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(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】6642924
(24)【登録日】2020年1月8日
(45)【発行日】2020年2月12日
(54)【発明の名称】水素ステーションシステム
(51)【国際特許分類】
C01B 3/00 20060101AFI20200130BHJP
B09B 3/00 20060101ALI20200130BHJP
C10J 3/64 20060101ALI20200130BHJP
C01B 3/50 20060101ALI20200130BHJP
【ＦＩ】
C01B3/00 ZZAB
B09B3/00 302Z
C10J3/64
C01B3/50
【請求項の数】5
【全頁数】40
(21)【出願番号】特願2016-15303(P2016-15303)
(22)【出願日】2016年1月29日
(65)【公開番号】特開2017-132668(P2017-132668A)
(43)【公開日】2017年8月3日
【審査請求日】2019年1月28日
(73)【特許権者】
【識別番号】514036014
【氏名又は名称】株式会社高橋製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100140914
【弁理士】
【氏名又は名称】三苫 貴織
(74)【代理人】
【識別番号】100136168
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 美紀
(72)【発明者】
【氏名】飯嶋 光幸
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 秀雄
【審査官】
宮崎 大輔
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００５−１１２９２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−１６５０１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００１／０２８９１６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１５−１８３７６６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｃ０１Ｂ３／００−３／５８
Ｂ０９Ｂ１／００−５／００
Ｂ０９Ｃ１／００−１／１０
Ｃ１０Ｊ１／００−３／８６
Ｈ０１Ｍ８／０４−８／０６６８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
木屑等を含む有機廃棄物供給装置と、
前記有機廃棄物供給装置から供給された前記有機廃棄物の部分燃焼によって生成した炭化物を水蒸気と共に加熱して水性ガスを生成する水性ガス生成装置と、
前記水性ガス生成装置で生成した水性ガスから不純物を除去して水素を製造する水素精製装置と
を備えた水素ガス生成システムと、
前記水素ガス生成システムで製造された前記水素を所定の圧力にする圧縮機と、
前記圧縮機で所定の圧力にされた水素を貯蔵する蓄圧器と、
前記蓄圧器に貯蔵された水素の流量及び圧力を制御しながら前記水素を供給するディスペンサーと
を備えた水素ガス供給システムとが直結し、
前記有機廃棄物供給装置と前記蓄圧器との間に、
前記水素の消費量に伴って変化する前記蓄圧器の圧力を制御すると共に、その変化に応じて前記有機廃棄物の供給量を指示する圧力制御装置と、
その指示に従って前記有機廃棄物の供給量を制御する流量制御装置と
を備えていることを特徴とする水素ステーションシステム。
前記有機廃棄物供給装置から供給された前記有機廃棄物の部分燃焼によって生成した炭化物を水蒸気と共に加熱して水性ガスを生成する水性ガス生成装置と、
前記水性ガス生成装置で生成した水性ガスから不純物を除去して水素を製造する水素精製装置と
を備えた水素ガス生成システムと、
前記水素ガス生成システムで製造された前記水素を所定の圧力にする圧縮機と、
前記圧縮機で所定の圧力にされた水素を貯蔵する蓄圧器と、
前記蓄圧器に貯蔵された水素の流量及び圧力を制御しながら前記水素を供給するディスペンサーと
を備えた水素ガス供給システムとが直結し、
前記有機廃棄物供給装置と前記蓄圧器との間に、
前記水素の消費量に伴って変化する前記蓄圧器の圧力を制御すると共に、その変化に応じて前記有機廃棄物の供給量を指示する圧力制御装置と、
その指示に従って前記有機廃棄物の供給量を制御する流量制御装置と
を備えていることを特徴とする水素ステーションシステム。
【請求項2】
前記水素ステーションシステムにおいて、前記水素ガス生成システムが、
前記有機廃棄物を部分燃焼させて前記炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、
前記炭化炉が生成した前記炭化物を水蒸気と共に前記燃焼ガスにより加熱して前記水性ガスを生成する熱分解炉と、
前記燃焼ガスにより水を加熱して水蒸気を生成する蒸気発生器と、
前記蒸気発生器が生成した前記水蒸気を前記燃焼ガスにより過熱すると共に過熱された前記水蒸気を前記熱分解炉へ供給する蒸気過熱器と、
前記有機廃棄物を前記燃焼ガスにより乾燥させると共に乾燥された前記有機廃棄物を前記炭化炉へ供給する乾燥機と、
前記乾燥機から排出される前記燃焼ガスから有害物質を除去して無害化する排ガス冷却洗浄装置と、
前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記熱分解炉へ供給し、前記熱分解炉から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気過熱器へ供給し、前記蒸気過熱器から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気発生器へ供給し、前記蒸気発生器から排出された前記燃焼ガスを前記乾燥機へ供給し、前記乾燥機から排出された前記燃焼ガスを前記排ガス冷却洗浄装置へ供給する燃焼ガス流路と、
前記熱分解炉から排出される未反応の炭化物を回収して前記熱分解炉へ再び供給するチャー回収装置と、
前記熱分解炉で生成された前記水性ガスを冷却する減温器と、
前記減温器から供給される前記水性ガスから残渣を除去するサイクロンと、
前記サイクロンで除去された前記残渣を回収する残渣回收装置と、
前記サイクロンで前記残渣が除去された前記水性ガスを冷却する水性ガス冷却装置と、
前記水性ガス冷却装置で冷却された前記水性ガスを貯蔵する水性ガスホルダと
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の水素ステーションシステム。
前記有機廃棄物を部分燃焼させて前記炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、
前記炭化炉が生成した前記炭化物を水蒸気と共に前記燃焼ガスにより加熱して前記水性ガスを生成する熱分解炉と、
前記燃焼ガスにより水を加熱して水蒸気を生成する蒸気発生器と、
前記蒸気発生器が生成した前記水蒸気を前記燃焼ガスにより過熱すると共に過熱された前記水蒸気を前記熱分解炉へ供給する蒸気過熱器と、
前記有機廃棄物を前記燃焼ガスにより乾燥させると共に乾燥された前記有機廃棄物を前記炭化炉へ供給する乾燥機と、
前記乾燥機から排出される前記燃焼ガスから有害物質を除去して無害化する排ガス冷却洗浄装置と、
前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記熱分解炉へ供給し、前記熱分解炉から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気過熱器へ供給し、前記蒸気過熱器から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気発生器へ供給し、前記蒸気発生器から排出された前記燃焼ガスを前記乾燥機へ供給し、前記乾燥機から排出された前記燃焼ガスを前記排ガス冷却洗浄装置へ供給する燃焼ガス流路と、
前記熱分解炉から排出される未反応の炭化物を回収して前記熱分解炉へ再び供給するチャー回収装置と、
前記熱分解炉で生成された前記水性ガスを冷却する減温器と、
前記減温器から供給される前記水性ガスから残渣を除去するサイクロンと、
前記サイクロンで除去された前記残渣を回収する残渣回收装置と、
前記サイクロンで前記残渣が除去された前記水性ガスを冷却する水性ガス冷却装置と、
前記水性ガス冷却装置で冷却された前記水性ガスを貯蔵する水性ガスホルダと
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の水素ステーションシステム。
【請求項3】
前記水素ステーションシステムにおいて、前記炭化炉が、
軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、
前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に前記本体部の内周面との間に前記有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙へ前記有機廃棄物を投入する投入部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙に堆積する前記有機廃棄物の燃焼用空気を供給する空気供給部と、
前記有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙から前記有機廃棄物が燃焼により炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、
前記有機廃棄物の燃焼条件を制御する炭化炉制御部と
を備えていることを特徴とする請求項２に記載の水素ステーションシステム。
軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、
前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に前記本体部の内周面との間に前記有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙へ前記有機廃棄物を投入する投入部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙に堆積する前記有機廃棄物の燃焼用空気を供給する空気供給部と、
前記有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙から前記有機廃棄物が燃焼により炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、
前記有機廃棄物の燃焼条件を制御する炭化炉制御部と
を備えていることを特徴とする請求項２に記載の水素ステーションシステム。
【請求項4】
前記水素ステーションシステムにおいて、前記炭化炉が、
軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、
前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に本体部の内周面との間に前記有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙へ前記有機廃棄物を投入する投入部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙から前記有機廃棄物が炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙に堆積する前記有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼用空気を供給する第１空気供給部と、
前記有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼用空気を前記本体部の内部へ供給する第２空気供給部と、
前記燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、
前記燃焼ガス排出部から排出される前記燃焼ガスの温度を検出する燃焼ガス温度検出部と、
１次燃焼領域の雰囲気の温度を検出する１次燃焼領域温度検出部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙の下端側に堆積する前記炭化物の温度を検出する炭化物温度検出部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙に堆積する前記有機廃棄物の堆積量を検出する堆積量検出部と、
前記１次燃焼領域温度検出部が検出する１次燃焼領域温度、前記燃焼ガス温度検出部が検出する燃焼ガス温度、前記炭化物温度検出部が検出する炭化物温度、及び、前記堆積量検出部が検出する堆積量に応じて、それぞれ、前記第１空気供給部、前記第２空気供給部、及び、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の排出量を制御する炭化炉制御部と
を備えていることを特徴とする請求項２に記載の水素ステーションシステム。
軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、
前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に本体部の内周面との間に前記有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙へ前記有機廃棄物を投入する投入部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙から前記有機廃棄物が炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙に堆積する前記有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼用空気を供給する第１空気供給部と、
前記有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼用空気を前記本体部の内部へ供給する第２空気供給部と、
前記燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、
前記燃焼ガス排出部から排出される前記燃焼ガスの温度を検出する燃焼ガス温度検出部と、
１次燃焼領域の雰囲気の温度を検出する１次燃焼領域温度検出部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙の下端側に堆積する前記炭化物の温度を検出する炭化物温度検出部と、
前記本体部と前記筒部とで形成される前記間隙に堆積する前記有機廃棄物の堆積量を検出する堆積量検出部と、
前記１次燃焼領域温度検出部が検出する１次燃焼領域温度、前記燃焼ガス温度検出部が検出する燃焼ガス温度、前記炭化物温度検出部が検出する炭化物温度、及び、前記堆積量検出部が検出する堆積量に応じて、それぞれ、前記第１空気供給部、前記第２空気供給部、及び、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の排出量を制御する炭化炉制御部と
を備えていることを特徴とする請求項２に記載の水素ステーションシステム。
【請求項5】
前記水素ステーションシステムにおいて、前記熱分解炉が、
軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、
前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に前記本体部の内周面との間に加熱用ガスを流通させるための加熱用ガス流路を形成する外周面を有し、上端部が前記本体部の上面から突出した反応管と、
前記反応管の内部で前記水性ガスを生成させるために前記反応管の内部へ前記炭化物と前記水蒸気とを供給する供給部と、
前記本体部の上方に設けられると共に前記加熱用ガス流路へ前記加熱用ガスを供給する加熱用ガス供給部と、
前記反応管の下端部に取り付けられると共に前記反応管の内部で前記炭化物の熱分解反応により生成された前記水性ガスを外部へ導く水性ガス出口部と、
前記本体部の下方に設けられると共に前記加熱用ガス流路から前記加熱用ガスを排出する加熱用ガス排出部と、
前記反応管の内部に収容されると共に前記反応管の上端部から供給される前記炭化物を前記反応管の上端側から下端側まで段階的に導いて前記炭化物及び前記水蒸気の熱分解反応を促進させる熱分解促進機構と、
本体部の上面の下方に上面と接するように設けられると共に前記反応管の外周面と接触する内周面を有しており、前記本体部の上面からの前記加熱用ガスの流出を遮断する第１シール部と、
前記反応管の下端部が前記本体部の底面から突出しており、前記本体部の底面の上方に底面と接するように設けられると共に前記反応管の外周面と接触する内周面を有しており、
前記本体部の底面からの前記加熱用ガスの流出を遮断する第２シール部と、
