(57)【要約】【課題】      バイオマスを燃料として用いる簡単な構成の駆動装置を提供する。【解決手段】  バーナ８０に、粉体バイオマスと燃焼用空気を供給し、粉体バイオマスを燃焼させ、これによって発生する熱を熱源としてスターリングエンジン９０を駆動する。【選択図】    図１
2005307860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉砕された粉体バイオマスと燃焼用空気が供給され、前記粉体バイオマスを燃焼させる粉体バイオマス燃焼装置と、
前記粉体バイオマス燃焼装置により前記粉体バイオマスを燃焼させることによって発生する熱を熱源とするスターリングエンジンと、
を備えることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置であって、
バイオマスを乾燥させるバイオマス乾燥装置と、
前記バイオマス乾燥装置で乾燥したバイオマスを粉砕するバイオマス粉砕装置と、
前記バイオマス粉砕装置で粉砕された粉体バイオマスを前記粉体バイオマス燃焼装置に供給する粉体バイオマス供給装置と、
を備えることを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の駆動装置であって、前記バイオマス乾燥装置は、前記スターリングエンジンの排気熱を用いてバイオマスを乾燥させることを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の駆動装置であって、前記スターリングエンジンの排気熱を用いて空気を予熱し、予熱した空気を燃焼用空気として前記粉体バイオマス燃焼装置に供給する空気予熱装置を備えていることを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の駆動装置であって、
前記空気予熱装置は、前記粉体バイオマス燃焼装置と一体状に構成されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の駆動装置であって、前記粉体バイオマス燃焼装置は、粉体バイオマスを直接燃焼させることを特徴とする駆動装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の駆動装置であって、前記粉体バイオマスとして、９０パーセント以上の粉体が直径１００μｍ以下である粉体バイオマスを用いることを特徴とする駆動装置。
【請求項８】
駆動装置と、駆動装置により駆動される発電機とを備える発電装置であって、前記駆動装置として請求項１〜７のいずれかに記載の駆動装置を用いたことを特徴とする発電装置。
【請求項９】
バイオマスを粉砕して粉体バイオマスを生成し、
生成した粉体バイオマスを燃焼させることによって発生する熱を、発電機を駆動するスターリングエンジンの熱源として用いる、
ことを特徴とする発電方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の発電方法であって、
生成した粉体バイオマスを直接燃焼させることによって発生する熱が前記スターリングエンジンの熱源として用いられる、
ことを特徴とする発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被駆動装置を駆動する駆動装置、特に、バイオマスを燃料として用いる駆動装置に関し、さらに、この駆動装置を用いて発電機を駆動する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電設備の燃料としてバイオマス（農業生産物、木材、植物等の生物資源）を用いる発電装置が提案されている。
バイオマスを燃料として用いる発電装置としては、図４に示すようにバイオマスを燃焼させて得た高温燃焼ガスによりガスタービン４００を駆動して発電する技術や、この高温燃焼ガスの熱を用いてスターリングエンジンを駆動する技術が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−７６９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、バイオマスを燃焼させて高温燃焼ガスを得るためには特別の燃焼装置（ガス化炉等）が必要となる。したがって、設備が大型化、複雑化することとなり相応の設置スペースが必要となるとともに、コストの低減が容易ではない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、バイオマスを燃料として用いる、簡単な構成の駆動装置及びこの駆動装置を用いた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】
