JP5446805B2 - 燃料電池システムおよびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は一般に燃料電池に係り、特に発電に伴い二酸化炭素（ＣＯ₂）を排出する形式の燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。

近年、地球温暖化防止技術として燃料電池が注目されている。燃料電池は熱機関と異なり、化学エネルギを直接に電気エネルギに変換でき、高い発電効率を実現でき、エネルギ消費を低減することができると考えられている。

大規模発電が可能な燃料電池として、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）及び溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）が知られている。これらの燃料電池は反応温度が高いが、水素ガスの他に天然ガスや石炭ガスを燃料として使うことができ、さらにＣＯガスも燃料として利用できる特長を備えている。

そこで、例えば固体酸化物型燃料電池においては、石炭から発生させた炭化水素ガスやＣＯガス、さらに有機廃棄物を醗酵させて生成したメタン（ＣＨ_４）ガス等の炭化水素を原料ガスとして使用することが試みられている。

一方、このような固体酸化物型燃料電池あるいは溶融炭酸塩型燃料電池では、排気ガス中にＣＯ_２が含まれるため、ＣＯ_２排出による地球温暖化を防止すべく、エネルギ効率を向上させ、ＣＯ_２の排出量を低減する様々な提案がなされている。

例えば特許文献１には、排気ガス中に含まれるＣＯ_２を電気分解や光電気分解により、炭化水素やアルコールなどに還元し、再利用する方法が提案されている。また特許文献２には、メタン菌などの細菌を利用してＣＯ₂をメタンなどの炭化水素に還元し、再利用する技術も提案されている。

特開平０４−０６５０６６号公報 特開２００４−１９２８２４号公報

しかし、上記特許文献１による提案は、ＣＯ_２を電気分解により炭化水素まで還元しており、ＣＯ_２の還元に大きなエネルギを必要とする。このためエネルギ収支の点で見ると、必ずしもエネルギ消費量の低減に有効ではない。

また上記特許文献２による提案では、ＣＯ_２還元に生ごみの保管庫、醗酵槽、或いは、ガス精製装置が必要になりシステム構成が複雑化するとともに、醗酵槽等の維持管理に特別の注意が必要になるという問題がある。

好ましい実施形態による燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスを供給されて発電を行い、前記発電の結果ＣＯ_２を含む排気ガスを排出する燃料電池と、前記排気ガスを供給され、前記排気ガス中のＣＯ_２をＣＯに還元するＣＯ抽出部と、前記還元されたＣＯを燃料ガスの一部として前記燃料電池に供給するＣＯリサイクル部と、を備え、前記ＣＯ抽出部は、前記排気ガスを供給される処理容器中に配設され酸素欠損を有するペロブスカイト酸化物よりなるＣＯ_２吸着部材を含み、前記ＣＯ抽出部は、前記ＣＯ ₂ 吸着部材を加熱および冷却する加熱／冷却部を含む。

上記好ましい実施形態によれば、簡単な構成で、かつ従来の電気分解法などのように外部エネルギを投入することなく燃料電池から排出されるＣＯ_２をＣＯに還元でき、これを燃料の一部として再利用することにより、燃料電池システムにおいて高いエネルギ収支を実現できる。また燃料電池の廃熱を利用して発電を行ったり、再利用できなかったＣＯ₂を使ってバイオエタノールなど植物性燃料の原料となる藻類などを培養したりすることにより、発電に伴うＣＯ_２の排出量を低減させることができ、地球温暖化防止に貢献することができる。

第１の実施形態による燃料電池システムの構成を示す図である。 図１の燃料電池システムにおいて実行させるＣＯ_２の吸着分解サイクルの原理を示すフローチャートである。 図１の燃料電池システムにおけるＣＯ_２吸着／分解槽の構成を示す図である。 図３のＣＯ_２吸着／分解槽４０_１において使われるＣＯ_２吸着部材の構成を示す拡大図である。 図１の燃料電池システムにおける第１の排気ガス処理系統の動作と第２の排気ガス処理系統の動作のタイミングを示す図である。 図１の燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態によるＣＯ_２吸着部材の構成を示す図である。 第２の実施形態の一変形例を示す図である。 第３の実施形態による燃料電池システムの動作状態を示す図である。 第３の実施形態による燃料電池システムの動作状態を示す図である。 第３の実施形態による燃料電池システムの動作状態を示す図である。 第３の実施形態による燃料電池システムの動作状態を示す図である。 第４の実施形態による燃料電池システムの構成を示す図である。 図１３の燃料電池システムで使われる藻類の培養槽の構成を示す図である。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態による燃料電池システム１００の概要を示す。

図１を参照するに、前記燃料電池システム１００は燃料電池３０を備えており、前記燃料電池３０は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）あるいは溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）の燃料電池である。

前記燃料電池３０は電解質３０_３を空気極（アノード）３０_１および燃料極（カソード）３０_２で挟持した構成を有する。前記燃料電池３０が固体酸化物型燃料電池の場合には、前記電解質３０_３として、安定化ジルコニアなどの酸化物が使われる。また溶融炭酸塩型燃料電池の場合には、前記電解質３０_３として、炭酸リチウムや炭酸ナトリウムなどの溶融塩が使われる。実際の燃料電池では、電解質３０_３を空気極３０_１および燃料極３０_２で挟持した構成のセルを多数、図示しないセパレータを介して積層して使われることが多い。

前記燃料電池３０は、前記空気極３０_１に空気などの酸化ガスを、フィルタ３５および空気ライン３５ａを介して供給され、また前記燃料極３０_２に天然ガスや石油ガスなどの燃料を、フィルタ３４および燃料ライン３４ａを介して供給されることで、発電を行う。

前記燃料電池３０内では、例えば前記燃料ガスとしてメタンＣＨ_４を含むガスを供給しまた前記酸化ガスとして空気を供給した場合、空気中の酸素との反応
ＣＨ_４＋２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ （１）
が生じ、発電がなされる。この反応は、前記燃料電池として固体酸化物型の燃料電池を使う場合、一般に８００℃〜１０００℃の高温で行われる。また前記燃料電池として溶融炭酸塩型の燃料電池を使う場合には、上記反応は、６００℃〜７００℃の、やはり高温下で行われる。

