〈実施形態1〉
 以下、本発明を実施するための最良の形態� ��ついて説明する。なお、本実施形態の説明� ��例示であり、本発明は以下の説明に限定さ� ��ない。

 図1は、実施形態1に係る燃料ガス精製設� �を備える発電システムの概略構成図である� �

 図示するように、実施形態1に係る燃料ガ ス精製設備は、バイオマスを熱分解する炭化 機1と、炭化物を燃焼する火炉2と、火炉2内に 配設された密閉容器3と、炭化機1から熱分解� ��スを密閉容器3内に導入する導入管5と、炭� �機1から炭化物を火炉2に導入する炭化物導入 管7と、密閉容器3で精製された燃料ガスを発� ��手段20に供給する燃料ガス供給管6と、密閉� ��器3に水酸化ナトリウム(NaOH)を供給する水酸 化ナトリウム供給手段8(図では、「NaOH供給手 段」と表記した。)とを具備している。

 炭化機1には、木質系バイオマス、都市ゴ ミ等の廃棄物系バイオマスおよびこれらの混 合バイオマス等が供給される。炭化機1は、� �イオマスを蒸し焼きして熱分解し、熱分解� �スと炭化物とを生成する。熱分解ガスは、� �イオマス中の揮発分から構成され、主に一� �化炭素、水素、水、炭化水素、タール等か� �なる。一方、炭化物は、炭素、炭等のいわ� �るチャーである。

 火炉2は、内部が空洞になっており、下部 のガス化・燃焼部2aと、上部の容器配置部2b� �から構成されている。ガス化・燃焼部2aでは 、炭化機1から炭化物導入管7を介して供給さ� ��た炭化物が、ガス化・燃焼部2aに別途導入� �れた空気又は酸素により燃焼されることに� �り高温ガスが発生し、該高温ガスは上部の� �器配置部2bへと導かれる。なお、燃焼した炭 化物のうち比較的融点の低い灰分は、火炉2� �部から溶融スラグとして排出される。

 火炉2の容器配置部2bには、密閉容器3が配 設されている。密閉容器3の内部は火炉2内部� ��空間とは隔てられており、該内部には炭酸� ��4が収容されている。密閉容器3は、前記し� �高温ガスが充満した容器配置部2bに配設され ているため、密閉容器3内の炭酸塩4は高温ガ� ��の熱により加熱され、溶融する。以後、こ� ��溶融した炭酸塩4を溶融炭酸塩4という。

 本発明の溶融炭酸塩4としては、炭酸リチウ ム(Li ₂ CO ₃ )、炭酸ナトリウム(Na ₂ CO ₃ )、炭酸カリウム(K ₂ CO ₃ )等の各種アルカリ金属炭酸塩を、単独又は� �数混合したものを用いることができる。ま� �、上記アルカリ金属炭酸塩の他に、マグネ� �ウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr )、バリウム(Ba)、セリウム(Ce)等の炭酸塩を溶 融炭酸塩として用いることも可能である。

 炭化機1と密閉容器3とは、導入管5を介し� ��接続されている。導入管5の一端は、炭化機 1で精製された熱分解ガスが導入されるよう� �炭化機1の上部に配され、導入管5の他端は、 密閉容器3内の溶融炭酸塩4中に配されている� ��炭化機1で生じた熱分解ガスは、導入管5を� �して密閉容器3内の溶融炭酸塩4中に供給され る。

 このように導入管5を介して送られた熱分 解ガスは、密閉容器3中の溶融炭酸塩4を流通� ��る。このとき、熱分解ガスは溶融炭酸塩4と の反応により、次に詳言するように、不純物 が取り除かれ、熱分解ガスから燃料ガスが精 製される。

 熱分解ガス中における代表的な不純物元素� ��しては、硫黄(S)分、ハロゲン(F、Cl)分、窒� �(N)が挙げられ、これらの元素から高温の還� �雰囲気では、硫化水素(H ₂ S)、塩化水素(HCl)、フッ化水素(HF)、アンモニ� ��(NH ₃ )等の代表的な不純物ガスが発生する。

