(57)【要約】【課題】供給される燃料ガスに脈動があっても粉化した触媒成分が燃料ガスに混入せず、しかも小型で圧力損失の少ない脱硫器を備えた燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１において、燃料ガスを供給するための供給管における燃料ガスの流れ方向に、垂直方向の断面積よりも大きな断面積を有する１つの収納容器１３０内に、付臭剤が添加された燃料ガス中の付臭剤を吸着するための２種類の脱硫触媒（ゼオライト触媒層１１２及び酸化マンガン系触媒層１１４と、燃料ガス中に混入された粉塵を分離するための第１フィルタ１２０とを収納し、収納容器１３０内において第１フィルタ１２０を２種類の脱硫触媒１１２，１１４よりも燃料ガスの流れ方向の下流側に配置し、スペーサ１４０により第１フィルタ１２０を収納容器１３０の燃料ガス出口から離間するようにした脱硫器１００を備える。【選択図】図３
2010170963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付臭剤が添加された燃料ガス中の付臭剤を吸着するための脱硫触媒と、
燃料ガス中に混入された粉塵を分離するための第１フィルタと、
を燃料ガスを供給するための供給管における燃料ガスの流れ方向に、垂直方向の断面積よりも大きな断面積を有する１つの収納容器内に収納し、
前記収納容器内において前記第１フィルタを前記脱硫触媒よりも燃料ガスの流れ方向の下流側に配置した脱硫器を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記脱硫触媒は、
燃料ガスの流れ方向に沿って直列に配置されている、燃料ガス中の付臭剤に対する吸収能力の異なる複数の脱硫触媒層から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記収納容器は、
前記収納容器と、該収納容器内に収納された前記脱硫触媒との相対位置を固定する固定手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１フィルタを前記収納容器の燃料ガス出口から離間するための離間手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記複数の脱硫触媒層の層間に前記複数の脱硫触媒層を分離するための分離手段を備えたことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記分離手段に加え、前記複数の脱硫触媒層の層間において粉塵を分離するための第２フィルタを備えたことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料ガスを燃料電池に供給するための燃料ポンプを備え、
前記脱硫器を、前記燃料ポンプの燃料ガスの流れ方向の下流側に配置したことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記第１フィルタの燃料ガスの流れ方向の厚みＨと、燃料ガスの流れ方向における収納容器の流路径Ｒとの関係が、Ｒ≦Ｈ＜２Ｒであることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れかに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫黄を含有する付臭剤が添加された炭化水素燃料を供給して発電を行う燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、都市ガスやプロパンガスには、嗅覚により漏洩を感知することができるように、付臭剤が添加されている。この付臭剤は、ジメチルスルホシキド（ＤＭＳ）やｔ−ブチルメルカブタン（ＴＢＭ）といった硫化物であり、これらは改質触媒や固体電解質形燃料電池の燃料極を被毒して性能を低下させる。そのため、都市ガスやプロパンガスを固体電解質形燃料電池の燃料ガスとして使用する場合、通常、脱硫して燃料電池に供給する。
【０００３】
