(57)【要約】【課題】一部の燃料消費設備が故障した場合であっても、システム全体を停止させる必要のない炭素循環システムを提供する。【解決手段】炭素循環システム１は、二酸化炭素貯蔵設備２９と、水素貯蔵設備３９と、炭化水素系燃料を合成する燃料合成設備４５と、燃料合成設備に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給設備２０と、燃料合成設備に水素を供給する水素供給設備３０とを備えている。炭素循環システムは、燃料を消費する第１燃料消費設備５５ａと、燃料を第１燃料消費設備に供給する第１燃料供給設備５０ａと、第１燃料消費設備から排出された二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収設備６０とを備えている。炭素循環システムは、第１燃料消費設備とは独立して設けられ、燃料を消費する第２燃料消費設備５５ｂと、第１燃料供給設備とは独立して設けられ、燃料を第２燃料消費設備に供給する第２燃料供給設備５０ｂとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を蓄える二酸化炭素貯蔵設備（２９）と、
水素を蓄える水素貯蔵設備（３９）と、
二酸化炭素と水素とを用いて炭化水素系燃料を合成する燃料合成設備（４５）と、
前記燃料合成設備に前記二酸化炭素貯蔵設備に蓄えられている二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給設備（２０）と、
前記燃料合成設備に前記水素貯蔵設備に蓄えられている水素を供給する水素供給設備（３０）と、
前記炭化水素系燃料を消費する第１燃料消費設備（５５ａ）と、
前記炭化水素系燃料を前記第１燃料消費設備に供給する第１燃料供給設備（５０ａ）と、
前記第１燃料消費設備から排出された二酸化炭素を前記二酸化炭素貯蔵設備に回収する二酸化炭素回収設備（６０、３６０）と、
前記第１燃料消費設備とは独立して設けられ、前記炭化水素系燃料を消費する第２燃料消費設備（５５ｂ）と、
前記第１燃料供給設備とは独立して設けられ、前記炭化水素系燃料を前記第２燃料消費設備に供給する第２燃料供給設備（５０ｂ）とを備えている炭素循環システム。
【請求項２】
前記二酸化炭素回収設備を第１二酸化炭素回収設備（６０、３６０）とし、
前記第１二酸化炭素回収設備とは別に、前記第２燃料消費設備から排出された二酸化炭素を前記二酸化炭素貯蔵設備に回収する第２二酸化炭素回収設備（２６０、４６０）を備えている請求項１に記載の炭素循環システム。
【請求項３】
前記第１燃料消費設備は、電力を取り出す発電設備であり、
前記第２燃料消費設備は、熱エネルギーを取り出す発熱設備である請求項１または請求項２に記載の炭素循環システム。
【請求項４】
前記発電設備は、燃料電池（５５ａ）である請求項３に記載の炭素循環システム。
【請求項５】
前記発熱設備は、前記炭化水素系燃料を燃焼させて熱エネルギーを取り出す燃焼器（５５ｂ）である請求項３または請求項４に記載の炭素循環システム。
【請求項６】
前記二酸化炭素回収設備は、物理吸着法を用いて二酸化炭素を回収する請求項１から請求項５のいずれかに記載の炭素循環システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、炭素循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、二酸化炭素を環境に排出することなく消費することができるトータルチェーンシステムを開示している。また、トータルチェーンシステムにおいては、燃料消費施設として機能するガスタービンを用いて燃料を消費して発電を行っている。