固体酸化物型燃料電池システム
【課題】燃焼後後処理において、炭化水素ガスを燃料として用いた場合に発生するＣＯ２ガスを十分に吸収して回収することが可能な、ＣＯ２ガス吸収装置及びＳＯＦＣを具えた、新規な構成の固体酸化物型燃料電池システムを提供する。
【解決手段】炭化水素ガスを燃料として用いた固体酸化物型燃料電池発電システムであって、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素ガスに転換するための改質器と、前記燃料の供給に関して、前記改質器の下流側に設けられた固体酸化物型燃料電池と、前記固体酸化物型燃料電池に連結され、内部にＣＯ２ガス吸収セラミックスが充填されて、前記固体酸化物型燃料電池から排出されたＣＯ２ガスを吸収するＣＯ２ガス吸収装置と、を具えるように構成する。
【解決手段】炭化水素ガスを燃料として用いた固体酸化物型燃料電池発電システムであって、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素ガスに転換するための改質器と、前記燃料の供給に関して、前記改質器の下流側に設けられた固体酸化物型燃料電池と、前記固体酸化物型燃料電池に連結され、内部にＣＯ２ガス吸収セラミックスが充填されて、前記固体酸化物型燃料電池から排出されたＣＯ２ガスを吸収するＣＯ２ガス吸収装置と、を具えるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物型燃料電池から排出された排ガス中のＣＯ２ガスを吸収する装置を有する固体酸化物型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油などの化石燃料資源の枯渇の観点及びエネルギーセキュリティーの観点から、水素と酸素とを電気化学的に反応させることにより、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する燃料電池が注目されている。燃料電池は高いエネルギー利用効率を有し、大規模分散電源、家庭用電源、移動用電源として開発が進められている。
【０００３】
また、燃料電池は、温度域や使用する材料・燃料の種類に応じて、固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型などに分けられるが、効率などの観点から、固体酸化物から成る電解質を使用して、電気化学反応により電気エネルギーを得る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が注目されている。
【０００４】
ＳＯＦＣは、酸素イオン導電性を有する固体酸化物の電解質と電極（燃料極と空気極）とから構成される電気化学セルを最小単位としている。一般的な発電原理は、空気極に導入された空気中の酸素が電子（e-）を取り込み、電気化学反応を通じて酸素イオンに変換し、この酸素イオンが電解質を介して燃料極へと移動し、燃料極に導入した燃料ガスであるＨ２と電気化学的に反応して、Ｈ２Ｏと電子（e-）とを生成し、発電するものである。この発電反応は、電解質膜を介した燃焼反応と考えることができる。
【０００５】
ＳＯＦＣにおいて、炭化水素ガスを燃料として用いた場合、炭化水素ガスは改質器によって水素ガスを含む混合ガスに転換され、上記燃料極に供されるようになる。混合ガスは主に、Ｈ２、ＣＯ、ＣＯ２、未反応炭化水素、Ｈ２Ｏなどから構成される。発電反応によって、Ｈ２はＨ２Ｏに変換され、また、ＣＯや未反応炭化水素などは主にＣＯ２に変換される。
【０００６】
一方、近年においては、地球温暖化の観点から、二酸化炭素（以下、ＣＯ２）の低減といった課題がとりあげられている。したがって、上述のようなＳＯＦＣにおける化学反応の結果生成したＣＯ２ガスも所定の方法で低減することが要求されている。
【０００７】
上述したＣＯ２ガスを低減させる方法としては、例えば、吸収液を用いた化学吸収法や吸着剤を用いた物理吸収法などが挙げられる。しかしながら、これらの手法は、比較的低温で動作するため、ガス温度を一旦動作温度レベルまで下げる必要があり、熱損失が大きい。このような観点から、近年では、リチウムシリケートなどのセラミックスを用いたＣＯ２吸収剤が開発されている。このセラミックスを用いたＣＯ２吸収剤は、６００℃〜８００℃で動作するので、吸収液を用いた場合のような、比較的大きな熱損失を回避することができる（非特許文献１）。
【０００８】
また、その他の方法としては、改質器によって生成された燃料ガスを水素分離膜を通すことによって、ガス中に含まれる炭化水素ガスやＣＯ、ＣＯ２などの成分を除去して水素ガスのみを燃料ガスとして取り出し、炭素分（炭化水素ガスやＣＯ、ＣＯ２などの成分）を分離するような試みもなされている（特許文献１）。
【０００９】
前者の方法は後処理（ポスト処理）であり、後者の方法は前処理（プレ処理）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２３９３５３号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】東芝レビュー Vol.59 No.1（2004）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、後処理において、炭化水素ガスを燃料として用いた場合に発生するＣＯ２ガスを十分に吸収して回収することが可能な、ＣＯ２ガス吸収装置及びＳＯＦＣを具えた、新規な構成の固体酸化物型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】
【００１３】
上記目的を達成すべく、本発明の一態様は、炭化水素ガスを燃料として用いた固体酸化物型燃料電池発電システムであって、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素ガスに転換するための改質器と、前記燃料の供給に関して、前記改質器の下流側に設けられた固体酸化物型燃料電池と、前記固体酸化物型燃料電池に連結され、内部にＣＯ２ガス吸収セラミックスが充填されて、前記固体酸化物型燃料電池から排出されたＣＯ２ガスを吸収するＣＯ２ガス吸収装置と、を具えることを特徴とする固体酸化物型燃料電池発電システムに関する。
【発明の効果】
【００１４】
上記態様によれば、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）に対して、内部にリチウム化合物、バリウム化合物及び／又は酸化カルシウムなどのＣＯ２ガス吸収能に優れたＣＯ２ガス吸収セラミックスが充填されてなるＣＯ２ガス吸収装置を直接連結するようにしている。したがって、ＳＯＦＣにおける化学反応においてＣＯ２ガスが生成した場合においても、上記ＣＯ２ガス吸収装置において、外部に漏洩することなく、効率的に吸収し、回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【図３】第１の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【図４】第２の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【図５】第２の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【図６】第２の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【図７】第２の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【図８】第２の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【図９】第３の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【図１０】第４の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【図１１】第５の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【図１２】第６の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【図１３】第７の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、図面を参照しながら実施形態に基づいて説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池システムは、改質器１０と、燃料の供給に関して、改質器の下流側に設けられた固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）１１と、固体酸化物型燃料電池１１に連結され、内部にＣＯ２ガス吸収セラミックスが充填されて、固体酸化物型燃料電池１１から排出されたＣＯ２ガスを吸収する、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３とを含んでいる。第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３とは互いに連結されるとともに、排ガスの供給に関して、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２は上流側に位置し、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３は下流側に位置している。
【００１９】
また、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２は内部のＣＯ２ガス吸収セラミックスが既にＣＯ２ガスを吸収して飽和している一方、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３は未だＣＯ２ガスを吸収していない状態となっている。
【００２０】
なお、図中、実線で示す矢印はガスの流れを表し、破線で示す矢印は熱の流れを示す。
【００２１】
ＳＯＦＣ１１は、固体電解質膜１１１を中心としてその両側を挟み込むようにして空気極１１２及び燃料極１１３が形成されており、空気極１１２に供給された空気中の酸素が電子（e-）を取り込み、電気化学反応を通じて酸素イオンに変換し、この酸素イオンが電解質膜１１１を介して燃料極１１３へと移動し、燃料極１１３に導入した燃料ガスであるＨ２と電気化学的に反応して、Ｈ２Ｏと電子（e-）とを生成し、発電するように構成されている。
【００２２】
第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３は、例えば外周部に熱交換器が形成された、ＳＵＳやＳｉＣなどからなる容器中にＣＯ２ガス吸収セラミックス１２１及び１３１が充填されている。このＣＯ２ガス吸収セラミックス１２１及び１３１としては、例えばＬｉ２ＺｒＯ３、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２ＴｉＯ３、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４などのリチウム化合物、又はＢａ２ＴｉＯ４などのバリウム化合物が挙げられる。
【００２３】
例えば、Ｌｉ４ＳｉＯ４の場合、
に示す反応式に基づいて反応する。右側の反応は例えば５００℃〜７００℃の温度範囲において生じ、左側の反応は例えば７００℃〜８５０℃の温度範囲において生じる。したがって、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３を５００℃〜７００℃の温度に加熱した際には、上記反応式に基づいてＣＯ２ガス吸収セラミックスはＣＯ２ガスを吸収するようになり、７００℃〜８５０℃の温度範囲に加熱した際には、上記反応式に基づいてＣＯ２ガス吸収セラミックスはＣＯ２ガスを放出するようになる。
【００２４】
次に、ＳＯＦＣ１１、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３の、上述した特性に鑑みて、図１に示す固体酸化物型燃料電池システムの動作について説明する。
【００２５】
最初に、改質器１０に対して燃料ガスとしてのメタンガス（ＣＨ４）及び水（水蒸気：Ｈ２Ｏ）を供給する。改質器１０では、ＣＨ４と水蒸気とが反応して水素ガス（Ｈ２ガス）を生成するとともに、不純物ガスとしてのＣＯガス及びＣＯ２ガスが生成される。また、一部未反応のＣＨ４ガス、水蒸気が残留する。
【００２６】
次いで、Ｈ２ガス／ＣＯ２ガス／ＣＯガス／ＣＨ４ガス／Ｈ２Ｏガスの混合成分をＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給するとともに、ＳＯＦＣ１１の空気極１１１に空気を供給して、上述したような発電反応を生ぜしめる。なお、未反応の燃料ガスにおけるＣＯ２ガス量は十分に低いので、改質器１０及びＳＯＦＣ１１から直接外部に放出しても問題がない。
【００２７】
一方、ＳＯＦＣ１１において発電反応に供した燃料ガスは、図１において排ガス（１）で示されるように、上述した発電反応によってＨ２ガス、ＣＯガス及びＣＨ４ガスが消費されることによって、これらガス成分が減少するととともに、ＣＯ２ガス及びＨ２Ｏの量が増大する。また、排ガス（１）の温度は、例えばＳＯＦＣ１１における動作温度が約８００℃であることに起因して、同様に約８００℃以上にまで加熱される。
【００２８】
次いで、排ガス（１）を第１のＣＯ２ガス吸収装置１２の熱交換器１２２の部分に導入する。排ガス（１）は約８００℃以上の温度を有するので、排ガス（１）の熱が熱交換器１２２を介して内部のＣＯ２ガス吸収セラミックス１２１に伝達され、このＣＯ２ガス吸収セラミックス１２１においては、上述した化学反応式（１）において左側の矢印で示す反応が進行するようになる。したがって、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２では、ＣＯ２ガス吸収セラミックス１２１が既に吸収して飽和しているＣＯ２ガスを放出するようになる。したがって、この放出されたＣＯ２ガスはＣＯ２濃縮ガスとして回収することができる。
【００２９】
