(57)【要約】【課題】脱硫器の交換時期を正確に検出することができる燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】脱硫器２が使用限界に近付いたことを検出する検出手段を備え、当該検出手段は脱硫器２の出口近傍の脱硫器２内に燃料ガス中の硫黄の量若しくは濃度を電気的出力に変換すると共に、脱硫器２内に充填される硫黄吸収剤（酸化亜鉛６２及び酸化亜鉛６２Ａ）と、硫黄吸収剤（酸化亜鉛６２Ａ）の電気抵抗値を測定するための端子６６、６７と、硫黄吸収剤（酸化亜鉛６２Ａ）の周囲をガスが通過可能なように囲繞したカバー６８などから構成される硫黄センサ６４を備える。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスから硫黄成分を除去処理する脱硫器と、該脱硫器からの前記燃料ガスを水素に改質する改質装置と、該改質装置からの水素によって発電する燃料電池とを備えた燃料電池発電システムであって、
前記脱硫器が使用限界に近付いたことを検出する検出手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記検出手段は、前記脱硫器の出口近傍の当該脱硫器内に設けられた硫黄センサを備えたことを特徴とする請求項１の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記硫黄センサは、脱硫器内の燃料ガス中の硫黄の量若しくは濃度を電気的出力に変換することを検出することを特徴とする請求項２の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記硫黄センサは、前記脱硫器内に充填される硫黄吸収剤と、該硫黄吸収剤の電気抵抗値を測定するための端子を備えることを特徴とする請求項３の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記硫黄吸収剤の周囲をガスが通過可能なカバーにて囲繞したことを特徴とする請求項４の燃料電池発電システム。
【請求項６】
前記検出手段は、前記脱硫器が使用限界に近付いたことを検出した場合に警報を発することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５の燃料電池発電システム。
【請求項７】
前記検出手段は、前記脱硫器が使用限界に近付いたことを検出した場合、その時点からの燃料ガスの処理量に基づき、当該脱硫器が使用限界に達する以前に運転を停止することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料ガスから硫黄成分を除去処理する脱硫器を備えた燃料電池発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種燃料電池発電システム、例えば、固体高分子型燃料電池発電システムでは、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタン等の燃料ガスを水素に改質する改質装置と、改質装置からの水素によって発電する燃料電池とを備えている。前記改質装置は燃料ガスを化学反応させて水素、二酸化炭素及び一酸化炭素を生成する改質器と、この改質器からの改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変性するＣＯ変成器と、このＣＯ変成器からの未変性の一酸化炭素を除去するＣＯ除去器などから構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１８５１８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、前記燃料ガスとして使用される都市ガスや市販されているＬＰＧ等には、ガス漏れなどが生じた場合に、いち早くガス漏れを知らせるために、メルカプタン等の硫黄化合物を含む臭い成分が添加されている。
【０００５】
