投光して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０から出射される出射光Ｈ１２の受光状態に基づいて、硫黄分の吸着状態に対応する硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の変色状態を判定する。具体的には、変色状態値を設定する。そして、この変色状態値に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。
このため、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０からの出射光Ｈ１２の受光状態に基づいて、この出射光Ｈ１２を出射した硫黄吸着脱硫剤Ｄ０での硫黄分の吸着状態に対応させて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定できる。したがって、一定の判定基準で硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定できる。また、画像処理などの複雑な処理を実施する必要がなく、簡単な構成で硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定できる。
【００８２】
そして、脱硫器３００の軸方向、すなわち脱硫器３００に充填された硫黄吸着脱硫剤Ｄ０における原料ガスが流入される方向に沿った異なる位置から出射される出射光Ｈ１２、出射光を受光する。そして、この異なる位置での受光状態に基づいて、この異なる位置よりも原料ガスが流入される下流側に存在する硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する。
このため、受光位置よりも下流側の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定することにより、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の有効利用を容易に図ることができる。
【００８３】
さらに、脱硫剤上流面からの距離がＬ１１となる第１の位置から出射される光を受光するとともに、脱硫剤上流面からの距離がＬ１２となる第２の位置から出射される光を受光する。そして、第１の位置での受光状態に対応する第１の変色状態が特定変色状態となってから、第２の位置での受光状態に対応する第２の変色状態が特定変色状態となるまでの時間をΔＴ、として、第２の変色状態が特定変色状態となってからの経過時間が上述した式（２）で求められるＴｊとなるときに、脱硫剤上流面からの距離がＬ１３となる第３の位置の変色状態が特定変色状態となると判定する処理を、異なる位置よりも下流側の位置に存在する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定するとして実施する。なお、脱硫剤上流面から第３の位置までの距離であるＬ１３として、脱硫剤下流面までの距離であるＬ０を代入すれば、脱硫剤下流面で変色状態が特定変色状態になるまでの時間を算出できる。
このため、脱硫剤上流面から第１，第２，第３の位置までの距離、第１の位置での第１の変色状態が特定変色状態となってから第２の位置での第２の変色状態が特定変色状態となるまでの時間を上述した式（１）に代入するだけの簡単な方法で、第３の位置の変色状態が特定変色状態となる時期を判定できる。したがって、より簡単な方法で判定された寿命に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の有効利用を容易に図ることがでる。
【００８４】
さらに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定した際に、アラーム９１０からアラーム音を発している。
また、脱硫器３００に、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含む硫黄吸着脱硫剤Ｄ０、つまり、硫黄分を吸着していない状態では白色で、硫黄分を吸着することにより変色する硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を充填している。
さらに、原料ガス供給手段１１０から供給される炭化水素原料を含む原料ガスを脱硫する脱硫器３００の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を、寿命判定装置６１０で判定する。
また、硫黄分を含まない燃料電池用改質ガスを適切に製造可能な燃料ガス製造装置４５０からの改質ガスと、ブロワ２１０から供給される酸素含有気体とを利用して、燃料電池２００で発電させる。
そして、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定した際に、燃料電池システム１００Ｂの動作を停止させている。
さらに、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命であると判定した際に、その旨を寿命情報として、管理室９２０にいる燃料電池システム１００Ｂの管理者に通報する。
このため、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
また、燃料電池システム１００Ｂが一般的な家庭に配置されている場合、利用者の生活様式によらず、燃料電池システム１００Ｂの利用状況は、ほぼ等しいことが確認されている。このため、ほとんどの利用者の燃料電池システム１００Ｂに対して、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を適切に判定することができ、利用拡大を容易に図ることができる。
【００８５】
［実施の形態の変形例］
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。
【００８６】
すなわち、第１の実施の形態において、受光位置特定値Ｖが０．５よりも小さい上流側位置や、０．９０よりも大きい下流側位置で受光した出射光Ｈ２に基づいて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する構成としてもよい。
【００８７】
また、第２の実施の形態において、第１，第２の投光手段６２２，６３２の代わりに、例えば脱硫容器３１０の軸方向全体にわたって光を照射可能な投光手段を設ける構成としてもよい。
【００８８】
さらに、第１，第２の実施の形態において、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命に基づいて、アラーム音の出力処理、燃料電池システム１００Ａ，１００Ｂの動作停止処理、管理室９２０にいる燃料電池システム１００Ａ，１００Ｂの管理者への通報処理のうち、少なくともいずれか１つあるいは２つのみを実施する構成としてもよい。
そして、第１，第２の実施の形態において、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０としては、硫黄分を吸着していない状態での色が白色のものに限らず、硫黄分を吸着することにより変色するものであれば、吸着していない状態での色がいかなる色のものをも適用できる。
