(57)【要約】  燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出するための光学検出システムは、望ましくない成分が存在すると変色するように構成された感知材料と、感知材料の変色を示すように構成された少なくとも１つのセンサとを備える。このセンサは、対応する光源に結合される。感知材料、センサおよび光源はハウジングに封入される。
2017503174.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望ましくない成分を検出するための光学検出システムであって、
前記望ましくない成分が存在すれば変色するように構成された感知材料と、
前記感知材料の変色を示すように構成された少なくとも１つのセンサと、を備え、
前記感知材料、前記センサおよび光源は、ハウジング内に封入されるシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記ハウジングは、光に対して不透過性である外側を有し、
前記少なくとも１つのセンサは、対応する光源に結合されるシステム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記ハウジングは、白色の内側を有するシステム。
【請求項４】
請求項２記載のシステムにおいて、
複数のセンサおよび複数の光源をさらに備えるシステム。
【請求項５】
請求項２記載のシステムにおいて、
前記ハウジングは、光に対して不透過性である外部ケーシング内にさらに封入されるシステム。
【請求項６】
請求項２記載のシステムにおいて、
前記望ましくない成分が存在しても変色しない基準材料、および前記基準材料の変色を示すように構成されて光源に光学的に結合された基準センサをさらに備えるシステム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムにおいて、
前記感知材料および前記基準材料は、それぞれ基板上のペイントまたは染料を含み、
前記センサは、前記基板に面する光検出器を含み、
前記光源は、前記基板を照明するように構成されるシステム。
【請求項８】
請求項６記載のシステムにおいて、
前記感知材料は変色する粒子または顆粒から構成され、前記基準材料は基板上のペイントまたは染料から構成され、
前記センサは、前記基板および変色する顆粒に面する光検出器を含み、
前記光源は、前記基板および変色する粒子または顆粒を照明するように構成されるシステム。
【請求項９】
請求項６記載のシステムにおいて、
信号対雑音比を高めるために前記基準センサからの信号の値を前記センサからの信号の値から引くように構成されたプロセッサをさらに備えるシステム。
【請求項１０】
請求項６記載のシステムにおいて、
前記望ましくない成分が存在しないときの前記感知材料の色と前記基準材料の色とは実質的に同じであるシステム。
【請求項１１】
請求項７記載のシステムにおいて、
前記感知材料は、硫黄敏感な変色する化合物を含むシステム。
【請求項１２】
請求項１１記載のシステムにおいて、
前記基準材料は、硫黄敏感でない化合物を含むシステム。
【請求項１３】
請求項４記載のシステムにおいて、
前記センサの各々は、色敏感な光検出器を含む変色検出器を含むシステム。
【請求項１４】
請求項４記載のシステムにおいて、
前記複数のセンサの各々は、赤色センサ、緑色センサおよび青色センサを含むシステム。
【請求項１５】
請求項４記載のシステムにおいて、
前記前記望ましくない成分は前記燃料電池システムの入口燃料流中の硫黄または硫黄化合物を含み、前記センサおよび前記感知材料は燃料入口管路内または前記燃料電池システムのスリップストリーム管路内に配置されるシステム。
【請求項１６】
請求項４記載のシステムにおいて、
アラーム基準が満たされたときにアラーム信号を生成するように構成されたプロセッサをさらに備えるシステム。
【請求項１７】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記アラーム基準は、前記センサのうちのいずれかの絶対値がその較正済み値からプリセット値より大きく逸れたときに満たされるシステム。
【請求項１８】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記プロセッサは、前記感知材料の変色に対応する信号の信号対雑音比を高めるために信号平均値算出アルゴリズムを適用するように構成されるシステム。
【請求項１９】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記アラーム信号は、前記アラーム基準が所定の長さの時間にわたって満たされたときに生成されるシステム。
【請求項２０】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記アラーム信号は、センサ値が所定のアラーム値範囲内にあるときに生成されるシステム。
【請求項２１】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記アラーム基準は、前記センサのうちのいずれかの個々の値が所定の範囲外にあるときに満たされるシステム。
【請求項２２】
請求項１６記載のシステムにおいて、
各センサは、それ自身の所定の許容可能範囲を有するシステム。
【請求項２３】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記アラーム基準は、最小自乗法回帰係数がプリセット範囲外に出たときに満たされるシステム。
【請求項２４】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記アラーム基準は、センサ値の時間に関しての二次導関数がプリセット範囲外に出たときに満たされるシステム。
【請求項２５】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記アラーム基準は、センサ値の時間に関しての一次導関数がプリセット範囲外に出たときに満たされるシステム。
【請求項２６】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記アラーム基準は、センサ値の絶対値の合計がプリセット範囲外に出たときに満たされるシステム。
【請求項２７】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記プロセッサは、センサ信号変化の正および負の勾配を区別するように構成されるシステム。
【請求項２８】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記プロセッサは、前記センサの正および負の読み取り変化を区別するように構成されるシステム。
【請求項２９】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記プロセッサは、各々のセンサに対して異なるアラーム検出アルゴリズムを適用するように構成されるシステム。
【請求項３０】
請求項２９記載のシステムにおいて、
各々のセンサは、前記燃料電池システムの燃料入口管路に沿って異なる位置に配置されるシステム。
【請求項３１】
請求項２９記載のシステムにおいて、
前記アラーム検出アルゴリズムは、時間に関してのセンサ値変化の二次導関数がプリセット範囲外に出ること、時間に関してのセンサ値変化の一次導関数がプリセット範囲外に出ること、センサ値変化の絶対値の合計がプリセット範囲外に出ること、単一のセンサ値変化の最大絶対値がプリセット範囲外に出ること、最小自乗法回帰係数がプリセット範囲外に出ること、およびこれらの任意の組み合わせから成るグループから選択されるシステム。
【請求項３２】
燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出する方法であって、
前記望ましくない成分が存在すると変色するように構成された感知材料を備える光学検出システムを設けるステップと、
前記感知材料を光源からの光で照明するステップと、
センサを用いて前記感知材料において変色が起こっているか否かを判定するステップと、
前記感知材料において変色が起こっていると判定したことに応答して、前記燃料電池システムの燃料流中の望ましくない成分の存在を検出するステップと、
前記望ましくない成分の存在に基づいてアラーム基準が満たされたときにアラーム信号を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法において、
前記感知材料、前記センサ、および前記光源は、光に対して不透過性である外側を有するハウジング内に封入される方法。
【請求項３４】
請求項３３記載の方法において、
前記ハウジングは、白色の内側を有する方法。
【請求項３５】
請求項３２記載の方法において、
前記光学検出システムは、プロセッサおよび複数のセンサを含む方法。
【請求項３６】
請求項３３記載の方法において、
前記ハウジングは、光に対して不透過性である外部ケーシングにさらに封入される方法。
【請求項３７】
請求項３２記載の方法において、
光源に光学的に結合された基準センサにより、前記光学検出システムに含まれる基準材料の変色を示すステップをさらに含み、前記基準材料は前記望ましくない成分が存在しても変色しないように構成される方法。
【請求項３８】
請求項３７記載の方法において、
前記感知材料および前記基準材料はそれぞれ基板上のペイントまたは染料を含み、前記センサは前記基板に面する光検出器を含み、前記感知材料を照明するステップは前記基板を照明するステップを含む方法。
【請求項３９】
請求項３７記載の方法において、
前記感知材料の変色に対応する信号の信号対雑音比を高めるために、前記光学検出システムのプロセッサにより、前記センサからの信号の値から前記基準センサからの信号の値を引くステップをさらに含む方法。
【請求項４０】
請求項３７記載の方法において、
前記望ましくない成分が存在しないときの前記感知材料の色と前記基準材料の色とは実質的に同じである方法。
【請求項４１】
請求項３７記載の方法において、
前記感知材料は、硫黄敏感な変色化合物である方法。
【請求項４２】
請求項４１記載の方法において、
前記基準材料は、硫黄敏感でない化合物である方法。
【請求項４３】
請求項３５記載の方法において、
前記センサの各々は、色敏感な光検出器で構成された変色検出器である方法。
【請求項４４】
請求項３５記載の方法において、
前記複数のセンサは、少なくとも１つの赤色センサ、少なくとも１つの緑色センサ、および少なくとも１つの青色センサを含む方法。
【請求項４５】
請求項３５記載の方法において、
前記燃料電池システムの燃料流中の望ましくない成分の存在を検出するステップは前記燃料電池システムの入口燃料流中の硫黄を検出するステップを含み、前記センサおよび前記感知材料は燃料入口管路または前記燃料電池システムのスリップストリーム管路内に配置される方法。
【請求項４６】
請求項３２記載の方法において、
前記システムは、複数の光源をさらに含む方法。
【請求項４７】
請求項３２記載の方法において、
前記アラーム基準は、前記センサのうちのいずれかの絶対値がその較正済み値からプリセット値より大きく逸れたときに満たされる方法。
【請求項４８】
請求項３５記載の方法において、
信号対雑音比を高めるために前記感知材料の変色に対応する信号に対して、前記光学検出システムのプロセッサにより、信号平均値算出アルゴリズムを適用するステップをさらに含む方法。
【請求項４９】
請求項３５記載の方法において、
前記アラーム信号は、前記アラーム基準が所定の長さの時間にわたって満たされたときに生成される方法。
【請求項５０】
請求項３５記載の方法において、
前記アラーム信号は、センサ値が所定のアラーム値範囲内にあるときに生成される方法。
【請求項５１】
請求項３５記載の方法において、
前記アラーム基準は、前記センサのうちのいずれかの個々の値がプリセット範囲外に出たときに満たされる方法。
【請求項５２】
請求項３５記載の方法において、
各センサは、それ自身の許容可能な値の所定の範囲を有する方法。
【請求項５３】
請求項３５記載の方法において、
前記アラーム基準は、最小自乗法回帰係数がプリセット範囲外に出たときに満たされる方法。
【請求項５４】
請求項３５記載の方法において、
前記アラーム基準は、センサ値の時間に関しての二次導関数がプリセット範囲外に出たときに満たされる方法。
【請求項５５】
請求項３５記載の方法において、
前記アラーム基準は、センサ値の時間に関しての一次導関数がプリセット範囲外に出たときに満たされる方法。
【請求項５６】
請求項３５記載の方法において、
前記アラーム基準は、センサ値の絶対値の合計がプリセット範囲外に出たときに満たされる方法。
【請求項５７】
請求項３５記載の方法において、
前記感知材料において変色が起こっているか否かを判定するステップは、前記複数のセンサのうちの少なくとも１つについて、前記プロセッサにより、信号変化の正および負の勾配を区別するステップを含む方法。
【請求項５８】
請求項５７記載の方法において、
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つについて信号変化の正および負の勾配を区別するステップは、前記少なくとも１つのセンサからの値の時間に関しての二次導関数を前記プロセッサにより計算するステップを含む方法。
【請求項５９】
請求項５８記載の方法において、
計算された二次導関数がプリセット範囲外に出ているときに前記感知材料において変色が起こっていると判定するステップをさらに含む方法。
【請求項６０】
請求項３５記載の方法において、
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つについて値の正および負の読み取り変化を前記プロセッサにより区別するステップをさらに含む方法。
【請求項６１】
請求項３５記載の方法において、
前記プロセッサにより前記複数のセンサの各々に対して異なるアラーム検出アルゴリズムを適用するステップをさらに含み、前記複数のセンサの各々は前記燃料電池システムの燃料入口管路に沿って異なる位置に配置される方法。
【請求項６２】
請求項６１記載の方法において、
前記アラーム検出アルゴリズムは、時間に関してのセンサ値変化の二次導関数がプリセット範囲外に出ること、時間に関してのセンサ値変化の一次導関数がプリセット範囲外に出ること、センサ値変化の絶対値の合計がプリセット範囲外に出ること、単一のセンサ値変化の最大絶対値がプリセット範囲外に出ること、最小自乗法回帰係数がプリセット範囲外に出ること、およびこれらの任意の組み合わせから成るグループから選択される方法。
【請求項６３】
請求項６１記載の方法において、
前記センサからの信号は、流れ媒体流量、流れ媒体圧力、流れ媒体温度、センサ温度、および流れ媒体湿度のうちの１つ以上から選択された現行の動作条件に基づいて正規化される方法。
【請求項６４】
請求項３２記載の方法において、
前記燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに流体的に接続された燃料処理モジュールとを備え、
前記燃料処理モジュールは、主収着剤ベッドと、予備収着剤ベッドと、前記予備収着剤ベッドへの燃料の流れを制御するように構成されたバルブとを含み、
前記バルブは、前記アラーム信号が生成されていないときには燃料の流れの全部または大部分に前記主収着剤ベッドを通過させ、
前記バルブは、前記アラーム信号が生成されているときには全ての燃料の流れまたはより多くの燃料の流れに前記予備収着剤ベッドを通過させるように構成される方法。
【請求項６５】
燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出する方法であって、
時間の経過に連れて前記燃料電池システムの燃料電池スタックにより使用される燃料の量を監視するステップであって、時間の経過に連れて使用される燃料の量に基づいて燃料流量が計算されるステップと、
時間の経過に連れて前記燃料電池スタックの電圧出力を測定するステップと、
所与の計算された燃料流量の期間中に電圧出力が少なくとも５％の電圧低下を示すか否かを判定するステップと、
計算された燃料流量がほぼ一定である期間中に電圧出力が少なくとも５％の電圧低下を示すと判定したことに応答して、前記望ましくない成分の存在を信号するアラームを生成するステップと、
を含む方法。
【請求項６６】
請求項６５記載の方法において、
計算された燃料流量がほぼ一定である期間中に電圧出力が振動する電圧を示すか否かを判定するステップと、
計算された燃料流量がほぼ一定である期間中に電圧出力が振動する電圧を示すことに応答して、アラームを生成するステップと、
をさらに含む方法。
【請求項６７】
請求項６５記載の方法において、
前記電圧出力が少なくとも５％の電圧低下を示すか否かを判定するステップは、
電圧出力値の時間に関しての一次導関数が負の値を含む所定のしきい値より低くなることと、
電圧出力値の時間に関しての一次導関数の勾配の変化であって、正の勾配から負の勾配または負の勾配から正の勾配への切り替わりを含む変化と、
から成るグループから選択されたアラーム検出アルゴリズムを適用するステップを含む方法。
【請求項６８】
燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出する方法であって、
前記望ましくない成分が存在すると変色するように構成された感知材料と、前記感知材料の変色を示すように構成された少なくとも１つの成分センサと、前記望ましくない成分が存在しても変色しないように構成された基準材料と、前記基準材料の変色を示すように構成された基準センサとを備える光学検出システムを設けるステップと、
前記感知材料と前記基準材料との変色の差に基づいて前記燃料電池システムの燃料流中の望ましくない成分を検出するステップと、
アラーム基準が満たされたときにアラーム信号を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項６９】
請求項６８記載の方法において、
前記少なくとも１つの成分センサと前記基準センサとはそれぞれ光源に結合され、前記感知材料と、前記成分センサと、前記基準材料と、前記基準センサと前記光源とはハウジングに封入される方法。
【請求項７０】
請求項６９記載の方法において、
前記ハウジングは、光に対して不透過性である外側を有する方法。
【請求項７１】
請求項６９記載の方法において、
前記ハウジングは、白色の内側を有する方法。
【請求項７２】
請求項６８記載の方法において、
前記光学検出システムは、複数の成分センサと、対応する光源とを含む方法。
【請求項７３】
請求項６８記載の方法において、
前記感知材料の変色に対応する信号について信号対雑音比を高めるために前記少なくとも１つの成分センサからの信号の値から前記基準センサからの信号の値を引くステップをさらに含む方法。
【請求項７４】
燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出するための光学検出システムであって、
前記望ましくない成分が存在すると変色するように構成された感知材料と、
前記感知材料の変色を示すように構成され、対応する光源に結合された少なくとも１つのセンサと、
前記望ましくない成分が存在しても変色しない基準材料と、
前記基準材料の変色を示すように構成され、光源に光学的に結合された基準センサと、
を備えるシステム。
【請求項７５】
請求項７４記載のシステムにおいて、
前記感知材料、前記センサ、前記基準材料、前記基準センサおよび前記光源は、ハウジングに封入されるシステム。
【請求項７６】
請求項７５記載のシステムにおいて、
前記ハウジングは、光に対して不透過性である外側を有するシステム。
【請求項７７】
請求項７５記載のシステムにおいて、
前記ハウジングは、白色の内側を有するシステム。
【請求項７８】
燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出する方法であって、
前記望ましくない成分が存在すると変色するように構成された感知材料と、赤色センサ、緑色センサおよび青色センサを含む少なくとも１つのセンサと、各色センサからの色値を受け取るように構成されたプロセッサとを備える光学検出システムを設けるステップと、
各色センサから個々の値を前記プロセッサに送るステップと、
アラーム基準が満たされたときにアラーム信号を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項７９】
請求項７８記載の方法において、
前記燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに流体的に接続された燃料処理モジュールとを備え、
