JP7014530B2 - 燃料電池システム及び発電方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システム及び発電方法に関する。

水素社会実現に向けた具体的な動きが、国、地方自治体及び民間企業にてそれぞれ進んでいる。例えば、燃料電池車向け水素ステーションが建設され、家庭用・業務用の燃料電池の開発がなされている。

燃料電池は電気的化学反応により高効率に電力を生成する。燃料電池では、一般に都市ガス、液化石油（ＬＰ：liquefied petroleum）ガス、天然ガス等の炭化水素燃料を改質して得られた水素が使用される。今後の水素社会では、水素がそのまま燃料として導管を通じて供給されるため、炭化水素燃料を改質する改質器が不要となり、また、燃料電池は燃料として供給される水素を有効活用できる機器であると考えられる。

ところで、導管から燃料ガスが漏洩した場合、火災等の事故につながる可能性があるため、燃料ガスの漏洩を検知でき、事故を未然に防ぐ仕組みが必要となる。そのための対策として、燃料ガスが漏洩しても検知できるように、燃料ガスを付臭する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、都市ガスにおける代表的な付臭剤としては、ｔ－ブチルメルカプタン（ＴＢＭ：tertiary-butyl mercaptan）とジメチルスルフィド（ＤＭＳ：dimethyl sulfide）との混合物等が挙げられる。

特開２０１４－４６２５０号公報

これまで水素ガスの付臭に硫黄化合物を含む付臭剤を用いた場合に、安価で効率的な脱硫方法については十分に検討されていなかった。

本発明の一形態は、硫黄化合物を含む付臭剤で付臭された水素ガスを安価で効率的に脱硫する燃料電池システム及び発電方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための具体的な手段には、以下の実施態様が含まれる。
＜１＞ 水素ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の上流に配置され、前記水素ガスを付臭する付臭剤に含まれる硫黄化合物を吸着する吸着剤を備える吸着部、及び、前記硫黄化合物を前記水素ガスと反応させて水添脱硫する水添脱硫部の一方である脱硫部と、前記脱硫部の下流かつ前記燃料電池の上流に配置され、前記脱硫部に供給される前記水素ガスの圧力よりも前記水素ガスを減圧する減圧部と、を備える燃料電池システム。
＜２＞ 前記脱硫部として前記吸着部を少なくとも備え、前記吸着剤は、活性炭及び金属が添着された活性炭の少なくとも一方を含む＜１＞に記載の燃料電池システム。
＜３＞ 前記吸着剤は、金属が添着された活性炭を含む＜１＞又は＜２＞に記載の燃料電池システム。
＜４＞ 前記脱硫部として前記水添脱硫部を少なくとも備え、前記水添脱硫部を加熱する加熱手段及び前記水添脱硫部に電圧を印加する電圧印加部の少なくとも一方を更に備える＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
＜５＞ 前記燃料電池にて発電した電力を、前記加熱手段及び前記電圧印加部の少なくとも一方に供給する＜４＞に記載の燃料電池システム。

＜６＞ ＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載の燃料電池システムを用いた発電方法であって、前記硫黄化合物と前記硫黄化合物以外の付臭成分とを含む前記付臭剤を用いる発電方法。

本発明の一形態によれば、硫黄化合物を含む付臭剤で付臭された水素ガスを安価で効率的に脱硫する燃料電池システム及び発電方法を提供する。

本実施形態の燃料電池システムの具体的構成を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜、変更を加えて実施することができる。

本明細書において「～」を用いて示された数値範囲は、「～」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を意味する。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。

［燃料電池システム］
本発明の一実施形態に係る燃料電池システムは、水素ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の上流に配置され、前記水素ガスを付臭する付臭剤に含まれる硫黄化合物を吸着する吸着剤を備える吸着部、及び、前記硫黄化合物を前記水素ガスと反応させて水添脱硫する水添脱硫部の一方である脱硫部と、前記脱硫部の下流かつ前記燃料電池の上流に配置され、前記脱硫部に供給される前記水素ガスの圧力よりも前記水素ガスを減圧する減圧部と、を備える。減圧部よりも上流に脱硫部を備えることにより、より高圧にて水素ガスが脱硫部に供給され、その結果、吸着剤に効率よく硫黄化合物を吸着させることができ、また、硫黄化合物を水素ガスと効率よく反応させて水添脱硫することができる。したがって、吸着剤の搭載量を削減でき、かつ、水添脱硫に用いる触媒の量も削減することができるため、硫黄化合物を含む付臭剤で付臭された水素ガスを安価で効率的に脱硫することができる。

