(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄化合物以外の付臭剤により付臭された水素ガスから前記付臭剤を物理吸着して除去する吸着剤の交換方法であって、
前記吸着剤の使用開始から交換時までの間の吸着剤継続使用期間内において除去を要する前記付臭剤の総量である予想付臭剤総量を設定し、
前記付臭剤の前記予想付臭剤総量を前記吸着剤継続使用期間内における期間内平均気温以下の低温時期に吸着可能となるように、前記吸着剤の量を設定して吸着部に充填して前記吸着剤の使用を開始し、
前記低温時期に前記吸着剤の交換を実行する、
吸着剤の交換方法。
【請求項２】
前記吸着剤継続使用期間が５ヶ月以上であり、前記低温時期が前記吸着剤継続使用期間の終期となるように前記吸着剤継続使用期間を設定する、請求項１に記載の吸着剤の交換方法。
【請求項３】
前記吸着部へ充填される前記吸着剤の量は、前記吸着剤継続使用期間における期間内平均気温よりも高い高温時期には前記予想付臭剤総量を吸着不能な量である、
請求項１または請求項２に記載の吸着剤の交換方法。
【請求項４】
前記付臭剤は、シクロヘキセンを主成分とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の吸着剤の交換方法。
【請求項５】
前記吸着剤は、活性炭である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の吸着剤の交換方法。
【請求項６】
前記活性炭はヤシ殻系である、請求項５に記載の吸着剤の交換方法。
【請求項７】
前記活性炭の粒度は、５メッシュ〜１５メッシュの範囲である、請求項５または請求項６に記載の吸着剤の交換方法。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の吸着剤の交換方法により交換される吸着剤を有する吸着部と、
前記吸着部が燃料極の上流側及び下流側の少なくとも一方に設けられた燃料電池と、
を備えた、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着剤の交換方法、及び、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素社会実現に向けた具体的な動きが、国、地方自治体及び民間企業にてそれぞれ進んでいる。例えば、燃料電池車向け水素ステーションが建設され、家庭用・業務用の燃料電池の開発がなされている。
【０００３】
燃料電池は電気的化学反応により高効率に電力を生成する。燃料電池では、一般に都市ガス、液化石油（ＬＰ：liquefied petroleum）ガス、天然ガス等の炭化水素燃料を改質して得られた水素ガスが使用される。今後の水素社会では、水素ガスがそのまま燃料として導管を通じて供給されるため、炭化水素燃料を改質する改質器が不要となり、また、燃料電池は燃料として供給される水素ガスを有効活用できる機器であると考えられる。
【０００４】
ところで、導管から燃料ガスが漏洩した場合、火災等の事故につながる可能性があるため、燃料ガスの漏洩を検知でき、事故を未然に防ぐ仕組みが必要となる。そのための対策として、燃料ガスが漏洩しても検知できるように、燃料ガスを付臭する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、都市ガスにおける代表的な付臭剤としては、t-ブチルメルカプタン（ＴＢＭ：tertiary-butyl mercaptan）とジメチルスルフィド（ＤＭＳ：dimethyl sulfide）との混合物、等が挙げられる。また、シクロへキセンのみで水素ガスを付臭する方法も検討されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−４６２５０号公報
【特許文献２】特開２０１９−３９０３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】２０１１年度〜２０１４年度北九州水素タウンを活用した実証研究、インターネット検索＜http://hysut.or.jp/archive/business/2011/02/index.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
