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JP2009117054A - 高温作動燃料電池による発電方法及びシステム - Google Patents

高温作動燃料電池による発電方法及びシステム Download PDF

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JP2009117054A JP2007285603A JP2007285603A JP2009117054A JP 2009117054 A JP2009117054 A JP 2009117054A JP 2007285603 A JP2007285603 A JP 2007285603A JP 2007285603 A JP2007285603 A JP 2007285603A JP 2009117054 A JP2009117054 A JP 2009117054A
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敏 山下
Hisataka Yakabe
久孝 矢加部
Masayoshi Ishida
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Abstract

【課題】高温作動燃料電池全体の燃料利用率を高め、また高温作動燃料電池と高温作動燃料電池以外の燃料電池を含む燃料電池全体の燃料利用率を高めることにより、発電効率の向上を図る。
【解決手段】高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用することにより、高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする高温作動燃料電池による発電方法及び発電システム。
【選択図】図３

Description

本発明は、高温作動燃料電池による発電方法及びシステムに関し、より詳しくは固体酸化物形燃料電池や溶融炭酸塩形燃料電池のような高温作動燃料電池において、アノードオフガスを高温作動燃料電池それ自体、あるいは他の燃料電池との組み合わせによって再利用することにより、高温作動燃料電池全体としての燃料利用率、また他の燃料電池を含む燃料電池全体としての燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させる高温作動燃料電池による発電方法及び発電システムに関する。
固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下適宜“ＳＯＦＣ”と略称する）は、固体電解質として酸化物イオン（Ｏ2-）伝導体を用いる点に特徴を有するもので、固体電解質を挟んでアノード（燃料極）とカソード（空気極または酸素極）の両電極を配置して構成される。ＳＯＦＣは、一般的には、作動温度が８００〜１０００℃程度と高いが、６００〜８００℃程度、例えば７５０℃程度の作動温度のものも開発されつつある。以下、カソードに空気を供給する場合を例に説明するが、酸化剤ガスとして酸素富化空気や酸素を供給する場合も同様である。
ＳＯＦＣでは、その運転時に、アノード側に燃料を供給し、カソード側に空気を供給して電気化学反応を起こさせることで電力が取り出される。空気供給管から供給される空気中の酸素はカソードで酸化物イオン（Ｏ2-）となり、電解質膜を通ってアノードに至る。ここで燃料供給管から供給される燃料と反応して電子を放出し、電気と反応生成物（Ｈ2ＯやＣＯ2）を生成する。
また、溶融炭酸塩形燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell：以下適宜“ＭＣＦＣ”と略称する）は、電解質として炭酸イオン（ＣＯ3 2-）伝導体を用いる点に特徴を有するもので、アルミン酸リチウムなどの多孔質マトリックスに浸漬させた炭酸リチウムや炭酸カリウムアルカリ金属塩の混合溶融塩などの電解質を挟んでアノード（燃料極）とカソード（空気極または酸素極）の両電極を配置して構成される。その作動温度は６００〜７００℃程度であり、一般的には６５０℃前後で運転される。
ＭＣＦＣでは、その運転時に、アノード側に燃料を供給し、カソード側に空気を供給して電気化学反応を起こさせることで電力が取り出される。空気供給管から供給される空気中の酸素はカソードで別途供給されるＣＯ2と反応して炭酸イオン（ＣＯ3 2-）となり、電解質を通ってアノードに至る。ここで燃料供給管から供給される燃料と反応して電子を放出し、電気と反応生成物（Ｈ2ＯやＣＯ2）を生成する。生成したＣＯ2を分離してカソードに戻す方法が一般に用いられる。
ところで、ＳＯＦＣ及びＭＣＦＣにおいては水素と一酸化炭素が燃料となる。メタンは、それら高温の作動温度において、アノードの構成成分である金属、例えばニッケルの触媒作用による内部改質により水蒸気改質されて水素と一酸化炭素になるので、ＳＯＦＣ及びＭＣＦＣのアノードへ導入する燃料としては水素を含む燃料、一酸化炭素を含む燃料、水素及び一酸化炭素を含む燃料、あるいは水素、一酸化炭素及びメタンを含む燃料が使用される。
都市ガスなどの炭化水素系燃料、エタノールなどのアルコール燃料、ジメチルエーテルなどのエーテル系液体燃料は予備改質器（プリリフォーマ）での水蒸気改質反応により水素、一酸化炭素、メタンに変えられる。メタンについては、高温作動燃料電池のアノードでのいわゆる内部改質により水素、一酸化炭素に改質されて電気化学反応に供される。
なお、メタンをも改質して高温作動燃料電池に供給してもよく、この場合には予備改質器ではなく、改質器と言うことになり、改質器では改質ガスを生成する。本明細書においては、予備改質器または改質器での改質前の燃料を“原燃料”と称し、原燃料を予備改質器で改質して生成した改質ガスを“粗改質ガス”と称している。
水蒸気改質反応は、吸熱反応であるため、原燃料よりも改質後の一酸化炭素及び水素の燃焼熱が増加することから、排熱を利用することで、いわゆるケミカルヒートポンプの機能が発揮され、その後の電気化学反応による発電電力が増し、結果的に発電効率が向上することに特徴がある。
また、高温作動型燃料電池において作動温度が高温であることは、化学反応速度が速くセル内での過電圧すなわち損失が小さくなることからも、低温作動型燃料電池よりも一般的に高い発電効率となる。また、排熱温度が高いことは、タービンなどと組み合わせた複合発電や吸収式冷凍機が利用できるなど、熱が利用できることからも優れた性能が期待される。
ところで、ＳＯＦＣやＭＣＦＣにおいては、アノードに供給された燃料は通常７０〜８５％程度が利用され、残りの３０〜１５％は未利用のまま、アノードオフガスとして燃料電池外に排出される。その際、未利用の燃料はそのまま燃料電池外に放出するのではなく、熱回収のために燃焼して原燃料や空気の予熱、作動温度維持のための熱自立用熱源、あるいはコージェネレーションシステムなどの後段プロセスでの熱利用などに用いられる。
そのように、ＳＯＦＣやＭＣＦＣは通常燃料利用率７０〜８５％程度で運転されるが、これは、燃料利用率をこれ以上に高めると、ＳＯＦＣやＭＣＦＣの燃料出口に近い箇所で燃料枯れが起こって電池の電位が落ち、発電効率が低下するからである。このため、ＳＯＦＣやＭＣＦＣの課題の一つは燃料利用率が高く設定できないということにある。理論的には燃料利用率９５％程度までは十分利用可能であるが、実際には、燃料の若干のリークや電極内部の拡散律速などの問題があり、高々８０％程度利用できるのが現状である。
このため、アノードオフガスとして排出される残り約２０％の燃料はカソードオフガスで燃焼し、原燃料改質用の水蒸気発生や燃料電池に供給する空気の予熱などによる燃料電池の熱自立のため、あるいはコージェネレーションシステムでの熱源に利用されるのみである（特開２００１−２６６９２４号公報、特開２００２−５６８７５号公報）。
また、特開２００４−６２８１号公報には、特開２００２−５６８７５号公報のように発電に伴い発生する排熱を利用して温水を生成する技術では、電力だけを使用して温水を使用しない場合や温水だけを使用して電力を使用しない場合も多く、電力及び温水が無駄なく使用されることは少ないとし、発電の過程で生成される排水素を温水生成に利用したり、電力生成に利用することが可能なエネルギー生成装置が提案されている。
特開２００１−２６６９２４号公報 特開２００２−５６８７５号公報 特開２００４−６２８１号公報
特開２００６−３１９８９号公報には、ＳＯＦＣのアノードオフガスから、（ａ）水蒸気を除去するか、（ｂ）水蒸気及び二酸化炭素を除去するか、あるいは（ｃ）水蒸気、二酸化炭素及び一酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生する方法が提案されている。この技術では再生アノードオフガス中の未利用の水素を燃料電池の燃料として再利用することによりＳＯＦＣにおける燃料利用率を高め、発電効率を向上させている。