しかしながらこの硫黄化合物は、前記改質器内の触媒を被毒してしまうため、改質器の前に脱硫器を設けて、当該脱硫器で燃料ガス中の硫黄成分を除去処理した後、この硫黄成分が取り除かれた燃料ガスを改質器に供給している。前記脱硫器には、容器内に硫黄成分を吸収するための硫黄吸収剤が充填されており、燃料ガスが当該硫黄吸収剤が充填された容器内を通過することで、燃料ガス中の硫黄成分が硫黄吸着剤に吸着されるというものである。
【０００６】
他方、前記脱硫器中に充填された硫黄吸収剤は使用により消耗するため、交換する必要がある。しかしながら、従来の脱硫器では当該脱硫器の交換時期を正確に把握することが困難であった。
【０００７】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、脱硫器の交換時期を正確に検出することができる燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の燃料電池発電システムは、燃料ガスから硫黄成分を除去処理する脱硫器と、この脱硫器からの燃料ガスを水素に改質する改質装置と、この改質装置からの水素によって発電する燃料電池とを備え、脱硫器が使用限界に近付いたことを検出する検出手段を備えたので、脱硫器の使用限界を正確に知ることができるようになる。
【０００９】
請求項２の発明では上記発明に加えて、検出手段は脱硫器の出口近傍の当該脱硫器内に設けられた硫黄センサを備えたので、脱硫器の出口近傍における脱硫器内の状況を硫黄センサで検出することにより、脱硫器の使用限界をより正確に知ることができるようになる。
【００１０】
請求項３の発明では請求項２の発明に加えて、硫黄センサは脱硫器内の燃料ガス中の硫黄の量若しくは濃度を電気的出力に変換することを検出するので、例えば、請求項４の如く硫黄センサに脱硫器内に充填される硫黄吸着剤と、この硫黄吸着剤の電気抵抗値を検出するための端子を備えて、硫黄吸着剤の電気抵抗値を当該端子で測定することにより、脱硫器の使用限界を容易に検出することができるようになる。
【００１１】
また、硫黄センサに硫黄吸着剤と端子を設けて当該硫黄吸着剤の電気抵抗値を端子にて測定するという比較的簡単な構成で脱硫器の使用限界を検出することができるので、比較的安価で燃料電池発電システムに検出手段を付加することができるようになる。
【００１２】
請求項５の発明では請求項４の発明に加えて、硫黄吸収剤の周囲をガスが通過可能なカバーにて囲繞したので、前記端子を保護することができるようになり、硫黄センサの性能及び品質を確保することができるようになる。
【００１３】
請求項６の発明では上記各発明に加えて、検出手段は、脱硫器が使用限界に近付いたことを検出した場合に警報を発するので、脱硫器の使用期限を使用者に明確に通知することができるようになる。
【００１４】
請求項７の発明では上記各発明に加えて、検出手段は、脱硫器が使用限界に近付いたことを検出した場合、その時点からの燃料ガスの処理量に基づき、当該脱硫器が使用限界に達する以前に運転を停止するので、改質装置等に硫黄成分が流入することによって生じる不都合を未然に回避することができる。これにより、燃料電池発電システムの信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の燃料電池発電システムの実施例として、固体高分子型燃料システムＳを家庭に設置した場合の系統図、図３は実施例の固体高分子型燃料システムＳの回路図である。
【００１６】
図１において、１００は、建家を示しており、この建家１００には低圧電灯線１０１、電力量計１０２及び分電盤１０３を経て、商用電源が供給されている。この商用電源は、細線で示した第１のケーブル１０４を経て、エアコン１０５、テレビジョン１０６等に供給されている。
【００１７】
一方、本実施形態では、家庭用小型電源システムを構成する固体高分子型燃料電池発電システム（ポリマ・エレクトロライト・フューエル・セル：ＰＥＦＣ装置）Ｓが、建家１００の外に設置されている。
【００１８】
