(57)【要約】【課題】　反応性粒子として純燃料を必要とせず安価な原料を用い、エネルギーロスの低減化を図り安価な運転費及び設備費により低コストで水素を製造することができ、又、小規模生産を可能とし、更に、二酸化炭素の排出を抑えつつ水素を製造することができる水素製造装置の提供を目的とする。【解決手段】　廃プラスチック溶融物及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する反応装置１の圧縮室と、廃プラスチックを加熱溶融して液状化して廃プラスチック溶融物とする溶融装置１３と、該溶融装置１３からの廃プラスチック溶融物を反応性粒子として圧縮室内に供給する噴射ポンプ１２とを備え、上記圧縮室内へ廃熱ボイラ１１の高圧水蒸気を間欠的に供給することにより衝撃波を発生させる。【選択図】　図１
2004099431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子と水蒸気との混合体を加熱して高温にすることにより上記反応性粒子と上記水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成する水素製造装置において、反応性粒子及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する圧縮室と、炭化水素化合物若しくは炭素化合物を加熱溶融して液状化する液状化手段と、該液状化手段によって液状化された炭化水素化合物若しくは炭素化合物を反応性粒子として圧縮室内に供給する反応性粒子供給手段と、上記圧縮室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することにより衝撃波を発生させる衝撃波発生手段とを備え、該衝撃波発生手段から上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することによって発生する衝撃波を上記圧縮室内に伝播させて上記圧縮室内の反応性粒子及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱することにより該混合体中の反応性粒子と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させるようになっていることを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
　反応性粒子供給手段は、液状の炭化水素化合物若しくは炭素化合物を圧縮室内に噴霧して供給するようになっていることとする請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
　炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子と水蒸気との混合体を加熱して高温にすることにより上記反応性粒子と上記水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成する水素製造装置において、反応性粒子及び水蒸気との混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する圧縮室と、反応性粒子を液体に分散したスラリーを圧縮室内に供給するスラリー供給手段と、上記圧縮室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することにより衝撃波を発生させる衝撃波発生手段とを備え、該衝撃波発生手段から上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することによって発生する衝撃波を上記圧縮室内に伝播させて上記圧縮室内のスラリーの反応性粒子と水蒸気との混合体を衝撃圧縮して高温に加熱することにより該混合体中の反応性粒子と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させるようになっていることを特徴とする水素製造装置。
【請求項４】
　スラリー供給手段は、スラリーを圧縮室内に噴霧して供給するようになっていることとする請求項３に記載の水素製造装置。
【請求項５】
