(57)【要約】【課題】  排出燃料ガスの水分除去と二酸化炭素除去とを行って高効率化を図り、且つ、システムの小型化も図ることができ、更には高効率化を図るのに適切な水分濃度の設定などを行った燃料電池システムを提供する。【解決手段】  水分除去と二酸化炭素除去とを同時に行うため、燃料電池システムに例えばガス調整器１６を備える。このガス調整器１６は、スプレーヘッダ２５からスプレーするスプレー液と排出燃料ガスとの気液接触によって、排出燃料ガスから二酸化炭素を除去することと、冷却管２６で排出燃料ガスを冷却することにより、排出燃料ガス中の水蒸気を凝縮除去することとを同時に行う構成である。アルカリ水として水酸化カルシウムの水溶液や水酸化マグネシウムの水溶液を使用する。また、ガス調整器１６では、排出燃料ガスの水分濃度を２５％〜４０％の範囲とし、二酸化炭素濃度を０％〜１５％の範囲とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池から排出された排出燃料ガスを、燃料再循環ラインを介して前記燃料電池へと再循環することにより、前記燃料電池の燃料ガスとして再利用する構成の燃料電池システムにおいて、
前記再循環ラインには、再循環中の前記排出燃料ガスから水蒸気の除去と二酸化炭素の除去とを同時に行うガス調整器を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス調整器は、
アルカリ水であるスプレー液の貯留部を下部に有し、且つ、再循環中の前記排出燃料ガスの入口と出口が前記貯留部の上方に設けられた容器と、
前記貯留部の上方に位置するように前記容器内に配置されて、前記スプレー液を前記容器内にスプレーするスプレーヘッダと、
前記貯留部の上方に位置するように前記容器内に配置されて、冷媒が内部を流通する冷却管と、
前記貯留部に貯留されたスプレー液を前記スプレーヘッダへと再循環するスプレー液再循環ポンプとを備え、
前記スプレーヘッダからスプレーする前記スプレー液と前記排出燃料ガスとの気液接触によって、前記排出燃料ガスから前記二酸化炭素を除去することと、前記冷却管で前記排出燃料ガスを冷却することにより、前記排出燃料ガス中の水蒸気を凝縮除去することとを同時に行う構成であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス調整器は、
アルカリ水の貯留部を下部に有し、且つ、再循環中の前記排出燃料ガスの入口が前記貯留部の下端に設けられ同排出燃料ガスの出口が前記貯留部の上方に設けられた容器と、
前記貯留部に貯留された前記アルカリ水中に位置するように前記容器内に配置されて、冷媒が内部を流通する冷却管とを備え、
前記入口から前記貯留部に流入し前記貯留部のアルカリ水中を気泡となって上昇する前記排出燃料ガスと、前記アルカリ水との気液接触により、前記排出燃料ガスから前記二酸化炭素を除去することと、前記気泡となって上昇する前記燃料ガスを前記冷却管で冷却することにより、前記排出燃料ガス中の水蒸気を凝縮除去することとを同時に行う構成であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記アルカリ水として水酸化カルシウムの水溶液を使用したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項２又は３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記アルカリ水として水酸化マグネシウムの水溶液を使用したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項２又は３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記アルカリ水として水酸化バリウムの水溶液を使用したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項２又は３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス調整器では前記アルカリ水として二酸化炭素吸収液を使用し、
前記ガス調整器の貯留部から抽出した二酸化炭素吸収液から二酸化炭素吸収塔で二酸化炭素を気化して除去することにより前記二酸化炭素吸収液を再生した後に前記ガス調整器の貯留部へと戻す二酸化炭素吸収液再生ラインを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス調整器では、前記排出燃料ガスの水分濃度を２５％〜４０％の範囲とし、二酸化炭素濃度を０％〜１５％の範囲とすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
燃料電池から排出された排出燃料ガスを、再循環ラインを介して前記燃料電池へと再循環することにより、前記燃料電池の燃料ガスとして再利用する構成の燃料電池システムにおいて、
前記再循環ラインには、再循環中の前記排出燃料ガスから水蒸気を除去する水蒸気除去手段と、再循環中の前記排出燃料ガスから二酸化炭素の除去を行う二酸化炭素除去手段とを有し、
前記水蒸気除去手段では、前記排出燃料ガスの水分濃度を２５％〜４０％の範囲とし、前記二酸化炭素除去手段では前記排出燃料ガスの二酸化炭素濃度を０％〜１５％の範囲とすることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに関し、具体的には燃料電池から排出された排出燃料ガスを、再循環ラインを介して前記燃料電池へと再循環することにより、前記燃料電池の燃料ガスとして再利用する構成の燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）は高効率であるが、それでも限界効率が存在する。この理由は燃料ガスのもつエネルギーが熱に変化する他、発電で生成した水（Ｈ2Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ2）が燃料電池の起電力を下げるためである。そこで、燃料電池から排出された排出燃料ガスを前記燃料電池の燃料ガスとして再利用するに際し、前記排出燃料ガスに含まれる水分（水蒸気）や二酸化炭素を除去することが提案されている。
【０００３】
図７は従来の燃料電池システムの構成例を示す図、図８は従来の燃料電池システムの他の構成例を示す図である。図７の燃料電池システムでは燃料電池１から排出された排出燃料ガスをそのまま燃料電池１に導入（再循環）する一方、図８の燃料電池システムでは燃料電池１から排出された排出燃料ガスを、水分除去した後に燃料電池１に導入（再循環）している。
【０００４】
