(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料を少なくとも水素に改質する改質器と、前記改質された水素の化学ポテンシャルを異種エネルギーへ変換するエネルギー変換器と、前記エネルギー変換器における前記エネルギー変換の際に発生する熱を蓄熱する蓄熱器と、を備えたエネルギー変換装置であって、
前記蓄熱器は二酸化炭素を吸収するときに放熱するとともに熱を吸収するときに二酸化炭素を放出する蓄熱材を有し、
前記蓄熱材が前記改質器における前記改質の際に発生する二酸化炭素を吸収するときに前記蓄熱材からの放熱を前記改質器に供給する放熱モードと、前記蓄熱材が前記エネルギー変換器における前記エネルギー変換の際に発生する熱を吸熱するときに前記吸収した二酸化炭素を放出する蓄熱モードと、を切り替え制御する制御装置を備えることを特徴とするエネルギー変換装置。
【請求項２】
前記蓄熱器は、前記蓄熱材、前記蓄熱材と前記エネルギー変換器との間で熱の授受を行う第１の熱交換装置、及び前記蓄熱材と前記改質器との間で熱の授受を行う第２の熱交換装置を有する蓄熱ユニットを少なくとも二組備え、
前記制御装置は、
前記エネルギー変換器からの熱が一方の前記蓄熱ユニットの前記蓄熱材に対して前記第１の熱交換装置によって供給される場合には、前記一方の前記蓄熱ユニットの前記第２の熱交換装置による熱の授受を遮断し、前記改質器によって改質されたガスが前記一方の前記蓄熱ユニットに流入することを阻止することにより前記蓄熱モードを実行するとともに、前記改質器によって改質されたガスが前記他方の前記蓄熱ユニットに流入することを許可し、前記他方の前記蓄熱ユニットの前記第１の熱交換装置による熱の授受を遮断し、前記他方の前記蓄熱ユニットの前記第２の熱交換装置による熱の授受を許可することにより前記放熱モードを実行することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー変換装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記蓄熱モード及び前記放熱モードのうち一方のモードを開始した後、予め定めた時間が経過すると他方のモードに切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエネルギー変換装置。
【請求項４】
炭化水素系燃料を少なくとも水素に改質する改質器と、前記改質された水素の化学ポテンシャルを異種エネルギーへ変換するエネルギー変換器と、前記エネルギー変換器における前記エネルギー変換の際に発生する熱を蓄熱する蓄熱器と、を備えたエネルギー変換装置であって、
前記蓄熱器は、二酸化炭素を吸収するときに放熱するとともに熱を吸収するときに二酸化炭素を放出する蓄熱材、前記蓄熱材と前記エネルギー変換器との間で熱の授受を行う第１の熱交換装置、及び前記蓄熱材と前記改質器との間で熱の授受を行う第２の熱交換装置を有する蓄熱ユニットを少なくとも二組備え、
前記蓄熱材が前記改質器における前記改質の際に発生する二酸化炭素を吸収するときに前記蓄熱材からの放熱を前記改質器に供給する放熱モードと、前記蓄熱材が前記エネルギー変換器における前記エネルギー変換の際に発生する熱を吸熱するときに前記吸収した二酸化炭素を放出する蓄熱モードと、を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記エネルギー変換器からの熱が一方の前記蓄熱ユニットの前記蓄熱材に対して前記第１の熱交換装置によって供給される場合は、
前記一方の前記蓄熱ユニットの前記第２の熱交換装置による熱の授受を遮断し、前記改質器によって改質されたガスが前記一方の前記蓄熱ユニットに流入することを阻止することにより前記蓄熱モードを実行するとともに、
前記改質器によって改質されたガスが前記他方の前記蓄熱ユニットに流入することを許可し、前記他方の前記蓄熱ユニットの前記第１の熱交換装置による熱の授受を遮断し、前記他方の前記蓄熱ユニットの前記第２の熱交換装置による熱の授受を許可することにより前記放熱モードを実行することを特徴とするエネルギー変換装置。
【請求項５】
前記改質器と前記蓄熱器は一体に構成された装置であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項６】
前記放熱モードにおける前記蓄熱材からの放熱は前記改質器だけでなく他の加熱対象機器にも供給されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項７】
前記放熱モードにおける前記蓄熱材からの放熱は前記改質器だけでなく他の加熱対象機器にも供給され、前記他の加熱対象機器はエネルギー変換器としての燃料電池であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー変換装置。
【請求項８】
前記放熱モードにおける前記蓄熱材からの放熱は前記改質器だけでなく他の加熱対象機器にも供給され、
前記他の加熱対象機器はエネルギー変換器としての燃料電池であり、
前記第２の熱交換装置は、前記蓄熱材と前記改質器との間の熱の授受を行うことに加え、さらに前記蓄熱材と前記燃料電池との間で熱の授受を行えるように構成されることを特徴とする請求項２または請求項４に記載のエネルギー変換装置。
【請求項９】
前記他の加熱対象機器は、暖房用機器、給湯用機器及び脱硫器の少なくとも一つであることを特徴とする請求項６に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１０】
前記エネルギー変換器は高温で動作する高温型燃料電池であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１１】
前記高温型燃料電池は固体酸化物型燃料電池であることを特徴とする請求項１０に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１２】
前記蓄熱材は固体金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１３】
前記固体金属酸化物は酸化カルシウムであることを特徴とする請求項１２に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１４】
前記蓄熱材はアミン系化合物溶液を含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１５】
前記アミン系化合物溶液はモノエタノールアミン溶液であることを特徴とする請求項１４に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１６】
