KR101847233B1 - 연료 전지 시스템에 사용되는 황 파과 검출 어셈블리 및 황 파과 검출 방법 - Google Patents

Abstract

탈황된 연료 중의 함황 화합물을 검출하기 위해 연료 활용 시스템에 사용되는 황 파과(breakthrough) 모니터링 어셈블리로서, 탈황 연료를 450℃ 내지 600℃ 사이인 소정의 온도로 가열하기 위한 히터; 상기 히터로부터 가열된 연료를 수용하도록 개조되고 상기 가열된 연료를 개질시키기 위한 적어도 하나의 개질 촉매 베드 및 상기 연료가 상기 개질 촉매 베드를 통해 운송되기 전에 상기 가열된 연료의 온도를 감지하기 위한 제1 온도 센서 및 상기 개질 촉매 베드의 온도를 감지하기 위한 제2 온도 센서를 비롯한 복수의 온도 센서를 포함하는 황 파과 검출기; 및 상기 제1 온도 센서와 제2 온도 센서로부터의 온도 아웃풋을 기초로 하여 상기 연료 중의 함황 화합물의 농도가 1차 소정의 농도를 초과하는지를 결정하기 위한 조절기를 포함하는 황 파과 모니터링 어셈블리.

Description

연료 전지 시스템에 사용되는 황 파과 검출 어셈블리 및 황 파과 검출 방법{SULFUR BREAKTHROUGH DETECTION ASSEMBLY FOR USE IN A FUEL CELL SYSTEM AND SULFUR BREAKTHROUGH DETECTION METHOD}

본 발명은 연료 전지, 특히 이러한 연료 전지와 함께 사용되는 탈황기 어셈블리에서의 황 파과(breakthrough) 검출에 관한 것이다.

연료 전지는 탄화수소 연료에 저장된 화학적 에너지를 전기화학 반응을 이용하여 전기 에너지로 직접 변환시키는 장치이다. 일반적으로, 연료 전지는, 전기적으로 하전된 이온을 전도하는 작용을 하는 전해질에 의해 분리되어 있는 애노드(anode)와 캐소드(cathode)를 함유한다. 용융된 탄산염 연료 전지는 연료 가스 반응물을 애노드를 통해 통과시키고, 산화 가스는 캐소드를 통해 통과시켜 작동한다. 유용한 전력 수준을 생산하기 위해, 다수의 각 연료 전지는 각 전지 사이에 전기전도성 격리판을 두고 연속적으로 적층된다.

현재 연료 전지 기술은 수소로 구성되거나 또는 수소, 메탄, 이산화탄소 및 일산화탄소의 혼합물로 구성된 클린 연료 가스를 필요로 하고, 이는 개질 공정을 통해 석탄, 석유계 액체, 무산소 분해기 가스, 프로판 또는 천연 가스와 같은 탄화수소-함유 공급원료(feedstock)로부터 발생될 수 있다. 대부분의 탄화수소-함유 공급원료는 황을 함유하고, 이는 개질 및 애노드 촉매 피독(poisoning)을 유발하며 연료 전지 애노드와 개질 촉매의 성능을 유의적으로 저하시키는 것으로 알려져 있다. 따라서, 개질 공정에 앞서, 황 및 함황 화합물은 연료 가스로부터 ppb 수준으로 제거한 다음 연료 가스를 연료 전지로 유입시켜야 한다.

당해 기술의 현 상태는 연료 가스를 연료 전지 애노드로 통과시키기 전에 연료 가스로부터 함황 화합물을 제거하기 위한 적어도 하나의 흡착 또는 흡수 베드를 포함하는 탈황기 어셈블리와 같은 연료 프로세싱 어셈블리를 이용한다. 이러한 연료 프로세싱 어셈블리의 한 예는 본 출원의 동일 양수인에게 양도된 미국 특허 7,063,732에 개시되어 있다. '732 특허는 무기 함황 화합물 및 고분자량의 유기 함황 화합물을 흡착하기 위한 제1 흡착제 베드 및 저분자량 유기 함황 화합물을 흡착하기 위한 제2 흡착제 베드를 포함하는, 연료 전지용 연료를 프로세싱하기 위한 연료 프로세싱 시스템으로서, 상기 흡착제 베드들은 프로세싱될 연료가 하나의 흡착제 베드를 통과한 다음 다른 흡착제 베드를 통과하도록 배열되어 있는 연료 프로세싱 시스템을 개시한다. 또한, '732 특허는 선두 탈황기로서 제1 탈황기를 사용하고 후발 탈황기로서 제2 탈황기를 사용하고 제1 탈황기가 소모되어 새로운 흡착제가 보충되거나 재생될 때에는 선두 탈황기로서 제2 탈황기를 사용하고 후발 탈황기로서 제1 탈황기를 사용하도록 연료를 전향시켜, 2종 이상의 탈황기의 최적 사용을 제공하는, 황 흡착제 시스템을 작동시키기 위한 선두-후발(lead-lag) 탈황기 시스템도 개시한다. 이러한 방식에 따르면, 후발 탈황기는 더 신선한 흡착제를 함유하고 폴리싱(polishing) 탈황기로서 작용하여, 선두 탈황기가 파과되었을 지라도 연료 전지에 대한 손상을 방지한다. 또한, '732 특허의 선두-후발 시스템은 선두 탈황기가 소모된 후 후발 탈황기만이 작동하는 동안 선두 탈황기가 재생 또는 보충되도록 하여, 선발 탈황기의 보충 동안 연료의 연속 탈황을 달성할 수 있다. '732 특허의 명세서는 본원에 참고 인용되었다.

연료 프로세싱 시스템에 사용된 흡착제 베드의 흡착 역량 및 성능은 흡착제 베드가 함황 화합물로 점점 더 포화되기 시작하여 작동 시간이 경과 할수록 감소한다. 결과적으로, 흡착제 베드가 포화되기 시작하여 연료 중의 함황 화합물의 농도를 원하는 수준, 보통 ppbv(parts per billion by volume)로 표현되는 수준으로 감소시킬 수 없을 때 황 파과(sulfur breakthrough)가 일어나고, 베드에 함황 화합물이 포화 수준에 이르면 흡착되지 않고 베드를 통과하는 함황 화합물의 양, 즉 황 파과 농도가 증가한다. 프로세싱된 연료 중의 소정의 황 파과 농도가 도달하면, 흡착제 베드는 연료 전지 시스템 성분의 황 피독을 피하기 위해 교체되거나 재생되어야 한다. 연료 가스 중의 함황 화합물의 다양한 농도와 연료 가스의 다른 변화, 예컨대 탄화수소 함량 및 물 함량의 변화로 인해, 소정의 황 파과 수준에 도달하는 시간은 매우 가변적일 수 있다. 따라서, 흡착제 베드의 적절한 교체 또는 재생을 보장하기 위해 프로세싱된 연료 중의 황 파과 농도의 모니터링은 필수적이다.

현재, 황 파과 농도의 모니터링은 연료 프로세싱 어셈블리를 떠나는 프로세싱된 연료 가스의 샘플을, 현장에 실질적으로 적용되지 않아 분석실험실에서 수행되는 기술을 사용하여 간헐적으로 분석하여 수행하는 것이 일반적이다. 프로세싱된 연료의 황 농도를 분석하는데 통용되는 기술은 황 화학발광 검출(GC-SCD) 또는 불꽃 광도형 검출(GC-FPD) 기술과 연합된 가스크로마토그래피(GC) 뿐만 아니라 납-아세테이트 황 기술을 포함한다. 하지만, 이러한 종래의 기술들은 비용이 많이 들어, 연료 프로세싱 비용과 연료 전지 시스템의 운영비를 실질적으로 증가시킨다. 이러한 기술들은 또한 프로세싱된 연료의 샘플링과 이 샘플의 분석 실험실로의 이송을 필요로 하여, 샘플 수집을 위한 추가 개인 및 추가 분석 장비, 현장으로부터 실험실로의 이송을 필요로 하고 프로세싱된 연료 샘플의 분석을 수행해야 한다. 결과적으로, 종래의 방법들은 파과 황 농도를 온라인에서 지속적으로 모니터하도록 연료 전지 프로세싱 어셈블리에 통합될 수 없다.

또한, 검지관(detector tube)이 현장에 적용되어 프로세싱된 연료 중의 특정 황 화합물의 농도를 측정할 수도 있다. 일반적으로, 검지관은 유리 앰플을 통해 소정 부피의 프로세스 가스를 통과시킨 후 유리 앰플에 둘러싸인 분말의 색 변화로 기능을 한다. 검지관의 사용은 개인이 시험을 수행할 부위로 이동시켜야 한다. 또한, 검지관은 연료 가스 중의 다른 화합물에 의한 방해로 제한적이고 검지관의 종류마다 1종류의 황 화합물만을 검출할 수 있고 최소 검출 수준은 연료 전지 연료 프로세싱 장치 중의 연료 전지 또는 다른 연료 프로세싱 성분을 보호하기에는 일반적으로 지나치게 높은 최소 검출 수준이다.

온라인 황 파과 모니터링 어셈블리 및 황 파과 검출 방법은 또한 개발되었고 본원의 동일 양수인에게 양도된 미국 특허출원 11/782,989에 기술되어 있다. '989 출원에 기술된 모니터링 어셈블리는 하나 이상의 물리적 성질, 예컨대 색을 보유하는 지시제 물질을 사용하고, 지시제 물질의 색은 연료 중의 함황 화합물에 노출되면 변한다. 지시제 물질은 탈황기 유래의 연료 배출물이 지시제 물질을 통과하도록 온라인 배치될 수 있는 하우징(housing)에 배치되고, 센서는 지시제 물질의 하나 이상의 물성의 변화를 감지하는데 사용된다. '989 출원의 모니터링 어셈블리는 연료 중의 황-파과 농도를 지속적으로 모니터링할 수 있고, 연료 프로세싱 시스템과 쉽게 통합될 수 있다.

본 발명의 목적은 연료 전지 시스템 및 연료 프로세싱 시스템과 통합될 수 있고 연료 중의 낮은 수준(ppb)의 황 파과에 대해 지속적이고 정확하게 모니터할 수 있는 다른 황 파과 검출 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은 매우 민감하고 황 피독에 의한 촉매 불활성화의 개질을 기반으로 하는 임의의 황 종의 ppb 파과를 검출할 수 있는 황 파과 검출 어셈블리를 제공하는 것이다.

상기 목적 및 여타 목적은 탈황 연료 중의 함황 화합물을 검출하기 위해 연료 활용 시스템에 사용되는 황 파과 모니터링 어셈블리에서 실현되고, 상기 모니터링 어셈블리는 가습된 탈황 연료를 450℃ 내지 600℃ 사이의 소정의 온도로 가열하기 위한 히터, 이 히터로부터 가열, 가습된 연료를 수용하도록 개조되고, 가열된 연료의 개질을 위한 적어도 하나의 개질 촉매 베드 및 연료가 개질 촉매 베드를 통해 운송되기 전에 가열된 연료의 온도를 감지하기 위한 제1 온도 센서 및 개질 촉매 베드의 온도를 감지하는 제2 온도 센서를 비롯한 복수의 온도 센서를 포함하는 황 파과 검출기, 및 연료 중의 함황 화합물의 농도가, 제1 온도 센서와 제2 온도 센서로부터의 온도 아웃풋을 기반으로 한 1차 소정의 농도를 초과하는지를 결정하기 위한 조절기를 포함한다. 일부 양태에 따르면, 모니터링 어셈블리는 추가로 정제수와 탈황 연료를 소정의 온도로 가열하는 히터로 정제수를 공급하는 물 공급 장치, 히터로의 정제수의 흐름을 조절하기 위한 제1 흐름 조절 단위 및 모니터링 어셈블리로 유입되는 탈황 연료의 흐름을 조절하기 위한 제2 흐름 조절 단위를 포함한다. 조절기는 제1 온도 센서와 제2 온도 센서로부터 온도 아웃풋을 수신하고, 이러한 온도 아웃풋 간의 차이를 결정하고, 제1 온도 센서와 제2 온도 센서 아웃풋 간의 차이가 1차 소정의 속도로 감소한다면 연료 중의 함황 화합물의 농도가 1차 소정의 농도를 초과하는 것으로 결정한다. 조절기가 연료 중의 함황 화합물의 농도가 1차 소정의 농도를 초과한다고 결정하면, 조절기는 경보를 가동시키고(또는) 하나 이상의 시스템 구성부품 또는 시스템으로의 연료 흐름을 감소시키거나 억제하도록 연료 흐름을 조절하는 작용, 탈황기 어셈블리를 조절하여 연료 흐름을 다른 탈황기로 전향시키는 작용 및/또는 다른 연료 공급장치로 전환시키기 위해 시스템을 조절하는 작용을 비롯한 하나 이상의 작용을 수행하도록 연료 활용 시스템을 조절한다.

특정 양태에 따르면, 조절기는 또한 제1 및 제2 온도 센서로부터의 온도 아웃풋 간의 차이가 1차 소정의 속도보다 큰 2차 소정의 속도로 감소하는지를 기반으로 하여 함황 화합물의 농도가 2차 소정의 농도를 초과하는지를 결정한다. 함황 화합물의 농도가 2차 소정의 농도를 초과한다고 조절기가 결정하면, 조절기는 단계적 경보를 가동시켜 하나 이상의 소정의 단계적 작용을 수행한다.

특정 양태에 따르면, 조절기는 또한 개질 촉매를 통한 연료의 공간 속도가 30,000/hr 내지 120,000/hr 사이이고 개질 촉매를 통한 연료의 공탑 속도가 7 내지 60cm/sec 사이이도록 황 파과 검출기로의 연료 흐름을 조절하기도 한다.

연료 활용 시스템에서 황 파과를 모니터하고 연료 중의 함황 화합물을 검출하는 방법도 기술된다.

본 발명의 상기 특징과 다른 특징 및 관점은 첨부 도면과 함께 이하 상세한 설명을 통해 더욱 명백해질 것이다:
도 1은 연료 활용 시스템에 사용되는 황 파과 모니터링 어셈블리를 도시한 것이다;
도 2는 연료와 물의 비가 사전에 결정되어 있어 모니터링 어셈블리에 의해 조절되지 않도록 탈황기 어셈블리의 하류 및 유입 정제수와 탈황 연료의 흐름 계량의 하류에서 황의 파과 농도를 검출하기 위해 황 파과 모니터링 어셈블리를 이용하는 연료 전지 시스템을 도시한 것이다;
도 3a는 도 1 및 2의 황 파과 모니터링 어셈블리의 한 양태의 개략도이다;
도 3b는 도 1 및 2의 황 파과 모니터링 어셈블리의 다른 양태의 개략도이다;
도 4a는 도 1 또는 도 2에 적용된 도 3a 및 도 3b의 황 파과 모니터링 어셈블리의 히터를 조절하기 위한 동선도이다;
도 4b는 도 1 또는 도 2에 적용된 도 3a 및 도 3b의 황 파과 모니터링 어셈블리를 작동 및 조절하는 동선도이다;
도 5는 가습되지 않은 연료에서 황 파과를 검출하기 위해 황 파과 모니터링 어셈블리를 이용하는 연료 전지 시스템의 다른 양태를 도시한 것이다;
도 6 내지 8은 황 파과 검출 어셈블리에서의 온도 측정값을 시간 경과에 따라 도시한 그래프이다.

