(57)【要約】【課題】ガス化システムの太陽光利用方法及び装置において、太陽光加熱部に集光した太陽光の周囲への散乱を抑え、効率の良い加熱を実現する。【解決手段】ガス化システムが、加熱対象を緩落下させる傾斜板２１と、傾斜板２１の上側を覆うように対向するとともに太陽光集光装置２３によって集光した太陽光を透過させて傾斜板２１上の加熱対象を加熱可能とする透光板２２と、を有する太陽光加熱セル２０を備え、太陽光加熱セル２０に、集光した太陽光を透光板２２と垂直な方向から入射する。【選択図】図３
2015040293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料をガス化炉でガス化してガス化ガスを生成するガス化システムの太陽光利用方法であって、
前記ガス化ガスシステムが、
加熱対象を緩落下させる傾斜板と、前記傾斜板の上側を覆うように対向するとともに太陽光集光装置によって集光した太陽光を透過させて前記傾斜板上の加熱対象を加熱可能とする透光板と、を有する太陽光加熱部を備え、
前記太陽光加熱部に、水平方向に対して傾斜した前記透光板と垂直な方向から、前記集光した太陽光を入射することを特徴とするガス化システムの太陽光利用方法。
【請求項２】
燃料をガス化炉でガス化してガス化ガスを生成するガス化システムの太陽光利用装置であって、
前記ガス化ガスシステムが、
加熱対象を緩落下させる傾斜板と、前記傾斜板の上側を覆うように対向するとともに太陽光集光装置によって集光した太陽光を透過させて前記傾斜板上の加熱対象を加熱可能とする透光板と、を有する太陽光加熱部を備え、
前記太陽光集光装置が、
地上に配置した反射鏡で太陽光を上向きに反射し、この反射光を所定の高さに設置したセンターミラーに集めて下向きに反射して、前記太陽光加熱部に入射させるもので、
前記センターミラーが、平面視で前記太陽光加熱部を避けて配置されるとともに、水平方向に対して傾斜した前記透光板と垂直な方向から、前記集光した太陽光を前記太陽光加熱部に入射することを特徴とするガス化システムの太陽光利用装置。
【請求項３】
前記ガス化システムが、
原料が供給されるとともにガス化剤の供給により流動媒体による流動層を形成して前記原料のガス化を行う流動層ガス化炉と、
前記流動層ガス化炉で生成したチャーと前記流動媒体とを導入して前記チャーを酸化ガスで燃焼することにより前記流動媒体の加熱を行う流動層燃焼炉と、
前記流動層燃焼炉の上部から高温流体を導入して前記流動媒体と排ガスとを分離し、分離した前記流動媒体を前記流動層ガス化炉に落下供給する固気分離器と、
を有する循環流動層ガス化システムであり、
前記固気分離器から前記流動層ガス化炉への落下供給経路に前記太陽光加熱部が設けられることを特徴とする請求項２に記載のガス化システムの太陽光利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化システムの太陽光利用方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、石炭をガス化するガス化システムでは、吸熱反応である石炭ガス化の主要反応に必要な熱量を得るために、空気又は酸素により石炭の一部を燃焼させていた。そのため、石炭が持つ熱量の一部を消費され、原料の石炭から燃焼ガスへ転換される熱量が１００％にならず、最も効率の良いシステムでも８０％程度であった。
その解決策として、ガス化に必要な熱量の一部を太陽光で行うことを考え、例えば特許文献１では、ガス化炉へ直接太陽光を供給するシステムを提案している。ただし、このシステムでは、太陽光からの熱が得られない場合、あるいはガス化反応に必要な熱を十分補えない場合には、酸素等の酸化剤をガス化炉内へ投入して不足する熱を補う必要があり、その結果、燃焼反応によって生じるＣＯ２等の不燃性ガスによって燃焼ガスが希釈されてしまう。
【０００３】
