特許 7528010 炭素化合物製造システムおよび炭素化合物制御システムの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-26

(45)【発行日】2024-08-05

(54)【発明の名称】炭素化合物製造システムおよび炭素化合物制御システムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   C25B 15/08 20060101AFI20240729BHJP

   C25B 15/023 20210101ALI20240729BHJP

   C25B 3/03 20210101ALI20240729BHJP

   C25B 3/26 20210101ALI20240729BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20240729BHJP

【ＦＩ】

C25B15/08 302

C25B15/023

C25B3/03

C25B3/26

C25B9/00 G

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2021044803

(22)【出願日】2021-03-18

(65)【公開番号】P2022143980

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2023-02-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】水口 浩司

(72)【発明者】

【氏名】御子柴 智

(72)【発明者】

【氏名】北川 良太

(72)【発明者】

【氏名】村松 武彦

【審査官】祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－１３７７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１４４１３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０２０－５００２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６３５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－００２６９６７（ＫＲ，Ａ）

【文献】特表２０２１－５１２２２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ １５／０８

Ｃ２５Ｂ １５／０２３

Ｃ２５Ｂ ３／０３

Ｃ２５Ｂ ３／２６

Ｃ２５Ｂ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二酸化炭素を含む供給ガスから前記二酸化炭素を分離する回収ユニットと、
前記回収ユニットから供給される前記二酸化炭素を中間化合物に変換する変換ユニットと、
前記変換ユニットから供給される前記中間化合物を用いて炭素化合物を合成する合成ユニットと、
前記供給ガスを排出する排出ユニットと、
前記回収ユニットと前記排出ユニットとを接続し、前記排出ユニットから前記回収ユニットに前記供給ガスを供給するための第１の流路と、
前記回収ユニットと前記変換ユニットとを接続する第２の流路と、
前記変換ユニットと前記合成ユニットとを接続する第３の流路と、
前記第１の流路に流れる前記供給ガスの流量を測定して第１のデータ信号を生成する第１の検出器と、
前記第２の流路に流れる前記二酸化炭素の流量を測定して第２のデータ信号を生成する第２の検出器と、
前記変換ユニットに供給される電圧または電流の値を測定して第３のデータ信号を生成する第３の検出器と、
前記第１ないし第３のデータ信号の測定データと、前記測定データに対応する計画データと、を照合し、照合結果に従い、前記回収ユニットの運転条件を調整するための第１の制御信号、前記変換ユニットの運転条件を調整するための第２の制御信号、および前記合成ユニットの運転条件を調整するための第３の制御信号を生成する統合コントローラと、
を具備する、炭素化合物製造システム。

【請求項2】

前記二酸化炭素を前記中間化合物に変換するための第１の原料を前記変換ユニットに供給する第１の原料供給ユニット、および前記炭素化合物を合成するための第２の原料を前記第２の流路に供給する第２の原料供給ユニットからなる群より選ばれる少なくとも一つの原料供給ユニットをさらに具備する、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第２の原料供給ユニットをさらに具備し、
前記第２の原料は、一酸化炭素および水素からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記中間化合物は、前記二酸化炭素の電解反応または前記二酸化炭素の逆シフト反応により生成される、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項5】

前記変換ユニットは、二酸化炭素を含む第１の排出ガスを排出し、前記第１の排出ガスを前記回収ユニット、前記変換ユニット、および前記合成ユニットからなる群より選ばれる少なくとも一つのユニットに供給する、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項6】

前記合成ユニットは、一酸化炭素または二酸化炭素を含む第２の排出ガスを排出し、前記第２の排出ガスを前記回収ユニット、前記変換ユニット、および前記合成ユニットからなる群より選ばれる少なくとも一つのユニットに供給する、請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項7】

前記回収ユニットは、前記第１の制御信号に基づいて前記回収ユニットの運転条件を調整する第１の制御部を有し、
前記変換ユニットは、前記第２の制御信号に基づいて前記変換ユニットの運転条件を調整する第２の制御部を有し、
前記合成ユニットは、前記第３の制御信号に基づいて前記合成ユニットの運転条件を調整する第３の制御部を有する、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項8】

前記統合コントローラは、
前記データ信号を受信する受信部と、
前記測定データと、前記測定データに対応する計画データと、を照合し、前記測定データの値が前記計画データの値の要求基準範囲外であるとき、演算処理を実施して前記第１ないし第３の制御信号を生成する演算部と、
前記第１ないし第３の制御信号を送信する送信部と、
を含む、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項9】

前記第１ないし第３の流路からなる群より選ばれる少なくとも一つの流路は、バッファータンクに接続されていない、請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項10】

炭素化合物製造システムの制御方法であって、
前記システムは、
二酸化炭素を含む供給ガスから前記二酸化炭素を分離する回収ユニットと、
前記回収ユニットから供給される前記二酸化炭素を中間化合物に変換する変換ユニットと、
前記変換ユニットから供給される前記中間化合物を用いて炭素化合物を合成する合成ユニットと、
前記供給ガスを排出する排出ユニットと、
前記回収ユニットと前記排出ユニットとを接続し、前記排出ユニットから前記回収ユニットに前記供給ガスを供給するための第１の流路と、
前記回収ユニットと前記変換ユニットとを接続する第２の流路と、
前記変換ユニットと前記合成ユニットとを接続する第３の流路と、
前記第１の流路に流れる前記供給ガスの流量を測定して第１のデータ信号を生成する第１の検出器と、
前記第２の流路に流れる前記二酸化炭素の流量を測定して第２のデータ信号を生成する第２の検出器と、
前記変換ユニットに供給される電圧または電流の値を測定して第３のデータ信号を生成する第３の検出器と、
統合コントローラと、
を備え、
前記方法は、
前記第１ないし第３のデータ信号を生成し、前記第１ないし第３のデータ信号を前記統合コントローラに送信するステップと、
前記統合コントローラにより、前記第１ないし第３のデータ信号の測定データと、前記測定データに対応する計画データと、を照合し、前記測定データの値が前記計画データの値の要求基準範囲外であるとき、演算処理を実施することにより、前記回収ユニットの運転条件を調整するための第１の制御信号、前記変換ユニットの運転条件を調整するための第２の制御信号、および前記合成ユニットの運転条件を調整するための第３の制御信号を生成するステップと、
を具備する、炭素化合物製造システムの制御方法。

【請求項11】

前記システムは、
前記二酸化炭素を前記中間化合物に変換するための第１の原料を前記変換ユニットに供給する第１の原料供給ユニット、および前記炭素化合物を合成するための第２の原料を前記第２の流路に供給する第２の原料供給ユニットからなる群より選ばれる少なくとも一つの原料供給ユニットをさらに具備し、
前記統合コントローラは、前記照合による結果に従い、前記第１の制御信号、前記第２の制御信号、前記第３の制御信号、前記第１の原料供給ユニットの運転条件を調整するための第４の制御信号、および前記第２の原料供給ユニットの運転条件を調整するための第５の制御信号を生成する、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第３のデータ信号の前記測定データの値が前記計画データの値の要求基準範囲よりも大きいとき、
前記回収ユニットの運転条件は、前記第１の制御信号に従って前記回収ユニットにより回収される二酸化炭素の量を増加させるように調整され、
前記変換ユニットの運転条件は、前記第２の制御信号に従って前記変換ユニットにより変換される二酸化炭素の変換量を増加させるように調整され、
前記第２の原料供給ユニットの運転条件は、前記第５の制御信号に従って前記第２の流路に供給される前記第２の原料の流量を減少させるように調整される、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記第３のデータ信号の前記測定データの値が前記計画データの値の要求基準範囲よりも小さいとき、
前記回収ユニットの運転条件は、前記第１の制御信号に従って前記回収ユニットにより回収される二酸化炭素の量を減少させるように調整され、
前記変換ユニットの運転条件は、前記第２の制御信号に従って前記変換ユニットにより変換される二酸化炭素の変換量を減少させるように調整され、
前記第２の原料供給ユニットの運転条件は、前記第５の制御信号に従って前記第２の流路に供給される前記第２の原料の流量を増加させるように調整される、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記第１のデータ信号の前記測定データの値が前記計画データの値の要求基準範囲よりも大きいとき、
前記回収ユニットの運転条件は、前記第１の制御信号に従って前記回収ユニットにより回収される二酸化炭素の量を増加させるように調整され、
前記変換ユニットの運転条件は、前記第２の制御信号に従って前記変換ユニットに供給される電圧または電流の値を上昇させるように調整され、
前記第２の原料供給ユニットの運転条件は、前記第５の制御信号に従って前記第２の流路に供給される前記第２の原料の流量を減少させるように調整される、請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

前記第１のデータ信号の前記測定データの値が前記計画データの値の要求基準範囲よりも小さいとき、
前記回収ユニットの運転条件は、前記第１の制御信号に従って前記回収ユニットにより回収される二酸化炭素の量を減少させるように調整され、
前記変換ユニットの運転条件は、前記第２の制御信号に従って前記変換ユニットに供給される電圧または電流の値を下降させるように調整され、
前記第２の原料供給ユニットの運転条件は、前記第５の制御信号に従って前記第２の流路に供給される前記第２の原料の流量を増加させるように調整される、請求項１１に記載の方法。

【請求項16】

前記第１のデータ信号の前記測定データの値が前記計画データの値の要求基準範囲よりも大きいとき、
前記回収ユニットの運転条件は、前記第１の制御信号に従って前記回収ユニットにより回収される二酸化炭素の量を増加させるように調整され、
前記変換ユニットの運転条件は、前記第２の制御信号に従って前記変換ユニットに供給される電圧または電流の値を増加させるように調整され、
前記第２の原料供給ユニットの運転条件は、前記第５の制御信号に従って前記第２の流路に供給される前記第２の原料の流量を増加させるように調整され、
前記合成ユニットの運転条件は、前記第３の制御信号に従って前記炭素化合物を合成するときの反応温度を上昇させるように調整される、請求項１１に記載の方法。

【請求項17】

前記第１のデータ信号の前記測定データの値が前記計画データの値の要求基準範囲よりも小さいとき、
前記回収ユニットの運転条件は、前記第１の制御信号に従って前記回収ユニットにより回収される二酸化炭素の量を減少させるように調整され、
前記変換ユニットの運転条件は、前記第２の制御信号に従って前記変換ユニットに供給される電圧または電流の値を下降させるように調整され、
前記第２の原料供給ユニットの運転条件は、前記第５の制御信号に従って前記第２の流路に供給される前記第２の原料の流量を増加させるように調整され、
前記合成ユニットの運転条件は、前記第３の制御信号に従って前記炭素化合物を合成するときの反応温度を下降させるように調整される、請求項１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、炭素化合物製造システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、エネルギー問題や環境問題の観点から、植物の光合成を模倣して人工的に太陽光等の再生可能エネルギーを用いて二酸化炭素を電気化学的に還元して、貯蔵可能な化学エネルギー源を作り出す人工光合成技術の開発が進められている。人工光合成技術を実現する炭素化合物製造システムは、水（Ｈ_２Ｏ）を酸化して酸素（Ｏ_２）を生成するアノードと、二酸化炭素（ＣＯ_２）を還元して炭素化合物を生成するカソードを有する電気化学反応装置を備えている。電気化学反応装置のアノードおよびカソードは、太陽光発電、水力発電、風力発電、地熱発電等の再生可能エネルギーに由来する電源に接続される。

