JP4481211B2

JP4481211B2 - 燃料ガス発生装置

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Publication number: JP4481211B2
Application number: JP2005119893A
Authority: JP
Inventors: 幸三野村
Original assignee: 幸三野村
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2025-04-18
Also published as: JP2006299011A

Description

本発明は、木質系廃棄物、家庭ゴミ、都市ゴミ、建築廃材等のバイオマス廃棄物、廃タイヤ等の有機廃棄物を燃料ガス化する燃料ガス発生装置に関する。

近年、地球温暖化対策等の環境上の観点及びエネルギーの効率的利用の観点から、バイオマスのエネルギー資源としての有効利用に対する要請が高まっている。かかる要請に対し、バイオマス変換式の燃料ガス発生装置が種々提供されている。例えば、特許文献１には、木質系廃棄物の一種であるおが屑を乾留して燃料ガスを発生させる燃料ガス発生装置が開示されている。

しかし、従来のこの種の燃料ガス発生装置で生成された燃料ガスは多量のタール成分を含有しており、発電機駆動用の内燃機関等で使用するにはタール成分を除去する処理を行う必要がある。多量のタール成分の除去には比較的大規模の設備が必要であり、エネルギー利用効率が低下する。特に、燃料ガス発生装置が小規模の場合には、生成された燃料ガスから得られるエネルギーに対するタール成分除去に要するエネルギーの割合が高くなり、エネルギー利用効率は極めて低くなる。

特開２００４−１３１５７８号公報

本発明は、木質系廃棄物、家庭ゴミ、都市ゴミ、建築廃材等のバイオマス廃棄物、廃タイヤ等の有機廃棄物からタール成分を含まない良質な燃料ガスを得ることを課題とする。

第１の発明は、有機廃棄物から燃料ガスを発生する燃料ガス発生装置であって、破砕された前記有機廃棄物を内部に投入するための投入口を備える第１の筐体と、前記第１の筐体内に配設された第１の加熱手段と、前記第１の筐体内に空気を供給する第１の空気供給手段と、前記投入口よりも下方の前記第１の筐体内に配設され、前記投入口から投入された前記破砕された有機廃棄物を支持し、前記第１の加熱手段の発生する熱によって前記破砕された有機廃棄物を炭化させて前記燃料ガスを発生させ、かつ炭化した前記有機廃棄物が通過して落下可能な複数の第１の隙間が形成された乾留部と、前記乾留部よりも下方の前記第１の筐体内に配設され、前記乾留部の前記第１の隙間を通過して落下した前記炭化した有機廃棄物を支持し、前記第１の加熱手段の発生する熱と前記第１の空気供給手段から供給される空気によって前記炭化した有機廃棄物を燃焼させて燃焼炭層を形成させ、前記燃焼炭層で生じた灰が通過して落下可能な複数の第２の隙間が形成され、かつ前記乾留部で発生した前記燃料ガスが前記燃焼炭層及び前記第２の隙間を通過する燃焼部と、前記燃焼部より下方の前記第１の筐体に設けられ、前記燃焼部を通過した前記燃料ガスを前記第１の筐体から取り出すための第１の燃料ガス出口とを備えることを特徴とする、燃料ガス発生装置を提供する。

乾留部で有機廃棄物が炭化する際に発生する燃料ガスは、燃焼部に形成された燃焼炭層を通過して第１の燃料ガス出口から第１の筐体の外部に取り出される。燃焼炭層を通過する際に燃料ガスが含有するタール成分が効率的に燃焼する。その結果、燃料ガスが含有するタール成分の大部分（乾留部で発生した燃料ガスが含有しているタール成分の８０％程度）がガス化した良質な燃料ガスが、第１の燃料ガス出口から取り出される。

破砕された有機廃棄物が投入口から第１の筐体内に投入される。投入された有機廃棄物は乾留部で支持される。有機廃棄物は乾留部で炭化して燃料ガスを発生する。炭化した有機廃棄物は乾留部に形成された第１の隙間を通過して落下し、燃焼部で支持される。燃焼部では炭化した有機廃棄物が燃焼する。燃焼により生じた灰は燃焼部に形成された第２の隙間を通って落下する。破砕された有機廃棄物を投入口から補給すれば、燃料ガス発生装置は燃料ガスを連続的に発生する。

有機廃棄物を効率的に炭化させるために、乾留部の温度は４１０℃以上６５０℃以下程度（例えば６００℃程度）であることが好ましい。また、燃焼部の温度は７００℃以上８５０℃以下程度（
例えば８００℃程度）であることが好ましい。

有機廃棄物は、例えば木質系廃棄物、家庭ゴミ、都市ゴミ、建築廃材等のバイオマス廃棄物や廃タイヤ等である。有機廃棄物は、２〜３cm程度の寸法の比較的小さい塊に粉砕した後に燃料ガス発生装置に投入される。

