(57)【要約】【課題】安定した利用先で、インフラが不要な水素利用先を確保し、廃棄物収集車のイメージアップを図る。【解決手段】廃棄物処理の排熱を利用して水素１４を製造する構成を具備し、かつ、廃棄物収集車２３を水素燃料自動車とし、廃棄物処理施設内部または付近で水素１４を廃棄物収集車２３に供給し、廃棄物収集車２３は水素１４を燃料として使用する、廃棄物を利用した水素システムである。これにより、安定した水素利用先を確保することができる。また、廃棄物収集車のイメージアップを図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物処理の排熱を利用して水素を製造する廃棄物処理施設と、
水素燃料自動車からなる廃棄物収集車とを備え、
廃棄物処理施設付近または内部で前記水素を前記廃棄物収集車に供給し、前記廃棄物収集車は前記水素を燃料として使用する、事を特徴とした廃棄物を利用した水素システム。
【請求項２】
廃棄物処理施設は、廃棄物処理の排熱を用いた水蒸気改質反応により、炭化水素またはエーテルまたはアルコールの内の１つ以上と蒸気から水素を発生する機能を具備する、事を特徴とした請求項１に記載の廃棄物を利用した水素システム。
【請求項３】
廃棄物を熱分解したガスを改質して水素を製造する廃棄物処理施設と、
水素燃料自動車からなる廃棄物収集車とを備え、
廃棄物処理施設付近または内部で前記水素を前記廃棄物収集車に供給し、前記廃棄物収集車は前記水素を燃料として使用する、事を特徴とした廃棄物を利用した水素システム。
【請求項４】
廃棄物処理施設は、廃棄物処理の排熱を用いた水蒸気改質反応により、ジメチルエーテルまたはメタノールの内の１つ以上と蒸気から水素を発生する機能を具備する、事を特徴とした請求項１に記載の廃棄物を利用した水素システム。
【請求項５】
廃棄物処理施設は、水素製造過程で発生した二酸化炭素を回収する機能を具備した、事を特徴とした請求項１乃至４のいずれかに記載の廃棄物を利用した水素システム。
【請求項６】
前記水素燃料自動車は燃料電池自動車からなる、事を特徴とした請求項１乃至４のいずれかに記載の廃棄物を利用した水素システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物処理施設等で製造された水素を廃棄物収集車に供給し、燃料として使用する廃棄物を利用した水素システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
第１の従来技術
第１の従来技術として、考えられている廃棄物処理の排熱を利用した水素製造システムの１つを、図７を用いて説明する。なお、これ以降、全ての図において、物質の搬送に用いる機器は図中に描かない事とする。
【０００３】
焼却炉１に一般廃棄物などの処理したい廃棄物２と第１の燃焼用空気３を流入させ、廃棄物２を燃焼させる。燃焼によって灰４と第１の燃焼排ガス２８が発生し、灰４は焼却炉１から排出される。ボイラ６にはボイラ給水７が流入し、第１の燃焼排ガス２８によって加熱され蒸発し、ボイラ蒸気５となって流出する。ボイラ６は節炭器、蒸発器、過熱器から構成されており、ボイラ蒸気５は熱利用先に熱を渡す事で冷却され水になり、循環しボイラ給水７となるが、図には描いていない。またボイラ蒸気５を、発電機に接続した蒸気タービンに流す事で、発電してから、圧力温度ともに低下した蒸気タービン排気蒸気を、河川水を用いた復水器で冷却して水にしてボイラ給水７にする廃棄物発電の構成にしてもよいが、図には描いていない。燃焼排ガス２８は熱を与えた分、温度低下し、焼却炉排ガス８となって流出し、バグフィルタ流入ガス９となる。バグフィルタ以降については説明を割愛する。
【０００４】
焼却炉１の内部に、触媒を内蔵した改質器１０を設置する。改質器１０に都市ガス１２と蒸気１３を混合した改質原料１１を流入させる。改質原料１１は燃焼排ガス２８により加熱され、水蒸気改質し、改質ガス１７となって流出する。改質ガス１７は一酸化炭素、二酸化炭素、水素、蒸気、メタンから構成される。改質ガス１７は一酸化炭素変成器１９に流入し、適当な温度状態にされる。一酸化炭素の多くは蒸気と反応し、二酸化炭素に変化すると同時に、蒸気は水素に変化する。変成ガス１８となって流出し、水素分離器１６に流入する。変成ガス１８は、圧力スイング吸着法などの方法により、水素１４と水素以外のガス２０に分離される。水素１４は水素タンク１５に貯蔵される。
【０００５】
第２の従来技術
第２の従来技術として、廃棄物処理により水素を含む燃料ガスを製造するシステムの１つを、図８を用いて説明する。
