7661637 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-04

(45)【発行日】2025-04-14

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0668 20160101AFI20250407BHJP

   H01M 8/0438 20160101ALI20250407BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20250407BHJP

   H01M 8/04313 20160101ALI20250407BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20250407BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20250407BHJP

   H01M 8/04089 20160101ALI20250407BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALI20250407BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0668

H01M8/0438

H01M8/04746

H01M8/04313

H01M8/04537

H01M8/04 N

H01M8/04089

H01M8/0606

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2024558362

(86)(22)【出願日】2024-05-24

(86)【国際出願番号】 JP2024019147

【審査請求日】2024-10-02

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100206081

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 央

(74)【代理人】

【識別番号】100188673

【弁理士】

【氏名又は名称】成田 友紀

(74)【代理人】

【識別番号】100188891

【弁理士】

【氏名又は名称】丹野 拓人

(72)【発明者】

【氏名】篠木 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】川本 誠

(72)【発明者】

【氏名】尾中 洋次

(72)【発明者】

【氏名】野村 泰光

【審査官】橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２４／０８９８６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１３４９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１３９８５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アノードおよびカソードを有する燃料電池と、
前記アノードから排出されたアノードオフガスを、分岐ガスとリサイクルガスとに分岐させる分岐部と、
前記分岐ガスを、前記分岐ガスよりも二酸化炭素濃度の高い二酸化炭素リッチガスと前記分岐ガスよりも二酸化炭素濃度の低い残留ガスとに分離するガス分離装置と、
前記ガス分離装置から移動した前記二酸化炭素リッチガスが排出され回収される二酸化炭素回収系統と、
前記ガス分離装置の内部における前記アノードオフガスの圧力を調整する圧力調整器と、
前記分岐ガスの圧力を取得する圧力計と、
前記分岐ガスの、少なくとも組成および流量に関するガス情報を取得するガス情報取得部と、
前記圧力計が取得した前記圧力および前記ガス情報取得部が取得した前記ガス情報に基づき、前記圧力調整器を制御する制御装置と、
炭化水素から水素を生成する改質器と、
前記リサイクルガスを前記燃料電池の原料および水蒸気とともに前記改質器に導入する原料供給系統と、を備え、
前記二酸化炭素回収系統は、前記原料供給系統から分離されている、燃料電池システム。

【請求項2】

前記分岐部と前記ガス分離装置との間に、前記分岐ガスの温度を調整する温度調整器が配置されている、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記燃料電池の運転状態を取得する運転状態取得部をさらに備え、
前記制御装置は、前記運転状態に基づいて前記圧力調整器を制御する、請求項１または２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記制御装置は、前記運転状態に基づき、前記燃料電池の出力が低下したと判定した場合は、前記ガス分離装置の内部における前記アノードオフガスの圧力が低下するように前記圧力調整器を制御する、請求項３に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記分岐ガスを前記ガス分離装置に供給する分岐ガス系統と、
前記リサイクルガスを混合器に供給するリサイクルガス系統と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記ガス分離装置の内部における前記分岐ガスの圧力と、前記運転状態取得部が取得した前記運転状態と、に基づき、前記分岐部における前記分岐ガスおよび前記リサイクルガスの分配比率を制御する、請求項３に記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記ガス分離装置は、複数の分離ユニットを有し、
前記複数の分離ユニットには、二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離ユニットが含まれる、請求項１または２に記載の燃料電池システム。

【請求項7】

前記複数の分離ユニットには、水素を分離する水素分離ユニットが含まれる、請求項６に記載の燃料電池システム。

【請求項8】

前記圧力計よりも上流側の前記分岐ガスの圧力を計測する第２圧力計をさらに備え、
前記圧力調整器には、調整弁と、前記調整弁よりも上流側に配置された第２調整弁と、が含まれ、
前記制御装置は、前記圧力計の計測結果および前記ガス情報に基づいて前記調整弁を制御し、前記第２圧力計の計測結果および前記ガス情報に基づいて前記第２調整弁を制御する、請求項６に記載の燃料電池システム。

【請求項9】

前記ガス分離装置で分離された前記二酸化炭素リッチガスを吸引する真空ポンプをさらに備える、請求項１または２に記載の燃料電池システム。

【請求項10】

前記改質器と熱的に接続された燃焼器をさらに備え、
前記残留ガスは、前記分岐ガスよりも水素の濃度が高い再生燃料ガスであり、
前記燃焼器に前記再生燃料ガスが供給される、請求項１または２に記載の燃料電池システム。

【請求項11】

前記燃焼器から排出される燃焼オフガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部をさらに備える、請求項１０に記載の燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスから、二酸化炭素を分離する技術が開示されている。具体的には、アノードオフガスは分離膜を有する分離部へと導入される。特許文献１における分離膜は、二酸化炭素および水を透過しやすく、他の成分を透過しにくい性質を有している。このため、分離膜を透過したガスの二酸化炭素濃度は、アノードオフガスよりも高くなる。アノードオフガスのうち、分離膜を透過せず残留したガスには、水素等の可燃成分が含まれる。このガスは、再生燃料ガスとして再利用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１３９８５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば燃料電池が部分負荷運転となった場合には、定格負荷運転である場合と比較して、分離部に導入されるアノードオフガスの流量が減少する。他の要因によっても、分離部に導入されるアノードオフガスの流量が減少する場合がある。アノードオフガスの流量が減少すると、単位流量あたりのアノードオフガスに対する分離膜の面積が、相対的に増大する。このため、二酸化炭素よりも分離膜を透過しにくい成分、例えば水素の透過量も増大する。その結果、回収されるガスに含まれる二酸化炭素の濃度が低下するという課題が生じる。

【0005】

本開示は、上記の事情に鑑みて、分離膜に導入されるガスの流量が変化した場合に、分離したガスの二酸化炭素濃度が減少することを抑制可能な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】