詳述すると、図７の燃料電池システムでは、燃料ガスと空気とが固体酸化物形燃料電池１に供給され、ここで発電に利用された後、その残りが燃料電池１から排出される。このとき燃料電池１から排出された排出燃料ガスには発電で生成した水（水蒸気）と二酸化炭素が含まれている。燃料電池１から排出された排出燃料ガスと空気は燃焼器２において燃焼される。燃焼器２の排ガスは空気熱交換器３において新たに燃料電池１に供給される空気と熱交換して当該空気を昇温させた後、大気中に放出される。そして、この燃料電池システムには燃料電池１の燃料排出側から燃料供給側へと通じる燃料再循環ライン４が設けられており、この燃料再循環ライン４には燃料循環ファン５が備えられている。従って、燃料循環ファン５が作動すると、燃料電池１から排出された排出燃料ガスの一部が燃料再循環ライン４に導入され、この排出燃料ガスが燃料電池１へと再循環されることより燃料電池１の燃料ガスとして再利用される。また、燃料再循環ライン４の燃料循環ファン５の吸い込み側には燃料供給ライン６が接続されており、この燃料供給ライン６を介して新たな燃料ガス（都市ガスなど）も供給されるようになっている。
【０００５】
図８の燃料電池システムでは、燃料電池１の燃料排出側から燃料供給側へと通じる燃料再循環ライン７に再生型熱交換器８と凝縮器９と燃料循環ファン１０とが備えられている。従って、燃料循環ファン１０が作動すると、燃料電池１から排出された排出燃料ガスの一部が燃料再循環ライン７に導入され、この排出燃料ガスが再生型熱交換器８で水分除去後の排出燃料ガスと熱交換された後、凝縮器９に導入される。そして、この凝縮器９において当該排出燃料ガス中の水分（水蒸気）が凝縮除去され、この水分が除去された排出燃料ガスが、再生型熱交換器８で水分除去前の排出燃料ガスと熱交換された後に燃料電池１へと再循環されることより、燃料電池１の燃料ガスとして再利用される。また、燃料再循環ライン７の燃料循環ファン５の吸い込み側には燃料供給ライン６が接続されており、この燃料供給ライン６を介して新たな燃料ガス（都市ガスなど）も供給されるようになっている。なお、その他の構成は図７の燃料電池システムと同様である。
【０００６】
このような排出燃料ガスの水分除去を行う燃料電池システムの例は例えば下記の特許文献１に開示されている。また、詳細な説明は省略するが、下記の特許文献２，３，４には排出燃料ガスの水分除去と二酸化炭素除去とを行う燃料電池システムの例が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２３３１２９号公報
【特許文献２】特開平６−２０３８４５号公報
【特許文献３】特開平６−１２４７１９号公報
【特許文献４】米国特許第５，０７９，１０３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１などに開示されている図８の燃料電池システムでは排出燃料ガスの水分を除去するため、排出燃料ガスをそのまま再利用する図７の燃料電池システムに比べて高効率化が可能であるが、排出燃料ガスに蓄積する二酸化炭素のために高効率化に限界がある。また、特許文献２〜４に開示された燃料電池システムでは排出燃料ガスの水分を除去するだけでなく二酸化炭素の除去も行うが、水分を除去する装置と二酸化炭素を除去する装置とが別体のものであるため、システム全体の大型化などを招いてしまう。更には、特許文献１〜４の何れにも、高効率を得るのに望ましい水分濃度などについては開示されていない。
【０００９】
従って本発明は上記の事情に鑑み、排出燃料ガスの水分除去と二酸化炭素除去とを行って高効率化を図り、且つ、システムの小型化も図ることができ、更には高効率化を図るのに適切な水分濃度の設定などを行った燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する第１発明の燃料電池システムは、燃料電池から排出された排出燃料ガスを、燃料再循環ラインを介して前記燃料電池へと再循環することにより、前記燃料電池の燃料ガスとして再利用する構成の燃料電池システムにおいて、
前記再循環ラインには、再循環中の前記排出燃料ガスから水蒸気の除去と二酸化炭素の除去とを同時に行うガス調整器を備えたことを特徴とする。
【００１１】
第２発明の燃料電池システムは、第１発明の燃料電池システムにおいて、
前記ガス調整器は、
アルカリ水であるスプレー液の貯留部を下部に有し、且つ、再循環中の前記排出燃料ガスの入口と出口が前記貯留部の上方に設けられた容器と、
前記貯留部の上方に位置するように前記容器内に配置されて、前記スプレー液を前記容器内にスプレーするスプレーヘッダと、
前記貯留部の上方に位置するように前記容器内に配置されて、冷媒が内部を流通する冷却管と、
前記貯留部に貯留されたスプレー液を前記スプレーヘッダへと再循環するスプレー液再循環ポンプとを備え、
前記スプレーヘッダからスプレーする前記スプレー液と前記排出燃料ガスとの気液接触によって、前記排出燃料ガスから前記二酸化炭素を除去することと、前記冷却管で前記排出燃料ガスを冷却することにより、前記排出燃料ガス中の水蒸気を凝縮除去することとを同時に行う構成であることを特徴とする。
【００１２】
第３発明の燃料電池システムは、第１発明の燃料電池システムにおいて、
前記ガス調整器は、
アルカリ水の貯留部を下部に有し、且つ、再循環中の前記排出燃料ガスの入口が前記貯留部の下端に設けられ同排出燃料ガスの出口が前記貯留部の上方に設けられた容器と、
前記貯留部に貯留された前記アルカリ水中に位置するように前記容器内に配置されて、冷媒が内部を流通する冷却管とを備え、
前記入口から前記貯留部に流入し前記貯留部のアルカリ水中を気泡となって上昇する前記排出燃料ガスと、前記アルカリ水との気液接触により、前記排出燃料ガスから前記二酸化炭素を除去することと、前記気泡となって上昇する前記燃料ガスを前記冷却管で冷却することにより、前記排出燃料ガス中の水蒸気を凝縮除去することとを同時に行う構成であることを特徴とする。
【００１３】
第４発明の燃料電池システムは、第２又は第３発明の燃料電池システムにおいて、
前記アルカリ水として水酸化カルシウムの水溶液を使用したことを特徴とする。
【００１４】
第５発明の燃料電池システムは、第２又は第３発明の燃料電池システムにおいて、
前記アルカリ水として水酸化マグネシウムの水溶液を使用したことを特徴とする。
【００１５】
第６発明の燃料電池システムは、第２又は第３発明の燃料電池システムにおいて、
前記アルカリ水として水酸化バリウムの水溶液を使用したことを特徴とする。
【００１６】
第７発明の燃料電池システムは、第２又は第３発明の燃料電池システムにおいて、
前記ガス調整器では前記アルカリ水としてアミンを含む二酸化炭素吸収液を使用し、
