(57)【要約】  【課題】有機化合物を発電用システムの燃料とし、そのエネルギーを用いて発電を行う発電装置に関し、高効率の発電が行えるようにする。  【解決手段】有機化合物１０１を水蒸気雰囲気で加熱し、得られる燃料ガス（水素）を燃料として発電手段１０７を利用する発電システムにおいて、有機化合物１０１から発生する水蒸気と、発電手段１０７の発電時に発生する水蒸気を有効に利用することで、エネルギー効率に優れた高効率な発電装置を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機化合物を乾燥する乾燥手段と、前記乾燥手段で乾燥された有機化合物を加熱する第１の加熱手段と、前記第１の加熱手段により加熱された前記有機化合物から生成される生成混合物を加熱する第２の加熱手段と、前記第２の加熱手段により加熱された前記生成混合物から生成される燃料ガスを燃料として発電する発電手段を備え、前記乾燥手段と、前記第１の加熱手段と、前記第２の加熱手段の少なくとも１つに前記発電手段で生成される水蒸気を供給する発電装置。
【請求項２】
前記発電手段を、固体酸化物燃料電池とした請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記第１の加熱手段を、前記有機化合物を収納するガス化炉と、前記ガス化炉外部に設けられた第１の加熱源より構成し、前記第１の加熱源で発生する熱は、壁面の熱伝導または発電手段から供給される水蒸気を熱媒体として、前記ガス化炉内部に伝えられる請求項１または２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記第２の加熱手段を、生成混合物を改質する改質器と、前記改質器の外部に設けられた第２の加熱源より構成し、前記第２の加熱源で発生する熱は、壁面の熱伝導または発電手段から供給される水蒸気を熱媒体として、前記改質器内部に伝えられる請求項１から３のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項５】
前記改質器の内部に多孔性粒子を充填した請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記第２の加熱手段と発電手段の間に、燃料ガスから水素を分離する分離手段を設けた請求項１から５のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項７】
前記乾燥手段は、有機化合物を収納する乾燥炉と、前記乾燥炉内部に設けられた熱交換器を備え、前記分離手段により燃料ガスから水素が分離された残留成分を前記熱交換器に供給し前記有機化合物と熱交換する請求項６に記載の発電装置。
【請求項８】
前記第１の加熱手段と前記第２の加熱手段には、前記分離手段において燃料ガスから水素を分離した残留成分のうちの可燃成分が供給されて燃焼する請求項６または７に記載の発電装置。
【請求項９】
前記乾燥手段、前記第１の加熱手段、前記第２の加熱手段はそれぞれ略大気圧状態の環境で動作する請求項１から８のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項１０】
前記有機化合物は、含有水分モル量が含有炭素モル量の２倍以上である化合物とした請求項１から９のいずれか一項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物を燃料とし、そのエネルギーを利用して発電を行う発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、食品廃棄物、汚泥、木屑などの有機廃棄物をガス化して、得られた燃料ガスを発電機用燃料として供給することにより、原料がもつエネルギーを電気エネルギーとして回収し、有効利用するシステムの研究、開発が盛んに行われている。
【０００３】
この種のシステムで重要なことは、原料がもつエネルギーを最大限に回収することと、エネルギー回収のためにシステムが消費するエネルギーを最小限にすることである。前者の指標としては、回収したガス発熱量を原料発熱量で除した冷ガス効率がある。また、後者の指標は定義や、実測が困難であり、明確な指標や検討例などの報告はほとんど見当たらない。
【０００４】
