ガス化炉
【課題】炉内に配置された空気供給部のノズル形成部及び火格子の熱変形や腐食を抑えつつ、六価クロムの生成を防止することが可能なガス化炉を提供する。
【解決手段】ガス化炉１２は、炉本体１５内の上下方向の中間位置に設けられた火格子３０と、該火格子３０を上下方向に貫通して炉内にガス化空気を供給する空気供給部とを備え、火格子３０上でおが屑等を熱分解することによって熱分解ガスを発生させるように構成されている。そして、空気供給部は炉本体１５内に空気を噴射するためのノズルが形成されたノズル形成部２８を有しており、ノズル形成部２８及び火格子３０を耐火物により構成した。
【解決手段】ガス化炉１２は、炉本体１５内の上下方向の中間位置に設けられた火格子３０と、該火格子３０を上下方向に貫通して炉内にガス化空気を供給する空気供給部とを備え、火格子３０上でおが屑等を熱分解することによって熱分解ガスを発生させるように構成されている。そして、空気供給部は炉本体１５内に空気を噴射するためのノズルが形成されたノズル形成部２８を有しており、ノズル形成部２８及び火格子３０を耐火物により構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばバイオマス等の被熱分解物を熱分解することによって発生する熱分解ガスを発生させるためのガス化炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、木材チップ等のバイオマス（被熱分解物）を加熱してガス化し、生成されたガスを燃料ガスとして発電を行うガス化発電システムが実用化されるようになってきた。このようなガス化発電システムでは、ガス化炉において、原料のバイオマスを低酸素下で加熱して熱分解すると、主に一酸化炭素、水素及び炭化水素よりなる熱分解ガスが発生する。そして、この熱分解ガスを燃料ガスとしてガスタービン発電、ガスエンジン発電、デュアルフューエルエンジン発電あるいは燃料電池等の種々の発電用設備等に供給して利用している。
【０００３】
こうした熱分解ガスを発生させるためのガス化炉としては、従来、特許文献１に示すものが知られている。すなわち、特許文献１のガス化炉は、燃焼炉本体内（炉内）の上下方向の中間位置に金属製等の耐火材からなる固定火格子（火格子）が設けられている。
【特許文献１】特開２００１−８２７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１のガス化炉は、固定火格子が金属製等の耐火材からなっている。そして、この固定火格子をステンレス綱によって構成した場合には、該固定火格子が高温によって変形したり腐食したりする上、ステンレス綱のクロムが析出して灰と反応することで毒性の強い六価クロムが生成されてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような課題に着目してなされたものである。その目的とするところは、炉内に配置された空気供給部のノズル形成部及び火格子の熱変形や腐食を抑えつつ、六価クロムの生成を防止することが可能なガス化炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、炉内の上下方向の中間位置に設けられた火格子と、該火格子を上下方向に貫通して炉内に空気を供給する空気供給部とを備え、前記火格子上で被熱分解物を熱分解することによって熱分解ガスを発生させるガス化炉であって、前記空気供給部は炉内に空気を噴射するためのノズルが形成されたノズル形成部を有しており、前記ノズル形成部及び前記火格子のうち少なくとも一方を耐火物により構成したことを要旨とする。
【０００７】
例えば、炉内に配置されるノズル形成部及び火格子をステンレス綱で構成した場合には、これらノズル形成部及び火格子が高温によって変形したり腐食したりする上、ステンレス綱のクロムが析出して灰と反応することで毒性の強い六価クロムが生成されてしまう。この点、上記構成によれば、炉内に配置されたノズル形成部及び火格子が耐火物により構成されているため、ノズル形成部及び火格子の熱変形や腐食を抑えつつ、六価クロムの生成を防止することが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記火格子は複数の分割火格子に分割されているとともに、該各分割火格子は前記空気供給部を囲むように配置されていることを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、火格子は複数の分割火格子に分割されているため、各分割火格子はそれぞれ火格子よりも小さく軽くなる。したがって、火格子の組み付け作業を容易に行うことが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記各分割火格子には、該各分割火格子を補強するための補強材が設けられていることを要旨とする。
通常、各分割火格子を耐火物によって構成すると、各分割火格子をステンレス綱によって構成した場合に比べて強度が低下する。この点、上記構成によれば、補強材により、耐火物によって構成された各分割火格子の強度を十分に確保することが可能となる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の発明において、前記ノズル形成部は複数の単位ノズル形成部に分割されていることを要旨とする。
上記構成によれば、空気供給部のノズル形成部は複数の単位ノズル形成部に分割されているため、該ノズル形成部が高温になって熱変形する場合には、各単位ノズル形成部がそれぞれ熱変形する。このため、ノズル形成部の熱変形分は各単位ノズル形成部にそれぞれ分散される、すなわち高温によってノズル形成部にかかる負荷が各単位ノズル形成部にそれぞれ分散される。したがって、炉内に空気を供給するための空気供給部のノズル形成部が熱変形して破損することを抑制することが可能となる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記ノズル形成部は上下方向において複数の単位ノズル形成部に分割されているとともに、該各単位ノズル形成部は上下に積層されており、前記ノズルは上下方向において隣接する前記単位ノズル形成部同士の対向面のうち少なくとも一方に設けられた溝によって構成されていることを要旨とする。
【００１３】
例えば各単位ノズル形成部を耐火物で構成した場合、各単位ノズル形成部に透孔を設けることでノズルを形成すると、該ノズルを形成するための加工作業が困難になるばかりか各単位ノズル形成部が熱変形によりノズル部分から割れやすくなってしまう。この点、上記構成によれば、ノズルが単位ノズル形成部同士の対向面に設けられた溝によって構成されているため、単位ノズル形成部同士の対向面同士を合わせることで、ノズルを半割形状とすることが可能となる。このため、各単位ノズル形成部が熱変形してもノズルを半割形状とすることで該熱変形分をノズル部分において逃がすことが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、炉内に配置された空気供給部のノズル形成部及び火格子の熱変形や腐食を抑えつつ、六価クロムの生成を防止することが可能なガス化炉を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明をバイオマスのガス化発電システムに備えられるガス化装置に具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において、「前後方向」、「左右方向」、「上下方向」をいう場合は、図１に矢印で示した方向を基準として示すものとする。
【００１６】
図１及び図２に示すように、ガス化装置１１は、被熱分解物としてのおが屑等のバイオマスを熱分解して熱分解ガスを発生させるための中空の円柱状をなすガス化炉１２と、該ガス化炉１２で発生させた熱分解ガス中のタールを高温で保持することによって分解するための中空の円柱状をなすガス滞留槽１３とを備えている。ガス化炉１２とガス滞留槽１３とは互いにほぼ同じ高さで左右方向に離間した横並び状態に配置されている。
【００１７】
ガス化炉１２は、円筒状の台座部１４と、該台座部１４上に設けられた有底円筒状をなす炉本体１５と、該炉本体１５の上端の開口部を閉塞する炉蓋１６とを備えている。炉蓋１６の中央部には炉本体１５内におが屑等を投入するための投入口１６ａが設けられており、該投入口１６ａにはおが屑等を収容した図示しないホッパが接続されている。すなわち、ホッパ（図示略）に収容されたおが屑等は、投入口１６ａを介して炉本体１５内に投入されるようになっている。
【００１８】
図２に示すように、炉本体１５の内面は断熱材１７によって覆われ、該断熱材１７は第１耐火物によって構成された第１層１８によって覆われ、該第１層１８の内面は第１耐火物よりも耐熱温度の高い第２耐火物によって構成された第２層１９によって覆われている。さらに、炉蓋１６の内面は第２層１９によって覆われている。第２耐火物は、主に酸化アルミニウムと二酸化ケイ素とにより構成されており、耐熱温度が炉本体１５内の最高温度よりも高くなっている。
