JP7176476B2 - 改質システム - Google Patents

Description

本発明は、改質システムに関する。

例えば特許文献１には、改質システムの主要な構成である改質器が記載されている。特許文献１に記載の改質器は、アンモニアを燃焼させて熱を発生させるアンモニア燃焼触媒と、このアンモニア燃焼触媒で発生した熱を利用してアンモニアを分解することで、水素と窒素とを含むガスを生成するアンモニア分解触媒とを有している。

特開２０１０－２４０６４６号公報

ところで、起動時におけるアンモニア分解触媒の温度が低い状態では、アンモニア分解触媒によるアンモニアの分解率が低いため、未改質のアンモニアが改質器の下流側の装置へ流れていく。このため、改質器の下流側の経路においてアンモニアの無害化処理が必要となり、改質システムの構成が複雑になる。

本発明の目的は、簡単な構成によって、起動時に未改質のアンモニアが改質器の下流側の装置へ流れていくことを防止できる改質システムを提供することである。

本発明の一態様に係る改質システムは、アンモニアを燃焼させる機能とアンモニアを水素に分解する機能とを有し、アンモニアを改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質器と、改質器にアンモニアを供給するアンモニア供給部と、改質器に空気を供給する空気供給部と、改質器により生成された改質ガスが流れる改質ガス流路と、改質ガス流路に配設され、改質器をすり抜けたアンモニアを吸蔵する吸蔵材を有する吸蔵部とを備え、吸蔵材は、改質器によりアンモニアの改質が開始される前は、アンモニアを吸蔵し、改質器によりアンモニアの改質が開始された後は、アンモニアを脱離させる。

このような改質システムにおいては、起動直後は改質器の温度が低いため、アンモニア供給部により供給されたアンモニアが改質器をすり抜ける。改質器の温度が上昇すると、改質器においてアンモニアが燃焼して改質されることで、水素を含有した改質ガスが生成される。ここで、改質器によりアンモニアの改質が開始される前は、改質器をすり抜けた未改質のアンモニアが吸蔵部の吸蔵材に吸蔵される。これにより、改質システムの起動時に、未改質のアンモニアが改質器の下流側の装置へ流れていくことが防止される。そして、改質器によりアンモニアの改質が開始された後は、吸蔵材に吸蔵されたアンモニアが吸蔵材から脱離する。このとき、吸蔵材へのアンモニアの吸蔵と吸蔵材からのアンモニアの脱離との切り換え動作は、吸蔵材の温度に応じて自然に行われる。このため、吸蔵部の制御等が不要となる。これにより、簡単な構成によって、未改質のアンモニアが改質器の下流側の装置へ流れていくことが防止される。

吸蔵材は、改質器をすり抜けたアンモニアとアンモニアの燃焼により生成された水分とを吸蔵してもよい。このような構成では、改質器によりアンモニアの改質が開始される前は、未改質のアンモニアだけでなく、アンモニアの燃焼により生成された水分も吸蔵材に吸蔵される。従って、改質システムの起動時には、水分も改質器の下流側の装置へ流れていくことが防止される。

改質ガス流路には、アンモニアを改質ガスに含まれる水素と共に燃焼させる内燃機関が接続されていてもよい。このような構成では、内燃機関の始動時に、未改質のアンモニアが内燃機関をすり抜けて排出されることが防止される。また、内燃機関では、アンモニアが水素と共に燃焼するため、アンモニアが燃焼しやすくなる。

改質ガス流路には、改質ガスに含まれる水素を用いて発電を行う燃料電池が接続されており、改質ガス流路における吸蔵部と燃料電池との間には、アンモニアを酸化させる選択酸化触媒が配設されていてもよい。このような構成では、吸蔵材から脱離したアンモニアが選択酸化触媒により酸化するため、燃料電池にアンモニアが流れていくことが防止される。従って、アンモニアによる燃料電池の劣化が防止される。

