JP2017154094A - 脱硫システムと、それを備えた水素生成装置と、それを備えた燃料電池システムと、それらの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原料ガスに含まれる硫黄化合物が下流に流れることを防ぐことができ、さらに、システムを利用できない期間を短縮できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】脱硫システムと水素生成装置５を備えた燃料電池システムは、第１脱硫器２と第２脱硫器４との間の原料ガス流路に配置された硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出すると、制御器７によって、警報器８が第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換を要求する警報を出力する。そして、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに第１脱硫器２または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換作業及び操作部９の操作されなかった場合には、制御器７によって、燃料電池システム（原料ガス供給器１と水素生成装置５を含む）が停止する。【選択図】図１

Description

本発明は、原料ガスに含まれる硫黄化合物を脱硫剤を用いて除去する脱硫システムと、それを備えた水素生成装置と、それを備えた燃料電池システムと、それらの運転方法に関するものである。

燃料電池システムは、水素を含む燃料ガスと空気を用いて発電する。この燃料となる水素は地球上の自然界には存在しないため、一般の燃料電池システムは、炭化水素系の原料から水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置を備えている。この水素生成装置は、通常、天然ガスまたはＬＰＧ等の原料から改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する。

改質反応には様々方法があるが、代表的な水蒸気改質は、天然ガスまたはＬＰＧ等の原料の主成分である炭化水素をＲｕ系といった貴金属系の改質触媒共存下で水蒸気と反応させることで水素を含む燃料ガスを生成する。

原料となる天然ガスまたはＬＰＧは、万一漏れた場合に漏れを検出できるように、硫黄化合物により付臭されている。しかし、この硫黄化合物は、改質触媒を被毒し性能を低下させる原因となるため、改質触媒の上流側で、できるだけ除去する必要がある。そして、硫黄化合物の除去には、常温で使用可能なことから、脱硫剤を用いることが多い。

しかしながら、脱硫剤による除去の場合、ある一定以上の硫黄化合物を吸着すると、吸着性能が低下して、改質触媒を被毒する恐れがある。

この課題を解決するために、原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する第１、第２脱硫器と、原料ガスに含まれる硫黄化合物を検出する硫黄化合物検出器とを、原料ガス経路において、第１脱硫器、硫黄化合物検出器、第２脱硫器の順に設け、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると、警報を出力、または、システムを停止させることが提案された（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−３２２３５号公報

しかしながら、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると、警報する形態では、ユーザーやメンテナンス者側のアラームに報知させる形態の場合は、第２脱硫器の破過までに第１脱硫器または第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われなければ、原料ガスに含まれる硫黄化合物が、水素生成装置、さらに燃料電池に供給されることで、水素生成装置及び燃料電池を劣化させてしまうという課題があった。

また、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると、システムを停止させる形態では、第１脱硫器の破過（硫黄化合物検出器による硫黄化合物の検出）から、第１脱硫器または第１脱硫器内の脱硫剤の交換作業の終了までの間は、燃料電池システムを利用できなくなってしまうという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、原料ガスに含まれる硫黄化合物が下流に流れることを防ぐことができ、さらに、システムを利用できない期間を短縮できる脱硫システムを提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の脱硫システムは、第１脱硫器と第２脱硫器との間の原料ガス流路に配置され第１脱硫器から流出する原料ガスに含まれる硫黄化合物を検出する硫黄化合物検出器と、第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換を要求する警報を出力する警報器と、交換後に操作される操作部と、原料ガス供給器と警報器とを制御する制御器と、を備えた脱硫システムであって、制御器は、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると警報器に警報を出力させ、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに操作部が操作されなかった場合に、原料ガス供給器を停止させるように構成されている。

上記構成により、本発明の脱硫システムは、第１脱硫器と第２脱硫器との間の原料ガス流路に配置された硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると、制御器によって、警報器が第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換を要求する警報を出力する。

そして、警報を受けた脱硫システムのメンテナンス者によって、第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われて、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに操作部が操作された場合には、脱硫システムは、制御器によって、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出する前と同様の原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去して硫黄化合物が下流に流れることを防ぐ動作を再開する。

しかし、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに、第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われず、操作部が操作されなかった場合には、制御器によって、原料ガス供給器が停止する。