燃料ガスとして水素ガスを用い、その水素ガスを付臭する場合、水素ガスを利用した後の排出ガス（オフガス）に付臭剤が残留していると、水素ガス漏洩と誤認されるおそれがある。そこで、排気ガス中の付臭剤を人が検知できる濃度未満に低減した後に大気放出することが好ましい。また、燃料電池によっては、付臭剤により劣化することもある。そこで、燃料電池の上流側または下流側で、この付臭剤を除去することが提案されている（特許文献２）。硫黄化合物以外の付臭剤により付臭された水素ガスの場合、付臭剤を吸着剤で物理的に吸着して除去する方法が記載されている。当該吸着剤による吸着が限界に達する前に交換が必要になるが、交換には手間がかかるため、交換頻度は低くすることが求められる。一方、使用する吸着剤の量は少ない方が、低コストでサイズも小さくすることができる。
【０００９】
本発明は、上記事実を考慮して成されたものであり、効率よく吸着剤を使用することが可能な吸着剤の交換方法、及び、この吸着剤の交換方法が用いられる水素ガスを燃料とする燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る吸着剤の交換方法は、硫黄化合物以外の付臭剤により付臭された水素ガスから前記付臭剤を物理吸着して除去する吸着剤の交換方法であって、前記吸着剤の使用開始から交換までの間の吸着剤継続使用期間内において除去を要する前記付臭剤の総量である予想付臭剤総量を設定し、前記付臭剤の前記予想付臭剤総量を前記吸着剤継続使用期間内における期間内平均気温以下の低温時期に吸着可能となるように、前記吸着剤の量を設定して吸着部に充填して前記吸着剤の使用を開始し、前記低温時期に前記吸着剤の交換を実行する。
【００１１】
請求項１に係る吸着剤の交換方法には、硫黄化合物以外の付臭剤により付臭された水素ガスから、物理吸着により付臭剤を除去する吸着剤が用いられる。吸着剤の使用開始から交換までの間の吸着剤継続使用期間内において除去を要する付臭剤の総量である予想付臭剤総量を設定する。ここでの吸着剤継続使用期間は、暦を含むものである。この付臭剤の予想付臭剤総量を、吸着剤継続使用期間内における期間内平均気温以下の低温時期に吸着可能となるように、吸着剤の量を設定する。そして、設定された量の吸着剤を吸着部に充填して、吸着剤の使用を開始し、低温時期に吸着剤の交換を実行する。
【００１２】
物理吸着により付臭剤を除去する吸着剤は、一般的に、低温で吸着率が高くなり、高温で吸着率が低くなる。したがって、予想付臭剤総量を吸着できる吸着剤の量は、低温時に少なく高温時に多くなる。そこで、吸着剤継続使用期間内における期間内平均気温以下の気温である低温時期に吸着可能となるように吸着剤の量を設定して吸着剤の使用を開始すると共に、吸着率の高い低温時期に吸着剤の交換を実行する。これにより、予想付臭剤総量を吸着するために必要な吸着剤の量を少なくすることができ、効率よく吸着剤を使用することができる。
なお、ここでの「吸着率」は、単位吸着剤量（重量）当たりにおける付臭剤の吸着量（重量）を示している。
【００１３】
本発明の請求項２に係る吸着剤の交換方法は、前記吸着剤継続使用期間が５ヶ月以上であり、前記低温時期が前記吸着剤継続使用期間の終期となるように前記吸着剤継続使用期間を設定する。
【００１４】
請求項２に係る吸着剤の交換方法によれば、吸着剤継続使用期間が５ヶ月以上である。したがって、低温時期が吸着剤継続使用期間の終期となるように吸着剤継続使用期間を設定することにより、四季（春夏秋冬）がある場合には、季節を跨いだ吸着剤の使用が行われる。これにより、予想付臭剤総量を吸着するために必要な吸着剤の量を少なくすることができ、効率よく吸着剤を使用することができる。
【００１５】
本発明の請求項３に係る吸着剤の交換方法は、前記吸着部へ充填される前記吸着剤の量は、前記吸着剤継続使用期間における期間内平均気温よりも高い高温時期には前記予想付臭剤総量を吸着不能な量である。
【００１６】
請求項３に係る吸着剤の交換方法によれば、高温時期には予想付臭剤量を吸着不能な量であっても、交換時期までの期間があることから、吸着剤の吸着性能は維持されるように調整することにより、予想付臭剤総量を吸着するために必要な吸着剤の量を少なくすることができ、効率よく吸着剤を使用することができる。
【００１７】
本発明の請求項４に係る吸着剤の交換方法は、前記付臭剤は、シクロヘキセンを主成分とする。
【００１８】
このように、硫黄化合物以外の付臭剤として、シクロヘキセンを主成分とするものを好適に用いることができる。
【００１９】
本発明の請求項５に係る吸着剤の交換方法は、前記吸着剤は、活性炭である。
【００２０】
このように、吸着剤として、活性炭を好適に用いることができる。
【００２１】
本発明の請求項６に係る吸着剤の交換方法は、前記活性炭はヤシガラ系である。
【００２２】
このように、吸着剤として、ヤシガラ系の活性炭を好適に用いることができる。
