(57)【要約】【課題】予熱を利用して可燃物を自燃させることが可能であり、可燃物の自燃による熱を用いて熱交換を行うことが可能な自燃式ボイラー装置および発電システムを提供する。【解決手段】予熱を利用して可燃物を自燃させることで可燃物を炭化または灰化させる炭化処理部１００ａ〜１００ｄと、炭化または灰化処理により発生したガスを自燃させるガス燃焼部２００ａ，２００ｂと、ガス燃焼部２００ａ，２００ｂで燃焼させたガスを用いて熱交換を行う熱交換部３００と、少なくとも炭化処理部１００ａ〜１００ｄおよびガス燃焼部２００ａ，２００ｂを被覆する第１断熱壁６００と、第１断熱壁６００内に配置され、第１断熱壁内の予熱を行う１または複数の熱源４００と、を備え、第１断熱壁６００は主にセラミックファイバーで構成されている自燃式ボイラー装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予熱を利用して可燃物を自燃させることで可燃物を炭化または灰化させる炭化処理部と、
前記炭化または灰化処理により発生したガスを自燃させるガス燃焼部と、
前記ガス燃焼部で燃焼させたガスを用いて熱交換を行う熱交換部と、
少なくとも前記炭化処理部および前記ガス燃焼部を被覆する第１断熱壁と、
前記第１断熱壁内に配置され、前記第１断熱壁内の予熱を行う１または複数の熱源と、を備え、
前記第１断熱壁は主にセラミックファイバーで構成されている自燃式ボイラー装置。
【請求項２】
前記第１断熱壁は、前記セラミックファイバーを板状に形成した複数の板状部材を、所定の間隙を開けて重ね合わせることで構成されている請求項１に記載の自燃式ボイラー装置。
【請求項３】
前記炭化処理部および前記ガス燃焼部と、前記熱交換部との間に第２断熱壁が介在する請求項１または２に記載の自燃式ボイラー装置。
【請求項４】
可燃物を搬送する搬送スクリューが、前記炭化処理部内に挿通されている請求項１〜３のいずれかに記載の自燃式ボイラー装置。
【請求項５】
前記搬送スクリューの羽根の長手方向におけるピッチが、可燃物の投入口に近い第１部分よりも、前記第１部分よりも前記投入口から遠い第２部分において短くなっている請求項４に記載の自燃式ボイラー装置。
【請求項６】
前記搬送スクリューの軸と前記搬送スクリューの軸受けとの間に、冷却部材が介在する請求項４または５に記載の自燃式ボイラー装置。
【請求項７】
前記搬送スクリューの羽根にスリットが形成されている請求項４〜６のいずれかに記載の自燃式ボイラー装置。
【請求項８】
前記搬送スクリューの羽根と前記搬送スクリューの軸とが接する部分のうち一部のみが溶接されている請求項４〜７のいずれかに記載の自燃式ボイラー装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の自燃式ボイラー装置を備えた発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予熱を利用して可燃物を自燃させることで可燃物を炭化または灰化させるとともに、炭化または灰化により発生した熱、および炭化または灰化処理により発生したガスを燃焼させた熱を利用して熱交換を行う自燃式ボイラー装置および発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、廃棄物を燃焼室で燃焼させ、発生した熱で熱交換を行うボイラー装置が知られている（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２１８９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、燃焼室および熱交換室から外部に熱が放出されてしまうため、廃棄物を燃焼させるために常に燃焼室に加熱を行う必要があった。
【０００５】
本発明は、予熱を利用して可燃物を自燃させることが可能であり、可燃物の自燃による熱を用いて熱交換を行うことが可能な自燃式ボイラー装置および発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る自燃式ボイラー装置は、予熱を利用して可燃物を自燃させることで可燃物を炭化または灰化させる炭化処理部と、炭化または灰化処理により発生したガスを自燃させるガス燃焼部と、ガス燃焼部で燃焼させたガスを用いて熱交換を行う熱交換部と、少なくとも炭化処理部およびガス燃焼部を被覆する第１断熱壁と、第１断熱壁内に配置され、第１断熱壁内の予熱を行う１または複数の熱源と、を備え、第１断熱壁は主にセラミックファイバーで構成されている。
【０００７】
上記自燃式ボイラー装置において、第１断熱壁は、セラミックファイバーを板状に形成した複数の板状部材を、所定の間隙を開けて重ね合わせることで構成されている。
【０００８】
上記自燃式ボイラー装置において、炭化処理部およびガス燃焼部と、熱交換部との間に第２断熱壁が介在される。
【０００９】
上記自燃式ボイラー装置において、可燃物を搬送する搬送スクリューが、炭化処理部内に挿通されている。
【００１０】
上記自燃式ボイラー装置において、搬送スクリューの羽根の長手方向におけるピッチが、可燃物の投入口に近い第１部分よりも、第１部分よりも投入口から遠い第２部分において短くなっている。
【００１１】
上記自燃式ボイラー装置において、搬送スクリューの軸と、搬送スクリューの軸受けとの間に、冷却部材が介在する。
【００１２】
上記自燃式ボイラー装置において、搬送スクリューの羽根にスリットが形成されている。
【００１３】
