(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードに供給された燃料とカソードに供給された空気とを利用して発電反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池において利用された後の空気であるカソード排ガスと前記カソードに供給される空気との間で熱交換することで、該カソード排ガスが有する熱エネルギーの一部を該空気に移動させるカソード空気熱交換器と、
供給された原料の硫黄成分を除去する脱硫部と、
前記脱硫部によって硫黄成分が除去された原料および水蒸気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、
少なくとも、前記カソード空気熱交換器での熱交換により熱エネルギーの一部が失われたカソード排ガスを該熱エネルギーの一部が失われた状態のまま、前記脱硫部に供給し、該カソード排ガスが有する熱エネルギーにより該脱硫部を加熱する燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池において前記燃料として利用され、前記アノードから排出されたアノード排ガスと、前記カソードに供給される前の空気との間で熱交換し、該アノード排ガスが有する熱エネルギーの一部を該空気に移動させることで、該アノード排ガスを凝縮させて凝縮水を回収するアノード排ガス凝縮器を備え、
前記アノード排ガス凝縮器での熱交換によりアノード排ガスの有する熱の一部を得て予熱された空気を前記カソード空気熱交換器に供給する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記脱硫部は、前記原料の硫黄成分を水添脱硫法により除去する請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記アノード排ガス凝縮器で凝縮水が回収されたアノード排ガスの一部を分流させ前記脱硫部の上流側に供給するための経路であるリサイクル経路をさらに備え、
前記脱硫部は、前記アノード排ガスの一部と前記原料とを混合させた混合ガスにおいて、該原料中の硫黄成分を吸着する脱硫触媒を有する請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
供給された燃焼用空気を利用して、前記アノード排ガス凝縮器によって凝縮水が回収されたアノード排ガスを燃焼させる燃焼部をさらに備え、
前記改質器は、前記燃焼部によってアノード排ガスが燃焼されることで生成された燃焼排ガスが有する熱エネルギーを利用して、改質反応により、供給された前記原料及び水蒸気から前記改質ガスを生成する請求項２から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記改質器で熱エネルギーの一部が利用された燃焼排ガスが供給され、該燃焼排ガスの有する熱エネルギーを利用して前記凝縮水を気化させ、該改質器に供給する原料に添加させる水蒸気を生成する蒸発部を備える請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記改質器で熱エネルギーの一部が利用された燃焼排ガスと前記脱硫部を加熱することにより熱エネルギーの一部が利用されたカソード排ガスとがそれぞれ供給され、該燃焼排ガスおよび該カソード排ガスそれぞれが有する熱エネルギーにより、前記凝縮水を気化させ、前記改質器に供給される原料に添加する水蒸気を生成する蒸発部を備える請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記改質器で熱エネルギーの一部が利用された燃焼排ガスと、前記カソード空気熱交換器での熱交換により熱エネルギーの一部が失われたカソード排ガスとがそれぞれ供給され、該燃焼排ガスおよび該カソード排ガスそれぞれが有する熱エネルギーにより、前記凝縮水を気化させ、前記改質器に供給される原料に添加する水蒸気を生成する蒸発部を備え、
前記蒸発部で熱の一部が失われたカソード排ガスを前記脱硫部に供給し、該カソード排ガスが有する熱エネルギーにより該脱硫部を加熱する請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記蒸発部で熱エネルギーの一部が利用されたカソード排ガスと、前記燃焼部に供給される燃焼用空気とを熱交換させる熱交換器を備える請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記脱硫部で熱エネルギーの一部が利用されたカソード排ガスと、前記燃焼部に供給される燃焼用空気とを熱交換させる熱交換器を備える請求項８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、少なくとも硫黄成分を含有する有機化合物の原料から硫黄成分を脱硫するための脱硫部を備えた燃料電池システムに関する。特には、水添脱硫法により原料から硫黄成分を脱硫する脱硫部を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、分散型発電システムとして燃料電池システムの開発及び商品化が進められている。燃料電池システムには、原料として炭素および水素成分を含有する有機化合物が供給される。そして、燃料電池システムは、供給された原料を、例えば燃料電池内部で改質して水素を生成する。あるいは燃料電池外部に改質器を備え、この改質器によって原料を改質して水素を含有する改質ガスを生成する。このようにして水素が生成されると、燃料電池がこの水素と外部から供給された空気とを利用して発電反応により電気と熱とを発生させる。【０００３】
以上のように構成される燃料電池システムは、電気エネルギー及び熱エネルギーを効率良く得られることから、地球温暖化の原因である二酸化炭素の削減に有効なエネルギー供給システムとして期待されている。【０００４】
また、燃料電池システムに供給する原料として、例えば、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、都市ガス、シェールガス、およびメタンハイドレード等を利用することができる。このような原料には腐臭剤が添加されており、原料自体、あるいは原料に添加された腐臭剤に硫黄成分が含まれている。この硫黄成分を含有する原料が改質器等を経由して燃料電池のアノードに供給されると、この硫黄成分によってアノードを被毒してしまい燃料電池性能の劣化を招いたり、改質器に含まれる改質触媒を被毒してしまい改質性能の劣化を招いたりする。そのため、原料中の硫黄成分をｐｐｂオーダーまで低減させてから、アノードおよび改質器に原料を供給することが必要となる。【０００５】
