(57)【要約】【課題】燃料の調達原価を抑え、かつ、設備投資の費用を抑えながら、森林資源を利用して安定的にエネルギーを得る。【解決手段】本発明の燃焼装置は、丸太燃料を燃焼させる専用の燃焼炉１と、燃焼炉１に丸太燃料を搬入する搬入機構２とを備え、燃焼炉１で生じた燃焼ガスをボイラー４等に供給する。丸太燃料は、乾燥処理が施されていない木材で構成された燃料である。搬入機構２は、所定間隔をあけて間欠的に丸太燃料を搬入する機構である。燃焼炉１は、丸太燃料を炉内に搬入することのできる搬入口１１と、搬入口１１を開閉する開閉機構を備える。丸太燃料の搬入が完了すれば搬入口１１を閉じ、炉内において７００℃〜１１００℃に維持された雰囲気温度で丸太燃料を燃焼させる。【選択図】図１
2019082327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼炉と、
前記燃焼炉に丸太燃料を搬入する搬入機構と、
前記燃焼炉で生じた燃焼ガスを炉外に供給する給気路とを備え、
前記丸太燃料は、乾燥処理が施されていない木材で構成された燃料であり、
前記搬入機構は、前記丸太燃料を間欠的に搬入する機構であり、
前記燃焼炉は、
前記丸太燃料を炉内に搬入することのできる搬入口と、
前記搬入口を開閉する開閉機構を備え、
前記丸太燃料の搬入が完了すれば前記搬入口を閉じ、搬入された前記丸太燃料が、炉内において７００℃〜１１００℃に維持された雰囲気温度でそれぞれ燃焼するように構成されていることを特徴とする、丸太燃料用の燃焼装置。
【請求項２】
前記搬入機構は、
前記丸太燃料を載せる載置台と、
前記載置台を、前記燃焼炉の内外に往復動させる駆動機構と、
前記載置台に載せた前記丸太燃料の移動を、前記燃焼炉内で一時的に規制する移動規制機構と、を備え、
前記丸太燃料を前記載置台ごと前記燃焼炉内に移動させ、前記移動規制機構で前記丸太燃料の移動を規制しながら前記載置台を前記燃焼炉外に向けて移動させることで、前記丸太燃料を前記燃焼炉内に落とし込むように構成したことを特徴とする、請求項１に記載の丸太燃料用の燃焼装置。
【請求項３】
前記移動規制機構は、
前記載置台に載せた前記丸太燃料の端部に当てることのできる押圧体を備え、
前記載置台を前記燃焼炉内から前記燃焼炉外に向けて移動させるときに、前記押圧体に当てながら前記丸太燃料を前記載置台から前記燃焼炉内に落とし込むものであることを特徴とする、請求項２に記載の丸太燃料用の燃焼装置。
【請求項４】
前記燃焼炉内に外部の臭気を供給する臭気供給経路を、さらに備えたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の丸太燃料用の燃焼装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の丸太燃料用の燃焼装置と、
前記給気路を通じて供給された前記燃焼ガスを利用して蒸気又は温水を発生させるボイラーと、を備えることを特徴とする、丸太燃料用のボイラーシステム。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の丸太燃料用の燃焼装置を用いて燃焼ガスを供給する方法であって、
前記燃焼炉内の雰囲気温度を７００℃〜１１００℃に維持しながら、
前記搬入機構を用いて、前記丸太燃料を、所定間隔をあけて間欠的に前記燃焼炉内に搬入することで、
前記燃焼炉内で、前記丸太燃料をそれぞれが完全燃焼に至るまで継続的に燃焼させることを特徴とする、丸太燃料を用いた燃焼ガスの供給方法。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の丸太燃料用の燃焼装置を用いて燃焼ガスを供給する方法であって、
燃焼開始前に、前記燃焼炉内に最初の前記丸太燃料を搬入し、
最初の前記丸太燃料に灯油をかけて着火させ、
その後は、前記燃焼炉内の雰囲気温度を７００℃〜１１００℃に維持しながら、前記燃焼炉内に前記丸太燃料を間欠的に搬入することで、前記燃焼炉内で、前記丸太燃料の燃焼を継続させることを特徴とする、丸太燃料を用いた燃焼ガスの供給方法。
【請求項８】
請求項５に記載の丸太燃料用のボイラーシステムと、
前記ボイラーシステムで発生させた前記蒸気又は温水を、前記ボイラーシステムが設置された地域にある周辺施設の少なくとも一つに供給する蒸気又は温水の供給経路と、
前記ボイラーシステムで発生させた前記蒸気又は温水で発電を行う発電装置と、
前記発電装置で発生させた電気を、前記周辺施設の少なくとも一つに供給する給電経路とを備えることを特徴とする、丸太燃料を用いた地域内給電システム。
【請求項９】
請求項５に記載の丸太燃料用のボイラーシステムと、
前記ボイラーシステムで発生させた前記蒸気又は温水で発電を行う発電装置と、
前記発電装置で発生させた電気を、前記ボイラーシステムが設置された地域にある周辺施設の少なくとも一つに供給する給電経路と、
前記発電装置で生じた廃熱を、前記周辺施設の少なくとも一つに供給する熱供給経路とを備えることを特徴とする、丸太燃料を用いた地域内給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、丸太燃料用の燃焼装置、丸太燃料用のボイラーシステム、丸太燃料を用いた燃焼ガスの供給方法、及び丸太燃料を用いた地域内給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