【０００４】
上記課題を達成するため、各請求項記載の発明が構成される。
（請求項１に記載の発明）
請求項１に記載の発明によれば、粉体バイオマス燃焼装置と、スターリングエンジンとを有する駆動装置が構成される。
粉体バイオマス燃焼装置には粉砕された粉体バイオマスと燃焼用空気が供給され、粉体バイオマスが燃焼される。スターリングエンジンでは、粉体バイオマス燃焼装置により粉体バイオマスを燃焼させることによって発生する熱が熱源とされる。
ここで、バイオマスとは、農業生産物、木材、植物等の生物資源を広く包含する。例えば、バイオマスとしては、木質系バイオマス（製材所の木屑、林地放置間伐材、剪定街路樹、建築廃材等）が好適に用いられ得る。
そして、「粉体バイオマス」とは粉砕して粉体化されたバイオマスであり、粉体バイオマス燃焼装置に直接導入され、燃焼用空気と混合された時に燃焼することができる大きさの粉体（例えば、１００μｍ程度）であればよい。さらに、粉体バイオマスは、粉体バイオマス燃焼装置に空気の気流等を用いて導入することができる大きさの粉体であるのが好ましい。
「粉体バイオマス燃焼装置」は、粉体バイオマスを燃焼させて熱を発生させることができる装置を全て包含する。
「スターリングエンジン」は、熱源と冷却源とが供給され、熱の供給→冷却が繰り返されることで駆動される外燃機関である。本発明では熱源として粉体バイオマス燃焼装置により粉体バイオマスを燃焼させることによって発生する熱を用いるが、冷却源は特に特定するものではなく種々の冷却媒体を用いた構成が考えられる。
【０００５】
本発明の駆動装置によれば、バイオマスを粉体化して燃焼させた熱を熱源としてスターリングエンジンを駆動することができる。したがって、バイオマスを燃焼させるためのガス化炉等の特別の大型燃焼装置が不要であり、駆動装置を簡単化することができる。これにより、駆動装置の設置スペースや設備コストを低減することができる。
【０００６】
（請求項２に記載の発明）
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の駆動装置に、さらに、バイオマス乾燥装置と、バイオマス粉砕装置と、粉体バイオマス供給装置とを備えている。
バイオマス粉砕装置は、バイオマス乾燥装置で乾燥したバイオマスを粉砕する。粉体バイオマス供給装置は、バイオマス粉砕装置で粉砕された粉体バイオマスを粉体バイオマス燃焼装置に供給する。
「バイオマス乾燥装置」では、バイオマス粉砕装置でバイオマスを粉砕して粉体バイオマスを生成するのが容易になる程度にバイオマスを乾燥させるのが好ましい。また、バイオマスを粉砕することでバイオマス粉砕装置が磨耗することを抑制することができる程度にバイオマスを乾燥させるのが好ましい。
「バイオマス粉砕装置」は、粉体バイオマスが粉体バイオマス燃焼装置に直接導入され、例えば、燃焼用空気と混合された時に燃焼させることができる大きさの粉体（例えば、１００μｍ程度）にバイオマスを粉砕することができればよい。さらに、「バイオマス粉砕装置」は、「粉体バイオマス供給装置」により粉体バイオマスを粉体バイオマス燃焼装置に空気の気流等を用いて導入（供給）することができる程度の大きさにバイオマスを粉砕することができるのが好ましい。
【０００７】
本発明の駆動装置によれば、バイオマスを予め乾燥させてから粉砕するので、バイオマスを容易に粉体化することができるとともに、バイオマス粉砕装置の磨耗を抑制することができる。また、バイオマス粉砕装置を備えているので、粉体状のバイオマスを用意する必要がなく、利便性が向上する。さらに、粉体バイオマスは細かい粉（例えば、１００μｍ程度）であり飛散し易いが、粉体バイオマス供給装置により粉体バイオマスを粉体バイオマス燃焼装置に容易に供給することができる。
【０００８】
（請求項３に記載の発明）
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の駆動装置であって、バイオマス乾燥装置は、スターリングエンジンの排気熱を用いてバイオマスを乾燥させる。
本発明の駆動装置によれば、エネルギーを有効に用いることができコストを低減化することができる。
【０００９】
（請求項４に記載の発明）
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の駆動装置であって、さらに、空気予熱装置を備えている。
空気予熱装置は、スターリングエンジンの排気熱を用いて空気を予熱し、予熱した空気を燃焼用空気として粉体バイオマス燃焼装置に供給する。