前記蓄熱材である前記モノエタノールアミン溶液は、前記改質器に放熱するための熱を運ぶ熱輸送媒体及び前記エネルギー変換の際に発生する吸熱するための熱輸送媒体として用いられることを特徴とする請求項１５に記載のエネルギー変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質される炭化水素系燃料の化学ポテンシャルを異種のエネルギーに変換するエネルギー変換器及び当該エネルギー変換装置が発生する熱を蓄熱する蓄熱器を備えるエネルギー変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエネルギー変換装置として特許文献１に記載の装置が知られている。当該特許文献１の装置は、固体酸化物燃料形燃料電池（以下、ＳＯＦＣとも称する）を有するＳＯＦＣユニット、オフガス燃焼器を含むＳＯＦＣシステムと、メンブレンリアクタを含むメンブレンリアクタシステムとからなる。当該従来の装置は、メンブレンリアクタにおいて、ＳＯＦＣシステムにおけるオフガス燃焼器の燃焼排ガスを熱源として原燃料を改質、精製して水素を製造するとともに、ＣＯ、水素、水蒸気を含むオフガスを生成し、当該オフガスをＳＯＦＣユニットでの発電用燃料とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７９５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の装置においては、ＳＯＦＣユニットから排出されるアノードオフガスとカノードオフガスをオフガス燃焼器で燃焼し、この熱をメンブレンリアクタに供給している。メンブレンリアクタでの改質に必要な温度が高い場合には、オフガス燃焼器で燃焼させるガスを多くして大きな熱量をメンブレンリアクタ側に供給しなければならない。本来、燃料の発電効率を考慮すれば、オフガス燃焼器での燃焼を抑制することにより、ＳＯＦＣで電気化学反応に寄与してエクセルギーとして使用できる未燃分のガスをＳＯＦＣに多く戻すことが望ましい。しかしながら、改質器に供給すべき熱量が抑制できない場合には、ＳＯＦＣに戻すことでエクセルギーとして使用できる未燃分のガスが少なくなり、燃料の発電効率を十分に高めることができない。また、従来の装置においては改質器からＳＯＦＣユニットに供給する水素の濃度を十分に高めるために、改質器を大型化しなければならないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、従来技術に比べて発電効率の向上が図れるエネルギー変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の他の目的は、水素生成量の向上が図れるエネルギー変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲および下記各手段に記載の括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す。
【０００８】
請求項１は、炭化水素系燃料を少なくとも水素に改質する改質器と、前記改質された水素の化学ポテンシャルを異種エネルギーへ変換するエネルギー変換器と、前記エネルギー変換器における前記エネルギー変換の際に発生する熱を蓄熱する蓄熱器と、を備えたエネルギー変換装置に係る発明であって、
蓄熱器は二酸化炭素を吸収するときに放熱するとともに熱を吸収するときに二酸化炭素を放出する蓄熱材を有し、蓄熱材が改質器における改質の際に発生する二酸化炭素を吸収するときに蓄熱材からの放熱を改質器に供給する放熱モードと、蓄熱材がエネルギー変換器におけるエネルギー変換の際に発生する熱を吸熱するときに吸収済みの二酸化炭素を放出する蓄熱モードと、を切り替え制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、エネルギー変換装置からの熱が、蓄熱器にて脱二酸化炭素されることで貯蔵され得る。他方、蓄熱器にて、改質器から発生する二酸化炭素の吸収に伴い発熱し得る。この発熱は、上記貯蔵され得る熱と等価であり、改質器へ供給される。すなわち、エネルギー変換装置からの熱が、蓄熱器を介して改質器へ供給されることになり得る。したがって、改質器にて上記貯蔵された熱と等価な発熱が有効に利用され得る。
【００１０】
このため、改質器への熱供給のために、エネルギー変換装置からの未燃分（例えば、改質前燃料である炭化水素、または、改質後燃料である水素、一酸化炭素など）を改めて燃焼させることなく、同未燃分を電気に変換するために利用することができる。したがって、システム全体での発電効率を、未燃分を電気に変換する分だけ向上させることができる。
【００１１】
また、蓄熱器にて二酸化炭素が吸収されることにより、改質器での改質反応場における二酸化炭素が除去され得る。これにより、改質の総括反応にて、水素分圧が増大する方向に平衡がシフトし得る。すなわち、ＣＯ２が吸収されない場合に比べて、同場合における所定温度と同一の温度において、より水素濃度を大きくすることができる。この結果、二酸化炭素が吸収されない場合に比べて、改質器を小さくすることができ、改質器内の温度分布の均一化や、暖機早期化などのメリットを享受することができる。
【００１２】
請求項２によると、請求項１に記載のエネルギー変換装置において、蓄熱器は、蓄熱材、蓄熱材とエネルギー変換器との間で熱の授受を行う第１の熱交換装置、及び蓄熱材と改質器との間で熱の授受を行う第２の熱交換装置を有する蓄熱ユニットを少なくとも二組備え、
制御装置は、エネルギー変換器からの熱が一方の蓄熱ユニットの蓄熱材に対して第１の熱交換装置によって供給される場合には、一方の蓄熱ユニットの第２の熱交換装置による熱の授受を遮断し、改質器によって改質されたガスが一方の蓄熱ユニットに流入することを阻止することにより蓄熱モードを実行するとともに、改質器によって改質されたガスが他方の蓄熱ユニットに流入することを許可し、他方の蓄熱ユニットの第１の熱交換装置による熱の授受を遮断し、他方の蓄熱ユニットの第２の熱交換装置による熱の授受を許可することにより放熱モードを実行することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、蓄熱材、当該第１の熱交換装置、及び当該第２の熱交換装置を有する蓄熱ユニットを少なくとも二組備えて上記の運転がなされることにより、それぞれの蓄熱ユニットにおいて蓄熱及び放熱を交互に実施できるため、一つの蓄熱器において蓄熱及び放熱のプロセスを同時に実施可能である。さらに二組の蓄熱ユニットについて、一方のユニットで蓄熱を行っているときは他方のユニットで放熱を行い、次に一方のユニットを放熱に切り替えたときは他方のユニットを蓄熱に切り替えることにより、一つの蓄熱器において、両方のプロセスを連続的に継続実施することが可能になる。したがって、継続的に発電効率の向上がなされ得る。
【００１４】
請求項３によると、請求項１または請求項２に記載のエネルギー変換装置において、制御装置は、蓄熱モード及び放熱モードのうち一方のモードを開始した後、予め定めた時間が経過すると他方のモードに切り替えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、当該予め定める時間を、炭化水素系燃料及び蓄熱材の反応量、各化学反応の反応速度等から予測できる蓄熱状態及び放熱状態の時間に設定することにより、実際の蓄熱状態及び放熱状態に合致したモード切り替え運転を実施できる。したがって、例えば、蓄熱材の所要量を必要最低限のものとして蓄熱器を設計することができ、この結果システム全体をコンパクト化することができる。
