(57)【要約】【課題】ＣＯ２を排出する燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、エネルギ効率を向上させ、かつ環境へ排出されるＣＯ２の量を削減する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスを供給されて発電を行い、前記発電の結果ＣＯ２を含む排気ガスを排出する燃料電池と、前記排気ガスを供給され、前記排気ガス中のＣＯ２をＣＯに還元するＣＯ抽出部と、前記抽出したＣＯを燃料ガスの一部として前記燃料電池に供給するＣＯリサイクル部と、を備え、前記ＣＯ抽出部は、前記排気ガスを供給される処理容器中に配設され酸素欠損を有する酸化物よりなるＣＯ２吸着部材を含む。【選択図】図１
2010245025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化ガスを供給されて発電を行い、前記発電の結果ＣＯ２を含む排気ガスを排出する燃料電池と、
前記排気ガスを供給され、前記排気ガス中のＣＯ２をＣＯに還元するＣＯ抽出部と、
前記抽出したＣＯを燃料ガスの一部として前記燃料電池に供給するＣＯリサイクル部と、
を備え、
前記ＣＯ抽出部は、前記排気ガスを供給される処理容器中に配設され酸素欠損を有する酸化物よりなるＣＯ２吸着部材を含むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記ＣＯ抽出部は、前記ＣＯ2吸着部材を加熱する加熱部を含むことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記加熱部は、前記ＣＯ２吸着部材を前記排ガスにより加熱することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池システムは、さらに前記ＣＯ抽出部において還元されずに残ったＣＯ2を含む排気ガスを前記ＣＯ抽出部より供給され、前記ＣＯ２を養分として藻類を培養する培養槽を備えたことを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の燃料電池システム。
【請求項５】
燃料ガスと酸化ガスを供給されて発電を行い、前記発電の結果ＣＯ２を含む排気ガスを排出する燃料電池と、
前記排気ガスを供給され、前記排気ガス中のＣＯ２をＣＯに還元するＣＯ抽出部と、
前記抽出したＣＯを燃料ガスの一部として前記燃料電池に供給するＣＯリサイクル部と、
制御部と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記制御部は前記ＣＯ抽出部の状態を、前記ＣＯ２を含む排気ガスを供給され、第１の温度において前記排気ガス中のＣＯ２分子を前記ＣＯ2吸着部材に吸着させる吸着段階と、
前記ＣＯ２吸着部材の温度を前記第１の温度よりも高い第２の温度に昇温し、前記吸着部材からＣＯ分子を脱離させるＣＯ抽出段階と、
前記吸着部材の温度を前記第２の温度よりも高い第３の温度に昇温し、前記吸着部材に残った酸素原子を脱離させる再生段階と、
前記吸着部材の温度を前記第１の温度に冷却する冷却段階と、の間で順次変化させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項６】
前記ＣＯ2吸着部材は前記吸着段階において、前記ＣＯ２分子を構成する酸素原子の一つを前記酸素欠損に捕獲することにより、前記ＣＯ２分子を吸着させることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項７】
前記ＣＯ２吸着部材は、前記ＣＯ抽出段階において、前記第２の温度に加熱されることにより、前記酸素欠損に捕獲した酸素原子を保持したまま、前記ＣＯ２分子を前記酸素原子とＣＯ分子とに分解することを特徴とする請求項６記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項８】
前記ＣＯ２吸着部材は、前記再生段階において、前記第３の温度に加熱されることにより、前記酸素欠損に捕獲した酸素原子を放出させることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に燃料電池に係り、特に発電に伴い二酸化炭素（ＣＯ2）を排出する形式の燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止技術として燃料電池が注目されている。燃料電池は熱機関と異なり、化学エネルギを直接に電気エネルギに変換でき、高い発電効率を実現でき、エネルギ消費を低減することができると考えられている。
【０００３】
大規模発電が可能な燃料電池として、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）及び溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）が知られている。これらの燃料電池は反応温度が高いが、水素ガスの他に天然ガスや石炭ガスを燃料として使うことができ、さらにＣＯガスも燃料として利用できる特長を備えている。
【０００４】
そこで、例えば固体酸化物型燃料電池においては、石炭から発生させた炭化水素ガスやＣＯガス、さらに有機廃棄物を醗酵させて生成したメタン（ＣＨ４）ガス等の炭化水素を原料ガスとして使用することが試みられている。
【０００５】
一方、このような固体酸化物型燃料電池あるいは溶融炭酸塩型燃料電池では、排気ガス中にＣＯ２が含まれるため、ＣＯ２排出による地球温暖化を防止すべく、エネルギ効率を向上させ、ＣＯ２の排出量を低減する様々な提案がなされている。
【０００６】
例えば特許文献１には、排気ガス中に含まれるＣＯ２を電気分解や光電気分解により、炭化水素やアルコールなどに還元し、再利用する方法が提案されている。また特許文献２には、メタン菌などの細菌を利用してＣＯ2をメタンなどの炭化水素に還元し、再利用する技術も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０４−０６５０６６号公報
【特許文献２】特開２００４−１９２８２４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、上記特許文献１による提案は、ＣＯ２を電気分解により炭化水素まで還元しており、ＣＯ２の還元に大きなエネルギを必要とする。このためエネルギ収支の点で見ると、必ずしもエネルギ消費量の低減に有効ではない。
【０００９】
また上記特許文献２による提案では、ＣＯ２還元に生ごみの保管庫、醗酵槽、或いは、ガス精製装置が必要になりシステム構成が複雑化するとともに、醗酵槽等の維持管理に特別の注意が必要になるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
