(57)【要約】【課題】脱硫器の温度を、水添脱硫を行うのに適した温度に制御するとともに、該脱硫器における温度分布を均一とすることができる固体酸化物形燃料電池システムを提供する。【解決手段】  固体酸化物形燃料電池システムは、供給された燃料と空気とを利用して発電反応により発電する固体酸化物形燃料電池６と、固体酸化物形燃料電池６で未利用の燃料と空気とを燃焼する燃焼部２３と、供給された原料に含まれる硫黄成分を水添脱硫により除去するための脱硫剤２５が充填された脱硫器３と、脱硫器３により硫黄成分が除去された原料から燃料となる改質ガスを生成する改質器４と、を備え、脱硫器３が、燃焼部２３によって生成された排ガスが流通する排ガス経路２０中に設置されるとともに、この脱硫器３を構成する壁面と脱硫剤２５との接触面積が、排ガス経路２０の上流側より下流側の方が大きくなる。【選択図】図１
2014107185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された燃料と空気とを利用して発電反応により発電する固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池で未利用の燃料と空気とを燃焼する燃焼部と、
供給された原料に含まれる硫黄成分を水添脱硫により除去するための脱硫剤が充填された脱硫器と、
前記脱硫器により硫黄成分が除去された原料から前記燃料となる改質ガスを生成する改質器と、を備え、
前記脱硫器が、前記燃焼部における前記燃料と空気との燃焼によって生成された排ガスが流通する排ガス経路中に設置されるとともに、該脱硫器を構成する壁面により形成された収容空間に前記脱硫剤が充填されており、
前記脱硫器の単位容積あたりの、前記壁面と前記脱硫剤との接触面積が、排ガス経路の上流側より下流側の方が大きくなる固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２】
前記脱硫器は、前記壁面の一部として、前記脱硫剤より熱伝導率の高い複数の仕切り板を前記収容空間内に備え、
前記仕切り板が配置される間隔が、前記脱硫器において排ガス経路の上流側より下流側の方が密になる請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３】
前記仕切り板それぞれには、前記収容空間内を流通する原料ガスを通過させるための開口が形成されており、
前記原料ガスが前記収容空間内を蛇行して流通するように、隣接する仕切り板同士の開口位置が設定されている請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項４】
供給された燃料と空気とを利用して発電反応により発電する固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池で未利用の燃料と空気とを燃焼する燃焼部と、
供給された原料に含まれる硫黄成分を水添脱硫により除去する脱硫器と、
前記脱硫器により硫黄成分が除去された原料から前記燃料となる改質ガスを生成する改質器と、を備え、
前記脱硫器が前記燃焼部における前記燃料と空気との燃焼によって生成された排ガスが流通する排ガス経路中に設置されており、
前記排ガスから前記脱硫器に熱伝達する伝熱量を規定する要素のうち、該脱硫器と該排ガスとの間における熱伝達率と伝熱面積との積の値が、脱硫器における排ガス経路の上流側部分より下流側部分の方が高くなる固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項５】
前記排ガスと前記脱硫器との間に形成される温度境界層の厚さを小さくするために、脱硫器における前記下流側部分では、少なくも前記上流側部分の外周面よりも外側に突出した領域を含む請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項６】
前記脱硫器における下流側部分は、前記突出した領域として複数の突起部を備えている請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項７】
前記脱硫器における下流側部分は、前記突出した領域として、前記上流側部分よりも断面積が大きくなる形状として形成される請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項８】
前記改質器で改質された改質ガスの一部を原料供給経路へと戻すリサイクル経路を更に備えた請求項１から７のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項９】
前記リサイクル経路に流通する改質ガスの水分を凝縮させる凝縮器をさらに備えた請求項８に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素を含む原料ガス（原燃料ガス、原料）から硫黄成分を除去する脱硫器を備えた固体酸化物形燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原料ガスとして炭化水素を用いる固体酸化物形燃料電池システムでは、この原料ガスを改質するために、例えば水蒸気を用いた水蒸気改質が利用されている。この水蒸気改質を促進するために水蒸気改質触媒が用いられているが、原料ガス中には付臭剤として例えば硫黄化合物が含まれており、これらによってこの水蒸気改質触媒が劣化させられるおそれがある。そこで、水蒸気改質触媒の劣化を防止するために、原料ガス中に含まれる硫黄化合物を低減させる脱硫装置（脱硫器）が利用されている。
【０００３】
このような脱硫器としては、例えば、硫黄化合物を触媒（Ｎｉ−Ｍｏ系、Ｃｏ−Ｍｏ系）上で水素と反応させて硫化水素に変換し、この硫化水素を酸化亜鉛に取り込んで除去する、いわゆる水添脱硫法により脱硫を行なう水添脱硫装置が挙げられる。
【０００４】
水添脱硫装置は、水添脱硫法により脱硫を行なう際に水素を必要とするが、原料ガス中には通常、水素が含まれていない。そこで、水素を水添脱硫装置に供給する構成を有した固体酸化物形燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００５】
より具体的には、特許文献１では、図９に示すように、改質器１１０を流通した改質ガスの一部が、リサイクルガス供給経路１１３を通じて、昇圧手段１１１の上流側に戻されるように構成された固体酸化物形燃料電池システムが開示されている。そして、戻された改質ガスは、昇圧手段１１１により昇圧され脱硫器１０２供給されるように構成されている。
【０００６】
また、特許文献２では、図１０に示すように、以下に示す構成を有する固体酸化物形燃料電池システムが提案されている。すなわち、特許文献２の固体酸化物形燃料電池システムでは、混合器２２０で混合された水と脱硫後の原燃料ガスとを、蒸発器２２６に供給する。そして、蒸発器２２６から改質器２０６に供給される、水蒸気を含む脱硫後の原燃料ガスの一部が分岐戻し流路２４２を介して燃料ガス供給経路２１６に戻される構成が開示されている。なお、分岐戻し流路２４２の二重管２４４内には炭化水素改質触媒が設けられており、これによって炭化水素を改質して得た水素含有ガスを、昇圧器２１７の上流側に戻すことができる。そして、戻された水素含有ガスを昇圧器２１７で昇圧させ、脱硫器２０４に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２１６３０８号公報