【0006】

本開示に係る燃料電池システムの一つの態様は、アノードおよびカソードを有する燃料電池と、前記アノードから排出されたアノードオフガスを、分岐ガスとリサイクルガスとに分岐させる分岐部と、前記分岐ガスを、前記分岐ガスよりも二酸化炭素濃度の高い二酸化炭素リッチガスと前記分岐ガスよりも二酸化炭素濃度の低い残留ガスとに分離するガス分離装置と、前記ガス分離装置の内部における前記アノードオフガスの圧力を調整する圧力調整器と、前記分岐ガスの圧力を取得する圧力計と、前記分岐ガスの、少なくとも組成および流量に関するガス情報を取得するガス情報取得部と、前記圧力計が取得した前記圧力および前記ガス情報取得部が取得した前記ガス情報に基づき、前記圧力調整器を制御する制御装置と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示の燃料電池システムによれば、分離膜に導入されるガスの流量が変化した場合に、分離したガスの二酸化炭素濃度が減少することを抑制可能である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。

【図2】分離膜における、圧力および温度と二酸化炭素の透過率との関係を説明するグラフである。

【図3】分離膜における、圧力および温度と二酸化炭素の濃度との関係を説明するグラフである。

【図4】分離膜における、圧力および燃料電池の負荷と二酸化炭素の透過率との関係を説明するグラフである。

【図5】分離膜における、圧力および燃料電池の負荷と二酸化炭素の濃度との関係を説明するグラフである。

【図6】実施の形態２に係る分離装置の構成を示す図である。

【図7】実施の形態２の第１変形例に係る分離装置の構成を示す図である。

【図8】実施の形態２の第２変形例に係る分離装置の構成を示す図である。

【図9】実施の形態２の第３変形例に係る分離装置の構成を示す図である。

【図10】実施の形態３に係る燃料電池システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態について説明する。なお、本開示の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

【0010】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００の模式図である。図１に示すように、燃料電池システム１００は、供給経路１と、原料流量計１ａと、混合器２と、改質器３と、燃料電池４と、水蒸気発生器７と、凝縮タンク９と、分岐部１０と、圧縮機１２と、温度調整器１３と、制御装置１９と、圧力計２０と、調整弁２１と、温度計２２と、ガス分離装置Ｄと、を備える。

【0011】

詳細は後述するが、燃料電池４は、二酸化炭素を含むアノードオフガスＧを排出する。アノードオフガスＧの一部は、分岐ガスＧ１として、ガス分離装置Ｄに供給される。ガス分離装置Ｄは、分岐ガスＧ１を、二酸化炭素濃度の高い二酸化炭素リッチガスＧ１１と、二酸化炭素濃度の低い再生燃料ガスＧ１２と、に分離させる機能を有する。

【0012】

供給経路１は、原料を混合器２に供給する。原料としては、炭化水素などの炭素含有物を採用できる。炭化水素としては、メタンが挙げられる。以下では、原料がメタンである場合について説明するが、原料はメタンに限られない。供給経路１には原料流量計１ａが設けられている。原料流量計１ａは、混合器２に供給される原料の流量を計測する。原料流量計１ａの計測結果は、例えば運転状態取得部１８や制御装置１９に入力されてもよい。混合器２には原料供給系統２ａが接続されている。原料は、混合器２において後述するリサイクルガスＧ２および水蒸気と混合され、原料供給系統２ａを介して改質器３に導入される。

【0013】

改質器３は、水蒸気改質反応または二酸化炭素改質反応によって、改質ガスを生成する。改質ガスには、水素が含まれる。水蒸気改質反応は、例えば、以下に示す式（Ｉ）および式（ＩＩ）に従う。
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２ ・・・（Ｉ）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２ ・・・（ＩＩ）
二酸化炭素改質反応は、例えば、以下に示す式（ＩＩＩ）および式（ＩＶ）に従う。
ＣＨ_４＋ＣＯ_２→２ＣＯ＋２Ｈ_２ ・・・（ＩＩＩ）
２ＣＯ＋２Ｈ_２Ｏ→２ＣＯ_２＋２Ｈ_２ ・・・（ＩＶ）

【0014】

改質器３は、水蒸気改質触媒および二酸化炭素改質触媒の少なくとも一方を有することが好ましい。また、改質器３は、水蒸気改質触媒および二酸化炭素改質触媒の両方を有することが、より好ましい。水蒸気改質触媒は、水蒸気改質反応を促進する。二酸化炭素改質触媒は、二酸化炭素改質反応を促進する。水蒸気改質触媒としては、Ｎｉ担持アルミナ、Ｒｕ担持アルミナなどが挙げられる。二酸化炭素改質触媒としては、Ｎｉ担持イットリア、Ｐｔ担持イットリア等が挙げられる。

【0015】

水蒸気改質触媒と二酸化炭素改質触媒は、混合されて、改質器３内に充填されてもよい。水蒸気改質触媒と二酸化炭素改質触媒は、互いに異なる層を形成して、改質器３内に充填されてもよい。水蒸気改質触媒と二酸化炭素改質触媒は、例えば、それぞれの触媒が機能するために適切な温度帯に位置するように、改質器３内に充填されてもよい。

【0016】

改質器３の内部の温度は、水蒸気改質反応および二酸化炭素改質反応の少なくとも一方が進行するように設定される。水蒸気改質反応および二酸化炭素改質反応の両方が進行するように、それぞれの反応に適した温度分布が、改質器３内に設定されてもよい。改質器３には、燃焼器３ａが熱的に接続されている。燃焼器３ａは、燃料を燃焼させることで、改質器３内が適切な温度帯となるように熱を発生させる。燃焼器３ａの燃料としては、カソード４Ｂから排出されたカソードオフガス、ガス分離装置Ｄから排出された再生燃料ガスＧ１２、等を利用できる。再生燃料ガスＧ１２については後述する。

【0017】

空気供給系統５は、空気を燃料電池４に供給する。空気供給系統５から供給される空気は酸素含有ガスである。酸素含有ガスは、酸化剤としての酸素（Ｏ_２）を含む。空気供給系統５には、空気を燃料電池４に向けて流動させるための空気供給ブロワ５ａが設けられている。また、空気供給系統５には、熱交換器１７が配置されている。熱交換器１７は、空気供給系統５内を流動する空気と、燃焼器３ａから排出された燃焼オフガスと、の間で熱交換を行う。これにより、燃焼器３ａの排熱を利用して、カソード４Ｂに導入される空気を加熱することができる。

