(57)【要約】【課題】含水率の高い固体燃料も乾燥等の前処理がなくてもほぼ完全にガス化させることができ、また系外への煤塵やダイオキシン等の排出を防止でき環境保全性に優れ、また熱分解反応や水性ガス反応等を利用して燃料ガスを得ることができるとともに、燃料ガス中のタールや煤塵等を焼失させることができタールに伴うトラブルを防止でき、さらに顕熱を利用して可燃ガスの改質等を行うことによりエネルギー利用率の高い小型で安価なガス化燃焼装置を提供することを目的とする。【解決手段】縦型のガス化室２と、ガス化室２の炉床８に敷設された粒子層９と、粒子層９内に埋設された炉床ガス供給部１１と、炉床ガス供給部１１に接続された送風機１３と、ガス化室２の下部側方の可燃ガス流路１４を介して連通した熱分解室１５と、熱分解室１５内に配設されガス化室２で生成した可燃ガスが導入される改質反応管２４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】
縦型のガス化室と、前記ガス化室の炉床に敷設された粒子層と、前記粒子層内に埋設された炉床ガス供給部と、前記炉床ガス供給部に接続された送風機と、前記ガス化室の下部側方の可燃ガス流路を介して連通した燃焼室と、前記燃焼室内に配設された改質反応管と、を備えていることを特徴とするガス化燃焼装置。
【請求項２】
前記粒子層の上方から前記ガス化室の高さ方向に配設されたガス通路形成壁を備えていることを特徴とする請求項１に記載のガス化燃焼装置。
【請求項３】
前記可燃ガス流路の一部若しくは全部に、前記燃焼室に向かう上り勾配を有する傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス化燃焼装置。
【請求項４】
前記可燃ガス流路に配設されたバーナを備えていることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１に記載のガス化燃焼装置。
【請求項５】
噴射口が周壁側に傾斜して前記燃焼室の周壁に配設され旋回流を形成する燃焼室ガス供給部を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１に記載のガス化燃焼装置。
【請求項６】
下部の前記燃焼室内の温度を測定する燃焼室下部温度測定器と、前記燃焼室下部温度測定器の温度に応じて前記送風機の風量調整を行う制御装置と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至５の内いずれか１に記載のガス化燃焼装置。
【請求項７】
前記改質反応管に、触媒，無機粒体，無機多孔質体の内の１種若しくは複数種が収容されていることを特徴とする請求項１乃至６の内いずれか１に記載のガス化燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス燃料や都市ゴミ等の産業廃棄物等の固体燃料の焼却や、固体燃料をガス化して燃料ガスを生成するガス化燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、都市ゴミ等の産業廃棄物やバイオマス燃料等を焼却処理又は熱分解・ガス化し、その廃熱や回収した燃料ガスを利用して発電する廃棄物発電技術の開発が行われている。
従来の技術としては、（特許文献１）に「固体燃料を乾留により炭化させて熱分解による乾留ガスを発生させる乾留ガス発生炉と、前記乾留ガス発生炉に固体燃料を連続的又は間欠的に投入する固体燃料供給手段と、前記乾留ガス発生炉で発生した乾留ガスを改質する改質炉と、前記改質炉に高温空気を吹き込む改質用高温空気生成装置と、を備えた乾留ガス発生システム」が開示されている。
（特許文献２）に「上部から順に燃焼層、還元層が形成された縦型のガス発生炉と、前記燃焼層に加熱空気を供給する空気供給部と、ニクロム線で形成され前記燃焼層内に配設された着火部材と、前記ガス発生炉に接続され前記還元層で発生したガスの除塵を行うサイクロンと、を備えたバイオマスガス製造装置」が開示されている。
（特許文献３）に「上部から順に複数の燃焼層、還元層が形成された縦型のガス発生炉と、複数の前記燃焼層に加熱空気を供給する空気供給部と、ニクロム線で形成され複数の前記燃焼層内に配設された複数の着火部材と、を備えたバイオマスガス製造装置」が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１１５５７６号公報
【特許文献２】特開２００３−２３８９７２号公報
【特許文献３】特開２００５−８９５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）に開示の技術は、改質炉に高温空気を吹き込む改質用高温空気生成装置を有しており、高温空気を本システムによって生成された燃料ガスの一部を燃焼させて空気を加熱して生成しているため、エネルギーや電力が消費され、本システムが系外に供給できるエネルギーが減少しエネルギー利用率が低下してしまうという課題を有していた。
（２）乾留ガス発生炉に固体燃料を連続的又は間欠的に投入する固体燃料供給手段を有しているので、固体燃料が固体燃料供給手段に詰まる等のトラブルが発生し易く、システムの稼働率が低下し易いという課題を有していた。
（３）（特許文献２）に開示の技術は、還元層で発生したガスには多量のタールが含まれているので、サイクロン等でガスが冷却される際にタールの高沸点成分の凝固・液化が生じ、粘性が強いため付着や閉塞によるトラブルが生じ易く、装置の稼働率を低下させたり装置が稼動できなくなったりするという課題を有していた。
（４）（特許文献３）に開示の技術は、複数の燃焼層を備えているので、上層の燃焼層で生成されたガスに含まれるタールを下層の燃焼層で酸化分解させ、タールの含有量の少ないガスを生成することができる。しかし、複数の燃焼層に加熱空気を供給する大型の空気供給部が必要になり装置が大型化するという課題を有していた。
（５）（特許文献１）乃至（特許文献３）に開示の技術は、固体燃料の熱分解によって生成したガスがそのまま装置の下流側に流れていくので、装置を起動させてから安定に稼動するまでの間に生じた低品位のガスが大気中に放出されるのを防止するため、安定稼動するまでに生じた低品位のガスを燃焼処理するフレアースタックと、装置が安定稼動して可燃ガスが得られた後は可燃ガスがフレアースタックに導入されるのを防止する切換弁と、が必要になる。そのため、装置が大型化するとともに、フレアースタックの切換弁にタールが付着して閉塞し易くトラブルが発生し易いという課題を有していた。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、ガス化室に充填されたバイオマス燃料等の固体燃料を燃焼熱によって乾燥させることができるので含水率の高い固体燃料も未燃焼残分をほとんど残さずガス化させることができ、固体燃料を予め乾燥させておく等の前処理に係るエネルギーの損失を減らすことができるとともに自動化・無人化が可能で信頼性が高く、また排ガス中の煤塵等を熱分解して消失させることができ系外への煤塵等の排出を防止でき環境保全性に優れ、また熱分解反応や水性ガス反応等を利用して可燃ガスを一酸化炭素や水素に改質して燃料ガスを得ることができるとともに、燃料ガス中のタールや煤塵等を熱分解して消失させることができタールに伴うトラブルを防止でき、さらに顕熱を利用して可燃ガスの改質等を行うことによりエネルギーや電力の損失を抑制し系外に供給できるエネルギーが減少するのを防止してエネルギー利用率の高い小型で安価なガス化燃焼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】
