除去器およびそれを備える燃料改質装置
【課題】エネルギ変換手段ＥＧを備えるエネルギシステム全体としての効率の低下を抑制しつつ、酸素富化空気を生成することができる除去器およびそれを備える燃料改質装置を提供する。
【解決手段】酸素富化空気に基づくエネルギ源である水素が供給されるエンジンＥＧを備える燃料供給システムに搭載されるとともに、供給される空気中の窒素を除去して酸素富化空気を生成する除去器において、エンジンＥＧの排熱の熱エネルギを利用して、空気中から窒素を除去するように構成されている。
【解決手段】酸素富化空気に基づくエネルギ源である水素が供給されるエンジンＥＧを備える燃料供給システムに搭載されるとともに、供給される空気中の窒素を除去して酸素富化空気を生成する除去器において、エンジンＥＧの排熱の熱エネルギを利用して、空気中から窒素を除去するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の窒素を除去する除去器およびそれを備える燃料改質装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エネルギ変換手段としての内燃機関に燃料を供給する燃料供給システムに搭載される燃料改質器であって、水蒸気改質による吸熱反応と部分酸化（燃焼）による発熱反応を共に反応容器内で進行させ、熱をバランスさせながら水素を生成する自己熱改質法（ＡＴＲ）を利用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の従来技術では、空気中の窒素を除去した酸素富化空気（高純度酸素ガス）と、燃料とを改質器に供給するシステムを備えている。これによれば、改質器における燃料の燃焼速度を速くすることができ、燃焼時の熱出力を増大させることができるので、即効的な水素の生成が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７０１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載の従来技術では、空気中から窒素を除去する手法として、空気中から酸素を分離する酸素分離膜を用いている。この場合、酸素分離膜の前後に所定の差圧を発生させる必要があるため、上記従来技術では、酸素分離膜の下流側に空気ポンプ（ブロワ）を配置し、この空気ポンプを作動させることにより当該差圧を発生させている。
【０００６】
ここで、上記空気ポンプは、燃料供給システムの系外からエネルギを供給することにより作動するが、一般に、酸素分離膜の前後に所定の差圧を発生させるための所用動力は大きく、内燃機関を備えるエネルギシステム全体としてエネルギ効率が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、エネルギ変換手段ＥＧを備えるエネルギシステム全体としての効率の低下を抑制しつつ、酸素富化空気を生成することができる除去器およびそれを備える燃料改質装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、酸素富化空気に基づくエネルギ源が供給されるエネルギ変換手段（ＥＧ）を備えるエネルギ源供給システムに搭載されるとともに、供給される空気中の窒素を除去して酸素富化空気を生成する除去器において、エネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱の熱エネルギを利用して、空気中から窒素を除去するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
これによれば、エネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱というエネルギ源供給システムの系内のエネルギを利用して、空気中から窒素を除去して酸素富化空気を生成することができる。したがって、エネルギ変換手段（ＥＧ）を備えるエネルギシステム全体としての効率の低下を抑制しつつ、酸素富化空気を生成することが可能となる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明では、エネルギ源として少なくとも水素をエネルギ変換手段（ＥＧ）へ供給するエネルギ源供給システムに搭載されるとともに、水素を含有する燃料と空気とが供給され、燃料を改質して水素を生成させる燃料改質装置において、燃料の一部と空気とを燃焼させる燃焼部（３２）と、燃焼に伴って発生する燃焼熱を利用して残りの燃料を水素に変換する変換部（３３）とを有する改質器（３）と、改質器（３）に供給される空気中の窒素を除去して酸素富化空気を生成する除去器（４）とを備え、除去器（４）は、変換部（３３）にて変換された水素が供給されるエネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱の熱エネルギを利用して、空気中から窒素を除去するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、エネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱というエネルギ源供給システムの系内のエネルギを利用して、空気中から窒素を除去して酸素富化空気を生成することができる。したがって、エネルギ変換手段（ＥＧ）を備えるエネルギシステム全体としての効率の低下を抑制しつつ、除去器（４）において酸素富化空気を生成することが可能となる。このため、エネルギシステム全体としての効率の低下を抑制しつつ、燃料改質装置において即効的な水素の生成が可能となる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の燃料改質装置において、除去器（４）は、空気中の窒素または酸素を選択可逆的に吸収・放出する吸収剤（４２ａ、４２ｂ）と、吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に熱を供給する熱供給手段（４３ａ、４３ｂ）とを有する除去部（４１ａ、４１ｂ）を少なくとも２つ備えており、少なくとも２つの除去部（４１ａ、４１ｂ）は、窒素または酸素を吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に吸収させる吸収モードと、熱供給手段（４３ａ、４３ｂ）により供給された熱によって吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に吸収された窒素または酸素を放出させる放出モードとが、切替可能に構成されており、少なくとも２つの除去部（４１ａ、４１ｂ）のうち、一方の除去部（４１ａ）と他方の除去部（４１ｂ）において、吸収モードおよび放出モードのうち互いに異なるモードが実行されるように構成されており、熱供給手段（４３ａ、４３ｂ）は、エネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱を吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に供給することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、一方の除去部（４１ａ）と他方の除去部（４１ｂ）において、吸収モードおよび放出モードのうち互いに異なるモードが実行されるので、一方の除去部（４１ａ）および他方の除去部（４１ｂ）のうちいずれか一方から、常時酸素富化空気を流出させて、改質器（３）に供給することが可能となる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明のように、吸収剤（４２ａ、４２ｂ）は、窒素および酸素それぞれの分子サイズの差異を利用して、空気中の窒素または酸素を選択可逆的に吸収・放出してもよい。