(57)【要約】【課題】更なる改善をした燃料電池モジュールを提供する。【解決手段】燃料電池モジュールにおいて、改質器は、水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる。セルスタックは、改質ガスを用いて発電を行う。燃焼器は、セルスタックから供給されるオフガスを燃焼して改質器を加熱する。筐体４８は、改質器、セルスタック及び燃焼器を収納する。排ガス経路４９は、筐体４８の内部においてオフガスの燃焼排ガスを外部へ排出する。脱硫器５０は、改質器に供給される水素含有燃料の脱硫を行う。脱硫器５０は、筐体４８の一部の領域４８ａであって、筐体４８の内部の熱を外部へ伝える熱伝導性の材料で構成された該領域４８ａの外側面４８ｂに取り付けられている。排ガス経路４９は、領域４８ａの内側面４８ｃを、燃焼排ガスが通過するように設けられている。【選択図】図３
2016062889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器と、
前記改質ガスを用いて発電を行うセルスタックと、
前記セルスタックのカソードで用いられるカソードガスを供給するカソードガス経路と、
前記セルスタックから供給されるオフガスを燃焼して前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記改質器、前記セルスタック及び前記燃焼器を収納し、少なくとも一部が熱伝導性の材料で構成されている筐体と、
前記筐体の内部において前記オフガスの燃焼排ガスを外部へ排出する排ガス経路と、
前記改質器に供給される前記水素含有燃料の脱硫を行う脱硫器と、を備え、
前記筐体は、該筐体の一部の領域である第１領域と、該第１領域とは異なる第２領域とを有し、
前記第１領域は、該第１領域において内部熱を外部に伝熱する熱量が、前記第２領域において内部熱を外部に伝熱する熱量とは異なるように構成された加熱領域であり、
前記脱硫器は、前記加熱領域の外側面に取り付けられており、
前記排ガス経路および前記カソードガス経路は、少なくとも前記加熱領域の内側面を、前記燃焼排ガスおよび前記カソードガスの少なくとも一方のガスが通過するように設けられている、
ことを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記加熱領域は、前記脱硫器の筐体側の一部を構成していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記脱硫器は、前記加熱領域と、該加熱領域を覆うことで内部に空間を形成する容器部材と、前記空間に充填された脱硫触媒とにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記脱硫器は、前記空間の内部において高温部から低温部へ熱を伝達する伝熱部材を更に有することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記伝熱部材は、前記空間を複数の領域に隔てるとともに、該複数の領域を連通する連通部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記脱硫器は、前記空間において相対的に高温側の領域の近傍に前記筐体の内部からの受熱量を抑制する受熱量抑制部を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項７】
前記加熱領域は、前記筐体の一部の領域と、前記筐体の一部の領域に接して設けられた銅板と、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項８】
前記加熱領域は、前記筐体の一部の領域と、前記筐体の一部の領域に接して設けられたフィルムと、前記フィルムに接して設けられた銅板と、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素供給経路と、
改質水を供給する改質水供給経路と、
原燃料ガスを供給する燃料供給経路と、
前記燃料電池モジュール内での燃料で生じた排ガスを外部に排出する排ガス経路と、
前記燃料電池モジュールで消費されなかった燃料を前記燃料供給経路に戻すリサイクル経路と、