森林資源を有効活用するために、木質ペレット、木質チップといった木質バイオマス燃料を用い、これらを専用の炉内で燃焼させて燃焼ガスを供給し、発電等を行うシステムが従来提案されている（特許文献１等参照）。木質バイオマス燃料は、伐採後の生木を乾燥、粉砕等して得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１０１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来のシステムでは、炉内で燃焼させるための木質バイオマス燃料を得るために、伐採後の生木を乾燥、粉砕等する２次加工が必要である。そのため、木質バイオマス燃料を得るために、加工専用機械や追加エネルギーが必要となる。また、伐採後の生木を乾燥処理するための時間も必要となる。結果として、木質バイオマス燃料の調達原価が高くなる。
【０００５】
また、上記した従来のシステムは、ペレット状やチップ状にした木質バイオマス燃料を、専用の炉内に供給し、該炉内で燃焼させるシステムである。そのため、大量の木質バイオマス燃料を燃焼させるために大型の炉が必要であり、初期投資が高くなる。
【０００６】
これらの理由から、上記した従来のシステムは導入が進まないのが現状であり、森林資源の有効活用は困難であった。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、燃料の調達原価を抑え、設備投資の費用を抑えながら、森林資源を利用して安定的にエネルギーを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の一態様に係る丸太燃料用の燃焼装置は、燃焼炉と、前記燃焼炉に丸太燃料を搬入する搬入機構と、前記燃焼炉で生じた燃焼ガスを炉外に供給する給気路とを備える。前記丸太燃料は、乾燥処理が施されていない木材で構成された燃料である。前記搬入機構は、前記丸太燃料を間欠的に搬入する機構である。前記燃焼炉は、前記丸太燃料を炉内に搬入することのできる搬入口と、前記搬入口を開閉する開閉機構を備え、前記丸太燃料の搬入が完了すれば前記搬入口を閉じ、搬入された前記丸太燃料が、炉内において７００℃〜１１００℃に維持された雰囲気温度でそれぞれ燃焼するように構成されている。
【０００９】
また、前記課題を解決するために、本発明の一様態に係る丸太燃料を用いたボイラーシステムは、前記した丸太燃料用の燃焼装置と、前記給気路を通じて供給された前記燃焼ガスを利用して蒸気又は温水を発生させるボイラーとを備える。
【００１０】
また、前記課題を解決するために、本発明の一様態に係る丸太燃料を用いた燃焼ガスの供給方法は、前記した丸太燃料用の燃焼装置を用いて燃焼ガスを供給する方法であって、前記燃焼炉内の雰囲気温度を７００℃〜１１００℃に維持しながら、前記搬入機構を用いて、前記丸太燃料を、所定間隔をあけて間欠的に前記燃焼炉内に搬入することで、前記燃焼炉内で、前記丸太燃料を完全燃焼に至るまで継続的に燃焼させる。
【００１１】
また、前記課題を解決するために、本発明の一様態に係る丸太燃料を用いた燃焼ガスの供給方法は、前記した丸太燃料用の燃焼装置を用いて燃焼ガスを供給する方法であって、燃焼開始前に、前記燃焼炉内に最初の前記丸太燃料を搬入し、最初の前記丸太燃料に灯油をかけて着火させ、その後は、前記燃焼炉内の雰囲気温度を７００℃〜１１００℃に維持しながら、前記燃焼炉内に前記丸太燃料を間欠的に搬入することで、前記燃焼炉内で、前記丸太燃料の燃焼を２４時間／日で継続させる。
【００１２】
また、前記課題を解決するために、本発明の一様態に係る丸太燃料を用いた地域内給電システムは、前記した丸太燃料用のボイラーシステムと、前記ボイラーシステムで発生させた前記蒸気又は温水を、前記ボイラーシステムが設置された地域にある周辺施設の少なくとも一つに供給する蒸気又は温水の供給経路と、前記ボイラーシステムで発生させた前記蒸気又は温水で発電を行う発電装置と、前記発電装置で発生させた電気を、前記周辺施設の少なくとも一つに供給する給電経路とを備える。
【００１３】
また、前記課題を解決するために、本発明の一様態に係る丸太燃料を用いた地域内給電システムは、前記した丸太燃料用のボイラーシステムと、前記ボイラーシステムで発生させた前記蒸気又は温水で発電を行う発電装置と、前記発電装置で発生させた電気を、前記ボイラーシステムが設置された地域にある周辺施設の少なくとも一つに供給する給電経路と、前記発電装置で生じた廃熱を、前記周辺施設の少なくとも一つに供給する熱供給経路とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、燃料の調達原価を抑え、かつ、設備投資の費用を抑えながら、森林資源を利用して安定的にエネルギーを得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態のボイラーシステムを示す一部破断側面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１の要部を上方から視た平面図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｄは、丸太燃料を落とし込んでいく様子を順に示す概略側面図である。
