(57)【要約】【課題】  ダウンドラフト式で高い熱効率と小型化を実現し、且つクリンカが生じにくい固形燃料のガス化装置、発電装置及びガス化方法を提供する。【解決手段】  本発明の固体燃料のガス化装置１０は、ダウンドラフト式固定床のガス化炉７０を用いて固体燃料をガス化する固体燃料のガス化装置において、前記ガス化炉を構成する反応炉７７の下部が、周縁部から半径方向中心側に縮径しながら下がっていく傾斜面７１ａと、最下端の中心に位置する貫通孔７１ｂを備えており、気体のガス化剤１００を前記周縁部から前記貫通孔に向かって前記傾斜面に沿って圧縮噴射することを特徴とする。ガス化剤を圧縮噴射することで傾斜面の表面の灰を吹き飛ばすのでクリンカが形成されにくく、また、貫通孔付近に存在する固体燃料を集中的に超高温にすることができ、熱効率を高めることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダウンドラフト式固定床のガス化炉を用いて固体燃料をガス化する固体燃料のガス化装置において、
前記ガス化炉を構成する反応炉の下部が、周縁部から半径方向中心側に縮径しながら下がっていく傾斜面と、最下端の中心に位置する貫通孔を備えており、
気体のガス化剤を前記周縁部から前記貫通孔に向かって前記傾斜面に沿って圧縮噴射することを特徴とする固体燃料のガス化装置。
【請求項２】
前記ガス化剤を前記周縁部の複数箇所から圧縮噴射することを特徴とする請求項１に記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項３】
前記ガス化炉が、前記反応炉の外周面に沿って上下方向にのびて前記周縁部に至るガス化剤用流路を備えており、前記ガス化剤が前記ガス化剤用流路内を上方から下方に向かって流れて前記周縁部に至ることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項４】
前記ガス化炉が、前記反応炉の上部から内部を通って前記底部の上方にまで至る撹拌棒を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項５】
前記ガス化炉が、前記貫通孔の下方に配置される火格子と、前記火格子を水平面内で回転させるための駆動機構を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項６】
前記ガス化炉が、前記反応炉の前記底部近傍から前記ガス化剤用流路の周囲を覆って前記ガス化炉の上部にまで至る可燃性ガス用流路を備えており、前記可燃性ガスが前記反応炉の下方から前記可燃性ガス用流路内を下方から上方に向かって流れることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のガス化装置と、前記ガス化装置から生じた可燃性ガスを少なくとも燃料の一部として駆動するエンジンと、前記エンジンに連結した発電機と、を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項８】
ダウンドラフト式固定床のガス化炉を用いて固体燃料をガス化する固体燃料のガス化方法において、
前記ガス化炉を構成する反応炉の下部が、周縁部から半径方向中心側に縮径しながら下がっていく傾斜面と、最下端の中心に形成される貫通孔を備えており、
気体のガス化剤を前記周縁部から前記貫通孔に向かって前記傾斜面に沿って圧縮噴射することを特徴とする固体燃料のガス化方法。
【請求項９】
ガス化剤供給部と、
固体燃料を燃焼させる燃焼部と、を含む固体燃料のガス化装置であって、
前記燃焼部は、
すり鉢形状の形成面部と、
前記形成面部の中央に設けられた孔部と、
前記孔部を形成する端部から所定の間隙を有し、かつ前記孔部から前記燃焼部に突出するよう設けられた凸部と、を含み、
前記ガス化剤供給部は、前記所定の間隙に向かってガス化剤を供給する、固体燃料のガス化装置。
【請求項１０】
前記ガス化剤は、酸素を含む気体である、請求項９に記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１１】
前記ガス化剤の供給量は、１０ｍ３／ｈ以上２５ｍ３／ｈ以下である、請求項９または１０に記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１２】
前記ガス化剤は、前記燃焼部へ供給される前に、前記燃焼部から生じた可燃性ガスの熱量を授受する熱量授受部を通過する、請求項９から１１のいずれか１項に記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１３】
前記凸部に対する前記孔部の直径の比は、２以上３以下の範囲内である、請求項９から１２のいずれか１項に記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１４】