前記酸素供給経路、前記改質水供給経路、前記燃料供給経路、前記排ガス経路及び前記リサイクル経路の少なくともいずれかの経路に設けられた制御弁およびポンプを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記原燃料ガスを供給する燃料供給経路における圧力が、前記リサイクル経路に対して負圧になるように前記制御弁および前記ポンプを制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
前記リサイクル経路は、オリフィスが設けられていることを特徴とする請求項９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、燃料電池モジュールおよび燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料と空気とを用いて発電する燃料電池システムが種々開発されている。このような燃料電池システムでは、燃料として必要な水素含有ガスを、原燃料ガスを改質して生成する改質器を備えることが多い。例えば、都市ガスやＬＰＧなどの炭化水素系の原燃料ガスを、触媒を用いて改質し、水素を主成分とする改質ガスを得る改質器が考案されている。
【０００３】
また、原燃料ガスに硫黄が含まれている場合、改質器における触媒の被毒を抑制するための脱硫器を、改質器の上流側に設けた燃料電池システムも考案されている。脱硫器は、収容する脱硫触媒の種類に適した作動温度があり、通常は外部から加熱されることで所望の作動温度を維持している。
【０００４】
例えば、脱硫器が発電モジュールの熱を受熱するように、主断熱層の外壁面に接触または接近した状態で主断熱層の外壁面に対面しつつ設けられている燃料電池装置が考案されている（特許文献１参照）。また、改質器や燃料電池セル部を収容する内部筐体と、内部筐体全体を覆う断熱槽との間に脱硫器を設けた燃料電池システムも考案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１９１２８０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】
【０００６】
上述した特許文献１においては、主断熱層（＝外部断熱材）および基板（＝受熱板）を介しているため水添脱硫に必要な高温（３００°〜４００°）が得にくく、また、昇温速度が非常に遅いためリサイクルガスを循環させるまで（水添脱硫開始まで）の時間が長くなり、結果として触媒量の増量が必要であり、コストアップにつながる。さらに、脱硫器を別途固定する治具が必要であり、固定治具からの伝熱ロスがあり発電効率が低下するという課題がある。
【０００７】
また、上述の特許文献２においては、内部筐体と気密断熱材（＝外部筐体＋外部断熱材）との間に脱硫器を設置するため、気密断熱材に脱硫器入口流路を確保するための開口部が必要であり、外部筐体の気密性が低下し、この外部筐体の気密が低下することにより、排ガス漏れ、また、スタックへ供給されるカソード空気が減少し発電効率の低下や電池寿命が低下するという課題もある。
【０００８】
本発明はこうした課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、新規な燃料電池モジュールや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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の燃料電池モジュールは、水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器と、改質ガスを用いて発電を行うセルスタックと、セルスタックのカソードで用いられるカソードガスを供給するカソードガス経路と、セルスタックから供給されるオフガスを燃焼して改質器を加熱する燃焼器と、改質器、セルスタック及び燃焼器を収納し、少なくとも一部が熱伝導性の材料で構成されている筐体と、筐体の内部においてオフガスの燃焼排ガスを外部へ排出する排ガス経路と、改質器に供給される水素含有燃料の脱硫を行う脱硫器と、を備える。筐体は、該筐体の一部の領域である第１領域と、該第１領域とは異なる第２領域とを有する。第１領域は、該第１領域において内部熱を外部に伝熱する熱量が、第２領域において内部熱を外部に伝熱する熱量とは異なるように構成された加熱領域であり、脱硫器は、加熱領域の外側面に取り付けられており、排ガス経路およびカソードガス経路は、少なくとも加熱領域の内側面を、燃焼排ガスおよびカソードガスの少なくとも一方のガスが通過するように設けられている。
【００１０】