【図６】搬入機構の変形例を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態の地域内エネルギー供給システムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜図５には、一実施形態の丸太燃料用の燃焼装置と、この燃焼装置を備えた丸太燃料用のボイラーシステムを示している。
【００１７】
本実施形態の燃焼装置は、丸太燃料Ｌを用いて効率的に燃焼ガスを供給する装置であり、本実施形態のボイラーシステムは、この燃焼装置から供給される燃焼ガスを用いて蒸気又は温水を供給するシステムである。
【００１８】
丸太燃料Ｌは、乾燥処理が施されていない木材で構成された燃料であり、具体的には、森林から伐採した生のままの木材（生木）、森林管理のために間伐した木材、伐採後に放置された木材（林地残材）、建築や一般の木材として利用した後の残材等である。
【００１９】
丸太燃料Ｌは、直径５〜５０ｃｍ、長さ１〜５ｍの寸法であればよく、重量や含水率には特に限定がない。丸太燃料Ｌは、含水率が５０％を超えていてもよい。
【００２０】
つまり、木質ペレット、木質チップといった一般的な木質バイオマス燃料の場合は、二次加工で専用の加工機械を用いて木材を微細化するとともに、含水率が２５％以下に至るまで時間をかけて乾燥処理する必要があるのに対して、丸太燃料Ｌの場合はその必要がない。
【００２１】
本実施形態の燃焼装置は、含水率の高い丸太燃料Ｌを燃焼させるために専用設計した燃焼炉１と、燃焼炉１に丸太燃料Ｌを搬入するために用いる搬入機構２と、燃焼炉１で生じた燃焼ガスを供給する給気路３と、搬入機構２等を制御する制御盤６とを備える。
【００２２】
そして、本実施形態のボイラーシステムは、本実施形態の燃焼装置に加えて、給気路３を通じて燃焼ガスが供給されるボイラー４と、ボイラー４から排出される燃焼ガスを再利用する熱交換器５と、燃焼ガス中の汚染物質を除去して大気中に排出する大気汚染防止装置７とを備える。
【００２３】
以下、本実施形態のボイラーシステムが備える各構成について、さらに説明する。
【００２４】
まず、本実施形態の燃焼装置について、図２、図３等に基づいて説明する。
【００２５】
本実施形態の燃焼装置が備える燃焼炉１は、炉内で丸太燃料Ｌを完全燃焼させるために専用設計した炉である。燃焼炉１は、耐火煉瓦や鉄を用いて四角形状又はアーチ状に形成する。
【００２６】
燃焼炉１は、丸太燃料Ｌを炉内に搬入することのできる搬入口１１と、炉内で生じた燃焼ガスを炉外に排出することのできる排気口１２を備える。燃焼炉１内には、炉内を上下に仕切る網状の床１３を設けている。
【００２７】
床１３で仕切られた上方の空間が、燃焼室１０１であり、床１３で仕切られた下方の空間が、焼却灰室１０２である。燃焼炉１は、焼却灰室１０２から灰を取り出すことのできる排出口１５を備える。搬入口１１は床１３より上方に位置し、燃焼室１０１に連通する。排出口１５は床１３より下方に位置し、焼却灰室１０２に連通する。
【００２８】
さらに、燃焼炉１は、搬入口１１を開閉する搬入用の開閉機構１６と、排出口１５を開閉する排出用の開閉機構１７とを備える。
【００２９】
搬入用の開閉機構１６は、搬入口１１を閉じることのできる耐熱性の扉１６１と、扉１６１を上下に移動させるシリンダー１６２とを備え、扉１６１が下位置にあるときに搬入口１１を封止し、扉１６１が上位置にあるときに搬入口１１を開く。
【００３０】
排出用の開閉機構１７は、排出口１５を閉じることのできる耐熱性の扉１７１と、扉１７１を水平方向に移動させるシリンダー１７２とを備え、扉１７１が水平面上の所定位置にあるときに排出口１５を封止し、扉１７１が該水平面上の第二の位置にあるときに排出口１５を開く。
【００３１】
さらに、燃焼炉１は、外部から空気を供給するためのファン１８と、ファン１８によって送り込まれた空気を炉内に供給する供給経路１９（図３参照）とを備えている。供給経路１９は、燃焼炉１を構成する耐火煉瓦層１４１と鉄製の外郭層１４２との間に形成されるスペース１９１と、耐火煉瓦層１４１に形成される多数の空気孔１９２とを含む。多数の空気孔１９２は、耐火煉瓦層１４１のうち天井を除く全ての壁面に、所定の間隔をあけた略均等な配置で形成される。前記所定の間隔は、５ｃｍ〜１０ｃｍの範囲内に収まることが好ましい。各空気孔１９２は、開口幅が数ｍｍ程度の細かな孔である。
【００３２】
耐火煉瓦層１４１は、大量の耐火煉瓦を用いて、４０ｃｍ以上の厚みで形成される。燃焼室１０１と焼却灰室１０２は、耐火煉瓦層１４１に囲まれた空間である。外郭層１４２は、耐火煉瓦層１４１を覆うように形成された鉄製の層である。耐火煉瓦層１４１と外郭層１４２の間のスペース１９１には、ファン１８によって外部から空気が送り込まれる。
【００３３】
各空気孔１９２は、スペース１９１に連通する。スペース１９１に送り込まれた空気は、燃焼炉１の天井を除く内壁面全体に分散配置された多数の空気孔１９２を通じて、燃焼炉１内に供給される。
【００３４】
次に、本実施形態の燃焼装置が備える搬入機構２について図２、図４、図５等に基づいて説明する。
【００３５】