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明のように、吸収剤（４２ａ、４２ｂ）は、当該吸収剤（４２ａ、４２ｂ）と窒素または酸素との分子間結合力の差異を利用して、空気中の窒素または酸素を選択可逆的に吸収・放出してもよい。
【００１６】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における燃料供給システム１００の全体構成図である。
【図２】除去器４を示す全体構成図である。
【図３】吸収剤４２ａ、４２ｂを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本実施形態の燃料供給システム１００の全体構成図である。本実施形態では、本発明の除去器を、エネルギ源供給システムとしての燃料供給システム１００に適用している。この燃料供給システム１００は、車両に適用されており、車両走行用の駆動力（機械エネルギ）を出力するエネルギ変換手段としてのエンジン（内燃機関）ＥＧへ燃料および水素を供給するものである。
【００１９】
まず、燃料供給システム１００は、加圧されて液化された高圧液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵手段としての高圧タンク１０を備えている。
【００２０】
この高圧タンク１０に貯蔵される燃料は、分子中に少なくとも１つの水素原子が含まれる燃料が採用されている。燃料として、分子中に少なくとも１つの水素原子が含まれる燃料を採用することで、燃料を改質することによって可燃性を有する水素ガスを生成することができる。
【００２１】
また、燃料としては、エンジンＥＧにて燃料として燃焼させるために可燃性を有し、さらに、その製造コストを低減させるために高圧下においては常温（１５℃〜２５℃程度）でも液化させやすいものであることが望ましい。
【００２２】
そこで、本実施形態では、燃料として、分子中に３つの水素原子を含有し、さらに可燃性を有しており、常温であっても１．５ＭＰａ以下で液化する燃料として、アンモニア（ＮＨ３）を採用している。
【００２３】
この他にも同等の性質を有する燃料として、ジメチルエーテル、アルコール含有燃料等を採用することもできる。さらに、水素を含有する燃料であって、同燃料の分子中に、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）およびハロゲンのうち少なくとも１種の原子が含まれるものであり、かつ、分子間にて水素結合が発現するものを採用してもよい。
【００２４】
高圧タンク１０の燃料流出口には、気化器２０の燃料流入口が接続されている。気化器２０は、高圧タンク１０から流出した液相状態の燃料（液体燃料）を気化させる気化手段である。
【００２５】
気化器２０にて気化された気相状態の燃料（気体燃料）は、気化器２０の燃料流出口から流出する。気化器２０から流出した気体燃料の流れは、２つの流れに分岐され、分岐された一方の気体燃料は、気体燃料をエンジンＥＧの燃焼室内へ噴射供給する燃料噴射弁（インジェクタ）へ流入し、分岐された他方の気体燃料は、気体燃料を改質して水素ガスを発生させる燃料改質装置３０へ流入する。
【００２６】
燃料改質装置３０は、気体燃料を触媒下で改質可能温度まで加熱して改質反応させることによって、水素ガスを発生させる燃料改質手段である。本実施形態では、燃料として水素含有燃料であるアンモニアを採用しているので、燃料を３００℃〜７００℃まで加熱して、触媒下にて改質反応をさせて水素ガスを発生させている。燃料改質装置３０にて生成された水素ガスは、燃料噴射弁に流入する。
【００２７】
燃料改質装置３０では、水蒸気改質による吸熱反応と部分酸化（燃焼）による発熱反応を共に改質器内で進行させ、熱をバランスさせながら水素を生成する自己熱改質法（ＡＴＲ）による改質が行われる。
【００２８】
燃料改質装置３０は、燃料であるアンモニアの改質が行われる反応容器としての改質器３と、改質器３内にアンモニアを流入させる燃料入口部３０１と、改質器３内に空気を流入させる空気入口部３０２とを備えている。
【００２９】
空気入口部３０２と改質器３との間には、改質器３に供給される空気中の窒素を除去して酸素富化空気を生成する除去器４が設けられている。この除去器４の詳細については後述する。
【００３０】
改質器３の内部には、アンモニアを改質して水素を生成するための触媒３１が設けられている。また、改質器３内の一部は、燃料入口部３０１から流入したアンモニアの一部を燃焼（部分酸化）させる燃焼部３２を構成しており、改質器３内の残りの部分は、当該燃焼に伴って発生する燃焼熱を利用して残りの燃料を水素に変換する変換部３３を構成している。
【００３１】
次に、本実施形態における除去器４の詳細な構成について説明する。図２は、本実施形態における除去器４を示す全体構成図である。
【００３２】
図２に示すように、除去器４は、２つの除去部４１ａ、４１ｂを備えている。各除去部４１ａ、４１ｂは、それぞれ、空気入口部３０２から空気が流入するように構成されている。
【００３３】
除去部４１ａ、４１ｂの内部には、空気入口部３０２から流入した空気のうち、酸素を選択可逆的に吸収（吸蔵）・放出（脱離）する吸収剤４２ａ、４２ｂが設けられている。ここで、吸収剤４２ａ、４２ｂとして、例えばゼオライト（モレキュラシーブ）等を用いることで、酸素の物理吸着により酸素を選択的に吸収することができる。
【００３４】
図３は、本実施形態における吸収剤４２ａ、４２ｂを示す模式図である。図３に示すように、吸収剤４２ａ、４２ｂには、多数の孔部４２０が形成されている。この孔部４２０は、酸素分子は入り込むことができるが、酸素分子より大きい窒素分子は入り込むことができないサイズに形成されている。したがって、吸収剤４２ａ、４２ｂは、空気中から酸素を選択的に吸収（吸着）することができる。
【００３５】
また、吸収剤４２ａ、４２ｂは、酸素を選択的に吸収する際に熱を放出する。このため、吸収剤４２ａ、４２ｂを低温にすることで、吸収剤４２ａ、４２ｂの孔部４２０に酸素を吸着させることができ、吸収剤４２ａ、４２ｂを加熱して高温にすることで、吸収剤４２ａ、４２ｂの孔部４２０から酸素を脱離させることができる。
【００３６】
