(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される排ガスから水素を製造する水蒸気改質部と、
製造された前記水素のみを透過する水素透過膜と、
前記水素透過膜を介して供給される水素の吸蔵及び吸蔵した水素の放出を行う水素貯蔵部と、
前記水素貯蔵部を介して供給される水素を用いて発電する燃料電池と、
前記水素透過膜を透過することなく送出された残ガスを浄化するガス浄化部と、
前記燃料電池における水素の過不足に応じて、前記水素貯蔵部における水素の吸蔵及び放出を制御する制御部と、
前記水素透過膜から前記水素貯蔵部及び前記燃料電池を経由して前記ガス浄化部に至る水素送出経路と、を有する発電機能付き排ガス浄化システム。
【請求項２】
供給される排ガスから水素を製造する水蒸気改質部と、
製造された前記水素のみを透過する水素透過膜と、
前記水素透過膜を介して供給される水素の吸蔵及び吸蔵した水素の放出を行う水素貯蔵部と、
前記水素貯蔵部を介して供給される水素を用いて発電する燃料電池と、
前記水素透過膜を透過することなく送出された残ガスを浄化するガス浄化部と、
前記燃料電池における水素の過不足に応じて、前記水素貯蔵部における水素の吸蔵及び放出を制御する制御部と、
前記水蒸気改質部から前記水素貯蔵部及び前記燃料電池をバイパスして前記ガス浄化部に至る残ガス送出経路と、を有する発電機能付き排ガス浄化システム。
【請求項３】
供給される排ガスから水素を製造する水蒸気改質部と、
製造された前記水素のみを透過する水素透過膜と、
前記水素透過膜を介して供給される水素の吸蔵及び吸蔵した水素の放出を行う水素貯蔵部と、
前記水素貯蔵部を介して供給される水素を用いて発電する燃料電池と、
前記水素透過膜を透過することなく送出された残ガスを浄化するガス浄化部と、
前記燃料電池における水素の過不足に応じて、前記水素貯蔵部における水素の吸蔵及び放出を制御する制御部と、
前記水素透過膜から前記水素貯蔵部及び前記燃料電池を経由して前記ガス浄化部に至る水素送出経路と、
前記水蒸気改質部から前記水素貯蔵部及び前記燃料電池をバイパスして前記ガス浄化部に至る残ガス送出経路と、を有する発電機能付き排ガス浄化システム。
【請求項４】
前記水素貯蔵部から前記燃料電池をバイパスして前記ガス浄化部に至る水素供給バイパス経路を有する請求項２又は３に記載の発電機能付き排ガス浄化システム。
【請求項５】
前記水素供給バイパス経路は、前記残ガス送出経路に連結している請求項４に記載の発電機能付き排ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスを利用して発電をしつつ、当該排ガスを浄化する発電機能付き排ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境保全の観点から、自動車のエンジン等の内燃機関や発電所等の外燃機関等の熱機関から排出される排ガス中の有害物質を低減させるべく、排ガス通路内に触媒等の排ガス浄化装置を設けて排ガスを浄化する排ガス浄化システムが知られている。
【０００３】
例えば、ガソリンや軽油等の石油系の燃料を燃焼させる自動車のエンジン等においては、排ガス中の有害物質として主に一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれている。これに対して、エンジンの排ガス通路に、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及びセリア（ＣｅＯ２）を主成分とする耐熱性の酸化物を担体とし、当該担体の表面に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の白金属元素からなる貴金属を担持した三元触媒を設けている。当該三元触媒は、各有害物質を水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）又は窒素（Ｎ２）等の無害な物質に酸化又は還元することで排ガスの浄化を行っている。
【０００４】
また、リーンバーン（希薄燃焼）ガソリンエンジンやディーゼルエンジンでは比較的少ない燃料で高温、高圧の燃焼が行われるために、ＨＣやＣＯに比べてＮＯｘの排出割合が多くなる。そこでこのようなエンジンには、ＮＯｘを吸蔵するアルカリ性の物質を担持することでＮＯｘを吸蔵しておき、その後に一時的に燃焼噴射量を増加させる等して還元雰囲気とすることで、吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒や、尿素水等の還元剤を排ガス中に添加して加水分解したアンモニア（ＮＨ３）を用いて、吸蔵したＮＯｘを還元するいわゆるＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒等が排ガス通路に設けられている（特許文献１参照）。