一方、上記の固体酸化物型燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池では、一酸化炭素（ＣＯ）を燃料として使うことも可能で、この場合には、空気中の酸素との反応
ＣＯ＋１／２Ｏ_２→ＣＯ_２ （２）
により、所望の発電がなされる。この場合にも、発電反応は、先に述べたような高温下でなされる。前記反応（１）と反応（２）は同時に行うことが可能である。

上の反応式よりわかるように、固体酸化物型燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池では、天然ガスや石油ガス、一酸化炭素など炭素を含むガスを燃料とするのに伴って、反応生成物としてＣＯ_２が発生する。発生したＣＯ_２は、高温の排気ガスの形で燃料電池３０から排出される。

発生した高温の排気ガスはエネルギを有しているため、図１の燃料電池システム１００では、前記空気ライン３５ａに熱交換器３１_１を、また燃料ライン３４ａに熱交換器３１_２を設け、前記熱交換器３１_１および３１_２に前記高温の排気ガスを供給することで、前記空気ライン３５ａを供給される空気、および前記燃料ライン３４ａを供給される燃料ガスを、前記燃料電池３０に注入される前に加熱している。

前記熱交換器３１_１および３１_２を通過して冷却された排気ガスは、コールドトラップなどのＨ_２Ｏ分離器３２に導かれ、水が分離される。前記Ｈ_２Ｏ分離器３２にはバルブＶ_Ｈが設けられ、前記バルブＶ_Ｈを定期的に開くことにより、分離された水が系外へと排出される。

さらに図１の燃料電池システム１００は、前記燃料電池３０から排出される高温のＣＯ_２を主とする排気ガスからＣＯガスを抽出するＣＯ抽出部を備え、前記ＣＯ抽出部は、このようにして抽出されたＣＯガスを、燃料として再利用する。その結果、図１の燃料電池システム１００は高いエネルギ効率を実現している。

以下、前記ＣＯ抽出部の構成について説明する。

図１を参照するに、前記ＣＯ抽出部は、前記燃料電池３０の排気ガスが供給されるＣＯ_２吸着／分解槽４０_１および４０_２を含み、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１および４０_２には、前記Ｈ_２Ｏ分離器３２においてＨ_２Ｏを分離された排気ガスが、それぞれバルブＶｆ_１およびバルブＶｆ_２を介して供給される。

前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１および４０_２は前記排気ガス中のＣＯ_２から一酸化炭素（ＣＯ）ガスを抽出する。このようにして抽出されたＣＯガスは、ポンプ３６_１およびバルブＶｅ_１、あるいはポンプ３６_２およびバルブＶｅ_２を介してＣＯ貯蔵タンク３３に回収・蓄積される。前記ＣＯ貯蔵タンク３３に回収されたＣＯガスは、前記燃料ライン３４ａに設けられた注入部３３Ａにおいて、前記フィルタ３４を通過し前記燃料電池３０へと給送される燃料ガスに、追加の燃料として注入され、リサイクルされる。

図２は、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１および４０_２においてなされるＣＯ_２の吸着分解サイクルの概要を示すフローチャート、図３は、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１の構成を示す図、図４は、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１において使われるＣＯ_２吸着部材２０_１の構成を示す拡大図である。なおＣＯ_２吸着／分解槽４０_２は前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１と同一の構成を有しており、説明を省略する。

最初に図３を参照するに、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１は例えばステンレスや銅、ニッケル合金などよりなる容器１０_１を有し、前記容器１０_１中の処理空間にはＣＯ_２吸着部材２０_１が収納されている。また前記容器１０_１には、前記ＣＯ_２吸着部材２０_１に前記燃料電池３０からの排気ガスを供給する通路よりなる排気ガス供給部１１_１が形成されている。さらに前記容器１０_１には、前記燃料電池３０からの排気ガスにより前記ＣＯ_２吸着部材２０_１を所定の温度に加熱する熱交換器１２_１が設けられている。

前記ＣＯ_２吸着部材２０_１は、供給された排気ガス中のＣＯ_２分子を吸着し、これを一酸化炭素分子と酸素原子とに分解する。すなわち前記ＣＯ_２吸着部材２０_１では、式
ＣＯ_２→ＣＯ＋１／２Ｏ_２
で表されるＣＯ_２の分解・還元反応が生じる。

同様に前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_２は例えばステンレスよりなる容器１０_２を有し、前記容器１０_２内にはＣＯ_２吸着部材２０_２が収納されている。また前記容器１０_２には、前記ＣＯ_２吸着部材２０_２に前記燃料電池３０からの排気ガスを供給する排気ガス供給部１１_２が形成されている。さらに前記容器１０_２には、前記燃料電池３０からの排気ガスにより前記ＣＯ_２吸着部材２０_２を所定の温度に加熱する熱交換器１２_２が設けられている。前記ＣＯ_２吸着部材２０_２は、供給された排気ガス中のＣＯ_２分子を吸着し、これを一酸化炭素分子と酸素原子とに分解する。すなわち前記ＣＯ_２吸着部材２０_２でも、式
ＣＯ_２→ＣＯ＋１／２Ｏ_２
で表されるＣＯ_２の分解・還元反応が生じる。

図３の構成において前記ＣＯ_２吸着部材２０_１およびＣＯ_２吸着部材２０_２は、平板状の部材を所定の間隔で積層したものであってもいが、後の実施形態で説明するように、円柱形状あるいは角柱形状の部材であってもよい。

図４は、前記ＣＯ_２吸着部材２０_１の詳細な構成を示す。前記ＣＯ_２吸着部材２０_２も同様な構成を有しており、説明は省略する。

図４を参照するにＣＯ_２吸着部材２０_１は、好ましくは多孔体よりなど大きな表面積を有する基体２１を備え、前記基体２１上には、ＳｒＴｉＯ_３やＰＺＴなど、酸素欠損２３を有し好ましくはペロブスカイト型構造を有する金属酸化物膜が、ＣＯ_２吸着剤２２として、例えば１ｎｍ〜１μｍの膜厚に形成されている。例えば前記ＣＯ_２吸着剤２２がＳｒＴｉＯ_３より構成されている場合、前記ＣＯ₂吸着剤２２は一般に式Ｓｒ_１−ｘＴｉ_１−ｙＯ_３−ｚで表される非化学量論組成を有するが、図１の燃料電池システム１００への適用においては、特に組成パラメータｚが0.1以上で多量の酸素欠損を含んでいるのが好ましい。また前記ＣＯ_２吸着剤２２としては、ＳｒＴｉＯ_３やＰＺＴの他にも、ＢａＴｉＯ_３やＢａＳｒＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃、ＣａＭｎＯ₃など、他のペロブスカイト構造の金属酸化物を使うことが可能である。また前記基体２１としては、多孔質シリカや珪藻土を焼成したものを使うことが可能である。