そして、粉体バイオマス燃焼装置は、供給された粉体バイオマスと「空気予熱装置」で予熱された燃焼用空気を混合して粉体バイオマスを燃焼させる。
本発明の駆動装置によれば、燃焼用空気を予め予熱してから粉体バイオマス燃焼装置に導入するので、粉体バイオマスを容易に燃焼させることができるとともに燃焼の際の火炎温度を高めることができる。これにより、スターリングエンジンに十分な熱を供給することができ、発電効率の向上を図ることができる。また、燃焼の際の火炎温度が高くなると粉体バイオマスの燃焼速度が高まることにより粉体バイオマス燃焼装置で発生する火炎の長さを短くすることができ、スターリングエンジンの熱源部をコンパクト化することができる。この結果、熱源部の周壁面積が小さくなるので、周壁による熱損失を低減することができる。また、スターリングエンジンの排気を用いて予熱するので、エネルギーを有効に用いることができコストを低減化することができる。
【００１０】
（請求項５に記載の発明）
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の駆動装置の空気予熱装置は、粉体バイオマス燃焼装置と一体状に構成されている。
ここで、「一体状に構成されている」とは、空気予熱装置が粉体バイオマス燃焼装置と一体に設けられている場合や、空気予熱装置が粉体バイオマス燃焼装置の排気口に取り付けられている場合等を包含する。
本発明の駆動装置によれば、粉体バイオマス燃焼装置の排気を空気予熱器に供給する高温用ダクトが不要となり、駆動装置の設置スペースを削減することができる。また、高温用ダクトによる放散熱がなくなるので熱損失を低減することができる。
【００１１】
（請求項６に記載の発明）
請求項６に記載の発明では、請求項１〜５にいずれかに記載の駆動装置であって、粉体バイオマス燃焼装置は粉体バイオマスを直接燃焼させる。
ここで、「直接燃焼させる」とは、粉体バイオマスに加工等（例えば、ガス化、ペレット化等）を施すことなく、粉体バイオマス燃焼装置に粉体バイオマスを直接供給して燃焼させる態様を広く包含する。
本発明の駆動装置を用いれば、粉体バイオマスを簡単な構成で燃焼させることができる。
【００１２】
（請求項７に記載の発明）
請求項７に記載の発明では、請求項１〜６のいずれかに記載の駆動装置であって、粉体バイオマスとして、９０パーセント以上の粉体が１００μｍ以下である粉体バイオマスを用いる。
本発明の駆動装置では、細かく粉体化したバイオマスを燃焼させるので、バイオマスを容易に燃焼させることができる。
【００１３】
（請求項８に記載の発明）
請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜７のいずれかに記載の駆動装置と、駆動装置により駆動される発電機とを備える発電装置が構成される。
本発明の発電装置によれば、バイオマスを粉体化して燃焼させた熱を熱源としてスターリングエンジンを駆動し、このスターリングエンジンで発電機を駆動することができる。スターリングエンジンを用いて発電機を駆動すれば、例えば、タービンを用いて発電機を駆動する場合と比較して、発電出力が小規模の場合でも発電効率が低下し難い。
したがって、バイオマスを燃焼させるためにガス化炉等の特別の大型燃焼装置が不要であり、発電装置を簡単化することができるとともに、小規模の発電を効率良く行うことができる。
【００１４】
（請求項９に記載の発明）
請求項９に記載の発明によれば、バイオマスを粉砕して粉体バイオマスを生成し、生成した粉体バイオマスを燃焼させることによって発生する熱を、発電機を駆動するスターリングエンジンの熱源として用いる発電方法が構成される。
本発明の発電方法によれば、バイオマスを用いて、簡単な構成で発電を行うことができる。
【００１５】
（請求項１０に記載の発明）
請求項１０に記載の発明によれば、請求項９に記載の発電方法であって、生成した粉体バイオマスを直接燃焼させることによって発生する熱がスターリングエンジンの熱源として用いられる。
本発明の発電方法によれば、粉体バイオマスを簡単な構成で燃焼させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１〜請求項７に記載の駆動装置を用いれば、バイオマスを燃料として用いながら、構成が簡単な駆動装置を得ることができる。
また、請求項８に記載の発電装置及び請求項９，１０に記載の発電方法を用いれば、バイオマスを燃料として用いながら、簡単な構成で、効率よく発電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施するための最良の形態の一例につき、図１を参照して説明する。図１は、発電装置の一実施の形態の概略構成を示している。