【００２３】
本発明の請求項７に係る吸着剤の交換方法は、前記活性炭の粒度は、５メッシュ〜１５メッシュの範囲である。
【００２４】
このように、活性炭の粒度の範囲を、５メッシュ〜１５メッシュとすることにより、付臭剤の除去を効果的に行うことができる。
【００２５】
本発明の請求項８に係る燃料電池システムは、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の吸着剤の交換方法により交換される吸着剤を有する吸着部と、前記吸着部が燃料極の上流側及び下流側の少なくとも一方に設けられた燃料電池と、を備えている。
【００２６】
請求項８に係る燃料電池システムによれば、燃料電池での発電に使用される水素ガスの予想付臭剤総量を吸着するために必要な吸着剤の量を少なくすることができ、効率よく吸着剤を使用することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、効率よく吸着剤を使用して、付臭剤を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態の燃料電池システムの構成の概略図である。
【図２】本実施形態の燃料電池システムの制御系の概略ブロック図である。
【図３】本実施形態の吸着剤量設定処理のフローチャートである。
【図４】本実施形態の吸着剤の吸着積算量と吸着可能残量の関係を示すグラフである。
【図５】本実施形態の吸着剤の吸着積算量と吸着可能量の関係を示すグラフである。
【図６】本実施形態の吸着剤交換告知処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜、変更を加えて実施することができる。
【００３０】
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を意味する。
【００３１】
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
【００３２】
図１に示すように、燃料電池システム１０は、吸着部１２、減圧部１４、燃料電池１６、及び制御部３０を備える。燃料電池システム１０では、付臭剤により付臭された水素ガスが、流通経路２０を通じて吸着部１２に供給され、脱臭された水素ガスが、流通経路２２を通じて減圧部１４に供給され、減圧部１４で減圧された水素ガスが、流通経路２４を通じて燃料電池１６へ供給される。
【００３３】
水素ガスとしては、高純度の水素ガス、例えば、純度９９％以上の水素ガスを用いてもよい。高純度の水素ガスとしては、液体水素由来、精製された炭化水素改質由来、水の電気分解由来等の水素ガスが挙げられる。
【００３４】
また、本実施形態の燃料電池システム１０は、炭化水素ガスを改質して水素ガスを生成する改質器を備えていない構成が好ましい。これにより、改質器、改質により生じる一酸化炭素を除去する装置等が不要となり、燃料電池システムの小型化及び簡素化が可能である。
【００３５】
（燃料電池）
本実施形態の燃料電池システム１０は、水素ガスを用いて発電を行う燃料電池１６を備える。燃料電池１６としては、例えば、カソード（空気極）、電解質及びアノード（燃料極）を備える燃料電池セル、燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックであってもよい。カソードは、空気等の酸素を含むガスが供給される電極であり、アノードは、水素ガスを含むガスが供給される電極である。カソード、電解質及びアノードとしては、燃料電池１６の種類に応じて従来公知のものを使用すればよい。
【００３６】
燃料電池１６の種類としては、特に限定されず、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）及び固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が挙げられる。
【００３７】
燃料電池１６として、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）等を用いた場合、一般にアノードに供給された水素がプロトンとして電解質内を移動してカソード側にて酸素と反応し、電子がアノードからカソードに移動にすることで発電が行われる。また、発電により生じた水（水蒸気）は、未反応の酸素とともにカソードオフガスとしてカソード側から排出され、未反応の水素は、アノードオフガスとしてアノード側から排出される。
【００３８】