도 1은 연료 활용 장치(11)로부터 수용된 연료 A로부터 함황 화합물을 제거하기 위한 탈황기(4A 및 4B)를 포함하는 탈황 시스템(4) 및 탈황 시스템(4)으로부터 탈황된 연료를 수용하고 연료 A를 활용하거나 처리하는 연료 공급 장치(2)를 포함하는 연료 활용 시스템(1)을 도시한 것이다. 연료 활용 장치(11)는 연료 B와 같은 다른 다른 연료를 활용하거나 활용하지 않을 수도 있고, 임의의 특정 수의 연료 또는 연료 활용 장치(11)가 연료를 수용할 수 있는 연료 공급장치의 수에 제한되지 않는다. 연료 활용 장치(11)는 연료를 이용하거나 처리하고 함황 화합물이 없거나 실질적으로 없는 연료를 필요로 하거나 선호하는 임의의 장치, 시스템 또는 어셈블리이다. 연료 활용 장치는 연료 전지 시스템, 연료 개질 시스템, 동력 플랜트, 예컨대 연료 전지 동력 플랜트, 연료로 작동하거나 또는 연료로부터 전기 에너지 또는 임의의 다른 에너지 종류를 발생시키는 임의의 장치, 및 임의의 다른 프로세싱 또는 활용 장치를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 연료 활용 시스템(1)은 연결선(3)에 의해 탈황 시스템(4)에 연결된 연료 공급장치(2)로부터 연료 A를 공급받고, 연료 공급장치(2)로부터 탈황 시스템(4)을 통해 연료 활용 장치(11)로 흐르는 연료 흐름을 조절하기 위해 제1 흐름 조절 부재(3a), 예컨대 흐름 조절 밸브를 사용한다. 탈황 시스템(4)의 구성과 종류는 연료 활용 장치(11)의 필요 조건에 따라 달라질 수 있다. 특정 양태에 따르면, 탈황 시스템(4)은 하나 이상의 탈황기(4A 및 4B)를 포함하고, 각 탈황기는 하나 이상의 흡착제 및/또는 흡착제 및/또는 흡착제 물질을 함유하는 흡착제 베드를 포함한다. 탈황 시스템(4)의 탈황기의 흡착제 및/또는 흡착제 베드는 통과하는 연료에 존재하는 함황 화합물을 화학적 흡착 또는 물리적 흡착 또는 흡수에 의해 제거한다. 일부 양태에 따르면, 탈황 시스템(4)은 최소한 병렬로 배치된 복수의 탈황기를 포함하여, 연료는 적어도 하나의 탈황기에 의해 탈황되는 동안 하나 이상의 다른 탈황기는 대기중이다. 이러한 탈황 시스템에서, 연료 흐름은 탈황된 연료 중의 황 파과 양이 허용량보다 많으면 작동 탈황기(들)로부터 다른 하나 이상의 탈황기로 전환될 수 있다. 일부 양태에 따르면, 탈황 시스템(4)은 일렬로 배치 및/또는 병렬로 배치된 복수의 탈황기를 포함하여, 탈황기(4A) 중 하나는 선두 탈황기로서 작동하고 다른 탈황기(4B)는 후발 탈황기로서 작동한다. 이러한 탈황 시스템(4)은 도 1의 예시적 양태로 도시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 밸브 5a-h와 같은 흐름 조절 부재는 탈황기(4A 및 4B)를 통한 연료의 흐름을 조절하는데 사용된다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 밸브 (5a, 5d, 5e 및 5h)는 개방되고 밸브(5b, 5c, 5f 및 5g)는 폐쇄되어 연료 A가 먼저 제1 탈황기(4A)로 운송되고 그 후 제2 탈황기(4B)로 운송된다. 제1 탈황기(4A)의 역량이 소정의 수준 이하로 감소하면, 연료는 제2 탈황기(4B)를 통해 전향되고, 이 제2 탈황기는 제1 탈황기가 신선한 흡착제로 보충되거나 재생되어 후발 탈황기가 되는 동안 선두 탈황기가 된다. 이 경우에 밸브(5a, 5d, 5e 및 5h)는 폐쇄될 것이고 밸브(5b, 5c, 5f 및 5g)는 개방될 것이다. 또한, 탈황기 A 또는 탈황기 B는 연료 A가 다른 탈황기를 통해 계속 흐르는 동안 연료 A로부터 분리될 수 있어, 연료가 다른 탈황기를 통해 유도되는 동안 상기 분리된 탈황기를 재생시킬 수 있다. 제1 탈황기(4A) 유래의 탈황된 연료 아웃풋은 그 다음 연결선(3b)을 통해 폴리싱 또는 후발 탈황기(4B)로 이동한 뒤, 연결선(7a)으로 이동하여 연료 활용 장치(11)로 이동한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 황 파과 모니터링 어셈블리(6)는 제1 탈황기(4A)의 하류 및/또는 제2 탈황기(4B)의 하류에서 함황 화합물의 파과 농도를 검출 및 모니터링하기 위해 연료 활용 시스템(11)과 함께 사용된다. 이 양태의 황 파과 모니터링 어셈블리(6)는 연료 중의 황 파과 농도의 모니터링을 필요로 하는 임의의 연료 활용 시스템과 함께 통합해서 사용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 황 파과 모니터링 어셈블리(6)는 연결선(9)을 통해 탈황기(4A) 및/또는 (4B)로부터 탈황된 연료 아웃풋의 적어도 일부를 수용하고 이하에 더 상세하게 설명되는 바와 같이 모니터링 어셈블리(6)의 온도 변동을 기반으로 한 연료 중의 황 파과 증가 속도를 모니터한다. 또한, 모니터링 어셈블리(6)는 연료 중의 황 파과 속도의 모니터링을 기반으로 하는 1 이상의 경보 또는 신호를 가동시킬 수 있고, 이러한 경보 또는 신호는 연료 중의 황 파과 속도가 증가함에 따라 단계식 상승할 수 있다. 모니터링 어셈블리(6)에 의해 가동된 경보 또는 신호는 연료 중의 황 파과 속도 또는 농도의 모니터링을 기반으로 하여 모니터링 어셈블리(6)가, 연료 중의 황 파과가 소정의 허용 속도보다 높은 속도로 증가하는 것으로 결정되거나, 또는 함황 화합물의 농도가 소정의 허용 농도보다 높다면 하나 이상의 소정의 작용을 수행하도록 시스템을 조절한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 탈황기(4A)로부터의 연료 아웃풋의 일부는 연결선(9)을 통해 모니터링 어셈블리(6)로 공급된다. 도시된 바와 같이, 연결선(9)은 흐름 조절 부재(9a)를 포함하고, 선택적인 흐름 전달장치 또는 흐름 표시장치(9c)를 포함할 수도 있다. 흐름 조절 부재(9a)는 모니터링 어셈블리(6)에 공급된 탈황된 연료 A의 유속을 조절하고, 이 예시적 양태에 따르면 모니터링 어셈블리로 공급된 연료의 유속이 0.5 내지 2 slpm 사이이도록 탈황된 연료의 양을 조절한다. 또한, 다른 연료가 황 파과 검출용 조절기로 선택할 수 있으며, 흐름 조절 부재(12a) 또는 (13a)를 구동시켜 각각 후발 탈황 용기(4B)에서 배출되는 연료 A 또는 연료 B 또는 다른 연료를 선택할 수 있다. 예시적인 현 양태에 따르면, 황 파과 모니터링 어셈블리(6)는 또한 선택된 연료와 물을 합친 후 물 공급장치(22)로부터 히터(6a)로 흐르는 물 또는 탈이온수의 흐름을 조절하기 위한 물 흐름 조절 어셈블리(8)를 포함한다. 예시적 현 양태에 따르면, 물 흐름 조절 어셈블리(8) 및 연료 흐름 어셈블리(15)는 물 및 선택된 연료의 흐름을 각각 조절하여 최종 가습 연료의 증기 대 탄소 비(S/C)가 1.3 내지 3.0이 되게 한다. 연료 흐름을 조절하는 방법은 정압 조절기와 그 다음 배압 조절기이고 그 사이에 오리피스 또는 밸브가 있어, 고정된 오리피스를 따라 고정된 압력 강하를 제공할 수 있어, 선(16)에서 연료의 흐름이 조절된다. 연료 흐름을 조절하는 수단에는 많은 다른 허용 수단이 있고, 그 예로는 열식 질량 흐름 조절기가 있다. 이와 마찬가지로, 물 흐름을 조절하는 방법은 정압 조절기와 그 뒤 배압 조절기일 수 있고, 그 사이에 오리피스 또는 밸브가 있어, 고정된 오리피스를 따라 고정된 압력 강하를 제공할 수 있어, 선(17)에서 물의 흐름이 조절된다. 또한 물 흐름을 조절하는 수단에는 많은 다른 허용 수단이 있고, 그 예로는 마이크로 계량 펌프, 또는 가열된 물 기둥을 통해 연료가 발포되어 배출구에서 원하는 이슬점 또는 증기 대 탄소 비를 제공하는 가습기가 있다.

일부 양태에 따르면, 연료 활용 시스템은 모니터링 어셈블리(6)로 공급하기 전에 탈황 연료를 가습시키는 가습 어셈블리를 포함하고, 이러한 양태에 따르면, 가습된 탈황 연료가 모니터링 어셈블리로 직접 제공되도록 물 조절 어셈블리(8)가 생략될 수 있다. 이러한 양태에서, 연료 조절 부재는 모니터링 어셈블리로 흐르는 탈황 가습된 연료의 유속을 조절하는데 사용될 수 있다. 이러한 양태의 예는 도 2에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 황 파과 모니터링 어셈블리(6)는 연료를 소정의 온도로 가열하는 히터(6a), 및 적어도 개질 촉매를 함유하는 황 파과 검출기(6b)를 포함한다. 이하에 더 상세히 논하는 바와 같이, 황 파과 모니터링 어셈블리(6)는 히터(6a) 및 황 파과 검출기(6b)의 소정 부위에서 온도를 감지하거나 검출하는 복수의 온도 센서 또는 열전대를 포함한다.

도시된 바와 같이, 황 파과 모니터링 어셈블리(6)는 또한 온도 센서들에 의해 감지된 온도를 기반으로 하여 적어도 히터(6a) 및 황 파과 검출기(6b)를 조절하기 위한 적어도 하나의 조절기를 포함하는 조절기 어셈블리(501)를 포함한다. 역시 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 온도 센서에 의해 감지된 온도 변화를 모니터하고 온도 센서에 의해 검출된 온도 변화를 기반으로 하여, 조절기 어셈블리(501)는 황 파과가 일어났는지 또는 아닌지와 연료 중의 황 파과가 허용 속도보다 높은 속도로 증가하는지 또는 아닌지를 결정한다. 일부 양태에 따르면, 조절기 어셈블리(501)는 또한 검출된 온도의 변화를 기반으로 하여, 모니터링 어셈블리(6)를 통한 연료 흐름이 충분한지 아닌지, 그리고 연료 흐름이 일정한지 아닌지를 결정한다. 이러한 결정을 기반으로 하여, 조절기 어셈블리(501)는 연료 중의 황 파과 속도 및 양이 증가함에 따라 단계식 상승하고 연료 활용 시스템(1)을 조절하여 하나 이상의 소정의 작용을 수행하도록 하는 하나 이상의 경보 또는 신호를 가동시킨다. 이러한 소정의 작용은 작동자에 대한 경보(130), 예컨대 페이저 경보의 가동 및/또는 탈황 시스템(4)의 적어도 하나의 탈황기(4A) 또는 (4B)의 교체 또는 재생 필요성을 나타내고, 작동 탈황기를 통한 연료 흐름을 억제하고 다른 탈황기를 통한 연료 흐름을 전향시키기 위해 탈황 시스템을 조절하며, 다른 연료, 예컨대 연료 B로 전환시키고, 연료 활용 장치로의 연료의 흐름을 최소화하거나 함께 억제하기 위해 연료 활용 장치로 흐르는 탈황된 연료의 흐름을 조절하는 경보를 포함한다. 도 1의 연료 활용 시스템(1)과 함께 사용될 수 있는 황 파과 모니터링 어셈블리(6)의 더 상세한 구성은 도 3a 및 3b에 도시했고, 이하에 더 상세하게 설명된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 황 파과 검출기(6)로부터의 연료 아웃풋은 통풍구 흐름 조절기(10a)를 통해 통풍구(10)로 운송되고(또는) 연결선(7b)를 통해 연료 활용 장치(11)로 흐르는 탈황 연료와 합칠 수 있다. 모니터링 어셈블리(6)로부터 연결선(7b)으로 연료 아웃풋의 흐름을 조절하기 위해 흐름 조절 부재(9b)가 사용된다.

앞서 논한 바와 같이, 연료 활용 장치(11)는 연료 A 대신 또는 연료 A 외에 추가로 다른 연료 공급장치 유래의 다른 연료를 수용할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연료 A 외에 다른 연료 또는 동일 연료일 수 있는 연료 B는 다른 연료 공급장치(14)로부터 선(14b)을 통해 연료 활용 장치로 공급된다. 연료 활용 장치(11)로 흐르는 연료 B의 흐름은 밸브와 같은 연료 B 조절기(14a)에 의해 조절되고, 앞서 논한 바와 같이 연료 B의 일부는 흐름 조절기(13a)를 통해 모니터링 어셈블리(6)로 운송될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 흐름 조절기(13a) 및 (14a)는 조절기(501)에 의해 조절된다. 또한, 조절기(501)는 연료 활용 장치 및 모니터링 어셈블리(6)로 흐르는 연료 A의 흐름을 조절하기 위해 흐름 조절기(3a, 9a 및 12a)를 조절할 수 있다.

도 2는 탈황기 어셈블리(104)의 하류에서 황의 파과 농도를 검출 및 모니터링하기 위한 탈황기 어셈블리(104) 및 황 파과 모니터링 어셈블리(106)를 포함하는 연료 전지 시스템(100)을 예시한다. 연료 전지 시스템(100)에는 연결선(103)에 의해 탈황기 어셈블리(104)에 연결된 연료 공급장치(102) 유래의 연료가 공급된다. 흐름 조절 밸브와 같은 제1 흐름 조절 부재(103a)는 탈황기 어셈블리(104)를 통해 연료 가습기(108)로 흐르는 연료 공급장치(102) 유래의 연료의 흐름을 조절하는데 사용된다.

탈황기 어셈블리(104)는 하나 이상의 탈황기를 포함하고, 각 탈황기는 흡착 물질 및/또는 흡수 물질을 함유하는 하나 이상의 흡착제 베드 및/또는 흡수제 베드를 포함한다. 탈황기 어셈블리(104)를 통해 통과하는 연료에 존재하는 함황 화합물은 흡착제 베드 및/또는 흡수제 베드를 사용하여 화학적 또는 물리적 흡착으로 또는 흡수로 제거한다. 탈황기 어셈블리(104)로부터 탈황된 연료는 그 다음 연결선(105)을 통해 가습기(108)로 이동하고, 이 가습기에서 연료는 물 공급장치(122)로부터 제공된 물로 가습된다. 예시적인 현 양태에 따르면, 물 흐름 조절기(122a)와 연료 흐름 조절기(103a)는 가습기(108)가 연료를 가습시키고 가습된 연료의 증기 대 탄소 비(S/C)가 1.3 또는 그 이상, 바람직하게는 1.5 내지 3.0의 S/C 비를 갖도록 연료와 물의 비를 조절하며, 이는 직접 연료전지(DFC) 동력 플랜트에 사용하기에 적합하다. 연료 및/또는 물 흐름 계량 장치는 각각 연료 공급장치(102)와 물 공급장치(122)로부터 연료와 물의 흐름을 조절하기 위한 연료 흐름 조절기(103a) 및/또는 물 흐름 조절기(122a)로서 각각 사용될 수 있다. 가습기(108)에서, 연료는 캐소드 배기 가스 유래의 열을 사용하여 열교환에 의해 가열될 수도 있다. 가습된 연료는 그 다음 연결선(107)을 통해 연료 프로세싱 어셈블리(110)로 운송된다. 도시된 바와 같이, 가습기(108) 유래의 연료 아웃풋의 일부는 연결선(109)으로부터 흐름 조절 부재(109a)를 통해 황 파과 모니터링 어셈블리(106)로 운송된다. 모니터링 어셈블리(106)는 함황 화합물의 존재에 대해, 즉 황 파과에 대해 탈황된 연료를 연속해서 모니터하고, 연료 프로세싱 어셈블리(110)과 병렬로 배치된다. 모니터링 어셈블리를 통해 운송된 연료는 그 다음 연결선(111)에서 연료 프로세싱 어셈블리(110)에 의해 프로세싱되는 연료의 다른 부분 및 연료 프로세싱 어셈블리(110)로부터 연결선(111)으로 흐르는 아웃풋과 합쳐진다. 흐름 조절 밸브(109b)는 모니터링 어셈블리(106)로부터 연결선(111)으로 흐르는 연료의 흐름을 조절하는데 사용된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 황 파과 모니터링 어셈블리(106)는 연료를 소정의 온도로 가열하는 히터(106a) 및 적어도 개질 촉매를 함유하는 황 파과 검출기(106b)를 포함한다. 이하에 더 상세히 논하는 바와 같이, 황 파과 모니터링 어셈블리(106)는 히터(106a) 및 황 파과 검출기(106b)의 소정 부위에서 온도를 감지하거나 검출하는, 열전대와 같은 복수의 온도 센서를 포함한다. 황 파과 모니터링 어셈블리(106)는 또한 온도 센서에 의해 감지된 온도에 기초하여 적어도 히터(106a) 및 황 파과 검출기(106b)를 조절하기 위한 적어도 하나의 조절기를 포함하는 조절기 어셈블리(501)를 포함한다. 또한, 이하에 더 상세히 기술되는 바와 같이, 온도 센서에 의해 감지된 온도 변화가 모니터되고, 온도 센서에 의해 검출된 온도의 변화를 기초로 하여 조절기 어셈블리(501)는 황 파과의 발생 여부 및 연료 중의 황 파과 농도가 소정의 농도와 같거나 더 높은 지를 결정한다. 소정의 농도는 시스템의 조건에 따라 달라질 수 있고 이하에 기술된 예시적 양태에 따르면 소정의 농도는 30ppb 또는 200ppb이다. 조절기 어셈블리(501)는 또한 연료 중의 황 파과가 높은 속도로 증가하는지의 여부를 측정할 수도 있다. 일부 양태에 따르면, 조절기 어셈블리(501)는 검출된 온도의 변화에 기초하여 모니터링 어셈블리를 통한 연료 흐름이 충분한지의 여부 및 연료 흐름이 일정한지의 여부를 결정하기도 한다. 이러한 결정에 기초하여, 조절기 어셈블리(501)는 연료의 황 파과 속도 및 양이 증가할 때 상승 단계식으로 하나 이상의 경보를 가동시키고, 이는 일부 경우에는 연료 전지 시스템이 적어도 하나의 소정의 작용을 수행하도록 조절한다. 소정의 작용에는 시스템 작동자에 대한 경보(130), 예컨대 페이저 경보의 가동, 또는 탈황기 어셈블리(104)의 적어도 하나의 탈황기의 교체 또는 재생 필요성을 나타내고 작동 탈황기를 통한 연료 흐름을 억제하고 다른 탈황기를 통한 연료 흐름을 전향시키기 위해 탈황기를 조절하며, 연료 전지로 흐르는 연료 흐름을 최소화 또는 억제하기 위해 연료 전지로 흐르는 탈황된 연료의 흐름을 조절하고, 자신의 독립 탈황 시스템을 보유하는 대체 연료 공급장치, 예컨대 연료 B로의 전환을 시사하는 경보의 가동을 포함한다. 황 파과 모니터링 어셈블리(106)의 구성은 도 3a 및 3b에 도시했고, 이하에 더 상세하게 설명된다.

