(57)【要約】【課題】バイオマス原料の熱分解で発生する水分、油分、乾留液等を原因とする装置内部の汚れを軽減し、期待される性質を持つカーボンを製造できるようにする。【解決手段】本発明に係るバイオマスカーボン製造システムは、バイオマス資源を半炭化させた半炭化物又はリグニン含有物を所定条件で乾燥させる乾燥機と、乾燥機により乾燥された半炭化物を放電発熱させて賦活させてバイオマスカーボンを生成するカーボン生成装置と、カーボン生成装置により生成されたバイオマスカーボンを採集するバイオマスカーボン採集ユニットとを備えることを特徴とする。【選択図】      図１
2017109905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス資源を半炭化させた半炭化物又はリグニン含有物を所定条件で乾燥させる乾燥機と、
前記乾燥機により乾燥された半炭化物又はリグニン含有物を放電発熱させて賦活させてバイオマスカーボンを生成するカーボン生成装置と、
前記カーボン生成装置により生成されたバイオマスカーボンを採集するバイオマスカーボン採集ユニットと
を備えることを特徴とするバイオマスカーボン製造システム。
【請求項２】
前記乾燥機が、
前記半炭化物又はリグニン含有物を収める乾燥機本体と、
前記乾燥機本体を加熱する加熱手段と、
前記乾燥機本体を排気する排気手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載のバイオマスカーボン製造システム。
【請求項３】
前記バイオマスカーボン採集ユニットが、
前記カーボン生成装置と連結する採集本体と、
前記採集本体及び前記カーボン生成装置内を排気する排気手段と、
前記採集本体及び前記カーボン生成装置内の圧力勾配を調整する圧力調整手段と、
前記圧力調整手段による圧力勾配により前記カーボン生成装置により生成されたバイオマスカーボンを取り出すカーボン取出手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載のバイオマスカーボン製造システム。
【請求項４】
前記乾燥機が、前記排気手段による前記乾燥機本体の排気に伴い、前記半炭化物の飛散を防止する飛散防止手段を有することを特徴とする請求項２又は３に記載のバイオマスカーボン製造システム。
【請求項５】
前記飛散防止手段が、前記乾燥機本体に設けられた飛散防止フィルターであることを特徴とする請求項４に記載のバイオマスカーボン製造システム。
【請求項６】
前記飛散防止手段が、前記半炭化物又はリグニン含有物を収納する袋体であることを特徴とする請求項５に記載のバイオマスカーボン製造システム。
【請求項７】
前記バイオマスカーボン採集ユニットが、前記排気手段による排気によりバイオマスカーボンを集塵する集塵手段を備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のバイオマスカーボン製造システム。
【請求項８】
前記集塵手段が、複数のフィルターと、前記複数のフィルターのそれぞれと前記排気手段との間を開閉する複数の第１の弁と、前記複数のフィルターのそれぞれに気体を流入する複数の第２の弁とを有することを特徴とする請求項７に記載のバイオマスカーボン製造システム。
【請求項９】
前記集塵手段が、複数のフィルターを複数のグループに分け、各グループの各フィルターと前記排気手段との間を開閉する複数の第１の弁と、各グループの各フィルターに気体を流入する複数の第２の弁とを有することを特徴とする請求項７に記載のバイオマスカーボン製造システム。
【請求項１０】
前記集塵手段の自己清掃を制御する制御手段を備え、
前記制御手段が、各フィルター毎又は各グループ毎の第１の弁及び第２の弁の開閉制御し、各フィルター毎又は各グループ毎に、集塵処理と自己清掃処理とを交互に行なうことを特徴とする請求項８又は９に記載のバイオマスカーボン製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスカーボン製造システムに関し、例えば、生物（バイオマス）資源を由来とするカーボン（以下、バイオマスカーボンと呼ぶ。）を製造するバイオマスカーボン製造システムに適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化や石油資源の枯渇化等が世界的規模で問題となっており、石油等の化石資源から、植物等のバイオマス資源への利用転換が急がれている。そのうちの１つの取り組みとして、例えば、木やもみ殻等のバイオマス資源を原料として、導電性、耐熱性、耐食性、伝熱性、軽量性等に優れた性質のカーボンを製造する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、窒素ガス雰囲気下、所定圧力下で、粉末状にしたバイオマス原料を加熱する予備加熱ゾーンと、加熱後のバイオマス粉末を熱分解する熱分解ゾーンと、熱分解ゾーン後の熱分解を補完する熟成ゾーンとの３つのゾーンを有する熱分解行程と、植物性カーボンに磁界を通過させる工程と、急冷させる工程と、植物性カーボンを捕集する工程とを有するカーボン製造方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２０１１／０１３１６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の記載技術は、上述した予備加熱ゾーン、熱分解ゾーン及び熟成ゾーンの３つのゾーンを有する熱分解塔に、バイオマス粉末を供給し、熱分解塔内を、バイオマス粉末を自由落下させて、バイオマス原料を熱分解させるが、このような熱分解塔では、バイオマスの熱分解を十分に行なえず、期待される性質のカーボンを製造できないという問題がある。
