(57)【要約】燃料中の硫黄含有化合物を検出する燃料電池システムにおいて使用するための監視構体。監視構体は燃料が通過する指標剤構体を具備し、指標剤構体が指標剤物質と前記指標剤物質を収納する筐体とを含み、筐体は、燃料電池システムにおける燃料のほぼすべてを受け入れる主流路及び燃料の一部のみを受け入れるバイパス流路のうち一方の流路に配置されるように構成され且つ指標剤物質は、稼動中の燃料電池システムに筐体が配置されると、指標剤物質が燃料電池システムの燃料の中の硫黄含有化合物にさらされたときに指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性が変化するような物質であり、指標剤構体は、指標剤物質の物理的特性の変化を検出可能であるように更に構成される。
2010534401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムにおいて使用するための燃料に含まれる硫黄含有化合物を監視して検出する監視構体であって、
前記燃料が通過する指標剤構体を具備し、
前記指標剤構体は、
指標剤物質と、
前記指標剤物質を収納する筐体と
を含み、
前記筐体は、前記燃料電池システムにおける前記燃料のほぼすべてを受け入れる主流路及び前記燃料の一部のみを受け入れるバイパス流路のうち一方の流路に配置されるように構成されており、
前記指標剤物質は、稼動中の前記燃料電池システムに前記筐体が配置されると、前記燃料電池システムにおける前記燃料の中の硫黄含有化合物に前記指標剤物質がさらされたときに前記指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性が変化するような物質であり、
前記指標剤構体が前記指標剤物質の前記物理的特性の変化を検出可することを特徴とする監視構体。
【請求項２】
前記少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み且つ前記筐体の少なくとも一部は透明であり、前記硫黄含有化合物の所定の濃度が前記指標剤物質の所定の１つの色に対応することを特徴とする請求項１記載の監視構体。
【請求項３】
前記指標剤物質は、FSK-A吸着剤、Ag400吸着剤、TOSPIX 94吸着剤、F8-01吸着剤、Selectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤及びSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤のうち１つを含むことを特徴とする請求項２記載の監視構体。
【請求項４】
前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性を検出すること及び前記指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性の変化を検出することのうち少なくとも一方を実行するセンサ構体を更に具備することを特徴とする請求項１記載の監視構体。
【請求項５】
前記少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み、前記硫黄含有化合物の所定の濃度は、前記指標剤物質の所定の１つの色に対応し、
前記筐体の少なくとも一部は透明であり、
前記センサ構体は色検出光電センサを具備し、前記センサ構体が前記指標剤物質の前記色及び前記指標剤物質の前記色の変化のうち少なくとも一方を検出するように構成されていることを特徴とする請求項４記載の監視構体。
【請求項６】
前記少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み、前記硫黄含有化合物の所定の濃度は、前記指標剤物質の所定の１つの色に対応し、
前記筐体は不透明であり、
前記センサ構体は光ファイバセンサを具備し、前記センサ構体が前記指標剤物質の前記色及び前記指標剤物質の前記色の変化のうち少なくとも一方を検出するように構成されていることを特徴とする請求項４記載の監視構体。
【請求項７】
前記指標剤物質は、FSK-A吸着剤、Ag400吸着剤、TOSPIX 94吸着剤、F8-01吸着剤、Selectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤及びSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤のうち１つを含むことを特徴とする請求項５記載の監視構体。
【請求項８】
前記筐体は透明ＰＶＣ材料から形成され且つ１０インチの直径を有し、
前記指標剤材料はFSK-A吸着剤を含み且つ前記筐体の中に収納された０．５５ｆｔ３の体積を有し、
前記監視構体は、前記筐体の中に前記筐体の入口に隣接し且つ前記筐体の出口に隣接して配置された無反応性支持スクリーン及び無反応性支持物質のうち少なくとも一方を更に具備し、前記指標剤物質が前記無反応性支持スクリーン及び前記無反応性支持物質のうち少なくとも一方により前記筐体の中に保持されることを特徴とする請求項７記載の監視構体。
【請求項９】
前記燃料はHD-5プロパン燃料及び天然ガス燃料のうち少なくとも一方を含み、
前記燃料は、所定の流量、所定の表面速度及び所定の空間速度で前記指標剤構体を通過し、
前記燃料がHD-5プロパン燃料を含む場合、前記所定の流量は１５ｓｃｆｍ以下であり、前記所定の表面速度は０．４６ｆｔ／ｓ以下であり且つ前記所定の空間速度は０．４６／ｓ以下であり、
前記燃料が天然ガス燃料を含む場合、前記所定の流量は４０ｓｃｆｍ以下であり、前記所定の表面速度は１．２２ｆｔ／ｓ以下であり且つ前記所定の空間速度は１．２２／ｓ以下であることを特徴とする請求項８記載の監視構体。
【請求項１０】
前記筐体は透明石英材料から形成され且つ０．２５インチから１．５インチの直径を有し、
前記指標剤物質は、Ag400吸着剤、TOSPIX 94吸着剤、F8-01吸着剤、Selectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤及びSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤のうち少なくとも１つを含み且つ前記筐体の中に収納された０．３ｉｎ３から１８．３ｉｎ３の体積を有し、
前記監視構体は、前記筐体の中に前記筐体の入口に隣接し且つ前記筐体の出口に隣接して配置された無反応性支持スクリーン及び無反応性支持物質のうち少なくとも一方を更に具備し、前記指標剤物質が前記無反応性支持スクリーン及び前記無反応性支持物質のうち少なくとも一方により前記筐体の中に保持されることを特徴とする請求項７記載の監視構体。
【請求項１１】
前記指標剤物質は、前記燃料から前記硫黄含有化合物を除去するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の監視構体。
【請求項１２】
前記指標剤構体は、前記筐体の中に前記筐体の入口に隣接し且つ前記筐体の出口に隣接して配置された無反応性支持スクリーン及び無反応性支持物質のうち少なくとも一方を具備し、前記指標剤物質が前記無反応性スクリーン及び前記無反応性支持物質のうち少なくとも一方により前記筐体の中に保持されることを特徴とする請求項１記載の監視構体。
【請求項１３】
前記無反応性支持スクリーン及び前記無反応性支持物質のうち少なくとも一方は、ポリプロピレン及びステンレス鋼を含むことを特徴とする請求項１２記載の監視構体。
【請求項１４】
前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性の変化に基づいて、前記燃料の中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合に所定の動作を実行する制御装置を更に具備することを特徴とする請求項１記載の監視構体。
【請求項１５】
前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性を検出すること及び前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性の変化を検出することのうち少なくとも一方を実行するセンサ構体を更に具備し、
前記制御装置は、前記センサ構体による検出に基づいて前記燃料の中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在することを判定し且つ前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在する場合に所定の動作を実行することを特徴とする請求項１４記載の監視構体。
【請求項１６】
前記制御装置は、前記燃料電池システムを制御する制御装置としても機能することを特徴とする請求項１４記載の監視構体。
【請求項１７】
前記監視構体は、前記燃料電池システムの脱硫器構体を前記燃料が通過した後に前記燃料の中の硫黄含有化合物を検出し、前記脱硫器構体は、前記脱硫器構体を通過する前記燃料の流量を制御する複数の燃料流量制御部材を具備し、前記燃料中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在する場合に前記制御装置により実行される前記所定の動作は、アラームを起動すること及び前記複数の燃料流量制御部材を制御することのうち少なくとも一方であることを特徴とする請求項１６記載の監視構体。
【請求項１８】
前記脱硫器構体は、第１の脱硫器及び第２の脱硫器を少なくとも含み、前記第１の脱硫器は前記第２の脱硫器と並列に結合され、
前記燃料が前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち一方の脱硫器を通過する間に前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち他方の脱硫器は待機モードにあるように、前記複数の燃料流量制御部材は、前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器を通過する燃料の流れを制御し、
前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記一方の脱硫器を出た前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合、前記制御装置により実行される前記所定の動作は、前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記一方の脱硫器を通過する燃料の流れを阻止し且つ前記脱硫器構体の前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記他方の脱硫器に前記燃料を通過させるように前記複数の燃料流量制御部材を制御することを含むことを特徴とする請求項１７記載の監視構体。
【請求項１９】
前記燃料の中の硫黄含有化合物の前記所定の濃度は３０ｐｐｂｖ以上であることを特徴とする請求項１７記載の監視構体。
【請求項２０】
前記指標剤構体の前記筐体の長さに沿って配置された複数のセンサを有するセンサ構体を更に具備し、前記制御装置は、前記センサ構体の前記複数のセンサによる検出に基づいて前記筐体の前記長さに沿った硫黄含有化合物の濃度の進行速度を判定し且つ前記進行速度に基づいて所定の時間のうちに前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が現れるか否かを判定することを特徴とする請求項１４記載の監視構体。
【請求項２１】
前記制御装置により実行される前記所定の動作はアラームを起動することであることを特徴とする請求項１４記載の監視構体。
【請求項２２】
前記燃料電池システムは、燃料電池と、前記監視構体の下流側にあって前記燃料電池への前記燃料の流れを制御する燃料供給制御部材とを具備し、且つ前記制御装置により実行される前記所定の動作は、アラームを起動すること及び前記燃料電池への燃料の流れを阻止又は制限するように前記燃料供給制御部材を制御することのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１４記載の監視構体。
【請求項２３】
前記監視構体は、前記燃料電池システムの脱硫器構体を前記燃料が通過した後に前記燃料の中の硫黄含有化合物を検出し、
脱硫器構体は、互いに並列に結合された少なくとも第１の脱硫器及び第２の脱硫器を具備し、前記燃料が前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち一方の脱硫器を通過する間に前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち他方の脱硫器は待機モードにあるように、複数の燃料流量制御部材は、前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器を通過する燃料の流れを制御し、
前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記一方の脱硫器を出た前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合、前記制御装置により実行される前記所定の動作は、
アラームを起動するステップと、
前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記一方の脱硫器を通過する前記燃料の流れを阻止し且つ前記脱硫器構体の前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記他方の脱硫器に前記燃料を通過させるように前記複数の燃料流量制御部材を制御するステップと、
前記燃料電池への前記燃料の流れを阻止又は制限するように前記燃料供給制御部材を制御するステップと
のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２２記載の監視構体。
【請求項２４】
前記筐体は、前記指標剤物質を観察できるようにするための透明又は半透明の材料、前記指標剤物質の物理的特性のうち少なくとも１つの特性の変化をセンサ構体及びオペレータのうち一方が検出可能であるようにするための観察手段のうち１つ以上を含み、前記観察手段は、前記筐体の外側から前記指標剤物質を観察できるようにするための前記筐体の観察窓及び透明又は半透明の内側筐体層により形成された内側観察窓のうち少なくとも一方を具備することを特徴とする請求項１記載の監視構体。
【請求項２５】
燃料中の硫黄含有化合物を検出する燃料電池システムにおいて使用するための監視構体であって、
前記燃料が少なくとも１つを通過する複数の指標剤構体を具備し、各指標剤構体は、指標剤物質と、前記指標剤物質を収納する筐体とを含み、各指標剤構体の前記筐体は、前記燃料電池システムにおける前記燃料のほぼすべてを受け入れる主流路及び前記燃料の一部のみを受け入れるバイパス流路のうち一方の流路に配置されるように構成され且つ各指標剤構体の前記筐体の中の前記指標剤物質は、稼動中の前記燃料電池システムに前記筐体が配置されると、前記指標剤物質が前記燃料電池システムの前記燃料の中の硫黄含有化合物にさらされたときに前記指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性が変化するような物質であり、各指標剤構体が前記指標剤物質の前記物理的特性の変化を検出可能であるように更に構成される燃料電池システムにおいて使用するたことを特徴とする監視構体。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み且つ各指標剤構体の前記筐体の少なくとも一部は透明であり、前記硫黄含有化合物の所定の濃度は、前記指標剤物質の所定の１つの色に対応することを特徴とする請求項２５記載の監視構体。
【請求項２７】
各指標剤構体の前記指標剤物質は、FSK-A吸着剤、Ag400吸着剤、TOSPIX 94吸着剤、F8-01吸着剤、Selectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤及びSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤のうち１つを含むことを特徴とする請求項２６記載の監視構体。
【請求項２８】
前記燃料が前記複数の指標剤構体のうち１つの指標剤構体をまず通過し、その後前記複数の指標剤構体のうち別の指標剤構体を通過するように、前記複数の指標剤構体のうち前記１つの指標剤構体は、少なくとも前記複数の指標剤構体のうち前記別の指標剤構体と直列に結合されるか、又は前記燃料が前記複数の指標剤構体のうち前記１つの指標剤構体を通過するのと同時に前記複数の指標剤構体のうち別の指標剤構体を通過するように、前記複数の指標剤構体のうち前記１つの指標剤構体は前記複数の指標剤構体のうち前記別の指標剤構体と並列に結合されるかのいずれかであることを特徴とする請求項２６記載の監視構体。
【請求項２９】
前記複数の指標剤構体のうち前記１つの指標剤構体の前記指標剤物質は第１の指標剤物質を含み且つ前記複数の指標剤構体のうち前記別の指標剤構体の前記指標剤物質は、前記第１の指標剤物質とは異なる第２の指標剤物質を含むことを特徴とする請求項２８記載の監視構体。
【請求項３０】
前記複数の指標剤構体に対応し、それぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の色を検出すること及びそれぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の色の変化を検出することのうち少なくとも一方を実行する複数のセンサ構体を更に具備することを特徴とする請求項２６記載の監視構体。
【請求項３１】