好ましい実施形態による燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスを供給されて発電を行い、前記発電の結果ＣＯ2を含む排気ガスを排出する燃料電池と、前記排気ガスを供給され、前記排気ガス中のＣＯ2をＣＯに還元するＣＯ抽出部と、前記抽出したＣＯを燃料ガスの一部として前記燃料電池に供給するＣＯリサイクル部と、を備え、前記ＣＯ抽出部は、前記排気ガスを供給される処理容器中に配設され酸素欠損を有する酸化物よりなるＣＯ2吸着部材を含む。
【発明の効果】
【００１１】
上記好ましい実施形態によれば、簡単な構成で、かつ従来の電気分解法などのように外部エネルギを投入することなく燃料電池から排出されるＣＯ２をＣＯに還元でき、これを燃料の一部として再利用することにより、燃料電池システムにおいて高いエネルギ収支を実現できる。また燃料電池の廃熱を利用して発電を行ったり、再利用できなかったＣＯ2を使ってバイオエタノールなど植物性燃料の原料となる藻類などを培養したりすることにより、発電に伴うＣＯ２の排出量を低減させることができ、地球温暖化防止に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態による燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】図１の燃料電池システムにおいて実行させるＣＯ２の吸着分解サイクルの原理を示すフローチャートである。
【図３】図１の燃料電池システムにおけるＣＯ２吸着／分解槽の構成を示す図である。
【図４】図３のＣＯ２吸着／分解槽４０１において使われるＣＯ２吸着部材の構成を示す拡大図である。
【図５】図１の燃料電池システムにおける第１の排気ガス処理系統の動作と第２の排気ガス処理系統の動作のタイミングを示す図である。
【図６】図１の燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施形態によるＣＯ２吸着部材の構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態の一変形例を示す図である。
【図９】第３の実施形態による燃料電池システムの動作状態を示す図である。
【図１０】第３の実施形態による燃料電池システムの動作状態を示す図である。
【図１１】第３の実施形態による燃料電池システムの動作状態を示す図である。
【図１２】第３の実施形態による燃料電池システムの動作状態を示す図である。
【図１３】第４の実施形態による燃料電池システムの構成を示す図である。
【図１４】図１３の燃料電池システムで使われる藻類の培養槽の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態による燃料電池システム１００の概要を示す。
【００１４】
図１を参照するに、前記燃料電池システム１００は燃料電池３０を備えており、前記燃料電池３０は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）あるいは溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）の燃料電池である。
【００１５】
前記燃料電池３０は電解質３０３を空気極（アノード）３０１および燃料極（カソード）３０２で挟持した構成を有する。前記燃料電池３０が固体酸化物型燃料電池の場合には、前記電解質３０３として、安定化ジルコニアなどの酸化物が使われる。また溶融炭酸塩型燃料電池の場合には、前記電解質３０３として、炭酸リチウムや炭酸ナトリウムなどの溶融塩が使われる。実際の燃料電池では、電解質３０３を空気極３０１および燃料極３０２で挟持した構成のセルを多数、図示しないセパレータを介して積層して使われることが多い。
【００１６】
前記燃料電池３０は、前記空気極３０１に空気などの酸化ガスを、フィルタ３５および空気ライン３５ａを介して供給され、また前記燃料極３０２に天然ガスや石油ガスなどの燃料を、フィルタ３４および燃料ライン３４ａを介して供給されることで、発電を行う。
【００１７】
前記燃料電池３０内では、例えば前記燃料ガスとしてメタンＣＨ４を含むガスを供給しまた前記酸化ガスとして空気を供給した場合、空気中の酸素との反応
ＣＨ４＋２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ                                                                              （１）
が生じ、発電がなされる。この反応は、前記燃料電池として固体酸化物型の燃料電池を使う場合、一般に８００℃〜１０００℃の高温で行われる。また前記燃料電池として溶融炭酸塩型の燃料電池を使う場合には、上記反応は、６００℃〜７００℃の、やはり高温下で行われる。
【００１８】
一方、上記の固体酸化物型燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池では、一酸化炭素（ＣＯ）を燃料として使うことも可能で、この場合には、空気中の酸素との反応
ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２                                                                            （２）
により、所望の発電がなされる。この場合にも、発電反応は、先に述べたような高温下でなされる。前記反応（１）と反応（２）は同時に行うことが可能である。
【００１９】
上の反応式よりわかるように、固体酸化物型燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池では、天然ガスや石油ガス、一酸化炭素など炭素を含むガスを燃料とするのに伴って、反応生成物としてＣＯ２が発生する。発生したＣＯ２は、高温の排気ガスの形で燃料電池３０から排出される。
【００２０】
発生した高温の排気ガスはエネルギを有しているため、図１の燃料電池システム１００では、前記空気ライン３５ａに熱交換器３１１を、また燃料ライン３４ａに熱交換器３１２を設け、前記熱交換器３１１および３１２に前記高温の排気ガスを供給することで、前記空気ライン３５ａを供給される空気、および前記燃料ライン３４ａを供給される燃料ガスを、前記燃料電池３０に注入される前に加熱している。
【００２１】
前記熱交換器３１１および３１２を通過して冷却された排気ガスは、コールドトラップなどのＨ２Ｏ分離器３２に導かれ、水が分離される。前記Ｈ２Ｏ分離器３２にはバルブＶＨが設けられ、前記バルブＶＨを定期的に開くことにより、分離された水が系外へと排出される。
【００２２】
さらに図１の燃料電池システム１００は、前記燃料電池３０から排出される高温のＣＯ２を主とする排気ガスからＣＯガスを抽出するＣＯ抽出部を備え、前記ＣＯ抽出部は、このようにして抽出されたＣＯガスを、燃料として再利用する。その結果、図１の燃料電池システム１００は高いエネルギ効率を実現している。