특정 양태에 따르면, 탈황기 어셈블리(104)는 복수의 탈황기를 포함하고, 각 탈황기는 적어도 하나의 탈황 베드를 포함하고, 여기서 탈황기는 탈황기 중 적어도 하나는 작동성인 한편 하나 이상의 다른 탈황기는 대기 방식이도록 서로 연결되어 있거나, 또는 연료가 제1 탈황기를 통해 통과한 다음 제2 탈황기를 통해 연속해서 통과하도록 연결되어 있다. 이러한 탈황기 어셈블리의 예는 "선두 후발" 시스템을 포함하는 것으로, 앞에 논의되어 있고 본원에 참고 인용되는 공동 양도된 미국 특허 7,063,732에 개시되어 있다. '732 특허에 논의된 바와 같이, 이러한 양태의 탈황기 어셈블리는 적어도 하나의 탈황기를 통해 연료의 흐름을 유도하는 하나 이상의 연료 흐름 조절 부재(간략성을 위해 도시하지 않음)를 포함한다. 이러한 양태에 따르면, 조절기 어셈블리(501)가 온도 센서에 의해 감지된 소정의 온도 변화를 기반으로 하여 연료 중의 황 파과 농도가 소정의 농도이거나 초과인 것을 결정하면, 조절기 어셈블리(501)는 탈황기 어셈블리(104)의 연료 흐름 조절 부재를 조절하여 작동성 탈황기를 통한 연료 흐름을 억제하거나 제한하고 대기 중인 다른 탈황기 중 적어도 하나를 통해 연료 흐름을 유도한다. 예를 들어, 도 1의 황 파과 검출기가 선두 베드에서 황 파과를 검출하는데 사용되고 있고, 선두 베드 중의 황을 검출하거나, 또는 소정의 농도 또는 황 증가율보다 높은 증가율 또는 농도를 검출한다면, 조절기는 연료가 선두 베드를 우회하게 하여 후발 베드만에 의해서 탈황되게 할 수 있다. 대안적으로, 도 2의 황 파과 검출기가 연료 A의 황 파과를 검출하는데 사용되고 있고 연료 A 중의 황을 검출한다면, 또는 연료 A 중의 황의 소정의 농도 또는 증가율보다 높은 농도 또는 증가율을 검출한다면, 조절기는 시스템을 연료 B로 전환하도록 조절할 수 있다. 조절기 어셈블리(501)는 또한 이전 작동성 탈황기의 교체 또는 재생의 필요성을 시사하는 경보를 가동시킬 수 있다. 특정 양태에 따르면, 조절기 어셈블리(501)는 또한 이전 작동성 탈황기를 통한 연료 흐름이 억제될 때 또는 이전 작동성 탈황기가 재생되어야 할 필요가 있음을 시사하는 경보가 가동되면 이전 작동성 탈황기를 자동 재생시키도록 탈황기 어셈블리(104)를 조절한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 연료 전지 시스템(100)은 연료 프로세싱 어셈블리(110)로 흐르는 탈황 가습된 연료 A의 흐름을 조절하기 위한 연료 흐름 조절 부재(103a)를 포함한다. 일부 예시적 양태에 따르면, 조절기 어셈블리(501)는 연료 프로세싱 어셈블리(110) 및 연료 전지(112)로 흐르는 연료의 유속을 조절하기 위해 연료 A에 대한 연료 흐름 조절 부재(103a) 및 연료 B에 대한 연료 흐름 조절 부재(124)를 조절한다. 이러한 양태에서, 온도 센서에 의해 감지된 온도의 변화를 기초로 하여, 조절기 어셈블리(501)가 연료 프로세싱 어셈블리(110)로 흐르는 어떠한 연료든지 그 중의 황 파과 농도가 소정의 양과 동일하거나 더 높은 것으로 결정하거나, 또는 연료 중의 황 파과 속도가 허용 속도보다 높은 속도로 증가하는 것으로 결정하면, 조절기 어셈블리(501)는 연료 흐름 조절 부재(103a) 및 (124)를 조절하여 연료 프로세싱 어셈블리(110)로 현재 흐르고 있는 어느 연료든지 그 흐름을 억제하거나 제한하여 연료 프로세싱 어셈블리(110) 중의 촉매의 피독을 방지한다. 특정 양태에서, 조절기 어셈블리(501)는 우선 센서에 의해 감지된 온도 변화가 역치 양보다 크면 경보 상태 또는 경고를 가동시키고, 그 후 연료 흐름 조절 부재(103a) 및 (124)를 조절하여, 현재 흐르는 연료 중의 황 파과 농도가 소정의 농도와 같거나 초과한 것으로 결정되고(되거나) 황 파과 농도가 허용 속도보다 높게 증가하는 것으로 결정되면 현재 흐르는 연료 흐름을 억제하거나 제한한다. 조절기 어셈블리(501)는 또한 밸브(109a)를 조절하여 모니터링 어셈블리(106)로 흐르는 탈황 가습된 연료의 흐름을 조절할 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 또한 연료를 추가 프로세싱하기 위한 연료 프로세싱 어셈블리(110), 애노드(114)와 캐소드(116)를 포함하는 연료 전지(112) 및 산화제 어셈블리(118)를 포함한다. 당해의 예시적 양태에 따르면, 연료 프로세싱 어셈블리(110)는 연료 전지(112)에 사용하기에 적합한 연료를 생산하기 위해 연료의 적어도 일부를 개질하기 위한, 개질 촉매를 포함하는 예비개질 어셈블리를 포함한다. 일부 양태에 따르면, 연료 프로세싱 어셈블리(110)는 연료로부터 산소를 제거하기 위한, 탈산화 촉매를 함유하는 탈산화 어셈블리를 포함한다. 연료 프로세싱 어셈블리가 탈산화 어셈블리와 예비개질 어셈블리를 포함하는 양태에서, 탈산화 어셈블리와 예비개질 어셈블리는 연료가 먼저 탈산화 어셈블리를 통과하고 그 후 예비개질 어셈블리를 통과하여 연료가 개질되기 전에 연료로부터 산소가 제거되도록 배치한다. 이러한 방식에 따르면, 개질 촉매의 비가동 또는 손상이 방지된다.

연료 프로세싱 어셈블리(110)에서 처리된 연료는 그 후 연결선(111)을 통해 연료 전지(112)의 애노드(114)로 운송된다. 도 2에 도시된 바와 같이 모니터링 어셈블리(106)로부터의 아웃풋(output)은 또한 연료 프로세싱 어셈블리 유래의 아웃풋과 합쳐지는 연결선(111)으로 운송될 수 있고, 두 아웃풋 일부는 애노드(114)로 운송되고 여기서 연료는 캐소드(116)를 통해 흐르는 산화제 가스와 연료가 전기화학적 반응을 일으켜 전력을 생산한다. 역시 제시된 바와 같이, 애노드(114)를 떠나는 소모된 연료, 즉 미반응 연료를 포함하는 애노드 배출물은 공기 공급장치(120) 유래의 공기와 합쳐져서 연소 또는 산화되어 캐소드(116)에 사용하기에 적합한 산화제 가스를 생산하는 산화제(118)로 운송된다. 캐소드(116)를 떠나는 소모된 산화제 가스는 결국 탈황 연료와 물을 가열하기 위한 가습기(108)로 이송될 수 있고(또는) 캐소드(116)로 재순환될 수 있다.

도 3a 및 3b는 도 2에 도시된 연료 전지 시스템 또는 도 1의 연료 활용 시스템에 사용될 수 있는 황 파과 모니터링 어셈블리의 두 양태를 도시한 것이다. 하지만, 도 3a 및 3b의 황 파과 모니터링 어셈블리는 연료 또는 다른 가스 중의 황 모니터링을 필요로 하는 모든 시스템에 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 황 파과 모니터링 어셈블리(206)의 제1 양태는 도 3a에 도시했고, 이는 산소가 전혀 없거나 소량만이 있는 연료 중의 황 파과를 모니터링하는데 적합하다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 모니터링 어셈블리(206)는 도 1의 양태에서 연결선(16) 유래의 탈황된 연료와 연결선(17) 유래의 물을 수용하거나, 또는 도 2의 양태에서 연결선(109) 유래의 가습 연료를 수용하고 가습 연료를 소정의 온도로 가열하는 히터(206a)를 포함한다. 모니터링 어셈블리(206)가 도 1에 제시된 시스템에 이용될 때, 연결선(16) 중의 연료는 물 공급장치 유래의 물과 합해져서 가습되고 전술한 바와 같이 물 흐름 조절기(8)를 통해 선(17)을 통해 운송된다. 당해의 예시적 양태에 따르면, 히터가 연료를 가열하는 소정의 바람직한 온도는 450℃ 내지 600℃ 사이이고, 바람직한 소정의 온도는 475℃ 내지 550℃ 사이이다. 이하에 기술되는 작동 예에 따르면, 소정의 온도는 500℃이다. 하지만, 소정의 온도는 연료에서 모니터되는 함황 화합물의 종류 및 바람직한 최소 검출 수준에 따라 달라져서, 다른 이용분야 또는 양태마다 다를 수 있다. 특히, 출원인은 특정 종류의 함황 화합물, 예컨대 디메틸 설파이드를 모니터하기 위해서는 황 파과 모니터링 어셈블리의 작동 동안 상승된 작동 온도가 필요하다는 것을 발견했다. 이는, 함황 화합물이 촉매를 단순히 통과하도록 하기보다는 촉매를 피독시키기 위해 황 파과 검출기(206b)에서 촉매와 일부 함황 화합물이 반응하도록 하는데 상승된 온도가 필요하기 때문이다. 동시에, 소정의 온도는 황 파과 검출기(206b)에서 촉매의 소결을 유발할 정도로 높지 않아야 한다. 최소, 연료는 모니터링 어셈블리가 전형적인 파과 황 종, 예컨대 DMS(디메틸 설파이드), COS(카르보닐 설파이드), EMS(에틸 메틸 설파이드), THT(테트라하이드로티오펜), CS2(이황화탄소) 및 H2S(황화수소)를 검출할 수 있는 소정의 온도로 가열된다.

모니터링 어셈블리에 사용된 히터(206a)는 소형 저전력 히터이다. 당해의 예시적 양태에 따르면, 히터는 카트리지 히터 주위에 감겨 있는, 물과 연료(도 1) 또는 가습 연료 가스(도 2)를 운송하는 길이 3/8" 관을 포함한다. 연료는 히터(206a)의 관형 코일을 통해 운송되어 히터에 의해 소정의 온도로 가열된다. 히터(206a)의 온도는 하나 이상의 온도 센서를 사용하여 측정한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 온도 센서(T1) 및 제2 온도 센서(T2)(둘 모두 열전대를 포함함)는 히터(206a)의 온도를 감지하기 위해 구비되어 있다. 도시된 양태에서, 2개의 열전대(T1 및 T2)는 하나의 열전대가 파손된 경우에 안전 조치로서 히터의 온도를 감지하기 위해 구비되어 있다. 이러한 양태에서, 열전대 T1 및 T2 중 하나에 의해 감지된 온도는 히터(206a)에 의한 가열을 조절하기 위해 사용되는 반면, 다른 열전대 T1 또는 T2에 의해 감지된 온도는 열전대 파손 시에 안전 백업으로만 사용된다. 다른 양태에 따르면, 히터(206a)의 온도를 감지하기 위해 하나의 온도 센서만이 사용될 수 있다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 모니터링 어셈블리(206)는 추가로 히터(206a)에 의해 가열된 연료를 수용하고 가열된 연료가 통과 운송되는 황 파과 검출기(SBD)(206b)를 포함한다. 황 파과 검출기(206b)는 하우징(207)과 이 하우징(207) 내에 배치된 개질 촉매 베드(208)를 포함한다. 하우징(206) 및 촉매 베드(208)의 크기는 모니터링 어셈블리(206)를 통해 통과되는 연료 흐름의 양 및 모니터링 어셈블리(206)의 감도에 따라 달라질 수 있다. 당해의 예시적 양태에 따르면, 모니터링 어셈블리가 도 2의 연료 전지 시스템과 함께 사용되면, 약 6 slpm의 가습된 연료가 연결선(107)으로부터 황 파과 모니터링 어셈블리로 운송되는데, 이는 300kW 순 AC 연료 전지 작업에 필요한 총 연료의 약 0.2%를 함유하는 것이다. 도 2의 양태에 따르면, 가습된 연료는 연료 전지가 더 적은 동력을 생산하여 가습기 유래의 총 연료 가스 아웃풋이 적은 경우에는 더 느린 유속으로 황 파과 모니터링 어셈블리로 운송된다. 예를 들어, 가습된 연료는 500 내지 1900 slpm 유속인 가습기 유래의 연료 가스 아웃풋의 일부인 1.0 내지 3.8slpm의 유속으로 파과 모니터링 어셈블리로 운송될 수 있다. 모니터링 어셈블리가 도 1의 연료 활용 시스템에 사용되면, (무수) 연료는 0.5 내지 2.0 slpm의 조절된 유속으로 모니터링 어셈블리로 운송된다. 도 1의 양태에 따르면, 황 파과 모니터링 어셈블리(6)로의 연료 유속 및 심지어 연료 흐름 유형은 연료 활용 장치로의 연료 흐름과 무관하며, 연료 흐름 유형은 선택 밸브(9a, 12a 및 13a)에 의해 조절되고 연료 유속은 연료 흐름 조절기(15)에 의해 조절된다.

이러한 예시적 양태에서, 황 파과 모니터링 어셈블리(206)의 하우징(207)은 스테인리스 스틸과 같은 금속재료로 제조된 실질적인 원통형 하우징이고, 직경이 1인치(2.54cm)이고 높이 또는 길이가 3인치(7.62cm)이다. 이 양태에서 하우징(207)은 내부에 5g의 니켈계 개질 촉매를 포함하고 깊이가 약 5mm인 개질 촉매 베드(208)를 보유한다. 개질 촉매 베드는 하우징(207)의 출구 말단으로부터 약 1인치(2.54cm) 떨어진 체에 의해 하우징(207) 내에 담지되어 있다. 황 파과 검출기(206b)의 촉매 베드(208)에 사용하기에 적합한 니켈계 간접 개질 촉매는 펠릿 또는 이의 유사 형태이고 일부 양태에 따르면 소량의 귀금속 성분, 예컨대 0.1 내지 1.0중량%의 로듐, 백금, 팔라듐 또는 다른 귀금속을 포함한다. 일부 양태에 따르면, 촉매 베드(208)에 사용된 개질 촉매는 환원되어 안정화될 수 있는 한편, 다른 양태에서는 산화된 상태의 개질 촉매가 촉매 베드(208)에 사용될 수 있고 그 후 동일계에서 수소 가스를 사용하여 환원시키고 질소와 배합한 다음, 이 촉매를 가습된 연료에 노출시킬 수 있다. 전술한 하우징(207) 및 촉매 베드(208)의 형태와 크키는 예시적이며 다른 형태와 크기가 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 황 파과 검출기 내의 온도는 열전대 형태일 수 있는 복수의 온도 센서 T3, T4 및 T5에 의해 감지되고 모니터된다. 3번째 온도 센서, 또는 열전대 T3은 개질 촉매 베드(208)로 들어가기 전에 하우징(207)의 입구 부분(207a)을 통해 흐르는 가열된 연료의 온도를 감지한다. 4번째 온도 센서 또는 열전대 T4는 개질 촉매 베드(208)의 온도를 감지하고, 5번째 온도 센서 또는 열전대 T5는 연료가 개질 촉매 베드(208)를 통해 통과한 후 하우징(207)의 출구 부분(207b)을 통해 흐르는 연료의 온도를 감지한다. 이하에 기술되는 바와 같이, 온도 센서 T3, T4 및 T5에 의해 감지된 온도는 연료 중의 황 파과 존재 및 양을 모니터하고 연료 중의 황 파과 양이 고속으로 증가하는지를 결정하는데 사용된다. 역시 기술된 바와 같이, 온도 센서 T1 내지 T5에 의해 감지된 온도는 히터의 가열을 조절하고 황 파과 모니터링 어셈블리를 통한 연료 유속이 황 파과의 정확하고 정밀한 모니터링을 유지하기에 충분한지를 결정하는데 사용될 수도 있다.

황 파과 모니터링 어셈블리(206)의 작동 동안, 탈황 및 가습된 연료 부분은 히터(206a)에 의해 일정한 소정의 온도로 가열되고 그 후 황 파과 검출기(206b)를 통해 유도된다. 황 파과 검출기(206b)에서 가열된 연료는 촉매 베드(208) 중의 개질 촉매에 의해 부분적으로 개질된 다음, 황 파과 검출기(206b)의 하우징(207)으로부터 산출된다. 개질 촉매 베드(208)의 온도는 연료가 개질되는 개질 공정의 속도에 따라 달라지는데, 이는 촉매 베드(208) 중의 개질 촉매의 상태와 직접적인 관련이 있다. 촉매 베드(208)를 통해 흐르는 연료에 존재 시 함황 화합물은 개질 촉매를 피독시켜, 연료 개질 속도를 감소시킨다. 개질 반응은 흡열반응이기 때문에, 개질 촉매에 의한 연료 개질 속도의 감소는 연료에 존재하는 함황 화합물의 양이 증가함에 따라 촉매 베드(208)의 온도를 상승시키고, 이는 촉매 베드(208)에 존재하는 개질 촉매의 황 피독을 시사한다.

작동 동안, 촉매 베드(208)의 온도가 증가하는 속도는 연료에 존재하는 황 파과의 양 또는 농도와 관련이 있다. 결과적으로, 연료 중의 함황 화합물의 양이 비교적 적고, 예컨대 30 ppb 미만 또는 100 ppb 미만이고 비교적 일정하면, 촉매 베드(208) 중의 온도는 1차 소정의 속도보다 느린 속도로 점차적으로 천천히 증가할 것이다. 예를 들어, 연료 중의 황 파과가 비교적 소량, 예컨대 <30ppb이면, 온도는 1일당 0.55℃ 미만, 일반적으로 1일당 0.2℃ 미만(1차 소정의 속도 미만)의 온도 상승을 초래할 것이다. 하지만, 많은, 예컨대 100ppb 초과 농도의 황 파과가 연료에 존재하고(또는) 황 파과 양이 계속 증가하면, 촉매 베드(208)의 온도는 1차 소정의 속도로 증가할 것이다. 이러한 예시적 예에서, 온도가 상승하는 1차 소정의 속도는 1일당 1.1℃보다 높고, 1.1℃/일의 속도는 연료 중의 황 파과 농도 200 ppb에 해당한다. 다른 양태에 따르면, 더 높은 감도가 필요한 경우, 1차 소정의 속도는 더 작은 값, 예컨대 1일당 0.55℃ 초과로 설정될 수 있으며, 이는 연료의 황 파과가 100ppb 초과인 소정의 농도에 해당한다. 도 2의 연료 전지 시스템 또는 도 1의 연료 활용 시스템에서 온도 증가 속도의 큰 증가, 즉 1차 소정의 속도는 일반적으로 탈황기가 연료를 더 이상 충분히 탈황시킬 수 없을 때, 예컨대 작동 탈황기 베드가 자체의 황 제거 역량에 도달했거나 접근하는 중일 때 일어난다. 촉매 베드(208)에서 온도 상승의 1차 소정의 속도는 1일당 1.1℃ 초과 또는 1일당 0.55℃ 초과로 제한되지 않으며, 1차 소정의 속도는 모니터되는 시스템이 견딜 수 있는 함황 화합물의 농도에 기초하여 변동될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 촉매 베드(208) 중의 온도 증가의 2차 소정의 속도는 조절기 어셈블리(501)에 의해 더욱 엄중한 작용을 유인하는데 사용될 수 있다. 앞서 기술한 예시적 양태에 따르면, 2차 소정의 속도는 1일당 4.4℃ 초과로, 이는 800ppb 초과의 소정의 황 파과 농도에 해당하는 것이며, 하지만 다른 양태에서는 변동될 수 있다.

연료 중의 황 파과 농도 및 연료 중의 황 파과 증가 속도를 정확하게 결정하기 위해, 황 파과 검출기(206b)를 통해 흐르는 연료의 공간 속도 및 공탑 속도는 조절되어야 한다. 황 파과 검출기(206b)의 감도는 황 파과 검출기의 최적의 기하형태를 제공하고 전술한 바와 같이 작동 온도를 조절하고, 더불어 개질 촉매 베드를 통한 연료의 공간 속도 및 공탑 속도를 조절함으로써 현저하게 향상된다. 특히, 황 파과 검출기(206b)는 개질 촉매 베드를 통과하는 연료의 공간 속도가 일정한 동역학적으로 제한된 범위 내여서 개질 촉매 베드를 따라 온도가 강하하고 개질 역량이 상실됨에 따라 개질 촉매의 임의의 비가동 또는 피독이 빠르게 나타나도록 작동된다. 이러한 양태에 따르면, 개질 촉매 베드를 통한 연료의 공간 속도는 30,000/hr 내지 120,000/hr 범위이고 최적 공간 속도는 약 90,000/hr이다. 또한, 황 파과 검출기(206b)의 작동은 개질 촉매 베드를 통한 연료의 공탑 속도가 수소 역확산을 허용할 정도로 충분히 낮아서 연료 공급원료 중의 수소 부족에도 불구하고 개질 촉매를 환원된 상태로 유지하도록 조절한다. 연료의 공탑 속도는 7 내지 60cm/sec 범위이고, 최적의 공탑 속도는 25cm/sec이다. 연료의 공간 속도 및 공탑 속도는 황 파과 검출기를 통한 연료의 유속 및 황 파과 검출기의 기하형태를 조절하여 제어한다. 이하에 기술되는 바와 같은 조절 어셈블리에 의한 모니터링은 유속이 정확한 범위 또는 예상 범위 내인지를 알리기 위해 사용한다.