したがって、所定時間を、例えば、警報を受けてから第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換が完了するまでに要する標準時間よりも長く、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過した時期が、第２脱硫器の脱硫能力が低下する時期よりも早くなるように、適切に設定することにより、原料ガスに含まれる硫黄化合物が下流（脱硫システムの下流に、水素生成装置、燃料電池がある場合は、水素生成装置、燃料電池）に流れることを防ぐことができる。

さらに、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器が停止するまで）に交換作業を開始できる可能性が高いので、システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

本発明によれば、原料ガスに含まれる硫黄化合物が下流（脱硫システムの下流に、水素生成装置、燃料電池がある場合は、水素生成装置、燃料電池）に流れることを防ぐことができ、さらに、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器が停止するまで）に交換作業を開始できる可能性が高いので、システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

本発明の実施の形態１における、脱硫システムと水素生成装置を備えた燃料電池システムの概略構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における燃料電池システムの制御器の動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態２における燃料電池システムの制御器の動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態３における燃料電池システムの制御器の動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態４における燃料電池システムの制御器の動作の一例を示すフローチャート

第１の発明は、硫黄化合物を含む原料ガスを供給する原料ガス供給器と、前記原料ガス供給器から供給される前記原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第１脱硫器と、前記第１脱硫器の下流側に配置され前記原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第２脱硫器と、前記第１脱硫器と前記第２脱硫器との間の原料ガス流路に配置され前記第１脱硫器から流出する前記原料ガスに含まれる硫黄化合物を検出する硫黄化合物検出器と、前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換を要求する警報を出力する警報器と、前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換を行った後に操作される操作部と、前記原料ガス供給器と前記警報器とを制御する制御器と、を備えた脱硫システムであって、前記制御器は、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると前記警報器に前記警報を出力させ、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに前記操作部が操作されなかった場合に、前記原料ガス供給器を停止させるよう構成されている。

上記構成により、本発明の脱硫システムは、第１脱硫器と第２脱硫器との間の原料ガス流路に配置された硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると、制御器によって、警報器が第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換を要求する警報を出力する。

そして、警報を受けた脱硫システムのメンテナンス者によって、第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われて、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに操作部が操作された場合には、脱硫システムは、制御器によって、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出する前と同様の原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去して硫黄化合物が下流に流れることを防ぐ動作を再開する。

しかし、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに、第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われず、操作部が操作されなかった場合には、制御器によって、原料ガス供給器が停止する。

したがって、所定時間を、例えば、警報を受けてから第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換が完了するまでに要する標準時間よりも長く、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過した時期が、第２脱硫器の脱硫能力が低下する時期よりも早くなるように、適切に設定することにより、原料ガスに含まれる硫黄化合物が下流（脱硫システムの下流に、水素生成装置、燃料電池がある場合は、水素生成装置、燃料電池）に流れることを防ぐことができる。

さらに、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器が停止するまで）に交換作業を開始できる可能性が高いので、システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記所定時間を、前記警報を受けてから前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換が完了するまでに要する標準時間よりも長くするものである。

これにより、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器が停止するまで）に交換作業を開始できる可能性が極めて高くなるので、システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記所定時間が、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから前記所定時間が経過した時期が、前記第２脱硫器の脱硫能力が低下する時期よりも早くなるように設定されるものである。

換言すれば、第３の発明は、第２脱硫器内に充填する脱硫剤の量は、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから前記所定時間が経過した時期が、前記第２脱硫器の脱硫能力が低下する時期よりも早くなるように設定されるものである。

これにより、第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換が、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに、行われない場合は、第２脱硫器の破過（第２脱硫器から硫黄化合物が流出する）までに、原料ガス供給器が停止するので、原料ガスに含まれる硫黄化合物が下流（脱硫システムの下流に、水素生成装置、燃料電池がある場合は、水素生成装置、燃料電池）に流れることを防ぐことができる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか一つの発明において、前記警報器が、前記脱硫システムを備えたガス利用機器または前記脱硫システムを備えたガス利用システムのユーザーに警報するものである。

これにより、ユーザーは、警報器の警報（第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換を要求する警報）を受けて、第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換が必要なことを認識でき、脱硫システムを備えたガス利用機器または脱硫システムを備えたガス利用システムのメンテナンス者に遅滞なく連絡すれば、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器が停止するまで）に交換作業を開始できる可能性が極めて高くなるので、システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか一つの発明において、前記警報器が、前記脱硫システムを備えたガス利用機器または前記脱硫システムを備えたガス利用システムのメンテナンス者に通信して警報するものである。

