JP5764341B2

JP5764341B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP5764341B2
Application number: JP2011026641A
Authority: JP
Inventors: 裕記大河原; 岩田　伸; 伸岩田; 安原　健一郎; 健一郎安原; 高見　晋; 晋高見
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Aisin Corp
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: JP2012169044A

Description

本発明は、硫黄化合物を含む付臭剤として原料ガスを脱硫させる高温設置型の第１脱硫器および低温設置型の第２脱硫器を併有する燃料電池システムに関する。

特許文献１はLPG用脱硫器を開示する。この脱硫器は常温用脱硫器と高温用(＞１００℃)脱硫器とに２つに分割されている。また、常温用脱硫器は上流側に配置されており、原料ガスに付臭剤として含有されている比較的脱硫させ易いイオウ化合物（TBMやDMS）用とされている。高温用脱硫器は、常温用脱硫器よりも下流側に配置されており、LPG特有のイオウ化合物（COS等）を吸着するためのものであり、Ni等の金属酸化物を使用している。

特許文献２によれば、特許文献１と基本的には同じ構成であり、常温用脱硫器と高温用脱硫器とに２つに分割されている。高温用脱硫器は５０℃以上の運転温度とされている。高温用脱硫器の脱硫剤はLPG用と考えられる。特許文献３によれば、常温脱硫器と水素添加型の脱硫器(高温)との2つの脱硫方法(脱硫器)を組み合わせたものであり、起動時に水素添加による脱硫効果が不足することを、常温脱硫器で補う。

特開2006-111766号公報特開2006-265480号公報特開平5-114414号公報

特許文献１〜３によれば、併有されている第１脱硫器および第２脱硫器の交換等のメンテナンスに関する技術ではない。

ところで、ガス会社から供給される原料ガス（都市ガス）には、水分が含まれる場合がある。脱硫剤は一般的にはゼオライトや活性炭等の多孔質物質を使用し、常温の温度環境で使用され、硫黄化合物を吸着させて脱硫する。しかし、多孔質物質を基材とする所謂低温用の脱硫剤は低コストである利点を有するものの、水蒸気が相対的に多く含まれる高露点の原料ガスを脱硫させる場合には、原料ガスに含まれる水蒸気を硫黄化合物よりも優先的に吸着させる性質を有する。結果として、高露点の原料ガスを脱硫させる場合には、原料ガスに含まれる硫黄化合物を吸着させる吸着能力を低下させてしまい、脱硫効果が過剰に低下してしまうおそれがある（図２参照）。露点とは、原料ガスを冷却させたとき結露を発生させる温度をいい、高露点で有れば水蒸気量が相対的に多く、低露点で有れば水蒸気量が相対的に少ない。

一般的には、水蒸気が少ない低露点の原料ガスが産業界では供給されている。しかし、ガス工事や配管の影響等で、原料ガスに含まれる水蒸気の量が増加し、原料ガスが高露点となることが間々ある。ここで、露点が高い原料ガスに含まれる水蒸気によって、脱硫剤は原料ガスの硫黄化合物を吸着させる吸着能力を低下させてしまい、脱硫剤の脱硫効果が低下してしまうおそれがある。この問題を回避するために、脱硫剤の使用量を必要以上に増加させることが必要であり、コストが莫大になり、燃料電池システムのサイズが大型化されるので非実用的である。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、水蒸気が低めの低露点の原料ガスを脱硫させるときにおいても、更には、水蒸気が多く含まれる高露点の原料ガスを脱硫させるときにおいても、原料ガスに含まれる硫黄化合物を良好に脱硫でき、これにより原料ガスの露点の変化に対応でき、加えて、第１脱硫器および第２脱硫器に関するメンテナンス（脱硫剤の交換、再生、修理を含む）に関する情報を報知する燃料電池システムを提供することを課題とする。

本発明者は燃料電池システム用脱硫装置について鋭意開発を進めている。そして本発明者は、（ｉ）（ｉｉ）に着目した。
（ｉ）産業界では、一般的には、相対的に低露点（例えば−２０℃露点以下）の原料ガスが供給されている。しかしガス工事や配管等の様々な事情で、相対的に高露点の原料ガスが供給されることが間々あること。
（ｉｉ）一般的な脱硫剤は、原料ガスに含まれる水蒸気を吸着させ易く、このため脱硫剤に存在する吸着サイトが水蒸気に奪われ、原料ガスに含まれる硫黄化合物の吸着が困難になる。しかし、上記したように水蒸気ダメージがある脱硫剤といえども、高温の温度環境（例えば４０℃以上）では、水蒸気を吸着しにくくなるため、水蒸気の影響が少なくなり、脱硫能力が維持され易い。本発明はかかる着目に基づいて完成されたものである。

（１）すなわち、請求項１に係る燃料電池システムは、（ｉ）アノードガスが供給されるアノードおよびカソードガスが供給されるカソードを有する燃料電池と、燃料電池のカソードにカソードガスを供給するカソードガス通路と、原料ガスを改質させてアノードガスを生成させる改質器と、原料ガスを改質器に供給させるガス搬送源と原料ガスを脱硫させる第１脱硫器および第２脱硫器とを有する原料ガス通路と、改質器で生成されたアノードガスを燃料電池のアノードに供給させるアノードガス通路と、制御部とを具備しており、
（ｉｉ）第１脱硫器は、第２脱硫器の上流に配置され、相対的に高温の第１環境に設置されており、且つ、相対的に高露点の原料ガスに対して第２脱硫器よりも優れた脱硫性能をもつ脱硫器であり、
（ｉｉｉ）第２脱硫器は、第１環境よりも相対的に低温の第２環境に設置されており、相対的に低露点の原料ガスに対して脱硫性能をもつと共に、相対的に高露点の原料ガスに対して相対的に低露点の原料ガスよりも脱硫性能を低下させる脱硫器であり、
（ｉｖ）制御部は、原料ガス通路を流れる原料ガスの露点と、基準時期から原料ガス通路を流れる原料ガスの積算流通量とに基づいて、第１脱硫器および第２脱硫器に関するメンテナンスに関する情報を報知する。

原料ガスは、通常、低露点のガス（例えば−２０℃露点以下）として供給される。しかしガス工事や配管等の影響で高露点のガスとして（例えば＋２０℃露点以上）供給される可能性が少なからずある。この場合、低温設置型の脱硫剤は水分により短期間で劣化し、原料ガスに腐臭剤として含まれる硫黄化合物が改質器等に流入し、改質器等の耐久性を低下させる可能性がある。これに対し、高温設置型の第１脱硫器は、相対的に高露点の原料ガスに対して低温設置型の第２脱硫器よりも脱硫性能をもつものであるため、高露点の原料ガスが供給される場合であっても、脱硫効果を良好に得ることができる。また、通常的には、低露点の原料ガスが供給されるが、相対的に低露点の原料ガスに対して良好な脱硫性能をもつ低温設置型の第２脱硫器が高温設置型の第１脱硫器と併設されているため、第１脱硫器での不足分については第２脱硫器を設けることで、低露点の原料ガスに対しても脱硫性能を確保することができる。

ここで、高温設置型の高温、低温設置型の低温は、相対的な温度の高低を意味するものである。高温設置型の第１脱硫器は、低温設置型の第２脱硫器よりも相対的に高温に設置されており、燃料電池システムの筐体の内部において、例えば５０℃〜３００℃の温度領域に配置される。これに対して低温設置型の第２脱硫器は、燃料電池システムの筐体の内部において第１脱硫器よりも相対的に低温の環境に設置される。

なお、低露点の原料ガスを高温設置型の第１脱硫器のみで脱硫させる場合には、次の不具合があるため、不具合を解消させるため、第１脱硫器の他に、低温設置型の第２脱硫器を設けることが好ましい。低露点の原料ガスを脱硫させる場合には、一般的には脱硫剤の温度が低温ほど、脱硫効率が良い。従って低露点の原料ガスを高温設置型の第１脱硫器のみで脱硫させる場合には、脱硫効率が必ずしも充分ではなく、第１脱硫器の脱硫剤の使用量を増加させる必要がある不具合が生じる。この場合、第１脱硫器からの放熱量が増大し、システムの熱ロスが増大し、排熱回収効率が低下する不具合がある。更に、高温設置型の第１脱硫器に使用される第１脱硫剤は、一般市場では、低温設置型の第２脱硫器に使用される第２脱硫剤よりも高価であることが多い。