水素ガスとしては、高純度の水素ガス、例えば、純度９９％以上の水素ガスを用いてもよい。高純度の水素ガスとしては、液体水素由来、精製された炭化水素改質由来、水の電気分解由来等の水素ガスが挙げられる。
また、本実施形態の燃料電池システムは、炭化水素ガスを改質して水素を生成する改質器を備えていない構成が好ましい。これにより、改質器、改質により生じる一酸化炭素を除去する装置等が不要となり、燃料電池システムの小型化及び簡素化が可能である。

（燃料電池）
本実施形態の燃料電池システムは、水素ガスを用いて発電を行う燃料電池を備える。燃料電池としては、例えば、カソード（空気極）、電解質及びアノード（燃料極）を備える燃料電池セル、燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックであってもよい。カソードは、空気等の酸素を含むガスが供給される電極であり、アノードは、水素を含むガスが供給される電極である。カソード、電解質及びアノードとしては、燃料電池の種類に応じて従来公知のものを使用すればよい。

燃料電池の種類としては、特に限定されず、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）及び固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が挙げられる。

燃料電池として、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）等を用いた場合、一般にアノードに供給された水素がプロトンとして電解質内を移動してカソード側にて酸素と反応し、電子がアノードからカソードに移動にすることで発電が行われる。また、発電により生じた水（水蒸気）は、未反応の酸素とともにカソードオフガスとしてカソード側から排出され、未反応の水素は、アノードオフガスとしてアノード側から排出される。

燃料電池として、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）等を用いた場合、一般にカソードに供給された、酸素及び二酸化炭素、又は酸素が、それぞれ炭酸イオン又は酸素イオンとして電解質内を移動してアノード側にて水素と反応し、電子がアノードからカソードに移動にすることで発電が行われる。また、発電により生じた水（水蒸気）は、未反応の水素とともにアノードオフガスとしてアノード側から排出され、未反応の酸素は、カソードオフガスとしてカソード側から排出される。

（脱硫部）
本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池の上流に配置され、水素ガスを付臭する付臭剤に含まれる硫黄化合物を吸着する吸着剤を備える吸着部、及び、硫黄化合物を水素ガスと反応させて水添脱硫する水添脱硫部の一方である脱硫部を備える。これにより、付臭剤に含まれる硫黄化合物を除去することができ、硫黄化合物による燃料電池の電極触媒の被毒が抑制される。

吸着部としては、水素ガスを付臭する付臭剤に含まれる硫黄化合物を吸着する吸着剤を備える構成であれば特に限定されない。吸着剤としては、吸着部に供給された水素ガスを付臭する硫黄化合物を吸着可能な構成であればよく、硫黄化合物の種類に応じて適宜選択すればよい。

吸着剤としては、硫黄化合物の吸着性能に優れ、かつ安価であるため、活性炭及び金属が添着された活性炭の少なくとも一方を含むことが好ましく、硫黄化合物の吸着性能により優れるため、金属が添着された活性炭を含むことが好ましい。

活性炭としては、脱硫分野、脱臭分野等において、通常用いられる活性炭を特に制限なく用いることができる。

活性炭の原料としては、ヤシ殻、石炭（無煙炭、瀝青炭等）、木粉、ピート炭、竹炭などが挙げられる。
これらの中でも、活性炭の原料としては、平均細孔径が小さく、不純物の含有量が少ないという観点から、ヤシ殻が好ましい。

活性炭は、無機酸で処理された活性炭であることが好ましい。活性炭を無機酸で処理すると、不純物が除去され、比表面積が向上したり、活性炭の表面が親水化されたりする。そのため、硫黄化合物の吸着性能がより向上し、活性炭に添着される金属の分散度がより向上する傾向にある。
活性炭を処理する無機酸としては、塩酸、硝酸、硫酸等が挙げられる。

