JP2024069853A - バイオマスガス化炉 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料ガスを効率的に生成可能で、かつ簡潔な構成で実現できる、バイオマスガス化炉を提供する。【解決手段】バイオマスガス化炉１Ａは、木質のバイオマス原料Ｆを加熱してガス化し、燃料ガスＧを生成する。バイオマスガス化炉１Ａは、熱源３と、バイオマス原料Ｆを収容し、熱源３からの熱によりバイオマス原料Ｆから燃料ガスＧを生成する容器部２と、容器部２の上側に設けられ、生成された燃料ガスＧを外部へと排出する燃料ガス排出部１５と、燃料ガスＧを燃料ガス排出部１５へと誘導するような気流を生成する燃料ガス誘導部１７と、を備えている。バイオマスガス化炉１Ａは、容器部２の底部に、バイオマス原料Ｆから燃料ガスＧが生成された後に残る残渣Ｚを、気流により燃料ガスＧとともに外部へと排出される大きさの粉粒体Ｐに粉砕する、残渣粉砕部５を更に備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマスガス化炉に関する。

バイオマス原料から生成した燃料ガスを燃料として、発電等を目的として使用することが行われている。燃料ガスは、バイオマス原料をバイオマスガス化炉で加熱してガス化することにより生成される。

このようなバイオマスガス化炉として、例えば特許文献１には、外熱式ロータリーキルン形式の熱分解部と、ガス化部とを備えたバイオマスガス化装置の構成が開示されている。熱分解部は、バイオマス原料を間接加熱して熱分解し、タール分を含む熱分解ガスとチャーを発生させる。ガス化部は、熱分解部から抽出されるタール分を含む熱分解ガスおよびチャーに対し、酸化ガスが導入されて、タール分を熱分解させるとともに、チャーをガス化させる。

特開２００７－１７７１０６号公報

ところで、特許文献１の構成においては、バイオマス原料から燃料ガスが生成された後に残る、バイオマス原料の残渣は、熱分解部の下方に区画形成された捕集部に落下し、スクリューフィーダによって搬出される。このように、残渣を排出するための機構を設けることにより、バイオマスガス化装置が複雑かつ大型なものとなる。
また、バイオマスガス化装置内の熱が、捕集部からスクリューフィーダ等の残渣を排出する機構を介して伝播し、外部へと漏れてしまう。これにより、バイオマスガス化装置の熱効率が低減し、燃料ガスの生成効率も低減する。

本発明の目的は、燃料ガスを効率的に生成可能で、かつ簡潔な構成で実現できる、バイオマスガス化炉を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明のバイオマスガス化炉は、木質のバイオマス原料を加熱してガス化し、燃料ガスを生成する、バイオマスガス化炉であって、熱源と、前記バイオマス原料を収容し、前記熱源からの熱により前記バイオマス原料から前記燃料ガスを生成する容器部と、前記容器部の上側に設けられ、生成された前記燃料ガスを外部へと排出する燃料ガス排出部と、前記燃料ガスを前記燃料ガス排出部へと誘導するような気流を生成する燃料ガス誘導部と、を備え、前記容器部の底部に、前記バイオマス原料から前記燃料ガスが生成された後に残る残渣を、前記気流により前記燃料ガスとともに外部へと排出される大きさの粉粒体に粉砕する、残渣粉砕部を更に備えている。

本発明によれば、燃料ガスを効率的に生成可能で、かつ簡潔な構成で実現できる、バイオマスガス化炉を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係るバイオマスガス化炉の構成を示す断面図である。 図１のバイオマスガス化炉の残渣粉砕部の構成を示す断面図である。 残渣粉砕部の基体の上面を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るバイオマスガス化炉の第１変形例の構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るバイオマスガス化炉の第２変形例の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るバイオマスガス化炉の第３変形例の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明の実施形態に係るバイオマスガス化炉の構成を示す断面図を図１に示す。
バイオマスガス化炉１Ａは、木質のバイオマス原料Ｆを加熱してガス化し、燃料ガスＧを生成する。バイオマスガス化炉１Ａは、容器部２と、熱源３と、残渣粉砕部５と、制御部８０と、を主に備えている。

容器部２は、バイオマス原料Ｆを収容し、熱源３からの熱によりバイオマス原料Ｆから燃料ガスを生成する。本実施形態においては、容器部２は、軸線Ｃが上下方向に延在するように設けられた、外筒１０と、内筒２０と、を備えている。
外筒１０は、軸線Ｃに沿って上下方向に延びる円筒状の筒状部１１と、筒状部１１の上端を閉塞する天板部１２と、筒状部１１の下端を閉塞する底板部１３と、を一体に備えている。

内筒２０は、外筒１０に対し、軸線Ｃを中心とした径方向の内側に間隔をあけて設けられている。内筒２０は、軸線Ｃが上下方向に延在するよう、円筒状に形成されている。これにより、外筒１０と内筒２０とは、同一の軸線Ｃを中心とした二重筒構造とされている。内筒２０の内側には、上下方向に延びる円柱状の内部空間Ｓ１が形成されている。内筒２０の下端２０ｂは、外筒１０の下端１０ｂよりも上方に位置するように設けられている。内筒２０の上部２０ｔは、外筒１０の天板部１２を貫通して上方に突出している。