しかし請求項１の燃料電池システムによれば、高温設置型の第１脱硫器および低温設置型の第２脱硫器の双方を設けている。そして、高露点の原料ガス（水蒸気が相対的に多い）については高温設置型の第１脱硫器で主として分担し、低露点の原料ガス（水蒸気が相対的に少ない）については低温設置型の第２脱硫器で主として分担することで、コストが高い第１脱硫剤の使用量をできるだけ低減でき、コスト低減が図れる。更に、第１脱硫剤および第２脱硫剤の全体としての使用量を低減でき、システムの小型化が可能となる。上記したように請求項１に係る燃料電池システムによれば、水蒸気が少なめの低露点の原料ガスを脱硫させるときにおいても、更には、水蒸気が多く含まれる高露点の原料ガスを脱硫させるときにおいても、良好に脱硫を行うことができる。さらに、第２脱硫器の上流に第１脱硫器を設けたことで、高露点の原料ガスに対して第２脱硫器は水分が吸着するものの、第２脱硫器は第１脱硫器１００よりも下流に配置されているため、第２脱硫器へ硫黄化合物の吸着は抑えられる。従って第２脱硫器２００は新品状態に保たれると推定される。

ところで、システムの発電運転時間が長くなり、原料ガス通路を介して改質器に流れる原料ガスの積算流通量が増加するにつれて、第１脱硫器の第１脱硫剤および第２脱硫器の第２脱硫剤の劣化が進行する。更に、原料ガスの露点が高いと、原料ガスに含まれる水分が多いため、第１脱硫器および第２脱硫器の寿命が短くなる。殊に、低温設置型の第２脱硫器は、高露点の原料ガスに対して第１脱硫器よりも脱硫性能の低下が激しい。そこで本発明によれば、制御部は、原料ガス通路を流れる原料ガスの露点と、基準時期から原料ガス通路を流れる原料ガスの積算流通量とに基づいて、第１脱硫器および第２脱硫器に関するメンテナンスに関する情報を報知する。メンテナンスとは、脱硫器自体の交換、脱硫器に搭載されている脱硫剤の交換のうちのいずれか一つを含む。交換は再生、修理を含む。

基準時期とは、一般的には、燃料電池システムを設置した時期、原料ガス通路を流れる原料ガスの積算流通量の起算開始時期、または、起算開始時期と実質的に推定できる時期をいう。この場合、新品状態（実質的に新品を含む）の脱硫器を搭載する燃料電池システムを新しく設置した時期、原料ガスを新品状態（実質的に新品を含む）の脱硫器に流通させた開始時期、あるいは、脱硫器が交換（再生を含む）された場合には交換時期（再生時期）が例示される。報知とは、警報器にメンテナンス信号を警報したり、表示部にメンテナンス信号を表示したり、システムの運転を停止させることなどが例示される。

(２)請求項２に係る燃料電池システムによれば、制御部は、原料ガス通路を流れる原料ガスの露点が規定露点以上であるときには、基準時期から原料ガス通路を流れる原料ガスの積算流通量に基づいて、第１脱硫器および第２脱硫器に関するメンテナンスについてのメンテナンス情報を報知する。原料ガスの露点が規定露点以上であるときには、第２脱硫器ばかりか、第１脱硫器ついても劣化が進行し易く、脱硫剤の寿命が短くなる。この場合、除去されなかった硫黄化合物が改質器に流入するおそれがある。このため第１脱硫器および第２脱硫器の双方を交換させるメンテナンス情報を報知する。

(３)請求項３に係る燃料電池システムによれば、制御部は、原料ガス通路を流れる原料ガスの露点が規定露点以上であるときには、基準時期から原料ガス通路を流れる原料ガスの積算流通量に基づいて、第２脱硫器を交換せず、第１脱硫器を交換するメンテナンス情報を報知する。原料ガスの露点が規定露点以上であるときには、第２脱硫器は実質的に脱硫効果を発揮しないことが多い。そこで、脱硫効果を発揮しない第２脱硫器を交換せず、脱硫効果を発揮する第１脱硫器を交換（再生、修理を含む）するメンテナンス情報を報知する。

(４)請求項４に係る燃料電池システムによれば、制御部は、原料ガス通路を流れる原料ガスの露点が規定露点未満であるときには、基準時期から原料ガス通路を流れる原料ガスの積算流通量に基づいて、第１脱硫器の脱硫剤を交換せず第２脱硫器の脱硫剤を交換するメンテナンス情報を報知する。原料ガスの露点が規定露点未満であるときには、第２脱硫器の脱硫性能が高い。このため高価な第１脱硫器を交換せず、低価格の第２脱硫器を交換（再生、修理を含む）するメンテナンス情報を報知する。

(５)配管工事等の事情により、原料ガスの露点が規定露点の前後で変化するときがある。この場合、第１脱硫器および第２脱硫器の寿命は、規定露点未満の原料ガスの積算流通量と、規定露点以上の原料ガスの積算流通量との影響を受ける。そこで、請求項５に係る燃料電池システムによれば、制御部は、原料ガス通路を流れる原料ガスの露点が規定露点の前後で変化したときには、原料ガス通路を流れる規定露点未満の原料ガスの積算流通量と、原料ガス通路を流れる規定露点以上の原料ガスの積算流通量とを合計した合計流通量に基づいて、第１脱硫器および第２脱硫器に関するメンテナンスについてのメンテナンス情報を報知する。

(６)請求項６に係る燃料電池システムによれば、原料ガス通路において上流から下流にかけて、第１脱硫器、第２脱硫器、流量計の順に配置されている。脱硫剤は、一般的には、温度に対して炭化水素基（例えばメタンやブタン等）の吸着または脱着特性をもつ。このため、システムの起動・停止時や、システムの負荷変動等に伴い、脱硫剤温度が変化すると、原料ガスの主要成分である炭化水素基が脱硫剤に対して吸着または脱着することがある。殊に、第１脱硫器のように高温域に設置される場合には、その影響が更に大きい。このため、従来技術のように流量計が第１脱硫器よりも上流にあるときには、流量計で原料ガスの流量を計測したにも拘わらず、脱硫器において炭化水素基（例えばメタンやブタン等）の吸着または脱着が発生し、結果として、改質器に供給される原料ガスの実流量が変動するおそれがある。すなわち、第１脱硫器において炭化水素基が吸着または脱着し、改質器に実際に供給される原料ガスの実流量の不足または過剰が生じるおそれがある。ここで、原料ガスが不足した場合には、燃料電池において原料ガスの欠乏による劣化が進行するおそれがある。また、原料ガスが過剰となった場合には、改質器において原料ガスに対する水蒸気のモル比（S/C）が低下することによる改質触媒のコーキング劣化や異常高温による改質器や燃料電池の劣化が促進させるおそれがある。このため、温度によって炭化水素基を吸着または脱着させる特性を持つ第１脱硫器よりも下流に流量計を設置することが好ましい。

更に、高温設置型の第１脱硫器よりも下流に流量計が設置されている場合には、第１脱硫器を通過した原料ガスは熱をもち、原料ガスの温度は流量計の耐熱温度以上となり易いため、流量計の長寿命化には好ましくない。そこで請求項６に係る燃料電池システムによれば、第１脱硫器、第２脱硫器、流量計の順に設置させる。このように原料ガスを高温設置型の第１脱硫器→低温設置型の第２脱硫器→流量計の順に流す。これにより高温の第１脱硫器を通過した原料ガスの熱を第２脱硫器で授受し，第２脱硫器において放熱させる。このため流量計へ流入する原料ガスの温度をできるだけ低下させることができ、流量計の耐熱の問題も解消することが可能となり、流量計の長寿命化に有利である。また、第１脱硫器を通過した原料ガスが保有する熱量は小さいため、第２脱硫器における放熱で充分に原料ガスを低温化できる。ここで、脱硫器において炭化水素基（例えばメタンやブタン等）の吸着または脱着が発生し、結果として、改質器に供給される原料ガスの実流量が変動するときであっても、高温設置型の第１脱硫器→低温設置型の第２脱硫器→流量計の順に流す。

本発明によれば、高温設置型の第１脱硫器とその下流に低温設置型の第２脱硫器とが直列に併設されているため、水蒸気が低めの低露点の原料ガスを脱硫させるときにおいても、更には、水蒸気が多く含まれる高露点の原料ガスを脱硫させるときにおいても、原料ガスに含まれる硫黄化合物を良好に脱硫できる。これにより原料ガスの露点の変化に対応できる。

システムの発電運転期間が長くなり、原料ガス通路を流れる原料ガスの積算流通量が増加すると、第１脱硫器および第２脱硫器の劣化が進行する。更に、原料ガスの露点が低いと、原料ガスに含まれる水蒸気量や水分が少ないため、第１脱硫器および第２脱硫器の寿命が長い。原料ガスの露点が高いと、原料ガスに含まれる水蒸気量や水分が多いため、第１脱硫器および第２脱硫器の寿命が短い。殊に、第２脱硫器は高露点の原料ガスに対して第１脱硫器よりも脱硫性能の低下が激しい。そこで、制御部は、原料ガス通路を流れる原料ガスの露点の高低と、基準時期から原料ガス通路を流れる原料ガスの積算流通量とに基づいて、第１脱硫器および第２脱硫器に関するメンテナンスに関する情報を報知する。このため第１脱硫器および第２脱硫器に対して適切にメンテナンス（交換、再生、修理を含む）の有無を報知できる。