上記自燃式ボイラー装置において、搬送スクリューの羽根と搬送スクリューの軸とが接する部分のうち一部のみが溶接されている。
【００１４】
本発明に係る発電システムは、上記ボイラー装置を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、少なくとも炭化処理部およびガス燃焼部が、主にセラミックファイバーで構成される第１断熱壁により一体的に覆われていることで、炭化処理部およびガス燃焼部から外部への熱放出を低減させることができ、その結果、可燃物の炭化または灰化処理や、炭化または灰化処理により発生したガスの燃焼を予熱を用いて自燃により行うことができ、可燃物の炭化または灰化処理およびガスの燃焼により発生した熱を用いて熱交換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る発電システムの概要図である。
【図２】第１実施形態に係るボイラー装置の正面断面図である。
【図３】第１実施形態に係るボイラー装置の側面断面図である。
【図４】本実施形態に係る外部断熱壁の断面図である。
【図５】本実施形態に係るスクリュー羽根のピッチを説明するための概要図である。
【図６】本実施形態に係るスクリューコンベア周辺の構成を説明するための断面図である。
【図７】スクリューコンベアの軸受け部分を説明するための図である。
【図８】第２実施形態に係るボイラー装置の正面断面図である。
【図９】第２実施形態に係るボイラー装置の側面断面図である。
【図１０】第３実施形態に係るボイラー装置の正面断面図である。
【図１１】第３実施形態に係るボイラー装置の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る自燃式ボイラー装置を備える発電システムを例示して本発明を説明する。図１に、本実施形態に係る発電システム１の概要を例示している。図１に示すように、本実施形態に係る発電システム１は、ボイラー装置１０と、発電装置２０とを備える。発電システム１において、ボイラー装置１０は、下水汚泥、工場汚泥、食品残渣、生ごみ、木屑、チップ、森林残渣などの可燃物（バイオマス）を予熱を利用して自燃（外部から予熱以外の熱を加えないで燃焼又は炭化させること、以下同様。）させることで炭または灰を排出するとともに、可燃物の炭化または灰化処理、および炭化または灰化処理により発生した熱を利用して水蒸気を発生させる。そして、発電装置２０は、ボイラー装置１０で発生させた水蒸気を利用して蒸気タービンを回転させることで発電を行う。以下に、本発明に係る自燃式のボイラー装置１０について説明する。
【００１８】
≪第１実施形態≫
図２は、第１実施形態に係るボイラー装置１０の正面断面図であり、図３のII−II線に沿う断面図である。また、図３は、第１実施形態に係るボイラー装置１０の側面断面図であり、図２のIII−III線に沿う断面図である。図２，３に示すように、第１実施形態に係るボイラー装置１０は、４本の炭化処理管１００ａ〜１００ｄ、２本のガス燃焼管２００ａ，２００ｂ、１本の熱交換管３００、複数の電気ヒーター４００、第１連通管５１０ａ，５１０ｂ、第２連通管５２０ａ，５２０ｂ、第３連通管５３０ａ，５３０ｂ、外部断熱壁６００、４つのローラー７００、および空気供給装置８００を備えている。
【００１９】
炭化処理管１００ａ〜１００ｄは、図３に示すように、筐体１１０、廃棄物や森林残渣などの可燃物を搬送するスクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂ、およびスクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂを回転させるモーター（不図示）を備えている。また、炭化処理管１００ａ，１００ｂは可燃物が投入される投入口１３０を、炭化処理管１００ｃ，１００ｄは炭または灰を排出する排出口１４０をそれぞれ備えている。図３に示すように、炭化処理管１００ａと炭化処理管１００ｂとは、第１連通管５１０ａを介して接続しており、炭化処理管１００ｃと炭化処理管１００ｄとは第１連通管５１０ｂを介して接続している。
【００２０】
炭化処理管１００ａ，１００ｃの筐体１１０内には、スクリューコンベア１２０ａが挿通されており、炭化処理管１００ｂ，１００ｄの筐体１１０内には、スクリューコンベア１２０ｂが挿通されている。スクリューコンベア１２０ａ、１２０ｂは、スクリュー軸１２１と、スクリュー軸１２１の長手方向に螺旋状に延在しているスクリュー羽根１２２とを有している。なお、スクリューコンベア１２０ａとスクリューコンベア１２０ｂとはスクリュー羽根１２２が異なるピッチで形成されている（詳細は後述する。）。
【００２１】
スクリュー軸１２１はモーター（不図示）と接続しており、モーターにより回転可能となっている。炭化処理管１００ａ，１００ｃでは、スクリュー軸１２１が回転することで、スクリュー羽根１２２が回転し、これにより、投入口１３０から投入された可燃物が一定時間をかけて第１連通管５１０ａ，５１０ｂまで搬送され、第１連通管５１０ａ，５１０ｂを介して炭化処理管１００ｂ，１００ｄへと移動する。また、炭化処理管１００ｂ，１００ｄでは、スクリュー軸１２１が回転することでスクリュー羽根１２２が回転し、これにより、第１連通管５１０ａ，５１０ｂから投入された可燃物が一定時間をかけて排出口１４０まで搬送され、炭または灰として排出口１４０から排出される。なお、本実施形態では、モーターの回転速度を調整することで、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ内の可燃物の滞留時間（自燃により炭化または灰化処理を行う時間）を調整することが可能となっている。