【００２３】
以下、前記ＣＯ抽出部の構成について説明する。
【００２４】
図１を参照するに、前記ＣＯ抽出部は、前記燃料電池３０の排気ガスが供給されるＣＯ２吸着／分解槽４０１および４０２を含み、前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１および４０２には、前記Ｈ２Ｏ分離器３２においてＨ２Ｏを分離された排気ガスが、それぞれバルブＶｆ１およびバルブＶｆ２を介して供給される。
【００２５】
前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１および４０２は前記排気ガス中のＣＯ２から一酸化炭素（ＣＯ）ガスを抽出する。このようにして抽出されたＣＯガスは、ポンプ３６１およびバルブＶｅ１、あるいはポンプ３６２およびバルブＶｅ２を介してＣＯ貯蔵タンク３３に回収・蓄積される。前記ＣＯ貯蔵タンク３３に回収されたＣＯガスは、前記燃料ライン３４ａに設けられた注入部３３Ａにおいて、前記フィルタ３４を通過し前記燃料電池３０へと給送される燃料ガスに、追加の燃料として注入され、リサイクルされる。
【００２６】
図２は、前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１および４０２においてなされるＣＯ２の吸着分解サイクルの概要を示すフローチャート、図３は、前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１の構成を示す図、図４は、前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１において使われるＣＯ２吸着部材２０１の構成を示す拡大図である。なおＣＯ２吸着／分解槽４０２は前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１と同一の構成を有しており、説明を省略する。
【００２７】
最初に図３を参照するに、前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１は例えばステンレスや銅、ニッケル合金などよりなる容器１０１を有し、前記容器１０１中の処理空間にはＣＯ２吸着部材２０１が収納されている。また前記容器１０１には、前記ＣＯ２吸着部材２０１に前記燃料電池３０からの排気ガスを供給する通路よりなる排気ガス供給部１１１が形成されている。さらに前記容器１０１には、前記燃料電池３０からの排気ガスにより前記ＣＯ２吸着部材２０１を所定の温度に加熱する熱交換器１２１が設けられている。
【００２８】
前記ＣＯ２吸着部材２０１は、供給された排気ガス中のＣＯ２分子を吸着し、これを一酸化炭素分子と酸素原子とに分解する。すなわち前記ＣＯ２吸着部材２０１では、式
ＣＯ２→ＣＯ＋１／２Ｏ２
で表されるＣＯ２の分解・還元反応が生じる。
【００２９】
同様に前記ＣＯ2吸着／分解槽４０２は例えばステンレスよりなる容器１０２を有し、前記容器１０２内にはＣＯ２吸着部材２０２が収納されている。また前記容器１０２には、前記ＣＯ２吸着部材２０２に前記燃料電池３０からの排気ガスを供給する排気ガス供給部１１２が形成されている。さらに前記容器１０２には、前記燃料電池３０からの排気ガスにより前記ＣＯ２吸着部材２０２を所定の温度に加熱する熱交換器１２２が設けられている。前記ＣＯ２吸着部材２０２は、供給された排気ガス中のＣＯ２分子を吸着し、これを一酸化炭素分子と酸素原子とに分解する。すなわち前記ＣＯ２吸着部材２０２でも、式
ＣＯ２→ＣＯ＋１／２Ｏ２
で表されるＣＯ２の分解・還元反応が生じる。
【００３０】
図３の構成において前記ＣＯ２吸着部材２０１およびＣＯ２吸着部材２０２は、平板状の部材を所定の間隔で積層したものであってもいが、後の実施形態で説明するように、円柱形状あるいは角柱形状の部材であってもよい。
【００３１】
図４は、前記ＣＯ２吸着部材２０１の詳細な構成を示す。前記ＣＯ２吸着部材２０２も同様な構成を有しており、説明は省略する。
【００３２】
図４を参照するにＣＯ２吸着部材２０１は、好ましくは多孔体よりなど大きな表面積を有する基体２１を備え、前記基体２１上には、ＳｒＴｉＯ３やＰＺＴなど、酸素欠損２３を有し好ましくはペロブスカイト型構造を有する金属酸化物膜が、ＣＯ２吸着剤２２として、例えば１ｎｍ〜１μｍの膜厚に形成されている。例えば前記ＣＯ２吸着剤２２がＳｒＴｉＯ３より構成されている場合、前記ＣＯ2吸着剤２２は一般に式Ｓｒ１−ｘＴｉ１−ｙＯ３−ｚで表される非化学量論組成を有するが、図１の燃料電池システム１００への適用においては、特に組成パラメータｚが0.1以上で多量の酸素欠損を含んでいるのが好ましい。また前記ＣＯ２吸着剤２２としては、ＳｒＴｉＯ３やＰＺＴの他にも、ＢａＴｉＯ３やＢａＳｒＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3、ＣａＭｎＯ3など、他のペロブスカイト構造の金属酸化物を使うことが可能である。また前記基体２１としては、多孔質シリカや珪藻土を焼成したものを使うことが可能である。
【００３３】
ここで図２のフローチャートを参照するに、工程１において前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１あるいはＣＯ２吸着／分解槽４０２を構成する容器１０にＣＯ２分子２４を含む排気ガスが供給される。以下の説明は、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１だけについて行い、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０２については同様であるので省略する。
【００３４】
すると工程２として示すように、ＣＯ２分子２４を構成する酸素原子の一方が前記酸素欠損２３に捕獲される。すなわち、工程２において前記ＣＯ2分子２４は、前記ＣＯ２吸着剤２２に吸着される。その際工程１，２では、前記ＣＯ２吸着剤２２の温度は、前記熱交換器１２に空気を供給することにより、室温に設定しておく。ただし前記工程２は、室温〜１００℃の温度範囲であれば、実行可能である。以下、前記工程１を「導入工程」、前記工程２を「吸着工程」と称する。
【００３５】
なお前記排気ガスを導入するため、また以下に説明する他の工程のため、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１および４０２には、ポンプ３６１および３６２がそれぞれ設けられている。例えば図２の導入工程では、前記ポンプ３６１を駆動して前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１の容器１０を排気することにより、前記Ｈ２Ｏ分離器３２を通過した排気ガスが前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１に導入される。