【0003】

アノードは、例えば金属基材の表面に水を酸化する酸化触媒を設けた構造を有する。カソードは、例えばカーボン基材の表面に二酸化炭素を還元する還元触媒を設けた構造を有する。カソードは、再生可能エネルギーに由来する電源から二酸化炭素の還元電位を得ることによって、二酸化炭素を還元して一酸化炭素（ＣＯ）、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）、メタン（ＣＨ_４）、エタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、エチレングリコール（Ｃ_２Ｈ_６Ｏ_２）等の炭素化合物を生成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２０１７－５００２５８号公報

【文献】特表２０１９－５００２５８号公報

【文献】特開２０１８－１８４６５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、低コストで製造可能な炭素化合物製造システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の炭素化合物製造システムは、二酸化炭素を含む供給ガスから二酸化炭素を分離する回収ユニットと、回収ユニットから供給される二酸化炭素を中間化合物に変換する変換ユニットと、変換ユニットから供給される中間化合物を用いて炭素化合物を合成する合成ユニットと、供給ガスを排出する排出ユニットと、回収ユニットと前記排出ユニットとを接続し、排出ユニットから回収ユニットに供給ガスを供給するための第１の流路と、回収ユニットと変換ユニットとを接続する第２の流路と、変換ユニットと合成ユニットとを接続する第３の流路と、第１の流路に流れる供給ガスの流量を測定して第１のデータ信号を生成する第１の検出器と、第２の流路に流れる二酸化炭素の流量を測定して第２のデータ信号を生成する第２の検出器と、変換ユニットに供給される電圧または電流の値を測定して第３のデータ信号を生成する第３の検出器と、第１ないし第３のデータ信号の測定データと、測定データに対応する計画データと、を照合し、照合結果に従い、回収ユニットの運転条件を調整するための第１の制御信号、変換ユニットの運転条件を調整するための第２の制御信号、および合成ユニットの運転条件を調整するための第３の制御信号を生成する統合コントローラと、を具備する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】炭素化合物製造システムの構成例を示す模式図である。

【図2】変換ユニットＵ３の構成例を説明するための模式図である。

【図3】炭素化合物製造システムの制御方法例を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。以下に示す各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。

【0009】

なお、本明細書において、「接続する」とは、特に指定する場合を除き、直接的に接続することだけでなく、間接的に接続することも含む。

【0010】

図１は、化学反応システムの一つである、炭素化合物製造システムの構成例を示す模式図である。図１に示す炭素化合物製造システムは、排出ユニットＵ０と、回収ユニットＵ１と、原料供給ユニットＵ２と、変換ユニットＵ３と、原料供給ユニットＵ４と、合成ユニットＵ５と、統合コントローラＣＸと、を具備する。なお、排出ユニットＵ０は、炭素化合物製造システムの外部に設けられてもよい。

【0011】

図１に示すユニットＵ０、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５は、それぞれ、制御部Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５を有する。制御部の数は、図１に示す数に限定されず、上記ユニットＵ０、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５の少なくとも一つが制御部を備えていればよい。

【0012】

図１に示す炭素化合物製造システムは、複数のユニットのいずれかに接続された流路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７を具備する。流路Ｐ１は、排出ユニットＵ０と回収ユニットＵ１とを接続する。流路Ｐ２は、回収ユニットＵ１と変換ユニットＵ３とを接続する。流路Ｐ３は、原料供給ユニットＵ２と変換ユニットＵ３とを接続する。流路Ｐ４は、変換ユニットＵ３と合成ユニットＵ５とを接続する。流路Ｐ５は、変換ユニットＵ３に接続される。流路Ｐ６は、合成ユニットＵ５に接続される。流路Ｐ７は、合成ユニットＵ５に接続される。各流路は、例えば配管である。流路の数は、図１に示す数に限定されない。

【0013】

図１に示す炭素化合物製造システムは、検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８を具備する。検出器Ｄ１は、流路Ｐ１に設けられる。検出器Ｄ２は、流路Ｐ２に設けられる。検出器Ｄ３は、流路Ｐ３に設けられる。検出器Ｄ４は、変換ユニットＵ３に設けられる。検出器Ｄ５は、流路Ｐ４の変換ユニットＵ３近傍に設けられる。検出器Ｄ７は、流路Ｐ４の合成ユニットＵ５近傍に設けられる。検出器Ｄ８は、流路Ｐ６に設けられる。検出器Ｄ９は、流路Ｐ７に設けられる。検出器の数は、図１に示す数に限定されず、炭素化合物製造システムは、上記検出器Ｄ１ないしＤ９の少なくとも一つを具備していればよい。図１において、実線の矢印は、各検出器から統合コントローラＣＸへの信号を表す。

【0014】

［排出ユニットＵ０］
排出ユニットＵ０は、二酸化炭素を含む供給ガスを回収ユニットＵ１に供給する。排出ユニットＵ０から回収ユニットＵ１に供給される供給ガスは、特に限定されないが、例えば、火力発電所、バイオマス発電所等の発電設備からの排ガスや、鉄鋼工場、セメント工場、化学プラント工場、清掃工場等の産業施設からの排気ガスでもよい。また、排気ガスに限らず、大気中の空気を上記供給ガスとすることもできる。

【0015】

排出ユニットＵ０が制御部Ｃ０を備える場合、制御部Ｃ０は、統合コントローラＣＸからの制御信号ＣＳ０を受信し、制御信号ＣＳ０に応じて例えば排出ユニットＵ０の運転条件を制御する。制御信号ＣＳ０の制御対象の例は、排出ユニットＵ０から回収ユニットＵ１に供給する供給ガスの単位時間あたりの流量が挙げられる。

【0016】

［回収ユニットＵ１］
回収ユニットＵ１は、流路Ｐ１を介して供給される供給ガスから二酸化炭素（ＣＯ_２）を分離回収することにより、濃縮された高純度ＣＯ_２ガスを生成する。高純度ＣＯ_２ガスは、流路Ｐ２を介して後段の変換ユニットＵ３に導入される。

【0017】

回収ユニットＵ１は、例えば二酸化炭素化学吸収装置、二酸化炭素物理吸着分離装置、二酸化炭素膜分離装置等の装置を有する。

【0018】

二酸化炭素化学吸収装置の例としては、アミン溶液を吸収液として使用し、排出ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させた後、加熱することで二酸化炭素を吸収液から分離・回収する装置が挙げられる。アミン溶液に代えて、化学吸収剤であるアミンを多孔質支持体に担持させた固体吸収剤を用いて二酸化炭素を吸収してもよい。

【0019】

二酸化炭素物理吸着分離装置の例としては、ゼオライトやモレキュラーシーブ等の吸着材に二酸化炭素または酸素を吸着し、圧力や温度などを変化させることで主成分または不純物成分を分離する装置が挙げられる。

【0020】

二酸化炭素膜分離装置の例としては、活性炭やモレキュラーシーブ等を含む分離膜、分子ゲート膜のような高分子膜等を用いて、二酸化炭素を選択的に分離して回収する装置が挙げられる。

【0021】

高純度ＣＯ_２ガスのＣＯ_２純度は、供給ガスのＣＯ_２純度よりも高ければ特に限定されないが、好ましくは５０％より大きく１００％以下、さらに好ましくは９０％以上１００％以下である。高純度ＣＯ_２ガスのＣＯ_２純度が高いほど、後段のユニット群のエネルギー効率の向上や装置サイズの縮小を図ることができる。

【0022】

回収ユニットＵ１が制御部Ｃ１を備える場合、制御部Ｃ１は、統合コントローラＣＸからの制御信号ＣＳ１を受信し、制御信号ＣＳ１に応じて回収ユニットＵ１の運転条件を制御することで高純度ＣＯ_２ガスの流量を調整する。制御部Ｃ１による制御対象例としては、供給ガスの単位時間あたりの流量、高純度ＣＯ_２ガスの流量、回収ユニットＵ１に投入する電力量、回収ユニットＵ１に投入する熱量、吸収液の温度、吸着材の温度、ＣＯ_２ガスの吸収、脱離工程における圧力条件等が挙げられる。制御部Ｃ１の例としては、マスフローコントローラ、電源や温調ヒーター、ポンプやコンプレッサー、可変絞り弁等が挙げられる。

【0023】

［原料供給ユニットＵ２］
原料供給ユニットＵ２は、変換ユニットＵ３に第１の原料を供給する。第１の原料は、例えばタンクに収容される。

【0024】

第１の原料の例としては、水、水蒸気、水素等が挙げられる。また、第１の原料として、電解質を含む水溶液を用いてもよい。電解質を含む水溶液は、例えばリン酸イオン（ＰＯ_４ ^２－）、ホウ酸イオン（ＢＯ_３ ^３－）、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）、カリウムイオン（Ｋ^＋）、カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）、リチウムイオン（Ｌｉ^＋）、セシウムイオン（Ｃｓ^＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ^２＋）、塩化物イオン（Ｃｌ^－）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３ ^－）、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２－）、水酸化物イオン（ＯＨ^－）等を含む水溶液を含む。

【0025】

原料供給ユニットＵ２が制御部Ｃ２を備える場合、制御部Ｃ２は、統合コントローラＣＸからの制御信号ＣＳ２を受信し、例えば変換ユニットＵ３に供給する第１の原料の流量を制御する。制御部Ｃ２の制御対象例としては、マスフローコントローラや、可変絞り弁等が挙げられる。

【0026】

［変換ユニットＵ３］
変換ユニットＵ３は、回収ユニットＵ１から供給される高純度ＣＯ_２ガスおよび原料供給ユニットＵ２から中間化合物を生成する。これにより、二酸化炭素を中間化合物に電気化学的または熱化学的に変換する。中間化合物は、例えば炭素化合物である。

【0027】

二酸化炭素を中間化合物に電気化学的に変換する場合、変換ユニットＵ３は、電気化学反応セル（電解セル）を有し、電解セル内のアノードおよびカソードに電力を投入し、電解反応により二酸化炭素を中間化合物に変換する。電解セルの方式としては、固体高分子型電解セルや固体酸化物型電解セルを用いることができる。