　炭化水素若しくは炭素を含有する原料と水蒸気との混合体を加熱して高温にすることにより上記原料と上記水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成する水素製造装置において、原料及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する圧縮室と、炭化水素化合物若しくは炭素化合物をガス化するガス化手段と、該ガス化手段によってガス化された炭化水素化合物若しくは炭素化合物を原料として圧縮室内に供給する原料供給手段と、上記圧縮室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することにより衝撃波を発生させる衝撃波発生手段とを備え、該衝撃波発生手段から上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することによって発生する衝撃波を上記圧縮室内に伝播させて上記圧縮室内の原料及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱することにより該混合体中の原料と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させるようになっていることを特徴とする水素製造装置。
【請求項６】
　衝撃波発生手段は、高圧ガスとして高圧水蒸気を圧縮室内に瞬間的に間欠噴射することにより衝撃波を発生するようになっていて、水蒸気供給手段を兼ねていることとする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　従来、工業用の水素製造装置としては、熱分解炉型水素製造装置、スチームリフォーマ等が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
　これらの水素製造装置にあっては、予め高温状態に維持された反応器内に天然ガス、プロパン等の原料を導入させることにより該原料を高温に加熱して反応させて、水素、一酸化炭素等を含有する水素含有ガスを生成させ、該水素含有ガスから水素を分離して製造する。
【０００４】
　例えば、スチームリフォーマにあっては、原料として天然ガス、プロパン等の炭化水素と水蒸気との混合体を反応器内で高温状態の改質触媒に接触させることにより、水素、一酸化炭素等を含有する水素含有ガスたる改質ガスを得て、この改質ガスから水素を分離して得る。
【特許文献１】特開２００１−１９９７０４（図１、第２３段落〜第２４段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　しかしながら、従来の水素製造装置では、水素製造の反応前に予め反応器内空間全体を、別に設けられた加熱装置によって高温状態としなければならないため、装置が複雑かつコスト高となると共に、装置の立ち上げ工程や立ち下げ工程等でのエネルギーロスが大きくなってしまい、装置の運転費も高くなってしまう。
【０００６】
　又、このように装置の立ち上げから立ち下げまでの間の長時間に亘り反応器内空間全体が高温状態に維持されることとなってしまうため、耐火物を多用して装置を構成する必要があり、設備費が高くなってしまう。
【０００７】
　更に、上述のような装置では、立ち上げ工程や立ち下げ工程等の時間が長いために、エネルギーロスが大きくなるだけでなく時間的ロスも大きくなってしまうため、一般にこのような装置では一旦装置を立ち上げて反応器内を高温状態とした後は長時間連続して水素製造が行われるので、小規模生産、或いは、所望時の短時間生産には向かない。
【０００８】
　又、原料として天然ガス、プロパン等の純燃料が必要となってしまうため、この点でも、装置の運転費が高くなってしまう。更に、製造工程で製造される水素と同等量程度以上の二酸化炭素が排出されてしまうため、地球温暖化の防止上好ましくない。
【０００９】
　そこで、本発明は、反応性粒子として純燃料を必要とせず安価な原料を用い、エネルギーロスの低減化を図り安価な運転費及び設備費により低コストで水素を製造することができ、又、小規模生産を可能とし、更に、二酸化炭素の排出を抑えつつ水素を製造することができる水素製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
　本発明に係る水素製造装置は、炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子と水蒸気との混合体を加熱して高温にすることにより上記反応性粒子と上記水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成するようになっている。
【００１１】
　かかる水素製造装置において、第一の発明では、反応性粒子及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する圧縮室と、炭化水素化合物若しくは炭素化合物を加熱溶融して液状化する液状化手段と、該液状化手段によって液状化された炭化水素化合物若しくは炭素化合物を反応性粒子として圧縮室内に供給する反応性粒子供給手段と、上記圧縮室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することにより衝撃波を発生させる衝撃波発生手段とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
