(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023133771
(43)【公開日】2023-09-27
(54)【発明の名称】吸着装置及び燃料電池システム
(51)【国際特許分類】
B01D 53/04 20060101AFI20230920BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20230920BHJP
H01M 8/0662 20160101ALI20230920BHJP
C01B 3/56 20060101ALI20230920BHJP
【ＦＩ】
B01D53/04 110
H01M8/04 N
H01M8/0662
C01B3/56 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022038953
(22)【出願日】2022-03-14
(71)【出願人】
【識別番号】000116574
【氏名又は名称】愛三工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000394
【氏名又は名称】弁理士法人岡田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】日下 星野
【テーマコード（参考）】
4D012
4G140
5H127
【Ｆターム（参考）】
4D012BA02
4D012BA03
4D012CA20
4D012CB01
4D012CD04
4D012CD07
4D012CD10
4D012CE01
4D012CE02
4D012CF08
4D012CG01
4G140FA02
4G140FB06
4G140FC02
4G140FD01
4G140FD02
4G140FE02
5H127AC02
5H127BA01
5H127BA02
5H127BA12
5H127BA17
5H127EE12
(57)【要約】
【課題】吸着層の吸着量の低下を抑制する。
【解決手段】吸着装置１０は、筒状の容器１２と、容器１２内に同心状に配置されかつ混合ガス中の特定成分を吸着する吸着材２２が充填された筒状の吸着層２０と、を備える。混合ガスが容器１２の軸方向一端側から導入され、混合ガスから特定成分が除去された精製ガスが容器１２の軸方向他端側から導出される。吸着層２０には、吸着層２０を軸方向に複数の区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅに区分する複数の仕切板３０が設けられる。
【選択図】図２
【解決手段】吸着装置１０は、筒状の容器１２と、容器１２内に同心状に配置されかつ混合ガス中の特定成分を吸着する吸着材２２が充填された筒状の吸着層２０と、を備える。混合ガスが容器１２の軸方向一端側から導入され、混合ガスから特定成分が除去された精製ガスが容器１２の軸方向他端側から導出される。吸着層２０には、吸着層２０を軸方向に複数の区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅに区分する複数の仕切板３０が設けられる。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状の容器と、
前記容器内に同心状に配置されかつ混合ガス中の特定成分を吸着する吸着材が充填された筒状の吸着層と、
を備えており、
前記混合ガスが前記容器の軸方向一端側から導入され、前記混合ガスから前記特定成分が除去された精製ガスが前記容器の軸方向他端側から導出される、吸着装置であって、
前記吸着層には、該吸着層を軸方向に複数の区分吸着層に区分する１又は複数の仕切板が設けられている、吸着装置。
前記容器内に同心状に配置されかつ混合ガス中の特定成分を吸着する吸着材が充填された筒状の吸着層と、
を備えており、
前記混合ガスが前記容器の軸方向一端側から導入され、前記混合ガスから前記特定成分が除去された精製ガスが前記容器の軸方向他端側から導出される、吸着装置であって、
前記吸着層には、該吸着層を軸方向に複数の区分吸着層に区分する１又は複数の仕切板が設けられている、吸着装置。
【請求項2】
請求項１に記載の吸着装置であって、
前記吸着層の軸方向に隣り合う前記各区分吸着層において、前記容器の軸方向一端側に位置する一方の前記区分吸着層の圧損が、他方の前記区分吸着層の圧損よりも大きい、吸着装置。
前記吸着層の軸方向に隣り合う前記各区分吸着層において、前記容器の軸方向一端側に位置する一方の前記区分吸着層の圧損が、他方の前記区分吸着層の圧損よりも大きい、吸着装置。
【請求項3】
請求項２に記載の吸着装置であって、
前記一方の前記区分吸着層の軸方向寸法は、前記他方の前記区分吸着層の軸方向寸法よりも小さい、吸着装置。
前記一方の前記区分吸着層の軸方向寸法は、前記他方の前記区分吸着層の軸方向寸法よりも小さい、吸着装置。
【請求項4】
請求項２又は３に記載の吸着装置であって、
前記各区分吸着層の内周を包囲する通気性を有する内筒部、及び、該区分吸着層の外周を包囲する通気性を有する外筒部を有しており、
前記一方の前記区分吸着層における前記内筒部及び／又は前記外筒部の単位面積当たりの開口面積は、前記他方の前記区分吸着層における前記内筒部及び／又は前記外筒部の単位面積当たりの開口面積よりも小さい、吸着装置。
