JP2005232262A - 固形バイオマス燃料のガス化装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【目的】 熱効率を向上するためガス発生炉本体とこのガス発生炉本体に設けた燃焼室との間に螺旋状のガス通路を設けた固形バイオマス燃料のガス化装置を提供する。
【構成】 固形バイオマス燃料のガス化装置１０は、内部に固形バイオマス燃料５０の燃焼部１３Ａが設けられ、上部に固形バイオマス燃料５０の導入部（燃料投入部）３０を設けた略円筒形のガス発生炉本体１１と、燃焼部１３Ａに固形バイオマス燃料５０を酸化・還元させるために空気を導入する空気導入口１７Ａが設けられた空気導入管１７と、燃焼部１３Ａの下部に設けた火格子１５とを備え、燃焼部１３Ａにて発生したガスを火格子１５の下方に導出する。さらに、火格子１５の下方に、赤熱した炭素の層を作る火格子１６を設ける。ガス発生炉本体１１内部に燃焼部１３Ａを備えた燃焼室１３と、この燃焼室１３周囲とガス発生炉本体１１との間に構成されたガス通路３５を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バイオマス燃料のガス化、特に、固形バイオマスを燃料とするガス化装置及びガス化方法に関するものである。

従来のバイオマスを燃料とした発電の方式として、
（１）バイオマス燃料を直接ボイラーで燃焼させて、蒸気タービンにより発電する方式、（２）微生物を利用してバイオマス燃料を発酵させてメタンガスを取り出し、エンジンに供給して発電する方式、
（３）バイオマス燃料をガス発生炉においてガス化して可燃ガスを発生させ、このガスを、ガスエンジンやディーゼルエンジンに供給して発電する方式等がある。

上記（１）のバイオマス燃料を直接ボイラーで燃焼させる方式は、雑木を適宜の大きさに切り割って乾燥させた薪や、大鋸屑、籾殻などをそのまま燃料として利用できる。しかし、効率の観点から、中型（５００ＫＷ）以上の発電用ボイラーが適当であり、特に、３００ＫＷ以下の分散型電源には殆ど使用されていない。また、ボイラーの性格上、熱慣性が大きく起動停止に長時間を要するため、長時間連続運転が望ましく、短時間起動停止が行われる分散型電源には不向きである。

また、上記（２）の微生物を利用してバイオマス燃料を発酵させてメタンガスを発生させる方式は、メタン菌は温度に大きく左右されるため、メタンガス発生装置等の設備が大掛かりとなって設備費が高騰してしまう。また、メタンガス発生後のバイオマス燃料の残渣処理にかかるコストも高く、全体としてコスト高となる欠点を有する。

上記（３）のバイオマス燃料をガス発生炉でガス化する方式は、既に、昭和５８年に、大鋸屑を可燃ガス化し、発生したガスをガス清浄化装置を介してエンジンに供給し、数十ＫＶＡの発電を行う、所謂大鋸屑発電が実施されている（非特許文献１）。このバイオマス燃料をガス発生炉でガス化する方式は、燃料の大鋸屑は略粉状の大きさのため、燃焼効率が低く、タール等の処理に大きな設備が必要であった。係る大鋸屑をチップ化して固形バイオマス燃料とすると燃焼効率を向上することができる。

そこで、固形バイオマス燃料を用いた固形バイオマス燃料のガス化装置としては、固形バイオマス燃料の導入部、中央部に空気の取り入れ口、下部に火格子、この火格子の下方に発生ガスの排出口を設け、前記ガス発生炉本体に設けた燃焼部内に投入した固形バイオマス燃料を酸化・還元作用（燃焼）し、得られたガスを吸込みファンによって吸引し、ガス排出パイプ、遠心力でガスに混入したゴミの粒子を分離するサイクロン、ガス排出パイプ、更にオイルフィルタ兼冷却器を介して燃料用ガスを得る固形バイオマス燃料のガス化装置が知られている
（特許文献１参照）。

また、空気をガス発生炉の下方から上方に送る方式（上向通風式）のガス化炉として、固形バイオマス燃料を酸化・還元（燃焼）して可燃性ガスが得られる固形バイオマス燃料のガス化装置は、生成ガスの顕熱、ガス化剤はチャー（炭素）の顕熱で予熱されるので熱効率はよいが、タールや油状物質が副生する。副生したタールの処理に大変な設備と経費がかかる。したがって、ガス化炉の上方から空気を送る方式（下向通風）では、生成ガスとタールが高温の燃焼域を通過するので、タール分が分解し、タール分の少ない生成ガスが得られるのでガス化炉の燃焼方式を下向通風式とした。（非特許文献２）