　このような構成の第一の発明では、炭化水素化合物若しくは炭素化合物は上記液状化手段によって液状化された後に上記反応性粒子供給手段によって上記圧縮室内に適量だけ供給される。上記衝撃波発生手段から上記圧縮室内へ高圧ガスが間欠的に供給されると、これが高圧であるが故に衝撃波が発生する。この衝撃波は上記圧縮室内を伝播して上記圧縮室内の反応性粒子及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱して、該混合体中の反応性粒子と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させる。
【００１３】
　第一の発明においては、反応性粒子供給手段は、液状の炭化水素化合物若しくは炭素化合物を圧縮室内に噴霧して供給するようにすることができる。この場合、液状の炭化水素化合物若しくは炭素化合物は、圧縮室内に霧状となって供給されるので、水蒸気との接触面積が増えて水蒸気と反応しやすくなり、水素製造の反応効率が向上する。
【００１４】
　第一の発明における炭化水素化合物若しくは炭素化合物としては、常温で固体で加熱溶融して液状となるもの、例えば廃プラスチック、廃油、タール等が利用できる。廃プラスチックを反応性粒子として用いる場合には、加熱溶融により液状化された廃プラスチックを噴霧することにより微粒子化が行なえるため、水素製造を効率よく行なえる。又、廃プラスチックを水蒸気と反応しやすいように微粉化する微粉化装置を設ける必要がなので、装置のコストの低減化を図れる。
【００１５】
　又、かかる水素製造装置において、第二の発明では、反応性粒子及び水蒸気との混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する圧縮室と、反応性粒子を液体に分散させたスラリーを圧縮室内に供給するスラリー供給手段と、上記圧縮室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することにより衝撃波を発生させる衝撃波発生手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
　このような構成の第二の発明では、反応性粒子を液体に分散させたスラリーがスラリー供給手段によって上記圧縮室内に供給される。上記衝撃波発生手段から上記圧縮室内へ高圧ガスが間欠的に供給されると、これが高圧であるが故に衝撃波が発生する。この衝撃波は上記圧縮室内を伝播して上記圧縮室内のスラリーの反応性粒子及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱して、該混合体中の反応性粒子と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させる。
【００１７】
　第二の発明においては、スラリー供給手段は、スラリーを圧縮室内に噴霧して供給するようにすることができる。この場合、スラリーは、圧縮室内に霧状となって供給されるので、水蒸気との接触面積が増えて水蒸気と反応しやすくなり、水素製造の反応効率が向上する。
【００１８】
　第二の発明における、炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子を液体に分散したスラリーとしては、例えば、微粉状の石炭を、石油に分散させたＣＯＭ（Coal Oil Mixture）や水に分散させたＣＷＭ（Coal Water Mixture）等が利用できる。ＣＯＭやＣＷＭを用いる場合には、微粉状の石炭が圧縮室内へ供給されるので、水蒸気との反応効率が高く、水素製造を効率よく行なえる。
【００１９】
　更に、第三の発明では、炭化水素若しくは炭素を含有する原料と水蒸気との混合体を加熱して高温にすることにより上記原料と上記水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成する水素製造装置において、原料及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する圧縮室と、炭化水素化合物若しくは炭素化合物をガス化するガス化手段と、該ガス化手段によってガス化された炭化水素化合物若しくは炭素化合物を原料として圧縮室内に供給する原料供給手段と、上記圧縮室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することにより衝撃波を発生させる衝撃波発生手段とを備えることを特徴としている。
