(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、
前記一対の電極の一方と電気的に接続された第１の電解質膜、及び前記一対の電極の他方と電気的に接続され、かつ、前記第１の電解質膜と電気的に直列に接続された第２の電解質膜を含むガス分離部と、
前記第１の電解質膜に接続された前記一方の電極に混合ガスを供給するガス供給部と、
電圧印加により前記ガス分離部で分離され、かつ、前記第２の電解質膜より排出された、前記混合ガス中の第１ガス成分を流通する第１のガス流通部と、
電圧印加により前記ガス分離部で分離され、前記第１の電解質膜及び前記第２の電解質膜間から排出された、前記混合ガス中の第２ガス成分を流通する第２のガス流通部と、
を備え、
前記第１の電解質膜及び前記第２の電解質膜がそれぞれスルホン酸基を有する高分子膜であるか、又は前記第１の電解質膜及び前記第２の電解質膜がそれぞれ酸素イオン伝導セラミックスの膜であり、
前記第１の電解質膜及び前記第２の電解質膜の間に、前記第２ガス成分を排出する流路を有する、ガス分離ポンプ。
【請求項２】
前記第１の電解質膜が、アンモニウムイオンが伝導する電解質膜であり、前記第２の電解質膜が、水素イオンが伝導する電解質膜である請求項１に記載のガス分離ポンプ。
【請求項３】
前記混合ガスは、水素ガス及びアンモニアガスを含む請求項２に記載のガス分離ポンプ。
【請求項４】
前記第１の電解質膜が、炭酸イオンを伝導する電解質膜であり、前記第２の電解質膜が、酸素イオンを伝導する電解質膜である請求項１に記載のガス分離ポンプ。
【請求項５】
前記混合ガスは、炭酸ガス及び酸素ガスを含む請求項４に記載のガス分離ポンプ。
【請求項６】
前記第１の電解質膜及び前記第２の電解質膜は、互いに接触されて配置されている請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のガス分離ポンプ。
【請求項７】
アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された２つ以上の反応器と、
前記２つ以上の反応器と接続された、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のガス分離ポンプと、
を備え、
前記２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを前記反応器の一方から他方に輸送することにより熱を輸送する熱輸送装置。
【請求項８】
前記第２のガス流通部に弁を有し、前記弁の開度の調節によりアンモニア圧の差を調節する請求項７に記載の熱輸送装置。
【請求項９】
前記２つ以上の反応器の少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器である請求項７又は請求項８に記載の熱輸送装置。
【請求項１０】
前記２つ以上の反応器の少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器である請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項１１】
前記２つ以上の反応器は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器と、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器と、を含む請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項１２】
請求項４又は請求項５に記載のガス分離ポンプを備え、混合ガス中の炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分離ポンプ、熱輸送装置、及びガス分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の産業分野において、混合ガスに含まれる特定ガス成分を分離、濃縮し、利用する技術が検討されている。
【０００３】
従来から、ナフサ等の原燃料の水蒸気改質で生じた副生ガスから水素ガスや炭酸ガスを分離する技術が知られている。
また、近年の地球環境の保全を図る観点から、水素の燃料としての利用が注目され、急速に進展しつつある。一方、燃焼ガス等の様々な排ガス及び副生ガスには、二酸化炭素が含まれていることが多く、地球環境の保全等の観点からは、二酸化炭素の安易な大気中への放出を減らし、かつ、二酸化炭素を選択的に分離して、目的とするガス成分を単離したり、二酸化炭素を分離、回収する等の技術が期待される。
【０００４】
他方で、従来から、吸着式のヒートポンプを利用した熱サイクルシステムが提案されており、冷暖房装置又は給湯器などに応用されている。ヒートポンプとしては、一対の吸着器、凝縮器及び蒸発器を備えたものが一般的であるが、ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）を高める増熱モードを利用した技術も提案されている。例えば、熱媒による顕熱ロスを改善して熱エネルギーの増熱効果を高めるため、アンモニアや水蒸気等の蒸発潜熱の大きい物質を利用した吸着式のヒートポンプに関する開示がある（例えば、特許文献１参照）。このようなヒートポンプは、利用されるアンモニア等を簡易に昇圧して利用できれば、より一層の増熱効果が得られる点で有利である。
【０００５】
気体の昇圧技術として、金属水素化物を用いた電気化学圧縮機が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１８５７８１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“Electrochemical compressor driven metal hydride heat pump”Ye Tao, Hoseong Lee, Yunho Hwang, Reinhard Radermacher, Chunsheng Wang, INTERNATIONAL JOURNAL OF REFRIGERATION 60 (2015), p.278-288
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、非特許文献１に記載の電気化学圧縮機では、昇圧は、ガスが混合ガスの場合には混合ガスの状態でしか昇圧できず、ガス分離に際しては、分離を駆動するのは圧力のため、大きな差圧を形成しなければならず、高精度の選択性は期待できない。
【０００９】
上記のように、近年の地球環境の保全等に鑑みれば、混合ガス中の特定ガス成分を効率的に分離、濃縮する技術が向上することにより、燃料もしくはリサイクル資源としての利用、又は回収、廃棄等がより促進されるものと期待される。
【００１０】
既述したヒートポンプ及びヒートポンプを利用した装置においても、近年の省エネルギー化の動きの活発化に合わせて、更なる熱効率の向上が求められる。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、複数成分を含む混合ガス中の特定のガス成分を分離しつつ、分離されたガス成分が昇圧されるガス分離ポンプ、増熱効果の高い熱輸送装置、及び炭酸ガス分離能の高い炭酸ガス分離装置を提供することを目的とし、この目的を達成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、分離対象である混合ガスのガス成分に対応した複数の電解質膜を利用し、複数の電解質膜を電極対の間に配置してガス成分を電気化学的にイオン化し、ガス成分をイオン化した状態で輸送することにより、小さい電気エネルギーにより特定のガス成分を分離し、昇圧することができるとの知見に基づいて達成されたものである。
【００１３】
本発明においては、上記の知見に基づき、複数の電解質膜を利用して発現する電気化学的な作用を利用する。上記した課題を達成するための具体的な手段は、次の通りである。
すなわち、前記目的を達成するため、第１の発明は、
＜１＞  一対の電極と、前記一対の電極の一方と電気的に接続された第１の電解質膜、及び前記一対の電極の他方と電気的に接続され、かつ、前記第１の電解質膜と電気的に直列に接続された第２の電解質膜を含むガス分離部と、前記第１の電解質膜に接続された前記一方の電極に混合ガスを供給するガス供給部と、電圧印加により前記ガス分離部で分離され、かつ、前記第２の電解質膜より排出された、前記混合ガス中の第１ガス成分を流通する第１のガス流通部と、電圧印加により前記ガス分離部で分離され、前記第１の電解質膜及び第２の電解質膜間より排出された、前記混合ガス中の第２ガス成分を流通する第２のガス流通部と、を備えたガス分離ポンプである。
【００１４】
第１の発明においては、少なくとも２種のガス成分を含有する混合ガスを電圧印加下、ガス分離部で２種のガス成分を分離し、かつ、それぞれの成分を昇圧した状態にて排出することが可能である。例えば、ガス成分Ａ及びＢの２種の混合ガスを供給する場合を例に具体的に説明する。
ガス供給部から供給された２種類のガス成分Ａ及びＢを混合した混合ガスを、電圧印加した電極対の一方の電極へ接触させると、一方の電極において電気化学的な反応が進行し、一方の電極と電気的に接続された第１の電解質膜を透過可能なイオン（ＡＢ＋又はＡＢ−）が生成される。生成されたＡＢ＋イオン又はＡＢ−イオンは、印加電圧に応じて第１の電解質膜を移動する。
次に、第１の電解質膜と第２の電解質膜との界面にて、下記の反応ａ）又はｂ）が進行し、ガス成分Ｂは系外となる第２のガス流通部へ放出される。
反応ａ）：  ＡＢ＋  →  Ａ＋  ＋  Ｂ
反応ｂ）：  ＡＢ−  →  Ａ−  ＋  Ｂ