前記燃料処理モジュールは、主収着剤ベッドと、予備収着剤ベッドと、前記予備収着剤ベッドへの燃料の流れを制御するように構成されたバルブとを含み、
前記バルブは、前記アラーム信号が生成されていないときには燃料の流れの全部または大部分に前記主収着剤ベッドを通過させ、
前記バルブは、前記アラーム信号が生成されているときには全ての燃料の流れまたはより多くの燃料の流れに前記予備収着剤ベッドを通過させる方法。
【請求項８０】
請求項７８記載の方法において、
平均値信号を計算するために全てのセンサの個々の値を組み合わせるステップをさらに含む方法。
【請求項８１】
請求項７８記載の方法において、
前記アラーム基準は、センサ値の絶対値の合計がプリセット値を超えたとき、センサ値の時間に関しての二次導関数がプリセット範囲外に出たとき、またはセンサ値の時間に関しての一次導関数がプリセット値を超えたときに満たされる方法。
【請求項８２】
燃料電池システムであって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに流体的に接続された燃料処理モジュールであって、
主収着剤ベッドと、
予備収着剤ベッドと、
前記予備収着剤ベッドへの燃料の流れを制御するように構成されたバルブと、
前記主収着剤ベッドにおける突破イベントを検出するための検出器と、を備える燃料処理モジュールと、を備え、
前記バルブは、燃料の流れの全部または大部分に前記主収着剤ベッドを通過させるように構成され、突破イベントが検出されると前記バルブは全ての燃料の流れまたはより多くの燃料の流れに前記予備収着剤ベッドを通過させるように構成されるシステム。
【請求項８３】
請求項８２記載のシステムにおいて、
前記バルブは、突破イベントを検出する前は燃料の流れの小部分に前記予備収着剤ベッドを通過させるとともに燃料の流れの大部分に前記主収着剤ベッドを通過させるように構成されるシステム。
【請求項８４】
請求項８３記載のシステムにおいて、
前記バルブは、前記主収着剤ベッドにおいて突破イベントを検出したことに応答して、燃料の流れの全部または大部分に前記予備収着剤ベッドを通過させるとともに燃料の流れのゼロ部分または小部分に前記主収着剤ベッドを通過させるように構成されるシステム。
【請求項８５】
請求項８２記載のシステムにおいて、
前記バルブは、突破イベントを検出する前は全ての燃料の流れに前記主収着剤ベッドを通過させるように構成されるシステム。
【請求項８６】
請求項８５記載のシステムにおいて、
前記バルブは、前記主収着剤ベッドにおいて突破イベントを検出したことに応答して、燃料の流れの全部または大部分に前記予備収着剤ベッドを通過させるとともに燃料の流れのゼロ部分または小部分に前記主収着剤ベッドを通過させるように構成されるシステム。
【請求項８７】
請求項８２記載のシステムにおいて、
前記予備収着剤ベッドは、前記燃料処理モジュールの外側にあって、前記主収着剤ベッドより大きく、また定期的にバイパスされるシステム。
【請求項８８】
請求項８２記載のシステムにおいて、
前記検出器は、燃料電池スタック性能監視システム、変色検出器、抵抗変化検出器、および人工鼻のうちの少なくとも１つであるシステム。
【請求項８９】
請求項８８記載のシステムにおいて、
前記検出器は前記燃料電池スタック性能監視システムであり、前記燃料電池スタック性能監視システムは燃料電池スタック電圧が少なくとも５％低下したときに突破イベントを検出するシステム。
【請求項９０】
請求項８２記載のシステムにおいて、
前記主収着剤ベッドおよび前記予備収着剤ベッドは、流体的に直列に接続されるシステム。
【請求項９１】
請求項８２記載のシステムにおいて、
前記主収着剤ベッドおよび前記予備収着剤ベッドは、流体的に並列に接続されるシステム。
【請求項９２】
燃料電池システムであって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに流体的に接続された燃料制御バルブと、
前記燃料電池スタックおよび前記燃料制御バルブに流体的に接続された燃料処理モジュールと、
変色検出器、電気抵抗検出器、人工鼻検出器のうちの少なくとも１つを含む検出器と、を備え、
前記検出器が燃料流中にしきい値レベルより多い望ましくない成分を検出したことに応答して、前記燃料制御バルブが構成を変えるかあるいは前記燃料電池スタックが運転停止されるシステム。
【請求項９３】
請求項９２記載のシステムにおいて、
望ましくない成分データベースをさらに備え、前記データベースは、或る量の望ましくない成分が前記燃料電池システム中に存在することまたは或るタイプの望ましくない成分が前記燃料電池システム中に存在することのうちの少なくとも一方を判定するために使用されるシステム。
【請求項９４】
請求項９２記載のシステムにおいて、
中間消尽検出器をさらに備え、前記中間消尽検出器は、前記燃料処理モジュール内に位置して前記燃料処理モジュールの中の収着剤ベッドの部分的消尽を検出するシステム。
【請求項９５】
請求項９２記載のシステムにおいて、
前記検出器は、前記燃料処理モジュールの上流側に位置するシステム。
【請求項９６】
請求項９２記載のシステムにおいて、
前記検出器は、前記燃料処理モジュールの中または下流側に位置するシステム。
【請求項９７】
請求項９２記載のシステムにおいて、
前記望ましくない成分を検出すると、前記燃料制御バルブは、異なる燃料源を選択すること、前記燃料電池スタックへの燃料の流れを遮断すること、前記燃料電池スタックへの燃料の流れを減らすこと、または前記燃料処理モジュールの中の前記収着剤ベッド間の燃料の流れを変化させることのうちの少なくとも１つを実行するように構成されるシステム。
【請求項９８】
燃料電池システムにおいて予備収着剤ベッドへの燃料の流れを制御する方法であって、
主収着剤ベッドにおける突破イベントを、燃料の全部または大部分が前記主収着剤ベッドを通って燃料電池スタックへ流れる場合に検出するステップと、
前記主収着剤ベッドにおける突破イベントを検出するステップに応答して、ゼロ燃料または燃料の小部分に前記主収着剤ベッドを通過させるステップと、
を含む方法。
【請求項９９】
請求項９８記載の方法において、
前記突破イベントを検出するステップの前は燃料の流れの小部分に前記予備収着剤ベッドを通過させるとともに燃料の流れの大部分に前記主収着剤ベッドを通過させるステップをさらに含む方法。
【請求項１００】
請求項９９記載の方法において、
前記主収着剤ベッドにおける突破イベントを検出するステップに応答して、燃料の流れの全部または大部分に前記予備収着剤ベッドを通過させるステップをさらに含む方法。
【請求項１０１】
請求項９８記載の方法において、
前記主収着剤ベッドにおける突破イベントを検出するステップの前は全ての燃料の流れに前記主収着剤ベッドを通過させる方法。
【請求項１０２】
請求項１０１記載の方法において、
前記主収着剤ベッドにおける突破イベントを検出するステップに応答して、燃料の流れの全部または大部分に前記予備収着剤ベッドを通過させるとともに燃料の流れのゼロ部分または小部分に前記主収着剤ベッドを通過させるステップをさらに含む方法。
【請求項１０３】
請求項９８記載の方法において、
燃料の流れの少なくとも一部分に前記予備収着剤ベッドを通過させるステップと、
前記予備収着剤ベッドを定期的にバイパスさせるステップと、をさらに含み、
前記予備収着剤ベッドは、燃料処理モジュールの外側にあって前記主収着剤ベッドより大きい方法。
【請求項１０４】
請求項９８記載の方法において、
前記主収着剤ベッドにおける突破イベントを検出するステップは、燃料電池スタック性能監視システム、変色検出器、抵抗変化検出器、および人工鼻のうちの少なくとも１つを用いて突破イベントを検出するステップを含む方法。
【請求項１０５】
請求項１０４記載の方法において、
前記主収着剤ベッドにおける突破イベントを検出するステップは、前記燃料電池スタック性能監視システムおよび燃料電池スタック電圧の少なくとも５％の低下を用いて検出するステップを含む方法。
【請求項１０６】
請求項９８記載の方法において、
前記燃料は、流体的に前記予備収着剤ベッドと直列に接続された前記主収着剤ベッドを通って流れる方法。
【請求項１０７】
請求項９８記載の方法において、
前記燃料は、流体的に前記予備収着剤ベッドと並列に接続された前記主収着剤ベッドを通って流れる方法。
【請求項１０８】
燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出する方法であって、
燃料電池スタックに入る燃料の流れの中のしきい値レベルより多い望ましくない成分を、変色検出器、電気抵抗検出器、および人工鼻検出器のうちの少なくとも１つを用いて検出するステップと、
前記しきい値レベルより多い望ましくない成分を検出するステップに応答して、前記燃料電池スタックを運転停止させるステップおよび燃料の流れの少なくとも一部分に異なる収着剤ベッドを通過させるステップのうちの少なくとも１つを実行するステップと、
を含む方法。
【請求項１０９】
請求項１０８記載の方法において、
或る量の望ましくない成分が燃料の流れの中に存在するかまたは或るタイプの望ましくない成分が燃料の流れの中に存在するかのうちの少なくとも一方を望ましくない成分データベースを用いて判定するステップをさらに含む方法。
【請求項１１０】
請求項１０８記載の方法において、
少なくとも１つの収着剤ベッドを含む燃料処理モジュールの上流側で望ましくない成分を検出するステップをさらに含む方法。
【請求項１１１】
請求項１０８記載の方法において、
少なくとも１つの収着剤ベッドを含む燃料処理モジュールの中でまたは下流側でしきい値レベルより多い望ましくない成分を検出するステップをさらに含む方法。
【請求項１１２】
請求項１０８記載の方法において、
異なる燃料源を選択すること、燃料電池スタックへの燃料の流れを遮断すること、前記燃料電池スタックへの燃料の流れを減らすこと、または収着剤ベッド間の燃料の流れを変化させることのうちの少なくとも１つを実行するステップをさらに含む方法。
【請求項１１３】
燃料電池スタックに流体的に接続される燃料処理モジュールにおいて収着剤ベッドの健全性を検出する方法であって、
前記収着剤ベッドを通って流れる燃料の総量の前記燃料処理モジュールの少なくとも１つのセンサを通って流れる燃料の総量に対する比に基づいて流量比を計算するステップであって、前記少なくとも１つのセンサは前記収着剤ベッドを出る望ましくない成分を検出することができるステップと、
計算された流量比に基づいて許容可能なセンサ値範囲を決定するステップと、
前記センサ値が計算された流量比について許容可能な範囲の外に出た場合にはアラームをトリガするステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムにおける望ましくない成分を示すための構造および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連特許出願の相互参照
本願は、その全体が本願明細書において参照により援用されている、「燃料電池システムにおける望ましくない成分を示すための構造および方法」という２０１４年１月６日に出願された米国仮特許出願第６１／９２３，８８６号明細書（特許件文献１）に対する優先権の利益を主張する。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）システムなどの燃料電池システムの信頼性は、燃料流の中の望ましくない成分の存在および濃度に大きく依存する。水分、酸素、シロキサン、および硫黄（硫黄化合物を含む）などの望ましくない成分は、燃料電池スタックの性能を低下させ、効率の低下および費用のかかる交換という結果をもたらす回復不能なダメージの原因となることがある。特に、燃料として天然ガスを使用するとき、燃料電池システムは、例えば硫黄および硫黄化合物、シロキサン、水分などを除去するためにガス浄化を必要とする。燃料を収着剤ベッドに通すことは、燃料電池で使用する前の燃料から天然ガスを浄化する１つの方法である。しかし、収着剤ベッド（例えば、脱硫吸着ベッド）は有限の寿命を有し、いったん収着剤ベッドが消尽されてしまえば、硫黄は吸収されずに収着剤ベッドを通過して燃料電池スタックに到達し、永久的なダメージを引き起こす可能性がある。収着剤ベッドが消尽される前に交換されたとしても、収着剤ベッドには十分に活用されていない部分が存在することがあって、収着剤ベッド交換のコストを高める。さらに、ガス浄化収着剤ベッドによって濾過されない他の望ましくない成分は、燃料電池スタックに対するダメージを引き起こしてその運転寿命を縮めることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／９２３，８８６号明細書
【特許文献２】米国特許第８，６５２，６９７号明細書
【発明の概要】
【０００５】
種々の実施形態が、燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出するための光学検出システムを提供する。その光学検出システムは、望ましくない成分が存在すると変色するように構成された感知材料と、感知材料の変色を示すように構成された少なくとも１つのセンサとを備えることができ、その感知材料およびセンサはハウジングに封入される。
【０００６】
いくつかの実施形態は、望ましくない成分が存在すると変色するように構成された感知材料を含む光学検出システムを提供することによって、燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出する方法を提供する。このような実施形態の方法は、感知材料を光源からの光で照明するステップと、センサを用いて感知材料において変色が起こっているか否かを判定するステップと、感知材料において変色が起こっていると判定するステップに応答して、燃料電池システムの燃料流の中の望ましくない成分の存在を検出するステップと、望ましくない成分の存在に基づいてアラーム基準が満たされたときにアラーム信号を生成するステップとを含むことができる。
【０００７】
このような実施形態の方法は、感知材料の変色を示すように構成された少なくとも１つの成分センサと、望ましくない成分が存在しても変色しないように構成された基準材料と、基準材料の変色を示すように構成された基準センサとをも備える光学検出システムを設けるステップを含むことができる。このような実施形態の方法は、感知材料の変色と基準材料との差に基づいて燃料電池システムの燃料流の中の望ましくない成分を検出するステップと、アラーム基準が満たされたときにアラーム信号を生成するステップとを含むことができる。
【０００８】
種々の実施形態の光学検出システムにおいて、センサを対応する光源に接続することができる。このような実施形態の光学検出システムは、望ましくない成分が存在しても変色しない基準材料と、基準材料の変色を示すように構成された基準センサとをも備えることができ、基準センサは光学的に光源に接続される。
【０００９】
このような実施形態の方法は、赤色センサ、緑色センサおよび青色センサを含む少なくとも１つのセンサと、各色センサからの色値を受け取るように構成されたプロセッサとをも備える光学検出システムを設けるステップを含むことができる。このような実施形態の方法は、各色センサからの個々の値をプロセッサに送るステップと、アラーム基準が満たされたときにアラーム信号を生成するステップとを含むことができる。
【００１０】
種々の実施形態は、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに流体的に接続された燃料処理モジュールとを備える燃料電池システムを含むことができる。燃料処理モジュールは、主収着剤ベッドと、予備収着剤ベッドと、予備収着剤ベッドへの燃料の流れを制御するように構成されたバルブと、主収着剤ベッドにおける突破イベントを検出するための検出器とを含むことができる。いくつかの実施形態では、バルブは、燃料の流れの全部または大部分に主収着剤ベッドを通過させるように構成され、突破イベントが検出されるとバルブは燃料の流れの全部またはより多くの燃料の流れに予備収着剤ベッドを通過させるように構成される。
【００１１】
このような実施形態の方法は、変色検出器、電気抵抗検出器、および人工鼻検出器のうちの少なくとも１つを用いて、燃料電池スタックに入る燃料の流れの中のしきい値レベルより多い望ましくない成分を検出することによって燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出するステップと、しきい値レベルより多い望ましくない成分を検出するステップに応答して、燃料電池スタックを運転停止させるステップおよび燃料の流れの少なくとも一部分に異なる収着剤ベッドを通過させるステップのうちの少なくとも１つを実行するステップとを含むことができる。
【００１２】
本願明細書に組み込まれてこの明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施例を説明し、前述した一般的な記述および以下の詳細な説明とともに本発明の特徴を説明するのに役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】典型的な実施形態に従う燃料電池システムのための回転可能な収着剤ベッドアセンブリの等角図を示す。
【図１Ｂ】典型的な実施形態に従う図１Ａの収着剤ベッドアセンブリのための収着剤ベッドの等角図を示す。
【図１Ｃ】典型的な実施形態に従う図１Ｂの収着剤ベッドの平面図である。
【図１Ｄ】典型的な実施形態に従う内部チャンバを示すために頂部が除去されている図１Ｂの収着剤ベッドの等角図を示す。
【図１Ｅ】典型的な実施形態に従う内部チャンバを示すために頂部が除去されている図１Ｂの収着剤ベッドの平面図を示す。
【図２】典型的な実施形態に従う図１Ａの回転可能な収着剤ベッドアセンブリの収着剤ベッドのための接続を略図示する。
【図３Ａ】直列に接続された主収着剤ベッドおよび予備収着剤ベッドを有する収着剤ベッドアセンブリを示し、ここで燃料電池スタックの性能は予備収着剤ベッドの使用に影響を及ぼすことができる。
【図３Ｂ】直列に接続された主収着剤ベッドおよび予備収着剤ベッドを有する収着剤ベッドアセンブリを示し、ここで主収着剤ベッドの下流側にある検出器は予備収着剤ベッドの使用に影響を及ぼすことができる。
【図３Ｃ】直列に接続された主収着剤ベッドおよび予備収着剤ベッドを有する収着剤ベッドアセンブリを示し、ここで主収着剤ベッド上に置かれた１つ以上の検出器は予備収着剤ベッドの使用に影響を及ぼすことができる。
【図３Ｄ】直列に接続された複数の収着剤ベッドを有する収着剤ベッドアセンブリを示し、最後の主収着剤ベッドの後の検出器と燃料電池スタックの性能とは予備収着剤ベッドの使用に影響を及ぼすことができる。
【図３Ｅ】直列に接続された複数の収着剤ベッドを有する収着剤ベッドアセンブリを示し、サブシステムにおいて動作する検出器は予備収着剤ベッドの使用に影響を及ぼすことができる。
【図３Ｆ】サブシステムにおいて動作する検出器が予備収着剤ベッドの使用に影響を及ぼすことができる構成で接続された複数の収着剤ベッドを有する収着剤ベッドアセンブリを示す。
【図４Ａ】並列に接続された複数の収着剤ベッドを有する収着剤ベッドアセンブリを示し、ここで燃料電池スタックの性能が予備収着剤ベッドおよび主収着剤ベッドへの燃料の流れに影響を及ぼすことができる。
【図４Ｂ】並列に接続された複数の収着剤ベッドを有する収着剤ベッドアセンブリを示し、ここで検出器が予備収着剤ベッドおよび主収着剤ベッドへの燃料の流れに影響を及ぼすことができる。
【図４Ｃ】主収着剤ベッドおよび／または予備収着剤ベッド上に置かれた１つ以上の検出器がどちらの収着剤ベッドの使用にも影響を及ぼし得ることを除いて図４Ｂと同様の、収着剤ベッドアセンブリを示す。
【図４Ｄ】並列に接続された複数の収着剤ベッドと検出器とを有する収着剤ベッドアセンブリを示し、燃料電池の性能は主収着剤ベッドおよび予備収着剤ベッドへの燃料の流れに影響を及ぼし得る。
【図５】望ましくない成分の含有量が多い燃料のためのバイパスを有する上流側収着剤ベッドを示す。
【図６】望ましくない成分の検出器と、その検出器からのフィードバックに基づいて燃料源を選択するためのバルブとを有する燃料電池システムを示す。
【図７】種々の収着剤ベッドアセンブリに使用されるスリップストリーム検出器を示す。
【図８Ａ】検出システムを略図示する。
【図８Ｂ】種々の実施形態に用いるのに適する感知材料に生じ得る変色を示すイメージのセットである。
【図８Ｃ】脱硫システムにおいて光学検出器の例を試験する時間の関数としてセンサ値のプロットを示す。
【図８Ｄ】脱硫システムにおいて光学検出器の例を試験する時間の関数として燃料電池スタック電圧のプロットを示す。
