(57)【要約】【課題】有機物を炭化させる処理能力を向上させた炭化装置を提供する。【解決手段】本発明の炭化装置では、複数の反応管１，１，…の一端にホッパ４２からバイオマス（有機物）が供給され、スクリュー羽根３３，３３，…の回転によって反応管１，１，…内を搬送されるバイオマスは、加熱炉４１によって反応管１，１，…の外側から加熱され、加熱ガスが通流する回転軸（加熱管）３２，３２，…によって反応管１，１，…の内側から加熱される。外側及び内側からバイオマスを加熱することによって加熱の効率が向上し、更に複数の反応管１，１，…で並行してバイオマスを処理できるので、加熱によりバイオマスを炭化させる炭化装置の処理能力が向上する。【選択図】図５
2008248183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を加熱して炭化させる炭化装置において、
内部で有機物を炭化させるための反応管と、
該反応管内に長手方向に配置してあり、前記反応管内を内側から加熱するように構成してある加熱管と、
該加熱管周りに螺旋状に配置してあり、前記反応管内で回転することによって有機物を搬送するスクリュー羽根と
を備えることを特徴とする炭化装置。
【請求項２】
有機物を加熱して炭化させる炭化装置において、
内部で有機物を炭化させるための複数の反応管と、
前記複数の反応管を各反応管の外側から加熱する手段と、
各反応管内に長手方向に配置してあり、内部の熱を前記反応管内へ伝導させる加熱管と、
各加熱管周りに螺旋状に配置してあり、前記反応管内で回転することによって前記反応管内の一端から他端へ有機物を搬送する複数のスクリュー羽根と
を備えることを特徴とする炭化装置。
【請求項３】
前記複数の反応管は並列配置してあり、
前記複数の反応管の一端に一括して有機物を供給する手段と、
前記反応管の他端から、有機物が炭化したチャーを回収する手段と
を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の炭化装置。
【請求項４】
前記反応管は、長手方向の少なくとも一部が、一端側から他端側へ向かって内径が減少するように形成されてあり、
前記スクリュー羽根は、前記反応管の内径が減少する部分内に位置する部分が、一端側から他端側へ向かって螺旋半径が減少するように形成されてあること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の炭化装置。
【請求項５】
前記スクリュー羽根は、長手方向の少なくとも一部が、一端側から他端側へ向かって螺旋ピッチが減少するように形成されてあること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の炭化装置。
【請求項６】
前記加熱管内に、前記加熱管を加熱する電熱ヒータを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の炭化装置。
【請求項７】
前記加熱管内に加熱したガスを通流させる手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の炭化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効率良く有機物を炭化させる炭化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスとは、生物体又は生物廃棄物等の生物に由来する有機物で化石資源を除いたものを指し、具体的には、木材、紙、農業残渣、屎尿、食品廃棄物等が含まれる。バイオマスは、水と二酸化炭素とを主な原料として生物が生産した有機物であるので、再生可能な資源である。またバイオマスは、エネルギー源として消費した場合に、生産及び消費の２段階を合わせた二酸化炭素の放出量がほぼゼロであるという所謂カーボンフリーの特徴を有する。このように、バイオマスは、環境負荷の小さいエネルギー源として期待されており、その利用方法の研究が進められている。
【０００３】
バイオマスを直接に燃料として燃焼させた場合は熱効率が低いので、効率良くバイオマスをエネルギー源として利用するためには、バイオマスを熱効率がより高い物質へ変換することが望ましい。バイオマスを変換する方法としては、バイオマスを加熱することによって、バイオマスを熱分解ガスと熱分解残渣であるチャーとに熱分解する方法が知られている。熱分解ガスは、一酸化炭素、メタン、エタン等の可燃成分を含むガスであり、チャーは、熱分解によってバイオマスが炭化した有機物である。バイオマスが木材である場合は木炭がチャーに相当する。熱分解ガス及びチャーは、バイオマスを直接に燃料とする場合に比べて高い熱効率で燃焼させることが可能であり、燃料として様々な用途に利用することができる。