燃料電池１６として、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）等を用いた場合、一般にカソードに供給された、酸素及び二酸化炭素、又は酸素が、それぞれ炭酸イオン又は酸素イオンとして電解質内を移動してアノード側にて水素と反応し、電子がアノードからカソードに移動にすることで発電が行われる。また、発電により生じた水（水蒸気）は、未反応の水素とともにアノードオフガスとしてアノード側から排出され、未反応の酸素は、カソードオフガスとしてカソード側から排出される。
【００３９】
燃料電池１６の上流に後述する吸着部１２を配置していない場合、水素ガスを付臭する付臭剤が水素ガスとともに燃料電池１６に供給される構成となる。このとき、後述のように、硫黄化合物以外の付臭剤を用いた場合、特に、シクロヘキセン等の炭化水素系付臭剤を用いた場合、付臭剤による燃料電池１６の電極触媒の被毒が抑制され、燃料電池１６の出力低下等の悪影響が抑制される傾向にある。なお、水素ガスを付臭する付臭剤が水素ガスとともに燃料電池１６に供給される場合、付臭剤はアノードオフガスとしてアノード側から排出される。
【００４０】
（吸着部）
本実施形態の燃料電池システム１０は、燃料電池１６の上流及び下流の少なくとも一方に吸着部１２を備える。吸着部１２には、温度センサ１１が設けられており、温度センサ１１により吸着部１２の近傍の温度が検出される。温度センサ１１は、後述する制御部３０に接続され、検出した温度情報を出力している。
【００４１】
吸着部１２内には、吸着剤１３が充填されている。吸着剤１３としては、付臭剤の吸着性能に優れ、かつ安価であるため、活性炭及び金属が添着された活性炭の少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００４２】
活性炭としては、脱硫分野、脱臭分野等において、通常用いられる活性炭を特に制限なく用いることができる。
【００４３】
活性炭の原料としては、ヤシ殻、石炭（無煙炭、瀝青炭等）、木粉、ピート炭、竹炭などが挙げられる。これらの中でも、活性炭の原料としては、平均細孔径が小さく、不純物の含有量が少ないという観点から、ヤシ殻が好ましい。
【００４４】
活性炭は、無機酸で処理された活性炭であることが好ましい。活性炭を無機酸で処理すると、不純物が除去され、比表面積が向上したり、活性炭の表面が親水化されたりする。そのため、付臭剤の吸着性能がより向上し、活性炭に添着される金属の分散度がより向上する傾向にある。
【００４５】
活性炭を処理する無機酸としては、塩酸、硝酸、硫酸等が挙げられる。
【００４６】
活性炭の形状としては、特に制限されず、粒状、柱状（例えば、円柱状）、繊維状、ハニカム状、破砕状等が挙げられる。
【００４７】
これらの中でも、活性炭の形状としては、例えば、コスト面の観点から、粒状、柱状、及び破砕状からなる群より選ばれる少なくとも１種の形状が好ましく、また、密度が高く、かつ、微細粉を含まないという観点から、粒状及び柱状から選ばれる少なくとも１種の形状がより好ましい。
【００４８】
活性炭の粒度は、５メッシュ〜１５メッシュの範囲であることが好ましい。
【００４９】
活性炭に添着される金属としては、例えば、銅を含むことが好ましく、銅と、ニッケル、タングステン、及びモリブデンからなる群より選ばれる少なくとも１種と、を含むことがより好ましい。
【００５０】
なお、活性炭に添着された金属の大部分は、金属元素を含む化合物（酸化物、無機酸塩、有機酸塩等）として含まれていると考えられるが、金属単体として含まれていてもよい。
【００５１】
活性炭に添着された金属の量としては、活性炭の全質量に対して、１．０質量％〜２０．０質量％であることが好ましく、２．０質量％〜１５．０質量％であることがより好ましく、２．０質量％〜８．０質量％以下であることが更に好ましい。
【００５２】
活性炭に添着された金属が銅及びその他の金属を含む場合、銅の添着量は、例えば、活性炭に添着された金属の全質量に対して、２０質量％〜８０質量％であることが好ましく、３０質量％〜８０質量％以下であることがより好ましく、４０質量％〜８０質量％以下であることが更に好ましく、４０質量％〜６５質量％以下であることが特に好ましい。
【００５３】
本明細書において、活性炭に添着された金属の量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析法により測定される値である。測定装置としては、例えば、Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ製のＯｐｔｉｍａ  ８０００（製品名）を好適に用いることができる。但し、測定装置は、これに限定されない。
