(57)【要約】【課題】燃焼排ガスの熱利用性を向上させるとともに、安定して動作することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池システムは、水添脱硫部１０と、第１断熱部１ａに覆われた筐体を有し、水添脱硫部１０により硫黄化合物が除去された原料を改質して得られた燃料と、供給された発電用空気とを用いて発電する燃料電池ユニット１と、燃料電池ユニット１において未利用の燃料の燃焼により生成された燃焼排ガス中に含まれる有害成分を除去する燃焼触媒部１１と、燃料電池ユニット１から排出された燃焼排ガスを流通させる燃焼排ガス経路４と、燃焼排ガス経路４に接続され、水添脱硫部１０および燃焼触媒部１１の少なくとも一部を取り囲むように第２断熱部６ａが設けられた燃焼排ガス容器６とを備え、燃焼排ガス経路４を通じて流入してきた燃焼排ガスにより所定の温度に加熱されるように水添脱硫部１０および燃焼触媒部１１が燃焼排ガス容器６内に配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を利用して、原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫部と、
第１断熱部に覆われた筐体を有し、前記水添脱硫部により硫黄化合物が除去された原料を改質して得られた燃料と、供給された発電用空気とを用いて発電する燃料電池ユニットと、
前記燃料電池ユニットにおいて未利用の燃料の燃焼により生成された燃焼排ガス中に含まれる有害成分を除去する燃焼触媒部と、
前記燃料電池ユニットから排出された燃焼排ガスを流通させる燃焼排ガス経路と、
前記燃焼排ガス経路に接続され、前記水添脱硫部および前記燃焼触媒部の少なくとも一部を取り囲むように第２断熱部が設けられた燃焼排ガス容器と、を備え、
前記燃焼排ガス経路を通じて流入してきた燃焼排ガスにより所定の温度に加熱されるように前記水添脱硫部および前記燃焼触媒部が前記燃焼排ガス容器内に配置される燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池ユニットは、
前記水添脱硫部により脱硫された原料を改質して燃料を生成する改質部と、
前記燃料と前記発電用空気とを利用して電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池で未利用の燃料を燃焼する燃焼部と、を備え、これらを内部に組み込んだホットモジュールである請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃焼排ガス容器は、
前記燃焼排ガスが流通する、前記水添脱硫部を収容する空間である水添脱硫室と、
前記燃焼排ガスが流通する、前記燃焼触媒を収容する空間である燃焼触媒室と、
前記水添脱硫室と前記燃焼触媒室とが連通するように、両者の境界を確定する壁面に形成された連通口と、を備え、
前記燃焼触媒部は、前記連通口を塞ぐように前記燃焼触媒室内に設けられる請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃焼触媒室には、前記燃焼触媒部を通過した燃焼排ガス、またはこの燃焼触媒部を通過する前の燃焼排ガスが、この燃焼触媒部の外周を流通するように流通路が設けられている請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水添脱硫部は、原料を流通させる配管によって直列に接続された、複数の水添脱硫部から構成される、請求項１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】
前記燃焼触媒室は、前記燃焼排ガス容器の外部から該燃焼触媒室内にアクセスできるように着脱可能な蓋部を備え、
前記燃焼触媒部は、前記燃焼触媒室に着脱可能に設けられている請求項３から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
制御部と、
前記燃焼排ガス容器に冷却用空気を供給する空気供給部と、
前記燃焼排ガス容器内の燃焼排ガスの温度を検出する燃焼排ガス温度検出部と、
設定された、前記燃焼排ガス容器内における前記燃焼排ガスの上限温度である焼排ガス上限温度を記憶する記憶装置と、を備え、
前記制御部は、前記燃焼排ガス温度検出部で検出された温度が、前記記憶装置に記憶された前記燃焼排ガス上限温度以下となるように、前記空気供給部によって前記燃焼排ガス容器内に供給される冷却用空気の流量を調節する請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
制御部と、
前記燃焼排ガス容器に冷却用空気を供給するための空気供給部と、
前記水添脱硫部の温度を検出する水添脱硫部温度検出部と、
設定された、前記燃焼排ガス容器内における前記水添脱硫部の上限温度である水添脱硫部上限温度を記憶する記憶装置と、を備え、
前記制御部は、前記水添脱硫部温度検出部で検出される温度が前記水添脱硫部上限温度以下となるように、前記空気供給部によって前記燃焼排ガス容器内に供給される冷却用空気の流量を調節する請求項１から６のいずれか１項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、原料中の硫黄化合物を除去する脱硫部と、燃料電池から排出される燃焼排ガス中の有害成分（例えば、一酸化炭素および炭化水素成分）を酸化分解させる燃焼触媒部とを備えた燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは小型でも発電効率が高いため、分散型発電システムにおける発電部としての利用が進められている。燃料電池システムをこの発電部として機能させるためには、発電に必要な原料を燃料電池システムに安定的に供給する必要がある。一般的に、燃料電池システムに供給する原料としては、既存のインフラストラクチャーから供給される天然ガス（都市ガス）、ＬＰＧ、ガソリン、灯油等が挙げられる。
【０００３】
ところで、このような原料には、例えば、ガス漏れを検知するための付臭剤として硫黄化合物や、原料由来の硫黄化合物が含まれている。この硫黄化合物は、原料を改質して燃料を生成する改質器の改質触媒、および燃料電池の電極触媒を被毒させ、それらの性能を低下させてしまう。そこで、燃料電池システムでは、原料中の硫黄成分を除去するために脱硫触媒を有した脱硫部が設けられている。
【０００４】
ところで、脱硫部の脱硫触媒には、温度依存性があるものがあり、その一例として、水添脱硫（水素化脱硫）処理に用いられる水添脱硫触媒が挙げられる。そこで、この水添脱硫触媒を有する脱硫部の脱硫性能を高めるため、燃料電池または改質器から排出される輻射熱および伝熱等の排熱を脱硫部の加熱に使用する燃料電池システム（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１参照）。
【０００５】
さらには、燃料電池で未利用の燃料を燃焼させ、その燃焼熱を回収して、改質器での改質反応、ならびに燃料電池に供給する発電用空気の予熱、脱硫部の加熱等に用いる構成を採用した燃料電池システム（固体酸化物形燃料電池システム）も提案されている。このように未利用の燃料の燃焼熱を加熱に用いる構成を有した燃料電池システムの場合、この未利用の燃料を燃焼させて発生させた燃焼排ガス中には、一酸化炭素などの有害成分が含まれてしまう。そこで、燃焼排ガスを外気に排気する前にこの燃焼排ガス中の一酸化炭素などの有害成分を酸化分解させるために燃焼触媒を備えた燃料電池システム（固体酸化物形燃料電池システム）も提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