特開２００２−３３４７１４号公報には、ＳＯＦＣのアノードオフガスをＣＯ変成器に通して、アノードオフガス中の一酸化炭素を水素にできるだけ転換した後にＣＯ2吸着剤あるいはＣＯ2吸収剤により二酸化炭素を除去して高純度水素を製造する方法、その製造高純度水素を利用する燃料電池システムが提案されている。
特開２００４−７１３１２号公報には、断熱容器内に、ＳＯＦＣスタック、オフガス燃焼部及び蓄熱材層を配置し、蓄熱材層に空気導入管及び導出管を配置するとともに、その流路に対してバイパス流路を設け、且つ、スタックからの燃料極オフガス導管を、順次、ＣＯ変成器及び水素吸蔵体容器に連結してなり、全負荷運転時には、余剰熱を蓄熱材層に蓄熱するとともに、空気をバイパス流路にバイパスさせてスタックに供給し、且つ、燃料極オフガスをＣＯ変成器を経て水素吸蔵体容器に通して水素を貯蔵し、部分負荷運転時には、空気を蓄熱材に通して全負荷運転時に蓄熱した熱を回収してスタックに戻すとともに、水素吸蔵体容器中の水素を燃料として発電するようにしてなる熱自立型ＳＯＦＣシステムが提案されている。
さらに、特開２００６−３４２０１４号公報には、一酸化炭素、水素及び二酸化炭素を含む改質ガスから、シリカ、アルミナその他の担体にハロゲン化銅を担持させた一酸化炭素吸着剤と接触させて一酸化炭素を吸着除去したのち、水素吸蔵体に水素を吸蔵させ、吸蔵水素を吸蔵体から放出させて、高純度水素を得る手法が提案されている。
特開２００６−３１９８９号公報 特開２００２−３３４７１４号公報 特開２００４−７１３１２号公報 特開２００６−３４２０１４号公報
しかし、それらの技術は、（ａ）高温作動燃料電池の運転時に排出されるアノードオフガスの燃焼により発生した熱を、原燃料改質用の水蒸気発生や燃料電池に供給する空気の予熱、あるいはコージェネレーションシステムなどの熱源に利用するか、（ｂ）アノードオフガスを分岐して予備改質器にリサイクルして再利用するか、（ｃ）アノードオフガス中の一酸化炭素については、ＣＯ変成器により水素に変えて再利用するものであり、アノードオフガス中の一酸化炭素そのものを回収して再利用するものではない。
本発明は、アノードオフガス中の一酸化炭素そのものを回収して再利用することに着目し、高温作動燃料電池の運転時に排出されるアノードオフガス中の一酸化炭素そのものを高温作動燃料電池の燃料として有効に再利用して高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善し、また、高温作動燃料電池と高温作動燃料電池以外の燃料電池を含む燃料電池全体との燃料利用率を改善しつつ発電効率の向上を図る高温作動燃料電池による発電方法及び発電システムを提供することを目的とするものである。
本発明（１）は、一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電方法である。そして、（ａ）高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用することにより、（ｂ）高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする。
本発明（１１）は、本発明（１）の発電方法に対応する一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電システムである。そして、（ａ）高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するようにしてなることにより、（ｂ）高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする。
本発明（２）は、一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電方法である。そして、（ａ）高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用し、（ｂ）前記ＣＯ吸着剤により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスであるところの、不純物として二酸化炭素及び水を含有する水素を、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用することにより、（ｃ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする。
本発明（１２）は、本発明（２）の発電方法に対応する一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電システムである。そして、（ａ）高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するようにし、（ｂ）前記ＣＯ吸着剤により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスであるところの、不純物として二酸化炭素及び水を含有する水素を、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用するようにしてなることにより、（ｃ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする。
本発明（３）は、一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電方法である。そして、（ａ）高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用し、（ｂ）前記ＣＯ吸着剤容器により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスを水素吸蔵体容器に導入して水素を吸着回収し、その吸着水素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するか、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用することにより、（ｃ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする。
本発明（１３）は、本発明（３）の発電方法に対応する一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電システムである。そして、（ａ）高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するようにし、（ｂ）前記ＣＯ吸着剤容器により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスを、水素吸蔵体容器に導入して水素を吸着回収し、その吸着水素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するか、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用するようにしてなることにより、（ｃ）燃料電池全体での燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする。
本発明（４）は、一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電方法である。そして、（ａ）高温作動燃料電池の後段にＣＯ変成器を配置してアノードオフガス中の一酸化炭素を水素に変えることにより、アノードオフガス中の一酸化炭素濃度を低減するとともに水素濃度を相対的に高め、（ｂ）前記ＣＯ変成器を経たアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用することにより、（ｃ）高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする。
本発明（１４）は、本発明（４）の発電方法に対応する一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電システムである。そして、（ａ）高温作動燃料電池の後段にＣＯ変成器を配置してアノードオフガス中の一酸化炭素を水素に変えることにより、アノードオフガス中の一酸化炭素濃度を低減するとともに水素濃度を相対的に高め、（ｂ）前記ＣＯ変成器を経たアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するようにしてなることにより、（ｃ）高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする。
本発明（５）は、一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電方法である。そして、（ａ）高温作動燃料電池の後段にＣＯ変成器を配置してアノードオフガス中の一酸化炭素を水素に変えることにより、アノードオフガス中の一酸化炭素濃度を低減するとともに水素濃度を相対的に高め、（ｂ）前記ＣＯ変成器を経たアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用し、（ｃ）前記ＣＯ吸着剤により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガス中の水素を高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用することにより、（ｄ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする。