実施形態１に係り、燃料電池システムを示す概念図である。第１脱硫剤および第２脱硫剤に係り、原料ガスの露点と脱硫剤の温度と寿命年数（相対値）との関係を示すグラフである。脱硫器の交換の形態を示す概念図である。原料ガスが低露点から高露点に変化したときにおける脱硫器の交換の形態を示す概念図である。原料ガスが低露点から高露点に変化したときにおける脱硫器の交換の形態を示す概念図である。制御部が実行するフローチャートである。参考例に係り、燃料電池システムを示す概念図である。別の実施形態に係り、発電モジュールに第１脱硫器が隣設されている状態を示す概念図である。更に別の実施形態に係り、第１脱硫器が配設されている状態を示す概念図である。別の実施形態に係り、第１脱硫器が配設されている状態を示す概念図である。適用形態に係り、燃料電池システムを示す概念図である。

高温設置型の第１脱硫器および低温設置型の第２脱硫器に収容される脱硫剤の基材として、ゼオライト、遷移金属等の金属を担持したゼオライト、活性炭等の多孔性物質が挙げられる。第１脱硫器の第１脱硫剤は、遷移金属等の金属を含むことが多い。この場合、物理的吸着の他に化学的吸着も併有する形態でも良い。上記した金属としては、銀、銅、金、ロジウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ニッケル、鉄、クロム、モリブデンのうちの少なくとも１種が例示され、更に、これらを２種以上含む合金が例示される。第１脱硫器に使用される第１脱硫剤は、第１脱硫剤を１００％とするとき、上記した金属を質量比で０．５〜４０％の範囲内で含むことが好ましい。ゼオライトは、
アルミノケイ酸塩のなかで結晶構造中に空隙を持つものの総称であり、天然ゼオライトでも人工ゼオライトでも良い。脱硫剤は、原料ガスに含まれる硫黄化合物（例えばメチルメルカプタン、ジメチルサルファイド、ジメチルジサルフィド）だけでなく、原料ガスに含まれる水蒸気やHC等を物理吸着させる。脱硫剤はその吸着能力は水蒸気等の吸着物の種類や脱硫剤の温度により変化し、殊に常温領域では水蒸気によりダメージを受け易い。ここで、脱硫剤において、原料ガスに含まれる硫黄化合物の吸着を妨害する物質のうち、最も影響が大きいのが原料ガスに含まれる水蒸気と考えられている。よって、低露点（例えば０℃以下、−１０℃以下）の原料ガスを脱硫剤で脱硫させる場合には、原料ガスに含まれる水蒸気の含有量が少なく、水蒸気の影響が少ないため、原料ガスに含まれる硫黄化合物を吸着させる能力が効果的に発揮される。しかし、高露点の原料ガスを常温領域の第２脱硫器に通過させる場合には、原料ガスに含まれる水蒸気の量が増加しているため、第２脱硫剤は水蒸気の影響を受け易く、第２脱硫剤が硫黄化合物を吸着させる能力は激減する。このような性質を有する第２脱硫剤といえども、温度環境が高温（例えば、４０℃以上、５０℃以上、２３０℃以下）になれば、脱硫剤における水蒸気ダメージが回復し、結果として、脱硫能が回復される。

（実施形態１）
図１は実施形態１を示す。燃料電池システムは、アノード１０およびカソード１１を有する燃料電池１と、燃料電池１のカソード１１にカソードガス（空気等の酸素含有ガス）を供給するカソードガス通路７０と、原料ガスを改質させてアノードガス（水素含有ガスまたは水素ガス）を生成させる改質器２Ａと、原料ガスを脱硫させた状態で改質器２Ａに供給させるガス搬送源として機能するポンプ６０を有する原料ガス通路６と、改質器２Ａで生成されたアノードガスを燃料電池１のアノード１０に供給させるアノードガス通路７３と、アノードガス通路７３、改質器２Ａおよび燃料電池１を収容する断熱壁１９とを有する。発電モジュール１８は、改質器２Ａ、燃料電池１、断熱壁１９で形成されている。改質用の水または水蒸気が供給させる給水通路８が改質器２Ａに接続されている。改質器２Ａは、水蒸気を生成させる蒸発部と、水蒸気を用いて燃料を改質させる改質部とを含む。

図１に示すように、原料ガス通路６は、上流から下流にかけて、遮断弁６９、第１脱硫剤を収容する高温設置型の第１脱硫器１００と、第２脱硫剤を収容する低温設置型の第２脱硫器２００と、第１脱硫器１００および第２脱硫器２００を経た原料ガスの流量を計測する流量計３００とをこの順に直列に有する。第１脱硫器１００は、相対的に高温の第１環境（例えば５０℃以上、２２０℃以下の温度環境）に設置されており、具体的には、発電モジュール１８の断熱壁１９から受熱（熱伝導、輻射熱の受熱）できるように、断熱壁１９の外壁面に接触または接近状態で隣設されて配置されている。

第１脱硫器１００は、相対的に高露点の原料ガスに対しても脱硫性能をもつ第１脱硫剤を収容する。第１脱硫剤としては、ゼオライトが挙げられるが、銀や銅等の金属を担持したゼオライト、活性炭等の多孔質材料でも良い。第２脱硫器２００は、第１環境よりも相対的に低温（例えば０〜５０℃未満）の第２環境に設置されており、高温の発電モジュール１８から離間して配置されている。第２脱硫器２００の第２脱硫剤は、相対的に低露点の原料ガスに対して脱硫性能をもつ。第２脱硫器２００では、相対的に高露点の原料ガス（水蒸気が相対的に多い）に対して、相対的に低露点の原料ガス（水蒸気が相対的に少ない）よりも脱硫性能を低下させる（図２参照）。このような第２脱硫剤としてはゼオライトが挙げられる。原料ガスとしては炭化水素系が例示される。

一般的には、原料ガス（例えば都市ガス（１３Ａ））は低露点（例えば０℃以下、−１０℃以下、−２０℃以下）であり、原料ガスに含有されている水蒸気は微小量である。しかしガス配管工事、配管等の事情により、原料ガスに含まれる水蒸気量が増加し、高露点（例えば＋２０℃露点以上）の原料ガスが供給される可能性が少なからずある。この場合、脱硫剤は短期間で劣化し、原料ガスに腐臭剤として含まれる硫黄化合物が改質器２Ａ等に流入し、改質器２Ａ等の耐久性を低下させる可能性がある。これに対し、高温設置型の第１脱硫器１００は、相対的に高露点の原料ガスに対しても良好な脱硫性能をもつものである。このため、高露点の原料ガスが供給される場合であっても、脱硫効果を良好に得ることができる。また、通常的には、低露点の原料ガスが原料ガス通路６に供給されるが、相対的に低露点の原料ガスに対して良好な脱硫性能をもつ第２脱硫器２００が第１脱硫器１００の他に設けられている。このため、第１脱硫器１００での不足分については第２脱硫器２００を設けることで、低露点の原料ガスに対しても脱硫性能を確保することができる。なお、低露点の原料ガスを高温設置型の第１脱硫器１００のみで脱硫させる場合には、次の不具合がある。このような不具合を解消させるため、高温設置型の第１脱硫器１００と低温設置型の第２脱硫器２００との双方を設けることが好ましい。

すなわち、低露点の原料ガスを脱硫させる場合には、一般的には、脱硫剤の温度が低いほど脱硫効率が良いため、低露点の原料ガスを高温設置型の第１脱硫器１００のみで脱硫させる場合には、脱硫効率が充分ではなく、第１脱硫器１００の第１脱硫剤の使用量を過剰に増加させる必要がある不具合がある。しかし本実施形態によれば、第１脱硫器１００および第２脱硫器２００の双方を設けることにより、高露点の原料ガスについては第１脱硫器１００で主として分担し、低露点の原料ガスについては第２脱硫器２００で分担することで、全体としての第１脱硫剤および第２脱硫剤の合計の使用量を低減でき、システムの小型化が可能となる。

ここで、低露点の原料ガスを高温設置型の第１脱硫器１００のみで脱硫させる場合には、脱硫効率が必ずしも充分ではないため、高温の第１脱硫器１００に収容する第１脱硫剤の使用量を増大させる必要がある不具合がある。この場合には、第１脱硫器１００からの放熱量が増大し、システムの熱ロスが増大し、排熱回収効率が低下する不具合がある。しかも、高温設置型の第１脱硫器１００に使用される第１脱硫剤は、一般市場に流れている低温設置型の脱硫剤に対し高価である。しかし本実施形態によれば、高温設置型の第１脱硫器１００および低温設置型の第２脱硫器２００の双方を設けている。そして、高露点の原料ガスについては主として第１脱硫器１００で分担し、低露点の原料ガスについては主として第２脱硫器２００で分担することで、高温設置型の第１脱硫器１００に使用されるコスト高の脱硫剤の使用量を低減でき、コスト低減が図れる。

