JP7168716B2

JP7168716B2 - 燃料製造システム

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Publication number: JP7168716B2
Application number: JP2021060700A
Authority: JP
Inventors: 昌弘毛里; 和貴柳澤; 美里牧
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2022-11-09
Anticipated expiration: 2041-03-31
Also published as: JP2022156821A; US20220316077A1; CN115142074A

Description

本発明は、燃料製造システムに関する。

下記特許文献１には、水及び二酸化炭素を用いてメタンなどの燃料を製造する燃料製造装置が開示されている。この燃料製造装置では、アノード電極及びカソード電極の間に酸素イオン透過膜が設けられた電解ユニットと、燃料を合成するように触媒が設けられた合成部とを用いて、燃料が製造される。具体的には、まず、水を水蒸気にし、その水蒸気及び二酸化炭素が所定のモル比に調節された後、電解ユニットのカソード電極側に供給される。アノード電極及びカソード電極の間に電力を加えることによって、カソード電極側に供給された水蒸気及び二酸化炭素が順次電解されて、電解ユニットのカソード電極側にて水素及び一酸化炭素が生成される。生成された水素及び一酸化炭素は、冷却及び加圧された後に合成部の触媒に通される。これにより、水素及び一酸化炭素を合成した燃料が製造される。

特開２０１３－１１９５５６号公報

従来、燃料を製造する際の原料となる水及び二酸化炭素は、ごみ処理施設などから排出される水及び二酸化炭素が用いられている。ごみ処理施設などでは、排出される水及び二酸化炭素において、二酸化炭素に対する水の量が一定ではない。そのため、電解ユニットに供給される水蒸気及び二酸化炭素のうち、水蒸気が不足するおそれがある。

また、従来では、電解ユニットにて生成された水素及び一酸化炭素からなるガスには水分が含まれているため、そのガスが気液分離器にて気液分離される。気液分離器にて分離された水は、特に活用されることなく捨てられている。この際、分離された水は、排水可能な水の基準値となるように、ｐＨ処理などが施される。このように、従来では、水を無駄にするだけでなく、その水の処理コストがかかる。

本発明は、原料である水蒸気の不足を解消することができ、水を無駄に捨てることのない燃料製造システムを提供することを目的とする。

（１）本発明は、二酸化炭素及び水蒸気を含む原料ガスが供給され、前記原料ガスを電解して水素及び一酸化炭素を含む生成ガスを生成する電解部と、前記電解部にて生成された前記生成ガスを気液分離する第１気液分離部と、を備え、前記電解部には、前記原料ガスに加えて、前記第１気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気、又は給水源からの水を用いた水蒸気が供給可能とされる。

（２）本発明は、上記（１）において、前記第１気液分離部にて水が分離された前記生成ガスを触媒に通すことでメタンを含む合成ガスを生成する合成部と、前記合成部にて生成された前記合成ガスを気液分離する第２気液分離部と、を備え、前記電解部には、前記原料ガスに加えて、前記第１気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気及び前記第２気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気、又は給水源からの水を用いた水蒸気が供給可能とされてもよい。

（３）本発明は、上記（２）において、外気温が所定温度以上の場合、前記電解部に、前記原料ガスに加えて、給水源からの水を用いた水蒸気が供給される第１運転が行われ、
外気温が所定温度よりも低い場合、前記電解部に、前記原料ガスに加えて、前記第１気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気及び前記第２気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気が供給される第２運転が行われてもよい。

（４）本発明は、上記（３）において、前記第２運転中、前記原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が所定以下になると、前記電解部に、前記原料ガスに加えて、前記第１気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気及び前記第２気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気の供給に追加して、給水源からの水を用いた水蒸気が供給される第３運転が行われてもよい。

（５）本発明は、上記（４）において、前記第３運転中、前記第１気液分離部にて分離された水が貯留される第１ドレンタンク内の水位及び前記第２気液分離部にて分離された水が貯留される第２ドレンタンク内の水位が設定水位より低い場合、前記電解部には、前記原料ガスに加えて、給水源からの水を用いた水蒸気のみが供給され、前記第１気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気及び前記第２気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気の供給が停止されてもよい。