改質器は、アンモニアを燃焼させる燃焼触媒を有する燃焼部と、アンモニアを水素に分解する改質触媒を有する改質部とを有し、改質ガス流路は、改質部に接続されていてもよい。このような構成では、改質部をすり抜けたアンモニアは吸蔵材に吸蔵されるが、燃焼部においてアンモニアの燃焼により生成された水分は吸蔵材に吸蔵されることはない。従って、吸蔵部の体格を小型化することができる。

本発明によれば、簡単な構成によって、起動時に未改質のアンモニアが改質器の下流側の装置へ流れていくことを防止できる。

本発明の第１実施形態に係る改質システムを具備したアンモニアエンジンシステムを示す概略構成図である。 燃焼触媒、改質触媒及び吸蔵材の温度とアンモニアエンジンに流れ込む未改質のアンモニアガス量とを示すタイミング図である。 改質器の動作に応じて改質器からアンモニアエンジンに向けて流れる物質を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る改質システムを具備した燃料電池システムを示す概略構成図である。 図１及び図４に示された改質器の変形例を備えた改質システムの一部を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る改質システムを具備したアンモニアエンジンシステムを示す概略構成図である。図１において、アンモニアエンジンシステム１は、例えば車両に搭載されている。アンモニアエンジンシステム１は、アンモニアエンジン２と、吸気通路３と、排気通路４と、メインインジェクタ５と、メインスロットルバルブ６とを備えている。

アンモニアエンジン２は、アンモニア（ＮＨ_３）を燃料として使用する内燃機関である。アンモニアエンジン２は、アンモニアを改質ガス（後述）に含まれる水素（Ｈ_２）と共に燃焼させる。

吸気通路３は、アンモニアエンジン２に接続されている。吸気通路３は、アンモニアエンジン２に供給される空気が流れる通路である。吸気通路３には、空気に含まれる塵及び埃等の異物を除去するエアクリーナ７が配設されている。

排気通路４は、アンモニアエンジン２に接続されている。排気通路４は、アンモニアエンジン２で発生した排気ガスが流れる通路である。排気通路４には、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）及びアンモニア等の有害物質を除去する後処理触媒８が配設されている。後処理触媒８としては、例えば三元触媒またはＳＣＲ（SelectiveCatalytic Reduction）触媒等が用いられる。

メインインジェクタ５は、アンモニアエンジン２に向けてアンモニアガスを噴射する燃料噴射弁である。メインインジェクタ５は、気化器１２（後述）とアンモニアガス流路９を介して接続されている。メインインジェクタ５は、例えば吸気通路３にアンモニアガスを噴射するように配置されている。

メインスロットルバルブ６は、吸気通路３におけるエアクリーナ７とアンモニアエンジン２との間に配設されている。メインスロットルバルブ６は、アンモニアエンジン２に供給される空気の流量を制御する流量制御弁である。

また、アンモニアエンジンシステム１は、本実施形態の改質システム１０を備えている。改質システム１０は、アンモニアタンク１１と、気化器１２と、改質器１３と、空気流路１４と、改質スロットルバルブ１５と、改質インジェクタ１６と、電気ヒータ１７と、改質ガス流路１８と、吸蔵器１９（吸蔵部）と、クーラ２０と、コントローラ２１とを備えている。

アンモニアタンク１１は、アンモニアを液体状態で貯蔵する。気化器１２は、アンモニアタンク１１に貯蔵された液体状態のアンモニアを気化させて、アンモニアガスを生成する。

改質器１３は、アンモニアガスを改質して、水素を含有した改質ガスを生成する。改質器１３は、アンモニアを燃焼させる機能を有する燃焼触媒１３ａと、この燃焼触媒１３ａよりも下流側に配置され、アンモニアを水素に分解する機能を有する改質触媒１３ｂとを有している。

燃焼触媒１３ａとしては、例えばゼオライトにパラジウム及び銅が担持された触媒またはＣｕＯ／１０Ａｌ_２Ｏ_３・２Ｂ_２Ｏ_３等が用いられる。燃焼触媒１３ａは、例えば２００℃～４００℃の温度領域においてアンモニアを燃焼させる。