前記各区分吸着層の内周を包囲する通気性を有する内筒部、及び、該区分吸着層の外周を包囲する通気性を有する外筒部を有しており、
前記一方の前記区分吸着層における前記内筒部及び／又は前記外筒部の単位面積当たりの開口面積は、前記他方の前記区分吸着層における前記内筒部及び／又は前記外筒部の単位面積当たりの開口面積よりも小さい、吸着装置。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか１つに記載の吸着装置であって、
前記各区分吸着層をそれぞれ加熱する加熱装置を備えた、吸着装置。
前記各区分吸着層をそれぞれ加熱する加熱装置を備えた、吸着装置。
【請求項6】
請求項５に記載の吸着装置であって、
前記各区分吸着層の温度をそれぞれ検出する温度センサと、
前記各温度センサの検出情報に基づいて前記各加熱装置を通電制御する制御装置と、
を備えた、吸着装置。
前記各区分吸着層の温度をそれぞれ検出する温度センサと、
前記各温度センサの検出情報に基づいて前記各加熱装置を通電制御する制御装置と、
を備えた、吸着装置。
【請求項7】
請求項５又は６に記載の吸着装置であって、
前記容器と前記仕切板とは熱的に接続されている、吸着装置。
前記容器と前記仕切板とは熱的に接続されている、吸着装置。
【請求項8】
請求項１～７のいずれか１つに記載の吸着装置と、該吸着装置により得られた精製ガスとしての水素を燃料として発電する燃料電池と、を備えた、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示の技術は、吸着装置及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１に記載された吸着装置は、筒状の容器と、容器内に同心状に配置されかつ混合ガス中の特定成分を吸着する吸着材が充填された筒状の吸着層と、を備える。混合ガスが容器の軸方向一端側から導入され、混合ガスから特定成分が除去された精製ガスが容器の軸方向他端側から導出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平１－１６４４１７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の吸着装置によると、吸着層を軸方向に区分する仕切板が設けられていない。したがって、容器の軸方向一端側から導入された混合ガスが吸着層の外周側から内周側に向かって流れる際、斜め方向にショートカットして流れやすい。このため、容器の軸方向一端側の吸着層の内周部、及び、容器の軸方向他端側の外周部、に流れの淀みが生じる結果、吸着量が低下する。
【0005】
本明細書に開示の技術が解決しようとする課題は、吸着層の吸着量の低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、本明細書が開示する技術は次の手段をとる。
【0007】
第１の手段は、筒状の容器と、前記容器内に同心状に配置されかつ混合ガス中の特定成分を吸着する吸着材が充填された筒状の吸着層と、を備えており、前記混合ガスが前記容器の軸方向一端側から導入され、前記混合ガスから前記特定成分が除去された精製ガスが前記容器の軸方向他端側から導出される、吸着装置であって、前記吸着層には、該吸着層を軸方向に複数の区分吸着層に区分する１又は複数の仕切板が設けられている、吸着装置である。
【0008】
第１の手段によると、吸着層を複数の区分吸着層に区分する１又は複数の仕切板により、混合ガスの流れが整流されることで、吸着層全域に対する混合ガスの流れが均一化される。これにより、吸着層全域にわたって吸着材を有効利用することができる。よって、吸着層の吸着量の低下を抑制することができる。
【0009】
第２の手段は、第１の手段の吸着装置であって、前記吸着層の軸方向に隣り合う前記各区分吸着層において、前記容器の軸方向一端側に位置する一方の前記区分吸着層の圧損が、他方の前記区分吸着層の圧損よりも大きい、吸着装置である。
【0010】
第２の手段によると、吸着層の軸方向に隣り合う各区分吸着層において、一方の区分吸着層は混合ガスが流れにくく、他方の区分吸着層は混合ガスが流れやすい。これにより、各区分吸着層を流れる混合ガスの流れを均一化することができる。
【0011】
第３の手段は、第２の手段の吸着装置であって、前記一方の前記区分吸着層の軸方向寸法は、前記他方の前記区分吸着層の軸方向寸法よりも小さい、吸着装置である。
【0012】
第３の手段によると、吸着層の軸方向に隣り合う各区分吸着層において、一方の区分吸着層の軸方向寸法を、他方の区分吸着層の軸方向寸法よりも小さくすることで、一方の区分吸着層の圧損を他方の区分吸着層の圧損よりも大きくすることができる。
【0013】
第４の手段は、第２又は３の手段の吸着装置であって、前記各区分吸着層の内周を包囲する通気性を有する内筒部、及び、該区分吸着層の外周を包囲する通気性を有する外筒部を有しており、前記一方の前記区分吸着層における前記内筒部及び／又は前記外筒部の単位面積当たりの開口面積は、前記他方の前記区分吸着層における前記内筒部及び／又は前記外筒部の単位面積当たりの開口面積よりも小さい、吸着装置である。
【0014】