そこで、燃料電池システムでは、改質器の上流側に原料中の硫黄成分を低減させる機能を有する脱硫部が備えられる。なお、脱硫部により原料中の硫黄成分を除去する方法としては、常温で硫黄成分を触媒に物理吸着させ除去する常温脱硫方式、あるいは水素を利用して硫黄成分を除去する水添脱硫方式等が挙げられる。なお、水添脱硫方式の場合、脱硫部には所定の温度(例えば２５０℃〜３２０℃程度)を活性温度域とする触媒が搭載される。そして、外部から供給された原料と水素とから硫化水素を生成し、硫化水素中の硫黄を触媒に化学吸着させる。【０００６】
ところで、脱硫部は、安定して硫黄成分を除去するために所定の温度（例えば、水添脱硫方式の場合、２５０℃〜３２０℃程度）に維持するために加熱することが必要である。このように、脱硫部を所定温度となるように加熱する燃料電池システムとして、例えば、特許文献１、２の燃料電池システムが開示されている。【０００７】
具体的には、特許文献１では、以下のようにして脱硫部を加熱する燃料電池システムが提示されている。すなわち、燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガスとカソードから排出されたカソードオフガスとを一緒に燃焼させた燃焼排ガス（燃料電池排ガス）を生成する。そして、この燃焼排ガスとカソードに供給するカソード空気との間で熱交換をし、加熱されたカソード空気の一部を熱源として脱硫部に供給する。【０００８】
また特許文献２では、脱硫部を所定の温度に維持するため、改質原料として改質器に供給される水（改質水）がバーナーから熱を奪い、この奪った熱を脱硫触媒に与える燃料電池システムが提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１８１２６８号公報
【特許文献２】特開２００９−２３４８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の燃料電池システムでは、脱硫するのに適切な温度となるように脱硫部を加熱することができないという問題がある。【００１１】
より具体的には、特許文献１は、カソードに供給するカソード空気の一部を分流させ、その一部のカソード空気を燃焼排ガスにより加熱させるために、脱硫用空気供給ラインとカソード用空気供給ラインとに分岐させている。そして、それぞれの供給ラインに流量制御バルブを備えるように構成されている。このような構成において、この流量制御バルブを制御して脱硫部に供給するカソード空気の流量を調整する。【００１２】
このように特許文献１では流量制御バルブを設け、それらを制御する構成となっているが、脱硫用空気供給ラインを流通するカソード空気の流量とカソード用空気供給ラインを流通するカソード空気の流量とをそれぞれ適切な流量となるように制御することが難しいという問題がある。このため、加熱された適切な流量のカソード空気を脱硫部に供給させることが困難となり、脱硫部の温度を適切な温度に維持できなくなる可能性がある。さらには、特許文献１の燃料電池システムは、別途、流量制御バルブを設けるため、その構成がより複雑化しコストがかかるという問題もある。【００１３】
また、特許文献２に係る燃料電池システムは、上述したように改質原料として改質器に供給される水がバーナーから熱を奪い、この奪った熱を脱硫触媒に与える構成である。このため、脱硫部の温度を１００℃付近に維持する場合には適しているが、水添脱硫で必要な所定の温度(例えば２５０℃〜３２０℃程度)には対応できないという問題ある。【００１４】
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、脱硫するのに適切な温度となるように脱硫部を加熱することができる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】
【００１５】
本発明に係る燃料電池システムは、上記した課題を解決するために、アノードに供給された燃料とカソードに供給された空気とを利用して発電反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池において利用された後の空気であるカソード排ガスと前記カソードに供給される空気との間で熱交換することで、該カソード排ガスが有する熱エネルギーの一部を該空気に移動させるカソード空気熱交換器と、供給された原料の硫黄成分を除去する脱硫部と、前記脱硫部によって硫黄成分が除去された原料および水蒸気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、少なくとも、前記カソード空気熱交換器での熱交換により熱エネルギーの一部が失われたカソード排ガスを、前記脱硫部に供給し、該カソード排ガスが有する熱エネルギーにより該脱硫部を加熱する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる燃料電池システムは、以上に説明したように構成され、脱硫するのに適切な温度となるように脱硫部を加熱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】
【００１７】
【図１】実施形態１に係る燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムが備える脱硫部の構成の一例を示す図である。
【図３】図１に示す燃料電池システムが備える脱硫部の構成の一例を示す図である。
【図４】実施形態２に係る燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【図５】実施形態３に係る燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【図６】実施形態４に係る燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明では以下に示す態様を提供する。
【００１９】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、アノードに供給された燃料とカソードに供給された空気とを利用して発電反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池において利用された後の空気であるカソード排ガスと前記カソードに供給される空気との間で熱交換することで、該カソード排ガスが有する熱エネルギーの一部を該空気に移動させるカソード空気熱交換器と、供給された原料の硫黄成分を除去する脱硫部と、前記脱硫部によって硫黄成分が除去された原料および水蒸気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、少なくとも、前記カソード空気熱交換器での熱交換により熱エネルギーの一部が失われたカソード排ガスを、前記脱硫部に供給し、該カソード排ガスが有する熱エネルギーにより該脱硫部を加熱する。
【００２０】
