(57)【要約】【課題】コンパクトで、必要に応じて所望の場所に搬送可能で、木質材の乾燥から発電まで効率的に行うことができる低コストで省資源性及び環境保護性に優れるコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置を提供する。【解決手段】木質材供給部１４が設けられた第１のコンテナ１３内に、木質材を乾燥する木質材乾燥部１６と、乾燥された木質材を貯蔵する木質材貯蔵部１７が搭載されて構成された木質材乾燥ユニット１１と、第２のコンテナ１８内に、木質材貯蔵部１７から供給される木質材を加熱及び圧縮する燃料成型部１９と、燃料成型部１９で成型された成型燃料を熱分解してガス化するガス化炉２１と、ガス化炉２１で生成されたガスによってエンジンを駆動して発電を行う発電部２２が搭載されて構成された発電ユニット１２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコンテナと、該第１のコンテナに設けられた木質材供給部と、該木質材供給部から供給される木質材を前記第１のコンテナ内で乾燥する木質材乾燥部と、該木質材乾燥部で乾燥された前記木質材を前記第１のコンテナ内に貯蔵する木質材貯蔵部とを有する木質材乾燥ユニットと、
第２のコンテナと、該第２のコンテナ内に搭載され前記木質材貯蔵部から供給される前記木質材を加熱及び圧縮する燃料成型部と、前記第２のコンテナ内に搭載され前記燃料成型部で成型された成型燃料を熱分解してガス化するガス化炉と、前記第２のコンテナ内に搭載され前記ガス化炉で生成されたガスによってエンジンを駆動して発電を行う発電部とを有する発電ユニットとを備えたことを特徴とするコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置。
【請求項２】
請求項１記載のコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置において、前記木質材貯蔵部と前記燃料成型部を連結して前記木質材貯蔵部に貯蔵された前記木質材を前記燃料成型部に供給する原料供給部を有することを特徴とするコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置において、前記木質材供給部の上流側に連結されて前記木質材を破砕する木質材破砕部を有することを特徴とするコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１記載のコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置において、前記木質材乾燥部は、垂直回動軸と、該垂直回動軸の外周に螺旋状に配置され空気流通部が形成された搬送路と、該搬送路の外周を覆う外筒と、前記垂直回動軸に連結された駆動部とを有する振動コンベアを備え、該駆動部により前記垂直回動軸を正逆交互に回動させて前記搬送路を振動させることにより、前記木質材を前記搬送路に沿って搬送し、前記発電部で発生する排熱の一部を前記外筒の内部に供給して前記木質材を乾燥させることを特徴とするコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置。
【請求項５】
請求項４記載のコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置において、前記木質材乾燥部は、前記第１のコンテナ内に並列に配置された複数の前記振動コンベアを有し、隣接する該振動コンベアの前記搬送路は、前記外筒を貫通する連結路を介して直列に接続されることを特徴とするコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に間伐材等の木質系の未利用資源（木質材）のチップを乾燥して得られる木質バイオマス（以下、単にバイオマスともいう）燃料を加熱分解してガス化させることにより、発電を行うコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバイオマス発電は、大別すると、バイオマス燃料を直接燃焼させて発電する方式と、バイオマス燃料をガス化させて発電する方式に分かれる。