【0028】

図２は、変換ユニットＵ３の構成例を説明するための模式図である。図１は、電解セル１０を具備する変換ユニットＵ３を示す。なお、変換ユニットＵ３の構成は、図２に示す構成に限定されない。

【0029】

電解セル１０は、アノード部１１と、カソード部１２と、アノード部１１とカソード部１２とを分離するセパレータ１３と、を含む。電解セル１０は、例えば、一対の支持板で挟み込まれ、さらにボルト等で締め付けられる。

【0030】

アノード部１１は、アノード１１１と、流路板１１２に設けられたアノード流路１１２ａと、アノード集電体１１３と、を含む。

【0031】

カソード部１２は、カソード１２１と、流路板１２２に設けられたカソード流路１２２ａと、カソード集電体１２３と、を含む。

【0032】

アノード１１１は、アノード溶液中の水（Ｈ_２Ｏ）の酸化反応を促し、酸素（Ｏ_２）や水素イオン（Ｈ^＋）を生成する、またはカソード部１２で生じた水酸化物イオン（ＯＨ^－）の酸化反応を促し、酸素や水を生成する電極（酸化電極）である。

【0033】

アノード１１１は、セパレータ１３と流路板１１２との間に、これらと接するように配置されている。アノード１１１の第１の表面は、セパレータ１３と接する。アノード１１１の第２の表面は、アノード１１１の第１の表面の反対側に設けられ、アノード流路１１２ａに面する。

【0034】

アノード１１１の酸化反応により生成される化合物は、酸化触媒の種類等によって異なる。アノード溶液に電解液を用いる場合、アノード１１１は水（Ｈ_２Ｏ）を酸化して酸素や水素イオンを生成する、もしくは水酸化物イオン（ＯＨ^－）を酸化して水や酸素を生成することが可能で、そのような反応の過電圧を減少させることが可能な触媒材料（アノード触媒材料）で主として構成されることが好ましい。そのような触媒材料としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属、それらの金属を含む合金や金属間化合物、酸化マンガン（Ｍｎ－Ｏ）、酸化イリジウム（Ｉｒ－Ｏ）、酸化ニッケル（Ｎｉ－Ｏ）、酸化コバルト（Ｃｏ－Ｏ）、酸化鉄（Ｆｅ－Ｏ）、酸化スズ（Ｓｎ－Ｏ）、酸化インジウム（Ｉｎ－Ｏ）、酸化ルテニウム（Ｒｕ－Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ－Ｏ）、酸化ランタン（Ｌａ－Ｏ）等の二元系金属酸化物、Ｎｉ－Ｃｏ－Ｏ、Ｎｉ－Ｆｅ－Ｏ、Ｌａ－Ｃｏ－Ｏ、Ｎｉ－Ｌａ－Ｏ、Ｓｒ－Ｆｅ－Ｏ等の三元系金属酸化物、Ｐｂ－Ｒｕ－Ｉｒ－Ｏ、Ｌａ－Ｓｒ－Ｃｏ－Ｏ等の四元系金属酸化物、Ｒｕ錯体やＦｅ錯体等の金属錯体が挙げられる。

【0035】

アノード１１１は、セパレータ１３とアノード流路１１２ａとの間でアノード溶液やイオンを移動させることが可能な構造、例えばメッシュ材、パンチング材、または多孔体等の多孔質構造を有する基材（担体）を備えていることが好ましい。多孔体構造を有する基材としては、金属繊維焼結体のような、比較的空隙の大きいものも包含する。基材は、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）等の金属やこれら金属を少なくとも１つ含む合金（例えばＳＵＳ）等の金属材料で構成してもよいし、上述したアノード触媒材料で構成してもよい。アノード触媒材料として酸化物を用いる場合には、上記した金属材料からなる基材の表面にアノード触媒材料を付着もしくは積層して触媒層を形成することが好ましい。アノード触媒材料は、酸化反応を高める上でナノ粒子、ナノ構造体、ナノワイヤ等の形状を有することが好ましい。ナノ構造体とは、触媒材料の表面にナノスケールの凹凸を形成した構造体である。また、必ずしも酸化電極に酸化触媒を設けなくてもよい。酸化電極以外に設けられた酸化触媒層を酸化電極に電気的に接続してもよい。

【0036】

カソード１２１は、二酸化炭素（ＣＯ_２）の還元反応を促し、一酸化炭素等の中間化合物を生成する電極（還元電極）である。

【0037】

カソード１２１は、電極基材、および炭素材料に担持された金属触媒に加えて、イオン伝導性物質から構成されることが好ましい。イオン伝導性物質は、層中に含まれる金属触媒の間のイオンを授受する作用を奏するため、電極活性の向上に効果を示す。

【0038】

上記イオン伝導性物質としてはカチオン交換樹脂またはアニオン交換樹脂が好ましく用いられる。これらは、イオン性修飾基を有するポリマーであり、例えばペルフルオロスルホン酸基を有するカチオン性ポリマーが知られている。より具体的には、デュポン社製のナフィオン（登録商標）、ＡＧＣ株式会社製のフレミオン（登録商標）などのカチオン交換樹脂、三菱ケミカル株式会社製のダイヤイオン（登録商標）、ダイオキサイドマテリアルズ社製のサステニオン（登録商標）等のアニオン交換樹脂が用いられる。

【0039】

金属触媒の担体は、多孔質構造を有していると好ましい。適用可能な材料としては、上記材料に加え、例えばケッチェンブラックやバルカンＸＣ－７２等のカーボンブラック、活性炭、カーボンナノチューブ等が挙げられる。多孔質構造を有することにより、酸化還元反応に寄与する活性面の面積を大きくすることができるため、変換効率を高めることができる。

【0040】

担体だけでなく、基材上に形成された触媒層そのものも多孔質構造を有し、比較的大きな空孔を多数有していると好ましい。具体的には、水銀圧入法で測定した触媒層の細孔径分布において、直径５μｍ以上２００μｍ以下の範囲において空孔の分布頻度が最大となると好ましい。この場合、触媒層内全体にガスが素早く拡散し、還元生成物もこの経路を経て触媒層外へと排出されやすくなるため、反応効率が高い電極となる。

【0041】

二酸化炭素を触媒層に効率よく供給するために、触媒層を担持する電極基材にガス拡散層を有することが好ましい。ガス拡散層は導電性がある多孔体によって形成される。ガス拡散層は撥水性のある多孔体で形成されると、還元反応によって生成された水や、酸化側から移動してきた水の量を減らし、還元流路を経て水を排出させ、多孔体中の二酸化炭素ガスの割合を多くできるため、好ましい。

【0042】

ガス拡散層の厚さが極端に小さいと、セル面での均一性が損なわれるため、好ましくない。一方で厚さが極端に大きいと部材コストが増加するほか、ガスの拡散抵抗の増加により効率が低下するため、好ましくない。拡散性をより向上させるためにガス拡散層と触媒層の間により緻密な拡散層（メソポーラスレイヤー）を設けると、撥水性や多孔体度を変えて、ガスの拡散性と液体成分の排出を促進させるため、より好ましい。

【0043】

上記担体に担持される金属触媒としては、水素イオンや二酸化炭素を還元するための活性化エネルギーを減少させる材料が挙げられる。言い換えると、二酸化炭素の還元反応により炭素化合物を生成する際の過電圧を低下させる金属材料が挙げられる。例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、カドニウム（Ｃｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、鉛（Ｐｂ）、および錫（Ｓｎ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの金属および金属酸化物、または当該金属を含む合金を用いることが好ましい。なお、これに限定されず、還元触媒として例えばルテニウム（Ｒｕ）錯体またはレニウム（Ｒｅ）錯体等の金属錯体、を用いることもできる。また、複数の材料を混合してもよい。金属触媒には板状、メッシュ状、ワイヤ状、粒子状、多孔質状、薄膜状、島状等の各種形状を適用することができる。

【0044】

金属触媒に金属ナノ粒子を適用する場合には、その平均直径は１ｎｍ以上１５ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下がより好ましく、１ｎｍ以上５ｎｍ以下がさらに好ましい。この条件を満たすと、触媒重量あたりの金属の表面積が大きくなり、少量の金属で高い活性を示すようになるため好ましい。

【0045】

アノード１１１およびカソード１２１は、電源２０に接続可能である。電源２０は、変換ユニットＵ３の外部に設けられてもよい。電源２０の例は、通常の商用電源や電池等であってもよいし、また再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換して供給する電力源であってもよい。電力の例としては、風力、水力、地熱、潮汐力等の運動エネルギーや位置エネルギーを電気エネルギーに変換して得られる電力、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子を有する太陽電池から生起される電力、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する燃料電池や蓄電池等から生起される電力、音等の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する装置等から得られる電力が挙げられる。

【0046】

アノード流路１１２ａは、原料供給ユニットＵ２から流路Ｐ３を介して供給される第１の原料をアノード１１１に供給する機能を有する。

【0047】

アノード流路１１２ａは、流路板１１２に設けられたピット（溝部／凹部）により構成される。流路板１１２は、アノード流路１１２ａに接続された、導入口および導出口（いずれも図示せず）を有し、これら導入口および導出口を介して、ポンプ（図示せず）により原料が導入および排出される。

【0048】

流路板１１２の材料は、例えば化学反応性が低く、かつ導電性を有しない材料を含む。そのような材料の例は、例えばアクリル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、フッ素樹脂等の絶縁樹脂材料を含む。なお、流路板１１２は、図示されていない締め付けのためのネジ穴を有する。また、流路板１１２は、主に一つの部材から形成されているが、異なる部材から形成され、それらを積層して構成されてもよい。さらに、一部、または全面に表面処理を施すことで、親水性・撥水性の機能を付与してもよい。

【0049】

カソード流路１２２ａは、カソード１２１の第１の表面に面する。カソード流路１２２ａは、回収ユニットＵ１から流路Ｐ２を介して供給される高純度ＣＯ_２ガスをカソード１２１に供給する機能を有する。カソード１２１には高純度ＣＯ_２ガスだけでなく、水蒸気も供給することができる。

【0050】

カソード流路１２２ａは、流路板１２２に設けられたピット（溝部／凹部）により構成される。流路板１２２は、カソード流路１２２ａに接続された、導入口および導出口（いずれも図示せず）を有し、これら導入口および導出口を介して、ポンプ（図示せず）により上記ガスが導入および排出される。

【0051】

流路板１２２の材料は、化学反応性が低く、かつ導電性が高い材料を用いることが好ましい。そのような材料の例は、例えばＴｉやＳＵＳ等の金属材料、カーボン等を含む。なお、流路板１２２は、図示されていないカソード流路１２２ａの流入口および流出口、また締め付けのためのネジ穴を有する。また、各流路板の前後には、図示を省略したパッキンが必要に応じて挟み込まれる。また、流路板１２２は、主に一つの部材から形成されているが、異なる部材から形成され、それらを積層して構成されてもよい。さらに、一部、または全面に表面処理を施すことで、親水性・撥水性の機能を付与してもよい。