前記燃焼部の固体燃料の温度は、摂氏９００度以上摂氏１３００度以下である、請求項９から１３のいずれか１項に記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１５】
前記固体燃料は、前記燃焼部へ供給される前に、前記燃焼部から生じた可燃性ガスの熱量により乾燥される乾燥部を通過する、請求項９から１４のいずれか１項に記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１６】
前記燃焼部で生じた灰の堆積物を撹拌する撹拌部をさらに備える、請求項１から１５のいずれか１項に記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１７】
前記撹拌部は、撹拌羽根を含み、
前記撹拌羽根は、０．１回転／分以上３回転／分以下の範囲で回転する、請求項１６に記載の固体燃料のガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体燃料のガス化装置、発電装置およびガス化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２００８−８１６３７号公報）には、クリンカの発生を抑制する木質バイオマスのガス化方法及び装置について開示されている。
特許文献１記載の木質バイオマスのガス化方法及び装置は、炉内を上下に仕切る仕切り板を設け、この仕切り板に上下に貫通する通過孔を設け、酸化剤を吹き込む吹込口を仕切り板の上側に設けたダウンドラフト型固定床ガス化炉を用い、仕切り板の上側の炉内に木質バイオマスからなる原料を投入し、吹込口から酸化剤を吹込みつつガス化する方法であって、吹込口から水蒸気を吹き込むことを特徴とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８１６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダウンドラフト式は、アップドラフト式と比較して可燃性ガス中のタール濃度が低いというメリットを有する。しかしながら、ダウンドラフト式は、最初に炉内上部の水分を多く含んだ固体燃料を乾燥させるために熱量が奪われる等の理由で熱効率が低いというデメリットを有する。
また、ガス化炉（ガス化装置）に関する問題として、熱処理の場合に、炉内（装置内）に灰が付着または固化することでクリンカ（焼塊）が形成され、ガス化されたガスが被覆されて流れない問題、または、閉塞されて流れない問題が生じる。【０００５】
本発明の目的は、熱効率を向上させるとともに、焼塊（ＣＬＩＮＫＥＲ）の発生を抑止する、固体燃料のガス化装置、およびガス化方法を提供することである。
本発明の他の目的は、熱効率を向上させたガス化装置により発電量を、より効率的にした、発電装置を提供することである。
本発明の他の目的は、ダウンドラフト式で高い熱効率と小型化とを実現し、且つクリンカが生じにくい固形燃料のガス化装置、発電装置及びガス化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）
一局面に従う固体燃料のガス化装置は、ダウンドラフト式固定床のガス化炉を用いて固体燃料をガス化する固体燃料のガス化装置において、ガス化炉を構成する反応炉の下部が、周縁部から半径方向中心側に縮径しながら下がっていく傾斜面と、最下端の中心に位置する貫通孔を備えており、気体のガス化剤を周縁部から貫通孔に向かって傾斜面に沿って圧縮噴射するものである。【０００７】
この場合、貫通孔に向かってガス化剤を供給することができるので、熱効率を向上させるとともに、焼塊（ＣＬＩＮＫＥＲ）の発生を抑止することができる。【０００８】
（２）
第２の発明にかかる固体燃料のガス化装置は、一局面に従う固体燃料のガス化装置において、ガス化剤を周縁部の複数箇所から圧縮噴射する。【０００９】
この場合、貫通孔に向かってガス化剤を供給することができるので、熱効率を向上させるとともに、焼塊（ＣＬＩＮＫＥＲ）の発生を抑止することができる。【００１０】
（３）
第３の発明にかかる固体燃料のガス化装置は、一局面または第２の発明にかかる固体燃料のガス化装置において、ガス化炉が、反応炉の外周面に沿って上下方向にのびて周縁部に至るガス化剤用流路を備えており、ガス化剤がガス化剤用流路内を上方から下方に向かって流れて周縁部に至ってもよい。【００１１】
ガス化剤流路が、反応炉の外周面に沿って上下方向にのびていることにより、ガス化剤は、ガス化剤流路を通過することで加熱される。これにより、高温のガス化剤を固体燃料に噴射することができるため、高い燃焼温度を維持することができる。また、固体燃料の燃焼に用いた熱を再利用するため、熱効率の高いガス化装置にすることができる。【００１２】
（４）
第４の発明にかかる固体燃料のガス化装置は、一局面から第３の発明にかかる固体燃料のガス化装置において、ガス化炉が、反応炉の上部から内部を通って底部の上方にまで至る撹拌棒を備えてもよい。【００１３】
