(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、原料ガスを改質させて前記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原料ガス通路と、前記原料ガス通路に設けられ前記原料ガスを前記原料ガス通路を介して前記改質器に供給させるガス搬送源と、前記原料ガス通路に設けられ第１規定温度より低いとき、第１規定温度より高い時に比べ前記原料ガスの水分及び硫黄分を吸着する高い能力を有する脱硫器と、前記原料ガスに含まれる水蒸気に関する物理量を直接的または間接的に検知する水蒸気センサと、燃料電池システムの原料ガスに含まれる水蒸気に関する物理量に基づいて前記脱硫器の交換の有無を判定する判定処理を実行する制御部とを具備する燃料電池システムにおいて、
下記の（ｉ）および（ｉｉ）のうちの少なくとも一つに該当するとき前記判定処理を実行しないことを特徴とする燃料電池システム。
（ｉ）前記燃料電池システムが発電運転しないものの発電運転前に前記改質器および／または前記燃料電池を昇温させる暖機モードのとき
（ｉｉ）前記原料ガスが前記原料ガス通路に流れていないとき
【請求項２】
請求項１において、前記判定処理において前記脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、前記制御部は、前記燃料電池システムを一旦停止させ、停止処理後に再起動をさせ、前記判定処理を再実行し、再実行された前記判定処理において前記脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、前記脱硫器の交換を促す警報を出力することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１〜２のうちの一項において、前記判定処理において前記脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、前記制御部は、前記燃料電池システムを一旦停止させ、停止された停止時刻から既定時間経過した後に再起動をさせるともに、前記判定処理を再実行し、再実行された前記判定処理において前記脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、前記脱硫器の交換を促す警報を出力することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜２のうちの一項において、前記判定処理において前記脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、前記制御部は、前記燃料電池システムを一旦停止させ、停止された後に再起動をさせるとともに、前記燃料電池システムが暖機モードのとき前記判定処理を実行せず、前記暖機モードから発電モードに移行した状態において前記判定処理を再実行し、再実行された前記判定処理において前記脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、前記脱硫器の交換を促す警報を出力することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜２のうちの一項において、前記判定処理において前記脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、前記制御部は、前記燃料電池システムを一旦停止させ、停止させた後に再起動をさせるともに、前記脱硫器の温度が前記第１規定温度未満のとき前記判定処理を実行せず、前記脱硫器の温度が第１規定温度以上のとき前記判定処理を再実行し、再実行された前記判定処理において前記脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、前記脱硫器の交換を促す警報を出力することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は脱硫器を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、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、原料ガスを改質させて前記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原料ガス通路と、原料ガス通路に設けられ原料ガスを原料ガスを介して改質器に供給させるガス搬送源と、原料ガス通路に設けられ原料ガスを脱硫させる脱硫器とを有する。
【０００３】
特許文献１は、脱硫器１（常温  吸着脱硫剤充填）と脱硫器２（水添脱硫器）を直列に並設させた燃料電池システムを開示する。改質器のシフト部の後で分岐された配管が脱硫器１，２間に接続され、原料ガスと水素とを混合した混合ガスが脱硫器２に供給される。この場合、原料ガス累積通過流量に基づいて脱硫器の交換時期を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2006-008459号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、原料ガスに含まれる水蒸気量に関する代表的な物理量である露点は、脱硫器の脱硫剤の性能に大きく影響を与える。原料ガスの露点が高いほど、原料ガスの湿度および水蒸気量が高いため、脱硫剤の性能を低下させる。ここで、ガス配管の老朽化、工事に起因してガス配管へ浸水するおそれがある。更に雪溶け時期や雨期等においてガス配管へ一時的に浸水するおそれがある。雪溶け時期や雨期が終了すれば、一般的には、原料ガスは元の低露点に戻る。このようにガス配管および原料ガス通路を介して脱硫器に流れる原料ガスの露点が一時的に上昇する可能性がある。この場合、脱硫器はこれの本来の残寿命に達する前に破過してしまうおそれがある。この場合、原料ガスに付臭剤として含まれる硫黄成分が改質部やスタックに流入し、改質器やスタックを変質させる可能性がある。
【０００６】
このため燃料電池システムでは、原料ガスの露点、基準時刻からの累積運転時間、基準時刻からの原料ガスの累積流量等に基づいて、脱硫器を交換させるか否かの判定処理を実行する。しかしながら、ガス工事等に起因して実際の原料ガスでは一時的で且つ急激な露点上昇等があり、更に、水蒸気改質する改質器等からの一時的な逆流等の影響がある。従ってシステムの実際の運転では、脱硫器の交換の判定処理において判定エラーが発生するおそれがある。更に、判定エラーに起因する脱硫器の過誤交換されることが間々ある。この場合、脱硫器はまだ寿命が充分にありながらも、交換されることになり、メンテナンスコストを必要以上に高騰させる要因となる。
【０００７】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、脱硫器の寿命および脱硫能が充分に存在するにも拘わらず、判定エラーに起因して脱硫器の過誤交換してしまう不具合を回避させ、メンテナンスコストの無用な高騰を抑制させるのに貢献できる燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の様相１に係る燃料電池システムは、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、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原料ガス通路と、原料ガス通路に設けられ原料ガスを原料ガス通路を介して改質器に供給させるガス搬送源と、原料ガス通路に設けられ原料ガスを脱硫させる脱硫器と、原料ガスに含まれる水蒸気に関する物理量を直接的にまたは間接的に検知する水蒸気センサと、燃料電池システムの発電運転中において少なくとも原料ガスに含まれる水蒸気に関する物理量に基づいて脱硫器の交換の有無を判定する判定処理を実行する制御部とを具備する燃料電池システムにおいて、制御部は、脱硫器の温度が第１規定温度よりも低いとき、判定処理を実行しないことを特徴とする。