上記従来の課題を解決するために本発明のガス化燃焼装置は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載のガス化燃焼装置は、縦型のガス化室と、前記ガス化室の炉床に敷設された粒子層と、前記粒子層内に埋設された炉床ガス供給部と、前記炉床ガス供給部に接続された送風機と、前記ガス化室の下部側方の可燃ガス流路を介して連通した燃焼室と、前記燃焼室内に配設された改質反応管と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）縦型のガス化室の炉床に敷設された粒子層に炉床ガス供給部が埋設されており、炉床ガス供給部から燃焼用空気等が供給されるので、バイオマス燃料等の固体燃料をガス化室に充填して粒子層近くの固体燃料に着火するだけで、粒子層側から固体燃料を燃焼させガス化させることができ、稼働中に鎮火してしまうトラブルが生じ難い。
（２）ガス化室の炉床に敷設された粒子層の全面から燃焼用空気等が供給されるので、火格子の欠点である吹き抜け現象もなく均一に燃焼が進むため、未燃焼残分をほとんど残さずガス化燃焼させることができる。
（３）ガス化室に充填された上側の固体燃料を、下側の固体燃料の燃焼熱によって乾燥させることができ、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率（湿潤ベース）が４０％以上の固体燃料もガス化させることができる。
（４）ガス化室の下部側方と連通した燃焼室と、燃焼室に配設されガス化室で生成した可燃ガスが導入される改質反応管と、を備えているので、ガス化室でのガス顕熱を利用して改質反応管と燃焼室を加熱することができ、燃焼室内で排ガス中の煤塵等を熱分解して消失させることができ系外への煤塵等の排出を防止できる。また、ガス化室で生じた炭化水素，一酸化炭素等の可燃ガスや未反応カーボン、水蒸気等を改質反応管内に導入し、水性ガス反応等を利用して一酸化炭素や水素に改質して燃料ガスを得ることができるとともに、燃料ガス中のタールを熱分解させることができ、タールに伴うトラブルを防止できる。
（５）ガス化室でのガス顕熱を利用して改質反応管と燃焼室を加熱することができるので、生成し精製した燃料ガスの一部を燃焼したり電力を用いて加熱したりする必要がなく、エネルギーの損失を抑制し系外に供給できるエネルギーが減少するのを防止できる。
（６）ガス化室内に充填された固体燃料を燃焼ガス化させることによってガス化室内が酸素不足になり容易に還元雰囲気になるため、ダイオキシン類の生成をほぼ完全に防ぐことができる。
【０００６】
ここで、ガス化室としては、水平方向に切断した断面が方形状，矩形状，六角形状，八角形状等の多角形状、円形状，楕円形状等に形成されたものが用いられる。
【０００７】
粒子層を構成する粒子としては、平均粒径が３〜５０ｍｍ好ましくは５〜２０ｍｍに整粒された砂利等の砕石類、軽石等の岩石類、焼却灰等の熔融スラグ，高炉スラグ等のスラグ，耐火煉瓦屑，耐火物粒子，コークス等の無機質粒子の１種若しくは複数種が用いられる。
粒子の平均粒径が５ｍｍより小さくなるにつれ粒子層を通気する際の圧力損失が大きく通気性が低下し、また通気の分散効果が小さく粒子層上での燃焼効率が低下する傾向がみられ、２０ｍｍより大きくなるにつれ断熱性が低下し熱損失が増加するとともに、粒子間の隙間に焼却灰等が入り込み易く通気性が経時的に低下する傾向がみられる。特に、３ｍｍより小さくなるか５０ｍｍより大きくなると、これらの傾向が著しいため好ましくない。
【０００８】
炉床ガス供給部からのガスの平均流速としては、０．０２〜１ｍ／秒好ましくは０．１〜１ｍ／ｓが好適に用いられる。平均流速が０．１ｍ／秒より遅くなるにつれ粒子層の粒子が昇温され熔着され易くなるとともに、粒子層内に焼却灰等が入り込み易く通気性が経時的に低下する傾向がみられ、０．０２ｍ／秒より遅くなると、この傾向が著しくなるため好ましくない。１ｍ／秒より速くなるにつれ、粒子層の粒子の流動や飛散が著しくなるため好ましくない。
なお、炉床ガス供給部は、空気の他、酸素ガスや酸素濃度の高いガスも供給できるようにしておくのが好ましい。粒子層上での燃焼状態を自在に制御するためである。
【０００９】
ガス化室には、木片，木屑，おが屑，ウッドチップ等のバイオマス燃料、生ごみ、紙おむつ、樹木等の剪定ごみ、間伐材、生木、籾殻，麦わら，余剰産物等の農作物の収穫屑、茸菌床、生鶏糞等の家畜糞尿、家畜床、活性汚泥法による余剰汚泥，パルプ廃液汚泥，排水処理汚泥等の含水率が４０〜８０％程度の高含水の固体燃料も投入することができる。また、重油，ピート，亜炭，泥炭，褐炭，タールサンド，天然アスファルト等の低品位の化石燃料、廃プラスチックも固体燃料として用いることができ、これらを混合することによって高熱量を得ることができる。また、廃棄飲料，有機排水等の液状の廃棄物も、固体燃料に滴下することにより、固体燃料とともに燃焼させることができる。
【００１０】
改質反応管としては、耐熱鋼製、耐熱合金製、セラミック製等の耐熱性部材で形成され、燃焼室の底部、又は、可燃ガス流路で一端側が開口し、ガス化室で生成した可燃ガス（乾留ガス）の少なくとも一部が導入されるものが用いられる。
改質反応管は、上端側を燃焼室の上部で支持して、燃焼室内に吊設するのが好ましい。改質反応管の下端側を拘束させずに加熱・冷却の熱膨張によって自由に伸縮できるようにするためである。
改質反応管内では、炭化水素やカーボン等が酸素や水蒸気の存在下、ＣｘＨｙ＋Ｏ２→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２＋Ｈ２＋ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ、Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２（水性ガス反応）等の反応が進行し、可燃ガスを精製し燃料ガスを得ることができる。なお、水蒸気は、バイオマス燃料や都市ゴミ等を固体燃料とする場合には多量に共存するので、系外から供給しなくてもよい。また、可燃ガス中のタールも水蒸気の存在下で、一酸化炭素や水素の燃料ガスに改質される。
得られた燃料ガスは、改質反応管の他端側をブロア等のガス吸引装置に接続することによって、改質反応管の外に取り出すことができる。また、ガス吸引装置を用いなくても、ガス化室や燃焼室の内圧が高まれば自然に取り出すこともできる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載のガス化燃焼装置は、請求項１に記載のガス化燃焼装置であって、前記粒子層の上方から前記ガス化室の高さ方向に配設されたガス通路形成壁を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）粒子層の上方からガス化室の高さ方向に向かって配設されたガス通路形成壁を備えているので、粒子層近くで燃焼する固体燃料の燃焼ガスを、ガス通路を通してガス化室に充填された上側の固体燃料に送って乾燥させることができ、ガス化室に充填された固体燃料の総平均の含水率（湿潤ベース）が７０％近い高含水の場合もガス化燃焼させることができ、適用可能な固体燃料種を増やし汎用性に優れる。
【００１２】