有機化合物の熱化学的なガス化では、目的としている燃料ガスの他に、タールなどの揮発成分、チャー、灰分等の残渣が生成される。冷ガス効率を向上させるためには、揮発成分、残渣をうまくガスに転換することが必要である。また、揮発成分は低温部で凝縮することにより、長時間運転した場合など排気管の閉塞などの原因となるため、非凝縮性ガスになるまで低分子化することが好ましい。
【０００５】
揮発成分のガス化促進法のひとつとして、分解触媒の利用は有効である。ここでいう揮発成分とは、高分子の炭化水素が主成分であるので、石油精製プロセスで使用されるニッケルなどが効果的である。また、ニッケルより高性能な触媒としてはルテニウムなどがある。
【０００６】
また、生成した揮発成分を多孔質粒子で一時的に捕捉し、その後酸素や空気により燃焼する方法がある。この場合、発生する燃焼熱をシステム内で有効利用することにより、システムのエネルギー消費量が低減できる。
【０００７】
このような方法を駆使して、有機化合物から高収率で燃料ガスを回収し、発電機により発電を行う。発電機としては、ガスエンジン発電機、ガスタービン発電機など既に実績を残しているものもあるが、近年ではエネルギー効率が高く、小型化に有利な燃料電池の利用が期待されている。
【０００８】
例えば、有機廃棄物と高温水蒸気を反応させることにより燃料ガスを製造し、この燃料ガスを燃料電池に導入して発電する廃棄物処理型発電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
図３は、上記特許文献１に記載された廃棄物処理型エネルギー回収システムのフロー図である。図３に示すシステムは、固体電解質型燃料電池である発電装置１を備えており、運転温度は略１０００℃であるため、電気２とともに略９００℃程度の高温水蒸気３、排ガス４を得ることができる。
【００１０】
各電力消費事業所５からは種々の廃棄物が排出される。これらの廃棄物から分離手段６で有機性廃棄物７のみが選別され、処理装置８で粉砕、水分調整がなされる。
【００１１】
以上のように前処理がなされた有機性廃棄物７は、乾燥手段９において高温の排ガス４で加熱され、乾燥ケーキ１０となってガス化装置１１に送給される。そして、ここで供給される略９００℃の高温水蒸気３により燃料ガス１２に分解されて、発電装置１に導かれる。なお、発電装置１の燃料は、外部からの燃料１３と、ガス化装置１１から供給される燃料ガス１２で賄われており、これらのガスが電気化学反応を生じて電気エネルギーと熱エネルギーに転換され、必要とされる各電力消費事業所５へ供給される。各電力消費事業所５としては、オフィスビル、工場、スーパー、ホテルなどが挙げられる。
【００１２】
なお、有機性廃棄物７の含水量が多い場合には、乾燥手段９の前段階でメタン発酵によりメタンガスを回収し、燃料ガスとして利用してもよい。
【００１３】
以上のように、発電装置１からの電力２、高温水蒸気３及び排ガス４を無駄なく利用することで、エネルギー効率の高い発電システムができる。また、各電力消費事業所５から排出される有機性廃棄物７を原料としているので、廃棄物排出量が低減できる。また、燃料１３の補給量を適宜調整することにより、電力需要が高く廃棄物排出量の少ない設置場所においても、高効率の分散型発電システムを構築することができる。
【特許文献１】特開２００２−１５１１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来の構成は、有機性廃棄物の乾燥ケーキをガス化装置に送給し、発電装置から供給される高温水蒸気をガス化用熱源及びガス化剤として利用しているので、特に高含水量の有機性廃棄物をガス化する場合には、乾燥手段で消費されたエネルギーが水蒸気として系外に廃棄されてしまい、発電システムのエネルギー効率が低下するという課題があった。
【００１５】
また、含有水分を有効利用する場合にはメタン発酵槽を設ける必要があり、それに起因してシステムが大型化するという課題があった。
【００１６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、高含水の有機化合物を水蒸気雰囲気内で加熱してガス化し、生成ガス中の特定の成分を発電用燃料ガスとして発電装置に供給して発電する。発電用燃料ガス以外のガスは、その保有エネルギーを有機化合物の加熱源として利用する。