これにより、脱硫システムを備えたガス利用機器または脱硫システムを備えたガス利用システムのメンテナンス者は、警報器の警報（第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換を要求する警報）を受けて、第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換が必要なことを認識でき、遅滞なく交換作業を実施すれば、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器が停止するまで）に交換作業を開始できるので、システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

また、ユーザーを介せずにメンテナンス者に警報するので、ユーザーがメンテナンス者に警報を連絡するのを忘れた、またはユーザーからメンテナンス者への警報の連絡が遅れたことが原因で、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過して、原料ガス供給器が停止することを防止できる。

第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか一つの発明の脱硫システムと、前記脱硫システムの前記第２脱硫器から流出する前記原料ガスを改質して水素含有ガスを生成する改
質器と、を備えた水素生成装置であって、前記制御器は、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに前記操作部が操作されなかった場合に、前記水素生成装置を停止させるよう構成されている。

上記構成により、第６の発明の水素生成装置は、制御器によって、第１脱硫器と第２脱硫器との間の原料ガス流路に配置された硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると、警報器が警報を出力し、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに操作部が操作されなかった場合に、原料ガス供給器と共に、水素生成装置が停止する。

したがって、所定時間を適切に設定することにより、原料ガスに含まれる硫黄化合物が水素生成装置の改質器に流れることを防ぐことができ、さらに、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器が停止するまで）に交換作業を開始できる可能性が高いので、水素生成装置および水素生成装置を備えた燃料電池システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

第７の発明は、特に、第６の発明の水素生成装置と、前記水素生成装置で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、前記制御器は、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに前記操作部が操作されなかった場合に、前記燃料電池システムを停止させるよう構成されている。

上記構成により、第７の発明の燃料電池システムは、制御器によって、第１脱硫器と第２脱硫器との間の原料ガス流路に配置された硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると、警報器が警報を出力し、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに操作部が操作されなかった場合に、原料ガス供給器、水素生成装置と共に、燃料電池システムが停止する。

したがって、所定時間を適切に設定することにより、原料ガスに含まれる硫黄化合物が水素生成装置の改質器に流れること、さらに改質器を通って燃料電池に流れることを防ぐことができ、さらに、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器が停止するまで）に交換作業を開始できる可能性が高いので、水素生成装置および水素生成装置を備えた燃料電池システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

第８の発明は、硫黄化合物を含む原料ガスを供給する原料ガス供給器と、前記原料ガス供給器から供給される前記原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第１脱硫器と、前記第１脱硫器の下流側に配置され前記原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第２脱硫器と、前記第１脱硫器と前記第２脱硫器との間の原料ガス流路に配置され前記第１脱硫器から流出する前記原料ガスに含まれる硫黄化合物を検出する硫黄化合物検出器と、前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換を要求する警報を出力する警報器と、を備えた脱硫システムの運転方法であって、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると前記警報器が前記警報を出力するステップと、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われなかった場合に、前記原料ガス供給器が停止するステップと、を有する。

この運転方法により、第８の発明の脱硫システムは、第１脱硫器と第２脱硫器との間の原料ガス流路に配置された硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると、警報器が警報を出力する。

そして、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われた場合には、脱硫システムは、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出する前と同様の原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去して硫黄化合物が下流に流れることを防ぐ動作を再開する。

しかし、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われなかった場合に、原料ガス供給器が停止する。

したがって、所定時間を、例えば、警報を受けてから第１脱硫器の交換または第１脱硫器内の脱硫剤の交換が完了するまでに要する標準時間よりも長く、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過した時期が、第２脱硫器の脱硫能力が低下する時期よりも早くなるように、適切に設定することにより、原料ガスに含まれる硫黄化合物が下流（脱硫システムの下流に、水素生成装置、燃料電池がある場合は、水素生成装置、燃料電池）に流れることを防ぐことができる。

さらに、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器が停止するまで）に交換作業を開始できる可能性が高いので、システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