ここで、ガス通路形成壁としては、固体燃料がガス通路形成壁に引っ掛かり難くブリッジ等が形成され難く、また目詰まりを生じ難いものであれば特に制限されず用いることができ、例えば、複数のよろい戸状の小片が高さ方向に適当な間隔をあけて配設された斜め下向きのルーバー状、パンチングメタル等で形成された穴あき板状、金網等が用いられ、仕切板状や円筒状，角柱状等の管状に形成することができる。
ガス化室の周壁と適当な間隔をあけて仕切板状のガス通路形成壁を配設することによって、周壁との間にガス通路を形成することができる。また、管状のガス通路形成壁を配設することによって、ガス通路形成壁内にガス通路を形成することができる。ガス通路形成壁で仕切られて形成されるガス通路は、ガス化室内の１乃至複数個所に形成することができる。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のガス化燃焼装置であって、前記可燃ガス流路の一部若しくは全部に、前記燃焼室に向かう上り勾配を有する傾斜面が形成された構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）可燃ガス流路に上り勾配の傾斜面が形成されているので、ガス化室に生成した固体燃料の焼却灰が燃焼室へ飛散するのを防止できる。
（２）ガス化室に充填された固体燃料が燃焼中に崩れるのを防止できるとともに、ガス化室で発生した可燃ガスを燃焼室に誘導してガス化を促進させて、固体燃料を粒子層側から完全にガス化させることができる。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の内いずれか１に記載のガス化燃焼装置であって、前記可燃ガス流路に配設されたバーナを備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）可燃ガス流路に配設されたバーナを備えているので、ガス化室に投入された着火用の固体燃料に輻射熱等で着火させることができ、ガス化室内の固体燃料を安全に粒子層側からガス化させることができる。
（２）可燃ガス流路に配設されたバーナが起動時の燃焼室を予熱するので、固体燃料に着火すると、その燃焼熱で燃焼室内を迅速に昇温させ、低品位ガスの生成を抑え可燃ガスの精製を行うことができる。
（３）固体燃料のガス化状態が変動すると燃焼室内の温度も変動し可燃ガスの精製状態が不安定になるが、バーナで燃焼室内を加熱できるので燃焼室内の温度を安定化させることができる。
（４）可燃ガス流路と燃焼室内を加熱することができるので、起動直後から煤塵、燃料ガス中のタールや煤塵等を熱分解させることができ、タールに伴うトラブルや系外への煤塵等の排出を防止できる。
【００１５】
ここで、バーナとしては、液体燃料や気体燃料を燃焼させるものが用いられる。
バーナは、可燃ガス流路に形成された傾斜面、可燃ガス流路の周壁等に可燃ガス流路のガス流方向と略直交するように配設することができる。これにより、ガス化室と燃焼室の両方を加熱することができる。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の内いずれか１に記載のガス化燃焼装置であって、噴射口が周壁側に傾斜して前記燃焼室の周壁に配設され旋回流を形成する燃焼室ガス供給部を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至４の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）噴射口が周壁側に傾斜して燃焼室の周壁に配設され旋回流を形成する燃焼室ガス供給部を備えているので、燃焼室内に形成された旋回流に乗って煤塵等の滞留時間が長くなるため煤が完全に燃焼され易く、またサイクロン効果によって粒径の大きな塵を遠心力で燃焼室の周壁側に分離することができ、系外への煤塵と有害排出物（ダイオキシン等）の排出を防止できる。
（２）旋回流によってガス流を撹拌できるので、完全燃焼及びダイオキシン等の有害物の分解を促進できる。
【００１７】
ここで、燃焼室としては、水平方向の断面が円形で、全体として円筒状の縦型に形成されたものが用いられる。燃焼室内に旋回流を形成するためである。また、改質反応管は、燃焼室の高さ方向に沿って燃焼室の略中心部に配置される。旋回流によって分離された粒径の大きな塵が改質反応管内に導入され難くするためである。
燃焼室に占める改質反応管の容積は、ガス化する固体燃料の種類、改質反応管から取り出される燃料ガスの流量等を考慮して適宜設計され、最適値が選択される。
【００１８】
燃焼室でつくられる旋回流の流速としては、１５〜５０ｍ／秒が好適に用いられる。粒径の大きな塵（約１μｍ以上）を分離することができるとともに、煤の滞留時間を長くして燃焼室内で完全に燃焼できるからである。流速が１５ｍ／秒より遅くなるにつれ旋回流に乗って旋回する煤塵等に働く遠心力が小さくサイクロン効果が低下するとともに、燃焼室内での煤塵等の滞留時間が短くなり、燃焼室内での煤の完全燃焼が困難になる傾向がみられる。５０ｍ／秒より速くなるにつれ燃焼室ガス供給部に接続された送風機の動力が大きくなり装置が大型化するとともに、送風量の増加によって燃焼室内の温度が降下し熱エネルギーが損失するため好ましくない。
【００１９】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の内いずれか１に記載のガス化燃焼装置であって、下部の前記燃焼室内の温度を測定する燃焼室下部温度測定器と、前記燃焼室下部温度測定器の温度に応じて前記送風機の風量調整を行う制御装置と、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至５の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）下部の燃焼室内の温度を測定する燃焼室下部温度測定器と、燃焼室下部温度測定器の温度に応じて送風機の風量調整を行う制御装置と、を備えているので、固体燃料の品質や種類（バイオマス燃料，廃プラスチック，化石燃料等の配合量や水分量、発熱量等の変動）、可燃ガスの取り出し量、ガス化室内の灰分量等が変動しても、送風機の風量制御を行うことでガス化室での熱分解・ガス化反応を進行させることができ、下部の燃焼室内の温度を所定の範囲に保つことができる。
（２）また、改質反応管内においては熱分解反応や水性ガス反応（Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２）やタールの熱分解を安定に進行させ、可燃ガスを改質・精製することができる。
（３）装置を起動させた直後のように燃焼室下部の温度が低く固体燃料の燃焼が不十分で低品位のガスが生じているときは、送風機を稼動させずにガス化室内に低品位ガスを生じさせ、温度が所定温度（例えば６００℃）になったら、送風機を稼動させればガス化室内の低品位ガスを燃焼させることができ、ガス化室内の低品位ガスが大気中に放出されるのを防止することができる。このため、安定稼動するまでに生じた低品位ガスを燃焼処理するフレアースタックや切換弁が不要で装置を小型化できるとともに、切換弁がなく部品点数が少ないのでタールの付着等によるトラブルの発生を防止でき信頼性に優れる。
【００２０】
ここで、安定に装置が稼動しているときの燃焼室下部の温度は、６００〜１３００℃好ましくは８００〜１２００℃の範囲に調整される。制御装置は、燃焼室下部の温度がこの範囲内になるように送風機の風量調整を行い、ガス化室内での燃焼状態を調整する。具体的には、燃焼室下部の温度が低いときは送風機の風量を多くして燃焼を促進させ、温度が高いときは送風機の風量を少なくして燃焼を抑える。