各センサ構体は、それぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の色及び前記それぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の前記色の変化のうち少なくとも一方を検出するように構成された色検出光電センサを具備することを特徴とする請求項３０記載の監視構体。
【請求項３２】
少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み、前記指標剤構体の前記筐体は不透明であり且つ各センサ構体は、それぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の色及び前記それぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の前記色の変化のうち少なくとも一方を検出するように構成された光ファイバセンサを具備し、前記硫黄含有化合物の所定の濃度が前記指標剤物質の所定の１つの色に対応することを特徴とする請求項２５記載の監視構体。
【請求項３３】
各センサ構体は、それぞれ対応する指標剤構体の前記筐体の長さに沿って配置された複数のセンサを具備し、各センサは、それぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の色及びそれぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の前記色の変化のうち少なくとも一方を検出するように構成されていることを特徴とする請求項３０記載の監視構体。
【請求項３４】
少なくとも１つの前記指標剤構体の前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性の変化に基づいて、前記燃料の中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合に所定の動作を実行する制御装置を更に具備することを特徴とする請求項２５記載の監視構体。
【請求項３５】
前記複数の指標剤構体に対応し、それぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の色を検出すること及びそれぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の前記色の変化を検出することのうち少なくとも一方を実行する複数のセンサ構体を更に具備し、
前記制御装置は、前記複数のセンサ構体のうち少なくとも１つのセンサ構体による検出に基づいて前記燃料の中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在することを判定し且つ前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在する場合に前記所定の動作を実行することを特徴とする請求項３４記載の監視構体。
【請求項３６】
各センサ構体は、それぞれ対応する指標剤構体の前記筐体の長さに沿って配置された複数のセンサを具備し、各センサは、それぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の色及びそれぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の前記色の変化のうち少なくとも一方を検出するように構成される光電センサであり、
前記制御装置は、各センサ構体の前記複数のセンサによる前記検出に基づいてそれぞれ対応する指標剤構体の前記筐体の前記長さに沿った硫黄含有化合物の濃度の進行速度を判定し、且つ前記進行速度に基づいて所定の時間のうちに前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が現れるか否かを判定することを特徴とする請求項３５記載の監視構体。
【請求項３７】
前記制御装置は、前記燃料電池システムを制御する制御装置としても機能することを特徴とする請求項３４記載の監視構体。
【請求項３８】
前記所定の動作は、アラームを起動するステップを含むことを特徴とする請求項３７記載の監視構体。
【請求項３９】
前記燃料電池システムは、前記監視構体の下流側に、前記燃料電池への前記燃料の流れを制御する燃料供給制御部材を具備し、前記制御装置により実行される前記所定の動作は、アラームを起動すること及び前記燃料電池への燃料の流れを阻止又は制限するために前記燃料供給制御部材を制御することのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項３７記載の監視構体。
【請求項４０】
前記監視構体は、前記燃料電池システムの脱硫器構体を前記燃料が通過した後に前記燃料の中の硫黄含有化合物を検出し、前記脱硫器構体は少なくとも第１の脱硫器及び第２の脱硫器を具備し、前記第１の脱硫器は前記第２の脱硫器と並列に結合され、前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち一方の脱硫器を前記燃料が通過する間に前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち他方の脱硫器は待機モードにあるように、複数の燃料流量制御部材は、前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器を通過する燃料の流量を制御し、前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記一方の脱硫器を出た前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合、前記制御装置により実行される前記所定の動作は、アラームを起動すること及び前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記一方の脱硫器を通過する燃料の流れを阻止し且つ前記脱硫器構体の前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記他方の脱硫器に前記燃料を通過させるために前記複数の燃料流量制御部材を制御することのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項３９記載の監視構体。
【請求項４１】
前記燃料電池システムは、前記監視構体の下流側に、前記燃料電池への前記燃料の流れを制御する燃料供給制御部材を更に具備し、且つ前記制御装置により実行される前記所定の動作は、
アラームを起動するステップと、
前記燃料電池への燃料の流れを阻止又は制限するために前記燃料供給制御部材を制御するステップと、
前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記一方の脱硫器を通過する燃料の流れを阻止し且つ前記脱硫器構体の前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記他方の脱硫器に前記燃料を通過させるために前記複数の燃料流量制御部材を制御するステップと
のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４０記載の監視構体。
【請求項４２】
前記燃料の中の硫黄含有化合物の前記所定の濃度は３０ｐｐｂｖ以上であることを特徴とする請求項４０記載の監視構体。
【請求項４３】
各監視構体の前記筐体は、
前記監視構体の前記指標剤物質を観察できるような透明又は半透明の材料、前記監視構体の前記指標剤物質の前記物理的特性のうち少なくとも１つの特性の変化をセンサ構体及びオペレータのうち一方が検出可能であるようにするための観察手段のうち１つ以上を具備し、前記観察手段は、前記筐体の外側から前記監視構体の前記指標剤物質を観察できるようにするための前記筐体の観察窓及び透明又は半透明の内側筐体層により形成された内側観察窓のうち少なくとも一方を具備することを特徴とする請求項２５記載の監視構体。
【請求項４４】
燃料を受け入れるように構成されたアノード及び酸化性ガスを受け入れるように構成されたカソードを含む燃料電池と、
燃料電池システムの１つ以上の構成要素を制御する制御装置と、
前記燃料の中の硫黄含有化合物を検出する監視構体とを具備し、
前記監視構体は前記燃料を通過させる指標剤構体を具備し、前記指標剤構体は指標剤物質と、前記指標剤物質を収納する筐体とを含み、前記筐体は、前記燃料電池システムにおける前記燃料のほぼすべてを受け入れる主流路及び前記燃料の一部のみを受け入れるバイパス流路のうち一方の流路に配置され且つ指標剤物質は、前記指標剤物質が前記燃料電池システムの前記燃料の中の硫黄含有化合物にさらされた場合に前記指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性が変化するような物質であり、前記指標剤構体が前記指標剤物質の前記物理的特性の変化を検出可能であるように更に構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４５】
燃料供給源から燃料を受け入れ且つ前記燃料電池の前記アノードに適する燃料を発生するために前記燃料から硫黄含有化合物を除去する脱硫器構体を更に具備し、
前記監視構体は前記脱硫器構体を通過した後の前記燃料を受け入れることを特徴とする請求項４４記載の燃料電池システム。
【請求項４６】
前記少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み且つ前記筐体の少なくとも一部は透明であり、前記硫黄含有化合物の所定の濃度が前記指標剤物質の所定の１つの色に対応することを特徴とする請求項４５記載の燃料電池システム。
【請求項４７】
前記指標剤物質はFSK‐A吸着剤、Ag400吸着剤、TOSPIX 94吸着剤、F8‐0１吸着剤、Selectra（登録商標） Sulf-X CNG‐2吸着剤及びSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤のうち１つを含むことを特徴とする請求項４６記載の燃料電池システム。
【請求項４８】
前記監視構体は、前記指標剤物質の前記物理的特性を検出すること及び前記指標剤物質の前記物理的特性の変化を検出することのうち少なくとも一方を実行するセンサ構体を更に具備することを特徴とする請求項４６記載の燃料電池システム。
【請求項４９】
前記少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み、前記硫黄含有化合物の前記所定の濃度は、前記指標剤物質の所定の１つの色に対応し、
前記筐体の少なくとも一部は透明であり、
前記センサ構体は色検出光電センサを具備し、前記センサ構体は前記指標剤構体の前記色及び前記指標剤物質の前記色の変化のうち少なくとも一方を検出するように構成されていることを特徴とする請求項４８記載の燃料電池システム。
【請求項５０】
前記少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み、前記硫黄含有化合物の前記所定の濃度は、前記指標剤物質の所定の１つの色に対応し、
前記筐体は不透明であり、
前記センサ構体は光ファイバセンサを具備し、前記センサ構体が前記指標剤構体の前記色及び前記指標剤物質の前記色の変化のうち少なくとも一方を検出するように構成されていることを特徴とする請求項４８記載の燃料電池システム。
【請求項５１】
前記指標剤物質はFSK-A吸着剤、Ag400吸着剤、TOSPIX 94吸着剤、F8-01吸着剤、Selectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤及びSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤のうち１つを含むことを特徴とする請求項４９記載の燃料電池システム。
【請求項５２】
前記指標剤構体は、前記脱硫器構体からの前記脱硫燃料のすべてを受け入れるように構成され、
前記指標剤構体の前記筐体は透明ＰＶＣ材料から形成され且つ１０インチの直径を有し、
前記指標剤物質は、前記筐体内部に収納された０．５５ｆｔ３の体積を有するFSK-A吸着剤を含み、
前記監視構体は、前記筐体の中に前記筐体の入口に隣接し且つ前記筐体の出口に隣接して配置された無反応性支持スクリーン及び無反応性支持物質のうち少なくとも一方を更に具備し、前記指標剤物質が前記無反応性支持スクリーン及び無反応性支持物質のうち少なくとも一方により前記筐体の中に保持されることを特徴とする請求項５１記載の燃料電池システム。
【請求項５３】
前記指標剤構体は、前記脱硫器構体からの前記脱硫燃料の一部を受け入れるように構成され、
前記指標剤構体の前記筐体は透明石英材料から形成され且つ０．２５インチから１．５インチの直径を有し、
前記指標剤物質はAg400吸着剤、TOSPIX 94吸着剤、Selectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤、F8-01吸着剤及びSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤のうち１つを含み且つ前記筐体の中に収納された５ｍＬから３００ｍＬの体積を有し、
前記監視構体は、前記筐体の中に前記筐体の入口に隣接し且つ前記筐体の出口に隣接して配置された無反応性支持スクリーン及び無反応性支持物質のうち少なくとも一方を更に具備し、前記指標剤物質が前記無反応性支持スクリーン及び無反応性支持物質のうち少なくとも一方により前記筐体の中に保持されることを特徴とする請求項５１記載の燃料電池システム。
【請求項５４】
前記燃料の中の硫黄含有化合物の前記所定の濃度は３０ｐｐｂｖ以上であることを特徴とする請求項５１記載の燃料電池システム。
【請求項５５】
前記制御装置は前記監視構体及び前記脱硫器構体を制御する請求項４５記載の燃料電池システム。
【請求項５６】
前記監視構体は、前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性を検出すること及び前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性の変化を検出することのうち少なくとも一方を実行するセンサ構体を更に具備し、且つ前記制御装置は、前記センサ構体による前記検出に基づいて前記燃料中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在するか否かを判定し且つ前記燃料中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在する場合に所定の動作を実行することを特徴とする請求項４５記載の燃料電池システム。
【請求項５７】
前記制御装置により実行される前記所定の動作はアラームを起動することを含むことを特徴とする請求項５６記載の燃料電池システム。
【請求項５８】
前記燃料電池システムは、前記監視構体の下流側に、前記燃料電池への前記燃料の流れを制御する燃料供給制御部材を更に具備し、且つ前記制御装置により実行される前記所定の動作は、アラームを起動すること及び前記燃料電池への燃料の流れを阻止又は制限するために前記燃料供給制御部材を制御することのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項５５記載の燃料電池システム。
【請求項５９】
前記脱硫器構体は少なくとも第１の脱硫器及び第２の脱硫器を具備し、前記第１の脱硫器は前記第２の脱硫器と並列に結合され、前記燃料が前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち一方の脱硫器を通過する間に前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち他方の脱硫器は待機モードにあるように、複数の燃料流量制御部材は、前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器を通過する燃料の流れを制御し、前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記一方の脱硫器を出た前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合、前記制御装置により実行される前記所定の動作は、アラームを起動すること及び前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記一方の脱硫器を通過する燃料の流れを阻止し且つ前記脱硫器構体の前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記他方の脱硫器に前記燃料を通過させるために前記複数の燃料流量制御部材を制御することのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項５８記載の燃料電池システム。
【請求項６０】
前記燃料電池システムは、前記監視構体の下流側に、前記燃料電池への前記燃料の流れを制御する燃料供給制御部材を更に具備し、且つ前記制御装置により実行される前記所定の動作は、
アラームを起動するステップと、
前記燃料電池への燃料の流れを阻止又は制限するために前記燃料供給制御部材を制御するステップと、
前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記一方の脱硫器を通過する燃料の流れを阻止し且つ前記脱硫器構体の前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記他方の脱硫器に前記燃料を通過させるために前記複数の燃料流量制御部材を制御するステップと
のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５９記載の燃料電池システム。