さて、上記構成とした場合には、脱硫剤は、温度に対して炭化水素基（例えばメタンやブタン等）の吸着または脱着特性を持っている。このため、システムの起動・停止時や、システムの負荷変動等に伴い、脱硫剤温度が変化すると、脱硫剤温度の変化に伴い、炭化水素基が脱硫剤に対して吸着または脱着することがある。高温設置型の第１脱硫器１００のように高温域に第１脱硫剤を設置する場合には、その度合が更に大きい。このため従来技術のように流量計３００が脱硫器よりも上流にあるときには、流量計３００で原料ガスの流量を正確に計測したにも拘わらず、脱硫器において炭化水素基（例えばメタンやブタン等）の吸着または脱着が発生すると、改質器２Ａに供給される原料ガスの流量が変動するおそれがある。すなわち、脱硫器において炭化水素基が吸着または脱着し、改質器に実際に供給される原料ガスの流量の過剰または不足が生じるおそれがある。ここで、原料ガスが不足した場合には、燃料電池において原料ガスの欠乏による劣化が進行するおそれがある。また、原料ガスが過剰となった場合には、改質器において原料ガスに対する水蒸気のモル比（S/C）が低下することによる改質触媒のコーキング劣化や異常高温による改質器や燃料電池の劣化が促進させるおそれがある。このため、温度によって炭化水素基を吸着または脱着させる特性を持つ第１脱硫器１００よりも下流に流量計３００を設置することが好ましい。しかし、第１脱硫器１００よりも下流に流量計３００が設置されている場合には、高温設置型の第１脱硫器１００を通過した原料ガスは熱をもち、原料ガスは、流量計３００の耐熱温度以上となり易いため、流量計３００の故障を誘発させるおそれがある。

そこで本実施形態によれば、図１に示すように、原料ガス通路６において第１脱硫器１００および第２脱硫器２００の双方よりも下流に流量計３００を設置し、改質器２Ａ等に安定的に原料ガスを供給可能となる。さらに原料ガスを、高温設置型の第１脱硫器１００→低温設置型の第２脱硫器２００の順に流すことで、第１脱硫器１００を通過した原料ガスの熱を第２脱硫器２００で授受し，第２脱硫器２００において放熱させることができる。このため、熱の影響を受け易い流量計３００へ流入する原料ガスの温度をできるだけ低下させることができる。この場合、流量計３００の耐熱の問題も解消することが可能となる。なお、第１脱硫器１００を通過した原料ガスが保有する熱量は小さいため、第２脱硫器２００における放熱で充分に原料ガスを低温化できる。なおポンプ６０は圧力の脈動を発生させにくいものが好ましい。

図１に示すように、原料ガス通路６には、バッファ室をもつバッファ４００が設けられている。原料ガス通路６は、上流から下流にかけて、遮断弁６９、第１脱硫器１００、第２脱硫器２００、流量計３００、バッファ４００と、ポンプ６０とをこの順に直列に配置している。バッファ４００は中空室であるバッファ室４０１を有する。ポンプ６０は、原料ガス通路６において原料ガスを発電モジュール１８の改質器２Ａに向けて搬送させるものであるが、原料ガスの圧力の脈動を発生させるおそれがある。そこで図１に示すように、原料ガス通路６において、第１脱硫器１００、第２脱硫器２００、流量計３００、バッファ４００、ポンプ６０をこの順に直列に配置している。この場合、図１に示すように、バッファ４００は、流量計３００の下流、且つ、ポンプ６０の上流に配置されている。流量計３００は第２脱硫器２００に対して直後の下流に配置されている。すなわち、脈動原因となるポンプ６０と、脈動を受けたくない流量計３００との間には、バッファ４００が介在する。このため流量計３００はポンプ６０の脈動の影響を受けにくくなる。この場合、システムの安定運転に有利である。換言すると、図１に示すように、第１脱硫器１００→第２脱硫器２００→流量計３００→バッファ４００→ポンプ６０、チャッキ弁５００が直列に設けられているため、ポンプ６０の脈動をバッファ４００により吸収することができる。このため流量計３００の流量脈動を抑止することができる。これにより流量計３００の出力値が安定し、制御上の安定性が確保されるとともに、脈動による流量計３００の出力値が真値から外れる挙動も抑えることが可能となる。

なお、チャッキ弁５００は作動により原料ガスの圧力の脈動を発生させるおそれがある。そこで図１に示すように、流量計３００とチャッキ弁５００（ポンプ６０）との間にバッファ４００が介在するため、流量計３００は、ポンプ６０およびチャッキ弁５００に起因する脈動の影響を受けにくくなる。この場合、流量計３００が原料ガスの流量を計測させる精度が確保され、システムの安定運転に有利である。

第１脱硫器１００は発電モジュール１８の断熱壁１９から受熱できるように、断面壁１９の外壁面側に接触または近接するように設置されており、規定温度範囲（例えば、６０〜２２０℃、または、６０〜１５０℃）に維持される。これに対して、第２脱硫器２００はシステムの筐体の内部において発電モジュール１８から離間する相対的に低温の環境（０℃以上、５０℃未満）に設置されている。ここで、原料ガスが第１脱硫器１００を流通することで、原料ガスは昇温され、第２脱硫器２００に供給される。原料ガスの持っている熱量は数Ｗのため、第２脱硫器２００のうちの上流側の温度が若干上昇する。ここで、原料ガスは第２脱硫器２００における放熱にてシステムの筐体の内部温度まで低下し、流量計３００、バッファ４００、チャッキ弁５００、発電モジュール１８の改質器２Ａに送られる。これにより、流量計３００に入る原料ガスの温度は低下し、流量計３００の耐熱温度以下となり、流量計３００の故障を招くことなくシステムを運転可能である。また、システムの起動〜停止までにおける第１脱硫器１００に収容されている第１脱硫剤の温度変化に起因して、第１脱硫器１００において炭化水素基の吸着または脱着が起こり得る。この点について本実施形態によれば、流量計３００が第１脱硫器１００，２００よりも下流に配置されていることで、発電モジュール１８へ流入する原料ガス（吸着または脱着後の原料ガス）の単位時間あたり流量を正確に把握することができる。この場合、発電モジュール１８におけるガス欠による劣化を抑止することができる。

ところで、システムの発電運転の累積時間が長くなると、原料ガス通路６を流れる原料ガスの積算流通量が増加するにつれて、第１脱硫器１００および第２脱硫器２００の劣化が進行する。更に、原料ガスの露点が高いと、原料ガスに含まれる水蒸気量や水分が多いため、第１脱硫器１００および第２脱硫器２００の寿命が短い。殊に、第２脱硫器２００は高露点の原料ガスに対して第１脱硫器１００よりも脱硫性能の低下が激しい。そこで本実施形態によれば、制御部１００Ｘは、原料ガス通路６を流れる原料ガスの露点の高低と、基準時期から原料ガス通路６を流れる原料ガスの積算流通量とに基づいて、第１脱硫器１００および第２脱硫器１００に関するメンテナンス（交換、再生、処理を含む）に関する情報を報知する。このため第１脱硫器１００および第２脱硫器２００に対して適切にメンテナンスできる。

報知とは、警報器にメンテナンス信号を警報したり、表示部にメンテナンス信号を表示したり、システムの運転を停止させることなどが例示される。基準時期とは、一般的には、原料ガス通路を流れる原料ガスの積算流通量の起算開始時期、または、起算開始時期と実質的に推定できる時期をいう。新品状態（実質的に新品を含む）の脱硫器を搭載する燃料電池システムを新しく設置した時期、原料ガスを新品状態（実質的に新品を含む）の脱硫器に流通させた開始時期、あるいは、脱硫器が交換された場合には交換時期が例示される。なお、積算流通量は流量計３００からの信号に基づいて制御部１００Ｘにより求められる。

（実施形態２）
図２は実施形態２を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同じ構成、同じ作用効果を有するため、図１を準用する。図２は、第１脱硫器１００に使用される第１脱硫剤および第２脱硫器２００に使用される第２脱硫剤の使用される温度が４０℃と７０℃の場合について、原料ガスの露点と脱硫剤の寿命との関係を示す。図２において、特性線ＡＨは第１脱硫剤の温度が７０℃の場合を示し、特性線ＡＬは第１脱硫剤の温度が４０℃の場合を示す。特性線ＢＨは第２脱硫剤の温度が７０℃の場合を示し、特性線ＢＬは第２脱硫剤の温度が４０℃の場合を示す。原料ガスの露点温度が相対的に低い場合には、原料ガスに含まれる水蒸気量が少ないため、いずれの脱硫剤も寿命年数が長い。第１脱硫剤に関してはＡＨ，ＡＬが比較的差が小さく温度の影響が少ないが、第２脱硫剤はＢＨに対しＢＬの寿命が長く脱硫剤温度が低い方が寿命が長いことが分かる。また、比較的露点が高い領域においては、第１，２脱硫剤とも低露点に比較し寿命は短くなる。第２脱硫剤は著しく寿命が低下するのに対し第１脱硫剤は寿命が長い。殊に脱硫剤温度が高温であるＡＨに関しては高寿命が保持できる。上記より、第１脱硫器に関しては第１脱硫剤を用いることが望ましい。第２脱硫器に関しては、低温かつ低露点での脱硫特性が良好であり安価な第２脱硫剤を用いることが望ましい。なお、第２脱硫器には第１脱硫剤を用いても良い。第１脱硫剤は低露点域において、ＡＨとＡＬが大きく差がないことから低温でも良好な脱硫特性を示し、かつ寿命年数相対値からも同量において第２脱硫剤よりも高寿命を持つ。よって、同寿命を持たせるのに少量の脱硫剤で良いことを示す。上記より、必要脱硫剤量による小型化とトータル脱硫剤量でのコスト（単価×容量から決定）から脱硫剤を選定することが望まれる。なお、第１、第２脱硫剤とも原料ガスの露点が高露点から低露点に移行した場合には、脱硫剤に吸着していた水蒸気が脱離することで図２に示す硫黄吸着能力（寿命）を回復できる。