【０００６】
また、バイオマスを熱分解すると、バイオマス原料に含まれている水分、油分（オイル）、乾留液（タール）等が発生してしまう。そのため、熱分解処理を施してナノ粒子を合成すると、装置内壁に汚れがこびりついてしまうという問題が生じ得る。装置内部に汚れがこびりついてしまうと、装置内を清掃することが必要となってしまい、長時間稼働させることができない。
【０００７】
そのため、上記課題に鑑み、バイオマス原料の熱分解で発生する水分、油分、乾留液等を原因とする装置内部の汚れを軽減し、期待される性質を持つカーボンを製造できるバイオマスカーボン製造システムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するために、本発明に係るバイオマスカーボン製造システムは、（１）バイオマス資源を半炭化させた半炭化物又はリグニン含有物を所定条件で乾燥させる乾燥機と、（２）乾燥機により乾燥された半炭化物を放電発熱させて賦活させてバイオマスカーボンを生成するカーボン生成装置と、（３）カーボン生成装置により生成されたバイオマスカーボンを採集するバイオマスカーボン採集ユニットとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バイオマス原料の熱分解で発生する水分、油分、乾留液等を原因とする装置内部に付着する汚れを軽減し、期待される性質を持つカーボンを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係るバイオマスカーボン製造システムの全体構成を示す全体構成図である。
【図２】実施形態に係る乾燥機の構成を示す断面図である。
【図３】実施形態に係る飛散防止単管の内部に設けられる飛散防止フィルターの構成を示す断面図である。
【図４】実施形態に係る粉体供給器、高周波誘導熱プラズマ装置及びバイオマスカーボン採集ユニットの周辺装置を示す平面図である。
【図５】実施形態に係る粉体供給器、高周波誘導熱プラズマ装置及びバイオマスカーボン採集ユニットの周辺装置を示す側面断面図である。
【図６】実施形態に係るバイオマスカーボン採集ユニットの構成を示す構成図である。
【図７】実施形態に係るフィルターユニットの構成を上側から見たときの図である。
【図８】実施形態に係るフィルターユニットの一組のフィルターを説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（Ａ）主たる実施形態
以下では、本発明に係るバイオマスカーボン製造システムの実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、実施形態に係るバイオマスカーボン製造システムの全体構成を示す全体構成図である。
【００１３】
図１において、実施形態に係るバイオマスカーボン製造システム１００は、乾燥機１、粉砕機２、紛体供給器３、高周波誘導熱プラズマ装置４、マッチングボックス５、高周波電源６、バイオマスカーボン採集ユニット７を有する。
【００１４】
この実施形態に係るバイオマスカーボン製造システム１００は、バイオマス原料を半炭化した半炭化物を乾燥機１に供給し、高周波誘導熱プラズマ装置４において、熱プラズマ中に半炭化物を供給することで、蒸発、溶解、分解、化学反応等によりナノ粒子のバイオマスカーボンを製造する。
【００１５】
ここで、半炭化とは、有機物を含むバイオマスの炭化を途中で打ち切り、燃焼に寄与しない水分をできるだけ除去し、しかも可燃分だけを確保することをいう。
【００１６】
また、以下で表現する「半炭化物」は、木やもみ殻などのバイオマス原料を半炭化したバイオマス半炭化物を含む。
【００１７】
なお、この実施形態では、バイオマス資源の半炭化物を乾燥させた粉体からバイオマスカーボンを製造する場合を例示する。しかし、バイオマス資源の半炭化物に代えて、リグニン含有物等を用いるようにしても良い。
【００１８】
ここで、リグニン等について簡単に説明する。例えば、バイオマス資源である木材の化学組成には、主に、セルロース、ヘミセルロース、リグニンがある。例えば、製紙原料のパルプやバイオエタノールを生成するときに、副産物としてリグニンが生成されるが、この副産物としてのリグニンは、ほとんどが焼却処分されている。
【００１９】
そこで、副産物としてのリグニンの利用方法の１つとして、パルプ等の製造の際に副産物として生成されるリグニンからバイオマスカーボンを製造するようにしても良い。つまり、この実施形態では、バイオマス資源の半炭化物に代えて、例えばパルプ等の製造の副生成物であるリグニンを含むリグニン含有物を用いるようにしても良い。なお、リグニン含有物は、例えば、副産物として得たリグニンを無機塩等と複合化したものを含むものである。
【００２０】
バイオマス原料を半炭化する工程は、少なくとも、バイオマスカーボン製造システム１００に半炭化物を供給する前に行なう。
【００２１】