【００２０】
　このような構成の第三の発明では、炭化水素化合物若しくは炭素化合物は上記ガス化手段によってガス化された後に上記原料供給手段によって上記圧縮室内に適量だけ供給される。上記衝撃波発生手段から上記圧縮室内へ高圧ガスが間欠的に供給されると、これが高圧であるが故に衝撃波が発生する。この衝撃波は上記圧縮室内を伝播して上記圧縮室内の原料及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱して、該混合体中の原料と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させる。
【００２１】
　第三の発明における炭化水素化合物若しくは炭素化合物としては、廃プラスチック、廃油、タール、石炭、コークス等が利用できる。このような化合物を加熱して熱分解させてＣＯ、ＣＨ４等にガス化させることにより、水蒸気との反応効率が高くなり、水素製造を効率よく行なえる。　
【００２２】
　第一の発明乃至第三の発明のいずれかにおいては、衝撃波発生手段は、高圧ガスとして高圧水蒸気を圧縮室内に瞬間的に間欠噴射することにより衝撃波を発生するようになっていて、水蒸気供給手段を兼ねていると、設備費が安価となるので、好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
　上述したように、第一の発明によれば、反応性粒子として純燃料を用いることなく安価な廃プラスチック等の炭化水素化合物若しくは炭素化合物を液状化して圧縮室に供給し、該圧縮室内の液状の炭化水素化合物若しくは炭素化合物と水蒸気とを、衝撃波発生手段から該圧縮室内に間欠的に供給された高圧ガスによって発生した衝撃波によって衝撃圧縮して容易に反応させて水素ガスを生成する。又、廃プラスチック等の反応性粒子を水蒸気と反応しやすくするために微粉化する高価な装置が不要であり、設備費の低コスト化が図られる。
【００２４】
　又、第二の発明によれば、反応性粒子として純燃料を用いることなく安価な液状のＣＯＭ又はＣＷＭ等のスラリーを圧縮室に供給し、該圧縮室内のスラリーの反応性粒子と水蒸気とを、衝撃波発生手段から該圧縮室内に間欠的に供給された高圧ガスによって発生した衝撃波によって衝撃圧縮して容易に反応させて水素ガスを生成する。又、ＣＯＭ又はＣＷＭ等のスラリーの反応性粒子は液状化するための装置も不要であるので、更に設備費の低コスト化が図られる。
【００２５】
　更に、第三の発明によれば、反応性粒子として純燃料を用いることなく安価な廃プラスチック等の炭化水素化合物若しくは炭素化合物をガス化して圧縮室に供給し、該圧縮室内のガス状の炭化水素化合物若しくは炭素化合物と水蒸気とを、衝撃波発生手段から該圧縮室内に間欠的に供給された高圧ガスによって発生した衝撃波によって衝撃圧縮して容易に反応させて水素ガスを生成する。又、廃プラスチック等の反応性粒子を水蒸気と反応しやすくするために微粉化する高価な装置が不要であり、設備費の低コスト化が図られる。
【００２６】
　従って、第一の発明乃至第三の発明のいずれかによれば、反応性粒子として純燃料を必
要とせず安価な廃プラスチックやＣＯＭ、ＣＷＭを用い、エネルギーロスの低減化を図り安価な運転費及び設備費により低コストで水素を製造することができる。又、小規模生産を可能とし、更に、二酸化炭素の排出を抑えつつ水素を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
　以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。
【００２８】
　先ず、図１にもとづき、本実施形態における水素製造のための反応装置１について説明する。
【００２９】
　図１の反応装置１において、軸線ａを中心とする円筒形状のシリンダ２は密閉されており、内部にピストン３が上記軸線ａ方向に摺動自在に配されており、シリンダ２内の空間を加圧空間Ｐと背圧空間Ｂとに区分している。
【００３０】
　上記シリンダ２内には加圧空間Ｐに圧縮室たる収束管４が取り付けられている。該収束管４は上記シリンダ２の一方の端壁２Ａを貫通してシリンダ２外へ延出している。この収束管４は、シリンダ２内にある入口開口４Ａから図１右方に同一断面で延びる誘導部４Ｂと、同方向で漸次断面を小さくして延びる収束部４Ｃとを有している。誘導部４Ｂは、入口開口４Ａの内径の０．５倍以上５倍以下の範囲内の長さ（軸線ａ方向の長さ）に設定されている。一方、収束部４Ｃの内壁には、本実施形態では、収束管４内の気流を旋回させるように、旋回羽根４Ｄが設けられている。又、上記収束部４Ｃには、後述の噴射ポンプ１２からの液状の廃プラスチック（以下、廃プラスチック溶融物という）を該収束管４内へ噴射して供給するための噴射ノズル５が設けられている。この噴射ノズル５は、廃プラスチック溶融物が収束管４内に広範囲に噴霧されるように図２に示すごとく複数のノズル孔５Ａが形成された多孔ノズルとなっている。又、噴射ノズル５は、ノズル先端が収束管４内の気流を阻害しないように収束管４の内壁に対して凹設されている。更に、上記収束部４Ｃには、生成ガス取出口６、排気口７が形成され、所定時に開閉する制御弁６Ａ，７Ａが設けられている。入口開口４Ａの部分はテーパ状になっている。