内筒２０の上端には、上方に向けて開口する開口部２０ｈが形成されている。開口部２０ｈは、バイオマス原料Ｆの供給口である。バイオマスガス化炉１Ａは、開口部２０ｈの上方に、コンベア等の、図示されないバイオマス原料供給部を備えている。バイオマス原料Ｆは、バイオマス原料供給部によって、開口部２０ｈの上方から、内筒２０の内側の内部空間Ｓ１に供給される。供給されたバイオマス原料Ｆは、後述する残渣粉砕部５上に、残渣粉砕部５の上端から、上方の内筒２０の内側にまで堆積し、堆積部１００を形成する。

内筒２０と外筒１０との間には、上方から見て円環状をなす空間Ｓが形成されている。この空間Ｓは、内筒２０の下端２０ｂから外筒１０の天板部１２まで、上下方向に連続して延びている。内筒２０の下端２０ｂより下に位置する、外筒１０内の底部には、上方から見て円形の底部空間Ｓ３が形成されている。底部空間Ｓ３は、内部空間Ｓ１、及び空間Ｓの下側に形成されている。内部空間Ｓ１と、空間Ｓとは、底部空間Ｓ３を介して互いに連通している。

熱源３は、容器部２内に収容されたバイオマス原料Ｆを加熱し、バイオマス原料Ｆから燃料ガスを生成する。本実施形態において、熱源３として、反応炉３０が設けられている。反応炉３０は、容器部２の外に設けられている。反応炉３０は、外筒１０を外方から加熱する。反応炉３０は、外筒１０の筒状部１１を、外筒１０の径方向の外方から取り囲むように形成されている。反応炉３０は、外周壁部３１と、上壁部３２と、底壁部３３と、を一体に有している。外周壁部３１は、外筒１０の筒状部１１に対して、間隔をあけて設けられている。外周壁部３１は、上下方向に延びる筒状に形成されている。外周壁部３１を上方から見た際の断面形状は、円形、楕円形、多角形状等、いかなる形状であってもよい。上壁部３２は、外筒１０の筒状部１１の上端よりも下方に配置されている。上壁部３２は、外周壁部３１の上端と、外筒１０の筒状部１１との間を上方から閉塞している。底壁部３３は、外筒１０の底板部１３と、ほぼ同じ高さに配置されている。底壁部３３は、外周壁部３１の下端と、外筒１０の筒状部１１との間を下方から閉塞している。反応炉３０の全体は、図示されない断熱材によって覆われた構成となっている。

反応炉３０は、流体入口３４と、流体出口３５と、を更に備えている。流体入口３４は、反応炉３０の下部に形成されている。流体入口３４は、反応炉３０の外部から供給される高温流体Ｈを、反応炉３０内に送り込むためのものである。高温流体Ｈとしては、例えば１０００℃以上のガスが用いられる。流体入口３４から反応炉３０内に送り込まれた高温流体Ｈは、外筒１０を外方から加熱する。外筒１０を加熱する高温流体Ｈの熱エネルギーは、輻射伝熱等により外筒１０から空間Ｓを通して内筒２０にも伝播し、内筒２０を外方から加熱する。流体出口３５は、反応炉３０の上部に形成されている。流体出口３５は、反応炉３０内に送り込まれた高温流体Ｈを、反応炉３０外に排出するためのものである。流体出口３５から排出される、反応処理に用いられた後の高温流体Ｈの余剰熱エネルギーは、例えば、適宜のボイラー、熱交換器等で利用することができる。

バイオマスガス化炉１Ａは、燃料ガス排出部１５と、燃料ガス誘導部１７と、フィルタ１９と、を更に備えている。
燃料ガス排出部１５は、外筒１０の上側（上部）に、内筒２０と外筒１０の間の空間Ｓと外筒１０の外部とが連通するように形成されている。燃料ガス排出部１５は、空間Ｓ内の燃料ガスＧを、外筒１０の外部へと排出する。燃料ガス排出部１５は、外部のダクト１６に接続されている。

燃料ガス誘導部１７は、燃料ガスＧを燃料ガス排出部１５へと誘導するような気流を生成する。本実施形態においては、燃料ガス誘導部１７として、燃料ガス排出部１５の外側に、ファン１８が設けられている。ファン１８は、モータ等の駆動源（図示無し）によって回転駆動される。ファン１８は、空間Ｓに負圧を生じさせて空間Ｓ内の燃料ガスＧを吸引し、燃料ガス排出部１５へと誘導するように設けられている。このような構成により、燃料ガスＧは、内筒２０と外筒１０の間の空間Ｓを通じて排出される。より詳細には、燃料ガスＧは、内筒２０と外筒１０の間の空間Ｓを、上方へと誘導された後に、排出される。
フィルタ１９は、燃料ガス排出部１５からダクト１６に排出された燃料ガスＧから、粉粒体を排除する。フィルタ１９は、図１においてはダクト１６内に設けられているように図示されているが、実際には、ダクト１６の先に設けられた図示されない集塵機の内部に設けられている。フィルタ１９で除塵された燃料ガスＧは、ガス冷却器で例えば４０℃以下に冷却される。冷却された燃料ガスＧは、内燃機関等の適宜の下流側設備へと供給される。