（実施形態３）
図３は実施形態３を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同じ構成、同じ作用効果を有するため、図１および図２を準用する。図２として示す特性を有する第１脱硫剤および第２脱硫剤を用いている。第１脱硫器１００は、高露点の原料ガスに対して基準時期から２．０年の寿命をもち、低露点の原料ガス（正常の原料ガス）に対して４．６年分の寿命をもつように設計されている。これに対して第２脱硫器２００は、低露点の原料ガス（正常の原料ガス）に対して基準時期から３．５年分の寿命をもつように設計されている。第１脱硫器１００および第２脱硫器２００のトータルで、８．１年分（３．５＋４．６＝８．１）の寿命がシステムの設置初期に得られている。

図３の上半分Ａは、設置初期（基準時期）から継続的に低露点の原料ガスが供給される場合を示す。トータルで８．１年分の寿命が設置初期には得られている。このため、設置初期（基準時期）から８．１年後には、低露点の原料ガスに有効な第２脱硫器２００のみを交換する。その後、３．５年（低露点の原料ガスが供給される場合における第２脱硫器２００の寿命に相当）周期で、第２脱硫器２００のみを交換（再生含む）する。低露点であれば、第２脱硫器２００は低価格であるにもかかわらず、脱硫効果を良好に発揮するためである。

第１脱硫器１００は、設置初期から４．６年（低露点の原料ガスが供給されるとき）で寿命となる。第１脱硫器１００の第１脱硫剤は高価であるため、価格が低いものの低露点の原料ガスの脱硫に有効な第２脱硫器２００のみ交換する。これにより３．５年交換を可能とし、システムの脱硫に要するランニングコストを低減できる。

図３の下半分Ｂは、設置初期（基準時期）から継続的に高露点の原料ガスが供給される場合を示す。第１脱硫器１００は、高露点（例えば＋２０℃）の原料ガスが供給される場合には、２年分の寿命をもつ第１脱硫剤を充填している。一方、第２脱硫器２００は図２に示すように、高露点の原料ガスに対してほとんど脱硫機能しない。このため、システムの設置初期から２年後には、第１脱硫器１００において腐臭剤（硫黄化合物）の吸着状態が飽和となる。このため、設置初期から２年後には第１脱硫器１００のみ交換し、第２脱硫器２００を交換しない。第１の理由として、第２脱硫器２００は高露点の原料ガスに対しては脱硫機能を実質的に有しない。第２の理由として、コスト低減のため、第３の理由として、上流側の第１脱硫器１０が脱硫効果を有する限り、下流側の第２脱硫器２００は新品に近い状態であり、原料ガスが高露点から低露点に変化すれば、第２脱硫剤は脱硫機能を再び発揮することから、第２脱硫器２００は交換しない。このように、原料ガスが継続的に高露点である場合には、第１脱硫器１００のみを交換し、脱硫機能を発揮しない第２脱硫器２００は交換しない。脱硫に要するランニングコストが低減される。

（実施形態４）
図４は実施形態４を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同じ構成、同じ作用効果を有するため、図１および図２を準用する。本実施形態は、システムの設置初期から低露点の原料ガスが供給されていたものの、低露点の原料ガスの積算流通量が１年分（２年未満，基準時期から相対的に短期間）のとき、原料ガスが低露点から高露点に変化した場合を示す。
水蒸気が相対的に多い高露点の原料ガスに含まれる硫黄化合物が吸着する第１脱硫剤内の高活性サイトは、硫黄化合物が吸着しやすい。従って、この第１脱硫剤内の高活性サイトには、低露点の原料ガスに含まれる硫黄化合物も吸着しやすいため、この第１脱硫剤内の高活性サイトには１年分の低露点の原料ガスに含まれる硫黄化合物が吸着していると考えられる。そのため低露点の原料ガスを１年間処理した第１脱硫剤内の高活性サイトは残り１年分と計算でき、高露点の原料ガスに含まれる硫黄化合物を１年分しか吸着できない。
つまり、第１脱硫器１００の高露点の原料ガスに対する２年分の寿命は低露点の原料ガスの積算流通量と高露点の原料ガスの積算流通量の和がとなる２年分となる時に、第１脱硫器１００は脱硫効果が飽和して寿命となると判断される。
システムの設置初期では、低露点の原料ガスに対して第１脱硫器１００は４．６年の寿命をもち、第２脱硫器２００は３．５年の寿命をもつ。故に、第１脱硫器１００および第２脱硫器２００の合計で８．１年分（４．６＋３．５＝８．１）の寿命をもつ。１年後の段階でも、原料ガスが低露点であれば、第１脱硫器１００は１年分の硫黄化合物を吸着しただけの状態であるから、第１脱硫器１００は３．６年分（４．６−１＝３．６）の寿命を持ち、第１脱硫器１００および第２脱硫器２００の合計で７．１年分（３．６＋３．５＝７．１）の寿命をもつ。しかし、設置初期（基準時期）から１年後に原料ガスが低露点から高露点に変化した場合には、高露点の原料ガスに対して、第１脱硫器１００の寿命は残り１年であり、かつ、第２脱硫器２００はほとんど脱硫機能を発揮しない。このことから、高露点の原料ガスに対して第１脱硫器１００は残り１年の寿命しか有しないと考えられる。このため、高露点の原料ガスで残り１年分運転した後に第１脱硫器１００のみを交換する。高露点の原料ガスに対して脱硫効果を発揮できない第２脱硫器２００については、交換しない。

ここで、第２脱硫器２００については、水分が吸着しているものの、第１脱硫器１００よりも下流に配置されているため、硫黄化合物の吸着は抑えられる。従って第２脱硫器２００は新品状態であると推定される。この場合、原料ガスが高露点から低露点に変化すれば、第２脱硫器２００はそのまま３．５年分の寿命を持つため、第２脱硫器２００は交換しない。これにより原料ガスが低露点から途中で高露点に変更された場合であっても、第１脱硫器１００のみの交換で足り、第２脱硫器２００を交換せずとも良い。従って、メンテナンスコストの低減が図れる。

（実施形態５）
図５は実施形態５を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同じ構成、同じ作用効果を有するため、図１および図２を準用する。実施形態５は、設置初期には、低露点の原料ガスがシステムに供給されており、低露点の原料ガスの積算流通量が設置初期（基準時期）から２．５年後（２年以上）のとき、原料ガスが低露点から高露点に変化した場合を示す。システムの設置初期では、第１脱硫器１００は低露点の原料ガスに対して４．６年の寿命を有する。第２脱硫器２００では、３．５年の寿命を有する。このように低露点の原料ガスに対して、第１脱硫器１００および第２脱硫器２００の合計値として８．１年分の寿命がある。設置初期（基準時期）から２．５年（基準時期から相対的に長期間）経過した後の段階で原料ガスが低露点であれば、第１脱硫器１００は２．１年（４．６−２．５＝２．１）の寿命をもつ。第１脱硫器１００よりも下流側の第２脱硫器２００は、３．５年の寿命をまだもつ。

しかしながら、設置初期から２．５年経過した後に原料ガスが低露点から高露点に変化した場合には、この様にはならない。
水蒸気が相対的に多い高露点の原料ガスに含まれる硫黄化合物が吸着する第１脱硫剤内の高活性サイトは、硫黄化合物が吸着しやすい。従って、この第１脱硫剤内の高活性サイトは低露点の原料ガスに含まれる硫黄化合物の２年分で寿命となる。従って低露点の原料ガスの２．５年では第１脱硫剤内の高活性サイトは全て硫黄化合物が吸着し、もはや高露点の原料ガスに含まれる硫黄化合物が吸着する高活性サイトは残っていない。このため、第１脱硫器は高露点の原料ガスに含まれる硫黄化合物を吸着することができず、高露点の原料ガスはそのまま第２脱硫器に入る。第２脱硫器はもともと高露点の原料ガス中の硫黄化合物を吸着することができないため、原料ガスに含まれる硫黄化合物が改質器２Ａに流入してしまう恐れがある。