一方、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２に対して熱伝達を行った後の排ガス（１）は、温度が低下する。但し、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２では排ガス（１）中のガス成分は何ら吸収・回収されていないので、排ガス（１）の成分組成に変化はない。なお、図中では、このような状態の排ガスを排ガス（２）としている。
【００３０】
次いで、排ガス（２）は第２のＣＯ２ガス吸収装置１３に導かれ、内部のＣＯ２ガス吸収セラミックス１３１によって、排ガス（２）中のＣＯ２ガスを吸収する。ＣＯ２ガス吸収セラミックスがＣＯ２ガスを吸収するには、化学反応式（１）に示すように、系全体の温度、すなわち排ガス（２）の温度を５００℃〜７００℃の範囲にしなければならない。しかしながら、排ガス（２）の温度は低下しており、上記温度範囲を満足する。結果として、排ガス（２）中のＣＯ２ガスは第２のＣＯ２ガス吸収装置１２によって吸収されるようになる。
【００３１】
なお、排ガス（２）の温度はＣＯ２ガス吸収セラミックス１３１がＣＯ２ガスを吸収できる上限の温度であるので、好ましくは排ガス（２）を第２のＣＯ２ガス吸収装置１３に導入するまでに、例えば所定のタイムラグを設け、その温度を上記温度範囲内となるように、十分に低減することが好ましい。なお、上述のようなタイムラグを設ける代わりに所定のガス等を噴射して、強制的に冷却するようにしてもよい。
【００３２】
第２のＣＯ２ガス吸収装置１３から排出される排ガス（３）は、排ガス（１）及び（２）からＣＯ２ガス成分が除去されてなる組成成分を有する。しかしながら、排ガス（３）は、Ｈ２ガスやＣＨ４ガス等を含んでいるので、これを燃焼器で燃焼させることができる。したがって、この際に発生した熱を改質器１０及びＳＯＦＣ１１の予熱に利用することができる。燃焼後の排ガス（３）は、Ｎ２／Ｈ２Ｏが主成分のガスとなり、図１に示す矢印に従って、システムより外方に排出される。
【００３３】
一方、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３のＣＯ２ガス吸収セラミックス１３１がＣＯ２ガスを飽和するまで吸収した後は、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３に排ガス（１）を導入し、上述したような方法で飽和吸収したＣＯ２ガスを放出し、ＣＯ２濃縮ガスとして回収するとともに、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３から放出された排ガス（２）中のＣＯ２ガスを第１のＣＯ２ガス吸収装置１２で吸収させるようにすることができる。
【００３４】
したがって、上述のような操作を繰り返すことによって、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２でＣＯ２ガスの放出を実施している場合は、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３でＣＯ２ガスの吸収を行うことができ、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２でＣＯ２ガスの吸収を実施している場合は、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３でＣＯ２ガスの放出を行うことができる。この結果、排ガス（２）中のＣＯ２ガスを中断することなく、ほぼ連続的にＣＯ２ガスを吸収し、回収することができる。
【００３５】
図２は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。改質器１０に対して燃料（ＣＨ４）供給と水（水蒸気）供給とを行って燃料ガス（Ｈ２／ＣＯ／ＣＨ４／ＣＯ２／Ｈ２Ｏなどを含む混合ガス）を生成し、ＳＯＦＣ１１に供給して発電反応を生ぜしめた後、ＳＯＦＣ１１で生成した排ガス（１）は第１のＣＯ２ガス吸収装置１２の熱交換器に導入されて、予め吸収したＣＯ２ガスを放出する。次いで、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２から排出された排出ガス（２）は、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３に導入され、排ガス（２）のＣＯ２ガス成分が吸収される。
【００３６】
第２のＣＯ２ガス吸収装置１３から排出された排ガス（３）は、供給された空気とともに燃焼器１７で燃焼され、その際に発生した熱によって改質器１０及びＳＯＦＣ１１を予熱する。燃焼器１７で燃焼された排ガス（３）は、燃焼排ガスとしてシステムから外部に排気される。なお、上記空気の代わりに、ＳＯＦＣ１１の空気極から放出された空気含有の排ガスを用いることもできる。
【００３７】
なお、ＳＯＦＣ１１における発電反応の詳細、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３でのＣＯ２ガス吸収及び放出の詳細については、図１に関連して説明した通りである。
【００３８】
図３は、図２に示す固体酸化物型燃料電池システムの変形例を示す概略構成図である。図３に示す例では、燃焼器１７で排ガスを燃焼させた際に生じた熱を改質器１０の予熱と、ＳＯＦＣ１１の予熱とに使用した後、燃焼後の排ガスが保持する熱によって、ＳＯＦＣ１１の空気極に供給する空気を熱交換器１８を介して加熱し、さらにＳＯＦＣ１１の燃料極に供給する燃料ガスを熱交換器１９を介して加熱し、改質器１０に供給するようにしたものである。なお、熱交換の順序などは問わない。また、上記熱は、水蒸気の生成にもちいてもよい。
【００３９】
すなわち、図３に示す固体酸化物型燃料電池システムでは、図１に示す固体酸化物型燃料電池システムに比較して、燃焼器１７で燃焼させた後の排ガスを改質器１０及びＳＯＦＣ１１の予熱に使用するのみならず、ＳＯＦＣ１１に供給すべき空気及び燃料ガスの予熱にも使用している点で、前記排ガスをより効率的な利用がなされている。
【００４０】
（第２の実施形態）
図４は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。本実施形態では、第１の実施形態の、図１に示す固体酸化物型燃料電池システムの主要部において、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に追加の熱交換器１５が設けられている点で相違し、その他の点については同様の構成を採っている。したがって、本実施形態では、かかる相違点に基づく作用効果について説明し、その他の類似あるいは同一の構成要素に基づく作用効果については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４１】
また、図１に示す固体酸化物型燃料電池システムと類似あるいは同一の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【００４２】
図１に示す、第１の実施形態の固体酸化物型燃料電池システムにおいては、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３とが直接接続されている。その結果、排ガス（２）の温度は低下し、ＣＯ２ガス吸収温度（化学反応式（１）において右側の矢印で示す方向に反応が進行する温度）である５００℃〜７００℃の温度範囲内にまで降温する場合、排ガス（２）を第２のＣＯ２ガス吸収装置１３に導入するまでに所定のタイムラグを設けて自然冷却したり、所定のガス等を噴射して、強制冷却したりしていた。
【００４３】
これに対して、本実施形態では、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に追加の熱交換器１５を設けている。したがって、排ガス（２）が熱交換器１５を通過する際に、例えば熱交換器１５に対して外部からＳＯＦＣ１１での発電反応に使用するプロセスガス（空気や燃料ガス）を吹き付けることによって、第１の実施形態で説明したように、排ガス（２）に対しては強制冷却を行うことができるとともに、プロセスガスに対して予熱等の操作を行うことができる。
【００４４】
この結果、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムにおいては、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２から第２のＣＯ２ガス吸収装置１３に排ガス（２）を移送させる際の、排ガス（２）の余分な熱をプロセスガスの予熱等に使用することができるので、余分な熱の排出を抑制し、システム全体の熱効率を向上できるという利点がある。
【００４５】
図５〜図８は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【００４６】
図５〜図７に示す固体酸化物型燃料電池システムでは、図２に示す固体酸化物型燃料電池システムに対して、追加の熱交換器１５が第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に設けられ、追加の熱交換器１５においてプロセスガスの予熱等を実施している点で相違している。また、図８に示す固体酸化物型燃料電池システムでは、図３に示す固体酸化物型燃料電池システムに対して、追加の熱交換器１５が第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に設けられ、追加の熱交換器１５に水を供給して改質器で使用する水蒸気（Ｈ２Ｏ）を生成している点で相違している。
【００４７】
以下、図２及び図３に示す固体酸化物型燃料電池システムとの相違点について説明すると、図５では、追加の熱交換器１５に対して空気を噴射し、予備的に加熱した後、ＳＯＦＣ１１の空気極に供給するようにしている。図６では、追加の熱交換器１５に対して燃料ガスを噴射し、予備的に加熱した後改質器１０に供給するようにしている。図７及び図８では、追加の熱交換器１５に対して水を供給し、水蒸気（Ｈ２Ｏ）として改質器１０に供給するようにしている。
【００４８】
したがって、上述したように、排ガス（２）に対しては強制冷却を行うことができるとともに、プロセスガスに対して予熱等の操作を行うことができ、改質器１０における改質反応やＳＯＦＣ１１における発電反応を促進させることができる。この結果、システム全体の熱効率を向上できることが分かる。
【００４９】
（第３の実施形態）
図９は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。なお、第１の実施形態における図１に示す固体酸化物型燃料電池システムと類似又は同一の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【００５０】
図９に示すように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池システムは、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）１１と、固体酸化物型燃料電池１１に連結された第１のＣＯ２ガス吸収装置２２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置２３とを含んでいる。
【００５１】
第１のＣＯ２ガス吸収装置２２と第２のＣＯ２ガス吸収装置２３とは互いに連結されるとともに、排ガスの供給に関して、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２は上流側に位置し、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３は下流側に位置している。また、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置２３は、それぞれ内部にＣＯ２ガス吸収セラミックス２２１及び２３１が充填されているとともに、それらの中心部においてそれぞれ改質器２２３及び２３３を有している。
【００５２】
具体的には、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置２３は、第１の実施形態の場合と同様に、例えば外周部に熱交換器が形成された、ＳＵＳやＳｉＣなどからなる容器中にＣＯ２ガス吸収セラミックス２２１及び２３１がそれぞれ充填され、さらにそれらの中心部に第１の実施形態における改質器１０と同様の改質器２２３及び２３３がそれぞれ配置されている。このＣＯ２ガス吸収セラミックスとしては、第１の実施形態と同様に、例えばＬｉ２ＺｒＯ３、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２ＴｉＯ３、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４などのリチウム化合物、又はＢａ２ＴｉＯ４などのバリウム化合物が挙げられる。
【００５３】
なお、ＳＯＦＣ１１の構成及び発電反応は、第１の実施形態で説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。
【００５４】
また、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２は内部のＣＯ２ガス吸収セラミックス２２１が既にＣＯ２ガスを吸収して飽和している一方、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３は未だＣＯ２ガスを吸収していない状態となっている。
【００５５】
次に、ＳＯＦＣ１１、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置２３の、上述した特性に鑑みて、図９に示す固体酸化物型燃料電池システムの動作について説明する。
【００５６】
最初に、ＳＯＦＣ１１を図示しない予熱機構で所定温度、例えば８００℃程度にまで上昇させた後、第１の実施形態と同様に、Ｈ２ガス／ＣＯ２ガス／ＣＯガス／ＣＨ４ガス／Ｈ２Ｏガスの混合成分を、ＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給するとともに、ＳＯＦＣ１１の空気極１１１に空気を供給して、上述したような発電反応を生ぜしめる。なお、未反応の燃料ガスにおけるＣＯ２ガス量は十分に低いので、ＳＯＦＣ１１から直接外部に放出しても問題がない。
