WO2019171466A1 - 籾殻燃焼装置、穀物乾燥システム - Google Patents
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Abstract
籾殻を燃焼させる燃焼室と、燃焼室内に設けられ、燃焼させる籾殻を表面に載置可能であり表面と裏面の間を貫通する複数の孔を有する燃焼板と、燃焼板の裏面から燃焼板の孔を通過させて燃焼室の内部に空気を供給する空気供給部と、籾殻を燃焼板の上に導入する籾殻導入部と、燃焼板の上に設けられるレーキと、燃焼板またはレーキの少なくともいずれか一方を回転駆動する駆動部と、燃焼板の外方に設けられ、籾殻を排出する排出部と、を備え、レーキは、燃焼板の表面から垂直に伸びる軸部と、軸部に支持され燃焼板の表面に沿って延びる支持部と、それぞれ支持部に支持され、燃焼板の上で燃焼させた籾殻の灰を燃焼板の外方に移動させる第1レーキ部、第1レーキ部が灰を移動させた箇所に籾殻導入部から導入された籾殻を移動する第2レーキ部、第2レーキ部が移動させた籾殻を燃焼板の上で接触する第3レーキ部、及び第1レーキ部により燃焼板の外方に排出された灰を排出部に移動する第4レーキ部を備える。
Description
本発明は、籾殻燃焼装置、穀物乾燥システムに関する。
穀物を乾燥する穀物乾燥システムにおいて、乾燥用の熱源を供給する燃焼装置の燃料としてバイオマス燃料の一例である籾殻を燃焼する技術が知られている。このような籾殻燃焼装置に関する技術として、バイオマス燃焼炉で生成したバイオマス燃焼熱風の熱エネルギーを有効活用できる穀粒乾燥設備が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1の穀粒乾燥設備では、バイオマス燃料の燃焼熱と外部から取り込んだ外気とを基にして熱風を生成するバイオマス燃焼炉と、バイオマス燃焼炉で生成した熱風が熱風供給配管を介して供給される穀粒乾燥部を備えた循環式穀粒乾燥機とを有する。
ところで、籾殻燃焼装置において、燃焼温度が高い場合や燃焼時間が長い場合に、籾殻を燃焼した後の灰に含まれる結晶質シリカや、あるいは排気に煤が含まれることがある。このため、籾殻燃焼装置において、灰の中の結晶質シリカや排気中の煤を抑えて健康影響と環境負荷を低減するためには、燃焼温度や、燃焼時間を適切に管理する必要がある。結晶質シリカは、IARC(国際ガン学会)で発ガン物質のグループ1(ヒトに対する発ガン性が認められる化学物質、混合物、環境)に分類されている。そのため結晶質シリカは、その生成を抑えることが作業環境上望ましい。
ここで、純粋なシリカの結晶開始温度は1400℃であるが、籾殻の場合は含有している不純物との関係により800℃からクリストバライト、トリジマイト、クオーツなどの結晶質シリカの生成が始まるとされる。そのため、従来のくん炭製造装置では、燻り燃焼のように、燃焼温度を400℃前後と低温に保つくん炭の製造がなされている。この方法は燃焼温度がシリカの結晶化に届かないため、シリカの結晶化は生じない。しかし、この方法では籾殻は不完全状態での燃焼が長時間継続するため、黒煙や一酸化炭素などの未燃ガスの発生が生じ、環境負荷が大きい。また燃焼温度が低温であるため、燃焼熱のエネルギー利用が困難である。
一方で、籾殻は燃焼時間を適切に管理して短い燃焼時間にすれば、例えば900℃の高温であっても結晶質シリカの生成は起こらないという研究結果もある。この方法は、籾殻中に含まれる炭化水素の揮発が、シリカの結晶化よりも低温条件で生じること、その作用機序は、常に炭化水素の揮発が先に生じることを利用したものである。この方法では、燃焼ガスは前者に比べてクリーンであり、また、燃焼熱が高温であるためにエネルギー利用が容易になる利点がある。その反面、籾殻中の炭化水素分をガス化させつつ、シリカの結晶化が生じる前に燃焼反応を中断させるよう、籾殻の燃焼進行過程を一定の範囲内で制御する必要がある。
また、籾殻燃焼装置を燃焼機器と捉えた場合、得られる熱量の幅は広いほど望ましく、また発生熱量の時間変動は小さいことが望ましい。そのため、燃料となる籾殻の供給量に合わせて、最適となる燃焼を安定的に実現することが望ましい。
本発明は、籾殻燃焼装置において、籾殻中の炭素分をガス化させつつ、シリカの結晶化が生じる前に燃焼反応を終えるよう籾殻の燃焼制御を行うことで、籾殻燃焼熱の有効利用及び、健康影響と環境負荷の低減を両立できる技術、ならびに、同技術を利用した穀物乾燥システムを提供することを目的とする。