従来技術として挙げられた先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−８４４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の構成では、燃料消費設備が故障すると、合成された燃料を適切に消費することができない。このため、燃料の合成を停止する必要があり、燃料合成設備や燃料輸送設備などの故障している燃料消費設備以外の設備を含むシステム全体を停止する必要があった。したがって、炭素循環システムの稼働時間を長く確保することが困難であった。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、炭素循環システムにはさらなる改良が求められている。
【０００５】
開示される１つの目的は、一部の燃料消費設備が故障した場合であっても、システム全体を停止させる必要のない炭素循環システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示された炭素循環システムは、二酸化炭素を蓄える二酸化炭素貯蔵設備（２９）と、水素を蓄える水素貯蔵設備（３９）と、二酸化炭素と水素とを用いて炭化水素系燃料を合成する燃料合成設備（４５）と、燃料合成設備に二酸化炭素貯蔵設備に蓄えられている二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給設備（２０）と、燃料合成設備に水素貯蔵設備に蓄えられている水素を供給する水素供給設備（３０）と、炭化水素系燃料を消費する第１燃料消費設備（５５ａ）と、炭化水素系燃料を第１燃料消費設備に供給する第１燃料供給設備（５０ａ）と、第１燃料消費設備から排出された二酸化炭素を二酸化炭素貯蔵設備に回収する二酸化炭素回収設備（６０、３６０）と、第１燃料消費設備とは独立して設けられ、炭化水素系燃料を消費する第２燃料消費設備（５５ｂ）と、第１燃料供給設備とは独立して設けられ、炭化水素系燃料を第２燃料消費設備に供給する第２燃料供給設備（５０ｂ）とを備えている。
【０００７】
開示された炭素循環システムによると、第１燃料消費設備とは独立して設けられ、炭化水素系燃料を消費する第２燃料消費設備と、第１燃料供給設備とは独立して設けられ、炭化水素系燃料を第２燃料消費設備に供給する第２燃料供給設備とを備えている。このため、第１燃料消費設備が故障した場合であっても、第２燃料消費設備に燃料を供給して燃料を消費することができる。したがって、システム内部で燃料を継続して消費でき、合成された燃料を貯蔵できなくなるといった事態を抑制しやすい。よって、一部の燃料消費設備が故障した場合であっても、システム全体を停止させる必要のない炭素循環システムを提供できる。
【０００８】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】炭素循環システムの構成を示す構成図である。
【図２】第２実施形態における炭素循環システムの構成を示す構成図である。
【図３】第３実施形態における炭素循環システムの構成を示す構成図である。
【図４】第４実施形態における炭素循環システムの構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
【００１１】
第１実施形態
炭素循環システム１は、炭素を含む燃料である炭化水素系燃料の合成と消費と回収とを順番に行うことで炭素を循環させて活用するシステムである。炭素循環システム１において、炭化水素系燃料を消費することによって、発電や発熱を行うことができる。炭素循環システム１で合成する燃料としては、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどを用いることができる。既存のインフラを活用する場合には、天然ガスの主成分であるメタンを燃料として用いることが特に好ましい。以下では、メタンを燃料として用いる場合を例に炭素循環システム１の構成および動作について説明を行う。