【０００９】
本様相によれば、制御部は、燃料電池システムの発電運転中において、原料ガスに含まれる水蒸気に関する物理量に基づいて脱硫器の交換の有無を判定する判定処理を実行する。しかしシステムの発電運転の有無に拘わらず、脱硫器の温度が第１規定温度よりも低いとき、制御部は判定処理を実行しない。この場合には、脱硫器の温度が第１規定温度よりも低いため、脱硫器の脱硫剤は、硫黄分およびＨ２Ｏ分を吸着させる高い能力をもち、脱硫剤の能力を増大させている。従って、脱硫剤における能力増大分がＨ２Ｏ吸着で飽和されるまでの間には、万一、高露点の原料ガスが脱硫器に供給されたとしても、硫黄分およびＨ２Ｏ分が脱硫器の脱硫剤に良好に吸着できる。よって脱硫剤から下流側への硫黄分の流出は抑えられる。このため、判定処理において判定エラーによる脱硫器の過誤交換をできるだけ回避するため、制御部は判定処理を実行しない。これにより過誤交換に起因するメンテナンスコストの無用な高騰が抑制される。第１規定温度はシステムの種類、脱硫剤の材質または量、原料ガスの組成等に応じて適宜設定され、例えば５０℃以下の任意の温度にできる。制御部は、脱硫器の温度が第１規定温度以上のとき、判定処理の実行を許容できる。
【００１０】
なお、低温状態の脱硫器においても、脱硫器に供給される原料ガスの露点が継続的に高露点であるときには、原料ガスの露点が低露点の場合よりも、脱硫器が早期に破過する。但し、脱硫器が高温で使用されていた状態から低温になったときには、高温から低温への移行に基づく吸着量の増大分（図４参照）が期待され、脱硫能力は向上する。
【００１１】
水蒸気検知要素である水蒸気センサは、原料ガスに含まれる水蒸気に関する物理量を直接的にまたは間接的に検知する。間接的に検知とは、他のパラメータを介して水蒸気に関する物理量を検知するという意味である。水蒸気に関する物理量としては、原料ガスに含まれる水蒸気量、原料ガスの湿度、原料ガスの露点を例示できる。脱硫器の温度が第１規定温度よりも低いときか否かについては、温度センサ等の温度検知要素で検知志手も良いし、他の手段で検知しても良い。
【００１２】
（２）本発明の様相２に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、更に、下記の（ｉ）および（ｉｉ）のうちの少なくとも一つに該当するとき、制御部は判定処理を実行しないことを特徴とする。
（ｉ）燃料電池システムが発電運転しないものの、発電運転前に改質器および／または燃料電池を昇温させる暖機モードのとき
（ｉｉ）原料ガスが原料ガス通路に流れていないとき
【００１３】
（ｉ）燃料電池システムが発電運転しないものの、発電運転前に改質器および／または燃料電池を昇温させる暖機モードのとき。この場合、システムは発電運転しておらず、脱硫器の温度が低いため、脱硫器の脱硫剤に硫黄分およびＨ２Ｏ分を吸着させる能力が大きい。従って、万一、高露点の原料ガスが脱硫器に供給されたとしても、脱硫剤から下流側への硫黄分の流出は抑えられる。この場合、脱硫器よりも下流に位置する改質器および燃料電池に影響を与えることが抑制される。
【００１４】
（ｉｉ）原料ガスが原料ガス通路に流れていないとき。露点の高低に拘わらず、原料ガスが流れていないため、脱硫剤から下流側への硫黄分の流出は抑えられる。原料ガスが原料ガス通路に流れていないときには、システムは発電運転されておらず、脱硫器の温度は低い。このため、万一、改質器の水蒸気が脱硫器側に一時的に逆流するときであっても、その水蒸気を脱硫器に吸着できる。このため脱硫器に吸着している硫黄分の脱離が抑えられる。この場合、脱硫器よりも下流に位置する改質器および燃料電池に影響を与えることが抑制される。
【００１５】
（３）本発明の様相３に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、制御部は、燃料電池システムを一旦停止させ、停止処理後に再起動をさせ、判定処理を再実行し、再実行された判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、脱硫器の交換を促す警報を出力することを特徴とする。
【００１６】
本様相によれば、判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合でも、脱硫器を交換させる警報はユーザ等に直ちに出力されない。ガス工事等による原料ガスの高露点化、改質器からの脱硫器側への蒸気戻りは一時的なものである可能性があり、判定エラーが発生する可能性がある。判定エラーを抑え、判定エラーに起因する脱硫器の過誤交換を抑えるためである。システムが停止された後に再起動されれば、原料ガスに含まれる水蒸気量が低めに戻っている可能性が高く、更に、改質器からの蒸気戻りが終了している可能性がある。
【００１７】
そこで本様相によれば、制御部は判定処理を再実行する。再実行された判定処理において、脱硫器を交換させる条件が満たされないと判定されるときには、制御部は脱硫器を交換させず、システムの運転を継続させることができる。これに対して、再実行された判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされたときには、制御部は、脱硫器を交換させる警報をユーザ等に出力させる。警報は、単なる警報の他に、システムの再起動禁止を含むことができる。脱硫器を交換させる条件としては、基準時期からの運転累積時間、基準時期からシステムに供給された原料ガスの累積流量、所定の露点以上の原料ガスが基準時期からシステムに供給された累積流量等を例示できる。基準時期は、システムの設置時期、脱硫器を交換させた時期、脱硫器を再生させた時期を例示できる。
【００１８】
（４）本発明の様相４に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、制御部は、燃料電池システムを一旦停止させ、停止させた停止時刻から既定時間Ｍ経過した後に再起動をさせるともに、判定処理を再実行し、再実行された判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、脱硫器の交換を促す警報を出力することを特徴とする。
【００１９】
本様相によれば、脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合でも、脱硫器を交換させる警報は、ユーザ等に直ちに出力されない。ガス工事等による原料ガスの高露点化、改質器からの蒸気戻りは一時的なものであり、判定エラーが発生する可能性がある。この場合、判定エラーに起因する脱硫器の過誤交換の可能性があるためである。そこで停止させた後に規定時間Ｍ経過すれば、ガス配管工事等が終了し、原料ガスの露点が低露点に戻っている可能性がある。更に、改質器からの蒸気戻りが終了している可能性がある。
【００２０】