【請求項６１】
前記燃料の中の硫黄含有化合物の前記所定の濃度は３０ｐｐｂｖ以上であることを特徴とする請求項５５記載の燃料電池システム。
【請求項６２】
前記監視構体は、
少なくとも１つを前記燃料が通過する複数の指標剤構体であって、各指標剤構体は指標剤物質と、前記指標剤物質を収納する筐体とを含み、各指標剤構体の前記筐体は、前記燃料電池システムにおける前記燃料のほぼすべてを受け入れる主流路及び前記燃料の一部のみを受け入れるバイパス流路のうち少なくとも一方の流路に配置され、且つ各指標剤構体の前記筐体内部の前記指標剤物質が前記燃料電池システムに配置された場合、前記指標剤物質が前記燃料電池システムの前記燃料の中の硫黄含有化合物にさらされたときに前記指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性が変化するような物質であり、各指標剤構体が前記指標剤物質の前記物理的特性の変化を検出可能であるように更に構成される複数の指標剤構体と、
前記複数の指標剤構体に対応し、それぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性及びそれぞれ対応する指標剤構体の前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性の変化の少なくとも一方を検出する複数のセンサ構体とを更に具備し、
前記制御装置は、１つ以上の前記センサ構体による前記検出に基づいて前記燃料の中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在するか否かを判定し且つ前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在する場合に所定の動作を実行することを特徴とする請求項４５記載の燃料電池システム。
【請求項６３】
前記燃料が前記複数の指標剤構体のうち１つの指標剤構体をまず通過し、その後、前記複数の指標剤構体のうち別の指標剤構体を通過するように前記複数の指標剤構体のうち前記１つの指標剤構体は、前記複数の指標剤構体のうち前記別の指標剤構体と直列に結合され及び前記燃料が前記複数の指標剤構体のうち１つの指標剤構体を通過するのと同時に前記複数の指標剤構体のうち別の指標剤構体を通過するように、前記複数の指標剤構体のうち前記１つの指標剤構体は、前記複数の指標剤構体のうち前記別の指標剤構体と並列に結合されていることを特徴とする請求項６２記載の燃料電池システム。
【請求項６４】
各監視構体の前記筐体は、前記監視構体の前記指標剤物質を観察できるようにするための透明又は半透明の材料、前記監視構体の前記指標剤物質の前記物理的特性のうち少なくとも１つの特性の変化をセンサ構体及びオペレータのうち一方が検出可能であるようにするための観察手段のうち１つ以上を具備し、前記観察手段は、前記筐体の外側から前記監視構体の前記指標剤物質を観察できるようにするための前記筐体の観察窓及び透明又は半透明の内側筐体層により形成された内側観察窓のうち少なくとも一方を具備することを特徴とする請求項６２記載の燃料電池システム。
【請求項６５】
前記筐体は、前記指標剤物質を観察できるようにするための透明又は半透明の材料、前記指標剤物質の前記物理的特性のうち少なくとも１つの特性の変化をセンサ構体及びオペレータのうち一方が検出可能であるようにするための観察手段のうち１つ以上を具備し、前記観察手段は、前記筐体の外側から前記指標剤物質を観察できるようにするための前記筐体の観察窓及び透明又は半透明の内側筐体層により形成された内側観察窓のうち少なくとも一方を具備することを特徴とする請求項４５記載の燃料電池システム。
【請求項６６】
脱硫燃料を発生するために燃料から硫黄含有化合物を除去し且つ前記燃料の中の硫黄含有化合物を監視する燃料電池システムにおいて使用するための脱硫器付指標剤構体であって、
前記燃料から硫黄含有化合物を除去するための吸着剤及び吸収剤のうち一方を含む脱硫剤物質と、指標剤物質とを含む少なくとも１つの脱硫器ユニットを具備し、前記脱硫剤物質及び前記指標剤物質は筐体により収納され、前記筐体は前記燃料電池システムにおける前記燃料のほぼすべてを受け入れる主流路及び前記燃料の一部のみを受け入れるバイパス流路のうち一方の流路に配置されるように構成され且つ前記指標剤物質は稼動中の前記燃料電池システムに前記筐体が配置されると、前記指標剤物質が前記燃料電池システムの前記燃料の中の硫黄含有化合物にさらされたときに前記指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性が変化するような物質であり、前記指標剤構体が前記指標剤物質の前記物理的特性の変化を検出可能であるように更に構成されていることを特徴とする脱硫器付指標剤構体。
【請求項６７】
前記少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み且つ前記筐体の少なくとも一部は透明であり、前記硫黄含有化合物の所定の濃度が前記指標剤物質の所定の１つの色に対応することを特徴する請求項６６記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項６８】
前記指標剤物質はFSK-A吸着剤、Ag400吸着剤、TOSPIX 94吸着剤、Selectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤、F8-01吸着剤及びSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤のうち１つを含むことを特徴とする請求項６７記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項６９】
前記燃料が前記脱硫剤物質をまず通過し、その後、前記指標剤物質を通過するように前記指標剤物質及び前記脱硫剤物質は前記筐体の中に配置されていることを特徴とする請求項６７記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項７０】
前記指標剤構体は、前記燃料から硫黄含有化合物を除去するように構成され且つ前記指標剤物質及び前記脱硫剤物質は、前記燃料が前記指標剤物質をまず通過し、その後、前記脱硫剤物質を通過するように前記筐体の中に配置されていることを特徴とする請求項６７記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項７１】
前記指標剤物質は、複数の指標剤床を形成するように前記筐体の中に配置され、
前記脱硫剤物質は複数の脱硫剤床を形成するように前記筐体の中に配置され、隣接する脱硫剤床は少なくとも１つの指標剤床により分離されることを特徴とする請求項６７記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項７２】
前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性を検出するステップと及び前記指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性の変化を検出するステップとのうち少なくとも一方を実行するセンサ構体を更に具備することを特徴とする請求項６６記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項７３】
前記少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み、前記硫黄含有化合物の所定の濃度は、前記指標剤物質の所定の１つの色に対応し、
前記筐体の少なくとも一部は透明であり、
前記センサ構体は色検出光電センサを具備し、前記センサ構体は前記指標剤物質の前記色及び前記指標剤物質の前記色の変化のうち少なくとも一方を検出するように構成されていることを特徴とする請求項７２記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項７４】
前記少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み、前記硫黄含有化合物の所定の濃度は、前記指標剤物質の所定の１つの色に対応し、
前記筐体は透明であり、
前記センサ構体は光ファイバセンサを具備し、前記センサ構体が前記指標剤物質の前記色及び前記指標剤物質の前記色の変化のうち少なくとも一方を検出するように構成されていることを特徴とする請求項７２記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項７５】
前記指標剤物質はFSK-A吸着剤、Ag400吸着剤、TOSPIX 94吸着剤、Selectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤、F8-01吸着剤及びSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤のうち１つを含むことを特徴とする請求項７２記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項７６】
前記脱硫器付指標剤構体を制御し且つ前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性の変化に基づいて前記燃料の中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合に所定の動作を実行する制御装置を更に具備することを特徴とする請求項６６記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項７７】
前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性を検出するステップと及び前記指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性の変化を検出するステップとのうち少なくとも一方を実行するセンサ構体を更に具備し、前記制御装置は、前記センサ構体による前記検出に基づいて前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在するか否かを判定し且つ前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合に前記所定の動作を実行することを特徴とする請求項７６記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項７８】
前記センサ構体は、前記指標剤物質の長さに沿って配置された複数のセンサを具備し、前記制御装置は、前記センサ構体の前記複数のセンサによる前記検出に基づいて前記指標剤物質の前記長さに沿った硫黄含有化合物の濃度の進行速度を判定し、且つ前記進行速度に基づいて所定の時間のうちに前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が現れるか否かを更に判定することを特徴とする請求項７７記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項７９】
前記脱硫器構体は、少なくとも第１の脱硫器ユニット及び第２の脱硫器ユニットを含み、前記脱硫器ユニットは前記第２の脱硫器ユニットと並列に結合され、
前記燃料が前記第１の脱硫器ユニット及び前記第２の脱硫器ユニットのうち一方の脱硫器ユニットを通過する間に前記第１の脱硫器ユニット及び前記第２の脱硫器ユニットのうち他方の脱硫器ユニットは待機モードにあるように、複数の燃料流量制御部材は前記第１の脱硫器ユニット及び前記第２の脱硫器ユニットを通過する燃料の流れを制御し、
前記第１の脱硫器ユニット及び前記第２の脱硫器ユニットのうち前記一方の脱硫器ユニットを出た前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合、前記制御装置により実行される前記所定の動作は、アラームを起動するステップと及び前記第１の脱硫器ユニット及び前記第２の脱硫器ユニットのうち前記一方の脱硫器ユニットを通過する燃料の流れを阻止し且つ前記脱硫器構体の前記第１の脱硫器ユニット及び前記第２の脱硫器ユニットのうち前記他方の脱硫器ユニットに前記燃料を通過させるために前記燃料流量制御部材を制御するステップとのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項７６記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項８０】
前記燃料電池システムは、前記脱硫器−指標剤構体の下流側に、前記燃料電池システムの燃料電池への前記燃料の流れを制御する燃料供給制御部材を具備し、且つ前記制御装置により実行される前記所定の動作は、アラームを起動するステップと及び前記燃料電池への燃料の流れを阻止又は制限するために前記燃料供給制御部材を制御するステップとのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項７６記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項８１】
前記筐体は、前記指標剤物質を観察できるようにするための透明又は半透明の材料、前記指標剤物質の前記物理的特性のうち少なくとも１つ特性の変化をセンサ構体又はオペレータのうち一方が検出可能であるようにするための観察手段のうち１つ以上を具備し、前記観察手段は、前記筐体の外側から前記指標剤物質を観察できるようにするための前記筐体の観察窓及び透明又は半透明の内側筐体層により形成された内側観察窓のうち少なくとも一方を具備することを特徴とする請求項６６記載の脱硫器付指標剤構体。
【請求項８２】
燃料電池システムにおいて使用するための燃料中の硫黄含有化合物を監視する方法であって、
前記燃料電池システムにおける前記燃料のほぼすべてを受け入れる主流路及び前記燃料の一部のみを受け入れるバイパス流路のうち一方の流路に配置された筐体により収納され、硫黄含有化合物にさらされた場合に少なくとも１つの物理的特性を変化させる指標剤物質に前記燃料を通過させるステップであって、前記筐体が前記指標剤物質の前記物理的特性の変化を検出可能であるように構成されるステップと、
前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性が検出された変化に基づいて、前記燃料の中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在するか否かを判定するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項８３】
前記検出及び前記判定は、オペレータ、及びセンサ構体及び前記センサ構体に応答する制御装置のうち１つ以上により実行されることを特徴とする請求項８２記載の方法。
【請求項８４】
前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合に所定の動作を実行するステップを更に含むことを特徴とする請求項８３記載の方法。
【請求項８５】
前記所定の動作はアラームを起動するステップを含むことを特徴とする請求項８４記載の方法。
【請求項８６】
前記燃料電池システムは、前記指標剤物質の下流側に、燃料電池への前記燃料の流れを制御する燃料供給制御部材を含み、且つ前記所定の動作は、アラームを起動するステップと及び前記燃料電池への燃料の流れを阻止又は制限するために前記燃料供給制御部材を制御するステップとのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項８４記載の方法。
【請求項８７】
前記燃料を前記指標剤物質に通過させる前に前記燃料から硫黄含有化合物を除去するように構成された脱硫器構体に前記燃料を通過させるステップを更に含み、
前記脱硫器構体は第１の脱硫器及び第２の脱硫器を少なくとも具備し、前記第１の脱硫器は前記第２の脱硫器と並列に結合され、前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち一方の脱硫器を前記燃料が通過する間に前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち他方の脱硫器は待機モードにあるように、複数の燃料流量制御部材が前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器を通過する燃料の流れを制御し、
前記判定するステップにおいて、前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記一方の脱硫器を出た前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合、実行される前記所定の動作は、アラームを起動するステップと及び前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記一方の脱硫器を通過する燃料の流れを阻止し且つ前記脱硫器構体の前記第１の脱硫器及び前記第２の脱硫器のうち前記他方の脱硫器に前記燃料を通過させるために前記複数の燃料流量制御部材を制御するステップとのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項８４記載の方法。
【請求項８８】
前記指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み、前記筐体の少なくとも一部は透明であり、且つ前記硫黄含有化合物の前記所定の濃度は、前記指標剤物質の所定の１つの色に対応することを特徴とする請求項８２記載の方法。
【請求項８９】