【００１２】
図１において、炭素循環システム１は、二酸化炭素タンク２９と水素タンク３９とメタン化反応器４５とメタンタンク４９と燃料電池５５ａと燃焼器５５ｂとを備えている。
【００１３】
二酸化炭素タンク２９は、二酸化炭素を貯蔵するための設備である。二酸化炭素タンク２９には、炭素循環システム１で消費された二酸化炭素の少なくとも一部が回収されて貯蔵されることとなる。二酸化炭素の回収については、後に詳述する。二酸化炭素タンク２９は、二酸化炭素貯蔵設備の一例を提供する。水素タンク３９は、水素を貯蔵するための設備である。水素タンク３９は、水素貯蔵設備の一例を提供する。
【００１４】
炭素循環システム１は、ソーラーパネル３３と蓄電池３４と水電解装置３５とを備えている。ソーラーパネル３３は、太陽光エネルギーを電力に変換する装置である。ソーラーパネル３３に代えて、風力発電機などの発電機を備えてもよい。蓄電池３４は、ソーラーパネル３３で発電した電力や発電所で発電された電力である系統電力を受け取り、電力を蓄える装置である。水電解装置３５は、水を電気分解して水素と酸素を生成する装置である。水電解装置３５は、ソーラーパネル３３や蓄電池３４から電力供給を受けて水を電気分解する。水電解装置３５で生成された水素は、水素タンク３９に貯蔵される。
【００１５】
メタン化反応器４５は、水素と二酸化炭素とを反応させてメタンを合成する装置である。メタン化反応器４５において合成されたメタンは、気体の状態である。メタン化反応器４５は、燃料合成設備の一例を提供している。
【００１６】
炭素循環システム１は、凝縮器４６を備えている。凝縮器４６は、メタン化反応器４５で合成したメタンに含まれる水分を取り除くための設備である。
【００１７】
燃料電池５５ａと燃焼器５５ｂとは、メタンを燃料として消費することで、電力や熱を取り出す装置である。燃焼器５５ｂは、メタンを燃焼させて熱を得るための設備である。燃焼器５５ｂは、例えば金属材料を溶かすための溶解炉や水を加熱するための給湯器として用いることができる。燃焼器５５ｂは、メタンを燃焼させることで二酸化炭素と水を排出する。燃焼器５５ｂは、第２燃料消費設備の一例を提供する。
【００１８】
燃料電池５５ａは、メタンから水素を取り出す水素生成機能と、水素と酸素を反応させて電力を取り出す発電機能とを備えている。燃料電池５５ａにおける水素生成は、メタンと水蒸気とを反応させて水素と一酸化炭素を得る水蒸気改質法と呼ばれる方法などにより実施可能である。燃料電池５５ａは、水蒸気改質法を用いてメタンを分解して水素を取り出すための改質器を備えている。改質器を備えている燃料電池５５ａは、炭化水素系燃料を分解する設備として機能する。水蒸気改質法により得られた一酸化炭素は、酸素と反応させて二酸化炭素とする。以上により、メタンから水素と二酸化炭素が得られることとなる。
【００１９】
燃料電池５５ａにおいて、水素と酸素とを反応させることで水と電気を得る。以上により、燃料電池５５ａでは、メタンと水と酸素を用いて、電気と水と二酸化炭素が得られることとなる。燃料電池５５ａは、第１燃料消費設備の一例を提供する。燃料電池５５ａは、発電設備の一例を提供する。ただし、発電設備は燃料電池５５ａに限られない。例えば、メタンを燃焼させて発電を行う火力発電所を発電設備としてもよい。
【００２０】
燃料電池５５ａと燃焼器５５ｂとは互いに独立している。すなわち、燃料電池５５ａの駆動に燃焼器５５ｂは寄与しておらず、燃焼器５５ｂの駆動に燃料電池５５ａは寄与していない。言い換えると、燃焼器５５ｂは、燃料電池５５ａから電力供給を受けてメタンを燃焼させる装置ではない。このため、燃料電池５５ａが故障した場合であっても、燃焼器５５ｂを駆動することができる。また、燃焼器５５ｂが故障した場合であっても、燃料電池５５ａを駆動することができる。
【００２１】