【0018】

燃料電池４は、アノード４Ａおよびカソード４Ｂを有している。改質器３で得られた改質ガスは、燃料電池４のアノード４Ａに供給される。空気供給系統５から供給された空気は、燃料電池４のカソード４Ｂに供給される。燃料電池４は、水素（Ｈ_２）を含む改質ガスと、空気（酸化剤）との反応により発電を行い、電気エネルギーを発生させる。燃料電池システム１００は、発電システムと称することもできる。

【0019】

燃料電池４は、例えば固体酸化物型燃料電池であってもよい。固体酸化物型燃料電池の場合、アノード４Ａにおける反応は以下の式（Ｖ）に従い、カソード４Ｂにおける反応は以下の式（ＶＩ）に従う。
Ｈ_２＋Ｏ^２－→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－ ・・・（Ｖ）
１／２Ｏ_２＋２ｅ^－→Ｏ^２－ ・・・（ＶＩ）

【0020】

燃料電池４のアノード４Ａからは、アノードオフガスＧが排出される。アノードオフガスＧは、例えば、水素（Ｈ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、一酸化炭素（ＣＯ）、およびメタン（ＣＨ_４）を含む。アノードオフガス系統６は、アノードオフガスＧを燃料電池４のアノード４Ａから取り出し、分岐部１０に導く。アノードオフガス系統６における、燃料電池４と分岐部１０の間の部分には、水蒸気発生器７、熱回収器６ａ、および凝縮タンク９が配置されている。

【0021】

凝縮タンク９は、アノードオフガスＧに含まれる水蒸気の一部を凝縮させることができる。凝縮タンク９において得られた水は、ポンプ２３ａおよび流量制御器２３を経由して、水蒸気発生器７に供給される。ポンプ２３ａは、水を凝縮タンク９から水蒸気発生器７に向けて流動させるための動力を発生させる。流量制御器２３は、水蒸気発生器７に供給される水の流量を制御する。流量制御器２３の計測結果は、例えば運転状態取得部１８や制御装置１９に入力されてもよい。

【0022】

水蒸気発生器７は、凝縮タンク９から供給された水を、アノードオフガスＧとの熱交換により加熱する。これにより、水蒸気発生器７は水蒸気を得る。水蒸気発生器７は、補助加熱器７ａを有している。補助加熱器７ａは、例えばヒータである。アノードオフガスＧとの熱交換だけでは、水を蒸発させるための熱量が不足する場合、補助加熱器７ａを用いて水を加熱してもよい。水蒸気発生器７で得られた水蒸気は、水蒸気供給系統８から、混合器２へと導入される。

【0023】

熱回収器６ａは、凝縮タンク９の上流に位置し、アノードオフガスＧから熱を回収することができる。これにより、例えば、アノードオフガスＧを後述するリサイクルガスブロワ１６ａの耐熱温度以下に設定できる。凝縮タンク９の下流側には、分岐部１０が配置されている。分岐部１０において、アノードオフガス系統６は、分岐ガス系統１１およびリサイクルガス系統１６に分岐する。リサイクルガス系統１６は、アノードオフガスＧの少なくとも一部を、リサイクルガスＧ２として混合器２に供給する。

【0024】

分岐部１０は、分岐ガス系統１１およびリサイクルガス系統１６への、アノードオフガスＧの分配比率を変更することができる。分岐部１０は、例えば、分配比率を変更するための制御弁を有してもよい。より具体的に、制御弁は、分岐部１０における分岐ガス系統１１への流路断面積と、リサイクルガス系統１６への流路断面積と、の比率を変更してもよい。また、凝縮タンク９の内部に熱電対を設けて、凝縮温度を計測することにより、ガス中の水蒸気量を知ることができる。また計測結果は、例えば制御装置１９に入力されてもよい。ただし、分岐部１０において分配比率を変更するための構造は上記に限定されず、適宜変更可能である。

【0025】

リサイクルガス系統１６には、リサイクルガスブロワ１６ａおよびリサイクルガス流量計１６ｂが設けられている。リサイクルガスブロワ１６ａは、分岐部１０から混合器２に向けて、リサイクルガスＧ２を流動させる動力を発生させる。リサイクルガス流量計１６ｂは、混合器２に供給されるリサイクルガスＧ２の流量を計測する。このようにして、リサイクルガス系統１６はリサイクルガスＧ２を原料供給系統２ａに循環させる。

【0026】

分岐ガス系統１１は、アノードオフガスＧの少なくとも一部を、分岐ガスＧ１として、ガス分離装置Ｄに供給する。分岐ガス系統１１には、ガス情報取得部１１ａ、圧縮機１２、および温度調整器１３が設けられている。ガス情報取得部１１ａは、分岐ガスＧ１の情報を取得する。「分岐ガスＧ１の情報」は、例えば組成、流量、圧力、温度などである。組成に関する分岐ガスＧ１の情報には、例えば二酸化炭素の分圧が含まれてもよい。分岐ガスＧ１は、アノードオフガスＧの一部であるため、ガス情報取得部１１ａはアノードオフガスＧに関する情報を取得するとも言える。

【0027】

ガス情報取得部１１ａは、取得する情報の種類に応じたセンサ等を有している。例えば組成を取得する場合、ガス情報取得部１１ａは、近赤外分光センサを有してもよい。例えば流量、圧力、温度などを取得する場合、ガス情報取得部１１ａは流量計、圧力計、温度計などを有してもよい。ガス情報取得部１１ａは、上記した複数の種類のセンサを有してもよい。ただし、ガス情報取得部１１ａは、運転状態取得部１８が取得する燃料電池４の運転状態と、原料流量計１ａが取得する原料の流量と、凝縮タンク９における凝縮温度と、分岐部１０におけるアノードオフガスＧの分配比率と、に基づき、分岐ガスＧ１の組成および流量を計算によって求めてもよい。

【0028】

圧縮機１２は、ガス分離装置Ｄに供給される分岐ガスＧ１を昇圧させることができる。圧縮機１２は、例えばブロワであってもよい。圧縮機１２の出力を調整することで、ガス分離装置Ｄ内の分岐ガスＧ１の圧力を変化させることができる。したがって、圧縮機１２は、ガス分離装置Ｄ内の分岐ガスＧ１の圧力を調整する、圧力調整器Ｃｐとして機能することができる。温度調整器１３は、ガス分離装置Ｄに供給される分岐ガスＧ１の温度を調整することができる。

