JP2004250602A

JP2004250602A - バイオマス変換式ガス発生装置

Info

Publication number: JP2004250602A
Application number: JP2003043240A
Authority: JP
Inventors: Yukimaru Shimizu; 幸丸清水; Yasunari Kamata; 泰成鎌田
Original assignee: Mie TLO Co Ltd
Current assignee: Mie TLO Co Ltd
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】炉内への空気の供給が均一に分散されて、バイオマスの酸化や熱分解反応が安定して行われることにより、有用な可燃性ガスが効率的に採取され得ると共に、操業の安全性および安定性が有利に向上され得る新規な構造のバイオマス変換式ガス発生装置を提供すること。
【解決手段】植物燃料２０の堆積物を酸化および熱分解せしめる炉内の底部を平面視で複数の分割領域６４に仕切る仕切壁５８を設けると共に、それら各分割領域６４にそれぞれ外部からエアが独立的に供給されるようにした。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、草木類や藻類などの植物燃料を原料として一酸化炭素や水素等の可燃性有用ガスを生成するバイオマス変換式のガス発生装置に関するものであり、特に、植物燃料の熱分解処理が効果的に施されることにより、可燃性有用ガスが好適に採取され得る新規な構造のバイオマス変換式ガス発生装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来から、木材加工業等で多量に発生するおが屑や削り屑，木片，間伐材の如き木質系廃棄物などの活用装置の一種として、バイオマスのガス化によるエネルギー利用技術の一つであるバイオマス変換式のガス発生装置が知られている。
【０００３】
かかるガス発生装置は、例えば特許文献１に示されているように、竪形中空の炉体の下部に空気取入口を設けると共に、上壁を貫通して略鉛直方向に延びる投入パイプを配設して、炉体上方に設置した燃料タンクから投入パイプを通じて炉内におが屑を供給せしめつつ、炉内に堆積したおが屑の最下部で熱分解後のおが屑を酸化燃焼させて、発生する熱により上方のおが屑を乾燥・熱分解せしめることにより熱分解ガスを生成するようになっている。また、炉内に堆積したおが屑の中〜下層の領域で発生した熱分解ガスは、堆積したおが屑中を透過することで冷却・濾過された後、炉体の上部に開口するガス吸引管を通じて吸引されることにより炉外に取り出されるようになっており、その後、サイクロン等の適当な浄化装置によってダストやタールの除去が行われることにより、清浄な可燃性の有用ガスとして利用に供されることとなる。
【０００４】
【特許文献１】
実開平６−８４１０９号公報
【０００５】
ところで、このようなガス発生装置には、炉内の下部にロストルが設置されていると共に、上述の空気取入口として、ロストルの下方空間と外部を連通するエア供給管が炉体の内外を貫通して配設されており、適量のエアが外部からエア供給管およびロストルの下方空間を通じて炉内に堆積したおが屑に供給されることにより、おが屑を酸化燃焼させて熱分解せしめるようになっている。
【０００６】
ところが、本発明者が検討したところ、上述の如き従来構造のガス発生装置においては、炉内に堆積するおが屑に局部的な酸化燃焼または熱分解反応が進行する場合があり、それに伴って生成する熱分解ガスの濃度にムラが出来ることから、可燃性ガスを安定して得難いという問題があった。
【０００７】
特に数メートル以上の高さの炉を備えた従来構造のガス発生装置においては、おが屑の局部的な酸化燃焼または熱分解反応が底部から上方に向かって大きな高さで進行することによって棚吊りが発生してしまい、熱分解反応が上部まで進行することによって、稼動の安全レベルを超えて炉内の温度が上昇したり、炉内圧力が増大したりして、外部にまで危険が及ぶような状況となることも考えられる。
【０００８】
また、ガス発生装置においては、一般に、外部に対する炉内の耐熱性や気密性等を確保するために、炉体が煉瓦や砂、コンクリート等からなる厚肉の周壁部で構築されていると共に、炉体の下部には小さな排出口や点火口、空気取入口等しか設けられていないことから、外部から炉内を視認することが現実的に不可能であり、そのために、炉内の状態がよく分からない儘におが屑を熱分解させることに起因して、棚吊り等の進行がかなり進んでしまって異常に気付き難いという問題があった。
【０００９】
そして、炉内温度、炉内圧力の異常や発生ガスの質や量などを確認することで、炉内の状態が良くないことを検知したとしても、それから対処することでは、効果的な対応が難しいという問題があったのである。
【００１０】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、炉内への空気の供給が均一に分散されて、バイオマスの酸化や熱分解反応が安定して行われることにより、有用な可燃性ガスが効率的に採取され得ると共に、操業の安全性および安定性が有利に向上され得る新規な構造のバイオマス変換式ガス発生装置を提供することにある。
