(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア吸着温度においてアンモニアを吸着したアンモニア吸着状態に維持され、前記アンモニア吸着温度より高いアンモニア脱離温度において吸着したアンモニアを脱離するアンモニア吸脱着材が収納されるアンモニア貯蔵部と、
前記アンモニア貯蔵部から供給されるアンモニアを燃料として受け入れる固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池から排出される排ガスが流れる排ガス路とを備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記排ガス路に、当該排ガス路を流れる排ガスの温度を低下して、前記アンモニア貯蔵部に熱を供給する熱供給部に導き、前記アンモニア貯蔵部を当該アンモニア貯蔵部に収納される前記アンモニア吸脱着材のアンモニア脱離温度とするアンモニア脱離操作手段を備え、前記アンモニア貯蔵部をアンモニア脱離部とし、前記熱供給部から排出される脱離動作済の排ガスに含有されるアンモニアを吸着するアンモニア吸脱着材が収納されるアンモニア吸着部を設けた固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２】
前記アンモニア脱離操作手段が、
前記排ガスの温度を低下する排ガス温度低下手段と、
当該排ガス温度低下手段により温度低下される前の高温側排ガスと、前記排ガス温度低下手段により温度低下された後の低温側排ガスとの混合により、前記アンモニア脱離温度以上に調整される混合排ガスを生成する脱離操作用混合排ガス生成手段を備え、
前記脱離操作用混合排ガス生成手段で生成される混合排ガスを前記熱供給部に導く混合排ガス導入路を備えた請求項１記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３】
前記排ガス温度低下手段が、前記高温側排ガスが保有する熱を受熱して湯を得る湯生成用熱交換器である請求項２記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項４】
前記アンモニア脱離部に収納されるアンモニア吸脱着材が、標準大気圧でアンモニア吸着・脱離平衡温度が４０℃以上１３０℃以下となるハロゲン化金属化合物である請求項１〜３の何れか一項記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項５】
前記熱供給部から排出される脱着動作済の排ガスに含有されるアンモニアを吸着除去するアンモニア吸着部を設け、
当該アンモニア吸着部に、標準大気圧でのアンモニア吸着・脱離平衡温度が、前記アンモニア脱離部に収納されるアンモニア吸脱着材の標準大気圧でのアンモニア吸着・脱離平衡温度より高いハロゲン化金属化合物を収納した請求項４記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項６】
前記熱供給部から排出される脱離動作済の排ガスに含有されるアンモニアを吸着するアンモニア吸脱着材が収納されるアンモニア吸着部を設けるとともに、前記アンモニア吸着部に収納されるアンモニア吸脱着材の温度を、当該材料のアンモニア吸着温度以下とするアンモニア吸着操作手段を設け、
前記湯生成用熱交換器に導入される受熱側熱媒体の保有する熱を大気放出させて低下する放熱器を備え、
前記アンモニア吸着操作手段に、
前記放熱器により低温化した前記受熱側熱媒体を前記アンモニア吸着部に導く低温側受熱媒体導入路と、
前記受熱側熱媒体により前記アンモニア吸着部を冷却する熱交換部と、
前記熱交換部で受熱後の前記受熱側熱媒体を前記湯生成用熱交換器の受熱側熱媒体入口に戻す高温側受熱媒体導入路を備えた請求項３記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア吸着温度においてアンモニアを吸着したアンモニア吸着状態に維持され、前記アンモニア吸着温度より高いアンモニア脱離温度において吸着したアンモニアを脱離するアンモニア吸脱着材が収納されるアンモニア貯蔵部と、
前記アンモニア貯蔵部から供給されるアンモニアを燃料として受け入れる固体酸化物形燃料電池と、この固体酸化物形燃料電池から排出される排ガスが流れる排ガス路とを備えた固体酸化物形燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現今、注目されている技術として、アンモニアを直接燃料として電力を得る技術がある（特許文献１、２）。これらの技術は、アンモニアが炭素を含まないことからＣＯ２削減等の意味から注目に値する。また、電池電極に炭素デポジットが生成されることもないため、安定的に燃料電池の運転を継続できる。
アンモニアを直接燃料とする燃料電池としては、固体酸化物形燃料電池（以下  ＳＯＦＣと記載することがある）があり、今日、主にアノード側電極で、アンモニアを水素に分解し、出力の低下を避けて電池反応を起こされる方向に開発が進んでいる（特許文献３、４）。
【０００３】
一方、特許文献５には、特定の金属ハロゲン化物を組み合わせたアンモニア吸脱着剤（本発明に於けるアンモニア吸脱着材）、分離方法及び貯蔵方法に関する発明が記載されている。この文献に開示の発明は、オンサイトで合成したアンモニアも効率よくＰＳＡ、ＰＴＳＡ等の吸着分離法で分離でき、さらに貯蔵することもできるアンモニアの分離方法を提供する。分離に際しては、金属ハロゲン化物として、塩化カルシウムと臭化カルシウムの混合物を使用し、アンモニア吸着状態にある金属ハロゲン化物（金属ハロゲン化物のアンモニア錯体）を、アンモニアを脱離する圧力・温度に曝すことで、アンモニアを脱離（分離）させる。
【０００４】