【0029】

温度調整器１３は、図１の例において、ポンプ１３ａおよび熱交換器１３ｂを有している。熱交換器１３ｂでは、冷媒と分岐ガスＧ１との間で熱交換が行われる。ポンプ１３ａは、熱交換器１３ｂ内に冷媒が流れるための動力を発生させる。ポンプ１３ａの出力を変更することで、熱交換器１３ｂ内を流動する冷媒の流速等が変化する。したがって、ポンプ１３ａの出力を調節することで、熱交換器１３ｂにおいて冷媒と分岐ガスＧ１との間で交換される熱量を調整できる。これにより、温度調整器１３は分岐ガスＧ１の温度を調整できる。ただし、温度調整器１３の構成は上記に限定されず、分岐ガスＧ１の温度を調整できれば、適宜変更可能である。

【0030】

本実施の形態において、ガス分離装置Ｄは、１つの二酸化炭素分離ユニット１４を有している。二酸化炭素分離ユニット１４は、二酸化炭素を選択的に透過させる分離膜Ｓを有している。また、二酸化炭素分離ユニット１４は、分離膜Ｓによって区画された導入室Ｒ１および回収室Ｒ２を有している。分離膜Ｓは、例えば高分子によって形成されている。
分離膜Ｓとしての高分子は、例えば、ポリイミドがベースとなっていてもよい。あるいは、分離膜Ｓは、いわゆる促進輸送膜と称される、吸水性ポリマーにキャリアを付加した構造であってもよい。

【0031】

分岐部１０から分岐ガス系統１１を流動した分岐ガスＧ１は、まず導入室Ｒ１に導入される。導入室Ｒ１の内部で、分岐ガスＧ１は分離膜Ｓに接する。分岐ガスＧ１は、圧力調整器Ｃｐによって調整された圧力で、分離膜Ｓに接する。これにより、分岐ガスＧ１に含まれる二酸化炭素が、分離膜Ｓを透過し、回収室Ｒ２に移動する。分離膜Ｓの種類および圧力などの条件に応じて、二酸化炭素以外の成分が分離膜Ｓを透過する場合もある。

【0032】

本明細書では、導入室Ｒ１から分離膜Ｓを透過して回収室Ｒ２に移動したガスを、二酸化炭素リッチガスＧ１１と称する。また、分離膜Ｓを透過せず残留したガスを、再生燃料ガスＧ１２と称する。すなわち二酸化炭素分離ユニット１４は、分離膜Ｓを用いて、分岐ガスＧ１を二酸化炭素リッチガスＧ１１と再生燃料ガスＧ１２とに分離する。

【0033】

二酸化炭素リッチガスＧ１１は、二酸化炭素分離ユニット１４によって分離される前の分岐ガスＧ１と比較して、二酸化炭素の濃度が高い。再生燃料ガスＧ１２は、二酸化炭素分離ユニット１４によって分離される前の分岐ガスＧ１と比較して、二酸化炭素の濃度が低い。また、再生燃料ガスＧ１２には、可燃成分である水素、一酸化炭素、メタン等が含まれている。したがって、再生燃料ガスＧ１２は燃料として利用することができる。本実施の形態では、再生燃料ガスＧ１２を、改質器３の燃焼器３ａにおける燃料として利用する。導入室Ｒ１には、再生燃料ガス系統１４ｂが接続されている。再生燃料ガス系統１４ｂの下流側には、燃焼器３ａが接続されている。この構成により、再生燃料ガスＧ１２は、導入室Ｒ１から燃焼器３ａに供給され、燃料として再利用される。

【0034】

回収室Ｒ２には、二酸化炭素回収系統１４ａが接続されている。二酸化炭素リッチガスＧ１１は、回収室Ｒ２から二酸化炭素回収系統１４ａへと排出される。二酸化炭素回収系統１４ａには、真空ポンプ１５が配置されている。真空ポンプ１５は、二酸化炭素回収系統１４ａを通じて、回収室Ｒ２内の二酸化炭素リッチガスＧ１１を吸引する。このようにして回収された二酸化炭素リッチガスＧ１１は、他の用途に再利用されてもよい。なお、真空ポンプ１５は設けられていなくてもよい。

【0035】

圧力計２０は、再生燃料ガス系統１４ｂにおける二酸化炭素分離ユニット１４と調整弁２１との間の部分の再生燃料ガスＧ１２の圧力を測定する。圧力計２０の測定結果によれば、二酸化炭素分離ユニット１４に供給される分岐ガスＧ１の圧力を間接的に知ることができる。なお、二酸化炭素分離ユニット１４に供給される分岐ガスＧ１の圧力が直接的または間接的に測定可能であれば、圧力計２０の位置は、適宜変更可能である。

【0036】

温度計２２は、分岐ガス系統１１における温度調整器１３と二酸化炭素分離ユニット１４との間の部分の分岐ガスＧ１の温度を測定する。温度計２２の位置は、二酸化炭素分離ユニット１４に供給される分岐ガスＧ１の温度を測定できれば、適宜変更可能である。

【0037】

調整弁２１は、再生燃料ガス系統１４ｂに設けられている。調整弁２１を開閉することで、導入室Ｒ１内の圧力を調整することができる。例えば、調整弁２１の開度を上げた場合、導入室Ｒ１から燃焼器３ａへと再生燃料ガスＧ１２が流れやすくなる。その結果、導入室Ｒ１内の圧力は下がる。逆に、調整弁２１の開度を下げた場合、導入室Ｒ１内の圧力が上がる。したがって、調整弁２１は、導入室Ｒ１内の分岐ガスＧ１の圧力を調整する、圧力調整器Ｃｐとして機能することができる。

【0038】

図１に示すように、燃料電池システム１００は、運転状態取得部１８および制御装置１９を備えている。運転状態取得部１８は、燃料電池４の運転状態を取得する。運転状態とは、例えば、定格出力に対する燃料電池４の出力の状態である。運転状態取得部１８は、例えば、燃料電池４の出力を測定するための電流計および電圧計等を有してもよい。運転状態取得部１８は、燃料電池４の運転状態を制御装置１９に入力する。

