(57)【要約】【課題】  生ゴミから燃料ガスを生成して燃料電池に供給する燃料電池用ガス供給システムにおいて、生ゴミを貯蔵することなくガス化装置によってガス化でき、かつ、生ゴミをガス化する際の腐食性のガスの発生を抑制する。【解決手段】  燃料電池発電システム１０は、生ゴミが投入されるディスポーザ１２と、ディスポーザ１２から排出される排水を流す排水路１３と、排水路１３を流れる排水によって輸送された生ゴミを熱分解するガス化装置（１４，１６）とを有する。  この燃料電池発電システム１０では、ディスポーザ１２を用いることでガス化装置（１４，１６）に投入される生ゴミ中の塩素成分が除去され、ガス化する際の腐食性ガスの発生を抑制することができる。【選択図】  図１
2007103125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生ゴミから燃料ガスを生成して燃料電池に供給する燃料電池用ガス供給システムであって、
生ゴミが投入されるディスポーザと、
ディスポーザから排出される排水を流す排水路と、
排水路を流れる排水によって輸送された生ゴミを熱分解するガス化装置と、を有する燃料電池用ガス供給システム。
【請求項２】
排水路に配され、排水路を流れる排水から生ゴミを分離する濾過装置をさらに備え、ガス化装置には濾過装置によって分離された高含水生ゴミが投入されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用ガス供給システム。
【請求項３】
ガス化装置が、投入された生ゴミを投入口から排出口まで輸送するスクリューフィーダ式のガス化炉と、そのガス化炉を外部から加熱する加熱装置と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用ガス供給システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池用ガス供給システムと、
その燃料電池用ガス供給システムのガス化装置によって熱分解されたガス化ガスが供給される燃料電池と、を備えた燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生ゴミからエネルギを回収する技術に関する。詳しくは、生ゴミから燃料用ガスを生成して燃料電池に供給する燃料電池用ガス供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生ゴミから燃料用ガスを生成して燃料電池に供給する燃料電池用ガス供給システムが提案されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１に記載の燃料電池用ガス供給システムでは、家庭やビルの食堂等で発生する生ゴミをクラッシャによって破砕し、破砕した生ゴミを水分と化合させてスラリー化する。スラリー化された生ゴミは、輸送パイプによって生ゴミ貯蔵部（ホモジナイザー）に輸送される。生ゴミ貯蔵部に貯蔵された生ゴミは、ガス生成部に随時供給され、ガス生成部において発酵してメタンガスを生成する。生成されたメタンガスは、ガス貯蔵タンクに貯蔵され、ガス貯蔵タンクから燃料電池に供給される。
【特許文献１】特開平１１−１６２４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１の燃料電池用ガス供給システムでは、生ゴミを発酵させてメタンガスを生成する。このため、各家庭や食堂等で発生する生ゴミは一旦生ゴミ貯蔵部にストックされ、生ゴミ貯蔵部にある程度まとまった量の生ゴミがストックされると、そのまとまった量の生ゴミがガス生成部に供給されて発酵させられる。したがって、生ゴミ貯蔵部に生ゴミを貯蔵する期間が生じるため、生ゴミ貯蔵部から悪臭が発生するという問題を有している。
なお、有機系廃棄物をそのままガス化炉に投入し、熱分解してガス化する技術も知られている（例えば、特開２００２−３０２８９号公報）。しかしながら、この技術によって生ゴミをガス化しようとすると、生ゴミ中に含まれる塩素分に由来する塩化水素が大量に発生し、炉材が腐食するといった問題がある。
【０００４】
本発明は上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、生ゴミを貯蔵することなくガス化でき、かつ、生ゴミを直接ガス化しても腐食性のガスの発生を抑制することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために創作された本願発明の燃料電池用ガス供給システムは、生ゴミから燃料ガスを生成して燃料電池に供給する燃料電池用ガス供給システムであって、生ゴミが投入されるディスポーザと、ディスポーザから排出される排水を流す排水路と、排水路を流れる排水によって輸送された生ゴミを熱分解するガス化装置と、を有する。
