(57)【要約】  脱硫触媒の能力を有効利用しつつ破過を防ぐ脱硫装置・方法及び燃料電池システムを提供する。  脱硫装置１は、被脱硫ガスＣ中の吸着余力低下物質レベルに応じて硫黄分の吸着余力が変化する脱硫触媒１１と、被脱硫ガスＣ中の吸着余力低下物質レベルを検知する吸着余力低下物質レベル取得手段２１と、被脱硫ガスＣの流量を計測する流量計測手段２２と、流量計測手段２２で計測された値の積算値から脱硫触媒１１における硫黄分の積算吸着量を推定して脱硫触媒１１における硫黄分の吸着可能残量を更新しつつ、吸着余力低下物質レベル取得手段２１で検知された吸着余力低下物質レベルの被脱硫ガスＣが脱硫触媒１１に接触したときに脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下になったことを推測する推測手段９１を備える。燃料電池システム１００は、脱硫装置１と、改質器５１と、燃料電池５２とを備える。
2014109236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄分を含有する被脱硫ガスから前記硫黄分を除去する脱硫触媒であって、前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力を低下させる物質である吸着余力低下物質を含んだ前記被脱硫ガス中の前記吸着余力低下物質のレベルに応じて前記硫黄分の吸着余力が変化する所定の量の脱硫触媒と；
前記脱硫触媒に接触する前記被脱硫ガス中の前記吸着余力低下物質のレベルを検知する吸着余力低下物質レベル取得手段と；
前記脱硫触媒に接触する前記被脱硫ガスの流量を計測する流量計測手段と；
前記流量計測手段で計測された値の積算値から前記脱硫触媒における前記硫黄分の積算吸着量を推定して前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着可能残量を更新しつつ、前記吸着余力低下物質レベル取得手段で検知された前記吸着余力低下物質のレベルの前記被脱硫ガスが前記脱硫触媒に接触したときに前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下になったことを推測する推測手段とを備える；
脱硫装置。
【請求項２】
前記推測手段によって前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力が前記第１の所定の値以下になったことが推測された時点で、前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着可能残量が第２の所定の値に到達していないときに、前記被脱硫ガスからの前記硫黄分の除去に際し、前記第２の所定の値に到達するまでの前記吸着可能残量を利用させるように、前記被脱硫ガスと前記脱硫触媒との接触条件を調節する制御手段を備える；
請求項１に記載の脱硫装置。
【請求項３】
前記脱硫触媒を加温する加温手段を備え；
前記制御手段による前記接触条件の調節が、前記第２の所定の値に到達するまでの前記吸着可能残量を利用させる際に、前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力が前記第１の所定の値以下となる前記被脱硫ガスが前記脱硫触媒に接触するときに、前記第２の所定の値に到達するまでの前記吸着可能残量を利用するために初めて前記脱硫触媒を加温するように前記加温手段を制御することで構成された；
請求項２に記載の脱硫装置。
【請求項４】
前記脱硫触媒に前記被脱硫ガスを導く被脱硫ガス流路と；
前記被脱硫ガス流路に配設された、前記被脱硫ガスの前記脱硫触媒への接触を回避させる接触回避手段とを備え；
前記制御手段による前記接触条件の調節が、前記第２の所定の値に到達するまでの前記吸着可能残量を利用させる際に、前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力が前記第１の所定の値を超えることとなる前記被脱硫ガスの前記脱硫触媒への接触を許可し、前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力が前記第１の所定の値以下となる前記被脱硫ガスの前記脱硫触媒への接触を許可しないように、前記接触回避手段を制御することで構成された；
請求項２に記載の脱硫装置。
【請求項５】
前記吸着余力低下物質レベル取得手段で検知された前記被脱硫ガス中の前記吸着余力低下物質のレベルが所定のレベル以上である状態が所定の時間継続したときに、運転を停止するように構成された；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の脱硫装置。
【請求項６】
脱硫触媒によって脱硫される被脱硫ガスであって、硫黄分を含有すると共に前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力を低下させる物質である吸着余力低下物質を含有する被脱硫ガス中の、前記吸着余力低下物質のレベルを検知する吸着余力低下物質レベル検知工程と；
前記被脱硫ガスの流量を計測する流量計測工程と；
前記吸着余力低下物質レベル検知工程及び前記流量計測工程を経た前記被脱硫ガスを、前記被脱硫ガス中の前記吸着余力低下物質のレベルに応じて前記硫黄分の吸着余力が変化する所定の量の前記脱硫触媒に接触させて、前記被脱硫ガスから前記硫黄分を除去する脱硫工程と；
前記流量計測工程で計測された値の積算値から前記脱硫触媒における前記硫黄分の積算吸着量を推定して前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着可能残量を更新しつつ、前記吸着余力低下物質レベル検知工程で検知された前記吸着余力低下物質のレベルの前記被脱硫ガスが前記脱硫触媒に接触したときに前記脱硫触媒における前記硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下になったことを推測する推測工程とを備える；
脱硫方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の脱硫装置と；
前記脱硫装置で脱硫された被脱硫ガスを、水素を主成分とする改質ガスに改質する改質器と；
酸素を含有する酸化剤ガスと前記改質ガスとを導入して発電する燃料電池とを備える；
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は脱硫装置、脱硫方法及び燃料電池システムに関し、特に脱硫触媒の能力を有効利用しつつ破過を防ぐ脱硫装置、脱硫方法及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に供給する水素リッチガスを、炭化水素系原料を改質して生成する場合、脱硫器において炭化水素系原料を脱硫してから改質するのが一般的である。脱硫器において脱硫可能な炭化水素系原料の量は、脱硫器に充填された脱硫触媒の量の影響を受ける。脱硫触媒の寿命を超えて運転が継続されることによって改質部や燃料電池が劣化損傷することを回避する技術として、燃料供給通路を流れる燃料の積算流量が燃料積算流量用のしきい値を越えたときや、燃料電池システムの積算運転時間が積算運転時間用のしきい値を越えたときに、脱硫部の脱硫物質の交換を促す警告あるいは燃料電池システムの運転を停止させる警告を行うものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６８１５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ゼオライト系脱硫触媒等の、脱硫触媒として広く用いられているものは、脱硫しようとする炭化水素系原料に含有される水分量が変化すると吸着できる硫黄分の量が変化する。一般に、含有水分量が多いと硫黄分の吸着可能量が減少し、含有水分量が少ないと硫黄分の吸着可能量が増加する。また、一部の炭化水素系原料においてはメタノールが添加される場合があり（例えば、ＬＰガスは、特に冬季に混入水分の凍結防止のためにメタノールが添加される場合がある）、脱硫触媒は、炭化水素系原料に添加されたメタノールの含有量が多いと硫黄分の吸着可能量が減少し、含有量が少ないと硫黄分の吸着可能量が増加する。特許文献１に記載された技術は、脱硫しようとする燃料に含まれる水分量やメタノール量を考慮していないため、警告を行う契機となるしきい値の設定に際し、燃料に含まれる水分量等が多いことを前提とすれば、含有水分量や含有メタノール量が少ない燃料が供給されたときに脱硫触媒の能力が十分に余っているにもかかわらず警告が行われることとなる。他方、燃料に含まれる水分量等が少ないことを前提とすれば、含有水分量や含有メタノール量が多い燃料が供給されたときに脱硫が不十分な燃料が改質部や燃料電池に供給されてしまい、これらの劣化損傷のおそれがある。【０００５】
本発明は上述の課題に鑑み、被脱硫ガスの水分レベルあるいはメタノールレベルが変化する場合でも、脱硫触媒の能力を有効利用しつつ破過を防ぐ脱硫装置、脱硫方法及び燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る脱硫装置は、例えば図１に示すように、硫黄分を含有する被脱硫ガスＣから硫黄分を除去する脱硫触媒１１であって、脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力を低下させる物質である吸着余力低下物質を含んだ被脱硫ガスＣ中の吸着余力低下物質のレベルに応じて硫黄分の吸着余力が変化する所定の量の脱硫触媒１１と；脱硫触媒１１に接触する被脱硫ガスＣ中の吸着余力低下物質のレベルを検知する吸着余力低下物質レベル取得手段２１と；脱硫触媒１１に接触する被脱硫ガスＣの流量を計測する流量計測手段２２と；流量計測手段２２で計測された値の積算値から脱硫触媒１１における硫黄分の積算吸着量を推定して脱硫触媒１１における硫黄分の吸着可能残量を更新しつつ、吸着余力低下物質レベル取得手段２１で検知された吸着余力低下物質のレベルの被脱硫ガスＣが脱硫触媒１１に接触したときに脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下になったことを推測する推測手段９１とを備える。【０００７】