残渣粉砕部５は、容器部２の底部に、すなわち底部空間Ｓ３の内部に設けられている。残渣粉砕部５は、内筒２０の下端２０ｂよりも下方に設けられている。内筒２０の下端２０ｂと、残渣粉砕部５との間には、上下方向に隙間２Ｓが設けられている。残渣粉砕部５は、バイオマス原料Ｆから燃料ガスＧが生成された後に残る残渣Ｚを粉砕する。残渣Ｚは、バイオマス原料Ｆから燃料ガスＧが生成された結果として残されたものである。この残渣Ｚには、チャーやクリンカが含まれる。チャーは、バイオマス原料Ｆから燃料ガスＧが生成される一連の化学反応において、燃料ガスＧの生成に使用されずに残されたものである。クリンカは、バイオマス原料Ｆに含まれる灰分等の物質が、熱源３からの熱により溶融して固形化した塊である。
残渣粉砕部５は、残渣Ｚを、燃料ガス誘導部１７によって生成される気流により、燃料ガスＧとともに燃料ガス排出部１５から外部へと排出される程度の大きさの、粉粒体Ｐに粉砕する。

図２は、図１のバイオマスガス化炉の残渣粉砕部の構成を示す断面図である。
図１、図２に示されるように、残渣粉砕部５は、基体５１と、回転体５２と、を備えている。基体５１と回転体５２は、蓄熱性が高く、熱変形が少ない物質で形成されている。本実施形態においては、基体５１と回転体５２は、セラミックスで形成されている。
基体５１は、容器部２の底面に、すなわち外筒１０の底板部１３上に固定されている。基体５１は、上下方向から見ると、円形に形成されている。
回転体５２は、基体５１の上方に設けられている。回転体５２も、基体５１と同様に、上下方向から見ると、円形に形成されている。回転体５２は、上下方向に延在する回転軸５２ｓの上端部に接続されている。回転軸５２ｓは、基体５１と容器部２の底面を貫通して下方に延びている。回転軸５２ｓは、モータ５２ｍ等の駆動源により回転駆動される。回転軸５２ｓが回転駆動されることで、基体５１の上方で、回転体５２が回転軸５２ｓ周りに回転駆動される。これにより、回転体５２は、基体５１に対し、相対的に回転する。

図２に示されるように、回転体５２の下面５２ｂには、凹部５３と、外縁部５４と、が形成されている。凹部５３は、回転体５２の下面５２ｂの中央部に形成されている。凹部５３は、径方向外側から径方向内側に向かって、上方へと凹むように円錐状に形成されている。外縁部５４は、凹部５３の径方向外側に形成されている。外縁部５４は、基体５１の上面５１ｔに近接するよう形成されている。これにより、基体５１の上面５１ｔと凹部５３との間には、径方向内側から外側に向かうにつれて、漸次高さが小さくなるような、内部空間５Ｓが形成されている。

上記のように、残渣粉砕部５は、粉粒体Ｐが、燃料ガス誘導部１７によって生成される気流に乗って燃料ガス排出部１５から外部へと排出される程度の大きさとなるように、残渣Ｚを粉砕する。粉砕された粉粒体Ｐの粒径は、大きくとも、例えば２～５ｍｍ程度とするのが好ましい。粉粒体Ｐの粒径の、より好ましい範囲は、例えば、３μｍ～２０μｍ程度である。
外縁部５４における、回転体５２の下面５２ｂと、基体５１の上面５１ｔとの間の間隔は、上記のような、粉砕された粉粒体Ｐの粒径と同程度の大きさとなるように、回転体５２は、基体５１に対して位置づけられている。

回転体５２には、回転体５２の上面５２ｔと凹部５３とを上下に貫通する孔５５が形成されている。孔５５は、回転体５２の上面５２ｔから内部空間５Ｓに連通するよう形成されている。回転体５２の上面５２ｔには、孔５５の上端部に、上方に向かって漸次拡径するように形成された、テーパ部５５ｔが設けられている。また、回転体５２の上面５２ｔの外周部には、上方に向かって立ち上がる周壁部５２ｗが形成されている。

図３は、残渣粉砕部の基体の上面を示す平面図である。
図３に示されるように、基体５１の上面５１ｔには、径方向内側から外縁に至るように、複数の誘導溝５７、５８が形成されている。複数の誘導溝５７、５８は、複数の誘導主溝５７と、複数の誘導分岐溝５８を備えている。複数の誘導主溝５７は、基体５１の上面５１ｔを、回転軸５２ｓを中心として周方向に等角度（例えば４５°）に区分するように、径方向内側から外周部まで、放射状に延びるように形成されている。これにより、基体５１の上面５１ｔは、複数のエリア５７ａに区分されている。
各エリア５７ａにおいて、誘導分岐溝５８は、複数本（例えば２本）、互いに平行に延びるように形成されている。複数の誘導分岐溝５８の各々は、誘導主溝５７から、誘導主溝５７よりも回転体５２の回転方向Ｒ側に位置するエリア５７ａに向けて、誘導主溝５７の外側を向く方向から斜めに、例えば４５°の角度をつけて分岐し、外周部まで延伸するように設けられている。