太陽光集光システム、特に太陽光利用循環流動層ガス化装置に使用する「ビームダウン式集光システム」では、例えば特許文献２，３にあるように、地上に配置した反射鏡（ヘリオスタット）で太陽光を反射し、所定の高さに設置した下向き楕円鏡（以下、「センターミラー」と称する。）に集めた後に再度下向きに反射し、地上側の被加熱部に入射させる。被加熱部には、センターミラーからの太陽光をさらに加熱箇所へ集中させるために、被加熱部側が絞られた円筒形の集光鏡が置かれ、太陽光が集中した部分を高温にするための工夫がなされることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１２３１８３号公報
【特許文献２】特開平１１−１１９１０５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５１９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで近年、燃焼ガスにＣＯ２等が混入する問題の解決策として、例えば特開２００５−４１９５９に開示されるような循環流動層ガス化システムが開発されている。上記特許文献１では、循環流動層ガス化システムの熱媒体循環に注目し、燃焼炉（ライザー）を上昇した後にサイクロンで分離された熱媒体（流動砂）をガス化炉へ流下させる経路の途中に太陽光加熱部を設けている。
しかし、太陽光加熱部は、砂が円滑に流下できるように傾斜を設けているが、これに照射される太陽光は、所定の高さに設置されたセンターミラーから鉛直下向きに反射されるので、傾斜した被加熱面への入射角度は垂直にはならない。
【０００６】
一方、循環流動層ガス化システムは常圧で稼働するが、太陽光加熱部では砂が傾斜した面を流れ落ちるため、粉塵が発生するほか、加熱により周囲の空気が対流を起こし、熱が奪われる可能性があるため、加熱部の上面は太陽光が透過できる材料で覆う必要がある。
しかし、太陽光が透過できるといっても、１００％の透過は難しく、特に入射角度が垂直でない場合は、周囲への光の散乱が大きくなり、熱の利用率が低下する懸念がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、ガス化システムの太陽光利用方法及び装置において、太陽光加熱部に集光した太陽光の周囲への散乱を抑え、効率の良い加熱を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題の解決手段として、本発明は、燃料をガス化炉でガス化してガス化ガスを生成するガス化システムの太陽光利用方法であって、前記ガス化ガスシステムが、加熱対象を緩落下させる傾斜板と、前記傾斜板の上側を覆うように対向するとともに太陽光集光装置によって集光した太陽光を透過させて前記傾斜板上の加熱対象を加熱可能とする透光板と、を有する太陽光加熱部を備え、前記太陽光加熱部に、水平方向に対して傾斜した前記透光板と垂直な方向から、前記集光した太陽光を入射することを特徴とする。
この構成によれば、集光した太陽光が透光板を透過する際に周囲への散乱が抑えられ、狙った範囲の効率の良い加熱を実現できる。
【０００９】
また、本発明は、燃料をガス化炉でガス化してガス化ガスを生成するガス化システムの太陽光利用装置であって、前記ガス化ガスシステムが、加熱対象を緩落下させる傾斜板と、前記傾斜板の上側を覆うように対向するとともに太陽光集光装置によって集光した太陽光を透過させて前記傾斜板上の加熱対象を加熱可能とする透光板と、を有する太陽光加熱部を備え、前記太陽光集光装置が、地上に配置した反射鏡で太陽光を上向きに反射し、この反射光を所定の高さに設置したセンターミラーに集めて下向きに反射して、前記太陽光加熱部に入射させるもので、前記センターミラーが、平面視で前記太陽光加熱部を避けて配置されるとともに、水平方向に対して傾斜した前記透光板と垂直な方向から、前記集光した太陽光を前記太陽光加熱部に入射するものでもある。
【００１０】