活性炭の形状としては、特に制限されず、粒状、柱状（例えば、円柱状）、繊維状、ハニカム状、破砕状等が挙げられる。
これらの中でも、活性炭の形状としては、例えば、コスト面の観点から、粒状、柱状、及び破砕状からなる群より選ばれる少なくとも１種の形状が好ましく、また、密度が高く、かつ、微細粉を含まないという観点から、粒状及び柱状から選ばれる少なくとも１種の形状がより好ましい。

活性炭に添着される金属としては、例えば、銅を含むことが好ましく、銅と、ニッケル、タングステン、及びモリブデンからなる群より選ばれる少なくとも１種と、を含むことがより好ましい。
なお、活性炭に添着された金属の大部分は、金属元素を含む化合物（酸化物、無機酸塩、有機酸塩等）として含まれていると考えられるが、金属単体として含まれていてもよい。

活性炭に添着された金属の量としては、活性炭の全質量に対して、１．０質量％～２０．０質量％であることが好ましく、２．０質量％～１５．０質量％であることがより好ましく、２．０質量％～８．０質量％以下であることが更に好ましい。

活性炭に添着された金属が銅及びその他の金属を含む場合、銅の添着量は、例えば、活性炭に添着された金属の全質量に対して、２０質量％～８０質量％であることが好ましく、３０質量％～８０質量％以下であることがより好ましく、４０質量％～８０質量％以下であることが更に好ましく、４０質量％～６５質量％以下であることが特に好ましい。

本明細書において、活性炭に添着された金属の量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析法により測定される値である。測定装置としては、例えば、Ｐｅｒｋｉｎ－Ｅｌｍｅｒ製のＯｐｔｉｍａ ８０００（製品名）を好適に用いることができる。但し、測定装置は、これに限定されない。

金属が添着された活性炭の製造方法の一例を説明する。金属が添着された活性炭は、例えば、下記の方法により製造することができる。但し、金属が添着された活性炭の製造方法は、これに限定されるものではない。
（１）活性炭に添着させる金属の元素を含む金属化合物を、溶媒に溶解又は分散させた溶液（含浸溶液）を調製する。
（２）含浸溶液に、活性炭を浸漬させる。
（３）含浸溶液に浸漬させた活性炭を乾燥させ、溶媒を除去する。
（４）乾燥した浸漬後の活性炭を焼成して、活性炭上に金属酸化物等を形成させる。
以上の方法により、金属が添着された活性炭を製造することができる。

含浸溶液を調製するための金属化合物としては、金属硝酸塩、金属酢酸塩、金属硫酸塩、金属塩化物、金属リン酸塩等の金属塩類が挙げられる。
具体的には、硝酸銅三水和物、酢酸銅一水和物、硝酸ニッケル六水和物、酢酸ニッケル四水和物、１２－タングストリン酸ｎ水和物、モリブデン酸アンモニウム四水和物等が挙げられる。

含浸溶液を調製するための溶剤としては、特に制限されず、水、酸性水溶液（硝酸水溶液等）、塩基性水溶液（アンモニア水溶液等）、アルコール系溶剤（メタノール、エタノール、ｎ－プロパノール等）、ケトン系溶剤（アセトン、メチルエチルケトン等）、エーテル系溶剤（ジエチルエーテル等）、エステル系溶剤（酢酸エチル、酢酸ブチル等）、炭化水素系溶剤（トルエン等）などが挙げられる。
これらの中でも、含浸溶液を調製するための溶媒としては、焼成後に残留しない等の観点から、水が好ましい。
含浸溶液の調製には、溶媒を１種単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

含浸溶液における金属化合物の濃度は、特に制限されず、例えば、金属化合物の種類、活性炭に添着させる金属の添着量、活性炭の種類等に応じて、適宜設定することができる。

浸漬温度は、特に制限されず、例えば、１０℃～８０℃の範囲とすることができる。
浸漬時間についても、特に制限されず、例えば、５分間～２時間の範囲とすることができる。