（６）本発明は、上記（３）において、前記第１運転中、前記原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が所定以下になると、前記電解部に、前記原料ガスに加えて、給水源からの水を用いた水蒸気の供給に追加して、前記第１気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気及び前記第２気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気が供給される第４運転が行われてもよい。

本発明によれば、原料である水蒸気の不足を解消することができ、水を無駄に捨てることのない燃料製造システムを提供できる。

本発明の一実施形態に係る燃料製造システムを示す概略図である。図１の燃料製造システムの燃料製造運転を示すフローチャートである。図１の燃料製造システムの燃料製造運転を示すフローチャートである。図１の燃料製造システムの燃料製造運転の一部を示すフローチャートである。図１の燃料製造システムの別の燃料製造運転を示すフローチャートである。図１の燃料製造システムの別の燃料製造運転を示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料製造システムを示す概略図である。本実施形態の燃料製造システム１は、二酸化炭素及び水蒸気を含む原料ガスを電解して水素及び一酸化炭素を含む生成ガスを生成する電解部２と、生成ガスを気液分離する第１気液分離部３と、第１気液分離部３にて水が分離された生成ガスからメタンを含む合成ガスを生成する合成部４と、合成ガスを気液分離する第２気液分離部５とを備える。

電解部２は、原料ガスを電解して生成ガスを生成する従来公知の構成である。具体的には、電解部２は、カソード電極と、アノード電極と、カソード電極とアノード電極との間に設けられる酸素イオン透過膜とを有する。このような構成であるので、アノード電極とカソード電極との間に電力を加えることで、カソード電極に供給された原料ガスの水蒸気及び二酸化炭素が順次電解されて、カソード電極にて生成ガスが生成される。この際、生成された酸素イオンは、酸素イオン透過膜を通過して、アノード電極側に移動する。酸素イオンがアノード電極にて酸素発生電極反応をすることにより、酸素ガスが生成される。

電解部２に供給される原料ガスの原料としては、製鉄所やごみ処理施設などで発生した二酸化炭素及び水などを含む原料が用いられる。二酸化炭素及び水などを含む原料は、図示しない貯留部からポンプ６によって、原料供給路７を介して原料ガス濃縮器８に供給される。この際、二酸化炭素及び水などを含む原料は、熱交換器９にて冷却された後、原料ガス濃縮器８に供給される。原料ガス濃縮器８では、前記原料に含まれている窒素及び酸素などの不純物が除去される。

原料ガス濃縮器８からは、二酸化炭素供給路１０を介して、二酸化炭素が電解部２に供給される。この際、二酸化炭素は、熱交換器１１にて加熱される。熱交換器１１にて加熱された二酸化炭素は、二酸化炭素供給路１０に設けられるヒータ１２にてさらに加熱された後、電解部２に供給される。

また、原料ガス濃縮器８からは、水供給路１３を介して、水が蒸気発生器１４に供給される。この際、水は、熱交換器９にて加熱される。この熱交換器９は、前述したように、貯留部からの原料を冷却する。すなわち、熱交換器９は、貯留部からの原料と原料ガス濃縮器８からの水とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。

蒸気発生器１４は、水を水蒸気にするものであり、例えばボイラである。蒸気発生器１４からの水蒸気は、蒸気路１５を介して、電解部２に供給される。本実施形態では、蒸気路１５と二酸化炭素供給路１０とは、下流側において、ヒータ１２を介して共通管路１６とされている。従って、蒸気発生器１４からの水蒸気は、ヒータ１２にて加熱された後、電解部２に供給される。図示例では、蒸気発生器１４からの水蒸気は、ヒータ１２にて加熱される前に、熱交換器１７にて加熱される。この熱交換器１７とヒータ１２との間において、蒸気路１５には、蒸気量を計測するための蒸気流量計１８が設けられる。なお、共通管路１６には、共通管路１６を通るガスの流量を取得するガス流量計１９、共通管路１６を通るガスのガス組成を計測するガス組成分析計２０、及び共通管路１６を通るガスの圧力を計測する圧力計２１が設けられる。