【0052】

流路板１２２は、カソード１２１との電気的接続のためにカソード１２１と接するランドを有することができる。カソード流路１２２ａの形状としては、柱状のランドに隣接する形状や細長い流路を折り曲げたサーペンタイン形状等の形状が挙げられるが、空洞を有する形状であれば特に限定されない。並列に接続された複数の流路またはサーペンタイン流路やその組み合わせによりカソード流路１２２ａを構成すると、カソード１２１に供給されるガスの均一性を高めることができ、電解反応の均一性を高めることができるため、好ましい。

【0053】

還元反応により生成される中間化合物は、還元触媒として機能する金属触媒の種類等によって異なる。還元反応により生成される中間化合物は、例えば一酸化炭素（ＣＯ）、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）、メタン（ＣＨ_４）、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）、エタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）、ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）、エチレングリコール等の炭素化合物が挙げられる。また、二酸化炭素の変換と同時に、水素を副反応として生起してもよい。アノード１１１では水や水蒸気から酸素が生成する反応が生じる。

【0054】

電解セル１０内のカソード１２１およびアノード１１１で生成した物質および未反応の原料は、変換ユニットＵ３からそれぞれ排出される。このうちカソード１２１で生成した物質は流路Ｐ４を介して後段の合成ユニットＵ５に供給される。流路Ｐ４の途中には、変換ユニットＵ３から供給されるガス中の成分を合成ユニットＵ５での合成条件に適したガス成分比に調整するためのガス調整ユニットを設けることができる。

【0055】

電解セル１０の電気化学反応の際に、カソード１２１に供給された高純度ＣＯ_２ガスの一部がアノード１１１に移動し、アノード流路１１２ａからの排気成分が二酸化炭素を含む場合がある。この際、変換ユニットＵ３から流路Ｐ５を介して排出される排気成分中の二酸化炭素を分離回収して、回収された二酸化炭素ガスを再度変換ユニットＵ３に供給し、二酸化炭素原料として使用することができる。この際分離回収を行う装置としては、回収ユニットＵ１であってもよいし、変換ユニットＵ３の後段に別途回収ユニットを設けてもよい。

【0056】

変換ユニットＵ３で熱化学的に二酸化炭素を中間化合物に変換する場合、変換ユニットＵ３は、反応器を備え、反応器に回収ユニットＵ１からの高純度ＣＯ_２ガスおよび原料供給ユニットＵ２からの水素を供給し、熱エネルギーを投入することで逆シフト反応により二酸化炭素を中間化合物に変換する。逆シフト反応は式（１）で表される。

【0057】

ＣＯ_２＋Ｈ_２ → ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ （１）

【0058】

反応器は、式（１）の反応を効率的に生じさせる触媒を含み、所定の温度圧力で式（１）の反応を生じさせる。反応温度としては、６００℃以上１０００℃以下が好ましく、圧力としては、１気圧以上１０気圧以下が好ましい。反応器から排出された生成ガスおよび未反応原料は、後段の合成ユニットＵ５に供給される。

【0059】

変換ユニットＵ３が制御部Ｃ３を有する場合、制御部Ｃ３は、統合コントローラＣＸからの制御信号ＣＳ３を受信し、変換ユニットＵ３の運転条件を制御することで後段の合成ユニットＵ５に供給する中間化合物の単位時間あたりの流量を制御する。電気化学的に二酸化炭素を中間化合物に変換する変換ユニットＵ３の場合、制御部Ｃ３の例としては、電解セルに投入する電源、電解セルに供給する二酸化炭素や第１の原料の単位時間あたりの流量を調整する流量計や、電解セルの温度や圧力を制御する制御器等が挙げられる。また、熱化学的に二酸化炭素を中間化合物に変換する変換ユニットＵ３の場合、制御部Ｃ３の例としては、反応器の温度を測定する温度計、反応器の湿度を測定する湿度計、反応器内の圧力を制御する圧力制御器、反応器に供給する二酸化炭素や水素の単位時間あたりの流量を測定する流量計等が挙げられる。

【0060】

［原料供給ユニットＵ４］
原料供給ユニットＵ４は、必要に応じて第２の原料を流路Ｐ４を介して合成ユニットＵ５に供給する。図１は、流路Ｐ４に接続された原料供給ユニットＵ４を図示するが、これに限定されない。第２の原料の例は、例えば一酸化炭素、水素等が挙げられる。原料供給ユニットＵ４は、必ずしも設けられなくてもよい。

【0061】

原料供給ユニットＵ４が制御部Ｃ４を備える場合、制御部Ｃ４は、統合コントローラＣＸからの制御信号ＣＳ４を受信し、第２の原料の供給量を制御する。制御部Ｃ４の制御対象例としては、マスフローコントローラや、可変絞り弁が挙げられる。

【0062】

［合成ユニットＵ５］
合成ユニットＵ５は、変換ユニットＵ３からの中間化合物を用いて炭素化合物を合成する。原料供給ユニットＵ４を設ける場合、原料供給ユニットＵ４から第２の原料を合成ユニットＵ５に併せて供給することで炭素化合物を合成することもできる。

【0063】

合成ユニットＵ５は、反応器を有する。反応器による合成反応は、化学反応、電気化学反応、藻類、酵素、酵母、細菌（バクテリア）等の生物を用いた生物的変換反応等の反応を含む。化学反応による合成は、例えば、式（２）で示されるフィッシャー・トロプシュ法による一酸化炭素と水素からの合成燃料の合成がある。
（２ｎ＋１）Ｈ_２＋ｎＣＯ→Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２＋ｎＨ_２Ｏ （２）

【0064】

この場合、変換ユニットＵ３からは一酸化炭素および水素を含むガスが合成ユニットＵ５に供給され式（２）の反応が生じるが、一酸化炭素と水素の組成比が式（２）の反応に適していない場合がある。その場合、原料供給ユニットＵ４を設け、一酸化炭素と水素ガスの成分比が合成反応を最大化するために、補完的に一酸化炭素や水素が原料供給ユニットＵ４から流路Ｐ４を介して合成ユニットＵ５に供給される。

【0065】

化学反応、電気化学反応、細菌等の生物的変換反応は、室温よりも温度が高い場合、反応効率および反応速度の少なくとも一つのパラメータが向上する場合がある。合成ユニットＵ５に導入する原料ガスの温度を６０℃以上３００℃以下の温度とした場合、合成ユニットＵ５のエネルギー変換効率を向上させることができる。細菌等の生物的変換反応は８０℃付近で最も効率的に反応が進行するために、６０℃以上１００℃以下の温度で還元生成物を合成ユニットＵ５に供給すると、さらに効率が向上する。合成ユニットＵ５は反応効率を向上させるために外部からエネルギーを加えて昇温してもよいし、加圧してもよい。

【0066】

合成ユニットＵ５による合成反応から得られる炭素化合物としては、ジェット燃料、ディーゼル、ガソリンなど炭化水素系燃料、メタノール、エタノールやブタノールなどのアルコール類、イソシアネート類の原料であるホスゲンがある。これら炭素化合物はその合成時に高純度な炭素化合物であることが好適な場合があり、合成ユニットＵ５による合成は、蒸留、生成工程を含むことができる。

【0067】

合成ユニットＵ５で一酸化炭素等の原料ガスが還元剤と使用され、反応の結果、二酸化炭素を生成する場合がある。この場合、生成した二酸化炭素を分離回収して、変換ユニットＵ３に再度供給することで、物質の利用率を向上させたシステムの構築が可能となる。

【0068】

また、合成ユニットＵ５での合成反応の結果、未反応の原料ガスが排出される場合がある。未反応の原料ガスは、例えば二酸化炭素を含む。また、未反応の原料ガスは、一酸化炭素等の中間化合物を含んでいてもよい。この場合、未反応の原料ガスを回収して、回収ユニットＵ１、変換ユニットＵ３、および合成ユニットＵ５のいずれかに供給することにより、原料の利用効率が高いシステムの構築が可能となる。

【0069】

合成ユニットＵ５が制御部Ｃ５を備える場合、制御部Ｃ５は、統合コントローラＣＸからの制御信号ＣＳ５を受信し、合成ユニットＵ５の運転条件を制御することで製造する炭素化合物の量（質量、体積、濃度等）を調整する。制御部Ｃ５による制御対象例としては、炭素化合物合成時の反応温度、圧力条件を制御する調整器、合成ユニットＵ５を運転する際の動力調整器等が挙げられる。

【0070】

図１に示す合成ユニットＵ５は、流路Ｐ６を介して目的とする炭素化合物を主成分とする混合物（第１の混合物）を排出し、流路Ｐ７を介してその他の混合物（第２の混合物）を排出する例を図示するが、これに限定されない。その他の混合物として第１の混合物に含まれる炭素化合物以外の炭素化合物を含んでいてもよい。

【0071】

［検出器Ｄ１～Ｄ９］
各検出器は、対応する流路またはユニットを流れる流体の成分量等のパラメータを検出して検出信号となるデータ信号を生成し、データ信号を統合コントローラＣＸに送信する。データ信号の送信方式は、有線方式であってもよいし、無線方式であってもよい。

【0072】

各検出器は、ガス及び液体の少なくとも一方の濃度を測定する分析装置や濃度計でもよいし、ガス及び液体の少なくとも一方の単位時間あたりの流量を計測する流量計であってもよいし、それらの組み合わせであってもよい。また、各検出器は、対象物の質量または体積を測定する測定計を含んでいてもよい。各検出器として分析装置を用いる場合には、ガスや液体中の炭化水素の分析が可能なガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、イオンクロマトグラフィー等の装置が用いられる。検出器として濃度計を用いる場合は、Ｎｏｎ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ（ＮＤＩＲ）式のガスセンサでもよいし、半導体式ガスセンサを用いてもよい。

【0073】

検出器Ｄ１は、データ信号ＤＳ１を生成する。データ信号ＤＳ１は、例えば回収ユニットＵ１に供給される供給ガスの単位時間あたりの流量（流路Ｐ１に流れる流体に含まれる供給ガスの単位時間あたりの流量）を示すデータを含む。

【0074】

検出器Ｄ２は、データ信号ＤＳ２を生成する。データ信号ＤＳ２は、例えば流路Ｐ２に流れる流体に含まれる二酸化炭素の単位時間あたりの流量を示すデータを含む。

【0075】

検出器Ｄ３は、データ信号ＤＳ３を生成する。データ信号ＤＳ３は、例えば流路Ｐ３に流れる流体に含まれる上記第１の原料の単位時間あたりの流量を示すデータを含む。

【0076】

検出器Ｄ４は、データ信号ＤＳ４を生成する。データ信号ＤＳ４は、例えば変換ユニットＵ３に印加される電圧や供給される電流の量を示すデータを含む。例えば、二酸化炭素を中間化合物に電気化学的に変換する変換ユニットＵ３が検出器Ｄ４を有する場合、検出器Ｄ４の例としては、電解セル１０のアノード１１１とカソード１２１との間に流れる電流や電圧を検知する電流計や電圧計を用いてもよい。