【００２２】
また、炭化処理管１００ａ，１００ｃは、第２連通管５２０ａ，５２０ｂを介して、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂと接続している。可燃物の自燃により炭化処理管１００ａ〜１００ｄ内で発生した高温のガスは、第２連通管５２０ａ，５２０ｂを通過して、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂへと移動する。ガス燃焼管２００ａ，２００ｂ内には空気供給装置８００により空気の供給が行われ、これにより、高温のガスを自燃により燃焼させることで、ガスに含まれる臭気成分などの熱分解が行われる。
【００２３】
さらに、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂは、第３連通管５３０ａ，５３０ｂを介して、熱交換管３００と接続している。図３に示すように、熱交換管３００は、ガス流路３１０，蒸気発生器３２０，蒸気流路３３０，および蒸気排出口３４０を有する。ガス燃焼管２００ａ，２００ｂで燃焼させたガスは、第３連通管５３０ａ，５３０ｂを通過して、熱交換管３００に移動する。熱交換管３００では、このような高温のガスを利用して熱交換を行うことで、水蒸気が発生する。具体的には、熱交換管３００において、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂで燃焼した高温のガスがガス流路３１０を通過して、蒸気発生器３２０まで移動する。蒸気発生器３２０は、たとえば、フィンチューブ式熱交換器やベアチューブ式熱交換器などであり、ガス流路３１０を通過した高温のガスが、蒸気発生器３２０に供給された水と熱交換を行い、水蒸気を発生させる。熱交換管３００で発生した水蒸気は、蒸気流路３３０を通過して、蒸気排出口３４０から排出される。なお、蒸気排出口３４０から排出された水蒸気は、発電装置２０の蒸気タービンまで移動し、蒸気タービンを回転させることで発電が行われる。
【００２４】
本実施形態では、図２および図３に示すように、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂの上方および下方に、複数の電気ヒーター４００が配置されている。電気ヒーター４００は、たとえば炭化ケイ素を主成分とした非金属の発熱体を有しており、炭化処理管１００ａ〜１００ｄおよびガス燃焼管２００ａ，２００ｂが格納される炉内（外部断熱壁６００内）を加熱する。また、本実施形態に係る電気ヒーター４００は、炉外に設置された温度制御装置（不図示）と接続しており、温度制御装置により電気ヒーター４００に供給される電流量を制御することで、炉内に格納された炭化処理管１００ａ〜１００ｄおよびガス燃焼管２００ａ，２００ｂの温度を予め設定した予熱温度まで上昇させることができる。なお、後述するように、本実施形態では、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂおよび電気ヒーター４００が外部断熱壁６００により一体的に覆われており、電気ヒーター４００の予熱で可燃物を自燃させてボイラー装置１０を稼動させることが可能となっている。そのため、本実施形態に係る電気ヒーター４００は、可燃物を炭化処理管１００ａ〜１００ｄに投入する前に、炭化処理管１００ａ〜１００ｄおよびガス燃焼管２００ａ，２００ｂの温度を所定の予熱温度まで上昇させる予熱処理を行う場合のみに用いられ、可燃物が炭化処理管１００ａ〜１００ｄに投入されている間はオフに設定される（温度制御装置により自動的にオフにされる。）。
【００２５】
なお、炭化処理管１００ａ〜１００ｄの予熱温度は、特に限定されず、可燃物の種類に応じて適宜変更することができる。ただし、可燃物を自燃させるためには、６００℃以上とすることが好ましい。また、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂの予熱温度は、特に限定されないが、ガスに含まれる臭気成分などを自燃により熱分解させるために、８００℃以上とすることが好ましい。さらに、図２および図３に示す例では、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂの上方および下方に電気ヒーター４００をそれぞれ配置する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば炭化処理管１００ａ〜１００ｄまたはガス燃焼管２００ａ，２００ｂの上方および下方のいずれか一方のみに電気ヒーター４００を配置する構成とすることもできる。
【００２６】
外部断熱壁６００は、図２および図３に示すように、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂ、および電気ヒーター４００を外部から一体的に覆っている。なお、本発明の「少なくとも炭化処理部およびガス燃焼部を被覆する第１断熱壁」とは、図３に示すように、炭化処理管１００ａ〜１００ｄおよびガス燃焼管２００ａ，２００ｂの端部（一部）が外部断熱壁６００から突出しているが、炭化処理管１００ａ〜１００ｄおよびガス燃焼管２００ａ，２００ｂの大部分が外部断熱壁６００により被覆されている構成も含み、あるいは、炭化処理管１００ａ〜１００ｄおよびガス燃焼管２００ａ，２００ｂの全部が外部断熱壁６００により被覆されている構成も含む。