この際、ガス成分Ｂは、電気化学的な反応を駆動力として排出されるため、第２のガス流通部においてガス成分Ｂは、昇圧状態とされる。
さらに、第１の電解質膜と電気的に直列に接続された第２の電解質膜は、例えばＡ＋イオン又はＡ−イオンのみを透過できるため、膜界面で生成されたＡ＋イオン又はＡ−イオンは、印加電圧に応じて第２の電解質膜を透過する。そして、電極対の他方の電極における電気化学反応によってガス成分Ａとなり、ガス成分Ａは、系外となる第１のガス流通部へ放出される。この際にも、ガス成分Ａは、電気化学的な反応を駆動力として排出されるため、第１のガス流通部においてガス成分Ａは、昇圧状態とされる。
【００１５】
ここで、「電気的に直列に接続」とは、第１の電解質膜と第２の電解質膜とが電極対の一方から他方に向かって順に重ねるように配置され、イオンが第１の電解質膜と第２の電解質膜とを順次透過できるように接続されていることを指す。
なお、第１の電解質膜と第２の電解質膜とは、互いに接触して重ねられた積層状態でもよいし、第１の電解質膜と第２の電解質膜との間に他の層を介して電気的に接続された積層状態とされてもよい。
【００１６】
第１の発明は、前記＜１＞に記載のガス分離ポンプにおいて、ガス分離部の膜構成としては、第１の電解質膜はアンモニウムイオンが伝導する電解質膜であり、かつ、第２の電解質膜は水素イオンが伝導する電解質膜である場合が好ましい形態の一つである。
また、水素ガス及びアンモニアガスを含む混合ガスを用いることが好ましい。
【００１７】
この場合、水素ガス（Ｈ２ガス）及びアンモニアガス（ＮＨ３ガス）を含む混合ガスがガス供給部から供給され、供給された混合ガスを、電圧印加した電極対の一方の電極へ接触させると、一方の電極における電気化学的な反応によって、下記の反応式のように、一方の電極と電気的に接続された第１の電解質膜を透過可能なアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）が生成される。
ＮＨ３  ＋  ０．５Ｈ２  →  ＮＨ４＋  ＋  ｅ−
生成されたＮＨ４＋イオンは、印加電圧に応じて、第１の電解質膜を移動する。
次に、第１の電解質膜と第２の電解質膜との界面にて下記の反応が進行し、ＮＨ３ガスは系外となる第２のガス流通部へ放出される。この際、ＮＨ３ガスは電気化学的な反応を駆動力として排出されるため、第２のガス流通部において昇圧状態とされる。そのため、昇圧されたＮＨ３ガスの外部への供給が可能である。
ＮＨ４＋  →  ＮＨ３  ＋  Ｈ＋
さらに、水素イオン（Ｈ＋イオン）は、印加電圧に応じて第２の電解質膜を透過し、電極対の他方の電極において電気化学反応によりＨ２ガスとなり、Ｈ２ガスは系外となる第１のガス流通部へ放出される。
２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−  →  Ｈ２
この際にも、Ｈ２ガスは電気化学的な反応を駆動力として排出されるため、第１のガス流通部において昇圧状態とされる。そのため、昇圧されたＨ２ガスの外部への供給が可能である。
【００１８】
また、第１の発明は、前記＜１＞に記載のガス分離ポンプにおいて、ガス分離部の別の膜構成として、第１の電解質膜を炭酸イオンが伝導する電解質膜とし、かつ、第２の電解質膜を酸素イオンが伝導する電解質膜とする場合も好ましい形態の一つである。この場合、炭酸ガス及び酸素ガスを含む混合ガスを用いることが好ましい。
【００１９】
この場合、炭酸ガス（ＣＯ２ガス）及び酸素ガス（Ｏ２ガス）を含む混合ガスがガス供給部から供給され、供給された混合ガスを、電圧印加した電極対の一方の電極へ接触させると、一方の電極における電気化学的な反応によって、下記の反応式のように、一方の電極と電気的に接続された第１の電解質膜を透過可能な炭酸イオン（ＣＯ３２−）が生成される。
ＣＯ２  ＋  ０．５Ｏ２  ＋  ｅ−  →  ＣＯ３２−
生成されたＣＯ３２−イオンは、印加電圧に応じて、第１の電解質膜を移動する。
次に、第１の電解質膜と第２の電解質膜との界面にて下記の反応が進行し、ＣＯ２ガスは系外となる第２のガス流通部へ放出される。この際、ＣＯ２ガスは電気化学的な反応を駆動力として排出されるため、第２のガス流通部において昇圧状態とされる。そのため、昇圧されたＣＯ２ガスの外部への供給が可能である。
ＣＯ３２−  →    ＣＯ２  ＋  Ｏ２−
さらに、酸素イオン（Ｏ２−イオン）は、印加電圧に応じて第２の電解質膜を透過し、電極対の他方の電極において電気化学反応によりＯ２ガスとなり、Ｏ２ガスは系外となる第１のガス流通部へ放出される。
２Ｏ２−  →  Ｏ２  ＋  ２ｅ−
この際にも、Ｏ２ガスは電気化学的な反応を駆動力として排出されるため、第１のガス流通部において昇圧状態とされる。そのため、昇圧されたＯ２ガスの外部への供給が可能である。
【００２０】
＜２＞  第１の発明は、前記＜１＞に記載のガス分離ポンプにおいて、前記第１の電解質膜及び前記第２の電解質膜は、互いに接触されて配置されている形態が好ましい。
＜３＞  前記＜２＞に記載のガス分離ポンプにおいて、第１の電解質膜及び第２の電解質膜が互いに接触している場合、第１の電解質膜及び第２の電解質膜の間（例えば接触界面）に、前記第２ガス成分を排出する流路を有している形態が好ましい。
【００２１】
ガス分離部では、電圧印加により、第１の電解質膜及び第２の電解質膜間から混合ガス中の第２ガス成分が排出される。この場合、第１の電解質膜及び第２の電解質膜の間には、第１の電解質膜及び第２の電解質膜を透過できないガスが発生し、行き場を失うが、第２ガス成分を排出するための流路が設けられているので、第２ガス成分を第２のガス流通部に速やかに移動させることができ、ガスの分離が進行しやすい。また、排出される第２ガス成分が溜まって、膜に損傷を与える懸念もない。
【００２２】
次に、第２の発明は、既述の第１の発明のガス分離ポンプを備えた熱輸送装置である。
＜４＞  第２の発明である熱輸送装置は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された２つ以上の反応器と、前記２つ以上の反応器と接続された、前記第１の発明であるガス分離ポンプと、を備え、前記２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを前記反応器の一方から他方に輸送することにより熱を輸送する。
第２の発明は、第１の発明であるガス分離ポンプを備えることで、アンモニアガスを昇圧した状態で利用することが可能になり、熱輸送装置の増熱効果を飛躍的高めることができる。
【００２３】
熱輸送装置では、２つ以上の反応器間で、蒸気圧が高いアンモニア蒸気の輸送によって潜熱を利用して熱を輸送するので、アンモニア蒸気の配管内流動に伴う圧力損失が抑制される。結果、熱輸送性が向上する。すなわち、第２の発明の熱輸送装置によれば、一方の反応器に与えられた熱を他方の反応器に効率よく輸送できる。
【００２４】
＜５＞  第２の発明は、前記＜４＞に記載の熱輸送装置において、ガス分離ポンプの第２のガス流通部に弁を有し、弁の開度を調節することによりアンモニア圧の差を調節することができる。
第２のガス流通部には、分岐部位を有することにより分岐部位に弁を有してもよい。第２のガス流通部が管材である場合、管が分岐管を有し、分岐管に弁が設けられた形態でもよい。第２のガス流通部である第２のガス流通管が、例えば弁を有する２つの分岐管を有する場合、２つの分岐管の一方がガス供給部と接続され、他方が第１の流通部と接続されていることにより、第２のガス流通部の弁の開度と２つの分岐管の弁の開度とを調節してアンモニアの差圧を調節する形態でもよい。
これにより、アンモニア圧の差（差圧）をより効果的に保持できるので、熱輸送性をより向上させることができる。すなわち、弁を閉じることによりアンモニア圧の差を長時間保持することができ、弁を開けることによりアンモニアを輸送し、蓄熱した熱を効率よく利用することができる。
【００２５】
＜６＞  第２の発明は、前記＜４＞又は＜５＞に記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器のうち少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器である。これにより、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器における蓄熱密度をより向上させることができるので、熱輸送装置全体における蓄熱密度をより向上させることができる。
【００２６】
＜７＞  第２の発明は、前記＜４＞〜＜６＞のいずれか１つに記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器のうちの少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器である。これにより、物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器において、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量をより小さくすることができるので、熱輸送装置全体における熱輸送の制御性をより向上させることができる。
【００２７】
＜８＞  第２の発明は、前記＜４＞〜＜７＞のいずれか１つに記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器と、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器と、を含む。