炭素循環システム１は、建屋照明１５５を備えている。建屋照明１５５は、燃料電池５５ａで得られた電力を用いて、建物の照明を行う装置である。建屋照明１５５に代えて、空調装置を備えてもよい。これによると、燃料電池５５ａで得られた電力を用いて、建物の空調を行うことができる。言い換えると、建屋照明１５５は、燃料電池５５ａで得られた電力を用いる様々な設備に置き換え可能である。また、建屋照明１５５に加えて空調装置を備えるなど、電力を必要とする複数の設備に対して燃料電池５５ａで得られた電力を供給するようにしてもよい。
【００２２】
炭素循環システム１は、脱水器５６ａと二酸化炭素分離器５７ａとを備えている。脱水器５６ａは、燃料電池５５ａから排出された水と二酸化炭素を含んだ排出ガスから水を取り除くための装置である。脱水器５６ａによって水分が除去されることで、排出ガスが除湿されて乾いた排出ガスとなる。
【００２３】
二酸化炭素分離器５７ａは、二酸化炭素を含んだ排出ガスから二酸化炭素を分離するための装置である。二酸化炭素分離器５７ａは、物理吸着法を用いて二酸化炭素を分離する装置である。物理吸着法は、ゼオライトやシリカゲルなどの吸着剤を用いて二酸化炭素を吸着する方法である。二酸化炭素を吸着した状態の吸着剤を加熱あるいは除圧することで、吸着剤から二酸化炭素を脱離させて二酸化炭素を分離して回収することができる。ゼオライトなどを用いた物理吸着を行う際に、二酸化炭素を含んだ排出ガスに水が含まれていると二酸化炭素だけでなく水も吸着されてしまう。このため、ゼオライトなどを用いた物理吸着を行う前に二酸化炭素を含んだ排出ガスを除湿しておくことは、非常に重要である。
【００２４】
二酸化炭素を含んだ排出ガスから二酸化炭素を分離して回収する方法には、物理吸着法以外にも複数の種類が存在する。例えば、化学吸着法や膜分離法も採用可能である。化学吸着法は、二酸化炭素と化学反応を起こして結合するアミンなどの媒体を用いて二酸化炭素を吸着する方法である。二酸化炭素を吸着した状態の媒体を加熱することで、媒体から二酸化炭素を脱離させて二酸化炭素を分離して回収することができる。ただし、アミンを媒体として用いる化学吸着法は、ゼオライトを吸着剤として用いる物理吸着法に比べて、二酸化炭素を強く吸着している。このため、二酸化炭素とアミンとの吸着状態を解除する脱離を行う際に、より高温に加熱する必要があり、二酸化炭素の脱離のために消費するエネルギーが大きくなりやすい。
【００２５】
膜分離法は、二酸化炭素が透過可能で二酸化炭素以外は透過できない性質を有する分離膜を用いて、二酸化炭素を含んだ排出ガスから二酸化炭素を分離する方法である。ここで、分離膜は、二酸化炭素の分子サイズの大きさから二酸化炭素のみの透過を許容する膜や、分離膜をなす膜材料への親和性の違いから二酸化炭素のみの透過を許容する膜などを用いることができる。ただし、二酸化炭素以外の気体を透過させることで二酸化炭素とその他の気体とを分離するような分離膜を用いてもよい。膜分離法は、物理吸着法や化学吸着法などの二酸化炭素を吸着する方法とは異なり、二酸化炭素を脱離させる必要がないため、二酸化炭素の分離において消費するエネルギーを少なくしやすい。ただし、二酸化炭素のみを分離膜に透過させるために高精度な圧力管理が必要となる。
【００２６】
炭素循環システム１は、工場５５ｃと二酸化炭素分離器５７ｃとを備えている。工場５５ｃは、二酸化炭素を含む排気を出す設備である。工場５５ｃは、メタンタンク４９に貯蔵されているメタンをエネルギー源として用いることなく稼働する設備である。二酸化炭素分離器５７ｃは、二酸化炭素分離器５７ａと同様に、吸着剤を用いて二酸化炭素の物理吸着を行う装置である。
【００２７】
