(57)【要約】炭化水素燃焼システム（１００）は、再生可能エネルギーから生成される電力を用いて水素を生成する電解装置（１０６）と、電解装置（１０６）で生成された水素と、二酸化炭素を用いて炭化水素を生成する炭化水素生成装置（１０８）と、炭化水素生成装置（１０８）で生成された炭化水素を貯留する炭化水素貯留部（１１２）と、炭化水素貯留部（１１２）から取り出された炭化水素を燃焼させる密閉式燃焼器（１１４）と、炭化水素が燃焼することで生じる二酸化炭素と水を分離し、二酸化炭素を炭化水素生成装置（１０８）に送出するとともに水を電解装置（１０６）に送出する気液分離部（１１６）と、を備える。
2020203087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能エネルギーから生成される電力を用いて水素を生成する電解装置と、  前記電解装置で生成された前記水素と、二酸化炭素を用いて炭化水素を生成する炭化水素生成装置と、  前記炭化水素生成装置で生成された前記炭化水素を貯留する炭化水素貯留部と、  前記炭化水素貯留部から取り出された前記炭化水素を燃焼させる密閉式燃焼器と、  前記炭化水素が燃焼することで生じる二酸化炭素と水を分離し、前記二酸化炭素を前記炭化水素生成装置に送出するとともに前記水を前記電解装置に送出する分離部と、を備える炭化水素燃焼システム。
【請求項２】
前記分離部から送出された前記二酸化炭素を貯留する酸化炭素貯留部を備える請求項１に記載の炭化水素燃焼システム。
【請求項３】
前記炭化水素生成装置、前記炭化水素貯留部、前記密閉式燃焼器、前記分離部を循環する前記二酸化炭素の量を制御する酸化炭素供給制御部を備える請求項１または２に記載の炭化水素燃焼システム。
【請求項４】
前記分離部から送出された前記水を貯留する水貯留部を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化水素燃焼システム。
【請求項５】
前記電解装置、前記密閉式燃焼器、前記分離部を循環する前記水の量を制御する水供給制御部を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭化水素燃焼システム。
【請求項６】
再生可能エネルギーから生成される電力を用いて水素および一酸化炭素を生成する電解装置と、  前記電解装置で生成された前記水素と前記一酸化炭素を用いて炭化水素を生成する炭化水素生成装置と、  前記炭化水素生成装置で生成された前記炭化水素を貯留する炭化水素貯留部と、  前記炭化水素貯留部から取り出された前記炭化水素を燃焼させ、二酸化炭素および水を前記電解装置に送出する密閉式燃焼器と、を備える炭化水素燃焼システム。
【請求項７】
前記密閉式燃焼器から送出された前記二酸化炭素および前記水を貯留する燃焼ガス貯留部を備える請求項６に記載の炭化水素燃焼システム。
【請求項８】
前記電解装置、前記炭化水素生成装置、前記炭化水素貯留部、前記密閉式燃焼器を循環する前記二酸化炭素および前記水の量を制御する燃焼ガス供給制御部を備える請求項６または７に記載の炭化水素燃焼システム。
【請求項９】
前記炭化水素生成装置で生成された熱を前記炭化水素貯留部に供給する熱供給部を備える請求項１〜８のいずれか１項に記載の炭化水素燃焼システム。
【請求項１０】
前記密閉式燃焼器で生成された熱を前記炭化水素貯留部に供給する熱供給部を備える請求項１〜９のいずれか１項に記載の炭化水素燃焼システム。
【請求項１１】
前記密閉式燃焼器の下流側から排出される燃焼ガスの一部を前記密閉式燃焼器の上流側に還流させる循環配管を備える請求項１〜１０のいずれか１項に記載の炭化水素燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本開示は、炭化水素燃焼システムに関する。本出願は２０１９年４月１日に提出された日本特許出願第２０１９−０６９８０８号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は、本出願に援用される。
【背景技術】
【０００２】  特許文献１には、再生可能エネルギーを用いて電力を生成し、生成した電力を用いて電気ヒータにより熱を生成することについて開示がある。しかし、再生可能エネルギーによる発電は、時間帯によって発電量が変動し、必ずしも熱需要と供給のタイミングが一致しないという問題がある。【０００３】  一方、特許文献２には、再生可能エネルギーを用いて電力を生成し、生成した電力を用いてエレクトライザーにより水素を生成し、生成した水素を用いてメタネーション反応器によりメタンを生成することについて開示がある。生成したメタンを貯蔵し、必要に応じて貯蔵したメタンを燃焼させることができれば、時間帯によらず熱需要を満たすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−３１７８７号公報
【特許文献２】特開２０１７−１９７３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかし、特許文献２では、エレクトライザーにより水素を生成するために、水が必要である。つまり、特許文献２では、再生可能エネルギーを用いて水素を生成する際にエレクトライザーに水を随時供給する必要がある。この水は、不純物の析出によるエレクトライザーの性能低下等を防止するために、事前に不純物を取り除いておく必要がある。また、二酸化炭素を系外から供給する場合、燃焼排ガスからの二酸化炭素の回収には、アミン吸収などの化学吸収法の他、物理吸収法、膜分離法などが適用可能であるが、二酸化炭素を分離するためには多大なエネルギーを要する。したがって、特許文献２では、特許文献１の電気ヒータにより熱を生成する場合に比べて、コストが増大するという問題があった。【０００６】  本開示は、熱を生成する際のコストを低減することが可能な炭化水素燃焼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】
【０００７】  上記課題を解決するために、本開示の一側面としての炭化水素燃焼システムは、再生可能エネルギーから生成される電力を用いて水素を生成する電解装置と、電解装置で生成された水素と、二酸化炭素を用いて炭化水素を生成する炭化水素生成装置と、炭化水素生成装置で生成された炭化水素を貯留する炭化水素貯留部と、炭化水素貯留部から取り出された炭化水素を燃焼させる密閉式燃焼器と、炭化水素が燃焼することで生じる二酸化炭素と水を分離し、二酸化炭素を炭化水素生成装置に送出するとともに水を電解装置に送出する分離部と、を備える。【０００８】  分離部から送出された二酸化炭素を貯留する酸化炭素貯留部をさらに備えてもよい。【０００９】  炭化水素生成装置、炭化水素貯留部、密閉式燃焼器、分離部を循環する二酸化炭素の量を制御する酸化炭素供給制御部をさらに備えてもよい。【００１０】  分離部から送出された水を貯留する水貯留部をさらに備えてもよい。【００１１】  電解装置、密閉式燃焼器、分離部を循環する水の量を制御する水供給制御部をさらに備えてもよい。【００１２】  上記課題を解決するために、本開示の他の一側面としての炭化水素燃焼システムは、再生可能エネルギーから生成される電力を用いて水素および一酸化炭素を生成する電解装置と、電解装置で生成された水素と一酸化炭素を用いて炭化水素を生成する炭化水素生成装置と、炭化水素生成装置で生成された炭化水素を貯留する炭化水素貯留部と、炭化水素貯留部から取り出された炭化水素を燃焼させ、二酸化炭素および水を電解装置に送出する密閉式燃焼器と、を備える。【００１３】  密閉式燃焼器から送出された二酸化炭素および水を貯留する燃焼ガス貯留部をさらに備えてもよい。【００１４】  電解装置、炭化水素生成装置、炭化水素貯留部、密閉式燃焼器を循環する二酸化炭素および水の量を制御する燃焼ガス供給制御部と、をさらに備えてもよい。【００１５】  炭化水素生成装置で生成された熱を炭化水素貯留部に供給する熱供給部をさらに備えてもよい。【００１６】  密閉式燃焼器で生成された熱を炭化水素貯留部に供給する熱供給部をさらに備えてもよい。【００１７】  密閉式燃焼器の下流側から排出される燃焼ガスの一部を密閉式燃焼器の上流側に還流させる循環配管をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１８】  本開示によれば、炭化水素燃焼システムは、熱を生成する際のコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、第１実施形態における炭化水素燃焼システムの概略的な構成を説明する図である。