すなわち、物理吸着材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が大きい性質を有する化学蓄熱材と、化学蓄熱材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が小さい性質を有する物理吸着材と、を用いる。このため、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量の差を利用して、小さな熱入力で大きな熱出力を得ることができる。
【００２８】
また、第３の発明は、既述の第１の発明のガス分離ポンプを備えた炭酸ガス分離装置である。
＜９＞  第３の発明は、前記＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載の第１の発明であるガス分離ポンプを備え、混合ガス中の炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離装置である。
第３の発明は、第１の発明であるガス分離ポンプを備えていることで、少なくとも炭酸ガス及び酸素ガスを含む混合ガスから炭酸ガス（二酸化炭素）を選択的に分離することが可能である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、複数成分を含む混合ガス中の特定のガス成分を分離しつつ、分離されたガス成分が昇圧されるガス分離ポンプが提供される。
また、本発明によれば、増熱効果の高い熱輸送装置が提供される。
さらに、本発明によれば、炭酸ガス分離能の高い炭酸ガス分離装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態のガス分離ポンプの概略構成を示す概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態のガス分離ポンプの概略構成を示す概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態のヒートポンプ（熱輸送装置）の概略構成を示す概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係る反応器を模式的に示した図である。
【図６】本発明の別の実施形態に係る反応器を模式的に示した図である。
【図７】アンモニア（ＮＨ３）及び水（Ｈ２Ｏ）の飽和蒸気圧曲線である。
【図８】各金属塩化物について、蓄熱温度（℃）と蓄熱密度（ｋＪ／ｋｇ）との関係を示したグラフである。
【図９】第２実施形態のガス分離ポンプを備えた炭酸ガス分離装置の一例の概略構成を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図１〜図９を参照して、本発明のガス分離ポンプ、並びにこれを備えた熱輸送装置及び炭酸ガス分離装置の実施形態について具体的に説明する。但し、本発明においては、以下に示す実施形態に制限されるものではない。
【００３２】
（第１実施形態）
第１実施形態のガス分離ポンプは、水素ガス（以下、「Ｈ２ガス」とも表記する。）とアンモニアガス（以下、「ＮＨ３ガス」とも表記する。）とを混合して含む混合ガスを用い、混合ガスから水素ガス及びアンモニアガスを分離し、かつ、それぞれ昇圧された分離生成ガスとして外部に排出するものである。
【００３３】
図１に示すように、第１実施形態のガス分離ポンプ１０は、ガス分離部で分離される複数のガス成分を含有する混合ガスを供給するためのガス供給部であるガス供給管２と、水素ガスを流通する第１のガス流通部である水素ガス流通管４と、アンモニアガスを流通する第２のガス流通部であるアンモニアガス流通管６と、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）の伝導が可能な電解質膜であるＮＨ４＋伝導性電解質膜１２及び水素イオンの伝導が可能な電解質膜であるＨ＋伝導性電解質膜１３が互いに重層されたガス分離部であるガス分離膜１５と、ガス分離膜に電圧を印加するための電極１７，１８からなる電極対と、を備えている。
【００３４】
混合ガスがガス供給管２を通じて電極１７に向けて供給され、ガス分離膜１５に電圧が印加されると、ガス分離膜と電気的に繋がる電極及び膜界面において電気化学反応が進行し、混合ガスは、Ｈ２ガスとＮＨ３ガスとに分離される。分離された各ガスは、昇圧ガスの状態でガス分離膜１５の外部へ排出される。具体的には、以下の通りである。
Ｈ２ガス及びＮＨ３ガスを含む混合ガスがガス供給管２を通じて供給されると、供給された混合ガスは、電圧印加された電極対の一方である電極１７と接触し、電極１７における電気化学的な反応によって下記の反応式（１）のように、電極１７と電気的に接続されたＮＨ４＋伝導性電解質膜１２を透過可能なＮＨ４＋イオンが生成される。
反応式（１）：ＮＨ３  ＋  ０．５Ｈ２  →  ＮＨ４＋  ＋  ｅ−
【００３５】
生成されたＮＨ４＋イオンは、ＮＨ４＋伝導性電解質膜１２内をＨ＋伝導性電解質膜１３の方向へ移動する。ＮＨ４＋イオンがＮＨ４＋伝導性電解質膜１２及びＨ＋伝導性電解質膜１３の界面に達すると、膜界面にて下記の反応式（３）に示す反応が進行し、ＮＨ３ガスとＨ＋イオンとが生成される。生成されたＮＨ３ガスは、ＮＨ４＋伝導性電解質膜１２及びＨ＋伝導性電解質膜１３の界面の流路を通じてアンモニアガス流通管６へ排出される。この際、ＮＨ３ガスは、電気化学的な反応を駆動力として排出されるため、アンモニアガス流通管６において昇圧状態で流通する。
反応式（３）：ＮＨ４＋  →  ＮＨ３  ＋  Ｈ＋
【００３６】
したがって、後述する第３実施形態のように、ガス分離ポンプが吸着式ヒートポンプ等の熱輸送装置に備えられた場合などには、アンモニアの流通系統に昇圧したアンモニアガスの供給が可能になり、熱輸送装置での増熱効果を飛躍的に向上させることができる。
【００３７】
また、Ｈ＋イオンは、Ｈ＋伝導性電解質膜１３内を電極１８の方向へ移動し、電極１８において下記の反応式（２）に示す電気化学反応が進行し、Ｈ２ガスが生成される。生成されたＨ２ガスは、水素ガス流通管４に排出される。この際、Ｈ２ガスは、電気化学的な反応を駆動力として排出されるため、水素ガス流通管４において昇圧状態で流通する。
反応式（２）：Ｈ＋  ＋  ｅ−  →  Ｈ２
【００３８】
ガス供給管２は、ガス分離部で分離される複数のガス成分を含有する混合ガスを、ガス供給管２に配置された電極１７に対して供給する。供給される混合ガスは、電圧印加された電極と接触し、電気化学反応を生じて、電極と電気的に接続された電解質膜（本実施形態ではＮＨ４＋伝導性電解質膜１２）内を移動できるようにイオン化される。
【００３９】
混合ガスとしては、ガス分離部が２種の異なる電解質膜の積層体である場合には、ガス分離部で分離される被分離ガスとなる２種類のガス成分を少なくとも含有する。
混合ガスには、例えば、水素ガス及びアンモニアガスを含む混合ガス、炭酸ガス及び酸素ガスを含む混合ガス、等が挙げられる。ガス分離部が本実施形態のようにＮＨ４＋伝導性電解質膜及びＨ＋伝導性電解質膜を有する場合には、水素ガス及びアンモニアガスを含む混合ガスが適している。また、ガス分離部が後述の第２実施形態のようにＣＯ３２−伝導性電解質膜及びＯ２−伝導性電解質膜を有する場合には、炭酸ガス及び酸素ガスを含む混合ガスが適している
また、これらの混合ガスは、２種類の被分離ガスを含んでいれば、さらに他のガス成分が含まれていてもよい。
【００４０】
ＮＨ４＋伝導性電解質膜１２は、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）の伝導が可能な電解質膜であり、電圧印加により生成したＮＨ４＋イオンを、Ｈ＋伝導性電解質膜１３との界面に向かって移動させる。Ｈ＋伝導性電解質膜１３との界面では、ＮＨ４＋イオンからＨ＋イオンが脱離してＮＨ３ガスが生成されるが、ＮＨ３ガスはＮＨ４＋伝導性電解質膜及びＨ＋伝導性電解質膜のいずれも透過できないため、膜界面に沿って移動し、アンモニアガス流通管６に排出されることになる。
【００４１】
ＮＨ４＋伝導性電解質膜としては、ＮＨ４＋イオン伝導性を有する電解質膜であれば選択することができ、陽イオン交換膜に用いられるような、例えば、パーフルオロスルホン酸ポリマー（例えばデュポン社のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）等）等、スルホン酸基を有する高分子膜などで作製した電解質膜を挙げることができる。
上記の通り、ＮＨ４＋イオンがＮＨ４＋伝導性電解質膜及びＨ＋伝導性電解質膜の界面に達すると、膜界面における電気化学反応によってＮＨ４＋イオンはＮＨ３ガスとＨ＋イオンとに変化するため、ＮＨ４＋伝導性電解質膜は、ＮＨ４＋イオン伝導性を有していれば後述のＨ＋伝導性電解質膜１３と同材質の膜が用いられてもよい。
【００４２】
Ｈ＋伝導性電解質膜１３は、水素イオン（Ｈ＋イオン）の伝導が可能な電解質膜であり、電圧印加により膜界面で生成したＨ＋イオンは、ＮＨ４＋伝導性電解質膜を透過できないが、Ｈ＋伝導性電解質膜内を透過するため、Ｈ＋イオンを電極１８へ移動させる。電極１８において、Ｈ＋イオンは再びＨ２ガスとなる。
【００４３】
Ｈ＋伝導性電解質膜としては、Ｈ＋イオン伝導性を有する電解質膜であれば選択することができ、例えば、パーフルオロスルホン酸ポリマー（例えばデュポン社のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）等）等、スルホン酸基を有する高分子膜などを挙げることができる。中でも、Ｈ＋イオンのみを選択的に透過し得る電解質膜が好ましい。
【００４４】
ガス分離部であるガス分離膜１５は、ＮＨ４＋伝導性電解質膜１２及びＨ＋伝導性電解質膜１３が互いに接して界面を形成しているが、２種類の電解質膜の間に、イオン伝導性を有する他の層が配置された形態に構成されてもよい。他の層として、ＮＨ４＋伝導性電解質膜１２及びＨ＋伝導性電解質膜１３とは異なる材質の、表面に一端から他端に向けて伸びる凹状の溝（流路）が所定間隔で配列された凹凸構造を有する流路層が配置されてもよい。