【図９】望ましくない成分にさらされたときに測定された燃料電池スタックの性能低下を示す、時間の関数としてのスタック電圧およびシステム電流のプロットである。
【図１０】どの実施形態に用いられるのにも適する計算装置のブロック図を示す。
【図１１】どの実施形態に用いられるのにも適するサーバ計算装置のブロック図を示す。
【図１２Ａ】望ましくない成分を検出するための光学検出器のブロック図を示す。
【図１２Ｂ】ハウジングおよびケーシングを有する、望ましくない成分を検出するための光学検出器のブロック図を示す。
【図１２Ｃ】主収着剤ベッドおよび予備収着剤ベッドへの燃料の流れに影響を及ぼし得る光学検出器を有する収着剤ベッドアセンブリを示す。
【図１３】燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出する方法を示すフローチャートである。
【図１４】燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出する方法を示すフローチャートである。
【図１５】燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
種々の実施形態を添付図面と関連して詳しく記載する。可能な場合には、同じかまたは似た部分を指すために図面全体において同じ参照番号を使用する。特定の例および実施形態に対してなされる言及は説明を目的としたものであって、本発明または特許請求の範囲を限定するべく意図されたものではない。
【００１５】
「流体的に接続された」またはその変化形は、本願明細書では１つのコンポーネントから他の１つのコンポーネントへの流体の移動を許すように接続されると定義される。例えば、主収着剤ベッドと予備収着剤ベッドとは流体的に直列に接続され得る。この例では、流体（例えば、天然ガス、バイオガスなど）が主収着剤ベッドから予備収着剤ベッドへ移動し得るように主収着剤ベッドと予備収着剤ベッドとを直列に接続させるために、主収着剤ベッドと予備収着剤ベッドとはステンレススチール、カーボンスチール、またはプラスチック（例えば、ポリエチレン）のパイピングなどのパイピング（すなわち、導管）を有することができる。パイピングが可撓性であるか、撓まないか、あるいはこの２つのうちの何らかの組み合わせであり得ることに留意するべきである。他の１つの例では、主収着剤ベッドは燃料電池スタック（例えば、燃料電池スタックが内部に置かれている発電モジュール）に流体的に接続され得る。この例では、流体接続はステンレススチール管類であり、主収着剤ベッドから燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）への燃料（すなわち、流体）の移動を容易にし得る。流体的に接続されるという用語は、個々のコンポーネント間のフランジ、クイックコネクト、バルブ、検出器、および／またはメータ（例えば、流量計）などの他の接続メカニズムをも含み得る。直接的流体接続は、２つのユニットの間（例えば、第１の主収着剤ベッドと第２の主収着剤ベッドとの間）に２つのユニットを接続する導管以外の他のコンポーネントがないことを意味する。間接的流体接続は、流体が中間のコンポーネント（例えば、バルブ、検出器、流量計）を通り得ることも、２つのユニットを導管で接続することをも意味する。
【００１６】
収着剤ベッドアセンブリ（例えば、燃料処理モジュール内に置かれた１つ以上の収着剤ベッド）は、突破イベント（すなわち、ベッド消尽）を示す所与の収着剤ベッドの下流の側の望ましくない成分を検出することによって燃料電池スタックの望ましくない成分への被曝を低減させる能力を持つことができる。突破イベントが検出されると、望ましくない成分が燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）に到達するのを防止するために予備容量収着剤ベッドが使用され得る。特に、制御システムは、燃料の流れを変更し、予備収着剤ベッドを利用し、燃料電池システムの部分のパワーをオン／オフし、異なる燃料源を選択するなどによって燃料電池システムの働きを変更することができる。さらに、検出システムは、シロキサン、水分、酸素、硫黄（有機硫黄化合物などの硫黄化合物を含む）、および他の燃料電池スタック有害物質などの望ましくない成分の検出を可能にすることができる。望ましくない成分のマップを作るために、望ましくない成分のタイプを表すデータをデータベースへ送ることができる。プロセス制御は、燃料の流れ、燃料源選択、および燃料電池システムの種々の部分へのパワーなどの動作を変更するために望ましくない成分タイプのデータおよび望ましくない成分のマップにアクセスすることができる。燃料電池システム動作に対するこれらの変更は、燃料電池スタックの望ましくない成分への被曝を阻止または低減し、これにより燃料電池スタックの効率および運転寿命を改善することができる。
【００１７】
本発明の実施形態は、ＳＯＦＣシステムなどの燃料電池システムにおいて収着剤ベッド（すなわち、吸収および／または吸着ベッド）を使用するための改善を提供する。本発明者たちは、燃料電池システムにおいて、望ましくない成分（例えば、硫黄）の除去のための主使用収着剤ベッドが消尽されて、硫黄を燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）に送ってスタックに回復不能のダメージを生じさせることがあるということを発見した。主使用ベッドは、カレンダー推定に基づいて消尽前に定期的に交換され得るけれども、燃料源または他の変数が変更されると収着剤ベッド消尽が変化することがある。燃料電池性能の低下は、主使用収着剤ベッドが消尽されたことを示し得る。あるいは、収着剤ベッドの下流側の望ましくない成分の検出器も、収着剤ベッドが消尽されたときを判定し、収着剤ベッドを保守点検する必要があることを示し、これにより燃料電池スタックの望ましくない成分に対する被曝を低減するのに役立つことができる。
【００１８】
本発明の一実施形態は、主使用ベッドが消尽されたと判定されたときに硫黄（硫黄化合物を含む）などの望ましくない成分を濾過するための予備収着剤ベッドの使用を伴う。その時、予備収着剤ベッドは主使用ベッドに取って代わることができる。あるいは、予備収着剤ベッドは、主使用ベッドが消尽されたと判定した後に主使用ベッドを補うことができる。構成により、主使用ベッドを取って代えられることができ、燃料電池システムは予備収着剤ベッドを用いて動作を持続することができる（すなわち、収着剤ベッド交換中に停止せずに発電し続けることができる）。望ましくない成分の含有量が多い燃料については、主収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）および燃料電池システムの残りの部分を通して燃料を送る前に燃料中の望ましくない成分の含有量を減らすために低コストの上流側収着剤ベッドを定期的に用いることができ、これによりメイン主使用ベッドおよび燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）の寿命を延ばすことができる。
【００１９】
従来の代案は、直列に接続された２つの収着剤ベッドを用いる。予定された期間の後または１つの収着剤ベッドが消尽されたと判定された後に、両方の収着剤ベッドが交換される。これは、１つまたは両方の収着剤ベッドが十分に利用されず、それらを交換するために無駄なコストがかかるという結果につながる。従って、ベッド消尽を検出すれば、収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）の各収着剤ベッドを十分に使用することによって燃料電池システムに追加のコスト利益をもたらすことができる。
【００２０】
収着剤ベッド消尽は、燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）性能の低下に基づいて検出され得る。燃料電池スタック性能の低下の検出は、燃料電池スタックにより使用される燃料の量を燃料電池スタックの電位差（電圧）出力と比較することおよび／または燃料利用、出力電力などのスタック性能特性を監視することを含み得る。所与の燃料流量について燃料電池スタックの電圧出力がしきい値以下に落ちたならば（例えば、少なくとも５％の電圧低下）、燃料電池スタックは、おそらく燃料流の中に存在する望ましくない成分を燃料電池スタックが受け取ったことによる著しい劣化があると検出することができる。変色検出器、電気抵抗検出器、または人工鼻などの別の検出器は、ベッド消尽、あるいは収着剤ベッドにより濾過されなかった追加の望ましくない成分を検出することができる。これらのタイプの検出メカニズムは、消尽されたベッドから予備収着剤ベッドへ流れを転換させ、燃料源を切り替え、燃料電池スタックへの燃料の流れを減らすか、あるいは燃料電池スタックへの燃料の流れを止めるようにバルブに（例えば、直接または中央コントローラを介して）信号を発して燃料電池スタックへのダメージを阻止することができる。さらに、変色検出器などの検出器は、変色マップを作るために、変色に基づく望ましくない成分のデータを変色データベースに送ることができる。燃料電池システムからの制御は、望ましくない成分のマップと現在検出されている望ましくない成分とに基づいて燃料電池システムを変更することができる（例えば、燃料を予備収着剤ベッドへ向ける、燃料電池スタックを運転停止させるなど）。
【００２１】
本発明の実施形態に適する収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）の非限定的な例が図１に示されている。収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）８０は、脱硫材料などのガス浄化のための材料を各々含む４つの収着剤ベッド８２を含むことができる。４つの収着剤ベッドが示されているけれども、アセンブリは例えば２個、３個、または４個より多くの（例えば、５個〜１０個）任意の適切な数の収着剤ベッドを含むことができる。種々の実施形態において、収着剤ベッドアセンブリ８０は、図を簡略化するために、２個または４個の収着剤ベッドとともに描かれている。収着剤ベッド８２を、中心軸８５の周りに回転する回転可能な支持パッド８４の上に配置することができる。回転可能なパッド８４は、他の収着剤ベッド８２の動作を妨げることなく各収着剤ベッド８２に容易にアクセスして別々に保守点検することを可能にする。
【００２２】
収着剤ベッド８２は、面取りされた縁８３を有する概して矩形の角柱状物体である。面取りされた縁８３は、回転可能なパッド８４上で収着剤ベッド８２を適宜方向付けするのに役立つ。面取りされた縁８３は、さらに、そうでなければ回転可能パッド８４を越えて延びて収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）８０の回転を妨げることになるであろう収着剤ベッド８２の角をなくすことによって、４個の収着剤ベッド８２の全てを一緒に回転させるときに、より良好なスペース利用を可能にする。背が高くて細い収着剤ベッド８２は、収着剤ベッドアセンブリをキャビネットなどの深くて狭いスペースに置くことを可能にする。
【００２３】
図１Ｂ〜１Ｅを参照すると、収着剤ベッド８２の各々は４個の内部チャネル８６（例えば、区画チャンバ）を持つことができ、燃料は収着剤ベッド内のチャネル８６の各々を流体直列に通過する。従って、４つの収着剤ベッド８２の全てが流体直列に接続されたならば、収着剤ベッドアセンブリ８０（すなわち、燃料処理モジュール）は本質的に流体直列の１６個のチャネル８６を有することになる。これに反して、セットとして直列に接続された２つの収着剤ベッド８２を２つの収着剤ベッド８２の他の１つのセットと並列に接続することができる。この場合、直列の８個のチャネルのセットが、直列の８個のチャネルの他の１つのセットと並列に接続される。とにかく、収着剤ベッド８２は低コストのデザインであり、押出方法を用いて製造することができる。チャネル８６の比較的に大きな長さ／差し渡し比は、材料効率を高める。チャネル８６の形状寸法は、燃料入口流の適度な圧力降下と割合に一様な流れとをもたらす。各収着剤ベッド８２の４か所でバルク混合が生じ、エッジ効果とバイパスとを低減させる。
【００２４】
チャネル８６は、燃料流の中の異なる成分を除去するように最適化された異なる化合物を含むことができる。さらに、流体的に接続される複数のベッド８２は、燃料流から異なる成分を除去するように最適化された互いに異なる化合物を含むことができる。
【００２５】
収着剤ベッド８２のための全ての入出力（Ｉ／Ｏ）接続部８８は収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）８０の同じ側（例えば、頂部側）に設けられる。Ｉ／Ｏ接続部８８は、旋回する密閉接続部である。旋回接続部は、収着剤ベッドアセンブリ８０が中心軸８５の周りを回転するときに収着剤ベッドアセンブリが動作し続けることを可能にする。
【００２６】
図２は、Ｉ／Ｏ接続部と直列に接続された４個の硫黄収着剤ベッドの収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）２８０を示す。４個の収着剤ベッドＤＥＳ８０１、ＤＥＳ８０２、ＤＥＳ８０３およびＤＥＳ８０４は、保守点検要員が容易にバイパスして収着剤ベッドを交換することを可能にするクイックコネクト／ディスコネクト８０１ｓ〜８１５ｓなどのＩ／Ｏ接続部８８を有することができる。
【００２７】
１つの実施形態では、直列に接続された収着剤ベッド８２の各々は、飽和レベルの結果として有機硫黄化合物が吸収されずに収着剤ベッド８２から逃れるようになるまで有機硫黄化合物などの硫黄を吸収することができる。収着剤ベッドアセンブリ２８０が通常の動作をしているとき、直列に接続されている初めの３個の収着剤ベッド８２は突破を許される。直列の第３の収着剤ベッド８２（例えば、ＤＥＳ８０３）を硫黄化合物が突破することを硫黄検出器が検出すると、第１の収着剤ベッド８２（例えば、ＤＥＳ８０１）はバイパスされて除去される。収着剤ベッドＤＥＳ８０１は、接続部８０３ｓ〜８０３ｐを閉じて接続部８０２ｓを接続部８０５ｐに接続することによってバイパスされ得る。このようにして、燃料入口流は収着剤ベッドＤＥＳ８０１をバイパスして入口からまっすぐに接続部８０２ｓ〜８０５ｐを通って第２の収着剤ベッドＤＥＳ８０２内に移動する。その後、収着剤ベッドＤＥＳ８０１はアセンブリ２８０から取り外されて未使用のガス浄化材料で再び満たされる。収着剤ベッド８２は９０度回転され、初めに直列内の２番目だった収着剤ベッド８２／ＤＥＳ８０２が第１の位置に置かれる。同様に、以前は直列内の３番目だった収着剤ベッド８２／ＤＥＳ８０２は第２の位置へ移動され、以前は直列内の最後だった収着剤ベッド８２／ＤＥＳ８０４は第３の位置へ移動される。その後、新しい収着剤ベッド８２が第４の位置に置かれる。新しい収着剤ベッドを、その入口を接続部８１５ｐに、その出口を接続部８１５ｓに、これら２つの接続部がバイパスされている間に、接続することによって、接続することができる。そうすることによって、各収着剤ベッド８２は、硫黄が第３の収着剤ベッド８２／ＤＥＳ８０３を突破した後も、硫黄を収集することができる。
【００２８】
回転可能なパッド８４の上に収着剤ベッド８２を配置することにより、回転手順を定数とすることによって混乱を避けることができる。４個の収着剤ベッド８２を用いることにより、使用済み収着剤ベッド８２を取り外して新しい収着剤ベッド８２を据え付ける間、カスケード列中の中央の収着剤ベッド８２間の接続は乱されないままであることができる。収着剤ベッド８２は回転可能なパッド８４上に配置されているので、４個の収着剤ベッド８２の全てをモジュールハウジングコンテナの前部の直ぐ近く（例えば、米国のＵＬ規定に適合するように１４インチ以内）に配置することができる。Ｉ／Ｏ接続部８８は、収着剤ベッド８２が自身の場所を順番に替える間、入口および出口鉛管類が同じ場所に留まることを可能にする。
【００２９】
前述した収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）８０は概して堅い収着剤ベッド８２内に緩いガス浄化材料を含むが、他の１つの典型的な実施形態では、ガス浄化材料はガス透過性のバッグの中に予め装填され得る。そのとき、ガス浄化材料のガス浄化収着剤ベッド８２内への詰込みは、バッグを収着剤ベッド構造内への装填を介して簡単化され、これにより材料を定位置につぎ込む必要をなくす。これは、バッグを迅速に取り外すことができるので、取り外しをより容易にする。使用済材料のバッグを収着剤ベッド８２から取り外すのに役立つようにハンドル、ロープ、あるいは他のものをバッグに取り付けることができる。ガス浄化アセンブリが前に記載されているが、ガス浄化アセンブリ以外の他の任意の収着剤ベッドアセンブリは回転可能なサポートと回転可能なサポート上に配置された複数の容器とを含むことができ、各容器は収着剤ベッドを含む。
【００３０】
予備収着剤ベッドと直列に接続された収着剤ベッド
収着剤ベッドを予備収着剤ベッドとして蓄えて置けば、保守点検要員は、硫黄または他の望ましくない成分が燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）に到達する前に収着剤ベッドを交換するための期間を延ばすことができる。収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）２８０の通常（すなわち、定常状態）動作中、最後の収着剤ベッドＤＥＳ８０４は燃料から硫黄（例えば、有機硫黄化合物）または他の内容物を受け取ることがあり、それは収着剤ベッドの寿命を部分的に消尽し得る。従って、収着剤ベッド／ＤＥＳ８０４を通常（すなわち、定常状態）動作中にオフラインに取り出すことにより、収着剤ベッド／ＤＥＳ８０４は、収着剤ベッドＤＥＳ８０１〜８０３が消尽された後にオンラインに戻されたならば、硫黄を除去するためにより効率的であり得る。未使用の収着剤ベッド／ＤＥＳ８０４は、部分的に使用済となった収着剤ベッドより多くの硫黄内容物を除去することができ、ベッドＤＥＳ８０１〜８０３が交換／移動される間に保守点検要員により多くの時間を与え、従って燃料電池スタックを活性低下の可能性から守ることができる。さらに、通常（すなわち、定常状態）動作中、燃料電池システムは、燃料がより少ない（例えば、４個の代わりに３個の）ベッドを通ることによる圧力損失の減少から損害を被り得る。
【００３１】
図３Ａ〜３Ｄは、直列に接続されたベッドを有する収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）８０の種々の構成を示す。図３Ａは、燃料源１０１および燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）１０５に流体的に接続された２個の収着剤ベッド８２を有する収着剤ベッドアセンブリ３８０ａを示す。燃料源１０１は、収着剤ベッドアセンブリ３８０ａおよび燃料電池スタックに用いられるのに適した任意の燃料源であり得る。いくつかの例は、保持タンク、加圧タンク、ガスボンベ、または天然ガスなどの広く利用し得る燃料源へのパイプラインを含む。実際の燃料源１０１は、天然ガス、プロパン、メタン、バイオガス、あるいは燃料電池システムに用いるのに適する他の任意の燃料であり得る。
【００３２】
収着剤ベッドアセンブリ３８０ａ内の１つの収着剤ベッドは主使用ベッド８２ａであり、他方の収着剤ベッドは予備収着剤ベッド８２ｂであり得る。天然ガスなどの燃料は、燃料源１０１から、望ましくない成分（例えば、硫黄）を除去する第１の主収着剤ベッド８２ａに流れることができる。バルブ１０２ａが開いていれば、燃料は、導管９１を通って導管９４へ流れて燃料電池スタック１０５（すなわち、発電モジュール）に流入し、これにより接続部８８ｂ、導管９２、予備収着剤ベッド８２ｂ、および導管９３をバイパスする。モニタ１１０は、電圧計、電流計、および／または電力計および燃料電池スタック１０５ならびに燃料電池スタックの燃料入口に接続されている流量計に電気的に（または無線で）接続されたコンピュータサーバまたは他の任意の計算装置であり得る。モニタ１１０は燃料電池スタック１０５の性能を監視することができ、燃料電池スタックの性能が活性低下（例えば、燃料電池アノード電極の硫黄汚染）に起因して劣化しているとモニタ１１０が判定すれば、モニタはバルブコントローラ１０２ｂに信号を送ることができ、これはバイパス導管９１内のバルブ１０２ａを作動させて閉じさせる。バルブ１０２ａが閉じると、通常ならばバイパス導管９１を介して予備収着剤ベッド８２ｂをバイパスする燃料は接続部８８ｂから導管９２を介して、燃料流から硫黄材料を捕らえる予備収着剤ベッド８２ｂを通って移動する。燃料入口流は、その後、収着剤ベッド８２ｂから接続部８８ｃおよび導管９３、９４を介して燃料電池スタック１０５のほうへ移動する。収着剤ベッドアセンブリ３８０ａは、各収着剤ベッド８２に１つ以上のＩ／Ｏ接続部８８を有することができ、使用後の収着剤ベッド８２を交換あるいは保守点検することを可能にする。燃料入口導管９４内の粒子フィルタ１０３は、収着剤ベッド材料が燃料電池スタック１０５に入るのを防ぐために、燃料入口流中に捕らえられたどんな収着剤ベッド材料（例えば、ゼオライト）をも除去する。バルブ１０４は、粒子フィルタ１０３（例えば、ゼオライトのビルドアップを除去するため）または収着剤ベッドアセンブリの他の任意の部分を保守点検するために収着剤ベッドアセンブリ３８０ａを燃料電池スタック１０５から分離するために使用され得る。さらに、バルブ１０４は、任意の望ましくない成分の濃度が高すぎる場合に燃料電池スタックへの燃料の流れを遮断するためのフェイルセーフとして役立つことができる。図３Ａはバルブ１０４を手動バルブとして示しているけれども、代わりの構成では、それは自動であり得る。