都市ガスやプロパンガスには、一般的に数ｐｐｍの付臭剤が添加されているが、燃料電池に供給する場合、その濃度は５０ｐｐｂ、好ましくは１０ｐｐｂ以下に低減する必要があり、脱硫器には非常に高い脱硫性能が求められる。
【０００４】
都市ガス等から付臭剤成分を除去する脱硫方法としては、水添脱硫や触媒による吸着脱硫が知られている。家庭用燃料電池では、その簡易さにより触媒による吸着脱硫がよく用いられる。吸着触媒としては、活性炭、ゼオライト、モレキュラーシーブ、酸化物粉末の顆粒粉末などが用いられており、単独あるいはそれらが組み合わされて使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、一般家庭における都市ガス等の供給圧力は数ＫＰａであるが、燃料電池システムでは、改質器、燃料電池、排ガス燃焼器など数種の機器を直列に接続するため、また十数セルから数十セルに燃料ガスを均一に分配するために、燃料ガスを昇圧器（昇圧ポンプ）により加圧して供給することが広く行われている。
【０００６】
また、燃料電池システムでは、燃料の利用率や水蒸気改質でのスチーム／カーボン比（Ｓ／Ｃ比）を制御しており、これを燃料供給ポンプや改質水供給ポンプにて調整している。しかし、都市ガス用に開発されている昇圧ポンプは、流量の脈動を伴うものであり、これが許容範囲を超える場合、バッファタンクにより対策が行われている。（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００６−５１２４５３号公報
【特許文献２】特開２００６−２６０８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、燃料ガスを加圧する際に燃料ポンプによる脈動が発生すると触媒が振動するため担体、或いは触媒が顆粒粉の場合は触媒自身が粉化したり、或いは担体より脱落した触媒が燃料ガス中に混入したりしてしまい、流量計などの機器の故障の原因となる。さらに、燃料ガスを加圧することは、ポンプ消費電力を増加させるだけではなく、ポンプの大型化などを招くため、各機器の圧力損失はできる限り小さくする必要があるという問題がある。
【０００９】
また、脈動を防止するためにバッファタンクを使用すると、バッファタンクはシステムハウジング内で無駄なスペースを占有し、ハウジングの体積増加の一因となる。また、コストアップの要因となり好ましくないという問題がある。
【００１０】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、供給される燃料ガスに脈動があっても粉化した触媒成分が燃料ガスに混入せず、しかも小型で圧力損失の少ない脱硫器を備えた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】
【００１１】
かかる問題を解決するためになされた発明は、付臭剤が添加された燃料ガス中の付臭剤を吸着するための脱硫触媒（１１０：この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための最良の形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。）と、燃料ガス中に混入された粉塵を分離するための第１フィルタ（１２０）とを、燃料ガスを供給するための供給管における燃料ガスの流れ方向に、垂直方向の断面積よりも大きな断面積を有する１つの収納容器（１３０）内に収納し、収納容器（１３０）内において第１フィルタ（１２０）を脱硫触媒（１１０）よりも燃料ガスの流れ方向の下流側に配置した脱硫器（１００）を備えたことを特徴とする燃料電池システム（１）である。
【００１２】
このような燃料電池システム（１）によれば、燃料ガスに添加されている付臭剤は脱硫触媒（１１０）で吸着される。
【００１３】
また、燃料ポンプ（９０）などで燃料ガスを燃料電池に供給する際、燃料ガスに脈動があるので、その脈動により脱硫触媒（１１０）が振動し、脱硫触媒（１１０）が粉化するが、脱硫触媒（１１０）が粉化した場合であっても、粉化した脱硫触媒（１１０）成分が、脱硫触媒（１１０）よりも燃料ガスの流れ方向の下流側に配置されている第１フィルタ（１２０）により分離される。