【００１９】
炉本体１５の底壁１５ａの中央部にはステンレス綱よりなる円筒状の空気供給管２０が貫設されており、空気供給管２０における底壁１５ａから上側の部分は炉本体１５内における上下方向の中央位置よりもやや上側まで真っ直ぐに延びている。一方、空気供給管２０における底壁１５ａよりも下側の部分は、台座部１４内においてほぼ直角に側方（本実施形態では右方）へ屈曲されて台座部１４の周壁に設けられた挿通孔１４ａに挿通されている。そして、台座部１４内から挿通孔１４ａを通って側方へ延びる空気供給管２０の先端部は図示しない空気供給装置に接続されている。
【００２０】
炉本体１５内において空気供給管２０は上下方向に複数（本実施形態では３つ）に分割されており、この３つに分割された空気供給管２０は上側から順に第１空気供給管２１、第２空気供給管２２、及び第３空気供給管２３とされている。第１空気供給管２１と第２空気供給管２２とはこれらの内周面において円環状の連結部材２４によって連結されている。同様に、第２空気供給管２２と第３空気供給管２３とはこれらの内周面において円環状の連結部材２４によって連結されている。
【００２１】
すなわち、第２空気供給管２２及び第３空気供給管２３の各内周面における上端部には、円環状の連結部材２４が該第２空気供給管２２内及び第３空気供給管２３内から上方へ突出するようにそれぞれ溶接されており、該各連結部材２４の突出部分に第１空気供給管２１及び第２空気供給管２２の各下端部がそれぞれ嵌合している。
【００２２】
また、第２空気供給管２２の上下方向の長さは、第３空気供給管２３の上下方向の長さよりも若干短くなっているとともに、第１空気供給管２１の上下方向の長さの６倍弱程度になっている。そして、第１〜第３空気供給管２１，２２，２３の外周面は断熱材１７によってそれぞれ覆われるとともに、該各断熱材１７の外周面は第２層１９によってそれぞれ覆われている。
【００２３】
第１空気供給管２１を覆う第２層１９には、その外周面における上部全体が外側に向かって水平に突出してなる第１支持部としての外向きフランジ部２５が設けられている。また、炉本体１５の内周面を覆う第２層１９における外向きフランジ部２５と水平方向で対向する位置には、内側に向かって水平に突出してなる第２支持部としての内向きフランジ部２６が設けられている。そして、水平方向における外向きフランジ部２５の外周縁と内向きフランジ部２６の内周縁との間には、平面視で円環状の隙間が形成されるようになっている。なお、外向きフランジ部２５の上面と内向きフランジ部２６の上面とは、水平面になっているとともに、互いに面一となっている。
【００２４】
図２に示すように、第１空気供給管２１上には第２耐火物よりなる円筒状の高さ調整部２７が載置され、該高さ調整部２７上には第２耐火物よりなる円筒状のノズル形成部２８が載置され、該ノズル形成部２８上には該ノズル形成部２８の上端の開口部を閉塞するように第２耐火物よりなる円板状の蓋部材２９が載置されている。
【００２５】
高さ調整部２７、ノズル形成部２８、及び蓋部材２９は互いに外径が同じになっており、高さ調整部２７及びノズル形成部２８の内径は空気供給管２０の内径と同じになっている。また、高さ調整部２７、ノズル形成部２８、及び蓋部材２９の外径は、空気供給管２０の外周面を覆う断熱材１７の外径よりも大きく、該断熱材１７の外周面を覆う第２層１９の外径よりも小さくなるように設定されている。したがって、このように第２耐火物からなる各種の構造材（第２層１９、高さ調整部２７等）により外周面及び端面が覆われるため、空気供給管２０は、炉本体１５内において露出していない。そして、本実施形態では、空気供給管２０、炉本体１５内において空気供給管２０の外周面を覆う断熱材１７、該断熱材１７の外周面を覆う第２層１９、高さ調整部２７、ノズル形成部２８、及び蓋部材２９により空気供給部が構成されている。
【００２６】
また、炉本体１５内において外向きフランジ部２５上及び内向きフランジ部２６上には、外向きフランジ部２５及び内向きフランジ部２６間を橋架するように、第２耐火物よりなる円環板状の火格子３０が載置されている。すなわち、火格子３０は水平方向において高さ調整部２７を取り囲むように配置されている。したがって、この高さ調整部２７を含んで構成される空気供給部は、火格子３０の中心部を上下方向に貫通していると言える。
【００２７】
図１及び図２に示すように、炉本体１５内において、火格子３０よりも上側の領域はおが屑等を熱分解して熱分解ガスを発生させる熱分解室３１とされ、火格子３０よりも下側の領域は熱分解室３１で発生したおが屑等の灰を溜めるための灰溜室３２とされている。そして、炉本体１５の下端部における前後両側には灰溜室３２内に溜まった灰を炉本体１５外へ取り出すための灰取り出し口３３がそれぞれ設けられており、該各灰取り出し口３３は円板状の蓋体３４によって閉塞されている。なお、炉本体１５の周壁においてガス滞留槽１３側となる壁面（本実施形態では左面）における上下方向のほぼ中央位置、すなわち灰溜室３２の上端部と対応する位置にはガス滞留槽１３側となる方向（左方）に向かって延びる接続管３５が設けられている。
【００２８】
図１及び図２に示すように、ガス滞留槽１３は、台座部１４よりも若干高さが高い円筒状の台座部４０と、該台座部４０上に設けられるとともに底壁４１ａ及び上壁４１ｂを有する円筒状の槽本体４１とを備えている。槽本体４１内の領域は熱分解ガス中のタールを分解するためのタール分解室４２とされており、槽本体４１の内面は第２層１９によって覆われている。そして、槽本体４１の下端部における前側にはタール分解室４２内に溜まった灰を槽本体４１外へ取り出すための灰取り出し口４５が設けられており、該灰取り出し口４５は円板状の蓋体４６によって閉塞されている。
【００２９】
また、槽本体４１の上壁４１ｂの中央部には、タール分解室４２でタールが分解された熱分解ガスを送出するガス送出口４１ｃが設けられており、該ガス送出口４１ｃには円環状の連結具４３を介してタール分解室４２内の熱分解ガスを下流側へ導くための図示しないガス送出管が接続されている。すなわち、連結具４３は、ガス送出口４１ｃとガス送出管（図示略）とを連通状態で連結しているとともに、槽本体４１が熱変形した場合でも、該熱変形分を吸収してガス送出管（図示略）側にかかる負荷を低減するようになっている。
【００３０】
槽本体４１の周壁においてガス化炉１２側となる壁面（本実施形態では右面）における上下方向のほぼ中央位置にはガス化炉１２側となる方向（右方）に向かって延びる接続管４４が設けられている。接続管４４は炉本体１５の接続管３５と対向しており、接続管４４と接続管３５とは連結具４７を介して連通状態で連結されている。すなわち、槽本体４１のタール分解室４２と炉本体１５の灰溜室３２とは、接続管４４、連結具４７、及び接続管３５を介して連通している。
【００３１】
なお、連結具４７は、上記連結具４３と同様に、槽本体４１及び炉本体１５のうちの少なくとも一方が熱変形した場合でも、該熱変形分を吸収して槽本体４１側及び炉本体１５側にかかる負荷を低減するようになっている。
【００３２】
次に、火格子３０の構成について詳述する。
図３に示すように、火格子３０は、該火格子３０の周方向に沿って平面視で扇形状をなす複数（本実施形態では２４個）の分割火格子３０ａに分割されている。各分割火格子３０ａは、火格子３０の周方向において隣り合う分割火格子３０ａ同士の間に隙間が形成されるように、等間隔で配置されている。すなわち、各分割火格子３０ａは、火格子３０における内周側の端部が外向きフランジ部２５によって支持されるとともに火格子３０における外周側の端部が内向きフランジ部２６によって支持されるように、外向きフランジ部２５上及び内向きフランジ部２６上に載置されている。この場合、各分割火格子３０ａは、平面視で空気供給部を周方向に取り囲んだ状態になっている。
【００３３】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第２耐火物よりなる各分割火格子３０ａには、該各分割火格子３０ａを補強するためのステンレス綱よりなる補強材３０ｂが埋設されている。補強材３０ｂは、図４（ａ）に示すように平面視でＩ形状をなしているとともに、図４（ｂ）で示すように側面視でＨ形状をなしている。
【００３４】
次に、空気供給部を構成する高さ調整部２７及びノズル形成部２８の構成について詳述する。
（高さ調整部２７の構成）
図２及び図５に示すように、高さ調整部２７は、火格子３０からのノズル形成部２８の高さを調整するものであり、上下方向に複数（本実施形態では３つ）の円環状の単位高さ調整部２７ａ〜２７ｃに等分割されている。すなわち、高さ調整部２７は、下段単位高さ調整部２７ｃ上に中段単位高さ調整部２７ｂを積み重ねた後、該中段単位高さ調整部２７ｂ上に上段単位高さ調整部２７ａを積み重ねることによって構成されている。さらに、上段単位高さ調整部２７ａ及び下段単位高さ調整部２７ｃは左右に２つに等分割されているとともに、上段単位高さ調整部２７ａと下段単位高さ調整部２７ｃとの間に位置する中段単位高さ調整部２７ｂは前後に２つに等分割されている。