【０００４】
従来、バイオマスを含む有機物を炭化させてチャーを製造するための種々の炭化装置が開発されている。例えば、特許文献１には、熱分解の温度を制御することによって効率的に有機物の熱分解を行う技術が開示されている。図７は、従来の炭化装置の構成例を示す模式的断面図である。炭化装置は、バイオマスを炭化させる反応管５２を備え、反応管５２は中空円筒状に構成されている。反応管５２内の一端はバイオマスを供給される構成となっており、管内の一端から他端まで搬送スクリュー５１が設けられている。搬送スクリュー５１は、反応管５２と同軸の回転軸周りに螺旋状の羽根を設けた構成となっている。搬送スクリュー５１は、回転軸を中心にして回転することにより、反応管５２内の一端に供給されたバイオマスを他端へ搬送する。反応管５２は略水平の姿勢で電気炉又はガス炉等の加熱炉５３内を貫通して設置されている。加熱炉５３は反応管５２内を５００〜６００℃程度に加熱する。反応管５２内を搬送スクリュー５１によって搬送されるバイオマスは、加熱炉５３によって加熱され、熱分解する。反応管５２内の他端は、バイオマスが熱分解した熱分解ガス及びチャーを分離して回収する構成となっている。
【特許文献１】特開２００６−３００４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７に示す如き炭化装置の処理能力は、反応管５２の管径、反応管５２の長さ、加熱炉５３の熱量、及び搬送スクリュー５１の搬送速度等で定まる。この処理能力を向上させるには、反応管５２の管径の拡大、加熱炉５３の熱量の増大、反応管５２の内で加熱炉５３で加熱される部分を延長した上で搬送スクリュー５１の搬送速度を増大させる等、様々な方法が存在する。しかしながら、反応管５２の外側からバイオマスを加熱する従来の炭化装置では、熱伝導の観点から処理能力の大幅な向上には限界がある。特許文献１には、この問題を解決するための技術は開示されていない。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、反応管内の有機原料を内部からも加熱することによって、処理能力を向上させた炭化装置を提供することにある。
【０００７】
また本発明の他の目的とするところは、バイオマスを熱分解する処理を並列化することによって、処理能力を向上させた炭化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係る炭化装置は、有機物を加熱して炭化させる炭化装置において、内部で有機物を炭化させるための反応管と、該反応管内に長手方向に配置してあり、前記反応管内を内側から加熱するように構成してある加熱管と、該加熱管周りに螺旋状に配置してあり、前記反応管内で回転することによって有機物を搬送するスクリュー羽根とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る炭化装置は、有機物を加熱して炭化させる炭化装置において、内部で有機物を炭化させるための複数の反応管と、前記複数の反応管を各反応管の外側から加熱する手段と、各反応管内に長手方向に配置してあり、内部の熱を前記反応管内へ伝導させる加熱管と、各加熱管周りに螺旋状に配置してあり、前記反応管内で回転することによって前記反応管内の一端から他端へ有機物を搬送する複数のスクリュー羽根とを備えることを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係る炭化装置は、前記複数の反応管は並列配置してあり、前記複数の反応管の一端に一括して有機物を供給する手段と、前記反応管の他端から、有機物が炭化したチャーを回収する手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１１】
第４発明に係る炭化装置は、前記反応管は、長手方向の少なくとも一部が、一端側から他端側へ向かって内径が減少するように形成されてあり、前記スクリュー羽根は、前記反応管の内径が減少する部分内に位置する部分が、一端側から他端側へ向かって螺旋半径が減少するように形成されてあることを特徴とする。
【００１２】
第５発明に係る炭化装置は、前記スクリュー羽根は、長手方向の少なくとも一部が、一端側から他端側へ向かって螺旋ピッチが減少するように形成されてあることを特徴とする。
【００１３】
第６発明に係る炭化装置は、前記加熱管内に、前記加熱管を加熱する電熱ヒータを備えることを特徴とする。
