JP5906348B1 - 半炭化物製造装置及び発電システム - Google Patents
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Abstract
Description
このように本発明の開示によれば、半炭化炉の内部温度を、制御部を用いてわずかな誤差の範囲内で一定温度に保持することから、半炭化物に対する最適な加熱温度が高精度で維持されることとなり、高い品質の半炭化物を高効率に製造することができる。
このように本発明の開示によれば、検出部が、半炭化炉内の温度及び/又は圧力を検出し、制御部がこの検出された温度及び/又は圧力に基づいて、凝縮部による揮発成分ガスの凝縮状態を高精度に制御できることから、半炭化物を生じさせる半炭化炉内温度が凝縮の制御によって最適且つ一定に維持され、高い品質の半炭化物を高効率に製造することができる。
このように本発明の開示によれば、液送給部が、前記凝縮部により生成された凝縮液を前記供給部に供給し、この凝縮液を燃焼させて得られた過熱蒸気を加熱用ガスとして用いることから、炭化水素を含む可燃性の凝縮液が前記供給部の蒸気加熱用熱源の燃料として再利用されることとなり、より低コストで高い品質の半炭化物を高効率に製造することができる。
このように本発明の開示によれば、供給部が、熱源として電気又はガスを用いて加熱用ガスとなる過熱蒸気を得ることから、過熱蒸気を得るために特段の装置を要しないこととなり、より低コストで高い品質の半炭化物を高効率に製造することができる。
以下、本発明の第1の実施形態に係る半炭化物製造装置を前記図1及び図2に基づいて説明する。
前記各図において本実施形態に係る半炭化物製造装置10は、あらかじめ乾燥された木質材料90を内部空間に収容し、この収容した木質材料を炉壁を介して外側から加熱可能とする外熱式の半炭化炉1と、この半炭化炉1を内部に収容すると共に、半炭化炉1以外の内部空間に半炭化炉1を加熱する加熱用ガスを導入可能とされる外殻部2と、加熱用ガスを外殻部2の内部に供給する供給部3と、半炭化炉1の内部温度を、木質材料から揮発成分の一部を分離可能とする加熱温度以上で、且つ、木質材料の炭化温度以下に保持する制御を行う制御部4と、半炭化炉1内で分離されて半炭化炉1及び外殻部2の外側に排出された揮発成分ガスを凝縮させる凝縮部5とを備える構成である。
半炭化炉1に収容される木質材料90としては、木質チップなどを用いることができる。この木質材料90は、予め乾燥させたものを用いるが、この乾燥方法については、特に限定されず、例えば、乾燥機を用いた乾燥を行うことができる。
る。
供給部3による過熱蒸気の生成方法は、特に限定されないが、例えば、熱源として、電気を用いた抵抗加熱や高周波加熱により、あるいは、ガス等の燃料の燃焼熱によって、水を加熱して過熱蒸気を生成することができる。
半炭化炉1では、乾燥した木質材料を炉内に所定量投入し、炉内雰囲気として窒素等の不活性ガスのみ存在する密閉状態とされた後、供給部3により外殻部2内に供給される過熱蒸気により炉壁を介して外側から炉内を加熱され、不活性ガス雰囲気中で木質材料を所定時間にわたり加熱して半炭化し、半炭化物を生じさせる。
こうして得られた半炭化物は、半炭化炉1の炉内から出され、必要に応じて冷却された後、使用等のために搬出されることとなる。一方、半炭化炉1では、半炭化に伴い揮発成分のガスが発生しており、この揮発成分ガスは排出経路5aを経て半炭化炉1の外に排出され、必要に応じ気液分離部に通して不凝縮ガス分を分離した後、凝縮部5で冷却されることで、凝縮液となる。この凝縮液はタンク等に集められて回収される。
本発明の第2の実施形態に係る半炭化物製造装置は、前記第1の実施形態と同様に、半炭化炉1と、外殻部2と、供給部3と、制御部4と、凝縮部5とを備え、さらに加えて、図3に示すように、半炭化炉1内の温度及び/又は圧力を検出する検出部6を備える構成を有するものである。
本発明の第3の実施形態に係る半炭化物製造装置は、前記第2の実施形態と同様に、半炭化炉1と、外殻部2と、供給部3と、制御部4と、凝縮部5と、検出部6とを備え、さらに加えて、図4に示すように、凝縮部3により生成された凝縮液を供給部3に送り込む液送給部7を備え、供給部3が、この液送給部7から送給された凝縮液を用いて水分を加熱し、過熱蒸気を生成する構成を有するものである。
本発明の第4の実施形態に係る発電システムを前記図5に基づいて説明する。
本発明の第4の実施形態に係る発電システム50は、前記第1の実施形態と同様の半炭化物製造装置10、すなわち、半炭化炉1と、外殻部2と、供給部3と、制御部4と、凝縮部5とを備える装置、を用いて得られた半炭化物を燃料として燃焼させて熱源とし、こうした熱源と作動流体(水)とを熱交換させて、作動流体の相変化を繰り返させる蒸気動力サイクルにより動力を生じさせ、この動力で発電機を作動させて発電を行う一方、蒸気動力サイクルで生じた蒸気の一部を利用して半炭化物の原料となる木質材料の加熱、乾燥を実行し、さらに、半炭化物の燃焼により生じて排出された高温のガスで半炭化物製造装置10の半炭化炉1を加熱し、木質材料の半炭化を進行させるものである。