前記反応管の下端部と前記水性ガス出口部との取付位置において、前記反応管の外周面及び前記水性ガス出口部の外周面のそれぞれと接触する内周面を有しており、その取付位置からの前記水性ガスの流出を遮断する第３シール部と
を備えていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の水素ステーションシステム。
軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、
前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に前記本体部の内周面との間に加熱用ガスを流通させるための加熱用ガス流路を形成する外周面を有し、上端部が前記本体部の上面から突出した反応管と、
前記反応管の内部で前記水性ガスを生成させるために前記反応管の内部へ前記炭化物と前記水蒸気とを供給する供給部と、
前記本体部の上方に設けられると共に前記加熱用ガス流路へ前記加熱用ガスを供給する加熱用ガス供給部と、
前記反応管の下端部に取り付けられると共に前記反応管の内部で前記炭化物の熱分解反応により生成された前記水性ガスを外部へ導く水性ガス出口部と、
前記本体部の下方に設けられると共に前記加熱用ガス流路から前記加熱用ガスを排出する加熱用ガス排出部と、
前記反応管の内部に収容されると共に前記反応管の上端部から供給される前記炭化物を前記反応管の上端側から下端側まで段階的に導いて前記炭化物及び前記水蒸気の熱分解反応を促進させる熱分解促進機構と、
本体部の上面の下方に上面と接するように設けられると共に前記反応管の外周面と接触する内周面を有しており、前記本体部の上面からの前記加熱用ガスの流出を遮断する第１シール部と、
前記反応管の下端部が前記本体部の底面から突出しており、前記本体部の底面の上方に底面と接するように設けられると共に前記反応管の外周面と接触する内周面を有しており、
前記本体部の底面からの前記加熱用ガスの流出を遮断する第２シール部と、
前記反応管の下端部と前記水性ガス出口部との取付位置において、前記反応管の外周面及び前記水性ガス出口部の外周面のそれぞれと接触する内周面を有しており、その取付位置からの前記水性ガスの流出を遮断する第３シール部と
を備えていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の水素ステーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、再生可能エネルギー源の一つである木屑等を含む有機廃棄物（以下、『有機廃棄物』という。）を利用した水素ガス生成システムと燃料電池自動車に水素を安定して供給する水素供給システムとが直結したオンサイト型水素ステーションシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
地球の物質循環システムを破壊することなく、人類が持続可能な社会を構築するための必須課題の一つは、化石燃料やウラン等の枯渇性資源を用いない、また、資源環境を破壊しない再生可能なクリーンエネルギーの創出である。つまり、石油、石炭、天然ガス等を用いた化石エネルギー及びウラン等を用いた原子力エネルギーに代わり、電気や熱等の人類が活用する有効なエネルギーに変換する際の有害物質排出量（二酸化炭素、窒素酸化物等）が少なく、エネルギー源として永続的に利用可能な太陽光・太陽熱、風力、水力、地熱、波力・潮力、及び、バイオマス等を利用して製造することができる再生可能エネルギーを開発することである（非特許文献１）。
【0003】
このような中でも、太陽光発電、すなわち、太陽電池は次のような特徴があり、積極的に開発が進められている。第一に、エネルギー源を化学的反応により電気エネルギーに直接変換できるため、最小単位が極めて小さく、あらゆる機器・装置等に搭載することができる。第二に、電池に出力と耐久性を施したモジュール、更にそれを多数配列したアレイとすることにより、住宅、公共施設、産業・商業施設、発電事業用施設等にも適用できる。特に、シリコン系太陽電池は、電卓、時計、街路灯等の民生用途から、住宅、公共施設、各種産業、人工衛星等に使用する電力用途まで幅広い分野で実用化されてきた。現在、太陽光発電は、シリコン系太陽電池をシステム化し、住宅、公共施設、産業・商業施設、発電事業用施設等に設置されるようになり、温室効果ガス削減対策の大きな柱の一つとして実用化が最も進んでいる技術となっている。このようなシリコン系太陽電池にも課題があるが、低コスト化・大面積化・薄膜化を目指した有機太陽電池等によって克服されようとしている。
【0004】
更に、次世代の電池として、燃料電池が期待されている。これは、燃料電池が、地球上に無尽蔵に存在する水を構成する元素である水素と大気中に無尽蔵に存在する酸素を活用し、水の電気分解の逆反応によって電気を発生するもので、温室効果ガスを排出しない発電システムのためである。
【0005】
既に、民生用として、エネファーム（登録商標）に代表される家庭用燃料電池コージェネレーションシステムの実用化実験が進められている。一方、輸送分野では、ガソリン車・ディーゼル車からハイブリッド車へ、ハイブリッド車から電気自動車へと、化石エネルギーから二酸化炭素を排出しないクリーンエネルギーへのシフトが進む中、電気自動車の蓄電池の性能に限界があるため、次世代の電気自動車として、燃料電池自動車が開発されている。将来的には、燃料電池の搭載が、鉄道車両、ジェット機、船舶、及び、産業用車両等に拡がり、産業・商業施設や発電事業用施設にも燃料電池を用いた水素発電システムが利用されるものと期待されている。
【0006】
特に、このような水素と酸素を原料とする燃料電池による水素発電システムを広く普及させる一つの大きな段階として、燃料自動車が、ガソリン車・ディーゼル車と同程度に実用化されることが期待されている。これは、ガソリン車・ディーゼル車に匹敵する性能の燃料電池自動車が開発されてきたからである。しかし、これには、再生可能エネルギーを用いた水素ガス生成システムと水素ガスを自動車に供給する水素ガス供給システムとを直結する水素ステーションシステムの構築という大きな課題がある。
【0007】
水素ステーションシステムは、水素製造をどこで行うかによって大別すると、二通りのシステムがある。一つは、オフサイト型であり、もう一つは、オンサイト型であるが、それぞれ次のような特徴がある（非特許文献２）。
【0008】
オフサイト型は、水素を供給する場所である水素ステーションとは別の場所で製造した水素を、水素ステーションまで圧縮水素や液体水素の形でカードルやローリーで輸送して水素タンクに貯蔵しておき、そこから水素を圧縮する圧縮機、所定の圧力の水素を貯蔵する蓄圧器、水素を供給するディスペンサーを経て燃料電池車両に水素を充填するシステムである。水素製造方法には、後述するように種々の方法があるが、製造方法を選ばず、大規模な水素製造設備を用いたロスの少ない水素の製造ができることや、水素ステーションにおける水素製造設備の立ち上げが不要であるという長所がある。しかし、従来のガソリン等のような大量輸送技術及び大量貯蔵技術が使えない上、水素ガスの大量輸送技術及び大量貯蔵技術が確立されていないため、圧縮水素、液体水素の形で水素ガスを輸送及び貯蔵するために、カードル、ローリー、及び、タンク等に掛かる費用が非常に高くなるという大きな短所がある。オフサイト型の一種として、圧縮機、蓄圧器、ディスペンサー等の水素を供給するための設備が全て車載されている移動式水素ステーションがあるが、あくまで定置式水素ステーションの利用エリアをカバーするものである。
【0009】
オンサイト型は、水素ステーション内に、原料の貯蔵タンクと水素製造装置を設けており、水素を製造しながら燃料電池車両に水素を充填するシステムである。水素ステーションの広さや立地に適した水素製造方法で、中規模乃至は小規模の水素製造設備に限定されるということや水素製造設備の立ち上げに時間を要するという短所がある。しかし、水素ガスの輸送費が不要で、水素を製造する原料の貯蔵に従来技術を採用することができ、燃料電池車両への水素供給量に応じた水素製造設備の稼働率とすることができるため、水素ガスを大量に貯蔵する必要がない。従って、全体的にロスのない水素ステーションシステムを構築できるという大きな長所がある。
【0010】
一方、水素生成システムにおける水素製造法には、現在、水蒸気改質法、部分酸化改質法、水電気分解法等があり、将来的には、石炭ガス化法、ジメチルエーテル改質法、高温水蒸気電気分解法、水の熱化学法等に期待が寄せられているが、次のような問題がある（非特許文献３）。
【0011】
水蒸気改質法は、メタンを主成分とする天然ガス、液化石油ガス、ナフサ、或いは、それから得られたメタノール、エタノール等の炭化水素を原料とし、触媒存在下、高温で、水蒸気と反応させることによって生成される水素や一酸化炭素を含むガスから、水素だけを分離する方法である。大規模で安価な製造方法として、最も一般的な方法であるが、原料並びに熱源共に化石燃料を用いており、クリーンエネルギーとは言えない。同様に、部分酸化改質法も、灯油、重油、天然ガス等の炭化水素を原料とし、空気を混合して少ない酸素量で燃焼させることによって生成された水素と一酸化炭素から水素だけを分離する方法であるため、クリーンエネルギーとは言えない。水電気分解法は、豊富に存在する水を原料として、その電気分解によって水素を製造するため、上述した化石燃料を使用する方法と異なるが、電気分解には莫大な電力が必要で、現在のところ火力発電等の化石燃料を用いなければならないため、クリーンエネルギーと認められるものではない。むしろ、化石燃料の改質によって水素を製造する方が効率的であるため、この方法が採用されることは少ない。
【0012】
そして、このような石油コンビナートから生成される燃料を用いる水素製造法を用いた水素生成システムは、規模が大きい程効率的であるため、石油コンビナートの立地条件、すなわち、住宅から離れた臨海部で、広く平坦で、地盤が強固な場所に設置されるので、このような水素生成システムは、オフサイト型水素ステーションシステムに適しており、水素ガスの輸送に多大な労力を要する。しかしながら、現状では、オンサイト型水素ステーションシステムの水素生成システムとしても使用されており、極めて効率の悪い水素生成システムとなっている。
【0013】
石炭ガス化法は、石炭を高温でガス化して生成される水素や一酸化炭素等から水素を分離する方法である。これは、石炭の豊富な埋蔵量と安定した価格に着目されたものであって、クリーンエネルギーの創出を目的とするものではない。特に、石炭は、温室効果ガスの発生量が大きい化石燃料であり、その回収にも多大な設備を必要とする。
【0014】
また、ジメチルエーテル改質法、高温水蒸気電気分解法、及び、水の熱化学法は、原子力発電の電力や熱を利用した方法として期待されている（非特許文献４）。ジメチルエーテル改質法は、天然ガスから化学合成されたジメチルエーテルと水から生成される水素と二酸化炭素から水素を分離するものであり、軽水炉の２５０℃程度の低温熱源を利用するものである。高温水蒸気電気分解法は、高温ガス炉で発生する高温の水蒸気を電気分解する方法で、通常の電気分解よりも効率的に水素を製造することができる。水の熱化学法は、硫酸の熱分解プロセス、ヨウ化水素の熱分解プロセス、及び、これらの熱分解の生成物と水から硫酸とヨウ化水素を生成するブンゼン反応とからなり、水と熱エネルギーだけで水素を製造する方法で、その熱源として、高温ガス炉が利用される。しかし、原子力発電は、ウランという枯渇性資源を使用するもので、再生可能エネルギーとは言えない。
【0015】
しかも、原子力発電の電力と熱を利用する水素製造方法を用いた水素生成システムは、原子炉との接続が必須であるため、原子力発電所に隣接させる必要があって、水素を製造する水素生成システムと水素を製造する水素ステーションとは別の場所であるオフサイト型水素ステーションシステムとならざるを得ない。
【0016】
更に、オフサイト型水素ステーションシステムにおける水素ガスの輸送及び貯蔵の問題を解決する方法も開発されている。トルエンの水素付加反応で生成するメチルシクロヘキサンによって、水素ガスを輸送及び貯蔵する有機ケミカルハイドライド法である（非特許文献５）。この方法によれば、製造された水素は、トルエンの水素付加反応で、常温・常圧で液体のメチルシクロヘキサンに転換されて輸送及び貯蔵でき、水素を使用する場所でメチルシクロヘキサンの脱水素反応によって水素を取出し、生成するトルエンは水素キャリアとして回収し再利用される。しかしながら、水素製造方法に関しては何ら言及されておらず、上述した再生可能エネルギーを用いた水素生成システムを解決するものではない。
【0017】
一方、再生可能エネルギーを用いた水素生成システムとして、バイオマスをエネルギー源として用いる方法がある。生物資源に由来する有機廃棄物を直接燃焼して得られる熱、或いは、炭化、液化、及び、ガス化した燃料を利用してエネルギーに変換するため、廃棄物の再利用や減少に繋がる循環型社会構造の構築に大きく寄与するものと期待されている。例えば、有機廃棄物を、低酸素下、高温で、ガス（水素、一酸化炭素、二酸化炭素、軽質炭化水素ガス等）、炭化物、炭化水素に分解し、その炭化物と高温水蒸気との熱分解反応により生成する水性ガス(水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスを主成分とする混合ガス)を発電燃料とするシステムが報告されており、有機廃棄物の炭化、ガス化、発電という一貫したバイオマス燃料製造プロセス及び発電システムとして興味が持たれる（特許文献１）。更に、木屑，廃プラスチック等の有機廃棄物の高温水蒸気による熱分解により発生する水素、一酸化炭素、軽質炭化水素ガス、並びに、重質炭化水素の水蒸気改質により生成する水素、一酸化炭素から、水素を分離精製する水素製造方法が報告されている（非特許文献６）。しかしながら、この場合、熱分解及び水蒸気改質によって生成するガス中の水素の割合が低く、効率よく水素を製造できないという問題がある。そのため、有機廃棄物から水素含有量が多い水性ガスを製造するための炭化炉（特許文献２）や熱分解炉（特許文献３）が検討されているが、満足できる水素含有量には至っていない。
【0018】
以上から明らかなように、水素製造設備を含む水素ガス生成システムと水素ガスを自動車に供給する設備を含む水素ガス供給システムとから成る従来の水素ステーションシステムは、オフライン型及びオンライン型のいずれの場合にも、再生可能エネルギーを用いた水素製造方法を用いた水素ガス生成システムではないという問題があった。更に、オフライン型の場合には、水素ガスを水素ガス生成システムから水素ガス供給システムに輸送し、大量に貯蔵しなければならないという問題があり、オンライン型の場合には、水素ガス供給システムの立地条件によって効率の悪い水素製造方法を採用しなければならないという問題がある。
【0019】
従って、地球の物質循環システムを破壊することがなく、化石燃料やウラン等の枯渇性資源を用いないエネルギーによって、燃料電池自動車を、ガソリン車・ディーゼル車と同様に広く普及させるためには、再生可能エネルギーを用いた水素ガス生成システムと水素ガスを自動車に供給する水素ガス供給システムとを直結するオンサイト型水素ステーションシステムを構築する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0020】
【特許文献1】特開２０１５−１６５０１９号公報
【特許文献2】特許第４２２６０６６号公報
【特許文献3】特許第５３４２６６４号公報
【非特許文献】
【0021】
【非特許文献1】独立行政法人・新エネルギー・産業技術総合開発機構編，「ＮＥＤＯ再生可能エネルギー技術白書第二版」、２０１４年２月、森北出版株式会社
【非特許文献2】水素供給・利用技術研究組合ホームページ、「水素ステーション」（２０１５年 ＦＣ ＥＸＰＯ出展時のパネル）、ｈｔｔｐ：／／ｈｙｓｕｔ．ｏｒ．ｊｐ／ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ／ｐｄｆ／ＤＳ００２．ｐｄｆ
【非特許文献3】独立行政法人・工業所有権情報・研修館、「平成１７年度特許流通支援チャート（一般２０）水素製造技術」、２００６年３月
【非特許文献4】尾崎章他、「原子力水素製造システム」、東芝レビュー、Ｖｏｌ．６０、Ｎｏ．２（２００５）
【非特許文献5】岡田佳巳、「有機ケミカルハイドライド法による水素エネルギーの大量長距離輸送技術の安全性」、水素エネルギーシステム、Ｖｏｌ．３５、Ｎｏ．４、ｐｐ．１９−２４（２０１０）
【非特許文献6】山本光一，「高温水蒸気を用いた未利用資源からの原料ガスによる水素製造装置」，エネルギア総研レビュー，Ｎｏ．１４，ｐｐ．１６−１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0022】
水素製造設備を含む水素ガス生成システムと水素ガスを自動車に供給する設備を含む水素ガス供給システムとから成る従来の水素ステーションシステムは、オフライン型及びオンライン型のいずれの場合にも、再生可能エネルギーを用いる水素製造設備を備えた水素ガス生成システムではないという問題があった。更に、オフライン型の場合には、水素ガスを水素ガス生成システムから水素ガス供給システムに輸送し、大量に貯蔵しなければならないという問題があり、オンライン型の場合には、水素ガス供給システムの立地条件によって効率の悪い水素製造方法を採用しなければならないという問題がある。