【００５７】
ＳＯＦＣ１１での発電反応の結果、ＳＯＦＣ１１からは、第１の実施形態と同様な排ガス（１）が排出される。次いで、排ガス（１）を第１のＣＯ２ガス吸収装置２２の熱交換器２２２の部分に導入する。排ガス（１）は例えば約８００℃以上の温度を有するので、排ガス（１）の熱が熱交換器２２２を介して内部のＣＯ２ガス吸収セラミックス２２１に伝達され、このＣＯ２ガス吸収セラミックス２２１においては、上述した化学反応式（１）において左側の矢印で示す反応が進行するようになる。したがって、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２では、ＣＯ２ガス吸収セラミックス２２１が既に吸収して飽和しているＣＯ２ガスを放出するようになる。したがって、この放出されたＣＯ２ガスは濃縮ＣＯ２ガスとして回収することができる。
【００５８】
一方、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２に対して熱伝達を行った後の排ガス（１）は、温度が低下する。但し、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２では排ガス（１）中のガス成分は何ら吸収・回収されていないので、排ガス（１）の成分組成に変化はない。なお、図中では、このような状態の排ガスを排ガス（２）としている。
【００５９】
次いで、排ガス（２）は第２のＣＯ２ガス吸収装置２３に導かれ、内部のＣＯ２ガス吸収セラミックス２３１によって、排ガス（２）中のＣＯ２ガスを吸収する。ＣＯ２ガス吸収セラミックス２３１がＣＯ２ガスを吸収するには、化学反応式（１）に示すように、系全体の温度、すなわち排ガス（２）の温度を５００℃〜７００℃の範囲にしなければならない。したがって、必要に応じて、自然冷却や強制冷却の手法を用い、排ガス（２）の温度を上述した温度範囲内に入るようにする。強制冷却を行う場合は、第２の実施形態で説明したような追加の熱交換器を用いて行うこともできる。
【００６０】
一方、ＣＯ２ガス吸収セラミックス２３１がＣＯ２ガスを吸収する反応は発熱反応であるので、排ガス（２）が第２のＣＯ２ガス吸収装置２３に吸収される際に、所定の熱を生成するようになる。この結果、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３の温度は全体として改質反応に利用される程度にまで加熱されるようになる。したがって、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３の改質器２３３に燃料ガス（例えば、ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ）を供給することによって、改質器２３３において、上述したＨ２ガス／ＣＯ２ガス／ＣＯガス／ＣＨ４ガス／Ｈ２Ｏガスの混合成分からなるガスを生成することができるようになる。
【００６１】
したがって、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３から上記ガスをＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給することによって、ＳＯＦＣ１１による発電反応と、ＳＯＦＣ１１から排出される排ガス中のＣＯ２ガスの吸収を行うことができる。
【００６２】
本実施形態によれば、固体酸化物型燃料電池システムが改質器を本質的な構成要素として含むことがないので、システムの小型を達成することができる。また、ＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給すべき混合成分ガスは、ＳＯＦＣ１１が排出した排ガスの熱と、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３がＣＯ２ガスを吸収することによる発熱とを利用して生成するので、システム全体において余分な熱の生成がなく、システム全体を極めて高い熱効率で駆動させることができる。
【００６３】
一方、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３のＣＯ２ガス吸収セラミックス２３１がＣＯ２ガスを飽和するまで吸収した後は、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３に排ガス（１）を導入し、上述したような方法で飽和吸収したＣＯ２ガスを放出し、ＣＯ２濃縮ガスとして回収するとともに、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３から放出された排ガス（２）中のＣＯ２ガスを第１のＣＯ２ガス吸収装置２２で吸収させるようにすることができる。そして、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２の改質器２２３に対して燃料ガスを供給し、上述のような混合成分ガスを生成して、ＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給して発電反応を生ぜしめることができる。
【００６４】
したがって、上述のような操作を繰り返すことによって、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２でＣＯ２ガスの放出を実施している場合は、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３でＣＯ２ガスの吸収及び混合成分ガスの生成を行うことができ、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２でＣＯ２ガスの吸収及び混合成分ガスの生成を実施している場合は、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３でＣＯ２ガスの放出を行うことができる。この結果、排ガス（２）中のＣＯ２ガスを中断することなく、ほぼ連続的にＣＯ２ガスを吸収し、回収することができるとともに、ＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給すべき混合成分ガスをほぼ連続的に生成することができ、ＳＯＦＣ１１における発電反応をほぼ連続して行うことができる。
【００６５】
なお、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３で排ガス（２）中のＣＯ２ガスが吸収された後の排ガス（３）は、Ｈ２ガスやＣＨ４ガス等を含んでいるので、第１の実施形態と同様に、これを燃焼器で燃焼させることができる。したがって、この際に発生した熱をＳＯＦＣ１１の予熱に利用することができる。
【００６６】
本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図は特に図示しないが、例えば、図２に示す固体酸化物型燃料電池システムにおいて、改質器１０が削除され、その周辺における燃料供給の操作が第２のＣＯ２ガス吸収装置の周辺に位置するようになる。
【００６７】
（第４の実施形態）
図１０は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。なお、第１の実施形態における図１に示す固体酸化物型燃料電池システムと類似又は同一の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【００６８】
図１０に示すように、本実施形態は、第３の実施形態の変形例に相当するものである。第３の実施形態では、図９に示すように、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置２３の中心部にそれぞれ改質器２２３及び２３３を配置していたが、本実施形態では、図１０に示すように、改質器に代えて改質触媒を用い、さらに、この触媒をＣＯ２ガス吸収セラミックスと混合し、混合層３２１及び３３１として配置している点で相違する。
【００６９】
しかしながら、本実施形態の固体酸化物型燃料電池システムは、第３の実施形態における改質器が改質触媒に変更になったのみであるので、その作用効果は第３の実施形態と同様である。
【００７０】
すなわち、最初に、ＳＯＦＣ１１を図示しない予熱機構で所定温度、例えば８００℃程度にまで上昇させた後、第１の実施形態と同様に、Ｈ２ガス／ＣＯ２ガス／ＣＯガス／ＣＨ４ガス／Ｈ２Ｏガスの混合成分を、ＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給するとともに、ＳＯＦＣ１１の空気極１１１に空気を供給して、上述したような発電反応を生ぜしめる。未反応の燃料ガスにおけるＣＯ２ガス量は十分に低いので、ＳＯＦＣ１１から直接外部に放出する。
【００７１】
なお、本実施形態では、上記混合ガス成分は、以下に詳述するように、ＣＯ２ガス吸収装置３２及び３３を通過した後の排ガスを用いるため、ＳＯＦＣ１１での発電反応の結果、ＳＯＦＣ１１から排出された排ガス（１）は、ＣＯ、ＣＨ４及びＨ２Ｏをほとんど含まず、Ｈ２ガス濃度が低減され、かつ水蒸気（Ｈ２Ｏ）濃度が増大した排ガスとして排出される。次いで、排ガス（１）を第１のＣＯ２ガス吸収装置３２の熱交換器３２２の部分に導入する。排ガス（１）は約８００℃以上の温度を有するので、排ガス（１）の熱が熱交換器３２２を介して内部のＣＯ２ガス吸収セラミックスを含む混合層３２１に伝達され、この混合層３２１中のＣＯ２ガス吸収セラミックスにおいては、上述した化学反応式（１）において左側の矢印で示す反応が進行するようになる。したがって、第１のＣＯ２ガス吸収装置３２では、ＣＯ２ガス吸収セラミックスが既に吸収して飽和しているＣＯ２ガスを放出するようになる。したがって、この放出されたＣＯ２ガスはＣＯ２濃縮ガスとして回収することができる。
【００７２】
一方、第１のＣＯ２ガス吸収装置３２に対して熱伝達を行った後の排ガス（１）は、排ガス（２）として第２のＣＯ２ガス吸収装置３３に導かれ、混合層３３１中のＣＯ２ガス吸収セラミックスによって、排ガス（２）中のＣＯ２ガスを吸収する。ＣＯ２ガス吸収セラミックスがＣＯ２ガスを吸収するには、化学反応式（１）に示すように、系全体の温度、すなわち排ガス（２）の温度を５００℃〜７００℃の範囲にしなければならない。したがって、必要に応じて、自然冷却や強制冷却の手法を用い、排ガス（２）の温度を上述した温度範囲内に入るようにする。強制冷却を行う場合は、第２の実施形態で説明したような追加の熱交換器を用いて行うこともできる。
【００７３】
一方、混合層３３１中のＣＯ２ガス吸収セラミックスがＣＯ２ガスを吸収する反応は発熱反応であるので、排ガス（２）が第２のＣＯ２ガス吸収装置３３に吸収される際に、所定の熱を生成するようになる。この結果、第２のＣＯ２ガス吸収装置３３の温度は全体として約８００℃程度にまで加熱されるようになり、第２のＣＯ２ガス吸収装置３３の改質触媒を含む混合層３３１に燃料ガス（例えば、ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ）を供給することによって、混合層３３１において、上述したＨ２ガス／ＣＯ２ガス／ＣＯガス／ＣＨ４ガス／Ｈ２Ｏガスの混合成分からなるガスを生成することができるようになる。この場合、上記混合ガスは、排ガス（２）が第２のＣＯ２ガス吸収装置３３を通過して得られることから、(ii)ＣＯ２ガス、ＣＯガス及びＣＨ４ガスの濃度が減少するとともに、(i)Ｈ２ガスの濃度が相対的に増大し、(iii)水蒸気Ｈ２Ｏの濃度がほとんど変化しないような混合ガスとなる。
【００７４】
したがって、第２のＣＯ２ガス吸収装置３３から上記ガスをＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給することによって、ＳＯＦＣ１１による発電反応と、ＳＯＦＣ１１から排出される排ガス中のＣＯ２ガスの吸収を永続的に行うことができる。但し、上述したように、ＳＯＦＣ１１の運転開始時には、外部の改質器から上記混合成分ガスをＳＯＦＣ１１の水素極に供給して、発電反応を行う必要がある。
【００７５】
なお、その他の特徴及び作用効果については、第３の実施形態に示す固体酸化物型燃料電池システムと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００７６】
（第５の実施形態）
図１１は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【００７７】
本実施形態では、ＣＯ２ガス吸収セラミックスとして酸化カルシウム（ＣａＯ）を用いている。ＣａＯはＣＯ２ガスを吸収すると炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を形成するようになるが、この場合、吸収したＣＯ２ガスを放出するにはＣａＯ、すなわちＣａＣＯ３を１０００℃以上に加熱する必要がある。したがって、ＣａＯをＣＯ２ガス吸収セラミックスとして用いた場合は、ＣＯ２ガスの放出を行うことなく、ＣＯ２ガスの吸収によって生成したＣａＣＯ３のままの状態とする。
【００７８】
ＣａＣＯ３は、製紙工業での填料や塗工顔料、塗料工業での体質顔料、ゴム、プラスチック用途などに利用することが可能であって、再利用に供することができる。すなわち、本実施形態では、上記実施形態とは異なり、ＣＯ２濃縮ガスを回収する代わりに、反応生成物であるＣａＣＯ３として回収する点で相違する。
【００７９】
具体的には、例えば図１１に示すように、改質器１０で生成したＨ２ガス／ＣＯ２ガス／ＣＯガス／ＣＨ４ガス／Ｈ２Ｏガスの混合成分をＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給するとともに、ＳＯＦＣ１１の空気極１１１に空気を供給して、発電反応を生ぜしめ、その際に生じた排ガス（１）をそのままＣａＯセラミックスが充填されたＣＯ２ガス吸収装置４１〜４３に供給し、ＣａＯセラミックスで吸収し、ＣａＣＯ３とする。
【００８０】
なお、ＣＯ２ガス吸収装置４１〜４３から排出されたガスは、ＣＯ２ガスが吸収されてほとんど残存しないことから、Ｈ２／ＣＯ／ＣＨ４／Ｈ２Ｏが主成分のガスとなっているため、空気を供給して燃焼させることにより、改質器１０及びＳＯＦＣ１１の予熱に使用することができる。
【００８１】