制御部８０は、バイオマスガス化炉１Ａの動作を制御する。バイオマスガス化炉１Ａは、センサ８１を備えている。センサ８１は、内筒２０内の、堆積部１００の高さ、すなわち堆積部１００の上端の位置を検出する。制御部８０は、センサ８１で検出される堆積部１００の高さに基づいて、残渣粉砕部５の動作を制御する。制御部８０は、センサ８１で検出される堆積部１００の高さが、所定の高さ閾値以下の場合には、残渣粉砕部５を停止させ、バイオマス原料供給部からバイオマス原料Ｆを供給する。制御部８０は、センサ８１で検出される堆積部１００の高さが、高さ閾値を越えた場合に、バイオマス原料供給部からのバイオマス原料Ｆの供給を停止し、残渣粉砕部５を稼働させる。
バイオマス原料供給部からバイオマス原料Ｆを常時供給する構成としたうえで、制御部８０は、センサ８１で検出される堆積部１００の高さが、所定の高さ閾値以下の場合には、残渣粉砕部５を停止させ、高さ閾値を越えた場合に、残渣粉砕部５を稼働させるようにしてもよい。

このようなバイオマスガス化炉１Ａにおいては、バイオマス原料Ｆが、開口部２０ｈの上方から供給される。バイオマス原料Ｆは、例えば、枝葉、樹皮等の木質材料である。バイオマス原料Ｆは、バイオマスガス化炉１Ａへの供給に先立ち、細かく砕かれる。バイオマス原料Ｆは、開口部２０ｈから供給できるようであれば、どのような大きさのものであっても構わない。バイオマス原料Ｆは、粒状のものであれば、例えば一般的に製紙用として用いられる５０ｍｍ程度の粒径のものが用いられても構わない。ただし、バイオマス原料Ｆは、細かいほど全体の表面積が大きくなるため、燃料ガスＧの生成効率が高くなる。したがって、バイオマス原料Ｆは、例えば１０ｍｍ程度の粒径のものが最も多くなるような粒度分布とするのが好ましい。また、細長い形状の、いわゆるピンチップであれば、最大の長さが５０ｍｍ程度となるようにするのが好ましい。

開口部２０ｈから内筒２０の内側の内部空間Ｓ１に供給されたバイオマス原料Ｆは、残渣粉砕部５上に堆積し、堆積部１００を形成する。堆積部１００は、残渣粉砕部５の上面から内筒２０の内側にまで堆積する。堆積部１００の下端に位置するバイオマス原料Ｆは、バイオマス原料Ｆから燃料ガスＧが生成された結果として残された残渣Ｚとして、残渣粉砕部５に供給され、残渣粉砕部５によって粉砕される。その結果として、残渣Ｚが粉砕された粉粒体Ｐが生成される。生成された粉粒体Ｐは、残渣粉砕部５の径方向外側に順次排出される。このようにして、堆積部１００は、上方から下方へと順次下降（沈降）していく。これに伴って、堆積部１００の高さが低減し、所定の高さ閾値以下となると、制御部８０は、残渣粉砕部５を停止させ、バイオマス原料供給部からバイオマス原料Ｆを投入する。

内筒２０の内側に投入されたバイオマス原料Ｆは、堆積部１００を形成するバイオマス原料Ｆが上方から下方に向かって順次下降していく過程で、熱源３からの熱により加熱されて、熱分解反応、酸化反応、還元反応を順次生じる。これによって、燃料ガスＧが生成される。
生成された燃料ガスＧは、ファン１８により吸引されることで生じる気流により、残渣粉砕部５と内筒２０の下端２０ｂとの間の隙間２Ｓから径方向の外側へと誘導され、内筒２０と外筒１０の間の空間Ｓへと流出する。その後、燃料ガスＧは、内筒２０と外筒１０の間の空間Ｓを、下方から上方に向かって上昇していき、燃料ガス排出部１５から外部へと排出される。

堆積部１００のバイオマス原料Ｆは、下側に位置するものほど早い時間に容器部２に供給されて、燃料ガスＧを生成する化学反応が長い時間進行し、結果としてチャーが残される。
また、バイオマス原料Ｆに含まれる灰分等の物質が、熱源３からの熱により溶融して固形化することで、クリンカが生成される。
このような、チャーやクリンカを含む残渣Ｚのなかで、燃料ガス誘導部１７によって生成される気流の速さよりも自由落下する速度が小さい程度に体積が小さなものにおいては、残渣粉砕部５と内筒２０の下端２０ｂとの間の隙間２Ｓから内筒２０と外筒１０の間の空間Ｓへと流出する燃料ガスＧとともに、気流に乗って、燃料ガス排出部１５から外部へと排出される。

燃料ガス誘導部１７によって生成される気流の速さよりも自由落下する速度が大きな残渣Ｚ（チャーやクリンカ）は、残渣粉砕部５の上に堆積する。残渣粉砕部５には、このような、残渣粉砕部５上に堆積した堆積部１００の、下端に位置するバイオマス原料Ｆが、バイオマス原料Ｆから燃料ガスＧが生成された結果として残された残渣Ｚとして、供給される。
図２に示されるように、回転体５２の上面５２ｔに周壁部５２ｗが形成されているため、残渣Ｚが、回転体５２の上面５２ｔから、径方向外側に崩れ落ちるのを抑えることができる。