第９の発明は、特に、第８の発明の脱硫システムと、前記脱硫システムの前記第２脱硫器から流出する前記原料ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると前記警報器が前記警報を出力するステップと、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われなかった場合に、前記原料ガス供給器と前記水素生成装置が停止するステップと、を有する。

この運転方法により、第９の発明の水素生成装置は、第１脱硫器と第２脱硫器との間の原料ガス流路に配置された硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると、警報器が警報を出力し、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われなかった場合に、原料ガス供給器と共に、水素生成装置が停止する。

したがって、所定時間を適切に設定することにより、原料ガスに含まれる硫黄化合物が水素生成装置の改質器に流れることを防ぐことができ、さらに、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器が停止するまで）に交換作業を開始できる可能性が高いので、水素生成装置および水素生成装置を備えた燃料電池システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

第１０の発明は、特に、第９の発明の水素生成装置と、前記水素生成装置で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると前記警報器が前記警報を出力するステップと、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われなかった場合に、前記原料ガス供給器と前記燃料電池システムが停止するステップと、を有する。

この運転方法により、第１０の発明の燃料電池システムは、第１脱硫器と第２脱硫器との間の原料ガス流路に配置された硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると、警報器が
警報を出力し、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われなかった場合に、原料ガス供給器、水素生成装置と共に、燃料電池システムが停止する。

したがって、所定時間を適切に設定することにより、原料ガスに含まれる硫黄化合物が水素生成装置の改質器に流れること、さらに改質器を通って燃料電池に流れることを防ぐことができ、さらに、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器が停止するまで）に交換作業を開始できる可能性が高いので、水素生成装置および水素生成装置を備えた燃料電池システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における、脱硫システムと水素生成装置を備えた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１に示すように、脱硫システムは、硫黄化合物を含む原料ガスを供給する原料ガス供給器１と、原料ガス供給器１から供給される原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第１脱硫器２と、第１脱硫器２の下流側に配置され原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第２脱硫器４と、第１脱硫器２と第２脱硫器４との間の原料ガス流路に配置され第１脱硫器２から流出する原料ガスに含まれる硫黄化合物を検出する硫黄化合物検出器３と、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換を要求する警報を出力する警報器８と、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換を行った後に操作される操作部９と、原料ガス供給器１と警報器８とを制御する制御器７と、を備える。

この制御器７は、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出すると警報器８に警報を出力させ、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに操作部９が操作されなかった場合に、原料ガス供給器１を停止させるよう構成されている。

本実施の形態において、所定時間は、警報を受けてから第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換が完了するまでに要する標準時間よりも長く、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過した時期が、第２脱硫器４の脱硫能力が低下する時期よりも早くなるように設定される。

換言すると、第２脱硫器４内に充填する脱硫剤の量は、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過した時期が、第２脱硫器４の脱硫能力が低下する時期よりも早くなるように設定される。

警報器８は、脱硫システムを備えたガス利用機器または脱硫システムを備えたガス利用システムのユーザーに警報するものであっても、脱硫システムを備えたガス利用機器または脱硫システムを備えたガス利用システムのメンテナンス者に通信して警報するものであっても、ユーザーとメンテナンス者の両者に警報するものであっても構わない。

警報器８による第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換を要求する警報は、音声であっても、表示装置に文字で表示するものであっても、その両方であっても構わない。警報器８は、脱硫システムを備えたガス利用機器または脱硫システムを備えたガス利用システムのリモコンやモニタで構成される。

なお、脱硫システムを備えたガス利用機器または脱硫システムを備えたガス利用システムのユーザーのスマートフォン等の携帯端末に警報器８としての機能を持たせても構わない。

以上のように構成された本実施の携帯の脱硫システムと水素生成装置を備えた燃料電池システムについて、以下、図２を参照しながら、その動作、作用を説明する。

まず、原料ガス供給器１が原料ガスの供給を開始する（ＳＴＥＰ１）。第１脱硫器２が正常に機能している（脱硫能力が低下していない）場合には、硫黄化合物検出器３は硫黄化合物を検出しない（ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ３に進み、ＳＴＥＰ３をＮｏ側に分岐してＳＴＥＰ２に進むループを繰り返す）。しかし、第１脱硫器２の脱硫能力が低下すると、第１脱硫器２の下流に硫黄化合物が流出し、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出し（ＳＴＥＰ３をＹｅｓ側に分岐）、制御器７へ硫黄化合物検出器３からの信号が伝達され、制御器７は警報器８に信号を伝達し、警報器８にて警報が出力される（ＳＴＥＰ４）。