この燃料電池用ガス供給システムでは、各家庭や食堂等で発生した生ゴミはディスポーザに投入される。ディスポーザに投入された生ゴミは粉砕され、ディスポーザから排出される排水によってガス化装置に輸送される。ガス化装置に輸送された生ゴミは、ガス化装置に投入され、熱分解してガス化ガスとなる。ガス化ガスは改質器等を介して燃料電池に供給される。
このシステムでは、各家庭や食堂等で発生した生ゴミはディスポーザからの排水によってガス化装置に輸送され、そのままガス化装置に投入される。このため、生ゴミを貯蔵する必要はなく、悪臭の発生を抑えることができる。また、ディスポーザに投入された生ゴミは水流によってガス化装置に輸送されるため、生ゴミに含まれる塩素成分（例えば、食塩）が水流によって除去される。このため、生ゴミに含まれる塩素成分の濃度が低下し、輸送された生ゴミをそのままガス化装置に投入しても塩化水素の発生が抑えられ、ガス化装置の腐食を抑制することができる。
【０００６】
上記燃料電池用ガス供給システムは、排水路に配され、排水路を流れる排水から生ゴミを分離する濾過装置をさらに備えることができる。この場合に、ガス化装置には濾過装置によって分離された高含水生ゴミが投入されることが好ましい。このような構成によると、排水路に設けた濾過装置によって排水から生ゴミを容易に分離することができる。また、ガス化炉に高含水生ゴミを投入することで、その水分をガス化剤として利用することができる。
【０００７】
上述したガス化装置は、例えば、投入口から投入された生ゴミを排出口まで輸送するスクリューフィーダ式のガス化炉と、そのガス化炉を外部から加熱する加熱装置と、を有することができる。このような構成によると、ガス化炉内の生ゴミがスクリューによって攪拌され、全体を均一に加熱・ガス化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を具現化した一実施形態に係る燃料電池発電システム１０について図面を参照して説明する。まず、燃料電池発電システム１０の全体構成について簡単に説明する。図１には燃料電池発電システム１０の全体構成が示されている。図１に示すように燃料電池発電システム１０は、ディスポーザ１２、ガス化炉１４及び燃料電池２６等によって構成されている。
ディスポーザ１２は、投入された生ゴミを粉砕し、その粉砕した生ゴミを水洗する。ディスポーザ１２には、公知のものを使用することができる。ディスポーザ１２から排出される排水（生ゴミが含まれる）は排水路１３を流れ、後述するガス化炉１４に向かって流れる。なお、ディスポーザ１２は、一般家庭や食堂等の生ゴミ発生場所にそれぞれ設置されることが好ましい。例えば、マンション等の集合住宅に燃料電池発電システム１０を設置した場合は、その集合住宅内の各家庭の流し台にそれぞれ設置することができる。
【０００９】
排水路１３の下流にはガス化炉１４が配設され、ガス化炉１４の近傍には燃焼装置１６が配設されている。燃焼装置１６には燃料（例えば、都市ガス）が供給される。燃焼装置１６は供給された燃料を燃焼する。燃料を燃焼することで生じる熱はガス化炉１４に供給される。
ガス化炉１４には、排水路１３内を流れる排水から分離された生ゴミが投入される。ガス化炉１４内に投入された生ゴミは、燃焼装置１６から供給される熱によって熱分解してガス化する。これによって、ガス化炉１４に投入された生ゴミのうち炭素分等はガス化ガス（例えば、ＣＯ，Ｈ２，ＣＨ４，Ｃ２Ｈ６，ＣＯ２等）となり、残りは残渣としてガス化炉１４から排出される。なお、生ゴミを熱分解する際のガス化炉１４内の温度は、例えば４００〜６００℃の範囲内とすることができる。
【００１０】
ガス化炉１４で生成されたガス化ガスは、その一部が熱交換器２０を経て改質器１８に供給され、残りが燃料電池コジェネレーションシステム２２に送られて燃料として使用される。改質器１８では、改質器１８内に導入されたガス化ガスを水素リッチなガスに改質する。改質器１８には、公知のものを使用することができる。改質器１８から排出されたガス（水素リッチなガス）は熱交換器２０に送られ、熱交換器２０においてガス化炉１４から排気されたガス化ガスと熱交換を行う。これによって、改質器１８から排出されたガス（水素リッチなガス）が昇温されることとなる。
【００１１】
熱交換器２０で昇温されたガス化ガスはガス精製器２４に送られる。ガス精製器２４では、改質器１８で改質されたガスから硫黄分が除去される。硫黄分の除去には、例えば、コークスを用いることができる。ガス精製器２４で生成されたガスは、燃料電池２６に供給される。燃料電池２６は、ガス精製器２４から供給されたガスを用いて発電を行う。燃料電池２６には、公知のものを使用することができる。なお、燃料電池２６から排出される排ガスはヒートポンプ２８に送られ、熱源として再利用される。