この態様によると、筐体の一部の領域であって、筐体の内部の熱を外部へ伝える熱伝導性の材料で構成された加熱領域の外側面に取り付けられた脱硫器を、加熱領域の内側面を通過する燃焼排ガスおよびカソードガスの少なくとも一方のガスにより加熱することができる。
【００１１】
加熱領域は、脱硫器の筐体側の一部を構成していてもよい。
【００１２】
脱硫器は、加熱領域と、該加熱領域を覆うことで内部に空間を形成する容器部材と、空間に充填された脱硫触媒とにより構成されていてもよい。これにより、脱硫器の空間に充填された脱硫触媒は、熱伝導性の材料で構成された筐体の加熱領域を介して、燃焼排ガスおよびカソードガスの少なくとも一方のガスにより加熱される。
【００１３】
脱硫器は、空間の内部において高温部から低温部へ熱を伝達する伝熱部材を更に有してもよい。これにより、空間に充填された脱硫触媒の温度を均一にできる。
【００１４】
伝熱部材は、空間を複数の領域に隔てるとともに、該複数の領域を連通する連通部が形成されていてもよい。これにより、例えば、複数種の触媒を別々の領域に充填したり、異なる反応温度で脱硫したりすることが可能となる。
【００１５】
脱硫器は、空間において相対的に高温側の領域の近傍に筐体の内部からの受熱量を抑制する受熱量抑制部を有してもよい。これにより、燃焼排ガスおよびカソードガスの少なくとも一方のガスから受熱する量を、脱硫器の場所によって調整したり変化させたりできる。
【００１６】
加熱領域は、筐体の一部の領域と、筐体の一部の領域に接して設けられた銅板と、を有してもよい。
【００１７】
加熱領域は、筐体の一部の領域と、筐体の一部の領域に接して設けられたフィルムと、フィルムに接して設けられた銅板と、を有してもよい。
【００１８】
本発明の他の態様は燃料電池システムである。この燃料電池システムは、燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素供給経路と、改質水を供給する改質水供給経路と、原燃料ガスを供給する燃料供給経路と、燃料電池モジュール内での燃料で生じた排ガスを外部に排出する排ガス経路と、燃料電池モジュールで消費されなかった燃料を燃料供給経路に戻すリサイクル経路と、酸素供給経路、改質水供給経路、燃料供給経路、排ガス経路及びリサイクル経路の少なくともいずれかの経路に設けられた制御弁およびポンプを制御する制御部と、を備えている。制御部は、原燃料ガスを供給する燃料供給経路における圧力が、リサイクル経路に対して負圧になるように制御弁およびポンプを制御してもよい。
【００１９】
この態様によると、リサイクル経路の燃料を負圧により燃料供給経路側に吸引できる。
【００２０】
リサイクル経路は、オリフィスが設けられていてもよい。これにより、省スペースかつ簡易な構成でリサイクル経路における燃料の流量を制御できる。
【００２１】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、更なる改善をした燃料電池モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示した図である。
【図２】セルの概略構成を示す図である。
【図３】脱硫器の概略構成を示す図である。
【図４】脱硫器の変形例を示す図である。
【図５】脱硫器の変形例を示す図である。
【図６】脱硫器の変形例を示す図である。
【図７】脱硫器の変形例を示す図である。
【図８】脱硫器の変形例を示す図である。
【図９】脱硫器の変形例を示す図である。
【図１０】脱硫器の変形例を示す図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る燃料電池モジュールの概略構成を模式的に示した図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示した図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る筐体の加熱領域および脱硫器の構成を説明するための模式図である。
【図１４】第３の実施の形態の変形例に係る筐体の加熱領域および脱硫器の構成を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２５】
（第１の実施の形態）
［燃料電池システム］