【００８９】
また、第１の実施の形態の脱硫容器３１０の代わりに、図９に示すような脱硫容器７１０を適用してもよい。
すなわち、ＳＵＳなどの金属材料により略円筒状に形成され、例えば受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置に四角形状に開口形成された窓部７１１Ａを有する容器基部７１１と、例えば耐熱ガラスなどの光を透過する材料により四角板状に形成され、容器基部７１１の窓部７１１Ａを閉塞する状態で設けられた光透過部７１２と、脱硫容器７１０を適用する。そして、検出ユニット５２０を、投光手段５２２および受光手段５２３が光透過部７１２に対向する状態で設け、容器基部７１１内の硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する構成としてもよい。
【００９０】
そして、第１の実施の形態の脱硫容器３１０の代わりに、図１０に示すような脱硫容器７２０を適用して、以下のように硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する構成としてもよい。
すなわち、ＳＵＳなどの金属材料や耐熱ガラスなどにより円筒状に形成され、例えば受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置に丸形状に開口形成された第１，第２の挿通孔部７２１Ａ，７２１Ｂを有する容器基部７２１を適用する。第１，第２の挿通孔部７２１Ａ，７２１Ｂは、容器基部７２１の軸に対して略対向する状態で設けられている。また、投光手段７３１を第１の挿通孔部７２１Ａに、受光手段７３２を第２の挿通孔部７２１Ｂにそれぞれ嵌合させる。そして、投光手段７３１から投光されて硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を透過した光を受光手段７３２にて受光して、この受光状態に基づいて、寿命判定制御手段５３０にて、硫黄吸着脱硫剤Ｄ０の寿命を判定する構成としてもよい。
【００９１】
さらに、図１０に示すような脱硫容器７２０の代わりに、図１１に示すような脱硫容器７４０を適用してもよい。
すなわち、脱硫容器７４０を、例えば耐熱ガラスなどの光を透過する材料により円筒状に形成する。そして、投光手段７３１および受光手段７３２を、脱硫容器７４０の外部において脱硫容器７４０の軸に対して略対向する状態で設け、投光手段７３１から投光され硫黄吸着脱硫剤Ｄ０を透過した光を、受光手段７３２にて受光する構成としてもよい。
【００９２】
さらに、図９〜図１１と同様の構成を、第２の実施の形態に適用してもよい。
【００９３】
その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、炭化水素原料を含む原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法、硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置、燃料電池用改質ガスの製造装置、および、燃料電池システムに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】前記第１の実施の形態における脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】前記第１の実施に形態における制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図５】前記第２の実施の形態における制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】前記第２の実施の形態における脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿った断面図である。
【図８】前記第２の実施の形態における時間と、第１の受光手段および第２の受光手段での受光状態に対応する変色状態値と、の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態に係る脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施の形態に係る脱硫器の要部の概略構成を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１００Ａ，１００Ｂ…燃料電池システム
１１０…原料ガス供給手段
２００…燃料電池
２１０…酸素含有気体供給手段としてのブロワ
３００…脱硫器
４１０…改質器
４５０…燃料ガス製造装置
５１０，６１０…寿命判定装置
５２２，７３１…投光手段
５２３，７３２…受光手段
５３１，６４１…変色状態判定手段
５３２，６４２…寿命判定手段
５３３，６４３…発音制御手段としてのアラーム制御手段
５４２，６５２…停止制御手段としての非常停止制御手段
５４３，６５３…通報手段
６２２…第１の投光手段
６２３…第１の受光手段
６３２…第２の投光手段
６３３…第２の受光手段
９１０…発音手段としてのアラーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素原料を含む原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記硫黄吸着脱硫剤は、脱硫された原料ガスを改質触媒下で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器における前記原料ガスが流入される上流側に直列状に接続された脱硫器に充填され、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤へ光を投光して、前記硫黄吸着脱硫剤から出射される光を受光し、
この受光状態に基づいて、前記硫黄分の吸着状態に対応する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定し、
この判定した前記変色状態に基づいて、前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤で構成される前記原料ガスが流入される上流側の面から下流側の面までの距離をＬ０、
前記上流側の面から前記受光する光が出射される位置までの距離をＬ１、として、
Ｌ１をＬ０で除した受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置から出射される前記光を受光する
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項３】
請求項１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤における前記原料ガスが流入される方向に沿った異なる位置から出射される前記光を受光し、
前記異なる位置での受光状態に基づいて、前記異なる位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定し、