前記ガス調整器の貯留部から抽出した二酸化炭素吸収液から二酸化炭素吸収塔で二酸化炭素を気化して除去することにより前記二酸化炭素吸収液を再生した後に前記ガス調整器の貯留部へと戻す二酸化炭素吸収液再生ラインを有することを特徴とする。
【００１７】
第８発明の燃料電池システムは、第１〜第７発明の何れかの燃料電池システムにおいて、前記ガス調整器では、前記排出燃料ガスの水分濃度を２５％〜４０％の範囲とし、二酸化炭素濃度を０％〜１５％の範囲とすることを特徴とする。
【００１８】
第９発明の燃料電池システムは、燃料電池から排出された排出燃料ガスを、再循環ラインを介して前記燃料電池へと再循環することにより、前記燃料電池の燃料ガスとして再利用する構成の燃料電池システムにおいて、
前記再循環ラインには、再循環中の前記排出燃料ガスから水蒸気を除去する水蒸気除去手段と、再循環中の前記排出燃料ガスから二酸化炭素の除去を行う二酸化炭素除去手段とを有し、
前記水蒸気除去手段では、前記排出燃料ガスの水分濃度を２５％〜４０％の範囲とし、前記二酸化炭素除去手段では前記排出燃料ガスの二酸化炭素濃度を０％〜１５％の範囲とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
第１発明の燃料電池システムによれば、ガス調整器は排出燃料ガスから水蒸気の除去と二酸化炭素の除去とを同時に行うものであるため、高効率化を図ることができ、しかも、システムの小型化を図ることもできる。また、二酸化炭素の排出を抑制する効果もある。
【００２０】
第２発明の燃料電池システムによれば、ガス調整器は、アルカリ水であるスプレー液の貯留部を下部に有し、且つ、再循環中の前記排出燃料ガスの入口と出口が前記貯留部の上方に設けられた容器と、前記貯留部の上方に位置するように前記容器内に配置されて、前記スプレー液を前記容器内にスプレーするスプレーヘッダと、前記貯留部の上方に位置するように前記容器内に配置されて、冷媒が内部を流通する冷却管と、前記貯留部に貯留されたスプレー液を前記スプレーヘッダへと再循環するスプレー液再循環ポンプとを備え、前記スプレーヘッダからスプレーする前記スプレー液と前記排出燃料ガスとの気液接触によって、前記排出燃料ガスから前記二酸化炭素を除去することと、前記冷却管で前記排出燃料ガスを冷却することにより、前記排出燃料ガス中の水蒸気を凝縮除去することとを同時に行う構成であるため、高効率化を図ることができ、しかも、システムの小型化を図ることもできる。また、二酸化炭素の排出を抑制する効果もある。更に、第３発明のようなバブリング方式のガス調整器を用いる場合に比べて循環排出燃料ガスの圧力損失が少なく、効率がよい。
【００２１】
第３発明の燃料電池システムによれば、ガス調整器は、アルカリ水の貯留部を下部に有し、且つ、再循環中の前記排出燃料ガスの入口が前記貯留部の下端に設けられ同排出燃料ガスの出口が前記貯留部の上方に設けられた容器と、前記貯留部に貯留された前記アルカリ水中に位置するように前記容器内に配置されて、冷媒が内部を流通する冷却管とを備え、前記入口から前記貯留部に流入し前記貯留部のアルカリ水中を気泡となって上昇する前記排出燃料ガスと、前記アルカリ水との気液接触により、前記排出燃料ガスから前記二酸化炭素を除去することと、前記気泡となって上昇する前記燃料ガスを前記冷却管で冷却することにより、前記排出燃料ガス中の水蒸気を凝縮除去することとを同時に行う構成であるため、高効率化を図ることができ、しかも、システムの小型化を図ることもできる。また、二酸化炭素の排出を抑制する効果もある。更に、第２発明のようなスプレー方式のガス調整器を用いる場合に比べてスプレーヘッダやスプレー液再循環ポンプが不要であるため、構成が簡易である。
【００２２】
第４発明の燃料電池システムによれば、アルカリ水として水酸化カルシウムの水溶液を使用したことにより、上記第２又は第３発明の燃料電池システムと同様の作用効果が得られる。
【００２３】
第５発明の燃料電池システムによれば、アルカリ水として水酸化マグネシウムの水溶液を使用したことにより、上記第２又は第３発明の燃料電池システムと同様の作用効果が得られ、しかも、中和溶液が透明であり、スラリー化（沈殿など）が発生しにくい。更に水酸化マグネシウムは天然鉱物でも存在するため、水酸化カルシウムのように製造時に二酸化炭素が発生することがなく、トータルとして地球温暖化対策に資することができる。
【００２４】
第６発明の燃料電池システムによれば、アルカリ水として水酸化バリウムの水溶液を使用したことにより、上記第２又は第３発明の燃料電池システムと同様の作用効果が得られ、しかも、炭酸バリウムは溶解性が低く, 容易に沈殿することから, 沈殿物を回収することにより容易に二酸化炭素を炭酸バリウム固形物として固定回収できる。
【００２５】
第７発明の燃料電池システムによれば、ガス調整器ではアルカリ水としてアミンを含む二酸化炭素吸収液を使用し、前記ガス調整器の貯留部から抽出した二酸化炭素吸収液から二酸化炭素吸収塔で二酸化炭素をから除去して前記二酸化炭素吸収液を再生した後に前記ガス調整器の貯留部へと戻す二酸化炭素吸収液再生ラインを有することを特徴とするため、高効率化と小型化を図ることができる他、二酸化炭素の排出を０にすることもでき地球温暖化対策に資することができる。
【００２６】
第８発明の燃料電池システムによれば、ガス調整器では、排出燃料ガスの水分濃度を２５％〜４０％の範囲とし、二酸化炭素濃度を０％〜１５％の範囲とすることを特徴とするため、排出燃料ガスの水分濃度と二酸化炭素濃度とが、高効率化を図るのに望ましい水分濃度と二酸化炭素濃度になるため、より確実に高効率化を実現することができる。例えば５２％以上の高効率化も可能となる。
【００２７】
第９発明の燃料電池システムにおいても、水蒸気除去手段では、排出燃料ガスの水分濃度を２５％〜４０％の範囲とし、二酸化炭素除去手段では排出燃料ガスの二酸化炭素濃度を０％〜１５％の範囲とすることを特徴とするため、排出燃料ガスの水分濃度と二酸化炭素濃度とが、高効率化を図るのに望ましい水分濃度と二酸化炭素濃度とに調整されるため、より確実に高効率化を実現することができる。例えば５２％以上の高効率化も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき、詳細に説明する。
【００２９】
＜実施の形態例１＞
図１（ａ）は本発明の実施の形態例１に係る燃料電池システムの構成図、図1（ｂ）は前記燃料電池システムに備えたガス調整器の他の構成図、図２は水分濃度とＬＨＶ効率（低位発熱量基準の効率）との関係を示すグラフ、図３は二酸化炭素濃度とＬＨＶ効率との関係を示すグラフである。
【００３０】