上記した構成によると、カソード空気熱交換器を備えるため、カソードに供給する空気が予熱される一方で、カソードから排出されるカソード排ガスは、熱エネルギーの一部が失われた状態となる。そして、少なくともカソード空気熱交換器での熱交換により熱エネルギーの一部が奪われ、温度低下したカソード排ガスを脱硫部に供給し、この温度低下させられたカソード排ガスが有する熱エネルギーによりこの脱硫部を加熱することができる。すなわち、カソード空気熱交換器により、脱硫部を適切な温度で加熱できるようにカソード排ガスの温度を低下させ、そしてこの適切な温度に調整されたカソード排ガスを脱硫部に供給させることができる。
【００２１】
したがって、本発明の燃料電池システムは、脱硫するのに適切な温度となるように脱硫部を加熱することができるという効果を奏する。
【００２２】
なお、脱硫部に供給されるカソード排ガスは、少なくともカソード空気熱交換器での熱交換により熱エネルギーの一部が失われたものである。このため、カソード排ガスは、カソード空気熱交換器から直接、脱硫部に供給されてもよい。あるいは、更なる別の熱交換器等を介して熱エネルギーの一部がこの別の熱交換器等でさらに失われた状態でカソード排ガスは脱硫部に供給されてもよい。
【００２３】
また、本発明の第２の態様に係る燃料電池システムは、第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記燃料電池において前記燃料として利用され、前記アノードから排出されたアノード排ガスと、前記カソードに供給される前の空気との間で熱交換し、該アノード排ガスが有する熱エネルギーの一部を該空気に移動させることで、該アノード排ガスを凝縮させて凝縮水を回収するアノード排ガス凝縮器を備え、前記アノード排ガス凝縮器での熱交換によりアノード排ガスの有する熱の一部を得て予熱された空気を前記カソード空気熱交換器に供給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、アノード排ガス凝縮器を備えるため、アノード排ガスを凝縮させ凝縮水を回収できる。このため、外気温が高温な場所であっても、アノード排ガスから凝縮水を回収でき、燃料電池システム運転した場合も水自立できる。また、アノード排ガスの流通する経路の途中でアノード排ガスが凝縮され水つまりが発生することを防ぐことができる。
【００２５】
また、空気をアノード排ガス凝縮器で予熱した上で、さらにカソード空気熱交換器に供給し、さらに加熱することができる。このため、空気を適切に予熱した状態でカソードに供給することができる。
【００２６】
また、本発明の第３の態様に係る燃料電池システムは、第２の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記脱硫部は、前記原料の硫黄成分を水添脱硫法により除去するように構成されていてもよい。
【００２７】
また、本発明の第４の態様に係る燃料電池システムは、第３の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記アノード排ガス凝縮器で凝縮水が回収されたアノード排ガスの一部を分流させ前記脱硫部の上流側に供給するための経路であるリサイクル経路をさらに備え、前記脱硫部は、前記アノード排ガスの一部と前記原料とを混合させた混合ガスにおいて、該原料中の硫黄成分を吸着する脱硫触媒を有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、リサイクル経路を備えるため、水素含有ガスとしてアノード排ガスの一部を分流させて脱硫部に導くことができる。このため、脱硫部は、アノード排ガスに含まれる水素を利用して水添脱硫方式により原料中の硫黄成分を脱硫触媒に吸着させ、脱硫を行うことができる。
【００２９】
また、本発明の第５の態様に係る燃料電池システムは、第２から第４のいずれか１項態様に係る燃料電池システムにおいて、供給された燃焼用空気を利用して、前記アノード排ガス凝縮器によって凝縮水が回収されたアノード排ガスを燃焼させる燃焼部をさらに備え、前記改質器は、前記燃焼部によってアノード排ガスが燃焼されることで生成された燃焼排ガスが有する熱エネルギーを利用して改質反応により、供給された前記原料及び水蒸気から前記改質ガスを生成するように構成されていてもよい。
【００３０】
上記した構成によると燃焼部を備えているため、この燃焼部によって生成された燃焼排ガスが有する熱エネルギーを利用して改質器が所定の温度となるように加熱することができる。このため改質器を、改質反応を実施するために必要な所定の温度とすることができ、効率よく改質反応を実施することができる。
【００３１】
また、本発明の第６の態様に係る燃料電池システムは、第５の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記改質器で熱エネルギーの一部が利用された燃焼排ガスが供給され、該燃焼排ガスの有する熱エネルギーを利用して前記凝縮水を気化させ、該改質器に供給する原料に添加させる水蒸気を生成する蒸発部を備えるように構成されていてもよい。
【００３２】
上記した構成によると、蒸発部に改質器で熱利用され熱エネルギーの一部を失った燃焼排ガスが供給され、この燃焼排ガスの熱エネルギーを利用して凝縮水を気化させることができる。このため、蒸発部は、燃焼排ガスの有する熱エネルギーを有効活用し、水蒸気を生成することができる。
【００３３】
また、本発明の第７の態様に係る燃料電池システムは、第５の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記改質器で熱エネルギーの一部が利用された燃焼排ガスと前記脱硫部を加熱することにより熱エネルギーの一部が利用されたカソード排ガスとがそれぞれ供給され、該燃焼排ガスおよび該カソード排ガスそれぞれが有する熱エネルギーにより、前記凝縮水を気化させ、前記改質器に供給される原料に添加する水蒸気を生成する蒸発部を備えるように構成されていてもよい。
【００３４】
上記した構成によると、蒸発部を備え、該蒸発部には改質器で熱利用され熱エネルギーの一部を失った燃焼排ガスと、脱硫部で熱利用され熱エネルギーの一部を失ったカソード排ガスとが供給される。このため、例えば、燃焼排ガスが有する熱エネルギーだけでは凝縮水を十分に気化できない場合であっても、この凝縮水の気化に必要な熱エネルギーの不足分をカソード排ガスが有する熱エネルギーによって補うことができる。
【００３５】
また、本発明の第８の態様に係る燃料電池システムは、第５の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記改質器で熱エネルギーの一部が利用された燃焼排ガスと、前記カソード空気熱交換器での熱交換により熱エネルギーの一部が失われたカソード排ガスとがそれぞれ供給され、該燃焼排ガスおよび該カソード排ガスそれぞれが有する熱エネルギーにより、前記凝縮水を気化させ、前記改質器に供給される原料に添加する水蒸気を生成する蒸発部を備え、前記蒸発部で熱の一部が失われたカソード排ガスを前記脱硫部に供給し、該カソード排ガスが有する熱エネルギーにより該脱硫部を加熱す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、蒸発部を備え、該蒸発部には改質器で熱利用され熱エネルギーの一部を失った燃焼排ガスと、脱硫部で熱利用され熱エネルギーの一部を失ったカソード排ガスとが供給される。このため、例えば、燃焼排ガスが有する熱エネルギーだけでは凝縮水を十分に気化できない場合であっても、この凝縮水の気化に必要な熱エネルギーの不足分をカソード排ガスが有する熱エネルギーによって補うことができる。