このように構成すると、被脱硫ガスの吸着余力低下物質のレベルに応じた脱硫触媒の寿命を予測することができ、脱硫触媒の能力を有効に利用しつつ、破過を防ぐことが可能となる。【０００８】
また、本発明の第２の態様に係る脱硫装置は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る脱硫装置において、推測手段９１によって脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下になったことが推測された時点で、脱硫触媒１１における硫黄分の吸着可能残量が第２の所定の値に到達していないときに、被脱硫ガスＣからの硫黄分の除去に際し、第２の所定の値に到達するまでの吸着可能残量を利用させるように、被脱硫ガスＣと脱硫触媒１１との接触条件を調節する制御手段９２を備える。【０００９】
このように構成すると、脱硫触媒における硫黄分未吸着の領域を有効に利用することができる。【００１０】
また、本発明の第３の態様に係る脱硫装置は、例えば図１に示すように、上記本発明の第２の態様に係る脱硫装置において、脱硫触媒１１を加温する加温手段１５、１６、１８を備え；制御手段９２による接触条件の調節が、第２の所定の値に到達するまでの吸着可能残量を利用させる際に、脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下となる被脱硫ガスＣが脱硫触媒１１に接触するときに、第２の所定の値に到達するまでの吸着可能残量を利用するために初めて脱硫触媒１１を加温するように加温手段１５を制御することで構成されている。【００１１】
このように構成すると、脱硫触媒における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下となった後に吸着余力低下物質のレベルの高い被脱硫ガスが供給された場合でも脱硫を継続することができる。また、脱硫触媒における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下になったことが推測された後、第２の所定の値に到達するまでの吸着可能残量を利用するために初めて脱硫触媒を加温するので、脱硫触媒における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下になったことが推測されるまでは加温を控えることができ、省エネルギーに資する。【００１２】
また、本発明の第４の態様に係る脱硫装置は、例えば図９に示すように、上記本発明の第２の態様又は第３の態様に係る脱硫装置において、脱硫触媒１１に被脱硫ガスＣを導く被脱硫ガス流路３１と；被脱硫ガス流路３１に配設された、被脱硫ガスＣの脱硫触媒１１への接触を回避させる接触回避手段８１、８２とを備え；制御手段９２による接触条件の調節が、第２の所定の値に到達するまでの吸着可能残量を利用させる際に、脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値を超えることとなる被脱硫ガスＣの脱硫触媒１１への接触を許可し、脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下となる被脱硫ガスＣの脱硫触媒１１への接触を許可しないように、接触回避手段８１を制御することで構成されている。【００１３】
このように構成すると、吸着可能残量を利用できない被脱硫ガスの脱硫触媒への接触を比較的応答よく回避することができ、脱硫触媒の能力を有効に利用しつつ、破過を防ぐことができる。【００１４】
また、本発明の第５の態様に係る脱硫装置は、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様乃至第４の態様のいずれか１つの態様に係る脱硫装置において、吸着余力低下物質レベル取得手段２１で検知された被脱硫ガスＣ中の吸着余力低下物質のレベルが所定のレベル以上である状態が所定の時間継続したときに、運転を停止するように構成されている。所定のレベルは、典型的には予定していた吸着余力低下物質のレベル（設計吸着余力低下物質のレベル）を超えるレベルであって、例えば吸着余力が設計値の１／５〜１／４程度になってしまう吸着余力低下物質過多なレベルである。【００１５】
このように構成すると、吸着可能残量の脱硫触媒の利用が困難になる事態を回避することができる。【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の第６の態様に係る脱硫方法は、例えば図１及び図４を参照して示すと、脱硫触媒１１によって脱硫される被脱硫ガスＣであって、硫黄分を含有すると共に脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力を低下させる物質である吸着余力低下物質を含有する被脱硫ガスＣ中の、吸着余力低下物質のレベルを検知する吸着余力低下物質レベル検知工程（Ｓ２）と；被脱硫ガスＣの流量を計測する流量計測工程（Ｓ５）と；吸着余力低下物質レベル検知工程（Ｓ２）及び流量計測工程（Ｓ５）を経た被脱硫ガスＣを、被脱硫ガスＣ中の吸着余力低下物質のレベルに応じて硫黄分の吸着余力が変化する所定の量の脱硫触媒１１に接触させて、被脱硫ガスＣから硫黄分を除去する脱硫工程（Ｓ６）と；流量計測工程（Ｓ５）で計測された値の積算値から脱硫触媒１１における硫黄分の積算吸着量を推定して脱硫触媒１１における硫黄分の吸着可能残量を更新しつつ、吸着余力低下物質レベル検知工程（Ｓ２）で検知された吸着余力低下物質のレベルの被脱硫ガスＣが脱硫触媒１１に接触したときに脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下になったことを推測する推測工程（Ｓ７〜Ｓ９）とを備える。【００１７】
このように構成すると、被脱硫ガスの吸着余力低下物質レベルに応じた脱硫触媒の寿命を予測することができ、脱硫触媒の能力を有効に利用しつつ、破過を防ぐことが可能となる。【００１８】
また、例えば図１及び図４を参照して示すと、上記本発明の第６の態様に係る脱硫方法において、推測工程（Ｓ９）において脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下になったことが推測された時点で、脱硫触媒１１における硫黄分の吸着可能残量が第２の所定の値に到達していないとき（Ｓ１１でＮｏ）に、被脱硫ガスＣからの硫黄分の除去に際し、脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下となる被脱硫ガスＣが脱硫触媒１１に接触するときに、第２の所定の値に到達するまでの吸着可能残量を利用するために初めて脱硫触媒１１を加温する加温工程（Ｓ１６）を備えることとしてもよい。【００１９】
また、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第６の態様に係る脱硫方法において、推測工程において脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下になったことが推測された時点で、脱硫触媒１１における硫黄分の吸着可能残量が第２の所定の値に到達していないときに、被脱硫ガスＣからの硫黄分の除去に際し、脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値を超えることとなる被脱硫ガスＣの脱硫触媒１１への接触を許可し、脱硫触媒１１における硫黄分の吸着余力が第１の所定の値以下となる被脱硫ガスＣの脱硫触媒１１への接触を許可しない接触選択工程を備えることとしてもよい。【００２０】
また、例えば図１及び図４を参照して示すと、上記本発明の各態様に係る脱硫方法において、吸着余力低下物質レベル検知工程（Ｓ２）で検知された被脱硫ガスＣ中の吸着余力低下物質のレベルが所定のレベル以上である状態が所定の時間継続したとき（Ｓ１３でＹｅｓ）に、運転を停止する運転停止工程（Ｓ１４）を備えていてもよい。【００２１】
また本発明の第７の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第５の態様のいずれか１つの態様に係る脱硫装置１と；脱硫装置１で脱硫された被脱硫ガスＤを、水素を主成分とする改質ガスＥに改質する改質器５１と；酸素を含有する酸化剤ガスと改質ガスＥとを導入して発電する燃料電池５２とを備える。【００２２】
このように構成すると、脱硫触媒の能力を有効に利用しつつ、破過を防ぐことが可能な燃料電池システムとなる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、被脱硫ガスの吸着余力低下物質レベルに応じた脱硫触媒の寿命を予測することができ、脱硫触媒の能力を有効に利用しつつ、破過を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る脱硫装置を含む燃料電池システムの模式的系統図である。
【図２】水分を含有した原料ガスを導入した際の脱硫触媒による硫黄分の吸着量の変化を示すグラフである。
【図３】水分を含有した原料ガスを導入した際の脱硫触媒による硫黄分の吸着能力の変化を説明する概念図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る脱硫制御のフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る脱硫制御を行った際の脱硫触媒の利用過程の一例を示す図である。（Ａ）は原料ガスの露点変化の一例を示すグラフ、（Ｂ）は脱硫触媒の使用領域を示すグラフ、（Ｃ）は脱硫触媒の加温状態を示すグラフ、（Ｄ）は脱硫触媒の使用領域の推移を示す概念図である。