図１（ａ）に示す燃料電池システムでは、燃料ガスと空気とが固体酸化物形燃料電池１１に供給され、ここで発電に利用された後、その残りが燃料電池１１から排出される。このとき燃料電池１１から排出された排出燃料ガスには発電で生成した水（水蒸気）と二酸化炭素が含まれている。燃料電池１から排出された排出燃料ガスと空気は燃焼器２において燃焼される。燃焼器２の排ガスは空気熱交換器１３において新たに燃料電池１１に供給される空気と熱交換して当該空気を昇温（例えば６００℃に昇温）させた後、大気中に放出される。
【００３１】
なお、燃料電池１１では、燃料ガスとしてメタン（ＣＨ4）を用いた場合、次のような化学反応が順次生じている。
【化１】
2006139984.tif 000003
【００３２】
また、この燃料電池システムには燃料電池１１の燃料排出側から燃料供給側へと通じる燃料再循環ライン１４が設けられている。そして、この燃料再循環ライン１４には再生型熱交換器１５とガス調整器１６と燃料循環ファン１７とが備えられている。
【００３３】
従って、燃料循環ファン１７が作動すると、燃料電池１１から排出された排出燃料ガスの一部が燃料再循環ライン１４に導入され、この排出燃料ガスが再生型熱交換器１５で水分除去後の排出燃料ガスと熱交換されて冷却（例えば３５０℃から１００℃に冷却）された後、ガス調整器１６に導入される。そして、詳細は後述するが、このガス調整器１６において当該排出燃料ガス中の水分（水蒸気）除去と二酸化炭素除去とが同時に行われ、この水分及び二酸化炭素が除去された排出燃料ガスが、再生型熱交換器１５で水分除去前の排出燃料ガスと熱交換された後に燃料電池１１へと再循環されることより、燃料電池１１の燃料ガスとして再利用される。また、燃料再循環ライン１４の燃料循環ファン１７の吸い込み側には燃料供給ライン１８が接続されており、この燃料供給ライン１８を介して新たな燃料ガス（都市ガスなど）も供給されるようになっている。
【００３４】
ガス調整器１６は容器２４と、スプレーヘッダ２５と、冷却管２６と、スプレー液再循環ポンプ２７とを備えている。容器２４はアルカリ水であるスプレー液の貯留部２１を下部に有し、且つ、再循環中の排出燃料ガスの入口２２と出口２３が貯留部２１の上方に設けられている。スプレーヘッダ２５は貯留部２１の上方に位置するように容器２４内に配置され、前記スプレー液を容器２４内にスプレーする。冷却管２６は貯留部２１の上方に位置するように容器２４内に配置されており、図示しないクーリングタワーから供給される冷却水などの冷媒が内部を流通する。スプレー液再循環ポンプ２７は貯留部２１からスプレーヘッダ２５へと通じるスプレー液再循環ライン２８の途中に設けられており、貯留部２１に貯留されたスプレー液をスプレーヘッダへ２５へと再循環する。
【００３５】
従って、このガス調整器１６では、スプレーヘッダ２５からスプレーするスプレー液と、入口２２から容器２４内に導入された排出燃料ガスとの気液接触によって、前記排出燃料ガスから二酸化炭素を除去することと、冷却管２４で前記排出燃料ガスを冷却することにより、前記排出燃料ガス中の水分（水蒸気）を凝縮除去することとが同時に行われる。水分除去と二酸化炭素除去とが行われた排出燃料ガスは出口２３から容器２４外へ排出される。また、スプレー液再循環ライン２８のスプレー液再循環ポンプ２７の吐出側にはアルカリ水供給ライン２９が接続されており、このアルカリ水供給ライン２９を介して新たなアルカリ水も供給されるようになっている。また、容器２４の貯留部２１には排出ライン３０が接続されており、この排出ライン３０を介して前記水分除去や前記二酸化炭素除去で生成されて貯留部２１に溜まった凝縮水や炭酸塩を排出して回収することができるようになっている。
【００３６】
なお、図１（ａ）に示すガス調整器１６ではスプレーヘッダ２５が上側、冷却管２６が下側となっているが、これに限定するものではなく、図１（ｂ）のように冷却管２６が上側、スプレーヘッダ２５が下側であってもよい。
【００３７】
アルカリ水としては例えば水酸化カルシウムの水溶液又は水酸化マグネシウムの水溶液を用い、排出燃料ガスとの気液接触によって炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムを生成する。そして、ガス調整器１６における排出燃料ガスの水分除去量及び二酸化炭素除去量の設定、即ちガス調整器１６で調整する排出燃料ガスの水分（Ｈ2Ｏ）濃度と二酸化炭素（ＣＯ2）濃度の設定は、水分濃度を２５％〜４０％の範囲の値に設定し、二酸化炭素濃度を０％〜１５％の範囲の値に設定することが望ましい。
【００３８】
これはアルカリ水に水酸化カルシウムの水溶液や水酸化マグネシウムの水溶液を用いて行った図２の水分濃度調整結果と、図3の二酸化炭素濃度調整結果とに基づいている。図２と図３に示されている黒丸は図７に示す従来の燃料電池システムにおける値である。なお、ガス調整器において排出燃料ガスをどのような水分濃度と二酸化炭素濃度にするかは、冷却管を流れる冷媒の温度や流量を適宜設定することなどによって排出燃料ガスの水蒸気の凝縮量を適宜設定することや、アルカリ水の濃度や量を適宜設定することなどによって行うことができる。
【００３９】
図２に示すように水分濃度調査の結果、排出燃料ガスの水分濃度が３０％になるまでは水分濃度が低下するにしたがってＬＨＶ効率は高くなっていくが、３０％よりも更に水分濃度が低下すると、今度は逆に水分濃度が低下するしたがってＬＨＶ効率も低下してしまうという知見が得られた。このため、水分濃度は３０％が最も望ましく、少なくとも３０％前後の範囲であることが望ましい。３０％前後の範囲とする場合、水分濃度を上記のように２５％〜４０％の範囲とすることが望ましく、更には所望のＬＨＶ効率などに応じて前記範囲内の任意の範囲（例えば２８％〜３２％の範囲）とすることもできる。図３に示すように二酸化炭素濃度の結果、排出燃料ガスの二酸化炭素濃度は低下すればするほどＬＨＶ効率は高くなるという知見が得られた。このため、二酸化炭素濃度は０％が最も望ましいが、実際には上記のように０％〜１５％の範囲とすることが望ましく、更には所望のＬＨＶ効率などに応じて前記範囲内の任意の範囲（例えば０％〜１０％の範囲）とすることもできる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態例１の燃料電池システムによれば、ガス調整器１６は、アルカリ水であるスプレー液の貯留部２１を下部に有し、且つ、再循環中の排出燃料ガスの入口２２と出口２３が貯留部２１の上方に設けられた容器２４と、貯留部２１の上方に位置するように容器２４内に配置されて、スプレー液を容器２５内にスプレーするスプレーヘッダ２５と、貯留部２１の上方に位置するように容器２４内に配置されて、冷媒が内部を流通する冷却管２６と、貯留部２１に貯留されたスプレー液をスプレーヘッダ２５へと再循環するスプレー液再循環ポンプ２７とを備え、スプレーヘッダ２５からスプレーするスプレー液と排出燃料ガスとの気液接触によって、排出燃料ガスから二酸化炭素を除去することと、冷却管２６で排出燃料ガスを冷却することにより、排出燃料ガス中の水蒸気を凝縮除去することとを同時に行う構成であるため、高効率化を図ることができ、しかも、システムの小型化を図ることもできる。また、二酸化炭素の排出を抑制する効果もある。更に、後述する実施の形態例２のようなバブリング方式のガス調整器を用いる場合に比べて循環排出燃料ガスの圧力損失が少なく、効率がよい。