パワー社発行（１９９６年）、塩ノ谷幸造著「木炭自動車」、第１７〜１８頁参照 森北出版（２００１年）、横山信也著「バイオエネルギー最前線」９１頁参照） 特開２００２−２８５１７２号公報

しかしながら、ガス発生炉本体に設けた燃焼部内で固形バイオマス燃料を酸化・還元させることにより可燃ガスを得る固形バイオマス燃料のガス化装置は、化学反応した高温のガスをそのままガス排出パイプから排出するものであった。このため、固形バイオマス燃料のガス化装置の熱効率が悪く、ガス化効率が悪化してしまうという問題があった。

また、ガス発生炉本体外にガスに混入したゴミの粒子を遠心力で分離するサイクロンを設け、このサイクロンでガスに混入したゴミの粒子を取り除いていた。この場合、サイクロンはガス発生炉本体と別に設けていたため、固形バイオマス燃料のガス化装置を設置する場合に大きな設置面積が必要であった。

即ち、本発明の固形バイオマス燃料のガス化装置は、内部に固形バイオマス燃料の燃焼部を設け、上部に固形バイオマス燃料の導入部を設けた略円筒形のガス発生炉本体と、燃焼部に固形バイオマス燃料を燃焼させるために空気を導入する空気導入口が設けられた空気導入管と、燃焼部の下部に設けた火格子とを備え、燃焼部にて発生したガスを火格子の下方に導出するものであって、ガス発生炉本体に設けられ、内部に燃焼部を備えた燃焼室と、この燃焼室周囲とガス発生炉本体との間に構成されたガス通路を備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明の固形バイオマス燃料のガス化装置は、上記において、空気導入管は燃焼室の略中央に、下方から上方に延在して設けられると共に、当該空気導入管の空気出口を燃焼部の略中央に設けたことを特徴とする。

また、請求項３の発明の固形バイオマス燃料のガス化装置は、請求項１又は請求項２に加えて、燃焼室の下部に当該燃焼室上部より下方に行くに従って細くなる縮径部を設けたことを特徴とする。

また、請求項４の発明の固形バイオマス燃料のガス化装置は、請求項１、請求項２又は請求項３に加えて、燃焼室周囲に密着してガス通路内に螺旋状の案内板を設け、該案内板は燃焼室側を高く、ガス発生炉本体側を低く傾斜させると共に、案内板とガス発生炉本体との間に所定の隙間を設けたことを特徴とする。

また、請求項５の発明の固形バイオマス燃料のガス化装置は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に加えて、燃焼室上部に所定の圧力で開放するガス抜き弁を設けたことを特徴とする。

また、請求項６の発明の固形バイオマス燃料のガス化方法は、ガス発生炉本体の燃焼室内部の燃焼部に設け、当該燃焼部の略中央に設けられた空気導入口から外気を導入し、燃焼部に設けられた固形バイオマス燃料を酸化・還元させて、得られたガスを燃焼室下部に設けた縮径部を介して下方に流出させ、燃焼室とガス発生炉本体との間のガス通路内に螺旋状に設けられ、燃焼室側を高くガス発生炉本体側を低く傾斜した案内板によりガスを案内しガス通路内を通って排出することを特徴とする。

以上詳述した如く本発明によれば、内部に固形バイオマス燃料の燃焼部を設け、上部に固形バイオマス燃料の導入部を設けた略円筒形のガス発生炉本体と、燃焼部に固形バイオマス燃料を酸化・還元させるために空気を導入する空気導入口が設けられた空気導入管と、燃焼部の下部に設けた火格子とを備え、燃焼部にて発生したガスを火格子の下方に導出するものであって、ガス発生炉本体に設けられ、内部に燃焼部を備えた燃焼室と、この燃焼室周囲とガス発生炉本体との間に構成されたガス通路を備えたので、燃焼室から排出しガス通路内を通過する高温のガスと燃焼室内の固形バイオマス燃料とを熱交換することができる。これにより、燃焼室内の固形バイオマス燃料を高温のガスで加熱することができるので、固形バイオマス燃料の加熱温度を大幅に上昇させることができる。従って、固形バイオマス燃料のガス化効率を極めて向上させることができるようになるものである。

また、請求項２の発明によれば、上記において、空気導入管は燃焼室の略中央に、下方より上方に延在して設けられると共に、当該空気導入管の空気出口を燃焼部の略中央に設けたので、燃焼室内に導入する空気を炉の中央部付近に導入することで、例えば固形バイオマス燃料の燃焼高温部を炉の中央にすることができる。これによって、燃焼室の炉壁を保護することができる。