第４の手段によると、吸着層の軸方向に隣り合う各区分吸着層において、一方の区分吸着層における内筒部及び／又は外筒部の単位面積当たりの開口面積を、他方の区分吸着層における内筒部及び／又は外筒部の単位面積当たりの開口面積よりも小さくすることで、一方の区分吸着層の圧損を他方の区分吸着層の圧損よりも大きくすることができる。
【0015】
第５の手段は、第１～４のいずれか１つの手段の吸着装置であって、前記各区分吸着層をそれぞれ加熱する加熱装置を備えた、吸着装置である。
【0016】
第５の手段によると、脱離時において、各加熱装置により各区分吸着層を加熱することにより、脱離時の吸熱による各区分吸着層の温度低下を抑制し、特定成分の脱離を促進することができる。
【0017】
第６の手段は、第５の手段の吸着装置であって、前記各区分吸着層の温度をそれぞれ検出する温度センサと、前記各温度センサの検出情報に基づいて前記各加熱装置を通電制御する制御装置と、を備えた、吸着装置である。
【0018】
第６の手段によると、制御装置が各温度センサの検出情報に基づいて各加熱装置を通電制御する。これにより、各区分吸着層の温度を適正化し、無駄な加熱を抑制することができる。すなわち、脱離時の熱マネジメントを行うことにより、省エネを達成することができる。
【0019】
第７の手段は、第５又は６の手段の吸着装置であって、前記容器と前記仕切板とは熱的に接続されている、吸着装置である。
【0020】
第７の手段によると、仕切板の熱を容器を介して外部に放熱させることができる。これにより、脱離後の各区分吸着層の温度を吸着適正温度まで速やかに低下させ、次回の吸着工程を早く実施することが可能となる。よって、サイクルタイムの短縮化を図ることができる。
【0021】
第８の手段は、請求項１～７のいずれか１つに記載の吸着装置と、該吸着装置により得られた精製ガスとしての水素を燃料として発電する燃料電池と、を備えた、燃料電池システムである。
【0022】
第８の手段によると、吸着層の吸着量の低下を抑制することのできる吸着装置により得られた精製ガスとしての水素を燃料として燃料電池が発電する。
【発明の効果】
【0023】
本明細書に開示の技術によると、吸着層の吸着量の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】実施形態１にかかる燃料電池システムの概要を示す模式図である。
【図2】吸着装置を示す断面図である。
【図3】実施形態２にかかる吸着装置を示す断面図である。
【図4】実施形態３にかかる吸着装置を示す断面図である。
【図5】実施形態４にかかる仕切板の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本明細書に開示の技術を実施するための形態について図面を用いて説明する。
【0026】
［実施形態１］
本実施形態では、水素を燃料とする燃料電池システムに用いられるアンモニア吸着装置（以下、「吸着装置」という）について例示する。
本実施形態では、水素を燃料とする燃料電池システムに用いられるアンモニア吸着装置（以下、「吸着装置」という）について例示する。
【0027】
（燃料電池システムの概要）
図１は燃料電池システムの概要を示す模式図である。図１に示すように、燃料電池システム１００は、改質器１０２と吸着装置１０と燃料電池（ＦＣ：Fuel Cell）１０４とを備えている。
図１は燃料電池システムの概要を示す模式図である。図１に示すように、燃料電池システム１００は、改質器１０２と吸着装置１０と燃料電池（ＦＣ：Fuel Cell）１０４とを備えている。
【0028】
改質器１０２は、純アンモニア（ＮＨ3）を原燃料とし、アンモニアを熱分解反応によって水素と窒素とに改質する触媒を備える。改質器１０２により得られる改質ガスの成分は、主に水素、窒素であり、改質反応に寄与しなかったアンモニアも含まれる。改質ガスは、吸着装置１０に供給される。
【0029】
吸着装置１０は、改質器１０２から供給された改質ガスに含まれるアンモニアを吸着する。吸着装置１０によりアンモニアが除去された精製ガスが燃料電池１０４に供給される。精製ガスの成分は主に水素と窒素である。
【0030】
燃料電池１０４は、精製ガスの水素を燃料として発電する。吸着装置１０によりアンモニアが除去されることで、燃料電池１０４のスタックの劣化が抑制される。
【0031】
（吸着装置１０）
図２は吸着装置１０を示す断面図である。図２において、左方を吸着装置１０の前方とし、右方を吸着装置１０の後方として説明を行う。図２に示すように、吸着装置１０は、円筒状の容器１２と、容器１２内に同心状に設けられた円筒状の吸着層２０と、を備えている。容器１２は、容器本体１３と蓋板１４とを有する。容器本体１３は、円筒状の筒部１３ａの一端開口部（前端開口部）を円板状の端壁部１３ｂで閉鎖してなる。筒部１３ａの他端開口端（後端開口部）は、蓋板１４により閉鎖されている。容器１２の端壁部１３ｂ側（前側）が本明細書でいう「容器の軸方向一端側」に相当する。容器１２の蓋板１４側（後側）が本明細書でいう「容器の軸方向他端側」に相当する。
図２は吸着装置１０を示す断面図である。図２において、左方を吸着装置１０の前方とし、右方を吸着装置１０の後方として説明を行う。図２に示すように、吸着装置１０は、円筒状の容器１２と、容器１２内に同心状に設けられた円筒状の吸着層２０と、を備えている。容器１２は、容器本体１３と蓋板１４とを有する。容器本体１３は、円筒状の筒部１３ａの一端開口部（前端開口部）を円板状の端壁部１３ｂで閉鎖してなる。筒部１３ａの他端開口端（後端開口部）は、蓋板１４により閉鎖されている。容器１２の端壁部１３ｂ側（前側）が本明細書でいう「容器の軸方向一端側」に相当する。容器１２の蓋板１４側（後側）が本明細書でいう「容器の軸方向他端側」に相当する。