このため、設置初期（基準時期）から２．５年が経過した段階で、原料ガスが低露点から高露点となった場合には、脱硫効果が飽和したとみなせる第１脱硫器１００を交換する。なお、低露点原料ガスの２．５年分の硫黄化合物は第１脱硫器で全て取り除かれ、第２脱硫器は新品の状態にあると考えられるので、第２脱硫器は交換しない。

交換後、高露点の原料ガスが継続して供給されるのであれば、第１脱硫器１００のみを２年（高露点の原料ガスに対する第１脱硫器１００の寿命）毎に交換する。また原料ガスが高露点から低露点に再び戻るようであれば、図３のＢで説明したように、第２脱硫器２００は新品の状態にあると考えられるので３．５年間使用し続けることができる。これにより、原料ガスが低露点から高露点になったタイミングにより、改質器の劣化を防ぎつつ、かつ低いランニングコストで第１脱硫器１００の交換が可能となる。なお、各実施形態によれば、制御部１００Ｘは、交換時期が到来したら警報を出力することが好ましい。警報としては、メーカーやユーザーやメンテナンス者に警報信号を警報器１０２に出す警報、あるいは、システムの運転を停止させる警報が例示される。この場合、交換時期の所定時間前（例えば１ケ月前）に警報を警報器１０２に出力することが好ましい。

（実施形態６）
図６は実施形態６を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同じ構成、同じ作用効果を有するため、図１および図２を準用する。図６は本実施形態の制御部１００Ｘのマイコンが実行する制御フローを示す。燃料電池システムが起動してシステムに原料ガスが供給されると、フローチャートが開始される（ステップＳ１）。まず、制御部１００Ｘは、露点計５１０により検知された原料ガスの露点を読み込み（ステップＳ３）、次に、原料ガスの露点が既定値Ａ１未満か否かを判断する（ステップＳ５）。規定値Ａ１は−１５℃露点等、ガス会社が供給元として送る原料ガスの露点の範囲値内において設定される。露点が規定値Ａ１未満である場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、制御部１００Ｘは、原料ガスが低露点（露点が正常である）と判断し、ステップＳ７へ移行する。ステップＳ７では、制御部１００Ｘは、基準時期からの原料ガスの積算流通量を求め、積算流通量が既定量ＢＯ未満か否かを判断する。積算流通量が既定量ＢＯ未満である場合（ステップＳ７のＹＥＳ）、まだ第１脱硫剤１００および第２脱硫器２００の脱硫能力があると判断され、制御部１００Ｘは発電運転を継続する指令を出力し（ステップＳ９）、メインルーチンにリターンする。積算流通量が既定量ＢＯ以上である場合（ステップＳ７のＮＯ）、制御部１００Ｘは、第２脱硫器２００の第２脱硫剤の脱硫能力が寿命であると判断し、第２脱硫器２００を交換（再生を含む）する警報を警報器１０２に出力する（ステップＳ１１）。なお、低露点であるため第２脱硫器２００で充分であり、第１脱硫器も脱硫能力が寿命となっているが第１脱硫器１００は高価であるため、交換しない。

ここで、既定量ＢＯとしては、例えば、本システムに低露点（正常）の原料ガスが供給される場合に８．１年の寿命であったとすると、８．１年相当運転時の原料ガスの積算流通量がＢＯに設定される。制御部１００Ｘは、低露点の原料ガスの積算流通量を監視する。原料ガスの積算流通量が８．１年分（規定値ＢＯに相当）に達すると、第２脱硫器２００の交換の必要有りと制御部１００Ｘは判断し、第２脱硫器２００の第２脱硫剤を交換させる警報を警報器１０２に出力する（ステップＳ１１）。この場合、第１脱硫器１００の第１脱硫剤は高価であるため、ランニングコストが高くなり、かつ、第２脱硫器２００で脱硫能力が足りるため、第１脱硫剤は交換しない。

さらに、原料ガスが低露点（規定値Ａ１未満）から高露点（Ａ１以上）に移り変わる場合について述べる。ガス原料が低露点から高露点に移り変わると、ステップＳ５において、原料ガスの露点が規定値Ａ１以上で、原料ガスが高露点であると制御部１００Ｘは判断し（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３においては、低露点（規定値Ａ１未満）の原料ガスの積算流通量Ｂ２を制御部１００Ｘが求める。そして制御部１００Ｘは、積算流通量Ｂ２が既定値Ｂ１未満か否かを判断する（ステップＳ１３）。ここで、水蒸気が相対的に多い高露点の原料ガスに含まれる硫黄化合物が吸着する第１脱硫剤内の高活性サイトは、硫黄化合物が吸着しやすい。従って、高露点の原料ガスに含まれる硫黄化合物が吸着する第１脱硫剤内の高活性サイトに低露点の原料ガスに含まれる硫黄化合物は吸着する。そのため、低露点の原料ガスの積算流通量と高露点の原料ガスの積算流通量の和が、高露点の原料ガスに対する第１脱硫器１００の寿命となる２年分となった時に、第１脱硫器１００は脱硫効果が飽和して寿命となったとみなす。
そこで、規定値Ｂ１としては、高露点の原料ガスで第１脱硫器１００が腐臭剤を吸着・除去可能な原料ガス量が設定されている。例えば、高露点の原料ガスが供給される場合、２年後にシステムをメンテナンスする仕様の場合には、規定値Ｂ１としては、２年運転相当時の原料ガスの積算流通量が設定される。積算流通量Ｂ２が規定値Ｂ１以上の場合（ステップＳ１３のＮＯ）には、高露点の原料ガスに対して、第１脱硫器１００が寿命となっているとみなす。このため、第１脱硫器１００を交換（再生、修理を含む）する警報を警報器１０２に出力し（ステップＳ１５）、メインルーチンにリターンする。

一方、ステップＳ１３において、低露点の原料ガスの積算流通量Ｂ２が規定値Ｂ１未満（Ｂ２＜Ｂ１）と判定した場合には、制御部１００Ｘは、第１脱硫器１００は高露点の原料ガスに対してまだ脱硫能力があると判断し、ステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７において運転を継続し、高露点（規定値Ａ１以上）の原料ガスの積算流通量Ｂ３を求める。更に、低露点（規定値Ａ１未満）の原料ガスの積算流通量Ｂ２およびＢ３の合計値（Ｂ３＋Ｂ２）を求める。制御部１００Ｘは、合計値（Ｂ３＋Ｂ２）が規定値Ｂ１未満であるか否かを判断する（ステップＳ１７）。（Ｂ３＋Ｂ２）≧Ｂ１となった場合には（ステップＳ１７のＮＯ）、制御部１００Ｘは、第１脱硫器１００が高露点の原料ガスで寿命（上記例で２年分吸着した）となったと判断し、第１脱硫器１００のみを交換する警報を出力する（ステップＳ１９）。ここで、第２脱硫器２００は、高露点の原料ガスに対してほとんど脱硫機能を発揮しない。Ｂ２＜Ｂ１であり、少なくとも原料ガスが低露点から高露点のものへ切り替わった時まで、第１脱硫器１００は低露点及び高露点の原料ガスに対して高い脱硫機能を発揮しているので、第２脱硫器２００については、硫黄化合物（腐臭剤）がほとんど流入されておらず、新品同様と判断される。このため第２脱硫器２００は交換されない。なお、原料ガスの露点が途中で高露点から低露点に戻れば、既に搭載されている第２脱硫器２００の脱硫能力が自動的に復帰するため、第２脱硫器２００は当初設定の年数分の硫黄化合物を吸着・除去可能である。

（Ｂ３＋Ｂ２）＜Ｂ１の場合には（ステップＳ１７のＹＥＳ）、制御部１００Ｘは、第１脱硫器１００がまだ高露点の原料ガスでも脱硫能力を有していると判断し、ステップＳ７に移行する。なお、図６に示すフローチャートは、露点に関する規定値Ａ１,規定値Ｂ１をそれぞれ１水準で示した例である。但しこれに限らず、露点に関する規定値Ａ１,規定値Ｂ１をそれぞれ段階的もしくは連続的に設定することで、メンテナンス回数を低減でき、メンテナンスコストおよびランニングコストを低減させることが可能である。例えば、図２に示すように、露点０℃と２０℃とを比較すると、２０℃に比較し０℃露点であれば脱硫剤の寿命が長い。このため、規定値Ａ１を０℃，２０℃の2水準で設定し、２０℃露点であれば２年分で交換し，０℃露点であれば４年で交換するといったように、積算流通量Ｂ１を設定することで、０℃露点サイトでのメンテナンス期間を２０℃に比較し延長することが可能である。