そこで本様相によれば、判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされているときであっても、燃料電池システムの発電運転が一旦停止され、停止された後に規定時間Ｍ経過した後に燃料電池システムが再起動されるとき、制御部は、判定処理を再実行する。再実行された判定処理において脱硫器を交換させる判定が出力されないときには、制御部は脱硫器を交換させず、システムの運転を継続させることができる。しかし、再実行の判定処理において脱硫器を交換させる判定が出力されたときには、制御部は、脱硫器を交換させる警報をユーザやメンテナンス者等に出力させることが好ましい。警報は、単なる警報の他に、システムの再起動禁止を含むことができる。既定時間Ｍは、原料ガスの組成、システムの種類、脱硫剤の材質および量等に応じて適宜設定できる。
【００２１】
（５）本発明の様相５に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、制御部は、燃料電池システムを一旦停止させ、停止させた後に再起動をさせるとともに、燃料電池システムが暖機モードのとき判定処理を実行せず、暖機モードから発電モードに移行した状態において判定処理を再実行し、再実行された判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、脱硫器の交換を促す警報を出力することを特徴とする。
【００２２】
判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合でも、脱硫器を交換させる警報は、ユーザ側に直ちに出力されない。ガス工事等による原料ガスの高露点化、改質器からの蒸気戻りは一時的なものであり、判定エラーが発生する可能性がある。そこで、制御部は、燃料電池システムを一旦停止させ、停止させた後に燃料電池システムを再起動させる。燃料電池システムが暖機モードのときには、脱硫器の温度は規定温度未満であり低いため、脱硫器における水蒸気吸着能および硫黄吸着能は有る。この場合、脱硫器の下流側への硫黄分の流出は抑えられる。このため燃料電池システムが再起動されたときでも、脱硫器の温度が低い暖機モードのときには、仮に高露点の原料ガスが脱硫器に供給されても、脱硫器は良好に脱硫できるため、制御部は判定処理を実行しない。
【００２３】
しかし暖機モードから発電モードに移行した状態において、制御部は判定処理を再実行する。再実行された判定処理において、脱硫器を交換させる条件が満たされないと判定されるときには、制御部は脱硫器を交換させず、システムの運転を継続させる。これに対して、再実行した判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされたときには、制御部は、脱硫器を交換させる警報をユーザやメンテナンス者等に出力させる。警報は、単なる警報の他に、システムの再起動禁止を含むことができる。
【００２４】
（６）本発明の様相６に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、制御部は、燃料電池システムを一旦停止させ、停止させた後に再起動をさせるとともに、脱硫器の温度が第１規定温度未満のとき判定処理を実行せず、脱硫器の温度が第１規定温度以上のとき判定処理を再実行し、再実行された判定処理において前記脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合、脱硫器の交換を促す警報を出力することを特徴とする。
【００２５】
判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合には、制御部は、燃料電池システムの発電運転を一旦停止させる。停止された後に、制御部は、燃料電池システムを再起動させる。このとき、脱硫器の温度が第１規定温度未満のとき、制御部は判定処理を実行しない。脱硫器の温度が第１規定温度以上のとき、制御部は判定処理を再実行する。再実行された判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合には、制御部は脱硫器の交換を促す警報を出力する。
【００２６】
判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされていると判定される場合でも、脱硫器を交換させる警報は、ユーザ等に直ちに出力されない。ガス工事等による原料ガスの高露点化、改質器からの蒸気戻りは一時的なものであり、判定エラーが発生する可能性があるためである。そこで、制御部は、燃料電池システムの発電運転を一旦停止させ、停止された後に、燃料電池システムを再起動させる。燃料電池システムの停止後の再起動直後においては、脱硫器の温度は低く、脱硫器における水蒸気吸着能および硫黄吸着能は有るため、仮に高露点の原料ガスが脱硫器に供給されても脱硫器は良好に脱硫でき、脱硫器の下流側への硫黄分の流出は抑えられる。このため脱硫器の温度が第１規定温度未満のとき、制御部は判定処理を実行しない。
【００２７】
しかし脱硫器の温度が昇温されて第１規定温度以上のときには、制御部は判定処理を再実行する。再実行された判定処理において、脱硫器を交換させる条件が満たされないと判定される場合には、制御部は脱硫器を交換させず、システムの運転を継続させることができる。再実行された判定処理において脱硫器を交換させる条件が満たされると判定されるときには、制御部は、脱硫器を交換させる警報をユーザやメンテナンス者に出力させる。警報は、単なる警報の他にシステムの再起動禁止を含むことができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、脱硫器が第１規定温度よりも低いときには、脱硫器においては、脱硫器の脱硫剤に硫黄分およびＨ２Ｏ分を吸着させる能力が大きい。従って、万一、高露点の原料ガスが脱硫器に供給されたとしても、原料ガスに含まれる硫黄分およびＨ２Ｏ分を脱硫器の脱硫剤に吸着でき、脱硫剤から下流側への硫黄分の流出は抑えられる。このため、判定処理において判定エラーによる脱硫器の過誤交換をできるだけ回避するため、制御部は判定処理を実行しない。
【００２９】
従って、脱硫器の交換の判定処理における判定エラーによる脱硫器の過誤交換を回避させるのに貢献できる。このため脱硫器の寿命および脱硫能が充分に存在するにも拘わらず、判定エラーに起因して脱硫器の過誤交換してしまう不具合が抑えられる。従って、メンテナンスコストの無用な高騰を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態１に係り、システムの概要図である。
【図２】脱硫器の交換の考え方を示すグラフである。
【図３】脱硫器の温度と脱硫器の水蒸気吸着能力との関係を概念的に示すグラフである。
【図４】脱硫器の温度と脱硫器の吸着能力との関係を概念的に示すグラフである。
【図５】脱硫器の破過によりシステムを停止させて脱硫器の温度を低下させたとき、脱硫器の吸着能力の変化を概念的に示すグラフである。
【図６】脱硫器の破過によりシステムを停止させた後に再起動（リトライ）させたとき、脱硫器の吸着能力の変化を概念的に示すグラフである。
【図７】実施形態３に係り、システムの概要図である。
【図８】制御部が実行する制御則のフローチャートである。
【図９】制御部が実行する制御則のフローチャートである。
【図１０】制御部が実行する制御則のフローチャートである。
【図１１】適用形態に係るシステムの概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
