二酸化炭素分離システム
【課題】コストの上昇を抑制した状態で、排ガスより二酸化炭素を分離・回収できるようにする。
【解決手段】二酸化炭素排出源は、放出温度の動作温度で発電動作して吸収温度の排ガスを排出する発電システム１０７より排出される吸収温度で大気圧状態の排ガスを第１ガス流通経路１０３に導入して第１吸収材１０１を吸収温度としている。また、発電システム１０７を熱源として第２吸収材１０２を放出温度に加熱する。
【解決手段】二酸化炭素排出源は、放出温度の動作温度で発電動作して吸収温度の排ガスを排出する発電システム１０７より排出される吸収温度で大気圧状態の排ガスを第１ガス流通経路１０３に導入して第１吸収材１０１を吸収温度としている。また、発電システム１０７を熱源として第２吸収材１０２を放出温度に加熱する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素を含んだ排ガスより二酸化炭素を分離・回収する二酸化炭素分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素は、地球温暖化の原因となる温室効果ガスの一つとして、排出量削減が課題とされている。二酸化炭素の大気中への排出量を削減する方法としては、例えば、火力発電所やガソリンエンジンなどの、二酸化炭素を含有する排ガスを排出する二酸化炭素排出源において、排ガス中の二酸化炭素を分離・回収することにより、排出される排ガス中に二酸化炭素を含まなくする方法がある。このような二酸化炭素の分離・回収の技術として、化学吸収法、物理吸収法、膜分離法、吸着分離法が実用化段階にあるとされている（非特許文献１参照）。例えば、アミン系の吸着液を用いた化学吸収法は、火力発電所などの大規模な二酸化炭素排出源からの回収に実用化されている。
【０００３】
しかしながら、燃料電池のような、火力発電所などに比べて小型の規模でありながら、二酸化炭素を高濃度で含有する高温の排ガスを常圧（大気圧）で排出する排出源においては、上述した二酸化炭素の分離・回収技術にいくつかの問題がある。
【０００４】
まず、アミン系の吸収液を用いる化学吸収法では、吸着液が二酸化炭素を分離・回収する温度が４０〜５０℃であるため、高温の排ガスを一旦冷却してから分離・回収する必要がある。
【０００５】
また、物理吸収法、吸着分離法、膜分離法では、高濃度の二酸化炭素の排ガスに用いることができるが、まず、効率のよい二酸化炭素の分離・回収には高圧が必要であり、また、この場合においても、高温の排ガスを一旦冷却してから分離・回収する必要がある。
【０００６】
ところが、例えば、出力が数〜数十ｋＷの固体酸化物形燃料電池では、火力発電所などに比べて小規模でありながら、二酸化炭素を高濃度で含有する高温の排ガスを、高圧状態ではない常圧（大気圧）で排出する二酸化炭素排出源である。このため、上述した分離・回収技術では、排ガスを冷却し、また、高圧にするなどの工程が必要となり、二酸化炭素を容易に分離・回収することができないという問題がある。
【０００７】
高温で二酸化炭素を吸収できる固体の二酸化炭素吸収材を用いることができれば、毒性のないドライプロセスで高純度の二酸化炭素回収が可能となる。さらに、燃料電池、特に運転温度の高い固体酸化物形燃料電池においては、運転温度と近い反応温度を持つ二酸化炭素吸収材を用いた二酸化炭素分離・回収プロセスの実現により、二酸化炭素が吸収された後の排ガスも高温であることから、排ガスの熱を活用したメタン改質など付加価値を有するシステムを構成することが可能となる。このため、固体の二酸化炭素吸収材を用いることで、固体酸化物形燃料電池による発電システムなどの小規模の二酸化炭素排出源からの二酸化炭素回収のためのエネルギー収支においても、アミン系吸収液などより優位なシステムが実現可能になる。
【０００８】
固体吸収材を用いた二酸化炭素分離システムとしては、複数の提案がなされている（特許文献１，特許文献２参照）。しかしながら、二酸化炭素を回収する排ガスを、二酸化炭素吸収材の吸収温度に合わせるための加熱および二酸化炭素放出のための加熱、および加熱のための機構の必要性など、エネルギー収支、装置の規模の面で課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１６１２２０号公報
【特許文献２】特開２００５−０７５６８３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】財団法人地球環境産業技術研究機構 編、「図解 ＣＯ2貯留テクノロジー」、株式会社工業調査会、初版２刷、２００８年。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、従来の二酸化炭素分離では、二酸化炭素の吸収を行う排ガスを、二酸化炭素吸収材の吸収温度に合わせて加熱し、また、冷却するなど、エネルギー収支の面でコストの上昇を招くなどの問題がある。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、コストの上昇を抑制した状態で、排ガスより二酸化炭素を分離・回収できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る二酸化炭素分離システムは、吸収温度で二酸化炭素を吸収し、吸収した二酸化炭素を吸収温度より高温の放出温度で放出する二酸化炭素吸収材から構成された第１吸収材および第２吸収材と、第１吸収材が配置される第１ガス流通経路と、第２吸収材が配置される第２ガス流通経路と、二酸化炭素排出源からの排ガスを第１ガス流通経路に導入する排ガス導入経路とを備え、二酸化炭素排出源は、放出温度の動作温度で発電動作して吸収温度の排ガスを排出する発電システムであり、吸収温度の排ガスを第１ガス流通経路に導入して第１吸収材を吸収温度とし、発電システムを熱源として第２吸収材を放出温度に加熱する。
【００１４】
上記二酸化炭素分離システムにおいて、二酸化炭素吸収材は、リチウム複合酸化物から構成されていればよい。リチウム複合酸化物は、例えば、リチウムシリケートであればよい。
【００１５】
なお、第２ガス流通経路にキャリアガスを供給するキャリアガス供給手段を備えるようにしてもよい。また、キャリアガス供給手段は、第２ガス流通経路より放出された一部の二酸化炭素をキャリアガスとして供給するようにしてもよい。また、キャリアガス供給手段が供給するキャリアガスを加熱する加熱手段を備えるようにしてもよい。
【００１６】
上記二酸化炭素分離システムにおいて、第１ガス流通経路で二酸化炭素を吸収した第１吸収材と、第２ガス流通経路で二酸化炭素を放出した第２吸収材とを循環して入れ替える移送手段を備えるようにしてもよい。また、第１吸収材を収納する第１収納容器および第２吸収材を収納する第２収納容器を備え、移送手段は、第１収納容器と、第２収納容器とを循環して入れ替えるようにしてもよい。
【００１７】
上記二酸化炭素分離システムにおいて、筒状に形成されて筒の軸を中心に回転可能とされた流路切り替え手段と、断熱材から構成されて流路切り替え手段の内部を軸の方向に延在する複数の領域に分割する隔壁と、複数の領域の各々に配置された流通経路と、各々の流通経路に配置された二酸化炭素吸収材とを備え、流路切り替え手段のいずれか１つの領域に配置された流通経路が第２ガス流通経路であり、流路切り替え手段の残りの領域に配置された流通経路が第１ガス流通経路であるようにしてもよい。また、複数の流路切り替え手段を備え、第１ガス流通経路および第２ガス流通経路を複数組備えるようにしてもよい。なお、発電システムは、固体酸化物形燃料電池から構成されているとよい。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、二酸化炭素排出源を、放出温度の動作温度で発電動作して吸収温度の排ガスを排出する発電システムとし、吸収温度の排ガスを第１ガス流通経路に導入して第１吸収材を吸収温度とし、発電システムを熱源として第２吸収材を放出温度に加熱するようにしたので、コストの上昇を抑制した状態で、排ガスより二酸化炭素を分離・回収できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における二酸化炭素分離システム１００の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、実施の形態１における二酸化炭素分離システム１００の動作を説明するための説明図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２における二酸化炭素分離システム３００の構成を示す構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３における二酸化炭素分離システムの構成を示す構成図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施の形態３における流路切り替え部４２１の構成を示す斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施の形態３における流路切り替え部４２１の構成を示す構成図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態４における二酸化炭素分離システムの構成を示す構成図である。
【図７】図７は、実施の形態４における第１流路切り替え部６２１ａおよび第２流路切り替え部６２１ｂの構成を示す構成図である。
【図８】図８は、実施の形態４における二酸化炭素分離システムを用いた燃料電池システム６００の動作を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００２１】
[実施の形態１]
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における二酸化炭素分離システム１００の構成を示す構成図である。二酸化炭素分離システム１００は、まず、第１吸収材１０１が配置される第１ガス流通経路１０３と、第２吸収材１０２が配置される第２ガス流通経路１０４とを備える。第１吸収材１０１および第２吸収材１０２は、吸収温度で二酸化炭素を吸収し、吸収した二酸化炭素を吸収温度より高温の放出温度で放出する二酸化炭素吸収材から構成されたものである。例えば、第１吸収材１０１および第２吸収材１０２は、リチウム複合酸化物から構成されている。
【００２２】
また、この二酸化炭素分離システム１００は、二酸化炭素排出源からの排ガスを第１ガス流通経路１０３に導入する排ガス導入経路１０５を備える。また、第２ガス流通経路１０４にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部１０６を備える。キャリアガス供給部１０６を用いる場合、回収する二酸化炭素を高純度に保つために、二酸化炭素をキャリアガスとして用いればよい。キャリアガス供給部１０６は、例えば、二酸化炭素を収容したボンベを備え、このボンベよりキャリアガスとして二酸化炭素を供給する。また、キャリアガス供給部１０６は、第２ガス流通経路１０４より放出される二酸化炭素の一部を循環させて第２ガス流通経路１０４に供給する形態としてもよい。
【００２３】
ここで、二酸化炭素排出源は、放出温度の動作温度で発電動作して吸収温度の排ガスを排出する発電システム１０７である。本実施の形態では、まず、発電システム１０７より排出される吸収温度で大気圧状態の排ガスを第１ガス流通経路１０３に導入して第１吸収材１０１を吸収温度としている。このようにすることで、第１吸収材１０１は、二酸化炭素を吸収する吸収温度となるので、導入される排ガス中の二酸化炭素が吸収可能な状態となる。
【００２４】
また、本実施の形態では、発電システム１０７を熱源として第２吸収材１０２を放出温度に加熱する。例えば、発電システム１０７の発熱部に第２ガス流通経路１０４を接触させることで、第２吸収材１０２を放出温度に加熱することができる。このようにすることで、第２吸収材１０２は、二酸化炭素を放出する放出温度となるので、二酸化炭素が放出可能な状態となる。
【００２５】
上述した本実施の形態によれば、二酸化炭素吸収材の二酸化炭素吸収温度への加熱、および二酸化炭素放出温度への加熱の熱源を、二酸化炭素分離対象の排ガスを排出する二酸化炭素排出源である発電システム１０７より得ているので、上記加熱のために、新たなエネルギーを消費することが抑制できるようになる。この結果、本実施の形態によれば、コストの上昇を抑制した状態で、排ガスより二酸化炭素を分離・回収できるようになる。
【００２６】
次に、実施の形態１における二酸化炭素分離システム１００の動作について図２を用いて説明する。まず、図２の（ａ）に示すように、初期状態では、第１吸収材１０１は二酸化炭素を吸収していない状態「吸収材」であり、第２吸収材１０２は、二酸化炭素を吸収している状態「二酸化炭素を吸収した吸収材」である。
【００２７】
動作開始時のステップでは、図２の（ｂ）に示すように、発電システム１０７からの排ガスは、排ガス導入経路１０５を経由し、第１ガス流通経路１０３の「吸収材」の状態の第１吸収材１０１に供給され、二酸化炭素が吸収され、二酸化炭素吸収後の排ガスが第１ガス流通経路１０３より排出される。
【００２８】
また、キャリアガス供給部１０６からのキャリアガスが、第２ガス流通経路１０４の「二酸化炭素を吸収した吸収材」の状態で発電システム１０７により加熱されている第２吸収材１０２に供給され、放出された二酸化炭素を移送する。
【００２９】