【００３６】
次に工程３において前記ＣＯ２吸着剤２２の温度をより高い２００℃〜３００℃の温度に昇温し、さらに前記ＣＯ2吸着剤２２が配設されている処理空間の圧力を、前記ポンプ３６１あるいは３６２により０．１Ｐａ〜０．５Ｐａ程度まで減圧する。その結果、前記ＣＯ２分子２４は前記酸素欠損２３に捕獲された酸素原子とＣＯ分子２５に分解し、ＣＯ２からＣＯが遊離する。すなわちＣＯ２はＣＯへと還元され、ＣＯ２からＣＯが抽出される。このようにして抽出されたＣＯガスは、先にも説明したように前記ＣＯ貯蔵タンク３３に回収される。例えば前記ポンプ３６１を駆動することにより、抽出されたＣＯガスは前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１の容器１０から前記ＣＯ貯蔵タンク３３へと送られ、回収される。以下、前記工程３を「分解工程」と称する。
【００３７】
前記分解工程では前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１のＣＯ２吸着剤２２は、前記熱交換器１２１に前記燃料電池３０からの高温排気ガスを、流量を制御して供給することにより、前記２００℃〜３００℃の温度に調整される。前記燃料電池３０がＳＯＦＣである場合、前記高温排気ガスは約８００℃の温度を有する。また前記燃料電池３０がＭＣＦＣである場合、前記高温排気ガスは約７００℃の温度を有する。
【００３８】
さらに前記ＣＯ2吸着剤２２に吸着されたＣＯ２分子２４が実質的に全て分解すると、図２の工程４において前記容器１０は前記ポンプ３６１により真空排気され、前記ＣＯ２吸着剤２２は、好ましくは前記高温排気ガスの温度、あるいはそれよりやや低い６００℃〜７００℃の高温に加熱される。その結果、前記酸素欠損２３に捕獲されていた酸素原子が放出され、酸素分子Ｏ２２６の形で、前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１，４０２から除去される。以下、工程４を「再生工程」と称する。
【００３９】
前記再生工程では前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１のＣＯ２吸着剤２２は、前記熱交換器１２１に前記燃料電池３０からの高温の排気ガスを最大流量で供給することにより、前記６００℃〜７００℃の温度に加熱される。
【００４０】
そこで再び工程１に戻り上記のプロセスを繰り返すことにより、前記燃料電池３０の排気ガス中のＣＯ２からＣＯを繰り返し抽出し、これを燃料として再利用することにより、燃料電池３０のエネルギ収支を大きく向上させることが可能となる。
【００４１】
説明は省略するが、同様な「導入工程」、「吸着工程」、「分解工程」、「再生工程」は、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０２においても同様にして実行される。その際、図１の燃料電池システム１００では、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１，４０２は交互に動作させるのが好ましい。
【００４２】
すなわち図５のフローチャートに示すように、前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１が、室温（ＲＴ）で実行され、従って熱交換器１２１に前記燃料電池３０の高温排気ガスを供給する必要のない前記導入工程および吸着工程を行っている間に、前記ＣＯ２吸着／分解槽４０２では、熱交換器１２２に燃料電池３０の高温排気ガスを供給する必要のある分解工程および再生工程が実行されている。また前記ＣＯ２吸着／分解槽４０２が、室温（ＲＴ）で実行され、従って熱交換器１２２に前記燃料電池３０の高温排気ガスを供給する必要のない前記導入工程および吸着工程を行っている間に、前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１では、熱交換器１２１に燃料電池３０の高温排気ガスを供給する必要のある分解工程および再生工程が実行されている。
【００４３】
このように前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１，４０２を交互に動作させることにより、前記燃料電池３０から排出される高温排気ガスの熱を有効に利用することができ、前記分解工程や再生工程を、外部エネルギや、発電した電力を使うことなく、高いエネルギ効率で実行することができる。
【００４４】
このために図１の燃料電池システム１００では、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１を含む第１の排気ガス処理系統にバルブＶａ１〜Ｖｇ１を設け、また前記ＣＯ2吸着／分解槽４０２を含む第１の排気ガス処理系統にバルブＶａ２〜Ｖｇ２を設けている。
【００４５】
以下、バルブＶａ１〜Ｖｇ１について説明する。
【００４６】
前記バルブＶａ１は前記燃料電池３０の排気口３０ｅと前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１の熱交換器１２１の入口／出口ポート１２ａ１との間に設けられ、これに対応して前記熱交換器１２１の反対側の出口／入口ポート１２ｂ１には、前記熱交換器１２１を通過した排気ガスを前記熱交換器３１１の排気ガス入口ポート３１ａ１に供給するバルブＶｃ１が設けられている。ここで前記熱交換器３１１の排気ガス入口ポート３１ａ１は、前記燃料電池３０の排気ガスが前記排気ポート３０ｅから直接に供給されるポートである。
【００４７】
また前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１では、前記空気ライン３５ａと前記熱交換器１２１の出口／入口ポート１２ｂ１に、前記空気ライン３５ａ中の空気を前記熱交換器１２１に供給するバルブＶｇ１が設けられ、また前記熱交換器１２１の入口／出口ポート１２ａ１には、前記熱交換器１２１を通過した空気を前記熱交換器３１１の空気入口ポート３１ｃ１に供給するバルブＶｂ１が設けられている。前記空気入口ポート３１ｃ１は、前記空気ライン３５ａが接続され空気が供給されるポートである。
【００４８】
そこで前記バルブＶａ１およびＶｃ１を開くと、前記燃料電池３０の排気ポート３０ｅから排出された排気ガスの一部が前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１の熱交換器１２１を通り、前記熱交換器３１１の排気ガス入口ポート３１ａ１に送られ、前記排気ポート３０ｅから直接に前記排気ガス入口ポート３１ａ１に供給される排気ガスに加えられる。
【００４９】