【００３１】
　上記ピストン３は、本実施形態では、金属板をプレス加工して軽量に作られており、シリンダ２に対し瞬時移動するのに好都合な低質量となっている。このピストン３は、シリンダ２の内壁と摺接するスカート部３Ａと、上記加圧空間Ｐと背圧空間Ｂを区分する部分にテーパ部３Ｂとを有している。該テーパ部３Ｂは収束管４の入口開口４Ａのテーパ部分と密に接するように好適なテーパとなっている。さらに、上記ピストン３とシリンダ２の他方の端壁２Ｂとの間には、弾性体としてのコイルばね８が配設されていて、ピストン３に背圧を与え収束管４の入口開口４Ａに圧している。
【００３２】
　本実施形態では、ピストン３のスカート部３Ａの外周面には、環状溝３Ｃが形成されていると共に、軸線ａ方向で該環状溝３Ｃの両側にはＯリング溝３Ｄが形成されていて該溝３ＤにＯリング３Ｅが収められている。一方、シリンダ２には上記環状溝３Ｃに連通する注水孔（図示せず）が形成され、上記環状溝３Ｃ、両Ｏリング溝３Ｄそしてシリンダ２の内面により形成される閉空間に上記注水孔を経て水が外部から充満されて水シールを形成している。上記環状溝３Ｃの幅、すなわち軸線ａの方向の長さ寸法は、ピストン３が軸線ａ方向に往復動しても、上記環状溝３Ｃの幅内から上記注水孔が外れないように設定されている。かくして、上記水シールは、ピストン３とシリンダ２との間のシール、そして両者間の潤滑、さらには、冷却の機能を併せて発揮する。
【００３３】
　さらに、シリンダ２には、上記加圧空間Ｐに通ずる高圧ガス供給口９が、背圧空間Ｂに通ずる背圧ガス供給口１０がそれぞれ形成されている。高圧ガス供給口９には弁９Ａが設けられている。
【００３４】
　かかる本実施形態の反応装置１は水素ガスの製造のための他の諸装置と図３のごとく接続されている。
【００３５】
　反応装置１の高圧ガス供給口９は、例えばごみ焼却炉等の大型熱プロセス設備からの廃熱を利用する廃熱ボイラ１１に接続されている。本実施形態では、廃熱ボイラ１１が背圧ガス供給口１０にも切換弁１０Ａを介して接続され、背圧ガスとして、廃熱ボイラ１１からの高圧水蒸気の一部を用いるようになっている。高圧ガス供給口９のための弁９Ａは、通常、開放されており、切換弁１０Ａはシーケンスに則り設定時に開となる。この切換弁１０Ａは、廃熱ボイラ１１の高圧水蒸気の供給先を背圧ガス供給口１０又は後述の白煙防止装置１９のいずれかに切り換える。
【００３６】
　次に、噴射ノズル５には、廃プラスチック溶融物を該噴射ノズル５によって収束管４内へ噴射させる噴射ポンプ１２が接続されている。噴射ポンプ１２には、反応性粒子としての廃プラスチックを他物質と分離後に加熱溶融して廃プラスチック溶融物とする溶融装置１３が接続されている。これにより、噴射ポンプ１２は溶融装置１３から廃プラスチック溶融物の供給を受ける。このように、本実施形態では、廃プラスチックを廃プラスチック溶融物として収束管４内に噴霧するので、該廃プラスチック溶融物は微粒子状になっており後述の衝撃波による衝撃圧縮によって水蒸気と容易に反応する。又、廃プラスチックを水蒸気と反応しやすくするために微粉化する必要がないので、微粉化のための高価な装置が不要であり、設備費の低コスト化が図られている。
【００３７】
　一方、ガス取出口６は制御弁６Ａを介してバッファタンク１４、バグフィルタ１５、そして分離装置１６に接続されている。バッファタンク１４は反応装置１からの高圧な水素含有ガスを一旦収容して圧力緩和するためのものである。バグフィルタ１５は水素含有ガスから未反応の廃プラスチック溶融物が固化した反応性粒子等を除去するものであり、除去された未反応の反応性粒子を帰還させて再利用するため、上述の溶融装置１３に接続されている。分離装置１６は水素含有ガスを水素ガスとＣＯガスとに分離してそれぞれ取り出すためのものであり、圧力振動吸着（ＰＳＡ）装置が用いられている。又、水素の分離は圧力振動吸着法にかぎらず膜分離等の他の方法を用いてもよい。
【００３８】