【００１６】
請求項４は、炭化水素系燃料を少なくとも水素に改質する改質器と、改質された水素の化学ポテンシャルを異種エネルギーへ変換するエネルギー変換器と、エネルギー変換器におけるエネルギー変換の際に発生する熱を蓄熱する蓄熱器と、を備えたエネルギー変換装置に係る発明であって、
蓄熱器は、二酸化炭素を吸収するときに放熱するとともに熱を吸収するときに二酸化炭素を放出する蓄熱材、蓄熱材とエネルギー変換器との間で熱の授受を行う第１の熱交換装置、及び蓄熱材と改質器との間で熱の授受を行う第２の熱交換装置を有する蓄熱ユニットを少なくとも二組備え、
蓄熱材が改質器における改質の際に発生する二酸化炭素を吸収するときに蓄熱材からの放熱を改質器に供給する放熱モードと、蓄熱材がエネルギー変換器におけるエネルギー変換の際に発生する熱を吸熱するときに吸収済みの二酸化炭素を放出する蓄熱モードと、を制御する制御装置を備え、
制御装置は、エネルギー変換器からの熱が一方の蓄熱ユニットの蓄熱材に対して第１の熱交換装置によって供給される場合は、一方の蓄熱ユニットの第２の熱交換装置による熱の授受を遮断し、改質器によって改質されたガスが一方の蓄熱ユニットに流入することを阻止することにより蓄熱モードを実行するとともに、改質器によって改質されたガスが他方の蓄熱ユニットに流入することを許可し、他方の蓄熱ユニットの第１の熱交換装置による熱の授受を遮断し、他方の蓄熱ユニットの第２の熱交換装置による熱の授受を許可することにより放熱モードを実行することを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、蓄熱材、当該第１の熱交換装置、及び当該第２の熱交換装置を有する蓄熱ユニットを少なくとも二組備えて上記の運転がなされることにより、それぞれの蓄熱ユニットにおいて蓄熱及び放熱を交互に実施できるため、一つの蓄熱器において蓄熱及び放熱のプロセスを同時に実施可能である。さらに二組の蓄熱ユニットについて、一方のユニットで蓄熱を行っているときは他方のユニットで放熱を行い、次に一方のユニットを放熱に切り替えたときは他方のユニットを蓄熱に切り替えることにより、一つの蓄熱器において、両方のプロセスを連続的に継続実施することが可能になる。したがって、装置内の熱の利用サイクルと二酸化炭素及び水素の供給サイクルとが円滑に切り替わることにより、優れたエネルギー変換効率を有する装置が得られる。したがって、より継続的に発電効率の向上がなされ得るため、ある所定期間（例えば、１日または１年間におけるシステム稼動時間の積算値）における時間平均の発電効率を向上できる。
【００１８】
請求項５によると、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置において、改質器と蓄熱器は一体に構成された装置であることを特徴とする。この発明によれば、改質器と蓄熱器とが一つの部材として構成されるので、エネルギー変換装置の小型化が図れる。
【００１９】
請求項６によると、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置において、放熱モードにおける蓄熱材からの放熱は、改質器だけでなく他の加熱対象機器にも供給されることを特徴とする。この発明によれば、蓄熱材が二酸化炭素を吸収する際に発生する熱を改質器以外の他の加熱対象機器にも供給するため、熱利用の拡大及び促進が図れ、さらなるエネルギー利用を実現できる。
【００２０】
請求項７によると、請求項１に記載のエネルギー変換装置において、放熱モードにおける蓄熱材からの放熱は改質器だけでなく他の加熱対象機器にも供給され、他の加熱対象機器は、エネルギー変換器としての燃料電池であることを特徴とする。
また、請求項８によると、請求項２または請求項４に記載のエネルギー変換装置において、放熱モードにおける蓄熱材からの放熱は改質器だけでなく他の加熱対象機器にも供給され、他の加熱対象機器はエネルギー変換器としての燃料電池であり、
第２の熱交換装置は、蓄熱材と改質器との間の熱の授受を行うことに加え、さらに蓄熱材と燃料電池との間で熱の授受を行えるように構成されることを特徴とする。
各発明によれば、蓄熱材が二酸化炭素を吸収する際に発生する熱を燃料電池にも供給するため、熱利用の拡大及び促進が図れ、特に、燃料電池の早期暖機が可能となる。この結果、例えば、燃料電池による発電の負荷追従が精度よく行われ、また高温燃料電池におけるＤＳＳ（デイリー・スタート・ストップ）も可能となる。
【００２１】
請求項９によると、請求項６に記載のエネルギー変換装置において、他の加熱対象機器は、暖房用機器、給湯用機器及び脱硫器の少なくとも一つであることを特徴とする。この発明によれば、蓄熱材が二酸化炭素を吸収する際に発生する熱を暖房用機器、給湯用機器及び脱硫器の少なくとも一つにも供給するため、熱利用の拡大及び促進が図れ、エネルギー変換装置の有するエクセルギーを十分に活用することができる。
【００２２】
請求項１０によると、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置において、エネルギー変換器は高温で動作する高温型燃料電池であることを特徴とする。この発明によれば、蓄熱器にて高温の排熱を貯蔵することができ、改質器への放熱もまた高温となり得る。したがって、改質器に十分な高温の熱を与えることができ、未燃分を燃焼させる必要量も十分に抑制することができる。この結果、未燃分を電気に変換し得る量が増加し得る。
【００２３】
請求項１１によると、請求項１０に記載のエネルギー変換装置において、高温型燃料電池は固体酸化物型燃料電池であることが好ましい。
【００２４】
請求項１２によると、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置において、蓄熱材は固体金属酸化物を含むことが好ましい。
【００２５】
請求項１３によると、請求項１２に記載のエネルギー変換装置において、固体金属酸化物は酸化カルシウムであることを特徴とする。
【００２６】
本発明者は、蓄熱材に酸化カルシウムが含まれることにより、各種反応についての数値解析から求められる温度及び化学物質量の関係と、水蒸気改質反応及び二酸化炭素へのシフト反応に関する平衡定数と、から水素量が増加することを見出した。そこでこの発明によれば、蓄熱材に酸化カルシウムが含まれることにより、燃料を水素に改質するときの反応温度を低下させることができる。当該反応温度の低温度化により、改質器に供給する熱量を抑制することができるので、エクセルギーとして使用できる未燃分のガスをより多くエネルギー変換器に戻すことができる。
【００２９】