前記乾留部に支持された前記破砕された有機廃棄物及び前記燃焼部に形成された燃焼炭層を撹拌する撹拌装置をさらに備えることが好ましい。

撹拌装置で撹拌することにより、乾留部の有機廃棄物の温度を均一化し、それによって有機廃棄物の炭化を促進できる。また、炭化した有機廃棄物の第１の隙間からの落下を撹拌によって促進できる。さらに、撹拌装置で撹拌することにより、燃焼部の燃焼炭層の温度を均一化し、それによって炭化した有機廃棄物の燃焼を促進できる。さらにまた、燃焼炭層で発生した灰の第２の隙間からの落下を撹拌によって促進できる。

前記第１の加熱手段は、前記第１の筐体内で水平方向に延びる複数のヒーターを備え、かつ前記複数のヒーターが前記乾留部の一部を構成することが好ましい。

複数のヒーターを乾留部の一部とすると、乾留部で支持される有機廃棄物はヒーターと直接接触する。従って、乾留部において有機廃棄物を効率的に加熱できる。また、燃料ガス発生装置の構造を簡略化できる。

前記第１の空気供給手段は、前記第１の筐体内で水平方向に延び、上側及び下側に複数の空気噴出孔が形成され、かつ前記乾留部の一部を構成する複数の第１の空気供給管と、前記第１の空気供給管に圧縮空気を供給して前記空気噴出孔から前記第１の筐体の内部に空気を噴出させる第１の空気圧縮機とを備える。

第１の空気供給管が乾留部の一部を構成するので、燃料ガス発生装置の構造を簡略化できる。

前記第１の空気供給手段は、前記燃焼部の下方の前記第１の筐体内で水平方向に延び、上側に複数の空気噴出孔が形成された複数の第２の空気供給管と、前記第２の空気供給管に圧縮空気を供給して前記空気噴出孔から前記第１の筐体の内部に空気を噴出させる第２の空気圧縮機とを備えてもよい。

燃焼部に形成された燃焼炭層に対して第２の空気供給管の空気噴出孔から空気が直接的に吹き付けられる。従って、炭化した有機廃棄物を燃焼部で効率的に燃焼させることができる。

第１の空気供給手段は、第１の空気供給管と第２の空気供給管の両方を備え、かつこれら第１及び第２の空気供給管に空気を供給する共通の空気圧縮機を備えていてもよい。

前記燃焼部は、前記複数の第２の隙間が形成され、かつ前記第１の筐体内に固定された平坦部材を備える。この平坦部材は、例えば金網、平坦な枠体に間隔を開けて複数の桟（横桟と縦桟のいずれか一方又は両方）を設けた部材、板厚方向に貫通する複数の孔を設けた平板等である。金網の網目、隣接する桟の間の隙間、及び板厚方向に貫通する孔がそれぞれ第２の隙間を構成する。

第２の発明は、前記燃料ガス発生装置を備え、かつ下部側に前記燃料ガス発生装置の前記第１の燃料ガス出口と連通する燃料ガス入口を備え、上部側に前記燃料ガスを取り出すための第２の燃料ガス出口を備え、かつ前記燃料ガスが前記燃料ガス入口から前記第２の燃料ガス出口へ向けて流れる燃料ガス流路を内部に備える第２の筐体と、前記燃料ガス流路内に配設され、前記燃料ガス流路内を加熱する第２の加熱手段と、前記燃料ガス流路内に空気を噴出する第２の空気供給手段とを有するガス改質装置を備えることを特徴とする燃料ガス生成装置を提供する。

燃料ガス発生装置の第１の燃料ガス出口からガス改質装置の燃料ガス入口に燃料ガスが供給される。燃料ガスはガス改質装置の燃料ガス流路を第２の燃料ガス出口に向けて流れる。燃料ガス流路は第２の加熱手段により加熱され、かつ第２の空気供給手段により空気が供給される。燃料ガス発生装置からガス改質装置に流入した燃料ガス中に残留している少量のタール成分（燃料ガス発生装置の乾留部で発生した燃料ガス中のタール成分の２０％程度）は、燃料ガス流路内で燃焼してガス化する。その結果、燃料ガスが含有するタール成分のほぼすべて（燃料ガス発生装置の乾留部で発生した燃料ガス中のタール成分のほぼ１００％）がガス化した極めて良質な燃料ガスが、ガス改質装置の第２のガス出口から取り出される。

ガス改質装置が備える第２の加熱手段は、燃料ガス発生装置の燃焼部に形成される燃焼炭層よりも高温となるように、燃料ガス流路を流れる燃料ガスを加熱する。具体的には、第２の加熱手段は燃料ガス流路を流れる燃料ガスを９００℃以上１３００℃以下程度（例えば１２００℃）に加熱する。

本発明の燃料ガス発生装置では、乾留部で有機廃棄物が炭化する際に発生した燃料ガスは燃焼部に形成された燃焼炭層を通過し、その際に燃料ガスが含有するタール成分が効率的に燃焼する。従って、乾留部で発生した燃料ガスが含有するタール成分の大部分がガス化した良質な燃料ガスが得られる。

