JP2005155559A - 電力および熱の供給方法とその装置、ならびにガス分配器 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力と熱の各供給量を広い範囲で自在に変更することができ、また、ガス中に粉粒体が含まれるにもかかわらず円滑な運転を長期間継続できる、電力および熱の供給装置等を提供する。
【解決手段】 粉粒体（未燃チャーや灰分など）を含む状態の可燃ガスを発生するガス発生手段１０Ａを設け、その発生手段１０Ａからのガスの流路に、粉粒体が除去された第一ガスと粉粒体の多くを含む第二ガスとにガスを分けるガス分配器２０Ａを接続し、第一ガスの流路の先に電力発生手段３０Ａ（タービンやエンジン等）を接続し、第二ガスの流路の先に熱発生手段４０Ａ（ボイラやストーブ等の燃焼部分）を接続した。
【選択図】 図１

Description

請求項に係る発明は、可燃ガスを発生させ、そのガスを用いて電力および熱を円滑に発生させることが可能な電力および熱の供給方法とその装置、ならびにそのような方法に使用するガス分配器に関するものである。

可燃ガスを発生させ、それを用いて電力と熱とを発生させる装置については、たとえば下記の特許文献１に記載がある。当該文献１に記載された電力および熱の供給装置（バイオマスガス化発電プラント）を図示すると図８のようになる。バイオマスをガス化するガス発生手段１０’から発生する可燃ガスを、サイクロン２０’および脱塵フィルタ２８’にて脱塵し、精製機２９’にて脱硫等したうえガスタービン発電機３０’の燃焼器３２’に送る。ガスは、圧縮機３１’で圧縮された空気と燃焼器３２’内で燃焼し、発電機の動力部分であるタービン３３’に供給されて発電機３４’を駆動し、電力を発生させる。タービン３３’から排出されるガスは、つぎに排熱回収ボイラ４０’に供給され、熱すなわち高温の蒸気を発生させる。

なお、上記の例でもガスの除塵等に使用されているサイクロン２０’は、一般に図９のように構成されている。すなわち、逆向き円錐形状の中空ケーシング２１’に対し、側部から接線方向に導入管２２’が接続されるとともに、当該ケーシング２１’の上部であって内周面から離れた中心線付近にガス排出管２３’が上向きに接続されている。灰分などの粉粒体を含むガスを導入管２２’からケーシング２１’内に導入し、ケーシング２１’の内周面に沿ってガスを旋回させながら粉粒体をガスから分離し、それを底部に落下・堆積させる。その一方、ガスは上部の排出管２３’から送り出す。サイクロン２０’の底部２５’に堆積した粉粒体は、内外間の圧力差を維持しながら粉粒体を外へ出す機能をもつ排出手段（ロータリーバルブなど）２６’によって適宜に排出する。同様の目的で使用される脱塵フィルタ（バグフィルタ）も、逆向き円錐形状の底部に粉粒体を堆積させてロータリバルブ等でそれを排出することに関しては図９のサイクロンと同様である。
特開平１１−２９４１８７号公報

特許文献１に記載の装置を含めて、図８のような形式の電力および熱の供給装置は、電力と熱とを供給できるとはいえ、発電時、すなわち電力を供給しているときにしか熱を供給することができない。供給する熱は、ガスタービン発電機の排出ガスから回収するものだからである。またそのために、電力や熱の供給量はガスタービンの運転状況によって決まり、その量を自在に変化させたり熱のみを供給させたりすることは不可能である。

また、未燃チャーや灰分等の粉粒体を含む可燃ガスを図９のような一般的なサイクロン２０’やバグフィルタに通す場合、付着性のあるそれら粉粒体のために円滑な運転が継続できなくなることがある。すなわち、ガス流速がほぼゼロになる底部（逆向き円錐形状の部分）２５’付近に、ガス中の未燃チャーや灰分が付着しがちである。また、ガスが流れにくい当該底部２５’の付近では温度が下がりぎみであるためにガス中のタールが凝結しやすく、したがって未燃チャーや灰分が一層強固に厚く付着して閉塞トラブルを起こしやすいのである。

請求項に係る発明は、このような不都合を解決することを目的とし、電力と熱の各供給量を広い範囲で自在に変更することができ、また、ガス中に粉粒体が含まれるにもかかわらず円滑な運転を長期間継続できる、電力および熱の供給装置等を提供するものである。