バイオマス燃料を直接燃焼させる場合は、バイオマス燃料を燃焼炉で燃やした熱で高圧の蒸気を発生させ、その蒸気をタービン（羽根車）にぶつけて回転力を得ることにより、発電機を駆動している。また、バイオマス燃料をガス化させる場合は、バイオマス燃料をガス化炉で加熱分解して可燃性ガスを発生させ、それを燃料ガスとしてエンジンを駆動することにより、発電機を駆動している。この２つの方式を比較すると、バイオマス燃料をガス化させて発電する方式の方が理論的に高い発電効率が得られると言われており、例えば、特許文献１、特許文献２では、バイオマス燃料を利用したエンジンや発電システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−８８００号公報
【特許文献２】特開２００８−２０８２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、バイオマス発電の燃料として主に用いられるバイオマス燃料の元（原料）となる木質材（チップ）の多くは植林現場で発生する間伐材であり、その植林現場は各地の山間部に分布し、面積が広大であるため、間伐材を収集し、外部に運び出して処理を行うにはコストがかかる。よって、現状では、間伐材の収集を積極的に行わず、そのまま放置して腐らせており、資源が有効活用されていないという課題がある。また、山間部に発電システムを設置した場合には、建設及び維持管理にコストがかかり、大型化も困難であるため、処理量が限られ、採算が合わないという課題がある。したがって、バイオマス燃料を用いた発電装置を実現するには、原料となる木質材の乾燥処理から発電までを効率的に行うことができるコンパクトな装置が要求される。ところが、特許文献１、特許文献２では、バイオマス燃料をガス化させて発電するための発電システムの構成が記載されているのみで、装置をコンパクト化することや装置全体を移動可能な構成（可搬式）とすることについては検討されていない。また、間伐材等の木材を破砕した木質材を乾燥し、燃料として供給するための具体的な手段（構造）については記載されていない。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、コンパクトで、必要に応じて所望の場所に搬送（移動）して使用することができるため、建設コストを大幅に削減することができ、木質材の乾燥から発電までを効率的に行って、間伐材等の未利用資源を有効利用することができる省資源性及び環境保護性に優れたコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置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】
【０００５】
前記目的に沿う本発明に係るコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置は、第１のコンテナと、該第１のコンテナに設けられた木質材供給部と、該木質材供給部から供給される木質材を前記第１のコンテナ内で乾燥する木質材乾燥部と、該木質材乾燥部で乾燥された前記木質材を前記第１のコンテナ内に貯蔵する木質材貯蔵部とを有する木質材乾燥ユニットと、
第２のコンテナと、該第２のコンテナ内に搭載され前記木質材貯蔵部から供給される前記木質材を加熱及び圧縮する燃料成型部と、前記第２のコンテナ内に搭載され前記燃料成型部で成型された成型燃料を熱分解してガス化するガス化炉と、前記第２のコンテナ内に搭載され前記ガス化炉で生成されたガスによってエンジンを駆動して発電を行う発電部とを有する発電ユニットとを備えている。
【０００６】
本発明に係るコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置において、前記木質材貯蔵部と前記燃料成型部を連結して前記木質材貯蔵部に貯蔵された前記木質材を前記燃料成型部に供給する原料供給部を有することが好ましい。
【０００７】
本発明に係るコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置において、前記木質材供給部の上流側に連結されて前記木質材を破砕する木質材破砕部を有することが好ましい。