前記指標剤物質はFSK-A吸着剤、Ag400吸着剤、TOSPIX 94吸着剤、Selectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤、F8-01吸着剤及びSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤のうち１つを含むことを特徴とする請求項８８記載の方法。
【請求項９０】
少なくとも１つのセンサ構体を使用して、前記指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性及び前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性の変化を検出するステップを更に含み、前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が存在するか否かを判定する前記ステップは、前記検出に基づいて実行される請求項８２記載の方法。
【請求項９１】
前記センサ構体は、前記指標剤物質の長さに沿って配置された複数のセンサを具備し、前記方法は、前記指標剤物質の前記長さに沿った硫黄含有化合物の濃度の進行速度を判定するステップと、前記進行速度に基づいて所定の時間のうちに前記燃料の中に前記所定の濃度の硫黄含有化合物が現れるか否かを判定するステップとを更に含むことを特徴とする請求項９０記載の方法。
【請求項９２】
前記燃料から硫黄含有化合物を除去するように構成された脱硫剤物質に前記燃料を通過させるステップを更に含み、前記燃料は前記脱硫剤物質及び前記指標剤物質のうち一方をまず通過し、その後、前記脱硫剤物質及び前記指標剤物質のうち他方を通過することを特徴とする請求項８２記載の方法。
【請求項９３】
前記指標剤物質を使用して、前記燃料から前記硫黄含有化合物を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項８２記載の方法。
【請求項９４】
硫黄含有化合物の前記所定の濃度は３０ｐｐｂｖ以上であることを特徴とする請求項８２記載の方法。
【請求項９５】
前記筐体は、前記指標剤物質を観察できるようにするための透明又は半透明の材料、前記指標剤物質の物理的特性のうち少なくとも１つの特性の変化をセンサ構体及びオペレータのうち一方が検出可能であるようにするための観察手段のうち１つ以上を具備し、前記観察手段は、前記筐体の外側から前記指標剤物質を観察できるようにするための前記筐体の観察窓及び透明又は半透明の内側筐体層により形成された内側観察窓のうち少なくとも一方を具備することを特徴とする請求項８２記載の方法。
【請求項９６】
燃料中の硫黄含有化合物を検出する燃料電池システムにおいて使用するための監視構体であって、
指標剤物質と、前記指標剤物質を収納する筐体とを含み、前記燃料が通過する指標剤構体であって、前記筐体は、前記燃料電池システムにおける前記燃料のほぼすべてを受け入れる主流路及び前記燃料の一部のみを受け入れるバイパス流路のうち一方の流路に配置されるように構成され且つ前記指標剤物質は、稼動中の前記燃料電池システムに前記筐体が配置されると、前記指標剤物質が前記燃料電池システムの前記燃料の中の硫黄含有化合物にさらされたときに前記指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性が変化するような物質であり、前記指標剤構体が前記指標剤物質を観察可能であるように更に構成される指標剤構体と、
前記指標剤物質の画像を観察し且つ取り込むことが可能な画像撮像装置とを具備することを特徴とする監視構体。
【請求項９７】
前記少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み、
前記画像撮像装置は、前記指標剤物質のカラー画像を取り込み且つオペレータが前記カラー画像を観察可能な状態にするように構成されたカメラ及びウェブカムのうち一方であることを特徴とする請求項９６記載の監視構体。
【請求項９８】
制御装置と、
前記画像撮像装置と前記制御装置との通信、前記制御装置と前記オペレータとの通信、及び前記画像撮像装置と前記オペレータとの通信のうち１つ以上を実行する通信システムとを更に具備し、
取り込まれた前記カラー画像は、前記画像撮像装置から前記制御装置へ及び前記制御装置から前記オペレータへの通信、及び前記画像撮像装置から前記オペレータへの通信のうち１つ以上により前記オペレータへ送信され、
前記オペレータは、取り込まれた前記指標剤物質の前記カラー画像に基づいて前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性の変化が前記燃料の中に少なくとも所定の濃度の硫黄含有化合物が存在することを示すと判定し且つ前記通信システムを介して命令を送信し、
前記監視構体は、前記命令に応答して、アラームを起動するステップと、前記燃料電池システムの燃料電池への脱硫燃料の流れを制限又は阻止するステップと、及び前記燃料電池システムの第１の脱硫器構体及び第２の脱硫器構体の使用を切り替えることのうち１つ以上を実行することを特徴とする請求項９７記載の監視構体。
【請求項９９】
前記オペレータが配置されるオペレータステーションを更に具備することを特徴とする請求項９８記載の監視構体。
【請求項１００】
燃料中の硫黄含有化合物を検出する燃料電池システムにおいて使用するための監視構体を動作させる方法であって、
指標剤物質と、前記指標剤物質を収納する筐体とを含み、前記燃料が通過する指標剤構体であって、前記筐体は前記燃料電池システムにおける前記燃料のほぼすべてを受け入れる主流路及び前記燃料の一部のみを受け入れるバイパス流路のうち一方の流路に配置されるように構成され且つ前記指標剤物質は稼動中の前記燃料電池システムに前記筐体が配置されると、前記指標剤物質が前記燃料電池システムの前記燃料の中の硫黄含有化合物にさらされたときに前記指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性が変化するような物質であり、前記指標剤構体が前記指標剤物質の観察を可能にするように更に構成される指標剤構体を提供するステップと、
前記指標剤物質の画像を観察し且つ取り込むことが可能な画像撮像装置を提供するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０１】
前記少なくとも１つの物理的特性は前記指標剤物質の色を含み、
前記画像撮像装置は、前記指標剤物質のカラー画像を取り込み且つ前記カラー画像をオペレータが観察可能な状態にするように構成されたカメラ及びウェブカムのうち一方であることを特徴とする請求項１００記載の方法。
【請求項１０２】
制御装置を提供するステップと、
前記画像撮像装置と前記制御装置との通信、前記制御装置と前記オペレータとの通信、及び前記画像撮像装置と前記オペレータとの通信のうち１つ以上を実行する通信システムを提供するステップとを更に含み、
取り込まれた前記カラー画像は、前記画像撮像装置から前記制御装置へ及び前記制御装置から前記オペレータへの通信、及び前記画像撮像装置から前記オペレータへの通信のうち１つ以上により前記オペレータへ送信され、
前記オペレータは、取り込まれた前記指標剤物質の前記カラー画像に基づいて前記指標剤物質の前記少なくとも１つの物理的特性の変化が前記燃料の中に少なくとも所定の濃度の硫黄含有化合物が存在することを示すと判定し且つ前記通信システムを介して命令を送信し、
前記監視構体は、前記命令に応答して、アラームを起動するステップと、前記燃料電池システムの燃料電池への脱硫燃料の流れを制限又は阻止するステップと、及び前記燃料電池システムの第１の脱硫器構体及び第２の脱硫器構体の使用を切り替えるステップとのうち１つ以上を実行することを特徴とする請求項１０１記載の方法。
【請求項１０３】
前記オペレータが配置されるオペレータステーションを提供するステップを更に含むことを特徴とする請求項１０２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、そのような燃料電池と共に使用される脱硫器構体における硫黄ブレークスルー（破過）の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、炭化水素燃料に蓄積された化学的エネルギーを電気化学反応によって電気的エネルギーに直接変換する装置である。一般に、燃料電池は、帯電イオンを伝導する働きをする電解質によりセパレートされたアノード及びカソードを具備する。溶融炭酸塩燃料電池は、反応物質である燃料ガスをアノードに通流させる一方で、カソードに酸化剤ガスを通流させることにより動作する。有効な電力レベルを発生するために、各燃料電池の間に導電性セパレータプレートを挟みながら多数の個別の燃料電池（単電池）が直列に積み重ねられる。
【０００３】
現在の燃料電池技術は、水素又は水素と一酸化炭素との混合物から構成されるクリーンな燃料ガスを必要とする。そのような燃料ガスは、天然ガス、プロパン、嫌気性消化装置ガス、石油系液体又は石炭などの炭化水素含有原料から改質処理を経て生成されてもよい。多くの炭化水素含有原料は硫黄を含む。硫黄は改質触媒及びアノード触媒に有害な影響を及ぼし、燃料電池のアノード触媒及び改質触媒の性能を著しく低下することが知られている。従って、改質処理に先立って、燃料ガスが燃料電池に入る前に、燃料ガスから硫黄及び硫黄含有化合物を１０億分の１（ｐｐｂ）のレベルまで除去しなければならない。
【０００４】
従来の技術においては、燃料ガスを燃料電池のアノードに通過させる前に燃料ガスから硫黄含有化合物を除去するための少なくとも１つの吸着床を含む脱硫器アセンブリ（構体）のような燃料処理構体が採用される。そのような燃料処理構体の一例は、本出願と同一の譲受人に譲渡された米国特許第７，０６３，７３２号明細書に開示されている。特に、'７３２号公報は、無機硫黄含有化合物及び高分子量有機硫黄含有化合物を吸着する第１の吸着剤床と、低分子量有機硫黄含有化合物を吸着する第２の吸着剤床とを含む燃料電池の燃料を処理するための燃料処理システムを開示している。２つの吸着剤床は、処理対象の燃料が吸着剤床のうち一方を通過し、その後に他方の吸着剤床を通過するように配列される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，０６３，７３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
時間が経過するにつれて、この燃料処理システムにおいて使用される吸着剤床は硫黄含有化合物によって飽和されるため、吸着剤床の吸着容量が減少し且つ性能が低下することを理解できよう。その結果、吸着剤床が燃料中の硫黄含有化合物の濃度を所望のレベル（通常は体積十億分率（ｐｐｂｖ）で表される）まで低下させることができない場合、硫黄のブレークスルー（破過）が起こり、床は硫黄含有化合物の飽和レベルに達するので、吸着されないまま床を通過した硫黄含有化合物の量、すなわち硫黄破過濃度は増加する。処理済み燃料中の硫黄破過濃度が所定の値に達した場合、燃料電池システムの構成要素が硫黄により汚染されるのを回避するために、吸着剤床を交換又は再生する必要がある。燃料ガス中の硫黄含有化合物の濃度は変わりやすいため、所定の硫黄破過レベルに達する時点も大きく変動する。従って、適切な時点で吸着剤床の交換又は再生を確実に実行するために、処理済み燃料の硫黄破過濃度を監視することが必要とされる。
【０００７】
現在、硫黄破過濃度の監視は、燃料処理構体から出た処理済み燃料ガスの試料を従来のガスクロマトグラフィー技術によって断続的に解析することにより実行される。処理済み燃料中の硫黄濃度を解析するために一般に使用されている技術は、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を硫黄化学発光検出と組み合わせた技術（ＧＣ‐ＳＣＤ）又は炎光度検出と組み合わせた技術（ＧＣ‐ＦＰＤ）を含む。しかし、それらの従来の技術はコストが高いため、燃料処理及び燃料電池システムの動作に要する費用が大幅に増加してしまう。更に、従来の監視方法では、処理済み燃料の試料を採取しなければならないので、試料の収集、現場から分析室までの輸送及び処理済み燃料試料の解析の実施のために、更に人件費及び解析用機器の費用が必要になる。その結果、硫黄破過濃度をオンラインで（稼動中に）継続的に監視するように従来の方法を燃料電池処理構体と統合することは不可能になる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、硫黄破過濃度を稼動中に継続的に監視可能な燃料処理システムと共に使用するための硫黄破過監視構体及び硫黄破過監視方法を提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、外部解析用機器による解析のために処理済み燃料の試料を採取する必要なく、硫黄破過濃度を稼動中に継続的に監視するように燃料処理システムと一体化された硫黄破過監視構体及び硫黄破過監視方法を提供することである。
【００１０】
本発明の更なる目的は、硫黄破過の検出の精度が極めて高く且つ費用効率に優れた硫黄破過監視構体及び硫黄破過監視方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的及び他の目的は、燃料中の硫黄含有化合物を検出する燃料電池システムにおいて使用するための監視構体であって、燃料が通過するインジケータアセンブリ（指標剤構体）を具備し、指標剤構体はインジケータマテリアル（指標剤物質）と、指標剤物質を収納する筐体とを含み、筐体は、燃料電池システムに稼動中に配置されるように構成され、指標剤物質は、稼動中の燃料電池システムに筐体が配置されると、指標剤物質が燃料電池システムの燃料の中の硫黄含有化合物にさらされたときに指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性が変化するような物質であり、且つ指標剤構体は、指標剤物質の物理的特性の変化を検出可能であるように更に構成される監視構体において実現される。
【００１２】
ある特定の実施形態において、指標剤構体は、指標剤物質の物理的特性の変化をオペレータにより及び／又はセンサを介して検出可能であるように構成される。検出された物理的特性の変化に基づいて、燃料中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合、所定の動作が実行されてもよい。実行される所定の動作の１つは、オペレータがアラームを起動すること又はセンサに応答して燃料電池システムの制御装置を介してアラームを起動することであってもよい。
【００１３】
説明される例示的な実施形態において、指標剤物質の物理的特性は指標剤物質の色を含み、硫黄含有化合物の所定の濃度は、指標剤物質の所定の１つの色に対応する。いくつかの実施形態において、オペレータが直接指標剤物質の色を検出するか、ウェブカムなどのカメラ又は記憶されたデジタル写真を使用して遠隔場所から指標剤物質の色を検出するか、あるいはセンサにより指標剤物質の色を検出することを可能にするように、筐体の少なくとも一部は透明材料から形成される。指標剤物質はFSK-A吸着剤、AG400吸着剤、TOSPIX 94吸着剤、ケイ酸チタンゼオライト、F8-01（Desulf-2）吸着剤、Selectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤及びSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤のうち１つであってもよく、燃料から硫黄含有化合物を除去するように適応されてもよい。本明細書において説明される例示的な実施形態において、燃料中の硫黄含有化合物の所定の濃度は３０ｐｐｂｖ以上である。
【００１４】
ある特定の実施形態において、監視構体は、指標剤物質の物理的特性を検出するか又は指標剤構体の物理的特性の変化を検出するセンサ構体を更に具備し、燃料電池システムの制御装置は、センサ構体による検出に基づいて燃料中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在するか否かを判定する。いくつかの実施形態において、センサ構体は、指標剤構体の筐体の長さに沿って配置された複数のセンサを含む。その場合、燃料電池システムの制御装置は、複数のセンサによる検出に基づいて筐体の長さに沿った物理的特性の変化の進行速度を判定し、その進行速度に基づいて燃料中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在するか否かを更に高い精度で判定する。
【００１５】
いくつかの例示的な実施形態において、監視構体は、指標剤物質の物理的特性を示す画像を所定の間隔で取り込むカメラ又はウェブカムなどの画像撮像装置を具備し、オペレータは、画像撮像装置により取り込まれた画像に基づいて、燃料中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在するか否かを判定する。ある特定の実施形態において、画像撮像装置は、ＬＥＤライトリングと一体化されたCognex 1/3”ＣＣＤカメラ、型式番号5100Cである。画像撮像装置により取り込まれた画像は、遠隔場所にいるオペレータによりアクセスされ且つ検討される。オペレータは、画像中に示される物理的特性の変化に基づいて、所定の濃度の硫黄含有化合物が存在するか否かを判定する。いくつかの実施形態において、燃料電池の制御装置は、オペレータが画像を検討できる状態になっていることをオペレータに通知するためにアラームを起動する。
【００１６】