この場合、撹拌棒は、反応炉内の固体燃料を撹拌することで熱分解を均一化させると共に固体燃料の架橋現象を防止することができる。【００１４】
（５）
第５の発明にかかる固体燃料のガス化装置は、一局面から第４の発明にかかる固体燃料のガス化装置において、ガス化炉が、貫通孔の下方に配置される火格子と、火格子を水平面内で回転させるための駆動機構を備えてもよい。【００１５】
火格子を回転させることにより、固体燃料の燃焼によって生じた炭または灰がガス化装置に固着するのを防ぎ、さらに、炭及び灰または炭同士灰同士が固まってガス化装置内で閉塞するのを防ぐことができる。【００１６】
（６）
第６の発明にかかる固体燃料のガス化装置は、一局面から第５の発明にかかる固体燃料のガス化装置において、ガス化炉が、反応炉の底部近傍からガス化剤用流路の周囲を覆ってガス化炉の上部にまで至る可燃性ガス用流路を備えており、可燃性ガスが前記反応炉の下方から可燃性ガス用流路内を下方から上方に向かって流れてもよい。【００１７】
この場合、可燃性ガス用流路内を通る可燃性ガスによって、ガス化剤用流路内のガス化剤を加熱できる。その結果、固体燃料の燃焼に用いた熱を再利用するため、熱効率の高いガス化装置にすることができる。【００１８】
（７）
他の局面に従う発電装置は、請求項１から６のいずれか一項に記載のガス化装置と、ガス化装置から生じた可燃性ガスを少なくとも燃料の一部として駆動するエンジンと、エンジンに連結した発電機と、を備えるものである。【００１９】
この場合、熱効率を向上させるとともに、焼塊（ＣＬＩＮＫＥＲ）の発生を抑止したガス化装置を用いることで、発電機の効率を高めることができる。【００２０】
（８）
さらに他の局面に従う固体燃料のガス化方法は、ダウンドラフト式固定床のガス化炉を用いて固体燃料をガス化する固体燃料のガス化方法において、ガス化炉を構成する反応炉の下部が、周縁部から半径方向中心側に縮径しながら下がっていく傾斜面と、最下端の中心に形成される貫通孔を備えており、気体のガス化剤を周縁部から貫通孔に向かって傾斜面に沿って圧縮噴射するものである。【００２１】
この場合、貫通孔に向かってガス化剤を供給することができるので、熱効率を向上させるとともに、焼塊（ＣＬＩＮＫＥＲ）の発生を抑止することができる。【００２２】
（９）
さらに他の局面に従う固体燃料のガス化装置は、ガス化剤供給部と、固体燃料を燃焼させる燃焼部と、を含む固体燃料のガス化装置であって、前記燃焼部は、すり鉢形状の形成面部と、前記形成面部の中央に設けられた孔部と、前記孔部を形成する端部から所定の間隙を有し、かつ前記孔部から前記燃焼部に突出するよう設けられた凸部と、を含み、前記ガス化剤供給部は、前記所定の間隙に向かってガス化剤を供給するものである。【００２３】
この場合、凸部と形成面部の端部とにより固体燃料を保持または係り止めさせて、ガス化剤を供給させて効率よく燃焼させることができる。また、燃焼後の灰は、孔部から重力落下させることができる。その結果、熱効率を向上させるとともに、焼塊（ＣＬＩＮＫＥＲ）の発生を抑止することができる。【００２４】
（１０）
第１０の発明にかかる固体燃料のガス化装置は、さらに他の発明にかかる固体燃料のガス化装置において、ガス化剤は、酸素を含む気体であってもよい。【００２５】
この場合、ガス化剤は、大気中の空気であってもよく、酸素を含む気体であってもよい。その結果、固体燃料の燃焼反応を高めることができる。【００２６】
（１１）
第１１の発明にかかる固体燃料のガス化装置は、さらに他の発明または第１０の発明にかかる固体燃料のガス化装置において、ガス化剤の供給量は、１０ｍ３／ｈ以上２５ｍ３／ｈ以下であることが好ましい。【００２７】
この場合、ガス化剤の供給量は、１０ｍ３／ｈ以上２５ｍ３／ｈ以下であることにより、最適な燃焼反応を維持することができる。【００２８】
（１２）
第１２の発明にかかる固体燃料のガス化装置は、さらに他の発明から第１１の発明にかかる固体燃料のガス化装置において、前記ガス化剤は、前記燃焼部へ供給される前に、前記燃焼部から生じた可燃性ガスの熱量を授受する熱量授受部を通過してもよい。【００２９】
この場合、可燃性ガスの熱量をガス化剤へ授受することにより燃焼効率を高めることができる。【００３０】
（１３）
第１３の発明にかかる固体燃料のガス化装置は、さらに他の発明から第１２の発明にかかる固体燃料のガス化装置において、凸部に対する孔部の直径の比は、２以上３以下の範囲内であることが好ましい。【００３１】
この場合、凸部に対する孔部の直径の比が、２以上３以下の範囲内であるため、固体燃料を確実に保持しつつ燃焼反応を生じさせることができる。【００３２】
（１４）
第１４の発明にかかる固体燃料のガス化装置は、さらに他の発明から第１３の発明にかかる固体燃料のガス化装置において、燃焼部の固体燃料の温度は、摂氏９００度以上摂氏１３００度以下であることが好ましい。【００３３】
この場合、燃焼部の固体燃料の温度は、摂氏９００度以上摂氏１３００度以下であるので、水性ガスシフト反応を安定して発生させることができる。【００３４】