【０００８】
本発明に係るコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置において、前記木質材乾燥部は、垂直回動軸と、該垂直回動軸の外周に螺旋状に配置され空気流通部が形成された搬送路と、該搬送路の外周を覆う外筒と、前記垂直回動軸に連結された駆動部とを有する振動コンベアを備え、該駆動部により前記垂直回動軸を正逆交互に回動させて前記搬送路を振動させることにより、前記木質材を前記搬送路に沿って搬送し、前記発電部で発生する排熱の一部を前記外筒の内部に供給して前記木質材を乾燥させることが好ましい。
【０００９】
本発明に係るコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置において、前記木質材乾燥部は、前記第１のコンテナ内に並列に配置された複数の前記振動コンベアを有し、隣接する該振動コンベアの前記搬送路は、前記外筒を貫通する連結路を介して直列に接続されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置は、木質材供給部が設けられた第１のコンテナに、木質材乾燥部と木質材貯蔵部が搭載された木質材乾燥ユニットと、第２のコンテナに、燃料成型部、ガス化炉及び発電部が搭載された発電ユニットに分割されているので、各ユニットをコンパクト化し、必要に応じて所望の場所に搬送（移動）して使用することが可能で、建設コストを大幅に削減して、間伐材等の木質材を発電に有効利用することができる。また、ガス化炉での燃料の消費に応じて、適量の木質材を木質材貯蔵部から安定的に供給することができ、燃料の供給量に過不足がなく、発電の安定性に優れる。
【００１１】
木質材貯蔵部と燃料成型部を連結して木質材貯蔵部に貯蔵された木質材を燃料成型部に供給する原料供給部を有する場合、現場で木質材貯蔵部と燃料成型部を原料供給部で連結するだけで、木質材の乾燥から発電までの工程を自動化することができ、省力性に優れる。
【００１２】
木質材供給部の上流側に連結されて木質材を破砕する木質材破砕部を有する場合、別途、木質材を破砕する作業を行う必要がなく、木質材を最適な大きさに破砕して使用することができ、作業性に優れる。
【００１３】
木質材乾燥部は、振動コンベアの駆動部により垂直回動軸を正逆交互に回動させるだけで、垂直回動軸の外周に螺旋状に配置された搬送路を振動させて木質材を搬送路に沿って搬送することができ、簡素な構造でコンパクト性に優れる。特に、螺旋状に配置された搬送路に空気流通部が形成されることにより、コンパクトでありながら、搬送路を長く形成して十分な乾燥時間を確保することができ、木質材の乾燥の確実性に優れる。また、搬送路の外周が外筒で覆われていることにより、発電部から供給される排熱の一部を有効に利用して木質材を効率的に乾燥することができ、省エネルギー性にも優れる。
【００１４】
木質材乾燥部が、第１のコンテナ内に並列に配置された複数の振動コンベアを有し、隣接する振動コンベアの搬送路が、外筒を貫通する連結路を介して直列に接続される場合、さらに搬送路を長くして乾燥時間を伸ばすことができ、木質材の含水率を低くして（乾燥度を高めて）、ガス化効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係るコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置の構成を示す説明図である。
【図２】同コンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置の木質材乾燥ユニットの要部断面平面図である。
【図３】同コンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置の木質材乾燥ユニットの要部断面正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