【0023】
従って、本発明は、再生可能エネルギーを用いた水素製造設備を含む水素ガス生成システムと水素ガスを自動車に供給する設備を含む水素ガス供給システムとが直結したオンライン型水素ステーションシステム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】
【0024】
上記課題を解決するため、本発明のオンライン型水素ステーションシステムは、有機廃棄物供給装置と、有機廃棄物供給装置から供給された有機廃棄物の部分燃焼によって生成した炭化物をガス化剤（以下、「過熱蒸気」、「過熱された水蒸気」ともいう。）と共に加熱して水性ガスを生成する水性ガス生成装置と、水性ガス生成装置で生成した水性ガスから不純物を除去して水素を製造する水素精製装置とを備えた水素ガス生成システムと、水素ガス生成システムで製造された水素を所定の圧力にする圧縮機と、圧縮機で所定の圧力にされた水素を貯蔵する蓄圧器と、蓄圧器に貯蔵された水素の流量及び圧力を制御しながら水素を供給するディスペンサーとを備えた水素ガス供給システムとが直結し、有機廃棄物供給装置と蓄圧器との間に、水素の消費量に伴って変化する蓄圧器の圧力を制御すると共に、その変化に応じて有機廃棄物の供給量を指示する圧力制御装置と、その指示に従って有機廃棄物の供給量を制御する流量制御装置とを備えていることを特徴としている。
【0025】
上記本発明の水素ステーションシステムにおいて、水素ガス生成システムは、有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、炭化炉が生成した炭化物を過熱蒸気と共に燃焼ガスにより加熱して水性ガスを生成する熱分解炉と、燃焼ガスにより水を加熱して水蒸気を生成する蒸気発生器と、蒸気発生器が生成した水蒸気を燃焼ガスにより過熱すると共に過熱された水蒸気を熱分解炉へ供給する蒸気過熱器と、有機廃棄物を燃焼ガスにより乾燥させると共に乾燥された有機廃棄物を炭化炉へ供給する乾燥機と、乾燥機から排出される燃焼ガスから有害物質を除去して無害化する排ガス冷却洗浄装置と、炭化炉が生成した燃焼ガスを熱分解炉へ供給し、熱分解炉から排出された燃焼ガスを蒸気過熱器へ供給し、蒸気過熱器から排出された燃焼ガスを蒸気発生器へ供給し、蒸気発生器から排出された燃焼ガスを乾燥機へ供給し、乾燥機から排出された燃焼ガスを排ガス冷却洗浄装置へ供給する燃焼ガス流路と、熱分解炉から排出される未反応の炭化物を回収して熱分解炉へ再び供給するチャー回収装置と、熱分解炉で生成された水性ガスを冷却する減温器と、減温器から供給される水性ガスから残渣を除去するサイクロンと、サイクロンで除去された残渣を回収する残渣回收装置と、サイクロンで残渣が除去された水性ガスを冷却する水性ガス冷却装置と、水性ガス冷却装置で冷却された水性ガスを貯蔵する水性ガスホルダとを備えることを特徴としている。
【0026】
特に、本発明の水素ステーションシステムの水素ガス生成システムを構成する水性ガス生成装置の炭化炉は、軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に本体部の内周面との間に有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、本体部と筒部とで形成される間隙へ有機廃棄物を投入する投入部と、本体部と筒部とで形成される間隙に堆積する有機廃棄物の燃焼用空気を供給する空気供給部と、有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、本体部と筒部とで形成される間隙から有機廃棄物が燃焼により炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、有機廃棄物の燃焼条件を制御する炭化炉制御部とを備えていることを特徴としている。
【0027】
更に詳しくは、上記炭化炉は、軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に本体部の内周面との間に有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、本体部と筒部とで形成される間隙へ有機廃棄物を投入する投入部と、本体部と筒部とで形成される間隙から有機廃棄物が炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、本体部と筒部とで形成される間隙に堆積する有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼用空気を供給する第１空気供給部と、有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼用空気を本体部の内部へ供給する第２空気供給部と、燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、燃焼ガス排出部から排出される燃焼ガスの温度を検出する燃焼ガス温度検出部と、１次燃焼領域の雰囲気の温度を検出する１次燃焼領域温度検出部と、本体部と筒部とで形成される間隙の下端側に堆積する炭化物の温度を検出する炭化物温度検出部と、本体部と筒部とで形成される間隙に堆積する有機廃棄物の堆積量を検出する堆積量検出部と、１次燃焼領域温度検出部が検出する１次燃焼領域温度、燃焼ガス温度検出部が検出する燃焼ガス温度、炭化物温度検出部が検出する炭化物温度、及び、堆積量検出部が検出する堆積量に応じて、それぞれ、第１空気供給部、第２空気供給部、及び、炭化物排出部が排出する炭化物の排出量を制御する炭化炉制御部とを備えていることを特徴としている。
【0028】
また、本発明の水素ステーションシステムの水素ガス生成システムを構成する水性ガス生成装置の熱分解炉は、軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に本体部の内周面との間に加熱用ガスを流通させるための加熱用ガス流路を形成する外周面を有し、上端部が本体部の上面から突出した反応管と、反応管の内部で水性ガスを生成させるために反応管の内部へ炭化物と水蒸気とを供給する供給部と、本体部の上方に設けられると共に加熱用ガス流路へ加熱用ガスを供給する加熱用ガス供給部と、反応管の下端部に取り付けられると共に反応管の内部で炭化物の熱分解反応により生成された水性ガスを外部へ導く水性ガス出口部と、本体部の下方に設けられると共に加熱用ガス流路から加熱用ガスを排出する加熱用ガス排出部と、反応管の内部に収容されると共に反応管の上端部から供給される炭化物を反応管の上端側から下端側まで段階的に導いて炭化物及び水蒸気の熱分解反応を促進させる熱分解促進機構と、本体部の上面の下方に上面と接するように設けられると共に反応管の外周面と接触する内周面を有しており、本体部の上面からの加熱用ガスの流出を遮断する第１シール部と、反応管の下端部が本体部の底面から突出しており、本体部の底面の上方に底面と接するように設けられると共に反応管の外周面と接触する内周面を有しており、本体部の底面からの加熱用ガスの流出を遮断する第２シール部と、反応管の下端部と水性ガス出口部との取付位置において、反応管の外周面及び水性ガス出口部の外周面のそれぞれと接触する内周面を有しており、その取付位置からの水性ガスの流出を遮断する第３シール部とを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【0029】
本発明の水素ガス生成システムは、バイオマスである有機廃棄物を燃料として、その部分燃焼で生成した炭化物を過熱蒸気と共に熱分解することによって得られる水性ガスを精製して水素を製造するため、石油コンビナートから生成される燃料を用いる水素製造法を用いた水素ガス生成システムと異なり、住宅から離れた臨海部に設置される石油コンビナートに隣接する必要はなく、立地条件に制限がない。すなわち、燃料電池自動車に水素を供給する水素ガス供給システムに直結したオンサイト型ガスステーションを構築することができる。
【0030】
その上、蓄圧器と有機廃棄物供給装置との間に備えられた圧力制御装置と流量制御装置が、水素供給量に応じた有機廃棄物の供給量を制御し、水素ガス生成システムの不要な稼働を抑制することができる。
【0031】
従って、水素ガスの輸送費が不要で、水素を製造する原料の貯蔵に特別な装置を設けることもなく、燃料電池車両への水素供給量に応じた水素製造設備の稼働率とすることができるため、水素ガスを大量に貯蔵する必要がなく、全体的にロスのない水素ステーションシステムを構築できる。
【0032】
特に、生物資源に由来する有機廃棄物を直接燃焼して得られる熱及び炭化物を利用して水性ガスに変換し、水素を取り出すため、地球の物質循環システムを破壊することがなく、化石燃料やウラン等の枯渇性資源を用いないエネルギーによって水素を製造でき、廃棄物の再利用や減少に繋がる循環型社会構造の構築に大きく寄与することができるという効果がある。
【0033】
そして、本発明の水性ガス生成装置は、従来の炭化炉や熱分解炉と比較し、燃焼効率が高く、燃焼した炭化物の温度が適切に低下した炭化物を排出する、炭化効率の高い炭化炉と、加熱用ガスの外部流出が抑制され、熱分解反応が速やかに進行する熱分解炉とを用いているため、より純度が高い水性ガスをより効率的に生成することができ、水素の精製が容易で、効率的に水素が製造される。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】水素ステーションシステムの一実施形態を示す全体構成図である。
【図7】炭化炉の１次空気供給部の第１変形例を示す縦断面図である。
【図8】炭化炉の１次空気供給部の第２変形例を示す縦断面図である。
【図9】炭化炉制御部による２次燃焼ファンの送風量の制御方法を示すフ1コーチャートである。
【図10】炭化炉制御部によるターンテーブルの回転速度の制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0035】
以下、図面に描かれた一実施形態に基づいて、本発明を詳細に説明するが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項にのみ特定されるものであり、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【0036】
本発明の一実施形態のオンライン型水素ステーションシステムは、図１に示したように、水素ガス生成システムＡと、水素ガス供給システムＢと、圧力制御装置Ｃと、流量制御装置Ｄとを備えている。水素ガス生成システムＡは、有機廃棄物供給装置Ａ−１と、水性ガス生成装置Ａ−２と、水素精製装置Ａ−３とを備え、水素ガス供給システムＢは、水素ガスを所定の圧力にする圧縮機Ｂ−１と、水素ガスを所定の圧力で貯蔵する蓄圧器Ｂ−２と、燃料電池自動車Ｅに流量や圧力を制御しながら水素ガスを供給するディスペンサーＢ−３と、余剰の水素ガスを各家庭等に届けるために水素ガスをボンベに充填する充填装置Ｂ−４とを備え、圧力制御装置Ｃと流量制御装置Ｄによって、水素ガスの消費量に応じて水素ガス生成システムの有機廃棄物供給装置Ａ−１から水性ガス生成装置Ａ−２に供給する有機廃棄物の供給量が制御される。
【0037】
このオンライン型水素ステーションシステムを構成する水素ガス生成システムＡは、炭素を含む廃棄物である有機廃棄物を炭化させて炭化物を生成した後に、過熱された水蒸気をガス化剤として用いて炭化物を熱分解反応させることにより水性ガス(水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスを主成分とする混合ガス)を生成し、その水性ガスを精製することによって水素を製造するシステムである。
【0038】
有機廃棄物とは、例えば、食品廃棄物、建設廃材、シュレッダーダスト、畜産廃棄物、間伐材や剪定枝等の樹木製の廃材、汚泥、家庭から排出される一般廃棄物である。水性ガスを生成する原料として以上に例示されるような種々の有機廃棄物を用いることができるが、樹木製の廃材（「木質バイオマス」ともいう。）を用いるのが特に好ましい。
【0039】
更に、本発明の一実施形態であるオンライン型水素ステーションの水素ガス生成システムＡは、図２に示すような構成とすることが好ましい。有機廃棄物供給装置Ａ−１は、有機廃棄物を乾燥させる乾燥機１０と、乾燥機１０へ投入する有機廃棄物を貯留するホッパ１１と、乾燥機１０にて乾燥された有機廃棄物を貯留するホッパ１２と、炭化炉で生成した燃焼ガスを有効に利用する燃焼ガス流路２００ｄ及びｅと、有機廃棄物の乾燥で排出される排ガスを処理する排ガス冷却洗浄装置１３とを備える。水性ガス生成装置Ａ−２は、乾燥された有機廃棄物から炭化物を生成する炭化炉２０と、炭化炉２０で生成された炭化物と過熱蒸気とを熱分解反応させる熱分解炉３０と、水から飽和蒸気を生成する蒸気発生器８０と、蒸気発生器８０が生成した蒸気を過熱する蒸気過熱器８１と、蒸気発生器８０へ水を供給する水供給装置８２と、炭化炉２０で生成した燃焼ガスを各工程で有効に利用する燃焼ガス流路２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄと、熱分解炉３０で生成された水性ガスを冷却する減温器４０と、炭化炉２０から排出された未燃の炭化物を回収するチャー回収装置４１と、減温器４０から供給される水性ガスから残渣を除去するサイクロン５０と、サイクロン５０で除去された残渣を回収する残渣回收装置５１と、サイクロン５０で残渣が除去された水性ガスを冷却する水性ガス冷却装置６０と、水性ガス冷却装置６０で冷却された水性ガスを貯蔵する水性ガスホルダ７０と、水性ガス生成装置Ａ−２の全体を制御する制御装置９０とを備える。水素精製装置Ａ−３は、水性ガスに含まれる一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等の不純物を吸着や分離によって除去し、純度が高い水素ガス（例えば、純度９９．９９５％以上の水素ガス）に精製することができる一般的な精製装置であればよい。
【0040】
次いで、有機廃棄物供給装置Ａ−１、水性ガス生成装置Ａ−２、並びに、水素精製装置Ａ−３が備える各部について順次詳細に説明する。
【0041】
まず、有機廃棄物供給装置Ａ−１について説明する。乾燥機１０は、有機廃棄物を燃焼ガスにより乾燥させると共に乾燥された有機廃棄物を炭化炉２０へ供給する装置である。乾燥機１０には、有機廃棄物を貯蔵するホッパ１１から原料供給路１１ａを介して有機廃棄物が供給される。また、乾燥機１０には、有機廃棄物を乾燥させる熱源として、蒸気発生器８０から排出された燃焼ガスが燃焼ガス流路２００ｄを介して供給される。
【0042】
ホッパ１１から乾燥機１０に供給される有機廃棄物は、例えば、５ｍｍ以上かつ６０ｍｍ以下の長さの木質チップである。また、有機廃棄物は、例えば、５５％程度の重量比で水分を含有するものが用いられる。乾燥機１０は、５５％程度の重量比で水分を含有する木質チップを加熱して乾燥させることにより、有機廃棄物が含有する水分を１５％程度の重量比まで低下させるものである。
【0043】
乾燥機１０は、燃焼ガスの熱により乾燥させた有機廃棄物を、原料供給路１０ａを介してホッパ１２へ供給する。また、乾燥機１０は、有機廃棄物を乾操させる熱源として用いた燃焼ガスを、燃焼ガス流路２００ｅを介して排ガス冷却洗浄装置１３へ供給する。乾燥機１０が排ガス冷却洗浄装置１３へ供給する燃焼ガスの温度は、１５０℃以上かつ２１０℃以下となるように調整されている。
【0044】
排ガス冷却洗浄装置１３は、燃焼ガスに含まれる硫黄酸化物（ＳＯＸ）、塩酸（ＨＣｌ）等の有害物質を除去して燃焼ガスを無害化する装置である。排ガス冷却洗浄装置１３は、有害物質が除去された燃焼ガス（排ガス）を無害化しつつ冷却した後に大気中に排出する。排ガス冷却洗浄装置１３は、例えば、スクラバとされており、大気中に排出する燃焼ガスの温度が５０℃以下となるように調整している。
【0045】
次いで、水性ガス生成装置Ａ−２について説明する。炭化炉２０は、乾燥した有機廃棄物を部分燃焼させることにより炭化物と燃焼ガスとを生成する装置である。炭化炉２０には、有機廃棄物を貯蔵するホッパ１２から原料供給路１２ａを介して乾燥した有機廃棄物が供給される。炭化炉２０は、有機廃棄物の燃焼によって生成された炭化物を、炭化物供給路１０１を介して熱分解炉３０へ供給する。また、炭化炉２０は、有機廃棄物の燃焼によって生成された燃焼ガスを、燃焼ガス流路２００ａを介して熱分解炉３０へ供給する。
【0046】
熱分解炉３０は、炭化炉２０が生成した炭化物を過熱蒸気と共に燃焼ガスにより加熱して熱分解反応させることにより水性ガスを生成する装置である。熱分解炉３０には、炭化物供給路１０１を介して炭化炉２０が生成した炭化物が供給される。また、熱分解炉３０には、蒸気過熱器８１が生成した過熱蒸気がガス化剤として供給される。また、熱分解炉３０には、熱分解反応を促進させる熱源として燃焼ガス流路２００ａから燃焼ガスが供給される。
【0047】