燃焼室下部の温度が８００℃より低くなるにつれ可燃ガス中のアンモニア成分やダイオキシン等の塩素有機化合物の分解が不十分になる傾向がみられ、特に６００℃より低くなると、この傾向が著しくなるため好ましくない。燃焼室下部の温度が高くなればなるほど短時間で水性ガス平衡に達し、燃料ガス中のＣＯ及びＨ２の含有量が多くなるため好ましいが、１２００℃より高くなるにつれ燃焼室やガス化室等の損傷が激しくなる傾向がみられ、特に１３００℃より高くなると、この傾向が著しくなるため好ましくない。
なお、制御装置はバーナの燃焼調整も同時に行うことができる。これにより、燃焼室下部温度測定器の温度が低いとき（起動時や可燃ガスの生成量が少ないとき等）にバーナを活発に燃焼させることができ、可燃ガスの生成量の変動に伴って燃焼室の温度が変動するのを防止することができる。
【００２１】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の内いずれか１に記載のガス化燃焼装置であって、前記改質反応管に、触媒，無機粒体，無機多孔質体の内の１種若しくは複数種が収容された構成を有している。
この構成により、請求項１乃至６の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）改質反応管に、触媒，無機粒体，無機多孔質体の内の１種若しくは複数種が収容されているので、改質反応管内の熱容量を高めてガス化室の燃焼状態が変動して燃焼室の温度が変動しても、改質反応管内の温度が低下するのを防止し改質反応やタールの分解を安定化させることができ、また可燃ガスの改質を促進することができる。
（２）タールの熱分解に高い活性を有する触媒を収容することによって、６００℃程度の低温でもタールの熱分解を促進させることができる。
（３）可燃ガス流路等から吸引した可燃ガスをエンジン発電機等の燃料として使用する場合は、改質反応管内にガスを貯留して改質反応管を可燃ガスのバッファータンクとして用いることができる。
【００２２】
ここで、触媒としては、水性反応に高い活性を有する酸化鉄系、酸化鉄−酸化クロム系、酸化亜鉛−酸化クロム系等、タールの熱分解に高い活性を有する酸化鉄系、ロジウム−セリウム系等の通常用いられる触媒を適宜選択して用いることができる。これらを複数種混合して用いることもできる。
無機粒体や無機多孔質体としては、アルミナ，ムライト，ジルコニア製等の粒体やハニカム形状等に形成された多孔質体等が用いられる。触媒を無機粒体や無機多孔質体に担持させることもできる。
触媒や無機粒体、無機多孔質体の改質反応管への収容量は、固体燃料の種類や量、改質反応管から取り出される燃料ガスの流量等を考慮して適宜選択される。また、触媒や無機粒体、無機多孔質体が収容された改質反応管の空隙率は、燃料ガスの流れ易さや精製状態に大きな影響を与えるため、取り出される燃料ガスの流量等を考慮して決められる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明のガス化燃焼装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）バイオマス燃料等の固体燃料をガス化室に充填して粒子層近くの固体燃料に着火するだけで、粒子層側から固体燃料を燃焼させガス化させることができ、稼働中に鎮火してしまうトラブルが生じ難いガス化燃焼装置を提供できる。
（２）ガス化室の炉床に敷設された粒子層の全面から燃焼用空気等が供給されるので、火格子の欠点である吹き抜け現象もなく均一に燃焼が進むため、未燃焼残分をほとんど残さずガス化燃焼させることができ、さらにガス化室に充填された上側の固体燃料を、下側の固体燃料の燃焼熱によって乾燥させることができ、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率（湿潤ベース）が４０％以上の固体燃料もガス化させることができる。このため、固体燃料を予め乾燥させておく等の前処理が不要なため、前処理に係るエネルギーの損失を減らすことができるとともに、燃焼前の固体燃料をガス化室に貯留させておくことができ燃焼前の固体燃料のストックヤード等を減らすことができる。また、ガス化室内の固体燃料に着火した後は、熱分解・ガス化を炉床ガス供給部からのガス量で調整できるので、自動化・無人化が可能な安価で信頼性の高いガス化燃焼装置を提供できる。
（３）ガス化室でのガス顕熱を利用して改質反応管と燃焼室を加熱することができ、燃焼室内で排ガス中の煤塵等を熱分解して消失させることができ系外への煤塵等の排出を防止でき、また、ガス化室で生じた炭化水素，一酸化炭素等の可燃ガスや未反応カーボンを改質反応管内に導入し、水性ガス反応等を利用して一酸化炭素や水素に改質して燃料ガスを得ることができるとともに、燃料ガス中のタール等を熱分解・消失させることができ、燃料ガスを利用する際のタールの冷却による凝固・液化に伴うトラブルを防止できるガス化燃焼装置を提供できる。
（４）ガス化室でのガス顕熱を利用して改質反応管と燃焼室を加熱することができるので、生成し精製した燃料ガスの一部を燃焼したり電力を用いて加熱したりする必要がなく、エネルギーの損失を抑制し系外に供給できるエネルギーが減少するのを防止でき、エネルギー利用率の高いガス化燃焼装置を提供できる。
（５）ガス化室内に充填された固体燃料を燃焼ガス化させることによってガス化室内が酸素不足になり容易に還元雰囲気になるため、ダイオキシン類の生成をほぼ完全に防ぐことができる環境保全性に優れたガス化燃焼装置を提供できる。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）粒子層近くで燃焼する固体燃料の燃焼ガスを、ガス通路を通してガス化室に充填された上側の固体燃料に送って乾燥させることができ、ガス化室に充填された固体燃料の総平均の含水率（湿潤ベース）が７０％近い高含水の場合もガス化燃焼させることができ、適用可能な固体燃料種を増やし汎用性に優れたガス化燃焼装置を提供できる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）ガス化室に生成した固体燃料の焼却灰が燃焼室へ飛散するのを防止して、ほとんどの焼却灰をガス化室の床部に堆積させることができ、焼却灰の回収が容易なガス化燃焼装置を提供できる。
（２）ガス化室に充填された固体燃料が燃焼中に崩れるのを防止できるとともに、ガス化室で発生した可燃ガスを燃焼室に誘導してガス化を促進させて、固体燃料を粒子層側から完全に燃焼させガス化させることができるガス化燃焼装置を提供できる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の内いずれか１の効果に加え、
（１）ガス化室に投入され固体燃料に輻射熱等で着火させることができ、ガス化室内の固体燃料を粒子層側から燃焼させガス化させることができる操作性に優れたガス化燃焼装置を提供できる。
（２）可燃ガス流路に配設されたバーナが起動時の燃焼室を予熱するので、固体燃料に着火すると、その燃焼熱で燃焼室内を迅速に昇温させ、低品位ガスの生成を抑え可燃ガスの精製を行うことができ迅速に燃料ガスを採取できる起動性に優れたガス化燃焼装置を提供できる。
（３）固体燃料のガス化状態が変動すると燃焼室内の温度も変動し可燃ガスの精製状態が不安定になるが、バーナで燃焼室内を加熱できるので燃焼室内の温度の安定性に優れ採取できる燃料ガスの品質の安定性に優れたガス化燃焼装置を提供できる。