この特許文献２に開示された燃料電池システムでは、高温で作動する燃料電池の近傍に脱硫部を配置して加熱させるとともに、燃料電池で発生する燃焼排ガス中に含有する一酸化炭素などを低減させるため、燃焼排ガスを排出させる排出口に燃焼触媒部を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２７２３３３号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１６３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、燃料電池システムでは、発電効率と熱利用とを含めた総合効率を向上させることが望まれている。燃料電池システムにおける総合効率を向上させるためには、燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素などの有害成分を除去しつつ、脱硫部において硫黄成分が適切に取り除かれることが重要である。
【０００９】
ここで、この脱硫部の脱硫性能を向上させるためには、脱硫部の水添脱硫触媒が所定温度となるように加熱する必要がある。そこで、燃料電池システムにおいて熱利用を向上させつつ、水添脱硫触媒を加熱させるために燃焼排ガスが有する熱エネルギーを、この水添脱硫触媒の加熱に有効利用することが求められる。さらにまた、この燃焼排ガスに含有される一酸化炭素などの有害成分を適切に除去するためには、燃焼触媒部の燃焼触媒を所定温度となるように加熱する必要がある。そこで、燃焼排ガスが有する熱エネルギーを、この脱硫部の加熱にもさらに有効利用することが求められる。
【００１０】
しかしながら特許文献１、２に係る燃料電池システムは、燃焼排ガスの熱利用性を向上させるとともに、安定して動作することができないという問題がある。
【００１１】
本発明は、従来の課題を解決するもので、燃焼排ガスの熱利用性を向上させるとともに、安定して動作することができ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】
【００１２】
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、水素を利用して、原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫部と、第１断熱部に覆われた筐体を有し、前記水添脱硫部により硫黄化合物が除去された原料を改質して得られた燃料と、供給された発電用空気とを用いて発電する燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットにおいて未利用の燃料の燃焼により生成された燃焼排ガス中に含まれる有害成分を除去する燃焼触媒部と、前記燃料電池ユニットから排出された燃焼排ガスを流通させる燃焼排ガス経路と、前記燃焼排ガス経路に接続され、前記水添脱硫部および前記燃焼触媒部の少なくとも一部を取り囲むように第２断熱部が設けられた燃焼排ガス容器と、を備え、前記燃焼排ガス経路を通じて流入してきた燃焼排ガスにより所定の温度に加熱されるように前記水添脱硫部および前記燃焼触媒部が前記燃焼排ガス容器内に配置される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は以上に説明したように構成され、燃料電池システムは、燃焼排ガスの熱利用性を向上させるとともに、安定して動作することができるという効果を奏する。
【００１４】
本発明に係る
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの概略構成の一例を模式的に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燃料電池ユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す燃焼排ガス容器内の構造の一例を模式的に示した図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る燃料電池システムが備える水添脱硫部の概略構成の一例を模式的に示した図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る燃料電池システムが備える水添脱硫部の変形例の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１の変形例１に係る燃料電池システムにおける燃焼排ガス容器の構成を模式的に示す図である。
【図７】本発明の実施形態１の変形例２に係る燃料電池システムにおける燃焼排ガス容器の構成を模式的に示す図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る燃料電池システムが備える燃焼排ガス容器内の構造の一例を模式的に示した図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る燃料電池システムにおける空気供給判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システムが備える燃焼排ガス容器内の構造の一例を模式的に示した図である。
【図１１】本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システムにおける空気供給判定処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明では以下に示す態様を提供する。
【００１７】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、水素を利用して、原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫部と、第１断熱部に覆われた筐体を有し、前記水添脱硫部により硫黄化合物が除去された原料を改質して得られた燃料と、供給された発電用空気とを用いて発電する燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットにおいて未利用の燃料の燃焼により生成された燃焼排ガス中に含まれる有害成分を除去する燃焼触媒部と、前記燃料電池ユニットから排出された燃焼排ガスを流通させる燃焼排ガス経路と、前記燃焼排ガス経路に接続され、前記水添脱硫部および前記燃焼触媒部の少なくとも一部を取り囲むように第２断熱部が設けられた燃焼排ガス容器と、を備え、前記燃焼排ガス経路を通じて流入してきた燃焼排ガスにより所定の温度に加熱されるように前記水添脱硫部および前記燃焼触媒部が前記燃焼排ガス容器内に配置される。
【００１８】
上記構成によると、水添脱硫部を備えるため原料から硫黄化合物が除去された原料を燃料電池ユニットに供給することができる。このため、原料に含まれる硫黄化合物に起因して燃料電池ユニットが性能低下することを防ぐことができる。また、燃焼触媒部を備えるため、燃焼排ガスから一酸化炭素などの有害成分を取り除いて外部に排出することができる。
【００１９】
