(57)【要約】      （修正有）【課題】石油など化石燃料の消費を節約し、地球温暖化の原因である二酸化炭素の削減にもつながる廃棄物利用による熱エネルギーやバイオマス発電に伴う熱エネルギーを水蒸気電解装置に供給する水蒸気を得るための熱源として用いた水素製造方法を提供する。【解決手段】廃棄物の燃焼により生じる熱またはバイオマス発電における燃焼により生じる熱をボイラーに導入し、ボイラーで生成された水蒸気を水蒸気加熱装置に通して水蒸気を加熱し水蒸気の温度を調整したのち、水蒸気電解装置に導入して水蒸気を電気分解し、生成された水素を取り出す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物の燃焼により生じる熱またはバイオマス発電における燃焼により生じる熱をボイラーに導入し、ボイラーで生成された水蒸気を水蒸気加熱装置に通して水蒸気を加熱し水蒸気の温度を調整したのち、水蒸気電解装置に導入して水蒸気を電気分解し、生成された水素を取り出すことを特徴とする水素製造方法。
【請求項２】
前記水蒸気電解装置として中温水蒸気電解装置を使用することを特徴とする請求項１記載の水素製造方法。
【請求項３】
前記水蒸気電解装置に水蒸気を導入して水蒸気を電気分解し、生成された水素を取り出すとともに、水素と共に生成される酸素を前記廃棄物の燃焼またはバイオマス発電における燃焼に使用することを特徴とする請求項１または２に記載の水素製造方法。
【請求項４】
廃棄物の燃焼装置またはバイオマス発電における燃焼装置と、該燃焼装置からの熱を導入するボイラーと、ボイラーで生成された水蒸気を加熱し水蒸気の温度を調整する水蒸気加熱装置と、水蒸気加熱装置で温度を調整した水蒸気を導入して水蒸気を電気分解する水蒸気電解装置と、電気分解により生成された水素を取り出す装置をそなえてなることを特徴とする水素製造装置。
【請求項５】
廃棄物の燃焼装置またはバイオマス発電における燃焼装置と、該燃焼装置からの熱を導入するボイラーと、ボイラーで生成された水蒸気を加熱し水蒸気の温度を調整する水蒸気加熱装置と、水蒸気加熱装置で温度を調整した水蒸気を導入して水蒸気を電気分解し水素および酸素を生成させる水蒸気電解装置と、生成された水素を貯蔵する水素タンクと、水素タンクに貯蔵された水素を各種用途に供給するための水素供給装置と、水蒸気電解装置で水素と共に生成される酸素を前記燃焼装置に導入する酸素供給装置をそなえてなることを特徴とする水素製造供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水素自動車や燃料電池自動車の燃料、家庭用燃料電池の燃料などとなる水素を製造する方法および装置、ならびに上記の燃料など各種用途に水素を供給するための水素製造供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば燃料電池自動車の普及に向け、水素を効率よく製造する方法として、水蒸気電解法が知られている。この方法は、例えば、７００〜９００℃の高温の水蒸気を電気分解することにより低い電解電圧で水素を製造するというもので、水蒸気電解セルは、固体酸化物電解質材料の両側に水素極と酸素極を設け、一例として、固体酸化物電解質材料として酸化物イオン導電性を有するイットリア安定化ジルコニア、水素極としてニッケル、酸素極としてランタン・ストロンチウム・マンガン系複合酸化物が用いられている。
【０００３】
また、中温域の水蒸気を電解して水素を製造する方法も開発されており、例えば、電解質としてイオン伝導性が高いプロトン伝導性酸化物を用い、水蒸気電解装置全体に負荷がかからない６００℃以下の中温度域で電解を行う中温水蒸気電解により水素を製造する方法が提案されている。
【０００４】
水蒸気電解装置には、温度を調整した水蒸気を供給して電解を行わなければならず、水蒸気を得るための熱源が必要となる。例えば、燃料電池自動車の燃料となる水素を効率よく大量に製造するためのシステムをつくるためには、環境問題において大きな課題となっている地球温暖化対策として二酸化炭素の削減にも配慮しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３４２７７号公報