上述した二酸化炭素の吸収および二酸化炭素の放出を続けると、次のステップでは、図２の（ｃ）に示すように、第１吸収材１０１では二酸化炭素の吸収が終了して「二酸化炭素を吸収した吸収材」となり、第２吸収材１０２では二酸化炭素の放出が終了して「吸収材」となる（再生）。この状態で、各ガスの流通を停止する。
【００３０】
次のステップでは、図２の（ｄ）に示すように、二酸化炭素を吸収した第１吸収材１０１と再生された第２吸収材１０２とを交換し、第１ガス流通経路１０３には、「吸収材」の状態の第２吸収材１０２を配置し、第２ガス流通経路１０４には、「二酸化炭素を吸収した吸収材」の第１吸収材１０１を配置する。言い換えると、吸収および放出をした後で、二酸化炭素を吸収した第１吸収材１０１を第２吸収材１０２とし、再生した第２吸収材１０２を第１吸収材１０１とすることで、初期状態とする。この後、前述した各ステップを繰り返すことで、二酸化炭素の分離・回収が実現できる。
【００３１】
ここで、上述した最後のステップにおける吸収材の交換は、どの様な方法で行ってもよく、例えば、各吸収材を各々収納容器（第１収納容器，第２収納容器）に収容した状態で、収納容器ごと交換すればよい。この交換は、人為的に交換してもよく、また、機械によって自動的に交換してもよい。
【００３２】
また、第１吸収材１０１と第２吸収材１０２とを循環して入れ替える移送装置を用いるようにしてもよい。例えば、ベルトコンベアなどの流動床を用い、第１吸収材１０１と第２吸収材１０２とを循環して入れ替えるようにしてもよい。
【００３３】
また、第１ガス流通経路１０３と第２ガス流通経路１０４とを２組備え、一方の組で二酸化炭素の分離・回収を行っている状態で、他方の組では、第１吸収材１０１と第２吸収材１０２との入れ替えを行うことで、全体としてガスの流通を停止せずに連続運転ができるようにしてもよい。
【００３４】
[実施の形態２]
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図３は、本発明の実施の形態２における二酸化炭素分離システム３００の構成を示す構成図である。二酸化炭素分離システム３００は、まず、第１吸収材３０１が配置される第１ガス流通経路３０３と、第２吸収材３０２が配置される第２ガス流通経路３０４とを備える。第１吸収材３０１および第２吸収材３０２は、吸収温度で二酸化炭素を吸収し、吸収した二酸化炭素を吸収温度より高温の放出温度で放出する二酸化炭素吸収材から構成されたものである。
【００３５】
第１吸収材３０１および第２吸収材３０２は、リチウム複合酸化物であるリチウムシリケートから構成されている。リチウムシリケートは、二酸化炭素吸収の反応温度領域（吸収温度）が、５００〜７００℃である。また、リチウムシリケートは、二酸化炭素放出の温度領域（放出温度）が、７００〜８５０℃である。
【００３６】
また、この二酸化炭素分離システム３００は、二酸化炭素排出源からの排ガスを第１ガス流通経路３０３に導入する排ガス導入経路３０５と、第２ガス流通経路３０４にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部３０６とを備える。キャリアガス供給部３０６は、第２ガス流通経路３０４より放出される二酸化炭素の一部を循環させて第２ガス流通経路３０４に供給する。このようにすることで、別途にボンベなどを用いることなくキャリアガスが供給できるので、装置を小型化することが可能となり、また、ボンベの交換などの作業を削減することができる。
【００３７】
また、循環する二酸化炭素を加熱する予熱部（加熱部）３０８を備える。キャリアガスを予熱しておくことで、キャリアガスの導入による第２ガス流通経路３０４における温度低下を抑制できる。
【００３８】
ここで、二酸化炭素排出源は、放出温度の動作温度で発電動作して吸収温度の排ガスを排出する燃料電池システム３０７である。例えば、運転温度（動作温度）が７００〜８５０℃である固体酸化物形燃料電池であれば、排ガス温度は、５５０〜６５０℃である。従って、この場合、動作温度は、放出温度となっており、排ガス温度は吸収温度となっている。
【００３９】
実施の形態２では、まず、燃料電池システム３０７より排出される吸収温度で大気圧状態の排ガスを、第１ガス流通経路３０３に導入して第１吸収材３０１を吸収温度としている。このようにすることで、第１吸収材３０１は、二酸化炭素を吸収する吸収温度となるので、導入される排ガス中の二酸化炭素が吸収可能な状態となる。
【００４０】
また、実施の形態２では、燃料電池システム３０７を熱源として第２吸収材３０２を放出温度に加熱する。第２吸収材３０２は、燃料電池システム３０７の燃料電池モジュール３１０に接して設けられ、燃料電池モジュール３１０を熱源としている。燃料電池モジュール３１０に第２ガス流通経路３０４を接触させることで、第２吸収材３０２を放出温度に加熱することができる。このようにすることで、第２吸収材３０２は、二酸化炭素を放出する放出温度となるので、二酸化炭素が放出可能な状態となる。
【００４１】
上述した実施の形態２によれば、二酸化炭素吸収材の二酸化炭素吸収温度への加熱、および二酸化炭素放出温度への加熱の熱源を、二酸化炭素分離対象の排ガスを排出する二酸化炭素排出源である燃料電池システム３０７より得ているので、上記加熱のために、新たなエネルギーを消費することが抑制できるようになる。この結果、実施の形態２によれば、コストの上昇を抑制した状態で、排ガスより二酸化炭素を分離・回収できるようになる。
【００４２】
[実施の形態３]
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図４は、本発明の実施の形態３における二酸化炭素分離システムの構成を示す構成図である。実施の形態３では、二酸化炭素分離システムを組み込んだ燃料電池システム４００を例に説明する。
【００４３】
燃料電池システム４００は、まず、固体酸化物形燃料電池からなる燃料電池モジュール４０７を備える。燃料電池モジュール４０７が、二酸化炭素排出源である。燃料電池モジュール４０７は、複数の燃料電池セルが積層した燃料電池スタック、原料ガスを改質する改質器、内部を動作温度にまで加熱する加熱部などを備え、例えば、運転温度（動作温度）が７００〜８５０℃であり、排ガス温度は、５５０〜６５０℃である。燃料電池モジュール４０７は、燃料ガスなどを大気圧の状態で用いており、排ガスは大気圧の状態とされている。また、排ガスには、二酸化炭素が含まれている。
【００４４】
また、実施の形態３の燃料電池システム４００は、第１吸収材４０１が配置される第１ガス流通経路４０３と、第２吸収材４０２が配置される第２ガス流通経路４０４とを備える。第１吸収材４０１および第２吸収材４０２は、リチウムシリケートから構成されている。
【００４５】
また、燃料電池システム４００は、燃料電池モジュール４０７からの排ガスを第１ガス流通経路４０３に導入する排ガス導入経路４０５と、第２ガス流通経路４０４にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部４０６とを備える。キャリアガス供給部４０６は、第２ガス流通経路４０４より放出される二酸化炭素の一部を循環させて第２ガス流通経路４０４に供給する。また、循環する二酸化炭素を加熱する予熱部４０８を備える。
【００４６】
加えて、実施の形態３では、図５Ａ，図５Ｂにも示すように、筒状に形成されて筒の軸５０１を中心に回転可能とされた流路切り替え部４２１を備える。流路切り替え部４２１は、例えば、円筒の形状とされている。流路切り替え部４２１は、内部に軸５０１の方向に延在する複数の領域を備え、断熱材から構成され隔壁４２２で、上記複数の領域に分離（分割）している。本実施の形態では、流路切り替え部４２１は、２つの領域を備え、これらの領域を隔壁４２２で分割している。分割された一方の領域４２３に第１ガス流通経路４０３が配置され、分割された他方の領域４２４に、第２ガス流通経路４０４が配置されている。
【００４７】
実施の形態３では、流路切り替え部４２１を軸５０１で回転させることで、領域４２４が燃料電池モジュール４０７内に配置される状態と、領域４２３が燃料電池モジュール４０７内に配置される状態とを切り替え可能としている。図４は、領域４２４が燃料電池モジュール４０７内に配置される状態を示している。
【００４８】
図４に示すように、領域４２４が燃料電池モジュール４０７内に配置される状態では、排ガス導入経路４０５は、第１ガス流通経路４０３に接続される。また、キャリアガス供給部４０６からのキャリアガスは、第２ガス流通経路４０４に供給され、第２ガス流通経路４０４より排出される一部の二酸化炭素が、キャリアガス供給部４０６に循環して再利用される。この場合は、第２ガス流通経路４０４が、燃料電池モジュール４０７の動作温度に加熱される状態となる。
【００４９】
一方、領域４２３が燃料電池モジュール４０７内に配置される状態では、図示していないが、排ガス導入経路４０５は、第２ガス流通経路４０４に接続される。また、キャリアガス供給部４０６からのキャリアガスは、第１ガス流通経路４０３に供給され、第１ガス流通経路４０３より排出される一部の二酸化炭素が、キャリアガス供給部４０６に循環して再利用される。この場合は、第１ガス流通経路４０３が、燃料電池モジュール４０７の動作温度に加熱される状態となる。
【００５０】
次に、実施の形態３における二酸化炭素分離システムを用いた燃料電池システム４００の動作について説明する。まず、初期状態では、流路切り替え部４２１の領域４２４が燃料電池モジュール４０７内に配置されている。また、第１ガス流通経路４０３の第１吸収材４０１は二酸化炭素を吸収していない状態（未吸収）である。また、第２ガス流通経路４０４の第２吸収材４０２は、二酸化炭素を吸収している状態（吸収済み）である。
【００５１】
動作開始時のステップでは、まず、排ガス導入経路４０５のバルブ４３１を、開状態とし、第１ガス流通経路４０３の排出側のバルブ４３２も開状態とする。この開状態で、燃料電池モジュール４０７からの排ガスは、排ガス導入経路４０５を経由し、第１ガス流通経路４０３の未吸収の状態の第１吸収材４０１に供給され、二酸化炭素が吸収され、二酸化炭素吸収後の排ガスが第１ガス流通経路４０３より排出される。
【００５２】
また、キャリアガスの供給側のバルブ４３３を開状態とし、第２ガス流通経路４０４の排出側のバルブ４３４も開状態とする。この開状態で、キャリアガス供給部４０６からのキャリアガスが、第２ガス流通経路４０４の吸収済みの状態で燃料電池モジュール４０７により加熱されている第２吸収材４０２に供給され、放出された二酸化炭素を移送する。
【００５３】
上述した二酸化炭素の吸収および二酸化炭素の放出を続けると、次のステップでは、第１吸収材４０１では二酸化炭素の吸収が終了して吸収済みの吸収材となり、第２吸収材４０２では二酸化炭素の放出が終了して未吸収の吸収材となる（再生）。この状態で、バルブ４３１，バルブ４３２，バルブ４３３，バルブ４３４を閉状態として各ガスの流通を停止する。
【００５４】
次のステップでは、流路切り替え部４２１を回転させ、今度は領域４２３を燃料電池モジュール４０７内に配置させる。この状態では、第１ガス流通経路４０３が燃料電池モジュール４０７内に配置され、キャリアガスが供給される経路に接続される。また、第２ガス流通経路４０４は、排ガス導入経路４０５に接続される。この結果、排ガス導入経路４０５からの排ガスは、未吸収状態の第２吸収材４０２に供給可能な状態となる。また、キャリアガスは、吸収済み状態の第１吸収材４０１に供給可能な状態となる。また、第１吸収材４０１は、二酸化炭素を放出する放出温度の状態となる。これらの流路接続の切り替えは、例えば、回転式のマニホールドおよびバルブを用いて行えばよい。
【００５５】
このように、流路切り替え部４２１を回転させて切り替えることで、吸収状態の第１吸収材４０１と未吸収状態の第２吸収材４０２とが交換できることになる。以上のように切り替えた後、前述した各ステップを繰り返すことで、引き続いて二酸化炭素の分離・回収が実現できる。また、第２吸収材４０２が吸収済みの状態となり、第１吸収材４０１が未吸収の状態となったら、流路切り替え部４２１を回転させ、今度は領域４２４を燃料電池モジュール４０７内に配置させればよい。これは、前述した初期状態である。このように、前述した各ステップと、流路切り替え部４２１の回転による切り替えとを繰り返せば、連続して二酸化炭素の分離・回収が実現できる。
【００５６】
[実施の形態４]
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図６は、本発明の実施の形態４における二酸化炭素分離システムの構成を示す構成図である。実施の形態４では、二酸化炭素分離システムを組み込んだ燃料電池システム６００を例に説明する。
【００５７】
燃料電池システム６００は、第１吸収材６０１ａが配置される第１ガス流通経路６０３ａと、第２吸収材６０２ａが配置される第２ガス流通経路６０４ａとを備える。また、第３吸収材６０１ｂが配置される第３ガス流通経路６０３ｂと、第４吸収材６０２ｂが配置される第４ガス流通経路６０４ｂとを備える。各吸収材は、リチウムシリケートから構成されている。
【００５８】
また、この燃料電池システム６００は、燃料電池モジュール６０７からの排ガスを第１ガス流通経路６０３ａに導入する第１排ガス導入経路６０５ａと、燃料電池モジュール６０７からの排ガスを第３ガス流通経路６０３ｂに導入する第２排ガス導入経路６０５ｂとを備える。また、第２ガス流通経路６０４ａおよび第４ガス流通路６０４ｂにキャリアガスを供給するキャリアガス供給部６０６を備える。キャリアガス供給部６０６は、第２ガス流通経路６０４ａおよび第４ガス流通路６０４ｂより放出される二酸化炭素の一部を循環させて第２ガス流通経路６０４ａに供給する。また、循環する二酸化炭素を加熱する予熱部６０８を備える。