【００２７】
図４は、本実施形態に係る外部断熱壁６００の断面図である。外部断熱壁６００は、バルク状のセラミックファイバーを板状に形成した板状部材６１０を、３枚重ね合わせることで構成されている。また、本実施形態では、一方の板状部材６１０の一部と他方の板状部材６１０の一部とを耐熱性接着剤６２０で接着することで、図４に示すように、板状部材間に一定の間隙Ｓを形成している。なお、このような板状部材６１０は、セラミックファイバーを主原料とし、熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・ｋ以下であるものが好ましい。
【００２８】
外部断熱壁６００をこのように構成することで、たとえば耐熱煉瓦を断熱壁に使用する場合と比べて、外部断熱壁６００内の熱効率を高めることができ、電気ヒーター４００の予熱のみで可燃物を自燃させ、その熱で熱交換を行うことができる。仮に、耐熱煉瓦で断熱壁を構成した場合には、外部への熱放出が大きすぎるため、可燃物を連続的に投入した場合でも、断熱壁内の温度が自燃に必要な温度以下となってしまう。その結果、予熱のみで可燃物を燃焼させることができず、可燃物を燃焼させるためには外部から熱を加える必要が生じてしまう。これに対して、本実施形態では、このような外部断熱壁６００を用いることにより、可燃物を連続して投入して可燃物を継続的に自燃させることで、外部断熱壁６００内が可燃物の自燃に必要な温度（たとえば６００℃以上）で維持されるため、予熱以外に外部から熱を加える必要がなくなり、可燃物の処理にかかるコストを低減することができる。
【００２９】
加えて、本実施形態に係るボイラー装置１０は、空気供給装置８００を有している。空気供給装置８００は、空気を加圧供給するポンプと、先端部が炭化処理管１００ａ〜１００ｄ内に導入されている空気供給管と、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ内に供給する空気の圧力を調整するバルブとを有している。本実施形態では、スクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂの回転速度を調整して炭化処理管１００ａ〜１００ｄ内における可燃物の滞在時間を１５分程度とし、かつ、空気供給装置８００から十分な空気を供給することで、可燃物を完全燃焼させる灰化処理を行うことができる。また、たとえば、炭化処理管１００ａ〜１００ｄにおける可燃物の滞在時間を１０分以上とし、かつ、空気供給装置８００から供給する空気を制限することで、可燃物から炭を作成する炭化処理を行うことができる。このように、空気供給装置８００により空気の供給を調整することで、炭化と灰化を択一的に選択することができる。
【００３０】
また、図３に示すようにガス燃焼管２００ａ，２００ｂにも空気供給装置８００が設置されている。ガス燃焼管２００ａ，２００ｂ内においては、可燃物の炭化または灰化処理により発生したガスが高温となっているため、空気供給装置８００からガス燃焼管２００ａ，２００ｂ内に空気を供給するだけで、可燃物の炭化または灰化処理により発生したガスは自燃により（ガス燃焼管２００ａ，２００ｂを加熱することなく）発火・燃焼することができる。なお、空気供給装置８００によりガス燃焼管２００ａ，２００ｂ内に空気を供給する場合には、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ内に空気を供給する場合と比べて、バルブを開閉度合いを小さくし、供給する空気の圧力を高くすることが好適である。これにより、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂ内において、ガスを十分に燃焼させることができるとともに、燃焼させたガスを熱交換管３００に移動させることができる。一方、炭化処理管１００ｂ，１００ｄ内においては、バルブを開閉度合いを大きくし、供給する空気の圧力を低くすることで、じっくりと可燃物の炭化または灰化処理を行うことができる。
【００３１】
続いて、本実施形態に係るスクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂおよびその周辺の部材の詳細について説明する。図５は、本実施形態に係るスクリュー羽根１２２のピッチＰを説明するための概要図であり、（Ａ）はスクリューコンベア１２０ａを、（Ｂ）はスクリューコンベア１２０ｂを例示している。炭化処理管１００ａ，１００ｃに挿入されるスクリューコンベア１２０ａは、投入口１３０から第１連通管５１０ａ，５１０ｂに向かって長手方向に１２３１〜１２３５の５つの部分に分けられる。図５（Ａ）に示すように、１２３１〜１２３５のうち、スクリュー羽根１２２の長手方向におけるピッチＰは、炭化処理管１００ａ，１００ｃの投入口１３０に最も近い部分１２３１で最も長く、炭化処理管１００ａ，１００ｃの投入口１３０から最も遠い部分１２３５で最も短くなっている。また、炭化処理管１００ａ，１００ｃの投入口１３０から遠い部分ほど、スクリュー羽根１２２のピッチＰは短くなっている。たとえば、図５（Ａ）に示す例では、炭化処理管１００ａ，１００ｃの投入口１３０から遠い１２３５，１２３４，１２３３，１２３２，１２３１の順に、ピッチＰは短くなっている（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５）。