この家庭用小型電源システムＳには、図２に示すようにＰＥＦＣ装置の他に熱回収装置を含んでいる。この熱回収装置は、貯湯タンク７と水処理装置８とを有し、これらには水道管を通じて市水が供給される。そして、水処理装置８に供給される市水は水処理装置８で純粋にされて、昇圧ポンプ４４により各配管９、１０を介して水タンク１１、１２若しくは、水タンク２１を介して改質装置１３に供給される。そして、ＰＥＦＣ装置は、改質装置（改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器）１３を有している。
【００１９】
この改質装置１３には天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタン等の燃料ガスが供給され、ここには更に前記水タンク２１からの水が供給されて、水素が生成される。この水素は燃料電池６に供給されて、ここで水素と空気中の酸素とを化学反応させて発電が行われる。１４は発電制御を司る制御装置である。
【００２０】
そして、発電された電力はＤＣ／ＤＣコンバータ１５を経て、１００Ｖにまで昇圧され、系統連系インバータ１６に送られ、ここから、図１に太線で示した第２のケーブル１０７を通じて、パソコン１０８、照明１０９、冷蔵庫１１０等に供給されている。この燃料電池発電システムＳは、系統連系インバータ１６を介して商用電源に接続されている。
【００２１】
この燃料電池発電システムＳでは、発電の過程で熱が発生するので、この熱を利用して市水から温水を生成し、この温水を、図２に示すように、貯湯タンク７に蓄える。この温水は、図１に示すように、風呂１１３、キッチン１１４等に供給される。この貯湯タンク７は、建家１００の外に設置される。
【００２２】
次に、固体高分子型燃料電池発電システムＳについて、図３を参照して説明する。この燃料電池発電システムＳでは、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタン等の燃料の供給源である燃料供給源１と、燃料ガスから硫黄成分を除去する脱硫器２と、改質装置１３と、固体高分子型の燃料電池６とを備える。改質装置１３は、燃料ガスから水素、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器３と、この改質器３からの改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成するＣＯ変成器４と、このＣＯ変成器４からの未変性の一酸化炭素を除去処理するＣＯ除去器とを備えている。燃料電池６は、改質装置１３のＣＯ除去器５からの一酸化炭素が除去された後の水素と空気中に含まれる酸素とを反応させて電力を発生させるものであり、この燃料電池６は、燃料極（アノード）６ａと、空気極（カソード）６ｂと、冷却部６ｃとを備えている。
【００２３】
前記燃料供給源１からはガス管１７が延出され、このガス管１７には電磁開閉弁１８及び昇圧ポンプ１９が設けられ、ガス管１７は脱硫器２に接続される。
【００２４】
ここで、前記脱硫器２の構造を図４を参照して説明する。この脱硫器２は略円筒状の金属製の容器５０と、この容器５０内の上端部付近及び下端部付近に設けられ、容器５０内を上部空間５２、充填室５４及び下部空間５６とに仕切る仕切部材５８、６０にて構成されている。容器５０の上端部中心には改質装置１３の改質器３に延出するガス管２２が接続されている。一方、容器５０の下端部中心には前記昇圧ポンプ１９からのガス管１７が接続され、このガス管１７から脱硫器２の容器５０内に燃料ガスが供給される。
【００２５】
前記仕切部材５８、６０は容器５０に内接する円盤状の金属製板体から構成され、全面に上下方向に貫通すると共に、燃料ガスが通過可能な複数の微細なガス穴６１が形成されている。尚、当該ガス穴６１は後述する硫黄吸着材が通り抜けすることができない程微細なものである。そして、仕切部材６０に形成されたガス穴６１により、ガス管１７から脱硫器２の容器５０内に流入した燃料ガスを、分散させて、硫黄吸着剤が充填された充填室５４内に均一に行き渡らせることができる。