ここで図２のフローチャートを参照するに、工程１において前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１あるいはＣＯ_２吸着／分解槽４０_２を構成する容器１０にＣＯ_２分子２４を含む排気ガスが供給される。以下の説明は、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１だけについて行い、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_２については同様であるので省略する。

すると工程２として示すように、ＣＯ_２分子２４を構成する酸素原子の一方が前記酸素欠損２３に捕獲される。すなわち、工程２において前記ＣＯ₂分子２４は、前記ＣＯ_２吸着剤２２に吸着される。その際工程１，２では、前記ＣＯ_２吸着剤２２の温度は、前記熱交換器１２に空気を供給することにより、室温に設定しておく。ただし前記工程２は、室温〜１００℃の温度範囲であれば、実行可能である。以下、前記工程１を「導入工程」、前記工程２を「吸着工程」と称する。

なお前記排気ガスを導入するため、また以下に説明する他の工程のため、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１および４０_２には、ポンプ３６_１および３６_２がそれぞれ設けられている。例えば図２の導入工程では、前記ポンプ３６_１を駆動して前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１の容器１０を排気することにより、前記Ｈ_２Ｏ分離器３２を通過した排気ガスが前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１に導入される。

次に工程３において前記ＣＯ_２吸着剤２２の温度をより高い２００℃〜３００℃の温度に昇温し、さらに前記ＣＯ₂吸着剤２２が配設されている処理空間の圧力を、前記ポンプ３６_１あるいは３６_２により０．１Ｐａ〜０．５Ｐａ程度まで減圧する。その結果、前記ＣＯ_２分子２４は前記酸素欠損２３に捕獲された酸素原子とＣＯ分子２５に分解し、ＣＯ_２からＣＯが遊離する。すなわちＣＯ_２はＣＯへと還元され、ＣＯ_２からＣＯが抽出される。このようにして抽出されたＣＯガスは、先にも説明したように前記ＣＯ貯蔵タンク３３に回収される。例えば前記ポンプ３６_１を駆動することにより、抽出されたＣＯガスは前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１の容器１０から前記ＣＯ貯蔵タンク３３へと送られ、回収される。以下、前記工程３を「分解工程」と称する。

前記分解工程では前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１のＣＯ_２吸着剤２２は、前記熱交換器１２_１に前記燃料電池３０からの高温排気ガスを、流量を制御して供給することにより、前記２００℃〜３００℃の温度に調整される。前記燃料電池３０がＳＯＦＣである場合、前記高温排気ガスは約８００℃の温度を有する。また前記燃料電池３０がＭＣＦＣである場合、前記高温排気ガスは約７００℃の温度を有する。

さらに前記ＣＯ₂吸着剤２２に吸着されたＣＯ_２分子２４が実質的に全て分解すると、図２の工程４において前記容器１０は前記ポンプ３６_１により真空排気され、前記ＣＯ_２吸着剤２２は、好ましくは前記高温排気ガスの温度、あるいはそれよりやや低い６００℃〜７００℃の高温に加熱される。その結果、前記酸素欠損２３に捕獲されていた酸素原子が放出され、酸素分子Ｏ_２２６の形で、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１，４０_２から除去される。以下、工程４を「再生工程」と称する。

前記再生工程では前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１のＣＯ_２吸着剤２２は、前記熱交換器１２_１に前記燃料電池３０からの高温の排気ガスを最大流量で供給することにより、前記６００℃〜７００℃の温度に加熱される。

そこで再び工程１に戻り上記のプロセスを繰り返すことにより、前記燃料電池３０の排気ガス中のＣＯ_２からＣＯを繰り返し抽出し、これを燃料として再利用することにより、燃料電池３０のエネルギ収支を大きく向上させることが可能となる。

説明は省略するが、同様な「導入工程」、「吸着工程」、「分解工程」、「再生工程」は、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_２においても同様にして実行される。その際、図１の燃料電池システム１００では、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１，４０_２は交互に動作させるのが好ましい。

すなわち図５のフローチャートに示すように、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１が、室温（ＲＴ）で実行され、従って熱交換器１２_１に前記燃料電池３０の高温排気ガスを供給する必要のない前記導入工程および吸着工程を行っている間に、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_２では、熱交換器１２_２に燃料電池３０の高温排気ガスを供給する必要のある分解工程および再生工程が実行されている。また前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_２が、室温（ＲＴ）で実行され、従って熱交換器１２_２に前記燃料電池３０の高温排気ガスを供給する必要のない前記導入工程および吸着工程を行っている間に、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１では、熱交換器１２_１に燃料電池３０の高温排気ガスを供給する必要のある分解工程および再生工程が実行されている。

このように前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１，４０_２を交互に動作させることにより、前記燃料電池３０から排出される高温排気ガスの熱を有効に利用することができ、前記分解工程や再生工程を、外部エネルギや、発電した電力を使うことなく、高いエネルギ効率で実行することができる。

このために図１の燃料電池システム１００では、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１を含む第１の排気ガス処理系統にバルブＶａ_１〜Ｖｇ_１を設け、また前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_２を含む第１の排気ガス処理系統にバルブＶａ_２〜Ｖｇ_２を設けている。

以下、バルブＶａ_１〜Ｖｇ_１について説明する。

前記バルブＶａ_１は前記燃料電池３０の排気口３０ｅと前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１の熱交換器１２_１の入口／出口ポート１２ａ_１との間に設けられ、これに対応して前記熱交換器１２_１の反対側の出口／入口ポート１２ｂ_１には、前記熱交換器１２_１を通過した排気ガスを前記熱交換器３１_１の排気ガス入口ポート３１ａ_１に供給するバルブＶｃ_１が設けられている。ここで前記熱交換器３１_１の排気ガス入口ポート３１ａ_１は、前記燃料電池３０の排気ガスが前記排気ポート３０ｅから直接に供給されるポートである。