（１５）
第１５の発明にかかる固体燃料のガス化装置は、さらに他の発明から第１４の発明にかかる固体燃料のガス化装置において、前記固体燃料は、前記燃焼部へ供給される前に、前記燃焼部から生じた可燃性ガスの熱量により乾燥される乾燥部を通過してもよい。【００３５】
この場合、固体燃料に含まれた水分量を蒸発し、乾燥させることができる。その結果、安定した燃焼反応を生じさせることができる。【００３６】
（１６）
第１６の発明にかかる固体燃料のガス化装置は、一局面から第１５の発明にかかる固体燃料のガス化装置において、燃焼部で生じた灰の堆積物を撹拌する撹拌部をさらに備えることが好ましい。【００３７】
この場合、灰の堆積物を撹拌することができるので、可燃性ガスを一定で安定して外部へ排出することができる。【００３８】
（１７）
第１７の発明にかかる固体燃料のガス化装置は、第１６の発明にかかる固体燃料のガス化装置において、撹拌部は、撹拌羽根を含み、撹拌羽根は、０．１回転／分以上３回転／分以下の範囲で回転することが好ましい。【００３９】
この場合、撹拌部は、撹拌羽根をさらに含み、０．１回転／分以上３回転／分以下の範囲で回転するので、堆積した灰を巻き上げることなく、灰を撹拌させつつ、可燃性ガスを排出することができる。【００４０】
本発明は、固体燃料のガス化装置、発電装置およびガス化方法に関し、詳しくはダウンドラフト式で高い熱効率と小型化とを実現し、且つクリンカが生じにくい固形燃料のガス化装置、発電装置及びガス化方法に関する。
バイオマスまたは石炭等の炭素を含有する固体燃料（以下、単に「固体燃料」と表記する場合がある。）をガス化する場合、通常７００℃以上の高温かつ酸素が少ない還元雰囲気下において、固体燃料を空気、酸素、水蒸気等のガス化剤と反応させて熱分解し、可燃性ガス（一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、メタン（ＣＨ４）等）を取り出している。
ガス化炉の形式には固定床、移動床、流動床、噴流床等がある。固定床には固体燃料とガス化剤とが同一方向に流れるダウンドラフト式と逆方向に流れるアップドラフト式とがある。【００４１】
ダウンドラフト式は、ガス化炉の上方または中央から下方にガス化剤を流す方式である。まず炉内最上部の熱分解層（２００℃以上６００℃以下）において、固体燃料がメタン（ＣＨ４）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）、水（Ｈ２Ｏ）、炭素（Ｃ（チャー（固体）））、タール、灰分（固体）等に熱分解される。【００４２】
本発明の固体燃料のガス化装置は、ダウンドラフト式固定床のガス化炉を用いて固体燃料をガス化する固体燃料のガス化装置において、ガス化炉を構成する反応炉の下部が、周縁部から半径方向中心側に縮径しながら下がっていく傾斜面と、最下端の中心に位置する貫通孔を備えており、気体のガス化剤を周縁部から貫通孔に向かって傾斜面に沿って圧縮噴射することを特徴とする。
また、ガス化剤を周縁部の複数箇所から圧縮噴射することを特徴とする。
また、ガス化炉が、反応炉の外周面に沿って上下方向にのびて周縁部に至るガス化剤用流路を備えており、ガス化剤がガス化剤用流路内を上方から下方に向かって流れて周縁部に至ることを特徴とする。
また、ガス化炉が、反応炉の上部から内部を通って底部の上方にまで至る撹拌棒を備えることを特徴とする。
また、ガス化炉が、貫通孔の下方に配置される火格子と、火格子を水平面内で回転させるための駆動機構を備えることを特徴とする。
また、ガス化炉が、反応炉の底部近傍からガス化剤用流路の周囲を覆ってガス化炉の上部にまで至る可燃性ガス用流路を備えており、可燃性ガスが反応炉の下方から可燃性ガス用流路内を下方から上方に向かって流れることを特徴とする。【００４３】
本発明の発電装置は、上記ガス化装置と、ガス化装置から生じた可燃性ガスを少なくとも燃料の一部として駆動するエンジンと、エンジンに連結した発電機とを備えることを特徴とする。
本発明の固体燃料のガス化方法は、ダウンドラフト式固定床のガス化炉を用いて固体燃料をガス化する固体燃料のガス化方法において、ガス化炉を構成する反応炉の下部が、周縁部から半径方向中心側に縮径しながら下がっていく傾斜面と、最下端の中心に形成される貫通孔を備えており、気体のガス化剤を周縁部から貫通孔に向かって傾斜面に沿って圧縮噴射することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】発電装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】発電装置の構成の一例を示す模式的構成図である。
【図３】ガス化装置の内部構造を示す縦断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ‘線断面図であり、反応炉の下部の傾斜面、貫通孔、ノズル等を示す図である。