【００１７】
また、発電装置で生成される高温水蒸気と、有機化合物の乾燥時に発生する水蒸気を利用して、加熱雰囲気を水蒸気雰囲気にする。
【００１８】
以上のことから、高含水有機化合物から発電用燃料ガス回収量を向上する一方で、系外への廃蒸気や放熱を低減することで、省スペースで高効率な発電が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記従来の課題を解決するために、本発明の発電装置は、有機化合物を乾燥する乾燥手段と、前記乾燥手段で乾燥された有機化合物を加熱する第１の加熱手段と、前記第１の加熱手段で生成された有機化合物の生成混合物を加熱する第２の加熱手段と、前記第２の加熱手段で生成された生成混合物からの燃料ガスを燃料として発電する発電手段を備え、前記乾燥手段と、前記第１の加熱手段と、前記第２の加熱手段の少なくとも１つに、前記発電手段で生成される水蒸気を供給するものであり、有機化合物は、前記乾燥手段、前記第１の加熱手段および前記第２の加熱手段において水蒸気雰囲気で加熱される。
【００２０】
このため、前記発電手段から供給される水蒸気と前記乾燥手段で有機化合物から発生した水蒸気の混合水蒸気が、前記第１の加熱手段および前記第２の加熱手段に供給され、有機化合物のガス化剤として利用される。
【００２１】
以上のように、本発明は、従来乾燥手段から廃棄されていた水蒸気を、有機化合物の加熱源またはガス化剤として有効利用するため、エネルギー効率に優れた高効率な発電装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、有機化合物から燃料ガスを高効率で発生させて発電することにより、小型ガス化装置を提供できるので、回収エネルギーをエネルギー消費地で生産できる。そのため、エネルギー搬送等の設備も簡略化され、従来の化石燃料の代替となる、新しく、かつ環境負荷の小さいエネルギー供給システムが提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
請求項１に記載の発明は、有機化合物を乾燥する乾燥手段と、前記乾燥手段で乾燥された有機化合物を加熱する第１の加熱手段と、前記第１の加熱手段により加熱された前記有機化合物から生成される生成混合物を加熱する第２の加熱手段と、前記第２の加熱手段により加熱された前記生成混合物から生成される燃料ガスを燃料として発電する発電手段を備え、前記乾燥手段と、前記第１の加熱手段と、前記第２の加熱手段の少なくとも１つに前記発電手段で生成される水蒸気を供給するようにしたものである。
【００２４】
かかる構成により、前記有機化合物は、前記乾燥手段、第１の加熱手段および第２の加熱手段において水蒸気雰囲気で加熱される。このため、前記発電手段から供給される水蒸気と前記乾燥手段で発生した有機化合物の水蒸気が混合した水蒸気が前記第１の加熱手段および前記第２の加熱手段に供給され、有機化合物のガス化剤として利用される。このことから、前記乾燥手段からの水蒸気を有機化合物の加熱源またはガス化剤として有効利用でき、エネルギー効率に優れた高効率な発電装置が提供できる。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、前記発電手段を、固体酸化物燃料電池としたもので、かかることにより、固体酸化物燃料電池の発電後の生成物として排出される水蒸気を、前記乾燥手段、前記第１の加熱手段および前記第２の加熱手段に供給することにより、有機化合物の水蒸気ガス化に適した温度の水蒸気を、ボイラや過熱器などの付帯設備を設けることなく供給することができる。このことから、有機化合物を燃料として小型で高効率な発電装置が得られる。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、前記第１の加熱手段を、前記有機化合物を収納するガス化炉と、前記ガス化炉外部に設けられた第１の加熱源より構成し、前記第１の加熱源で発生する熱を、壁面の熱伝導または発電手段から供給される水蒸気を熱媒体として前記ガス化炉内部に伝えるものである。
【００２７】