図２に戻り、除去部４１ａ、４１ｂには、吸収剤４２ａ、４２ｂをエンジンＥＧの排ガスの有する熱（排熱）により加熱可能な熱交換器４３ａ、４３ｂが設けられている。具体的には、熱交換器４３ａ、４３ｂは、加熱用熱媒体としてのエンジンＥＧの排ガスが流通可能に構成されている。このため、熱交換器４３ａ、４３ｂでは、排ガスと吸収剤４２ａ、４２ｂとの間で熱交換を行い、排ガスの有する熱により吸収剤４２ａ、４２ｂを加熱することができる。したがって、熱交換器３４ａ、３４ｂは、吸収剤４２ａ、４２ｂに熱を供給する熱供給手段に相当する。
【００３７】
２つの除去部４１ａ、４１ｂの空気入口側には、第１電気式三方弁４４が接続されている。第１電気式三方弁４４は、図示しない制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御される流路切替手段である。
【００３８】
具体的には、第１電気式三方弁４４は、入口４４ａ、第１出口４４ｂおよび第２出口４４ｃを形成する三つの弁を有する。第１電気式三方弁４４の入口４４ａは、空気入口部３０２に接続されている。第１電気式三方弁４４の第１出口４４ｂは、２つの除去部４１ａ、４１ｂのうち一方の除去部（以下、第１除去部４１ａという）の空気入口側に接続されている。第１電気式三方弁４４の第２出口４４ｃは、２つの除去部４１ａ、４１ｂのうち他方の除去部（以下、第２除去部４１ｂという）の空気入口側に接続されている。
【００３９】
そして、第１電気式三方弁４４の第１出口４４ｂが開弁され、第２出口４４ｃが閉弁されることで、空気入口部３０２から流出した空気が第１除去部４１ａにのみ流入する。一方、第１電気式三方弁４４の第１出口４４ｂが閉弁され、第２出口４４ｃが開弁されることで、空気入口部３０２から流出した空気が第２除去部４１ｂにのみ流入する。
【００４０】
２つの除去部４１ａ、４１ｂの出口側には、電気式四方弁４５が接続されている。電気式四方弁４５は、制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御される流路切替手段である。
【００４１】
電気式四方弁４５は、第１除去部４１ａの出口側と窒素を系外へ排出する排気口（図示せず）との間、および第２除去部４１ｂの出口側と改質器３の入口側との間を同時に接続する第１回路と、第１除去部４１ａの出口側と改質器３の入口側との間、および第２除去部４１ｂの出口側と排気口との間を同時に接続する第２回路とを切り替える機能を果たす。
【００４２】
２つの除去部４１ａ、４１ｂにおける熱交換器４３ａ、４３ｂの排ガス入口側には、第２電気式三方弁４６が接続されている。第２電気式三方弁４６は、制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御される流路切替手段である。
【００４３】
具体的には、第２電気式三方弁４６は、入口４６ａ、第１出口４６ｂおよび第２出口４６ｃを形成する三つの弁を有する。第２電気式三方弁４６の入口４６ａは、エンジンＥＧの排ガス出口側に接続されている。第２電気式三方弁４６の第１出口４６ｂは、第１除去部４１ａにおける熱交換器（以下、第１熱交換器４３ａという）の排ガス入口側に接続されている。第２電気式三方弁４６の第２出口４６ｃは、第２除去部４１ｂにおける熱交換器（以下、第２熱交換器４３ｂという）の排ガス入口側に接続されている。
【００４４】
そして、第２電気式三方弁４６の第１出口４６ｂが開弁され、第２出口４６ｃが閉弁されることで、エンジンＥＧから流出した排ガスが第１熱交換器４３ａにのみ流入する。一方、第２電気式三方弁４６の第１出口４６ｂが閉弁され、第２出口４６ｃが開弁されることで、エンジンＥＧから流出した排ガスが第２熱交換器４３ｂにのみ流入する。
【００４５】
したがって、第２電気式三方弁４６を制御することで、第１熱交換器４３ａおよび第２熱交換器４３ｂのうちいずれか一方にのみ、排ガスを供給することができる。
【００４６】
除去部４１ａ、４１ｂは、吸収モード（吸蔵モード）および放出モード（脱離モード）の２つのモードを実行可能に構成されている。ここで、吸収モードは、除去部４１ａ、４１ｂにおいて、吸収剤４２ａ、４２ｂが酸素を選択的に吸収するモードである。また、放出モードは、除去部４１ａ、４１ｂにおいて、排ガスが流通している熱交換器４３ａ、４３ｂによって吸収剤４２ａ、４２ｂに対して熱を供給するとともに、吸収剤４２ａ、４２ｂから酸素を脱離させて放出するモードである。
【００４７】
ところで、除去器４は、第１除去部４１ａと第２除去部４１ｂにおいて、吸収モードおよび放出モードのうち互いに異なるモードが実行されるように構成されている。すなわち、除去器４は、第１除去部４１ａにおいて吸収モードが実行されている際には、第２除去部４１ｂにおいて放出モードが実行されるようになっており、第１除去部４１ａにおいて放出モードが実行されている際には、第２除去部４１ｂにおいて吸収モードが実行されるようになっている。
【００４８】
除去部４１ａ、４１ｂにおいて実行されるモードの切り替えは、制御装置によって第１電気式三方弁４４、電気式四方弁４５および第２電気式三方弁４６の作動を制御することにより行われる。また、電気式四方弁４５および第２電気式三方弁４６の作動は、第１電気式三方弁４４の作動に連動している。
【００４９】
具体的には、第１電気式三方弁４４にて空気入口部３０２から流出した空気を第１除去部４１ａに流入させる回路に切り替える際には、電気式四方弁４５にて第１除去部４１ａの出口側と排気口との間、および第２除去部４１ｂの出口側と改質器３の入口側との間を同時に接続する第１回路に切り替えるとともに、第２電気式三方弁４６にてエンジンＥＧから流出した排ガスを第２熱交換器４３ｂに流入させる回路に切り替える。
【００５０】
これにより、第１除去部４１ａでは、吸収剤４２ａに酸素が吸収される吸収モードが実行される。そして、第１除去部４１ａからは、吸収剤４２ａに吸収されなかった窒素が流出し、系外へと排出される。
【００５１】
また、第２除去部４１ｂでは、第２熱交換器４３ｂにて吸収剤４２ｂに熱が供給されることで、吸収剤４２ｂに吸収されていた酸素が放出される放出モードが実行される。そして、第２除去部４１ｂからは酸素富化空気が流出し、改質器３へ供給される。
【００５２】
一方、第１電気式三方弁４４にて空気入口部３０２から流出した空気を第２除去部４１ｂに流入させる回路に切り替える際には、電気式四方弁４５にて第１除去部４１ａの出口側と改質器３の入口側との間、および第２除去部４１ｂの出口側と排気口との間を同時に接続する第２回路に切り替えるとともに、第２電気式三方弁４６にてエンジンＥＧから流出した排ガスを第１熱交換器４３ａに流入させる回路に切り替える。
【００５３】
これにより、第１除去部４１ａでは、第１熱交換器４３ａにて吸収剤４２ａに熱が供給されることで、吸収剤４２ａに吸収されていた酸素が放出される放出モードが実行される。そして、第１除去部４１ａからは酸素富化空気が流出し、改質器３へ供給される。
【００５４】
また、第２除去部４１ｂでは、吸収剤４２ｂに酸素が吸収される吸収モードが実行される。そして、第２除去部４１ｂからは、吸収剤４２ｂに吸収されなかった窒素が流出し、系外へと排出される。
【００５５】
