(57)【要約】【課題】脱硫器の温度制御を容易に行う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、燃焼部２３の燃焼により発生する排ガスの熱を利用して、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３と、排ガスの熱を利用して脱硫器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、供給された空気を利用して脱硫器３を冷却させる冷却構造８とを備えている。【選択図】図１
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【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、
前記燃焼部の燃焼により発生する排ガスの熱を利用して、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、
前記排ガスの熱を利用して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、
供給された空気を利用して前記脱硫器を冷却させる冷却構造と、を備えている固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃焼部による未利用の燃料の燃焼により生じた排ガスを流通させるとともに、経路中に前記脱硫器を有する排ガス経路と、
内壁に断熱部が設けられているとともに、少なくとも前記固体酸化物形燃料電池、前記燃焼部、前記脱硫器、および前記改質器を収容する筐体部と、をさらに備え、
前記排ガス経路が前記断熱部内に配置されている請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３】
前記冷却構造に供給する空気を流通させる冷却用空気経路を備え、
前記冷却構造は、
前記脱硫器の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出された温度が所定の温度範囲以上となる場合、前記冷却用空気経路を開き、所定の温度範囲以下となる場合、前記冷却用空気経路を閉じる開閉部と、
前記断熱部において前記筐体部内の熱が前記脱硫器へと伝わる領域である伝熱領域に配置され、前記冷却用空気経路を流通する空気と該伝熱領域との間で熱交換を行う冷却用空気熱交換器と、を有する請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項４】
供給された空気と前記排ガスとの間での熱交換により該空気を加熱して前記固体酸化物形燃料電池に供給する発電用空気熱交換器と、
前記冷却構造に供給する空気を流通させる冷却用空気経路と、を備え、
前記冷却構造は、
前記断熱部において前記筐体部内の熱が前記脱硫器へと伝わる領域である伝熱領域に配置され、前記冷却用空気経路を流通する空気と該伝熱領域との間で熱交換を行う冷却用空気熱交換器を有し、
前記冷却用空気熱交換器による熱交換により加熱された空気を前記発電用空気熱交換器に供給する請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項５】
前記冷却構造に供給する空気を流通させる冷却用空気経路を備え、
前記冷却構造は、
前記脱硫器の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出された温度が所定の温度範囲以上となる場合、前記冷却用空気経路を開き、所定の温度範囲以下となる場合、前記冷却用空気経路を閉じる開閉部と、を有し、
前記冷却用空気経路は前記排ガス経路に連通している請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項６】
内壁に断熱部が設けられているとともに、少なくとも前記固体酸化物形燃料電池、前記燃焼部、前記脱硫器、および前記改質器を収容する筐体部を備え、
前記脱硫器が前記断熱部内に配置された請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項７】
前記冷却構造に供給する空気を流通させる冷却用空気経路を備え、
前記冷却構造は、
前記脱硫器の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出された温度が所定の温度範囲以上となる場合、前記冷却用空気経路を開き、所定の温度範囲以下となる場合、前記冷却用空気経路を閉じる開閉部と、
前記脱硫器と隣接して配置され、該脱硫器と前記冷却用空気経路を流通する空気と該脱硫器との間で熱交換を行う冷却用空気熱交換器と、を有する請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項８】
前記冷却構造に供給する空気を流通させる冷却用空気経路を備え、
前記冷却構造は、
前記脱硫器と隣接して配置され、該脱硫器と前記冷却用空気経路を流通する空気と該脱硫器との間で熱交換を行う冷却用空気熱交換器を有し、