例えば、バイオマス原料を採取する採取地近域に半炭化装置を設置しておき、半炭化装置を用いてバイオマスの半炭化を行なうことが好ましい。これは、木やもみ殻等のバイオマス資源の利用にあたって、原料の運搬や貯蔵等が問題となる。バイオマスの運搬や貯蔵等の効率性を考慮すると、原料を採取した採取地近域等でバイオマスの半炭化を行なうことで、原料の体積や重量を小さくでき、運搬や貯蔵等を効率的に行なうことができる。勿論、半炭化の行程を採取地近域で行なうことに限定されることではない。なお、バイオマス原料の輸送や貯蔵を考慮して、バイオマス原料をペレット状や木質チップ等のように細分化して半炭化することが好ましい。
【００２２】
上記の理由から、この実施形態では、バイオマスカーボン製造システム１００への原料供給前に、バイオマス原料の半炭化を行ない、バイオマスの半炭化物をバイオマスカーボン製造システム１００に供給する。
【００２３】
バイオマス原料を半炭化する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、火力や電力等によりバイオマス原料を加熱して半炭化物を生成する方法を適用できる。火力を用いる方法は、例えば炭焼き器等を用いて行なう方法等がある。火力を用いる方法の場合、燃料費を抑えることができ、生産コストを抑えることができる。また、電力を用いてバイオマス原料を加熱する方法は、電気式の炭焼き器等を用いて行なう方法等がある。
【００２４】
図１において、乾燥機１は、所定温度下で、供給されたバイオマス原料の半炭化物を乾燥させるものである。これにより、カーボン製造のために、運搬されてきた半炭化物を乾燥させて、半炭化物に含まれている水分を除去できる。乾燥機１は、接続している真空ポンプ１１により乾燥機１の内部の圧力を真空にして、半炭化物を加熱して、半炭化物を乾燥する。乾燥機１の乾燥時間は、環境温度等に応じて変わるため、特に限定されないが、例えば数十分〜数時間程度とすることができる。また、乾燥機１により乾燥された半炭化物は、ホッパーＨＰ１に収納されて、粉砕機２に供給される。なお、ホッパーＨＰ１に収納された半炭化物１は、例えばベルトコンベアー等の搬送部に移され、ベルトコンベアー等の搬送部を介して、半炭化物が粉砕機２に供給されるようにしても良い。
【００２５】
図２は、実施形態に係る乾燥機１の構成を示す断面図である。
【００２６】
図２において、実施形態に係る乾燥機１は、コントローラー４１、乾燥機本体４２、加熱ヒーター４３、飛散防止フィルター４４、飛散防止単管４５、真空計４６、封止板４７、不活性ガス供給口４８、第１バルブ４９Ａ、第２バルブ４９Ｂ、回転軸５０を有する。
【００２７】
乾燥機本体４２は、金属製の円筒形状で形成されたものである。乾燥機本体４２の直径は、供給される半炭化物の量に応じて適宜設計されるものであり、特に限定されないが、例えば、２５〜３０ｃｍ程度とすることができる。
【００２８】
乾燥機本体４２は、上下方向に移動可能である。例えば、半炭化物を乾燥機本体４２に供給するときには、乾燥機本体４２は下方に移動し、飛散防止単管４５と結合していない状態で、乾燥機本体４２の上部開口から半炭化物が乾燥機本体４２の内部に供給される。また、乾燥機本体４２の内部に半炭化物が供給され、半炭化物を乾燥するときには、乾燥機本体４２が上方に移動する。このとき、真空状態となったときにガス漏れなどを回避するために、乾燥機本体４２の上部は、飛散防止単管４５と軸受等で結合される構造となっている。さらに、半炭化物の乾燥終了後には、乾燥後の半炭化物を回収するために、乾燥機本体４２が飛散防止単管４５から離され、乾燥機本体４２が下方に移動する。
【００２９】
また、乾燥機本体４２は、回転軸５０を中心として回転可能である。例えば、乾燥した半炭化物を乾燥機本体４２内部から回収するとき、乾燥機本体４２は、回転軸５０を中心として矢印方向Ａに回転して傾く構造となっている。このとき、予めホッパーＨＰ１等が設けられており、乾燥機本体４２の底部にある不活性ガス供給口４８から不活性ガス（例えば、窒素ガス、乾燥空気等）が乾燥機本体４２の内部に供給され、乾燥後の半炭化物が乾燥機本体４２内部からホッパーＨＰ１に収納される（図２参照）。ここで、乾燥機本体４２内部に不活性ガスが吹きかけられることで、乾燥機本体４２の内壁に付着している半炭化物も効率良く回収できる。
【００３０】
飛散防止単管４５は、乾燥機本体４２の内部を真空にして、乾燥機本体４２を加熱するときに、半炭化物が飛散することを防止するものである。飛散防止単管４５は、密閉して真空状態を保持するために、飛散防止単管４５の下部は軸受等により乾燥機本体４２の上部開口部と結合し、また、飛散防止単管４５の上部は軸受等により封止板４７と結合する。なお、乾燥機１内部の機密性を保持するために、必要に応じて、乾燥機本体４２及び飛散防止単管４５の結合部や、飛散防止単管４５及び封止板４７の結合部に真空用グリース等を用いるようにしても良い。
【００３１】
飛散防止単管４５の内部には、半炭化物の飛散を防止するため、飛散防止フィルター４４が設けられている。
【００３２】
飛散防止フィルター４４は、真空排気時に、乾燥機本体４２にある粉末状の半炭化物の舞い上がりを防止するものである。また、飛散防止フィルター４４は、粉末状の半炭化物を透過させず、水分子を透過させるものである。例えば、飛散防止フィルター４４は、耐圧性、耐熱性を有するフィルターを適用でき、その材質は、紙、布、不織布、化学繊維等で形成されたものを用いることができる。また、飛散防止フィルター４４は、粒径が約１００ｎｍ程度の粒子を捕集できるものが望ましい。