改質触媒１３ｂとしては、例えＲｕ／ＣｅＯ_２、Ｒｕ／ＺｒＯ_２、Ｒｕ／ＭｇＯ、Ｒｕ／Ａｌ_２Ｏ_３またはＲｕ／ＳｉＯ_２等が用いられる。改質触媒１３ｂは、例えば２５０℃～５００℃の温度領域においてアンモニアを水素に分解する。

空気流路１４は、吸気通路３と改質器１３とを接続している。空気流路１４の一端は、例えば吸気通路３におけるエアクリーナ７とメインスロットルバルブ６との間の部分に分岐接続されている。空気流路１４は、改質器１３に供給される空気が流れる流路である。

改質スロットルバルブ１５は、空気流路１４に配設されている。改質スロットルバルブ１５は、改質器１３に供給される空気の流量を制御する流量制御弁である。空気流路１４及び改質スロットルバルブ１５は、改質器１３に空気を供給する空気供給部２２を構成している。

改質インジェクタ１６は、気化器１２とアンモニアガス流路９を介して接続されている。アンモニアガス流路９は、気化器１２により生成されたアンモニアガスが流れる流路である。改質インジェクタ１６は、改質器１３に向けてアンモニアガスを噴射する燃料噴射弁である。改質インジェクタ１６は、例えば空気流路１４における改質スロットルバルブ１５と改質器１３との間にアンモニアガスを噴射する。

アンモニアタンク１１、気化器１２、アンモニアガス流路９、改質インジェクタ１６及び空気流路１４は、改質器１３にアンモニアガスを供給するアンモニア供給部２３を構成している。

電気ヒータ１７は、空気流路１４に配設されている。電気ヒータ１７は、改質器１３に供給されるアンモニアガスを加熱することにより、改質器１３を昇温させる加熱部である。電気ヒータ１７は、特に図示はしないが、発熱体と、この発熱体を通電する電源とを有している。電気ヒータ１７により加熱されたアンモニアガスの熱が改質器１３に伝達されることで、改質器１３が昇温する。

改質ガス流路１８は、改質器１３とアンモニアエンジン２とを接続している。改質ガス流路１８の一端は、例えば吸気通路３におけるメインスロットルバルブ６とアンモニアエンジン２との間の部分に分岐接続されている。改質ガス流路１８は、改質器１３により生成された改質ガスがアンモニアエンジン２に向けて流れる流路である。

吸蔵器１９は、改質ガス流路１８に配設されている。吸蔵器１９は、改質器１３をすり抜けた未改質のアンモニアガスと改質ガスに含まれる水分（Ｈ_２Ｏ）とを吸蔵する吸蔵材１９ａを有している。吸蔵材１９ａは、例えば粉体をペレット状に固めた状態で筐体に充填するか、筐体にコートして保持させる。

具体的には、吸蔵材１９ａは、蓄熱温度以下であるときは、アンモニアガスを吸蔵し、蓄熱温度よりも高くなると、アンモニアガスを脱離（放出）する。吸蔵材１９ａとしては、例えばＭｇＣｌ_２、ＣｏＣｌ_２、ＮｉＣｌ_２、ＭｇＢｒ_２またはＭｇｌ_２等が用いられる。ＭｇＣｌ_２の蓄熱温度は、１８０℃程度である。ＣｏＣｌ_２の蓄熱温度は、１９０℃程度である。ＮｉＣｌ_２の蓄熱温度は、２１０℃程度である。ＭｇＢｒ_２の蓄熱温度は、２６０℃程度である。Ｍｇｌ_２の蓄熱温度は、３００℃程度である。なお、吸蔵材１９ａの蓄熱温度は、何れの場合も大気圧時の温度である。

吸蔵材１９ａは、改質器１３によりアンモニアガスの改質が開始される前は、アンモニアガスを吸蔵し、改質器１３によりアンモニアガスの改質が開始された後は、アンモニアガスを脱離させるように、燃焼触媒１３ａ及び改質触媒１３ｂと共に適宜設定される。このとき、吸蔵材１９ａは、アンモニアガスの改質が開始されると、直ちにアンモニアガスの脱離を開始してもよいし、或いはアンモニアガスの改質が開始されてから吸蔵材１９ａの温度が所定温度だけ上昇したときに、アンモニアガスの脱離を開始してもよい。