（４）可燃ガス流路と燃焼室内を加熱することができるので、起動直後から煤塵、燃料ガス中のタールや煤塵等を燃焼させることができ、タールに伴うトラブルや系外への煤塵等の排出を防止できる環境保全性に優れたガス化燃焼装置を提供できる。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の内いずれか１の効果に加え、
（１）燃焼室内に形成された旋回流に乗って煤塵等の滞留時間が長くなるため煤が完全に燃焼され易く、またサイクロン効果によって粒径の大きな塵を分離することができ、系外への煤塵と有害排出物（ダイオキシン等）の排出を防止できる環境保全性に優れたガス化燃焼装置を提供できる。
（２）旋回流によってガス流を撹拌できるので、完全燃焼及びダイオキシン等の有害物の分解を促進できる環境保全性に優れたガス化燃焼装置を提供できる。
【００２８】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５の内いずれか１の効果に加え、
（１）固体燃料の品質や種類（バイオマス燃料，廃プラスチック，化石燃料等の配合量や水分量、発熱量等の変動）、可燃ガスの取り出し量、ガス化室内の灰分量等が変動しても、送風機の風量制御を行うことでガス化室での熱分解・ガス化反応を進行させることができ、下部の燃焼室内の温度を所定の範囲に保つことができる自在性に優れたガス化燃焼装置を提供できる。
（２）改質反応管内においては熱分解反応や水性ガス反応（Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２）を安定に進行させ、可燃ガスを改質・精製することができるガス化燃焼装置を提供できる。
（３）装置が安定稼動するまでに生じた低品位ガスを燃焼処理するフレアースタックや切換弁が不要で装置を小型化できるとともに、切換弁がなく部品点数が少ないのでタールの付着等によるトラブルの発生を防止でき信頼性に優れたガス化燃焼装置を提供できる。
【００２９】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６の内いずれか１の効果に加え、
（１）改質反応管内の熱容量を高めてガス化室の燃焼状態が変動して燃焼室の温度が変動しても、改質反応管内の温度が低下するのを防止し改質反応やタールの分解を安定化させることができ、また可燃ガスの改質を促進することができる安定性に優れたガス化燃焼装置を提供できる。
（２）タールの熱分解に高い活性を有する触媒を収容することによって、６００℃程度の低温でもタールの熱分解を促進させることができるガス化燃焼装置を提供できる。
（３）改質反応管内にガスを貯留しておくことができるので、可燃ガス流路等から吸引した可燃ガスをエンジン発電機等の燃料として使用する場合は、改質反応管を可燃ガスのバッファータンクとして用いることができる応用性に優れたガス化燃焼装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１におけるガス化燃焼装置を垂直方向に切断した要部断面図であり、図２は図１のガス化燃焼装置のＡ−Ａ線における要部断面図であり、図３（ａ）は図１のガス化燃焼装置のＢ−Ｂ線における要部断面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線における要部断面図である。
図１、図２において、１は実施の形態１におけるガス化燃焼装置、２は縦長の略直方体に形成された縦型のガス化室、３は略鉛直に形成されたガス化室１の周壁、４は空胴状に形成された周壁３の炉壁部、５は水が充填された炉壁部４の空胴部、６はガス化室２の周壁３の上部に形成された固体燃料を投入する投入口、６ａは投入口６に配設され有機排水等の液状物をガス化室２内に注入する注入口、７はガス化室２の周壁３の下部に形成され焼却されて生成された焼却灰や熔融されて生成されたスラグ等を排出する排出口、８はガス化室２の炉床、９はガス化室２の炉床８に敷設された軽石や耐火煉瓦屑，耐火粒子等の無機質粒子からなる粒子層、１０は粒子層９に配設された火格子等の仕切板、１１はガス化室２の炉床８に敷設された粒子層９に配設された仕切板１０の下部に埋設された炉床ガス供給部、１２は炉床ガス供給部１１に多数形成されたガス噴出孔、１３は炉床ガス供給部１１に接続された送風機、１３ａは周壁４と適当な間隔をあけて燃焼室２の高さ方向に配設されたガス通路形成壁である。なお、本実施の形態においてガス通路形成壁１３ａは、図３（ａ）に示すようにガス化室２の四隅に配設されており、図３（ｂ）に示すように、複数のよろい戸状の小片が高さ方向に適当な間隔をあけて配設された斜め下向きのルーバー状に形成されており、ガス通路形成壁１３ａと周壁３との間にガス通路１３ｂが形成されている。
【００３１】
１４は粒子層９より上側のガス化室２の下部側方と連通しガス化室２の下部が下位となる段差状に形成された可燃ガス流路、１４ａは可燃ガス流路１４の全部が燃焼室１５に向かう幅広の上り勾配に形成された傾斜面、１４ｂは先端の炎口が可燃ガス流路１４の内側を向いて可燃ガス流路１４のガス流方向と略直交して配設されたバーナ、１４ｃは可燃ガス流路１４の上方に配設され廃プラスチックの破砕片等が収容されるホッパー、１４ｄはホッパー１４ｃの下部に配設されたロータリーフィーダ等のフィーダー、１４ｅはフィーダー１４ｄの下部と可燃ガス流路１４とに接続された供給管、１５は可燃ガス流路１４と下部が連通した縦長の円筒状に形成された燃焼室、１６は燃焼室１５の周壁、１７は空胴状に形成され周壁１６の周囲に配設された炉壁部、１８は内部に水が充填された炉壁部１７の空胴部、１９は噴射口２０が周壁１６側に傾斜して燃焼室１５の周壁１６に配設され燃焼室１５内に旋回流を形成する燃焼室ガス供給部、２１は燃焼室ガス供給部１９の上流側に接続された送風機、２２は下部の燃焼室１５の周壁１６に配設された排ガス戻しノズル、２３は周壁１６に配設され下部の燃焼室１５内の温度を測定する燃焼室下部温度測定器、２３ａは燃焼室下部温度測定器２３の温度に応じて送風機１３の風量調整を行う制御装置、２４は耐熱鋼や耐熱合金等で形成され下端が燃焼室１５の底部側で上端が燃焼室１５の天井を貫通して燃焼室１５の高さ方向に沿って燃焼室１５の略中心に配設された円筒状の改質反応管、２４ａは改質反応管２４の上端側の外面に固着されたフランジ状の突起部である。改質反応管２４は燃焼室１５の天井部に形成された貫通穴に挿通され突起部２４ａで支持されて燃焼室１５内に吊設されている。
【００３２】
２５は改質反応管２４の下端が可燃ガス流路１４側に開口した可燃ガス導入口である。可燃ガス導入口２５は燃焼ガス供給部１９の噴射口２０より下側の位置で開口している。可燃ガス導入口２５から導入される可燃ガスが噴射口２０から噴射されるガスで希釈されないようにするためである。２６は酸化鉄系，酸化鉄−酸化クロム系，酸化亜鉛−酸化クロム系等の触媒を担持し改質反応管２４内に収容されたアルミナ，ジルコニア製等の無機粒体、２６ａ，２６ｂは耐熱鋼や耐熱合金等で形成され無機粒体２６の粒径よりも小さな孔部が形成された通気性を有する支持板である。支持板２６ａは改質反応管２４の周壁に溶接等で固着された図示しない複数の突起等の上に載置されて改質反応管２４内に配置され、収容された無機粒体２６を改質反応管２４内に保持する。支持体２６ｂは収容された無機粒体２６が飛散するのを防止する。２７は改質反応管２４の上端に形成され改質反応管２４で改質された可燃ガス（燃料ガス）を取り出す燃料ガス取出口、２８は燃焼室１５の上端に形成され排ガスが排出される排気口、２８ａは排気口２８の下部の燃焼室１５の周壁１６の内側に配設された邪魔板、２９は燃料ガス取出口２７に接続され燃料ガスを冷却し塵等を除去する冷却精製装置、３０は冷却精製装置２９に接続され改質反応管２４内の燃料ガスを吸引するブロア等のガス吸引装置、３１はガス吸引装置３０に接続されたマイクロガスタービン発電機，エンジン発電機等の発電機である。本実施の形態においては、発電機３１は排ガス戻しノズル２２に接続されているので、発電に利用された燃料ガスの排ガスは排ガス戻しノズル２２から燃焼室１５内に戻される。３２は排気口２８に接続された温水ボイラ，蒸気ボイラ，温風発生装置，ヒートポンプ等の温水利用機器である。