【００４５】
図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図２に示すように、ＮＨ４＋伝導性電解質膜及びＨ＋伝導性電解質膜の界面には、一方の膜に凹凸構造が配設されることで、ガスを排出するための流路１３Ｃが形成されている。凹凸構造を配設することで、ＮＨ４＋伝導性電解質膜及びＨ＋伝導性電解質膜間におけるイオン伝導性を良好に維持すると同時に、膜界面で生じた分離ガス(本実施形態ではＮＨ３ガス）の排出が容易に行えるようになっている。
【００４６】
本実施形態では、図２のように、ＮＨ４＋伝導性電解質膜１２の平面部と、ＮＨ４＋伝導性電解質膜１２の表面（平面）に対して凹んだ溝部１３Ａと、溝部に対して溝部に沿って突出した凸部１３Ｂと、が膜の一端から他端に延在し、延在する方向との直交方向に交互に配列された凹凸構造を有するＨ＋伝導性電解質膜１３の凹凸部と、が互いに接して界面を形成し、生成ガスが流通するための流路１３Ｃが形成されている。
凹凸部は、ガス供給管２の直径方向において、断面が図２に示す凹凸構造を有する複数の溝が所定の間隔をおいて配列された構造を有していてもよい。この場合、生成された分離ガス（本実施形態ではＮＨ３ガス）は、溝を通じて図１の混合ガス流通方向に対して左側に接続されたアンモニアガス流通管６へ向かって排出されることになる。
【００４７】
水素ガス流通管４は、第１のガス流通部として、電極対の電極１８と接続されており、ガス分離膜のＨ＋伝導性電解質膜１３から排出されたＨ２ガスを流通する。水素ガス流通管４とＨ＋伝導性電解質膜１３とは、電極１８を挟んで取り付けられており、水素ガス流通管４とＨ＋伝導性電解質膜１３との間は、圧力的に隔絶された状態となっている。そのため、電気化学反応でＨ＋伝導性電解質膜１３から排出されるＨ２ガスは、水素ガス流通管４において昇圧状態で流通されることになる。本実施形態では、ガス供給管２から１気圧で供給された混合ガスを分離されたＨ２ガスは、１０気圧に昇圧されて水素ガス流通管４へ送り出される。
【００４８】
アンモニアガス流通管６は、第２のガス流通部として、ガス分離膜と接続されており、ガス分離膜１５の膜界面の流路１３Ｃから排出されたＮＨ３ガスを流通する。アンモニアガス流通管６とガス分離膜１５との間は、圧力的に隔絶された状態となっている。そのため、電気化学反応で膜界面から排出されるＮＨ３ガスは、アンモニアガス流通管６において昇圧状態で流通されることになる。本実施形態では、ガス供給管２から１気圧で供給された混合ガスを分離されたＮＨ３ガスは、１０気圧に昇圧されてアンモニアガス流通管６へ送り出される。
【００４９】
電極１７，１８は、ガス分離膜１５に電圧を印加するための電極対であり、混合ガス中のガス成分の電気化学反応を調整する。混合ガスは、印加電圧に応じた電気化学反応に供されることにより、ＮＨ４＋伝導性電解質膜１２又はＨ＋伝導性電解質膜１３を透過できるイオンに変換される。
印加される電圧は、ガス分離膜を透過するイオンの生成が可能であれば、特に制限はない。
【００５０】
本実施形態のガス分離ポンプの作動温度は、電解質膜が固有に有する、ガス分離機能を発現するのに適した温度範囲とすることが好ましい。具体的には、
例えば、Ｈ＋伝導性電解質膜については、５０℃〜８０℃程度が好ましく、６０℃〜７０℃がより好ましい。
ＮＨ４＋伝導性電解質膜については、５０℃〜８０℃程度が好ましく、６０℃〜７０℃がより好ましい。
【００５１】
（第２実施形態）
第２実施形態のガス分離ポンプは、二酸化炭素ガス（炭酸ガス；以下、「ＣＯ２ガス」とも表記する。）と酸素ガス（以下、「Ｏ２ガス」とも表記する。）とを混合して含む混合ガスを用い、混合ガスから酸素ガス及び二酸化炭素ガスを分離し、かつ、それぞれ昇圧された分離生成ガスとして外部に排出するものである。
【００５２】
第２実施形態のガス分離ポンプ５０は、図３に示すように、ガス分離部で分離される複数のガス成分を含有する混合ガスを供給するためのガス供給部であるガス供給管２と、酸素ガスを流通する第１のガス流通部である酸素ガス流通管１４と、二酸化炭素ガスを流通する第２のガス流通部である炭酸ガス流通管１６と、炭酸イオン（ＣＯ３２−）の伝導が可能な電解質膜であるＣＯ３２−伝導性電解質膜１１２及び酸素イオンの伝導が可能な電解質膜であるＯ２−伝導性電解質膜１１３が互いに重層されたガス分離部であるガス分離膜１１５と、ガス分離膜に電圧を印加するための電極１７，１８からなる電極対と、を備えている。
【００５３】
なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５４】
混合ガスがガス供給管２を通じて電極１７に向けて供給され、ガス分離膜１５に電圧が印加されると、ガス分離膜と電気的に繋がる電極及び膜界面において電気化学反応が進行し、混合ガスは、Ｏ２ガスとＣＯ２ガスとに分離される。分離された各ガスは、昇圧ガスの状態でガス分離膜１１５の外部へ排出される。具体的には、以下の通りである。
Ｏ２ガス及びＣＯ２ガスを含む混合ガスがガス供給管２を通じて供給されると、供給された混合ガスは、電圧印加された電極対の一方である電極１７と接触し、電極１７における電気化学的な反応によって下記の反応式（４）のように、電極１７と電気的に接続されたＣＯ３２−伝導性電解質膜１１２を透過可能なＣＯ３２−イオンが生成される。
反応式（４）：ＣＯ２  ＋  ０．５Ｏ２  ＋  ２ｅ−  →  ＣＯ３２−
【００５５】
生成されたＣＯ３２−イオンは、ＣＯ３２−伝導性電解質膜１１２内をＯ２−伝導性電解質膜１１３の方向へ移動する。ＣＯ３２−イオンがＣＯ３２−伝導性電解質膜１１２及びＯ２−伝導性電解質膜１１３の界面に達すると、膜界面にて下記の反応式（６）に示す反応が進行し、ＣＯ２ガスとＯ２−イオンとが生成される。生成されたＣＯ２ガスは、ＣＯ３２−伝導性電解質膜１１２及びＯ２−伝導性電解質膜１１３の界面の流路を通じて炭酸ガス流通管１６へ分離排出される。この際、ＣＯ２ガスは、電気化学的な反応を駆動力として排出されるため、炭酸ガス流通管１６において昇圧状態で流通する。
反応式（６）：ＣＯ３２−  →    ＣＯ２  ＋  Ｏ２−
【００５６】
また、Ｏ２−イオンは、Ｏ２−伝導性電解質膜１１３内を電極１８の方向へ移動し、電極１８において下記の反応式（５）に示す電気化学反応が進行し、Ｏ２ガスが生成される。生成されたＯ２ガスは、酸素ガス流通管１４に排出される。この際、Ｏ２ガスは、電気化学的な反応を駆動力として排出されるため、酸素ガス流通管１４において昇圧状態で流通する。
反応式（５）：２Ｏ２−  →  Ｏ２  ＋  ２ｅ−
【００５７】
ＣＯ３２−伝導性電解質膜１１２は、炭酸イオン（ＣＯ３２−）の伝導が可能な電解質膜であり、電圧印加により生成したＣＯ３２−イオンは、Ｏ２−伝導性電解質膜１１３との界面に向かって移動する。Ｏ２−伝導性電解質膜１１３との界面では、ＣＯ３２−イオンからＯ２−イオンが脱離してＣＯ２ガスが生成されるが、ＣＯ２ガスはＣＯ３２−伝導性電解質膜及びＯ２−伝導性電解質膜のいずれも透過できないため、膜界面に沿って移動し、炭酸ガス流通管１６に排出されることになる。
【００５８】
ＣＯ３２−伝導性電解質膜としては、ＣＯ３２−イオン伝導性を有する電解質膜であれば選択することができ、陰イオン交換膜に用いられるような、例えば、酸素イオン伝導セラミックス（ジルコニア、セリア等）などで作製した電解質膜を挙げることができる。
【００５９】
上記の通り、ＣＯ３２−イオンがＣＯ３２−伝導性電解質膜及びＯ２−伝導性電解質膜の界面に達すると、膜界面における電気化学反応によってＣＯ３２−イオンはＣＯ２ガスとＯ２−イオンとに変化するため、ＣＯ３２−伝導性電解質膜は、ＣＯ３２−イオン伝導性を有していれば後述のＯ２−伝導性電解質膜１１３と同材質の膜が用いられてもよい。
【００６０】
Ｏ２−伝導性電解質膜１１３は、酸素イオン（Ｏ２−イオン）の伝導が可能な電解質膜であり、電圧印加により膜界面で生成したＯ２−イオンは、ＣＯ３２−伝導性電解質膜を透過できないが、Ｏ２−伝導性電解質膜内を透過するため、Ｏ２−イオンを電極１８へ移動させる。電極１８において、Ｏ２−イオンは再びＯ２ガスとなる。
【００６１】
Ｏ２−伝導性電解質膜としては、Ｏ２−イオン伝導性を有する電解質膜であれば選択することができ、例えば、酸素イオン伝導セラミックス（ジルコニア、セリア等）などを挙げることができる。中でも、Ｏ２−イオンのみを選択的に透過し得る電解質膜が好ましい。
【００６２】
ガス分離部であるガス分離膜１１５は、ＣＯ３２−伝導性電解質膜１１２及びＯ２−伝導性電解質膜１１３が互いに接して界面を形成しているが、２種類の電解質膜の間に、イオン伝導性を有する他の層が配置された形態に構成されてもよい。他の層として、ＣＯ３２−伝導性電解質膜１１２及びＯ２−伝導性電解質膜１１３とは異なる材質の、表面に一端から他端に向けて伸びる凹状の溝（流路）が所定間隔で配列された凹凸構造を有する流路層が配置されてもよい。この点は、第１実施形態における場合と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００６３】
本実施形態のガス分離ポンプの作動温度は、電解質膜が固有に有する、ガス分離機能を発現するのに適した温度範囲とすることが好ましい。具体的には、
例えば、ＣＯ３２−伝導性電解質膜については、５００℃〜８００℃程度が好ましく、６００℃〜７００℃がより好ましい。
Ｏ２−伝導性電解質膜については、５００℃〜８００℃程度が好ましく、６００℃〜７００℃がより好ましい。
【００６４】