以上説明したように、燃料改質装置３０には、気化器２０にて気化されたアンモニアと、除去器４にて生成された酸素富化空気とが供給され、改質器３の変換部３３にて改質（変換）が行われて水素が生成する。そして、この水素がエネルギ源としてエンジンＥＧに供給されて、エンジンＥＧから機械エネルギが出力される。したがって、本実施形態における燃料改質装置３０の改質器３にて生成された水素が、特許請求の範囲に記載された「酸素富化空気に基づくエネルギ源」に対応している。
【００５６】
本実施形態によれば、除去器４の除去部４１ａ、４１ｂは、改質器３の変換部３３にて改質（変換）された水素が供給されるエンジンＥＧの排熱の熱エネルギを利用して、空気中の窒素を除去することができる。すなわち、除去器４において、エンジンＥＧの排熱という燃料供給システム１００の系内のエネルギを利用して、空気中の窒素を除去して酸素富化空気を生成することができる。したがって、エンジンＥＧを備えるエネルギシステム全体としての効率の低下を抑制しつつ、除去器４において酸素富化空気を生成することが可能となる。このため、エネルギシステム全体としての効率の低下を抑制しつつ、燃料改質装置３０において即効的な水素の生成が可能となる
また、本実施形態では、第１除去部４１ａと第２除去部４１ｂにおいて、吸収モードおよび放出モードのうち互いに異なるモードが実行されるので、第１除去部４１ａおよび第２除去部４１ｂのうちいずれか一方から、常時酸素富化空気を流出させて、改質器３に供給することが可能となる。
【００５７】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
【００５８】
（１）上記実施形態では、除去部４１ａ、４１ｂに、酸素を選択的に吸収する吸収剤４２ａ、４２ｂを設け、除去部４１ａ、４１ｂにおいて、吸収モード時に吸収剤４２ａ、４２ｂに酸素を吸収させ、放出モード時に吸収剤４２ａ、４２ｂに吸収されていた酸素を放出させて、酸素富化空気を改質器３へ供給する例について説明したが、これに限らず、除去部４１ａ、４１ｂに、窒素を選択的に吸収する吸収剤４２ａ、４２ｂを設けてもよい。
【００５９】
この場合、除去部４１ａ、４１ｂにおいて、吸収モード時に吸収剤４２ａ、４２ｂに窒素を吸収させて、酸素富化空気を改質器３へ供給し、放出モード時に吸収剤４２ａ、４２ｂに吸収されていた窒素を放出させて、系外へ排出する。
【００６０】
（２）上記実施形態では、吸収剤４２ａ、４２ｂとしてゼオライト（モレキュラシーブ）等を用いることで、酸素の物理吸着により酸素を選択可逆的に吸収・放出させる例について説明したが、これに限らず、吸収剤４２ａ、４２ｂとして、例えばモリブデンを用いることで、吸収剤４２ａ、４２ｂと窒素または酸素との分子間結合力の差異を利用して、空気中の窒素を選択可逆的に吸収・放出させてもよい。
【００６１】
（３）上記実施形態では、除去器４を、第１除去部４１ａおよび第２除去部４１ｂにおいて、吸収モードおよび放出モードのうち互いに異なるモードが実行されるように構成した例について説明したが、これに限らず、第１除去部４１ａおよび第２除去部４１ｂにおいて、互いに同じモードが実行されるように構成してもよい。
【００６２】
（４）上記実施形態では、除去器４を、２つの除去部（すなわち、第１除去部４１ａおよび第２除去部４１ｂ）を備えるように構成した例について説明したが、これに限らず、除去部は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
３ 改質器
４ 除去器
３２ 燃焼部
３３ 変換部
４１ａ、４１ｂ 除去部
４２ａ、４２ｂ 吸収剤
４３ａ、４３ｂ 熱交換器（熱供給手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の窒素を除去する除去器およびそれを備える燃料改質装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エネルギ変換手段としての内燃機関に燃料を供給する燃料供給システムに搭載される燃料改質器であって、水蒸気改質による吸熱反応と部分酸化（燃焼）による発熱反応を共に反応容器内で進行させ、熱をバランスさせながら水素を生成する自己熱改質法（ＡＴＲ）を利用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の従来技術では、空気中の窒素を除去した酸素富化空気（高純度酸素ガス）と、燃料とを改質器に供給するシステムを備えている。これによれば、改質器における燃料の燃焼速度を速くすることができ、燃焼時の熱出力を増大させることができるので、即効的な水素の生成が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７０１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載の従来技術では、空気中から窒素を除去する手法として、空気中から酸素を分離する酸素分離膜を用いている。この場合、酸素分離膜の前後に所定の差圧を発生させる必要があるため、上記従来技術では、酸素分離膜の下流側に空気ポンプ（ブロワ）を配置し、この空気ポンプを作動させることにより当該差圧を発生させている。
【０００６】
ここで、上記空気ポンプは、燃料供給システムの系外からエネルギを供給することにより作動するが、一般に、酸素分離膜の前後に所定の差圧を発生させるための所用動力は大きく、内燃機関を備えるエネルギシステム全体としてエネルギ効率が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、エネルギ変換手段ＥＧを備えるエネルギシステム全体としての効率の低下を抑制しつつ、酸素富化空気を生成することができる除去器およびそれを備える燃料改質装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、酸素富化空気に基づくエネルギ源が供給されるエネルギ変換手段（ＥＧ）を備えるエネルギ源供給システムに搭載されるとともに、供給される空気中の窒素を除去して酸素富化空気を生成する除去器において、エネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱の熱エネルギを利用して、空気中から窒素を除去するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