請求項１４によると、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置において、蓄熱材はアミン系化合物溶液を含むことが好ましい。また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載のエネルギー変換装置において、アミン系化合物溶液はモノエタノールアミン溶液であることが好ましい。
【００３０】
請求項１６によると、請求項１５に記載のエネルギー変換装置において、蓄熱材であるモノエタノールアミン溶液は、改質器に放熱するための熱を運ぶ熱輸送媒体及びエネルギー変換の際に発生する吸熱するための熱輸送媒体として用いられることを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、蓄熱材が、放熱モード及び蓄熱モードにおいて熱輸送を提供する熱輸送媒体そのものであるため、蓄熱器の放熱及び蓄熱が他の媒体を介さないで直接的に行われる。したがって、熱輸送過程における熱損失を低減できるため、熱利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエネルギー変換装置を示した概略図である。
【図２】従来のエネルギー変換装置についての数値解析結果であり、反応温度と各種の物質量の関係を示したグラフである。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は第１実施形態のエネルギー変換装置についての数値解析結果であり、反応温度と各種の物質量の関係を示したグラフである。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は第１実施形態のエネルギー変換装置における放熱モードと蓄熱モードの切り替え制御を示すタイムチャートである。
【図５】第１実施形態のエネルギー変換装置における放熱モードと蓄熱モードの切り替え制御を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係るエネルギー変換装置を示した概略図である。
【図７】第２実施形態のエネルギー変換装置におけるモード切り替え制御を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態のモード切り替え制御を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第４実施形態に係るエネルギー変換装置を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００３４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るエネルギー変換装置１について図１〜図５を用いて説明する。図１は、エネルギー変換装置１の構成を示した概略図である。図１に示すように、エネルギー変換装置１は、炭化水素系の燃料を水素等に改質する改質器３と、改質された水素の化学ポテンシャルを異種エネルギーへ変換するエネルギー変換器としての燃料電池４と、燃料電池４におけるエネルギー変換の際に発生する熱を蓄熱する蓄熱器２と、主として各機器への燃料及び電力の供給を制御する制御装置１００と、を備えている。
【００３５】
メタン及び水を有する炭化水素系の燃料は、燃料供給部１０から供給される。例えば、燃料供給部１０はメタン、水等の燃料が充填、封入された密閉性の高い燃料貯蔵容器である。燃料供給部１０から供給される燃料は、脱流器５で硫黄分を除去された後、改質器３供給される。
【００３６】
改質器３は、供給されたメタン、水等の燃料を加熱して水素と二酸化炭素の混合ガス（以下、一次ガスともいう）に変換する機能と、この混合ガスに微量の副生成物として含まれている一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変換する機能とを有し、一次ガスと微量の副生成物及び未反応物を生成する。
【００３７】
改質器３は、メタン等の燃料を水素ガスに変換する。具体的には、メタン（ＣＨ４）と等モル量の水（Ｈ２Ｏ）との混合物が改質器３内で熱化学反応式（１）に示す反応（水蒸気改質反応）により、一酸化炭素（ＣＯ）に変換される。
【００３８】
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ＝３Ｈ２＋ＣＯ−２０６ｋＪ／ｍｏｌ・・・（１）
さらに、一酸化炭素（ＣＯ）は熱化学反応式（２）に示すシフト反応により、二酸化炭素（ＣＯ２）に変換される。
【００３９】
Ｈ２Ｏ＋ＣＯ＝Ｈ２＋ＣＯ２＋４１ｋＪ／ｍｏｌ・・・（２）
改質器３は、メタン及び水を改質するために、微細な多数の流路を有し、熱化学反応式（１）及び（２）に示した反応を能率よく進行させるための周知の触媒が当該流路の表面に担持されている。熱化学反応式（１）に示した反応は吸熱反応であるので、改質器３は、この反応を能率よく進行させるため、後述する蓄熱器２からの放熱を能率よく導入する構造である熱交換器部とこの熱を外部に漏らさない断熱構造とを備えている。
【００４０】
熱化学反応式（２）に示す反応で生じる二酸化炭素ガス（ＣＯ２）は、変換後、蓄熱器２を形成する容器内に送られ、当該容器内において蓄熱材２１１が充填された反応層で吸着される。蓄熱器２は、蓄熱材２１１、蓄熱材２１１と燃料電池４との間で熱の授受を行う第１の熱交換装置６、及び蓄熱材２１１と改質器３との間で熱の授受を行う第２の熱交換装置７を有する第１の蓄熱ユニット２１を備える。第１の蓄熱ユニット２１は蓄熱器２を形成する容器内のほぼ全域にわたるユニットである。
【００４１】
第１の熱交換装置６は、環状の回路の一部に、燃料電池４のアノード４２側に燃料電池４の作動熱を吸収する吸熱体として配される熱交換パイプ６１（燃料電池側の熱交換部）と、反応層を構成する蓄熱材２１１と接触した状態で配される熱交換パイプ２１２（蓄熱器側の熱交換部）と、を備えた熱交換回路を構成する。第２の熱交換装置７は、環状の回路の一部に、反応層を構成する蓄熱材２１１と接触した状態で配される熱交換パイプ２１３（蓄熱器側の熱交換部）と、熱交換パイプ２１３に連通し、改質器３内に熱を供給する発熱体として配される熱交換パイプ７１（改質器側の熱交換部）と、を備えた熱交換回路を構成する。
【００４２】
蓄熱材２１１は、固体金属酸化物を含むことが好ましく、固体金属酸化物は比較的蓄熱密度が大きいため、蓄熱器全体をコンパクト化することができる。さらに固体金属酸化物は、酸化カルシウム（ＣａＯ）もしくは水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ)２）であることが好ましい。
【００４３】
蓄熱器２の容器内に充填されて反応層を形成する蓄熱材２１１は、改質器３で燃料供給部１０より導入された燃料が化学的に変換されて生成した水素及び二酸化炭素の混合ガス（一次ガス）から、選択的に二酸化炭素ガスを除去する。そして、蓄熱器２は、改質器３で発生した一次ガスを導入し、この一次ガスから二酸化炭素を除去することで抽出された水素ガスを主成分とする二次ガスを燃料電池４へ送り出す。
【００４４】