前記冷却用空気熱交換器による熱交換により加熱された空気を前記発電用空気熱交換器に供給する請求項６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。しかしながら、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６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７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、脱硫器の温度制御を容易に行う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、脱硫器の温度制御を容易に行う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、前記燃焼部の燃焼により発生する排ガスの熱を利用して、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、前記排ガスの熱を利用して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、供給された空気を利用して前記脱硫器を冷却させる冷却構造を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
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、脱硫器の温度制御を容易に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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の変形例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４】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５】実施形態２の変形例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６】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７】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】
【００１３】
（本発明の一形態を得るに至った経緯）
本発明者は「背景技術」にて記載した従来の固体酸化物形燃料電池システムに関して鋭意研究したところ、従来の固体酸化物形燃料電池システムでは、例えば、燃焼部等に異常が発生し、この燃焼部等を収容する筺体（内部筐体）内の温度が必要以上に高温になったとき、脱硫器における過昇温を適切に防ぐことができないという問題点が生じる可能性があることを見出した。
【００１４】
すなわち、特許文献１、２に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、内部筐体の外部に脱硫器が配置され、内部筐体内にある燃焼部の燃焼熱がこの内部筺体を伝播することでこの脱硫器が加熱される構成であった。このため、内部筐体内の温度が所望の温度よりも高くなってしまった場合は、脱硫器を加熱する温度も比例して高くなってしまうという問題がある。
【００１５】
そこで、本発明者はこの問題点に関し、検討を重ねた結果、以下の知見を得た。すなわち、本発明者らは、脱硫器が過昇温しないように冷却するための簡易な仕組みを備えることで、脱硫器の温度制御を容易に行うことができることを見出し、本発明に至った。そして、本発明では以下に示す態様を提供する。
【００１６】
本発明の第１の態様に係る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、前記燃焼部の燃焼により発生する排ガスの熱を利用して、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、前記排ガスの熱を利用して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、供給された空気を利用して前記脱硫器を冷却させる冷却構造とを備えている。
【００１７】
上記した構成によると、燃焼部を備えているため固体酸化物形燃料電池において未利用の燃料を空気と燃焼させて排ガスとすることができる。また、この排ガスの熱を利用して、脱硫器は硫黄成分を水添脱硫により除去することができるとともに、改質器は改質ガスを生成することができる。
【００１８】
ここで、脱硫器は、充填する脱硫剤（触媒）に応じて、所望される加熱温度の範囲が決まっているため、脱硫器を適切な温度範囲となるように温度管理する必要がある。
【００１９】
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、冷却構造を備えるため、供給された空気を利用して脱硫器を冷却することができる。したがって、排ガスの熱が高くなりすぎるなどして脱硫器が過昇温の状態となったとしても、供給された空気を利用し冷却構造により脱硫器の温度を下げることができる。なお、冷却構造に供給される空気は、前記固体酸化物形燃料電池の発電に利用するために供給される空気と同じであってもよいし、前記固体酸化物形燃料電池の発電に利用する空気とは別に供給されるものであってもよい。
【００２０】
よって、本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムは、脱硫器の温度制御を容易に行うことができるという効果を奏する。
【００２１】
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は、上記した第１の態様において、前記燃焼部による未利用の燃料の燃焼により生じた排ガスを流通させるとともに、経路中に前記脱硫器を有する排ガス経路と、内壁に断熱部が設けられているとともに、少なくとも前記固体酸化物形燃料電池、前記燃焼部、前記脱硫器、および前記改質器を収容する筐体部と、をさらに備え、前記排ガス経路が前記断熱部内に配置されていてもよい。
【００２２】