【0039】

制御装置１９には、圧力計２０、温度計２２、リサイクルガス流量計１６ｂ、運転状態取得部１８等から、各種の情報が入力される。制御装置１９は、これらの情報に基づき、温度調整器１３、圧力調整器Ｃｐ等を制御する。制御装置１９は、分岐部１０における、分岐ガスＧ１およびリサイクルガスＧ２の分配比率を制御してもよい。

【0040】

ここで、燃料電池４が部分負荷運転になった場合は、アノードオフガスＧの流量が低下する。その結果、二酸化炭素分離ユニット１４に供給される分岐ガスＧ１の流量が減少する場合がある。分岐ガスＧ１の流量が低下すると、二酸化炭素分離ユニット１４において、分岐ガスＧ１の単位流量あたりの分離膜Ｓの面積が増大する。その結果、二酸化炭素よりも透過係数が小さい水素なども、分離膜Ｓを透過しやすくなり、二酸化炭素リッチガスＧ１１における二酸化炭素濃度が低下する。さらに、再生燃料ガスＧ１２に含まれる水素等の可燃成分が減少し、システム全体での発電効率が低下するという課題も生じる。

【0041】

また、二酸化炭素分離ユニット１４における分離膜Ｓの性能は、分離膜Ｓに接するガスの温度、圧力、および流量によって変化する。分離膜Ｓの性能の例について、図２～図５を用いて説明する。図２～図５の横軸は、分離膜Ｓに接する、分離対象となる気体の圧力である。本実施の形態では、二酸化炭素分離ユニット１４の導入室Ｒ１内における分岐ガスＧ１の圧力が、図２～図５の横軸に相当する。

【0042】

図２、図３は、ガスの温度と分離膜Ｓの性能の関係を示すグラフである。図２の縦軸は、分離膜Ｓにおける二酸化炭素の透過率である。図３の縦軸は、分離膜Ｓを透過した気体における二酸化炭素の濃度である。図２、図３において、温度Ｔ０（破線）は、温度Ｔ１（実線）よりも高い。図２および図３から理解できるように、温度が高いほど、二酸化炭素の透過率は増えるが、二酸化炭素の濃度は減少する。温度が高いほど二酸化炭素の濃度が減少する原因は、水素などの二酸化炭素以外の成分の透過量も増加するためである。

【0043】

図４、図５は、ガスの流量と分離膜Ｓの性能の関係を示すグラフである。図４の縦軸は、分離膜Ｓにおける二酸化炭素の透過率である。図５の縦軸は、分離膜Ｓを透過した気体における二酸化炭素の濃度である。図４、図５において、破線は燃料電池４が定格出力で運転している場合を示し、実線は部分負荷で運転している場合を示す。燃料電池４が部分負荷で運転している場合、定格出力で運転している場合と比較して、アノードオフガスＧの流量が減る。したがって、図４、図５において「定格」はガスの流量が大きい場合を表し、「部分負荷」はガスの流量が小さい場合を表す。

【0044】

図４および図５から理解できるように、燃料電池４の運転状態が定格から部分負荷に変化すると、二酸化炭素の透過率が上昇するが、二酸化炭素の濃度は減少する。その原因は、分離膜Ｓに供給されるガスの流量が減少し、ガスの単位流量あたりにおける分離膜Ｓの面積が大きくなるためである。

【0045】

図２～図５から理解できるように、二酸化炭素分離ユニット１４の導入室Ｒ１内における分岐ガスＧ１の圧力（横軸）が大きいほど、二酸化炭素の透過率は増え、二酸化炭素の濃度は減少する。

【0046】

図２～図５から理解される傾向を踏まえ、本実施の形態における制御装置１９は、燃料電池４の出力が変動しても二酸化炭素分離ユニット１４における分離性能が低下しないように制御を行う。具体的に、制御装置１９は、温度調整器１３および圧力調整器Ｃｐを制御する。この制御は、圧力計２０が取得する圧力、温度計２２が取得する温度、リサイクルガス流量計１６ｂが取得するリサイクルガスＧ２の流量、および運転状態取得部１８が取得する燃料電池４の運転状態、等に基づいて行われる。

【0047】

例えば、制御装置１９は、二酸化炭素分離ユニット１４によって得られる二酸化炭素リッチガスＧ１１の、二酸化炭素の濃度あるいは流量を目標値として保持する。これらの目標値を満たすように、制御装置１９は、温度調整器１３および圧力調整器Ｃｐを制御してもよい。一例として、燃料電池４の出力が下がった場合は、二酸化炭素リッチガスＧ１１における二酸化炭素の濃度は減少する。この減少を補うように、制御装置１９は、以下の第１例または第２例における制御を実行してもよい。

【0048】

第１例において、制御装置１９は、二酸化炭素分離ユニット１４に供給される分岐ガスＧ１の温度を低下させる。より具体的には、温度調整器１３のポンプ１３ａの回転数を上げる等により、熱交換器１３ｂに供給される冷媒の流量を増やす。その結果、熱交換器１３ｂにおいて、より多くの熱が分岐ガスＧ１から冷媒へと奪われ、分岐ガスＧ１の温度を低下させることができる。

【0049】

第２例において、制御装置１９は、二酸化炭素分離ユニット１４内における分岐ガスＧ１の圧力を低下させる。より具体的には、圧力調整器Ｃｐとしての調整弁２１の開度を上げることで、二酸化炭素分離ユニット１４から燃焼器３ａへと再生燃料ガスＧ１２が流れやすくする。あるいは、圧力調整器Ｃｐとしての圧縮機１２の回転数を下げることで、分岐ガス系統１１において分岐ガスＧ１に印加される圧力を低下させる。その結果、二酸化炭素分離ユニット１４内の分岐ガスＧ１の圧力を下げることができる。

【0050】

上記した第１例および第２例を組み合わせてもよい。つまり、制御装置１９は、温度調整器１３および圧力調整器Ｃｐの両方を制御することで、二酸化炭素分離ユニット１４内における分岐ガスＧ１の温度および圧力の両方を変化させてもよい。また、圧力による制御は時定数が小さく、温度による制御は時定数が大きい傾向がある。言い換えると、圧力による制御は応答速度が速く、温度による制御は応答速度が遅い傾向がある。このような相違を考慮し、二酸化炭素の濃度あるいは回収量が目標値に近づくよう、フィードバック制御を行ってもよい。あるいは、制御装置１９は、温度調整器１３を制御せず、圧力調整器Ｃｐのみを制御してもよい。