また前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１では、前記空気ライン３５ａと前記熱交換器１２_１の出口／入口ポート１２ｂ_１に、前記空気ライン３５ａ中の空気を前記熱交換器１２_１に供給するバルブＶｇ_１が設けられ、また前記熱交換器１２_１の入口／出口ポート１２ａ_１には、前記熱交換器１２_１を通過した空気を前記熱交換器３１_１の空気入口ポート３１ｃ_１に供給するバルブＶｂ_１が設けられている。前記空気入口ポート３１ｃ_１は、前記空気ライン３５ａが接続され空気が供給されるポートである。

そこで前記バルブＶａ_１およびＶｃ_１を開くと、前記燃料電池３０の排気ポート３０ｅから排出された排気ガスの一部が前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１の熱交換器１２_１を通り、前記熱交換器３１_１の排気ガス入口ポート３１ａ_１に送られ、前記排気ポート３０ｅから直接に前記排気ガス入口ポート３１ａ_１に供給される排気ガスに加えられる。

また前記バルブＶｇ_１およびＶｂ_１を開くことにより、前記空気ライン３５ａ中の空気が前記熱交換器１２_１を通って前記熱交換器３１_１に供給され、加熱された後、反対側の空気出口ポート３１ｄから、前記燃料電池３０の空気極３０_１へと供給される。その際、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１では前記ＣＯ_２吸着部材２０_１の温度が室温に設定される。

また図１の燃料電池システム１００では、前記熱交換器３１_１の排気ガス出口ポート３１ｂより前記排気ガスがコールドトラップよりなる前記Ｈ_２Ｏ分離器３２に送られ、水を分離した後、先に説明したようにバルブＶｆ_１を介して前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１に供給される。前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１では前記排気ガスは、前記ＣＯ_２吸着部材２０_１に設けられた排気ガス供給部１１_１に供給される。

また前記抽出工程において前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１で抽出されたＣＯガスは、前記ポンプ３６_１およびバルブＶｅ_１を介して前記ＣＯ貯蔵タンク３３へ供給され、回収される。

さらに前記再生工程において前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１で放出されたＯ_２ガスは、前記ポンプ３６_１および別のバルブＶｄ_１を介して系外へと排出される。

同様に図１の燃料電池システム１００では、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_２を含む第２の排気ガス処理系統にバルブＶａ_２〜Ｖｇ_２が設けられており、また前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_２を含む第１の排気ガス処理系統にバルブＶａ_２〜Ｖｇ_２を設けている。

前記バルブＶａ_２〜Ｖｇ_２については、前記バルブＶａ_１〜Ｖｇ_１場合と同様であり、説明を省略する。

表１は、前記図５のフローチャートに対応した、前記バルブＶａ_１〜Ｖｇ_１およびバルブＶａ_２〜Ｖｇ_２の開閉シーケンスを示す。以下のバルブＶａ_１〜Ｖｇ_１およびバルブＶａ_２〜Ｖｇ_２の開閉シーケンスは、図１に概略的に示した制御装置１０１により制御される。前記制御装置１０１は、制御プログラムをロードされたコンピュータより構成されるのが好ましい。

表１を参照するに、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１の導入工程では、前記バルブＶａ_１，Ｖｃ_１，Ｖｅ_１が閉じられ、この状態でバルブＶｂ_１およびＶｇ_１が開かれる。その結果、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１の熱交換器１２_１に前記空気ライン３５ａ中の空気が供給され、前記ＣＯ２吸着部材２０_１の温度が室温に設定される。さらにこの状態でバルブＶｄ_１を開きポンプ３６_１を駆動し、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１において前記容器１０_１の内部を排気して、０．０１気圧〜０．１気圧程度の圧力に減圧する。さらにこの状態でバルブＶｆ_１を開くことにより、前記Ｈ_２Ｏ分離器３２を通過した排気ガスが前記容器１０_１中に流入し、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１を充填する。

次に前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１の吸着工程では前記バルブＶａ_１，Ｖｃ_１，Ｖｄ_１が閉じられる。この状態で引き続きバルブＶｂ_１およびＶｇ_１を開いておくことにより、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１の熱交換器１２_１に前記空気ライン３５ａ中の空気が供給され、前記ＣＯ２吸着部材２０_１の温度が室温に維持される。さらにこの状態で前記バルブＶｄ_１およびＶｆ_１が閉じられる。この状態で、前記容器１０_１に導入されたＣＯ_２ガスが、前記ＣＯ_２吸着部材２０_１のＣＯ_２吸着材２２に吸着される。

次に前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１の分解工程では前記バルブＶａ_１，Ｖｃ_１が開かれＶｂ_１およびＶｇ_１が閉じられることにより、前記熱交換器１２１に前記燃料電池３０の排気ガスが導入され、前記ＣＯ２吸着部材２０_１の温度が２００℃〜３００℃に設定される。この状態でバルブＶｄ_１およびバルブＶｆ_１を閉じたままバルブＶｅ_１を開き、ポンプ３６_１を駆動することにより、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１で抽出されたＣＯガスが前記ＣＯ貯蔵タンク３３に供給される。前記分解工程では、前記バルブＶａ_１，Ｖｃ_１の開度を調整することにより、前記ＣＯ２吸着部材２０_１の温度を２００℃〜３００℃に設定することができる。

次に前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１の再生工程では、前記バルブＶａ_１，Ｖｃ_１を開きバルブＶｂ_１，Ｖｆ_１，Ｖｇ_１を閉じたまま、バルブＶｅ_１を閉じバルブＶｄ_１を開く。さらに前記ポンプ３６_１を駆動することにより、前記容器１０_１内の処理空間を０．０１気圧〜０．１気圧の圧力まで減圧する。これにより前記ＣＯ_２吸着部材２０_１に吸着していた酸素原子が前記処理空間へと放出され、放出された酸素原子は酸素ガスとして系外へと放出される。これにより前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１において、前記ＣＯ_２吸着部材２０_１の再生がなされる。このようにして得られた酸素ガスを系外に排出する代わりに前記空気ライン３５ａに戻し、燃料電池３０の空気極３０_１に再び供給してもよい。