例えば、２００℃程度でアンモニアガスの燃焼が開始される燃焼触媒１３ａを使用し、４００℃程度でアンモニアガスの分解（改質）が開始される改質触媒１３ｂを使用し、吸蔵材１９ａとしてＭｇＢｒ_２を使用する場合、改質触媒１３ｂによりアンモニアガスの改質が開始される前は、アンモニアガスが吸蔵材１９ａに吸蔵され、改質触媒１３ｂによりアンモニアガスの改質が開始された後は、吸蔵材１９ａに吸蔵されたアンモニアガスが吸蔵材１９ａから脱離する。

クーラ２０は、改質ガス流路１８における吸蔵器１９よりも下流側に配設されている。クーラ２０は、アンモニアエンジン２に供給される改質ガスを冷却する。

コントローラ２１は、メインインジェクタ５、メインスロットルバルブ６、改質スロットルバルブ１５、改質インジェクタ１６及び電気ヒータ１７を制御する。なお、コントローラ２１により実行される制御処理の詳細については省略する。

以上のような改質システム１０を具備したアンモニアエンジンシステム１において、起動スイッチ（図示せず）がＯＮされると、電気ヒータ１７が通電されて発熱する。そして、改質インジェクタ１６が開弁することで、改質インジェクタ１６からアンモニアガスが噴射し、改質器１３にアンモニアガスが供給される。このとき、電気ヒータ１７の熱によってアンモニアガスが加熱され、暖められたアンモニアガスの熱が改質器１３に伝達される。このため、改質器１３の燃焼触媒１３ａが徐々に昇温する（図２（ａ）参照）。また、改質スロットルバルブ１５が開弁することで、改質器１３に空気が供給される。

燃焼触媒１３ａの温度が燃焼開始温度（例えば２００℃程度）に達する前は、図３（ａ）に示されるように、未改質のアンモニアガスが改質器１３をすり抜けて吸蔵材１９ａに吸蔵される。

そして、時刻ｔ１において燃焼触媒１３ａの温度が燃焼開始温度に達すると、燃焼触媒１３ａによりアンモニアガスが燃焼し、その燃焼熱によって燃焼触媒１３ａが更に昇温する（図２（ａ）参照）。具体的には、下記式のように、一部のアンモニアと空気中の酸素とが化学反応（酸化反応）することで、アンモニアの燃焼反応が起こり、燃焼熱が発生する。このとき、窒素（Ｎ_２）及び水分を含む燃焼ガスが生成される。
ＮＨ_３＋３／４Ｏ_２＋３Ｎ_２→７／２Ｎ_２＋３／２Ｈ_２Ｏ …（Ａ）

すると、図３（ｂ）に示されるように、未改質のアンモニアガス及び水分が吸蔵材１９ａに吸蔵される。従って、窒素のみがアンモニアエンジン２に流れ込み、未改質のアンモニアガス及び水分がアンモニアエンジン２に流れ込むことはない。

また、燃焼触媒１３ａの昇温に伴い、アンモニアガスの燃焼熱によって改質触媒１３ｂ及び吸蔵材１９ａが昇温する（図２（ｂ），（ｃ）参照）。そして、時刻ｔ２において改質触媒１３ｂの温度が改質開始温度（例えば４００℃程度）に達すると、改質触媒１３ｂによりアンモニアガスの改質が開始され、水素を含有した改質ガスが生成される。具体的には、下記式のように、アンモニアが水素と窒素とに分解される改質反応が起こり、水素及び窒素を含む改質ガスが生成される。
ＮＨ_３→３／２Ｈ_２＋１／２Ｎ_２ …（Ｂ）