また前記バルブＶｇ１およびＶｂ１を開くことにより、前記空気ライン３５ａ中の空気が前記熱交換器１２１を通って前記熱交換器３１１に供給され、加熱された後、反対側の空気出口ポート３１ｄから、前記燃料電池３０の空気極３０１へと供給される。その際、前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１では前記ＣＯ２吸着部材２０１の温度が室温に設定される。
【００５０】
また図１の燃料電池システム１００では、前記熱交換器３１１の排気ガス出口ポート３１ｂより前記排気ガスがコールドトラップよりなる前記Ｈ２Ｏ分離器３２に送られ、水を分離した後、先に説明したようにバルブＶｆ１を介して前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１に供給される。前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１では前記排気ガスは、前記ＣＯ２吸着部材２０１に設けられた排気ガス供給部１１１に供給される。
【００５１】
また前記抽出工程において前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１で抽出されたＣＯガスは、前記ポンプ３６１およびバルブＶｅ１を介して前記ＣＯ貯蔵タンク３３へ供給され、回収される。
【００５２】
さらに前記再生工程において前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１で放出されたＯ２ガスは、前記ポンプ３６１および別のバルブＶｄ１を介して系外へと排出される。
【００５３】
同様に図１の燃料電池システム１００では、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０２を含む第２の排気ガス処理系統にバルブＶａ２〜Ｖｇ２が設けられており、また前記ＣＯ2吸着／分解槽４０２を含む第１の排気ガス処理系統にバルブＶａ２〜Ｖｇ２を設けている。
【００５４】
前記バルブＶａ２〜Ｖｇ２については、前記バルブＶａ１〜Ｖｇ１場合と同様であり、説明を省略する。
【００５５】
表１は、前記図５のフローチャートに対応した、前記バルブＶａ１〜Ｖｇ１およびバルブＶａ２〜Ｖｇ２の開閉シーケンスを示す。以下のバルブＶａ１〜Ｖｇ１およびバルブＶａ２〜Ｖｇ２の開閉シーケンスは、図１に概略的に示した制御装置１０１により制御される。前記制御装置１０１は、制御プログラムをロードされたコンピュータより構成されるのが好ましい。
【００５６】
【表１】
2010245025.tif 000003
【００５７】
表１を参照するに、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１の導入工程では、前記バルブＶａ１，Ｖｃ１，Ｖｅ１が閉じられ、この状態でバルブＶｂ１およびＶｇ１が開かれる。その結果、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１の熱交換器１２１に前記空気ライン３５ａ中の空気が供給され、前記ＣＯ２吸着部材２０１の温度が室温に設定される。さらにこの状態でバルブＶｄ１を開きポンプ３６１を駆動し、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１において前記容器１０１の内部を排気して、０．０１気圧〜０．１気圧程度の圧力に減圧する。さらにこの状態でバルブＶｆ１を開くことにより、前記Ｈ２Ｏ分離器３２を通過した排気ガスが前記容器１０１中に流入し、前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１を充填する。
【００５８】
次に前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１の吸着工程では前記バルブＶａ１，Ｖｃ１，Ｖｄ１が閉じられる。この状態で引き続きバルブＶｂ１およびＶｇ１を開いておくことにより、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１の熱交換器１２１に前記空気ライン３５ａ中の空気が供給され、前記ＣＯ２吸着部材２０１の温度が室温に維持される。さらにこの状態で前記バルブＶｄ１およびＶｆ１が閉じられる。この状態で、前記容器１０１に導入されたＣＯ２ガスが、前記ＣＯ２吸着部材２０１のＣＯ２吸着材２２に吸着される。
【００５９】
次に前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１の分解工程では前記バルブＶａ１，Ｖｃ１が開かれＶｂ１およびＶｇ１が閉じられることにより、前記熱交換器１２１に前記燃料電池３０の排気ガスが導入され、前記ＣＯ２吸着部材２０１の温度が２００℃〜３００℃に設定される。この状態でバルブＶｄ１およびバルブＶｆ１を閉じたままバルブＶｅ１を開き、ポンプ３６１を駆動することにより、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１で抽出されたＣＯガスが前記ＣＯ貯蔵タンク３３に供給される。前記分解工程では、前記バルブＶａ１，Ｖｃ１の開度を調整することにより、前記ＣＯ２吸着部材２０１の温度を２００℃〜３００℃に設定することができる。
【００６０】
次に前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１の再生工程では、前記バルブＶａ１，Ｖｃ１を開きバルブＶｂ１，Ｖｆ１，Ｖｇ１を閉じたまま、バルブＶｅ１を閉じバルブＶｄ１を開く。さらに前記ポンプ３６１を駆動することにより、前記容器１０１内の処理空間を０．０１気圧〜０．１気圧の圧力まで減圧する。これにより前記ＣＯ２吸着部材２０１に吸着していた酸素原子が前記処理空間へと放出され、放出された酸素原子は酸素ガスとして系外へと放出される。これにより前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１において、前記ＣＯ２吸着部材２０１の再生がなされる。このようにして得られた酸素ガスを系外に排出する代わりに前記空気ライン３５ａに戻し、燃料電池３０の空気極３０１に再び供給してもよい。
【００６１】
また表１のプロセスでは、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１において導入工程が行われている間、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０２においてはバルブＶｂ２，Ｖｄ２，Ｖｆ２およびＶｇ２が閉じられバルブＶａ２，Ｖｃ２，Ｖｅ２が開かれることにより、ＣＯ２の分解工程が行われている。
【００６２】