本実施形態のガス分離ポンプによると、二酸化炭素及び酸素ガスを含有する混合ガスから二酸化炭素を高精度な選択性をもって分離することが可能である。したがって、本実施形態のガス分離ポンプを用いて炭酸ガス分離装置を提供することができる。
【００６５】
炭酸ガス分離装置の一例を図９に示す。炭酸ガス分離装置は、図９に示すように、混合ガスを供給するためのガス供給部であるガス供給管２の一端に、二酸化炭素を排出する燃焼器が接続され、かつ、二酸化炭素ガスを流通する炭酸ガス流通管１６の一端に、ガス分離膜で分離されたＣＯ２ガスを貯留するための貯留タンクが接続された装置であってもよい。
この場合、燃焼器で発生した二酸化炭素含有ガスがガス供給管２に排出され、酸素ガスが混合された混合ガスが電極１７へ供給されると、上記のようにイオン化され、ＣＯ２ガスとＯ２ガスとが分離される。分離されたＣＯ２ガスは炭酸ガス流通管１６を通じて貯留タンクに貯留される。一方、Ｏ２ガスは、循環して再利用に供される。
燃焼器としては、自動車等の移動装置に搭載されたエンジン等の内燃機関、ボイラ、等が挙げられる。
貯留タンクとしては、気体を封入して貯めることができれば、一般に気体の貯留に使用されるものを適用することができる。
【００６６】
（第３実施形態）
第３実施形態として、図４を参照して、ガス分離ポンプを備えた熱輸送装置（ヒートポンプ）の実施形態を説明する。第３実施形態の熱輸送装置は、既述の本発明のガス分離ポンプを搭載することで、昇圧されたアンモニアガスを所望に応じて系内に供給できるように構成されている。
【００６７】
第３実施形態の熱輸送装置１００は、図４に示すように、第１の熱交換型反応器２０と、第２の熱交換型反応器１２０と、第１の熱交換型反応器２０と第２の熱交換型反応器１２０との間に接続されたガス分離ポンプ１０と、を備えている。
なお、ガス分離ポンプ１０は、第１実施形態におけるガス分離ポンプと同様であり、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６８】
ガス分離ポンプ１０は、ガス流通管２Ａ及びアンモニアガス流通管６Ｂによって第２の熱交換型反応器１２０と接続され、かつ、アンモニアガス流通管６及びアンモニアガス流通管６Ａによって第１の熱交換型反応器２０と接続されており、ガス分離ポンプを経由して第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０間にアンモニアガスを流通できるようになっている。そして、アンモニアの流通をガス分離ポンプにより昇圧しながら行うので、各熱交換型反応器における増熱効果に優れたものとなる。
【００６９】
アンモニアガス流通管６Ａは、一端がアンモニアガス流通管６の配管途中で接続され、他端はガス流通管４Ａと接続されている。アンモニアガス流通管６Ａには、バルブＶ２が取り付けられており、第１の熱交換型反応器２０からアンモニアが放出される場合にはバルブＶ２を開き（バルブＶ１は閉状態）、ガス分離膜へＮＨ３ガスを流通する。逆に、第２の熱交換型反応器１２０からアンモニアが放出される場合には閉じられる（バルブＶ１は開状態）。
また、アンモニアガス流通管６Ｂは、一端がアンモニアガス流通管６の配管途中で接続され、他端はガス流通管２Ａと接続されている。アンモニアガス流通管６Ｂには、バルブＶ３が取り付けられており、第１の熱交換型反応器２０からアンモニアが放出される場合にはバルブＶ３を開き（バルブＶ２は開状態、バルブＶ１は閉状態）、第２の熱交換型反応器１２０へＮＨ３ガスを流通する。逆に、第２の熱交換型反応器１２０からアンモニアが放出される場合には、バルブＶ３は閉じられる（バルブＶ２は閉状態、バルブＶ１は開状態）。
このように、バルブＶ１とともにバルブＶ２、Ｖ３の開閉を調節することにより、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０間におけるＮＨ３ガスの相互流通が可能になっている。そして、ＮＨ３ガスの相互流通に際し、ガス分離膜を経由するので、第１の熱交換型反応器２０又は第２の熱交換型反応器１２０に、昇圧されたＮＨ３ガスを供給することが可能である。
【００７０】
ガス流通管４Ａは、第１実施形態の水素ガス流通管４と同様に配置された配管であり、第１のガス流通部として、電極対の電極１８と接続されている。そして、ガス流通管４Ａは、第２の熱交換型反応器１２０からアンモニアが放出された場合は、ガス分離膜のＨ＋伝導性電解質膜１３から排出されたＨ２ガスを流通し、逆に第１の熱交換型反応器２０からアンモニアが放出された場合はＮＨ３ガスを流通する。
【００７１】
ガス流通管２Ａは、第１実施形態のガス供給管２と同様に配置された配管であり、第２のガス流通部として、電極対の電極１７と接続されている。そして、ガス流通管２Ａは、第１の熱交換型反応器２０からアンモニアが放出された場合は、ガス分離膜のＮＨ４＋伝導性電解質膜１２から排出されたＨ２ガスを流通し、逆に、第１の熱交換型反応器２０からアンモニアが放出された場合は、ＮＨ３ガスを流通する。
この場合、ＮＨ４＋伝導性電解質膜１２は、Ｈ＋伝導性電解質膜として機能し、Ｈ＋伝導性電解質膜１３は、ＮＨ４＋伝導性電解質膜として機能する。
【００７２】
かかる観点から、ＮＨ４＋伝導性電解質膜１２及びＨ＋伝導性電解質膜１３は、互いに重層されたガス分離部であるガス分離膜を形成しており、本実施形態のように構成される場合には、ＮＨ４＋伝導性電解質膜１２及びＨ＋伝導性電解質膜１３は同一の材質で形成されていることが好ましい。
これにより、まず第２の熱交換型反応器１２０からアンモニアを放出する場合は、ＮＨ４＋イオンがＮＨ４＋伝導性電解質膜１２内を移動し、膜界面でＮＨ３ガスを分離後、Ｈ＋イオンがＨ＋伝導性電解質膜１３内を移動し、Ｈ２ガスとして排出される。逆に、第１の熱交換型反応器２０からアンモニアを放出する場合は、ガス分離膜に逆電圧を印加することで、電極１８で生成したＮＨ４＋イオンはＨ＋伝導性電解質膜１３内を移動し、膜界面でＮＨ３ガスを分離後、Ｈ＋イオンがＮＨ４＋伝導性電解質膜１２内を移動し、Ｈ２ガスとして排出されることになる。
【００７３】
図５は、図４における第１の熱交換型反応器２０を模式的に示した図である。
第１の熱交換型反応器２０は、図５に示すように、筐体２２と、筐体２２に設けられた複数の熱媒体流路２６と、筐体２２に設けられた複数の反応室２４と、各反応室２４内に収納され、蓄熱材を含む積層体３０と、を有して構成されている。
筐体２２内では、反応室２４と熱媒体流路２６とが交互に配置され、かつ、２つの熱媒体流路２６が最も外側となるように配置されている。反応室２４と熱媒体流路２６とは隔壁を隔てて互いに分離されている。これらの構成により、外部から供給される熱媒体Ｍ１と反応室２４内の蓄熱材成形体との間で熱交換を行えるようになっている。この実施形態では、反応室２４、熱媒体流路２６は、それぞれ扁平矩形状の開口端を有する角柱状空間とされている。この実施形態では、第１の熱交換型反応器２０は、反応室２４の開口方向（アンモニアの流れ方向）と熱媒体流路２６の開口方向（熱媒体の流れ方向）とが側面視で直交する、直行流型の熱交換型反応器として構成されている。
【００７４】
本発明における反応器は、第１の熱交換型反応器２０の例のように、前記蓄熱材が収納された反応室を２つ以上有し、前記熱媒体流路が少なくとも前記反応室間に配置された構成であることが好ましく、２つ以上の反応室と２つ以上の熱媒体流路とを有し、反応室と熱媒体流路とが交互に配置された構成であることがより好ましい。
第１の熱交換型反応器２０における反応室２４や熱媒体流路２６の個数には特に限定はなく、第１の熱交換型反応器２０に対し入出力する熱量や、蓄熱材成形体の伝熱面の面積（反応室内壁との接触面積）を考慮して適宜設定できる。
また、筐体２２の材質としては、金属（例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、等）等の熱伝導性の高く、アンモニア耐食性のある材質が好適である。
【００７５】
図５に示すように、積層体３０は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する２枚の蓄熱材成形体（蓄熱材成形体３２Ａ及び蓄熱材成形体３２Ｂ；以下、これらをまとめて「蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂ」ともいう）と、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂに挟持された支持体３４と、から構成されている。図５では、積層体３０の構成を見やすくするために、蓄熱材成形体３２Ａと、支持体３４と、蓄熱材成形体３２Ｂと、を分離して図示している。
但し、本発明における積層体の構成としては、このような蓄熱材成形体／支持体／蓄熱材成形体の３層構成を少なくとも有する構成であればよく、３層構成以外にも、例えば、蓄熱材成形体と支持体とが交互に配置され、かつ、最外層が蓄熱材成形体であるその他の構成（例えば、蓄熱材成形体／支持体／蓄熱材成形体／支持体／蓄熱材成形体の５層構成、等）であってもよい。
【００７６】
蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂは、それぞれ、吸熱反応によりアンモニアが脱離するときに蓄熱し、発熱反応によってアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材を含む。
なお、本発明において反応器に収納される蓄熱材としては、蓄熱材成形体（例えば、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂ）に限定されるものではなく粉末の蓄熱材を用いることもできるが、反応器における熱交換の効率をより向上させる観点からは、蓄熱材成形体であることが好ましい。