いくつかの例示的な実施形態において、監視構体は、脱硫器構体に燃料を通過させた後に燃料中の硫黄含有化合物を検出するために使用される。脱硫器構体は、脱硫器構体を通過する燃料の流れを制御する複数の燃料流量制御部材を含む。ある特定の実施形態において、脱硫器構体は、並列に結合された第１の脱硫器及び第２の脱硫器を少なくとも含み、第１の脱硫器及び第２の脱硫器のうち一方を燃料が通過している間に他方の脱硫器は待機モードにあるように、複数の燃料流量制御部材は、第１の脱硫器及び第２の脱硫器を通過する燃料の流れを制御する。そのような場合、脱硫器構体を出た燃料の中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定されたならば、燃料電池システムの制御装置は、アラームを起動すること並びに第１の脱硫器及び第２の脱硫器のうち一方を通過する燃料の流れを阻止し且つ他方の脱硫器に燃料を通過させるように複数の燃料流量制御部材を制御することのうち少なくとも一方を実行する。ある特定の実施形態において、脱硫器構体を出た燃料の中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在するとオペレータが判定した場合、遠隔場所にいるオペレータは、アラームを起動すること並びに第１の脱硫器及び第２の脱硫器のうち一方を通過する燃料の流れを阻止し且つ他方の脱硫器に燃料を通過させるように複数の燃料流制御部材を制御することのうち少なくとも一方を実行する。
【００１７】
いくつかの実施形態において、燃料電池システムは、燃料電池と、監視構体の下流側の燃料供給制御部材とを具備する。燃料供給制御部材は、燃料電池への燃料の流れを制御し、燃料中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合、燃料電池システムの制御装置は、アラームを起動すること及び燃料電池への燃料の流れを最小限にするか又は阻止するために燃料供給制御部材を制御することのうち少なくとも一方を実行する。燃料中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在するか否かをオペレータが判定する場合、オペレータは、アラームを起動すること及び燃料電池への燃料の流れを最小限にするか又は阻止するために燃料供給制御部材を制御することのうち少なくとも一方を遠隔場所から実行できる。
【００１８】
複数の指標剤構体及びそれらの指標剤構体に対応する複数のセンサ構体を含む監視構体も説明される。この監視構体において、指標剤構体は互いに並列に且つ／又は直列に接続される。
【００１９】
脱硫器構体を出た脱硫燃料の中の硫黄含有化合物を検出する監視構体を使用する燃料電池システム及び燃料中の硫黄含有化合物を検出する方法も説明される。
【００２０】
更に、燃料から硫黄含有化合物を除去し且つ燃料中の硫黄含有化合物を監視する燃料電池システムにおいて使用するための脱硫器付指標剤構体が説明される。脱硫器付指標剤構体は、燃料から硫黄含有化合物を除去する吸着剤及び吸収剤のうち一方を含む脱硫剤物質及び指標剤物質を含む少なくとも１つの脱硫器ユニットを含み、指標剤物質が硫黄含有化合物にさらされた場合、指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性が変化する。まず、燃料が脱硫剤物質及び指標剤物質のうち一方を通過し、その後、脱硫剤物質及び指標剤物質のうち他方を通過するように、脱硫剤物質及び指標剤物質は筐体により収納される。
【００２１】
筐体は、稼働状態にある燃料電池システムの内部に配置されるように構成されており、指標剤物質は、稼動中の燃料電池システムに筐体が配置されると、指標剤物質が燃料電池システムの燃料の中の硫黄含有化合物にさらされたときに指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性が変化するような物質である。脱硫器付指標剤構体は、指標剤物質の物理的特性の変化を検出可能であるように更に構成される。検出された指標剤物質の少なくとも１つの物理的特性の変化に基づいて、燃料中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合、オペレータ又は燃料電池システムの制御装置は所定の動作を実行する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明の上記の特徴及び態様並びに他の特徴及び態様は、添付の図面と関連させて以下の詳細な説明を読むことにより更に明らかになるであろう。
【図１】図１は、脱硫器構体の下流側における硫黄の破過濃度を検出する監視構体を採用した燃料電池システムを示す図である。
【図２】図２は、図１の指標剤構体の例示的な一例を示す概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１の監視構体の一実施形態を示す概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図２の監視構体の別の実施形態を示す概略図である。
【図４】図４は、複合脱硫器／指標剤構体を含む図１の燃料電池システムの別の実施形態を示す図である。
【図５Ａ】、
【図５Ｂ】、
【図５Ｃ】図５Ａから図５Ｃは、図４の脱硫器／指標剤構体の３つの例示的な実施形態を示す詳細図である。
【図６】図６は、脱硫器構体の下流側における硫黄の破過濃度を検出する監視構体を採用する燃料電池システムの更なる実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、脱硫器構体１０４と、脱硫器構体１０４の下流側における硫黄の破過濃度を検出するモニターアセンブリ（監視構体）１０６とを含む燃料電池システム１００を示す。接続ライン１０３により脱硫器構体１０４に接続された燃料供給源１０２から燃料電池システム１００に燃料が供給される。流量制御弁などの第１の流量制御部材１０３ａは、燃料供給源１０２から脱硫器構体０１４に供給される燃料の流量を制御するために使用される。
【００２４】
脱硫器構体１０４は１つ以上の脱硫器を含み、各脱硫器は、吸着剤及び／又は吸収剤を含む１つ以上の吸着剤床及び／又は吸収剤床を含む。脱硫器構体１０４を通過する燃料の中に存在する硫黄含有化合物は、吸着剤床及び／又は吸収剤床を使用して科学的又は物理的な吸着又は吸収により燃料から除去される。その後、脱硫器１０４を出た脱硫燃料は、接続ライン１０５を経て監視構体１０６に供給される。監視構体１０６は、脱硫燃料の中に硫黄含有化合物が存在するか否か、すなわち硫黄破過の有無を絶えず監視し且つ／又は脱硫燃料中の硫黄含有化合物の濃度、すなわち硫黄破過濃度を検出する。
【００２５】
図１に示されるように、監視構体１０６は、脱硫燃料が通過する指標剤構体１０６ａと、硫黄破過によって起こる指標剤物質の物理的変化及び／又は指標剤構体１０６ａを通過する脱硫燃料における硫黄破過濃度を感知し且つ検出するセンサ構体１０６ｂとを具備する。指標剤構体１０６ａは、燃料中に存在する硫黄化合物を除去することにより燃料を更に脱硫する保護床として更に機能してもよい指標剤物質を含む。指標剤構体１０６ａの構成、並びに脱硫器１０４と共に使用されるべき監視構体１０６の例示的な構成は、以下に更に詳細に説明される。
【００２６】
図１に示されるように、燃料電池システム１００は、監視構体１０６のセンサ構体１０６ｂ及び脱硫器構体１０４を少なくとも制御する制御装置５０１を更に含む。以下に更に詳細に説明されるように、制御装置５０１は、センサ構体１０６ｂにより検出された硫黄破過及び／又は硫黄破過濃度に基づいて、脱硫燃料中に所定の硫黄破過又は硫黄破過濃度が存在するか否かを判定し、且つ少なくとも１つの所定の動作を実行するために燃料電池システムを制御する。以下に更に詳細に説明されるように、所定の動作は、脱硫器構体１０４の少なくとも１つの脱硫器の交換又は再生が必要であることを示すアラーム１３０などの信号を起動するステップと、動作中の脱硫器を通過する燃料の流れを阻止し且つ燃料の流れを別の脱硫器を通過するように方向転換するために脱硫器構体１０４を制御するステップと、並びに燃料電池への燃料の流れを最小限にするか又は完全に阻止するように燃料電池への脱硫燃料の流れを制御することを含む。
【００２７】
本明細書において説明される例示的な実施形態において、燃料中の硫黄含有化合物の濃度が構体１０６により監視されている、すなわち、硫黄破過濃度が検出されていると仮定する。しかし、以下の説明は、硫黄含有量が監視されている場合、すなわち硫黄破過が監視されているが、まだ起こってはいない場合にも同等に適用される。また、開示される実施形態において、所定の硫黄破過濃度は３０ｐｐｂｖ以上であり、特に３０ｐｐｂｖ〜２００ｐｐｂｖである。更に、ある特定の実施形態において、制御装置５０１は、監視構体１０６を制御する監視構体制御装置を含む。そのような場合、監視構体制御装置は、脱硫燃料中に所定の硫黄破過濃度の硫黄含有化合物が存在するか否かを判定する。
【００２８】
ある特定の実施形態において、脱硫器構体１０４は複数の脱硫器を含み、各脱硫器は少なくとも１つの脱硫床を含む。脱硫器のうち少なくとも１つが動作状態である間に、他の脱硫器のうち１つ以上が待機モードであるように、脱硫器は互いに結合される。「進み遅れ」システムを含むそのような脱硫器構体の一例は、本明細書に参考として取り入れられている本発明と同一の譲受人に譲渡された米国特許第７，０６３，７３２号公報に開示される。'７３２号公報で説明されるように、そのような実施形態における脱硫器構体は、脱硫器のうち少なくとも１つを通過するように燃料の流れを方向転換するための１つ以上の燃料流量制御部材（図面の簡略化のため図示せず）を含む。
【００２９】
特に、センサ構体１０６ｂにより検出された硫黄破過濃度に基づいて、燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在すると制御装置５０１が判定した場合、制御装置５０１は、動作中の脱硫器を通過する燃料の流れを阻止又は制限し且つ待機状態の他の脱硫器のうち少なくとも１つの脱硫器を通過するように燃料の流れを方向転換するために燃料流量制御部材を制御する。制御装置５０１は、先に動作状態であった脱硫器の交換又は再生が必要であることを示すアラームのような信号を更に起動してもよい。ある特定の実施形態において、先に動作していた脱硫器を通過する燃料の流れが阻止された場合又は先に動作していた脱硫器の再生が必要であることを示す信号が起動された場合、制御装置５０１は、先に動作していた脱硫器の吸着剤を再生することによりその脱硫器を自動的に再生するように脱硫器構体１０４を更に制御する。
【００３０】
図１に示されるように、燃料電池システム１００は、燃料電池１１２に向かう脱硫燃料の流れを制御する第２の流量制御部材１０７ａを更に含む。いくつかの例示的な実施形態において、制御装置５０１は、燃料電池１１２に供給される燃料の流量を制御するように第２の流量制御部材１０７ａを制御する。そのような実施形態において、センサ構体１０６ｂにより検出された硫黄破過濃度に基づいて燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在すると制御装置５０１が判定した場合、制御装置５０１は脱硫燃料の流れを阻止又は制限するために第２の燃料流量制御部材１０７ａを制御する。ある特定の実施形態において、燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在すると判定された場合、制御装置５０１はまずアラーム１３０を起動し、その後、所定の時間内にアラームが解除されない場合、通過する燃料の流れを阻止又は制御するように第２の燃料流量制御部材１０７ａを制御する。
【００３１】
図１に示されるように、システム１００は、第２の燃料流量制御部材１０７ａの下流側にあり、脱硫燃料を予熱及び加湿する熱交換器１０８と、燃料を更に処理する燃料処理構体１１０と、アノード１１４及びカソード１１６を含む燃料電池１１２と、酸化構体１１８とを更に含む。図示されるように、指標剤構体１０６ａ及び第２の燃料流量制御部材１０７ａを通過した後、脱硫燃料は接続ライン１０７を経て熱交換器１０８へ送り出される。熱交換器において、加熱加湿燃料を発生するために、燃料は水供給源１２２からの水と混合され且つ所定の温度まで加熱される。加熱加湿燃料は、熱交換器１０８から接続ライン１０９を経て燃料処理構体１１０へ送り出され、そこで更に処理される。処理構体１１０は、燃料電池１１２において使用するのに適する燃料を発生するために加熱加湿燃料の少なくとも一部を改質する前改質構体を含んでもよい。
【００３２】
燃料処理構体１１０で処理された燃料は、その後、接続ライン１１１を経て燃料電池１１２のアノード１１４へ供給される。燃料電池１１２において、燃料は、カソード１１６を通って流れる酸化性ガスと電気化学反応して電力を発生する。図示されるように、アノード１１４から出る使用済み燃料、すなわちアノード排出物は未反応燃料を含み、酸化構体１１８へ供給される。酸化構体１１８において、アノード排出物は空気供給源１２０からの空気と混合され且つ燃焼されて、カソード１１６で使用するのに適する酸化性ガスを発生する。カソード１１６から出る使用済み酸化性ガスは、脱硫燃料及び水を加熱するために熱交換器１０８へ送り出されてもよく且つ／又はカソード１１６へ再循環されてもよい。
【００３３】
図２は、図１の指標剤構体１０６ａの例示的な一実施形態を示す詳細図である。図示されるように、指標剤構体１０６ａは、指標剤構体を稼働状態にある燃料電池システム１００の内部に配置できるように入口２０２ａ及び出口２０２ｂを有する筐体２０２を含む。通常、入口２０２ａ及び出口２０２ｂは、燃料電池システムの隣接するラインの雄継手と係合するように構成された雌継手であってもよい。指標剤構体１０６ａは、筐体２０２により収納された指標剤物質２０４を更に含む。図示される実施形態において、指標剤構体１０６ａは、筐体２０２の中に配置され且つ指標剤物質２０４を所定の場所に保持するために使用される無反応性物質２０５を更に含む。指標剤構体１０６ａは、指標剤物質２０４の特性の変化を検出可能であるように更に構成される。図示される指標剤構体の場合、筐体２０２を外から見た場合に筐体の内部に収納された指標剤物質２０４を観察でき、それにより、物質の特性の変化を検出可能であるように、この構成の筐体２０２は、石英、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）プラスチック、ポリメタクリル酸メチルプラスチック又は他のアクリル酸エステル、又はポリカーボネートなどの透明材料又は半透明材料から形成されるのが好ましい。
【００３４】
特に、指標剤物質２０４は、硫黄含有化合物にさらされた場合に色などの物理的特性の１つを変化させる物質である。図示される例示的な実施形態において、指標剤物質は粉末又はビードの形態であり、硫黄含有化合物にさらされた場合に色を変える吸収剤又は吸着剤を含む。適切な指標剤物質は、硫黄含有化合物にさらされた場合に白色から黒色へと徐々に色を変えるTokyo Gas社より入手可能なFSK-A吸着剤、ベージュ色から暗褐色へと徐々に色を変えるMolecular C-Chem社より入手可能なAg400吸着剤、白色から褐色へと徐々に色を変えるTokyo Gas社より入手可能なTOSPIX 94吸着剤、薄緑色から暗緑色へと徐々に色を変えるEngelhard社（最近BASF社により買収された）製造のSelectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤、薄青緑色から褐色へと徐々に色を変えるTDA Research社製造のSulfaTrapＴＭ -R6、又は灰色の斑点のついた白色から暗灰色へと徐々に色を変えるBASF社製造のF8-01（Desulf-2）吸着剤などの比色分析用吸着剤を含む。F8-01（Desulf-2）吸着剤を指標剤物質２０４として使用するある特定の実施形態において、F8-01（Desulf-2）吸着剤は、脱硫器で脱硫器吸着剤として使用されるBASF社製造のF3-01などのDesulf-1吸着剤と組み合わせて使用されてもよい。例えば、硫黄含有化合物にさらされた場合、脱硫燃料中の硫黄含有化合物の濃度が増すにつれて、FSK-A吸着剤の色は白色からベージュ色を経て褐色へと徐々に変化し、最終的に黒色になる。従って、指標剤物質の色の変化及び／又は色変化の速度は、所定の１つの色が所定の硫黄破過濃度に対応する状態で燃料中の種々の硫黄破過濃度を示し且つそれと相関する。このように、監視構体のセンサ構体１０６ｂは、指標剤物質の色、指標剤物質の色の変化及び指標剤物質の色変化の速度のうち少なくとも１つを検出し、制御装置５０１は、センサ構体により検出された色、色の変化及び／又は色変化の速度をそれぞれ対応する硫黄破過濃度と相関し且つ所定の硫黄破過濃度が存在するか否かを判定する。
【００３５】
無反応性物質２０５は、燃料及び硫黄含有化合物にさらされた場合に安定しており且つ非吸収性及び非吸着性である物質を含む。無反応性物質２０５は、燃料が通過できるように十分な透過性を有していなければならない。例えば、複数のガラスビードは未反応物質としての使用に適している。図２に示されるように、無反応性物質２０５は、筐体２０２の中に筐体の入口２０２ａ部分及び筐体２０２の出口２０２ｂ部分に隣接して配置され、指標剤物質２０４は、筐体２０２の入口側の無反応性物質２０５と出口側の無反応性物質２０５との間に配置される。従って指標剤物質２０４は無反応性物質２０５に挟まれた状態で所定の場所に保持される。指標剤物質２０４を筐体２０２の中の所定の場所に保持するために、無反応性物質２０５の代わりに又は無反応性物質２０５に加えて、１つ以上の支持スクリーン及び／又は穴あき板を含む無反応性支持スクリーン構体が使用されてもよい。そのような実施形態において、無反応性スクリーン構体は、ポリプロピレン、ステンレス鋼又は他の適切な無反応性物質から形成される。
【００３６】
