(57)【要約】【課題】木質バイオマスボイラ用木質燃料は、加工の必要がないのでの価額が低いのが特徴であるが、容積と重量が大きく人力で取り扱うのは容易ではない。  当該ボイラの利用を容易にするため、ボイラシステム管理組合を組織し、燃料、搬出、乾燥、炉内への投入方法、および、ボイラの運転管理方法を開拓する。【解決手段】ボイラシステム管理組合は、木質バイオマスボイラのそれぞれに燃焼モニターを装着し、当該燃焼モニターを、インターネット、または、モバイルを経由してシステム管理端末機に接続する。当該システム管理端末機は、燃料の供給、ボイラの停止と燃料投入時期、運転の管理、および、暖房利用設備の運用成績の情報を集積し分析して、ボイラの利用者にボイラの運転サービスを提供する。また、当該管理組合はボイラ用木質燃料の製造と供給方法を標準化し、扱い易いカートリッジ単位で提供する。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッチ式木質バイオマスボイラへの木質燃料の供給方法であり、当該燃料は、裁断した木材を待機ヤードで乾燥され、次にカートリッジに装填され拠点ヤードに集積され、更に各ボイラに供給される方法である。各々の木質バイオマスボイラには、燃焼管理データの送信機が装着され、燃焼データはインターネット、または、モバイルにてITシステム管理端末機１に接続されており、システム管理端末機１は燃料供給状態と各々のボイラの燃焼情報を管理できるシステム。
【請求項２】
システム管理端末機１は、ボイラへの燃料の供給時期、ボイラの消火と燃料投入時間、運転状態の管理、および、暖房利用設備の運用成績をインターネットまたはモバイル経由で情報集積し、木質バイオマスボイラの運転管理サービスの提供に利用できるITシステム。
【請求項３】
木質バイオマスボイラに用いる木質燃料は繰り返し利用できる金属製のカートリッジに搭載して提供され、当該カートリッジは、移動が容易になるよう車が底部に装着され、開放した扉から炉内に容易に搬入できる構造である。炉室を満杯にする該カートリッジのサイズは略同じであり、その数は３の倍数から成り炉のサイズやカートリッジに搭載する燃料の重量により決められ、３、６、９、１２・・・のように構成することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質バイオマスボイラに必要な木質燃料の供給方法とその管理方法、および、ボイラの運転方法とその管理の方法に関するものである  
【背景技術】
【０００２】
木質燃料を燃焼するには、必要に応じて燃料を収集、加工し、炉に投入して、点火し、火力を維持したり消火するという古来からの方法があり、色んな形で利用されている。現代では、燃料の取り扱いを容易にするため、取り扱い易いサイズに切断したり、燃えやすくするため割ったり、チップ化、ペレット化、又は、炭に加工して煙の発生を抑える方法等が、木質燃料を燃やして熱を発生させる方法として広く使われている。
【０００３】
しかし、山林から木質燃料を搬出したのちでも、加工場の整備、加工作業、および、管理による莫大なエネルギーの消費と労力が必要になっているため、木質燃料の利用価値が低く、広く熱源に利用するのは経済的に難しいという欠陥がある。
【０００４】
また、燃料の燃焼の強さを制御するには、投入する燃料の量を増減する必要があり、燃料に高度な加工が求められたり、炉構造は外気に対して開放的になるなど、環境対策が難しくなるという問題があった。
【０００５】
近年開発された木質バイオマスボイラは、特許文献１〜４に記載されているように、バルク状の木質燃料を自然乾燥するだけで燃料として利用することができ、必要な温度の温風を自動的に供給し暖房機能を提供できるという優れた特徴がある。燃料のサイズや形は、炉内に入るものならば制限なく利用できるので、既存のペレットボイラ、チップボイラや薪ボイラに較べて、燃料の加工コストが原則として不要になるという特徴もある。  
【０００６】
このように、木質バイオマスボイラは、燃料の加工コストを最小限にして利用できるという特徴があるが、この利点を生かすには、更に、山林からの搬出方法、利用するまでの燃料の管理方法、大量の燃料の炉内への投入方法、炉の運転管理方法という、全体として合理的な運用システムが構築される必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−６８８１７号公報
【特許文献２】特願２００９−４９２４１号公報
【特許文献３】特願２０１０−４５９８２号公報