（参考例）
図７は参考例を示す。参考例は前記した実施形態１と基本的には同じ構成、同じ作用効果を有する。図７に示すように、第１脱硫器１００は第２脱硫器２００の下流に配置されている。すなわち、原料ガス通路６は、上流から下流にかけて、第２脱硫器２００、第１脱硫器１００、冷却部６００、流量計３００をこの順に直列に配置している。昇圧用のポンプ６０は、原料ガスの脈動を発生させるおそれがある。そこで、ポンプ６０を流量計３００から離間させるべく、流量計３００とポンプ６０との間には脈動抑制用のバッファ４００が設けられている。また、流量計３００が熱に弱い場合には、高温設置型の第１脱硫器１００を通過した原料ガスを冷却機構６００で放熱させることにより、原料ガスを冷却させる。このため冷却部６００で冷却された原料ガスが流量計３００に供給され、流量計３００が熱から保護される。更に逆止弁として機能するチャッキ弁５００と流量計３００との間には、バッファ４００が設けられている。このため、チャッキ弁５００の作動の影響を流量計３００が受けることが抑制される。冷却部６００としては、放熱フィン方式、冷却風が当たる方式、冷却水と熱交換方式が例示される。

（実施形態７）
図８は実施形態７を示す。図８に示すように、上記した発電モジュール１８（加熱源）の断熱壁１９の側面１９ｓ（表面）には、高温設置型の第１脱硫器１００が伝熱可能に接触させつつ、図略の取付具により取り付けられている。断面壁１９の上面または下面に取り付けても良い。第１脱硫器１００の脱硫室１０１には、ゼオライト系の多孔質物質を基材とする粒状の第１脱硫剤が収容されている。発電モジュール１８の熱は高温設置型の第１脱硫器１００に伝熱および輻射熱により伝達される。図８に示すように、第１脱硫器１００の脱硫室１０１は、Ｕターン用の複数の開口１０３ｍを形成する複数の仕切板１０４ｍにより仕切られて複数回曲成されている。入口１０１ｉから流入した原料ガスは蛇行するように複数回Ｕターンを繰り返し、脱硫距離を確保し、出口１０１ｐから改質器２Ａに向けて吐出される。第１脱硫器１００の厚みｔｘは発電モジュール１８の幅ｔｙよりも薄く、偏平箱形状をなすことが好ましい。この場合、発電モジュール１８の断熱壁１９の側面１９ｓ（表面）からの受熱面積を増加でき、第１脱硫器１００に収容されている第１脱硫剤の温度ばらつきの低減に有利である。システムを長期間停止していた場合等のように、システムの起動時に発電モジュール１８の断熱壁１９が高温ではないことがある。そこで、図８に示すように、高温設置型の第１脱硫器１００の外壁面に電気ヒータ１０９を設けることが好ましい。システムの起動時には、電気ヒータ１０９により高温設置型の第１脱硫器１００の第１脱硫剤を暖め、５０℃以上の温度環境に設定する。発電モジュール１８の断熱壁１９が高温になったら、電気ヒータ１０９をオフさせれば良い。場合によっては、電気ヒータ１０９を廃止させても良い。なお、各実施形態について、高温設置型の第１脱硫器１００に電気ヒータを設けることが好ましい。

（実施形態８）
図９は実施形態８を示す。図９に示すように、温水が流れる貯湯通路７８の復路７８ｃを形成するパイプ７８ｘに対して、多孔質物質を基材とする第１脱硫剤が収容された高温設置型の第１脱硫器１００は、接合部１２０（例えば溶接部またはろう付け部）で接触されつつ並走されている。貯湯通通７８を流れる温水（例えば５０℃〜９５℃）の熱により第１脱硫器１００は、加熱されて５０℃以上の高温環境に昇温される。パイプ７８ｘの代わりに、改質器や燃料電池等から排出される高温の排ガスが流れる排ガス通路７５としても良い。

（実施形態９）
図１０は実施形態９を示す。図１０に示すように、温水が流れる貯湯通路７８の復路７８ｃを形成するパイプ７８ｘは、第１脱硫剤が収容された高温用の第１脱硫器１００にスパイラル状に巻回されている。貯湯通通７８を流れる温水（例えば５０℃〜９５℃）の熱により第１脱硫器１００は加熱されて５０℃以上の高温環境に昇温される。パイプ７８ｘの代わりに、改質器や燃料電池等から排出される高温の排ガスが流れる排ガス通路７５としても良い。

（適用形態１）
図１１は適用形態１の概念を示す。図１１に示すように、燃料電池システムは、燃料電池１と、液相状の水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部２と、蒸発部２で生成された水蒸気を用いて燃料を改質させてアノードガスを形成する改質部３と、蒸発部２に供給される液相状の水を溜めるタンク４と、これらを収容する筐体５とを有する。燃料電池１は、イオン伝導体を挟むアノード１０とカソード１１とをもち、例えば、ＳＯＦＣとも呼ばれる固体酸化物タイプ（運転温度：例えば４００℃以上）とされている。改質部３は、セラミックス等の担体に改質触媒を担持させて形成されており、蒸発部２に隣設されている。改質部３および蒸発部２は改質器２Ａを構成しており、燃料電池１と共に断熱壁１９で包囲され、発電モジュール１８を形成している。発電モジュール１８内には、改質部３，蒸発部２を加熱する燃焼部１０５が設けられている。アノード１０側から排出されたアノード排ガスは、流路１０３を介して燃焼部１０５に供給される。カソード１１側から排出されたカソード排ガスは、流路１０４を介して燃焼部１０５に供給される。起動時には、燃焼部１０５は、アノード１０から供給された燃料を、カソード１１から供給されたカソードガスで燃焼させ、蒸発部２および改質部３を加熱させる。発電運転時には、燃焼部１０５はアノード１０から排出されたアノード排ガスを、カソード１１から排出されたカソード排ガスで燃焼させ、蒸発部２および改質部３を加熱させる。燃焼部１０５には燃焼排ガス路７５が設けられ、燃焼部１０５における燃焼後のガス、未燃焼のガスを含む燃焼排ガスが燃焼排ガス路７５を介して大気中に放出される。改質部３の温度を検知する温度センサ３３が設けられている。着火させるヒータである着火部３５が燃焼部１０５に設けられている。着火部３５は燃料に着火できるものであれば何でも良い。外気の温度を検知する外気温度センサ５７が設けられている。温度センサ３３，５７の信号は制御部１００Ｘに入力される。制御部１００Ｘは警報器１０２に警報を出力する。

システムの発電運転時には、改質器２Ａは改質反応に適するように断熱壁１９内において加熱される。発電運転時には、蒸発部２は水を加熱させて水蒸気とさせ得るように加熱される。燃料電池１がＳＯＦＣタイプの場合には、アノード１０側から排出されたアノード排ガスとカソード１１側から排出されたカソード排ガスが燃焼部１０５で燃焼するため、改質部３および蒸発部２は、発電モジュール１８の内部において同時に加熱される。図１１に示すように、原料ガス通路６は、ガス源６３から原料ガスを改質器２Ａに供給させるものであり、ポンプ６０、高温設置型の第１脱硫器１００、低温設置型の第２脱硫器２００、流量計３００、チャッキ弁５００をもつ。

図１１は、あくまでも燃料電池システムの一例の概念的なレイアウトを示す。実際には、第１脱硫器１００は、銀等の金属を有するゼオライト系の多孔質物質を基材とする第１脱硫剤を収容しており、発電モジュール１８（加熱源）の断熱壁１９に受熱可能に接触されている。システムの運転時には、第１脱硫器１００は、発電モジュール１８の断熱壁１９から受熱して例えば５０℃以上２３０℃以下の高温領域に加熱される。第２脱硫器２００は、ゼオライト系の多孔質物質を基材とする第２脱硫剤を収容しており、発電モジュール１８（加熱源）の断熱壁１９から離間しており、常温領域（例えば０℃〜５０℃未満の温度領域）に設置されている。燃料電池１のカソード１１には、カソードガス（空気）をカソード１１に供給させるためのカソードガス通路７０が繋がれている。カソードガス通路７０には、カソードガス搬送用の搬送源として機能するカソードポンプ７１が設けられている。

図１１に示すように、筐体５は外気に連通する吸気口５０と排気口５１とをもち、更に、第１室である上室空間５２と、第２室である下室空間５３とをもつ。燃料電池１は、改質部３および蒸発部２と共に、筐体５の上側つまり上室空間５２に収容されている。筐体５の下室空間５３には、改質部３で改質される液相状の水を溜めるタンク４が収容されている。タンク４には、電気ヒータ等の加熱機能をもつ加熱部４０が設けられている。加熱部４０は、タンク４に貯留されている水を加熱させるものであり、電気ヒータ等で形成できる。外気温度等の環境温度が低いとき等には、制御部１００Ｘからの指令に基づいて、タンク４の水は加熱部４０により所定温度（例えば５℃、１０℃、２０℃）以上に加熱され、凍結が抑制される。図１１に示すように、下室空間５３側のタンク４の出口ポート４ｐと上室空間５２側の蒸発部２の入口ポート２ｉとを連通させると共に水センサ８７を有する給水通路８が、配管として筐体５内に設けられている。図１１に示すように、筐体５内において、タンク４は蒸発部２の下側に配置されているため、給水通路８は基本的には縦方向に沿って延びる。給水通路８は、タンク４内に溜められている水をタンク４から蒸発部２に供給させる通路である。給水通路８には、タンク４内の水を蒸発部２まで搬送させる水搬送源として機能するポンプ８０が設けられている。ポンプ８０を制御するための制御部１００Ｘが設けられている。更に、制御部１００Ｘはポンプ８０，７１，７９，６０を制御する。