また、ガス改質装置の燃料ガス流路内で、燃料ガス発生装置で発生した燃料ガス中に残留しているタール成分を効率的に燃焼させたガス化できる。従って、燃料ガス発生装置とガス改質装置を備えるガス生成装置により、タール成分のほぼすべてがガス化した極めて良質な燃料ガスを生成できる。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、燃料ガスの原料がある程度の寸法の粉砕された木屑である場合を例に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る燃料ガス生成装置１を備えるバイオマス発電装置２を示す。燃料ガス生成装置１は、燃料ガス発生装置３とガス改質装置４を備える。このバイオマス発電装置２は、燃料ガス生成装置１に加え、除塵装置５、ガス安定化装置６、発電機７、及び発電機７を駆動するための内燃機関８を備える。

後述するガス改質装置４の燃料ガス出口６４はガス管９ａにより除塵装置５の接続されている。このガス管９ａには燃料ガスを冷却するための熱交換器１０と水分除去のためのドレーン１１が設けられている。除塵装置５はガス管９ｂによりガス安定化装置６に接続されている。また、ガス安定化装置６はガス管９ｃにより内燃機関８に接続されている。このガス管９ｃには、内燃機関８への燃料ガスの供給量を調整するための調整弁１２と、内燃機関８への空気の供給量を調整するための調整弁１３が設けられている。ガス改質装置４から流出した燃料ガスは熱交換器１０で冷却された後に除塵装置５に流入し、除塵装置５が備えるフィルタによって塵や埃が除去される。除塵装置５からガス安定化装置６を経て内燃機関８に燃料ガスが供給される。ガス安定化装置６は、例えば上部に除塵装置５側のガス管９ｂが接続される一方、下部に内燃機関８側のガス管９ｃが接続された中空容器からなる。ガス安定化装置６は、内燃機関８に供給される燃料ガスの成分、圧力、温度、及び流量等の変動を抑制する機能を有する。

次に、燃料ガス生成装置１について詳細に説明する。図２から図４に示すように、燃料ガス生成装置１を構成する燃料ガス発生装置３とガス改質装置４は、共通の架台１５に固定されている。

まず、燃料ガス発生装置３を説明する。図２から図５を参照すると、燃料ガス発生装置３は、全体として両端が閉鎖された中空矩形筒状である第１筐体（第１の筐体）１６を備える。

筐体１６の頂壁には木屑１７を筐体１６の内部に投入するための投入口１８が設けられている。この投入口１８は開閉可能であり、かつ閉鎖時には気密状態となる。また、投入口１８は筐体１６内の圧力が所定値に達すると開放するリリーフ弁機能を備えている。

図５に示すように、投入口１８よりも下方の筐体１６内には、乾留部１９が設けられている。また、この乾留部１９よりも下方の筐体１６内には、燃焼部２１が設けられている。さらに、燃焼部２１よりも下方の筐体１６、具体的には筐体１６の左側側壁の下端付近に、筐体１６内で発生した燃料ガスを外部に取り出すための燃料ガス出口（第１の燃料ガス出口）２２が設けられている。さらにまた、燃焼部２１よりも下方に位置する筐体１６の底部は、灰蓄積部２３として機能する。灰蓄積部２３から灰２４を取り出すために、筐体１６の下部、具体的には筐体１６の右側側壁の下端付近には開閉可能な扉体２５を備える灰取出口２６が設けられている。

乾留部１９について説明する。後に詳述するように、乾留部１９では投入口１８から投入された木屑１７が乾留されて炭化して炭片２７となり、その際に燃料ガスが発生する。炭片２７は燃焼部２１に落下する。図６をさらに参照すると、乾留部１９は筐体１６の前側側壁から後側側壁に向かって延びる直管状の３本の第１空気供給管（第１の空気供給管）２８と、同様に筐体１６の前側側壁から後側側壁に向かって延びる細長い円柱状の２本のヒーター（第１の加熱手段）２９を備える。空気供給管２８及びヒーター２９はいずれも筐体１６に対して固定されている。なお、図５では理解を容易にするために、空気供給管２８とヒーター２９は筐体１６の左側側壁から右側側壁に向けて延びるものとして図示している。３本の空気供給管２８と２本のヒーター２９は同一の水平面上に位置しており、互いに平行に延びている。また、空気供給管２８とヒーター２９は交互に配置されている。隣接する空気供給管２８とヒーター２９の間、及びヒーター２９と筐体１６の右側及び左側側壁の間には、ほぼ一定幅の細長い隙間（第１の隙間）３１が形成されている。この隙間３１の幅Ｗ１は、投入口１８から投入された木屑１７は通過できないが、木屑１７が炭化して寸法が縮小すると通過できるように設定している。例えば、投入口１８から投入される木屑１７の寸法が２〜３cm程度で、炭化した木屑１７（以下、炭片２７という。）の寸法が１〜２cm程度である場合、隙間３１の幅Ｗ１は２〜３cm程度に設定される。