【００３３】
燃料電池スタックの性能は収着剤ベッド消尽または望ましくない成分の検出の指標として使用され得るけれども、これは燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）を不必要なダメージにさらすことを必要とする。従って、検出器を使用すれば、燃料電池スタックの寿命を延ばすことができるとともに収着剤ベッドが消尽されて突破イベントが生じたかどうかを判定するためのより正確でリアルタイムのデータを提供することができる。図３Ｂは、収着剤ベッドアセンブリ３８０ｂ内のバイパス導管９１内のバルブコントローラ１０２ｂに電気的に接続（または無線で接続）され得る検出器１０６ａを含む収着剤ベッドアセンブリ３８０ｂを示す。変色検出器、抵抗性検出器、人工鼻、または他の任意の適切な検出器タイプなどの検出器１０６ａは、主収着剤ベッド８２ａの下流側で、またバルブ１０２ａの上流側で、バイパス導管９１内の燃料流の硫黄突破を検出することができる。検出器１０６ａがしきい値レベルの望ましくない成分（例えば、硫黄）を検出すれば、バルブコントローラ１０２ｂに対してバルブ１０２ａを閉じるように信号を発することができる。これにより、望ましくない成分が燃料電池スタック１０５に入るのを防いで燃料を主収着剤ベッド８２ａから導管９２を介して予備収着剤ベッド８２ｂに送ることができる。検出器１０６ａは、主収着剤ベッドが消尽されたことまたは主収着剤ベッド８２ａが処理できる量よりも多くの硫黄含有物を燃料流が有していることを示すことができ、これにより予備収着剤ベッドを活性化させることができる。この実施形態の利点は、燃料電池スタック１０５が燃料中の望ましくない成分の指標ではなくて、それらへの燃料電池スタックの被曝を減少させるということである。図３Ｂの他の構成要素は、図３Ａの場合と同じであるので、簡略化するために示していない。
【００３４】
図３Ｃは、図３Ｃが主収着剤ベッド８２ａ上／内に位置する追加の検出器１０６ｂ、１０６ｃ、および１０６ｄ、ならびに主収着剤ベッド８２ａの下流側でバイパス導管９１上に位置する検出器１０６ａを有する収着剤ベッドアセンブリ３８０ｃを示していることを除いて、図３Ａおよび図３Ｂと同様である。収着剤ベッドアセンブリ３８０ｃは４個の検出器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、および１０６ｄを示しているが、収着剤ベッドアセンブリのために任意の数の検出器が使用され得る。例えば、主収着剤ベッド８２ａ上／内に位置する検出器１０６ｂなど、唯一の検出器が収着剤ベッドアセンブリ３８０ｃに使用され得る。他の１つの例では、主収着剤ベッド８２ａ上の１つの検出器と、主収着剤ベッド８２ａの下流側のバイパス導管９１内の１つの検出器とがあり得る。
【００３５】
さらなる例において、バイパス導管９１内の検出器１０６ａとともに、あるいは検出器１０６ａをともなわずに、主収着剤ベッド８２ａ上／内に２つ以上の検出器があり得る。主収着剤ベッド上／内に位置する１つ以上の検出器は、その１つまたは複数の検出器が特定のしきい値レベルを超える望ましくない成分（例えば、硫黄）を検出したならば、その１つまたは複数の検出器がバルブコントローラ１０２ｂに対してバルブ１０２ａを閉じるように信号を発し得るように、バルブコントローラ１０２ｂに電気的に接続（または無線で接続）され得る。収着剤ベッドアセンブリ３８０ｃが４個の検出器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、および１０６ｄなどの２個以上の検出器を含む実施形態では、各検出器は異なる望ましくない成分を検出することができる。例えば、検出器１０６ａは硫黄突破イベントを判定するのに役立つように硫黄を検出することができ、検出器１０６ｂは、収着剤ベッド８２ａおよび８２ｂおよび／または燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）１０５に望ましくない影響を及ぼして所与の燃料流量からの発電を減少させ得るシロキサンを検出することができる。この例を続けると、検出器１０６ｃおよび１０６ｄはそれぞれ酸素および過剰な水（あるいは水分）を検出することができ、それらも、いずれかの望ましくない成分が燃料流を介して燃料電池スタック１０５に達すれば、燃料電池スタックの性能を低下させ得る。収着剤ベッドアセンブリが４個の検出器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、および１０６ｄなどの２個以上の検出器を含む他の１つの実施形態では、これらの検出器のうちの２つ以上は、同じ望ましくない成分を検出するための冗長検出器であり得る。冗長検出器は、収着剤ベッドアセンブリ３８０ｃが２個以上の検出器の検出に基づいてバルブ１０２ａを制御することを可能にする特定の望ましくない成分（例えば、硫黄）の追加の測定を提供することができ、これにより、欠陥のある単一の検出器がバルブコントローラ１０２ｂにバルブ１０２ａを閉じるように信号を発したり、あるいは信号を発しなかったりするのを防ぐことができる。例えば、冗長検出器がなければ、単一の検出器の較正の機が既に来ているのに燃料流（または主収着剤ベッド）内の硫黄の検出がなされないという結果になり得る。バルブ１０２ａを閉じるようにバルブコントローラ１０２ｂに指令する代わりに、正確で適切に較正された検出器がするであろうように、燃料流内の容認し得る量の硫黄（例えば、しきい値レベルより少ない）を検出し、バルブコントローラ１０２ｂに対してバルブ１０２ａを閉じるようには指令しない。従って、燃料は、決して、燃料流内の硫黄の量を減らす予備収着剤ベッド８２ｂへ導管９２を通して転換されず、それは、いったん硫黄が燃料入口導管９４を通って燃料電池スタックに入れば、燃料電池スタック１０５の活性を低下させるという結果をもたらす。収着剤ベッドアセンブリ３８０ｃが不正確な検出器と正確な冗長検出器とを含む代わりの例では、正確な冗長検出器は、バルブコントローラ１０２ｂに対してバルブ１０２ａを閉じるように信号を発して予備収着剤ベッド８２ｂをオンラインにして、燃料電池スタック１０５が過剰な量（あるいは任意の量）の硫黄を受け取るのを防ぐことができる。
【００３６】
代わりの実施形態では、主収着剤ベッド８２ａは主収着剤ベッド上／内に位置する少なくとも２個の検出器１０６ｂおよび１０６ｃを有することができ、各検出器は、同じ望ましくない成分（例えば、硫黄）を、主収着剤ベッド８２ａの中の異なる位置で、検出する。各検出器１０６ｂ、１０６ｃは、主収着剤ベッド８２ａの消尽状態を提供するかあるいは消尽状態に貢献して、主収着剤ベッド８２ａが部分的に消尽されたかあるいは完全に消尽されたかに関する情報を提供することができ、それをデータベースに格納するかあるいはコンピュータスクリーンで表示し得る。例えば、検出器１０６ｂを主収着剤ベッドの出口の近くに置くことができ、検出器１０６ｃを主収着剤ベッドの中央に置くことができる。検出器１０６ｃは主収着剤ベッドが半ば消尽されたことを検出することができ、検出器１０６ｂは主収着剤ベッドが完全に消尽されたことおよび予備収着剤ベッドへ切り替えて主収着剤ベッドを交換する時期であることを検出することができる。中間消尽状態情報は、燃料電池システムの運転コストの減少につながるので、収着剤ベッドの消尽のより正確な予測により主収着剤ベッドの不必要な保守点検を減らすとともに交換用収着剤ベッドの在庫を維持する必要を少なくするという結果をもたらし得る。
【００３７】
図１Ａ〜１Ｅおよび図２に示されているように配置された４個の収着剤ベッド８２などの３個以上の収着剤ベッドを使用すれば、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃに示されているような２個の収着剤ベッド８２より寿命を長くするとともにベッド材料をより完全に利用することができる。４個の収着剤ベッドの利益と１つの予備収着剤ベッド８２ｂとを組み合わせれば、保守点検要員に使用済収着剤ベッドを交換するためのより多くの時間を許すことができるとともに通常（すなわち、定常状態）動作中に燃料電池システム全体においてより小さな圧力損失を提供することができる。図３Ｄは４個の収着剤ベッドを含む収着剤ベッドアセンブリ３８０ｄを示し、ここで３個の収着剤ベッドは主収着剤ベッド８２ａであり、１つの収着剤ベッドは予備収着剤ベッド８２ｂである。この実施形態は、燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）の検出器１０６ａおよびモニタ１１０が燃料の流れをバイパス導管９１から予備収着剤ベッド８２ｂへ転換する指令をバルブ１０２ａに提供し得ることを示しているけれども、検出器１０６ａまたはモニタ１１０のうちの１つだけがその制御指令を提供することができる。収着剤ベッドアセンブリ３６０ｄにおいて、１つの検出器１０６ａがバイパス導管９１内で第３の主収着剤ベッド８２ａの下流側に置かれている。突破イベントが発生していることを検出器１０６またはモニタ１１０が検出すると、バルブ１０２ａは、閉じられて、普段は予備収着剤ベッド８２ｂをバイパスする燃料を予備収着剤ベッド８２ｂ内へ向かわせるように信号を発することができ、これにより、初めの３個の主収着剤ベッド８２ａによって濾過されると思われる任意の望ましくない成分を吸収する。
【００３８】
いくつかの実施形態では、複数の検出器１０６ａが使用され、それらは、初めは主収着剤ベッド８２ａのセット全体の寿命予測値を判定するために流れの中に置かれ、種々の動作を適宜実行することができる。特に、検出器１０６ａは、各主収着剤ベッド８２ａおよび予備収着剤ベッド８２ｂの下流側の導管９５、９６、９２および／または９３のいずれかに置かれて各々について突破イベントを検出することができる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、複数のサブシステムに複数の検出器１０６ａが実装され得る。図３Ｅは、検出器１０６ａを各々含む２つのサブシステムを用いて動作する例としての収着剤ベッドアセンブリ３８０ｅを示す。種々の実施形態において、収着剤ベッドアセンブリ３８０ｅは６個の収着剤ベッドを含むことができ、ここで５個の収着剤ベッドは主収着剤ベッド８２ａであり、１つの収着剤ベッドは予備収着剤ベッド８２ｂである。この実施形態は、燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）の検出器１０６ａおよびモニタ１１０が燃料の流れをバイパス導管９１から予備収着剤ベッド８２ｂへ転換させる指令をバルブ１０２ａに提供し得ることを示しているけれども、検出器１０６ａまたはモニタ１１０のうちの１つだけが単独で制御指令を提供し得る。１つの実施形態では、収着剤ベッドアセンブリ３８０ｅは４番目の主収着剤ベッド８２ａの後で導管９６に位置する検出器１０６ａを含むことができ、これは第１のサブシステム３９０ａにおいて動作することができる。１つの実施形態では、第１のサブシステム３９０ａの検出器１０６ａは、第１の主収着剤ベッドから第４の主収着剤ベッド８２ａの突破を示すように構成され得る。通常動作において、第１のサブシステム３９０ａは動作可能にされ、第４の主収着剤ベッド８２ａからの燃料は第５の主収着剤ベッド８２ａを通るように向けられて第５の主収着剤ベッド８２ａからバイパス導管９１へ向けられ得る。さらに、通常動作中、同じく検出器１０６ａを含み得る第２のサブシステム３９０ｂは、流体的および／または電気的に絶縁され得る／動作不能にされ得る（すなわち、図３Ｆに関して後で論じられる遮断バルブを閉じることによって）。第１の主収着剤ベッドから第４の主収着剤ベッド８２ａからの突破が検出されたならば、種々の実施形態において、バルブコントローラ１０２ｂは、導管９１内のバルブ１０２ａを閉じて第５の主収着剤ベッド８２ａからの燃料を予備主収着剤ベッド８２ｂへ向けるように信号を発せられ得る。さらに、第１の主収着剤ベッドから第４の主収着剤ベッド８２ａからの突破は第２のサブシステム３９０ｂの活性化をトリガすることができ、これは導管９２内の第５の主収着剤ベッド８２ａの下流側の他の１つの検出器１０６ａを含み得る。第２のサブシステム３９０ｂの動作は、第１の主収着剤ベッドから第５の主収着剤ベッド８２ａからの突破の検出を含むことができる。第１の主収着剤ベッドから第５の主収着剤ベッド８２ａからの突破が検出されると、主収着剤ベッド８２ａの交換を求める要求を予定するために警報が生成される。
【００４０】
図３Ｆは、検出器１０６ａを各々含む２つのサブシステムを用いて動作する他の１つの例である収着剤ベッドアセンブリ３８０ｆを示す。種々の実施形態において、収着剤ベッドアセンブリ３８０ｆは６個の収着剤ベッドを含むことができ、ここで５個の収着剤ベッドは主収着剤ベッド８２ａであり、１つの収着剤ベッドは予備収着剤ベッド８２ｂである。図３Ｅに関して前に論じた収着剤ベッドアセンブリ３８０ｅと同様に、収着剤ベッドアセンブリ３８０ｆは第４および第５の主収着剤ベッド８２ａの後に置かれた検出器を含むことができ、それらはそれぞれ第１および第２のサブシステム３９０ａ、３９０ｂにおいて動作することができる。収着剤ベッドアセンブリ３８０ｆにおいて、第１のサブシム３９０ａは第４の主収着剤ベッド８２ａの出口とバイパス導管９１とにまたがることができる。第１のサブシステム３９０ａ内の検出器はスリップストリーム検出器７０６であり得る。図７に関して後でさらに詳しく論じられるように、スリップストリーム検出器７０６は１つの導管（例えば、導管９６）からの小部分の入力燃料の流れを受け取ることができ、それは大部分の燃料の流れ（例えば、第５の主収着剤ベッド８２ａに入る）と並行して隣接する導管（例えば、バイパス導管９１）に入る出力である。さらに、収着剤ベッドアセンブリ３８０ｆに示されているように、燃料の流れを転換するために、入口３９２ａ、３９２ｂを有する四方バルブ３９２を配置することができる。収着剤ベッドの構成、流れを予備収着剤ベッド８２ｂへ転換させるバルブ１０２ａの配置、および追加の四方バルブ３９２の配置により、例えば、第１の収着剤ベッドから第３の収着剤ベッド、第４の収着剤ベッドから第６の収着剤ベッド、第１のサブシステム３９０ａ、第２のサブシステム３９０ｂを分離しおよび／またはバイパスさせるなどの追加の構成オプションを提供することができる。
【００４１】
例えば、通常動作中、バルブ３９２の入口３９２ａおよび出口３９２ｃは開いていて入口３９２ｂおよび出口３９２ｄは閉じられ、第３の主収着剤ベッド８２ａからの導管９５内の燃料の流れを第４の主収着剤ベッド８２ａに流入させることができる。他の１つの構成（図示せず）では、バルブ３９２の入口３９２ｂを開いて入口３９２ａを閉じることによって、四方バルブは、燃料の流れが第１から第３の主収着剤ベッド８２ａをバイパスして最初に源１０１から第４の主収着剤ベッド８２ａに流入することを可能にする。これは、燃料電池スタック１０５が動作して発電し続けている間に第１から第３のベッドを保守点検したりあるいは交換したりすることを可能にする。他の１つの構成（図示せず）では、出口３９２ｃを閉じて出口３９２ｄを開くことによって、初めの３個の主収着剤ベッド８２ａを通して通常の燃料の流れが生じ、導管９５内の第３の主収着剤ベッド８２ａからの出口流は第４および第５の主収着剤ベッド８２ａおよび予備収着剤ベッド８２ｂをバイパスすることができる。これは、燃料電池スタック１０５が動作して発電し続けている間に第４から第６のベッドを保守点検したりあるいは交換したりすることを可能にする。例えば、初めの５個のベッドで突破イベントが発生したことを収着剤ベッドアセンブリ３８０ｆ内のアラームおよび／または検出器が示したならば、バルブ１０２ａを閉じ、これにより燃料の流れに予備ベッド８２ｂを通過させることができる。種々の実施形態において、第１のサブシステム３９０ａ内の検出器７０６および第２のサブシステム３９０ｂ内の検出器１０６ａは、出入口遮断バルブ１１を伴って構成され得る。このようなバルブ１１は、種々の動作モードの間に検出器７０６、１０６ａを分離／動作不能にするために使用され得る。例えば、通常動作中、関連するバルブ１１を閉じることによって第２のサブシステム３９０ｂの検出器１０６ａを分離し／動作不能にすることができ、予備動作中に（すなわち、突破イベントが第１のサブシステム３９０ａによって検出され、バルブ１０２ａが閉じられた後で）検出器７０６を、これに関連する遮断バルブ１１を閉じることによって分離／動作不能にすることができる。
【００４２】
いくつかの実施形態の収着剤ベッドアセンブリは種々のセンサインジケータを含むことができる。例えば、センサが電力を受け取って適切に通信しているかをチェックするために「ウォッチドッグ」アラームを含めることができる。他の１つの例であるアラームは、１つ以上のセンサの中の感知材料のための交換アラームであることができる。例えば、１つ以上のセンサの材料が使用済みとなって最早機能していないかを識別するために感知材料の色をしきい値と対照してチェックすることができる。いくつかの実施形態では、センサが使用済み感知材料を含んでいると識別されたとき、制御シグナリングは、該当する１つまたは複数の望ましくない成分の存在を仮定するフェイルセーフ下で動作するように構成され得る。例えば、図３Ｅに関して前に論じた収着剤ベッドアセンブリ３８０ｅにおいて、第１のサブシステム３９０ａ内の検出器１０６ａが使用済み感知材料を有すると識別されたならば、全ての検出器１０６ａについて感知材料の交換が必要であることを示す交換アラームをトリガすることができる。さらに、使用済み感知材料がそのように識別された後、前に論じたように少なくとも１つの検出器１０６ａを用いて第１〜第５の主収着剤ベッドを通る燃料の流れを監視するために第２のサブシステム３９０ｂを活性化させることができる。第２のサブシステム３９０ｂ内の検出器１０６ａが使用済み感知材料を有すると識別されたならば、全ての検出器１０６ａについて感知材料の交換が必要であることを示す交換アラームがトリガされ得る。使用済み感知材料がそのように識別された後、前に論じたように予備収着剤ベッド８２ｂの動作が活性化され得る。存在し得る追加のアラームは、１つ以上の検出器１０６ａ内の感知材料について、前もってセットされた最低および／または最高寿命予測値に達しているときを示すものを含む。そのような寿命予測値は、使用される材料、感知される望ましくない成分のタイプなどに基づく見積もりとして構成される、前もってセットされる見積もりであり得る。
【００４３】
種々の実施形態において、検出器１０６ａは、安定性を保証するとともに誤ってアラームを発生させることを避けるために、使用前に感度試験を受けることができる。例えば、収着剤ベッドアセンブリに用いられる検出器１０６ａに対する多数の因子の効果を同時に測定するために一定のスクリーニングテストを実行することができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、収着剤ベッドアセンブリのためのシステムは、瞬時データおよび／または寿命統計を監視し受け取ることによって時間経過中のその動作を改善するために動的学習を実行することができる。瞬時データは、各収着剤ベッドにおける流量および圧力推定値、ならびに全ての収着剤ベッドにおける累積ガス流量を含み得るけれども、これらに限定はされない。寿命統計は、各収着剤ベッドについての動作時間数（すなわち、ベッドの燃料の流れがゼロより大きい時間数）、全ての収着剤ベッドにおける累積ガス流量、および各収着剤ベッドの最後の交換日を含み得るけれども、これらに限定はされない。これらの動的学習メトリクスは、収着剤ベッド８２および／または検出器１０６に関係し得る。さらに、種々の実施形態は、収着剤ベッド８２のためのメトリクスを検出器１０６のためのメトリクスと比較することに基づく学習メトリクスを含み得る。例えば、収着剤ベッド８２を通る総燃料流量を、検出器１０６を通る総燃料流量と比較することができる。