これによれば、エネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱というエネルギ源供給システムの系内のエネルギを利用して、空気中から窒素を除去して酸素富化空気を生成することができる。したがって、エネルギ変換手段（ＥＧ）を備えるエネルギシステム全体としての効率の低下を抑制しつつ、酸素富化空気を生成することが可能となる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明では、エネルギ源として少なくとも水素をエネルギ変換手段（ＥＧ）へ供給するエネルギ源供給システムに搭載されるとともに、水素を含有する燃料と空気とが供給され、燃料を改質して水素を生成させる燃料改質装置において、燃料の一部と空気とを燃焼させる燃焼部（３２）と、燃焼に伴って発生する燃焼熱を利用して残りの燃料を水素に変換する変換部（３３）とを有する改質器（３）と、改質器（３）に供給される空気中の窒素を除去して酸素富化空気を生成する除去器（４）とを備え、除去器（４）は、変換部（３３）にて変換された水素が供給されるエネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱の熱エネルギを利用して、空気中から窒素を除去するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、エネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱というエネルギ源供給システムの系内のエネルギを利用して、空気中から窒素を除去して酸素富化空気を生成することができる。したがって、エネルギ変換手段（ＥＧ）を備えるエネルギシステム全体としての効率の低下を抑制しつつ、除去器（４）において酸素富化空気を生成することが可能となる。このため、エネルギシステム全体としての効率の低下を抑制しつつ、燃料改質装置において即効的な水素の生成が可能となる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の燃料改質装置において、除去器（４）は、空気中の窒素または酸素を選択可逆的に吸収・放出する吸収剤（４２ａ、４２ｂ）と、吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に熱を供給する熱供給手段（４３ａ、４３ｂ）とを有する除去部（４１ａ、４１ｂ）を少なくとも２つ備えており、少なくとも２つの除去部（４１ａ、４１ｂ）は、窒素または酸素を吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に吸収させる吸収モードと、熱供給手段（４３ａ、４３ｂ）により供給された熱によって吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に吸収された窒素または酸素を放出させる放出モードとが、切替可能に構成されており、少なくとも２つの除去部（４１ａ、４１ｂ）のうち、一方の除去部（４１ａ）と他方の除去部（４１ｂ）において、吸収モードおよび放出モードのうち互いに異なるモードが実行されるように構成されており、熱供給手段（４３ａ、４３ｂ）は、エネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱を吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に供給することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、一方の除去部（４１ａ）と他方の除去部（４１ｂ）において、吸収モードおよび放出モードのうち互いに異なるモードが実行されるので、一方の除去部（４１ａ）および他方の除去部（４１ｂ）のうちいずれか一方から、常時酸素富化空気を流出させて、改質器（３）に供給することが可能となる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明のように、吸収剤（４２ａ、４２ｂ）は、窒素および酸素それぞれの分子サイズの差異を利用して、空気中の窒素または酸素を選択可逆的に吸収・放出してもよい。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明のように、吸収剤（４２ａ、４２ｂ）は、当該吸収剤（４２ａ、４２ｂ）と窒素または酸素との分子間結合力の差異を利用して、空気中の窒素または酸素を選択可逆的に吸収・放出してもよい。
【００１６】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における燃料供給システム１００の全体構成図である。
【図２】除去器４を示す全体構成図である。
【図３】吸収剤４２ａ、４２ｂを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本実施形態の燃料供給システム１００の全体構成図である。本実施形態では、本発明の除去器を、エネルギ源供給システムとしての燃料供給システム１００に適用している。この燃料供給システム１００は、車両に適用されており、車両走行用の駆動力（機械エネルギ）を出力するエネルギ変換手段としてのエンジン（内燃機関）ＥＧへ燃料および水素を供給するものである。
【００１９】
まず、燃料供給システム１００は、加圧されて液化された高圧液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵手段としての高圧タンク１０を備えている。
【００２０】
この高圧タンク１０に貯蔵される燃料は、分子中に少なくとも１つの水素原子が含まれる燃料が採用されている。燃料として、分子中に少なくとも１つの水素原子が含まれる燃料を採用することで、燃料を改質することによって可燃性を有する水素ガスを生成することができる。
【００２１】
また、燃料としては、エンジンＥＧにて燃料として燃焼させるために可燃性を有し、さらに、その製造コストを低減させるために高圧下においては常温（１５℃〜２５℃程度）でも液化させやすいものであることが望ましい。
【００２２】
そこで、本実施形態では、燃料として、分子中に３つの水素原子を含有し、さらに可燃性を有しており、常温であっても１．５ＭＰａ以下で液化する燃料として、アンモニア（ＮＨ３）を採用している。
【００２３】
この他にも同等の性質を有する燃料として、ジメチルエーテル、アルコール含有燃料等を採用することもできる。さらに、水素を含有する燃料であって、同燃料の分子中に、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）およびハロゲンのうち少なくとも１種の原子が含まれるものであり、かつ、分子間にて水素結合が発現するものを採用してもよい。
【００２４】
高圧タンク１０の燃料流出口には、気化器２０の燃料流入口が接続されている。気化器２０は、高圧タンク１０から流出した液相状態の燃料（液体燃料）を気化させる気化手段である。
【００２５】
気化器２０にて気化された気相状態の燃料（気体燃料）は、気化器２０の燃料流出口から流出する。気化器２０から流出した気体燃料の流れは、２つの流れに分岐され、分岐された一方の気体燃料は、気体燃料をエンジンＥＧの燃焼室内へ噴射供給する燃料噴射弁（インジェクタ）へ流入し、分岐された他方の気体燃料は、気体燃料を改質して水素ガスを発生させる燃料改質装置３０へ流入する。
【００２６】
燃料改質装置３０は、気体燃料を触媒下で改質可能温度まで加熱して改質反応させることによって、水素ガスを発生させる燃料改質手段である。本実施形態では、燃料として水素含有燃料であるアンモニアを採用しているので、燃料を３００℃〜７００℃まで加熱して、触媒下にて改質反応をさせて水素ガスを発生させている。燃料改質装置３０にて生成された水素ガスは、燃料噴射弁に流入する。