【図６】参考例に係る高露点ガス脱硫時に常時加温する際の脱硫触媒の利用過程の一例を示す図である。（Ａ）は原料ガスの露点変化の一例を示すグラフ、（Ｂ）は脱硫触媒の使用領域を示すグラフ、（Ｃ）は脱硫触媒の加温状態を示すグラフ、（Ｄ）は脱硫触媒の使用領域の推移を示す概念図である。
【図７】（Ａ）は本発明の実施の形態の変形例に係る脱硫制御の一部を示すフローチャート、（Ｂ）は別の変形例に係る脱硫制御の一部を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態の第１の変形例に係る脱硫装置を含む燃料電池システムの模式的系統図である。
【図９】本発明の実施の形態の第２の変形例に係る脱硫装置を含む燃料電池システムの模式的系統図である。
【図１０】本発明の実施の形態の第３の変形例に係る脱硫装置を含む燃料電池システムの模式的系統図である。
【図１１】メタノールを含有した原料ガスを導入した際の脱硫触媒による硫黄分の吸着量の変化を示すグラフである。
【図１２】メタノール及び水分を含有した原料ガスを導入した際の脱硫触媒による硫黄分の吸着量の変化を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施の形態の第４の変形例に係る脱硫装置の部分系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
この出願は、日本国で２０１３年１月８日に出願された特願２０１３−０００９９６号に基づいており、その内容は本出願の内容として、その一部を形成する。
また、本発明は以下の詳細な説明によりさらに完全に理解できるであろう。本発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明により明らかとなろう。しかしながら、詳細な説明及び特定の実例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、本発明の精神と範囲内で、当業者にとって明らかであるからである。
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２７】
まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る脱硫装置１及び燃料電池システム１００を説明する。図１は、燃料電池システム１００の模式的系統図である。燃料電池システム１００は、脱硫装置１を含んでいる。つまり、脱硫装置１は、燃料電池システム１００の構成要素の１つである。初めに、脱硫装置１の詳細を説明する。
【００２８】
脱硫装置１は、被脱硫ガスとしての原料ガスＣを脱硫する脱硫触媒１１を有する脱硫部１０と、脱硫触媒１１を加温する加温流路としての加温管１６と、原料ガスＣに含まれる水分レベルを検知する露点取得手段としての露点計２１と、脱硫部１０に供給される原料ガスＣの流量を計測する流量計測手段としての流量計２２と、脱硫触媒１１の寿命を推測する推測部９１と、制御手段としての脱硫制御部９２とを備えている。なお、本明細書において「流路」とは、流体が流れるみちであり、典型的には隔壁等の部材で囲まれた空間や管の内部等が相当し、流体が流れるみちを形成する流路形成部材によって形成される。また、原料ガスＣに含まれる水分は、吸着余力低下物質の一形態であり、露点取得手段としての露点計２１は、吸着余力低下物質レベル取得手段の一形態である。
【００２９】
脱硫の対象となる原料ガスＣは、改質することで燃料電池における発電に利用可能となる程度に水素に富むガス（水素リッチガス）にできるものであり、典型的には炭化水素系のガスを主成分として硫黄分を含有するガスが用いられ、具体例として都市ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）等が挙げられる。硫黄分は、典型的には付臭剤として混合される硫黄化合物である。炭化水素系のガスは、炭素原子と水素原子とを含む化合物、あるいは炭素原子と水素原子とを含む化合物が複数種混合された混合物が用いられる。具体例として、メタン、エタン、プロパン、ブタン等のパラフィン系炭化水素、エチレン、プロピレン、ブチレン等のオレフィン系炭化水素、天然ガス等が挙げられる。原料ガスＣに含まれる硫黄分は、原料ガスＣを供給する業者によって異なるが、特定の業者から供給される原料ガスＣ中の硫黄分含有量は安定しているとして差し支えない。
【００３０】
脱硫部１０に収容されている脱硫触媒１１は、原料ガスＣに含まれている硫黄分を吸着して除去するのに適したものを選択する観点から、本実施の形態ではゼオライト系触媒が用いられている。ゼオライト系触媒には、銀系ゼオライトや銅系ゼオライト等が含まれ、原料ガスＣの種類に好適なものを用いることができる。ゼオライト系触媒は、常温（典型的には２５℃）において、脱硫するガスの水分レベル（単位体積当たりの水分含有量）によって、硫黄分を吸着することが可能な量が変動する特性を有している。このような、水分含有量によって活性が影響を受ける触媒としては、ゼオライト系触媒の他にニッケルや銅などの金属系触媒等も挙げられ、これらの触媒も脱硫触媒１１として利用可能である。
【００３１】
ここで図２及び図３を参照して、脱硫触媒１１の特性をより詳細に説明する。図２は、水分を含有した原料ガスＣ（メタノールの含有なし）を導入した際の脱硫触媒１１による硫黄分の吸着量の変化を示すグラフ、図３は、水分を含有した原料ガスＣ（メタノールの含有なし）を導入した際の脱硫触媒１１による硫黄分の吸着能力の変化を説明する概念図である。図２に示すグラフは、横軸に脱硫触媒１１の温度を、縦軸に脱硫触媒１１による硫黄分の吸着量の相対値を取り、原料ガスＣの露点をパラメータとしている。脱硫触媒１１による硫黄分の吸着量の相対値は、２５℃乃至６０℃の脱硫触媒１１によって、露点が−３０℃の原料ガスＣが脱硫される際の硫黄分の吸着量を基準とし、この値を「１」としている。図２のグラフから、以下の事実が理解できる。脱硫触媒１１の温度が一定の場合、露点が高いほど硫黄分の吸着量が少なくなり、この傾向は脱硫触媒１１の温度が低いほど顕著である。露点が−３０℃の原料ガスＣが脱硫される場合、脱硫触媒１１の温度が少なくとも２５℃から６０℃の間では、硫黄分の吸着量が一定である。この露点−３０℃を基準として、原料ガスＣの露点が−３０℃よりも高い、例えば−１５℃、−１０℃、−５℃の場合、脱硫触媒１１の温度が高くなるほど硫黄分の吸着量が大きくなり、この傾向は露点が高いほど顕著である。他方、原料ガスＣの露点が−３０℃よりも低い−４０℃の場合、脱硫触媒１１の温度が高くなるほど硫黄分の吸着量が小さくなる。このように、脱硫触媒１１は、原料ガスＣ中の水分含有量、あるいは脱硫触媒１１の温度に応じて、活性が変化する。
【００３２】
図３に示す概念図は、脱硫触媒１１が硫黄分を吸着することができる能力の変化を視覚的に表現したものである。図３に示す図では、吸着可能な硫黄分の量の１単位を、便宜上１マスで表している。したがって、図３に示す脱硫触媒１１は、最大で５０単位の硫黄分を吸着することができる能力を有している。図３に示す各図において、斜線で示した部分は硫黄分の吸着に利用できない領域であり、斜線で示した部分以外の部分が硫黄分の吸着に利用できることを示している。図２で見たように、脱硫触媒１１による硫黄分の吸着量は、原料ガスＣ中の水分レベルによって変化する。このことをふまえて図３を概観する。図３（Ａ）は、原料ガスＣの露点が−３０℃のときの硫黄分の吸着能力を示すもので、最大で５０単位の硫黄分を吸着することが可能である。図３（Ｂ）は、原料ガスＣの露点が−２５℃のときの硫黄分の吸着能力を示すもので、最大で４０単位の硫黄分を吸着することが可能である。図３（Ｃ）は、原料ガスＣの露点が−５℃のときの硫黄分の吸着能力を示すもので、最大で１０単位の硫黄分を吸着することが可能である。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、いずれも脱硫触媒１１が常温のときの能力を示している。
【００３３】
他方、図２で見たように、原料ガスＣの露点が−３０℃よりも高い場合、すなわち原料ガスＣ中の水分レベルが比較的高い場合、脱硫触媒１１の温度が高くなるほど硫黄分の吸着量が大きくなる。図３（Ｄ）は、原料ガスＣの露点が−５℃であって、脱硫触媒１１を約６０℃に加温したときの硫黄分の吸着能力を示すもので、最大で３０単位の硫黄分を吸着することが可能である。このことは、原料ガスＣの露点が−５℃の場合、脱硫触媒１１を２５℃から６０℃に加温することで、硫黄分を吸着可能な量が最大で加温前に比べて２０単位増加したことを示している。図３（Ｄ）中の二重線で囲まれた枠内の部分が、加温による硫黄分の吸着可能な量の増加分である。
【００３４】
図３（Ｅ）に示す図では、丸印が描かれたマスは、既に硫黄分の吸着に利用された領域で、以後の硫黄分の吸着には利用できない領域を示している。図３（Ｅ）に示す例では、既に２４単位が硫黄分の吸着に利用されており、残り２６単位が硫黄分の吸着に利用可能な領域となる。ここで、２６単位を利用することができるのは、脱硫触媒１１が常温のとき、露点が−３０℃以下の原料ガスＣを脱硫する場合であり、露点が比較的高い原料ガスＣを脱硫する場合は、２６単位のうちの利用できる領域が限られる。具体的には、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す脱硫触媒１１の吸着能力の変化に照らすと、図３（Ｅ）に示す状態にある脱硫触媒１１に対し、脱硫触媒１１が常温のとき、露点が−５℃の原料ガスＣを脱硫する場合は４単位を利用可能であり、露点が−２５℃の原料ガスＣを脱硫する場合は２０単位を利用可能である。
【００３５】
本実施の形態では、原料ガスＣの水分レベルを加味した硫黄分の吸着可能な残量を「吸着余力」ということとする。吸着余力の説明を補うために再び図３（Ｅ）に着目すると、脱硫触媒１１が常温のとき、露点が−５℃の原料ガスＣを脱硫する場合は吸着余力が４単位であり、露点が−２５℃の原料ガスＣを脱硫する場合は吸着余力が２０単位であり、露点が−３０℃の原料ガスＣを脱硫する場合は吸着余力が２６単位である。また、脱硫触媒１１が６０℃に加温されたとき、図３（Ｄ）に示す脱硫触媒１１の吸着能力の変化に照らすと、露点が−５℃の原料ガスＣを脱硫する場合の吸着余力は１４単位である。