【００４１】
アルカリ水として水酸化カルシウムの水溶液や水酸化マグネシウムの水溶液を使用した場合にも、上記と同様の作用効果が得られる。しかも、水酸化マグネシウムの水溶液を使用する場合には、中和溶液が透明であり、スラリー化（沈殿など）が発生しにくい。更に水酸化マグネシウムは天然鉱物でも存在するため、水酸化カルシウムのように製造時に二酸化炭素が発生することがなく、トータルとして地球温暖化対策に資することができる。
【００４２】
また、アルカリ水として水酸化バリウム水溶液を使用した場合にも、上記と同様の作用効果が得られる。しかも、水酸化バリウムの水溶液を使用する場合には、簡単にスラリー化（沈殿など）が発生するため沈殿物を回収することにより容易に二酸化炭素を炭酸バリウム固形物として固定回収できる。従って、本発明においては水酸化マグネシウムも用いて、 除去した二酸化炭素を水溶液として回収する場合と、水酸化バリウムを用いて、除去した二酸化炭素を固形分として回収する場合の両方が可能であり、必要に応じて使い分けることができる。
【００４３】
そして更に、ガス調整器１６では、排出燃料ガスの水分濃度を２５％〜４０％の範囲とし、二酸化炭素濃度を０％〜１５％の範囲とすることにより、排出燃料ガスの水分濃度と二酸化炭素濃度とが、高効率化を図るのに望ましい水分濃度と二酸化炭素濃度になるため、より確実に高効率化を実現することができる。例えば、図７に示す従来の燃料電池システムの効率は約４３％であるが、本実施の形態例１では５２％以上の高効率化も可能となる。これは水分濃度を適切に保つことによって上記のＨ2Ｏ＋ＣＯ→ＣＯ2＋Ｈ2の反応を促進するとともに、ＣＯ2を除去することで更にＨ2の生成反応を促進させる効果があるからである。
【００４４】
＜実施の形態例２＞
図４は本発明の実施の形態例２に係る燃料電池システムの構成図である。なお、図４の燃料電池システムにおいて上記実施の形態例１の燃料電池システム（図1参照）と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【００４５】
図４に示すように、本実施の形態例２の燃料電池システムには燃料電池１１の燃料排出側から燃料供給側へと通じる燃料再循環ライン４１が設けられている。そして、この燃料再循環ライン４１には再生型熱交換器４２とガス調整器４３と燃料循環ファン４４とが備えられている。
【００４６】
従って、燃料循環ファン４４が作動すると、燃料電池１１から排出された排出燃料ガスの一部が燃料再循環ライン４１に導入され、この排出燃料ガスが再生型熱交換器４２で水分除去後の排出燃料ガスと熱交換されて冷却（例えば３５０℃から１００℃に冷却）された後、ガス調整器４３に導入される。そして、詳細は後述するが、このガス調整器４３において当該排出燃料ガス中の水分（水蒸気）除去と二酸化炭素除去とが同時に行われ、この水分及び二酸化炭素が除去された排出燃料ガスが、再生型熱交換器４２で水分除去前の排出燃料ガスと熱交換された後に燃料電池１１へと再循環されることより、燃料電池１１の燃料ガスとして再利用される。また、燃料再循環ライン４１の燃料循環ファン４４の吸い込み側には燃料供給ライン４５が接続されており、この燃料供給ライン４５を介して新たな燃料ガス（都市ガスなど）も供給されるようになっている。
【００４７】
ガス調整器４３は容器４６と、冷却管４７とを備えている。容器４６はアルカリ水の貯留部４８を下部に有し、且つ、再循環中の排出燃料ガスの入口４９が貯留部４８の下端に設けられ、同排出燃料ガスの出口５０が貯留部４８の上方に設けられている。冷却管４７は貯留部４８に貯留されたアルカリ水中に位置するように容器４６内に配置されており、図示しないクーリングタワーから供給される冷却水などの冷媒が内部を流通する。
【００４８】
従って、ガス調整器１６では、入口４９から貯留部４８に流入し貯留部４８のアルカリ水中を気泡となって上昇する排出燃料ガスと、前記アルカリ水との気液接触により、前記排出燃料ガスから二酸化炭素を除去することと、気泡となって上昇する前記排出燃料ガスを冷却管４７で冷却することにより、前記排出燃料ガス中の水分（水蒸気）を凝縮除去することとが同時に行われる。水分除去と二酸化炭素除去とが行われた排出燃料ガスは出口５０から容器４６外へ排出される。また、容器４６の貯留部４８にはアルカリ水供給ライン５１が接続されており、このアルカリ水供給ライン５１を介して新たなアルカリ水も供給されるようになっている。また、容器４６の貯留部４８には排出ライン５２が接続されており、この排出ライン５２を介して前記水分除去や前記二酸化炭素除去で生成されて貯留部４８に溜まった凝縮水や炭酸塩を排出して回収することができるようになっている。
【００４９】
本実施の形態例２でも、アルカリ水としては例えば水酸化カルシウムの水溶液又は水酸化マグネシウムの水溶液を用い、排出燃料ガスとの気液接触によって炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムを生成する。そして、ガス調整器４３における排出燃料ガスの水分除去量及び二酸化炭素除去量の設定、即ちガス調整器４３で調整する排出燃料ガスの水分（Ｈ2Ｏ）濃度と二酸化炭素（ＣＯ2）濃度の設定は、図２の水分濃度調整結果と図3の二酸化炭素濃度調整結果とに基づき、水分濃度を２５％〜４０％の範囲の値に設定し、二酸化炭素濃度を０％〜１５％の範囲の値に設定することが望ましい。水分濃度は所望のＬＨＶ効率などに応じて前記範囲内の任意の範囲（例えば２８％〜３２％の範囲）とすることもでき、３０％が最も望ましい。二酸化炭素濃度も所望のＬＨＶ効率などに応じて前記範囲内の任意の範囲（例えば０％〜１０％の範囲）とすることもでき、０％が最も望ましい。
【００５０】