【００４５】
予備収着剤ベッドと並列に接続された収着剤ベッド
図４Ａ〜４Ｄは、並列に接続された少なくとも２つの収着剤ベッドを有する収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）の他の１つの実施形態を示す。図４Ａは、流体的に並列に接続された１つの主収着剤ベッド８２ａおよび１つの予備収着剤ベッド８２ｂを有する収着剤ベッドアセンブリ４８０ａを示す。通常（すなわち、定常状態）動作中、主燃料入口導管１３４内のバルブ１２４ａは開いたままであり、予備燃料入口導管１３２内のバルブ１２２ａは閉じたままであって、燃料源１０１からの燃料を導管１３４および主収着剤ベッド８２ａだけを通して導管１３３および９４を介して燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）内へ移動させることができる。燃料電池スタック１０５の性能の低下を検出するモニタ１１０によって突破イベントが検出されると、モニタ１１０は、バルブコントローラ１２４ｂに信号を送ってバルブ１２４ａを閉じ、同時にバルブコントローラ１２２ｂに信号を送ってバルブ１２２ａを開くことができる。これにより、全ての燃料は導管１３２を通って予備収着剤ベッド８２ｂに流入し、ベッド８２ｂから導管１３５および９４を介して燃料電池スタック１０５に流入させられる。これにより、燃料電池システムは、主収着剤ベッド８２ａが保守点検されている間動作し続けることができる。主収着剤ベッド８２ａへの燃料の流れを遮断することにより、燃料電池システムから実際上切り離され、容易に保守点検され得る。モニタ１１０が燃料電池スタック１０５から別の効率低下を検出し、消尽された主収着剤ベッド８２ａが交換されているならば、モニタ１１０は、燃料が交換済みの主収着剤ベッド８２ａを通って流れることができて予備収着剤ベッド８２ｂが保守点検され得るように、信号を発してバルブ１２４ａを開きバルブ１２２ａを閉じることができる。
【００４６】
代わりの１つの実施形態では、バルブ１２２ａおよび１２４ａは流量制御バルブであって、通常（すなわち、定常状態）動作中、両方のバルブが開かれている。バルブ１２４ａは完全に開かれて燃料の大部分（６０〜９５％など、５０％より多く）が導管１３４および主収着剤ベッド８２ａを通って流れることを可能にし、バルブ１２２ａは部分的に開かれて燃料の小部分（５〜４０％など、５０％未満）が導管１３２および予備収着剤ベッド８２ｂを通って流れることを可能にする。燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）１０５において性能の低下が検出されると、モニタ１１０は、バルブ１２４ａを閉じるようにコントローラ１２４ｂに指令するとともにバルブ１２２ａを全開するようにコントローラ１２２ｂに指令することができる。これにより、燃料の全てが、導管１３５および９４を介して燃料電池スタック１０５に入る前に導管１３２および予備収着剤ベッド８２ｂを通過させられる。消尽された主収着剤ベッド８２ａを通って流れる燃料はないので、これを交換することができる。消尽済み主収着剤ベッド８２ａが交換されると、バルブ１２４ａおよび１２２ａは、他の１つの突破イベントが発生するまで、予備収着剤ベッドとして作用する交換済み主収着剤ベッド８２ａを通って燃料の小部分が流れ、元の予備収着剤ベッド８２ｂが主収着剤ベッドとして作用し得るように、調整され得る。この実施形態のアセンブリ４８０ａは、収着剤ベッド８２ａ、８２ｂの完全利用と燃料電池システムの持続的使用を可能にし、これにより、収着剤ベッドの早めの交換を最小にするとともに燃料電池スタックのエネルギー生産を増大させることによって運転コストを減らすことができる。
【００４７】
図４Ｂは、他の１つの実施形態のシステム４８０ｂを示す。このシステムでは、検出器１０６ａは、他の１つの実施形態のシステム４８０ｂのバルブコントローラ１２２ｂ、１２４ｂに電気的に接続（あるいは無線で接続）され得る。検出器１０６ａを、燃料入口導管９４に置くことができ、燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）の入口流中の望ましくない成分（例えば、硫黄）の存在を検出し分析することができる。検出器１０６ａは、しきい値レベルの望ましくない成分を検出すると、バルブコントローラ１２４ｂに対してバルブ１２４ａを閉じるように信号を発することができる。同時に、検出器１０６ａは、全ての燃料が収着剤ベッド８２ｂを通って流れるようにバルブコントローラ１２２ｂに信号を送ってバルブ１２２ａを開かせることができる。収着剤ベッドアセンブリ４８０ｂの４８０ａに勝る利点は、燃料電池スタック１０５が燃料中の望ましくない成分のインジケータではなくて、燃料電池スタックの望ましくない成分に対する被曝を少なくすることである。システム３８０ｂと同様に、図４Ｂの他の構成要素は、図４Ａの場合と同じであるので、簡略化するために示していない。
【００４８】
主収着剤ベッド８２ａおよび予備主収着剤ベッド８２ｂの下流側の導管９４上に配置された検出器１０６ａと同様に、追加の検出器１０６ｂ、１０６ｃ、および１０６ｄが主収着剤ベッド８２ａ上／内に配置され、検出器１０６ｅ、１０６ｆ、および１０６ｇが予備収着剤ベッド８２ｂ上／内に配置されている収着剤ベッドアセンブリ４８０ｃを図４Ｃが示していることを除いて、図４Ｃは図４Ａおよび図４Ｂと同様である。収着剤ベッドアセンブリ４８０ｃは７個の検出器１０６ａ〜１０６ｇを示しているけれども、収着剤ベッドアセンブリのために任意の数の検出器が使用され得る。例えば、主収着剤ベッド８２ａ上に配置された検出器１０６ｂおよび予備収着剤ベッド８２ｂ上に配置された検出器１０６ｅなど、検出器が２個だけ収着剤ベッドアセンブリ４８０ｃにおいて使用され得る。他の１つの例では、収着剤ベッドアセンブリは、各収着剤ベッド８２ａ、８２ｂ上の唯一の検出器と、収着剤ベッド８２ａ、８２ｂの下流側の導管９４内の１つの検出器とを含むことができる。
【００４９】
さらなる例において、収着剤ベッドアセンブリは、導管９４内の検出器１０６ａをともなうあるいはともなわずに、各収着剤ベッド８２ａ、８２ｂ上／内の２つ以上の検出器を含むことができる。検出器１０６ａと同様に、収着剤ベッド８２ａ、８２ｂ上／内に配置された１つ以上の検出器は、その１つまたは複数の検出器が特定のしきい値レベルを超える望ましくない成分（例えば、硫黄）を検出したならば、１つまたは複数の検出器がバルブコントローラ１２４ｂ、１２２ｂに対してそれぞれのバルブ１２４ａ、１２２ａを閉じるように信号を発し得るように、バルブコントローラ１２４ｂ、１２２ｂに電気的に接続（または無線で接続）され得る。例えば、バルブ１２２ａが閉じていてバルブ１２４ａが開いている定常状態のシステムにおいて、燃料源１０１からの燃料の全ては、導管１３４を通って主収着剤ベッド８２ａへ流れ、導管１３３、導管９４、フィルタ１０３、バルブ１０４、および燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）１０５に流入する。
【００５０】
検出器１０６ｂ〜１０６ｄのいずれかが特定のしきい値レベルより多くの望ましくない成分（例えば、硫黄）を検出したならば、検出器１０６ｃなどの検出器は、バルブコントローラ１２４ｂに対してバルブ１２４ａを閉じるように指令するとともにバルブコントローラ１２２ｂに対してバルブ１２２ａを開くように指令することができる。この変化の結果として、燃料は、燃料源１０１から予備収着剤ベッド８２ｂを通って移動する前に導管１３２に流入する。同様に、望ましくない成分を検出したことに応答してバルブ１２４ａを完全に閉じる代わりに、検出器は、燃料の大部分が予備収着剤ベッド８２ｂを通って流れ燃料の小部分が依然として主収着剤ベッドを通って流れるように、バルブコントローラ１２４ｂに対してバルブ１２４ａを部分的に閉じるように指令するとともにバルブコントローラ１２２ｂに対してバルブ１２２ａを部分的（または完全）に開くように指令することができる。他の１つの例では、バルブ１２２ａが開いていてバルブ１２４ａが閉じている定常状態システムにおいて、燃料源１０１からの燃料の全ては、導管１３２を通って予備収着剤ベッド８２ｂへ流れ、導管１３５、導管９４、フィルタ１０３、バルブ１０４、および燃料電池スタック１０５に流入する。いずれかの検出器１０６ｅ〜１０６ｇが特定のしきい値レベルを超える望ましくない成分（例えば、硫黄）を検出すると、検出器１０６ｆなどの検出器は、バルブコントローラ１２２ｂに対してバルブ１２２ａを閉じるように指令するとともにバルブコントローラ１２４ｂに対してバルブ１２４ａを開くように指令することができる。この変化の結果として、燃料は、燃料源１０１から、主収着剤ベッド８２ａを通って移動する前に導管１３４に流入する。同様に、望ましくない成分を検出したことに応答してバルブ１２２ａを完全に閉じる代わりに、検出器は、燃料の大部分が予備収着剤ベッド８２ｂを通って流れ、燃料の小部分が依然として主収着剤ベッドを通って流れるように、バルブコントローラ１２２ｂに対してバルブ１２２ａを部分的に閉じるように指令するとともにバルブコントローラ１２４ｂに対してバルブ１２４ａを部分的に開く（または完全に開く）ように指令することができる。
【００５１】
収着剤ベッドアセンブリ３８０ｃと同様に、収着剤ベッドアセンブリ４８０ｃの種々の実施形態は、７個の検出器１０６ａ〜１０６ｇなどの２個以上の検出器を含むことができ、異なる望ましくない成分（例えば、水、酸素、シロキサン、硫黄など）のための検出器、同じ望ましくない成分を検出するための冗長検出器、および／または収着剤ベッドの中間消尽状態情報を確立するための検出器をも含むことができる。異なる望ましくない成分の検出器を含む収着剤ベッドアセンブリ４８０ｃの利点は、特定の望ましくない汚染物質が許容可能なしきい値レベルより多いことに応答してバルブを閉じたり、および／または開いたりすることによって、システムが複数のタイプの汚染物質に順応することを可能にすることである。望ましくない成分の冗長検出器を含む収着剤ベッドアセンブリ４８０ｃの利点は、冗長ペアのうちの１つの検出器が適切に動作していない（例えば、バルブが不正確な検出を有する、電力の欠如、ダメージを受けた検出器）ときにも、適切に働いている検出器からシステムが指令を受け入れることを可能にすることである。中間収着剤ベッド消尽検出器を含む収着剤ベッドアセンブリ４８０ｃの利点は、収着剤ベッドが消尽されるときを正確に概算できることによる総運転コストの低減を可能にすることである。正確な収着剤ベッド消尽概算は、収着剤ベッドの不必要な保守点検（例えば、収着剤ベッドをあまりに早くあるいはあまりに遅く交換する）を減らすとともに交換用主収着剤ベッドの在庫を維持する必要を減らすことにつながる。
【００５２】
収着剤ベッド８２ａ、８２ｂ内の中ほどで望ましくない成分を測定する１つの検出器を持つことによって確立される中間消尽状態情報は低運転コストである。なぜならば、主収着剤ベッドが消尽される時間をより正確に予測できるので、収着剤ベッドの不必要な保守点検を減らし、交換用主収着剤ベッドの在庫を維持する必要を減らせるからである。
【００５３】
前に論じたように、４個の収着剤ベッド８２などの３個以上の収着剤ベッドを用いれば、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示されている２つの収着剤ベッドよりも寿命をより長くし、ベッド材料をより完全に利用することができる。予備収着剤ベッドの使用を４個の収着剤ベッドと組み合わせれば、そのような燃料電池システムを保守点検するときに有効にコストを回避することができる。図４Ｄは４個の収着剤ベッド８２を含む収着剤ベッドアセンブリ４８０ｄを示し、ここで２つの主収着剤ベッド８２ａは導管１３６により流体的に直列に接続され、２つの予備収着剤ベッド８２ｂは導管１３７により流体的に直列に接続されている。２つの主収着剤ベッド８２ａは２つの予備収着剤ベッド８２ｂと流体的に並列に接続されている。３個以上の主収着剤ベッド８２ａおよび／または３個以上の予備収着剤ベッド８２ｂを使用することができる。通常（すなわち、定常状態）動作中、バルブ１２４ａを開くことができ、バルブ１２２ａは閉じられたままで、燃料源１０１からの燃料を、主収着剤ベッド８２ａだけを通って燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）１０５に流入させる。検出器１０６ａによって突破イベントが検出されると、検出器１０６ａは、コントローラ１２４ｂに対してバルブ１２４ａを閉じるように信号を発するとともにコントローラ１２２ｂに対してバルブ１２２ａを開くように信号を発することができる。あるいは、モニタ１１０は、燃料電池スタック１０５の性能低下を検出してコントローラ１２４ｂに対してバルブ１２４ａを閉じるように信号を発し、コントローラ１２２ｂに対してバルブ１２２ａを開くように信号を発することができる。これにより、燃料の流れの全てが予備収着剤ベッド８２ｂを通して向けられ、主収着剤ベッド８２ａは燃料電池システムから分離され、燃料電池スタックの動作を妨げずにそれらを交換することが可能となる。
【００５４】
代わりの１つの実施形態では、通常（すなわち、定常状態）動作中、バルブ１２２ａは部分的に開かれ得る。バルブ１２４ａを全開して（または部分的に開いて）燃料の大部分が主収着剤ベッド８２ａを通って流れることを可能にし、バルブ１２２ａを部分的に開いて燃料の小部分が予備収着剤ベッド８２ｂを通って流れることを可能にする。望ましくない成分が主収着剤ベッド８２ａを突破していることを検出すると、検出器１０６ａ（またはモニタ１１０）はコントローラ１２４ｂに対してバルブ１２４ａを完全に閉じるように指令するとともにコントローラ１２２ｂに対してバルブ１２２ａを完全に開くように指令することができ、これにより、全燃料を、燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）１０５に入る前に予備収着剤ベッド８２ｂを通過させる。消尽された主収着剤ベッド８２ａを通って移動する燃料はないので、これらを交換することができる。交換が終われば、他の突破イベントまでの間、バルブ１２４ａおよび１２２ａは、燃料の小部分が予備収着剤ベッドとして作用する新しい主収着剤ベッド８２ａを通って流れ、元の予備収着剤ベッド８２ｂが主収着剤ベッドとして作用することができるように、調整され得る。これにより、収着剤ベッド材料を十分に利用できるとともに燃料電池システムを安全に使用し続けることができる。
【００５５】
図４Ｄは、燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）の検出器１０６ａおよびモニタ１１０がバルブ１２２ａおよび１２４ａに対して指令を提供して流れを予備収着剤ベッド８２ｂへ転換させ得ることを示しているけれども、検出器１０６ａまたはモニタが単独で制御指令を提供することができる。検出器１０６ａを用いる場合、それを予備収着剤ベッド８２ｂおよび主収着剤ベッド８２ａの接続点の下流側（すなわち、後）で導管９４に配置することができる。
【００５６】
上流側の予備収着剤ベッド
図５は、発電モジュールおよび燃料処理モジュールからモジュラー燃料電池キャビネットの外側に位置する上流側予備収着剤ベッド５２０を利用する実施形態の燃料電池システム５００を示す。上流側予備収着剤ベッド５２０は、燃料の硫黄含有量が極端に多ければ、燃料源１０１から供給される燃料から余分の硫黄(硫黄化合物を含む)を除去するために使用され得る。燃料は、燃料源１０１から、前述したアセンブリ２８０、３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、または４８０ｄなどの収着剤ベッドアセンブリ(すなわち、燃料処理モジュール)に入る前に、天然ガスなどの燃料中のほとんど全ての硫黄を除去する上流側予備収着剤ベッド５２０を通って流れることができる。発電所での脱臭済み天然ガス(例えば、脱硫済み天然ガス)の輸送に関する規則に従うために、燃料は定期的に上流側予備収着剤ベッド５２０をバイパスすることができる。例えば、１０分ごとに、バイパス導管５０１内のバイパスバルブ５０２ａは３０秒間開いて燃料が導管５０１を介して上流側予備収着剤ベッド５２０をバイパスすることを可能にする。従って、時間のほんの一部分、匂いのある天然ガスが燃料電池システム内に供給される。例えば、硫黄の匂いを感じることによってシステムにおいて天然ガスの漏れがあるかどうかを近くの作業員が判定できるように、匂いのある燃料は時間の０．１〜１０％の間、予備収着剤ベッド５２０をバイパスする。従って、嗅覚による漏れ検出を可能にするために、上流側収着剤ベッド５２０は硫黄の全部ではなくて大部分を除去する。
【００５７】
１つの代替の実施形態では、燃料電池システム５００は、上流側予備収着剤ベッド５２０がバイパスされる通常動作状態（すなわち、定常状態）を持つことができる。バルブ５０２ａは全開され、流体力学は、燃料を、上流側予備収着剤ベッド５２０を通らせるのではなくて導管５０１を介して予備収着剤ベッド５２０の周りを流れさせる。あるいは、導管５３２内の追加のバルブ（図示せず）は、燃料が予備収着剤ベッド５２０に流入するのを妨げることができる。それでも、導管５０１内の上流側検出器５０６は、未精製燃料流中の硫黄の量を測定することができる。硫黄の量がしきい値レベルに達して、源１０１からの燃料が所望の望ましくない成分（例えば、硫黄）含有量より多い望ましくない成分を有することを示すならば、検出器５０６はコントローラ５０２ｂに対してバルブ５０２ａを閉じるように信号を発して燃料に上流側予備収着剤ベッド５２０を通らせることができる。他の１つの代替の実施形態は、前述した収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）２８０、３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、または４８０ｄ内のモニタ１１０または検出器１０６による突破イベントの検出に基づいて強制的に燃料に上流側収着剤ベッド５２０を通らせることを含む。どちらの突破検出方法も、燃料が収着剤ベッドアセンブリ２８０、３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、または４８０ｄを通って流れる前に燃料を別の上流側予備収着剤ベッド５２０を通らせるべくバルブ５０２ａを閉じるようにコントローラ５０２ｂに対して信号を発することができる。
【００５８】
さらなる代案として、収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）２８０、３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、または４８０ｄとは異なるタイプの望ましくない成分を除去するために上流側予備収着剤ベッド５２０を使用することができる。例えば、収着剤ベッドアセンブリ２８０、３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、または４８０ｄは硫黄を除去することができ、上流側収着剤ベッド５２０は水（または水分）などの他の望ましくない成分を除去することができる。上流側検出器５０６は、燃料源１０１からの燃料入口流中の水含有量を測定することができる。通常（すなわち、定常状態）動作中、燃料源１０１からの燃料は、開いているバルブ５０２ａおよび導管５０１を通って上流側予備収着剤ベッド５２０をバイパスすることができる。燃料源１０１からの燃料流がしきい値レベルの水を含んでいるならば、導管５０１内でバルブ５０２ａの前に置かれている検出器５０６は、バルブコントローラ５０２ｂに対してバルブ５０２ａを閉じるように信号を発して燃料を逸らして上流側予備収着剤ベッド５２０を通らせて水を除去することができる。その後、水分含有量がしきい値より低く測定されたならば、上流側検出器５０６は、信号を発してバルブ５０２ａを開かせることができる。あるいは、上流側予備収着剤ベッド５２０を、しきい値レベルの水が検出されたときだけではなくて、水を除去するために常時使用することができる。
【００５９】
燃料源切り替え