アンモニアガスの改質が開始された後、吸蔵材１９ａの温度が蓄熱温度に達すると、図３（ｃ）に示されるように、吸蔵材１９ａからアンモニアガス及び水分が脱離する。改質触媒１３ｂにより生成された改質ガスは、吸蔵材１９ａから脱離したアンモニアガス及び水分と一緒にアンモニアエンジン２に流れ込む。このとき、改質器１３をすり抜けた僅かな未改質のアンモニアガスも、アンモニアエンジン２に流れ込む。

一方、メインインジェクタ５及びメインスロットルバルブ６が開弁することで、メインインジェクタ５からアンモニアガスが噴射し、アンモニアエンジン２にアンモニアガスが供給されると共に、アンモニアエンジン２に空気が供給される。これにより、アンモニアエンジン２においてアンモニアガスが改質ガス中の水素と共に燃焼するようになる。

時刻ｔ３において吸蔵材１９ａからのアンモニアガス及び水分の脱離が完了すると、吸蔵材１９ａが初期状態にリセットされる。つまり、吸蔵材１９ａに存在するアンモニアガス及び水分が無くなる。これにより、アンモニアエンジンシステム１の再起動時に、吸蔵材１９ａの吸蔵性能が向上する。このとき、吸蔵材１９ａからのアンモニアガス及び水分の脱離は吸熱反応であるため、吸蔵材１９ａがリセットされると、吸蔵材１９ａの温度が少し上昇する（図２（ｃ）参照）。

アンモニアガスの改質が開始される前は、改質器１３をすり抜けた未改質のアンモニアガスが吸蔵材１９ａに吸蔵されるため、未改質のアンモニアガスがアンモニアエンジン２に流れ込むことはない（図２（ｄ）の時間領域Ｐ参照）。アンモニアガスの改質が開始された後は、未改質のアンモニアガスが吸蔵材１９ａから脱離するため、改質器１３をすり抜けた僅かな未改質のアンモニアガスと吸蔵材１９ａから脱離した未改質のアンモニアガスとがアンモニアエンジン２に流れ込む（図２（ｄ）の時間領域Ｑ参照）。吸蔵材１９ａがリセットされると、改質器１３をすり抜けた僅かな未改質のアンモニアガスのみがアンモニアエンジン２に流れ込む（図２（ｄ）の時間領域Ｒ参照）。

以上のように本実施形態にあっては、アンモニアエンジンシステム１の起動直後は改質器１３の温度が低いため、アンモニア供給部２３により供給されたアンモニアガスが改質器１３をすり抜ける。改質器１３の温度が上昇すると、改質器１３においてアンモニアガスが燃焼して改質されることで、水素を含有した改質ガスが生成される。ここで、改質器１３によりアンモニアガスの改質が開始される前は、改質器１３をすり抜けた未改質のアンモニアガスが吸蔵器１９の吸蔵材１９ａに吸蔵される。これにより、アンモニアエンジンシステム１の起動時に、未改質のアンモニアガスが改質器１３の下流側のアンモニアエンジン２へ流れていくことが防止される。そして、改質器１３によりアンモニアガスの改質が開始された後は、吸蔵材１９ａに吸蔵されたアンモニアガスが吸蔵材１９ａから脱離する。このとき、吸蔵材１９ａへのアンモニアガスの吸蔵と吸蔵材１９ａからのアンモニアガスの脱離との切り換え動作は、吸蔵材１９ａの温度に応じて自然に行われる。このため、吸蔵器１９の制御等が不要となる。これにより、簡単な構成によって、未改質のアンモニアガスがアンモニアエンジン２へ流れていくことが防止される。その結果、例えば排気通路４においてアンモニアガスの無害化処理を行うための装置等が不要となり、アンモニアエンジンシステム１の構成を簡素化することが可能となる。

また、本実施形態では、吸蔵材１９ａは、改質器１３をすり抜けたアンモニアガスとアンモニアガスの燃焼により生成された水分とを吸蔵する。このため、改質器１３によりアンモニアガスの改質が開始される前は、未改質のアンモニアガスだけでなく、アンモニアガスの燃焼により生成された水分も吸蔵材１９ａに吸蔵される。従って、アンモニアエンジンシステム１の起動時には、水分もアンモニアエンジン２へ流れていくことが防止される。その結果、例えば凝縮水による改質ガス流路１８及び排気通路４の閉塞や、アルカリ分を含んだアンモニア水による改質ガス流路１８及び排気通路４の腐食等を防止することが可能となる。

