【手続補正書】
【提出日】令和3年5月17日(2021.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０４】
当業者には、特許請求される主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態に対して様々な修正および変更がなされ得ることが明らかであろう。したがって、本明細書は、本明細書に記載される様々な実施形態の修正および変更を包含することが意図されるが、そのような修正および変更が、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内であることを条件とする。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
ガス井に給電するための自己持続可能な固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）システムであって、
第１のカソードと、第１のアノードと、前記第１のカソードと前記第１のアノードとの間に配置された第１の固体電解質と、を備える、第１のＳＯＦＣと、
第２のカソードと、第２のアノードと、前記第１のＳＯＦＣからの第１の生成物流に流体接続された前記第２のカソードと前記第２のアノードとの間に配置された第２の固体電解質と、を備える、第２のＳＯＦＣと、
ＳＯ２を除去するように、前記第１のＳＯＦＣと流体連通しているＳＯ２除去機器と、
燃焼器と、前記第２のＳＯＦＣからの第２の生成物流に流体接続された循環熱媒体と、を備える、燃焼回路と、
前記第１のＳＯＦＣおよび前記第２のＳＯＦＣに接続された１つ以上の外部電気回路と、
を備え、
前記第１のアノードが、天然ガス供給物流中のＨ２ＳからＳＯ２および電子を生成するように構成された第１の酸化領域を備え、
前記第２のアノードが、前記第１の生成物流中のＣＨ４を電気化学的に酸化させて、合成ガスおよび電子を生成し、Ｈ２を電気化学的に酸化させて、Ｈ２Ｏおよび電子を生成するように構成された第２の酸化領域を備え、
前記循環熱媒体が、前記燃焼器、前記第１のＳＯＦＣ、および前記第２のＳＯＦＣと熱的接続され、そのため、少なくとも前記第２の生成物流の燃焼から前記燃焼器で発生した熱が、前記第１のＳＯＦＣに分配されて、前記第１のＳＯＦＣを第１の動作温度に維持し、前記第２のＳＯＦＣに分配されて、前記第２のＳＯＦＣを第２の動作温度に維持し、前記第１および第２の動作温度が、７００℃を超え、
前記外部電気回路が、前記第１のＳＯＦＣおよび前記第２のＳＯＦＣの両方で生成された前記電子から電力を発生させるように構成されている、システム。
実施形態２
前記第１のアノードおよび前記第２のアノードが、固体金属アノードである、実施形態１に記載のシステム。
実施形態３
前記ＳＯ２除去機器が、前記第１のＳＯＦＣと前記第２のＳＯＦＣとの間に配置される、実施形態１に記載のシステム。
実施形態４
前記第１のアノードが、溶融金属アノードである、実施形態１に記載のシステム。
実施形態５
前記自己持続可能なＳＯＦＣシステムが、前記第１のアノードの前記溶融金属を循環させるように構成された溶融金属導管をさらに備える、実施形態４に記載のシステム。
実施形態６
前記自己持続可能なＳＯＦＣシステムが、前記第１のアノード中の金属から金属硫化物を生成するように構成された硫酸化領域をさらに備える、実施形態５に記載のシステム。
実施形態７
前記金属硫化物が、前記第１の固体電解質と接触すると、電気化学的に酸化されて、ＳＯ２および電気を生成する、実施形態６に記載のシステム。
実施形態８
前記ＳＯ２除去機器が、前記第１のアノードの流れにおいて、前記第１の固体電解質と前記硫酸化領域との間の前記溶融金属導管内に配置され、分離カラムまたは膜を備える、実施形態６に記載のシステム。
実施形態９
前記第１のアノードが、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、水銀（Ｈｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、ヒ素（Ａｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、テルル（Ｔｅ）、セレン（Ｓｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、金（Ａｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、タリウム（Ｔｌ）、カドミウム（Ｃｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、バナジウム（Ｖ）、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含む、実施形態４に記載のシステム。
実施形態１０
前記循環熱媒体が、前記第１の動作温度および前記第２の動作温度を、７００℃〜９００℃に維持する、実施形態１に記載のシステム。
実施形態１１
前記第１の固体電解質、前記第２の固体電解質、または両方が、ジルコニア系電解質またはセリア系電解質を含む、実施形態１に記載のシステム。
実施形態１２
前記第１の固体電解質、前記第２の固体電解質、または両方が、イットリア安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）を含む、実施形態１に記載のシステム。
実施形態１３
前記第１のカソード、前記第２のカソード、または両方が、ランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）、イットリア安定化ＺｒＯ２／ランタンストロンチウムマンガナイト（ＹＳＺ−ＬＳＭ）、ランタンストロンチウムコバルトフェライト（ＬＳＣＦ）、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、実施形態１に記載のシステム。