燃料電池は、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。改質器は、原料ガスを改質させてアノードガスを生成させる。原料ガス通路は、原料ガスを改質器に供給させる。ガス搬送源は、原料ガス通路に設けられており、原料ガスを原料ガス通路を介して改質器に供給させるものであり、ポンプ、コンプレッサ、ファン等を例示できる。ポンプは回転式、往復式、ダイヤフラム式でも良い。脱硫器は原料ガス通路に設けられており、原料ガスを脱硫させる。原料ガスに含まれる水蒸気に関する物理量を検知する水蒸気センサとしては、脱硫器に供給される原料ガスの露点を検知する露点計、湿度センサが例示される。
【００３２】
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。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。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）を除去させる。
【００３３】
制御部は、燃料電池システムの発電運転中において、原料ガスに含まれる水蒸気に関する物理量に基づいて脱硫器の交換の有無を判定する判定処理を実行する。この場合、露点が高い原料ガスが基準時期から流れた累積時間、露点が高い原料ガスが基準時期から流れた累積流量（体積流量または質量流量）を考慮することが好ましい。上記した基準時期とは、一般的には、燃料電池システムを設置した時期、または、原料ガス通路を流れる原料ガスの累積流量の起算開始時期、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、あるいは、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。
【００３４】
更に説明を加える。上記したようにガス配管の老朽化、工事に起因するガス配管への浸水の影響がある。春期における雪溶け水、梅雨時の雨期における雨水の地面ひいてはガス配管等への浸水の影響がある。これらの影響を受けて、原料ガスに含まれる露点および水蒸気量は変化する。しかし上記したガス配管工事、季節的な浸水による原料ガスの水蒸気量増加は永久的に継続されるものではなく、一時的なものが多く、従って原料ガスに含まれる水蒸気量は元に戻り、低くなることが多い。脱硫器の脱硫能力が充分にありながらも、一時的な浸水等に起因する判定エラーに基づいて、脱硫器を交換させてしまう過誤判定を抑制させることが好ましい。
【００３５】
（実施形態１）
図１〜図４は実施形態１を示す。図１に示すように、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。
【００３６】
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、脱硫剤を収容する脱硫器１００と、脱硫器１００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。脱硫器１００は、相対的に高温の環境（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。なお、脱硫器１００の加熱させる形態としては、発電モジュール１８からの受熱によるものでなくともよく、例えば、改質器２Ａや燃料電池１から排出された高温の排ガスによって脱硫器１００を加熱させたり、貯湯槽の湯やヒーターやシステム内発熱部品（パワコン等）により脱硫器１００の温度を保つようにしても良い。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脱硫剤を収容する。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。脱硫器１００には、脱硫剤の温度を検知する温度センサ１５０が設けられている。
【００３７】
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。しかしガス配管の老朽化、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）の原料ガスが一時的に供給される可能性が少なからずある。この場合、脱硫剤の劣化が促進され、原料ガスに付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、高温設置型の脱硫器１００は、相対的に高露点の原料ガスに対しても劣化率が低く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。
【００３８】
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。従って、原料ガス通路６は、上流から下流にかけて、遮断弁６９、露点計５１０（水蒸気センサ）、脱硫器１００、流量計３００、バッファ４００と、ガス搬送源として機能するポンプ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、脱硫器１００、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。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。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。但し配置順はこれに限定されない。
【００３９】
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、４０〜２２０℃、または、４０〜１５０℃）に維持される。システムの発電運転の累積運転時間が長くなると、あるいは、原料ガス通路６を流れる原料ガスの累積流量が増加すると、脱硫器１００の劣化が次第に進行する。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、脱硫器１００の残寿命が短い。脱硫器１００が交換されると、リセットスイッチ１０６がオンされ、その信号が制御部１００Ｘに入力され、メモリ１００ｍに格納される。
【００４０】
ここで、図２を用いて脱硫剤の交換の考え方を説明する。図２は、原料ガスの露点に対する残寿命特性を示す。図２の横軸は脱硫剤に流れる原料ガスの露点（湿度に関する情報値）を示す。縦軸は脱硫剤の残寿命を示す。図２の特性線Ｍに示すように、脱硫剤は、露点が高いほど残寿命を低下させる。これは、脱硫剤の付臭剤の吸着（除去）サイトにＨ２Ｏ（水蒸気）が吸着することで付臭剤の吸着サイトが減少することによると考えられる。水蒸気の吸着は吸着平衡で決定すると考えられ、原料ガスの露点が低化すると、脱硫剤の残寿命はほぼ元に戻ることが分かっている。一例でいうと、特性線Ｍとして示すように、常時２０℃の露点の原料ガスが流入すると、脱硫剤はT0年分の残寿命しかないが、システムの使用初期に２０℃の露点の原料ガスが流入したとしても、その後、露点が−２０℃に戻るとT3年分の残寿命を有する。T0年、T1年、T2年、T3年は時間の相対値を示し、制御部１００Ｘのメモリ１００ｍのエリアに格納されている。
【００４１】
図２において、累積運転時間が図２のマップを上回る場合には、硫黄が脱硫器よりも下流に流出する可能性があると制御部は判断し、システムを停止させる。例えば、累積運転時間がT0以上で露点２０℃以上が検知された場合には、制御部は脱硫器寿命を超えると判断し、システムを停止させる。
