JP6431234B1

JP6431234B1 - 木質燃料発電装置

Info

Publication number: JP6431234B1
Application number: JP2018089746A
Authority: JP
Inventors: 寅之助中井
Original assignee: 中井産業株式会社
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2038-05-08
Also published as: JP2019196853A

Abstract

【課題】コンパクトで、必要に応じて所望の場所に搬送可能で、木質燃料を効率的に乾燥して発電に有効利用できる低コストで省資源性及び環境保護性に優れる木質燃料発電装置を提供する。
【解決手段】木質燃料供給部１２、木質燃料乾燥搬送部１４、及び木質燃料を発電用ボイラ１５ａで燃焼して発生させた蒸気を用いて蒸気発電機１５ｂで発電を行う発電部１６がコンテナ１１に搭載され、木質燃料乾燥搬送部１４は、垂直回動軸１９と、垂直回動軸１９の外周に螺旋状に配置され空気流通部２１が形成された搬送路２０と、搬送路２０の外周を覆う外筒２２と、垂直回動軸１９に連結された駆動部２４とを有する振動コンベア１８を備え、駆動部２４により垂直回動軸１９を正逆交互に回動させて搬送路２０を振動させることにより、木質燃料を搬送路２０に沿って搬送し、発電部１６で発生する排熱の一部を外筒２２の内部に供給して木質燃料を乾燥させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、主に間伐材のチップ等の木質系の未利用資源を乾燥し、燃焼させることにより、発電を行う木質燃料発電装置に関する。

従来、バイオマスや廃棄物を熱分解してガスを発生させ、燃焼させる技術は広く利用されている。例えば、熱帯地方では、パームツリーに代表される植物が食用や薬用に大量に消費されており、その実を収穫した後の廃材や幹をチップ化したものが、発電用のボイラの燃料資源として利用されている。また、廃棄物を利用する廃棄物発電では廃棄物を熱分解して可燃性ガスを発生させ、そのガスを利用して発電する乾留ガス化発電等が実用化されている。一方、バイオマスを燃焼して蒸気タービンで発電する発電システムが検討されており、例えば、特許文献１には、木材を破砕したチップを、熱風乾燥手段により加熱乾燥し、乾燥したチップを、発電用ボイラにて熱風乾燥手段から排出される排気に含まれるチップダストともに燃焼し、発電用ボイラが発生する蒸気圧力を蒸気タービンで受けて発電機を駆動し、蒸気タービンから排出される蒸気を熱風供給手段により所定温度の乾燥した温風に変換し、これを熱風乾燥手段に帰還する木質バイオマス発電システムが提案されている。

特開２０１３−２１０１２３号公報

しかしながら、チップ（バイオマス資源）となる間伐材の多くが発生する植林現場は、山中にあり、その面積も広大であるため、間伐材の収集及び収集した間伐材を外部に運び出して処理を行うにはコストがかかるという課題がある。また、山中に発電システムを設置した場合には、建設及び維持管理にコストがかかり、大型化も困難であるため、処理量が限られ、採算が合わないという課題がある。したがって、木質燃料（バイオマス）を用いた発電装置を実現するには、木質燃料の乾燥処理の効率化及び装置のコンパクト化等が重要である。ところが、特許文献１では、木質バイオマス発電システムの構成が記載されているのみで、木材を破砕したチップを乾燥するための熱風乾燥手段及び乾燥したチップを熱風乾燥手段から発電用ボイラに供給するための供給手段の具体的な構造について記載されていない。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、コンパクトで、必要に応じて所望の場所に搬送（移動）して使用することができるため、建設コストを大幅に削減することができ、木質燃料を効率的に乾燥して発電に有効利用することができる省資源性及び環境保護性に優れる木質燃料発電装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る木質燃料発電装置は、木質燃料を燃焼させて発電を行う木質燃料発電装置において、
コンテナと、該コンテナに設けられた木質燃料供給部と、該木質燃料供給部から供給される前記木質燃料を前記コンテナ内で乾燥しながら搬送する木質燃料乾燥搬送部と、前記コンテナ内に搭載され前記木質燃料乾燥搬送部で乾燥された前記木質燃料を発電用ボイラで燃焼させ該発電用ボイラが発生させた蒸気を用いて蒸気発電機で発電を行う発電部とを有し、
前記木質燃料乾燥搬送部は、垂直回動軸と、該垂直回動軸の外周に螺旋状に配置され空気流通部が形成された搬送路と、該搬送路の外周を覆う外筒と、前記垂直回動軸に連結された駆動部とを有する振動コンベアを備え、該駆動部により前記垂直回動軸を正逆交互に回動させて前記搬送路を振動させることにより、前記木質燃料を前記搬送路に沿って搬送し、前記発電部で発生する排熱の一部を前記外筒の内部に供給して前記木質燃料を乾燥させる。