【0051】

以上説明したように、本開示の燃料電池システム１００は、アノード４Ａおよびカソード４Ｂを有する燃料電池４と、アノード４Ａから排出されたアノードオフガスＧを、分岐ガスＧ１とリサイクルガスＧ２とに分岐させる分岐部１０と、分岐ガスＧ１を、分岐ガスＧ１よりも二酸化炭素濃度の高い二酸化炭素リッチガスＧ１１と分岐ガスＧ１よりも二酸化炭素濃度の低い残留ガスとに分離するガス分離装置Ｄと、ガス分離装置Ｄの内部におけるアノードオフガスＧの圧力を調整する圧力調整器Ｃｐと、分岐ガスＧ１の圧力を取得する圧力計２０と、分岐ガスＧ１の、少なくとも組成および流量に関するガス情報を取得するガス情報取得部１１ａと、圧力計２０が取得した圧力およびガス情報取得部１１ａが取得したガス情報に基づき、圧力調整器Ｃｐを制御する制御装置１９と、を備える。

【0052】

このような構成の燃料電池システム１００によれば、ガス分離装置Ｄに供給されるアノードオフガスＧの流量が変化した場合、二酸化炭素リッチガスＧ１１の二酸化炭素濃度が低下しないように、圧力調整器ＣｐによってアノードオフガスＧ（分岐ガスＧ１）の圧力を調整することが可能である。

【0053】

また、分岐部１０とガス分離装置Ｄとの間に、分岐ガスＧ１の温度を調整する温度調整器１３が配置されてもよい。この構成によれば、温度調整器１３によって、ガス分離装置Ｄに供給される分岐ガスＧ１の温度を調整できる。分岐ガスＧ１の圧力だけでなく、温度も調整することで、アノードオフガスＧの流量が変化した際の二酸化炭素リッチガスＧ１１における二酸化炭素濃度の減少を、より確実に抑制できる。

【0054】

また、燃料電池システム１００は、燃料電池４の運転状態を取得する運転状態取得部１８を備えてもよい。制御装置１９は、運転状態に基づいて圧力調整器Ｃｐを制御してもよい。この構成によれば、燃料電池４の運転状態が定格出力から部分負荷に変動した場合に、二酸化炭素リッチガスＧ１１に含まれる二酸化炭素の濃度が減ってしまうことを抑制できる。

【0055】

また、燃料電池システム１００は、分岐ガスＧ１をガス分離装置Ｄに供給する分岐ガス系統１１と、リサイクルガスＧ２を混合器２に供給するリサイクルガス系統１６と、を備えてもよい。また、制御装置１９は、ガス分離装置Ｄの内部における分岐ガスＧ１の圧力と、温度計２２が取得した温度と、運転状態取得部１８が取得した運転状態と、に基づき、分岐部１０における分岐ガスＧ１およびリサイクルガスＧ２の分配比率を制御してもよい。この構成によれば、アノードオフガスＧの一部である分岐ガスＧ１から、ガス分離装置Ｄにおいて二酸化炭素を分離すると同時に、アノードオフガスＧの残りの部分であるリサイクルガスＧ２を、燃料電池４における発電の原料として再利用できる。さらに、ガス分離装置Ｄにおける二酸化炭素の分離および燃料電池４における発電の両面から、燃料電池システム１００の運転を最適化できる。
また、混合器２はエジェクタであってもよい。この場合、水蒸気を駆動流体として、リサイクルガスＧ２を吸引することができることから、ブロワ１６ａが不要になり、補機動力の低減が図ることができる。

【0056】

また、燃料電池システム１００は、ガス分離装置Ｄで分離された二酸化炭素リッチガスＧ１１を吸引する真空ポンプ１５をさらに備えてもよい。この構成によれば、導入室Ｒ１と回収室Ｒ２の圧力比を大きくすることでき、分離膜Ｓの性能を高めることができる。さらに、回収室Ｒ２に二酸化炭素リッチガスＧ１１が滞留することを抑制できる。したがって、分離膜Ｓについて、高効率化が図れるとともに、回収室Ｒ２の二酸化炭素濃度が高いために二酸化炭素の透過が停滞する現象を抑制できる。

【0057】

また、制御装置１９は、運転状態取得部１８が取得した運転状態に基づき、燃料電池４の出力が低下したと判定した場合は、ガス分離装置Ｄの内部におけるアノードオフガスＧの圧力が低下するように圧力調整器Ｃｐを制御してもよい。このように圧力を低下させることで、二酸化炭素リッチガスＧ１１に含まれる二酸化炭素の濃度が低下することを抑制できる。

【0058】

また、燃料電池システム１００は、炭化水素から水素を生成する改質器３と、改質器３と熱的に接続された燃焼器３ａと、を備えてもよい。ガス分離装置Ｄで得られる残留ガスは、アノードオフガスＧよりも水素の濃度が高い再生燃料ガスＧ１２として燃焼器３ａに供給されてもよい。この構成によれば、アノードオフガスＧよりも二酸化炭素の濃度が低く、かつ、水素の濃度が高い再生燃料ガスＧ１２を、燃焼器３ａの燃料として再利用できる。したがって、システム全体の発電効率を、より高めることができる。

【0059】

実施の形態２．
次に、図６を用いて、実施の形態２に係る燃料電池システム１００Ａについて説明する。燃料電池システム１００Ａは、基本的な構成は実施の形態１の燃料電池システム１００と同様であるため、異なる点を中心に説明する。図６では図示を省略しているが、分岐ガス系統１１の上流側には、分岐部１０等（図１参照）が配置されている。再生燃料ガス系統１４ｂの下流側には、燃焼器３ａ等が配置されている。