【特許文献４】国際出願願書ＪＰＯ-PAS0362号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、木質バイオマスボイラは、[０００４]と[０００５]に説明されるように大きな利点をもつが、工業炉では大量に木質燃料を消費することになるので、燃料の容積と重量は大きく人力で取り扱うのは決して容易ではない。現在、我が国の山林では、経済性の高い利用方法がないため、林地残材や間伐材の利用価値が低いとして膨大な量が利用されずに放置されている。
林地残材や間伐材の利用価値を高めるには、木質バイオマスボイラの燃料としての利用を加速することである。それには、林地での燃料の供給計画と搬出方法、および、燃料としての利用方法を効果的にする必要がある。それには、山林での加工、搬出ルートとしての「待機ヤード」の創設と乾燥方法の標準化、乾燥燃料の「拠点ヤード」への集積、拠点ヤードの設営と管理、ユーザへの搬送方法、燃料の炉内への投入方法、および、炉の運転管理方法等を合理化する必要があるが、これらのいずれも機能していないことである。これらの課題のうち、一般の木質バイオマスボイラのユーザにとって、燃料の安定確保、ボイラへの燃料投入、運転方法、管理方法等も困難な課題となっており、それぞれ解決が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
木質バイオマスボイラは、木材を加工しないでサーマルリサイクルできるという高い経済性をもつので、化石燃料の代替燃料として林地残材、および、間伐材等を有効に利用できるモデルを開発できるならば、木質燃料に高い経済価値を賦与することができる。そのためには、木質燃料の山林からの搬出、燃料としての管理、燃料の利用方法、及び、ボイラの運転管理を、本発明が明らかにする効率のよいモデルに基づいて運用し、これらの木質燃料に高い付加価値を与えることによって市場の流通網の形成を促進するのがよい。
本発明では、木質バイオマスボイラに必要な課題を解決するため、利用者による木質ボイラ管理組合が、IT管理システムを構築して、燃料計画、林地からの燃料の搬送、燃料ヤードの創設、燃料供給、ボイラへの燃料投入、ボイラの運転、暖房利用結果等をシステム管理し、合理的に機能できる事業モデルについて研究した結果を明らかにし提供することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、燃料供給者、木質バイオマスボイラの使用者、ボイラの運転管理サービス提供者が木質ボイラ管理組合をつくり、木質ボイラの運用に必要なIT事業を行う方法を明らかにする。木質ボイラ管理組合は、林地残材と間伐材を炉のサイズに合わせて裁断する燃料サイズの標準化、ヤードでの乾燥管理、カートリッジ単位の搬送と炉内への投入等、燃料の安定供給を地域の特性を生かして地産地消の実をあげる。また、ITシステム管理責任者は、システム管理端末機とインターネット、または、モバイル通信を通して、会員のボイラの燃焼モニターの情報を管理し、燃料の投入時期の予測、拠点ヤードからの燃料の搬送、燃料投入代行、点火と運転サービスを行えるようにする。その結果、燃料供給とボイラの運転が低いランニングコストと労力で行えるので、木質バイオマスボイラの使用が容易になり、初心者、老人、又は、作業者不足でも安全に利用することがきる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】２種類の大きさの木質バイオマスボイラで、カートリッジに投入した燃料と、炉内に投入したカートリッジの配列の例。
【図２】木質ボイラ管理組織がシステム管理端末機１を通して燃料供給とボイラ管理を行うIT情報ループ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
石油は液体燃料であり、燃焼技術は確立されている上に、流通機構を備え、価額は市場原理にのって提供されるので、利用しやすい燃料である。他方、木質燃料は代表的な固体燃料であり、古代から利用されてきたにもかかわらず、ガス燃料や石油燃料に比し使いにくいため、需要は低く、留置残材又は間伐材として未整備のまま山林に放置されていて、流通機構は整備されてない。たとえ、このような木質燃料を山林から利用し易い地域へ搬送しても経済的なバランスが悪く、利用方法が少ないのが現状である。
【００１３】
我が国の木材利用量は過去５０年間で毎年約１億ｍ３に達している。長期的には利用量と廃棄量はバランスするので、このように莫大な木材がいろいろなものに形を変えて消費されたのちに廃棄されることになる。また、山林における国産の木材生産量は約４０００万ｍ３以上であり、そのうち利用されているのは２０００万ｍ３以下であり、２０００万ｍ３以上が未利用残材として山林に放置され、古木が増えて山林の活性を阻害していることになる。