なお、本実施形態では、ＣａＯセラミックスが充填されたＣＯ２ガス吸収装置の数を３としているが、必要に応じて任意の数とすることができる。
【００８２】
（第６の実施形態）
図１２は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。本実施形態では、第１の実施形態の、図１に示す固体酸化物型燃料電池システムの主要部において、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３と相対向する側において、これらＣＯ２ガス吸収装置１２，１３と連結された追加の固体酸化物型燃料電池１４が設けられている点で相違し、その他の点については同様の構成を採っている。したがって、本実施形態では、かかる相違点に基づく作用効果について説明し、その他の類似あるいは同一の構成要素に基づく作用効果については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８３】
また、図１に示す固体酸化物型燃料電池システムと類似あるいは同一の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【００８４】
図１２に示す、第６の実施形態の固体酸化物型燃料電池システムにおいては、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３の後段において追加の固体酸化物型燃料電池１４（以下、“追加のＳＯＦＣ１４”と呼ぶ場合がある）が設けられている。
【００８５】
追加のＳＯＦＣ１４は、上述したＳＯＦＣ１１の場合と同様に、固体電解質膜１４１を中心としてその両側を挟み込むようにして空気極１４２及び燃料極１４３が形成されており、空気極１４２に供給された空気中の酸素が電子（e-）を取り込み、電気化学反応を通じて酸素イオンに変換し、この酸素イオンが電解質膜１４１を介して燃料極１４３へと移動し、燃料極１４３に導入した燃料ガスであるＨ２と電気化学的に反応して、Ｈ２Ｏと電子（e-）とを生成し、発電するように構成されている。
【００８６】
但し、追加のＳＯＦＣ１４に供給する燃料ガスは、以下に説明するように、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３において、排ガス（１）からＣＯ２ガスが低減され、Ｈ２及びＣＨ４を主成分とするガスであるとともに、温度が低下した排ガス（３）である。したがって、追加のＳＯＦＣ１４は、上述したＳＯＦＣ１１に比較して動作温度が低くなるように設定する必要がある。
【００８７】
追加のＳＯＦＣ１４の動作温度を低下させるには、固体電解質膜１４１をセリア系電解質材料から構成することによって実現することができる。セリア系電解質材料としては、例えば、セリア（ＣｅＯ２）中にＳｍ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３など固溶したセリア系固溶体を挙げることができる。
【００８８】
また、固体電解質１４１をランタンガレード系電解質材料から構成することによっても実現することができる。ランタンガレード（ＬａＧａＯｘ）系電解質材料としては、例えば、ＬａＳｒＧａＭｇ酸化物、ＬａＳｒＧａＭｇＣｏ酸化物、ＬａＳｒＧａＭｇＣｏＦｅ酸化物、ＬａＳｒＧａＭｇＣｏＦｅ酸化物などが挙げられる。
【００８９】
さらに、固体電解質１４１をプロトン導電性電解質材料から構成することによっても実現することができる。このようなプロトン導電性電解質材料としては、例えばＡＢＯ３なる一般式で表されるペロブスカイト型固体酸化物が挙げられる。具体的には、ＳｒＣｅＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＳｒＳｃＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＣｅＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＢａＳｃＯ３、ＢａＰｒＯ３、ＬａＣｅＯ２、ＬａＺｒＯ３、ＬａＳｃＯ３を例示することができる。
【００９０】
なお、上述した電解質材料は、その一部を別の元素に置換したり、ドーピングしたりしてもかまわない。
【００９１】
また、上述した電解質材料を使用する代わりに、固体電解質膜１４１の厚さを薄く、例えば５０μｍ以下、さらには１０μｍ以下とすることによっても、追加のＳＯＦＣ１４の動作温度を低下させることができる。この場合は、特に明示しなかったものの、上述したＳＯＦＣ１１の固体電解質膜１１１と同じ、Ｙ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯなどを安定化剤として固溶した安定化ジルコニアなどを固体電解質材料として使用することができる。
【００９２】
上述したように、追加のＳＯＦＣ１４は、Ｈ２及びＣＨ４を主成分とする排ガス（３）を燃料ガスとして使用するが、これらガスの成分濃度はＳＯＦＣ１１において発電に使用した後の残りである。したがって、排ガス（３）中のＨ２及びＣＨ４の濃度は、ＳＯＦＣ１１に供給する燃料ガス中のＨ２及びＣＨ４の濃度に比較して格段に低くなっている。
【００９３】
なお、追加のＳＯＦＣ１４の固体電解質膜１４１を上述のようにして構成することにより、その動作温度を５００℃〜７００℃とすることができ、排ガス（３）の温度によっても追加のＳＯＦＣ１４を十分に動作させて発電させることができる。
【００９４】
燃料電池を単独で運転する場合、燃料利用率は約６０〜９０％と高い利用率で運転するのが一般的である。すなわち、ＳＯＦＣ１１単独の場合は、燃料利用率を約６０〜９０％と高くする。しかしながら、本実施形態において、このような条件で運転を行うと、上述したように、排ガス（３）中のＨ２及びＣＨ４の濃度が格段に低くなってしまう。
【００９５】
したがって、本実施形態では、ＳＯＦＣ１１の燃料利用率を低下させ、排ガス（３）中のＨ２及びＣＨ４の濃度を高くするともに、追加のＳＯＦＣ１４の燃料利用率を増大させる。これによって、追加のＳＯＦＣ１４での発電特性が十分に向上するようになるので、システム全体としての発電特性を向上させることができるようになる。具体的には、ＳＯＦＣ１１の燃料利用率に対して追加のＳＯＦＣ１４の燃料利用率を向上させる（高くする）。例えば、ＳＯＦＣ１１の燃料利用率を約４０〜８０％とし、追加のＳＯＦＣ１４の燃料利用率を約６０〜９５％とする。
【００９６】
また、炭化水素系燃料の改質ガスでの発電特性と、水素燃料での発電特性を比較した場合、後者のほうが発電特性は高い。したがって、追加のＳＯＦＣ１４は排ガス（３）を燃料ガスとして使用して発電を行うものの、排ガス（３）はＨ２を含んでいるので、十分高い発電特性を呈することができる。
【００９７】
なお、特に図示しないものの、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に追加の熱交換器１５を設けることができる。この場合、上述したように、排ガス（２）が熱交換器１５を通過する際に、例えば熱交換器１５に対して外部からＳＯＦＣ１１での発電反応に使用するプロセスガス（空気や燃料ガス）を吹き付けることによって、第１の実施形態で説明したように、排ガス（２）に対しては強制冷却を行うことができるとともに、プロセスガスに対して予熱等の操作を行うことができる。
【００９８】
また、全体のシステムとしては、図２〜３及び図５〜８に示す場合と同様となる。但し、例えば、図２及び図３における燃焼器１７が追加のＳＯＦＣ１４で置換されることになる。
【００９９】
（第７の実施形態）
図１３は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。本実施形態では、第６の実施形態の、図１２に示す固体酸化物型燃料電池システムの主要部において、ＣＯ２ガス吸収装置１２，１３と連結された追加の固体酸化物型燃料電池１４を、リン酸型燃料電池あるいは高分子型燃料電池に置換した点で相違し、その他の点については同様の構成を採っている。したがって、本実施形態では、かかる相違点に基づく作用効果について説明し、その他の類似あるいは同一の構成要素に基づく作用効果については、第６の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１００】
また、図６に示す固体酸化物型燃料電池システムと類似あるいは同一の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【０１０１】
本実施形態では、追加の固体酸化物型燃料電池１４としてリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）あるいは高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いており、前者の動作温度は約２００℃であり、後者の動作温度は約６０℃〜９０℃である。したがって、排ガス（３）の温度が十分に低下した場合においても、これらの固体酸化物型燃料電池を用いることにより、十分な発電特性を得ることができる。
【０１０２】
なお、上述したように、排ガス（３）の温度は約５００℃であるので、一般には、追加の固体酸化物型燃料電池１４と第２の第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に熱交換器１６を設け、排ガス（３）の温度を熱交換器１６によって固体酸化物型燃料電池１４の動作温度にまで十分低減した後、この固体酸化物燃料電池１４に導入する必要がある。
【０１０３】
また、特に図示しないものの、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に追加の熱交換器１５を設けることができる。また、全体のシステムとしては、図２〜３及び図５〜８に示す場合と同様となる。但し、例えば、図２及び図３における燃焼器１７が追加のＳＯＦＣ１４で置換されることになる。
【０１０４】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 改質器
１１ 固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）
１２、２２、３２ 第１のＣＯ２ガス吸収装置
１３、２３、３３ 第２のＣＯ２ガス吸収装置
１４ 追加の固体酸化物型燃料電池
１５ 追加の熱交換器
１７ 燃焼器
１６、１８、１９ 熱交換器
４１、４２、４３ 酸化カルシウム（ＣａＯ）セラミックスを含んだＣＯ２ガス吸収装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物型燃料電池から排出された排ガス中のＣＯ２ガスを吸収する装置を有する固体酸化物型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油などの化石燃料資源の枯渇の観点及びエネルギーセキュリティーの観点から、水素と酸素とを電気化学的に反応させることにより、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する燃料電池が注目されている。燃料電池は高いエネルギー利用効率を有し、大規模分散電源、家庭用電源、移動用電源として開発が進められている。
【０００３】
また、燃料電池は、温度域や使用する材料・燃料の種類に応じて、固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型などに分けられるが、効率などの観点から、固体酸化物から成る電解質を使用して、電気化学反応により電気エネルギーを得る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が注目されている。
【０００４】
ＳＯＦＣは、酸素イオン導電性を有する固体酸化物の電解質と電極（燃料極と空気極）とから構成される電気化学セルを最小単位としている。一般的な発電原理は、空気極に導入された空気中の酸素が電子（e-）を取り込み、電気化学反応を通じて酸素イオンに変換し、この酸素イオンが電解質を介して燃料極へと移動し、燃料極に導入した燃料ガスであるＨ２と電気化学的に反応して、Ｈ２Ｏと電子（e-）とを生成し、発電するものである。この発電反応は、電解質膜を介した燃焼反応と考えることができる。
【０００５】
ＳＯＦＣにおいて、炭化水素ガスを燃料として用いた場合、炭化水素ガスは改質器によって水素ガスを含む混合ガスに転換され、上記燃料極に供されるようになる。混合ガスは主に、Ｈ２、ＣＯ、ＣＯ２、未反応炭化水素、Ｈ２Ｏなどから構成される。発電反応によって、Ｈ２はＨ２Ｏに変換され、また、ＣＯや未反応炭化水素などは主にＣＯ２に変換される。
【０００６】
一方、近年においては、地球温暖化の観点から、二酸化炭素（以下、ＣＯ２）の低減といった課題がとりあげられている。したがって、上述のようなＳＯＦＣにおける化学反応の結果生成したＣＯ２ガスも所定の方法で低減することが要求されている。
【０００７】
上述したＣＯ２ガスを低減させる方法としては、例えば、吸収液を用いた化学吸収法や吸着剤を用いた物理吸収法などが挙げられる。しかしながら、これらの手法は、比較的低温で動作するため、ガス温度を一旦動作温度レベルまで下げる必要があり、熱損失が大きい。このような観点から、近年では、リチウムシリケートなどのセラミックスを用いたＣＯ２吸収剤が開発されている。このセラミックスを用いたＣＯ２吸収剤は、６００℃〜８００℃で動作するので、吸収液を用いた場合のような、比較的大きな熱損失を回避することができる（非特許文献１）。
【０００８】
また、その他の方法としては、改質器によって生成された燃料ガスを水素分離膜を通すことによって、ガス中に含まれる炭化水素ガスやＣＯ、ＣＯ２などの成分を除去して水素ガスのみを燃料ガスとして取り出し、炭素分（炭化水素ガスやＣＯ、ＣＯ２などの成分）を分離するような試みもなされている（特許文献１）。
【０００９】
前者の方法は後処理（ポスト処理）であり、後者の方法は前処理（プレ処理）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２３９３５３号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】東芝レビュー Vol.59 No.1（2004）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、後処理において、炭化水素ガスを燃料として用いた場合に発生するＣＯ２ガスを十分に吸収して回収することが可能な、ＣＯ２ガス吸収装置及びＳＯＦＣを具えた、新規な構成の固体酸化物型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】