【０００６】
廃棄物２を熱分解炉４４に流入させ無酸素状態に近い状態で熱する。熱源は燃料ガス４５を、第１の燃焼用空気３を用いて燃焼させて発生した第２の燃焼排ガス４６である。廃棄物２は熱分解し、気体である熱分解ガス４３と固体である残渣４７に変化する。残渣４７は熱分解炉４４から排出され、熱分解ガス４３は改質炉４２に流入する。熱分解ガス４３の一部を第２の燃焼用空気４８を用いて燃焼させる事により充分な高温となり、熱分解ガス４３は改質反応により、水素や一酸化炭素などの低分子量の可燃性ガスに変換され、同時に高分子量の炭化水素やダイオキシンは分解されている。改質炉４２から流出した改質ガス４１は、ボイラ６に流入し、ボイラ給水７が熱回収しボイラ蒸気５となる事で、冷却されボイラ通過ガス３５となって流出する。バグフィルタ２９により、ボイラ通過ガス３５中のバグ３６を捕集し分離し、バグフィルタ通過ガス３７はガス洗浄器３０に流入する。ここでダスト、塩素分、フッ素分を除去するが、詳細説明は割愛する。ガス洗浄器通過ガス３８は、脱硫器３９で脱硫され、クリーンガス３１となる。クリーンガス３１の一部は燃料４５となり、熱分解炉４６で使用され、残りは分岐クリーンガス３２になる。分岐クリーンガス３２は第３の燃焼用空気４０とガスエンジン３３に流入し、燃焼し第３の燃焼排ガスになり、動力を生み出した後、大気に放出される。
【０００７】
第３の従来技術
第３の従来技術として、廃棄物処理の排熱を利用した水素製造システムの１つを、図９を用いて説明する。
【０００８】
既出の図と同じ記号の説明は前述しているので省略する。第１の従来技術と構成が近いが、都市ガス１２ではなくジメチルエーテル４９を使用する。ジメチルエーテル４９の代わりにアルコールの１種であるメタノールを使用してもよい。
【０００９】
ジメチルエーテル製造プラントで製造したジメチルエーテル４９を、廃棄物処理施設内あるいは付近に設けたジメチルエーテルタンク５０に貯蔵しておく。ジメチルエーテルタンク５０からジメチルエーテル４９を取り出し、蒸気１３と混合させた改質原料１１を改質器１０に流入させる。改質器１０は第１の従来技術と同様に焼却炉１の内部に設置してもよいが、ジメチルエーテル４９やメタノールは都市ガス１２の成分である炭化水素の改質温度に比較して低い温度で改質するので、改質器１０の熱源をボイラ蒸気５としてもよい。改質器１０の熱源をボイラ蒸気５とした場合を図９に示す。改質原料１１はボイラ蒸気５により加熱され、水蒸気改質し、改質ガス１７となって流出する。その後は第１の従来技術と同じである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した従来技術のように水素を製造しても、安定した利用先が確保されていないのが現状である。そのため実際には、水素製造機能を具備した廃棄物処理施設は実現に到っていない。よって、廃棄物処理の排熱を利用した水素製造システムについて、安定した水素利用先を確保したい。
【００１１】
水素ステーションのようなインフラが不要ならば、より実現しやすいので、そのような水素利用先を確保したい。
【００１２】
さらに、水素を燃料として用いる自動車が、燃料となる水素の供給を継続的に受けるためには、水素ステーション等のインフラが各地に必要となる。しかしながら、現在のところこのような水素ステーション等は極めて少なく、水素を燃料として用いる自動車の利用が困難となっている。
【００１３】
また、廃棄物回収処理には以下のような課題がある。一般家庭から排出される廃棄物は、廃棄物収集車が市街地を走り回って回収するのだが、廃棄物収集車のイメージアップを図りたい。一部の地方公共団体の廃棄物収集車には、廃食用油を再生処理した燃料を使用されているが、地下資源を浪費せず、廃棄物収集車のイメージアップにもなっている。
【００１４】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、廃棄物を利用して製造された水素を、水素燃料自動車である廃棄物収集車に供給することで、水素の安定した供給先を確保でき、インフラが不要な水素利用先を確保でき、かつ廃棄物収集車のイメージアップを図ることができる廃棄物を利用した水素システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、廃棄物処理の排熱を利用して水素を製造する廃棄物処理施設と、水素燃料自動車からなる廃棄物収集車とを備え、廃棄物処理施設付近または内部で前記水素を前記廃棄物収集車に供給し、前記廃棄物収集車は前記水素を燃料として使用する、事を特徴とした廃棄物を利用した水素システムである。