特許文献６に開示の発明は化学蓄熱材を使用する蓄熱に関し、反応温度の制御が可能なアンモニア錯体系化学蓄熱材の製造方法に関する。提案される製造方法は、塩化カルシウムと臭化カルシウムを水に完全に溶解させた後、水溶液を加熱減圧下で濃縮し、乾燥させて、カルシウム塩混合物を得、このカルシウム塩混合物（本発明に於けるアンモニア吸脱着材）を、アンモニアガス圧：１．２気圧、温度：−２０℃でアンモニア付加（本発明における吸着）させ、カルシウム塩混合物アンモニア錯体を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２０４４１６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０４４１８号公報
【特許文献３】特開２０１３−２１１１１７号公報
【特許文献４】特開２０１３−２１１１１８号公報
【特許文献５】特開２００７−３０７５５８号公報
【特許文献６】特開平６−１３６３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上に述べた様に、今日、アンモニアをＳＯＦＣの燃料として採用することが注目されているが、通常、アンモニアは液体アンモニアの形態で取り扱われる。この形態でアンモニアを貯蔵・運搬・供給する場合、その取扱いに加圧が必要であり（常温で１．０ＭＰａ以上）、所謂、高圧ガスとしての扱いとなる。ＳＯＦＣで、アンモニアをオンサイトで燃料として供給しようとすると、液体アンモニアを貯蔵する高圧タンクが必要となり、今日、ＳＯＦＣが様々なサイトに設置されようとしていることを考えると、その普及の点で障害となる。また、アンモニアの供給を燃料として受けようとした場合、ＳＯＦＣがエネルギー発生装置であることを考慮すると、その供給に際してもできるだけエネルギー負荷の低い状態でアンモニアの供給を受けることが好ましいが、現在、このような技術は提案されていない。
【０００７】
先に紹介した特許文献５、６には、アンモニアの分離・貯蔵・供給までは開示されているが、アンモニアを例えば燃料として使用するに当たって、エネルギー発生装置で消費されることなくスリップして排出されることがあるアンモニアをどのように処理するかに関しては何ら示されていない。
【０００８】
この点に関してＳＯＦＣシステムで説明すると、燃料としてアンモニアを使用するＳＯＦＣ本体（固体酸化物燃料電池の本体発電部）の排ガス（排気）には，微量のアンモニアが含まれることがある。アンモニアはそのまま外部放出できないため、分解して放出することが必要となる。しかしながら、アンモニア分解は、熱分解・酸化分解とされるため高温が必要でエネルギーを消費することとなり、ＳＯＦＣシステムのエネルギー効率をトータルで見ると低下させる。即ち、アンモニアを使用する場合、常に、その使用に伴ったアンモニアの処理も課題となるが、この点に関して従来、充分な検討が行われてこなかった。
【０００９】
本発明の目的は、アンモニアを直接もしくは間接的に燃料として使用するＳＯＦＣシステムとして、ＳＯＦＣシステムの運転上必要となるエネルギー消費をできるだけ低減化できるＳＯＦＣ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】
【００１０】
上記目的を達成するための、本発明に係る
アンモニア吸着温度においてアンモニアを吸着したアンモニア吸着状態に維持され、前記アンモニア吸着温度より高いアンモニア脱離温度において吸着したアンモニアを脱離するアンモニア吸脱着材が収納されるアンモニア貯蔵部と、
前記アンモニア貯蔵部から供給されるアンモニアを燃料として受け入れる固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池から排出される排ガスが流れる排ガス路とを備えた固体酸化物形燃料電池システムの第１の特徴構成は、
前記排ガス路に、当該排ガス路を流れる排ガスの温度を低下して、前記アンモニア貯蔵部に熱を供給する熱供給部に導き、前記アンモニア貯蔵部を当該アンモニア貯蔵部に収納される前記アンモニア吸脱着材のアンモニア脱離温度とするアンモニア脱離操作手段を備え、前記アンモニア貯蔵部をアンモニア脱離部とする点にある。
【００１１】
この固体酸化物形燃料電池システムでは、燃料としてのアンモニアを得るのに、ＳＯＦＣから排出される排ガスの保有する熱を利用する。一方、燃料としてのアンモニアの貯蔵はアンモニア吸着状態にあるアンモニア吸脱着材を使用するものとし、このアンモニア吸脱着材をアンモニア脱離状態（脱離温度）まで昇温することで、燃料を良好に得ることができる。
【００１２】
通常、ＳＯＦＣの動作温度は７００℃近くとなっており、その排ガスの温度もＳＯＦＣ出口ではこの程度の温度域に達している。ＳＯＦＣの排ガスの有する排熱に関しても、湯として回収しても利用できるのは６０℃程度までである。通常は１００℃〜１５０℃程度の温度域の熱は利用されることなく捨てられることもある。
【００１３】
このような状況に対して、本発明では、後にも示すようにアンモニア吸脱着材を選択することにより、ＳＯＦＣの燃料となるアンモニアをその吸着状態から脱離させてアンモニア貯蔵部からＳＯＦＣで得ることが可能となる。
結果、アンモニア燃料入手の観点から、エネルギー負荷の少ないＳＯＦＣシステムを得ることができた。
【００１４】
本発明の第２の特徴構成は、
前記アンモニア脱離操作手段が、
前記排ガスの温度を低下する排ガス温度低下手段と、
当該排ガス温度低下手段により温度低下される前の高温側排ガスと、前記排ガス温度低下手段により温度低下された後の低温側排ガスとの混合により、前記アンモニア脱離温度以上に調整される混合排ガスを生成する脱離操作用混合排ガス生成手段を備え、