【0032】
容器本体１３の端壁部１３ｂの前面側の中央部には、容器１２内外を連通する円筒状の導入口１６が同心状に突出されている。蓋板１４の後面側の中央部には、容器１２内外を連通する円筒状の導出口１８が同心状に突出されている。容器本体１３及び蓋板１４は、吸着材２２の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する金属材料、例えばステンレス材により形成されている。
【0033】
容器１２内には、吸着層２０に対応する円筒状空間が形成されている。円筒状空間に吸着材２２が充填されている。吸着材２２により吸着層２０が形成されている。吸着材２２は、特定成分（例えば、アンモニア）を吸着・脱離可能である。また、吸着材２２は、例えば活性炭、ゼオライト等からなる粒状多孔質体である。吸着材２２を充填する円筒状空間は、容器１２内に設けられた内筒部２４、外筒部２６及び端板部２８により区画されている。
【0034】
内筒部２４は円筒状に形成されている。内筒部２４は、容器１２内に同心状に配置されている。内筒部２４の後端部（図２において右端部）は、導出口１８と連続的に接続されている。内筒部２４の内部空間と導出口１８の内部空間とにより一連の導出通路２５が形成されている。
【0035】
また、内筒部２４は、メッシュ状に形成されており、通気性を有する。なお、内筒部２４のメッシュの孔径、ピッチ、開孔率等は適宜設定することができる。また、メッシュの孔の大きさは、吸着材２２の大きさよりも大きくてもよい。この場合、吸着材２２のこぼれを防止するため、例えば、内筒部２４の外周面又は内周面を包囲するグラスウール等のフィルタ部材を設けるとよい。
【0036】
外筒部２６は、内筒部２４を所定の間隔を隔てて取り囲む円筒状に形成されている。外筒部２６は、容器本体１３の筒部１３ａに対して所定の間隔を隔てて配置されている。外筒部２６は、内筒部２４及び筒部１３ａと三重円筒状をなすように配置されている。外筒部２６は、蓋板１４と端板部２８との間に配置されている。
【0037】
また、外筒部２６は、軸方向（前後方向）に複数（例えば５個）の短筒部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅに分割されている。前端の短筒部２６ａは端板部２８に接続されている。後端の短筒部２６ｅは蓋板１４に接続されている。各短筒部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅの軸方向寸法Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ、Ｌｅは、前方から後方に向かって段階的に大きく（長く）なるように設定されている。
【0038】
各短筒部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅは、メッシュ状に形成されており、通気性を有する。なお、各短筒部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅのメッシュの孔径、ピッチ、開孔率等は適宜設定することができる。また、メッシュの孔の大きさは、吸着材２２の大きさよりも大きくてもよい。この場合、吸着材２２のこぼれを防止するため、例えば、各短筒部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅの外周面又は内周面を包囲するグラスウール等のフィルタ部材を設けるとよい。
【0039】
端板部２８は円板状に形成されている。端板部２８は、内筒部２４と外筒部２６との間の前端開口部を閉鎖するように配置されている。端板部２８は、蓋板１４と平行状に配置されている。内筒部２４及び外筒部２６の後端開口部は蓋板１４により閉鎖されている。
【0040】
端板部２８は、容器本体１３の端壁部１３ｂに対して軸方向（前後方向）に所定の間隔を隔てて対向状に配置されている。導入口１６の内部空間と、容器本体１３の端壁部１３ｂと端板部２８との間の空間と、容器本体１３の筒部１３ａと外筒部２６及び端板部２８との間の空間と、により一連の導入通路２９が形成されている。
【0041】
吸着層２０の内筒部２４、外筒部２６の各短筒部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、及び、端板部２８は、吸着材２２の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する金属材料、例えばステンレス材により形成されている。
【0042】
吸着層２０は、複数（例えば４枚）の円環板状の仕切板３０により複数（例えば５個）に仕切られている。すなわち、外筒部２６の隣り合う短筒部２６ａと短筒部２６ｂとの間、短筒部２６ｂと短筒部２６ｃとの間、短筒部２６ｃと短筒部２６ｄとの間、短筒部２６ｄと短筒部２６ｅとの間に仕切板３０が配置されている。各仕切板３０の内周側端部は内筒部２４に接続されている。各仕切板３０の外周側端部は各短筒部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅに接続されている。各仕切板３０は、相互に所定の間隔を隔てて平行状に配置されている。各仕切板３０は、吸着材２２の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する金属材料、例えばステンレス材により形成されている。