また、本発明は、前記ガス化システムが、原料が供給されるとともにガス化剤の供給により流動媒体による流動層を形成して前記原料のガス化を行う流動層ガス化炉と、前記流動層ガス化炉で生成したチャーと前記流動媒体とを導入して前記チャーを酸化ガスで燃焼することにより前記流動媒体の加熱を行う流動層燃焼炉と、前記流動層燃焼炉の上部から高温流体を導入して前記流動媒体と排ガスとに分離し、分離した前記流動媒体を前記流動層ガス化炉に落下供給する固気分離器と、を有する循環流動層ガス化システムであり、前記固気分離器から前記流動層ガス化炉への落下供給経路に前記太陽光加熱部が設けられるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガス化システムの太陽光利用方法及び装置において、太陽光加熱部に集光した太陽光の周囲への散乱を抑え、効率の良い加熱を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における太陽光集光装置の概略の側面図である。
【図２】上記太陽光集光装置の概略の平面図である。
【図３】上記太陽光集光装置と太陽光加熱部との関係を示す側面図である。
【図４】上記太陽光加熱部を有する循環流動層ガス化システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
まず、本実施形態の太陽光集光装置２３について説明する。
図１に示すように、太陽光集光装置２３は、所定の高さに設置されて下面に反射面を有するセンターミラー２５と、センターミラー２５の周囲の地上に設置された複数のヘリオスタット２４と、を備える。複数のヘリオスタット２４でセンターミラー２５に向けて反射された太陽光は、センターミラー２５で地上側の集光点（後述する太陽光加熱セル２０）に向けて反射される。
センターミラー２５は、凹状かつ断面楕円状の下向き反射面を形成し、複数のヘリオスタット２４で反射された太陽光を再度下向きに反射して地上側の集光点に集光させる。センターミラー２５は、支持塔２５ａによって地上から所定の高さに支持される。なお、センターミラー２５として凸面かつ楕円状の下向き反射面を有するシステムを用いる例もある。
【００１４】
図２を併せて参照し、ヘリオスタット２４は、日中に太陽が存在する方角を占める平面視扇形の領域Ｒ１（換言すれば、日中に太陽が存在する方向とは反対側の領域Ｒ３を切欠いた平面視扇形の領域Ｒ１）に配列される。前記扇形の領域Ｒ１は、平面視で半円以上の領域とされる。
【００１５】
本太陽光集光装置２３に循環流動層ガス化システムを配置するにあたり、センターミラーから循環流動層ガス化システムの傾斜した太陽光加熱部へ垂直に集光した太陽光を照射するためには、必ずセンターミラーと前記加熱部は平面上で一定距離ずらして配置する必要がある。一方、ヘリオスタットでの集光効率を考えると、できるだけ長時間、太陽光が得られることが求められ、構築物等の影に長時間入る時間帯があるような場所は避けたい。
【００１６】
前記センターミラーは一定の高さを持った支持塔に取付けられるため、センターミラーを中心に円形に配置されるヘリオスタットに対し、太陽と反対側（北半球では北側）に支持塔の影が落ちることになる。ただし、支持塔の影は主に鉄骨によるもので、ヘリオスタットが長時間、影の中に入ることは考えにくく、集光の効率に対して大きな影響を及ぼすものではない。
【００１７】
一方、循環流動層ガス化システムは、センターミラーに対し、太陽と反対側（北半球では北側）に設置され、図４に示す循環流動層ガス化の主要設備に加え、ガス化ガス精製設備、排ガス１８の排煙処理設備、さらにこれらから排出される固体廃棄物や排水を処理する付帯設備を含め、一定の面積を占有することになる（図２のＲ２の領域）。したがって、この範囲にはヘリオスタットを配置できない。また、ガス化システムは、石炭処理量が日量数十トン規模の設備であっても、主要部分であるガス化炉と燃焼炉の部分の高さが、３０メートルから４０メートルに達し、これによって生じる影がＲ２の領域の背面（センターミラーの反対側、図２のＲ３の領域）を、太陽の動きに応じて移動することになる。このＲ３の領域にヘリオスタットを配置した場合、時間帯により太陽光を得ることができないので、集光効率とヘリオスタットの設置、運用の費用との費用対効果から、ヘリオスタットの設置の可否を考慮すべきである。