【0077】

検出器Ｄ５は、データ信号ＤＳ５を生成する。データ信号ＤＳ５は、例えば流路Ｐ４の変換ユニットＵ３側（流路Ｐ４と原料供給ユニットＵ４との接続点と、変換ユニットＵ３と、の間の領域）を流れる流体に含まれる上記中間化合物の単位時間あたりの流量を示すデータを含む。

【0078】

検出器Ｄ６は、データ信号ＤＳ６を生成する。データ信号ＤＳ６は、例えば流路Ｐ５に流れる流体に含まれる物質の単位時間あたりの流量を示すデータを含む。

【0079】

検出器Ｄ７は、データ信号ＤＳ７を生成する。データ信号ＤＳ７は、例えば流路Ｐ４の合成ユニットＵ５側（流路Ｐ４と原料供給ユニットＵ４との接続点と、合成ユニットＵ５と、の間の領域）を流れる流体に含まれる上記中間化合物および第２の原料の単位時間あたりの総流量を示すデータを含む。

【0080】

検出器Ｄ８は、データ信号ＤＳ８を生成する。データ信号ＤＳ８は、例えば流路Ｐ６に流れる流体に含まれる少なくとも一つの物質の単位時間あたりの流量、濃度や流体の温度や圧力を示すデータを含む。

【0081】

検出器Ｄ９は、データ信号ＤＳ９を生成する。データ信号ＤＳ９は、例えば流路Ｐ７に流れる流体に含まれる少なくとも一つの物質の単位時間あたりの流量、濃度や流体の温度や圧力を示すデータを含む。

【0082】

［統合コントローラＣＸ］
統合コントローラＣＸは、各検出器および各制御部に電気的に接続されている。統合コントローラＣＸは、各検出器から測定データを含む検出信号（データ信号）を受信する受信部ＣＸ１と、測定データとあらかじめ定められた計画データと照合し、照合結果に応じて演算処理（シミュレーション）により制御信号を生成する演算部ＣＸ２と、演算部ＣＸ２からの制御信号を受け取り、それに基づいて対応する制御部に制御信号を出力する送信部ＣＸ３と、を有する。図１において、点線の矢印は、統合コントローラＣＸから各制御部への信号を表す。

【0083】

計画データの値は、炭素化合物製造システムの稼働計画もしくは生産計画に基づき予め設定される。演算部ＣＸ２は、各検出器から送信される測定値（データ信号）の要求基準（数値範囲）、例えば検出器で実測された供給ガスの回収ユニットＵ１への流入量と計画データに基づく所定の流入量との差の要求基準範囲が予め記憶されており、要求基準範囲と測定値の関係に基づいて演算部で制御信号が生成され、送信部から制御部に制御信号が出力される。演算部ＣＸ２は、例えばプログラムやシミュレーションソフトを含むパーソナルコンピュータ（ＰＣ）やマイクロコンピュータ（マイコン）等のハードウェアで構成される。なお、各動作を動作プログラムとしてメモリ等のコンピュータ読み取りが可能な記録媒体に保存しておき、ハードウェアにより記録媒体に記憶された動作プログラムを適宜読み出すことで各動作を実行してもよい。また、上記計画データを上記記録媒体に保存しておいてもよい。

【0084】

（炭素化合物製造システムの制御方法例）
次に、図１に示す炭素化合物製造システムの制御方法例について以下に説明する。図３は、炭素化合物製造システムの制御方法例を説明するためのフローチャートであり、複数のステップにおける統合コントローラＣＸに関わる動作の一例を示す。

【0085】

まず、各検出器は、配置された流路内を流れる流体に含まれる各物質の量を測定して、測定データを含むデータ信号（検出信号）を生成する（Ｓ１）。

【0086】

次に、各検出器は、各対象物の量等のパラメータの測定値に基づくデータ信号を統合コントローラＣＸに送信する（Ｓ２）。

【0087】

次に、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１は、各検出器からのデータ信号を受信する（Ｓ３）。受信した各データ信号は、統合コントローラＣＸの演算部ＣＸ２に入力される。

【0088】

次に、演算部ＣＸ２は、受信した各データ信号に含まれる測定データと、統合コントローラＣＸに記憶された各データ信号に対応する計画データと、を照合する（Ｓ４）。

【0089】

照合により、測定データの値が計画データの値の要求基準範囲内であると判断される場合（Ｓ４Ｎｏ）、再度測定ステップ（Ｓ１）に戻り、各検出器が各対象物のパラメータを測定する。また、照合により、測定データの値が計画データの値の要求基準範囲外であると判断される場合（Ｓ４Ｙｅｓ）、演算部ＣＸ２は、各対象物のパラメータが計画データの値の要求基準範囲内に収まるように、各ユニットの運転条件を制御するための制御信号を生成する（Ｓ５）。生成された制御信号は、送信部ＣＸ３から対応するユニットの制御部に送信される（Ｓ６）。

【0090】

対応するユニットは、制御信号を受信し、受信した制御信号に基づく運転条件で運転を実施する（Ｓ７）。その後、各検出器は、測定ステップ（Ｓ１）と同様に、配置された流路内を流れる物質量等、各対象物のパラメータを測定する（Ｓ８）。これにより、制御信号による検証が実施される。以上が炭素化合物製造システムの制御方法例の説明である。

【0091】

本実施形態の炭素化合物製造システムでは、統合コントローラＣＸを用いることにより複数のユニットの統合的な制御が可能であり、例えば各ユニット間に原料等の物質量のずれが生じる場合であっても、炭素化合物製造システムにおいて自律制御された運転を実現できる。

【0092】

従来の炭素化合物製造システムは、各ユニット間に原料等の物質量のずれが生じる場合、各ユニットで個別に調整を行う。従来の炭素化合物製造システムは、このようなずれを解消するために各流路に接続されたバッファータンクを必要とする。バッファータンクは、各流路に接続され、各流路に流れる流体を一時的に収容することで流量等を調整できる。しかしながら、バッファータンクは、プラント建設コストを高くする等、炭素化合物製造システムのコスト増加の原因となる。

【0093】

これに対し、本実施形態の炭素化合物製造システムは、各流路に接続されたバッファータンクを設ける必要がない。バッファータンクを設けないことにより、プラントの建設コストを削減し、低コストで炭素化合物製造システムを製造できる。さらに、プラント面積の低減や、原料の利用効率を高めた炭素化合物製造システムを提供することが可能となる。

【0094】

ここで、炭素化合物製造システムのより具体的な制御例について説明する。各制御例では、中間化合物が一酸化炭素であるとして説明する。なお、炭素化合物製造システムの制御例に以下の制御例に限定されない。

【0095】

（第１の制御例）
図１に示す炭素化合物製造システムにおいて、例えば変換ユニットＵ３を再生可能エネルギーによる電力で動作させる場合であって、変換ユニットＵ３に投入される電力の値が所望の値よりも増加したときの制御例について説明する。

【0096】

まず、検出器Ｄ４は、変換ユニットＵ３に投入される電力を変換ユニットＵ３に供給される電圧や電流を測定してデータ信号ＤＳ４を生成することにより検出する（Ｓ１）。

【0097】

次に、検出器Ｄ４は、電力の測定データを含むデータ信号ＤＳ４を統合コントローラＣＸに送信する（Ｓ２）。

【0098】

次に、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１は、検出器Ｄ４からのデータ信号ＤＳ４を受信する（Ｓ３）。受信したデータ信号ＤＳ４は、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１を経て演算部ＣＸ２に入力される。

【0099】

次に、演算部ＣＸ２は、受信したデータ信号ＤＳ４に含まれる測定データと、統合コントローラＣＸに記憶されたデータ信号ＤＳ４に対応する計画データと、を照合する（Ｓ４）。

【0100】

この照合により、測定データの値が計画データの値の要求基準範囲よりも大きいと判断され（Ｓ４Ｙｅｓ）、演算部ＣＸ２は、上記演算処理により、制御信号ＣＳ０、制御信号ＣＳ１、制御信号ＣＳ３、制御信号ＣＳ４、および制御信号ＣＳ５を生成する（Ｓ５）。生成された制御信号は、送信部ＣＸ３から対応するユニットの各制御部に送信される（Ｓ６）。

【0101】

対応するユニットは、制御信号を受信し、受信した制御信号に基づく運転条件で運転を実施する（Ｓ７）。

【0102】

排出ユニットＵ０の制御部Ｃ０は、制御信号ＣＳ０に基づいて回収ユニットＵ１に供給される供給ガスの量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、排出ユニットＵ０の運転条件を調整する。

【0103】

回収ユニットＵ１の制御部Ｃ１は、制御信号ＣＳ１に基づいて回収ユニットＵ１により回収される二酸化炭素の量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、回収ユニットＵ１の運転条件を調整する。

【0104】

変換ユニットＵ３の制御部Ｃ３は、制御信号ＣＳ３に基づいて変換ユニットＵ３による二酸化炭素の変換量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、変換ユニットＵ３の運転条件を調整する。

【0105】

原料供給ユニットＵ４の制御部Ｃ４は、制御信号ＣＳ４に基づいて流路Ｐ４を介して合成ユニットＵ５に供給する一酸化炭素の量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、原料供給ユニットＵ４の運転条件を調整する。これにより、合成ユニットＵ５に供給される中間化合物の量は、測定ステップ（Ｓ１）時と同等の範囲に保たれる。

【0106】

合成ユニットＵ５の制御部Ｃ５は、制御信号ＣＳ５に基づいて測定ステップ（Ｓ１）時と同様の運転条件で合成ユニットＵ５を運転する。

【0107】

その後、各検出器は、測定ステップ（Ｓ１）と同様に、対象物のパラメータを測定する（Ｓ８）。これにより、調整後の運転状況を検証する。検出器Ｄ７は、流路Ｐ４の合成ユニットＵ５側に流れる一酸化炭素の量を測定してデータ信号ＤＳ７を生成する。

【0108】

第１の制御例では、電力が増加する場合であっても合成ユニットＵ５に供給される中間化合物の量を一定の範囲内に制御して合成ユニットＵ５により炭素化合物を合成する。これにより、バッファータンクを用いずにユニット間の物質量のずれによる炭素化合物の合成量の変動を抑制できる。