以下、図１〜図３を参照して、本発明の一実施の形態に係るコンテナを用いた小型バイオマス乾燥発電装置（以下、単に小型バイオマス乾燥発電装置という）１０について説明する。この小型バイオマス乾燥発電装置１０は、間伐材のチップを初めとする木質系の未利用資源や廃材等の木質材を乾燥し、得られた木質バイオマス燃料（成型燃料）を加熱分解してガス化させることにより、発電を行うものである。
まず、小型バイオマス乾燥発電装置１０は、図１に示すように、木質材乾燥ユニット１１と、発電ユニット１２に分割されている。まず、木質材乾燥ユニット１１は、第１のコンテナ１３と、第１のコンテナ１３に設けられた木質材供給部１４を有している。木質材供給部１４の上流側には木材チッパー等の木質材破砕部１５が連結されており、木質材を所望の寸法に破砕することができる。破砕後の木質材の大きさは、例えば各辺の長さが２〜５０ｍｍ程度である。木質材破砕部１５を木質材供給部１４に対して着脱可能とすることにより、木質材の破砕が不要な場合（既に必要な寸法以下に破砕されている場合）は、木質材破砕部１５を取り付けることなく、木質材供給部１４から直接、木質材を供給することができる。また、木質材乾燥ユニット１１を搬送する際には、木質材破砕部１５を取り外すことにより、木質材破砕部１５が搬送の邪魔になることはない。なお、木質材破砕部１５は、第１のコンテナ１３の外部に取り付ける代わりに、第１のコンテナ１３に内蔵することも可能である。
木質材供給部１４から供給された木質材は、第１のコンテナ１３内の木質材乾燥部１６で乾燥され、下流側に設けられた木質材貯蔵部１７に貯蔵される。木質材の多くを占める間伐材の含水率は、一般的に８０〜１００％程度であるが、乾燥後の含水率は、例えば１０〜３０％（より好ましくは１０〜１５％）程度となる。なお、木質材乾燥部１６の詳細については、後述する。
【００１７】
次に、発電ユニット１２は、第２のコンテナ１８と、第２のコンテナ１８内に搭載され、木質材貯蔵部１７から供給される木質材を加熱及び圧縮する燃料成型部１９を有している。このとき、木質材貯蔵部１７と燃料成型部１９は、原料供給部２０によって連結される。原料供給部２０は、木質材貯蔵部１７に貯蔵された木質材を燃料成型部１９に供給できるものであればよいが、ピストン、コンベア、又はスクリューフィーダ等の供給手段を備えたものが好適に用いられる。原料供給部２０は、木質材乾燥ユニット１１及び発電ユニット１２を搬送する際に取り外す構造としてもよいし、折り畳んで第１のコンテナ１３又は第２のコンテナ１８の内部に収容できる構造としてもよい。
燃料成型部１９では、木質材貯蔵部１７から供給される木質材を加熱しながらプレス機で圧縮する。これにより、含水率が０〜１０％（より好ましくは０〜５％、さらに好ましくは０〜２％）程度の成型燃料が得られる。成型燃料の形状は特に限定されるものではないが、円柱状又は角柱状が好ましい。燃料成型部１９での加熱温度は、例えば１５０〜４００℃であり、木質材に含まれるリグニンが結着材（凝固材）となって木質材が押し固められる。例えば円柱状の成型燃料の場合、直径１００〜１２０ｍｍ、長さ３００ｍｍ程度が好ましいが、これに限定されるものではなく、適宜、選択することができる。また、成型時に成型燃料の長手方向に沿って軸心に直径２０〜３０ｍｍ程度の貫通孔を設けてもよい。
【００１８】
次に、第２のコンテナ１８内には、燃料成型部１９で成型された成型燃料を熱分解してガス化するガス化炉２１が搭載されている。ガス化炉２１は、成型燃料を加熱してガス化できるものであればよいが、バーナー等の外部加熱手段で炉内を加熱するものが好適に用いられる。このときの加熱温度は例えば５００〜９００℃程度であるが、これに限定されるものではなく、成型燃料を熱分解して可燃ガスを生成することができればよい。
次に、第２のコンテナ１８内には、ガス化炉２１で生成されたガスによってエンジン（ガスエンジン）を駆動して発電を行う発電部２２が搭載されている。ガス化炉２１で生成されたガスは、必要に応じて浄化手段によりタール等の不純物（凝縮物）が除去された上で、３〜５気圧に圧縮されて発電部２２のエンジン（図示せず）に供給される。そして、ガス（燃料）が供給されたエンジンが駆動することにより、発電部２２で発電が行われる。なお、エンジンの排ガスから熱交換等により熱を回収し、燃料成型部１９やガス化炉２１に供給する（図１の矢印ａ）ことにより、発電部２２の排熱の一部を燃料成型部１９やガス化炉２１の補助加熱源として利用することができる。