【００１４】
つまり、供給される燃料ガスに脈動があっても粉化した脱硫触媒（１１０）成分が燃料ガスに混入しない。したがって、流量計（８０）などの燃料電池システム（１）の構成機器の故障を防ぐことが可能となる。
【００１５】
さらに、脱硫触媒（１１０）と第１フィルタ（１２０）とを１つの収納容器（１３０）に収納しているので、脱硫器（１００）を小型化することができる。したがって、燃料電池システム（１）としても小型化することができる。
【００１６】
また、収納容器（１３０）の断面積が燃料ガス供給管の燃料ガスの流れ方向に垂直方向の断面積より大きいので、収納容器（１３０）内に収納される脱硫触媒（１１０）及び第１フィルタ（１２０）での圧力損失を小さくすることができる。
【００１７】
また、収納容器（１３０）内に収納する脱硫触媒（１１０）を本発明のように、燃料ガスの流れ方向に沿って直列に配置されている、燃料ガス中の付臭剤に対する吸収能力の異なる複数の脱硫触媒層（１１２，１１４）で構成するとよい。
【００１８】
このようにすると、例えば、燃料ガスの流れ方向の上流側に吸収容量は大きいが低濃度まで吸収できない脱硫触媒層（１１２）を設置し、その脱硫触媒層（１１２）で付臭剤を吸収した後、さらに吸収容量は小さいが低濃度まで吸収できる脱硫触媒層（１１４）で付臭剤を吸収すれば、触媒容積をそれほど増加させることなく低濃度まで脱硫可能な脱硫器（１００）とすることができる。つまり、付臭剤の吸収率を高めることができる。
【００１９】
また、燃料ガスの脈動により脱硫触媒（１１０）が振動すると、脱硫触媒（１１０）成分が粉化する。そこで、本発明のように、収納容器（１３０）は、収納容器（１３０）と、収納容器（１００）内に収納された脱硫触媒（１１０）の相対位置を固定する固定手段（１５０）を備えるようにすると、燃料ガスに脈動があっても脱硫触媒（１１０）が収納容器（１３０）内に固定されるので、脱硫触媒（１１０）の振動が抑制できる。
【００２０】
したがって、脱硫触媒（１１０）の粉化を抑制することができるので、第１フィルタ（１２０）の目詰まりが抑制でき、第１フィルタ（１２０）を長寿命化することができる。
【００２１】
さらに、脱硫器（１００）の断面積が燃料の供給管よりも大きい場合、脱硫器（１００）の燃料ガスの出口では燃料ガスの流れが集中するため、出口部分での圧力損失が生じやすい。
【００２２】
そこで、本発明のように、第１フィルタ（１２０）を収納容器（１３０）の燃料ガス出口から離間するための離間手段（１４０）を備えるようにすると、出口と第１フィルタ（１２０）の間に空間を設けることができる。すると、その空間において燃料ガスの流れの集中が緩和されるので、出口での圧力損失を抑制することができる。
【００２３】
ところで、複数の脱硫触媒層（１１２，１１４）を用いる場合、それらの境界面において、燃料ガスの流れ方向の上流側にある脱硫触媒層（１１２）の成分と下流側にある脱硫触媒層（１１４）の成分とが混じりあうと、脱硫触媒（１１０）としての性能が低下する懸念がある。
【００２４】
そこで、本発明のように、複数の脱硫触媒層（１１２，１１４）の層間に複数の脱硫触媒層（１１２，１１４）を分離するための分離手段（１６０）を備えるようにすると、複数の脱硫触媒層（１１２，１１４）の境界面において各脱硫触媒層（１１２，１１４）の成分が混じらないようになるので、脱硫触媒（１１０）としての性能劣化を抑制することができる。
【００２５】
さらに、複数の脱硫触媒層（１１２，１１４）を用いる場合、燃料ガスの脈動により複数の脱硫触媒層（１１２，１１４）が粉化すると、燃料ガスの流れ方向の上流側にある脱硫触媒層（１１２）の粉体が下流側にある脱硫触媒層（１１４）に混入、或いは第１フィルタ（１２０）に到達して、目詰まりを生じ、脱硫器（１００）の圧力損失が増加することとなる。
【００２６】
そこで、本発明のように、分離手段（１６０）に加え、複数の脱硫触媒層（１１２，１１４）の層間に粉塵を分離するための第２フィルタ（１７０）を備えるようにすると、上流側にある脱硫触媒層（１１２）の粉体が下流側にある脱硫触媒層（１１４）に混入することを防止でき、目詰まりによる圧力損失の増加を抑制できる。