電解部２に二酸化炭素及び水蒸気を含む原料ガスが供給されると、前述したように、電解部２にて水素及び一酸化炭素を含む生成ガスが生成される。電解部２にて生成された生成ガスは、生成ガス供給路２２を介して、後述する合成部４に供給される。この際、生成ガスは、熱交換器１７にて冷却される。この熱交換器１７は、前述したように、蒸気発生器１４からの水蒸気を加熱する。すなわち、熱交換器１７は、蒸気発生器１４からの水蒸気と電解部２からの生成ガスとを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。なお、生成された酸素ガスは、酸素排出路２３に送られる。

熱交換器１７にて冷却された生成ガスは、生成ガス供給路２２に設けられる第１気液分離部３に通される。第１気液分離部３は、例えば除湿器である。第１気液分離部３は、電解部２にて生成された生成ガスを気液分離する。すなわち、生成ガスは、第１気液分離部３において、水素及び一酸化炭素を含むガスと、電解部２にて未反応であった水分とに分けられる。

第１気液分離部３にて分離された水は、第１分離水供給路２４を介して、第１ドレンタンク２５に供給されて貯留される。第１ドレンタンク２５からの分離水は、第１給水路２６を介して、蒸気路１５中の水蒸気に混合される。図示例では、第１給水路２６は、蒸気流量計１８と熱交換器１７との間において、蒸気路１５に接続される。第１給水路２６には、第１送液ポンプ２７とインジェクタ２８とが設けられる。インジェクタ２８は、第１送液ポンプ２７よりも下流側に設けられる。従って、第１ドレンタンク２５内の分離水は、第１送液ポンプ２７を作動させることで、蒸気路１５内に供給できる。そして、分離水は、インジェクタ２８を介して、蒸気路１５中の水蒸気に噴射して混合される。分離水が混合された水蒸気は、ヒータ１２にて加熱された後、電解部２に供給される。

本実施形態では、第１給水路２６には、第１送液ポンプ２７とインジェクタ２８との間において、イオン交換樹脂部２９とフィルタ３０とが設けられる。フィルタ３０は、イオン交換樹脂部２９よりも下流側に設けられる。従って、第１ドレンタンク２５からの分離水は、蒸気路１５中の水蒸気に混合される前に、イオン交換樹脂部２９及びフィルタ３０を順次に通過する。イオン交換樹脂部２９では、分離水中のカチオンイオンが除去され、フィルタ３０では、分離水中のごみなどが除去される。なお、第１給水路２６には、フィルタ３０とインジェクタ２８との間において、分離水の流量を計測するための液水流量計３１が設けられる。

一方、第１気液分離部３にて水が分離された生成ガスは、熱交換器３２にて加熱された後、合成部４に供給される。合成部４は、例えば、生成ガスからフィッシャートロップシュ合成により合成ガスを生成する。具体的には、合成部４は、第１気液分離部３にて水が分離された生成ガスを触媒に通すことで合成ガスを生成する。なお、本実施形態では、メタンを含む生成ガスを生成するので、触媒は、メタンを製造するための触媒が用いられる。

合成部４にて生成されたメタンを含む合成ガスは、合成ガス供給路３３を介して、メタンガス濃縮器３４に供給される。この際、合成ガスは、熱交換器３２にて冷却される。この熱交換器３２は、前述したように、第１気液分離部３を通過した生成ガスを加熱する。すなわち、熱交換器３２は、第１気液分離部３を通過した生成ガスと合成部４からの合成ガスとを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。

熱交換器３２にて冷却された合成ガスは、第２気液分離部５を通される。第２気液分離部５は、例えば除湿器である。第２気液分離部５は、合成部４にて生成された合成ガスを気液分離する。すなわち、合成ガスは、第２気液分離部５において、メタンを含む合成ガスと合成ガスから分離した水とに分けられる。

第２気液分離部５にて分離された水は、第２分離水供給路３５を介して、第２ドレンタンク３６に供給されて貯留される。第２ドレンタンク３６からの分離水は、第２給水路３７を介して、蒸気路１５中の水蒸気に混合される。本実施形態では、第１給水路２６と第２給水路３７とは、下流側において、イオン交換樹脂部２９を介して共通管路３８とされている。この共通管路３８よりも上流側において、第２給水路３７には、第２送液ポンプ３９が設けられる。従って、第２ドレンタンク３６内の分離水は、第２送液ポンプ３９を作動させることで、蒸気路１５内に供給できる。この際、第２ドレンタンク３６内の分離水は、イオン交換樹脂部２９及びフィルタ３０を通過した後、インジェクタ２８を介して、蒸気路１５中の水蒸気に噴射して混合される。