【００５４】
水素ガスの付臭に用いる付臭剤としては、硫黄化合物以外であって、吸着剤に吸着され、水素ガスの脱臭が可能なものであれば特に限定されない。具体的には、付臭剤としては、１−ペンテン、ｃｉｓ−２−ペンテン、ｔｒａｎｓ−２−ペンテン、２−メチル１−ブテン、３−メチル１−ブテン、２−メチル２−ブテン、アレン、メチルアレン、エチルアレン、１，３−ペンタジエン、２−メチル１，３−ブタジエン、２，３−ジメチル１，３−ブタジエン、１，４−ペンタジエン、１，５−ヘキサジエン、１，６−ヘプタジエン、１，３，５−ヘキサトリエン、１−ブチン、２−ブチン、スチレン、ビニルアセチレン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、プロピレン、１−ブテン、イソブテン、ｔｒａｎｓ−２−ブテン、ｃｉｓ−２−ブテン、１，５−ヘキサジエン３−イン、ジイソブチレン、１−ヘキセン、イソプレン、１，３−ブタジエン、１，２−ブタジエン、シクロペンテン、シクロペンタジエン（ジシクロペンタンジエン）、１，３−シクロヘキサジエン、１，３−シクロヘプタジエン、１，５−シクロオクタジエン、１，５，９−シクロドデカトリエン、４−ビニルシクロヘキセン−１、１−ビニルシクロヘキセン−１、５−エチリデン−２−ノルボルネン、５−ビニル−２−ノルボルネン、ビシクロペンタジエン、シクロヘキセン、１−メチルピロール、ピラジン、２−メチルピラジン、２−メチル−３−イソブチルピラジン、２，３−ジメチルピラジン、２，５−ジメチルピラジン、２，６−ジメチルピラジン、２，３，５−トリメチルピラジン、２−エチルピラジン、２−プロピルピラジン、２−ビニルピラジン、２−アリルピラジン、２−ピコリン、α．ｐ−ジメチル−スチレン、クメン、２，５−ジエチルピラジン、リモネン、メシチレン、２−メチルナフタレン、３−メチルインドール（スカトール）、ミルセン、α−ピネン、１−オクテン−３−オン、２，３−ブタンジオン、ペンタン−２，３−ジオン、ヘキサン−２，５−ジオン、ヘプタン−２，５−ジオン、エチリデンジエチルエーテル、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール、アミルアルコール、プロパギルアルコール、β，γ−ヘキセノール（ｃｉｓ−ヘキセン−１−オール）、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ヘキサナール（カプロアルデヒド）、クミンアルデヒド、アセトン、２−オクタノン、３−オクタノン、ジアセチル（２，３−ブタンジオン）、アセトフェノン、メチルホーメート、メチルアセテート、メチルプロピオネート、メチルフェニルアセテート、エチルホーメート、エチルアセテート、イソプロピルホーメート、イソアミルアセテート、ｎ−アミルアセテート、フェニルエチルホーメート、２−イソペンテニルアセテート、エチルプロピオネート、ブチルアセテート、イソブチルアセテート、アミルプロピオネート、エチルカプロエート、アミルブチレート、エチルカプリレート、エチルカプレート、ヘキシルブチレート、エチルシンナメート、ベンジルアセテート、エチルクロトネート、エチル３，３−ジメチルアクリレート、エチル−４−メチル−４−ペンテノエート、エチル−４−メチル−３−ペンテノエート、エチルヘプト−３−エノエート、エチルピルベート、���ロピルクロトネート、メチルアクリレート、ブチルアクリレート、アリルアクリレート、メチルメタアクリレート、メンチルアセテート、ボルニルアセテート、β−フェニルエチルアセテート、アリルカプロエート、エチルメチルフェニルグリシデート、ｐ−クレジルアセテート、アセトールアセテート、エチル９−デセノエート、２，３オクタンジオン、メチル−３−アセトキシ−ブタノエート、プロピオノイン、２−メチル−２−ペンテナール、アセトインアセテート、メチル３−ヒドロキシ−ブチレート、２−メチル−１−ヘプテン−３−オール、８−ノネン−２−オン、アセトイン、３−メチル−３−ブテニルアセテート、テトラヒドロシトラール、アリルアルコール、ブタナール（ブチルアルデヒド）、２，３−ブタンジオン（ジアセチル）、イソブチルセロソルブ、イソブチルアルデヒド、カルビトールアセテート、２−デセナール、デカナール、ジイソブチルカルビノール、ドデカナール（ラウリルアルデヒド）、エチルアクリレート、エチルブチレート、エチルバレレート、エチルビニルケトン、エチル２−メチルブチレート、ヘプタナール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノン、２−ヘプテナール、２−ヘクセノール、メシチルオキサイド、２−メチルブタナール−１、３−メチルブタナール−１、２−メチルブタノール、メチルイソアミルケトン（５−メチル−２−ヘキサノン）、２−メチル−１−ペンタノール、２−メチルブチルアセテート、２−メチルプロパナール（イソブチルアルデヒド）、２−ノナナール、ｎ−ノナナール（ペラルゴンアルデヒド）、２−オクテナール、オクタナール（ｎ−カプリルアルデヒド）、オクチルアセテート、１−ペンテン−３−オン（エチルビニルケトン）、イソペンタナール、ペンタナール（バレルアルデヒド）、２，４−ペンタンジオン（アセチルアセトン）、イソペンチルアセテート（イソアミルアセテート）、ペンチルアセテート（ｎ−アミルアセテート）、プロパナール（プロピオンアルデヒド）、プロパノン酸、プロピルブチレート、ウンデカナール、ブチロイン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、シクロヘキセンオキサイド、ｍ−クレゾール、Ｎ−（２′−フルフリル）ピロール、２−ピロールアルデヒド、５−メチル−２−ピロールアルデヒド、Ｎ−エチルピロールアルデヒド、２−アセチル−Ｎ−メチルピロール、ジケテン、５−アセチル２−メチルオキサゾール、２−アセチルフラン、２−メチルフラン、フルフラール、フルフリルアセトン、５−メチル−２−フルフラール、ジヒドロフラノン、シクロペンタノン、フェニルｎ−ブチレート、２−フェニル−２−ブテナール、ジフルフリルエーテル、クリサンテノン、２−ブテン−４−オリド、２−メトキシフェノール（ガイアコール）、２−メトキシ−３−エチルピラジン、２−メトキシ−３−イソブチルピラジン、２−メトキシ−３−イソブチルピリジン、２−メトキシ−３−イソプロピルピラジン、２−メトキシ−３−プロピルピラジン、アニソール、ベンズアルデヒド、１，８−シネオール、シクロペンチルアセテート、２−エトキシ−３−エチルピラジン、２−ヒドロキシ−３−メトキシベンズアルデヒド（ｏ−バニリン）、フェニルエーテル等が挙げられる。中��もシクロヘキセンが好ましい。
【００５５】
なお、付臭剤としては、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００５６】
水素ガスを付臭する付臭剤の濃度（脱臭部及び燃料電池に供給される前の付臭剤の濃度）としては、特にシクロへキセンの濃度としては、０．１ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍであることが好ましく、１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍであることがより好ましく、１０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍであることが更に好ましく、５０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍであることが特に好ましい。
【００５７】
また、吸着部１２において付臭剤を全て吸着、あるいは、無臭成分とする必要はなく、大気放出の際に付臭剤の濃度が検知濃度以下となっていればよい。
【００５８】
（減圧部）
本実施形態の燃料電池システム１０は、燃料電池１６の上流に配置され、水素ガスを減圧する減圧部１４を備えている。例えば、減圧部１４により、燃料電池１６の仕様に適した圧力まで水素ガスを減圧する構成が好ましく、水素ガスの供給圧を中圧の０．１ＭＰａ程度から低圧の０．０２ＭＰａ程度に減圧する構成が好ましい。減圧部１４としては、供給された水素ガスの供給圧を下げる構成を備えるものであれば特に限定されない。
【００５９】
燃料電池システム１０は、吸着部１２を減圧部１４の上流に備えることが好ましい。すなわち、水素ガスを減圧する前に、水素ガスを付臭する付臭剤を吸着することが好ましい。付臭剤の分圧がより高いことにより、吸着剤１３の吸着性能が高まる。
【００６０】
燃料電池システム１０において、吸着部１２を減圧部１４の上流に備える場合、減圧部１４に水素検知器等を配置して水素漏洩を検知可能とすることが好ましい。
【００６１】
なお、吸着部１２は、燃料電池１６の燃料極の下流側に設けられていてもよいし、上流側と下流側の両方に設けられていてもよい。
【００６２】
（制御部）
本実施形態の燃料電池システム１０は、制御部３０を備えている。制御部３０は、温度センサ１１、減圧部１４、及び燃料電池１６と電気的に接続されている。図２は、本実施形態に係る制御部３０の電気的な構成の一例を示すブロック図である。
【００６３】