【００５９】
また、実施の形態４では、図７にも示すように、筒状に形成されて筒の軸を中心に回転可能とされた第１流路切り替え部６２１ａおよび第２流路切り替え部６２１ｂを備える。
【００６０】
第１流路切り替え部６２１ａは、内部に軸の方向に延在する２つの領域を備え、断熱材から構成され隔壁６２２ａで、上記２つの領域に分離（分割）している。分割された一方の領域６２３ａに第１ガス流通経路６０３ａが配置され、分割された他方の領域６２４ａに、第２ガス流通経路６０４ａが配置されている。
【００６１】
同様に、第２流路切り替え部６２１ｂは、内部に軸の方向に延在する２つの領域を備え、断熱材から構成され隔壁６２２ｂで、上記２つの領域に分離している。分割された一方の領域６２３ｂに第３ガス流通経路６０３ｂが配置され、分割された他方の領域６２４ｂに、第４ガス流通経路６０４ｂが配置されている。
【００６２】
実施の形態４では、図７に示すように、第１流路切り替え部６２１ａおよび第２流路切り替え部６２１ｂを各々の軸で回転させることで、流路の機器換えを行う。第１流路切り替え部６２１ａを軸で回転させることで、領域６２４ａが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態と、領域６２３ａが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態とを切り替え可能としている。同様に、第２流路切り替え部６２１ｂを軸で回転させることで、領域６２４ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態と、領域６２３ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態とを切り替え可能としている。図６、７は、領域６２４ａおよび領域６２４ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態を示している。
【００６３】
図６に示すように、領域６２４ａが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態では、第１排ガス導入経路６０５ａは、第１ガス流通経路６０３ａに接続される。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスは、第２ガス流通経路６０４ａに供給され、第２ガス流通経路６０４ａより排出される一部の二酸化炭素が、キャリアガス供給部６０６に循環して再利用される。この場合は、第２ガス流通経路６０４ａが燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱される状態となる。
【００６４】
同様に、領域６２４ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態では、第２排ガス導入経路６０５ｂは、第３ガス流通経路６０３ｂに接続される。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスは、第４ガス流通経路６０４ｂに供給され、第４ガス流通経路６０４ｂより排出される一部の二酸化炭素が、キャリアガス供給部６０６に循環して再利用される。この場合は、第４ガス流通経路６０４ｂが燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱される状態となる。
【００６５】
一方、領域６２３ａが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態では、図示していないが、第１排ガス導入経路６０５ａは、第２ガス流通経路６０４ａに接続される。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスは、第１ガス流通経路６０３ａに供給され、第１ガス流通経路６０３ａより排出される一部の二酸化炭素が、キャリアガス供給部６０６に循環して再利用される。この場合は、第１ガス流通経路６０３ａが燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱される状態となる。
【００６６】
同様に、領域６２３ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態では、図示していないが、第２排ガス導入経路６０５ｂは、第４ガス流通経路６０４ｂに接続される。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスは、第３ガス流通経路６０３ｂに供給され、第３ガス流通経路６０３ｂより排出される一部の二酸化炭素が、キャリアガス供給部６０６に循環して再利用される。この場合は、第３ガス流通経路６０３ｂが燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱される状態となる。
【００６７】
上述した構成では、第１排ガス導入経路６０５ａおよび一方のキャリアガスの供給配管が、第１流路切り替え部６２１ａに接続し、第２排ガス導入経路６０５ｂおよび他方のキャリアガスの供給配管が、第２流路切り替え部６２１ｂに接続していることになる。
【００６８】
また、以下に示すように、各配管（排ガス導入経路）には、バルブが設けられている。まず、第１排ガス導入経路６０５ａには、第１バルブ６３１が設けられ、第２排ガス導入経路６０５ｂには、第２バルブ６３２が設けられている。また、第１流路切り替え部６２１ａの排ガスの排出配管には第３バルブ６３３が設けられ、第２流路切り替え部６２１ｂの排ガスの排出配管には第４バルブ６３４が設けられている。
【００６９】
また、キャリアガス供給部６０６から第１流路切り替え部６２１ａの側へキャリアガスを供給する配管には、第５バルブ６３５が設けられ、キャリアガス供給部６０６から第２流路切り替え部６２１ｂの側へキャリアガスを供給する配管には、第６バルブ６３６が設けられている。また、また、第１流路切り替え部６２１ａの二酸化炭素排出配管には第７バルブ６３７が設けられ、第２流路切り替え部６２１ｂの二酸化炭素排出配管には第８バルブ６３８が設けられている。
【００７０】
前述した第１流路切り替え部６２１ａおよび第２流路切り替え部６２１ｂによる切り替え動作は、以下に説明するように、上記各バルブを適宜に閉じた状態として行う。以下、第１流路切り替え部６２１ａおよび第２流路切り替え部６２１ｂによる切り替え動作について図８を用いて説明する。
【００７１】
まず、第１バルブ６３１，第３バルブ６３３，第５バルブ６３５，第７バルブ６３７を開状態とし、第２バルブ６３２，第４バルブ６３４，第６バルブ６３６，第８バルブ６３８を閉状態とする（ａ）。この状態では、燃料電池モジュール６０７からの排ガスが第１ガス流通経路６０３ａに導入され、第１吸収材６０１ａが排ガスに晒された状態となる。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスが第２ガス流通経路６０４ａに導入される状態となる。
【００７２】
また、第１流路切り替え部６２１ａの切り替え状態は、領域６２４ａが燃料電池モジュール６０７内に配置され、第２ガス流通経路６０４ａの第２吸収材６０２ａが、二酸化炭素の放出温度に加熱され、二酸化炭素の放出状態（高温）となっている。この結果、キャリアガスが供給されている第２ガス流通経路６０４ａでは、吸収済みの第２吸収材６０２ａより二酸化炭素が放出される状態となる。
【００７３】
一方、領域６２３ａは燃料電池モジュール６０７の外側に配置され、第１ガス流通経路６０３ａの第１吸収材６０１ａは、二酸化炭素の放出温度には加熱されていない。この状態では、第１吸収材６０１ａは、導入されている排ガスにより二酸化炭素の吸収温度に加熱され、二酸化炭素吸収状態（低温）となっている。この結果、排ガスが導入されている第１ガス流通経路６０４ａでは、未吸収の第１吸収材６０１ａが、排ガス中の二酸化炭素を吸収する状態となる。
【００７４】
また、第２流路切り替え部６２１ｂの切り替え状態は、領域６２４ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置され、第４ガス流通経路６０４ｂの第４吸収材６０２ｂが、二酸化炭素の放出温度に加熱された状態（高温）とされている。ここで、第４ガス流通経路６０４ｂには、キャリアガスが供給されておらず、二酸化炭素の排出側が閉じられているが、第４吸収材６０２ｂは、未吸収の状態であり、二酸化炭素を放出しないので、問題とならない。
【００７５】
また、領域６２３ｂは燃料電池モジュール６０７の外側に配置され、第３ガス流通経路６０３ｂの第３吸収材６０１ｂは、二酸化炭素の放出温度には加熱されていない（低温）。また、第３ガス流通経路６０３ｂには、排ガスが導入されていない。第３吸収材６０１ｂは、吸収済みの状態であるが、上述したように、放出温度にまで加熱されておらず、また、排ガスが導入されていないので、問題とならない。
【００７６】
以上に説明した状態は、第１流路切り替え部６２１ａの側で、排ガス中の二酸化炭素を吸収し、また、吸収済みの吸収材を燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱することで放出温度とし、二酸化炭素を放出する動作をしてる状態である。この状態では、第２流路切り替え部６２１ｂの側では、二酸化炭素の吸収および放出の動作はなされていない。
【００７７】
この状態を継続すると、いずれ、第１吸収材６０１ａは、二酸化炭素を十分に吸収して吸収済みの状態となり、第２吸収材６０２ａは、二酸化炭素を放出して未吸収の状態となる。ここで、上述したように、二酸化炭素の吸収および放出の動作がなされていない状態の第２流路切り替え部６２１ｂの側において、領域６２３ａと領域６２４ｂとの配置を入れ替え、領域６２３ｂが、燃料電池モジュール６０７内に配置される状態とする。
【００７８】
この入れ替えにより、図８の（ｂ）に示すように、第３ガス流通経路６０３ｂは、燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱される状態とされ、二酸化炭素を十分に吸収している吸収済みの第３吸収材６０１ｂが、二酸化炭素放出状態の温度（高温）とされる。加えて、第３ガス流通経路６０３ｂは、キャリアガスが供給可能な状態に切り替えられる。一方、第４ガス流通経路６０４ｂは、より低温状態の燃料電池モジュール６０７の外側に配置され、未吸収の第４吸収材６０２ｂは、二酸化炭素吸収状態の温度（低温）とされる。加えて、第４ガス流通経路６０４ｂは、排ガスが供給可能な状態に切り替えられる。以上のことにより、第３吸収材６０１ｂおよび第４吸収材６０２ｂは、各々の反応温度領域に温度制御が変更される。
【００７９】
上述したように、第２流路切り替え部６２１ｂを切り替えた後、第１バルブ６３１，第３バルブ６３３，第５バルブ６３５，第７バルブ６３７を閉状態とし、第２バルブ６３２，第４バルブ６３４，第６バルブ６３６，第８バルブ６３８を開状態とする（ｃ）。このように各バルブの開閉を切り替えることで、燃料電池モジュール６０７からの排ガスが第４ガス流通経路６０４ｂに導入され、第４吸収材６０２ｂが排ガスに晒された状態となる。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスが第３ガス流通経路６０３ｂに導入される状態となる。
【００８０】
また、第２流路切り替え部６２１ｂの切り替え状態は、領域６２３ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置され、第３ガス流通経路６０３ｂの第３吸収材６０１ｂが、二酸化炭素の放出温度に加熱されて二酸化炭素の放出状態（降温）となっている。このため、キャリアガスが供給されている第３ガス流通経路６０３ｂでは、吸収済みの第３吸収材６０１ｂより二酸化炭素が放出される状態となる。
【００８１】
一方、領域６２４ｂは燃料電池モジュール６０７の外側に配置され、第４ガス流通経路６０４ｂの第４吸収材６０２ｂは、二酸化炭素の放出温度には加熱されていない。この状態では、第４吸収材６０２ｂは、導入されている排ガスにより二酸化炭素の吸収温度に加熱され、二酸化炭素吸収温度状態（低温）とされている。このため、排ガスが導入されている第４ガス流通経路６０４ｂでは、未吸収の第４吸収材６０２ｂが、排ガス中の二酸化炭素を吸収する状態となる。
【００８２】
また、第１流路切り替え部６２１ａの切り替え状態は、領域６２４ａが燃料電池モジュール６０７内に配置され、第２ガス流通経路６０４ａの第２吸収材６０２ａが、二酸化炭素の放出温度に加熱された状態（高温）とされている。ここで、第２ガス流通経路６０４ａには、キャリアガスが供給されておらず、二酸化炭素の排出側が閉じられているが、第２吸収材６０２ａは、未吸収の状態であり、二酸化炭素を放出しないので、問題とならない。
【００８３】
また、領域６２３ａは燃料電池モジュール６０７の外側に配置され、第１ガス流通経路６０３ａの第１吸収材６０１ａは、二酸化炭素の放出温度には加熱されていない（低温）。また、第１ガス流通経路６０３ａには、排ガスが導入されていない。第１吸収材６０１ａは、吸収済みの状態であるが、上述したように、放出温度にまで加熱されておらず、また、排ガスが導入されていないので、問題とならない。
【００８４】