【００１２】
次に、上述した燃料電池発電システム１０に用いられるガス化装置（図１におけるガス化炉１４及び燃焼装置１６）の構造について詳細に説明する。図２はガス化装置の構成を模式的に示す図である。図２に示すようにガス化装置は、スクリューフィーダ式のガス化炉１４０と、燃焼装置１６によって構成されている。
【００１３】
スクリューフィーダ式のガス化炉１４０は、筒体１４０ａと、筒体１４０ａ内に回転可能に収容されたスクリュー１４０ｂを備えている。筒体１４０ａの一端には投入口が設けられ、他端には排出口と排気口が設けられている。スクリュー１４０ｂは、図示しないモータと連結され、モータによって回転駆動される。スクリュー１４０ｂが回転することで、投入口に投入された生ゴミが排出口まで輸送される。
【００１４】
燃焼装置１６はガス化炉１４０に隣接して配置される。燃焼装置１６には、ガス化炉１４０で生成されたガス化ガスの一部（オフガス）や都市ガス等が供給される。燃焼装置１６は、供給される都市ガスやオフガス等を燃焼し、それによって発生する熱によってガス化炉１４０を外部から加熱する。燃焼装置１６にはバーナー等を用いることができる。
【００１５】
上述したガス化装置では、ディスポーザ１２から排出される排水中の生ゴミがガス化炉１４０に投入される。すなわち、ディスポーザ１２からの排水は排水路１３を通ってガス化炉１４に輸送される。ガス化炉１４近傍の排水路１３には濾過装置１３ａが配されている。濾過装置１３ａは、排水路１３を流れる排水から生ゴミを分離する。生ゴミは水流によってガス化炉１４０まで輸送されるため、生ゴミに含まれる塩素（Ｃｌ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）は水流によって除去され、また、生ゴミには水分が多く浸透することとなる。このため、濾過装置１３ａによって分離された生ゴミは、塩素（Ｃｌ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）等の成分の濃度が低く、また、その含水率が高くなる。
濾過装置１３ａによって分離された生ゴミは、そのままガス化炉１４０の投入口に投入される。ガス化炉１４０の投入口から投入された生ゴミは、スクリュー１４０ｂの回転によって攪拌されながら排出口に向かって輸送される。生ゴミが投入口から排出口まで輸送される間、燃焼装置１６からの排ガスによって生ゴミは加熱され、熱分解してガス化する。生成したガス化ガスは、ガス化炉１４０の排気口より排出される。投入された生ゴミの残渣は、ガス化炉１４０の排出口より排出される。ガス化炉１４０から排出された残渣は燃焼装置１６に供給することができ、これによって、残渣中に含まれるタールや未反応カーボンを熱源として再利用することができる。
【００１６】
上述した説明から明らかなように、本実施形態の燃料電池発電システム１０では、濾過装置１３ａによって分離した高含水生ゴミがそのままガス化炉１４０に投入される。このため、ディスポーザ１２とガス化炉１４０の間に生ゴミを貯蔵する貯蔵部を設ける必要はなく、悪臭の発生を抑制することができる。
また、高含水生ゴミがガス化炉１４０に投入されるが、生ゴミ中に含まれる水分はガス化剤として利用される。このため、ガス化炉１４０で生成されるガス化ガスを水素リッチなガスとすることができる。
さらに、濾過装置１３ａによって分離された生ゴミは、塩素（Ｃｌ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）等の成分濃度が低くなっている。したがって、ガス化炉１４０内で熱分解する際に腐食性のガスの発生が抑制され、炉材の腐食を抑制することができる。
【００１７】
また、燃焼装置１６の燃焼排ガスを用いてガス化炉１４０を外部加熱するため、ガス化炉１４０内への空気の侵入が抑制される。このため、空気中の窒素成分がガス化ガスに混入されることが抑制され、発熱量の高いガス化ガスを得ることができる。
さらに、ガス化炉１４０内の生ゴミをスクリュー１４０ｂによって攪拌しながら加熱することとなるので、投入された生ゴミが均一に加熱され、生成されるガス化ガスの組成を安定化することができる。
【００１８】
なお、上述した燃料電池発電システム１０では、生ゴミ等のガス化ガスに加えて都市ガス等を利用して燃料電池２６に燃料用ガスを供給することができる。燃料電池発電システム１０に都市ガス等のガス源を設けることで、生ゴミが投入されないときでも燃料電池２６の運転が可能となり、燃料電池２６の連続運転が可能となる。例えば、都市ガスをベースとして燃料電池２６を連続運転し、生ゴミが投入されたときにのみ生ゴミのガス化ガスを利用して発電するように構成することができる。また、都市ガス等のガス源を利用すると、生ゴミから生成したガス化ガスの組成やガス量にバラツキが生じても、そのバラツキに応じて都市ガスの量を調整することで、燃料電池２６に供給する燃料用ガスのガス組成やガス量を安定化することもできる。