【特許文献２】特開２００９−１９２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、石油など化石燃料の消費を節約し、地球温暖化の原因である二酸化炭素の削減にもつながる廃棄物利用による熱エネルギーやバイオマス発電に伴う熱エネルギーを水蒸気電解装置に供給する水蒸気を得るための熱源としようとするものであり、その目的は、廃棄物の燃焼により生じる熱またはバイオマス発電における燃焼により生じる熱を水蒸気電解装置に供給する水蒸気を得るための熱源として用いた水素製造方法および装置、ならびに水素製造供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１による水素製造方法は、廃棄物の燃焼により生じる熱またはバイオマス発電における燃焼により生じる熱をボイラーに導入し、ボイラーで生成された水蒸気を水蒸気加熱装置に通して水蒸気を加熱し水蒸気の温度を調整したのち、水蒸気電解装置に導入して水蒸気を電気分解し、生成された水素を取り出すことを特徴とする。
【０００８】
請求項２による水素製造方法は、請求項１において、前記水蒸気電解装置として中温水蒸気電解装置を使用することを特徴とする。
【０００９】
請求項３による水素製造方法は、請求項１または２において、前記水蒸気電解装置に水蒸気を導入して水蒸気を電気分解し、生成された水素を取り出すとともに、水素と共に生成される酸素を前記廃棄物の燃焼またはバイオマス発電における燃焼に使用することを特徴とする。
【００１０】
請求項４による水素製造装置は、廃棄物の燃焼装置またはバイオマス発電における燃焼装置と、該燃焼装置からの熱を導入するボイラーと、ボイラーで生成された水蒸気を加熱し水蒸気の温度を調整する水蒸気加熱装置と、水蒸気加熱装置で温度を調整した水蒸気を導入して水蒸気を電気分解する水蒸気電解装置と、電気分解により生成された水素を取り出す装置をそなえてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項５による水素製造供給装置は、廃棄物の燃焼装置またはバイオマス発電における燃焼装置と、該燃焼装置からの熱を導入するボイラーと、ボイラーで生成された水蒸気を加熱し水蒸気の温度を調整する水蒸気加熱装置と、水蒸気加熱装置で温度を調整した水蒸気を導入して水蒸気を電気分解し水素および酸素を生成させる水蒸気電解装置と、生成された水素を貯蔵する水素タンクと、水素タンクに貯蔵された水素を各種用途に供給するための水素供給装置と、水蒸気電解装置で水素と共に生成される酸素を前記燃焼装置に導入する酸素供給装置をそなえてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、廃棄物利用による熱エネルギーやバイオマス発電に伴う熱エネルギーを使用して水蒸気を生成し、得られた水蒸気を水蒸気電解装置に供給して水蒸気を電気分解して水素を得ようとするものであるため、石油など化石燃料の消費を節約し、地球温暖化の原因である二酸化炭素の削減につながり、また、連続的に安定してエネルギー源が得られるなどの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の構成の概略を示すフローチャートである。
【図２】本発明の構成の概略を示す水素製造装置稼働後のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明による水素製造方法は、図１〜２のフローチャートに示すように、廃棄物の燃焼により生じる熱（廃熱）またはバイオマス発電における燃焼により生じる熱をボイラーに導入し、ボイラーで生成された水蒸気を水蒸気加熱装置に通して水蒸気を加熱し水蒸気の温度を調整したのち、水蒸気電解装置に導入して水蒸気を電気分解して水素と酸素を生成させ、生成された水素を取り出すことを特徴とするものであり、その装置構成は、廃棄物燃焼炉などの廃棄物の燃焼装置またはバイオマス発電における燃焼装置と、該燃焼装置からの熱を導入するボイラーと、ボイラーで生成された水蒸気を加熱し水蒸気の温度を調整する水蒸気加熱装置と、水蒸気加熱装置で温度を調整した水蒸気を導入して水蒸気を電気分解する水蒸気電解装置と、電気分解により生成された水素を取り出す装置をそなえてなる。