【００２７】
燃料改質装置３０では、水蒸気改質による吸熱反応と部分酸化（燃焼）による発熱反応を共に改質器内で進行させ、熱をバランスさせながら水素を生成する自己熱改質法（ＡＴＲ）による改質が行われる。
【００２８】
燃料改質装置３０は、燃料であるアンモニアの改質が行われる反応容器としての改質器３と、改質器３内にアンモニアを流入させる燃料入口部３０１と、改質器３内に空気を流入させる空気入口部３０２とを備えている。
【００２９】
空気入口部３０２と改質器３との間には、改質器３に供給される空気中の窒素を除去して酸素富化空気を生成する除去器４が設けられている。この除去器４の詳細については後述する。
【００３０】
改質器３の内部には、アンモニアを改質して水素を生成するための触媒３１が設けられている。また、改質器３内の一部は、燃料入口部３０１から流入したアンモニアの一部を燃焼（部分酸化）させる燃焼部３２を構成しており、改質器３内の残りの部分は、当該燃焼に伴って発生する燃焼熱を利用して残りの燃料を水素に変換する変換部３３を構成している。
【００３１】
次に、本実施形態における除去器４の詳細な構成について説明する。図２は、本実施形態における除去器４を示す全体構成図である。
【００３２】
図２に示すように、除去器４は、２つの除去部４１ａ、４１ｂを備えている。各除去部４１ａ、４１ｂは、それぞれ、空気入口部３０２から空気が流入するように構成されている。
【００３３】
除去部４１ａ、４１ｂの内部には、空気入口部３０２から流入した空気のうち、酸素を選択可逆的に吸収（吸蔵）・放出（脱離）する吸収剤４２ａ、４２ｂが設けられている。ここで、吸収剤４２ａ、４２ｂとして、例えばゼオライト（モレキュラシーブ）等を用いることで、酸素の物理吸着により酸素を選択的に吸収することができる。
【００３４】
図３は、本実施形態における吸収剤４２ａ、４２ｂを示す模式図である。図３に示すように、吸収剤４２ａ、４２ｂには、多数の孔部４２０が形成されている。この孔部４２０は、酸素分子は入り込むことができるが、酸素分子より大きい窒素分子は入り込むことができないサイズに形成されている。したがって、吸収剤４２ａ、４２ｂは、空気中から酸素を選択的に吸収（吸着）することができる。
【００３５】
また、吸収剤４２ａ、４２ｂは、酸素を選択的に吸収する際に熱を放出する。このため、吸収剤４２ａ、４２ｂを低温にすることで、吸収剤４２ａ、４２ｂの孔部４２０に酸素を吸着させることができ、吸収剤４２ａ、４２ｂを加熱して高温にすることで、吸収剤４２ａ、４２ｂの孔部４２０から酸素を脱離させることができる。
【００３６】
図２に戻り、除去部４１ａ、４１ｂには、吸収剤４２ａ、４２ｂをエンジンＥＧの排ガスの有する熱（排熱）により加熱可能な熱交換器４３ａ、４３ｂが設けられている。具体的には、熱交換器４３ａ、４３ｂは、加熱用熱媒体としてのエンジンＥＧの排ガスが流通可能に構成されている。このため、熱交換器４３ａ、４３ｂでは、排ガスと吸収剤４２ａ、４２ｂとの間で熱交換を行い、排ガスの有する熱により吸収剤４２ａ、４２ｂを加熱することができる。したがって、熱交換器３４ａ、３４ｂは、吸収剤４２ａ、４２ｂに熱を供給する熱供給手段に相当する。
【００３７】
２つの除去部４１ａ、４１ｂの空気入口側には、第１電気式三方弁４４が接続されている。第１電気式三方弁４４は、図示しない制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御される流路切替手段である。
【００３８】
具体的には、第１電気式三方弁４４は、入口４４ａ、第１出口４４ｂおよび第２出口４４ｃを形成する三つの弁を有する。第１電気式三方弁４４の入口４４ａは、空気入口部３０２に接続されている。第１電気式三方弁４４の第１出口４４ｂは、２つの除去部４１ａ、４１ｂのうち一方の除去部（以下、第１除去部４１ａという）の空気入口側に接続されている。第１電気式三方弁４４の第２出口４４ｃは、２つの除去部４１ａ、４１ｂのうち他方の除去部（以下、第２除去部４１ｂという）の空気入口側に接続されている。
【００３９】
そして、第１電気式三方弁４４の第１出口４４ｂが開弁され、第２出口４４ｃが閉弁されることで、空気入口部３０２から流出した空気が第１除去部４１ａにのみ流入する。一方、第１電気式三方弁４４の第１出口４４ｂが閉弁され、第２出口４４ｃが開弁されることで、空気入口部３０２から流出した空気が第２除去部４１ｂにのみ流入する。
【００４０】
２つの除去部４１ａ、４１ｂの出口側には、電気式四方弁４５が接続されている。電気式四方弁４５は、制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御される流路切替手段である。
【００４１】
電気式四方弁４５は、第１除去部４１ａの出口側と窒素を系外へ排出する排気口（図示せず）との間、および第２除去部４１ｂの出口側と改質器３の入口側との間を同時に接続する第１回路と、第１除去部４１ａの出口側と改質器３の入口側との間、および第２除去部４１ｂの出口側と排気口との間を同時に接続する第２回路とを切り替える機能を果たす。
【００４２】
２つの除去部４１ａ、４１ｂにおける熱交換器４３ａ、４３ｂの排ガス入口側には、第２電気式三方弁４６が接続されている。第２電気式三方弁４６は、制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御される流路切替手段である。
【００４３】
具体的には、第２電気式三方弁４６は、入口４６ａ、第１出口４６ｂおよび第２出口４６ｃを形成する三つの弁を有する。第２電気式三方弁４６の入口４６ａは、エンジンＥＧの排ガス出口側に接続されている。第２電気式三方弁４６の第１出口４６ｂは、第１除去部４１ａにおける熱交換器（以下、第１熱交換器４３ａという）の排ガス入口側に接続されている。第２電気式三方弁４６の第２出口４６ｃは、第２除去部４１ｂにおける熱交換器（以下、第２熱交換器４３ｂという）の排ガス入口側に接続されている。
【００４４】
そして、第２電気式三方弁４６の第１出口４６ｂが開弁され、第２出口４６ｃが閉弁されることで、エンジンＥＧから流出した排ガスが第１熱交換器４３ａにのみ流入する。一方、第２電気式三方弁４６の第１出口４６ｂが閉弁され、第２出口４６ｃが開弁されることで、エンジンＥＧから流出した排ガスが第２熱交換器４３ｂにのみ流入する。
【００４５】
したがって、第２電気式三方弁４６を制御することで、第１熱交換器４３ａおよび第２熱交換器４３ｂのうちいずれか一方にのみ、排ガスを供給することができる。
【００４６】
除去部４１ａ、４１ｂは、吸収モード（吸蔵モード）および放出モード（脱離モード）の２つのモードを実行可能に構成されている。ここで、吸収モードは、除去部４１ａ、４１ｂにおいて、吸収剤４２ａ、４２ｂが酸素を選択的に吸収するモードである。また、放出モードは、除去部４１ａ、４１ｂにおいて、排ガスが流通している熱交換器４３ａ、４３ｂによって吸収剤４２ａ、４２ｂに対して熱を供給するとともに、吸収剤４２ａ、４２ｂから酸素を脱離させて放出するモードである。