図１は、第１の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示した図である。燃料電池システム１００は、燃料電池モジュール１０と、燃料電池モジュール１０に酸素含有ガスである空気Ｇ１を供給する酸素供給経路１２と、改質水Ｗ１を供給する改質水供給経路１３と、原燃料ガスＧ２を供給する燃料供給経路１４と、燃料電池モジュール１０内での燃焼で生じた排ガスＧ３を外部へ向けて排出する排ガス経路１５と、燃料電池モジュール１０で消費されなかった燃料を燃料供給経路１４に戻すリサイクル経路１６と、各経路に設けられている制御弁やポンプを制御する制御部１８と、を備える。
【００２６】
酸素供給経路１２は、ポンプ２０が設けられている。制御部１８は、ポンプ２０の駆動を制御することで、燃料電池モジュール１０への空気Ｇ１の供給量を調整する。改質水供給経路１３は、不図示の調整弁や流量計等により改質水Ｗ１の流量を制御できるように構成されている。なお、酸素含有ガスは、空気以外にも酸素原子を含むガスの中から適宜選択してもよい。
【００２７】
燃料供給経路１４は、供給弁２２、流量計２４、圧力調整弁２６、圧力計２８およびフィードポンプ３０等が設けられている。制御部１８は、流量計２４や圧力計２８から取得した情報に基づいて、供給弁２２、圧力調整弁２６およびフィードポンプ３０の動作を制御することで、燃料電池モジュール１０への原燃料ガスＧ２の供給量を適正に調整する。
【００２８】
なお、各実施の形態では、原燃料ガスＧ２として都市ガスやＬＰガス（液化石油ガス）が用いられている。都市ガスは、メタンを主成分としている。また、ＬＰガスは、ブタンやプロパンを主成分としている。通常、都市ガスやＬＰガスは、ガス漏れ対策として付臭剤を含んでいる。付臭剤は、硫黄成分を含んでいるため、付臭剤を含むガスをそのまま燃料電池の改質部へ供給すると、改質触媒が被毒し、性能が低下することになる。そこで、燃料供給経路１４には後述する脱硫器が接続されている。なお、水素含有ガスは、水素ガス、炭化水素ガス、水素原子を含むガス等の中から適宜選択してもよい。
【００２９】
リサイクル経路１６は、制御弁３２、逆止弁３４、キャピラリ３６およびドレーナ３８が設けられている。リサイクル経路１６には、燃料電池モジュール１０で消費されなかった原燃料ガスＧ２’や改質水Ｗ１’が流入する。改質水Ｗ１’は、ドレーナ３８から外部へ排出される。一方、原燃料ガスＧ２’は、リサイクル経路１６を経由して再度燃料供給経路１４に供給され、利用される。
【００３０】
［燃料電池モジュール］
燃料電池モジュール１０は、都市ガスやＬＰガス等の水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器４０と、改質ガスを用いて発電を行うセルスタック４２と、セルスタック４２のカソードで用いられるカソードガスとしての空気Ｇ１を供給するカソードガス経路４４と、セルスタック４２から供給されるオフガスを燃焼して改質器４０を加熱する燃焼器４６と、改質器４０、セルスタック４２及び燃焼器４６を収納する筐体４８と、筐体４８の内部においてオフガスの燃焼排ガスを外部へ排出する排ガス経路４９と、改質器４０に供給される水素含有燃料の脱硫を行う脱硫器５０と、筐体４８や脱硫器５０を覆う断熱部材５１と、を備える。
【００３１】
図２は、セルの概略構成を示す図である。セルスタック４２は、図２に示すように、水素含有ガスが供給されるアノード１０２と、酸素含有ガスが供給されるカソード１０４と、アノード１０２とカソード１０４との間に設けられた電解質１０６と、を有するセル１１０が複数積層されている。
【００３２】
図３は、脱硫器の概略構成を示す図である。脱硫器５０は、筐体４８の一部の領域４８ａであって、筐体４８の内部の熱を外部へ伝える熱伝導性の材料で構成された領域４８ａの外側面４８ｂに取り付けられている。そして、排ガス経路４９は、少なくとも領域４８ａの内側面４８ｃ側を、燃焼排ガスが通過するように設けられている。熱伝導性の材料は、例えば、銅やアルミニウム、ステンレス鋼等の金属や、熱伝導率の高い化合物を適宜用いることができる。なお、筐体４８の全体が熱伝導性の材料で構成されている必要はなく、一部の領域４８ａ以外の部分は断熱部材で構成されていてもよい。
【００３３】
本実施の形態に係る燃料電池モジュール１０においては、筐体４８の一部の領域４８ａであって、筐体４８の内部の熱を外部へ伝える熱伝導性の材料で構成された領域４８ａの外側面４８ｂに取り付けられた脱硫器５０を、領域４８ａの内側面４８ｃを通過する燃焼排ガスにより加熱することができる。そのため、燃料電池モジュールで生じる熱を脱硫器での脱硫反応に必要な熱として効率よく供給できる。その結果、燃料電池モジュール全体としての熱の利用効率が向上する。特に、脱硫器５０に収容されている脱硫触媒の反応温度が高い場合に有用である。例えば、水添脱硫触媒の一つである脱硫触媒としてＮｉＭｏＳ系触媒が知られているが、この触媒は３００〜４００℃といった比較的高温で脱硫機能を発揮する。また、Ｎｉ共沈系触媒（反応温度２００℃〜３００℃）を用いることも可能である。