 本実施形態における溶融炭酸塩4(ここでは� �ルカリ金属炭酸塩、M ₂ CO ₃ 、M=Li、Na、K)を用いた上記不純物の除去メカ� ��ズムを以下に説明する。

 還元雰囲気下で生じたH ₂ Sは、S ^2― として溶融炭酸塩4中に取り込まれ、硫化ア� �カリ金属(M ₂ S)として、HCl、HFは、Cl ^― 、F ^― として溶融炭酸塩4に取り込まれ、塩素分は� �化アルカリ金属(MCl)として、フッ素分はフッ 化アルカリ金属(MF)として捕捉される。

 また、炭化機1から導入される熱分解ガス に含まれる未燃分、灰分は、溶融炭酸塩4が� �体であるため、密閉容器3内で集塵可能であ� ��。更に熱分解ガスに含まれるタールも同様� ��、溶融炭酸塩4と反応し、分解される。

 このように、炭化機1で生じた熱分解ガス は溶融炭酸塩4により精製され、一酸化炭素� �水素を主成分とする燃料ガスが精製される� �

 なお、溶融炭酸塩4には、触媒が含まれて いてもよい。触媒により熱分解ガスと溶融炭 酸塩4との化学反応が促進され、熱分解ガス� �より早く精製することができる。この触媒� �しては、金属、合金、金属酸化物、又はニ� �ケルセラミックスを用いることができる。� �属の例としては、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe )、バナジウム(V)、タングステン(W)、チタン(T i)、コバルト(Co)、錫(Sn)、マグネシウム(Mg)、� ��テニウム(Ru)、パラジウム(Pd)、亜鉛(Zn)を挙� ��ることができる。合金は、これらの金属の2 種以上からなり、金属酸化物は、これらの金 属がそれぞれ酸化したもの若しくはこれらの 金属の2種以上が酸化したものである複合酸� �物である。触媒は、粉体として溶融炭酸塩4� ��含まれていることが好ましい。

 一方、密閉容器3と発電手段20とは、燃料� ��ス供給管6を介して接続されている。燃料ガ ス供給管6の一端は、密閉容器3内の上部に配� ��れ、燃料ガス供給管6の他端は発電手段20に� ��続されている。この燃料ガス供給管6を介し て、密閉容器3内で精製された燃料ガスは火� �2外部の発電手段20に供給される。

 発電手段20は、例えば、燃料ガス供給管6� ��らの燃料ガスが送られる燃料極を備えた溶� ��炭酸塩形燃料電池(MCFC)から構成されている� ��MCFCは、一般に、燃料電池の中でも、高効率 で、かつ一酸化炭素を燃料として利用可能な ものである。

 なお、発電手段20としては、燃料ガス供� �管6からの燃料ガスを用いて発電するもので� ��れば特に限定されない。例えば、発電手段2 0は、燃料ガス供給管6からの燃料ガスにより� ��動するガスエンジンと、該ガスエンジンの� ��動により発動する発電機とから構成されて� ��てもよい。他にも、発電手段20は、燃料ガ� �供給管6からの燃料ガスを燃焼するタービン� ��焼器と、該タービン燃焼器からの燃焼ガス� ��膨張により動力を得ることで発電機の駆動� ��行うガスタービンとから構成されていても� ��い。

 また、発電手段20と炭化機1とは、発電手� ��20で生じた廃熱が、熱交換器(図示せず)等を 介して、バイオマスを加熱する炭化機1の熱� �となるように構成されている。これにより� �発電システム全体のエネルギーの効率を改� �できる。また、火炉2と炭化機1とは、火炉2� �生じた廃熱が、熱交換器(図示せず)等を介し て、バイオマスを加熱する炭化機1の熱源と� �るように構成されている。これにより、更� �発電システム全体のエネルギー効率を改善� �きる。

 水酸化物供給手段の一例である水酸化ナ� ��リウム供給手段8は、溶融炭酸塩4に水酸化� �トリウムを供給するよう構成されている。� �融炭酸塩4に水酸化ナトリウムが供給される� ��、溶融炭酸塩4中の二酸化炭素が水酸化ナト リウムと反応して、炭酸ナトリウム(炭酸塩)� ��生成される。