炭素循環システム１における炭素の循環について以下に説明する。二酸化炭素タンク２９とメタン化反応器４５とは、二酸化炭素供給設備２０で接続されている。二酸化炭素供給設備２０は、二酸化炭素の流路を提供する配管部材である。ただし、二酸化炭素供給設備２０を配管部材ではなく、二酸化炭素を内部に充填したボンベを用いて二酸化炭素を供給するように構成してもよい。水素タンク３９とメタン化反応器４５とは、水素供給設備３０で接続されている。水素供給設備３０は、水素の流路を提供する配管部材である。ただし、水素供給設備３０を配管部材ではなく、水素を内部に充填したボンベを用いて水素を供給するように構成してもよい。
【００２８】
メタン化反応器４５において、二酸化炭素供給設備２０から供給された二酸化炭素と水素供給設備３０から供給された水素とを用いてメタンを合成する。メタンの合成反応においては、気体のメタンの他に水も合成される。水は、炭素循環システム１の外部へと排出する。
【００２９】
メタン化反応器４５で合成したメタンは、メタンタンク４９で貯蔵される。メタンタンク４９と燃料電池５５ａとは、第１燃料供給設備５０ａで接続されている。第１燃料供給設備５０ａは、メタンの流路を提供する配管部材である。ただし、第１燃料供給設備５０ａを配管部材ではなく、メタン化反応器４５で合成したメタンを内部に充填したボンベを用いてメタンを供給するように構成してもよい。メタンタンク４９と燃焼器５５ｂとは、第２燃料供給設備５０ｂで接続されている。第２燃料供給設備５０ｂは、メタンの流路を提供する配管部材である。ただし、第２燃料供給設備５０ｂを配管部材ではなく、メタン化反応器４５で合成したメタンを内部に充填したボンベを用いてメタンを供給するように構成してもよい。メタンタンク４９に貯蔵されているメタンは、必要に応じて燃料電池５５ａや燃焼器５５ｂに供給されることとなる。
【００３０】
燃料電池５５ａと二酸化炭素タンク２９とは、第１二酸化炭素回収設備６０で接続されている。第１二酸化炭素回収設備６０を通過して二酸化炭素タンク２９に流れ込むこととなる。第１二酸化炭素回収設備６０は、上述した脱水器５６ａと二酸化炭素分離器５７ａとを備えている。第１二酸化炭素回収設備６０は、複数の二酸化炭素の流路を合流させる三方弁５８を備えている。三方弁５８は、二酸化炭素分離器５７ａよりも下流に設けられている。燃料電池５５ａから排出された二酸化炭素と水を含む排出ガスは、脱水器５６ａによって水が除去される。その後、二酸化炭素分離器５７ａで二酸化炭素が分離され、二酸化炭素のみが二酸化炭素タンク２９に流入することとなる。窒素や酸素などの二酸化炭素以外の気体は、空気中に排出される。
【００３１】
第１二酸化炭素回収設備６０は、燃料電池出口流路６１と、脱水器出口流路６２と、二酸化炭素分離器出口流路６３と、三方弁出口流路６４とを備えている。燃料電池出口流路６１は、燃料電池５５ａと脱水器５６ａとを接続している。燃料電池出口流路６１は、水と二酸化炭素を含んだ排出ガスが流れる流路である。脱水器出口流路６２は、脱水器５６ａと二酸化炭素分離器５７ａとを接続している。脱水器出口流路６２は、二酸化炭素を含んだ排出ガスが流れる流路である。二酸化炭素分離器出口流路６３は、二酸化炭素分離器５７ａと三方弁５８とを接続している。二酸化炭素分離器出口流路６３は、二酸化炭素のみが流れる流路である。三方弁出口流路６４は、三方弁５８と二酸化炭素タンク２９とを接続している。三方弁出口流路６４は、二酸化炭素のみが流れる流路である。第１二酸化炭素回収設備６０は、二酸化炭素回収設備の一例を提供する。
【００３２】
工場５５ｃから出た二酸化炭素を含む排気は、二酸化炭素分離器５７ｃで二酸化炭素が分離される。二酸化炭素分離器５７ｃで分離された二酸化炭素は、三方弁５８に流入して、三方弁出口流路６４を流れて二酸化炭素タンク２９に貯蔵される。すなわち、燃料電池５５ａから排出された二酸化炭素と工場５５ｃから排出された二酸化炭素が合流した状態で二酸化炭素タンク２９に貯蔵されることとなる。
【００３３】