【００１５】
廃棄物の燃焼装置とは、生ごみなどの可燃性ごみを燃焼させる生ごみ焼却炉などの廃棄物燃焼炉などであり、バイオマス発電における燃焼装置とは、木くずや間伐材、可燃性ごみのバイオマス燃料を直接燃焼して蒸気タービンを回す直接発電方式、燃料を熱処理することでガス化しガスタービンを回す熱分解ガス化方式や、家畜の糞尿や生ごみ、下水汚泥などを発酵させて生じるメタンガスなどのバイオガスを燃焼させガスタービンを回す生物化学的ガス化方式によるバイオマス発電における燃焼装置である。
【００１６】
廃棄物の燃焼装置またはバイオマス発電における燃焼装置からの熱は、直接ボイラーに導入してもよく、いったん蓄熱装置に蓄えたのちに利用することもできる。例えば、燃焼炉の煙道に水管を設けて排熱でボイラーへの給水を加熱してボイラーの効率を高めることもできる。なお、本発明においては、廃棄物の燃焼装置からの熱とバイオマス発電における燃焼装置からの熱を併用して使用してもよい。
【００１７】
ボイラーで生成された水蒸気は水蒸気加熱装置に導入され、水蒸気の温度調整が行われる。水蒸気加熱装置としては、電熱蒸気加熱装置、高周波蒸気加熱装置、誘導加熱による加熱装置など公知の装置が適用される。
【００１８】
水蒸気加熱装置で温度を調整した水蒸気は水蒸気電解装置に導入される。水蒸気電解装置においては水蒸気が電気分解され水素と酸素が生成され、各種用途に供するため水素が取り出される。水蒸気電気装置としては、７００〜９００℃の高温の水蒸気を電気分解する高温水蒸気電解装置と、６００℃以下の中温度域の水蒸気を電気分解する中温水蒸気電解装置が適用されるが、全体に負荷がかからないで電解を行うことができるという点で中温水蒸気電解を適用するのが望ましい。
【００１９】
高温水蒸気電解装置は、導電性の固体酸化物電解質の片側に水素極をそなえ他側に酸素極をそなえた水蒸気電解セルを構成し、水素極（陰極、カソード）に直流電源の負極を接続し、酸素極（陽極、アノード）に直流電源の正極を接続して、両極間に所要の直流電圧を印加し、水素極（陰極）側に高温の水蒸気を供給して電気分解を行う。水素極で水素発生反応が生じて水素が発生し、酸素極で酸素が発生する。この場合、水素極および酸素極の電極構造を多孔構造に形成すると、両極における水蒸気や水素、酸素の拡散が容易となって反応が促進され、水素生成効率を向上させることができる。
【００２０】
中温水蒸気電解装置は、例えば特許第６０４２３８５号公報の図５に示されるように、絶縁体から形成されたハウジング内に、電解質の一方側に多孔質のカソードを設け、反対側に多孔質のアノードを設けたセラミックパイプからなる複数本の電解セルを構成し、中温水蒸気をカソード側に連続的に供給しながら、カソードとアノード間に電圧を印加して電気分解を行うことにより中温水蒸気を分解して水素と酸素を生成する。
【００２１】
水蒸気の電気分解を行うために水蒸気電解装置に供給する電力は、商用電源から供給することもでき、太陽光発電、風力発電、バイオマス発電など再生可能エネルギーを利用する発電から得られた電力を用いることもできる（図１〜２参照）。
【００２２】
水蒸気電解装置での電気分解により水素と共に生成される高純度の酸素は、酸素ガス冷却装置、酸素タンクなどを含む酸素供給装置を介して廃棄物の燃焼またはバイオマス発電における燃焼に使用され、廃棄物やバイオマス燃料の燃焼促進のために供されることができる（図２）。
【００２３】
水蒸気電解装置での電気分解により生成された水素は水素タンクに貯蔵され、水素供給装置を介して水素自動車や燃料電池自動車の燃料として供給される。具体的には、水蒸気電解装置における電気分解により生成された水素は、水素ガス分離装置を通して水分を除去して高純度の水素としたのち、水素タンクに貯蔵し、増圧装置を介して水素燃料供給装置によりスタンド形式で水素を燃料とする水素自動車および燃料電池自動車に供給することができる。
【００２４】