【0109】

なお、第１の制御例では、制御部Ｃ２、検出器Ｄ１、検出器Ｄ２、検出器Ｄ３、検出器Ｄ５、検出器Ｄ６、検出器Ｄ８、検出器Ｄ９を必ずしも動作させなくてもよい。これらの構成要素を動作させる場合、制御部Ｃ２、検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ８、Ｄ９は、各部での対象物のパラメータを測定し、測定データが統合コントローラＣＸにおいて異常と判断される場合、各部を正常な状態になるように制御してもよい。例えば、制御部Ｃ２を動作させる場合、制御部Ｃ２は、例えば変換ユニットＵ３でフラッディング等の異常が発生したと判断された場合、原料供給ユニットＵ２から変換ユニットＵ３に供給される第１の原料の供給量を調整することにより、変換ユニットＵ３が正常な状態になるように調整できる。

【0110】

（第２の制御例）
図１の炭素化合物製造システムにおいて、例えば変換ユニットＵ３を再生可能エネルギーによる電力で動作させる場合であって、変換ユニットＵ３に投入される電力の値が所望の値よりも減少したときの制御例について説明する。

【0111】

まず、検出器Ｄ４は、変換ユニットＵ３に投入される電力を変換ユニットＵ３に供給される電圧や電流を測定してデータ信号ＤＳ４を生成することにより検出する（Ｓ１）。

【0112】

次に、検出器Ｄ４は、電力の測定データを含むデータ信号ＤＳ４を統合コントローラＣＸに送信する（Ｓ２）。

【0113】

次に、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１は、検出器Ｄ４からのデータ信号ＤＳ４を受信する（Ｓ３）。受信したデータ信号ＤＳ４は、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１を経て演算部ＣＸ２に入力される。

【0114】

次に、演算部ＣＸ２は、受信したデータ信号ＤＳ４に含まれる測定データと、統合コントローラＣＸに記憶されたデータ信号ＤＳ４に対応する計画データと、を照合する（Ｓ４）。

【0115】

この照合により、測定データの値が計画データの値の要求基準範囲よりも小さいと判断され（Ｓ４Ｙｅｓ）、演算部ＣＸ２は、上記演算処理により、制御信号ＣＳ０、制御信号ＣＳ１、制御信号ＣＳ３、制御信号ＣＳ４、および制御信号ＣＳ５を生成する（Ｓ５）。生成された制御信号は、送信部ＣＸ３から対応するユニットの各制御部に送信される（Ｓ６）。

【0116】

対応するユニットは、制御信号を受信し、受信した制御信号に基づく運転条件で運転を実施する（Ｓ７）。

【0117】

排出ユニットＵ０の制御部Ｃ０は、制御信号ＣＳ０に基づいて回収ユニットＵ１に供給される供給ガスの量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、排出ユニットＵ０の運転条件を調整する。

【0118】

回収ユニットＵ１の制御部Ｃ１は、制御信号ＣＳ１に基づいて回収ユニットＵ１により回収される二酸化炭素の量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、回収ユニットＵ１の運転条件を調整する。

【0119】

変換ユニットＵ３の制御部Ｃ３は、制御信号ＣＳ３に基づいて変換ユニットＵ３による二酸化炭素の変換量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、変換ユニットＵ３の運転条件を調整する。

【0120】

原料供給ユニットＵ４の制御部Ｃ４は、制御信号ＣＳ４に基づいて流路Ｐ４を介して合成ユニットＵ５に供給する一酸化炭素の流量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、原料供給ユニットＵ４の運転条件を調整する。これにより、合成ユニットＵ５に供給される中間化合物の量は、測定ステップ（Ｓ１）時と同等の範囲に保たれる。

【0121】

合成ユニットＵ５の制御部Ｃ５は、制御信号ＣＳ５に基づいて測定ステップ（Ｓ１）時と同様の運転条件で合成ユニットＵ５を運転する。

【0122】

その後、各検出器は、測定ステップ（Ｓ１）と同様に、対象物のパラメータを測定する（Ｓ８）。これにより、調整後の運転状況を検証する。検出器Ｄ７は、流路Ｐ４の合成ユニットＵ５側に流れる一酸化炭素の量を測定してデータ信号ＤＳ７を生成する。

【0123】

第２の制御例では、電力が減少する場合であっても合成ユニットＵ５に供給される中間化合物の量を一定の範囲内に制御して合成ユニットＵ５により炭素化合物を合成する。これにより、バッファータンクを用いずにユニット間の物質量のずれによる炭素化合物の合成量の変動を抑制できる。

【0124】

なお、第２の制御例では、制御部Ｃ２、検出器Ｄ１、検出器Ｄ２、検出器Ｄ３、検出器Ｄ５、検出器Ｄ６、検出器Ｄ８、検出器Ｄ９を必ずしも動作させなくてもよい。これらの構成要素を動作させる場合、制御部Ｃ２、検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ８、Ｄ９は、各部での対象物のパラメータを測定し、測定データが統合コントローラＣＸにおいて異常と判断される場合、各部を正常な状態になるように制御してもよい。例えば、制御部Ｃ２を動作させる場合、制御部Ｃ２は、例えば変換ユニットＵ３でフラッディング等の異常が発生したと判断された場合、原料供給ユニットＵ２から変換ユニットＵ３に供給される第１の原料の供給量を調整することにより、変換ユニットＵ３が正常な状態になるように調整できる。

【0125】

（第３の制御例）
図１の炭素化合物製造システムにおいて、例えば変換ユニットＵ３を再生可能エネルギーによる電力で動作させる場合であって、変換ユニットＵ３に投入される電力の値が所望の値よりも増加したときの他の制御例について説明する。

【0126】

まず、検出器Ｄ４は、変換ユニットＵ３に投入される電力を変換ユニットＵ３に供給される電圧や電流を測定することにより検出する（Ｓ１）。

【0127】

次に、検出器Ｄ４は、電力の測定データを含むデータ信号ＤＳ４を統合コントローラＣＸに送信する（Ｓ２）。

【0128】

次に、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１は、検出器Ｄ４からのデータ信号ＤＳ４を受信する（Ｓ３）。受信したデータ信号ＤＳ４は、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１を経て演算部ＣＸ２に入力される。

【0129】

次に、演算部ＣＸ２は、受信したデータ信号ＤＳ４に含まれる測定データと、統合コントローラＣＸに記憶されたデータ信号ＤＳ４に対応する計画データと、を照合する（Ｓ４）。

【0130】

この照合により、測定データの値が計画データの値の要求基準範囲よりも大きいと判断され（Ｓ４Ｙｅｓ）、演算部ＣＸ２は、上記演算処理により、制御信号ＣＳ０、制御信号ＣＳ１、制御信号ＣＳ３、制御信号ＣＳ４、および制御信号ＣＳ５を生成する（Ｓ５）。生成された制御信号は、送信部ＣＸ３から対応するユニットの各制御部に送信される（Ｓ６）。

【0131】

対応するユニットは、制御信号を受信し、受信した制御信号に基づく運転条件で運転を実施する（Ｓ７）。その後、各検出器は、測定ステップ（Ｓ１）と同様に、対象物のパラメータを測定する（Ｓ８）。これにより、制御信号による検証が実施される。

【0132】

排出ユニットＵ０の制御部Ｃ０は、制御信号ＣＳ０に基づいて回収ユニットＵ１に供給される供給ガスの量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、排出ユニットＵ０の運転条件を調整する。

【0133】

回収ユニットＵ１の制御部Ｃ１は、制御信号ＣＳ１に基づいて回収ユニットＵ１により回収される二酸化炭素の量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、回収ユニットＵ１の運転条件を調整する。

【0134】

変換ユニットＵ３の制御部Ｃ３は、制御信号ＣＳ３に基づいて変換ユニットＵ３による二酸化炭素の変換量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、変換ユニットＵ３の運転条件を調整する。

【0135】

原料供給ユニットＵ４の制御部Ｃ４は、制御信号ＣＳ４に基づいて、流路Ｐ４を介して合成ユニットＵ５に供給する水素の流量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、原料供給ユニットＵ４の運転条件を調整する。

【0136】

合成ユニットＵ５の制御部Ｃ５は、制御信号ＣＳ５に基づいて、合成する炭素化合物の量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように合成ユニットＵ５の運転条件を調整する。これにより、流路Ｐ６を介して排出される炭素化合物および流路Ｐ７を介して排出される炭素化合物の量は増加するが、成分比率は一定に保たれる。

【0137】

その後、各検出器は、測定ステップ（Ｓ１）と同様に、対象物のパラメータを測定する（Ｓ８）。これにより、調整後の運転状況を検証する。検出器Ｄ８は、流路Ｐ６に流れる炭素化合物の量を測定してデータ信号ＤＳ８を生成する。検出器Ｄ９は、流路Ｐ７に流れる炭素化合物の量を測定してデータ信号ＤＳ９を生成する。

【0138】

第３の制御例では、電力が増加する場合であっても合成ユニットＵ５により合成される炭素化合物の成分比率を一定の範囲内に制御する。これにより、バッファータンクを用いずにユニット間の物質量のずれによる炭素化合物の合成量の変動を抑制できる。

【0139】

なお、第３の制御例では、制御部Ｃ２、検出器Ｄ１、検出器Ｄ２、検出器Ｄ３、検出器Ｄ５、検出器Ｄ６、検出器Ｄ７を必ずしも動作させなくてもよい。これらの構成要素を動作させる場合、制御部Ｃ２、検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７は、各部での対象物のパラメータを測定し、測定データが統合コントローラＣＸにおいて異常と判断される場合、各部を正常な状態になるように制御してもよい。例えば、制御部Ｃ２を動作させる場合、制御部Ｃ２は、例えば変換ユニットＵ３でフラッディング等の異常が発生したと判断された場合、原料供給ユニットＵ２から変換ユニットＵ３に供給される第１の原料の供給量を調整することにより、変換ユニットＵ３が正常な状態になるように調整できる。

【0140】

（第４の制御例）
図１の炭素化合物製造システムにおいて、例えば変換ユニットＵ３を再生可能エネルギーによる電力で動作させる場合であって、変換ユニットＵ３に投入される電力の値が所望の値よりも減少したときの他の制御例について説明する。

【0141】

まず、検出器Ｄ４は、変換ユニットＵ３に投入される電力を変換ユニットＵ３に供給される電圧や電流を測定してデータ信号ＤＳ４を生成することにより検出する（Ｓ１）。

【0142】

次に、検出器Ｄ４は、電力の測定データを含むデータ信号ＤＳ４を統合コントローラＣＸに送信する（Ｓ２）。

【0143】

次に、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１は、検出器Ｄ４からのデータ信号ＤＳ４を受信する（Ｓ３）。受信したデータ信号ＤＳ４は、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１を経て演算部ＣＸ２に入力される。

【0144】

次に、演算部ＣＸ２は、受信したデータ信号ＤＳ４に含まれる測定データと、統合コントローラＣＸに記憶されたデータ信号ＤＳ４に対応する計画データと、を照合する（Ｓ４）。