以上に説明した状態は、第２流路切り替え部６２１ｂの側で、排ガス中の二酸化炭素を吸収し、また、吸収済みの吸収材を燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱することで放出温度とし、二酸化炭素を放出する動作をしてる状態である。この状態では、第１流路切り替え部６２１ａの側では、二酸化炭素の吸収および放出の動作はなされていない。
【００８５】
この状態を継続すると、いずれ、第４吸収材６０２ｂは、二酸化炭素を十分に吸収して吸収済みの状態となり、第３吸収材６０１ｂは、二酸化炭素を放出して未吸収の状態となる。ここで、上述したように、二酸化炭素の吸収および放出の動作がなされていない状態の第１流路切り替え部６２１ａの側において、領域６２３ａと領域６２４ａとの配置を入れ替え、領域６２３ａが、燃料電池モジュール６０７内に配置される状態とする。
【００８６】
この入れ替えにより、図８の（ｄ）に示すように、第１ガス流通経路６０３ａは、燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱される状態とされ、二酸化炭素を十分に吸収している吸収済みの第１吸収材６０１ａが、二酸化炭素放出状態の温度（高温）とされる。加えて、第１ガス流通経路６０３ａは、キャリアガスが供給可能な状態に切り替えられる。一方、第２ガス流通経路６０４ａは、より低温状態の燃料電池モジュール６０７の外側に配置され、未吸収の第２吸収材６０２ａは、二酸化炭素吸収状態の温度（低温）とされる。加えて、第２ガス流通経路６０４ａは、排ガスが供給可能な状態に切り替えられる。以上のことにより、第２吸収材６０２ａおよび第１吸収材６０１ａは、各々の反応温度領域に温度制御が変更される。
【００８７】
上述したように、第１流路切り替え部６２１ａを切り替えた後、図８の（ａ）に示す状態に戻り、第１バルブ６３１，第３バルブ６３３，第５バルブ６３５，第７バルブ６３７を開状態とし、第２バルブ６３２，第４バルブ６３４，第６バルブ６３６，第８バルブ６３８を閉状態とする。
【００８８】
この状態では、燃料電池モジュール６０７からの排ガスが第１ガス流通経路６０３ａに導入され、第１吸収材６０１ａが排ガスに晒された状態となる。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスが第２ガス流通経路６０４ａに導入される状態となる。これば、前述したように、第１流路切り替え部６２１ａの側で、排ガス中の二酸化炭素を吸収し、また、吸収済みの吸収材を燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱することで放出温度とし、二酸化炭素を放出する動作をしてる状態である。またこの状態では、第２流路切り替え部６２１ｂの側では、二酸化炭素の吸収および放出の動作はなされていない。
【００８９】
以上に説明したように、第１流路切り替え部６２１ａ，第２流路切り替え部６２１ｂの切り替えと、第１バルブ６３１，第２バルブ６３２，第３バルブ６３３，第４バルブ６３４，第５バルブ６３５，第６バルブ６３６，第７バルブ６３７，第８バルブ６３８の開閉状態の切り替えとにより、排ガスからの二酸化炭素を分離・回収が、ガスの流通などを停止することなく連続して行えるようになる。
【００９０】
なお、上述した各切り替え部の切り替えおよび各バルブの開閉は、人為的に行ってもよく、機械によって自動的に行ってもよい。また、二酸化炭素吸収材は二酸化炭素を吸収することで重量が増加し、二酸化炭素を放出することで重量が減少する。この重量変化を利用し、切り替え部の２つの領域を重力方向に配列させ、二酸化炭素吸収材の重力変化により、２つの領域の配置関係を自動的に入れ替えるようにしてもよい。
【００９１】
以上に説明したように、本発明によれば、コストの上昇を抑制した状態で、排ガスより二酸化炭素を分離・回収できるようになる。本発明では、導入する排ガスの温度を、二酸化炭素吸収材における二酸化炭素吸収の反応温度領域としているので、二酸化炭素吸収のために外部からエネルギーを供給することなく二酸化炭素吸収反応を起こすことができる。また、発電システムの発電動作に伴い高温となっている領域に、二酸化炭素を放出させる吸収材を接触もしくは配置することで、当該吸収材を放出温度に加熱させるようにしたので、吸収材を再生させるために発電システムの高温の熱を利用することが可能になり、外部からのエネルギー供給を少なくし、かつ、システムの規模を小型化することが可能となる。
【００９２】
また、二酸化炭素吸収材の主成分として、リチウム複合酸化物、特に、ＬｉとＳｉの酸化物であるリチウムシリケートを用いることで、二酸化炭素吸収の反応温度領域は５００〜７００℃とし、二酸化炭素の放出温度領域は７００〜８５０℃として利用することができる。このため、７００℃以上の高温で発電を行い、５００〜７００℃の高温の排ガスを排出する発電システムに対して、排ガスの有する熱を二酸化炭素吸収の反応に用い、発電システムの有する高温の熱を二酸化炭素放出の反応に活用することができ、熱エネルギーの無駄なく二酸化炭素の分離・回収が可能になる。
【００９３】
運転温度が７００〜８５０℃である固体酸化物型燃料電池を発電システムとする場合には、排ガスは５５０〜６５０℃で取り出すことができ、二酸化炭素吸収の反応温度領域が５００〜７００℃で、二酸化炭素放出の反応温度領域が７００〜８５０℃であるリチウムシリケートは二酸化炭素吸収材として最適な組み合わせとなる。
【００９４】
前述したように、二酸化炭素吸収材を用いる二酸化炭素の分離・回収では、二酸化炭素の吸収温度および放出温度に吸収材を加熱することが重要となる。例えば、リチウム複合酸化物を用いる場合、７００℃を超える放出温度が必要となり、加熱のためのエネルギーが必要であり、加熱のための機構が必要となる。
【００９５】
燃料電池、特に運転温度の高い固体酸化物型燃料電池においては、運転温度が８００℃の場合、この８００℃の熱は、エクセルギー率（当該温度での電気への最大変換効率）が約５０％の質の高い熱エネルギーである。実際のコジェネレーションシステムにおいては、この質の高い熱エネルギーを、エクセルギー率が１０％程度しかない１００℃の質の低い熱エネルギーとして、暖房や給湯に用いている。都市ガスなどを用いた固体酸化物型燃料電池においては、燃料の水蒸気改質のために排熱を利用しているが、この場合でも、６５０℃程度の熱を利用している状態であり、８００℃の質の高い熱エネルギーが利用されていない。
【００９６】
上述した固体酸化物形燃料電池の質の高い熱エネルギーを二酸化炭素吸収材からの二酸化炭素放出のための吸熱反応に用いることができれば、熱エネルギーを有効に利用することが可能になる。さらに、排気ガスから二酸化炭素を吸収するための発熱反応時に、５００℃の排気ガスに熱を戻すことができれば、全体の熱量は無駄にすることなく、エクセルギー率４０％の５００℃の熱に戻すことができる。仮にこの５００℃の熱を、１００℃の質の低い熱エネルギーとして暖房や給湯に用いたとしても、エクセルギー損失は４０％から３０％と、従来に比べ１０％の削減が可能なる。また、この５００℃の熱は、メタン改質や水蒸気改質など、８００℃の熱よりも有効利用できる用途が広く、システム全体としてエネルギーの利用効率の高いシステムが実現できる。
【００９７】
放出された二酸化炭素の回収では、８５０℃で二酸化炭素放出反応を起こさせるようにすれば、放出した二酸化炭素自身の圧力で回収することが可能である。また、二酸化炭素を回収するガス流路を負圧もしくは真空引きすることで、より低い温度での二酸化炭素放出反応と回収もできる。さらに、放出された二酸化炭素を、回収のためのガス流路にキャリアガスを用いて流すこともできる。
【００９８】
二酸化炭素放出部に入力するキャリアガスは、二酸化炭素放出部における二酸化炭素の放出に高温（リチウムシリケートにおいては７００〜８５０℃）が必要なことから、本発明の二酸化炭素分離システムの一形態では、二酸化炭素放出部の直前に設置した予熱器でキャリアガスをあらかじめ加熱することで、二酸化炭素放出部の温度低下を防いでいる。
【００９９】
また、流路切り替え手段を用いることで、吸収済みの二酸化炭素吸収材と放出済みの二酸化炭素吸収材との交換を、より小規模な状態で行えるようになり、システムの小型化が可能になる。また、２つの流路切り替え手段を用いることで、ガスの流れを停止することなく、連続して二酸化炭素の分離・回収の動作が行えるようになる。
【０１００】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、流路切り替え部の切り替えは、同一方向に回転させることで順次に切り替えてもよく、また、１８０°回転させて切り替え、この次は、反対方向に１８０°回転させて切り替えるようにしてもよい。
【０１０１】
また、例えば、流路切り替え手段の中に３つ以上の複数の領域を設け、各々の領域にガス流通経路を配置することで、二酸化炭素の吸収時間と二酸化炭素の放出時間の差によるむだな時間の発生を抑制できるようになる。二酸化炭素の放出反応は短く、二酸化炭素の吸収時間は長いものとなる。このため、二酸化炭素の吸収の工程と二酸化炭素の放出の工程とを、時間的に同期させて行うと、二酸化炭素の放出が終了していても、二酸化炭素の吸収が終了するまで、流路の切り替えが行えない。このため、例えば、１つの流路切り替え手段を用いる場合、二酸化炭素の放出が終了しているガス流通経路には、むだな時間が発生していることになる。
【０１０２】
これに対し、例えば、流路切り替え手段の中に３つの領域を設け、各々の領域にガス流通経路を配置し、いずれか１つのガス流通経路で二酸化炭素の放出を行わせている間に、他の２つのガス流通経路において、二酸化炭素吸収の開始と終了との時刻をずらして行うことで、上述したむだ時間の発生が抑制できるようになる。
【０１０３】
また、二酸化炭素吸収材は、リチウムシリケートに限るものではなく、リチウムジルコネートおよびリチウムタイタネートなどの他のリチウム複合酸化物を用いるようにしてもよい。また、リチウム複合酸化物に限るものでもない。
【符号の説明】
【０１０４】
１００…二酸化炭素分離システム、１０１…第１吸収材、１０２…第２吸収材、１０３…第１ガス流通経路、１０４…第２ガス流通経路、１０５…排ガス導入経路、１０６…キャリアガス供給部、１０７…発電システム。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素を含んだ排ガスより二酸化炭素を分離・回収する二酸化炭素分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素は、地球温暖化の原因となる温室効果ガスの一つとして、排出量削減が課題とされている。二酸化炭素の大気中への排出量を削減する方法としては、例えば、火力発電所やガソリンエンジンなどの、二酸化炭素を含有する排ガスを排出する二酸化炭素排出源において、排ガス中の二酸化炭素を分離・回収することにより、排出される排ガス中に二酸化炭素を含まなくする方法がある。このような二酸化炭素の分離・回収の技術として、化学吸収法、物理吸収法、膜分離法、吸着分離法が実用化段階にあるとされている（非特許文献１参照）。例えば、アミン系の吸着液を用いた化学吸収法は、火力発電所などの大規模な二酸化炭素排出源からの回収に実用化されている。
【０００３】
しかしながら、燃料電池のような、火力発電所などに比べて小型の規模でありながら、二酸化炭素を高濃度で含有する高温の排ガスを常圧（大気圧）で排出する排出源においては、上述した二酸化炭素の分離・回収技術にいくつかの問題がある。
【０００４】
まず、アミン系の吸収液を用いる化学吸収法では、吸着液が二酸化炭素を分離・回収する温度が４０〜５０℃であるため、高温の排ガスを一旦冷却してから分離・回収する必要がある。
【０００５】
また、物理吸収法、吸着分離法、膜分離法では、高濃度の二酸化炭素の排ガスに用いることができるが、まず、効率のよい二酸化炭素の分離・回収には高圧が必要であり、また、この場合においても、高温の排ガスを一旦冷却してから分離・回収する必要がある。
【０００６】
ところが、例えば、出力が数〜数十ｋＷの固体酸化物形燃料電池では、火力発電所などに比べて小規模でありながら、二酸化炭素を高濃度で含有する高温の排ガスを、高圧状態ではない常圧（大気圧）で排出する二酸化炭素排出源である。このため、上述した分離・回収技術では、排ガスを冷却し、また、高圧にするなどの工程が必要となり、二酸化炭素を容易に分離・回収することができないという問題がある。
【０００７】
高温で二酸化炭素を吸収できる固体の二酸化炭素吸収材を用いることができれば、毒性のないドライプロセスで高純度の二酸化炭素回収が可能となる。さらに、燃料電池、特に運転温度の高い固体酸化物形燃料電池においては、運転温度と近い反応温度を持つ二酸化炭素吸収材を用いた二酸化炭素分離・回収プロセスの実現により、二酸化炭素が吸収された後の排ガスも高温であることから、排ガスの熱を活用したメタン改質など付加価値を有するシステムを構成することが可能となる。このため、固体の二酸化炭素吸収材を用いることで、固体酸化物形燃料電池による発電システムなどの小規模の二酸化炭素排出源からの二酸化炭素回収のためのエネルギー収支においても、アミン系吸収液などより優位なシステムが実現可能になる。
【０００８】
固体吸収材を用いた二酸化炭素分離システムとしては、複数の提案がなされている（特許文献１，特許文献２参照）。しかしながら、二酸化炭素を回収する排ガスを、二酸化炭素吸収材の吸収温度に合わせるための加熱および二酸化炭素放出のための加熱、および加熱のための機構の必要性など、エネルギー収支、装置の規模の面で課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１６１２２０号公報