熱分解炉３０は、炭化物と過熱蒸気とを熱分解反応をさせて、水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスを主成分とする水性ガスを生成する。炭化物と過熱蒸気との熱分解反応は、主に以下の式（１）、（２）に示す反応である。式（１）に示す水性ガス反応は吸熱反応であり、式（２）に示す水性ガスシフト反応は発熱反応である。式（２）に示す発熱反応の発熱量よりも式（１）に示す吸熱反応の吸熱量の方が大きい。そのため、炭化物と過熱蒸気との熱分解反応は、全体として吸熱反応となる。Ｃ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ＋Ｈ２ （１）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋Ｈ２ （２）
【0048】
熱分解炉３０に供給される炭化物の温度は、常温（例えば、２５℃）以上かつ３５０℃以下となるように調整されている。また、熱分解炉３０に供給される過熱蒸気の温度は、７３０℃以上かつ８３０℃以下となるように調整されている。また、熱分解炉３０に供給される燃焼ガスの温度は、９００℃以上かつ１３００℃以下となるように調整されている。また、熱分解炉３０が生成する水性ガスの温度は、７５０℃以上かつ９５０℃以下となるように調整されている。
【0049】
熱分解炉３０は、熱分解反応により生成された水性ガスと炭化物の未反応分及び残渣を、水性ガス供給路１０２を介して減温器４０へ供給する。また、熱分解炉３０は、熱分解反応の熱源として用いられた燃焼ガスを、燃焼ガス流路２００ｂを介して蒸気過熱器８１へ供給する。蒸気過熱器８１に供給される燃焼ガスの温度は、７５０℃以上かつ８５０℃以下となるように調整されている。
【0050】
減温器４０は、液体である水を噴霧することにより水性ガス供給路１０２から供給される水性ガスの温度を低下させる装置である。減温器４０には、水供給装置８２から水供給ポンプ（図示略）により水が供給される。減温器４０は、減温させた水性ガスを、水性ガス供給路１０３を介してサイクロン５０へ供給する。また、減温器４０は、水性ガス供給路１０２から供給される炭化物の未反応分及び残渣をチャー回収装置４１へ供給する。減温器４０は、７５０℃以上かつ９５０℃以下となるように熱分解炉３０で調整された水性ガスを、２５０℃以上かつ４５０℃以下となるように水の噴霧量を調整する。
【0051】
チャー回収装置４１は、炭化物の未反応分を回収して再び熱分解炉３０へ供給する装置である。チャー回収装置４１を設けることにより、炭化物の未反応分が水性ガスの生成に用いられず廃棄されることが回避される。そのため、チャー回収装置４１を設けることにより、炭化物からの水性ガスの収率が向上する。
【0052】
サイクロン５０は、水性ガス供給路１０３を介して供給される水性ガスに含まれる残渣を除去する装置である。サイクロン５０は、水性ガス供給路１０３を介して供給される水性ガスを内部で旋回させることにより水性ガスに含まれる残渣を遠心分離して下方へ導いて残渣回収装置５１へ供給する。また、サイクロン５０は、残渣が除去された水性ガスを上方へ導いて水性ガス供給路１０４を介して水性ガス冷却装置６０へ供給する。
【0053】
水性ガス冷却装置６０は、液体である循環水にて洗浄・冷却することにより水性ガス供給路１０４から供給される水性ガスの温度を低下させる装置である。水性ガス冷却装置６０は、水性ガス中に洗浄・冷却した冷却水を回収して循環ポンプ（図示略）により再び水性ガス中に洗浄・冷却させるように冷去水を循環させる。
【0054】
水性ガス冷却装置６０は、冷却した水性ガスを水性ガスホルダ７０へ供給する。水性ガス冷却装置６０は水性ガスホルダ７０へ供給する水性ガスの温度を検出する温度センサ（図示略）を備えており、検出する温度が目標温度と一致するように循環ポンプ（図示略）により循環させる冷却水の水量を制御する。水性ガス冷却装置６０は、２５０℃以上かつ４５０℃以下となるように減温器４０で調整された水性ガスを、３０℃以上かつ５０℃以下となるように水の循環量を調整する。
【0055】
水性ガスホルダ７０は、水性ガス冷却装置６０から供給される水性ガスを貯蔵し、貯蔵した水性ガスを水素精製装置Ａ−３に供給する装置である。
【0056】
一方、蒸気発生器８０は、燃焼ガスで加熱することにより水を気化させて飽和水蒸気を生成する装置である。蒸気発生器８０には、水供給装置８２から水供給ポンプ（図示略）を介して水が供給される。また、蒸気発生器８０には、蒸気過熱器８１から排出される燃焼ガスが燃焼ガス流路２００ｃを介して供給される。蒸気発生器８０に供給される燃焼ガスの温度は、７５０℃以上かつ８５０℃以下となるように調整されている。
【0057】
蒸気発生器８０が生成した飽和水蒸気は蒸気過熱器８１へ供給される。また、蒸気発生器８０で水を気化させる熱源として用いられた燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｄを介して、有機廃棄物供給装置Ａ−１の乾燥機１０へも供給される（乾燥機１０へ供給される燃焼ガスの温度は、５４０℃以上かつ６４０℃以下となるように調整されている）。
【0058】
蒸気過熱器８１は、燃焼ガスで飽和水蒸気を加熱することにより飽和水蒸気から加熱蒸気を生成する装置である。蒸気過熱器８１には、蒸気発生器８０が生成した飽和水蒸気が供給される。また、蒸気過熱器８１には、熱分解炉３０から排出される燃焼ガスが燃焼ガス流路２００ｂを介して供給される。蒸気過熱器８１に供給される燃焼ガスの温度は、７５０℃以上かつ８５０℃以下となるように調整されている。蒸気過熱器８１が生成した過熱蒸気は、熱分解炉３０へガス化剤として供給される。また、蒸気過熱器８１で過熱蒸気を生成する熱源として用いられた燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｃを介して蒸気発生器８０へ供給される。
【0059】
このように、図２に示す有機廃棄物供給装置Ａ−１と水性ガス生成装置Ａ−２とに亘って形成される燃焼ガス流路２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅには、以下のように流通して燃焼ガスが有効に活用されため、ガス化剤として用いる過熱蒸気や有機廃棄物を乾燥させる熱源として専用の熱源を用いていた従来技術と比較し、装置全体の熱効率が飛躍的に向上する。
【0060】
すなわち、炭化炉２０が生成した燃焼ガスの流れを整理すると次のようになる。第１に、炭化炉２０が生成した燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ａによって熱分解炉３０へ供給される。第２に、熱分解炉３０から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｂによって蒸気過熱器８１へ供給される。第３に、蒸気過熱器８１から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｃによって蒸気発生器８０へ供給される。第４に、蒸気発生器８０から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｄによって乾燥機１０へ供給される。第５に、乾操機１０から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｅによって排ガス冷却洗浄装置１３へ供給される。第６に、排ガス冷却洗浄装置１３が無害化した燃焼ガスは、排ガス冷却洗浄装置１３によって大気中に排出される。
【0061】
ここで、炭化炉２０が生成した燃焼ガスを他の熱媒体との熱交換をさせないで熱分解炉３０へ供給しているのは、高温な状態が維持された燃焼ガスを用いて熱分解炉３０における熱分解反応を促進して炭化物からの水性ガスの収率を向上させるためである。炭化炉２０が生成した燃焼ガスを他の熱媒体との熱交換をさせた後に熱分解炉３０へ供給する場合に比べ、熱分解炉３０の内部を高温に維持することができるため、熱分解反応が促進されて炭化物からの水性ガスの收率が向上する。
【0062】
また、制御装置９０は、水性ガス生成装置Ａ−２を制御する装置である。制御装置９０は、水性ガス生成装置Ａ−２を構成する各部が備える制御部（図示略）と通信可能となっている。制御装置９０は、水性ガス生成装置Ａ−２を構成する各部が備える制御部に制御指令を伝達することにより、各部を制御することができ、水性ガス生成装置Ａ−２を構成する各部から温度、圧力等の各部の状態を示す信号を受信可能となっている。制御装置９０は、記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより、水性ガス生成装置Ａ−２を構成する各部に所望の動作を実行させることができる。
【0063】
最後に、水素精製装置Ａ−３について説明する。水性ガスに含まれる一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等の成分を除去することで純度が高い水素ガス（例えば、純度９９．９９５％以上の水素ガス）に精製する装置である。例えば、水素精製装置７３は、水性ガスを圧縮機（図示略）にて所定の圧力まで加圧して吸着剤（一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等の成分の除去に適したもの）を充填した吸着塔（図示略）に供給し、吸着剤により、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等の成分を吸着除去し、純度が高い水素ガスに精製する。吸着終了後は、吸着塔を減圧することで、吸着剤から、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等の成分を脱着する。複数の吸着塔を交互に使用することで、水素を連続的に精製、送出できる。また、水素精製装置Ａ−３として、水素以外の物質を全く透過しないパラジウム合金膜を用いた水素精製モジュールを用いることもできる。
【0064】
一方、このような水素ガス生成システムＡと直結して水素ステーションシステムを形成する水素ガス供給システムＢは、水素ガス生成システムＡとは異なり、従来から使用されている一般的な圧縮機Ｂ−１、蓄圧器Ｂ−２、ディスペンサーＢ−３、及び、充填装置Ｂ−４により十分目的を達成することができる。
【0065】
しかし、水素生成ガス生成システムＡと水素ガス供給システムＢとを直結するだけでなく、蓄圧器Ｂ−２と有機廃棄物供給装置Ａ−１との間には、水素ガスの消費量に伴って変化する蓄圧器Ｂ−２の圧力を制御すると共に、その変化に応じて、有機廃棄物の供給量を指示する圧力制御装置Ｃと、その指示に従って、有機廃棄物の供給量を制御する流量制御装置Ｄとを備える必要がある。これらの制御装置によって、水素ガスの消費量に連動した有機廃棄物供給装置Ａ−１から水性ガス生成装置Ａ−２への有機廃棄物の供給量が決定され、水性ガス生成装置Ａ−２の無駄のない適切な稼働率が実現する。
【0066】
以下、本発明の水素ステーションシステムが効率的に運用されるための水素ガス生成システムＡに適した各構成装置について詳細に説明する。下記に示す構成装置とすることによって、従来の炭化炉や熱分解炉と比較し、燃焼効率、炭化効率が高く、熱分解反応が速やかに進行するため、より純度が高い水性ガスがより効率的に生成することができ、水素の精製が容易となり、効率的に水素が製造され、水素ステーションシステムに適した水素ガス生成システムを提供することが可能となる。
【0069】
図３に示すように、本実施形態の炭化炉２０は、本体部２１と、円筒部２２（筒部）と、有機廃棄物投入部２３（投入部）と、炭化物排出部２４と、１次空気供給部２５と、２次空気供給部２６と、燃焼ガス排出部２７と、温度センサ２８ａ（温度検出部）と、温度センサ２８ｂ（温度検出部）と、温度センサ２８ｃ（温度検出部）と、レベルセンサ２８ｄ（堆積量検出部）と、着火バーナ２０ｃと、炭化炉制御部２９（制御部）とを備える。
【0070】
本体部２１は、軸線Ｘに沿って延びる略円筒状に形成されると共に炭化炉２０の外装となる部材である。本体部２１は、その内部に有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼領域Ｒ２と、有機廃棄物から生成された燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼領域Ｒ４とを形成している。本体部２１は、炭化炉２０の外装を形成する金属製（例えば鉄製）のハウジング２１ａと、ハウジング２１ａの内周面に貼り付けられる断熱材２１ｂと、断熱材２１ｂの内周面に貼り付けられる耐火材２１ｃとを有する。
【0071】
円筒部２２は、軸線Ｘに沿って延びる略円筒状に形成される部材である。円筒部２２は、本体部２１の内周面２１ｄとの間で有機廃棄物を燃焼させて炭化物を生成するための間隙２０ａを形成する外周面２２ａを有する。円筒部２２は、有機廃棄物の燃焼によって高温となるため、耐熱性の材料（例えば、ステンレス等の金属材料）によって形成するのが好ましい。図２に示すように、円筒部２２の内部は中空の閉空間となっておりこの閉空間は他の空間と連通しない状態となっている。そのため、円筒部２２は一定の熱量を畜熱可能であり、外部の温度変化による影響を受けにくくなっている。
【0072】
円筒部２２は、後述するターンテーブル２４ａに取り付けられておりターンテーブル２４ａが軸線Ｘ回りに回転するのに応じて軸線Ｘ回りに回転するようになっている。円筒部２２が軸線Ｘ回りに回転することにより、間隙２０ａとその上部に存在する有機廃棄物は間隙２０ａに沿って上方から下方へ導かれる。
【0073】
間隙２０ａに供給された有機廃棄物は、１次燃焼領域Ｒ２において１次空気供給部２５から供給される１次燃焼用空気によって部分燃焼し、炭化物を多く含む固形分と可燃性ガスを含む燃焼ガスとが生成される。炭化物を多く含む固形分は間際２０ａに沿って下方の炭化物精錬・冷却領域Ｒ１へ導かれ、可燃性ガスを含む燃焼ガスは２次燃焼領域Ｒ４へ導かれる。炭化物精錬・冷却領域Ｒ１は、上方が有機廃棄物で閉塞されていると共に１次空気供給部２５からの１次燃焼用空気が供給されない領域となっている。そのため、炭化物は、炭化物精錬・冷却領域Ｒ１において冷却されながら精錬される。
【0074】
有機廃棄物投入部２３は、本体部２１に設けられると共にホッパ１２から原料供給路１２ａを介して供給される有機廃業物（図示略）を本体部２１の内部へ投入する開口部である。有機廃棄物投入部２３の下方には軸線Ｘに近付くにつれて上方から下方へ傾斜する傾斜面２３ａが形成されている。有機廃棄物投入部２３から供給された有機廃棄物は、傾斜面２３ａに沿って円筒部２２の上面２２ｂ及び間隙２０ａに導かれる。
【0075】
図３に示すように有機廃棄物投入部２３が配置される領域が原料投入領域Ｒ３である。原料投入領域Ｒ３において、軸線Ｘに対して有機廃棄物投入部２３と反対側には点検窓２０ｂが設けられている。点検窓２０ｂは、炭化炉２０の内部を視認可能にするものである。
【0076】
炭化物排出部２４は、間隙２０ａにおいて有機廃棄物が部分燃焼することにより生成される炭化物を炭化物供給路１０１へ排出する機構である。炭化物排出部２４から炭化物供給路１０１へ排出された炭化物は、熱分解炉３０へ供給される。図２及び図４に示すように、炭化物排出部２４は、ターンテーブル２４ａ（回転体）と、駆動部２４ｂと、炭化物排出口２４ｃとを有する。
【0077】
ターンテーブル２４ａは、図４に示すように間隙２０ａの軸線Ｘ方向の下端と対向する位置に設けられる部材であり、軸線Ｘ回りの周方向に延びる円環状の回転体である。ターンテーブル２４ａは、駆動部２４ｂから伝達される駆動力によって軸線Ｘ回りに回転する。図４に示すように、間隙２０ａの下端と対向するターンテーブル２４ａの面は軸線Ｘから遠ざかるに従って下方へ傾斜する傾斜面となっている。そのため、間隙２０ａの下端とターンテーブル２４ａの傾斜面との間には隙間が形成されている。
【0078】
間隙２０ａの下端に存在する炭化物（図示略）は、ターンテーブル２４ａが軸線Ｘ回りに回転するのに応じてターンテーブル２４ａの傾斜面に沿って下方へ移動して炭化物排出口２４ｃへと導かれる。そのため、ターンテーブル２４ａの回転速度が増加するのに応じて、間隙２０ａの下端から炭化物排出口２４ｃへ導かれる炭化物の量が増加する。同樣に、ターンテーブル２４ａの回転速度が減少するのに応じて、間隙２０ａの下端から炭化物排出口２４ｃへ導かれる炭化物の量が減少する。
【0079】
駆動部２４ｂは、ターンテーブル２４ａに駆動力を伝達し、ターンテーブル２４ａを軸線Ｘ回りに回転させる装置である。図３に示すように、駆動部２４ｂは、駆動モータ２４ｅと、減速機２４ｆと、駆動ベルト２４ｇと、駆動軸２４ｈとを有する。
【0080】
駆動モータ２４ｅは、炭化炉制御部２９から伝達される制御信号によって回転数が制御されるインバータモータである。駆動モータ２４ｅの回転動力は、駆動ベルト２４ｇによって減速機２４ｆに伝達される。減速機２４ｆは駆動ベルト２４ｇによって駆動モータ２４ｅから伝達される回転動力の回転速度を減速させつつトルクを増加させる装置である。減速機２４ｆは、トルクを増加させた回転動力を軸線Ｘ回りに延びる駆動軸２４ｈに伝達する。ターンテーブル２４ａは駆動軸２４ｈに連結されている。そのため、駆動軸２４ｈが軸線Ｘ回りに回転するのに伴って、ターンテーブル２４ａが軸線Ｘ回りに回転する。
【0081】
炭化物排出ロ２４ｃは、炭化物を炭化物供給路１０１へ排出する開口部である。炭化物排出口２４ｃから炭化物供給路１０１へ排出された炭化物は、炭化物供給路１０１を介して熱分解炉３０へ供給される。
【0082】