　又、排気口７は制御弁７Ａを介してバッファタンク１７、排ガス処理装置１８、そして白煙防止装置１９が接続されている。バッファタンク１７は反応装置１の反応後に残留した水蒸気等の排ガスを一旦収容して圧力緩和するためのものである。排ガス処理装置１８はこの排ガスを大気放出する前に可燃成分追い焚き、ダスト除去等の所定の処理をするようになっている。白煙防止装置１９は上述の切換弁１０Ａの切換により廃熱ボイラ１１からの水蒸気が供給されて排ガスの水滴発生を防止する。尚、本実施形態では、排気口７からのガスを利用して低圧ガスタービンを駆動して、エネルギーの有効利用がなされている。
【００３９】
　次に、衝撃波を用いて水蒸気と反応性粒子としての廃プラスチック溶融物とを反応させて、所望ガスとして水素ガスを生成する例のもとに、本実施形態についての作動を説明する。
【００４０】
　１）　先ず、反応性粒子としての廃プラスチックが他物質と分離後に溶融装置１３に供給され、上記廃プラスチックが加熱溶融されて廃プラスチック溶融物となる。この廃プラスチック溶融物は、噴射ポンプ１２に供給される。
【００４１】
　ここで、廃プラスチック溶融物の動粘性係数を１０ｃｍ２／ｓ（１０００ｃＳｔ）以下に、より好ましくは１ｃｍ２／ｓ（１００ｃＳｔ）以下にすることにより、廃プラスチッ
ク溶融物が噴射ポンプ１２によって噴射ノズル５から噴射される際に微粒化が確実に行なわれる。
【００４２】
　廃プラスチック溶融物の粘性を調整するためには、加熱温度を高くするか、重油、タール、ピッチや他の高沸点炭化水素化合物などの低粘性液を廃プラスチック溶融物に添加し混合することが効果的である。
【００４３】
　溶融装置１３の熱源として、反応装置１で製造された水素含有ガスから水素を分離した後の残ガス（ＣＯガス）を燃料として燃焼させるバーナを用いることにより、残ガスを有効利用することができる。
【００４４】
　２）　一方、図１において、高圧ガス供給口９からは開状態の弁９Ａを経てシリンダ２の加圧空間Ｐ内に反応性の高圧ガスとしての高圧水蒸気が供給されている。上記弁９Ａは、通常、開のままとなっている。又、図３に示す開状態の切換弁１０Ａを経て上記高圧水蒸気は背圧ガス供給口１０へも供給されている。
【００４５】
　かかる状態で、シリンダ２の加圧空間Ｐそして背圧空間Ｂは上記高圧水蒸気で充満しており、ピストン３はコイルばね８の付勢力によって収束管４の入口開口４Ａに圧せられていて、この入口開口４Ａはピストン３によって閉じられている。
【００４６】
　３）　次に、収束管４へ噴射ノズル５から原料たる反応性粒子としての廃プラスチック溶融物が噴射ポンプ１２によって噴射されて微粒子状となり供給充填される。廃プラスチック溶融物を噴射するための廃プラスチック溶融物に印加する圧力を少なくとも数十ＭＰａ以上、好ましくは１００ＭＰａ（約１０００気圧）以上、より好ましくは２００ＭＰａ（約２０００気圧）以上とすることにより、廃プラスチック溶融物を粒径数μｍから数十μｍ程度に微粒子化できるので、反応効率を向上させることができる。
【００４７】
　４）　しかる後、切換弁１０Ａを瞬間的に開放し背圧空間Ｂを減圧する。したがって、加圧空間Ｐの圧力が背圧空間Ｂの圧力及びコイルばね８の付勢力に勝って、ピストン３は背圧に抗して後退し、収束管４の入口開口４Ａとの間に隙間が形成される。この隙間から高圧水蒸気が収束管４内に流入する。この瞬時の高圧水蒸気の流入によって収束管４内では衝撃波が発生する。この衝撃波は収束管４の誘導部４Ｂで波面を平面化され収束部４Ｃで収束される。このとき収束部４Ｃでは旋回羽根４Ｄによる気流の旋回によって衝撃波の波面の平面化がさらに図られる。このようにして収束管４内を伝播された衝撃波が、収束管４内へ入った水蒸気を廃プラスチック溶融物と共に瞬時に圧縮して昇温せしめ、この瞬時に反応が行なわれ、水素ガスが生成される。本実施形態では、上述したように廃プラスチック溶融物が収束管４内に噴霧されて供給されるので、収束管４内の水蒸気との接触面積が向上し、水素製造の反応効率が向上する。
【００４８】
　５）　水素含有ガスが、次の瞬間に生成ガス取出口６から取り出されると共に、背圧として高圧水蒸気が再び背圧空間Ｂへ供給され、ピストン３は再び収束管４の入口開口４Ａを閉じる。又、反応装置１では、収束管４内の水蒸気等の排ガスが排気口７から排出される。ガス取出口６からの水素含有ガスは、バッファタンク１４で圧力緩和された後にバグフィルタ１５で未反応の反応性粒子等を除去され、そして分離装置１６で水素ガスとＣＯガスとに分離される。このときバグフィルタ１５で除去された反応性粒子は溶融装置１３に帰還されて再利用される。一方、排気口７から排出されたガスは、バッファタンク１７で圧力緩和された後に排ガス処理装置１８で所定の処理をされ、白煙防止装置１９で処理され、大気放出される。
【００４９】
　尚、本実施形態では反応性粒子として廃プラスチック溶融物を収束管４内に供給するよ
うに構成したが、廃プラスチックに代えて廃油、タール等を溶融して供給してもよい。又、反応性粒子としてＣＯＭ又はＣＷＭを収束管４内に供給するようにしてもよい。この場合、溶融装置１３が不要となるので、設備費を更に安価にすることができる。