【0145】

この照合により、測定データの値が計画データの値の要求基準範囲よりも小さいと判断され（Ｓ４Ｙｅｓ）、演算部ＣＸ２は、上記演算処理により、制御信号ＣＳ０、制御信号ＣＳ１、制御信号ＣＳ３、制御信号ＣＳ４、および制御信号ＣＳ５を生成する（Ｓ５）。生成された制御信号は、送信部ＣＸ３から対応するユニットの各制御部に送信される（Ｓ６）。

【0146】

対応するユニットは、制御信号を受信し、受信した制御信号に基づく運転条件で運転を実施する（Ｓ７）。

【0147】

排出ユニットＵ０の制御部Ｃ０は、制御信号ＣＳ０に基づいて回収ユニットＵ１に供給される供給ガスの量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、排出ユニットＵ０の運転条件を調整する。

【0148】

回収ユニットＵ１の制御部Ｃ１は、制御信号ＣＳ１に基づいて回収ユニットＵ１により回収される二酸化炭素の量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、回収ユニットＵ１の運転条件を調整する。

【0149】

変換ユニットＵ３の制御部Ｃ３は、制御信号ＣＳ３に基づいて変換ユニットＵ３による二酸化炭素の変換量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、変換ユニットＵ３の運転条件を調整する。

【0150】

原料供給ユニットＵ４の制御部Ｃ４は、制御信号ＣＳ４に基づいて、流路Ｐ４を介して合成ユニットＵ５に供給する水素の量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、原料供給ユニットＵ４の運転条件を調整する。

【0151】

合成ユニットＵ５の制御部Ｃ５は、制御信号ＣＳ５に基づいて、合成する炭素化合物の量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように合成ユニットＵ５の運転条件を調整する。これにより、流路Ｐ６を介して排出される炭素化合物および流路Ｐ７を介して排出される炭素化合物の量は増加するが、成分比率は一定を保たれる。

【0152】

その後、各検出器は、測定ステップ（Ｓ１）と同様に、対象物のパラメータを測定する（Ｓ８）。これにより、調整後の運転状況を検証する。検出器Ｄ８は、流路Ｐ６に流れる炭素化合物の量を測定してデータ信号ＤＳ８を生成する。検出器Ｄ９は、流路Ｐ７に流れる炭素化合物の量を測定してデータ信号ＤＳ９を生成する。

【0153】

第４の制御例では、電力が減少する場合であっても合成ユニットＵ５により合成される炭素化合物の成分比率を一定の範囲内に制御する。これにより、バッファータンクを用いずにユニット間の物質量のずれによる炭素化合物の合成量の変動を抑制できる。

【0154】

なお、第４の制御例では、制御部Ｃ２、検出器Ｄ１、検出器Ｄ２、検出器Ｄ３、検出器Ｄ５、検出器Ｄ６、検出器Ｄ７を必ずしも動作させなくてもよい。これらの構成要素を動作させる場合、制御部Ｃ２、検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７は、各部での対象物のパラメータを測定し、測定データが統合コントローラＣＸにおいて異常と判断される場合、各部を正常な状態になるように制御してもよい。例えば、制御部Ｃ２を動作させる場合、制御部Ｃ２は、例えば変換ユニットＵ３でフラッディング等の異常が発生したと判断された場合、原料供給ユニットＵ２から変換ユニットＵ３に供給される第１の原料の供給量を調整することにより、変換ユニットＵ３が正常な状態になるように調整できる。

【0155】

（第５の制御例）
図１に示す炭素化合物製造システムにおいて、排出ユニットＵ０から回収ユニットＵ１に供給される供給ガスの量が所望の値よりも増加したときの制御例について説明する。

【0156】

まず、検出器Ｄ１は、回収ユニットＵ１に供給される供給ガスの流量を測定してデータ信号ＤＳ１を生成する（Ｓ１）。

【0157】

次に、検出器Ｄ１は、供給ガスの流量の測定データを含むデータ信号ＤＳ１を統合コントローラＣＸに送信する（Ｓ２）。

【0158】

次に、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１は、検出器Ｄ１からのデータ信号ＤＳ１を受信する（Ｓ３）。受信したデータ信号ＤＳ１は、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１を経て演算部ＣＸ２に入力される。

【0159】

次に、演算部ＣＸ２は、受信したデータ信号ＤＳ１に含まれる測定データと、統合コントローラＣＸに記憶されたデータ信号ＤＳ１に対応する計画データと、を照合する（Ｓ４）。

【0160】

この照合により、測定データの値が計画データの値の要求基準範囲よりも大きいと判断され（Ｓ４Ｙｅｓ）、演算部ＣＸ２は、上記演算処理により、制御信号ＣＳ１、制御信号ＣＳ３、制御信号ＣＳ４、および制御信号ＣＳ５を生成する（Ｓ５）。生成された制御信号は、送信部ＣＸ３から対応するユニットの各制御部に送信される（Ｓ６）。

【0161】

対応するユニットは、制御信号を受信し、受信した制御信号に基づく運転条件で運転を実施する（Ｓ７）。

【0162】

回収ユニットＵ１の制御部Ｃ１は、制御信号ＣＳ１に基づいて回収ユニットＵ１により回収される二酸化炭素の量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、回収ユニットＵ１の運転条件を調整する。

【0163】

変換ユニットＵ３の制御部Ｃ３は、制御信号ＣＳ３に基づいて変換ユニットＵ３に供給される電力量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、変換ユニットＵ３の運転条件を調整する。

【0164】

原料供給ユニットＵ４の制御部Ｃ４は、制御信号ＣＳ４に基づいて流路Ｐ４を介して合成ユニットＵ５に供給する一酸化炭素の流量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、原料供給ユニットＵ４の運転条件を調整する。これにより、合成ユニットＵ５に供給される中間化合物の量は、測定ステップ（Ｓ１）時と同等の範囲に保たれる。

【0165】

合成ユニットＵ５の制御部Ｃ５は、制御信号ＣＳ５に基づいて測定ステップ（Ｓ１）時と同様の運転条件で合成ユニットＵ５を運転する。

【0166】

その後、各検出器は、測定ステップ（Ｓ１）と同様に、対象物のパラメータを測定する（Ｓ８）。これにより、調整後の運転状況を検証する。検出器Ｄ７は、流路Ｐ４の合成ユニットＵ５側に流れる一酸化炭素の流量を測定してデータ信号ＤＳ７を生成する。

【0167】

第５の制御例では、供給ガスの量が増加する場合であっても合成ユニットＵ５に供給される中間化合物の量を一定の範囲内に制御して合成ユニットＵ５により炭素化合物を合成する。これにより、バッファータンクを用いずにユニット間の物質量のずれによる炭素化合物の合成量の変動を抑制できる。

【0168】

なお、第５の制御例では、制御部Ｃ０、制御部Ｃ２、検出器Ｄ２、検出器Ｄ３、検出器Ｄ５、検出器Ｄ６、検出器Ｄ８、検出器Ｄ９を必ずしも動作させなくてもよい。これらの構成要素を動作させる場合、制御部Ｃ０、制御部Ｃ２、検出器Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ８、Ｄ９は、各部での対象物のパラメータを測定し、測定データが統合コントローラＣＸにおいて異常と判断される場合、各部を正常な状態になるように制御してもよい。例えば、制御部Ｃ２を動作させる場合、制御部Ｃ２は、例えば変換ユニットＵ３でフラッディング等の異常が発生したと判断された場合、原料供給ユニットＵ２から変換ユニットＵ３に供給される第１の原料の供給量を調整することにより、変換ユニットＵ３が正常な状態になるように調整できる。

【0169】

（第６の制御例）
図１に示す炭素化合物製造システムにおいて、排出ユニットＵ０から回収ユニットＵ１に供給される供給ガスの量が所望の値よりも減少したときの制御例について説明する。

【0170】

まず、検出器Ｄ１は、回収ユニットＵ１に供給される供給ガスの流量を測定してデータ信号ＤＳ１を生成する（Ｓ１）。

【0171】

次に、検出器Ｄ１は、供給ガスの流量の測定データを含むデータ信号ＤＳ１を統合コントローラＣＸに送信する（Ｓ２）。

【0172】

次に、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１は、検出器Ｄ１からのデータ信号ＤＳ１を受信する（Ｓ３）。受信したデータ信号ＤＳ１は、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１を経て演算部ＣＸ２に入力される。

【0173】

次に、演算部ＣＸ２は、受信したデータ信号ＤＳ１に含まれる測定データと、統合コントローラＣＸに記憶されたデータ信号ＤＳ１に対応する計画データと、を照合する（Ｓ４）。

【0174】

この照合により、測定データの値が計画データ値の要求基準範囲よりも大きいと判断され（Ｓ４Ｙｅｓ）、演算部ＣＸ２は、上記演算処理により、制御信号ＣＳ１、制御信号ＣＳ３、制御信号ＣＳ４、および制御信号ＣＳ５を生成する（Ｓ５）。生成された制御信号は、送信部ＣＸ３から対応するユニットの各制御部に送信される（Ｓ６）。

【0175】

対応するユニットは、制御信号を受信し、受信した制御信号に基づく運転条件で運転を実施する（Ｓ７）。その後、各検出器は、測定ステップ（Ｓ１）と同様に、対象物のパラメータを測定する（Ｓ８）。これにより、制御信号による検証が実施される。

【0176】

回収ユニットＵ１の制御部Ｃ１は、制御信号ＣＳ１に基づいて回収ユニットＵ１により回収される二酸化炭素の量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、回収ユニットＵ１の運転条件を調整する。

【0177】

変換ユニットＵ３の制御部Ｃ３は、制御信号ＣＳ３に基づいて変換ユニットＵ３に供給される電力量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、変換ユニットＵ３の運転条件を調整する。

【0178】

原料供給ユニットＵ４の制御部Ｃ４は、制御信号ＣＳ４に基づいて流路Ｐ４を介して合成ユニットＵ５に供給する一酸化炭素の量および水素の流量のそれぞれを測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、原料供給ユニットＵ４の運転条件を調整する。これにより、合成ユニットＵ５に供給される中間化合物の量は、測定ステップ（Ｓ１）時と同等の範囲に保たれる。

【0179】

合成ユニットＵ５の制御部Ｃ５は、制御信号ＣＳ５に基づいて測定ステップ（Ｓ１）時と同様の運転条件で合成ユニットＵ５を運転する。

【0180】

その後、各検出器は、測定ステップ（Ｓ１）と同様に、対象物のパラメータを測定する（Ｓ８）。これにより、調整後の運転状況を検証する。

【0181】

第６の制御例では、供給ガスの量が減少する場合であっても合成ユニットＵ５に供給される中間化合物の量を一定の範囲内に制御して合成ユニットＵ５により炭素化合物を合成する。これにより、バッファータンクを用いずにユニット間の物質量のずれによる炭素化合物の合成量の変動を抑制できる。