【００１１】
【解決手段】
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。また、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載され、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものであることが理解されるべきである。
【００１２】
すなわち、上述の課題を解決するために、本発明者等が多くの実験と検討を加えた結果、植物燃料の酸化燃焼または熱分解反応に際して、始めに植物燃料の堆積物の下層乃至は中層において局所的な反応が発生し、かかる反応箇所に供給エアが集中的に消費されると共に、該反応が植物燃料の堆積物の上方に進む程、発生ガスが吸引されて負圧となる上部からの距離が短くなり、局所的反応が上方にだけ加速度的に延び易いことから、反応箇所が水平方向に広がらずに上方に立ち上がって棚吊りが発生する問題のあることが確認されたのであり、その原因の究明が進んだ。そうして、かかる知見に基づいて、本発明者等が更なる研究を重ねた結果、本発明を完成させるに至ったのである。
【００１３】
（本発明の態様１）
本発明の態様１は、筒形の周壁部を備えた竪形中空の炉体の上壁を貫通して炉内に開口する投入パイプを配設すると共に、該炉体の上部において炉内からガスを吸引するガス吸引手段を設け、該投入パイプから植物燃料を炉内に供給せしめつつ炉内で該植物燃料の堆積物を酸化および熱分解させることによって得られる発生ガスを該ガス吸引手段で炉外に吸引するようにしたバイオマス変換式ガス発生装置において、前記炉内の底部を平面視で複数の分割領域に仕切る仕切壁を設けると共に、それら各分割領域にそれぞれ外部からエアが独立的に供給されるようにしたバイオマス変換式ガス発生装置を、特徴とする。
【００１４】
このような本態様に従う構造とされたバイオマス変換式ガス発生装置においては、炉内の底部に複数の分割領域が形成されて、それら各領域毎にエアが独立的に供給されるようになっていることから、炉内での局所的なエア供給による酸化反応の局所的な進行が抑えられて、操業の安定化が図られ得る。
【００１５】
また、各領域毎にエアが独立的に供給されるようになっていることから、例えば、特定の領域へのエア供給路を開閉してエア供給量を制限等することも容易となるのであり、それ故、例えば、堆積物に局部的な酸化または熱分解反応がおこる等の異常状態が発生した場合にあっても、当該異常箇所に対応した分割領域へのエア供給量を制限して対応することが可能となる。
【００１６】
なお、本態様において、炉内底部の分割形態や分割数等は、特に限定されるものでなく、炉の大きさや採用する植物燃料の種類や状態等に応じて適宜に設定され得るが、一般に、３つ以上の分割領域を設けることが望ましく、例えば中央に一つと、その周囲に複数の分割領域を形成した態様等が好適に採用され得る。また、各分割領域にそれぞれ外部からエアが独立的に供給される手段としては、例えば、炉体の一カ所乃至は数カ所に貫設されて各分割領域と接続する通気管路が採用され得る。更に、通気管路に絞り弁や開閉弁、調節弁等の流量調節手段を配設してエア流入量を調節しても良く、それによって、複数の領域における堆積物の反応を一層効率的に均すことが出来ると共に、局所的な酸化反応が発生した場合にも一層有利に対応することが可能となる。また、分割領域へのエアの供給形態は、特定されるものでなく、自然吸気にて供給したり、或いは送風機やエアポンプ等を用いて強制的に供給することも可能である。
【００１７】
（本発明の態様２）
本発明の態様２は、本発明の前記態様１に係るバイオマス変換式ガス発生装置において、前記炉内の底部近くにロストルを配設して、該ロストルより下方の領域を前記仕切壁によって前記複数の分割領域に仕切ったことを、特徴とする。このような本態様においては、ロストルの下方に形成される空間を利用して、複数の分割領域が有利に形成され得る。なお、本態様では、炉内に投入されて堆積せしめられた植物燃料が区画領域に落ち込まないように、ロストルの通孔の大きさを適宜に設定することが望ましく、その際、例えば複数のロストルを厚さ方向で相互に重ね合わせて全体としての開口量や開口の大きさを調節することも有効である。
【００１８】
（本発明の態様３）
本発明の態様３は、本発明の前記態様１又は２に係るバイオマス変換式ガス発生装置において、前記複数の分割領域に対して、それぞれエアを強制的に供給するエア圧送手段を設けたことを、特徴とする。このような本態様においては、各分割領域に対するエアの供給量を、より広い範囲で調節することが可能となる。なお、エア圧送手段としては、例えば送風機やエアポンプ、アキュムレータ等が好適に採用され得、また、それらの各種エア圧送装置とは別に各分割領域へのエア供給量を調節するバルブ等を設ける他、かかるエア圧送装置の作動自体を制御することによって、エア供給量を調整するようにしても良い。