【００１９】
また、上述した燃料電池発電システム１０では、ディスポーザ１２から投入された生ゴミをガス化する期間内だけガス化炉１４０を運転することができる。例えば、燃料電池発電システム１０に生ゴミが投入され得る期間（例えば、燃料電池発電システム１０をレストラン等に導入した場合は、そのレストランの営業時間）内のあいだガス化炉１４０を運転する。
あるいは、ガス化炉１４０内に生ゴミが滞留している期間内だけガス化炉１４０を運転するようにしてもよい。例えば、ガス化炉１４０への生ゴミの投入を検知したときにガス化炉１４０の運転を開始する。そして、ガス化炉１４０内の温度やガス化炉１４０内の生ゴミ重量（ロードセル等により測定）によって生ゴミのガス化炉１４０内での滞留状態を判断し、ガス化炉１４０内に投入された生ゴミのガス化が完了したと判断されるときにガス化炉１４０の運転を停止する。
さらには、上述した両者を組み合わせて運転することもできる。すなわち、営業時間の開始と共にガス化炉１４０を運転し、営業時間の終了した後はガス化炉１４０内の生ゴミの滞留状態に基づいてガス化炉１４０の運転を停止する。
【００２０】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
例えば、上述した燃料電池発電システム１０のガス化装置には、上述したスクリューフィーダ式のガス化装置以外にも種々のガス化装置を用いることができる。
図３にはガス化装置として固定層型のガス化炉２４０を用いた例が示されている。図３に示すガス化炉２４０は、その内部に固定層が設けられている。固定層の下方にはバーナー１６が設けられ、固定層の上方には生ゴミを投入する投入口とガス化ガスを排出する排気口が設けられている。ガス化炉２４０には、上述した実施形態と同様、濾過装置１３ａによって分離された生ゴミが投入される。投入された生ゴミは、ガス化炉２４０内の固定層に保持される。
バーナー１６には、都市ガスやオフガス（ガス化ガスの一部）が供給される。バーナー１６は、燃料リッチな状態で燃焼される。バーナー１６によって発生する部分燃焼ガスは、ガス化炉２４０内を上昇し、固定層を通って排気口より排気される。部分燃焼ガスが固定層内を通過する際に、固定層に保持された生ゴミが加熱されて熱分解する。これによって、生ゴミからガス化ガスが生成され、その生成したガス化ガス部分燃焼ガスと共にガス化炉２４０の排気口より排気される。
【００２１】
上述した固定層型のガス化炉２４０を用いると、生ゴミの熱分解ガス化と、ガス化用熱源供給のための燃焼が同一装置内で行われる。このため、ガス化装置を小型・簡略化できる。
また、ガス化炉２４０を用いると、ガス化炉２４０の連続運転を効率的に行うことができる。すなわち、ガス化炉２４０内に生ゴミが投入されていないときは都市ガス量に対する空気量を少なくした燃料リッチな燃焼を行って燃料電池用のガスを生成し、ガス化炉２４０内に生ゴミが投入されたときは都市ガス量に対する空気量をわずかに多くした燃焼を行って生ゴミをガス化して燃料電池用のガスを生成する。これによって、燃料電池用の燃料ガスを連続して生成することができる。
また、燃焼排ガスによって生ゴミが直接加熱されるため、生ゴミの急速加熱が可能となり、ガス化装置の起動時間を短くすることができる。さらに、燃焼排ガスによって生ゴミを直接加熱することでガス化ガスの温度が高くなるため、その結果として水素リッチなガス化ガスを生成することができる。
さらに、ガス化炉２４０内の温度が高温となるため、残渣中のタール生成や未反応カーボンの残留を抑制することができる。また、投入された生ゴミが固定層上で長く保持され、このことによっても生ゴミ中の未反応カーボンがより少なくなる。
なお、上述した燃料電池発電システムを家庭用に用いた場合、夜間だけガス化装置によるガス化運転及び燃料電池の発電運転を行い、燃料電池から供給される電力を外灯の電源として利用することもできる。
【００２２】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態の燃料電池発電システム１０の全体構成を示す図。
【図２】燃料電池発電システム１０に用いられるガス化装置の一例を示す図
【図３】ガス化装置の他の例を示す図
【符号の説明】
【００２４】
１０・・燃料電池発電システム
１２・・ディスポーザ
１４・・ガス化炉
１６・・燃焼装置
１８・・改質器
２６・・燃料電池
【図１】
2007103125.tif 000003
【図２】
2007103125.tif 000004
【図３】
2007103125.tif 000005