なお、空胴部５，１８内の水は図示しない通水口から空胴部５，１８内に通水され、ガス化室２，燃焼室１５によって加熱された後、図示しない排水口から排水されて温水として利用することができる。大型の装置の場合は、壁の機械的強度を高めるため、空洞部５，１８を設けなくてもよい。
【００３３】
以上のように構成された本発明の実施の形態１におけるガス化燃焼装置１において、以下固体燃料のガス化燃焼方法について説明する。
初めに、乾燥させた木片，木屑，おが屑，ウッドチップ等の着火用のバイオマス燃料からなる固体燃料を、投入口６からガス化室２内に投入する。ガス化室２は可燃ガス流路１４と連通しているので、投入された固体燃料の一部は可燃ガス流路１４にも入れられることになる。次に、含水率が４０〜８０％の木片，木屑，おが屑，ウッドチップ等のバイオマス燃料、生ごみ、紙おむつ、樹木等の剪定ごみ、間伐材、生木、籾殻，麦わら，余剰産物等の農作物の収穫屑、茸菌床、生鶏糞等の家畜糞尿、家畜床、活性汚泥法による余剰汚泥，パルプ廃液汚泥，排水処理汚泥等の固体燃料を、ガス化室２内がほぼ満杯になるまで投入口６からガス化室２内に投入する。このときの固体燃料の加重平均含水率は約７０％以下にしておく。なお、固体燃料は、ポリエチレン製等の袋に入れたものをガス化室２内に投入することができる。投入作業性がよいからである。また、固体燃料の発熱量が小さい場合は、廃プラスチックや亜炭，泥炭等の低品位の化石燃料を混ぜておくことができる。また、ホッパー１４ｃには廃プラスチックの破砕片等を入れておく。
投入口６を閉鎖した後バーナ１４ｂに点火し、可燃ガス流路１４，燃焼室１５を昇温する。この間、バーナ１４ｂの火炎で可燃ガス流路１４やガス化室２に入れられた固体燃料の一部が着火され、着火された固体燃料の熱分解によってガス化室２内に低品位のガスが発生する。また、燃焼室１５内には、バーナ１４ｂの火炎による弱い旋回流が形成される。
制御装置２３ａは、燃焼室下部温度検知器２３で検知される燃焼室１５の下部の温度が６００℃以上に達したら、送風機１３を稼動させ炉床ガス供給部１１から粒子層９に通気し、ガス化室２内に充填された固体燃料のガス化燃焼を開始するとともに、固体燃料の初期の熱分解で生じた低品位のガスをガス化室２内で燃焼させる。次いで、燃焼室ガス供給部１９から空気を燃焼室１５内に供給し、燃焼室１５内に強い旋回流を形成する。これにより、燃焼室１５内に旋回流によるサイクロン効果を得ることができ、ガス化室２内の固体燃料の熱分解によって生じた可燃ガスが可燃ガス流路１４を通って燃焼室１５内に積極的に導入され、可燃ガス中の煤塵やタール等が燃焼室１５内で燃焼される。
また、フィーダー１４ｄによってホッパー１４ｃ内の廃プラスチックを供給管１４ｅから可燃ガス流路１４に所定量ずつ供給することによって、廃プラスチックをガス化させ、廃ブラスチックから発熱量の大きな可燃ガスを生成させることができる。廃プラスチックが溶融した場合は、溶融物が傾斜面１４ａを下降してガス化室２内でガス化される。
【００３４】
燃焼室下部温度検知器２３で検知される燃焼室１５の下部の温度が８００℃以上に達したら、ガス吸引装置３０を稼動させて、可燃ガス流路１４を通って燃焼室１５内に導入された可燃ガスの一部を酸素分圧の低い状態で可燃ガス導入口２５から改質反応管２４内に吸引し、水蒸気が共存した可燃ガスを無機粒体２６の間隙を通過させて、ＣｘＨｙ＋Ｏ２→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２＋Ｈ２＋ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ、Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２（水性ガス反応）等の反応やタールの熱分解を進行させ改質・精製し、燃料ガス取出口２７から燃料ガスを取り出す。
一方、ガス化室２内の固体燃料は粒子層９側から上部に向かってガス化燃焼し続け、生じた可燃ガスは可燃ガス流路１４から燃焼室１５内に流入され、高温の燃焼室１５内で可燃ガスに含まれる煤塵等が旋回流に乗って上昇しながら燃焼される。可燃ガス中のタールも８００℃以上での滞留時間が長くなるので熱分解させることができる。大きな煤塵は遠心力で周壁１６側に分離され、上昇しても邪魔板２８ａで遮られるため、燃焼室１５内での滞留時間が長くなり完全に燃焼され易く、排出部２８からは煤塵やタールの少ない排ガスが排出される。
ガス化室２内でガス化燃焼が行われている間、制御装置２３ａは、燃焼室下部温度検知器２３が検知する燃焼室１５の下部の温度が６００〜１３００℃好ましくは８００〜１２００℃を維持するように、送風機１３の風量調整を行いガス化室２内での燃焼状態を調整する。具体的には、燃焼室下部温度検知器２３で検出される温度が低下する傾向にある場合には送風機１３の風量を多くし固体燃料の燃焼を促し、燃焼室下部温度検知器２３で検出される温度が高くなる傾向にある場合には送風機１３の風量を少なくして固体燃料の燃焼を抑制する。
【００３５】
燃料ガス取出口２７からガス吸引装置３０によって吸引され冷却精製装置２９で冷却された燃料ガスは、発電機３１に供給され電力に変換される。なお、吸引された燃料ガスを圧縮し冷却した後に発電機３１に供給することで出力を高めることができる。発電機３１で利用された燃料ガスの排ガスは、排ガス戻しノズル２２から燃焼室１５内に戻され熱分解される。
また、排気口２８から排気された高温の排ガスは、温水ボイラ，蒸気ボイラ，温風発生装置，ヒートポンプ等の温水利用機器３２に導入され廃熱利用される。
【００３６】
ガス化燃焼装置１において、一定時間後、燃焼室下部温度検知器２３の温度が６００℃に昇温しないときは、ガス化室２内の固体燃料が燃焼し尽くされたことを示しているため、バーナ１４ｂを消火し、次いで送風機２１を停止する。なお、送風機１３は粒子層９の冷却のため、粒子層９が室温近くに冷却されるまで運転する。
粒子層９に堆積した焼却灰等の焼却残渣は、排出口７からガス化室２の外に取り出して、ガス化室２内を空の状態にした後、同様に固体燃料を燃焼させることができる。
【００３７】
以上のように、本発明の実施の形態１におけるガス化燃焼装置は構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）ガス化室２の周壁３が略鉛直に形成されているので、ガス化室２内で固体燃料が乾燥や燃焼される際、未燃焼物が周壁３に付着し難くブリッジ状になり難いため、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率が４０％以上の固体燃料でも、ガス化室２に直接投入して完全にガス化燃焼させることができる。
（２）ガス化室２の炉床８に粒子層９が敷設されているとともに、粒子層９に炉床ガス供給部１１が埋設されているので、都市ゴミや産業廃棄物，バイオマス燃料等の固体燃料を投入して着火するだけで、炉床ガス供給部１１から燃焼用空気等の燃焼用ガスが供給されて粒子層９側から酸化雰囲気で焼却することができ固体燃料の燃焼処理性能に優れる。