本発明は、籾殻を燃焼させる燃焼室と、燃焼室内に設けられ、燃焼させる籾殻を表面に載置可能であり表面と裏面の間を貫通する複数の孔を有する燃焼板と、燃焼板の裏面から燃焼板の孔を通過させて燃焼室の内部に空気を供給する空気供給部と、籾殻を燃焼板の上に導入する籾殻導入部と、燃焼板の上に設けられるレーキと、燃焼板またはレーキの少なくともいずれか一方を回転駆動する駆動部と、燃焼板の外方に設けられ、籾殻を排出する排出部と、を備え、レーキは、燃焼板の表面から垂直に伸びる軸部と、軸部に支持され燃焼板の表面に沿って延びる支持部と、支持部に支持され、燃焼板の上で燃焼させた籾殻の灰を燃焼板の外方に移動させる第1レーキ部と、支持部に支持され、第1レーキ部が灰を移動させた箇所に、籾殻導入部から導入された籾殻を移動する第2レーキ部と、支持部に支持され、第2レーキ部が移動させた籾殻に燃焼板の上で接触する第3レーキ部と、支持部に支持され、第1レーキ部により燃焼板の外方に排出された灰を排出部に移動する第4レーキ部と、を備える。
また、本発明は、籾殻を燃焼させて熱交換して温風を発生する籾殻燃焼装置と、籾殻燃焼装置が発生させた温風により穀物を乾燥させる穀物乾燥機と、籾殻燃焼装置が発生させた温風を穀物乾燥機に送るダクトと、を備える穀物乾燥システムであり、籾殻燃焼装置が、上述の籾殻燃焼装置である。
本発明によれば、籾殻燃焼装置において、籾殻中の炭素分をガス化させつつ、シリカの結晶化が生じる前に燃焼反応を終えるよう籾殻の燃焼制御を行うことで、籾殻燃焼熱の有効利用及び、健康影響と環境負荷の低減を両立することができる。
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
[穀物乾燥システムの構成]
図1は、本発明の実施形態に係る籾殻燃焼装置が設置される穀物乾燥システム1を示す概略構成図である。図1に示すように、穀物乾燥システム1は、籾殻燃焼装置10と、籾殻供給装置20と、穀物乾燥機30と、温風供給ダクト40と、送風機50と、燃焼空気ファン60と、排気ファン70と、排気用煙突80とを備える。本実施形態では、本発明の籾殻燃焼装置が発生させる熱を穀物乾燥に用いる例について説明する。なお、本発明の籾殻燃焼装置が発生させる熱は、例えば暖房用など、穀物乾燥以外の用途にも用いることができる。
図1は、本発明の実施形態に係る籾殻燃焼装置が設置される穀物乾燥システム1を示す概略構成図である。図1に示すように、穀物乾燥システム1は、籾殻燃焼装置10と、籾殻供給装置20と、穀物乾燥機30と、温風供給ダクト40と、送風機50と、燃焼空気ファン60と、排気ファン70と、排気用煙突80とを備える。本実施形態では、本発明の籾殻燃焼装置が発生させる熱を穀物乾燥に用いる例について説明する。なお、本発明の籾殻燃焼装置が発生させる熱は、例えば暖房用など、穀物乾燥以外の用途にも用いることができる。
籾殻燃焼装置10は、穀物の一例である米の外皮である籾殻を燃焼させて籾殻を熱交換する装置である。籾殻燃焼装置10は、籾殻を燃焼させて発生した熱を穀物乾燥機30などの熱の供給対象に供給する。籾殻燃焼装置10の詳細については後述する。
籾殻供給装置20は、籾殻燃焼装置10の運転中に籾殻を供給する装置である。籾殻供給装置20は、籾殻を貯蔵するホッパ、上記ホッパから籾殻燃焼装置10に籾殻を輸送するスクリューなどの供給路、及び上記ホッパから供給する動力を備える。
穀物乾燥機30は、籾殻燃焼装置10が発生させた熱により米などの穀物を乾燥させる装置である。図1において穀物乾燥機30は2台設けられているが、本発明において穀物乾燥機30の数は限定されない。
温風供給ダクト40は、籾殻燃焼装置10が発生させた熱により加温された温風を穀物乾燥機30に送るためのダクトである。温風供給ダクト40は、穀物乾燥機30に送る温風の温度に対応した素材、及び供給量に対応した寸法で形成される。
送風機50は、籾殻燃焼装置10の側面に取り付けられる。送風機50で送り込まれた空気は、外装体11と燃焼室14の間を通り抜け温風供給口13から吐出される。送風機50は、籾殻燃焼装置10の上部に設けられる熱交換器に空気を送り込む。熱交換器に送り込まれた空気は、籾殻燃焼装置10で発生した熱と熱交換されて温風となり、穀物乾燥機30に送り込まれる。燃焼空気ファン60は、籾殻燃焼装置10による籾殻の燃焼に必要な空気を外部から送り込む。燃焼空気ファン60は、籾殻燃焼装置10に送る空気の量を制御することで、籾殻燃焼装置10の燃焼状態を制御する。
排気ファン70は、籾殻燃焼装置10の上部から延出される排気用煙突80の先に設けられる。排気ファン70は、籾殻燃焼装置10の燃焼室内の燃焼ガスを上記熱交換器に誘導し排気する。排気ファン70は、上記燃焼室内を負圧にして、排気用煙突80以外の空気の流路に排気ガスが漏洩しないようにする。排気ファン70は、任意に設定した温度の温風を温風供給口13から出力できるように、排気する空気の量、つまり回転数が制御される。
なお、穀物乾燥システム1において、籾殻供給装置20や送風機50の構成は、上述の例に限定されず、様々な形態のものを利用することができる。
[籾殻燃焼装置の構成]
次に、籾殻燃焼装置10の構成の一例について説明する。
次に、籾殻燃焼装置10の構成の一例について説明する。