【００３３】
図３は、実施形態に係る飛散防止単管４５の内部に設けられる飛散防止フィルター４４の構成を示す断面図である。
【００３４】
図３に示すように、飛散防止単管４５の内側の内周面に沿って、飛散防止フィルター４４を結合する結合部４５Ａ及び４５Ｂがある。結合部４５Ａ及び４５Ｂは、真空状態でも飛散防止フィルター４４を固定するため、軸受構造となっており、飛散防止フィルター４４の端部を挟み込み、ボルトなどで締め付けて飛散防止フィルター４４の端部を固定する。
【００３５】
飛散防止フィルター４４は、例えば円形形状で形成されており、乾燥機１の上部から真空ポンプ１１で乾燥機１内部の気体を排出するため、飛散防止フィルター４４が上側（気体排出側）に引き寄せられ、飛散防止フィルター４４が上側に円弧状に膨らむ。また、乾燥機１内部の気体を排出する際に、乾燥機本体４２内の半炭素化物が散乱するが、飛散防止フィルター４４が円弧状に膨らんでいるため、乾燥機１内部における半炭化物の循環を効率良く行なうことができる。
【００３６】
封止板４７は、飛散防止単管４５の上部と軸受等により結合するものである。封止板４７は、真空計４６、第１バルブ４９Ａ、第２バルブ４９Ｂが取り付けられている。
【００３７】
真空計４６は、乾燥機１内部の圧力を計測するものであり、真空計４６により測定された圧力情報は、コントローラー４１に通知される。
【００３８】
コントローラー４１は、真空計４６により計測された圧力情報に基づいて、第１バルブ４９Ａ及び第２バルブ４９Ｂの排気量を調整するものである。
【００３９】
第１バルブ４９Ａ及び第２バルブ４９Ｂは、排気管２１を通じて真空ポンプ１１と接続し、コントローラー４１とも接続しており、コントローラー４１による排気量調整制御を受けて、真空ポンプ１１による乾燥機１内部の気体の排気するものである。
【００４０】
第１バルブ４９Ａは、第２バルブ４９Ｂよりも排気能力が高いものであり、第２バルブ４９Ｂよりも口径が大きい。逆に、第２バルブ４９Ｂは、第１バルブよりも排気能力が低く、第１バルブ４９Ａよりも口径が小さい。したがって、コントローラー４１による排気量の調整は、大気圧付近での排気と真空状態での排気量の調整を可変で行なうことができる。具体的には、大気圧付近では、第２バルブ４９Ｂを用いて乾燥機１内部の気体を排気することで、乾燥機１内部のゆっくりと排気でき、真空状態では、第１バルブ４９Ａを用いて乾燥機１内部の気体を排気する。
【００４１】
加熱ヒーター４３は、乾燥機１の外壁に取り付けられて、乾燥機１全体を加熱するものである。加熱ヒーター４３は、乾燥機１の外側から乾燥機１全体を加熱することができるものであれば、特に限定されないが、この実施形態では、例えば高温フレキシブルヒーター等のように、乾燥機１の外壁に電熱線を巻き付けて乾燥機１全体を加熱するものを適用する場合を例示する。
【００４２】
図１において、粉砕機２は、供給された乾燥後の半炭化物をさらに細かくするために、粉砕するものである。粉砕機２の種類は特に限定されるものではなく、種々の種類の粉砕機２を適用できる。例えば、粉砕機２は、高圧気流型、高速回転型などの粉砕機を適用できる。
【００４３】
また、粉砕機２により粉末となった半炭化物の粒径は、製造するカーボンの特性に応じて任意に設定できる。粉砕機２により粉砕された半炭化物は、ホッパーＨＰ２に収納されて、粉体供給器３に供給される。なお、ホッパーＨＰ２に収納された半炭化物１は、例えばベルトコンベアー等の搬送部に移され、ベルトコンベアー等の搬送部を介して、半炭化物が粉体供給器３に供給されるようにしても良い。
【００４４】
次に、実施形態に係る粉体供給器３、高周波誘導熱プラズマ装置４及びバイオマスカーボン採集ユニット７の周辺装置１０の構成を、図１、図４〜図６を参照しながら詳細に説明する。
【００４５】
図４は、実施形態に係る粉体供給器３、高周波誘導熱プラズマ装置４及びバイオマスカーボン採集ユニット７の周辺装置１０を示す平面図である。
【００４６】
図５は、実施形態に係る粉体供給器３、高周波誘導熱プラズマ装置４及びバイオマスカーボン採集ユニット７の周辺装置１０を示す側面断面図である。
【００４７】
図４及び図５に示すように、粉体供給器３、高周波誘導熱プラズマ装置４及びバイオマスカーボン採集ユニット７が組み込まれた一組の装置１０なっており、半炭化物の粉体が高周波誘導熱プラズマ装置４に供給され、半炭化物からバイオマスカーボンを生成して採集するまでの処理を行なうことができる。
【００４８】
図１に示すように、粉体供給器３は、管２４を通じて高周波誘導熱プラズマ装置４と接続しており、管２４を通じて半炭化物の粉体を、高周波誘導熱プラズマ装置４に供給するものである。粉体供給器３は、例えばアルゴンガス、又は、アルゴンガス及び水素ガスの混合気をキャリアガスとし、半炭化物の粉体を、高周波誘導熱プラズマ装置４に供給する。なお、粉体供給器４のキャリガスの流量は、操作盤８で調整できる。
【００４９】
高周波誘導熱プラズマ装置４は、図５の操作盤８により各種調整制御を行なうことができる。また、図１に示すように、高周波誘導熱プラズマ装置４は、ガスリング５１、プラズマ発生部（プラズマトーチ）５２、プラズマ生成部５３、誘導コイル５４、供給口５５、水冷バッフル５６、冷却部５７、チャンバー５８を有する。
【００５０】
