燃料電池用改質装置
【課題】立地上の制約がなく、システム全体としてのエネルギー効率の高い燃料電池システムを提供する。
【解決手段】二酸化炭素を含む排ガスを発生する燃料電池１１と、燃料電池の前段に配設され、燃料電池の排ガス中の二酸化炭素を利用して、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成させる二酸化炭素改質器１２とを備えた構成とし、二酸化炭素改質器で生成した合成ガスを燃料電池に供給して発電を行う。
二酸化炭素改質器において、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属とを含む二酸化炭素改質触媒を用いる。
さらに、Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｆｅ，ＷおよびＭｏから選ばれる少なくとも１種の成分を含む複合酸化物を含有する二酸化炭素改質用触媒を用いる。
【解決手段】二酸化炭素を含む排ガスを発生する燃料電池１１と、燃料電池の前段に配設され、燃料電池の排ガス中の二酸化炭素を利用して、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成させる二酸化炭素改質器１２とを備えた構成とし、二酸化炭素改質器で生成した合成ガスを燃料電池に供給して発電を行う。
二酸化炭素改質器において、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属とを含む二酸化炭素改質触媒を用いる。
さらに、Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｆｅ，ＷおよびＭｏから選ばれる少なくとも１種の成分を含む複合酸化物を含有する二酸化炭素改質用触媒を用いる。
【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、詳しくは、燃料電池において発生した、二酸化炭素を含む排ガスを利用して炭化水素系原料ガスを二酸化炭素改質し、燃料電池で利用するようにした燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に供給される燃料として、一般的に水素が用いられている。水素の製造手段として炭化水素の種々の改質方法が知られており、燃料電池と改質装置とを組み合わせたシステムが開発されている。
【０００３】
これらのシステムの一つとして、固体酸化物型燃料電池の前段に水蒸気改質装置が設けられたシステムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
このシステムにおいて、水蒸気改質に用いられる水蒸気は、上水から容易に発生させることができるため、供給の問題はない。しかしながら、上水を精製処理せずに水蒸気発生器に供給した場合、上水に含まれるカルシウム塩やナトリウム塩が水蒸気発生器や配管などに析出して、効率が低下したり、配管が閉塞したりして、運転に支障をきたすという問題が生じる場合がある。
【０００５】
また、それらの問題を解決したとしても、液相の水から水蒸気を発生させるためには多量の熱エネルギーが必要であり、燃料電池の全体的な効率を低下させるという問題点がある。
【０００６】
また、炭化水素から水素を製造する改質方法には、水蒸気改質の方法以外にも種々の改質方法が知られており、燃料電池の前段に二酸化炭素改質法などを利用した種々の改質装置を備えた例が開示されている（特許文献２参照）。改質方法として二酸化炭素改質を選択すれば、二酸化炭素は常温で気体であるため、水蒸気を発生させる場合のような多量の熱エネルギーを必要とすることはない。
【０００７】
しかしながら、二酸化炭素の供給には、水蒸気改質における場合の上水のような簡便な手段がなく、大規模に二酸化炭素改質を行うためには、火力発電所や化学プラントなどの二酸化炭素の発生源に隣接する必要がある。すなわち、二酸化炭素改質を利用した燃料電池システムには、立地的な制約があるのが実情である。
【特許文献１】特開２００６−３１３６８７号公報
【特許文献２】特開２００４−３４４７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するものであり、水蒸気改質法を利用せずに、二酸化炭素改質法を利用して、システム全体のエネルギー効率を向上させることが可能で、しかも、立地上の制約のない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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明（請求項１）の燃料電池システムは、
二酸化炭素を含む排ガスを発生する燃料電池と、
前記燃料電池の前段に配設され、前記燃料電池の排ガスに含まれる二酸化炭素を利用して、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成させる二酸化炭素改質器とを備え、前記一酸化炭素と水素を含む合成ガスを前記燃料電池に供給して発電を行うことを特徴としている。
【００１０】
また、前記燃料電池の排ガスを冷却し、排ガスに含まれる水分を凝縮させて除去した後のドライ排ガスを、前記二酸化炭素改質器に供給して二酸化炭素改質を行うことを特徴としている。
【００１１】
また、前記二酸化炭素改質器における二酸化炭素改質のための触媒としては、Ｃａ、ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属とを含む混合物とを含有する二酸化炭素改質触媒を用いることが望ましい。
【００１２】
さらに、前記二酸化炭素改質器における二酸化炭素改質のための触媒としては、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属と、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属と、Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｆｅ，ＷおよびＭｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の成分を含む複合酸化物とを含有する二酸化炭素改質用触媒を用いることが望ましい。
【００１３】
二酸化炭素改質用触媒を構成する上記の複合酸化物としては、ＡＴｉＯ3，ＡＡｌ2Ｏ4，ＡＺｒＯ3，ＡＦｅ2Ｏ4，Ａ3Ｗ2Ｏ9，Ａ2ＷＯ5，ＡＭｏＯ4（ＡはＣａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属）であることが望ましい。