【００３５】
（ノズル形成部２８の構成）
図２及び図５に示すように、ノズル形成部２８は上下方向に積層された複数（本実施形態では６つ）の円環状の単位ノズル形成部に分割されている。そして、この６つの単位ノズル形成部は、上側から順に第１単位ノズル形成部２８ａ、第２単位ノズル形成部２８ｂ、第３単位ノズル形成部２８ｃ、第４単位ノズル形成部２８ｄ、第５単位ノズル形成部２８ｅ、及び第６単位ノズル形成部２８ｆとされている。
【００３６】
第１単位ノズル形成部２８ａの上面における内周側には外周側よりも高さが低くなるように段差部５０が設けられている一方、蓋部材２９の下面には段差部５０と対応する円板状の突出部２９ａが設けられている。そして、第１単位ノズル形成部２８ａの上面に蓋部材２９を載置した場合には、第１単位ノズル形成部２８ａの段差部５０に蓋部材２９の突出部２９ａが遊嵌されるようになっている。
【００３７】
また、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆは、それらの周方向に沿って複数（本実施形態では２つ）の分割片に等分割されている。すなわち、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅは前後に等分割されているとともに、第２、第４、第６の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆは左右に等分割されている。したがって、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆにおいて、上下方向に隣接する単位ノズル形成部同士は、それらの周方向における分割位置が互いに９０度ずれている。
【００３８】
図５及び図６に示すように、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面には、これらの周方向において複数（本実施形態では２０個）の溝５１が等間隔に設けられている。各溝５１は、断面半円状をなしており、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの内外を連通するようにこれらの径方向に沿って放射状に延びている。
【００３９】
第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面とそれぞれ隣接する面、すなわち第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面とそれぞれ対向する対向面である第２、第４、第６の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆの上面には、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面に設けられた各溝５１と対応するように各溝５１が設けられている。
【００４０】
したがって、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面と第２、第４、第６の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆの上面とをそれぞれ重ね合わせた場合には、これらの間に各溝５１同士が合わせられてなる複数のノズル５２が形成されるようになっている。すなわち、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面と第２、第４、第６の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆの上面との間には、これらの周方向に沿って等間隔に２０個のノズル５２がそれぞれ形成されている。なお、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面と第２、第４、第６の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆの上面との間に形成される２０個ずつの各ノズル５２は、これらの周方向における位置がそれぞれ互いに一致している。
【００４１】
一方、図５及び図７に示すように、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面には、これらの周方向において複数（本実施形態では２０個）の溝５１が等間隔に設けられている。各溝５１は、断面半円状をなしており、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの内外を連通するようにこれらの径方向に沿って放射状に延びている。
【００４２】
第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面とそれぞれ隣接する面、すなわち第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面とそれぞれ対向する対向面である第３、第５の各単位ノズル形成部２８ｃ、２８ｅの上面には、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面に設けられた各溝５１と対応するように各溝５１が設けられている。
【００４３】
したがって、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面と第３、第５の各単位ノズル形成部２８ｃ、２８ｅの上面とをそれぞれ重ね合わせた場合には、これらの間に各溝５１同士が合わせられてなる複数のノズル５２が形成されるようになっている。すなわち、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面と第３、第５の各単位ノズル形成部２８ｃ、２８ｅの上面との間には、これらの周方向に沿って等間隔に２０個のノズル５２がそれぞれ形成されている。なお、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面と第３、第５の各単位ノズル形成部２８ｃ、２８ｅの上面との間に形成される２０個ずつの各ノズル５２は、これらの周方向における位置がそれぞれ互いに一致している。
【００４４】
また、図５に示すように、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面と第２、第４、第６の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆの上面との間に形成される２０個ずつの各ノズル５２と、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面と第３、第５の各単位ノズル形成部２８ｃ、２８ｅの上面との間に形成される２０個ずつの各ノズル５２とは、これらの周方向における各ノズル５２間の角度（本実施形態では１８度）の半分の角度（本実施形態では９度）分だけこれらの周方向の位置がずれている。したがって、ノズル形成部２８に形成された各ノズル５２は、上下方向及びノズル形成部２８の周方向に沿って千鳥状に配列されている。
【００４５】
次に、ガス化装置１１の作用について説明する。
さて、ガス化炉１２の高温の熱分解室３１内におが屑等が投入されると、おが屑等が熱分解されて熱分解ガスが発生する。このとき、空気供給装置（図示しない）から空気供給管２０を介して熱分解室３１へ供給される空気（ガス化空気）は、灰溜室３２内の熱によって加熱されてからノズル形成部２８の各ノズル５２から熱分解室３１内に吹き出されるため、該空気による熱分解室３１内の温度低下が抑制される。
【００４６】
ここで、熱分解室３１内において高温に晒されるノズル形成部が複数の単位ノズル形成部に分割されていない筒状体である場合には、ノズル形成部において上端部側と下端部側との間で温度差が生じることで、熱変形（熱膨張）する度合いに差が生じるため、ノズル形成部全体として大きなひずみが生じて該ノズル形成部が破損してしまうことがある。
【００４７】
この点、本実施形態では、熱分解室３１内において高温に晒されるノズル形成部２８は、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆに分割され、さらに該各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆが２つの分割片にそれぞれ等分割されているため、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆを構成する分割片のそれぞれ毎における温度差が小さくなるとともに、該各分割片が個別に熱変形（熱膨張）する。