かかる構成とすることにより、前記ガス化炉内の温度分布が平準化され、これにより、有機化合物を効率良く加熱してガス化でき、さらにエネルギー効率の優れた高効率な発電装置が得られる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、前記第２の加熱手段を、生成混合物を改質する改質器と、前記改質器の外部に設けられた第２の加熱源より構成し、前記第２の加熱源で発生する熱を、壁面の熱伝導または発電手段から供給される水蒸気を熱媒体として、前記改質器内部に伝えるようにしたものである。
【００２９】
かかる構成とすることにより、生成混合物を構成している凝縮性の高分子成分、炭化水素成分あるいは一酸化炭素等は、高温水蒸気雰囲気で加熱され、水素、二酸化炭素を主成分とする非凝縮性ガスに改質される。このとき、改質器内部は、温度分布が平準化されることにより、生成混合物を効率良く加熱してガス化でき、さらにエネルギー効率に優れた高効率な発電装置が提供できるものである。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、前記改質器の内部に多孔性粒子を充填したもので、生成混合物の改質器内滞留時間を延ばすとともに、多孔性粒子の蓄熱効果により第２の加熱源から与えられる熱を改質器内に蓄えることができ、多孔質粒子層内で行われる改質（吸熱）反応による改質器内温度低下を抑制し、より多くの生成混合物を燃料ガスに改質できる。このことから、さらにエネルギー効率に優れた高効率な発電装置を提供することができる。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、前記第２の加熱手段と発電手段の間に、燃料ガスから水素を分離する分離手段を設けたもので、前記発電手段に高純度の水素を供給することができる。このことにより、発電効率が向上でき、さらにエネルギー効率に優れた高効率な発電装置を提供することができる。
【００３２】
請求項７に記載の発明は、前記乾燥手段を、有機化合物を収納する乾燥炉と、前記乾燥炉内部に設けられた熱交換器を備えた構成とし、前記分離手段により燃料ガスから水素が分離された残留成分を前記熱交換器に供給し前記有機化合物と熱交換するようにしたものである。
【００３３】
かかる構成により、高温で排出される残留成分が有する熱を、温度が低い未乾燥の有機化合物の乾燥熱源として利用するため、そのままでは廃棄される熱を系内で有効利用する。したがって、さらにエネルギー効率に優れた高効率な発電装置を提供することができる。
【００３４】
請求項８に記載の発明は、前記第１の加熱手段と前記第２の加熱手段に、前記分離手段において燃料ガスから水素を分離した残留成分のうちの可燃成分を供給し、燃焼するもので、残留成分が有する化学エネルギーを燃焼熱に変換し、系内で有効利用する。このことから、さらにエネルギー効率に優れた高効率な発電装置を提供することができる。
【００３５】
請求項９に記載の発明は、前記乾燥手段、前記第１の加熱手段、前記第２の加熱手段を、それぞれ略大気圧状態の環境で動作させるもので、これらの各部を過熱水蒸気雰囲気とするために特別な構造や制御を不要もしくは最小限とし、システムの小型化や消費エネルギーが低減できる。このことから、さらに小型でエネルギー効率に優れた高効率な発電装置とすることができる。
【００３６】
請求項１０に記載の発明は、前記有機化合物を、含有水分モル量が含有炭素モル量の２倍以上である化合物としたもので、有機化合物が元来含有している水分を利用して有機化合物の可燃（燃料）成分の水蒸気ガス化に必要な量を賄うことができる。このことから、系外より別途水蒸気を供給する必要が無く、さらにエネルギー効率に優れた高効率な発電装置を提供することができる。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における発電装置により有機化合物投入から発電を行うまでのフロー図である。
【００３９】
図１において、有機化合物１０１は食品廃棄物を想定しており、例えば、家庭、飲食店、食品工場等から排出される廃棄物が相当する。前記食品廃棄物の一般的な性状を（表１）に示す。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