【００１４】
また、二酸化炭素改質用触媒を構成する触媒金属は、Ｎｉ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｏからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池システムは、二酸化炭素を含む排ガスを発生する燃料電池の前段に、二酸化炭素改質器を配設し、燃料電池の排ガスに含まれる二酸化炭素を利用して、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成させ、この一酸化炭素と水素を含む合成ガスを燃料電池に供給して発電を行うようにしているので、改質のための二酸化炭素として、燃料電池の排ガス（オフガス）を利用することが可能であり、火力発電所や化学プラントなどの二酸化炭素の発生源に隣接して燃料電池システムを設置しなければならないというような立地的な制約を排除することができる。
【００１６】
また、燃料電池の排ガスに含まれる二酸化炭素を利用して、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質するようにしているので、水蒸気改質法を利用する場合のように、水蒸気を発生させるための気化熱が不要になり、燃料電池システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。さらに、水蒸気改質法を利用する場合のように、純水を得るための純水供給装置が不要となり、設備コストの低減を図ることができる。
【００１７】
また、燃料電池の排ガスには水分が含まれるが、排ガスを冷却して水分を凝縮させ、除去した後のドライ排ガスを、二酸化炭素改質器に供給して改質を行うことにより、効率のよい二酸化炭素改質を行うことができる。
また、燃料電池の排ガスには、通常、未使用の水素や一酸化炭素が含まれるが、これらも再度利用することが可能になり、燃料あたりの発電量を向上させることができる。
【００１８】
また、二酸化炭素改質器において、Ｃａ、ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属とを含む混合物とを含有する二酸化炭素改質触媒を用いることにより、炭素の析出を抑制しつつ、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素で改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成させることができる。
【００１９】
また、二酸化炭素改質器における二酸化炭素改質のための触媒として、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属と、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属と、Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｆｅ，ＷおよびＭｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の成分を含む複合酸化物とを含有する二酸化炭素改質用触媒を用いることにより、より確実に炭素の析出を抑制しつつ、効率よく炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質することが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。
【００２０】
また、複合酸化物として、ＡＴｉＯ3，ＡＡｌ2Ｏ4，ＡＺｒＯ3，ＡＦｅ2Ｏ4，Ａ3Ｗ2Ｏ9，Ａ2ＷＯ5，ＡＭｏＯ4（ＡはＣａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属）を含有させるようにした場合、炭酸塩が焼結することを抑制し、炭化水素系の原料ガスと二酸化炭素から一酸化炭素と水素への反応をより促進させることが可能になる。
【００２１】
また、本発明においては、二酸化炭素改質器で用いる触媒を構成する触媒金属の種類に特別の制約はなく、種々の金属を用いることが可能であるが、Ｎｉ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｏからなる群より選ばれる少なくとも１種を用いることにより、効率よく二酸化炭素改質反応を行うことが可能になり有意義である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【実施例】
【００２３】
［触媒の作製］
本発明の燃料電池システムにおいて用いられる二酸化炭素改質用触媒を以下の方法により作製した。
＜二酸化炭素改質用触媒Ａ＞
ＢａＣＯ3とＴｉＯ2を、モル比２．０：１．０となるように秤量し、さらに２重量％の割合となるようにＮｉＯを加えて混合した。
【００２４】
次に、この混合物にバインダーを加えて直径２〜５ｍｍの球状に造粒した。得られた造粒体を空気中にて１０００℃、１ｈの条件で焼成し、Ｂａ2ＴｉＯ4とＮｉＯの混合体を得た。
【００２５】
この混合体を、２０％ＣＯ2、８０％Ｎ2気流中にて、７００℃、１ｈの条件で焼成することにより、ＢａＣＯ3，ＢａＴｉＯ3，ＮｉＯの混合体であって、ＢａＣＯ3とＢａＴｉＯ3のモル比が１．０：１．０である二酸化炭素改質用触媒Ａを得た。
【００２６】
なお、焼成前後の試料重量変化およびＸＲＤ測定結果から、混合体はＢａ2ＴｉＯ4の全てがＢａＣＯ3とＢａＴｉＯ3へと分解し、結果としてＢａＣＯ3とＢａＴｉＯ3のモル比が１．０：１．０の混合体である触媒が得られていることを確認した。
【００２７】
また、上述のＮｉＯは、少なくともその一部が炭化水素系の原料ガスの二酸化炭素改質反応の工程で還元され、炭化水素系原料ガスの二酸化炭素改質を促進する触媒金属として機能するものである。
【００２８】
＜二酸化炭素改質用触媒Ｂ＞
ＢａＣＯ3とＡｌ2Ｏ3を、モル比２．０：１．０となるように秤量し、さらに２重量％の割合となるようにＮｉＯを加えて混合した。
次に、この混合物にバインダーを加えて直径２〜５ｍｍの球状に造粒した。得られた造粒体を空気中にて１１００℃、１ｈの条件で焼成し、Ｂａ2Ａｌ2Ｏ5とＮｉＯの混合体を得た。
【００２９】
この混合体を、２０％ＣＯ2、８０％Ｎ2気流中にて、７００℃、１ｈの条件で焼成することにより、ＢａＣＯ3，ＢａＡｌ2Ｏ4，ＮｉＯの混合体である二酸化炭素改質用触媒Ｂを得た。