残渣粉砕部５上に堆積した堆積部１００の下端の部分は、残渣Ｚとして、回転体５２の上面５２ｔに設けられたテーパ部５５ｔにより孔５５の方向へと誘導されて、回転体５２の上面５２ｔから孔５５を介して内部空間５Ｓへと導入されることで、残渣粉砕部５へと供給される。
基体５１の上面５１ｔと凹部５３との間の内部空間５Ｓに供給された残渣Ｚは、回転体５２の回転により、回転体５２の回転方向Ｒに回転するように流動する。ここで、基体５１の上面５１ｔには、径方向内側から外縁に至るように、複数の誘導溝５７、５８が形成されている。特に誘導分岐溝５８は、回転軸５２ｓを中心として放射状に延びるように形成された誘導主溝５７から、誘導主溝５７よりも回転体５２の回転方向Ｒ側に位置するエリア５７ａに向けて、誘導主溝５７の外側を向く方向から斜めに、角度をつけて分岐して設けられている。このため、残渣Ｚが回転方向Ｒに回転するように流動する過程で、残渣Ｚは誘導分岐溝５８に沿って、径方向外側に向けて誘導される。このようにして、残渣Ｚは、複数の誘導溝５７、５８から受ける力を受けて、誘導溝５７、５８に沿って、内部空間５Ｓ内を径方向外側の外縁部５４へと誘導されていく。
また、残渣Ｚは、基本的には常時、回転体５２の上面５２ｔから内部空間５Ｓへと供給される。このように、後続して供給される残渣Ｚによって内側から押されることによっても、残渣Ｚは、径方向外側の外縁部５４へと誘導される。

残渣Ｚは、基体５１の上面５１ｔと回転体５２の外縁部５４との間で摺り潰されることで、燃料ガス誘導部１７によって生成される気流により、燃料ガスＧとともに燃料ガス排出部１５から外部へと排出される大きさの粉粒体Ｐへと粉砕される。
粉粒体Ｐは、回転体５２の外縁部５４と、基体５１の上面５１ｔとの間から、径方向外側の底部空間Ｓ３に排出される。排出された粉粒体Ｐは、燃料ガス誘導部１７によって生成される気流により、上方に吸い上げられ、燃料ガスＧとともに燃料ガス排出部１５から外部へと排出される。

ここで、残渣Ｚに含まれるクリンカも、残渣粉砕部５で粉砕される。
クリンカは、堆積部１００の全体にわたって生成される。容器部２等のバイオマスガス化炉１Ａの表面に接して位置するクリンカが、表面に付着すると、熱源３からの熱により加熱されて熱を帯び、溶融して、付着した表面に損傷を与えることがある。クリンカは、燃料ガスＧの生成を継続していると、時間の経過とともに成長する。堆積部１００は時間とともに下へと沈降するため、堆積部１００は下側になるほど、大きなクリンカを有し得る。
残渣粉砕部５を備えずに、堆積部１００の下側の残渣Ｚを外部へと排出する構成とした場合においては、残渣Ｚには成長したクリンカが大きなまま残された状態となるため、残渣Ｚを容器部２の外部に排出するための、スクレーパやスクリューフィーダ等を含む、バイオマスガス化炉の各種設備の表面に付着し、損傷を与える可能性が高くなる。
これに対し、上記したような残渣粉砕部５を備えることで、成長したクリンカも残渣粉砕部５で粉砕されて粉粒体Ｐとなり、気流に乗って排出される。これにより、クリンカがバイオマスガス化炉１Ａに損傷を与える可能性が低減される。

回転体５２の外縁部５４と、基体５１の上面５１ｔとの間から排出された粉粒体Ｐの一部が、基体５１の外側の、外筒１０の底板部１３上に堆積するような場合に備え、外筒１０の底板部１３を取り外して、底板部１３上を定期的に清掃することができるようにするのが望ましい。

燃料ガス誘導部１７によって生成される気流により燃料ガス排出部１５から外部へと排出された燃料ガスＧが、フィルタ１９内を通過することにより、燃料ガスＧから粉粒体Ｐが分離される。