上記（表１）から食品廃棄物の含水率は、約７７ｗｔ％強と高いことがわかる。また、モル組成では炭素元素に対して、５倍強の水分を含有している。これは、下式（化１）に示す有機化合物（炭素）と水蒸気の反応において、含有水分をガス化剤として利用するとき、十分な量であることを示唆している。
【００４２】
【化１】
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【００４３】
なお、ここでは有機化合物１０１を一般的な食品廃棄物としたが、排出場所、時期などによりその性状は変動することは言うまでもない。また、有機化合物１０１を下水汚泥、畜産廃棄物、森林廃棄物、建築廃棄物など種々多様なものとしても差支えない。
【００４４】
次に、図１に基づき、上記食品廃棄物１０１を発電システムの燃料に変換し、利用するまでの動作について説明する。
【００４５】
まず、有機化合物１０１が乾燥手段１０２に投入され、約１００〜２００℃に加熱されて乾燥される。投入方法としては、処理対象となる有機化合物１０１を一度に投入する回分式と、少量ずつを連続的に投入する連続式がある。回分式のメリットは、構造が簡単であり製造コストも低減できることである。一方、連続式のメリットは、約１００〜２００℃を保持する空間を小さくできるので、放熱ロスを低減して効率面で有利であることに加え、後述する乾燥に伴い発生する水蒸気を第１の加熱手段１０３以降の行程において、有効利用できることである。なお、連続式については、供給手段として一軸偏心ネジポンプや、ピストン式のインジェクションなどを用いることが可能である。
【００４６】
次に、第１の加熱手段１０３では、乾燥手段１０２で含水率が低下した有機化合物１０１が、水蒸気雰囲気すなわち還元雰囲気で約２００〜１０００℃（好ましくは３００〜８００℃）に加熱され、有機化合物１０１の昇温に伴い約２００〜７００℃で熱分解し、さらに７００〜１０００℃に加熱されてガス化する。このとき、生成混合物１０４が発生する。生成混合物１０４の構成成分は、比較的低温で発生する揮発性物質であるタール（高分子炭化水素）、また有機化合物１０１の熱分解により発生するメタンなどの低分子炭化水素、水素、一酸化炭素、二酸化炭素および余分な水蒸気等である。特にタールは、低温では凝縮作用により液化または固化し、配管経路途中で蓄積され、配管経路における閉塞の原因となるので注意が必要である。また、有機化合物１０１には約１．９ｗｔ％の灰分が含まれており、ガス化されることなく残渣として第１の加熱手段１０３に残留する。ここでは示していないが、この残渣は定期的に回収、廃棄すればよい。
【００４７】
第１の加熱手段１０３で生成した生成混合物１０４は、高温を保ったまま第２の加熱手段１０５に流入する。第２の加熱手段１０５は、約８００〜１０００℃に加熱された水蒸気雰囲気であるため、流入した生成混合物１０４の構成成分である炭化水素系物質は水蒸気と反応して、水素、一酸化炭素、二酸化炭素に改質される。この第２の加熱手段１０５で生成した燃料ガス１０６は、これらの改質ガスと余分な水蒸気で構成されている。
【００４８】
このようにして得られた燃料ガス１０６が燃料として発電手段１０７へ供給され、そのエネルギーによって発電手段１０７が動作し、発電する。発電手段１０７としては、ガスエンジン発電機、ガスタービン発電機、ディーゼルエンジン発電機や燃料電池などを用いることができる。これらの発電機を利用した発電システムにおいては、高温廃熱を利用して水蒸気１０８を生成し、その水蒸気１０８を乾燥手段１０２、第１の加熱手段１０３、第２の加熱手段１０５にフィードバックすることで、それらを水蒸気リッチの雰囲気にすることができる。水蒸気１０８のフィードバックは、特定された手段のみとすることもできる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態１は、有機化合物１０１を乾燥する乾燥手段１０２と、乾燥手段１０２で乾燥された有機化合物１０１を加熱する第１の加熱手段１０３と、第１の加熱手段１０３で有機化合物１０１から生成される生成混合物１０４を加熱する第２の加熱手段１０５と、第２の加熱手段１０５で生成された生成混合物１０４から生成される燃料ガス１０６を燃料として発電する発電手段１０７を備えており、乾燥手段１０２と、第１の加熱手段１０３および、第２の加熱手段１０５の少なくとも１つに発電手段１０７で生成された水蒸気１０８を供給するものであり、これにより、有機化合物１０１は、乾燥手段１０２、第１の加熱手段１０３および第２の加熱手段１０５において水蒸気雰囲気で加熱される。