【００２６】
仕切部材５８、６０にて画成された充填室５４内には前述する硫黄吸着剤、例えば酸化亜鉛６２が充填されている。この酸化亜鉛６２は充填室５４内に僅かな隙間を残して敷き詰められており、この僅かな隙間を仕切部材６０から分散して流入した燃料ガスが縫うように上がって、仕切部材５８へと進んで行く。前記酸化亜鉛６２は燃料ガス中に臭い成分として添加された硫黄成分を吸着して、燃料ガスから硫黄成分を除去するものであり、燃料ガスが、酸化亜鉛６２が充填された充填室５４を通過することで、当該燃料ガスに含まれる硫黄成分が酸化亜鉛６２に吸着される。これにより、燃料ガスから硫黄成分を取り除くことができる。
【００２７】
脱硫器２の容器５０の側面には、仕切部材５８の下側に対応する位置の充填室５４内（脱硫器２の出口近傍であって、充填室５４内の仕切部材５８付近）に後述する硫黄センサ６４を取り付けるための取付部５０Ａが突設されている。この取付部５０Ａの側面には図示しないネジ溝が形成されており、このネジ溝は硫黄センサ６４に設けられた図示しないネジ溝と相互に螺合される。
【００２８】
ここで、脱硫器２の充填室５４に充填された酸化亜鉛６２は燃料ガスが流入する下側から使用により順次消耗するため、長期間使用すると交換しなければならない。そのため、この酸化亜鉛６２の使用限界に近付いたことを検出する検出手段が設けられている。この検出手段は脱硫器２の容器５０の取付部５０Ａに取り付けられる硫黄センサ６４を備えている。
【００２９】
硫黄センサ６４は、脱硫器２内の燃料ガス中の硫黄の量若しくは硫黄の濃度を電気量（電気的出力）に変換することを検出するものであり、図５に示すように充填室５４内に充填された硫黄吸収剤としての酸化亜鉛６２Ａと、この酸化亜鉛６２Ａの電気抵抗値を測定する端子６６、６７と、酸化亜鉛６２Ａと端子６６、６７の周囲を囲繞する金属製のカバー６８とカバー６８の開口部付近において当該カバー６８と端子６６、６７の隙間に嵌め込まれたガラス製の絶縁部材７０により構成されている。
【００３０】
また、カバー６８に凸部６８Ａの内側（容器５０側）には前記容器５０の取付部５０Ａの側面に形成された図示しないネジ溝と相互に螺合するネジ溝が形成されており、硫黄センサ６４を容器５０に取り付ける際には、硫黄センサ６４の凸部６８Ａの内側のネジ溝と取付部５０Ａのネジ溝とを相互に螺合させることで取り付けることができる。
【００３１】
前記端子６６と端子６７とは所定間隔を存して設けられ、端子６６、６７の先端部は酸化亜鉛６２Ａに当接している。この酸化亜鉛６２Ａは端子６６、６７とカバー６８とにより挟持されている。当該カバー６８は充填室５４に挿入される側、即ち酸化亜鉛６２Ａが収納されている箇所に、前記仕切部材５８、６０のガス穴６１と同様にガス穴６９が複数形成されている。このため、充填室５４内を通過する燃料ガスはこのカバー６８に形成されたガス穴６９からカバー６８内を自在に通過することができる。更に、カバー６８に形成されたガス穴６９も前記仕切部材５８、６０のガス穴６１と同様に酸化亜鉛６２及び酸化亜鉛６２Ａが通り抜けることができない程の微細な孔である。従って、カバー６８内に充填室５４内の酸化亜鉛６２が混入したり、カバー６８内の酸化亜鉛６２Ａがカバー６８から抜け落ちる恐れがない。これにより、端子６６、６７が充填室５４内の酸化亜鉛６２に押し曲げられ、破損するといった不都合を防ぐことができるようになる。また、端子６６、６７に当接している酸化亜鉛６２Ａがカバー６８から抜け落ちて、電気抵抗値の測定に支障をきたすと云った不具合も回避することができる。これらにより、硫黄センサ６４の性能・品質の保護を図ることができるようになる。
【００３２】
また、端子６６、６７は前記制御装置１４に接続されており、制御装置１４から燃料電池発電システムの運転時には電源電圧を分圧した電圧が付加され、端子間電圧から酸化亜鉛６２Ａの電気抵抗値が測定されている。そして、この酸化亜鉛６２Ａは常には略同一の電気抵抗値を示すが、硫黄成分を吸着すると電気抵抗値が増大する。これにより、端子間電圧が上昇する。