【０００５】
更に、近年においては、二酸化炭素の排出を防止するため、水素がエネルギー源として注目されている。例えば、水素をエネルギー源として用いる装置としては、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）が知られている。そして、固体酸化物形燃料電池を効率よく動作させるために、固体酸化物形燃料電池に供給するための水素製造装置の開発も行われている。例えば、蒸発器で生成した燃料蒸気を水素製造装置に供給し、当該水素製造装置において生成した水素を燃料電池に供給して発電する燃料電池システムが開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許５３７６４５０号公報
【特許文献２】特開２００５−２９８２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のように排ガスを除去するだけでは、当該排ガスを有効に利用することはできず、エネルギーの有効利用が十分にできていない。また、特許文献２のような燃料電池システムでは水素の燃料源となる燃料蒸気を生成する必要があり、燃料電池システムとしては低コストで効率よく発電を行うことはできない。また、水素の燃料源となる燃料蒸気の供給が困難な場合には、水素が生成されず、燃料電池における発電も不可能となる。従って、従来においては、好適な環境保全を行いつつも、水素エネルギーを有効的であって効率よく活用することができていなかった。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排ガスを利用して発電しつつ当該排ガスを浄化することができ、更には水素の燃料源となる排ガスの供給がない場合でも発電を行うことができる発電機能付き排ガス浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の本発明の第１の態様は、供給される排ガスから水素を製造する水蒸気改質部と、製造された前記水素のみを透過する水素透過膜と、前記水素透過膜を介して供給される水素の吸蔵及び吸蔵した水素の放出を行う水素貯蔵部と、前記水素貯蔵部を介して供給される水素を用いて発電する燃料電池と、前記水素透過膜を透過することなく送出された残ガスを浄化するガス浄化部と、前記燃料電池における水素の過不足に応じて、前記水素貯蔵部における水素の吸蔵及び放出を制御する制御部と、前記水素透過膜から前記水素貯蔵部及び前記燃料電池を経由して前記ガス浄化部に至る水素送出経路と、を有する発電機能付き排ガス浄化システムである。
【００１０】
本発明に係る発電機能付き排ガス浄化システムにおいては、水蒸気改質部、燃料電池、及びガス浄化部が設けられているため、供給される排ガスから水素を製造して発電に利用することができ、更には水素以外の残ガスを浄化することができる。また、水蒸気改質部と燃料電池との間には水素貯蔵部が設けられているため、水素貯蔵部から燃料電池に対して必要な水素を常に供給することが可能になる。すなわち、本発明に係る発電機能付き排ガス浄化システムは、排ガス及び熱エネルギーを有効利用して発電を行いつつ、当該発電を継続的に行って燃料電池における出力の向上を図ることができる。また、水素を送出するための経路を簡略化することができ、システム自体のコストの低減を図ることができる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、供給される排ガスから水素を製造する水蒸気改質部と、製造された前記水素のみを透過する水素透過膜と、前記水素透過膜を介して供給される水素の吸蔵及び吸蔵した水素の放出を行う水素貯蔵部と、前記水素貯蔵部を介して供給される水素を用いて発電する燃料電池と、前記水素透過膜を透過することなく送出された残ガスを浄化するガス浄化部と、前記燃料電池における水素の過不足に応じて、前記水素貯蔵部における水素の吸蔵及び放出を制御する制御部と、前記水蒸気改質部から前記水素貯蔵部及び前記燃料電池をバイパスして前記ガス浄化部に至る残ガス送出経路と、を有する発電機能付き排ガス浄化システムである。第２の態様においては、残ガスを送出するための経路を簡略化することができ、システム自体のコストの低減を図ることができる。