【００１８】
なお、循環流動層ガス化設備の影になる部分へのヘリオスタットの設置は、影に入る時間との兼ね合いとなる。すなわち、ヘリオスタットの設置、稼働、保守にかかわるコストと、そのヘリオスタットから得られる熱量によって原料石炭の量に対するガス化ガス生成量増加による利益増加との比較で、ある程度の優位性があればヘリオスタットを設置する。
また、Ｒ３の領域には、少なくとも循環流動層ガス化システムへの原料搬入、製品や廃棄物の搬出、その他ユーティリティ等のアクセスのための敷地は最低限確保したうえで、ヘリオスタットの配置を考える。
【００１９】
以上は、緯度がある程度高い地域での実施例であるが、例えば緯度の低い地域（北回帰線と南回帰線の間の地域）では、太陽がほぼ真上を通過するため、上記とは異なる対応が必要となる。センターミラー及び循環流動層ガス化システムの影になる範囲が、季節により、これら設備の南北いずれにも生じる。むしろ、日の出または日没の時間帯の影の影響の方が大きいので、Ｒ１とＲ２、Ｒ３の位置関係を、南北ではなく、東西とするのが効果的である。これは、緯度での限定ではなく日照の状況を考慮してなされるものである。
【００２０】
ヘリオスタット２４は、不図示のセンサー及び可動手段によって、太陽の動きに連動して向きを変化させる。ヘリオスタット２４の向きは、常に太陽光の第一の集光点であるセンターミラー２５（図２）に向けて反射するように制御される。ヘリオスタット２４からセンターミラー２５へ向かう反射光は、太陽の位置に関係なく、ヘリオスタット２４の向きを制御する機構により、常に一定の方向から入射するように調整され、センターミラー２５で反射された太陽光は、第二の集光点である太陽光加熱セル２０に向かうことになる。
【００２１】
次に、図４を参照し、本実施形態のガス化システムである循環流動層ガス化システムＳについて説明する。
本システムの流動層ガス化炉１は、下部の分散板２を介して供給されるガス化剤３（水蒸気）により流動媒体４（硅砂、石灰石等）が流動して流動層５を形成しており、原料ホッパ６ａ、及びモータ６ｂで駆動されるロータリフィーダ等の原料供給機６ｃを備えた原料供給装置６により原料７（石炭、バイオマス等）を供給すると、原料７は流動層５の流動媒体４による加熱とガス化剤３の作用によりガス化され、ガス化ガス８とチャー（可燃性固形分）を生成する。生成したガス化ガス８は、ホットサイクロン等の分離器９に導かれて固形分１０が除去されることにより、製品ガス化ガス８として取り出される。分離器９で分離された固形分１０は、流動層ガス化炉１に戻される。
【００２２】
流動層ガス化炉１で生成されるチャーと流動媒体４は、傾斜したシール導入管１１に対してオーバーフローにより流動層燃焼炉１２に供給される。シール導入管１１は、傾斜管１１ａの途中が下方へ屈曲した突出部１１ｂを有しており、この突出部１１ｂの底部に窒素ガス等の流動化ガスＧを供給することで、前記チャーと流動媒体４とを流動させて流動層燃焼炉１２に供給している。
流動層燃焼炉１２には、モータ１３ａにより駆動されるファン１３からの酸化ガス１４（空気又は酸素）が、流量調整ダンパ１４ａを備えた供給管１４ｂにより散気板１５を介して供給されており、前記チャーが流動燃焼することにより流動媒体４の加熱を行う。
【００２３】
流動層燃焼炉１２内で流動燃焼した高温流体１６は、ホットサイクロン等の固気分離器１７に導入されて流動媒体４と排ガス１８とに分離され、分離された流動媒体４はダウンカマー１９等を介して前記流動層ガス化炉１に供給される。
固気分離器１７と流動層ガス化炉１との間には、太陽光加熱セル２０が設置される。太陽光加熱セル２０は、固気分離器１７からの流動媒体４を受けて緩落下させるように流動媒体４の安息角を考慮して小さい傾斜角度とした傾斜板２１と、傾斜板２１の上側を覆うように対向しかつ集光した太陽光を透過させて傾斜板２１上の流動媒体４を加熱する透光板２２と、を有する。