【特許文献２】特許第４９１１９２７号公報
【特許文献３】特許第２９９３５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２に開示されている固体酸化物形燃料電池システムでは、脱硫器の温度を、水添脱硫を行うのに適した温度に制御するとともに、脱硫器における温度分布を均一とすることができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、脱硫器の温度を、水添脱硫を行うのに適した温度に制御するとともに、該脱硫器における温度分布を均一とすることができる固体酸化物形燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上記した課題を解決するために、供給された燃料と空気とを利用して発電反応により発電する固体酸化物形燃料電池と、前記固体酸化物形燃料電池で未利用の燃料と空気とを燃焼する燃焼部と、供給された原料に含まれる硫黄成分を水添脱硫により除去するための脱硫剤が充填された脱硫器と、前記脱硫器により硫黄成分が除去された原料から前記燃料となる改質ガスを生成する改質器と、を備え、前記脱硫器が、前記燃焼部における前記燃料と空気との燃焼によって生成された排ガスが流通する排ガス経路中に設置されるとともに、該脱硫器を構成する壁面により形成された収容空間に前記脱硫剤が充填されており、前記脱硫器の単位容積あたりの、前記壁面と前記脱硫剤との接触面積が、排ガス経路の上流側より下流側の方が大きくなる。
【００１１】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上記した課題を解決するために、供給された燃料と空気とを利用して発電反応により発電する固体酸化物形燃料電池と、前記固体酸化物形燃料電池で未利用の燃料と空気とを燃焼する燃焼部と、供給された原料に含まれる硫黄成分を水添脱硫により除去する脱硫器と、前記脱硫器により硫黄成分が除去された原料から前記燃料となる改質ガスを生成する改質器と、を備え、前記脱硫器が前記燃焼部における前記燃料と空気との燃焼によって生成された排ガスが流通する排ガス経路中に設置されており、前記排ガスから前記脱硫器に熱伝達する伝熱量を規定する要素のうち、該脱硫器と該排ガスとの間における熱伝達率と伝熱面積との積の値が、脱硫器における排ガス経路の上流側部分より下流側部分の方が高くなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムは、以上に説明したように構成され、脱硫器の温度を、水添脱硫を行うのに適した温度に制御するとともに、該脱硫器における温度分布を均一とすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。
【図２】実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。
【図３】実施形態１の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。
【図４】実施形態１の変形例に係る固体物酸化形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。
【図５】実施形態１の変形例に係る固体物酸化形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。
【図６】実施形態１の変形例に係る固体物酸化形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。
【図７】実施形態２に係る固体物酸化形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。
【図８】実施形態２の変形例に係る固体物酸化形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。
【図９】従来技術を示すものであり、固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。
【図１０】従来技術を示すものであり、固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明では以下に示す態様を提供する。
【００１５】
本発明の第１の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、供給された燃料と空気とを利用して発電反応により発電する固体酸化物形燃料電池と、前記固体酸化物形燃料電池で未利用の燃料と空気とを燃焼する燃焼部と、供給された原料に含まれる硫黄成分を水添脱硫により除去するための脱硫剤が充填された脱硫器と、前記脱硫器により硫黄成分が除去された原料から前記燃料となる改質ガスを生成する改質器と、を備え、前記脱硫器が、前記燃焼部における前記燃料と空気との燃焼によって生成された排ガスが流通する排ガス経路中に設置されるとともに、該脱硫器を構成する壁面により形成された収容空間に前記脱硫剤が充填されており、前記脱硫器の単位容積あたりの、前記壁面と前記脱硫剤との接触面積が、排ガス経路の上流側より下流側の方が大きくなる。
【００１６】
上記した構成によると、排ガス経路中に前記脱硫器が設置されているため、脱硫器は、この排ガス経路を流通する排ガスの熱を利用して水添脱硫を実施することができる。また、収容空間に充填されている脱硫剤と前記壁面との、該収容空間の単位容積あたりの接触面積が、排ガス経路の上流側より下流側の方が大きくなっている。このため、上流側より下流側の方が脱硫剤に早く熱が伝わることとなる。
【００１７】
ここで、排ガス経路中に脱硫器が設置される構成の場合、脱硫器における排ガス経路の上流側よりも下流側の方が排ガスの温度が低くなるため、下流側に充填されている脱硫剤の方が上流側よりも所望の温度まで加熱されるのに時間がかかる。このため、脱硫器全体では温度分布にムラが生じる。
【００１８】
しかしながら、本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、下流側の脱硫剤に上流側の脱硫剤よりも早く熱伝達させるように構成されているため、この温度分布のムラを抑制し、脱硫器全体で略均一に脱硫剤が加熱されるようにすることができる。
【００１９】
よって、本発明の第１の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、脱硫器の温度を、水添脱硫を行うのに適した温度に制御するとともに、該脱硫器における温度分布を均一とすることができるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明の第２の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、上記した第１の態様において、前記脱硫器は、前記壁面の一部として、前記脱硫剤より熱伝導率の高い複数の仕切り板を前記収容空間内に備え、前記仕切り板が配置される間隔が、前記脱硫器において排ガス経路の上流側より下流側の方が密になるように構成されていてもよい。