【００１９】
以下、木質材乾燥部１６の詳細について説明する。
図２、図３に示すように、木質材乾燥部１６は、第１のコンテナ１３に並列に配置された複数（本実施の形態では３個）の振動コンベア２３を有している。各振動コンベア２３は、垂直回動軸２４と、垂直回動軸２４の外周に螺旋状に配置された搬送路２５を有しており、搬送路２５には空気流通部２６が形成されている。空気流通部２６は、熱風を通過させて、搬送路２５に沿って移動する木質材を乾燥させるためのものである。このとき、搬送路２５となる板材にパンチングメタルのように複数の貫通孔を設けて空気流通部２６としてもよいし、搬送路２５を網体で形成し、その網目（開口）を空気流通部２６としてもよい。なお、空気流通部２６となる貫通孔又は網目の形状及び大きさは、木質材が通過できない範囲で適宜、選択することができるが、例えば、円形の貫通孔を形成する場合は、直径２〜３ｍｍ程度である。また、空気流通部２６となる貫通孔又は網目の数及び配置も適宜、選択することができる。
【００２０】
搬送路２５の外周は外筒２７で覆われており、木質材が搬送路２５（振動コンベア２３）の外部に落下することを防いでいる。垂直回動軸２４の両端は、図３に示すように、軸受部２８で回動可能に支持されており、垂直回動軸２４の上端側には、垂直回動軸２４を正逆交互に回動させて搬送路２５を振動させるための駆動部２９が連結されている。駆動部２９は垂直回動軸２４を直接回動させてもよいし、リンク機構を介して垂直回動軸２４を回動させてもよいが、駆動源としては、例えば、パルスモータ（ステッピングモータ）が好適に用いられる。駆動部２９の駆動時に、垂直回動軸２４の正転方向の回動と逆転方向の回動に速度差を発生させ、搬送路２５を振動させることにより、木質材を搬送路２５に沿って搬送させることができる。つまり、垂直回動軸２４（搬送路２５）を木質材の搬送方向にゆっくり回動させ、木質材の搬送方向とは逆方向に素早く回動させることにより、木質材は徐々に搬送方向に移動する。
【００２１】
よって、図２の左端と右端の振動コンベア２３では、垂直回動軸２４（搬送路２５）を左回りに回動させる速度を右回りに回動させる速度よりも遅くすることにより、木質材が図３の実線の矢印に示すように、搬送路２５に沿って下方から上方に（左回りに）移動する。また、図２の中央の振動コンベア２３では、垂直回動軸２４（搬送路２５）を右回りに回動させる速度を左回りに回動させる速度よりも遅くすることにより、木質材が図３の実線の矢印に示すように、搬送路２５に沿って上方から下方に（右回りに）移動する。このとき、図２、図３に示すように、各搬送路２５の内周側の上面には、搬送路２５に沿って螺旋ガイド部３０が立設されており、木質材を搬送路２５に沿ってスムーズに移動させることができる。そして、隣接する振動コンベア２３の搬送路２５は、外筒２７を貫通する連結路３２を介して直列に接続されている。これにより、木質材は最上流側（図２、図３では左端）の振動コンベア２３の搬送路２５の始端から最下流側（図２、図３では右端）の振動コンベア２３の搬送路２５の終端まで、上方移動と下方移動を繰返しながら搬送される。なお、最下流側（図２、図３では右端）の振動コンベア２３の搬送路２５の終端と木質材貯蔵部１７は、外筒２７を貫通する排出路３３で連結されており、乾燥が完了した木質材は排出路３３を通って木質材貯蔵部１７に貯蔵される。また、各搬送路２５の始端と終端の上面にはそれぞれ搬送路２５の幅方向に端部ガイド３５が立設されており、木質材を各搬送路２５から落下させることなく下流側に案内することができる（図２参照）。
【００２２】
発電部２２で発生する排熱の一部を熱交換等により回収し、乾燥した熱風として木質材乾燥部１６に供給する（図１〜図３の矢印ｂ）ことにより、木質材の乾燥に利用することができる。なお、発電部２２で発生する排熱のみでは乾燥が不十分となる場合は、第１のコンテナ１３内に別途、熱風供給手段を搭載することができる。