本発明における蓄熱材は、配位反応によりアンモニアを固定化する化学蓄熱材、及び物理吸着によりアンモニアを固定化する物理吸着材の少なくとも一方を含むことが好ましい。蓄熱材の好ましい形態の詳細については後述する。
【００７７】
支持体３４としては、支持体３４の面に沿った方向（例えば、図５中の白抜き矢印の方向）にアンモニアガスを流通させることができる支持体を用いることが好ましい。これにより、２枚の蓄熱材成形体間にアンモニア蒸気の流路を確保することができるので、アンモニアガス流通管６から供給されたアンモニアガス（ＮＨ３）を、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂの広い範囲に供給できる。更に、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂの広い範囲に吸着したアンモニアを支持体３４を介してアンモニアガス流通管６に向けて放出することができる。
このような支持体３４として、具体的には、波型プレート又は多孔体プレートを用いることが好ましい。
支持体３４として多孔体プレートを用いた場合には、多孔体プレート内をアンモニアが通過する。
支持体３４として波型プレートを用いた場合には、波型プレートとの蓄熱材成形体との間に生じる隙間をアンモニアガスが通過する。
図６は、特に、支持体として波型プレート３６を用いた場合における第１の熱交換型反応器２０及び第１の熱交換型反応器２０内に収納される積層体４０を概念的に示した図である。支持体である波型プレート３６以外の構成は図５と同様である。
支持体として波型プレート３６を用いた場合は、積層体４０における波型プレート３６と蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂとの間に生じる隙間をアンモニアが通過する（図６中の白抜き矢印の方向）。
【００７８】
また、熱輸送装置１００は、図４に示すように、第１の熱交換型反応器２０とアンモニアガス流通管６とは、第１の熱交換型反応器２０中の複数の反応室２４とアンモニアガス流通管６とを気密状態で連通するヘッダ部材２８（例えば、マニホールド等）を介して接続されている。これにより、複数の反応室２４とアンモニアガス流通管６との間で気密状態でアンモニアを流通できるようになっている。
なお、図４では、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０の構成を見やすくするために、前記ヘッダ部材２８、下記ヘッダ部材２９Ａ、下記ヘッダ部材２９Ｂ、下記ヘッダ部材１２８、下記ヘッダ部材１２９Ａ、下記ヘッダ部材１２９Ｂ、下記熱媒体配管２７Ａ、下記熱媒体配管２７Ｂ、下記熱媒体配管１２７Ａ、及び下記熱媒体配管１２７Ｂを、二点鎖線で表している。
【００７９】
また、図４に示すように、第１の熱交換型反応器２０は、ヘッダ部材２９Ａ（例えば、マニホールド等）を介して熱媒体配管２７Ａに接続されるとともに、ヘッダ部材２９Ｂ（例えば、マニホールド等）を介して熱媒体配管２７Ｂに接続されている。第１の熱交換型反応器２０内の複数の熱媒体流路２６は、該ヘッダ部材２９Ａにより気密状態で熱媒体配管２７Ａに連通されるとともに、該ヘッダ部材２９Ｂにより気密状態で熱媒体配管２７Ｂに連通されている。これにより、熱媒体配管２７Ａ及び熱媒体配管２７Ｂを通じ、第１の熱交換型反応器２０内の熱媒体流路２６と熱輸送装置１００の外部（以下、単に「外部」や「系外」ともいう）との間で熱媒体Ｍ１を流通できるようになっている。
熱媒体Ｍ１としては、エタノール等のアルコール、水、油類、これらの混合物等、熱媒体として通常用いられる流体を用いることができる。
【００８０】
図４に示すように、アンモニアガス流通管６、６Ａ及び６Ｂには、それぞれバルブＶ１、Ｖ２及びＶ３（いずれも弁）が設けられており、バルブＶ１の開閉によりアンモニア圧の差を調節できるようになっている。これにより、第１の熱交換型反応器２０側のアンモニア圧と第２の熱交換型反応器１２０側のアンモニア圧との差をより効果的に保持できる。すなわち、バルブＶ１、Ｖ２及びＶ３を閉じた状態を維持することにより、アンモニア圧の差を長時間保持することができ、その後、バルブＶ１、Ｖ２及びＶ３の開度を調節することにより、一方の熱交換型反応器側から他方の熱交換型反応器側にアンモニアを輸送できる。このようにして、一方の熱交換型反応器側に蓄熱された熱を、他方の熱交換型反応器側で効率よく利用することができる。
【００８１】
図４に示すように、熱輸送装置１００において、第２の熱交換型反応器１２０も第１の熱交換型反応器２０と同様に、筐体１２２に、複数の反応室１２４と、各反応室１２４内に収納された積層体１３０と、複数の熱媒体流路１２６と、が設けられた熱交換型反応器となっている。積層体１３０の構成及び第２の熱交換型反応器１２０内の構成については、それぞれ、積層体３０の構成及び第１の熱交換型反応器２０内の構成と同様である。また、第２の熱交換型反応器１２０に接続する、ヘッダ部材１２８、１２９Ａ、及び１２９Ｂ、並びに、熱媒体配管１２７Ａ及び１２７Ｂの構成については、それぞれ、第１の熱交換型反応器２０に接続する、ヘッダ部材２８、２９Ａ、及び２９Ｂ、並びに、熱媒体配管２７Ａ及び２７Ｂの構成と同様である。第２の熱交換型反応器１２０内に供給される熱媒体Ｍ２としては、エタノール等のアルコール、水、油類、これらの混合物等、熱媒体として通常用いられる流体を用いることができる。
また、図示しないが、熱輸送装置１００の外部において、熱媒体Ｍ１の流通経路と熱媒体Ｍ２の流通経路とは、互いに独立している。
【００８２】
また、熱輸送装置１００には、装置内を排気するための排気手段（不図示）、装置内のアンモニア圧を測定するための圧力測定手段（不図示）等が接続されていてもよい。
【００８３】
次に、熱輸送装置１００によって行われる熱輸送の例について説明する。
（放熱）
まず、第１の熱交換型反応器２０に供給された熱を第２の熱交換型反応器１２０に輸送し、輸送された熱を第２の熱交換型反応器１２０から外部に放熱する熱利用の一例について説明する。この一例では、第１の熱交換型反応器２０を熱入力側の反応器とし、第２の熱交換型反応器１２０を熱出力側の反応器としている。
【００８４】
この一例では、まず初期状態として、熱輸送装置１００内（以下、「系内」ともいう）のアンモニアを第１の熱交換型反応器２０側に集め、第１の熱交換型反応器２０における蓄熱材にアンモニアが固定化された状態にし、その後バルブＶ１、Ｖ２及びＶ３を閉じる。熱輸送装置１００を初期状態とする具体的な方法の例は、後述する「再生」の方法と同様である。
第１の熱交換型反応器２０には、所定の温度（例えば−３０℃〜１０℃）に維持された熱媒体Ｍ１を流通させることにより、熱を供給する。上記所定の温度の熱媒体Ｍ１の流通は、放熱及び再生を通じて維持しておくことが好ましい。
第２の熱交換型反応器１２０には、外部の熱利用対象に向けて熱を放出するための熱媒体Ｍ２を流通させる。
この状態では、第１の熱交換型反応器２０側のアンモニア圧が第２の熱交換型反応器１２０側のアンモニア圧よりも高くなっている。バルブＶ１、Ｖ２及びＶ３を閉じた状態を維持することで、第１の熱交換型反応器２０側と第２の熱交換型反応器１２０側とのアンモニア圧の差を長時間保持することができる。
【００８５】
次に、バルブＶ１を閉じてバルブＶ２及びＶ３を開くと、アンモニア圧が高い第１の熱交換型反応器２０から、相対的にアンモニア圧が低い第２の熱交換型反応器１２０に向けてアンモニアの輸送が行われる。このとき、第１の熱交換型反応器２０では、吸熱反応によって第１の熱交換型反応器２０中の蓄熱材からアンモニアが脱離する。この吸熱反応の維持は、第１の熱交換型反応器２０への上記所定の温度（例えば−３０℃〜１０℃）の熱媒体Ｍ１の流通を維持することにより（即ち、第１の熱交換型反応器２０への熱の供給を維持することにより）行われる。
そして、アンモニアガス（ＮＨ３ガス）は、アンモニアガス流通管６Ａを通じてガス流通管４Ａに入り、循環供給される水素ガスが混合されて電極１８に達し、電気化学反応によりＮＨ３ガスとＨ２ガスに分離される。ＮＨ３ガスは、アンモニアガス流通管６に昇圧状態で排出された後、アンモニアガス流通管６Ｂを流通して第２の熱交換型反応器１２０に流入する。このとき、Ｈ２ガスは、ガス流通管２Ａを通じて、再びガス流通管４Ａ側に循環され、混合ガスの生成に供される。昇圧されたＮＨ３ガスが第２の熱交換型反応器１２０に用いられるので、増熱効果が高い。
上記アンモニアの輸送により第２の熱交換型反応器１２０に到達したアンモニアは、第２の熱交換型反応器１２０における反応室１２４内の蓄熱材に、発熱反応により固定化される。この発熱反応により熱媒体Ｍ２が加熱され、加熱された熱媒体Ｍ２が外部の加熱対象に向けて放熱される。
【００８６】
以上のようにして、第１の熱交換型反応器２０から第２の熱交換型反応器１２０へのアンモニアの輸送に伴い、第１の熱交換型反応器２０に供給された熱が、第２の熱交換型反応器１２０側に輸送され、第２の熱交換型反応器１２０から放熱される。
【００８７】
（再生）
上記の放熱が継続されることにより第１の熱交換型反応器２０内のアンモニアが減少した場合には、系内のアンモニアを再び第１の熱交換型反応器２０側に集め、第１の熱交換型反応器２０における蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂにアンモニアを固定化させることにより、熱輸送装置１００を初期状態に再生させる。
再生の具体的な方法の例としては、バルブＶ２及びＶ３を閉じてバルブＶ１を開いた状態で、第１の熱交換型反応器２０への上記所定の温度（例えば−３０℃〜１０℃）の熱媒体Ｍ１の流通を維持したまま、第２の熱交換型反応器１２０における熱媒体流路１２６に高温（例えば、６０℃〜１００℃）に維持された熱媒体Ｍ２を流通させる方法が好適である。