上述したようなバイオマスガス化炉１Ａは、木質のバイオマス原料Ｆを加熱してガス化し、燃料ガスＧを生成する、バイオマスガス化炉１Ａである。バイオマスガス化炉１Ａは、熱源３と、バイオマス原料Ｆを収容し、熱源３からの熱によりバイオマス原料Ｆから燃料ガスＧを生成する容器部２と、容器部２の上側に設けられ、生成された燃料ガスＧを外部へと排出する燃料ガス排出部１５と、燃料ガスＧを燃料ガス排出部１５へと誘導するような気流を生成する燃料ガス誘導部１７と、を備えている。バイオマスガス化炉１Ａは、容器部２の底部に、バイオマス原料Ｆから燃料ガスＧが生成された後に残る残渣Ｚを、気流により燃料ガスＧとともに外部へと排出される大きさの粉粒体Ｐに粉砕する、残渣粉砕部５を備えている。
このようなバイオマスガス化炉１Ａによれば、容器部２の内側に収容されたバイオマス原料Ｆからは、熱源３からの熱による反応で、燃料ガスＧが生成される。生成された燃料ガスＧは、燃料ガス誘導部１７により生成された気流により、燃料ガス排出部１５へと誘導され、外部へと排出される。
バイオマス原料Ｆの、燃料ガスＧが生成された結果として残された残渣Ｚは、容器部２の底部に設けられた残渣粉砕部５により粉砕される。この残渣Ｚは、気流により燃料ガスＧとともに外部へと排出される大きさの粉粒体Ｐとなるまで粉砕される。このため、残渣Ｚが粉砕されて生成された粉粒体Ｐは、燃料ガスＧとともに気流に乗って、燃料ガス排出部１５から外部へと排出される。したがって、バイオマス原料Ｆの残渣Ｚを排出するための、スクリューフィーダ等の機構を、特段に設ける必要がない。これにより、バイオマスガス化炉１Ａの構造が簡潔なものとなる。
上記のように、バイオマスガス化炉１Ａに、バイオマス原料Ｆの残渣Ｚを排出するための機構が不要となるため、このような機構を介してバイオマスガス化炉１Ａ内部の熱の、外部への漏洩が抑制される。したがって、バイオマスガス化炉１Ａの熱効率が向上する。
更に、残渣Ｚは、残渣粉砕部５により粉砕されて粉粒体Ｐとなることにより、一定量の残渣Ｚあたりの表面積が大きくなる。このため、粉粒体Ｐが気流に乗って燃料ガスＧとともに燃料ガス排出部１５へと誘導される過程で、ガス化反応により燃料ガスＧが生成されやすくなる。特に、残渣Ｚを排出するための機構が設けられた場合において当該機構により外部へと排出されたはずの残渣Ｚも、残渣粉砕部５によって粉砕されて粉粒体Ｐとなり、気流に乗って燃料ガス排出部１５へと誘導される過程で燃料ガスＧが生成される。したがって、残渣Ｚを排出するための機構が設けられた構造に比べると、同じ量のバイオマス原料Ｆを供給した場合に生成される燃料ガスＧの総量が多くなる。
以上の効果が相乗し、燃料ガスＧを効率的に生成することができる。
結果として、燃料ガスＧを効率的に生成可能で、かつ簡潔な構成で実現できる、バイオマスガス化炉１Ａを提供することができる。

既に説明したように、残渣粉砕部５を備えずに、堆積部１００の下側の残渣Ｚを外部へと排出する構成とした場合においては、容器部２の内部には、成長したクリンカが大きなまま、残渣Ｚ中に残された状態となるため、残渣Ｚを容器部２の外部に排出するための、スクレーパやスクリューフィーダ等を含む、バイオマスガス化炉の各種設備の表面に付着し、損傷を与える可能性が高くなる。
これに対し、上記したような残渣粉砕部５を備えることで、成長したクリンカも残渣粉砕部５で粉砕されて粉粒体Ｐとなり、気流に乗って排出される。これにより、クリンカがバイオマスガス化炉１Ａに損傷を与える可能性が低減される。

また、上記のように、バイオマスガス化炉１Ａを簡潔な構成で実現することができるため、バイオマスガス化炉１Ａの製造コストを低減可能である。更には、定期的なメンテナンスにおける、メンテナンス作業が容易となるため、運用コストをも低減することができる。

また、容器部２は、軸線Ｃが上下方向に延在するように設けられた内筒２０と外筒１０を備え、内筒２０の下端２０ｂは、外筒１０の下端１０ｂよりも上方に設けられ、残渣粉砕部５は、内筒２０の下端２０ｂよりも下方に設けられ、バイオマス原料Ｆは、残渣粉砕部５上に、内筒２０の内側にまで堆積した堆積部１００を形成されるように供給され、残渣粉砕部５には、残渣粉砕部５上に堆積した堆積部１００の下端の部分が残渣Ｚとして供給される。
このような構成により、残渣粉砕部５には、残渣粉砕部５上に、内筒２０の内側にまで堆積した堆積部１００の下端の部分が残渣Ｚとして供給されるので、基本的には、全ての残渣Ｚが、内筒２０から直接、残渣粉砕部５に供給されることになる。このため、容器部２の、クリンカが付着する可能性がある場所が、内筒２０の内部のみに限定される。これにより、バイオマスガス化炉１Ａの損傷が抑制される。

また、内筒２０の下端２０ｂと、残渣粉砕部５との間には、隙間２Ｓが設けられ、生成された燃料ガスＧは、隙間２Ｓから内筒２０と外筒１０の間の空間Ｓへと流出し、当該空間Ｓを上方へと誘導された後に燃料ガス排出部１５から排出される。
このような構成によれば、内筒２０内で生成された燃料ガスＧは、内筒２０の下端２０ｂと残渣粉砕部５との間の隙間２Ｓから、内筒２０と外筒１０の間の空間Ｓへと流出する。これにより、燃料ガスＧが残渣Ｚとともに残渣粉砕部５に送り込まれるのが抑制され、燃料ガスＧを、燃料ガス排出部１５から効率良く排出することができる。