本発明（１５）は、本発明（５）の発電方法に対応する一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電システムである。そして、（ａ）高温作動燃料電池の後段にＣＯ変成器を配置してアノードオフガス中の一酸化炭素を水素に変えることにより、アノードオフガス中の一酸化炭素濃度を低減するとともに水素濃度を相対的に高め、（ｂ）前記ＣＯ変成器を経たアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するようにし、（ｃ）前記ＣＯ吸着剤により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガス中の水素を高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用するようにしてなることにより、（ｄ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする。
本発明（６）は、一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電方法である。そして、（ａ）高温作動燃料電池の後段にＣＯ変成器を配置してアノードオフガス中の一酸化炭素を水素に変えることにより、アノードオフガス中の一酸化炭素濃度を低減するとともに水素濃度を相対的に高め、（ｂ）前記ＣＯ変成器を経たアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用し、（ｃ）前記ＣＯ吸着剤容器により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスを、水素吸蔵体容器に導入して水素を吸着回収し、その吸着水素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するか、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用することにより、（ｄ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする。
本発明（１６）は、本発明（６）の発電方法に対応する一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電システムである。そして、（ａ）高温作動燃料電池の後段にＣＯ変成器を配置してアノードオフガス中の一酸化炭素を水素に変えることにより、アノードオフガス中の一酸化炭素濃度を低減するとともに水素濃度を相対的に高め、（ｂ）前記ＣＯ変成器を経たアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するようにし、（ｃ）前記ＣＯ吸着剤容器により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスを、水素吸蔵体容器に導入して水素を吸着回収し、その吸着水素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するか、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用するようにしてなることにより、（ｄ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする。
本発明によれば、ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣなどの高温作動燃料電池のアノードオフガス中の一酸化炭素を吸着回収し、これを同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用することにより、高温作動燃料電池全体としての燃料利用率を改善し、発電効率を向上させることができる。例えば、ＳＯＦＣのアノードオフガスを利用する場合、当該ＳＯＦＣの燃料として再利用するか、別の高温作動燃料電池であるＭＣＦＣの燃料として再利用することにより、高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善し、発電効率を向上させることができる。
本発明によれば、高温作動燃料電池のアノードオフガス処理を適用することによって、高温作動燃料電池及び水素精製方法の両者の特徴から互いに補完し、両者のニーズを満たすことができる。すなわち、高温排熱を有効に活用し、高温作動燃料電池のアノードオフガスを、一酸化炭素、水素及び二酸化炭素に各々高濃度に分離回収することで、燃料電池の燃料利用率を高め発電効率を向上させることができる。
本発明によれば、高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、一酸化炭素を吸着回収するとともに、一酸化炭素除去後のアノードオフガスから水素を回収し、一酸化炭素は高温作動燃料電池の燃料として再利用し、水素は高温作動燃料電池の燃料として利用するか、または高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用することにより、高温作動燃料電池全体の燃料利用率、または他の燃料電池を含む燃料電池全体の燃料利用率を高めて発電電力を増加させ、発電効率を向上させることができる。
ＳＯＦＣは、円筒方式、平板方式、一体積層方式などのセル構造やセルグループの配置構造などの如何によりＳＯＦＣスタック、ＳＯＦＣモジュールあるいはＳＯＦＣバンドルなどと呼ばれるが、本明細書中それらを含めて適宜“ＳＯＦＣユニット”と称している。ＭＣＦＣについても同様であり、同じく“ＭＣＦＣユニット”と称している。
本明細書において、ＳＯＦＣシステムとは、ＳＯＦＣユニット、予備改質器や熱交換器等の補機類、関連する配管系などを含む意味である。ＭＣＦＣについても同様であり、ＭＣＦＣシステムとはＭＣＦＣユニット、予備改質器や熱交換器等の補機類、関連する配管系を含む意味である。
以下においては、主として高温作動燃料電池ユニットとしてＳＯＦＣユニットを配置した例を示して説明しているが、高温作動燃料電池ユニットとしてＭＣＦＣユニットを配置した場合も同様である。また、以下においては、都市ガスを原燃料とする場合を例にしているが、他の燃料を原燃料とする場合も同様であり、硫黄化合物を実質上含まない原燃料の場合は脱硫器は不要である。
図１は、本発明の前提となる技術の一例として、ＳＯＦＣユニットからのアノードオフガスを燃料及び空気の予熱に利用するのに加え、コージェネレーションシステムなどにおける給湯システムに利用する高温作動燃料電池システムを説明する図である。
予備改質器においては、水蒸気改質法により原燃料を改質して水素、一酸化炭素、メタンを含む粗改質ガスを生成する。図１のとおり、予備改質器で生成した粗改質ガスを熱交換器２で加熱してＳＯＦＣユニットのアノードつまりＳＯＦＣユニットにおける各セルのアノードに供給する。
原燃料は、昇圧機、脱硫器を経て予備改質器に供給される。ここでＳＯＦＣにおいては、水素及び一酸化炭素のほか、メタンも燃料になるが、ＳＯＦＣユニットに供給する燃料にメタン以外のエタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭素数２（Ｃ２）以上の炭化水素が含まれていると、ＳＯＦＣユニットへの配管やアノードに炭素を生成し、これが電気化学反応を阻害して電池性能を劣化させてしまう。このため、予備改質器では、原燃料を予備改質して水素、一酸化炭素及びメタンを含む粗改質ガスに変えられる。なお、メタンをも改質してＳＯＦＣユニットに供給してもよく、この場合には改質器を配置する。
粗改質ガスは、熱交換器２で予熱された後、ＳＯＦＣユニットのアノードに供給される。一方、空気は、ブロワー（＝送風機）を経て、熱交換器１で予熱された後、ＳＯＦＣユニットのカソードに供給される。
ＳＯＦＣユニットのアノードに供給された粗改質ガスは、ＳＯＦＣユニットのカソードからの酸素との電気化学反応により発電する。その際、粗改質ガス中のメタンはＳＯＦＣユニットのアノードでの内部改質により水素及び一酸化炭素に改質されて電気化学反応に寄与する。ＳＯＦＣユニットで得られた電力は、必要に応じて電圧を調整し、インバータを通して交流電流に変換される。
ＳＯＦＣユニットからのアノードオフガスは燃焼器（図１中“オフガス燃焼器”）でカソードオフガスと混合して燃焼する。燃焼排ガスは、順次、熱交換器１、熱交換器２に通され、それぞれ空気、粗改質ガスの予熱に利用された後、さらに熱交換器３に通される。ここで給湯システムでの水の加熱に利用された後、排気として放出される。