前記脱離操作用混合排ガス生成手段で生成される混合排ガスを前記熱供給部に導く混合排ガス導入路を備えることにある。
【００１５】
第２の特徴構成を備えることにより、積極的に高温側排ガスと低温側排ガスとの両方を生成し、これらを適切に混合することで、アンモニア脱離の用に供する排ガス（混合排ガス）の温度を適切に制御できる。
【００１６】
脱離操作用混合排ガス生成手段の具体的構成としては、本発明の第３の特徴構成に記載する様に、脱離操作用混合排ガス生成手段を、前記高温側排ガスが流れる高温側排ガス路と、前記低温側排ガスが流れる低温側排ガス路とを備えるとともに、前記高温側排ガス路及び前記低温側排ガス路から流出するガスが合流する合流部を備え、
前記合流部で合流される前記高温側排ガスと前記低温側排ガスとの量比に基づいて、前記混合排ガスの温度を前記アンモニア脱離温度以上とする点にある。
【００１７】
量比による制御とすることで、汎用されている流量調整可能な流量調整弁、三方弁等を使用して信頼性が高い調整機構を簡便に構築できる。
【００１８】
先に説明したアンモニア脱離に使用する排ガスの温度制御に関して、
前記固体酸化物形燃料電池に要求される発電量に対応して必要となるアンモニア燃料量に応じて、前記固体酸化物形燃料電池にアンモニア燃料を供給するアンモニア燃料供給量制御装置を備え、
前記アンモニア燃料供給量制御装置から供給するアンモニア燃料量に応じて、前記混合排ガスの温度を制御する混合排ガス温度制御手段を備えることが好ましい。
【００１９】
ＳＯＦＣにあっては、その発電量に応じて燃料を供給する必要があるが、同時に、本発明のようにアンモニア吸脱着材を使用する場合は、アンモニア脱離を最大限脱離できる温度として混合排ガス温度制御手段で確保し、アンモニア燃料供給量制御装置で必要となる燃料量を確保するように作動することで、必要発電量に良好に対応することができる。
【００２０】
本発明の第４の特徴構成は、
前記排ガス温度低下手段が、前記高温側排ガスが保有する熱を受熱して湯を得る湯生成用熱交換器である点にある。
【００２１】
先にも示したように、ＳＯＦＣの排ガス温度は高温であるが、湯として排ガスの保有する熱を回収することで、ＳＯＦＣ排ガスの保有するエネルギーを有効活用でき、ＳＯＦＣシステムを所謂コジェネレーションシステムとして働かせることができる。
【００２２】
本発明の第５の特徴構成は、
前記アンモニア吸脱着材が、標準大気圧でアンモニア吸着・脱離平衡温度が４０℃以上１３０℃以下となるハロゲン化金属化合物である点にある。
【００２３】
この種のアンモニア吸脱着材を使用することにより、アンモニア脱離部となるアンモニア貯蔵部を、高圧タンクとしての使用ではなく、標準大気圧程度の圧力に対応できるタンクで構築できる。
さらに、熱供給媒体としての温度も比較的低くなるため、エネルギー負荷が軽減される。
ここで、アンモニア吸脱着材について、「標準大気圧でのアンモニア吸着・脱離平衡温度」に関して述べておくと、アンモニア吸脱着材の特性が、標準大気圧下で、吸着から脱離に変わる温度であり、平衡温度より低い温度ではアンモニアとの接触によりアンモニアを吸着してアンモニア脱離状態からアンモニア吸着状態となり、平衡温度より高い温度では吸着しているアンモニアを脱離してアンモニア吸着温度からアンモニア脱離状態となる。
ハロゲン化金属化合物は、アンモニアと錯体を形成するため、この「標準大気圧でのアンモニア吸着・脱離平衡温度」は、標準大気圧におけるアンモニアの配位反応平衡温度となる。
【００２４】
このようなハロゲン化金属化合物は、第６の特徴構成に示す様に、ハロゲン化Ｂａ化合物、ハロゲン化Ｃａ化合物，ハロゲン化Ｓｒ化合物、及びハロゲン化Ｍｎ化合物から選択される何れか一種以上とすることができる。
本明細書においてハロゲン化化合物の金属名は化学記号を使用して記載する。
【００２５】
本発明の第７の特徴構成は、
前記熱供給部から排出される脱離動作済の排ガスに含有されるアンモニアを吸着するアンモニア吸脱着材が収納されるアンモニア吸着部を設けた点にある。
【００２６】
この固体酸化物形燃料電池システムでは、先に説明したように、排ガスに燃料であるアンモニアが含まれている場合（アンモニア燃料がスリップした場合）にも、大きなエネルギー負荷なく、アンモニアをその吸着部で吸着・除去して外部に放出することができる。
【００２７】
本発明の第８の特徴構成は、
前記アンモニア吸着部に収納されるアンモニア吸脱着材の温度を、当該材料のアンモニア吸着温度以下とするアンモニア吸着操作手段を設けたことにある。
【００２８】
これまでも説明してきたように、アンモニア吸脱着材は温度でその挙動が変わるが、アンモニア吸着操作手段による積極的な温度制御によりアンモニア吸着部で確実にアンモニアを吸着・除去できる。
【００２９】
本発明の第９の特徴構成は、
前記アンモニア吸着操作手段が、前記アンモニア吸着部が保有する熱を大気放熱させて冷却する放熱器である点にある。
【００３０】
アンモニア吸着部（内部に収納されるアンモニア吸脱着材）の冷却を放熱器で簡便に実現できる。
【００３１】
本発明の第１０の特徴構成は、
前記熱供給部から排出される脱着動作済の排ガスに含有されるアンモニアを吸着除去するアンモニア吸着部を設け、
当該アンモニア吸着部に、標準大気圧でのアンモニア吸着・脱離平衡温度が、前記アンモニア脱離部に収納されるアンモニア吸脱着材の標準大気圧でのアンモニア吸着・脱離平衡温度より高いハロゲン化金属化合物を収納した点にある。
【００３２】
このようにアンモニア吸着部に収納されるアンモニア吸脱着材の特性を、アンモニア脱離部に収納されるアンモニア吸脱着材に対して、アンモニア吸着性で高く、アンモニア脱離性で低いものとすることで、アンモニア吸着部に収納されるアンモニア吸脱離材での吸着動作を確保できる。
【００３３】