【００４８】
すなわち、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆを構成する各分割片に対して個別にひずみが生じるため、そのひずみはそれぞれ小さいものとなる。したがって、このような温度差によって生じるひずみによって各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆ（ノズル形成部２８）が破損することが効果的に抑制される。
【００４９】
またここで、ガス化炉１２の火格子及びノズル形成部がステンレス綱で構成されている場合には、これらノズル形成部及び火格子が高温によって変形したり腐食したりする上、ステンレス綱のクロムが析出しておが屑等の灰と反応することで毒性の強い六価クロムが生成されてしまう。この点、本実施形態では、ガス化炉１２の火格子３０及びノズル形成部２８が第２耐火物によって構成されているため、これら火格子３０及びノズル形成部２８の熱変形や腐食が抑制されるとともに、六価クロムの生成が防止される。
【００５０】
引き続き、熱分解室３１内に発生した熱分解ガスは、おが屑等の灰とともに火格子３０を構成する各分割火格子３０ａ間の隙間を通って灰溜室３２に流れ込む。このとき、おが屑等の灰の大半は灰溜室３２の底部に溜まり、残りの灰は熱分解ガスとともに接続管３５、連結具４７、及び接続管４４を介してガス滞留槽１３のタール分解室４２内に流れ込む。このタール分解室４２内は高温に保たれているため、熱分解ガスは該熱分解ガス中のタールが分解された状態でガス送出口４１ｃから送出される。
【００５１】
このとき、熱分解ガスとともにタール分解室４２内に流れ込んだ灰の一部はタール分解室４２の底部に溜まる一方、ガス送出口４１ｃから送出された熱分解ガスは、後工程において冷却及び精製されて図示しない発電機を駆動するための燃料ガスとして使用される。
【００５２】
以上詳述した実施形態によれば次のような効果が発揮される。
（１）本実施形態では火格子３０が２４個の分割火格子３０ａに分割されているため、各分割火格子３０ａはそれぞれ火格子３０よりも小さく軽くなる。したがって、火格子３０の組み付け作業を容易に行うことができ、ひいてはガス化炉１２の組み立て作業を容易に行うことができる。特に、火格子３０の中心部を上下方向に貫通するように空気供給部（高さ調整部２７）を組み付けるという作業も、その空気供給部を取り囲むように複数の各分割火格子３０ａを配置することで容易に行うことができる。
【００５３】
（２）各分割火格子３０ａをステンレス綱で構成した場合には、該各分割火格子３０ａが高温によって変形したり腐食したりする上、ステンレス綱のクロムが析出して灰と反応することで毒性の強い六価クロムが生成されてしまう。この点、本実施形態では、各分割火格子３０ａが酸化アルミニウム及び二酸化ケイ素を主成分とする第２耐火物により構成されているため、該各分割火格子３０ａの熱変形や腐食を抑えつつ、六価クロムの生成を防止することができる。
【００５４】
（３）また、通常、火格子３０上には熱分解室３１内を保温するべく蓄熱効果を有するペブルを敷き詰める必要があるが、本実施形態では火格子３０（各分割火格子３０ａ）が第２耐火物により構成されているため、該火格子３０自体が蓄熱効果を有するようになる。したがって、ペブルを不要とすることができる。
【００５５】
（４）各分割火格子３０ａを第２耐火物によって構成すると、各分割火格子３０ａをステンレス綱によって構成した場合に比べて強度が低下してしまう。この点、本実施形態では、各分割火格子３０ａに補強材３０ｂが埋設されているため、各分割火格子３０ａを第２耐火物によって構成しても、該各分割火格子３０ａの強度を十分に確保することができる。
【００５６】
（５）各分割火格子３０ａは、平面視で同一の扇形状をなしているとともに、平面視で円筒状をなす空気供給部の周方向に沿って配置されており、空気供給部の周方向において隣り合う分割火格子３０ａ同士の間に隙間が等間隔で形成されるように配置されている。このため、熱分解室３１内（火格子３０上）で発生した熱分解ガス及び灰を、各分割火格子同士間の隙間から灰溜室３２内（火格子３０の下側）へ偏りなくバランスよく通すことができるとともに、火格子３０を構成する複数の分割火格子３０ａを同一規格で生産管理することができる。
【００５７】
（６）各分割火格子３０ａは外向きフランジ部２５及び内向きフランジ部２６によって２点で支持されているので、各分割火格子３０ａを安定した状態で支持することができる。
【００５８】
（７）各分割火格子３０ａは外向きフランジ部２５上及び内向きフランジ部２６上に載置するだけでこれらによって支持されるので、各分割火格子３０ａの組み付け作業を容易に行うことができる。
【００５９】
（８）ノズル形成部２８は第１〜第６の複数の単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆに分割されているため、該ノズル形成部が高温になって熱変形する場合には、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆがそれぞれ熱変形するようになる。このため、ノズル形成部２８の熱変形分は各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆにそれぞれ分散される、すなわち高温によってノズル形成部２８に生じるひずみが各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆにそれぞれ分散される。したがって、ノズル形成部２８が高温によって生じるひずみ（熱変形すること）によって破損することを抑制することができる。
【００６０】
（９）各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆをステンレス綱で構成した場合には、該各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆが高温によって変形したり腐食したりする上、ステンレス綱のクロムが析出して灰と反応することで毒性の強い六価クロムが生成されてしまう。この点、本実施形態では、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆが酸化アルミニウム及び二酸化ケイ素を主成分とする第２耐火物により構成されているため、該各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆの熱変形や腐食を抑えつつ、六価クロムの生成を防止することができる。
【００６１】
（１０）各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆは第２耐火物で構成されているため、該各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆに透孔を設けることでノズル５２を形成すると、該ノズル５２を形成するための加工作業が困難になるばかりか各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆが熱変形によりノズル５２部分から割れやすくなってしまう。この点、本実施形態では、ノズル５２が上下に隣接する単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆ同士の対向面に設けられた溝５１を合わせることによって形成されているため、ノズル５２がいわゆる半割形状となる。このため、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆが熱変形しても該熱変形分を半割形状のノズル５２部分において逃がすことができる。したがって、ノズル形成部２８（各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆ）にノズル５２を容易に形成することができるとともに、ノズル形成部２８（各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆ）が熱変形しても該ノズル形成部２８がノズル５２部分から割れることを抑制することができる。
【００６２】
（１１）ノズル形成部２８に形成された各ノズル５２は千鳥状に配列されているため、各ノズル５２を並列状に配列する場合に比べて各ノズル５２間の距離を長くすることができる。したがって、ノズル形成部２８の強度を向上することができる。
【００６３】