また表１のプロセスでは、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１において導入工程が行われている間、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_２においてはバルブＶｂ_２，Ｖｄ_２，Ｖｆ_２およびＶｇ_２が閉じられバルブＶａ_２，Ｖｃ_２，Ｖｅ_２が開かれることにより、ＣＯ_２の分解工程が行われている。

また表１のプロセスでは、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１において吸着工程がなされている間、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_２においてはバルブＶｂ_２，およびＶｅ_２，Ｖｆ_２およびＶｇ_２が閉じられバルブＶａ_２，Ｖｃ_２，Ｖｄ_２が開かれることにより、前記ＣＯ２吸着部材２０_２の再生工程が行われている。

また表１のプロセスでは、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１において分解工程が行われている間、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_２においてはバルブＶａ_２，およびＶｃ_２，Ｖｅ_２が閉じられバルブＶｂ_２，Ｖｄ_２，Ｖｆ_２，Ｖｇ_２が開かれることにより、前記ＣＯ_２吸着部材２０_２の再生工程が行われている。

また表１のプロセスでは、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１において再生工程が行われている間、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_２においてはバルブＶａ_２，Ｖｃ_２，Ｖｄ_２，Ｖｅ_２，Ｖｇ_２が閉じられバルブＶｂ_２，Ｖｇ_２が開かれることにより、前記ＣＯ２吸着部材２０_２の吸着工程が行われている。

このように、本発明の実施の形態においては、ＣＯ2 の分解に簡単な構成のＣＯ2 吸着／分解槽を用い、簡単な熱の供給サイクル操作を行うことにより、簡単な構成の燃料電池システムを構築することが可能であり、またＣＯ₂吸着／分解槽４０_１，４０_２のメンテナンスを容易に行うことが可能である。

また本実施形態によれば、ＣＯ2 の分解及び酸素空孔再生に必要な熱エネルギを固体酸化物型燃料電池および溶融炭酸塩型燃料電池からの高温排気ガスを利用して得ているので、余分な加熱手段が不要、あるいはわずかの加熱を加えるだけで済むため、高いエネルギ収支を実現することができる。

例えば１ｇのＣＯ2 をＣＯに分解する場合を考えると、これに約５００ジュールのエネルギが必要である。図１の燃料電池システムでは、装置化に伴う各種ロスにより効率が低下するが、約１０００ジュールのエネルギで１ｇのＣＯ2 を分解することが可能である。また本実施形態におけるＣＯ_２の分解反応およびＣＯ_２吸着部材２０_１，２０_２の再生反応は熱反応であるため、外部の電力を特に必要とせず、燃料電池からの廃熱で対応できるため、図１の燃料電池システム１００では、従来の電気分解等を利用する方法に比べて格段に効率が向上する。

また図１の実施形態の燃料電池システム１００では、排気ガス中のＣＯ2を水素や炭化水素にまで還元するのではなく、より変換エネルギが少なくてすむＣＯに還元するだけであるので、この点からもエネルギ収支を向上させることができる。さらに、図１の実施形態による燃料電池システム１００は、固体酸化物型燃料電池および溶融炭酸塩型燃料電池からのＣＯ2を含む排気ガスを原料の一部としてリサイクルするため、ＣＯ2排出を低減させた固体酸化物型燃料電池システムおよび溶融炭酸塩型燃料電池システムの構築が可能となる。

なお、図２のサイクルを図１の燃料電池システム１００において繰り返すと、実際には新たな燃料ガスの投入に伴い、系内の炭素量、従って燃料電池から排出されるＣＯ_２の量が徐々に増加する。このため、図２の吸着工程を行っても、排ガス中の全てのＣＯ_２を前記ＣＯ_２吸着部材２０_１，２０_２により分解しきれなくなる。そこで実際には、前記吸着工程の後、分解工程に進む前に、図６の工程２１に示すように前記ＣＯ_２吸着部材２０_１，２０_２の温度は室温のまま、バルブＶｄ_１，Ｖｄ_２を開き、ポンプ３６_１，３６_２を駆動して過剰のＣＯ_２を系外に排出する排出工程を設けるのが好ましい。

前記工程２１において前記バルブＶｄ_１を開いている場合には、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４１_１に協働する他のバルブＶａ_１，Ｖｂ_１，Ｖｃ_１，Ｖｅ_１，Ｖｇ_１は閉じておく。同様に前記工程２１において前記バルブＶｄ_２を開いている場合には、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４１_２に協働する他のバルブＶａ_２，Ｖｂ_２，Ｖｃ_２，Ｖｅ_２，Ｖｇ_２は閉じておく。

図６の工程２１は、前記図５のタイミングチャートでは、吸着工程の一部に含めることができる。

このようにして排出された過剰のＣＯ_２の処理については、後ほど別の実施形態で説明する。

また前記再生工程から導入工程に移行する際に前記ＣＯ２吸着部材２０_１，２０_２の温度が十分に、例えば室温〜１００℃の範囲まで下がっていないと、その後の吸着工程が正常に進まない。自然空冷により前記ＣＯ_２吸着部材２０_１，２０_２が冷却されるのを待ってもよいが、燃料電池システム１００の動作効率を向上させるため、図６に工程４１で示すように、前記再生工程４の後、バルブＶａ_１，Ｖｃ_１，Ｖｅ_１，Ｖｆ_１，Ｖｇ_１を閉じバルブＶｂ_１，Ｖｄ_１，Ｖｇ_１を開いて、あるいはバルブＶａ_２，Ｖｃ_２，Ｖｅ_２，Ｖｆ_２，Ｖｇ_２を閉じバルブＶｂ_２，Ｖｄ_２，Ｖｇ_２を開いて、前記ＣＯ_２吸着部材４０_１あるいは４０_２の熱交換器１２_１あるいは１２_２に空気を供給し、前記ＣＯ_２吸着部材２０_１，２０_２の温度を上記所定値に低減させる冷却工程を設けるのが好ましい。

図６の工程４１は、前記図５のタイミングチャートでは、再生工程の一部に含めることができる。

なお本実施形態は、前記ＣＯ_２吸着／分解槽４０_１，４０_２が設けられる場合について説明したが、ＣＯ_２吸着／分解槽の数は２基に限定されるものではなく、３基以上のＣＯ_２吸着／分解槽を設けてもよい。