【0043】
各仕切板３０により、吸着層２０が軸方向（前後方向）に複数（例えば５個）の区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅに区分されている。なお、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅのうち、軸方向（前後方向）に隣り合う区分吸着層２０ａと区分吸着層２０ｂ、区分吸着層２０ｂと区分吸着層２０ｃ、区分吸着層２０ｃと区分吸着層２０ｄ、区分吸着層２０ｄと区分吸着層２０ｅにおいて、導入口１６に近い前側の区分吸着層が「一方の区分吸着層」に相当し、導入口１６から遠い後側の区分吸着層が「他方の区分吸着層」に相当する。
【0044】
外筒部２６の各短筒部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅの軸方向寸法Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ、Ｌｅは、前方から後方に向かって段階的に大きく（長く）なっている。このため、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの軸方向寸法は、前方から後方に向かって段階的に大きく（長く）なっている。
【0045】
これにより、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの圧損は、前方から後方に向かって段階的に小さくなっている。すなわち、吸着層２０の軸方向に隣り合う各区分吸着層２０ａ，２０ｂ、２０ｂ，２０ｃ、２０ｃ，２０ｄ、２０ｄ，２０ｅにおいて、一方（前側）の区分吸着層の圧損は他方（後側）の区分吸着層の圧損よりも大きい。
【0046】
各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの内周を包囲する内筒部２４の各部分（各区分吸着層に対応する各部分）の単位面積当たりの開口面積は、前方から後方に向かって段階的に大きくなるように設定されている。これにより、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの圧損は、前方から後方に向かって段階的に小さくなっている。すなわち、吸着層２０の軸方向に隣り合う各区分吸着層２０ａ，２０ｂ、２０ｂ，２０ｃ、２０ｃ，２０ｄ、２０ｄ，２０ｅにおいて、一方（前側）の区分吸着層の圧損は他方（後側）の区分吸着層の圧損よりも大きい。
【0047】
各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの外周を包囲する外筒部２６において、外筒部２６の各部分（各短筒部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ）の単位面積当たりの開口面積は、前方から後方に向かって段階的に大きくなるように設定されている。これにより、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの圧損は、前方から後方に向かって段階的に小さくなっている。すなわち、吸着層２０の軸方向に隣り合う各区分吸着層２０ａ，２０ｂ、２０ｂ，２０ｃ、２０ｃ，２０ｄ、２０ｄ，２０ｅにおいて、一方（前側）の区分吸着層の圧損は他方（後側）の区分吸着層の圧損よりも大きい。
【0048】
（吸着装置１０の作用）
〈吸着時〉
水素、窒素及びアンモニアを含む混合ガス（改質ガス）が導入通路２９に導入される。その混合ガスは、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを通過する。このとき、混合ガス中のアンモニアが各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの吸着材２２に吸着される。その後、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを通過することによりアンモニアが除去された精製ガスは、導出通路２５から燃料電池１０４（図１参照）へ供給される。吸着時のガスの流れが図２に矢印で示されている。
〈吸着時〉
水素、窒素及びアンモニアを含む混合ガス（改質ガス）が導入通路２９に導入される。その混合ガスは、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを通過する。このとき、混合ガス中のアンモニアが各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの吸着材２２に吸着される。その後、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを通過することによりアンモニアが除去された精製ガスは、導出通路２５から燃料電池１０４（図１参照）へ供給される。吸着時のガスの流れが図２に矢印で示されている。
【0049】
〈脱離時〉