【００１４】
第７発明に係る炭化装置は、前記加熱管内に加熱したガスを通流させる手段を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
第１発明においては、有機物を加熱して炭化させる炭化装置で、有機物を一端から他端まで搬送しながら炭化させる反応管内に、反応管内を内側から加熱する加熱管を備える。外側から反応管を加熱することによる従来の加熱に加え、加熱管が内側から反応管内を加熱するので、反応管内を搬送する有機物を加熱する効率が向上する。
【００１６】
第２発明においては、有機物を加熱して炭化させる炭化装置で、有機物を一端から他端まで搬送しながら炭化させる複数の反応管を備え、反応管を外側から加熱すると共に、各反応管内に配置した加熱管で反応管内を内側から加熱する。
【００１７】
第３発明においては、並列配置された複数の反応管内に有機物を一括供給し、有機物は反応管内で搬送されながら加熱されて炭化し、有機物が炭化したチャーを回収することにより、連続的にチャーが製造される。
【００１８】
第４発明においては、反応管の一部は、一端側から他端側へ向かって徐々に内径が減少する形状であり、反応管の内径が減少する部分内に位置するスクリュー羽根の部分は、一端側から他端側へ向かって螺旋半径が徐々に減少する形状である。搬送されながら炭化が進行して体積が減少していく有機物は、体積の減少に伴って反応管の内径が減少していくので、より狭い空間内で加熱されるようになる。
【００１９】
第５発明においては、スクリュー羽根の少なくとも一部は、一端側から他端側へ向かって螺旋ピッチが徐々に減少する形状である。搬送されながら炭化が進行して体積が減少していく有機物は、体積の減少に伴ってスクリュー羽根の前後の間隔が減少していくので、より狭い空間内で加熱されるようになる。
【００２０】
第６発明においては、反応管内に位置する加熱管を電熱ヒータで加熱することにより、加熱された加熱管の熱が反応管内に伝導し、反応管内が内側から加熱される。
【００２１】
第７発明においては、反応管内に位置する加熱管内に加熱したガスを通流させることにより、加熱ガスが通流する加熱管内部の熱が反応管内に伝導し、反応管内が内側から加熱される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にあっては、電熱ヒータ又は加熱ガスによって加熱された加熱管で反応管内を内側から加熱することにより、反応管内で有機物を加熱する効率が向上するので、一定時間内に炭化可能な有機物の量が増大し、一定量の有機物を炭化させるために必要な時間が短縮される。従って、反応管の径を拡大するか、又はスクリュー羽根によるバイオマスの搬送速度を増大させることによって、炭化装置の処理能力を向上させることが可能となる。また、有機物の処理能力を維持しながら、炭化装置を小型化することも可能となる。
【００２３】
本発明にあっては、反応管を外側から加熱することに加え、電熱ヒータ又は加熱ガスによって加熱された加熱管で反応管内を内側から加熱することにより、反応管内を搬送する有機物を加熱する効率が向上し、更に、複数の反応管で並行して有機物を処理することができるので、加熱により有機物が炭化したチャーを製造する炭化装置の処理能力が向上する。従って、大量の有機物を短時間で処理してチャーを製造することが可能となる。
【００２４】
更に本発明にあっては、反応管の内径が徐々に減少すること又はスクリュー羽根の螺旋ピッチが徐々に減少することによって有機物がより狭い空間内で加熱されるようになるので、有機物を効率的に加熱することができ、加熱により有機物が炭化したチャーを製造する炭化装置の処理能力が向上する等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る炭化装置の構成例を示す模式的断面図である。炭化装置は、内部でバイオマスを炭化させる反応管１１を備えている。反応管１１は、中空円筒状に形成されており、略水平に配置されている。反応管１１の一端は、上部が開口しており、この開口部分には、反応管１１内へバイオマスを供給するホッパ１２が設けられている。また反応管１１内には、中心軸の位置で反応管１１を長手方向に貫通する中空の加熱管２１と、反応管１１内の一端から他端まで加熱管２１周りに螺旋状に設けられたスクリュー羽根２２とが備えられている。反応管１１の両端は軸受けとなって加熱管２１を支持している。加熱管２１の一端は、反応管１１外に突出し、図１中に破線で示したチェーンを介してモータ２５に連結しており、加熱管２１はモータ２５の駆動によって回転する構成となっている。なお、加熱管２１は減速器等のその他の連結手段を介してモータ２５に連結している構成であってもよい。スクリュー羽根２２は溶接等によって加熱管２１に接合しており、加熱管２１と共にスクリュー羽根２２が回転する構成となっている。スクリュー羽根２２は、回転することにより、反応管１１内の一端に供給されたバイオマスを他端まで搬送する。またバイオマスが搬送される反応管１１内は、窒素ガス等の不活性ガスで満たされている。