また、本実施形態では、アンモニアエンジン２の始動時に、未改質のアンモニアガスがアンモニアエンジン２をすり抜けて排出されることが防止される。また、アンモニアエンジン２では、アンモニアガスが水素と共に燃焼するため、アンモニアガスが燃焼しやすくなる。

また、本実施形態では、電気ヒータ１７により改質器１３を昇温させるため、改質器１３の温度がアンモニアガスの改質が開始される温度まで迅速に上昇する。このため、吸蔵器１９の吸蔵材１９ａへのアンモニアガスの吸蔵量が少なくなる。従って、吸蔵器１９の体格を小型化することができる。

なお、本実施形態では、改質器１３により生成された改質ガスが内燃機関であるアンモニアエンジン２に供給されているが、内燃機関としては、特にアンモニアエンジン２には限られず、アンモニアガスタービン等であってもよい。

図４は、本発明の第２実施形態に係る改質システムを具備した燃料電池システムを示す概略構成図である。図４において、燃料電池システム３０は、燃料電池３１と、本実施形態の改質システム３２とを備えている。

燃料電池３１は、改質システム３２により得られた改質ガスに含まれる水素を用いて発電を行う。具体的には、燃料電池３１は、改質ガスに含まれる水素と空気に含まれる酸素とを電気化学反応させて発電を行う。

改質システム３２は、上記のアンモニアタンク１１と、上記の気化器１２と、上記の改質器１３と、アンモニアガス流路３３と、アンモニア流量制御弁３４と、空気発生器３５と、空気流路３６と、空気流量制御弁３７と、上記の電気ヒータ１７と、改質ガス流路３８と、上記の吸蔵器１９と、アンモニア選択酸化触媒３９と、コントローラ４０とを備えている。

アンモニアガス流路３３は、気化器１２と改質器１３とを接続している。アンモニアガス流路３３は、改質器１３に供給されるアンモニアガスが流れる流路である。アンモニア流量制御弁３４は、アンモニアガス流路３３に配設されている。アンモニア流量制御弁３４は、アンモニアガス流路３３を流れるアンモニアガスの流量を制御する。

アンモニアタンク１１、気化器１２、アンモニアガス流路３３及びアンモニア流量制御弁３４は、改質器１３にアンモニアガスを供給するアンモニア供給部４１を構成している。

空気発生器３５は、改質器１３に供給される空気を発生させる。空気発生器３５としては、例えば送風機等が用いられる。空気流路３６は、空気発生器３５と改質器１３とを接続している。空気流路３６の一端は、例えばアンモニアガス流路３３におけるアンモニア流量制御弁３４と改質器１３との間の部分に分岐接続されている。空気流路３６は、改質器１３に供給される空気が流れる流路である。空気流量制御弁３７は、空気流路３６に配設されている。空気流量制御弁３７は、空気流路３６を流れる空気の流量を制御する。

空気発生器３５、空気流路３６及び空気流量制御弁３７は、改質器１３に空気を供給する空気供給部４２を構成している。

改質ガス流路３８は、改質器１３と燃料電池３１とを接続している。吸蔵器１９は、改質ガス流路３８に配設されている。アンモニア選択酸化触媒３９は、改質ガス流路３８における吸蔵器１９と燃料電池３１との間に配設されている。アンモニア選択酸化触媒３９は、改質器１３をすり抜けたアンモニアガス及び吸蔵器１９の吸蔵材１９ａから脱離したアンモニアガスを酸化させる触媒である。

空気発生器３５と燃料電池３１とは、空気流路４３を介して接続されている。空気流路４３の一端は、例えば空気流路３６における空気流量制御弁３７の下流側の部分に分岐接続されている。空気流路４３は、燃料電池３１に供給される空気が流れる流路である。空気流路４３には、空気流量制御弁４４が配設されている。空気流量制御弁４４は、空気流路４３を流れる空気の流量を制御する。