【００１２】
本発明の第３の態様は、供給される排ガスから水素を製造する水蒸気改質部と、製造された前記水素のみを透過する水素透過膜と、前記水素透過膜を介して供給される水素の吸蔵及び吸蔵した水素の放出を行う水素貯蔵部と、前記水素貯蔵部を介して供給される水素を用いて発電する燃料電池と、前記水素透過膜を透過することなく送出された残ガスを浄化するガス浄化部と、前記燃料電池における水素の過不足に応じて、前記水素貯蔵部における水素の吸蔵及び放出を制御する制御部と、前記水素透過膜から前記水素貯蔵部及び前記燃料電池を経由して前記ガス浄化部に至る水素送出経路と、前記水蒸気改質部から前記水素貯蔵部及び前記燃料電池をバイパスして前記ガス浄化部に至る残ガス送出経路と、を有する発電機能付き排ガス浄化システムである。第３の態様においては、第１及び第２の態様と同様の作用効果を奏することになる。
【００１３】
本発明の第４の態様は、上記第３の態様において、前記水素貯蔵部から前記燃料電池をバイパスして前記ガス浄化部に至る水素供給バイパス経路を有することである。このようにすることにより、ガス浄化部に対してより多くの水素を供給することができ、水素を必要とするガス浄化方法において、ガス浄化部における触媒効果の持続及び向上を図ることができる。
【００１４】
本発明の第５の態様は、上記第４の態様において、前記水素供給バイパス経路は、前記残ガス送出経路に連結していることである。このようにすることにより、ガスが通過する経路の共通化を図ることができ、システム自体のコストの低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る発電機能付き排ガス浄化システムは、排ガスを利用して発電しつつ当該排ガスを浄化することができ、更には水素の燃料源となる排ガスの供給がない場合でも発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例に係る発電機能付き排ガス浄化システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】実施例に係る発電機能付き排ガス浄化システムの動作フローを説明するためのフローチャート図である。
【図３】実施例に係る発電機能付き排ガス浄化システムの動作時におけるガスの流れを説明するための概略図である。
【図４】実施例に係る発電機能付き排ガス浄化システムの動作時におけるガスの流れを説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施例の説明に用いる図面は、いずれも本発明による発電機能付き排ガス浄化システム及びその構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、各構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、実施例で用いる様々な数値は、いずれも一例を示すものであり、必要に応じて様々に変更することが可能である。
【００１８】
＜実施例＞
（発電機能付き排ガス浄化システムの構成）
先ず、図１を参照しつつ、本発明の実施例に係る発電機能付き排ガス浄化システム１の構成を説明する。ここで、図１は、本実施例に係る発電機能付き排ガス浄化システム１の全体構成を示す概略図である。なお、以下においては、発電機能付き排ガス浄化システム１を単に排ガス浄化システム１とも称する。
【００１９】
排ガス浄化システム１は、水素を製造するための水蒸気改質部（水素改質部）２と、水素の吸蔵及び放出を行う水素貯蔵部３と、発電を行う燃料電池４と、有害物質を含むガス（排ガス）を浄化するガス浄化部５と、水素貯蔵部３における水素の吸蔵及び放出を制御する制御部６とを有している。また、排ガス浄化システム１は、排ガスを送出する内燃機関７と水蒸気改質部２を連結するガス導入管８と、水蒸気改質部２、水素貯蔵部３、燃料電池４、及びガス浄化部５を連結して所望のガス経路を形成するガス経路管９と、ガス浄化部５から浄化された排ガスを排出するためのガス排出管１０とを有している。更に、排ガス浄化システム１は、ガス経路管９の内側であって水蒸気改質部２と水素貯蔵部３との間に水素透過膜１１を有している。そして、排ガス浄化システム１は、燃料電池４への空気の導入量を調整するための空気調整バルブ１２を有している。
【００２０】