図２に示すように、制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）３３と、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）３４と、記憶部３５と、外部インターフェース（以下、「外部Ｉ／Ｆ」という。）３６と、を備えている。
【００６４】
ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、及びＩ／Ｏ３４は、バスを介して各々接続されている。Ｉ／Ｏ３４には、記憶部３５と、外部Ｉ／Ｆ３６と、を含む各機能部が接続されている。これらの各機能部は、Ｉ／Ｏ３４を介して、ＣＰＵ３１と相互に通信可能とされる。
【００６５】
記憶部３５としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリ等が用いられる。記憶部３５には、燃料電池システム１０の各部を制御するための制御プログラムや、各種のデータが記憶される。なお、この制御プログラム、各種データは、ＲＯＭ３２に記憶されていてもよい。
【００６６】
本実施形態では、制御プログラムの一部として、吸着剤量設定処理、吸着剤交換告知処理等のプログラムが格納されている。また、これらの処理に使用されるデータとして、平均気温データＤ１、温度に応じた吸着剤による吸着量に関するデータＤ２、付臭剤量データＤ３等が格納されている。
【００６７】
平均気温データＤ１は、過去のデータに基づく暦上における平均気温である。当該燃料電池システム１０が使用される場所における暦上における平均気温が記憶されている。
【００６８】
次に、本実施形態の燃料電池システム１０で用いられる吸着剤１３の量、及び吸着剤１３の交換について説明する。
【００６９】
吸着剤１３の使用開始Ｓから交換時Ｅまでの間を、吸着剤継続使用期間Ｄとし、燃料電池システム１０において吸着剤継続使用期間Ｄの発電で使用される水素ガスに含まれて除去が必要な付臭剤の総量を予想付臭剤総量Ｍとする。吸着剤継続使用期間Ｄは、ユーザが任意に設定でき、図示しない入力部から入力することにより記憶部３５に記憶される。ここでの吸着剤継続使用期間Ｄは、暦の入力によって行われ、月日の情報及び期間長を含むものとされている。吸着剤継続使用期間Ｄにおいて必要とされる吸着剤１３の量は、図３に示す吸着剤量設定処理により設定される。
【００７０】
ユーザが吸着剤量設定処理の指示を入力すると、制御部３０では、ステップＳ１２で、ユーザによって設定された吸着剤継続使用期間Ｄを読み出し、ステップＳ１３で、吸着剤継続使用期間Ｄ内に使用する水素ガスに含まれる付臭剤の積算量を算出する。当該算出は、付臭剤量データＤ３に基づいて行われ、一例として発電計画や、過去の発電量等に基づき、吸着剤継続使用期間Ｄ内に使用が予測される水素ガスの量を推定し、この水素ガスに含まれる付臭剤の量を算出して行うことができる。算出された付臭剤の量が予想付臭剤総量Ｍとなる。
【００７１】
ステップＳ１４で、平均気温データＤ１を読み出し、ステップＳ１５で、平均気温データＤ１に基づいて、吸着剤継続使用期間Ｄにおける期間内平均気温ＴＡを求める。そして、ステップＳ１６で、吸着量に関するデータＤ２に基づいて、期間内平均気温ＴＡに予想付臭剤総量Ｍを吸着するために必要な吸着剤１３の量を求める。例えば、期間内平均気温ＴＡが２０℃であれば、２０℃の温度条件下において、予想付臭剤総量Ｍの付臭剤を吸着するために必要な吸着剤の量を求める。求めた吸着剤量Ａ１を、ステップＳ１７で、出力し、吸着剤量設定処理を終了する。吸着剤量Ａ１の出力は、一例として所定の表示部へ表示することで行うことができる。
【００７２】
ここで、吸着剤１３での付臭剤の吸着について説明する。
【００７３】
図４に示すように、吸着剤１３の使用開始Ｓから交換時Ｅまでに、付臭剤は多少の増減を伴って所定量ずつ吸着され、交換時Ｅに近づくにつれて徐々に吸着積算量が増加する。そして、充填されている吸着剤１３で付臭剤を吸着できる残量（吸着可能残量Ｒ）は減少していく。
【００７４】
一般的に、物理的に付臭剤を吸着する吸着剤１３の付臭剤吸着可能量は、温度に依存し、低温での吸着量よりも高温での吸着量は少なくなる。日本（東京）の外気温を例に説明すると、１年の気温は、１月が最も低く１０℃程度であり、８月が最も高く３５℃程度である。同一量の吸着剤１３において、１月の気温下での吸着剤１３での吸着可能量は、８月の気温下での吸着剤１３での吸着可能量よりも多い。したがって、年間の吸着可能量の変化は図５の一点鎖線で示すようになる。
【００７５】