【００２１】
上記した構成によると前記壁面の一部である仕切り板の配置間隔が排ガス経路の上流側より下流側の方が密になるように構成されている。このため、脱硫器の単位容積あたりにおける、前記壁面と前記脱硫剤との接触面積が、排ガス経路の上流側より下流側の方が大きくなる。
【００２２】
したがって、脱硫器の温度を、水添脱硫を行うのに適した温度に制御するとともに、該脱硫器における温度分布を均一とすることができる。
【００２３】
また、本発明の第３の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上記した第２の態様において、前記仕切り板それぞれには、前記収容空間内を流通する原料ガスを通過させるための開口が形成されており、前記原料ガスが前記収容空間内を蛇行して流通するように、隣接する仕切り板同士の開口位置が設定されていてもよい。
【００２４】
上記した構成によると、隣接する仕切り板同子の開口位置が、原料ガスが収容空間内を蛇行して流通するように設定されているため、流通する原料ガスと脱硫剤との反応時間を大きくすることができる。このため、脱硫器は、効率よく原料ガスの脱硫を行うことができる。
【００２５】
本発明の第４の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、供給された燃料と空気とを利用して発電反応により発電する固体酸化物形燃料電池と、前記固体酸化物形燃料電池で未利用の燃料と空気とを燃焼する燃焼部と、供給された原料に含まれる硫黄成分を水添脱硫により除去する脱硫器と、前記脱硫器により硫黄成分が除去された原料から前記燃料となる改質ガスを生成する改質器と、を備え、前記脱硫器が前記燃焼部における前記燃料と空気との燃焼によって生成された排ガスが流通する排ガス経路中に設置されており、前記排ガスから前記脱硫器に熱伝達する伝熱量を規定する要素のうち、該脱硫器と該排ガスとの間における熱伝達率と伝熱面積との積の値が、脱硫器における排ガス経路の上流側部分より下流側部分の方が高くなる。
【００２６】
上記した構成によると、排ガス経路中に前記脱硫器が設置されているため、脱硫器は、この排ガス経路を流通する排ガスの熱を利用して水添脱硫を実施することができる。
【００２７】
ところで、排ガスから脱硫器へと伝わる伝熱量は、熱伝達率、排ガスと脱硫器との温度差、および排ガスと脱硫器との伝熱面積で求められ、脱硫器における排ガス経路の上流側部分よりも下流側部分の方が、温度差が小さくなるため一般的には伝熱量が小さくなる。なお、熱伝達率とは、排ガスの熱伝導率を、排ガスと脱硫器との間に形成される温度境界層の厚さで除することで求められる値である。
【００２８】
本発明の第４の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、熱伝達率と伝熱面積との積の値を脱硫器における排ガス経路の上流側部分よりも下流側部分の方が大きくなるように構成されている。このため、下流側部分において、排ガスと脱硫器との温度差が上流側部分よりも小さくなるが、熱伝達率と伝熱面積との積の値を上流側部分より大きくすることができるので、下流側部分における伝熱量を上流側部分における伝熱量と同様とすることができる。
【００２９】
したがって、発明の第４の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、脱硫器の温度を、水添脱硫を行うのに適した温度に制御するとともに、該脱硫器における温度分布を均一とすることができるという効果を奏する。
【００３０】
また、本発明の第５の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上記した第４の態様において、前記排ガスと前記脱硫器との間に形成される温度境界層の厚さを小さくするために、脱硫器における前記下流側部分では、少なくも前記上流側部分の外周面よりも外側に突出した領域を含むように構成されていてもよい。
【００３１】
上記した構成によると下流側部分では上流側部分の外周面よりも外側に突出した領域を含むため、排ガスと脱硫器との間の温度境界層の厚さが小さくなり熱伝達率を大きくすることができる。また、外側に突出した領域を形成することで排ガスと脱硫器との間の伝熱面積を大きくすることもできる。したがって、熱伝達率と伝熱面積との積の値を上流側部分よりも下流側部分の方が大きくなるようにすることができ、下流側部分における伝熱量を上流側部分における伝熱量と同様とすることができる。
【００３２】
また、本発明の第６の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上記した第５の態様において、前記脱硫器における下流側部分は、前記突出した領域として複数の突起部を備えるように構成されていてもよい。
【００３３】
上記した構成によると、下流側部分に複数の突起部が備えられているため、これにより下流側部分を流通する排ガスの流れを乱流とし、温度境界層の厚さを小さくして熱伝達率を大きくすることができるとともに、伝熱面積を大きくすることができる。
【００３４】
したがって、熱伝達率と伝熱面積との積の値を上流側部分よりも下流側部分の方が大きくなるようにすることができ、下流側部分における伝熱量を上流側部分における伝熱量と同様とすることができる。
【００３５】
また、本発明の第７の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上記した第５の態様において、前記脱硫器における下流側部分は、前記突出した領域として、前記上流側部分よりも断面積が大きくなる形状として形成されるように構成されていてもよい。
【００３６】
上記した構成によると下流側部分全体が上流側部分よりも断面積が大きくなり突出した領域となる。このため、下流側部分を流通する排ガスの流路幅が上流側部分よりも小さくなり、この下流側部分を流通する排ガスの流速が速くなる。
【００３７】
このため、温度境界層の厚さを小さくして熱伝達率を大きくすることができる。また、上流側部分よりも外側に突出している側面部分だけ伝熱面積が広がる。
【００３８】
したがって、熱伝達率と伝熱面積との積の値を上流側部分よりも下流側部分の方が大きくなるようにすることができ、下流側部分における伝熱量を上流側部分における伝熱量と同様とすることができる。
【００３９】
また、本発明の第８の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上記した第１の態様から第７の態様のいずれか１つの態様において、前記改質器で改質された改質ガスの一部を原料供給経路へと戻すリサイクル経路を更に備えるように構成されていてもよい。
【００４０】
上記した構成によるとリサイクル経路を更に備えるため、改質ガスの一部を原料供給経路へ戻し、脱硫器へと供給される原料ガスに水素を添加することが可能となる。このため、脱硫器は、この水素を利用して水添脱硫を行うことができる。
【００４１】
また、本発明の第９の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、上記した第８の態様において、前記リサイクル経路に流通する改質ガスの水分を凝縮させる凝縮器をさらに備えるように構成されていてもよい。
【００４２】