筐体２０２の寸法及び筐体２０２の中の指標剤物質２０４の体積は、燃料電池システムの燃料電池１１２の構成及び燃料電池システムに供給される燃料の種類に応じて異なる。特に、筐体２０２の所望の寸法、特に筐体の長さと直径との比及び筐体に収納される指標剤物質２０４の体積は、指標剤構体１０６ａを通過する燃料の局部流れを排除するように最適化される。筐体の寸法及び指標剤物質の体積は、所定の表面速度範囲内及び滞留時間範囲内で燃料が流れるように更に最適化される。指標剤構体１０６ａを通って流れる燃料の所定の表面速度及び滞留時間は、燃料電池システムにおいて使用される燃料の種類によって異なることがわかる。更に、種々の寸法を有する指標剤構体が試験され、大型の構体と比べて、小型の指標剤構体における指標剤物質の色の変化がより急速に起こることが判定された。これは、小型の指標剤構体における硫黄の飽和度が大型の指標剤構体より速く増加するためである。従って、低い硫黄破過濃度を高感度で検出する場合、小型の指標剤構体は特に有用である。
【００３７】
次に、指標剤構体１０６ａの例示的な実施例を説明する。
【００３８】
実施例１
第１の例示的な実施例において、指標剤構体１０６ａは、透明ＰＶＣ材料から形成された直径１０インチの筐体２０２を具備する。筐体２０２として使用するのに、直径１０インチの標準Schedule 40透明ＰＶＣパイプが適している。筐体の横断面は約０．５５ｆｔ２の面積を有し、筐体の長さは約１２インチである。筐体２０２に収納された指標剤物質２０４の高さが約１２インチになり且つ体積は約０．５５ｆｔ３になるように、筐体２０２の中にFSK-A吸着剤を含む指標剤物質２０４が収納される。筐体の入口２０２ａの付近及び出口２０２ｂの付近に配設される無反応性スクリーン構体として穴あき板及びスクリーン構体が使用され、指標剤物質を所定の場所に保持する。指標剤構体１０６ａの上記の寸法は、HD-5プロパン燃料又は天然ガス燃料のいずれかを使用して動作する３００ｋＷ燃料電池システムと共に使用するのに適する。
【００３９】
燃料電池システムがHD-5プロパン燃料を使用して動作する場合、本実施例の指標剤構体１０６ａを通過するHD-5プロパン燃料の所望の最大流量は、毎分約１５標準立方フィート（ｓｃｆｍ）（ここで立方フィートは１気圧の標準圧力及び５９°Ｆの標準温度に関連する）以下であり、所望の表面速度は０．４６ｆｔ／ｓｅｃ以下であり且つ所望の空間速度は０．４６ ｌ／ｓｅｃ、すなわち１，６４４ ｌ／ｈｒ以下である。
【００４０】
燃料電池システムが天然ガスを使用して動作する場合、本実施例の指標剤構体１０６ａを通過する天然ガス燃料の所望の最大流量は約３８〜４０ｓｃｆｍであり、所望の表面速度は約１．２２ｆｔ／ｓｅｃ以下であり且つ空間速度は約１．２２ ｌ／ｓｅｃ、すなわち４，４００ ｌ／ｈｒ以下である。燃料電池システムが天然ガスで動作している場合の流量を更に増加するために、HD-5プロパン燃料で動作するシステムの場合より大きな直径を有する筐体が使用されてもよい。例えば、天然ガスで動作するシステムにおいて使用するには、透明材料から形成された公称直径１２インチ又は１６インチの筐体が適している。
【００４１】
先に述べた通り、燃料電池システムが他の種類の燃料を使用して動作する場合、指標剤構体１０６ａの筐体２０２及び指標剤物質２０４の寸法、並びに指標剤構体１０６ａにおける燃料の流量、速度及び滞留時間は、指標剤構体の性能を最適化するために変更されてもよい。
【００４２】
実施例２
第２の実施例において、指標剤構体１０６ａは、透明石英材料から形成された筐体２０２を具備し、指標剤物質２０４は、TOSPIX 94吸着剤、Selectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤、Ag400吸着剤、F8-01（Desulf-2）吸着剤及びSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤のうち１つである。本実施例の石英筐体２０２は、直径が０．２５〜１．５インチ、長さは１〜１０インチの石英の管から構成される。筐体の中に収納される指標剤物質２０４は、５〜３０ｍＬ、すなわち０．３〜１８．３ｉｎ３の体積を有する。
【００４３】
所定の量の硫黄含有化合物にさらされた場合、指標剤物質２０４の色は、１つの色から別の色に変化する。例えば指標剤物質としてTOSPIX 94が使用される場合、色は白色から黄色に変化する。先に述べた通り、指標剤物質２０４の色の変化及び／又は色変化の速度は、脱硫燃料中の硫黄化合物の濃度と相関される。例えば、TOSOIX 94を含む指標剤物質２０４の色が白色から黄色に変化した後に硫黄含有化合物の濃度を試験すると、試験された燃料の中の硫黄含有化合物の濃度は１００ｐｐｂｖを超えると判定された。
【００４４】
第２の実施例において説明される指標剤構体１０６ａは、脱硫器構体からの脱硫燃料のすべてではなく、その一部が指標剤構体１０６ａへ送り出され、燃料の残る部分は熱交換器１０８に直接供給されるような燃料電池システムにおいて使用するのに適する。この場合、指標剤構体１０６ａを通過した後、燃料は、熱交換器１０８へ直接供給された残りの燃料部分と混合される。燃料電池システムのこの例示的な実施形態は、後に図３Ｂに関して更に詳細に説明される。
【００４５】
図３Ａは、脱硫器構体１０４を出た脱硫燃料のすべてが熱交換器１０８に供給される前に監視構体１０６の指標剤構体１０６ａを通って流れる図１の監視構体の第１の実施形態を示す概略図である。先に説明したように、指標剤構体１０６ａは、燃料中の硫黄含有化合物にさらされた場合に色を変える指標剤物質２０４を含み、指標剤物質の色の変化及び／又は色変化の速度は、指標剤物質における硫黄飽和度のレベル及び燃料中の硫黄破過濃度と直接関連づけられる。指標剤構体１０６ａの寸法及び指標剤物質の量は、燃料電池の種類及び構成並びに燃料電池で使用される燃料の種類に応じて異なる。例えば、先に実施例１において説明した指標剤構体は、燃料電池がHD-5プロパン燃料又は天然ガス燃料を使用して動作する３００ｋＷ溶融炭酸塩燃料電池である場合に図３Ａの監視構体においての使用に適する。
【００４６】
図３Ａに示されるように、監視構体１０６は、指標剤物質２０４の色及び指標剤物質２０４の色の変化のうち少なくとも一方を検出するセンサ構体１０６ｂを更に含む。例示的な本実施形態において、センサ構体１０６ｂは、指標剤物質の色を検出可能なフルカラー検出用光電センサを具備する。例えば、本実施形態において使用するには、Balluff社製造のフルカラー光電センサが適している。
【００４７】
図示されるように、センサ構体１０６ｂは、指標剤物質２０４を外から観察できるように透明である筐体２０２の外側壁に隣接して又はその付近に配置され、それにより、センサ１０６ｂは指標剤物質の色及び／又は色の変化を検出可能である。他の実施形態において、筐体２０２は不透明であり、指標剤物質２０４の色変化は、光ファイバケーブルによる光の伝送によって検出される。
【００４８】
更に、図示されるように、ある特定の実施形態において、センサ構体１０６ｂは複数のセンサ１０６ｂを含み、それらのセンサは、指標剤物質２０４を外から観察できるように透明である筐体２０２の外側壁に隣接して又はその付近に配置され且つ筐体２０２の長さに沿って所定の間隔で位置決めされて、指標剤構体１０６ａの長さに沿った指標剤物質の色変化２０４の進行及び／又は進行の速度を検出する。そのような実施形態において、センサ構体１０６ｂは、複数のセンサを使用して筐体２０２の長さに沿った各位置で色及び／又は色変化を検出し、制御装置５０１は、センサによる検出及び第１のセンサによる所定の色の検出から別のセンサによる所定の色の検出までに経過した時間に基づいて色変化の進行及び進行速度を判定する。従って、制御装置５０１は、燃料中に所定の濃度の硫黄含有化合物が現れる時点及び所定の長さの時間内で燃料中に所定の濃度の硫黄含有化合物が現れるか否かを判定できる。
【００４９】
以下に説明されるように、ある特定の実施形態において、監視構体１０６は、センサ構体の代わりに、指標剤物質の色の画像を取り込むカメラ又はウェブカムなどの画像撮像装置を含む。そのような実施形態において、画像撮像装置により取り込まれた画像は、監視構体の設置場所又は離れた場所においてオペレータにより検討され、オペレータは、検討した画像に基づいて燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在するか否かを判定する。
【００５０】
更に、図３Ａに示されるように、脱硫燃料が指標剤構体を通過した後、燃料は接続ライン１０７により第２の流量制御部材１０７ａを経て熱交換器１０８へ供給される。第２の流量制御部材１０７ａは、脱硫燃料の流量を制御する。先に図１に関して説明したように、燃料は熱交換器において予熱され、その後、処理構体及び燃料電池に供給される。
【００５１】
先に図１に関して説明したように、監視構体１０６、第２の燃料流量制御部材１０７ａ及び脱硫器構体１０４の動作は、制御装置５０１により制御される。制御装置５０１は、センサ構体１０６ｂにより検出された色及び／又は色変化及び色と硫黄破過濃度との相関に基づいて、脱硫燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在するか否かを判定する。燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在すると制御装置５０１が判定した場合、制御装置５０１は１つ以上の所定の動作を実行する。脱硫燃料中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在すると判定された場合に制御装置５０１により実行される所定の動作は、脱硫器構体１０４の脱硫器の交換又は再生が必要であることを示す信号を起動すること及び／又は燃料電池システムへの燃料の供給を減少し且つシステムの電力出力を低下することにより、システムの動作を低出力状態又は動作中待機状態にするように、燃料電池１１２への脱硫燃料の流れを阻止する又は脱硫燃料の流量を制限するために第２の燃料流量制御弁１０７ａを制御することを含む。前述のように、燃料が少なくとも１つの脱硫器を通って供給されている間に、その他の脱硫器のうち少なくとも１つが待機状態にあるように、脱硫器構体１０４が複数の脱硫器を含む場合、所定の破過濃度に達したと判定した後、制御装置５０１は、動作中の脱硫器を通過する燃料の流れを阻止し且つ待機モードにある他の脱硫器のうち少なくとも１つの脱硫器を通過するように燃料の流れを方向転換するために脱硫器構体１０４を制御する。この場合、制御装置は、先に動作していた脱硫器の交換又は再生が必要であることを示す信号を更に起動してもよい。
【００５２】
別の実施形態において、監視構体の指標剤構体が脱硫器構体からの脱硫燃料の一部を受け取るように、燃料電池システムの構成は変形される。図３Ｂは、監視構体２０６の第２の実施形態の概略図を示す。図示されるように、脱硫器構体１０４を出た脱硫燃料は、接続ライン１０７ｂを経て熱交換器１０８へ直接送り出される第１の燃料流れと、接続ライン１０７ｃを経て監視構体２０６の指標剤構体２０６ａへ送り出される第２の燃料流れとに分割される。指標剤構体２０６ａは、先に実施例２で説明した監視構体１０６において使用するための指標剤構体１０６ａと同一の構成を有してよい。
【００５３】
接続ライン１０７ｃを経て所定の量の燃料のみが所定の流量で指標剤構体２０６ａへ送り出されるように指標剤構体２０６ａに供給される燃料の流量を制御するために、定量弁又は流量制御弁などの流量制御部材１０７ｄが使用される。図３Ｂに示され且つ先に説明されたように、指標剤構体２０６ａは、燃料中の硫黄含有化合物にさらされた場合に色を変える指標剤物質２０４を含む。指標剤物質２０４の色の変化は、指標剤物質の硫黄飽和度のレベル及び脱硫燃料中の硫黄化合物の濃度と相関される。
【００５４】
指標剤構体２０６ａの寸法並びに指標剤物質の量及び種類は、燃料電池の構成及び燃料電池システムにおいて使用される燃料の種類に応じて異なる。本実施形態において、指標剤構体に供給されるのは脱硫燃料の一部のみであるので、指標剤構体２０６ａの寸法は、第１の実施形態における指標剤構体１０６ａの寸法よりはるかに小さくてもよい。指標剤構体２０６ａの寸法が小さいこと及び構体を通過する燃料の流量が脱硫燃料の一部のみであることによって、指標剤物質が色を変えるレベルまで硫黄含有化合物で十分に飽和されるのに要する時間が影響を受けるので、小型の指標剤構体２０６ａは所定の硫黄破過濃度が非常に低く、すなわち５０ｐｐｂであり、そのために脱硫燃料中の硫黄含有化合物の有無に対する監視構体の感度を更に高くする必要がある場合に使用されると特に有効である。
【００５５】
図３Ｂに示されるように、監視構体２０６は、指標剤構体２０６ａの指標剤物質２０４の色及び／又は色の変化を検出するセンサ構体２０６ｂを含む。第１の実施形態の場合と同様に、センサ構体２０６ｂは少なくとも１つの光電センサを具備する。光電センサは、指標剤物質の色及び色の変化を検出可能であり、本実施形態のセンサ構体において使用するには、Balluff社製造のフルカラー検出用光電センサが適する。センサ構体２０６ｂが指標剤物質２０４の色及び／又は色の変化を検出可能であるように、センサ構体２０６ｂは、指標剤物質２０４を観察できる指標剤構体２０６ａの透明筐体２０２の外側壁に隣接して又はその付近に配置される。他の実施形態において、センサ構体２０６ｂは、不透明な筐体２０２の境界内にある指標剤物質の色及び／又は色の変化を比色検出可能な少なくとも１つの光ファイバセンサを具備する。
【００５６】
いくつかの実施形態において、指標剤物質の色を示すために指標剤物質の画像を取り込むカメラ又はウェブカムなどの画像撮像装置がセンサの代わりに使用される。以下に更に詳細に説明されるように、画像撮像装置により取り込まれた画像は、その後、監視構体の設置場所にいるか又は遠隔場所にいるオペレータにより検討され、オペレータは燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在するか否かをそれらの画像に基づいて判定する。
【００５７】
図示されるように、ある特定の実施形態において、センサ構体２０６ｂは、指標剤物質２０４を観察できるように透明筐体２０２の外側壁に隣接して又はその付近に配置され且つ筐体２０２の長さに沿って所定の間隔で位置決めされた複数のセンサ２０６ｂを含み、センサ２０６ｂは、指標剤構体２０６ａの長さに沿った指標剤物質２０４の色変化の進行及び／又はその進行速度を検出する。先に図３Ａに関して説明したように、センサ構体２０６ｂは、筐体２０２の長さに沿った各位置の色及び／又は色変化を複数のセンサを使用して検出し、制御装置５０１は、センサの検出及び１つのセンサが所定の色を検出してから別のセンサが同一の又は他の類似する色変化を検出するまでに経過した時間に基づいて、色変化の進行及びその進行速度を判定する。
【００５８】
更に図３Ｂに示されるように、脱硫燃料の第２の流れが指標剤構体２０６ａを通過した後、燃料の第２の流れは、接続ライン１０７ｂにおいて第１の燃料流れと混合される。その後、混合された燃料流れは、第２の燃料流量制御部材１０７ａを経て熱交換器１０８へ送り出される。明瞭且つ簡略を期するために図示されてはいないが、接続ライン１０７ｃは、指標剤構体２０６ａの上流側又は下流側に、燃料流量制御部材１０７ｄにより接続ライン１０７ｃへ供給される燃料の量を制御するための流量送信機又はロトメータを含んでもよい。
【００５９】
先に図３Ａに関して説明した監視構体１０６の第１の実施形態の場合と同様に、第２の実施形態の監視構体２０６、第２の燃料流量制御弁１０７ａ及び脱硫器構体１０４の動作は、センサ構体２０６ｂによる検出に基づいて制御装置５０１により制御される。制御装置５０１は、指標剤構体２０６ａへ送り出される燃料の量を制御するように流量制御部材１０７ｄの動作を更に制御してもよい。
【００６０】
第１の実施形態の場合と同様に、制御装置５０１は、センサ構体２０６ｂにより検出された色及び／又は色変化並びに色と種々の硫黄破過濃度との相関に基づいて脱硫燃料中で所定の硫黄破過濃度に達したか否かを判定し、達していれば、制御装置は少なくとも１つの所定の動作を実行する。前述のように、制御装置５０１により実行される所定の動作は、脱硫器構体１０４の脱硫器の交換又は再生が必要であることを示すアラームなどの信号を起動するステップと、システムを低出力モード又は動作中待機モードにするように燃料電池１１２への燃料の流れを阻止又は制限するために第２の燃料流量制御弁１０７ａを制御するステップと、少なくとも１つの脱硫器を燃料が通過する間に、その他の脱硫器のうち少なくとも１つは待機状態にあるように脱硫器構体１０４が複数の脱硫器を含む場合、動作中の脱硫器を通過する燃料の流れを阻止し且つ待機モードにある他の脱硫器のうち少なくとも１つの脱硫器を通過するように燃料の流れを方向転換するために脱硫器構体１０４を制御することを含む。
【００６１】
上記の監視構体１０６の実施形態は燃料電池システムにおいて使用されるものとして説明され且つ図示されたが、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示されるような監視構体は、硫黄含有化合物及びその濃度の検出を必要とする他のシステム及び用途で使用されてもよいことが理解される。例えば、以上説明した監視構体は、製油所において石油の中に硫黄含有化合物が存在するか否か及び／又は硫黄含有化合物の濃度を判定するために使用されてもよい。更に、監視構体の用途は、燃料又は石油の中の硫黄含有化合物及び／又はその濃度の検出に限定されず、監視構体は、他の担体混合物における硫黄含有化合物及びその濃度を検出するために採用されてもよい。従って、上述の監視構体は、例えば分析試験室、環境分析及び他の多くの硫黄に関連する用途で使用するのに適する。
【００６２】