（１２）ノズル形成部２８を構成する各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆはそれらの周方向に沿って２つの分割片に等分割されているので、ノズル形成部２８が高温になって熱変形する場合には、該ノズル形成部２８が各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆよりも小さい分割片単位で熱変形する。このため、ノズル形成部２８の熱変形分を各分割片にそれぞれ均等に分散させる、すなわち高温によってノズル形成部２８に生じるひずみを各分割片にそれぞれ均等に分散させることができる。したがって、ノズル形成部２８が熱変形して破損することを効果的に抑制することができる。
【００６４】
（１３）ノズル形成部２８において上下方向に隣接する各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆ同士は、それらの周方向における分割位置が互いに９０度ずれている。このため、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆを上下に積層した場合に、該各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆが崩れ難くすることができる。すなわち、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆを上下に安定して積層することができる。
【００６５】
（変更例）
なお、上記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ノズル形成部２８は必ずしも各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆに分割しなくてもよい。
【００６６】
・補強材３０ｂは、各分割火格子３０ａの表面に設けるようにしてもよいし、あるいは省略してもよい。
・火格子３０は必ずしも各分割火格子３０ａに分割しなくてもよい。
【００６７】
・おが屑の代わりに間伐材や材木端材などを被熱分解物として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施形態のガス化装置の斜視図。
【図２】図１のガス化装置の半割斜視図。
【図３】炉蓋を取り去った状態のガス化炉の平面図。
【図４】（ａ）は単位火格子の平面図、（ｂ）は単位火格子の側面図。
【図５】ノズル形成部の拡大正面図。
【図６】図５におけるＡ−Ａ線、Ｃ−Ｃ線、Ｅ−Ｅ線で矢視した場合の断面図。
【図７】図５におけるＢ−Ｂ線、Ｄ−Ｄ線で矢視した場合の断面図。
【符号の説明】
【００６９】
１２…ガス化炉、１７…空気供給部を構成する断熱材、１９…空気供給部を構成する第２層、２０…空気供給部を構成する空気供給管、２５…第１支持部としての外向きフランジ部、２６…第２支持部としての内向きフランジ部、２７…空気供給部を構成する高さ調整部、２８…空気供給部を構成するノズル形成部、２８ａ…第１単位ノズル形成部、２８ｂ…第２単位ノズル形成部、２８ｃ…第３単位ノズル形成部、２８ｄ…第４単位ノズル形成部、２８ｅ…第５単位ノズル形成部、２８ｆ…第６単位ノズル形成部、２９…空気供給部を構成する蓋部材、３０…火格子、３０ａ…分割火格子、３０ｂ…補強材、５１…溝、５２…ノズル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばバイオマス等の被熱分解物を熱分解することによって発生する熱分解ガスを発生させるためのガス化炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、木材チップ等のバイオマス（被熱分解物）を加熱してガス化し、生成されたガスを燃料ガスとして発電を行うガス化発電システムが実用化されるようになってきた。このようなガス化発電システムでは、ガス化炉において、原料のバイオマスを低酸素下で加熱して熱分解すると、主に一酸化炭素、水素及び炭化水素よりなる熱分解ガスが発生する。そして、この熱分解ガスを燃料ガスとしてガスタービン発電、ガスエンジン発電、デュアルフューエルエンジン発電あるいは燃料電池等の種々の発電用設備等に供給して利用している。
【０００３】
こうした熱分解ガスを発生させるためのガス化炉としては、従来、特許文献１に示すものが知られている。すなわち、特許文献１のガス化炉は、燃焼炉本体内（炉内）の上下方向の中間位置に金属製等の耐火材からなる固定火格子（火格子）が設けられている。
【特許文献１】特開２００１−８２７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１のガス化炉は、固定火格子が金属製等の耐火材からなっている。そして、この固定火格子をステンレス綱によって構成した場合には、該固定火格子が高温によって変形したり腐食したりする上、ステンレス綱のクロムが析出して灰と反応することで毒性の強い六価クロムが生成されてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような課題に着目してなされたものである。その目的とするところは、炉内に配置された空気供給部のノズル形成部及び火格子の熱変形や腐食を抑えつつ、六価クロムの生成を防止することが可能なガス化炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、炉内の上下方向の中間位置に設けられた火格子と、該火格子を上下方向に貫通して炉内に空気を供給する空気供給部とを備え、前記火格子上で被熱分解物を熱分解することによって熱分解ガスを発生させるガス化炉であって、前記空気供給部は炉内に空気を噴射するためのノズルが形成されたノズル形成部を有しており、前記ノズル形成部及び前記火格子のうち少なくとも一方を耐火物により構成したことを要旨とする。
【０００７】
例えば、炉内に配置されるノズル形成部及び火格子をステンレス綱で構成した場合には、これらノズル形成部及び火格子が高温によって変形したり腐食したりする上、ステンレス綱のクロムが析出して灰と反応することで毒性の強い六価クロムが生成されてしまう。この点、上記構成によれば、炉内に配置されたノズル形成部及び火格子が耐火物により構成されているため、ノズル形成部及び火格子の熱変形や腐食を抑えつつ、六価クロムの生成を防止することが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記火格子は複数の分割火格子に分割されているとともに、該各分割火格子は前記空気供給部を囲むように配置されていることを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、火格子は複数の分割火格子に分割されているため、各分割火格子はそれぞれ火格子よりも小さく軽くなる。したがって、火格子の組み付け作業を容易に行うことが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記各分割火格子には、該各分割火格子を補強するための補強材が設けられていることを要旨とする。
通常、各分割火格子を耐火物によって構成すると、各分割火格子をステンレス綱によって構成した場合に比べて強度が低下する。この点、上記構成によれば、補強材により、耐火物によって構成された各分割火格子の強度を十分に確保することが可能となる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の発明において、前記ノズル形成部は複数の単位ノズル形成部に分割されていることを要旨とする。
上記構成によれば、空気供給部のノズル形成部は複数の単位ノズル形成部に分割されているため、該ノズル形成部が高温になって熱変形する場合には、各単位ノズル形成部がそれぞれ熱変形する。このため、ノズル形成部の熱変形分は各単位ノズル形成部にそれぞれ分散される、すなわち高温によってノズル形成部にかかる負荷が各単位ノズル形成部にそれぞれ分散される。したがって、炉内に空気を供給するための空気供給部のノズル形成部が熱変形して破損することを抑制することが可能となる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記ノズル形成部は上下方向において複数の単位ノズル形成部に分割されているとともに、該各単位ノズル形成部は上下に積層されており、前記ノズルは上下方向において隣接する前記単位ノズル形成部同士の対向面のうち少なくとも一方に設けられた溝によって構成されていることを要旨とする。
【００１３】