［第２の実施形態］
図７は、前記図１の燃料電池システム１００において前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１において使われるＣＯ_２吸着部材２０_１の第２の実施形態４０の構成を示す。なお前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_２において使われるＣＯ２吸着部材２０_２の構成は同じであり、説明を省略する。

図７を参照するに、前記ＣＯ_２吸着部材４０は多孔質シリカ粉末を成形して焼成した円柱状の多孔質基体４１を含み、前記多孔質基体４１中にはステンレスなどの容器４５中に収容され、多数の排気ガス通路４２が形成されている。この排気ガス通路４２は、例えば２ｍｍ程度の径を有していてもよい。

図７の拡大図に示すように、前記基体４１には、例えば径が数ｎｍ〜数１０μｍ程度の微細な空隙などの凹部４６が多数形成されており、前記凹部の表面には、例えば厚さが１ｎｍ程度のＳｒＴｉＯ_３膜４３が、ＣＯ_２吸着剤層として形成されている。前記ＣＯ_２吸着剤層４３は好ましくはＣＶＤ法やゾルゲル法など、ステップカバレッジに優れた成膜方法で形成されたセラミック膜であり、１ｎｍ〜１μｍ程度の膜厚を有している。前記ＣＯ_２吸着剤層４３の膜厚が厚すぎると、前記凹部４３が塞がれてしまうので、前記ＣＯ_２吸着剤層４３の膜厚は上記範囲を超えないのが好ましい。なお図７中の拡大図に示す前記凹部４６は、前記多孔質基体４１の全面に連続してオープンポアを形成するのが好ましい。

前記多孔質基体４１中には、さらに前記熱交換器１２_１として機能するガス配管４４が、対応する開口部４４Ａに挿通された状態で設けられている。前記ガス配管４４中に前記空気ライン３５ａからの空気や燃料電池３０からの排気ガスを通すことにより、先に説明したように前記ＣＯ_２吸着部材４０の温度を所定の値に制御することができる。

なお図７のＣＯ_２吸着部材４０において、前記多孔質基体４１の側面および両端面は、前記容器４５により被覆されている。

なお前記ＣＯ_２吸着剤層４３としては、先に述べたＳｒＴｉＯ_３以外にも、ＢａＴｉＯ_３やＰＺＴ，ＰＬＺＴなど、他の様々なペロブスカイト型構造を有する酸化物膜を使うことが可能である。このようなペロブスカイト膜は、多孔質シリカ粉末を成型した焼成した前記多孔質基体４１上に形成する場合には一般に多結晶のセラミック膜となるが、前記基体４１として例えば薄いＳｒＴｉＯ_３の単結晶基板などを使った場合には単結晶膜となる。

例えば図８に示すように、図７の容器４５中に円形の薄い単結晶基板４１Ｓを多数、間隔を置いて配設することで、前記ＣＯ_２吸着部材４０Ａを構成することもできる。

図８を参照するに、前記容器４５中には、各々前記排気ガス通路４２を形成された多数の単結晶基板４１Ｓが相互に離間して配置され、排気ガスが一端のキャップ４５Ａに設けられた入口４５ａに供給され、他端のキャップ４５Ｂに設けられた出口４５ｂから排出される。さらに前記容器４５中には、前記ガス配管４４が熱交換器として設けられている。

また図８の構成において、前記図７に示す焼成体よりなる多孔質基体４１を基板４１Ｓの代わりに使うことも可能である。かかる構成によれば、前記ＣＯ_２吸着剤層４３の形成を薄い多孔質基体上に行うことが可能で、ＣＯ_２吸着剤層４３の形成をＣＶＤ法やＡＬＤ法により、容易に実行することができる。

［第３の実施形態］
図９〜図１２は、第３の実施形態による燃料電池システムの運転シーケンスを示す図である。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また簡単のため、バルブＶａ_１〜Ｖｇ_１を含む第１の排気ガス処理系統の動作についてのみ説明する。

図９を参照するに、本実施形態ではこの段階でバルブＶａ_１〜Ｖｇ_１が前記表１のＣＯ₂吸着／分解槽４０_１における導入工程と同じ状態に設定され、ポンプ３６_１を駆動することにより前記排気ガスが前記Ｈ_２Ｏ分離器３２からＣＯ_２吸収／分解槽４０_１へと導入される。

その際本実施形態では、図９の状態で、先に図６で説明した工程１の導入工程のみならず、工程２の吸着工程および工程３の過剰ＣＯ_２排出工程までを行う。本実施形態ではその間、前記バルブＶｄ_１が開かれポンプ３６_１が駆動されているため、前記ＣＯ_２吸収／分解槽４０_１中のＣＯ_２吸収／分解部材２０_１により吸着されなかった過剰のＣＯ_２は系外に排出される。

次に図１０に示すようにバルブＶａ_１〜Ｖｇ_１が前記表１のＣＯ₂吸着／分解槽４０_１における分解工程と同じ状態に設定され、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１においてＣＯ_２吸着部材２０_１が２００℃〜３００℃の温度に昇温され、抽出されたＣＯガスが前記ＣＯ貯蔵タンク３３に回収される。なお図１０の状態では、前記熱交換器３１_１，３１_２を通過した排気ガスはＣＯ₂吸着／分解槽４０_２に供給されている。

さらに図１１に示すようにバルブＶａ_１〜Ｖｇ_１が前記表１のＣＯ₂吸着／分解槽４０_１における再生工程と同じ状態に設定され、前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１においてＣＯ_２吸着部材２０_１が６００℃〜７００℃の温度に加熱され、放出された酸素ガスがバルブ３６_１から系外に排出される。なお図１１の状態でも、前記熱交換器３１_１，３１_２を通過した排気ガスはＣＯ₂吸着／分解槽４０_２に供給されている。

さらに図１２に示すようにバルブＶａ_１，Ｖｃ_１，Ｖｅ_１，Ｖｆ_１が閉じられバルブＶｂ_１，Ｖｄ_１，Ｖｇ_１が開かれ、前記熱交換器１２_１に空気を供給することで前記ＣＯ₂吸着／分解槽４０_１のＣＯ_２吸着部材２０_１が、前記室温〜１００℃の温度に冷却される。