図１〜図３Ｂに示されるシステム１００は、指標剤構体と脱硫器構体とを組み合わせるように更に変形されてもよい。図４は、そのように変形されたシステム３００を示す。システム３００は複合脱硫器／指標剤構体３０４、センサ構体３０６ｂ及び制御装置６０１を含む。接続ライン３０３により脱硫器／指標剤構体３０４に接続された燃料供給源３０２からシステム３００に燃料が供給される。燃料供給源３０２から脱硫器／指標剤構体３０４に供給される燃料の流量を制御するために、流量制御弁などの流量制御部材３０３ａが使用されてもよい。
【００６３】
脱硫器／指標剤構体３０４は、吸着剤及び／又は吸収剤を含む１つ以上の吸着剤脱硫床及び／又は吸収剤脱硫床をそれぞれが具備する１つ以上の脱硫器と、指標剤物質を含む１つ以上の比色分析用床とを含む。脱硫器の構成は以下に更に詳細に説明される。脱硫器／指標剤構体３０４を通過している燃料の中に存在する硫黄含有化合物は、吸着剤脱硫床及び／又は吸収剤脱硫床を使用して、化学的又は物理的な吸着又は吸収により燃料から除去される。ある特定の実施形態において、指標剤物質は燃料中に存在する硫黄含有化合物を除去するために使用される。センサ構体３０６ａは、脱硫器／指標剤構体３０４を通過している燃料の中の硫黄含有化合物の有無、すなわち硫黄破過を検査するために燃料を監視し、且つ燃料中の硫黄含有化合物の濃度、すなわち硫黄破過濃度を検出する。
【００６４】
図４に示されるように、燃料電池システム３００は、センサ構体３０６ｂ及び脱硫器／指標剤構体３０４を少なくとも制御する制御装置５０１を更に含む。先に図１に示される第１の実施形態に関して説明したように、制御装置５０１は、センサ構体３０６ｂにより検出された硫黄破過及び／又は硫黄破過濃度に基づいて、燃料中に所定の硫黄破過又は硫黄破過濃度が存在するか否かを判定し、所定の硫黄破過又は硫黄破過濃度に達したと判定された場合、少なくとも１つの所定の動作を実行する。更に、先に説明したように、所定の動作のうち１つは、脱硫器／指標剤構体３０４の少なくとも１つの脱硫器の交換又は再生が必要であることを示すアラーム３３０などの信号を起動することを含む。脱硫器のうち少なくとも１つが待機中である間に別の脱硫器は動作するように、脱硫器／指標剤構体３０４が複数の脱硫器を含む場合、制御装置５０１により実行される所定の動作のうち１つは、動作中の別の脱硫器を通過する燃料の流れを阻止すること及び待機モードにある脱硫器のうち１つの脱硫器を通過するように燃料の流れを方向転換することを含む。最後に、更なる所定の動作は、出力発生を制限するか、あるいはシステム３００を０出力状態又は動作中待機モードにするように、燃料電池への燃料の流れを制限又は阻止することを含む。
【００６５】
以上説明した例示的な実施形態及び以下に続く説明において、硫黄破過濃度を検出するために、担体混合物中の硫黄含有化合物の濃度がセンサ構体３０６ｂにより監視されるものと仮定する。しかし、以上の説明及び以下に続く説明は、硫黄含有量、すなわち硫黄破過がセンサ構体１０６ｂにより監視されている場合にも同等に適用される。図１のシステムの場合と同様に、所定の硫黄破過濃度は一般に３０ｐｐｂｖ〜２００ｐｐｂｖの範囲である。
【００６６】
先に述べたように、ある特定の実施形態において、脱硫器／指標剤構体３０４は少なくとも１つの脱硫床及び少なくとも１つの指標剤床を含む複数の脱硫器を含み、脱硫器のうち少なくとも１つが動作している間に他の１つ以上の脱硫器は待機モードとなるように脱硫器が互いに結合される。「進み遅れ」システムとして配置された多数の脱硫器を含む脱硫器構体の一例は、本出願と同一の譲受人に譲渡された米国特許第７，０６３，７３２号公報に開示されており、この脱硫器構体は、脱硫器ごとに少なくとも１つの指標剤床を含むように変形されてもよい。そのような実施形態において、脱硫器構体３０４は、少なくとも１つの脱硫器を通して燃料の流れを供給するために１つ以上の燃料流量制御部材（簡略化のため図示せず）を含む。
【００６７】
それらの実施形態において、先に説明したように、センサ構体３０６ｂにより検出された硫黄破過濃度に基づいて、燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在すると制御装置が判定した場合、制御装置５０１は、動作中の脱硫器を通過する燃料の流れを阻止又は制限し且つ待機中の他の脱硫器のうち少なくとも１つの脱硫器を通過するように燃料の流れを方向転換するために脱硫器／指標剤構体３０４の燃料流量制御部材を制御する所定の動作を実行する。制御装置５０１は、先に動作していた脱硫器の交換及び再生が必要であることを示すアラームなどの信号を起動する所定の動作を更に実行してもよい。ある特定の実施形態において、先に動作していた脱硫器を通過する燃料の流れが阻止された場合又は先に動作していた脱硫器の再生が必要であることを示す信号が起動された場合、制御装置５０１は、先に動作していた脱硫器の吸着剤を再生することにより脱硫器を自動的に再生する所定の動作を更に実行する。
【００６８】
図４に示されるように、燃料電池システム３００は、脱硫器／指標剤構体３０４の下流側に、燃料電池３１２に供給される燃料の流量を制御する第２の燃料流量制御部材３０７ａを更に含む。ある特定の実施形態において、第２の燃料流量制御部材３０７ａは、センサ構体３０６ｂにより検出された硫黄破過濃度に基づいて制御装置５０１により制御される。特に、センサ構体３０６ｂによる検出に基づいて燃料中に硫黄破過濃度が存在すると制御装置５０１が判定した場合、燃料電池３１２に供給される燃料の量及びシステム３００により発生される電力の量を制限するように、制御装置５０１は、第２の燃料流量制御部材３０７ａを通過する燃料の流れを制限又は阻止するために第２の燃料流量制御部材３０７ａを制御する。そのような実施形態において、燃料中の所定の硫黄破過濃度に達した場合、制御装置５０１はシステムの動作を０出力モード又は動作中待機モードにするように第２の燃料流量制御部材３０７ａを制御してもよい。
【００６９】
図示されるように、燃料電池システム３００は、第２の燃料流量制御部材３０７ａの下流側にあって脱硫燃料を予熱する熱交換器３０８と、燃料を更に処理する燃料処理構体３１０と、アノード３１４及びカソード３１６を含む燃料電池３１２と、酸化構体３１８とを更に含む。脱硫器／指標剤構体３０４を通過した後、脱硫燃料は接続ライン３０７を使用して第２の燃料流量制御部材３０７ａを経て供給される。第２の燃料流量制御部材３０７ａを通過した脱硫燃料は熱交換器３０８へ供給され、熱交換器３０８において加熱加湿燃料を発生するために、燃料は水供給源３２２からの水と混合され且つ所定の温度まで加熱される。その後、加熱加湿燃料は、熱交換器３０８から接続ライン３０９を経て燃料処理構体３１０へ供給され、更に処理される。特に、処理構体３１０は、燃料から微量酸素成分を除去する脱酸素構体と、燃料電池３１２において使用するのに適する燃料を発生するために加熱加湿燃料の少なくとも一部を改質する前改質構体とを含んでもよい。
【００７０】
処理構体３１０により処理された燃料は、接続ライン３１１を経て燃料電池３１２のアノード３１４へ供給され、そこでカソード３１６を通って流れる酸化性ガスと電気化学的に反応して電力を発生する。使用済み燃料は、反応生成物及び未反応燃料を含むアノード排気物としてアノード３１４から排出され、酸化構体３１８へ供給される。酸化構体３１８において、使用済み燃料は、空気供給源３２０からの空気と混合され且つ燃焼されて、カソード３１６において使用するのに適する酸化性ガスを発生する。使用済み酸化性ガスは、カソード排出物としてカソード３１６から排出され、脱硫燃料及び水を予熱するために熱交換器３０８へ送り出されてもよい。いくつかの実施形態において、カソード排出物の一部はカソード３１６へ再循環される。
【００７１】
図５Ａ〜図５Ｃは、図４の脱硫器／指標剤構体３０４の３つの例示的な実施形態を示す詳細図である。複合脱硫器／指標剤構体３０４の第１の例示的な実施形態を示す図５Ａにおいて、構体３０４は、稼動中の燃料電池システム１００に指標剤構体を配置できるように構成された入口４０２ａ及び出口４０２ｂを有する筐体４０２を含む。通常、入口４０２ａ及び出口４０２ｂは、燃料電池システムの隣接するラインの雄継手と係合するように構成された雌継手であってもよい。脱硫器／指標剤構体３０４は、脱硫剤物質４０４と、比色分析用吸着剤である指標剤物質４０５とを更に含む。脱硫剤物質４０４及び指標剤物質４０５は共に筐体４０２により収納される。
【００７２】
筐体４０２は、指標剤物質４０５の特性の変化を検出可能であるように更に構成される。特に、筐体４０２は、センサ構体３０６ｂが指標剤物質の１つ以上の物理的特性の変化を検出可能であるように指標剤物質４０５の観察を可能にする手段を含む。いくつかの例示的な実施形態において、観察手段は、筐体４０２の外側から指標剤物質４０５を観察するための観察窓などの筐体４０２の透明又は半透明の窓から構成される。他の実施形態において、筐体４０２は外側筐体層と、外側筐体の内側に内側窓又は観察窓を形成するように透明又は半透明である指標剤物質４０５を収納する別の内側筐体層とを含む。いくつかの実施形態において、筐体４０２の外側から観察した場合に筐体４０２の中に収納された指標剤物質を観察できるように、筐体４０２は、石英、塩化ポリビニル（ＰＶＣ）プラスチック、ポリメタクリル酸メチルプラスチック又は他のアクリル酸塩、あるいはポリカーボネートなどの透明又は半透明の材料から形成される。
【００７３】
図示されるように、脱硫剤物質４０４は脱硫剤物質床の形で形成されてもよく、脱硫吸着剤を含む。しかし、脱硫剤物質４０４は燃料中の硫黄含有化合物を吸収する脱硫吸収剤を含んでもよいことが理解される。指標剤構体において使用される指標剤物質４０５は、指標剤床の形で形成されてもよく、硫黄含有化合物にさらされた場合に色などの少なくとも１つの物理的特性を変化させる物質を含む。図示される例示的な実施形態において、指標剤物質４０５は硫黄含有化合物にさらされた場合に色を変える比色分析用吸着剤を含む。先に図１及び図２に関して説明したように、適切な比色分析用吸着剤は、Tokyo Gas社より入手可能なFSK-A吸着剤、Molecular C-Chemより入手可能なAg400吸着剤、Tokyo Gas社より入手可能なTOSPIX 94吸着剤、BASF社より入手可能なF8-01（Desulf-2）吸着剤、Engelhard社（最近BASF社により買収された）製造のSelectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤、又はTDA Research社製造のSulfaTrapＴＭ-R6を含む。
【００７４】
比色分析用指標剤物質の色の変化は、燃料中の種々の硫黄破過濃度を示し且つ所定の硫黄破過濃度に対応する所定の色と相関される。従って、図４のセンサ構体３０６ｂは指標剤物質４０５の色及び色の変化のうち少なくとも一方を検出し、制御装置５０１は検出された色又は検出された色の変化を種々の硫黄破過濃度と相関し且つ燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在するか否かを判定する。ある特定の実施形態において、センサ構体３０６ｂは筐体４０２により収納された指標剤物質４０５の長さに沿って所定の間隔で配置された複数のセンサを含み、制御装置５０１は色変化の進行又は色変化の進行速度を判定し、従って、それに対応する硫黄破過濃度の進行速度を判定するために使用される。
【００７５】
図５Ａに示される第１の実施形態において、まず、化学的又は物理的な吸着又は吸収により燃料中の硫黄含有化合物を除去するために脱硫剤物質４０４を通して燃料が供給され、その後、燃料中に所定の濃度の硫黄破過が存在するか否かを判定するために比色分析用指標剤物質４０５を通して燃料が供給されるように、脱硫剤物質４０４及び比色分析用指標剤物質４０５は筐体４０２により収納される。いくつかの例示的な実施形態において、比色分析用指標剤物質４０５は、燃料が脱硫剤物質４０４を通って供給された後に脱硫燃料中の破過硫黄をすべて除去する比色分析用吸着剤を含む。従って、指標剤物質４０５は、破過硫黄が燃料電池に供給されるのを防止するための保護床として作用する。
【００７６】
筐体４０２の寸法、並びに脱硫剤物質４０４及び指標剤物質４０５の体積は、システム３００の燃料電池３１２の構成及びシステム３００に供給される燃料の種類に応じて異なる。特に、筐体４０２の所望の寸法、特に筐体の長さと直径との比、並びに筐体４０２に収納される脱硫剤物質４０４及び指標剤物質４０５の体積は、構体３０４を通過する燃料の局部流れを排除し且つ所定の表面速度範囲及び滞留時間範囲の中で燃料を通過させるように最適化される。前述のように、脱硫器／指標剤構体３０４を通って流れる燃料の所定の表面速度及び空間速度は、システム３００において使用される燃料の種類によって異なる。例えば、筐体の典型的な長さ対直径（Ｌ／Ｄ）比が３〜１０の範囲である場合、３５〜６００ ｌ／ｈｒの範囲の空間速度及び０．０６〜０．０９ｆｔ／ｓｅｃの範囲の表面速度が望ましい。所望の空間速度及び長さ対直径比を表すこれらの数値は、図５Ａ及び図５Ｂに示されるような筐体内部で組み合わされた２種類の吸着剤層、並びに図５Ｃに示されるような多重吸着剤層に関する。例えば、約１２．４インチの内径及び約６２インチの長さを有し、横断面面積は０．８４ｆｔ２であり、吸着剤の総体積は４．３ｆｔ３であり且つＬ／Ｄ比は５．０である脱硫器／指標剤構体３０４を通して４３ｓｃｆｍの流量で天然ガス燃料が供給される場合、６００ ｌ／ｈｒの空間速度及び０．９ｆｔ／ｓｅｃの表面速度という高い空間速度及び表面速度を実現できる。例えば、約２３．１インチの内径及び約７０インチの長さを有し、横断面面積は２．９ｆｔ２であり、吸着剤の総体積は１７ｆｔ３であり且つＬ／Ｄ比は３．０である脱硫器／指標剤構体３０４を通して１０ｓｃｆｍの流量でプロパンガス燃料が供給される場合、３５ ｌ／ｈｒの空間速度及び０．０６ｆｔ／ｓｅｃの表面速度という低い空間速度及び表面速度を実現できる。
【００７７】
図５Ｂは、図４のシステム３００の脱硫器／指標剤構体３０４の第２の実施形態を示す。図５Ａの第１の実施形態の場合と同様に、図５Ｂの脱硫器／指標剤構体３０４は、指標剤構体を稼動中の燃料電池システム３００の内部に配置できるように構成された入口４０２ａ及び出口４０２ｂを有する筐体４０２を含む。脱硫器／指標剤構体３０４は、指標剤床の形で設けられてもよい指標剤物質４０５と、脱硫剤物質床の形で設けられてもよい脱硫剤物質４０４とを更に含む。先に第１の実施形態に関して説明したように、指標剤構体は指標剤物質４０５の特性を検出可能であるように更に構成される。特に、筐体４０２は指標剤物質４０５を観察できるように透明又は半透明の材料から形成されるか、又は指標剤物質４０５の物理的特性のうち少なくとも１つの特性の変化をセンサ構体３０６ｂが検出可能であるような観察手段を含むかのいずれかである。観察手段は、筐体４０２の外側から指標剤物質４０５を観察できるようにするための筐体の少なくとも１つの観察窓、あるいは透明又は半透明の内側筐体層により形成された内側観察窓を具備してもよい。
【００７８】
図５Ｂに示される第２の実施形態において、入口４０２ａを経て構体３０４に流入した燃料が、まず指標剤物質４０５を通って供給されるように、指標剤物質４０５は筐体４０２の中に収納される。特に、指標剤物質４０５は、物理的又は化学的な吸着又は吸収により燃料中の硫黄含有化合物を除去する主吸着剤又は主吸収剤を含む。同時に、指標剤物質４０５が硫黄含有化合物にさらされた場合、その物理的特性のうち少なくとも１つの特性を変化させる。例示的な本実施形態において、指標剤物質４０５は、硫黄含有化合物にさらされた場合に硫黄含有化合物を吸着し且つ徐々に色を変える比色分析用吸着剤を含む。第１の実施形態の場合と同様に、適切な比色分析用吸着剤はFSK-A吸着剤、Ag400吸着剤、TOSPIX 94吸着剤、Selectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤、F8-01（Desulf-2）吸着剤又はSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤を含む。
【００７９】
指標剤物質の色及び／又は色の変化は、燃料中の硫黄濃度を示し且つ硫黄濃度に相関され、所定の１つの色は所定の硫黄濃度に対応する。指標剤物質４０５は主硫黄吸着剤又は主硫黄吸収剤であるので、指標剤物質４０５の色の変化は最も高い濃度の硫黄含有化合物にさらされる筐体の入口４０２ａ付近の指標剤物質の第１の端部４０５ａで最大になる。第１の端部４０５ａの反対側にあり、入口４０２ａから最も遠い位置にある第２の端部４０５ｂにおいて、指標剤物質４０５の色変化は最小になる。これは、第１の端部４０５ａに近接して配置された指標剤物質４０５により硫黄含有化合物の大半がすでに除去されてしまっているからである。
【００８０】
先に述べたように、図４のセンサ構体３０６ｂは、指標剤物質４０５の色及び色の変化のうち少なくとも一方を検出し、制御装置５０１は、検出された色及び／又は検出された色変化を燃料中の硫黄含有化合物の濃度と相関し、燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在するか否かを判定する。例示的な本実施形態において、燃料中の硫黄含有化合物の大半は第１の端部４０５ａに近接する指標剤物質４０５により除去され、第２の端部４０５ｂ又はその付近にある指標剤物質４０５の部分は脱硫が完了した燃料又はほぼ脱硫された状態の燃料にさらされるので、センサ構体３０６ｂは指標剤物質の第２の端部４０５ｂ又はその付近にある指標剤物質の色及び／又は色の変化を検出するのが望ましい。第１の実施形態の場合と同様に、いくつかの例示的な実施形態において、指標剤物質の色変化の進行又は進行速度並びにそれに対応した燃料中の硫黄破過濃度の進行及び進行速度を制御装置５０１が判定できるように、センサ構体３０６ｂは指標剤物質４０５の長さに沿って、すなわち第１の端部４０５ａから第２の端部４０５ｂまで所定の間隔で配置された複数のセンサを含む。
【００８１】