請求項１に記載した電力および熱の供給方法は、
・ ガス発生手段から可燃ガスを発生させ、
・ そのガスを、未燃チャーおよび灰分を除去した第一ガスとそれら（未燃チャーおよび灰分）を含む第二ガスとに分け、
・ 第一ガスを電力発生手段（その動力部分であるタービンやエンジン等）に送って電力を発生させる一方、第二ガスを熱発生手段（ボイラやストーブ等の燃焼部分）に送って熱を発生させる
ことを特徴とする。

ガス発生手段としては、固形化石燃料（石炭等）やバイオマス（廃棄物系バイオマス、林地残材等未利用バイオマス、農作物の非食用部を含む）、廃棄物（製材残材、建設発生木材を含む）などをＣＯやＨ₂、炭化水素などのガスに変えるガス化炉などを使用する。「未燃チャーおよび灰分を除去した第一ガス」とは、それらが完全に除去されたもののみに限らず、その多く（たとえば元のガスの単位量中に含まれる未燃チャーおよび灰分の８割以上）が除去されて未燃チャーおよび灰分の含有率が低下したものを含む（以下においても同様）。また、請求項の発明は、第一ガス・第二ガスのほかに他の第三のガスをも分けていずれかの部分に送る発明を除外するものではない（以下においても同様）。

この請求項に係る方法では、ガス発生手段で発生させたガスを上記のように分けて電力発生手段と熱発生手段とに送るので、電力を供給しないときにも熱を供給することができるなど、電力の供給と熱の供給とを任意に実施することができる。また、熱の発生量を増すために電力の発生量を増大させるといった運転上の制約がないので、電力と熱の各供給量を広い範囲で自在に変更することが可能である。

また、この請求項の方法にはつぎのような利点もある。
・ 未燃チャーおよび灰分を除去したうえで可燃ガス（第一ガス）を電力発生手段（その動力部分であるタービンやエンジン）に送るため、当該手段において異物の噛み込み等が生じることなく可燃ガスが円滑に使用される。除去率が十分でない場合には、その第一ガスにさらに除塵処理等を加えて電力発生手段での使用に適した状態にするとよい。その場合も、未燃チャーや灰分の多くをすでに除去していることから、さらに加える除塵処理は簡単なもので足りる。
・ 除去した未燃チャーおよび灰分は、サイクロンやバグフィルタの所定個所に集めるのではなく、第二ガス中に含ませて熱発生手段（その燃焼部分）に送るため、それらの付着に起因するトラブルが発生しがたい。すなわち、未燃チャーや灰分はつねにガスに同伴し、停滞および堆積等することなく熱発生手段にまで送られる。熱発生手段に達すると、未燃成分がガスとともに燃焼する一方で灰分が回収されることとなり、円滑な運転が継続される。

請求項２に記載した電力および熱の供給方法はとくに、第一ガスおよび第二ガスの各流量（流量比率または絶対流量）を、一方（たとえば第一ガス）をゼロにすることを含めて変更することを特徴とする。

第一ガスおよび第二ガスの流量比率を変更するためには、たとえば第一ガスまたは第二ガスの流路に設けたバルブ（調整弁など）を開閉すればよい。また、それらの絶対流量を変更するためには、ガス発生手段からの可燃ガスの発生量を変える。この請求項の供給方法は、電力を供給しないときにも熱を供給するなど、電力の供給量と熱の供給量とを任意に設定し変更するものである。このような変更を行うと、用途や状況に合わせた必要量の電力および熱（またはその一方のみ）を適切に供給することができる。

請求項３に記載した電力および熱の供給方法は、電力発生手段による発電電力（ｋＷ）が所定値になるように第一ガスおよび第二ガスの各流量を制御することを特徴とする。発電電力を所定値にするには、たとえばタービンやエンジン等の回転数が所定の値になるよう、バルブにてガス流量を制御したり原料投入量を変更して可燃ガスの発生量を制御したりする。
この方法によれば、要求する量だけ電力が供給されるので電力利用が容易になる。

請求項４に記載した電力および熱の供給方法はとくに、可燃ガスの発生のためにガス発生手段へ送る空気、および燃焼のために熱発生手段へ送る空気を、電力発生手段（の動力部分）からの排出ガスによって予熱することを特徴とする。

この方法によると、電力発生手段からの排出ガスがもつ排熱が有効に利用される。つまり、排出ガスによって上記のとおり空気を予熱し、もってガス発生手段および熱発生手段を効率的に機能させるので、電力および熱の供給に関する全体的なエネルギー効率を向上させることができる。

請求項５に記載した電力および熱の供給方法は、とくに、製材残材（林地残材など種々の木片類を含む）をガス発生手段への投入原料とし、昼間には電力と熱とを発生させてそれぞれを製材機械の駆動と材料（未処理木材や加工ずみ製品、または原料とする上記の残材）の乾燥とに供する一方、夜間には熱のみを発生させて材料（同上）乾燥に供することを特徴とする。