実施形態１４
前記自己持続可能な固体酸化物燃料電池システムが、前記燃焼回路への外部燃料供給をさらに備える、実施形態１に記載のシステム。
実施形態１５
サワー天然ガスから電気を発生させるための方法であって、
固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）システムを提供することであって、前記システムが、
第１のカソードと、第１のアノードと、前記第１のカソードと前記第１のアノードとの間に配置された第１の固体電解質と、を備える、第１のＳＯＦＣと、
第２のカソードと、第２のアノードと、前記第１のＳＯＦＣからの第１の生成物流に流体接続された前記第２のカソードと前記第２のアノードとの間に配置された第２の固体電解質と、を備える、第２のＳＯＦＣと、
ＳＯ２を除去するように、前記第１のＳＯＦＣと流体連通しているＳＯ２除去機器と、
燃焼器と、前記第２のＳＯＦＣからの第２の生成物流に流体接続された循環熱媒体と、を備える、燃焼回路と、
前記第１のＳＯＦＣおよび前記第２のＳＯＦＣに接続された１つ以上の外部電気回路と、を備える、提供することと、
前記サワー天然ガスを前記第１のＳＯＦＣに供給することと、
前記第１のアノードの第１の酸化領域において、前記サワー天然ガス中のＨ２ＳからＳＯ２および電子を生成することと、
前記ＳＯ２除去機器を使用して前記システムからＳＯ２を除去することと、
前記ＳＯ２が除去された前記第１のＳＯＦＣからの前記第１の生成物流を前記第２のＳＯＦＣに供給することと、
前記第２のアノードの第２の酸化領域において、前記第１のＳＯＦＣからの前記第１の生成物流からＣＨ４を電気化学的に酸化させて、合成ガスおよび電子を生成することと、
前記第２のＳＯＦＣからの前記第２の生成物流を前記燃焼回路に供給し、前記燃焼器で前記合成ガスを燃焼させて、熱を発生させることと、
前記燃焼器で発生した前記熱を、前記循環熱媒体を介して、前記第１のＳＯＦＣおよび前記第２のＳＯＦＣに分配することと、
前記燃焼器からの燃焼生成物流を前記第２のＳＯＦＣに供給することと、
前記第１のＳＯＦＣおよび前記第２のＳＯＦＣで発生した電子を収集することにより、前記１つ以上の外部電気回路で電気を発生させることと、
を含む、方法。
実施形態１６
前記方法が、前記第２のアノードの前記第２の酸化領域において、前記第１のＳＯＦＣからの前記第１の生成物流からＨ２を電気化学的に酸化させて、Ｈ２Ｏおよび電子を生成することをさらに含む、実施形態１５に記載の方法。
実施形態１７
前記第１のアノードが、溶融金属アノードである、実施形態１５に記載の方法。
実施形態１８
前記サワー天然ガス中のＨ２ＳからＳＯ２および電子を生成することが、前記第１のアノードを前記サワー天然ガスからの前記Ｈ２Ｓと接触させて、金属硫化物を生成し、前記第１の酸化領域において、前記金属硫化物を酸化させて、ＳＯ２を生成することを含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態１９
前記第１のアノードが、固体金属アノードである、実施形態１５に記載の方法。
実施形態２０
前記サワー天然ガス中のＨ２ＳからＳＯ２および電子を生成することが、前記第１の酸化領域において、前記サワー天然ガスからの前記Ｈ２ＳをＳＯ２に直接酸化させることを含む、実施形態１９に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス井に給電するための自己持続可能な固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）システムであって、
第１のカソードと、第１のアノードと、前記第１のカソードと前記第１のアノードとの間に配置された第１の固体電解質と、を備える、第１のＳＯＦＣと、
第２のカソードと、固体金属アノードである第２のアノードと、前記第１のＳＯＦＣからの第１の生成物流に流体接続された前記第２のカソードと前記第２のアノードとの間に配置された第２の固体電解質と、を備える、第２のＳＯＦＣと、
前記第１の生成物流からＳＯ２を除去するように、前記第１のＳＯＦＣと流体連通しているＳＯ２除去機器と、
前記第２のＳＯＦＣからの第２の生成物流に流体接続された燃焼回路であって、燃焼器と、循環熱媒体と、を備える、燃焼回路と、
前記第１のＳＯＦＣおよび前記第２のＳＯＦＣに接続された１つ以上の外部電気回路と、
を備え、
前記第１のアノードが、天然ガス供給物流中のＨ２ＳからＳＯ２および電子を生成するように構成された第１の酸化領域を備え、
前記第２のアノードが、前記第１の生成物流中のＣＨ４を電気化学的に酸化させて、合成ガスおよび電子を生成し、Ｈ２を電気化学的に酸化させて、Ｈ２Ｏおよび電子を生成するように構成された第２の酸化領域を備え、
前記循環熱媒体が、前記燃焼器、前記第１のＳＯＦＣ、および前記第２のＳＯＦＣと物理的に離れているが熱的接続され、そのため、少なくとも前記第２の生成物流の燃焼から前記燃焼器で発生した熱が、前記第１のＳＯＦＣに分配されて、前記第１のＳＯＦＣを第１の動作温度に維持し、前記第２のＳＯＦＣに分配されて、前記第２のＳＯＦＣを第２の動作温度に維持し、前記第１および第２の動作温度が、７００℃を超え、
前記外部電気回路が、前記第１のＳＯＦＣおよび前記第２のＳＯＦＣの両方で生成された前記電子から電力を発生させるように構成されている、システム。
【請求項２】