【００２４】
図３を併せて参照し、太陽光加熱セル２０の透光板２２には、前記太陽光集光装置２３によって集光した太陽光が垂直に入射し、太陽光の散乱を抑えた上で傾斜板２１上の流動媒体４を加熱する。図中線Ｌ１はセンターミラー２５から太陽光加熱セル２０に至る太陽光の入射中心線であり、透光板２２及び傾斜板２１と直交する。図３では、透光板２２上に、センターミラー２５からの太陽光をさらに集光するために、被加熱部側（太陽光加熱セル２０側）が絞られた円筒形の集光鏡２３ａを設け、被加熱部をより高温にすることを図っているが、後述のように集光鏡２３ａを無くすことも可能である。
【００２５】
太陽光加熱セル２０は、固気分離器１７からダウンカマー１９を介して落下してくる流動媒体４を受けて一旦貯留する貯留室２６を有しており、貯留室２６の底部では、窒素ガス等の流動化ガスを供給することで流動媒体４の流動化を行う。
【００２６】
太陽光加熱セル２０は、流動媒体４を緩落下させながら、太陽光により、できるだけ均一に加熱する必要性から、流動媒体４が一定の幅を持ち、かつできるだけ薄い層を成して流れるような構造とする必要がある。貯留室２６は、太陽光加熱セル２０での流路に比較してはるかに幅の小さいダウンカマー１９から落下してくる流動媒体４を貯留、流動化させて、広い流路幅をもつ太陽光加熱セル２０へ向けて、流動媒体４を均一に分散させる役割を持つ。
【００２７】
太陽光加熱セル２０の下部にはシールポット３６が設けられる。シールポット３６は、太陽光加熱セル２０の下端に設けた降下管からの流動媒体４を受け、窒素ガス等の流動化ガスの供給によって流動媒体４の流動層５を形成し、かつ流動層５の内部に開口した下側のダウンカマー１９’により流動媒体４を流動層ガス化炉１に供給する。
【００２８】
シールポット３６は、流動層ガス化炉１で発生するガス化ガスの一部がダウンカマー１９’を逆流して太陽光加熱セル２０へ流入することを防止する働きをする。ガス化ガスの太陽光加熱セル２０への流入は、製品ガス（ガス化ガス）のロスにつながるだけでなく、可燃性のガス化ガスが、酸化雰囲気となる可能性のある太陽光加熱セル２０内で爆発を引き起こす危険性を取り除く役割を持っている。
【００２９】
太陽光加熱セル２０は、太陽光から得られる熱量の最大値が、流動層ガス化炉１での原料７のガス化に必要な熱量の例えば５０〜８０％程度を保持するように設定される。これは、例えば太陽光加熱セル２０において太陽光から得られる熱量の最大値が、流動層ガス化炉１での原料７のガス化に必要な熱量の１００％近くを保持するように設定した場合には、流動層燃焼炉１２での燃焼が不要になるために、流動層燃焼炉１２内の線速度を高めて流動媒体４を流動層ガス化炉１に循環させることが困難になるからである。
【００３０】
流動層燃焼炉１２には、補助燃料ホッパ４０、及びモータ４１で駆動されるロータリフィーダ等の燃料供給機４２等からなる補助燃料供給装置４３を設けて、補助燃料４４（石炭等）を供給する。
流動層ガス化炉１には、流動層５の温度を計測する流動層温度計４５が設けられ、流動層温度計４５の検出温度は制御装置４６に入力される。
【００３１】
また、ヘリオスタットのエリアの複数個所には、日照計４７が配置され、日照計４７の日照検出信号も制御装置４６に入力される。
さらに、太陽光加熱セル２０の出口には、流動媒体４の温度を計測するセル出口温度計４８が設けられ、セル出口温度計４８からのセル出口温度信号も制御装置４６に入力される。
【００３２】
また、流動層燃焼炉１２には、内部の燃焼温度を計測する燃焼温度計４９が設けられ、燃焼温度計４９からの検出温度も制御装置４６に入力される。
さらに、流動層燃焼炉１２の下部に酸化ガス１４を供給する供給管１４ｂには、酸化ガス１４の供給量を検出する流量計が設けられ、流量計の検出流量も制御装置４６に入力される。
【００３３】
制御装置４６は、流動層ガス化炉１の負荷に応じた原料供給指令信号を原料供給装置６のモータ６ｂに出力する。