上記した構成によると、凝縮器を備えるため、リサイクル経路を流通する改質ガスが低温化したとき、この凝縮器により水分を回収することができる。このため、結露水による経路内の水つまり等の不具合を抑制することができる。
【００４３】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１を、図面を参照して説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する。
【００４４】
図１および図２を参照して実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。図１および図２は、実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図１では、実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。図２では、実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムの筐体７内を上から見たときの構成を模式的に示している。
【００４５】
図１および図２に示すように、固体酸化物形燃料電池システムは、原料ガス経路１、脱硫器３、改質器４、空気熱交換器５、固体酸化物形燃料電池６、蒸発器９、空気経路１０、改質水経路１１、改質空気経路１２、脱硫後原料ガス経路１４、燃料ガス供給経路１６、空気供給経路１７、減圧部１８、リサイクル経路１９、排ガス経路２０、および、断熱部２２を筐体７内部に配置してなる構成である。また、固体酸化物形燃料電池６の上部には改質器４と対向するように燃焼部２３が設けられている。さらにまた、脱硫器３は複数の仕切り板２６を備えている。なお、図１では、排ガス経路２０中に脱硫器３が配置されている状態を分かりやすく示すために、脱硫器３が配置されている排ガス経路２０部分のみ経路の幅を表現した図としている。
【００４６】
固体酸化物形燃料電池システムでは、筐体７の外部から供給された原料ガス（原燃料ガス）を改質器４で改質し、改質された改質ガスと外部から供給された空気とを利用して固体酸化物形燃料電池６が発電反応により発電するように構成されている。
【００４７】
なお、本明細書では、原料ガス経路１を通じて外部から供給されるガスを原料ガス（原料）と称し、原料ガスから硫黄成分が取り除かれ、改質器４において改質反応により改質された改質ガスを燃料ガス（燃料）と称するものとする。
【００４８】
固体酸化物形燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池６の動作時（発電時）には、燃焼部２３にて、発電反応に利用されなかった改質ガスと空気とを燃焼させ、高温の排ガスを生成し、その熱エネルギーを有効に利用することで高効率な運転を実現している。また、固体酸化物形燃料電池システムでは、筐体７の内側に断熱材からなる断熱部２２が備えられており、筐体７の内部から外部への放熱を可能な限り遮断するように構成されている。
【００４９】
また、固体酸化物形燃料電池システムでは、筐体７の外部に昇圧部２が配置されている。そして、昇圧部２は、原料ガス経路１を通じて供給された原料ガスを昇圧し、筐体７内に配置されている脱硫器３に導入するように構成されている。なお、原料ガス経路１を通じて供給される原料ガスとしては、都市ガスまたは、プロパンガスなどの炭化水素を主成分とするガスを用いることができる。
【００５０】
脱硫器３は、水添脱硫方式により原料ガスに含まれる硫黄成分を除去するためのものである。実施形態１では図１に示すように、排ガス経路２０は、筐体７の上面側で筐体７の内部と連通し、筐体７の底面側で筐体７の外部に連通するように断熱部２２内に設けられている。そして、排ガス経路２０の途中に脱硫器３が設置されている。
【００５１】
より具体的には、脱硫器３は、燃焼部２３の上方でかつ対向する位置（すなわち、筐体７の上面側）となる断熱部２２内に配置されている。そして、排ガス経路２０中に設けられた脱硫器３を、この排ガス経路２０を流通する高温の排ガスによって加熱する。なお脱硫器３を加熱する排ガスの流れ、排ガスの温度調整に関する詳細な説明については後述する。
【００５２】
脱硫器３に充填する脱硫剤２５としては、例えば、銅および亜鉛を含む脱硫剤が挙げられる（例えば、特許文献３）。なお、脱硫剤２５は、水添脱硫を行うことができればこの脱硫剤に限定されるものではなく、Ｎｉ−Ｍｏ系又はＣｏ−Ｍｏ系触媒と酸化亜鉛との組み合わせであってもよい。Ｎｉ−Ｍｏ系又はＣｏ−Ｍｏ系触媒と酸化亜鉛とを組み合わせた脱硫剤の場合、脱硫器３は３５０〜４００℃の温度範囲にて、原料ガス中の有機硫黄を水添分解する。そして、脱硫器３は、生成したＨ２Ｓを、３５０〜４００℃の温度範囲にてＺｎＯに吸着させて除去する。
【００５３】
例えば、原料ガスが都市ガスの場合、付臭剤として硫黄化合物であるジメチルスルフィド（dimethl sulfide ;Ｃ２Ｈ６Ｓ，ＤＭＳ）が含有されている。このＤＭＳは、脱硫器３において、以下の反応式（式（１）、（２））によるＺｎＳの形、または物理吸着の形で脱硫剤２５によって除去される。
Ｃ２Ｈ６Ｓ＋２Ｈ２→２ＣＨ４＋Ｈ２Ｓ      ・・・（１）
Ｈ２Ｓ＋ＺｎＯ→Ｈ２Ｏ＋ＺｎＳ          ・・・（２）
なお、付臭剤は、上述したＤＭＳに限定されるものではなく、ＴＢＭ（Ｃ４Ｈ１０Ｓ）またはＴＨＴ（Ｃ４Ｈ８Ｓ）等の他の硫黄化合物であってもよい。
【００５４】
充填する脱硫剤２５が銅および亜鉛を含む場合、脱硫器３は、１０〜４００℃程度、好ましくは１５０〜３００℃程度の温度範囲で脱硫を行う。この銅亜鉛系脱硫剤は、水添脱硫能力に加えて物理吸着能力もあり、低温では主に物理吸着、高温では化学吸着（Ｈ２Ｓ＋ＺｎＯ→Ｈ２Ｏ＋ＺｎＳ）を行うことができる。この場合、脱硫後の原料ガスに含まれる硫黄含有量は、１ｖｏｌ  ｐｐｂ（parts per billion）以下、通常は０．１ｖｏｌ  ｐｐｂ以下となる。
【００５５】
このように、脱硫器３において、Ｎｉ−Ｍｏ系又はＣｏ−Ｍｏ系触媒、あるいは銅および亜鉛のいずれかを含む脱硫剤２５が充填されている場合、単位体積あたりの硫黄成分除去量が大きくなる。それゆえ、上述した脱硫剤２５を用いる場合、所望の硫黄濃度まで硫黄を除去するために必要となる脱硫剤の量を低減させることができる。
【００５６】
以上のようにして脱硫器３によって脱硫された原料ガスは、脱硫後、改質器４へと供給される。
【００５７】
ところで、実施形態１に係る脱硫器３では、脱硫剤２５が充填されている内部には、複数の仕切り板２６が設けられている。仕切り板２６は、脱硫器３の外壁から伝わった熱を脱硫剤２５へ効率よく伝導させるためのもので、例えば、熱伝導性の高い金属等により形成されている。また、図１、２では特に図示しないが、複数の仕切り板２６それぞれには、脱硫器３内を原料ガスが流通できるように、例えば、各仕切り板２６において複数の小さい開口が均一に設けられている。本実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、この仕切り板２６の配置を工夫することで、脱硫器３内全体で脱硫剤２５を効率よく加熱できるように構成されている。なお、脱硫器３における仕切り板２６の配置についての詳細は後述する。