【図５】可燃性ガス用流路の熱量の動きの一例を示す模式図である。
【図６】火格子の構成の一例を示す模式図である。
【図７】燃焼部の詳細を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付す。また、同符号の場合には、それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さないものとする。
【００４６】
（発電装置１）
本発明のガス化装置１０及び発電装置１の実施の形態について説明する。
図１および図２に示すように、発電装置１は、ガス化装置１０、タール除去装置２０、灰分回収装置３０、ガスミキサー４０、エンジン５０、および発電機６０を含む。
【００４７】
（ガス化装置１０の概略）
本実施の形態において、主にガス化装置１０のガス化炉７０は、熱効率を向上させるとともに、焼塊（ＣＬＩＮＫＥＲ）の発生を抑止することができる。ガス化装置１０の詳細については後述する。
【００４８】
（タール除去装置２０）
本実施の形態におけるタール除去装置２０は、熱交換器（第１熱交換器）を使用している。タール除去装置２０は、水で可燃性ガスを冷やすことでタールを積極的に結露させ、結露したタールをスクレーパーで取り除く仕組みになっている。この場合、水が結露しない温度までの冷却とする。
タール除去装置２０は、多数の多孔質セラミックをパイプ内に充填したものを用いても良い。また、これに限定されず、ニッケル系（Ｎｉ系）触媒を用いたもの、通常使用されているもの等、任意のタール除去装置２０を使用することができる。そして、可燃性ガスとタールとは共に次の灰分回収装置３０に供給される。
【００４９】
（灰分回収装置３０）
灰分回収装置３０は、自動洗浄フィルターを使用している。自動洗浄フィルターは、エアシリンダーで発生させた圧力エアで作動する。可燃性ガス中の灰分（粉塵）をフィルターに付着させると共に、フィルターに付着した粉塵にタールを付着させ、これらを自動洗浄によってフィルターから掻き落とす。取り除いた粉塵とタールとは、排出機により排出される。
灰分回収装置３０は、例えば金属製の不織布フィルターなど、通常用いられているもの等、任意の灰分回収装置３０を使用することができる。
すなわち、タール除去装置２０、および灰分回収装置３０は、主に不純物を取り除く装置である。
次に、自動洗浄フィルターを通過した可燃性ガスは、第２熱交換器で温度を調節され、ガスミキサー４０に供給される。
【００５０】
（ガスミキサー４０）
ガスミキサー４０は、適量の空気を可燃性ガスと混合し、混合気をエンジン５０に供給する。ガスミキサー４０は、タール除去装置２０及び灰分回収装置３０を通過して不純物を除去された可燃性ガスを外部の空気と混合するために設けられる。
【００５１】
（エンジン５０および発電機６０）
エンジン５０は、ガスミキサー４０から供給された混合気により駆動される。当該駆動力により発電機６０を用いて発電が実施される。
【００５２】
なお、発電装置１を構成する上記ガス化装置１０、タール除去装置２０、灰分回収装置３０、ガスミキサー４０、エンジン５０、発電機６０等の各種装置の駆動または制御は、コンピュータによる自動制御で行なってもよく、作業者が手動で行ってもよい。
【００５３】
（ガス化装置１０）
続いて、発電装置１に含まれるガス化装置１０の詳細について説明を行う。
図３は、ガス化装置１０の内部構造の一例を示す縦断面図である。
【００５４】
図３に示すように、ガス化装置１０は、主に燃料供給部１１、ガス化剤供給部１２、およびガス化炉７０を含む。
本実施の形態にかかるガス化装置１０は、燃料供給部１１及びガス化剤供給部１２からガス化炉７０の反応炉７７内に、固体燃料およびガス化剤を供給することで、ダウンドラフト式で固体燃料を熱分解し、可燃性ガスを生成する装置である。
【００５５】
（燃料供給部１１）
燃料供給部１１は、固体燃料を貯留するタンクと、ロータリーバルブ（ロータリーフィーダ）と、を備えている。
タンク内に貯留された固体燃料が、ロータリーバルブによりガス化炉７０へ供給される。具体的には、ガス化炉７０内の固体燃料の消費タイミングに合わせて、ロータリーバルブが作動し、タンク内の固体燃料が反応炉７７内に定量的に供給される。なお、燃料供給部１１は、上記の構成に限定されず、他の任意の装置、または任意の一般的なものを使用してもよい。
次に、固体燃料について説明を行う。
【００５６】
（固体燃料の例）
本実施の形態にかかる固体燃料としては、木質バイオマス、動物性バイオマス、木炭、石炭（無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭）、練炭、炭団、コークス等の炭素を含有する固体の物質が挙げられる。
木質バイオマスの形態としては、ペレット、チップ、おが屑（極端に小さいチップを含む）、籾殻、剪定枝、竹等が挙げられる。