【図２】図２は、第１実施形態の制御装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、第２実施形態における炭化水素燃焼システムの概略的な構成を説明する図である。
【図４】図４は、炭化水素貯留部の概略構成図である。
【図５】図５は、第３実施形態における炭化水素燃焼システムの概略的な構成を説明する図である。
【図６】図６は、第４実施形態における炭化水素燃焼システムの概略的な構成を説明する図である。
【図７】図７は、第５実施形態における炭化水素燃焼システムの概略的な構成を説明する図である。
【図８】図８は、第６実施形態における炭化水素燃焼システムの概略的な構成を説明する図である。
【図９】図９は、第７実施形態における炭化水素燃焼システムの概略的な構成を説明する図である。
【図１０】図１０は、第７実施形態の制御装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、第８実施形態における炭化水素燃焼システムの概略的な構成を説明する図である。
【図１２】図１２は、第８実施形態の制御装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】  以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２１】［第１実施形態］  図１は、第１実施形態における炭化水素燃焼システム１００の概略的な構成を説明する図である。図１中、実線の矢印は、気体あるいは液体の流れを示す。図１中、破線矢印は、信号の流れを示す。図１に示すように、炭化水素燃焼システム１００は、酸化炭素貯留部１０２と、水貯留部１０４と、電解装置１０６と、炭化水素生成装置１０８と、気液分離部１１０と、炭化水素貯留部１１２と、密閉式燃焼器１１４と、気液分離部（分離部）１１６とを備える。
【００２２】  酸化炭素貯留部１０２は、酸化炭素を貯留する。酸化炭素貯留部１０２には、炭化水素燃焼システム１００を初めて稼働させる前に、予め所定量の酸化炭素が貯留される。ただし、酸化炭素貯留部１０２には、炭化水素燃焼システム１００を初めて稼働させる際に、所定量の酸化炭素が外部から供給されるようにしてもよい。第１実施形態において、酸化炭素貯留部１０２は、酸化炭素として、二酸化炭素（ＣＯ２）を貯留する。ただし、これに限定されず、酸化炭素貯留部１０２は、酸化炭素として、一酸化炭素（ＣＯ）を貯留してもよい。酸化炭素貯留部１０２と炭化水素生成装置１０８との間には、第１配管１１８が配される。第１配管１１８は、酸化炭素貯留部１０２と炭化水素生成装置１０８とを連通させる。酸化炭素貯留部１０２は、第１配管１１８を介して炭化水素生成装置１０８に酸化炭素（図１中、ＣＯ２）を供給する。
【００２３】  水貯留部１０４は、水（第１実施形態では、液体の水あるいは水蒸気：Ｈ２Ｏ）を貯留する。水貯留部１０４には、炭化水素燃焼システム１００を初めて稼働させる前に、予め所定量の水が貯留される。ただし、水貯留部１０４には、炭化水素燃焼システム１００を初めて稼働させる際に、所定量の水が外部から供給されるようにしてもよい。水貯留部１０４と電解装置１０６との間には、第２配管１２０が配される。第２配管１２０は、水貯留部１０４と電解装置１０６とを連通させる。水貯留部１０４は、第２配管１２０を介して電解装置１０６に水（図１中、２Ｈ２Ｏ（４Ｈ２Ｏ））を供給する。
【００２４】  後述するように、第１実施形態において、炭化水素燃焼システム１００は、運転開始後の経過時間に応じて、水貯留部１０４から電解装置１０６に供給する水の量を変化させる。具体的に、炭化水素燃焼システム１００は、運転開始時において、水貯留部１０４から電解装置１０６に図１に括弧で示す４Ｈ２Ｏの水を供給させる。また、炭化水素燃焼システム１００は、運転開始後の密閉式燃焼器１１４の稼働後において、水貯留部１０４から電解装置１０６に図１に示す２Ｈ２Ｏの水を供給させる。
【００２５】  電解装置１０６は、再生可能エネルギーから電力を生成する不図示の発電装置に接続される。電解装置１０６には、不図示の発電装置から電力が供給される。また、電解装置１０６には、炭化水素燃焼システム１００の運転開始時（初期時）において、水貯留部１０４から水（図１中、４Ｈ２Ｏ）が供給される。電解装置１０６は、供給された電力および水から、水素（図１中、４Ｈ２）および酸素（図１中、２Ｏ２）を生成する。
【００２６】  電解装置１０６と炭化水素生成装置１０８との間には、第３配管１２２が配される。第３配管１２２は、電解装置１０６と炭化水素生成装置１０８とを連通させる。電解装置１０６は、第３配管１２２を介して炭化水素生成装置１０８に水素（図１中、４Ｈ２）を供給する。
【００２７】  電解装置１０６と密閉式燃焼器１１４との間には、第４配管１２４が配される。第４配管１２４は、電解装置１０６と密閉式燃焼器１１４とを連通させる。電解装置１０６は、第４配管１２４を介して密閉式燃焼器１１４に酸素（図１中、２Ｏ２）を供給する。
【００２８】  炭化水素生成装置１０８は、供給された水素（図１中、４Ｈ２）と酸化炭素（図１中、ＣＯ２）から、炭化水素（図１中、ＣＨ４）および水（図１中、２Ｈ２Ｏ）を生成する。炭化水素生成装置１０８は、例えば、メタネーション反応器（サバティエ反応器）である。第１実施形態において、炭化水素生成装置１０８は、メタン（図１中、ＣＨ４）および水蒸気（図１中、２Ｈ２Ｏ）を生成している。しかし、これに限定されず、炭化水素生成装置１０８は、エタン、プロパン、ブタン等、メタンと異なる炭化水素（可燃性ガス）を生成してもよい。
【００２９】  炭化水素生成装置１０８と気液分離部１１０との間には、第５配管１２６が配される。第５配管１２６は、炭化水素生成装置１０８と気液分離部１１０とを連通させる。炭化水素生成装置１０８は、第５配管１２６を介して気液分離部１１０に炭化水素（メタン：図１中、ＣＨ４）および水（水蒸気：図１中、２Ｈ２Ｏ）を供給する。
【００３０】  第１実施形態において、第５配管１２６には、不図示の冷却装置が配される。冷却装置は、第５配管１２６を流通する炭化水素（メタン：図１中、ＣＨ４）および水（水蒸気：図１中、２Ｈ２Ｏ）を冷却する。冷却装置は、炭化水素（メタン）を液化させずに、水（水蒸気）を液化させる温度にまで冷却する。水蒸気は、冷却装置に冷却されることで液体の水になる。
【００３１】  気液分離部１１０は、供給された炭化水素（メタン）および水を気液分離する。気液分離部１１０と炭化水素貯留部１１２との間には、第６配管１２８が配される。第６配管１２８は、気液分離部１１０と炭化水素貯留部１１２とを連通させる。気液分離部１１０は、第６配管１２８を介して炭化水素貯留部１１２に、分離した炭化水素（図１中、ＣＨ４）を供給する。
【００３２】  気液分離部１１０と電解装置１０６との間には、第７配管１３０が配される。第７配管１３０は、気液分離部１１０と電解装置１０６とを連通させる。気液分離部１１０は、第７配管１３０を介して電解装置１０６に、分離した水（図１中、２Ｈ２Ｏ）を供給（返送）する。