このようなアンモニア吸着部に配置するアンモニア吸脱着材としては、本発明の第１１の特徴構成に記載するように、ハロゲン化Ｃｏ化合物、ハロゲン化Ｍｇ化合物、及びハロゲン化Ｎｉ化合物から選択される一種以上とすることができる。
【００３４】
本発明の第１２の特徴構成は、先に第２の特徴構成で説明した
前記排ガス温度低下手段が、前記高温側排ガスが保有する熱を大気放熱させて前記低温側排ガスを得る放熱器である点にある。
【００３５】
この構成では、排ガスの保有する熱を回収することなく捨てることとなるが、ＳＯＦＣシステムを所謂モノジェネレーションシステムとして働かせ、所定時期、所定量の発電需要を満たすことができる。
【００３６】
このような排ガス温度低下手段に関し、
前記高温側排ガスが保有する熱を受熱して湯を得る湯生成用熱交換器若しくは前記高温側排ガスが保有する熱を大気放熱させる放熱熱交換器を使用可能に構成され、
前記湯生成用熱交換器と前記放熱熱交換器とが交換可能とすることも好ましい。
【００３７】
この構成を採用しておくと、熱交換器の交換により、ＳＯＦＣシステムをコジェネレーションとしたり、モノジェネレーションとすることが可能となり、システム需要に適宜対応できる。
【００３８】
本発明の第１３の特徴構成は、
前記熱供給部から排出される脱離動作済の排ガスに含有されるアンモニアを吸着するアンモニア吸脱着材が収納されるアンモニア吸着部を設けるとともに、前記アンモニア吸着部に収納されるアンモニア吸脱着材の温度を、当該材料のアンモニア吸着温度以下とするアンモニア吸着操作手段を設け、
前記湯生成用熱交換器に導入される受熱側熱媒体の保有する熱を大気放出させて低下する放熱器を備え、
前記アンモニア吸着操作手段に、
前記放熱器により低温化した前記受熱側熱媒体を前記アンモニア吸着部に導く低温側受熱媒体導入路と、前記受熱側熱媒体により前記アンモニア吸着部を冷却する熱交換部と、
前記熱交換部で受熱後の前記受熱側熱媒体を前記湯生成用熱交換器の受熱側熱媒体入口に戻す高温側受熱媒体導入路を備えた点にある。
【００３９】
本発明に係るＳＯＦＣシステムでは、アンモニア脱離に対して、アンモニア脱離操作手段を備え、アンモニア吸着に対してアンモニア吸着操作手段を備えることで、アンモニア燃料の供給及び排ガスに含まれるアンモニアの吸着・除去の用に確実に対応できるが、後者のアンモニア吸着操作ではアンモニア吸着部の冷却を行うことが好ましい。
【００４０】
そこで、排ガスが保有する排熱を湯として回収するために設けられる放熱器を利用し、この放熱器から送り出される受熱側熱媒体をアンモニア吸着部に導いてから、湯生成用熱交換器に戻すことで、一の放熱器でアンモニア吸着部の温度低下、排ガスからの熱回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムの第１実施形態の構成を示す図
【図２】本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムの第２実施形態の構成を示す図
【図３】本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムの第３実施形態の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明に係るＳＯＦＣシステム１００について、図面に基づいて説明する。
【００４３】
以下に説明する実施形態では、ＳＯＦＣシステム１００の一部がアンモニア貯蔵供給装置１とされ、その主要構成部位として、第１アンモニア吸脱着材Ａ１が収納されるアンモニア脱離部２と、第２アンモニア吸脱着材Ａ２が収納されるアンモニア吸着部３とを内部に備えた筐体１０（アンモニア燃料タンクに相当する）と、第１アンモニア吸脱着材Ａ１からアンモニアを脱離させるアンモニア脱離操作手段Ｍ１と、第２アンモニア吸脱着材Ａ２にアンモニアを吸着させるアンモニア吸着操作手段Ｍ２とを備えている。
【００４４】
そして、このアンモニア貯蔵供給装置１の主体である筐体１０は、
（１）アンモニア吸着状態の第１アンモニア吸脱着材Ａ１がアンモニア脱離部２に収納され、アンモニア脱離状態の第２アンモニア吸脱着材Ａ２がアンモニア吸着部３に収納された状態でＳＯＦＣシステム１００に取り付けられ、
（２）ＳＯＦＣ１０１にアンモニアを燃料として供給し、発電に供された後、
（３）アンモニア脱離状態の第１アンモニア吸脱着材Ａ１がアンモニア脱離部２に収納され、アンモニア吸着状態の第２アンモニア吸脱着材Ａ２がアンモニア吸着部３に収納された状態で取り外される。
使用後の各アンモニア吸脱着材Ａ１，Ａ２は、別途、それぞれ再生処理される。
この再生処理は、第１アンモニア吸脱着材Ａ１に関して、アンモニアと接触させて当該アンモニアを吸着させるアンモニア吸着処理となり、第２アンモニア吸脱着材Ａ２に関しては、アンモニアを脱離させる脱離処理となる。この作業を行うため、筐体１０は各アンモニア吸脱着材Ａ１，Ａ２を取出し・収納自在な構造としている（図示省略）。
従って、この筐体１０は、実質的にＳＯＦＣシステム１００のアンモニア燃料タンクとなる。
【００４５】
本発明に係るＳＯＦＣシステム１００は、アンモニア貯蔵供給装置１から燃料としてのアンモニアの供給を受け、発電を行いながら、その排ガスｅをアンモニア貯蔵供給装置１の所定部（アンモニア脱離部２、アンモニア吸着部３）へ送り外部へ排出する。そして、燃料としてのアンモニアの受入において、ＳＯＦＣシステム１００から排出される排ガスｅを利用する。
【００４６】
以下、アンモニア貯蔵供給装置１の主体となるアンモニア貯蔵部としてのアンモニア脱離部２及びアンモニア吸着部３を備えた筐体１０に関して、先ず説明し、これら部位を動作させる操作手段Ｍ１，Ｍ２の働きに関して説明を進める。
【００４７】
アンモニア燃料タンクとしての筐体