このような方法は、木材を処理する小規模な製材所等に電力と熱とを供給するのにきわめて適している。そのような製材所では、昼間には電力も熱も使用するが、夜間には、作業員がおらず製材機械を駆動することもないので電力供給が不要になる。しかも製材所には、可燃ガス発生の原料とするのに適した製材残材が豊富にあるからである。つまり、小規模な製材所がこの方法を採用すると、多量に発生して本来廃品となる製材残材を原料とし、必要な電力および熱について無駄のない供給を受けられることになる。

請求項６に記載のガス分配器は、粉粒体を含む導入ガスを、粉粒体を除去（前記のとおり完全な除去には限らない）された第一ガスと粉粒体の多くを含む第二ガスとに分けるガス分配器であって、
・ ケーシングの内周面に沿って導入ガスを旋回させる旋回手段（たとえば、ケーシングの接線の方向に導入管が接続された構造、または入口付近に旋回羽根が設けられた構造）を装備し、
・ 内周面から離れたケーシングの中心線付近に第一ガス排出管を設けるとともに、
・ 内周面に沿った開口をもち旋回するガスの流れる方向に延びた第二ガス排出管を設けた
ことを特徴とする。たとえば図２〜図５は、この請求項のガス分配器に相当するものを例示している。

こうしたガス分配器は、未燃チャーや灰分などの粉粒体を含むガス（導入ガス）を、粉粒体を除去された第一ガスと粉粒体の多くを含む第二ガスとに適切に分ける作用を発揮する。それは、この分配器によると、1)上記した旋回手段の作用により、ケーシングの内周面に沿って導入ガスが旋回流をなす、2)粉粒体は、その導入ガスに同伴されてケーシングの内周面沿いに旋回しながら移動し、内周面に沿った開口をもち旋回するガスの流れる方向に延びた第二ガス排出管内に流入する、3)ケーシングの中心線付近にあるガスは、粉粒体をほとんど含まない状態で第一ガス排出管に流入する----ことによって、導入ガスが二つに分けられるからである。図９に示した通常のサイクロンとは違って、ガス排出管が二つある点、また粉粒体がガスの旋回流にともなって移動しながら一方の排出管内に流入し、停滞も堆積もしない点に、構造的・作用的な特徴がある。

請求項７に記載した電力および熱の供給装置は、
・ 粉粒体（未燃チャーや灰分など）を含む状態の可燃ガスを発生するガス発生手段（たとえば前記したガス化炉）を設け、
・ その発生手段からのガスの流路に、粉粒体が除去（やはり完全除去には限らない）された第一ガスと粉粒体の多くを含む第二ガスとにガスを分けるガス分配器を接続し、
・ 第一ガスの流路の先に電力発生手段（その動力部分であるタービンやエンジン等）を接続し、第二ガスの流路の先に熱発生手段（ボイラやストーブ等の燃焼部分）を接続した
ことを特徴とする。

こうした供給装置によれば、請求項１に記載した電力および熱の供給方法を実施することができ、前記のような作用がある。すなわち、ガス発生手段が発生したガスを分けて電力発生手段と熱発生手段とに送るので、電力を供給しないときにも熱を供給できるなど電力および熱の供給を任意に実施でき、それぞれの供給量を広い範囲で自在に変更することができる。電力発生手段において可燃ガスが円滑に使用されるとともに、粉粒体が、付着によるトラブルを起こすことなく熱発生手段に送られる、という利点もある。

請求項８に記載の電力および熱の供給装置はさらに、ガス分配器またはその下流側に、第一ガス側の流路と第二ガス側の流路との間でのガスの流量比率を、一方（たとえば第一ガス）をゼロにすることを含めて変更するための調整弁を設けたことを特徴とする。

この供給装置によれば、請求項２に記載した供給方法（第一ガスおよび第二ガスの流量比率を変更するもの）を円滑に実施することができる。したがって、前記のとおり、用途や状況に合わせた必要量の電力および熱（またはその一方）のみを適切に供給することが可能である。

請求項９に記載した電力および熱の供給装置はとくに、ガス発生手段を加圧型の部分燃焼炉とし、電力発生手段をガスタービン発電機としたことを特徴とする。加圧型の部分燃焼炉とは、燃料物質を部分燃焼させることにより可燃ガスを発生させる炉であって、炉内を大気圧よりも高い圧力に保って可燃ガスをも相当の圧力にて発生させる型式のものをいう。