図２、図３に示すように、右端の振動コンベア２３の外筒２７の内部に上方から供給された熱風（矢印ｂ）は、破線の矢印で示すように、搬送路２５に形成された空気流通部２６を通って外筒２７内の下方へ移動する。熱風は下端の連結路３２を通って中央の振動コンベア２３の外筒２７の内部に下方から供給され、破線の矢印で示すように、搬送路２５に形成された空気流通部２６を通って外筒２７内の上方へ移動する。さらに、熱風は上端の連結路３２を通って左端の振動コンベア２３の外筒２７の内部に上方から供給され、破線の矢印で示すように、搬送路２５に形成された空気流通部２６を通って外筒２７内の下方へ移動する。
【００２３】
このように搬送路２５に沿って搬送される木質材の移動方向に対して、熱風の流れが逆向き（対向流）であることにより、木質材を効率的に乾燥させることができる。このとき、連結路３２を筒状に形成することにより、これらを木質材の搬送だけでなく熱風の供給にも用いることができるが、別途、外筒２７同士を連結する熱風供給管を設けてもよい。また、各外筒２７にそれぞれ上蓋３６を設けることにより、熱風を逃すことなく木質材を効率的に乾燥することができる。なお、熱風は、各外筒２７内に個別に供給することもできる。
この小型バイオマス乾燥発電装置１０は、例えば、第１のコンテナ１３の寸法を高さ２．５ｍ、幅２．６ｍ、長さ１２ｍとし、木質材乾燥部１６の各外筒２７及び木質材貯蔵部１７の外径を２．３ｍとすれば、１日に１０〜２０ｔの木質材を処理することができるが、各部の寸法はこれらに限定されるものではなく、適宜、選択することができる。また、振動コンベア２３の数も適宜、増減することができる。
この小型バイオマス乾燥発電装置１０は、木質材乾燥ユニット１１と、発電ユニット１２に分割されており、それぞれが第１、第２のコンテナ１３、１８によって搬送可能な構成となっていることにより、山中にも簡単に搬送（移動）して各現場で発生した間伐材等をその場で処理することが可能である。よって、間伐材等を外部に運び出す必要がなく、各現場に小型バイオマス乾燥発電装置を建設する必要もないので、低コストで間伐材等の木質材を効率的に処理して発電を行うことができる。なお、発電した電力は電力会社に売電することができる。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、上記実施の形態では、木質材乾燥部で木質材を乾燥する際に、並列に配置された複数の振動コンベアによる上方移動と下方移動を交互に繰り返しながら木質材を搬送する構成としたが、振動コンベアでは上方移動のみを行い、振動コンベアと振動コンベアの間は自然落下で移動する構成としてもよい。また、上記実施の形態では、駆動部を垂直回動軸の上端側に設置したが、垂直回動軸の下端側に設置してもよい。なお、上記実施の形態では各外筒に上蓋を設けたが、上蓋を省略することや上蓋に開口部を設けることもできる。燃料成型部で木質材を加熱及び圧縮して木質材の乾燥度を高めることにより、ガス化炉で高品質のガスを得ることができるが、木質材乾燥部で十分な乾燥度が得られる場合やガス化炉の性能又は種類によっては、燃料成型部を省略することもできる。また、燃料成型部は第１のコンテナに搭載してもよい。上記実施の形態では、木質材乾燥ユニットと発電ユニットを横に並べて木質材貯蔵部と燃料成型部を原料供給部で連結する構成としたが、木質材乾燥ユニットと発電ユニットを縦に並べる構成としてもよい。また、第１、第２のコンテナ内における各部の配置は、上記実施の形態に限定されるものではなく、適宜、選択することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１０：小型バイオマス乾燥発電装置、１１：木質材乾燥ユニット、１２：発電ユニット、１３：第１のコンテナ、１４：木質材供給部、１５：木質材破砕部、１６：木質材乾燥部、１７：木質材貯蔵部、１８：第２のコンテナ、１９：燃料成型部、２０：原料供給部、２１：ガス化炉、２２：発電部、２３：振動コンベア、２４：垂直回動軸、２５：搬送路、２６：空気流通部、２７：外筒、２８：軸受部、２９：駆動部、３０：螺旋ガイド部、３２：連結路、３３：排出路、３５：端部ガイド、３６：上蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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