図１に示すように、アンモニア貯蔵供給装置１は概略円筒状の筐体１０を有して構成され、筐体１０内が上下方向に２室に分割されて構成されている。
これら２室は、本発明にいう第１アンモニア吸脱着材Ａ１が収納されるアンモニア脱離部２と、第２アンモニア吸脱着材Ａ２が収納されるアンモニア吸着部３である。
【００４８】
図からも判明するように、この筐体１０には、ＳＯＦＣ１０１へアンモニアを供給するためのアンモニア送出口４が設けられるとともに、ＳＯＦＣ１０１から排出される排ガスｅが冷却されて導入される排ガス流入口５と、当該アンモニア貯蔵供給装置１を経てアンモニアを除去された処理済み排ガスｅ４が流出される処理済み排ガス流出口６とが設けられている。
【００４９】
本例では、前記アンモニア脱離部２はシェル＆チューブ式の熱交換構造が採用されており、外円筒２０（シェル）内に多数の伝熱管２１（チューブ）を備え、外円筒２０と伝熱管２１との間に形成されている空間が、第１アンモニア吸脱着材Ａ１が収納されるアンモニア吸脱着材収納室Ｒとして、伝熱管２１内がＳＯＦＣ１０１からの排ガスｅが流れる熱供給部ｒとして構成されている。図示する例では、アンモニア脱離部２の入口部位に分配室７を設け、この分配室７から各伝熱管２１内に排ガスｅが流入するように構成している。ここで、排ガスｅが第１アンモニア吸脱着材Ａ１と接触することはない。
【００５０】
前記分配室７には前記排ガス流入口５が接続されており、流入する排ガスｅを多数の伝熱管２１内に分配して流入させる。
【００５１】
前記アンモニア吸脱着材収納室Ｒには、前記アンモニア送出口４が接続されており、室Ｒ内に収納される第１アンモニア吸脱着材Ａ１から脱離するアンモニアが流出する。
【００５２】
前記多数の伝熱管２１から給熱後の排ガスｅは前記アンモニア吸着部３に流入する。アンモニア吸着部３には第２アンモニア吸脱着材Ａ２が収納され、その排ガス流路長を所定の流路長とすることにより、排ガスｅに含まれることがあるアンモニアを第２アンモニア吸脱着材Ａ２に吸着して除去することができる。
【００５３】
アンモニア吸着部３の上部には処理済み排ガス流出口６が接続されており、処理済み排ガスｅ４をアンモニアフリーの状態で大気に排出する。
【００５４】
以上が、アンモニア脱離部２及びアンモニア吸着部３を備えた筐体１０の説明であるが、以下、各部２、３に収納されているアンモニア吸脱着材Ａ１，Ａ２を使用して、アンモニアをＳＯＦＣ１０１の燃料として供給するとともに、排ガスｅに含まれることがあるアンモニアを除去する構成に関して説明する。
【００５５】
アンモニア脱離操作手段Ｍ１
図１の中央部下部に破線で囲って示したのが、このアンモニア脱離操作手段Ｍ１を成す機能部位である（図２、図３において同じ）。
アンモニア脱離部２には多数の伝熱管２１を熱供給部ｒとして備え、第１アンモニア吸脱着材Ａ１が吸着状態にあるアンモニアを良好に脱離するように、この伝熱管２１にＳＯＦＣ１０１の排ガスｅを第１アンモニア吸脱着材Ａ１のアンモニア脱離温度以上として流入させる。これがアンモニア脱離操作手段Ｍ１の機能であり、例えば、図１は、排ガスｅの温度域が５０〜６０℃であることを例示的に示している。
アンモニア脱離操作手段Ｍ１の詳細構造に関しては、ＳＯＦＣシステム１００の項で各実施形態に即して説明する。
【００５６】
アンモニア吸着操作手段Ｍ２
一方、図１の左側部位に破線で囲って示したのが、このアンモニア吸着操作手段Ｍ２を成す機能部位である（図３において同じ）。図２に示す第２実施形態では、同図下から左側部位に渡る破線で示している。
これらの図からも判明するように、アンモニア吸着部３の横に冷却機構を備えることで、第２アンモニア吸脱着材Ａ２をそのアンモニア吸着温度以下とすることとしている。これがアンモニア吸着操作手段Ｍ２の機能である。例えば、図１は、この温度域が３０〜４０℃であることを例示的に示している。
アンモニア吸着操作手段Ｍ２の詳細構造に関しても、ＳＯＦＣシステム１００の項で各実施形態に即して説明する。
【００５７】
第１アンモニア吸脱着材Ａ１
アンモニア脱離部２には、第１アンモニア吸脱着材Ａ１として、標準大気圧でのアンモニア吸着・脱離平衡温度が４０℃以上１３０℃以下であるハロゲン化金属化合物がアンモニアを吸着したアンモニア吸着状態で収納される。即ちハロゲン化Ｂａ化合物、ハロゲン化Ｃａ化合物，ハロゲン化Ｓｒ化合物、及びハロゲン化Ｍｎ化合物から選択される何れか一種以上が、アンモニアと錯体を形成したハロゲン化金属アンミン錯体の形態で収納される。結果、ＳＯＦＣ１０１の運転状態では、その排ガスｅが伝熱管２１に供給され、アンモニア脱離温度まで昇温されることでアンモニアを脱離し、アンモニアをＳＯＦＣ１０１へ燃料として供給できる。
【００５８】
第２アンモニア吸脱着材Ａ２
アンモニア吸着部３には、第２アンモニア吸脱着材Ａ２として、標準大気圧でのアンモニア吸着・脱離平衡温度が第１アンモニア吸脱着材Ａ１の標準大気圧でのアンモニア吸着・脱離平衡温度より高いハロゲン化金属化合物の一例である塩化Ｎｉが収納されている。この塩化Ｎｉはアンモニアを脱離したアンモニア脱離状態（アンミン錯体とはなっていない単体）で収納されており、ＳＯＦＣ１０１の運転状態で排ガスｅがアンモニア吸着部３に流入し、排ガスｅにアンモニアが含まれていた場合に、アンモニアを吸着して塩化Ｎｉアンミン錯体となる。
塩化Ｎｉの標準大気圧でのアンモニア吸着・脱離平衡温度は１８０℃程度である。
【００５９】
以上説明してきたアンモニア吸脱着材（第１アンモニア吸脱着材Ａ１、第２アンモニア吸脱着材Ａ２とも）としては、粒径を特に問うものではないが、通常５μｍ〜１００ｍｍ程度、好ましくは１０μｍ〜３０ｍｍ程度のものを使用できる。粒状だけでなく、シート状、ハニカム上に形成してもよい、また、シリカ、アルミナ、ゼオライト等の多孔体は高表面積物質に担持させて使用することもできる。