【００４２】
本実施形態によれば、制御部１００Ｘは、燃料電池システムの発電運転中において判定処理を実行し、脱硫器１００の交換の有無を判定する。しかしながら制御部１００Ｘは、脱硫器１００の温度が第１規定温度Ｔｘよりも低いとき、判定処理において判定エラーによる脱硫器の過誤交換をできるだけ回避するため、判定処理を実行しない。従って、メンテナンスコストの無用な高騰を抑制できる。
【００４３】
上記したように脱硫器１００の温度が第１規定温度よりも低いとき。この場合、脱硫器１００の脱硫能が充分に得られると考えられる。第１規定温度Ｔｘは、例えば５０℃以下（例えば室温）の範囲内、殊に４０℃以下の範囲内の任意値である。この場合、原料ガスが原料ガス通路に流れているか否かに拘わらず、システムの運転の如何に拘わらず、脱硫器１００の温度が第１規定温度Ｔｘ未満と低温であるため、脱硫器１００の脱硫剤は硫黄分およびＨ２Ｏ分を吸着させる高い能力をもつ。従って、万一、高露点の原料ガスが脱硫器１００に供給されたとしても、脱硫剤から下流側への硫黄分の流出は抑えられ、改質器２Ａおよび燃料電池１に影響を与えない。このため判定処理における判定エラーによる脱硫器の過誤交換をできるだけ回避するため、脱硫器１００の温度が第１規定温度Ｔｘ未満と低温であるときには制御部１００Ｘは判定処理を実行しない。
【００４４】
ところで、図３の特性線Ｋ１は、脱硫器１００の温度と脱硫器１００の水蒸気吸着能力との関係を概念的に示す。ひいては、図３の特性線Ｋ１は、水蒸気がない状態において、脱硫器１００の温度と硫黄吸着能力との関係を概念的に示す。図３によれば、脱硫器１００の温度が低くなると、脱硫器１００における水蒸気の吸着能力は増加する。硫黄についても、水蒸気がない状態では、脱硫器１００の温度が低くなると、脱硫器１００における硫黄吸着能力が増加する。
【００４５】
図４は、図３の特性から図２の相関に関して、高露点（例えば２０℃露点）の場合において、脱硫器１００の温度と脱硫器１００の吸着能力との関係を概念的に示す。ＤＨは水蒸気吸着能力を示す。ＤＳは硫黄吸着能力を示す。図４において（ＤＨ＋ＤＳ）は、水蒸気がない状態において、硫黄を吸着できる能力を示す。図３の結果と同様に脱硫器温度１００が低いほど、図４に示すように、（ＤＨ＋ＤＳ）は増大する。しかし、硫黄分よりも水蒸気が優先的に吸着される。そのため、水蒸気吸着能力ＤＨは、図３の特性に基づき、脱硫器温度１００が低いほど増大する。結果として、脱硫器温度が低温ほど、（ＤＨ＋ＤＳ）は増大するものの、硫黄吸着能力ＤＳそれ自体は減少する。つまり、原料ガスの露点が高露点ときにおいては、脱硫器温度が高温ほど、脱硫器の脱硫能力が高いことを示し、脱硫器温度が低温ほど、脱硫器の脱硫能力が低いことを示している。
【００４６】
また図５は燃料電池システムの発電運転時において脱硫器１００が破過した後、燃料電池システムを停止させて脱硫器１００の温度を低下させた場合を示す。図５の（Ａ）は脱硫器１００が破過した場合を示す。図５の（Ｂ）は、脱硫器１００が破過した後、燃料電池システムを停止させて脱硫器１００の温度を低下させた場合を示す、脱硫器１００の破過時には、図５の（Ａ）に示すように、水蒸気吸着ＫＨとして、硫黄分吸着ＫＳとして、水蒸気および硫黄分は脱硫剤にそれぞれ吸着していると仮定される。システムの停止により脱硫器１００の温度は低下する。このため図５の（Ｂ）に示すように、脱硫器１００の温度の低下に伴い、脱硫剤において水蒸気または硫黄分を吸着できる吸着可能領域Ｅ１が飛躍的に増加する。従って、システムの停止により脱硫器１００の温度が低くなると、脱硫剤において水蒸気吸着可能量および硫黄分吸着可能量を飛躍的に増加させることができる。この場合、高露点の原料ガスが脱硫器１００に供給されるときであっても、脱硫器の温度が再び上昇して図５の（Ｂ）の状態から図５の（Ａ）の状態に至る過程において、吸着可能領域Ｅ１に水蒸気が吸着できる。よって、吸着可能領域Ｅ１が水蒸気吸着ＫＨとなるまでは、多くの水蒸気を脱硫剤に良好に吸着できる。この場合、既に吸着されていた硫黄分が脱硫剤から脱離されることを抑制できる。
【００４７】
図６は、原料ガスの高露点が継続しているため脱硫器１００が破過した場合において、燃料電池システムを停止させ、その後、再起動（リトライ）させて、再び暖機モードひいては発電モードに移行させる場合を示す。図６の（Ａ）に示すように、システム停止後に再起動（リトライ）させるときには、脱硫器１００の温度は低下しているため、脱硫剤において水蒸気および硫黄分を吸着できる吸着可能領域Ｅ１を飛躍的に増加させることができる。すなわち、再起動（リトライ）時には、脱硫器１００は低温であるため、脱硫剤における水蒸気吸着可能量および硫黄分吸着可能量が吸着可能領域Ｅ１として増加する。従って、万一、高露点の原料ガスが脱硫剤に供給されたとしても、高露点の原料ガスの水蒸気を脱硫剤において吸着でき、且つ、硫黄分も脱硫剤に吸着でき、従って、脱硫器１００よりも下流への硫黄分の流出を抑制できる。但し、発電運転の時間が経過するにつれて、脱硫器１００の温度は次第に高くなる、かつ高露点ガスが供給されることにより吸着平衡に向かい、水蒸気が脱硫剤に吸着するため、図６において（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）の順に変遷し、結果として、吸着可能領域Ｅ１は次第に小さくなる。このような場合には判定処理を実行する必要がある。なお、原料ガスの露点が高露点から低露点に戻った場合には、脱硫剤における水蒸気吸着部（ＫＨ）からの水蒸気の脱離が促進されるため、脱硫剤において硫黄吸着可能な量が復帰する。
【００４８】
（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。本実施形態によれば、制御部１００Ｘは、燃料電池システムの発電運転中において判定処理を実行し、脱硫器１００の交換の有無を判定する。しかしながら脱硫器１００の温度が第１規定温度Ｔｘよりも低いとき、制御部１００Ｘは判定処理を実行しない。脱硫剤の材質や原料ガスの組成等に応じて、第１規定温度Ｔｘは例えば５０℃以下の範囲から適宜設定される。
【００４９】
更に本実施形態によれば、下記の（ｉ）および（ｉｉ）のうちの少なくとも一つにおいて、制御部１００Ｘは判定処理を実行しない。下記の（ｉ）および（ｉｉ）に示す場合には、脱硫器１００の温度が低温（一般的には第１規定温度Ｔｘ未満）であると考えられ、図３〜図４の説明から理解できるように、脱硫器１００の脱硫剤は硫黄分およびＨ２Ｏ分を吸着させる能力が大きい。従って、万一、高露点の原料ガスが脱硫器１００に供給されたとしても、脱硫剤から下流側への硫黄分の流出は抑えられ、脱硫器１００よりも下流に位置する改質器２Ａおよび燃料電池１に影響を与えない。このため判定処理における判定エラーによる脱硫器の過誤交換をできるだけ回避するため、脱硫器１００の温度が第１規定温度Ｔｘ未満と低温であるときには、制御部１００Ｘは判定処理を実行しない。
【００５０】
（ｉ）燃料電池システムが発電運転しないものの改質器２Ａおよび燃料電池１を発電運転温度まで昇温させる暖機モードのとき。この場合、脱硫器１００の温度が低いため、脱硫器１００の脱硫能が充分に得られると考えられる。暖機モードでは、原料ガスが原料ガス通路６に流れているか否かに拘わらず、脱硫器１００の温度がまだ低いため、脱硫器１００の脱硫剤は硫黄分およびＨ２Ｏ分を吸着させる能力が大きい。従って、万一、高露点の原料ガスが脱硫器１００に供給されたとしても、脱硫器１００から下流側への硫黄分の流出は抑えられる。