本実施形態によれば、図９に示すように導入工程と吸着工程と過剰ＣＯ_２排出工程を、バルブＶａ_１〜Ｖｇ_１を同じ状態に維持したまま実行することができ、燃料電池システム１００の運転が容易になる。

［第４の実施形態］
図１３は、第４の実施形態による燃料電池システム１００Ａの構成を示す図、図１４は前記図１３の燃料電池システム１００Ａに設けられバイオエタノールの原料となる藻類を培養する培養槽６３の構成を示す図である。

図１３を参照するに、本実施形態では燃料電池３０に冷却液を通されるクーリングジャケット６１が装着されており、前記クーリングジャケット６１に対応して複数の藻類培養槽６３が設けられている。また本実施形態では前記クーリングジャケットの内側に、前記燃料電池３０の本体とクーリングジャケットの内面に接して、多数の熱電変換素子６２が設けられており、前記燃料電池３０の廃熱を使って発電を行う。

前記熱電変換素子６２としては、例えばビスマステルル系の材料、あるいは鉛テルル系の材料などを使った熱電モジュールを使うことが可能である。

このような熱電変換素子６２を使うことにより、前記燃料電池システム１００Ａのエネルギ効率をさらに向上させることができる。

図１４は、前記藻類培養槽６３の構成を示す。

図１４を参照するに、前記藻類培養槽６３は水を保持し藻類が培養されるタンク本体６３Ａと、前記タンク本体６３Ａ中に浸漬され、前記バルブＶｄ_１あるいはＶｄ_２から放出されたＣＯ_２を主体とする排気ガスをライン６３ａより供給され、これを前記タンク本体６３Ａ中に放出する多数のノズルが形成された環状のノズル部材６３ｂと、モータ６５Ａにより駆動され前記タンク本体６３Ａ中の水を撹拌する撹拌ブレード６５とを備え、例えば前記モータ６５Ａは前記熱電変換素子６２で形成された電力の一部を使って駆動される。

また前記タンク本体６３Ａには、外部から水を給水する給水ライン６６Ａとタンク本体６３Ａ内の水を排水する排水ライン６６Ｂとが設けられている。

本実施形態では、このように燃料電池３０で排出されたＣＯ_２を使って藻類を培養し、これをバイオエタノールの原料として使うことにより、環境に放出されるＣＯ_２の量を削減し、地球温暖化防止に貢献することができる。

図１３の実施形態では一つの燃料電池３０に対して三基の藻類培養槽６３が設けられたが、前記藻類培養槽６３は一基のみ設けても、二基設けても、四基以上設けてもよい。

以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
（付記１）
燃料ガスと酸化ガスを供給されて発電を行い、前記発電の結果ＣＯ_２を含む排気ガスを排出する燃料電池と、
前記排気ガスを供給され、前記排気ガス中のＣＯ_２をＣＯに還元するＣＯ抽出部と、
前記抽出したＣＯを燃料ガスの一部として前記燃料電池に供給するＣＯリサイクル部と、
を備え、
前記ＣＯ抽出部は、前記排気ガスを供給される処理容器中に配設され酸素欠損を有する酸化物よりなるＣＯ_２吸着部材を含むことを特徴とする燃料電池システム。
（付記２）
前記酸化物はペロブスカイト構造の酸化物であることを特徴とする付記１記載の燃料電池システム。
（付記３）
前記ＣＯ抽出部は、前記ＣＯ₂吸着部材を加熱する加熱部を含むことを特徴とする付記１または２記載の燃料電池システム。
（付記４）
前記加熱部は、前記ＣＯ_２吸着部材を前記排ガスにより加熱することを特徴とする付記３記載の燃料電池システム。
（付記５）
前記加熱部は前記ＣＯ_２吸着部材を、２００℃〜３００℃の第１の温度と、６００℃〜７００℃の第２の温度のいずれかに加熱することを特徴とする付記３または４記載の燃料電池システム。
（付記６）
さらに前記ＣＯ抽出部は、前記ＣＯ_２吸着部材を室温に冷却する冷却部を含むことを特徴とする付記１〜５のうち、いずれか一項記載の燃料電池システム。
（付記７）
前記ＣＯ抽出部は前記処理空間を排気するポンプを備えたことを特徴とする付記１〜６のうち、いずれか一項記載の燃料電池システム。
（付記８）
前記ＣＯリサイクル部は前記ＣＯ抽出部で還元されたＣＯを保持するタンクと、前記タンク中のＣＯを前記燃料ガスに添加するＣＯガス添加部とを含むことを特徴とする付記１記載の燃料電池システム。
（付記９）
前記燃料電池システムは、さらに前記ＣＯ抽出部において還元されずに残ったＣＯ₂を含む排気ガスを前記ＣＯ抽出部より供給され、前記ＣＯ_２を養分として藻類を培養する培養槽を備えたことを特徴とする付記１〜７のうち、いずれか一項記載の燃料電池システム。
（付記１０）
燃料ガスと酸化ガスを供給されて発電を行い、前記発電の結果ＣＯ_２を含む排気ガスを排出する燃料電池と、
前記排気ガスを供給され、前記排気ガス中のＣＯ_２をＣＯに還元するＣＯ抽出部と、
前記抽出したＣＯを燃料ガスの一部として前記燃料電池に供給するＣＯリサイクル部と、
制御部と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記制御部は前記ＣＯ抽出部の状態を、前記ＣＯ_２を含む排気ガスを供給され、第１の温度において前記排気ガス中のＣＯ_２分子を前記ＣＯ₂吸着部材に吸着させる吸着段階と、
前記ＣＯ_２吸着部材の温度を前記第１の温度よりも高い第２の温度に昇温し、前記吸着部材からＣＯ分子を脱離させるＣＯ抽出段階と、
前記吸着部材の温度を前記第２の温度よりも高い第３の温度に昇温し、前記吸着部材に残った酸素原子を脱離させる再生段階と、
前記吸着部材の温度を前記第１の温度に冷却する冷却段階と、の間で順次変化させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
（付記１１）
前記ＣＯ₂吸着部材は前記吸着段階において、前記ＣＯ_２分子を構成する酸素原子の一つを前記酸素欠損に捕獲することにより、前記ＣＯ_２分子を吸着させることを特徴とする付記１０記載の燃料電池システムの制御方法。
（付記１２）
前記ＣＯ_２吸着部材は、前記ＣＯ抽出段階において、前記第２の温度に加熱されることにより、前記酸素欠損に捕獲した酸素原子を保持したまま、前記ＣＯ_２分子を前記酸素原子とＣＯ分子とに分解することを特徴とする付記１１記載の燃料電池システムの制御方法。
（付記１３）
前記ＣＯ_２吸着部材は、前記再生段階において、前記第３の温度に加熱されることにより、前記酸素欠損に捕獲した酸素原子を放出させることを特徴とする付記１２記載の燃料電池システムの制御方法。
（付記１４）
前記ＣＯ抽出部は、それぞれのＣＯ_２吸着部材を含む少なくとも第１の系統と第２の系統とを備え、前記制御部は、前記第１の系統のＣＯ_２吸着部材が前記吸着段階にあるときに、前記第２の系統のＣＯ_２吸着部材の状態を前記ＣＯ抽出段階、再生段階および冷却段階へと順次変化させ、また前記第２の系統のＣＯ_２吸着部材が前記吸着段階にあるときに、前記第１の系統のＣＯ_２吸着部材の状態を前記ＣＯ抽出段階、再生段階および冷却段階へと順次変化させることを特徴とする付記１０〜１３のうち、いずれか一項記載の燃料電池システムの制御方法。