【００１３】
上記目的を達成すべく、本発明の一態様は、炭化水素ガスを燃料として用いた固体酸化物型燃料電池発電システムであって、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素ガスに転換するための改質器と、前記燃料の供給に関して、前記改質器の下流側に設けられた固体酸化物型燃料電池と、前記固体酸化物型燃料電池に連結され、内部にＣＯ２ガス吸収セラミックスが充填されて、前記固体酸化物型燃料電池から排出されたＣＯ２ガスを吸収するＣＯ２ガス吸収装置と、を具えることを特徴とする固体酸化物型燃料電池発電システムに関する。
【発明の効果】
【００１４】
上記態様によれば、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）に対して、内部にリチウム化合物、バリウム化合物及び／又は酸化カルシウムなどのＣＯ２ガス吸収能に優れたＣＯ２ガス吸収セラミックスが充填されてなるＣＯ２ガス吸収装置を直接連結するようにしている。したがって、ＳＯＦＣにおける化学反応においてＣＯ２ガスが生成した場合においても、上記ＣＯ２ガス吸収装置において、外部に漏洩することなく、効率的に吸収し、回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【図３】第１の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【図４】第２の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【図５】第２の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【図６】第２の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【図７】第２の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【図８】第２の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【図９】第３の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【図１０】第４の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【図１１】第５の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【図１２】第６の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【図１３】第７の実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、図面を参照しながら実施形態に基づいて説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池システムは、改質器１０と、燃料の供給に関して、改質器の下流側に設けられた固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）１１と、固体酸化物型燃料電池１１に連結され、内部にＣＯ２ガス吸収セラミックスが充填されて、固体酸化物型燃料電池１１から排出されたＣＯ２ガスを吸収する、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３とを含んでいる。第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３とは互いに連結されるとともに、排ガスの供給に関して、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２は上流側に位置し、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３は下流側に位置している。
【００１９】
また、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２は内部のＣＯ２ガス吸収セラミックスが既にＣＯ２ガスを吸収して飽和している一方、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３は未だＣＯ２ガスを吸収していない状態となっている。
【００２０】
なお、図中、実線で示す矢印はガスの流れを表し、破線で示す矢印は熱の流れを示す。
【００２１】
ＳＯＦＣ１１は、固体電解質膜１１１を中心としてその両側を挟み込むようにして空気極１１２及び燃料極１１３が形成されており、空気極１１２に供給された空気中の酸素が電子（e-）を取り込み、電気化学反応を通じて酸素イオンに変換し、この酸素イオンが電解質膜１１１を介して燃料極１１３へと移動し、燃料極１１３に導入した燃料ガスであるＨ２と電気化学的に反応して、Ｈ２Ｏと電子（e-）とを生成し、発電するように構成されている。
【００２２】
第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３は、例えば外周部に熱交換器が形成された、ＳＵＳやＳｉＣなどからなる容器中にＣＯ２ガス吸収セラミックス１２１及び１３１が充填されている。このＣＯ２ガス吸収セラミックス１２１及び１３１としては、例えばＬｉ２ＺｒＯ３、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２ＴｉＯ３、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４などのリチウム化合物、又はＢａ２ＴｉＯ４などのバリウム化合物が挙げられる。
【００２３】
例えば、Ｌｉ４ＳｉＯ４の場合、
に示す反応式に基づいて反応する。右側の反応は例えば５００℃〜７００℃の温度範囲において生じ、左側の反応は例えば７００℃〜８５０℃の温度範囲において生じる。したがって、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３を５００℃〜７００℃の温度に加熱した際には、上記反応式に基づいてＣＯ２ガス吸収セラミックスはＣＯ２ガスを吸収するようになり、７００℃〜８５０℃の温度範囲に加熱した際には、上記反応式に基づいてＣＯ２ガス吸収セラミックスはＣＯ２ガスを放出するようになる。
【００２４】
次に、ＳＯＦＣ１１、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３の、上述した特性に鑑みて、図１に示す固体酸化物型燃料電池システムの動作について説明する。
【００２５】
最初に、改質器１０に対して燃料ガスとしてのメタンガス（ＣＨ４）及び水（水蒸気：Ｈ２Ｏ）を供給する。改質器１０では、ＣＨ４と水蒸気とが反応して水素ガス（Ｈ２ガス）を生成するとともに、不純物ガスとしてのＣＯガス及びＣＯ２ガスが生成される。また、一部未反応のＣＨ４ガス、水蒸気が残留する。
【００２６】
次いで、Ｈ２ガス／ＣＯ２ガス／ＣＯガス／ＣＨ４ガス／Ｈ２Ｏガスの混合成分をＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給するとともに、ＳＯＦＣ１１の空気極１１１に空気を供給して、上述したような発電反応を生ぜしめる。なお、未反応の燃料ガスにおけるＣＯ２ガス量は十分に低いので、改質器１０及びＳＯＦＣ１１から直接外部に放出しても問題がない。
【００２７】
一方、ＳＯＦＣ１１において発電反応に供した燃料ガスは、図１において排ガス（１）で示されるように、上述した発電反応によってＨ２ガス、ＣＯガス及びＣＨ４ガスが消費されることによって、これらガス成分が減少するととともに、ＣＯ２ガス及びＨ２Ｏの量が増大する。また、排ガス（１）の温度は、例えばＳＯＦＣ１１における動作温度が約８００℃であることに起因して、同様に約８００℃以上にまで加熱される。
【００２８】
次いで、排ガス（１）を第１のＣＯ２ガス吸収装置１２の熱交換器１２２の部分に導入する。排ガス（１）は約８００℃以上の温度を有するので、排ガス（１）の熱が熱交換器１２２を介して内部のＣＯ２ガス吸収セラミックス１２１に伝達され、このＣＯ２ガス吸収セラミックス１２１においては、上述した化学反応式（１）において左側の矢印で示す反応が進行するようになる。したがって、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２では、ＣＯ２ガス吸収セラミックス１２１が既に吸収して飽和しているＣＯ２ガスを放出するようになる。したがって、この放出されたＣＯ２ガスはＣＯ２濃縮ガスとして回収することができる。
【００２９】
一方、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２に対して熱伝達を行った後の排ガス（１）は、温度が低下する。但し、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２では排ガス（１）中のガス成分は何ら吸収・回収されていないので、排ガス（１）の成分組成に変化はない。なお、図中では、このような状態の排ガスを排ガス（２）としている。
【００３０】
次いで、排ガス（２）は第２のＣＯ２ガス吸収装置１３に導かれ、内部のＣＯ２ガス吸収セラミックス１３１によって、排ガス（２）中のＣＯ２ガスを吸収する。ＣＯ２ガス吸収セラミックスがＣＯ２ガスを吸収するには、化学反応式（１）に示すように、系全体の温度、すなわち排ガス（２）の温度を５００℃〜７００℃の範囲にしなければならない。しかしながら、排ガス（２）の温度は低下しており、上記温度範囲を満足する。結果として、排ガス（２）中のＣＯ２ガスは第２のＣＯ２ガス吸収装置１２によって吸収されるようになる。
【００３１】
なお、排ガス（２）の温度はＣＯ２ガス吸収セラミックス１３１がＣＯ２ガスを吸収できる上限の温度であるので、好ましくは排ガス（２）を第２のＣＯ２ガス吸収装置１３に導入するまでに、例えば所定のタイムラグを設け、その温度を上記温度範囲内となるように、十分に低減することが好ましい。なお、上述のようなタイムラグを設ける代わりに所定のガス等を噴射して、強制的に冷却するようにしてもよい。
【００３２】
第２のＣＯ２ガス吸収装置１３から排出される排ガス（３）は、排ガス（１）及び（２）からＣＯ２ガス成分が除去されてなる組成成分を有する。しかしながら、排ガス（３）は、Ｈ２ガスやＣＨ４ガス等を含んでいるので、これを燃焼器で燃焼させることができる。したがって、この際に発生した熱を改質器１０及びＳＯＦＣ１１の予熱に利用することができる。燃焼後の排ガス（３）は、Ｎ２／Ｈ２Ｏが主成分のガスとなり、図１に示す矢印に従って、システムより外方に排出される。
【００３３】
一方、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３のＣＯ２ガス吸収セラミックス１３１がＣＯ２ガスを飽和するまで吸収した後は、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３に排ガス（１）を導入し、上述したような方法で飽和吸収したＣＯ２ガスを放出し、ＣＯ２濃縮ガスとして回収するとともに、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３から放出された排ガス（２）中のＣＯ２ガスを第１のＣＯ２ガス吸収装置１２で吸収させるようにすることができる。
【００３４】
したがって、上述のような操作を繰り返すことによって、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２でＣＯ２ガスの放出を実施している場合は、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３でＣＯ２ガスの吸収を行うことができ、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２でＣＯ２ガスの吸収を実施している場合は、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３でＣＯ２ガスの放出を行うことができる。この結果、排ガス（２）中のＣＯ２ガスを中断することなく、ほぼ連続的にＣＯ２ガスを吸収し、回収することができる。
【００３５】
図２は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。改質器１０に対して燃料（ＣＨ４）供給と水（水蒸気）供給とを行って燃料ガス（Ｈ２／ＣＯ／ＣＨ４／ＣＯ２／Ｈ２Ｏなどを含む混合ガス）を生成し、ＳＯＦＣ１１に供給して発電反応を生ぜしめた後、ＳＯＦＣ１１で生成した排ガス（１）は第１のＣＯ２ガス吸収装置１２の熱交換器に導入されて、予め吸収したＣＯ２ガスを放出する。次いで、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２から排出された排出ガス（２）は、第２のＣＯ２ガス吸収装置１３に導入され、排ガス（２）のＣＯ２ガス成分が吸収される。
【００３６】
第２のＣＯ２ガス吸収装置１３から排出された排ガス（３）は、供給された空気とともに燃焼器１７で燃焼され、その際に発生した熱によって改質器１０及びＳＯＦＣ１１を予熱する。燃焼器１７で燃焼された排ガス（３）は、燃焼排ガスとしてシステムから外部に排気される。なお、上記空気の代わりに、ＳＯＦＣ１１の空気極から放出された空気含有の排ガスを用いることもできる。
【００３７】
なお、ＳＯＦＣ１１における発電反応の詳細、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３でのＣＯ２ガス吸収及び放出の詳細については、図１に関連して説明した通りである。
【００３８】