【００３３】  炭化水素貯留部１１２は、供給された炭化水素（図１中、ＣＨ４）を貯留する。炭化水素貯留部１１２と密閉式燃焼器１１４との間には、第８配管１３２が配される。第８配管１３２は、炭化水素貯留部１１２と密閉式燃焼器１１４とを連通させる。炭化水素貯留部１１２は、第８配管１３２を介して密閉式燃焼器１１４に炭化水素（図１中、ＣＨ４）を供給する。
【００３４】  ところで、再生可能エネルギーによる発電は、時間帯によって発電量が変動する。このため、電気ヒータにより熱を生成する場合、熱需要と供給のタイミングが必ずしも一致しないという問題がある。そこで、炭化水素燃焼システム１００は、再生可能エネルギーを基に生成された炭化水素を貯留する炭化水素貯留部１１２を備えている。
【００３５】  炭化水素貯留部１１２は、再生可能エネルギーを基に生成された炭化水素を貯留および開放（放出）することができる。したがって、炭化水素貯留部１１２は、熱需要が小さいときに、生成された炭化水素を貯留し、熱需要が大きいときに、貯留した炭化水素を開放することができる。
【００３６】  その結果、炭化水素燃焼システム１００は、炭化水素貯留部１１２に貯蔵された炭化水素を、必要に応じて任意のタイミングおよび任意の量で密閉式燃焼器１１４に供給し燃焼させることができる。したがって、炭化水素燃焼システム１００は、時間帯によらず熱需要を満たすことができる。すなわち、炭化水素燃焼システム１００は、再生可能エネルギーを基に生成された炭化水素を貯留し、必要に応じて貯留した炭化水素を密閉式燃焼器１１４に供給することで、熱需要と供給のタイミングを一致させることができる。
【００３７】  密閉式燃焼器１１４は、炭化水素貯留部１１２から取り出された炭化水素（図１中、ＣＨ４）および酸素（図１中、２Ｏ２）を混合し、燃焼させる。密閉式燃焼器１１４は、例えば、ラジアントチューブバーナである。密閉式燃焼器１１４は、燃料ガス（炭化水素と酸素の混合気）を燃焼させることで、熱を生成する。密閉式燃焼器１１４で生成された熱は、例えば、熱処理に用いられる。具体的に、密閉式燃焼器１１４で生成された熱は、加熱炉内のワークを加熱するために用いられる。
【００３８】  密閉式燃焼器１１４は、燃料ガス（炭化水素と酸素の混合気）を燃焼させた際に、酸化炭素（二酸化炭素：図１中、ＣＯ２）および水（水蒸気：図１中、２Ｈ２Ｏ）を生成する。密閉式燃焼器１１４と気液分離部１１６との間には、第９配管１３４が配される。第９配管１３４は、密閉式燃焼器１１４と気液分離部１１６とを連通させる。密閉式燃焼器１１４は、第９配管１３４を介して気液分離部１１６に酸化炭素（図１中、ＣＯ２）および水（図１中、２Ｈ２Ｏ）を供給する。
【００３９】  第１実施形態において、第９配管１３４には、不図示の冷却装置が配される。冷却装置は、第９配管１３４を流通する酸化炭素（二酸化炭素：図１中、ＣＯ２）および水（水蒸気：図１中、２Ｈ２Ｏ）を冷却する。冷却装置は、酸化炭素（二酸化炭素）を液化させずに、水（水蒸気）を液化させる温度まで冷却する。水蒸気は、冷却装置に冷却されることで液体の水になる。
【００４０】  気液分離部１１６は、供給された酸化炭素（二酸化炭素）および水を気液分離する。つまり、気液分離部１１６は、密閉式燃焼器１１４で燃料ガス（炭化水素と酸素の混合気）が燃焼することで生じる酸化炭素（二酸化炭素）および水を分離する。気液分離部１１６と酸化炭素貯留部１０２との間には、第１０配管１３６が配される。第１０配管１３６は、気液分離部１１６と酸化炭素貯留部１０２とを連通させる。気液分離部１１６は、第１０配管１３６を介して酸化炭素貯留部１０２に、分離した酸化炭素（図１中、ＣＯ２）を供給（送出）する。酸化炭素貯留部１０２は、密閉式燃焼器１１４で生成された酸化炭素を貯留することができ、炭化水素生成装置１０８の駆動時に必要な酸化炭素を、任意のタイミングで炭化水素生成装置１０８に供給することができる。
【００４１】  気液分離部１１６と水貯留部１０４との間には、第１１配管１３８が配される。第１１配管１３８は、気液分離部１１６と水貯留部１０４とを連通させる。気液分離部１１６は、第１１配管１３８を介して水貯留部１０４に、分離した水（図１中、２Ｈ２Ｏ）を供給（送出）する。水貯留部１０４は、密閉式燃焼器１１４で生成された水（水蒸気）を貯留することができ、電解装置１０６の駆動時に必要な水を、任意のタイミングで電解装置１０６に供給することができる。
【００４２】  このように、炭化水素燃焼システム１００は、密閉式燃焼器１１４で生じる酸化炭素（二酸化炭素：ＣＯ２）を酸化炭素貯留部１０２（炭化水素生成装置１０８）に、密閉式燃焼器１１４で生じる水（Ｈ２Ｏ）を水貯留部１０４（電解装置１０６）に返送する。これにより、炭化水素燃焼システム１００は、酸化炭素および水を分解、合成させた物質が循環するクローズドサイクルを形成する。なお、クローズドサイクル内の圧力は、第１実施形態では、大気圧である。ただし、これに限定されず、クローズドサイクル内の圧力は、大気圧より大きくてもよい。クローズドサイクル内の圧力を大気圧より大きくすることで、炭化水素生成装置１０８における炭化水素の生成効率、および、密閉式燃焼器１１４における燃焼効率を向上させることができる。
【００４３】  また、炭化水素燃焼システム１００は、制御装置１４０と、酸化炭素バルブ１４２と、水バルブ１４４と、炭化水素バルブ１４６と、酸素バルブ１４８とを備える。制御装置１４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなる。制御装置１４０は、炭化水素燃焼システム１００全体を制御する。
【００４４】  図２は、第１実施形態の制御装置１４０の概略的な構成を示すブロック図である。図２に示すように、第１実施形態において、制御装置１４０は、酸化炭素供給制御部１４０ａと、水供給制御部１４０ｂと、炭化水素供給制御部１４０ｃと、酸素供給制御部１４０ｄとして機能する。
【００４５】  酸化炭素供給制御部１４０ａは、不図示のアクチュエータを介して酸化炭素バルブ１４２の開度を制御する。酸化炭素供給制御部１４０ａは、酸化炭素バルブ１４２を閉状態あるいは開状態に制御することができる。
【００４６】  水供給制御部１４０ｂは、不図示のアクチュエータを介して水バルブ１４４の開度を制御する。水供給制御部１４０ｂは、水バルブ１４４を閉状態あるいは開状態に制御することができる。
【００４７】  炭化水素供給制御部１４０ｃは、不図示のアクチュエータを介して炭化水素バルブ１４６の開度を制御する。炭化水素供給制御部１４０ｃは、炭化水素バルブ１４６を閉状態あるいは開状態に制御することができる。
【００４８】  酸素供給制御部１４０ｄは、不図示のアクチュエータを介して酸素バルブ１４８の開度を制御する。酸素供給制御部１４０ｄは、酸素バルブ１４８を閉状態あるいは開状態に制御することができる。
【００４９】  図１に戻り、酸化炭素バルブ１４２は、第１配管１１８に配される。酸化炭素バルブ１４２は、制御装置１４０により開度が制御されることで、酸化炭素貯留部１０２から炭化水素生成装置１０８に供給される酸化炭素（図１中、ＣＯ２）の量を調整する。
【００５０】  水バルブ１４４は、第２配管１２０に配される。水バルブ１４４は、制御装置１４０により開度が制御されることで、水貯留部１０４から電解装置１０６に供給される水（図１中、２Ｈ２Ｏ（４Ｈ２Ｏ））の量を調整する。
【００５１】  炭化水素バルブ１４６は、第８配管１３２に配される。炭化水素バルブ１４６は、制御装置１４０により開度が制御されることで、炭化水素貯留部１１２から密閉式燃焼器１１４に供給される炭化水素（図１中、ＣＨ４）の量を調整する。
【００５２】  酸素バルブ１４８は、第４配管１２４に配される。酸素バルブ１４８は、制御装置１４０により開度が制御されることで、電解装置１０６から密閉式燃焼器１１４に供給される酸素（図１中、２Ｏ２）の量を調整する。