クリンカクラッシャ２４ｄは、間隙２０ａの下端とターンテーブル２４ａの傾斜面との間に形成される隙間よりも大きな塊であるクリンカを破砕するための部材である。ここでクリンカとは、１次燃焼領域Ｒ２での有機廃棄物の燃焼により生成された燃焼灰が溶融して塊となったものである。図５（ａ）に示すように、クリンカクラッシャ２４ｄは、軸線Ｘ回り配置される略円環状の部材となっており、周方向の複数の位置に径方向の内側に突出する爪２４ｉが設けられている。図５（ｂ）（図５（ａ）のＣ−Ｃ矢視端面図）に示すように、爪２４ｉはターンテーブル２４ａの傾斜面に沿うように上方に向けて折れ曲がった形状となっている。
【0083】
図４に示すように、クリンカクラッシャ２４ｄは、締結ボルトによって本体部２１に取り付けられている。クリンカクラッシャ２４ｄは、ターンテーブル２４ａが軸線Ｘ回りに回転しても本体部２１に対して固定されたままとなる。そのため、ターンテーブル２４ａの回転に伴ってクリンカが移動すると、クリンカがクリンカクラッシャの爪２４ｉに衝突して破砕される。
【0084】
次に、１次空気供給部２５について説明する。１次空気供給部２５は、間隙２０ａに堆積する有機廃棄物に向けて有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼用空気を供給する装置である。１次空気供給部２５は、１次燃焼ファン２５ａ（送風部）と、カバー部２５ｂと、空気供給口２５ｃとを有する。
【0085】
１次燃焼ファン２５ａは、外部から導入した空気（大気）を送風する装置であり、インバータモータ（図示略）とインバータモータにより駆動されるファン（図示略）を有している。１次燃焼ファン２５ａは、インバータモータの回転数を制御することにより送風する風量を調整することができる。
【0086】
カバー部２５ｂは、１次燃焼ファン２５ａから送風される空気が導入されると共に空気供給口２５ｃへ空気を供給する閉空間２５ｄを形成する部材である。図６（ａ）（図２に示す炭化炉２０のＡ−Ａ矢視端面図）に示すように、カバー部２５ｂは、本体部２１の外周面２１ｅとの間に軸線Ｘ回りに延びる閉空間２５ｄを形成する。
【0087】
空気供給口２５ｃは、１次燃焼ファン２５ａから閉空間２５ｄに送風された空気を閉空間２５ｄから本体部２１の内部の１次燃焼領域Ｒ２へ供給する流路である。図３に示すように、空気供給口２５ｃは、有機廃棄物を１次燃焼用空気により部分燃焼させる１次燃焼領域Ｒ２において、軸線Ｘに沿って鉛直方向の複数箇所に設けられている。
【0088】
また、図６（ａ）に示すように、空気供給口２５ｃは軸線Ｘ回りの周方向に沿った等間隔（図６（ａ）では３０°間隔）で本体部２１に設けられている。また、図６（ａ）に示すように、空気供給口２５ｃは、本体部２１の外周面２１ｅから軸線Ｘに向けた延びる直線状の流路となっている。なお、図６（ａ）に示す例は軸線Ｘ回りの周方向に沿った３０°間隔で空気供給口２５ｃを配置するものとしたが、他の間隔（例えば、２０°、４５°等）としてもよいし、等間隔でなく任意の間隔で配置してもよい。
【0089】
図３に示す１次空気供給部２５は、１次燃焼ファン２５ａから送風される空気を加熱する加熱部（図示略）を有する。空気供給口２５ｃは、加熱部によって加熱された空気を空気供給口２５ｃへ供給する。そのため、１次燃焼ファン２５ａから送風される空気を加熱しない場合に比べ、１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度を高温に維持することができる。
【0090】
１次空気供給部２５が備える加熱部として、図７及び図８に示す放熱フィン２５ｅを採用してもよい。図７及び図８に示す１次空気供給部２５の変形例は、炭化炉２０の間隙２０ａから本体部２１を介して伝達される熱を利用して１次燃焼ファン２５ａから送風される空気を加熱する放熱フィン２５ｅを備えるものである。図７及び図８に示すように、放熱フィン２５ｅは、本体部２１の外周面２１ｅに接触すると共に外周面２１ｅに沿って軸線Ｘ回りに延びる環状の部材である。放熱フィン２５ｅは、軸線Ｘに沿った複数箇所に設けられている。放熱フィン２５ｅは、本体部２１の外周面２１ｅに対して溶接等によって取り付けられている。
【0091】
図７は、１次空気供給部２５の第１変形例を示す縦断面図である。図３に示す１次空気供給部２５のカバー部２５ｂは、空気供給ロ２５ｃと軸線Ｘ方向の略同じ位置のみに設けられる。それに対して、図７に示す１次空気供給部２５のカバー部２５ｂは、空気供給口２５ｃと軸線Ｘ方向の略同じ位置に加えて空気供給口２５ｃよりも下方の位置も包含するように設けられる。
【0092】
図７に示す放熱フィン２５ｅは、本体部２１の外周面２１ｅを介して間隙２０ａの雰囲気温度が伝熱される伝熱部材である。本体部２１の外周面２１ｅは、耐火材２１ｃと断熱材２１ｂによってハウジング２１ａが加熱しすぎないように保護されているものの、５０℃〜７０℃程度に加熱された状態となっている。そのため、放熱フィン２５ｅによって１次燃焼ファン２５ａから送風される空気（大気）を加熱することができる。
【0093】
図７に示すように、１次燃焼ファン２５ａは、間隙２０ａの下方の外周側に位置する本体部２１の外周面２１ｅに向けて外部から導入した空気を送風するようになっている。このようにしているのは、間隙２０ａの下方の外周側に位置する本体部２１の外周面２１ｅを外部から導入した空気によって冷却するためである。
【0094】
図７に示すように、間隙２０ａの下方は炭化物精錬・冷却領域Ｒ１となっている。炭化物精錬・冷却領域Ｒ１は、１次燃焼領域Ｒ２で生成された炭化物を冷却しながら精錬する領域であるため、ある程度低い温度に維持されるのが望ましい。そこで、本実施形態では、炭化物精錬・冷却領域Ｒ１が冷却されるように１次燃焼ファン２５ａが空気を送風する位置を設定している。
【0095】
図８は、１次空気供給部２５の第２変形例を示す断面図である。図８に示す１次空気供給部２５の第２変形例は、放熱フィン２５ｅが配置される位置における断熱材２１ｂの厚さ及び本体部２１の外周面２１ｅの位置が異なっている点を除き、図７に示す第１変形例と同様である。
【0096】
図８に示すように、空気供給口２５ｃが配置される位置における本体部２１の内周面２１ｄから外周面２１ｅまでの距離は、距離Ｄ１となっている。一方、放熱フィン２５ｅが配置される位置における本体部２１の内周面２１ｄから外周面２１ｅまでの距離は、距離Ｄ２となっている。図８に示すように距離Ｄ１よりも距離Ｄ２の方が短くなっている。
【0097】
図８に示す１次空気供給部２５の第２変形例によれば、図７に示す１次空気供給部２５の第１変形例に比べ、放熱フィン２５ｅが配置される位置において、間隙２０ａの雰囲気温度が外周面２１ｅに伝達されやすくなっている。そのため、第２変形例によれば、第１変形例よりも放熱フィン２５ｅがより高温に加熱される。よって、第２変形例の１次空気供給部２５によれば、１次燃焼ファン２５ａが送風する空気をより高い温度に加熱した状態で空気供給口２５ｃへ供給することができる。
【0098】
なお、図７及び図８に示す放熱フィン２５ｅは、軸線Ｘ回りに延びる環状の部材であるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、放熱フィン２５ｅを、本体部２１の外周面２１ｅに接触すると共に外周面２１ｅに沿って軸線Ｘ回りに下方から上方へ向けて旋回する螺旋状の流路を形成するような構造としてもよい。
【0099】
次に、２次空気供給部２６について説明する。２次空気供給部２６は、１次燃焼領域Ｒ２において有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼用空気を本体部２１の内部へ供給する装置である。図３に示すように、２次空気供給部２６は２次燃焼領域Ｒ４に設けられており、２次燃焼領域Ｒ４に向けて２次燃焼用空気を供給する。２次空気供給部２６は、２次燃焼ファン２６ａと、カバー部２６ｂと、空気供給口２６ｃとを有する。
【0100】
２次燃焼ファン２６ａは、外部から導入した空気（大気）を送風する装置であり、インバータモータ（図示略）とインバータモータにより駆動されるファン（図示略）を有している。２次燃焼ファン２６ａは、インバータモータの回転数を制御することにより送風する風量を調整することができる。
【0101】
カバー部２６ｂは、２次燃焼ファン２６ａから送風される空気が導入されると共に空気供給口２６ｃへ空気を供給する閉空間２６ｄを形成する部材である。図６（ｂ）（図３に示す炭化炉２０のＢ−Ｂ矢視端面図）に示すように、カバー部２６ｂは、本体部２１の外周面２ｌｅとの間に軸線Ｘ回りに延びる閉空間２６ｄを形成する。
【0102】
空気供給口２６ｃは、２次燃焼ファン２６ａから閉空間２６ｄに送風された空気を閉空間２６ｄから本体部２１の内部の２次燃焼焼領域Ｒ４へ供給する流路である。図２に示すように、空気供給口２６ｃは、燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを２次燃焼用空気により燃焼させる２次燃焼領域Ｒ４において、軸線Ｘに沿った鉛直方向の複数箇所に設けられている。
【0103】
また、図６（ｂ）に示すように、空気供給口２６ｃは軸線Ｘ回りの周方向に沿った等間隔（図６（ｂ）では３０°間隔）で本体部２１に設けられている。また、図６（ｂ）に示すように、空気供給口２６ｃは、本体部２１の外周面２１ｅから軸線Ｘに向けた延びる直線状の流路となっている。なお、図６（ｂ）に示す例は軸線Ｘ回りの周方向に沿った３０°間隔で空気供給口２６ｃを配置するものとしたが、他の間隔（例えば、２０°、４５°等）としてもよいし、等間隔でなく任意の間隔で配置してもよい。
【0104】
燃焼ガス排出部２７は、１次燃焼領域Ｒ２で生成されて２次燃焼領域Ｒ４で可燃性ガス成分を燃焼させた燃焼ガスを燃焼ガス流路２００ａへ排出する排出口である。燃焼ガス流路２００ａへ排出された燃焼ガスは、熱分解反応の熱源として利用するために熱分解炉３０へ供給される。
【0105】
温度センサ２８ａは、燃焼ガス排出部２７から排出される燃焼ガスの温度を検出するセンサである。温度センサ２８ａは、検出した温度を示す温度検出信号を炭化炉制御部２９へ伝達する。図３に示すように、温度センサ２８ａは２次燃焼焼領域Ｒ４の中でも燃焼ガス流路２００ａに近接した領域に配置されている。そのため、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇは、燃焼ガス流路２００ａに排出される燃焼ガスの温度と略一致した温度となる。
【0106】
温度センサ２８ｂは、１次燃焼焼領域Ｒ２の雰囲気温度を検出するセンサである。温度センサ２８ｂは、検出した温度を示す温度検出信号を炭化炉制御部２９へ伝達する。
【0107】
温度センサ２８ｃは、間隙２０ａの下端側に堆積する炭化物の温度である炭化物温度Ｔｃを検出するセンサである。温度センサ２８ｃは、検出した炭化物温度Ｔｃを示す温度検出信号を炭化炉制御部２９へ伝達する。
【0108】
レベルセンサ２８ｄは、間隙２０ａに堆積する有機廃棄物の堆積量を検出するセンサである。レベルセンサ２８ｄは、１次燃焼領域Ｒ２において、図３に示す軸線Ｙ方向に存在する有機廃棄物の堆積量を堆積量に応じた出力信号を得ることにより検出する。レベルセンサ２８ｄは、出射した光や超音波等の反射を受信することで堆積量を検出する反射型のセンサであってもよい。また、レベルセンサ２８ｄは、出射したＸ線等を受信する受信部を円筒部２２に設けた透過型のセンサであってもよい。
【0109】
後述するように、レベルセンサ２８ｄは、有機廃棄物供給部２３からの新たな有機廃棄物の投入が停止される場合等、間隙２０ａに存在する有機廃棄物の堆積量が減少したことを検出するためのセンサである。そのため、レベルセンサ２８ｄは、取り付け位置から鉛直方向の下方に向けた軸線Ｙに沿った堆積量を検出するようになっている。炭化炉制御部２９は、レベルセンサ２８ｄが検出する有機廃棄物の堆積量である堆積量Ａｏが０である旨の検出信号を出力する場合、間隙２０ａに存在する有機廃棄物の堆積量が所定の第１堆積量Ａｏ１以下へ減少したと判定する。
【0110】
着火バーナ２０ｃは、炭化炉２０における有機廃棄物の燃焼を開始させる際に、有機廃棄物を着火させるために用いられる装置である。図３に示すように、着火バーナ２０ｃは、間隙２０ａの下端側に設けられている。また、図３に示すように、着火バーナ２０ｃは、軸線Ｘに対して対向する２箇所に配置されている。
【0111】
着火バーナ２０ｃは、灯油等の着火用燃料を利用して火炎を発生させることにより間隙２０ａの下端側に堆積する有機廃棄物を燃焼させる。着火バーナ２０ｃは、炭化炉制御部２９からの制御指令によって炭化炉２０における有機廃棄物の燃焼を開始させる際に火炎を発生させる。また、着火バーナ２０ｃは、炭化炉制御部２９からの制御指令によって所定のタイミングで火炎の発生を停止させる。
【0112】
炭化炉制御部２９は、炭化炉２０が備える各部から各部の状態を示す検出信号を受信すると共に検出信号に基づいて各部に制御信号を伝達することで各部を制御する装置である。また、炭化炉制御部２９は、制御装置９０へ炭化炉２０の状態を示す信号を伝達すると共に制御装置９０から伝達される制御信号に応答して炭化炉２０を制御する装置である。
【0113】
炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃのそれぞれが検出する温度を示す温度検出信号と、レベルセンサ２８ｄが検出する有機廃棄物の堆積量Ａｏを示す堆積量検出信号とを受信する。また、炭化炉制御部２９は、１次燃焼ファン２５ａの送風量を制御する制御信号を１次空気供給部２５へ伝達する。また、炭化炉制御部２９は、２次燃焼ファン２６ａの送風量を制御する制御信号を２次空気供給部２６へ伝達する。また、炭炭化炉制御部２９は、着火バーナ２０ｃに制御信号を伝達して有機廃棄物の燃焼を開始させる際に火炎を発生させると共に所定のタイミングで制御信号を伝達して火炎の発生を停止させる。また、炭化炉制御部２９は、ターンテーブル２４ａの回転速度を制御する制御信号を駆動モータ２４ｅへ伝達する。
【0114】
次に、炭化炉制御部２９による１次燃焼ファン２５ａの送風量の制御方法について説明１する。炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｂが検出する１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度に基づいて１次燃焼焼ファン２５ａが送風する空気の送風量を制御する。１次燃焼ファン２５ａが送風する空気の送風量は空気供給口２５ｃから炭化炉２０の１次燃焼領域Ｒ２へ供給される１次燃焼用空気の空気量と一致している。そのため、炭化炉制御部２９は、１次燃焼ファン２５ａが送風する空気の送風量を制御することにより、１次燃焼領域Ｒ２に送風される１次燃焼用空気の空気量を調整することができる。
【0115】
炭化炉制御部２９は、間隙２０ａに堆積した有機廃葉物を炭化させるのに適した燃焼状態が維持されるように温度センサ２８ｂが検出する１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度に基づいて１次燃焼ファン２５ａが送風する空気の送風量を制御する。具体的に、炭化炉制御部２９は、１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度が１０００℃以上かつ１２００℃以下の範囲に収まるように１次燃焼焼ファン２５ａが送風する空気の送風量を制御する。
【0116】
次に、炭化炉制御部２９による２次燃焼ファン２６ａの送風量の制御方法について、図９フローチャートを用いて説明する。炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇに基づいて２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御する。２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量は空気供給口２６ｃから炭化炉２０の２次燃焼領域Ｒ４へ供給される２次燃焼用空気の空気量と一致している。そのため、炭化炉制御部２９は、２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御することにより、２次燃焼領域Ｒ４に送風される２次燃焼用空気の空気量を調整することができる。
【0117】
炭化炉制御部２９は、２次燃焼焼領域Ｒ４の燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させるのに適した燃焼状態が維持されるように温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇに基づいて２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御する。具体的に、炭化炉制御部２９は、図９に示すフローチャートに従って２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御する。図９に示すフローチャートにおける各処理は、炭化炉制御部２９が有する演算部（図示略）が記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムを実行することにより行われる処理である。