本発明に係る木質燃料発電装置において、前記木質燃料乾燥搬送部は、前記コンテナ内に並列に配置された複数の前記振動コンベアを有し、隣接する該振動コンベアの前記搬送路は、前記外筒を貫通する連結路を介して直列に接続されることが好ましい。

本発明に係る木質燃料発電装置において、前記木質燃料乾燥搬送部と前記発電部との間に、前記木質燃料乾燥搬送部で乾燥された前記木質燃料を貯蔵する木質燃料貯蔵部を有することが好ましい。

本発明に係る木質燃料発電装置において、前記木質燃料供給部は、前記木質燃料を破砕する木質燃料破砕部を有することが好ましい。

本発明に係る木質燃料発電装置は、木質燃料供給部、木質燃料乾燥搬送部、及び発電部がコンテナに搭載されているので、コンパクトで、必要に応じて所望の場所に搬送（移動）して使用することが可能で、建設コストを大幅に削減して、木質燃料を有効利用することができる。木質燃料乾燥搬送部は、振動コンベアの駆動部により垂直回動軸を正逆交互に回動させるだけで、垂直回動軸の外周に螺旋状に配置された搬送路を振動させて木質燃料を搬送路に沿って搬送することができ、簡素な構造でコンパクト性に優れる。特に、螺旋状に配置された搬送路に空気流通部が形成されることにより、コンパクトでありながら、搬送路を長く形成して十分な乾燥時間を確保することができ、木質燃料の乾燥の確実性に優れる。また、搬送路の外周が外筒で覆われていることにより、発電部から供給される排熱の一部を有効に利用して木質燃料を効率的に乾燥することができ、省エネルギー性にも優れる。

木質燃料乾燥搬送部が、コンテナ内に並列に配置された複数の振動コンベアを有し、隣接する振動コンベアの搬送路が、外筒を貫通する連結路を介して直列に接続される場合、さらに搬送路を長くして乾燥時間を伸ばすことができ、木質燃料の含水率を低くして（乾燥度を高めて）、木質燃料の燃焼効率を向上させることができる。

木質燃料乾燥搬送部と発電部との間に、木質燃料乾燥搬送部で乾燥された木質燃料を貯蔵する木質燃料貯蔵部を有する場合、発電用ボイラでの木質燃料の消費に応じて適量の木質燃料を安定的に供給することができ、木質燃料の供給量に過不足がなく、発電の安定性に優れる。

木質燃料供給部が、木質燃料を破砕する木質燃料破砕部を有する場合、別途、木質燃料を破砕するための設備や作業を必要とすることなく、木質燃料を最適な大きさに破砕して使用することができ、作業性に優れる。