【００３２】
また、炭化処理管１００ｂ，１００ｄに挿入されるスクリューコンベア１２０ｂは、第１連通管５１０ａ，５１０ｂから排出口１４０に向かって長手方向に１２３６〜１２３１０の５つの部分に分けられる。図５（Ｂ）に示すように、１２３６〜１２３１０のうち、スクリュー羽根１２２の長手方向におけるピッチＰは、排出口１４０から遠い部分１２３６で最も長く、排出口１４０に最も近い部分１２３１０で最も短くなっている。また、排出口１４０に近い部分ほど、スクリュー羽根１２２のピッチＰは短くなっている。たとえば、図５（Ｂ）に示す例では、排出口１４０に近い１２３１０，１２３９，１２３８，１２３７，１２３６の順にピッチＰは短くなっている（Ｐ６＞Ｐ７＞Ｐ８＞Ｐ９＞Ｐ１０）。また、スクリューコンベア１２０ａとスクリューコンベア１２０ｂとの関係においては、１２３１０，１２３９，１２３８，１２３７，１２３６，１２３５，１２３４，１２３３，１２３２，１２３１の順にピッチＰが短くなっている（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５＞Ｐ６＞Ｐ７＞Ｐ８＞Ｐ９＞Ｐ１０）。
【００３３】
なお、図５に示す例では、スクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂをピッチＰの異なる５つの部分に分けて説明したが、この構成に限定されず、スクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂをピッチＰの異なる４以下の部分に分けてもよいし、６以上の部分に分けてもよい。また、たとえば、スクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂのピッチＰを、図５に示す例のように段階的に短くするのではなく、連続的に短くする構成とすることもできる。なお、図３においては、スクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂをそれぞれ均一のピッチＰで図示しているが、便宜上のものであり、本実施形態では、図５に例示するように、ピッチＰは排出口１４０に近い部分ほど短く設計される。
【００３４】
このように、スクリュー羽根１２２のピッチＰを、投入口１３０に近い部分ほど長くし、排出口１４０に近い部分ほど短くすることで、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ全体としての可燃物の処理量を増加させることができる。すなわち、可燃物の炭化および灰化は、可燃物が筐体１１０の内壁と接する部分で主に進行するため、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ内において、より多くの可燃物が筐体１１０の内壁と接する頻度を高くすることができれば、可燃物の処理量を向上させることができる。そして、より多くの可燃物が筐体１１０の内壁と接する頻度を高めるためには、スクリュー羽根１２２のピッチＰを短くすることで、スクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂが同じ回転数でも、可燃物が炭化処理管１００ａ〜１００ｄ内に滞留する滞留時間を長させることが有効である。しかしながら、スクリュー羽根１２２のピッチＰを均等に短くした場合には、投入口１３０付近においては、可燃物の体積に対して可燃物が筐体１１０の内壁と接する面積が小さくなり（可燃物の体部分が筐体１１０の内壁と接することができず）、却って、可燃物の処理量が小さくなってしまう場合がある。一方、可燃物が炭化処理管１００ａ〜１００ｄに投入されてから排出されるまでの間、可燃物の水分は徐々に蒸発するため、可燃物の体積は排出口１４０に近づくほど小さくなる。そこで、本実施形態のように、スクリューコンベア１２０ａ〜１２０ｄのスクリュー羽根１２２のピッチＰを、排出口１４０に近いほど短くすることで、可燃物が筐体１１０の内壁と接する頻度を適切に高めることができる。その結果、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ全体としての可燃物の処理量を増加させることができる。
【００３５】
また、図６は、本実施形態に係るスクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂおよびその周辺の構成を説明するための側面断面図である。なお、説明の便宜のため、図６において、スクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂは断面図としていない。図６に示すように、スクリュー羽根１２２には、数ピッチ（たとえば２ピッチ）ごとに数ミリ幅のスリット１２２１が形成されている。また、図示していないが、スクリュー羽根１２２およびスクリュー軸１２１は、スクリュー羽根１２２とスクリュー軸１２１とが接する一部分のみにおいて溶接が行われている。たとえば、本実施形態において、スクリュー羽根１２２は、スクリュー軸１２１の１周のうち６カ所程度においてスクリュー軸１２１と溶接されている。ここで、スクリュー羽根１２２はスクリュー軸１２１に螺旋状に巻き付いており、スクリュー羽根１２２の全長はスクリュー軸１２１の全長よりも長くなる。そのため、加熱時において、スクリュー羽根１２２が延伸する幅がスクリュー軸１２１よりも大きく、スクリュー羽根１２２がスクリュー軸１２１から外れてしまう場合がある。本実施形態では、スクリュー羽根１２２にスリット１２２１を加えることで、加熱時のスクリュー羽根１２２の延伸分をスリット１２２１で吸収し、スクリュー羽根１２２がスクリュー軸１２１から外れてしまうことを有効に防止することができる。また、スクリュー羽根１２２とスクリュー軸１２１とを接する一部分のみにおいて溶接を行うことで、加熱によりスクリュー羽根１２２が延伸した場合でも、スクリュー羽根１２２が撓むことができ、加熱時のスクリュー羽根１２２の延伸分を吸収することができる。その結果、スクリュー羽根１２２がスクリュー軸１２１から外れてしまうことを有効に防止することができる。
