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公開番号2024148424
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-18
出願番号2023061538
出願日2023-04-05
発明の名称ケミカルルーピング燃焼システム
出願人株式会社豊田中央研究所
代理人個人,個人
主分類F23C 10/10 20060101AFI20241010BHJP(燃焼装置;燃焼方法)
要約【課題】、ケミカルルーピング燃焼システム全体のエネルギ効率を向上させる。
【解決手段】ケミカルルーピング燃焼システムは、金属粒子を酸化させる酸化塔と、水素と、炭素を含む化合物とが燃料として供給されると共に、酸化塔から酸化された金属粒子が供給され、燃料を用いて金属粒子を還元して二酸化炭素を含むガスを排出する燃料塔と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ケミカルルーピング燃焼システムであって、
金属粒子を酸化させる酸化塔と、
水素と、炭素を含む化合物とが燃料として供給されると共に、前記酸化塔から酸化された金属粒子が供給され、前記燃料を用いて金属粒子を還元する燃料塔と、
を備える、ケミカルルーピング燃焼システム。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
請求項１に記載のケミカルルーピング燃焼システムであって、さらに、
前記燃料塔内の温度を取得する温度取得部と、
前記温度取得部により取得された温度と、所定の温度との差を用いて、前記燃料塔に供給する水素および炭素を含む化合物の流量を決定する制御部と、
を備える、ケミカルルーピング燃焼システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のケミカルルーピング燃焼システムであって、さらに、
水を電気分解して水素と酸素を生成する水電解部を備え、
前記水電解部は、生成された水素および酸素を前記燃料塔に供給する、ケミカルルーピング燃焼システム。
【請求項４】
請求項３に記載のケミカルルーピング燃焼システムであって、さらに、
前記酸化塔の下流側、かつ、前記燃料塔の上流側に配置されたループシールであって、前記酸化塔から前記燃料塔へのガスの流入を抑制するループシールを備え、
前記水電解部は、
生成された水素を前記燃料塔に供給し、
生成された酸素を、前記燃料塔の代わりに前記ループシールに供給する、ケミカルルーピング燃焼システム。
【請求項５】
請求項４に記載のケミカルルーピング燃焼システムであって、さらに、
前記水電解部により生成された水素を貯蔵する水素タンクを備え、
前記制御部は、
前記水電解部による水素と酸素との生成がある場合に、生成された酸素を前記燃料塔に供給し、かつ、生成された水素の少なくとも一部を前記水素タンクで貯蔵し、
前記水電解部による水素と酸素との生成がない場合に、前記水素タンクで貯蔵された水素を前記燃料塔に供給する、ケミカルルーピング燃焼システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケミカルルーピング燃焼システムに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素を本質的に分離可能なケミカルルーピング燃焼システムが知られている（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）。特許文献１に記載されたシステムでは、固体酸素キャリアとしての金属が空気反応器で空気中の酸素と反応して酸化され、酸化された金属が燃料反応器で燃料により還元された後、再び空気反応器で酸化される。燃料反応器の下流側に設置された酸化触媒は、燃料反応器から排出される未燃の一酸化炭素を燃焼して、二酸化炭素へと変化させている。
【０００３】
非特許文献１に記載された技術では、燃料塔で発生する金属の還元反応が吸熱反応であり、吸熱反応によって失われる熱量を燃料塔の外部ヒータで補っている。また、金属を酸化させる酸化塔から燃料塔までの間と、燃料塔から酸化塔までの間とに、ループシールが配置されている。ループシール内には、金属粒子の流動化のために水蒸気が供給されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特表２０１３－５２２１４９号公報
【非特許文献】
【０００５】
Carl Linderholm, et al. "160h of chemical-looping combustion in a 10kW reactor system with a NiO-based oxygen carrier." International Journal of Greenhouse Gas Control Volume 2, issue 4, October 2008, Pages 520-530
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に記載された技術では、燃料塔内の吸熱反応で失われる熱量を外部ヒータの加熱で補っているため、放熱損失が大きい。また、ループシール内に供給する水蒸気の生成にエネルギを要する。そのため、ケミカルルーピング燃焼システムの全体のエネルギ効率をさらに向上させたいという要望があった。なお、特許文献１には、燃料反応器内で失われる熱量の補填やループシールについて言及されていない。
【０００７】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、ケミカルルーピング燃焼システム全体のエネルギ効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。
【０００９】
（１）本発明の一形態によれば、ケミカルルーピング燃焼システムが提供される。このケミカルルーピング燃焼システムは、金属粒子を酸化させる酸化塔と、水素と、炭素を含む化合物とが燃料として供給されると共に、前記酸化塔から酸化された金属粒子が供給され、前記燃料を用いて金属粒子を還元する燃料塔と、を備える。
【００１０】
この構成によれば、燃料塔内では、酸化した金属粒子を、燃料としての炭素を含む化合物が還元することにより吸熱反応が発生する。一方で、炭素を含む化合物に加えて燃料塔に供給される水素が、酸化した金属粒子を還元することにより弱発熱反応が発生する。そのため、炭素を含む化合物が金属粒子を還元することによる吸熱反応により失う熱量の全てまたは一部を、水素が金属粒子を還元することによる弱発熱反応の熱量で補うことができる。本構成では、燃料塔内を弱発熱反応により直接加熱するため、例えば、外部からヒータなどで燃料塔内を加熱する場合と比較して放熱損失が少ない。この結果、燃料として炭素を含む化合物のみが燃料塔に供給された場合よりも、システム全体のエネルギ効率が向上する。
（【００１１】以降は省略されています）

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