脱離時のガスの流れは、吸着時のガスの流れとは逆方向となる。すなわち、窒素又は水素等の脱離用ガスが、導出通路２５に導入され、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを通過する。このとき、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの吸着材２２から特定成分（アンモニア）が脱離される。その後、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを通過することにより特定成分が回収された脱離用ガスは、導入通路２９から排出される。その排出ガスは、改質器１０２に供給されるかもしくは燃焼処理される。
脱離時のガスの流れは、吸着時のガスの流れとは逆方向となる。すなわち、窒素又は水素等の脱離用ガスが、導出通路２５に導入され、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを通過する。このとき、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの吸着材２２から特定成分（アンモニア）が脱離される。その後、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを通過することにより特定成分が回収された脱離用ガスは、導入通路２９から排出される。その排出ガスは、改質器１０２に供給されるかもしくは燃焼処理される。
【0050】
（実施形態１の利点）
本実施形態によると、吸着層２０を複数の区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅに区分する複数の仕切板３０により、混合ガスの流れが整流される。つまり、特許文献１に生じた混合ガスの流れのショートカットが抑制される。したがって、吸着層２０全域（全ての区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ）に対する混合ガスの流れが均一化される。これにより、全ての区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅにわたって吸着材２２を有効利用することができる。よって、吸着層２０の吸着量の低下を抑制することができる。
本実施形態によると、吸着層２０を複数の区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅに区分する複数の仕切板３０により、混合ガスの流れが整流される。つまり、特許文献１に生じた混合ガスの流れのショートカットが抑制される。したがって、吸着層２０全域（全ての区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ）に対する混合ガスの流れが均一化される。これにより、全ての区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅにわたって吸着材２２を有効利用することができる。よって、吸着層２０の吸着量の低下を抑制することができる。
【0051】
また、吸着層２０の軸方向に隣り合う各区分吸着層２０ａ，２０ｂ、２０ｂ，２０ｃ、２０ｃ，２０ｄ、２０ｄ，２０ｅにおいて、一方（前側）の区分吸着層の圧損が、他方（後側）の区分吸着層の圧損よりも大きい。したがって、一方（前側）の区分吸着層は混合ガスが流れにくく、他方（後側）の区分吸着層は混合ガスが流れやすい。これにより、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを流れる混合ガスの流れを均一化することができる。
【0052】
また、吸着層２０の軸方向に隣り合う各区分吸着層２０ａ，２０ｂ、２０ｂ，２０ｃ、２０ｃ，２０ｄ、２０ｄ，２０ｅにおいて、一方（前側）の区分吸着層の軸方向寸法を、他方（後側）の区分吸着層の軸方向寸法よりも小さくすることで、一方の区分吸着層の圧損を他方の区分吸着層の圧損よりも大きくすることができる。
【0053】
また、吸着層２０の軸方向に隣り合う各区分吸着層２０ａ，２０ｂ、２０ｂ，２０ｃ、２０ｃ，２０ｄ、２０ｄ，２０ｅにおいて、一方（前側）の区分吸着層における内筒部２４の各部分の単位面積当たりの開口面積を、他方（後側）の区分吸着層における内筒部２４の各部分の単位面積当たりの開口面積よりも小さくすることで、一方の区分吸着層の圧損を他方の区分吸着層の圧損よりも大きくすることができる。
【0054】
また、吸着層２０の軸方向に隣り合う各区分吸着層２０ａ，２０ｂ、２０ｂ，２０ｃ、２０ｃ，２０ｄ、２０ｄ，２０ｅにおいて、一方（前側）の区分吸着層における外筒部２６の各短筒部の単位面積当たりの開口面積を、他方（後側）の区分吸着層における外筒部２６の各短筒部の単位面積当たりの開口面積よりも小さくすることで、一方の区分吸着層の圧損を他方の区分吸着層の圧損よりも大きくすることができる。
【0055】
また、燃料電池システム１００は、吸着装置１０と、吸着装置１０により得られた精製ガスとしての水素を燃料として発電する燃料電池１０４と、を備える。したがって、吸着層２０の吸着量の低下を抑制することのできる吸着装置１０により得られた精製ガスとしての水素を燃料として燃料電池１０４が発電する。
【0056】
［実施形態２］