また、第２断熱部が設けられた燃焼排ガス容器を備えるため、その内部を流通する燃焼排ガスの温度を一定に保つことができる。また、この第２断熱部は水添脱硫部および燃焼触媒部の少なくとも一部を取り囲んでいるため、水添脱硫部および燃焼触媒部を、一定の温度に保たれた燃焼排ガスにより加熱することができる。
【００２０】
このように水添脱硫部および燃焼触媒部を一定の温度で安定して加熱させることができるため、原料中の硫黄化合物、ならびに燃焼排ガス中の一酸化炭素などの有害成分を安定的に低減させることができる。
【００２１】
さらにまた、水添脱硫部および燃焼触媒部を別途、異なる空間内で燃焼排ガスにより別々に加熱する構成と比較して、放熱を抑制することができる。
【００２２】
したがって、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、燃焼排ガスの熱利用性を向上させるとともに、安定して動作することができるという効果を奏する。
【００２３】
本発明の第２の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１の態様において、前記燃料電池ユニットは、前記水添脱硫部により脱硫された原料を改質して燃料を生成する改質部と、前記燃料と前記発電用空気とを利用して電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池で未利用の燃料を燃焼する燃焼部と、を備え、これらを内部に組み込んだホットモジュールであってもよい。
【００２４】
本発明の第３の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１または第２の態様において、前記燃焼排ガス容器は、前記燃焼排ガスが流通する、前記水添脱硫部を収容する空間である水添脱硫室と、前記燃焼排ガスが流通する、前記燃焼触媒を収容する空間である燃焼触媒室と、前記水添脱硫室と前記燃焼触媒室とが連通するように、両者の境界を確定する壁面に形成された連通口と、を備え、前記燃焼触媒部は、前記連通口を塞ぐように前記燃焼触媒室内に設けられる構成であってもよい。
【００２５】
上記構成によると、水添脱硫室および燃焼触媒室を備えるため、これらの内部を燃焼排ガスが流通することで、この燃焼排ガスが有する熱により水添脱硫部および燃焼触媒部を加熱することができる。
【００２６】
また、連通口を備え、この連通口を塞ぐように燃焼触媒が燃焼触媒室内に設けられている。ここで、連通口は、燃焼触媒室から水添脱硫室へ、もしくは水添脱硫室から燃焼触媒室へ燃焼排ガスが移動する際、必ず通過する部分である。このため、燃焼排ガス容器内を流通する燃焼排ガスは、この燃焼排ガス容器外に出るまでに一酸化炭素などの有害成分の除去を行うことができる。
【００２７】
本発明の第４の態様に係る燃料電池システムは、上記した第３の態様において、前記燃焼触媒室には、前記燃焼触媒部を通過した燃焼排ガス、またはこの燃焼触媒部を通過する前の燃焼排ガスが、この燃焼触媒部の外周を流通するように流通路が設けられた構成であってもよい。
【００２８】
上記構成によると、燃焼触媒部の外周を流通する流通路が設けられているため、燃焼触媒部をその外周から加熱することができる。さらに、燃焼排ガスがこの燃焼触媒部を通過する際に燃焼触媒部の内部を加熱することができる。このように燃焼触媒の外周および内部から加熱することができるため、燃焼触媒部を全体的に均一に加熱させることができる。
【００２９】
本発明の第５の態様は、上記した第１から第４の態様のいずれか１つの態様において、前記水添脱硫部は、原料を流通させる配管によって直列に接続された、複数の水添脱硫部から構成されてもよい。
【００３０】
上記構成によると、水添脱硫部は、原料を流通させる配管によって直列に接続されている複数の水添脱硫部から構成されているため、仮に１つ目の水添脱硫部における原料が偏流して水添脱硫反応が不均一に進行した場合であっても、配管を通して２つ目の水添脱硫部に原料が供給されることで原料の混合を促進させることができる。このため、原料中の硫黄化合物の濃度の不均一性を解消させつつ、２つ目の水添脱硫器でさらなる脱硫を行うことができる。
【００３１】
本発明の第６の態様は、上記した第３から第５の態様のいずれか１つの態様において、前記燃焼触媒室は、前記燃焼排ガス容器の外部から該燃焼触媒室内にアクセスできるように着脱可能な蓋部を備え、前記燃焼触媒部は、前記燃焼触媒室に着脱可能に設けられていてもよい。
【００３２】
上記構成によると、燃焼触媒室は蓋部を備え、燃焼触媒部が燃焼触媒室に着脱可能に設けられているため、例えば作業者などは、燃焼触媒室内に設けられた燃焼触媒部を容易に取り出すことができる。
【００３３】
本発明の第７の態様は、上記した第１から第６の態様のいずれか１つの態様において、制御部と、前記燃焼排ガス容器に冷却用空気を供給する空気供給部と、前記燃焼排ガス容器内の燃焼排ガスの温度を検出する燃焼排ガス温度検出部と、設定された、前記燃焼排ガス容器内における前記燃焼排ガスの上限温度である焼排ガス上限温度を記憶する記憶装置と、を備え、前記制御部は、前記燃焼排ガス温度検出部で検出された温度が、前記記憶装置に記憶された前記燃焼排ガス上限温度以下となるように、前記空気供給部によって前記燃焼排ガス容器内に供給される冷却用空気の流量を調節するように構成されていてもよい。
【００３４】
上記構成によると、空気供給部と燃焼排ガス温度検出部と燃焼排ガス上限温度を記憶した記憶装置とを備えているため、燃焼排ガス容器内の燃焼排ガス温度を燃焼排ガス上限温度以下とすることができる。
【００３５】
このため、燃料電池ユニットの動作条件や、周囲の環境温度により、燃焼排ガスの温度が高くなり、水添脱硫触媒および燃焼触媒それぞれが劣化してしまうことを防止することができる。
【００３６】
本発明の第８の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１から第６の態様のいずれか１つの態様において、制御部と、前記燃焼排ガス容器に冷却用空気を供給するための空気供給部と、前記水添脱硫部の温度を検出する水添脱硫部温度検出部と、設定された、前記燃焼排ガス容器内における前記水添脱硫部の上限温度である水添脱硫部上限温度を記憶する記憶装置と、を備え、前記制御部は、前記水添脱硫部温度検出部で検出される温度が前記水添脱硫部上限温度以下となるように、前記空気供給部によって前記燃焼排ガス容器内に供給される冷却用空気の流量を調節するように構成されていてもよい。
【００３７】
上記構成によると、空気供給部と水添脱硫部温度検出部と水添脱硫部上限温度を記憶した記憶装置とを備えているため、燃焼排ガス容器内の水添脱硫部を、設定されている上限温度以下とすることができる。
【００３８】
このため、燃料電池ユニットの動作条件や、周囲の環境温度により、燃焼排ガスの温度が高くなることで水添脱硫部が設定された上限温度を超えてしまい、水添脱硫触媒が劣化してしまうことを防止することができる。さらにまた、水添脱硫触媒が劣化しない温度範囲となるように燃焼排ガスの温度を制御することができるため、水添脱硫触媒よりも動作温度範囲が大きい脱硫触媒も劣化しない温度範囲とすることができる。
【００３９】
（実施形態１）
［燃料電池システムの構成］
実施形態１に係る燃料電池システム１００の構成について、図１、２を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム１００の概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。また、図２は、図１に示す燃料電池システム１００が備える燃料電池ユニット１の概略構成を示すブロック図である。