しかし、木質バイオマスは、成分または水分量等の組成にばらつきがあり、おが屑（極端に小さいチップを含む）では、そのばらつきが顕著になる。そのため、発電装置１を長期間安定的に駆動させる観点から、チップまたはペレットの木質バイオマスを用いるのが好ましい。
ペレットは、一般的には直径６ミリメートル以上１０ミリメートル以下程度、長さ１０ミリメートル以上２５ミリメートル以下程度の円筒形であることが好ましい。
なお、本実施の形態においては、樹木皮が付いた状態の木質バイオマスであっても効率よく燃焼させることができる。さらに、ペレットは、円筒形に限定されず、円柱形であってもよい。
【００５７】
（ガス化剤供給部１２）
次に、ガス化剤供給部１２について説明を行う。ガス化剤供給部１２は、ガス化剤を格納するタンク１２ａと、圧縮機１２ｂとしてのブロワと、ノズル１２ｃとを備えている。
「圧縮機」とは、ＪＩＳ  Ｂ  ０１３２に定義されているとおり、「羽根車若しくはロータの回転運動又はピストンの往復運動によって気体を圧送する機械」を指す。
同様に「ブロワ」とは、「圧縮機のうち、有効吐出し圧力が２００ｋＰａ以下のもの」を指す。
ガス化剤供給部１２から供給されるガス化剤は、後述するガス化剤用流路７２を通って反応炉７７の下部に配置されたノズル１２ｃから反応炉７７内へ圧縮噴射される。
なお、ノズル１２ｃは、配管の先端に別途設けられたものでもよく、配管の開放端であってもよい。図３に示す実施の形態では、ノズル１２ｃは、ガス化剤用流路７２の下部に設けられている。
【００５８】
（ガス化炉７０）
図３に示すように、ガス化炉７０は反応炉７７、ガス化剤用流路７２、可燃性ガス用流路７３、撹拌棒７４、火格子７５および駆動機構７６を備える。
【００５９】
（反応炉７７）
本実施の形態にかかる反応炉７７は、水平面内における断面積が下方に向かうにつれて大きくなる末広がりの円筒型である。反応炉７７の内壁７１に生じる摩擦力を抑制する観点からは、反応炉７７は、水平断面において、円形または楕円形が好ましい。
また、反応炉７７の壁面の傾斜度（鉛直面に対する傾斜角）は大きいほど摩擦力の抑制効果が高まるが、一方で反応炉７７内のガスの流れに偏りが生じるおそれがあるので約５％以上１０％以下程度が好ましい。
なお、反応炉７７は、円筒型に限定されず、切頭型円錐、逆切頭型円錐、立方体、直方体等、任意の形状であってもよく、水平断面において、矩形状であってもよい。
【００６０】
また、本実施の形態にかかる反応炉７７の下部は、反応炉７７の水平断面において周縁部側から、反応炉７７の円筒の半径方向中心側に縮径しながら鉛直下方向へ向かう（下がっていく）傾斜面７１ａと、最下端の中心に形成される貫通孔７１ｂとを備えている。すなわち、傾斜面７１ａは、逆切頭円錐形状の側面を形成している。
反応炉７７の周囲は、所定の隙間をあけた状態で内壁７１に囲まれている。内壁７１の周囲は、所定の隙間をあけた状態で外壁７８に囲まれている。
【００６１】
（ガス化剤用流路７２）
ガス化剤用流路７２は、ガス化炉７０の内壁７１の間の隙間を反応炉７７の外周面に沿って、上下方向に延在して形成されている。ガス化剤用流路７２の一端側が、ガス化剤供給部１２に接続されている。図３に示す実施形態では、ガス化剤用流路７２の上端がガス化剤供給部１２に配管により接続されている。
ガス化剤用流路７２の他端側が、反応炉７７の底部の周縁部に配置した複数のノズル１２ｃにまで至る。
ガス化剤供給部１２から供給されたガス化剤は、ガス化剤用流路７２を上方から下方に移動する。１または複数のノズル１２ｃは、貫通孔７１ｂに向かってガス化剤を供給可能に形成される。ガス化剤は、傾斜面７１ａに沿って圧縮噴射される。
図４は、図３のＡ−Ａ‘線断面図であり、反応炉７７の下部の傾斜面７１ａ、貫通孔７１ｂ、ノズル１２ｃ等を示す図である。
図３及び図４中の符号１００は、ノズル１２ｃから供給されるガス化剤を示している。なお、ガス化剤は、ノズル１２ｃから圧縮噴射されてもよい。また、ガス化剤は、空気（大気）であってもよく、酸素を含む気体であってもよい。
【００６２】
（可燃性ガス用流路７３）
図３に示すように、可燃性ガス用流路７３は、反応炉７７の底部からガス化剤用流路７２の周囲を覆ってガス化炉７０の上部にまで至るよう形成されている。
具体的には、上記内壁７１と外壁７８との間に形成される隙間が、可燃性ガス用流路７３として形成される。可燃性ガス用流路７３は、反応炉７７の底部で反応炉７７内と連通する。
【００６３】
図５は、可燃性ガス用流路７３の熱量の動きの一例を示す模式図である。
図５に示すように、可燃性ガス用流路７３には、後述する燃焼部５００から高温の可燃性ガスが発生する。つまり、可燃性ガス用流路７３内を高温の可燃性ガスが下側から上側に向かって流れる。可燃性ガス用流路７３の内壁７１を介して、ガス化剤用流路７２が加熱される。その結果、ガス化剤用流路７２内を通過してノズル１２ｃから燃焼部５００へ供給されるガス化剤を高温にすることができる。