本発明の一実施の形態に係る木質燃料発電装置の要部平断面図である。同木質燃料発電装置の要部正断面図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
以下、図１、図２を参照して、本発明の一実施の形態に係る木質燃料発電装置１０について説明する。この木質燃料発電装置１０は、間伐材のチップを初めとする木質系の未利用資源や廃材等の木質燃料を乾燥し、燃焼させることにより、発電を行うものである。
図１、図２に示すように、木質燃料発電装置１０は、コンテナ１１に設けられた木質燃料供給部１２を有している。木質燃料供給部１２は木材チッパー等の木質燃料破砕部１３を備えており、木質燃料を所望の寸法に破砕することができる。破砕後の木質燃料の大きさは、例えば各辺の長さが２〜５０ｍｍ程度である。木質燃料供給部１２は、木質燃料破砕部１３で破砕された木質燃料を排出口１３ａを介して木質燃料乾燥搬送部１４に供給する。木質燃料乾燥搬送部１４は木質燃料供給部１２から供給される木質燃料をコンテナ１１内で乾燥しながら搬送する。そして、コンテナ１１内には、木質燃料乾燥搬送部１４で乾燥された木質燃料を発電用ボイラ１５ａで燃焼させ発電用ボイラ１５ａが発生させた蒸気を用いて蒸気発電機１５ｂで発電を行う発電部１６が搭載されている。また、木質燃料乾燥搬送部１４と発電部１６との間には、木質燃料乾燥搬送部１４で乾燥された木質燃料を貯蔵する木質燃料貯蔵部１７が設けられている。

木質燃料乾燥搬送部１４は、並列に配置された複数（本実施の形態では３個）の振動コンベア１８を有している。各振動コンベア１８は、垂直回動軸１９と、垂直回動軸１９の外周に螺旋状に配置された搬送路２０を有しており、搬送路２０には空気流通部２１が形成されている。空気流通部２１は、熱風を通過させて、搬送路２０に沿って移動する木質燃料を乾燥させるためのものである。このとき、搬送路２０となる板材にパンチングメタルのように複数の貫通孔を設けて空気流通部２１としてもよいし、搬送路２０を網体で形成し、その網目（開口）を空気流通部２１としてもよい。なお、空気流通部２１となる貫通孔又は網目の形状及び大きさは、木質燃料が通過できない範囲で適宜、選択することができるが、例えば、円形の貫通孔を形成する場合は、直径２〜３ｍｍ程度である。また、空気流通部２１となる貫通孔又は網目の数及び配置も適宜、選択することができる。

搬送路２０の外周は外筒２２で覆われており、木質燃料が搬送路２０（振動コンベア１８）の外部に落下することを防いでいる。垂直回動軸１９の両端は、図２に示すように、軸受部２３で回動可能に支持されており、垂直回動軸１９の上端側には、垂直回動軸１９を正逆交互に回動させて搬送路２０を振動させるための駆動部２４が連結されている。駆動部２４は垂直回動軸１９を直接回動させてもよいし、リンク機構を介して垂直回動軸１９を回動させてもよいが、駆動源としては、例えば、パルスモータ（ステッピングモータ）が好適に用いられる。駆動部２４の駆動時に、垂直回動軸１９の正転方向の回動と逆転方向の回動に速度差を発生させ、搬送路２０を振動させることにより、木質燃料を搬送路２０に沿って搬送させることができる。つまり、垂直回動軸１９（搬送路２０）を木質燃料の搬送方向にゆっくり回動させ、木質燃料の搬送方向とは逆方向に素早く回動させることにより、木質燃料は徐々に搬送方向に移動する。

