(57)【要約】本発明は、燃料電池用の脱硫された燃焼ガスを生成する方法及び装置に関する。この場合、燃焼ガス、特に天然ガスが、脱硫装置（１）内で脱硫され、脱硫された燃焼ガスの硫黄含有量が監視される。本発明によれば、脱硫された燃焼ガスの少なくとも一部が、改質触媒（２）を貫流し、改質処理される。この改質処理の経過が、監視装置（３）によって監視される。この改質処理の低下が、燃焼ガスの硫黄含有量の上昇に関する信号として評価される。
2005501136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用の脱硫された燃焼ガスを生成する方法であって、燃焼ガス、特に天然ガスが脱硫され、脱硫された燃焼ガスの硫黄含有量が監視される方法において、脱硫された燃焼ガスの少なくとも一部が、改質触媒を貫流して改質処理されること、改質処理の経過が監視されること、及び、改質処理の低下が、燃焼ガスの硫黄含有量の上昇に関する信号として評価されることを特徴とする方法。
【請求項２】
改質処理の熱消費量が、この改質処理の経過を監視するために測定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
改質処理は断熱的に実施され、この場合、燃焼ガスの温度低下ΔＴが測定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
温度低下ΔＴの減少が、燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
温度低下ΔＴに対してプリセットされている値ΔＴgrenz を下回ったときに、アラーム信号が出力されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
改質処理は、熱を供給しつつ等温的に実施され、この場合、供給された熱量ΔＱが測定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
供給された熱量ΔＱの減少が、燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
熱は、電気加熱によって供給されること、消費電力が、供給された熱量ΔＱを算定することによって測定されることを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
供給された熱量ΔＱに対してプリセットされている値ΔＱgrenz を下回ったときに、アラーム信号が出力されることを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
アラーム信号が発生した場合、燃焼ガスの生成が中断されるか、又は、燃焼ガスの脱硫を改善する措置がとられることを特徴とする請求項５又は９に記載の方法。
【請求項１１】
燃焼ガスが貫流する脱硫装置（１）及びこの脱硫装置（１）に後続接続され脱硫されて燃焼ガスの硫黄含有量を監視する検出装置（４）を有する、燃料電池用の脱硫された燃焼ガス、特に天然ガスを生成する装置において、検出装置（４）は、脱硫された燃焼ガスの少なくとも一部が貫流する改質触媒（２）及びこの改質触媒（２）に連結されてこの改質触媒（２）中で進行する改質処理の経過を監視する監視装置（３）を有し、この場合、監視装置（３）が改質処理の低下に対する応答として燃焼ガスの硫黄含有量の上昇を示す信号を生成することを特徴とする装置。
【請求項１２】
改質処理の熱消費量がこの改質処理の経過を監視するために測定されるように、監視装置（３）は構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
改質触媒（２）改質処理を断熱的に実施するために構成されていること、及び、監視装置（３）は、燃焼ガスの温度低下ΔＴを測定する手段を有することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
温度低下ΔＴの減少が燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価されるように、監視装置（３）は構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
監視装置（３）は、温度低下ΔＴに対してプリセットされている値ΔＴgrenz を下回ったときにアラーム信号を生成する手段を有することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
改質触媒（２）は、熱を供給しつつ改質処理を等温的に実施するために構成されていること、及び、監視装置（３）は、供給された熱量ΔＱを測定する手段を有することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