【００５３】  すなわち、炭化水素バルブ１４６は、再生可能エネルギーを基に生成された炭化水素（図１中、ＣＨ４）の密閉式燃焼器１１４への供給量を調整することができる。炭化水素バルブ１４６は、熱需要が小さいときに密閉式燃焼器１１４への炭化水素の供給量を小さくすることで、炭化水素貯留部１１２に炭化水素を貯留させることができる。また、炭化水素バルブ１４６は、熱需要が大きいときに、貯留された炭化水素を開放し、密閉式燃焼器１１４に供給する炭化水素の量を大きくすることで、熱需要を満たすことができる。
【００５４】  つぎに、炭化水素燃焼システム１００の作用および動作について説明する。炭化水素燃焼システム１００の運転が開始されると、酸化炭素供給制御部１４０ａは、酸化炭素バルブ１４２を開状態に制御し、酸化炭素貯留部１０２に貯められている酸化炭素（図１中、ＣＯ２）を炭化水素生成装置１０８に供給させる。
【００５５】  また、水供給制御部１４０ｂは、水バルブ１４４を開状態に制御し、水貯留部１０４に貯められている水（図１中、４Ｈ２Ｏ）を電解装置１０６に供給させる。
【００５６】  上述したように、電解装置１０６には、不図示の発電装置から電力が供給される。電解装置１０６は、水（図１中、４Ｈ２Ｏ）に電圧を加えることで、水素（図１中、４Ｈ２）と酸素（図１中、２Ｏ２）に分解する。電解装置１０６は、水素（図１中、４Ｈ２）を炭化水素生成装置１０８に供給し、酸素（図１中、２Ｏ２）を密閉式燃焼器１１４に供給する。
【００５７】  炭化水素生成装置１０８には、メタネーション反応（４Ｈ２  ＋  ＣＯ２  →  ＣＨ４  ＋  ２Ｈ２Ｏ）を活性化させる触媒（例えば、ニッケル（Ｎｉ）系触媒、ルテニウム（Ｒｕ）系触媒、白金（Ｐｔ）系触媒等）が収容されている。炭化水素生成装置１０８には、不図示の加熱装置が配されている。加熱装置は、制御装置１４０により温度制御され、炭化水素生成装置１０８を所定の触媒活性化温度（温度条件）に達するまで加熱する。炭化水素生成装置１０８は、所定の触媒活性化温度に加熱されると、触媒により酸化炭素（図１中、ＣＯ２）および水素（図１中、４Ｈ２）を反応させ、炭化水素（図１中、ＣＨ４）および水（図１中、２Ｈ２Ｏ）を生成する。
【００５８】  炭化水素生成装置１０８は、炭化水素および水を気液分離部１１０に供給する。このとき、炭化水素および水は、不図示の冷却装置により冷却され、水は、気体（水蒸気）から液体（水）に変換される。
【００５９】  気液分離部１１０は、炭化水素（図１中、ＣＨ４）と、水（図１中、２Ｈ２Ｏ）を気液分離する。気液分離部１１０は、分離した炭化水素（図１中、ＣＨ４）を炭化水素貯留部１１２に供給し、分離した水（図１中、２Ｈ２Ｏ）を電解装置１０６に供給する。
【００６０】  炭化水素貯留部１１２は、炭化水素バルブ１４６が閉状態である場合、炭化水素（図１中、ＣＨ４）を貯留する。炭化水素貯留部１１２は、炭化水素バルブ１４６が開状態である場合、内部に貯められた炭化水素（図１中、ＣＨ４）を密閉式燃焼器１１４に供給する。
【００６１】  炭化水素供給制御部１４０ｃは、需要者の熱需要（例えば、加熱炉の熱処理に要する熱量）に応じて、炭化水素バルブ１４６の開度を制御する。炭化水素バルブ１４６の開度が制御されることで、炭化水素貯留部１１２から密閉式燃焼器１１４に供給される炭化水素の量が制御（調整）される。
【００６２】  このとき、酸素供給制御部１４０ｄは、炭化水素バルブ１４６の開度（すなわち、炭化水素の供給量）に応じて、酸素バルブ１４８の開度（すなわち、酸素の供給量）を制御する。例えば、酸素供給制御部１４０ｄは、密閉式燃焼器１１４で燃料が燃焼された後の燃焼ガス中に残存する酸素（Ｏ２）が低減される（なくなる）ように酸素バルブ１４８の開度を調整（制御）する。
【００６３】  密閉式燃焼器１１４は、炭化水素貯留部１１２から供給される炭化水素（図１中、ＣＨ４）、および、電解装置１０６から供給される酸素（図１中、２Ｏ２）を燃焼させる。密閉式燃焼器１１４は、炭化水素（図１中、ＣＨ４）および酸素（２Ｏ２）を燃焼させることで、熱を生成する。密閉式燃焼器１１４は、炭化水素（図１中、ＣＨ４）および酸素（２Ｏ２）を燃焼させることで、酸化炭素（図１中、ＣＯ２）および水（２Ｈ２Ｏ）を生成する。
【００６４】  密閉式燃焼器１１４は、生成した熱を不図示の熱需要部（例えば、加熱炉）に供給する。密閉式燃焼器１１４は、生成した酸化炭素（図１中、ＣＯ２）および水（２Ｈ２Ｏ）を気液分離部１１６に供給する。このとき、酸化炭素および水は、不図示の冷却装置により冷却され、水は、気体（水蒸気）から液体（水）に変換される。
【００６５】  気液分離部１１６は、酸化炭素（図１中、ＣＯ２）と、水（図１中、２Ｈ２Ｏ）を気液分離する。気液分離部１１６は、分離した酸化炭素（図１中、ＣＯ２）を酸化炭素貯留部１０２に供給し、分離した水（図１中、２Ｈ２Ｏ）を水貯留部１０４に供給する。
【００６６】  酸化炭素供給制御部１４０ａは、密閉式燃焼器１１４の稼働後、酸化炭素バルブ１４２の開度（開状態）を維持する。酸化炭素バルブ１４２の開度が維持されることで、気液分離部１１６から酸化炭素貯留部１０２に供給される酸化炭素（図１中、ＣＯ２）は、酸化炭素貯留部１０２から炭化水素生成装置１０８に供給される。このように、密閉式燃焼器１１４で生成された酸化炭素（図１中、ＣＯ２）は、気液分離部１１６、酸化炭素貯留部１０２および酸化炭素バルブ１４２を介して、炭化水素生成装置１０８に供給されることとなる。
【００６７】  水供給制御部１４０ｂは、密閉式燃焼器１１４の稼働後、水バルブ１４４の開度を開状態のまま小さくする。水バルブ１４４が開状態のまま維持されることで、気液分離部１１６から水貯留部１０４に供給される水（図１中、２Ｈ２Ｏ）は、水貯留部１０４から電解装置１０６に供給される。このように、密閉式燃焼器１１４で生成された水（図１中、２Ｈ２Ｏ）は、気液分離部１１６、水貯留部１０４および水バルブ１４４を介して、電解装置１０６に供給されることとなる。
【００６８】  ここで、電解装置１０６には、気液分離部１１０から水（図１中、２Ｈ２Ｏ）が供給される。そのため、水供給制御部１４０ｂは、気液分離部１１０から供給される水（図１中、２Ｈ２Ｏ）の量に応じて、水バルブ１４４の開度を小さく制御する。具体的に、水供給制御部１４０ｂは、水バルブ１４４の開度を小さく制御し、水貯留部１０４から電解装置１０６に供給される水の量を、炭化水素燃焼システム１００の運転開始時に比べて大凡半分の量（図１中、４Ｈ２Ｏから２Ｈ２Ｏ）に低減させる。
【００６９】  電解装置１０６には、気液分離部１１０から供給される水（図１中、２Ｈ２Ｏ）と、水貯留部１０４から供給される水（図１中、２Ｈ２Ｏ）とが流入する。そのため、密閉式燃焼器１１４の稼働後に気液分離部１１０および水貯留部１０４から電解装置１０６に供給される水（４Ｈ２Ｏ  ＝  ２Ｈ２Ｏ＋  ２Ｈ２Ｏ）の量は、炭化水素燃焼システム１００の運転開始時に水貯留部１０４から電解装置１０６に供給される水（図１中、４Ｈ２Ｏ）の量と大凡等しくなる。
【００７０】  このように、第１実施形態の炭化水素燃焼システム１００は、密閉式燃焼器１１４で生成された酸化炭素（図１中、ＣＯ２）を炭化水素生成装置１０８に返送（送出）させている。また、炭化水素燃焼システム１００は、密閉式燃焼器１１４で生成された水（図１中、２Ｈ２Ｏ）を電解装置１０６に返送（送出）させている。また、炭化水素燃焼システム１００は、気液分離部１１０で分離した水（図１中、２Ｈ２Ｏ）を電解装置１０６に返送（送出）させている。
【００７１】  これにより、炭化水素燃焼システム１００は、電解装置１０６により水素および酸素を生成するために、炭化水素燃焼システム１００の系外から電解装置１０６に水を随時供給する必要がなくなる。また、炭化水素燃焼システム１００は、炭化水素生成装置１０８により炭化水素を生成するために、炭化水素燃焼システム１００の系外から炭化水素生成装置１０８に酸化炭素を随時供給する必要がなくなる。したがって、炭化水素燃焼システム１００は、密閉式燃焼器１１４により熱を生成する際に、炭化水素燃焼システム１００の系外から水あるいは炭化水素を随時供給する場合に比べて、コストを低減することができる。