【００６０】
ＳＯＦＣシステム
以下、ＳＯＦＣシステム１００の全体と、先に機能を簡単に説明したアンモニア脱離操作手段Ｍ１、アンモニア吸着操作手段Ｍ２及び各実施形態で使用する第１アンモニア吸脱着材Ａ１及び第２アンモニア吸脱着材Ａ２に関して、各実施形態に即して説明する。
【００６１】
第１実施形態（図１）及び第２実施形態（図２）はＳＯＦＣシステム１００がコジェネレーションシステムとされる例であり、第３実施形態（図３）はモノジェネレーションシステムとされる例である。
【００６２】
ＳＯＦＣシステム１００をコジェネレーションとする場合とモノジェネレーションとする場合とでは、ＳＯＦＣ１０１から排出され、アンモニア脱離部２に導入する排ガスｅの温度が異なるため、各図の所定箇所に、本発明に係るＳＯＦＣシステム１００の運転状態における温度を例示的に示した。
【００６３】
これらの図からも判明するように、コジェネレーションシステムとモノジェネレーションシステムでは、低温側排ガスｅ２の温度が異なる。よって、第１アンモニア吸脱着材Ａ１として使用するアンモニア吸脱着材を異ならせている。一方、第２アンモニア吸脱着材Ａ２は共通のアンモニア吸脱着材を使用している。
【００６４】
ＳＯＦＣシステム１００は、アンモニア吸脱着材Ａ１が収納されるアンモニア脱離部２から供給されるアンモニアを燃料として受け入れるＳＯＦＣ１０１と、ＳＯＦＣ１０１から排出される排ガスｅが流れる排ガス路１０２とを備え、当該排ガス路１０２に、排ガスｅの温度を適切な温度まで低下して前記アンモニア脱離部２に設けられた熱供給部ｒに供給するアンモニア脱離操作手段Ｍ１を備えて構成されている。
【００６５】
図に、アンモニア燃料ＳＯＦＣと記載したＳＯＦＣ１０１の中に、単セルを模式的に描いている。ＳＯＦＣ１０１の単セルは良く知られているように固体電解質（固体酸化物電解質）１０１ａを挟んで燃料極１０１ｂと空気極１０１ｃを備えて構成され、燃料極１０１ｂ側に燃料を、空気極１０１ｃ側に酸素含有ガス（具体的には空気）が供給されて発電する。
【００６６】
本発明の様にアンモニアを燃料とする燃料電池では、アンモニアを直接燃料とする場合はアンモニアが直接燃料極１０１ｂが導かれるとともに、この燃料極１０１ｂで分解され、水素と酸素とにより発電する。アンモニアが間接的な燃料として使用される場合は、燃料極１０１ｂに送られる前に、改質反応によりアンモニアが分解され、水素として燃料極１０１ｂに送られて発電する。
【００６７】
このように燃料としてアンモニアを使用する場合、例えば発電量が急激に変化した場合等にアンモニアのスリップが発生し、排ガス中にアンモニアが含まれることがある。
【００６８】
〔第１実施形態〕
図１に示す様に、第１実施形態のＳＯＦＣシステム１００は、ＳＯＦＣの排ガスｅが有する熱を湯として回収するための排熱回収回路５０を備えて構成される。この排熱回収回路５０は、貯湯槽５１とコジェネレーション用熱交換器５２との間で受熱側熱媒体（この例の場合は水ｗ）が循環する循環路として構成され、コジェネレーション用熱交換器５２で排ガスｅから回収する熱を湯の形態で貯湯槽５１に貯め、給湯、暖房、浴槽水の追炊き等の用に供するものである。図では熱利用側の回路を図示省略している。
【００６９】
排熱回収回路５０には、上記目的から貯湯槽５１からコジェネレーション用熱交換器５２へ向かう往き路５０ａに熱媒体ポンプ５３と放熱器５４とが備えられている。従って、貯湯槽５１から水を抜き出してコジェネレーション用熱交換器５２へ送りながら、排熱回収を行って湯を得ることができる。
ここで、放熱器５４はコジェネレーション用熱交換器５２において受熱側熱媒体により熱回収を適切な状態で行うための媒体温度の調整の目的に使用する。
【００７０】
以上が、コジェネレーション用熱交換器５２を主体とする排熱回収側の構成であり、このコジェネレーション用熱交換器５２を通過することにより給熱側熱媒体（この例の場合は排ガスｅ）の温度は低下する。従って、前記排ガス路１０２にはコジェネレーション用熱交換器５２が排ガス温度低下手段として備えられることとなる。
【００７１】
以下、先に説明したアンモニア脱離操作手段Ｍ１の構成に関して説明する。
このコジェネレーション用熱交換器５２により温度低下される前の高温側排ガスｅ１と、温度低下された後の低温側排ガスｅ２との混合により、前記アンモニア脱離温度以上に調整される混合排ガスｅ３を生成する脱離操作用混合排ガス生成手段Ｍｍを備え、この脱離操作用混合排ガス生成手段Ｍｍで生成される混合排ガスｅ３をアンモニア貯蔵供給装置１の前記排ガス流入口５に導く混合排ガス導入路１０２ａを備えている。
【００７２】
具体的には、脱離操作用混合排ガス生成手段Ｍｍは、高温側排ガスｅ１流れる高温側排ガス路１０２ｂと低温側排ガスｅ２が流れる低温側排ガス路１０２ｃとを備えるとともに、これら高温側排ガス路１０２ｂ及び低温側排ガス路１０２ｃから流出するガスが合流する合流部１０２ｄを備え、この合流部１０２ｄで合流される高温側排ガスｅ２と低温側排ガスｅ１との量比に基づいて、混合排ガスｅ３の温度をアンモニア脱離温度以上としている。図１に示すように、高温側排ガスｅ１の温度は２００℃程度、低温側排ガスｅ２の温度は６０℃程度とされ、混合排ガスｅ３の温度は５０〜６０℃とされる。
【００７３】
混合排ガスｅ３の温度制御に関しては、アンモニア脱離部２の入口近傍温度及び出口近傍温度を検出する検出器ｓを設けるとともに、検出温度に基づいて、この温度を所定の目標温度とすべく構成される温度制御用コントローラＴＩＣで開度信号を発生し、高温側排ガス流路１０２ｂに備えられる開度調整可能なバルブＶ１の開度を調整することで、第１アンモニア吸脱着材Ａ１からの脱離（ＳＯＦＣ１０１への燃料としてのアンモニアの供給）を良好に行うことができる。