【００２７】
ところで、燃料ポンプ（９０）の燃料ガスの流れ方向の上流側と下流側とでは、燃料ポンプ（９０）により燃料ガスが加圧されるので、上流側よりも下流側の方が燃料ガスの圧力が高い。そこで、本発明のように、脱硫器（１００）を、燃料ポンプ（９０）の燃料ガスの流れ方向の下流側に配置するとよい。
【００２８】
一般的に吸着現象は圧力が高い方が効率よく進行するため、上流側よりも高い圧力である下流側に脱硫器（１００）を配置することでさらに低濃度まで脱硫を進行させることができる。
【００２９】
また、本発明のように、第１フィルタ（１２０）の燃料ガスの流れ方向の厚みＨと、燃料ガスの流れ方向における収納容器（１３０）の流路径Ｒとの関係が、Ｒ≦Ｈ＜２Ｒである、若しくは、離間手段（１４０）により第１フィルタ（１２０）が脱硫器出口より距離Ｒ以上離間されることで燃料ガスの脈動に対するバッファ効果を得ることができるので、燃料ガスの脈動を抑制することができる。
【００３０】
ここで、第１フィルタ（１２０）の厚みＨの下限については、燃料出口配管径をＲとした場合に、Ｈ≧Ｒが絶対条件となる。理由はこれ以上薄いと流速が配管内よりも早くなり、圧力損失が増加するからである。また、上限については、２Ｈまで抑えられれば十分である。これ以上厚くすると逆にフィルタの圧力損失が支配的となり、圧力損失は増加するからである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】燃料電池システム１の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の脱硫器と本願発明に係る脱硫器１００の概略の構造を示す断面図である。
【図３】脱硫器１０２，１０４の概略の構造を示す断面図である。
【図４】脱硫器１０６，１０８の概略の構造を示す断面図である。
【図５】第１フィルタ１２０の形状の違いによる圧力損失の差を示す図である。
【図６】スペーサ１４０とスプリング１５０を用いた場合の圧力損失の差を示す図である。
【図７】仕切り板１６０と第２フィルタ１７０を用いた場合と用いない場合の、使用時間に対する燃料ガス流量の差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
［第１実施形態］
図１は、本発明が適用された燃料電池システム１の概略の構成を示すブロック図である。
【００３３】
燃料電池システム１は、図１に示すように、燃料電池スタック１０、改質器２０、気化器３０、燃焼器４０、断熱容器５０、水ポンプ６０、空気ブロワ７０、流量計８０、昇圧ポンプ９０及び脱硫器１００を備えている。
【００３４】
燃料電池スタック１０は、燃料ガスと酸化剤ガス（詳しくは空気中の酸素）との供給を受けて発電を行う装置であり、固体電解質に燃料極及び空気極が形成された燃料電池セルが複数個接続されて形成されている。
【００３５】
固体電解質は、酸素イオンを移動させることにより電力を取り出すためのものであり、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリア添加セリア）、ＧＤＣ（ガドリニウム添加セリア）、ペロブスカイト酸化物など公知の各種酸素イオン伝導性の材料を使用できる。
【００３６】
また、空気極としては、ペロブスカイト酸化物、各種貴金属、貴金属とセラミックとのサーメットなどを使用でき、また、燃料極としては、各種貴金属、Ｎｉ等の卑金属、これらの金属とセラミックとのサーメットなどを使用できる。
【００３７】
また、燃料極は、還元剤となる燃料ガスと接触し、燃料電池セルにおける負電極として機能する。空気極は、酸化剤となる酸化剤ガス（空気）と接触し、燃料電池セルにおける正電極として機能する。
【００３８】
改質器２０は、燃料ガスを水蒸気により改質するものであり、例えば都市ガス等の燃料ガスを、例えばニッケル、白金等の触媒を利用して改質して、酸素と反応する水素ガスを生成する装置である。
【００３９】
気化器３０は、改質器２０における水蒸気改質に使用する水を水蒸気に気化するものであり、気化器３０の前段には、水供給ラインを介して、水（純水）を供給する水ポンプ６０が設けられている。