本実施の形態の発電装置では、バイオマスとして木材チップを用い、木材チップを粉砕した木粉を燃焼させた熱でスターリングエンジンを駆動し、スターリングエンジンに連結されている発電機を回転させて発電を行う。
本実施の形態の発電装置１は、例えば、木材等の廃材が発生する製材所に設けられる。発電装置１は、木材チップが貯留されるチップサイロ１０と、チップサイロ１０に貯留された木材チップを乾燥させるチップ乾燥機２０と、チップ乾燥機２０で乾燥された乾燥チップが貯留される乾燥チップサイロ３０と、乾燥チップサイロ３０に貯留されている乾燥チップを粉砕する粉砕機４０と、粉砕機４０で粉砕された木粉を粉体ホッパ６０に誘引する通風機５０と、木粉が貯留される粉体ホッパ６０と、粉体ホッパ６０に貯留されている木粉をバーナ８０に送る通風機７０と、木粉を燃焼用空気と混合して燃焼させるバーナ８０と、バーナ８０により発生される熱を熱源とし、冷却装置８１から供給される空気や水等の冷却媒体を冷却源とするスターリングエンジン９０と、スターリングエンジン９０により駆動される発電機１００とを備えている。
また、バーナ８０から排出された高温排気に含まれている塵を収集する集塵機１１０と、通風機７０により供給される予熱用空気をバーナ８０から排出された高温排気の排熱を用いて予熱してバーナ８０に燃焼用空気を供給する空気予熱器１２０と、チップ乾燥機２０から排出された排気に含まれている塵を収集する集塵機１３０と、集塵機１３０からの排気を誘引する通風機１４０と、空気予熱器１２０を通過した高温排気をチップ乾燥機２０に送る通風機１５０と、通風機１４０の吐出側の圧力と通風機１５０の吸引側の圧力の差を調整するダンパ１６０と、排気を排出する煙突１７０とを備えている。
【００１８】
本実施の形態の「廃材」もしくは「木材チップ」が本発明の「バイオマス」に対応し、「木粉」が本発明の「粉体バイオマス」に対応する。
また、「チップ乾燥機２０」が本発明の「バイオマス乾燥装置」に対応し、「空気予熱器１２０」が本発明の「空気予熱装置」に対応する。
また、「粉砕機４０」が本発明の「バイオマス粉砕装置」に対応し、「バーナ８０」が本発明の「粉体バイオマス燃焼装置」に対応し、「通風機７０」が本発明の「粉体バイオマス供給装置」に対応する。
【００１９】
次に、バイオマスを燃焼させた熱を用いて発電を行う発電装置１の動作について説明する。
まず、木材等の廃材を約５ｃｍ角程度にチップ化した木材チップをチップサイロ１０に供給する。チップサイロ１０に貯留された木材チップは、適宜、チップ乾燥機２０に供給される。
チップ乾燥機２０は、通風機１５０により供給される高温排気の熱を用いて木材チップを予備乾燥させる。木材チップを予備乾燥させた排気は、通風機１４０により誘引され、集塵機１３０で塵が収集された後、煙突１７０から排出される。また、予備乾燥された木材チップは、乾燥チップサイロ３０に貯留される。
【００２０】
粉砕機４０は、乾燥チップサイロ３０に貯留されている乾燥チップを適宜粉砕し、木粉を生成する。この粉砕機４０には分級機能が設けられており、所定の大きさ以上の木粉は繰り返し粉砕される。本実施の形態では、粉砕機４０により、９０パーセント以上の木粉が直径１００μｍ以下となるように乾燥チップが粉砕される。粉砕機４０で生成された木粉は、通風機５０により誘引され、パイプを通って微粉ホッパ６０に供給される。
【００２１】
微粉ホッパ６０に貯留された木粉は、通風機７０により適宜バーナ８０に供給される。また、通風機７０により、予熱用空気が空気予熱器１２０に供給される。予熱用空気は、空気予熱器１２０で予熱された後、バーナ８０に燃焼用空気として供給される。
バーナ８０では、微粉ホッパ６０から供給された木粉と、空気予熱器１２０から供給された燃焼用空気とが混合され、木粉が燃焼される。
スターリングエンジン９０は、バーナ８０の熱を熱源とし、冷却装置８１から供給される空気や水等の冷却媒体を冷却源として駆動される。これにより、スターリングエンジン９０に連結されている発電機１００が回転し、発電が行われる。
また、バーナ８０からの高温排気は、集塵機１１０により塵が収集された後、空気予熱器１２０に供給される。空気予熱器１２０は、この高温排気の排気熱を利用して、通風機７０により供給される予熱用空気を予熱し、バーナ８０に燃焼用空気として供給する。
【００２２】