【００１９】
（本発明の態様４）
本発明の態様４は、本発明の前記態様１乃至３の何れかに係るバイオマス変換式ガス発生装置において、前記複数の分割領域に対してそれぞれ接続された複数の通気管路を相互に独立して設けて、それら各通気管路の炉外開口部を水中に開口させることにより圧力放出機構を構成する一方、それら各通気管路に対して、調節弁を介してエア供給源を接続したことを、特徴とする。このような本態様においては、異常発生等の際に炉内圧力を安全且つ速やかに解消せしめる圧力放出機構が有利に実現され得ると共に、かかる圧力放出機構を利用して、各分割領域へのエア供給構造が実現され得る。また、本態様においては、通気管路の開口位置に対する水面高さを調節することにより、異常発生時の放出圧力の大きさを容易に調節することが出来るのであり、更に、かかる水位調節によってエアの供給圧力を調節することも可能である。なお、本態様において、エア供給源は、例えば、大気中や送風機等によって構成され得る。
【００２０】
（本発明の態様５）
本発明の態様５は、本発明の前記態様４に係るバイオマス変換式ガス発生装置において、前記複数の通気管路を束ねて、それら複数の通気管路を前記炉体の周壁部の一箇所に貫設した挿通孔に配設したことを、特徴とする。このような本態様においては、複数の通気管路が炉体の周壁部の一箇所に貫設されていることから、炉体の配管構造が簡略となり、断熱性や気密性も向上され得る。
【００２１】
【発明の実施形態】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００２２】
先ず、図１には、本発明の一実施形態としてのガス発生装置１０の全体構造が概略的に示されている。このガス発生装置１０の基本構造は公知のものであるが、はじめに簡単に説明する。
【００２３】
すなわち、図１中、１２は、炉体であって、厚肉の大径円筒形状を有する周壁１４の上部開口を上壁１６で気密に覆蓋することによって構成されており、炉体１２の内部に処理室１８が形成されている。そして、この処理室１８内に、外部から供給された植物燃料としての木質系燃料である細片状乃至は粒状のおが屑２０が堆積せしめられて、酸化・分解等の処理が施されるようになっている。なお、図１では省略してあるが、周壁１４は、図２〜３に示されているように、例えば、耐火レンガ等で形成された内周壁２２と鉄筋コンクリート等で形成された外周壁２４の間に砂２６を充填した多層の耐火構造をもって形成される。また、処理室１８に晒された周壁１４の内周面は、略鉛直に延びる円筒形状の他、上方に向かって小径化するテーパが付された円筒形状であっても良い。更に、炉体１２のサイズは特に限定されるものでないが、実用的なサイズでは、周壁１４の外径寸法や、高さ寸法は、何れも、数メートル以上にまで及ぶ。
【００２４】
また、炉体１２の上壁１６には、ガス取出管２８が貫通して配設されており、このガス取出管２８の下端が処理室１８に開口せしめられている一方、ガス取出管２８の他端にはサイクロン３０を介してガス吸引ファン３２が接続されている。そして、ガス吸引ファン３２の作動で生ぜしめられる負圧をガス取出管２８を通じて処理室１８に及ぼすことにより、後述するように、おが屑２０を処理して処理室１８に生ぜしめられた発生ガスを、ガス取出管２８から吸引し、サイクロン３０でタールやダストを分離せしめて、続く清浄装置に送るようになっている。なお、上述の説明からも明らかなように、本実施形態では、炉体１２の上部において炉内からガスを吸引するガス吸引手段が、ガス取出管２８やサイクロン３０、ガス吸引ファン３２を含んで構成されている。
【００２５】
さらに、炉体１２の上壁１６には、その中央部分を貫通して投入パイプ３４が配設されている。この投入パイプ３４は、円筒形状を有しており、その中心軸が鉛直方向に延びるようにして、炉体１２によって実質的に固定的に支持されている。かかる投入パイプ３４には、下方に行くに従って次第に拡開するテーパが付されている。そして、投入パイプ３４は、その上端部が炉体１２の上壁１６から所定高さで上方に突出せしめられている一方、その下端部が炉体１２の処理室１８に差し入れられており、処理室１８の高さ方向中間部分に開口位置せしめられている。
【００２６】
更にまた、炉体１２の上壁１６上には、燃料タンク３６が載置されて固設されている。この燃料タンク３６は、円形の底壁と円筒形の筒壁を有する中空円形の容器であって、上部開口には、金網等の通気性の蓋体が装着されていると共に、かかる蓋体の一部に燃料受口３８が装備されている。また、燃料タンク３６の上方にはホッパ４０が配設されており、このホッパ４０の下端に形成された吐出口が、燃料タンク３６の燃料受口３８上に開口せしめられている。
【００２７】
そして、図示しない外部の貯蔵タンクから、おが屑２０が、搬送ファン４２を用いたニューマチックコンベヤ等により、搬送パイプ４４を通じてホッパ４０に供給されるようになっている。更に、ホッパ４０の吐出口を、ハンドルレバー等で開閉することで、ホッパ４０に供給されたおが屑２０を、必要に応じて、燃料タンク３６内に導き入れることが出来るようになっている。