また、請求項３の発明によれば、請求項１又は請求項２に加えて、燃焼室の下部に当該燃焼室上部より下方に行くに従って細くなる縮径部を設けたので、縮径部を通過するガス流速を速くすることができる。これにより、燃焼室の中央部付近を高温にし、炉壁に流れる未反応のガス（エッジガス）を防ぐことができる。特に、縮径部を通過するガス流速を速くすることができるので、燃焼室から下方に排出されるガスに混入した質量の重いゴミの粒子だけを慣性で下方に落下させることが可能になると共に、燃焼室から下方に導出した質量の軽いガスだけを燃焼室周囲とガス発生炉本体との間に構成されたガス通路内に流入させることができる。従って、燃焼室から導出したガスに混入している質量の重い固形成分やタール分などの不純物を取り除くことができるようになるものである。

縮径部を通過後ガスは流速は遅くなるので、下方に分離したタール分などの不純物やガスに混入したゴミの粒子が上方のガス通路内に流入してしまうなどの不都合を防止することができる。これにより、不純物が殆ど混入していないガスだけをガス通路内に流入させることができる。従って、比較的清浄なガスが得られ、更に赤熱された炭素の層をゆっくり通過するので、固形バイオマス燃料のガス化効率を大幅に向上させることができるようになるものである。

また、請求項４の発明によれば、請求項１、請求項２又は請求項３に加えて、燃焼室周囲に密着してガス通路内に螺旋状の案内板を設け、該案内板は燃焼室側を高く、ガス発生炉本体側を低く傾斜させると共に、案内板とガス発生炉本体との間に所定の隙間を設けたので、螺旋状のガス通路内をガスが通過する過程でガスに遠心力を発生させることができる。この遠心力でガスより比較的重い質量のゴミの粒子を分離することができると共に、分離したゴミの粒子を案内板とガス発生炉本体との間から落下させて除去することができる。従って、小さなゴミの粒子やタール分などガスに混入している不純物を更に確実に取り除くことができるようになるものである。

また、燃焼室周囲に螺旋状の案内板を設け、隣接する案内板の間にガス通路を形成しているので、燃焼室内の固形バイオマス燃料とガス通路内の高温ガスとの熱交換時間を長くすることができる。この熱交換により燃焼室内の温度を高温に保つことができると共に、ガス通路内のガスの温度を低下させることができる。従って、固形バイオマス燃料のガス化装置の熱効率を大幅に向上させることができ、固形バイオマス燃料のガス化効率を大幅に向上させることができるようになるものである。

また、請求項５の発明によれば、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に加えて、燃焼室上部に所定の圧力で開放するガス抜き弁を設けたので、燃焼室内のガス圧力が異常上昇した場合、燃焼室内のガスを放出し燃焼室内の圧力がそれ以上上昇してしまうのを防止することができる。これによって、高圧ガスで燃焼室が変形や破損してしまうなどの不都合を未然に防止することができる。従って、燃焼室内が高圧になり過ぎず安全に管理することができる。

また、請求項６の発明によれば、ガス発生炉本体の燃焼室内部の燃焼部に設け、当該燃焼部の略中央に設けられた空気導入口から外気を導入し、燃焼部に設けられた固形バイオマス燃料を酸化・還元させて、得られたガスを燃焼室下部に設けた縮径部を介して下方に流出させ、燃焼室とガス発生炉本体との間のガス通路内に螺旋状に設けられ、燃焼室側を高くガス発生炉本体側を低く傾斜した案内板によりガスを案内しガス通路内を通って排出するので、燃焼室内の固形バイオマス燃料とガス通路内の高温ガスとの熱交換ができ、さらに、高温ガスは、例えば縮径部下方に設けた火格子上に赤熱された炭素上を通過するので、タール分の燃焼・分解と、未反応ガスの還元を助けて、固形バイオマス燃料のガス化効率を極めて向上させることができるようになる。また、縮径部によりガスに混入したゴミの粒子を慣性で下方に落下させて取り除き、また、螺旋状のガス通路内を通過する過程でガスに混入したゴミの粒子を取り除くことができるので、更に不純物の少ないガスだけを取り出すことができるようになるものである。

本発明は、熱効率を向上するためガス発生炉本体とこのガス発生炉本体に設けた燃焼室との間に螺旋状のガス通路を設けると共に、縮径部下方に設けた火格子上に、赤熱した炭素の層を設けることによって、タール分の分解と燃焼を助け、更には、未反応のガスの還元作用を助長する火格子を設けたことを特徴とする。螺旋状のガス通路内に燃焼室から導出したガスを通過させるだけの簡単な構造で固形バイオマス燃料の大幅なガス化効率を実現した。

次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の固形バイオマス燃料のガス化装置（一部縦断面図）１０の正面図、図２は同図１の固形バイオマス燃料のガス化装置１０の平面図をそれぞれ示している。本実施例の固形バイオマス燃料のガス化装置１０は、内部に固形バイオマス燃料５０の燃焼部１３Ａが設けられた縦長略円筒形のガス発生炉本体１１と、このガス発生炉本体１１内に設置され、これもまた縦長略円筒形の内筒体１２とから構成されている。