その後、第１脱硫器２が交換され、操作部９の操作が行われると（ＳＴＥＰ５をＹｅｓ側に分岐してＳＴＥＰ２に進み）正常な動作に戻る。しかし、警報器８にて警報が出力された後、所定時間が経過しても第１脱硫器２が交換及び操作部９の操作が行われない場合には（ＳＴＥＰ６をＹｅｓ側に分岐して）、制御器７より原料ガス供給器１に信号が伝達されて、原料ガス供給器１が停止する（ＳＴＥＰ７）。これにより、水素生成装置５及び燃料電池６への硫黄化合物の流入を防ぐことが出来る。

以上説明したように、本実施の形態の脱硫システムと水素生成装置５を備えた燃料電池システムは、第１脱硫器２と第２脱硫器４との間の原料ガス流路に配置された硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出すると、制御器７によって、警報器８が第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換を要求する警報を出力する。

そして、警報を受けた脱硫システムのメンテナンス者によって、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換が行われて、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに操作部９が操作された場合には、脱硫システムは、制御器７によって、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出する前と同様の原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去して硫黄化合物が水素生成装置５の改質器に流れること、さらに改質器を通って燃料電池６に流れることを防ぐ動作を再開する。

しかし、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに第１脱硫器２または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換作業及び操作部９の操作されなかった場合には、制御器７によって、燃料電池システム（原料ガス供給器１と水素生成装置５を含む）が停止する。

所定時間は、警報を受けてから第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換が完了するまでに要する標準時間よりも長く、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過した時期が、第２脱硫器４の脱硫能力が低下する時期よりも早くなるように設定される。

換言すると、第２脱硫器４内に充填する脱硫剤の量は、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過した時期が、第２脱硫器４の脱硫能力が低下する時期よりも早くなるように設定される。

したがって、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで
（燃料電池システム（原料ガス供給器１と水素生成装置５を含む）が停止するまで）に交換作業を開始できる可能性が高いので、燃料電池システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

また、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換が、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに、行われない場合は、第２脱硫器４の破過（第２脱硫器４から硫黄化合物が流出する）までに、原料ガス供給器１が停止するので、原料ガスに含まれる硫黄化合物が水素生成装置５の改質器に流れること、さらに改質器を通って燃料電池６に流れることを防ぐことができる。

警報器８が、ユーザーに警報する場合は、ユーザーは、警報器８の警報（第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換を要求する警報）を受けて、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換が必要なことを認識でき、燃料電池システムのメンテナンス者に遅滞なく連絡すれば、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器１、水素生成装置５、燃料電池システムが停止するまで）に交換作業を開始できる可能性が極めて高くなるので、燃料電池システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

警報器８が、メンテナンス者に通信して警報する場合は、メンテナンス者は、警報器８の警報を受けて、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換が必要なことを認識でき、遅滞なく交換作業を実施すれば、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器１、水素生成装置５、燃料電池システムが停止するまで）に交換作業を開始できるので、燃料電池システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができる。

また、ユーザーを介せずにメンテナンス者に警報するので、ユーザーがメンテナンス者に警報を連絡するのを忘れた、またはユーザーからメンテナンス者への警報の連絡が遅れたことが原因で、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過して、原料ガス供給器１、水素生成装置５、燃料電池システムが停止することを防止できる。

なお、警報器８の警報は、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換が行われるまで、継続することが望ましい。また、警報と共に、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換が行われない場合にシステムが停止する日時または、システム停止までの残り時間を知らせることが望ましい。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における燃料電池システムの制御器の動作の一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２における燃料電池システムのブロック図は図１に示す実施の形態１における燃料電池システムと同じであり、実施の形態２は、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物の濃度を検出する機能を有し、制御器７の動作が実施の形態１と異なる。

実施の形態２の燃料電池システムは、硫黄化合物を含む原料ガスを供給する原料ガス供給器１と、原料ガス供給器１から供給される原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第１脱硫器２と、第１脱硫器２の下流側に配置され原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第２脱硫器４と、第１脱硫器２と第２脱硫器４との間の原料ガス流路に配置され第１脱硫器２から流出する原料ガスに含まれる硫黄化合物の濃度を検出する硫黄化合物検出器３と、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換を要求する警報を出力する警報器８と、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換を行った後に操作される操作部９と、原料ガス供給器１と警報器８
とを制御する制御器７と、を備える。

