(57)【要約】      （修正有）【課題】バイオマスを燃焼しその熱をボイラで回収して蒸気タービンで発電する小規模システムを提供する。【解決手段】バイオマス燃料用植物を保管する容器又は倉庫、そこで保管された燃料資源を投入し熱分解により他の燃料補給を必要とする事なくこの燃料資源を乾燥させるのに必要な熱を発生する装置、燃料資源を乾燥させて熱分解により燃焼ガスを発生する装置、このガスを燃焼させ高温の水を作り水蒸気を発生させる装置、この水蒸気を発電機に直結した蒸気タービンに蒸気を供給する装置、この蒸気により駆動されるタービン、それに直結された発電機、タービン駆動に使用された蒸気を復水する復水器、これ等の機器を総合的に管理する制御装置から構成され、廃棄物投入貯留処理槽の形状を熱分解及びそれに続いて起こるガス化が容易に行われる様に上部が広く下部が狭い形状とした事を特徴とした小型発電システム。【選択図】図１
2016223759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス燃料用植物を現場で伐採して燃料資源として保管する容器又は倉庫、そこで保管された燃料資源を投入し熱分解により他の燃料補給を必要とする事なくこの燃料資源を乾燥させるのに必要な熱を発生する装置、この発生した熱により燃料資源を乾燥させて熱分解により燃焼ガスを発生する装置、このガスを燃焼させ高温の水を作り水蒸気を発生させる装置、この水蒸気を発電機に直結した蒸気タービンに蒸気を供給する装置、この蒸気により駆動されるタービン、それに直結された発電機、タービン駆動に使用された蒸気を復水する復水器、これ等の機器を総合的に管理する制御装置から構成され、現場に大量にある植物の燃料資源を他のエネルギーを利用する事なく、現場で直接伐採される燃料資源を燃料資源の形状にマッチして、廃棄物投入貯留処理槽の形状を熱分解及びそれに続いて起こるガス化が容易に行われる様に上部が広く下部が狭い形状として、現場での加工を最小にして廃棄物の投入出来る様にした事を特徴とし、制御はビッグデータの活用によって全ての関連する機器を効率的に運転し、現場にある燃料資源である植物を電気エネルギーに変換する事を特徴とした小型発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は電力を供給する資源として、熱帯地方の数多くあるパームトリーなどの植物栽培現場で、大量に発生する植物の幹など、伐採した後輸送が困難な植物資源を、それ自身を燃料資源として現場で熱分解を利用してガスを発生させ、そのガスを燃焼させて発生する水蒸気で蒸気タービンを駆動して発電機を回し電気を発生するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  バイオマスや廃棄物を熱分解してガスを発生して燃焼させる技術は広く利用されている。又、産業界の機械の制御に制御技術としては、センサとコンピュータ技術の進化により、各種機械の制御にセンサとコンピュータを利用したえるビッグデータの活用が盛んに行われている。【０００３】  熱帯地方では、パームツリーに代表される植物が食用、薬用などに膨大な量が定期的に植林されており、その実を取った後の廃材であるＰＫＳ（パームカーネルシェル）と呼ばれる材料が、電力産出のボイラの燃料資源として多く利用されている。又、幹も小さいチップにされてボイラの燃料資源となっている。これ等は、大型のボイラで使用されバイオマスを利用した電力発生に多く利用されその技術は確立している。【０００４】  木造の家の解体で出る柱などの角材、古い板などの処理は、特殊な燃焼炉を使用して処理されている。これは熱帯地方で自然にある、又は広く植林されている植物の大きな幹の処理と相通じる所があり、検討が進められている。又、廃棄物を利用する廃棄物発電は廃棄物を熱分解して可燃性ガスを発生させ、そのガスを利用して発電する乾留ガス化発電などが実用化している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとしている課題】
【０００５】バイオマスを燃焼しその熱をボイラで回収して蒸気タービンで発電するシステム（ＢＴＧ）は、発電規模が大きい程蒸気タービンの発電効率が向上するため、その処理量が大きい程、採算が上がると云われている。一方、バイオマス資源の多くは石炭やガスに比べ、薄く広く分布しており、その存在が集荷・運搬コストが高い山の中など僻地にあるので、大規模のＢＴＧを設置する事は難しく限定され、そこで、僻地でも簡単に設置できる小規模のＢＴＧが求められている。小規模ＢＴＧでは、如何に発電効率を上げるかという課題と、もう一つは如何に建設コストと運営コストを低減するかという課題がある。