また表１のプロセスでは、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１において吸着工程がなされている間、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０２においてはバルブＶｂ２，およびＶｅ２，Ｖｆ２およびＶｇ２が閉じられバルブＶａ２，Ｖｃ２，Ｖｄ２が開かれることにより、前記ＣＯ２吸着部材２０２の再生工程が行われている。
【００６３】
また表１のプロセスでは、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１において分解工程が行われている間、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０２においてはバルブＶａ２，およびＶｃ２，Ｖｅ２が閉じられバルブＶｂ２，Ｖｄ２，Ｖｆ２，Ｖｇ２が開かれることにより、前記ＣＯ２吸着部材２０２の再生工程が行われている。
【００６４】
また表１のプロセスでは、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１において再生工程が行われている間、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０２においてはバルブＶａ２，Ｖｃ２，Ｖｄ２，Ｖｅ２，Ｖｇ２が閉じられバルブＶｂ２，Ｖｇ２が開かれることにより、前記ＣＯ２吸着部材２０２の吸着工程が行われている。
【００６５】
このように、本発明の実施の形態においては、ＣＯ2 の分解に簡単な構成のＣＯ2 吸着／分解槽を用い、簡単な熱の供給サイクル操作を行うことにより、簡単な構成の燃料電池システムを構築することが可能であり、またＣＯ2吸着／分解槽４０１，４０２のメンテナンスを容易に行うことが可能である。
【００６６】
また本実施形態によれば、ＣＯ2 の分解及び酸素空孔再生に必要な熱エネルギを固体酸化物型燃料電池および溶融炭酸塩型燃料電池からの高温排気ガスを利用して得ているので、余分な加熱手段が不要、あるいはわずかの加熱を加えるだけで済むため、高いエネルギ収支を実現することができる。
【００６７】
例えば１ｇのＣＯ2 をＣＯに分解する場合を考えると、これに約５００ジュールのエネルギが必要である。図１の燃料電池システムでは、装置化に伴う各種ロスにより効率が低下するが、約１０００ジュールのエネルギで１ｇのＣＯ2 を分解することが可能である。また本実施形態におけるＣＯ２の分解反応およびＣＯ２吸着部材２０１，２０２の再生反応は熱反応であるため、外部の電力を特に必要とせず、燃料電池からの廃熱で対応できるため、図１の燃料電池システム１００では、従来の電気分解等を利用する方法に比べて格段に効率が向上する。
【００６８】
また図１の実施形態の燃料電池システム１００では、排気ガス中のＣＯ2を水素や炭化水素にまで還元するのではなく、より変換エネルギが少なくてすむＣＯに還元するだけであるので、この点からもエネルギ収支を向上させることができる。さらに、図１の実施形態による燃料電池システム１００は、固体酸化物型燃料電池および溶融炭酸塩型燃料電池からのＣＯ2を含む排気ガスを原料の一部としてリサイクルするため、ＣＯ2排出を低減させた固体酸化物型燃料電池システムおよび溶融炭酸塩型燃料電池システムの構築が可能となる。
【００６９】
なお、図２のサイクルを図１の燃料電池システム１００において繰り返すと、実際には新たな燃料ガスの投入に伴い、系内の炭素量、従って燃料電池から排出されるＣＯ２の量が徐々に増加する。このため、図２の吸着工程を行っても、排ガス中の全てのＣＯ２を前記ＣＯ２吸着部材２０１，２０２により分解しきれなくなる。そこで実際には、前記吸着工程の後、分解工程に進む前に、図６の工程２１に示すように前記ＣＯ２吸着部材２０１，２０２の温度は室温のまま、バルブＶｄ１，Ｖｄ２を開き、ポンプ３６１，３６２を駆動して過剰のＣＯ２を系外に排出する排出工程を設けるのが好ましい。
【００７０】
前記工程２１において前記バルブＶｄ１を開いている場合には、前記ＣＯ２吸着／分解槽４１１に協働する他のバルブＶａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１，Ｖｅ１，Ｖｇ１は閉じておく。同様に前記工程２１において前記バルブＶｄ２を開いている場合には、前記ＣＯ２吸着／分解槽４１２に協働する他のバルブＶａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２，Ｖｅ２，Ｖｇ２は閉じておく。
【００７１】
図６の工程２１は、前記図５のタイミングチャートでは、吸着工程の一部に含めることができる。
【００７２】
このようにして排出された過剰のＣＯ２の処理については、後ほど別の実施形態で説明する。
【００７３】
また前記再生工程から導入工程に移行する際に前記ＣＯ２吸着部材２０１，２０２の温度が十分に、例えば室温〜１００℃の範囲まで下がっていないと、その後の吸着工程が正常に進まない。自然空冷により前記ＣＯ２吸着部材２０１，２０２が冷却されるのを待ってもよいが、燃料電池システム１００の動作効率を向上させるため、図６に工程４１で示すように、前記再生工程４の後、バルブＶａ１，Ｖｃ１，Ｖｅ１，Ｖｆ１，Ｖｇ１を閉じバルブＶｂ１，Ｖｄ１，Ｖｇ１を開いて、あるいはバルブＶａ２，Ｖｃ２，Ｖｅ２，Ｖｆ２，Ｖｇ２を閉じバルブＶｂ２，Ｖｄ２，Ｖｇ２を開いて、前記ＣＯ２吸着部材４０１あるいは４０２の熱交換器１２１あるいは１２２に空気を供給し、前記ＣＯ２吸着部材２０１，２０２の温度を上記所定値に低減させる冷却工程を設けるのが好ましい。
【００７４】
図６の工程４１は、前記図５のタイミングチャートでは、再生工程の一部に含めることができる。
【００７５】
なお本実施形態は、前記ＣＯ２吸着／分解槽４０１，４０２が設けられる場合について説明したが、ＣＯ２吸着／分解槽の数は２基に限定されるものではなく、３基以上のＣＯ２吸着／分解槽を設けてもよい。
【００７６】
［第２の実施形態］
図７は、前記図１の燃料電池システム１００において前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１において使われるＣＯ２吸着部材２０１の第２の実施形態４０の構成を示す。なお前記ＣＯ2吸着／分解槽４０２において使われるＣＯ２吸着部材２０２の構成は同じであり、説明を省略する。
【００７７】
図７を参照するに、前記ＣＯ２吸着部材４０は多孔質シリカ粉末を成形して焼成した円柱状の多孔質基体４１を含み、前記多孔質基体４１中にはステンレスなどの容器４５中に収容され、多数の排気ガス通路４２が形成されている。この排気ガス通路４２は、例えば２ｍｍ程度の径を有していてもよい。
【００７８】