乾燥方法は、特に制限されず、例えば、加熱により乾燥させる方法が挙げられる。
加熱温度は、特に制限されず、例えば、５０℃～１５０℃の範囲とすることができる。

焼成温度は、例えば、金属化合物の分解促進、及び金属添着炭の発火抑制の観点から、１５０℃～３００℃の範囲であることが好ましい。
焼成時間は、特に制限されず、例えば、１時間～２４時間の範囲とすることができる。

水素ガスの付臭に用いる硫黄化合物としては、吸着剤に吸着され、水素ガスの脱臭が可能なものであれば特に限定されない。具体的には、硫黄化合物としては、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、メルカプタン類〔メチルメルカプタン（ＭＭ）、エチルメルカプタン（ＥＭ）、ｔ－ブチルメルカプタン（ＴＢＭ）等〕、サルファイド類〔ジメチルスルフィド（ＤＭＳ）、ジエチルスルフィド（ＤＥＳ）、ジメチルジスルフィド（ＤＭＤＳ）等〕、チオフェン類〔テトラヒドロチオフェン（ＴＨＴ）等〕などが挙げられる。中でもｔ－ブチルメルカプタン（ＴＢＭ）が好ましい。
なお、硫黄化合物としては、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

また、水素ガスの付臭に用いる付臭剤としては、前述の硫黄化合物以外の付臭成分を更に含んでいてもよい。硫黄化合物以外の付臭成分を含むことにより、脱硫コストが少なくて済む。硫黄化合物以外の付臭成分としては、硫黄化合物以外であって、吸着剤に吸着され、水素ガスの脱臭が可能なものであれば特に限定されない。具体的には、付臭成分としては、１－ペンテン、ｃｉｓ－２－ペンテン、ｔｒａｎｓ－２－ペンテン、２－メチル１－ブテン、３－メチル１－ブテン、２－メチル２－ブテン、アレン、メチルアレン、エチルアレン、１，３－ペンタジエン、２－メチル１，３－ブタジエン、２，３－ジメチル１，３－ブタジエン、１，４－ペンタジエン、１，５－ヘキサジエン、１，６－ヘプタジエン、１，３，５－ヘキサトリエン、１－ブチン、２－ブチン、スチレン、ビニルアセチレン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、プロピレン、１－ブテン、イソブテン、ｔｒａｎｓ－２－ブテン、ｃｉｓ－２－ブテン、１，５－ヘキサジエン３－イン、ジイソブチレン、１－ヘキセン、イソプレン、１，３－ブタジエン、１，２－ブタジエン、シクロペンテン、シクロペンタジエン（ジシクロペンタンジエン）、１，３－シクロヘキサジエン、１，３－シクロヘプタジエン、１，５－シクロオクタジエン、１，５，９－シクロドデカトリエン、４－ビニルシクロヘキセン－１、１－ビニルシクロヘキセン－１、５－エチリデン－２－ノルボルネン、５－ビニル－２－ノルボルネン、ビシクロペンタジエン、シクロヘキセン、１－メチルピロール、ピラジン、２－メチルピラジン、２－メチル－３－イソブチルピラジン、２，３－ジメチルピラジン、２，５－ジメチルピラジン、２，６－ジメチルピラジン、２，３，５－トリメチルピラジン、２－エチルピラジン、２－プロピルピラジン、２－ビニルピラジン、２－アリルピラジン、２－ピコリン、α．ｐ－ジメチル－スチレン、クメン、２，５－ジエチルピラジン、リモネン、メシチレン、２－メチルナフタレン、３－メチルインドール（スカトール）、ミルセン、α－ピネン、１－オクテン－３－オン、２，３－ブタンジオン、ペンタン－２，３－ジオン、ヘキサン－２，５－ジオン、ヘプタン－２，５－ジオン、エチリデンジエチルエーテル、イソプロパノール、ｎ－ブタノール、イソブタノール、アミルアルコール、プロパギルアルコール、β，γ－ヘキセノール（ｃｉｓ－ヘキセン－１－オール）、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ヘキサナール（カプロアルデヒド）、クミンアルデヒド、アセトン、２－オクタノン、３－オクタノン、ジアセチル（２，３－ブタンジオン）、アセトフェノン、メチルホーメート、メチルアセテート