コントローラ４０は、アンモニア流量制御弁３４、空気流量制御弁３７，４４及び電気ヒータ１７を制御する。なお、コントローラ４０により実行される制御処理の詳細については省略する。

このような改質システム３２を具備した燃料電池システム３０において、起動スイッチ（図示せず）がＯＮされると、電気ヒータ１７が通電されて発熱する。そして、アンモニア流量制御弁３４が開弁することで、改質器１３にアンモニアガスが供給される。このとき、電気ヒータ１７の熱によってアンモニアガスが加熱され、暖められたアンモニアガスの熱によって改質器１３の燃焼触媒１３ａが昇温する。また、空気流量制御弁３７，４４が開弁することで、改質器１３及び燃料電池３１に空気が供給される。

燃焼触媒１３ａの温度が燃焼開始温度に達する前は、未改質のアンモニアガスが改質器１３をすり抜けて、吸蔵器１９の吸蔵材１９ａに吸蔵される。そして、燃焼触媒１３ａの温度が燃焼開始温度に達すると、燃焼触媒１３ａによりアンモニアガスが燃焼する。すると、未改質のアンモニアガスと燃焼ガスに含まれる水分とが吸蔵材１９ａに吸蔵される。

また、アンモニアガスの燃焼熱によって改質触媒１３ｂが昇温する。そして、改質触媒１３ｂの温度が改質開始温度に達すると、改質触媒１３ｂによりアンモニアガスの改質が開始され、水素を含有した改質ガスが生成される。

アンモニアガスの改質が開始された後、吸蔵材１９ａからアンモニアガス及び水分が脱離する。吸蔵材１９ａから脱離したアンモニアガスは、アンモニア選択酸化触媒３９により酸化処理されるため、燃料電池３１に流れ込むことはない。

改質器１３により生成された改質ガスは、燃料電池３１に流れ込む。そして、燃料電池３１において、改質ガスに含まれる水素と空気中の酸素とが電気化学反応することで、電力が発生する。

以上のような本実施形態においては、簡単な構成によって、燃料電池システム３０の起動時に未改質のアンモニアガスが改質器１３の下流側の燃料電池３１へ流れていくことを防止できる。

また、本実施形態では、吸蔵材１９ａから脱離したアンモニアガスがアンモニア選択酸化触媒３９により酸化するため、燃料電池３１にアンモニアガスが供給されることが防止される。従って、アンモニアガスによる燃料電池３１の劣化が防止される。

図５は、上記の改質器１３の変形例を備えた改質システムの一部を示す概略構成図である。図５において、改質システム５０は、熱交換型の改質器５１を備えている。

改質器５１は、アンモニアガスを燃焼させる燃焼触媒５２ａを有する燃焼部５２と、アンモニアガスを水素に分解する改質触媒５３ａを有する改質部５３とを有している。改質器５１は、燃焼部５２と改質部５３とが交互に積層された構造を有している。燃焼触媒５２ａは、上記の燃焼触媒１３ａと同じ触媒であり、改質触媒５３ａは、上記の改質触媒１３ｂと同じ触媒である。

燃焼部５２及び改質部５３には、改質器５１に供給されるアンモニアガスが流れるアンモニアガス流路５４が接続されている。燃焼部５２には、改質器５１に供給される空気が流れる空気流路５５が接続されている。また、燃焼部５２には、アンモニアの燃焼により生成された燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路５６が接続されている。改質部５３には、アンモニアの改質により生成された改質ガスが流れる改質ガス流路５７が接続されている。改質ガス流路５７には、上記の吸蔵器１９が配設されている。