ところが、熱交換器１、熱交換器２での空気、粗改質ガスの加熱には限度がある。すなわち、空気、粗改質ガスの予熱には燃焼排ガスの全熱量は必要でない。加えて、給湯システムにおける必要温水量にも限度があるので、必要量以上の温水を得ても無駄になってしまう。このように、ＳＯＦＣシステムの効率にはＳＯＦＣユニットそれ自体での燃料利用率が大きく影響し、ＳＯＦＣユニットそれ自体での燃料利用率の限界がＳＯＦＣシステムの効率を引き下げている。
そこで、ＳＯＦＣやＭＣＦＣ、すなわち高温作動燃料電池から排出されるアノードオフガスに着目すると、アノードオフガスには高温作動燃料電池で未利用の一酸化炭素や水素が含まれている。本発明においては、アノードオフガスに含まれる一酸化炭素を濃縮回収して高温作動燃料電池それ自体の燃料として再利用して発電し、また、アノードオフガスに含まれる水素についても高温作動燃料電池それ自体の燃料として再利用するか、他の燃料電池すなわち高温作動燃料電池以外の燃料電池の燃料として再利用して発電する。
上記アノードオフガスに含まれる一酸化炭素を濃縮回収して高温作動燃料電池それ自体の燃料として再利用する態様としては、例えば、ＳＯＦＣのアノードオフガスを利用する場合、当該ＳＯＦＣの燃料として再利用するか、別の高温作動燃料電池であるＭＣＦＣの燃料として再利用し、ＭＣＦＣのアノードオフガスを利用する場合、当該ＭＣＦＣの燃料として再利用するか、別の高温作動燃料電池であるＳＯＦＣの燃料として再利用しすることにより、高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善し、発電効率を向上させることができる。
これにより、高温作動燃料電池の燃料利用率を高め、また高温作動燃料電池と併せて他の燃料電池を使用する態様では、両燃料電池を合わせた燃料電池の燃料利用率を高めて、燃料を可及的に電力に変えるものである。また、これにより、コージェネレーションシステムなどでの給湯システムを併用する態様でも、必要温水量を超えた過剰の温水を生成することをなくするか、少なくすることができる。
図２は、本発明においてその前提となる事実、作用効果を説明する図で、ＳＯＦＣセルにおける燃料利用率とセル電圧との関係を示している。図２のとおり、ＳＯＦＣセルでの燃料利用率を高めると、漸次セル電圧が低下する。そして、燃料利用率が９０％程度を超えると急激にセル電圧の低下が起こる。また、燃料枯れすなわち濃度過電圧や、燃料の若干のリークなどにより、実際には燃料利用率８０〜８５％程度が限度となる。
ここで、その燃料利用率Ｕfを８０％とし、電池の効率ηcellを７０％、インバータ効率ηinvを９０％、補機効率ηauxを９０％とすると、最終的な発電効率ηは、η＝Ｕf×ηcell×ηinv×ηaux＝０．８×０．７×０．９×０．９≒０．４５、すなわち４５％程度となる。
そして、残った２０％のアノードオフガスを再生し、１００％の水素燃料としてＳＯＦＣもしくはＰＥＦＣで利用すると、残った２０％での発電効率はη＝Ｕf×ηcell×ηinv×ηaux＝０．２×０．７×０．９×０．９≒０．１１、すなわち１１％程度が付加されることになり、総合発電効率は５６％に増加させることが可能となる。なお、ここでは一酸化炭素を含めて１００％の水素燃料に変換した場合を前提に説明しているが、アノードオフガス中の一酸化炭素をそのまま回収、利用する場合についても同様である。
本発明においては、このような事実を前提、利用して、高温作動燃料電池からのアノードオフガス中の一酸化炭素、あるいは一酸化炭素及び水素を回収、再生し、その再生ガスを同一又は別の高温作動燃料電池、あるいは固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）等の他の燃料電池と組み合わせて再利用することにより、ＳＯＦＣシステム全体としての燃料利用率を改善し、発電効率を向上させるものである。
なお、高温作動燃料電池と組み合わせる他の燃料電池としてはＰＥＦＣのほか、りん酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）なども利用可能であるが、この場合にも、ＳＯＦＣ又はＭＣＦＣをメインとすることが前提である。
ここで、上記アノードオフガスの再生ガスを同一又は別の高温作動燃料電池で再利用する態様としては、（ａ）アノードオフガスがＳＯＦＣからのアノードオフガスの場合、その再生ガスを当該ＳＯＦＣの燃料として利用してもよく、当該ＳＯＦＣとは別の高温作動燃料電池すなわちＭＣＦＣの燃料として利用してもよく、また、（ｂ）アノードオフガスがＭＣＦＣからのアノードオフガスの場合、その再生ガスを当該ＭＣＦＣの燃料として利用してもよく、当該ＭＣＦＣとは別の高温作動燃料電池すなわちＳＯＦＣの燃料として利用してもよい。
〈本発明（１）〜（２）、（１１）〜（１２）の態様〉
本発明（１）は、高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用することにより、高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させる高温作動燃料電池による発電方法であり、本発明（１１）は当該発電方法を実施するためのシステムである。
本発明（２）は、本発明（１）で備える構成に加え、ＣＯ吸着剤により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスであるところの、不純物として二酸化炭素及び水を含有する水素を、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用することを要件とする発電方法であり、本発明、（１２）は当該発電方法を実施するためのシステムである。
図３は本発明（１）〜（２）、（１１）〜（１２）を説明する図である。図３のとおり、順次、ＳＯＦＣユニット、アノードオフガス冷却器、ＣＯ吸着剤容器が配置される。このうちＣＯ吸着剤容器はＡ、Ｂの２個が配置され、切替え弁ａ、ｂにより切り替えられる。図３（ａ）は、ＣＯ吸着剤容器Ａで一酸化炭素の吸着を行い、ＣＯ吸着剤容器Ｂで一酸化炭素の脱着を行う過程を示し、図３（ｂ）は、ＣＯ吸着剤容器Ｂで一酸化炭素の吸着を行い、ＣＯ吸着剤容器Ａで一酸化炭素の脱着を行う過程を示している。なお、図３中、ＳＯＦＣユニットの前段には粗改質ガス生成用の予備改質器が配置されるが、図示は省略している。
ＳＯＦＣユニットの作動時において、ＳＯＦＣユニットから排出されるアノードオフガスを冷却した後、ＣＯ吸着剤容器Ａに導入する。ＣＯ吸着剤としては、シリカ、アルミナ、活性炭、グラファイト、スチレン系樹脂等の担体にハロゲン化銅（Ｉ）またはハロゲン化銅（ＩＩ）を担持させたＣＯ吸着剤などが用いられる。以下では当該ハロゲン化銅系ＣＯ吸着剤を例にするが、他のＣＯ吸着剤の場合も同様である。なお、当該ハロゲン化銅系ＣＯ吸着剤それ自体、前掲特開２００６−３４２０１４号公報に記載のとおり公知のものであるが、本発明においてはそのようなＣＯ吸着剤を利用するものである。
ハロゲン化銅系ＣＯ吸着剤による一酸化炭素の吸着は８０℃以下、好ましくは６０℃以下で行われるので、アノードオフガス冷却器による冷却は冷却媒体によりそれらの温度以下に冷却する。吸着した一酸化炭素の脱着は、キャリアガスつまりパージガスを通すことにより行うが、脱着温度は、吸着時より高い温度２５０℃以下、好ましくは８０〜１５０℃であるので、加熱媒体によりＣＯ吸着剤をその温度に加熱する。
脱着用の加熱媒体としては、ＳＯＦＣシステムを構成する各種機器、例えばＳＯＦＣユニットの排熱、アノードオフガス冷却器の排熱、他の燃料電池すなわち高温作動燃料電池であるＰＥＦＣの排熱、あるいはＳＯＦＣシステムから排出されるアノードオフガス、カソードオフガス、両オフガスの燃焼排ガス、またガスタービンによる発電機その他の発電手段からの排熱などを利用することができる。また、後述本発明（４）〜（６）、（１４）〜（１６）のようにＣＯ変成器を配置する場合には、そのＣＯ変成器の排熱を利用することもできる。一例として、後述図６に示す態様で言えば、熱交換器３から排出される燃焼排ガスを使用すれば、そのＳＯＦＣシステム全体としての熱バランスを実質上崩すことなく、燃焼排ガスの熱を利用できる。
ＣＯ吸着剤容器Ａにおいては、アノードオフガス中の一酸化炭素のみを選択的に吸着し、ここで一酸化炭素が濃縮される。ＣＯ吸着剤は化学吸着作用によって多成分混合ガスから一酸化炭素のみを選択的に吸着するため、一酸化炭素を微量でも回収でき、吸着と脱着とのサイクル間で圧力差がなくても実用的な吸脱着処理容量を確保することができる。もちろん、吸着と脱着とのサイクルに圧力差を利用してもよい。
ＣＯ吸着剤による一酸化炭素の吸着では、吸着容量限界まではＣＯ吸着剤に吸着されないで、通過するガスにはほとんど一酸化炭素が含まれないことから、それを大気放出したとしても生体にとって有毒な一酸化炭素が系外に放出されることはない。また、後述するように、その後段に一酸化炭素被毒によって吸蔵性能が劣化しやすい水素吸蔵合金を用いた水素回収過程を接続しても悪影響はない。