【００５０】
このため、第１の加熱手段１０３および第２の加熱手段１０５には、発電手段１０７から供給される水蒸気１０８と、乾燥手段１０３において有機化合物１０１から発生した水蒸気が混合して供給され、有機化合物１０１のガス化剤として利用される。
【００５１】
以上のように、本実施の形態１は、従来乾燥手段１０２から廃棄されていた水蒸気を、有機化合物１０１の加熱源またはガス化剤として有効利用するため、エネルギー効率に優れた高効率な発電装置を提供することができる。
【００５２】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における発電装置により有機化合物投入から発電を行うまでのフロー図である。なお、実施の形態１と同一の構成要件については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
分離手段１０９は、第２の加熱手段１０５からの燃料ガス１０６を、高純度の水素１１０とその他の残留成分１１１とに分離する。具体的には、分離手段１０９にパラジウム膜を用いることで高純度な水素１１０を得ることができる。
【００５４】
分解された水素１１０は、昇圧器１１２で昇圧されて発電手段１１３である固体酸化物燃料電池に供給される。なお、本発電手段１１３では、水素１１０の純度が高いほど発電効率も高くなり、発電機としての信頼性もまた高くなる。なお、発電効率は約４５％という報告もあり、ガスエンジン発電機などと比較しても高い効率が得られる。
【００５５】
また、発電手段１１３の作動温度は、約７００〜１０００℃であり、発電時に水素１１０と酸素（空気）１１４が反応して生成する水蒸気１０８も高温状態であり、高エンタルピーを有する。この高エンタルピー水蒸気を系内にフィードバックすることで、発電システムの高効率化が可能となる。
【００５６】
上記式（化１）において、炭素１モルと水蒸気２モルから発生する水素は２モルである。そして、この２モルの水素を発電手段１１３で発電することにより得られる水蒸気１０８もまた２モルである。つまり、この２モルの水蒸気１０８を乾燥手段１０２、第１の加熱手段１０３、第２の加熱手段１０５にフィードバックすると、理論モル当量になる。
【００５７】
しかしながら、実運転を想定した場合、水蒸気の熱媒体としての機能も考慮して、式（化１）の反応を促進するに当たり、蒸気量を２モルより多くすることが好ましい。そこで、上記（表１）に示すように、有機化合物１０１の含有水分モル量が炭素モル量の約５倍あることから、この水分から得られる水蒸気を有機化合物１０１のガス化剤および生成混合物１０４の改質剤として利用することは、効果的である。
【００５８】
乾燥手段１０２は、高含水の有機化合物１０１を収納する乾燥炉１１５と、残留成分１１１と有機化合物１０１とで熱交換する熱交換器１１６とから構成されている。高温の残留成分１１１が有する顕熱は、熱交換器１１６において有機化合物１０１へと与えられる。また、熱交換器１１６を、乾燥炉１１５の内部に備えると有機化合物１０１への伝熱効率は良いが、有機化合物１０１の移動の妨げになる場合には、外部に備えても構わない。
【００５９】
なお、運転初期など残留成分１１１の有する熱エネルギーが有機化合物１０１の乾燥に十分でないときには、別途電気ヒーターやガスバーナーを利用しても構わない。また、乾燥炉１１５は通常１００〜２００℃程度であるため、特別な耐熱設計は必要ないが、有機化合物１０１に含有される塩分等の影響で腐食が進行する恐れがあるため、ステンレスなどの耐食性に優れた材料を用いることが好ましい。さらに、必要に応じて乾燥炉１１５内部に撹拌機能等を設けることで、有機化合物１０１の撹拌が行え、乾燥効率を向上がはかれるとともに、有機化合物１０１による経路の閉塞等が軽減できる。
【００６０】
熱交換器１１６で有機化合物１０１と熱交換し、温度が低下した残留成分１１１は、気液分離器１１７で水等の凝縮成分と、一酸化炭素、二酸化炭素などの非凝縮ガスに分離される。ここでは示していないが、気液分離器１１７に空冷または水冷機能を持たせることにより、気液分離器１１７の分離性能を著しく向上させる。気液分離器１１７で回収される凝縮水は、定期的に気液分離器１１７の底部から排水される。