、メチルプロピオネート、メチルフェニルアセテート、エチルホーメート、エチルアセテート、イソプロピルホーメート、イソアミルアセテート、ｎ－アミルアセテート、フェニルエチルホーメート、２－イソペンテニルアセテート、エチルプロピオネート、ブチルアセテート、イソブチルアセテート、アミルプロピオネート、エチルカプロエート、アミルブチレート、エチルカプリレート、エチルカプレート、ヘキシルブチレート、エチルシンナメート、ベンジルアセテート、エチルクロトネート、エチル３，３－ジメチルアクリレート、エチル－４－メチル－４－ペンテノエート、エチル－４－メチル－３－ペンテノエート、エチルヘプト－３－エノエート、エチルピルベート、プロピルクロトネート、メチルアクリレート、ブチルアクリレート、アリルアクリレート、メチルメタアクリレート、メンチルアセテート、ボルニルアセテート、β－フェニルエチルアセテート、アリルカプロエート、エチルメチルフェニルグリシデート、ｐ－クレジルアセテート、アセトールアセテート、エチル９－デセノエート、２，３オクタンジオン、メチル－３－アセトキシ－ブタノエート、プロピオノイン、２－メチル－２－ペンテナール、アセトインアセテート、メチル３－ヒドロキシ－ブチレート、２－メチル－１－ヘプテン－３－オール、８－ノネン－２－オン、アセトイン、３－メチル－３－ブテニルアセテート、テトラヒドロシトラール、アリルアルコール、ブタナール（ブチルアルデヒド）、２，３－ブタンジオン（ジアセチル）、イソブチルセロソルブ、イソブチルアルデヒド、カルビトールアセテート、２－デセナール、デカナール、ジイソブチルカルビノール、ドデカナール（ラウリルアルデヒド）、エチルアクリレート、エチルブチレート、エチルバレレート、エチルビニルケトン、エチル２－メチルブチレート、ヘプタナール、１－ヘプタノール、２－ヘプタノン、２－ヘプテナール、２－ヘクセノール、メシチルオキサイド、２－メチルブタナール－１、３－メチルブタナール－１、２－メチルブタノール、メチルイソアミルケトン（５－メチル－２－ヘキサノン）、２－メチル－１－ペンタノール、２－メチルブチルアセテート、２－メチルプロパナール（イソブチルアルデヒド）、２－ノナナール、ｎ－ノナナール（ペラルゴンアルデヒド）、２－オクテナール、オクタナール（ｎ－カプリルアルデヒド）、オクチルアセテート、１－ペンテン－３－オン（エチルビニルケトン）、イソペンタナール、ペンタナール（バレルアルデヒド）、２，４－ペンタンジオン（アセチルアセトン）、イソペンチルアセテート（イソアミルアセテート）、ペンチルアセテート（ｎ－アミルアセテート）、プロパナール（プロピオンアルデヒド）、プロパノン酸、プロピルブチレート、ウンデカナール、ブチロイン、テトラヒドロフラン、２－メチルテトラヒドロフラン、シクロヘキセンオキサイド、ｍ－クレゾール、Ｎ－（２′－フルフリル）ピロール、２－ピロールアルデヒド、５－メチル－２－ピロールアルデヒド、Ｎ－エチルピロールアルデヒド、２－アセチル－Ｎ－メチルピロール、ジケテン、５－アセチル２－メチルオキサゾール、２－アセチルフラン、２－メチルフラン、フルフラール、フルフリルアセトン、５－メチル－２－フルフラール、ジヒドロフラノン、シクロペンタノン、フェニルｎ－ブチレート、２－フェニル－２－ブテナール、ジフルフリルエーテル、クリサンテノン、２－ブテン－４－オリド、２－メトキシフェノール（ガイアコール）、２－メトキシ－３－エチルピラジン、２－メトキシ－３－イソブチルピラジン、２－メトキシ－３－イソブチルピリジン、２－メトキシ－３－イソプロピルピラジン、２－メトキシ－３－プロピルピラジン、アニソール、ベンズアルデヒド、１，８－シネオール、シクロペンチルアセテート、２－エトキシ－３－エチルピラジン、２－ヒドロキシ－３－メトキシベンズアルデヒド（ｏ－バニリン）、フェニルエーテル、ノルマルヘキサン等が挙げられる。
なお、付臭成分としては、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