【００３７】
また、カソード空気熱交換器で熱交換した後のカソード排ガスを、さらに蒸発部で熱利用して脱硫部に供給することができる。すなわち、カソード空気熱交換器での熱交換ではカソード排ガスを、脱硫部の加熱に最適な温度まで低下させることができないような場合であっても、さらに蒸発部で熱利用して脱硫部に供給することで、最適な温度のカソード排ガスを脱硫部に供給することができる。このため、脱硫部は適切に脱硫を行うことができる。
【００３８】
また、本発明の第９の態様に係る燃料電池システムは、第７の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記蒸発部で熱エネルギーの一部が利用されたカソード排ガスと、前記燃焼部に供給される燃焼用空気とを熱交換させる熱交換器を備えるように構成されていてもよい。
【００３９】
また、本発明の第１０の態様に係る燃料電池システムは、第８の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記脱硫部で熱エネルギーの一部が利用されたカソード排ガスと、前記燃焼部に供給される燃焼用空気とを熱交換させる熱交換器を備えるように構成されていてもよい。
【００４０】
以下、各実施形態の具体例について図面を参照しながら説明する。
【００４１】
なお、以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する部材には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００４２】
（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態１に係る燃料電池システムの一例を示すブロック図である。図１に示すように、実施形態１に係る燃料電池システムは、蒸発部１０、改質器１２、燃焼部１４、アノード排ガス凝縮器１６、アノード排ガス放熱器１８、燃料電池２０、カソード空気熱交換器４４、および脱硫触媒４７を搭載する脱硫部４６を備えてなる構成である。
【００４３】
実施形態１に係る燃料電池システムでは、以下のようにして発電が行われる。すなわち、実施形態１に係る燃料電池システムでは、原料を、まず脱硫部４６に供給する。脱硫部４６は、例えば、水添脱硫により硫黄成分を原料から取り除き、この脱硫後の原料を改質器１２に供給する。なお、詳細は後述するが脱硫部４６において水添脱硫を実施するために必要な水素は、燃料電池２０で未利用のアノードガス（改質ガス）を含むアノード排ガスから分流したアノード排ガスの一部から得られるように構成されている。
【００４４】
改質器１２には、上記した脱硫後の原料に加えて、蒸発部１０で凝縮水が気化された水蒸気と、外部から供給された改質用空気とが供給される。なお、実施形態１に係る燃料電池システムでは、詳細は後述するがアノード排ガスを凝縮させ、得られた凝縮水を改質水として利用するように構成されている。改質器１２は、気化された凝縮水と改質用空気とを利用して、供給された原料を改質する。そして、改質器１２は、燃料電池２０の燃料として水素を含有するアノードガス（改質ガス）を生成し、このアノードガスを燃料電池２０のアノード２２に供給する。
【００４５】
一方、燃料電池２０のカソード２４には外部からカソード空気(空気)が供給されており、このカソード２４に供給されたカソード空気とアノード２２に供給されたアノードガスとを利用して燃料電池２０は発電反応により発電する。そして、燃料電池２０の発電により得られた電力は、図示されない端子を介して外部負荷へと供給される。外部負荷としては、例えば、携帯電話等の無線基地局を構成する装置とすることができる。また、一般の家庭用や商業用分散型発電装置、もしくは、熱電併給装置とすることができる。
【００４６】
なお、実施形態１に係る燃料電池システムが備える燃料電池２０として、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に挙げて説明するが、水素を含有するアノードオフガスを排出する燃料電池であればよく、燃料電池２０はこれに限定されるものではない。生成水（水蒸気）がアノードオフガスに含まれるており、外気温度が高温な場所であっても効率よくこのアノードオフガスから生成水を凝縮させることができる点で、例えば、固体酸化物形燃料電池または溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）等の燃料電池が有利である。
【００４７】
実施形態１に係る燃料電池システムにおいて外部から供給される原料としては、例えば、ＬＰＧガス、プロパンガス、ブタンガス、あるいはメタンを主成分とする都市ガス等の有機化合物を含むガス、灯油、またはアルコール等を利用することができる。なお、原料として灯油またはアルコール等の液体原料を用いる場合、原料を改質器１２に供給する前に、加熱して気化させておいてもよい。
【００４８】
また、実施形態１に係る燃料電池システムが備える改質器１２は、脱硫後の原料に含まれる炭化水素と、改質用空気に含まれる酸素と、を用いて、酸化的水蒸気改質反応（Oxidative Steam Reforming）を行う。ただし、改質器１２で実施される改質反応は酸化的水蒸気改質反応に限定されるものではなく、部分酸化改質反応、自己熱改質反応、あるいは水蒸気改質反応であってもよい。改質器１２が酸化的水蒸気改質反応を実施する構成の場合、熱収支の点で改質反応が進行しやすくなり、水蒸気改質を利用する構成よりも改質器１２を小型化できる点で有利である。さらにまた、原料中に硫黄化合物が含まれていても一旦ＳＯ２に変換した後、Ｈ２Ｓに変換しやすく、燃料電池２０内のアノード２２の電極触媒の被毒を低減させることができる点でも有利である。
【００４９】
また、実施形態１に係る燃料電池システムが備える改質器１２は、例えば、筐体内に改質触媒を充填してなる構成である。この充填される改質触媒は、例えば、ニッケル、ルテニウム、白金、ならびにロジウムのうち少なくとも一つを含浸したアルミナ担体を用いることができる。なお、改質触媒は特に限定されるものではなく、例えば、酸化的水蒸気改質反応を進行させることのできる多様な触媒を用いることができる。また、改質器１２は、酸化的水蒸気改質反応を進行させるにあたり、所定の温度となるように維持される必要がある。実施形態１では、アノード排ガスを燃焼部１４で燃焼させて生成された燃焼排ガスの熱エネルギーによって改質器１２が所定の温度となるように加熱するように構成されている。