今回の技術は、これ等の課題を解決するもので、東南アジアに油や薬品を取る莫大な量の植物が植林されていて、その植物の本来目的であるその実を取った後、どちらかと言えばその植物の廃棄物に相当する資源を有効に利用できる様にするものである。これ等廃棄物に相当する資源は、例えばパームの場合、ＥＭＰＴＹ  ＦＲＵＩＴ  ＢＵＮＣＨ（ＥＦＢ）という油を搾り取った後の廃棄物であり、それは高い流通コストをかけて現場から運び出し、機械で加工してパームカーネルシェル（ＰＫＳ）というボイラの燃料材料に変換して市場に流通している。しかし、ＥＦＢとは別にパームにはＦＲＵＩＴ（実）を育てたパームの木の幹がある。この幹は相当な量がありパーム植林の現場は広大で僻地にあるのが殆どであり、その重量・嵩も大きく外部に運び出して処理を行うには相当の費用がかかるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  パームの植林現場は僻地にあるのが多く、油や石炭など燃焼に必要な燃料を持ち込むのが困難であり、そこでその現場にあるパームの幹をコストをかけて外部に運び出すのではなく、現場で他の燃料を利用する事なく、現場で伐採された幹を効率的にガス化して蒸気を作り、この蒸気でタービンを駆動して電気エネルギーを発生して利用しょうとするものである。
【０００７】廃棄物系バイオマスを効率良く安全にガス化する炉としてはアップドラフト型のガス化炉があるが、この発明は、炉の投入口（上部）が広く、熱分解してガス化する下部に行くほど狭くなる構造となっている。これは使用されるバイオマス資源が、現場で長さが数十センチ、太さが１０センチ程度に切断分割された状態で炉の投入口に入れられる様にしている。投入されたバイオマス資源が炉内でその処理を乾燥・熱分解・ガス化帯（燃焼帯）と順次進み、その体積が減少する為、炉内で重力によって効率的に下部へ下がってくる構造となっている。即ち、このシステムは、まだ殆ど発電用燃料として使用されていない、パーム植林現場で伐採された後の丸太状の幹（ＴＲＵＮＫ）が使用される。ＴＲＵＮＫはその現場で簡単に分割され炉に投入出来る。通常この分野では、ＴＲＵＮＫは０．５−１センチサイズのペレットにしてバイオマスボイラの燃料として提供されているが、このシステムでは、ペレットにする必要なく、大きなブロックのままで使用出来る。そして、その炉（装置）が４トン車で運べる小型であり、僻地の現場に簡単に設置出来る。即ち現場でそのまま幹を電気に変換出来、電力というエネルギー形態で供給できるので、物流面で革新的なシステムを提供できる。
【０００８】  この処理過程で出るガスは、炉の底部から出てガス燃焼炉部で燃焼されガス滞留室に送られる。この滞留室の温度は８００度程度になる様に、別途投入される空気の量によって制御される。ガス燃焼炉は高温になる為、冷却用の水タンクが燃焼壁に隣接して設置されている。ここで冷却用に利用された高温の水はパイプを通り別のタンクに蓄積され、ここで蒸気に変換される。この蒸気は別途設置されている蒸気タービン発電機のタービンに送られる。タービンで使用された水蒸気は復水器内で水に復水され、ガス燃焼炉に設置された冷却用水タンクに戻される。この様に、水は循環して使用される。
ガス滞留室では、ガスの温度が生成ガス内に含まれる有機物がダイオキシンの様な汚染物質を出さない高温、約８００度になる様に炉に酸素を入れる誘引送風機の空気の量が制御される。熱分解ガスの生成速度は炉に投入される酸素の量で制御される。この制御は別途数多くの燃焼蒸気を発生する試験を行って得られたビッグデータをベースとして得られた関数によるプログラムにより行われる。
【発明の効果】
【０００９】  この発明は、廃棄物と云える植物の幹などを熱分解し、ガス化して燃焼させ蒸気エネルギーに変換し、それで電力を発生する。植物の幹はその生成過程から地球温暖化対策の炭酸ガス削減にカウントされ、地球温暖化対策の炭酸ガス削減に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  以下、本発明の実施の形態を図１−２に基づいて説明する。【００１１】  図１は本発明に関するシステム全体の構成を示す。本発明の対象の一つであるパームトリーの幹を入力材料とした場合を例にして以下説明する。１は１メートル弱に切断、太さ１０−１５センチ程度の状態で熱分解炉２に投入される。投入された材料はその下部から来る熱によって先ず１５０度近くの温度で乾燥される。