ＣＯ吸着剤容器Ａを経たアノードオフガスには、不純物としての二酸化炭素及び水のほか、水素が含まれているので、そのアノードオフガスは高温作動燃料電池とは別の燃料電池、例えばＰＥＦＣの燃料に利用する。これは本発明（２）、（１２）の構成に相当しいてる。ＰＥＦＣではその燃料に一酸化炭素が含まれていると電池性能が著しく劣化するのでその濃度を１０ｐｐｍ以下にまで低下させておく必要があるが、一酸化炭素はＣＯ吸着剤容器Ａにより微量まで除去されて実質上含まれていないので、ＰＥＦＣセルへの悪影響はない。
ＣＯ吸着剤容器Ａを経たアノードオフガスは、その一部を分岐してＣＯ吸着剤容器Ｂに導入し、ＣＯ吸着剤容器Ｂにおいて、その前段である一酸化炭素吸着過程で吸着濃縮した一酸化炭素のパージガスとして利用する。図３（ａ）のとおり、分岐アノードオフガスをＣＯ吸着剤容器Ｂに導入し、一酸化炭素を脱着、回収してＳＯＦＣユニットへ導入している粗改質ガスに混入し、ＳＯＦＣユニットでの発電に利用する。
ＣＯ吸着剤容器Ａによる一酸化炭素の吸着が進み、一酸化炭素について吸着飽和状態、つまり破過点となる直前にＣＯ吸着剤容器Ａへのアノードオフガスの導入を止め、切替え弁ａ、ｂを操作することにより、ＳＯＦＣユニットからのアノードオフガスの流れを当該ＣＯ吸着剤容器Ａに併置したＣＯ吸着剤容器Ｂへ導入するように切り替える。この切り替え後の状態、操作を図３（ｂ）に示している。
切り替え後における、ＣＯ吸着剤容器Ｂでの一酸化炭素の吸着過程は、以上のＣＯ吸着剤容器Ａでの吸着過程と同様であり、ＣＯ吸着剤容器Ａでの一酸化炭素のパージ過程は、以上のＣＯ吸着剤容器Ｂでのパージ過程と同様である。ＣＯ吸着剤容器Ｂを経たアノードオフガスは、一部分岐してＣＯ吸着剤容器Ａの一酸化炭素のパージガスとして使用し、残りのアノードオフガスは、本態様例ではＰＥＦＣの燃料に利用する。
本態様例においては、一酸化炭素を吸着、回収する装置、過程として２塔のＣＯ吸着剤容器を交互に切り替えて用いる例を示したが、３塔以上を順次切り替えて用いてもよい。３塔以上を順次切り替えて用いると再生時の昇温プロセスが時間的に有利になる。この点、以下で述べる態様例についても同じである。
〈本発明（３）、（１３）の態様〉
本発明（３）は、高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用し、ＣＯ吸着剤容器により一酸化炭素を吸着回収ことで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスを、水素吸蔵体容器に導入して水素を吸着回収し、その吸着水素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するか、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用することにより、燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させる高温作動燃料電池による発電方法であり、本発明（１３）は当該発電方法を実施するためのシステムである。
図４〜６は本発明（３）、（１３）を説明する図である。図４は一酸化炭素が除去されたアノードオフガスを水素吸蔵体容器に導入して水素を吸着回収し、その吸着水素を脱着再生して高温作動燃料電池の燃料として再利用する態様例であり、図５は一酸化炭素が除去されたアノードオフガスを水素吸蔵体容器に導入して水素を吸着回収し、その吸着水素を脱着再生して高温作動燃料電池の燃料として再利用する態様例であり、図６は実機レベルあるいは実機レベルに近いＳＯＦＣシステム及びその熱交換構成にＣＯ吸着剤容器、水素吸蔵体容器をセットした態様例である。
図４のとおり、順次、ＳＯＦＣユニット、アノードオフガス冷却器、ＣＯ吸着剤容器、水素吸蔵体容器が配置される。このうちＣＯ吸着剤容器はＡ、Ｂの２個、水素吸蔵体容器はＣ、Ｄの２個が配置されている。水素吸蔵体容器ＣはＣＯ吸着剤容器Ａに接続されて“ＣＯ吸着剤容器Ａ−水素吸蔵体容器Ｃ”の単位を構成し、水素吸蔵体容器ＤはＣＯ吸着剤容器Ｂに接続されて“ＣＯ吸着剤容器Ｂ−水素吸蔵体容器Ｄ”の単位を構成し、これら２つの単位は切替え弁ａ、ｂにより切り替えられる。
図４（ａ）は、ＣＯ吸着剤容器Ａで一酸化炭素の吸着を行い、これに続く水素吸蔵体容器Ｃで水素の吸着を行い、また、水素吸蔵体容器Ｄで水素の脱着を行い、ＣＯ吸着剤容器Ｂで一酸化炭素の脱着を行う過程を示し、図４（ｂ）は、ＣＯ吸着剤容器Ｂで一酸化炭素の吸着を行い、これに続く水素吸蔵体容器Ｄで水素の吸着を行い、また、水素吸蔵体容器Ｃで水素の脱着を行い、ＣＯ吸着剤容器Ａで一酸化炭素の脱着を行う過程を示している。
ＳＯＦＣユニットの作動時において、ＳＯＦＣユニットから排出されるアノードオフガスを冷却器で冷却した後、ＣＯ吸着剤容器Ａに導入する。ＣＯ吸着剤容器Ａにおいては、アノードオフガス中の一酸化炭素のみを選択的に吸着し、ここで一酸化炭素が濃縮される。ＣＯ吸着剤容器Ａを経たアノードオフガスには、不純物としての二酸化炭素及び水のほか、水素が含まれているので、そのアノードオフガスを水素吸蔵体容器Ｃに導入する。水素吸蔵体容器Ｃにおいては、アノードオフガス中の水素のみを吸着、吸蔵し、ここで水素が濃縮、回収される。
水素吸蔵体としては、水素含有ガスから水素を選択的に吸着し、水素以外のガスは吸着しないか、実質上吸着しない材料であれば特に限定はないが、その例としては、例えば水素吸蔵合金、ケミカルハイドライド、カーボンナノチューブなどが挙げられる。これらのいずれか２種以上を用いてもよい。これらによってアノードオフガス中の水素を選択的に吸着し、吸着した水素は加熱することにより放出される。
水素吸蔵合金としては、例えばＴｉＦｅ0.9Ｍｎ0.1、Ｍｇ2Ｎｉ、ＣａＮｉＳ、ＬａＮｉ5、ＬａＮｉ4.7Ａｌ0.3、ＭｍＮｉ4.5Ａｌ0.5(Ｍｍ＝ミッシュメタル)、ＭｍＮｉ4.15Ｆｅ0.85（Ｍｍ＝ミッシュメタル）、その他各種あるが、これらに限定されない。水素吸蔵合金にはその表面をフッ素またはフッ素含有化合物によりフッ化処理した水素吸蔵合金も開発されているが（特開平８−１８３６０１号公報、特開２０００−３２８１６０号公報、特開２００１−１１０４３８号公報、等）、本発明においてはそれらの何れも使用することができる。
特開平８−１８３６０１号公報 特開２０００−３２８１６０号公報 特開２００１−１１０４３８号公報
ＣＯ吸着剤に吸着された一酸化炭素、水素吸蔵体に吸着された水素は、加熱により脱着し、ＳＯＦＣユニットに供給している粗改質ガスに混入してＳＯＦＣユニットの燃料として利用する。加熱媒体としては、ＳＯＦＣシステムを構成する各種機器、例えばＳＯＦＣユニットの排熱、アノードオフガス冷却器の排熱、他の燃料電池すなわち高温作動燃料電池以外の燃料電池であるＰＥＦＣの排熱、あるいはＳＯＦＣシステムから排出される排ガスなどを利用することができる。
図４（ａ）で言えば、水素吸蔵体容器Ｄ、ＣＯ吸着剤容器Ｂがそれぞれ水素、一酸化炭素の脱着過程にあるが、水素吸蔵体容器Ｄから脱着された水素をＣＯ吸着剤容器Ｂに導入してＣＯ吸着剤容器Ｂからの一酸化炭素の脱着用のキャリアガスとして利用し、ＳＯＦＣユニットに供給している粗改質ガスに混入してＳＯＦＣユニットの燃料として利用する。
ＣＯ吸着剤容器Ａによる一酸化炭素の吸着が進み、一酸化炭素について吸着飽和状態、つまり破過点となる直前にＣＯ吸着剤容器Ａへのアノードオフガスの導入を止め、切替え弁ａ、ｂを操作することにより、アノードオフガスの流れを当該ＣＯ吸着剤容器Ａに併置したＣＯ吸着剤容器Ｂへ導入するように切り替えるが、ＣＯ吸着剤容器Ｂに続く水素吸蔵体容器Ｄも同時に切り替えられる。この切り替え後の操作を図４（ｂ）に示している。
切り替え後における、ＣＯ吸着剤容器Ｂでの一酸化炭素の吸着過程、水素吸蔵体容器Ｄでの水素吸着過程は、前述ＣＯ吸着剤容器Ａ、水素吸蔵体容器Ｃでの過程と同様である。水素吸蔵体容器Ｃでの水素脱着過程、ＣＯ吸着剤容器Ａでの一酸化炭素のパージ過程は、前述水素吸蔵体容器Ｄ、ＣＯ吸着剤容器Ｂでの過程と同様である。
水素吸蔵体容器Ｃ、ＣＯ吸着剤容器Ａがそれぞれ水素、一酸化炭素の脱着過程にあるが、水素吸蔵体容器Ｃから脱着された水素をＣＯ吸着剤容器Ａに導入してＣＯ吸着剤容器Ｂからの一酸化炭素の脱着用のキャリアガスとして利用した後、ＳＯＦＣユニットに供給している粗改質ガスに混入してＳＯＦＣユニットの燃料として利用する。
このように、ＣＯ吸着剤容器、水素吸蔵体容器を用いる態様において、水素吸蔵体容器からの再生水素をＣＯ吸着剤容器における吸着一酸化炭素を脱着するためのパージガスとして利用し、これにより一酸化炭素と水素の混合ガスを生成して粗改質ガスに混入することにより、ＳＯＦＣユニットのアノードに供給するガス中、燃料成分として有効な一酸化炭素及び水素を高濃度に維持することができる。
また、アノードオフガス中の一酸化炭素、水素をともに、ＳＯＦＣユニットの燃料として再利用することになり、これによりＳＯＦＣユニットでの燃料利用率を改善することができる。また、ＣＯ吸着剤に吸着された一酸化炭素を脱着するのに必要なパージガスに水素吸蔵体から脱着した水素を利用するので適切なプロセスとなる。なお、水素吸蔵体容器を経たアノードオフガスの成分は二酸化炭素及び水分であるので系外に排出される。この点、後述図５（ａ）〜（ｂ）、図６の態様でも同様である。