この制御器７は、硫黄化合物検出器３が第１濃度以上の硫黄化合物を検出すると警報器８に警報を出力させ、硫黄化合物検出器３が第１濃度よりも濃い第２濃度以上の硫黄化合物を検出するまでに操作部９が操作されなかった場合に、原料ガス供給器１を停止させるよう構成されている。

本発明の実施の形態２の燃料電池システムについて、以下、図３を参照しながら、その動作、作用を説明する。

まず、原料ガス供給器１が原料ガスの供給を開始する（ＳＴＥＰ１１）。そして、硫黄化合物検出器３により検出される硫黄化合物濃度が基準値Ａ以下である場合（ＳＴＥＰ１２からＳＴＥＰ１３に進み、ＳＴＥＰ１３をＮｏ側に分岐してＳＴＥＰ１２に進むループを繰り返す場合）は、脱硫システム、水素生成装置５、燃料電池システムは正常に動作する。

しかし、第１脱硫器２が破過した場合、硫黄化合物検出器３により検出される硫黄濃度は上昇し、基準値Ａを超える（ＳＴＥＰ１３をＹｅｓ側に分岐）。

硫黄化合物検出器３により検出される硫黄濃度が基準値Ａを超えると、制御器７を通して、警報器８に信号が送られ、警報器８が第１脱硫器２の交換を促す警報を報知する（ＳＴＥＰ１４）。

警報器８の報知後、硫黄化合物濃度が基準値Ｂを超える前に、第１脱硫器２が交換されると（ＳＴＥＰ１５をＹｅｓ側に分岐してＳＴＥＰ１２に進み）脱硫システム、水素生成装置５、燃料電池システムは正常な状態に戻る。

警報器８の報知後、硫黄化合物濃度が基準値Ｂを超えると（ＳＴＥＰ１７をＹｅｓ側に分岐し）、原料ガスの供給が停止する（ＳＴＥＰ１８）。

（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３における燃料電池システムの制御器の動作の一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態３における燃料電池システムのブロック図は図１に示す実施の形態１における燃料電池システムと同じであり、実施の形態３は、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物の濃度を検出する機能を有し、制御器７の動作が実施の形態１と異なる。

実施の形態３の燃料電池システムは、硫黄化合物を含む原料ガスを供給する原料ガス供給器１と、原料ガス供給器１から供給される原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第１脱硫器２と、第１脱硫器２の下流側に配置され原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第２脱硫器４と、第１脱硫器２と第２脱硫器４との間の原料ガス流路に配置され第１脱硫器２から流出する原料ガスに含まれる硫黄化合物の濃度を検出する硫黄化合物検出器３と、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換を要求する警報を出力する警報器８と、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換を行った後に操作される操作部９と、原料ガス供給器１と警報器８とを制御する制御器７と、を備える。

この制御器７は、硫黄化合物検出器３が第１濃度以上の硫黄化合物を検出すると警報器８に警報を出力させ、警報出力後に硫黄化合物供給量が所定硫黄化合物供給量以上になるまでに操作部９が操作されなかった場合に、原料ガス供給器１を停止させるよう構成され
ている。

本発明の実施の形態３の燃料電池システムについて、以下、図４を参照しながら、その動作、作用を説明する。

まず、原料ガス供給器１が原料ガスの供給を開始する（ＳＴＥＰ２１）。そして、硫黄化合物検出器３により検出される硫黄化合物濃度が基準値Ａ以下である場合（ＳＴＥＰ２２からＳＴＥＰ２３に進み、ＳＴＥＰ２３をＮｏ側に分岐してＳＴＥＰ２２に進むループを繰り返す場合）は、脱硫システム、水素生成装置５、燃料電池システムは正常に動作する。

しかし、第１脱硫器２が破過した場合、硫黄化合物検出器３により検出される硫黄濃度は上昇し、基準値Ａを超える（ＳＴＥＰ２３をＹｅｓ側に分岐）。

硫黄化合物検出器３により検出される硫黄濃度が基準値Ａを超えると、制御器７を通して、警報器８に信号が送られ、警報器８が第１脱硫器２の交換を促す警報を報知する（ＳＴＥＰ２４）。