搬入機構２は、燃焼炉１の燃焼室１０１内の温度を維持しながら、丸太燃料Ｌを間欠的に（例えば１時間に数回）搬入するために構成した機構である。
【００３６】
搬入機構２は、燃焼炉１の搬入口１１に隣接して設けた機構であり、作業者が移動することのできる作業床２４と、作業床２４の一部を凹ませた形状の溝部２５と、溝部２５の底面上を一方向（以下、この方向を「前後方向」という。）に往復動可能に設けた載置台２１と、載置台２１上を前後方向に往復動可能に設けた押圧体２３１とを備える。
【００３７】
図４に示すように、溝部２５は、平面視において前後方向に長い長方形状の外形を有する。扉１６１が開いたときには、溝部２５の前端が搬入口１１に連通し、扉１６１が閉じたときには、溝部２５と搬入口１１が遮断される。
【００３８】
作業床２４上には、溝部２５に対して左右方向に隣接する位置に、複数本（本実施形態では二本）のレール２６を設置している。複数本のレール２６は、前後方向に距離をあけて平行に位置し、複数本のレール２６上に多数の丸太燃料Ｌを積み置くことが可能となっている。
【００３９】
図２等に示すように、載置台２１は、溝部２５の床面上を転動可能な複数の車輪２１１と、後述の駆動機構２２に連結する連結片２１２とを備える。
【００４０】
載置台２１は、駆動機構２２によって、前後方向に往復動される。駆動機構２２は、前後方向に伸縮自在なシリンダー２２１を備え、シリンダー２２１の先端を、載置台２１の連結片２１２に連結させている。
【００４１】
押圧体２３１は、前後方向に伸縮自在なシリンダー２３２１を備えた駆動機構２３２によって、載置台２１とは独立して前後方向に往復動される。押圧体２３１は、前後方向に厚みを有する板材であり、押圧体２３１の前面に丸太燃料Ｌが押し当たる。
【００４２】
押圧体２３１の下端縁部からは、後方に向けて延長部２３１１が延びている。延長部２３１１には、載置台２１上を転動可能な複数の車輪２３１２を設けている。
【００４３】
図５Ａ〜図５Ｄには、載置台２１と押圧体２３１がタイミングを合わせて前後移動することで、丸太燃料Ｌを床１３上に規則的に落とし込んでいく様子を、概略的に示している。
【００４４】
まず、図５Ａに示すように、溝部２５内に丸太燃料Ｌをセットする。丸太燃料Ｌは、その長手方向が前後方向と略平行になるように、溝部２５内にセットする。溝部２５内にセットする丸太燃料Ｌは一本でも複数本でもよいが、図５Ａ〜図５Ｄでは、簡略のために丸太燃料Ｌを一本だけ示している。
【００４５】
次いで、図５Ｂに示すように、扉１６１を持ち上げたうえで（矢印ａ１参照）、載置台２１と押圧体２３１を共に、燃焼炉１の燃焼室１０１内に向けて前進させる（矢印ａ２参照）。丸太燃料Ｌが燃焼室１０１の中央近傍にまで至った段階で、載置台２１は前進を止め、押圧体２３１はさらに前進して丸太燃料Ｌを前方に押し込む（矢印ａ３参照）。押圧体２３１は、載置台２１の前後方向の半分程度の位置で、前進を止める。
【００４６】
次いで、図５Ｃに示すように、押圧体２３１を停止させたままで載置台２１を後退させていく（矢印ａ４参照）。これにより、丸太燃料Ｌの前端を、床１３上の狙いの箇所に落とす（矢印ａ５参照）。図５Ｃに示す段階では、丸太燃料Ｌの後端は、まだ載置台２１上にある。
【００４７】
ここから載置台２１をさらに後退させる（矢印ａ６参照）と、図５Ｄに示すように、今度は丸太燃料Ｌの後端を、床１３上の狙いの箇所に落とすことができる（矢印ａ７参照）。上記段階を経ることで、丸太燃料Ｌを、床１３上の中央部の箇所に、所定の姿勢で規則的に配置することができる。
【００４８】
丸太燃料Ｌの搬入が完了すれば、載置台２１と押圧体２３１を元の位置にまで後退させたうえで、扉１６１を下げて搬入口１１を塞げばよい。
【００４９】
このように、本実施形態では、載置台２１が後退するタイミングで、押圧体２３１を丸太燃料Ｌに押し当て、丸太燃料Ｌの後退を規制する（移動しないようにする）ことによって、丸太燃料Ｌを、床１３の中央部分に規則的に落とし込むように設けている。本実施形態では、押圧体２３１と、押圧体２３１の前後位置を変更させる駆動機構２３２とで、燃焼炉１内での丸太燃料Ｌの移動を一時的に規制する移動規制機構２３を構成している。
【００５０】
上記した扉１６１の上下動、載置台２１の前後移動、押圧体２３１の前後移動等は、燃焼炉１に隣接する制御盤６を操作することで、それぞれ制御する。つまり、作業者が制御盤６を操作することで、溝部２５内にセットした丸太燃料Ｌを、燃焼炉１内の狙いの箇所に、安全にかつ規則的に落とし込むことができる。
【００５１】
給気路３は、燃焼炉１とボイラー４とを連通させる経路である。給気路３の一端が燃焼炉１の排気口１２に連通し、給気路３の他端がボイラー４に連通する。
【００５２】
次に、本実施形態のボイラーシステムが備える他の構成について、図１、図２等に基づいて順に説明する。
【００５３】
ボイラー４は、給気路３を通じて供給された燃焼ガスを利用して、蒸気又は温水を発生させる機器である。ボイラー４としては、炉筒煙管式、水管式等の多様な方式のものが適用可能であり、実施条件に適合するものを市販の機器から厳選して用いる。
【００５４】
熱交換器５は、ボイラー４を通過した高温の燃焼ガスを効率よく利用するための機器であり、実施条件に適合するものを市販の機器から厳選して用いる。
【００５５】