図３は、図２に示す固体酸化物型燃料電池システムの変形例を示す概略構成図である。図３に示す例では、燃焼器１７で排ガスを燃焼させた際に生じた熱を改質器１０の予熱と、ＳＯＦＣ１１の予熱とに使用した後、燃焼後の排ガスが保持する熱によって、ＳＯＦＣ１１の空気極に供給する空気を熱交換器１８を介して加熱し、さらにＳＯＦＣ１１の燃料極に供給する燃料ガスを熱交換器１９を介して加熱し、改質器１０に供給するようにしたものである。なお、熱交換の順序などは問わない。また、上記熱は、水蒸気の生成にもちいてもよい。
【００３９】
すなわち、図３に示す固体酸化物型燃料電池システムでは、図１に示す固体酸化物型燃料電池システムに比較して、燃焼器１７で燃焼させた後の排ガスを改質器１０及びＳＯＦＣ１１の予熱に使用するのみならず、ＳＯＦＣ１１に供給すべき空気及び燃料ガスの予熱にも使用している点で、前記排ガスをより効率的な利用がなされている。
【００４０】
（第２の実施形態）
図４は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。本実施形態では、第１の実施形態の、図１に示す固体酸化物型燃料電池システムの主要部において、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に追加の熱交換器１５が設けられている点で相違し、その他の点については同様の構成を採っている。したがって、本実施形態では、かかる相違点に基づく作用効果について説明し、その他の類似あるいは同一の構成要素に基づく作用効果については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４１】
また、図１に示す固体酸化物型燃料電池システムと類似あるいは同一の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【００４２】
図１に示す、第１の実施形態の固体酸化物型燃料電池システムにおいては、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３とが直接接続されている。その結果、排ガス（２）の温度は低下し、ＣＯ２ガス吸収温度（化学反応式（１）において右側の矢印で示す方向に反応が進行する温度）である５００℃〜７００℃の温度範囲内にまで降温する場合、排ガス（２）を第２のＣＯ２ガス吸収装置１３に導入するまでに所定のタイムラグを設けて自然冷却したり、所定のガス等を噴射して、強制冷却したりしていた。
【００４３】
これに対して、本実施形態では、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に追加の熱交換器１５を設けている。したがって、排ガス（２）が熱交換器１５を通過する際に、例えば熱交換器１５に対して外部からＳＯＦＣ１１での発電反応に使用するプロセスガス（空気や燃料ガス）を吹き付けることによって、第１の実施形態で説明したように、排ガス（２）に対しては強制冷却を行うことができるとともに、プロセスガスに対して予熱等の操作を行うことができる。
【００４４】
この結果、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムにおいては、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２から第２のＣＯ２ガス吸収装置１３に排ガス（２）を移送させる際の、排ガス（２）の余分な熱をプロセスガスの予熱等に使用することができるので、余分な熱の排出を抑制し、システム全体の熱効率を向上できるという利点がある。
【００４５】
図５〜図８は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。
【００４６】
図５〜図７に示す固体酸化物型燃料電池システムでは、図２に示す固体酸化物型燃料電池システムに対して、追加の熱交換器１５が第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に設けられ、追加の熱交換器１５においてプロセスガスの予熱等を実施している点で相違している。また、図８に示す固体酸化物型燃料電池システムでは、図３に示す固体酸化物型燃料電池システムに対して、追加の熱交換器１５が第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に設けられ、追加の熱交換器１５に水を供給して改質器で使用する水蒸気（Ｈ２Ｏ）を生成している点で相違している。
【００４７】
以下、図２及び図３に示す固体酸化物型燃料電池システムとの相違点について説明すると、図５では、追加の熱交換器１５に対して空気を噴射し、予備的に加熱した後、ＳＯＦＣ１１の空気極に供給するようにしている。図６では、追加の熱交換器１５に対して燃料ガスを噴射し、予備的に加熱した後改質器１０に供給するようにしている。図７及び図８では、追加の熱交換器１５に対して水を供給し、水蒸気（Ｈ２Ｏ）として改質器１０に供給するようにしている。
【００４８】
したがって、上述したように、排ガス（２）に対しては強制冷却を行うことができるとともに、プロセスガスに対して予熱等の操作を行うことができ、改質器１０における改質反応やＳＯＦＣ１１における発電反応を促進させることができる。この結果、システム全体の熱効率を向上できることが分かる。
【００４９】
（第３の実施形態）
図９は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。なお、第１の実施形態における図１に示す固体酸化物型燃料電池システムと類似又は同一の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【００５０】
図９に示すように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池システムは、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）１１と、固体酸化物型燃料電池１１に連結された第１のＣＯ２ガス吸収装置２２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置２３とを含んでいる。
【００５１】
第１のＣＯ２ガス吸収装置２２と第２のＣＯ２ガス吸収装置２３とは互いに連結されるとともに、排ガスの供給に関して、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２は上流側に位置し、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３は下流側に位置している。また、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置２３は、それぞれ内部にＣＯ２ガス吸収セラミックス２２１及び２３１が充填されているとともに、それらの中心部においてそれぞれ改質器２２３及び２３３を有している。
【００５２】
具体的には、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置２３は、第１の実施形態の場合と同様に、例えば外周部に熱交換器が形成された、ＳＵＳやＳｉＣなどからなる容器中にＣＯ２ガス吸収セラミックス２２１及び２３１がそれぞれ充填され、さらにそれらの中心部に第１の実施形態における改質器１０と同様の改質器２２３及び２３３がそれぞれ配置されている。このＣＯ２ガス吸収セラミックスとしては、第１の実施形態と同様に、例えばＬｉ２ＺｒＯ３、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２ＴｉＯ３、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４などのリチウム化合物、又はＢａ２ＴｉＯ４などのバリウム化合物が挙げられる。
【００５３】
なお、ＳＯＦＣ１１の構成及び発電反応は、第１の実施形態で説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。
【００５４】
また、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２は内部のＣＯ２ガス吸収セラミックス２２１が既にＣＯ２ガスを吸収して飽和している一方、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３は未だＣＯ２ガスを吸収していない状態となっている。
【００５５】
次に、ＳＯＦＣ１１、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置２３の、上述した特性に鑑みて、図９に示す固体酸化物型燃料電池システムの動作について説明する。
【００５６】
最初に、ＳＯＦＣ１１を図示しない予熱機構で所定温度、例えば８００℃程度にまで上昇させた後、第１の実施形態と同様に、Ｈ２ガス／ＣＯ２ガス／ＣＯガス／ＣＨ４ガス／Ｈ２Ｏガスの混合成分を、ＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給するとともに、ＳＯＦＣ１１の空気極１１１に空気を供給して、上述したような発電反応を生ぜしめる。なお、未反応の燃料ガスにおけるＣＯ２ガス量は十分に低いので、ＳＯＦＣ１１から直接外部に放出しても問題がない。
【００５７】
ＳＯＦＣ１１での発電反応の結果、ＳＯＦＣ１１からは、第１の実施形態と同様な排ガス（１）が排出される。次いで、排ガス（１）を第１のＣＯ２ガス吸収装置２２の熱交換器２２２の部分に導入する。排ガス（１）は例えば約８００℃以上の温度を有するので、排ガス（１）の熱が熱交換器２２２を介して内部のＣＯ２ガス吸収セラミックス２２１に伝達され、このＣＯ２ガス吸収セラミックス２２１においては、上述した化学反応式（１）において左側の矢印で示す反応が進行するようになる。したがって、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２では、ＣＯ２ガス吸収セラミックス２２１が既に吸収して飽和しているＣＯ２ガスを放出するようになる。したがって、この放出されたＣＯ２ガスは濃縮ＣＯ２ガスとして回収することができる。
【００５８】
一方、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２に対して熱伝達を行った後の排ガス（１）は、温度が低下する。但し、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２では排ガス（１）中のガス成分は何ら吸収・回収されていないので、排ガス（１）の成分組成に変化はない。なお、図中では、このような状態の排ガスを排ガス（２）としている。
【００５９】
次いで、排ガス（２）は第２のＣＯ２ガス吸収装置２３に導かれ、内部のＣＯ２ガス吸収セラミックス２３１によって、排ガス（２）中のＣＯ２ガスを吸収する。ＣＯ２ガス吸収セラミックス２３１がＣＯ２ガスを吸収するには、化学反応式（１）に示すように、系全体の温度、すなわち排ガス（２）の温度を５００℃〜７００℃の範囲にしなければならない。したがって、必要に応じて、自然冷却や強制冷却の手法を用い、排ガス（２）の温度を上述した温度範囲内に入るようにする。強制冷却を行う場合は、第２の実施形態で説明したような追加の熱交換器を用いて行うこともできる。
【００６０】
一方、ＣＯ２ガス吸収セラミックス２３１がＣＯ２ガスを吸収する反応は発熱反応であるので、排ガス（２）が第２のＣＯ２ガス吸収装置２３に吸収される際に、所定の熱を生成するようになる。この結果、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３の温度は全体として改質反応に利用される程度にまで加熱されるようになる。したがって、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３の改質器２３３に燃料ガス（例えば、ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ）を供給することによって、改質器２３３において、上述したＨ２ガス／ＣＯ２ガス／ＣＯガス／ＣＨ４ガス／Ｈ２Ｏガスの混合成分からなるガスを生成することができるようになる。
【００６１】
したがって、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３から上記ガスをＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給することによって、ＳＯＦＣ１１による発電反応と、ＳＯＦＣ１１から排出される排ガス中のＣＯ２ガスの吸収を行うことができる。
【００６２】
本実施形態によれば、固体酸化物型燃料電池システムが改質器を本質的な構成要素として含むことがないので、システムの小型を達成することができる。また、ＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給すべき混合成分ガスは、ＳＯＦＣ１１が排出した排ガスの熱と、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３がＣＯ２ガスを吸収することによる発熱とを利用して生成するので、システム全体において余分な熱の生成がなく、システム全体を極めて高い熱効率で駆動させることができる。
【００６３】
一方、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３のＣＯ２ガス吸収セラミックス２３１がＣＯ２ガスを飽和するまで吸収した後は、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３に排ガス（１）を導入し、上述したような方法で飽和吸収したＣＯ２ガスを放出し、ＣＯ２濃縮ガスとして回収するとともに、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３から放出された排ガス（２）中のＣＯ２ガスを第１のＣＯ２ガス吸収装置２２で吸収させるようにすることができる。そして、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２の改質器２２３に対して燃料ガスを供給し、上述のような混合成分ガスを生成して、ＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給して発電反応を生ぜしめることができる。
【００６４】