【0118】
図９のフローチャートに示す処理に先立って、炭化炉制御部２９は、炭化炉２０における有機廃棄物の燃焼を開始させる際に、着火バーナ２０ｃによって火炎を発生させて間隙２０ａに堆積する有機廃棄物の燃焼を開始させる。炭化炉制御部２９は、その後に２次燃焼ファン２６ａによる外部の空気（大気）の送風を開始させる。炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼焼ガス温度Ｔｇ１以上となるまでは一定の送風量となるように２次燃焼ファン２６ａを制御する。温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１以上となった後に、図９のフローチャートに示す各処理が開始される。
【0119】
なお、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１以上となるまでに２次燃焼ファン２６ａが送風する２次燃焼用空気の送風量は、２次燃焼領域Ｒ４に存在すると想定される可燃性ガスを完全燃焼させるのに必要な量に一定の余剰量を加算した量となっている。
【0120】
ステップＳ８００で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａから伝達される温度検出信号を受信することにより、燃焼ガス排出部２７から排出される燃焼ガスの温度である燃焼焼ガス温度Ｔｇを検出する。
【0121】
ステップＳ８０１で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１より低いか否かを判定する。炭化炉制御部２９は、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼焼ガス温度Ｔｇ１よりも低いと判定した場合はステップＳ８０２に処理を進め、そうでなければステップＳ８０３に処理を進める。
【0122】
ステップＳ８０２で炭化炉制御部２９は、２次燃焼ファン２６ａの送風量を減少させるための制御信号を２次燃焼ファン２６ａに伝達する。２次燃焼ファン２６ａは、炭化炉制御部２９から制御信号を受信したのに応答して送風量を減少させる。ここで、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１よりも低いと判定した場合に２次燃焼ファン２６ａの送風量を減少させているのは次の理由による。
【0123】
２次空気供給部２６が２次燃焼領域Ｒ４へ供給する２次燃焼用空気の量は、２次燃焼領域Ｒ４に存在する燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを完全燃焼させる量よりも一定量だけ多い量とするのが好ましい。すなわち、２次燃焼領域Ｒ４における空気過剰率を１．０より大きい一定値とするのが好ましい。
【0124】
しかしながら、２次燃焼領域Ｒ４に存在する可燃性ガスの量は、有機廃棄物の性状や１次燃焼領域Ｒ２における有機廃棄物の燃焼状態等の要因により変動するのが一般的である。そのため、２次空気供給部２６が２次燃焼領域Ｒ４へ供給する２次燃焼用空気の量を一定としたままでは可燃性ガスを完全燃焼させるのに適した空気量を維持することができない。
【0125】
そして、２次燃焼用空気の量が可燃性ガスを完全燃焼させる量に対して過剰に多くなる場合、可燃性ガスの燃焼に用いられない余剰空気が２次燃焼領域Ｒ４に多量に供給されることとなる。２次燃焼ファン２６ａが送風する空気（大気）の温度は２次燃焼焼領域Ｒ４の雰閉気温度よりも低いため、多量の余剰空気によって２次燃焼領域Ｒ４の雰囲気温度が低下してしまう。
【0126】
そうすると、２次燃焼領域Ｒ４における可燃性ガスの燃焼効率が悪化し、可燃性ガスを多く含んだままの燃焼ガスが燃焼ガス排出部２７から排出されてしまうこととなる。可燃性ガスには、凝固してタールとなる成分である高分子炭化水素が含まれている。そのため、可燃性ガスに凝固してタールとなる成分が多量に含まれたままであると、炭化炉２０及びその下流側に設置される機器に損傷を与える可能性がある。そのため燃焼ガスに凝固してタールとなる成分が多量に含まれないようにし、炭化炉２０及びその下流側に設置される機器に与える損傷を抑制するのが望ましい。そこで、炭化炉制御部２９は、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１よりも低いと判定した場合に、２次燃焼領域Ｒ４に供給される余剰空気量を減少させるために、２次燃焼ファン２６ａの送風量を減少させている。
【0127】
ステップＳ８０３で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２より高いか否かを判定する。炭化炉制御部２９は、検出した燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２よりも高いと判定した場合はステップＳ８０４に処理を進め、そうでなければステップＳ８０１に処理を進める。
【0128】
ステップＳ８０４で炭化炉制御部２９は、２次燃焼ファン２６ａの送風量を増加させるための制御信号を２次燃焼ファン２６ａに伝達する。２次燃焼ファン２６ａは、炭化炉制御部２９から制御信号を受信したのに応答して送風量を増加させる。炭化炉制御部２９は、図９に示すフローチャートの処理を終了すると、再び図９に示す処理の実行を開始する。ここで、燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２よりも高いと判定した場合に２次燃焼ファン２６ａの送風量を増加させているのは次の理由による。
【0129】
燃焼ガス温度Ｔｇに上限を定めずに炭化炉２０を運転させる場合、想定される最高の燃焼ガス温度を想定し、その燃焼ガス温度でも十分に耐熱性が保たれるように炭化炉２０及び燃焼ガス流路２００ａを設計する必要がある。この場合、耐熱性の高い高価な部材を用いて炭化炉２０等を製造する必要があり、炭化炉２０等の製造コストが増加してしまう。炭化炉２０等の製造コストを増加させないようにするためには、燃焼ガス温度Ｔｇが予め定めた上限温度以下となるようにするのが好ましい。
【0130】
そこで、炭化炉制御部２９は、燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２よりも高いと判定した場合に２次燃焼ファン２６ａの送風量を増加させている。前述したように、２次燃焼ファン２６ａの送風量を増加させることにより多量の余剰空気が２次燃焼領域Ｒ４に供給されると、２次燃焼領域Ｒ４の雰囲気温度が低下することとなる。
【0131】
以上のように、炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇに基づいて２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御することにより、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１以上かつ第２燃焼ガス温度Ｔｇ２以下となるようにしいる。ここで、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１及び第２燃焼ガス温度Ｔｇ２として、例えば、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１を９００℃とし、第２燃焼ガス温度Ｔｇ２を１３００℃と設定することができる。
【0132】
第１燃焼ガス温度Ｔｇ１を９００℃としているのは、２次燃焼領域Ｒ４の温度を９００℃以上に維持することにより、燃焼ガスから高分子炭化水素の大部分を除去することができるからである。高分子炭化水素は、燃焼ガスに含まれる可燃性ガスのうち凝固してタールとなる成分である。そのため、燃焼ガスから高分子炭化水素の大部分を除去することにより、炭化炉２０及びその下流側に設置される機器に与える損傷を抑制することができる。
【0133】
また、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１及び第２燃焼ガス温度Ｔｇ２として、例えば、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１を１０００℃とし、第２燃焼ガス温度Ｔｇ２を１２００℃と設定するようにしてもよい。また、例えば、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１及び第２燃焼ガス温度Ｔｇ２の双方を１１００℃に設定するようにしてもよい。この場合、炭化炉制御部２９は、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１より低い場合は送風量を減少させ、燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２より高い場合は送風量を増加させるよう２次燃焼ファン２６ａを制御する。
【0134】
次に、炭化炉制御部２９によるターンテーブル２４ａの回転速度の制御方法について図１０のフローチャートを用いて説明する。図１０に示すフローチャートにおける各処理は、炭化炉制御部２９が有する演算部（図示略）が記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムを実行することにより行われる処理である。
【0135】
図１０に示すフローチャートにおいて、炭化炉制御部２９は、炭化物排出部２４が排出する炭化物の排出量を制御している。本実施形態において炭化物排出部２４が排出する炭化物の排出量を制御しているのは、有機廃棄物投入部２３から間隙２０ａへの有機廃棄物の投入が停止されるのに伴って炭化物排出部２４から排出される炭化物の温度が上昇してしまうことを防ぐためである。
【0136】
間隙２０ａに堆積する有機廃棄物の量が徐々に少なくなると、炭化物を消火させる炭化物精錬・冷却領域Ｒ１が徐々に狭くなる。この場合、ターンテーブル２４ａの回転速度を一定のままで維持すると、炭化物が十分に冷却されない状態で間隙２０ａの下端から排出されてしまう。これは、１次燃焼領域Ｒ２で炭化されて高温となった炭化物が炭化物精錬・冷却領域Ｒ１で十分に冷却されないためである。そこで、炭化炉制御部２９は、炭化物排出部２４が排出する炭化物の排出量を制御することにより、炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度を調整している。
【0137】
本実施形態において、炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｃとレベルセンサ２８ｄの双方を用いて、炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度を調整している。前者は炭化物の温度を直接的に検出するセンサであり、後者は炭化物の堆積量から炭化物の温度が高温となる状態を間接的に検出するセンサである。
【0138】
以下、図１０のフローチャートの各ステップについて説明する。ステップＳ９００で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｃから伝達される温度検出信号を受信することにより、間隙２０ａの下端側に堆積する炭化物の温度である炭化物温度Ｔｃを検出する。ステップＳ９０１で炭化炉制御部２９は、レベルセンサ２８ｄから伝達される堆積量検出信号を受信することにより、間際２０ａに堆積する有機廃棄物の堆積量である堆積量Ａｏを検出する。
【0139】
ステップＳ９０２で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１以上であるか否かを判定する。炭化炉制御部２９は、検出した炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１以上であると判定した場合はステップＳ９０３に処理を進め、そうでなければステップＳ９０４に処理を進める。ここで、第１炭化物温度Ｔｃ１として、例えば、２５０℃以上かつ３００℃以下の範囲の任意の温度を設定することができる。
【0140】
ステップＳ９０３で炭化炉制御部２９は、ターンテーブル２４ａの回転速度を第２回転速度Ｒｓ２で回転させるよう駆動部２４ｂを制御する。第２回転速度Ｒｓ２は後述する第１回転速度Ｒｓ１よりも低速度である。ここで、第１回転速度Ｒｓ１は、炭化炉２０が通常運転状態を維持するために必要な量の炭化物を炭化物排出部２４から排出させるための速度である。ステップＳ９０３では、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１以上となった場合に炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度が低下するように、ターンテーブル２４ａの回転速度を第１回転速度Ｒｓ１よりも低い第２回転速度Ｒｓ２としている。ターンテーブル２４ａの回転速度を低下させることにより炭化物が炭化物精錬・冷却領域Ｒ１に滞留する時間が長くなり、それに伴って炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度が低下する。
【0141】
ステップＳ９０４で炭化炉制御部２９は、レベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以下であるか否かを判定する。炭化炉制御部２９は、検出した堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以下であると判定した場合はステップＳ９０５に処理を進め、そうでなければステップＳ９０６に処理を進める。
【0142】
ステップＳ９０５で炭化炉制御部２９は、ターンテーブル２４ａの回転速度を第２回転速度Ｒｓ２で回転させるよう駆動部２４ｂを制御する。第２回転速度Ｒｓ２は後述する第１回転速度Ｒｓ１よりも低速度である。ステップＳ９０５では、レベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以下となった場合に炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度が低下するように、ターンテーブル２４ａの回転速度を第１回転速度Ｒｓ１よりも低い第２回転速度Ｒｓ２としている。
【0143】
ステップＳ９０６で炭化炉制御部２９は、ターンテーブル２４ａの回転速度を第１回転速度Ｒｓ１で回転させるよう駆動部２４ｂを制御する。前述したように、第１回転速度Ｒｓ１は、炭化炉２０が通常運転状態を維持するために必要な量の炭化物を炭化物排出部２４から排出させるための速度である。炭化炉制御部２９は、ステップＳ９０６において、炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１よりも低くかつ堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１よりも多いことから、運転状態を推持するために必要な量の炭化物を炭化物排出部２４から排出させるように駆動部２４ｂを制御する。
【0144】
炭化炉制御部２９は、図１０に示すフローチャートの処理を終了すると、再び図１０に示す処理の実行を開始する。このようにして、炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃ及びレベルセンサ２８ｄが検出する有機廃棄物の堆積量Ａｏに基づいて駆動部２４ｂがターンテーブル２４ａを回転させる回転速度を制御する。
【0145】
以上の図１０に示すフローチャートにおいては、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１以上であるか否かに応じてターンテーブル２４ａの回転速度を２段階に切り替えるものであったが他の態様であってもよい。例えば、炭化物温度Ｔｃに応じて２段階以上の複数段階でターンテーブル２４ａの回転速度を切り替えるようにしてもよい。また例えば、ターンテーブル２４ａの回転速度を段階的に切り替えず、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃと反比例する速度となるようにターンテーブル２４ａの回転速度を制御するようにしてもよい。
【0146】
また、以上の図１０に示すフローチャートにおいては、レベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以上であるか否かに応じてターンテーブル２４ａの回転速度を２段階に切り替えるものであったが他の態様であってもよい。例えば、堆積量Ａｏに応じて２段階以上の複数段階でターンテーブル２４ａの回転速度を切り替えるようにしてもよい。また例えば、ターンテーブル２４ａの回転速度を段階的に切り替えず、レベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏと比例する速度となるようにターンテーブル２４ａの回転速度を制御するようにしてもよい。
【0147】