また、制御装置４６は、流動層ガス化炉１に設けた流動層温度計４５による検出温度に基づいた補助燃料制御信号を補助燃料供給装置４３にモータ４１に出力し、補助燃料４４の供給を制御する温度制御器５３を有し、かつ流動層燃焼炉１２に設けた燃焼温度計４９による検出温度に基づいた流量制御信号を酸化ガス１４の供給管１４ｂに設けた流量調整ダンパ１４ａに出力し、酸化ガス１４の供給を制御する循環量制御器５５を有する。
【００３４】
温度制御器５３は、流動層温度計４５からの検出温度が予め設定した設定温度に保持されるように、補助燃料供給装置４３のモータ４１に補助燃料制御信号を出力して制御する。このとき、太陽光加熱セル２０で得られる太陽光からの熱量は一定でなく変動するため、例えば太陽光からの熱量が減少した場合には時間遅れをもって流動層温度計４５の検出温度が低下する。このため、流動層温度計４５の検出温度が低下した段階で補助燃料４４を増加する補助燃料制御信号を補助燃料供給装置４３に送っても、固気分離器１７を介して流動層ガス化炉１に供給される流動媒体４の温度が上昇して設定温度に回復するまでには時間がかかり、この時間遅れのために流動層ガス化炉１の温度が変動してしまう。
【００３５】
このため、温度制御器５３には、日照計４７からの日照検出信号を入力し、流動層温度計４５の検出温度が設定温度になるように補助燃料供給装置４３に出力する補助燃料制御信号を、日照検出信号に基づいて先行して補正するようにしている。
【００３６】
また、温度制御器５３には、太陽光加熱セル２０出口の流動媒体４の温度を計測するセル出口温度計４８からのセル出口検出温度信号を入力している。したがって、温度制御器５３は、流動層温度計４５の検出温度が設定温度になるように補助燃料供給装置４３に出力する補助燃料制御信号を、セル出口検出温度信号に基づいて宣告して補正することもできる。しかし、日照の変化によってセル出口検出信号が変化するまでには時間が掛かり、さらにセル出口検出信号の変化は固気分離器１７から落下供給される流動媒体４の温度変化も含んだのもとなるため、先行補正を行う際には、日照計４７からの日照検出信号を用いることが好ましい。したがって、セル出口温度計４８からのセル出口検出温度信号は、太陽光加熱セル２０において太陽光により流動媒体４がどの程度の熱量を受けて温度が変化したかの目安の判断として制御の補助に用いられる。
【００３７】
循環量制御器５５は、流動層燃焼炉１２に設けた燃焼温度計４９による検出温度に基づいて、流量計からの酸化ガス１４の検出流量が所定値になるように、酸化ガス１４の供給管１４ｂに備えた流量調整ダンパ１４ａに流量制御信号を出力して制御する。
【００３８】
ここで、流動層燃焼炉１２に供給する補助燃料４４の供給量が変化すると、燃焼炉温度が変化して燃焼ガスの体積が変化することで、流動層燃焼炉１２内を上昇する流動媒体４の線速度が変化する。このため、固気分離器１７を介して流動層ガス化炉１に供給される流動媒体４の循環量が変化することになる。流動層ガス化炉１で安定したガス化を達成するためには、流動媒体４の循環量は一定に保持する必要がある。このため、循環量制御器５５は、燃焼温度計４９による検出温度に基づいて、流動層燃焼炉１２内を上昇する流動媒体４の線速度が一定に保持されるように、流量制御信号により流量調整ダンパ１４ａを調整して流動層燃焼炉１２に供給する酸化ガス１４の供給量を制御する。
【００３９】
また、このように酸化ガス１４の供給量を制御すると、酸化ガス１４の供給量の変化に伴って流動層ガス化炉１に供給される流動媒体４の温度が変化することになるので、この温度変化分については温度制御器５３により補助燃料４４の供給を微調整するようにしている。
【００４０】
次に、上記循環流動層ガス化システムＳの作用について説明する。
原料供給装置６から流動層ガス化炉１に供給された原料７は、流動層５においてガス化剤３（水蒸気）と流動媒体４による加熱の作用を受けてガス化され、ガス化ガス８とチャーを生成する。生成したガス化ガス８は流動層ガス化炉１の上部から取り出され、チャーは流動媒体４と共にシール導入管１１を介して流動層燃焼炉１２に供給される。