【００４７】
ところで、除去器４は、第１除去部４１ａと第２除去部４１ｂにおいて、吸収モードおよび放出モードのうち互いに異なるモードが実行されるように構成されている。すなわち、除去器４は、第１除去部４１ａにおいて吸収モードが実行されている際には、第２除去部４１ｂにおいて放出モードが実行されるようになっており、第１除去部４１ａにおいて放出モードが実行されている際には、第２除去部４１ｂにおいて吸収モードが実行されるようになっている。
【００４８】
除去部４１ａ、４１ｂにおいて実行されるモードの切り替えは、制御装置によって第１電気式三方弁４４、電気式四方弁４５および第２電気式三方弁４６の作動を制御することにより行われる。また、電気式四方弁４５および第２電気式三方弁４６の作動は、第１電気式三方弁４４の作動に連動している。
【００４９】
具体的には、第１電気式三方弁４４にて空気入口部３０２から流出した空気を第１除去部４１ａに流入させる回路に切り替える際には、電気式四方弁４５にて第１除去部４１ａの出口側と排気口との間、および第２除去部４１ｂの出口側と改質器３の入口側との間を同時に接続する第１回路に切り替えるとともに、第２電気式三方弁４６にてエンジンＥＧから流出した排ガスを第２熱交換器４３ｂに流入させる回路に切り替える。
【００５０】
これにより、第１除去部４１ａでは、吸収剤４２ａに酸素が吸収される吸収モードが実行される。そして、第１除去部４１ａからは、吸収剤４２ａに吸収されなかった窒素が流出し、系外へと排出される。
【００５１】
また、第２除去部４１ｂでは、第２熱交換器４３ｂにて吸収剤４２ｂに熱が供給されることで、吸収剤４２ｂに吸収されていた酸素が放出される放出モードが実行される。そして、第２除去部４１ｂからは酸素富化空気が流出し、改質器３へ供給される。
【００５２】
一方、第１電気式三方弁４４にて空気入口部３０２から流出した空気を第２除去部４１ｂに流入させる回路に切り替える際には、電気式四方弁４５にて第１除去部４１ａの出口側と改質器３の入口側との間、および第２除去部４１ｂの出口側と排気口との間を同時に接続する第２回路に切り替えるとともに、第２電気式三方弁４６にてエンジンＥＧから流出した排ガスを第１熱交換器４３ａに流入させる回路に切り替える。
【００５３】
これにより、第１除去部４１ａでは、第１熱交換器４３ａにて吸収剤４２ａに熱が供給されることで、吸収剤４２ａに吸収されていた酸素が放出される放出モードが実行される。そして、第１除去部４１ａからは酸素富化空気が流出し、改質器３へ供給される。
【００５４】
また、第２除去部４１ｂでは、吸収剤４２ｂに酸素が吸収される吸収モードが実行される。そして、第２除去部４１ｂからは、吸収剤４２ｂに吸収されなかった窒素が流出し、系外へと排出される。
【００５５】
以上説明したように、燃料改質装置３０には、気化器２０にて気化されたアンモニアと、除去器４にて生成された酸素富化空気とが供給され、改質器３の変換部３３にて改質（変換）が行われて水素が生成する。そして、この水素がエネルギ源としてエンジンＥＧに供給されて、エンジンＥＧから機械エネルギが出力される。したがって、本実施形態における燃料改質装置３０の改質器３にて生成された水素が、特許請求の範囲に記載された「酸素富化空気に基づくエネルギ源」に対応している。
【００５６】
本実施形態によれば、除去器４の除去部４１ａ、４１ｂは、改質器３の変換部３３にて改質（変換）された水素が供給されるエンジンＥＧの排熱の熱エネルギを利用して、空気中の窒素を除去することができる。すなわち、除去器４において、エンジンＥＧの排熱という燃料供給システム１００の系内のエネルギを利用して、空気中の窒素を除去して酸素富化空気を生成することができる。したがって、エンジンＥＧを備えるエネルギシステム全体としての効率の低下を抑制しつつ、除去器４において酸素富化空気を生成することが可能となる。このため、エネルギシステム全体としての効率の低下を抑制しつつ、燃料改質装置３０において即効的な水素の生成が可能となる
また、本実施形態では、第１除去部４１ａと第２除去部４１ｂにおいて、吸収モードおよび放出モードのうち互いに異なるモードが実行されるので、第１除去部４１ａおよび第２除去部４１ｂのうちいずれか一方から、常時酸素富化空気を流出させて、改質器３に供給することが可能となる。
【００５７】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
【００５８】
（１）上記実施形態では、除去部４１ａ、４１ｂに、酸素を選択的に吸収する吸収剤４２ａ、４２ｂを設け、除去部４１ａ、４１ｂにおいて、吸収モード時に吸収剤４２ａ、４２ｂに酸素を吸収させ、放出モード時に吸収剤４２ａ、４２ｂに吸収されていた酸素を放出させて、酸素富化空気を改質器３へ供給する例について説明したが、これに限らず、除去部４１ａ、４１ｂに、窒素を選択的に吸収する吸収剤４２ａ、４２ｂを設けてもよい。
【００５９】
この場合、除去部４１ａ、４１ｂにおいて、吸収モード時に吸収剤４２ａ、４２ｂに窒素を吸収させて、酸素富化空気を改質器３へ供給し、放出モード時に吸収剤４２ａ、４２ｂに吸収されていた窒素を放出させて、系外へ排出する。
【００６０】
（２）上記実施形態では、吸収剤４２ａ、４２ｂとしてゼオライト（モレキュラシーブ）等を用いることで、酸素の物理吸着により酸素を選択可逆的に吸収・放出させる例について説明したが、これに限らず、吸収剤４２ａ、４２ｂとして、例えばモリブデンを用いることで、吸収剤４２ａ、４２ｂと窒素または酸素との分子間結合力の差異を利用して、空気中の窒素を選択可逆的に吸収・放出させてもよい。
【００６１】
（３）上記実施形態では、除去器４を、第１除去部４１ａおよび第２除去部４１ｂにおいて、吸収モードおよび放出モードのうち互いに異なるモードが実行されるように構成した例について説明したが、これに限らず、第１除去部４１ａおよび第２除去部４１ｂにおいて、互いに同じモードが実行されるように構成してもよい。
【００６２】
（４）上記実施形態では、除去器４を、２つの除去部（すなわち、第１除去部４１ａおよび第２除去部４１ｂ）を備えるように構成した例について説明したが、これに限らず、除去部は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
３ 改質器
４ 除去器
３２ 燃焼部
３３ 変換部
４１ａ、４１ｂ 除去部
４２ａ、４２ｂ 吸収剤
４３ａ、４３ｂ 熱交換器（熱供給手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素富化空気に基づくエネルギ源が供給されるエネルギ変換手段（ＥＧ）を備えるエネルギ源供給システムに搭載されるとともに、供給される空気中の窒素を除去して前記酸素富化空気を生成する除去器であって、
前記エネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱の熱エネルギを利用して、前記空気中から前記窒素を除去するように構成されていることを特徴とする除去器。
【請求項２】