したがって、上述のような操作を繰り返すことによって、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２でＣＯ２ガスの放出を実施している場合は、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３でＣＯ２ガスの吸収及び混合成分ガスの生成を行うことができ、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２でＣＯ２ガスの吸収及び混合成分ガスの生成を実施している場合は、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３でＣＯ２ガスの放出を行うことができる。この結果、排ガス（２）中のＣＯ２ガスを中断することなく、ほぼ連続的にＣＯ２ガスを吸収し、回収することができるとともに、ＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給すべき混合成分ガスをほぼ連続的に生成することができ、ＳＯＦＣ１１における発電反応をほぼ連続して行うことができる。
【００６５】
なお、第２のＣＯ２ガス吸収装置２３で排ガス（２）中のＣＯ２ガスが吸収された後の排ガス（３）は、Ｈ２ガスやＣＨ４ガス等を含んでいるので、第１の実施形態と同様に、これを燃焼器で燃焼させることができる。したがって、この際に発生した熱をＳＯＦＣ１１の予熱に利用することができる。
【００６６】
本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図は特に図示しないが、例えば、図２に示す固体酸化物型燃料電池システムにおいて、改質器１０が削除され、その周辺における燃料供給の操作が第２のＣＯ２ガス吸収装置の周辺に位置するようになる。
【００６７】
（第４の実施形態）
図１０は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。なお、第１の実施形態における図１に示す固体酸化物型燃料電池システムと類似又は同一の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【００６８】
図１０に示すように、本実施形態は、第３の実施形態の変形例に相当するものである。第３の実施形態では、図９に示すように、第１のＣＯ２ガス吸収装置２２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置２３の中心部にそれぞれ改質器２２３及び２３３を配置していたが、本実施形態では、図１０に示すように、改質器に代えて改質触媒を用い、さらに、この触媒をＣＯ２ガス吸収セラミックスと混合し、混合層３２１及び３３１として配置している点で相違する。
【００６９】
しかしながら、本実施形態の固体酸化物型燃料電池システムは、第３の実施形態における改質器が改質触媒に変更になったのみであるので、その作用効果は第３の実施形態と同様である。
【００７０】
すなわち、最初に、ＳＯＦＣ１１を図示しない予熱機構で所定温度、例えば８００℃程度にまで上昇させた後、第１の実施形態と同様に、Ｈ２ガス／ＣＯ２ガス／ＣＯガス／ＣＨ４ガス／Ｈ２Ｏガスの混合成分を、ＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給するとともに、ＳＯＦＣ１１の空気極１１１に空気を供給して、上述したような発電反応を生ぜしめる。未反応の燃料ガスにおけるＣＯ２ガス量は十分に低いので、ＳＯＦＣ１１から直接外部に放出する。
【００７１】
なお、本実施形態では、上記混合ガス成分は、以下に詳述するように、ＣＯ２ガス吸収装置３２及び３３を通過した後の排ガスを用いるため、ＳＯＦＣ１１での発電反応の結果、ＳＯＦＣ１１から排出された排ガス（１）は、ＣＯ、ＣＨ４及びＨ２Ｏをほとんど含まず、Ｈ２ガス濃度が低減され、かつ水蒸気（Ｈ２Ｏ）濃度が増大した排ガスとして排出される。次いで、排ガス（１）を第１のＣＯ２ガス吸収装置３２の熱交換器３２２の部分に導入する。排ガス（１）は約８００℃以上の温度を有するので、排ガス（１）の熱が熱交換器３２２を介して内部のＣＯ２ガス吸収セラミックスを含む混合層３２１に伝達され、この混合層３２１中のＣＯ２ガス吸収セラミックスにおいては、上述した化学反応式（１）において左側の矢印で示す反応が進行するようになる。したがって、第１のＣＯ２ガス吸収装置３２では、ＣＯ２ガス吸収セラミックスが既に吸収して飽和しているＣＯ２ガスを放出するようになる。したがって、この放出されたＣＯ２ガスはＣＯ２濃縮ガスとして回収することができる。
【００７２】
一方、第１のＣＯ２ガス吸収装置３２に対して熱伝達を行った後の排ガス（１）は、排ガス（２）として第２のＣＯ２ガス吸収装置３３に導かれ、混合層３３１中のＣＯ２ガス吸収セラミックスによって、排ガス（２）中のＣＯ２ガスを吸収する。ＣＯ２ガス吸収セラミックスがＣＯ２ガスを吸収するには、化学反応式（１）に示すように、系全体の温度、すなわち排ガス（２）の温度を５００℃〜７００℃の範囲にしなければならない。したがって、必要に応じて、自然冷却や強制冷却の手法を用い、排ガス（２）の温度を上述した温度範囲内に入るようにする。強制冷却を行う場合は、第２の実施形態で説明したような追加の熱交換器を用いて行うこともできる。
【００７３】
一方、混合層３３１中のＣＯ２ガス吸収セラミックスがＣＯ２ガスを吸収する反応は発熱反応であるので、排ガス（２）が第２のＣＯ２ガス吸収装置３３に吸収される際に、所定の熱を生成するようになる。この結果、第２のＣＯ２ガス吸収装置３３の温度は全体として約８００℃程度にまで加熱されるようになり、第２のＣＯ２ガス吸収装置３３の改質触媒を含む混合層３３１に燃料ガス（例えば、ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ）を供給することによって、混合層３３１において、上述したＨ２ガス／ＣＯ２ガス／ＣＯガス／ＣＨ４ガス／Ｈ２Ｏガスの混合成分からなるガスを生成することができるようになる。この場合、上記混合ガスは、排ガス（２）が第２のＣＯ２ガス吸収装置３３を通過して得られることから、(ii)ＣＯ２ガス、ＣＯガス及びＣＨ４ガスの濃度が減少するとともに、(i)Ｈ２ガスの濃度が相対的に増大し、(iii)水蒸気Ｈ２Ｏの濃度がほとんど変化しないような混合ガスとなる。
【００７４】
したがって、第２のＣＯ２ガス吸収装置３３から上記ガスをＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給することによって、ＳＯＦＣ１１による発電反応と、ＳＯＦＣ１１から排出される排ガス中のＣＯ２ガスの吸収を永続的に行うことができる。但し、上述したように、ＳＯＦＣ１１の運転開始時には、外部の改質器から上記混合成分ガスをＳＯＦＣ１１の水素極に供給して、発電反応を行う必要がある。
【００７５】
なお、その他の特徴及び作用効果については、第３の実施形態に示す固体酸化物型燃料電池システムと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００７６】
（第５の実施形態）
図１１は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。
【００７７】
本実施形態では、ＣＯ２ガス吸収セラミックスとして酸化カルシウム（ＣａＯ）を用いている。ＣａＯはＣＯ２ガスを吸収すると炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を形成するようになるが、この場合、吸収したＣＯ２ガスを放出するにはＣａＯ、すなわちＣａＣＯ３を１０００℃以上に加熱する必要がある。したがって、ＣａＯをＣＯ２ガス吸収セラミックスとして用いた場合は、ＣＯ２ガスの放出を行うことなく、ＣＯ２ガスの吸収によって生成したＣａＣＯ３のままの状態とする。
【００７８】
ＣａＣＯ３は、製紙工業での填料や塗工顔料、塗料工業での体質顔料、ゴム、プラスチック用途などに利用することが可能であって、再利用に供することができる。すなわち、本実施形態では、上記実施形態とは異なり、ＣＯ２濃縮ガスを回収する代わりに、反応生成物であるＣａＣＯ３として回収する点で相違する。
【００７９】
具体的には、例えば図１１に示すように、改質器１０で生成したＨ２ガス／ＣＯ２ガス／ＣＯガス／ＣＨ４ガス／Ｈ２Ｏガスの混合成分をＳＯＦＣ１１の燃料極１１３に供給するとともに、ＳＯＦＣ１１の空気極１１１に空気を供給して、発電反応を生ぜしめ、その際に生じた排ガス（１）をそのままＣａＯセラミックスが充填されたＣＯ２ガス吸収装置４１〜４３に供給し、ＣａＯセラミックスで吸収し、ＣａＣＯ３とする。
【００８０】
なお、ＣＯ２ガス吸収装置４１〜４３から排出されたガスは、ＣＯ２ガスが吸収されてほとんど残存しないことから、Ｈ２／ＣＯ／ＣＨ４／Ｈ２Ｏが主成分のガスとなっているため、空気を供給して燃焼させることにより、改質器１０及びＳＯＦＣ１１の予熱に使用することができる。
【００８１】
なお、本実施形態では、ＣａＯセラミックスが充填されたＣＯ２ガス吸収装置の数を３としているが、必要に応じて任意の数とすることができる。
【００８２】
（第６の実施形態）
図１２は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。本実施形態では、第１の実施形態の、図１に示す固体酸化物型燃料電池システムの主要部において、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３と相対向する側において、これらＣＯ２ガス吸収装置１２，１３と連結された追加の固体酸化物型燃料電池１４が設けられている点で相違し、その他の点については同様の構成を採っている。したがって、本実施形態では、かかる相違点に基づく作用効果について説明し、その他の類似あるいは同一の構成要素に基づく作用効果については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８３】
また、図１に示す固体酸化物型燃料電池システムと類似あるいは同一の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【００８４】
図１２に示す、第６の実施形態の固体酸化物型燃料電池システムにおいては、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３の後段において追加の固体酸化物型燃料電池１４（以下、“追加のＳＯＦＣ１４”と呼ぶ場合がある）が設けられている。
【００８５】
追加のＳＯＦＣ１４は、上述したＳＯＦＣ１１の場合と同様に、固体電解質膜１４１を中心としてその両側を挟み込むようにして空気極１４２及び燃料極１４３が形成されており、空気極１４２に供給された空気中の酸素が電子（e-）を取り込み、電気化学反応を通じて酸素イオンに変換し、この酸素イオンが電解質膜１４１を介して燃料極１４３へと移動し、燃料極１４３に導入した燃料ガスであるＨ２と電気化学的に反応して、Ｈ２Ｏと電子（e-）とを生成し、発電するように構成されている。
【００８６】
但し、追加のＳＯＦＣ１４に供給する燃料ガスは、以下に説明するように、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２及び第２のＣＯ２ガス吸収装置１３において、排ガス（１）からＣＯ２ガスが低減され、Ｈ２及びＣＨ４を主成分とするガスであるとともに、温度が低下した排ガス（３）である。したがって、追加のＳＯＦＣ１４は、上述したＳＯＦＣ１１に比較して動作温度が低くなるように設定する必要がある。
【００８７】
追加のＳＯＦＣ１４の動作温度を低下させるには、固体電解質膜１４１をセリア系電解質材料から構成することによって実現することができる。セリア系電解質材料としては、例えば、セリア（ＣｅＯ２）中にＳｍ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３など固溶したセリア系固溶体を挙げることができる。
【００８８】
また、固体電解質１４１をランタンガレード系電解質材料から構成することによっても実現することができる。ランタンガレード（ＬａＧａＯｘ）系電解質材料としては、例えば、ＬａＳｒＧａＭｇ酸化物、ＬａＳｒＧａＭｇＣｏ酸化物、ＬａＳｒＧａＭｇＣｏＦｅ酸化物、ＬａＳｒＧａＭｇＣｏＦｅ酸化物などが挙げられる。
【００８９】
さらに、固体電解質１４１をプロトン導電性電解質材料から構成することによっても実現することができる。このようなプロトン導電性電解質材料としては、例えばＡＢＯ３なる一般式で表されるペロブスカイト型固体酸化物が挙げられる。具体的には、ＳｒＣｅＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＳｒＳｃＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＣｅＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＢａＳｃＯ３、ＢａＰｒＯ３、ＬａＣｅＯ２、ＬａＺｒＯ３、ＬａＳｃＯ３を例示することができる。
【００９０】
なお、上述した電解質材料は、その一部を別の元素に置換したり、ドーピングしたりしてもかまわない。
【００９１】
また、上述した電解質材料を使用する代わりに、固体電解質膜１４１の厚さを薄く、例えば５０μｍ以下、さらには１０μｍ以下とすることによっても、追加のＳＯＦＣ１４の動作温度を低下させることができる。この場合は、特に明示しなかったものの、上述したＳＯＦＣ１１の固体電解質膜１１１と同じ、Ｙ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯなどを安定化剤として固溶した安定化ジルコニアなどを固体電解質材料として使用することができる。
【００９２】
上述したように、追加のＳＯＦＣ１４は、Ｈ２及びＣＨ４を主成分とする排ガス（３）を燃料ガスとして使用するが、これらガスの成分濃度はＳＯＦＣ１１において発電に使用した後の残りである。したがって、排ガス（３）中のＨ２及びＣＨ４の濃度は、ＳＯＦＣ１１に供給する燃料ガス中のＨ２及びＣＨ４の濃度に比較して格段に低くなっている。
【００９３】
なお、追加のＳＯＦＣ１４の固体電解質膜１４１を上述のようにして構成することにより、その動作温度を５００℃〜７００℃とすることができ、排ガス（３）の温度によっても追加のＳＯＦＣ１４を十分に動作させて発電させることができる。
【００９４】