各空気供給管２８の上側には３個の空気噴出孔２８ａが形成されている。各空気供給管２８の下側にも３個の第１空気噴出孔２８ｂが形成されている。図６に示すように、各空気供給管２８の先端側は、筐体１６の後側側壁付近に位置している。一方、前側側壁から筐体１６の外部に突出している各空気供給管２８の基端側は、空気管３２の一端に合流している。この空気管３２の他端は空気圧縮機３３（図１にのみ模式的に示す。）に接続されている。空気圧縮機３３から供給される圧縮空気は空気管３２及び空気供給管２８を介して空気孔２８ａ，２８ｂから筐体１６内に噴射される。空気管３２には、電気的に駆動可能な開閉弁３４が設けられている。この開閉弁３４の開弁時には空気圧縮機３３から空気供給管２８に圧縮空気が供給され、閉弁時には空気圧縮機３３からの圧縮空気の供給は遮断される。

ヒーター２９はスイッチ３６（図１にのみ模式的に示す。）を介してヒーター電源３７に電気的な接続されている。スイッチ３６の閉成時にはヒーター電源３７から供給される電力によりヒーター２９が発熱する。ヒーター２９は、例えば出力２〜３kW程度のものを使用できる。

図１及び図５に示すように、乾留部１９には温度センサ３８が配設されている。

次に、燃焼部２１について説明する。後に詳述するように、燃焼部２１では炭片２７が燃焼して燃焼炭層３９を形成する。燃焼した炭片２７は灰２４になり、灰蓄積部２３に落下する。図７をさらに参照すると、燃焼部２１は平面視で筐体１６内全体に広がり、かつ水平な姿勢で配置された金網（平坦部材）４１を備えている。金網４１は筐体１６に対して固定されている。金網４１の矩形の網目（第２の隙間）４２の寸法Ｗ２は、炭片２７は通過できないが、炭片２７が燃焼して生じる灰２４は通過できるように設定している。例えば、炭片２７の寸法が１〜２cm程度である場合、網目４２の寸法Ｗ２は０．５〜１．５cm程度に設定される。

燃焼部２１の金網４１の下側には、筐体１６の前側側壁から後側側壁に向かって延びる直管状の空気供給管（第２の空気供給管）４３が配設されている。この空気供給管４３は筐体１６に対して固定されている。なお、図５では理解を容易にするために、空気供給管４３は筐体１６の左側側壁から右側側壁へ向けて延びるものとして図示している。空気供給管４３の上側には３個の空気噴出孔４３ａが形成されている。図７に示すように、空気供給管４３の先端側は、筐体１６の後側側壁付近に位置している。一方、前側側壁から筐体１６の外部に突出している空気供給管４３の基端側は、空気管４４の一端に接続されている。空気管４４の他端は空気圧縮機３３に接続されている。空気圧縮機３３から供給される圧縮空気は空気管４４及び空気供給管４３を介して空気孔４３ａから筐体１６内に噴射される。空気管４４には、電気的に駆動可能な開閉弁４６が設けられている。この開閉弁４６の開弁時には、空気圧縮機３３から空気供給管４３に圧縮空気が供給され、閉弁時には空気圧縮機３３からの圧縮空気の供給は遮断される。

図１及び図５に示すように、燃焼部２１には温度センサ４７が配設されている。

燃料ガス発生装置３は、乾留部１９に支持された炭片２７と、燃焼部２１に形成された燃焼炭層３９を撹拌するための撹拌装置４８を備える。図５から図７を参照すると、撹拌装置４８は筐体１６の後側側壁を貫通して筐体１６内の乾留部１９と燃焼部２１の間の空間に水平に延びる駆動ロッド４９を備える。なお、図５では理解を容易にするために、駆動ロッド４９は筐体１６の右側側壁を貫通するものとして図示している。駆動ロッド４９は筐体１６に固定された軸受５１に進退自在に支持されている。駆動ロッド４９の先端側には駆動ロッド４９に対して直交して水平方向に延びる支持ロッド５２が固定されている。この支持ロッド５２の上側には、垂直方向上向きに延びる６本の上側撹拌ロッド５３が固定されている。図６に最も明瞭に示すように、各上側撹拌ロッド５３は平面視で乾留部１９（空気供給管２８とヒーター２９）の隙間３１と対応する位置に設けられており、隙間３１を通過して乾留部１９の上方に向けて延びている。一方、支持ロッド５２の下側にも垂直方向下向きに延びる複数本の下側撹拌ロッド５４が固定されている。各下側撹拌ロッド５４の先端は、燃焼部２１の金網４１付近に位置している。軸受５１を介して筐体１６の外側に突出している駆動ロッド４９の基端側は、モータ、伝動機構等を備える模式的に示す駆動機構５６に連結されている。この駆動機構５６は、矢印Ａで示すように駆動ロッド４９を往復移動させる。その結果、乾留部１９では上側撹拌ロッド５３が水平方向に往復移動し、燃焼部２１では下側撹拌ロッド５４が水平方向に往復移動する。