一方、第２気液分離部５にて水が分離された合成ガスは、合成ガス供給路３３に設けられるブロワ４０によって、メタンガス濃縮器３４に供給される。メタンガス濃縮器３４では、合成ガスに含まれている水素、一酸化炭素及び二酸化炭素などの不純物が除去される。合成ガスから除去された水素は、水素戻し路４１を介して、生成ガス供給路２２に戻される。水素戻し路４１は、熱交換器３２よりも下流側において、生成ガス供給路２２に接続される。合成ガスから除去された一酸化炭素は、一酸化炭素戻し路４２を介して、生成ガス供給路２２に戻される。一酸化炭素戻し路４２は、熱交換器３２よりも下流側において、生成ガス供給路２２に接続される。本実施形態では、水素戻し路４１と一酸化炭素戻し路４２とは、下流側において共通管路４３とされている。合成ガスから除去された二酸化炭素は、二酸化炭素戻し路４４を介して、二酸化炭素供給路１０に戻される。二酸化炭素戻し路４４は、熱交換器１１よりも上流側において、二酸化炭素供給路１０に接続される。また、メタンガス濃縮器３４からは、メタンガス排出路４５を介して、メタンガスが図示しない貯留タンクに供給されて貯留される。

ところで、本実施形態の燃料製造システム１は、内部に市水が貯留される市水タンク４６を有する。市水タンク４６内の水は、給水路４７を介して、水供給路１３に供給される。図示例では、給水路４７は、蒸気発生器１４に接続される。給水路４７には、第３送液ポンプ４８が設けられる。従って、市水タンク４６内の水は、第３送液ポンプ４８を作動させることで、蒸気発生器１４に供給できる。蒸気発生器１４に供給される水量は、第３送液ポンプ４８よりも下流側において給水路４７に設けられる液水流量計４９によって計測される。市水タンク４６から蒸気発生器１４に供給された水は、蒸気発生器１４にて水蒸気とされ、蒸気路１５を介して電解部２に供給される。なお、市水タンク４６は、例えば市水が供給可能である。そのため、市水タンク４６には、市水供給路５０が接続される。市水供給路５０には、市水供給路５０を開閉する市水供給弁５１が設けられる。

このようにして、本実施形態の燃料製造システム１では、二酸化炭素及び水蒸気を含む原料ガスからメタンガスが製造される。この際、電解部２には、前述したように、原料ガスに加えて、第１気液分離部３にて分離された水を用いた水蒸気及び第２気液分離部５にて分離された水を用いた水蒸気、又は市水タンク４６からの水を用いた水蒸気が供給可能とされる。従って、原料中の水蒸気が不足した場合に補充することができ、第１気液分離部３にて分離された水及び第２気液分離部５にて分離された水を再利用することができる。第１気液分離部３及び第２気液分離部５にて分離された水は、市水と比較して、多くの二酸化炭素が溶解している。

図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態の燃料製造システム１の燃料製造運転を示すフローチャートである。図３は、本実施形態の燃料製造システム１の燃料製造運転の一部を示すフローチャートである。なお、本実施形態の燃料製造システム１の運転は、図示しない制御器によって自動でなされる。

本実施形態の燃料製造システム１を運転する際には、まず、フェールの発報の有無が確認される。フェールの発報がある場合には、システムの停止状態が維持される。一方、フェールの発報が無い場合には、システムの起動が許可される。システムの起動が許可されると、ヒータ１２、第１気液分離部３及び第２気液分離部５の運転が開始される。ヒータ１２が運転されると、電解部２内が加熱される。そして、電解部２内の温度が設定温度内か否かが判定される。電解部２内の温度が設定温度内の場合、ポンプ６が起動される。