上記した構成によると、排ガス経路中に脱硫器が設けられているため、脱硫器を、排ガス経路を流通する排ガスによって加熱することができる。
【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、前記冷却構造に供給する空気を流通させる冷却用空気経路を備え、前記冷却構造は、前記脱硫器の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部により検出された温度が所定の温度範囲以上となる場合、前記冷却用空気経路を開き、所定の温度範囲以下となる場合、前記冷却用空気経路を閉じる開閉部と、前記断熱部において前記筐体部内の熱が前記脱硫器へと伝わる領域である伝熱領域に配置され、前記冷却用空気経路を流通する空気と該伝熱領域との間で熱交換を行う冷却用空気熱交換器と、を有するように構成されていてもよい。
【００２４】
上記した構成によると、冷却構造は、断熱部における伝熱領域に冷却用空気熱交換器を備えるため、この冷却用空気熱交換器を空気が流通しているとき、この空気と伝熱領域との間で熱交換を行うことができる。このため、筐体部内の熱が伝熱領域を伝って脱硫器を加熱して脱硫器を過昇温の状態となることを防ぐことができる。
【００２５】
さらにまた、冷却構造は、温度検出部と開閉部とを備えているため、温度検出部により検出された温度が所定の温度範囲以上となると冷却用空気経路を開き、所定の温度範囲以下となると冷却用空気経路を閉じることができる。すなわち、脱硫器の温度が高くなりすぎ所定の温度範囲以上となると、冷却用空気経路を開いて空気を流通させることができるため、脱硫器の温度上昇を防ぐように伝熱領域を冷却させることができる。一方、脱硫器の温度が低くなりすぎ所定の温度範囲以下となると、冷却用空気経路を閉じて空気の流通をストップし、脱硫器の加熱を促進するようにすることができる。したがって、脱硫器の温度制御を容易に行うことができる。
【００２６】
なお、上記所定の温度範囲は、脱硫器に充填する脱硫剤（触媒）の種類に応じて決定される。
【００２７】
また、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、上記した第２の態様において、供給された空気と前記排ガスとの間での熱交換により該空気を加熱して前記固体酸化物形燃料電池に供給する発電用空気熱交換器と、前記冷却構造に供給する空気を流通させる冷却用空気経路と、を備え、前記冷却構造は、前記断熱部において前記筐体部内の熱が前記脱硫器へと伝わる領域である伝熱領域に配置され、前記冷却用空気経路を流通する空気と該伝熱領域との間で熱交換を行う冷却用空気熱交換器を有し、前記冷却用空気熱交換器による熱交換により加熱された空気を前記発電用空気熱交換器に供給するように構成されていてもよい。
【００２８】
上記した構成によると、冷却構造は、断熱部における伝熱領域に冷却用空気熱交換器を備えるため、冷却用空気熱交換器を流通する空気と伝熱領域との間で熱交換を行うことができる。このため、筐体部内の熱が伝熱領域を伝って脱硫器を加熱して脱硫器を過昇温の状態となることを防ぐことができる。
【００２９】
また、冷却空気熱交換により伝熱領域との熱交換で加熱された空気は、発電用空気熱交換器に供給される構成となっている。このため、冷却用空気熱交換器により回収した熱も発電用空気熱交換器による空気の加熱に寄与させることができ、熱ロスのない効率の高いシステムを実現することができる。
【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２の態様において、前記冷却構造に供給する空気を流通させる冷却用空気経路を備え、前記冷却構造は、前記脱硫器の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部により検出された温度が所定の温度範囲以上となる場合、前記冷却用空気経路を開き、所定の温度範囲以下となる場合、前記冷却用空気経路を閉じる開閉部と、を有し、前記冷却用空気経路は前記排ガス経路に連通するように構成されていてもよい。
【００３１】
上記した構成によると、冷却構造は、温度検出部と開閉部とを備えているため、温度検出部により検出された温度が所定の温度範囲以上となると冷却用空気経路を開き、所定の温度範囲以下となると冷却用空気経路を閉じることができる。すなわち、脱硫器の温度が高くなりすぎ所定の温度範囲以上となると、冷却用空気経路を開いて空気を、この冷却用空気経路と連通する排ガス経路に流入させることができる。
【００３２】
このため、脱硫器の温度上昇を防ぐように伝熱領域を冷却させることができる。一方、脱硫器の温度が低くなりすぎ所定の温度範囲以下となると、冷却用空気経路を閉じて空気の流通をストップし、脱硫器の加熱を促進するようにすることができる。したがって、脱硫器の温度制御を容易に行うことができる。
【００３３】
なお、上記所定の温度範囲は、脱硫器に充填する脱硫剤（触媒）の種類に応じて決定される。
【００３４】
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１の態様において、前記冷却構造に供給する空気を流通させる冷却用空気経路と、内壁に断熱部が設けられているとともに、少なくとも前記固体酸化物形燃料電池、前記燃焼部、前記脱硫器、および前記改質器を収容する筐体部と、を備え、前記脱硫器が前記断熱部内に配置されるように構成されていてもよい。
【００３５】
上記した構成によると、前記断熱部内に脱硫器が設けられているため、筐体部内の熱(排ガス等の熱)が断熱部を伝うことで脱硫器を加熱することができる。
【００３６】
