(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の性状が異なる複数の基準となる基準炭化物をそれぞれ色差計で測定し、その結果得る色彩情報に基づき各色相角を検出するとともに、前記各色相角と前記基準炭化物の性状を表わす性状分析値とを対応させる一方、測定対象である実測炭化物を前記色差計で測定して得る色彩情報に基づいて色相角を特定することにより前記実測炭化物の前記性状分析値を検出することを特徴とする炭化物の性状検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載する炭化物の性状検出方法において、
前記性状分析値は、前記炭化物の燃料としての高位発熱量であることを特徴とする炭化物の性状検出方法。
【請求項３】
請求項１に記載する炭化物の性状検出方法において、
前記性状分析値は、前記炭化物の燃料比であることを特徴とする炭化物の性状検出方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載する炭化物の性状検出方法において、
前記炭化物は、バイオマス燃料であることを特徴とする炭化物の性状検出方法。
【請求項５】
特定の炭化物の色彩情報を検出する色差計と、
前記色彩情報に基づき前記炭化物の色相角を演算する色相角演算部と、
前記色相角演算部で演算した複数の基準炭化物に関する各基準色相角と前記基準炭化物の性状を表わす性状分析値とを対応させて記憶する基準情報記憶手段と、
前記色差計で実測した実測炭化物の色彩情報に基づき前記色相角演算部の演算により得る前記実測炭化物の色相角に対応する性状分析値を前記基準情報記憶手段の記憶内容を参照して検出する性状分析値検出部とを有することを特徴とする炭化物の性状検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載する炭化物の性状検出装置において、
前記性状分析値は、前記炭化物の燃料としての高位発熱量であることを特徴とする炭化物の性状検出装置。
【請求項７】
請求項５に記載する炭化物の性状検出装置において、
前記性状分析値は、前記炭化物の燃料比であることを特徴とする炭化物の性状検出装置。
【請求項８】
請求項５〜請求項７のいずれか一つに記載する炭化物の性状検出装置において、
前記炭化物は、バイオマス燃料であることを特徴とする炭化物の性状検出装置。
【請求項９】
炭化物原料を炭化機で炭化させて炭化物を製造する製造装置であって、
請求項５〜請求項８のいずれか一つの炭化物の性状検出装置を有する一方、前記性状検出装置は、前記炭化物の性状を検出してその性状を表す性状信号を制御手段に送出するとともに、前記制御手段は、前記炭化物の性状が所定の設定値となるように前記炭化機の運転を制御するように構成したことを特徴とする炭化物の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化物の性状検出方法および性状検出装置ならびに炭化物の製造装置に関し、特にバイオマス燃料の性状を検出する場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
木質バイオマスの炭化物は、燃料発熱量と粉砕性の向上が期待できる改質技術である。しかし、炭化物燃料の性状は、原料である木質バイオマスの樹種、水分、形状、製造時運転条件等によって大きく変化する。このため、目的とする性状の炭化物燃料を安定的に製造するには、製造された炭化物燃料の性状分析値を迅速に把握し、運転条件に反映する必要がある。このため、燃料性状の迅速かつ簡便な測定方法の開発が求められる。
【０００３】
バイオマス燃料の性状分析値を検出する測定方法として非特許文献１に開示する内容が公知となっている。非特許文献１に開示する測定方法は、バイオマス燃料を含む炭化物燃料の明度が、炭素含有率と正の相関がある点を利用するものである。ここで、明度と炭化物燃料の性状分析値の一種である高位発熱量（ＨＨＶ）は、図５に示すような関係にある。
【０００４】
なお、図５の特性図は次のような実験により得たものである。すなわち、４ｔ／ｄａｙ規模の間接加熱ロータリーキルン式の炭化物炉を有する炭化物試験設備により、炭化物温度２８５〜４３０℃の炭化物燃料を製造し、供試試料とする。炭化物燃料を製造するための原料には、国内材の松(針葉樹)と輸入材のメラルーカ(広葉樹)を用い、原料と炭化物燃料の性状として、工業分析値、高位発熱量（ＨＨＶ）を測定した。
【０００５】