ガス発生炉本体１１及び内筒体１２は所定の厚さの鋼板にて円筒形に形成されると共に、ガス発生炉本体１１は内壁筒１１Ａとこの内壁筒１１Ａと所定の間隔を存して外側に設けられた外壁筒１１Ｂとからなる二重構造に構成されている。内壁筒１１Ａと外壁筒１１Ｂとの間には耐熱性の断熱材（図示せず）が設けられると共に、ガス発生炉本体１１上部に固形バイオマス燃料５０の燃料投入部３０（本発明の導入部に相当）が設けられている。

そして、ガス発生炉本体１１内に内筒体１２が設置された状態で、ガス発生炉本体１１の上部開口（内筒体１２の上部開口を含む）は、蓋部材２５にて開閉自在に閉塞されている。蓋部材２５は、図示しないパッキンを介してガス発生炉本体１１の上面開口（内筒体１２の上面開口を含む）に複数のボルト２５Ａで締め付け固定されている。

蓋部材２５の上面には円筒形の縦筒体２６が立設されており、この縦筒体２６は図１、図２に示すように蓋部材２５の略中央に図示しないパッキンを介してボルト２６Ａ（図２に図示）にて固定されている。尚、蓋部材２５と縦筒体２６とを溶接固定しても差し支えない。この場合、蓋部材２５と縦筒体２６間のパッキンが不要となるのでコストの低減を図ることができる。

縦筒体２６の上端にはガス抜き弁２７が設けられており、このガス抜き弁２７は縦筒体２６を介して燃焼室１３内に連通している。このガス抜き弁２７は、燃焼室１３内のガス圧力が異常に上昇してしまうのを防止することができるように構成している。即ち、ガス抜き弁２７は、燃焼室１３内が予め設定された所定の圧力（例えば、燃焼室１３内が１Ｋｇ／ｃｍ²（０．１ＭＰａ））に達したら開いて燃焼室１３内のガスを外部へ放出する。これによって、燃焼室１３内が高圧になって変形してしまうのを阻止することができると共に、燃焼室１３が高圧で爆破してしまうなどの危険性を防止することができる。尚、ガス抜き弁２７の開放圧力は１Ｋｇ／ｃｍ²（０．１ＭＰａ）に限らず、燃焼室１３の変形や爆破を防止できれば１Ｋｇ／ｃｍ²（０．１ＭＰａ）以外の圧力で開放するものであっても差し支えない。

また、縦筒体２６には図示しないホッパーにより固形バイオマス燃料５０を導入する燃料投入部３０が設けられている。燃料投入部３０は、縦筒体２６の側面に横方向に所定寸法延在して設けられた横筒体２８に接続されている。そして、固形バイオマス燃料５０はこの燃料投入部３０から燃焼室１３内に連続的に投入される。

前記内筒体１２内には固形バイオマス燃料５０を酸化・還元（燃焼）させるための燃焼部１３Ａを備えた燃焼室１３が設けられている。また、内筒体１２下部には縮径部１４が形成されており、この縮径部１４は燃焼室１３の上部より下方に行くに従って燃焼室１３より細く縮径されている。縮径部１４の下部にはスカート部１４Ａが設けられており、このスカート部１４Ａは下方に行くに従って拡開し、下端は内筒体１２と略同じ径に形成されている。このスカート部１４Ａの下端とガス発生炉本体１１の内面は、内筒体１２外面とガス発生炉本体１１内面との隙間と略同じ隙間に形成されている。

即ち、内筒体１２の下部には内筒体１２を所定寸法細径にくびれさせた縮径部１４を形成しており、この縮径部１４で燃焼室１３内から下方に導出されるガスを絞って流速を速くしている。この場合、縮径部１４を流れるガスの流速を速くすることで、その部分が高温になり化学反応を盛んにし、さらに、火格子１５又は１６上に蓄積された赤熱炭素の働きによって、タール分の分解、燃焼を助長し、さらに、未反応ガスの還元作用を助ける役目がある。

係る縮径部１４から流速の速いガスが下方（後述する下火格子１６側）に吹き付けられると、ガスに混入しているガスより質量の重い灰やゴミの粒子は慣性で下方に落下し、ゴミの粒子より質量の軽いガスはスカート部１４Ａとガス発生炉本体１１との間を通って上昇し、後述するガス通路３５に導入される。即ち、内筒体１２の下部に縮径部１４を設け、この縮径部１４内にガスを通過させることによりゴミ分離作用を持たせている。これによって、ガスに混入したゴミの粒子を取り除けるように構成している。また、下方に拡開するスカート部１４Ａにより縮径部１４から導出したガスによって、舞い上がった灰がガス通路３５内に導出されてしまうのを防止すると共に、縮径部１４の下部に下方に拡開するスカート部１４Ａによって、縮径部１４を通過したガスの流速を弱めている。