【００６１】
気液分離器１１７から排出される残留成分１１１は、一酸化炭素、二酸化炭素等の非凝縮成分のみであり、逆止弁１１８を通過して第１の加熱手段１０３および第２の加熱手段１０５に供給される。
【００６２】
第１の加熱手段１０３は、乾燥した有機化合物１０１を収納するガス化炉１１９と、ガス化炉１１９外部に備えられた第１の加熱源１２０とで構成されている。また、第２の加熱手段１０５は、第１の加熱手段１０３から排出される生成混合物１０４を、水蒸気改質する改質炉１２１と、改質炉１２１の外部に備えられた第２の加熱源１２２とで構成されている。ガス化炉１１９と改質炉１２１は、内部が最高１０００℃と高温水蒸気雰囲気になることに加え、有機化合物１０１から発生する微量の金属元素等により、壁面腐食が進行する恐れがあるため、インコネルやハステロイ等の耐食に優れた材料を用いることが好ましい。さらに耐食耐熱に優れたセラミック材料やセラミック塗装などを施すことにより、耐久性は向上する。また改質炉１２１内には、生成混合物１０４を一時的に捕捉し、水蒸気との反応時間（滞留時間）を延ばす目的で多孔性粒子１２３を充填している。この多孔性粒子１２３はアルミナなどが有効である。また、生成混合物１０４の改質を促進するべく、ニッケルやルテニウムなどの触媒を表面に担持するとよい。
【００６３】
第１の加熱手段１０３および第２の加熱手段１０５に供給される残留成分１１１は、第１の加熱源１２０と第２の加熱源１２２において酸素（空気）１１４により燃焼される。なお、第１の加熱源１２０と第２の加熱源１２２には、燃焼が円滑に行えるように点火プラグが備えてある。燃焼後の排ガスは大気放出されるが、必要に応じてガス浄化器等を設けることも可能である。
【００６４】
このときの第１の加熱手段１０３における燃焼熱は、ガス化炉１１９および改質炉１２１の壁面を介しての熱伝導と、発電手段１１３から供給される水蒸気１０８を熱媒体としてガス化炉１１９および改質炉１２１に伝えられる。なお、残留成分１１１の有するエネルギーのみでガス化炉１１９および改質炉１２１を所定の温度まで加熱することが不十分な場合は、逆止弁１１８の後流側より供給された補助燃料１２４を燃焼させる。
【００６５】
なお、乾燥手段１０２、第１の加熱手段１０３、第２の加熱手段１０５は略大気圧で作動している。
【００６６】
以上のように、本実施の形態２では、発電手段１１３を、固体酸化物燃料電池とすることにより、固体酸化物燃料電池の発電後の生成物として高温の水蒸気１０８が排出される。この水蒸気１０８を乾燥手段１０２、第１の加熱手段１０３および第２の加熱手段１０５に供給することにより、有機化合物１０１の水蒸気ガス化に適した温度の水蒸気を、ボイラや過熱器などの付帯設備を設けることなく供給できる。このことから、有機化合物１０１を燃料とする小型で高効率な発電装置が得られる。
【００６７】
また、本実施の形態２における第１の加熱手段１０３は、有機化合物１０１を収納するガス化炉１１９と、ガス化炉１１９の外部に設けられた第１の加熱源１２０から構成され、第１の加熱源１２０で発生する熱は、壁面の熱伝導または発電手段１１３から供給される水蒸気１０８を熱媒体として、ガス化炉１１９内部に伝えるもので、その結果、ガス化炉１１９内の温度分布が平準化され、有機化合物１０１を効率良く加熱してガス化でき、さらにエネルギー効率に優れた高効率な発電装置が得られる。
【００６８】
さらに、本実施の形態２における第２の加熱手段１０５は、生成混合物１０４を改質する改質器１２１と、改質器１２１の外部に設けられた第２の加熱源１２２から構成され、第２の加熱源１２２で発生する熱を、壁面の熱伝導または発電手段１１３から供給される水蒸気１０８を熱媒体として、改質器１２１内部に伝えるものであり、生成混合物１０４を構成している凝縮性の高分子成分、炭化水素成分あるいは一酸化炭素等は、高温水蒸気雰囲気で加熱され、水素、二酸化炭素を主成分とする非凝縮性ガスに改質される。このとき、改質器１２１内部は、温度分布が平準化されることにより、生成混合物１０４を効率良く加熱してガス化でき、さらにエネルギー効率に優れた高効率な発電装置が得られる。
【００６９】