２０００万ｍ３の木材で石油燃料を代替すると、約１０００万ｔの石油（約１兆円）を代替でき、３０００万tの炭酸ガスの発生を抑制できる。したがって、我が国の林地残材や間伐材を効率の高いサーマルリサイクルに利用できるならば、それだけでも膨大な資源の再生産に繋がっている。しかし、これらの木質燃料が使われるようになるには、市場経済性をもつ木質燃料の流通機構を構築する必要がある。本発明は、このような課題に対し、一つの効果的な用途と用途に応じたソリューションを提供するものである。
【００１４】
【特許文献１】〜
【特許文献５】に開示された木質バイオマスボイラの新燃焼技術によると、自然乾燥したバルク状の木質燃料を自動プログラムに従って完全燃焼して高い熱効率でサーマルリサイクルすることができる。しかし、燃料を炉の大きさに応じて１バッチあたり約１ｔ又は2ｔのスケールで炉に投入するのは、燃料の容積が大きく重量があるので決して容易なことではない。  燃料の投入方法として、約１００kg単位の量を準連続方法を用いて炉に投入することもできるが、量的にも重量的にも人力で炉の管理を行うことは決して容易ではない。本発明は、バッチ式で燃料を投入するのに有用な方法を明らかにするが、準連続式に投入する方法についても類似した方法を使うことができるので、ここで述べた方法に限定されるものではない。  石油系燃料を使うオイルボイラと違って、木質バイオマスボイラを広く利用するには、先ず燃料の計画的準備、重量のある木質燃料の搬送、および、燃料の炉内への投入は、機械化しない限り体力が必要であり、決して簡単ではない。また、公的組織や民間組織によって木質燃料の流通網が整備されていない状況では、燃料の供給方法も重要な課題の一つになっている。
【００１５】
燃料の供給は、山林にて林地残材や間伐材を燃料用に裁断することから始まる。燃料に許容できる最大長さは炉室のサイズで制限されるので、燃料の長さは炉に投入できる最大の長さで標準化するのが良い。炉の燃料として、持ち運びしやすい大きさならば太さの制限はなく、炉室の高さ以下の短い燃料は、自由に積み重ねて使うことができる。いずれにしても、材木の裁断長さが短くなるほど加工数が増えるので、搬送条件も考慮して最も効率の高い方法を選べばよい。
【００１６】
燃料は、山林傾斜地からの搬出後、運搬のために車輛アクセスが可能な林間地に「待機ヤード」６０を創設して、ここに集積して乾燥させる。乾燥方法としては、2本の平行に置いた丸太を基材にして、直角に材木を渡し、床下に風が通るように空間を持たせておき、両端には柱を立てて積み上げた木材の安定をはかる。また、木材の上には、雨水を防止する屋根、シート、又は、植物等を用いて簡単な防水機能を持たせ、自然乾燥をする。冬季に伐採した木の水分は少なく、待機ヤードで乾燥したのち、1年、または、太いものでは2年経過した冬季に燃料として使用するのがよい。
【００１７】
待機ヤード６０で生産された乾燥材は、運搬機の積載単位で燃料として利用場所の近くへ搬送する必要がある。一般には、必要に応じて燃料をカートリッジ１１に投入しカートリッジ単位でボイラのユーザに近い地域に設定した「拠点ヤード」７０へ搬出するのが望ましい。拠点ヤードの設置位置に制限はないが、出来るだけ多くのボイラを利用する場所に近接できるところに立地させるのがよく、待機ヤード６０に較べ遥かに人里に近いところに設置することになる。カートリッジに積載した燃料１０は、拠点ヤードで集積され待機させるか、必要に応じてユーザの炉５０へ配送される。
【００１８】
ボイラの使用者は、必要ならば燃料を拠点ヤード７０へ取りに行くことができるし、配達を依頼することもできる。炉の使用者が燃料を用意して炉内に運び込み、炉を運転することもできる。炉の近くに置いた燃料をバラバラで炉室に運び込むこともできるし、約１時間の作業で投入することができる。
【００１９】
炉室の扉を出来るだけ広くし、炉室の前面の大きさと同じにすると、扉が最大の大きさになるとともに、燃料の運び込みが容易になる。しかし、扉を大きくすると炉室の機械的および熱的な構造は弱くなり、特に加熱による歪と変形を生じ易くなる。炉に大きな開口部を設けるには、扉の最も重要な機能である気密性を維持するのが困難になる。このように、炉の機能を維持するためには多くの材料と複雑な構造が必要になるので、扉の開口部を出来るだけ小さくし構造強度を保証し易くする必要がある。本発明では、この矛盾する要求のソリューションが第1図に示すように、燃料を積み込むことのできる燃料カートリッジを用いることにより解決された。
【００２０】