また、原料および炭化物燃料について、色差計を用いて測定を行った。ここで、試料の均一化を図るため、炭化物燃料を粉砕し、２００メッシュふるい下を測定試料として用いた。色彩は、所定量の測定試料をシャーレ上に均一に広げ、測定部を測定試料に密着させて測定した。測定部には、不純物の侵入を防止するため、３０ｍｍφ、厚さ０．３ｍｍの石英カバーガラスを取付けた。
【０００６】
色差計によって得られた情報は、図６に示すＬ＊ａ＊ｂ＊表色系の色空間によって整理した。Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、Ｌ＊は明度(黒が０、白が１００)を示す。本実験では明度Ｌ＊を用いた。
【０００７】
この結果、原料および炭化物燃料の明度と高位発熱量との関係を示す図５を参照すれば明らかな通り、明度が小さくなるにつれて高位発熱量は大きくなっていることが分かる。しかしながら、２２ＭＪ／ｋｇ以上では、明度に対する高位発熱量の変化が大きくなり、炭化物温度の高い炭化物燃料の明度による高位発熱量の特定は難しい。 
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Zahra Tooyserkani,Shahab Sokhansanj,Xiaotao Bi,Jim Lim,Anthony Lau,Jack Saddler,Linoj Kumar,Pak Sui Lam,Staffan Melin.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、バイオマス燃料等の炭化物の性状を容易かつ正確に検出し得る炭化物の性状検出方法および性状検出装置ならびに炭化物の製造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】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の第１の態様は、特定の性状が異なる複数の基準となる基準炭化物をそれぞれ色差計で測定し、その結果得る色彩情報に基づき各色相角を検出するとともに、前記各色相角と前記基準炭化物の性状を表わす性状分析値とを対応させる一方、測定対象である実測炭化物を前記色差計で測定して得る色彩情報に基づいて色相角を特定することにより前記実測炭化物の前記性状分析値を検出することを特徴とする炭化物の性状検出方法にある。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する炭化物の性状検出方法において、前記性状分析値は、前記炭化物の燃料としての高位発熱量（ＨＨＶ）であることを特徴とする炭化物の性状検出方法にある。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第１の態様に記載する炭化物の性状検出方法において、前記性状分析値は、前記炭化物の燃料比であることを特徴とする炭化物の性状検出方法にある。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様のいずれか一つに記載する炭化物の性状検出方法において、前記炭化物は、バイオマス燃料であることを特徴とする炭化物の性状検出方法にある。
【００１４】
本発明の第５の態様は、特定の炭化物の色彩情報を検出する色差計と、前記色彩情報に基づき前記炭化物の色相角を演算する色相角演算部と、前記色相角演算部で演算した複数の基準炭化物に関する各基準色相角と前記基準炭化物の性状を表わす性状分析値とを対応させて記憶する基準情報記憶手段と、前記色差計で実測した実測炭化物の色彩情報に基づき前記色相角演算部の演算により得る前記実測炭化物の色相角に対応する性状分析値を前記基準情報記憶手段の記憶内容を参照して検出する性状分析値検出部とを有することを特徴とする炭化物の性状検出装置にある。
【００１５】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載する炭化物の性状検出装置において、前記性状分析値は、前記炭化物の燃料としての高位発熱量（ＨＨＶ）であることを特徴とする炭化物の性状検出装置にある。
【００１６】
本発明の第７の態様は、第５の態様に記載する炭化物の性状検出装置において、前記性状分析値は、前記炭化物の燃料比であることを特徴とする炭化物の性状検出装置にある。
【００１７】
本発明の第８の態様は、第５〜第７の態様のいずれか一つに記載する炭化物の性状検出装置において、前記炭化物は、バイオマス燃料であることを特徴とする炭化物の性状検出装置にある。
【００１８】