【００５０】
燃料電池２０は、上述したように、改質器１２を介してアノード２２へ供給される改質ガスであるアノードガスと、カソード２４へ供給されるカソード空気とを用いて発電する。そこで、図１に示すように、カソード空気が流通するカソード空気経路３８の途中には、カソード空気供給器５０が備えられており、このカソード空気供給器５０によってカソード２４に供給される空気流量が調整される。また、原料が流通する原料経路２８の途中には原料供給器５２が備えられており、この原料供給器５２によってアノード２２に向かって供給される原料流量が調整される。
【００５１】
また、燃料電池２０は、上述したように、改質器１２により改質されたアノードガスが供給されるアノード２２およびカソード空気が供給されるカソード２４を有し、該アノード２２と該カソード２４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、直列接続した構成となっている。
【００５２】
このような燃料電池単セルには、例えば、イットリウム（Ｙ）酸化物（Ｙ２Ｏ３）を添加したジルコニア（ＺｒＯ２）であるイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を電解質等に用いた公知の構成を採用することができる。また、燃料電池単セルの材料としては、イッテルビウム（Ｙｂ）やスカンジウム（Ｓｃ）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を用いることもできる。ＹＳＺを用いた燃料電池単セルでは、電解質の厚みにも依存するが、例えば、６００℃から１０００℃程度の温度範囲で発電反応が行われる。アノード２２の電極材料としては、例えばニッケルとＹＳＺの混合物等を用いる。一方、カソード２４の電極材料としては、例えばランタン、ストロンチウム、マンガンを含有する酸化物（La0.8Sr0.2MnＯ3）や、ランタン、ストロンチウム、コバルト、鉄を含有する酸化物（La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8Ｏ3）等を用いる。また、燃料電池２０のセルの構造は、例えば、平板型となっており、燃料電池２０からアノード排ガスとカソード排ガスとが別々に排出されるように構成されている。なお、燃料電池２０の構造は、特に平板型に限定されるものでなく、例えば、アノード排ガスとカソード排ガスとが別々に排出される形状であれば円筒型、または円筒平板型であってもよい。
【００５３】
ところで、上記した構成を有する燃料電池システムに供給される流体の流通経路は、主として、カソード空気およびカソード排ガスが流通する経路（カソード空気経路３８、カソード排ガス経路４０）と、原料、アノードガス、アノード排ガス、燃焼排ガスが流通する経路（原料経路２８、アノードガス経路２６、アノード排ガス経路２９、燃焼排ガス経路４２）とに大別できる。そこで、以下において、両者の経路についてそれぞれ個別に説明する。
【００５４】
（カソード空気、カソード排ガスの流通経路について）
まず、カソード空気およびカソード排ガスが流通する経路について説明する。
【００５５】
カソード空気は、カソード空気供給器５０によってカソード空気経路３８を通じてアノード排ガス凝縮器１６に供給される。アノード排ガス凝縮器１６に供給されたカソード空気は、このアノード排ガス凝縮器１６に別経路で供給されているアノード排ガスとの熱交換により加熱（予熱）される。そして、このように予熱された状態でカソード空気はカソード空気熱交換器４４に供給される。カソード空気熱交換器４４では、燃料電池２０のカソード２４に供給される前のカソード空気と、カソード２４から排出された後のカソード排ガスとがそれぞれ供給されるように構成されており、両者の間で熱交換が行われる。
【００５６】
カソード２４から排出された直後のカソード排ガスは、約８５０℃程度と高温を有している。このため、カソード空気は、カソード空気熱交換器４４におけるカソード排ガスとの熱交換により、約６５０℃程度まで加熱される。逆に、カソード排ガスは、例えば３５０℃〜３８０℃程度まで温度が下げられた状態でカソード排ガス経路４０を通じて脱硫部４６に供給される。なお、カソード排ガスはカソード排ガス経路４０を流通している間に放熱し、例えば２５０℃〜３２０℃程度まで温度が下がった状態で脱硫部４６に供給される。
【００５７】
なお、カソード排ガス経路４０中においてカソード排ガスの放熱がほとんど生じないように構成されている場合は、カソード空気熱交換器４４を流通させるカソード空気およびカソード排ガスの流量を変更したり、両者が熱交換できる区間を大きくしたりすることでカソード排ガスの温度が例えば２５０℃〜３２０℃程度となるように調節できる。
【００５８】
このように、脱硫部４６には、２５０℃〜３２０℃程度のカソード排ガスが供給されるため、このカソード排ガスが有する熱エネルギーの一部を利用して水添脱硫方式において所望される温度に脱硫部４６を加熱させることができる。また、脱硫部４６を加熱することで熱エネルギーの一部を失ったカソード排ガスは蒸発部１０に供給される。そして、蒸発部１０では、カソード排ガスが有する熱エネルギーの一部を、凝縮水を気化させるために利用する。
【００５９】
（原料、アノードガス、アノード排ガス、および燃焼排ガスが流通する経路について）
次に、原料、アノードガス、アノード排ガス、および燃焼排ガスが流通する経路についてより詳細に説明する。
【００６０】
原料供給器５２によって原料経路２８を流通する原料は、水素供給器５４によりリサイクル経路３０を流通するアノード排ガスの一部と合流し、脱硫部４６に供給される。脱硫部４６は、上記したように、カソード排ガスの保有する熱エネルギーによって所定の温度に維持されており、供給された原料とアノード排ガスに含まれる水素とから硫化水素を生成し、硫化水素中の硫黄を脱硫触媒４７に化学吸着させる。このようにして脱硫された原料は、蒸発部１０により気化された凝縮水と、改質用エアポンプ５８によって供給された改質用空気とともに改質器１２に供給される。
【００６１】
改質器１２では、上述したように、気化された凝縮水と改質用空気とを利用して、供給された原料を改質して水素を含有する改質ガス（アノードガス）を生成し、アノードガス経路２６を通じて、このアノードガスを燃料電池２０のアノード２２に供給する。燃料電池２０のアノード２２に供給されたアノードガスは、アノード排ガスとして排出される。そして、アノード排ガスはアノード排ガス経路２９を通じてアノード排ガス凝縮器１６に導かれる。また、上述したようにこのアノード排ガス凝縮器１６には、カソード２４に供給される前のカソード空気も導かれており、両者の間で熱交換される。これにより、燃料電池２０から排出され高温（例えば、８５０℃程度）なアノード排ガスの有する熱エネルギーの一部がカソード空気に移動し、カソード空気が加熱される。このときカソード空気の温度は、例えば、常温から２６０℃程度まで上昇する。