【００３０】
なお、焼成前後の試料重量変化およびＸＲＤ測定結果から、混合体はＢａ2Ａｌ2Ｏ5の全てがＢａＣＯ3とＢａＡｌ2Ｏ4へと分解し、結果としてＢａＣＯ3とＢａＡｌ2Ｏ4のモル比が１．０：１．０の混合体である触媒が得られることを確認した。
【００３１】
＜二酸化炭素改質用触媒Ｃ＞
ＢａＣＯ3とＺｒＯ2を、モル比２．０：１．０となるように秤量し、さらに２重量％のＮｉＯを加えて混合した。
次に、この混合物にバインダーを加えて直径２〜５ｍｍの球状に造粒した。得られた造粒体を空気中にて１３００℃、１ｈの条件で焼成し、Ｂａ2ＺｒＯ4とＮｉＯの混合体を得た。
【００３２】
この混合体を、２０％ＣＯ2、８０％Ｎ2気流中にて、７００℃、１ｈの条件で焼成することにより、ＢａＣＯ3，ＢａＺｒＯ3，ＮｉＯの混合体である二酸化炭素改質用触媒Ｃを得た。
【００３３】
なお、焼成前後の試料重量変化およびＸＲＤ測定結果から、混合体はＢａ2ＺｒＯ4の全てがＢａＣＯ3とＢａＺｒＯ3へと分解し、結果としてＢａＣＯ3とＢａＺｒＯ3のモル比が１．０：１．０の混合体である触媒が得られることを確認した。
【００３４】
＜二酸化炭素改質用触媒Ｄ＞
ＢａＣＯ3とＦｅ2Ｏ3を、モル比２．０：１．０となるように秤量し、さらに２重量％のＮｉＯを加えて混合した。
次に、この混合物にバインダーを加えて直径２〜５ｍｍの球状に造粒した。得られた造粒体を空気中にて１１００℃、１ｈの条件で焼成し、Ｂａ2Ｆｅ2Ｏ5とＮｉＯの混合体を得た。
【００３５】
この混合体を２０％ＣＯ2、８０％Ｎ2気流中にて、７００℃、１ｈの条件で焼成することにより、ＢａＣＯ3，ＢａＦｅ2Ｏ4，ＮｉＯの混合体である二酸化炭素改質用触媒Ｄを得た。
【００３６】
なお、焼成前後の試料重量変化およびＸＲＤ測定結果から、混合体はＢａ2Ｆｅ2Ｏ5の全てがＢａＣＯ3とＢａＦｅ2Ｏ4へと分解し、結果としてＢａＣＯ3とＢａＦｅ2Ｏ4のモル比が１．０：１．０の混合体であるの触媒が得られることを確認した。
【００３７】
＜二酸化炭素改質用触媒Ｅ＞
ＢａＣＯ3とＷＯ3を、モル比２．０：１．０となるように秤量し、さらに２重量％のＮｉＯを加えて混合した。
次に、この混合物にバインダーを加えて直径２〜５ｍｍの球状に造粒した。得られた造粒体を空気中にて１１００℃、１ｈの条件で焼成し、Ｂａ2ＷＯ5とＮｉＯの混合体を得た。
【００３８】
この混合体を２０％ＣＯ2、８０％Ｎ2気流中にて、７５０℃、１ｈの条件で焼成することにより、ＢａＣＯ3，Ｂａ3Ｗ2Ｏ9，ＮｉＯの混合体である二酸化炭素改質用触媒Ｅを得た。
【００３９】
なお、焼成前後の試料重量変化およびＸＲＤ測定結果から、Ｂａ2ＷＯ5の全てがＢａＣＯ3とＢａ3Ｗ2Ｏ9へと分解し、結果としてＢａＣＯ3とＢａ3Ｗ2Ｏ9のモル比が１．０：２．０の混合体であるの触媒が得られることを確認した。
【００４０】
＜二酸化炭素改質用触媒Ｆ＞
ＢａＣＯ3とＭｏＯ3を、モル比２．０：１．０となるように秤量し、さらに２重量％のＮｉＯを加えて混合した。
次に、この混合物にバインダーを加えて直径２〜５ｍｍの球状に造粒した。得られた造粒体を空気中にて１１００℃、１ｈの条件で焼成し、Ｂａ2ＭｏＯ5とＮｉＯの混合体を得た。
【００４１】
この混合体を２０％ＣＯ2、８０％Ｎ2気流中にて、１０００℃、１ｈの条件で焼成することにより、ＢａＣＯ3，ＢａＭｏＯ4，ＮｉＯの混合体である二酸化炭素改質用触媒Ｆを得た。
【００４２】
なお、焼成前後の試料重量変化およびＸＲＤ測定結果から、Ｂａ2ＭｏＯ5の全てがＢａＣＯ3とＢａＭｏＯ4へと分解し、結果としてＢａＣＯ3とＢａＭｏＯ4のモル比が１．０：１．０の混合体であるの触媒が得られることを確認した。
【００４３】
［改質試験］
図１に示すように、外部にヒーター２を備えた内径２２ｍｍ、長さ３００ｍｍのステンレス製の反応管１に、上記のようにして製造した二酸化炭素改質用触媒Ａ〜Ｆ（図１では符号３で示す）を５０ｃｃ充填し、ヒーター２により９００℃に加熱し、反応管１の入口４から２５ＮＬ／ｈの割合で、メタンと二酸化炭素の混合ガス（ＣＨ4：ＣＯ2＝１：１（容積比））を原料ガスとして８時間流通させた。
【００４４】
試験中は反応管１の出口５から得られたガスを分析装置に導入し、ガス濃度を測定した。また試験終了後は二酸化炭素改質用触媒３を取り出し、ふるい分けを行うことで析出した炭素を回収した。
さらに、試験終了後の触媒のＸＲＤ測定を行い、結晶相の同定を行った。
【００４５】
表１に、得られたガス組成、試験終了後に回収された炭素粉末の重量、試験後の結晶相を示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１に示すように、触媒Ａ〜Ｆのいずれを用いた場合においても、炭素の析出は認められず、メタン（ＣＨ4）を一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ2）に効率よく転化できることが確認された。
【００４８】
また、表１には特に示していないが、ＢａＴｉＯ3などの複合酸化物は含有せず、Ｃａ、ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属とを含む混合物とを含有する二酸化炭素改質触媒、例えば、ＢａＣＯ3とＮｉＯを含む二酸化炭素改質用触媒、ＣａＣＯ3とＮｉＯを含む二酸化炭素改質用触媒、あるいはＳｒＣＯ3とＮｉＯを含む二酸化炭素改質用触媒などを用いた場合にも、上記の二酸化炭素改質用触媒Ａ〜Ｆを用いた場合に準じる効果が得られることが確認されている。
【００４９】
［上述の触媒を用いた燃料電池システム］
図２は、本発明の一実施例にかかる燃料電池システムの概略構成を示す図である。
図２に示すように、この実施例の燃料電池システムは、二酸化炭素を含む排ガスを発生する固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）１１と、その前段に配設された二酸化炭素改質器１２と、固体酸化物型燃料電池１１から排出される排ガスを冷却し、水分を凝縮させて分離するための冷却器１３とを備えている。
【００５０】
なお、二酸化炭素改質器１２には、例えば、ＢａＣＯ3，ＢａＴｉＯ3，ＮｉＯの混合体であって、ＢａＣＯ3とＢａＴｉＯ3のモル比が１．０：１．０である二酸化炭素改質用触媒（上述の二酸化炭素改質用触媒Ａ〜ＦのうちのＡに相当する触媒）が用いられる。なお、二酸化炭素改質用触媒としては、上記二酸化炭素改質用触媒Ｂ〜Ｆのいずれかを用いることも可能であり、また、本発明の要件を満たす他の触媒を用いることも可能である。
【００５１】