【００５０】
　又、本実施形態では廃プラスチック溶融物を収束管４内に噴霧して供給することとしたが、廃プラスチック、廃油、タール、石炭、コークス等を加熱してガス化して収束管４内に供給してもよい。廃プラスチック等をガス化する加熱源として、反応装置１で製造された水素含有ガスから水素を分離した後の残ガス（ＣＯガス）を燃料として燃焼させるバーナを用いることにより、残ガスを有効利用することができる。又、廃プラスチック溶融物を収束管４内に単に滴下して供給してもよい。
【００５１】
　ここで、他の実施形態として、廃プラスチックを加熱して得られた廃プラスチック溶融物とその熱分解ガス体（以下、廃プラスチックガス体という）とをそれぞれ反応装置へ供給する例を図４に基づいて説明する。
【００５２】
　この実施形態に係る装置は、上述の図３に示す前実施形態では廃プラスチック溶融物だけを反応装置１へ供給していたのに対し、廃プラスチック溶融物のみならず廃プラスチックガス体を反応装置１へ供給するようになっており、この点で図３に示す装置と異なっている。そのため、図４に示す本実施形態装置は、廃プラスチックの液化手段として図３に示された溶融装置１３に代えて、廃プラスチックの液状化手段としてだけでなくガス化手段をも兼ねる溶融装置１３Ａが設けられている。なお、図４においては、上記溶融装置１３Ａとその接続に関する構成以外は図３と同様であるのでその図示を省略し、また図３と同様の構成には同一符号を付してある。
【００５３】
　図４に示す溶融装置１３Ａは、異物を分離した後の廃プラスチックの供給を外部から受ける撹拌槽１３Ｂと、該撹拌槽１３Ｂの外側に設けられ該撹拌槽１３Ｂ内の廃プラスチックを加熱して廃プラスチック溶融物とするヒータ１３Ｃと、モータ１３Ｄから駆動を受けて該撹拌槽１３Ｂ内の廃プラスチック溶融物を撹拌する撹拌翼１３Ｅとを備えている。
【００５４】
　上記撹拌槽１３Ｂ内では、上記ヒータ１３Ｃからの熱により、廃プラスチックが上記撹拌翼１３Ｅで撹拌されながら加熱溶融されて廃プラスチック溶融物となるとともに、該廃プラスチック溶融物が更に加熱されてその一部が熱分解によりガス化して廃プラスチックガス体となる。その結果、上記撹拌槽１３Ｂ内では、廃プラスチック溶融物の液面の上方に廃プラスチックガス体が存在することとなる。廃プラスチックガス体は、主として、ＣＯ、ＣＯ２の他に、Ｃ６以下のパラフィン系炭化水素、オレフィン系炭化水素からなる軽質成分と、Ｃ７〜Ｃ２０程度のパラフィン系炭化水素、オレフィン系炭化水素からなる重質成分からなる。この重質成分は軽質成分よりも高沸点である。また、ヒータ１３Ｃによって加熱される廃プラスチック溶融物の温度を調整することにより、撹拌槽１３Ｂ内での廃プラスチック溶融物の重量に対する廃プラスチックガス体の重量の比率を適宜変更することができる。また、撹拌槽１３Ｂに供給される廃プラスチックの材質が異なれば、廃プラスチック溶融物が同じ温度で加熱されても上記比率が異なっていくので、廃プラスチックの材質に対応して廃プラスチック溶融物の温度を調整することが望ましい。
【００５５】
　上記撹拌槽１３Ｂは、上部から廃プラスチックガス体、底部から廃プラスチック溶融物が排出可能となっていて、本実施形態ではこれらが水素製造の原料としてそれぞれ別経路で反応装置１へ供給される。
【００５６】
　上記撹拌槽１３Ｂから反応装置１への廃プラスチックガス体の供給に際しては、撹拌槽１３Ｂの内部圧力を上昇させてその圧力により撹拌槽１３Ｂから廃プラスチックガス体を駆出する高温高圧の水蒸気（パージ用水蒸気）が撹拌槽１３Ｂの上部空間に供給される。
【００５７】
　このパージ用水蒸気は、高圧であって、上記撹拌槽１３Ｂ内へ供給されることにより上記撹拌槽１３Ｂ内の圧力を上昇させ、この圧力により、上記撹拌槽１３Ｂ内の廃プラスチックガス体とパージ用水蒸気の混合体は、上記原料供給経路１３Ｆを経て上記反応装置１へ駆出される。また、このパージ用水蒸気は、撹拌槽１３Ｂ内では廃プラスチック溶融物あるいは廃プラスチックガス体と反応しないが、反応装置１では廃プラスチック溶融物あるいは廃プラスチックガス体と反応して水素を生成させるので反応装置１での水素製造を促進させる。さらに、このパージ用水蒸気は、廃プラスチックガス体の温度よりも高温になっていて、撹拌槽１３Ｂ内で廃プラスチックガス体を液化させてしまうことがない。好ましくは、パージ用水蒸気の温度は、撹拌槽１３Ｂ内での廃プラスチックガス体の温度よりも２０℃以上高くする。このように上記パージ用水蒸気の温度を廃プラスチックガス体の温度よりも十分に高くすることにより、ガス状を保って廃プラスチックガス体中の高沸点物質である上述の重質成分が反応装置１への原料供給経路１３Ｆで液化して該原料供給経路１３Ｆの内壁面に付着することなく確実に反応装置１へ供給される。