さらに、ガス化剤用流路７２が加熱されることにより、熱が固体燃料側に供給され、燃焼部５００に供給される固体燃料が乾燥された状態にすることができる。
【００６４】
（撹拌棒７４）
撹拌棒７４は、反応炉７７の上部から内部を通って傾斜面７１ａの上方にまで至るよう形成された棒状部材である。
撹拌棒７４は、反応炉７７内の固体燃料を撹拌することで熱分解（２００℃以上６００℃以下）を均一化させると共に固体燃料の架橋現象を防止するために設けられる。
なお、撹拌棒７４の内部を中空にし、内部にガス化剤１００を通して反応炉７７の傾斜面７１ａの近傍に供給することにしてもよい。
また、反応炉７７の傾斜面７１ａではなく、貫通孔７１ｂに供給されてもよく、貫通孔７１ｂに向かって圧縮噴射されてもよい。
【００６５】
（火格子７５および駆動機構７６）
図３に示すように、火格子７５は、反応炉７７の貫通孔７１ｂの下方に配置されることで反応炉７７の底部（炉底）を構成する。また、駆動機構７６は、火格子７５を水平面内で回転させるために設けられる。駆動機構７６によって火格子７５を回転させることで反応炉７７の底部の固体燃料を撹拌し、熱分解を均一化させると共に固体燃料の架橋現象を防止することができる。
図３に示すように、本実施の形態において、火格子７５は、傾斜面７１ａに形成された貫通孔７１ｂを貫通して形成されている。すなわち、火格子７５の一部は、鉛直下方向から鉛直上方向へ向けて貫通孔７１ｂを貫通して設けられている。
【００６６】
また、図６は、火格子７５の他の例を示す模式図であり、図７は、燃焼部５００の詳細を示す模式図である。
【００６７】
また、図６に示すように、火格子７５は、可燃性ガス用流路７３内へ向けて延在する１または複数の羽根部材７５ｃを有してもよい。
羽根部材７５ｃは、火格子７５の周縁端部に設けられている。例えば、駆動機構７６は、火格子７５を、０．１回転／ｍｉｎ以上３回転以下／ｍｉｎの範囲内で、一定、簡潔、変動速度等のいずれか１つまたはそれらの組み合わせで、回転させてもよい。
より好ましくは、駆動機構７６は、火格子７５を０．５回転／ｍｉｎで回転させてもよい。なお、駆動機構７６は、火格子７５を、必ずしも回転させる必要はなく、上下方向に移動させてもよく、振動させてもよい。
また、羽根部材７５ｃは、可燃性ガス用流路７３内に蓄積された灰を撹拌する機能を有していることが好ましい。その結果、燃焼部５００において発生した可燃性ガスを安定して、下流側のタール除去装置２０へ供給することができる。
【００６８】
次に、図７に示すように、火格子７５の一部７５ａは、傾斜面７１ａおよび貫通孔７１ｂと所定の間隙（水平方向距離７１Ｌ−７５Ｌ、垂直方向距離７５Ｈ）を形成するよう設けられる。本実施の形態において、所定の間隙は、固体燃料の長さの等倍以上２倍以下の範囲内で設定される。
【００６９】
（反応炉７７における燃焼部についての説明）
次に、反応炉７７の動きについて説明を行う。
まず、燃料供給部１１のタンクに固体燃料が投入され、ロータリーバルブが駆動して、反応炉７７内の所定高さまで固体燃料が堆積される。
次に、着火された反応炉７７内の固体燃料は、ガス化剤用流路７２を通って反応炉７７の下部の傾斜面７１ａに接触する。ガス化剤は、着火直後は、少量供給し、着火後所定の時間経過時点において、規定量の供給を開始する。
【００７０】
次に、固体燃料は、傾斜面７１ａから貫通孔７１ｂを通過して下方へ移動しようとする。この場合、固体燃料は、貫通孔７１ｂおよび火格子７５の一部により形成される間隙を通過し難い状態となる。
すなわち、図７に示すように、燃焼部５００において、火格子７５の一部７５ａと、傾斜面７１ａとの間に、ペレットが所定の時間、保持または係り止めされて燃焼状態が生じ、燃焼層が形成される。
特に、本実施の形態においては、ノズル１２ｃからガス化剤を矢印１００の方向で供給するため、燃焼層が９００℃以上１３００℃以下の超高温の範囲で維持される。すなわち、燃焼部５００において、水性ガスシフト反応等が生じる。
【００７１】
なお、ガス化剤１００は、圧縮噴射されなくてもよく、圧縮噴射されてもよい。圧縮噴射するメリットは、傾斜面７１ａの灰を吹き飛ばすことができる。また、圧縮噴射するメリットは、固体燃料の隙間にもガス化剤を供給することができる点である。
これらの場合、固体燃料が酸化し、火格子７５の一部と貫通孔７１ｂとの周囲に、高効率の燃焼による反応層が構築される。その結果、可燃性ガスの生成が開始される。
【００７２】
また、火格子７５および貫通孔７１ｂの下方付近には、還元層が形成され、還元層（６００℃以上８００℃以下）から生成された可燃性ガスは、可燃性ガス用流路７３内を上昇してガス化炉７０の外部に取り出される。
可燃性ガスが、反応炉７７の下方から可燃性ガス用流路７３内を上方に向かって流れる。この場合、火格子７５に設けられた１または複数の羽根部材７５ｃが可燃性ガス用流路７３に蓄積された灰を撹拌させることとなる。
その結果、安定して可燃性ガスを反応炉７７の下方から可燃性ガス用流路７３内を上方に向かって流して、上端からガス化炉７０の外部に取り出され、下流のタール除去装置２０等へ移動させることができる。