高周波誘導熱プラズマ装置４は、大気圧下若しくは大気圧よりも減圧した雰囲気下（例えば、３０ｋＰａ程度以下）で、熱プラズマを発生させ、供給された半炭化物の粉体からバイオマスカーボンを生成するものである。熱プラズマは、真空から大気圧まで放電が継続する。
【００５１】
なお、高周波誘導熱プラズマ装置４の内部を減圧する場合、後述するバイオマスカーボン採集ユニット７側に設けられた真空ポンプＲＰ及びメカニカルブースターポンプＭＢＰを用いて、高周波誘導熱プラズマ装置４内部から気体を排気して減圧する。
【００５２】
また、高周波誘導熱プラズマ装置４は、マッチングボックス５を介して高周波電源６から高周波電力が供給される。なお、マッチングボックス５は、高周波電源６と高周波誘導熱プラズマ装置４との間のインピーダンスを整合するものである。
【００５３】
ガスリング５１は、高周波誘導熱プラズマ装置４の上部に設けられており、プラズマガス源（図示しない）からのプラズマガスを、プラズマ発生部５２の内部に供給する。プラズマガスとしては、例えば、アルゴンガス、アルゴンガス及び水素ガスの混合気等を用いることができる。
【００５４】
プラズマ発生部（プラズマトーチ）５２は、ガスリング５１からプラズマガスが供給されると共に、誘導コイル５４に高周波電力が供給され、高周波電源６が誘導コイル５４に供給する高周波電力の値を調整し、供給されたプラズマガスを放電することで、プラズマガスが励起して熱プラズマを発生させる。なお、プラズマ発生部５２の詳細な構造は図示しないが、プラズマ生成部５３に水素ガスや窒素ガス等が混入できるようにしておき、徐々に高周波電力の値を上昇させて、発生させるプラズマを安定化させるようにしても良い。
【００５５】
プラズマ生成部５３は、プラズマガスを励起させてプラズマを発生させる部分であり、プラズマ発生後のプラズマ温度は、例えば約１００００℃程度となる。
【００５６】
ここで、プラズマ発生後のプラズマ温度は、ガス量の増減及びバルブの開閉度の増減により高周波誘導熱プラズマ装置４の槽内の圧力調整と、高周波電源の電力調整及びガス種類（例えば、アルゴンガスと水素ガスの混合比の調整等）を変えて調整できる。
【００５７】
水冷部５７は、プラズマ発生部５２における蒸発ガスを冷却するものである。
【００５８】
プラズマ発生部５２の下部には、円筒状のチャンバー５８が設けられている。チャンバー５８は、所定の位置に供給口５５が設けられており、この供給口５５から半炭化物がチャンバー５８内に供給される。供給口５５は粉体供給器３の管２４と接続しており、キャリアガスに搬送されて半炭化物がチャンバー５８内に供給される。
【００５９】
上述したように、プラズマ生成部５３におけるプラズマ発生後のプラズマ温度は、約１００００℃程度となる。チャンバー５８において、プラズマ生成部５３から下方に離れるにつれて、プラズマ温度が低下する。半炭化物からバイオマスカーボンを生成するプラズマ温度は、使用目的とするバイオマスカーボンの性質に応じて異なり、約１０００℃〜５０００℃程度が必要と考えられる。
【００６０】
そこで、チャンバー５８の供給口５５は、生成するバイオマスカーボンの生成温度に応じて、チャンバー５８内に半炭化物の粉体を供給できる構造となっている。つまり、チャンバー５８内のプラズマ温度は、プラズマ生成部５３の位置から離れるにつれて低温となっているため、供給口５５は、ノズル等で形成されており、チャンバー５８内の目的温度の位置に半炭化物の粉体を供給できる構造となっている。
【００６１】
例えば、チャンバー５８において、異なる位置に複数の供給口５５が設けられており、使用目的とするバイオマスカーボンの種類に応じて、供給口５５を使い分けるようにしても良い。また例えば、供給口５５が上下方向に可動できる構造となっており、チャンバー５８内に半炭化物の粉体を供給する位置を調整できるようにしても良い。さらに例えば、供給口５５のノズルの角度を調整できる構造となっており、チャンバー５８内の目的位置に半炭化物の粉体を供給できるようにしても良い。
【００６２】
水冷バッフル５６は、チャンバー５８の下部に設けられており、チャンバー５８内を冷却するものである。
【００６３】
上記のように、高周波誘導熱プラズマ装置４では、プラズマ生成部５３でプラズマが発生し、プラズマの安定確認後、粉体供給器３が、キャリアガス（アルゴンガス、又は、アルゴンガスと水素ガスとの混合気）により半炭化物の粉体を、チャンバー５８内の目的位置に供給する。半炭化物の粉体は、プラズマに曝されて昇華又は熱反応して、チャンバー５８内を落下し、冷却により昇華又は固化してバイオマスカーボンが生成される。
【００６４】
次に、バイオマスカーボン採集ユニット７の構成を、図５及び図６を用いて説明する。
【００６５】
図６は、実施形態に係るバイオマスカーボン採集ユニット７の構成を示す構成図である。
【００６６】
図６に示すように、バイオマスカーボン採集ユニット７は、フィルターユニット７１、真空バルブ７２、排気弁７３、大気弁７４、ブロアー７５、排気弁Ｖ１〜Ｖ４、大気弁ＡＶ１〜ＡＶ２、ゲート弁８１、ゲート弁８２、真空ポンプＲＰ、メカニカルブースターポンプＭＢＰを有する。
【００６７】
バイオマスカーボン採集ユニット７は、連結管５９により高周波誘導熱プラズマ装置４と連結されており、生成されたバイオマスカーボンがバイオマスカーボン採集ユニット７に送られる構造となっている。
【００６８】
また、バイオマスカーボン採集ユニット７の本体はチャンバーとなっており、高周波誘導熱プラズマ装置４から送られてきたバイオマスカーボンを収集できる構造となっている。