可燃ガスをガスタービン発電機にて利用する場合、同ガスは圧力を高くして燃焼器内に吹き入れる必要がある。したがって、もし可燃ガスの圧力が低い場合にはコンプレッサー等で加圧したうえで燃焼器に送らねばならない。その点、上記のとおりガス発生手段が加圧型の部分燃焼炉である場合には、発生の時点から可燃ガスが高圧であるため、燃焼器の手前で同ガスを加圧する必要がなく、加圧をするとしてもその程度が少なくて足りる。すなわち、この請求項の装置によれば、設備構成が合理的であり運転コスト上も有利であることになる。

一方、請求項１０に記載した電力および熱の供給装置は、ガス発生手段を非加圧型の部分燃焼炉とし、電力発生手段を、ガス精製機を前部に有するガスエンジン発電機としたことを特徴とする。非加圧型の部分燃焼炉とは、燃料物質を部分燃焼させることにより可燃ガスを発生させる炉ではあるが、炉内を大気圧と同程度の圧力に保ち、大気圧に近い圧力の可燃ガスを発生する型式のものをいう。

ガスエンジン発電機は、大気圧に近い圧力の可燃ガスを吸い込んだうえ圧縮・点火等して動力を発生する。ただし、十分な出力を発揮させるためには可燃ガスの密度を上げる必要があり、吸気を常温近くにまで冷却することが望まれる。この請求項の装置は、そのような点を考慮した好ましい構成をもつものである。
すなわち、まずガス発生手段は、非加圧型の部分燃焼炉であるため、ガスエンジンの吸気とするのに適した圧力で可燃ガスを発生する。また、そのガスを常温程度に冷却するとガス中のタールが凝結してガスエンジンの各部に付着する場合があるため、前部に設けたガス精製機が事前にタールを除去する。こうしてこの装置では、可燃ガスの圧力および温度について無駄がなく、またタールの凝結による不都合もない状態で合理的かつ円滑に電力および熱の供給が継続される。

請求項１１に記載した電力および熱の供給装置は、
・ 製材残材（林地残材など種々の木片類を含む）をガス発生の原料とするガス発生手段と、
・ 連続運転型の（つまり可燃ガスを利用して連続運転される型式の）熱発生手段と、
・ 間欠運転可能な（つまり不連続な任意の時間に可燃ガス利用の運転をなす型式の）電力発生手段と
を組み合わせたことを特徴とする。

この供給装置によれば、前記した請求項５の供給方法を実施することができる。製材残材にて可燃ガスを発生させ、それを用いて昼間には電力と熱とを発生させる一方、夜間には、熱発生手段を連続運転しながら電力発生手段の運転を停止して熱のみを発生させることが可能だからである。電力については、昼間も、全時間帯にではなく電力を使用する時のみに間欠的に電力発生手段を運転して電力を得ることも可能である。請求項５の供給方法を実施できるので、この装置は、木材を処理する小規模な製材所等に電力と熱とを供給するのにきわめて適しており、本来なら廃品となる残材を原料として、必要な電力および熱を無駄なく適切に供給できることになる。

請求項１に記載した電力および熱の供給方法、および請求項７に記載の電力および熱の供給装置には、つぎの効果がある。すなわち、電力を供給しないときにも熱を供給できるなど電力および熱の供給を任意に実施でき、また、それぞれの供給量を広い範囲で自在に変更することができる。電力発生手段において可燃ガスが円滑に使用されるほか、粉粒体が付着によるトラブルを起こすことなく熱発生手段に送られる、という利点もある。

請求項２に記載の供給方法、および請求項８に記載の供給装置によれば、用途や状況に合わせた必要量の電力および熱を適切に供給することができる。

請求項３に記載の供給方法によれば、供給される電力の量が所定値に保たれるので電力利用が容易になる。

請求項４に記載の供給方法なら、電力発生手段からの排出ガスがもつ排熱がとくに有効に利用され、全体的なエネルギー効率が向上する。

請求項５に記載の供給方法、および請求項１１に記載の供給装置によれば、木材を処理する小規模な製材所等において、本来なら廃品となる残材を原料として、必要な電力および熱を無駄なく適切に供給できる。

請求項９に記載の供給装置によれば、ガスタービン発電機の燃焼器の手前で同ガスを加圧する必要性が低く、したがって設備構成が合理的であり運転コスト上も有利である。

請求項１０の供給装置によれば、可燃ガスの圧力および温度について無駄がなく、またタールの凝結による不都合も発生しない。したがって合理的かつ円滑に電力および熱の供給がなされる。