大気汚染防止装置７は、燃焼ガス中に含まれる汚染物質を除去したうえで大気中に放出する装置であり、第一の装置７１、第二の装置７２及び煙突装置７３を備える。第一の装置７１は、熱交換器５を経た燃焼ガス中の汚染物質を除去する。第二の装置７２は、第一の装置７１では除去できなかった汚染物質を除去する。煙突装置７３は、第一及び第二の装置７１，７２で汚染物質を除去した後のガスを大気中に放出する。各装置７１，７２，７３は、実施条件に適合するものを市販の機器から厳選して用いる。
【００５６】
次に、上記構成を具備するボイラーシステムを用いて、蒸気又は温水を供給する方法について説明する。
【００５７】
まず、燃焼炉１での燃焼を開始する前段階で、燃焼炉１内に、最初の丸太燃料Ｌを搬入する。具体的には、レール２６上に積んである多数の丸太燃料Ｌのうちから適当なものを選択し、選択した丸太燃料Ｌを、作業者がレール２６上で滑らせながら溝部２５内に落としてセットする。
【００５８】
各レール２６は、溝部２５側に向けて緩やかに下り傾斜しており、作業者は、先の鋭い鉄棒等の適宜の道具を用いて丸太燃料Ｌを引っ掛け、レール２６上で滑らすことができる。
【００５９】
なお、図６に示す変形例のように、溝部２５と隣接する箇所にロボットハンド２７を設置し、ロボットハンド２７を用いて溝部２５内に丸太燃料Ｌをセットすることも好ましい。この場合、ロボットハンド２７は、作業者が制御盤６を操作することで動作させる。
【００６０】
溝部２５内には、最初の丸太燃料Ｌを、複数本（例えば５本）セットする。以下、最初の丸太燃料Ｌを「着火用丸太燃料Ｌ１」という。
【００６１】
制御盤６に設けているレバー、ボタン等を作業者が操作すると、図５Ａ〜図５Ｄに基づいて前述した工程で、燃焼炉１内に複数本の着火用丸太燃料Ｌ１を規則的に落とし込むことができる。つまり、制御盤６に設けた所定のレバーを操作することで、燃焼炉１の扉１６１を持ち上げて搬入口１１を開放し、載置台２１ごと着火用丸太燃料Ｌ１を燃焼炉１内に搬入し、載置台２１を炉外に戻す際に、着火用丸太燃料Ｌ１には押圧体２３１を当てて戻らないようにし、これにより、燃焼炉１内に着火用丸太燃料Ｌ１を規則的に落とし込むことができる。
【００６２】
載置台２１や押圧体２３１が炉外にまで後退したことを確認してから、扉１６１を下げて搬入口１１を封止する。
【００６３】
その後に、作業者が制御盤６を操作し、燃焼炉１内の着火用丸太燃料Ｌ１に灯油をかけ、バーナーを１０分程度稼働させることで、着火用丸太燃料Ｌ１を着火させる。
【００６４】
燃焼炉１内で着火用丸太燃料Ｌ１を所定時間燃焼させることで、燃焼炉１内の雰囲気温度を７００℃〜１１００℃にまで至らせ、その後は、燃焼炉１内の雰囲気温度を維持しながら、燃焼炉１内に丸太燃料Ｌを間欠的に搬入していく。
【００６５】
つまり、燃焼炉１内の雰囲気温度を７００℃〜１１００℃に維持しながら、間欠的に燃焼炉１の扉１６１を持ち上げて次の丸太燃料Ｌを搬入し、同様の工程で丸太燃料Ｌを規則的に落とし込むことにより、燃焼炉１内で丸太燃料Ｌの燃焼を継続させる。燃焼炉１内の雰囲気温度は、９００〜１１００℃に維持することや、１０００〜１１００℃に維持することが更に好ましい。新たに搬入した丸太燃料Ｌは、燃焼中の丸太燃料Ｌに重ねられ、燃焼炉１内の高温の雰囲気内で自然に燃焼してゆく。
【００６６】
これにより、本実施形態の燃焼炉１では、間欠的に搬入したそれぞれの丸太燃料Ｌを、燃焼炉１内において完全燃焼に至るまで燃焼させることができる。完全燃焼後の灰は、定期的に扉１７１を開いて炉外に取り出す。
【００６７】
本実施形態のボイラーシステムでは、燃焼炉１内で丸太燃料Ｌを２４時間継続して燃焼させ、ボイラー４に対して燃焼ガスを２４時間継続して供給するので、ボイラー４は、２４時間継続して蒸気又は温水を生成、供給することができる。
【００６８】
本実施形態のボイラーシステムを用いて所定量の蒸気を供給するために必要な丸太燃料Ｌの量は、例えば下記の表１に示すような量である。必要な丸太燃料Ｌの量は、要求される蒸気の品質条件によって異なるが、下記の表１では、一般的な製造工場で使用する蒸気の品質に合わせている。
【００６９】
【表１】
2019082327.tif 000003
【００７０】
燃焼炉１内での燃焼を一時的に中断するときには、燃焼炉１内への空気の供給を停止させればよい。これにより、炭化した丸太燃料Ｌの燃焼が中断する。燃焼炉１内での燃焼を再開させる場合は、燃焼炉１内への空気の供給を再開すればよい。
【００７１】
ところで、本実施形態のボイラーシステムでは、表１にも示されるように、乾燥させた木質バイオマス燃料を用いた場合と同等以上の効率で、ボイラー４で蒸気（又は温水）を生成できるという結果が得られている。
【００７２】
この結果は、本実施形態のボイラーシステム（すなわち、これに含まれる燃焼装置）では、燃焼炉１内で大量の過熱蒸気が継続的に発生することに起因すると推察される。
【００７３】
つまり、本実施形態のボイラーシステムは、従来の木質バイオマス燃料のような低含水率（たとえば２５％以下）の燃料を用いるのではなく、４０％〜５０％或いはこれを超える含水率の丸太燃料Ｌを燃焼炉１内に間欠的に投入し、かつ、燃焼炉１内の温度を７００℃以上に維持するように燃焼をコントロールすることによって、燃焼炉１内で大量の過熱蒸気を発生させるシステムである。