また、発電動力を得る蒸気動力サイクルとしては、簡略なランキンサイクルの例を示しているが、これに限られるものではなく、例えば再熱サイクルや再生サイクルなど、他の蒸気動力サイクルを採用するようにしてもかまわない。
乾燥装置56に対しては、タービン52における複数の膨張段間から蒸気を一部抽気して、この抽気した蒸気を供給する仕組みとなっている(図5参照)。
あらかじめ乾燥装置56で乾燥された木質材料が半炭化物製造装置10に供給されて、前記各実施形態同様に半炭化物製造装置10で半炭化物が製造される。この製造された半炭化物がボイラ51に投入されて燃焼する。こうして半炭化物の燃焼で生じた高温の燃焼ガスと作動流体としての水がボイラ51で熱交換し、水は温度上昇により相変化(蒸発)して蒸気となる。
また、ボイラ51で、半炭化物の燃焼により生じた燃焼ガスは、水と熱交換した後、ボイラ51から排出されるが、燃焼ガスの一部は、半炭化物製造装置10の供給部3に導入され、供給部3から外殻部2内に供給されて半炭化のための加熱に供される。
2 外殻部
3 供給部
4 制御部
5 凝縮部
6 検出部
7 液送給部
10 半炭化物製造装置
50 発電システム
51 ボイラ
52 タービン
53 発電機
54 凝縮器
55 ポンプ
56 乾燥装置
90 木質材料
Claims (7)
- 木質材料を加熱して半炭化物を製造する半炭化物製造装置において、
あらかじめ乾燥された木質材料を内部空間に収容し、当該収容した木質材料を炉壁を介して外側から加熱可能とする外熱式の半炭化炉と、
前記半炭化炉を内部に収容する容器を有し、当該容器の内部空間における半炭化炉以外の空間部分に半炭化炉を外側から加熱する加熱用ガスを導入可能とされる外殻部と、
前記加熱用ガスを前記外殻部の内部空間における半炭化炉以外の空間部分に供給する供給部と、
一端が前記半炭化炉の内部空間に連通して、半炭化炉内で分離された揮発成分ガスを半炭化炉及び外殻部の外側に排出させる排出経路を有し、当該排出経路を通じて排出された揮発成分ガスを、冷媒を用いて冷却し凝縮させる凝縮部と、
前記半炭化炉の内部温度を、前記木質材料から揮発成分の一部を分離可能とする加熱温度以上で、且つ、木質材料の炭化温度以下に保持するよう、前記供給部と凝縮部の制御を行う制御部とを備え、
当該制御部が、前記凝縮部における冷媒による冷却を調整して、凝縮部での揮発成分ガスの凝縮量を調節し、排出経路を通じて前記半炭化炉内の圧力を増減させて、半炭化炉の内部温度を所定の中心温度から一定の範囲内に微調整することを
特徴とする半炭化物製造装置。 - 前記請求項1に記載の半炭化物製造装置において、
前記制御部が、前記半炭化炉の内部温度を、中心温度が275℃で誤差が±5℃である温度範囲内に保持することを
特徴とする半炭化物製造装置。 - 前記請求項1又は2に記載の半炭化物製造装置において、
前記半炭化炉内の温度及び/又は圧力を検出する検出部を備えることを
特徴とする半炭化物製造装置。 - 前記請求項1ないし3のいずれかに記載の半炭化物製造装置において、
前記凝縮部により生成された揮発成分の凝縮液を前記供給部に送り込む液送給部を備え、
前記供給部が、前記液送給部から送給された凝縮液の燃焼熱を用いて水を加熱して過熱蒸気を生成し、当該過熱蒸気を前記加熱用ガスとして前記外殻部の半炭化炉を除く内部空間に供給することを
特徴とする半炭化物製造装置。 - 前記請求項1ないし4のいずれかに記載の半炭化物製造装置において、
前記供給部が、電気又はガスを用いて水を加熱して過熱蒸気を生成し、当該過熱蒸気を前記加熱用ガスとして前記外殻部の半炭化炉を除く内部空間に供給することを
特徴とする半炭化物製造装置。 - 前記請求項1ないし5のいずれかに記載の半炭化物製造装置で製造された半炭化物を燃焼させて、蒸気動力サイクルの作動流体をなす水を加熱蒸発させて蒸気を生成するボイラと、
当該ボイラを出た前記蒸気を導入され、蒸気の保有する熱エネルギを動力に変換する膨張段を複数段有すると共に、一又は複数の段間から所定温度の蒸気の一部を抽気可能とされる膨張機と、
当該膨張機の動力で駆動されて発電する発電機と、
前記膨張機を出た蒸気を所定の低温熱源と熱交換させ、蒸気を凝縮させて水を得る凝縮器と、
当該凝縮器を出た前記水を加圧して前記ボイラへ送り込むポンプと、
前記膨張機で抽気された蒸気を熱源として、前記半炭化物製造装置に導入される木質材料をあらかじめ加熱して乾燥させる乾燥装置とを備えることを
特徴とする発電システム。 - 前記請求項6に記載の発電システムにおいて、
前記ボイラが、半炭化物の燃焼により生じた所定温度の燃焼ガスを取り出し可能とされ、
前記半炭化物製造装置の外殻部内に、ボイラからの燃焼ガスを前記加熱用ガスの少なくとも一部として供給して、外殻部内部の半炭化炉を加熱することを
特徴とする発電システム。
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