なお、請求項６に記載のガス分配器は、未燃チャーや灰分などの粉粒体を含むガスを、粉粒体を除去された第一ガスと粉粒体の多くを含む第二ガスとに適切に分けることができて、上記した各方法および各装置において有意義な機能を発揮する。

発明の実施に関する一形態を図１および図２に示す。図１は、ガス発生手段１０Ａとして加圧型流動層による部分燃焼炉を使用する、電力および熱の供給装置Ａを示している。また図２は、図１の供給装置Ａにおいて使用するガス分配器２０Ａを示す縦断面図（図２（ａ））および正面図（同（ｂ）。同（ａ）におけるｂ−ｂ矢視図）を示している。

図２に示すガス分配器２０Ａは、つぎのように構成したものである。すなわち、概ね円筒状であり入側に比べて出側の口径が拡大した中空ケーシング２１を、中心線が水平になるように配置し、このケーシング２１に対し、まず入側（図２（ａ）の左側）の端部に、ケーシング２１の内周面に沿って導入ガスを旋回させる旋回手段２２として、複数の固定型旋回羽根を設けている。そして、ケーシング２１のうち口径の拡大した出側の端部付近には、ケーシング２１と共通の中心線上に第一ガス排出管２３を設けるとともに、ケーシング２１の内周面に沿った個所に、ガスの旋回流の方向であるケーシング２１の接線方向に下向きの第二ガス排出管２４を延ばしている。加圧されたガスを入側に送ると、旋回手段２２の作用によりケーシング２１内でガスが旋回し、旋回するそのガスとそれに同伴される粉粒体とが第二ガス排出管２４に進む一方、旋回による遠心力によってケーシング２１の周面付近にて粉粒体が分離され粉粒体をともなわない状態になったケーシング２１の中央付近のガスが、第一ガス排出管２３から出て行く。

図１に示す供給装置Ａは、上記した加圧型燃焼炉にてなるガス発生手段１０Ａが発生する可燃ガスを、図２のガス分配器２０Ａによって二つに分けたうえ、一方を電力発生手段３０Ａに送るとともに他方を熱発生手段４０Ａに送ることにしたものである。具体的にはつぎのように構成している。なお、図では、各機器間に配置されていてガス流路を適宜に遮断・開口する開閉弁については、図示を省略している。

まずガス発生手段１０Ａは、上述のとおり流動層式の部分燃焼炉であり、製材残材（木質廃棄物）を中心とするバイオマス等を燃料（原料）とするものである。炉内の多孔板１１上に上部の投入部１２から燃料を投入し、多孔板の下部から高温の空気を送り込んで燃料を部分燃焼させ（空気比は０．２〜０．５。望ましくは０．３〜０．４）、もって一酸化炭素（ＣＯ）や水素（Ｈ₂）、炭化水素等の可燃ガスを発生させる。ただしこのガス中には、未燃チャーや灰分等の粉粒体が含まれているほか、気体状態でタールも含まれている。なお、ガスの発生温度は５００〜７００℃（望ましくは５５０〜６５０℃）であり、また、加圧型の炉であるためにその圧力は２〜４ａｔｇ（望ましくは２〜３ａｔｇ）である。

ガス発生手段１０Ａによる発生ガスの流路に、図２に示すガス分配器２０Ａを接続している。分配器２０Ａにおける前述の作用によってガスは二方に分けられ、未燃チャーや灰分等の粉粒体をほとんど含まないクリーンな可燃ガスが第一ガス排出管２３から第一ガスとして出る一方、そのような粉粒体を高含有率で含む可燃ガスが第二ガス排出管２４から第二ガスとして送り出される。ガス分配器２０Ａのうち第一ガス排出管２３から出る第一ガスの流路は、バグフィルタ２８Ａ（高温仕様のもの）を介して電力発生手段３０Ａに接続し、排出管２４からの第二ガスの流路は、流量調整弁２９Ａを介して熱発生手段４０Ａに接続している。

電力発生手段３０Ａはガスタービン発電機によって構成している。すなわち、圧縮機３１で圧縮した空気に燃焼器３２にて燃料を吹き込んで燃焼させ、それによって生じる高温高圧のガスをタービン３３に送って回転動力にかえ、もって発電機３４を駆動して電力を発生させる。燃焼器３２に吹き入れる燃料として、ガス分配器２０Ａからの第一ガスである４００℃程度以上の可燃ガス（ばい塵の含有量を５ｍｇ／Ｎｍ³以下にしたもの）を使用する。発電する電力の量は、前記した流量調整弁２９Ａの開度等によって決まる可燃ガス（第一ガス）の流量によりコントロールすることができる。なお、燃焼器３２の上流部分に設けたバグフィルタ２８Ａは、分配器２０Ａで除去しきれなかった少量の粉粒体を除去し、または、調整弁２９Ａを閉じて可燃ガスの全量を電力発生手段３０Ａに送るとき、粉粒体を分けることができなくなる分配器２０Ａに代わって粉粒体を除去するために使用する。