【００７４】
過熱蒸気は、同一温度の熱風に比較して、伝熱性が非常に高いという性質を有するので、大量の過熱蒸気を含む燃焼ガスを、燃焼炉１からボイラー４に継続的に供給することによってボイラー４の効率が向上し、ボイラー４から大量の蒸気を発生させるに至ったと推察される。
【００７５】
本実施形態のボイラーシステムでは、燃焼炉１内に万遍なく空気を供給し、かつ、燃焼炉１内の温度を７００℃以上（好ましくは９００℃以上）に維持することによって、丸太燃料Ｌの水分を利用して大量の過熱蒸気を発生させながら、丸太燃料Ｌを完全燃焼させることを実現している。
【００７６】
上述したように、空気供給用のファン１８によって送り込まれた空気は、いったん耐火煉瓦層１４１と鉄製の外郭層１４２の間のスペース１９１に送り込まれ、このスペース１９１内で加熱される。スペース１９１内で高温となった空気は、分散配置された多数の細かい空気孔１９２を通じて、燃焼炉１内に万遍なく供給される。そのため、炉内の温度低下を抑えたうえで（炉内を７００℃以上に維持しながら）、炉内に隈なく空気（酸素）を供給することが可能である。
【００７７】
加えて、本実施形態のボイラーシステムでは、以下に述べる空気量のコントロールによって、燃焼炉１内の温度の最適化を図っている。
【００７８】
本実施形態のボイラーシステムでは、燃焼炉１内に大量の空気を一気に導入するのではなく、燃焼炉１からボイラー４側に引っ張る空気（燃焼ガス）の量を、供給経路１９を通じて燃焼炉１内に供給する空気の量の１００％〜１１０％の範囲内に収まるように、コントロールしている。これにより、炉内の温度低下を抑えながら、丸太燃料Ｌを完全燃焼に至るまで安定的に燃焼させ、大量の過熱蒸気を発生させることができる。
【００７９】
つまり、本実施形態のボイラーシステムでは、燃焼炉１に独自の供給経路１９を備え、この供給経路１９を通じて、上記した微妙な空気量のコントロールを行うことで、燃焼炉１内の温度を７００℃以上に維持しながら、燃焼炉１内に隈なく空気を送り込み、含水率の高い丸太燃料Ｌを完全燃焼に至るまで継続的に燃焼させることを実現している。これにより、大量の過熱蒸気を含む燃焼ガスを燃焼炉１からボイラー４に供給し、ボイラー４の効率向上を実現している。
【００８０】
なお、燃焼炉１内の温度が例えば５００℃程度であると、含水率が５０％程度の丸太燃料Ｌが多く投入されたときに、水分の潜熱によって炉内で熱変動や温度低下が起こり、丸太燃料Ｌが不完全燃しやすくなる。これに対して、燃焼炉１内の温度が７００℃以上に維持されると、含水率が５０％程度の丸太燃料Ｌが多く投入されても、炉内で熱変動や温度低下が起こりにくく、過熱蒸気を大量発生させながら丸太燃料Ｌを完全燃焼させることが可能となる。
【００８１】
次に、本実施形態のボイラーシステムを用いて地域にエネルギーを供給する地域内給電システムについて、図７等に基づいて説明する。
【００８２】
本実施形態の地域内給電システムは、ボイラーシステムで発生させた蒸気又は温水を、周辺施設９のうち少なくとも一つに供給する蒸気又は温水の供給経路８１を備える。
【００８３】
周辺施設９は、ボイラーシステムが設置された地域にある各種の施設の総称であり、具体的には、工場、農業施設、公共施設等である。本実施形態では、周辺施設９の一例である工場９１、農業施設９２、公共施設９３等に対して、供給経路８１を通じて蒸気又は温水を供給する。
【００８４】
さらに、本実施形態の地域内給電システムは、ボイラーシステムで発生させた蒸気又は温水で発電を行う発電装置８２と、発電装置８２で発生させた電気を、周辺施設９のうち少なくとも一つに供給する給電経路８３と、発電装置８２で生じた廃熱を、周辺施設９のうち少なくとも一つに供給する熱供給経路８４とを備える。
【００８５】
本実施形態では、周辺施設９のうち工場９１とは別の工場９４に対して、給電経路８３を通じて電気を供給する。また、周辺施設９のうち農業施設９２とは別の農業施設９５に対して、熱供給経路８４を通じて廃熱を供給する。農業施設９５は、例えば農業用ハウス等である。
【００８６】
さらに、本実施形態の地域内給電システムは、周辺施設９のうち少なくとも一つで生じた臭気を、ボイラーシステムの燃焼炉１内に供給する臭気供給経路８５を備える。本実施形態では、一例として工場９４で発生した臭気を、臭気供給経路８５を通じて焼却炉１内に供給し、焼却炉１内で臭気を処理する。
【００８７】
したがって、本実施形態の地域内給電システムによれば、地域の森林組合等が森林から特段の選別をすることなく木材を伐採し、二次加工を要しない丸太燃料Ｌを低コストで供給し、この丸太燃料Ｌを基にしてボイラーシステムで生成した蒸気又は温水（つまり、含水率の高い丸太燃料Ｌから発生させた大量の過熱蒸気をボイラー４に供給することで、ボイラー４で効率的に生成した蒸気又は温水）を、周辺施設９に供給することができる。さらに、蒸気又は温水を基にして発電装置８２で生成した電気を周辺施設９に供給し、発電装置８２の廃熱も周辺施設９に供給することができる。
【００８８】
そのため、日本の各地に存在する山村等の地域で、森林資源を基にして地産地消のように周辺施設９にエネルギーを供給することができる。森林の樹木を年間３％程度伐採し、植林していけば、約３０年周期で樹木が入れ替わり、森林管理に貢献しながら永続的にエネルギーを供給することが可能となる。