乾燥され比重が増してくると自重で下部に移動、この部分では温度が３００度前後に制御され、投入された材料は熱分解を始める。熱分解が進めば更に炭化の密度が上がり、最終的には投入された廃棄物１はガス化室４でガスと灰になる。このガスは誘引送風機により隣のガス燃焼室５に送られ、ここでガスが燃焼して高い温度のガスを熱回収室６に送る。熱回収室６のガスは更にガス滞留室７で温度を８００度近くまで上がり高温のガスを滞留させる。ガス燃焼室６に隣接して、この壁の温度を冷却するために冷却水タンク９がある。このタンクの水はガス燃焼室５、熱回収室６、ガス滞留室７の熱により蒸気を発生させて、その蒸気を蒸気タンク８に蓄積する。この蒸気タンク８からタービンを駆動する蒸気１９が発生し、タービン１２に送られる。蒸気１９はタービンでタービンを駆動する仕事をした後、復水器１１に送られ水として回収され、この水はポンプ１４により水タンク９に戻される。一方、滞留室７のガスはサイクロン集塵機１０に送られ、ここで煙突１５を通じて外部にクリーンな排気ガスを出し、一部は集塵機で灰になり下部へ落とされる。【００１２】  図１の２は廃棄物貯留槽を示すが、ここにその内部の廃棄物の処理プロセスを示す。Ａは廃棄物、ここではパームの切断された状態の幹を示す。Ｂはこの幹が乾燥されるプロセスを示す。Ｃは乾燥が終わって自重で下の方に移動し、ここで３００度位の温度で幹が熱分解して炭化するプロセスを示す。炭化した原材料は別途外部から投入される空気中の酸素と結合（Ｄ）して、合成ガスＥを発生する。このガスＥが隣接するガス燃焼室５に送られ、ここで発電機に直結したタービンを駆動するのに必要な高い温度の蒸気を作り出す燃焼現象が起こる。【００１３】以上、００１２，００１３でプロセスを説明したが、これ等の現象を数値的に扱う為、制御装置が別途用意されている。この制御装置は別途プログラミングされたソフトウェアにより制御される。図２はこのソフトウェアの基本概念を示すものである。入力として使用される廃棄物は色々な種類のものがあり、それを図２に中でＡ１．Ａ２，Ａ３として一例を示す。図２左側は図１に示す空気１８の量を示す。右側は図１に示す蒸気１９の量を示す。ここに例として示されたグラフは実際に大量の燃焼試験を行い得られた膨大なデータから作成される関数表をここでは簡単に線で表している。実際には、これは単なる線ではなく、複雑な関数に基ずいてコンピュータにより制定されるプログラムにより決められる。この場合、関連するデータとしては、入力となる廃棄物の種類だけでなく、廃棄物貯留槽２の中の乾燥部、熱分解部、ガス化部の温度、熱回収室６、及びガス滞留室７の温度が関係している。
【産業上の利用の可能性】
【００１４】  地球温暖化に対処する為、炭酸ガスの大幅な削減が要求されている。又原子力発電が社会的な大きな課題を抱え、産業上安定した電力の供給が求められている。この発明は、これ等課題の解決に大きく役立つものとして大きな社会的貢献が期待される。
特にインドネシア、マレーシャなどで大量に植林されているパーム油を抽出するパームトリーは，その木が７年で成長し、７年毎に伐採され多大の幹を産出する。植林が僻地にあるのでその幹を運び出すのは物流の高いコストがかかるので、まだ殆ど利用されていない。これが植林の現場で電気エネルギーに変換できる事により、エネルギーを電気に変えて利用できるので、色々な産業に貢献出来る事が期待される。又これはパーム以外、熱帯地方の森林に群生する多くの森林資源の有効活用に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】  図１は本発明に関する植物伐採現場でバイオマス資源を熱分解とガス化によりタービン発電機を駆動して電気エネルギーに変換するシステムを示す。
【図２】  図２はバイオマス資源を変換処理する場合、電力を安定的に供給する為のビッグデータに基づいた制御プログラムの基本概念を示す。
【符号の説明】
【００１６】１．    投入する廃棄物
２．    廃棄物貯留槽
Ａ：廃棄物
Ｂ：乾燥
Ｃ：熱分解
Ｄ：酸化
Ｅ：ガス化
３．    使用する廃棄物を連続して投入する装置
４．    熱分解後のガス化室
５．    ガス燃焼炉
６．    熱分解を行うのに必要な熱回収部
７．    ガス滞留室
８．    蒸気タンク
９．    水タンク
１０．  サイクロン集塵機
１１．  復水器
１２．  蒸気タービン
１３．  発電機
１４．  ポンプ
１５．  煙突及びクリーン排気
１６．  灰
１７．  水
１８．  空気
１９．  蒸気
２０．  電力
【図１】
2016223759.tif 000003
【図２】
2016223759.tif 000004