【００４１】
流動層燃焼炉１２では、下部から供給される酸化ガス１４によってチャーが燃焼するとともに、補助燃料供給装置４３から供給される補助燃料４４が燃焼することにより流動媒体４の加熱が行われ、流動層燃焼炉１２内の高温流体１６は、上部から取り出されて固気分離器１７に導入され、流動媒体４と排ガス１８とに分離される。固気分離器１７で分離された流動媒体４は、ダウンカマー１９を介して太陽光加熱セル２０に供給され、太陽光により加熱される。太陽光加熱セル２０で加熱された流動媒体４は、流動層ガス化炉１に供給され、原料７のガス化に供される。
【００４２】
太陽光加熱セル２０では、供給された流動媒体４が傾斜板２１上に薄く広がりつつ傾斜板２１に沿って緩やかに落下する際、太陽光集光装置２３からの太陽光によって均一に加熱される。このとき、太陽光集光装置２３から透光板２２に入射される太陽光は、透光板２２と垂直に入射するよう設定されるため、透光板２２を透過する際の太陽光の散乱が抑えられ、太陽光が狙った範囲に確実に照射される。
【００４３】
流動層ガス化炉１では、反応温度を一定に保持することにより安定したガス化を行うことが要求されるが、太陽光加熱セル２０で得られる太陽光からの熱量は一定でなく変動するため、流動層温度計４５の検出温度を制御装置４６の温度制御器５３に入力し、流動層温度計４５の検出温度が予め設定された設定温度になるように、補助燃料制御信号を補助燃料供給装置４３に送って補助燃料４４の供給量を制御する。
【００４４】
この制御により、設定温度に対して太陽光加熱セル２０で得られる熱量では不足する分の熱量を、補助燃料供給装置４３からの補助燃料４４の供給によってカバーするようにしたので、太陽光加熱セル２０で得られる熱量を最大限に活用したガス化が可能になる。
【００４５】
太陽光加熱セル２０で得られる熱量では不足する熱量を補助燃料供給装置４３から供給される補助燃料４４によってカバーするようにしているので、流動層ガス化炉１から流動層燃焼炉１２に供給されるチャーが極力少なくなるように流動層ガス化炉１の運転を設定することで、原料７のガス化率を高めることができる。
【００４６】
前述のように、太陽光加熱セル２０で得られる太陽光からの熱量は一定でなく変動するため、例えば太陽光からの熱量が減少した場合には時間遅れをもって流動層温度計４５の検出温度が低下する。そのため、流動層温度計４５の検出温度の低下に伴って補助燃料４４を増加する補助燃料制御信号を補助燃料供給装置４３に送っても、固気分離器１７を介して流動層ガス化炉１に供給される流動媒体４の温度が上昇するまでに時間遅れが生じ、流動層ガス化炉１の温度が不安定に変動してしまう。
【００４７】
このため、日照計４７からの日照検出信号を温度制御器５３に入力し、流動層温度計４５の検出温度が設定温度になるように、補助燃料供給装置４３に出力する補助燃料制御信号を、日照検出信号に基づいて先行して補正するようにしているので、日照の変化に基づいて生じる流動層ガス化炉１の流動層５の温度の変動を抑制して安定させることができる。すなわち、日照計４７の計測値と補助燃料４４の供給量とは、日照計４７の計測値が減少すると補助燃料４４の供給量が増加するという相反した制御が行われる。
【００４８】
さらに、循環量制御器５５には、流動層燃焼炉１２に設けた燃焼温度計４９からの検出温度が入力されており、この検出温度に基づいて、循環量制御器５５は、流動層燃焼炉１２内を上昇する流動媒体４の線速度が一定に保持されるように、流量調整ダンパ１４ａに流量制御信号を出力して酸化ガス１４の供給量を制御している。このため、流動層燃焼炉１２から流動層ガス化炉１に循環する流動媒体４の循環量が安定し、流動層燃焼炉１２でのガス化が安定して行われるようになる。
【００４９】
なお、センターミラー２５からの太陽光を斜めに入射させることから、太陽光加熱セル２０上に円筒形の集光鏡を設ける場合には、この集光鏡も入射光に合わせて傾けなければならない。しかし、集光鏡はヘリオスタット２４及びセンターミラー２５により集光した太陽光によって高温条件に晒されるため、材料強度を保持するとともに、温度変化による変形を防止するために水冷する必要があり、冷却水等を含めた集光鏡の重量は相当なものとなる。