【００３６】
さらに、本実施の形態では、原料ガスＣの水分レベルを不問にした硫黄分の吸着可能な残量を「吸着可能残量」ということとする。つまり、吸着可能残量は、脱硫触媒１１のすべての領域を利用することができる水分レベルの原料ガスＣを脱硫する際の、硫黄分を吸着することができる残量である。なお、吸着可能残量を考えるときは、脱硫触媒１１の温度も不問にしている。本実施の形態では、露点が−３０℃以下の原料ガスＣを脱硫する際の吸着余力と吸着可能残量が一致している。具体例を挙げると、図３（Ｅ）に示す状態にある脱硫触媒１１の吸着可能残量は２４単位であり、図３に示す脱硫触媒１１の未使用時の吸着可能残量は５０単位である。
【００３７】
再び図１に戻って、脱硫装置１の構成の説明を続ける。脱硫触媒１１は、所定の量が脱硫部１０に充填されている。脱硫触媒１１の所定の量は、典型的には、取り扱う予定の原料ガスＣ中の硫黄分の含有量と、脱硫装置１の設計運転時間とから決定される。脱硫部１０には、原料ガスＣを導入する被脱硫ガス流路としての原料ガス管３１と、脱硫部１０で原料ガスＣから硫黄分が除去された脱硫済ガスＤを導出する脱硫済ガス流路としての脱硫済ガス管３２とが接続されている。脱硫部１０には、また、加温管１６が配設されている。加温管１６は、脱硫触媒１１の加温を効率よく行う観点から、典型的には脱硫触媒１１と共にケースの内部に設けられているが、脱硫触媒１１を加温することができればケースの外に設けられていてもよい。加温管１６には、熱媒体としての温水Ｗを導入する加温水導入流路としての加温水往管１８が上流側に、温水Ｗを導出する加温水導出流路としての加温水還管１９が下流側に、それぞれ接続されている。加温水往管１８には、温水Ｗの流れを切り替える切替弁１５が設けられている。切替弁１５として、三方弁を用いることができる。本実施の形態では、切替弁１５と、加温管１６と、加温水往管１８とで加温手段を構成している。
【００３８】
露点計２１及び流量計２２は、原料ガス管３１に設けられている。本実施の形態では、露点計２１が、流量計２２の下流側に設けられているが、流量計２２の上流側に設けられていてもよい。露点計２１としては、例えば、静電容量式湿度計や、光学式露点計を用いることができる。露点計２１は、信号ケーブルで推測部９１と接続されており、検知した原料ガスＣ中の水分レベルに関する情報を推測部９１に送信することができるように構成されている。流量計２２は、信号ケーブルで推測部９１と接続されており、計測した原料ガスＣの流量に関する情報を推測部９１に送信することができるように構成されている。
【００３９】
推測部９１には、脱硫装置１に供給される単位流量あたりの原料ガスＣに含まれている硫黄分の量があらかじめ記憶されている。単位流量あたりの原料ガスＣに含まれている硫黄分の量は、典型的には、設置される脱硫装置１に原料ガスＣを供給する業者から情報を受けて、推測部９１に記録される。推測部９１は、流量計２２から受信した計測値と、あらかじめ記憶されている原料ガスＣ単位流量あたりの硫黄分含有量とから、脱硫触媒１１が吸着した硫黄分の積算値（積算吸着量）を推定することができるように構成されている。ここで、推測部９１が流量計２２から受信する原料ガスＣの流量の積算値は、基準時からの積算値である。本実施の形態では、未使用の脱硫触媒１１が脱硫部１０に収容された後、脱硫触媒１１の使用開始時点を基準時としている。また、推測部９１は、脱硫部１０に充填された脱硫触媒１１の量と、推定した積算吸着量とから、吸着可能残量を算出することができるように構成されている。また、推測部９１は、露点計２１から受信した原料ガスＣ中の水分レベルと、算出した吸着可能残量とから、吸着余力を推定することができるように構成されている。上述のような機能を有する推測部９１は推測手段に相当する。
【００４０】
脱硫制御部９２と推測部９１とは、電気的に接続されている。推測部９１は、吸着余力が第１の所定の値以下になったときに、その旨を脱硫制御部９２に電気的に伝達するように構成されている。第１の所定の値は、脱硫触媒１１の吸着余力がなくなる前に、吸着余力が少なくなったことを喚起するための任意の値である。第１の所定の値は、脱硫触媒１１を有効利用する観点からは小さい方が好ましく、脱硫触媒１１の破過を回避する観点からは大きい方が好ましいところ、本実施の形態では、未使用時の脱硫触媒１１の吸着余力の１０％の値を第１の所定の値としている。脱硫制御部９２は、切替弁１５と信号ケーブルで接続されており、吸着余力が第１の所定の値以下になった旨の伝達を推測部９１から受けたときに、温水Ｗが加温管１６を流れるように切替弁１５を作動させることができる構成となっている。
【００４１】
引き続き図１を参照して、燃料電池システム１００の構成を説明する。燃料電池システム１００は、上述した脱硫装置１のほか、脱硫装置１から導出された脱硫済ガスＤを水素に富む改質ガスＥに改質する改質器５１と、改質ガスＥを用いて発電する燃料電池５２と、燃料電池５２から排出されたオフガスＦに含まれる可燃ガスを燃焼させる燃焼部５３と、燃焼部５３から排出された燃焼排ガスＧから熱を回収する熱交換器５４と、回収した熱を蓄える貯湯槽５５と、発電制御部９３とを備えている。
【００４２】
改質器５１は、脱硫済ガスＤの改質を促進させる改質触媒を内部に有している。改質触媒は、例えば、部分酸化改質触媒、水蒸気改質触媒、自己熱改質触媒等を、これらのうちの一種、又は複数種を組み合わせて用いることができる。本実施の形態では、水蒸気改質触媒が改質器５１に収容されている。水蒸気改質触媒は吸熱反応が優勢となる改質触媒であるので、本実施の形態では、水蒸気改質触媒が、吸熱反応に必要な熱を燃焼部５３からも得ることができるように構成されている。改質器５１は、脱硫済ガス管３２を介して脱硫装置１と接続されている。脱硫済ガス管３２には、改質水を導入する改質水流路としての改質水管３３が接続されている。改質水管３３は、脱硫済ガス管３２に接続されることに代えて、改質器５１に直接接続されていてもよい。改質器５１は、脱硫済ガスＤ及び改質水を導入して改質ガスＥを生成するように構成されている。
【００４３】
燃料電池５２は、改質ガス流路としての改質ガス管３４を介して改質器５１と接続されている。燃料電池５２には、また、酸素を含む酸化剤ガスとしての空気を導入する酸化剤ガス流路としての酸化剤ガス管３８が接続されている。燃料電池５２は、改質ガスＥ及び空気を導入し、改質ガスＥ中の水素等と空気中の酸素との電気化学的反応により発電するように構成されている。燃料電池５２としては、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）等、主として水素と酸素との電気化学的反応により発電する種々の燃料電池を用いることができる。
【００４４】
燃焼部５３は、オフガス流路としてのオフガス管３５を介して燃料電池５２と接続されている。燃焼部５３は、オフガスＦを燃焼させるバーナを有する構成、あるいはオフガスＦを無炎燃焼させる燃焼触媒を有する構成となっている。燃焼部５３は、バーナと燃焼触媒の両方を有していてもよい。燃焼部５３は、主としてオフガスＦ中の未燃成分を浄化するためのものであるが、本実施の形態のように改質器５１内の改質触媒に熱を与える場合は、改質器５１と一体に（典型的には改質器と同一の筐体に収容されるように）、又は改質器５１へ伝熱可能な程度の近傍に設置されるように構成されていてもよい。
【００４５】
熱交換器５４は、燃焼排ガス流路としての燃焼排ガス管３６を介して燃焼部５３と接続されている。熱交換器５４には、貯湯槽５５から導出された温水Ｗを流す熱交換部材５４ｈが設けられている。熱交換器５４は、燃焼排ガス管３６を介して導入した燃焼排ガスＧと、熱交換部材５４ｈを流れる温水Ｗとの間で熱交換を行わせるように構成されている。熱交換器５４には、熱交換後の燃焼排ガスＧを導出する低温燃焼排ガス流路としての低温燃焼排ガス管３７が接続されている。熱交換部材５４ｈには、上流側に熱回収水導入流路としての熱回収水導入管６１が、下流側に熱回収水導出流路としての熱回収水導出管６２が、それぞれ接続されている。熱回収水導出管６２の他端は、切替弁１５の１つのポートに接続されている。
【００４６】
切替弁１５の残りの１つのポートには、バイパス流路としてのバイパス管６３が接続されている。バイパス管６３の他端は、加温水還管１９と共に、貯湯槽導入流路としての貯湯槽導入管６４の一端に接続されている。貯湯槽導入管６４の他端は、貯湯槽５５に接続されている。貯湯槽５５には、また、熱回収水導入管６１が接続されている。熱回収水導入管６１には、熱回収水ポンプ６６が配設されている。
【００４７】
発電制御部９３は、主として燃料電池５２における発電量を制御するように構成されている。発電制御部９３は、燃料電池５２に供給される改質ガスＥ及び空気の流量、並びに回収水ポンプ６６の発停を制御することができるように構成されている。なお、図１では、推測部９１、脱硫制御部９２、発電制御部９３が別々に構成されているように示しているが、これは機能の観点から概念的に別々に表現したものであり、物理的には渾然一体に構成されていてもよい。また、図１では、推測部９１、脱硫制御部９２、発電制御部９３が１つの筐体に収容されて制御装置９０を構成しているように示されているが、これは概念を示しているものであって、物理的にはこれらが分離して配設されていてもよい。
【００４８】
引き続き図１を参照して、燃料電池システム１００の作用を説明する。燃料電池システム１００が起動すると、原料ガス管３１を介して脱硫装置１に原料ガスＣが供給される。脱硫装置１に供給された原料ガスＣは、硫黄分が除去されて脱硫済ガスＤとなる。脱硫装置１の詳しい作用は後述する。脱硫装置１で生成された脱硫済ガスＤは、脱硫済ガス管３２を流れて改質器５１に供給される。脱硫済ガスＤは、改質器５１に導入される途中で、改質水管３３から供給された改質水と混合されたうえで、改質器５１に導入される。