例えば、吸着剤継続使用期間Ｄを１年に設定し、２月の気温で予想付臭剤総量Ｍを吸着可能な吸着剤１３の量の吸着部１２に充填して、２月から吸着剤１３の使用を開始する。このときの吸着剤１３での吸着可能量を、２月の気温：Ｘ１、８月の気温：Ｘ２とする。図５には、吸着積算量が実線で示されている。２月から８月までの６ヶ月で、総量Ｍ／２の付臭剤が吸着される。吸着可能量Ｘ２は、吸着可能量Ｘ１よりも少ないが、総量Ｍ／２の付臭剤であれば吸着できる。そして翌年２月には、総量Ｍの付臭剤を吸着可能量Ｘ２の吸着剤１３で吸着することができる（Ｓ１→Ｅ１）。
【００７６】
一方、同量の吸着剤１３で８月から吸着剤１３の使用を開始すると、８月から２月までの６ヶ月で、総量Ｍ／２の付臭剤が吸着されるが、翌年８月には、吸着可能量Ｘ１となっているため、総量Ｍの付臭剤を吸着することができない（Ｓ２→Ｅ２）。
【００７７】
そこで、予想付臭剤総量Ｍについて、吸着剤継続使用期間Ｄ内における期間内平均気温ＴＡ以下の気温である低温時期に吸着可能となるように、吸着剤１３の量を設定する。前述の吸着剤量設定処理では、吸着剤継続使用期間Ｄの期間内平均気温ＴＡで予想付臭剤総量Ｍの付臭剤を吸着可能な量を吸着剤量Ａ１とて算出しており、この量であれば、期間内平均気温ＴＡで予想付臭剤総量Ｍの付臭剤を吸着可能である。本実施形態では、当該吸着剤量Ａ１を吸着部１２へ充填して、吸着剤１３の使用を開始する。ここでの使用は、単に吸着剤１３を吸着部１２に充填するだけでなく、付臭剤含有水素ガスを流通させることにより開始される。
【００７８】
なお、充填する吸着剤の量は、吸着剤量Ａ１以上であればよいが、不必要に多くの吸着剤を充填する必要はないため、吸着剤継続使用期間Ｄにおける高温時期（期間内平均気温ＴＡよりも高温の時期）には、予想付臭剤量Ｍを吸着不能な量であることが好ましい。
【００７９】
ユーザにより開始の信号が入力されると、制御部３０では、図６に示す、吸着剤交換告知処理実行する。
【００８０】
ステップＳ２０で、温度センサ１１で検出された温度を取得し、ステップＳ２１で、使用開始からの付臭剤の累積吸着量を求める。一例として、累積吸着量は、使用開始から供給された水素ガスの総量から求めることができる。ステップＳ２２で、当該温度において、使用開始からの付臭剤の累積吸着量が、充填された吸着剤１３の量（吸着剤量Ａ１）で吸着可能かどうかを判断する。判断が肯定された場合には、ステップＳ２４で所定時間経過するまで待機し、ステップＳ２０へ戻る。
【００８１】
ステップＳ２２での判断が否定された場合には、ステップＳ２６で、交換時期であることを出力する。当該出力は、表示部への表示により行うことができる。
【００８２】
本実施形態によれば、吸着剤継続使用期間Ｄの期間内平均気温ＴＡ以下の気温である低い低温時期に吸着可能となるように吸着剤１３の量を設定するので、期間内平均気温ＴＡよりも気温が高い高温時期に吸着可能となるように吸着剤１３の量を設定する場合と比較して、少ない吸着剤量で効率よく吸着剤を使用することができる。
【００８３】
なお、本実施形態では、検知された温度下において、使用開始からの付臭剤の累積吸着量が、充填された吸着剤１３の量（吸着剤量Ａ１）で吸着可能かどうかを判断して交換時期であることを出力したが、高温時期を超えた後に検知された温度が期間内平均気温ＴＡ以下となった場合に交換時期であることを出力してもよい。
【００８４】
また、交換頻度を低くするため、吸着剤継続使用期間Ｄは季節を跨ぐ５ヶ月以上とし、低温時期が吸着剤継続使用期間Ｄの終期となるように吸着剤継続使用期間Ｄを設定することが好ましい。東京であれば、１２月〜３月が交換時となるように吸着剤継続使用期間Ｄを設定するのが好ましい。
【符号の説明】
【００８５】
１０  燃料電池システム
１２  吸着部
１６  燃料電池
【要約】
【課題】効率よく吸着剤を使用することが可能な吸着剤の交換方法、及び、この吸着剤の交換方法が用いられる水素ガスを燃料とする燃料電池システムを提供する。
【解決手段】硫黄化合物以外の付臭剤により付臭された水素ガスから付臭剤を物理吸着して除去する吸着剤の交換方法であって、吸着剤の使用開始から交換時までの間の吸着剤継続使用期間内において除去を要する前記付臭剤の総量である予想付臭剤総量を設定し、付臭剤の前記予想付臭剤総量を前記吸着剤継続使用期間内における平均気温以下の低温時期に吸着可能となるように、吸着剤の量を設定して吸着部に充填して吸着剤の使用を開始し、低温時期に吸着剤の交換を実行する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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