【００７２】［第２実施形態］  図３は、第２実施形態における炭化水素燃焼システム２００の概略的な構成を説明する図である。第１実施形態の炭化水素燃焼システム１００と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第２実施形態の炭化水素燃焼システム２００は、気液分離部１１０を備えていない点で、第１実施形態の炭化水素燃焼システム１００と異なっている。
【００７３】  炭化水素燃焼システム２００は、第１実施形態の第５配管１２６および第６配管１２８の代わりに、第５配管２２６を備える。また、炭化水素燃焼システム２００は、第１実施形態の第７配管１３０の代わりに、第７配管２３０を備える。炭化水素燃焼システム２００は、第１実施形態の炭化水素貯留部１１２の代わりに、炭化水素貯留部２１２を備える。
【００７４】  炭化水素生成装置１０８と炭化水素貯留部２１２との間には、第５配管２２６が配される。第５配管２２６は、炭化水素生成装置１０８と炭化水素貯留部２１２とを連通させる。炭化水素生成装置１０８は、第５配管２２６を介して炭化水素貯留部２１２に、炭化水素（メタン：図３中、ＣＨ４）および水（水蒸気：図３中、２Ｈ２Ｏ）を供給する。
【００７５】  図４は、炭化水素貯留部２１２の概略構成図である。図４に示すように、炭化水素貯留部２１２には、第５配管２２６から炭化水素（メタン：図４中、ＣＨ４）および水（水蒸気：図４中、２Ｈ２Ｏ）が供給される。
【００７６】  炭化水素貯留部２１２では、炭化水素（メタン）および水（水蒸気）が自然冷却され、水（水蒸気）が液化する。液化した水は、炭化水素貯留部２１２の鉛直下方に移動し、炭化水素貯留部２１２の底部に貯留される。ここで、炭化水素（メタン）は、自然冷却されても液化せずに、気体の状態を維持している。
【００７７】  また、炭化水素貯留部２１２の鉛直下方には、第７配管２３０が配される。第７配管２３０は、炭化水素貯留部２１２と電解装置１０６とを連通させる。したがって、液化した水は、第７配管２３０に導入され、第７配管２３０を介して電解装置１０６（図３参照）に返送される。
【００７８】  第７配管２３０は、略Ｓ字の湾曲部２３０ａを有する。湾曲部２３０ａには、常時、液化した水が貯留されている。つまり、第７配管２３０は、湾曲部２３０ａが液化した水によってシール（水封）される。これにより、炭化水素貯留部２１２内の炭化水素（メタン）が第７配管２３０を介して電解装置１０６に供給されることを抑制することができる。
【００７９】  また、炭化水素貯留部２１２の鉛直上方には、第８配管１３２が配される。炭化水素貯留部２１２内の炭化水素は、第８配管１３２に導入され、第８配管１３２を介して密閉式燃焼器１１４（図３参照）に供給される。
【００８０】  このように、第２実施形態の炭化水素燃焼システム２００において、炭化水素生成装置１０８により生成された炭化水素（図３中、ＣＨ４）および水（図３中、２Ｈ２Ｏ）は、第５配管２２６および炭化水素貯留部２１２において自然冷却される。したがって、炭化水素燃焼システム２００は、炭化水素生成装置１０８により生成された炭化水素（図３中、ＣＨ４）および水（図３中、２Ｈ２Ｏ）を冷却するための冷却装置を配さなくてもよい。このため、炭化水素燃焼システム２００は、第１実施形態の炭化水素燃焼システム１００と比べてコストを低減することができる。
【００８１】［第３実施形態］  図５は、第３実施形態における炭化水素燃焼システム３００の概略的な構成を説明する図である。第１実施形態の炭化水素燃焼システム１００および第２実施形態の炭化水素燃焼システム２００と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第３実施形態の炭化水素燃焼システム３００は、反応熱供給部（熱供給部）３０２を備える点で、第１実施形態の炭化水素燃焼システム１００および第２実施形態の炭化水素燃焼システム２００と異なっている。
【００８２】  図５に示すように、炭化水素生成装置１０８と炭化水素貯留部１１２との間には、反応熱供給部３０２が配される。反応熱供給部３０２は、炭化水素生成装置１０８および炭化水素貯留部１１２と接触している。ただし、反応熱供給部３０２は、炭化水素生成装置１０８および炭化水素貯留部１１２と接触していなくてもよい。例えば、反応熱供給部３０２は、炭化水素生成装置１０８より下流側にある部材（第５配管２２６）と、炭化水素貯留部１１２とを接触するようにしてもよい。反応熱供給部３０２は、例えば、銅、アルミニウム、グラファイトなどの伝熱部材で構成される。反応熱供給部３０２は、炭化水素生成装置１０８で生成された熱を炭化水素貯留部１１２に供給する。
【００８３】  炭化水素生成装置１０８では、炭化水素（第３実施形態では、メタン：ＣＨ４）が生成される。メタンを生成する際のメタネーション反応は、発熱反応である。反応熱供給部３０２は、炭化水素生成装置１０８で生じた反応熱の一部を炭化水素貯留部１１２に供給する。
【００８４】  炭化水素貯留部１１２は、反応熱供給部３０２から供給された熱（反応熱）により加熱される。炭化水素貯留部１１２が加熱されると、炭化水素貯留部１１２内の液化した水（Ｈ２Ｏ）が気化する。
【００８５】  上述したように、密閉式燃焼器１１４は、炭化水素（図５中、ＣＨ４）および酸素（図５中、２Ｏ２）を燃焼させる。このとき、密閉式燃焼器１１４の火炎温度は、非常に高い温度（例えば、３０００℃以上の温度）となり、密閉式燃焼器１１４が溶損するおそれがある。
【００８６】  そこで、第３実施形態において、炭化水素貯留部１１２は、反応熱供給部３０２から供給された熱により気化した水（水蒸気）を、密閉式燃焼器１１４に供給している。密閉式燃焼器１１４は、水蒸気が供給されると、供給された水蒸気の比熱分だけ温度が低下する。
【００８７】  このように、第３実施形態において、炭化水素燃焼システム３００は、反応熱供給部３０２を備える。これにより、炭化水素燃焼システム３００は、密閉式燃焼器１１４に気化した水（水蒸気）を供給することができる。その結果、炭化水素燃焼システム３００は、密閉式燃焼器１１４の温度を低下させることができ、密閉式燃焼器１１４の溶損を抑制することができる。
【００８８】［第４実施形態］  図６は、第４実施形態における炭化水素燃焼システム４００の概略的な構成を説明する図である。第１実施形態の炭化水素燃焼システム１００および第２実施形態の炭化水素燃焼システム２００と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第４実施形態の炭化水素燃焼システム４００は、燃焼熱供給部（熱供給部）４０２を備える点で、第１実施形態の炭化水素燃焼システム１００および第２実施形態の炭化水素燃焼システム２００と異なっている。
【００８９】  図６に示すように、炭化水素貯留部１１２と密閉式燃焼器１１４との間には、燃焼熱供給部４０２が配される。燃焼熱供給部４０２は、炭化水素貯留部１１２および密閉式燃焼器１１４と接触している。ただし、燃焼熱供給部４０２は、炭化水素貯留部１１２および密閉式燃焼器１１４と接触していなくてもよい。例えば、燃焼熱供給部４０２は、密閉式燃焼器１１４より下流側にある部材（第９配管１３４）と、炭化水素貯留部１１２とを接触するようにしてもよい。燃焼熱供給部４０２は、例えば、銅、アルミニウム、グラファイトなどの伝熱部材で構成される。燃焼熱供給部４０２は、密閉式燃焼器１１４で生成された熱を炭化水素貯留部１１２に供給する。
【００９０】  密閉式燃焼器１１４では、炭化水素（図６中、ＣＨ４）および酸素（図６中、２Ｏ２）が燃焼されることで、熱（燃焼熱）が生成される。燃焼熱供給部４０２は、密閉式燃焼器１１４で生成された熱の一部を炭化水素貯留部１１２に供給する。