【００３６】
図７は、スクリューコンベアの軸受け１２５部分を説明するための図であり、軸受け１２５を図６に示すＡ方向から見た図である。図６および図７に示すように、スクリュー軸１２１の端部１２１１は支柱１２３を介して冷却部材１２４により支持されている。さらに、冷却部材１２４は軸受け１２５によって固定されている。これにより、スクリュー軸１２１は、冷却部材１２４を介して、軸受け１２５により回転可能に支持されている。
【００３７】
また、図７に示すように、冷却部材１２４の外周面には、スクリュー軸１２１から伝達する熱を放出するためのスリット１２４１が形成されている。これにより、冷却部材１２４は、スクリュー軸１２１から伝達された熱を外部に放出することができ、冷却部材１２４から軸受け１２５に伝達する熱量を減少させることができる。たとえば、炭化処理管１００ａ〜１００ｄを８００℃程度とした場合、一般に、スクリュー軸１２１の端部が４００℃程度となるが、冷却部材１２４により、軸受け１２５の温度を２００℃程度まで低下させることができる。これにより、軸受け１２５が加熱により短期間で劣化してしまうことを有効に抑制することができる。
【００３８】
次に、ローラー７００について説明する。本実施形態では、図３および図６に示すように、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂおよび熱交換管３００の一方の端部を溶接により固定するとともに、もう一方の端部にローラー７００がそれぞれ設けられている。本実施形態に係る炭化処理管１００ａ〜１００ｄ、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂ、および熱交換管３００は耐熱ステンレス製となっており、加熱やその後の冷却により長手方向に伸縮する。ローラー７００は、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂ、および熱交換管３００の伸縮方向にそれぞれ回転可能となっており、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂ、および熱交換管３００が長手方向に伸縮した場合に回転することで、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂ、および熱交換管３００の伸縮を補助することができる。すなわち、仮に、ローラー７００を設置しない場合、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂ、および熱交換管３００が加熱により伸縮できずに炉内で撓んでしまい、他部品との接触や応力の集中による破損などが生じてしまうおそれがある。
【００３９】
続いて、本実施形態に係る発電システム１を用いた発電方法について説明する。本実施形態では、まず、ゴミ、汚泥、廃木材、森林残渣などの可燃物（バイオマス）を天日乾燥することで、可燃物の水分含有量を２５％以下、より好ましくは２０％以下まで減少させる。また、炉内に可燃物を投入する前に、電気ヒーター２００を稼働させて炉内の温度をたとえば６００〜１０００℃程度まで上昇させる。そして、炉内を予熱処理した後に、乾燥させた可燃物を炭化処理管１００ａ，１００ｃに投入する。炭化処理管１００ａ〜１００ｄで可燃物は予熱により自燃し、高温のガスが発生する。このガスは、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂに移動して燃焼された後、熱交換管３００に移動し熱交換管３００に供給される水と熱交換を行うことで水蒸気が発生する。そして、発生した水蒸気を用いて発電装置２０により発電が行われる。また、本実施形態では、スクリューコンベア１２０ａ〜１２０ｄにより可燃物がスクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂに搬送されながら自燃することで、可燃物の炭化または灰化が行われ、炭または灰が排出口１４０から排出される。このように、本実施形態では、連続して可燃物を炭化または灰化させることで、炉内の温度を可燃物の自燃が可能な温度で維持することができ、自燃のみで（モーター等の稼動に必要な電力は必要とするが）発電を行うことができる。
【００４０】
以上のように、第１実施形態に係る発電システム１では、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂおよび電気ヒーター４００を、主にバルク状のセラミックファイバーで構成した外部断熱壁６００により一体的に覆うことで、外部断熱壁６００から外部への熱放出を低減させることができ、予熱後に新たに加熱を行うことなく、予熱のみで可燃物を継続的に自燃させて炭化または灰化させることができ、可燃物の自燃により発生した熱、および、ガスを燃焼させた熱を用いて熱交換を行うことができる。このように、本実施形態では、可燃物の投入を開始した後は、可燃物の熱量を用いて熱交換を行うことができるため、電気や燃料の使用量を抑えて、低コストで発電を行うことが可能となる。特に、可燃物として、下水汚泥、工場汚泥、食品残渣、生ごみ、木屑、チップ、森林残渣などの廃棄物（バイオマス）を用いることで、採算性を向上させることができるとともに、二酸化炭素削減も図ることができる。