이제 도 3a를 살펴보면, 하나 이상의 조절 섹션 및/또는 하나 이상의 조절기를 함유하는 조절기 어셈블리(501)는 열 센서 T1 내지 T5로부터의 온도 판독값을 수용하고 연료 중의 황 파과 농도가 소정의 농도보다 높은지의 여부 및/또는 고속으로 증가하는지의 여부를 결정한다. 조절기 어셈블리(501)는 또한 히터(206a)에 의해 제공된 가열을 조절하고 모니터링 어셈블리(206)를 통한 연료의 흐름이 안정하거나 일정하고 정확한 황 파과 결정을 제공할 정도로 충분히 높은지를 결정한다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 조절기 어셈블리(501)는 온도 센서 T3 및 T4로부터의 온도 판독값을 수용하고, 이 온도 판독값을 경시적으로 비교하여 촉매 베드(208)에서 온도가 증가하는 속도 및 이 온도 증가 속도가 1차 소정의 속도인지, 또한 이 속도가 2차 소정의 속도인지를 결정하는 1차 조절 섹션 TDY-1 또는 1차 조절기를 포함한다. 1차 조절 섹션 TDY-1이 촉매 베드(208) 중의 온도가 1차 소정의 속도 미만, 예컨대 1.1℃/일(24시간) 또는 그 미만인 속도로 증가한다고 결정하면, 연료 중의 황 파과 농도는 소정의 농도 이하이고 느린 일정 속도로 증가한다. 이는 이 시스템의 탈황기 어셈블리가 연료의 충분한 탈황과 함께 적당하게 작동하고 있으며 작동 탈황기가 그 흡수/흡착 역량에 도달하지 않았음을 시사한다. 하지만, 1차 조절 섹션 TDY-1이 촉매 베드(208) 중의 온도가 1차 소정의 속도 초과, 예컨대 1.1℃/일 초과의 속도로 증가한다고 결정하면, 연료 중의 황 파과 농도는 소정의 농도와 같거나 소정의 농도보다 커서 탈황기 어셈블리에 잠재적인 문제, 예컨대 작동 탈황기 베드(들)의 포화를 나타내는 것으로 결정한다. 1차 조절기 TDY-1이 촉매 베드(208)의 온도가 1차 소정의 속도로 또는 그 이상의 속도로 증가하는 것으로 결정하면, 1차 조절기 TDY-1은 하나 이상의 경보, 예컨대 하나 이상의 소정의 작용이 일어나게 하는 경보를 가동하도록 조절한다. 하나 이상의 경보는 비제한적으로 경보 또는 경보 상태의 가동, 프로세싱 어셈블리로 운송된 현재 흐르는 연료 흐름을 정지 또는 제한하기 위해 연료 전지 시스템의 프로세싱 어셈블리로 흐르는 연료의 흐름을 조절하는 경보의 가동, 시스템으로 흐르는 연료 흐름을 정지 또는 제한하기 위해 시스템으로 흐르는 연료의 공급을 조절하는 경보의 가동, 및 그 흡수/흡착 역량에 도달한 탈황기 베드를 재생 또는 교체하고(또는) 다른 탈황기 베드를 통해 탈황될 연료 흐름을 전향시키기 위해 탈황기 어셈블리를 조절하는 경보의 가동를 포함한다. 또한, 1차 조절기 TDY-1은 촉매 베드(208)의 온도가 1차 소정의 속도보다 높은 2차 소정의 속도로 증가하는지의 여부를 결정하고, 그렇다면 1차 조절기 TDY-1은 이전에 가동된 경보(들)보다 더 큰 단계 또는 더 큰 엄중도가 있는 하나 이상의 경보를 가동시킨다. 예를 들어, 1차 조절기 TDY-1이 촉매 베드(208) 중의 온도가 2차 소정의 속도로 증가한 것으로 결정하면, TDY-1은 그 다음 연료 전지 또는 연료 활용 장치로 흐르는 연료의 흐름을 억제하도록 또는 시스템으로 흐르는 연료의 흐름을 억제하도록 또는 대체 연료 급원을 선택하거나 백업 탈황 시스템을 사용하도록 현 연료 급원을 전향시키도록 시스템을 조절할 수 있다.

이제 1차 조절 섹션 TDY-1의 작동에 대해 더 상세하게 설명할 것이다. 모니터링 어셈블리 작동 개시 시에, 1차 조절 섹션 TDY-1은 온도 센서 T3과 T4로부터 온도 판독값을 수용하고 T4에서 T3을 빼서, 즉 T4-T3을 하여 수용된 온도 판독값 사이의 차이를 결정하고 초기 온도차 값 TDY_STEADY를 수립한다. 일부 양태에 따르면, 초기 온도 차이값 TDY_STEADY는 T3의 설정점 온도로의 모니터링 어셈블리의 가열 후 안정 유속을 달성한 후, n 시간의 소정의 시간 기간, 예컨대 3시간 동안 T4와 T3 사이의 온도 차이값을 평균을 내어 수립하고, 및/또는 초기 가열 후 더 정확한 판독값을 수득하기 위해 추가 시간 기간, 예컨대 24시간 동안 추가로 조정할 수 있다. 초기 온도 차이 값 TDY_STEADY가 수립된 후, 1차 조절 섹션 TDY-1은 온도 센서 T3과 T4의 온도 판독값을 계속해서 수용하고 비교하여 T4에서 T3을 빼서, 즉 T4-T3을 하여 온도 차이값 TDY_FLOAT를 계속해서 수득한다. TDY_FLOAT를 결정하기 위해 T3과 T4 사이의 온도 차이 값은 또한 소정의 시간 기간 n 시간, 예컨대 3 시간 동안에 걸쳐 평균을 내서 노이즈를 제거하고 더욱 정확한 값을 수득할 수 있다. 1차 조절 섹션 TDY-1은 그 다음 TDY_STEADY에서 TDY_FLOAT를 빼서, 즉 TDY_STEADY - TDY_FLOAT를 하여 이전에 수립된 초기 온도 차이 값 TDY_STEADY와 수득된 온도 차이 값 TDY_FLOAT를 비교한다. TDY_FLOAT와 TDY_STEADY 사이의 차이 값은 연속해서 결정하고 1차 조절 섹션 TDY-1로 모니터하여 촉매 베드(208)의 온도가 역치 양으로 증가하는지 및/또는 촉매 베드(208) 중의 온도가 1차 또는 2차 소정의 속도로 증가하는지를 결정한다. 다른 방식으로, 시간 대비 T4-T3 선의 기울기를 연속해서 계산하면 동일한 결과를 제공할 수 있다.

당해의 예시적 양태에 따르면, 1차 조절 섹션 TDY-1은 먼저 TDY_STEADY와 TDY_FLOAT 사이의 차이(TDY_STEADY - TDY_FLOAT)가 역치와 같거나 그 이상인지를 결정하고, 그렇다면, 그 다음 TDY-1은 촉매 베드(208)의 온도가 역치량까지 증가했음을 시사하는 경보 상태, 예컨대 Hi-경보 상태를 가동시킨다. Hi-경보 상태는 TDY-1이 TDY_STEADY와 TDY_FLOAT 간의 차이가 역치와 같거나 그 이상인 것을 계속해서 결정하는 한 1차 조절 섹션 TDY-1에 의해 계속해서 가동을 유지한다. Hi-경보 상태가 가동된 후 TDY_STEADY와 TDY_FLOAT 사이의 차이가 역치 값보다 작아지면, 그 다음 Hi-경보 상태는 비가동된다. 당해의 예시적 양태에 따르면, 역치값은 1.1℃이나, 모니터링 어셈블리의 바람직한 감도 및 모니터링 어셈블리가 사용되고 있는 시스템의 황 내성에 따라 변동될 수 있다. 1차 조절 섹션 TDY-1이 TDY_STEADY와 TDY_FLOAT 사이의 차이가 역치 값 미만인 것으로 결정하면, 1차 조절 섹션 TDY-1은 새로 수용한 TE-4와 TE-3 온도 값 사이의 온도 차이를 계속 모니터하고, 이를 경보 상태의 가동 없이 TDY_STEADY와 비교하고, 경보 상태가 이전에 가동되었다면 TDY-1은 경보 상태를 비가동시킨다.

현 양태에 따르면, 1차 조절 섹션 TDY-1이 TDY_STEADY와 TDY_FLOAT 사이의 차이가 역치 값과 같거나 그 이상인 것으로 결정하면, 1차 조절 섹션 TDY-1은 그 다음 TDY_FLOAT의 변화를 모니터하고 TDY_FLOAT가 1차 소정의 속도, 즉 2.2℃/일 초과로 감소하는지를 결정한다. TDY_FLOAT 강하 속도가 연료의 황 파과 농도에 비례하고, 따라서 TDY_FLOAT가 1차 소정의 속도로 감소한다는 결정은 연료의 황 파과 농도가 소정의 농도, 즉 200ppb보다 많다는 것을 시사한다. 1차 조절 섹션 TDY-1이 TDY_FLOAT 속도가 1차 소정의 속도인 것으로 결정하면, TDY-1은 모니터되는 시스템을 조절하여 단계식 상승된 경보를 Hi-Hi-경보로 가동시켜 하나 이상의 소정의 작용이 일어나게 한다. 이러한 소정의 작용으로는 연료 중의 높은 황 파과 농도를 시사하는 Hi-Hi 경보의 가동, 시스템으로 흐르는 연료 흐름을 정지시키거나 제한하도록 시스템으로 흐르는 연료 흐름의 조절, 프로세싱 어셈블리로 흐르는 연료 흐름을 정지시키거나 제한하기 위한 프로세싱 어셈블리로 흐르는 연료 흐름의 조절, 작동성 탈황기 베드의 교환 또는 재생을 요구하기 위한 탈황기 어셈블리의 조절, 및 연료가 다른 탈황기 베드로 운송되도록 탈황기 어셈블리를 통해 흐르는 연료 흐름의 조절 중 하나 이상을 포함한다. 각각 독립적으로 탈황되는 복수의 연료 중 하나 이상으로 작동하고 한 연료에서 다른 연료로 전환할 수 있거나 2종 이상의 연료를 연속 사용하기 위해 연료를 배합할 수 있는 다중 연료 시스템에 따르면, 소정의 작용은 한 연료의 흐름을 정지시키고 시스템에 다른 연료를 공급하기 위해 조절하여 한 연료에서 다른 연료로의 시스템의 작동을 전환시키거나, 또는 시스템으로 연료 중 하나의 공급을 억제하여 배합 연료 작동으로부터 단일 연료 작동으로 전환시키는 것을 포함할 수 있다.

특정 양태에 따르면, 1차 조절 섹션 TDY-1이 TDY_FLOAT 강하 속도가 1차 소정의 속도와 같다고 결정할 때, Hi-Hi-경보를 가동 후 TDY-1은 TDY_FLOAT 강하 속도가 1차 소정의 속도보다 높은 2차 소정의 속도와 같은지를 결정한다. TDY_FLOAT가 감소하는 속도가 2차 소정의 속도와 같다는 결정은 연료 중의 황 파과 농도가 매우 높고, 즉 800ppb이고, 고속으로 증가하며 시스템에서의 황 피독을 방지하기 위해 더욱 엄중한 작용이 필요하다는 것을 시사한다. 1차 조절 섹션 TDY-1이 TDY_FLOAT 강하 속도가 2차 소정의 속도와 같다고 결정하면, TDY-1은 Hi-Hi 경보보다 한 단계 상승된 Hi-Hi-Hi 경보를 가동시키고 시스템에 의해 하나 이상의 소정의 작용이 일어나게 한다. 이러한 소정의 작용은 Hi-Hi 경보의 가동 동안 이루어진 작용(들)보다 더 엄중하다. 예를 들어, Hi-Hi-Hi 경보에 대한 반응으로 이루어진 소정의 작용은 연료 전지 또는 연료 활용 장치로 흐르는 연료의 흐름의 억제 또는 시스템으로 흐르는 연료 흐름의 억제 및/또는 플랜트의 트리핑(tripping)을 포함한다.

1차 조절 섹션 TDY-1이 TDY_FLOAT 강하 속도가 1차 소정의 속도 미만이라고 결정하면, 1차 조절 섹션 TDY-1은 새로 수용한 T4와 T3 온도 값 사이의 온도 차이를 계속 모니터하여 TDY_FLOAT를 결정하고, 새로운 TDY_FLOAT 값을 TDY_STEADY와 비교하여 TDY_FLOAT 강하 속도를 모니터한다. 황 파과 검출기(106a)를 조절하고 연료 중의 황 파과 양을 모니터하기 위해 조절기 어셈블리(501)에 의해 수행되는 단계들은 도 4b를 참고로 하여 이하에 더 상세하게 설명된다.

전술한 방법에 따라, 1차 조절 섹션 TDY-1은 연료 중의 황 파과 농도가, 개질 촉매의 황 피독 속도와 관련이 있는 촉매 베드(208)의 온도 증가 속도를 기반으로 한 소정의 농도보다 높은지의 여부를 결정한다. 전술한 예시 양태에서 1차 조절 섹션 TDY-1은 촉매 베드(208)의 온도가 2.2℃ 정도 증가할 때 경보 상태를 가동시키고, 그 다음 촉매 베드(208) 중의 온도가 2.2℃/일(24시간) 초과의 1차 소정의 속도로 증가할 때, 그리고 촉매 베드(208)의 온도가 8.8℃/일의 2차 소정의 속도로 증가할 때 경보를 단계적으로 상승시키고(또는) 하나 이상의 소정의 작용을 취하도록 조절하지만, 이러한 경보와 작용 유인 값은 시스템의 정확성 조건 및 함황 화합물에 대한 시스템의 감도에 따라 변동될 수 있다고 이해되고 있다. 따라서, 예컨대 시스템이 함황 화합물의 존재에 대한 감도가 낮을 때, TDY-1에 의해 수행되는 하나 이상의 소정의 작용을 유인하는 촉매 베드(208)에서의 온도 증가의 1차 소정의 속도 및 대응하는 TDY_FLOAT의 강하는 2.2℃/일 초과 온도일 수 있다. 또한, T3과 T4 사이의 온도 차이의 모니터링 동안 이루어진 결정을 기반으로 한 1차 조절 섹션 TDY-1에 의해 조절된 작용 및/또는 가동된 경보는 변동될 수 있다. 하지만, 1차 조절 섹션 TDY-1은 촉매 베드의 온도 증가의 결정된 속도 또는 TDY_FLOAT 강하의 결정된 속도, 및 대응하는 개질 촉매 분해를 기반으로 한 단계적 순서로 이루어지는 일련의 경보를 가동시키고(또는) 일련의 작용을 취할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 예컨대, 1차 조절 섹션 TDY-1은 온도가 역치량 정도 증가할 때 Hi-경보만을 가동시켜, 이러한 증가를 작동자에게 경고할 수 있고, 온도가 1차 소정의 속도로 증가하면 경보 상태를 Hi-Hi-경보로 증가시켜 하나 이상의 소정의 작용을 수행하도록 시스템을 조절할 수 있다. 조절기는 또한 온도가 2차 소정의 속도, 예컨대 8.8℃/일로 증가하면 플랜트의 트리핑과 같은 더욱 엄중한 작용을 수행하도록 시스템을 조절할 수 있다.

앞에서 언급한 바와 같이, 조절기 어셈블리(501)는 또한 연료 가스가 T1 및 T2에서 측정된 바와 같이 히터(206a)의 과열 없이 소정의 온도 T3으로 가열되도록 히터(206a)의 가열을 조절한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 조절기 어셈블리(501)는 히터 온도 조절기 TC-1 및 반응기 입구 온도 조절기 TC-2를 포함하고, 이들은 각각 히터(206a) 및 개질 촉매(208)의 온도를 기반으로 하여 히터를 조절한다. 온도 조절기 TC-1 및 TC-2는 히터(206a) 및 개질 촉매(208)의 온도를 검출하는 온도 센서 T1/T2 및 T3에서의 온도 판독값을 사용한다. 특히, 히터 온도 조절기 TC-1은 히터의 최대 연속 작동 온도에 대응하는 설정점 온도(SP)가 있고, 온도 센서 T1 또는 T2 중 하나로부터의 온도 측정값(프로세스 변수, 또는 PV)을 수용한다. 이러한 예시적 양태에 따르면, 히터 온도 조절기 TC-1의 설정점 온도는 650℃이지만, 사용된 히터의 종류 및 연료로 제공되는 가열의 바람직한 양에 따라 변동될 수 있다. 반응기 입구 온도 조절기 TC-2는 또한 반응기 입구의 바람직한 온도에 대응하는 설정점 온도(SP)가 있고, 온도 센서 T3으로부터의 온도 측정값(PV)을 수용한다. 당해의 예시적 양태에 따르면, 개질 촉매 조절기 TC-2의 설정점 온도는 500℃이나, 연료에 존재하는 함황 화합물의 종류 및 검출되는 함황 화합물의 종류뿐만 아니라 황 파과 검출기의 바람직한 더 낮은 검출 한계에 따라 변동될 수 있다. 연료에 존재하는 함황 화합물 전부 또는 대부분에 의해 피독 반응이 일어나도록 보장하기 위해 개질 촉매의 설정점 온도는 450℃ 내지 600℃ 범위이어야 하고, 475℃ 내지 550℃의 온도 범위가 최적이다. 더 높은 온도는 황 파과의 검출 수준을 낮추기 위해 사용된다. 예컨대, 450℃에서의 작동은 황 파과를 최저 100ppb까지 검출할 수 있는 반면, 500℃에서의 작동은 최저 30ppb까지 검출할 수 있다.

또한, 도 3a에 도시된 바와 같이, 히터 온도 조절기 TC-1의 조절 가변 아웃풋(CV) 및 반응기 입구 온도 조절기 TC-2의 조절 가변 아웃풋(CV)은 하위 값(low) 선택기(209)로 제공된다. 하위 값 선택기는 이 두 조절기 TC-1 또는 TC-2 중 낮은 아웃풋을 선택하여, 선택된 낮은 설정에 기초하여 히터(206a)의 가열이 조절되도록 한다. 이러한 방식으로, 히터(206a)의 과열을 피할 수 있고, 특히 모니터링 어셈블리를 통한 연료 흐름이 적고 반응기 입구의 온도가 반응기 입구 온도 조절기(206a)의 설정점을 달성할 수 없는 경우 과열을 피할 수 있다. 히터 온도 조절기 TC-1, 반응기 입구 온도 조절기 TC-2 및 하위 값 선택기(209)는 도 4a를 참고로 하여 이하에 더 상세하게 설명되는 바와 같이 히터(206)에 동력이 제공될 때마다 히터(206a)를 조절하는데 사용된다.