【００４９】
改質器５１に導入された脱硫済ガスＤは、改質されて改質ガスＥとなる。改質器５１で生成された改質ガスＥは、改質ガス管３４を流れて燃料電池５２に供給される。また、燃料電池５２には、酸化剤ガス管３８を介して酸化剤ガスも供給される。改質ガスＥ及び酸化剤ガスが導入された燃料電池５２では、改質ガスＥ中の水素等と酸化剤ガス中の酸素との電気化学的反応により発電する。改質ガスＥは、発電のために水素が利用されてオフガスＦとなる。オフガスＦは、オフガス管３５を流れて燃焼部５３に流入する。オフガスＦは、燃焼部５３にて燃焼されて燃焼排ガスＧとなり、燃焼排ガス管３６を介して熱交換器５４に流入する。
【００５０】
また、熱交換器５４には、熱回収水ポンプ６６の起動により、貯湯槽５５内の温水Ｗが熱回収水導入管６１を介して導入される。熱交換器５４に導入された温水Ｗは、熱交換部材５４ｈの内部を流れる。他方、熱交換器５４に導入された燃焼排ガスＧは、熱交換部材５４ｈの外側を流れる。熱交換器５４では、熱交換部材５４ｈの内部を流れる温水Ｗと、外側を流れる燃焼排ガスＧとの間で熱交換が行われ、温水Ｗの温度が上昇し、燃焼排ガスＧの温度が低下する。温度が低下した燃焼排ガスＧは、低温燃焼排ガス管３７を流れて燃料電池システム１００の外へ排出される。
【００５１】
熱交換器５４において温度が上昇した温水Ｗは、熱回収水導出管６２に導出される。熱回収水導出管６２の下流端に設けられた切替弁１５は、通常、熱回収水導出管６２からバイパス管６３に温水Ｗが流れるように設定されており、脱硫制御部９２から切り替え信号を受信したときに熱回収水導出管６２から加温水往管１８に温水Ｗが流れるように切り替えられる。したがって、熱回収水導出管６２を流れる温水Ｗは、通常はバイパス管６３を流れて貯湯槽導入管６４に至り、切替弁１５の切り替えが行われたときに加温水往管１８に流入し、加温管１６及び加温水還管１９を経て貯湯槽導入管６４に至る。貯湯槽導入管６４に流入した温水Ｗは、貯湯槽５５に導かれて貯湯槽５５内に貯留される。貯湯槽５５には、燃焼排ガスＧが保有していた熱の一部が、温水Ｗを媒体として蓄えられることになる。
【００５２】
上述のように作用する燃料電池システム１００では、改質器５１や燃料電池５２を保護するために、脱硫が不十分な原料ガスＣが供給されないよう、脱硫触媒１１の寿命が尽きたら（吸着可能残量がなくなったら）、新しい脱硫触媒１１に交換される。ところが、脱硫触媒１１は、原料ガスＣ中の水分レベルに応じて硫黄分の吸着能力が変化するので、単に稼働時間あるいは通過させた原料ガスＣの積算流量だけで交換時期を判断する方法では、脱硫触媒１１を有効利用することが難しい。仮に、稼働時間あるいは通過させた原料ガスＣの積算流量だけで脱硫触媒１１の交換時期を判断することとすると、原料ガスＣに含まれる水分量が多いことを前提とすれば、含有水分量が少ない原料ガスＣが供給されたときに脱硫触媒１１の能力が十分に余っているにもかかわらず交換されることとなり、原料ガスＣに含まれる水分量が少ないことを前提とすれば、含有水分量が多い原料ガスＣが供給されたときに脱硫が不十分な原料ガスＣが改質器５１や燃料電池５２に供給されてしまうことになる。そこで、本実施の形態では、以下のように脱硫装置１を制御することで、消費エネルギーを抑制しつつ、脱硫触媒１１の有効利用を図ることとしている。
【００５３】
図４は、本発明の実施の形態に係る脱硫方法としての脱硫制御を説明するフローチャートである。以下の脱硫制御の説明において、脱硫装置１の構成に言及しているときは、適宜図１乃至図３を参照することとする。推測部９１では、脱硫部１０に脱硫触媒１１が新たにセットされたとき、加温要否フラグＰｆが０に設定される（Ｓ１）。ここでの加温要否とは、比較的高い露点の原料ガスＣが脱硫触媒１１で脱硫される際に、吸着余力を増大させること（図３（Ｄ）参照）の要否を意味している。加温要否フラグＰｆの０設定（Ｓ１）は、一度設定されると、次に新たな脱硫触媒１１がセットされるまで、途中で脱硫装置１あるいは燃料電池システム１００が停止しても、０に設定されない。
【００５４】
脱硫装置１が起動し、原料ガスＣが脱硫部１０に向かって原料ガス管３１を流れると、流量計２２は、原料ガスＣの流量を計測し、計測した値を推測部９１に送信する。また、露点計２１は、原料ガスＣ中の水分レベル（露点）を検知し、検知した値を推測部９１に送信する（Ｓ２）。露点計２１から検知した値を受信した推測部９１は、原料ガスＣの露点が−５℃未満か否かを判断する（Ｓ３）。原料ガスＣの露点が−５℃未満の場合は、加温管１６に温水Ｗを流さず、すなわち、脱硫触媒１１の加温を行わず、脱硫触媒１１の加温をＯＦＦにする（Ｓ４）。次いで推測部９１は、流量計２２から受信していた計測値に基づいて、加温要否フラグＰｆが０に設定されてから（脱硫部１０に脱硫触媒１１が新たにセットされてから）の積算流量を算出する（Ｓ５）。流量計２２が積算流量計の場合は、流量計２２から取得した値をそのまま積算流量とすることができる。
【００５５】
原料ガス管３１から脱硫部１０に流入した原料ガスＣは、脱硫触媒１１と接触して硫黄分が除去される（Ｓ６）。推測部９１は、算出しておいた原料ガスＣの積算流量と、あらかじめ記憶されていた単位流量あたりの原料ガスＣに含まれている硫黄分の量とから、脱硫触媒１１の硫黄分積算吸着量を推定する（Ｓ７）。そして、推測部９１は、吸着可能残量を更新する（Ｓ８）。次いで推測部９１は、脱硫触媒１１の吸着余力が第１の所定の値以下になったか否かを判断する（Ｓ９）。吸着余力が第１の所定の値以下になっていない場合は、推測部９１が原料ガスＣ中の水分レベルを取得する工程（Ｓ２）に戻る。
【００５６】
他方、吸着余力が第１の所定の値以下になっている場合は、加温要否フラグＰｆを「１」加算した値にする（Ｓ１０）。加温要否フラグＰｆを０に設定する工程（Ｓ１）の後、初めて加算する場合は、加温要否フラグＰｆが「１」となる。加算された後の加温要否フラグＰｆの値は、新しい脱硫触媒１１に交換された場合を除き、途中で脱硫装置１あるいは燃料電池システム１００が停止しても元の値に戻されることはない。加温要否フラグＰｆを「１」加算したら、推測部９１は、吸着可能残量が第２の所定の値以下か否かを判断する（Ｓ１１）。ここで、第２の所定の値は、脱硫触媒１１の吸着可能残量がなくなる前に、吸着可能残量が少なくなったことを喚起するための任意の値であり、本実施の形態では、未使用時の脱硫触媒１１の吸着可能残量の１０％の値としている。吸着可能残量が第２の所定の値以下になっていない場合は、推測部９１が原料ガスＣ中の水分レベルを取得する工程（Ｓ２）に戻る。他方、吸着可能残量が第２の所定の値以下になっている場合は、アラームを表示し（Ｓ１２）、その後、推測部９１が原料ガスＣ中の水分レベルを取得する工程（Ｓ２）に戻る。アラームを確認した管理者は、直ちに脱硫装置１を停止させて脱硫触媒１１を交換してもよく、吸着可能残量を勘案して脱硫装置１の運転を継続してもよい。
【００５７】
図４のフローチャート中、原料ガスＣの露点が−５℃未満か否かを判断する工程（Ｓ３）において、原料ガスＣの露点が−５℃未満でない場合は、原料ガスＣの露点が−５℃未満でない状態が所定の時間継続したか否かを判断する（Ｓ１３）。所定の時間は、脱硫触媒１１を保護する観点から任意に設定することができるが、本実施の形態では吸着余力が第１の所定の値になるまでに要する時間としている。原料ガスＣの露点が−５℃未満でない状態が所定の時間継続した場合は、その旨が推測部９１から脱硫制御部９２へ伝達され、脱硫制御部９２は燃料電池システム１００（脱硫装置１が含まれる）を停止させる（Ｓ１４）。これにより、第２の所定の値を超える吸着可能残量がある場合の脱硫触媒１１の利用が困難になる事態を回避することができる。
【００５８】
原料ガスＣの露点が−５℃未満でない状態が所定の時間継続したか否かを判断する工程（Ｓ１３）において、所定の時間継続しなかった場合は、加温要否フラグＰｆが「０」か否かを判断する（Ｓ１５）。加温要否フラグＰｆが０の場合、脱硫触媒１１の加温を行わずに脱硫触媒１１の加温をＯＦＦにする工程（Ｓ４）に進み、以下、図４に示したフローを行う。他方、加温要否フラグＰｆが０でない場合、脱硫制御部９２が切替弁１５に切替信号を送信して温水Ｗが加温水往管１８に流入するように切替弁１５を切り替え、温水Ｗを加温管１６に流して脱硫触媒１１を加温する（Ｓ１６）。脱硫触媒１１を加温すると、露点が−５℃の原料ガスＣにおける吸着余力が増大する（図３（Ｄ）参照）。吸着余力を増大させることによって、脱硫触媒１１が破過するおそれを低減しつつ、露点が−５℃の原料ガスＣの脱硫を継続させることができる。脱硫触媒１１を加温したら、加温要否フラグＰｆが０に設定されてからの積算流量を算出する工程（Ｓ５）に進み、以下、図４に示したフローを行う。
【００５９】
ここで図５を参照して、図４のフローを行った際の脱硫触媒１１の利用過程と、脱硫触媒１１の加温に用いたエネルギーとの関係を説明する。図５（Ａ）は原料ガスＣの露点変化の一例を示すグラフ、図５（Ｂ）は脱硫触媒１１の使用領域を示すグラフ、図５（Ｃ）は脱硫触媒１１の加温状態を示すグラフ、図５（Ｄ）は脱硫触媒１１の使用領域の推移を示す概念図である。図５（Ｄ）の概念図において、原料ガスＣの水分レベルに応じた脱硫触媒１１の使用可能な領域は、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示した定義に対応している。また、図５（Ｄ）に示す脱硫触媒１１の各領域の使用は、下方から上方へ、かつ、左から右へ、順に行われるものとする。本実施の形態では、脱硫触媒１１の加温を行い得る第１の所定の値が、未使用時の脱硫触媒１１の吸着余力の１０％の値、換言すれば、その水分レベルの原料ガスＣが接触した場合に使用することができる脱硫触媒１１の領域の９０％を使用したときの値である。これを図５（Ｄ）で確認すると、脱硫触媒１１の領域の使用が下から９段目に達したときに相当する。
【００６０】