このように構成された燃料電池システムにおいては、固体酸化物型燃料電池１１からの排ガスが、冷却器１３に送られて冷却され、凝縮した水分が除去された後のドライ排ガスが、二酸化炭素改質器１２に供給されることになる。
【００５２】
そして、二酸化炭素改質器１２には、メタンなどの炭化水素系原料ガスが供給され、固体酸化物型燃料電池１１からの排ガス（ドライ排ガス）に含まれる二酸化炭素を利用して、二酸化炭素改質が行われる。そして、二酸化炭素改質により生成した一酸化炭素と水素を含む合成ガスが、固体酸化物型燃料電池１１に供給されて発電が行われる。
【００５３】
なお、例えば、燃料電池セルにおける燃料利用率が８０％である場合、燃料電池セルからの排ガスとして、以下の組成の排ガスが排出される。
二酸化炭素（ＣＯ2）：３９vol％
水（Ｈ2Ｏ） ：４１vol％
水素（Ｈ2） ：９vol％
一酸化炭素（ＣＯ） ：１１vol％
【００５４】
そして、この排ガスを冷却して水分を除去すると、ほぼ以下の組成のドライ排ガスが、上記の排ガス４リットルに対して、約２．４リットルの割合で得られる。
二酸化炭素（ＣＯ2）：６６vol％
水素（Ｈ2） ：１５vol％
一酸化炭素（ＣＯ） ：１９vol％
【００５５】
なお、炭化水素系原料ガスとしてメタン（ＣＨ4）ガスを用いる場合、メタン（ＣＨ4）と二酸化炭素（ＣＯ2）の割合をモル比で１：１にしようとすると、メタン（ＣＨ4）ガス１リットルに対する、上記ドライ排ガスの量は、約１．５リットルとなる。
【００５６】
この実施例は、上述のように、燃料電池セルにおける燃料利用率が８０％で、上記の二酸化炭素改質器１２に、メタン（ＣＨ4）ガス１リットルに対して、ドライ排ガスを１．５リットルの割合で供給して、二酸化炭素改質を行い、合成ガスを固体酸化物型燃料電池１１に供給する場合の例である。
このようにすれば、二酸化炭素改質器１２における炭素の析出を抑えつつ、安定して二酸化炭素改質を行うことが可能で、かつ、得られた合成ガスを固体酸化物型燃料電池１１に循環供給することにより、安定して運転を継続することができる。
【００５７】
なお、上記実施例では、固体酸化物型燃料電池を用いた燃料電池システムを例にとって説明したが、本発明は、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを使用することが可能で、一酸化炭素による被毒の問題が生じない種々のタイプの燃料電池、例えば、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）などを用いる燃料電池システムなどに適用することが可能である。
【００５８】
本発明は、さらにその他の点においても、上記実施例に限定されるものではなく、二酸化炭素改質器の具体的な構成や、改質条件、二酸化炭素改質に用いる触媒の組成などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明においては、燃料電池の前段に二酸化炭素改質器を配設し、燃料電池の排ガスに含まれる二酸化炭素を利用して、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを燃料電池に供給して発電を行うようにしているので、立地条件などに関する制約を排除して、効率のよい燃料電池システムを構築することが可能になる。
したがって、本発明は、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質法により改質することにより得られる一酸化炭素と水素を含む合成ガスを用いることが可能な固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）や溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）などを用いた燃料電池システムに広く適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施例において、二酸化炭素改質試験に用いた改質試験装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 反応管
２ ヒーター
３ 二酸化炭素改質用触媒
４ 反応管の入口
５ 反応管の出口
１１ 固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）
１２ 二酸化炭素改質器
１３ 冷却器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関し、詳しくは、燃料電池において発生した、二酸化炭素を含む排ガスを利用して炭化水素系原料ガスを二酸化炭素改質し、燃料電池で利用するようにした燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に供給される燃料として、一般的に水素が用いられている。水素の製造手段として炭化水素の種々の改質方法が知られており、燃料電池と改質装置とを組み合わせたシステムが開発されている。
【０００３】
これらのシステムの一つとして、固体酸化物型燃料電池の前段に水蒸気改質装置が設けられたシステムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
このシステムにおいて、水蒸気改質に用いられる水蒸気は、上水から容易に発生させることができるため、供給の問題はない。しかしながら、上水を精製処理せずに水蒸気発生器に供給した場合、上水に含まれるカルシウム塩やナトリウム塩が水蒸気発生器や配管などに析出して、効率が低下したり、配管が閉塞したりして、運転に支障をきたすという問題が生じる場合がある。
【０００５】
また、それらの問題を解決したとしても、液相の水から水蒸気を発生させるためには多量の熱エネルギーが必要であり、燃料電池の全体的な効率を低下させるという問題点がある。
【０００６】
また、炭化水素から水素を製造する改質方法には、水蒸気改質の方法以外にも種々の改質方法が知られており、燃料電池の前段に二酸化炭素改質法などを利用した種々の改質装置を備えた例が開示されている（特許文献２参照）。改質方法として二酸化炭素改質を選択すれば、二酸化炭素は常温で気体であるため、水蒸気を発生させる場合のような多量の熱エネルギーを必要とすることはない。
【０００７】
しかしながら、二酸化炭素の供給には、水蒸気改質における場合の上水のような簡便な手段がなく、大規模に二酸化炭素改質を行うためには、火力発電所や化学プラントなどの二酸化炭素の発生源に隣接する必要がある。すなわち、二酸化炭素改質を利用した燃料電池システムには、立地的な制約があるのが実情である。