【0060】

図６に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００Ａにおけるガス分離装置Ｄは、二酸化炭素分離ユニット１４に加えて、水素分離ユニット１４Ｈと、中間系統２４と、循環系統２５と、第２圧力計２０Ａと、第２調整弁２１Ａと、を備える。水素分離ユニット１４Ｈは、第２分離膜ＳＨと、第２導入室Ｒ３と、第２回収室Ｒ４と、を有する。第２導入室Ｒ３および第２回収室Ｒ４は、第２分離膜ＳＨによって区画されている。第２分離膜ＳＨは、水素を選択的に透過させる。第２分離膜ＳＨは、例えば高分子によって形成されている。第２分離膜ＳＨは、二酸化炭素分離ユニット１４の分離膜Ｓと比較して、水素を透過しやすく、二酸化炭素を透過しにくい材質で形成される。また、第２分離膜ＳＨは、分子の大きさで選択透過する無機の分子篩膜であってもよい。

【0061】

本実施の形態では、分岐ガスＧ１は水素分離ユニット１４Ｈの第２導入室Ｒ３に導入される。水素分離ユニット１４Ｈにおいて、分岐ガスＧ１に含まれる水素は、第２分離膜ＳＨを透過し、第２回収室Ｒ４に移動する。第２回収室Ｒ４には再生燃料ガス系統１４ｂが接続されている。第２分離膜ＳＨを透過したガスは、水素の濃度が分岐ガスＧ１よりも高く、二酸化炭素の濃度が分岐ガスＧ１よりも低い。本実施形態では、第２分離膜ＳＨを透過して第２回収室Ｒ４に移動したガスを、再生燃料ガスＧ１２として、再生燃料ガス系統１４ｂに排出する。この再生燃料ガスＧ１２も、実施の形態１と同様に、燃焼器３ａの燃料として利用できる。

【0062】

中間系統２４は、水素分離ユニット１４Ｈの第２導入室Ｒ３と、二酸化炭素分離ユニット１４の導入室Ｒ１と、を接続している。水素分離ユニット１４Ｈは、二酸化炭素分離ユニット１４よりも上流側に位置している。第２分離膜ＳＨを透過せず第２導入室Ｒ３に残留したガスは、中間系統２４を通じて、導入室Ｒ１に導入される。本実施の形態では、このように中間系統２４を流動するガスを、中間ガスＧｍと称する。中間ガスＧｍは、水素分離ユニット１４Ｈによって分離される前の分岐ガスＧ１よりも、水素の濃度が低く、二酸化炭素の濃度が高い。

【0063】

図６に示す分離ユニット１４は、中間ガスＧｍに含まれる二酸化炭素を分離膜Ｓによって分離し、二酸化炭素リッチガスＧ１１として二酸化炭素回収系統１４ａに排出する。循環系統２５は、導入室Ｒ１において分離膜Ｓを透過せず残留したガスを、循環ガスＧｃとして、分岐ガス系統１１に循環させる。循環ガスＧｃには、二酸化炭素分離ユニット１４および水素分離ユニット１４Ｈによって分離されなかった水素および二酸化炭素が含まれている。循環ガスＧｃを分岐ガス系統１１に循環させることで、二酸化炭素の回収効率および水素の利用効率を高めることができる。

【0064】

第２圧力計２０Ａおよび第２調整弁２１Ａは中間系統２４に配置されている。第２調整弁２１Ａの開度に応じて、導入室Ｒ１内の圧力は変化する。したがって第２調整弁２１Ａも圧力調整器Ｃｐとして機能することができる。圧力計２０および調整弁２１は、循環系統２５に配置されている。図６において図示は省略するが、制御装置１９（図１参照）は、ガス情報取得部１１ａが取得したガス情報、圧力計２０、第２圧力計２０Ａ、温度計２２等の計測結果に基づき、温度調整器１３、調整弁２１、および第２調整弁２１Ａを制御してもよい。

【0065】

より具体的に、制御装置１９は、上流側の水素分離ユニット１４Ｈの第２導入室Ｒ３に導入される、分岐ガスＧ１の温度および圧力を、温度調整器１３および第２調整弁２１Ａ等によって調整することができる。また、下流側の二酸化炭素分離ユニット１４の導入室Ｒ１に導入される、中間ガスＧｍの圧力を、調整弁２１等によって制御することができる。制御装置１９は、水素の利用効率および二酸化炭素の回収効率が目標値に近づくように制御を行うことができる。

【0066】

図７に、実施の形態２に係る燃料電池システム１００Ａの第１変形例を示す。図７に示すように、第２圧力計２０Ａおよび第２調整弁２１Ａは無くてもよい。この場合も、制御装置１９が温度調整器１３を制御することで、導入室Ｒ１および第２導入室Ｒ３に導入されるガスの温度を調整することができる。また、制御装置１９が調整弁２１を制御することで、導入室Ｒ１および第２導入室Ｒ３に導入されるガスの圧力を調整することができる。さらに、構成がシンプルであるため、コストダウンに寄与することができる。

【0067】

図８に、実施の形態２に係る燃料電池システム１００Ａの第２変形例を示す。図８に示すように、水素分離ユニット１４Ｈは、二酸化炭素分離ユニット１４よりも下流側に配置されていてもよい。この構成によれば、制御装置１９は、上流側の二酸化炭素分離ユニット１４の導入室Ｒ１に導入される、分岐ガスＧ１の温度および圧力を、温度調整器１３および第２調整弁２１Ａ等によって調整することができる。また、下流側の水素分離ユニット１４Ｈの第２導入室Ｒ３に導入される、中間ガスＧｍの圧力を、調整弁２１等によって制御することができる。制御装置１９は、水素の利用効率および二酸化炭素の回収効率が目標値に近づくように制御を行うことができる。

【0068】

さらに、図９の第３変形例に示すように、第２圧力計２０Ａおよび第２調整弁２１Ａは無くてもよい。

【0069】

以上説明したように、実施の形態２に係る燃料電池システム１００Ａ（図６～図８）において、ガス分離装置Ｄは、複数の分離ユニット１４、１４Ａを有している。複数の分離ユニット１４、１４Ｈには、二酸化炭素を分離させる二酸化炭素分離ユニット１４と、水素を分離させる水素分離ユニット１４Ｈと、が含まれる。このような構成によれば、二酸化炭素の回収効率および水素の利用効率をより高めることができる。ガス分離装置Ｄは、３つ以上の分離ユニットを有してもよい。