以上のように、本実施の形態例２の燃料電池システムによれば、ガス調整器４３は、アルカリ水の貯留部４８を下部に有し、且つ、再循環中の排出燃料ガスの入口４９が貯留部４８の下端に設けられ排出燃料ガスの出口５０が貯留部４８の上方に設けられた容器４６と、貯留部４８に貯留されたアルカリ水中に位置するように容器４６内に配置されて、冷媒が内部を流通する冷却管４７とを備え、入口４９から貯留部４８に流入し貯留部４８のアルカリ水中を気泡となって上昇する排出燃料ガスと、アルカリ水との気液接触により、排出燃料ガスから二酸化炭素を除去することと、気泡となって上昇する燃料ガスを冷却管４７で冷却することにより、排出燃料ガス中の水蒸気を凝縮除去することとを同時に行う構成であるため、高効率化を図ることができ、しかも、システムの小型化を図ることもできる。また、二酸化炭素の排出を抑制する効果もある。更に、上記実施の形態例１のようなスプレー方式のガス調整器を用いる場合に比べてスプレーヘッダやスプレー液再循環ポンプが不要であるため、構成が簡易である。
【００５１】
また、その他、上記実施の形態例１と同様の作用効果も得られる。即ち、アルカリ水として水酸化カルシウムの水溶液や水酸化マグネシウムの水溶液を使用した場合にも、上記と同様の作用効果が得られ、しかも、水酸化マグネシウムの水溶液を使用する場合には中和溶液が透明であり、スラリー化（沈殿など）が発生しにくい。更に水酸化マグネシウムは天然鉱物でも存在するため、水酸化カルシウムのように製造時に二酸化炭素が発生することがなく、トータルとして地球温暖化対策に資することができる。
【００５２】
そして更に、ガス調整器４３では、排出燃料ガスの水分濃度を２５％〜４０％の範囲とし、二酸化炭素濃度を０％〜１５％の範囲とすることにより、排出燃料ガスの水分濃度と二酸化炭素濃度とが、高効率化を図るのに望ましい水分濃度と二酸化炭素濃度になるため、より確実に高効率化を実現することができる。
【００５３】
＜実施の形態例３＞
図５は本発明の実施の形態例３に係る燃料電池システムの構成図である。なお、図５の燃料電池システムにおいて上記実施の形態例１の燃料電池システム（図１参照）と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【００５４】
図５に示すように、本実施の形態例３の燃料電池システムには燃料電池１１の燃料排出側から燃料供給側へと通じる燃料再循環ライン６１と、二酸化炭素吸収液再生ライン６５とが設けられている。燃料再循環ライン６１には再生型熱交換器６２とガス調整器６３と燃料循環ファン６４とが備えられている。
【００５５】
従って、燃料再循環ライン６１では、燃料循環ファン６４が作動すると、燃料電池１１から排出された排出燃料ガスの一部が燃料再循環ライン６１に導入され、この排出燃料ガスが再生型熱交換器６２で水分除去後の排出燃料ガスと熱交換されて冷却（例えば３５０℃から１００℃に冷却）された後、ガス調整器６３に導入される。そして、詳細は後述するが、このガス調整器６３において当該排出燃料ガス中の水分（水蒸気）除去と二酸化炭素除去とが同時に行われ、この水分及び二酸化炭素が除去された排出燃料ガスが、再生型熱交換器６２で水分除去前の排出燃料ガスと熱交換された後に燃料電池１１へと再循環されることより、燃料電池１１の燃料ガスとして再利用される。また、燃料再循環ライン６１の燃料循環ファン６４の吸い込み側には燃料供給ライン６７が接続されており、この燃料供給ライン６７を介して新たな燃料ガス（都市ガスなど）も供給されるようになっている。
【００５６】
ガス調整器４３は容器６８と、スプレーヘッダ６９と、冷却管７０と、スプレー液再循環ポンプ７１とを備えている。容器６８はアルカリ水であるスプレー液の貯留部７２を下部に有し、且つ、再循環中の排出燃料ガスの入口７３と出口７４が貯留部７２の上方に設けられている。そして、ここでは前記アルカリ水としてモノエタノールアミン、ジエタノールアミンなどのアミン類（以下単にアミンと称する）を含む二酸化炭素吸収液を用いている。スプレーヘッダ６９は貯留部７２の上方に位置するように容器６８内に配置され、スプレー液（アミンを含む二酸化炭素吸収液）を容器６８内にスプレーする。冷却管７０は貯留部７２の上方に位置するように容器６８内に配置されており、図示しないクーリングタワーから供給される冷却水などの冷媒が内部を流通する。スプレー液再循環ポンプ７１は貯留部２１からスプレーヘッダ２５へと通じるスプレー液再循環ライン７５の途中に設けられており、貯留部７２に貯留されたスプレー液（アミンを含む二酸化炭素吸収液）をスプレーヘッダへ６９へと再循環する。
【００５７】
従って、このガス調整器６３では、スプレーヘッダ６９からスプレーするスプレー液（アミンを含む二酸化炭素吸収液）と、入口７３から容器６８内に導入された排出燃料ガスとの気液接触によって、前記排出燃料ガスから二酸化炭素を除去することと、冷却管７０で前記排出燃料ガスを冷却（例えば６０℃に冷却）することにより、前記排出燃料ガス中の水分（水蒸気）を凝縮除去することとが同時に行われる。水分除去と二酸化炭素除去とが行われた排出燃料ガスは出口７４から容器６８外へ排出される。また、スプレー液再循環ライン７５のスプレー液再循環ポンプ７１の吐出側には二酸化炭素吸収液供給ライン７６が接続されており、この二酸化炭素吸収液供給ライン７６を介して新たなアミンを含む二酸化炭素吸収液を補給することもできるようになっている。また、容器６８の貯留部７２には排出ライン７７が接続されており、この排出ライン７７を介して前記水分除去で生成されて貯留部７２に溜まった凝縮水を排出して回収することができるようになっている。
【００５８】
なお、図５に示すガス調整器６３ではスプレーヘッダ６９が上側、冷却管７０が下側となっているが、これに限定するものではなく、図示は省略するが、冷却管７０が上側、スプレーヘッダ６９が下側であってもよい（図１（ｂ）参照）。
【００５９】
二酸化炭素吸収液供給ライン６５はスプレー液再循環ライン７５のスプレー液再循環ポンプ７１の吐出側からガス調整器１６の貯留部７２へと通じており、途中に二酸化炭素吸収塔６６と二酸化炭素吸収液ポンプ８２とを備えている。二酸化炭素吸収塔６６は容器７９とスプレーヘッダ７９と加熱管８０とを備えている。容器７９は二酸化炭素吸収液の貯留部８１を下部に有し、且つ、二酸化炭素の出口８３が貯留部８１の上方に設けられている。また、スプレーヘッダ７９はスプレー液再循環ポンプ７１の吐出側に通じており、貯留部８１は二酸化炭素吸収液ポンプ８２を介してガス調整器６３の貯留部７２へと通じている。加熱管８０は貯留部８１の上方に位置するように容器７８内に配置されており、内部を温水などの加熱流体が流通する。
【００６０】