【００７３】
また、可燃性ガス用流路７３内を上昇する可燃性ガスの熱は、内壁７１を介してガス化剤用流路７２内を流れるガス化剤に伝達されるので、ガス化剤を高温状態に変化させて圧縮噴射することができ、反応炉７７内の温度低下を防止できる。
また、反応炉７７内で燃料供給部１１から順次供給される固体燃料を部分酸化することで上方から順に乾燥層、熱分解層（２００℃以上６００℃以下）、燃焼層（６００℃以上１３００℃以下）を形成することができる。
【００７４】
本発明では、気体のガス化剤を反応炉７７下部の貫通孔７１ｂに向かって傾斜面７１ａに沿って圧縮噴射する。上述のとおり、従来のガス化炉７０では熱処理中に炉内（特に炉底及びその周囲）の灰が固化してクリンカが形成されてしまうことが多いが、本発明ではガス化剤を圧縮噴射することで傾斜面７１ａ上の灰を吹き飛ばすのでクリンカが形成されにくい。
更に、ガス化剤を傾斜面７１ａの貫通孔７１ｂに向かって圧縮噴射し、貫通孔７１ｂ付近に存在する固体燃料だけを集中的に超高温にして貫通孔７１ｂを通過させるので熱効率を高めることができるという効果がある。
また、ガス化剤を圧縮噴射することで、固体燃料の密度が低い範囲、すなわち固体燃料間の隙間が大きい範囲だけでなく、密度が高い範囲、すなわち固体燃料間の隙間が小さい範囲にもガス化剤を送り込むことができるので、熱効率を更に高めることができる。
ガス化剤を複数箇所から圧縮噴射することにすれば、更にクリンカが形成されにくく、また、更に熱効率を高めることができる。
【００７５】
また、反応炉７７の外周面に沿って上下方向にのびるガス化剤用流路７２を設けて、ガス化剤用流路７２内にガス化剤を流すことにすれば、反応炉７７の熱がガス化剤に伝達されるので、高温のガス化剤を圧縮噴射することができ、反応炉７７内の温度低下を防止できる。
また、撹拌棒７４で反応炉７７内の固体燃料を撹拌することにすれば、熱分解を均一化させることができると共に固体燃料の架橋現象を防止することができる。
また、貫通孔７１ｂの下方に配置した火格子７５を水平面内で回転させることにすれば、火格子７５の表面に灰が蓄積しにくくなるのでクリンカの形成を防止できる。
【００７６】
また、ガス化剤用流路７２の周囲を覆ってガス化炉７０の上部にまで至る可燃性ガス用流路７３を設けることにすれば、高温の可燃性ガスの熱がガス化剤用流路７２内のガス化剤に伝達されるので、ガス化剤１００を高温で圧縮噴射することができる。
このように、本発明では反応炉７７の下部の貫通孔７１ｂ付近を超高温にすることにより可燃性ガス中のタール濃度を極めて低くすることができるので、ガス化装置１０の下流に設けるタール除去装置２０または灰分回収装置３０の負担を減らすことができ、また、エンジン５０を長期間に亘り安定的に駆動することができる。
【００７７】
本発明においては、ガス化装置１０が、「ガス化装置」に相当し、ガス化炉７０が、「ガス化炉」に相当し、反応炉７７が、「反応炉」に相当し、傾斜面７１ａが、「傾斜面、形成面部」に相当し、貫通孔７１ｂが、「貫通孔、孔部」に相当し、ノズル１２ｃが、「複数箇所、ガス化剤供給部」に相当し、ガス化剤用流路７２が、「ガス化剤用流路」に相当し、撹拌棒７４が、「攪拌棒」に相当し、火格子７５が、「火格子」に相当し、駆動機構７６が、「駆動機構」に相当し、可燃性ガス用流路７３が、「可燃性ガス用流路」に相当し、エンジン５０が、「エンジン」に相当し、発電機６０が、「発電機」に相当し、発電装置１が「発電装置」に相当し、燃焼部５００は、「燃焼部」に相当し、火格子７５の一部７５ａが「凸部」に相当し、内壁７１が、「熱量授受部」に相当し、反応炉７７内が「乾燥部」に相当し、１または複数の羽根部材７５ｃが、「撹拌部、撹拌羽根」に相当する。
【００７８】
本発明の好ましい一実施の形態は上記の通りであるが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神の範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。
【符号の説明】
【００７９】
１  発電装置
１０  ガス化装置
１１  燃料供給部
１２  ガス化剤供給部
１２ａ  タンク
１２ｂ  圧縮機
１２ｃ  ノズル
２０  タール除去装置
３０  灰分回収装置
４０  ガスミキサー
５０  エンジン
６０  発電機
７０  ガス化炉
７１  内壁
７１ａ  傾斜面
７１ｂ  貫通孔
７２  ガス化剤用流路
７３  可燃性ガス用流路
７４  撹拌棒
７５  火格子
７５ａ  火格子の一部
７５ｃ  羽根部材
７６  駆動機構
７７  反応炉
７８  外壁
１００  ガス化剤
５００  燃焼部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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