これにより、吸熱反応によって第２の熱交換型反応器１２０からアンモニアが脱離するとともに、第２の熱交換型反応器１２０側から第１の熱交換型反応器２０側にアンモニアが輸送される。このとき、ガス分離膜には、放熱時とは逆の電圧を印加する。吸熱反応により脱離したアンモニアには、循環供給される水素ガスが混合され、生成した混合ガスは、ガス流通管２Ａを通じて電極１７に達し、電気化学反応によりＮＨ３ガスとＨ２ガスに分離される。ＮＨ３ガスは、アンモニアガス流通管６に昇圧状態で排出された後、そのまま第１の熱交換型反応器２０に流入する。このとき、Ｈ２ガスは、ガス流通管４Ａを通じて、再びガス流通管２Ａ側に循環され、混合ガスの生成に供される。昇圧されたＮＨ３ガスが第２の熱交換型反応器１２０に用いられるので、増熱効果が高い。
【００８８】
第１の熱交換型反応器２０に到達したアンモニアは、第１の熱交換型反応器２０における反応室２４内の蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂに発熱反応により固定化される。
この発熱反応の維持は、例えば、第１の熱交換型反応器２０への上記所定の温度（例えば−３０℃〜１０℃）の熱媒体Ｍ１の流通を維持することにより行われる。
【００８９】
熱輸送装置１００では、上記の放熱及び再生を繰り返し行うことができる。
なお、上記放熱及び再生では、反応器への熱の供給を熱媒体の流通により行う例を示したが、反応器への熱の供給は、不図示の温度調節機構によって行ってもよい。
【００９０】
以上の実施形態の例で説明したように、本発明の熱輸送装置は、２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する装置である。
図７は、アンモニア（ＮＨ３）及び水（Ｈ２Ｏ）の飽和蒸気圧曲線である。図７に示すように、アンモニアは、水と比較して比較的低温においても高い飽和蒸気圧を示す。例えば、−３０℃〜０℃の範囲においても大気圧レベル以上のアンモニア蒸気圧を確保できる。このため、本発明の熱輸送装置によれば比較的低温（例えば、−３０℃〜＋３０℃）の条件下においても、アンモニア蒸気の配管内流動に伴う圧力損失を抑えることができるので、熱輸送性に優れる。例えば、本実施形態の熱輸送装置によれば、長い距離（例えば１０００ｍｍ〜５０００ｍｍ、更には２０００ｍｍ〜５０００ｍｍ）の熱輸送を行うことができる。
【００９１】
（蓄熱材）
次に、本発明における反応器に収納される蓄熱材の好ましい範囲について説明する。
前記蓄熱材は、配位反応によりアンモニアを固定化する化学蓄熱材、及び物理吸着によりアンモニアを固定化する物理吸着材の少なくとも一方を含むことが好ましい。
前記化学蓄熱材を含む蓄熱材を用いることで、反応器における蓄熱密度をより高くすることができるので、熱輸送装置全体としての蓄熱密度をより高くすることができる。従って、本発明における２つ以上の反応器のうち少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器であることが好ましい。また、化学蓄熱材は物理吸着材と比較して種類による蓄熱温度の差が大きいことから（後述の図８参照）、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器を用いることで、化学蓄熱材の種類の選定により熱輸送装置の作動温度や作動アンモニア圧等の動作条件の選択の幅を広げることができる。したがって、熱利用の対象に合わせ、作動アンモニア圧や作動温度を広い範囲から選定できる。
一方、前記物理吸着材を含む蓄熱材を用いることで、反応器において、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量をより小さくすることができるので、熱輸送装置全体としての熱輸送の制御性がより向上する。従って、本発明における２つ以上の反応器のうちの少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器であることも好ましい。
【００９２】
次に、本発明における２つ以上の反応器（例えば、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０を含む２つ以上の反応器）の組み合わせの好ましい例について説明する。
本発明において、２つ以上の反応器の具体的な組み合わせとしては、（１）化学蓄熱材を含む反応器と化学蓄熱材を含む反応器とを少なくとも有する組み合わせ（以下、「組み合わせ（１）」ともいう）、（２）物理吸着材を含む反応器と物理吸着材を含む反応器とを少なくとも有する組み合わせ（以下、「組み合わせ（２）」ともいう）、又は（３）物理吸着材を含む反応器と化学蓄熱材を含む反応器とを少なくとも有する組み合わせ（以下、「組み合わせ（３）」ともいう）が好ましく、上記の組み合わせ（１）又は組み合わせ（３）がより好ましい。
特に、上記の組み合わせ（１）又は組み合わせ（３）では、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が相対的に大きい蓄熱材を含む反応器と、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が相対的に小さい蓄熱材を含む反応器と、を組み合わせることがより容易となる。このため、蓄熱材の組み合わせの選択により、反応器間での反応熱量の差により、小さな熱入力で大きな熱出力を得ることができる。
【００９３】
上記の組み合わせの中でも、上記の組み合わせ（３）が特に好ましい。
上記の組み合わせ（３）によれば、熱交換装置全体としては、化学蓄熱材を含む反応器によってより高い蓄熱密度が得られるとともに、物理吸着材を含む反応器によってアンモニアの固定化及び脱離の制御をより容易とすることができる。
更に、上記の組み合わせ（３）では、物理吸着材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が大きい性質を有する化学蓄熱材と、化学蓄熱材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が小さい性質を有する物理吸着材と、を用いる。このため、反応器間での反応熱量の差を利用して、物理吸着材を含む反応器側に小さい熱量の熱を供給する場合においても、化学蓄熱材を含む反応器側でより大きな熱量を放熱することができる。
例えば、アンモニア１ｍｏｌの固定化及び脱離に要する熱量は、化学蓄熱材（例えば、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、ＮｉＣｌ２、等）では４０ｋＪ／ｍｏｌ〜６０ｋＪ／ｍｏｌであるのに対し、物理吸着材（例えば、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物、等）では、２０ｋＪ／ｍｏｌ〜３０ｋＪ／ｍｏｌである。
【００９４】
例えば、前述の「放熱」の例において、第１の熱交換型反応器２０に収納される蓄熱材として物理吸着材を含む蓄熱材を用い、かつ、第２の熱交換型反応器１２０に収納される蓄熱材として化学蓄熱材を含む蓄熱材を用いることで、第２の熱交換型反応器１２０において、第１の熱交換型反応器２０に流通させる熱媒体Ｍ１の温度よりも３０℃程度高い温度の熱を放熱できる。
【００９５】
−化学蓄熱材−
次に、前記化学蓄熱材の好ましい形態について更に詳細に説明する。
前記化学蓄熱材としては、反応器における蓄熱密度をより高くする観点からは、金属塩化物が好ましく、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、又は遷移金属の塩化物がより好ましく、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、又はＮｉＣｌ２が特に好ましい。
前記金属塩化物は、一種単独で用いてもよいし二種以上を併用してもよい。
【００９６】
図８は、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、ＮｉＣｌ２の各金属塩化物について、蓄熱温度（℃）と蓄熱密度（ｋＪ／ｋｇ）との関係を表した図である。
蓄熱温度（℃）は、各金属塩化物について、アンモニアを脱離できる温度の一例を示している。蓄熱密度（ｋＪ／ｋｇ）は、各金属塩化物１ｋｇ当たりがアンモニアの脱離により蓄熱できる熱量（ｋＪ）を示している。
【００９７】
図８に示すように、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、及びＮｉＣｌ２は、約８００ｋＪ／ｋｇ〜１４００ｋＪ／ｋｇという高い蓄熱密度を示す。また、蓄熱温度は金属塩化物の種類によって異なり、約３０℃〜２２０℃の範囲である。
本実施形態においては、作動アンモニア圧や作動温度に合わせて、金属塩化物の種類を適宜選定することができる。従って、熱利用の対象に合わせ、作動アンモニア圧や作動温度を選定できる幅が広がる。
例えば、熱輸送装置の作動温度を低くする場合には、ＢａＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２を選択することができ、熱輸送装置の作動温度を高くする場合には、ＮｉＣｌ２を選択することができる。
【００９８】
本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合、該化学蓄熱材は蓄熱材中に、一種含まれていてもよいし二種以上含まれていてもよい。