また、残渣粉砕部５は、容器部２の底面に固定される基体５１と、基体５１の上方に設けられ、上下方向に延在する回転軸５２ｓ周りに回転する回転体５２と、を備えている。回転体５２の下面５２ｂには、上方へと凹むように円錐状に形成された凹部５３と、凹部５３の径方向外側に位置して、基体５１の上面５１ｔに近接する外縁部５４と、が形成されている。
ここで、残渣Ｚは、基体５１の上面５１ｔと凹部５３との間に形成される内部空間５Ｓに供給され、内部空間５Ｓ内を径方向外側の外縁部５４へと誘導されて、基体５１の上面５１ｔと回転体５２の外縁部５４との間で摺り潰されることで粉粒体Ｐが生成される。
このような構成によれば、残渣粉砕部５が、基体５１と回転体５２とを備えた、臼のような構成をなす。このような残渣粉砕部５においては、基体５１の上面５１ｔと回転体５２の凹部５３との間に形成される内部空間５Ｓに供給された残渣Ｚが、内部空間５Ｓ内を径方向外側の外縁部５４へと誘導されて、残渣粉砕部５から排出される過程で、摺り潰されることで、残渣Ｚの粒径が徐々に小さくなる。残渣Ｚは、最終的に基体５１の上面５１ｔと回転体５２の外縁部５４との間で摺り潰されることにより、基体５１の上面５１ｔと回転体５２の外縁部５４との間隔に応じた粒径の粉粒体Ｐとなる。このようにして、粉粒体Ｐが、気流により燃料ガスＧとともに外部へと排出される大きさとなるまで、残渣Ｚが粉砕される。

また、回転体５２には、回転体５２の上面５２ｔと凹部５３とを上下に貫通して、基体５１の上面５１ｔと凹部５３との間に形成される内部空間５Ｓに連通する孔５５が設けられ、残渣Ｚは、回転体５２の上面５２ｔから孔５５を介して内部空間５Ｓへと導入される。
このような構成によれば、バイオマス原料Ｆから燃料ガスＧが生成された結果として残された残渣Ｚを、容器部２から、回転体５２の上面５２ｔと凹部５３とを上下に貫通する孔５５を通して、内部空間５Ｓ内へと導入することができる。したがって、バイオマス原料Ｆから燃料ガスＧが生成される過程で、順次生成される残渣Ｚを、残渣粉砕部５で順次連続的に摺り潰すことができる。

また、基体５１と回転体５２はセラミックスで形成されている。
このような構成によれば、基体５１と回転体５２とを、蓄熱性が高いセラミックスで形成することによって、基体５１と回転体５２とが蓄熱体となり、バイオマス原料Ｆや粉粒体Ｐに対する伝熱面積が増加し、燃料ガスＧへのガス化が促進される。
また、セラミックスは熱変形が少なく、基体５１と回転体５２との熱変形が抑えられる。このため、例えば熱変形により回転体５２の外縁部５４が基体５１の上面５１ｔに接触、押圧されて、回転体５２が回転しなくなるような不具合を、抑制することができる。したがって、バイオマスガス化炉１Ａを安定して稼働させることができる。

また、熱源３は、容器部２の外に設けられた反応炉３０である。
このような構成によれば、容器部２の外に設けられた反応炉３０によって、容器部２内のバイオマス原料Ｆに対して十分な熱が供給される。その結果、バイオマス原料Ｆから燃料ガスＧを効率良く得ることができる。

また、燃料ガス誘導部１７は、燃料ガス排出部１５の外側に設けられたファン１８であり、燃料ガス排出部１５から排出された燃料ガスＧから、粉粒体Ｐを排除するフィルタ１９を更に備えている。
このような構成によれば、ファン１８により、燃料ガスＧを燃料ガス排出部１５へと誘導するような気流を生成し、燃料ガスＧを効率良く外部に排出することができる。
また、フィルタ１９により、燃料ガス排出部１５から排出された燃料ガスＧから、粉粒体Ｐを排除することができる。

（実施形態の第１変形例）
なお、本発明のバイオマスガス化炉は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、外筒１０の底板部１３の外周部から、筒状部１１が直交して上方に延びている。
図４は、本発明の実施形態に係るバイオマスガス化炉の第１変形例の構成を示す平面図である。
例えば、図４に示すバイオマスガス化炉１Ｂのように、外筒１０の底板部１３の外周部と、筒状部１１の下端部との間に、湾曲面１４を形成するようにしてもよい。このような湾曲面１４を設けることで、底板部１３の外周部と筒状部１１の下端部が交差する部分で、粉粒体Ｐが長時間留まるのを抑えることができ、粉粒体Ｐが気流に乗って、燃料ガスＧとともに排出されやすくなる。

（実施形態の第２変形例）
図５は、本発明の実施形態に係るバイオマスガス化炉の第２変形例の構成を示す平面図である。
図５に示すバイオマスガス化炉１Ｃのように、外筒１０の底板部１３の外周部に堆積する粉粒体Ｐを、底板部１３から上方に向かって巻きあげるため、残渣粉砕部５の下側から、残渣粉砕部５に対して径方向の外側の底板部１３上に堆積する粉粒体Ｐに向かって、加熱空気等のガスを、底板部１３の上面に沿って吹き付けて送り込む、ガス供給ライン９０を備えるようにしてもよい。
ガス供給ライン９０は、例えば回転軸５２ｓを管状に形成し、容器部２の外部から回転軸５２ｓの内側を通って、残渣粉砕部５の下側へとガスを供給するように設けられても構わない。
このように構成することで、底板部１３上に粉粒体Ｐが堆積することが抑制されるので、底板部１３上に堆積した粉粒体Ｐを清掃するためのメンテナンスの頻度を低減することができる。