【００５１】
（ｉｉ）原料ガスが原料ガス通路６に流れていないとき。この場合、原料ガスの露点の如何に拘わらず、原料ガス自体がそもそも原料ガス通路６および脱硫器１００に流れていないため、原料ガスを脱硫器１００で脱硫させる必要性がない。例えば、アノードガスおよびカソードガスが燃料電池に供給されていないため発電しない燃料電池システムの待機モードや暖機中においても着火にいくまで等の原料ガスを流さないモードについては、原料ガスが原料ガス通路６に流れていないため、（ｉｉ）に該当する。
【００５２】
（実施形態３）
図７は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図７に示すように、第１脱硫器１００は、相対的に高温の環境（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。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。
【００５３】
本実施形態によれば、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。これにより第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。このように第１脱硫器１００を通過した原料ガスの保有熱量があったとしても、第２脱硫器２００における放熱で充分に原料ガスは低温化される。
【００５４】
（実施形態４）
図８は実施形態４を示す。本実施形態は上記実施形態１、２と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。本実施形態によれば、判定処理において脱硫器１００を交換させる判定が出力されたとき、制御部１００Ｘは、判定に基づいて燃料電池システムの発電運転を停止させ、停止させた後に燃料電池システムを再起動させるとき、再起動時の暖機モードにおいて、更に、暖機モードから発電モードに移行するまでの間において、制御部１００Ｘは判定処理を実行しない。暖機モードから発電モードに移行してから、制御部１００Ｘは判定処理を再実行し、本判定する。
【００５５】
本実施形態によれば、まず、制御部１００Ｘは、基準時刻から現在までの原料ガスの露点状況、累積運転時間、原料ガスの累積流量等の情報をメモリ１００ｍから読み込み（ステップＳ１０２）、脱硫器１００を交換する必要があるか否かについて判定処理を実行する（ステップＳ１０４）。脱硫器１００の交換必要ありと判定されても、現段階では、脱硫器１００を直ちに交換させるメッセージや警報は、ユーザ側に出力されない。原料ガスの一時的な高露点化、改質器２Ａからの水蒸気の一時的な逆流等に起因する判定エラーの可能性があり、判定エラーによる脱硫器１００の過誤交換を避けるためである。判定の結果、脱硫器１００の交換の必要が無ければ（ステップＳ１０６のＮＯ）、システムの発電運転を継続させる指示を出力する（ステップＳ１０８）。脱硫器１００の寿命であり、脱硫器１００の交換の必要が有れば（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、システムは発電モードから停止モードに移行する（ステップＳ１１０）。脱硫器１００の下流に存在する改質器２Ａや燃料電池１の触媒の硫黄被毒を避けるためである。
【００５６】
上記した停止モードでは、カソードガスである空気の改質器２Ａへの供給を継続させ、発電モジュール１８を冷却させると共に、原料ガスをその流量を低減させつつ改質器２Ａに供給させると共に、改質用の水をその流量を低減させつつ改質器２Ａに供給させる。これにより改質器２Ａにおいて水蒸気を形成し、水蒸気改質により原料ガスを水素ガスとさせる。大気とは異なり、水素ガスは還元性をもつため、発電モジュール１８等の配管部品の高温酸化を抑制できる。高温酸化しないように発電モジュール１８の温度が低温になったら、遮断弁６９を閉鎖して原料ガスの供給を停止させ、改質用の水の供給も停止させ、還元性をもつ水素ガスの生成を停止させる。但し、カソードガスである空気の改質器２Ａへの供給を継続させ、発電モジュール１８を更に冷却させる。このような停止モードにおいては、上記した脱硫器１００の交換の有無を判定する判定処理は実行されない。祖の理由としては以下のようである。即ち、脱硫器１００の温度が低く、脱硫剤の水蒸気および硫黄分の吸着能力が高いため、仮に、高露点の原料ガスが供給されたとしても、下流側への硫黄分の流出が抑えられためである。この場合、下流側の改質器２Ａおよび燃料電池１における被毒を回避できる。このように判定処理が行われないため、停止モードにおける判定過誤が抑えられる。
【００５７】
発電モジュール１８が第１既定温度未満（以下）になったら、停止モードが終了する。停止モードの終了か判定し、終了であれば（ステップＳ１１２のＹＥＳ）、システムを再起動させるか否か判定する（ステップＳ１１４）。制御部１００Ｘまたはユーザにより再起動指令が出力されていないときには、再起動されない。制御部１００Ｘまたはユーザにより再起動指令が出力されていれば（ステップＳ１１４のＹＥＳ）、システムは再起動される（ステップＳ１１６）。再起動されると、システムは暖機モードとなり、発電モジュール１８に供給された原料ガスをカソードガス通路７０からの空気により燃焼させ、発電モジュール１８の改質器２Ａおよび燃料電池１をこれの改質反応に適するように昇温させる。
【００５８】
暖機モードにおいては、脱硫器１００の温度が第１規定温度よりも低いため、上記した脱硫器１００の交換の有無を判定する判定処理は実行されない。暖機モードによれば、脱硫器１００の温度が低いため、脱硫剤の水蒸気および硫黄分の吸着能力が高い。この場合、仮に、高露点の原料ガスが供給されたとしても、下流側への硫黄分の流出が抑えられ、下流側の改質器２Ａおよび燃料電池１における被毒を回避できる。
【００５９】
更に暖機モードから発電モードに移行したか判定する（ステップＳ１２０）。発電モードに移行すれば（ステップＳ１２０のＹＥＳ）、脱硫器１００が昇温されているため、判定処理を実行する必要がある。そこで、制御部１００Ｘは、基準時刻から現在までの原料ガスの露点状況、累積時間（原料ガスの累積流量）の情報をメモリ１００ｍから読み込み（ステップＳ１２２）、脱硫器１００を交換する必要があるか否かについて判定処理を実行する（ステップＳ１２４）。判定の結果、脱硫器１００の交換の必要が無ければ（ステップＳ１２６のＮＯ）、システムの発電運転を継続させる指示を出力する（ステップＳ１０８）。脱硫器１００が寿命であり、脱硫器１００の交換の必要性があれば（ステップＳ１２６のＹＥＳ）、交換を指示する警報を聴覚的または視覚的な警報器１０２に出力してユーザやメンテナンス者等に報知する（ステップＳ１２８）。更に、システムを停止させるか否かを判定し（ステップＳ１３０）、更に脱硫器１００の残寿命が終期であり、システムを停止させる必要があれば（ステップＳ１３０のＹＥＳ）、システムを停止モードまたは緊急停止モードにより停止させる（ステップＳ１３２）。この場合、脱硫器１００を交換（再生、修理を含む）しない限り、システムの再起動を禁止させることが好ましい。ここで、停止モードでは還元性をもつ水素ガスを生成させるため、原料ガスおよび改質水の供給はしばらく継続される。緊急停止モードでは原料ガスの供給を直ちに停止させる。