縮径部１４内には当該縮径部１４内を塞ぐ形で固形バイオマス燃料５０を落下させない火格子１５が水平に設けられている。この火格子１５は、燃焼室１３内に投入した固形バイオマス燃料５０が落下してしまうのを防止し、反応後、炭灰になった固形バイオマス燃料５０及び燃焼部１３Ａで発生したガスを通過可能な粗い格子目を有している。また、スカート部１４Ａの下端部より所定の間隔を存して下方にこれもまた灰落とし格子としての下火格子１６が設けられている。尚、火格子１５は必要に応じて取り外し可能となっている。

ここで、ガス発生炉本体１１に設けられた火格子１５は、格子の隙間が広いと固形バイオマス燃料５０の粒度が小さいと格子の隙間から落下してしまう。また、火格子１５の格子の隙間が狭いと粒度の細かい固形バイオマス燃料５０は火格子１５の目詰まりを起こし、ガスの通過を妨害し、ガス化率の低下を起こしてしまう。そこで、固形バイオマス燃料５０としては、森林間伐、流木材、剪定材、建築廃材などからなる一辺が約１０ｍｍ乃至５０ｍｍ角の木材チップ、直径約１０ｍｍ乃至５０ｍｍ球の大きさにチップ化したもの、或いは、大鋸屑を圧縮して固めた大鋸屑チップが用いられる。これにより、各固形バイオマス燃料５０間に所定の隙間を形成して、空気出口１７Ｂから各固形バイオマス燃料５０間の隙間に空気が均一に行き渡るように構成している。

一方、ガス発生炉本体１１内の下部となる下火格子１６の下方には駆動モータ２１（図３に図示）により螺旋状の灰掻き出し具２２を備えた灰出しユニット２０が設けられている。灰掻き出し具２２の先端部となるガス発生炉本体１１の側面には、当該ガス発生炉本体１１内から灰を排出するための灰排出口２３が設けられている。そして、駆動モータ２１によって灰掻き出し具２２が回転駆動するとガス発生炉本体１１内下部に溜まった灰は灰排出口２３からガス発生炉本体１１外部に排出される。

また、ガス発生炉本体１１の上部近傍には発生ガス排出管１８が設けられており、この発生ガス排出管１８の一端は後述するガス通路３５上端に連通すると共に、発生ガス排出管１８の他端は図示しないガス清浄器等を介してガスエンジンに接続される。尚、発生ガス排出管１８には安全弁１８Ａが接続されている。尚、図３では安全弁１８Ａを図示していない。

前記燃焼室１３にはガス発生炉本体１１の外部から燃焼部１３Ａに空気を導入するための所定の太さの空気導入管１７が設けられている。空気導入管１７はガス発生炉本体１１の下方外側から、下火格子１６の下部に入り、ガス発生炉本体１１の略軸心で上方に折れ曲がって燃焼室１３の上下方向略中心まで延在している。空気導入管１７の先端開口は塞がれ、空気導入管１７の先端部近傍周囲には複数の空気出口１７Ｂが設けられると共に、これら複数の空気出口１７Ｂは空気導入管１７の先端から所定寸法下方に渡って設けられている。

他方、空気導入管１７の一側（ガス発生炉本体１１の外）には空気導入口１７Ａが設けられており、この空気導入口１７Ａは空気導入管１７内を通り、複数の空気出口１７Ｂを介して燃焼室１３内に連通している。また、空気導入管１７の一側には図示しない送風機が設けられており、この送風機が運転されると外気は空気導入口１７Ａから空気導入管１７内を通って燃焼室１３内に導入される。

即ち、空気導入管１７の空気出口１７Ｂを円筒形の燃焼室１３の軸心に設けると共に、空気出口１７Ｂを燃焼室１３の上下方向略中心に設けることにより、燃焼部１３Ａの中心部付近に外気を導入できるように構成している。これにより、燃焼部１３Ａの固形バイオマス燃料５０の中心部付近に空気を行き渡らせて、燃焼室１３の略中心部を中心に燃焼部を形成する。尚、空気導入管１７の先端は燃焼室１３の中心より僅か上まで延在させても、略同様の効果を得ることができる。

他方、前記内筒体１２周囲とガス発生炉本体１１の内面は所定の隙間を有しており、この隙間内に案内板３６を設けている。この案内板３６は、内筒体１２外面からガス発生炉本体１１の内面方向に略水平（実際は燃焼室１３側が高い）に延在させた状態で、内筒体１２の外面周囲を下方から上方に螺旋状に設けている。詳しくは、案内板３６のガス発生炉本体１１側を低く内筒体１２側（燃焼室１３側）を高く傾斜させた状態で内筒体１２の外面周囲を下方から上方に螺旋状に設けている。尚、案内板３６は時計方向或いは反時計方向の何れかの方向に螺旋状に設けても差し支えない。