本実施形態は、実施形態１の吸着装置１０に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、実施形態１と同一部位については同一符号を付して重複する説明を省略する。図３は吸着装置１０を示す断面図である。
本実施形態は、実施形態１の吸着装置１０に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、実施形態１と同一部位については同一符号を付して重複する説明を省略する。図３は吸着装置１０を示す断面図である。
【0057】
図３に示すように、各仕切板３０の片面又は両面には、円環板状のヒータ４０が同心状に設けられている。例えば、最前部から４枚目までの仕切板３０には、前面にヒータ４０が配置されている。残り（最後部）の仕切板３０には、前後両面にヒータ４０が配置されている。各ヒータ４０は、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの吸着材２２によって覆われている。各ヒータ４０は、通電によって発熱し、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの吸着材２２を加熱する。各ヒータ４０は、制御装置（ＥＣＵ）４２によって通電制御される。ヒータ４０は、本明細書でいう「加熱装置」に相当する。ＥＣＵ４２は本明細書でいう「制御装置」に相当する。
【0058】
吸着装置１０には、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの温度をそれぞれ検出する温度センサ４４が設けられている。各温度センサ４４は、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの温度をそれぞれ検出し、その検出情報をＥＣＵ４２に入力する。ＥＣＵ４２は、各温度センサ４４の検出情報に基づいて各ヒータ４０を個別に通電制御する。
【0059】
本実施形態によると、脱離時において、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを各ヒータ４０によりそれぞれ加熱することにより、脱離時の吸熱による各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの温度低下を抑制し、特定成分の脱離を促進することができる。
【0060】
また、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの温度をそれぞれ検出する各温度センサ４４の検出情報に基づいて、ＥＣＵ４２が各ヒータ４０を通電制御する。これにより、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの温度を適正化し、無駄な加熱を抑制することができる。すなわち、脱離時の熱マネジメントを行うことにより、省エネを達成することができる。
【0061】
また、各仕切板３０の他、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの吸着材２２に接触する部材（内筒部２４、外筒部２６の各短筒部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、端板部２８及び蓋板１４）が吸着材２２の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するため、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの吸着材２２を効率良く加熱することができる。
【0062】
［実施形態３］
本実施形態は、実施形態２の吸着装置１０に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、実施形態２と同一部位については同一符号を付して重複する説明を省略する。図４は吸着装置１０を示す断面図である。図４に示すように、本実施形態では、各ヒータ４０（実施形態２と同一符号を付す）が各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ内の中央部に配置されている。また、各温度センサ４４（実施形態２と同一符号を付す）は、各仕切板３０の温度を検出するように配置されている。この場合、各温度センサ４４により各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの温度を各仕切板３０を介して検出することができる。なお、各温度センサ４４は、実施形態２（図３参照）と同様に配置してもよい。
本実施形態は、実施形態２の吸着装置１０に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、実施形態２と同一部位については同一符号を付して重複する説明を省略する。図４は吸着装置１０を示す断面図である。図４に示すように、本実施形態では、各ヒータ４０（実施形態２と同一符号を付す）が各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ内の中央部に配置されている。また、各温度センサ４４（実施形態２と同一符号を付す）は、各仕切板３０の温度を検出するように配置されている。この場合、各温度センサ４４により各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの温度を各仕切板３０を介して検出することができる。なお、各温度センサ４４は、実施形態２（図３参照）と同様に配置してもよい。