【００５８】
　一方、上記撹拌槽１３Ｂから反応装置１への廃プラスチック溶融物の供給に際しては、該撹拌槽１３Ｂの底部から搬送ポンプ１３Ｇにより排出された廃プラスチック溶融物を噴射ポンプ１２が噴射ノズル５Ｂで反応装置１へ噴射することにより行なわれる。
【００５９】
　上記噴射ノズル５Ｂは、廃プラスチック溶融物と高温高圧の水蒸気（アシスト用水蒸気）との二つの流体を一つのノズルから同時に噴射させる二流体ノズルとなっている。この二流体ノズルは、上記噴射ポンプ１２からの廃プラスチック溶融物と高温高圧のアシスト用水蒸気が混合された状態で噴射される。したがって、上記二流体ノズルから噴射される廃プラスチック溶融物は、上記アシスト用水蒸気により加熱されるので粘度が上昇せず、ノズルへの融着の防止が図られ、上記アシスト用水蒸気の圧力を受けて霧状で噴射される。
【００６０】
　上述のようにして反応装置１に供給された廃プラスチック溶融物及び廃プラスチックガス体は、上述した図１の装置と同様に、収束管４の入口開口４Ａからの衝撃波により衝撃圧縮されて高温となり、水蒸気と反応して水素含有ガスを生成させる。廃プラスチックガス体は廃プラスチック溶融物よりも反応性が高いため、反応装置１に廃プラスチック溶融物を単独で供給するよりも、水素含有ガスの生成が効果的に行なわれる。
【００６１】
　＜実施例＞
　次に、図４に基づき説明した上述の実施形態に係る溶融装置の実施例を説明する。
【００６２】
　廃プラスチックをスクリーン径２０ｍｍの粉砕機で粉砕後、異物、例えば金属類を比重分離による除去し、プラスチックのみを撹拌槽に搬送した。その際、異物除去の効果を更に向上させる場合には、廃プラスチックの融点以上かつ金属の融点以下で加熱して廃プラスチック中のプラスチックのみを溶融し濾過することにより異物除去を行なってもよい。撹拌槽として容量が２０Ｌの密閉可能なＳＵＳ製容器を用い、撹拌翼は回転数を１５００ｒｐｍとした。上述の異物除去後の廃プラスチックを上記撹拌槽に供給するとともに、該撹拌槽内の廃プラスチックをヒータにより加熱を行なった。このとき、撹拌槽内部の廃プラスチックは、温度が１８０℃と達したときに溶融状態となり、更に継続して加熱して３００℃以上に達したときに廃プラスチックガス体が生じて、廃プラスチック溶融物と廃プラスチックガス体を得た。
【００６３】
　搬送ポンプとしてスクリュータイプのポンプを用いて、撹拌槽から廃プラスチック溶融物を吸引排出して噴射ポンプへ送った。その際、撹拌槽から噴射ポンプへの廃プラスチック溶融物の供給配管を加熱する手段を設け、その熱により廃プラスチック溶融物が管内壁
面に固着しないようにした。その後、噴射ポンプとしてプランジャータイプのポンプを用いて、噴射ノズルから廃プラスチック溶融物を間欠的に定量ずつ噴射させた。この噴射ノズルには廃プラスチック溶融物とともに高温高圧のアシスト用水蒸気を噴射する二流体ノズルを用いて、アシスト用水蒸気の熱により廃プラスチック溶融物を固化させずに液体のまま噴射できた。
【００６４】
　また、３ＭＰａ、３５０℃のパージ用水蒸気を撹拌槽の上部空間に供給して、該パージ用水蒸気の圧力により該撹拌槽から廃プラスチックガス体とパージ用水蒸気との混合体を反応装置へ供給した。その際、撹拌槽から反応装置への廃プラスチックガス体の供給配管を加熱する手段を設けた。その結果、廃プラスチックガス体中の高沸点物質であるＣ７〜Ｃ２０程度の重質成分がパージ用水蒸気の熱によりガス状態に保たれて上記供給配管内に付着することなく、廃プラスチックガス体を反応装置へ供給できた。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態としての水素製造装置のための反応装置の断面図である。
【図２】図１の反応装置に備えられた噴射ノズルの構成を示す図である。
【図３】図１の反応装置を用いた水素製造装置の全体構成を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる装置の要部を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
　４　収束管（圧縮室）
　１１　廃熱ボイラ（水蒸気供給手段）
　１２　噴射ポンプ（反応性粒子供給手段）
　１３　溶融装置（液状化手段）
　１３Ａ　溶融装置（液状化手段、ガス化手段）
　１３Ｆ　原料供給経路（原料供給手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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