【0070】

また、図６、図８の例において、燃料電池システム１００Ａは、圧力計２０よりも上流側の分岐ガス（中間ガスＧｍ）の圧力を計測する第２圧力計２０Ａをさらに備えている。圧力調整器Ｃｐには、調整弁２１と、調整弁２１よりも上流側に配置された第２調整弁２１Ａと、が含まれている。制御装置１９は、圧力計２０の計測結果と、ガス情報取得部１１ａからのガス情報と、に基づいて調整弁２１を制御してもよい。さらに制御装置１９は、第２圧力計２０Ａの計測結果と、ガス情報取得部１１ａからのガス情報と、に基づいて第２調整弁２１Ａを制御してもよい。この構成によれば、複数の分離ユニット１４、１４Ａにおけるガスの圧力を、より柔軟に調整することができる。したがって、それぞれの分離ユニット１４、１４Ａで得られる成果物である二酸化炭素リッチガスＧ１１および再生燃料ガスＧ１２の成分の濃度などを、最適化することが可能となる。

【0071】

実施の形態３．
次に、図１０を用いて、実施の形態３に係る燃料電池システム１００Ｂについて説明する。燃料電池システム１００Ｂは、基本的な構成は実施の形態１の燃料電池システム１００と同様であるため、異なる点を中心に説明する。

【0072】

図１０に示すように、燃料電池システム１００Ｂは、二酸化炭素回収部２６を備えている。二酸化炭素回収部２６は、燃焼器３ａから排出される燃焼オフガスから、二酸化炭素を回収する。二酸化炭素回収部２６は、例えば、二酸化炭素を吸着可能な吸着剤を有してもよい。

【0073】

吸着剤の材質としては、例えばアミン、ゼオライト、シリカゲル、珪藻土、アルミナ、活性炭等が挙げられる。上記のなかから複数の材質を選択して採用してもよいし、上記以外の材質を採用してもよい。吸着剤は粒状（例えばビーズ状（球形）、ペレット状（円柱形））であってもよい。あるいは、粉状の吸着剤を採用してもよい。この場合、粉状の吸着剤を、基材の表面に担持させてもよい。基材は、例えばハニカム形状であってもよい。

【0074】

この構成によれば、二酸化炭素回収部２６によって燃焼オフガスから二酸化炭素を回収することで、大気に放出される二酸化炭素の量を低減することができる。なお、二酸化炭素回収部２６は、吸着剤に代えて、二酸化炭素分離ユニット１４と同様の分離膜Ｓを有してもよい。この場合も、燃焼オフガスに含まれる二酸化炭素を、分離膜Ｓを用いて分離したうえで大気に放出できる。したがって、大気に放出される二酸化炭素の濃度および量を低減できる。

【0075】

なお、本開示の技術的範囲は前記実施の形態に限定されず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0076】

例えば、実施の形態１では、圧縮機１２および調整弁２１が、圧力調整器Ｃｐとして機能した。しかしながら、圧力調整器Ｃｐの機能は、圧縮機１２および調整弁２１のどちらか一方によってのみ実現されてもよい。

【0077】

また、前記実施の形態では、制御装置１９が、温度調整器１３および圧力調整器Ｃｐ等を制御した。制御装置１９の機能は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサが、プログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。これらの機能のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアが協働することで実現されてもよい。また、制御装置１９の機能は、１つのハードウェアによって実現されてもよい。あるいは、温度調整器１３を制御するハードウェアと、圧力調整器Ｃｐを制御するハードウェアとが異なっていてもよい。

【0078】

また、分離装置Ｄによって分岐ガスＧ１から分離され、二酸化炭素回収系統１４ａに導入された二酸化炭素リッチガスＧ１１は、外部から供給された水素ガスとともに、燃料合成反応機構（図示せず）に供給されてもよい。燃料合成反応機構に供給される水素ガスは、例えば、水電解から生成されてもよいし、その他の生成方法により貯蔵・輸送されてもよい。燃料合成反応機構において、二酸化炭素リッチガスＧ１１の二酸化炭素と水素とを反応させることで、炭化水素系燃料である合成燃料（例えばメタンなど）の生成に利用してもよい。燃料電池４における原料として使用した炭素成分を元に、合成燃料を生成することで、カーボンリサイクルが実現できる。

【0079】

その他、上記した実施の形態あるいは変形例を、適宜組み合わせてもよい。
例えば、実施の形態３において説明した燃料電池システム１００Ｂが、図６～図９に示すようなガス分離装置Ｄを備えてもよい。

【符号の説明】

【0080】

２…混合器 ３…改質器 ３ａ…燃焼器 ４…燃料電池 ４Ａ…アノード ４Ｂ…カソード １０…分岐部 １１…分岐ガス系統 １１ａ…ガス情報取得部 １３…温度調整器 １４…二酸化炭素分離ユニット １４Ｈ…水素分離ユニット １５…真空ポンプ １６…リサイクルガス系統 １８…運転状態取得部 １９…制御装置 ２０…圧力計 ２０Ａ…第２圧力計 ２１…調整弁 ２１Ａ…第２調整弁 ２２…温度計 ２６…二酸化炭素回収部 １００、１００Ａ、１００Ｂ…燃料電池システム Ｃｐ…圧力調整器 Ｄ…ガス分離装置 Ｇ…アノードオフガス Ｇ１…分岐ガス Ｇ２…リサイクルガス Ｇ１１…二酸化炭素リッチガス Ｇ１２…再生燃料ガス（残留ガス）

【要約】

本開示に係る燃料電池システムは、アノードおよびカソードを有する燃料電池と、前記アノードから排出されたアノードオフガスを、分岐ガスとリサイクルガスとに分岐させる分岐部と、前記分岐ガスを、前記分岐ガスよりも二酸化炭素濃度の高い二酸化炭素リッチガスと前記分岐ガスよりも二酸化炭素濃度の低い残留ガスとに分離するガス分離装置と、前記ガス分離装置の内部における前記アノードオフガスの圧力を調整する圧力調整器と、前記分岐ガスの圧力を取得する圧力計と、前記分岐ガスの、少なくとも組成および流量に関するガス情報を取得するガス情報取得部と、前記圧力計が取得した前記圧力および前記ガス情報取得部が取得した前記ガス情報に基づき、前記圧力調整器を制御する制御装置と、を備える。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】