ポンプ６が起動されると、水蒸気及び二酸化炭素を含む原料ガスの供給が開始される。具体的には、原料ガス濃縮器８が起動される。これにより、貯留部からの原料が原料ガス濃縮器８に供給されて、窒素及び酸素などの不純物が除去される。そして、原料ガス濃縮器８から排出された二酸化炭素は、二酸化炭素供給路１０を介して電解部２に供給される。また、原料ガス濃縮器８から排出された水は、蒸気発生器１４にて水蒸気とされて、蒸気路１５を介して電解部２に供給される。

原料ガス濃縮器８の起動後、外気温取得手段によって、外気温が取得される。ここでは、外気温は、電解部２の周囲の環境の温度である。外気温が所定温度（本実施形態では５℃）以上の場合、電解部２に、原料ガスに加えて、市水タンク４６からの水を用いた水蒸気が供給される第１運転が行われる。具体的には、まず、市水供給弁５１が開かれて、市水タンク４６内に市水が供給される。そして、第１送液ポンプ２７、第２送液ポンプ３９及び第３送液ポンプ４８に起動指令が与えられる。この起動指令後、電解部２に供給されている原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が確認される。電解部２に供給されている原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比は、ガス流量計１９、ガス組成分析計２０及び圧力計２１によって求められる。この求められた値と設定値との差が偏差である。

前述のようにして求められた偏差に基づいて、電解部２に供給される二酸化炭素に対する水蒸気の不足分が求められる。そして、この水蒸気の不足分に対応する水量が算出される。この算出された水量に基づいて、第３送液ポンプ４８の回転数が指示される。つまり、市水タンク４６から、不足している水蒸気量に対応する水が蒸気発生器１４に供給される。

その後、電解部２に供給される原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が所定以下（本実施形態では０．２以下）か否かが判定される。偏差が所定以下の場合、次のように運転される。具体的には、前述した第１運転中、原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が所定以下になると、電解部２に、原料ガスに加えて、給水源である市水タンク４６からの水を用いた水蒸気の供給に追加して、第１気液分離部３にて分離された水を用いた水蒸気及び第２気液分離部５にて分離された水を用いた水蒸気が供給される第４運転が行われる。

第４運転を行う際には、まず、第３送液ポンプ４８が継続運転されて、市水タンク４６から蒸気発生器１４への水の供給が継続される。その後、第１送液ポンプ２７及び第２送液ポンプ３９の定格回転数指令が与えられる。そして、電解部２での電解が許可される。つまり、電解部２にて電解が行われるように電流が印加される。電流の印加後は、定格電流が保持される。定格電流の保持中、電解部２に供給されている原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が確認される。この偏差に基づいて、電解部２に供給される二酸化炭素に対する水蒸気の不足分が求められる。そして、この水蒸気の不足分に対応する水量が算出される。この算出された水量に基づいて、インジェクタ２８の開弁時間及び開弁間隔が算出される。求められたインジェクタ２８の開弁時間及び開弁間隔において、第１ドレンタンク２５及び第２ドレンタンク３６から水がインジェクタ２８を介して蒸気路１５中の蒸気に噴射して供給される。

第１ドレンタンク２５及び第２ドレンタンク３６からの水を蒸気路１５中の蒸気に噴射して供給中、電解部２に供給されている原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が所定以下（本実施形態では０．１以下）か否かが判定される。偏差が所定以下の場合、運転状態が保持される。一方、偏差が所定より大きい場合、前述した第４運転が行われる。

次に、外気温が所定温度（本実施形態では５℃）よりも低い場合について説明する。外気温が所定温度よりも低い場合、第１気液分離部３及び第２気液分離部５にて分離された水を積極的に利用する。その理由として、市水と比較して多くの二酸化炭素が溶解しており、市水を供給する場合と比較して、少ない流量で水蒸気／二酸化炭素のモル比の調整ができるからである。従って、市水を供給する場合と比較して、ヒータ１２でより加熱された、調整後の水蒸気及び二酸化炭素を供給できるため、より早期に起動から通常運転に移行できる。この場合、電解部２に、原料ガスに加えて、第１気液分離部３にて分離された水を用いた水蒸気及び第２気液分離部５にて分離された水を用いた水蒸気が供給される第２運転が行われる。具体的には、まず、市水供給弁５１が開かれて、市水タンク４６内に市水が供給される。そして、第１送液ポンプ２７及び第２送液ポンプ３９に起動指令が与えられる。この起動指令後、電解部２に供給されている原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が確認される。