【００４１】
また、外部断熱壁６００は主にセラミックファイバーで構成されているため、断熱効果は高いが、可燃物の自燃により発生したガスと反応し劣化してしまうという問題がある。そのため、従来では、可燃物を炭化または燃焼させる炉の断熱材の材料にセラミックファイバーを用いることは難しかった。しかしながら、本実施形態では、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ内で可燃物を炭化または灰化させ、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂ内でガスを燃焼させる構成とすることで、ガスと外部断熱壁６００とが直接接触することなくガスを外部へと排出することができ、ガスによる外部断熱壁６００の劣化を有効に防止することができる。
【００４２】
加えて、本実施形態では、外部断熱壁６００を、図４に示すように、複数の板状部材６１０を所定の間隙Ｓを開けて重ね合わせて構成することで、外部断熱壁６００内の断熱効果をより高めることができる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ内に可燃物を搬送するためのスクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂが挿通されており、スクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂにより投入口１３０から投入された可燃物が排出口１４０まで搬送される。これにより、可燃物を連続して投入、処理することができ、可燃物の自燃による発電を継続的に行うことができる。
【００４４】
加えて、本実施形態では、スクリュー羽根１２２のピッチＰが、投入口１３０に近い部分よりも、投入口１３０から遠い部分において短くなっている。これにより、可燃物の体積に応じて可燃物を炭化または灰化させることができるとともに、従来と比べて、スクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂの回転数が同じ場合でも、可燃物の滞留時間を増加させることができるため、炭化処理管１００ａ〜１００ｂで処理できる可燃物の処理量を増加させることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、スクリュー軸１２１とスクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂの軸受け１２５との間に、冷却部材１２４が介在している。これにより、スクリューコンベア１２０ａ，１２０ｂの軸受け１２５が高温となることを抑制することができ、軸受け１２５が高温により破損してしまうことを有効に抑制することができる。特に、本実施形態では、冷却部材１２４の外周側（軸受け１２５側）にスリット１２４１が形成されており、これにより、冷却部材１２４の冷却効果を高めることができる。
【００４６】
さらに、本実施形態では、スクリュー羽根１２２にスリット１２２１を形成することで、加熱によりスクリュー羽根１２２が延伸した場合でも、スリット１２２１によりスクリュー羽根１２２の延伸分を吸収することができ、スクリュー羽根１２２がスクリュー軸１２１から外れてしまうことを有効に防止することができる。同様に、本実施形態では、スクリュー羽根１２２とスクリュー軸１２１とが接する部分のうち一部のみを溶接することで、加熱によりスクリュー羽根１２２が延伸した場合でも、スクリュー羽根１２２を撓ませてスクリュー羽根１２２の延伸分を吸収することができるため、スクリュー羽根１２２がスクリュー軸１２１から外れてしまうことをより有効に防止することができる。
【００４７】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図８は、第２実施形態に係るボイラー装置１０ａを示す正面断面図であり、図９のVIII−VIII線に沿う断面図である。また、図９は、第２実施形態に係るボイラー装置１０ａの側面断面図であり、図８に示すIX−IX線に沿う断面図である。以下、図８，９に基づいて、第２実施形態に係るボイラー装置１０ａについて説明する。
【００４８】
図８および図９に示すように、第２実施形態に係るボイラー装置１０ａでは、第１実施形態と同様に、外部断熱壁６００により、炭化処理管１００ａ〜１００ｄ、ガス燃焼管２００ａ，２００ｂおよび熱交換管３００が一体的に覆われている。また、第２実施形態では、炭化処理管１００ａ〜１００ｄおよびガス燃焼管２００ａ，２００ｂと、熱交換管３００との間に内部断熱壁９００が介在している。内部断熱壁９００は、外部断熱壁６００と同様に、バルク状のセラミックファイバーを板状に形成した板状部材６１０を、３枚重ね合わせることで構成されており、板状部材６１０の一部を耐熱性接着剤６２０で接着することで、図４に示すように、板状断熱壁間に一定の間隙Ｓが形成されている。内部断熱壁９００により、炭化処理管１００ａ〜１００ｄおよびガス燃焼管２００ａ，２００ｂと、熱交換管３００とがそれぞれ異なる空間に格納される。