図５はＣＯ吸着剤容器により一酸化炭素が除去されたアノードオフガスを水素吸蔵体容器に導入して水素を吸着回収し、その吸着水素を脱着再生して高温作動燃料電池の燃料として再利用する態様例である。図４との関係で言えば、図４の態様例では水素吸蔵体容器から脱着された水素をＣＯ吸着剤容器のキャリアガスとして利用するが、図５の態様例では、水素吸蔵体容器から脱着された水素を、ＰＥＦＣ用の燃料として利用するとともに、ＣＯ吸着剤容器のキャリアガスとしても利用するものである。
この態様では、ＣＯ吸着剤容器のキャリアガスとして利用する水素は、ＰＥＦＣ用の燃料として利用する分だけ減ることになるが、水素吸蔵体容器からの再生水素をＣＯ吸着剤容器に吸着された一酸化炭素を脱着するためのパージガスとして利用することに変わりはなく、これにより一酸化炭素と水素の混合ガスを生成して粗改質ガスに混入することになるので、ＳＯＦＣユニットのアノードに供給するガス中、燃料成分として有効な一酸化炭素及び水素を高濃度に維持することができる。
図５（ａ）において、ＣＯ吸着剤容器Ａによる一酸化炭素の吸着が進み、一酸化炭素について吸着飽和状態、つまり破過点となる直前にＣＯ吸着剤容器Ａへのアノードオフガスの導入を止め、切替え弁ａ、ｂを操作する。これにより、アノードオフガスの流れを当該ＣＯ吸着剤容器Ａに併置したＣＯ吸着剤容器Ｂへ導入するように切り替えるが、ＣＯ吸着剤容器Ｂに続く水素吸蔵体容器Ｄも同時に切り替えられる。この切り替え後の状態、操作を図５（ｂ）に示している。
切り替え後における、ＣＯ吸着剤容器Ｂでの一酸化炭素の吸着過程、水素吸蔵体容器Ｄでの水素吸着過程は、前述ＣＯ吸着剤容器Ａ、水素吸蔵体容器Ｃでの過程と同様である。水素吸蔵体容器Ｃでの水素脱着過程、ＣＯ吸着剤容器Ａでの一酸化炭素のパージ過程、分岐しない分の水素をＰＥＦＣ用の燃料として利用する過程は、前述水素吸蔵体容器Ｄ、ＣＯ吸着剤容器Ｂでの過程と同様である。
すなわち、水素吸蔵体容器Ｃ、ＣＯ吸着剤容器Ａがそれぞれ水素、一酸化炭素の脱着過程にあるが、水素吸蔵体容器Ｃから脱着された水素を分岐してＣＯ吸着剤容器Ａに導入してＣＯ吸着剤容器Ｂからの一酸化炭素の脱着用のキャリアガスとして利用し、ＳＯＦＣユニットに供給している粗改質ガスに混入してＳＯＦＣユニットの燃料として利用する。水素吸蔵体容器Ｃからの水素のうちキャリアガスとして分岐しない分の水素はＰＥＦＣ用の燃料として利用する。
図６は、ＳＯＦＣシステム及びその熱交換構成に本発明に係るＣＯ吸着剤容器、水素吸蔵体容器をセットした態様例を示す図である。図６中、１００ｋＷ級のＳＯＦＣユニットをセットした場合の各箇所におけるおおよその温度を示している。なお、図６のとおり、熱交換器２、予備改質器、熱交換器１を経た燃焼排ガスは４００℃程度となるが、これは熱交換器２を経た燃焼排ガスの保有熱による予備改質器、熱交換器１での熱交換量をそのような温度となるように制御することによるものである。
図６において、脱硫済みの原燃料は、熱交換器１を経て予備改質器に導入され、別途設けられた水蒸気発生器（気化器、熱交換器５）からの水蒸気を供給して粗改質ガスを生成し、熱交換器２に導入される。粗改質ガスは、熱交換器２においてオフガス燃焼器からの燃焼ガスにより加熱され、ＳＯＦＣユニットのアノードつまりＳＯＦＣユニットを構成する各セルのアノードに供給される。
一方、ＳＯＦＣユニットにはブロワーを介して空気を供給する。ブロワーを経た空気は、順次熱交換器３、４で予熱され、ＳＯＦＣユニットのカソードつまりＳＯＦＣユニットを構成する各セルのカソードに供給される。ＳＯＦＣユニットから排出されるアノードオフガスとカソードオフガスをオフガス燃焼器で燃焼する。そして、その燃焼排ガスを熱交換器４、２を経て予備改質器に通すことにより予備改質用の熱源として利用し、さらに熱交換器１、３に通して原燃料、空気を予熱する。
それらの機器のうち、ＳＯＦＣユニット、オフガス燃焼器、熱交換器２、４、それらの配管系によりＳＯＦＣシステムを構成しており、それらの機器は通常断熱容器中に配置される。また、熱交換器１、３、予備改質器、気化器、熱交換器５、それらの配管系により予備改質システムを構成している。予備改質システムの温度は、ＳＯＦＣシステムの温度よりも低いが、なお高温であるので、それらの機器は必要に応じて断熱容器中に配置される。ここで「断熱容器中」とはそれらの機器を断熱材で被う場合を含む意味である。
本態様例においては、ＳＯＦＣユニットから排出されるアノードオフガスを分岐してＳＯＦＣシステム外に取り出し、ＣＯ吸着剤容器Ａ、Ｂにより一酸化炭素を吸着回収するか、あるいはＣＯ吸着剤容器Ａ、Ｂ、水素吸蔵体容器Ｃ、Ｄにより一酸化炭素及び水素を吸着回収して予備改質器を経た粗改質ガスに混入する。なお、予備改質器を経た粗改質ガスに混入するに代えて、予備改質器へ供給する原燃料に混合するようにしてもよく、図６にはこの場合を示している。
図６中Ｚとして示す枠内のＣＯ吸着剤容器Ａ、Ｂ、水素吸蔵体容器Ｃ、Ｄを含む部分であり、これを前述図４で言えば、図４（ａ）中同じくＺで示す枠内のＣＯ吸着剤容器Ａ、Ｂ、水素吸蔵体容器Ｃ、Ｄを含む部分に相当し、前述図５で言えば、図５（ａ）中同じくＺで示す枠内のＣＯ吸着剤容器Ａ、Ｂ、水素吸蔵体容器Ｃ、Ｄを含む部分に相当している。ＳＯＦＣユニットの作動時における操作、過程については前述図４（ａ）〜（ｂ）を基に説明したのと同様である。
また、水素吸蔵体容器から脱着した水素をＣＯ吸着剤容器からの一酸化炭素脱着用キャリアガスとして利用し、且つ、ＰＥＦＣ用の燃料として利用する場合には、図６中１点鎖線で示すようにＰＥＦＣを配置する。この場合は図５に示す態様に相当し、ＳＯＦＣユニットの作動時における操作、過程については図５（ａ）〜（ｂ）を基に説明したのと同様である。
なお、図４〜５では、ＳＯＦＣユニットに続き“アノードオフガス冷却器”を配置しているが、これを図６で言えば、図６の下部中央に示す“熱交換器５”と“気化器”が当該冷却器に相当している。図６において、熱交換器５を経たアノードオフガスは、気化器では水との向流熱交換により８０℃以下に低下するので、図４〜５中“冷却器”の箇所に示す冷却媒体が図６における気化器を経た８０℃以下に低下したアノードオフガスとなる。
以上のように、ＣＯ吸着剤と水素吸蔵体を併用して、ＣＯ吸着剤による一酸化炭素回収に続き、水素吸蔵体による水素の回収を行うことにより、一酸化炭素と水素の高い回収率が達成される。また、ＣＯ吸着剤からの一酸化炭素の脱着にはパージガスが必要なことから、パージガスとして水素が有効利用される。再生される一酸化炭素、水素の濃度は総量でほぼ１００％に近いので、ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣの燃料としてそのまま利用することができる。
本態様例では、水素回収工程として２個の水素吸蔵体容器を交互に切り替えて用いる例を示したが、３個以上を配置し順次切り替えるようにしてもよい。また、単一の水素吸蔵体容器とバッファタンクを組み合わせ、バッファタンクから後段の燃料電池等に連続的に高純度水素を供給しつつ、単一の水素吸蔵材料容器中の水素吸蔵材料により水素の吸蔵と放出を繰り返しながら、放出時のみバッファタンクに水素を溜めるようにしてもよい。この点、水素吸蔵体容器を使用する他の態様例についても同じである。
〈本発明（４）〜（６）、（１４）〜（１６）の態様〉
本発明（４）は、高温作動燃料電池の後段にＣＯ変成器を配置してアノードオフガス中の一酸化炭素を水素に変えることにより、アノードオフガス中の一酸化炭素濃度を低減するとともに水素濃度を相対的に高め、ＣＯ変成器を経たアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用することにより、高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させる高温作動燃料電池による発電方法であり、本発明（１４）は当該発電方法を実施するためのシステムである。
本発明（５）は、本発明（４）の構成に加えて、前記ＣＯ吸着剤により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガス中の水素を高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用することにより、燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させる高温作動燃料電池による発電方法であり、本発明（１５）は当該発電方法を実施するためのシステムである。
本発明（６）は、本発明（４）〜（５）の構成に加えて、前記ＣＯ吸着剤容器により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスを水素吸蔵体容器に導入して水素を吸着回収し、その吸着水素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するか、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用することにより、燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させる高温作動燃料電池による発電方法であり、本発明（１６）は当該発電方法を実施するためのシステムである。