この判定した前記異なる位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態に基づいて、前記異なる位置よりも前記原料ガスが流入される下流側の位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤で構成される前記原料ガスが流入される上流側の面からの距離がＬ１１となる第１の位置から出射される前記光を受光し、
前記上流側の面からの距離がＬ１１より長いＬ１２となる第２の位置から出射される前記光を受光し、
前記第１の位置での受光状態に対応する第１の前記変色状態が特定変色状態となってから、前記第２の位置での受光状態に対応する第２の前記変色状態が前記特定変色状態となるまでの時間をΔＴ、として、
前記第２の変色状態が前記特定変色状態となってからの経過時間が以下の式（１）で求められるＴｊとなるときに、前記上流側の面からの距離がＬ１２より長いＬ１３となる第３の位置の変色状態が前記特定変色状態となると判定する処理を、前記異なる位置よりも前記下流側の位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する処理として実施する
Ｔｊ＝〔（Ｌ１３−Ｌ１２）／（Ｌ１２−Ｌ１１）〕×ΔＴ…（１）
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記判定した前記硫黄吸着脱硫剤の寿命に対応するアラーム音を発する
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記脱硫器には、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含む前記硫黄吸着脱硫剤が充填された
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記判定した寿命に基づいて、前記改質器で生成した前記改質ガスを原料として発電する燃料電池システムの動作を停止させる
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記判定した寿命に関する寿命情報を、前記改質器で生成した前記改質ガスを原料として発電する燃料電池システムの管理者に通報する
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項９】
炭化水素原料を含む原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、
前記硫黄吸着脱硫剤は、前記硫黄分が脱硫された原料ガスを改質触媒下で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器における前記原料ガスが流入される上流側に直列状に接続された脱硫器に充填され、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤へ光を投光する投光手段と、
前記硫黄吸着脱硫剤から出射される光を受光する受光手段と、
この受光手段での受光状態に基づいて、前記硫黄分の吸着状態に対応する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定する変色状態判定手段と、
この変色状態判定手段で判定した前記変色状態に基づいて、前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する寿命判定手段と、
を具備したことを特徴とした硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、
前記受光手段は、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤で構成される前記原料ガスが流入される上流側の面から下流側の面までの距離をＬ０、
前記上流側の面から前記受光する光が出射される位置までの距離をＬ１、として、
Ｌ１をＬ０で除した受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置から出射される前記光を受光可能な位置に設けられた
ことを特徴とした硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤における前記原料ガスが流入される方向に沿った異なる位置に設けられた複数の前記受光手段を具備し、
前記変色状態判定手段は、前記複数の受光手段での受光状態に基づいて、前記異なる位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定し、
前記寿命判定手段は、前記変色状態判定手段で判定した前記異なる位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態に基づいて、前記異なる位置よりも前記原料ガスが流入される下流側の位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する
ことを特徴とした硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤で構成される前記原料ガスが流入される上流側の面からの距離がＬ１１となる第１の位置から出射される前記光を受光可能な位置に設けられた第１の前記受光手段と、
前記上流側の面からの距離がＬ１１より長いＬ１２となる第２の位置から出射される前記光を受光可能な位置に設けられた第２の前記受光手段と、
を具備し、
前記寿命判定手段は、
前記第１の位置での受光状態に対応する第１の前記変色状態が特定変色状態となってから、前記第２の位置での受光状態に対応する第２の前記変色状態が前記特定変色状態となるまでの時間をΔＴ、として、
前記第２の変色状態が前記特定変色状態となってからの経過時間が以下の式（２）で求められるＴｊとなるときに、前記上流側の面からの距離がＬ１２より長いＬ１３となる第３の位置の変色状態が前記特定変色状態となると判定する処理を、前記異なる位置よりも前記下流側の位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する処理として実施する
Ｔｊ＝〔（Ｌ１３−Ｌ１２）／（Ｌ１２−Ｌ１１）〕×ΔＴ…（２）
ことを特徴とした硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置。
【請求項１３】
請求項９ないし請求項１２のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、
前記寿命判定手段で判定した前記硫黄吸着脱硫剤の寿命に対応するアラーム音を発音手段で発せさせる制御をする発音制御手段を具備した
ことを特徴とした硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置。
【請求項１４】
請求項９ないし請求項１３のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、
前記硫黄吸着脱硫剤は、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含む
ことを特徴とした硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置。
【請求項１５】