二酸化炭素タンク２９は、燃料電池５５ａで排出された二酸化炭素や工場５５ｃで排出された二酸化炭素を貯蔵している。この二酸化炭素が、メタン化反応器４５に供給されて再びメタンとなる。すなわち、炭素が二酸化炭素の状態とメタンの状態とに変化しながら一連のサイクルを循環することとなる。ただし、燃焼器５５ｂから排出される二酸化炭素は、回収の対象としていない。したがって、炭素循環システム１は、排出される全ての炭素を循環して外部に炭素を一切排出しないシステムではなく、少なくとも一部の炭素を循環して活用するシステムである。また、燃料電池５５ａで排出される二酸化炭素だけでなく、工場５５ｃから排出される二酸化炭素を用いてメタンを合成している。したがって、炭素循環システム１は、メタンの合成に用いる全ての炭素を炭素循環システム１で循環してまかなうシステムではなく、少なくとも一部の炭素を循環して活用するシステムである。
【００３４】
二酸化炭素の回収が行われる燃料電池５５ａは、二酸化炭素の回収が行われない燃焼器５５ｂよりも多くの二酸化炭素を排出する。ここで、二酸化炭素の排出量とは、燃料電池５５ａなどの燃料消費設備において、燃料消費設備が稼働していない時間も含めた１日あたりに排出した二酸化炭素の量である。これによると、炭素循環システム１において、多くの二酸化炭素を回収して、メタンの合成に再利用できる。したがって、炭素循環システム１の外部に排出される炭素の量を少なくできる。
【００３５】
燃料消費設備における二酸化炭素の排出量の大小関係は、上述の関係に限られない。燃料電池５５ａでの二酸化炭素の排出量を燃焼器５５ｂでの二酸化炭素の排出量よりも少なくしてもよい。あるいは、燃料電池５５ａでの二酸化炭素の排出量と燃焼器５５ｂでの二酸化炭素の排出量とを略等しい量としてもよい。
【００３６】
上述した実施形態によると、炭素循環システム１は、燃料電池５５ａと、第１燃料供給設備５０ａと、燃料電池５５ａから排出された二酸化炭素を回収する第１二酸化炭素回収設備６０とを備えている。さらに、燃料電池５５ａとは独立した燃焼器５５ｂと、第１燃料供給設備５０ａとは独立した第２燃料供給設備５０ｂとを備えている。このため、燃料電池５５ａを用いてメタンを消費して炭素が循環する炭素循環システム１において、燃料電池５５ａ以外に燃料電池５５ａとは独立した燃焼器５５ｂでも燃料であるメタンを消費可能である。したがって、燃料電池５５ａが故障するなどして停止した場合であっても、燃焼器５５ｂでメタンを消費することができる。よって、故障していない燃焼器５５ｂを含む炭素循環システム１全体を停止させるのではなく、炭素循環システム１の一部の運転を継続することができる。以上により、一部の燃料消費設備が故障した場合であっても、システム全体を停止させる必要のない炭素循環システム１を提供できる。
【００３７】
炭素循環システム１は、発電設備である燃料電池５５ａと発熱設備である燃焼器５５ｂとを備えている。このため、炭素循環システム１で合成したメタンを消費して、様々な用途に燃料を活用することができる。
【００３８】
炭素循環システム１は、燃料電池５５ａでメタンを消費し、燃料電池５５ａから排出される炭素を回収して炭素を循環している。このため、炭素循環システム１を用いて発電を行うことができる。
【００３９】
炭素循環システム１は、燃料であるメタンを燃焼させて熱エネルギーを取り出す燃焼器５５ｂを備えている。このため、炭素循環システム１を用いて発熱を行うことができる。特に、水素ではなく炭化水素系燃料であるメタンを燃焼させているため、天然ガスを燃焼させるような一般的な燃焼器５５ｂを利用して熱を得ることができる。
【００４０】
二酸化炭素分離器５７ａは、物理吸着法を用いて二酸化炭素を分離して回収している。このため、化学吸着法に比べて、二酸化炭素の脱離に必要なエネルギーを少なくしやすい。また、膜分離法とは異なり、高精度な圧力管理が不要であるため、二酸化炭素を分離して回収しやすい。
【００４１】