【００１６】
本発明は、廃棄物処理施設は、廃棄物処理の排熱を用いた水蒸気改質反応により、炭化水素またはエーテルまたはアルコールの内の１つ以上と蒸気から水素を発生する機能を具備する、事を特徴とした廃棄物を利用した水素システムである。
【００１７】
本発明は、廃棄物を熱分解したガスを改質して水素を製造する廃棄物処理施設と、水素燃料自動車からなる廃棄物収集車とを備え、廃棄物処理施設付近または内部で前記水素を前記廃棄物収集車に供給し、前記廃棄物収集車は前記水素を燃料として使用する、事を特徴とした廃棄物を利用した水素システムである。
【００１８】
本発明は、廃棄物処理施設は、廃棄物処理の排熱を用いた水蒸気改質反応により、ジメチルエーテルまたはメタノールの内の１つ以上と蒸気から水素を発生する機能を具備する、事を特徴とした廃棄物を利用した水素システムである。
【００１９】
本発明は、廃棄物処理施設は、水素製造過程で発生した二酸化炭素を回収する機能を具備した、事を特徴とした廃棄物を利用した水素システムである。
【００２０】
本発明は、前記水素燃料自動車は燃料電池自動車からなる、事を特徴とした廃棄物を利用した水素システム。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、廃棄物処理の排熱を利用した水素製造システムについて、安定した水素利用先を確保できる。
【００２２】
本発明によれば、水素ステーションのようなインフラが不要となる水素利用先が確保できる。
【００２３】
本発明によれば、一般家庭から排出される廃棄物を回収する廃棄物収集車のイメージアップを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
第１の実施の形態
本発明による廃棄物を利用した水素システムの第１の実施の形態を、図１を用いて説明する。なお、既出の図と同じ記号の説明は前述しているので省略する。
【００２５】
廃棄物収集車２３を水素燃料自動車とする。廃棄物処理の排熱で製造した水素１４を貯蔵した水素タンク１５から、開閉弁２１を開く事で水素燃料２２を取り出し、廃棄物収集車２３に注入する。水素タンク１５は水素製造設備の近くに設置し、廃棄物処理施設付近または内部で廃棄物収集車２３の燃料を供給する。廃棄物収集車２３は市街地２４を走行しながら、廃棄物を収集し、廃棄物処理施設まで運搬する。あるいは廃棄物集積拠点から、そこの集積された廃棄物を収集し、廃棄物処理施設まで運搬する。
【００２６】
なお、本実施の形態では都市ガス１２を用いたが、１種類または複数種類の炭化水素が充分に含まれているガスや液体であればよい。例えば灯油や天然ガスやガソリンやナフサやＬＰＧといった炭化水素系燃料でもよい。またエタノール等のアルコールでも、エーテルでもよく、２つ以上の原料を混合してもよい。
【００２７】
本実施の形態には以下のような効果がある。廃棄物収集車２３は１年中必ず運転されるので、製造水素１４の安定利用先が確保されるので、水素製造システムを運用しやすい。また、廃棄物処理施設に対応した廃棄物収集量を収集運搬する、廃棄物収集車２３に用いる燃料に対応した量の水素１４を製造する場合、収集した廃棄物を焼却した排熱のごく一部を使用するだけでよいため、焼却炉１やボイラ６の運転制御への影響はほとんどない。
【００２８】
廃棄物収集車２３は必ず廃棄物処理施設に行き、そこで燃料補給するので、燃料補給の寄り道がない。
【００２９】
水素燃料自動車の普及には、水素ステーション分散配置が必要だが、収集車は必ず１日１回以上、廃棄物処理施設に立ち寄るので、水素ステーションや水素ステーションまでの水素搬送といったインフラ整備が不要であり、水素社会の進展につながる。
【００３０】
廃棄物由来の熱を利用して製造した水素を用いると、廃棄物から得た燃料を用いるのと同様に、地下資源の浪費削減になり、廃棄物収集車のイメージアップにつながる。
【００３１】
よって、安定した水素利用先を確保するという課題と、インフラが不要な水素利用先を確保するという課題と、廃棄物収集車のイメージアップを図るという課題が解決できる。
【００３２】
第２の実施の形態
次に、本発明による廃棄物を利用した水素システムの第２の実施の形態を、図２を用いて説明する。既出の図と同じ記号の説明は前述しているので省略する。
【００３３】