마지막으로, 조절기 어셈블리(501)는 또한 황 파과 모니터링 어셈블리를 통한 연료 유속이 안정하고 황 파과의 정확하고 정밀한 모니터링을 유지할 정도로 충분히 높은지를 결정한다. 앞에서 논한 바와 같이, 황 파과 어셈블리를 통한 연료 유속의 모니터링은 연료 유속이 황 파과 어셈블리를 통한 연료의 공간 속도 및 공탑 속도가 소정 범위 이내일 정도인지를 결정하는데 사용된다. 즉, 연료 유속은 공간 속도가 30,000/hr 내지 120,000/hr 범위 내이고 공탑 속도가 7 내지 60cm/sec 범위 내이도록 조절한다. 도 3a에 도시된 바와 같이 조절기 어셈블리(501)는 온도 센서 T4와 T5 유래의 온도 측정값을 수용하고 이 온도 측정값을 기반으로 하여 유속이 높고 안정한지를 결정하는 2차 조절 섹션 TDY-2를 포함한다. 특히, 2차 조절 섹션 TDY-2는 T4 온도 측정값으로부터 T5 온도 측정값을 감하여, 즉 T4-T5를 하여 T4와 T5의 온도 판독값을 비교하여 온도차 값 dT를 수득한다. 2차 조절 섹션 TDY-2는 그 다음 상기 온도 측정값 간의 차이 dT가 소정의 차이보다 작은지, 그리고 차이 dT가 소정량보다 많이 변동하는지를 결정한다. 현 양태에 따르면, 2차 조절 섹션 TDY-2는 dT(T4-T5)가 80℃보다 작은지의 여부 및 dT의 변동이 4℃/hr보다 큰지의 여부를 결정한다. TDY-2가 dT가 80℃보다 작고 dT의 변동이 4℃/hr보다 작다고 결정하면, TDY-2는 모니터링 어셈블리를 통한 연료 유속이 안정하고 충분히 높다고 결정한다. dT가 80℃보다 크다고 결정되면 TDY-2는 유속이 모니터링 어셈블리에 의해 정확하고 정밀한 모니터링을 하기에 충분히 높지 않은 것으로 결정한다. 이러한 결정에 대응하여, TDY-2는 하나 이상의 경보, 예컨대 연료의 유속이 증가되어야 함을 시사하는 경보 및/또는 모니터링 어셈블리를 통해 연료 유속을 증가시키도록 시스템을 조절하는 경보를 가동시킨다. dT의 변동이 4℃보다 큰 것으로 결정되면, TDY-2는 유속이 충분히 안정하지 않고 하나 이상의 경보를 가동시키는 것으로 결정한다. 이러한 경보는 유속이 안정하지 않음을 시사하는 경보 및/또는 유속이 안정화될 때까지 연료의 황 파과의 모니터링을 중단시키도록 모니터링 어셈블리를 조절하는 경보를 포함한다. TDY-2에 의해 사용된 dT 경보 값이 장치의 디자인, 특히 T5의 위치 및 T5 주위의 단열에 의존적임을 명심한다. 따라서, 80℃의 값은 예시적이며, 그보다 높거나 낮은 다른 값이 황 파과 모니터링 어셈블리의 디자인에 따라 더욱 적당할 수도 있다.

T4와 T5 사이의 온도 차이는 1차 조절 섹션 TDY-1에 의한 T3과 T4 사이의 온도 차이의 모니터링과 동시에 TDY-2에 의해 모니터된다. 황 파과 검출기를 통한 유속이 안정하고 충분히 높은지를 결정하는 것 외에, TDY-2에 의한 모니터링은 TDY-1에 의한 황 피독의 결정을 확인하기 위해 사용될 수도 있다. 이는 황 파과 검출기를 통한 연료의 유속의 급증이 개질 속도를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 개질 촉매 베드를 따라 온도 강하를 초래할 수 있기 때문이며, 이 온도 강하는 TDY-1에 의해 황 피독으로 해석될 수 있다. 개질 촉매 베드를 따라 온도 강하가 연료 유속의 증가로 유발될 때, T4와 T5 사이의 온도 차이는 감소한다. 하지만, 개질 촉매 베드를 따라 온도 강하가 황 피독에 의해 유발될 때, T4와 T5 사이의 온도 차이는 거의 일정하거나, 또는 약하게 증가할 수 있다. 결과적으로, TDY-1이 TDY_FLOAT(T3과 T4 사이의 차이)가 1차 또는 2차 소정의 속도로 강하한다고 결정할 때, 2차 조절 섹션 TDY-2도 T4와 T5 사이의 차이를 안정하거나 약간 증가된 것으로 검출할 것인데, 그 이유는 T4에서 고온에 의해 유발된 황 파과 검출기의 출구 섹션에서 연료로부터 더 큰 열손실이 있기 때문이다. 특정 양태에 따르면, T4와 T5간 차이가 3차 소정의 속도로 증가한다는 TDY-2에 의한 결정은 개질 촉매의 황 피독이 일어났음을 확인하는데 사용될 수 있다. 이러한 양태들에 따르면, 1차 조절 섹션 TDY-1이 TDY_FLOAT가 1차 또는 2차 소정의 속도로 감소한다고 결정하면, 조절 어셈블리는 T4와 T5간 차이가 하나 이상의 소정의 작용을 수행하기 전에 안정 상태이거나 약간 증가한다는 것을 확인할 수 있다.

일부 양태에 따르면, 작동 동안 연료 유속의 안정성은, 다른 변수 또는 측정값에 기초하여, 예컨대 반응기 입구 T3에서의 온도를 기반으로 하여 결정할 수 있다. 구체적으로, 모니터링 어셈블리를 통한 연료 유속은, 반응기 입구의 온도가 온도 설정점(SP)에서 또는 그 부근에서 안정할 때, 예컨대 T3에 의해 측정된 온도가 SP=500℃±3℃일 때, 안정하고 충분히 높은 것으로 결정된다. 도 1의 양태에 따르면, 연료 유속은 연료 흐름 조절기(15)에 의해 조절된다. 이에 반해, 도 2의 양태에서는 연료 유속이 병렬식 연료 프로세싱 시스템(110)에서의 압력 강하에 의해 구동되는 바, 병렬식 연료 프로세싱 시스템을 통한 가습된 연료의 유속에 따라 달라질 것이고, 이는 주로 연료 전지 동력 플랜트 아웃풋에 의존적이다. 특히, 도 2의 양태에 따르면, 바람직하고 안정한 유속이 존재하는지를 확인하기 위해 T3과 TDY-2를 사용하는 것이 유용하다.

도 1의 연료 활용 시스템, 또는 도 2의 연료 전지 시스템에 사용될 수 있는 황 파과 모니터링 어셈블리(306)의 제2 양태는 도 3b에 제시했다. 도 3b의 황 파과 모니터링 어셈블리(306)는 산소를 포함하는 연료, 예컨대 종종 최고 1% 산소를 함유하는 무산소 분해기 가스(ADG) 또는 매립지 가스에서 황 파과를 모니터링하는데 적합하다. 도 3b의 황 파과 검출기는 최고 5% 산소를 가진 연료를 허용할 수 있다. 도 3a에 도시된 모니터링 어셈블리(206)의 제1 양태에서와 같이, 도 3b의 모니터링 어셈블리(306)는 연료와 물(도 1), 또는 가습 연료(도 2)를 수용하고 이 연료를 소정의 온도로 가열하는 히터(306a)를 포함한다. 앞에서 논한 바와 같이, 모니터링 어셈블리(306)가 도 1의 시스템에 사용되면, 연료 흐름은 연료 흐름 조절기(15)에서 독립적으로 조절되는 한편, 물은 물 흐름 조절기(8)에서 독립적으로 조절되고, 그 다음 연료와 물은 히터(6a)로 이송되는 반면, 도 2의 시스템에 사용된 모니터링 어셈블리(306)는 가습기(108)로부터 가습된 연료를 수용하고 가습된 연료는 히터(106a)에서 가열된다. 현 양태에 따르면, 히터는 연료에 존재할 수 있는 임의의 산소의 탈산화 시 반응기 입구에서 소정의 온도가 450℃ 내지 600℃ 사이, 바람직하게는 475℃ 내지 550℃ 사이이도록 연료를 가열한다. 따라서, 현 양태에 따르면, 소정의 온도에 대한 조절점은 온도 구성부재 T4에 의해 탈산화제 촉매의 출구 쪽에서 측정되고, 그 점에서 연료 중의 임의의 산소는 연료와 반응하여 연료를 가열할 것이다. 예를 들어, 연료 중의 각 0.1% 산소로부터의 온도 상승은 연료 중의 이산화탄소 수준 및 증기 대 탄소 비에 따라 3℃ 또는 4℃일 수 있다. 제1 양태에서와 같이, 이 양태의 소정의 온도는 모니터되는 함황 화합물의 종류 및 시스템 요구조건뿐 아니라 원하는 검출 수준에 기초하여 변동될 수 있다. 이 양태에서 히터(306a)의 구성은 도 3a의 히터(206a)와 유사하여 이의 상세한 설명은 생략한다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 모니터링 어셈블리는 추가로 히터(306a)로부터 가열된 연료를 수용하고 추가로 탈산화제 촉매(309)에서 탈산화를 통해 연료를 가열하는 황 파과 검출기(SBD)(306b)를 포함한다. SBD(306b)는 하우징(307), 탈산화 촉매 베드(309) 및 개질 촉매 베드(308)를 포함하고 두 베드는 하우징(307) 내에 배치된다. 탈산화 베드(309) 및 개질 베드(308)는 연속으로 배치되어 있어, 가열된 연료는 먼저 연료 중의 산소 함량이 제거되는 탈산화 베드(309)를 통해 통과하고, 그 다음 연료 중의 수소 함량을 증가시키기 위해 연료가 개질되는 개질 베드(308)를 통해 통과한다. 하우징(307) 및 촉매 베드(309, 308)의 크기는 모니터링 어셈블리를 통해 운송되는 흐름의 양 및 모니터링 어셈블리(306)의 바람직한 감도에 따라 달라질 수 있다.

앞에서 논한 바와 같이, 모니터링 어셈블리가 도 2의 연료 전지 시스템에 사용될 때, 전체 가습된 연료의 약 0.2%는 연결선(107)으로부터 황 파과 모니터링 어셈블리로 약 6 slpm의 유속으로 운송되고, 특정 양태에 따르면 가습된 연료는 모니터링 어셈블리로 0.5 내지 3slpm의 유속으로 운송된다. 또한, 모니터링 어셈블리가 도 1의 연료 활용 시스템에 사용될 때, 연료는 0.5 내지 2slpm의 유속으로 모니터링 어셈블리로 운송되고, 히터(306a)에서 가열되기 전에 물 흐름 조절기(8)로부터 물을 첨가하여 가습용 물과 배합된다. 이러한 예시적 양태에 따르면, 황 파과 모니터링 어셈블리(306)의 하우징은 금속 재질로 제조되고 직경이 1인치(2.54cm)이고 높이가 3인치(7.62cm)인 실질적인 원통형 하우징이다. 또한, 이러한 양태에서, 하우징은 그 안에 깊이가 약 25mm이고 탈산화 촉매 7.5g을 포함하는 탈산화 촉매 베드(309) 및 깊이가 약 9mm이고 니켈계 개질 촉매 5g을 함유하는 개질 촉매 베드(308)를 소유한다. 탈산화 촉매는, 개질 촉매 베드로부터 탈산화 베드를 분리하고 하우징 내에 배치된 체에 담지된 펠릿 또는 이의 유사물 형태일 수 있다. 도 3a의 제1 양태와 관련하여 전술한 성질을 가진 개질 촉매는 도 3b의 제2 양태의 개질 촉매 베드(308)에도 사용되는 바, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 황 파과 검출기(306b)의 온도는 열전대 형태일 수 있는 복수의 온도 센서 T3, T4, T5 및 T6에 의해 감지되고 모니터된다. 제3 온도 센서, 또는 열전대 T3은 탈산화 촉매 베드(309)로 유입되기 전에 하우징(307)의 입구 부분(307a)을 통해 흐르는 가열된 연료의 온도를 감지한다. 제4 온도 센서 또는 열전대 T4는 탈산화 촉매 베드(309)의 온도를 감지하고, 제5 온도 센서 또는 열전대 T5는 개질 촉매 베드(308)의 온도를 감지하고, 제6 온도 센서 또는 열전대 T6은 연료가 개질 촉매 베드(308)를 통과한 후 하우징(307)의 출구 부분(307b)을 통해 흐르는 연료의 온도를 감지한다. 온도 센서 T3, T4, T5 및 T6에 의해 감지된 온도는 연료 중의 황 파과 농도를 모니터하고 연료 중의 황 파과 양이 고속으로 증가하는지의 여부를 결정하는데 사용된다. 역시 기술된 바와 같이, 온도 센서 T1 내지 T6에 의해 감지된 온도는 히터의 가열을 조절하고 황 파과 모니터링 어셈블리를 통한 연료 유속이 황 파과의 정확하고 정밀한 모니터링을 유지하기에 충분한지를 측정하는데 사용될 수도 있다. 연료 유속 모니터링은 황 파과 어셈블리(306b)를 통한 연료 흐름을 조절하는데 사용되어, 개질 촉매베드(308)를 통한 연료의 공간 속도는 30,000/hr 내지 120,000/hr 사이가 되고, 개질 촉매를 통한 연료의 공탑 속도는 7cm/sec 내지 60cm/sec 사이가 되도록 한다.

황 파과 모니터링 어셈블리(306)의 작동 동안 탈황 및 가습된 연료 일부는 히터(306a)에 의해 일정한 소정의 온도로 가열되고 그 후 황 파과 검출기(306b)를 통해 유도된다. 황 파과 검출기(306b)에서 가열된 연료는 탈산화 촉매 베드(309)를 통해 운송되고, 이 베드에서 연료 중의 산소 함량은 탈산화 촉매에 의해 제거되고 그 후 탈산화된 연료는 개질 촉매 베드(308) 중의 개질 촉매에 의해 부분 개질된 다음 황 파과 검출기(306b)의 하우징(307)으로부터 산출된다. 앞에서 논한 바와 같이, 개질 촉매 베드(308)의 온도는 연료가 개질되는 개질 공정의 속도에 의존적이고, 이 속도는 개질 촉매 베드(308) 중의 개질 촉매의 상태와 직접적인 관련이 있다. 따라서, 연료 중의 황 파과 농도 및 연료 중의 황 파과의 증가 속도는 개질 촉매 베드(308)의 온도 증가를 검출하고 모니터하여 모니터한다.

도 3a의 제1 양태와 유사하게, 도 3b의 모니터링 어셈블리(306)는 열 센서 T1 내지 T6으로부터의 온도 판독값을 수용하여 연료 중의 황 파과 농도가 소정의 농도보다 높은지의 여부를 결정하는 하나 이상의 조절 섹션 및/또는 하나 이상의 조절기를 포함하는 조절기 어셈블리(501)를 보유한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 조절기 어셈블리(501)는 1차 조절 섹션 TDY-1 또는 1차 조절기를 포함하는데, 이는 온도 센서 T4와 T5로부터의 온도 판독값을 수용하고 이 온도 판독값을 경시적으로 비교하여, 개질 촉매 베드(308)에서 온도가 증가하는 속도, 개질 촉매 베드(308)에서 온도 증가 속도가 1차 소정의 속도와 같은지의 여부 및 그 속도가 2차 소정의 속도와 같은지의 여부를 결정한다. 앞에서 논한 바와 같이, 당해의 예시적 양태에 따르면, 1차 소정의 속도는 1.1℃/일(24시간) 초과이고 2차 소정의 속도는 4.4℃/일 초과이며, 이는 각각 황 파과 농도 200ppb 초과 및 800ppb 초과에 해당한다. 황 파과에 대한 더 큰 감도가 필요한 경우, 1차 소정의 속도는 0.55℃/일 초과로서, 이는 황 파과 농도 100ppb 초과에 해당한다. 1차 조절 섹션 TDY-1이 개질 촉매 베드(308)의 온도를 1차 소정의 속도보다 작은 속도, 예컨대 1.1℃/일(24시간) 이하로 증가한다고 결정하면, 연료 중의 황 파과의 양은 소정의 농도보다 적다. 이 결정은 시스템의 탈황기 어셈블리 또는 탈황 시스템이 연료의 충분한 탈황과 함께 적당히 작동하고 작동 탈황기가 흡수제/흡착제 역량에 도달하지 않았음을 시사한다. 이에 반해, 1차 조절 섹션 TDY-1이 개질 촉매 베드(308)의 온도가 1차 소정의 속도, 즉 1.1℃/일 초과 속도로 증가한다고 결정하면, 연료 중의 황 파과 농도는 소정의 농도와 같거나 더 높은 것으로 결정된다. 이러한 결정은 탈황기 어셈블리 또는 탈황 시스템에 잠재적인 문제, 예컨대 작동 탈황기 베드(들)의 포화를 시사한다.

제1 양태와 관련하여 앞에서 논한 바와 같이, 1차 조절기 TDY-1이 개질 촉매 베드(308)의 온도가 1차 소정의 속도로 증가한다고 결정하면, 1차 조절기 TDY-1은 하나 이상의 경보, 예컨대 하나 이상의 소정의 작용이 일어나도록 하는 경보를 가동시키도록 조절한다. 이러한 하나 이상의 경보는 HI 경보 또는 경보 상태의 가동, 프로세싱 어셈블리로 운송된 연료 흐름을 정지시키거나 제한하기 위해 연료 전지 시스템의 프로세싱 어셈블리로 흐르는 연료의 흐름을 조절하는 경보의 가동, 시스템으로 흐르는 연료 흐름을 정지시키거나 또는 제한하기 위해 시스템으로 연료의 공급을 조절하는 경보의 가동, 및 그 흡수/흡착 역량에 도달한 탈황기 베드를 재생 또는 교체하고(또는) 다른 탈황기 베드를 통해 탈황될 연료 흐름을 전향시키기 위해 탈황기 어셈블리를 조절하는 경보의 가동를 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 또한, 1차 조절 섹션 TDY-1이 개질 촉매 베드(308)의 온도가 1차 소정의 속도보다 높은 2차 소정의 속도로 증가하는지의 여부를 결정하면 TDY-1은 엄중성이 증가된 하나 이상의 소정의 작용이 일어나도록 하는 Hi-Hi 경보와 같은 하나 이상의 단계식 상승된 경보를 가동시킨다. 앞서 논한 바와 같이, 이러한 소정의 작용은 연료 전지 또는 연료 활용 장치로 흐르는 연료의 흐름을 억제하고, 시스템으로 흐르는 연료의 흐름을 억제하며(또는) 시스템을 트리핑하는 것을 포함할 수 있다.