偏差の確認後、第１送液ポンプ２７及び第２送液ポンプ３９の定格回転数指令が与えられる。そして、先ほど確認した偏差に基づいて、電解部２に供給される二酸化炭素に対する水蒸気の不足分が求められる。そして、この水蒸気の不足分に対応する水量が算出される。この算出された水量に基づいて、インジェクタ２８の開弁時間及び開弁間隔が算出される。求められたインジェクタ２８の開弁時間及び開弁間隔において、第１ドレンタンク２５及び第２ドレンタンク３６から水がインジェクタ２８を介して蒸気路１５中の蒸気に噴射して供給される。

第１ドレンタンク２５及び第２ドレンタンク３６からの水を蒸気路１５中の蒸気に噴射して供給中、電解部２に供給されている原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が所定以下（本実施形態では０．２以下）か否かが判定される。偏差が所定以下の場合、次のように運転される。具体的には、前述した第２運転中、原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が所定以下になると、電解部２に、原料ガスに加えて、第１気液分離部３にて分離された水を用いた水蒸気及び第２気液分離部５にて分離された水を用いた水蒸気の供給に追加して、給水源からの水を用いた水蒸気が供給される第３運転が行われる。

第３運転を行う際には、第１送液ポンプ２７及び第２送液ポンプ３９の運転が継続されて、第１ドレンタンク２５及び第２ドレンタンク３６からの水の供給が継続される。その後、第３送液ポンプ４８の起動指令が与えられる。そして、電解部２での電解が許可される。つまり、電解部２にて電解が行われるように電流が印加される。電流の印加後は、定格電流が保持される。定格電流の保持中、電解部２に供給されている原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が確認される。この偏差に基づいて、電解部２に供給される二酸化炭素に対する水蒸気の不足分が求められる。そして、この水蒸気の不足分に対応する水量が算出される。この算出された水量に基づいて、第３送液ポンプ４８の回転数が指示される。つまり、市水タンク４６から、不足している水蒸気量に対応する水が蒸気発生器１４に供給される。

市水タンク４６からの水を用いた蒸気を供給中、電解部２に供給されている原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が所定以下（本実施形態では０．１以下）か否かが判定される。偏差が所定より大きい場合、前述した第３運転が行われる。一方、偏差が所定以下の場合、第１ドレンタンク２５及び第２ドレンタンク３６の水位が設定水位Ｌ以上か否かが判定される。設定水位Ｌ以上の場合、運転状態が保持される。一方、設定水位Ｌより低い場合、次のように運転される。具体的には、前述した第３運転中、第１気液分離部３にて分離された水が貯留される第１ドレンタンク２５内の水位及び第２気液分離部５にて分離された水が貯留される第２ドレンタンク３６内の水位が設定水位より低い場合、電解部２には、原料ガスに加えて、給水源からの水を用いた水蒸気が供給され、第１気液分離部３にて分離された水を用いた水蒸気及び第２気液分離部５にて分離された水を用いた水蒸気の供給が停止される。すなわち、前述した第１運転に戻される。

図４Ａ及び図４Ｂは、本実施形態の燃料製造システム１の別の燃料製造運転を示すフローチャートである。なお、この場合の燃料製造運転では、その特徴部分を説明するものとし、図２及び図３で説明した事項については、説明を省略する。また、図２及び図３の場合と同様に、図４の燃料製造システム１の運転も、図示しない制御器によって自動でなされる。

図４に示す運転では、前述した第１運転中、図４Ｂに示すように、電解部２に供給されている原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が所定以下（本実施形態では０．２以下）か否かが判定される。偏差が所定以下の場合、第３送液ポンプ４８は継続運転されて、第１送液ポンプ２７の定格回転数指令が与えられる。そして、電解部２での電解が許可される。つまり、電解部２にて電解が行われるように電流が印加される。電流の印加後は、定格電流が保持される。定格電流の保持中、電解部２に供給されている原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が確認される。この偏差に基づいて、電解部２に供給される二酸化炭素に対する水蒸気の不足分が求められる。そして、この水蒸気の不足分に対応する水量が算出される。