水蒸気改質部２は、内燃機関７から送出される排ガスを用いて水素を製造することができる一般的な水素製造装置から構成されている。具体的には、内燃機関７から送出される排ガスには、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質、並びに水蒸気（Ｈ２Ｏ）が含まれているため、水蒸気改質部２は例えばこの内の炭化水素及び水蒸気を用いて水素を製造している。水蒸気改質部２に用いられる触媒としては、例えば、酸化マグネシウムにニッケルを担持させた金属触媒、又はルテニウム（Ｒｕ）からなる金属触媒を用いることができる。なお、触媒の材料は上記材料に限定されることなく、排ガスの成分や排ガスの温度等の特性に応じて適宜変更することができる。
【００２１】
水素貯蔵部３は、水素の吸蔵及び吸蔵した水素の放出を行うことができる水素吸蔵合金を備える一般的な水素貯蔵装置から構成されている。例えば、水素貯蔵部３は、水素吸蔵合金として、Ｍｇ−Ｔｉ系、Ｆｅ−Ｔｉ系、Ｍｇ−Ｎｉ系、Ｍｇ−Ｙ系、又はＭｎ−Ｎｉ系の合金を用いることができる。また、水素貯蔵部３は、当該水素吸蔵合金が設けられた空間内の温度及び圧力を調整することができる構造を備えており、制御部６からの制御信号（水素の吸蔵指示又は水素の放出指示）に応じて、当該空間内の温度及び圧力を変化することにより、水素の吸蔵又は放出が行われる。例えば、水素を吸蔵する場合及び水素を放出する場合のいずれにおいても、温度を３００℃に調整してもよい。なお、水素吸蔵合金の材料は上記材料に限定されることなく、貯蔵すべき水素量や水素貯蔵部３の寸法等を考慮して適宜変更することができる。
【００２２】
燃料電池４は、水素貯蔵部３を介して供給される水素を用いて発電するため、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ：Phosphoric Acid Fuel Cell）、溶融炭素塩形燃料電池（ＭＣＦＣ：Molten Carbonate Fuel Cell）、又は固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）を用いることができる。例えば、内燃機関７が自動車に搭載されるエンジンの場合には、燃料電池４が内燃機関７の近傍に設置され、且つ比較的に高温の排ガスの影響を受けることから燃料電池４の周辺温度が高温になるため、差動温度が比較的に高温となる固体酸化物形燃料電池を燃料電池４として使用することが好ましい。一方、排ガス浄化システム１を設置するスペースに余裕がある場合には、燃料電池４を内燃機関７の遠方に設置すること、或いは断熱部材を用いて内燃機関７の熱の影響を抑制することができるため、燃料電池４の周辺温度が低温になるため、他の種類の燃料電池を用いることもできる。すなわち、燃料電池４の種別は、排ガス浄化システム１を設置する環境及びスペースの余裕度、又は燃料電池の設置環境に応じて、適宜選択することができる。
【００２３】
ガス浄化部５は、内燃機関７から送出される排ガスに含まれる一酸化炭素、炭化水素、及び窒素酸化物等の有害物質を、水、二酸化炭素、又は窒素等の無害な物質に浄化することができる排ガス浄化装置を用いることができる。例えば、白金属元素からなる貴金属を担持した三元触媒を備える排ガス浄化装置、或いは当該三元触媒を用いずに発砲ニッケルを触媒として備える排ガス浄化装置を用いてもよく、要求される排ガスの浄化効率、当該装置のコストや寸法等を考慮して、適宜選択することができる。
【００２４】
本実施例においては、白金等の希少金属を使用せずにコストの低減を図る観点から、発砲ニッケルを触媒として備える排ガス浄化装置をガス浄化部５に使用している。このような発砲ニッケルを用いた排ガスの浄化には、ニッケルの触媒効果を高めるために水素が必要となる。このため、ガス浄化部５に対して、水素貯蔵部３から放出された水素を直接供給するか、或いは燃料電池４において未使用の水素を供給する必要がある。なお、ガス浄化部５に対する水素の供給の経路については後述する。
【００２５】
また、発砲ニッケルを触媒として備える排ガス浄化装置においては、浄化される排ガスの温度が比較的に高温である必要があり、その温度は例えば、４００℃以上である。なお、水蒸気改質部２から送出される排ガスの温度は、ガス浄化部５に到達するまでに下がるものの、ガス経路管９に特別な冷却機能等を設けなければ、４００℃以上となる。
【００２６】