第２の従来技術においてクリーンガス３１から水素１４を製造し、廃棄物収集車２３の水素燃料２２とする。分岐クリーンガス３２を一酸化炭素変成器１９、水素分離器１６の順に流通させ、第１の従来技術と同様に水素１４を製造する。そして第１の実施の形態と同様に、廃棄物収集車２３を水素燃料自動車とする。水素１４を貯蔵した水素タンク１５から、開閉弁２１を開く事で水素燃料２２を取り出し、廃棄物収集車２３に注入する。水素タンク１５は水素製造設備の近くに設置し、廃棄物処理施設付近または内部で廃棄物収集車２３の燃料を供給する。廃棄物収集車２３は市街地２４を走行しながら、廃棄物を収集し、廃棄物処理施設まで運搬する。
【００３４】
本実施の形態の効果は第１の実施の形態と同じである。
【００３５】
第３の実施の形態
次に、本発明による廃棄物を利用した水素システムの第３の実施の形態を、図３を用いて説明する。既出の図と同じ記号の説明は前述しているので省略する。
【００３６】
第１の実施の形態と同様に、廃棄物収集車２３を水素燃料自動車とする。廃棄物処理の排熱で製造した水素１４を貯蔵した水素タンク１５から、開閉弁２１を開く事で水素燃料２２を取り出し、廃棄物収集車２３に注入する。水素タンク１５は水素製造設備の近くに設置し、廃棄物処理施設付近または内部で廃棄物収集車２３の燃料を供給する。廃棄物収集車２３は市街地２４を走行しながら、廃棄物を収集し、廃棄物処理施設まで運搬する。
【００３７】
本実施の形態の効果は第１の実施の形態および第２の実施の形態と同じである。
【００３８】
第４の実施の形態
次に、本発明による廃棄物を利用した水素システムの第４の実施の形態を、図４を用いて説明する。既出の図と同じ記号の説明は前述しているので省略する。
【００３９】
第１の実施の形態に二酸化炭素分離機能を追加する。変成ガス１８を二酸化炭素分離器２５に流入させ、二酸化炭素２７を分離させ、二酸化炭素以外である分離済みガス２６を流出させる。二酸化炭素分離器２５にて二酸化炭素２７を分離する方法は幾つかあるが、例えば熱炭酸カリウム方式を用いる。分離した二酸化炭素２７は回収し、例えば飲食物冷却用のドライアイスに利用する。分離済みガス２６を水素分離器１６に流入させ、その後は第１の実施の形態と同じである。
【００４０】
本実施の形態には以下のような効果がある。通常の自動車は炭化水素系燃料を用いるので、自動車排ガスは二酸化炭素を含み、二酸化炭素が大気放出されるが、第１乃至第４の実施の形態に用いた水素燃料自動車の排ガスは二酸化炭素を含まないので、二酸化炭素が大気放出されない。自動車排ガス中の二酸化炭素と同量の二酸化炭素が水素製造時に発生しているが、本実施の形態では水素製造時に発生した二酸化炭素をまとめて回収できる。よって、収集車対応分の二酸化炭素は大気放出しない。地球温暖化の主原因である二酸化炭素の大気放出がないので、地球に優しい収集車として廃棄物収集車のイメージアップにつながる。
【００４１】
第５の実施の形態
次に、本発明による廃棄物を利用した水素システムの第５の実施の形態を、図５を用いて説明する。既出の図と同じ記号の説明は前述しているので省略する。
【００４２】
第２の実施の形態に二酸化炭素分離機能を追加する。変成ガス１８を二酸化炭素分離器２５に流入させ、二酸化炭素２７を分離させ、二酸化炭素以外である分離済みガス２６を流出させる。二酸化炭素分離器２５にて二酸化炭素を分離する方法は幾つかあるが、例えば熱炭酸カリウム法を用いる。分離済みガス２６を水素分離器１６に流入させ、その後は第２の実施の形態と同じである。
【００４３】
本実施の形態の効果は第４の実施の形態と同じである。
【００４４】
第６の実施の形態
次に、本発明による廃棄物を利用した水素システムの第６の実施の形態を、図６を用いて説明する。既出の図と同じ記号の説明は前述しているので省略する。
【００４５】
第３の実施の形態に二酸化炭素分離機能を追加する。変成ガス１８を二酸化炭素分離器２５に流入させ、二酸化炭素２７を分離させ、二酸化炭素以外である分離済みガス２６を流出させる。二酸化炭素分離器２５にて二酸化炭素２７を分離する方法は幾つかあるが、例えば熱炭酸カリウム方式を用いる。分離済みガス２６を水素分離器１６に流入させ、その後は第３の実施の形態と同じである。
【００４６】
本実施の形態には以下のような効果がある。ジメチルエーテル４９やメタノールを燃料とした自動車は、自動車排ガスは二酸化炭素を含み、二酸化炭素が大気放出されるが、水素燃料自動車の排ガスは二酸化炭素を含まないので、二酸化炭素が大気放出されない。ジメチルエーテル４９やメタノールを燃料とした自動車排ガス中の二酸化炭素とそれぞれ同量の二酸化炭素が水素製造時に発生しているが、本実施の形態では水素製造時に発生した二酸化炭素をまとめて回収できる。よって、収集車対応分は大気放出しない。地球温暖化の主原因である二酸化炭素の大気放出がないので、地球に優しい収集車として廃棄物収集車のイメージアップにつながる。