【００４０】
燃料電池システム１００は、発電部となる燃料電池ユニット１と、水添脱硫部１０および燃焼触媒部１１を収容する燃焼排ガス容器６と、を備えてなる構成である。
【００４１】
燃料電池ユニット１は、第１断熱部１ａに覆われた筐体１ｂを有し、水添脱硫部１０により硫黄化合物が除去された原料を改質して得られた燃料と、供給された発電用空気とを用いて発電する。燃料電池ユニット１は、図２に示すように、水添脱硫部１０により脱硫された原料を改質して燃料を生成する改質部３１と、燃料と発電用空気とを利用して電気化学反応により発電する燃料電池３２と、燃料電池３２で未利用の燃料を燃焼する燃焼部３３と、を備えてなる構成である。すなわち、燃料電池ユニット１は、改質部３１と燃料電池３２と燃焼部３３とを内部に組み込んだいわゆるホットモジュールである。本実施形態では燃料電池３２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、これに限定されるものではない。
【００４２】
燃料電池ユニット１では、図１に示すように筐体１ｂの壁面に第１断熱部１ａが設けられている。このため、燃料電池ユニット１は、燃焼部３３の燃焼により生成された燃焼排ガスの熱が外部へ放熱することを防ぐことができる。それゆえ、燃料電池ユニット１内では、燃焼排ガスの熱を改質部３１の改質反応等に有効に利用することができる。なお、この燃料電池ユニット１が備える上記した各部は、公知の部材であるため、これら各部材の詳細な説明は省略するものとする。
【００４３】
燃料電池ユニット１には、発電用空気を外部から供給するカソードガス供給経路２が接続されている。また、燃料電池ユニット１と燃焼排ガス容器６との間には、燃料電池ユニット１から排気された燃焼排ガスを燃焼排ガス容器６へと流通させる燃焼排ガス経路４と、燃焼排ガス容器６の水添脱硫部１０により脱硫された原料を、この燃焼排ガス容器６から燃料電池ユニット１の改質部３１へと流通させる脱硫後原料供給経路５とが接続されている。さらに、改質部３１が水蒸気改質により原料を改質する構成の場合、外部から水を供給するための水経路（不図示）が改質部３１に接続されていてもよい。さらにまた、燃料電池ユニット１から燃料（改質ガス）の一部を原料供給経路９の途中に戻すためのリサイクル経路７が設けられている。このため、燃料排ガス容器６には、燃料電池ユニット１から戻された水素リッチな燃料と原料とが混合され流入することとなる。
【００４４】
燃焼排ガス容器６は、燃焼排ガス経路４に接続され、水添脱硫部１０および燃焼触媒部１１をともに取り囲むように第２断熱部６ａが設けられた構成となっている。そして、燃焼排ガス経路４を通じて流入してきた燃焼排ガスにより所定の温度に加熱されるように水添脱硫部１０および燃焼触媒部１１が燃焼排ガス容器６内に配置されている。また、燃焼排ガス容器６には、燃焼排ガス経路４を通じて流入した燃焼排ガスを外部へと排気するための排ガス排気経路８が接続されている。さらに、燃焼排ガス容器６の水添脱硫部１０には、外部から供給された原料をこの水添脱硫部１０に導くための原料供給経路９が接続されている。ここで外部から供給される原料としては、天然ガスを主成分とする都市ガスが挙げられる。
【００４５】
なお、上記した燃料電池ユニット１では、改質部３１を備え、この改質部３１が、水添脱硫部１０により硫黄化合物が除去された原料を改質するように構成されているがこれに限定するものではない。例えば。燃料電池３２は作動温度が７００から１０００℃と高温であるため、燃料極の主成分であるニッケルの触媒作用によって燃料電池３２内で水蒸気改質（内部改質）を行う構成としてもよい。このように内部改質を行う構成の場合、リサイクル経路７の代わりに、例えば、外部から原料供給経路９に水素を導く経路を備え、原料に水素を供給できる構成とする必要がある。
【００４６】
[燃焼排ガス容器]
次に、上述した図３を参照して、燃焼排ガス容器６の構成について説明する。図３は、図１に示す燃焼排ガス容器６内の構造の一例を模式的に示した図である。
【００４７】
図３に示すように燃焼排ガス容器６は、燃焼排ガスが流通するように互いに連通した、水添脱硫部１０を収容する空間である水添脱硫室６０と、燃焼触媒１１を収容する空間である燃焼触媒室６１と、水添脱硫室６０と燃焼触媒室６１とが連通するように、両者の境界を確定する壁面に形成された連通口６４と、を備えている。そして、燃焼触媒部１１は、この連通口６４を塞ぐように燃焼触媒室６１内に設けられる。
【００４８】
また、燃焼排ガス容器６は、その外形を形成する壁面に第２断熱部６ａが設けられた直方体形状の容器であり、燃焼排ガス容器６内には水添脱硫部１０と燃焼触媒部１１とがこの第２断熱部６ａによって取り囲まれるように配置されている。すなわち、水添脱硫部１０と燃焼触媒１１とはともにこの第２断熱部６ａによって囲まれていればよく、必ずしも、図３に示すような直方体形状となる必要はない。例えば、燃焼排ガス容器６は円柱形状であってもよい。あるいは、直方体形状に形成された水添脱硫室６０の上に直方体形状の燃焼触媒室６１のみが突出し凸部を形成するような形状であってもよい。
【００４９】
さらにまた、燃料電池ユニット１と燃焼排ガス容器６とを接触させて配置した構成とすることもできる。燃料電池ユニット１と燃焼排ガス容器６とを接触させて配置した構成とする場合、燃料電池ユニット１と燃焼排ガス容器６との間の断熱部を共有化させることができる。すなわち、燃料電池ユニット１と燃焼排ガス容器６とを接触させるように構成した場合、燃焼排ガス容器６の燃料電池ユニット１と接する側に配置される断熱部を、燃料電池ユニット１を構成する断熱部と共有化する。このように燃料電池システム１０を構成した場合は、燃焼排ガス容器６の第２断熱部６ａと燃料電池ユニット１の第１断熱部１ａとによって水添脱硫部１０と燃焼触媒部１１とが囲まれることとなる。
【００５０】
このように燃料電池システム１００を、燃料電池ユニット１と燃焼排ガス容器６とを接触させた構成とした場合、上述したように断熱部の共有化を図ることができるため、構成の簡素化を図ることができる。
【００５１】
図３に示すように、燃焼排ガス容器６の内部は、少なくとも水添脱硫室６０と燃焼触媒室６１とに区切られ、両者は、連通口６４を通じて燃焼排ガスが流通できるように構成されている。そして、水添脱硫室６０には、水添脱硫部１０が配置され、燃焼触媒室６１には燃焼触媒部１１が配置されている。
【００５２】
燃焼排ガス容器６には、燃料電池ユニット１から排気される燃焼排ガスが流通する燃焼排ガス経路４が燃焼排ガス入口部６２に接続されており、この燃焼排ガス入口部６２を介して内部に燃焼排ガスが流入する構成となっている。流入した燃焼排ガスは、水添脱硫室６０内に導かれ、水添脱硫部１０の外周を流通する。すなわち、水添脱硫室６０の壁面と水添脱硫部１０の外周面との間に燃焼排ガスが流通するように流通路６０ａが形成されており、この流通路６０ａを通じて燃焼排ガスが水添脱硫部１０の外周を万遍なく流通する。これにより、水添脱硫部１０は燃焼排ガスにより全体的に均一に加熱される。
【００５３】
また、水添脱硫室６０内には、原料供給経路９が挿通されており、この原料供給経路９は水添脱硫室６０の流通路６０ａ内で引き回され、この水添脱硫部１０に接続されている。このため、原料供給経路９を流通する原料は、水添脱硫部１０の外周を流通する燃焼排ガスによって加熱（予熱）される。このようにして、水添脱硫室６０を流通した燃焼排ガスは、隣接する燃焼触媒室６１内へと導かれる。