【００３３】
また、制御装置１４は警報装置７２と接続しており、前記のように、端子間電圧の変化を受けると警報装置７２を作動し、警報が発せられる。この警報装置７２は音を発するものであっても、ランプを点灯するものであっても構わない。
【００３４】
尚、制御装置１４は脱硫器２が燃料電池発電システムＳに取り付けられた時点から、燃料ガスの使用量をカウントしている。そして、制御装置１４が端子間電圧の変化を検出すると、硫黄センサ６４の位置からこの時点までに消耗した酸化亜鉛６２の量と、今後硫黄成分を吸着できる酸化亜鉛６２の量と、脱硫器２が燃料電池発電システムＳに取り付けられた時点からこの時点までの燃料ガスの使用量から、この時点以降に処理できる燃料ガスの量が算出され、この算出された処理量に基づき、酸化亜鉛６２の処理限界量に達する以前に燃料電池発電システムＳの運転を停止する。
【００３５】
そして、前記脱硫器２はガス管２２を介して改質装置１３の改質器３に接続される。そして、この改質器３は、図示しないガス管により、ＣＯ変性器４、ＣＯ除去器５と順次接続されている。この改質装置１３には、昇圧ポンプ４０が設けられた配管４１を介して水タンク２１が接続される。
【００３６】
ＣＯ除去器５は、ガス管２３を介して前記水タンク１１に接続され、この水タンク１１は、配管２４を介して燃料電池６の燃料極６ａに接続される。この燃料極６ａは、配管３７を介して改質装置１３に接続されていると共に、配管３７には、ドレンパイプ３８が接続されている。そして、水タンク１１は、配管２５を介して燃料電池６の冷却部６ｃに接続され、冷却部６ｃは、熱回収用熱交換器２７が介設された配管２６を介して再び水タンク１１に接続されている。
【００３７】
他方、上記水タンク１２は、配管３１を介して空気供給源３０と接続され、配管３２を介して燃料電池６の空気極６ｂに接続される。この空気極６ｂは、配管３４を介して熱回収用熱交換器３３に接続される。この熱回収用熱交換器３３には、排気ダクト３５及びドレンパイプ３６が接続される。
【００３８】
また、上記貯湯タンク７は、昇圧ポンプ４５により配管４２を介して上述した熱回収用熱交換器２７と接続されていると共に、昇圧ポンプ４６により配管４３を介して上述した熱回収用熱交換器３３と接続されている。
【００３９】
以上の構成により、燃料電池発電システムＳの運転が開始されると、制御装置１４から前記硫黄センサ６４に電圧が印加される。そして、燃料供給源１から燃料ガスが、電磁開閉弁１８を介して昇圧ポンプ１９に入り、当該昇圧ポンプ１９にて昇圧されて、脱硫器２に供給される。
【００４０】
ここで、前述した如く、脱硫器２の下部空間５６から充填室５４内に充填された酸化亜鉛６２により燃料ガス中の硫黄成分が吸着されるので、燃料ガスから硫黄成分を除去することができる。
【００４１】
このとき、燃料ガスは前述した硫黄センサ６４を通過するが、燃料ガス中の硫黄成分が硫黄センサ６４の下側に充填されている酸化亜鉛６２により吸着されて、当該硫黄センサ６４を通過する時点で既に燃料ガス中に硫黄成分が含まれていない場合には、前記のカバー６８内に設けられた酸化亜鉛６２Ａの端子間電圧に変化は生じない。
【００４２】
そして、充填室５４から出た燃料ガスは容器５０の上部空間５２を経て容器５０の上端部中心に接続されたガス管２２を介して改質装置１３の改質器３に供給される。この改質器３では、水素、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。この改質器３を経たガスは、ＣＯ変成器４に供給され、ここでは改質ガスに含まれる一酸化炭素が二酸化炭素に変性される。このＣＯ変成器４を経たガスは、ＣＯ除去器５に供給され、ここではＣＯ変成器４を経たガス中の未変性の一酸化炭素が除去される。
【００４３】
このＣＯ除去器５を経た当該一酸化炭素が除去された後の水素が、ガス管２３、水タンク１１及びガス管２４を介して固体高分子型の燃料電池６の燃料極６ａに供給される。他方、空気極６ｂには、空気供給源３０から空気が供給された水タンク１２より空気が供給される。これにより、燃料極６ａに供給された水素と、空気極６ｂに供給された空気中に含まれる酸素とが反応し、電力が発生する。