이 양태에서, 1차 조절 섹션 TDY-1의 작동은 전술한 제1 양태의 1차 조절 섹션 TDY-1의 작동과 유사하나, 이 TDY-1은 온도 센서 T4 및 T5로부터의 온도 판독값을 기초로 하여 결정한다. 구체적으로, 초기 온도차 값 TDY_STEADY는 T4와 T5로부터 수신된 온도 판독값 사이의 차이를, T4에서 T5를 감하여, 즉 T4-T5로 하여 결정하여 이 양태에서의 1차 조절 섹션 TDY_1에 의해 수립된다. 제1 양태에서와 같이, TDY_STEADY 값은 T4와 T5 사이의 온도차 값을 소정의 시간 기간 n 시간, 예컨대 3시간 동안 평균을 내어 수립할 수 있고, 추가로 다른 시간 기간, 예컨대 24시간 동안 조정할 수 있다. TDY_STEADY가 수립된 후, 1차 조절 섹션 TDY-1은 온도 센서 T4와 T5로부터 수신된 온도 판독값을 비교하고 T4에서 T5를 감하여, 즉 T4-T5로 하여 온도차 값 TDY_FLOAT를 지속적으로 수득한다. 제1 양태에서와 같이, TDY_FLOAT를 결정하기 위한 T4와 T5 사이의 온도차 값은 n 시간, 예컨대 3시간 동안 평균을 낼 수 있다. TDY_STEADY와 지속적으로 결정된 TDY_FLOAT 값은 그 다음 비교하고, TDY_FLOAT 값은 전술한 바와 같이 모니터하여, 개질 촉매 베드(308)의 온도가 역치량, 예컨대 2.2℃로 증가했는지의 여부 및/또는 개질 촉매 베드(308) 중의 온도가 1차 소정의 속도 및 2차 소정의 속도로 증가하는지의 여부를 결정한다. 이 양태에서 1차 조절 섹션 TDY-1의 작동은 TDY_FLOAT 및 TDY_STEADY를 결정하기 위한 1차 조절 섹션 TDY-1에 의해 사용된 온도 센서 판독값, 즉 T4 및 T5만이 다르고, 전술한 제1 양태의 1차 조절 섹션 TDY-1의 작동에 대한 다른 관점은 동일하기 때문에, 이의 추가 상세한 설명은 생략할 것이다. 또한, 황 파과 검출기(306a)를 조절하고 연료 중의 황 파과 농도를 모니터하는 조절기 어셈블리(501)의 작동은 도 4b를 참조로 하여 이하에 더 상세하게 설명될 것이다.

도 3a의 제1 양태에서와 같이, 경보 및 작용 유인 값은 역치 온도 증가량으로서 2.2℃로, 1차 소정의 속도로서 2.2℃/일 초과로, 2차 소정의 속도로서 8.8℃/일 초과로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이 값들은 시스템의 요건, 예컨대 시스템의 정확성 요건 및 함황 화합물에 대한 시스템의 감도에 따라 달라질 수 있다. 또한, T4와 T5 사이의 온도차를 모니터하는 동안 이루어지는 결정을 기초로 한 1차 조절 섹션 TDY-1에 의해 조절된 작용 및/또는 가동된 경보는 변동될 수 있다.

연료 중의 황 파과가 증가하는 속도를 모니터하는 것 외에, 조절기 어셈블리(501)는 또한 히터(306a)에 의해 제공된 가열을 조절하고 모니터링 어셈블리(306)를 통한 연료의 유속이 안정하거나 일정한지의 여부 및 정확한 황 파과 결정을 제공할 정도로 충분히 높은지의 여부를 결정한다. 도 3b의 조절기 어셈블리(501)는 히터 온도 조절기 TC-1 및 탈산화 촉매 온도 조절기 TC-2를 포함하고, 이들은 각각 히터(306a)의 온도 및 탈산화 촉매 베드(309)의 온도에 기초하여 히터를 조절한다. 온도 조절기 TC-1 및 TC-2는 히터(306a) 및 탈산화 촉매(309)에서 온도를 검출하는 온도 센서 T1/T2 및 T4로부터의 온도 판독값을 사용한다.

본 양태의 히터 온도 조절기 TC-1 및 탈산화 촉매 온도 조절기 TC-2의 작동은 제1 양태의 히터 온도 조절기 TC-1 및 개질 촉매 온도 조절기 TC-2의 작동과 유사하다. 이 제1 양태에서와 같이, 각 온도 조절기 TC-1 및 TC-2는 히터 및 탈산화 촉매 베드(309)에서의 바람직한 온도들에 각각 대응하는 설정점 온도(SP)가 있다. TC-1의 예시적인 설정점 온도는 650℃인 반면, TC-2에 대한 예시적인 설정점 온도는 500℃이다. 하지만, 이러한 설정점 온도는 히터에 의해 연료로 제공될 바람직한 가열 양에 기초하고, 모니터되는 함황 화합물의 종류뿐만 아니라 황 파과의 바람직한 검출 수준에 기초하여 변동될 수 있다. 피독 반응이 연료 중의 함황 화합물 전부 또는 대부분에 의해 일어나도록 하기 위해, TC-2의 설정점 온도는 450℃ 내지 600℃ 범위, 바람직하게는 475℃ 내지 550℃ 범위여야 한다. 앞서 논한 바와 같이, 온도 조절기 TC-1 및 TC-2의 조절 가변 아웃풋(CV)은 히터의 과열을 방지하기 위해 상기 온도 조절기의 하위 값 아웃풋을 선택하는 하위 값 선택기(310)에 제공된다. 히터(306a)의 가열은 선택된 하위 값 설정에 기초하여 조절한다. 앞서 언급한 바와 같이, 시스템의 개시 작동 동안 히터(306a)의 조절은 도 4a를 참고로 하여 이하에 설명된다.

마지막으로, 조절기 어셈블리(501)는 또한 황 파과 모니터링 어셈블리를 통한 연료 유속이 안정하고 황 파과의 정확하고 정밀한 모니터링을 유지할 정도로 충분히 높은지의 여부를 결정한다. 이 결정은 온도 센서 T5와 T6으로부터의 온도 측정값을 수신하고 이 온도 측정값에 기초하여 유속이 높고 안정한지의 여부를 결정하는 2차 조절 섹션 TDY-2에 의해 수행된다. TDY-2에 의한 결정은 또한 전술한 바와 같이 TDY-1에 의한 황 피독의 결정을 확인하기 위해 사용될 수 있다. 이 양태에서 2차 조절 섹션 TDY-2의 작동은 제1 양태의 TDY-2의 작동과 유사하여, 이의 상세한 설명은 생략한다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 조절 어셈블리(501)는 또한 온도 센서 T3과 T4로부터의 온도 판독값을 수신하고 T3과 T4 판독값 사이의 차이를 결정하는 3차 조절 섹션 TDY-3을 포함한다. T3과 T4 판독값 사이의 차이를 기초로 하여, 3차 조절 섹션 TDY-3은 연료 중의 산소 수준을 결정할 수 있다. 도 3a에서 T3과 T4는 황 파과를 결정하는데 사용된다. 도 3b에서, T3과 T4는 연료의 산소 함량을 결정하는데 사용되고 T4와 T5는 황 파과를 결정하는데 사용된다.

일부 양태에 따르면, 작동 동안 연료 유속의 안정성은 연료 전지 동력 플랜트 부하에 기초한 개질 촉매 베드의 온도를 기초로 하는 것을 비롯한 다른 변수 또는 측정값에 기초하고, 유량계의 사용과 같은 독립적인 연료 흐름 측정에 의해 결정될 수 있으며, 이 모든 것은 앞에 설명되어 있다.

조절기 어셈블리(501)의 작동은 시스템의 개시 및 작동 동안 모니터링 어셈블리의 히터(206a, 306a)를 조절하는 동선도를 보여주는 도 4a 및 황 파과 검출기(206b, 306b)에서 감지된 온도에 기초한 연료의 황 파과를 모니터하는 동선도를 보여주는 도 4b에 도시되어 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 모니터링 어셈블리(6, 106, 206a, 306a)를 사용하는 시스템의 작동이 개시될 때, 모니터링 어셈블리의 조절기 어셈블리(501)는 연료가 제1 단계(S1)에서 시스템으로 흐르는지의 여부를 결정한다. 이 결정은 시스템으로부터의 하나 이상의 신호를 기초로 하거나 유량계를 사용하여 수행할 수 있다. 조절기 어셈블리(501)가 단계 (S1)에서 연료가 흐르지 않는 것으로 결정하면, 그 다음 작동은 단계 S2로 진행하고 여기서 히터로의 동력이 OFF로 바뀌고 온도 조절기 TC-1 및 TC-2의 아웃풋이 0%로 설정된다. 단계 S2 후에, 조절기 어셈블리(501) 작동은 연료 흐름을 모니터하기 위해 제1 단계 S1로 돌아간다. 단계 S1에서 연료가 흐르는 것으로 결정되면, 그 다음 조절기 어셈블리의 작동은 단계 S3으로 진행하고, 여기서 동력은 온도 조절기 TC-1 및 TC-2에 의해 조절되는 바와 같이 히터로 제공될 수 있다. 이러한 예시적 양태에 따르면, 조절기 TC-1 및 TC-2는 히터 6a, 106a, 206a, 306a로 120V의 동력을 제공한다. 그 다음, 조절기 어셈블리의 작동은 단계 S4 및 S5로 진행하여 히터로 제공할 동력%를 결정한다. 단계 S4에서, 히터 온도 조절기 TC-1 설정점은 히터의 허용가능한 최대 바람직한 온도에 대응하는 1차 소정의 온도로 설정된다. 이 양태에서, 히터의 설정점은 TC-1에 의해 650℃로 설정되지만, 가열 요건에 따라 다른 양태에서는 변동될 수 있다. TC-1 설정점이 단계 S4에서 설정되는 즉시, 단계 S6에서 조절기 TC-1은 히터로 아웃풋%를 생산한다. 예를 들어, 히터 온도가 설정점 이하이면, TC-1 아웃풋은 증가할 것이고, 히터 온도가 설정점 이상이면 TC-1 아웃풋은 감소할 것이다.

단계 S4 및 S6에서의 작용과 나란히, 단계 S5 및 S7이 일어난다. 단계 S5에서 온도 조절기 TC-2의 설정점은, 이 설정점이 도 3a의 양태에서 T3에서 측정된 개질 촉매 베드 위의 입구 영역의 바람직한 온도에 대응하거나, 또는 도 3b의 양태에서 T4로 측정된 탈산화 촉매 베드의 바람직한 온도에 대응하는 2차 소정의 온도에 도달할 때까지 상승한다. 특히, TC-2 조절기의 설정점(SP)은 먼저 최소값 110℃로 시작하는 공정 변수(PV)와 동일하게 설정된다. 이 공정 변수(PV)는 도 3a의 양태에서 개질 촉매 베드 및 도 3b의 양태에서 탈산화 촉매 베드 위의 입구 영역에서 실제 측정된 온도이다. TC-2 조절기의 SP는 그 다음 SP가 500℃에 도달할 때까지 분당 1℃의 속도로 상승한다. SP의 상승 동안 임의의 점에서 SP와 PV 사이의 차이가 33℃가 넘으면, 즉 SP-PV > 33℃이면, SP는 그 다음 SP와 PV가 같도록, 즉 SP=PV이도록 재설정한다. SP의 이러한 상승과 PV가 SP보다 33℃ 이상 뒤떨어진 경우 SP의 재설정은 황 파과 검출기에서 촉매의 점차적인 가열을 제공한다. SP의 재설정을 야기하는 온도 차이, 즉 33℃는 예시적인 것이며 시스템 요건에 따라 변동될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

TC-2 조절기의 설정점이 단계 S5에서 설정된 후, 단계 S7에서 조절기 TC-2는 히터에 대한 아웃풋%를 생산한다. 예컨대, 측정된 온도 PV가 설정점 이하이면, TC-2 아웃풋은 증가할 것이고, 측정된 온도 PV가 설정점 이상이면 TC-2 아웃풋은 감소할 것이다.

단계 S8에서는 단계 S6에서의 TC-1 아웃풋을 단계 S7에서의 TC-2 아웃풋과 비교하고, 두 아웃풋 중 적은 아웃풋이 히터로 이송될 최종 아웃풋으로서, 예컨대 도 3a의 하위 값 선택기(209) 및 도 3b의 (310)에서 선택된다. 앞서 언급한 바와 같이, TC-1 및 TC-2 조절기 아웃풋 중 낮은 것을 선택함으로써, 하위 값 선택기는 히터의 과열을 방지하고, 특히 모니터링 어셈블리를 통한 연료 유속이 낮을 때 과열을 방지한다.

조절기 어셈블리(501)의 작동은 그 다음 단계 S9로 진행하고, 여기서 조절기 어셈블리는 도 3a의 제3 온도 센서 T3 또는 도 3b의 제4 온도 센서 T4에 의해 감지된 온도가 500℃와 같거나 약 500℃, 즉 500±3℃인지의 여부를 결정한다. 앞서 논한 바와 같이, 제3 온도 센서 T3은 도 3a의 모니터링 어셈블리에서 개질 촉매 베드 위의 입구 영역의 온도를 감지하고 도 3b의 모니터링 어셈블리에서는 제4 온도 센서 T4가 탈산화 촉매 베드의 온도를 감지한다. 도 3a의 제3 온도 센서 T3 또는 도 3b의 제4 온도 센서 T4에 의해 감지된 온도가 500℃와 같지 않거나 약 500℃가 아니라면, 조절기 어셈블리(501)의 작동은 단계 S3으로 돌아간다. 도 3a의 제3 온도 센서 T3 또는 도 3b의 제4 온도 센서 T4에 의해 감지된 온도가 500℃±3℃와 같은 것으로 결정되면, 그 다음 조절기 어셈블리의 작동은 도 4b의 단계 S10으로 진행한다. 단계 S9에서 도 3a의 제3 온도 센서 T3 또는 도 3b의 제4 온도 센서 T4의 설정점 온도가 500℃일지라도, 이 설정점 온도는 예시적이며 시스템 및 모니터링 어셈블리의 요건에 따라 변동될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 단계 S9에서 설정점 온도는 450 내지 600℃, 바람지하게는 475 내지 550℃ 사이의 온도 범위 중에서 선택될 수 있다. 또한, 이 온도의 가변성은 모니터링 어셈블리를 통한 연료 유속이 결정되는 방식 및 시스템 요건에 따라 3℃보다 적거나 많게 이루어질 수 있다.

도 3a의 온도 센서 T3 또는 도 3b의 T4에 의해 감지된 개질 촉매 베드 위(도 3a의 개질 베드 위 또는 도 3b의 탈산화 베드 위)의 온도가 500℃±3℃에 도달한 후, 조절기 어셈블리(501)의 작동은, 도 3a 및 도 3b의 황 파과 모니터링 어셈블리의 작동과 조절에 대한 동선도를 보여주는 도 4b의 단계 S10으로 진행된다. 단계 S10에서, 조절기 어셈블리(501)는 황 검출 모니터링 어셈블리로 흐르는 연료 유속이 n 시간의 소정의 시간 기간 동안 높은 안정 값에 있는지를 결정한다. 이러한 예시적 양태에서 소정의 시간 기간이 3시간이지만, 이는 시스템 요건에 따라 변동될 수 있다. 도 3a 및 3b와 관련하여 앞에서 설명한 바와 같이, 연료 유속이 높은 안정성인지를 결정하는 방식에는 여러 가지가 있다. 일부 양태에 따르면, 이 결정은 도 3a의 제3 온도 센서 T3 또는 도 3b의 제4 온도 센서 T4의 측정값을 모니터링하여 이 온도 센서 판독값들이 n 시간, 예컨대 3시간 동안 설정점 값이거나 그 부근, 예컨대 500℃±3℃인지를 결정하여 달성한다. 다른 양태에 따르면, 연료 유속의 안정성과 충분함의 결정은 도 3a의 양태에서 T4 및 T5 온도 센서에 의해 감지된 온도를 비교하거나 또는 도 3b의 양태에서 T5 및 T6 온도 센서에 의해 감지된 온도를 비교하여 온도차 값 dT를 수득하고 dT가 30℃보다 작은지, 그리고 n 시간 동안 dT 변동이 ±4℃ 미만인지를 결정하여 달성한다. 또한, 일부 양태에 따르면, 연료 유속의 안정성과 충분함의 결정은 연료 전지 동력 플랜트 부하 아웃풋을 모니터링하고 부하 아웃풋이 n 시간 동안 안정한지를 결정하여 달성한다. 예를 들어, 연료 흐름 안정성과 충분함은 연료 전지 동력 플랜트의 부하 아웃풋이 3시간 기간 동안 130kW에서 안정한지를 모니터링하여 결정할 수 있다. 마지막으로, 다른 양태에 따르면, 연료 유속의 안정성과 충분함은 독립적인 연료 흐름 측정 및 조절에 의해, 예컨대 유량계와 흐름 조절 부재를 사용하여 결정할 수 있다.

연료 유속이 높은 안정값이 아닌 것으로 단계 S10에서 결정되면, 그 다음 조절기 어셈블리의 작동은 단계 S11로 진행하고, 여기서 작동은 도 4a의 단계 S9로 돌아간다. 연료 유속이 단계 S10에서 n 시간 동안 높은 안정한 값인 것으로 결정되면, 그 작동은 단계 S12로 진행되고, 여기서 TDY_STEADY는 초기 시간 기간 t=n 시간 동안 계산된다. 도 3a에 도시된 모니터링 어셈블리의 제1 양태에 따르면, TDY_STEADY는 T3의 온도 판독값으로부터 T4 온도 센서의 온도 판독값을 감하고, 즉 T3-T4를 하고, T3-T4의 온도차를 초기 n 시간, 예컨대 3시간 동안 평균을 내어 결정한다. 도 3b의 모니터링 어셈블리의 제2 양태에 따르면, TDY_STEADY는 T4의 온도 판독값으로부터 T5의 온도 판독값을 감하고, 즉 T4-T5를 하고 T4-T5의 온도차를 초기 n 시간, 즉 3시간 동안 평균을 내어 결정한다.

TDY_STEADY를 계산한 후, 조절기 어셈블리(501)의 작동은 단계 S13으로 진행하여 연료 유속이 일정한지를 결정한다. 이 결정은 단계 S10에서의 결정과 같거나 유사하다. 연료 유속이 단계 S13에서 일정하지 않다면, 그 다음 작동은 단계 S14로 진행되어 도 4a의 단계 S9로 되돌아간다. 연료 유속이 일정한 것으로 결정되면, 그 다음 조절기 어셈블리의 작동은 단계 S15로 진행되어 n 시간의 시간 기간 동안 이동 평균(rolling average)로 TDY_FLOAT를 계산하고 계속해서 재계산한다. TDY_STEADY의 계산과 관련하여 앞에서 논한 바와 같이, 도 3a의 제1 양태에서의 TDY_FLOAT의 계산은 T4 및 T3의 온도 측정값을 비교하고, 즉 T3-T4를 하고 이 온도 차를 초기 n 시간 후 n 시간 동안에 걸쳐, 예컨대 3시간 동안에 걸쳐 평균을 내어 수행한다. 도 3b의 제2 양태에서 TDY_FLOAT의 계산은 T5와 T4의 온도 측정값을 비교하고, 즉 T4-T5를 하고 이 온도차를 초기 n 시간 후 n 시간 동안, 예컨대 3 시간 동안 평균을 내어 수행한다.