また、以上の図１０に示すフローチャートにおいては、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃとレベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏの双方を用いてターンテーブル２４ａの回転速度を制御するものであったが他の態様であってもよい。例えば、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃとレベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏの何れか一方を用いてターンテーブル２４ａの回転速度を制御するようにしてもよい。
【0148】
次に、図１１から図１３を用いて、本発明の水素ステーションシステムを構成する水素ガス生成システムの水性ガス生成装置Ａ−２に適した熱分解炉３０本体の一実施形態について詳細に説明する。図１１は、図２に示す熱分解炉３０本体の縦断面図である。図１１において、軸線Ｚは、熱分解炉３０が設置される設置面（図示略）に対して直交する鉛直方向（重力方向）を示している。
【0149】
図１１に示すように、本実施形態の熱分解炉３０は、本体部３１と、反応管３２と、反応管ヘッド３３（供給部）と、水性ガス出口ノズル３４（水性ガス出口部）と、燃焼ガス供給部３５（加熱用ガス供給部）と、燃焼ガス排出部３６（加熱用ガス排出部）と、グランドパッキン３７（第１シール部）と、グランドパッキン３８（第２シール部）と、グランドパッキン３９（第３シール部）とを備える。
【0150】
本体部３１は、軸線Ｚに沿って延びる略円筒状に形成される部材である。本体部３１はその内部に反応管３２を収容する空間を形成している。本体部３１は、熱分解炉３０の外装を形成する金属製（例えば鉄製）のハウジング３１ａと、ハウジング３１ａの内周面に貼り付けられる断熱材３１ｂと、断熱材３１ｂの内周面に貼り付けられる耐熱材３１ｃとを有する。
【0151】
略円筒状の本体部３１の上面は平面視円環状の上板３１ｄで構成されており、本体部３１の底面は平面視円環状の底板３１ｅで構成されている。また、本体部３１の側面３１ｆの上端には上端フランジ３１ｇ（第１フランジ部）が設けられており、本体部３１の側面３１ｆの下端には下端フランジ３１ｉ（第２フランジ部）が設けられている。
【0152】
上板３１ｄと上端フランジ部３１ｇとは、軸線Ｚ回りの複数箇所で上板３１ｄと上端フランジ部３１ｇとの間に図示しないガスケット（第４シール部）を挟んだ状態で締結ボルト３１ｈ（締結部材）によって締結されている。同様に、底板３１ｅと下端フランジ３１ｉとは、軸線Ｚ回りの複数箇所で底板３１ｅと下端フランジ３１ｉとの間に図示しないガスケット（第５シール部）を挟んだ状態で締結ボルト３１ｊ（締結部材）によって締結されている。
【0153】
反応管３２は、軸線Ｚに沿って延びる略円筒状に形成される機構である。反応管３２は、本体部３１の内周面との間に燃焼ガス（加熱用ガス）を流通させるための燃焼ガス流路３０ａを形成する外周面３２ｄを有する。反応管３２は、センターパイプ３２ａ（管状部材）と、上端フランジ３２ｂ（第３フランジ部）と、複数の第１傾斜板３２ｆと、複数の第２傾斜板３２ｇと、複数の保持棒３２ｈ（保持部）とを有する。
【0154】
図１０に示すように、反応管３２の上端フランジ３２ｂ及び上端フランジ３２ｂ側のセンターパイプ３２ａの端部は、本体部３１の上板３１ｄ（上面）から上方へ突出している。また、反応管３２の下端部３２ｃは、本体部３１の底板３１ｄ（底面）から下方へ突出している。
【0155】
センターパイプ３２ａは、軸線Ｚに沿って延びる円筒状に形成される部材である。センターパイプ３２ａの内部には、複数の第１傾斜板３２ｆと複数の第２傾斜板３２ｇと複数の保持棒３２ｈ（保持部）からなる熱分解促進機構が収容されている。熱分解促進機構は、炭化物をセンターパイプ３２ａの上端側から下端側まで段階的に導いて炭化物を反応管３２の内部に滞留させることにより、炭化物と過熱蒸気との熱分解反応を促進させる機構である。
【0156】
図１１及び図１２に示すように、複数の第１傾斜板３２ｆ及び複数の第２傾斜板３２ｇは、軸線Ｚに沿った複数箇所で４本の保持棒３２ｈによって保持されている。また、第１傾斜板３２ｆ及び第２傾斜板３２ｇは、軸線Ｚに沿って交互に配置されている。４本の保持棒３２ｈの上端は、反応管ヘッド３３の下端フランジ３３ａの下面に取り付けられている。反応管３２の上端フランジ３２ｂと反応管ヘッド３３の下端フランジ３３ａとの締結を解除することにより、熱分解促進機構はセンターパイプ３２ａから上方に取り外す（着脱する）ことが可能となっている。
【0157】
図１２（ａ）に示す第１傾斜板３２ｆは、炭化物を反応管３２の内周面３２ｅの一端部（図１２（ａ）中の左端部）から他端部（図１２（ａ）中の右端部）に設けられた第１開口部３２ｉへ導くように傾斜した第１傾斜面を形成するように配置されている。また、図１２（ｂ）に示す第２傾斜板３２ｆは、炭化物を反応管３２の内周面３２ｅの他端部（図１２（ｂ）中の右端部）から一端部（図１２（ｂ）中の左端部）に設けられた第２開口部３２ｊへ導くように傾斜した第２傾斜面を形成するように配置されている。
【0158】
図１１に示すように、第１傾斜板３２ｆが形成する第１傾斜面は第２開口部３２ｊから落下した炭化物を下方へ導くように傾斜しており、第２傾斜板３２ｇが形成する第２傾斜面は第１開口部３２ｉから落下した炭化物を下方へ導くように傾斜している。このように、熱分解促進機構は、軸線Ｚに沿って交互に配置される第１傾斜板３２ｆと第２傾斜板３２ｇとを用いて炭化物をセンターパイプ３２ａの上端側から下端側まで段階的に導くことができる。
【0159】
第１傾斜面及び第２傾斜面の軸線Ｚに直交する平面に対する傾斜角度は、炭化物の性状に応じて任意に設定することができるが、炭化物を確実に傾斜面に沿って移動させるために炭化物の安息角以上の角度とするのが好ましい。一方、傾斜角度を大きくしすぎると炭化物の反応管３２内での滞留時間が短くなり、熱分解反応が十分に促進されない。そのため、第１傾斜面及び第２傾斜面の軸線Ｚに直交する平面に対する傾斜角度は、２０°以上かつ６０°以下の範囲で炭化物の安息角以上となるように定めるのが特に好ましい。
【0160】
反応管ヘッド３３は、反応管３２に取り付けられると共に反応管３２の内部へ炭化物と過熱蒸気とを供給して反応管３２の内部で水性ガスを生成させるものである。反応管ヘッド３３は、反応管３２と取り付けられる下端フランジ３３ａ（第４フランジ）と、炭化物供給路１０１に取り付けられる上端フランジ３３ｂと、蒸気過熱器８１から過熱蒸気が供給される流路（図示略）に取り付けられる側方フランジ３３ｃとを有する。
【0161】
反応管ヘッド３３の下端フランジ３３ａと反応管３２の上端フランジ３２ｂとは、軸線Ｚ回りの複数箇所でこれらの間に図示しないガスケット（第６シール部）を挟んだ状態で締結ボルト３３ｄによって締結されている。
【0162】
水性ガス出口ノズル３４は、反応管３２の下端部３２ｃに取り付けられる略筒状の部材である。水性ガス出口ノズル３４は、反応管３２の内部で炭化物の熱分解反応により生成された水性ガス、炭化物の未反応分、及び灰分等の残渣を、水性ガス供給路１０２を介して減温器４０へ導く。
【0163】
燃焼ガス供給部３５は、本体部３１の上方に設けられると共に燃焼ガス流路２００ａから導かれる燃焼ガスを燃焼ガス流路３０ａへ供給する開口部である。燃焼ガス排出部３６は、本体部３１の下方に設けられると共に燃焼ガス流路３０ａから燃焼ガス流路２００ｂへ燃焼ガスを排出する開口部である。燃焼ガス供給部３５から燃焼ガス流路３０ａへ供給される燃焼ガスは、センターパイプ３２ａの外周面３２ｄを加熱しながらセンターパイプ３２ａの上端側から下端側に向けて流通し、燃焼ガス排出部３６から排出される。
【0164】
グランドパッキン３７は、本体部３１の上板３１ｄから燃焼ガス流路３０ａ内の燃焼ガスが外部へ流出することを遮断する部材である。グランドパッキン３７は、本体部３１の上板３１ｄの下面と接するように設けられると共に反応管３２の外周面３２ｄと接触する内周面３７ｄを有する平面視円環状の部材である。
【0165】
グランドパッキン３７は、セラミックボード３７ａとセラミックボード３７ｂとセラミックファイバー３７ｃとを互いに密着させた状態で構成されている。比較的容易に変形可能な繊維状の素材であるセラミックファイバー３７ｃを用いることにより、断熱材３１ｂ及び耐熱材３１ｃと接触する部分におけるシール性を高めている。
【0166】
グランドパッキン３８は、本体部３１の底面３１ｅから燃焼ガス流路３０ａ内の燃焼ガスが外部へ流出することを、遮断する部材である。グランドパッキン３８は、本体部３１の底板３１ｅの上面と接するように設けられると共に反応管３２の外周面３２ｄと接触する内周面３８ｄを有する平面視円環状の部材である。
【0167】
グランドパッキン３８は、セラミックボード３８ａとセラミックボード３８ｂとセラミックファイバー３８ｃとを互いに密着させた状態で構成されている。比較的容易に変形可能な繊維状の素材であるセラミックファイバー３８ｃを用いることにより、断熱材３１ｂ及び耐熱材３１ｃと接触する部分におけるシール性を高めている。
【0168】
グランドパッキン３９は、図１２に示すように、反応管３２の下端部３２ｃと水性ガス出口ノズル３４との取付位置において、取付位置からの水性ガスの流出を遮断する部材である。グランドパッキン３９は、反応管３２の外周面３２ｄ及び水性ガス出ロノズル３４の外周面３４ａのそれぞれと接触する内周面３９ｄを有する平面視円環形状の部材となっている。
【0169】
図１３に示すように、グランドパッキン３９は、円環状のパッキン部材３９ａと、円環状のパッキン部材３９ｂと、パッキン押さえ部材３９ｃとを有する。パッキン押さえ部材３９ｃを底板３１ｅに締結ボルトで締結することにより、パッキン部材３９ａ及びパッキン部材３９ｂが軸線Ｚ方向に収縮すると共に軸線Ｚに直交する径方向に膨張する。グランドパッキン３９が径方向に膨張することにより、グランドパッキン３９の内周面３９ｄが反応管３２の外周面３２ｄ及び水性ガス出口ノズル３４の外周面３４ａのそれぞれと接触してシール領域を形成する。
【0170】
引き続き、図１４を用いて、本発明の水素ステーションシステムを構成する水素ガス生成システムの水性ガス生成装置Ａ−２に適した熱分解炉３０、減温器４０、サイクロン５０、蒸気発生器８０、蒸気過熱器８１、及び、その周辺機器の一実施形態について詳細に説明する。図１４に示すように、炭化物供給路１０１は、スクリューコンベア１０１ａと、クリンカ除去装置１０１ｂと、ベルトコンベア１０１ｃと、磁選機１０１ｄと、スクリューコンベア１０１ｅと、スクリューコンベア１０１ｆとを有する。
【0171】
スクリューコンベア１０１ａは、炭化炉２０から排出された炭化物を運搬する装置である。スクリューコンベア１０１ａは、直線状に延びる筒体の内部にスクリューを収容したものである。スクリューコンベア１０１ａは、モータの駆動力によってスクリューを筒体の内部で回転させることにより、炭化物を筒体の延びる方向に沿って運搬する。
【0172】
クリンカ除去装置１０１ｂは、スクリューコンベア１０１ａから排出される炭化物から一定以上の粒径のクリンカをネット等により除去する装置である。クリンカが除去された炭化物はベルトコンベア１０１ｃによって磁選機１０１ｄまで運搬される。磁選機１０１ｄは、炭化物に含まれる釘等の鉄製の屑を磁石により除去する装置である。鉄製の屑が除去された炭化物は、スクリューコンベア１０１ｅへ供給される。
【0173】
スクリューコンベア１０１ｅ及びスクリューコンベア１０１ｆは、それぞれ炭化物を運搬する装置である。スクリューコンベア１０１ｆは、炭化物を熱分解炉３０が有する窒素置換器３０ｂへ供給する。なお、スクリューコンベア１０１ｅ及びスクリューコンベア１０１ｆの構造は、スクリューコンベア１０１ａと同様であるので説明を省略する。
【0174】
スクリューコンベア１０１ｅとスクリューコンベア１０１ｆとで熱分解炉３０の上方まで炭化物を運搬しているのは、炭化物を熱分解炉３０の上方から供給し、炭化物の自重によって熱分解炉３０の反応管３２中に炭化物を通過させるためである。炭化物の自重によって熱分解炉３０の反応管３２を通過させることにより、反応管３２の上端から下端までの全領域を、熱分解反応を促進する領域として利用することができる。また、炭化物の自重によって反応管３２中に炭化物を通過させるため、炭化物を移動させるための特段の動力を必要としない。
【0175】
なお、スクリューコンベア１０１ｅとスクリューコンベア１０１ｆとの２段階で炭化物を運搬しているのは、各スクリューコンベアがスクリューを回転させるのに必要とする動力を少なくして駆動力の大きな高価なモータを必要としないようにするためである。
【0176】
窒素置換器３０ｂは、熱分解炉３０を構成する機器であり、炭化物と共にスクリューコンベア１０１ｆから供給される空気に含まれる酸素を不活性な窒素ガスと置換するための装置である。窒素置換器３０ｂは、スクリューコンベア１０１ｆと連結される上方と反応管ヘッド３３と連結される下方のそれぞれに配置され、制御装置９０によって開閉状態が制御される電動式の制御弁（例えば、ボール弁）を有する。
【0177】
制御装置９０は、上方の制御弁を開状態とし下方の制御弁を閉状態とすることで窒素置換器３０ｂの内部に炭化物を供給する。制御装置９０は、窒素置換器３０ｂの内部に供給される炭化物が一定量に達した場合、スクリューコンベア１０１ｆによる炭化物の運搬を停止させると共に、窒素置換器３０ｂの上方の制御弁を閉状態とする。
【0178】
窒素置換器３０ｂには、空気分離装置等の窒素ガスを生成する装置から窒素ガスが常時供給されるようになっている。そのため、窒素置換器３０ｂの上方及び下方の制御弁を閉状態として一定時間が経過すると、炭化物と共に窒素置換器３０ｂの内部に供給された空気が外部に排出されて内部が窒素ガスで置換された状態となる。
【0179】
制御装置９０は、窒素置換器３０ｂの内部が窒素ガスで置換された状態となった後に、窒素置換器３０ｂの下方の制御弁を開状態に切り替えて窒素置換器３０ｂから反応管ヘッド３３へ炭化物を供給する。制御装置９０は、窒素置換器３０ｂから反応管ヘッド３３へ炭化物を供給した後、窒素置換器３０ｂの下方の制御弁を閉状態とする。また、制御装置９０は、その後に窒素置換器３０ｂの上方の制御弁を開状態として窒素置換器３０ｂの内部に新たな炭化物を供給する。
【0180】
制御装置９０は、以上のように窒素置換器３０ｂの上方及び下方の制御弁の開閉を制御することにより、反応管ヘッド３３へ炭化物と共に供給される気体を窒素ガスとしている。この窒素ガスは、反応管３２で生成される水性ガスと反応しない不活性ガスである。そのため、炭化物と共に酸索を含む空気が反応管３２へ供給され、酸素と水性ガスとが反応して水性ガスの収率が低下してしまうことを抑制することができる。
【0181】
チャー回収装置４１は、窒素置換器４１ａとチャー回収部４１ｂとを有する。窒素置換器４１ａは、炭化物の未反応分と共に減温器４０から供給される水性ガスを不活性な窒素ガスと置換するための装置である。チャー回収部４１ｂは、炭化物の未反応分を回収して図示しない供給経路から窒素置換器３０ｂへ供給する装置である。窒素置換器４１ａは、減温器４０と連結される上方とチャー回収部４１ｂと連結される下方のそれぞれに配置され、制御装置９０によって開閉状態が制御される電動式の制御弁（例えば、ボール弁）を有する。
【0182】
制御装置９０は、上方の制御弁を開状態とし下方の制御弁を閉状態とすることで窒素置換器４１ａの内部に炭化物の未反応分を供給する。制御装置９０は、窒素置換器４１ａの内部に供給される炭化物の未反応分が一定量に達した場合、窒素置換器４１ａの上方の制御弁を閉状態とする。
【0183】
窒素置換器４１ａには、空気分離装置等の窒素ガスを生成する装置から窒素ガスが常時供給されるようになっている。そのため、窒素置換器４１ａの上方及び下方の制御弁を閉状態として一定時間が経過すると、炭化物の未反応分と共に窒素置換器４１ａの内部に供給された水性ガスが外部に排出されて内部が窒素ガスで置換された状態となる。なお、窒素置換器４１ａから排出される水性ガスは、フレアースタック（図省略）に供給され、燃焼処理されるようになっている。
【0184】
制御装置９０は、窒素置換器４１ａの内部が窒素ガスで置換された状態となった後に、窒素置換器４１ａの下方の制御弁を開状態に切り替えて窒素置換器４１ａからチャー回収部４１ｂへ炭化物の未反応分を供給する。制御装置９０は、窒素置換器４１ａからチャー回収部４１ｂへ炭化物の未反応分を供給した後、窒素置換器４１ａの下方の制御弁を閉状態とする。また、制御装置９０は、その後に窒素置換器４１ａの上方の制御弁を開状態として窒素置換器４１ａの内部に新たな炭化物の未反応分を供給する。
【0185】
制御装置９０は、以上のように窒素置換器４１ａの上方及び下方の制御弁の開閉を制御することにより、チャー回収部４１ｂへ炭化物の未反応分と共に供給される水性ガスがチャー回収部４１ｂへ供給されるのを防止している。
【0186】
残渣回収装置５１は、窒素置換器５１ａと残渣回収部５１ｂとを有する。窒素置換器５１ａは、残渣と共にサイクロン５０から供給される水性ガスを不活性な窒素ガスと置換するための装置である。残渣回収部５１ｂは、窒素置換器５１ａから排出される残渣を回収する装置である。
【0187】
窒素置換器５１ａは、サイクロン５０と連結される上方と残渣回収部５１ｂと連結される下方のそれぞれに配置され、制御装置９０によって開閉状態が制御される電動式の制御弁（例えば、ボール弁）を有する。窒素置換器５１ａには、空気分離装置等の窒素ガスを生成する装置から窒素ガスが常時供給されるようになっている。