また、本実施の形態２の改質器１２１は、内部に多孔性粒子１２３が充填されているため、生成混合物１０４の改質器１２１内での滞留時間を延ばすとともに、多孔性粒子１２３の蓄熱効果により第２の加熱源１２２から与えられる熱を改質器１２１内に蓄えることができ、多孔質粒子１２３層内で行われる改質（吸熱）反応による改質器１２１内温度の低下を抑制し、より多くの生成混合物１０４を燃料ガス１０６に改質できる。このことから、さらにエネルギー効率に優れた高効率な発電が行える。
【００７０】
また、本実施の形態２においては、第２の加熱手段１０５と発電手段１１３の間に、燃料ガス１０６から水素１１０を分離する分離手段１０９を設けているため、発電手段１１３に高純度の水素１１０を供給することができる。このことにより、発電効率を向上し、さらにエネルギー効率に優れた高効率な発電が行える。
【００７１】
さらに、本実施の形態２の乾燥手段１０２は、有機化合物１０１を収納する乾燥炉１１５と、乾燥炉１１５内部に設けられた熱交換器１１６から構成され、分離手段１０９において燃料ガス１０６から水素１１０を分離した残留成分１１１が熱交換器１１６に供給され、有機化合物１０１と熱交換するため、高温で排出される残留成分１１１が有する熱を、温度が低い未乾燥の有機化合物１０１の乾燥熱源として利用することができ、その結果、そのままでは廃棄される熱を系内で有効利用し、さらにエネルギー効率に優れた高効率な発電が行えるものである。
【００７２】
また、本実施の形態２における第１の加熱手段１０３と第２の加熱手段１０５は、分離手段１０９により、燃料ガス１０６から水素１１０を分離した残留成分１１１のうちの可燃成分が供給されて燃焼するもので、残留成分１１１が有する化学エネルギーを燃焼熱に変換し、系内で有効利用している。このことから、さらにエネルギー効率に優れた高効率な発電が行える。
【００７３】
さらに、本実施の形態２における乾燥手段１０２、第１の加熱手段１０３、第２の加熱手段１０５は、略大気圧で動作しているため、これらの各部を過熱水蒸気雰囲気とするために特別な構造や制御が不要であり、システムの小型化や消費エネルギーが低減できる。このことから、さらに小型でエネルギー効率に優れた高効率な発電が行える。
【００７４】
また、本実施の形態２の有機化合物１０１は、含有水分モル量が含有炭素モル量の２倍以上であるため、有機化合物１０１が元来含有している水分で、有機化合物１０１の可燃（燃料）成分の水蒸気ガス化に必要な量を賄うことができる。このことから、系外より別途水蒸気を供給する必要が無く、さらにエネルギー効率に優れた高効率な発電装置が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明にかかる発電装置は、乾燥手段で乾燥した有機化合物を、第１の加熱手段および第２の加熱手段において水蒸気雰囲気で加熱し、しかも、従来では廃棄されていた発電装置で生成される水蒸気を利用しているため、エネルギー効率に優れた高効率な発電が得られ、さらに、システム全体が小型化できることから、設置面積が限られる小店舗、家庭等、有機系廃棄物が排出されるその場所でのオンサイト発電システムとして広く応用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態１における発電装置による有機化合物の投入から発電までのフロー図
【図２】本発明の実施の形態２における発電装置による有機化合物の投入から発電までのフロー図
【図３】従来のガス化発電システムにおける熱分解ガス化エネルギー回収プロセスの基本フロー図
【符号の説明】
【００７７】
１０１  有機化合物
１０２  乾燥手段
１０３  第１の加熱手段
１０４  生成混合物
１０５  第２の加熱手段
１０６  燃料ガス
１０７  発電手段
１０８  水蒸気
１０９  分離手段
１１０  水素
１１１  残留成分
１１３  発電手段（固体酸化物燃料電池）
１１５  乾燥炉
１１６  熱交換器
１１９  ガス化炉
１２０  第１の加熱源
１２１  改質炉
１２２  第２の加熱源
１２３  多孔性粒子
【図１】
2006210147.tif 000005
【図２】
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【図３】
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