【００２８】
また、燃料タンク３６の底壁には、外周縁部の近くに位置して、円形の供給口が貫設されており、この供給口に対して、炉体１２に装備された投入パイプ３４の上端開口部が装着されている。これにより、燃料タンク３６内のおが屑２０が、投入パイプ３４内に導き入れられ、重力の作用で投入パイプ３４を通じて炉体１２の処理室１８に供給されるようになっている。なお、燃料タンク３６内には、おが屑２０を攪拌して供給口に導くための攪拌羽根を装備させて回転駆動せしめることが望ましい。
【００２９】
さらに、炉体１２には、図面上に明示されていないが、周壁１４を貫通して適数本のガス導入管が装着されており、これらガス導入管の内側端部が炉内の処理室１８に開口せしめられている一方、各ガス導入管の外側端部には、電磁弁を介して、窒素ガスや炭酸ガス（二酸化炭素ガス）等の不活性ガスのボンベが接続されている。そして、操業状態の異常を検出するための監視手段により異常が検出された場合には、直ちに電磁弁を開いて、不活性ガスを炉内の処理室１８に供給して発生ガスを排出し、炉内の酸化等の反応を停止させることが出来るようになっている。
【００３０】
監視手段は、処理室１８の適当な部位における温度を検出する温度センサ４６と、処理室１８の圧力を検出する圧力センサ４８と、処理室１８内の反応状況を検出するＯ_２センサ等のガス濃度センサ５０と、炉外に設置されて処理室１８からのガス漏れを検出するＣＯセンサ等のガス漏れセンサ５２を含んで構成されている。これら各センサ４６，４８，５０，５２の検出信号が、図示しない制御手段に入力され、該制御手段において、予め設定された許容範囲に各検出信号が入っているか否かを判断するようになっている。そして、何れかのセンサ４６，４８，５０，５２の検出信号が許容範囲から外れていた場合には、何等かの異常が発生したものと判断し、前述の電磁弁の制御機構に駆動信号を送って、電磁弁を開き、ガス導入管を通じて、ガスボンベから不活性ガスを処理室１８に供給するようになっているのである。
【００３１】
また、特に本実施形態では、温度センサ４６や圧力センサ４８、ガス濃度センサ５０が、処理室１８の複数の箇所に設置されており、おが屑２０の熱分解処理において何れかのセンサの検出信号が許容範囲から外れる場合に、当該センサの設置部分付近のおが屑２０に異常な酸化燃焼または熱分解反応が認められるようになっている。
【００３２】
また、処理室１８の下部には、ロストル（火格子）５４が設置されている。ロストル５４は、略円盤形状を有していると共に、多数の耐火レンガまたは金属材等を幅方向に間隙をおいて組んだ格子構造とされており、炉内の底部から所定の高さ位置に水平方向に広がるようにして配設され、その外周縁部が炉体１２の周壁１４に支持されている。また、本実施形態では、４つのロストル５４が厚さ方向で相互に重ね合わされて設置されており、それによって、ロストル５４の間隙に形成された通孔におけるロストル５４全体としての開口量や開口の大きさが調節されるようになっている。
【００３３】
さらに、ロストル５４の下方の領域には、エア供給用空間５６が形成されていると共に、このエア供給用空間５６には、仕切壁５８が設けられている。仕切壁５８は、エア供給用空間５６に図示しない所定の型枠を配設して該型枠にコンクリートを打ち込むことにより、エア供給用空間５６の略中央に位置する略八角筒形断面の内郭６０と、内郭６０周りの八方に位置する略扇形筒形断面の筒体の８つを含む外郭６２を含んで構成されている。また、仕切壁５８は、炉体１２の底部からエア供給用空間５６を上方に向かって延び、４つのロストル５４を載置して支持している。これにより、エア供給用空間５６が、平面視で９つの分割領域６４に仕切られており、各分割領域６４がそれぞれ独立した小空間とされている。また、炉体１２の底部には、砂、砂利およびモルタル層からなる底壁６６が敷設されており、それによって、炉体１２の底部が嵩上げされていると共に、エア供給用空間５６の容積が小さくされている。
【００３４】
また、エア供給用空間５６には、９つの通気管路６８が配設されている。これら通気管路６８は、細長の略ストレートな管形状を呈しており、一方の端部付近等が必要に応じて屈曲されている。また、９つの通気管路６８は、一つに束ねられて、周壁１４の下部に貫設された略円筒形状の挿通管７０に挿通配置されており、各通気管路６８の一方の端部が、仕切壁５８の内郭６０や外郭６２を貫通して、それぞれエア供給用空間５６の各分割領域６４に開口している一方、各通気管路６８の他方の端部（炉外開口部）が、周壁１４を突出して鉛直下方に延び、水封容器７２に注入した水７４中に開口している。これにより、各分割領域６４の圧力、延いては各分割領域６４の上方に位置する所定の箇所のおが屑２０内の圧力が、通気管路６８を通じて水封容器７２内の水７４に放出されることとなる。なお、水封容器７２内の水７４の水面は、図示しないレベリング手段で予め設定された水位に保持されるようになっていると共に、水位を調節することにより各分割領域６４の圧力が調整されるようになっている。また、上述の説明からも明らかなように、本実施形態では、圧力放出機構が水封容器７２や水７４を含んで構成されている。