【特許文献１】特開２００６−３１３６８７号公報
【特許文献２】特開２００４−３４４７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するものであり、水蒸気改質法を利用せずに、二酸化炭素改質法を利用して、システム全体のエネルギー効率を向上させることが可能で、しかも、立地上の制約のない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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明（請求項１）の燃料電池システムは、
二酸化炭素を含む排ガスを発生する燃料電池と、
前記燃料電池の前段に配設され、前記燃料電池の排ガスに含まれる二酸化炭素を利用して、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成させる二酸化炭素改質器とを備え、前記一酸化炭素と水素を含む合成ガスを前記燃料電池に供給して発電を行うことを特徴としている。
【００１０】
また、前記燃料電池の排ガスを冷却し、排ガスに含まれる水分を凝縮させて除去した後のドライ排ガスを、前記二酸化炭素改質器に供給して二酸化炭素改質を行うことを特徴としている。
【００１１】
また、前記二酸化炭素改質器における二酸化炭素改質のための触媒としては、Ｃａ、ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属とを含む混合物とを含有する二酸化炭素改質触媒を用いることが望ましい。
【００１２】
さらに、前記二酸化炭素改質器における二酸化炭素改質のための触媒としては、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属と、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属と、Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｆｅ，ＷおよびＭｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の成分を含む複合酸化物とを含有する二酸化炭素改質用触媒を用いることが望ましい。
【００１３】
二酸化炭素改質用触媒を構成する上記の複合酸化物としては、ＡＴｉＯ3，ＡＡｌ2Ｏ4，ＡＺｒＯ3，ＡＦｅ2Ｏ4，Ａ3Ｗ2Ｏ9，Ａ2ＷＯ5，ＡＭｏＯ4（ＡはＣａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属）であることが望ましい。
【００１４】
また、二酸化炭素改質用触媒を構成する触媒金属は、Ｎｉ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｏからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池システムは、二酸化炭素を含む排ガスを発生する燃料電池の前段に、二酸化炭素改質器を配設し、燃料電池の排ガスに含まれる二酸化炭素を利用して、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成させ、この一酸化炭素と水素を含む合成ガスを燃料電池に供給して発電を行うようにしているので、改質のための二酸化炭素として、燃料電池の排ガス（オフガス）を利用することが可能であり、火力発電所や化学プラントなどの二酸化炭素の発生源に隣接して燃料電池システムを設置しなければならないというような立地的な制約を排除することができる。
【００１６】
また、燃料電池の排ガスに含まれる二酸化炭素を利用して、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質するようにしているので、水蒸気改質法を利用する場合のように、水蒸気を発生させるための気化熱が不要になり、燃料電池システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。さらに、水蒸気改質法を利用する場合のように、純水を得るための純水供給装置が不要となり、設備コストの低減を図ることができる。
【００１７】
また、燃料電池の排ガスには水分が含まれるが、排ガスを冷却して水分を凝縮させ、除去した後のドライ排ガスを、二酸化炭素改質器に供給して改質を行うことにより、効率のよい二酸化炭素改質を行うことができる。
また、燃料電池の排ガスには、通常、未使用の水素や一酸化炭素が含まれるが、これらも再度利用することが可能になり、燃料あたりの発電量を向上させることができる。
【００１８】
また、二酸化炭素改質器において、Ｃａ、ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属とを含む混合物とを含有する二酸化炭素改質触媒を用いることにより、炭素の析出を抑制しつつ、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素で改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成させることができる。
【００１９】
また、二酸化炭素改質器における二酸化炭素改質のための触媒として、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属と、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属と、Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｆｅ，ＷおよびＭｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の成分を含む複合酸化物とを含有する二酸化炭素改質用触媒を用いることにより、より確実に炭素の析出を抑制しつつ、効率よく炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質することが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。
【００２０】
また、複合酸化物として、ＡＴｉＯ3，ＡＡｌ2Ｏ4，ＡＺｒＯ3，ＡＦｅ2Ｏ4，Ａ3Ｗ2Ｏ9，Ａ2ＷＯ5，ＡＭｏＯ4（ＡはＣａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属）を含有させるようにした場合、炭酸塩が焼結することを抑制し、炭化水素系の原料ガスと二酸化炭素から一酸化炭素と水素への反応をより促進させることが可能になる。