図５Ｂに示されるように、本実施形態における脱硫剤物質４０４は、燃料が指標剤物質４０５を通過した後に脱硫剤物質４０４を通って供給されるように筐体４０２により収納される。従って、脱硫剤物質４０４は、硫黄含有化合物が燃料電池に供給されるのを防止するために指標剤物質４０５から出た燃料の中の破過硫黄をすべて除去する保護床として作用する。第１の実施形態の場合と同様に、脱硫剤物質４０４は、燃料中の硫黄含有化合物を化学的又は物理的に吸着又は吸収する脱硫吸着剤又は脱硫吸収剤を含む。
【００８２】
前述のように、筐体４０２の寸法並びに脱硫剤物質及び指標剤物質４０５の体積は、燃料電池３１２の構成及びシステム３００に供給される燃料の種類に応じて異なる。
【００８３】
図４のシステム３００の脱硫器／指標剤構体３０４の第３の実施形態が図５Ｃに示される。図示されるように、脱硫器／指標剤構体３０４は、稼動中の燃料電池システム３００に指標剤構体を配設できるように構成された入口４０２ａ及び出口４０２ｂを有する筐体４０２を含む。構体３０４は、複数の脱硫剤物質床４０４として配置された脱硫剤物質と、複数の指標剤床４０５として配置された指標剤物質４０５とを更に含む。第１の実施形態及び第２の実施形態の場合と同様に、脱硫器／指標剤構体は指標剤物質４０５の特性を検出可能であるように更に構成される。特に、筐体４０２は、指標剤物質４０５を観察できるように透明又は半透明の材料から形成されるか、又は指標剤床の物理的特性のうち少なくとも１つの特性の変化をセンサ構体３０６ｂが検出可能であるようにするための観察手段を含む。特に、いくつかの例示的な実施形態において、筐体４０２は筐体４０２の外側から指標剤床４０５を観察できるように、１つ以上の観察窓などの筐体４０２に形成された１つ以上の透明又は半透明の窓を含む。他の例示的な実施形態において、筐体は外側筐体層と、透明又は半透明であり且つ外側筐体の中に１つ以上の内側窓又は観察窓を形成するように指標剤床４０５を収納する内側筐体層とを含み、指標剤物質４０５は、筐体４０２の面を通して監視されるか、あるいは指標剤物質４０５の色又は色の変化を伝送するための筐体内部の光ファイバケーブルによって監視されてもよい。
【００８４】
図５Ｃに示されるように、脱硫剤物質床４０４及び指標剤床４０５は、隣接する脱硫剤物質床４０４が少なくとも１つの指標剤床４０５により分離されるように配列される。図５Ｃは、入口４０２ａを経て筐体４０２に流入した燃料が指標剤床４０５を通過する前に、まず第１の脱硫剤物質床４０４を通り、燃料が出口４０２ｂから流出する前に最後の脱硫剤物質床４０４を通過するような構成を示すが、脱硫剤物質床４０４及び指標剤床４０５の配列が変更されてもよいことは理解される。従って、例えば、筐体４０２に流入した燃料は第１の脱硫剤物質床４０４を通過する前に、まず第１の指標剤床４０５を通ってもよく且つ／又は出口４０２ｂから流出する前に、燃料は最後の指標剤床４０５を通過してもよい。更に、脱硫剤物質床４０４及び指標剤床４０５の数及び大きさは単なる例であり、システム３００に供給される燃料及びシステム３００の構成に応じて変更されてもよい。また、例えば入口４０２ａに近接しているほうの脱硫剤物質床４０４が出口４０２ｂに近い脱硫剤物質床４０４より大きくなるように、各脱硫器／指標剤構体は、大きさの異なる脱硫剤物質床４０４及び／又は指標剤床４０５を含んでもよい。
【００８５】
各脱硫剤物質床４０４は、燃料中の硫黄含有化合物を化学的又は物理的に吸着又は吸収する吸着剤物質又は吸収剤物質を含む。各指標剤床４０５は、硫黄含有化合物にさらされた場合に色などの物理的特性のうち少なくとも１つの特性を変化させる指標剤物質を含む。例示的な本実施形態において、指標剤物質は硫黄含有化合物にさらされた場合に徐々に色を変える比色分析用吸着剤である。初めの２つの実施形態の場合と同様に、適切な比色分析用吸着剤は、Tokyo Gas社より入手可能なFSK-A吸着剤、Molecular C-Chem社より入手可能なAg400吸着剤、Tokyo Gas社より入手可能なTOSPIX 94吸着剤、Engelhard社（最近BASF社により買収された）製造のSelectra（登録商標） Sulf-X CNG-2吸着剤、BASF製造のF8-01（Desulf-2）吸着剤又はTDA Research製造のSulfaTrapＴＭ-R6吸着剤を含む。前述のように、F8-01（Desulf-2）吸着剤を指標剤物質として採用するある特定の実施形態において、F8-01（Desulf-2）吸着剤は、脱硫剤物質床４０４を形成するBASF社より入手可能なF3-01吸着剤などのDesulf-1吸着剤と共に使用されてもよい。
【００８６】
先に説明したように、指標剤物質の色の変化は、燃料中の様々に異なる硫黄破過濃度を示し且つそれらの硫黄破過濃度と相関され、所定の色は１つの所定の硫黄破過濃度に対応する。図５Ｃに示される脱硫器／指標剤構体を採用する図４の実施形態において、センサ構体３０６ｂは複数のセンサを含み、指標剤床の１つに対応する各センサは、各指標剤床４０５における指標剤物質の色及び色の変化のうち少なくとも一方を検出する。制御装置５０１は、検出された色又は検出された色変化を硫黄化合物の異なる濃度と相関し、その検出に基づいて複数の所定の場所のうち任意の１つの場所で燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在するか否かを判定する。制御装置５０１は、色変化の進行又は色変化の進行速度を判定し、それに対応する硫黄破過濃度の進行速度を判定するために使用されてもよい。
【００８７】
図５Ａ〜５Ｃに示される複合脱硫器／指標剤構体３０４の実施形態は単なる例であり、筐体内部における脱硫剤物質及び指標剤物質の配置は所望の動作及び硫黄破過検出を実現するように変更されてもよいことが理解される。更に、前述のように、脱硫器／指標剤構体３０４は図５Ａ〜図５Ｃに示されるように、燃料流量制御部材を使用して「進み遅れ」配列で並列に接続された複数の脱硫器を含んでもよい。その場合、脱硫器のうち少なくとも１つが動作中である間、他の少なくとも１つの脱硫器は待機モードにある。従って、燃料中に所定の濃度の硫黄破過が存在すると制御装置５０１が判定した場合、制御装置５０１は、動作中である少なくとも１つの脱硫器を通過する燃料の流れを阻止し且つ待機中である他の少なくとも１つの脱硫器を燃料が通過するように燃料の流れの方向を転換するために燃料流量制御部材を制御する。
【００８８】
指標剤構体１０６ａ、２０６ａ及び３０４における指標剤物質の特性の変化の検出はセンサにより実行されるものとして示されたが、システムのオペレータが指標剤構体を観察することにより特性の変化を検出可能であることは本発明の意図の範囲内である。観測された変化が硫黄破過又は破過濃度を示す場合、オペレータは、例えばアラームを鳴らすなどの所定の動作を実行できる。更に、図３Ｂのシステムにおいて、システム１００の動作中に時間的に間隔をおいて指標剤構体２０６ａを通過する燃料の流れが起こるように制御可能であることも本発明の意図の範囲内である。
【００８９】
先に述べたように、図３Ａ及び図３Ｂに示されるセンサ構体の代わりに、指標剤物質の画像を取り込み、それらの画像をオペレータステーション６１０にいるオペレータ６１０Ａへ中継するカメラ又はウェブカムなどの撮像装置が使用されてもよい。オペレータはそれらの画像を検討し、脱硫燃料の中に所定の硫黄破過濃度が存在するか否かを判定する。図６は、撮像装置を採用する監視構体のそのような一実施形態を示した概略図である。
【００９０】
図６に示されるように、監視構体６０６は、脱硫器６０４を出た脱硫燃料のすべて又は一部を受け入れるように構成された指標剤構体６０６ａと、少なくとも１つの画像撮像装置６０６ｂとを含む。指標剤構体６０６ａの構成は、図２に示され且つ先に説明された指標剤構体の構成とほぼ同一である。特に、指標剤構体６０６ａは、燃料中の硫黄含有化合物にさらされた場合に色を変える指標剤物質６０６ａ１と、指標剤物質６０６ａ１を収納する筐体６０６ａ２とを含む。画像撮像装置６０６ｂにより筐体６０６ａ２の中に収納された指標剤物質６０６ａ１を観察できるように、筐体６０６ａ２は透明であるか又は少なくとも１つの透明観察窓を含む。先に実施例１又は実施例２において説明した指標剤構体は、図６の監視構体において使用するのに適する。
【００９１】
画像撮像装置６０６ｂは、指標剤物質のカラー画像を取り込み且つ取り込まれた画像を遠隔場所のオペレータへ中継することが可能なカメラ又はウェブカムを具備する。画像撮像装置はＵＬ又はＣＳＡ公認であり、２４ＶＤＣ入力を含み且つ取り込み画像の遠隔場所からの閲覧又はアクセスが可能であるようにインターネットに接続できることが望ましい。例えば、オプションの一体型ＬＥＤリングを有するCognex Model 5100C 1/3”ＣＣＤカメラは、本実施形態において使用するのに適する画像撮像装置である。
【００９２】
図示されるように、画像撮像装置６０６ｂは、透明筐体６０６ａ２の外側壁に隣接して又はその付近に配置されるか、あるいは筐体の観察窓に隣接して又はその付近に配置される。画像撮像装置６０６ｂが指標剤物質６０６ａ１の画像を取り込み可能であるように、筐体又は観察窓を通して指標剤物質を観察できる。ある特定の実施形態において、監視構体６０６は、指標剤物質６０６ａ１を観察できる透明筐体６０６ａ２の外側壁に隣接して又はその付近に配置され且つ筐体６０６ａ２の長さに沿って所定の間隔で位置決めされた複数の画像撮像装置６０６ａ２を含む。複数の画像撮像装置６０６ｂは、透明筐体６０６ａ２の長さに沿った指標剤物質６０４の色変化の進行又は進行速度を示すように筐体の長さに沿って指標剤物質の画像を取り込む。
【００９３】
更に図６に示されるように、指標剤構体を通過した後、脱硫燃料は熱交換器６０８に向かう脱硫燃料の流れの流量を制御する第２の流量制御部材６０７ａを通過するように接続ライン６０７により供給される。別の実施形態において、脱硫燃料の第１の部分は指標剤構体を通過するが、残る脱硫燃料は接続ライン６０９を通って流れる。指標剤構体を通過した後、脱硫燃料の第１の部分は、第２の流量制御部材６０７ａを通過するように接続ライン６０７により供給され、その後ライン６０９の脱硫燃料部分と混合される。次に、混合された脱硫燃料は熱交換器６０８へ供給される。先に説明したように、脱硫燃料は熱交換器６０８において予熱され、その後処理構体及び燃料電池に供給される。監視構体６０６、燃料流量制御部材６０３ａ及び脱硫器構体６０４の動作は、制御装置５０１により制御されると共に、オペレータステーション６１０を介してオペレータ６０１Ａにより制御される。制御装置５０１は、直接接続、無線回路網、セキュリティ保護されたインターネット又はイントラネット接続又は他の任意の適切な回路網などの任意の適切な従来の通信手段６１１を使用して、画像撮像装置６０６ｂと通信している。オペレータステーション６１０のオペレータ６１０Ａも、従来の通信手段６１２を介して制御装置５０１及び／又は画像撮像装置６０６ｂと通信している。例えば、オペレータステーション６１０が遠隔場所にある場合、オペレータステーションにおいて画像撮像装置６０６ｂのＩＰアドレスをダイヤルすることによりオペレータ６１０Ａと画像撮像装置との接続が可能になるように、オペレータはセキュリティ保護されたインターネット又はイントラネット接続を介して制御装置５０１及び画像撮像装置６０６ｂと通信してもよい。また、図６に示されるように、オペレータ６１０Ａは、オペレータステーション６１０及び通信手段６１３を介して画像撮像装置６０６ｂと直接通信してもよい。更に、オペレータ６１０Ａが脱硫器６０４及び流量制御部材６０３ａを直接制御できるように、オペレータ６１０Ａは、オペレータステーション６１０及び通信手段６１４及び６１５を介して脱硫器構体６０４及び流量制御部材６０３ａと直接通信してもよい。
【００９４】
特に、画像撮像装置６０６ｂは、所定の時点で指標剤物質の画像を取り込むために直接制御されるか又は制御装置５０１を介して制御される。例示的な本実施形態において、所定の量の脱硫燃料に対して画像撮像装置６０６ｂが指標剤物質の少なくとも１つの画像を取り込むように、指標剤構体６０６ａを通過する脱硫燃料の量に基づいて判定された所定の時点で指標剤物質の少なくとも１つの画像を取り込むために画像撮像装置６０６ｂは制御される。指標剤構体６０６ａを通過する燃料の量は、第２の燃料流量制御部材６０７ａの一部である流量計を使用して測定されてもよい。他の実施形態において、制御装置５０１は、所定の時間間隔で指標剤物質の少なくとも１つの画像を取り込むように少なくとも１つの画像撮像装置６０６ｂを制御する。
【００９５】
画像撮像装置６０６ｂが指標剤物質６０４の少なくとも１つの画像を取り込んだ後、指標剤物質の少なくとも１つの画像は、オペレータステーション６１０へ直接供給されるか又は制御装置５０１を介して供給され、オペレータ６１０Ａは画像を検討する。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの画像が制御装置によりオペレータステーション６１０へ中継された場合、少なくとも１つの画像が供給されたことをオペレータに通知し且つオペレータにその少なくとも１つの画像を検討することを要求するために、制御装置５０１はアラームを更に起動する。ある特定の実施形態において、画像撮像装置６０６ｂが指標剤物質６０６ａ１の少なくとも１つの画像を取り込んだ場合、画像撮像装置６０６ｂの内部又は外部に設けられた記憶媒体（図面を簡略且つ明確にするために図示せず）に画像は格納され、オペレータ６１０Ａが画像を検討できる状態になっていること及びオペレータ６１０Ａが記憶媒体から画像をアクセス可能であることをオペレータに警告するために、制御装置５０１はアラームを起動する。オペレータは監視構体の付近にいてもよいし、あるいは遠隔場所にいてもよく、画像撮像装置により取り込まれた画像はオペレータステーション６１０にいるオペレータ６１０Ａへ供給されてもよいし、あるいはオペレータがオペレータステーション６１０から画像をアクセスし、検討してもよいことが理解される。
【００９６】
取り込まれた画像を受信又はアクセスした後、オペレータ６１０Ａは画像を検討し、画像中に示される指標剤物質の色及び／又は色変化及び色と硫黄破過濃度との相関に基づいて脱硫燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在するか否かを判定する。燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在するとオペレータ６１０Ａが判定した場合、オペレータ６１０Ａは、１つ以上の所定の機能を実行するようにオペレータステーションを介して制御装置５０１に命令する。いくつかの実施形態において、脱硫燃料中に所定の硫黄破過濃度が存在すると判定した後、オペレータ６１０Ａは、通信手段６１４及び６１５を介して制御装置５０１に１つ以上の所定の機能を実行させる代わりに、１つ以上の所定の機能の実行を直接開始してもよい。
【００９７】
脱硫燃料中に所定の濃度の硫黄含有化合物が存在するとオペレータ６１０Ａが判定した場合、制御装置５０１により実行されるか又はオペレータ６１０Ａにより直接開始される所定の動作は、脱硫器構体６０４の交換又は再生が必要であることを示す信号を起動すること及び／又はシステムへの燃料の供給を減少し且つシステムの出力を低下することによりシステムの動作を低出力状態又は動作中待機状態にするように燃料電池１１２への燃料の流れを阻止又は制限するために燃料流量制御弁６０３ａを制御することを含む。
【００９８】
先に説明したように、燃料が少なくとも１つの脱硫器を通過している間にその他の脱硫器のうち少なくとも１つの脱硫器が待機状態にあるように、脱硫器構体６０４が複数の脱硫器を含む場合、動作中の脱硫器を通過する燃料の流れを阻止し且つ待機モードにある他の脱硫器のうち少なくとも１つの脱硫器を通過するように燃料の流れを方向転換するために、オペレータ６１０Ａからの命令を受信した後に制御装置５０１が脱硫器構体６０４を制御するか、又はオペレータ６１０Ａが脱硫器構体６０４を直接制御する。この場合、制御装置５０１又はオペレータ６１０Ａは先に動作していた脱硫器の交換又は再生が必要であることを示す信号を更に起動してもよい。
【００９９】
尚、図１、図３Ａ、図３Ｂ、図４及び図６の実施形態で使用される制御装置５０１は、GE Fanuc製造の従来のＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ‐本質的に信頼性の高いロバストコンピュータ）であってもよい。実施形態に使用される制御プログラムは、同様にGE Fanuc社により製造され、産業オートメーションの目的でGE Fanuc社製ＰＬＣにおいて実現可能である「Versapro」と呼ばれるソフトウェア製品であってもよい。
【０１００】
いずれにせよ、以上説明した構成は、本発明の用途を表現する多くの可能な特定の実施形態の例を示しているにすぎないことが理解される。本発明の真の趣旨から逸脱せずに、本発明の原理に従って多くの多様な他の構成を容易に考案できる。例えば、硫黄破過濃度の更に精密な判定を実現し且つ監視構体の信頼性を向上するために、監視構体は、対応するセンサ構体と並列に且つ／又は直列に接続された複数の指標剤構体を含んでもよい。そのような構成において、監視構体の異なる指標剤構体においてそれぞれ異なる指標剤物質を使用することにより、硫黄破過濃度の判定の精度を更に改善してもよい。監視構体の中の指標剤構体の数及び配置を最適にするように、本発明の監視構体構成の種々の他の変形が実施されてもよい。更に、本発明の指標剤構体において、先に説明した指標剤物質の代わりに他の指標剤物質が使用されてもよい。
【図１】
2010534401.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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