乾留部１９の上方には、前側側壁から筐体１６の内部に突出するパージ用の空気供給管５７が配設されている。この空気供給管５７は先端が空気噴出用の開口端となっている。一方、空気供給管５７の基端側は空気管５８により空気圧縮機３３に接続されている。空気管５８には、電気的に駆動可能な開閉弁５９が設けられている。この開閉弁５９の開弁時には、空気圧縮機３３からの圧縮空気が空気供給管５７から筐体１６の内部に噴出され、閉弁時には空気圧縮機３３からの圧縮空気の供給は遮断される。

図１にのみ概略的に示すコントローラ６０は、温度センサ３８，４７の検出温度や図示しない操作盤から入力される操作命令等に基づいて、燃料ガス発生装置３の開閉弁３４，４６，５９、ヒーター２９、及び撹拌装置４８の動作を制御する。

次に、ガス改質装置４を説明する。図２から図５を参照すると、ガス改質装置４は、全体として上端が閉鎖され下端が開放した中空矩形筒状である筐体（第２の筐体）６１を備える。筐体６１の下端開口である燃料ガス入口６２は、両端開口の筒体６３により燃料ガス発生装置３の燃料ガス出口２２に連結されている。従って、燃料ガス発生装置３の燃料ガス出口２２とガス改質装置４の燃料ガス入口６２は、互いに連通している。一方、ガス改質装置４の頂壁には燃料ガスを取り出すための燃料ガス出口（第２の燃料ガス出口）６２が設けられている。燃料ガス出口６４はガス管９ａにより除塵装置５に接続されている。さらに、筐体６１の内部には燃料ガス発生装置３から燃料ガス入口６２に流入した燃料ガスが燃料ガス出口６４に向けて流れる燃料ガス流路６６が設けられている。詳細には、筐体６１の内部には耐火コンクリート製の３個の耐火ブロック６７と、２個の耐火プレート６８が積層状態で収容されており、これら耐火ブロック６７及び耐火プレート６８に上下両端を貫通するように形成された貫通孔６７ａ，６８ａが燃料ガス流路６６を構成している。

各耐火ブロック６７の貫通孔６７ａ内にはそれぞれ電熱線（第２の加熱手段）６９が収容されている。電熱線６９の両端は筐体６１の外部に引き出され、スイッチ７１（図１にのみ模式的に示す。）を介してヒーター電源３７に電気的に接続されている。スイッチ７１の閉成時にはヒーター電源３７から供給される電力により貫通孔６７ａ（燃料ガス流路６６）内で電熱線６９が発熱する。

燃料ガス入口６２付近では、筐体６１の前側壁から空気供給管７２が内部に突出している。空気供給管７２の先端側は燃料ガス流路６６の入口に向けて鉛直方向上向きに屈曲している。空気噴出用の開口端となっている空気供給管７２の先端は、燃料ガス流路６６の入口と対向している。一方、空気供給管７２の基端側は空気管７３により空気圧縮機３３に接続されている。空気管７３には、電気的に駆動可能な開閉弁７４が設けられている。この開閉弁７４の開弁時には、空気圧縮機３３からの圧縮空気が空気供給管７２の開口端から燃料ガス流路６６に燃料ガスが噴出され、閉弁時には空気圧縮機３３からの圧縮空気の供給は遮断される。

ガス改質装置４は燃料ガス流路６６に連通する３個の合成ガス入口７６を備える。これらの合成ガス入口７６は合成ガス供給源７７に接続されている。合成ガス供給源７７から合成ガス入口７６を介して、燃料ガス流路６６に燃焼促進用の合成ガス（シンガス）が供給される。

図１及び図５に示すように、燃料ガス流路６６内には温度センサ７８が配設されている。図１に示すコントローラ６０は、温度センサ７８の検出温度や操作命令等に基づいて、ガス改質装置４の開閉弁７４の開閉及び電熱線６９への給電を制御する。

次に、この燃料ガス生成装置１による燃料ガスの生成を説明する。始動時には、まず燃料ガス発生装置３のヒーター２９への通電を開始して筐体１６内を加熱する。また、ガス改質装置４の電熱線６９への通電を開始して燃料ガス流路６６内を加熱する。

温度センサ３８，４７で検出される乾留部１９及び燃焼部２１の温度が所定温度（本実施形態では６００℃を多少下回る程度）に達すると、燃料ガス発生装置３の投入口を開放し、２〜３cm程度の比較的小さい破片状に粉砕済みの木屑１７を筐体１６内に投入する。投入された木屑１７は筐体１６内を落下し、乾留部１９で支持される。具体的には、空気供給管２８とヒーター２９上に木屑１７が支持されて層を形成する。前述のように隙間３１の寸法を設定しているので、隙間３１から木屑１７が落下することはない。