【００２１】
また、本発明においては、二酸化炭素改質器で用いる触媒を構成する触媒金属の種類に特別の制約はなく、種々の金属を用いることが可能であるが、Ｎｉ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｏからなる群より選ばれる少なくとも１種を用いることにより、効率よく二酸化炭素改質反応を行うことが可能になり有意義である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【実施例】
【００２３】
［触媒の作製］
本発明の燃料電池システムにおいて用いられる二酸化炭素改質用触媒を以下の方法により作製した。
＜二酸化炭素改質用触媒Ａ＞
ＢａＣＯ3とＴｉＯ2を、モル比２．０：１．０となるように秤量し、さらに２重量％の割合となるようにＮｉＯを加えて混合した。
【００２４】
次に、この混合物にバインダーを加えて直径２〜５ｍｍの球状に造粒した。得られた造粒体を空気中にて１０００℃、１ｈの条件で焼成し、Ｂａ2ＴｉＯ4とＮｉＯの混合体を得た。
【００２５】
この混合体を、２０％ＣＯ2、８０％Ｎ2気流中にて、７００℃、１ｈの条件で焼成することにより、ＢａＣＯ3，ＢａＴｉＯ3，ＮｉＯの混合体であって、ＢａＣＯ3とＢａＴｉＯ3のモル比が１．０：１．０である二酸化炭素改質用触媒Ａを得た。
【００２６】
なお、焼成前後の試料重量変化およびＸＲＤ測定結果から、混合体はＢａ2ＴｉＯ4の全てがＢａＣＯ3とＢａＴｉＯ3へと分解し、結果としてＢａＣＯ3とＢａＴｉＯ3のモル比が１．０：１．０の混合体である触媒が得られていることを確認した。
【００２７】
また、上述のＮｉＯは、少なくともその一部が炭化水素系の原料ガスの二酸化炭素改質反応の工程で還元され、炭化水素系原料ガスの二酸化炭素改質を促進する触媒金属として機能するものである。
【００２８】
＜二酸化炭素改質用触媒Ｂ＞
ＢａＣＯ3とＡｌ2Ｏ3を、モル比２．０：１．０となるように秤量し、さらに２重量％の割合となるようにＮｉＯを加えて混合した。
次に、この混合物にバインダーを加えて直径２〜５ｍｍの球状に造粒した。得られた造粒体を空気中にて１１００℃、１ｈの条件で焼成し、Ｂａ2Ａｌ2Ｏ5とＮｉＯの混合体を得た。
【００２９】
この混合体を、２０％ＣＯ2、８０％Ｎ2気流中にて、７００℃、１ｈの条件で焼成することにより、ＢａＣＯ3，ＢａＡｌ2Ｏ4，ＮｉＯの混合体である二酸化炭素改質用触媒Ｂを得た。
【００３０】
なお、焼成前後の試料重量変化およびＸＲＤ測定結果から、混合体はＢａ2Ａｌ2Ｏ5の全てがＢａＣＯ3とＢａＡｌ2Ｏ4へと分解し、結果としてＢａＣＯ3とＢａＡｌ2Ｏ4のモル比が１．０：１．０の混合体である触媒が得られることを確認した。
【００３１】
＜二酸化炭素改質用触媒Ｃ＞
ＢａＣＯ3とＺｒＯ2を、モル比２．０：１．０となるように秤量し、さらに２重量％のＮｉＯを加えて混合した。
次に、この混合物にバインダーを加えて直径２〜５ｍｍの球状に造粒した。得られた造粒体を空気中にて１３００℃、１ｈの条件で焼成し、Ｂａ2ＺｒＯ4とＮｉＯの混合体を得た。
【００３２】
この混合体を、２０％ＣＯ2、８０％Ｎ2気流中にて、７００℃、１ｈの条件で焼成することにより、ＢａＣＯ3，ＢａＺｒＯ3，ＮｉＯの混合体である二酸化炭素改質用触媒Ｃを得た。
【００３３】
なお、焼成前後の試料重量変化およびＸＲＤ測定結果から、混合体はＢａ2ＺｒＯ4の全てがＢａＣＯ3とＢａＺｒＯ3へと分解し、結果としてＢａＣＯ3とＢａＺｒＯ3のモル比が１．０：１．０の混合体である触媒が得られることを確認した。
【００３４】
＜二酸化炭素改質用触媒Ｄ＞
ＢａＣＯ3とＦｅ2Ｏ3を、モル比２．０：１．０となるように秤量し、さらに２重量％のＮｉＯを加えて混合した。
次に、この混合物にバインダーを加えて直径２〜５ｍｍの球状に造粒した。得られた造粒体を空気中にて１１００℃、１ｈの条件で焼成し、Ｂａ2Ｆｅ2Ｏ5とＮｉＯの混合体を得た。
【００３５】
この混合体を２０％ＣＯ2、８０％Ｎ2気流中にて、７００℃、１ｈの条件で焼成することにより、ＢａＣＯ3，ＢａＦｅ2Ｏ4，ＮｉＯの混合体である二酸化炭素改質用触媒Ｄを得た。
【００３６】
なお、焼成前後の試料重量変化およびＸＲＤ測定結果から、混合体はＢａ2Ｆｅ2Ｏ5の全てがＢａＣＯ3とＢａＦｅ2Ｏ4へと分解し、結果としてＢａＣＯ3とＢａＦｅ2Ｏ4のモル比が１．０：１．０の混合体であるの触媒が得られることを確認した。
【００３７】
＜二酸化炭素改質用触媒Ｅ＞
ＢａＣＯ3とＷＯ3を、モル比２．０：１．０となるように秤量し、さらに２重量％のＮｉＯを加えて混合した。
次に、この混合物にバインダーを加えて直径２〜５ｍｍの球状に造粒した。得られた造粒体を空気中にて１１００℃、１ｈの条件で焼成し、Ｂａ2ＷＯ5とＮｉＯの混合体を得た。
【００３８】
この混合体を２０％ＣＯ2、８０％Ｎ2気流中にて、７５０℃、１ｈの条件で焼成することにより、ＢａＣＯ3，Ｂａ3Ｗ2Ｏ9，ＮｉＯの混合体である二酸化炭素改質用触媒Ｅを得た。
【００３９】
なお、焼成前後の試料重量変化およびＸＲＤ測定結果から、Ｂａ2ＷＯ5の全てがＢａＣＯ3とＢａ3Ｗ2Ｏ9へと分解し、結果としてＢａＣＯ3とＢａ3Ｗ2Ｏ9のモル比が１．０：２．０の混合体であるの触媒が得られることを確認した。
【００４０】
＜二酸化炭素改質用触媒Ｆ＞
ＢａＣＯ3とＭｏＯ3を、モル比２．０：１．０となるように秤量し、さらに２重量％のＮｉＯを加えて混合した。
次に、この混合物にバインダーを加えて直径２〜５ｍｍの球状に造粒した。得られた造粒体を空気中にて１１００℃、１ｈの条件で焼成し、Ｂａ2ＭｏＯ5とＮｉＯの混合体を得た。
【００４１】
この混合体を２０％ＣＯ2、８０％Ｎ2気流中にて、１０００℃、１ｈの条件で焼成することにより、ＢａＣＯ3，ＢａＭｏＯ4，ＮｉＯの混合体である二酸化炭素改質用触媒Ｆを得た。
【００４２】
なお、焼成前後の試料重量変化およびＸＲＤ測定結果から、Ｂａ2ＭｏＯ5の全てがＢａＣＯ3とＢａＭｏＯ4へと分解し、結果としてＢａＣＯ3とＢａＭｏＯ4のモル比が１．０：１．０の混合体であるの触媒が得られることを確認した。
【００４３】
［改質試験］
図１に示すように、外部にヒーター２を備えた内径２２ｍｍ、長さ３００ｍｍのステンレス製の反応管１に、上記のようにして製造した二酸化炭素改質用触媒Ａ〜Ｆ（図１では符号３で示す）を５０ｃｃ充填し、ヒーター２により９００℃に加熱し、反応管１の入口４から２５ＮＬ／ｈの割合で、メタンと二酸化炭素の混合ガス（ＣＨ4：ＣＯ2＝１：１（容積比））を原料ガスとして８時間流通させた。