さらに蓄熱器２内の蓄熱材２１１は、熱を蓄える作用だけでなく熱を外部に放出する作用も有し、そして二酸化炭素を吸収するときに放熱するとともに（放熱モード）、熱を吸収するときに二酸化炭素を放出し（蓄熱モード）、二酸化炭素吸収材及び二酸化炭素放出材としての両機能を有する。したがって、蓄熱器２では、蓄熱材２１１が改質器３における改質の際に発生する二酸化炭素を吸収するときに蓄熱材２１１からの放熱を改質器３に供給する放熱モードと、蓄熱材２１１が燃料電池４におけるエネルギー変換の際に発生する熱を吸熱するときに吸収済みの二酸化炭素を放出する蓄熱モードとが、単一の第１の蓄熱ユニット２１によって行われる。
【００４５】
酸化カルシウム（ＣａＯ）もしくは水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ)２）を含む蓄熱材２１１を用いた場合には、これらの物質は、下記の熱化学反応式（３）もしくは（４）に示す反応によって、上記一次ガスから選択的に二酸化炭素を除去する。
【００４６】
ＣａＯ＋ＣＯ２＝ＣａＣＯ３＋１７９ｋＪ／ｍｏｌ・・・（３）
Ｃａ(ＯＨ)２＋ＣＯ２＝ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ＋７０ｋＪ／ｍｏｌ・・・（４）
熱化学反応式（３）及び（４）に示す反応は発熱反応であるので、炭酸化に伴って蓄熱材２１１から発生した熱は、蓄熱器側の熱交換部（熱交換パイプ２１３）で受熱されて第２の熱交換装置７を構成する回路を循環する熱媒体によって改質器側の熱交換部（熱交換パイプ７１）に輸送され、改質器３の熱源として放出される（放熱モード）。
【００４７】
燃料電池４は、電解質に固体酸化物を有する固体酸化物型燃料電池（以下、ＳＯＦＣとも称する）である。燃料電池４は、高温環境で反応する高温型燃料電池であるため、高温の反応温度を要するとともに、反応時に大きな廃熱を発生する。高温型燃料電池である燃料電池４は、例えば６５０℃程度、または６００〜１０００℃の高温で動作する。
【００４８】
燃料電池４は、酸素が供給される空気極（カソード４１）と、燃料ガスが供給される燃料極（アノード４２）と、固体酸化物が用いられる電解質と、を有して構成されている。燃料電池４では、カソード４１側に供給される酸素（ＣＯ２）が空気極で酸素イオンＯ２−になり、Ｏ２−が電解質を通り、アノード４２側に供給される水素（Ｈ２）と燃料極で反応して水を生成する。固体酸化物である電解質では電子を通さないため、燃料極で生じた電子ｅ−が回路を移動して空気極で再びイオン化することにより回路に電流が流れて発電が行なわれ、負荷等に対して所定の駆動電源となる電気エネルギーが供給される。このような電気化学反応により負荷に供給される駆動電源（電圧または電流）は、アノード４２に供給される水素ガスの量に依存する。したがって、制御装置１００が燃料電池４のアノード４２に供給される水素ガスの量を制御することにより、電力供給先の機器に供給される電気エネルギーを任意に調節することができる。
【００４９】
燃料電池４が駆動されると、上記の電気化学反応が行われ、第１の熱交換装置６によって燃料電池４から発生する熱が蓄熱器２の蓄熱材２１１に供給される。蓄熱材２１１は、この吸熱にしたがい、化学反応式（５）に示す反応によって二酸化炭素を放出する（蓄熱モード）。
【００５０】
ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２・・・（５）
このように、蓄熱材２１１が充填された反応層では、上記の熱化学反応式（３）もしくは（４）及び化学反応式（５）に示す反応が可逆的に実施可能である。これらの反応は、反応層への熱の供給及び反応層への二酸化炭素の供給をトリガーとして単一の第１の蓄熱ユニット２１において切り替え可能または同時進行的に実施される。
【００５１】
制御装置１００は、電力を必要とする機器の駆動状態に関する情報に基づいて燃料電池４の発電状態を制御するとともに、改質器３への燃料供給量を制御する。さらに制御装置１００は、第１の熱交換装置６及び第２の熱交換装置７のそれぞれの熱輸送媒体について循環の許可及び停止を制御し、改質器３で改質された水素等の蓄熱器２内への流入の許可及び遮断を制御する。制御装置１００は、放熱モード時には第２の熱交換装置７について熱輸送媒体の循環を許可し、当該改質された水素等の蓄熱器２内への流入を許可し、第１の熱交換装置６について熱輸送媒体の循環を停止するように、各機器の作動を制御する。また、制御装置１００は、蓄熱モード時には第１の熱交換装置６について熱輸送媒体の循環を許可し、当該改質された水素等の蓄熱器２内への流入を遮断し、第２の熱交換装置７について熱輸送媒体の循環を停止するように、各機器の作動を制御する。
【００５２】
蓄熱材２１１は、二酸化炭素ガスの吸着に際して高温の条件を必要としない。この点について、図２、図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて説明する。図２は、従来のエネルギー変換装置について熱力学データベースソフト（ＭＡＬＴ）を用いた数値解析結果であり、ＣＨ４，Ｈ２Ｏ，Ｈ２，ＣＯ２，ＣＯについて反応温度（４００Ｋ〜１２００Ｋ）と物質量（モル数）の関係を示したグラフである。図３は、第１実施形態のエネルギー変換装置１について熱力学データベースソフト（ＭＡＬＴ）を用いた数値解析結果であり、図３（ａ）はＣＨ４，Ｈ２Ｏ，Ｈ２，ＣＯ２，ＣＯについて、図３ｂ）はＣａＯ，Ｃａ(ＯＨ)２，ＣａＣＯ３について、それぞれ反応温度（４００Ｋ〜１２００Ｋ）と物質量（モル数）の関係を示したグラフである。
【００５３】
図２の二点差線の枠内に示すように、従来のエネルギー変換装置では、Ｈ２のモル数が約３モルと急増する温度が約１０００Ｋであり、１２００Ｋでも同様のモル数となる結果が得られた。図３（ａ）の二点差線の枠内に示すように、エネルギー変換装置１では、同様にＨ２のモル数が約３モルと急増する温度が約８００Ｋであり、１０００Ｋ及び１２００Ｋでも同程度のモル数が得られた。このように従来品と本実施形態品との数値解析結果の比較から、本実施形態のエネルギー変換装置１においては、理論的に反応温度を２００Ｋ程度低温化できることがわかる。
【００５４】
上記の熱化学反応式（３）についての平衡定数Ｋｐ（Ｔ）３は、各物質のモル濃度を用いて次の式で表すことができる。
【００５５】
Ｋｐ（Ｔ）３＝［ＣａＯ］［ＣＯ２］／［ＣａＣＯ３］
また、図３（ｂ）に示すように、反応温度８００ＫにおいてＣａＣＯ３のモル数が極大値となる。この数値解析結果とＫｐ（Ｔ）３の式とから、Ｋｐ（Ｔ）３は反応温度８００Ｋで極小となるため、熱化学反応式（３）で表される反応は左辺から右辺に向けて進行しやすくなる。このように熱化学反応式（３）の反応が右辺に向けて進行しやすいため、熱化学反応式（１）及び（２）で表される反応も左辺から右辺に向けて進行しやすくなる。熱化学反応式（１）及び（２）についての平衡定数Ｋｐ（Ｔ）１とＫｐ（Ｔ）２と積は、各物質のモル濃度を用いて次の式で表すことができる。
【００５６】