（実施形態の第３変形例）
図６は、本発明の実施形態に係るバイオマスガス化炉の第３変形例の構成を示す平面図である。
また、上記実施形態では、容器部２が、外筒１０と内筒２０とを備える構成としたが、これに限られない。例えば、図６に示すように、バイオマスガス化炉１Ｄの容器部２Ｄは、上部筒状部２６と、傾斜部２７と、を備えるようにしてもよい。残渣粉砕部５は、容器部２Ｄの底部に設けられている。上部筒状部２６は、残渣粉砕部５に対して上方に離間して設けられている。上部筒状部２６は、残渣粉砕部５よりも大きな径寸法を有している。傾斜部２７は、上部筒状部２６の下端から残渣粉砕部５の上端に向けて、径寸法が漸次小さくなるように形成されている。
このような構成において、容器部２Ｄの外周部には、残渣粉砕部５で粉砕された粉粒体Ｐを、残渣粉砕部５の外縁部から燃料ガス排出部１５Ｄへと誘導し、排出するために、残渣粉砕部５の外縁部から容器部２Ｄの内部空間に至る、排出流路２９が設けられている。

（その他の変形例）
また、上記実施形態、及び各変形例では、容器部２、２Ｄ内に設けられたバイオマス原料Ｆに外部から熱を加えて、ガス化する外熱式ガス化方式とされている。
これに限らず、バイオマスガス化炉としては、容器部内に設けられたバイオマス原料Ｆの一部を容器部で燃焼させて、その熱によりガス化する部分燃焼ガス化方式を採用してもよい。この場合には、容器部の外側に反応炉が設けられず、バイオマス原料Ｆを燃焼させることにより生じる熱が、熱源となる。
また、底板部１３上に堆積した粉粒体Ｐの量を計測するセンサを設け、当該センサによる検出量によって、底板部１３を清掃するためのメンテナンスを実施するタイミングを判断することができるようにしてもよい。このようなセンサとしては、例えば、底板部１３上に堆積した粉粒体Ｐの上面の高さ位置を計測するレベルセンサを用いるようにしてもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

１Ａ～１Ｄ バイオマスガス化炉 ５１ｔ 上面
２、２Ｄ 容器部 ５２ 回転体
２Ｓ 隙間 ５２ｓ 回転軸
３ 熱源 ５２ｂ 下面
５ 残渣粉砕部 ５２ｔ 上面
５Ｓ 内部空間 ５３ 凹部
１０ 外筒 ５４ 外縁部
１０ｂ 下端 ５５ 孔
１５、１５Ｄ 燃料ガス排出部 １００ 堆積部
１７ 燃料ガス誘導部 Ｃ 軸線
１８ ファン Ｆ バイオマス原料
１９ フィルタ Ｇ 燃料ガス
２０ 内筒 Ｐ 粉粒体
２０ｂ 下端 Ｓ 内筒と外筒の間の空間
３０ 反応炉 Ｚ 残渣
５１ 基体

Claims (6)

1. 木質のバイオマス原料を加熱してガス化し、燃料ガスを生成する、バイオマスガス化炉であって、
   熱源と、
   前記バイオマス原料を収容し、前記熱源からの熱により前記バイオマス原料から前記燃料ガスを生成する容器部と、
   前記容器部の上側に設けられ、生成された前記燃料ガスを外部へと排出する燃料ガス排出部と、
   前記燃料ガスを前記燃料ガス排出部へと誘導するような気流を生成する燃料ガス誘導部と、
   を備え、
   前記容器部の底部に、前記バイオマス原料から前記燃料ガスが生成された後に残る残渣を、前記気流により前記燃料ガスとともに外部へと排出される大きさの粉粒体に粉砕する、残渣粉砕部を更に備えている、バイオマスガス化炉。
2. 前記容器部は、軸線が上下方向に延在するように設けられた内筒と外筒を備え、
   前記内筒の下端は、前記外筒の下端よりも上方に設けられ、
   前記残渣粉砕部は、前記内筒の下端よりも下方に設けられ、
   前記バイオマス原料は、前記残渣粉砕部上に、前記内筒の内側にまで堆積した堆積部を形成されるように供給され、
   前記残渣粉砕部には、前記残渣粉砕部上に堆積した前記堆積部の下端の部分が前記残渣として供給される、請求項１に記載のバイオマスガス化炉。
3. 前記内筒の下端と、前記残渣粉砕部との間には、隙間が設けられ、
   生成された前記燃料ガスは、前記隙間から前記内筒と前記外筒の間の空間へと流出し、当該空間を上方へと誘導された後に前記燃料ガス排出部から排出される、請求項２に記載のバイオマスガス化炉。
4. 前記残渣粉砕部は、
   前記容器部の底面に固定される基体と、
   前記基体の上方に設けられ、上下方向に延在する回転軸周りに回転する回転体と、
   を備え、
   前記回転体の下面には、
   上方へと凹むように円錐状に形成された凹部と、
   前記凹部の径方向外側に位置して、前記基体の上面に近接する外縁部と、
   が形成される、請求項１に記載のバイオマスガス化炉。
5. 前記回転体には、前記回転体の上面と前記凹部とを上下に貫通して、前記基体の上面と前記凹部との間に形成される内部空間に連通する孔が設けられ、
   前記残渣は、前記回転体の上面から前記孔を介して前記内部空間へと導入される、請求項４に記載のバイオマスガス化炉。
6. 前記燃料ガス誘導部は、前記燃料ガス排出部の外側に設けられたファンであり、
   前記燃料ガス排出部から排出された前記燃料ガスから、前記粉粒体を排除するフィルタを更に備えている、請求項１に記載のバイオマスガス化炉。
   

Images