水添脱硫部としては、硫黄化合物を水素ガスと反応させて水添脱硫する構成であれば特に限定されない。水添脱硫としては、例えば、硫黄化合物をコバルト－ニッケル（Ｃｏ－Ｎｉ）系触媒、ニッケル－モリブデン（Ｎｉ－Ｍｏ）系触媒上で水素と反応させて硫化水素に変換し、変換した硫化水素を吸着剤に吸着させて除去する方法が挙げられる。

硫化水素を吸着して除去する吸着剤としては、一般に硫化水素の吸着剤として使用されるものであれば限定されず、例えば、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化マンガン、酸化銅、酸化ニッケル、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化リン、酸化ホウ素等が挙げられる。

また、水添脱硫部では、燃料電池の燃料として用いる水素ガスの一部を用いて水添脱硫するため、別途水素ガスを水添脱硫部に供給するための配管、バルブ等が不要であり、燃料電池システムの構成を簡略化することができる。

水添脱硫部としては、加熱手段を備えていてもよい。加熱手段としては、ヒータ等の熱源であってもよく、燃料電池にて発生した熱が供給される構成であってもよい。
加熱手段による加熱温度は、２５０℃～４００℃であることが好ましく、２５０℃～３５０℃であることがより好ましい。

水素ガスを付臭する硫黄化合物の濃度（脱硫部に供給される前の硫黄化合物の濃度）としては、特にｔ－ブチルメルカプタン（ＴＢＭ）の濃度としては、０．１ｐｐｍ～１０ｐｐｍであることが好ましく、１ｐｐｍ～１０ｐｐｍであることがより好ましく、１ｐｐｍ～５ｐｐｍであることが更に好ましい。

脱硫後における水素ガス中の硫黄化合物の濃度としては、１０ｐｐｂ以下であることが好ましく、１ｐｐｂ以下であることが好ましく、０．１ｐｐｂ以下であることが更に好ましい。特に、硫黄化合物としてｔ－ブチルメルカプタン（ＴＢＭ）のみが含まれている場合、硫黄化合物の濃度をサブｐｐｂ（０．１ｐｐｂ）オーダー以下に抑えることが容易である。例えば、ＴＢＭ以外の硫黄化合物を含む都市ガス、液化石油ガス等よりも硫黄化合物の濃度を下げることが容易である。

また、前述のように、付臭剤は硫黄化合物以外の付臭成分を更に含んでいてもよく、付臭成分については、硫黄化合物とともに除去される構成であってもよく、燃料電池への影響も小さいため、水素との混合ガスの状態にて燃料電池に供給される構成であってもよい。なお、付臭剤が硫黄化合物を含むため、ガス中における硫黄化合物以外の付臭成分の濃度を低くすることができる。そのため、別途付臭成分を除去したり、あるいは付臭成分を無臭化したりすることなく、付臭成分を含むガスを大気放出してもよい。

硫黄化合物の水添脱硫をより低温で進行させる観点から、水添脱硫部は、触媒が一対の電極間に配置され、電極間に電圧が印加される構成を備えていてもよい。電極間に生じた電場により、触媒活性が向上し、反応の低温化、反応効率の向上等を図ることができる。
更に、副生成物の発生及び必要となる電気エネルギーを抑制する観点から、電極間に印加される電圧は、電極間に放電を生じさせる最低電圧（放電発生電圧）未満であることが好ましい。また、水添脱硫にて用いる触媒についても、電極間に電圧を印加した際に放電が生じにくいものを選択することが好ましい。