図６は、複数の燃料源（例えば、２つ以上の源）１０１ａ、１０１ｂを有する燃料電池システム６００を示す。図に示されている実施形態では、各燃料源１０１ａ、１０１ｂは、それぞれ関連する検出器６７２、６７１、コントローラ６８２ｂ、６８１ｂ、およびバルブ６８２ａ、６８１ａを有することができる。１つの特定の実施形態では、通常（すなわち、定常状態）動作は、バルブ６８２ａ、６８１ａを開くことによって両方の燃料源１０１ａ、１０１ｂを使用することを含むことができる。しかし、１つの検出器６７２または６７１が望ましくない成分を検出すると、検出器６７２または６７１は、大量の望ましくない成分を含有する燃料源と関連するそれぞれのバルブ６８２ａ、６８１ａを閉じるようにそれぞれのバルブコントローラ６８２ｂ、６８１ｂに対して信号を発する。例えば、通常（すなわち、定常状態）中、両方の燃料源１０１ａおよび１０１ｂからの燃料は、それぞれの導管６３１、６３２、共通入口導管５９４、前述した収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）２８０、３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、または４８０ｄを通り、燃料入口導管９４を通って燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）１０５へ流れることができる。導管６３２内の検出器６７２は、燃料源１０１ｂからの望ましくない成分の含有量がしきい値レベルより多いことを検出したならば、燃料源１０１ｂからの燃料が燃料電池スタック１０５に入るのを止めるためにバルブ６８２ａを閉じるようにコントローラ６８２ｂに対して信号を発することができる。従って、燃料源１０１ａからの燃料だけが燃料電池システム６００において使用され得る。他の１つの実施形態では、燃料電池スタック１０５の性能がしきい値レベルより低下すると、モニタ１１０は、大量の望ましくない成分を含有すると分かった（例えば、検出器６７２から検出された）燃料源１０１ａと関連するバルブ６８２ａを閉じるように同様の指令を送ることができる。他の１つのフェイルセーフとして、燃料電池システム６００は自動バルブ６３６ａを含むことができ、これにより、望ましくない成分の突破イベントが検出されたときに燃料電池スタック１０５に入る燃料の流れをオン／オフするか、あるいは減少させることができる。
【００６０】
１つの代替の実施形態では、通常（すなわち、定常状態）動作は、しきい値レベルより多い望ましくない成分が検出されるまでは一度に唯一の燃料源を用い、そのときに他の１つの燃料源に切り替えることを含むことができる。使用されている燃料源に関連する検出器が、燃料流がしきい値レベルより多い量の望ましくない成分を含むことを検出したならば、検出器はその使用中の燃料源と関連するバルブを閉じるように信号を発すると同時に、使用されていない燃料源と関連するバルブを開くように信号を発する。例えば、通常（すなわち、定常状態）動作中、収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）２８０、３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、または４８０ｄおよび燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）１０５とともに燃料源１０１ａからの燃料だけを使用することができる。検出器６７１は、燃料源１０１ａからの燃料中の特定の望ましくない成分と、望ましくない成分の濃度とを検出することができる。収着剤ベッドアセンブリ２８０、３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、または４８０ｄから検出器１０６ａ〜１０６ｇが突破イベントを検出するか、あるいはモニタ１１０が燃料源１０１ａと関連する望ましくない成分に基づいて燃料電池スタック１０５が性能低下を被っていることを検出すれば、バルブ６８１ａを閉じるように信号が発せられ、バルブ６８２ａは開くように信号が発せられ得る。従って、燃料電池システム６００および対応する収着剤ベッドアセンブリ２８０、３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、または４８０ｄおよび燃料電池スタック１０５は燃料源１０１ｂからの燃料を受け取るだけであり、これにより燃料源を切り替える。
【００６１】
１つの代替の実施形態では、検出器６７２、６７１、バルブ６８２ａ、６８１ａおよびコントローラ６８２ｂ、６８１ｂ、６３６ｂのいずれかまたは全部が収着剤ベッドアセンブリ２８０、３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、または４８０ｄの一部であり得る。収着剤ベッドアセンブリ２８０、３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、または４８０ｄは、システム６００のニーズに基づいて特定の燃料源を選択するか、あるいは燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）１０５への燃料の流れを変更することができる。
【００６２】
スリップストリーム検出器
図７は、導管７１２から燃料を受け入れ、スリップストリーム導管７１６を通してそれを主収着剤ベッド８２ａへ戻す検出器７０６を示す。図３Ｂ〜３Ｆおよび図４Ｂ〜４Ｄの各検出器は、それらに隣接する導管または収着剤ベッドとＴ継手風に接続することを示しているけれども、これらの実施形態に関して図に示され記述された検出器は、図７に示されているものと同様のスリップストリームを利用することができる。スリップストリーム検出器７０６は、隣接する導管内の大部分の燃料の流れと並行する小部分の燃料の流れを受け取る。１つの実施形態では、燃料の小部分が導管７１２を通ってスリップストリーム検出器７０６および主収着剤ベッド８２ａに流入することができる。同時に、燃料の大部分は、スリップストリーム検出器７０６を通って移動することなく、導管７１４を通って主収着剤ベッドに流入する。図７に示されているように、スリップストリーム検出器７０６は、収着剤ベッドの上流側で望ましくない成分を検出する。スリップストリーム検出器は、主収着剤ベッドが除去するのと同じ望ましくない成分（例えば、硫黄）を検出することができ、図６に関して前に記載したように燃料源１０１ａおよび／または１０１ｂを切り替えるために使用することができる。あるいは、スリップストリーム検出器７０６は、主収着剤ベッドが除去するものとは異なる望ましくない成分を検出することができる。例えば、主収着剤ベッドが硫黄を除去するならば、主収着剤ベッドの上流側に位置するスリップストリーム検出器７０６は、シロキサンなどの他の望ましくない成分を検出する。
【００６３】
他の１つの実施形態では、スリップストリーム検出器７０６は他の１つの収着剤ベッド（図示せず）の下流側にあることができる。例えば、スリップストリーム検出器７０６を図３Ｄの導管９５上に配置することができ、これは第１の主収着剤ベッド８２ａの下流側で第２の主収着剤ベッド８２ａの上流側に位置する。この例では、スリップストリーム検出器７０６は、第１および第２の主収着剤ベッド８２ａが除去するのと同じ望ましくない成分（例えば、硫黄）を検出し、第１の主収着剤ベッドの下流側に存在する望ましくない成分の貴重な検出を提供することができる。第１の主収着剤ベッドの下流側での検出は、第１の主収着剤ベッドの突破イベントを示し、それを交換する必要があることを示すことができる。さらに、初めのほうの収着剤ベッドでの突破の検出は、予備収着剤ベッド８２ｂを活性化させる信号を送ることができる。
【００６４】
他の１つの例では、第１の主収着剤ベッド８２ａの下流側で第２の主収着剤ベッド８２ａの上流側にある、図４Ｄの導管１３６にスリップストリーム検出器７０６を配置することができる。さらに、第１および第２の予備収着剤ベッド８２ｂの間にある、図４Ｄの導管１３７にスリップストリーム検出器７０６を配置することができる。導管１３６または導管１３７において、スリップストリーム検出器７０６は、第１および第２の収着剤ベッドが除去するのと同じ望ましくない成分（例えば、硫黄）を検出することができ、第１の収着剤ベッドの下流側に存在する望ましくない含有物の貴重な検出を提供することができる。第１の収着剤ベッド８２ａ、８２ｂの下流側での検出は、第１の収着剤ベッド８２ａ、８２ｂの突破イベントを示し、それを交換する必要があることを示すことができる。
【００６５】
このスリップストリーム検出器を、主流路内の収着剤ベッドまたはバルブなどのフィーチャと十字に交わって、フローフィーチャにより生じる圧力降下がスリップストリーム検出器を通る流れを駆動することとなるように、接続することができる。
【００６６】
このスリップストリーム検出器は、検出器への流れを遮断するために導管７１２および／または導管７１６に配置された１つまたは複数のバルブを使用することができる。これらのバルブは、システム動作中に変色カートリッジまたはセンサが機能しなくなった場合にセンサの交換を容易にし得る。さらに、センサの流れ配管工事のときにバルブを使用することは、変色カートリッジの有限の寿命を維持することを可能にする。一例は、システム３８０ｃなどの実施形態にある。センサ１０６の入口および／または出口でのバルブの使用は、センサ１０６ｂが望ましくない成分の突破を示すなど、何らかの判定基準が満たされるまで、流路内にさらに存在するセンサ１０６ｄを閉じておくことを可能にする。
【００６７】
検出器およびデータベースマップ
図８Ａは、検出された望ましくない成分に基づいてシステムパラメータ（例えば、バルブを開く／閉じること、燃料電池スタックを運転停止することなど）を自動的に変更する検出システムを示す。燃料電池システムの燃料の流れの中の種々の位置で望ましくない成分を検出するために種々の検出器１０６ａ〜１０６ｇ、５０６、６７２、６７１、および／または７０６を使用することができる。検出器の正確な位置にかかわらず、各検出器は、酸素、水、シロキサン、および硫黄などの望ましくない成分を検出するのに適する任意のタイプであってよい。
【００６８】
１つの特定の実施形態では、１つまたは複数の検出器は１つ以上の変色検出器であり得る。各変色検出器は、図８Ａに示されている変色パッド８５０などの変色領域を含み、こ特定のタイプの望ましくない成分にさらされた後に変色する。例えば、白色検出器パッドを有する変色検出器は、硫黄にさらされると黄色くなる。変色検出器１０６ａ〜１０６ｇ、５０６、６７２、６７１、および／または７０６は、感色光検出器８５２などの光学コンポーネント、および任意にパッドを照明する光源８５４を有することができる。光学コンポーネントは、色の変化を記録し、その情報を変色データベース８１１に送る。変色データベース８１１は、検出器１０６ａ〜１０６ｇ、５０６、６７２、６７１、および／または７０６から入ってくる変色データを収集して変色マップを作成し／アップデートし、測定される燃料流中の特定の望ましくない成分の強度を判定する。変色検出器から受け取られた色の変化に基づいて、燃料流中の特定の望ましくない成分の量を予測するために変色の量または強度を較正することができる。変色検出器１０６ａ〜１０６ｇ、５０６、６７２、６７１、および／または７０６からの実時間データをシステムコントローラ８９０に送ることができ、収着剤ベッドアセンブリ（すなわち、燃料処理モジュール）内のバルブ、燃料電池スタック（すなわち、発電モジュール）と関連するバルブ、燃料選択のためのバルブ、あるいは燃料電池システムの部分を止めるなどの他の任意の動作制御などのシステムパラメータを変更することができる。突破イベント（例えば、最後の主収着剤ベッドの後で硫黄）を検出したら予備収着剤ベッドを使用するなどのシステムパラメータの変更のうちのいくつかについて、図１〜７に関して前に記述した。
【００６９】
図８Ｂは、種々の実施形態に用いるのに適する感知材料に生じることのある変色の例を示す。具体的には、コラム１に示されている感知材料パッド１２０２ａは第１の収着剤ベッドの後に位置する検出器１０６ａ内に置かれ、コラム２に示されている感知材料パッド１２０２ｂは第１の収着剤ベッドの下流側で第２の収着剤ベッドの後に位置する検出器１０６ａ内に置かれる。これらの同じ２つの感知パッド１２０２ａ、１２０２ｂの経時写真は９個の連続する時点で示され、左側の黒ずんだ材料は硫黄突破の存在を示し、燃料は左から右へ流れる。突破を示すことのできる実際の変色は、ポイントＡおよびＢ（それぞれ第１および第２の収着剤ベッドからの突破イベントを示す）により示されている。すなわち、色感知材料は、１つ以上の望ましくない成分（例えば、硫黄など）の存在に基づいて変色することができる。例えば、いくつかの実施形態では、変色は、明るい（例えば、ライトブルー）色から黒ずんだ（例えば、ダークブラウン）色への変化を伴うことができる。
【００７０】
代わりに、どの検出器１０６ａ〜１０６ｇ、５０６、６７２、６７１、および／または７０６も、特定の望ましくない成分と関連する抵抗器における抵抗変化を検出することによって燃料流中の望ましくない成分を検出することができる。望ましくない成分と反応していない金属抵抗器（例えば、銅）は、特定の基準抵抗を有する。望ましくない成分（例えば、硫黄）は、特定の金属抵抗器と反応して（例えば、銅を少なくとも部分的に硫化銅に変化させる）抵抗器の抵抗率を変化させ、これにより望ましくない成分が存在することを示すことができる。例えば、銅金属ストリップ状の抵抗器を有する検出器は、比較的小さい抵抗率を有することができる。燃料流中に存在する有機硫黄化合物は、銅抵抗器と反応して硫化銅を形成して抵抗器ストリップの抵抗率を増大させ、これにより望ましくない成分の存在を示すことができる。前述した変色検出器システムによく似て、抵抗率変化を、特定の望ましくない成分および金属ストリップに従ってマッピングすることができる。さらなる代替の実施形態として、検出器１０６ａ〜１０６ｇ、５０６、６７２、６７１、および／または７０６のいずれも、１つの特定の望ましくない成分または任意の数の望ましくない成分を検出するために人工鼻を使用することができる。燃料流中に存在する１つ以上の望ましくない成分を検出するために人工鼻を較正することができる。人工鼻は、反応性高分子先端付き光ファイバチャネルを含む。高分子は、望ましくない成分と反応するとその光学特性（例えば、反射率または屈折率）を変化させる。従って、チャネル内を伝播して高分子先端から反射する光は、先端が望ましくない成分と反応する前とは異なる特性を有する。
【００７１】
他の実施形態では、検出器１０６ａ〜１０６ｇ、５０６、６７２、６７１、および／または７０６のうちの１つ以上は、図１２Ａに示されている光学検出器１２００であることができる。一実施形態では、光学検出器１２００は、望ましくない成分が存在すると変色するように構成された感知材料１２０２を含む。感知材料１２０２は、図８Ａに関して前に記載した変色パッドであることができる。感知材料１２０２は、基板１２０４上に配置されたペイントまたは染料であることができる。ペイントまたは染料は、望ましくない成分にさらされると変色することができる。あるいは、感知材料１２０２は、望ましくない成分にさらされると変色する液体またはゲルであることができる。あるいは、感知材料１２０２は、望ましくない成分にさらされると変色する粒子または顆粒であることができる。流れを容易にするために半透明のハウジングにこれらの粒子を詰め込むことができる。いくつかの実施形態では、感知材料１２０２は、硫黄または硫黄含有化合物にさらされると変色するように、硫黄敏感である。他の実施形態では、感知材料１２０２は、シロキサン、酸素、または水などの他の望ましくない成分にさらされると変色する。いくつかの実施形態では、感知材料１２０２は、いくつかの異なる望ましくないコンポーネントに対して敏感である。感知材料１２０２は、その望ましくないコンポーネントの各々にさらされると識別可能な色に変化することができる。いくつかの実施形態では、感知材料１２０２は、燃料の流れが通過できるゼオライトまたは混合金属酸化物から作られた変色ペレットであることができる。いくつかの実施形態では、光学検出器１２００は、感知材料１２０２の色の変化を示すように構成された少なくとも１つのセンサ１２０６を含む。一実施形態では、その少なくとも１つのセンサ１２０６は複数のセンサ１２０６である。各センサを、感知材料１２０２に面して配置することができる。例えば、感知材料１２０２が基板１２０４上に配置されたペイントまたは染料であるとき、少なくとも１つのセンサ１２０６を基板に面して配置することができる。少なくとも１つのセンサ１２０６の各々は変色検出器であることができる。変色検出器は、１つ以上の感色光検出器を含むことができる。変色検出器は、青色を検出する光検出器、緑色を検出する光検出器、および／または赤色を検出する光検出器を含むことができる。センサ１２０６は、各々の検出された色変化をデジタル信号として次のプロセッサ１２２４に出力することができる。代わりに、センサ１２０６は、各々の検出された色変化を、様々な直流（ＤＣ）電圧を有するアナログ出力として出力することができる。センサ１２０６は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）通信を介するなどして、有線信号または無線信号を介して信号を出力することができる。
【００７２】
光検出器１２００のいくつかの実施形態は、センサに結合された光源１２０８を含む。光源は、少なくとも１つのセンサ１２０６が感知材料１２０２の色を検出できるように感知材料１２０２を照明することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのセンサ１２０６は、赤色光、青色光、緑色光、および／または白色光検出器のうちの１つ以上を含むことができる。光源１２０８は、ランプまたは固体照明源などの電気的光源であることができる。いくつかの実施形態では、光源１２０８は１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。光源１２０８を、一定の発光出力を保証するため、あるいは様々な発光出力を可能にするために、電力調整回路（図示せず）に電気的に結合することができる。いくつかの実施形態は複数の光源１２０８を含む。
【００７３】
光検出器１２００のいくつかの実施形態は、図１２Ｂに示されているように、ハウジング１２１０を含む。ハウジング１２１０は、感知材料１２０２、少なくとも１つのセンサ１２０６、および１つまたは複数の光源１２０８を囲むことができる。ハウジング１２１０は、実質的に光に対して不透過性であることができる。例えば、その外側１２１２を、実質的に光を通さない金属またはプラスチックなどの材料から構成することができる。ハウジングの外側１２１２は、光の通過を阻止するために、黒色であることができる。いくつかの実施形態では、光不透過性ハウジング１２１０は、ハウジング１２１０外側１２１２内または外へ光が漏れるのを阻止し、少なくとも１つのセンサ１２０６により知覚される光の信号対雑音比を改善する。例えば、光不透過性ハウジング１２１０は、周辺光の変化によって感知材料１２０２が変色したように見えるようになって少なくとも１つのセンサ１２０６が誤り警報を示すことを阻止することができる。ハウジング１２１０の内側１２１４は、白などの明るい色であることができる。いくつかの実施形態では、明るい色の内側１２１４は、光源１２０８からの光を大いに拡散させ、光学検出器１２００の動作を改善する。追加の実施形態は、ハウジングを囲む外部ケーシング１２１６を含む。ケーシング１２１６は、実質的に光に対して不透過性であることができる。いくつかの実施形態では、ケーシング１２１６およびハウジング１２１２は、光が入ることを許さずにガスが光学検出器１２００に入ることを可能にする１つ以上の導管（図示せず）を有する。例えば、導管は、導管が方向を１回以上逆転させて、光を効果的に遮断するように、複数のベンドを持つことができる。
【００７４】
再び図１２Ａを参照すると、光学検出器１２００は基準材料１２１８を含むことができる。いくつかの実施形態では、基準材料１２１８は、望ましくない成分にさらされても変色しない。基準材料１２１８は、感知材料について前に記載した任意の材料から構成され得る。基準材料を基板１２０４上に配置することができる。いくつかの実施形態では、基準材料１２１８は、望ましくないコンポーネントがないときの感知材料１２０２と実質的に同じ色である。基準材料１２１８は感知材料１２０２と同じ材料から構成され得るけれども、基準材料１２１８は、基準材料１２１８が望ましくないコンポーネントにさらされることを阻止する透明なバリヤ（図示せず）を材料１２１８上に有することができる。代わりに、基準材料１２１８は、望ましくないコンポーネントにさらされても変色しない材料から構成され得るけれども、感知材料１２０２の当初の色と同じ色を有する。
【００７５】