【００３５】
さらに、炉体１２の外部に突出した各通気管路６８には、調節弁７６を介してエア供給管７８が接続されている。エア供給管７８は、細長の管形状を有しており、適宜の箇所が屈曲等されていると共に、管路上に逆止弁８０が設けられている。また、エア供給管７８の外方端部が、送風機８２と接続された中空のエアタンク８４に接続されている。これにより、送風機８２の稼動により送風される圧縮空気が、エアタンク８４に貯蔵されると共に、各９つのエア供給管７８および通気管路６８を通じて、それぞれ独立した各分割領域６４内に強制的に導き入れられるようになっており、延いては各分割領域６４の上方に位置する所定の箇所のおが屑２０に供給されるようになっている。また、各分割領域６４に供給される圧縮空気が、各エア供給管７８に配設された調節弁７６を操作することにより、それぞれ独立的に調整されることとなる。なお、このことからも明らかなように、本実施形態では、複数の分割領域６４に対して、それぞれエアを強制的に供給するエア圧送手段が、エア供給管７８や送風機８２、エアタンク８４を含んで構成されている。また、周壁１４の下部には、点火処理のための点火口が閉塞可能に設けられているが、図示を省略した。
【００３６】
更にまた、炉体１２の周壁１４の上端部には、周壁１４を内外に貫通して大径の圧力放出管８６が配設されており、この圧力放出管８６の内側端部が処理室１８に開口する一方、外側端部が鉛直下方に延びて、その先端部分が水封容器７２に貯められた水７４の中に浸漬されて水中に開口している。それによって、炉内の上方の圧力が圧力放出管８６を通じて水封容器７２の水７４に放出されることとなり、急激な圧力上昇等の異常状態の発生が抑制されるようになっている。
【００３７】
上述の如き構造とされたガス発生装置１０による、おが屑２０の熱分解処理は、以下のようにして実行される。即ち、燃料タンク３６に貯留されたおが屑２０は、投入パイプ３４を通じて落下して炉体１２内の処理室１８に供給される。処理室１８では、投入パイプ３４の下端開口を覆蓋する程の高さで均衡するまで、おが屑２０が堆積せしめられ、この堆積物の最下部に着火される。なお、かかる着火は、点火口を通じて行われ、その後、点火口は、耐火レンガ等で閉塞せしめられる。そして、ガス吸引ファン３２の吸引によってエア供給用空間５６における複数の分割領域６４内の空気が処理室１８に吸い込まれてロストル５４からおが屑２０の堆積物内を空気が上昇すると、おが屑２０は酸化燃焼して処理室１８の下部炉心に赤熱部を生ずる。そして、投入パイプ３４を通じておが屑２０の堆積物の上方におが屑２０を連続的に供給することにより、処理室１８に堆積せしめられたおが屑２０が、つぎつぎと酸化・還元（熱分解）されて発生炉ガス（可燃性有用ガス）とタール分を生成する。また、生成した高温の発生炉ガスとタール分は、その上昇過程で充満している比較的に低温のおが屑２０によって熱交換と濾過を施される。そして、処理室１８の上部からガス取出管２８を通じて、発生炉ガスを吸引して取り出し、サイクロン３０等で除塵やタール分離を行って清浄化処理を施すことにより、目的とする有効ガスを取り出すようにする。
【００３８】
また、上述のおが屑２０の熱分解処理にあっては、通気管路６８を通じてエア圧送手段により生ぜしめられた圧縮空気が、エア供給用空間５６における複数の分割領域６４に対して連続的にまたは断続的に供給される。なお、炉底からのエア供給量は、ガス吸引手段によるガス吸引量よりも小さく抑制する。これにより、投入パイプ３４からのガスの逆流による外部への漏れ出しを防止して安全性を確保することが出来る。
【００３９】
そこにおいて、本実施形態では、処理室１８の複数の箇所に設置された温度センサ４６や圧力センサ４８、ガス濃度センサ５０の何れかの検出信号が許容範囲から外れて、それらセンサの設置部分付近のおが屑２０に対して局所的な異常な酸化燃焼または熱分解反応が認められた場合に、かかるおが屑２０の異常な反応箇所の箇所に対応した下方の分割領域６４に接続されたエア供給管７８の調節弁７６を操作することにより、エア供給量を制限したりエア供給を中止させる。
【００４０】
それ故、上述の如き構造とされたガス発生装置１０においては、おが屑２０の堆積物の熱分解処理にあって、おが屑２０に異常な酸化燃焼または熱分解反応が発生した場合に、当該反応箇所に対応する位置の分割領域６４へのエア供給量の調整が行われることにより、異常反応の進行および拡大が速やかに且つ効果的に抑制され得るのであり、以て、反応安定性や操業安全性が有利に向上され得るのである。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、これはあくまでも例示であって、本発明は、かかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものでなく、当業者の知識に基づいて種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。
【００４２】