本実施の形態の発電装置１では、発電機１００を駆動する駆動装置としてスターリングエンジン９０を用いているため、蒸気タービンやガスタービン等を用いる場合と比較して、発電出力が比較的小規模の場合の効率低下を低減することができる。
また、バイオマスを粉砕した粉体バイオマス（本実施の形態では、木粉）をバーナ８０で燃焼させた熱をスターリングエンジン９０の熱源として用いているため、燃焼炉又はガス化炉等の特別の大型燃焼設備が不要であり、発電装置１を小型化することができる。これにより、設備コストを低減することができるとともに、発電装置１の設置スペースを低減することができる。
【００２３】
なお、本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されず種々の変更、追加、削除が可能である。
例えば、図２に示す発電装置２のように、空気予熱器１２０の後段に排気熱回収ボイラ２００を設け、回収した熱を発電装置２以外の熱需要設備２１０で用いることもできる。例えば、発電装置２が木材等の廃材が発生する製材所に設けられ、バイオマスとして木材チップが用いられる場合には、材木の乾燥設備等の熱源として用いることができる。また、発電装置２を農業従事者が所持していて、バイオマスとして籾殻が用いられる場合には、藁や籾等の乾燥設備等の熱源として用いることができる。このような熱供給システムを構築すれば、エネルギーの利用効率が上がりコストが削減できるとともに、炭酸ガス（ＣＯ２）の排出削減等の環境問題に貢献することができる。
本実施の形態では、廃材を破砕した木材チップをバイオマスとして用いたが、例えば、籾殻のように既に乾燥しているものを利用する場合には、予備乾燥をする処理は必要ない。
また、発電装置の構成は実施の形態で説明した構成に限定されない。例えば、実施の形態では、チップ乾燥機２０や粉砕機４０を設けたが、他の場所で生成された粉体バイオマスを用いる場合には、チップ乾燥機２０や粉砕機４０を省略することができる。木材チップ等のバイオマスを乾燥させる必要がない場合には、チップ乾燥機２０を省略することができる。
また、図３に示す発電装置３のように、空気予熱器１２０ａとバーナ８０ａは一体状に構成されていてもよい。このような構成は、例えば、本実施の形態のように、粉体バイオマスとして、燃焼性が良い（あまり高い温度の燃焼用空気を必要としない）乾燥している木粉等を用いる場合には、特に好適である。これによれば、図１、図２に示す発電装置１，２のような、バーナ８０ａの高温排気を空気予熱器１２０ａに供給する高温用ダクトが不要となり、バーナ８０ａの高温排気を空気予熱器１２０ａに供給する経路、及び空気予熱器１２０ａから燃焼用空気をバーナ８０ａに供給する経路を短くすることができる。したがって、発電装置３の設置スペースを削減することができるとともに、設備コストを低減することができる。また、高温用ダクトによる放散熱がなくなるので熱損失を低減することができる。
また、スターリングエンジン９０としては、種々の構造のスターリングエンジンを用いることができる。
また、本発明の発電装置は種々の場所に設置することができる。
また、実施の形態では、バイオマスを粉砕した粉体バイオマスを燃焼させた熱を熱源として用いるスターリングエンジン９０により発電機１００を駆動する発電装置１，２，３について説明したが、本発明は、バイオマスを粉砕した粉体バイオマスを燃焼させた熱を熱源として用いるスターリングエンジン９０を発電機１００等の被駆動装置を駆動する駆動装置として構成することもできる。また、発電方法や駆動方法として構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施の形態の発電装置１の概略構成図を示す。
【図２】スターリングエンジン９０の排気熱を熱需要設備２１０に供給可能な発電装置２の概略構成図を示す。
【図３】空気予熱器１２０ａとバーナ８０ａが一体状に構成されている発電装置３の概略構成図を示す。
【図４】ガスタービン４００を用いた従来の発電装置４の概略構成図を示す。
【符号の説明】
【００２５】
１，２，３        発電装置
２０              チップ乾燥機
４０              粉砕機
８０，８０ａ      バーナ
９０              スターリングエンジン
１００            発電機
１２０，１２０ａ  空気予熱器
２００            排気熱回収ボイラ
２１０            熱需要設備
【図１】
2005307860.tif 000003
【図２】
2005307860.tif 000004
【図３】
2005307860.tif 000005
【図４】
2005307860.tif 000006