また、水蒸気電解装置での電気分解により生成された水素を貯蔵した水素タンクを運搬し、水素燃料供給装置を介して家庭用燃料電池の燃料として供給することもでき、その他、例えば、半導体製造時の材料ガス、金属に優れた特性を与えるための熱処理炉での使用、樹脂生成における還元剤など種々の用途に供することもできる。宇宙分野においても水素燃料は注目されている。
【図１】
2018184631.tif 000003
【図２】
2018184631.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月24日(2018.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物の燃焼により生じる熱またはバイオマス発電における燃焼により生じる熱をボイラーに導入し、ボイラーで生成された水蒸気を水蒸気加熱装置に通して水蒸気を加熱し水蒸気の温度を６００℃以下に調整したのち水蒸気電解装置に導入し、商用電源からの電力または再生可能エネルギーを利用する発電から得られる電力を供給して水蒸気を電気分解し、生成された水素を取り出すとともに、水素と共に生成される酸素を前記廃棄物の燃焼またはバイオマス発電における燃焼に使用することを特徴とする水素製造方法。  
【請求項２】
廃棄物の燃焼装置またはバイオマス発電における燃焼装置と、該燃焼装置からの熱を導入するボイラーと、ボイラーで生成された水蒸気を加熱し水蒸気の温度を調整する水蒸気加熱装置と、水蒸気加熱装置で温度を６００℃以下に調整した水蒸気を導入し、商用電源からの電力または再生可能エネルギーを利用する発電から得られる電力を供給して水蒸気を電気分解し水素および酸素を生成させる中温水蒸気電解装置と、生成された水素を貯蔵する水素タンクと、水素タンクに貯蔵された水素を各種用途に供給するための水素供給装置と、水蒸気電解装置で水素と共に生成される酸素を前記燃焼装置に導入する酸素供給装置をそなえてなることを特徴とする水素製造供給装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、例えば水素自動車や燃料電池自動車の燃料、家庭用燃料電池の燃料などとなる水素を製造する方法および上記の燃料など各種用途に水素を供給するための水素製造供給装置に関する。  
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明は、石油など化石燃料の消費を節約し、地球温暖化の原因である二酸化炭素の削減にもつながる廃棄物利用による熱エネルギーやバイオマス発電に伴う熱エネルギーを水蒸気電解装置に供給する水蒸気を得るための熱源としようとするものであり、その目的は、廃棄物の燃焼により生じる熱またはバイオマス発電における燃焼により生じる熱を水蒸気電解装置に供給する水蒸気を得るための熱源として用いた水素製造方法および水素製造供給装置を提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１による水素製造方法は、廃棄物の燃焼により生じる熱またはバイオマス発電における燃焼により生じる熱をボイラーに導入し、ボイラーで生成された水蒸気を水蒸気加熱装置に通して水蒸気を加熱し水蒸気の温度を６００℃以下に調整したのち、水蒸気電解装置に導入し、商用電源からの電力または再生可能エネルギーを利用する発電から得られる電力を供給して水蒸気を電気分解し、生成された水素を取り出すとともに、水素と共に生成される酸素を前記廃棄物の燃焼またはバイオマス発電における燃焼に使用することを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項２による水素製造供給装置は、廃棄物の燃焼装置またはバイオマス発電における燃焼装置と、該燃焼装置からの熱を導入するボイラーと、ボイラーで生成された水蒸気を加熱し水蒸気の温度を調整する水蒸気加熱装置と、水蒸気加熱装置で温度を６００℃以下に調整した水蒸気を導入し、商用電源からの電力または再生可能エネルギーを利用する発電から得られる電力を供給して水蒸気を電気分解し水素および酸素を生成させる水蒸気電解装置と、生成された水素を貯蔵する水素タンクと、水素タンクに貯蔵された水素を各種用途に供給するための水素供給装置と、水蒸気電解装置で水素と共に生成される酸素を前記燃焼装置に導入する酸素供給装置をそなえてなることを特徴とする。