【００７４】
第１アンモニア吸脱着材Ａ１
第１実施形態では、アンモニア脱離部２には塩化Ｓｒがアンモニアを吸着した塩化Ｓｒアンミン錯体（オクタアンミンＳｒ塩化物）として収納される（第２実施形態において同じ）。このアンモニア錯体は標準大気圧で収納されており、ＳＯＦＣ１０１の運転に伴って、その排ガスｅが伝熱管２１に供給されることでアンモニアを脱離する。因みに、塩化Ｓｒの標準大気圧でのアンモニア吸着・脱離平衡温度は４０℃程度である。
従って、混合排ガスｅ３の温度を５０〜６０℃程度とすることで、アンモニア吸着状態にある塩化Ｓｒからアンモニアを脱離させて、ＳＯＦＣ１０１へ供給することができる。
【００７５】
アンモニア脱離部２を通過した排ガスｅは、アンモニア吸着部３に導かれる。
このアンモニア吸着部３の温度は、アンモニア脱離部２でアンモニア脱離の用に供される熱量と、先にアンモニア吸着操作手段Ｍ２として説明した放熱器（具体的には放熱ファン９）の放熱量により制御するが、アンモニア吸着部３の温度を第２アンモニア吸脱着材Ａ２がアンモニアを吸着する温度以下とすることで、排ガス中のアンモニアを吸着除去できる。即ち、アンモニア吸着部３の温度を検出する温度センサｓ、温度センサｓ出力に基づいて空冷ファン９に運転制御情報を送る温度制御用コントローラＴＩＣ及び空冷ファン９を備え、空冷ファン９の運転によりアンモニア吸着状態を維持している。
【００７６】
アンモニア吸着部３には、先に説明したように、第２アンモニア吸脱着材Ａ２として塩化Ｎｉが収納されている。この塩化Ｎｉのアンモニア吸着・脱離平衡温度は塩化Ｓｒのそれより高く、アンモニア吸着部３の温度（結果的に混合排ガスｅ３の温度）を３０〜４０℃程度まで低下させることで、アンモニア脱離状態にある塩化Ｎｉに排ガスｅ中のアンモニアを吸着させて、清浄な排ガスｅを外部に放出することができる。
【００７７】
〔第２実施形態〕
第２実施形態は、コジェネレーションシステムの例である第１実施形態において、アンモニア吸着操作手段Ｍ２を第１実施形態の様に独立に設けることなく、排熱回収回路５０に設けられる放熱器５４から送り出される受熱側熱媒体（この例の場合は水ｗ）を、アンモニア吸着部３の冷却に利用する例である。
第１実施形態と同一の機器に関しては、同一の符号を記した。
この例ではアンモニア吸着操作手段Ｍ２の構成のみが、第１実施形態と異なる。
【００７８】
図２に示すように、第２実施形態では、アンモニア吸着操作手段Ｍ２を構成するに、排熱回収回路５０に備えられる放熱器５４を利用する。即ちこの放熱器５４により保有する熱を大気放熱して低温化した受熱側熱媒体ｗをアンモニア吸着部３に導く低温側受熱媒体導入路９１と、受熱側熱媒体ｗによりアンモニア吸着部３を冷却する熱交換コイル９０とを備え、この熱交換コイル９０で受熱後の受熱側熱媒体ｗを湯生成用熱交換器であるコジェネレーション用熱交換器５２の受熱側熱媒体入口５２ａに戻す高温側受熱媒体導入路９２を備えて、アンモニア吸着部３を良好に働かせることができる。
この構成では、熱交換コイル９０が冷却用の熱交換部となり、排熱回収回路５０に設けられる放熱器５４から送り出される受熱側熱媒体（この例の場合は水ｗ）の温度を、第１実施形態の場合より低下させるとともに、その循環量を増加して、アンモニア吸着部３でのアンモニア吸着が適切に行われるようにしている。
【００７９】
〔第３実施形態〕
図３に示す第３実施形態のＳＯＦＣシステム１００は、ＳＯＦＣ１０１からの排ガスｅからの熱回収を行わないモノジェネレーションシステムである。
【００８０】
従って、第１、第２実施形態のように、排熱回収用の排熱回収回路５０を備えることはなく、ＳＯＦＣ１０１から排出される排ガスｅが有する熱を放熱器５００で大気放熱する構成としている。よって、この実施形態では、低温側排ガス路１０２ｃは、これを流れる排ガスｅの温度を低下させる単なる放熱路となっており、放熱器５００は排ガス温度低下手段となっている。
【００８１】
このモノジェネレーションシステムの例では、同図に示すように混合排ガスｅ３の温度は１００〜１３０℃とする。
【００８２】
そこで、アンモニア脱離部２に収納する第１アンモニア吸脱着材Ａ１としては、塩化Ｍｎを採用している。塩化Ｍｎのアンモニア吸着・脱離平衡温度は８６℃程度であるため、混合排ガスｅ３の温度を１００〜１３０℃程度としても、アンモニア吸着状態にある塩化Ｍｎアンミン錯体からアンモニアを脱離させて、ＳＯＦＣ１０１へ供給することが可能となる。
【００８３】
アンモニア吸着部３の構成、当該部位に収納する第２アンモニア吸脱着材Ａ２及びその吸着動作用のアンモニア吸着操作手段Ｍ２の構成に関しては、第１実施形態と同様である。
【００８４】
さて、この実施形態でも、高温側排ガスｅ１が流れる高温側排ガス路１０２ｂと、低温側排ガスｅ２が流れる低温側排ガス路１０２ｃとを備えるとともに、これら高温側排ガス路１０２ｂ及び低温側排ガス路１０２ｃから流出するガスが合流する合流部１０２ｄを備え、合流部１０２ｄで合流される高温側排ガスｅ１と低温側排ガスｅ２との量比に基づいて、混合排ガスｅ３の温度をアンモニア脱離温度以上とするという、第１実施形態の基本構成は踏襲している。
【００８５】
ただし、この実施形態では、アンモニア脱離部２の温度制御に関して、アンモニア脱離部２の入口近傍温度及び出口近傍温度を検出する検出器ｓを設けるとともに、この検出器ｓの検出温度に基づいて、合流部１０２ｄに高温側若しくは低温側或はそれらの両方の弁開度を制御可能な流量調整型３方弁Ｖ２を設けて、高温側排ガスｅ１，低温側排ガスｅ２の流量比を調整し、混合排ガスｅ３の温度を調整している。
この様な構成でも脱離操作用混合排ガス生成手段Ｍｍを構成することができる。
【００８６】
〔別実施形態〕