【００５８】
次に改質器４について説明する。改質器４は、部分酸化改質用として用いられるものであってもよいが、更に高効率な動作を実現するために、部分酸化改質反応だけでなく、水蒸気改質反応も行える仕様にしておくことが有利である。図１に示すように実施形態１では、改質器４の上流側（脱硫後原料ガス経路１４が配置される側）に蒸発器９を配置し、脱硫された原料ガスに改質水経路１１を通じて供給された水を混合させ改質器４に供給することができる構成となっている。
【００５９】
なお、改質器４に充填される改質触媒としては、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）の球体表面にＮｉを含浸し、担持したものや、Ａｌ２Ｏ３の球体表面にルテニウムを付与したものを適宜用いることができる。
【００６０】
ところで、固体酸化物形燃料電池システムの起動時では、改質器４において吸熱反応である水蒸気改質反応を行うためには熱エネルギーが不足している。そこで、固体酸化物形燃料電池システムの起動時は、改質水経路１１から改質器４（蒸発器９）に水を供給させずに、改質空気経路１２を通じて改質器４に導入した空気を利用して、改質器４は以下の式（３）で表される部分酸化改質反応を行い、水素ガスおよび一酸化炭素を生成する。
ＣｎＨｍ ＋ （ｎ／２）Ｏ２ → ｎ・ＣＯ ＋（ｍ／２）Ｈ２（ｎ，ｍは任意の自然数）・・・（３）
そして、これらの水素ガスおよび一酸化炭素を、燃料ガス供給経路１６を通じて固体酸化物形燃料電池６に供給し、空気供給経路１７を通じて供給された空気と合わせて、発電反応を行う。
【００６１】
固体酸化物形燃料電池システムが起動して発電が進むにつれ、改質器４の温度が上昇していく。すなわち、上記の式（３）で表される部分酸化改質反応は発熱反応であり、更に、燃焼部２３からの排ガス及び輻射熱により、改質器４の温度が上昇させられる。そして、改質器４の温度が、例えば、４００℃以上になれば以下の式（４）で表される水蒸気改質反応を並行して行うことが可能となる。
ＣｎＨｍ ＋ ｎ・Ｈ２Ｏ → ｎ・ＣＯ ＋（ｍ／２＋ ｎ）Ｈ２（ｎ，ｍは任意の自然数）・・・（４）
上述した式（４）で示される水蒸気改質反応は、式（３）で示される部分酸化改質反応と比較すると、同じ量の炭化水素（ＣｎＨｍ）から生成できる水素量がより多くなり、その結果、固体酸化物形燃料電池６での発電反応に利用可能な改質ガスの量が多くなる。つまり、水蒸気改質反応の方が効率よく改質ガスを生成することができる。また、式（４）に示す水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、式（３）に示す部分酸化改質反応による発熱と燃焼部２３から排出された排ガスが保有する熱、及び燃焼部２３からの輻射熱を利用し、必要な熱量を補いつつ、水蒸気改質反応を進行させる。そして、改質器４の温度が例えば、６００℃以上になれば、式（４）の水蒸気改質反応に必要な熱量を排ガスの有する熱及び燃焼部２３からの輻射熱だけで補うことが可能となるため、水蒸気改質反応のみの運転に切り替えることができる。
【００６２】
蒸発器９は、改質器４にて水蒸気改質反応を行うために設置したものである。蒸発器９では、燃焼部２３から排出された排ガスの熱及び燃焼部２３からの輻射熱を利用して、改質水経路１１から供給された水（改質水）を気化させ、脱硫器３から供給された脱硫後の原料ガスと混合させる。そして、蒸発器９は、混合後の原料ガスを改質器４へと導入する。
【００６３】
空気熱交換器５は固体酸化物形燃料電池６での発電反応に利用される空気（発電用空気）を加熱するためのものであり、燃焼部２３と対向する位置に設けられる。空気熱交換器５は、空気経路１０を通じて外部から供給された空気（発電用空気）を、燃焼部２３での燃焼により生じた排ガス及び燃焼部２３の輻射熱との熱交換により加熱する。例えば、空気熱交換器５を流通した後の空気は４００〜８００℃まで加熱される。そして、この加熱された空気が固体酸化物形燃料電池６へと供給される。なお、詳細は後述するが、空気熱交換器５により空気との熱交換を行って保有する熱の一部が奪われた排ガスは、排ガス経路２０を通じて脱硫器３に導かれるように構成されている。
【００６４】
固体酸化物形燃料電池６は、上述したように燃料ガス供給経路１６を通じて供給された改質ガスと、空気供給経路１７を通じて供給された空気（発電用空気）とを利用して発電反応により発電を行うものである。すなわち、固体酸化物形燃料電池６では、改質ガスが供給される燃料極および発電空気が供給される空気極を有し、該燃料極と該空気極との間で発電反応を行って発電する燃料電池単セルを複数枚、直列に接続してセルスタックを形成している。なお、固体酸化物形燃料電池６は、更に直列接続したセルスタックを並列に接続させた構成としてもよい。
【００６５】
固体酸化物形燃料電池６を構成する燃料電池単セルとしては、例えばイットリアをドープしたジルコニア（ＹＳＺ）、イットリビウムやスカンジウムをドープしたジルコニア、あるいはランタンガレート系の固体電解質からなる燃料電池単セルを用いることができる。例えば、燃料電池単セルがＹＳＺの場合、厚みにもよるが、約６００〜９００℃の温度範囲にて、発電反応が行われる。
【００６６】
また、実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、固体酸化物形燃料電池６へ向かう燃料ガス供給経路１６を途中で分岐させ、改質器４から供給される改質ガスの一部を原料ガス経路１に戻すためのリサイクル経路１９が設けられている。このため、原料ガス経路１を流通し、脱硫器３へと供給される原料ガスに水素を添加することが可能となり、脱硫器３は、この水素を利用して前述の水添脱硫を行うことができるように構成されている。
【００６７】
なお、燃料ガス供給経路１６とリサイクル経路１９との分岐点近傍でかつ、該リサイクル経路１９内に減圧部１８が設けられている。減圧部１８は、リサイクル経路１９内を流通する改質ガスの流量を調整するものであり、例えば、キャピラリチューブなどにより実現できる。すなわち、減圧部１８は、キャピラリチューブなどにより流路を細くし圧力損失を大きくさせることで、リサイクル経路１９内を所望の流量だけ改質ガスが流通するように構成されている。
【００６８】
（脱硫器の構成）
次に実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムの特徴的な構成である排ガス経路２０中に配置した脱硫器３の構成について説明する。上述したように、実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムは、脱硫器３を排ガス経路２０中に設置することにより、高温の排ガスによって水添脱硫に適した温度まで加熱することができる構成である。そこで、まず、脱硫器３の構成について詳細に説明する前に、燃焼部２３で生成された排ガスの流れについて説明する。具体的には、以下のように排ガスを流通させて脱硫器３の加熱を行う。
【００６９】
燃焼部２３で生成する排ガスの流量およびその温度については、固体酸化物形燃料電池６における改質ガス及び空気（発電空気）の燃料利用率（発電反応により、燃料として固体酸化物形燃料電池６で消費される割合）を調整することにより、制御することが可能である。実施形態１では、例えば、燃焼部２３の温度範囲を、約６００〜９００℃になるように、固体酸化物形燃料電池６における改質ガス及び空気の燃料利用率を設定する。