【００２６】
反応管１１は、有底筒状に形成された加熱炉１５内を貫通して設置されている。加熱炉１５は、加熱水蒸気又は可燃性ガスを燃焼させた排気ガス等の加熱ガスを内部に導入し、反応管１１を加熱する構成となっている。加熱炉１５の外面は断熱性の材料で形成され、反応管１１の加熱炉１５内に位置する部分は熱伝導性の良い材料で形成されており、反応管１１内のバイオマスを反応管１１外から加熱するようになっている。反応管１１内をスクリュー羽根２２の回転によって搬送されるバイオマスは、加熱炉１５によって不活性ガス中で加熱され、熱分解ガス及びチャーに熱分解し、バイオマスが炭化したチャーが反応管１１の他端まで搬送される。反応管１１の他端は、搬送されてきたチャーが落下するように下部が開口しており、落下したチャーを回収する回収器１３が設けられている。また反応管１１の他端の上部には、熱分解ガスを回収するガス回収管１４が設けられている。
【００２７】
更に、中空の加熱管２１の他端には、加熱管２１内に加熱ガスを供給する加熱ガス供給管２３が連結されており、一端には、加熱管２１内から加熱ガスを回収する加熱ガス回収管２４が連結されている。加熱ガス供給管２３及び加熱ガス回収管２４によって、加熱管２１内を加熱ガスが他端から一端へ通流する構成となっている。加熱管２１は熱伝導性の良い材料で形成されており、内部を加熱ガスが流れる加熱管２１は、内部の熱を反応管１１内へ伝導させ、反応管１１内を内側から加熱する。従って、反応管１１内を搬送されるバイオマスは、加熱炉１５によって反応管１１の外側から加熱され、加熱管２１によって内側から加熱される。本発明の炭化炉は、反応管１１内のバイオマスを６００℃前後に加熱する構成となっている。
【００２８】
加熱炉１５内に導入される加熱ガス、及び加熱ガス供給管２３が加熱管２１内に供給する加熱ガスは、個別に生成させる構成としてもよく、まとめて生成させる構成としてもよい。例えば、加熱ガスとして、ガス回収管１４で回収した熱分解ガスを燃焼させることによって発生させた加熱ガスを利用してもよい。また加熱炉１５は、加熱ガスを導入する構成に限るものではなく、電気炉、又は内部で可燃性ガスを燃焼させる構成であってもよい。また加熱管２１は、内部に加熱ガスを通流させる構成に限るものではなく、内部に電熱ヒータを内蔵した構成等、その他の方法で反応管１１を内側から加熱する構成であってもよい。
【００２９】
以上の構成でなる炭化装置では、木材等のバイオマスを供給され、供給されたバイオマスを加熱し、バイオマスが炭化したチャー、及び可燃成分を含む熱分解ガスを製造する。本発明では、反応管１１内のバイオマスを加熱炉１５で反応管１１の外側から加熱することに加え、加熱管２１によって反応管１１の内側からバイオマスを加熱するので、バイオマスを加熱する効率が向上する。バイオマスを加熱する効率が向上することにより、一定時間内に炭化可能なバイオマスの量が増大し、一定量のバイオマスを炭化させるために必要な時間が短縮されるので、反応管１１の径を拡大するか、又はスクリュー羽根２２によるバイオマスの搬送速度を増大させることによって、炭化装置の処理能力を向上させることが可能となる。処理能力を向上させた本発明の炭化装置を利用することにより、大量のバイオマスを従来よりも短時間で処理してチャーを製造することが可能となる。
【００３０】
また本発明の炭化装置では、バイオマスを加熱する効率が向上するので、加熱炉１５及び反応管１１のサイズを小さくしたとしても、従来に比べてバイオマスの処理能力は低下しない。従って、本発明では、バイオマスの処理能力を維持しながら、炭化装置を小型化することが可能となる。
【００３１】
なお、本実施の形態においては、スクリュー羽根２２が加熱管２１に接合して加熱管２１が回転軸となっている形態を示したが、本発明の炭化装置は、これに限るものではなく、加熱管２１は反応管１１に固定され、スクリュー羽根２２のみが回転する形態であってもよい。