【００５４】
燃焼排ガス容器６内において、水添脱硫室６０と燃焼触媒室６１とを区切る壁面に上述した連通口６４が形成されており、この連通口６４に燃焼触媒部１１が取り付けられている。このため、燃焼触媒室６１へと導かれる燃焼排ガスは必ず燃焼触媒部１１を通過し、燃焼触媒室６１内へと流入することとなる。このため、燃焼排ガスは、一酸化炭素などの有害成分が燃焼触媒部１１によって除去された状態で、燃焼触媒室６1内へと流入する。
【００５５】
つまり、燃料電池ユニット１において未利用の燃料と発電用空気とを燃焼させ、生成された燃焼排ガスには、微量の一酸化炭素などの有害成分を含む場合がある。これは、燃焼排ガスは、燃焼部３３による火炎燃焼によって生成されるが、この火炎燃焼における燃焼条件は、該燃焼部３３が設けられる燃料電池３２の動作条件を考慮して設定される。このため、未利用の燃料と発電用空気とが完全燃焼しない場合があるからである。そこで、燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素などの有害成分を、燃焼触媒部１１での酸化分解により低減させる。
【００５６】
燃焼触媒室６１内では、図２に示すように、この燃焼触媒室６１の壁面と燃焼触媒部１１の外周面との間に、燃焼触媒部１１の外周を覆うように、流通路６１ａが形成されている。そして、この流通路６１ａを流通する燃焼排ガスと脱硫触媒部１５を流通する燃焼排ガスとによって、燃焼触媒部１１を全体的に均一に加熱することができる。
【００５７】
燃焼触媒部１１の外周を流通した燃焼排ガスは、燃焼排ガス容器６の燃焼排ガス出口６３を介して排ガス排気経路８に導かれ、外部へと排気される。
【００５８】
なお、本実施の形態１では、燃焼触媒部１１を、燃焼排ガス容器６内部に配置する構成とした。この構成により、第２断熱部６ａによって水添脱硫部１０とともに燃焼触媒部１１は断熱されるので、両者における放熱を抑制することができ、燃料電池ユニット１の効率を向上させることができる。
【００５９】
また、燃焼触媒部１１を、上述のように燃焼排ガス容器６内部に設ける構成でなく、燃焼排ガス容器６の外部に近接させて配置し、第２断熱部６ａによって水添脱硫部１０とともに断熱する構成とすることもできる。このように構成した場合、燃焼触媒室６１は、燃焼排ガス容器６内部に設けられない構成となるが、第２断熱部６ａによって水添脱硫部１０とともに断熱されるので、放熱を抑制することができる。
【００６０】
[水添脱硫部の構成]
次に、図４、５を用いて、水添脱硫室６０内に備えられる水添脱硫部１０の構成について説明する。図４は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム１００が備える水添脱硫部１０の概略構成の一例を模式的に示した図である。図５は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム１００が備える水添脱硫部１０の変形例の一例を示す図である。
【００６１】
水添脱硫部１０は、原料中の硫黄化合物を除去するものである。上述したように、水添脱硫部１０に流入する原料には、リサイクル経路７を通じて燃料電池ユニット１から送出された燃料（改質ガス）が含まれている。そこで、水添加脱硫部１０では、最適な温度で水添脱硫触媒１２を加熱し、この加熱された水添脱硫触媒１２上で燃料に含まれる水素と原料に含まれる硫黄化合物とを反応させて、この硫黄化合物を除去する。なお、水素添脱硫部１０は、Ｃｕ系の脱硫触媒であり、その最適な温度は約２００〜３００℃となる。
【００６２】
水添脱硫部１０は、図４に示すように、筐体１８内の略中央部分に鉛直方向に配された仕切り板１７が設けられ、この仕切り板１７を軸として左右対称となるように２つの領域が形成されている。また、この仕切り板１７の下端には仕切られた２つの領域の間で連通するように連通部１４が設けられている。図４において仕切り板１７の左側に形成された領域の上面には原料供給経路９が接続され、仕切り板１７の右側に形成された領域の上面には脱硫後原料供給経路５が接続されている。
【００６３】
筐体１８内には、図４に示すように水添脱硫触媒１２が充填されているが、筐体１８内上方側に、水添脱硫触媒１２を充填しない空間である緩衝部１３が設けられている。この緩衝部１３は、原料供給経路９を流通してきた原料が一様に水添脱硫触媒１２中を流通できるようにするために設けられている。例えば、水添脱硫触媒１２が筐体１８内全部を満たすように充填された場合、原料の流入口と近接する部分からのみ水添脱硫触媒１２内に原料が流入するため、原料が水添脱硫触媒１２全体を流通せず、脱硫効果が低減してしまう。
【００６４】
水添脱硫部１０内に原料が流入すると、原料は図４における仕切り板１７の左側の領域に充填されている水添脱硫触媒１２を通過し、連通部１４を介して仕切り板１７の右側の領域に充填されている水添脱硫触媒１２に至る。このように水添脱硫触媒１２を通過して脱硫された原料は、筐体１８内の上方側に設けられた緩衝部１３を介して、水添脱硫部１０に接続されている脱硫後原料供給経路５に導かれる。そして、この脱硫後の原料は燃料電池ユニット１に送出される。
【００６５】
[燃焼触媒部の構成]
次に、上述した燃焼触媒室６１内に設けられる燃焼触媒部１１について図５を参照して説明する。図５は、本実施の形態に係る燃焼排ガス容器６の燃焼触媒室６１およびその内部に設けられた燃焼触媒部１１の構成の一例を模式的に示した図である。
【００６６】
燃焼触媒部１１は、燃料電池ユニット１において未利用の燃料の燃焼により生成された燃焼排ガス中に含まれる水素および有害成分（例えば、一酸化炭素および炭化水素等）を除去するものである。燃焼触媒部１１は、Ｐｔ系貴金属触媒をハニカム状のセラミックに担持させた燃焼触媒１５と、この燃焼触媒１５を、連通口６４を塞ぐように固定させる触媒固定部２０とを備えている。
【００６７】
燃焼触媒１５は、燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素などの有害成分を酸化分解させ取り除くための触媒である。
【００６８】
触媒固定部２０は燃焼触媒部１１の側部に周設され、この燃焼触媒部１１を固定する触媒固定面と、燃焼触媒室６１の連通口６４の周りの壁面と当接し、この触媒固定部２０をこの壁面に取着するための燃焼触媒室取着面とを備えている。この燃焼触媒室取着面を燃焼触媒室６１の壁面に対して、ねじ止めすることで、触媒固定部２０を燃焼触媒室６１内に着脱可能とすることができる。
【００６９】
また、燃焼触媒室６１は、燃焼排ガス容器６の外部からこの燃焼触媒室６１内に作業者がアクセスできるように着脱可能となった蓋部６５を備えている。より具体的には、図５に示すように、燃焼触媒室６１では、断熱部６ａと接する側の壁面の一部が蓋部６５となっている。この蓋部６５は、燃焼触媒室６１にねじ止めされており、必要に応じて、蓋部６５と、この蓋部６５と接する断熱部６ａ部分とを一緒に取り外すことができる。それゆえ、蓋部６５と断熱部６ａの一部とを燃焼触媒室６１から取り外すことで、例えば作業者等は、燃焼触媒室６１内にアクセスすることができる。このため、作業者等は、燃焼触媒室６１内に設けられた燃焼触媒部１１を容易に取り出すことができる。
【００７０】