従って、スプレー液再循環ポンプ７１が作動すると、ガス調整器６３の貯留部７２に貯留されている二酸化炭素吸収液が二酸化炭素吸収塔６６のスプレーヘッダ７９へも供給されて、このスプレーヘッダ７９から容器78内にスプレーされる。そして、このスプレーされた二酸化炭素吸収液が加熱管８０によって加熱（例えば８０℃に加熱）されることにより、二酸化炭素吸収液に含まれている二酸化炭素が気化して二酸化炭素吸収液から分離することにより、二酸化炭素吸収液が再生される。気化した二酸化炭素は出口８３から圧縮機８４へと導入され、この圧縮機８４において圧縮された後、冷却器８５で冷却されることにより、液化二酸化炭素又はドライアイスとなって回収される。一方、再生されて貯留部８１に貯留された二酸化炭素吸収液は二酸化炭素吸収液ポンプ８２によってガス調整器６３の貯留部７２へ戻される。
【００６１】
なお、上記ではスプレー方式のガス調整器を用いる場合について説明したが、これに限定するものではなく、図４のようなバブリング方式のガス調整器を適用することもできる。この場合の燃料電池システムは例えば図６のようになる。なお、図６の燃料電池システムにおいて上記実施の形態例１の燃料電池システム（図１参照）と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【００６２】
図６に示す燃料電池システムには燃料電池１１の燃料排出側から燃料供給側へと通じる燃料再循環ライン９１と二酸化炭素吸収液再生ライン９２とが設けられている。燃料再循環ライン９１には再生型熱交換器９３とガス調整器９４と燃料循環ファン９５とが備えられている。
【００６３】
従って、燃料再循環ライン９１では、燃料循環ファン９５が作動すると、燃料電池１１から排出された排出燃料ガスの一部が燃料再循環ライン９１に導入され、この排出燃料ガスが再生型熱交換器９３で水分除去後の排出燃料ガスと熱交換されて冷却（例えば３５０℃から１００℃に冷却）された後、ガス調整器９４に導入される。そして、詳細は後述するが、このガス調整器９４において当該排出燃料ガス中の水分（水蒸気）除去と二酸化炭素除去とが同時に行われ、この水分及び二酸化炭素が除去された排出燃料ガスが、再生型熱交換器９３で水分除去前の排出燃料ガスと熱交換された後に燃料電池１１へと再循環されることより、燃料電池１１の燃料ガスとして再利用される。また、燃料再循環ライン９１の燃料循環ファン９５の吸い込み側には燃料供給ライン９７が接続されており、この燃料供給ライン９７を介して新たな燃料ガス（都市ガスなど）も供給されるようになっている。
【００６４】
ガス調整器９４は容器９８と、冷却管９９とを備えている。容器９８はアルカリ水の貯留部１００を下部に有し、且つ、再循環中の排出燃料ガスの入口１０１が貯留部１００の下端に設けられ、同排出燃料ガスの出口１０２が貯留部１００の上方に設けられている。そして、ここではアルカリ水として図５の場合と同様にアミンを二酸化炭素吸収液が用いられる。冷却管９９は貯留部１００に貯留された二酸化炭素吸収液中に位置するように容器９８内に配置されており、図示しないクーリングタワーから供給される冷却水などの冷媒が内部を流通する。
【００６５】
従って、ガス調整器９８では、入口１０１から貯留部１００に流入し貯留部１００の二酸化炭素吸収液中を気泡となって上昇する排出燃料ガスと、前記二酸化炭素吸収液との気液接触により、前記排出燃料ガスから二酸化炭素を除去することと、気泡となって上昇する前記排出燃料ガスを冷却管９９で冷却することにより、前記排出燃料ガス中の水分（水蒸気）を凝縮除去することとが同時に行われる。水分除去と二酸化炭素除去とが行われた排出燃料ガスは出口１０２から容器９８外へ排出される。また、容器９８の貯留部１００にはアルカリ水供給ライン１０３が接続されており、このアルカリ水供給ライン１０３を介して新たなアミンを含む二酸化炭素吸収液も供給されるようになっている。また、容器９８の貯留部１００には排出ライン１０４が接続されており、この排出ライン１０４を介して前記水分除去で生成されて貯留部１００に溜まった凝縮水を排出して回収することができるようになっている。
【００６６】
二酸化炭素吸収液供給ライン９２はガス調整器９８の貯留部１００の出口１０５から貯留部１００の入口１０６へと通じており、途中に二酸化炭素吸収塔１０９と二酸化炭素吸収液ポンプ１０７，１０８とを備えている。二酸化炭素吸収塔１０９は容器１１０とスプレーヘッダ１１１と加熱管１１２とを備えている。容器１１０は二酸化炭素吸収液の貯留部１１３を下部に有し、且つ、二酸化炭素の出口１１４が貯留部１１３の上方に設けられている。また、スプレーヘッダ１１１は二酸化炭素吸収液ポンプ１０７を介してガス調整器９８の貯留部１００の出口１０５に通じており、貯留部１１３は二酸化炭素吸収液ポンプ１０８を介してガス調整器９８の貯留部１００の入口１０６へと通じている。加熱管１１２は貯留部１１３の上方に位置するように容器１１０内に配置されており、内部を温水などの加熱流体が流通する。
【００６７】
従って、二酸化炭素吸収液ポンプ１０７が作動すると、ガス調整器９８の貯留部１１０に貯留されている二酸化炭素吸収液が二酸化炭素吸収塔１０９のスプレーヘッダ１１１へ供給されて、このスプレーヘッダ１１１から容器１１０内にスプレーされる。そして、このスプレーされた二酸化炭素吸収液が加熱管１１２によって加熱されることにより、二酸化炭素吸収液に含まれている二酸化炭素が気化して二酸化炭素吸収液から分離することにより、二酸化炭素吸収液が再生される。気化した二酸化炭素は出口１１４から圧縮機１１５へと導入され、この圧縮機１１５において圧縮された後、冷却器１１６で冷却されることにより、液化二酸化炭素又はドライアイスとなって回収される。一方、再生されて貯留部１１３に貯留された二酸化炭素吸収液は二酸化炭素吸収液ポンプ１０８によってガス調整器９８の貯留部１１０へ戻される。
【００６８】
本実施の形態例３でも、ガス調整器６３，９４における排出燃料ガスの水分除去量及び二酸化炭素除去量の設定、即ちガス調整器６３，９４で調整する排出燃料ガスの水分（Ｈ2Ｏ）濃度と二酸化炭素（ＣＯ2）濃度の設定は、図２の水分濃度調整結果と図3の二酸化炭素濃度調整結果とに基づき、水分濃度を２５％〜４０％の範囲の値に設定し、二酸化炭素濃度を０％〜１５％の範囲の値に設定することが望ましい。水分濃度は所望のＬＨＶ効率などに応じて前記範囲内の任意の範囲（例えば２８％〜３２％の範囲）とすることもでき、３０％が最も望ましい。二酸化炭素濃度も所望のＬＨＶ効率などに応じて前記範囲内の任意の範囲（例えば０％〜１０％の範囲）とすることもでき、０％が最も望ましい。
【００６９】