【特許文献２】特開２００５−０７５６８３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】財団法人地球環境産業技術研究機構 編、「図解 ＣＯ2貯留テクノロジー」、株式会社工業調査会、初版２刷、２００８年。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、従来の二酸化炭素分離では、二酸化炭素の吸収を行う排ガスを、二酸化炭素吸収材の吸収温度に合わせて加熱し、また、冷却するなど、エネルギー収支の面でコストの上昇を招くなどの問題がある。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、コストの上昇を抑制した状態で、排ガスより二酸化炭素を分離・回収できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る二酸化炭素分離システムは、吸収温度で二酸化炭素を吸収し、吸収した二酸化炭素を吸収温度より高温の放出温度で放出する二酸化炭素吸収材から構成された第１吸収材および第２吸収材と、第１吸収材が配置される第１ガス流通経路と、第２吸収材が配置される第２ガス流通経路と、二酸化炭素排出源からの排ガスを第１ガス流通経路に導入する排ガス導入経路とを備え、二酸化炭素排出源は、放出温度の動作温度で発電動作して吸収温度の排ガスを排出する発電システムであり、吸収温度の排ガスを第１ガス流通経路に導入して第１吸収材を吸収温度とし、発電システムを熱源として第２吸収材を放出温度に加熱する。
【００１４】
上記二酸化炭素分離システムにおいて、二酸化炭素吸収材は、リチウム複合酸化物から構成されていればよい。リチウム複合酸化物は、例えば、リチウムシリケートであればよい。
【００１５】
なお、第２ガス流通経路にキャリアガスを供給するキャリアガス供給手段を備えるようにしてもよい。また、キャリアガス供給手段は、第２ガス流通経路より放出された一部の二酸化炭素をキャリアガスとして供給するようにしてもよい。また、キャリアガス供給手段が供給するキャリアガスを加熱する加熱手段を備えるようにしてもよい。
【００１６】
上記二酸化炭素分離システムにおいて、第１ガス流通経路で二酸化炭素を吸収した第１吸収材と、第２ガス流通経路で二酸化炭素を放出した第２吸収材とを循環して入れ替える移送手段を備えるようにしてもよい。また、第１吸収材を収納する第１収納容器および第２吸収材を収納する第２収納容器を備え、移送手段は、第１収納容器と、第２収納容器とを循環して入れ替えるようにしてもよい。
【００１７】
上記二酸化炭素分離システムにおいて、筒状に形成されて筒の軸を中心に回転可能とされた流路切り替え手段と、断熱材から構成されて流路切り替え手段の内部を軸の方向に延在する複数の領域に分割する隔壁と、複数の領域の各々に配置された流通経路と、各々の流通経路に配置された二酸化炭素吸収材とを備え、流路切り替え手段のいずれか１つの領域に配置された流通経路が第２ガス流通経路であり、流路切り替え手段の残りの領域に配置された流通経路が第１ガス流通経路であるようにしてもよい。また、複数の流路切り替え手段を備え、第１ガス流通経路および第２ガス流通経路を複数組備えるようにしてもよい。なお、発電システムは、固体酸化物形燃料電池から構成されているとよい。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、二酸化炭素排出源を、放出温度の動作温度で発電動作して吸収温度の排ガスを排出する発電システムとし、吸収温度の排ガスを第１ガス流通経路に導入して第１吸収材を吸収温度とし、発電システムを熱源として第２吸収材を放出温度に加熱するようにしたので、コストの上昇を抑制した状態で、排ガスより二酸化炭素を分離・回収できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における二酸化炭素分離システム１００の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、実施の形態１における二酸化炭素分離システム１００の動作を説明するための説明図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２における二酸化炭素分離システム３００の構成を示す構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３における二酸化炭素分離システムの構成を示す構成図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施の形態３における流路切り替え部４２１の構成を示す斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施の形態３における流路切り替え部４２１の構成を示す構成図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態４における二酸化炭素分離システムの構成を示す構成図である。
【図７】図７は、実施の形態４における第１流路切り替え部６２１ａおよび第２流路切り替え部６２１ｂの構成を示す構成図である。
【図８】図８は、実施の形態４における二酸化炭素分離システムを用いた燃料電池システム６００の動作を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００２１】
[実施の形態１]
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における二酸化炭素分離システム１００の構成を示す構成図である。二酸化炭素分離システム１００は、まず、第１吸収材１０１が配置される第１ガス流通経路１０３と、第２吸収材１０２が配置される第２ガス流通経路１０４とを備える。第１吸収材１０１および第２吸収材１０２は、吸収温度で二酸化炭素を吸収し、吸収した二酸化炭素を吸収温度より高温の放出温度で放出する二酸化炭素吸収材から構成されたものである。例えば、第１吸収材１０１および第２吸収材１０２は、リチウム複合酸化物から構成されている。
【００２２】
また、この二酸化炭素分離システム１００は、二酸化炭素排出源からの排ガスを第１ガス流通経路１０３に導入する排ガス導入経路１０５を備える。また、第２ガス流通経路１０４にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部１０６を備える。キャリアガス供給部１０６を用いる場合、回収する二酸化炭素を高純度に保つために、二酸化炭素をキャリアガスとして用いればよい。キャリアガス供給部１０６は、例えば、二酸化炭素を収容したボンベを備え、このボンベよりキャリアガスとして二酸化炭素を供給する。また、キャリアガス供給部１０６は、第２ガス流通経路１０４より放出される二酸化炭素の一部を循環させて第２ガス流通経路１０４に供給する形態としてもよい。
【００２３】
ここで、二酸化炭素排出源は、放出温度の動作温度で発電動作して吸収温度の排ガスを排出する発電システム１０７である。本実施の形態では、まず、発電システム１０７より排出される吸収温度で大気圧状態の排ガスを第１ガス流通経路１０３に導入して第１吸収材１０１を吸収温度としている。このようにすることで、第１吸収材１０１は、二酸化炭素を吸収する吸収温度となるので、導入される排ガス中の二酸化炭素が吸収可能な状態となる。
【００２４】
また、本実施の形態では、発電システム１０７を熱源として第２吸収材１０２を放出温度に加熱する。例えば、発電システム１０７の発熱部に第２ガス流通経路１０４を接触させることで、第２吸収材１０２を放出温度に加熱することができる。このようにすることで、第２吸収材１０２は、二酸化炭素を放出する放出温度となるので、二酸化炭素が放出可能な状態となる。
【００２５】
上述した本実施の形態によれば、二酸化炭素吸収材の二酸化炭素吸収温度への加熱、および二酸化炭素放出温度への加熱の熱源を、二酸化炭素分離対象の排ガスを排出する二酸化炭素排出源である発電システム１０７より得ているので、上記加熱のために、新たなエネルギーを消費することが抑制できるようになる。この結果、本実施の形態によれば、コストの上昇を抑制した状態で、排ガスより二酸化炭素を分離・回収できるようになる。
【００２６】
次に、実施の形態１における二酸化炭素分離システム１００の動作について図２を用いて説明する。まず、図２の（ａ）に示すように、初期状態では、第１吸収材１０１は二酸化炭素を吸収していない状態「吸収材」であり、第２吸収材１０２は、二酸化炭素を吸収している状態「二酸化炭素を吸収した吸収材」である。
【００２７】
動作開始時のステップでは、図２の（ｂ）に示すように、発電システム１０７からの排ガスは、排ガス導入経路１０５を経由し、第１ガス流通経路１０３の「吸収材」の状態の第１吸収材１０１に供給され、二酸化炭素が吸収され、二酸化炭素吸収後の排ガスが第１ガス流通経路１０３より排出される。
【００２８】
また、キャリアガス供給部１０６からのキャリアガスが、第２ガス流通経路１０４の「二酸化炭素を吸収した吸収材」の状態で発電システム１０７により加熱されている第２吸収材１０２に供給され、放出された二酸化炭素を移送する。
【００２９】
上述した二酸化炭素の吸収および二酸化炭素の放出を続けると、次のステップでは、図２の（ｃ）に示すように、第１吸収材１０１では二酸化炭素の吸収が終了して「二酸化炭素を吸収した吸収材」となり、第２吸収材１０２では二酸化炭素の放出が終了して「吸収材」となる（再生）。この状態で、各ガスの流通を停止する。
【００３０】
次のステップでは、図２の（ｄ）に示すように、二酸化炭素を吸収した第１吸収材１０１と再生された第２吸収材１０２とを交換し、第１ガス流通経路１０３には、「吸収材」の状態の第２吸収材１０２を配置し、第２ガス流通経路１０４には、「二酸化炭素を吸収した吸収材」の第１吸収材１０１を配置する。言い換えると、吸収および放出をした後で、二酸化炭素を吸収した第１吸収材１０１を第２吸収材１０２とし、再生した第２吸収材１０２を第１吸収材１０１とすることで、初期状態とする。この後、前述した各ステップを繰り返すことで、二酸化炭素の分離・回収が実現できる。
【００３１】
ここで、上述した最後のステップにおける吸収材の交換は、どの様な方法で行ってもよく、例えば、各吸収材を各々収納容器（第１収納容器，第２収納容器）に収容した状態で、収納容器ごと交換すればよい。この交換は、人為的に交換してもよく、また、機械によって自動的に交換してもよい。
【００３２】
また、第１吸収材１０１と第２吸収材１０２とを循環して入れ替える移送装置を用いるようにしてもよい。例えば、ベルトコンベアなどの流動床を用い、第１吸収材１０１と第２吸収材１０２とを循環して入れ替えるようにしてもよい。
【００３３】
また、第１ガス流通経路１０３と第２ガス流通経路１０４とを２組備え、一方の組で二酸化炭素の分離・回収を行っている状態で、他方の組では、第１吸収材１０１と第２吸収材１０２との入れ替えを行うことで、全体としてガスの流通を停止せずに連続運転ができるようにしてもよい。
【００３４】
[実施の形態２]
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図３は、本発明の実施の形態２における二酸化炭素分離システム３００の構成を示す構成図である。二酸化炭素分離システム３００は、まず、第１吸収材３０１が配置される第１ガス流通経路３０３と、第２吸収材３０２が配置される第２ガス流通経路３０４とを備える。第１吸収材３０１および第２吸収材３０２は、吸収温度で二酸化炭素を吸収し、吸収した二酸化炭素を吸収温度より高温の放出温度で放出する二酸化炭素吸収材から構成されたものである。
【００３５】
第１吸収材３０１および第２吸収材３０２は、リチウム複合酸化物であるリチウムシリケートから構成されている。リチウムシリケートは、二酸化炭素吸収の反応温度領域（吸収温度）が、５００〜７００℃である。また、リチウムシリケートは、二酸化炭素放出の温度領域（放出温度）が、７００〜８５０℃である。
【００３６】
また、この二酸化炭素分離システム３００は、二酸化炭素排出源からの排ガスを第１ガス流通経路３０３に導入する排ガス導入経路３０５と、第２ガス流通経路３０４にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部３０６とを備える。キャリアガス供給部３０６は、第２ガス流通経路３０４より放出される二酸化炭素の一部を循環させて第２ガス流通経路３０４に供給する。このようにすることで、別途にボンベなどを用いることなくキャリアガスが供給できるので、装置を小型化することが可能となり、また、ボンベの交換などの作業を削減することができる。
【００３７】
また、循環する二酸化炭素を加熱する予熱部（加熱部）３０８を備える。キャリアガスを予熱しておくことで、キャリアガスの導入による第２ガス流通経路３０４における温度低下を抑制できる。
【００３８】
ここで、二酸化炭素排出源は、放出温度の動作温度で発電動作して吸収温度の排ガスを排出する燃料電池システム３０７である。例えば、運転温度（動作温度）が７００〜８５０℃である固体酸化物形燃料電池であれば、排ガス温度は、５５０〜６５０℃である。従って、この場合、動作温度は、放出温度となっており、排ガス温度は吸収温度となっている。
【００３９】
実施の形態２では、まず、燃料電池システム３０７より排出される吸収温度で大気圧状態の排ガスを、第１ガス流通経路３０３に導入して第１吸収材３０１を吸収温度としている。このようにすることで、第１吸収材３０１は、二酸化炭素を吸収する吸収温度となるので、導入される排ガス中の二酸化炭素が吸収可能な状態となる。