【００９１】  炭化水素貯留部１１２は、燃焼熱供給部４０２から供給された熱（燃焼熱）により加熱される。炭化水素貯留部１１２が加熱されると、炭化水素貯留部１１２内の液化した水（Ｈ２Ｏ）が気化する。
【００９２】  密閉式燃焼器１１４は、炭化水素（図６中、ＣＨ４）および酸素（図６中、２Ｏ２）を燃焼させると、燃焼の火炎温度（例えば、３０００℃以上の温度）により、密閉式燃焼器１１４が溶損するおそれがある。
【００９３】  第４実施形態において、炭化水素貯留部１１２は、気化した水（水蒸気）を密閉式燃焼器１１４に供給している。密閉式燃焼器１１４は、水蒸気が供給されると、供給された水蒸気の比熱分だけ温度が低下する。
【００９４】  このように、第４実施形態において、炭化水素燃焼システム４００は、燃焼熱供給部４０２を備える。これにより、炭化水素燃焼システム４００は、密閉式燃焼器１１４に気化した水（水蒸気）を供給することができる。その結果、炭化水素燃焼システム４００は、密閉式燃焼器１１４の温度を低下させることができ、密閉式燃焼器１１４の溶損を抑制することができる。
【００９５】［第５実施形態］  図７は、第５実施形態における炭化水素燃焼システム５００の概略的な構成を説明する図である。第１実施形態の炭化水素燃焼システム１００と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第５実施形態の炭化水素燃焼システム５００は、第１実施形態の炭化水素燃焼システム１００と同じ構成を有する。ただし、酸化炭素供給制御部１４０ａ（図２参照）による酸化炭素バルブ１４２の制御が、第１実施形態と異なる。
【００９６】  上述したように、密閉式燃焼器１１４は、炭化水素（図７中、ＣＨ４）および酸素（図７中、２Ｏ２）を燃焼させると、燃焼の火炎温度（例えば、３０００℃以上の温度）により、密閉式燃焼器１１４が溶損するおそれがある。
【００９７】  第５実施形態において、酸化炭素供給制御部１４０ａ（図２参照）は、密閉式燃焼器１１４の温度に応じて、酸化炭素バルブ１４２の開度を制御し、炭化水素生成装置１０８に供給する酸化炭素（図７中、ＣＯ２）の供給量を制御する。
【００９８】  例えば、炭化水素燃焼システム５００は、密閉式燃焼器１１４の温度を計測する不図示の温度計を備えてもよい。酸化炭素供給制御部１４０ａは、不図示の温度計の出力に基づいて、酸化炭素バルブ１４２の開度を制御してもよい。また、酸化炭素供給制御部１４０ａは、炭化水素バルブ１４６の開度（すなわち、ＣＨ４の供給量）に基づいて、密閉式燃焼器１１４の温度を推定してもよい。酸化炭素供給制御部１４０ａは、推定した密閉式燃焼器１１４の温度に基づいて、酸化炭素バルブ１４２の開度を制御してもよい。
【００９９】  第５実施形態において、酸化炭素供給制御部１４０ａは、第１実施形態よりも炭化水素生成装置１０８に供給する酸化炭素の供給量を増加（図７中、「＋ｎＣＯ２」）させるように、酸化炭素バルブ１４２の開度を制御している。なお、図７中、「＋ｎＣＯ２」の「＋」は、炭化水素生成装置１０８に要する酸化炭素に加えて、より多くの酸化炭素が供給されることを示している。「＋ｎＣＯ２」の「ｎ」は、炭化水素生成装置１０８に要する酸化炭素に加えて、増加する酸化炭素の量を示している。
【０１００】  つまり、酸化炭素供給制御部１４０ａは、炭化水素生成装置１０８に要する酸化炭素よりも多くの酸化炭素（すなわち、余分な酸化炭素）を、炭化水素生成装置１０８に供給させる。余分な酸化炭素（図７中、「＋ｎＣＯ２」）は、炭化水素生成装置１０８、気液分離部１１０、炭化水素貯留部１１２を介して、密閉式燃焼器１１４に供給される。密閉式燃焼器１１４は、余分な酸化炭素が供給されると、供給された酸化炭素の比熱分だけ温度が低下する。
【０１０１】  密閉式燃焼器１１４に供給された余分な酸化炭素（図７中、「＋ｎＣＯ２」）は、密閉式燃焼器１１４から気液分離部１１６を介して酸化炭素貯留部１０２に返送される。すなわち、余分な酸化炭素は、炭化水素生成装置１０８、気液分離部１１０、炭化水素貯留部１１２、密閉式燃焼器１１４、気液分離部１１６、酸化炭素貯留部１０２を循環する。酸化炭素供給制御部１４０ａは、炭化水素生成装置１０８、気液分離部１１０、炭化水素貯留部１１２、密閉式燃焼器１１４、気液分離部１１６、酸化炭素貯留部１０２を循環する酸化炭素の量を制御する。すなわち、酸化炭素供給制御部１４０ａは、図７中、「＋ｎＣＯ２」で示される酸化炭素の循環量を制御（調整）する。
【０１０２】  このように、第５実施形態において、酸化炭素供給制御部１４０ａは、密閉式燃焼器１１４に余分な酸化炭素（図７中、「＋ｎＣＯ２」）を供給させる。これにより、炭化水素燃焼システム５００は、密閉式燃焼器１１４の温度を低下させることができ、密閉式燃焼器１１４が溶損することを抑制することができる。
【０１０３】［第６実施形態］  図８は、第６実施形態における炭化水素燃焼システム６００の概略的な構成を説明する図である。第３実施形態の炭化水素燃焼システム３００と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第６実施形態の炭化水素燃焼システム６００は、第３実施形態の炭化水素燃焼システム３００と同じ構成を有する。ただし、水供給制御部１４０ｂ（図２参照）による水バルブ１４４の制御が、第３実施形態と異なる。
【０１０４】  上述したように、密閉式燃焼器１１４は、炭化水素（図８中、ＣＨ４）および酸素（図８中、２Ｏ２）を燃焼させると、燃焼の火炎温度（例えば、３０００℃以上の温度）により、密閉式燃焼器１１４が溶損するおそれがある。
【０１０５】  第６実施形態において、水供給制御部１４０ｂ（図２参照）は、密閉式燃焼器１１４の温度に応じて、水バルブ１４４の開度を制御し、電解装置１０６に供給する水（図８中、２Ｈ２Ｏ（４Ｈ２Ｏ））の供給量を制御する。
【０１０６】  例えば、炭化水素燃焼システム６００は、密閉式燃焼器１１４の温度を計測する不図示の温度計を備えてもよい。水供給制御部１４０ｂは、不図示の温度計の出力に基づいて、水バルブ１４４の開度を制御してもよい。また、水供給制御部１４０ｂは、炭化水素バルブ１４６の開度（すなわち、ＣＨ４の供給量）に基づいて、密閉式燃焼器１１４の温度を推定してもよい。水供給制御部１４０ｂは、推定した密閉式燃焼器１１４の温度に基づいて、水バルブ１４４の開度を制御してもよい。
【０１０７】  第６実施形態において、水供給制御部１４０ｂは、第３実施形態よりも電解装置１０６に供給する水の供給量を増加（図８中、「＋ｎＨ２Ｏ」）させるように、水バルブ１４４の開度を制御している。なお、図８中、「＋ｎＨ２Ｏ」の「＋」は、電解装置１０６に要する水に加えて、より多くの水が供給されることを示している。「＋ｎＨ２Ｏ」の「ｎ」は、電解装置１０６に要する水に加えて、増加する水の量を示している。
【０１０８】  つまり、水供給制御部１４０ｂは、電解装置１０６に要する水よりも多くの水（すなわち、余分な水）を、電解装置１０６に供給させる。余分な水（図８中、「＋ｎＨ２Ｏ」）は、電解装置１０６を介して密閉式燃焼器１１４に供給される。密閉式燃焼器１１４は、余分な水が供給されると、供給された水の比熱分だけ温度が低下する。
【０１０９】  密閉式燃焼器１１４に供給された余分な水（図８中、「＋ｎＨ２Ｏ」）は、密閉式燃焼器１１４から気液分離部１１６を介して水貯留部１０４に返送される。すなわち、余分な水は、電解装置１０６、密閉式燃焼器１１４、気液分離部１１６、水貯留部１０４を循環する。水供給制御部１４０ｂは、電解装置１０６、密閉式燃焼器１１４、気液分離部１１６、水貯留部１０４を循環する水の量を制御する。すなわち、水供給制御部１４０ｂは、図８中、「＋ｎＨ２Ｏ」で示される水の循環量を制御（調整）する。
【０１１０】  このように、第６実施形態において、水供給制御部１４０ｂは、密閉式燃焼器１１４に余分な水（図８中、「＋ｎＨ２Ｏ」）を供給させる。これにより、炭化水素燃焼システム６００は、密閉式燃焼器１１４の温度を低下させることができ、密閉式燃焼器１１４が溶損することを抑制することができる。