図７の拡大図に示すように、前記基体４１には、例えば径が数ｎｍ〜数１０μｍ程度の微細な空隙などの凹部４６が多数形成されており、前記凹部の表面には、例えば厚さが１ｎｍ程度のＳｒＴｉＯ３膜４３が、ＣＯ２吸着剤層として形成されている。前記ＣＯ２吸着剤層４３は好ましくはＣＶＤ法やゾルゲル法など、ステップカバレッジに優れた成膜方法で形成されたセラミック膜であり、１ｎｍ〜１μｍ程度の膜厚を有している。前記ＣＯ２吸着剤層４３の膜厚が厚すぎると、前記凹部４３が塞がれてしまうので、前記ＣＯ２吸着剤層４３の膜厚は上記範囲を超えないのが好ましい。なお図７中の拡大図に示す前記凹部４６は、前記多孔質基体４１の全面に連続してオープンポアを形成するのが好ましい。
【００７９】
前記多孔質基体４１中には、さらに前記熱交換器１２１として機能するガス配管４４が、対応する開口部４４Ａに挿通された状態で設けられている。前記ガス配管４４中に前記空気ライン３５ａからの空気や燃料電池３０からの排気ガスを通すことにより、先に説明したように前記ＣＯ２吸着部材４０の温度を所定の値に制御することができる。
【００８０】
なお図７のＣＯ２吸着部材４０において、前記多孔質基体４１の側面および両端面は、前記容器４５により被覆されている。
【００８１】
なお前記ＣＯ２吸着剤層４３としては、先に述べたＳｒＴｉＯ３以外にも、ＢａＴｉＯ３やＰＺＴ，ＰＬＺＴなど、他の様々なペロブスカイト型構造を有する酸化物膜を使うことが可能である。このようなペロブスカイト膜は、多孔質シリカ粉末を成型した焼成した前記多孔質基体４１上に形成する場合には一般に多結晶のセラミック膜となるが、前記基体４１として例えば薄いＳｒＴｉＯ３の単結晶基板などを使った場合には単結晶膜となる。
【００８２】
例えば図８に示すように、図７の容器４５中に円形の薄い単結晶基板４１Ｓを多数、間隔を置いて配設することで、前記ＣＯ２吸着部材４０Ａを構成することもできる。
【００８３】
図８を参照するに、前記容器４５中には、各々前記排気ガス通路４２を形成された多数の単結晶基板４１Ｓが相互に離間して配置され、排気ガスが一端のキャップ４５Ａに設けられた入口４５ａに供給され、他端のキャップ４５Ｂに設けられた出口４５ｂから排出される。さらに前記容器４５中には、前記ガス配管４４が熱交換器として設けられている。
【００８４】
また図８の構成において、前記図７に示す焼成体よりなる多孔質基体４１を基板４１Ｓの代わりに使うことも可能である。かかる構成によれば、前記ＣＯ２吸着剤層４３の形成を薄い多孔質基体上に行うことが可能で、ＣＯ２吸着剤層４３の形成をＣＶＤ法やＡＬＤ法により、容易に実行することができる。
【００８５】
［第３の実施形態］
図９〜図１２は、第３の実施形態による燃料電池システムの運転シーケンスを示す図である。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また簡単のため、バルブＶａ１〜Ｖｇ１を含む第１の排気ガス処理系統の動作についてのみ説明する。
【００８６】
図９を参照するに、本実施形態ではこの段階でバルブＶａ１〜Ｖｇ１が前記表１のＣＯ2吸着／分解槽４０１における導入工程と同じ状態に設定され、ポンプ３６１を駆動することにより前記排気ガスが前記Ｈ２Ｏ分離器３２からＣＯ２吸収／分解槽４０１へと導入される。
【００８７】
その際本実施形態では、図９の状態で、先に図６で説明した工程１の導入工程のみならず、工程２の吸着工程および工程３の過剰ＣＯ２排出工程までを行う。本実施形態ではその間、前記バルブＶｄ１が開かれポンプ３６１が駆動されているため、前記ＣＯ２吸収／分解槽４０１中のＣＯ２吸収／分解部材２０１により吸着されなかった過剰のＣＯ２は系外に排出される。
【００８８】
次に図１０に示すようにバルブＶａ１〜Ｖｇ１が前記表１のＣＯ2吸着／分解槽４０１における分解工程と同じ状態に設定され、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１においてＣＯ２吸着部材２０１が２００℃〜３００℃の温度に昇温され、抽出されたＣＯガスが前記ＣＯ貯蔵タンク３３に回収される。なお図１０の状態では、前記熱交換器３１１，３１２を通過した排気ガスはＣＯ2吸着／分解槽４０２に供給されている。
【００８９】
さらに図１１に示すようにバルブＶａ１〜Ｖｇ１が前記表１のＣＯ2吸着／分解槽４０１における再生工程と同じ状態に設定され、前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１においてＣＯ２吸着部材２０１が６００℃〜７００℃の温度に加熱され、放出された酸素ガスがバルブ３６１から系外に排出される。なお図１１の状態でも、前記熱交換器３１１，３１２を通過した排気ガスはＣＯ2吸着／分解槽４０２に供給されている。
【００９０】
さらに図１２に示すようにバルブＶａ１，Ｖｃ１，Ｖｅ１，Ｖｆ１が閉じられバルブＶｂ１，Ｖｄ１，Ｖｇ１が開かれ、前記熱交換器１２１に空気を供給することで前記ＣＯ2吸着／分解槽４０１のＣＯ２吸着部材２０１が、前記室温〜１００℃の温度に冷却される。
【００９１】
本実施形態によれば、図９に示すように導入工程と吸着工程と過剰ＣＯ２排出工程を、バルブＶａ１〜Ｖｇ１を同じ状態に維持したまま実行することができ、燃料電池システム１００の運転が容易になる。
【００９２】
［第４の実施形態］
図１３は、第４の実施形態による燃料電池システム１００Ａの構成を示す図、図１４は前記図１３の燃料電池システム１００Ａに設けられバイオエタノールの原料となる藻類を培養する培養槽６３の構成を示す図である。
【００９３】
図１３を参照するに、本実施形態では燃料電池３０に冷却液を通されるクーリングジャケット６１が装着されており、前記クーリングジャケット６１に対応して複数の藻類培養槽６３が設けられている。また本実施形態では前記クーリングジャケットの内側に、前記燃料電池３０の本体とクーリングジャケットの内面に接して、多数の熱電変換素子６２が設けられており、前記燃料電池３０の廃熱を使って発電を行う。
【００９４】
前記熱電変換素子６２としては、例えばビスマステルル系の材料、あるいは鉛テルル系の材料などを使った熱電モジュールを使うことが可能である。
【００９５】
このような熱電変換素子６２を使うことにより、前記燃料電池システム１００Ａのエネルギ効率をさらに向上させることができる。
【００９６】
図１４は、前記藻類培養槽６３の構成を示す。
【００９７】
図１４を参照するに、前記藻類培養槽６３は水を保持し藻類が培養されるタンク本体６３Ａと、前記タンク本体６３Ａ中に浸漬され、前記バルブＶｄ１あるいはＶｄ２から放出されたＣＯ２を主体とする排気ガスをライン６３ａより供給され、これを前記タンク本体６３Ａ中に放出する多数のノズルが形成された環状のノズル部材６３ｂと、モータ６５Ａにより駆動され前記タンク本体６３Ａ中の水を撹拌する撹拌ブレード６５とを備え、例えば前記モータ６５Ａは前記熱電変換素子６２で形成された電力の一部を使って駆動される。
【００９８】
また前記タンク本体６３Ａには、外部から水を給水する給水ライン６６Ａとタンク本体６３Ａ内の水を排水する排水ライン６６Ｂとが設けられている。
【００９９】