【００４０】
また、実施の形態２では、燃料電池システム３０７を熱源として第２吸収材３０２を放出温度に加熱する。第２吸収材３０２は、燃料電池システム３０７の燃料電池モジュール３１０に接して設けられ、燃料電池モジュール３１０を熱源としている。燃料電池モジュール３１０に第２ガス流通経路３０４を接触させることで、第２吸収材３０２を放出温度に加熱することができる。このようにすることで、第２吸収材３０２は、二酸化炭素を放出する放出温度となるので、二酸化炭素が放出可能な状態となる。
【００４１】
上述した実施の形態２によれば、二酸化炭素吸収材の二酸化炭素吸収温度への加熱、および二酸化炭素放出温度への加熱の熱源を、二酸化炭素分離対象の排ガスを排出する二酸化炭素排出源である燃料電池システム３０７より得ているので、上記加熱のために、新たなエネルギーを消費することが抑制できるようになる。この結果、実施の形態２によれば、コストの上昇を抑制した状態で、排ガスより二酸化炭素を分離・回収できるようになる。
【００４２】
[実施の形態３]
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図４は、本発明の実施の形態３における二酸化炭素分離システムの構成を示す構成図である。実施の形態３では、二酸化炭素分離システムを組み込んだ燃料電池システム４００を例に説明する。
【００４３】
燃料電池システム４００は、まず、固体酸化物形燃料電池からなる燃料電池モジュール４０７を備える。燃料電池モジュール４０７が、二酸化炭素排出源である。燃料電池モジュール４０７は、複数の燃料電池セルが積層した燃料電池スタック、原料ガスを改質する改質器、内部を動作温度にまで加熱する加熱部などを備え、例えば、運転温度（動作温度）が７００〜８５０℃であり、排ガス温度は、５５０〜６５０℃である。燃料電池モジュール４０７は、燃料ガスなどを大気圧の状態で用いており、排ガスは大気圧の状態とされている。また、排ガスには、二酸化炭素が含まれている。
【００４４】
また、実施の形態３の燃料電池システム４００は、第１吸収材４０１が配置される第１ガス流通経路４０３と、第２吸収材４０２が配置される第２ガス流通経路４０４とを備える。第１吸収材４０１および第２吸収材４０２は、リチウムシリケートから構成されている。
【００４５】
また、燃料電池システム４００は、燃料電池モジュール４０７からの排ガスを第１ガス流通経路４０３に導入する排ガス導入経路４０５と、第２ガス流通経路４０４にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部４０６とを備える。キャリアガス供給部４０６は、第２ガス流通経路４０４より放出される二酸化炭素の一部を循環させて第２ガス流通経路４０４に供給する。また、循環する二酸化炭素を加熱する予熱部４０８を備える。
【００４６】
加えて、実施の形態３では、図５Ａ，図５Ｂにも示すように、筒状に形成されて筒の軸５０１を中心に回転可能とされた流路切り替え部４２１を備える。流路切り替え部４２１は、例えば、円筒の形状とされている。流路切り替え部４２１は、内部に軸５０１の方向に延在する複数の領域を備え、断熱材から構成され隔壁４２２で、上記複数の領域に分離（分割）している。本実施の形態では、流路切り替え部４２１は、２つの領域を備え、これらの領域を隔壁４２２で分割している。分割された一方の領域４２３に第１ガス流通経路４０３が配置され、分割された他方の領域４２４に、第２ガス流通経路４０４が配置されている。
【００４７】
実施の形態３では、流路切り替え部４２１を軸５０１で回転させることで、領域４２４が燃料電池モジュール４０７内に配置される状態と、領域４２３が燃料電池モジュール４０７内に配置される状態とを切り替え可能としている。図４は、領域４２４が燃料電池モジュール４０７内に配置される状態を示している。
【００４８】
図４に示すように、領域４２４が燃料電池モジュール４０７内に配置される状態では、排ガス導入経路４０５は、第１ガス流通経路４０３に接続される。また、キャリアガス供給部４０６からのキャリアガスは、第２ガス流通経路４０４に供給され、第２ガス流通経路４０４より排出される一部の二酸化炭素が、キャリアガス供給部４０６に循環して再利用される。この場合は、第２ガス流通経路４０４が、燃料電池モジュール４０７の動作温度に加熱される状態となる。
【００４９】
一方、領域４２３が燃料電池モジュール４０７内に配置される状態では、図示していないが、排ガス導入経路４０５は、第２ガス流通経路４０４に接続される。また、キャリアガス供給部４０６からのキャリアガスは、第１ガス流通経路４０３に供給され、第１ガス流通経路４０３より排出される一部の二酸化炭素が、キャリアガス供給部４０６に循環して再利用される。この場合は、第１ガス流通経路４０３が、燃料電池モジュール４０７の動作温度に加熱される状態となる。
【００５０】
次に、実施の形態３における二酸化炭素分離システムを用いた燃料電池システム４００の動作について説明する。まず、初期状態では、流路切り替え部４２１の領域４２４が燃料電池モジュール４０７内に配置されている。また、第１ガス流通経路４０３の第１吸収材４０１は二酸化炭素を吸収していない状態（未吸収）である。また、第２ガス流通経路４０４の第２吸収材４０２は、二酸化炭素を吸収している状態（吸収済み）である。
【００５１】
動作開始時のステップでは、まず、排ガス導入経路４０５のバルブ４３１を、開状態とし、第１ガス流通経路４０３の排出側のバルブ４３２も開状態とする。この開状態で、燃料電池モジュール４０７からの排ガスは、排ガス導入経路４０５を経由し、第１ガス流通経路４０３の未吸収の状態の第１吸収材４０１に供給され、二酸化炭素が吸収され、二酸化炭素吸収後の排ガスが第１ガス流通経路４０３より排出される。
【００５２】
また、キャリアガスの供給側のバルブ４３３を開状態とし、第２ガス流通経路４０４の排出側のバルブ４３４も開状態とする。この開状態で、キャリアガス供給部４０６からのキャリアガスが、第２ガス流通経路４０４の吸収済みの状態で燃料電池モジュール４０７により加熱されている第２吸収材４０２に供給され、放出された二酸化炭素を移送する。
【００５３】
上述した二酸化炭素の吸収および二酸化炭素の放出を続けると、次のステップでは、第１吸収材４０１では二酸化炭素の吸収が終了して吸収済みの吸収材となり、第２吸収材４０２では二酸化炭素の放出が終了して未吸収の吸収材となる（再生）。この状態で、バルブ４３１，バルブ４３２，バルブ４３３，バルブ４３４を閉状態として各ガスの流通を停止する。
【００５４】
次のステップでは、流路切り替え部４２１を回転させ、今度は領域４２３を燃料電池モジュール４０７内に配置させる。この状態では、第１ガス流通経路４０３が燃料電池モジュール４０７内に配置され、キャリアガスが供給される経路に接続される。また、第２ガス流通経路４０４は、排ガス導入経路４０５に接続される。この結果、排ガス導入経路４０５からの排ガスは、未吸収状態の第２吸収材４０２に供給可能な状態となる。また、キャリアガスは、吸収済み状態の第１吸収材４０１に供給可能な状態となる。また、第１吸収材４０１は、二酸化炭素を放出する放出温度の状態となる。これらの流路接続の切り替えは、例えば、回転式のマニホールドおよびバルブを用いて行えばよい。
【００５５】
このように、流路切り替え部４２１を回転させて切り替えることで、吸収状態の第１吸収材４０１と未吸収状態の第２吸収材４０２とが交換できることになる。以上のように切り替えた後、前述した各ステップを繰り返すことで、引き続いて二酸化炭素の分離・回収が実現できる。また、第２吸収材４０２が吸収済みの状態となり、第１吸収材４０１が未吸収の状態となったら、流路切り替え部４２１を回転させ、今度は領域４２４を燃料電池モジュール４０７内に配置させればよい。これは、前述した初期状態である。このように、前述した各ステップと、流路切り替え部４２１の回転による切り替えとを繰り返せば、連続して二酸化炭素の分離・回収が実現できる。
【００５６】
[実施の形態４]
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図６は、本発明の実施の形態４における二酸化炭素分離システムの構成を示す構成図である。実施の形態４では、二酸化炭素分離システムを組み込んだ燃料電池システム６００を例に説明する。
【００５７】
燃料電池システム６００は、第１吸収材６０１ａが配置される第１ガス流通経路６０３ａと、第２吸収材６０２ａが配置される第２ガス流通経路６０４ａとを備える。また、第３吸収材６０１ｂが配置される第３ガス流通経路６０３ｂと、第４吸収材６０２ｂが配置される第４ガス流通経路６０４ｂとを備える。各吸収材は、リチウムシリケートから構成されている。
【００５８】
また、この燃料電池システム６００は、燃料電池モジュール６０７からの排ガスを第１ガス流通経路６０３ａに導入する第１排ガス導入経路６０５ａと、燃料電池モジュール６０７からの排ガスを第３ガス流通経路６０３ｂに導入する第２排ガス導入経路６０５ｂとを備える。また、第２ガス流通経路６０４ａおよび第４ガス流通路６０４ｂにキャリアガスを供給するキャリアガス供給部６０６を備える。キャリアガス供給部６０６は、第２ガス流通経路６０４ａおよび第４ガス流通路６０４ｂより放出される二酸化炭素の一部を循環させて第２ガス流通経路６０４ａに供給する。また、循環する二酸化炭素を加熱する予熱部６０８を備える。
【００５９】
また、実施の形態４では、図７にも示すように、筒状に形成されて筒の軸を中心に回転可能とされた第１流路切り替え部６２１ａおよび第２流路切り替え部６２１ｂを備える。
【００６０】
第１流路切り替え部６２１ａは、内部に軸の方向に延在する２つの領域を備え、断熱材から構成され隔壁６２２ａで、上記２つの領域に分離（分割）している。分割された一方の領域６２３ａに第１ガス流通経路６０３ａが配置され、分割された他方の領域６２４ａに、第２ガス流通経路６０４ａが配置されている。
【００６１】
同様に、第２流路切り替え部６２１ｂは、内部に軸の方向に延在する２つの領域を備え、断熱材から構成され隔壁６２２ｂで、上記２つの領域に分離している。分割された一方の領域６２３ｂに第３ガス流通経路６０３ｂが配置され、分割された他方の領域６２４ｂに、第４ガス流通経路６０４ｂが配置されている。
【００６２】
実施の形態４では、図７に示すように、第１流路切り替え部６２１ａおよび第２流路切り替え部６２１ｂを各々の軸で回転させることで、流路の機器換えを行う。第１流路切り替え部６２１ａを軸で回転させることで、領域６２４ａが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態と、領域６２３ａが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態とを切り替え可能としている。同様に、第２流路切り替え部６２１ｂを軸で回転させることで、領域６２４ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態と、領域６２３ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態とを切り替え可能としている。図６、７は、領域６２４ａおよび領域６２４ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態を示している。
【００６３】
図６に示すように、領域６２４ａが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態では、第１排ガス導入経路６０５ａは、第１ガス流通経路６０３ａに接続される。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスは、第２ガス流通経路６０４ａに供給され、第２ガス流通経路６０４ａより排出される一部の二酸化炭素が、キャリアガス供給部６０６に循環して再利用される。この場合は、第２ガス流通経路６０４ａが燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱される状態となる。
【００６４】
同様に、領域６２４ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態では、第２排ガス導入経路６０５ｂは、第３ガス流通経路６０３ｂに接続される。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスは、第４ガス流通経路６０４ｂに供給され、第４ガス流通経路６０４ｂより排出される一部の二酸化炭素が、キャリアガス供給部６０６に循環して再利用される。この場合は、第４ガス流通経路６０４ｂが燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱される状態となる。
【００６５】
一方、領域６２３ａが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態では、図示していないが、第１排ガス導入経路６０５ａは、第２ガス流通経路６０４ａに接続される。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスは、第１ガス流通経路６０３ａに供給され、第１ガス流通経路６０３ａより排出される一部の二酸化炭素が、キャリアガス供給部６０６に循環して再利用される。この場合は、第１ガス流通経路６０３ａが燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱される状態となる。