本発明の第９の態様は、炭化物原料を炭化機で炭化させて炭化物を製造する製造装置であって、第５〜第８の態様のいずれか一つの炭化物の性状検出装置を有する一方、前記性状検出装置は、前記炭化物の性状を検出してその性状を表す性状信号を制御手段に送出するとともに、前記制御手段は、前記炭化物の性状が所定の設定値となるように前記炭化機の運転を制御するように構成したことを特徴とする炭化物の製造装置にある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、炭化物の各色相角と性状分析値とが直線的に変化する相関関係を有するという新規な知見を利用しているので、色差計で実測炭化物を測定した結果得られる色彩情報に基づく実測炭化物の色相角に基づき、その特定の性状分析値を容易かつ簡単に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態における色相角と高位発熱量との関係を示すグラフである。
【図２】本発明の実施の形態に係る炭化物の性状検出装置を示すブロック線図である。
【図３】図２に示す炭化物の性状検出装置における処理手順を示すフローチャートである。
【図４】上記実施の形態に係る炭化物の性状検出装置を適用した炭化物の製造装置を示すブロック図である。
【図５】従来技術における明度と高位発熱量との関係を示すグラフである。
【図６】Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系の色空間を概念的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２２】
本発明者等は、本発明を開発するに当たり、非特許文献１に開示する測定方法における明度の代わりに炭化物の性状分析値を直線的に変化させる他の指標を検討し、炭化物の性状を簡単に予測し得る手法を検討する中で、炭化物の色彩に着目した。このため、図５に示す特性を得る場合と同様の実験を行い、同様の試料である炭化物に関し、色差計を用いて所定の測定を行った。この場合も試料の均一化を図るため、炭化物を粉砕し、２００メッシュふるい下を測定試料として用いた。色彩は、所定量の測定試料をシャーレ上に均一に広げ、測定部を測定試料に密着させて測定した。測定部には、不純物の侵入を防止するため、３０ｍｍφ、厚さ０．３ｍｍの石英カバーガラスを取付けた。色差計によって得られた情報は、従来と同様に図６に示すＬ＊ａ＊ｂ＊表色系の色空間によって整理した。ここで、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、Ｌ＊が明度を示し、ａ＊ｂ＊が色彩を示す。また、ａ＊が、赤色／緑色、ｂ＊が、黄色／青色の度合いを表現するとともに、ａ＊とｂ＊とがなす角度が、色相角ｈａｂとして定義され、次式（１）で表される。
色相角：ｈａｂ＝ｔａｎ−１（ｂ＊／ａ＊）・・・・・（１）
【００２３】
図１は、上式（１）で表される色相角ｈａｂと高位発熱量（ＨＨＶ）との関係を示すグラフである。同図を参照すれば、木質バイオマス燃料となる松（Ｐｉｎｅ）およびメラルーカのいずれにおいても広い範囲で直線的な相関関係が得られている。すなわち、２０〜２５ＭＪ／ｋｇの高位発熱量の範囲において、色相角ｈａｂの減少とともに、炭化物燃料の発熱量は直線的に増加している。これは、炭化物温度が高くなるにつれ、色相角が黄色(９０°)から赤色(０°)へ変化することを意味し、色彩の情報である色相角ｈａｂを指標とすることで、従来の如く明度を指標とした場合よりも、より広範囲の高位発熱量の炭化物燃料に対し、その高位発熱量を予測することが可能であることを示している。すなわち、炭化物燃料の色相角ｈａｂを測定することで、当該炭化物燃料の性状分析値としての高位発熱量（ＨＨＶ）を迅速かつ適格に把握することができる。
【００２４】
表１に、色相角ｈａｂ（色差計測値）に対する２００メッシュパス率、高熱発熱量とともに炭化物燃料の工業分析値を示す。
【００２５】
【表１】
0006410255.tif 000002
【００２６】
表１を参照すれば、高位発熱量の他にも燃料比（＝固定炭素／揮発分）が、色相角ｈａｂの変化に対して広い範囲で直線的に変化していることが分かる。この燃料比も燃料の性状を表す指標として有用である。これらのことから色相角ｈａｂを指標とすることにより高位発熱量のみならず、燃料の性状を表す指標として有用な炭化物燃料の他の性状分析値を容易かつ適格に把握し得ることが分かる。本実施の形態は、かかる知見に基づくものである。
【００２７】
図２は、上記知見を利用した本発明の実施の形態に係る炭化物の性状検出装置を示すブロック線図である。同図に示すように、色差計１は、特定の炭化物、本形態では木質バイオマスの色彩情報を検出する。ここで、本形態では、炭化物として木質バイオマスを考えているが、これに限るものではない。炭化物であれば、それ以上の限定はない。本発明における炭化物とは、石炭も含む広い概念である。色相角演算部２は、色差計１で検出した所定の色彩情報、すなわち明度Ｌ＊を表わす情報および色彩ａ＊，ｂ＊を表す情報に基づき上記式（１）の演算を行うことにより特定の炭化物、本形態では木質バイオマスの色相角ｈａｂを演算する。