【0063】
［実施形態４］
本実施形態は、実施形態２の仕切板３０に変更を加えたものである。図５は仕切板３０の要部を示す断面図である。図５に示すように、仕切板３０には、外径を拡張する拡径部３２が形成されている。拡径部３２の外周端部は、容器本体１３の筒部１３ａに接続されている。これにより、容器１２と仕切板３０とが熱的に接続されている。仕切板３０の拡径部３２には、導入通路２９におけるガスの流通を可能とする多数の連通孔３２ａが形成されている。
本実施形態は、実施形態２の仕切板３０に変更を加えたものである。図５は仕切板３０の要部を示す断面図である。図５に示すように、仕切板３０には、外径を拡張する拡径部３２が形成されている。拡径部３２の外周端部は、容器本体１３の筒部１３ａに接続されている。これにより、容器１２と仕切板３０とが熱的に接続されている。仕切板３０の拡径部３２には、導入通路２９におけるガスの流通を可能とする多数の連通孔３２ａが形成されている。
【0064】
本実施形態によると、容器１２と仕切板３０とが熱的に接続されている。したがって、仕切板３０の熱を容器１２を介して外部に放熱することができる。これにより、脱離後の各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの温度を吸着適正温度まで速やかに低下させることができる。このため、次回の吸着工程を早期に実施することが可能となり、サイクルタイムを短縮することができる。なお、仕切板３０の拡径部３２は実施形態３（図４参照）の吸着装置１０に適用してもよい。
【0065】
また、容器１２、及び、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの吸着材２２に接触する部材（内筒部２４、外筒部２６の各短筒部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ）、端板部２８及び蓋板１４）が吸着材２２の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するため、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの吸着材２２の熱を効率良く外部に放熱することができる。
【0066】
［他の実施形態］
本明細書に開示の技術は、前記した実施形態に限定されるものではなく、その他各種の形態で実施可能である。例えば、吸着装置は、アンモニア吸着装置に限らず、一酸化炭素吸着装置、二酸化炭素吸着装置に適用してもよい。また、吸着装置１０は、温度スイング式吸着ガス分離法、圧力スイング式吸着ガス分離法又は圧力・温度スイング式吸着脱離法に適用してもよい。また、容器１２は、円筒状に限らず、角筒状でもよい。また、仕切板３０は１枚でもよい。
本明細書に開示の技術は、前記した実施形態に限定されるものではなく、その他各種の形態で実施可能である。例えば、吸着装置は、アンモニア吸着装置に限らず、一酸化炭素吸着装置、二酸化炭素吸着装置に適用してもよい。また、吸着装置１０は、温度スイング式吸着ガス分離法、圧力スイング式吸着ガス分離法又は圧力・温度スイング式吸着脱離法に適用してもよい。また、容器１２は、円筒状に限らず、角筒状でもよい。また、仕切板３０は１枚でもよい。
【0067】
また、内筒部２４は、軸方向に複数に分割したもので形成してもよい。また、外筒部２６は、一部材で形成してもよい。また、各区分吸着層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの圧損は、各区分吸着層の軸方向寸法、各区分吸着層における内筒部２４の各部分の単位面積当たりの開口面積、各区分吸着層における外筒部２６の各部分（各短筒部）の単位面積当たりの開口面積のうち、少なくとも１つにより変更してもよい。また、ヒータ４０の形状、個数、配置形態は任意である。
【0068】
また、導入口１６と導出口１８とを逆配置としてもよい。この場合、吸着層２０の端板部２８以外の部材（吸着材２２、内筒部２４、外筒部２６）の配置を軸方向に逆向きに配置すればよい。また、仕切板３０の拡径部３２は、容器１２と仕切板３０とを熱的に接続するものであれば仕切板３０と別体で形成してもよい。
【符号の説明】
【0069】
１０ 吸着装置
１２ 容器
２０ 吸着層
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ 区分吸着層
２２ 吸着材
２４ 内筒部
２６ 外筒部
３０ 仕切板
４０ ヒータ（加熱装置）
４２ ＥＣＵ（制御装置）
４４ 温度センサ
１００ 燃料電池システム
１０４ 燃料電池
１２ 容器
２０ 吸着層
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ 区分吸着層
２２ 吸着材
２４ 内筒部
２６ 外筒部
３０ 仕切板
４０ ヒータ（加熱装置）
４２ ＥＣＵ（制御装置）
４４ 温度センサ
１００ 燃料電池システム
１０４ 燃料電池
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】