【００４９】
以上のように、第２実施形態に係るボイラー装置１０ａは、炭化処理管１００ａ〜１００ｄおよびガス燃焼管２００ａ，２００ｂと、熱交換管３００との間に内部断熱壁９００を介在させることで、炭化処理管１００ａ〜１００ｄおよびガス燃焼管２００ａ，２００ｂと、熱交換管３００とがそれぞれ異なる空間に格納される。これにより、炭化処理管１００ａ〜１００ｄおよびガス燃焼管２００ａ，２００ｂを含む空間における熱効率をより上昇させることができ、可燃物の自燃、および炭化または灰化処理により発生したガスの自燃をより促進することができる。
【００５０】
≪第３実施形態≫
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１０は、第３実施形態に係るボイラー装置１０ｂを示す正面断面図であり、図１１に示すＸ−Ｘ線に沿う断面図である。また、図１１は、第３実施形態に係るボイラー装置１０ｂの側面断面図であり、図１０に示すXI−XI線に沿う断面図である。以下、図１０，１１に基づいて、第３実施形態に係るボイラー装置１０ｂについて説明する。
【００５１】
図１０および図１１に示すように、第３実施形態に係るボイラー装置１０ｂは、一本の炭化処理管１００と、一本のガス燃焼兼熱交換管１０００とを備えている。炭化処理管１００は、投入口１３０および排出口１４０を備え、投入口１３０から投入された可燃物を炭化または灰化して排出口１４０から排出する。また、ガス燃焼兼熱交換管１０００は、図１２を示すように、炭化処理管１００で発生したガスを燃焼するためのガス燃焼部１０１０と、熱交換部１０２０とを備える。炭化処理管１００で発生したガスはガス燃焼兼熱交換管１０００に移動し、ガス燃焼部１０１０において燃焼が行われる。そして、燃焼後の高温のガスは熱交換部１０２０に移動し、熱交換部１０２０で熱交換を行い水蒸気を発生させる。
【００５２】
また、第３実施形態では、外部断熱壁６００により、炭化処理管１００、電気ヒーター４００，およびガス燃焼兼熱交換管１０００が一体的に覆われている。これにより、電気ヒーター４００の予熱を利用して炭化処理管１００内で可燃物を自燃により炭化または灰化させることができるとともに、ガス燃焼部１０１０でガスを自燃により燃焼させることができる。
【００５３】
以上のように、第３実施形態に係るボイラー装置１０ｂは、一本の炭化処理管１００および一本のガス燃焼兼熱交換管１０００のみを有することで、ボイラー装置１０ｂの省スペース化、軽量化を図ることができる。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５５】
たとえば、上述した第１実施形態では、炭化処理管を並行に２本ずつ（計４本）備える構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、炭化処理管を並行に１本ずつ（計２本）備える構成としてもよい。この場合も、可燃物を炭化または灰化処理するための経路を２系統備えることができる。
【００５６】
また、上述した第１実施形態においては、第１連通管５１０ａ，５１０ｂ、第２連通管５２０ａ，５２０ｂ、および第３連通管５３０ａ，５３０ｂを外部断熱壁６００の内部に格納する構成を例示したが、この構成に限定されず、第１連通管５１０ａ，５１０ｂ、第２連通管５２０ａ，５２０ｂ、および第３連通管５３０ａ，５３０ｂを外部断熱壁６００の外部に配置する構成とすることもできる。
【００５７】
さらに、上述した実施形態では、熱源として電気ヒーター２００を用いる構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえばバーナー等を用いる構成とすることができる。なお、電気ヒーター２００を用いることで、バーナー等を用いるよりも、外部断熱壁６００内の温度を細かく調整することができるとともに、外部断熱壁６００内の温度を比較的均一にすることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１…発電システム
１０…ボイラー装置
１００ａ〜１００ｄ，１００…炭化処理管
１１０…筐体
１２０ａ，１２０ｂ…スクリューコンベア
１２１…スクリュー軸
１２１１…端部
１２２…スクリュー羽根
１２２１…スリット
１２３…支柱
１２４…冷却部材
１２４１…スリット
１２５…軸受け
１３０…投入口
１４０…排出口
２００ａ，２００ｂ…ガス燃焼管
３００…熱交換管
３１０…ガス流路
３２０…蒸気発生器
３３０…蒸気流路
３４０…蒸気排出口
４００…電気ヒーター
５１０，５１０ａ，５１０ｂ…第１連通管
５２０，５２０ａ，５２０ｂ…第２連通管
５３０ａ，５３０ｂ…第３連通管
６００…外部断熱壁
６１０…板状部材
６２０…接着剤
Ｓ…間隙
７００…ローラー
８００…空気供給装置
９００…内部断熱壁
１０００・・・ガス燃焼兼熱交換管
２０…発電装置    
【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】
2018066484.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018066484.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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