本実施形態では、このように燃料電池３０で排出されたＣＯ２を使って藻類を培養し、これをバイオエタノールの原料として使うことにより、環境に放出されるＣＯ２の量を削減し、地球温暖化防止に貢献することができる。
【０１００】
図１３の実施形態では一つの燃料電池３０に対して三基の藻類培養槽６３が設けられたが、前記藻類培養槽６３は一基のみ設けても、二基設けても、四基以上設けてもよい。
【０１０１】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
（付記１）
燃料ガスと酸化ガスを供給されて発電を行い、前記発電の結果ＣＯ２を含む排気ガスを排出する燃料電池と、
前記排気ガスを供給され、前記排気ガス中のＣＯ２をＣＯに還元するＣＯ抽出部と、
前記抽出したＣＯを燃料ガスの一部として前記燃料電池に供給するＣＯリサイクル部と、
を備え、
前記ＣＯ抽出部は、前記排気ガスを供給される処理容器中に配設され酸素欠損を有する酸化物よりなるＣＯ２吸着部材を含むことを特徴とする燃料電池システム。
（付記２）
前記酸化物はペロブスカイト構造の酸化物であることを特徴とする付記１記載の燃料電池システム。
（付記３）
前記ＣＯ抽出部は、前記ＣＯ2吸着部材を加熱する加熱部を含むことを特徴とする付記１または２記載の燃料電池システム。
（付記４）
前記加熱部は、前記ＣＯ２吸着部材を前記排ガスにより加熱することを特徴とする付記３記載の燃料電池システム。
（付記５）
前記加熱部は前記ＣＯ２吸着部材を、２００℃〜３００℃の第１の温度と、６００℃〜７００℃の第２の温度のいずれかに加熱することを特徴とする付記３または４記載の燃料電池システム。
（付記６）
さらに前記ＣＯ抽出部は、前記ＣＯ２吸着部材を室温に冷却する冷却部を含むことを特徴とする付記１〜５のうち、いずれか一項記載の燃料電池システム。
（付記７）
前記ＣＯ抽出部は前記処理空間を排気するポンプを備えたことを特徴とする付記１〜６のうち、いずれか一項記載の燃料電池システム。
（付記８）
前記ＣＯリサイクル部は前記ＣＯ抽出部で還元されたＣＯを保持するタンクと、前記タンク中のＣＯを前記燃料ガスに添加するＣＯガス添加部とを含むことを特徴とする付記１記載の燃料電池システム。
（付記９）
前記燃料電池システムは、さらに前記ＣＯ抽出部において還元されずに残ったＣＯ2を含む排気ガスを前記ＣＯ抽出部より供給され、前記ＣＯ２を養分として藻類を培養する培養槽を備えたことを特徴とする付記１〜７のうち、いずれか一項記載の燃料電池システム。
（付記１０）
燃料ガスと酸化ガスを供給されて発電を行い、前記発電の結果ＣＯ２を含む排気ガスを排出する燃料電池と、
前記排気ガスを供給され、前記排気ガス中のＣＯ２をＣＯに還元するＣＯ抽出部と、
前記抽出したＣＯを燃料ガスの一部として前記燃料電池に供給するＣＯリサイクル部と、
制御部と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記制御部は前記ＣＯ抽出部の状態を、前記ＣＯ２を含む排気ガスを供給され、第１の温度において前記排気ガス中のＣＯ２分子を前記ＣＯ2吸着部材に吸着させる吸着段階と、
前記ＣＯ２吸着部材の温度を前記第１の温度よりも高い第２の温度に昇温し、前記吸着部材からＣＯ分子を脱離させるＣＯ抽出段階と、
前記吸着部材の温度を前記第２の温度よりも高い第３の温度に昇温し、前記吸着部材に残った酸素原子を脱離させる再生段階と、
前記吸着部材の温度を前記第１の温度に冷却する冷却段階と、の間で順次変化させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
（付記１１）
前記ＣＯ2吸着部材は前記吸着段階において、前記ＣＯ２分子を構成する酸素原子の一つを前記酸素欠損に捕獲することにより、前記ＣＯ２分子を吸着させることを特徴とする付記１０記載の燃料電池システムの制御方法。
（付記１２）
前記ＣＯ２吸着部材は、前記ＣＯ抽出段階において、前記第２の温度に加熱されることにより、前記酸素欠損に捕獲した酸素原子を保持したまま、前記ＣＯ２分子を前記酸素原子とＣＯ分子とに分解することを特徴とする付記１１記載の燃料電池システムの制御方法。
（付記１３）
前記ＣＯ２吸着部材は、前記再生段階において、前記第３の温度に加熱されることにより、前記酸素欠損に捕獲した酸素原子を放出させることを特徴とする付記１２記載の燃料電池システムの制御方法。
（付記１４）
前記ＣＯ抽出部は、それぞれのＣＯ２吸着部材を含む少なくとも第１の系統と第２の系統とを備え、前記制御部は、前記第１の系統のＣＯ２吸着部材が前記吸着段階にあるときに、前記第２の系統のＣＯ２吸着部材の状態を前記ＣＯ抽出段階、再生段階および冷却段階へと順次変化させ、また前記第２の系統のＣＯ２吸着部材が前記吸着段階にあるときに、前記第１の系統のＣＯ２吸着部材の状態を前記ＣＯ抽出段階、再生段階および冷却段階へと順次変化させることを特徴とする付記１０〜１３のうち、いずれか一項記載の燃料電池システムの制御方法。
【符号の説明】
【０１０２】
１０  容器
１１１，１１２  排気ガス供給部
１２１，１２２，３１１，３１２  熱交換器
２０１，２０２，４０Ａ  ＣＯ２吸着部材
２１  基材
２２  ＣＯ２吸着層
２３  酸素空孔
２４  ＣＯ２分子
２５  ＣＯ分子
２６  Ｏ２分子
３０  燃料電池
３０１  空気極
３０２  燃料極
３０３  ＳＯＦＣ又はＭＣＦＣ
３２  Ｈ２Ｏ分離器
３３  ＣＯ貯蔵タンク
３３Ａ  ＣＯ注入部
３４  燃料ガスフィルタ
３４ａ  燃料ライン
３５  空気フィルタ
３５ａ  空気ライン
３６１，３６２  ポンプ
４０１，４０２  ＣＯ２吸着／分解槽
４０Ａ  
４１  基体
４１Ｓ  基板
４２  排気ガス通路
４３  ＣＯ２吸着剤層
４４  ガス配管
４４Ａ  開口部
４５  断熱容器
４５Ａ，４５Ｂ  キャップ
４５ａ  排気ガス入口
４５ｂ  排気ガス出口
４６  空隙
６１  冷却ジャケット
６２  熱電変換素子
６３  藻類培養槽
１００，１００Ａ  燃料電池システム
１０１  制御部
Ｖａ１〜Ｖｇ１，Ｖａ２〜Ｖｇ２  バルブ
【図１】
2010245025.tif 000004
【図２】
2010245025.tif 000005
【図３】
2010245025.tif 000006
【図４】
2010245025.tif 000007
【図５】
2010245025.tif 000008
【図６】
2010245025.tif 000009
【図７】
2010245025.tif 000010
【図８】
2010245025.tif 000011
【図９】
2010245025.tif 000012
【図１０】
2010245025.tif 000013
【図１１】
2010245025.tif 000014
【図１２】
2010245025.tif 000015
【図１３】
2010245025.tif 000016
【図１４】
2010245025.tif 000017