【００３２】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る炭化装置の構成例を示す模式的断面図である。炭化装置は、内部でバイオマスを炭化させる反応管１６を備えている。反応管１６は、中空円筒状に形成されており、加熱炉１５内を貫通して略水平に配置されている。反応管１６の一端は、上部が開口しており、開口部分にホッパ１２が設けられている。また反応管１６内には、中空の加熱管２１と、加熱管２１周りに螺旋状に設けられたスクリュー羽根２６とが備えられている。スクリュー羽根２６は、加熱管２１と共に回転し、反応管１６内の一端に供給されたバイオマスを他端まで搬送する。バイオマスが搬送される反応管１６内は、窒素ガス等の不活性ガスで満たされている。また反応管１６の他端は、バイオマスが搬送中に炭化したチャーを回収する回収器１３と、バイオマスが熱分解した熱分解ガスを回収するガス回収管１４とが設けられている。
【００３３】
反応管１６の加熱炉１５内に位置する部分は、バイオマスが供給される一端側から他端側へ向かって徐々に内径が減少するテーパ状に形成されてある。また、反応管１６のテーパ状に形成されてある部分内に位置するスクリュー羽根２６の部分は、反応管１６の内径の減少に合わせて、螺旋半径が一端側から他端側へ向かって徐々に減少するように形成されてある。なお、反応管１６の形状は、内径が直線的に減少するテーパ状に限るものではなく、内径が曲線的に減少するラッパ状等、一端側から他端側へ向かって内径が減少する形状であれば、その他の形状であってもよい。またスクリュー羽根２６の螺旋半径は、反応管１６の内径の減少に合わせた形状であればよい。実施の形態２に係る炭化装置のその他の構成は、実施の形態１と同様であり、対応する部分に実施の形態１と同符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
実施の形態１で説明したように、反応管１６の一端に供給されたバイオマスは、スクリュー羽根２６で搬送されながら、加熱炉１５及び加熱管２１によって加熱され、熱分解ガス及びチャーに熱分解する。熱分解ガスはガス回収管１４によって回収され、チャーは、バイオマスから熱分解ガスが離脱した残渣であるので、バイオマスよりも体積が小さい。スクリュー羽根２６で搬送される搬送物はバイオマスとチャーとの混合物であり、加熱されながら搬送されることによりチャーの割合が徐々に増加するので、体積が徐々に減少する。反応管１６の加熱炉１５内に位置する部分では、反応管１６の内径が一端側から他端側へ向かって減少しているものの、一端側から他端側へ搬送される搬送物の体積も徐々に減少するので、搬送物は反応管１６内で停滞することなくスムーズに搬送される。また反応管１６の内径が減少することにより、体積が減少したバイオマスはより狭い空間内で加熱炉１５及び加熱管２１で加熱されることとなり、バイオマスはより効率的に加熱される。
【００３５】
以上詳述した如く、本実施の形態に係る炭化装置は、反応管１６の加熱炉１５内に位置する部分を一端側から他端側へ向かって徐々に内径が減少する形状に構成することによって、バイオマス及びチャーが混合した搬送物を停滞することなくスムーズに搬送しながらも、効率的にバイオマスを加熱することができる。従って、より短時間でバイオマスを炭化してチャーを製造することが可能となり、スクリュー羽根２６による搬送速度を増大させることによって、炭化装置の処理能力を向上させることが可能となる。またバイオマスを加熱する効率が向上するので、バイオマスの処理能力を維持しながらも、実施の形態１に比べて、反応管１６の長さを短くして炭化装置を小型化することが可能となる。
【００３６】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係る炭化装置の構成例を示す模式的断面図である。炭化装置は、反応管１１を備え、反応管１１内には、中空の加熱管２１と、加熱管２１周りに螺旋状に設けられたスクリュー羽根２７とが備えられている。スクリュー羽根２７は、加熱管２１と共に回転し、反応管１１内の一端に供給されたバイオマスを他端まで搬送する。反応管１１の加熱炉１５内に位置する部分の内部に位置するスクリュー羽根２７の部分は、反応管１１の一端側から他端側へ向かって螺旋ピッチが徐々に減少するように形成されてある。実施の形態３に係る炭化装置のその他の構成は、実施の形態１と同様であり、対応する部分に実施の形態１と同符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