 ちなみに、水酸化ナトリウムを供給する� ��となく溶融炭酸塩4で燃料ガスの精製を続け ると、密閉容器3では、硫黄アルカリ金属等� �蓄積され、溶融炭酸塩4が減少するので、密� ��容器3の溶融炭酸塩4を適宜取替える必要が� �る。例えば、密閉容器3内部と外部とを接続� ��る排出管(図示せず)を介して、密閉容器3内� ��溶融炭酸塩4や硫黄アルカリ金属等を外部へ 排出すると共に、新たな炭酸塩を密閉容器3� �供給する必要がある。しかしながら、本発� �の燃料ガス精製設備では、水酸化ナトリウ� �を溶融炭酸塩4に適宜供給することで、溶融� ��酸塩4で燃料ガスを精製しつつ、密閉容器3� �炭酸塩を供給したのと同様の効果を得られ� �。さらに、溶融炭酸塩4又は燃料ガス(熱分解 ガス)に含まれる二酸化炭素は水酸化ナトリ� �ムに吸収されて炭酸ナトリウムとなるので� �二酸化炭素の排出量を低減することができ� �。

 また、密閉容器3の溶融炭酸塩4を取替え� �際には、上記のように溶融炭酸塩4に水酸化� ��を供給して間接的に炭酸塩を供給する場合� ��限定されず、直接炭酸塩を密閉容器3内に供 給してもよい。なお、ここでいう炭酸塩は、 水分や重曹を含んでいてもよい。

 また、水酸化物供給手段としては、水酸� ��ナトリウムを供給するものに限られず、水� ��化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化� ��リウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロ� ��チウム、水酸化バリウム、又は水酸化セリ� ��ムを供給するものであってもよい。要する� ��、水酸化物供給手段は、溶融炭酸塩4中の二 酸化炭素と反応して炭酸塩を生成しうる水酸 化物を密閉容器3内の溶融炭酸塩4に供給する� ��うに構成されていればよい。

 以上に説明した構成の燃料ガス精製設備� ��備える発電システムでは、炭化機1によって バイオマスから熱分解ガスと炭化物とが生成 され、炭化物は密閉容器3内の炭酸塩を溶融� �せて溶融炭酸塩4を形成するために燃焼され� ��一方、熱分解ガスは溶融炭酸塩4で精製され て燃料ガスとなり、燃料ガスは発電手段20に� ��給される。

 このように火炉2内に配設された密閉容器 3内で、熱分解ガスの精製が行われるので、� �料ガスを精製する装置を火炉2外部に設ける� ��要がない。これにより、発電システムの省� ��ペース化を図ることができる。また、従来� ��術のガス精製装置10の如く複雑な構成の装� �が不要となるため、設備の運用性を高める� �とができ、更に、このような装置が不要と� �る分、発電システムに係るコストを削減で� �る。なお、本実施形態では、密閉容器3は火� ��2内に配設されていたが、必ずしも火炉2内� �配設する必要はない。例えば、密閉容器の� �体又は一部を火炉2外部に配設し、火炉2で燃 焼された炭化物の熱エネルギーを、熱交換器 等を介して火炉2外部に配設された密閉容器� �供給してもよい。この場合でも、高カロリ� �の燃料ガスが精製され、この燃料ガスを用� �て発電できる。

 更に、火炉2内部の空間とは隔てられた密 閉容器3内部で熱分解ガスから燃料ガスに精� �されるため、燃料ガスは、炭化物の燃焼に� �いられる空気や窒素などにより希釈される� �とはない。また前記したように、燃料ガス� �不純物が取り除かれている。これらのこと� �ら、単位体積あたりのカロリーが従来より� �高い燃料ガスを燃料ガス供給管6から供給す� ��ことができる。このように、本発明の燃料� ��ス精製設備は、高カロリーの燃料ガスを精� ��するので、特に、高温型の燃料電池、例え� ��溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)や固体酸化物形� ��料電池(SOFC)を発電手段として用いる発電シ� ��テムに適用して有用である。

 〈実施形態2〉
 実施形態1では、燃料ガス精製設備により製 造された燃料ガスを発電手段20に供給するよ� ��構成した発電システムについて説明したが� ��本実施形態では、燃料ガスを原料として液� ��燃料を合成する燃料合成システムについて� ��明する。