ある程度の量の木屑１７を投入後、開閉弁３４を開弁して空気供給管２８の第１空気噴出孔２８ａ，２８ｂから筐体１６内に空気を噴出させる。ヒーター２９の発生する熱により乾留部１９で支持された木屑１７が乾留されて炭化し、炭片２７となる。この木屑１７の炭化の際に一酸化炭素と水素を含有する可燃性ガスである燃料ガスが発生する。乾留部１９で支持された木屑１７は、ヒーター２９と直接接触するので効率的に加熱される。木屑１７が炭化して炭片２７となると寸法が縮小するので、隙間３１を通過して落下する。ヒーター２９の出力及び空気供給管２８が噴出する空気量は、乾留部１９の温度が６００℃程度となるように設定されている。

隙間３１から落下した炭片２７は、燃焼部２１の金網４１上に支持される。金属４１上にある程度の量の炭片２７が蓄積されて炭片２７の層が形成された時点で、開閉弁４６を開弁する。また、空気供給管４３の空気噴出孔４３ａから金網４１上の炭片２７の層に空気を吹き付ける。金網４１上の炭片２７はヒーター２９の発生する熱で加熱され、かつ空気供給管４３から空気が供給されるので燃焼する。その結果、金網上に燃焼している炭片２７の層（燃焼炭層３９）が形成される。燃焼炭層３９が形成されると、燃焼部２１の温度は８００℃程度まで上昇する。炭片２７の燃焼により生じた灰２４は、金網４１の網目４２を通って灰蓄積部２３に落下する。空気供給管４３は金網４１の下側に位置し、空気噴出孔４３ａから燃焼炭層３９に空気が直接的に吹き付けられる。従って、炭片２７を効率的に燃焼させることができる。

乾留部１９で木屑１７が炭化する際に発生した燃料ガスは、燃焼部２１に形成された燃焼炭層３９と金網４１の網目４２を通過して燃料ガス出口２２へ流れる。乾留部１９で発生した燃料ガスは多量のタール成分を含有している。しかし、高温（８００℃程度）の燃焼炭層３９を通過する際に、燃料ガスが含有するタール成分が効率的に燃焼してガス化する。その結果、燃料ガスが含有するタール成分の大部分、具体的には乾留部１９で発生した燃料ガスが含有しているタール成分の８０％程度がガス化する。従って、燃料ガス出口２２からはタール成分が大幅に低減された良質な燃料ガスが取り出される。燃料ガス出口２２から流出した燃料ガスは、筒体６３及び燃料ガス出口６４を経てガス改質装置４の燃料ガス流路６６へ流入する。なお、燃焼炭層３９で炭片２７が燃焼する際にも、燃料ガスが発生する。

撹拌装置４８の駆動機構５６は、駆動ロッド４９を間欠的に往復移動させる。その結果、乾留部１９に支持された炭片２７の層の中を上側撹拌ロッド５３が間欠的に往復移動し、炭片２７を撹拌する。この撹拌により乾留部１９の温度が前述の所定温度（６００℃程度）に均一化され、木屑１７の炭化が促進される。また、移動する上側撹拌ロッド５３によって炭片２７が機械的に破砕されるので、隙間３１から燃焼部２１への炭片２７の落下が促進される。同時に、燃焼部２１の金網４１上の燃焼炭層３９の内を下側撹拌ロッド５４が往復移動し、燃焼中の炭片２７を撹拌する。この撹拌により燃焼炭層３９の温度が前述の所定温度（８００℃程度）に均一化され、燃焼炭層３９における炭片２７の燃焼が促進される。また、この撹拌によって、灰２４の落下も促進される。なお、筐体１６内の燃料ガス出口２２の付近に流量計を配設し、この流量計で検出される燃料ガスの流量に基づいて撹拌装置４８を駆動してもよい。この場合、燃料ガスの流量が予め定められた流量を下回ると撹拌装置４８による撹拌が実行される。

燃料ガス発生装置３からガス改質装置４へ安定して燃料ガスが流入し、かつ温度センサ７８で検出されるガス改質装置４の燃料ガス流路６６内の温度が所定温度（本実施形態では１０００℃程度）に達すると、電熱線６９への通電を停止する。同時に、開閉弁７４を開弁し空気供給管７２から燃料ガス流路６６へ空気を噴出する。また、合成ガス供給源７７から燃料ガス流路６６内に合成ガスを供給する。燃料ガス流路６６内の燃料ガスは高温（１０００℃程度）に加熱されているので、空気供給管７２から空気を供給すると、燃料ガス中に残留している少量のタール成分、具体的には燃料ガス発生装置３の乾留部１９で発生した燃料ガス中のタール成分の２０％程度のタール成分は、燃料ガス流路６６内で燃焼してガス化する。その結果、燃料ガスが含有するタール成分のほぼすべて、すなわち燃料ガス発生装置３の乾留部１９で発生した燃料ガス中のタール成分のほぼ１００％がガス化した極めて良質な燃料ガスが、ガス改質装置４の燃料ガス出口６４から発電用の内燃機関８へ供給される。