【００４０】
燃焼器４０は、燃料電池スタック１０で反応した後の排ガスを燃焼させ、排ガスを無害化するものであり、断熱容器５０は、燃料電池スタック１０、改質器２０及び気化器３０を収納する断熱機能を有する断熱容器である。
【００４１】
水ポンプ６０は、ステッピングモータとステッピングモータの回転軸に取り付けられた円盤状のロータを備えている。ロータには、切欠きが設けられており、その切欠きから水が水供給ラインに供給される（一度に１箇所の切欠きから供給される）ようになっている。したがって、ステッピングモータを回転させることにより、周期的に（一定の時間間隔で）水が水供給ラインを介して気化器３０に供給される。
【００４２】
空気ブロワ７０は、燃料電池スタック１０に酸化剤としての空気を供給するためのブロワであり、流量計８０は、昇圧ポンプ９０で供給する燃料ガスの流量を測定し、燃料ガスの流量をフィードバック制御するためのセンサであり、電磁流量計や超音波流量計などの電気式流量センサやタービンフローメータなどの機械式流量センサを用いることができる。また、昇圧ポンプ９０は、燃料ガスを燃料電池スタック１０に供給するためのポンプである。
【００４３】
脱硫器１００については、図２（ｂ）に基づき以下詳細に説明する。図２（ｂ）は、脱硫器１００の概略の構成を示す断面図である。脱硫器１００は、図２（ｂ）に示すように、脱硫触媒１１０、第１フィルタ１２０及び収納容器１３０を備えている。
【００４４】
脱硫触媒１１０は、付臭剤が添加された燃料ガス中の付臭剤を吸着するものであり、燃料ガスの流れ方向に沿って直列に配置されている、燃料ガス中の付臭剤に対する吸収能力の異なる２つの脱硫触媒層から構成されている。
【００４５】
２つの脱硫触媒層のうち、一方の脱硫触媒層は、脱硫触媒として、ゼオライト触媒（φ２ｍｍの球形）を用いている。以下この触媒層をゼオライト触媒層１１２と呼ぶ。
【００４６】
また、他方の脱硫触媒層は、酸化マンガンを含む顆粒触媒（φ２ｍｍ−長さ５ｍｍの円柱状）を用いている。以下、この触媒層を顆粒触媒層１１４と呼ぶ。
【００４７】
第１フィルタ１２０は、燃料ガス中に混入された粉塵を分離するためのフィルタであり、呉羽テック（株）ボンデンエアーフィルタＮｏ．２７２（厚み２ｍｍ）を用いている。
【００４８】
収納容器１３０は、脱硫触媒１１０と第１フィルタ１２０を内部に収納する１個の収納容器であり、燃料ガスを供給するための供給管における燃料ガスの流れ方向に、垂直方向の断面積よりも大きな断面積を有し、収納容器１３０内において第１フィルタ１２０を脱硫触媒１１０よりも燃料ガスの流れ方向の下流側に配置している。本第１実施形態では、外径７６ｍｍ、内径７４ｍｍ、長さ１６７ｍｍのアルミ製容器を使用し、これにゼオライト触媒(重量２６０ｇ＝体積４００ｃｃ)、顆粒触媒(重量９０ｇ＝体積１３３ｃｃ)を充填した。
【００４９】
また、脱硫器１００は、昇圧ポンプ９０の燃料ガスの流れ方向の下流側に配置されている。
【００５０】
（第１実験）
第１実験として、図２（ａ）に示す従来の脱硫器と図２（ｂ）に示す本願発明に係る脱硫器１００とを用い、４Ｌ／ｍｉｎを室温（２５℃）の都市ガスを流して実験を行った。図２は、従来の脱硫器と本願発明に係る脱硫器１００の概略の構造を示す断面図である。
【００５１】
図２の（ａ）に示す従来の脱硫器に、上記の２つの触媒（ゼオライト触媒層１１２、顆粒触媒層１１４）を充填し、その下流側に第１フィルタ１２０を設けて圧力損失を測定した。フィルタの直径をφ４ｍｍからφ７４ｍｍまで大きくしたところ、図５（ａ）に示すように、おおよそ面積に反比例して圧力損失が小さくなった。なお、図５（ａ）では、縦軸が圧力損失［ｋＰａ］、横軸が第１フィルタ１２０の直径［ｍｍ］を示している。
【００５２】
これに対し、図２（ｂ）に示す本発明に係る脱硫器１００を用いた場合、脱硫器１００の内部に第１フィルタ１２０を設けた。脱硫器１００内部に第１フィルタ１２０を設けることで、別途フィルタを設けた比較例（図２（ａ）参照）と比較して、省スペースとなり、部品点数も少なくなるため、コストダウンとなる。
【００５３】
（燃料電池システム１の特徴）