【００６２】
一方、アノード排ガスは、このカソード空気との熱交換により、熱エネルギーの一部を失い、温度低下する。そして、アノード排ガスは、温度低下することで凝縮され、凝縮水が生成される。さらにアノード排ガスは、アノード排ガス凝縮器１６の下流側に配置されたアノード排ガス放熱器１８において、大気との間での熱交換により冷却される。そして、アノード排ガスは、この大気との熱交換によりさらに温度低下が進み、さらに凝縮され凝縮水が生成される。アノード排ガス凝縮器１６およびアノード排ガス放熱器１８で生成された凝縮水は、改質水として、改質水ポンプ５６によって凝縮水経路３４を通じて蒸発部１０に送出される。
【００６３】
なお、アノード排ガス放熱器１８は、アノード排ガスから回収できる凝縮水の量を増やすために設けられたものである。それゆえ、アノード排ガス凝縮器１６のみで、改質器１２で必要となる流量の凝縮水を回収できる場合は、必ずしも備える必要はない。
【００６４】
アノード排ガス放熱器１８を流通したアノード排ガスは、燃焼部１４において燃焼用空気とともに燃焼される。すなわち、燃焼エア供給器５１により外部から燃焼用空気が燃焼部１４に供給されており、この燃焼用空気とアノード排ガスとを混合させて燃焼部１４で燃焼させる。そして、この燃焼により生成された燃焼排ガスは改質器１２に導かれる。そして、改質器１２は、供給された燃焼排ガスの有する熱エネルギーによって酸化的水蒸気改質を実施するために必要な所定の温度となるように加熱される。
【００６５】
改質器１２において熱エネルギーの一部を失った燃焼排ガスは、蒸発部１０に供給される。そして、蒸発部１０では、燃焼排ガスが有する熱エネルギーによって凝縮水が加熱される。つまり、蒸発部１０は、上述したように凝縮水をカソード排ガスが有する熱エネルギーと燃焼排ガスが有する熱エネルギーとによって気化させるように構成されている。ただし、燃焼排ガスが有する熱エネルギーのみで凝縮水を十分に気化させることができる場合は、カソード排ガスを蒸発部１０に供給させる必要はない。
【００６６】
以上のように、実施形態１に係る燃料電池システムは、アノード排ガスから凝縮水を回収し、カソード排ガスを使って、脱硫部４６を所定の温度に維持するために加熱する構成となっている。これは、カソード排ガスよりもアノード排ガスの方が流通する流量が少なく、かつ含まれる水蒸気が多いため、アノード排ガスからの方が効率よく凝縮水を回収できるからである。
【００６７】
また、実施形態１に係る燃料電池システムは、上記したように、６つの熱交換器（第１の熱交換器〜第６の熱交換器）を備え、それぞれで熱交換が行われる構成であるとも言える。
【００６８】
つまり、カソード空気熱交換器４４において、カソード２４に供給される前のカソード空気とカソード２４から排出されたカソード排ガスとの間で熱交換が行われる。すなわち、カソード空気熱交換器４４が第１の熱交換器として機能する。
【００６９】
さらに、脱硫部４６において、カソード空気熱交換器４４を通過した後のカソード排ガスと、分流させられたアノード排ガスの一部と原料とを混合させた混合ガスとの間で熱交換が行われる。すなわち、脱硫部４６が第２の熱交換器として機能する。
【００７０】
また、アノード排ガス凝縮器１６において、アノード２２から排出されたアノード排ガスと、カソード空気との間で熱交換が行われる。すなわち、アノード排ガス凝縮器１６が第３の熱交換器として機能する。
【００７１】
アノード排ガス放熱器１８において、既にアノード排ガス凝縮器１６でカソード空気との熱交換により熱エネルギーの一部が失われたアノード排ガスと、大気との間で熱交換が行われる。すなわち、アノード排ガス放熱器１８が第４の熱交換器として機能する。
【００７２】
また、改質器１２において、燃焼部１４でアノード排ガスを燃焼して生成された燃焼排ガスと、蒸発部１０で気化された凝縮水を添加した原料との間で熱交換が行われる。この熱交換により改質器１２において原料を改質させるために必要な改質熱を燃焼排ガスから得ることができる。すなわち、改質器１２が第５の熱交換器として機能する。
【００７３】
また、蒸発部１０において、改質器１２で熱エネルギーの一部を失った燃焼排ガスと、凝縮水との間で熱交換が行われる。さらに脱硫部４６を通過した後のカソード排ガスと凝縮水との間で熱交換が行われる。この熱交換により蒸発部１０において凝縮水を気化させるために必要な熱エネルギーを燃焼排ガスおよびカソード排ガスから得ることができる。すなわち、蒸発部１０が第６の熱交換器として機能する。
【００７４】
また、実施形態１に係る燃料電池システムは、上記したようにカソード空気供給器５０、燃焼エア供給器５１、原料供給器５２、水素供給器５４をそれぞれ備える構成であった。カソード空気供給器５０および燃焼エア供給器５１は、例えば、ブロアなどの送風機であってもよい。また、原料供給器５２は、例えば、原料ブースター、減圧器などであってもよい。水素供給器５４は、例えば、ポンプであってもよいし、エゼクタ、オリフィス等であってもよい。
【００７５】
（脱硫部の構成）
次に図２を参照して、脱硫部４６の構成について説明する。図２は、図１に示す燃料電池システムが備える脱硫部４６の構成の一例を示す図である。図２に示すように、脱硫部４６は、原料およびアノード排ガスの混合ガスと、カソード排ガスとが混合せず流通可能な二重管構造となっている。すなわち、脱硫部４６は、より径が大きい管（外管）の中により径が小さい管（内管）が配置された構造となっている。そして、内管には脱硫触媒４７が充填されており、この内管内を原料とアノード排ガス（水素含有ガス）が流通する。一方、内管の外周を取り囲む空間（外管と内管との間に形成される空間）をカソード排ガスが、原料とアノード排ガスの混合ガスの流通方向とは対向する方向で流通する。そして、両者が脱硫部４６を通過する際に熱交換が行われる。
【００７６】
具体的には、カソード排ガスは脱硫部４６に２７０〜３５０℃で供給され、混合ガスに熱を与え、２５０〜３３０℃で脱硫部４６から排出される。尚、この温度下降分(約２０℃)は、前記混合ガスに熱を与えるだけでなく、放熱分も含まれる。一方、原料ガスとアノード排ガス（水素含有ガス）との混合ガスは、脱硫部４６に常温で供給され、カソード排ガスから熱を奪い、２５０〜３３０℃で排出される。なお、脱硫部４６に搭載される脱硫触媒４７には水添脱硫に適した触媒(例えば、銅、酸化亜鉛、および酸化アルミの混合物)などがある。
【００７７】
このように、流量が大きく熱容量も大きいカソード排ガスを内管の外周を流通させることで、脱硫部４６の温度を一定となるように維持することが容易となる。それゆえ、脱硫部４６を、触媒活性温度域となる所定の温度(例えば２５０℃〜３２０℃程度)に維持させることができる。
【００７８】
また、脱硫部４６の構成は、図２に示す構成に限定されるものではない。例えば、図３に示すように内管をカソード排ガスが流通し、その外周を原料とアノード排ガス（水素含有ガス）との混合ガスが流通する構成としてもよい。図３は、図１に示す燃料電池システムが備える脱硫部４６の構成の一例を示す図である。