 図2は、実施形態2に係る燃料ガス精製設� �を備える燃料合成システムの概略構成図で� �る。なお、実施形態1と同一のものには同一� ��符号を付し、重複する説明は省略する。

 本実施形態と実施形態1との相違点は、燃 料ガス供給管6から供給される燃料ガスを原� �として液体燃料を合成する液体燃料合成装� �30と、炭化機1に水分を供給する水分供給手� �31とを具備する点にある。

 液体燃料合成装置30は、燃料ガスからメ� �ノール、ジメチルエーテル、ガソリン、灯� �、軽油等の炭化水素液体燃料を合成する装� �である。この液体燃料は、一般に、水素と� �酸化炭素を主成分とするガスを反応に適し� �温度、圧力とし、触媒の存在下で合成反応� �せることにより得られることが知られてい� �。

 水分供給手段31は、炭化機1内部に水分を� ��給するように構成されている。炭化機1内部 に水分を供給する量を調節することで、燃料 ガス供給管6から液体燃料合成装置30に供給さ れる燃料ガスの水分の比率を調節することが 可能となっている。このようにして本実施形 態の燃料合成システムで製造された燃料ガス は、燃料ガスを構成する一酸化炭素と水素と の比率が所望の比率に設定されたものとなっ ている。

 どの種別の液体燃料を合成するかは、原� ��となる一酸化炭素と水素との比率により決� ��る。したがって、特定の液体燃料を合成す� ��場合は、燃料ガスの一酸化炭素と水素との� ��率が、当該液体燃料に適した比率となるよ� ��に、水分供給手段31を調節すればよい。こ� �ように、本実施形態の燃料合成システムは� �所望する種別の液体燃料を製造し得る柔軟� �を有している。

 なお、水分供給手段31は、炭化機1内部に� ��分を供給する場合に限定されず、例えば密� ��容器3内でもよいし、導入管5や燃料ガス供� �管6に対して水分を供給してもよい。要する� ��、水分供給手段31は、液体燃料合成装置30に 燃料ガスが供給される前に、燃料ガス(熱分� �ガス)に水分を添加できる構成であればよい� ��

 また、火炉2と炭化機1とは、火炉2で生じ� ��廃熱が、熱交換器(図示せず)等を介して、� �イオマスを加熱する炭化機1の熱源となるよ� ��に構成されている。これにより、更に燃料� ��成システム全体のエネルギー効率を改善で� ��る。

 〈実施形態3〉
 実施形態1及び実施形態2では、炭化機1は、� ��炉2から離れて設けられ、火炉2の廃熱が熱� �換機等を介して間接的に炭化機1に与えられ� ��ように構成されていたが、このような場合� ��限定されない。

 図3は、実施形態3に係る炭化機及び火炉� �概略斜視図であり、図4は、実施形態3に係る 燃料ガス精製設備を備える発電システムの概 略構成図である。なお、実施形態1と同一の� �のには同一の符号を付し、重複する説明は� �略する。

 図3及び図4に示すように、炭化機1Aは、円 筒状に形成されており、その内面が火炉2の� �面に当接するように火炉2に取り付けられて� ��る。

 具体的には、炭化機1Aは、上側固定部41と 下側固定部42と本体部43とから構成されてい� �。上側固定部41及び下側固定部42は、火炉2に 固定されており、本体部43は、これらの上側� ��定部41と下側固定部42とに支持されている。

 本体部43は、円筒状に形成されており、� �の内面が火炉2の外面に当接している。また� ��本体部43と上側固定部41との間、及び本体部 43と下側固定部42との間にはベアリング(図示� ��ず)が設けられており、本体部43は火炉2を中 心として回動し、本体部43の内面は、火炉2の 外面を摺動するようになっている。

 このように、本体部43は火炉2に当接して� ��るので、火炉2の廃熱が本体部43のバイオマ� ��47が投入される内部空間44に直接的に伝熱す るようになっている。このため、熱交換機等 を介して間接的に火炉2の廃熱を利用する場� �よりも効率的に火炉2の廃熱を炭化機1Aの熱� �として有効利用することができる。