また、前述の加熱手段の電源及び電極間に電圧を印加する電源として、本実施形態の燃料電池システムにて発電した電力を使用してもよい。

（減圧部）
本実施形態の燃料電池システムは、前記脱硫部の下流かつ前記燃料電池の上流に配置され、脱硫部に供給される水素ガスの圧力よりも水素ガスを減圧する減圧部を備えている。例えば、減圧部により、燃料電池等の仕様に適した圧力まで水素ガスを減圧する構成が好ましく、水素ガスの供給圧を中圧の０．１ＭＰａ程度（脱硫部に供給される水素ガスの圧力）から低圧の０．０２ＭＰａ程度に減圧する構成が好ましい。減圧部としては、供給された水素ガスの供給圧を下げる構成を備えるものであれば特に限定されない。

燃料電池システムにおいて、減圧部に水素検知器等を配置して水素漏洩を検知可能としてもよい。

［発電方法］
本実施形態の発電方法は、前述の本実施形態の燃料電池システムを用いた発電方法であって、硫黄化合物と硫黄化合物以外の付臭成分とを含む付臭剤を用いる。これにより、水素ガスの付臭に必要な硫黄化合物の量を削減することができ、脱硫コストを低減することができる。

以下、本実施形態の燃料電池システムの具体的構成について、図１を用いて説明する。 図１に示すように、燃料電池システム１０は、脱硫部１、減圧部２及び燃料電池３を備える。更に、燃料電池システム１０では、流通経路４を通じて硫黄化合物を含む付臭剤により付臭された水素ガスが脱硫部１に供給され、流通経路４を通じて脱硫された水素ガスが減圧部２及び燃料電池３の順に供給される構成となっている。

硫黄化合物を含む付臭剤により付臭された水素ガスは、流通経路４を通じて脱硫部１に供給され、付臭剤は、脱硫部１において、吸着剤に吸着されるか、又は、水素ガスを用いて水添脱硫される。そして、脱硫された水素ガスは、流通経路４を通じて減圧部２にて減圧された後、燃料電池３にアノードガスとして供給され、カソードガスとして燃料電池３に供給される酸素ガスとの電気化学的な反応により発電が行われる。燃料電池３から排出されたガス（アノードオフガス）は大気中へと放出される。減圧部２が脱硫部１よりも下流に位置しているため、付臭剤に含まれる硫黄化合物の分圧がより高いことにより、吸着剤の吸着性能が高まる傾向にあり、また、より圧力が高いことにより、水添脱硫が進行しやすい傾向にある。

１・・・脱硫部、２・・・減圧部、３・・・燃料電池、４・・・流通経路、１０・・・燃料電池システム

Claims (7)

1. 水素ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
   前記燃料電池の上流に配置され、前記水素ガスを付臭する付臭剤に含まれる硫黄化合物を吸着する吸着剤を備える吸着部、及び、前記硫黄化合物を前記水素ガスと反応させて水添脱硫する水添脱硫部の一方である脱硫部と、
   前記脱硫部の下流かつ前記燃料電池の上流に配置され、前記脱硫部に供給される前記水素ガスの圧力よりも前記水素ガスを減圧する減圧部と、
   を備え、前記脱硫部と前記減圧部とが流通経路を介して接続している（但し、脱硫部と水素ガス貯蔵部とが流通経路を介して接続され、かつ前記水素ガス貯蔵部と減圧部とが流通経路を介して接続した構成を除く）燃料電池システム。
2. 前記脱硫部として前記吸着部を少なくとも備え、
   前記吸着剤は、活性炭及び金属が添着された活性炭の少なくとも一方を含む請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記吸着剤は、金属が添着された活性炭を含む請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記脱硫部として前記水添脱硫部を少なくとも備え、
   前記水添脱硫部を加熱する加熱手段及び前記水添脱硫部に電圧を印加する電圧印加部の少なくとも一方を更に備える請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料電池にて発電した電力を、前記加熱手段及び前記電圧印加部の少なくとも一方に供給する請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 炭化水素ガスを改質して前記水素ガスを生成する改質器を備えていない請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
7. 請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池システムを用いた発電方法であって、
   前記硫黄化合物と前記硫黄化合物以外の付臭成分とを含む前記付臭剤を用いる発電方法。

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