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６の態様において、前記冷却構造に供給する空気を流通させる冷却用空気経路を備え、前記冷却構造は、前記脱硫器の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部により検出された温度が所定の温度範囲以上となる場合、前記冷却用空気経路を開き、所定の温度範囲以下となる場合、前記冷却用空気経路を閉じる開閉部と、前記脱硫器と隣接して配置され、該脱硫器と前記冷却用空気経路を流通する空気と該脱硫器との間で熱交換を行う冷却用空気熱交換器と、を有するように構成されていてもよい。
【００３７】
上記した構成によると、冷却構造は、脱硫部との熱交換を行う冷却用空気熱交換器を備えるため、この冷却用空気熱交換器に流通する空気との熱交換により脱硫部を冷却させることができる。
【００３８】
さらにまた、冷却構造は、温度検出部と開閉部とを備えているため、温度検出部により検出された温度が所定の温度範囲以上となると冷却用空気経路を開き、所定の温度範囲以下となると冷却用空気経路を閉じることができる。すなわち、脱硫器の温度が高くなりすぎ所定の温度範囲以上となると、冷却用空気経路を開いて空気を流通させることができるため、脱硫器を冷却させることができる。一方、脱硫器の温度が低くなりすぎ所定の温度範囲以下となると、冷却用空気経路を閉じて空気の流通をストップし、脱硫器の加熱を促進するようにすることができる。したがって、脱硫器の温度制御を容易に行うことができる。
【００３９】
なお、上記所定の温度範囲は、脱硫器に充填する脱硫剤（触媒）の種類に応じて決定される。
【００４０】
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６の態様において、前記冷却構造に供給する空気を流通させる冷却用空気経路を備え、前記冷却構造は、前記脱硫器と隣接して配置され、該脱硫器と前記冷却用空気経路を流通する空気と該脱硫器との間で熱交換を行う冷却用空気熱交換器を有し、前記冷却用空気熱交換器による熱交換により加熱された空気を前記発電用空気熱交換器に供給するように構成されていてもよい。
【００４１】
上記した構成によると、冷却構造は、脱硫部との熱交換を行う冷却用空気熱交換器が備えているため、この冷却用空気熱交換器を流通する空気との熱交換により脱硫部を冷却させることができる。
【００４２】
また、冷却空気熱交換により脱硫器との熱交換で加熱された空気は、発電用空気熱交換器に供給される構成となっている。このため、冷却用空気熱交換器により回収した熱も発電用空気熱交換器による空気の加熱に寄与させることができ、熱ロスのない効率の高いシステムを実現することができる。
【００４３】
以下、本発明の実施の形態を、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】
（実施形態１）
図１および図２を参照して本発明の実施形態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。
【００４５】
図１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（発電用空気熱交換器）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、断熱部（断熱部材）２２、冷却用空気熱交換器２４、および冷却用空気経路２７を筐体（筐体部）７の内部に配置してなる構成である。
【００４６】
また、筐体７の内部では、固体酸化物形燃料電池６の上部において改質器４と対向するように燃焼部２３が設けられている。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、排ガス経路２０において、脱硫器３が配置されている部分を含む近傍については経路の幅を表現した図としている。
【００４７】
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。また、詳細は後述するが、外部から冷却用空気経路２７を通じて供給された空気を利用して脱硫器３を冷却する冷却構造８を有しており、この冷却構造８によって脱硫器３が所望の温度範囲内にあるように温度制御を行っている。
【００４８】
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。
【００４９】
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（断熱部材）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。
【００５０】
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。
【００５１】
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り、排ガス経路２０の経路中に設けられている。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の上面側の略中央近傍で筐体７の内部と連通し、上面側の側部（図１では右側部）で筐体７の外部に連通するように断熱部２２内に配置されている。
【００５２】
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。
【００５３】
脱硫器３に充填する脱硫剤としては、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。
【００５４】
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。
【００５５】