【００４４】
尚、上記改質器３は、内部に図示しないバーナを有し、ここには配管３７を介して、燃料極６ａを経た未反応水素がオフガスとして供給される。このとき、化学反応により生じ、燃料極６ａに一部残存、若しくは、移動した水及び改質装置１３において生じたドレン水は、ドレンパイプ３８により外部に排出される。
【００４５】
また、空気極６ｂから配管３４に導出された空気は、燃料電池６の発熱反応によって温度上昇しており、この温度上昇した排気空気は、上記貯湯タンク７の水が配管４３を介して循環する熱回収用熱交換器３３で熱回収された後、排気ダクト３５を通じて外部に放出される。このとき、熱回収用熱交換器３３での熱交換によって、貯湯タンク７の水が温度上昇する。他方、燃料電池６の化学反応において生じた水は、温度上昇した排気空気中に水蒸気として存在しているため、熱回収用熱交換器３３にて貯湯タンク７の水と熱交換した際に凝縮され、ドレン水としてドレンパイプ３６より外部に排出される。
【００４６】
上述した改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５、燃料電池６では、所定の反応温度を有する化学反応が行われる。改質器３における化学反応は吸熱反応であるので、改質装置１３に設けられた前記バーナによって常時加熱しながら化学反応を行う。
【００４７】
また、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５で行われる化学反応は発熱反応であるので、システム起動時のみ図示しないバーナを燃焼させて、燃焼ガスを発生させ、このとき発生した燃焼ガスの熱でＣＯ除去器５の温度を反応温度まで昇温し、この反応温度まで昇温した後には、発熱反応の熱により反応温度以上に昇温しないように冷却が行われる。
【００４８】
燃料電池６では、電気化学反応が行われ、この電気化学反応時の活性化過電圧、濃度過電圧、抵抗過電圧により熱が発生する。このとき、燃料電池６の冷却部６ｃには、図示しないポンプにより、水タンク１１の水が供給され、当該冷却部６ｃを経た水は、配管２６を介して熱回収用熱交換器２７を通過し、再び水タンク１１に帰還する。尚、熱回収用熱交換器２７には、上記貯湯タンク７の水が配管４２を介して循環するため、貯湯タンク７の水が温度上昇し、水タンク１１の水の温度が低下する。これにより、水タンク１１の水が冷却部６ｃを循環することにより、燃料電池６が冷却される。
【００４９】
上記改質器３の排気系には、図示しない熱交換器が接続され、水タンク２１の水がポンプ４０を介して供給されると、当該熱交換器で水蒸気化し、この水蒸気が、原燃料と混合して改質器３に供給される。
【００５０】
以上の構成により、燃料電池発電システムＳが、コージェネレーションシステムの形態をとるので、エネルギーの有効活用が図られる。したがって、高い総合熱効率が得られるので、原燃料の消費量が減少し、二酸化炭素の排出量が低減される。
【００５１】
ここで、燃料電池発電システムＳを長期間運転すると、前記脱硫器２の充填室５４内に充填された酸化亜鉛６２は下側から順次消耗する。即ち、一定量の酸化亜鉛６２が燃料ガス中の硫黄成分を吸着できる量には限界量があり、この限界量を超えた酸化亜鉛６２はそれ以上硫黄成分を吸着することができない。また、酸化亜鉛６２は充填室５４に僅かな隙間を残して充填されており、且つ、燃料ガスは容器５０の下側から充填室５４に供給されるので、充填室５４の下側の酸化亜鉛６２から順次燃料ガス中の硫黄成分を吸着して、長期間の使用により上側の酸化亜鉛６２にも硫黄成分が到達する。そして、使用限界に近づき、酸化亜鉛６２Ａが硫黄成分を吸着すると、前記端子間電圧に変化が生じる。
【００５２】
端子間電圧に変化が生じると、制御装置１４は警報装置７２を作動して、この警報装置７２から警報が発せられ、使用者に脱硫器２の交換時期を明確に通知することができる。これにより、使用者は脱硫器２の交換時期を正確且つ容易に知ることができるようになる。