制御部６は、水素貯蔵部３における水素の吸蔵及び放出の切換えを制御し、更には燃料電池４への空気の供給量を制御可能である一般的な制御装置を用いることができる。より具体的には、制御部６は、燃料電池４における水素の過不足を判定し、水素が不足している場合には、水素吸蔵合金が設けられた空間内の温度及び圧力を水素放出用の設定に変更し、水素吸蔵合金から水素の放出が行われるように水素貯蔵部３を制御する。一方、燃料電池４における水素量が十分である場合には、水素吸蔵合金が設けられた空間内の温度及び圧力を水素吸蔵用の設定に変更し、水素吸蔵合金が水素の吸蔵を行うように水素貯蔵部３を制御する。ここで、燃料電池４における水素の過不足を判定するために、燃料電池４とガス経路管９との接続部分（すなわち、燃料電池４の水素吸入口）又は燃料電池４の内部に水素センサ（図示せず）を設け、当該水素センサから制御部に水素量を示す信号を送信し、制御部６が水素の過不足を判定してもよい。
【００２７】
また、燃料電池４における水素の過不足を判定するとは、上述したような燃料電池４にける水素量を直接測定する方法以外にも、内燃機関７の停止時を水素の不足と判定し、内燃機関７の動作時を水素量が十分であると判定するようにしてもよい。このような判定を可能にする理由は、内燃機関７の停止時には水蒸気改質部２への排ガスの送出が停止することになり、水素の製造が停止することにつながるが、内燃機関７が動作時には水蒸気改質部２への排ガスの送出が行われ、水素の製造が継続的に行われるからである。そして、制御部６は、空気調整バルブ１２の開度を制御して燃料電池４への空気の供給量も調整する。
【００２８】
内燃機関７は、燃料をシリンダー内で燃焼させ、燃焼によって生じた熱エネルギーによって動力を得る一般的な原動機である。例えば、自動車、飛行機、船舶等の乗り物に搭載された一般的なエンジンであってもよく、定置型発電用のエンジンであってもよい。本発明においては、水素を用いた発電を行うため、水素の原料となるガス（炭化水素及び水蒸気等）を排ガスとして排出する原動機である必要がある。なお、内燃機関７に代えて、外燃機関又は浸炭窒化等の熱処理を行う熱処理プラントにガス導入管８を接続し、内燃機関７以外の排ガスを発生する装置又は施設に対して、本発明に係る発電機能付き排ガス浄化システムを適用することができる。
【００２９】
ガス導入管８、ガス経路管９、及びガス排出管１０は、高温のガスの送出を可能とするために、耐熱性に優れた金属等から構成されてもよい。また、各管を所望の形状に加工するために、加工性に優れた金属等の材料を用いてもよい。例えば、ステンレスを用いることができる。
【００３０】
水素透過膜１１は、水蒸気改質部２によって製造された水素のみを透過し、水蒸気改質部２から送出される水素以外のガス（残ガス）を透過することがない金属膜を用いることができる。例えば、バナジウム（Ｖ）を多く含むＦｅ−Ｖ系合金に白金（Ｐｔ）キャップを形成した構造を備えるものを用いてもよく、またバナジウム（Ｖ）単層膜にパラジウム（Ｐｄ）キャップを形成した構造を備えるものを用いてもよく、更にはその他の水素透過性を有する金属膜を用いてもよい。
【００３１】
図１に示すように、ガス経路管９は、水蒸気改質部２と水素貯蔵部３と連結する第１経路９ａ、水素貯蔵部３と燃料電池４とを連結する第２経路９ｂ、燃料電池４とガス浄化部５とを連結する第３経路９ｃ、第１経路９ａから水素貯蔵部３及び燃料電池４をバイパスして第３経路９ｃに至る第４経路９ｄ、及び第２経路９ｂと第４経路９ｄとを接続する第５経路９ｅから構成されている。本実施例において、水蒸気改質部２によって製造された水素は、第１経路９ａ、及び水素透過膜１１を経て水素貯蔵部３に到達する。また、水素貯蔵部３において吸蔵されなかった水素、水素貯蔵部３から放出された水素は、第２経路９ｂを経て燃料電池４に到達する。更に、燃料電池４で使用されなかった水素は、第３経路９ｃを経てガス浄化部５に到達する。このような水素の流れから、本実施例においては、内燃機関７が最上流に位置し、ガス排出管１０が最下流に位置し、更には第１経路９ａ、水素透過膜１１、水素貯蔵部３、第２経路９ｂ、燃料電池４、及び第３経路９ｃから水素送出経路が形成されていることになる。このような経路形成により、水素を送出するための経路を簡略化することができ、排ガス浄化システム１自体のコストの低減を図ることができる。
【００３２】
一方、本実施例において、水蒸気改質部２から送出される残ガス（すなわち、水素以外の排ガス）は、水素透過膜１１を透過することができないため水素貯蔵部３に到達することがなく、第１経路９ａの一部（水蒸気改質部２から水素透過膜１１の上流までの経路）、第４経路９ｄ、及び第３経路９ｃの一部を経てガス浄化部５に供給される。このような残ガスの流れから、本実施例においては、第１経路９ａの一部、第４経路９ｄ、及び第３経路９ｃの一部から残ガス送出経路が形成されている。このような経路を形成することにより、残ガスを送出するための経路を簡略化することができ、排ガス浄化システム１自体のコストの低減を図ることができる。