開閉弁７４は燃料ガス流路６６内の温度が所定温度（本実施形態では１０００℃程度）を維持するように、開閉を繰り返す。詳細には、温度センサ７８で検出される温度が所定温度を上回ると開閉弁７４が閉弁する。その結果、空気供給管７２から燃料ガス流路６６への空気の供給が停止し、燃料ガス流路６６内での燃焼が抑制される。一方、温度センサ７８で検出される温度が所定温度を下回ると開閉弁７４が開弁する。その結果、空気供給管７２から燃料ガス流路６６への空気の供給が再開し、燃料ガス流路６６内での燃焼が促進される。

ガス改質装置４の燃料ガス出口６４から流出するタール成分がほぼ完全にガス化した燃料ガスは、熱交換器１０、除塵装置５、及びガス安定化装置６を介して内燃機関８に供給される。内燃機関８で燃料ガスを完全燃焼させることで、木屑１７の有するエネルギを高効率的で利用でき、一酸化炭素を含む排気ガスによる大気汚染も生じない。

前述のように、投入口１８から投入された木屑１７は乾留部１９で炭化して炭片２７となり、この炭片２７は燃焼部２１で燃焼して灰２４となる。従って、燃料ガスの発生の継続に伴い、乾留部１９で支持される木屑１７が減少する。投入口１８から木屑１７を補給すれば、燃料ガス発生装置３は燃料ガスを連続的に発生する。投入口１８は乾留部１９の上方に位置しているので、その付近の燃料ガスの濃度は比較的低い。そのため、投入口１８からの木屑１７の補給を安全に行うことができる。一方、燃料ガスの発生の継続に伴い、灰蓄積部２３に蓄積される灰２４の量が増加するが、扉体２５を開放して灰取出口２６から灰２４を取り出すことができる。

燃料ガスの生成停止時には、撹拌装置４８を停止すると共に、ヒーター２９及び電熱線６９への通電を停止する。また、開閉弁３４，４６，７４を閉弁する。その後、開閉弁５９を開弁し、燃料ガス発生装置３及びガス改質装置４内に残留している燃料ガスを燃料ガス出口６４から排出する。

本発明は前記実施形態に限定されず、以下のように種々の変形が可能である。

燃料ガス発生装置３は木屑のような木質系廃棄物に限定されず、ある程度の寸法に破砕されている限り、家庭ゴミ、都市ゴミ、建築廃材等の他のバイオマス廃棄物や廃タイヤ等を燃料ガスの原料として使用できる。有機廃棄物の種類や寸法に応じ、乾留部１９の温度は４１０℃以上６５０℃以下程度に設定され、燃焼部の温度は７００℃以上８５０℃以下程度に設定される。

前記実施形態では、空気供給管２８とヒーター２９により乾留部１９を構成しているが、空気供給管２８とヒーター２９とは別体の単一又は複数の部材により、複数の隙間３１を有する乾留部１９を構成してもよい。

前記実施形態では、空気供給管２８と空気供給管４３から燃料ガス発生装置３の筐体１６内に空気を供給しているが、これらのうちいずれか一方のみを設けてもよい。筐体１６内の空気は主として燃焼炭層３９における炭片２７の燃焼の際に消費されるので、燃焼部２１に近接して配置された空気供給管４３のみを設けることが好ましい。

燃焼部２１は、金網に代えて平坦な枠体に間隔を開けて複数の桟（横桟と縦桟のいずれか一方又は両方）を設けた部材、板厚方向に貫通する複数の孔を設けた平板等であってもよい。

燃料ガス発生装置３は前述のようにタール成分がほとんどガス化した良質な燃料ガスを発生するので、ガス改質装置４を使用せずに燃料ガス発生装置３が発生する燃料ガスをそのまま内燃機関等に供給してもよい。また、ガス改質装置４は実施形態の燃料ガス発生装置３とは別の形式の燃料ガス発生装置と組み合わせて使用できる。

本発明の実施形態に係る燃料ガス生成装置(燃料ガス発生装置とガス改質装置)を備えるバイオマス発電設備の模式図。燃料ガス生成装置の正面図。燃料ガス生成装置の右側面図。燃料ガス生成装置の平面図。図４のＶ−Ｖ線での模式的な断面図。図５のVI−VI線での模式的な断面図。図５のVII−VII線での模式的な断面図。