【００６６】
同様に、領域６２３ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置される状態では、図示していないが、第２排ガス導入経路６０５ｂは、第４ガス流通経路６０４ｂに接続される。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスは、第３ガス流通経路６０３ｂに供給され、第３ガス流通経路６０３ｂより排出される一部の二酸化炭素が、キャリアガス供給部６０６に循環して再利用される。この場合は、第３ガス流通経路６０３ｂが燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱される状態となる。
【００６７】
上述した構成では、第１排ガス導入経路６０５ａおよび一方のキャリアガスの供給配管が、第１流路切り替え部６２１ａに接続し、第２排ガス導入経路６０５ｂおよび他方のキャリアガスの供給配管が、第２流路切り替え部６２１ｂに接続していることになる。
【００６８】
また、以下に示すように、各配管（排ガス導入経路）には、バルブが設けられている。まず、第１排ガス導入経路６０５ａには、第１バルブ６３１が設けられ、第２排ガス導入経路６０５ｂには、第２バルブ６３２が設けられている。また、第１流路切り替え部６２１ａの排ガスの排出配管には第３バルブ６３３が設けられ、第２流路切り替え部６２１ｂの排ガスの排出配管には第４バルブ６３４が設けられている。
【００６９】
また、キャリアガス供給部６０６から第１流路切り替え部６２１ａの側へキャリアガスを供給する配管には、第５バルブ６３５が設けられ、キャリアガス供給部６０６から第２流路切り替え部６２１ｂの側へキャリアガスを供給する配管には、第６バルブ６３６が設けられている。また、また、第１流路切り替え部６２１ａの二酸化炭素排出配管には第７バルブ６３７が設けられ、第２流路切り替え部６２１ｂの二酸化炭素排出配管には第８バルブ６３８が設けられている。
【００７０】
前述した第１流路切り替え部６２１ａおよび第２流路切り替え部６２１ｂによる切り替え動作は、以下に説明するように、上記各バルブを適宜に閉じた状態として行う。以下、第１流路切り替え部６２１ａおよび第２流路切り替え部６２１ｂによる切り替え動作について図８を用いて説明する。
【００７１】
まず、第１バルブ６３１，第３バルブ６３３，第５バルブ６３５，第７バルブ６３７を開状態とし、第２バルブ６３２，第４バルブ６３４，第６バルブ６３６，第８バルブ６３８を閉状態とする（ａ）。この状態では、燃料電池モジュール６０７からの排ガスが第１ガス流通経路６０３ａに導入され、第１吸収材６０１ａが排ガスに晒された状態となる。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスが第２ガス流通経路６０４ａに導入される状態となる。
【００７２】
また、第１流路切り替え部６２１ａの切り替え状態は、領域６２４ａが燃料電池モジュール６０７内に配置され、第２ガス流通経路６０４ａの第２吸収材６０２ａが、二酸化炭素の放出温度に加熱され、二酸化炭素の放出状態（高温）となっている。この結果、キャリアガスが供給されている第２ガス流通経路６０４ａでは、吸収済みの第２吸収材６０２ａより二酸化炭素が放出される状態となる。
【００７３】
一方、領域６２３ａは燃料電池モジュール６０７の外側に配置され、第１ガス流通経路６０３ａの第１吸収材６０１ａは、二酸化炭素の放出温度には加熱されていない。この状態では、第１吸収材６０１ａは、導入されている排ガスにより二酸化炭素の吸収温度に加熱され、二酸化炭素吸収状態（低温）となっている。この結果、排ガスが導入されている第１ガス流通経路６０４ａでは、未吸収の第１吸収材６０１ａが、排ガス中の二酸化炭素を吸収する状態となる。
【００７４】
また、第２流路切り替え部６２１ｂの切り替え状態は、領域６２４ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置され、第４ガス流通経路６０４ｂの第４吸収材６０２ｂが、二酸化炭素の放出温度に加熱された状態（高温）とされている。ここで、第４ガス流通経路６０４ｂには、キャリアガスが供給されておらず、二酸化炭素の排出側が閉じられているが、第４吸収材６０２ｂは、未吸収の状態であり、二酸化炭素を放出しないので、問題とならない。
【００７５】
また、領域６２３ｂは燃料電池モジュール６０７の外側に配置され、第３ガス流通経路６０３ｂの第３吸収材６０１ｂは、二酸化炭素の放出温度には加熱されていない（低温）。また、第３ガス流通経路６０３ｂには、排ガスが導入されていない。第３吸収材６０１ｂは、吸収済みの状態であるが、上述したように、放出温度にまで加熱されておらず、また、排ガスが導入されていないので、問題とならない。
【００７６】
以上に説明した状態は、第１流路切り替え部６２１ａの側で、排ガス中の二酸化炭素を吸収し、また、吸収済みの吸収材を燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱することで放出温度とし、二酸化炭素を放出する動作をしてる状態である。この状態では、第２流路切り替え部６２１ｂの側では、二酸化炭素の吸収および放出の動作はなされていない。
【００７７】
この状態を継続すると、いずれ、第１吸収材６０１ａは、二酸化炭素を十分に吸収して吸収済みの状態となり、第２吸収材６０２ａは、二酸化炭素を放出して未吸収の状態となる。ここで、上述したように、二酸化炭素の吸収および放出の動作がなされていない状態の第２流路切り替え部６２１ｂの側において、領域６２３ａと領域６２４ｂとの配置を入れ替え、領域６２３ｂが、燃料電池モジュール６０７内に配置される状態とする。
【００７８】
この入れ替えにより、図８の（ｂ）に示すように、第３ガス流通経路６０３ｂは、燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱される状態とされ、二酸化炭素を十分に吸収している吸収済みの第３吸収材６０１ｂが、二酸化炭素放出状態の温度（高温）とされる。加えて、第３ガス流通経路６０３ｂは、キャリアガスが供給可能な状態に切り替えられる。一方、第４ガス流通経路６０４ｂは、より低温状態の燃料電池モジュール６０７の外側に配置され、未吸収の第４吸収材６０２ｂは、二酸化炭素吸収状態の温度（低温）とされる。加えて、第４ガス流通経路６０４ｂは、排ガスが供給可能な状態に切り替えられる。以上のことにより、第３吸収材６０１ｂおよび第４吸収材６０２ｂは、各々の反応温度領域に温度制御が変更される。
【００７９】
上述したように、第２流路切り替え部６２１ｂを切り替えた後、第１バルブ６３１，第３バルブ６３３，第５バルブ６３５，第７バルブ６３７を閉状態とし、第２バルブ６３２，第４バルブ６３４，第６バルブ６３６，第８バルブ６３８を開状態とする（ｃ）。このように各バルブの開閉を切り替えることで、燃料電池モジュール６０７からの排ガスが第４ガス流通経路６０４ｂに導入され、第４吸収材６０２ｂが排ガスに晒された状態となる。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスが第３ガス流通経路６０３ｂに導入される状態となる。
【００８０】
また、第２流路切り替え部６２１ｂの切り替え状態は、領域６２３ｂが燃料電池モジュール６０７内に配置され、第３ガス流通経路６０３ｂの第３吸収材６０１ｂが、二酸化炭素の放出温度に加熱されて二酸化炭素の放出状態（降温）となっている。このため、キャリアガスが供給されている第３ガス流通経路６０３ｂでは、吸収済みの第３吸収材６０１ｂより二酸化炭素が放出される状態となる。
【００８１】
一方、領域６２４ｂは燃料電池モジュール６０７の外側に配置され、第４ガス流通経路６０４ｂの第４吸収材６０２ｂは、二酸化炭素の放出温度には加熱されていない。この状態では、第４吸収材６０２ｂは、導入されている排ガスにより二酸化炭素の吸収温度に加熱され、二酸化炭素吸収温度状態（低温）とされている。このため、排ガスが導入されている第４ガス流通経路６０４ｂでは、未吸収の第４吸収材６０２ｂが、排ガス中の二酸化炭素を吸収する状態となる。
【００８２】
また、第１流路切り替え部６２１ａの切り替え状態は、領域６２４ａが燃料電池モジュール６０７内に配置され、第２ガス流通経路６０４ａの第２吸収材６０２ａが、二酸化炭素の放出温度に加熱された状態（高温）とされている。ここで、第２ガス流通経路６０４ａには、キャリアガスが供給されておらず、二酸化炭素の排出側が閉じられているが、第２吸収材６０２ａは、未吸収の状態であり、二酸化炭素を放出しないので、問題とならない。
【００８３】
また、領域６２３ａは燃料電池モジュール６０７の外側に配置され、第１ガス流通経路６０３ａの第１吸収材６０１ａは、二酸化炭素の放出温度には加熱されていない（低温）。また、第１ガス流通経路６０３ａには、排ガスが導入されていない。第１吸収材６０１ａは、吸収済みの状態であるが、上述したように、放出温度にまで加熱されておらず、また、排ガスが導入されていないので、問題とならない。
【００８４】
以上に説明した状態は、第２流路切り替え部６２１ｂの側で、排ガス中の二酸化炭素を吸収し、また、吸収済みの吸収材を燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱することで放出温度とし、二酸化炭素を放出する動作をしてる状態である。この状態では、第１流路切り替え部６２１ａの側では、二酸化炭素の吸収および放出の動作はなされていない。
【００８５】
この状態を継続すると、いずれ、第４吸収材６０２ｂは、二酸化炭素を十分に吸収して吸収済みの状態となり、第３吸収材６０１ｂは、二酸化炭素を放出して未吸収の状態となる。ここで、上述したように、二酸化炭素の吸収および放出の動作がなされていない状態の第１流路切り替え部６２１ａの側において、領域６２３ａと領域６２４ａとの配置を入れ替え、領域６２３ａが、燃料電池モジュール６０７内に配置される状態とする。
【００８６】
この入れ替えにより、図８の（ｄ）に示すように、第１ガス流通経路６０３ａは、燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱される状態とされ、二酸化炭素を十分に吸収している吸収済みの第１吸収材６０１ａが、二酸化炭素放出状態の温度（高温）とされる。加えて、第１ガス流通経路６０３ａは、キャリアガスが供給可能な状態に切り替えられる。一方、第２ガス流通経路６０４ａは、より低温状態の燃料電池モジュール６０７の外側に配置され、未吸収の第２吸収材６０２ａは、二酸化炭素吸収状態の温度（低温）とされる。加えて、第２ガス流通経路６０４ａは、排ガスが供給可能な状態に切り替えられる。以上のことにより、第２吸収材６０２ａおよび第１吸収材６０１ａは、各々の反応温度領域に温度制御が変更される。
【００８７】
上述したように、第１流路切り替え部６２１ａを切り替えた後、図８の（ａ）に示す状態に戻り、第１バルブ６３１，第３バルブ６３３，第５バルブ６３５，第７バルブ６３７を開状態とし、第２バルブ６３２，第４バルブ６３４，第６バルブ６３６，第８バルブ６３８を閉状態とする。
【００８８】
この状態では、燃料電池モジュール６０７からの排ガスが第１ガス流通経路６０３ａに導入され、第１吸収材６０１ａが排ガスに晒された状態となる。また、キャリアガス供給部６０６からのキャリアガスが第２ガス流通経路６０４ａに導入される状態となる。これば、前述したように、第１流路切り替え部６２１ａの側で、排ガス中の二酸化炭素を吸収し、また、吸収済みの吸収材を燃料電池モジュール６０７の動作温度に加熱することで放出温度とし、二酸化炭素を放出する動作をしてる状態である。またこの状態では、第２流路切り替え部６２１ｂの側では、二酸化炭素の吸収および放出の動作はなされていない。
【００８９】
以上に説明したように、第１流路切り替え部６２１ａ，第２流路切り替え部６２１ｂの切り替えと、第１バルブ６３１，第２バルブ６３２，第３バルブ６３３，第４バルブ６３４，第５バルブ６３５，第６バルブ６３６，第７バルブ６３７，第８バルブ６３８の開閉状態の切り替えとにより、排ガスからの二酸化炭素を分離・回収が、ガスの流通などを停止することなく連続して行えるようになる。
【００９０】
なお、上述した各切り替え部の切り替えおよび各バルブの開閉は、人為的に行ってもよく、機械によって自動的に行ってもよい。また、二酸化炭素吸収材は二酸化炭素を吸収することで重量が増加し、二酸化炭素を放出することで重量が減少する。この重量変化を利用し、切り替え部の２つの領域を重力方向に配列させ、二酸化炭素吸収材の重力変化により、２つの領域の配置関係を自動的に入れ替えるようにしてもよい。
【００９１】
以上に説明したように、本発明によれば、コストの上昇を抑制した状態で、排ガスより二酸化炭素を分離・回収できるようになる。本発明では、導入する排ガスの温度を、二酸化炭素吸収材における二酸化炭素吸収の反応温度領域としているので、二酸化炭素吸収のために外部からエネルギーを供給することなく二酸化炭素吸収反応を起こすことができる。また、発電システムの発電動作に伴い高温となっている領域に、二酸化炭素を放出させる吸収材を接触もしくは配置することで、当該吸収材を放出温度に加熱させるようにしたので、吸収材を再生させるために発電システムの高温の熱を利用することが可能になり、外部からのエネルギー供給を少なくし、かつ、システムの規模を小型化することが可能となる。
【００９２】