本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合、該蓄熱材は前記化学蓄熱材以外のその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、アルミナ、シリカ等のバインダー成分、カーボンファイバー等の熱伝導補助材、等が挙げられる。
但し、本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合において、蓄熱密度をより向上させる観点からは、蓄熱材中における前記化学蓄熱材の含有量は、６０質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましい。
【００９９】
また、化学蓄熱材を含む蓄熱材を蓄熱材成形体に成形する場合、その成形方法については特に限定はなく、例えば、化学蓄熱材（及び必要に応じバインダー等のその他の成分）を含む蓄熱材（又は該蓄熱材を含むスラリー）を、加圧成形、押し出し成形、等の公知の成形手段により成形する方法が挙げられる。
前記成形の圧力としては、例えば、２０ＭＰａ〜１００ＭＰａが挙げられ、２０ＭＰａ〜４０ＭＰａが好ましい。
【０１００】
−物理吸着材−
次に、前記物理吸着材の好ましい形態について更に詳しく説明する。
前記物理吸着材としては、多孔体を用いることができる。
前記多孔体としては、物理吸着によるアンモニアの固定化及び脱離の反応性をより向上させる観点からは、１０ｎｍ以下の細孔を持つ多孔体が好ましい。
前記細孔のサイズの下限としては、製造適性等の観点から、０．５ｎｍが好ましい。
前記多孔体としては、同様の観点より、平均１次粒子径５０μｍ以下の１次粒子が凝集して得られた１次粒子凝集体である多孔体が好ましい。
前記平均１次粒子径の下限としては、製造適性等の観点から、１μｍが好ましい。
【０１０１】
前記多孔体の具体例としては、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物等が挙げられる。
前記活性炭としては、ＢＥＴ法による比表面積が８００ｍ２／ｇ以上２５００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは１８００ｍ２／ｇ以上２５００ｍ２／ｇ以下）である活性炭が好ましい。
前記粘土鉱物としては、非架橋の粘土鉱物であっても、架橋された粘土鉱物（架橋粘土鉱物）であってもよい。前記粘土鉱物としてはセピオライト等が挙げられる。
【０１０２】
本発明における蓄熱材が物理吸着材（好ましくは前記多孔体）を含む場合、該蓄熱材は、前記物理吸着材（好ましくは前記多孔体）を一種単独で含んでいてもよいし二種以上を含んでいてもよい。
本発明においては、作動アンモニア圧や作動温度に合わせて、物理吸着材（好ましくは前記多孔体）の種類を適宜選定することができる。
物理吸着によるアンモニアの固定化及び脱離の反応性をより向上させる観点からは、前記物理吸着材は活性炭を少なくとも含むことが好ましい。
【０１０３】
本発明における蓄熱材が物理吸着材を含む場合において、前記蓄熱材中における物理吸着材の含有量は、アンモニアの固定化及び脱離の反応性をより高く維持する観点より、８０体積％以上であることが好ましく、９０体積％以上であることがより好ましい。
【０１０４】
また、本発明における物理吸着材を含む蓄熱材を成形体（蓄熱材成形体）として用いる場合、該蓄熱材は、前記物理吸着材に加えてバインダーを含むことが好ましい。前記蓄熱材がバインダーを含むことにより、前記蓄熱材成形体の形状がより効果的に維持されるので、物理吸着によるアンモニアの固定化及び脱離の反応性がより向上する。
【０１０５】
前記バインダーとしては、水溶性バインダーの少なくとも１種であることが好ましい。
前記水溶性バインダーとしては、ポリビニルアルコール、トリメチルセルロース、等が挙げられる。
【０１０６】
本発明における蓄熱材が物理吸着材及びバインダーを含む場合、該蓄熱材中におけるバインダーの含有量は、前記蓄熱材成形体の形状をより効果的に維持する観点より、５体積％以上であることが好ましく、１０体積％以上であることがより好ましい。
【０１０７】
本発明における蓄熱材が物理吸着材及びバインダーを含む場合、必要に応じ、前記物理吸着材及び前記バインダー以外のその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、カーボンファイバー等の熱伝導補助材、等が挙げられる。
【０１０８】
また、物理吸着材を含む蓄熱材を蓄熱材成形体に成形する場合、その成形方法については特に限定はなく、例えば、物理吸着材（及び必要に応じバインダー等のその他の成分）を含む蓄熱材（又は該蓄熱材を含むスラリー）を、加圧成形、押し出し成形、等の公知の成形手段により成形する方法が挙げられる。
前記成形の圧力としては、例えば、２０ＭＰａ〜１００ＭＰａが挙げられ、２０ＭＰａ〜４０ＭＰａが好ましい。
【０１０９】
（反応室の好ましい形態）
次に、前記熱交換型反応器における反応室（例えば、前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４、及び、前記第２の熱交換型反応器１２０における反応室１２４）の好ましい形態について、前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４を例として説明する。
前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４は、内壁が前記蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂとの接触部分を有していることが好ましい。より好ましくは、反応室２４の内壁と、前記蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂにおける一方の主面と、が接触している形態（即ち、蓄熱材成形体が、反応室の内壁と、支持体表面と、によって挟持されている形態）である。
即ち、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂが、それぞれ、反応室２４の内壁及び支持体３４の表面との接触を保った状態となっていることが好ましい。
反応室２４の内壁が前記蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂとの接触部分を有する構成によれば、反応室２４の内壁を通じ、第１の熱交換型反応器と蓄熱材成形体との間での熱交換をより効果的に行うことができる。また、一般に、蓄熱材成形体を繰り返し使用すると、アンモニアの固定化及び脱離により蓄熱材成形体が体積膨張収縮を繰り返し、蓄熱材成形体に割れ（クラックを含む）や微粉化が生じる場合があるが、上記構成によれば、この繰り返し使用時における蓄熱材成形体の割れ（クラックを含む）や微粉化をより効果的に抑制できる。
前記第２の熱交換型反応器１２０における反応室１２４の好ましい形態についても、前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４と同様である。
【０１１０】
また、上記の第３実施形態における熱輸送装置１００では、２つの反応器のみ（第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０）を接続した構成としたが、熱輸送装置１００はさらに他の反応器を備えた形態でもよい。すなわち、第１の熱交換型反応器２０には、更に、第２の熱交換型反応器１２０以外の他の反応器の少なくとも１つがガス分離ポンプ１０を介して接続されていてもよい。この際、第１の熱交換型反応器２０と２つ以上の反応器とが、分岐を有する１つのガス供給管によって接続されていてもよいし、第１の熱交換型反応器２０と２つ以上の反応器とが、分岐を有しない２つ以上のガス供給管によってそれぞれ独立に接続されていてもよい。また、第１の熱交換型反応器２０と３つ以上の反応器とが、分岐を有するガス供給管１つ以上と、分岐を有しないガス供給管１つ以上と、によって接続されていてもよい。
その他の反応器としては、例えば、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０と同様に、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された反応器を用いることができる。
【０１１１】
また、各熱交換型反応器は熱媒体流路を備えているが、熱媒体流路に代えて（または熱媒体流路に加えて）、ヒーター等の温度調節手段を備えた反応器を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明のガス分離ポンプは、混合ガスの分離が要求される分野、混合ガス中の特定のガス成分を分離して利用、回収等する分野、混合ガス中のガス成分を分離して昇圧した状態で利用する分野などに好適に利用することができる。
特に、混合ガス中の水素ガス、炭酸ガス、アンモニアガス等を分離し、昇圧状態のガスとする場合に好適である。
【符号の説明】
【０１１３】
２・・・ガス供給管
４・・・水素ガス流通管
６、６Ａ、６Ｂ・・・アンモニアガス流通管
１０・・・ガス分離ポンプ
１２・・・ＮＨ４＋伝導性電解質膜
１３・・・Ｈ＋伝導性電解質膜
１３Ｃ・・・流路
１５・・・ガス分離膜
１６・・・炭酸ガス流通管
１７、１８・・・電極
２０・・・第１の熱交換型反応器
１１２・・・ＣＯ３２−伝導性電解質膜
１１３・・・Ｏ２−伝導性電解質膜
１２０・・・第２の熱交換型反応器
３０、４０、１３０・・・積層体
３２Ａ、３２Ｂ・・・蓄熱材成形体
１００・・・熱輸送装置
【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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