（３）炉床ガス供給部１１からの空気量や酸素量で固体燃料の熱分解・ガス化速度を自在に調節することができ、自在性に優れる。
（４）可燃ガス流路１４に配設されたバーナ１４ｂを備えているので、ガス化室２に投入されて可燃ガス流路１４に溢れた固体燃料に着火させることができ、ガス化室２内の固体燃料を粒子層９側から燃焼させガス化させることができる。なお、可燃ガス流路１４内の固体燃料に火炎が直接あたらなくても、輻射熱でも着火させることができる。
（５）バーナ１４ｂによる火炎で可燃ガス流路１４と燃焼室１５内を加熱することができ、排ガス中の煤塵、燃料ガス中のタールや煤塵等を燃焼させることができ、タールの冷却による凝固・液化に伴うトラブルや系外への煤塵等の排出を防止できる。
（６）可燃ガス流路１４に配設されたバーナ１４ｂを備えているので、ガス化室２に投入された固体燃料を粒子層９側から着火し焼却することができる。
（７）噴射口２０が周壁１６側に傾斜して燃焼室１５の周壁１６に配設され旋回流を形成する燃焼室ガス供給部１９を備えており、また排気口２８の上流側に邪魔板２８ａが配設されているので、燃焼室１５内に形成された旋回流の遠心力で周壁１６側に分離された煤塵等の滞留時間が長くなるので、煤を燃焼室１５内で完全燃焼することができるとともに有害排出物（ダイオキシン等）の排出を防止できる。
（８）排気口２８の下部の周壁１６の内側に邪魔板２８ａが配設されているので、塵等のうち粒径の大きなもの（約１μｍ以上）は遠心力が大きく、サイクロン効果によって旋回流の外側を周回し邪魔板２８ａに遮られ排気口２８からは排出されずに燃焼室１５内に長時間滞留し燃焼され、排気口２８からは塵をほとんど含まない排ガスだけを排出することができる。
（９）ガス通路形成壁１３ａが配設されているので、燃焼室１５内の燃焼熱（燃焼ガス）をガス化室２に充填された固体燃料に供給して乾燥させることができ、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率が４０％以上の固体燃料でも、ガス化室２にそのまま投入するだけで容易に完全に燃焼させることができる。
（１０）ガス化室２や燃焼室１５の周壁３，１６の空胴部５，１８に水が充填されているので、ガス化室２に投入される都市ゴミや産業廃棄物等の固体燃料中に廃プラスチック等を含んでいる場合にも、廃プラスチック等の熔融液化・ガス発生の暴走を防ぎ、ガス化室２内のガスの発生を均一化することができるとともに、周壁３，１６に耐火物や断熱材の内張りを最小限にすることができ施工性に優れる。また、空胴部５，１８内の加熱された水を空胴部５，１８から排出することにより、温水として有効に利用できる。
（１１）粒子層９に仕切板１０が配設されているので、ガス化室２から焼却残渣を排出するときやメンテナンス時等に、粒子層９の粒子が外部に掻き出されるのを防止できる。
（１２）ガス化室２の下部側方と連通しガス化室２の下部が下位となる段差状に形成された可燃ガス流路１４を備えているので、ガス化室２に生成された焼却灰の燃焼室１５への飛散を防止でき、焼却灰を容易に回収できる。
（１３）また、ガス化室２に投入された固体燃料（燃料）が燃焼中に崩れるのを防止できるので、固体燃料を粒子層９側から完全に燃焼させることができる。
（１４）ガス化室２でのガス顕熱を利用して改質反応管２４と燃焼室１５を加熱することができ、燃焼室１５内で排ガス中の煤塵等を燃焼させることができ系外への煤塵等の排出を防止でき、また、生成した燃料ガスの一部を燃焼したり電力を用いたりして燃焼室１５を加熱する必要がなく、エネルギーや電力の損失を抑制し系外に供給できるエネルギーが減少するのを防止できる。
（１５）ガス化室で生じた炭化水素，一酸化炭素等の可燃ガスや未反応カーボンを酸素分圧の低い状態で改質反応管２４内に導入させることができ、水性ガス反応等を利用して一酸化炭素や水素に改質して燃料ガスを得ることができるとともに、燃料ガス中のタールを熱分解させることができ、タールの冷却による凝固・液化に伴うトラブルを防止できる。
（１６）改質反応管２４が燃焼室１５の高さ方向に沿って燃焼室１５の略中心に配設されており、燃焼室１５には改質反応管２４を中心にして旋回流が形成されるので、可燃ガス中の煤塵を旋回流の遠心力で分離して改質反応管２４内には導入され難くすることができる。
（１７）燃焼室下部温度測定器２３の温度に応じて送風機１３の風量調整を行う制御装置２３ａを備えているので、固体燃料の品質や種類（バイオマス燃料，廃プラスチック，化石燃料等の配合量や水分量、発熱量等の変動）、可燃ガスの取り出し量、ガス化室内の灰分量等が変動しても、送風機１３の風量制御を行うことで下部の燃焼室１５内の温度を所定の範囲に保つことができるので、ガス化室２での熱分解・ガス化反応と、改質反応管２４内においては水性ガス反応（Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２）やタールの熱分解を安定に進行させ、可燃ガスを改質・精製することができる。
（１８）燃焼室下部温度測定器２３の温度に応じて送風機１３の風量調整を行う制御装置２３ａを備えているので、起動直後に生じた低品位ガスが大気中に放出されるのを防止することができ、フレアースタックや切換弁が不要で装置を小型化できるとともに、切換弁がなく部品点数が少ないのでタールの付着等によるトラブルの発生を防止でき信頼性に優れる。
（１９）改質反応管２４に触媒を担持した無機粒体２６が収容されているので、改質反応管２４内の熱容量を高めてガス化室２の燃焼状態が変動して燃焼室１５の温度が変動しても、改質反応管２４内の温度が低下するのを防止し改質反応やタールの分解を安定化させることができ、また可燃ガスの改質を促進することができる。
（２０）発電機３１で利用された燃料ガスの排ガスを燃焼室１５内に戻す排ガス戻しノズル２２を備えているので、燃焼ガスに有害成分等が含まれている場合でも熱分解させることができ環境保全性に優れる。
（２１）廃プラスチックの破砕片等を供給する供給管１４ｅが可燃ガス流路１４の傾斜面１４ａの上方に接続されているので、破砕片等が傾斜面１４ｅをガス化室２方向へ移動しながら可燃ガス顕熱によりガス化する。廃プラスチックの分解ガスは高カロリーであり、燃焼によるガス化とは異なり燃焼空気に伴う窒素ガス希釈もないので高カロリーの可燃ガスを得ることができる。これにより可燃ガスの発熱量を向上させることができ、発電機３１として市販のガソリンエンジン発電機を利用する場合でも出力が低下するのを防止できる。また、燃焼室１５内を高温にできるのでダイオキシン類の発生も防止できる。
【００３８】
ここで、本実施の形態においては、ガス化室２の周壁３が略鉛直に形成されガス化室２が高さ方向に略一様な太さで形成された場合について説明したが、ガス化室２の上部を下部より幅狭に形成することもできる。この場合は、ガス化室の内容積がやや小さくなるが、同様の作用が得られる。
また、水平方向に切断した断面が方形状のガス化室２の場合を説明したが、円形状等、適宜選択することができる。
改質反応管２４の可燃ガス導入口２５が可燃ガス流路１４側に開口した場合について説明したが、煤塵の可燃ガス導入口２５への侵入を抑制するため、可燃ガス流路１４とは反対側に開口させる場合もある。また、改質反応管２４の下端部を全て開口して可燃ガス導入口２５にする場合もある。