【0188】
なお、制御装置９０は、窒素置換器４１ａの制御弁を制御するのと同様に窒素置換器５１ａの制御弁を制御し、水性ガスが残渣回収部５１ｂへ供給されるのを防止するものである。制御装置９０が窒素置換器５１ａの制御弁を制御する方法は、制御装置９０が窒素置換器４１ａの制御弁を制御する方法と同様であるので、説明を省略する。
【0189】
蒸気発生器８０は、蒸気発生部８０ａと蒸気循環タンク８０ｂとを有する。蒸気発生部８０ａは、燃焼ガスと熱交換する水を内部に流通させる伝熱管（図示略）と、伝熱管を覆うように形成される筒体に設けられると共に水を内部に流通させるジャケット（図示略）とを有する。伝熱管とジャケットには、それぞれ蒸気循環タンク８０ｂから水が供給されるようになっている。
【0190】
蒸気循環タンク８０ｂは、水供給装置８２から水が供給されると共に水を蒸気発生部８０ａの伝熱管及びジャケットに供給する。ジャケットで熱された温水と、伝熱管が燃焼ガスによって加熱されて生成した蒸気とは、それぞれ蒸気循環タンク８０ｂに回収される。蒸気循環タンク８０ｂは、蒸気発生部８０ａの伝熱管から供給された蒸気（飽和蒸気）を、蒸気過熱器８１へ供給する。
【0191】
最後に、図１５を用いて、本発明の水素ステーションシステムを構成する水素ガス生成システムの有機廃棄物供給装置Ａ−１に適した乾燥機及びその周辺機器について説明する。乾燥機１０は、ロータリキルンと呼ばれる方式の乾燥機であり、燃焼ガス導入部１０ｂと、回転体１０ｃと、排出部１０ｄとを有する。燃焼ガス導入部１０ｂは、燃焼ガス流路２００ｄから供給される燃焼ガスを乾燥機１０の内部へ導入すると共に導入した燃焼ガスを回転体１０ｃの内部へ導くものである。
【0192】
回転体１０ｃは、軸線Ｗに沿って延びる方向に形成される円筒状の部材であり駆動モータによって回転動力を与えられることにより軸線Ｗ回りに回転する。また、回転体１０ｃの内部には、原料供給路１１ａから有機廃棄物が供給される。回転体１０ｃの内部に供給された有機廃棄物は、燃焼ガス導入部１０ｂから導かれる燃焼ガスによって乾燥されながら排出部１０ｄに向けて導かれる。有機廃棄物は、回転体１０ｃの回転によって撹拌されながら燃焼ガスによって直接的に加熱され、回転体１０ｃの一端から他端まで燃焼ガスの流れによって搬送される。
【0193】
排出部１０ｄは、回転体１０ｃによって搬送されながら乾燥した有機廃棄物を回収して原料供給路１０ａへ供給する。原料供給路１０ａへ供給された有機廃棄物は、ホッパ１２を介して炭化炉２０へ供給される。また、排出部１０ｄは、燃焼ガス導入部１０ｂから回転体１０ｃの内部を通過して導かれた燃焼ガスを燃焼ガス流路２００ｅへ供給する。燃焼ガス流路２００ｅへ供給された燃焼ガスは、排ガス冷却洗浄装置１３へ供給される。
【0194】
以上、説明した本発明の一実施形態の水素ステーションシステムが奏する作用及び効果について、それぞれ説明する。
【0195】
本発明のオンライン型水素ステーションシステムは、水素ガス生成システムＡと、水素ガス供給システムＢとが、圧力制御装置Ｃと流量制御装置Ｄとを介して直結しており、水素ガス生成システムＡは、バイオマスである有機廃棄物を燃料として、その部分燃焼で生成した炭化物を過熱蒸気と共に熱分解することによって得られる水性ガスを精製して水素を製造するため、石油コンビナートから生成される燃料を用いる水素製造法を用いた水素ガス生成システムと異なり、住宅から離れた臨海部に設置される石油コンビナートに隣接する必要はなく、立地条件に制限がない。すなわち、燃料電池自動車に水素を供給する水素ガス供給システムに直結したオンサイト型ガスステーションを構築することができる。
【0196】
その上、蓄圧器Ｂ−２と有機廃棄物供給装置Ａ−１との間に備えられた圧力制御装置Ｃと流量制御装置Ｄが、水素供給量に応じた有機廃棄物の供給量を制御し、水素ガス生成システムの不要な稼働を抑制することができる。
【0197】
従って、水素ガスの輸送費が不要で、水素を製造する原料の貯蔵に特別な装置を設けることもなく、燃料電池車両への水素供給量に応じた水素製造設備の稼働率とすることができるため、水素ガスを大量に貯蔵する必要がなく、全体的にロスのない水素ステーションシステムを構築できる。
【0198】
また、生物資源に由来する有機廃棄物を直接燃焼して得られる熱及び炭化物を利用して水性ガスに変換し、水素を取り出すため、地球の物質循環システムを破壊することがなく、化石燃料やウラン等の枯渇性資源を用いないエネルギーによって水素を製造でき、廃棄物の再利用や減少に繋がる循環型社会構造の構築に大きく寄与することができるという効果がある。
【0199】
特に、本発明の水性ガス生成装置Ａ−２は、燃焼効率が高く、燃焼した炭化物の温度が適切に低下した炭化物を排出する、炭化効率の高い炭化炉２０と、加熱用ガスの外部流出が抑制され、熱分解反応が速やかに進行する熱分解炉３０とを用いているため、より純度が高い水性ガスをより効率的に生成することができ、水素の精製が容易で、効率的に水素が製造され、水素ステーションシステムに適した水素ガス生成システムを構築することができる。
【0200】
以下、この点について、詳細に説明する。
【0201】
第一に、上記炭化炉２０は、従来の問題点、すなわち、１）有機廃棄物の部分燃焼により生成する可燃性ガスに含まれる、冷却に伴って凝固して高い粘性を示す液体（「タール」ともいう）となる高分子炭化水素の問題、２）有機廃棄物の部分燃焼により生成する炭化物の冷却が不十分で、炭化物搬送機構の損傷や排出された炭化物と空気との接触による発火の問題、及び、３）有機廃棄物の部分燃焼により生成する炭化物の炭化効率の問題、を解決するものであり、良質な炭化物を安定して熱分解炉３０に供給することができる。
【0202】
そのため、上記炭化炉２０は、炭化炉制御部２９が、温度センサ２８ｂ及びレベルセンサ２８ｄが検出する炭化物の温度に応じて、ターンテーブル２４ａの回転速度を制御し、炭化物排出部２４が外部へ排出する炭化物の排出量を適正化することによって、炭化物が炭化物精錬・冷却領域Ｒ１で十分に冷却され、適切に冷却された状態で炭化物が間隙２０ａの下端より排出され、炭化物が空気に触れることで再度発火してしまうという問題を解消している。
【0203】
また、上記炭化炉２０は、１次燃焼ファン２５ａにより送風された空気を放熱フィン２５ｅによって加熱し、加熱された空気を空気供給口２５ｃから間隙２０ａへ供給するようにしたことにより、間隙２０ａへ供給される空気が放熱フィン２５ｅによって加熱されるため、間隙２０ａへ供給される空気を加熱しない場合に比べ、１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度が低下することを抑制することができ、有機廃棄物の燃焼用空気として外部の空気を供給しつつ有機廃葉物の炭化効率を向上させることが可能な構成となっている。
【0204】
第二に、上記熱分解炉は、従来の問題点、すなわち、外筒と内筒との間の空隙に供給される炭化炉で生成された燃焼ガス及び熱分解炉で生成する水性ガスの外部への流出の問題、並びに、水性ガスの収率の問題を解決したものであり、炭化炉２０から供給された良質の炭化物を、効率よく、水素ガス濃度の高い（高純度の）水性ガスを生成することができる。
【0205】
そのため、上記熱分解炉３０は、本体部３１の上板３１ｄの下方に上板３１ｄと接するように設けられるグランドパッキン３７を備えていること、並びに、本体部３１の底板３１ｅの上方に底板３１ｅと接するように設けられると共に反応管３２の外周面３２ｄと接触する内周面３８ｄを有するグランドパッキン３８を備えている。その結果、本体部３１との間に流通する燃焼ガスによって熱分解反応が内部で行われる反応管３２が熱膨張する場合に、本体部３１の上板３１ｄと反応管３２の外周面３２ｄとの隙間から燃焼ガスが外部へ流出すること、並びに、本体部３１の底板３１ｅと反応管３２の外周面３２ｄとの隙間から燃焼ガスが外部へ流出することが抑制される。その他、実施例に記載した様々なパッキンも併用して燃焼ガスの流出を防き、効率的に水性ガスを生成することができる。
【0206】
また、上記熱分解炉３０は、燃焼ガス流路３０ａへ燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給部３５を本体部３１の上方に設け、燃焼ガス流路３０ａから燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部３６を本体部３１の下方に設け、更に、熱分解炉３０を構成する反応管３２は、軸線Ｚに沿って延びる円筒状に形成されるセンターパイプ３２ａと、その内部に収容されると共に上端から供給される炭化物を上端から段階的に下端部３２ｃまで導くことで炭化物と過熱蒸気との熱分解反応を促進させる複数の第１傾斜板３２ｆと複数の第２傾斜板３２ｇと、これらを保持する複数本の保持棒３２ｈとからなる熱分解促進機構を有している。これにより、炭化物が反応管３２の内部に滞留する時間が長くなり、それに伴って熱分解反応が促進されて水性ガスの収率が向上するという効果を奏する。
【0207】
更に、上記熱分解炉３９の外部に、熱分解炉３０の水性ガス出口ノズル３４から排出される未反応の炭化物（チャー）を回収して熱分解炉３０の反応管ヘッド３３へ再び供給するチャー回収装置４１を備えており、チャー回収装置４１が回収した未反応の炭化物が再び熱分解されることによって、水性ガスの収率を更に向上させる構成としている。
【0208】
このように、本発明の水性ガス生成装置Ａ−２は、水性ガスを、効率よく、安定して、高純度で、水素精製装置Ａ−３に供給されるため、水素ガスが効率よく製造される。
【0209】
一方、本発明の水素ガス生成システムＡを構成する有機廃棄物供給装置Ａ−１及び水性ガス生成装置Ａ−２が、従来の水性ガス生成システムの問題点、すなわち、炭化物のガス化剤として用いる過熱蒸気を生成する熱源や有機廃棄物を乾燥させる熱源として専用の熱源を用いるため、システム全体の熱効率が低いという問題を解決したものである。その結果、水素ステーションシステムの生産性を高め、水素ガスの低コスト化を図ることができる。
【0210】
そのため、まず、水性ガス生成装置Ａ−２は、次のように構成されている。炭化炉２０は、有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成し、炭化物を熱分解炉３０の反応管ヘッド３３へ供給され、同じく反応管ヘッド３３に供給される過熱蒸気と共に反応管３２のセンターパイプ３２ａの上端側からセンターパイプ３２ａ内に供給される。一方、炭化炉２０から燃焼ガス流路２００ａへ排出された燃焼ガスは、高温を維持したまま熱分解炉３０の燃焼ガス供給口３５へ供給される。燃焼ガス供給口３５から燃焼ガス流路３０ａへ供給された燃焼ガスは、反応管３２のセンターパイプ３２ａの上端側を加熱しながら下方へ導かれセンターパイプ３２ａの下端側の燃焼ガス排出口３６から燃焼ガス流路２００ｂへ排出される。このように、反応管３２の内部は燃焼ガスによって高温状態が維持されるため、その内部で炭化物と過熱蒸気との熱分解反応が促進され、水性ガスの収率を向上させることができる。
【0211】
更に、熱分解炉３０における熱分解反応の促進に用いられた燃焼ガスが、その後に蒸気過熱器８１の熱源として用いられ、更にその後に蒸気発生器８０の熱源として用いられる。蒸気過熱器８１とは、蒸気発生器８０で発生した飽和水蒸気を等圧のまま加熱することで飽和温度以上の過熱蒸気を生成するものであり、蒸気発生器８０とは、液体である水を加熱して飽和水蒸気を生成するものである。そのため、蒸気過熱器８１は蒸気発生器８０よりも高温の熱源を必要とするので、燃焼ガスを蒸気過熱器８１の後に蒸気発生器８０へ供給することにより、液体である水から水蒸気を生成した上でそれを加熱して過熱蒸気を生成して熱分解炉３０へガス化剤として供給することができる。従って、蒸気過熱器９０で適切な温度まで上昇した過熱蒸気を生成することにより、熱分解炉３０内で過熱蒸気の温度が熱分解反応（吸熱反応）により低下しても水蒸気が熱分解炉３０内で凝縮しないようにすることができる効果があり、熱分解炉３０における熱分解反応の促進に用いられた燃焼ガスが、水から過熱蒸気を生成するための熱源としても利用されるため、過熱蒸気を生成する熱源として専用の熱源を用いる場合に比べ、水性ガス生成装置Ａ−２全体の熱効率を向上させることができる。
【0212】
次いで、有機廃棄物供給装置Ａ−１にも、蒸気発生器８０で水蒸気を発生させるための熱源として用いられた燃焼ガスは、その後に燃焼ガス流路２００ｄによって乾燥機１０に供給され、木質バイオマス等の有機廃棄物が含む水分を低下させるために利用されている。有機廃棄物を乾燥させる熱源として専用の熱源を用いる場合に比べ、水性ガス生成システム１００全体の熱効率を向上させることができる。
【0213】
より更に好ましいことに、炭化炉２０から排出された燃焼ガスは、熱分解炉３０、蒸気過熱器８１、蒸気発生器８１、及び、乾燥機１０の熱源として用いられた後、排ガス冷却洗浄装置１３へ供給される。排ガス冷却洗浄装置l３は、燃焼ガスを大気中に排出するために燃焼ガスの温度を低下させる必要があるが、排ガス冷却洗浄装置１３へ供給される燃焼ガスの温度は、有機廃棄物を乾燥させる熱源として利用され、十分に低下した状態となっているため、排ガス冷却洗浄装置１３を安価に製造することができる。
【0214】
このように、炭化物のガス化剤として用いる過熱蒸気を生成する専用の熱源を用いずに熱効率を向上させると共に熱分解炉３０における熱分解反応を促進させることができ、水性ガス生成システム１００を提供することができる。それと共に、燃焼ガスは、有機廃棄物を乾燥させる熱源として利用され、有機廃棄物供給装置Ａ−１及び水性ガス生成装置Ａ−２全体の熱効率を向上させることができる上、排ガス冷却洗浄装置１３を安価に製造することができる。
【0215】
以上、本発明の水素ガス生成システムＡは、燃焼効率が高く、燃焼した炭化物の温度が適切に低下した炭化物を排出する、炭化効率の高い炭化炉、加熱用ガスの外部流出が抑制され、熱分解反応が進行する熱分解炉、並びに、炭化炉で生成した燃焼ガスを有効に活用することができる燃焼ガス流路とを適用することによって、高純度の水性ガスを効率的に生成することができ、水素精製装置で水素ガスを効率的に分離することができるので、水素ステーションシステムに好ましい水素ガス生成システムを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【0216】
本発明のオンライン型水素ステーションシステムは、ガソリン車・ディーゼル車に燃料を補給するガソリンスタンドと同様に設置することができ、燃料電池自動車への燃料補給所として利用できるだけでなく、燃料電池の搭載が、鉄道車両、ジェット機、船舶、及び、産業用車両等に拡がった際の燃料補給（水素供給）システムとしても利用できる。更に、産業・商業施設や発電事業用施設にも燃料電池を用いた水素発電システムが利用される場合の水素供給システムとして利用することができる。
【符号の説明】
【0217】
Ａ 水素ガス生成システムＡ−１ 木屑等を含む有機廃棄物供給装置
Ａ−２ 水素ガス生成装置
Ａ−３ 水素精製装置
Ｂ 水素ガス供給システム
Ｂ−１ 圧縮機
Ｂ−２ 蓄圧器
Ｂ−３ ディスペンサー
Ｂ−４ 充填装置
Ｃ 圧力制御装置
Ｄ 流量制御装置
１０ 乾燥機
２０ 炭化炉
２０ａ 間隙
２１ 本体部
２２ 円筒部（筒部）
２３ 有機廃棄物投入部（投入部）
２４ 炭化物排出部
２４ａ ターンテーブル（回転体）
２４ｂ 駆動部
２４ｃ 炭化物排出口（排出口）
２４ｄ クリンカクラッシャ
２５ １次空気供給部（第１空気供給部）
２５ａ １次燃焼ファン（送風部）
２５ｂ カバー部
２５ｃ 空気供給口
２５ｄ 閉空間
２５ｅ 放熱フィン（加熱部）
２６ ２次空気供給部（第２空気供給部）
２６ａ ２次燃焼ファン
２６ｂ カバー部
２６ｃ 空気供給口
２６ｄ 閉空間
２７ 燃焼ガス排出部
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 温度センサ（温度検出部）
２８ｄ レベルセンサ（堆積量検出部）
２９ 炭化炉制御部（制御部）
３０ 熱分解炉
３０ａ 燃焼ガス流路（加熱用ガス流路）
３１ 本体部
３２ 反応管
３２ａ センターバイプ（筒状部材）
３２ｂ 上端フランジ（第３フランジ部）
３２ｃ 下端部
３２ｆ 第１傾斜板
３２ｇ 第２傾斜板
３２ｈ 保持棒（保持部）
３３ 反応管ヘッド（供給部）
３３ａ 下端フランジ（第４フランジ部）
３３ｄ 締結ボルト（締結部材）
３４ 水性ガス出口ノズル（水性ガス出口部）
３５ 燃焼ガス供給部（加熱用ガス供給部）
３６ 燃焼ガス排出部（加熱用ガス排出部）
４０ 減温器
４１ チャー回収装置
６０ 水性ガス冷却装置
７０ 水性ガスホルダ
８０ 蒸気発生器
８１ 蒸気過熱器
８２ 水供給装置
９０ 制御装置
１００ 水性ガス生成システム
１０２，１０３，１０４ 水性ガス供給路
２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，２００ｅ 燃焼ガス流路
Ｒ１ 炭化物精錬・冷却領域
Ｒ２ １次燃焼領域
Ｒ３ 原料投入領域
Ｒ４ ２次燃焼領域
Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ 軸線