よって、図１の左端と右端の振動コンベア１８では、垂直回動軸１９（搬送路２０）を左回りに回動させる速度を右回りに回動させる速度よりも遅くすることにより、木質燃料が図２の実線の矢印に示すように、搬送路２０に沿って下方から上方に（左回りに）移動する。また、図１の中央の振動コンベア１８では、垂直回動軸１９（搬送路２０）を右回りに回動させる速度を左回りに回動させる速度よりも遅くすることにより、木質燃料が図２の実線の矢印に示すように、搬送路２０に沿って上方から下方に（右回りに）移動する。このとき、図１、図２に示すように、各搬送路２０の内周側の上面には、搬送路２０に沿って螺旋ガイド部２５が立設されており、木質燃料を搬送路２０に沿ってスムーズに移動させることができる。そして、隣接する振動コンベア１８の搬送路２０は、外筒２２を貫通する連結路２７を介して直列に接続されている。これにより、木質燃料は最上流側（図１、図２では左端）の振動コンベア１８の搬送路２０の始端から最下流側（図１、図２では右端）の振動コンベア１８の搬送路２０の終端まで、上方移動と下方移動を繰返しながら搬送される。なお、最下流側（図１、図２では右端）の振動コンベア１８の搬送路２０の終端と木質燃料貯蔵部１７は、外筒２２を貫通する排出路２８で連結されており、乾燥が完了した木質燃料は排出路２８から排出されて木質燃料貯蔵部１７に貯蔵される。また、各搬送路２０の始端と終端の上面にはそれぞれ搬送路２０の幅方向（半径方向）に端部ガイド３０が立設されており、木質燃料を各搬送路２０から落下させることなく下流側に案内することができる。

次に、木質燃料貯蔵部１７と発電用ボイラ１５ａの間は供給路３１で連結されており、必要量の木質燃料が適宜、木質燃料貯蔵部１７から発電用ボイラ１５ａに供給される。発電用ボイラ１５ａで木質燃料を燃焼させて蒸気を発生させ、その蒸気で蒸気発電機１５ｂの蒸気タービン（図示せず）を回転させて発電を行う。この発電部１６での排熱として、発電用ボイラ１５ａの燃焼熱又は蒸気発電機１５ｂ（蒸気タービン）から排出される蒸気熱等があり、これらの一部を木質燃料の乾燥に利用することができる。蒸気熱の場合は、例えば、蒸気を熱交換器に送り、空気と熱交換して乾燥した熱風に変換して利用する。
図２に示すように、発電部１６と木質燃料貯蔵部１７は熱風供給路３２で接続されており、発電部１６で発生する排熱の一部は、熱風として熱風供給路３２を通り、木質燃料貯蔵部１７に供給される。木質燃料貯蔵部１７を通過した熱風は排出路２８を通って右端の振動コンベア１８の外筒２２の内部に上方から供給され、破線の矢印で示すように、搬送路２０に形成された空気流通部２１通って外筒２２内の下方へ移動する。熱風は下端の連結路２７を通って中央の振動コンベア１８の外筒２２の内部に下方から供給され、破線の矢印で示すように、搬送路２０に形成された空気流通部２１を通って外筒２２内の上方へ移動する。さらに、熱風は上端の連結路２７を通って左端の振動コンベア１８の外筒２２の内部に上方から供給され、破線の矢印で示すように、搬送路２０に形成された空気流通部２１を通って外筒２２内の下方へ移動する。