【００７０】
このように温度範囲が設定された燃焼部２３において、未利用の改質ガスと空気とを燃焼して生成された排ガスは、改質器４および蒸発器９を加熱する。これにより排ガスの有する熱の一部が消費される。さらに、熱の一部が消費された排ガスによって空気熱交換器５を加熱する。この空気熱交換器５による空気と排ガスとの熱交換によって、排ガスが有する熱がさらに奪われ、脱硫器３を加熱するのに適切な温度まで低下させられる。このように温度がさらに低下させられた排ガスは、排ガス経路２０を流通して脱硫器３へ供給される。
【００７１】
すなわち、燃焼部２３で生成された排ガスの温度は、例えば約６００℃〜９００℃と高温である。しかし、この排ガスによって改質器４および蒸発器９を加熱し、更に、空気熱交換器５によって空気との熱交換を行いこの空気を加熱すれば、排ガス経路２０に到達するまでに排ガスの温度は低下する。
【００７２】
特に、固体酸化物形燃料電池６を用いて、例えば１ｋＷの発電を行う場合、５０Ｌ／ｍｉｎ以上の空気を外気温から約４００〜８００℃になるまで加熱する必要があるため、空気熱交換器５では大量の熱量が必要となる。そこで、この必要な熱量を排ガスの熱量によって賄う。
【００７３】
以上のように、排ガス経路２０を流通する排ガスの温度は、燃焼部２３で生成する排ガスの流量と温度、改質器４および蒸発器９に吸熱される熱量、および空気熱交換器５に吸熱される熱量などを考慮して所望の値となるように制御されている。そして、排ガス経路２０に到達した排ガスは経路内を流通し、脱硫器３へと流通する。
【００７４】
次に、脱硫器３へ到達した際に所望される排ガス温度について説明する。脱硫器３に銅および亜鉛を含む脱硫剤２５を充填する構成の場合、脱硫器３に到達した際の排ガス温度が約１５０〜３５０℃となるように、燃焼部２３で生成する排ガスの流量および温度、改質器４にて吸熱される熱量、ならびに空気熱交換器５にて吸熱される熱量等を調整する。
【００７５】
一方、脱硫器３において、Ｎｉ−Ｍｏ系又はＣｏ−Ｍｏ系触媒と酸化亜鉛とを組み合わせた脱硫剤２５を充填する場合では、脱硫器３に到達した際の排ガス温度が約３５０〜４５０℃になるように、燃焼部２３で生成する排ガスの流量および温度、改質器４にて吸熱される熱量、ならびに空気熱交換器５にて吸熱される熱量を調整する。
【００７６】
このように、排ガス経路２０に脱硫器３を設置することにより、該脱硫器３を、水添脱硫を行うのに適した所望の温度とすることができる。また、脱硫器３を経路中に設けた排ガス経路２０の少なくとも一部が断熱部２２に覆われるように設置する。このようにすれば、脱硫器３からの放熱を防ぐとともに筐体７内の５００〜６００℃の熱に脱硫器３が直接、曝されることを防ぐことができる。
【００７７】
しかしながら、排ガス経路２０を流通する排ガスによって脱硫器３を加熱させる構成の場合、排ガス経路２０における上流側に位置する脱硫器３の部分（上流側部分）の方が、下流側に位置する脱硫器３の部分（下流側部分）よりも排ガスの温度が高くなってしまう。
【００７８】
このため、脱硫器３において上流側部分に配置された脱硫剤２５の方が下流側部分に配置された脱硫剤２５よりも加熱される温度が高くなり、上流側部分の脱硫剤２５と下流側部分の脱硫剤２５との間では温度分布にムラが生じることとなる。つまり、上流側部分の脱硫剤２５全体が加熱されるまでの時間と、下流側部分の脱硫剤２５全体が加熱されるまでの時間とでは時間差が生じる。
【００７９】
そこで、実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、図１および図２に示すように脱硫器３内部に配置する仕切り板２６を、上流側部分よりも下流側部分の方が密になるようにする。これにより、脱硫器３における単位容積あたりの脱硫剤２５と脱硫器３を構成する脱硫器壁面との接触面積（脱硫器壁面と脱硫剤間での伝熱面積）を上流側部分より下流側部分の方が大きくなるようにすることができる。
【００８０】
このため、上流側部分に充填されている脱硫剤２５よりも下流部分に充填されている脱硫剤２５の方が熱伝導率の高い仕切り板２６を伝ってより早く脱硫剤２５の内部まで加熱させることができる。
【００８１】
したがって、下流側部分の方が排ガスとの温度差が上流側部分よりも小さいため、上流側部分の脱硫剤２５と下流側部分の脱硫剤２５との間で温度分布にムラが生じる場合であっても、下流側部分の脱硫剤２５に熱を伝える速度を大きくすることでこの温度分布のムラを抑制し、脱硫器３全体で略均一に加熱されるようにすることができる。
【００８２】
なお、脱硫器３１の外側を流通する排ガスと脱硫器３１との間には温度差があり、両者の接触領域で温度が大きく変化する温度境界層が生じるが、この温度境界層の厚さが大きくなればなるほど排ガスから脱硫器３の外周壁面までの熱伝達が小さくなるということが知られている。この温度境界層の厚さは、排ガスの流速が速くなればなるほど小さくなる傾向があり、排ガスの流速を速くすることで排ガスから脱硫器３の外周壁面までの熱伝達を向上させることができる。
【００８３】
しかしながら、脱硫器が上述した仕切り板２６を有していない構成では、脱硫器の外周壁面と脱硫剤との接触面積が小さいため、脱硫剤への熱伝達が悪く、この伝熱速度が律速（支配的）となる。このため、仮に排ガスの流速が速くなり排ガスから脱硫器の外周壁面までの熱伝達が良好な構成となっていたとしても、排ガスの有する熱が脱硫剤全体に伝わるまでの経緯を考慮すると熱伝達は向上しない。
【００８４】
そこで、実施形態１に係る脱硫器３のように仕切り板２６を備えた構成にすると、脱硫器３の外周壁面から脱硫剤２５への熱伝達を向上させることができる。それゆえ、実施形態１に係る脱硫器３は、排ガスの流速を速くして排ガスから脱硫器３の外周壁面までの熱伝達を向上させた構成としたときの効果を十分に引き出すことができる。
【００８５】
（変形例）
次に、実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムの変形例について図３、４を参照して説明する。図３、４は実施形態１の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図３では、実施形態１の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。図４では、実施形態１の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムの筐体７内を上から見たときの構成を模式的に示している。
【００８６】
実施形態１の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上述した実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成において、脱硫器３の各仕切り板２６に形成する開口の位置を以下のように変更した構成となっている。
【００８７】