前記第１のアノードが、固体金属アノードである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ＳＯ２除去機器が、前記第１のＳＯＦＣと前記第２のＳＯＦＣとの間に配置される、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のアノードが、溶融金属アノードである、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記自己持続可能なＳＯＦＣシステムが、前記第１のアノードの前記溶融金属を循環させるように構成された溶融金属導管をさらに備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記自己持続可能なＳＯＦＣシステムが、前記第１のアノード中の金属から金属硫化物を生成するように構成された硫酸化領域をさらに備え、前記金属硫化物が、前記第１の固体電解質と接触すると、電気化学的に酸化されて、ＳＯ２および電気を生成する、請求項４または５に記載のシステム。
【請求項７】
前記自己持続可能なＳＯＦＣシステムが、前記第１のアノード中の金属から金属硫化物を生成するように構成された硫酸化領域をさらに備え、前記ＳＯ２除去機器が、前記第１のアノードの流れにおいて、前記第１の固体電解質と前記硫酸化領域との間の前記溶融金属導管内に配置され、分離カラムまたは膜を備える、請求項４または５に記載のシステム。
【請求項８】
前記循環熱媒体が、前記第１の動作温度および前記第２の動作温度を、７００℃〜９００℃に維持する、請求項１から７いずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の固体電解質、前記第２の固体電解質、または両方が、ジルコニア系電解質またはセリア系電解質を含む、請求項１から８いずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のカソード、前記第２のカソード、または両方が、ランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）、イットリア安定化ＺｒＯ２／ランタンストロンチウムマンガナイト（ＹＳＺ−ＬＳＭ）、ランタンストロンチウムコバルトフェライト（ＬＳＣＦ）、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１から８いずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記自己持続可能な固体酸化物燃料電池システムが、前記燃焼回路への外部燃料供給をさらに備える、請求項１から１０いずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
サワー天然ガスから電気を発生させるための方法であって、
固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）システムを提供することであって、前記システムが、
第１のカソードと、第１のアノードと、前記第１のカソードと前記第１のアノードとの間に配置された第１の固体電解質と、を備える、第１のＳＯＦＣと、
第２のカソードと、固体金属アノードである第２のアノードと、前記第１のＳＯＦＣからの第１の生成物流に流体接続された前記第２のカソードと前記第２のアノードとの間に配置された第２の固体電解質と、を備える、第２のＳＯＦＣと、
ＳＯ２を除去するように、前記第１のＳＯＦＣと流体連通しているＳＯ２除去機器と、
前記第２のＳＯＦＣからの第２の生成物流に流体接続された燃焼回路であって、燃焼器と、循環熱媒体と、を備える、燃焼回路と、
前記第１のＳＯＦＣおよび前記第２のＳＯＦＣに接続された１つ以上の外部電気回路と、を備える、提供することと、
前記サワー天然ガスを前記第１のＳＯＦＣに供給することと、
前記第１のアノードの第１の酸化領域において、前記サワー天然ガス中のＨ２ＳからＳＯ２および電子を生成することと、
前記ＳＯ２除去機器を使用して前記システムからＳＯ２を除去することと、
前記ＳＯ２が除去された前記第１のＳＯＦＣからの前記第１の生成物流を前記第２のＳＯＦＣに供給することと、
前記第２のアノードの第２の酸化領域において、前記第１のＳＯＦＣからの前記第１の生成物流からＣＨ４を電気化学的に酸化させて、合成ガスおよび電子を生成することと、
前記第２のＳＯＦＣからの前記第２の生成物流を前記燃焼回路に供給し、前記燃焼器で前記合成ガスを燃焼させて、熱を発生させることと、
前記燃焼器で発生した前記熱を、前記循環熱媒体を介して、前記第１のＳＯＦＣおよび前記第２のＳＯＦＣに分配することであって、前記循環熱媒体が、前記燃焼器、前記第一のＳＯＦＣ、および前記第２のＳＯＦＣと物理的に離れているが熱的接続されていることと、
前記燃焼器からの燃焼生成物流を前記第２のＳＯＦＣに供給することと、
前記第１のＳＯＦＣおよび前記第２のＳＯＦＣで発生した電子を収集することにより、前記１つ以上の外部電気回路で電気を発生させることと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記方法が、前記第２のアノードの前記第２の酸化領域において、前記第１のＳＯＦＣからの前記第１の生成物流からＨ２を電気化学的に酸化させて、Ｈ２Ｏおよび電子を生成することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のアノードが、溶融金属アノードであり、
前記サワー天然ガス中のＨ２ＳからＳＯ２および電子を生成することが、前記第１のアノードを前記サワー天然ガスからの前記Ｈ２Ｓと接触させて、金属硫化物を生成し、前記第１の酸化領域において、前記金属硫化物を酸化させて、ＳＯ２を生成することを含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のアノードが、固体金属アノードであり、
前記サワー天然ガス中のＨ２ＳからＳＯ２および電子を生成することが、前記第１の酸化領域において、前記サワー天然ガスからの前記Ｈ２ＳをＳＯ２に直接酸化させることを含む、請求項１２または１３に記載の方法。