【００３３】
そして、本実施例においてはガス浄化部５に所定量以上の水素を供給する必要がるため、水素貯蔵部３から送出される水素は、第２経路９ｂの一部、第５経路９ｅ、第４経路９ｄの一部、及び第３経路９ｃの一部を経てガス浄化部５に供給される。すなわち、水素貯蔵部３から送出される水素の一部は、燃料電池４をバイパスしてガス浄化部５に直接的に供給されることになる。このような水素の流れから、本実施例においては、第２経路９ｂの一部、第５経路９ｅ、第４経路９ｄの一部、及び第３経路９ｃの一部から水素供給バイパス経路が形成されている。そして、本実施例においては、第４経路９ｄと第５経路９ｅとが接続されているため、当該水素バイパス経路は、当該接続部分において上記残ガス送出経路と連結していることになり、その経路の一部が上記残ガス送出経路と重複している。
【００３４】
このような水素のバイパス経路を形成することにより、ガス浄化部５に対してより多くの水素を供給することができ、ガス浄化部５における触媒効果の持続及び向上を図ることができる。また、このような水素のバイパス経路を形成することにより、水素及び残ガスが通過する経路の共通化を図ることができ、排ガス浄化システム１自体のコストの低減を図ることができる。
【００３５】
なお、本実施例においては、水素透過膜１１をガス経路管９の第１経路９ａに設けたが、水蒸気改質部２とガス経路管９の第１経路９ａとの接続部分に設けてもよい。この場合には、水素以外の排ガス（残ガス）が水蒸気改質部２に残留しないように、当該残ガス用の別の送出口を水蒸気改質部２に設け、当該別の送出口とガス浄化部５とを連結する配管を行う必要がある。
【００３６】
（発電機能付き排ガス浄化システムの動作フロー）
次に、図２乃至図４を参照しつつ、本実施例に係る発電機能付き排ガス浄化システム１の動作フローについて説明する。ここで、図２は、本実施例に係る発電機能付き排ガス浄化システム１の動作フローを説明するためのフローチャート図である。また、図３及び図４は本実施例に係る発電機能付き排ガス浄化システム１の動作時におけるガスの流れを説明するための概略図である。
【００３７】
先ず、内燃機関７が動作中の場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、内燃機関７における燃焼によって動力を得られるが、当該燃焼に応じて有害物質を含有する排ガスが発生する。発生した当該排ガスは、内燃機関７からガス導入管８を経由して排ガスが水蒸気改質部２へ供給される（ステップＳ２）。図３において、当該排ガスの流れを実線矢印Ａによって示す。
【００３８】
次に、水蒸気改質部２において、導入された排ガスに含有される炭化水素及び水蒸気を利用して水素を製造する（ステップＳ３）。製造された水素は、ガス経路管９の第１経路９ａを経由し、更に水素透過膜１１を透過して水素貯蔵部３に供給されることになる。図３において、当該水素の流れを実線矢印Ｂで示す。一方、水蒸気改質部２から送出される水素以外の排ガスである残ガスは、水素透過膜１１を透過することができないため、ガス経路管９の第１経路９ａの一部、第４経路９ｄ、及び第３経路９ｃの一部を経由してガス浄化部５に到達することになる。図３において、当該残ガスの流れ（すなわち、残ガス送出経路）を破線矢印Ｃによって示す。
【００３９】
次に、制御部６は内燃機関７が動作していることを認識することにより、水蒸気改質部２によって製造された水素を用いて燃料電池４による発電が可能であると判断するため、水素貯蔵部３において水素吸蔵合金による水素吸蔵を行うための制御を実行する。この状況において、水素透過膜１１を透過した水素が水素貯蔵部３に到達すると、当該水素は水素吸蔵合金に吸蔵される（ステップＳ４）。ここで、水素吸蔵合金による水素の吸蔵量には、使用される水素吸蔵合金の種類及びその他の条件（温度及び圧力）に応じた上限があるため、水素吸蔵合金が吸蔵できる上限以上の水素量が供給されると、水素貯蔵部３によって水素が吸蔵されることなく、水素貯蔵部３からガス経路管９の第２経路９ｂに水素が送出されることになる。そして、当該送出された水素は、第２経路９ｂを経由して燃料電池４、又は第５経路９ｅ及び第４経路９ｄの一部を経由（すなわち、燃料電池４バイパスして）ガス浄化部５に供給される。図３において、水素貯蔵部３から燃料電池４に水素が供給される流れを実線矢印Ｄで示し、燃料電池４をバイパスする流れを実線矢印Ｅで示す。
【００４０】