（１）  上記の実施形態にあっては、第１アンモニア吸脱着材Ａ１、第２アンモニア吸脱着材Ａ２の組み合わせの例として、第１アンモニア吸脱着材Ａ１として、標準大気圧でのアンモニア吸着・脱離平衡温度が４０℃以上１３０℃以下であるハロゲン化金属化合物を、第２アンモニア吸脱着材Ａ２として、標準大気圧でのアンモニア吸着・脱離平衡温度が第１アンモニア吸脱着材より高いハロゲン化金属化合物の組み合わせを採用する例を示したが、このような組み合わせは、両者の関係において、第２アンモニア吸脱着材Ａ２のアンモニア吸着・脱離平衡温度が、第１アンモニア吸脱着材Ａ１のアンモニア吸着・脱離平衡温度より高くなっていれば、同一温度環境下において前者Ａ１が脱離性能を後者Ａ２が吸着性能を発揮することとなるため、採用可能となる。
これまで説明してきた実施形態のように、アンモニア脱離操作手段Ｍ１を備えてアンモニア脱離部２の温度を比較的高く積極的に管理し、アンモニア吸着操作手段Ｍ２を備えて、アンモニア吸着部３の温度を比較的低く管理できる場合はなおさらである。
【００８７】
標準大気圧下において、１３０℃を基準にアンモニア吸脱着材の組み合わせとする場合は、第１アンモニア吸脱着材Ａ１を、ハロゲン化Ｂａ化合物、ハロゲン化Ｃａ化合物，ハロゲン化Ｓｒ化合物、及びハロゲン化Ｍｎ化合物から選択される何れか一種以上とでき、第２アンモニア吸脱着材Ａ２がハロゲン化Ｃｏ化合物、ハロゲン化Ｍｇ化合物、及びハロゲン化Ｎｉ化合物から選択される一種以上とできる。
また、標準大気圧下において、１００℃を基準にアンモニア吸脱着材の組み合わせとする場合も、第１アンモニア吸脱着材Ａ１と第２アンモニア吸脱着材Ａ２との組み合わせは上記と同様となる。
【００８８】
ちなみに、ハロゲン化金属化合物が塩化物である場合について、アンモニアの配位反応に関して説明しておくと、塩化Ｂａ，塩化Ｃａ，塩化Ｓｒでは５０〜６０℃程度でアンモニアの脱離を始め、塩化Ｍｎの標準大気圧におけるアンモニア吸着・脱離平衡温度（アンモニアの配位反応平衡温度）は８６℃であり、塩化Ｃｏは１３５℃、塩化Ｍｇが１４０℃、塩化Ｎｉが１８０℃である。
【００８９】
（２）  混合排ガスの温度を制御する混合排ガス温度制御手段の構成としては、ＳＯＦＣ１０１に要求される発電量に対応して必要となるアンモニア燃料量に応じて、ＳＯＦＣ１０１にアンモニア燃料を供給するアンモニア燃料供給量制御装置（マスフローコントローラ）を備え、このアンモニア燃料供給量制御装置から供給するアンモニア燃料量に応じて、混合排ガスの温度を制御するように、混合排ガス温度制御手段を構成してもよい。
【００９０】
（３）  コジェネレーションシステムである第１実施形態と、モノジェネレーションシステムである第３実施形態とに関して、前者のシステムでは、排ガス温度低下手段として、高温側排ガスが保有する熱を受熱して湯を得るコジェネレーション用熱交換器（湯生成用熱交換器の一例）を使用し、後者のシステムでは、排ガス温度低下手段として、高温側排ガスが保有する熱を大気放熱させる放熱器（放熱熱交換器の一例）を使用する例を示したが、本発明に係るＳＯＦＣシステムにおいて、前者の湯生成用熱交換器と、後者の放熱器のシステムにおける位置は実質同一であるため、これら湯生成用熱交換器と放熱熱交換器とを交換可能としておくことが好ましい。
この構成を採用しておくことで、両者を交換することで、コジェネレーションシステムと、モノジェネレーションシステムとの切換を容易に行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
アンモニアを直接もしくは間接的に燃料として使用するＳＯＦＣシステムとして、ＳＯＦＣシステムの運転上必要となるエネルギー消費をできるだけ低減化できるＳＯＦＣシステムを提供することができた。
【符号の説明】
【００９２】
１        アンモニア貯蔵供給装置
２        アンモニア脱離部（アンモニア貯蔵部）
３        アンモニア吸着部
４        アンモニア送出口
５        排ガス流入口
６        処理済み排ガス流出口
７        分配室
９        冷却ファン（放熱器）
１０      筐体
２０      外円筒
２１      伝熱管
５０      排熱回収回路
５０ａ    往き路
５１      貯湯槽
５２      コジェネレーション用熱交換器（湯生成用熱交換器、排ガス温度低下手段）
５３      熱媒体ポンプ
５４      放熱器
９０      熱交換コイル（熱交換部）
９１      低温側受熱媒体導入路
９２      高温側受熱媒体導入路
１００    固体酸化物形燃料電池システム（ＳＯＦＣシステム）
１０１    固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）
１０２    排ガス路
１０２ａ  混合排ガス路
１０２ｂ  高温側排ガス路
１０２ｃ  低温側排ガス路
１０２ｄ  合流部
５００    放熱器（排ガス温度低下手段）
Ａ１      第１アンモニア吸脱着材
Ａ２      第２アンモニア吸脱着材
Ｍ１      アンモニア脱離操作手段
Ｍ２      アンモニア吸着操作手段
Ｍｍ      脱離操作用混合排ガス生成手段
Ｒ        アンモニア吸脱着材収納室
ＴＩＣ    温度制御用コントローラ
Ｖ１      バルブ
Ｖ２      ３方弁
ｅ        排ガス
ｅ１      高温側排ガス
ｅ２      低温側排ガス
ｅ３      混合排ガス
ｅ４      処理済み排ガス
ｒ        熱供給部
ｓ        検出器
【図１】
0006652866.tif 000002
【図２】
0006652866.tif 000003
【図３】
0006652866.tif 000004