このような改質システム５０では、改質部５３をすり抜けたアンモニアガスは吸蔵器１９の吸蔵材１９ａに吸蔵されるが、燃焼部５２においてアンモニアの燃焼により生成された水分は吸蔵材１９ａに吸蔵されることはない。従って、吸蔵器１９の体格を小型化することができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、アンモニアガス及び水分を吸蔵する吸蔵材１９ａを使用しているが、特にその形態には限られず、アンモニアガスのみを吸蔵する吸蔵材を使用してもよい。

また、上記実施形態では、改質器１３は、アンモニアガスを燃焼させる燃焼触媒１３ａと、この燃焼触媒１３ａよりも下流側に配置され、アンモニアを水素に分解する改質触媒１３ｂとを有しているが、改質器１３に使用される触媒としては、特にその形態には限られない。アンモニアの改質が開始される前は、吸蔵材にアンモニアが吸蔵され、アンモニアの改質が開始された後は、吸蔵材からアンモニアが脱離するのであれば、アンモニアを燃焼させる機能とアンモニアを水素に分解する機能とを有する燃焼改質触媒を使用してもよい。

また、上記実施形態では、電気ヒータ１７により加熱されたアンモニアガスの熱を利用して改質器１３を昇温させているが、特にその形態には限られず、改質器１３を電気ヒータ等により直接加熱することで、改質器１３を昇温させてもよい。また、改質器１３の起動後に改質器１３が昇温するのであれば、特に電気ヒータ等により改質器１３を昇温させなくてもよい。

２…アンモニアエンジン（内燃機関）、１０…改質システム、１３…改質器、１３ａ…燃焼触媒、１３ｂ…改質触媒、１８…改質ガス流路、１９…吸蔵器（吸蔵部）、１９ａ…吸蔵材、２２…空気供給部、２３…アンモニア供給部、３１…燃料電池、３２…改質システム、３８…改質ガス流路、３９…アンモニア選択酸化触媒（選択酸化触媒）、４１…アンモニア供給部、４２…空気供給部、５０…改質システム、５１…改質器、５２…燃焼部、５２ａ…燃焼触媒、５３…改質部、５３ａ…改質触媒、５７…改質ガス流路。

Claims (5)

1. アンモニアを燃焼させる機能と前記アンモニアを水素に分解する機能とを有し、前記アンモニアを改質して前記水素を含有した改質ガスを生成する改質器と、
   前記改質器に前記アンモニアを供給するアンモニア供給部と、
   前記改質器に空気を供給する空気供給部と、
   前記改質器により生成された前記改質ガスが流れる改質ガス流路と、
   前記改質ガス流路に配設され、前記改質器をすり抜けたアンモニアを吸蔵すると共に吸蔵されたアンモニアを脱離する吸蔵材を有する吸蔵部とを備え、
   前記吸蔵材へのアンモニアの吸蔵と前記吸蔵材からのアンモニアの脱離との切り換え動作が前記吸蔵材の温度に応じて自然に行われるように、前記改質器の昇温に伴って前記吸蔵材が昇温し、
   前記吸蔵材は、前記改質器により前記アンモニアの改質が開始される前は、前記アンモニアを吸蔵し、前記改質器が昇温することで前記改質器により前記アンモニアの改質が開始された後は、前記アンモニアを脱離させる改質システム。
2. 前記吸蔵材は、前記改質器をすり抜けた前記アンモニアと前記アンモニアの燃焼により生成された水分とを吸蔵する請求項１記載の改質システム。
3. 前記改質ガス流路には、前記アンモニアを前記改質ガスに含まれる前記水素と共に燃焼させる内燃機関が接続されている請求項１または２記載の改質システム。
4. 前記改質ガス流路には、前記改質ガスに含まれる前記水素を用いて発電を行う燃料電池が接続されており、
   前記改質ガス流路における前記吸蔵部と前記燃料電池との間には、前記アンモニアを酸化させる選択酸化触媒が配設されている請求項１または２記載の改質システム。
5. 前記改質器は、前記アンモニアを燃焼させる燃焼触媒を有する燃焼部と、前記アンモニアを水素に分解する改質触媒を有する改質部とを有し、
   前記改質ガス流路は、前記改質部に接続されている請求項１～４の何れか一項記載の改質システム。

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