例えば、前記実施形態では、本発明を、おが屑を燃料としたバイオマス変換式ガス発生装置に適用したものの一具体例を示したが、その他、例えば、豆腐製造に伴って発生する「おから」や、コーヒー豆カス，藁屑，乾燥海苔，藻類小片等、或いはそれらの混合物などの各種の植物燃料を利用したバイオマス変換式の各種ガス発生装置に、本発明を適用することが可能である。
【００４３】
また、分割領域６４の数や形状、大きさ等は、実施形態のものに限定されるものでなく、例えば、エア供給用空間５６を平面視で等分するようにしても良い。
【００４４】
更にまた、前記実施形態においては、通気管路６８の外方端部が開口する水封容器７２内の水位を適当に設定することにより、おが屑２０の異常な反応箇所の箇所に対応した下方の分割領域６４にエア供給管７８を通じて供給される圧力が予め定められた一定レベルを超えた場合に、水封容器７２内に逃がしてやって圧力を一定レベルに保つようにすることも可能である。或いはまた、エア圧送手段自体が各エア供給管７８に供給する圧力を各別に調節することの出来る機能を備えている場合には、エア圧送手段自体の制御で各分割領域６４への供給圧力を調節することも可能である。
【００４５】
さらに、前記実施形態では、分割領域６４に接続する通気管路６８の複数が、炉体１２の周壁１４に貫設された挿通管７０に挿通配置されていることにより、周壁１４の一箇所に貫通して一つに束ねられていたが、これに限定されるものでなく、例えば、通気管路６８をそれぞれ一本づつ周壁１４に貫設して分割領域６４に接続したり、或いは通気管路６８を適数本束ねて周壁１４の数カ所に貫設すると共に、エア供給用空間５６内で各通気管路６８の端部を、それぞれ分割領域６４に独立的に開口したりすることも可能である。
【００４６】
更にまた、前記実施形態では、炉体１２に温度センサ４６や圧力センサ４８、ガス濃度センサ５０等が設けられていたが、これらセンサは必ずしも設ける必要がなく、例えば、予め炉内におけるおが屑２０の堆積高さや堆積量、燃焼率等を計算、測定して、かかるデータに基づいてエア供給管７８側から炉内へのエア供給量を調節することにより、おが屑２０の反応安定性を向上させることも可能である。
【００４７】
また、前記実施形態に係るガス発生装置１０では、エア供給用空間５６の複数の分割領域６４に対してエアが送風機８２により強制的に供給されるようになっていたが、おが屑２０の材質や投入量、目的とする可燃性ガスの発生量等に応じて、通気管路６８の炉体１２から突出した外方端部を、調節弁を介して大気中に接続し、該調節弁を操作することによって、適当量のエアを外部から通気管路６８を通じて各分割領域６４に供給するようにしても良い。
【００４８】
【実施例】
前記実施形態におけるガス発生装置の炉内底部からのエア供給に伴うガス吸引量や炉内圧力の影響等について明らかにするために、図４に示される如き実験装置１００を用いて実験を行った。かかる実験の結果を以下に実施例として示す。
【００４９】
「実験装置」
この実験装置１００は、炉モデル１０２、投入槽１０４および吸引ファン１０６を含んでなる。炉モデル１０２は、中空の円柱形状を呈しており、高さ寸法が３６００ｍｍであると共に、内径が８４０ｍｍである。また、炉モデル１０２の内壁には、ブリキ板を用いる。更に、炉モデル１０２の適宜の箇所にシールを施し、炉モデル１０２の気密性を確保する。更にまた、炉モデル１０２の上端および壁面には、内部圧力計測用のマノメータを取り付ける。
【００５０】
また、炉モデル１０２の内部にテーパ型の投入パイプ１０８を配設し、投入パイプ１０８の上端を炉モデル１０２の上壁を貫通して外部に開口させると共に、投入パイプ１０８の下端を炉モデル１０２内の高さ方向の中間部分に開口させる。投入パイプ１０８は、軸方向長さが１１５０ｍｍ、上端の内径が１６５ｍｍ、下端の内径が２１０ｍｍである。
【００５１】
また、炉モデル１０２の底壁１１０の中央には、図５にも示されているように、φ２００ｍｍの排出口１１２を貫設する。また、排出口１１２には取り外し可能な蓋体を設けて、開口状態が設定変更可能となるようにする。更に、排出口１１２の周囲に３つの貫通孔１１４を設けると共に、円形凹所１１６を備えた蓋部材１１８の３つを、図６にも拡大して示されているように、各貫通孔１１４にそれぞれ位置合わせして、炉モデル１０２の下端部分に固設する一方、各貫通孔１１４の上部に金網１２０を載置することにより、炉モデル１０２の底部に、それぞれ独立した３つの分割領域１２２を形成する。
【００５２】
さらに、炉モデル１０２の下方に空気供給装置１２４を配設する。この空気供給装置１２４は、図７にもモデル的に示されているように、３本のノズル１２６を備えている。これらノズル１２６は、内径が６ｍｍの銅パイプからなり、一方の端部が、炉モデル１０２の底部の各蓋部材１１８をそれぞれ貫通して各分割領域１２２に接続する一方、他方の端部が、エアコンプレッサ１２８に接続する。また、これらのノズル１２６には、分割領域１２２と接続する一方の端部からエアコンプレッサ１２８と接続する他方の端部に向かってマノメータ１３０や調節バルブ１３２を設けると共に、エアコンプレッサ１２８から各ノズル１２６に向かう管路上に調節バルブ１３２や圧力計１３４を設ける。これにより、調節バルブ１３２の開度を調節することで分割領域１２２へのエアの供給量が調節可能になると共に、供給空気流量は、ノズル１２６に取り付けたマノメータ１３０により確認できる。