図５（Ｄ）の概念図において、△は露点が−３０℃の原料ガスＣが供給されたときに使用した領域を示しており、□は露点が−２５℃の原料ガスＣが供給されたときに使用した領域を示しており、○は露点が−５℃の原料ガスＣが供給されたときに使用した領域を示しており、◎は露点が−５℃の原料ガスＣが供給されたときであって脱硫触媒１１が６０℃に加温されたときに使用した領域を示している。したがって、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示した定義に照らすと、図５（Ｄ）の概念図において、△はすべての列で表れる可能性があり、□は一番右の列以外の列で表れる可能性があり、○は一番左側の列のみに表れ、◎は一番左側から３列目までの列に表れる可能性があることになる。また、各△、□、○、◎の中に書かれた数字は、脱硫触媒１１の領域の使用した順番を表しており、図５（Ａ）に示すグラフの横軸に対応している。
【００６１】
図５に示す例では、図５（Ａ）に示すように、まず、露点が−３０℃の原料ガスＣが２単位分導入され、次いで−２５℃の原料ガスＣが２単位分導入され、その後露点が−５℃の原料ガスＣが２単位分導入されている。ここまでの過程を図５（Ｄ）の概念図で見てみると、露点が−３０℃の原料ガスＣはすべての列の領域を使用可能であるで、最下段の一番左側の列と左から２番目の列の２単位の領域を使用している。次に露点が−２５℃の原料ガスＣは一番右の列以外の列の領域を使用可能であるで、最下段の左から３番目の列と左から４番目の列の２単位の領域を使用している。その後の露点が−５℃の原料ガスＣは脱硫触媒１１の加温なしで一番左側の列の領域のみを使用可能であるで、空いている最下段一番右側の列の領域を使用することができず、一番左側の列の下から２番目の段と下から３番目の段の２単位の領域を使用している。
【００６２】
この後に−２５℃の原料ガスＣが２単位分導入されたとき（図５（Ａ）における７単位目及び８単位目）は、空いている最下段一番右側の列の領域を使用することができないので、下から２番目の段の左から２番目の列と左から３番目の列の２単位の領域を使用している。その次に−３０℃の原料ガスＣが４単位分導入されたとき（図５（Ａ）における９単位目乃至１２単位目）は、まず空いている最下段一番右側の列の領域を使用し、次に下から２番目の段の左から４番目の列と左から５番目の列の領域を使用し、その後下から３番目の段の左から２番目の列の領域を使用している。
【００６３】
上述の要領で脱硫触媒１１の領域を使用していくと、図５（Ａ）における２７単位目の原料ガスＣが導入されたときに、脱硫触媒１１の吸着余力が第１の所定の値（１０％）に達する（図５（Ｄ）参照）。そして、図５に示す例では、吸着可能残量が第２の所定の値に達していないため、次に露点が−５℃の原料ガスＣの導入があったときは、脱硫触媒１１を６０℃に加温することで吸着余力を増大させ、脱硫を継続することとなる。図５（Ａ）における２８単位目の原料ガスＣは、露点が−５℃であるため、脱硫触媒１１の加温を行っている。加温された脱硫触媒１１に露点が−５℃の原料ガスＣが導入されるとき、脱硫触媒１１は一番左側から３列目までの列の領域を使用可能であるで、２８単位目の原料ガスＣは下から６番目の段の左から２番目の列の領域を使用している。次に２９単位目及び３０単位目の原料ガスＣとして露点が−２５℃の原料ガスＣが導入されたときは、脱硫触媒１１の加温がＯＦＦとなり、２９単位目の原料ガスＣは下から５番目の段の左から４番目の列の領域を使用し、３０単位目の原料ガスＣは下から６番目の段の左から３番目の列の領域を使用している。
【００６４】
上述の要領で脱硫触媒１１の領域を使用していくと、脱硫触媒１１の加温が行われるのは、上述の２８単位目のほか、３３単位目、３４単位目、３９単位目、４０単位目で、露点が−５℃の原料ガスＣが導入されたときとなる。このように、図５に示す例では、合計５単位分の原料ガスＣの脱硫を行う際に脱硫触媒１１を加温するためのエネルギーが必要となる。また、図５では、吸着余力が第１の所定の値以下、かつ吸着可能残量が第２の所定の値以下となった後でも、脱硫触媒１１のすべての領域を使用する例を示しており、４６単位目の原料ガスＣが導入されたときから最上段の領域が使用されることとなる。
【００６５】
次に図６を参照し、参考例として、図５（Ａ）に示すのと同じ条件で原料ガスＣが導入された場合であって、露点が−５℃の原料ガスＣが導入された場合はいつでも脱硫触媒１１の加温を行う例における、脱硫触媒１１の利用過程と、脱硫触媒１１の加温に用いたエネルギーとの関係を説明する。つまり、図６に示す参考例では、図６（Ａ）のグラフが図５（Ａ）のグラフと同一である。また、吸着余力が第１の所定の値以下になっていなくても、露点が−５℃の原料ガスＣが導入された場合は脱硫触媒１１の加温を行うこととしている。これにより、図６に示す参考例では、脱硫触媒１１の加温なしで露点が−５℃の原料ガスＣの脱硫が行われることはないから、図６（Ｄ）の概念図においては○が表れることはない。
【００６６】
図６に示す参考例において、４単位目までの原料ガスＣが導入された場合の脱硫触媒１１の領域の使われ方（図６（Ｄ）参照）は、図５（Ｄ）に示す場合と同じである。その後、露点が−５℃の原料ガスＣが導入されると、脱硫触媒１１を６０℃に加温する。加温された脱硫触媒１１に露点が−５℃の原料ガスＣが導入されるとき、脱硫触媒１１は一番左側から３列目までの列の領域を使用可能であるで、空いている最下段一番右側の列の領域を使用することができず、５単位目の原料ガスＣは下から２番目の段の一番左の列の領域を使用し、６単位目の原料ガスＣは下から２番目の段の左から２番目の列の領域を使用している。次に７単位目及び８単位目の原料ガスＣとして露点が−２５℃の原料ガスＣが導入されたときは、脱硫触媒１１の加温がＯＦＦとなり、７単位目の原料ガスＣは下から２番目の段の左から３番目の列の領域を使用し、８単位目の原料ガスＣは下から２番目の段の左から４番目の列の領域を使用している。
【００６７】
上述の要領で脱硫触媒１１の領域を使用していくと、図６に示す参考例では、脱硫触媒１１の加温が行われるのは、５単位目、６単位目、１７単位目、１８単位目、２５単位目、２６単位目、２７単位目、２８単位目、３３単位目、３４単位目、３９単位目、４０単位目で、露点が−５℃の原料ガスＣが導入されたときとなる。このように、図６に示す参考例では、合計１２単位分の原料ガスＣの脱硫を行う際に脱硫触媒１１を加温するためのエネルギーが必要となる。また、図６に示す参考例では、４１単位目以降で、原料ガスＣが導入されたときの脱硫触媒１１の領域の使われ方が、図５に示す例と同じになる。したがって、図６に示す参考例でも、４６単位目の原料ガスＣが導入されたときから最上段の領域が使用されることとなる。
【００６８】
図５に示す例と、図６に示す参考例とを比較すると、共に脱硫触媒１１の５０単位の領域すべてを使用することができる一方で、図５に示す例では合計５単位分の原料ガスＣの脱硫を行う際の加温で済むのに対し、図６に示す参考例では合計１２単位分の原料ガスＣの脱硫を行う際の加温を必要としている。このように、図５に示す例のような、比較的高い露点（本実施の形態では−５℃）の原料ガスＣが脱硫触媒１１に接触するときに、吸着余力が一旦第１の所定の値以下になった後、第２の所定の値に到達するまでの吸着可能残量を利用するために初めて脱硫触媒１１を加温する場合は、図６に示す参考例のような、比較的高い露点（例えば−５℃）の原料ガスＣが脱硫触媒１１に接触するときは常に脱硫触媒１１を加温する場合に比べて、脱硫触媒１１の加温に用いられるエネルギーを著しく低減させることができ、システム効率の低下を抑制することができる。
【００６９】
なお、図４に示すフローチャートでは、原料ガスＣの露点が−５℃未満か否かを判断する工程（Ｓ３）において、原料ガスＣの露点が−５℃未満でない場合は、原料ガスＣの露点が−５℃未満でない状態が所定の時間継続したか否かを判断する工程（Ｓ１３）に進むこととしたが、原料ガスＣの露点が−５℃未満でない状態が所定の時間継続したか否かを判断する工程（Ｓ１３）及び発電（脱硫）を停止する工程（Ｓ１４）を省略して、原料ガスＣの露点が−５℃未満か否かを判断する工程（Ｓ３）において、原料ガスＣの露点が−５℃未満でない場合に、加温要否フラグＰｆが「０」か否かを判断する工程（Ｓ１５）に進むこととしてもよい。この場合、フローが進行し、吸着余力が第１の所定の値以下となって加温要否フラグＰｆが「１」となり（Ｓ１０）、さらに吸着可能残量が第２の所定の値以下か否かを判断する工程（Ｓ１１）において第２の所定の値以下になっている場合に、アラームを表示する工程（Ｓ１２）を経て、あるいはアラームを表示する工程（Ｓ１２）に代えて、発電（脱硫）を停止する工程を加えるとよい。
【００７０】
また、図４に示すフローチャートでは、加温要否フラグＰｆを「１」加算した値にする工程（Ｓ１０）の後、吸着可能残量が第２の所定の値以下か否かを判断する（Ｓ１１）こととしたが、これに代えて、図７（Ａ）に示すように、加温要否フラグＰｆが２以上か否かを判断する工程（Ｓ１８）を行い、加温要否フラグＰｆが２以上でない場合は推測部９１が原料ガスＣ中の水分レベルを取得する工程（Ｓ２）に戻り、加温要否フラグＰｆが２以上の場合にアラームを表示する工程（Ｓ１２）に進むこととしてもよい。この場合、吸着余力が第１の所定の値以下となった回数が２回以上となったときに、アラームを表示させて注意を喚起することとなる。吸着余力が第１の所定の値以下となった回数が２回以上ということは、脱硫触媒１１の処理限界が近いことを示唆しているため、アラームを表示させて注意を喚起することとしている。このことは、上述した変形例に係るフローにも適用することができる。
【００７１】