図2は、籾殻燃焼装置10の正面図である。図2は、籾殻燃焼装置10を図1における温風供給ダクト40の延出方向に対向する方向から見た図である。以下、籾殻燃焼装置10について、この温風供給ダクト40の延出方向に対向する方向の面を正面として説明する。図2に示すように、籾殻燃焼装置10は、外装体11と、籾殻導入部12と、温風供給口13とを備える。籾殻燃焼装置10は、バイオマス燃焼の一例である籾殻を燃焼させて空気を加温する。
外装体11は、籾殻燃焼装置10の外形を形成する。外装体11は、後述の燃焼室などの籾殻燃焼装置10の構成要素を収容するために、装置の内外を仕切るパネル111や、構成要素を保持し装置の外形形状を定めるフレーム112などによって構成される。
籾殻導入部12は、籾殻供給装置20から供給される籾殻を燃焼室の内部に供給するための部材である。
温風供給口13は、熱交換した温風を温風供給ダクト40に送出するための開口である。温風供給口13は、温風供給ダクト40と連通している。
図3は、籾殻燃焼装置10の内部構造を示す模式図である。図3に示すように、籾殻燃焼装置10は、外装体11の内部に、燃焼室14と、駆動部17と、排出部18と、空気供給部19とを備える。
燃焼室14は、籾殻を燃焼させる空間を構成する。燃焼室14は、籾殻の燃焼に耐えうるような材料により形成されている。燃焼室14は、この籾殻を燃焼させる空間の中に、燃焼板15と、レーキ16とを備える。
燃焼板15は、燃焼室14の内部に設けられる。燃焼板15は、燃焼させる籾殻が載置可能なように、表面が例えば平面である。
図4は、籾殻燃焼装置10の燃焼板15の周辺を示す平面図である。図4に示すように、燃焼板15は、レーキ16の形状及び動作範囲に合わせて、平面視で例えば円形状に形成される。燃焼板15は、燃焼台151と、燃焼板本体152により構成される。燃焼台151は、パネル111に支持される。燃焼台151は、円筒形に形成される。燃焼台151は、その上部に燃焼板本体152が載置されている。燃焼台151は、燃焼板本体152の高さを燃焼室14の底面より高くさせる。
燃焼板本体152は、高温で燃焼させる籾殻を表面に載置するため、例えば耐熱性のセラミック板など、耐熱性の材料により形成されている。燃焼板本体152を形成する上記セラミック板は、燃焼板本体152の全体を一枚の板で形成しても、あるいは複数の板を並べて形成してもよい。燃焼板本体152は、表面と裏面との間を貫通する複数の孔が設けられている、セラミック製のパンチングメタル形状の板材である。燃焼板本体152は、この孔により表面と裏面との間で空気が通過可能である。
なお、燃焼板本体152は、上述のようにセラミック製のパンチングメタル形状に限定されず、例えば通気性のあるセラミック製の多孔質の板材であってもよいし、セラミック以外の高温に耐えられる素材でもよい。また、燃焼板本体152の平面形状は、上述のような円形に限定されない。
パネル111上に設けられた燃焼台151と燃焼板本体152により、燃焼板15の内部に空気室153が形成される。空気室153には、空気供給部19を経由して燃焼空気ファン60より供給された空気が充填される。空気室153の空気は、燃焼板本体152の孔を通って上方向(燃焼板本体152の表面方向)に放出される。
燃焼板15の中心付近の上方には、籾殻導入部12の先端部分が位置するように配置されている。このため、籾殻導入部12は、籾殻を燃焼板15の中心付近の上に導入することができる。籾殻導入部12は、設定温度に対して必要な量(例えば7~60kg/h)の籾殻を供給することができる。籾殻の投入量は、例えば籾殻燃焼装置10の始動時、運転時に任意に決定される。
籾殻導入部12は、連続的に籾殻を投入する。籾殻の投入量は、例えば60kg/hであれば、1分あたり1kgの籾殻を60分間投入する。籾殻導入部12は、籾殻導入部12の根元に、例えば、不図示のスクリューコンベアのような時間あたりの連続的な籾殻の投入を実現する機構が設置される。籾殻導入部12は、スクリューコンベアの回転数を制御することにより、籾殻の投入量が制御される。籾殻燃焼装置10は、レーキ16の回転数と籾殻の投入量とを調整することにより、籾殻の燃焼温度と燃焼時間とを制御することができる。
レーキ16は、燃焼板15の上に設けられる。レーキ16は、軸部161と、支持部162と、第1レーキ部163と、第2レーキ部164,164bと、第3レーキ部165と、第4レーキ部166,167とを備える。
図5は、レーキ16の正面図である。また、図6は、レーキ16の平面図である。図5及び図6に示すように、レーキ16は、軸部161が燃焼板15の略中心に位置している。支持部162は、軸部161に対して直角または略直角の向きになるように取り付けられる。軸部161は、支持部162の中点付近に取り付けられる。支持部162の長さは、燃焼板本体152の直径よりも長い。レーキ16は、支持部162の長さが軸部161の長さより長い略T字状に形成される。