光学検出器１２００は、基準材料の色の変化を感知する基準センサ１２２０をも含むことができる。基準センサを、少なくとも１つのセンサ１２０６について前に記述したように構成することができる。光学検出器１２００は、基準センサ１２２０に結合された光源１２２２をも含むことができる。光源１２２２は、前述した光源１２０８のために適する任意の光源であってよい。光源１２２２は、基準センサ１２２０に結合されて、光源１２０８に関して前に記述したように基準材料１２１８を照明することができる。周辺の光または温度などの環境因子に起因する信号の変化を、検出されるべく意図されている燃料成分の存在に起因する信号の変化から分離するために、この基準センサ１２２０を使用することができる。
【００７６】
いくつかの実施形態では、光学検出器１２００はプロセッサ１２２４に結合される。プロセッサは、図３Ａ〜８Ａに関して前に記述したように、バルブコントローラおよび／またはシステムコントローラであり得る。プロセッサ１２２４は、図１０および図１１に示されている計算装置１０００またはマイクロプロセッサであり得る。プロセッサ１２２４はマイクロプロセッサであり得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ１２２４は、少なくとも１つのセンサ１２０６から信号を受け取り、少なくとも１つのセンサ１２０６からの信号に応答して、感知材料１２０２の色を記録する。プロセッサ１２２４を、基準センサ１２２０から信号を受け取り、基準センサ１２２０からの信号に応答して、感知材料１２０６の色を記録するように構成することができる。一実施形態では、プロセッサ１２２４は、基準センサ１２２０からの信号の値を少なくとも１つのセンサ１２１８からの信号の値から引くように構成される（例えば、値の差）。これにより、キャビネットのドアが開かれるとき、あるいは疑似信号または他の光ノイズに起因して基準の色が違って見えるときに、信号対雑音比を高める効果を有することができる。プロセッサ１２２４を、感知材料の色の変化に対応する信号の信号対雑音比を高めるために信号平均値算出アルゴリズムを適用するように構成することができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ１２２４は、複数の光学検出器１２００の各々の中の１つ以上のセンサ１２０６から信号を受け取ることができ、それらを加え合わせることができる。例えば、第１の光学検出器１２００からの信号を、流路のさらに下流の側にある第２の光学検出器１２００からの信号に加えることができる。互いの上流側および下流側にある異なる検出器からの信号をこのように加え合わせれば、それらの合計信号応答を線形にすることができる。
【００７７】
いくつかの実施形態では、プロセッサ１２２４は、アラーム基準が満たされたときにアラーム信号を発するように構成される。アラーム基準を、いずれかのセンサ１２０６によってプロセッサ１２２４に送信された値の絶対値がセンサの較正済み値からプリセット値より大きく逸れているときに、満たすことができる。プリセット値は、許容し得ないレベルの望ましくない成分を示す変色に対応することができる。一実施形態では、アラーム信号を、基準が所定の量の時間にわたって満たされるときに、生成することができる。例えば、プロセッサ１２２４に送信される値がプリセット期間より長い期間にわたって（例えば、キャビネットのドアが典型的に開かれている期間より長い期間にわたって）較正済み値からプリセット値より大きく逸れている場合に限って、プロセッサ１２２４はアラーム信号を生成することができる。
【００７８】
他の１つの実施形態では、アラーム信号は、センサ値が所定のアラーム値範囲の中に落ちたときに生成される。例えば、プロセッサ１２２４は、ありそうもない読み取り値と矛盾しない上側しきい値限界値を超えるセンサ値を、望ましくない成分の検出ではなくて光学検出器１２００の故障として無視することができる。アラーム信号を、個々のセンサ値のいずれかが所定のしきい値を超えているときに、生成することができる。少なくとも１つのセンサ１２０６が赤色光を感知するように構成された少なくとも１つのセンサと、青色光を感知するように構成された少なくとも１つのセンサと、緑色光を感知するように構成された少なくとも１つのセンサとを含む１つの例として、プロセッサ１２２４は、緑色光センサだけからの信号がしきい値を超えるならば、アラームを生成することができる。少なくとも１つのセンサ１２０６に含まれる各センサは、プロセッサ１２２４に記憶される１つの異なるしきい値を持つことができる。
【００７９】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の最小自乗回帰係数がプリセット値を超えるか、および／またはプリセット範囲外に落ちたときにアラーム信号が生成され得る。一実施形態では、最小自乗回帰は、少なくとも１つのセンサ１２０６によって伝達された値のセットなどの、データのセットに適合する一定のタイプの曲線を仮定し、その曲線タイプに関してのデータのエラーを最小にし、これによりその曲線適合の係数値を適合させる。この方法は、信号平均値算出および勾配解析を同時に効果的に行うことができる。さらに、最小自乗回帰は、データ点の標準誤差を計算することによって適合の品質を分析することができる。データが十分に良く適合しなければ、アラーム信号を送るべきではないと指令するために、「Ｒ＾２」と呼ばれるこの偏差を利用することができる。最小自乗アルゴリズムを適用するための多くの計算手法を当業者であれば知っているはずである。
【００８０】
他の１つの実施形態では、アラーム信号は、時間に関してのセンサ値の二次導関数がプリセット値を超えるときに生成され得る。例えば、プロセッサ１２２４は、期間の経過に対して測定された少なくとも１つのセンサ１２０６から受信された一連の値に１つの曲線を適合させ、曲線の二次導関数を計算することができる。一定のしきい値を超える二次導関数は、センサ材料１２０２の色の変化の速度が加速していることを示し、光学検出器１２００を通過する望ましくない成分の割合が増大しつつあることを示すことができる。代わりに、アラーム信号は、時間に関してのセンサ値の一次導関数がプリセット値を超えるときに生成され得る。例えば、プロセッサ１２２４は、期間の経過に対して測定された少なくとも１つのセンサ１２０６から受信された一連の値に対して１つの曲線を適合させ、曲線の一次導関数を計算することができる。一定のしきい値を超える一次導関数は、センサ材料１２０２の色が特定の速度で変化しつつあることを示し、望ましくない成分の一定のボリュームが光学検出器１２００を通過しつつあることを示すことができる。プロセッサ１２２４は、センサ信号変化の正の勾配と負の勾配とを区別するように構成され得る。例えば、外部光汚染は、時間に関しての正の一次導関数により証明される、次第に度を増して正の検出器値を生じさせることができるのに対して、実際の有害物質検出は、時間に関しての負の一次導関数により証明される、次第に度を増して負の検出器値を生じさせることができる。当業者であれば、種々のデータセットを与えられたときに時間に関しての一次および二次導関数を計算するための多くの有効な計算方法を知っているはずである。
【００８１】
他の１つの実施形態では、少なくとも１つのセンサ１２０６により伝達された値のセットを、シグモイド・ベースの関数に適合することができる。例えば、そのシグモイド・ベースの関数はｆ（ｘ）＝１／（１＋ｅ-x）に基づくことができ、種々の係数および加算により修正することができる。１つの実施形態では、ベース関数を修正するために使用される係数は、少なくとも１つのセンサ１２０６から受信された色変化が係数値のしきい値を超える係数での適合化を必要とするときにアラーム信号が生成されるように、色変化限界値のためのアラームしきい値を表すことができる。当業者であれば、シグモイド・ベースの関数を用いるアルゴリズムのための多くの計算手法を知っているはずである。
【００８２】
さらなる実施形態において、センサ値の絶対値の合計がプリセット値を超えるときにアラーム信号が生成される。従って、センサ１２０６が赤色、青色、および緑色変化値を感知する場合には、プロセッサ１２２４は、いずれか１つの値がしきい値を超えるか、あるいはどの１つの値もしきい値を超えないけれども加え合わされた値の組み合わせがしきい値を超えるならば、アラーム信号を生成することができる。プロセッサ１２２４を、センサ１２０６の正および負の読み取り変化を区別するように構成することができる。プロセッサ１２２４を、各々の個々のセンサ１２０６のために異なるアラームアルゴリズムを適用するように構成することができる。例えば、図３Ｄに描かれている実施形態では、プロセッサ１２２４は、燃料電池スタックに入る直前で燃料管路内に置かれた光学検出器１２００内のセンサについて燃料中の望ましくない成分のより多くの含有量がシステムに供給されつつあることを示す状態変化が知覚されたならば、偽陽性の割合がより多くなるという代償を払って、すぐにアラームを生成するように設計されたアルゴリズムを使用することができる。代わりに、プロセッサ１２２４は、第２のベッドが第１のベッドを突破した硫黄を全て吸収するので２つの主収着剤ベッドの間で管路内に置かれた光学検出器１２００内のセンサにおいてより低い割合の偽陽性を生じさせるために、応答は比較的に速くはないけれども経時変化を評価する（例えば、一次および／または二次導関数を用いて）アルゴリズムを使用することができる。プロセッサ１２２４は、任意のセンサ１２０６を用いてアラームを生成するために前述したアルゴリズムの任意の組み合わせを用いることができる。一例として、複数のアラームアルゴリズムが並行して動作し、これらのアラーム判定基準のうちの所与の数のアラーム判定基準が満たされたならば、アラーム検出が確認され得る。
【００８３】
さらなる実施形態では、主流路を通る（例えば、１つ以上の主収着剤ベッドを通る）燃料の流れを、光学検出器１２００を通る流れと比較することができる。そのような比較を行うために、瞬時流量に基づくかあるいは各経路を通って流れた総ボリュームに基づいて、主流路の測定値およびセンサ流の測定値を取ることができる。種々の実施形態において、主経路流のセンサ流に対する比は、センサ材料が循環した総ボリュームの数に対する１つ以上の主収着剤ベッドが循環した総ボリュームの数の示度として使用され得る。１つ以上の主収着剤ベッドと比べてセンサ材料がどれほど劣化しているかを判定するためにこの比を使用することができ、これによりセンサ材料において示される変色を１つ以上の主収着剤ベッドの劣化の反映とすることを可能にする。
【００８４】
種々の実施形態において、システムのためのアラームしきい値は、主流路内の流量とセンサ流路内の流量との比に基づいて開発され得る。すなわち、種々の流量比において、それを超えれば、主流収着剤ベッドの健全性が劣化していることを示すことになる種々のしきい値が存在する。例えば、システムがセンサ流１ボリュームに対して主経路流１０００ボリュームの流量比で動作しているとすれば、センサによって示された変色の値が１００より大きければ、アラームを立てるべきであることが分かり得る。同じシステムについて、流量比がセンサ流１ボリュームに対して主経路流２０００ボリュームであれば、センサによって示された変色の値が１３０より大きければ、アラームを立てるべきであること分かり得る。従って、種々の実施形態において、システムは、任意の所与の流量比で許容し得るセンサ値を規定する流量比しきい値関数を持つことができる。そのような許容し得るセンサ値は、検出器値、動作開始以降の検出器値変化、検出器勾配などを含むがこれらに限定はされない任意の数のパラメータに関して提供され得る。
【００８５】
いくつかの実施形態では、所与の時における特定のセンサ１２０６の信号特性を、同じセンサ１２０６について前に測定された信号特性と比べることができる。例えば、所与の時点における感知材料での赤色のセンサ１２０６の検出を示す信号を、その初めの数時間の動作の間の同じセンサ１２０６による感知材料での赤色の検出を示す信号と比べることができる。さらに、いくつかの実施形態では、所与の時点で測定された特定のセンサ１２０６の信号特性を色基準サンプルと比較することができる。例えば、どのセンサ１２０６に対する基準線を確立するためにも、色較正カートリッジが存在し得る。
【００８６】
他の１つの実施形態では、特定のセンサ１２０６からの信号を、センサ１２０６の種々の動作状態における変動を補正するために、処理することができる。センサ１２０６に対して変化し得るいくつかの動作状態の例は、いくつかを挙げれば、気体媒体流量、気体媒体温度、気体媒体圧力、センサ温度、センサキャビネット開放である。これらの変化する動作状態に基づいてセンサ信号を正規化値に補正することにより、偽アラームを回避することができる。
【００８７】
図２〜８Ａに関して前に記述したように、１つ以上の光学検出器１２００を燃料電池アセンブリに置くことができる。いくつかの実施形態では、燃料電池アセンブリは、図２〜８Ａに関して前に記述した燃料電池スタック１０５と、燃料電池スタックに流体的に接続された、図２〜８Ａに関して前に記述した燃料処理モジュール２８０、３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、４８０ｄ、５００、および／または６００などの燃料処理モジュールとを含むことができる。１つ以上の光学検出器１２００を、図３Ａ〜８Ａに関して前に記述した検出器１０６ａ〜１０６ｇ、５０６、６７２、６７１、および／または７０６のいずれかとして使用することができる。１つ以上の光学検出器１２００を、図３Ａ〜８Ａに関して前に記述した検出器１０６ａ〜１０６ｇ、５０６、６７２、６７１、および／または７０６のいずれかにおいてコンポーネントとして使用することができる。従って、１つ以上の光学検出器１２００を、単独でまたは追加の検出器エレメントと組み合わせて、図７に関して前に説明したように、燃料電池システムの燃料入口管路内および／またはスリップストリーム管路内に置くことができる。複数の光学検出器１２００が存在する場合には、各検出器１２００を、燃料電池システムの燃料入口管路に沿って異なる位置に置くことができる。１つ以上の光学検出器１２００は、１つ以上のプロセッサ１２２４と組み合わされて、バルブ１０２ａ，１０４、１２４ａ、１２２ａ、５０２ａ、６８２ａ、６８１ａ、および／または６３６ａなどの、図２〜８Ａに関して前に記述したバルブのうちの１つ以上を調整することができる。１つ以上の光学検出器１２００および１つ以上のプロセッサ１２２４は、バルブに、図２〜８Ａに関して前に記述したどの動作をも実行させることができる。
【００８８】
１つの非限定的な例として、図１２Ｃに描かれているように、燃料電池アセンブリは、燃料電池スタック１０５と、燃料電池スタック１０５に流体的に接続されて燃料を燃料源１０１から燃料電池スタックに向ける燃料処理モジュール１２８０とを含むことができる。燃料処理モジュール１２８０は、主収着剤ベッド８２ａと、予備収着剤ベッド８２ｂと、予備収着剤ベッド８２ｂをバイパスする燃料の流れを制御するように構成されたバルブ１０２ａと、主収着剤ベッド８２ａ内の望ましくない成分を検出するために図１２Ａ〜１２Ｂに関して前に記述した１つ以上の光学検出器１２００を含む光検出システムとを含む。開いているバルブ１０２ａは、燃料の流れの全部または大部分に主収着剤ベッド８２ａを通過させ、導管９１を介して予備収着剤ベッド８２ｂをバイパスさせるように構成されている。望ましくない成分が検出されると、バルブ１０２ａは、導管９２を介して全ての燃料の流れに予備収着剤ベッド８２ｂを通過させるように閉じられるか、あるいは導管９２を介してより多くの燃料の流れに予備収着剤ベッド８２ｂを通過させるように部分的に閉じられる。燃料処理モジュール１２８０は、図２〜８Ａに関して前に記述したように、バルブ１０２ａが開いているとき定常状態動作中に予備収着剤ベッド８２ｂの周囲を回って流れるように燃料を向けるためにバイパス導管９１を使用することができる。
【００８９】
燃料処理モジュール１２８０は、図２〜８Ａに関して前に記述したように、バルブ１０２ａが閉じられているときに燃料に予備収着剤ベッド８２ｂを通過させるために追加の導管９２および９３を使用することができる。燃料処理モジュール１２８０を、図２〜８Ａに関して前に描かれたように、追加のあるいはフェイルセーフのバルブ１０４により調整される燃料入口導管９４を介して燃料電池スタック１０５に接続することができる。種々の導管およびバルブは、Ｉ／Ｏ接続部８８、８８ａ〜８８ｃに接続することができる。燃料処理モジュール１２８０は、図２〜８Ａに関して前に記述したように、主収着剤ベッド８２ａ上／内に置かれた追加の検出器１０６ｂ、１０６ｃ、および１０６ｄを含むことができる。この追加の検出器１０６ｂ、１０６ｃ、および１０６ｄは、図１２Ａ〜１２Ｂに関して前に記述した光学検出器１２００を含むことができる。
【００９０】
アラーム信号が生成される前に燃料の流れの小部分に予備収着剤ベッド８２ｂを通過させるとともに燃料の流れの大部分に主収着剤ベッド８２ａを通過させるようにバルブ１０２ａを開くことができる。アラーム信号が生成されたときに燃料の流れの全部または大部分に予備収着剤ベッド８２ｂを通過させるとともに燃料の流れのゼロ部分または小部分に主収着剤ベッド８２ａを通過させるためにバルブ１０２ａを閉じることができる。バルブ１０２ａは、アラーム信号が生成される前に、導管９２内の追加バルブが閉じられるとともにバルブ１０２ａが開いているならば、全ての燃料の流れに主収着剤ベッド８２ａを通過させるように構成され得る。バルブ１０２ａを、アラーム信号が生成され、バルブ１０２ａが開いているときに、全ての燃料の流れに予備収着剤ベッド８２ｂを通過させるように構成することができる。
【００９１】
図１３は、燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出する実施形態の方法１３００を示す。この方法１３００は、ステップ１３０２において、望ましくない成分が存在すれば変色するように構成された感知材料と、感知材料の変色を示すように構成された少なくとも１つのセンサとを含む光学検出システムを設けるステップを含む。センサは、対応する光源に結合される。感知材料、センサ、および光源は、ハウジングに封入される。いくつかの実施形態では、これは、図１２Ａ〜１２Ｂに関して前に開示したように実行される。
【００９２】
方法１３００は、燃料電池システムの燃料流中の望ましくない成分を検出するステップを含むことができる（ステップ１３０４）。いくつかの実施形態では、望ましくない成分の検出は、図１２Ａ〜１２Ｃに関して前に開示したように実行され得る。
【００９３】
方法１３００は、アラーム基準が満たされたときにアラーム信号を生成するステップを含むことができる（ステップ１３０６）。いくつかの実施形態では、望ましくない成分の検出は、図１２Ａ〜１２Ｃに関して前に開示したように実行され得る。
【００９４】
図１４は、燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出する他の１つの実施形態の方法１４００を示す。この方法１４００は、ステップ１４０２において、望ましくない成分が存在すれば変色するように構成された感知材料と、感知材料の変色を示すように構成された少なくとも１つのセンサとを含む光学検出システムを設けるステップを含む。センサは、対応する光源に結合される。望ましくない成分が存在しても変色しない基準材料、および基準材料の変色を示すように構成されて光源に光学的に結合された基準センサも設けられる。いくつかの実施形態では、これは、図１２Ａ〜１２Ｃに関して前に開示したように実行される。
【００９５】
方法１４００は、燃料電池システムの燃料流中の望ましくない成分を検出するステップをさらに含むことができる（ステップ１４０４）。いくつかの実施形態では、これは、図１２Ａ〜１２Ｃに関して前に開示したように実行される。
【００９６】
方法１４００は、アラーム基準が満たされたときにアラーム信号を生成するステップをさらに含むことができる（ステップ１４０６）。いくつかの実施形態では、これは、図１２Ａ〜１２Ｃに関して前に開示したように実行される。
【００９７】
図１５は、燃料電池システムにおいて望ましくない成分を検出する他の１つの実施形態の方法１５００を示す。この方法１５００は、望ましくない成分が存在すれば変色するように構成された感知材料と、赤色センサ、緑色センサおよび青色センサを含む少なくとも１つのセンサと、各色センサから色値を受け取るように構成されたプロセッサとを含む光学検出システムを設けるステップ１５０２を含むことができる。いくつかの実施形態では、これは、図１２Ａ〜１２Ｂに関して前に開示したように実行される。
【００９８】
方法１５００は、各色センサから個々の値をプロセッサに送るステップを含むことができる（ステップ１５０４）。いくつかの実施形態では、これは、図１２Ａ〜１２Ｃに関して前に開示したように実行される。
【００９９】
方法１５００は、アラーム基準が満たされたときにアラーム信号を生成するステップを含むことができる（ステップ１５０６）。いくつかの実施形態では、これは、図１２Ａ〜１２Ｃに関して前に開示したように実行される。