また、上記したように、水添脱硫室６０から流入してきた燃焼排ガスは、この燃焼触媒１５を通過して一酸化炭素などの有害成分が取り除かれた後、燃焼触媒室６１内の流通路６１ａを流通して燃焼触媒部１１を加熱し、燃焼排ガス出口６３を介して排ガス排気経路８に導かれ、外部へと排気される。このため、燃焼触媒部１１を通過した燃焼排ガスの熱により燃焼触媒部１１をその周囲から加熱するとともに燃焼排ガスの通過時に燃焼排ガスの熱により燃焼触媒部１１の内部を加熱することができる。それゆえ、燃焼触媒部１１を、燃焼排ガスの熱により全体的に均一に加熱することができる構成となっている。
【００７１】
なお、上記した水添脱硫室６０および燃焼触媒室６１はともにその外周を断熱部６ａにより覆われているため、これらの室を流通する燃焼排ガスの温度はほぼ一定となる。また、水添脱硫室６０における水添脱硫触媒１２の最適な温度条件は、上述したように約２００〜３００℃の範囲、特には約２５０℃である。
【００７２】
一方、燃焼触媒部１１において一酸化炭素などの有害成分の濃度低減を効果的に行うには、燃焼触媒部１１における燃焼触媒１５での酸化反応を常温よりも高い温度で反応させることが望ましい。そこで、本実施の形態では、燃焼排ガスを高温の状態で燃焼触媒１５に送るように構成する。より具体的には、上述したように水添脱硫部１０を２５０℃近傍で加熱するために、燃焼排ガス容器６に導かれる燃焼排ガス温度を２５０℃近傍となるように調整する。その結果、燃焼触媒１５も２５０℃近傍の燃焼排ガスにより加熱することができ、燃焼排ガス中の微量の一酸化炭素などの有害成分を除去できる。
【００７３】
このため、水添脱硫触媒１２と燃焼触媒１５とは、約２５０℃前後を共通する温度条件として設定することができる。それゆえ、実施形態１に係る燃料電池システム１００では約２５０℃前後となるように温度調整した燃焼排ガスを、この燃焼排ガス容器６内に流通させ、水添脱硫触媒１２および燃焼触媒１５を加熱させる。
【００７４】
[燃料電池システムの動作について]
次に、上述した構成を有する燃料電池システム１００の動作について図１、２を参照して説明する。燃料電池ユニット１へは、カソードガス供給経路２を通じて外部から発電用空気が供給される。また、本実施の形態に係る燃料電池システム１００では、改質部３１において水蒸気改質により原料を改質する構成となっている。このため、特に、図示しないがこの水蒸気改質に利用する水も外部から改質部３１に供給される。
【００７５】
さらにまた、脱硫後の原料が脱硫後原料供給経路５を通じて改質部３１に供給される。そして、改質部３１は、供給された水と原料とにより水蒸気改質反応を進行させて水素を含む改質ガスを生成し、燃料として燃料電池３２に供給する。なお、生成した燃料（改質ガス）の一部は、リサイクル経路７を通じて原料供給経路９に戻され、燃焼排ガス器６内の水添脱硫部１０による脱硫処理に利用される。
【００７６】
また、外部から供給された発電用空気は、燃料電池ユニット１内部に設けられた熱交換器（不図示）で、燃焼排ガスとの熱交換により、所望の温度まで予熱され、燃料電池３２に送られる。燃料電池３２では、この供給された発電用空気と燃料とを用いて発電する。発電で余剰となった燃料（改質ガス）と発電用空気は燃焼部３３で燃焼され燃焼排ガスが発生する。この燃焼排ガスの熱は、発電時に燃料電池３２において発生した反応熱とともに、改質部３１による水蒸気改質反応ならびに、熱交換器による発電用空気の予熱に利用される。
【００７７】
燃料電池ユニット１で生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路４を通して燃焼排ガス容器６に送られる。燃焼排ガス容器６に送られた燃焼排ガスは、水添脱硫室６０に送られ、水添脱硫室６０に設けられた水添脱硫部１０の周囲、ならびに水添脱硫室６０に挿通されている原料供給経路９の周囲を流通し、燃焼触媒室６１に送られる。本実施の形態１の水添脱硫部１０では、前記のようにＣｕ系の水添脱硫触媒１２が充填されており、２５０℃近傍で反応させ、原料中の硫黄化合物を除去する。そのため、燃焼排ガス容器６に送る燃焼排ガスの温度は２５０℃近傍となるように調整されている。
【００７８】
具体的には、原料供給経路９の管面および水添脱硫部１０の壁面を熱交換面として、原料供給経路９を流れる原料、水添脱硫部１０を流れる原料、および水添脱硫触媒１２を燃焼排ガスで加熱する。このように、原料供給経路９を流れる原料を加熱して水添脱硫部１０に導入できるので、原料を予熱しない場合と比較して入口に位置する水添脱硫触媒１２を高温にできる。また、水添脱硫部１０の外周全体を燃焼排ガスで加熱するので、水添脱硫部１０に設けた水添脱硫触媒１２を均一に加熱することができる。
【００７９】
上記のように本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、燃焼排ガス容器６内に水添脱硫部１０と燃焼触媒部１１とを一緒に収容する構成をとることで、別々の容器でそれぞれ個別に加熱する構成とするよりも放熱を抑制できる。このため、燃料電池システム１００での熱利用性を向上させ、発電効率も向上させることができる。また、燃焼触媒部１１における温度も一定の温度（約２５０℃）とすることができるので、燃焼排ガス中の一酸化炭素などの有害成分を安定的に低減させることができる。
【００８０】
なお、燃焼触媒室６１を流通した燃焼排ガスは、燃焼排ガス容器６から排出される。燃焼排ガス容器６から排出された後の燃焼排ガスの熱は、さらに熱利用される構成であってもよい。たとえば、燃焼排ガス容器６から排出された後の燃焼排ガスの有する熱を利用するために、排ガス経路８の下流側に、原料の予熱や発電用空気の予熱用の熱交換器をさらに設けた構成としても良い。
【００８１】
（変形例１）
次に図６を参照して燃料電池システム１００の変形例（変形例１）について説明する。図６は、本発明の実施形態１の変形例１に係る燃料電池システム１００における燃焼排ガス容器６の構成を模式的に示す図である。
【００８２】
図３に示すように、上記した燃焼排ガス容器６では、水添脱硫室６０内に水添脱硫部１０を１つ備える構成であった。しかしながら、水添脱硫室６０内に備える水添脱硫部１０の数は１つに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、水添脱硫室６０において複数（図６では２つ）の水添脱硫部１０が、原料を流通させる配管１９によって直列に接続した構成としてもよい。
【００８３】
すなわち、図６では、水添脱硫室６０内を鉛直方向に配置した仕切り板により２分し、それぞれの領域に水添脱硫部１０が設けられる。また、この仕切り板の下方は開口しており、図６に示す水添脱硫室６０おいて右側の領域から左側の領域に燃焼排ガスが流通できるように構成されている。そして、各水添脱硫部１０と、該水添脱硫部１０が設けられる領域を画定する壁面との間に燃焼排ガスの流通路６０ａが設けられ、この流通路６０ａを燃焼排ガスが流通する。これにより水添脱硫部１０の外周全体を燃焼排ガスが有する熱により加熱することができる。
【００８４】
また、このように水添脱硫部１０を複数（２つ）備える構成の場合、仮に１つ目の水添脱硫部１０における原料の流れが偏流して水添脱硫反応が不均一に進行した場合であっても、配管１９を通して２つ目の水添脱硫部１０に原料が供給されることで原料の混合が促進される。このため、原料中の硫黄化合物の濃度の不均一性を解消させつつ、２つ目の水添脱硫器でさらなる脱硫を行うことができる。なお、配管１９により直列に接続される水添脱硫部１０の個数はこの２つに限定されるものではなく、３つ以上としてもよい。
【００８５】
（変形例２）