例えば各単位ノズル形成部を耐火物で構成した場合、各単位ノズル形成部に透孔を設けることでノズルを形成すると、該ノズルを形成するための加工作業が困難になるばかりか各単位ノズル形成部が熱変形によりノズル部分から割れやすくなってしまう。この点、上記構成によれば、ノズルが単位ノズル形成部同士の対向面に設けられた溝によって構成されているため、単位ノズル形成部同士の対向面同士を合わせることで、ノズルを半割形状とすることが可能となる。このため、各単位ノズル形成部が熱変形してもノズルを半割形状とすることで該熱変形分をノズル部分において逃がすことが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、炉内に配置された空気供給部のノズル形成部及び火格子の熱変形や腐食を抑えつつ、六価クロムの生成を防止することが可能なガス化炉を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明をバイオマスのガス化発電システムに備えられるガス化装置に具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において、「前後方向」、「左右方向」、「上下方向」をいう場合は、図１に矢印で示した方向を基準として示すものとする。
【００１６】
図１及び図２に示すように、ガス化装置１１は、被熱分解物としてのおが屑等のバイオマスを熱分解して熱分解ガスを発生させるための中空の円柱状をなすガス化炉１２と、該ガス化炉１２で発生させた熱分解ガス中のタールを高温で保持することによって分解するための中空の円柱状をなすガス滞留槽１３とを備えている。ガス化炉１２とガス滞留槽１３とは互いにほぼ同じ高さで左右方向に離間した横並び状態に配置されている。
【００１７】
ガス化炉１２は、円筒状の台座部１４と、該台座部１４上に設けられた有底円筒状をなす炉本体１５と、該炉本体１５の上端の開口部を閉塞する炉蓋１６とを備えている。炉蓋１６の中央部には炉本体１５内におが屑等を投入するための投入口１６ａが設けられており、該投入口１６ａにはおが屑等を収容した図示しないホッパが接続されている。すなわち、ホッパ（図示略）に収容されたおが屑等は、投入口１６ａを介して炉本体１５内に投入されるようになっている。
【００１８】
図２に示すように、炉本体１５の内面は断熱材１７によって覆われ、該断熱材１７は第１耐火物によって構成された第１層１８によって覆われ、該第１層１８の内面は第１耐火物よりも耐熱温度の高い第２耐火物によって構成された第２層１９によって覆われている。さらに、炉蓋１６の内面は第２層１９によって覆われている。第２耐火物は、主に酸化アルミニウムと二酸化ケイ素とにより構成されており、耐熱温度が炉本体１５内の最高温度よりも高くなっている。
【００１９】
炉本体１５の底壁１５ａの中央部にはステンレス綱よりなる円筒状の空気供給管２０が貫設されており、空気供給管２０における底壁１５ａから上側の部分は炉本体１５内における上下方向の中央位置よりもやや上側まで真っ直ぐに延びている。一方、空気供給管２０における底壁１５ａよりも下側の部分は、台座部１４内においてほぼ直角に側方（本実施形態では右方）へ屈曲されて台座部１４の周壁に設けられた挿通孔１４ａに挿通されている。そして、台座部１４内から挿通孔１４ａを通って側方へ延びる空気供給管２０の先端部は図示しない空気供給装置に接続されている。
【００２０】
炉本体１５内において空気供給管２０は上下方向に複数（本実施形態では３つ）に分割されており、この３つに分割された空気供給管２０は上側から順に第１空気供給管２１、第２空気供給管２２、及び第３空気供給管２３とされている。第１空気供給管２１と第２空気供給管２２とはこれらの内周面において円環状の連結部材２４によって連結されている。同様に、第２空気供給管２２と第３空気供給管２３とはこれらの内周面において円環状の連結部材２４によって連結されている。
【００２１】
すなわち、第２空気供給管２２及び第３空気供給管２３の各内周面における上端部には、円環状の連結部材２４が該第２空気供給管２２内及び第３空気供給管２３内から上方へ突出するようにそれぞれ溶接されており、該各連結部材２４の突出部分に第１空気供給管２１及び第２空気供給管２２の各下端部がそれぞれ嵌合している。
【００２２】
また、第２空気供給管２２の上下方向の長さは、第３空気供給管２３の上下方向の長さよりも若干短くなっているとともに、第１空気供給管２１の上下方向の長さの６倍弱程度になっている。そして、第１〜第３空気供給管２１，２２，２３の外周面は断熱材１７によってそれぞれ覆われるとともに、該各断熱材１７の外周面は第２層１９によってそれぞれ覆われている。
【００２３】
第１空気供給管２１を覆う第２層１９には、その外周面における上部全体が外側に向かって水平に突出してなる第１支持部としての外向きフランジ部２５が設けられている。また、炉本体１５の内周面を覆う第２層１９における外向きフランジ部２５と水平方向で対向する位置には、内側に向かって水平に突出してなる第２支持部としての内向きフランジ部２６が設けられている。そして、水平方向における外向きフランジ部２５の外周縁と内向きフランジ部２６の内周縁との間には、平面視で円環状の隙間が形成されるようになっている。なお、外向きフランジ部２５の上面と内向きフランジ部２６の上面とは、水平面になっているとともに、互いに面一となっている。
【００２４】
図２に示すように、第１空気供給管２１上には第２耐火物よりなる円筒状の高さ調整部２７が載置され、該高さ調整部２７上には第２耐火物よりなる円筒状のノズル形成部２８が載置され、該ノズル形成部２８上には該ノズル形成部２８の上端の開口部を閉塞するように第２耐火物よりなる円板状の蓋部材２９が載置されている。
【００２５】
高さ調整部２７、ノズル形成部２８、及び蓋部材２９は互いに外径が同じになっており、高さ調整部２７及びノズル形成部２８の内径は空気供給管２０の内径と同じになっている。また、高さ調整部２７、ノズル形成部２８、及び蓋部材２９の外径は、空気供給管２０の外周面を覆う断熱材１７の外径よりも大きく、該断熱材１７の外周面を覆う第２層１９の外径よりも小さくなるように設定されている。したがって、このように第２耐火物からなる各種の構造材（第２層１９、高さ調整部２７等）により外周面及び端面が覆われるため、空気供給管２０は、炉本体１５内において露出していない。そして、本実施形態では、空気供給管２０、炉本体１５内において空気供給管２０の外周面を覆う断熱材１７、該断熱材１７の外周面を覆う第２層１９、高さ調整部２７、ノズル形成部２８、及び蓋部材２９により空気供給部が構成されている。
【００２６】
また、炉本体１５内において外向きフランジ部２５上及び内向きフランジ部２６上には、外向きフランジ部２５及び内向きフランジ部２６間を橋架するように、第２耐火物よりなる円環板状の火格子３０が載置されている。すなわち、火格子３０は水平方向において高さ調整部２７を取り囲むように配置されている。したがって、この高さ調整部２７を含んで構成される空気供給部は、火格子３０の中心部を上下方向に貫通していると言える。
【００２７】
図１及び図２に示すように、炉本体１５内において、火格子３０よりも上側の領域はおが屑等を熱分解して熱分解ガスを発生させる熱分解室３１とされ、火格子３０よりも下側の領域は熱分解室３１で発生したおが屑等の灰を溜めるための灰溜室３２とされている。そして、炉本体１５の下端部における前後両側には灰溜室３２内に溜まった灰を炉本体１５外へ取り出すための灰取り出し口３３がそれぞれ設けられており、該各灰取り出し口３３は円板状の蓋体３４によって閉塞されている。なお、炉本体１５の周壁においてガス滞留槽１３側となる壁面（本実施形態では左面）における上下方向のほぼ中央位置、すなわち灰溜室３２の上端部と対応する位置にはガス滞留槽１３側となる方向（左方）に向かって延びる接続管３５が設けられている。
【００２８】
図１及び図２に示すように、ガス滞留槽１３は、台座部１４よりも若干高さが高い円筒状の台座部４０と、該台座部４０上に設けられるとともに底壁４１ａ及び上壁４１ｂを有する円筒状の槽本体４１とを備えている。槽本体４１内の領域は熱分解ガス中のタールを分解するためのタール分解室４２とされており、槽本体４１の内面は第２層１９によって覆われている。そして、槽本体４１の下端部における前側にはタール分解室４２内に溜まった灰を槽本体４１外へ取り出すための灰取り出し口４５が設けられており、該灰取り出し口４５は円板状の蓋体４６によって閉塞されている。
【００２９】
また、槽本体４１の上壁４１ｂの中央部には、タール分解室４２でタールが分解された熱分解ガスを送出するガス送出口４１ｃが設けられており、該ガス送出口４１ｃには円環状の連結具４３を介してタール分解室４２内の熱分解ガスを下流側へ導くための図示しないガス送出管が接続されている。すなわち、連結具４３は、ガス送出口４１ｃとガス送出管（図示略）とを連通状態で連結しているとともに、槽本体４１が熱変形した場合でも、該熱変形分を吸収してガス送出管（図示略）側にかかる負荷を低減するようになっている。
【００３０】
槽本体４１の周壁においてガス化炉１２側となる壁面（本実施形態では右面）における上下方向のほぼ中央位置にはガス化炉１２側となる方向（右方）に向かって延びる接続管４４が設けられている。接続管４４は炉本体１５の接続管３５と対向しており、接続管４４と接続管３５とは連結具４７を介して連通状態で連結されている。すなわち、槽本体４１のタール分解室４２と炉本体１５の灰溜室３２とは、接続管４４、連結具４７、及び接続管３５を介して連通している。