【００８９】
なお、本実施形態の燃焼装置は、ボイラーシステム以外の用途にも用いることが可能である。
【００９０】
つまり、本実施形態の燃焼装置を用いれば、上記したように、大量の過熱蒸気を含んだ燃焼ガスを供給することができ、しかも、丸太燃料Ｌは地域内の森林から低コストでかつ永続的に得ることができるので、この燃焼ガスを、例えば熱風乾燥式の生ごみ処理システム等の他のシステムに供給した場合も、森林管理に大きな貢献を果たすことができる。
【００９１】
以上、添付図面に基づいて説明したように、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置は、燃焼炉１と、燃焼炉１に丸太燃料Ｌを搬入する搬入機構２と、燃焼炉１で生じた燃焼ガスを炉外に供給する給気路３とを備える。丸太燃料Ｌは、乾燥処理が施されていない木材で構成された燃料である。搬入機構２は、丸太燃料Ｌを間欠的に搬入する機構である。
【００９２】
したがって、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置によれば、森林から伐採した生のままの木材（生木）、森林管理のために間伐した木材、伐採後に放置された木材（林地残材）、建築や一般の木材として利用した後の残材等を、乾燥処理等を施すことなく丸太燃料Ｌとして用いることができ、燃料の調達原価を抑えることができる。また、丸太燃料Ｌを燃焼させる専用の燃焼炉１は、木質バイオマス燃料を燃焼させるための炉と比べて小型に提供することができ、ボイラー４等は市販のものを利用できるため、初期投資を抑えることができる。そのため、森林資源を利用して安定的にかつ低コストでエネルギーを得ることができる。そして、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置によれば、丸太燃料Ｌが含む大量の水分を利用して、大量の過熱蒸気を含んだ伝熱性の高い燃焼ガスを供給することが可能となる。
【００９３】
さらに、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置において、燃焼炉１は、搬入機構２を用いて間欠的に搬入された丸太燃料Ｌが、７００℃〜１１００℃に維持された雰囲気温度でそれぞれ燃焼するように構成されている。
【００９４】
そのため、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置によれば、大量の水分を含む丸太燃料Ｌを、間欠的にかつ継続的に搬入しながら、７００℃〜１１００℃の雰囲気温度に維持された炉内で、大量の過熱蒸気を含んだ伝熱性の高い燃焼ガスを効率的に発生させることが可能である。
【００９５】
さらに、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置において、搬入機構２は、丸太燃料Ｌを載せる載置台２１と、載置台２１を燃焼炉１の内外に往復動させる駆動機構２２と、載置台２１に載せた丸太燃料Ｌの移動を燃焼炉１内で一時的に規制する移動規制機構２３とを備える。そして、丸太燃料Ｌを載置台２１ごと燃焼炉１内に移動させ、移動規制機構２３で丸太燃料Ｌの移動を規制しながら載置台２１を燃焼炉１外に向けて移動させることで、丸太燃料Ｌを燃焼炉１内に落とし込むように構成している。
【００９６】
そのため、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置によれば、載置台２１と移動規制機構２３が燃焼炉１内でタイミングを合わせて動作することで、丸太燃料Ｌを、燃焼炉１内の狙いの箇所に、所定の姿勢で規則的に配置させてゆき、燃焼炉１内で複数の丸太燃料Ｌを効率的に燃焼させることができる。加えて、丸太燃料Ｌを搬入する際に、丸太燃料Ｌが、燃焼炉１を構成する周囲の耐火煉瓦等に当たって燃焼炉１に損傷を与えることも防止される。
【００９７】
さらに、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置において、移動規制機構２３は、載置台２１に載せた丸太燃料Ｌの端部に当てることのできる押圧体２３１を備え、載置台２１を燃焼炉１内から燃焼炉１外に向けて移動させるときに、押圧体２３１に当てながら丸太燃料Ｌを載置台２１から燃焼炉１内に落とし込むものである。
【００９８】
そのため、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置では、載置台２１が炉外に戻るタイミングで押圧体２３１を丸太燃料Ｌに押し当てるシンプルな機構で、丸太燃料Ｌを、燃焼炉１内の狙いの箇所に、所定の姿勢で規則的に配置させていくことが可能となる。
【００９９】
さらに、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置においては、燃焼炉１内に外部の臭気を供給する臭気供給経路８５を備えている。
【０１００】
そのため、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置によれば、燃焼炉１内に臭気を供給し、高温に維持される雰囲気内で臭気を分解することができる。外部の工場に蒸気等のエネルギーを供給するだけでなく、該工場で生じる臭気を分解することもできるため、非常に有用なシステムが構築される。