【０１１１】［第７実施形態］  図９は、第７実施形態における炭化水素燃焼システム７００の概略的な構成を説明する図である。第３実施形態の炭化水素燃焼システム３００と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第７実施形態の炭化水素燃焼システム７００は、循環配管７０２、燃焼ガスバルブ７０４を備える点、制御装置１４０に代えて制御装置７４０を備える点で、第３実施形態の炭化水素燃焼システム３００と異なっている。
【０１１２】  図９に示すように、密閉式燃焼器１１４には、循環配管７０２が接続される。循環配管７０２は、一端が密閉式燃焼器１１４の上流側（炭化水素貯留部１１２側）に接続され、他端が密閉式燃焼器１１４の下流側（気液分離部１１６側）に接続される。ただし、循環配管７０２は、一端が密閉式燃焼器１１４の上流側に接続され、他端が密閉式燃焼器１１４の下流側に接続されなくてもよい。例えば、循環配管７０２は、一端が密閉式燃焼器１１４より上流側にある部材（第８配管１３２）に接続され、他端が密閉式燃焼器１１４より下流側にある部材（第９配管１３４）に接続されてもよい。
【０１１３】  循環配管７０２は、密閉式燃焼器１１４の下流側から排出される燃焼ガスの一部を密閉式燃焼器１１４の上流側に還流させる。ここで、燃焼ガスの一部を還流させるために、循環配管７０２は、不図示のエジェクターを備えてもよい。
【０１１４】  また、循環配管７０２には、燃焼ガスバルブ７０４が配される。燃焼ガスバルブ７０４は、制御装置７４０により開度が制御されることで、密閉式燃焼器１１４の下流側から密閉式燃焼器１１４の上流側に還流する燃焼ガスの流量を調整する。
【０１１５】  図１０は、第７実施形態の制御装置７４０の概略的な構成を示すブロック図である。図１０に示すように、第７実施形態において、制御装置７４０は、酸化炭素供給制御部１４０ａと、水供給制御部１４０ｂと、炭化水素供給制御部１４０ｃと、燃焼ガス供給制御部７４０ｅとして機能する。
【０１１６】  燃焼ガス供給制御部７４０ｅは、不図示のアクチュエータを介して燃焼ガスバルブ７０４の開度を制御する。燃焼ガス供給制御部７４０ｅは、燃焼ガスバルブ７０４を閉状態あるいは開状態に制御することができる。燃焼ガス供給制御部７４０ｅは、燃焼ガスバルブ７０４の開度を制御することで、密閉式燃焼器１１４の下流側から密閉式燃焼器１１４の上流側に還流する燃焼ガスの流量を調整することができる。
【０１１７】  密閉式燃焼器１１４は、炭化水素（図９中、ＣＨ４）および酸素（図９中、２Ｏ２）を燃焼させると、燃焼の火炎温度（例えば、３０００℃以上の温度）により、密閉式燃焼器１１４が溶損するおそれがある。
【０１１８】  第７実施形態において、燃焼ガス供給制御部７４０ｅは、燃焼ガスバルブ７０４の開度を制御することで、密閉式燃焼器１１４で生成された燃焼ガス（図９中、ＣＯ２および４Ｈ２Ｏ）の一部を循環配管７０２により密閉式燃焼器１１４の上流側に還流させている。密閉式燃焼器１１４は、燃焼ガスの一部が供給されると、供給された燃焼ガス（ＣＯ２およびＨ２Ｏ）の比熱分だけ温度が低下する。
【０１１９】  このように、第７実施形態において、炭化水素燃焼システム７００は、循環配管７０２、燃焼ガスバルブ７０４、燃焼ガス供給制御部７４０ｅを備える。これにより、炭化水素燃焼システム７００は、密閉式燃焼器１１４に燃焼ガスの一部を供給することができる。その結果、炭化水素燃焼システム７００は、密閉式燃焼器１１４の温度を低下させることができ、密閉式燃焼器１１４の溶損を抑制することができる。
【０１２０】（第８実施形態）  図１１は、第８実施形態における炭化水素燃焼システム８００の概略的な構成を説明する図である。第３実施形態の炭化水素燃焼システム３００と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第８実施形態の炭化水素燃焼システム８００は、電解装置１０６に代えて電解装置８０６を備える点、水貯留部１０４に代えて燃焼ガス貯留部８０４を備える点、水バルブ１４４に代えて燃焼ガスバルブ８４４を備える点、制御装置１４０に代えて制御装置８４０を備える点で、第３実施形態と異なっている。
【０１２１】  燃焼ガス貯留部８０４は、密閉式燃焼器１１４から送出された燃焼ガス（第８実施形態では、二酸化炭素：ＣＯ２および水：３Ｈ２Ｏ）を貯留する。燃焼ガス貯留部８０４には、炭化水素燃焼システム８００を初めて稼働させる前に、予め所定量の燃焼ガス（図１１中、ＣＯ２および３Ｈ２Ｏ）が貯留される。ただし、燃焼ガス貯留部８０４には、炭化水素燃焼システム８００を初めて稼働させる際に、所定量の燃焼ガス（図１１中、ＣＯ２および３Ｈ２Ｏ）が外部から供給されるようにしてもよい。
【０１２２】  燃焼ガス貯留部８０４は、不図示の加熱装置を備える。加熱装置は、炭化水素燃焼システム８００の運転開始時に、燃焼ガス貯留部８０４内に貯留された二酸化炭素（図１１中、ＣＯ２）および水（図１１中、３Ｈ２Ｏ）を、例えば５００℃以上に加熱する。燃焼ガス貯留部８０４は、加熱された二酸化炭素および水（水蒸気）を電解装置８０６に供給する。
【０１２３】  また、炭化水素燃焼システム８００の運転開始後、燃焼ガス貯留部８０４は、密閉式燃焼器１１４から送出された燃焼ガス（図１１中、ＣＯ２、３Ｈ２Ｏ）を電解装置８０６に供給する。燃焼ガス貯留部８０４は、電解装置８０６の駆動時に必要な酸化炭素および水を、任意のタイミングで電解装置８０６に供給することができる。
【０１２４】  電解装置８０６は、再生可能エネルギーから電力を生成する不図示の発電装置に接続される。電解装置８０６には、不図示の発電装置から電力が供給される。また、電解装置８０６には、燃焼ガス貯留部８０４から燃焼ガス（図１１中、ＣＯ２、３Ｈ２Ｏ）が供給される。
【０１２５】  第８実施形態において、電解装置８０６は、例えば、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ）を含んで構成され、二酸化炭素と水を電気分解（共電解）し、水素と一酸化炭素と酸素に変換することができる。電解装置１０６は、供給された電力および燃焼ガス（図１１中、ＣＯ２、３Ｈ２Ｏ）から、一酸化炭素（図１１中、ＣＯ）、水素（図１１中、３Ｈ２）および酸素（図１１中、２Ｏ２）を生成する。
【０１２６】  電解装置８０６は、第３配管１２２を介して炭化水素生成装置１０８に一酸化炭素（図１１中、ＣＯ）および水素（図１１中、３Ｈ２）を供給する。また、電解装置８０６は、第４配管１２４を介して密閉式燃焼器１１４に酸素（図１１中、２Ｏ２）を供給する。
【０１２７】  炭化水素生成装置１０８は、供給された一酸化炭素（図１１中、ＣＯ）と水素（図１１中、３Ｈ２）から、炭化水素（図１１中、ＣＨ４）および水（図１１中、Ｈ２Ｏ）を生成する。第８実施形態において、炭化水素生成装置１０８は、メタンおよび水蒸気を生成している。
【０１２８】  具体的に、炭化水素生成装置１０８には、メタネーション反応（３Ｈ２  ＋  ＣＯ  →  ＣＨ４  ＋  Ｈ２Ｏ）を活性化させる触媒（例えば、ニッケル（Ｎｉ）系触媒、ルテニウム（Ｒｕ）系触媒、白金（Ｐｔ）系触媒等）が収容されている。炭化水素生成装置１０８には、不図示の加熱装置が配されている。加熱装置は、制御装置８４０により温度制御され、炭化水素生成装置１０８を所定の触媒活性化温度（温度条件）に達するまで加熱する。炭化水素生成装置１０８は、所定の触媒活性化温度に加熱されると、触媒により一酸化炭素（図１１中、ＣＯ）および水素（図１１中、３Ｈ２）を反応させ、炭化水素（図１１中、ＣＨ４）および水（図１１中、Ｈ２Ｏ）を生成する。
【０１２９】  図１２は、第８実施形態の制御装置８４０の概略的な構成を示すブロック図である。図１２に示すように、第８実施形態において、制御装置８４０は、燃焼ガス供給制御部８４０ａと、炭化水素供給制御部１４０ｃとして機能する。