【００３４】
脱硫器５０は、筐体４８の一部の領域４８ａと、一部の領域４８ａを覆うことで内部に空間５０ａを形成する容器部材５０ｂと、空間５０ａに充填された脱硫触媒５２とにより構成されている。これにより、脱硫器５０の空間５０ａに充填された脱硫触媒５２は、熱伝導性の材料で構成された筐体４８の一部の領域４８ａを介して、燃焼排ガスにより加熱される。
【００３５】
図４〜図１０は、脱硫器の変形例を示す図である。なお、以下の説明では、燃料電池モジュール１０や脱硫器５０と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。図４に示す脱硫器５４は、空間５０ａの内部において高温部５４ｂから低温部５４ｃへ熱を伝達する伝熱部材５４ａを更に有している。伝熱部材５４ａは、例えば、熱伝導率の高い金属部材が好適である。高温部５４ｂは、排ガス経路４９の上流側に位置し、低温部５４ｃは、排ガス経路４９の下流側に位置している。これにより、空間５０ａに充填された脱硫触媒５２の温度を均一にできる。
【００３６】
伝熱部材５４ａは、空間５０ａを複数の領域５０ａ１，５０ａ２に隔てるとともに、複数の領域５０ａ１，５０ａ２を連通する連通部５４ｄが形成されている。これにより、例えば、複数種の触媒を別々の領域に充填したり、異なる反応温度で脱硫したりすることが可能となる。
【００３７】
図５に示す脱硫器５６は、空間５０ａにおいて相対的に高温側の領域５６ａの近傍に筐体４８の内部からの受熱量を抑制する受熱量抑制部４８ａ１を有している。受熱量抑制部４８ａ１は、筐体４８の領域４８ａの一部の厚みを厚くすることで、排ガス経路４９を通過する排ガスの熱が空間５０ａに伝達されることを抑制することができる。
【００３８】
通常、排ガス経路４９の上流側はより高温の排ガスが通過するため、脱硫器５６の空間５０ａ内において上流側に隣接する領域５６ａは相対的に温度が高くなる傾向にある。しかしながら、受熱量抑制部４８ａ１の働きにより空間５０ａ内での温度差をより小さくできる。また、燃焼排ガスやカソードガス等の高温のガスから受熱する量を、脱硫器５６を取り付ける場所や脱硫器５６の大きさによって調整したり変化させたりできる。
【００３９】
なお、図５に示す脱硫器５６において、受熱量抑制部４８ａ１は、排ガス経路４９側に張り出すように形成されているが、図６に示す脱硫器５８のように、受熱量抑制部４８ａ１を空間５０ａ側に張り出すように形成されていてもよい。
【００４０】
図７〜図１０に示す各脱硫器は、容器部材の開口部を閉塞する筐体４８の領域４８ａの一部をプレス加工することで受熱量抑制部が形成されている。図７に示す脱硫器６０においては、領域４８ａの一部を空間５０ａ側に突出するようにプレスすることで形成された、図７に示す断面が矩形の凸部６１が受熱量抑制部４８ａ１として機能する。つまり、受熱量抑制部４８ａ１が図７に示すような形状となることで、排ガス経路４９の上流側であって排ガス経路４９から離れたところに、空間５０ａの相対的に高温側の領域５６ａが位置することになる。その結果、領域５６ａへの熱の伝達量が抑制され、空間５０ａ内での温度差を抑制できる。
【００４１】
図８に示す脱硫器６２においては、領域４８ａの一部を空間５０ａ側に突出するようにプレスすることで形成された、図８に示す断面が三角形の凸部６４が受熱量抑制部４８ａ１として機能する。また、断面が三角形の凸部６４は、排ガス経路４９から脱硫器６２の空間５０ａまでの距離Ｘは、上流から下流に向かって徐々に小さくなるようになっている。つまり、受熱量抑制部４８ａ１が図８に示すような形状となることで、排ガス経路４９の上流側であって排ガス経路４９から離れたところに、空間５０ａの相対的に高温側の領域５６ａが位置することになる。その結果、領域５６ａへの熱の伝達量が抑制され、空間５０ａ内での温度差を抑制できる。
【００４２】
図９に示す脱硫器６６においては、図８に示す脱硫器６２と同様に、凸部６４が受熱量抑制部４８ａ１として機能する。ただし、容器部材５０ｂは、凸部６４全体を覆うように配置されており、脱硫器６６の空間５０ａは断面が三角形となっている。そのため、空間５０ａは、排ガス経路４９の下流側に向かって幅が広がっている。
【００４３】