第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、燃焼器５５ｂから排出された二酸化炭素を回収するための第２二酸化炭素回収設備２６０を備えている。
【００４２】
図２において、燃焼器５５ｂと二酸化炭素タンク２９とは、第２二酸化炭素回収設備２６０で接続されている。第２二酸化炭素回収設備２６０は、燃焼器出口流路２６１と、二酸化炭素分離器出口流路２６３と、三方弁出口流路６４とを備えている。燃焼器出口流路２６１は、燃焼器５５ｂと二酸化炭素分離器５７ｃとを接続している。燃焼器出口流路２６１は、二酸化炭素を多く含む排気が流れる流路である。二酸化炭素分離器出口流路２６３は、二酸化炭素分離器５７ｃと三方弁５８とを接続している。二酸化炭素分離器出口流路２６３は、二酸化炭素のみが流れる流路である。三方弁５８と三方弁出口流路６４とは、第１二酸化炭素回収設備６０と共用の部品である。
【００４３】
燃焼器５５ｂから排出された二酸化炭素は、第２二酸化炭素回収設備２６０を通過して二酸化炭素タンク２９に流れ込むこととなる。第２二酸化炭素回収設備２６０は、二酸化炭素分離器５７ｃと三方弁５８とを備えている。燃焼器５５ｂから排出された二酸化炭素を含む排気は、工場５５ｃから排出された排気とともに二酸化炭素分離器５７ｃで二酸化炭素が分離される。その後、分離された二酸化炭素のみが三方弁５８に流れ込む。三方弁５８では、燃料電池５５ａから排出された二酸化炭素と、燃焼器５５ｂおよび工場５５ｃから排出された二酸化炭素とが合流する。三方弁５８で合流した二酸化炭素は、二酸化炭素タンク２９に流入して貯蔵される。
【００４４】
上述した実施形態によると、燃焼器５５ｂから排出された二酸化炭素を分離して回収できる。このため、燃料電池５５ａと燃焼器５５ｂとの燃料消費設備でメタンを消費したことによって排出される二酸化炭素を、全て回収してメタンの合成に再利用することができる。したがって、二酸化炭素を炭素循環システム１の外部に排出することがない。よって、発熱や発電などの目的で燃料を消費した場合であっても、環境負荷を低減しやすい。
【００４５】
第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、燃料電池５５ａから排出された二酸化炭素を含む排出ガスと、工場５５ｃから排出された二酸化炭素を含む排気とを三方弁３５８で合流させた後に、二酸化炭素分離器３５７で二酸化炭素を分離して回収する。
【００４６】
図３において、第１二酸化炭素回収設備３６０は、脱水器５６ａから排出された二酸化炭素を含む排出ガスと、工場５５ｃから排出された二酸化炭素を含む排気とを合流させる三方弁３５８を備えている。第１二酸化炭素回収設備３６０は、三方弁３５８で合流された二酸化炭素を含む排出ガスと排気から二酸化炭素を分離して回収する二酸化炭素分離器３５７を備えている。
【００４７】
第１二酸化炭素回収設備３６０は、燃料電池出口流路６１と脱水器出口流路３６２と三方弁出口流路３６４と二酸化炭素分離器出口流路３６３とを備えている。脱水器出口流路３６２は、脱水器５６ａと三方弁３５８とを接続している。脱水器出口流路３６２は、二酸化炭素を含む排出ガスが流れる流路である。三方弁出口流路３６４は、三方弁３５８と二酸化炭素分離器３５７とを接続している。三方弁出口流路３６４は、二酸化炭素を含む排出ガスと排気とが流れる流路である。二酸化炭素分離器出口流路３６３は、二酸化炭素分離器３５７と二酸化炭素タンク２９とを接続している。二酸化炭素分離器出口流路３６３は、二酸化炭素のみが流れる流路である。第１二酸化炭素回収設備３６０は、二酸化炭素回収設備の一例を提供する。
【００４８】
燃料電池５５ａから排出された水と二酸化炭素を含む排出ガスは、脱水器５６ａで水が除去された後、三方弁３５８に流入する。三方弁３５８においては、燃料電池５５ａから排出された二酸化炭素を含む排出ガスと、工場５５ｃから排出された二酸化炭素を含む排気とが合流する。三方弁３５８を流出した二酸化炭素を含む排出ガスと排気は、二酸化炭素分離器３５７において二酸化炭素が分離される。二酸化炭素分離器３５７で分離された二酸化炭素は、二酸化炭素タンク２９に流入して貯蔵される。