前記ガス通路３５は螺旋状に設けた上下の案内板３６間に形成されて、スカート部１４Ａ下端から導出させたガスをガス通路３５の下方から上方に流通させる。ここで、川の流れは中央部の水の流れは速く、両端の水の流れが遅いのは周知である。即ち、案内板３６のガス発生炉本体１１側を低く燃焼室１３側を高く傾斜させたガス通路３５を下方から上方に流通するガスの流れは、川の流れのように中央部（案内板３６の上側となる燃焼室１３側）がガスの流れが速く、端（案内板３６のガス発生炉本体１１側）はガスの流れが遅い。

ガス通路３５の下端は前記スカート部１４Ａの下方から縮径部１４内を通り上方の燃焼室１３内（燃焼部１３Ａ）に連通すると共に、ガス通路３５の上端は前記発生ガス排出管１８に連通している。即ち、燃焼室１３内の燃焼部１３Ａで発生したガスは縮径部１４、火格子１５を介してスカート部１４Ａの下方に導出され、スカート部１４Ａの下方に導出されたガスはガス通路３５の下端からガス通路３５内に流入し、燃焼室１３の周囲を旋回しながらガス通路３５の上端に至り、発生ガス排出管１８からガス清浄器等を介してガスエンジンに至るように構成されている。

また、燃焼室１３の燃焼部１３Ａで発生したガスが、ガス通路３５の下方から内筒体１２の周囲を回りながら上方に至る過程で遠心力を発生させてガスに混入しているゴミの粒子を取り除く遠心分離作用を発生させている。即ち、内筒体１２周囲にガス通路３５を螺旋状に形成し、そこにガスを速い流速で流通させることにより、近年掃除機のゴミ分離に用いられている所謂サイクロンを発生させ、ゴミの粒子に作用する遠心力でガスに混入しているゴミの粒子をガスから分離できるように構成している。ガスに混入したゴミの粒子はサイクロンで分離し、案内板３６とガス発生炉本体１１の内面との隙間から下方に落下するように構成している。

そして、サイクロンによってガス通路３５の端（ガス通路３５のガス発生炉本体１１側）に分離したガスに混入したゴミは、ガス通路３５を下方から上方に流通せずに案内板３６とガス発生炉本体１１との隙間に入りそこから下方に落下する。これにより、ガスに混入しているゴミの粒子を取り除くことができる。尚、案内板３６を複数設け、その案内板３６間に複数のガス通路３５を設けても差し支えない。この場合、複数のガス通路３５の下端はそれぞれスカート部１４Ａ下方に連通させ、上端は発生ガス排出管１８内にそれぞれ連通させる。これにより、ガス通路３５を狭くした場合でも大量のガスを発生ガス排出管１８内に導出させることができ、狭いガス通路３５を通過するサイクロンによってガスに混入したゴミの粒子を一層効果的に取り除くことができる。

係るサイクロンによってゴミの粒子が取り除かれた不純物のないガスだけがガス通路３５の上方から発生ガス排出管１８内に導出される。尚、発生ガス排出管１８とガスエンジンとの間には図示しないガス清浄器等やガス貯留タンク及び吸引ファンが設けられており、発生ガス排出管１８に導出されたガスは吸引ファンで吸引され、ガス貯留タンク内に一旦貯留された後、必要に応じてガスエンジンに供給される。

以上の構成で次に、図３を参照して固形バイオマス燃料のガス化装置１０の動作を説明する。まず、燃料投入部３０（図３では燃料投入部３０を図示していない）から固形バイオマス燃料５０が燃焼室１３内に連続的に投入される。このとき、固形バイオマス燃料５０は燃焼室１３内に略均一に供給される。そして、図示しないバーナーによって固形バイオマス燃料５０に着火された後、図３白抜き矢印で示すように空気導入管１７内から燃焼部１３Ａに導入された外気によって固形バイオマス燃料５０は燃焼室１３内の燃焼部１３Ａで酸化・還元させて可燃ガスを発生させる。燃焼部１３Ａで発生したガスで燃焼室１３内の圧力は上昇し、縮径部１４を介してスカート部１４Ａ下方に導出する。この場合、燃焼室１３下部には縮径部１４を設けているので、圧力が上昇した燃焼部１３Ａ内のガスは縮径部１４で絞られ流速を速くして下方に導出される。