エネルギ源として少なくとも水素をエネルギ変換手段（ＥＧ）へ供給するエネルギ源供給システムに搭載されるとともに、水素を含有する燃料と空気とが供給され、前記燃料を改質して水素を生成させる燃料改質装置であって、
前記燃料の一部と前記空気とを燃焼させる燃焼部（３２）と、前記燃焼に伴って発生する燃焼熱を利用して残りの前記燃料を水素に変換する変換部（３３）とを有する改質器（３）と、
前記改質器（３）に供給される前記空気中の窒素を除去して酸素富化空気を生成する除去器（４）とを備え、
前記除去器（４）は、前記変換部（３３）にて変換された前記水素が供給されるエネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱の熱エネルギを利用して、前記空気中から前記窒素を除去するように構成されていることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項３】
前記除去器（４）は、前記空気中の窒素または酸素を選択可逆的に吸収・放出する吸収剤（４２ａ、４２ｂ）と、前記吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に熱を供給する熱供給手段（４３ａ、４３ｂ）とを有する除去部（４１ａ、４１ｂ）を少なくとも２つ備えており、
前記少なくとも２つの除去部（４１ａ、４１ｂ）は、前記窒素または前記酸素を前記吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に吸収させる吸収モードと、前記熱供給手段（４３ａ、４３ｂ）により供給された前記熱によって前記吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に吸収された前記窒素または前記酸素を放出させる放出モードとが、切替可能に構成されており、
前記少なくとも２つの除去部（４１ａ、４１ｂ）のうち、一方の前記除去部（４１ａ）と他方の前記除去部（４１ｂ）において、前記吸収モードおよび前記放出モードのうち互いに異なるモードが実行されるように構成されており、
前記熱供給手段（４３ａ、４３ｂ）は、前記エネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱を前記吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に供給することを特徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記吸収剤（４２ａ、４２ｂ）は、前記窒素および前記酸素それぞれの分子サイズの差異を利用して、前記空気中の窒素または酸素を選択可逆的に吸収・放出することを特徴とする請求項３に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記吸収剤（４２ａ、４２ｂ）は、当該吸収剤（４２ａ、４２ｂ）と前記窒素または前記酸素との分子間結合力の差異を利用して、前記空気中の窒素または酸素を選択可逆的に吸収・放出することを特徴とする請求項３に記載の燃料改質装置。
【請求項１】
酸素富化空気に基づくエネルギ源が供給されるエネルギ変換手段（ＥＧ）を備えるエネルギ源供給システムに搭載されるとともに、供給される空気中の窒素を除去して前記酸素富化空気を生成する除去器であって、
前記エネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱の熱エネルギを利用して、前記空気中から前記窒素を除去するように構成されていることを特徴とする除去器。
【請求項２】
エネルギ源として少なくとも水素をエネルギ変換手段（ＥＧ）へ供給するエネルギ源供給システムに搭載されるとともに、水素を含有する燃料と空気とが供給され、前記燃料を改質して水素を生成させる燃料改質装置であって、
前記燃料の一部と前記空気とを燃焼させる燃焼部（３２）と、前記燃焼に伴って発生する燃焼熱を利用して残りの前記燃料を水素に変換する変換部（３３）とを有する改質器（３）と、
前記改質器（３）に供給される前記空気中の窒素を除去して酸素富化空気を生成する除去器（４）とを備え、
前記除去器（４）は、前記変換部（３３）にて変換された前記水素が供給されるエネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱の熱エネルギを利用して、前記空気中から前記窒素を除去するように構成されていることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項３】
前記除去器（４）は、前記空気中の窒素または酸素を選択可逆的に吸収・放出する吸収剤（４２ａ、４２ｂ）と、前記吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に熱を供給する熱供給手段（４３ａ、４３ｂ）とを有する除去部（４１ａ、４１ｂ）を少なくとも２つ備えており、
前記少なくとも２つの除去部（４１ａ、４１ｂ）は、前記窒素または前記酸素を前記吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に吸収させる吸収モードと、前記熱供給手段（４３ａ、４３ｂ）により供給された前記熱によって前記吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に吸収された前記窒素または前記酸素を放出させる放出モードとが、切替可能に構成されており、
前記少なくとも２つの除去部（４１ａ、４１ｂ）のうち、一方の前記除去部（４１ａ）と他方の前記除去部（４１ｂ）において、前記吸収モードおよび前記放出モードのうち互いに異なるモードが実行されるように構成されており、
前記熱供給手段（４３ａ、４３ｂ）は、前記エネルギ変換手段（ＥＧ）の排熱を前記吸収剤（４２ａ、４２ｂ）に供給することを特徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記吸収剤（４２ａ、４２ｂ）は、前記窒素および前記酸素それぞれの分子サイズの差異を利用して、前記空気中の窒素または酸素を選択可逆的に吸収・放出することを特徴とする請求項３に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記吸収剤（４２ａ、４２ｂ）は、当該吸収剤（４２ａ、４２ｂ）と前記窒素または前記酸素との分子間結合力の差異を利用して、前記空気中の窒素または酸素を選択可逆的に吸収・放出することを特徴とする請求項３に記載の燃料改質装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−９５６２５（Ｐ２０１３−９５６２５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３９１１０（Ｐ２０１１−２３９１１０）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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