供給された熱量ΔＱの減少が燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価されるように、監視装置（３）は構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
検出装置（４）は、電気加熱によって熱を改質触媒（２）に供給する手段を有すること、及び、監視装置（３）は、消費電力を測定することによって供給された熱量ΔＱを算定するために構成されていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の装置。
【請求項１９】
監視装置（３）は、供給された熱量ΔＱに対してプリセットされているΔＱgrenz を下回ったときにアラーム信号を生成する手段を有することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の装置。
【請求項２０】
検出装置（４）の改質触媒（２）は、独立した触媒器として設けられていることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
検出装置（４）の改質触媒（２）は、燃料電池に前方連結され、これらの燃料電池に運転のために供給された燃焼ガスを改質するために使用される改質触媒（５）の構成要素として設けられているか又はこの改質触媒によって構成されていることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用の脱硫された燃焼ガスを生成する方法に関する。この方法の場合、燃焼ガス、特に天然ガスが脱硫され、この脱硫された燃焼ガスの硫黄含有量が監視される。さらに、本発明は、燃焼ガス、特に天然ガスが貫流する脱硫器及びこの脱硫器に後続連結されて脱硫された燃焼ガスの硫黄含有量を監視する検出器を有する、燃料電池用の脱硫された燃焼ガスを生成する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を運転する場合、運転に必要な燃焼ガスを予備処理するために使用される改質触媒が、燃焼ガス中に含まれている硫黄によって非活性化され不可逆に破損されうるという危険がある。それ故に、例えば活性炭フィルタの形態をした脱硫器が、改質触媒に前方連結されている。このフィルタは、運転の過程で脱硫効率の低下を伴って消耗する。貫流するガス量に関連するフィルタ材の吸収能力及び処理されなかった燃焼ガス中の硫黄含有量からフィルタの耐用期間を算定することが今日まで試みられている。しかしならが、燃焼ガス中の硫黄含有量が変動するため、そしてフィルタ材の吸収態様に対する燃焼ガスのその他の構成要素の影響が正確に分かっていないため、この方法の信頼性は高くない。従来の分析装置による燃焼ガスの硫黄含有量の連続した監視及びこの分析装置の時間に対する積分が、技術的に非常に経費がかかり、かつコストの理由から好ましくない。しかしながら、硫黄が燃料電池に向かって突入する場合の非常に否定的な効果のために、硫黄含有量に対する燃焼ガスの可能な監視は、燃焼ガスの生成の過程で非常に重要である。
【０００３】
収着フィルタによって構成されている脱硫装置を有する燃料電池設備が、米国特許発明第5,213,912 号明細書から公知である。硫黄成分で飽和した場合、フィルタを交換するか又は再生しなければならない。
【０００４】
燃料電池用の脱硫された燃焼ガスを生成する方法が、ヨーロッパ特許発明第0 565 025 号明細書から公知である。この方法の場合、燃焼ガスが、銅−ニッケル合金によって脱硫される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、燃焼ガス、特に天然ガスが脱硫され、脱硫された燃焼ガスの硫黄含有量が監視される燃料電池用の脱硫された燃焼ガスを生成する方法と装置を提供することにある。この方法とこの装置の場合、燃焼ガスの硫黄含有量に対するこの燃焼ガスの監視が簡単にかつ高い信頼性で実施される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
燃料電池用の脱硫された燃焼ガスを生成する方法が、本発明にしたがって提供される。この方法の場合、燃焼ガス、特に天然ガスが脱硫され、脱硫された燃焼ガスの硫黄含有量が監視される。本発明によれば、脱硫された燃焼ガスの少なくとも一部の流れが、改質触媒を貫流し、改質処理されること、この改質処理の過程が監視されること、及び、改質処理の低下が、燃焼ガスの硫黄含有量の上昇に関する信号として評価されることが提唱されている。
【０００７】
本発明の主な利点は、燃焼ガスの触媒器の不可逆な破損がほとんど回避され、同時に設備の運転の信頼性が大幅に向上することである。もう１つの利点は、使用されるフィルター材が最適に利用され得ることである。最後に、実現の安価な可能性が利点である。