そして、図３黒矢印で示すように縮径部１４より下方に導出されたガスはスカート部１４Ａで膨張して流速が遅くなるが、ガスに混入したゴミの粒子には下方向に慣性が働いているので、ガスに混入したゴミの粒子だけが下方の下火格子１６上に落下し、下火格子１６から更に下方に落下する。即ち、縮径部１４にガスを通過させることによるゴミ分離作用によってゴミの粒子が取り除かれたガスは、スカート部１４Ａの下端とガス発生炉本体１１との間を縮径部１４より大幅に狭い螺旋状のガス通路３５内に流入する。この場合、縮径部１４から導出した流速の速いガスによって灰が舞い上がった場合でも、下方に拡開するスカート部１４Ａを縮径部１４の下部に設けているので、舞い上がった灰がガス通路３５内に導出されてしまうのをスカート部１４Ａで防止することができる。このように、固形バイオマス燃料５０を酸化・還元させたガスを燃焼室１３の下方に導出させ、更に上方に移動させる方式のガス化装置を「下向きＵ形通風式ガス発生装置」と称す。

そして、螺旋状のガス通路３５内に流入したガスは速い流速で燃焼室１３（内筒体１２）周囲を回転しながら上昇していく。そこで発生するサイクロンによってガスに混入し縮径部１４にガスを通過させることによるゴミ分離作用によって取り除ききれなかった細かいゴミの粒子を、前述した如きガス発生炉本体１１内面側に分離し取り除くことができる。更に、火格子１５又は１６上の赤熱炭素に触れて、タールの燃焼・分解、又は、未反応のガスの還元作用を助長する。

この場合、燃焼室１３周囲にガス通路３５を螺旋状に設けているので燃焼室１３内の固形バイオマス燃料５０とガス通路３５内の高温ガスとの熱交換時間を長くすることができ、燃焼室１３内の温度を高温に保ちガス発生効率を向上させることができる。また、熱交換によりガス通路３５内のガスの温度を低下することができるのでガス中にタール分が含まれている場合などでも、タール分を冷却し案内板３６とガス発生炉本体１１の内面との隙間から下方に落下させることができる。これにより、発生ガス排出管１８にタール分が流出してしまうのを阻止することができるので、発生ガス排出管１８内でタールが固着してしまうのを未然に防止することができる。

また、空気導入管１７を燃焼室１３の略中央に、下方から上方に延在して設けると共に、図３に示すように空気導入管１７の空気出口１７Ｂを燃焼部１３Ａの略中央に設けている。これにより、白抜き矢印で示すように燃焼室１３内に供給した固形バイオマス燃料５０の略中央に外気を導入することができるので、燃焼部１３Ａに投入した固形バイオマス燃料５０の中央部付近に効率よく空気を送り込むことができる。従って、固形バイオマス燃料５０の燃焼効率を大幅に向上することができる。

また、燃焼室１３上部より下方に行くに従って細くなる縮径部１４を燃焼室１３の下部に設けているので、燃焼室１３から導出するガスの流速を増すことができる。これにより、燃焼室１３から下方に導出したガスより重い不純物成分を慣性で下方に落下させ取り除いた後、燃焼室１３周囲とガス発生炉本体１１との間に構成されたガス通路３５内にガスを流入させることができる。

特に、縮径部１４を通過後スカート部１４Ａではガスは流速が遅くなり還元時間が長くなる。又、下方に分離した不純物が上方のガス通路３５内に流入してしまうなどの不都合を防止することができる。これにより、ガス通路３５内には不純物が殆ど混入していないガスだけを流入させることができる。従って、固形バイオマス燃料５０のガス化効率を大幅に向上させることができるようになる。

また、燃焼室１３周囲に密着してガス通路３５内に螺旋状の案内板３６を設けている。この案内板３６はガス発生炉本体１１側を低く燃焼室１３側を高く傾斜させると共に、案内板３６とガス発生炉本体１１との間に所定の隙間を設けているので、螺旋状のガス通路３５内をガスが通過する過程でガスに遠心力を発生させることができる。これにより、ガスより比較的重い質量のゴミの粒子を遠心力で分離し、案内板３６外側のガス発生炉本体１１との間から落下させて除去することができる。従って、燃焼室１３から導出したガスに混入している固形成分やタール分などの不純物を効果的に取り除くことができる。

また、燃焼室１３周囲に螺旋状の案内板３６を設け、隣接する案内板３６間にガス通路３５を形成しているので、燃焼室１３内の固形バイオマス燃料５０とガス通路３５内の高温ガスとの熱交換時間を長くすることができる。これにより、燃焼室１３内の温度を高温に保つことができると共に、ガス通路３５内のガスの温度を低下することができる。従って、固形バイオマス燃料のガス化装置１０（下向きＵ形通風式ガス発生装置）の熱効率を大幅に向上させることができるようになり、固形バイオマス燃料５０のガス化効率を大幅に向上させることができるようになる。