すなわち、図３に示すように原料ガスを通過させるため仕切り板２６に形成した開口の位置が交互に上下となるように複数の仕切り板２６を配置した構成となっている。なお、隣接する仕切り板２６同士の間隔は、上述した実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムの仕切り板２６と同様に、図４に示すように、上流側部分よりも下流側部分の方が密となるように配置される。
【００８８】
このように仕切り板２６を配置させることで、脱硫器３内において原料ガスを垂直方向に上下に蛇行させて流通させることができる。そして、脱硫器３内を原料ガスが垂直方向に上下に蛇行して流通することができるため、流通する原料ガスと脱硫剤２５との反応時間を大きくすることができる。このため、実施形態１の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、さらに脱硫器３は、効率よく原料ガスの脱硫を行うことができる。
【００８９】
なお、隣接する仕切り板２６同士の開口が、上述したように上下となるように形成される構成に限定されるものではない。例えば、図５および図６に示すように、上流側部分よりも下流側部分の方が仕切り板２６間の間隙が小さく、密になっているとともに、隣接する仕切り板２６同士の開口が、水平方向に左右に互い違いとなるように形成されてもよい。
【００９０】
図５および図６は、実施形態１の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図５では、実施形態１の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。図６では、実施形態１の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムの筐体７内を上から見たときの構成を模式的に示している。
【００９１】
このように、脱硫器３が、図６に示す位置に開口が設けられるように仕切り板２６が配置された構成となる場合、原料ガスは、脱硫器３内を水平方向に左右に蛇行させて流通させることができる。このため、流通する原料ガスと脱硫剤２５との反応時間を大きくすることができ、脱硫器３は、効率よく原料ガスの脱硫を行うことができる。
【００９２】
（実施形態２）
次に実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成について図７を参照して説明する。図７は、実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図７では、実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。
【００９３】
実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上述した実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムと比較して、脱硫器３１の下流側部分の外周において外側に突出する部分として複数の突起部３２が設けられている点で実施形態１の脱硫器３と異なる。このため、この脱硫器３１を除き、実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムと同様な部材に対しては同じ符号を付して、その説明を省略するものとする。
【００９４】
脱硫器３１が備える突起部３２は、脱硫器３１の外周を流通する排ガスの流れを乱すためのものであり、図７に示すように脱硫器３１の略中央部分から下流側にかけて複数、設けられている。突起部３２は、円柱形であってもよいし、直方体形状であってもよい。さらには円環体であってもよい。
【００９５】
これら突起部３２の配置間隔は、脱硫器３１の下流側に向かうほど密になっていることが有利である。これは、突起部３２が密に配置されればされるほど、排ガスの流れが乱れ、温度境界層の厚さを小さくすることができるからである。
【００９６】
すなわち、脱硫器３１の外側を流通する排ガスと脱硫器３１との間には温度差があり、両者の接触領域で温度が大きく変化する温度境界層が生じる。ここで、温度境界層中において温度勾配を一定と考えると、排ガスから脱硫器３１に伝わる伝熱量Ｑ［Ｗ］は以下の式（５）で表すことができる。
Ｑ ＝ λ・（Ｔｆ − Ｔｗ）／δＴ・Ａ       ・・・（５）
なお、ここで、λは流体の熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、δＴは温度境界層の厚さ［ｍ］、Ａは伝熱面積［ｍ２］、Ｔｆは温度境界層外の排ガスの温度［℃］、Ｔｗは脱硫器３の外側を形成する外壁面の温度［℃］である。なお、実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、伝熱面積（Ａ）とは、排ガスと接触する脱硫器３の外壁の面積である。
【００９７】
また、熱伝達率（熱伝達係数）ｈは、以下の式（６）で示すことができる。
ｈ＝λ／δＴ      ・・・（６）
脱硫器３１では、上流側部分と下流側部分とでは、前者よりも後者の方が排ガス温度と脱硫器３１との温度差が小さくなり、かつ温度境界層の厚さは厚くなる傾向にある。つまり、式（５）の温度差（Ｔｆ− Ｔｗ）の値が小さくなるとともに、温度境界層の厚さδＴの値が大きくなるため、結果として熱伝達率（ｈ）が小さくなる。このため、脱硫器３１の上流側部分よりも下流側部分に伝達する伝熱量（Ｑ）の方が小さくなる。
【００９８】
そこで、実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、脱硫器３１に複数の突起部３２を備え、脱硫器３１の下流側を流れる排ガスの流れを乱し、温度境界層の厚さ（δＴ）を小さくするように構成されている。
【００９９】
したがって、脱硫器３１の上流側部分よりも下流側部分の方が、温度差（Ｔｆ− Ｔｗ）が小さくなるが、実施形態２に係る脱硫器３１は、上述したように突起部３２を備えることで、温度境界層の厚さ（δＴ）を小さくすることができる。このため、熱伝達率（ｈ）を上げることができる（式（６）参照）。
【０１００】
さらに、実施形態２に係る脱硫器３１は、突起部３２を備えることで、脱硫器３の上流側部分よりも下流側部分の方が、伝熱面積（Ａ）が大きくなる。つまり、上述した式（５）、（６）を参照すると熱伝達率（ｈ）と伝熱面積（Ａ）との積の値を上流側部分よりも下流側部分の方が大きくなるようにすることができる。そして、このように熱伝達率（ｈ）と伝熱面積（Ａ）との積の値を、上流側部分よりも下流側部分の方が大きくなるようにすることで、脱硫器３における排ガスからの熱伝達を上流側部分と下流側部分とで略一様とすることができ、脱硫器３全体の温度分布を小さくすることが可能となる。
【０１０１】
なお、脱硫器３の外周を流れる排ガスの流速が遅くなればなるほど温度境界層の厚さ（δＴ）が大きくなり、排ガスの熱が脱硫器３へ伝わりにくくなる。しかしながら、実施形態２に係る脱硫器３１のように突起部３２を備えた構成とする場合、温度境界層の厚さ（δＴ）を小さくできる。このため、排ガスの流速が遅い場合は、実施形態２の脱硫器３のような構成とすることが有利である。
【０１０２】