充填する脱硫剤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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、脱硫器３には温度検出部２５が設けられており、この温度検出部２５によって脱硫器３の温度を把握することができる。温度検出部２５によって検出された温度が所定温度（例えば、充填する脱硫剤が銅および亜鉛を含む場合は３００℃以上）に達すると、制御器２８からの制御指示の下、開閉弁（開閉部）２６が開き、冷却用空気経路２７に空気が流通する。なお、冷却用空気経路２７を流通する空気は、後述する冷却用空気熱交換器２４を通って加熱され、外部に排出されるようになっている。
【００５９】
逆に、温度検出部２５によって検出された温度が所定温度（例えば、充填する脱硫剤が銅および亜鉛を含む場合は２００℃以下）まで低下すると、制御器２８からの制御指示の下、開閉弁２６が閉じ、冷却用空気経路２７への空気の供給が停止する。なお、実施形態１では、この温度検出部２５、開閉弁２６、冷却用空気熱交換器２４、および制御器２８によって本発明の冷却構造８を実現する。
【００６０】
なお、制御器２８は、固体酸化物形燃料電池システムの各部の各種制御を行うものである。例えば、上述したように制御器２８は、温度検出部２５による温度の検出結果に基づき、開閉弁２６の開閉を制御することができる。制御器２８は、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどで例示できる演算処理部と、メモリなどで例示できる記憶部とを備え、ＣＰＵ等がメモリに記憶されたプログラムを読み出し、実行することで各種制御を実行することができる。
【００６１】
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（改質水）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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
冷却用空気熱交換器２４は、断熱部２２における伝熱領域２２ａ内に配置されており、この伝熱領域２２ａが高温になり脱硫器３の温度が過昇温になることを防ぐものである。上述したように、温度検出部２５によって検出された温度が所定温度に達した場合、制御器２８からの制御指示の下、開閉弁２６が開き、冷却用空気経路２７を空気が流通する。冷却用空気熱交換器２４は、この流通する空気と伝熱領域２２ａとの間で熱交換をする。そして、この熱交換により伝熱領域２２ａを冷却させて脱硫器３が過昇温になるのを防ぐことができる。なお、伝熱領域２２ａとは、断熱部２２における脱硫器３と筐体７内部とによって挟まれた領域であって、筐体７内の熱を脱硫器３に伝える領域である。
【００７２】
このようにして、脱硫器３を冷却させていき、温度検出部２５によって検出された温度が所定温度まで低下すると、制御器２８からの制御指示の下、開閉弁２６が閉じて、冷却用空気熱交換器２４への空気の供給を停止する。そして、冷却されていた脱硫器３の温度を上昇させる。
【００７３】
（排ガスの流れ、排ガスの温度調整）
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。ここで、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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
しかしながら、上述のように排ガス経路２０を断熱部２２内に設けた構成とした場合であっても、例えば、燃焼部２３から高温の輻射熱および筺体７内部の排ガスの有する熱がこの断熱部２２を伝って脱硫器３を加熱してしまう。このため、脱硫器３は過昇温となってしまうことがある。
【００８３】
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、上述したように、温度検出部２５によって検出された脱硫器３の温度が所定温度に達すると開閉弁２６が開いて、冷却用空気経路２７を通じて、冷却用空気熱交換器２４に空気を送るように構成されている。そして、冷却用空気熱交換器２４は、自身を流通する空気と伝熱領域２２ａとの熱交換により該伝熱領域２２ａを冷却することができる。この構成により、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が過昇温にならないように脱硫器３の温度制御を行うことができる。
【００８４】
なお、冷却用空気熱交換器２４を水平方向に切り出した断面積は、伝熱領域２２ａを水平方向に切り出した断面積以上となることが有利である。冷却用空気熱交換器２４の断面積が大きければ大きいほど伝熱領域２２ａを効率よく冷却することができ、燃焼部２３からの輻射熱等の影響をより広い範囲で防ぐことができる。しかしながら、冷却用空気熱交換器２４の断面積を大きくしすぎると筐体７のサイズ、あるいは断熱部２２を設ける範囲が大きくなったり、他の部材の配置を阻害したりする可能性がある。そこで、筐体７のサイズあるいは断熱部２２をもう置ける範囲と、脱硫器３のサイズ等を考慮し冷却用空気熱交換器２４の断面積を適切な大きさとなるように設定する。
【００８５】
以下において、上記した構成を有する実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムの変形例（変形例１、２）について説明する。
【００８６】
（変形例１）