以上のような形状により、レーキ16は、図3、及び図4に示したように籾殻燃焼装置10に取り付けた状態で軸部161が燃焼板15の燃焼板本体152の表面から垂直に伸び、支持部162が燃焼板本体152の表面に沿って延びる。
第1レーキ部163は、長手方向の一端が支持部162から軸部161の延出方向に延出された略柱状の第1支持部材163aの端部に設けられる。第1レーキ部163は、略矩形状の板材である。第1レーキ部163は、レーキ16を燃焼板15に取り付けたときに、長辺が燃焼板本体152と略平行となるように設けられる。このため、第1レーキ部163及び第1支持部材163aは、略L字形状を形成する。
第2レーキ部164は、略矩形状の板材である。第2レーキ部164は、レーキ16を燃焼板15に取り付けたときに、長辺が燃焼板本体152と略平行となるように設けられる。第2レーキ部164は、支持部162から軸部161の延出方向に延出された略柱状の第2支持部材164aの端部により支持される。第2レーキ部164bは、略矩形状の板材である。第2レーキ部164bは、レーキ16を燃焼板15に取り付けたときに、長辺が燃焼板本体152と略平行となるように設けられる。第2レーキ部164bは、一端が軸部161から垂直に延出され、他端が第2支持部材164aに支持される。なお、第2レーキ部164bは、丸棒材で形成されてもよい。
第3レーキ部165は、例えば丸棒材である。第3レーキ部165は、角棒材であってもよい。第3レーキ部165は、レーキ16を燃焼板15に取り付けたときに、長辺が燃焼板本体152と略平行となるように設けられる。第3レーキ部165は、支持部162から軸部161の延出方向に延出された略柱状の第3支持部材165aの端部、及び、軸部161により支持される。
第4レーキ部166は、略矩形状の板材である。第4レーキ部166は、レーキ16を燃焼板15に取り付けたときに、長辺が燃焼台151と略平行となるように設けられる。第4レーキ部166は、支持部162の一端から軸部161の延出方向に延出された第4支持部材166aに設けられる。
第4レーキ部167は、略矩形状の板材である。第4レーキ部167は、レーキ16を燃焼板15に取り付けたときに、長辺が燃焼台151と略平行となるように設けられる。第4レーキ部167は、支持部162の他端から軸部161の延出方向に延出された第5支持部材167aに設けられる。
支持部162から軸部161の延出方向は、レーキ16を燃焼板15に取り付けたときに燃焼板本体152がある方向でもある。第1レーキ部163、第2レーキ部164,164b、第3レーキ部165、及び第4レーキ部166,167は、金属の板材など硬質で耐熱性のある部材により形成される。第1レーキ部163、第2レーキ部164,164b、第3レーキ部165、及び第4レーキ部166,167の形状は、いずれも上述の形状の材料には限定されない。
第1レーキ部163、第2レーキ部164,164b、及び第3レーキ部165は、レーキ16が籾殻燃焼装置10に取り付けられた状態において長手方向の面が燃焼板本体152と略平行に向かい合う位置に設けられる。第1レーキ部163、第2レーキ部164、及び第3レーキ部165は、籾殻燃焼装置10の運転時に燃焼板本体152の上の籾殻及び灰に接触する。第1レーキ部163、及び第3レーキ部165は、それぞれの最下端部が燃焼板本体152の上面に当接しないこと、つまり所定の厚みの灰が残留するように取り付ける位置が設定されている。ここで、第1レーキ部163、及び第3レーキ部165を取り付ける位置は、灰を含む燃焼板本体152の通気性により燃焼室14の内部に送り込まれる空気量が定まることを想定すると、灰の高さが適切な値(例えば1~5cm)となるように、レーキ16の最下端部と燃焼板本体152上面との間隔を例えば2~5cm程度とするのが望ましい。
第2レーキ部164は、第1レーキ部163及び第3レーキ部165と比べると、支持部162からの垂直方向(短手方向)の距離が例えば10mm程度短い。このため、第2レーキ部164は、第1レーキ部163及び第3レーキ部165と比較して、レーキ16が籾殻燃焼装置10に取り付けられたときの燃焼板本体152との間隔が大きい。第2レーキ部164bは、第2レーキ部164と比べると、支持部162からの垂直方向(短手方向)の距離が例えば10mm程度短い。このため、第2レーキ部164bは、第2レーキ部164と比較して、レーキ16が籾殻燃焼装置10に取り付けられたときの燃焼板本体152との間隔が大きい。
第4レーキ部166,167は、レーキ16が籾殻燃焼装置10に取り付けられた状態において燃焼台151に向かい合う位置に設けられる。このため、第4レーキ部166,167は、籾殻燃焼装置10の運転時に燃焼板本体152から燃焼台151の上面に落下した灰と接触する。