図７〜８は、本発明（４）〜（６）、（１４）〜（１６）を説明する図で、ＳＯＦＣユニットのアノードオフガス中の一酸化炭素濃度が比較的高い場合に、ＳＯＦＣユニットとアノードオフガス冷却器との間にＣＯ変成器を配置する態様例を示す図である。前述図４〜５に示す構成に対しては、アノードオフガス冷却器の直前にＣＯ変成器を配置している点で異なり、他の構成、操作は前述図４〜５に示す構成、操作と同様である。
ＣＯ変成器においては、一酸化炭素濃度を通常１％（容量％）まで低減させることができる。このため、その後段に配置するＣＯ吸着剤容器でのＣＯ吸着剤の量を減らすことができる。また、ＣＯ変成器においては、ここで低減させた一酸化炭素の分だけ水（水蒸気）との反応で水素に変換されるため（ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2）、相対的に水素量を増加させ、図７のようにＰＥＦＣを併置する場合にはその分ＰＥＦＣへ供給する燃料水素量を増加させることができる。
図８は、実機レベルあるいは実機レベルに近い１００ｋＷ級のＳＯＦＣユニットをセットしたＳＯＦＣシステム及びその熱交換構成に本発明に係るＣＯ変成器、ＣＯ吸着剤容器、水素吸蔵体容器をセットした態様例を示す図である。図８は、前述図６に示す構成に対しては、図８中※印で示す［ＣＯ変成器］を配置している点で異なる。他の構成は図６に示す構成と同じで、その操作等についても前述図６の態様例と同様である。
ＣＯ変成器でのＣＯ変成温度は、使用する変成触媒の種類にもよるが、おおよそ１８０〜３００℃程度であるので、その加熱源として、例えば（ａ）熱交換器１を経た燃焼排ガスを分岐して使用する、（ｂ）ＳＯＦＣユニットから排出され、熱交換器５で３００℃程度以下に冷却したアノードオフガスを分岐して使用する、など適宜の熱源を利用することができる。
〈ＭＣＦＣを使用する場合独特の態様〉
高温作動燃料電池としてＭＣＦＣを使用する場合においては、二酸化炭素（ＣＯ2）をＣＯ吸着剤容器からの一酸化炭素のパージガスとしてリサイクルして利用することができる。図９に示すように、水素吸蔵体容器から排出される二酸化炭素をパージガスとしてＣＯ吸着剤容器に供給し、吸着一酸化炭素を脱着して粗改質ガスに混入し、ＭＣＦＣの燃料として再利用する。これにより発電効率をさらに向上させることができる。なお、図９はこの態様を単純化して説明するためのものである。
〈本発明における変形態様〉
本発明においては、以上の態様のほか、各種変形態様が可能である。
〈変形態様１〉
以上では、ＣＯ吸着剤の吸着／再生及び水素吸蔵体からの水素吸蔵／水素放出の切り替え操作を主として温度の昇降つまり温度スイングにより行う態様を例に説明したが、これらの切り替えを圧力の昇降つまり圧力スイングのみにより行ってもよく、温度スイングと圧力スイングの両者を適宜組み合わせて行うこともできる。
〈変形態様２〉
以上では、ＣＯ吸着剤の再生及び水素吸蔵体からの水素放出を温度スイングで行う場合の熱源として、高温作動燃料電池からの排熱を用いる態様を例に説明したが、予備改質器での燃焼排ガスの顕熱、ＣＯ吸着剤容器における一酸化炭素回収時に発生する熱、水素吸蔵体容器における水素回収時に発生する熱、またはこれらのいずれか２種以上を利用して行うこともできる。また、ＣＯ吸着剤の再生時の熱源として水素吸蔵体容器で発生する熱を用いてもよく、水素吸蔵体からの水素放出用の熱源としてＣＯ吸着剤容器からの一酸化炭素回収時に発生する熱を用いることもできる。
そのうち、上記予備改質器での燃焼排ガスの顕熱の利用例について言えば、予備改質器は概略、バーナあるいは燃焼触媒を配置した燃焼部と改質触媒を配置した改質部とで構成され、燃焼部で燃料を空気により燃焼して発生した燃焼熱を改質部に供給することにより原燃料が水蒸気と反応して粗改質ガスを生成するが、ここでの利用済み燃焼排ガスをＣＯ吸着剤の再生及び水素吸蔵体からの水素放出を温度スイングで行う場合の熱源として利用するものである。
〈変形態様３〉
また、ＣＯ吸着剤からの吸着一酸化炭素の脱着、回収時、すなわちその再生時及び水素吸蔵体からの水素脱着時に減圧器を用いて常圧まで減圧してもよく、さらにその効率を向上させるために真空ポンプ等を用いて負圧まで減圧してもよい。
以上、主として都市ガスを例に説明したが、原燃料としては、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭化水素系気体燃料、これらの二種以上の混合ガス、天然ガス、石油ガス、石炭ガス、発生炉ガス、水性ガス、高炉ガス、石油分解ガスなどの気体燃料、ガソリン、軽油、灯油、ディーゼル油などの炭化水素系液体燃料、ジメチルエーテルなどのエーテル系液体燃料、メタノールやエタノールなどのアルコール系液体燃料、各種有機性廃棄物のメタン発酵や木材チップなどのガス化により得られるバイオマス燃料のほか、それら気体燃料、液体燃料の二種以上の混合燃料、すなわち二種以上の気体燃料の混合燃料、ガソリンとエタノールの混合物などの二種以上の液体燃料の混合燃料、少なくとも一種の気体燃料と少なくとも一種の液体燃料の混合燃料なども用いられる。
また、ＳＯＦＣには平板積層型、円筒型、その他各種形式があるが、本発明はそれらいずれの形式のＳＯＦＣにも適用できるものである。
本発明の前提となる高温作動燃料電池システムを説明する図 本発明においてその前提となる事実、作用効果を説明する図 本発明（１）〜（２）、（１１）〜（１２）を説明する図 本発明（３）、（１３）を説明する図 本発明（３）、（１３）を説明する図 ＳＯＦＣシステム及びその熱交換構成に本発明に係るＣＯ吸着剤容器、水素吸蔵体容器をセットした態様例を示す図 本発明（４）〜（６）、（１４）〜（１６）を説明する図 ＳＯＦＣシステム及びその熱交換構成に本発明に係るＣＯ変成器、ＣＯ吸着剤容器、水素吸蔵体容器をセットした態様例を示す図 ＭＣＦＣを使用する場合独特の態様を説明する図
符号の説明
１〜３ 熱交換器

Claims (16)

  1. 一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電方法であって、（ａ）高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用することにより、（ｂ）高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする高温作動燃料電池による発電方法。
  2. 一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電方法であって、（ａ）高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用し、（ｂ）前記ＣＯ吸着剤により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスであるところの、不純物として二酸化炭素及び水を含有する水素を、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用することにより、
    （ｃ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする高温作動燃料電池による発電方法。
  3. 一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電方法であって、（ａ）高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用し、（ｂ）前記ＣＯ吸着剤容器により一酸化炭素を吸着回収ことで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスを水素吸蔵体容器に導入して水素を吸着回収し、その吸着水素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するか、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用することにより、（ｃ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする高温作動燃料電池による発電方法。
  4. 一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電方法であって、（ａ）高温作動燃料電池の後段にＣＯ変成器を配置してアノードオフガス中の一酸化炭素を水素に変えることにより、アノードオフガス中の一酸化炭素濃度を低減するとともに水素濃度を相対的に高め、（ｂ）前記ＣＯ変成器を経たアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用することにより、（ｃ）高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする高温作動燃料電池による発電方法。