以上の燃料電池システム１によれば、燃料ガスに添加されている付臭剤は脱硫触媒１１０で吸着される。
【００５４】
また、昇圧ポンプ９０などで燃料ガスを燃料電池に供給する際の、燃料ガスの脈動により脱硫触媒１１０が振動し、脱硫触媒１１０が粉化した場合であっても、粉化した脱硫触媒１１０の成分が、脱硫触媒１１０よりも燃料ガスの流れ方向の下流側に配置されている第１フィルタ１２０により分離される。
【００５５】
つまり、供給される燃料ガスに脈動があっても粉化した脱硫触媒１１０成分が燃料ガスに混入しない。したがって、流量計８０などの燃料電池システム１の構成機器の故障を防ぐことが可能となる。
【００５６】
さらに、脱硫触媒１１０と第１フィルタ１２０とを１つの収納容器１３０に収納しているので、脱硫器１００を小型化することができる。したがって、燃料電池システム１としても小型化することができる。
【００５７】
また、収納容器１３０の断面積が燃料ガス供給管の燃料ガスの流れ方向に垂直方向の断面積より大きいので、収納容器１３０内に収納される脱硫触媒１１０及び第１フィルタ１２０での圧力損失を小さくすることができる。
【００５８】
燃料ガスの流れ方向の上流側に吸収容量は大きいが低濃度まで吸収できないゼオライト触媒層１１２を設置し、そのゼオライト触媒層１１２で付臭剤を吸収した後、さらに吸収容量は小さいが低濃度まで吸収できる顆粒触媒層１１４で付臭剤を吸収すれば、触媒容積をそれほど増加させることなく低濃度まで脱硫可能な脱硫器１００とすることができる。つまり、付臭剤の吸収率を高めることができる。
【００５９】
また、脱硫器１００が昇圧ポンプ９０の燃料ガスの流れの下流側に配置されている。一般的に吸着現象は圧力が高い方が効率よく進行するため、上流側よりも高い圧力である下流側に脱硫器１００を配置することでさらに低濃度まで脱硫を進行させることができる。
【００６０】
［第２実施形態］
次に、脱硫器１００の出口における圧力損失を低減させるために、第１フィルタ１２０の燃料ガスの流れ方向の厚みを厚くした脱硫器１０２を用いた燃料電池システム１について図３（ａ）に基づき、説明する。図３（ａ）は、第１フィルタ１２０の厚みを厚くした場合の脱硫器１０２の概略の構造を示す断面図である。なお、第２実施形態以降の実施形態の説明において、第１実施形態と同じ構成要素については、図中において同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００６１】
第２実施形態では、第１実施形態の第１フィルタ１２０の燃料ガスの流れ方向の厚みＨと、燃料ガスの流れ方向における収納容器１３０の流路径Ｒとの関係が、Ｒ≦Ｈ＜２Ｒであるようにする。
【００６２】
具体的には、収納容器１３０の内径と同じ、つまり、Ｒ＝Ｈであるφ７４ｍｍの第１フィルタ１２０を脱硫器１００の出口に挿入し、その枚数を変化させて圧力損失を測定した。その結果を図５（ｂ）に示す。
【００６３】
図５（ｂ）に示すように、第１フィルタ１２０の枚数が増加するに従って、徐々に圧力損失が減少し、３枚重ねて厚みが６ｍｍとなったところで最小値となった後、増加した。なお、図５（ｂ）では、縦軸が圧力損失［ｋＰａ］、横軸が第１フィルタ１２０の厚み［ｍｍ］を示している。
【００６４】
これは、第１フィルタ１２０の厚みが薄いときは脱硫器１００の出口の燃料ガスの流れが集中して局所的に圧力損失が大きくなるが、厚みが増加するに従って燃料ガスの流れが分散し、局所的な圧力損失が低下し、厚み増加による圧力損失増加分を打ち消して、圧力損失が低下したためである。
【００６５】
また、第１フィルタ１２０の厚みが６ｍｍ以上になると、第１フィルタ１２０の厚みの増加による圧力損失が大きくなったため、結果として極小値を持つ圧力特性となった。
【００６６】
このとき、第１フィルタ１２０の厚みＨの下限については、燃料出口配管径をＲとした場合に、Ｈ≧Ｒが絶対条件となる。理由はこれ以上薄いと流速が配管内よりも早くなり、圧力損失が増加するからである。また、上限については、２Ｈまで抑えられれば十分である。これ以上厚くすると逆にフィルタの圧力損失が支配的となり、圧力損失は増加するからである。
【００６７】
［第３実施形態］