また、図４に示すフローチャートでは、加温要否フラグＰｆが「０」か否かを判断する工程（Ｓ１５）において、加温要否フラグＰｆが０でない場合に、脱硫触媒１１を加温する工程（Ｓ１６）に進むこととしたが、図７（Ｂ）に示すように、加温要否フラグＰｆが「０」か否かを判断する工程（Ｓ１５）の後に、加温要否フラグＰｆが２以上か否かを判断する工程（Ｓ１９）を備えることとしてもよい。図７（Ｂ）に示す変形例では、加温要否フラグＰｆが２以上か否かを判断する工程（Ｓ１９）において、加温要否フラグＰｆが２以上でない場合は、脱硫触媒１１を加温する工程（Ｓ１６）に進み、以降は図４のフローに従う。他方、加温要否フラグＰｆが２以上か否かを判断する工程（Ｓ１９）において、加温要否フラグＰｆが２以上の場合は、燃料電池システム１００（脱硫装置１）を停止する工程（Ｓ１４）に進む。この変形例では、露点計２１が検知した原料ガスＣの露点が−５℃未満でない場合であって、吸着余力が第１の所定の値以下となった回数が２回以上である場合は、脱硫触媒１１の処理限界が近いことを示唆していると判断して、発電（脱硫）を停止することとしたものである。この変形例は、上述した各変形例に係るフローにも適用することができる。
【００７２】
以上の説明では、加温手段が、切替弁１５と加温管１６とを含んで構成されていることとしたが、これに代えて、図８に示すようにヒータ７１を備えることとしてもよい。
図８は、本発明の実施の形態の第１の変形例に係る脱硫装置１Ａを含む燃料電池システム１００Ａの模式的系統図である。脱硫装置１Ａは、脱硫装置１（図１参照）が備えていた切替弁１５、加温管１６、加温水往管１８及び加温水還管１９を備えておらず、脱硫装置１（図１参照）が備えていなかったヒータ７１を備えている点で、脱硫装置１（図１参照）と相違している。ヒータ７１は、典型的には電気ヒータであり、商用電源あるいは燃料電池５２から電力を受けて発熱するように構成されている。ヒータ７１は、脱硫触媒１１を収容する脱硫部１０Ａのケースの内部に設けられていてもよく、脱硫触媒１１を加温することができればケースの外に設けられていてもよい。ヒータ７１は、脱硫制御部９２と信号ケーブルで接続されており、脱硫制御部９２からの指令により加温のＯＮ及びＯＦＦを制御することができるように構成されている。また、燃料電池システム１００Ａは、脱硫装置１Ａが、切替弁１５、加温水往管１８及び加温水還管１９を備えていないことに伴い、貯湯槽５５から導出された温水Ｗが、熱交換器５４の熱交換部材５４ｈを流れた後に分岐することなく、熱回収水流路としての熱回収水還管６８を介して貯湯槽５５に導入されるように構成されている点で、燃料電池システム１００（図１参照）と相違している。上記以外の脱硫装置１Ａ及び燃料電池システム１００Ａの構成は、脱硫装置１（図１参照）及び燃料電池システム１００（図１参照）と同じである。上述のように構成された脱硫装置１Ａあるいは燃料電池システム１００Ａでは、脱硫触媒１１の加温が必要になったときに、比較的応答よく脱硫触媒１１を加温することができる。
【００７３】
以上の説明では、脱硫触媒１１の吸着余力が第１の所定の値以下になったことが推測された時点で吸着可能残量が第２の所定の値に到達していないときの、吸着可能残量を利用させるための脱硫触媒１１と原料ガスＣとの接触条件の調節が、露点が比較的高い（典型的には−５℃）原料ガスＣが供給された場合に脱硫触媒１１を加温することであるとしたが、以下のように構成してもよい。
【００７４】
図９は、本発明の実施の形態の第２の変形例に係る脱硫装置１Ｂを含む燃料電池システム１００Ｂの模式的系統図である。脱硫装置１Ｂは、原料ガス管３１にバイパス三方弁８１が挿入配置され、バイパス三方弁８１の残りの１つのポートにバイパス流路としてのバイパス管８２の一端が接続されている点で、脱硫装置１（図１参照）と相違している。バイパス管８２の他端は、原料ガスＣの供給元、あるいは他の原料ガスＣ利用場所に導かれている。脱硫装置１Ｂでは、バイパス三方弁８１は、露点計２１と脱硫部１０との間に配設されている。バイパス三方弁８１は、脱硫制御部９２と信号ケーブルで接続されており、吸着余力が第１の所定の値以下になった旨の伝達を推測部９１から受けた後、高露点（典型的には−５℃）の原料ガスＣが供給されたときに、原料ガスＣが脱硫部１０に流入せずにバイパス管８２を流れるようにバイパス三方弁８１を作動させる構成となっている。バイパス三方弁８１とバイパス管８２とで、接触回避手段を構成している。上記以外の脱硫装置１Ｂの構成は、脱硫装置１（図１参照）と同じである。
【００７５】
上述のように構成された脱硫装置１Ｂでは、脱硫触媒１１の吸着余力が第１の所定の値以下になったことが推測された時点で吸着可能残量が第２の所定の値に到達していないとき、以下のような制御が行われる。露点計２１が検知した原料ガスＣの水分レベルが、第２の所定の値に到達するまでの吸着可能残量を利用できる露点のときは、原料ガスＣが脱硫部１０に導入されるようにバイパス三方弁８１が制御される。他方、露点計２１が検知した原料ガスＣの水分レベルが、第２の所定の値に到達するまでの吸着可能残量を利用できない露点のときは、原料ガスＣがバイパス管８２に導かれるようにバイパス三方弁８１が制御される。なお、脱硫装置１Ｂは、接触回避手段（バイパス三方弁８１及びバイパス管８２）と加温手段（加温管１６等）との双方を備えているので、加温開始直後等の脱硫触媒１１の加温が不十分なときは高露点の原料ガスＣをバイパス管８２に導き、脱硫触媒１１の加温が十分になったら高露点の原料ガスＣを脱硫部１０に導入させることもできる。また、脱硫装置１Ｂから、加温管１６等の加温手段を省略した構成としてもよい。加温手段を利用しない場合は、エネルギー消費量を抑制することができる。さらに、脱硫装置１Ｂは、バイパス管８２を省略すると共にバイパス三方弁８１を二方弁に代える構成として、露点計２１が検知した原料ガスＣの水分レベルが、第２の所定の値に到達するまでの吸着可能残量を利用できない露点のときに、二方弁を閉じて原料ガスＣの脱硫部１０への導入を回避すると共に、燃料電池システム１００Ｂ（脱硫装置１Ｂを含む）を停止する制御を行う構成としてもよい。
【００７６】
これまでに説明した実施の形態のほか、脱硫部が改質器５１及び／又は燃料電池５２及び／又は燃焼部５３から受熱するような位置に脱硫部を配置することとしてもよい。
図１０は、本発明の実施の形態の第３の変形例に係る脱硫装置１Ｃを含む燃料電池システム１００Ｃの模式的系統図である。脱硫装置１Ｃは、脱硫装置１Ａ（図８参照）が備えていたヒータ７１を備えていない点で、脱硫装置１Ａ（図８参照）と相違している。また、燃料電池システム１００Ｃは、脱硫部１０Ｃ（脱硫触媒１１）が改質器５１及び／又は燃料電池５２及び／又は燃焼部５３から受熱する位置に配置されている点で、燃料電池システム１００Ａ（図８参照）と相違している。脱硫部１０Ｃは、典型的には、改質器５１及び／又は燃料電池５２及び／又は燃焼部５３を収容するハウジング７３の外側に、ハウジング７３から放出された熱を回収する熱交換部７４を介して配設されている。脱硫触媒１１を加温する必要がない場合は、熱交換部７４における熱回収量が多くなるように、熱媒体ポンプ等の熱媒体圧送装置（不図示）の吐出量を制御する。他方、脱硫触媒１１を加温する必要がある場合は、熱交換部７４における熱回収量が少なくなるように熱媒体圧送装置（不図示）の吐出量を制御して、脱硫部１０Ｃへの伝熱量を増加させる。効率的に熱を利用するために、ハウジング７３と熱交換部７４との間に、断熱材を配置してもよい。燃料電池５２が固体酸化物形（ＳＯＦＣ）の場合、改質器５１と燃料電池５２とが１つのハウジング７３に収容されることが多い。なお、ハウジング７３を設けずに、改質器５１及び／又は燃料電池５２及び／又は燃焼部５３に隣接して脱硫部１０Ｃを配設することとしてもよい。本実施の形態における改質器５１は、吸熱反応が行われる機器であるが、脱硫触媒１１が加温される温度に比べて、作動温度が十分に高いので、脱硫触媒１１を加温する際の発熱体として機能する。熱媒体としては、例えば、燃料電池５２のカソード極に供給する酸化剤、改質水、あるいは貯湯槽５５を循環する熱回収水を用いることができる。燃料電池５２が固体高分子形（ＰＥＦＣ）の場合は、燃料電池５２の発熱及び／又は改質器５１用のバーナの排熱及び／又オフガスＦの燃焼熱を、脱硫触媒１１を加温する熱源として利用することができる。熱媒体としては、例えば、燃料電池５２のカソード極に供給する酸化剤、選択酸化反応用の酸化剤、改質水、あるいは貯湯槽５５を循環する熱回収水を用いることができる。燃料電池５２が固体酸化物形（ＳＯＦＣ）の場合は、燃料電池５２の発熱及び／又はオフガスＦの燃焼熱を、脱硫触媒１１を加温する熱源として利用することができる。脱硫部１０Ｃをハウジング７３の外側に配置する場合、改質器５１及び／又は燃料電池５２及び／又は燃焼部５３から熱を受けることができれば、ハウジング７３の上面、側面、下面のいずれに設置してもよい。上述のように構成された脱硫装置１Ｃあるいは燃料電池システム１００Ｃでは、脱硫触媒１１を加温するために特別な装置を設ける必要がなく、装置構成を簡略化することができる。なお、脱硫部１０Ｃが、改質器５１及び／又は燃料電池５２及び／又は燃焼部５３から常に熱を受ける配置に代えて、排ガスの流路を脱硫部１０Ｃに這わせると共に脱硫部１０Ｃをバイパスする流路を並設し、脱硫部１０Ｃの加温が必要な場合のみ排ガスを脱硫部１０Ｃまわりに供給することとしてもよい。
【００７７】
以上の説明では、露点取得手段が露点計２１であるとしたが、露点計２１のような直接的に原料ガスＣの露点を取得する形態のものに代えて、湿度計と温度計とを有し、これらから取得した原料ガスＣの湿度及び温度から計算によって露点を取得するような、間接的に原料ガスＣの露点を取得する形態のもので構成されていてもよい。湿度計としては、例えば、電気容量式湿度計や、電気抵抗式湿度計を用いることができる。
【００７８】
以上の説明では、改質器５１に収容されている改質触媒の加熱に燃焼部５３の燃焼熱を利用することとしたが、改質器５１が具備している加熱手段（バーナ、電気ヒータ、温水ジャケット等）による発熱で足りる場合、あるいは、改質器５１に収容されている改質触媒が加熱の不要な改質触媒である場合は、改質器５１に熱を与えない位置に燃焼部５３を設け、燃焼排ガスＧを改質器５１の加熱に用いることなく熱交換器５４に導入することとしてもよい。
【００７９】