Ｋｐ（Ｔ）１・Ｋｐ（Ｔ）１＝［ＣＨ４］［Ｈ２Ｏ］２／（［Ｈ２］４［ＣＯ２］）
ここで反応温度８００ＫにおいてＣＯ２のモル数は、図２に示す従来のエネルギー変換装置の場合は０．３１６モル、図３（ａ）に示す本実施形態のエネルギー変換装置１の場合は１．４３×１０‐３モルであるという結果が得られた。これにより、エネルギー変換装置１の方がＣＯ２のモル濃度が著しく小さくなるため、エネルギー変換装置１では、上記のＫｐ（Ｔ）１・Ｋｐ（Ｔ）１の右辺について［ＣＯ２］が小さくなると、反応の平衡（バランス）を保とうとするため、［Ｈ２］が大きくなり、［ＣＨ４］及び［Ｈ２Ｏ］が小さくなる。
したがって、エネルギー変換装置１では、水素ガス（Ｈ２）の生成量が増加することがわかる。
【００５７】
このように蓄熱材２１１に酸化カルシウムが含まれることにより、燃料を水素に改質するときの反応温度を低下させることができる。これにより、改質器３の低温度化が図れるため、装置の熱容量を低減することができ、反応に起因する触媒量を低減でき、改質器３の反応領域を通り抜ける流速を抑制することができるので、改質器の能力を抑えることが可能になる。また当該反応温度の低温度化により、改質器３に供給する熱量を抑制することができるので、エクセルギーとして使用できる未燃分のガスをより多く燃料電池４に戻すことができる。したがって、燃料電池４で変換可能な電気エネルギーを多くして燃料の電気利用効率を一層高めることができる。
【００５８】
さらに、蓄熱材２１１に酸化カルシウムが含まれることにより、各種反応についての上記の数値解析から求められる温度及び化学物質量の関係と、水蒸気改質反応及び二酸化炭素へのシフト反応に関する平衡定数と、から水素量が増加することが理論的に知り得た。したがって、このような蓄熱材２１１を有する蓄熱器２における放熱モード及び蓄熱モードに係る各種反応によれば、水素生成量の向上が図れるエネルギー変換装置１が得られるのである。
【００５９】
次に、エネルギー変換装置１が実施する放熱モードと蓄熱モードの切り替え制御を図４及び図５にしたがって説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は、エネルギー変換装置１における放熱モードと蓄熱モードの切り替え制御を示すタイムチャートであり、図５はフローチャートである。
【００６０】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、蓄熱モード、放熱モードそれぞれが行われる所定のモード時間は、エネルギー変換装置１における反応速度、反応物量等にしたがった能力に基づいて実験値、経験値、理論的な数値解析等から求められる。蓄熱モードが継続している第１の所定時間は、図示のとおり蓄熱材２１１から二酸化炭素が放出され続け、ＣＯ２の反応率が低下し続ける。第１の所定時間が経過すると、今度は放熱モードに切り替わり、放熱モードが継続している第２の所定時間は、図示のとおり蓄熱材２１１に二酸化炭素が吸収され続け、ＣＯ２の反応率が上昇し続け、第２の所定時間が経過すると、今度は再び蓄熱モードに切り替わり、第１の所定時間が経過するまで当該モードが継続する。蓄熱モードと放熱モードが同時進行的に行われる場合には、蓄熱器２において図４（ａ）と図４（ｂ）に示すタームチャートが同時に進行する。つまり、蓄熱器２のある部位で蓄熱モードが実施されている場合には、他の部位で放熱モードが実施され、これらの各部位で蓄熱モードと放熱モードが交互に実施されるのである。
【００６１】
次に、蓄熱モードと放熱モードの切り替わり制御について、図５にフローチャートを参照して説明する。電源が投入されると、制御装置１００は、ステップ１０で燃料電池４の駆動状態であるか否かを判断し、当該駆動状態を検出すると、次にステップ２０で蓄熱モードを実行するとともにステップ３０で蓄熱モード実行時間のカウントを開始する。蓄熱モードでは、制御装置１００は、第１の熱交換装置６の熱輸送媒体を強制循環させることによって燃料電池４からの廃熱が熱交換パイプ２１２から蓄熱材２１１に熱移動することを許可するとともに、改質器３から蓄熱器２への改質ガス（一次ガス）の流入を遮断する。
【００６２】
次にステップ４０で予め定められている第１の所定時間が経過したか否かが判断され、第１の所定時間が経過した場合には、ステップ５０で放熱モードに切り替えるとともにステップ６０で放熱モード実行時間のカウントを開始する。ステップ７０で予め定められている第２の所定時間が経過したか否かが判断され、第２の所定時間が経過した場合には、ステップ８０で今度は蓄熱モードに切り替え、ステップ３０に戻る。放熱モードでは、制御装置１００は、第１の熱交換装置６における熱輸送媒体の循環を停止し、第２の熱交換装置７の熱輸送媒体を強制循環させることによって蓄熱材２１１の放熱が熱交換パイプ７１から改質器３内に熱移動することを許可するとともに、改質器３から蓄熱器２への改質ガス（一次ガス）の流入を許可する。以降、蓄熱モード及び放熱モードは、第１の所定時間及び第２の所定時間に基づいて継続的に切り替えられることになる。
【００６３】
本実施形態のエネルギー変換装置１がもたらす作用効果について述べる。エネルギー変換装置１は、二酸化炭素を吸収するときに放熱するとともに熱を吸収するときに二酸化炭素を放出する蓄熱材２１１を有する蓄熱器２を備える。エネルギー変換装置１の制御装置１００は、蓄熱材２１１が改質器３における改質の際に発生する二酸化炭素を吸収するときに蓄熱材２１１からの放熱が改質器３に供給される放熱モードと、蓄熱材２１１が燃料電池４におけるエネルギー変換の際に発生する熱を吸熱するときに吸収した二酸化炭素が放出される蓄熱モードと、を切り替え制御する。
【００６４】
この構成によれば、二酸化炭素を吸収する際の蓄熱材２１１からの放熱を改質器３に供給する放熱モードと、燃料電池４からの熱を吸熱する際に二酸化炭素を放出する蓄熱モードとを切り替え可能に制御するため、燃料電池４から送られてくる熱を蓄熱材２１１での二酸化炭素の吸収及び放出の作用を通じて効率的に改質器３に与えることができる。このため、改質器３での熱利用効率が高まるとともに、燃料電池４からの熱の利用サイクルと二酸化炭素及び水素の供給サイクルとが円滑に相互作用し合うことにより、エネルギー変換効率に優れ、電気利用効率の向上が図れるシステムを実現する。
【００６５】
また、制御装置１００は、蓄熱モード及び放熱モードのうち一方のモードを開始した後、予め定めた時間が経過すると他方のモードに切り替えるモード切り換え制御を実行する。これによれば、当該予め定める時間を、炭化水素系燃料及び蓄熱材の反応量、各化学反応の反応速度等から予測できる蓄熱状態及び放熱状態の時間に設定することによって、実際の蓄熱状態及び放熱状態に合致したモード切り替え運転を適切に実施できる。したがって、燃料電池４からの熱の利用サイクルと二酸化炭素及び水素の供給サイクルとを円滑に循環させる運転サイクルを構築できる。
【００６６】