炭化水素原料を含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
この原料ガス供給手段から供給される原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤が充填された脱硫器と、
この脱硫器で脱硫された原料ガスを改質触媒下で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器と、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する請求項９ないし請求項１４のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置と、
を具備したことを特徴とした燃料電池用改質ガスの製造装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の燃料電池用改質ガスの製造装置と、
酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、
前記燃料電池用改質ガスの製造装置の前記改質器で改質された前記改質ガスおよび前記酸素含有気体供給手段により供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、
を具備したことを特徴とした燃料電池システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の燃料電池システムであって、
前記硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置の前記寿命判定手段で判定した前記寿命に基づいて、燃料電池システムの動作を停止させる停止制御手段を具備した
ことを特徴とした燃料電池システム。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７に記載の燃料電池システムであって、
前記硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置の前記寿命判定手段で判定した前記寿命に関する寿命情報を、燃料電池システムの管理者に通報する通報手段を具備した
ことを特徴とした燃料電池システム。
【請求項１】
炭化水素原料を含む原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記硫黄吸着脱硫剤は、脱硫された原料ガスを改質触媒下で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器における前記原料ガスが流入される上流側に直列状に接続された脱硫器に充填され、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤へ光を投光して、前記硫黄吸着脱硫剤から出射される光を受光し、
この受光状態に基づいて、前記硫黄分の吸着状態に対応する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定し、
この判定した前記変色状態に基づいて、前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤で構成される前記原料ガスが流入される上流側の面から下流側の面までの距離をＬ０、
前記上流側の面から前記受光する光が出射される位置までの距離をＬ１、として、
Ｌ１をＬ０で除した受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置から出射される前記光を受光する
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項３】
請求項１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤における前記原料ガスが流入される方向に沿った異なる位置から出射される前記光を受光し、
前記異なる位置での受光状態に基づいて、前記異なる位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定し、
この判定した前記異なる位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態に基づいて、前記異なる位置よりも前記原料ガスが流入される下流側の位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤で構成される前記原料ガスが流入される上流側の面からの距離がＬ１１となる第１の位置から出射される前記光を受光し、
前記上流側の面からの距離がＬ１１より長いＬ１２となる第２の位置から出射される前記光を受光し、
前記第１の位置での受光状態に対応する第１の前記変色状態が特定変色状態となってから、前記第２の位置での受光状態に対応する第２の前記変色状態が前記特定変色状態となるまでの時間をΔＴ、として、
前記第２の変色状態が前記特定変色状態となってからの経過時間が以下の式（１）で求められるＴｊとなるときに、前記上流側の面からの距離がＬ１２より長いＬ１３となる第３の位置の変色状態が前記特定変色状態となると判定する処理を、前記異なる位置よりも前記下流側の位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する処理として実施する
Ｔｊ＝〔（Ｌ１３−Ｌ１２）／（Ｌ１２−Ｌ１１）〕×ΔＴ…（１）
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記判定した前記硫黄吸着脱硫剤の寿命に対応するアラーム音を発する
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記脱硫器には、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含む前記硫黄吸着脱硫剤が充填された
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記判定した寿命に基づいて、前記改質器で生成した前記改質ガスを原料として発電する燃料電池システムの動作を停止させる
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法であって、
前記判定した寿命に関する寿命情報を、前記改質器で生成した前記改質ガスを原料として発電する燃料電池システムの管理者に通報する
ことを特徴とする硫黄吸着脱硫剤の寿命判定方法。
【請求項９】
炭化水素原料を含む原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、
前記硫黄吸着脱硫剤は、前記硫黄分が脱硫された原料ガスを改質触媒下で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器における前記原料ガスが流入される上流側に直列状に接続された脱硫器に充填され、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤へ光を投光する投光手段と、
前記硫黄吸着脱硫剤から出射される光を受光する受光手段と、