【００５３】
また、吸引ファン１０６は、炉モデル１０２に載置すると共に、ガス取出管１３６に接続する。ガス取出管１３６は、炉モデル１０２の上壁を貫通して、一方の端部が炉モデル１０２の内部に開口すると共に、他方の端部が炉モデル１０２の外部に開口し吸引ファン１０６と接続している。これにより、炉モデル１０２内の空気が吸引ファン１０６により吸引するようになっていると共に、吸引ファン１０６の供給電圧を調節することで炉モデル１０２内の空気吸引量が調節可能となる。
【００５４】
また、投入槽１０４は、高さが１２５０ｍｍ、内径が８４０ｍｍの中空の円柱形状を呈しており、炉モデル１０２に載置して支持させる。更に、投入槽１０４の底部に供給口１３８を貫設し、該供給口１３８を炉モデル１０２の上壁から突出する投入パイプ１０８の上端に接続する。更にまた、投入槽１０４の上壁の中央にφ１８ｍｍの測定用孔１４０を設けると共に、該上壁に投入槽内部の圧力を計測するためのマノメータを設けて、以て、測定用孔１４０から吸引する空気流速を計測することにより、投入パイプ１０８の下端から炉モデル１０２内に流れ込む空気量を求めるようにする。
【００５５】
「実験方法」
先ず、投入槽１０４に所定高さ：ｈのおが屑を投入すると共に、炉モデル１０２の底部の排出口１１２を図示しない蓋体で覆蓋した状態で、炉モデル１０２内におが屑を堆積する一方、吸引ファン１０６を稼動して炉モデル１０２内の空気を吸引すると共に、エアコンプレッサ１２８を稼動して各分割領域１２２から炉モデル１０２内に空気を供給する。而して、投入槽１０４内のおが屑の高さ：ｈや吸引ファン１０６の電圧および各ノズル１２６の絞り量等を変化させて、炉モデル１０２内における各部の圧力や空気供給量、空気流入量を測定する。計測時には、炉モデル１０２内のおが屑の堆積物の応力状態を、前記実施形態におけるガス発生装置の炉内おが屑の燃焼時の状態に近づけるために、おが屑を排出口１１２から排出して、連続的におが屑が流れる状態にした後に、投入槽１０４内のおが屑の高さ：ｈを調節する。なお、本実施例において、排出口１１２の蓋体を取り外してもおが屑が流れ出さない場合には、スコップ等を用いて排出口１１２からおが屑を掻き出すことにより、おが屑の連続的な流出が可能になる。
【００５６】
また、本実施例においては、炉内のおが屑の下端が、排出口１１２を貫通すると共に、床にまで達して円錐状に堆積していることにより、排出口１１２から炉内への空気流入量は、その測定が原理的に不可能であるので無視されるものとする。また、かかる実験に際し、おが屑が各分割領域１２２内にも堆積していたため、空気供給装置１２４のノズル１２６がおが屑に挿し込んでいた。また、空気供給装置１２４から炉内への空気供給量は、銅パイプ内での管摩擦損失をマノメータで計測することにより測定した。また、測定用孔１４０から投入槽１０４内への空気流入量、換言すれば投入パイプ１０８から炉内への空気流入量は、測定用孔１４０へ流れ込む最大空気流速を計測し、断面積を用いて流量に換算することにより測定した。従って、各計測値の絶対量には誤差を含む。
【００５７】
「実験結果」
上述の実験方法による測定結果に基づき、投入槽１０４内のおが屑高さ：ｈをｈ＝１２００ｍｍ、１０００ｍｍ、８００ｍｍに設定した場合における空気供給装置１２４の供給圧力と流入比の関係について調べたものを、図８に示す。流入比は、空気供給装置１２４からの空気供給量と投入パイプ１０８からの空気流入量の和に対する投入パイプ１０８からの空気流入量の比を示す。なお、吸引ファン１０６の電圧は１００［Ｖ］に設定した。
【００５８】
図８からも、空気供給装置１２４からの供給圧力を増加させると、投入槽１０４内のおが屑の高さに関係なく流入比が小さくなることから、炉内の底部よりエアを強制的に供給することにより、炉内にエアが有効に供給されるものと推考される。
【００５９】
また、本実施例では、おが屑の分割領域１２２への堆積に伴いノズル１２６がおが屑に挿し込んだ状態であったが、かかる状態下においても空気供給装置１２４から炉内にエアを強制的に供給することにより、炉内にエアが効果的に供給されることが図８からも明らかである。なお、このような結果となる技術的理由を解明することが本発明の目的でないが、本実施例では、炉内の底部において複数のノズル１２６から吐出する圧縮空気が、一旦幅広な分割領域１２２に貯められた後におが屑の上方に向かって供給されることにより、炉内の全体に亘ってエアが均一に供給され得るものと推考される。
【００６０】
さらに、図８からも、投入槽１０４内のおが屑の高さが高いほど流入比が小さくなることが認められることから、投入槽１０４のおが屑の高さを高くすることにより、投入槽１０４、延いては炉内の気密性がより一層有利に確保され得ることが推考される。
【００６１】