TDY_FLOAT가 계산되고 또는 재계산된 후, 작동은 단계 S16으로 진행되어 TDY_FLOAT를 TDY_STEADY와 비교하고 TDY_STEADY-TDY_FLOAT < 0인지, 즉 TDY_FLOAT가 TDY_STEADY보다 큰지를 초기 24시간 동안 결정한다. S16에서 TDY_FLOAT가 초기 24 시간 기간 내에 TDY_STEADY보다 큰 것으로 결정되면, 작동은 단계 S17로 진행되어 TDY_STEADY가 더 큰 계산된 TDY_FLOAT 값과 같게 재설정되고, 그 다음 단계 S13으로 되돌아간다. TDY_FLOAT가 TDY_STEADY보다 작거나 같다면, 즉 TDY_STEADY - TDY_FLOAT ≥ 0이면 작동은 단계 S18로 진행된다.

단계 S18에서, 계산된 TDY_FLOAT는 단계 S12 또는 S17에서 이전에 수립된 TDY_STEADY와 비교하여 TDY_FLOAT가 TDY_STEADY보다 2.2℃ 이상 적은지, 즉 TDY_STEADY - TDY_FLOAT ≥ 2.2℃인지를 결정한다. TDY_STEADY - TDY_FLOAT가 2.2℃보다 적다면, 작동은 전술한 단계 S13으로 되돌아가고 이전에 가동된 임의의 Hi-경보 상태를 해제하거나 비가동시킨다. 하지만, TDY_STEADY - TDY_FLOAT가 2.2℃와 같거나 더 크다면, Hi-경보 상태를 단계 S19에서 가동시키거나, 또는 Hi-경보 상태가 이미 가동되었다면 단계 S19에서 지속시킨다. 이러한 초기 Hi-경보 상태는 황이 존재하는 것을 시사하지만, 2.2℃ 강하를 달성하는 것과 관련된 시간이 없기 때문에 이 수준은 정량적인 것이 아니다. 이러한 Hi-경보 상태는 이하에 논의되는 Hi-Hi 경보 상태 및 Hi-Hi-Hi 경보 상태에 대한 유인 기전 또는 조력자로 작용한다. 단지 Hi-경보 상태가 오고, HiHi 및 HiHiHi가 아닌 경우에는 황 파과 농도는 1차 소정의 값 이하인 것으로 결정되며, 이 경우에 200 ppb에 대응한다.

단계 S20에서, 계산된 TDY_FLOAT는 TDY_FLOAT가 감소하는 속도 또는 TDY_FLOAT 기울기가 1차 소정의 속도와 같은지를 결정하기 위해 모니터한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 현 양태에서 1차 소정의 속도는 1.1℃/일(24시간)보다 크고, 단계 S20에서 조절기 어셈블리는 TDY_FLOAT의 기울기가 1.1℃/일보다 큰 속도로 감소하는지를 결정한다. 일부 양태에 따르면, 모니터되는 TDY_FLOAT는 먼저 소정의 시간 기간, 예컨대 3시간 동안 평균을 내어 온도 신호 변동을 감소시키고 더욱 대표적인 평균 판독값을 제공한다. 단계 S20에서 조절기 어셈블리가 TDY_FLOAT의 속도가 1차 소정의 속도보다 낮은 속도로 감소하는 것으로 결정하면, 그 다음 작동은 단계 S13으로 진행된다. 하지만, 단계 S20에서 TDY_FLOAT 강하 속도가 1차 소정의 속도와 같거나 더 큰 것으로 결정되면, 그 다음 작동은 단계 S21로 진행되어, 여기서 Hi-Hi 경보가 가동되고 단계식 상승된 경보 반응이 조절기 어셈블리(501)에 의해 수행된다. 앞에서 논한 바와 같이, 단계식 상승된 경보 반응을 가진 Hi-Hi 경보는 하나 이상의 소정의 작용, 예컨대 시스템으로 흐르는 연료 흐름을 제한하거나 억제하는 조절, 탈황기가 교체되고(또는) 재생되어야 할 필요가 있음을 시사하는 경보의 가동, 작동성 탈황기를 통한 연료 흐름을 제한하거나 억제하고(또는) 대기 중인 다른 탈황기로 연료 흐름을 전향시키는 조절, 및/또는 이중 연료계로 시스템에 제공된 연료의 전환을 포함한다.

S21에서 Hi-Hi 경보를 개시한 후, 작동은 단계 S22로 진행되고, 여기서 조절기 어셈블리는 TDY_FLOAT의 감속 속도, 또는 TDY_FLOAT의 기울기가 2차 소정의 속도와 동등한지를 결정한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 양태에서 2차 소정의 속도는 4.4℃/일(24시간) 초과이고, 단계 S22에서 조절기 어셈블리는 TDY_FLOAT의 기울기가 4.4℃/일 초과 속도로 감소하는지를 결정한다. 단계 S22에서 TDY_FLOAT 강하 속도가 2차 소정의 속도와 같은 것으로 결정되면, 그 다음 작동은 단계 S23으로 진행되어 여기서 Hi-Hi-Hi 경보가 가동되고 추가 단계식 상승된 경보 반응이 조절기 어셈블리(501)에 의해 수행된다. 앞에서 논한 바와 같이, 추가 단계식 상승된 경보 반응을 가진 Hi-Hi-Hi 경보는 하나 이상의 소정의 작용을 포함하고, 이는 단계 S21에서 택한 작용보다 더욱 엄중하며, 시스템으로 흐르는 연료 흐름을 제한하거나 억제하는 조절, 연료 전지 또는 연료 활용 장치로 흐르는 연료 흐름을 제한하거나 억제하는 조절 또는 시스템의 트리핑을 포함할 수 있다.

Hi-Hi 경보가 가동되고(또는) 소정의 작용이 단계 S21에서 조절기 어셈블리(511)에 의해 수행된 후, 그리고 TDY_FLOAT 강하 속도가 2차 소정의 속도 미만인 것으로 단계 S22에서 결정되면, 그 다음 조절기 어셈블리(511)는 Hi-Hi 경보가 비가동되고 시스템의 정상 작동이 재개할 때까지 대기할 것이다. 또한, Hi-Hi-Hi 경보가 가동되고(또는) 소정의 작용이 단계 S23에서 조절기 어셈블리에 의해 수행된 다음, 조절기 어셈블리(511)는 또한 Hi-Hi-Hi 경보가 비가동되고 정상 작동이 재개될 때까지 대기할 것이다. 단계 S22 또는 단계 S23 이후 이러한 대기 시간 동안 모니터링 어셈블리는 계속 작동하여 TDY_FLOAT가 증가하는 속도를 결정할 수 있다. 다른 양태에 따르면, 모니터링 어셈블리는 특히 단계 S23 이후 시스템으로의 연료 공급이 중지되면, 대기 상태가 되거나, 또는 모니터링 어셈블리로의 연료 공급을 중단시키고 히터로의 동력을 OFF로 변환시켜 중지시킬 수 있다. Hi-Hi 경보 및/또는 Hi-Hi-Hi 경보가 비가동되고 시스템이 정상 작동을 재개한 후, 모니터링 어셈블리의 작동은 모니터링 어셈블리가 Hi-Hi 경보 상태 또는 Hi-Hi-Hi 경보 상태 동안 계속 작동한다면 도 4a의 단계 S9로 되돌아가고, 또는 모니터링 어셈블리가 대기 상태에 있거나 Hi-Hi 경보 상태 또는 Hi-Hi-Hi 경보 상태의 비가동 전에 중지되었다면 도 4a의 단계 S1로 되돌아간다.

전술한 예시적 양태에 따르면, Hi-Hi 경보 상태 및 Hi-Hi-Hi 경보 상태의 가동을 유인하는 1차 및 2차 소정의 속도는 각각 1.1℃/일 및 4.4℃/일이다. 하지만, 앞에서 언급한 바와 같이, 이러한 소정의 속도는 시스템 요건 및 모니터링 어셈블리의 바람직한 감도에 따라 변동될 수 있다.

도 4b 및 4a에 도시되지는 않지만, 조절기 어셈블리(501)는 일부 양태에서 TDY_FLOAT의 강하 속도에 기초한 연료에 존재하는 함황 화합물의 농도의 정량적인 값을 결정하고 산출한다. 이러한 양태에서, 함황 화합물의 양 또는 농도는 TDY_FLOAT 강하 속도에 기초하여 결정되어, 조절기 어셈블리(501)는 TDY_FLOAT의 기울기를 경시적으로 함황 화합물의 양 또는 농도와 상호관련지어 연료 중의 함황 화합물의 농도를 결정한다. 당해의 예시적 양태에 따르면, TDY_FLOAT 강하의 1차 소정의 속도는 연료에 존재하는 함황 화합물 200 ppb 농도에 대응하는 1.1℃/일이다. 이러한 대응성에 기초하여, 조절기 어셈블리(501)는 TDY_FLOAT의 속도가 결정될 때 연료 중의 함황 화합물 농도를 결정할 수 있다. 모니터링 어셈블리에 의한 연료 중의 함황 화합물의 농도의 산출은 시스템의 작동자로 하여금 탈황기 어셈블리가 적당하게 작동하는지의 여부 및 임의의 탈황기 베드가 교환되거나 재생되어야 하는지의 여부 또는 교환되거나 재생될 필요가 있을 것인지의 여부를 결정할 수 있게 한다. 또한, 자동 작동 동안, 조절기 어셈블리는 연료 중의 결정된 함황 화합물 농도에 기초하여 하나 이상의 경보를 가동시킬지의 여부를 결정할 수 있을 것이다.

앞서 언급한 바와 같이, 특정 양태에 따르면 조절기 어셈블리는 또한 연료 중의 황 파과가 증가하는 속도도 결정한다. 이러한 경우에, 조절기 어셈블리는 경시적으로 TDY_FLOAT의 기울기 변화를 모니터하고 이러한 변화에 기초하여 연료 중의 황 파과 증가 속도를 결정한다.

도 5는 연료 활용 장치(11)가 연료 전지 시스템인 도 1의 황 파과 모니터링 어셈블리의 양태의 예를 도시한 것이다. 도 2와 동일하거나 유사한 도 5의 연료 전지 시스템의 구성부재는 동일한 참조부호로 표지되며 이러한 구성부재의 상세한 설명은 생략한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 황 파과 모니터링 어셈블리(106)는 가습기 어셈블리(108)에 의해 먼저 가습되지 않고 연결선(109)을 통해 탈황기 어셈블리(104)로부터 직접 탈황된 연료의 일부를 수용한다. 또한, 도 5에서 황 파과 모니터링 어셈블리(106)는 가습기(106c), 히터(106a) 및 황 파과 검출기(106b)를 포함한다. 모니터링 어셈블리(106)의 가습기(106c)는 연결선(109)을 통해 전송된 연료를 수용하고 물 공급장치(122)로부터의 물을 사용하여 연료를 가습시킨다. 가습기(106c)는 가습기로부터의 연료 아웃풋의 증기 대 탄소 비(S/C)가 1.5 내지 3 사이일 정도로 연료를 가습시킨다. 가습기(106c)로부터 가습된 연료 아웃풋은 그 다음 히터(106a)로 공급되어, 여기서 가습된 연료를 가열하고 가열 가습된 연료를 황 파과 검출기(106b)로 산출한다. 모니터링 어셈블리의 히터 및 황 파과 검출기의 구성은 도 3a 및 3b에 도시했고 앞서 설명되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 연료 전지 시스템(100)은 또한 탈황기 연료를 가습시키기 위해 연결선(109)의 하류에 가습기(108)를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 가습기(108)는 연결선(105)을 통해 탈황 어셈블리(104)로부터 탈황된 연료의 나머지 일부를 수용하여 물 공급장치(122)로부터의 물을 사용하여 연료를 가습시킨다. 조절기(501)에 의해 조절된 황 파과 모니터링 어셈블리(106)의 작동은 도 3a 내지 4b와 관련하여 앞서 설명되어 있다.

도 1에 도시된 구성 하에 작동되는 도 3a에 도시한 황 파과 모니터링 어셈블리(206)의 작동은 연료와 물 흐름 조절이 동력 플랜트 작동과 무관하고, 가습된 천연 가스를 모니터링 어셈블리를 통해 운송하고 함황 화합물, 예컨대 DMS를 연료에 첨가하여 시험했다. 도 6은 모니터링 어셈블리의 온도 및 온도차를 도시한 그래프이다. 도 6에서, X축은 황 파과 모니터링 어셈블리의 스트림에 대한 작동 시간(hr)을 나타내고, 반면 Y축은 온도(℃) 판독값 및 온도차 결정값(dT, ℃)을 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 황 파과 검출기에서 온도 센서, T3, T4 및 T5의 온도 측정값을 모니터하고 유입 가스(T3), 개질 베드(T4) 및 배출 가스(T5)로서 약 4000 작동시간 동안 기록했다. 도 6의 그래프는 2,600 내지 4,000 시간의 시간 기간에 초점을 맞추어 피독 없이 안정 상태에서 수백 시간 동안 작동 후 의도적인 피독을 조명했다. 또한, T3과 T4간의 온도차 및 T4와 T5간의 온도차를 각각 dT 유입 가스 - 개질 (T3-T4) 및 dT 개질 - 배출 가스(T4-T5)로서 기록하여, dT 유입 가스 - 개질이 앞서 논한 TDY_FLOAT에 대응하도록 했다. 앞서 논한 바와 같이, T3과 T4 간의 온도차, 즉 dT 유입 가스 - 개질의 변화는 촉매 층의 개질 공정과 직접적인 관련이 있고 dT 유입 가스 - 개질의 감소는 일반적으로 개질 촉매의 황 피독으로 인한 개질 공정의 감소를 시사한다. 또한, 앞서 논한 바와 같이, T4와 T5 사이의 온도차, 즉 dT 개질 - 배출 가스의 변화는 황 파과 검출기를 통한 연료의 유속 및 촉매 층의 개질 공정과도 관련이 있어서, dT 개질 - 배출 가스의 유의적인 증가는 황 파과 검출기를 통한 연료의 낮은 유속을 시사한다. 또한, 개질 촉매 베드의 황 피독으로 인해 dT 개질 - 배출 가스가 증가하면, 황 파과 검출기의 출구 부분에서 더 큰 열손실로 인해 dT 개질 - 배출 가스는 또한 증가한다. 도 6에 도시된 바와 같이, dT 개질 - 배출 가스 및 dT 유입 가스 - 개질은 비교적 일정했고, DMS의 첨가 전에 약간의 변동이 있었다. 3,460시간째부터 100ppb 농도의 DMS를 연료에 첨가했고 3,700시간째 정지시켰다. DMS가 연료에 첨가되는 시간 동안 dT 유입 가스 - 개질은 3,460시간부터 3,700시간까지 경과한 240시간 동안 또는 10일 동안 약 73℃부터 약 57℃로 강하했다. 이는 평균 온도 강하 1.6℃/일로서, dT 유입 가스 - 개질의 강하가 DMS 첨가가 개시된 후 약 ½일째 시작했음을 시사한다. 또한, dT 유입 가스 - 개질의 강하 속도는 강하 개시 이후 처음 7일 동안 최대였다. 이어서, 약 1.2℃의 안정한 감소 속도는 도 6에서 선형 근사값으로 도시된 바와 같이 수일 동안 일어났다. 이 속도는 100ppb 황 피독에 대한 0.55℃/일의 예측 속도의 2배가 넘는 것으로, 이 경우 황에 대한 더 높은 감도를 시사한다. 또한, 도 6에서 볼 수 있듯이, DMS가 연료에 첨가되는 동안, dT 개질 - 배출 가스는 dT 유입 가스 - 개질의 강하와 대략 동일한 시간 동안 약 60℃에서 약 71℃로 증가했다. 도 6의 그래프는 DMS와 같은 함황 화합물의 첨가가 개질 촉매 베드의 온도 및 황 파과 검출기로부터 산출되는 연료 온도에 미치는 효과를 분명하게 보여준다.

도 2의 구성에서 연료 전지와 함께 작동되는, 도 3b에 도시된 바와 같은 황 파과 모니터링 어셈블리(306)의 작동도 시험했다. 이 구성에서 황 파과 모니터링 어셈블리(306)로 유입되는 가습 연료는 연료 전지 동력 플랜트 작동에 의존적이다. 도 7a 및 7b는 각각 모니터링 어셈블리(306)에서의 온도 및 온도차를 도시한 그래프이다. 도 7a 및 7b에서 X축은 황 파과 모니터링 어셈블리의 스트림에 대한 작동 시간(hr)을 나타내는 반면, Y축은 온도(℃) 판독값 및 온도차 측정값(dT, ℃)을 나타낸다. 또한 도시된 바와 같이, 도 7a의 Y축은 연료 전지 동력 플랜트 아웃풋(kW)을 나타내기도 한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 황 파과 모니터링 어셈블리(306)에서 온도 센서 T1, T2, T3, T4, T5 및 T6의 온도 측정값을 모니터하고, 히터 구성요소(E1), 히터 코일(T2), 유입 기체(T3), 탈산화기 베드(T4), 개질 베드(T5) 및 배출 기체(T6)로서 처음 작동 4,800시간 동안 기록했다. 도 7a의 그래프는 황 파과 모니터링 어셈블리의 적당한 작동에 필요한 탈산화기 온도(T4)의 조절을 입증한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 연료 전지 동력 플랜트 아웃풋은 보통 216kW에서 정상적이고, 대략 600시간에 한번 또는 대략 25일에 한번씩 약 20kW의 급강하 및 216kW의 급회복이 일어난다. 이러한 연료 전지 동력 플랜트 아웃풋의 변동은 연료 전지 인버터를 동력망으로부터 분리시키는 동력 망에 대한 붕괴, 예컨대 고속 전압 변동에 의해 가장 빈번하게 유발된다. 도 7a의 그래프는 황 파과 모니터링 어셈블리를 작동시키는데 사용된 조절 전략이 모니터링 어셈블리의 검출기 장치에 좋지 않은 영향을 미침을 없이 이러한 과도현상(transient)을 허용하고 회복시킬 수 있음을 증명한다.