この受光手段での受光状態に基づいて、前記硫黄分の吸着状態に対応する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定する変色状態判定手段と、
この変色状態判定手段で判定した前記変色状態に基づいて、前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する寿命判定手段と、
を具備したことを特徴とした硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、
前記受光手段は、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤で構成される前記原料ガスが流入される上流側の面から下流側の面までの距離をＬ０、
前記上流側の面から前記受光する光が出射される位置までの距離をＬ１、として、
Ｌ１をＬ０で除した受光位置特定値Ｖが０．５以上、０．９０以下となる位置から出射される前記光を受光可能な位置に設けられた
ことを特徴とした硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤における前記原料ガスが流入される方向に沿った異なる位置に設けられた複数の前記受光手段を具備し、
前記変色状態判定手段は、前記複数の受光手段での受光状態に基づいて、前記異なる位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態を判定し、
前記寿命判定手段は、前記変色状態判定手段で判定した前記異なる位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の変色状態に基づいて、前記異なる位置よりも前記原料ガスが流入される下流側の位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する
ことを特徴とした硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤で構成される前記原料ガスが流入される上流側の面からの距離がＬ１１となる第１の位置から出射される前記光を受光可能な位置に設けられた第１の前記受光手段と、
前記上流側の面からの距離がＬ１１より長いＬ１２となる第２の位置から出射される前記光を受光可能な位置に設けられた第２の前記受光手段と、
を具備し、
前記寿命判定手段は、
前記第１の位置での受光状態に対応する第１の前記変色状態が特定変色状態となってから、前記第２の位置での受光状態に対応する第２の前記変色状態が前記特定変色状態となるまでの時間をΔＴ、として、
前記第２の変色状態が前記特定変色状態となってからの経過時間が以下の式（２）で求められるＴｊとなるときに、前記上流側の面からの距離がＬ１２より長いＬ１３となる第３の位置の変色状態が前記特定変色状態となると判定する処理を、前記異なる位置よりも前記下流側の位置に存在する前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する処理として実施する
Ｔｊ＝〔（Ｌ１３−Ｌ１２）／（Ｌ１２−Ｌ１１）〕×ΔＴ…（２）
ことを特徴とした硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置。
【請求項１３】
請求項９ないし請求項１２のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、
前記寿命判定手段で判定した前記硫黄吸着脱硫剤の寿命に対応するアラーム音を発音手段で発せさせる制御をする発音制御手段を具備した
ことを特徴とした硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置。
【請求項１４】
請求項９ないし請求項１３のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置であって、
前記硫黄吸着脱硫剤は、銀および銅のうち少なくともいずれか一方を担持させたゼオライト、および、酸化セリウムのうちの少なくともいずれか１つを含む
ことを特徴とした硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置。
【請求項１５】
炭化水素原料を含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
この原料ガス供給手段から供給される原料ガスの硫黄分を吸着する硫黄吸着脱硫剤が充填された脱硫器と、
この脱硫器で脱硫された原料ガスを改質触媒下で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器と、
前記脱硫器に充填された前記硫黄吸着脱硫剤の寿命を判定する請求項９ないし請求項１４のいずれかに記載の硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置と、
を具備したことを特徴とした燃料電池用改質ガスの製造装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の燃料電池用改質ガスの製造装置と、
酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、
前記燃料電池用改質ガスの製造装置の前記改質器で改質された前記改質ガスおよび前記酸素含有気体供給手段により供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、
を具備したことを特徴とした燃料電池システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の燃料電池システムであって、
前記硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置の前記寿命判定手段で判定した前記寿命に基づいて、燃料電池システムの動作を停止させる停止制御手段を具備した
ことを特徴とした燃料電池システム。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７に記載の燃料電池システムであって、
前記硫黄吸着脱硫剤の寿命判定装置の前記寿命判定手段で判定した前記寿命に関する寿命情報を、燃料電池システムの管理者に通報する通報手段を具備した
ことを特徴とした燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１２８９５７（Ｐ２００８−１２８９５７Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１７１４３（Ｐ２００６−３１７１４３）
【出願日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【出願人】（０００１８３６４６）出光興産株式会社 (2,069)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【出願人】（０００１８３６４６）出光興産株式会社 (2,069)
【Ｆターム（参考）】
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