改質反応管２４に触媒が担持された無機粒体２６を収容した場合について説明したが、触媒を担持していない無機粒体だけを収容させる場合もある。触媒の効果は得られないが、熱容量が大きくなるため温度安定性を高める効果は得られる。同様に、無機多孔質体を収容させることもできる。無機粒体の充填密度や無機多孔質体の空隙率は、改質反応管２４を通過する可燃ガスの損失が大きくならないような範囲で適宜選択することができる。
また、廃プラスチックの破砕片等を可燃ガス流路１４に供給する供給管１４ｅが配設された場合について説明したが、設けなくてもよい。固体燃料に廃プラスチック等を混合してガス化室２で熱分解・ガス化させることで、発熱量の大きな可燃ガスを得ることができる。
また、制御装置２３ａはバーナ１４ｂの燃焼調整も同時に行うことができる。これにより、燃焼室下部温度測定器２３の温度が低いとき（起動時や可燃ガスの生成量が少ないとき等）にバーナ１４ｂを活発に燃焼させることができ、可燃ガスの生成量の変動に伴って燃焼室１５の温度が変動するのを防止することができる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
実施の形態１で説明したガス化燃焼装置を用い、木屑の熱分解・ガス化による発電効率及び温水利用のエネルギー効率を調べた。
実験に用いたガス化燃焼装置１の外寸法は、幅１ｍ、横１．５ｍ、高さ２ｍであり、重量は２００ｋｇであり、小型・軽量で容易に搬送可能な大きさであった。また、木屑（含水率（湿潤ベース）：約２０％、低位発熱量２７４０ｋｃａｌ／ｋｇ、電気エネルギー換算３．１９ｋＷ／ｋｇ、灯油換算量０．３４３Ｌ／ｋｇ）の燃焼能力は約４ｋｇ／ｈ（１２．８ｋＷｈ／ｈ）なので、３０時間燃焼させ続けられるだけの木屑の嵩体積（１．２ｍ３）を求め、この木屑が全てガス化室２に充填できるようにするため、ガス化室２の内容積を１．２ｍ３とした。また、発電機３１としてはガスエンジン発電機（シリンダ容積５６０ｃｃ、定格発電能力６ｋＷ）を用い、温水利用機器３２としては温水ボイラを用いた。
木屑を４０Ｌのポリエチレン製の袋に充填しガス化室２内に積み上げた後、バーナ１４ｂに点火した。燃焼室下部温度検知器２３の温度が６００℃を超えてから、ガス化室２の炉床ガス供給部１１の送風機１３を稼動させた。次に、燃焼室下部温度検知器２３の温度が８００℃を超えてから、燃焼室ガス供給部１９の送風機２１を稼動させるとともに、ガス吸引装置３０を稼動させ、燃料ガスを発電機３１に導入した。
この結果、ガス化燃焼装置１及び発電機３１を安定して２６時間以上運転させることができた。ガス化燃焼装置１及び発電機３１の消費電力は０．３ｋＷであり、外部出力は、発電機３１の１．７ｋＷの電力（需要により自動調節）、温水利用機器３２で得られた温水（８０℃）は１００Ｌ／ｈであった。
発電効率は総電力で１５．６％（消費電力を考慮すると１３．３％）であり、廃熱利用（温水）のエネルギー効率は約５５％と算出された。これらの効率は、バイオマス・ニッポン総合戦略（平成１８年１２月２７日閣議決定）のバイオマスの利用目標値（発電効率１０％以上、廃熱利用のエネルギー効率４０％以上）を十分満足するものであり、エネルギー利用率が高いことが確認された。
なお、排気口２８からの排ガスを分析したところ、煤塵５０ｍｇ／ｍ３Ｎ未満であり排出量が少ないことが確認された。
【００４０】
（実施例２）
発電機３１に代えて、貯留タンク（２ｍ３）を接続し、その下流に家庭用ガス器具（発熱量１０００ｋｃａｌ／ｍ３Ｎ（４．２ｋＪ／ｍ３Ｎ））を接続した以外は実施例１と同様にして、木屑の熱分解・ガス化によって得られた燃焼ガスを用いて、ガス器具が使えるかどうかを調べたところ、問題なく使用できることがわかった。
以上の結果、本発明のガス化燃焼装置は、森林資源のある場所で家庭生活も含め有用に活用できる装置であることが明らかである。特に近年、里山バイオマスの利用が進められているが、これにも適した装置であるといえる。
【００４１】
（実施例３）
燃料ガスを１／３の容積に圧縮できる圧縮機の機能を付加したガス吸引装置３０を用いるとともに、ガス化室２の内容積を２．５ｍ３にして、木屑の投入量も増やしてガス化室２のほぼ全体に充填した以外は、実施例１と同様にして、木屑の熱分解・ガス化による発電効率及び温水利用のエネルギー効率を調べた。
この結果、ガス化燃焼装置１及び発電機３１を安定して２４時間以上運転させることができた。ガス化燃焼装置１及び発電機３１の消費電力は１ｋＷであり、外部出力は、発電機３１の５ｋＷの電力（需要により自動調節）、温水利用機器３２で得られた温水（８０℃）は３００Ｌ／ｈであった。
発電効率は総電力で１５．０％（消費電力を考慮すると１３．０％）であり、廃熱利用（温水）のエネルギー効率は約５５％と算出された。これらの効率は、バイオマス・ニッポン総合戦略（平成１８年１２月２７日閣議決定）のバイオマスの利用目標値（発電効率１０％以上、廃熱利用のエネルギー効率４０％以上）を十分満足するものであった。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、バイオマス燃料や都市ゴミ等の産業廃棄物等の固体燃料の焼却や、固体燃料をガス化して燃料ガスを生成するガス化燃焼装置に関し、ガス化室に充填されたバイオマス燃料等の固体燃料を燃焼熱によって乾燥させることができるので含水率の高い固体燃料も未燃焼残分をほとんど残さずガス化させることができ、固体燃料を予め乾燥させておく等の前処理に係るエネルギーの損失を減らすことができるとともに自動化・無人化が可能で信頼性が高く、また排ガス中の煤塵等を燃焼させることができ系外への煤塵等の排出を防止でき環境保全性に優れ、また熱分解反応や水性ガス反応等を利用して可燃ガスを一酸化炭素や水素に改質して燃料ガスを得ることができるとともに、燃料ガス中のタールや煤塵等を熱分解して消失させることができタールに伴うトラブルを防止でき、さらに顕熱を利用して可燃ガスの改質等を行うことによりエネルギーや電力の損失を抑制し系外に供給できるエネルギーが減少するのを防止してエネルギー利用率の高い小型で安価なガス化燃焼装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施の形態１におけるガス化燃焼装置を垂直方向に切断した要部断面図
【図２】図１のガス化燃焼装置のＡ−Ａ線における要部断面図
【図３】（ａ）図１のガス化燃焼装置のＢ−Ｂ線における要部断面図  （ｂ）ガス化燃焼装置のＣ−Ｃ線における要部断面図
【符号の説明】
【００４４】
１  ガス化燃焼装置
２  ガス化室
３，１６  周壁
４，１７  炉壁部
５，１８  空胴部
６  投入口
６ａ  注入口
７  排出口
８  炉床
９  粒子層
１０  仕切板
１１  炉床ガス供給部
１２  ガス噴出孔
１３  送風機
１３ａ  ガス通路形成壁
１３ｂ  ガス通路
１４  可燃ガス流路
１４ａ  傾斜面
１４ｂ  バーナ
１４ｃ  ホッパー
１４ｄ  フィーダー
１４ｅ  供給管
１５  燃焼室
１６  周壁
１９  燃焼室ガス供給部
２０  噴射口
２１  送風機
２２  排ガス戻しノズル
２３  燃焼室下部温度測定器
２３ａ  制御装置
２４  改質反応管
２４ａ  突起部
２５  可燃ガス導入口
２６  無機粒体
２６ａ，２６ｂ  支持板
２７  燃料ガス取出口
２８  排気口
２８ａ  邪魔板
２９  冷却精製装置
３０  ガス吸引装置
３１  発電機
３２  温水利用機器
【図１】
2007298225.tif 000003
【図２】
2007298225.tif 000004
【図３】
2007298225.tif 000005