次に、第２実施形態と同様に、脱硫器１００の出口における圧力損失を低減させるようにした脱硫器１０４について、図３（ｂ）に基づき説明する。図３（ｂ）は、出口にスペーサ１４０を備えた脱硫器１０４の概略の構造を示す断面図である。
【００６８】
第３実施形態では、円筒状の脱硫器１０４の収納容器１３０において、第１フィルタ１２０よりも燃料ガスの流れの下流側、つまり出口側に、円筒状のスペーサ１４０が、収納容器１３０の内面に密着するように挿入されている。
【００６９】
このスペーサ１４０により、第１フィルタ１２０が、収納容器１３０の出口から離間され、第１フィルタ１２０と出口の間に空間が形成される。
【００７０】
このスペーサ１４０の燃料ガスの流れ方向の厚みを変化させたときの圧力損失の変化を実験した結果を図６（ａ）に示す。図６（ａ）に示すように、スペーサ１４０の厚みの増加に従って圧力損失は低下し、厚みが６ｍｍ以上では圧力損失は変化しなくなった。なお、図６（ａ）では、縦軸が圧力損失［ｋＰａ］、横軸がスペーサ１４０の厚み［ｍｍ］を示している。
【００７１】
このように、収納容器１３０の出口と第１フィルタ１２０の間に空間を設けることにより、その空間において燃料ガスの流れの集中が緩和されるので、出口での圧力損失を抑制することができる。
【００７２】
［第４実施形態］
次に、収納容器１３０において、燃料ガスの脈動による脱硫触媒１１０の粉化を防止するために、収納容器１３０内に収納された脱硫触媒１１０の相対位置を固定するスプリング１５０を備えた脱硫器１０６について、図４（ａ）に基づき説明する。図４（ａ）は、収納容器１３０の脱硫触媒１１０よりも、燃料ガスの流れの上流側にスプリング１５０を有する脱硫器１０６の概略の構造を示す断面図である。
【００７３】
脱硫器１０６では、円筒状の収納容器１３０において燃料ガスの流れの上流側の内側端面にスプリング１５０の一端部が接し、他端が脱硫触媒１１０のうち上流側のゼオライト触媒層１１２の端部に接するようにスプリング１５０が収納容器１３０に収納されている。
【００７４】
この際、スプリング１５０は、無負荷の位置よりも縮んだ位置で収納容器１３０に収納されている。したがって、スプリング１５０の弾性力により、脱硫触媒１１０がスペーサ１４０に押し付けられる。
【００７５】
つまり、スプリング１５０により、収納容器１３０内に収納された脱硫触媒１１０の相対位置が固定されるので、燃料ガスに脈動があっても脱硫触媒１１０が収納容器１３０内に固定されるので、脱硫触媒１１０が振動することがなくなる。したがって、脱硫触媒１１０の粉化を抑制することができるので、第１フィルタ１２０の目詰まりが抑制でき、第１フィルタ１２０を長寿命化することができる。
【００７６】
具体的な実験結果を図６（ｂ）に示す。図６は、スプリング１５０を用いた場合と用いない場合の、使用時間に対する圧力損失の差を示す図である。なお、図６（ｂ）では、縦軸が圧力損失［ｋＰａ］、横軸が脱硫器１０６の使用時間［ｈ］を示している。
【００７７】
図６（ｂ）では、Ａ６が従来の脱硫器を用いた場合の結果を示し、Ｂ６が第１実施形態の脱硫器１００を用いた場合、Ｃ６が第２実施形態の脱硫器１０２を用いた場合、Ｄ６が第３実施形態の脱硫器１０４を用いた場合を示している。
【００７８】
つまり、Ａ６〜Ｄ６がスプリング１５０で脱硫触媒１１０を固定していない場合の実験結果を示している。また、Ｅ６が本第４実施形態の脱硫器１０６、つまり、スプリング１５０で脱硫触媒１１０を固定した場合の実験結果を示している。
【００７９】
図６（ｂ）に示すように、スプリング１５０を用いない場合（Ａ６〜Ｄ６）に対し、スプリング１５０を用いて脱硫触媒１１０をスプリング１５０で固定した場合（Ｅ６）には、使用時間が経過しても圧力損失が増加しないことが確認できた。
【００８０】
なお、スプリング１５０のバネ定数は、収納容器１３０内に燃料ガスが流れた際に、脱硫触媒１１０が収納容器１３０内で共振をしないような値とする必要がある。
【００８１】
［第５実施形態］