以上の説明では、原料ガスＣに含まれる吸着余力低下物質として、水分のみを考慮したが、メタノールも水分と同様に、吸着余力低下物質として作用する場合がある。例えば、脱硫触媒１１がゼオライト系触媒の場合、脱硫するガスのメタノール分レベル（単位体積当たりのメタノール分含有量）によっても、硫黄分を吸着することが可能な量が変動する特性を有している。なお、原料ガスＣにメタノールが含まれる１つの具体例として、原料ガスＣとしてのＬＰＧに、含有水分の凍結を防止する目的でメタノールが添加される場合が挙げられる。
【００８０】
図１１は、メタノールを含有した原料ガスＣ（水分の含有なし）を導入した際の脱硫触媒１１による硫黄分の吸着量の変化を示すグラフである。図１１に示すグラフは、横軸に脱硫触媒１１の温度を、縦軸に脱硫触媒１１による硫黄分の吸着量の相対値を取り、原料ガスＣ中のメタノール濃度（ｐｐｍ）をパラメータとしている。脱硫触媒１１による硫黄分の吸着量の相対値は、２５℃の脱硫触媒１１によって、メタノールが含有されていない（すなわちメタノール濃度０ｐｐｍの）原料ガスＣが脱硫される際の硫黄分の吸着量を基準とし、この値を「１」としている。図１１のグラフから、以下の事実が理解できる。脱硫触媒１１の温度が一定の場合、原料ガスＣ中のメタノール濃度が高いほど硫黄分の吸着量が少なくなる。他方、メタノールが含有されている原料ガスＣ中のメタノール濃度が一定の場合、脱硫触媒１１の温度が少なくとも２５℃から６０℃の間では、脱硫触媒１１の温度が高いほど硫黄分の吸着量が多くなり、脱硫触媒１１の温度が低いほど硫黄分の吸着量が少なくなる。このように、脱硫触媒１１は、原料ガスＣ中のメタノール分含有量、あるいは脱硫触媒１１の温度に応じて、活性が変化する。
【００８１】
図１２は、メタノール及び水分を含有した原料ガスＣを導入した際の脱硫触媒１１による硫黄分の吸着量の変化を示すグラフである。図１２に示すグラフは、メタノール濃度が３００ｐｐｍの原料ガスＣについて含有水分量及び脱硫触媒１１温度の変化に伴う硫黄分の吸着量の変化を示しており、横軸に脱硫触媒１１の温度を、縦軸に脱硫触媒１１による硫黄分の吸着量の相対値を取り、原料ガスＣの露点をパラメータとしている。脱硫触媒１１による硫黄分の吸着量の相対値は、２５℃の脱硫触媒１１によって、メタノールが含有されていない（すなわちメタノール濃度０ｐｐｍの）露点−３０℃の原料ガスＣが脱硫される際の硫黄分の吸着量を基準とし、この値を「１」としている。図１２のグラフによれば、脱硫触媒１１の温度が一定の場合、露点が高いほど硫黄分の吸着量が少なくなる。他方、メタノール濃度が３００ｐｐｍの原料ガスＣの露点が一定の場合、脱硫触媒１１の温度が少なくとも２５℃から６０℃の間では、脱硫触媒１１の温度が高いほど硫黄分の吸着量が多くなり、脱硫触媒１１の温度が低いほど硫黄分の吸着量が少なくなる。これらの傾向は、図２に示すメタノールが含有されていない原料ガスＣにおける露点及び脱硫触媒１１温度と硫黄分吸着量との関係と同様である。しかし、原料ガスＣにメタノールが含有されている場合は、脱硫触媒１１温度が２５℃から６０℃の間で、どの温度を一定にしても、原料ガスＣの露点の変化に伴う硫黄分吸着量の差が概ね同じになる点で、原料ガスＣにメタノールが含有されていない場合（図２参照）と異なっている。
【００８２】
図１１及び図１２から分かる事実を考慮すると、原料ガスＣ中の含有水分量が多いほど、また、メタノール濃度が高いほど、脱硫触媒１１の吸着余力が少なくなるといえる。つまり、図３に示す概念図を念頭において言及すれば、原料ガスＣ中の含有水分量が多いほど、また、メタノール濃度が高いほど、脱硫触媒１１が硫黄分を吸着することができる単位数が５０単位から減少することとなる。そして、水分を含有してメタノールを含有しない原料ガスＣを脱硫する場合において、露点が高い原料ガスＣを脱硫して吸着余力が減少した後、露点が低い原料ガスＣを脱硫触媒１１に導入すると吸着余力が回復するように（図３参照）、メタノールが含まれる原料ガスＣを脱硫する場合も、メタノール濃度が高い原料ガスＣを脱硫して吸着余力が減少した後、メタノール濃度が低い原料ガスＣを脱硫触媒１１に導入すると吸着余力が回復する。なお、原料ガスＣに水分及びメタノールが含まれる場合、「吸着余力」は、原料ガスＣの水分レベル及びメタノール分レベルを加味した硫黄分の吸着可能な残量となり、「吸着可能残量」は、原料ガスＣの水分レベル及びメタノール分レベルを不問にした硫黄分の吸着可能な残量となる。
【００８３】
水分及びメタノールが含まれている原料ガスＣを脱硫する場合、図１に示す燃料電池システム１００の構成に加えて、脱硫部１０の上流側の原料管３１に、原料ガスＣ中のメタノール濃度を検知するメタノール濃度計２３（図１３参照）が設けられる。メタノール濃度計２３は、吸着余力低下物質レベル取得手段の一形態であり、例えば赤外線透過吸収式のものを用いることができる。そして、水分及びメタノールが含まれている原料ガスＣを脱硫する場合も、原料ガスＣに水分のみが含まれている場合に倣い、脱硫部１０に導入される原料ガスＣ中の露点に加えてメタノール濃度を検知し、別途原料ガスＣの積算流量を算出する。次に、原料ガスＣの水分レベル、メタノールレベル、積算流量から、脱硫触媒１１の硫黄分積算吸着量を推定し、吸着可能残量を更新する。このとき、脱硫触媒１１における硫黄分の吸着は、図５（Ｄ）に示す要領（吸着ルール）で行われる。脱硫触媒１１で原料ガスＣ中の硫黄分の吸着が行われているとき、推測部９１は、脱硫触媒１１の吸着余力が第１の所定の値以下になったか否かを判断している。そして、脱硫触媒１１の吸着余力が第１の所定の値以下となり、吸着可能残量が第２の所定の値以下でない場合に、脱硫触媒１１を加温して、吸着余力を増大させる。以上で説明したように、原料ガスＣに吸着余力低下物質としてメタノールが含まれる場合も、吸着余力低下物質として水分のみが原料ガスＣに含まれる場合と同様、脱硫触媒１１が破過するおそれを低減しつつ、脱硫触媒１１の加温に用いられるエネルギーを著しく低減させることができ、システム効率の低下を抑制することができる。なお、メタノール濃度計２３は、図８乃至図１０に示す変形例に係る脱硫装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃを含む燃料電池システム１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃに適用することもできる。つまり、メタノールが含まれている原料ガスＣを脱硫する場合において、脱硫触媒１１の吸着余力が第１の所定の値以下となり、吸着可能残量が第２の所定の値以下でないときに、脱硫触媒１１を加温する際の加温手段が、ヒータ７１（図８参照）あるいは脱硫触媒１１が改質器５１及び／又は燃料電池５２及び／又は燃焼部５３から受熱する位置に配置された構成（図１０参照）としてもよく、脱硫触媒１１を加温することに代えてバイパス三方弁８１及びバイパス管８２を含む接触回避手段（図９参照）を適用してもよい。
【００８４】
本明細書中で引用する刊行物、特許出願及び特許を含むすべての文献を、各文献を個々に具体的に示し、参照して組み込むのと、また、その内容のすべてをここで述べるのと同じ限度で、ここで参照して組み込む。
【００８５】
本発明の説明に関連して（特に以下の請求項に関連して）用いられる名詞及び同様な指示語の使用は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数及び複数の両方に及ぶものと解釈される。語句「備える」、「有する」、「含む」及び「包含する」は、特に断りのない限り、オープンエンドターム（すなわち「〜を含むが限らない」という意味）として解釈される。本明細書中の数値範囲の具陳は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に列挙されたかのように、明細書に組み込まれる。本明細書中で説明されるすべての方法は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、あらゆる適切な順番で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例又は例示的な言い回し（例えば「など」）は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することだけを意図し、本発明の範囲に対する制限を設けるものではない。明細書中のいかなる言い回しも、請求項に記載されていない要素を、本発明の実施に不可欠であるものとして示すものとは解釈されないものとする。
【００８６】
本明細書中では、本発明を実施するため本発明者が知っている最良の形態を含め、本発明の好ましい実施の形態について説明している。当業者にとっては、上記説明を読めば、これらの好ましい実施の形態の変形が明らかとなろう。本発明者は、熟練者が適宜このような変形を適用することを期待しており、本明細書中で具体的に説明される以外の方法で本発明が実施されることを予定している。したがって本発明は、準拠法で許されているように、本明細書に添付された請求項に記載の内容の修正及び均等物をすべて含む。さらに、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、すべての変形における上記要素のいずれの組合せも本発明に包含される。
【符号の説明】
【００８７】
１    脱硫装置
１１  脱硫触媒
１６  加温管
２１  露点計
２２  流量計
３１  原料ガス管
５１  改質器
５２  燃料電池
８１  バイパス三方弁
８２  バイパス管
９１  推測部
９２  脱硫制御部
Ｃ    原料ガス
Ｄ    脱硫済ガス
Ｅ    改質ガス
【図１】
2014109236.tif 000003
【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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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