図１０に示す脱硫器６８は、領域４８ａの一部が排ガス経路４９側に張り出すことで形成された凹部としての空間５０ａに脱硫触媒が充填されている。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図１１は、第２の実施の形態に係る燃料電池モジュールの概略構成を模式的に示した図である。以下では、第１の実施の形態に係る燃料電池モジュール１０と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。
【００４５】
図１１に示す燃料電池モジュール７０は、外部筐体７２に接続されている酸素供給経路１２からカソードガスとしての空気Ｇ１が供給され、外部筐体７２と内部筐体７４との間に形成されているカソードガス経路４４を空気Ｇ１が流れる。空気Ｇ１は、空気導入部材７６を経由して、セルスタック４２のカソード側に供給される。一方、セルスタック４２から供給されるオフガスを燃焼して改質器４０を加熱した後の燃焼排ガスは、内部筐体７４の内側の排ガス経路４９を経由して、排ガス経路１５から外部へ排出される。
【００４６】
脱硫器５０は、外部筐体７２の一部の領域であって、外部筐体７２の内部の熱を外部へ伝える熱伝導性の材料で構成された領域７２ａの外側面に取り付けられている。また、本実施の形態に係る燃料電池モジュール７０では、カソードガス経路４４は、領域７２ａの内側面をカソードガスが通過するように設けられている。また、カソードガス経路４４および排ガス経路４９は、内部筐体７４を挟んで対向している。そのため、排ガス経路４９を通過する排ガスＧ３によって、カソードガス経路４４を通過する空気Ｇ１は加熱され昇温する。つまり、脱硫器５０は、カソードガス経路４４を通過する空気Ｇ１によって加熱される。
【００４７】
（第３の実施の形態）
図１２は、第３の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示した図である。なお、以下の説明では第１の実施の形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。
【００４８】
燃料電池システム２００は、燃料電池モジュール１０と、燃料電池モジュール１０に酸素含有ガスである空気Ｇ１を供給する酸素供給経路１２と、改質水Ｗ１を供給する改質水供給経路１３と、原燃料ガスＧ２を供給する燃料供給経路１１４と、燃料電池モジュール１０内での燃焼で生じた排ガスＧ３を外部へ向けて排出する排ガス経路１５と、燃料電池モジュール１０で消費されなかった燃料を燃料供給経路１１４に戻すリサイクル経路１１６と、各経路に設けられている制御弁やポンプを制御する制御部１８と、を備える。
【００４９】
制御部１８は、ポンプ２０の駆動を制御することで、燃料電池モジュール１０への空気Ｇ１の供給量を調整する。改質水供給経路１３は、ポンプ８０や不図示の調整弁、流量計等により改質水Ｗ１の流量を制御できるように構成されている。
【００５０】
燃料供給経路１１４は、供給弁２２、流量計２４、負圧ガバナ８２、圧力計２８およびフィードポンプ３０等が設けられている。制御部１８は、流量計２４や圧力計２８から取得した情報に基づいて、供給弁２２、負圧ガバナ８２およびフィードポンプ３０の動作を制御することで、燃料電池モジュール１０への原燃料ガスＧ２の供給量を適正に調整する。ここで、負圧ガバナ（governor）とは、一次側の圧力変化及び流量変化に関係なく二次側のガス圧力を大気圧付近に保つゼロガバナと比較して、二次側の圧力を負圧に保つように構成されたものである。
【００５１】
そして、制御部１８は、原燃料ガスを供給する燃料供給経路１１４における圧力が、リサイクル経路１１６に対して負圧になるように各制御弁や各ポンプを制御する。
【００５２】
リサイクル経路１１６は、上流側から順に遮断弁としての制御弁３２、ドレーナ３８およびオリフィス８４が設けられている。リサイクル経路１１６には、燃料電池モジュール１０で消費されなかった原燃料ガスＧ２’や改質水Ｗ１’が流入する。改質水Ｗ１’は、ドレーナ３８から外部へ排出される。一方、原燃料ガスＧ２’は、リサイクル経路１１６を経由して再度燃料供給経路１１４に供給され、利用される。
【００５３】
なお、リサイクル経路１１６が燃料供給経路１１４に合流するところでは、前述の負圧ガバナ８２の働きにより負圧（例えば、−１ｋＰａから−３Ｐａ程度。）になっているため、リサイクル経路１１６における原燃料ガスＧ２’をポンプを用いずに燃料供給経路１１４に吸引することが可能となる。また、リサイクル経路１１６は、オリフィス８４が設けられているため、省スペースかつ簡易な構成でリサイクル経路１１６における燃料の流量を制御できる。