システムの起動時において、ポンプ６０が駆動すると、燃料通路６から燃料が蒸発部２，改質部３，アノードガス通路７３，燃料電池１のアノード１０，流路１０３を介して燃焼部１０５に流れる。カソードポンプ７１によりカソード流体（空気）がカソードガス通路７０、カソード１１，流路１０４を介して燃焼部１０５に流れる。この状態で着火部３５が着火すると、燃焼部１０５において燃焼が発生し、改質部３および蒸発部２が加熱される。このように改質部３および蒸発部２が加熱された状態で、ポンプ８０が正モードで駆動すると、タンク４内の水はタンク４の出口ポート４ｐから蒸発部２の入口ポート２ｉに向けて給水通路８内を搬送され、蒸発部２で加熱されて水蒸気とされる。水蒸気は、燃料通路６から供給される燃料（ガス状が好ましいが、場合によっては液相状としても良い）と共に改質部３に移動する。改質部３において燃料は水蒸気で改質されてアノード流体（水素含有ガス）となる。アノード流体はアノードガス通路７３を介して燃料電池１のアノード１０に供給される。更にカソード流体（酸素含有ガス、ケース５内の空気）がカソードガス通路７０を介して燃料電池１のカソード１１に供給される。これにより燃料電池１が発電する。アノード１０から排出されたアノード流体のオフガス、カソード１１から排出されたカソード流体のオフガスは、流路１０３，１０４を通過し、燃焼部１０５に至り、燃焼部１０５で燃焼される。高温の排ガスは、排ガス通路７５を介してケース５の外方に排出される。

システムの発電運転時において、ポンプ８０が駆動すると、タンク４内の水は、タンク４の出口ポート４ｐから蒸発部２の入口ポート２ｉに向けて給水通路８内を搬送され、蒸発部２で加熱されて水蒸気とされる。水蒸気は原料ガス通路６から供給される原料ガスと共に改質部３に移動する。改質部３において燃料は、水蒸気で改質されてアノードガス（水素含有ガス）となる。なお燃料がメタン系である場合には、水蒸気改質によるアノードガスの生成は、次の（１）式に基づくと考えられている。但し燃料はメタン系に限定されるものではない。
（１）…ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ→４Ｈ_２＋ＣＯ_２
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ
生成されたアノードガスはアノードガス通路７３を介して燃料電池１のアノード１０に供給される。更にカソードガス（酸素含有ガス、筐体５内の空気）がカソードガス通路７０を介して燃料電池１のカソード１１に供給される。これにより燃料電池１が発電する。燃料電池１で排出された高温の排ガスは、排ガス通路７５を介して筐体５の外方に排出される。

排ガス通路７５には、凝縮機能をもつ熱交換器７６が設けられている。貯湯槽７７に繋がる貯湯通路７８および貯湯ポンプ７９が設けられている。貯湯通路７８は往路７８ａおよび復路７８ｃをもつ。貯湯槽７７の低温の水は、貯湯ポンプ７９の駆動により、貯湯槽７７の吐出ポート７７ｐから吐出されて往路７８ａを通過し、熱交換器７６に至り、熱交換器７６の熱メンテナンス作用により加熱される。熱交換器７６で加熱された温水は、復路７８ｃを介して帰還ポート７７ｉから貯湯槽７７に帰還する。このようにして貯湯槽７７の水は温水となる。前記した排ガスに含まれていた水蒸気は、熱交換器７６で凝縮されて凝縮水となる。凝縮水は、熱交換器７６から延設された凝縮水通路４２を介して重力等により水精製器４３に供給される。水精製器４３はイオン交換樹脂等の水精製器４３ａを有するため、凝縮水の不純物は除去される。不純物が除去された水は水タンク４に移動し、水タンク４に溜められる。ポンプ８０が駆動すると、水タンク４内の水は給水通路８を介して高温の蒸発部２に供給され、蒸発部２で水蒸気とされて改質部３に供給され、改質部３において燃料を改質させる改質反応として消費される。制御部１００Ｘは、原料ガス通路６を流れる原料ガスの露点の高低と、基準時期から原料ガス通路６を流れる原料ガスの積算流通量とに基づいて、第１脱硫器１００および第２脱硫器２００に関するメンテナンスについてのメンテナンス情報を報知する。

（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した各実施形態および適用形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。燃料電池は、固体酸化物形燃料電池に限定されず、場合によっては、固体高分子電解質形燃料電池でも良いし、リン酸形燃料電池でも良く、溶融炭酸塩形燃料電池でも良い。要するに、原料ガスを脱硫させる高温設置型の第１脱硫器および低温設置型の第２脱硫器を直列に有する燃料電池システムであれば良い。原料ガスも特に制限されず、硫黄化合物を含むガスが挙げられ、都市ガス、プロパンガス、バイオガス、ＬＰＧガス、ＣＮＧガス等を例示できる。第１脱硫器は水素添加により硫黄化合物を脱硫させる脱硫器でも良い。

１は燃料電池、１０はアノード、１１はカソード、２Ａは改質器、２は蒸発部、３は改質部、１８は発電モジュール、１９は断熱壁、６０はポンプ（ガス搬送源）、７０はカソードガス通路、７３はアノードガス通路、７５は排ガス通路、７６は熱交換器、７７は貯湯槽、７８は貯湯通路、７９は貯湯ポンプ、１００Ｘは制御部、１００は第１脱硫器、２００は第２脱硫器、６，５００は原料ガス通路、５１０は露点計を示す。

Claims

アノードガスが供給されるアノードおよびカソードガスが供給されるカソードを有する燃料電池と、前記燃料電池の前記カソードにカソードガスを供給するカソードガス通路と、原料ガスを改質させてアノードガスを生成させる改質器と、前記原料ガスを前記改質器に供給させるガス搬送源と前記原料ガスを脱硫させる第１脱硫器および第２脱硫器とを有する原料ガス通路と、前記改質器で生成された前記アノードガスを前記燃料電池の前記アノードに供給させる前記アノードガス通路と、制御部とを具備しており、
前記第１脱硫器は、前記第２脱硫器の上流に配置され、相対的に高温の第１環境に設置されており、且つ、相対的に高露点の原料ガスに対して前記第２脱硫器よりも脱硫性能が高い高温設置型の脱硫器であり、
前記第２脱硫器は、前記第１環境よりも相対的に低温の第２環境に設置されており、相対的に低露点の原料ガスに対して脱硫性能が高いと共に、相対的に高露点の原料ガスに対して相対的に低露点の原料ガスよりも脱硫性能を低下しやすい低温設置型の脱硫器であり、
前記制御部は、前記原料ガス通路を流れる原料ガスの露点と、基準時期から前記原料ガス通路を流れる原料ガスの積算流通量とに基づいて、前記第１脱硫器および前記第２脱硫器に関するメンテナンスについてのメンテナンス情報を報知する燃料電池システム。
請求項１において、前記制御部は、前記原料ガス通路を流れる原料ガスの露点が規定露点以上であるときには、前記基準時期から前記原料ガス通路を流れる原料ガスの積算流通量に基づいて、前記第１脱硫器および前記第２脱硫器に関するメンテナンスについてのメンテナンス情報を報知する燃料電池システム。
請求項１において、前記制御部は、前記原料ガス通路を流れる原料ガスの露点が規定露点以上であるときには、前記第１脱硫器を交換するメンテナンス情報を前記基準時期から規定露点未満の原料ガスが原料ガス路を流れる原料ガスの積算流量に基づいて報知する燃料電池システム。
請求項１において、前記制御部は、前記原料ガス通路を流れる原料ガスの露点が規定露点未満であるときには、前記第２脱硫器を交換するメンテナンス情報を前記基準時期から規定露点未満の原料ガスが原料ガス路を流れる原料ガスの積算流量に基づいて報知する燃料電池システム。
請求項１において、前記制御部は、前記原料ガス通路を流れる原料ガスの露点が規定露点の前後で変化したときには、前記原料ガス通路を流れる規定露点未満の原料ガスの積算流通量と、前記原料ガス通路を流れる規定露点以上の原料ガスの積算流通量とを合計した合計流通量に基づいて、前記第１脱硫器および前記第２脱硫器に関するメンテナンスについてのメンテナンス情報を報知する燃料電池システム。
請求項１において、前記原料ガス通路において上流から下流に向けて、前記第１脱硫器、前記第２脱硫器、前記流量計の順に配置されている燃料電池システム。