도 7b의 그래프는 T3과 T4, T4와 T5 및 T5와 T6 사이의 온도차를 dT 유입 가스 - 탈산화기(T3-T4), dT 탈산화기 - 개질(T4-T5) 및 dT 개질 - 배출 기체(T5-T6)로부터 각각 도시한 것이다. 도 7b에서 dT 탈산화기 - 개질은 전술한 바와 같이 TDY_FLOAT에 해당한다. 도시된 바와 같이, 황 파과 검출기가 장착된 후 즉시, 모니터링 어셈블리(306)는 황 파과를 나타내기 시작했고, 이는 기울기가 -0.1℃/일인 dT 탈산화기 - 개질(T4-T5)의 곡선을 통해 도시된 선으로 나타낸 바와 같다. 황 파과 검출기는 경미한 황 파과 현상을 등록하기 때문에, 현장 샘플을 수집하여 황 화학발광 검출기 장착된 가스크로마토그래피로 분석하여 연료 샘플의 황을 종마다 최저 10ppb까지 정량분석했다. 이 샘플링은 실제 카르보닐 설파이드, 또는 COS가 약 200ppb로 탈황 시스템을 통해 수득되었음을 결정했다. 입구 샘플의 시험은 황 파과의 원인이 입구 천연 가스의 COS 농도에 미치는 높은 과도출력(excursion)인 것으로 결정되었다. 이어서, 높은 입구 COS 과도출력은 스스로 해소되었고, 황이 완전 제거된 천연 가스는 연료 전지 동력 플랜트로 유입되었다. 가스에 황이 없게 됨에 따라, 황 파과 모니터링 어셈블리에서 기록된 dT 탈산화기 - 개질(T4-T5)의 하향 기울기는 평준화되었다. 도 7b의 그래프는 또한 dT 유입 가스 - 탈산화제 및 dT 개질 - 배출 가스에 의해 측정되는 바와 같이, 황 파과 검출기 장치로의 흐름이 적당한 범위에서 유지되었음을 보여주지만, 단 동력 플랜트 동력 아웃풋은 예상처럼 도 7a에 도시된 바와 같이 변동되었다.

도 6과 도 7b에서 대응하는 온도차는 검출기 디자인의 변화로 인해 다르다. 하지만, 중요한 것은 절대값보다는 임의의 주어진 작동 내에서 온도차의 동향 또는 한 단위와 다른 단위를 비교하는 것이다.

도 8의 그래프는 도 3b에 도시된 바와 같은, 도 1에 도시된 구성을 사용하여 작동된 바와 같은 황 파과 모니터링 어셈블리(306)의 경시적인 온도 변동을 도시한 것이며, 연료 및 물 흐름 조절은 동력 플랜트 작동과 무관하다. 구체적으로, 도 8은 모의 무산소 분해기 가스(ADG) 연료 중의 산소 함량 변동에 대한 시스템 반응을 도시한 것이다. 공급 가스 중의 산소 수준이 0.5% 내지 2% 사이로 변동되면, 탈산화기 베드에서 발생된 열은 변동되어, 산소 수준이 증가할수록 더 많은 열이 방출된다. 하지만, 앞에서 논한 바와 같이, 탈산화기 온도가 모니터링 어셈블리(306)의 히터를 조절하여 500℃로 일정하게 유지되고, 이는 사실상 가스 입구 온도를 조정하여, 변동 산소 함량으로부터 초래되는 탈산화기에서 발생된 열의 변동을 제어한다. 도 8의 그래프는 황 파과를 소량 검출 수준으로 검출하는 안정한 작동에 필요한 바와 같이 연료 공급의 산소 함량의 변동에도 불구하고 탈산화기 온도의 안정한 조절을 입증해준다. 마찬가지로 중요한 것은 개질 온도 T5가 일정하게 유지된다는 입증이며, 이는 개질 베드로 유입되기 전에 연료의 완전한 탈산화를 시사하며, 공급 연료 중의 산소 함량으로 인한 개질 베드의 분해는 전혀 없음을 입증해준다. 내구성 시험을 위해, 첨가 시스템은 1.0 내지 1.5% 산소 하에 6개월 동안 동일한 구성에서 작동시켰고, 이때 개질 촉매는 명백한 활성 손실이 없었고, 황 파과 모니터링 어셈블리에 의한 황 검출에도 손실은 전혀 없었다.

본 발명의 황 파과 모니터링 어셈블리는 작동 동안 연료에서 점차적으로 증가하거나 탈황기 어셈블리의 파손으로 인해 갑자기 일어나는 황 파손을 모니터하고 동정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 모니터링 어셈블리는 여러 종류의 연료, 예컨대 천연 가스 및 ADG에 사용될 수 있고, 함황 화합물의 모든 종의 존재를 감지할 수 있어, 모니터링 어셈블리의 작동을 황 종에 무관하게 한다. 또한, 이 모니터링 어셈블리는 모니터링 어셈블리의 온도 및 연료 흐름 조절로 인해 고 감도성인 것이다. 본 어셈블리 중 모니터링 어셈블리를 제작하는 비용은 적고, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 모니터링 어셈블리는 연료의 황 모니터링을 필요로 하는 많은 기존 플랜트에 손쉽게 개조될 수 있다.

모든 경우, 전술한 배열은 본 발명의 이용분야를 나타내는 많은 가능한 특정 양태를 단지 예시하는 것으로 이해되어야 한다. 수많은 배열과 변화된 다른 배열은 본 발명의 취지와 영역을 벗어남이 없이 본 발명의 원리에 따라 쉽게 고안될 수 있다.

1: 연료 활용 시스템, 2: 연료 공급 장치, 3: 연결 선, 4: 탈황 시스템, 6: 황 파과 모니터링 어셈블리, 6a: 히터, 6b: 황 파과 검출기, 8: 물 흐름 조절 어셈블리, 15: 연료 흐름 조절 어셈블리, 22: 물 공급 장치, 501: 조절기 어셈블리, 130: 경보

Claims (32)

1. 탈황된 연료 중의 함황 화합물을 검출하기 위해 연료 활용 시스템에 사용되는 황 파과(breakthrough) 모니터링 어셈블리로서,
   i) 가습된 탈황 연료를 450℃ 내지 600℃ 사이인 소정의 온도로 가열하도록 개조된 히터;
   ii) 상기 히터로부터 가열된 연료를 수용하도록 개조된 황 파과 검출기로서,
   상기 가열된 연료를 개질시키기 위한 적어도 하나의 개질 촉매 베드, 및
   상기 연료가 상기 개질 촉매 베드를 통해 운송되기 전에 상기 가열된 연료의 온도를 감지하도록 개조된 제1 온도 센서 및 상기 개질 촉매 베드의 온도를 감지하도록 개조된 제2 온도 센서를 포함하는 복수의 온도 센서
   를 포함하는 황 파과 검출기; 및
   iii) 상기 제1 온도 센서와 제2 온도 센서로부터 온도 아웃풋을 수용하고,
   시간에 따른 상기 제1 온도 센서 및 제2 온도 센서의 온도 아웃풋 간의 복수개의 차이를 결정하며,
   상기 제1 온도 센서와 제2 온도 센서의 온도 아웃풋 간의 차이가 변화하는 속도를 결정하고,
   상기 결정된 속도가 1차 소정의 속도와 같거나 더 크다면, 상기 연료 중의 함황 화합물의 농도가 1차 소정의 농도를 초과하는 것으로 결정하도록 개조된 조절기
   를 포함하는, 황 파과 모니터링 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 황 파과 모니터링 어셈블리가 물 공급장치로부터 물을 수용하도록 개조되고 히터가 탈황된 연료와 물을 소정의 온도로 가열하도록 개조되며,
   황 파과 모니터링 어셈블리는
   황 파과 모니터링 어셈블리로 흐르는 물의 흐름을 조절하도록 개조된 물 흐름 조절기; 및
   황 파과 모니터링 어셈블리로 흐르는 탈황된 연료의 흐름을 조절하도록 개조된 연료 흐름 조절기
   를 포함하는, 황 파과 모니터링 어셈블리.
3. 제1항에 있어서, 황 파과 모니터링 어셈블리가 가습된 탈황 연료를 수용하도록 개조되고, 히터가 가습된 탈황 연료를 소정의 온도로 가열하도록 개조된, 황 파과 모니터링 어셈블리.
4. 제1항에 있어서, 조절기가 제1 온도 센서와 제2 온도 센서의 온도 아웃풋 간의 차이가 감소하는 속도를 결정하고, 상기 결정된 속도가 1차 소정의 속도와 같거나 더 크다면, 상기 연료 중의 함황 화합물의 농도가 1차 소정의 농도를 초과하는 것으로 결정하도록 개조된 것인, 황 파과 모니터링 어셈블리.
5. 제4항에 있어서, 함황 화합물의 소정의 농도가 200ppb이고 1차 소정의 속도가 1.1℃/일인 황 파과 모니터링 어셈블리.
6. 제1항에 있어서, 조절기가 연료 중의 함황 화합물의 농도가 1차 소정의 농도를 초과하는 것으로 결정하면, 조절기는 (1) 경보 가동 및 (2) 하나 이상의 작용을 수행하게 하는 연료 활용 시스템의 조절 중 하나 이상을 수행하는 황 파과 모니터링 어셈블리.
7. 제1항에 있어서, 조절기가 연료 중의 함황 화합물의 농도가 1차 소정의 농도를 초과하는 것으로 결정하면, 조절기는 연료 활용 시스템이
   연료 흐름을 감소 또는 억제하기 위해 연료 활용 시스템의 하나 이상의 구성부재로 흐르는 연료의 흐름을 조절하는 작용,
   연료 흐름을 감소 또는 억제하기 위해 연료 활용 시스템으로 흐르는 연료 흐름을 조절하는 작용,
   탈황될 연료의 흐름을 작동성 탈황기로부터 탈황기 어셈블리의 다른 탈황기로 전향시키기 위해 연료 활용 시스템의 탈황기 어셈블리를 조절하는 작용,
   작동성 탈황기를 재생 또는 교체하기 위해 연료 활용 시스템의 탈황기 어셈블리를 조절하는 작용, 및
   작동성 연료 공급장치로부터 다른 연료 공급장치로 전환시키기 위해 연료 활용 시스템을 조절하는 작용
   중 하나 이상을 수행하도록 조절하는, 황 파과 모니터링 어셈블리.
8. 제6항에 있어서, 조절기가 연료 중의 함황 화합물의 농도가 제1 온도 센서 및 제2 온도 센서로부터의 온도 아웃풋에 기초하여 1차 소정의 농도를 초과하는 것으로 결정하면, 이 조절기는 연료 중의 함황 화합물의 농도가 상기 1차 소정의 농도보다 큰 2차 소정의 농도를 초과하는지를, 상기 제1 온도 센서와 제2 온도 센서로부터의 온도 아웃풋 간의 차이가 1차 소정의 속도보다 높은 2차 소정의 속도로 감소하는지에 기초하여 결정하고,
   조절기가 연료 중의 함황 화합물의 농도가 2차 소정의 농도를 초과하는 것으로 결정하면, 상기 조절기가 단계식 상승된 경보를 가동하고 하나 이상의 소정의 단계식 상승된 작용을 수행하며,
   소정의 단계식 상승된 작용이 연료 흐름을 억제하기 위해 연료 활용 시스템의 하나 이상의 구성부재로 흐르는 연료의 흐름을 조절하는 작용, 상기 연료 흐름을 억제하기 위해 상기 연료 활용 시스템으로 흐르는 연료의 흐름을 조절하는 작용 및 상기 연료 활용 시스템의 작동을 중지시키는 작용 중 하나 이상을 포함하는, 황 파과 모니터링 어셈블리.
9. 제8항에 있어서, 2차 소정의 농도가 800ppb이고 2차 소정의 속도가 4.4℃/일인 황 파과 모니터링 어셈블리.
10. 제2항에 있어서, 연료 흐름 조절기 및 물 흐름 조절기가 연료와 물의 흐름을 조절하여, S/C 비가 1.3 내지 3.0인 가습된 연료를 황 파과 검출기로 제공하도록 개조되고,
    상기 조절기가, 개질 촉매 베드를 통해 흐르는 가습된 연료의 공간 속도가 30,000/hr 내지 120,000/hr 사이이고 개질 촉매 베드를 통해 흐르는 가습된 연료의 공탑 속도가 7 내지 60cm/sec 사이가 되도록 상기 가습된 연료의 흐름을 조절하는, 황 파과 모니터링 어셈블리.
11. 제10항에 있어서, 황 파과 검출기가 가습된 연료가 개질 촉매 베드를 통해 운송된 후 가습된 연료의 온도를 감지하기 위한 제3 온도 센서를 추가로 포함하고,
    조절기가
    제3 온도 센서로부터의 온도 아웃풋을 수용하고,
    제2 온도 센서와 제3 온도 센서로부터의 온도 아웃풋 사이의 차이가 2차 소정의 양보다 작은지 및 상기 제2 온도 센서와 제3 온도 센서로부터의 온도 아웃풋 사이의 차이가 3차 소정의 양보다 많이 변동하는지를 결정하며,
    상기 조절기가 제2 온도 센서와 제3 온도 센서로부터의 온도 아웃풋 간의 차이가 2차 소정량보다 작고 제2 온도 센서와 제3 온도 센서로부터의 온도 아웃풋 간의 차이가 3차 소정량보다 많이 변동하지 않는 것으로 결정한 후, 상기 조절기가 연료 중의 함황 화합물의 농도가 1차 소정의 농도를 초과하는지를 결정하는,
    황 파과 모니터링 어셈블리.
12. 제10항에 있어서, 1차 소정의 양이 80℃이고 2차 소정의 양이 4℃/hr인 황 파과 모니터링 어셈블리.
13. 제1항에 있어서, 황 파과 검출기가 추가로 개질 촉매 베드와 연속해서 배치된 탈산화 촉매 베드를 포함하여 연료가 먼저 탈산화 촉매 베드를 통해 운송된 후 개질 촉매 베드를 통해 운송되도록 하고,
    제1 온도 센서가 상기 탈산화 촉매 베드에 존재하는 연료의 온도를 감지하는, 황 파과 모니터링 어셈블리.
14. 제1항에 있어서, 히터가 적어도 하나의 제3 온도 센서를 포함하고,
    조절기가
    히터 중의 적어도 하나의 온도 센서로부터의 온도 아웃풋을 수용하고 1차 조절 가변 아웃풋을 산출하기 위한 제1 온도 조절기,
    상기 제1 온도 센서로부터의 온도 아웃풋을 수용하고 제2 조절 가변 아웃풋을 산출하기 위한 제2 온도 조절기, 및
    상기 제1 및 제2 온도 조절 가변 아웃풋을 수용하고 상기 제1 및 제2 조절 가변 아웃풋 중 낮은 것을 선택하는 하위 값 선택기(low selector)
    를 포함하고,
    상기 조절기가 상기 제1 및 제2 조절 가변 아웃풋 중에서 선택된 하위 아웃풋에 기초하여 상기 히터의 가열을 조절하는, 황 파과 모니터링 어셈블리.
15. 제1항에 있어서, 연료 활용 시스템이 연료 전지 시스템인 황 파과 모니터링 어셈블리.
16. 제1항에 있어서, 상기 황 파과 검출기는 직경보다 더 긴 높이 또는 길이를 갖는 실린더 형태의 하우징을 추가로 포함하고, 개질 촉매 베드는 하우징 내에 배치되며,
    상기 조절기는 개질 촉매 베드를 통과하는 연료의 공간 속도가 30,000/hr 내지 120,000/hr 사이이고 상기 개질 촉매 베드를 통과하는 상기 연료의 공탑 속도가 7 내지 60cm/sec 사이가 되도록 상기 황 파과 검출기를 통과하는 연료의 흐름을 조절하는,
    황 파과 모니터링 어셈블리.
17. 제16항에 있어서, 황 파과 모니터링 어셈블리는
    (a) 물 공급장치로부터 물을 수용하도록 개조되고,
    히터는 탈황된 연료와 물을 소정의 온도로 가열하며,
    황 파과 모니터링 어셈블리는
    황 파과 모니터링 어셈블리로 흐르는 물의 흐름을 조절하기 위한 물 흐름 조절기; 및
    황 파과 모니터링 어셈블리로 흐르는 탈황된 연료의 흐름을 조절하기 위한 연료 흐름 조절기
    를 포함하는 황 파과 모니터링 어셈블리이거나;
    (b) 가습된 탈황된 연료를 수용하고 히터가 가습된 탈황 연료를 소정의 온도로 가열하는 황 파과 모니터링 어셈블리이거나; 또는
    (c) 황 파과 검출기가 개질 촉매 베드와 연속으로 배치된 탈산화 촉매 베드를 추가로 포함하여, 연료가 먼저 탈산화 촉매 베드를 통해 운송된 다음, 상기 개질 촉매 베드를 통해 운송되며, 제1 온도 센서가 상기 탈산화 촉매 베드 중의 연료의 온도를 감지하는 황 파과 검출기를 포함하는,
    황 파과 모니터링 어셈블리.
18. 삭제
19. 제16항에 있어서, 연료의 공간 속도가 90,000/hr이고 공탑 속도가 25cm/sec인 황 파과 모니터링 어셈블리.
20. 제19항에 있어서, 황 파과 검출기는 개질 촉매 베드를 통해 연료가 운송된 후 연료의 온도를 감지하기 위한 제3 온도 센서를 추가로 포함하고,
    조절기는
    제3 온도 센서로부터의 온도 아웃풋을 수용하고,
    제2 온도 센서와 제3 온도 센서로부터의 온도 아웃풋 사이의 차이가 2차 소정의 양을 초과하는지, 그리고 상기 제2 온도 센서와 제3 온도 센서로부터의 온도 아웃풋 사이의 차이가 3차 소정의 양보다 적은지를 결정하는,
    황 파과 모니터링 어셈블리.
21. 삭제
22. 황 파과 모니터링 어셈블리를 사용하여 연료 활용 시스템에 사용되는 탈황된 연료 중의 함황 화합물을 검출하는 방법으로서,
    가습된 탈황 연료를 히터를 사용하여 450℃ 내지 600℃ 사이인 소정의 온도로 가열하는 단계;
    상기 가열 단계에서 가열된 연료를 개질 촉매 베드에 수용하고, 개질 촉매 베드에서 상기 가열된 연료를 개질시키는 단계;
    상기 연료가 상기 개질 촉매 베드에 수용되기 전에 상기 가열된 연료의 제1 온도를 제1 온도 센서로 감지하는 단계;
    상기 개질 촉매 베드에서 제2 온도를 제2 온도 센서로 감지하는 단계; 및
    조절기에서,
    제1 온도 센서와 제2 온도 센서로부터 온도 아웃풋을 수용하고,
    시간에 따른 상기 제1 온도 센서 및 제2 온도 센서의 온도 아웃풋 간의 복수개의 차이를 결정하며,
    상기 제1 온도 센서와 제2 온도 센서의 온도 아웃풋 간의 차이가 변화하는 속도를 결정하고,
    상기 결정된 속도가 1차 소정의 속도와 같거나 더 크다면, 상기 연료 중의 함황 화합물의 농도가 1차 소정의 농도를 초과하는 것으로 결정하는 단계
    를 포함하는, 탈황된 연료 중의 함황 화합물을 검출하는 방법.
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