【０１３０】  燃焼ガス供給制御部８４０ａは、不図示のアクチュエータを介して燃焼ガスバルブ８４４の開度を制御する。燃焼ガス供給制御部８４０ａは、燃焼ガスバルブ８４４を閉状態あるいは開状態に制御することができる。燃焼ガス供給制御部８４０ａは、燃焼ガスバルブ８４４の開度を制御することで、燃焼ガス貯留部８０４から電解装置８０６に供給する燃焼ガスの量を調整することができる。このとき、燃焼ガス供給制御部８４０ａは、上記実施形態５および６と同様に、密閉式燃焼器１１４に余分な酸化炭素あるいは水を供給させて密閉式燃焼器１１４の温度を低下させるように制御してもよい。
【０１３１】  このように、第８実施形態において、密閉式燃焼器１１４は、燃焼ガス（すなわち、酸化炭素（図１１中、ＣＯ２）および水（図１１中、３Ｈ２Ｏ））を電解装置８０６に返送（送出）させている。
【０１３２】  これにより、炭化水素燃焼システム８００は、電解装置８０６により一酸化炭素、水素および酸素を生成するために、炭化水素燃焼システム８００の系外から電解装置８０６に酸化炭素および水を随時供給する必要がなくなる。したがって、炭化水素燃焼システム８００は、密閉式燃焼器１１４により熱を生成する際に、炭化水素燃焼システム８００の系外から水あるいは炭化水素を随時供給する場合に比べて、コストを低減することができる。
【０１３３】  また、第８実施形態の炭化水素燃焼システム８００において、電解装置８０６は、燃焼ガスから、一酸化炭素、水素、酸素を生成することができる。したがって、炭化水素燃焼システム８００は、燃焼ガスに含まれる酸化炭素（図１１中、ＣＯ２）と水（図１１中、３Ｈ２Ｏ）を分離するための気液分離部１１６を配さなくてもよい。このため、炭化水素燃焼システム８００は、第１実施形態の炭化水素燃焼システム１００と比べてコストを低減することができる。
【０１３４】  以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１３５】  上記第１〜７実施形態では、炭化水素燃焼システム１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００が、酸化炭素貯留部１０２を備える例について説明した。しかし、酸化炭素貯留部１０２は、必須の構成ではない。したがって、炭化水素燃焼システム１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００は、酸化炭素貯留部１０２を備えていなくてもよい。
【０１３６】  上記第１〜７実施形態では、炭化水素燃焼システム１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００が、酸化炭素バルブ１４２および酸化炭素供給制御部１４０ａを備える例について説明した。しかし、酸化炭素バルブ１４２および酸化炭素供給制御部１４０ａは、必須の構成ではない。したがって、炭化水素燃焼システム１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００は、酸化炭素バルブ１４２および酸化炭素供給制御部１４０ａを備えていなくてもよい。
【０１３７】  上記第１〜７実施形態では、炭化水素燃焼システム１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００が、水貯留部１０４を備える例について説明した。しかし、水貯留部１０４は、必須の構成ではない。したがって、炭化水素燃焼システム１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００は、水貯留部１０４を備えていなくてもよい。
【０１３８】  上記第１〜７実施形態では、炭化水素燃焼システム１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００が、水バルブ１４４および水供給制御部１４０ｂを備える例について説明した。しかし、水バルブ１４４および水供給制御部１４０ｂは、必須の構成ではない。したがって、炭化水素燃焼システム１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００は、水バルブ１４４および水供給制御部１４０ｂを備えていなくてもよい。
【０１３９】  上記第８実施形態では、炭化水素燃焼システム８００が、燃焼ガス貯留部８０４を備える例について説明した。しかし、燃焼ガス貯留部８０４は、必須の構成ではない。したがって、炭化水素燃焼システム８００は、燃焼ガス貯留部８０４を備えていなくてもよい。
【０１４０】  上記第８実施形態では、炭化水素燃焼システム８００が、燃焼ガスバルブ８４４および燃焼ガス供給制御部８４０ａを備える例について説明した。しかし、燃焼ガスバルブ８４４および燃焼ガス供給制御部８４０ａは、必須の構成ではない。したがって、炭化水素燃焼システム８００は、燃焼ガスバルブ８４４および燃焼ガス供給制御部８４０ａを備えていなくてもよい。
【０１４１】  また、上記各実施形態の炭化水素燃焼システム１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００は、それぞれ組み合わせ可能である。例えば、上記第３実施形態の炭化水素燃焼システム３００は、上記第４実施形態の燃焼熱供給部４０２を備えてもよい。また、上記第３実施形態の炭化水素燃焼システム３００は、上記第７実施形態の循環配管７０２、燃焼ガスバルブ７０４、燃焼ガス供給制御部７４０ｅを備えてもよい。また、上記第８実施形態の炭化水素燃焼システム８００は、上記第３実施形態の反応熱供給部３０２を備えてもよい。また、上記第８実施形態の炭化水素燃焼システム８００は、上記第４実施形態の燃焼熱供給部４０２を備えてもよい。また、上記第８実施形態の炭化水素燃焼システム８００は、上記第７実施形態の循環配管７０２、燃焼ガスバルブ７０４、燃焼ガス供給制御部７４０ｅを備えてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】  本開示は、炭化水素燃焼システムに利用することができる。
【符号の説明】
【０１４３】１００：炭化水素燃焼システム  １０２：酸化炭素貯留部  １０４：水貯留部  １０６：電解装置  １０８：炭化水素生成装置  １１２：炭化水素貯留部  １１４：密閉式燃焼器  １１６：気液分離部（分離部）  １４０ａ：酸化炭素供給制御部  １４０ｂ：水供給制御部  ３００：炭化水素燃焼システム  ３０２：反応熱供給部（熱供給部）  ４００：炭化水素燃焼システム  ４０２：燃焼熱供給部（熱供給部）  ７００：炭化水素燃焼システム  ７０２：循環配管  ８００：炭化水素燃焼システム  ８０４：燃焼ガス貯留部  ８４０ａ：燃焼ガス供給制御部
【図１】
2020203087.tif 000003
【図２】
2020203087.tif 000004
【図３】
2020203087.tif 000005
【図４】
2020203087.tif 000006
【図５】
2020203087.tif 000007
【図６】
2020203087.tif 000008
【図７】
2020203087.tif 000009
【図８】
2020203087.tif 000010
【図９】
2020203087.tif 000011
【図１０】
2020203087.tif 000012
【図１１】
2020203087.tif 000013
【図１２】
2020203087.tif 000014
【国際調査報告】
2020203087.tif 000015
2020203087.tif 000016
2020203087.tif 000017
2020203087.tif 000018
2020203087.tif 000019
2020203087.tif 000020