【００６０】
（実施形態５）
図９は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１、２と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。本実施形態によれば、本実施形態によれば、判定処理において脱硫器１００を交換させる必要がありと判定されたとき、判定に基づいて燃料電池システムの発電運転が停止され、停止された後に燃料電池システムが再起動される。このとき、制御部１００Ｘは、脱硫器１００の温度ＴＨ１が第１規定温度Ｔｘ未満のとき判定処理を実行せず、脱硫器１００の温度ＴＨ１が第１規定温度Ｔｘ以上のとき判定処理を再実行する。
【００６１】
まず、制御部１００Ｘは、基準時刻から現在までの原料ガスの露点状況、累積時間の情報をメモリ１００ｍから読み込み（ステップＳ１０２Ｂ）、脱硫器１００を交換する必要があるか否かについて判定処理を実行する（ステップＳ１０４Ｂ）。脱硫器１００の交換必要ありと判定されても、現段階では、脱硫器１００を直ちに交換させるメッセージや警報は、ユーザ側に出力されない。原料ガスの一時的な高露点化、改質器２Ａからの水蒸気の一時的な逆流等に起因する判定エラーの可能性があり、判定エラーによる脱硫器１００の過誤交換を避けるためである。判定の結果、脱硫器１００の交換の必要が無ければ（ステップＳ１０６ＢのＮＯ）、システムの発電運転を継続させる指示を出力する（ステップＳ１０８Ｂ）。脱硫器１００の寿命であり、脱硫器１００の交換の必要が有れば（ステップＳ１０６ＢのＹＥＳ）、システムは停止モードに移行する（ステップＳ１１０Ｂ）。
【００６２】
停止モードは前述したように行われる。停止モードにおいては、脱硫器１００の温度は第１規定温度よりも低いため、上記した脱硫器１００の交換の有無を判定する判定処理は実行されない。その理由としては、原料ガスの一時的な高露点化、改質器２Ａからの水蒸気の一時的な逆流等に起因する判定エラーの可能性があり、判定エラーによる脱硫器１００の過誤交換を避けるためである。更に、停止モードによれば、脱硫器１００の温度が低く、脱硫剤の水蒸気および硫黄分の吸着能力が高いため、仮に、高露点の原料ガスが供給されたとしても、下流側への硫黄分の流出が抑えられ、下流側の改質器２Ａおよび燃料電池１における被毒を回避できるためである。
【００６３】
発電モジュール１８が低温になったら、停止モードが終了する。停止モードの終了か判定し、終了であれば（ステップＳ１１２ＢのＹＥＳ）、制御部１００Ｘは、システムを再起動させるか否か判定する（ステップＳ１１４Ｂ）。制御部１００Ｘまたはユーザにより再起動指令が出力されていれば（ステップＳ１１４ＢのＹＥＳ）、システムが再起動される（ステップＳ１１６Ｂ）。再起動により、発電モジュール１８は昇温する。このため脱硫器１００も次第に昇温する。脱硫器１００の温度ＴＨ１を読み込む（ステップＳ１１８Ｂ）。脱硫器１００の温度ＴＨ１が第１規定温度Ｔｘ未満であれば（ステップＳ１２０ＢのＮＯ）、脱硫器１００を交換する必要があるか否かについて判定処理は実行されない。判定エラーによる脱硫器の過誤交換のおそれがあるためである。更に、脱硫器１００の温度が低く、脱硫剤の水蒸気および硫黄分の吸着能力が高いため、仮に、高露点の原料ガスが供給されたとしても、下流側への硫黄分の流出が抑えられ、下流側の改質器２Ａおよび燃料電池１における被毒を回避できるためである。このように脱硫器１００の温度ＴＨ１に直接的に基づくため、判定精度を高め得る。
【００６４】
更に、脱硫器１００の温度ＴＨ１が第１規定温度Ｔｘ以上か否かを判定する（ステップＳ１２０Ｂ）。脱硫器１００の温度ＴＨ１が第１規定温度Ｔｘ以上であれば（ステップＳ１２０ＢのＹＥＳ）、制御部１００Ｘは判定処理する必要がある。そこで、制御部１００Ｘは、基準時刻から現在までの原料ガスの露点状況、累積時間の情報をメモリ１００ｍから読み込み（ステップＳ１２２Ｂ）、脱硫器１００を交換する必要があるか否かについて判定処理を再実行する（ステップＳ１２４Ｂ）。このような本判定処理の結果、脱硫器１００の交換の必要が無ければ（ステップＳ１２６ＢのＮＯ）、システムの発電運転を継続させる指示を出力する（ステップＳ１０８Ｂ）。脱硫器１００の交換の必要性があれば（ステップＳ１２６ＢのＹＥＳ）、交換を指示するユーザ側への警報を聴覚的または視覚的な警報器１０２に出力する（ステップＳ１２８Ｂ）。更にシステムを停止させるか判定し（ステップＳ１３０Ｂ）、脱硫器１００の劣化が激しければ、システムを停止させる必要性がありとし（ステップＳ１３０ＢのＹＥＳ）、システムを停止モードまたは緊急停止モードにより再停止させる（ステップＳ１３２Ｂ）。この場合、脱硫器１００を交換（再生、修理を含む）しない限り、システムの再起動を禁止させることが好ましい。
【００６５】
（実施形態６）
図１０は実施形態６を示す。本実施形態は上記した実施形態１、２と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。本実施形態によれば、判定処理において脱硫器１００を交換させる判定が出力されると、燃料電池システムの発電運転が停止され、停止指令が出力された時刻から規定時間Ｍ以内であれば、ガス配管工事等に起因する原料ガスの一時的な高露点化が終了していないと予測される。この場合、ユーザから再起動指令が出力されたとしても、燃料電池システムは再起動されず、判定処理は実行されない。なお、既定時間Ｍを停止モードが完了するよりも長い時間に設定することで実施例４，５に比較し、一時的な高露点化に対し、より過誤交換防止が図られる。しかし停止指令が出力された時刻から規定時間Ｍ経過すれば、ユーザから再起動指令が出力されると、燃料電池システムは再起動され、判定処理が再実行される。
【００６６】
まず、制御部１００Ｘは、基準時刻から現在までの原料ガスの露点状況、累積時間の情報をメモリ１００ｍから読み込み（ステップＳ１０２Ｃ）、脱硫器１００を交換する必要があるか否かについて判定処理を実行する（ステップＳ１０４Ｃ）。脱硫器１００の交換必要ありと判定されても、現段階では、脱硫器１００を交換させるメッセージは、ユーザには出力されない。原料ガスの露点の一時的な高露点化、または、改質器２Ａからの一時的な水蒸気逆流等の影響があるため、判定エラーの可能性があり、判定エラーに起因する脱硫器の過誤交換の可能性があるためである。判定処理の結果、脱硫器１００の交換の必要が無ければ（ステップＳ１０６ＣのＮＯ）、システムの発電運転を継続させる指示を出力する（ステップＳ１０８Ｃ）。脱硫器１００の寿命であり、脱硫器１００の交換の必要が有れば（ステップＳ１０６ＣのＹＥＳ）、システムは停止モードに移行する（ステップＳ１１０Ｃ）。停止モードは前述したように行われる。停止モードのときには、脱硫器１００の温度は低いため、上記した脱硫器１００の交換の有無を判定する判定処理は実行されない。判定エラーによる脱硫器の過誤交換のおそれがあるためである。更に、脱硫器１００の温度が低く、脱硫剤の水蒸気および硫黄分の吸着能力が高いため、仮に、高露点の原料ガスが供給されたとしても、下流側への硫黄分の流出が抑えられ、下流側の改質器２Ａおよび燃料電池１における被毒を回避できるためである。
【００６７】