このように搬送路２０に沿って搬送される木質燃料の移動方向に対して、熱風の流れが逆向き（対向流）であることにより、木質燃料を効率的に乾燥させることができる。このとき、連結路２７及び排出路２８を筒状に形成することにより、これらを木質燃料の搬送だけでなく熱風の供給にも用いることができるが、別途、外筒２２同士を連結する熱風供給管を設けてもよい。また、各外筒２２及び木質燃料貯蔵部１７にそれぞれ上蓋３３を設けることにより、熱風を逃すことなく木質燃料を効率的に乾燥することができる。なお、熱風は木質燃料貯蔵部１７を通さずに振動コンベア１８の外筒２２内のみに供給してもよく、発電部１６と各外筒２２を個別に熱風供給管で接続して熱風を供給することもできる。主に木質燃料として使用される間伐材の含水率は、一般的に８０〜１００％程度であるが、乾燥後の含水率は、例えば２０〜４０％程度となる。例えば、コンテナ１１の寸法を高さ２．５ｍ、幅２．６ｍ、長さ１２ｍとし、各振動コンベア１８及び木質燃料貯蔵部１７の外径を２．３ｍとすれば、１日に１０〜２０ｔの木質燃料を処理することができるが、これらに限定されるものではなく、適宜、コンテナ１１、振動コンベア１８等の寸法を選択することができる。また、振動コンベア１８の数も適宜、増減することができる。
この木質燃料発電装置１０は、各部がコンテナ１１の内部に収容されており、山中にも簡単に搬送（移動）して各現場で発生した間伐材等をその場で処理することが可能である。よって、間伐材等を外部に運び出す必要がなく、各現場に木質燃料発電装置を建設する必要もないので、低コストで間伐材等の木質燃料を処理して発電を行うことができる。なお、発電した電力は電力会社に売電することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、上記実施の形態では、木質燃料を搬送する際に、並列に配置された複数の振動コンベアで上方移動と下方移動を交互に繰り返す構成としたが、振動コンベアでは上方移動のみを行い、振動コンベアと振動コンベアの間は自然落下で移動する構成としてもよい。また、上記実施の形態では、駆動部を垂直回動軸の上端側に設置したが、垂直回動軸の下端側に設置してもよい。なお、上記実施の形態では各外筒及び木質燃料貯蔵部にそれぞれ上蓋を設けたが、上蓋を省略することや上蓋に開口部を設けることもできる。

１０：木質燃料発電装置、１１：コンテナ、１２：木質燃料供給部、１３：木質燃料破砕部、１３ａ：排出口、１４：木質燃料乾燥搬送部、１５ａ：発電用ボイラ、１５ｂ：蒸気発電機、１６：発電部、１７：木質燃料貯蔵部、１８：振動コンベア、１９：垂直回動軸、２０：搬送路、２１：空気流通部、２２：外筒、２３：軸受部、２４：駆動部、２５：螺旋ガイド部、２７：連結路、２８：排出路、３０：端部ガイド、３１：供給路、３２：熱風供給路、３３：上蓋

Claims

木質燃料を燃焼させて発電を行う木質燃料発電装置において、
コンテナと、該コンテナに設けられた木質燃料供給部と、該木質燃料供給部から供給される前記木質燃料を前記コンテナ内で乾燥しながら搬送する木質燃料乾燥搬送部と、前記コンテナ内に搭載され前記木質燃料乾燥搬送部で乾燥された前記木質燃料を発電用ボイラで燃焼させ該発電用ボイラが発生させた蒸気を用いて蒸気発電機で発電を行う発電部とを有し、
前記木質燃料乾燥搬送部は、垂直回動軸と、該垂直回動軸の外周に螺旋状に配置され空気流通部が形成された搬送路と、該搬送路の外周を覆う外筒と、前記垂直回動軸に連結された駆動部とを有する振動コンベアを備え、該駆動部により前記垂直回動軸を正逆交互に回動させて前記搬送路を振動させることにより、前記木質燃料を前記搬送路に沿って搬送し、前記発電部で発生する排熱の一部を前記外筒の内部に供給して前記木質燃料を乾燥させることを特徴とする木質燃料発電装置。
請求項１記載の木質燃料発電装置において、前記木質燃料乾燥搬送部は、前記コンテナ内に並列に配置された複数の前記振動コンベアを有し、隣接する該振動コンベアの前記搬送路は、前記外筒を貫通する連結路を介して直列に接続されることを特徴とする木質燃料発電装置。
請求項１又は２記載の木質燃料発電装置において、前記木質燃料乾燥搬送部と前記発電部との間に、前記木質燃料乾燥搬送部で乾燥された前記木質燃料を貯蔵する木質燃料貯蔵部を有することを特徴とする木質燃料発電装置。
請求項１〜３のいずれか１記載の木質燃料発電装置において、前記木質燃料供給部は、前記木質燃料を破砕する木質燃料破砕部を有することを特徴とする木質燃料発電装置。