また、上述の実験方法による測定結果に基づき、投入槽１０４内のおが屑高さ：ｈをｈ＝１２００ｍｍ、１０００ｍｍ、８００ｍｍに設定した場合における吸引ファン１０６の電圧と流入比の関係について調べたものを、図９に示す。なお、空気供給装置１２４の供給圧力は０．２［Ｍｐａ］とした。
【００６２】
図９の結果からも、吸引ファン１０６の電圧を大きくすることに伴い炉内の空気吸引量を大きくした状態で、流入比に大きな変化がないことにより、空気供給装置１２４の供給圧力に伴い炉内にエアが効率的に供給されることが認められる。
【００６３】
また、上述の実験方法による測定結果に基づき、空気供給装置１２４の供給圧力（空気供給量）と流入比と投入パイプ１０８から炉内への空気流入量（投入口吸入量）の関係について調べたものを、図１０に示す。なお、投入槽１０４内のおが屑高さ：ｈは、ｈ＝１２００ｍｍに設定した。
【００６４】
かかる図１０の結果より、供給圧力の増加に伴い流入比は減少するものの、投入口吸入量は略一定であることが認められることから、流入比の減少の主な原因が供給圧力の増加によるものと考えられ、それによって、炉内底部からの空気供給装置１２４のエア供給により、炉内全体にエアが効果的に供給され得ることが推考される。
【００６５】
また、上述の実験方法による測定結果に基づき、吸引ファン１０６の電圧、換言すれば炉内の空気吸引量と流入比と炉内部の圧力の関係について調べたものを、図１１に示す。
【００６６】
図１１からも、吸引ファン１０６の電圧を大きくすることに伴い炉内の空気吸引量を大きくした場合においても、流入比や炉内圧力の変化が緩やかであることから、炉内にエアが効率的に供給されていることが認められる。
【００６７】
【発明の効果】
上述の説明から明らかなように、本発明に従う構造とされたバイオマス変換式ガス発生装置においては、炉内底部の複数の分割領域に対してエアが、それぞれ独立的に供給されることにより、炉内に堆積する植物燃料における底部の広い領域へのエアの供給が全体に亘って略均一化され得る。これにより、植物燃料の熱分解反応が安定化されることとなり、操業の安全性および安定性が効果的に向上され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのガス発生装置の概略構造を示す縦断面説明図である。
【図２】図１に示されたガス発生装置の要部を拡大して示す縦断面説明図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ −ＩＩＩ断面図である。
【図４】本発明の実施例に用いられた実験装置の概略構造を示す説明モデル図である。
【図５】図４における実験装置の底部を示す説明モデル図である。
【図６】図４における実験装置の一要部を拡大して示す縦断面説明図である。
【図７】図４における実験装置の一要部をモデル的に示す説明図である。
【図８】図４における実験装置を用いて、空気供給装置の供給圧力と炉内の空気の流入比との関係について測定評価した結果を示すグラフである。
【図９】図４における実験装置を用いて、吸引ファンの電圧と炉内の空気の流入比との関係について測定評価した結果を示すグラフである。
【図１０】図４における実験装置を用いて、空気供給装置の供給圧力と炉内の空気の流入比と炉内の投入口吸入量との関係について測定評価した結果を示すグラフである。
【図１１】図４における実験装置を用いて、炉内部の圧力と炉内の空気の流入比と吸引ファンの電圧との関係について測定評価した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ガス発生装置
１２炉体
１４周壁
１６上壁
２８ガス取出管
３０サイクロン
３２ガス吸引ファン
３４投入パイプ
５８仕切壁
６４分割領域

Claims

筒形の周壁部を備えた竪形中空の炉体の上壁を貫通して炉内に開口する投入パイプを配設すると共に、該炉体の上部において炉内からガスを吸引するガス吸引手段を設け、該投入パイプから植物燃料を炉内に供給せしめつつ炉内で該植物燃料の堆積物を酸化および熱分解させることによって得られる発生ガスを該ガス吸引手段で炉外に吸引するようにしたバイオマス変換式ガス発生装置において、
前記炉内の底部を平面視で複数の分割領域に仕切る仕切壁を設けると共に、それら各分割領域にそれぞれ外部からエアが独立的に供給されるようにしたことを特徴とするバイオマス変換式ガス発生装置。
前記炉内の底部近くにロストルを配設して、該ロストルより下方の領域を前記仕切壁によって前記複数の分割領域に仕切った請求項１に記載のバイオマス変換式ガス発生装置。
前記複数の分割領域に対して、それぞれエアを強制的に供給するエア圧送手段を設けた請求項１又は２に記載のバイオマス変換式ガス発生装置。
前記複数の分割領域に対してそれぞれ接続された複数の通気管路を相互に独立して設けて、それら各通気管路の炉外開口部を水中に開口させることにより圧力放出機構を構成する一方、それら各通気管路に対して、調節弁を介してエア供給源を接続した請求項１乃至３の何れかに記載のバイオマス変換式ガス発生装置。
前記複数の通気管路を束ねて、それら複数の通気管路を前記炉体の周壁部の一箇所に貫設した挿通孔に配設した請求項４に記載のバイオマス変換式ガス発生装置。