制御部１００Ｘは、停止モードに移行した時刻から規定時間Ｍ経過したか否か判定する（ステップＳ１１２Ｃ）。停止モードに移行した時刻から規定時間Ｍ経過していなければ（ステップＳ１１２ＣのＮＯ）、判定処理を実行しない。ガス配管工事等による原料ガスの高露点化はしばらく継続し、過誤判定の要因となり得るものの、ある程度時間が経過すれば、ガス配管工事が終了して、元の低露点に原料ガスに復帰するためである。規定時間Ｍはシステムおよび脱硫器に応じて設定できる。例えば、３時間〜４日間の範囲、あるいは、４時間〜２日間の範囲の任意値として規定できる。
【００６８】
停止モードに移行した時刻から規定時間Ｍ経過していないときには（ステップＳ１１２ＣのＮＯ）、制御部１００Ｘまたはユーザにより再起動指令が出力されていたとしても、システムは再起動されず、判定処理は実行されない。ガス配管工事が終了しておらず、原料ガスの高露点化による判定エラーがあり、判定エラーに起因する脱硫器１００の過誤交換が発生するおそれがあるためである。停止モードに移行した時刻から規定時間Ｍ経過していれば（ステップＳ１１２ＣのＹＥＳ）、システムを再起動させるか否か判定する（ステップＳ１１４Ｃ）。制御部１００Ｘまたはユーザにより再起動指令が出力されていれば、システムを再起動させる（ステップＳ１１６ＣのＹＥＳ）。再起動により暖機モードが実行され、発電モジュール１８を昇温させる。暖機モードから発電モードに移行していない場合には（ステップＳ１２０ＣのＮＯ）、暖機モードが継続されるため（ステップＳ１１８Ｃ）、脱硫器１００を交換する必要があるか否かについて判定処理は実行されない。判定エラーによる脱硫器の過誤交換のおそれがあるためである。暖機モードでは脱硫器１００の温度は低いため、上記した脱硫器１００の交換の有無を判定する判定処理は実行されない。脱硫器１００の温度が低く、脱硫剤の水蒸気および硫黄分の吸着能力が高いため、仮に、高露点の原料ガスが供給されたとしても、下流側への硫黄分の流出が抑えられ、下流側の改質器２Ａおよび燃料電池１における被毒を回避できるためである。判定エラーによる脱硫器の過誤交換のおそれがあるためである。
【００６９】
更に発電モードに移行している場合（ステップＳ１２０ＣのＹＥＳ）、判定処理を実行する必要がある。そこで、制御部１００Ｘは、基準時刻から現在までの原料ガスの露点状況、累積時間の情報をメモリ１００ｍから読み込み（ステップＳ１２２Ｃ）、脱硫器１００を交換する必要があるか否かについて判定処理を再実行する（ステップＳ１２４Ｃ）。再実行された本判定処理の結果、脱硫器１００の交換の必要が無ければ（ステップＳ１２６ＣのＮＯ）、システムの発電運転を継続させる指示が出力される（ステップＳ１０８Ｃ）。脱硫器１００の交換の必要性があれば（ステップＳ１２６ＣのＹＥＳ）、制御部１００Ｘは、脱硫器１００の交換を指示する警報を聴覚的または視覚的な警報器１０２に出力し、ユーザ側に報知する（ステップＳ１２８Ｃ）。更にシステムを停止させるか判定し（ステップＳ１３０Ｃ）、脱硫器１００の寿命が短く、システムを停止させる必要性があれば（ステップＳ１３０ＣのＹＥＳ）、システムを再停止させる（ステップＳ１３２Ｃ）。この場合、脱硫器１００を交換（再生、修理を含む）しない限り、システムの再起動を禁止させることが好ましい。
【００７０】
（適用形態）
図１１は上記した実施形態を適用する適用形態の一例を示す。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。
【００７１】
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、流量計３００、チャッキ弁５００をもつ。
【００７２】
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、脱硫剤の温度を検知する温度センサ１５０を有する。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脱硫剤を収容する。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。
【００７３】
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により規定温度（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とを連通させる給水通路８が、配管として筐体５内に設けられている。図４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。
【００７４】
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。
【００７５】
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）…ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→４Ｈ２＋ＣＯ２
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋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。
【００７６】
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の熱交換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。
【００７７】
制御部１００Ｘは、燃料電池システムの発電運転中において原料ガスに含まれる水蒸気に関する物理量（露点）と累積運転時間（または原料ガスの累積流量）に基づいて、脱硫器１００（２００）の交換の有無を判定する判定処理を実行する。制御部１００Ｘは、下記の（ｉ）〜（ｉｉｉ）のうちの少なくとも一つに該当するとき、判定処理を実行しない。
（ｉ）脱硫器の温度ＴＨ１が第１規定温度Ｔｘよりも低いとき
（ｉｉ）燃料電池システムが発電運転しないものの改質器２Ａおよび燃料電池１を昇温させる暖機モードのとき
（ｉｉｉ）原料ガスが原料ガス通路６に流れていないとき
【００７８】
（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脱硫器１００を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。露点計５１０が用いられているが、原料ガスの絶対湿度または相対湿度を検知する湿度センサを用いても良い。場合によっては、図１においてバッファ４００、チャッキ弁５００を廃止することもできる。警報は、単なる警報の他に、システムの運転停止、システムの再起動禁止を含むことができる。脱硫器１００の加熱させる形態としては、発電モジュール１８からの受熱によるものでなくともよく、例えば、改質器２Ａや燃料電池１から排出された高温の排ガスによって脱硫器１００を加熱させたり、貯湯槽の湯やヒーターやシステム内発熱部品（パワコン等）により脱硫器１００の温度を保つようにしても良い。
【符号の説明】
【００７９】
１は燃料電池、１０はアノード、１１はカソード、１００Ｘは制御部、１００は脱硫器、１５０は温度センサ、１０２は警報器、１０６はリセットスイッチ、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、６は原料ガス通路、５１０は露点計（水蒸気センサ）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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