警報器８の報知後、制御器７は、硫黄化合物検出器３が検出した硫黄化合物の濃度と、流量と、警報器８の報知からの経過時間を読み込み（ＳＴＥＰ２６）、硫黄化合物供給量を、計算式（硫黄化合物供給量＝硫黄化合物濃度×流量×時間）から算出する（ＳＴＥＰ２７）。

警報器８の報知後、硫黄化合物供給量が基準値Ｃを超える前に、第１脱硫器２が交換されると（ＳＴＥＰ２５をＹｅｓ側に分岐してＳＴＥＰ２２に進み）脱硫システム、水素生成装置５、燃料電池システムは正常な状態に戻る。

警報器８の報知後、硫黄化合物供給量が基準値Ｃを超えると（ＳＴＥＰ２８をＹｅｓ側に分岐し）、原料ガスの供給が停止する（ＳＴＥＰ２９）。

（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４における燃料電池システムの制御器の動作の一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態４における燃料電池システムのブロック図は図１に示す実施の形態１における燃料電池システムと同じであり、実施の形態４は、硫黄化合物検出器３が硫黄化合物の濃度を検出する機能を有し、制御器７の動作が実施の形態１と異なる。

実施の形態４の燃料電池システムは、硫黄化合物を含む原料ガスを供給する原料ガス供給器１と、原料ガス供給器１から供給される原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第１脱硫器２と、第１脱硫器２の下流側に配置され原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第２脱硫器４と、第１脱硫器２と第２脱硫器４との間の原料ガス流路に配置され第１脱硫器２から流出する原料ガスに含まれる硫黄化合物の濃度を検出する硫黄化合物検出器３と、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換を要求する警報を出力する警報器８と、第１脱硫器２の交換または第１脱硫器２内の脱硫剤の交換を行った後に操作される操作部９と、原料ガス供給器１と警報器８とを制御する制御器７と、を備える。

この制御器７は、硫黄化合物検出器３が第１濃度以上の硫黄化合物を検出すると警報器８に警報を出力させ、警報出力後に原料ガス供給量が所定原料ガス供給量以上になるまでに操作部９が操作されなかった場合に、原料ガス供給器１を停止させるよう構成されてい
る。

本発明の実施の形態４の燃料電池システムについて、以下、図５を参照しながら、その動作、作用を説明する。

まず、原料ガス供給器１が原料ガスの供給を開始する（ＳＴＥＰ３１）。そして、硫黄化合物検出器３により検出される硫黄化合物濃度が基準値Ａ以下である場合（ＳＴＥＰ３２からＳＴＥＰ３３に進み、ＳＴＥＰ３３をＮｏ側に分岐してＳＴＥＰ３２に進むループを繰り返す場合）は、脱硫システム、水素生成装置５、燃料電池システムは正常に動作する。

しかし、第１脱硫器２が破過した場合、硫黄化合物検出器３により検出される硫黄濃度は上昇し、基準値Ａを超える（ＳＴＥＰ３３をＹｅｓ側に分岐）。

硫黄化合物検出器３により検出される硫黄濃度が基準値Ａを超えると、制御器７を通して、警報器８に信号が送られ、警報器８が第１脱硫器２の交換を促す警報を報知する（ＳＴＥＰ３４）。

警報器８の報知後、制御器７は、原料ガス供給器１から供給される原料ガスの流量と、警報器８の報知からの経過時間を読み込み（ＳＴＥＰ３６）、原料ガス供給量を、計算式（原料ガス供給量＝流量×時間）から算出する（ＳＴＥＰ３７）。

警報器８の報知後、原料ガス供給量が基準値Ｄを超える前に、第１脱硫器２が交換されると（ＳＴＥＰ３５をＹｅｓ側に分岐してＳＴＥＰ３２に進み）脱硫システム、水素生成装置５、燃料電池システムは正常な状態に戻る。