【０１００】
燃料電池スタックの性能測定値による突破イベント／活性低下の検出
図９は、燃料電池スタックが望ましくない成分で活性低下するときの、数個の燃料電池スタックからの燃料電池性能測定値を示す。１つの実施形態では、図３Ａ、図３Ｄ、図４Ａ、図４Ｄ、および図６に関して図に示して記述したモニタ１１０は、燃料電池スタック性能の劣化（または燃料電池活性低下を引き起こす突破イベント）を検出することによって燃料電池スタックの燃料電池活性低下を検出することができる。
【０１０１】
図９に示されている非限定的図解において、モニタ１１０は、燃料電池スタック１０５を動作させている間に個々のスタック電圧および／または燃料電池システムの電流を測定するか、あるいは複数の燃料電池スタック１０５を動作させている間に燃料電池システムの電流を測定することができる。燃料電池スタック１０５は、測定されたスタック電圧９０１および測定されたシステム電流９０２を持つことができる。図９は、おおよそ燃料電池スタック（あるいは複数の燃料電池スタック）が硫黄にさらされるとき、約３６時間の動作の後にスタック電圧の約５．５％の僅かな低下を示す。図に示されているように、望ましくない成分による燃料電池活性低下時でかつ燃料電池活性低下後に、電流はほぼ一定のままである。その後数日にわたって、スタック電圧は振動し、ついには約９０時間（あるいは初めて硫黄にさらされた後おおよそ２日）で当初の値の約１５％まで低下する。同時にシステム電流はクラッシュする。
【０１０２】
１つの実施形態では、燃料電池スタック監視システム（例えば、モニタ１１０）は、燃料電池スタック電圧が所与の燃料流量について少なくとも５％低下したとき、燃料電池スタック１０５が突破イベントからもたらされる望ましくない成分（例えば、硫黄）にさらされていたことを検出することができる。モニタ１１０は、所与の燃料流量についてシステム電流が一定であるときにスタック電圧の振動と関連して約５〜１５％の電圧低下を測定したときも、硫黄などの望ましくない成分による活性低下に帰することのできる燃料電池活性低下または突破イベントを検出することができる。従って、システムが出力電流のクラッシュを経験する前に、救済ステップ（例えば、燃料電池スタックからの電流引き出しを止めるとともに燃料電池スタックへの燃料の流れを止める、燃料の流れの少なくとも一部分に異なる収着剤ベッドを通過させる、異なる燃料源を選ぶ、燃料電池スタックへの燃料の流れを減らす、あるいは他の保守点検など）を行うことができる。
【０１０３】
種々の実施形態において、アラーム信号は、時間に関しての燃料電池スタック電圧および／または電流値に基づいて生成され得る。いくつかの実施形態では、燃料電池スタック監視システムのプロセッサは、１つの期間の経過に対して測定された一連の電圧および／または電流値に１つの曲線を適合させ、曲線の一次および／または二次導関数を計算することができる。例えば、一次導関数が負のしきい値より下まで低下したならば（すなわち、電圧値の曲線が急速に下がりつつあることを示したならば）、所与の燃料流量について（例えば６時間以下など、３時間以下などの所与の期間にわたる）５〜１５％などの少なくとも５％の電圧降下を指摘することができる。他の１つの例では、燃料電池スタック電圧測定値の一次導関数の値が正から負へあるいは逆に転換するか、および／または二次導関数が正から負の値へ転換したならば（すなわち、電圧値の曲線の陥凹部／曲率の転換を示したならば）、スタック電圧の振動を指摘することができる。種々の実施形態において、当業者であれば、所与の種々のデータセットについて時間に関しての一次および二次導関数を計算する多くの有効な計算方法を知っているはずである。
【０１０４】
脱硫システムの例
１つの非限定的な例において、図１２Ａ〜１２Ｂに関して前に記述した光学検出器１２００は、種々の望ましくない成分の硫黄種を除去する収着剤ベッドに関連する種々の機能を実行するように構成された脱硫システムの一部であることができる。１つの実施形態では、脱硫システムは、少なくとも１つの収着剤ベッドと、少なくとも１つの硫黄センサをともなって構成された少なくとも１つの光学検出器とを含むことができる。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、脱硫システムの動作は、少なくとも１つの収着剤ベッドの交換のための調達、スケジューリングおよび実行のために十分な時間を提供するように構成され得る。いくつかの実施形態では、脱硫システムの動作は、少なくとも１つの収着剤ベッドの時期尚早の交換を最小にし、それにより収着剤ベッド利用を最大にすることができる。
【０１０６】
種々の実施形態において、光学検出器を２つの硫黄センサをともなって構成することができ、各々の１つは光学検出器の入口燃料流および出口燃料流に結合される。その２つの硫黄センサは、硫黄が存在すると変色するカートリッジ（例えば、パッド）の色を監視する光学センサであることができる。一例では、光学検出器はＳｕｌｆａＴｒａｃｋ（登録商標）検出器であることができ、これは気相システム中の非常に低いレベルの硫黄を検出するためにサルファトラップ社 (SulfaTrap, Inc.)により市販されている。ＳｕｌｆａＴｒａｃｋ（登録商標）検出器は＜１００ｐｐｂの硫黄除去システム突破の視覚指示を提供することができる。いくつかの実施形態では、ＳｕｌｆａＴｒａｃｋ（登録商標）検出器を含む脱硫システムは、収着剤ベッド性能のリアルタイム監視およびそれに基づく自動ベッド切り替えを提供することができる。
【０１０７】
それらが１つ以上の収着剤ベッドについて望ましくない成分の突破を適切に検出することを保証するために、光学検出器の試験を行うことができる。例えば、第１の収着剤ベッドの出口の第１の光学検出器と、第２の収着剤ベッドの出口の第２の光学検出器とを有して構成された脱硫システムにおいて、第１および第２の光学検出器の各々を、入口流および出口流に結合された硫黄センサを伴って構成することができる。光源を用いて、入口および出口センサは、変色（例えば、白／透明から黄色や、青から茶色へなど）に基づいて硫黄を感知することができる。実際の硫黄突破イベントが起こったとき（または試験を目的として起こされたとき）、時間に関しての各光学検出器の入口流および出口流での色感知値は、同じ期間に関しての実際の燃料電池スタック性能（例えば、図９に示されているような電圧および／または電流）の測定値と比較され得る。このようにして、急速に変化する出口センサ値が同じ期間中の硫黄被曝に起因する燃料電池スタック性能の低下に対応するならば、硫黄被曝が正しく検出されたことを確かめることができる。
【０１０８】
脱硫システムのためのそのような比較の例が図８Ｃ〜８Ｄのグラフに示されている。グラフ１６０２は、２ベッド試験セットアップにおける第２の収着剤ベッドの出口に配置された光学検出器１２００の出力に対応する。線１６０４ａは、時間の経過にともなう入口センサの色読み取り値を反映し、線１６０４ｂは、時間の経過にともなう出口センサによる色読み取り値を反映する。データ値１６０４ａ、１６０４ｂは、図８Ｂに示されているものと類似する、パッドの色変化の感知された色にプロットされた白色光を検出した事例として記録され得る。時点Ｅにおいて、入口センサのデータ値１６０４ａ、１６０４ｂは、顕著なパッドの変色を示し始めることができ、これは、第２の収着剤ベッドからの燃料の流れが硫黄を含んでいること（すなわち、硫黄突破）を意味する。グラフ１６０６は、時間の経過に伴う燃料電池スタック出力電圧測定値に対応し、これは、例えば図８Ｄに示されているポイントＢから始まる硫黄突破に起因する性能ロス（出力電圧の低下）を示す。ポイントＥがポイントＢに期待通りの時間窓だけ先行することが分かったならば、硫黄突破を識別する光検出システムの能力が立証され得る。従って、時点Ｅ後ではあるが、時点Ｂよりは前に、１つまたは複数の収着剤ベッド８２ａを交換するか、および／または１つまたは複数の予備ベッド８２ｂを活性化させるべきである。ポイントＣで、スタックは回復不能のダメージを被る。ポイントＤは、スタックの出力電圧に対する電気化学的インピーダンス分光法試験スキャンの効果を示し、その詳細は、その全体が本願明細書において参照により援用されている、米国特許第８，６５２，６９７号明細書（特許文献２）に記載されている。
【０１０９】
従って、種々の実施形態において、１つまたは複数の収着剤ベッド８２の健全性の流量比ベースの反映として検出器１２００を使用することができ、ポイントＥは、検出器読み取り値が、１つまたは複数の収着剤ベッド８２の健全性がアクションを必要としていることを示すのに十分な顕著な総合変色（すなわち、総データ値１６０４ａ、１６０４ｂ）を示したことを確認する。いくつかの実施形態では、センサデータ値から突破イベントを識別するために使用される計算に導関数を追加的にまたは代替として使用することができる。例えば、合計センサデータ値（図示せず）を形成するために入口センサのデータ値１６０４ａおよび出口センサのデータ値１６０４ｂを加え合わせることができる。種々の実施形態において、合計センサデータ値のために一次導関数および／または二次導関数を計算することができる。一次導関数および／または二次導関数計算が、あらかじめセットされたしきい値より下がったならば、硫黄突破を検出してアラームをトリガすることができる。
【０１１０】
コンピュータ制御エレメント
バルブコントローラ１０２ｂ、１２４ｂ、１２２ｂ、５０２ｂ、６８２ｂ、６８１ｂ、６３６ｂ、モニタ１１０、システムコントローラ８９０、およびデータベース８１１などの制御エレメントを、プロセッサ、メモリ、および特定の機能を実行する命令でプログラムされている他のコンポーネントを含む計算装置（コンピュータなど）を用いて実装するか、あるいは指定された機能を実行するように設計されたプロセッサで実装することができる。プロセッサは、本願明細書に記載された種々の実施形態の機能を含む種々の機能を実行するソフトウェア命令（アプリケーション）によって構成され得る任意のプログラ無可能なマイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、または１つもしくは複数のマルチプロセッサチップであることができる。いくつかの計算装置では、複数のプロセッサを設けることができる。通例、ソフトウェアアプリケーションは、それらがアクセスされてプロセッサにロードされる前に内部メモリに記憶され得る。いくつかの計算装置では、プロセッサは、アプリケーションソフトウェア命令を記憶するのに十分な内部メモリを含むことができる。
【０１１１】
図１０は、どの実施形態に用いるのにも適する計算装置のブロック図である。そのような計算装置１０００は、通例、揮発性メモリ１００２と、ディスクもしくはソリッドステートフラッシュドライブ１００３などの大容量不揮発性メモリとに結合されたプロセッサ１００１を含む。通例、ソフトウェアアプリケーションは、それらがアクセスされてプロセッサ１００１にロードされる前に内部メモリ１００２にストアされ得る。プロセッサ１００１は、アプリケーションソフトウェア命令をストアするのに十分な内部メモリを含むことができる。
【０１１２】
計算装置１０００は、プロセッサ１００１に結合されたフラッシュドライブ１００４およびコンパクトディスク（ＣＤ）ドライブ１００５をも含むことができる。通例、計算装置１０００は、マウス１００７などのポインティングデバイス、キーボード１００８などのユーザ入力デバイスおよびディスプレイ１００９をも含み得る。計算装置１０００は、データ接続もしくはネットワーク接続を確立するか、あるいはＵＳＢもしくはＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）コネクタソケットなどの外部メモリデバイスを受け入れるために、プロセッサ１００１に結合されたいくつかのコネクタポート１００６をも含むことができる。１つのノートブック機器構成では、コンピュータアートにおいてよく知られているように、コンピュータハウジングは、ポインティングデバイス１００７、キーボード１００８およびディスプレイ１００９を含む。
【０１１３】
計算装置１０００はデスクトップフォームファクタを用いるものとして図に示されているが、図に示された形に限定されることを意図していない。例えば、計算装置１０００のコンポーネントのいくつかあるいは全部を、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ミニコンピュータ、タブレット、スマートフォン、または携帯情報端末（ＰＤＡ）として実装することができる。
【０１１４】
バルブコントローラ１０２ｂ、１２４ｂ、１２２ｂ、５０２ｂ、６８２ｂ、６８１ｂ、６３６ｂ、モニタ１１０、システムコントローラ８９０、およびデータベース８１１などの種々の計算装置を、図１１に示されているサーバ１１００などの、市販されている多様なサーバデバイスのうちの任意のサーバデバイス上でも実装することができる。そのようなサーバ１１００は、通例、揮発性メモリ１１０２、およびディスクドライブ１１０３などの大容量不揮発性メモリに結合されたプロセッサ１１０１を含む。サーバ１１００は、プロセッサ１１０１に結合された外部ドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、またはＤＶＤディスクドライブ１１０４を含むこともできる。サーバ１１００は、他のブロードキャストシステムコンピュータおよびサーバに結合されたローカルエリアネットワークなどの、ネットワーク１１１２とのデータ接続を確立するためにプロセッサ１１０１に結合されたネットワークアクセスポート１１０６をも含むことができる。サーバ１１００は、キーボード１１０８、ポインタデバイス（例えば、コンピュータマウス１１１０）、およびディスプレイ１１０９などのオペレータインターフェイスをも含むことができる。
【０１１５】
プロセッサ１００１および１１０１は、次の種々の実施形態の機能を含む、多様な機能を実行するソフトウェア命令（アプリケーション）により構成され得る任意のプログラム可能なマイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、または１つもしくは複数のマルチプロセッサチップであることができる。いくつかのモバイル受信装置では、無線通信機能に専用される１つのプロセッサおよび他のアプリケーションを動作させるのに専用される１つのプロセッサなど、複数のプロセッサを設けることができる。通例、ソフトウェアアプリケーションを、それらがアクセスされてプロセッサ１００１および１１０１にロードされる前に内部メモリ１００２、１１０２、およびまたは１１０３に記憶することができる。プロセッサ１００１および１１０１は、アプリケーションソフトウェア命令を記憶するのに十分な内部メモリを含むことができる。
【０１１６】
本願明細書において開示された実施形態と関連して記載された種々の実例となる論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップを、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両者の組み合わせとして実装することができる。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明瞭に示すために、種々の実例となるコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップは前に概してそれらの機能性という言い方で記述されている。そのような機能性がハードウェアとして実装されるかあるいはソフトウェアとして実装されるかは、個々のアプリケーションと、システム全体に課される設計制約による。当業者は、記述された機能性を各々の特定のアプリケーションのために種々の仕方で実行することができるが、そのような実行決定は本発明の範囲からの逸脱を引き起こすと解されるべきではない。
【０１１７】
本願明細書で開示された態様と関連して記載された種々の実例となるロジック、論理ブロック、モジュール、および回路を、汎用プロセッサ、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、あるいは本願明細書に記載された機能を実行するように設計された他のプログラム可能な論理装置、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、またはそれらの任意の組み合わせを用いて実装するかあるいは実行することができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代わりに、プロセッサは任意の在来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態マシンであってもよい。プロセッサを、例えば、ＤＳＰおよびマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと関連する１つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成の組み合わせなど、複数の計算装置の組み合わせとして実装することもできる。代わりに、いくつかのブロックまたは方法を、所与の機能に特有の回路により実行することができる。
【０１１８】
前述した方法についての記述は、単に実例として提供したのであって、種々の実施形態のステップが提示された順に実行されなければならないことを必要としたり、意味したりするように意図されたものではない。当業者であれば認識することができるように、前述した実施形態におけるステップの順序はいかなる順序で実行されてもよい。「その後」、「それから」、「次いで」などの語は必ずしもステップの順序を限定するべく意図してはいない。これらの語は、方法の記述を通して読み手を案内するために使用され得る。さらに、例えば冠詞を用いた単数形での特許請求の範囲の構成要素への言及は、その構成要素を単数形に限定すると解釈されるべきではない。
【０１１９】
開示された態様の前述したような記述は、当業者が本発明を製造したりあるいは使用したりすることを可能にするために提供されている。これらの態様に対する種々の改変は当業者であれば容易に認識できるはずである。本願明細書において定義された包括的な原理は、本発明の範囲から逸脱せずに他の態様にも適用され得る。従って、本発明は、本願明細書に示された態様に限定されるべく意図されてはおらず、本願明細書において開示された原理および新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲を与えられるべきである。
【図１Ａ】
2017503174.tif 000003
【図１Ｂ】
2017503174.tif 000004
【図１Ｃ】
2017503174.tif 000005
【図１Ｄ】
2017503174.tif 000006
【図１Ｅ】
2017503174.tif 000007
【図２】
2017503174.tif 000008
【図３Ａ】
2017503174.tif 000009
【図３Ｂ】
2017503174.tif 000010
【図３Ｃ】
2017503174.tif 000011
【図３Ｄ】
2017503174.tif 000012
【図３Ｅ】
2017503174.tif 000013
【図３Ｆ】
2017503174.tif 000014
【図４Ａ】
2017503174.tif 000015
【図４Ｂ】
2017503174.tif 000016
【図４Ｃ】
2017503174.tif 000017
【図４Ｄ】
2017503174.tif 000018
【図５】
2017503174.tif 000019
【図６】
2017503174.tif 000020
【図７】
2017503174.tif 000021
【図８Ａ】
2017503174.tif 000022
【図８Ｂ】
2017503174.tif 000023
【図８Ｃ】
2017503174.tif 000024
【図８Ｄ】
2017503174.tif 000025
【図９】
2017503174.tif 000026
【図１０】
2017503174.tif 000027
【図１１】
2017503174.tif 000028
【図１２Ａ】
2017503174.tif 000029
【図１２Ｂ】
2017503174.tif 000030
【図１２Ｃ】
2017503174.tif 000031
【図１３】
2017503174.tif 000032
【図１４】
2017503174.tif 000033
【図１５】
2017503174.tif 000034
【国際調査報告】
2017503174.tif 000035
2017503174.tif 000036