  5. 一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電方法であって、（ａ）高温作動燃料電池の後段にＣＯ変成器を配置してアノードオフガス中の一酸化炭素を水素に変えることにより、アノードオフガス中の一酸化炭素濃度を低減するとともに水素濃度を相対的に高め、（ｂ）前記ＣＯ変成器を経たアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用し、（ｃ）前記ＣＯ吸着剤により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガス中の水素を高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用することにより、（ｄ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする高温作動燃料電池による発電方法。
  6. 一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電方法であって、（ａ）高温作動燃料電池の後段にＣＯ変成器を配置してアノードオフガス中の一酸化炭素を水素に変えることにより、アノードオフガス中の一酸化炭素濃度を低減するとともに水素濃度を相対的に高め、（ｂ）前記ＣＯ変成器を経たアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用し、（ｃ）前記ＣＯ吸着剤容器により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスを水素吸蔵体容器に導入して水素を吸着回収し、その吸着水素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するか、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用することにより、（ｄ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする高温作動燃料電池による発電方法。
  7. 請求項６に記載の高温作動燃料電池による発電方法において、前記高温作動燃料電池が溶融炭酸塩形燃料電池であり、前記水素吸蔵体容器により水素を回収した残りのアノードオフガスである二酸化炭素を前記溶融炭酸塩形燃料電池のアノードにリサイクルすることを特徴とする高温作動燃料電池による発電方法。
  8. 請求項３または６に記載の高温作動燃料電池による発電方法において、前記水素吸蔵体容器からの再生水素をＣＯ吸着剤容器における一酸化炭素脱着用のパージガスに兼用し、一酸化炭素と水素の混合ガスを生成して燃料ガスを高濃度に維持することを特徴とする高温作動燃料電池による発電方法。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の高温作動燃料電池による発電方法において、ＣＯ吸着剤容器からの一酸化炭素の脱着再生に、高温作動燃料電池の排熱、アノードオフガス冷却器の排熱、ＣＯ変成器の排熱、高温作動燃料電池以外の燃料電池または他の発電手段からの排熱を利用することを特徴とする高温作動燃料電池による発電方法。
  10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の高温作動燃料電池による発電方法において、前記高温作動燃料電池が固体酸化物形燃料電池または溶融炭酸塩形燃料電池であることを特徴とする高温作動燃料電池による発電方法。
  11. 一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電システムであって、（ａ）高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するようにしてなることにより、（ｂ）高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする高温作動燃料電池による発電システム。
  12. 一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電システムであって、（ａ）高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するようにし、（ｂ）前記ＣＯ吸着剤により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスであるところの、不純物として二酸化炭素及び水を含有する水素を、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用するようにしてなることにより、（ｃ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする高温作動燃料電池による発電システム。
  13. 一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電システムであって、（ａ）高温作動燃料電池のアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するようにし、（ｂ）前記ＣＯ吸着剤容器により一酸化炭素を吸着回収ことで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスを水素吸蔵体容器に導入して水素を吸着回収し、その吸着水素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するか、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用するようにしてなることにより、（ｃ）燃料電池全体での燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする高温作動燃料電池による発電システム。
  14. 一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電システムであって、（ａ）高温作動燃料電池の後段にＣＯ変成器を配置してアノードオフガス中の一酸化炭素を水素に変えることにより、アノードオフガス中の一酸化炭素濃度を低減するとともに水素濃度を相対的に高め、（ｂ）前記ＣＯ変成器を経たアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するようにしてなることにより、（ｃ）高温作動燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする高温作動燃料電池による発電システム。
  15. 一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電システムであって、（ａ）高温作動燃料電池の後段にＣＯ変成器を配置してアノードオフガス中の一酸化炭素を水素に変えることにより、アノードオフガス中の一酸化炭素濃度を低減するとともに水素濃度を相対的に高め、（ｂ）前記ＣＯ変成器を経たアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するようにし、（ｃ）前記ＣＯ吸着剤により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガス中の水素を高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用するようにしてなることにより、（ｄ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする高温作動燃料電池による発電システム。
  16. 一酸化炭素及び水素を燃料とする高温作動燃料電池による発電システムであって、（ａ）高温作動燃料電池の後段にＣＯ変成器を配置してアノードオフガス中の一酸化炭素を水素に変えることにより、アノードオフガス中の一酸化炭素濃度を低減するとともに水素濃度を相対的に高め、（ｂ）前記ＣＯ変成器を経たアノードオフガスを冷却した後に、ＣＯ吸着剤容器に導入して一酸化炭素を吸着回収し、その吸着一酸化炭素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するようにし、（ｃ）前記ＣＯ吸着剤容器により一酸化炭素を吸着回収することで一酸化炭素が除去されたアノードオフガスを水素吸蔵体容器に導入して水素を吸着回収し、その吸着水素を脱着再生して同一の又は別の高温作動燃料電池の燃料として再利用するか、高温作動燃料電池とは別の燃料電池の燃料として利用するようにしてなることにより、（ｄ）燃料電池全体の燃料利用率を改善しつつ発電効率を向上させることを特徴とする高温作動燃料電池による発電システム。
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