次に、脱硫触媒１１０を２つの脱硫触媒層（ゼオライト触媒層１１２、顆粒触媒層１１４）から形成した場合に、２つの脱硫触媒層１１２，１１４の成分が混じり合わないようにした脱硫器１０８について、図４（ｂ）に基づき説明する。図４（ｂ）は、２つの脱硫触媒層１１２，１１４の間に仕切り板１６０と第２フィルタ１７０を備えた脱硫器１０８の概略の構造を示す断面図である。
【００８２】
脱硫器１０８は、図４（ｂ）に示すように、複数の脱硫触媒層であるゼオライト触媒層１１２と顆粒触媒層１１４の層間にゼオライト触媒層１１２と顆粒触媒層１１４を分離するための仕切り板１６０を備えており、さらに、仕切り板１６０の下流側に、２つの触媒層１１２，１１４の層間において粉塵を分離するための第２フィルタ１７０を備えている。
【００８３】
このような構成を有する脱硫器１０８では、脱硫触媒１１０としての性能劣化を抑制することができる。
【００８４】
つまり、複数の脱硫触媒層１１２，１１４を用いる場合、それらの境界面において、燃料ガスの流れ方向の上流側にあるゼオライト触媒層１１２の成分と下流側にある顆粒触媒層１１４の成分とが混じりあって、脱硫触媒１１０としての性能が低下することになる。特に、燃料ガスの脈動により複数の脱硫触媒層１１２，１１４が粉化するとこの傾向が大きい。
【００８５】
そこで、仕切り板１６０を備えるようにすると、ゼオライト触媒層１１２と顆粒触媒層１１４の境界面において各脱硫触媒層１１２，１１４の成分が混じらないようになるので、脱硫触媒１１０としての性能劣化を抑制することができるのである。
【００８６】
さらに、燃料ガスの脈動により複数の脱硫触媒層１１２，１１４が粉化すると、燃料ガスの流れ方向の上流側にあるゼオライト触媒層１１２の粉体が下流側にある顆粒触媒層１１４に混入してしまい、目詰まりを生じ、下流側の顆粒触媒層１１４の性能が低下することになるが、第２フィルタ１７０を備えることで、上流側にあるゼオライト触媒層１１２の粉体が下流側にある顆粒触媒層１１４に混入することを防止でき、目詰まりによる下流側の脱硫触媒層の性能劣化を防止することができる。
【００８７】
最後に昇圧ポンプ９０による脈動に対する脱硫器１０８のバッファ機能を示す具体的な実験結果を図７に示す。図７は、脱硫器を用いない場合と本発明例の脱硫器１０８を用いた場合の燃料ガス流量の計測値を示す図である。なお、図７では、燃料ガス流量［Ｌ／ｍｉｎ］、横軸が時間［ｓ］を示している。
【００８８】
図７では、Ａ７が脱硫器を用いない場合の結果を示し、Ｂ７が従来の脱硫器を用いた場合、Ｃ７が第２実施形態の脱硫器１０２を用いた場合、Ｄ７が本第３実施形態の脱硫器１０４を用いた場合、つまり、厚み＝Ｒの厚い第１フィルタ１２０を用いた場合と幅＝Ｒのスペーサ１４０にて容器出口から第１フィルタ１２０を距離Ｒ離間した場合の脱硫器によるバッファ効果を示している。
【００８９】
図７に示すように、脱硫器を用いない場合(Ａ７)は流量の変化（図７では流量の最大値と最小値の差）が大きい、また従来の脱硫器を用いた場合（Ｂ７）は若干流量の変化は小さくなるが十分ではない。これに対し厚い第１フィルタ１２０を用いた場合（Ｃ７）、スペーサ１４０にて離間した場合（Ｄ７）では脈動が抑えられ、バッファ効果が十分に発揮されていることが分かる。
【００９０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
【符号の説明】
【００９１】
１…燃料電池システム、１０…燃料電池スタック、２０…改質器、３０…気化器、４０…燃焼器、５０…断熱容器、６０…水ポンプ、７０…空気ブロワ、８０…流量計、９０…昇圧ポンプ、１００、１０２、１０４、１０６、１０８…脱硫器、１１０…脱硫触媒、１１２…ゼオライト触媒層、１１４…顆粒触媒層、１２０…第１フィルタ、１３０…収納容器、１４０…スペーサ、１５０…スプリング、１６０…仕切り板、１７０…第２フィルタ。
【図１】
2010170963.tif 000003
【図２】
2010170963.tif 000004
【図３】
2010170963.tif 000005
【図４】
2010170963.tif 000006
【図５】
2010170963.tif 000007
【図６】
2010170963.tif 000008
【図７】
2010170963.tif 000009