また、二酸化炭素吸収材の主成分として、リチウム複合酸化物、特に、ＬｉとＳｉの酸化物であるリチウムシリケートを用いることで、二酸化炭素吸収の反応温度領域は５００〜７００℃とし、二酸化炭素の放出温度領域は７００〜８５０℃として利用することができる。このため、７００℃以上の高温で発電を行い、５００〜７００℃の高温の排ガスを排出する発電システムに対して、排ガスの有する熱を二酸化炭素吸収の反応に用い、発電システムの有する高温の熱を二酸化炭素放出の反応に活用することができ、熱エネルギーの無駄なく二酸化炭素の分離・回収が可能になる。
【００９３】
運転温度が７００〜８５０℃である固体酸化物型燃料電池を発電システムとする場合には、排ガスは５５０〜６５０℃で取り出すことができ、二酸化炭素吸収の反応温度領域が５００〜７００℃で、二酸化炭素放出の反応温度領域が７００〜８５０℃であるリチウムシリケートは二酸化炭素吸収材として最適な組み合わせとなる。
【００９４】
前述したように、二酸化炭素吸収材を用いる二酸化炭素の分離・回収では、二酸化炭素の吸収温度および放出温度に吸収材を加熱することが重要となる。例えば、リチウム複合酸化物を用いる場合、７００℃を超える放出温度が必要となり、加熱のためのエネルギーが必要であり、加熱のための機構が必要となる。
【００９５】
燃料電池、特に運転温度の高い固体酸化物型燃料電池においては、運転温度が８００℃の場合、この８００℃の熱は、エクセルギー率（当該温度での電気への最大変換効率）が約５０％の質の高い熱エネルギーである。実際のコジェネレーションシステムにおいては、この質の高い熱エネルギーを、エクセルギー率が１０％程度しかない１００℃の質の低い熱エネルギーとして、暖房や給湯に用いている。都市ガスなどを用いた固体酸化物型燃料電池においては、燃料の水蒸気改質のために排熱を利用しているが、この場合でも、６５０℃程度の熱を利用している状態であり、８００℃の質の高い熱エネルギーが利用されていない。
【００９６】
上述した固体酸化物形燃料電池の質の高い熱エネルギーを二酸化炭素吸収材からの二酸化炭素放出のための吸熱反応に用いることができれば、熱エネルギーを有効に利用することが可能になる。さらに、排気ガスから二酸化炭素を吸収するための発熱反応時に、５００℃の排気ガスに熱を戻すことができれば、全体の熱量は無駄にすることなく、エクセルギー率４０％の５００℃の熱に戻すことができる。仮にこの５００℃の熱を、１００℃の質の低い熱エネルギーとして暖房や給湯に用いたとしても、エクセルギー損失は４０％から３０％と、従来に比べ１０％の削減が可能なる。また、この５００℃の熱は、メタン改質や水蒸気改質など、８００℃の熱よりも有効利用できる用途が広く、システム全体としてエネルギーの利用効率の高いシステムが実現できる。
【００９７】
放出された二酸化炭素の回収では、８５０℃で二酸化炭素放出反応を起こさせるようにすれば、放出した二酸化炭素自身の圧力で回収することが可能である。また、二酸化炭素を回収するガス流路を負圧もしくは真空引きすることで、より低い温度での二酸化炭素放出反応と回収もできる。さらに、放出された二酸化炭素を、回収のためのガス流路にキャリアガスを用いて流すこともできる。
【００９８】
二酸化炭素放出部に入力するキャリアガスは、二酸化炭素放出部における二酸化炭素の放出に高温（リチウムシリケートにおいては７００〜８５０℃）が必要なことから、本発明の二酸化炭素分離システムの一形態では、二酸化炭素放出部の直前に設置した予熱器でキャリアガスをあらかじめ加熱することで、二酸化炭素放出部の温度低下を防いでいる。
【００９９】
また、流路切り替え手段を用いることで、吸収済みの二酸化炭素吸収材と放出済みの二酸化炭素吸収材との交換を、より小規模な状態で行えるようになり、システムの小型化が可能になる。また、２つの流路切り替え手段を用いることで、ガスの流れを停止することなく、連続して二酸化炭素の分離・回収の動作が行えるようになる。
【０１００】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、流路切り替え部の切り替えは、同一方向に回転させることで順次に切り替えてもよく、また、１８０°回転させて切り替え、この次は、反対方向に１８０°回転させて切り替えるようにしてもよい。
【０１０１】
また、例えば、流路切り替え手段の中に３つ以上の複数の領域を設け、各々の領域にガス流通経路を配置することで、二酸化炭素の吸収時間と二酸化炭素の放出時間の差によるむだな時間の発生を抑制できるようになる。二酸化炭素の放出反応は短く、二酸化炭素の吸収時間は長いものとなる。このため、二酸化炭素の吸収の工程と二酸化炭素の放出の工程とを、時間的に同期させて行うと、二酸化炭素の放出が終了していても、二酸化炭素の吸収が終了するまで、流路の切り替えが行えない。このため、例えば、１つの流路切り替え手段を用いる場合、二酸化炭素の放出が終了しているガス流通経路には、むだな時間が発生していることになる。
【０１０２】
これに対し、例えば、流路切り替え手段の中に３つの領域を設け、各々の領域にガス流通経路を配置し、いずれか１つのガス流通経路で二酸化炭素の放出を行わせている間に、他の２つのガス流通経路において、二酸化炭素吸収の開始と終了との時刻をずらして行うことで、上述したむだ時間の発生が抑制できるようになる。
【０１０３】
また、二酸化炭素吸収材は、リチウムシリケートに限るものではなく、リチウムジルコネートおよびリチウムタイタネートなどの他のリチウム複合酸化物を用いるようにしてもよい。また、リチウム複合酸化物に限るものでもない。
【符号の説明】
【０１０４】
１００…二酸化炭素分離システム、１０１…第１吸収材、１０２…第２吸収材、１０３…第１ガス流通経路、１０４…第２ガス流通経路、１０５…排ガス導入経路、１０６…キャリアガス供給部、１０７…発電システム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収温度で二酸化炭素を吸収し、吸収した二酸化炭素を前記吸収温度より高温の放出温度で放出する二酸化炭素吸収材から構成された第１吸収材および第２吸収材と、
前記第１吸収材が配置される第１ガス流通経路と、
前記第２吸収材が配置される第２ガス流通経路と、
二酸化炭素排出源からの排ガスを前記第１ガス流通経路に導入する排ガス導入経路と
を備え、
前記二酸化炭素排出源は、前記放出温度の動作温度で発電動作して前記吸収温度の前記排ガスを排出する発電システムであり、前記吸収温度の前記排ガスを前記第１ガス流通経路に導入して前記第１吸収材を前記吸収温度とし、前記発電システムを熱源として前記第２吸収材を前記放出温度に加熱することを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項２】
請求項１記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
前記二酸化炭素吸収材は、リチウム複合酸化物から構成されていることを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項３】
請求項２記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
前記リチウム複合酸化物は、リチウムシリケートであることを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
前記第１ガス流通経路で二酸化炭素を吸収した前記第１吸収材と、前記第２ガス流通経路で二酸化炭素を放出した前記第２吸収材とを循環して入れ替える移送手段を備えることを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項５】
請求項４記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
前記第１吸収材を収納する第１収納容器および前記第２吸収材を収納する放出収納容器を備え、
前記移送手段は、前記第１収納容器と、前記放出収納容器とを循環して入れ替えることを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
筒状に形成されて筒の軸を中心に回転可能とされた流路切り替え手段と、
断熱材から構成されて前記流路切り替え手段の内部を前記軸の方向に延在する複数の領域に分割する隔壁と、
複数の前記領域の各々に配置された流通経路と、
各々の前記流通経路に配置された前記二酸化炭素吸収材と
を備え、
前記流路切り替え手段のいずれか１つの領域に配置された流通経路が前記第２ガス流通経路であり、
前記流路切り替え手段の残りの領域に配置された流通経路が前記第１ガス流通経路である
ことを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項７】
請求項６記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
複数の前記流路切り替え手段を備え、前記第１ガス流通経路および前記第２ガス流通経路を複数組備えることを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
前記発電システムは、固体酸化物形燃料電池から構成されていることを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項１】
吸収温度で二酸化炭素を吸収し、吸収した二酸化炭素を前記吸収温度より高温の放出温度で放出する二酸化炭素吸収材から構成された第１吸収材および第２吸収材と、
前記第１吸収材が配置される第１ガス流通経路と、
前記第２吸収材が配置される第２ガス流通経路と、
二酸化炭素排出源からの排ガスを前記第１ガス流通経路に導入する排ガス導入経路と
を備え、
前記二酸化炭素排出源は、前記放出温度の動作温度で発電動作して前記吸収温度の前記排ガスを排出する発電システムであり、前記吸収温度の前記排ガスを前記第１ガス流通経路に導入して前記第１吸収材を前記吸収温度とし、前記発電システムを熱源として前記第２吸収材を前記放出温度に加熱することを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項２】
請求項１記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
前記二酸化炭素吸収材は、リチウム複合酸化物から構成されていることを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項３】
請求項２記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
前記リチウム複合酸化物は、リチウムシリケートであることを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
前記第１ガス流通経路で二酸化炭素を吸収した前記第１吸収材と、前記第２ガス流通経路で二酸化炭素を放出した前記第２吸収材とを循環して入れ替える移送手段を備えることを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項５】
請求項４記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
前記第１吸収材を収納する第１収納容器および前記第２吸収材を収納する放出収納容器を備え、
前記移送手段は、前記第１収納容器と、前記放出収納容器とを循環して入れ替えることを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
筒状に形成されて筒の軸を中心に回転可能とされた流路切り替え手段と、
断熱材から構成されて前記流路切り替え手段の内部を前記軸の方向に延在する複数の領域に分割する隔壁と、
複数の前記領域の各々に配置された流通経路と、
各々の前記流通経路に配置された前記二酸化炭素吸収材と
を備え、
前記流路切り替え手段のいずれか１つの領域に配置された流通経路が前記第２ガス流通経路であり、
前記流路切り替え手段の残りの領域に配置された流通経路が前記第１ガス流通経路である
ことを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項７】
請求項６記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
複数の前記流路切り替え手段を備え、前記第１ガス流通経路および前記第２ガス流通経路を複数組備えることを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離システムにおいて、
前記発電システムは、固体酸化物形燃料電池から構成されていることを特徴とする二酸化炭素分離システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図８】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図８】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２４５５１０（Ｐ２０１２−２４５５１０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２１８４１（Ｐ２０１１−１２１８４１）
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【Ｆターム（参考）】
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