熱発生手段４０Ａは、ガス分配器２０Ａの第二ガス排出管２４から送られる可燃ガス（第二ガス）を燃料とする廃熱ボイラである。粉粒体を含む状態で送られる第二ガスをバーナ４１によって炉内に吹き込み、空気吹出し口４２から吹き入れられる空気と燃焼させる。そのような炉内の上部に配置した伝熱管内に水を流すことにより、高温高圧の蒸気を発生させる。

供給装置Ａは、電力発生手段３０Ａが発生する電力を各種機械の運転等に供給するとともに、熱発生手段４０Ａがつくる蒸気を、暖房や乾燥等のための熱として供給することができる。ガス発生手段１０Ａが発生する可燃ガスを二方に分け、電力発生手段３０Ａと熱発生手段４０Ａとの双方に並列的にそのガスを送るので、電力と熱との各供給を、他方の供給・非供給にかかわらず行うことが可能である。したがって、たとえば、機械類の運転を行わない夜間には電力発生手段３０Ａを停止してそれへの可燃ガスの供給を遮断し、熱発生手段４０Ａばかりに可燃ガスを送って熱のみを供給させる、といった使用も可能である。可燃ガスの発生量自体を変更する必要がある場合には、ガス発生手段１０Ａの投入部１２への燃料（バイオマス）投入量を増減させればよい。

なお、電力発生手段３０Ａのタービン３３からの排出ガスは空気予熱器５０Ａに送り、この空気予熱器５０Ａにおいて、ガス発生手段１０Ａに送る空気と熱発生手段４０Ａに送る空気、および燃焼器３２へ送る空気を予熱している。タービン３３の排出ガスは６００℃程度の高熱を有しているため、ガス発生手段１０Ａ等へ送る空気は３００〜４００℃にまで予熱され、ガス発生手段１０Ａや熱発生手段４０Ａ、燃焼器３２におけるエネルギ効率が向上することになる。

可燃ガスを二方に分けるガス分配器としては、図２に示す分配器２０Ａに代えて図３〜図５に示す分配器２０Ｂ〜２０Ｄを使用することもできる。たとえば図３のガス分配器２０Ｂは、図２の分配器２０Ａと同様に水平なケーシング２１に第一ガス排出管２３等を組み付けたものだが（図３は図２（ａ）のｂ−ｂ向きに分配器２０Ｂを見たものである）、導入ガスを旋回させる旋回手段２２として、図３のとおりケーシング２１の接線方向にガス導入管を接続した点に特徴がある。第二ガス排出管２４は、ケーシング２１の周面に対し、旋回手段２２によるガスの旋回流に沿う向きに接続している。

図４に示すガス分配器２０Ｃは、中心線が鉛直になるように設けた円筒状ケーシング２１に対し、導入ガスの旋回手段２２となる管を上部においてケーシング周面の接線方向に接続し、同じく上部においてケーシング２１の中心線に沿った内側部分に第一ガス排出管２３を接続するとともに、下部には、ケーシング２１の周面から接線方向に第二ガス排出管２４を延ばしている。旋回手段２２である導入管から可燃ガスを送ると、ケーシング２１の周面に沿ってガスが旋回流を形成し、旋回するそのガスとそれに同伴される粉粒体とが第二ガス排出管２４に進む一方、ケーシング２１の中央付近にあって粉粒体をともなわないガスが第一ガス排出管２３から流出する。

図５のガス分配器２０Ｄは、ケーシング２１や旋回手段２２、第一ガス排出管２３を図４の分配器２０Ｃと同様に組み付けるとともに、第二ガス排出管２４を下向きの管としてケーシング２１に接続したものである。ケーシング２１の周面付近に形成されるガスの旋回流は粉粒体をともなって下方の第二ガス排出管２４へ至り（第二ガス排出管２４の内側でもガスが旋回する）、そこから排出されるが、ケーシング２１の中心線付近にあって低流速のガスは、粉粒体をほとんどともなわないで第一ガス排出管２３から上向きに送り出される。