また、燃焼室１３上部に所定の圧力で開放するガス抜き弁２７を設けているので、燃焼室１３内のガス圧力が異常上昇した場合でも、燃焼室１３内のガスを放出することができる。これにより、燃焼室１３内が高圧になり過ぎず固形バイオマス燃料のガス化装置１０を安全に管理することができる。

尚、実施例では、固形バイオマス燃料５０として森林間伐、流木材、剪定材、建築廃材などからなる一辺が約１０ｍｍ乃至５０ｍｍ角の木材チップ、直径約１０ｍｍ乃至５０ｍｍ球の大きさにチップ化したもの、或いは、大鋸屑を圧縮して固めた大鋸屑チップを用いたが、固形バイオマス燃料５０はこれらに限らず、直径約８ｍｍ、長さ約１５ｍｍの円筒形の木質ペレット、或いは、雑草、牧草、砂糖きび廃材などの草木系のものやＲＤＦ、籾殻、牛糞、その他の酸化・還元（燃焼）可能な廃棄物からなる固形バイオマス燃料であっても本発明は有効である。

また、実施例では固形バイオマス燃料のガス化装置１０にタール除去装置を設けていないが、本発明の固形バイオマス燃料のガス化装置１０に既に周知のタール除去装置を設置しても差し支えない。この場合、固形バイオマス燃料のガス化装置１０にタールが含まれているペレットなどの固形バイオマス燃料を使用した場合に、可燃ガス中に含まれているタール分がエンジンの吸入弁や配管に付着し、エンジンの長期連続運転が困難となるなどの悪影響を及ぼしてしまうのを防止することができる。

本発明の固形バイオマス燃料のガス化装置（一部縦断面図）の正面図である。 同図１の固形バイオマス燃料のガス化装置の平面図である。 本発明の固形バイオマス燃料のガス化装置の動作を示す模式図である。

符号の説明

１０ 固形バイオマス燃料のガス化装置
１１ ガス発生炉本体
１２ 内筒体
１３ 燃焼室
１３Ａ 燃焼部
１４ 縮径部
１４Ａ スカート部
１５ 火格子
１７ 空気導入管
１７Ａ 空気導入口
１７Ｂ 空気出口
１８ 発生ガス排出管
２０ 灰出しユニット
２５ 蓋部材
２６ 縦筒体
２７ ガス抜き弁
３０ 燃料投入部
３５ ガス通路
３６ 案内板
５０ 固形バイオマス燃料

Claims (6)

1. 内部に固形バイオマス燃料の燃焼部を設け、上部に前記固形バイオマス燃料の導入部を設けた略円筒形のガス発生炉本体と、前記燃焼部に前記固形バイオマス燃料を酸化・還元させるために空気を導入する空気導入口が設けられた空気導入管と、前記燃焼部の下部に設けた火格子とを備え、
   前記燃焼部にて発生したガスを前記火格子の下方に導出する固形バイオマス燃料のガス化装置において、
   前記ガス発生炉本体に設けられ、内部に前記燃焼部を備えた燃焼室と、この燃焼室周囲と前記ガス発生炉本体との間に構成されたガス通路を備えたことを特徴とする固形バイオマス燃料のガス化装置。
2. 前記空気導入管は前記燃焼室の略中央に、下方から上方に延在して設けられると共に、当該空気導入管の空気出口を前記燃焼部の略中央に設けたことを特徴とする請求項１の固形バイオマス燃料のガス化装置。
3. 前記燃焼室の下部に当該燃焼室上部より下方に行くに従って細くなる縮径部を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２の固形バイオマス燃料のガス化装置。
4. 前記燃焼室周囲に密着して前記ガス通路内に螺旋状の案内板を設け、該案内板は前記燃焼室側を高く、前記ガス発生炉本体側を低く傾斜させると共に、前記案内板と前記ガス発生炉本体との間に所定の隙間を設けたことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の固形バイオマス燃料のガス化装置。
5. 前記燃焼室上部に所定の圧力で開放するガス抜き弁を設けたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の固形バイオマス燃料のガス化装置。
6. ガス発生炉本体の燃焼室内部の燃焼部に設け、当該燃焼部の略中央に設けられた空気導入口から外気を導入し、前記燃焼部に設けられた固形バイオマス燃料を酸化・還元させて、得られたガスを前記燃焼室下部に設けた縮径部を介して下方に流出させ、前記燃焼室と前記ガス発生炉本体との間のガス通路内に螺旋状に設けられ、前記燃焼室側を高く前記ガス発生炉本体側を低く傾斜した案内板により前記ガスを案内し前記ガス通路内を通って排出することを特徴とする固形バイオマス燃料のガス発生方法。

Images