【００３１】
なお、連結具４７は、上記連結具４３と同様に、槽本体４１及び炉本体１５のうちの少なくとも一方が熱変形した場合でも、該熱変形分を吸収して槽本体４１側及び炉本体１５側にかかる負荷を低減するようになっている。
【００３２】
次に、火格子３０の構成について詳述する。
図３に示すように、火格子３０は、該火格子３０の周方向に沿って平面視で扇形状をなす複数（本実施形態では２４個）の分割火格子３０ａに分割されている。各分割火格子３０ａは、火格子３０の周方向において隣り合う分割火格子３０ａ同士の間に隙間が形成されるように、等間隔で配置されている。すなわち、各分割火格子３０ａは、火格子３０における内周側の端部が外向きフランジ部２５によって支持されるとともに火格子３０における外周側の端部が内向きフランジ部２６によって支持されるように、外向きフランジ部２５上及び内向きフランジ部２６上に載置されている。この場合、各分割火格子３０ａは、平面視で空気供給部を周方向に取り囲んだ状態になっている。
【００３３】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第２耐火物よりなる各分割火格子３０ａには、該各分割火格子３０ａを補強するためのステンレス綱よりなる補強材３０ｂが埋設されている。補強材３０ｂは、図４（ａ）に示すように平面視でＩ形状をなしているとともに、図４（ｂ）で示すように側面視でＨ形状をなしている。
【００３４】
次に、空気供給部を構成する高さ調整部２７及びノズル形成部２８の構成について詳述する。
（高さ調整部２７の構成）
図２及び図５に示すように、高さ調整部２７は、火格子３０からのノズル形成部２８の高さを調整するものであり、上下方向に複数（本実施形態では３つ）の円環状の単位高さ調整部２７ａ〜２７ｃに等分割されている。すなわち、高さ調整部２７は、下段単位高さ調整部２７ｃ上に中段単位高さ調整部２７ｂを積み重ねた後、該中段単位高さ調整部２７ｂ上に上段単位高さ調整部２７ａを積み重ねることによって構成されている。さらに、上段単位高さ調整部２７ａ及び下段単位高さ調整部２７ｃは左右に２つに等分割されているとともに、上段単位高さ調整部２７ａと下段単位高さ調整部２７ｃとの間に位置する中段単位高さ調整部２７ｂは前後に２つに等分割されている。
【００３５】
（ノズル形成部２８の構成）
図２及び図５に示すように、ノズル形成部２８は上下方向に積層された複数（本実施形態では６つ）の円環状の単位ノズル形成部に分割されている。そして、この６つの単位ノズル形成部は、上側から順に第１単位ノズル形成部２８ａ、第２単位ノズル形成部２８ｂ、第３単位ノズル形成部２８ｃ、第４単位ノズル形成部２８ｄ、第５単位ノズル形成部２８ｅ、及び第６単位ノズル形成部２８ｆとされている。
【００３６】
第１単位ノズル形成部２８ａの上面における内周側には外周側よりも高さが低くなるように段差部５０が設けられている一方、蓋部材２９の下面には段差部５０と対応する円板状の突出部２９ａが設けられている。そして、第１単位ノズル形成部２８ａの上面に蓋部材２９を載置した場合には、第１単位ノズル形成部２８ａの段差部５０に蓋部材２９の突出部２９ａが遊嵌されるようになっている。
【００３７】
また、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆは、それらの周方向に沿って複数（本実施形態では２つ）の分割片に等分割されている。すなわち、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅは前後に等分割されているとともに、第２、第４、第６の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆは左右に等分割されている。したがって、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆにおいて、上下方向に隣接する単位ノズル形成部同士は、それらの周方向における分割位置が互いに９０度ずれている。
【００３８】
図５及び図６に示すように、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面には、これらの周方向において複数（本実施形態では２０個）の溝５１が等間隔に設けられている。各溝５１は、断面半円状をなしており、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの内外を連通するようにこれらの径方向に沿って放射状に延びている。
【００３９】
第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面とそれぞれ隣接する面、すなわち第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面とそれぞれ対向する対向面である第２、第４、第６の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆの上面には、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面に設けられた各溝５１と対応するように各溝５１が設けられている。
【００４０】
したがって、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面と第２、第４、第６の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆの上面とをそれぞれ重ね合わせた場合には、これらの間に各溝５１同士が合わせられてなる複数のノズル５２が形成されるようになっている。すなわち、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面と第２、第４、第６の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆの上面との間には、これらの周方向に沿って等間隔に２０個のノズル５２がそれぞれ形成されている。なお、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面と第２、第４、第６の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆの上面との間に形成される２０個ずつの各ノズル５２は、これらの周方向における位置がそれぞれ互いに一致している。
【００４１】
一方、図５及び図７に示すように、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面には、これらの周方向において複数（本実施形態では２０個）の溝５１が等間隔に設けられている。各溝５１は、断面半円状をなしており、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの内外を連通するようにこれらの径方向に沿って放射状に延びている。
【００４２】
第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面とそれぞれ隣接する面、すなわち第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面とそれぞれ対向する対向面である第３、第５の各単位ノズル形成部２８ｃ、２８ｅの上面には、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面に設けられた各溝５１と対応するように各溝５１が設けられている。
【００４３】
したがって、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面と第３、第５の各単位ノズル形成部２８ｃ、２８ｅの上面とをそれぞれ重ね合わせた場合には、これらの間に各溝５１同士が合わせられてなる複数のノズル５２が形成されるようになっている。すなわち、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面と第３、第５の各単位ノズル形成部２８ｃ、２８ｅの上面との間には、これらの周方向に沿って等間隔に２０個のノズル５２がそれぞれ形成されている。なお、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面と第３、第５の各単位ノズル形成部２８ｃ、２８ｅの上面との間に形成される２０個ずつの各ノズル５２は、これらの周方向における位置がそれぞれ互いに一致している。
【００４４】