燃料カートリッジとは、炉外で燃料を搭載することにより、燃料をカートリッジと共に拠点ヤードや炉室へ容易に搬送できるようにするのが目的である。カートリッジは、錆びにくい鉄製の枠と粗い網目の床面、および、移動に便利な金属製の車を備えており、燃料を立てて投入したのち炉内へそのまま移動できる構造になっている。カートリッジのサイズは重要であり、大きさに制限のある炉室の扉から炉室内へ搬入できるとともに、炉室全体に燃料を詰み込める構造になっていることが望ましい。本発明によると、一つの炉で使うカートリッジの大きさは１種類であることが望ましく、炉あたり３の倍数で使用個数を決めるのが良く、カートリッジ当たりの重量を扱い易くする必要がある。
図1に示すように、必要に応じて6個、または、9個のカートリッジを使う。いずれの場合も扉から炉の奥に向かって、左右に3列のカートリッジになっている。このようにカートリッジの大きさを3列になるように選ぶことにより、同一サイズのカートリッジで燃料を容易に炉内一杯に詰め込む事ができる。
【００２１】
カートリッジは燃料を詰め込んで積載したまま炉内で燃焼させるため、耐火性を備えた構造が必要である。また、キャスター等の車輪３１を装着しておくことにより、重たい燃料を容易に移動することもできる。しかし、
【特許文献１】〜
【特許文献５】に開示された木質バイオマスボイラの特徴は木質燃料を低温燃焼させる技術であり、カートリッジは高い温度に曝されないので、高価な耐熱鋼を用いる必要がなく、廉価な耐酸性の鉄鋼を利用することができる。
【００２２】
石油系燃料を使うオイルボイラと違って、木質バイオマスボイラを広く利用するには、先ず燃料の地域における計画的準備、重量のある木質燃料の搬送、および、燃料の炉内への投入に困難がある。したがって、これらの課題を解決し効率的に代行するサービス組織が必要である。特に、重量のある木質系燃料は輸送コストを無視できないので、燃料の供給地と利用者は限られた地域で有機的に構成される地産・地消のグループで運用することが肝要になる。
【００２３】
具体的には、木質バイオマスボイラの利用者で会員の相互扶助を目的とする組織を作る。ここでは便宜的に「木質ボイラ管理組合」と呼ぶことにする。木質ボイラ管理組合は、地域の燃料開発と供給量の計画、設置ボイラの燃料消費量、適切なタイミングの燃料供給、および、炉の運転と管理に関するサービスを提供することでボイラの活用が容易になる。この目的を達成するには、木質ボイラ管理組合は、IT木質ボイラ管理システムを構築し、２図に示すように、システム管理端末機１は、会員管理端末機２、燃料管理端末機３、ボイラ運転管理端末機５０、および、暖房利用情報である園芸施設管理端末機５を、インターネットループ８８とモバイル通信基地局９０を経由して接続し、提起された課題を有機的に管理・運営する。
【００２４】
木質バイオマスボイラの設置計画と燃料供給計画の間に、少なくとも1年間の事前の調整が必要である。また、ボイラサービスを契約した契約会員のボイラには、燃焼モニター５０を設置し、炉の運転状報がボイラ使用者５０とシステム管理端末機１に提供されるので、ボイラの運転計画に合わせた運転管理ができる。燃料を管理する木質ボイラ管理組合、または、炉のユーザは、燃料の追加と入れ替えに関する情報を待機ヤード６０や拠点ヤード７０に提供し、必要量が必要な時間帯に提供される。
【００２５】
木質ボイラ管理組合は、ボイラ管理人を養成しておき、カートリッジ燃料１０、２２を炉内へ投入、燃料への点火、排煙、昇温等の運転状況の確認、自動運転モードへの確認等のサービスを提供する。このように、地域ごとに燃料の供給、炉の運転と管理サービスを進めることにより、体力の低い老人や若年者、多忙で運転管理の時間を取れないユーザであっても、木質バイオマスボイラを安全に利用することが可能になる。
【実施例１】
【００２６】
木質バイオマスボイラの10アール用温風発生装置、燃焼容量はA重油焚き１０リットル/時相当、を３３０ｍ２の鉄骨製工場建物内に設置した。炉室の高さは１７５ｃｍ、炉の開口部は高さ１４３ｃｍ、幅が７０ｃｍ、容量は３ｍ３であった。木材を鋼鉄製のカートリッジ内（３６ｃｍWｘ５２ｃｍL）に立てて詰め込み、合計9個のカートリッジで、約２トンの燃料を炉内に設置した。燃料の最も長いものは１．７ｍであった。カートリッジ当たりの燃料は約２２０kgであり、手動式のリフターを利用して燃料を容易に炉内へ投入することができた。
【００２７】
燃料に点火後１．５時間で５０℃の温風が発生し、以後１日１０時間、定常５０℃の温風を折幅５００mmのポリダクト内に送風する運転を続け、７日目の夕方、燃料切れによる温風温度の低下を生じ、更に3時間後に温風温度が４０℃に低下した。温風の発生を翌日の朝まで、12時間継続させるため、追い焚き用燃料約５０kgを小扉から投入し、翌朝9時に消火モードに移行させた。