【０００８】
本発明の特に好適な実施形によれば、改質処理の熱消費量が、この改質処理の過程を監視するために測定される。
【０００９】
好適な実施形によれば、（吸熱）改質処理が断熱的に実施される。この場合、燃焼ガスの温度低下ΔＴが測定される。
【００１０】
好適な実施形によれば、温度低下ΔＴの減少が、燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価される。
【００１１】
特に温度低下ΔＴに対してプリセットされているΔＴgrenz を下回った場合は、アラーム信号が出力される。
【００１２】
本発明の別の実施形によれば、（吸熱）改質処理が、熱を供給しつつ等温的に実施される。この場合、供給される熱量ΔＱが測定される。
【００１３】
好適な実施形によれば、供給される熱量ΔＱの減少が燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価される。
【００１４】
好適なその他の構成によれば、熱が電気加熱によって供給され、消費電力が供給された熱量ΔＱを算定するために測定される。
【００１５】
特に供給された熱量ΔＱに対してプリセットされている値ΔＱを下回った場合、アラーム信号が出力される。
【００１６】
特にアラーム信号が発生した場合、燃焼ガスの生成が中断されるか、又は、燃焼ガスの脱硫を改善するための措置がなされる。
【００１７】
さらに、燃料電池用の脱硫された燃焼ガス、特に天然ガスを生成する装置が本発明によって提供される。この装置は、燃焼ガスが貫流する脱硫器及びこの脱硫器に後続連結された脱硫された燃焼ガスの硫黄含有量を監視する検出器を有する。本発明によれば、検出器が、脱硫された燃焼ガスの少なくとも一部が貫流する改質触媒及びこの改質触媒に連結された改質触媒内で進行する改質処理の経過を監視する監視装置を有する。この場合、監視装置が改質処理の低下に対する応答として燃焼ガスの硫黄含有量の上昇を示す信号を生成するように、この監視装置は構成されている。
【００１８】
本発明の好適な実施形によれば、改質処理の熱消費量がこの改質処理の過程を監視するために測定されるように、監視装置が構成されている。
【００１９】
本発明の特に好適な実施形によれば、改質触媒が（吸熱的な）改質処理を吸熱的に実施するために構成されていて、監視装置が燃焼ガスの温度低下ΔＴを測定する手段を有する。
【００２０】
特に、温度低下ΔＴの減少が燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価されるように、監視装置が構成されている。
【００２１】
特に監視装置は、温度低下ΔＴに対してプリセットされている値ΔＴgrenz を下回ったときにアラーム信号を生成する手段を有する。
【００２２】
本発明の別の実施形によれば、熱を供給しつつ（吸熱的な）改質処理を等温的に実施する改質触媒が構成されていて、監視装置が改質処理に供給された熱量ΔＱを測定する手段を有する。
【００２３】
特に、供給された熱量ΔＱの減少が燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価されるように、監視装置が構成されている。
【００２４】
本発明の特に好適な実施形によれば、検出装置が電気加熱によって熱を改質触媒に供給する手段を有し、消費電力を測定することによって供給された熱量ΔＱを算定する監視装置が構成されている。
【００２５】
特に監視装置は、供給された熱量ΔＱに対してプリセットされている値ΔＱgrenz を下回ったときにアラーム信号を生成する手段を有する。
【００２６】
本発明の好適な実施形によれば、検出器の改質触媒が独立した触媒器として設けられている。
【００２７】
本発明のもう１つの好適な実施形によれば、検出装置の改質触媒が、燃料電池に前方連結され、これらの燃料電池に運転のために供給された燃焼ガスを改質するために使用される改質触媒の構成要素として設けられているか又はこの改質触媒によって構成されている。
【００２８】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図は、燃料電池設備の概略回路図を示す。この燃料電池設備の場合、燃焼ガスが、本発明の実施の形態にしたがって脱硫及び脱硫された燃焼ガスの硫黄含有量の監視の下で生成される。
【００３０】
図中には、燃料電池設備が示されている。この燃料電池設備は、通常の１つの燃料電池スタック内に配置された多数の燃料電池ではなくて陽極６及び陰極７を有する１つの燃料電池８を示す。改質触媒５が、この燃料電池８の前方に連結されている。この改質触媒５内では、燃料電池の運転に使用される燃焼ガスが予備処理のために改質処理される。脱硫器１が、改質触媒５の前方に連結されている。この脱硫器１は、燃焼ガス中に含まれている硫黄含有量又は硫黄化合物を減少するために使用される。特に天然ガスの形態で存在しうるこの燃焼ガスは、Ｂで設備に供給される。