つづく図６に示す電力および熱の供給装置Ｂも、図１の供給装置Ａと同様、発生した可燃ガスをもとにして電力と熱とを任意の量的比率で供給できる装置である（図１の供給装置Ａと同様の構成部分には同じ符号を付している）。しかし、熱の発生を図１の装置Ａにおけるものと同様の熱発生手段４０Ａにて実施しながら、可燃ガスの発生と電力の発生とについては、図１のものとは形式の異なるガス発生手段１０Ｂおよび電力発生手段３０Ｂによりそれぞれ行うこととしている。

すなわちガス発生手段１０Ｂは、大気圧型の固定床式部分燃焼炉であり、上方の投入部１３から炉内にバイオマス原料（木質廃棄物を中心とするもの）の投入を受け、下方から吹き入れる高温空気によってそれを部分燃焼させる。そうした部分燃焼により、一酸化炭素や水素、炭化水素等の可燃ガス（未燃チャーや灰分等の粉粒体を含む。概ね大気圧に等しく温度は５００〜７００℃）が発生する。

また電力発生手段３０Ｂとしては、ガスエンジン発電機を使用している。すなわち、可燃ガスを空気とともに吸入したうえ爆発的に燃焼させて動力を生じさせるガスエンジン（内燃機関）３６を用いて発電機３５を駆動するものである。ガスエンジン３６の吸気は大気圧に近いもので足りるため、上記した大気圧型の燃焼炉をガス発生手段１０Ｂとするのが適当である。可燃ガスの密度を上げて出力向上をはかることから、燃料とする可燃ガスは吸入前に冷却器（図示せず）に通し、吸気を常温近くにまで冷却する。可燃ガスに含まれるタールは４００℃未満の温度域において凝結し液化するため、ガス精製機２５Ｂによってあらかじめタールを除去しておく必要がある。なお、図中の符号２６Ｂは、燃料である可燃ガスを空気と混合させる混合器であり、符号２７Ｂは、そうして得た混合気のための流量調整弁である。なお、この供給装置Ｂでも、電力発生手段３０Ａのガスエンジン３６の排ガスは空気予熱器５０Ａに送り、この予熱器５０Ａにおいて、ガス発生手段１０Ｂに送る空気と熱発生手段４０Ａに送る空気、およびガスエンジン３６へ送る空気を予熱している。

図６には、電力発生手段３０Ｂにおける発電機３５の回転数（発電電力を決定する）と熱発生手段４０Ａにおける発生蒸気の量とを、制御盤６１Ｂ・６２Ｂによって制御する旨をも示している。すなわち、発電機３５の回転数を検出して制御盤６１Ｂに入力し、それが所定の値になるようにガスエンジン３６への流量調整弁２７Ｂにつき開度を調整する。また、ガスエンジン３６に至る混合気の圧力を検出し、それが所定値になるよう制御盤６２Ｂにより流量調整弁２９Ｂを開閉制御する。ガスエンジン３６に可燃ガスを安定供給するために求められる混合器２６Ｂの入口における可燃ガス圧力は、一般に、＋３００〜１０００ｍｍＡｑ（好ましくは＋３００〜５００ｍｍＡｑ）（ゲージ圧）である。一方、熱発生手段４０Ａが発生する蒸気の量を所定値にするには、蒸気流量を検出して制御盤６１Ｂに入力し、それをもとにガス発生手段１０Ｂの投入部１３からのバイオマス投入量を増減させる。

つづく図７に示す電力および熱の供給装置Ｃは、図１に示す供給装置Ａをもとに、電力および熱の各供給量を適宜に制御できるよう構成したものである。図１の装置Ａに比べると、この図７の装置Ｃには制御盤６３Ｃ・６４Ｃを付設した点で相違があり、それらを用いて可燃ガスの比率および絶対量をコントロールする。すなわち、まず制御盤６３Ｃは、電力発生手段３０Ａの発電機３４の回転数検出値を入力され、それに応じて流量調整弁２９Ａの開度操作をすることにより、電力発生手段３０Ａへの可燃ガス量を制御して発電機３４の回転数を所定値にする。また、制御盤６４Ｃは、熱発生手段４０Ａによる発生蒸気流量の検出値を入力され、それに応じて投入部１２からのバイオマス投入量を増減し、もって可燃ガス発生量（絶対量）を調整して発生蒸気量を所定値にする。

なお、図６・図７の供給装置Ｂ・Ｃにおいても、ガス分配器として図３〜図５の分配器２０Ｂ〜２０Ｄを使用することが可能である。ガス発生手段として低圧型の燃焼炉を使用するとともに、電力発生手段として昇圧手段（コンプレッサ）の付設されたガスタービン発電機を使用すること、または、ガス発生手段を加圧型燃焼炉としながら電力発生手段として吸気の減圧手段をもつガスエンジンを使用すること等も可能である。ガス発生手段や電力発生手段、熱発生手段等として、上記した以外の形式のものを採用することも発明の実施形態に含まれる。