【００５４】
図１３は、第３の実施の形態に係る筐体の加熱領域および脱硫器の構成を説明するための模式図である。図１３に示す筐体４８は、筐体の一部の領域である第１領域８６と、第１領域８６とは異なる第２領域８８とを有する。第１領域８６は、プレス加工により第２領域８８よりも内側に凹んでいる。そのため、第１領域８６は、該第１領域において内部熱を外部に伝熱する熱量が、第２領域８８において内部熱を外部に伝熱する熱量とは異なるように構成された加熱領域として機能する。本実施の形態に係る第１領域８６において内部熱を外部に伝熱する熱量は、第２領域８８において内部熱を外部に伝熱する熱量よりも多い。
【００５５】
そして、脱硫器１５０は、第１領域（加熱領域）８６の外側面に、銅板９０を介して取り付けられている。なお、銅板９０は、第１領域８６と接して設けられている。銅板９０の厚みは、例えば０．３ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲が好ましい。なお、銅板９０の代わりに熱伝導率の高い他の材料を用いてもよい。
【００５６】
また、排ガス経路４９およびカソードガス経路４４は、少なくとも第１領域８６の内側面を、燃焼排ガスおよびカソードガスの少なくとも一方のガスが通過するように設けられている。
【００５７】
図１４は、第３の実施の形態の変形例に係る筐体の加熱領域および脱硫器の構成を説明するための模式図である。図１４に示す筐体９２は、筐体の一部の領域である第１領域９４と、第１領域９４とは異なる第２領域９６とを有する。第１領域９４は、第２領域８８とは異なる材質や厚みを有している。そのため、第１領域９４は、該第１領域において内部熱を外部に伝熱する熱量が、第２領域９６において内部熱を外部に伝熱する熱量より多くなるように構成された加熱領域として機能する。
【００５８】
そして、脱硫器１５０は、第１領域（加熱領域）９４の外側面に、フィルム９８および銅板９０を介して取り付けられている。フィルム９８は、第１領域に接して設けられており、銅板９０は、フィルム９８に接して設けられている。フィルム９８は、銅板９０と第１領域９４との間の熱抵抗を改善するためのものであり、銅板９０や第１領域９４の表面の凹凸に追従するようなある程度の伸縮性を持った材料が好ましい。例えば、黒鉛フィルムが挙げられる。また、フィルム９８の厚みは、例えば、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍである。
【００５９】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【００６０】
例えば、脱硫器の内側面を、燃焼排ガスおよびカソードガスの両方のガスが通過するように構成されている燃料電池モジュールであってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
Ｇ１  空気、  Ｗ１  改質水、  Ｇ２  原燃料ガス、  Ｇ３  排ガス、  １０  燃料電池モジュール、  １２  酸素供給経路、  １３  改質水供給経路、  １４  燃料供給経路、  １５  排ガス経路、  １６  リサイクル経路、  １８  制御部、  ２０  ポンプ、  ２２  供給弁、  ２４  流量計、  ２６  圧力調整弁、  ２８  圧力計、  ３０  フィードポンプ、  ３２  制御弁、  ３４  逆止弁、  ３６  キャピラリ、  ３８  ドレーナ、  ４０  改質器、  ４２  セルスタック、  ４４  カソードガス経路、  ４６  燃焼器、  ４８  筐体、  ４８ａ１  受熱量抑制部、  ４８ａ  領域、  ４８ｂ  外側面、  ４８ｃ  内側面、  ４９  排ガス経路、  ５０  脱硫器、  ５０ａ  空間、  ５０ｂ  容器部材、  ５１  断熱部材、  ５２  脱硫触媒、  ５４  脱硫器、  ５４ａ  伝熱部材、  ５４ｂ  高温部、  ５４ｃ  低温部、  ５４ｄ  連通部、  １００  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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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