警報器８の報知後、原料ガス供給量が基準値Ｄを超えると（ＳＴＥＰ３８をＹｅｓ側に分岐し）、原料ガスの供給が停止する（ＳＴＥＰ３９）。

以上のように本発明にかかる脱硫システムは、原料ガスに含まれる硫黄化合物が下流に流れることを防ぐことができ、さらに、硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまで（原料ガス供給器が停止するまで）に交換作業を開始できる可能性が高いので、システムを利用できない期間を交換作業時間にまで短縮することができるという効果を有しているので、天然ガスまたはＬＰＧ等の原料から水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置、及び、この水素生成装置を備えた家庭用燃料電池システムに好適である。

１ 原料ガス供給器
２ 第１脱硫器
３ 硫黄化合物検出器
４ 第２脱硫器
５ 水素生成装置
６ 燃料電池
７ 制御器
８ 警報器
９ 操作部

Claims (10)

1. 硫黄化合物を含む原料ガスを供給する原料ガス供給器と、
   前記原料ガス供給器から供給される前記原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第１脱硫器と、
   前記第１脱硫器の下流側に配置され前記原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第２脱硫器と、
   前記第１脱硫器と前記第２脱硫器との間の原料ガス流路に配置され前記第１脱硫器から流出する前記原料ガスに含まれる硫黄化合物を検出する硫黄化合物検出器と、
   前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換を要求する警報を出力する警報器と、
   前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換を行った後に操作される操作部と、
   前記原料ガス供給器と前記警報器とを制御する制御器と、
   を備えた脱硫システムであって、
   前記制御器は、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると前記警報器に前記警報を出力させ、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに前記操作部が操作されなかった場合に、前記原料ガス供給器を停止させる、
   脱硫システム。
2. 前記所定時間は、前記警報を受けてから前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換が完了するまでに要する標準時間よりも長い、
   請求項１に記載の脱硫システム。
3. 前記所定時間は、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから前記所定時間が経過した時期が、前記第２脱硫器の脱硫能力が低下する時期よりも早くなるように設定される、請求項１または２に記載の脱硫システム。
4. 前記警報器は、前記脱硫システムを備えたガス利用機器または前記脱硫システムを備えたガス利用システムのユーザーに警報するものである、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の脱硫システム。
5. 前記警報器は、前記脱硫システムを備えたガス利用機器または前記脱硫システムを備えたガス利用システムのメンテナンス者に通信して警報するものである、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の脱硫システム。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の脱硫システムと、
   前記脱硫システムの前記第２脱硫器から流出する前記原料ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器と、
   を備えた水素生成装置であって、
   前記制御器は、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに前記操作部が操作されなかった場合に、前記水素生成装置を停止させる、
   水素生成装置。
7. 請求項６に記載の水素生成装置と、
   前記水素生成装置で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
   を備えた燃料電池システムであって、
   前記制御器は、前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに前記操作部が操作されなかった場合に、前記燃料電池システムを停止させる、
   燃料電池システム。
8. 硫黄化合物を含む原料ガスを供給する原料ガス供給器と、
   前記原料ガス供給器から供給される前記原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第１脱硫器と、
   前記第１脱硫器の下流側に配置され前記原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫剤が充填された第２脱硫器と、
   前記第１脱硫器と前記第２脱硫器との間の原料ガス流路に配置され前記第１脱硫器から流出する前記原料ガスに含まれる硫黄化合物を検出する硫黄化合物検出器と、
   前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換を要求する警報を出力する警報器と、
   を備えた脱硫システムの運転方法であって、
   前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると前記警報器が前記警報を出力するステップと、
   前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われなかった場合に、前記原料ガス供給器が停止するステップと、
   を有する脱硫システムの運転方法。
9. 請求項８に記載の脱硫システムと、
   前記脱硫システムの前記第２脱硫器から流出する前記原料ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器と、
   を備えた水素生成装置の運転方法であって、
   前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると前記警報器が前記警報を出力するステップと、
   前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われなかった場合に、前記原料ガス供給器と前記水素生成装置が停止するステップと、
   を有する水素生成装置の運転方法。
10. 請求項９に記載の水素生成装置と、
    前記水素生成装置で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
    を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
    前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出すると前記警報器が前記警報を出力するステップと、
    前記硫黄化合物検出器が硫黄化合物を検出してから所定時間が経過するまでに前記第１脱硫器の交換または前記第１脱硫器内の脱硫剤の交換が行われなかった場合に、前記原料ガス供給器と前記燃料電池システムが停止するステップと、
    を有する燃料電池システムの運転方法。

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