発明の実施に関する一形態として電力および熱の供給装置Ａを示す全体系統図である。 図１の供給装置Ａにおいて使用するガス分配器２０Ａを示す図であって、図２（ａ）は縦断面図、同（ｂ）は正面図（同（ａ）におけるｂ−ｂ矢視図）である。 他のガス分配器２０Ｂを示す正面図である。 さらに他のガス分配器２０Ｃを示す縦断面図である。 さらに他のガス分配器２０Ｄを示す縦断面図である。 図１のものとは異なる形態の電力および熱の供給装置Ｂを示す全体系統図である。 さらに別の形態の電力および熱の供給装置Ｃを示す全体系統図である。 電力および熱の供給装置について従来のものを示す全体系統図である。 従来の装置に使用されるサイクロンの概要を示す縦断面図である。

符号の説明

Ａ・Ｂ・Ｃ 電力および熱の供給装置
１０Ａ ガス発生手段（加圧型流動層式部分燃焼炉）
１０Ｂ ガス発生手段（大気圧型固定床式部分燃焼炉）
２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ・２０Ｄ ガス分配器
２２ 旋回手段
２３ 第一ガス排出管
２４ 第二ガス排出管
２５Ｂ ガス精製機
３０Ａ・３０Ｂ 電力発生手段
３３ ガスタービン
３６ ガスエンジン
４０Ａ 熱発生手段（廃熱ボイラ）
５０Ａ 空気予熱器

Claims (11)

1. ガス発生手段から可燃ガスを発生させ、そのガスを、未燃チャーおよび灰分を除去した第一ガスとそれらを含む第二ガスとに分け、第一ガスを電力発生手段に送って電力を発生させる一方、第二ガスを熱発生手段に送って熱を発生させることを特徴とする電力および熱の供給方法。
2. 第一ガスおよび第二ガスの各流量を、一方をゼロにすることを含めて変更することを特徴とする請求項１に記載した電力および熱の供給方法。
3. 電力発生手段による発電電力が所定値になるように第一ガスおよび第二ガスの各流量を制御することを特徴とする請求項２に記載した電力および熱の供給方法。
4. 可燃ガスの発生のためにガス発生手段へ送る空気および燃焼のために熱発生手段へ送る空気を、電力発生手段からの排出ガスによって予熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載した電力および熱の供給方法。
5. 製材残材をガス発生手段への投入原料とし、昼間には電力と熱とを発生させてそれぞれ製材機械の駆動と材料乾燥とに供する一方、夜間には熱のみを発生させて材料乾燥に供することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載した電力および熱の供給方法。
6. 粉粒体を含む導入ガスを、粉粒体を除去された第一ガスと粉粒体の多くを含む第二ガスとに分けるガス分配器であって、
   ケーシングの内周面に沿って導入ガスを旋回させる旋回手段を有し、内周面から離れたケーシングの中心線付近に第一ガス排出管が設けられているとともに、内周面に沿った開口をもち旋回するガスの流れる方向に延びた第二ガス排出管が設けられていることを特徴とするガス分配器。
7. 粉粒体を含む状態の可燃ガスを発生するガス発生手段を備え、その発生手段からのガスの流路に、粉粒体が除去された第一ガスと粉粒体の多くを含む第二ガスとにガスを分けるガス分配器が接続され、
   第一ガスの流路の先に電力発生手段が接続され、第二ガスの流路の先に熱発生手段が接続されていることを特徴とする電力および熱の供給装置。
8. ガス分配器またはその下流側に、第一ガス側の流路と第二ガス側の流路との間でのガスの流量比率を、一方をゼロにすることを含めて変更するための調整弁が設けられていることを特徴とする請求項７に記載した電力および熱の供給装置。
9. ガス発生手段が加圧型の部分燃焼炉であり、電力発生手段がガスタービン発電機であることを特徴とする請求項７または８に記載した電力および熱の供給装置。
10. ガス発生手段が非加圧型の部分燃焼炉であり、電力発生手段が、ガス精製機を前部に有するガスエンジン発電機であることを特徴とする請求項７または８に記載した電力および熱の供給装置。
11. 製材残材をガス発生の原料とするガス発生手段と、連続運転型の熱発生手段、および間欠運転可能な電力発生手段が組み合わされていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載した電力および熱の供給装置。
    

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