【００６９】
高周波誘導熱プラズマ装置４内及びバイオマスカーボン採集ユニット７は、真空ポンプＲＰ及びメカニカルブースターポンプＭＢＰにより気体が排出されてチャンバー内が減圧されている。また、高周波誘導熱プラズマ装置４内には、例えば３０〜５０リットル／分程度のアルゴンガスが流入される。そのため、アルゴンガスを回収できようにするため、バイオマスカーボン採集ユニット７は、各種バルブを通じて、第１空間ＳＰ１、第２空間ＳＰ２、第３空間ＳＰ３の３つの空間で形成されている。なお、この実施形態では、バイオマスカーボン採集ユニット７が、３つの空間に仕切られている場合を例示するが、仕切られる空間の数はこれに限定されるものではない。
【００７０】
真空ポンプＲＰ及びメカニカルブースターポンプＭＢＰは、バイオマスカーボン採集ユニット７内と、これに連結する高周波誘導熱プラズマ装置４内の気体を排出するものである。
【００７１】
真空バルブ７２は、例えばコンダクタンスバルブであり、バイオマスカーボン採集ユニット７本体のチャンバー内に流入するガスの流量を調整するものである。真空バルブ７２は、高周波誘導熱プラズマ装置４内には、アルゴンガスが流入されるため、真空ポンプＲＰ及びメカニカルブースターポンプＭＢＰと、チャンバーとの間の実行排気速度を制御する。なお、真空バルブ７２は、第１空間ＳＰ１と第３空間ＳＰ３との間を仕切っている。
【００７２】
フィルターユニット７１は、真空ポンプＲＰ及びメカニカルブースターポンプＭＢＰと、真空バルブ７２との間に設けられ、排気をする際に、バイオマスカーボンの粉体が真空ポンプＲＰ及びメカニカルブースターポンプＭＢＰに流入されることを防止するものである。フィルターユニット７１の構成の詳細な説明は後述する。
【００７３】
ゲート弁８１は、高周波誘導熱プラズマ装置４と連結管５９を通じて連結されている第１空間ＳＰ１と、第２空間ＳＰ２との間を仕切る弁である。
【００７４】
ゲート弁８２は、第２空間ＳＰ２とカーボン取り出し口８３との間を仕切る弁である。
【００７５】
排気弁７３は、第２空間ＳＰ２と第３空間ＳＰ３との間をつなぐ管７３１に設けられており、真空ポンプＲＰ及びメカニカルブースターポンプＭＢＰにより減圧状態とするときに開とすることで、第３空間ＳＰ３内を排気できるようにしている。
【００７６】
大気弁７４は、第２空間ＳＰ２と第３空間ＳＰ３との間をつなぐ管７３１に設けられており、減圧状態から大気圧状態とするときに開とすることで、真空状態から大気圧状態にできる。
【００７７】
ブロアー７５は、バイオマスカーボン採集ユニット７内及び高周波誘導熱プラズマ装置４内を排気するものである。これは、使用目的とするバイオマスカーボンの生成条件にもよるが、高周波誘導熱プラズマ装置４は数ｋＰａから大気圧付近の圧力下で、バイオマスカーボンを生成できる。ブロアー７５は、例えばバイオマスカーボンを大気圧付近で生成するような場合に、バイオマスカーボン採集ユニット７内及び高周波誘導熱プラズマ装置４内を排気するときに使用される。
【００７８】
次に、実施形態に係るフィルターユニット７１の構成を図７及び図８を用いて説明する。
【００７９】
図７は、実施形態に係るフィルターユニット７１の構成を上側から見たときの図である。図８は、実施形態に係るフィルターユニット７１の一組のフィルターを説明する説明図である。
【００８０】
図７において、フィルターユニット７１は、複数個のフィルターを有し、２個のフィルターを一組のフィルターとする。ここでは、一組のフィルターをそれぞれフィルターＦ１とフィルターＦ２として説明する。
【００８１】
図７に示すように、フィルターＦ１は、大気弁ＡＶ１及び排気弁Ｖ１が設けられており、フィルターＦ２は、大気弁ＡＶ２及び排気弁Ｖ２が設けられている。
【００８２】
フィルターユニット７１は、自己清掃型フィルターユニットである。ここで、自己清掃型とは、各フィルターの目詰まりを清掃することをいう。真空ポンプＲＰ及びメカニカルブースターポンプＭＢＰが、所定時間、バイオマスカーボン採集ユニット７内及び高周波誘導熱プラズマ装置４内を排気する場合、各フィルターが目詰まりしていまい、十分な排気ができなくなるおそれがある。
【００８３】
目詰まりした各フィルターの交換には作業員の手間及び時間がかかると共に、バイオマスカーボンの生産を長時間行なうことができず、バイオマスカーボンの生産性に影響が生じ得るという問題がある。
【００８４】
そこで、この実施形態では、複数個のフィルターを有する自己清掃型フィルターユニット７１を用いることで、作業員の手間及び時間を軽減化すると共に、バイオマスカーボンの生産効率を向上させることができる。
【００８５】
図７及び図８を用いて、フィルターユニット７１の自己清掃処理を説明する。
【００８６】
例えば、真空ポンプＲＰ及びメカニカルブースターポンプＭＢＰで排気する際、排気弁Ｖ１を「開」及び大気弁ＡＶ１を「閉」とし、排気弁Ｖ２を「閉」及び大気弁ＡＶ２を「開」とする。このとき、フィルターＦ１が排気され、フィルターＦ１がバイオマスカーボンの粉体を除塵する。大気弁ＡＶ２が「開」であるため、フィルターＦ２に空気が流入することで、フィルターＦ２に付着した粉体を飛ばすことができ、フィルターＦ２の目詰まりは清掃される。
【００８７】