レーキ16は、軸部161から見たそれぞれの軸部161寄りの端部の位置が、第3レーキ部165、第2レーキ部164、第1レーキ部163、第4レーキ部166,167の順に配置される。
第1レーキ部163は、軸部161の延伸方向に向かい合う方向(図6の方向)から見て、支持部162を起点に支持部162に対して角度θ1を有して取り付けられる。ここで、角度θ1は、レーキ16の回転方向に向かって、例えば、45°前傾である。第1レーキ部163と同様に、第2レーキ部164も、軸部161の延伸方向に向かい合う方向から見て、支持部162を起点に支持部162に対して角度θ2を有して取り付けられる。ここで、角度θ2は、レーキ16の回転方向に対して、例えば、45°後傾である。第1レーキ部163と第2レーキ部164とは、支持部162を基準にそれぞれ反対方向に角度を有している。
第3レーキ部165は、軸部161の延伸方向に向かい合う方向から見て、つまり平面視において、支持部162と平行に取り付けられている。なお、第3レーキ部165の向きは、これに限定されず、平面視において支持部162に対して角度を有して取り付けられてもよい。
第4レーキ部166,167は、軸部161の延伸方向に向かい合う方向から見て、支持部162と平行に取り付けられている。第4レーキ部166,167は、支持部162の両端部に設けられる。第4レーキ部166を支持する第4支持部材166a、及び第4レーキ部167を支持する第5支持部材167aの長さは、燃焼板本体152から燃焼台151の上面に落下した灰と接触するために、第1レーキ部163、第2レーキ部164、及び第3レーキ部165の支持部材よりも支持部162からの長さが長い。第4支持部材166a及び第5支持部材167aの長さは、第1レーキ部163、第2レーキ部164、及び第3レーキ部165の支持部材よりも燃焼台151の高さに相当する程度長い。
図3に示すように、駆動部17は、燃焼板15の裏面の下方に配置されている。駆動部17の回転軸は、レーキ16の軸部161と同軸上に設けられることで、軸部161に接続している。駆動部17は、軸部を中心にレーキ16を回転駆動するために、電動式のモータやギアなどにより構成される。駆動部17は、籾殻導入部12から燃焼板15の上に導入された籾殻を上述のように構成されるレーキ16が燃焼板15を数周する間に排出することができるように、例えばレーキ16を1周当たり約6秒の速度で回転させる。
排出部18は、燃焼板15の外方に設けられる。排出部18は、籾殻を籾殻燃焼装置10の外部に排出するための経路を形成する。排出部18は、第4レーキ部166,167が集めた燃焼台151上の灰を、籾殻燃焼装置10の外部に排出するために設けられる。排出部18は、第4レーキ部166,167の移動線上に配置される。排出部18は、正面視において燃焼台151と燃焼室14との間に設けられる。排出部18の開口幅は、第4レーキ部166,167の幅と同じくらいの幅が望ましい。なお、排出部18の個数、平面視の位置は本実施形態のものには限定されない。
空気供給部19は、図1に示した燃焼空気ファン60から取り入れられた空気を、籾殻燃焼装置10の内部に取り込む。空気供給部19は、燃焼空気ファン60から取り込んだ空気を、燃焼板15の燃焼板本体152の裏面側から燃焼板本体152に設けられる孔を介して燃焼室14の内部に空気を供給する。
[籾殻燃焼装置の動作]
次に、籾殻燃焼装置10の動作の一例について説明する。籾殻燃焼装置10において、運転開始時の籾殻への着火は、灯油などの燃料と種火とを投入することで行う。なお、運転開始時の籾殻への着火の方法は、特に限定されない。
次に、籾殻燃焼装置10の動作の一例について説明する。籾殻燃焼装置10において、運転開始時の籾殻への着火は、灯油などの燃料と種火とを投入することで行う。なお、運転開始時の籾殻への着火の方法は、特に限定されない。
図7は、籾殻Cが導入された後の燃焼板15の周辺を示す模式図である。また、図8は、籾殻Cが導入された後の燃焼板15の周辺を示す平面図である。図7及び図8に示すように、燃焼板15の燃焼板本体152の表面には、燃焼室14の内部に導入済みの籾殻の灰Aが堆積している。籾殻燃焼装置10では、籾殻導入部12から燃焼板15の中央付近の表面に籾殻Cが投入される。この例ではレーキ16は、図8に示すように矢印R方向(反時計まわり)に回転する。