以上のように、本実施の形態例３の燃料電池システムによれば、ガス調整器６３，９４ではアルカリ水としてアミンを含む二酸化炭素吸収液を使用し、ガス調整器６３，９４の貯留部７２，１００から抽出した二酸化炭素吸収液から二酸化炭素吸収塔６６，１０９で二酸化炭素を気化して除去することにより二酸化炭素吸収液を再生した後にガス調整器６３，９４の貯留部７２，１００へと戻す二酸化炭素吸収液再生ライン６５，９２を有することを特徴とするため、高効率化と小型化を図ることができる他、二酸化炭素の排出を０にすることもでき地球温暖化対策に資することができる。なお、この場合、二酸化炭素吸収液としては、必ずしもアミンを含むものに限らず、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどを含むものでもよい。
【００７０】
また、その他、上記実施の形態例１，２と同様の作用効果も得られる。
【００７１】
即ち、ガス調整器６３は、アルカリ水であるスプレー液の貯留部７２を下部に有し、且つ、再循環中の排出燃料ガスの入口７３と出口７４が貯留部７２の上方に設けられた容器６８と、貯留部７２の上方に位置するように容器６８内に配置されて、スプレー液を容器６８内にスプレーするスプレーヘッダ７９と、貯留部７２の上方に位置するように容器６８内に配置されて、冷媒が内部を流通する冷却管７０と、貯留部７２に貯留されたスプレー液をスプレーヘッダ６９へと再循環するスプレー液再循環ポンプ７１とを備え、スプレーヘッダ６９からスプレーするスプレー液と排出燃料ガスとの気液接触によって、排出燃料ガスから二酸化炭素を除去することと、冷却管７０で排出燃料ガスを冷却することにより、排出燃料ガス中の水蒸気を凝縮除去することとを同時に行う構成であるため、高効率化を図ることができ、しかも、システムの小型化を図ることもできる。また、二酸化炭素の排出を抑制する効果もある。更に、図６のようなバブリング方式のガス調整器を用いる場合に比べて循環排出燃料ガスの圧力損失が少なく、効率がよい。
【００７２】
また、ガス調整器９４は、アルカリ水の貯留部１００を下部に有し、且つ、再循環中の排出燃料ガスの入口１０１が貯留部１００の下端に設けられ排出燃料ガスの出口１０２が貯留部１００の上方に設けられた容器９８と、貯留部１００に貯留されたアルカリ水中に位置するように容器９８内に配置されて、冷媒が内部を流通する冷却管９９とを備え、入口１０１から貯留部１００に流入し貯留部１００のアルカリ水中を気泡となって上昇する排出燃料ガスと、アルカリ水との気液接触により、排出燃料ガスから二酸化炭素を除去することと、気泡となって上昇する燃料ガスを冷却管９９で冷却することにより、排出燃料ガス中の水蒸気を凝縮除去することとを同時に行う構成であるため、高効率化を図ることができ、しかも、システムの小型化を図ることもできる。また、二酸化炭素の排出を抑制する効果もある。更に、図５のようなスプレー方式のガス調整器を用いる場合に比べてスプレーヘッダやスプレー液再循環ポンプが不要であるため、構成が簡易である。
【００７３】
そして更に、ガス調整器６３，９４では、排出燃料ガスの水分濃度を２５％〜４０％の範囲とし、二酸化炭素濃度を０％〜１５％の範囲とすることにより、排出燃料ガスの水分濃度と二酸化炭素濃度とが、高効率化を図るのに望ましい水分濃度と二酸化炭素濃度になるため、より確実に高効率化を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は燃料電池システムに関するものであり、特に固体酸化物形燃料電池から排出された排出燃料ガスを、再循環ラインを介して前記燃料電池へと再循環することにより、前記燃料電池の燃料ガスとして再利用する構成の燃料電池システムにおいて高効率化と小型化とを図る場合に適用して有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態例１に係る燃料電池システムの構成図、（ｂ）は前記燃料電池システムに備えたガス調整器の他の構成図である。
【図２】水分濃度とＬＨＶ効率との関係を示すグラフである。
【図３】二酸化炭素濃度とＬＨＶ効率との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態例２に係る燃料電池システムの構成図である。
【図５】本発明の実施の形態例３に係る燃料電池システムの構成図である。
【図６】本発明の実施の形態例３に係る燃料電池システムの他の構成図である。
【図７】従来の燃料電池システムの構成例を示す図である。
【図８】従来の燃料電池システムの他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１１  燃料電池
１２  燃焼器
１３  空気熱交換器
１４  燃料再循環ライン
１５  再生型熱交換器
１６  ガス調整器
１７  燃料循環ファン
１８  燃料供給ライン
２１  貯留部
２２  入口
２３  出口
２４  容器
２５  スプレーヘッダ
２６  冷却管
２７  スプレー液再循環ポンプ
２８  スプレー液再循環ライン
２９  アルカリ水供給ライン
３０  排出ライン
４１  燃料再循環ライン
４２  再生型熱交換器
４３  ガス調整器
４４  燃料循環ファン
４５  燃料供給ライン
４６  容器
４７  冷却管
４８  貯留部
４９  入口
５０  出口
５１  アルカリ水供給ライン
６１  燃料再循環ライン
６２  再生型熱交換器
６３  ガス調整器
６４  燃料循環ファン
６５  二酸化炭素吸収液再生ライン
６６  二酸化炭素吸収塔
６７  燃料供給ライン
６８  容器
６９  スプレーヘッダ
７０  冷却管
７１  スプレー液再循環ポンプ
７２  貯留部
７３  入口
７４  出口
７５  スプレー液再循環ライン
７６  二酸化炭素吸収液供給ライン
７７  排出ライン
７８  容器
７９  スプレーヘッダ
８０  加熱管
８１  貯留部
８２  二酸化炭素吸収液ポンプ
８３  出口
８４  圧縮機
８５  冷却器
９１  燃料再循環ライン
９２  二酸化炭素吸収液再生ライン
９３  再生型熱交換器
９４  ガス調整器
９５  燃料循環ファン
９７  燃料供給ライン
９８  容器
９９  冷却管
１００  貯留部
１０１  入口
１０２  出口
１０３  二酸化炭素吸収液供給ライン
１０４  排出ライン
１０５  出口
１０６  入口
１０７，１０８  二酸化炭素吸収液ポンプ
１０９  二酸化炭素吸収塔
１１０  容器
１１２  加熱管
１１３  貯留部
１１４  出口
１１５  圧縮機
１１６  冷却器
【図１】
2006139984.tif 000004
【図２】
2006139984.tif 000005
【図３】
2006139984.tif 000006
【図４】
2006139984.tif 000007
【図５】
2006139984.tif 000008
【図６】
2006139984.tif 000009
【図７】
2006139984.tif 000010
【図８】
2006139984.tif 000011