符号の説明

１燃料ガス生成装置
２バイオマス発電装置
３燃料ガス発生装置
４ガス改質装置
５除塵装置
６ガス安定化装置
７発電機
８内燃機関
９ａ〜９ｃガス管
１０熱交換器
１１ドレーン
１２，１３調整弁
１５架台
１６筐体（第１の筐体）
１７木屑
１８投入口
１９乾留部
２１燃焼部
２２燃料ガス出口（第１の燃料ガス出口）
２３灰蓄積部
２４灰
２５扉体
２６灰取出口
２７炭片
２８空気供給管（第１の空気供給管）
２８ａ，２８ｂ空気孔
２９ヒーター（第１の加熱手段）
３１隙間（第１の隙間）
３２空気管
３３空気圧縮機
３４開閉弁
３６スイッチ
３７ヒーター電源
３８温度センサ
３９燃焼炭層
４１金網
４２網目
４３空気供給管（第２の空気供給管）
４３ａ空気噴出孔
４４空気管
４６開閉弁
４７温度センサ
４８撹拌装置
４９駆動ロッド
５１軸受
５２支持ロッド
５３上側撹拌ロッド
５４下側撹拌ロッド
５６駆動機構
５７空気供給管
５８空気管
５９開閉弁
６０コントローラ
６１筐体
６２燃料ガス入口
６３筒体
６４燃料ガス出口
６６燃料ガス流路
６７耐火ブロック
６７ａ貫通孔
６８耐火プレート
６８ａ貫通孔
６９電熱線
７１スイッチ
７２空気供給管
７３空気管
７４開閉弁
７６合成ガス入口
７７合成ガス供給源
７８温度センサ

Claims

有機廃棄物から燃料ガスを発生する燃料ガス発生装置であって、
破砕された前記有機廃棄物を内部に投入するための投入口を備える第１の筐体と、
前記第１の筐体内に配設された第１の加熱手段と、
前記第１の筐体内に空気を供給する第１の空気供給手段と、
前記投入口よりも下方の前記第１の筐体内に配設され、前記投入口から投入された前記破砕された有機廃棄物を支持し、前記第１の加熱手段の発生する熱によって前記破砕された有機廃棄物を炭化させて前記燃料ガスを発生させ、かつ炭化した前記有機廃棄物が通過して落下可能な複数の第１の隙間が形成された乾留部と、
前記乾留部よりも下方の前記第１の筐体内に配設され、前記乾留部の前記第１の隙間を通過して落下した前記炭化した有機廃棄物を支持し、前記第１の加熱手段の発生する熱と前記第１の空気供給手段から供給される空気によって前記炭化した有機廃棄物を燃焼させて燃焼炭層を形成させ、前記燃焼炭層で生じた灰が通過して落下可能な複数の第２の隙間が形成され、かつ前記乾留部で発生した前記燃料ガスが前記燃焼炭層及び前記第２の隙間を通過する燃焼部と、
前記燃焼部より下方の前記第１の筐体に設けられ、前記燃焼部を通過した前記燃料ガスを前記第１の筐体から取り出すための第１の燃料ガス出口と
を備えることを特徴とする、燃料ガス発生装置。
前記乾留部に支持された前記破砕された有機廃棄物及び前記燃焼部に形成された燃焼炭層を撹拌する撹拌装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料ガス発生装置。
前記第１の加熱手段は、前記第１の筐体内で水平方向に延びる複数のヒーターを備え、かつ
前記複数のヒーターが前記乾留部の一部を構成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料ガス発生装置。
前記第１の空気供給手段は、
前記第１の筐体内で水平方向に延び、上側及び下側に複数の空気噴出孔が形成され、かつ前記乾留部の一部を構成する複数の第１の空気供給管と、
前記第１の空気供給管に圧縮空気を供給して前記空気噴出孔から前記第１の筐体の内部に空気を噴出させる第１の空気圧縮機と
を備えることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料ガス発生装置。
前記第１の空気供給手段は、
前記燃焼部の下方の前記第１の筐体内で水平方向に延び、上側に複数の空気噴出孔が形成された複数の第２の空気供給管と、
前記第２の空気供給管に圧縮空気を供給して前記空気噴出孔から前記第１の筐体の内部に空気を噴出させる第２の空気圧縮機と
を備えることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料ガス発生装置。
前記燃焼部は、前記複数の第２の隙間が形成され、かつ前記第１の筐体内に固定された平坦部材を備えることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料ガス発生装置。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の燃料ガス発生装置を備え、かつ
下部側に前記燃料ガス発生装置の前記第１の燃料ガス出口と連通する燃料ガス入口を備え、上部側に前記燃料ガスを取り出すための第２の燃料ガス出口を備え、かつ前記燃料ガスが前記燃料ガス入口から前記第２の燃料ガス出口へ向けて流れる燃料ガス流路を内部に備える第２の筐体と、
前記燃料ガス流路内に配設され、前記燃料ガス流路内を加熱する第２の加熱手段と
前記燃料ガス流路内に空気を噴出する第２の空気供給手段と、
を有するガス改質装置と
備えることを特徴とする燃料ガス生成装置。