実施の形態２と同様に、スクリュー羽根２７で搬送される搬送物は搬送されながら体積が徐々に減少する。反応管１１の加熱炉１５内に位置する部分の内部では、スクリュー羽根２７の螺旋ピッチが一端側から他端側へ向かって徐々に減少していることにより、搬送物の体積が減少していくに従って、搬送物を前後から挟むスクリュー羽根２７の間隔も減少する。従って、反応管１１に供給されたバイオマスは搬送されるに従って、より狭い空間内で加熱炉１５及び加熱管２１で加熱されることとなり、バイオマスはより効率的に加熱される。バイオマスを効率的に加熱できるので、より短時間でバイオマスを炭化してチャーを製造することが可能となり、本実施の形態に係る炭化装置は、スクリュー羽根２７による搬送速度を増大させることによって処理能力を向上させることが可能となる。
【００３８】
また本実施の形態に係る炭化装置では、スクリュー羽根２７の螺旋ピッチが一端側から他端側へ向かって徐々に減少しているので、スクリュー羽根２７によって搬送される搬送物が反応管１１の他端に達するまでに実施の形態１よりも多数回のスクリュー羽根２７の回転を必要とする。即ち、反応管の長さが同一である場合、搬送物は実施の形態１に比べてより長時間反応管１１内に滞留し、より長時間加熱される。従って、本実施の形態に係る炭化装置では、実施の形態１に比べて反応管１１の長さを短くしてもバイオマスの加熱時間を同程度に保つことができるので、バイオマスの処理能力を維持しながらも、実施の形態１に比べて反応管１１の長さを短くして炭化装置を小型化することが可能となる。
【００３９】
なお、本発明の炭化装置は、実施の形態２の如く反応管の内径を徐々に減少させる形態を更に組み合わせた形態であってもよい。図４は、反応管の内径を徐々に減少させる形態を組み合わせた実施の形態３に係る炭化装置の構成例を示す模式的断面図である。炭化装置は、反応管１６を備え、反応管１６内には、中空の加熱管２１と、加熱管２１周りに螺旋状に設けられたスクリュー羽根２８とが備えられている。スクリュー羽根２８は、加熱管２１と共に回転し、反応管１６内の一端に供給されたバイオマスを他端まで搬送する。反応管１６の加熱炉１５内に位置する部分は、バイオマスが供給される一端側から他端側へ向かって徐々に内径が減少する形状に形成されてある。また、反応管１６の内径が減少する形状に形成されてある部分内に位置するスクリュー羽根２８の部分は、反応管１６の内径の減少に合わせて、螺旋半径が一端側から他端側へ向かって徐々に減少するように形成されてあり、更に、螺旋ピッチが一端側から他端側へ向かって徐々に減少するように形成されてある。炭化装置のその他の構成は、実施の形態１と同様であり、対応する部分に実施の形態１と同符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
図４に示した形態においても、反応管１６の内径及びスクリュー羽根２８の螺旋ピッチが徐々に減少することにより、搬送されながら体積が減少する搬送物は、搬送されるに従ってより狭い空間内で加熱炉１５及び加熱管２１で加熱され、バイオマスは効率的に加熱される。従って、本実施の形態に係る炭化装置は、スクリュー羽根２８による搬送速度を増大させることによって処理能力を向上させることが可能となり、またバイオマスの処理能力を維持しながらも、反応管１６の長さを短くして炭化装置を小型化することが可能となる。
【００４１】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３では単一の反応管を備える炭化装置を示したが、実施の形態４では、複数の反応管を備える炭化装置を示す。図５は、本発明の実施の形態４に係る炭化装置の構成例を示す模式的断面図である。炭化装置は、内部でバイオマスを炭化させる複数の反応管１，１，…を並列に配置して備えている。反応管１，１，…は、夫々に中空円筒状に形成され、加熱炉４１を貫通して略水平に配置されている。
【００４２】
図６は、反応管１の軸に垂直に切断した炭化装置を反応管１の軸方向からみた模式的断面図である。加熱炉４１は、有底円筒状に形成されており、複数の反応管１，１，…が並列に加熱炉４１内を貫通して設置されている。図５及び図６には、７本の反応管１，１，…が配置された構成例を示す。加熱炉４１の外面は断熱性の材料で形成され、反応管１，１，…の加熱炉４１内に位置する部分は熱伝導性の良い材料で形成されている。加熱炉４１は、加熱ガスを内部に導入し、複数の反応管１，１，…を加熱する構成となっている。
【００４３】
反応管１，１，…の一端は加熱炉４１から突出しており、加熱炉４１から突出した部分の上側には開口部が形成されている。互いに上下に配置された反応管１，１，…の間では、下に位置する反応管１の方が上に位置する反応管１よりも加熱炉４１から離れた位置に開口部が形成されており、上からの視点で全ての反応管１，１，…の開口部が開口している配置となっている。反応管１，１，…の開口部の上側には、バイオマスを投下するホッパ４２が設けられている。ホッパ４２から投下されたバイオマスは、開口部から各反応管１内の一端に供給される。