１０ 容器
１１_１，１１_２ 排気ガス供給部
１２_１，１２_２，３１_１，３１_２ 熱交換器
２０_１，２０_２，４０Ａ ＣＯ２吸着部材
２１ 基材
２２ ＣＯ_２吸着層
２３ 酸素空孔
２４ ＣＯ_２分子
２５ ＣＯ分子
２６ Ｏ_２分子
３０ 燃料電池
３０_１ 空気極
３０_２ 燃料極
３０_３ ＳＯＦＣ又はＭＣＦＣ
３２ Ｈ_２Ｏ分離器
３３ ＣＯ貯蔵タンク
３３Ａ ＣＯ注入部
３４ 燃料ガスフィルタ
３４ａ 燃料ライン
３５ 空気フィルタ
３５ａ 空気ライン
３６_１，３６_２ ポンプ
４０_１，４０_２ ＣＯ_２吸着／分解槽
４０Ａ
４１ 基体
４１Ｓ 基板
４２ 排気ガス通路
４３ ＣＯ_２吸着剤層
４４ ガス配管
４４Ａ 開口部
４５ 断熱容器
４５Ａ，４５Ｂ キャップ
４５ａ 排気ガス入口
４５ｂ 排気ガス出口
４６ 空隙
６１ 冷却ジャケット
６２ 熱電変換素子
６３ 藻類培養槽
１００，１００Ａ 燃料電池システム
１０１ 制御部
Ｖａ_１〜Ｖｇ_１，Ｖａ_２〜Ｖｇ_２ バルブ

Claims (8)

1. 燃料ガスと酸化ガスを供給されて発電を行い、前記発電の結果ＣＯ_２を含む排気ガスを排出する燃料電池と、
   前記排気ガスを供給され、前記排気ガス中のＣＯ_２をＣＯに還元するＣＯ抽出部と、
   前記還元されたＣＯを燃料ガスの一部として前記燃料電池に供給するＣＯリサイクル部と、
   を備え、
   前記ＣＯ抽出部は、前記排気ガスを供給される処理容器中に配設され酸素欠損を有するペロブスカイト酸化物よりなるＣＯ_２吸着部材を含み、前記ＣＯ抽出部は、前記ＣＯ ₂ 吸着部材を加熱および冷却する加熱／冷却部を含むことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記加熱／冷却部は、前記ＣＯ_２吸着部材を前記排気ガスにより加熱することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記加熱／冷却部は、前記ＣＯ _２ 吸着部材を空気により冷却することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料電池システムは、さらに前記ＣＯ抽出部において還元されずに残ったＣＯ₂を含む排気ガスを前記ＣＯ抽出部より供給され、前記ＣＯ_２を養分として藻類を培養する培養槽を備えたことを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の燃料電池システム。
5. 燃料ガスと酸化ガスを供給されて発電を行い、前記発電の結果ＣＯ_２を含む排気ガスを排出する燃料電池と、
   前記排気ガスを供給され、前記排気ガス中のＣＯ_２をＣＯに還元するＣＯ抽出部と、
   前記還元されたＣＯを燃料ガスの一部として前記燃料電池に供給するＣＯリサイクル部と、
   制御部と、
   を備える燃料電池システムの制御方法であって、
   前記制御部は前記ＣＯ抽出部の状態を、前記ＣＯ_２を含む排気ガスを供給され、第１の温度において前記排気ガス中のＣＯ_２分子を前記ＣＯ₂吸着部材に吸着させる吸着段階と、
   前記ＣＯ_２吸着部材の温度を前記第１の温度よりも高い第２の温度に昇温し、前記吸着部材からＣＯ分子を脱離させるＣＯ抽出段階と、
   前記吸着部材の温度を前記第２の温度よりも高い第３の温度に昇温し、前記吸着部材に残った酸素原子を脱離させる再生段階と、
   前記吸着部材の温度を前記第１の温度に冷却する冷却段階と、の間で順次変化させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
6. 前記ＣＯ₂吸着部材は前記吸着段階において、前記ＣＯ_２分子を構成する酸素原子の一つを酸素欠損に捕獲することにより、前記ＣＯ_２分子を吸着させることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システムの制御方法。
7. 前記ＣＯ_２吸着部材は、前記ＣＯ抽出段階において、前記第２の温度に加熱されることにより、前記酸素欠損に捕獲した酸素原子を保持したまま、前記ＣＯ_２分子を前記酸素原子とＣＯ分子とに分解することを特徴とする請求項６記載の燃料電池システムの制御方法。
8. 前記ＣＯ_２吸着部材は、前記再生段階において、前記第３の温度に加熱されることにより、前記酸素欠損に捕獲した酸素原子を放出させることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システムの制御方法。

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