【００４４】
試験中は反応管１の出口５から得られたガスを分析装置に導入し、ガス濃度を測定した。また試験終了後は二酸化炭素改質用触媒３を取り出し、ふるい分けを行うことで析出した炭素を回収した。
さらに、試験終了後の触媒のＸＲＤ測定を行い、結晶相の同定を行った。
【００４５】
表１に、得られたガス組成、試験終了後に回収された炭素粉末の重量、試験後の結晶相を示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１に示すように、触媒Ａ〜Ｆのいずれを用いた場合においても、炭素の析出は認められず、メタン（ＣＨ4）を一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ2）に効率よく転化できることが確認された。
【００４８】
また、表１には特に示していないが、ＢａＴｉＯ3などの複合酸化物は含有せず、Ｃａ、ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属とを含む混合物とを含有する二酸化炭素改質触媒、例えば、ＢａＣＯ3とＮｉＯを含む二酸化炭素改質用触媒、ＣａＣＯ3とＮｉＯを含む二酸化炭素改質用触媒、あるいはＳｒＣＯ3とＮｉＯを含む二酸化炭素改質用触媒などを用いた場合にも、上記の二酸化炭素改質用触媒Ａ〜Ｆを用いた場合に準じる効果が得られることが確認されている。
【００４９】
［上述の触媒を用いた燃料電池システム］
図２は、本発明の一実施例にかかる燃料電池システムの概略構成を示す図である。
図２に示すように、この実施例の燃料電池システムは、二酸化炭素を含む排ガスを発生する固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）１１と、その前段に配設された二酸化炭素改質器１２と、固体酸化物型燃料電池１１から排出される排ガスを冷却し、水分を凝縮させて分離するための冷却器１３とを備えている。
【００５０】
なお、二酸化炭素改質器１２には、例えば、ＢａＣＯ3，ＢａＴｉＯ3，ＮｉＯの混合体であって、ＢａＣＯ3とＢａＴｉＯ3のモル比が１．０：１．０である二酸化炭素改質用触媒（上述の二酸化炭素改質用触媒Ａ〜ＦのうちのＡに相当する触媒）が用いられる。なお、二酸化炭素改質用触媒としては、上記二酸化炭素改質用触媒Ｂ〜Ｆのいずれかを用いることも可能であり、また、本発明の要件を満たす他の触媒を用いることも可能である。
【００５１】
このように構成された燃料電池システムにおいては、固体酸化物型燃料電池１１からの排ガスが、冷却器１３に送られて冷却され、凝縮した水分が除去された後のドライ排ガスが、二酸化炭素改質器１２に供給されることになる。
【００５２】
そして、二酸化炭素改質器１２には、メタンなどの炭化水素系原料ガスが供給され、固体酸化物型燃料電池１１からの排ガス（ドライ排ガス）に含まれる二酸化炭素を利用して、二酸化炭素改質が行われる。そして、二酸化炭素改質により生成した一酸化炭素と水素を含む合成ガスが、固体酸化物型燃料電池１１に供給されて発電が行われる。
【００５３】
なお、例えば、燃料電池セルにおける燃料利用率が８０％である場合、燃料電池セルからの排ガスとして、以下の組成の排ガスが排出される。
二酸化炭素（ＣＯ2）：３９vol％
水（Ｈ2Ｏ） ：４１vol％
水素（Ｈ2） ：９vol％
一酸化炭素（ＣＯ） ：１１vol％
【００５４】
そして、この排ガスを冷却して水分を除去すると、ほぼ以下の組成のドライ排ガスが、上記の排ガス４リットルに対して、約２．４リットルの割合で得られる。
二酸化炭素（ＣＯ2）：６６vol％
水素（Ｈ2） ：１５vol％
一酸化炭素（ＣＯ） ：１９vol％
【００５５】
なお、炭化水素系原料ガスとしてメタン（ＣＨ4）ガスを用いる場合、メタン（ＣＨ4）と二酸化炭素（ＣＯ2）の割合をモル比で１：１にしようとすると、メタン（ＣＨ4）ガス１リットルに対する、上記ドライ排ガスの量は、約１．５リットルとなる。
【００５６】
この実施例は、上述のように、燃料電池セルにおける燃料利用率が８０％で、上記の二酸化炭素改質器１２に、メタン（ＣＨ4）ガス１リットルに対して、ドライ排ガスを１．５リットルの割合で供給して、二酸化炭素改質を行い、合成ガスを固体酸化物型燃料電池１１に供給する場合の例である。
このようにすれば、二酸化炭素改質器１２における炭素の析出を抑えつつ、安定して二酸化炭素改質を行うことが可能で、かつ、得られた合成ガスを固体酸化物型燃料電池１１に循環供給することにより、安定して運転を継続することができる。
【００５７】
なお、上記実施例では、固体酸化物型燃料電池を用いた燃料電池システムを例にとって説明したが、本発明は、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを使用することが可能で、一酸化炭素による被毒の問題が生じない種々のタイプの燃料電池、例えば、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）などを用いる燃料電池システムなどに適用することが可能である。
【００５８】
本発明は、さらにその他の点においても、上記実施例に限定されるものではなく、二酸化炭素改質器の具体的な構成や、改質条件、二酸化炭素改質に用いる触媒の組成などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明においては、燃料電池の前段に二酸化炭素改質器を配設し、燃料電池の排ガスに含まれる二酸化炭素を利用して、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを燃料電池に供給して発電を行うようにしているので、立地条件などに関する制約を排除して、効率のよい燃料電池システムを構築することが可能になる。
したがって、本発明は、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質法により改質することにより得られる一酸化炭素と水素を含む合成ガスを用いることが可能な固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）や溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）などを用いた燃料電池システムに広く適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施例において、二酸化炭素改質試験に用いた改質試験装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 反応管