図9は、第1レーキ部163が籾殻Cの灰を移動する際の燃焼板15の周辺を示す平面図である。上述のように、第1レーキ部163は、軸部161の延伸方向に向かい合う方向から見て、支持部162を起点に支持部162に対して角度θ1を有して取り付けられる。図9に示すように、第1レーキ部163は、回転方向に向かって前傾した角度θ1を有して設けられることで、燃焼板15の上で燃焼させた灰Aのうち、所定の厚み以上に積もった一部の灰A1を押し出して、燃焼板15の外方、つまり燃焼台151の方向に移動させる。第1レーキ部163は、略矩形状の板材であるため、灰A1を押し出して移動させるのに適している。第1レーキ部163は、灰A1の押し出すため第2レーキ部164よりも籾殻燃焼装置10に取り付けられたときの燃焼板本体152との間隔が小さい(取り付け位置が低い)。第1レーキ部163が灰A1を移動させた後には、凹部Hが形成される。レーキ16が連続的に回転することで、第1レーキ部163は、燃焼板本体152の上の灰Aを掻き出して排出する。また、第1レーキ部163は、レーキ16が回転して灰Aに継続的に接触することで、灰Aを燃焼板本体152の上で撹拌する作用も有する。
図10は、第2レーキ部164が籾殻Cを移動する際の燃焼板15の周辺を示す平面図である。上述のように、第2レーキ部164は、軸部161の延伸方向に向かい合う方向から見て、支持部162を起点に支持部162に対して角度θ2を有して取り付けられる。図10に示すように、第2レーキ部164は、回転方向に対して後傾した角度θ2を有して設けられることで、第1レーキ部163が回転方向前方の灰A1を移動させて凹部Hが形成された箇所を含む場所に、籾殻導入部12から導入された籾殻Cを移動する。第2レーキ部164は、略矩形状の板材であるため、籾殻Cを押し出して移動させるのに適している。また、第2レーキ部164は、レーキ16が回転して灰Aに継続的に接触することで、灰Aを燃焼板本体152の上で撹拌する作用も有する。
第2レーキ部164bは、燃焼板本体152の中央付近に投入された籾殻Cを、第2レーキ部164bの外側に位置する第2レーキ部164の前側に押し出す。第2レーキ部164bは、籾殻Cを燃焼板本体152上で均平する。第2レーキ部164bは、籾殻Cの供給量が少ないときには籾殻Cを燃焼板本体152の上で撹拌する。第2レーキ部164bは、籾殻Cの供給量が多いときに、燃焼板本体152の中央付近の籾殻Cを押し出す作用を弱めるために、他のレーキ部よりも籾殻燃焼装置10に取り付けられたときの燃焼板本体152との間隔が大きい(取り付け位置が高い)。
図11は、第3レーキ部165が籾殻Cを撹拌する際の燃焼板15の周辺を示す平面図である。図11に示すように、第3レーキ部165は、第2レーキ部164が凹部H及びその付近に移動させた籾殻C及び灰Aに接触する。第3レーキ部165は、レーキ16が回転することで、籾殻Cを燃焼板15の上に拡げるように均平する。また、第3レーキ部165は、接触した籾殻C及び灰Aに接触することで、籾殻C及び灰Aの燃焼板本体152上の位置を変え、燃焼板本体152に投入された籾殻C及び燃焼中の籾殻C及び灰Aを撹拌する。第3レーキ部165は、籾殻Cを撹拌するために、他のレーキ部よりも籾殻燃焼装置10に取り付けられたときの燃焼板本体152との間隔が小さい(取り付け位置が低い)。また、第3レーキ部165は、丸棒材で形成されるため、籾殻Cを押し出す作用が弱まる。第2レーキ部164が籾殻C及び灰Aを撹拌することで、籾殻燃焼装置10は、籾殻Cの燃焼状態を良好にすることができる。
図12は、第4レーキ部166,167が籾殻の灰A2を排出する際の燃焼板15の周辺を示す平面図である。また、図13は、第4レーキ部166,167が籾殻の灰A2を排出する際の燃焼板15の周辺を示す模式図である。上述のように、第4レーキ部166,167は、幅方向で燃焼板本体152の外側、高さ方向で燃焼板本体152よりも燃焼台151の表面寄りの位置に取り付けられる。図12及び図13に示すように、第4レーキ部166,167は、第1レーキ部163により燃焼板本体152の外方に排出された灰A2を排出部18に移動する。排出部18に移動された灰A2は、籾殻燃焼装置10の外部に排出される。
以上のように構成されるレーキ16を任意の回転速度で回転させることに加えて、上述のように籾殻導入部12による籾殻の投入量(スクリューコンベアの回転数)にレーキ16の回転速度を同調させる制御を行うことより、籾殻燃焼装置10は、燃焼板15の上に籾殻が滞留する期間、つまり籾殻の燃焼時間と堆積量を制御することができる。籾殻燃焼装置10は、レーキ16を任意の回転速度で回転させることにより、設定温度に対して必要な量(7~60kg/h)が供給される籾殻について、燃焼板15上の籾殻の堆積量と堆積厚さ(1~5cm)を一定に保つことができる。また、レーキ16を備えることにより、籾殻燃焼装置10は、燃焼板本体152上の籾殻及び灰の厚さが安定し、籾殻の供給量にあわせ燃焼空気ファン60により燃焼に必要な空気供給量及び排気ファン70による排気量を制御することで燃焼温度や燃焼時間を適切に管理することができる。なお、燃焼空気ファン60の空気供給量は、一定であってもよい。
ここで、純粋なシリカの結晶開始温度は1400℃であるが、籾殻の場合は含有している不純物との関係により800℃からクリストバライト、トリジマイト、クォーツなどの結晶質シリカの生成が始まるとされる。一方で、燃焼時間を適切に管理して短い燃焼時間にすれば、例えば900℃の高温であっても結晶質シリカの生成は起こらないという研究結果もある。