燃料電池を単独で運転する場合、燃料利用率は約６０〜９０％と高い利用率で運転するのが一般的である。すなわち、ＳＯＦＣ１１単独の場合は、燃料利用率を約６０〜９０％と高くする。しかしながら、本実施形態において、このような条件で運転を行うと、上述したように、排ガス（３）中のＨ２及びＣＨ４の濃度が格段に低くなってしまう。
【００９５】
したがって、本実施形態では、ＳＯＦＣ１１の燃料利用率を低下させ、排ガス（３）中のＨ２及びＣＨ４の濃度を高くするともに、追加のＳＯＦＣ１４の燃料利用率を増大させる。これによって、追加のＳＯＦＣ１４での発電特性が十分に向上するようになるので、システム全体としての発電特性を向上させることができるようになる。具体的には、ＳＯＦＣ１１の燃料利用率に対して追加のＳＯＦＣ１４の燃料利用率を向上させる（高くする）。例えば、ＳＯＦＣ１１の燃料利用率を約４０〜８０％とし、追加のＳＯＦＣ１４の燃料利用率を約６０〜９５％とする。
【００９６】
また、炭化水素系燃料の改質ガスでの発電特性と、水素燃料での発電特性を比較した場合、後者のほうが発電特性は高い。したがって、追加のＳＯＦＣ１４は排ガス（３）を燃料ガスとして使用して発電を行うものの、排ガス（３）はＨ２を含んでいるので、十分高い発電特性を呈することができる。
【００９７】
なお、特に図示しないものの、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に追加の熱交換器１５を設けることができる。この場合、上述したように、排ガス（２）が熱交換器１５を通過する際に、例えば熱交換器１５に対して外部からＳＯＦＣ１１での発電反応に使用するプロセスガス（空気や燃料ガス）を吹き付けることによって、第１の実施形態で説明したように、排ガス（２）に対しては強制冷却を行うことができるとともに、プロセスガスに対して予熱等の操作を行うことができる。
【００９８】
また、全体のシステムとしては、図２〜３及び図５〜８に示す場合と同様となる。但し、例えば、図２及び図３における燃焼器１７が追加のＳＯＦＣ１４で置換されることになる。
【００９９】
（第７の実施形態）
図１３は、本実施形態における固体酸化物型燃料電池システムの主要部の概略構成図である。本実施形態では、第６の実施形態の、図１２に示す固体酸化物型燃料電池システムの主要部において、ＣＯ２ガス吸収装置１２，１３と連結された追加の固体酸化物型燃料電池１４を、リン酸型燃料電池あるいは高分子型燃料電池に置換した点で相違し、その他の点については同様の構成を採っている。したがって、本実施形態では、かかる相違点に基づく作用効果について説明し、その他の類似あるいは同一の構成要素に基づく作用効果については、第６の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１００】
また、図６に示す固体酸化物型燃料電池システムと類似あるいは同一の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【０１０１】
本実施形態では、追加の固体酸化物型燃料電池１４としてリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）あるいは高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いており、前者の動作温度は約２００℃であり、後者の動作温度は約６０℃〜９０℃である。したがって、排ガス（３）の温度が十分に低下した場合においても、これらの固体酸化物型燃料電池を用いることにより、十分な発電特性を得ることができる。
【０１０２】
なお、上述したように、排ガス（３）の温度は約５００℃であるので、一般には、追加の固体酸化物型燃料電池１４と第２の第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に熱交換器１６を設け、排ガス（３）の温度を熱交換器１６によって固体酸化物型燃料電池１４の動作温度にまで十分低減した後、この固体酸化物燃料電池１４に導入する必要がある。
【０１０３】
また、特に図示しないものの、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、第１のＣＯ２ガス吸収装置１２と第２のＣＯ２ガス吸収装置１３との間に追加の熱交換器１５を設けることができる。また、全体のシステムとしては、図２〜３及び図５〜８に示す場合と同様となる。但し、例えば、図２及び図３における燃焼器１７が追加のＳＯＦＣ１４で置換されることになる。
【０１０４】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 改質器
１１ 固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）
１２、２２、３２ 第１のＣＯ２ガス吸収装置
１３、２３、３３ 第２のＣＯ２ガス吸収装置
１４ 追加の固体酸化物型燃料電池
１５ 追加の熱交換器
１７ 燃焼器
１６、１８、１９ 熱交換器
４１、４２、４３ 酸化カルシウム（ＣａＯ）セラミックスを含んだＣＯ２ガス吸収装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素ガスを燃料として用いた固体酸化物型燃料電池発電システムであって、
前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素ガスに転換するための改質器と、
前記燃料の供給に関して、前記改質器の下流側に設けられた固体酸化物型燃料電池と、
前記固体酸化物型燃料電池に連結され、内部にＣＯ２ガス吸収セラミックスが充填されて、前記固体酸化物型燃料電池から排出されたＣＯ２ガスを吸収するＣＯ２ガス吸収装置と、
を具えることを特徴とする、固体酸化物型燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記ＣＯ２ガス吸収装置は、内部に前記ＣＯ２ガス吸収セラミックスが充填された、互いに連結されてなる少なくとも第１のＣＯ２ガス吸収装置及び第２のＣＯ２ガス吸収装置であって、
前記第１のＣＯ２ガス吸収装置及び前記第２のＣＯ２ガス吸収装置は、それぞれ第１の熱交換器及び第２の熱交換器を含み、
前記固体酸化物型燃料電池からの排ガスの熱を、前記第１の熱交換器を介して前記第１のＣＯ２ガス吸収装置に伝達し、前記第１のＣＯ２ガス吸収装置を第１の温度に加熱することにより、前記第１のＣＯ２ガス吸収装置に予め吸収されているＣＯ２ガスを放出するとともに、
前記排ガス中のＣＯ２ガスを、前記第１の温度よりも低い第２の温度に保持された前記第２のＣＯ２ガス吸収装置において吸収するように構成したことを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記第１のＣＯ２ガス吸収装置と前記第２のＣＯ２ガス吸収装置との間に追加の熱交換器を具えることを特徴とする、請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項４】
前記改質器は、前記ＣＯ２ガス吸収装置中に含有され、前記改質器と前記ＣＯ２ガス吸収システムとは一体的に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項５】
前記改質器は、前記第１のＣＯ２ガス吸収装置及び前記第２のＣＯ２ガス吸収装置の少なくとも一方中に含有され、前記改質器と前記第１のＣＯ２ガス吸収装置及び前記第２のＣＯ２ガス吸収装置の少なくとも一方とは一体的に構成されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項６】
前記ＣＯ２ガス吸収装置は、改質触媒を含むことを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項７】
前記第１のＣＯ２ガス吸収装置及び前記第２のＣＯ２ガス吸収装置の少なくとも一方は、改質触媒を含むことを特徴とする、請求項２、３又は５に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項８】
前記ＣＯ２ガス吸収セラミックスは、リチウム化合物及びバリウム化合物の少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項９】
前記ＣＯ２ガス吸収セラミックスは、酸化カルシウムを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項１０】
前記ＣＯ２ガス吸収装置と連結された燃料電池を具えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項１１】
前記固体酸化物型燃料電池の燃料利用率に対して、前記燃料電池の燃料利用率を向上させたことを特徴とする、請求項１０に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項１２】
前記固体酸化物型燃料電池の動作温度に対して、前記燃料電池の動作温度が低いことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池は、追加の固体酸化物型燃料電池であって、その電解質がセリア系電解質材料、ランタンガレード系電解質材料及びプロトン導電性電解質材料からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項１４】
燃料電池は、リン酸型燃料電池及び高分子型燃料電池の一方であることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項１】
炭化水素ガスを燃料として用いた固体酸化物型燃料電池発電システムであって、
前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素ガスに転換するための改質器と、
前記燃料の供給に関して、前記改質器の下流側に設けられた固体酸化物型燃料電池と、
前記固体酸化物型燃料電池に連結され、内部にＣＯ２ガス吸収セラミックスが充填されて、前記固体酸化物型燃料電池から排出されたＣＯ２ガスを吸収するＣＯ２ガス吸収装置と、
を具えることを特徴とする、固体酸化物型燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記ＣＯ２ガス吸収装置は、内部に前記ＣＯ２ガス吸収セラミックスが充填された、互いに連結されてなる少なくとも第１のＣＯ２ガス吸収装置及び第２のＣＯ２ガス吸収装置であって、
前記第１のＣＯ２ガス吸収装置及び前記第２のＣＯ２ガス吸収装置は、それぞれ第１の熱交換器及び第２の熱交換器を含み、
前記固体酸化物型燃料電池からの排ガスの熱を、前記第１の熱交換器を介して前記第１のＣＯ２ガス吸収装置に伝達し、前記第１のＣＯ２ガス吸収装置を第１の温度に加熱することにより、前記第１のＣＯ２ガス吸収装置に予め吸収されているＣＯ２ガスを放出するとともに、
前記排ガス中のＣＯ２ガスを、前記第１の温度よりも低い第２の温度に保持された前記第２のＣＯ２ガス吸収装置において吸収するように構成したことを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記第１のＣＯ２ガス吸収装置と前記第２のＣＯ２ガス吸収装置との間に追加の熱交換器を具えることを特徴とする、請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項４】
前記改質器は、前記ＣＯ２ガス吸収装置中に含有され、前記改質器と前記ＣＯ２ガス吸収システムとは一体的に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項５】
前記改質器は、前記第１のＣＯ２ガス吸収装置及び前記第２のＣＯ２ガス吸収装置の少なくとも一方中に含有され、前記改質器と前記第１のＣＯ２ガス吸収装置及び前記第２のＣＯ２ガス吸収装置の少なくとも一方とは一体的に構成されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項６】
前記ＣＯ２ガス吸収装置は、改質触媒を含むことを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項７】
前記第１のＣＯ２ガス吸収装置及び前記第２のＣＯ２ガス吸収装置の少なくとも一方は、改質触媒を含むことを特徴とする、請求項２、３又は５に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項８】
前記ＣＯ２ガス吸収セラミックスは、リチウム化合物及びバリウム化合物の少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項９】
前記ＣＯ２ガス吸収セラミックスは、酸化カルシウムを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項１０】
前記ＣＯ２ガス吸収装置と連結された燃料電池を具えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項１１】
前記固体酸化物型燃料電池の燃料利用率に対して、前記燃料電池の燃料利用率を向上させたことを特徴とする、請求項１０に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項１２】
前記固体酸化物型燃料電池の動作温度に対して、前記燃料電池の動作温度が低いことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池は、追加の固体酸化物型燃料電池であって、その電解質がセリア系電解質材料、ランタンガレード系電解質材料及びプロトン導電性電解質材料からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項１４】
燃料電池は、リン酸型燃料電池及び高分子型燃料電池の一方であることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１８１４８９（Ｐ２０１１−１８１４８９Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７３１３６（Ｐ２０１０−１７３１３６）
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]