まず、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１について図２を参照して説明する。図２は、実施形態１の変形例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では、実施形態１の変形例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。
【００８７】
実施形態１の変形例１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と比較して、冷却構造８の構成が異なっている。より具体的には、実施形態１の変形例１に係る冷却構造８は、温度検出部２５および開閉弁２６を備えておらず、冷却用空気熱交換器２４を流通した空気が筐体７の外部ではなく、空気熱交換器５に導かれるように構成されている。すなわち、空気熱交換部５へは、冷却用空気熱交換器２４を流通した空気が導かれるようになっている。
【００８８】
このように、実施形態１の変形例１に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、冷却用空気熱交換器２４に冷却用空気経路２７を通じて空気が供給されるため、空気と伝熱領域２２ａとの間で熱交換を行い、伝熱領域２２ａにおける熱伝導によって脱硫器３が加熱されることを防止することができる。つまり、脱硫器３が過昇温とならないように、常に冷却させた状態とすることができる。このため、実施形態１の変形例１に係る固体酸化物形燃料電池システムは、脱硫器３が過昇温とならないように温度管理することができる。
【００８９】
また、伝熱領域２２ａにおける熱伝導による熱を冷却用空気熱交換器２４により回収し、この熱を含んだ空気を空気熱交換器５に供給することができる構成である。このため、冷却用空気熱交換器２４により回収した熱も空気熱交換器２４による空気の加熱に寄与させることができ、熱ロスのない効率の高いシステムを実現することが可能となる。
【００９０】
（変形例２）
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２について図３を参照して説明する。図３は実施形態１の変形例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３では、実施形態１の変形例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。
【００９１】
実施形態１の変形例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の構成と比較して、冷却構造８の構成が異なっている。すなわち、実施形態１の変形例２に係る冷却構造８は、冷却用空気熱交換器２４を備えておらず、冷却用空気経路２７が排ガス経路２０と連通するように構成されている。すなわち、実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、冷却用空気熱交換器２４を断熱部２２の伝熱領域２２ａに備えることで、脱硫器３の温度上昇に対処する構成であった。
【００９２】
これに対して、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、温度検出部２５によって検出された脱硫器３の温度が所定温度に達すると、開閉弁２６が開いて、冷却用空気経路２７を通じて、排ガス経路２０に空気を送るように構成されている。これにより、排ガス経路２０を流通する排ガスの温度を低下させ、脱硫器３の上昇した温度を低下させることができる。そして、温度検出部２５によって検出された脱硫器３の温度が所定温度まで低下すると、開閉弁２６が閉じて、排ガス経路２０への空気の供給を停止させる。これによって、実施形態１の変形例２に係る固体酸化物形燃料電池システムは、排ガスの温度を元に戻し、脱硫器３の温度を所望される温度範囲とすることができる。
【００９３】
（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について図４を参照して説明する。図４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４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。
【００９４】
上記した実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、排ガス経路２０中に脱硫器３が配置され、排ガス経路２０を流通する排ガスによって加熱される構成であった。しかしながら、実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、図４に示すように、排ガス経路２０ではなく、断熱部２２中に脱硫器３が配置されている点で異なる。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、排ガス経路２０は、筐体７内から真っ直ぐその外部に向かって延伸するように配置されている。そして、脱硫器３は、筐体部７内から伝わる燃焼部２３からの輻射熱や排ガスの有する熱によって加熱されるように構成されている。
【００９５】
また、実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システムの冷却構造８は、冷却用空気熱交換部２４、温度検出部２５、および開閉弁２６を備え、冷却用空気熱交換器２４が脱硫器３に隣接するように配置されている点で実施形態１の冷却構造８と異なる。
【００９６】
それ以外の構成は実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムと同様であるため、各部には同じ符号を付しその説明は省略する。