なお、上記した実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、下流側部分において複数の突起部３２を備えることで、排ガスの流れを乱し、温度境界層の厚さ（δＴ）を小さくするように構成されていた。しかしながら、温度境界層の厚さ（δＴ）を小さくする構成はこれに限定されるものではない。例えば、脱硫器３１を以下に示す変形例の構成とすることで温度境界層の厚さ（δＴ）を小さくしてもよい。
【０１０３】
（変形例）
以下、図８を参照して、実施形態２の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成について説明する。図８は、実施形態２の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図８では、実施形態２の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。
【０１０４】
図８に示すように、実施形態２の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムは、実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システムと比較して脱硫器３１の形状が異なる点を除けば、同様の構成を有している。すなわち、実施形態２の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムの脱硫器３１は、複数の突起部３２を備える代わりに、脱硫器３１の形状を上流側部分の断面積よりも下流側部分の断面積の方が大きくなるように構成されている。つまり、下流側部分の外周において外側に突出する部分として、下流側部分全体が上流側部分よりも断面積が大きくなり外側に突出した形状となっている。
【０１０５】
脱硫器３１をこのような形状とすることにより、脱硫器３１の外側を流れる排ガスの流路幅が上流側部分よりも下流側部分の方が狭くなる。このため、排ガスの流速が上流側部分よりも下流側部分の方が早くなる。そして、排ガスの流速が早くなると、温度境界層の厚さ（δＴ）が小さくなる。
【０１０６】
また、図８において、脱流部３１の上流側端部と下流側端部との間における中央で、上流側部分と下流側部分とに分割するように考えた場合、上流側部分よりも下流側部分の方が、伝熱面積（Ａ）が大きくなっていると言える。
【０１０７】
したがって、実施形態２の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、このように熱伝達率（ｈ）と伝熱面積（Ａ）との積の値を、上流側部分よりも下流側部分の方が大きくなるようにすることができる。このため、排ガスと脱硫器３１との温度差が下流側部分において上流側部分よりも小さくなる場合であっても、脱硫器３１における排ガスからの熱伝達を上流側部分と下流側部分とで略一様とすることができ、脱硫器３１全体の温度分布を小さくすることが可能となる。
【０１０８】
なお、実施形態２および実施形態２の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムの脱硫器３１では、その内部の構造について特に言及しなかったが、実施形態１と同様に、複数の仕切り板２６を設け、上流側部分よりも下流側部分の方が仕切り板２６同士の間隔が密となるように構成されていてもよい。
【０１０９】
また、排ガスを流通させるために仕切り板２６に形成される開口は、垂直方向に上下となるように交互に形成されてもよいし、水平方向に左右となるように交互に形成されていてもよい。すなわち、実施形態１および実施形態１の変形例と実施形態２および実施形態２の変形例とをそれぞれ適宜、組み合わせた構成としてもよい。
【０１１０】
なお、実施形態１、２に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、脱硫器３および脱硫器３１は、燃焼部２３の上方でかつ対向する位置（すなわち、筐体７の上面側）となる断熱部２２内に配置される構成であった。しかしながら、脱硫器３および脱流部３１が配置される位置はこの位置に限定されるものではなく、例えば、筐体７の側面下方の断熱部２２内に配置されていてもよい。ただし、燃焼部２３の上方へは、排ガスが略均一的に拡散して導かれるため、筐体７の上面側では輻射熱の温度分布が略均一化するようになっている。したがって、上述したように脱硫器３および脱硫器３１を筐体７の上面側に配置した構成の方が、該脱硫器３および脱流部３１における輻射熱による温度分布をより均一とすることができる点で有利である。
【０１１１】
また、長時間の運転の後、脱硫器３および脱硫器３１に充填した脱硫剤２５の改質触媒が劣化した際には、固体酸化物形燃料電池システム全体の性能が著しく低下する懸念がある。そこで、脱硫器３および脱硫器３１は筐体７から着脱可能となっている。このため、改質触媒が劣化した脱硫器３を新しい脱硫器３および脱硫器３１と交換するだけでさらに長時間の運転が可能となる。
【０１１２】
また、実施形態１、２に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、固体酸化物形燃料電池６へ向かう燃料ガス供給経路１６を途中で分岐させ、改質器４から供給される改質ガスの一部を原料ガス経路１に戻すためにリサイクル経路１９が設けられた構成であった。このリサイクル経路１９の途中に凝縮器（不図示）を設けた構成としてもよい。
【０１１３】
このように凝縮器を備える構成の場合、リサイクル経路１９を流通する改質ガスが低温化したとき、この凝縮器により水分を回収することができる。このため、結露水による経路内の水つまりや昇圧部２の腐食または破損といった不具合を抑制することができる。
【０１１４】
上記説明から、当業者にとって、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。
従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明の固体酸化物形燃料電池システムでは、水添脱硫を実施する脱硫器を、適切な温度まで低下させた排ガスにより加熱することができる構成である。このため、原料ガスから水添脱硫により硫黄成分を取り除く燃料電池システムにおいて幅広く適用できる。
【符号の説明】
【０１１６】
１    原料ガス経路
２    昇圧部
３    脱硫器
４    改質器
５    空気熱交換器
６    固体酸化物形燃料電池
７    筐体
９    蒸発器
１０  空気経路
１１  改質水経路
１２  改質空気経路
１４  脱硫後原料ガス経路
１６  燃料ガス供給経路
１７  空気供給経路
１８  減圧部
１９  リサイクル経路
２０  排ガス経路
２２  断熱部
２３  燃焼部
２５  脱硫剤
２６  仕切り板
３１  脱硫器
３２  突起部
【図２】
2014107185.tif 000003
【図４】
2014107185.tif 000004
【図６】
2014107185.tif 000005
【図９】
2014107185.tif 000006
【図１０】
2014107185.tif 000007
【図１】
2014107185.tif 000008
【図３】
2014107185.tif 000009
【図５】
2014107185.tif 000010
【図７】
2014107185.tif 000011
【図８】
2014107185.tif 000012