【００２８】
基準情報記憶部３は、色相角演算部２で演算した複数の基準炭化物に関する各基準色相角と基準炭化物の性状を表わす性状分析値、例えば高位発熱量（ＨＨＶ）とを対応させて記憶する。具体的には、別途求めておいた、性状分析値が既知の各基準炭化物の色相角ｈａｂをそれぞれ演算し、その結果に基づき色相角ｈａｂと性状分析値との関係を記憶する。例えば、図１に示す性状分析値としての高位発熱量（ＨＨＶ）に対応する色相角ｈａｂの関係を求める場合には、まず、試料となる各種の基準炭化物の高位発熱量をボンベ発熱量計で測定する。次に、測定により高位発熱量が検出された各試料を対象としてその色彩情報に基づき色相角ｈａｂを演算する。最後に色相角ｈａｂの値を、これと対応する高位発熱量の値と対応させ、例えばＲＯＭ等の記憶手段に記憶させる。
【００２９】
性状分析値検出部４は、実測炭化物の色相角ｈａｂに対応する性状分析値を基準情報記憶部３の記憶内容を参照して検出する。ここで、実測炭化物の色相角ｈａｂは、色差計１で実測した実測炭化物の色彩情報に基づき色相角演算部２における所定の演算により得る。かくして、例えば、性状分析値が高位発熱量の場合、図１において色相角ｈａｂを特定すれば、対応する高位発熱量を検出することができる。この結果、任意の実測炭化物の所望の性状分析値を検出することができる。当該性状分析値を表わす出力信号ＯＵＴは性状分析値検出部４から送出される。
【００３０】
上記本形態によれば、性状分析値としての燃料比も容易かつ適切に把握し得る。さらに、色相角ｈａｂに対し直線的に変化する特性を有していれば検出対象となる性状分析値を限定するものではない。
【００３１】
図３は、図２に示す炭化物の性状検出装置における処理手順を示すフローチャートである。図３に基づき前記検出装置を用いた本形態に係る炭化物の性状検出方法を説明する。
１）  基準となる比較データを得るための複数の基準炭化物を対象を色差計で計測して色彩情報を得る（Ｓ１参照）。
２）  前記色彩情報に基づき色相角ｈａｂを演算する（Ｓ２参照）。
３）  所定の性状分析値、例えば高位発熱量と各色相角ｈａｂを対応させる（Ｓ３参照）。
４）  所定の性状分析値を知りたい試料となる実測炭化物を色差計で計測する（Ｓ４参照）。
５）  計測結果に基づき実測炭化物の色相角ｈａｂを検出する（Ｓ５参照）。
６）  ５）で検出された色相角ｈａｂに対応する性状分析値を特定する（Ｓ６参照）。
【００３２】
図４は図２に示す実施の形態に係る炭化物の性状検出装置を適用した炭化物の製造装置を示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係る炭化物の製造装置は、炭化物燃料の原料である、例えばバイオマスを炭化機１２で炭化させて燃料である炭化物１３を得るものである。ここで、炭化機１２の運転条件、例えば炭化機１２内の温度、炭化機１２に対するバイオマス１１の供給量等は制御部１４で制御される。制御部１４は炭化物の性状検出装置Ｉで検出した炭化物（バイオマス燃料）１３の性状分析値（炭化物１３の高位発熱量や固定炭素等）に関する情報に基づき炭化機１２が所定の運転条件で運転されるように炭化機１２の運転を制御する。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明はバイオマスに関するシステムを製造・販売するとともに、燃料受入先の品質の確認を行う産業分野において有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
Ｉ              炭化物の性状検出装置
１              色差計
２              色相角演算部
３              基準情報記憶部
４              性状分析値記憶部
１１              バイオマス
１２              炭化機
１３              炭化物
１４              制御部
【図１】
0006410255.tif 000003
【図２】
0006410255.tif 000004
【図３】
0006410255.tif 000005
【図４】
0006410255.tif 000006
【図５】
0006410255.tif 000007
【図６】
0006410255.tif 000008