【００９７】
実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、温度検出部２５により検出された脱硫器３の温度が所定温度（例えば３００℃以上）に達した場合、制御器２８からの制御指示の下、開閉弁２６が開いて、冷却用空気経路２７を通じて冷却用空気熱交換器２４に空気が供給される。冷却用空気熱交換器２４は、流通する空気と脱硫器３と間で熱交換を行い、脱硫器３を冷却する。
【００９８】
そして、温度検出部２５により検出された脱硫器３の温度が所定の温度（例えば２００℃）まで低下した場合、制御器２８からの制御指示の下、開閉弁２６が閉じて冷却用空気熱交換器２４への空気の供給を停止する。
【００９９】
以上のように構成することで、断熱材２２を介して筐体７内から伝わった熱により、脱硫器３を加熱することができる。そして、脱硫器３が過昇温した場合には、冷却用空気熱交換器２４により冷却することができる。
【０１００】
なお、冷却用空気熱交換器２４の配置は、図４に示すように脱硫器３の下部であってもよいし、上部であってもよい。すなわち、脱硫器３と隣接し、熱交換を行うことができる位置であれば任意である。
【０１０１】
以下において、上記した構成を有する実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムの変形例１について説明する。
【０１０２】
(変形例１)
実施形態２の変形例１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５を参照して説明する。図５は、実施形態２の変形例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５では、実施形態２の変形例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。
【０１０３】
実施形態２の変形例１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２に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成において、冷却構造８の構成が異なる。すなわち、実施形態２の変形例１に係る冷却構造８は、実施形態２の冷却構造と比較して、温度検出部２５および開閉弁２６を備えていない点で異なっている。さらにまた、冷却用空気熱交換器２４を流通した空気が筐体７の外部ではなく、空気熱交換器５に導かれる点でも異なっている。
【０１０４】
すなわち、実施形態１の変形例１に係る固体酸化物形燃料電池システムと同様にして、冷却用空気熱交換器２４に空気を流通させ、脱硫器３が過昇温とならないように温度管理する。さらにまた、伝熱領域２２ａにおける熱伝導による熱を冷却用空気熱交換器２４により回収し、この熱を含んだ空気を空気熱交換器５に供給する。このため、冷却用空気熱交換器２４により回収した熱も空気熱交換器２４による空気の加熱に寄与させることができ、熱ロスのない効率の高いシステムを実現することが可能となる。
【０１０５】
なお、上述した実施形態１、２に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、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内に配置される構成であった。しかしながら、脱硫器３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。
【０１０６】
ただし、実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システムのように筐体７内から断熱部２２（伝熱領域２２ａ）を伝った熱により脱硫器３を加熱する構成の場合、より効率的に加熱させるために、筐体７の上面側に備えられている方が有利である。
【０１０７】
また、長時間の運転の後、脱硫器３に充填した脱硫剤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と交換するだけでさらに長時間の運転が可能となる。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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】
【０１１１】
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、適切な温度範囲となるように管理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脱隆器を備えた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】
【０１１２】
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
８      冷却構造
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
２１    補助蒸発器
２２    断熱部
２２ａ  伝熱領域
２３    燃焼部
２４    冷却用空気熱交換器
２５    温度検出部
２６    開閉弁
２７    冷却用空気経路
２８    制御器
【図６】
2014107187.tif 000003
【図７】
2014107187.tif 000004
【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】
2014107187.tif 000009