所定時間後、排気弁Ｖ１を「閉」及び大気弁ＡＶ１を「開」とし、排気弁Ｖ２を「開」及び大気弁ＡＶ２を「閉」とする。そうすると、フィルターＦ２が排気され、フィルターＦ２がバイオマスカーボンの粉体を除塵する。大気弁ＡＶ１が「開」であるため、フィルターＦ１に空気が流入することで、フィルターＦ１に付着した粉体を飛ばすことができ、フィルターＦ１の目詰まりは清掃される。
【００８８】
操作盤８を通じて、上記のような排気弁Ｖ１及びＶ２、大気弁ＡＶ１及びＡＶ２の開閉処理を、所定時間毎に繰り返し行なう。これにより、フィルターＦ１及びフィルターＦ２のそれぞれについて、除塵処理と自己清掃処理とを交互に行なうことができる。
【００８９】
なお、この実施形態では、一組のフィルターを構成するフィルターが２個の場合を例示した。しかし、除塵処理と自己清掃処理とを交互に行なうため、複数のフィルターのそれぞれを巡回して行なうようにしても良い。この場合、各フィルターに排気弁及び大気弁を設ける必要がある。
【００９０】
また、一組のフィルターによる除塵効率を向上させるために、一組のフィルター数を３個以上としても良い。
【００９１】
（Ａ−２）実施形態の動作
次に、実施形態に係るバイオマスカーボン製造システム１００のバイオマスカーボン製造方法の動作を、図１〜図８を参照しながら詳細に説明する。
【００９２】
例えば、木やもみ殻等のバイオマス資源の採取地近域で、バイオマス資源を半炭化し、そこで得られた半炭化物がバイオマスカーボン製造システム１００に運搬される。
【００９３】
バイオマスカーボン製造システム１００では、乾燥機１の乾燥機本体４２が下方に移動し、半炭化物が乾燥機本体４２に供給される。
【００９４】
乾燥機本体４２に半炭化物が供給されると、乾燥機本体４２が上方に移動して、乾燥機本体４２飛散防止単管４５と結合する。このときガス漏れのないように、電気モーター又は圧空シリンダーの力等により乾燥機本体４５と飛散防止単管４５とをしっかりと結合する。
【００９５】
乾燥機１の外壁に加熱ヒーター４３が取り付けられ、加熱ヒーター４３の電源がＯＮされて、乾燥機１を加熱する。
【００９６】
また、真空ポンプの電源がＯＮされ、乾燥機１内が排気される。コントローラー４１は、真空計４６により計測された乾燥機１内部の圧力データが通知され、圧力データに基づいて、第１バルブ４９Ａ及び第２バルブ４９Ｂを調整する。つまり、コントローラー４１は、大気圧付近では、第２バルブ４９Ｂを用いて乾燥機１内部の気体を排気して、乾燥機１内部のゆっくりと排気する。また、コントローラー４１は、圧力データが所定値以下となり真空状態となると、第１バルブ４９Ａを用いて乾燥機１内部の気体を排気する。
【００９７】
コントローラー４１では、乾燥時間が設定され、所定時間だけ半炭化物を乾燥する。所定の乾燥時間が経過すると、乾燥後の半炭化物を回収するため、加熱ヒーター４３の電源がＯＦＦになり、乾燥機本体４２が下方に移動する。
【００９８】
乾燥機本体４２は、回転軸５０を中心として回転して傾き、乾燥した半炭化物が乾燥機本体４２からホッパーＨＰ１に供給される。このとき、乾燥機本体４２の底部にある不活性ガス供給口４８から不活性ガスが乾燥機本体４２の内部に供給され、乾燥機本体４２の内壁に付着している半炭化物もホッパーＨＰ１に回収される。
【００９９】
ホッパーＨＰ１に移された乾燥後の半炭化物は、粉砕機２に供給されて、粉末状になる。粉末状の半炭化物は、例えばベルトコンベアー等の搬送手段によりホッパーＨＰ２に移され、粉体供給器３に供給される。
【０１００】
ここで、装置１０では、粉体供給器３、高周波誘導熱プラズマ装置４、バイオマスカーボン採集ユニット７が作動し、バイオマスカーボンの生成準備が行なわれる。
【０１０１】
まず、バイオマスカーボン採集ユニット７では、ゲート弁８１及び排気弁７３を開とし、ゲート弁８２及び大気弁７４を閉とする。
【０１０２】
次に、バイオマスカーボン採集ユニット７では、真空ポンプＲＰ及びメカニカルブースターポンプＭＢＰがＯＮとなり、高周波誘導熱プラズマ装置４内及びバイオマスカーボン採集ユニット７内の気体が排気される。このとき、操作盤８が、フィルターユニット７１の除塵処理及び自己清掃処理を開始する。
【０１０３】
また、真空バルブ７２は、真空ポンプＲＰ及びメカニカルブースターポンプＭＢＰと、チャンバーとの間の実行排気速度を制御する。真空バルブ７２は、フィルターユニット７１の設けられている第３空間ＳＰ３、第１空間ＳＰ１、第２空間ＳＰ２、連結管５９内、チャンバー５８、プラズマ生成部５３の順に徐々に圧力が高くなるように調整し、真空バルブ７２を開とすることで、フィルターユニット７１の各フィルターに付着したカーボンを第１空間ＳＰ１及び第２空間ＳＰ２側に落とす目的がある。
【０１０４】
高周波誘導熱プラズマ装置４では、水冷部５７及び水冷バッフル５６に冷却用の水が供給され、冷却準備を行なう。
【０１０５】
高周波誘導熱プラズマ装置４において、高周波電源６がＯＮとなり、誘導コイル４に高周波電力が供給される。また、ガスリング５１からプラズマガスがプラズマ発生部５２に供給される。
【０１０６】
高周波誘導熱プラズマ装置４は、大気圧下若しくは大気圧よりも減圧した雰囲気下（例えば、１ｋＰａ程度以下）で、熱プラズマを発生させる。従って、操作盤８において、高周波誘導熱プラズマ装置４内の圧力を監視し、所定条件に合うようにするため、プラズマガスの流量や混合比を調整したり、各種バルブの開閉を調整したりして内部圧力を調整する。また、高周波電源６の高周波電力値も調整する。