【０１０１】
また、本実施形態の丸太燃料用のボイラーシステムは、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置に加えて、給気路３を通じて供給された燃焼ガスを利用して蒸気又は温水を発生させるボイラー４を備える。
【０１０２】
したがって、本実施形態の丸太燃料用のボイラーシステムによれば、森林から伐採した生のままの木材（生木）、森林管理のために間伐した木材、伐採後に放置された木材（林地残材）、建築や一般の木材として利用した後の残材等を、乾燥処理等を施すことなく丸太燃料Ｌとして用いることができ、燃料の調達原価を抑えることができる。また、丸太燃料Ｌを燃焼させる専用の燃焼炉１は、木質バイオマス燃料を燃焼させるための炉と比べて小型に提供することができ、ボイラー４等は市販のものを利用できるため、初期投資を抑えることができる。そのため、森林資源を利用して安定的にかつ低コストでエネルギーを得ることができ、ひいては、化石燃料の代替エネルギーとして森林資源を有効活用し、地域の産業発達、永続的な森林管理に寄与することが可能となる。加えて、本実施形態のボイラーシステムによれば、丸太燃料Ｌが含む大量の水分を利用して、大量の過熱蒸気を含む燃焼ガスをボイラー４に供給し、ボイラー４で効率的に蒸気又は温水を発生させることが可能となる。
【０１０３】
また、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置を用いて燃焼ガスを供給する方法は、燃焼炉１内の雰囲気温度を７００℃〜１１００℃に維持しながら、搬入機構２を用いて、丸太燃料Ｌを、所定間隔をあけて間欠的に燃焼炉１内に搬入することで、燃焼炉１内で、丸太燃料Ｌを完全燃焼に至るまで継続的に燃焼させるものである。
【０１０４】
そのため、燃焼炉１内に搬入後の丸太燃料Ｌは、７００℃〜１１００℃の雰囲気内で継続的に燃焼されることとなり、含水率が高い丸太燃料Ｌであっても炉内で完全燃焼させることが可能となる。
【０１０５】
また、本実施形態の丸太燃料用の燃焼装置を用いて燃焼ガスを供給する方法は、燃焼開始前に、燃焼炉１内に最初の丸太燃料Ｌを搬入し、最初の丸太燃料Ｌに灯油をかけて着火させ、その後は、燃焼炉１内の雰囲気温度を７００℃〜１１００℃に維持しながら、燃焼炉１内に丸太燃料Ｌを間欠的に搬入することで、燃焼炉１内で、丸太燃料Ｌの燃焼を継続させるものである。
【０１０６】
そのため、着火時点から一貫して丸太燃料Ｌを用い、間欠的に丸太燃料Ｌを搬入していくことで、２４時間継続して燃焼ガスを供給することができる。
【０１０７】
また、本実施形態の丸太燃料を用いた地域内給電システムは、本実施形態の丸太燃料用のボイラーシステムと、前記ボイラーシステムで発生させた蒸気又は温水を、前記ボイラーシステムが設置された地域にある周辺施設９の少なくとも一つに供給する蒸気又は温水の供給経路８１と、前記ボイラーシステムで発生させた蒸気又は温水で発電を行う発電装置８２と、発電装置８２で発生させた電気を、周辺施設９の少なくとも一つに供給する給電経路８３とを備える。
【０１０８】
そのため、本実施形態の地域内給電システムによれば、森林から伐採等した丸太燃料Ｌを利用して、その森林の周辺施設９に対して蒸気又は温水を供給することや、周辺施設９に電気を供給することができ、化石燃料の代替エネルギーとして森林資源を有効活用し、地域の産業発達、永続的な森林管理に寄与することが可能となる。
【０１０９】
また、本実施形態の丸太燃料を用いた地域内給電システムは、本実施形態の丸太燃料用のボイラーシステムと、前記ボイラーシステムで発生させた蒸気又は温水で発電を行う発電装置８２と、発電装置８２で発生させた電気を、前記ボイラーシステムが設置された地域にある周辺施設９の少なくとも一つに供給する給電経路８３と、発電装置８２で生じた廃熱を、周辺施設９の少なくとも一つに供給する熱供給経路８４とを備える。
【０１１０】
そのため、本実施形態の地域内給電システムによれば、森林から伐採等した丸太燃料Ｌを利用して、その森林の周辺施設９に対して蒸気又は温水を供給することや、周辺施設９に電気を供給することや、周辺施設９に廃熱を供給することができ、化石燃料の代替エネルギーとして森林資源を有効活用し、地域の産業発達、永続的な森林管理に寄与することが可能となる。
【０１１１】
以上、実施形態について説明したが、本発明は前記した各実施形態に限定されない。本発明の意図する範囲内であれば、適宜の設計変更を行うことが可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１      燃焼炉
２      搬入機構
２１    載置台
２２    駆動機構
２３    移動規制機構
２３１  押圧体
３      給気路
４      ボイラー
８１    蒸気又は温水の供給経路
８２    発電装置
８３    給電経路
８４    熱供給経路
８５    臭気供給経路
９      周辺施設
Ｌ      丸太燃料
【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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