【００５０】
また、集光鏡は、太陽光が被加熱部に向かって効率よく反射するように精密な加工が施されるため、材料の板厚をあまり厚くしたくない。円筒形の集光鏡を鉛直に保持する場合は、その重量が集光鏡の下面にバランスよくかかるため、集光鏡を構成する材料はさほどの強度を必要としない。しかし、集光鏡を傾けると、その重量が特定の箇所に集中してかかることとなり、集光鏡の変形等につながる可能性がある。
【００５１】
循環流動層ガス化システムＳのガス化炉１入口で要求される熱媒体温度は、１０００℃±１００℃程度であり、さほど大きな太陽光密度を必要としないため、円筒形集光鏡を設けるにしても、これを集光した太陽光が周囲に散乱しない程度の最低限のものとして軽量化を図るか、図４の如く円筒形集光鏡を省いてセンターミラー２５の反射光が直接太陽光加熱セル２０へ入射するシステムとすることが考えられる。
【００５２】
下向き楕円鏡であるセンターミラー２５は、反射光が太陽光加熱セル２０に集中するように設計・調整されるが、太陽の位置やヘリオスタット２４の調整上の制約によって、反射した太陽光の一部が太陽光加熱セル２０から外れる可能性もある。その場合は、散乱してしまう太陽光を太陽光加熱セル２０へ集めるための円筒形集光鏡が必要となる。
【００５３】
しかし、ここで使用する円筒形集光鏡等の鏡は、太陽光をさらに絞り込んで高温を得ることは期待しておらず、熱媒体加熱に必要な１０００℃±１００℃の熱を得る目的で、太陽光加熱セル２０から外れる太陽光を少しでも太陽光加熱セル２０に向けて反射させることができれば十分である。したがって、より高密度の集光を目的とした円筒形集光鏡は必要なく、前記目的を達成できる範囲でサイズと形状を調整し、傾けて設置しても荷重が問題にならない程度のものにすることが可能である。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態におけるガス化システムの太陽光利用方法によれば、ガス化システムが、加熱対象を緩落下させる傾斜板２１と、傾斜板２１の上側を覆うように対向するとともに太陽光集光装置２３によって集光した太陽光を透過させて傾斜板２１上の加熱対象を加熱可能とする透光板２２と、を有する太陽光加熱セル２０を備え、太陽光加熱セル２０に、集光した太陽光を透光板２２と垂直な方向から入射することで、集光した太陽光が透光板２２を透過する際に周囲への散乱が抑えられ、狙った範囲の効率の良い加熱を実現できる。
【００５５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した手段及び各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上記循環流動層ガス化システムＳは一例であって、ガス化に必要な熱量の一部を太陽光から得ることができるガス化システムであればよい。
また、上記太陽光集光装置２３も一例であり、従来の集光した太陽光を鉛直下向きに加熱対象に当てていたものを、鉛直方向に対して傾斜した角度で加熱対象に当てるものであればよい。
【符号の説明】
【００５６】
Ｓ…循環流動層ガス化システム（ガス化システム）、１…流動層ガス化炉（ガス化炉）、３…ガス化剤、４…流動媒体（加熱対象）、５…流動層、７…原料、８…ガス化ガス、１２…流動層燃焼炉、１４…酸化ガス、１６…高温流体、１７…固気分離器、１８…排ガス、２０…太陽光加熱セル（太陽光加熱部）、２１…傾斜板、２２…透光板、２３…太陽光集光装置、２４…ヘリオスタット（反射鏡）、２５…センターミラー（下向き楕円鏡）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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