従って、籾殻を燃焼した際に結晶質シリカを生成せずに燃焼による熱を最大限有効に得るためには、燃焼温度と燃焼時間とを適切に制御する必要がある。
[実施例]
[実施例]
以上の籾殻燃焼装置10による燃焼後の籾殻の灰の試料の分析結果を実施例として説明する。参考例は、従来の籾殻燃焼装置による燃焼後の籾殻の灰の試料の分析結果を示す。ここで、以下の灰の試料は、日本国の静岡県内の一般農家のほ場で栽培された米の籾殻を燃焼させたものである。
図14は、実施例における燃焼灰の組成を示す表である。図15は、参考例(従来機)と実施例における燃焼灰の成分を示す表である。図15では、実施例における籾殻の投入量が異なる燃焼灰(No.1~No.5)の試料と、参考例としての市販のくん炭(NO.6)及び従来機の運転中の燃焼灰(No.7)及び運転後の燃焼灰(No.8)とのそれぞれに含まれる、結晶質シリカ、クォーツ、クリストバライト、及びトリジマイトの比率を示す。図16は、参考例(従来機)と実施例における燃焼灰の試料中の可溶性ケイ酸(S-SiO2)の比率を示す表である。図16では、実施例における籾殻の投入量が異なる燃焼灰(No.1~No.5)の試料、参考例としての市販のくん炭(NO.6)及び従来機の燃焼灰(NO.7)のそれぞれに含まれる、可溶性ケイ酸の比率を示す。
図14、及び図15によれば、籾殻燃焼装置10の実施例による籾殻の燃焼後の灰は、参考例の灰と異なり、結晶質シリカの濃度が測定限界付近の低い値であることがわかる。このため、籾殻燃焼装置10によれば、発塵性評価1.1%と低い値であり、灰の飛散性も小さいと考えられることから、人体への影響などが極めて少ないことがわかる。
また、図14、及び図16によれば、籾殻燃焼装置10の実施例による籾殻の燃焼後の灰は、可溶性ケイ酸の濃度が、参考例の場合20%~30%の間であるのに比較して、50%近くの高い値であることがわかる。このため、籾殻燃焼装置10によれば、燃焼後の灰について土壌改良材としての利用についても期待できる。
また、図15によれば、籾殻燃焼装置10の実施例による籾殻の燃焼後の灰は、籾殻供給量が(8.6~59.6kg/h)変動しても、結晶質シリカの濃度が測定限界以下の低い値であることがわかる。
また、図16によれば、籾殻燃焼装置10の実施例による籾殻の燃焼後の灰は、籾殻供給量が(8.6~56.6kg/h)変動しても、可溶性ケイ酸の濃度が、50%近くの高い値であることがわかる。
以上のように、本実施形態に係る籾殻燃焼装置10によれば、籾殻の燃焼温度や燃焼時間を適切に管理することで、有害物質が減少し、健康影響と環境負荷を低減することができる。
[その他の実施形態]
なお、本実施形態では、駆動部17によりレーキ16が燃焼板15の表面の上を回転しているが、本発明ではこれに限定されず、例えばレーキが軸で固定されて燃焼板を回転させることで籾殻を撹拌及び移動させてもよい。
なお、本実施形態では、駆動部17によりレーキ16が燃焼板15の表面の上を回転しているが、本発明ではこれに限定されず、例えばレーキが軸で固定されて燃焼板を回転させることで籾殻を撹拌及び移動させてもよい。
また、燃焼板15は、籾殻の燃焼やレーキ16による籾殻及び灰の撹拌または移動に影響を与えるものでなければ、表面が平面以外、例えば緩やかな曲面や多少の凹凸があってよい。
また、第2レーキ部164と第3レーキ部165とは、個別の部材で構成していたが本発明ではこれに限定されず、上述の第2レーキ部164及び第3レーキ部165の作用を1つのレーキ部により得られるように、一体的に構成してもよい。
なお、レーキ16に設けられる第1レーキ部163、第2レーキ部164、第3レーキ部165、第4レーキ部166,167は、上述のように単一の動力軸である軸部161に支持されて動く例に限定されず、例えば各レーキ部の回転軸が別々であってもよい。あわせて、本実施形態では燃焼板15上のレーキ16は1本であるが、2~3本配置してもよい。
以上説明した籾殻燃焼装置は、得られた熱を穀物の乾燥以外の用途、例えば暖房などにも適用できる。また、以上説明した籾殻燃焼装置は、熱の利用をせず、籾殻の灰をくん炭、つまり土壌改良材として利用するために用いる場合にも適用できる。また、以上説明した籾殻燃焼装置は、木質ペレットや3~5cm長に切断した稲わらなどのバイオマス資材にも適用できる。
1 :穀物乾燥システム
10 :籾殻燃焼装置
11 :外装体
12 :籾殻導入部
13 :温風供給口
14 :燃焼室
15 :燃焼板
16 :レーキ
17 :駆動部
18 :排出部
19 :空気供給部
20 :籾殻供給装置
30 :穀物乾燥機
40 :温風供給ダクト
50 :送風機
60 :燃焼空気ファン
70 :排気ファン
80 :排気用煙突
111 :パネル
112 :フレーム