２ ヒーター
３ 二酸化炭素改質用触媒
４ 反応管の入口
５ 反応管の出口
１１ 固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）
１２ 二酸化炭素改質器
１３ 冷却器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を含む排ガスを発生する燃料電池と、
前記燃料電池の前段に配設され、前記燃料電池の排ガスに含まれる二酸化炭素を利用して、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成させる二酸化炭素改質器とを備え、
前記一酸化炭素と水素を含む合成ガスを前記燃料電池に供給して発電を行うこと
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池の排ガスを冷却し、排ガスに含まれる水分を凝縮させて除去した後のドライ排ガスを、前記二酸化炭素改質器に供給して二酸化炭素改質を行う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】
前記二酸化炭素改質器において、Ｃａ、ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属とを含む混合物とを含有する二酸化炭素改質触媒を用いることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記二酸化炭素改質器において、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属と、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属と、Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｆｅ，ＷおよびＭｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の成分を含む複合酸化物とを含有する二酸化炭素改質用触媒を用いることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記二酸化炭素改質用触媒を構成する前記複合酸化物が、ＡＴｉＯ3，ＡＡｌ2Ｏ4，ＡＺｒＯ3，ＡＦｅ2Ｏ4，Ａ3Ｗ2Ｏ9，Ａ2ＷＯ5，ＡＭｏＯ4（ＡはＣａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属）であることを特徴とする、請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記二酸化炭素改質用触媒を構成する触媒金属が、Ｎｉ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｏからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１】
二酸化炭素を含む排ガスを発生する燃料電池と、
前記燃料電池の前段に配設され、前記燃料電池の排ガスに含まれる二酸化炭素を利用して、炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成させる二酸化炭素改質器とを備え、
前記一酸化炭素と水素を含む合成ガスを前記燃料電池に供給して発電を行うこと
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池の排ガスを冷却し、排ガスに含まれる水分を凝縮させて除去した後のドライ排ガスを、前記二酸化炭素改質器に供給して二酸化炭素改質を行う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】
前記二酸化炭素改質器において、Ｃａ、ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属とを含む混合物とを含有する二酸化炭素改質触媒を用いることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記二酸化炭素改質器において、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属と、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属と、Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｆｅ，ＷおよびＭｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の成分を含む複合酸化物とを含有する二酸化炭素改質用触媒を用いることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記二酸化炭素改質用触媒を構成する前記複合酸化物が、ＡＴｉＯ3，ＡＡｌ2Ｏ4，ＡＺｒＯ3，ＡＦｅ2Ｏ4，Ａ3Ｗ2Ｏ9，Ａ2ＷＯ5，ＡＭｏＯ4（ＡはＣａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属）であることを特徴とする、請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記二酸化炭素改質用触媒を構成する触媒金属が、Ｎｉ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｏからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１５８６０（Ｐ２０１０−１５８６０Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７５４９３（Ｐ２００８−１７５４９３）
【出願日】平成２０年７月４日（２００８．７．４）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月４日（２００８．７．４）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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