【００２８】
翌日の午後１時、消火した炉室を開け、バケツに約１杯の木灰と２杯分の消し炭が残っており、掻きだした後新しい燃料を投入した。
システム管理端末機１を用いて、会員情報の管理、および、燃料の供給に関する情報、および、ユーザのボイラ管理情報を監視した。  ボイラの運転情報をモバイル情報としてアンテナ９０を中継基地として携帯電話会社経由でユーザの保有する燃焼モニター、および、システム管理端末機１に送れるようにした。ボイラの運転状報の通信は、NTTドコモの第３世代携帯電話網FOMAの通信機を設置し、温風の温度情報と設定値に対して異常状態が起こると警報のデータをユーザにメール形式で自動的に送付できる。また、第２電電のAU系では、通信モジュール搭載のインターフェイスシステムであるモジュコン・リモート(株式会社コーネット)を利用し、プログラマブルロジックコントローラの遠隔監視・操作機能を用いて、FOMAと同様の機能を使えるようにした。
【００２９】
これらの機能そのものは新しいことではないが、木質バイオマスボイラのように、固体燃料の新しい燃焼技術を植物の育成や動物の保護に用いる場合、事故を未然に防ぐ方法として大変有用な方法である。木質ボイラ管理組合、燃料供給、燃焼管理、園芸施設の管理のいずれもがIT技術を利用することで、実績の少ない木質バイオマスボイラの短所を補うことができ、木質燃料の利用を可能にすることができた。  
【実施例２】
【００３０】
木質バイオマスボイラの５アール用温風発生装置、燃焼容量はA重油焚き５リットル/時相当、を２００ｍ２のガラスハウス内に設置した。炉室の高さは１４８ｃｍ、炉の開口部は高さ１４３ｃｍｘ幅が７０ｃｍ、容量は１．４ｍ３であった。木材を鋼鉄製のカートリッジ内（２７ｃｍWｘ６０ｃｍL）に立てて詰め込み、合計６個のカートリッジで、約１トンの燃料を炉内に設置した。燃料の最も長いものは１．４ｍであった。カートリッジ当りの燃料は約１６６kgであり、手動式のリフターを利用して燃料を容易に炉内へ投入することができた。
【００３１】
図１は、カートリッジに投入した木質燃料を、それぞれ１０アール用と５アール用の炉室に設置した場合の平面図の様子を示す。また、炉の側面図は１０アール用の炉にカートリッジを投入した場合のものであり、カートリッジに燃料を投入した場合の側面図も示す。
【００３２】
図２は、木質バイオマスボイラの運転を効果的に行うため、ボイラ管理組合による全システム管理端末を通して、燃料管理、燃料供給、ボイラの運転モニター、および、温風利用データの管理を行うインターネット接続と運用の方法を示す。
システム管理端末機１を用いて、会員情報の管理、および、燃料の供給に関する情報、および、ユーザのボイラ管理情報を利用して木質バイオマスボイラや木質燃料を有用な手段として利用する方法は実施例１と同じである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
木質バイオマスボイラを使用する上で、木質燃料の供給、重量のある燃料、固体燃料として大きな容量、および、炉への投入方法等、多くの課題が本発明により解決されるので木質燃料の需要が増え、山林事業者による林地残材と間伐材の商品化による流通網の構築が可能になる。ボイラメーカによるボイラ生産とメンテナンスサービスの的確な方法が示され、さらに、農業分野では、１次産業である食糧生産につながる園芸施設、畜舎、建物等の暖房費の大幅な低減が予想され、地域産業の活性化に広く利用される。また、利用される木質燃料は石油代替燃料として即地球温暖化対策に大きく貢献できる。
【符号の説明】
【００３４】
図１
１０                 木質燃料側面
１１                鉄製カートリッジ
２０                炉室
２１，２２         木質燃料
３０                炉床
３１                 車輪
４２                 カートリッジ床面
図2
１                   システム管理端末機
５０                 ボイラ
６０                待機ヤード
７０                 拠点ヤード
８０                インターネット
９０                 モバイル基地                           
【図１】
2011196662.tif 000003
【図２】
2011196662.tif 000004