 また、本体部43の内部空間44には、火炉2� �中心とする螺旋状に形成されたスクリュー� �根45が設けられている。スクリュー羽根45は� ��内部44に連通するバイオマス導入管46からバ イオマス47を受け取り、本体部43と一緒に回� �することで、受け取ったバイオマス47をゆっ くりと本体部43の下部に搬送する。このため� ��バイオマス47に十分な熱を与えることがで� �、より確実に熱分解ガスを得ることができ� �。

 なお、本体部43には、導入管5が連通して� ��り、この導入管5を介して熱分解ガスが密閉 容器3の溶融炭酸塩4に導かれるようになって� ��る。また、本体部43には、炭化物導入管7も� ��通しており、この炭化物導入管7を介して炭 化物が火炉2に導かれるようになっている。

 以上に説明したように、本実施形態に係� ��燃料ガス精製設備を備える発電システムで� ��、炭化機1Aが火炉2に当接しているため、火� ��2の廃熱が直接的に炭化機1Aの熱源として用� ��られるようになっている。このため、火炉2 の廃熱を効率よく利用することができ、燃料 ガス精製設備ないしは発電システム全体の熱 効率を向上することができる。

 なお、本実施形態では、燃料ガス精製設� ��を備える発電システムについて説明したが� ��燃料合成システムにおいても、炭化機を火� ��に当接させてもよい。この場合においても� ��火炉2の廃熱を効率よく利用することができ 、燃料合成システム全体の熱効率を向上する ことができる。

 〈実施形態4〉
 実施形態1~実施形態3では、熱分解ガスは溶� ��炭酸塩4と反応することで精製されたが、こ の反応を促進するために密閉容器3に気泡細� �手段を設けてもよい。

 図5は、実施形態4に係る燃料ガス精製設� �を備える発電システムの概略構成図である� �なお、実施形態3と同一のものには同一の符� ��を付し、重複する説明は省略する。

 図示するように、密閉容器3には、気泡細 分手段の一例である攪拌機50が取り付けられ� ��いる。攪拌機50は、動力部(図示せず)と、こ の動力部に取り付けられたシャフト51と、シ� ��フト51の先端に取り付けられたプロペラ52と から構成されている。シャフト51は、プロペ� ��52が密閉容器3の溶融炭酸塩4内に浸された状 態で密閉容器3に取り付けられている。これ� �より、動力部による駆動によりシャフト51が 回動し、これに伴いプロペラ52が溶融炭酸塩4 内で回動するようになっている。

 このようにプロペラ52が溶融炭酸塩4内で� ��動すると、溶融炭酸塩4に導入された熱分解 ガスの気泡が細かく分割され、気泡が細分化 される。この表面積が大きくなった分だけ、 熱分解ガスの気泡は、より大きな接触面積で 溶融炭酸塩4と接触することになる。このた� �、熱分解ガスと溶融炭酸塩4との反応が促進� ��れ、より早く熱分解ガスを精製することが� ��きる。

 なお、本実施形態では、燃料ガス精製設� ��を備える発電システムについて説明したが� ��燃料合成システムにおいても、密閉容器3に 攪拌機50を設けてもよい。この場合において� ��、熱分解ガスの気泡は微細化されることに� ��り、より早く熱分解ガスを精製することが� ��きる。

 また、本実施形態では、実施形態3をベー スとして攪拌機50を設けた燃料ガス精製設備� ��例示したが、図6に示すように、実施形態1� �ベースとして攪拌機50を設けた燃料ガス精製 設備としてもよい。すなわち、炭化機が火炉 の外面に当接していない燃料ガス精製設備に おいて、密閉容器3に攪拌機50を設けてもよい 。その他にも、密閉容器3が火炉2の外部にあ� ��場合、例えば、密閉容器の全体又は一部を� ��炉2外部に配設した燃料ガス精製設備におい て、密閉容器3に攪拌機50を設けてもよい。い ずれの燃料ガス精製設備でも熱分解ガスの気 泡は攪拌機50により微細化され、これにより� ��より早く熱分解ガスを精製することができ� ��。