【００５３】
更に、端子間電圧に変化が生じると、制御装置１４は前述した如く今後処理できる燃料ガスの量を算出し、この算出され処理量に基づき、酸化亜鉛６２の処理限界量に達する以前に燃料電池発電システムＳの運転を停止する。このため、万が一警報が発せられて時点で脱硫器２の交換を行わなかったとしても、一定量燃料ガスが使用されると制御装置１４により燃料電池発電システムＳの運転が停止される。
【００５４】
ここで、従来のように脱硫器２の使用限界に達しても燃料電池発電システムＳの運転が停止しない場合には、脱硫器２の上端に接続されたガス管２２から改質装置１３の改質器３内に硫黄成分が流入して、改質器内３の触媒を被毒してしまう。これにより、改質器３にて燃料ガスから水素を生成することができなくなり、後段に設けられた燃料電池６にまで被害が拡大して、発電が行われなくなる。また、燃料電池６に水処理装置などを設けた場合には、この水処理装置にも影響を及ぼしてしまう。しかしながら、本発明により脱硫器２の使用限界を超える前に制御装置１４により燃料電池発電システムＳの運転が停止されので、前記のような大ダメージを未然に回避することができるようになる。これにより、燃料電池発電システムＳの信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００５５】
また、電気的出力により硫黄成分を検出した場合には、制御装置１４や他の機器等への負荷が小さいため、燃料電池発電システムＳの性能及び品質を確保することができるようになる。
【００５６】
このように、脱硫器２の出口近傍の充填室５４内に酸化亜鉛６２Ａと端子６６、６７を備えた硫黄センサ６４を設けて、この硫黄センサ６４にて酸化亜鉛６２Ａの電気抵抗値を測定することで、脱硫器２が使用限界に近づいたことを検出することができる。
【００５７】
これにより、脱硫器２の使用限界をより正確に知ることができるようになる。また、硫黄センサに硫黄吸着剤と端子を設けて当該硫黄吸着剤の電気抵抗値を端子にて測定するという比較的簡単な構成で脱硫器の使用限界を検出することができるので、比較的安価で燃料電池発電システムに検出手段を付加することができるようになる。
【００５８】
更に、酸化亜鉛６２Ａと端子６６、６７を燃料ガスが通過可能な複数のガス穴６９を有したカバー６８にて囲繞することにより、カバー６８内を燃料ガスが自在に通過することができるようになる。また、当該ガス穴６９を酸化亜鉛６２及び酸化亜鉛６２Ａが通り抜けることのできない程の微細な孔とすることで、カバー６８にて端子６６、６７が充填室５４内の酸化亜鉛６２に押し曲げられて破損したり、端子６６、６７に当接している酸化亜鉛６２Ａがカバー６８のガス穴６９から抜け落ちて、電気抵抗値の測定に支障をきたすといった不都合を未然に回避することができるので、硫黄センサ６４の性能・品質の保護を図ることができるようになる。
【００５９】
更にまた、制御装置１４により、脱硫器２が使用限界に近付いたことを検出した場合に警報を発するので、脱硫器２の使用期限を使用者に明確に通知することができるようになる。更に、制御装置１４は脱硫器２が使用限界に達する以前に燃料電池発電システムＳの運転を停止するので、改質装置１３等に硫黄成分が流入することによって生じる不都合を未然に回避することができる。これにより、燃料電池発電システムＳの信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００６０】
尚、実施例の検出手段は硫黄センサ６４により、脱硫器２の使用限界に近づいていることを検出するものとしたが、本発明はこれに限定されるものでなく、硫黄を検出することができるものであればどのようなものであっても良い。
【００６１】