【００７９】
すなわち、図３に示す脱硫部４６は、図２に示す脱硫部４６と同様に二重管構造をとっているが、二重管のうち内管をカソード排ガスが流通し、内管の外周(内管と外管との間に形成される空間)を原料とアノード排ガス（水素含有ガス）との混合ガスが流通する構成となっている。
【００８０】
このように脱硫部４６を構成する場合、図２に示す構成よりも熱容量の大きいカソード排ガスの放熱面積を小さくすることができるため、脱硫部４６から排出されるカソード排ガスの温度を１０℃程度上昇（２６０〜３４０℃）させることできる。
【００８１】
したがって、脱硫部４６の下流にある蒸発部１０に供給するカソード排ガスの熱量および温度ともに上昇するため、燃料電池システムを高効率に運転することができる。つまり、蒸発部１０に供給するカソード排ガスの熱量および温度がともに上昇すると、蒸発部１０の温度が高くなる。この結果、蒸発部１０で気化され、排出される凝縮水の温度が上昇し、さらには、この気化された凝縮水が添加された原料の温度も上昇することとなる。
【００８２】
このように改質器１２に供給される原料の温度が上昇するため、この原料を利用して改質器１２により生成されたアノードガスの温度も上昇する。これにより、燃料電池２０における熱自立とその温度維持とのために必要となる燃料の流量を低減させることができる。つまり、燃料電池システムにおいて、発電反応以外に利用する燃料の流量を低減させることができるため、燃料電池システムに投入し発電反応に利用される燃料の割合を向上させることができる。その結果、所定の電力を発電するために外部から燃料電池システムに供給させる原料の流量を低減させることができる。よって、実施形態１に係る燃料電池システムは高効率な運転を実現できる。
【００８３】
以上のように、実施形態１に係る燃料電池システムでは、例えば、上述した特許文献１に開示された燃料電池システムのような特別な制御を必要としないで、脱硫部４６を所定の温度に容易に維持することができる。そのため、高信頼性、高効率、ならびに低コストとなる燃料電池システムを提供することができる。
【００８４】
（実施形態２）
次に、図４を用いて、実施形態２に係る燃料電池システムについて説明する。なお、実施形態２に係る燃料電池システムにおいて、実施形態１に係る燃料電池システムと同じ構成(部材)および動作となる部分については、その説明を省略するもとする。図４は、実施形態２に係る燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【００８５】
図４に示すように、実施形態２に係る燃料電池システムは、カソード排ガスの流通する経路（カソード排ガス経路４０）が実施形態１に係る燃料電池システムと異なる。具体的には、実施形態１では、カソード排ガスは、カソード空気熱交換器４４から排出された後、脱硫部４６、蒸発部１０の順にカソード排ガス経路４０を流通する。これに対して実地形態２では、カソード空気熱交換器４４から排出された後、蒸発部１０、脱硫部４６の順にカソード排ガス経路４０を流通する点で異なる。
【００８６】
例えば、カソード空気熱交換器４４から排出されたカソード排ガスの温度（約３５０℃〜３８０℃程度）が脱硫部４６に至るまでに放熱により約２５０℃〜３２０℃程度まで低下しない場合、脱硫部４６よりも前に蒸発部１０にカソード排ガスを供給する。そして、蒸発部１０で改質水との熱交換により２５０℃〜３２０℃程度まで温度を下げてから脱硫部４６に供給する。
【００８７】
このように構成することで、カソード空気熱交換器４４から脱硫部４６に供給するカソード排ガスの温度が高すぎる場合、蒸発部１０における熱交換でカソード排ガスの温度を適温まで低下させた上で脱硫部４６に供給することができる。もしくは、脱硫部４６において充填されている脱硫触媒４７の活性温度域が上述した２５０℃〜３２０℃の範囲よりも例えば、１００℃〜２５０℃と低い場合、脱硫部４６の温度をこの温度範囲に安定的に維持させる場合にも有効である。
【００８８】
（実施形態３）
次に、図５を用いて、実施形態３に係る燃料電池システムについて説明する。なお、実施形態３に係る燃料電池システムにおいて、実施形態１に係る燃料電池システムと同じ構成(部材)および動作となる部分については、その説明を省略するもとする。図５は、実施形態３に係る燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【００８９】
図５に示すように、実施形態３に係る燃料電池システムは、新たに熱交換器４８を備える点と、カソード排ガスの流通する経路（カソード排ガス経路４０）とが実施形態１に係る燃料電池システムと異なる。具体的には、実施形態１では、カソード排ガスは、カソード空気熱交換器４４から排出された後、脱硫部４６、蒸発部１０の順にカソード排ガス経路４０を流通する。これに対して実地形態３では、蒸発部１０の下流側に熱交換器４８をさらに設け、この熱交換器４８において蒸発部１０から排出されたカソード排ガスと燃焼部１４に供給する前の燃焼用空気との間で熱交換を行う。そして、カソード排ガスが有する熱エネルギーを燃焼用空気に与え、これにより燃焼用空気を予熱させる点で異なる。
【００９０】
このように実施形態３に係る燃料電池システムでは、燃焼用空気を予熱することができるため、燃焼部１４へ供給させる燃焼用空気の温度を上昇させることができる。また、燃焼用空気の温度を上昇させることができるため、燃焼部１４の温度も上昇させることができる。
【００９１】
このように燃焼部１４の温度を上昇させることができると、燃焼部１４から改質器１２に排出される燃焼排ガスの温度が上昇し、これによって、改質器１２の温度も上昇する。さらに、改質器１２の温度が上昇すると、この改質器１２における改質効率の向上および改質器１２から排出されるアノードガスの温度も上昇する。また、燃料電池システムにおいて、燃焼部１４を所定温度にする際は、燃焼に利用するアノード排ガスの流量を低減させることができるため、燃料電池システムに投入する燃料を低減でき、発電反応に利用される燃料の割合を向上させることができる。その結果、所定の電力を発電するために外部から燃料電池システムに供給させる原料の流量を低減させることができる。よって、システム効率が向上する。
【００９２】
また、改質器１２からアノード２２へ投入するアノードガスの温度を上昇させると、燃料電池２０においてアノード２２を所定温度に維持することが容易となり、アノード２２での内部改質による温度低下を防ぐことができる。このため、燃料電池２０の温度の安定化を図ることができ、燃料電池２０の信頼性および耐久性を向上させることできる。また、燃料電池システムにおいて、発電反応以外に利用する燃料の流量を低減することができるため、燃料電池システムに投入し発電反応に利用される燃料の割合を向上させることができる。その結果、所定の電力を発電するために外部から燃料電池システムに供給させる原料の流量を低減させることができ、システム効率が向上できる。