また、エネルギー変換装置１において、蓄熱材２１１に含まれる固体金属酸化物は酸化カルシウムである。これによれば、上記のとおり、燃料を水素に改質するときの反応温度を低下させることができる。当該反応温度の低温度化により、改質器３に供給する熱量を抑制することができるため、エクセルギーとして使用できる未燃分のガスをより多く燃料電池４に戻すことができる。したがって、燃料電池４で変換可能な電気エネルギーを多くし、燃料を電気生成に使用する電気利用効率を一層高めることができる。さらに、蓄熱材２１１に酸化カルシウムが含まれることにより、上記のとおり、各種反応についての数値解析結果から求められる温度及び化学物質量の関係と、水蒸気改質反応及び二酸化炭素へのシフト反応に関する平衡定数と、から水素量が増加することが理論的に確認できた。したがって、このような蓄熱器２における放熱モード及び蓄熱モードに係る各種反応によれば、水素生成量の向上が図れ、電気利用効率に優れたエネルギー変換装置１を提供できる。
【００６７】
またエネルギー変換装置１によれば、反応温度を低温化できるため、高温度環境を提供する装置、例えば燃焼器等の装備を削減でき、また低温環境での起動（コールドスタート）にも対応可能である。またエネルギー変換装置１によれば、蓄熱した熱を反応に使用する時間、タイミングを制御することにより、低温環境での起動（コールドスタート）を可能にする。
【００６８】
また、燃料電池４は高温で動作する高温型燃料電池である。これによれば、高温型燃料電池は高温で作動するため、高温型燃料電池から放熱可能な余った熱を蓄熱材２１１に吸熱させて、さらに改質器３に供給することが可能になるしたがって、エネルギー変換装置１のエネルギー利用効率を向上することができる。
【００６９】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るエネルギー変換装置１Ａは、第１実施形態のエネルギー変換装置１に対して、蓄熱器２Ａが二組の蓄熱ユニット２１，２２を備えたものである。図６は第２実施形態のエネルギー変換装置１Ａを示した概略図である。図７はエネルギー変換装置１Ａにおけるモード切り替え制御を示すフローチャートである。図６において図１と同様の符号を付した各部は、第１実施形態の説明と同様の構成部品であり、同様の作用効果をするものである。
【００７０】
図６に示すように、エネルギー変換装置１Ａの蓄熱器２Ａは、蓄熱材２１１、第１の熱交換装置６及び第２の熱交換装置７を有する第１の蓄熱ユニット２１に加え、さらに第２の蓄熱ユニット２２を備える。第２の蓄熱ユニット２２は、蓄熱材２２１、蓄熱材２２１と燃料電池４との間で熱の授受を行う第１の熱交換装置８、及び蓄熱材２２１と改質器３との間で熱の授受を行う第２の熱交換装置９を有する。
【００７１】
第１の熱交換装置８は、環状の回路の一部に、燃料電池４のカソード４１側に燃料電池４の作動熱を吸収する吸熱体として配される熱交換パイプ８１（燃料電池側の熱交換部）と、反応層を構成する蓄熱材２２１と接触した状態で配される熱交換パイプ２２２（蓄熱器側の熱交換部）と、を備えた熱交換回路を構成する。第２の熱交換装置９は、環状の回路の一部に、反応層を構成する蓄熱材２２１と接触した状態で配される熱交換パイプ２２３（蓄熱器側の熱交換部）と、熱交換パイプ２２３に連通し、改質器３内に熱を供給する発熱体として配される熱交換パイプ９１（改質器側の熱交換部）と、を備えた熱交換回路を構成する。
【００７２】
次に、エネルギー変換装置１Ａが実施するモードの切り替え制御を図７にしたがって説明する。図７は、エネルギー変換装置１Ａにおけるモード切り替え制御を示すフローチャートである。エネルギー変換装置１Ａでは、蓄熱モードと放熱モードが同時進行的に行われ、少なくとも二組の蓄熱ユニット２１，２２の一方で放熱モードが行われているときは他方で蓄熱モードを行うように制御されるのである。
【００７３】
次に、蓄熱モードと放熱モードの切り替わり制御について、図７にフローチャートを参照して説明する。電源が投入されると、制御装置１００は、ステップ１０で燃料電池４が駆動状態であるか否かを判断し、当該駆動状態を検出すると、次にステップ２０Ａで二組の蓄熱ユニット２１，２２の一方で蓄熱モードを実行し、他方で放熱モードを実施する。そして、ステップ３０Ａでモード実行時間のカウントを開始する。
【００７４】
制御装置１００は、例えば、蓄熱モードを第２の蓄熱ユニット２２で実施する場合は第１の熱交換装置８の熱輸送媒体を強制循環させることによって燃料電池４からの廃熱が熱交換パイプ２２２から蓄熱材２２１に熱移動することを許可するとともに、改質器３から蓄熱器２への改質ガス（一次ガス）の流入を遮断する。一方、放熱モードを第１の蓄熱ユニット２１で実施する場合は第１の熱交換装置６における熱輸送媒体の循環を停止し、第２の熱交換装置７の熱輸送媒体を強制循環させることによって蓄熱材２１１の放熱が熱交換パイプ７１から改質器３内に熱移動することを許可するとともに、改質器３から蓄熱器２への改質ガス（一次ガス）の流入を許可する。
【００７５】
次にステップ４０Ａで予め定められている第３の所定時間が経過したか否かが判断され、第３の所定時間が経過した場合には、ステップ５０Ａでモード切り替えを実施する。すなわち、蓄熱モードを実施していた第２の蓄熱ユニット２２においては放熱モードを実施し、放熱モードを実施していた第１の蓄熱ユニット２１においては蓄熱モードを実施する。再びステップ３０Ａに戻る。以降、同時に実施される蓄熱モード及び放熱モードは、第３の所定時間に基づいて各蓄熱ユニットにおいて継続的に切り替えられることになる。
【００７６】
以上のように、エネルギー変換装置１Ａにおける蓄熱器２Ａは、少なくとも二組の蓄熱ユニット（第１の蓄熱ユニット２１，第２の蓄熱ユニット２２）を備える。制御装置１００は、燃料電池４からの廃熱が一方の第２の蓄熱ユニット２２における蓄熱材２２１に対して第１の熱交換装置８によって供給される場合には、一方の第２の蓄熱ユニット２２における第２の熱交換装置９による熱の授受を遮断し、改質器３によって改質されたガスが一方の第２の蓄熱ユニット２２に流入することを阻止することにより蓄熱モードを実行する。さらに、改質器３によって改質されたガスが他方の第１の蓄熱ユニット２１に流入することを許可し、他方の第１の蓄熱ユニット２１における第１の熱交換装置６による熱の授受を遮断し、他方の第１の蓄熱ユニット２１における第２の熱交換装置７による熱の授受を許可することにより放熱モードを実行する。
【００７７】
これによれば、第１の蓄熱ユニット２１及び第２の蓄熱ユニット２２という少なくとも二組の蓄熱ユニットを備えて上記の運転がなされることにより、それぞれの蓄熱ユニット２１，２２において蓄熱モード及び放熱モードを交互に実施できるため、一つの蓄熱器２Ａにおいて蓄熱及び放熱のプロセスを同時に実施可能である。すなわち、二組の蓄熱ユニット２１，２２について、一方のユニットで蓄熱を行っているときは他方のユニットで放熱を行い、次に一方のユニットを放熱に切り替えたときは他方のユニットを蓄熱に切り替えることにより、一つの蓄熱器２Ａにおいて、両方のプロセスを連続的に継続実施することが可能になる。したがって、装置内の熱の利用サイクルと二酸化炭素及び水素の供給サイクルとが円滑に切り替わることにより、さらに優れたエネルギー変換効率を発揮することができる。