次に図７を参照して実施形態１に係る燃料電池システム１００の変形例（変形例２）につて説明する。図７は、本発明の実施形態１の変形例２に係る燃料電池システム１００における燃焼排ガス容器６の構成を模式的に示す図である。
【００８６】
上記した実施形態１に係る燃焼排ガス容器６では、この燃焼排ガス容器６内に流入してきた燃焼排ガスが、水添脱硫室６０内を流通し、次いで、燃焼脱硫室６１内を流通するように構成されていた。これに対して、実施形態１の変形例２に係る燃焼排ガス容器６では、図７に示すように燃焼触媒室６１を水添脱硫室６０よりも前段、すなわち燃焼排ガスの流れの上流側に設けた構成とした点で異なる。つまり、実施形態１の変形例２に係る燃焼排ガス容器６では、燃焼排ガスは、燃焼触媒室６１を流通し、次いで、水添脱硫室６０を流通する構成となっている。なお、水添脱硫室６０と燃焼触媒室６１との配置が異なる点を除けば実施形態１に係る燃焼排ガス容器６と同様であるため、燃焼排ガス容器６が備える各部の説明は省略する。
【００８７】
このように、燃焼触媒室６１を水添脱硫室６０よりも前段に設けた構成とした場合、燃焼触媒室６１を水添脱硫室６０よりも後段に設けた構成とする場合と比較して、より高温状態の燃焼排ガスと接触することとなるため、一酸化炭素などの有害成分の分解率が向上する。つまり、燃焼排ガス容器６は断熱部６ａにより覆われた構成となっているが、燃焼排ガス容器６からも多少は放熱してしまう。このため、燃焼排ガス容器６内を流通する燃焼排ガスの温度は、燃焼排ガス入口６２から燃焼排ガス出口６３にかけて低下する傾向がある。そこで、燃焼触媒室６１を、水添脱硫室６０よりも前段に設ける構成とすることで、より高温状態で燃焼触媒部１１に燃焼排ガスを流通させることができる。このため、実施形態１の変形例２に係る燃焼触媒室６１は一酸化炭素などの有害成分の低減効果の向上を図ることができる。
【００８８】
（実施形態２）
次に、図８を参照して、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００について説明する。図８は、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００が備える燃焼排ガス容器６内の構造の一例を模式的に示した図である。
【００８９】
実施形態２に係る燃焼排ガス容器６は、図６に示した実施形態１の変形例１に係る燃焼排ガス容器６の構成と比較して以下の点で異なる。すなわち、燃焼排ガス容器６が、空気供給部５０と、燃焼排ガス温度検出部５１と、制御部５２と、をさらに備えた点が異なる。それ以外の構成については、図６に示した実施形態１の変形例１に係る燃焼排ガス容器６の構成と同様であるため、説明は省略する。なお、図８に示す実施形態２に係る燃料電池システム２００は、２つの水添脱硫部１０を直列に接続した構成となっているが、これに限定されるものではなく、図３に示した実施形態１に係る燃焼排ガス容器６の構成と同様に、水添脱硫部１０が１つであってもよい。
【００９０】
空気供給部５０は、燃焼排ガス容器６に冷却用空気を供給するものである。空気供給部５０は、燃焼排ガス容器６の燃焼排ガス入口６２近傍に、冷却空気用経路５３を介して接続されており、制御部５２からの制御指示に応じて、冷却用空気を燃焼排ガス容器６に供給する。なお、この冷却用空気は、発電用空気として燃料電池３２に供給される空気とは異なるものであり、燃料電池３２における発電において直接、消費されるものではない。
【００９１】
燃焼排ガス温度検出部５１は、燃焼排ガス容器６内の燃焼排ガスの温度を検出するものである。燃焼排ガス温度検出部５１は、検出した結果を制御部５２に通知する。なお、本実施形態２に係る燃料電池システム２００では、図８に示すように、燃焼排ガス入口６２から流入してきた燃焼排ガスは、水添脱硫室６０内に流入する前に、燃焼排ガス入口６２と直接、連通する仕切られた室内（空気流入室６６）に流入するように構成されている。そして、この空気流入室６６において、空気供給部５０から送出された冷却用空気と燃焼排ガスとが混合されると水添脱硫室６０に流入する。
【００９２】
そこで、燃焼排ガス容器６では、燃焼排ガス温度検出部５１を、この冷却用空気と燃焼排ガスとが混合されるこの空気流入室６６内に備え、冷却用空気と混合された後の燃焼排ガスの温度を検出できるように構成されている。
【００９３】
制御部５２は、燃焼排ガス温度検出部５１で検出された温度が、燃焼排ガス上限温度以下となるように、空気供給部５０によって燃焼排ガス容器６内に供給される冷却用空気の流量を調節するものである。図８では特に図示していないが、例えばメモリなど不図示の記憶装置に予め、燃焼排ガス容器６内において設定可能な燃焼排ガスの上限温度である燃焼排ガス上限温度が記憶されている。そこで、制御部５２は、燃焼排ガス温度検出部５１から通知された温度が燃焼排ガス上限温度以下となるように、空気供給部５０に指示して、燃焼排ガス容器６に供給する空気流量を調節させる。
【００９４】
ここで、上記した構成を有する実施形態２に係る燃料電池システム２００の動作について図９を参照して説明する。基本的な動作については実施形態１に係る燃料電池システム２００と同様である。このため、実施形態１に係る燃料電池システム２００の動作とは異なる点についてのみ説明し、それ以外については省略する。具体的には、実施形態２に係る燃料電池システム２００において実施される空気供給判定処理について説明する。なお、図９は本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００における空気供給判定処理の一例を示すフローチャートである。
【００９５】
（空気供給判定処理）
具体的には、上述したように不図示の記憶装置には燃焼排ガス上限温度が予め記憶されている。そして、燃焼排ガス入口６２を通じて燃焼排ガス容器６内に燃焼排ガスが流入されると、燃焼排ガス温度検出部５１は、水添脱硫室６０内に流入する前の燃焼排ガス温度を検出する（ステップＳ１１）。そして、燃焼排ガス温度検出部５１は、検出した燃焼排ガスの温度を制御部５２に通知する。
【００９６】
これに対して、制御部５２は、燃焼排ガス温度検出部５１によって検出された燃焼排ガスの温度が記憶装置に記憶されている燃焼排ガス上限温度よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。ここで、制御部５２が、燃焼排ガス上限温度よりも、検出された燃焼排ガス温度の方が大きいと判定した場合（ステップＳ１２において「ＹＥＳ」）、空気供給部５０に指示して、冷却用空気を燃焼排ガス容器６に供給させる。この制御部５２からの指示に応じて、空気供給部５０は、冷却用空気を燃焼排ガス容器６内に供給する（ステップＳ１３）。そして、実施形態２に係る燃料電池システム２００では、ステップＳ１２において、制御部５２が、検出された燃焼排ガス温度が燃焼排ガス上限温度以下であると判定するまで（ステップＳ１２において「ＮＯ」と判定するまで）、ステップＳ１１からステップＳ１３までの処理を繰り返す。
【００９７】
なお、実施形態２に係る燃料電池システム２００では、燃料電池ユニット１の動作条件、例えば、発電電力量を変化させた場合、燃料電池３２の電圧特性が変化し、燃料電池３２での発熱量が変化する。あるいは、燃料電池３２が劣化した場合、この燃料電池３２での発熱量が変化する。あるいは、燃料電池ユニット１を取り巻く環境条件が変化して、周囲の温度が変化した場合、燃料電池ユニット１から排気される燃焼排ガスの温度が変化する。その結果、燃焼排ガスの温度変化の影響を受けて、燃焼排ガス容器６の内部温度が変化し、水添脱硫部１０および燃焼触媒部１１の動作温度が変化することになる。例えば、動作条件の変更または周囲の温度変化により、燃焼排ガスの温度が燃料電池ユニット１の定格運転時よりも高温となった場合、水添脱硫触媒１２および燃焼触媒１５の触媒成分がシンタリングして劣化する可能性がある。