【００９３】
（実施形態４）
次に、図６を用いて、実施形態４に係る燃料電池システムについて説明する。なお、実施形態４に係る燃料電池システムにおいて、実施形態１に係る燃料電池システムと同じ構成(部材)および動作となる部分については、その説明を省略するもとする。図６は、実施形態４に係る燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【００９４】
図６に示すように、実施形態４に係る燃料電池システムは、実施形態１に係る燃料電池システムと比較して、新たに熱交換器４８を備える点と、カソード排ガスの流通する経路（カソード排ガス経路４０）とが異なる。具体的には、実施形態１では、カソード排ガスは、カソード空気熱交換器４４から排出された後、脱硫部４６、蒸発部１０の順にカソード排ガス経路４０を流通する。これに対して実地形態４では、脱硫部４６の下流側に熱交換器４８をさらに設ける。そして、カソード排ガスは、カソード空気熱交換器４４から排出された後、蒸発部１０、脱硫部４６、熱交換器４８の順にカソード排ガス経路４０を流通する点で異なる。
【００９５】
すなわち、実施形態４に係る燃料電池システムは、実施形態２に係る燃料電池システムと実施形態３に係る燃料電池システムとを組み合わせた構成となっている。このため、上述したように実施形態４に係る燃料電池システムは、実施形態２および実施形態３に係る燃料電池システムが有する効果を得られることができる。
【００９６】
具体的には、実施形態４に係る燃料電池システムは、実施形態２に係る燃料電池システムと同様に、脱硫触媒４７の活性温度域が１００〜２５０℃となる場合、この脱硫触媒４７の活性温度範囲となるように脱硫部４６を維持することができる。もしくは、カソード空気熱交換器４４から排出されたカソード排ガスの温度が高すぎるために、脱硫部４６に所望の温度範囲よりも高い温度で供給されるような場合、蒸発部１０でカソード排ガスの温度を所望の温度範囲まで下げた上で脱硫部４６に供給させることができる。
【００９７】
また、実施形態４に係る燃料電池システムは、実施形態３に係る燃料電池システムと同様に、燃料電池２０の信頼性および耐久性を向上させることできる。さらに、燃料電池システムにおいて、発電反応以外に利用する燃料の流量を低減させることができるため、燃料電池システムに投入し発電反応に利用される燃料の割合を向上させることができる。その結果、所定の電力を発電するために外部から燃料電池システムに供給させる原料の流量を低減させることができ、システム効率を向上できる。
【００９８】
なお、上記した実施形態１から４では、脱硫部４６において水添脱硫を実施するために必要な水素は、燃料電池２０で未利用のアノードガス（改質ガス）を含むアノード排ガスから分流したアノード排ガスの一部から得るように構成されていた。しかしながらこの構成に限定されるものではなく、例えば、改質器１２で生成されたアノードガス（水素含有ガス）の一部を分流させて脱硫部４６の上流側に導くように構成してもよい。さらには、別途、外部から水素を脱硫部４６に供給するように構成してもよい。
【００９９】
しかしながら、アノード２２から排出されたアノード排ガスから水素を得る構成の方が、水素を外部から供給させる構成と比較して、水素をわざわざ用意する必要がなくコストを低減できるので有利である。また、改質器１２で生成されたアノードガスの一部から水素を得る構成では、分流させるアノードガスの分も見越して余分にアノードガスを生成する必要があるが、アノード２２から排出されたアノード排ガスから水素を得る構成では、このように余分にアノードガスを生成する必要がなく有利である。
【０１００】
なお、上記では脱硫部４６は、供給された原料とアノード排ガスに含まれる水素とから硫化水素を生成し、硫化水素中の硫黄を脱硫触媒４７に化学吸着させる、いわゆる水添脱硫法により原料の硫黄成分を除去する構成であった。しかしながら脱硫部４６は水添脱硫法以外の方法により、硫黄を常温よりも高い温度（例えば、約７０℃から２５０℃）で吸着する脱硫触媒４７を有したものであってもよい。このような脱硫触媒４７としては、例えば、ゼオライトに銀、銅、または亜鉛などの金属、または金属酸化物、または金属と金属酸化物を担持してなる触媒を利用するこができる。
【０１０１】
例えば、反応温度が約１００℃前後の範囲となる触媒を脱硫触媒４７として利用する場合、実施形態１、３に係る燃料電池システムでは、カソード排ガスの温度が例えば約１００℃程度となるようにカソード空気熱交換器４４で調節し、脱硫部４６に供給させる。具体的には、カソード空気熱交換器４４を流通させるカソード空気およびカソード排ガスの流量を変更したり、両者が熱交換できる区間を大きくしたりすることでカソード排ガスの温度を約１００℃程度まで低下させる。
【０１０２】
これに対して実地形態２、４に係る燃料電池システムでは、カソード排ガスをカソード空気熱交換器４４および蒸発部１０それぞれにおける熱交換により約１００℃程度まで温度を下げてから脱硫部４６に供給する。
【０１０３】
また、脱硫部４６が、硫黄を常温よりも高い温度で吸着する脱硫触媒４７を有した構成の場合、脱硫部４６に水素含有ガスを供給させる必要がない。このため、この場合は、アノード排ガスの一部を流通させるリサイクル経路３０および水素供給器５４が不要となる。
【０１０４】
上記発明から、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。したがって、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】
【０１０５】
本発明の燃料電池システムは、脱硫部４６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、原料ガスから硫黄成分を取り除く脱硫部４６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】
【０１０６】
１０  蒸発部
１２  改質器
１４  燃焼部
１６  アノード排ガス凝縮器
１８  アノード排ガス放熱器
２０  燃料電池
２２  アノード
２４  カソード
２６  アノードガス経路
２８  原料経路
２９  アノード排ガス経路
３０  リサイクル経路
３４  凝縮水経路
３８  カソード空気経路
４０  カソード排ガス経路
４２  燃焼排ガス経路
４４  カソード熱交換器
４６  脱硫部
４８  熱交換器
５０  カソード空気供給器
５１  燃焼エア供給器
５２  原料供給器
５４  水素供給器
５６  改質水ポンプ
５８  改質用エアポンプ
【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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