【００４４】
反応管１，１，…の夫々には、中心軸の位置に配置されて反応管１を貫通する回転軸（加熱管）３２と、回転軸３２に接合され、反応管１内の一端から他端まで螺旋状に設けられたスクリュー羽根３３とが備えられている。回転軸３２，３２，…の一端は、反応管１，１，…外に突出し、夫々にモータ３４，３４，…に連結している。モータ３４，３４，…の駆動により、回転軸３２，３２，…及びスクリュー羽根３３，３３，…は回転する。スクリュー羽根３３，３３，…は、回転することにより、反応管１，１，…内の一端に供給されたバイオマスを他端まで搬送する。
【００４５】
回転軸３２，３２，…は、加熱炉４１内と外部との境界付近に位置する部分から他端まで中空に形成されている。回転軸３２，３２，…の中空部分は、本発明における加熱管に対応する。回転軸３２，３２，…の他端は、反応管１，１，…の他端よりも突出し、開口している。回転軸３２，３２，…の夫々には、開口した他端から中空管３１が挿入されている。中空管３１，３１，…は、回転軸３２，３２，…の中空部分のほぼ全域に亘って挿入されており、加熱炉４１内と外部との境界付近に位置する一端で開口している。中空管３１，３１，…の外径は、回転軸３２，３２，…の内径よりも小さくなっており、回転軸３２，３２，…の内壁と中空管３１，３１，…の外壁との間には、ガスが流れることができる隙間が形成されている。また中空管３１，３１，…の他端には、中空管３１，３１，…内に加熱ガスを供給する加熱ガス供給部４５が連結されている。
【００４６】
加熱ガス供給部４５から中空管３１，３１，…内に供給された加熱ガスは、中空管３１，３１，…内を通流し、中空管３１，３１，…一端の開口部から回転軸３２，３２，…内へ流入する。回転軸３２，３２，…内に流入した加熱ガスは、回転軸３２，３２，…と中空管３１，３１，…との間の隙間を通流し、回転軸３２，３２，…の他端から回転軸３２，３２，…外へ排出される。このようにして、回転軸３２，３２，…の加熱炉４１内に位置する部分の内部には、加熱ガスが通流する。回転軸３２，３２，…の加熱炉４１内に位置する部分は熱伝導性の良い材料で形成されており、内部を加熱ガスが流れる回転軸３２，３２，…は、内部の熱を反応管１，１，…内へ伝導させ、反応管１，１，…内を内側から加熱する。反応管１，１，…内をスクリュー羽根３３，３３，…の回転によって搬送されるバイオマスは、加熱炉４１によって反応管１，１，…の外側から加熱され、回転軸３２，３２，…によって内側から加熱される。本発明の炭化装置は、反応管１内のバイオマスを６００℃前後に加熱する構成となっている。加熱されたバイオマスは、搬送されながら熱分解ガス及びチャーに熱分解し、チャーが反応管１，１，…の他端まで搬送される。
【００４７】
反応管１，１，…の他端は、搬送されたチャー及び熱分解ガスがあふれ出すように開口している。反応管１，１，…の他端の下側には、あふれ出たチャーを回収する回収器４３が設けられている。搬送されてきたチャーは、反応管１，１，…の夫々の他端から落下し、回収器４３で回収される。また反応管１，１，…の他端の上側には、熱分解ガスを回収するガス回収管４４が設けられている。加熱によってバイオマスが熱分解した熱分解ガスは、反応管１，１，…の夫々の他端から排出され、ガス回収管４４で回収される。また回転軸３２，３２，…の他端の上側には、回転軸３２，３２，…外へ排出された加熱ガスを回収する加熱ガス回収管４６が設けられている。
【００４８】
以上の構成でなる炭化装置では、ホッパ４２からバイオマスが連続的に投下され、反応管１，１，…の一端に一括してバイオマスが供給される。反応管１，１，…に供給されたバイオマスは、スクリュー羽根３３，３３，…の回転によって搬送されながら、加熱炉４１及び回転軸３２，３２，…によって加熱され、バイオマスが炭化したチャー、及び熱分解ガスが発生する。チャー及び熱分解ガスは、反応管１，１，…の他端から連続的にあふれ出し、回収器４３がチャーを回収し、ガス回収管４４が熱分解ガスを回収する。このようにして、本実施の形態に係る炭化装置は、チャーを連続的に製造する。
【００４９】
以上の如く、本実施の形態においても、反応管１内のバイオマスを加熱炉４１で反応管１の外側から加熱することに加え、内部を加熱ガスが通過する回転軸３２によって反応管１の内側からバイオマスを加熱するので、バイオマスを加熱する効率が向上する。更に、本実施の形態においては、複数の反応管１，１，…を並列に備え、複数の反応管１，１，…で並行してバイオマスを処理することができるので、炭化装置の処理能力が更に向上する。本実施の形態に係る炭化装置を利用することにより、大量のバイオマスをより短時間で処理してチャーを製造することが可能となる。