【００４９】
上述した実施形態によると、炭素循環システム１は、燃料電池５５ａから排出された二酸化炭素と工場５５ｃから排出された二酸化炭素とを三方弁３５８で合流させてから二酸化炭素分離器３５７で二酸化炭素を分離している。このため、二酸化炭素を排出する設備ごとに二酸化炭素を分離する装置を設ける必要がない。したがって、炭素循環システム１において、燃料電池５５ａなどの燃料消費設備よりも少ない数の二酸化炭素分離器３５７で二酸化炭素の分離を行うことができる。
【００５０】
第４実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、燃焼器５５ｂで排出した排気を工場５５ｃを経由して三方弁３５８に流入させている。
【００５１】
図４において、第２二酸化炭素回収設備４６０は、燃焼器出口流路４６１ａと工場出口流路４６１ｂと三方弁３５８と三方弁出口流路３６４と二酸化炭素分離器３５７と二酸化炭素分離器出口流路３６３とを備えている。燃焼器出口流路４６１ａは、燃焼器５５ｂと工場５５ｃとを接続している。燃焼器出口流路４６１ａは、二酸化炭素を多く含む排気が流れる流路である。工場出口流路４６１ｂは、工場５５ｃと三方弁３５８とを接続している。工場出口流路４６１ｂは、燃焼器５５ｂから排出された二酸化炭素を含む排気と、工場５５ｃから排出された二酸化炭素を含む排気とが流れる流路である。
【００５２】
第２二酸化炭素回収設備４６０では、燃料電池５５ａから排出された二酸化炭素を含む排出ガスと燃焼器５５ｂの排気と工場５５ｃの排気とを三方弁３５８で合流させている。その後、二酸化炭素分離器３５７で二酸化炭素を分離して、分離された二酸化炭素を二酸化炭素タンク２９で貯蔵している。
【００５３】
上述した実施形態によると、炭素循環システム１は、燃焼器５５ｂで排出した排気を工場５５ｃを経由して三方弁３５８に流入させている。このため、燃焼器５５ｂから排出される二酸化炭素を回収するための第２二酸化炭素回収設備４６０を用いて、工場５５ｃから排出される二酸化炭素を回収することができる。したがって、第２二酸化炭素回収設備４６０とは別に、工場５５ｃから排出される二酸化炭素を二酸化炭素タンク２９に導くための流路を設ける場合に比べて、設備を簡素化しやすい。
【００５４】
他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、１つの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【符号の説明】
【００５５】
１  炭素循環システム、  ２０  二酸化炭素供給設備、  ２９  二酸化炭素タンク（二酸化炭素貯蔵設備）、  ３０  水素供給設備、  ３９  水素タンク（水素貯蔵設備）、  ４５  メタン化反応器（燃料合成設備）、  ４９  メタンタンク、  ５０ａ  第１燃料供給設備、  ５０ｂ  第２燃料供給設備、  ５５ａ  燃料電池（第１燃料消費設備）  ５５ｂ  燃焼器（第２燃料消費設備）、  ５６ａ  脱水器、  ５７ａ  二酸化炭素分離器、  ５８  三方弁、  ６０  第１二酸化炭素回収設備（二酸化炭素回収設備）、  ２６０  第２二酸化炭素回収設備、  ３６０  第１二酸化炭素回収設備（二酸化炭素回収設備）、  ３５７  二酸化炭素分離器、  ３５８  三方弁、  ４６０  第２二酸化炭素回収設備
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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