【００３１】
したがって、脱硫された燃焼ガスを生成する装置は、燃焼ガスが貫流する脱硫器１及び脱硫器１に後続連結された検出装置４を有する。この検出装置４は、脱硫された燃焼ガスの硫黄含有量を監視するために使用される。
【００３２】
検出装置は、脱硫されさらに加湿された燃焼ガスの一部が貫流する改質触媒２及びこの改質触媒２に連結された監視装置３を有する。この監視装置３は、改質触媒２内で進行する改質処理の経過を監視する。監視装置３が改質処理の低下に対する応答として燃焼ガスの硫黄含有量の上昇を示す信号を生成するように、この監視装置３は構成されている。これに対して、改質処理の熱消費量が、この改質処理の経過を監視するために測定される。
【００３３】
本発明の第１の実施の形態によれば、改質触媒１が吸熱的な改質処理を断熱的に実施するために構成されていて、監視装置３がこの処理時に燃焼ガスの温度低下ΔＴを測定する手段を有する。温度低下ΔＴの減少が燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価されるように、監視装置３が構成されている。
【００３４】
監視装置３は、温度低下ΔＴに対してプリセットされている値ΔＴを下回ったときにアラーム信号を生成する手段をさらに有する。アラーム信号が発生した場合、燃焼ガスの生成が中断されるか、又は、燃焼ガスの脱硫を改善する措置がとられる。
【００３５】
本発明の第２の実施形によれば、改質触媒２が熱を供給しつつ改質処理を等温的に実施するために構成されていて、監視装置３が供給された熱量ΔＱを測定する手段を有する。供給された熱量ΔＱの減少が燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価されるように、この監視装置３は構成されている。
【００３６】
ここで説明した実施の形態の場合、検出装置４は、（図中で示さなかった）電気加熱によって熱を改質触媒２に供給する手段を有する。監視装置３は、消費電力を測定することによって供給された熱量ΔＱを算定するために構成されている。
【００３７】
ここでも監視装置３は、供給された熱量ΔＱに対してプリセットされている値ΔＱgrenz を下回ったときにアラーム信号を生成する手段を有する。アラーム信号が発生した場合、燃焼ガスの生成が中断され得るか、又は、燃焼ガスの脱硫を改善する措置がとられ得る。
【００３８】
先に説明した本発明の両実施の形態の場合のように、検出装置４の改質触媒２を燃焼ガスの硫黄含有量を監視するだけの独立した触媒器として設けてもよい。改質触媒２から排出される全燃焼ガス流の僅かな部分流に相当する燃焼ガスは、利用しなくてもよいし、又は改質触媒５若しくは燃料電池８の陽極６に直接供給して利用してもよい。
【００３９】
また、検出装置４の改質触媒２は、燃焼電池の前方に連結され、これらの燃料電池を運転するために必要な燃焼ガスを改質するためだけに使用される改質触媒５の構成要素として設けてもよいし又はこの改質触媒５によって構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】燃料電池設備の概略回路図を示す。
【符号の説明】
【００４１】
１  脱硫装置
２  検出器，改質触媒
３  監視装置
４  検出装置
５  予備改質器
６  陽極
７  陰極
８  燃料電池
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年8月12日(2003.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用の脱硫された燃焼ガスを生成する方法であって、燃焼ガス、特に天然ガスが脱硫され、脱硫された燃焼ガスが改質触媒（５）に供給され、改質処理の経過が監視されることによって、この脱硫された燃焼ガスの硫黄含有量が監視される方法において、この脱硫された燃焼ガスの一部が独立した改質触媒（２）を通じて検出装置（４）に送られて吸熱的に改質処理されること、及び、この改質処理の熱消費量の低下が、燃焼ガスの硫黄含有量の上昇に関する目安として評価されることを特徴とする方法。
【請求項２】
改質処理の熱消費量が、この改質処理の経過を監視するために測定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
改質処理は断熱的に実施され、この場合、燃焼ガスの温度低下ΔＴが測定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
温度低下ΔＴの減少が、燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
温度低下ΔＴに対してプリセットされている値ΔＴgrenz を下回ったときに、アラーム信号が出力されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