【0182】

なお、第６の制御例では、制御部Ｃ０、制御部Ｃ２、検出器Ｄ２、検出器Ｄ３、検出器Ｄ４、検出器Ｄ５、検出器Ｄ６、検出器Ｄ７、検出器Ｄ８、検出器Ｄ９を必ずしも動作させなくてもよい。これらの構成要素を動作させる場合、制御部Ｃ０、制御部Ｃ２、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９は、各部での対象物のパラメータを測定し、測定データが統合コントローラＣＸにおいて異常と判断される場合、各部を正常な状態になるように制御してもよい。例えば、制御部Ｃ２を動作させる場合、制御部Ｃ２は、例えば変換ユニットＵ３でフラッディング等の異常が発生したと判断された場合、原料供給ユニットＵ２から変換ユニットＵ３に供給される第１の原料の供給量を調整することにより、変換ユニットＵ３が正常な状態になるように調整できる。

【0183】

（第７の制御例）
図１に示す炭素化合物製造システムにおいて、排出ユニットＵ０から回収ユニットＵ１に供給される供給ガスの量が所望の値よりも増加したときの他の制御例について説明する。

【0184】

まず、検出器Ｄ１は、回収ユニットＵ１に供給される供給ガスの流量を測定してデータ信号ＤＳ１を生成する（Ｓ１）。

【0185】

次に、検出器Ｄ１は、供給ガスの流量の測定データを含むデータ信号ＤＳ１を統合コントローラＣＸに送信する（Ｓ２）。

【0186】

次に、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１は、検出器Ｄ１からのデータ信号ＤＳ１を受信する（Ｓ３）。受信したデータ信号ＤＳ１は、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１を経て演算部ＣＸ２に入力される。

【0187】

次に、演算部ＣＸ２は、受信したデータ信号ＤＳ１に含まれる測定データと、統合コントローラＣＸに記憶されたデータ信号ＤＳ１に対応する計画データと、を照合する（Ｓ４）。

【0188】

この照合により、測定データの値が計画データの値の要求基準範囲よりも大きいと判断され（Ｓ４Ｙｅｓ）、演算部ＣＸ２は、上記演算処理により、制御信号ＣＳ１、制御信号ＣＳ３、制御信号ＣＳ４、および制御信号ＣＳ５を生成する（Ｓ５）。生成された制御信号は、送信部ＣＸ３から対応するユニットの各制御部に送信される（Ｓ６）。

【0189】

対応するユニットは、制御信号を受信し、受信した制御信号に基づく運転条件で運転を実施する（Ｓ７）。

【0190】

回収ユニットＵ１の制御部Ｃ１は、制御信号ＣＳ１に基づいて回収ユニットＵ１により回収される二酸化炭素の量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、回収ユニットＵ１の運転条件を調整する。

【0191】

変換ユニットＵ３の制御部Ｃ３は、制御信号ＣＳ３に基づいて変換ユニットＵ３に供給される電力量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、変換ユニットＵ３の運転条件を調整する。

【0192】

原料供給ユニットＵ４の制御部Ｃ４は、制御信号ＣＳ４に基づいて流路Ｐ４を介して合成ユニットＵ５に供給する水素の流量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも増加させるように、原料供給ユニットＵ４の運転条件を調整する。

【0193】

合成ユニットＵ５の制御部Ｃ５は、制御信号ＣＳ５に基づいて炭素化合物を合成するときの反応温度を測定ステップ（Ｓ１）時より上昇させるように合成ユニットＵ５の運転条件を制御する。

【0194】

その後、各検出器は、測定ステップ（Ｓ１）と同様に、対象物のパラメータを測定する（Ｓ８）。これにより、調整後の運転状況を検証する。

【0195】

第７の制御例では、供給ガスの量が増加する場合であっても、合成ユニットＵ５により合成される炭素化合物を一定の範囲内に制御できる。これにより、バッファータンクを用いずにユニット間の物質量のずれによる炭素化合物の合成量の変動を抑制できる。

【0196】

なお、第７の制御例では、制御部Ｃ０、制御部Ｃ２、検出器Ｄ２、検出器Ｄ３、検出器Ｄ４、検出器Ｄ５、検出器Ｄ６、検出器Ｄ７、検出器Ｄ８、検出器Ｄ９を必ずしも動作させなくてもよい。これらの構成要素を動作させる場合、制御部Ｃ０、制御部Ｃ２、検出器Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９は、各部での対象物のパラメータを測定し、測定データが統合コントローラＣＸにおいて異常と判断される場合、各部を正常な状態になるように制御してもよい。例えば、制御部Ｃ２を動作させる場合、制御部Ｃ２は、例えば変換ユニットＵ３でフラッディング等の異常が発生したと判断された場合、原料供給ユニットＵ２から変換ユニットＵ３に供給される第１の原料の供給量を調整することにより、変換ユニットＵ３が正常な状態になるように調整できる。

【0197】

（第８の制御例）
図１に示す炭素化合物製造システムにおいて、排出ユニットＵ０から回収ユニットＵ１に供給される供給ガスの量が所望の値よりも減少したときの他の制御例について説明する。

【0198】

まず、検出器Ｄ１は、回収ユニットＵ１に供給される供給ガスの流量を測定してデータ信号ＤＳ１を生成する（Ｓ１）。

【0199】

次に、検出器Ｄ１は、供給ガスの流量の測定データを含むデータ信号ＤＳ１を統合コントローラＣＸに送信する（Ｓ２）。

【0200】

次に、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１は、検出器Ｄ１からのデータ信号ＤＳ１を受信する（Ｓ３）。受信したデータ信号ＤＳ１は、統合コントローラＣＸの受信部ＣＸ１を経て演算部ＣＸ２に入力される。

【0201】

次に、演算部ＣＸ２は、受信したデータ信号ＤＳ１に含まれる測定データと、統合コントローラＣＸに記憶されたデータ信号ＤＳ１に対応する計画データと、を照合する（Ｓ４）。

【0202】

この照合により、測定データの値が計画データの値の要求基準範囲よりも小さいと判断され（Ｓ４Ｙｅｓ）、演算部ＣＸ２は、上記演算処理により、制御信号ＣＳ１、制御信号ＣＳ３、制御信号ＣＳ４、および制御信号ＣＳ５を生成する（Ｓ５）。生成された制御信号は、送信部ＣＸ３から対応するユニットの各制御部に送信される（Ｓ６）。

【0203】

対応するユニットは、制御信号を受信し、受信した制御信号に基づく運転条件で運転を実施する（Ｓ７）。

【0204】

回収ユニットＵ１の制御部Ｃ１は、制御信号ＣＳ１に基づいて回収ユニットＵ１により回収される二酸化炭素の量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、回収ユニットＵ１の運転条件を調整する。

【0205】

変換ユニットＵ３の制御部Ｃ３は、制御信号ＣＳ３に基づいて変換ユニットＵ３に供給される電力量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、変換ユニットＵ３の運転条件を調整する。

【0206】

原料供給ユニットＵ４の制御部Ｃ４は、制御信号ＣＳ４に基づいて流路Ｐ４を介して合成ユニットＵ５に供給する水素の流量を測定ステップ（Ｓ１）時よりも減少させるように、原料供給ユニットＵ４の運転条件を調整する。

【0207】

合成ユニットＵ５の制御部Ｃ５は、制御信号ＣＳ５に基づいて反応温度を測定ステップ（Ｓ１）時より下降させるように合成ユニットＵ５の運転条件を制御する。

【0208】

その後、各検出器は、測定ステップ（Ｓ１）と同様に、対象物のパラメータを測定する（Ｓ８）。これにより、調整後の運転状況を検証する。

【0209】

第８の制御例では、供給ガスの量が減少する場合であっても、合成ユニットＵ５により合成される炭素化合物を一定の範囲内に制御できる。これにより、バッファータンクを用いずにユニット間の物質量のずれによる炭素化合物の合成量の変動を抑制できる。

【0210】

なお、第８の制御例では、制御部Ｃ０、制御部Ｃ２、検出器Ｄ２、検出器Ｄ３、検出器Ｄ４、検出器Ｄ５、検出器Ｄ６、検出器Ｄ７、検出器Ｄ８、検出器Ｄ９を必ずしも動作させなくてもよい。これらの構成要素を動作させる場合、制御部Ｃ０、制御部Ｃ２、検出器Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９は、各部での対象物のパラメータを測定し、測定データが統合コントローラＣＸにおいて異常と判断される場合、各部を正常な状態になるように制御してもよい。例えば、制御部Ｃ２を動作させる場合、制御部Ｃ２は、例えば変換ユニットＵ３でフラッディング等の異常が発生したと判断された場合、原料供給ユニットＵ２から変換ユニットＵ３に供給される第１の原料の供給量を調整することにより、変換ユニットＵ３が正常な状態になるように調整できる。

【0211】

なお、上述した各実施形態の構成は、それぞれ組合せて適用することができ、また一部置き換えることも可能である。ここでは、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図するものではない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0212】

１０…電解セル、１１…アノード部、１２…カソード部、１３…セパレータ、２０…電源、１１１…アノード、１１２…流路板、１１２ａ…アノード流路、１１３…アノード集電体、１２１…カソード、１２２…流路板、１２２ａ…カソード流路、１２３…カソード集電体、Ｃ０…制御部、Ｃ１…制御部、Ｃ２…制御部、Ｃ３…制御部、Ｃ４…制御部、Ｃ５…制御部、ＣＳ０…制御信号、ＣＳ１…制御信号、ＣＳ２…制御信号、ＣＳ３…制御信号、ＣＳ４…制御信号、ＣＳ５…制御信号、ＣＸ…統合コントローラ、ＣＸ１…受信部、ＣＸ２…演算部、ＣＸ３…送信部、Ｄ１…検出器、Ｄ２…検出器、Ｄ３…検出器、Ｄ４…検出器、Ｄ５…検出器、Ｄ６…検出器、Ｄ７…検出器、Ｄ８…検出器、Ｄ９…検出器、ＤＳ１…データ信号、ＤＳ２…データ信号、ＤＳ３…データ信号、ＤＳ４…データ信号、ＤＳ５…データ信号、ＤＳ６…データ信号、ＤＳ７…データ信号、ＤＳ８…データ信号、ＤＳ９…データ信号、Ｐ１…流路、Ｐ２…流路、Ｐ３…流路、Ｐ４…流路、Ｐ５…流路、Ｐ６…流路、Ｐ７…流路、Ｕ０…排出ユニット、Ｕ１…回収ユニット、Ｕ２…原料供給ユニット、Ｕ３…変換ユニット、Ｕ４…原料供給ユニット、Ｕ５…合成ユニット。

【図1】

【図2】

【図3】