【００５０】
本発明の炭化装置で製造されるチャーは、炭素に富み、可燃性であり、熱供給又は発電等の各種の用途に良質な燃料として利用することができる。またチャーと共に製造される熱分解ガスは、一酸化炭素、メタン、エタン等の可燃成分を含み、同様に燃料として利用することができる。またチャーは、炭素質の固体であるので、還元材料として各種の用途に利用することも可能である。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、７本の反応管１，１，…を並列配置した形態を示したが、本発明の炭化装置が備える反応管１，１，…の数は７本に限るものではない。また本実施の形態においては、回転軸３２，３２，…の夫々にモータ３４，３４，…を連結した形態を示したが、これに限るものではなく、本発明の炭化装置は、回転軸３２，３２，…を減速器又はチェーン等の伝動手段で所定の駆動軸に連結しておき、モータ又はタービン等で駆動軸を回転させることによって、回転軸３２，３２，…を一斉に回転させる形態であってもよい。また本発明の炭化装置は、反応管１，１，…を水平面に対して傾けて配置した形態、又は反応管１，１，…を垂直に配置した形態であってもよい。また本発明の炭化装置は、回転軸３２，３２，…の中空部分に相当する加熱管が反応管１，１，…に固定され、固定された加熱管の周りにスクリュー羽根３３，３３，…が回転する形態であってもよい。
【００５２】
また本実施の形態においては、回転軸３２は内部に加熱ガスを通流させる構成としたが、これに限るものではなく、回転軸３２は内部に電熱ヒータを内蔵した構成等、その他の方法で反応管１を内側から加熱する構成であってもよい。また本実施の形態においては、反応管１の内径はほぼ一定であるとしたが、これに限るものではなく、実施の形態２と同様に、反応管１は、加熱炉４１内に位置する部分の内径が一端側から他端側へ向かって徐々に減少する形状に形成されてある形態であってもよい。また実施の形態３と同様に、反応管１の加熱炉４１内に位置する部分の内部に位置するスクリュー羽根３３の部分が、一端側から他端側へ向かって螺旋ピッチが徐々に減少する形状に形成されてある形態であってもよい。これらの形態の場合は、バイオマスを加熱する効率が更に向上し、炭化装置の処理能力の更なる向上、又は炭化装置の小型化を図ることが可能となる。
【００５３】
また、以上の実施の形態１〜４においては、直線状の反応管を備えた形態を示したが、これに限るものではなく、本発明の炭化装置は、曲折した反応管を備えた形態であってもよい。更に、実施の形態１〜４においては、炭化装置でバイオマスを炭化させる形態を示したが、これに限るものではなく、本発明の炭化装置は、合成樹脂等のバイオマス以外の有機物を炭化させる形態であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る炭化装置の構成例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る炭化装置の構成例を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る炭化装置の構成例を示す模式的断面図である。
【図４】反応管の内径を徐々に減少させる形態を組み合わせた実施の形態３に係る炭化装置の構成例を示す模式的断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る炭化装置の構成例を示す模式的断面図である。
【図６】反応管の軸に垂直に切断した炭化装置を反応管の軸方向からみた模式的断面図である。
【図７】従来の炭化装置の構成例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１、１１、１６  反応管
１２、４２  ホッパ
１３、４３  回収器
１４、４４  ガス回収管
１５、４１  加熱炉
２１  加熱管
２２、２６、２７、２８、３３  スクリュー羽根
２３  加熱ガス供給管
２４、４６  加熱ガス回収管
２５、３４  モータ
３１  中空管
３２  回転軸（加熱管）
４５  加熱ガス供給部
【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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