【００４７】
第７の実施の形態
次に、本発明による廃棄物を利用した水素システムの第７の実施の形態を図１乃至図６を用いて説明する。既出の図と同じ記号の説明は前述しているので省略する。
【００４８】
第１乃至第６の実施の形態において、水素燃料自動車には主に水素エンジン自動車と燃料電池自動車があるが、廃棄物収集車２３を燃料電池自動車とする。
【００４９】
本実施の形態には以下のような効果がある。水素エンジン自動車は燃焼用空気中に窒素が存在するため、水素エンジン自動車の排ガスは窒素酸化物を含み、窒素酸化物が大気放出されるが、燃料電池自動車は水蒸気しか発生しないので、燃料電池自動車の排ガスは窒素酸化物を含まない。よって、酸性雨の主原因である窒素酸化物を大気放出せず、地球に優しい収集車として廃棄物収集車のイメージアップにつながる。
【００５０】
廃棄物収集車の多くは塵芥車であるが、廃棄物積載部に廃棄物を押し込むための稼動部がある。これは水素を燃料に燃料電池が発電した電気で駆動される。よって車両走行だけでなく、照明など全ての消費電力分も、水素１４による発電により補給する事ができる。よって、廃棄物収集車の使用するエネルギの全てを、製造水素１４により提供する事が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による廃棄物を利用した水素システムの第１および第７の実施の形態を示す概略図。
【図２】本発明による廃棄物を利用した水素システムの第２および第７の実施の形態を示す概略図。
【図３】本発明による廃棄物を利用した水素システムの第３および第７の実施の形態を示す概略図。
【図４】本発明による廃棄物を利用した水素システムの第４および第７の実施の形態を示す概略図。
【図５】本発明による廃棄物を利用した水素システムの第５および第７の実施の形態を示す概略図。
【図６】本発明による廃棄物を利用した水素システムの第６および第７の実施の形態を示す概略図。
【図７】第１の従来技術を示す概略図。
【図８】第２の従来技術を示す概略図。
【図９】第３の従来技術を示す概略図。
【符号の説明】
【００５２】
１        焼却炉
２        廃棄物
３        第１の燃焼用空気
４        灰
５        ボイラ蒸気
６        ボイラ
７        ボイラ給水
８        燃焼炉排ガス
９        バグフィルタ流入ガス
１０      改質器
１１      改質原料
１２      都市ガス
１３      蒸気
１４      水素
１５      水素タンク
１６      水素分離器
１７      改質ガス
１８      変成ガス
１９      一酸化炭素変成器
２０      水素以外のガス
２１      開閉弁
２２      水素燃料
２３      廃棄物収集車
２４      市街地
２５      二酸化炭素分離器
２６      分離済みガス
２７      分離済みガス
２８      第１の燃焼排ガス
２９      バグフィルタ
３０      ガス洗浄器
３１      クリーンガス
３２      分岐クリーンガス
３３      ガスエンジン
３４      ボイラ通過ガス
３５      第３の燃焼排ガス
３６      バグ
３７      バグフィルタ通過ガス
３８      ガス洗浄器通過ガス
３９      脱硫器
４０      第３の燃焼用空気
４１      改質ガス
４２      改質炉
４３      熱分解ガス
４４      熱分解炉
４５      燃料ガス
４６      第２の燃焼排ガス
４７      残渣
４８      第２の燃焼用空気
４９      ジメチルエーテル
５０      ジメチルエーテルタンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007203237.tif 000005
【図４】
2007203237.tif 000006
【図５】
2007203237.tif 000007
【図６】
2007203237.tif 000008
【図７】
2007203237.tif 000009
【図８】
2007203237.tif 000010
【図９】
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