改質処理は、熱を供給しつつ等温的に実施され、この場合、供給された熱量ΔＱが測定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
供給された熱量ΔＱの減少が、燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
熱は、電気加熱によって供給されること、消費電力が、供給された熱量ΔＱを算定することによって測定されることを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
供給された熱量ΔＱに対してプリセットされている値ΔＱgrenz を下回ったときに、アラーム信号が出力されることを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
アラーム信号が発生した場合、燃焼ガスの生成が中断されるか、又は、燃焼ガスの脱硫を改善する措置がとられることを特徴とする請求項５又は９に記載の方法。
【請求項１１】
燃焼ガスが貫流する脱硫装置（１）を有する燃料電池用の脱硫された燃焼ガス、特に天然ガスを生成する装置にあって、改質触媒（５）がこの脱硫装置（１）に後続連結されていて、この場合、改質処理の経過を監視する監視装置が、脱硫された燃焼ガスの硫黄含有量を監視するために設けられている装置において、検出装置（４）が、脱硫された燃焼ガスの硫黄含有量を監視する脱硫装置（１）に後続接続されていて、この検出装置（４）は、脱硫された燃焼ガスの一部が貫流する改質触媒（２）及びこの改質触媒（２）内で進行する吸熱的な改質処理の経過を監視する監視装置（３）を有し、この場合、監視装置（３）が改質処理の低下に対する応答として燃焼ガスの硫黄含有量の上昇を示す信号を生成することを特徴とする装置。
【請求項１２】
改質処理の熱消費量がこの改質処理の経過を監視するために測定されるように、監視装置（３）は構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
改質触媒（２）改質処理を断熱的に実施するために構成されていること、及び、監視装置（３）は、燃焼ガスの温度低下ΔＴを測定する手段を有することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
温度低下ΔＴの減少が燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価されるように、監視装置（３）は構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
監視装置（３）は、温度低下ΔＴに対してプリセットされている値ΔＴgrenz を下回ったときにアラーム信号を生成する手段を有することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
改質触媒（２）は、熱を供給しつつ改質処理を等温的に実施するために構成されていること、及び、監視装置（３）は、供給された熱量ΔＱを測定する手段を有することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
供給された熱量ΔＱの減少が燃焼ガス中の硫黄含有量の上昇に関する目安として評価されるように、監視装置（３）は構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
検出装置（４）は、電気加熱によって熱を改質触媒（２）に供給する手段を有すること、及び、監視装置（３）は、消費電力を測定することによって供給された熱量ΔＱを算定するために構成されていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の装置。
【請求項１９】
監視装置（３）は、供給された熱量ΔＱに対してプリセットされているΔＱgrenz を下回ったときにアラーム信号を生成する手段を有することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の装置。
【請求項２０】
検出装置（４）の改質触媒（２）は、燃料電池に前方連結され、これらの燃料電池に運転のために供給された燃焼ガスを改質するために使用される改質触媒（５）の構成要素として設けられていることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【国際調査報告】
2005501136.tif 000018
2005501136.tif 000019
2005501136.tif 000020
2005501136.tif 000021
2005501136.tif 000022
2005501136.tif 000023