【００９８】
そこで実施形態２では、燃焼排ガス容器６内を流通させる燃焼排ガスの所望の温度の上限値として、予め、燃焼排ガス上限温度を設ける。そして、制御部５２が、予め設定される燃焼排ガス上限温度よりも燃焼排ガス温度検出部５１で検出した燃焼排ガスの温度の方が大きいか否か判定して、燃焼排ガス上限温度を超えないように監視する。
【００９９】
制御部５２は、検出した燃焼排ガス温度が、燃焼排ガス上限温度を超えると判定した場合は、空気供給部５０から燃焼排ガス容器６に冷却空気を供給させるように制御する。このようにして、実施形態２に係る燃料電池システム２００は、水添脱硫部１０および燃焼触媒部１１の動作温度を安定化させることができる。
【０１００】
以上のように、実施形態２に係る燃料電池システム２００では、高温の燃焼排ガスに冷却用空気を添加することで、簡便に燃焼排ガスの温度を低下させることができ、燃焼排ガス容器６内の温度が所定の温度範囲となるように容易に制御できる。そのため、実施形態２に係る燃料電池システム２００では水添脱硫触媒１２と燃焼触媒１５とを、機能する適切な温度となるように加熱昇温させることができる。
【０１０１】
なお、実施形態２に係る燃料電池システム２００では、燃焼排ガスの上限温度を２５０℃に設定し、この上限温度を超えないように燃焼排ガスの温度制御を行う構成であった。この燃焼排ガスの上限温度は、使用する水添脱硫触媒１２、および燃焼触媒１５の特性、燃焼排ガス容器６の放熱特性を考慮して設定すればよい。
【０１０２】
また、燃料電池ユニット１から排気される燃焼排ガス温度は、水添脱硫触媒１２および燃焼触媒１５を昇温させたい温度よりも、若干高めに設定すればよい。
【０１０３】
実施形態２に示すような燃焼排ガスの温度制御を行う構成（空気供給部５０、燃焼排ガス温度検出部５１、および制御部５２）とすることで、燃料電池ユニット１の動作条件または周囲の環境温度に起因して燃焼排ガスの温度が高くなり、水添脱硫触媒１２および燃焼触媒１５それぞれの成分が劣化してしまうことを防止することができる。
【０１０４】
（実施形態２の変形例１）
次に、実施形態２の変形例１について図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００が備える燃焼排ガス容器６内の構造の一例を模式的に示した図である。実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００は、実施形態２に係る燃料電池システム２００と比較して、燃焼排ガス温度検出部５１の代わりに、水添脱硫部温度検出部５４を備えた点で異なる。さらに、記憶装置（不図示）に予め、水添脱硫部上限温度が記憶されている点でも異なる。なお、水添脱硫部上限温度とは、燃焼排ガス容器６内における水素添脱硫部１０の上限温度として設定された温度である。これらの点を除けば、実施形態２の変形例２の構成は、実施形態２の構成と同様であるため、水添脱硫温度検出部５４以外の部材についての説明は省略する。
【０１０５】
水添脱硫部温度検出部５４は、水添脱硫部１０の温度を検出するものである。水添脱硫部温度検出部５４は、図１０に示すように水添脱硫部１０の原料の出口側近傍に設けられている。水添脱硫部温度検出部５は、水添脱硫部１０の温度の検出結果を制御部５２に送出する。
【０１０６】
（空気供給判定処理）
次に、実施形態２の変形例１の燃料電池システム２００における空気供給判定処理について図１１を参照して説明する。図１１は、本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００における空気供給判定処理の一例を示すフローチャートである。
【０１０７】
具体的には、不図示の記憶装置に水添脱硫部上限温度が予め記憶されている。そして、燃焼排ガス入口６２を通じて燃焼排ガス容器６内に燃焼排ガスが流入されると、燃焼排ガスが有する熱により水添脱硫部１０が加熱昇温される。この水添脱硫部１０の温度を水添脱硫温度検出部５４が検出し（ステップＳ２１）、検出した結果を制御部５２に通知する。
【０１０８】
これに対して、制御部５２は、水添脱硫温度検出部５４によって検出された水添脱硫部１０の温度が記憶装置に記憶されている水添脱硫部上限温度よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２２）。ここで、制御部５２が、水添脱硫部上限温度よりも、検出された水添脱硫部１０の温度の方が大きいと判定した場合（ステップＳ２２において「ＹＥＳ」）、空気供給部５０に指示して、冷却用空気を燃焼排ガス容器６に供給させる。この制御部５２からの指示に応じて、空気供給部５０は、冷却用空気を燃焼排ガス容器６内に供給する（ステップＳ２３）。そして、燃料電池システム２００では、ステップＳ２２において、制御部５２が、検出された水添脱硫部１０の温度が水添脱硫部上限温度以下であると判定するまで（ステップＳ２２において「ＮＯ」と判定するまで）、ステップＳ２１からステップＳ２３までの処理を繰り返す。
【０１０９】
実施形態２の変形例１に係る燃焼電池システム２００では、水添脱硫部１０の温度が水添脱硫部上限温度より大きくなるような場合、上記した実施形態２に係る燃料電池システム２００と同様に、空気供給部５０によって高温の燃焼排ガスに冷却用空気を送出させることができる。このため、簡便に燃焼排ガス温度を低下させ、これによって水添脱硫部１０が過昇温することを容易に防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明にかかる燃料電池システムは、原料中の硫黄成分を除去する水添脱硫部を用い、原料を改質して発電し、燃焼排ガス特性を整える燃焼触媒部用いる燃料電池システムに有用である。
【符号の説明】
【０１１１】
１      燃料電池ユニット
１ａ    第１断熱部
１ｂ    筐体
２      カソードガス供給経路
４      燃焼排ガス経路
５      脱硫後原料供給経路
６      燃焼排ガス容器
６ａ    第２断熱部
７      リサイクル経路
８      排ガス排気経路
９      原料供給経路
１０    水添脱硫部
１１    燃焼触媒部
１２    水添脱硫触媒
１３    緩衝部
１４    連通部
１５    燃焼触媒
１７    仕切り板
１８    筐体
１９    配管
２０    触媒固定部
３１    改質部
３２    燃料電池
３３    燃焼部
５０    空気供給部
５１    燃焼排ガス温度検出部
５２    制御部
５３    冷却空気用経路
５４    水添脱硫温度検出部
６０    水添脱硫室
６０ａ  流通路
６１    燃焼触媒室
６１ａ  流通路
６２    燃焼排ガス入口部
６３    燃焼排ガス出口部
６４    連通口
６５    蓋部
６６    空気流入室
１００  燃料電池システム
２００  燃料電池システム
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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