【０１０７】
その後、高周波誘導熱プラズマ装置４のプラズマ生成部５４で、プラズマガスが励起してプラズマが発生する。プラズマが発生した後、プラズマを安定化させて、チャンバー５８内のプラズマ温度を安定するために、操作盤８を通じて、プラズマガスの流量や高周波電力値等の調整を行なわれる。
【０１０８】
プラズマ発生後、プラズマ温度が安定すると、操作盤８を通じて、粉体供給器３が、キャリアガスの流量を調整して、半炭化物の粉体を、高周波誘導熱プラズマ装置４のチャンバー５８内に供給する。
【０１０９】
このとき、供給口５５は使用目的とするバイオマスカーボンの生成温度（例えば、３０ｋＰａ程度の圧力下で、１０００℃〜５０００℃程度）となる位置に向けられ、チャンバー５８内の所定位置に向けて、半炭化物の粉体が供給口５５から供給される。
【０１１０】
半炭化物の粉体は、プラズマに曝されて昇華又は熱反応して、チャンバー５８内を落下し、冷却により昇華又は固化してバイオマスカーボンが生成される。
【０１１１】
バイオマスカーボン採集ユニット７では、ゲート弁８１及び排気弁７３を開となっている。このとき、真空ポンプＲＰ及びメカニカルブースターポンプＭＢＰによる排気により、バイオマスカーボン採集ユニット７内部は減圧状態となっている。
【０１１２】
ここで、フィルターユニット７１の設けられている第３空間ＳＰ３、第１空間ＳＰ１、第２空間ＳＰ２、連結管５９内、チャンバー５８、プラズマ生成部５３の順に徐々に圧力が高くなるように、真空バルブ７２の開度が調整されている。このように、バイオマスカーボン採集ユニット７内及び高周波誘導熱プラズマ装置４内に、圧力勾配ができている。
【０１１３】
そのため、生成されたバイオマスカーボンは、ゲート弁８２の上に集まる。バイオマスカーボンが溜まると、ゲート弁８１を閉及び排気弁７３を閉とする。その後、大気弁７４及びゲート弁８３を開として、バイオマスカーボンがカーボン取り出し口８３から排出される。
【０１１４】
（Ａ−３）実施形態の効果
以上のように、この実施形態によれば、バイオマス資源を半炭化した半炭化物（バイオマス半炭化物）を乾燥機１で乾燥させたものを、高周波誘導熱プラズマ装置４に供給してバイオマスカーボンを生成するため、従来のようにバイオマス資源に含まれている水分や油分やタール等の汚れが、高周波誘導熱プラズマ装置４の内壁にこびり付くことを回避できる。そのため、バイオマスカーボンの生産時間を長時間行なうことができ、生産性を向上できる。
【０１１５】
（Ｂ）他の実施形態
上述した実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の実施形態にも適用できる。
【０１１６】
（Ｂ−１）上述した実施形態では、乾燥機１に飛散防止フィルター４４を設ける場合を例示した。しかし、飛散防止フィルター４４を設けず、飛散防止フィルター４４と同等の材質からなる袋体に半炭化物を入れて、乾燥機１に供給するようにしても良い。この場合でも、半炭化物の飛散を防止しながら、半炭化物を乾燥させることができる。
【０１１７】
（Ｂ−２）上述した実施形態では、粉砕機２の前段に乾燥機１を設ける場合を例示した。しかし、乾燥機１を、粉砕機２と粉体供給器３との間に設けるようにしても良い。この場合でも、粉末状にした半炭化物を乾燥した後に、粉体供給器３に供給できるため、実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１８】
なお、粉砕機２の前段に乾燥機１を設けた理由は、飛散防止フィルター４４の材質との関係がある。つまり、飛散防止フィルターは、水分のみを透過させ、半炭化物を透過させない材質である。従って、飛散防止フィルター４４が粉体の半化物を透過させず、水分のみを透過させることができれば、乾燥機１を、粉砕機２と粉体供給器３との間に設けるようにしても良い。
【０１１９】
（Ｂ−３）上述した実施形態において、乾燥機１内を排気する真空ポンプ１１が、乾燥機１から排出された水分と、排気により得られた油分とを分離する油水分離器を設けるようにしても良い。
【符号の説明】
【０１２０】
１００…バイオマスカーボン製造システム、
１…乾燥機、４１…コントローラー、４２…乾燥機本体、４３…加熱ヒーター、４４…飛散防止フィルター、４５…飛散防止単管、４６…真空計、４７…封止板、４８…不活性ガス供給口、４９Ａ…第１バルブ、４９Ｂ…第２バルブ、５０…回転軸、
２…粉砕機、３…粉体供給器、
４…高周波誘導熱プラズマ装置、５…マッチングボックス、６…高周波電源、５１…ガスリング、５２…プラズマ発生部（プラズマトーチ）、５３…プラズマ生成部、５４…誘導コイル、５５…供給口、５６…水冷バッフル、５７…冷却部、５８…チャンバー、
７…バイオマスカーボン採集ユニット、７１…フィルターユニット、７２…真空バルブ、７３…排気弁、７４…大気弁、７５…ブロアー、Ｖ１〜Ｖ４…排気弁、ＡＶ１〜ＡＶ２…大気弁、８１…ゲート弁、８２…ゲート弁、ＲＰ…真空ポンプ、ＭＢＰ…メカニカルブースターポンプ。
【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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【図８】
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