【００７８】
（第３実施形態）
第３実施形態は、第２実施形態に記載のフローチャートに対して蓄熱モード及び放熱モードを開始する条件として、燃料電池の起動及び蓄熱器２Ａへの熱供給の検出を採用し、これをステップ１０Ａで判定するものである。第３実施形態について図８を参照して説明する。図８は第３実施形態のモード切り替え制御を示すフローチャートである。なお、第３実施形態のフローチャートは、以下に説明するステップ以外の各ステップは第２実施形態のフローチャートと同様であり、その作用効果も同様である。
【００７９】
図８に示すように、電源が投入されると、制御装置１００は、ステップ１０Ａで燃料電池４が駆動状態であるか否か、かつ燃料電池４からの廃熱が第１の熱交換装置６，８によって熱交換パイプ２１２または熱交換パイプ２２２（いずれも蓄熱器側の熱交換部）に供給されている状態か否かを判定する。そしてステップ１０Ａで当該駆動状態及び当該熱供給状態の両方が検出されると、上述したステップ２０Ａ〜５０Ａの各ステップを実行し、エネルギー変換装置１Ａにおけるモードの切り替え制御を実施する。
【００８０】
（第４実施形態）
第４実施形態では、第１実施形態のエネルギー変換装置１に対して放熱モード時に蓄熱器２から放出される熱を第２の熱交換装置７Ａを介して改質器３以外の機器にも供給するエネルギー変換装置１Ｂについて、図９を参照して説明する。図９は第４実施形態に係るエネルギー変換装置１Ｂを示した概略図である。エネルギー変換装置１Ｂは、図９に示す第２の熱交換装置７Ａを備える以外は第１実施形態のエネルギー変換装置１と構成及び作動について同様であり、同様の作用効果を奏する。
【００８１】
図９に示すように、エネルギー変換装置１Ｂは、放熱モードにおける蓄熱材２１１からの放熱は、改質器３だけでなく他の加熱対象機器１１にも供給される構成を有する。この場合、第２の熱交換装置７Ａは、環状の回路の一部に、反応層を構成する蓄熱材２１１と接触した状態で配される熱交換パイプ２１３（蓄熱器側の熱交換部）と、熱交換パイプ２１３に連通し、改質器３内に熱を供給する発熱体として配される熱交換パイプ７１（改質器側の熱交換部）と、熱交換パイプ１１１に連通し、他の加熱対象機器１１内に熱を供給する発熱体として配される熱交換パイプ７１（他の加熱対象機器側の熱交換部）と、を備えた熱交換回路を構成する。これによれば、蓄熱材２１１が二酸化炭素を吸収する際に発生する熱は改質器以外の他の加熱対象機器１１にも供給される。このため、エネルギー変換装置１Ｂにおいて熱利用の拡大及び促進が図れ、さらなるエネルギー利用を実現できる。
【００８２】
また、放熱モード時の放熱が供給される他の加熱対象機器１１は、燃料電池４とすることができる。これによれば、蓄熱材２１１が二酸化炭素を吸収する際に発生する熱を燃料電池４にも供給するため、燃料電池４に必要な作動温度を支援することができ、燃料電池４の作動性を向上させることができる。したがって、熱利用の拡大及び促進が図れ、エネルギー変換装置１Ｂのエネルギー変換効率を高めることができる。
【００８３】
また、他の加熱対象機器１１は、暖房用機器、給湯用機器及び脱硫器５の少なくとも一つとすることができる。これによれば、蓄熱材２１１が二酸化炭素を吸収する際に発生する熱は、暖房用機器、給湯用機器及び脱硫器５の少なくとも一つにも供給される。このため、熱利用の拡大及び促進が図れ、エネルギー変換装置１Ｂの有するエクセルギーを十分に活用することができる。
【００８４】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００８５】
上記の第１実施形態において、上記の熱化学反応式（３）もしくは（４）及び化学反応式（５）に示す反応（放熱モード及び蓄熱モード）は、反応層への熱の供給及び反応層への二酸化炭素の供給をトリガーとして単一の蓄熱ユニット２１において切り替え可能または同時進行的に実施される他、二個以上の蓄熱ユニットにおいて切り替え可能または同時進行的に実施されるものであってもよい。
【００８６】
上記実施形態において、酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む蓄熱材２１１，２２１は金属粉及び粘土鉱物と混ぜ合わされた状態で蓄熱器２を形成する容器内に充填積層されている。そして、蓄熱器２の容器内には蓄熱材２１１，２２１との間で熱の授受が行われる伝熱壁が設けられている。蓄熱材２１１，２２１は、金属粉及び粘土鉱物を介して伝熱壁との間に形成された橋渡し構造により保持される構造である。金属粉は例えばセピオライト等の鉱物を用いることができる。この構造を採用した場合は、金属粉及び粘土鉱物を伴う橋渡し構造に形成により、伝熱壁と蓄熱材は熱的に確実に連結された一体物を構成する。したがって、伝熱壁を蓄熱材の放熱及び吸熱についての熱の伝達部材に適用すれば、放熱モード及び蓄熱モードにおける効率的な熱輸送の経路を形成することができる。
【００８７】
また、上記実施形態における蓄熱材２１１，２２１は酸化カルシウムの代わりに、酸化マグネシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム等を含むものであってもよい。
【００８８】
また、上記実施形態における蓄熱材２１１，２２１はアミン系化合物溶液を含むことが好ましい。ここでいうアミン系化合物とは、アミノ基を有する化合物を含んでいる。また、当該アミン系化合物溶液はモノエタノールアミン溶液であることがより好ましい。例えば、モノエタノールアミンは酸化エチレンとアンモニアとを反応させて製造することができる。さらに当該モノエタノールアミン溶液は、改質器３に放熱するための熱を運ぶ熱輸送媒体及びエネルギー変換の際に発生する吸熱するための熱輸送媒体として用いられることが好ましい。この構成を採用した場合には、モノエタノールアミン溶液は、各熱交換器装置を構成する回路を循環する熱輸送媒体に用いられる。したがって、蓄熱材２１１，２２１が、放熱モード及び蓄熱モードにおいて熱輸送を提供する熱輸送媒体そのものであるため、蓄熱器２の放熱及び蓄熱が他の媒体を介さないで直接的に行われる。これにより、熱輸送過程における熱損失を低減できるため、熱利用効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００８９】
１，１Ａ…エネルギー変換装置
２，２Ａ…蓄熱器
３…改質器
４…燃料電池（エネルギー変換器）
５…脱流器（他の加熱対象機器）
６，８…第１の熱交換装置
７，９…第２の熱交換装置
１１…加熱対象機器
２１…第１の蓄熱ユニット（他方の蓄熱ユニット）
２２…第２の蓄熱ユニット（一方の蓄熱ユニット）
２１１，２２１…蓄熱材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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