また、脱硫器２内に充填された硫黄吸着剤は酸化亜鉛６２以外にも、活性炭やシリカゲルなど硫黄成分を吸着するものであれば構わない。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明の燃料電池発電システムによれば、燃料ガスから硫黄成分を除去処理する脱硫器と、この脱硫器からの燃料ガスを水素に改質する改質装置と、この改質装置からの水素によって発電する燃料電池とを備え、脱硫器が使用限界に近付いたことを検出する検出手段を備えたので、脱硫器の使用限界を正確に知ることができるようになる。
【００６３】
請求項２の発明によれば上記発明に加えて、検出手段は脱硫器の出口近傍の当該脱硫器内に設けられた硫黄センサを備えたので、より一層正確に脱硫器の使用限界を知ることができるようになる。
【００６４】
請求項３の発明によれば請求項２の発明に加えて、硫黄センサは脱硫器内の燃料ガス中の硫黄の量若しくは濃度を電気的出力に変換することを検出するので、例えば、請求項４の如く硫黄センサに脱硫器内に充填される硫黄吸着剤と、この硫黄吸着剤の電気抵抗値を検出するための端子を備えて、硫黄吸着剤の電気抵抗値を当該端子で測定することにより、脱硫器の使用限界を容易に検出することができるようになる。
【００６５】
また、硫黄センサに硫黄吸着剤と端子を設けて当該硫黄吸着剤の電気抵抗値を端子にて測定するという比較的簡単な構成で脱硫器の使用限界を検出することができるので、比較的安価で燃料電池発電システムに検出手段を付加することができるようになる。
【００６６】
請求項５の発明によれば請求項４の発明に加えて、硫黄吸収剤の周囲をガスが通過可能なカバーにて囲繞したので、前記端子を保護することができるようになり、硫黄センサの性能及び品質を確保することができるようになる。
【００６７】
請求項６の発明によれば上記各発明に加えて、検出手段は、脱硫器が使用限界に近付いたことを検出した場合に警報を発するので、脱硫器の使用期限を使用者に明確に通知することができるようになる。
【００６８】
請求項７の発明によれば上記各発明に加えて、検出手段は、脱硫器が使用限界に近付いたことを検出した場合、その時点からの燃料ガスの処理量に基づき、当該脱硫器が使用限界に達する以前に運転を停止するので、改質装置等に硫黄成分が流入することによって生じる不都合を未然に回避することができる。これにより、燃料電池発電システムの信頼性の向上を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池発電システムの実施例として固体高分子型燃料システムＳを家庭に設置した場合の系統図である。
【図２】図１の屋外部分を示す図である。
【図３】実施例の固体高分子型燃料電池発電システムの回路図である。
【図４】脱硫器の縦断面図である。
【図５】図４の脱硫器の硫黄センサの拡大図である。
【符号の説明】
Ｓ  固体高分子型燃料電池発電システム
１  燃料ガス
２  脱硫器
３  改質器
４  ＣＯ変性器
５  ＣＯ除去器
６  燃料電池
６ａ  燃料極
６ｂ  空気極
６ｃ  冷却部
７  貯湯タンク
８  水処理装置
９、１０、３１、３２、３４、３７、４１、４２、４３  配管
１１、１２、２１  水タンク
１３  改質装置
１４  制御装置
１５  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１６  系統連系インバータ
１７、２２、２３、２４、２５、２６  ガス管
１８  電磁開閉弁
１９、４０、４４、４５、４６  昇圧ポンプ
２７、３３  熱回収用熱交換器
３０  空気供給源
３５  排気ダクト
３６、３８  ドレンパイプ
５０  容器
５０Ａ  取付部
５２  上部空間
５４  充填室
５６  下部空間
５８、６０  仕切部材
６１  ガス穴
６２、６２Ａ  酸化亜鉛
６４  硫黄センサ
６６、６７  端子
６８  カバー
６８Ａ  凸部
６９  ガス穴
７０  絶縁部材
７２  警報装置
【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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