その後、第１ドレンタンク２５の水位が設定水位Ｌ以上か否かが判定される。設定水位Ｌ以上の場合、先ほど算出された水量に基づいて、インジェクタ２８の開弁時間及び開弁間隔が算出される。求められたインジェクタ２８の開弁時間及び開弁間隔において、第１ドレンタンク２５から水がインジェクタ２８を介して蒸気路１５中の蒸気に噴射して供給される。一方、設定水位Ｌより低い場合、第２送液ポンプ３９の定格回転数指令が与えられる。そして、先ほど求められたインジェクタ２８の開弁時間及び開弁間隔において、第１ドレンタンク２５及び第２ドレンタンク３６から水がインジェクタ２８を介して蒸気路１５中の蒸気に噴射して供給される。

第１ドレンタンク２５からの水を蒸気路１５中の蒸気に噴射して供給中、又は第１ドレンタンク２５及び第２ドレンタンク３６からの水を蒸気路１５中の蒸気に噴射して供給中、電解部２に供給されている原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が所定以下（本実施形態では０．１以下）か否かが判定される。偏差が所定より大きい場合、図４Ｂに示すように、電解部２に供給されている原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が所定以下（本実施形態では０．２以下）か否かが判定されるところに戻される。一方、偏差が所定以下の場合、第１ドレンタンク２５の水位が設定水位Ｌより高くなったか否かが判定される。設定水位Ｌより高くなっていない場合、第２送液ポンプ３９の定格回転数指令が与えられるところに戻される。一方、第１ドレンタンク２５の水位が設定水位Ｌより高くなった場合、第２送液ポンプ３９の最小回転数指令が与えられ、運転状態が保持される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。

例えば上記実施形態では、第１気液分離部３及び第２気液分離部５は、除湿器とされたが、これに限定されるものではなく、気液分離できる装置であればよい。

１燃料製造システム
２電解部
３第１気液分離部
４合成部
５第２気液分離部
２５第１ドレンタンク
３６第２ドレンタンク
４６市水タンク

Claims

二酸化炭素及び水蒸気を含む原料ガスが供給され、前記原料ガスを電解して水素及び一酸化炭素を含む生成ガスを生成する電解部と、
前記電解部にて生成された前記生成ガスを気液分離する第１気液分離部と、
前記第１気液分離部にて水が分離された前記生成ガスを触媒に通すことでメタンを含む合成ガスを生成する合成部と、
前記合成部にて生成された前記合成ガスを気液分離する第２気液分離部と、を備え、
前記電解部には、前記原料ガスに加えて、前記第１気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気及び前記第２気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気、又は給水源からの水を用いた水蒸気が供給可能とされ、
外気温が所定温度以上の場合、前記電解部に、前記原料ガスに加えて、給水源からの水を用いた水蒸気が供給される第１運転が行われ、
外気温が所定温度よりも低い場合、前記電解部に、前記原料ガスに加えて、前記第１気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気及び前記第２気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気が供給される第２運転が行われる、燃料製造システム。
前記第２運転中、前記原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が所定以下になると、前記電解部に、前記原料ガスに加えて、前記第１気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気及び前記第２気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気の供給に追加して、給水源からの水を用いた水蒸気が供給される第３運転が行われる、請求項１に記載の燃料製造システム。
前記第３運転中、前記第１気液分離部にて分離された水が貯留される第１ドレンタンク内の水位及び前記第２気液分離部にて分離された水が貯留される第２ドレンタンク内の水位が設定水位より低い場合、前記電解部には、前記原料ガスに加えて、給水源からの水を用いた水蒸気のみが供給され、前記第１気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気及び前記第２気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気の供給が停止される、請求項２に記載の燃料製造システム。
前記第１運転中、前記原料ガス中の水蒸気／二酸化炭素のモル比の設定値との偏差が所定以下になると、前記電解部に、前記原料ガスに加えて、給水源からの水を用いた水蒸気の供給に追加して、前記第１気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気及び前記第２気液分離部にて分離された水を用いた水蒸気が供給される第４運転が行われる、請求項１に記載の燃料製造システム。