次に、燃料電池４において、ガス経路管９の第２経路９ｂを経由して供給された水素、及び空気調整バルブ１２を経て供給される空気を利用して発電を行う（ステップＳ４）。ここで、制御部６は、燃料電池４に供給される水素の量に応じて、供給する空気の量を適宜調整してもよい。これにより、燃料電池４における発電効率を向上させることができる。そして、燃料電池４において使用されなかった水素は、燃料電池４からガス経路管９の第３経路９ｃに送出され、ガス浄化部５に供給される。図３において、燃料電池４から送出されてガス浄化部５に供給される水素の流れを実線矢印Ｆで示す。なお、図３において、実線矢印Ｅ及びＦはいずれも水素の流れを示しているため、第３経路９ｃと第４経路９ｄの連結部分より下流においては、両矢印は共通化されている。
【００４１】
次に、ガス浄化部５においては、実線矢印Ｅ、Ｆで示された水素供給経路を経由して供給される水素を触媒還元ガスとして利用し、破線矢印Ｃで示された残ガス送出経路を経由して導入された残ガスを浄化する（ステップＳ６）。そして、浄化された排ガス（有害物質を含有しないガス）は、ガス排出管１０から外部に排出される。
【００４２】
一方、内燃機関７が停止中の場合（ステップＳ１のＮＯ）、内燃機関７において排ガスが発生することはない。従って、水素の原料となる排ガスが水蒸気改質部２に供給されることがなくなるため、水素貯蔵部３において吸蔵されることなく送出される水素がなくなり、燃料電池４に水素を供給することができなくなる。ここで、制御部６は、内燃機関７の停止を認識することにより、燃料電池４して継続的な発電を実行するため、水素貯蔵部３の水素吸蔵合金に吸蔵された水素を放出できるように水素貯蔵部３の制御を行う。そして、水素貯蔵部３による水素の放出が開始される（ステップＳ７）。当該放出された水素は、第２経路９ｂを経由して燃料電池４、又は第５経路９ｅ及び第４経路９ｄの一部を経由（すなわち、燃料電池４バイパスして）ガス浄化部５に供給される。図４において、水素貯蔵部３から燃料電池４に水素が供給される流れを実線矢印Ｇで示し、燃料電池４をバイパスする流れを実線矢印Ｈで示す。
【００４３】
そして、燃料電池４及びガス浄化部５に対する水素の供給を継続できるため、燃料電池４による発電（ステップＳ５）、及びガス浄化部５における残ガスの浄化（ステップＳ６）を継続することができる。すなわち、内燃機関７の停止中であっても、発電をしつつ残ガスの浄化を行うことができる。なお、図４において、燃料電池４から送出されてガス浄化部５に供給される水素の流れを実線矢印Ｉで示す。
【００４４】
なお、上記動作フローの説明においては、内燃機関７の動作又は停止により、水素貯蔵部３における水素の吸蔵及び放出を切り替えていたが、内燃機関７から得られる動力（例えば、回転数など）が所定値以下の場合に水素の放出を行うようにしてもよい。このようにすることで、自動車等のエンジンの回転数が低くい場合（すなわち、、排ガスの量が少ない場合）に、水蒸気改質部２において発電に必要な量の水素が製造できなくても、水素貯蔵部３から追加的に水素を燃料電池４に供給することができ、燃料電池４の発電効率を向上することができる。
【００４５】
以上のように、本実施例に係る発電機能付き排ガス浄化システム１においては、水蒸気改質部２、燃料電池４、及びガス浄化部５が設けられているため、供給される排ガスから水素を製造して発電に利用することができ、更には水素以外の残ガスを浄化することができる。また、水蒸気改質部２と燃料電池４との間には水素貯蔵部３が設けられているため、水素貯蔵部３から燃料電池４に対して必要な水素を常に供給することが可能になる。すなわち、本実施例に係る発電機能付き排ガス浄化システム１は、排ガス及び熱エネルギーを有効利用して発電を行いつつ、当該発電を継続的に行って燃料電池４における出力の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１    発電機能付き排ガス浄化システム
２    水蒸気改質部
３    水素貯蔵部
４    燃料電池
５    ガス浄化部
６    制御部
７    内燃機関
８    ガス導入管
９    ガス経路管
９ａ    第１経路
９ｂ    第２経路
９ｃ    第３経路
９ｄ    第４経路
９ｅ    第５経路
１０    ガス排出管
１１    水素透過膜
１２    空気調整バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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