151 :燃焼台
152 :燃焼板本体
153 :空気室
161 :軸部
162 :支持部
163 :第1レーキ部
163a:第1支持部材
164 :第2レーキ部
164a:第2支持部材
164b:第2レーキ部
165 :第3レーキ部
165a:第3支持部材
166 :第4レーキ部
166a:第4支持部材
167 :第4レーキ部
167a:第5支持部材
10 :籾殻燃焼装置
11 :外装体
12 :籾殻導入部
13 :温風供給口
14 :燃焼室
15 :燃焼板
16 :レーキ
17 :駆動部
18 :排出部
19 :空気供給部
20 :籾殻供給装置
30 :穀物乾燥機
40 :温風供給ダクト
50 :送風機
60 :燃焼空気ファン
70 :排気ファン
80 :排気用煙突
111 :パネル
112 :フレーム
151 :燃焼台
152 :燃焼板本体
153 :空気室
161 :軸部
162 :支持部
163 :第1レーキ部
163a:第1支持部材
164 :第2レーキ部
164a:第2支持部材
164b:第2レーキ部
165 :第3レーキ部
165a:第3支持部材
166 :第4レーキ部
166a:第4支持部材
167 :第4レーキ部
167a:第5支持部材
Claims (8)
- 籾殻を燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室内に設けられ、燃焼させる前記籾殻を表面に載置可能であり表面と裏面の間を貫通する複数の孔を有する燃焼板と、
前記燃焼板の前記裏面から前記燃焼板の前記孔を通過させて前記燃焼室の内部に空気を供給する空気供給部と、
前記籾殻を前記燃焼板の上に導入する籾殻導入部と、
前記燃焼板の上に設けられるレーキと、
前記燃焼板または前記レーキの少なくともいずれか一方を回転駆動する駆動部と、
前記燃焼板の外方に設けられ、前記籾殻を排出する排出部と、
を備え、
前記レーキは、
前記燃焼板の表面から垂直に伸びる軸部と、
前記軸部に支持され前記燃焼板の表面に沿って延びる支持部と、
前記支持部に支持され、前記燃焼板の上で燃焼させた前記籾殻の灰を前記燃焼板の外方に移動させる第1レーキ部と、
前記支持部に支持され、前記第1レーキ部が前記灰を移動させた箇所に、前記籾殻導入部から導入された前記籾殻を移動する第2レーキ部と、
前記支持部に支持され、前記第2レーキ部が移動させた前記籾殻に前記燃焼板の上で接触する第3レーキ部と、
前記支持部に支持され、前記第1レーキ部により前記燃焼板の外方に排出された前記灰を前記排出部に移動する第4レーキ部と、
を備える、
籾殻燃焼装置。 - 前記レーキは、
前記軸部から、前記第3レーキ部、前記第2レーキ部、前記第1レーキ部、前記第4レーキ部の順に前記支持部に支持される、
請求項1に記載の籾殻燃焼装置。 - 前記第2レーキ部は、前記第1レーキ部及び前記第3レーキ部よりも前記支持部からの垂直方向の距離が短い、
請求項1に記載の籾殻燃焼装置。 - 前記第1レーキ部及び前記第2レーキ部は、
前記軸部に平行な方向から見て前記支持部に対して角度を有して取り付けられている、
請求項1記載の籾殻燃焼装置。 - 前記燃焼板は、多孔質の材料である、
請求項1に記載の籾殻燃焼装置。 - 前記空気供給部は、前記燃焼室の下方に設けられる 請求項1に記載の籾殻燃焼装置。
- 前記レーキは、前記燃焼板の平面視の中心と同軸上に前記軸が設けられる、
請求項1に記載の籾殻燃焼装置。 - 籾殻を燃焼させて熱交換して温風を発生する籾殻燃焼装置と、
前記籾殻燃焼装置が発生させた前記温風により穀物を乾燥させる穀物乾燥機と、
前記籾殻燃焼装置が発生させた前記温風を前記穀物乾燥機に送るダクトと、
を備える穀物乾燥システムであり、
前記籾殻燃焼装置は、
請求項1に記載の籾殻燃焼装置である、
穀物乾燥システム。
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-
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- 2018-03-06 JP JP2020504527A patent/JP6744602B2/ja active Active
- 2018-03-06 WO PCT/JP2018/008562 patent/WO2019171466A1/ja active Application Filing
- 2018-03-06 CN CN201880054822.4A patent/CN111051777B/zh active Active
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JPWO2019171466A1 (ja) | 2020-07-02 |
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