また、図５に示すように、第１、第３、第５の各単位ノズル形成部２８ａ、２８ｃ、２８ｅの下面と第２、第４、第６の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆの上面との間に形成される２０個ずつの各ノズル５２と、第２、第４の各単位ノズル形成部２８ｂ、２８ｄの下面と第３、第５の各単位ノズル形成部２８ｃ、２８ｅの上面との間に形成される２０個ずつの各ノズル５２とは、これらの周方向における各ノズル５２間の角度（本実施形態では１８度）の半分の角度（本実施形態では９度）分だけこれらの周方向の位置がずれている。したがって、ノズル形成部２８に形成された各ノズル５２は、上下方向及びノズル形成部２８の周方向に沿って千鳥状に配列されている。
【００４５】
次に、ガス化装置１１の作用について説明する。
さて、ガス化炉１２の高温の熱分解室３１内におが屑等が投入されると、おが屑等が熱分解されて熱分解ガスが発生する。このとき、空気供給装置（図示しない）から空気供給管２０を介して熱分解室３１へ供給される空気（ガス化空気）は、灰溜室３２内の熱によって加熱されてからノズル形成部２８の各ノズル５２から熱分解室３１内に吹き出されるため、該空気による熱分解室３１内の温度低下が抑制される。
【００４６】
ここで、熱分解室３１内において高温に晒されるノズル形成部が複数の単位ノズル形成部に分割されていない筒状体である場合には、ノズル形成部において上端部側と下端部側との間で温度差が生じることで、熱変形（熱膨張）する度合いに差が生じるため、ノズル形成部全体として大きなひずみが生じて該ノズル形成部が破損してしまうことがある。
【００４７】
この点、本実施形態では、熱分解室３１内において高温に晒されるノズル形成部２８は、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆに分割され、さらに該各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆが２つの分割片にそれぞれ等分割されているため、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆを構成する分割片のそれぞれ毎における温度差が小さくなるとともに、該各分割片が個別に熱変形（熱膨張）する。
【００４８】
すなわち、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆを構成する各分割片に対して個別にひずみが生じるため、そのひずみはそれぞれ小さいものとなる。したがって、このような温度差によって生じるひずみによって各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆ（ノズル形成部２８）が破損することが効果的に抑制される。
【００４９】
またここで、ガス化炉１２の火格子及びノズル形成部がステンレス綱で構成されている場合には、これらノズル形成部及び火格子が高温によって変形したり腐食したりする上、ステンレス綱のクロムが析出しておが屑等の灰と反応することで毒性の強い六価クロムが生成されてしまう。この点、本実施形態では、ガス化炉１２の火格子３０及びノズル形成部２８が第２耐火物によって構成されているため、これら火格子３０及びノズル形成部２８の熱変形や腐食が抑制されるとともに、六価クロムの生成が防止される。
【００５０】
引き続き、熱分解室３１内に発生した熱分解ガスは、おが屑等の灰とともに火格子３０を構成する各分割火格子３０ａ間の隙間を通って灰溜室３２に流れ込む。このとき、おが屑等の灰の大半は灰溜室３２の底部に溜まり、残りの灰は熱分解ガスとともに接続管３５、連結具４７、及び接続管４４を介してガス滞留槽１３のタール分解室４２内に流れ込む。このタール分解室４２内は高温に保たれているため、熱分解ガスは該熱分解ガス中のタールが分解された状態でガス送出口４１ｃから送出される。
【００５１】
このとき、熱分解ガスとともにタール分解室４２内に流れ込んだ灰の一部はタール分解室４２の底部に溜まる一方、ガス送出口４１ｃから送出された熱分解ガスは、後工程において冷却及び精製されて図示しない発電機を駆動するための燃料ガスとして使用される。
【００５２】
以上詳述した実施形態によれば次のような効果が発揮される。
（１）本実施形態では火格子３０が２４個の分割火格子３０ａに分割されているため、各分割火格子３０ａはそれぞれ火格子３０よりも小さく軽くなる。したがって、火格子３０の組み付け作業を容易に行うことができ、ひいてはガス化炉１２の組み立て作業を容易に行うことができる。特に、火格子３０の中心部を上下方向に貫通するように空気供給部（高さ調整部２７）を組み付けるという作業も、その空気供給部を取り囲むように複数の各分割火格子３０ａを配置することで容易に行うことができる。
【００５３】
（２）各分割火格子３０ａをステンレス綱で構成した場合には、該各分割火格子３０ａが高温によって変形したり腐食したりする上、ステンレス綱のクロムが析出して灰と反応することで毒性の強い六価クロムが生成されてしまう。この点、本実施形態では、各分割火格子３０ａが酸化アルミニウム及び二酸化ケイ素を主成分とする第２耐火物により構成されているため、該各分割火格子３０ａの熱変形や腐食を抑えつつ、六価クロムの生成を防止することができる。
【００５４】
（３）また、通常、火格子３０上には熱分解室３１内を保温するべく蓄熱効果を有するペブルを敷き詰める必要があるが、本実施形態では火格子３０（各分割火格子３０ａ）が第２耐火物により構成されているため、該火格子３０自体が蓄熱効果を有するようになる。したがって、ペブルを不要とすることができる。
【００５５】
（４）各分割火格子３０ａを第２耐火物によって構成すると、各分割火格子３０ａをステンレス綱によって構成した場合に比べて強度が低下してしまう。この点、本実施形態では、各分割火格子３０ａに補強材３０ｂが埋設されているため、各分割火格子３０ａを第２耐火物によって構成しても、該各分割火格子３０ａの強度を十分に確保することができる。
【００５６】
（５）各分割火格子３０ａは、平面視で同一の扇形状をなしているとともに、平面視で円筒状をなす空気供給部の周方向に沿って配置されており、空気供給部の周方向において隣り合う分割火格子３０ａ同士の間に隙間が等間隔で形成されるように配置されている。このため、熱分解室３１内（火格子３０上）で発生した熱分解ガス及び灰を、各分割火格子同士間の隙間から灰溜室３２内（火格子３０の下側）へ偏りなくバランスよく通すことができるとともに、火格子３０を構成する複数の分割火格子３０ａを同一規格で生産管理することができる。
【００５７】
（６）各分割火格子３０ａは外向きフランジ部２５及び内向きフランジ部２６によって２点で支持されているので、各分割火格子３０ａを安定した状態で支持することができる。
【００５８】
（７）各分割火格子３０ａは外向きフランジ部２５上及び内向きフランジ部２６上に載置するだけでこれらによって支持されるので、各分割火格子３０ａの組み付け作業を容易に行うことができる。
【００５９】
（８）ノズル形成部２８は第１〜第６の複数の単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆに分割されているため、該ノズル形成部が高温になって熱変形する場合には、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆがそれぞれ熱変形するようになる。このため、ノズル形成部２８の熱変形分は各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆにそれぞれ分散される、すなわち高温によってノズル形成部２８に生じるひずみが各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆにそれぞれ分散される。したがって、ノズル形成部２８が高温によって生じるひずみ（熱変形すること）によって破損することを抑制することができる。
【００６０】
（９）各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆをステンレス綱で構成した場合には、該各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆが高温によって変形したり腐食したりする上、ステンレス綱のクロムが析出して灰と反応することで毒性の強い六価クロムが生成されてしまう。この点、本実施形態では、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆが酸化アルミニウム及び二酸化ケイ素を主成分とする第２耐火物により構成されているため、該各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆの熱変形や腐食を抑えつつ、六価クロムの生成を防止することができる。
【００６１】
（１０）各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆは第２耐火物で構成されているため、該各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆに透孔を設けることでノズル５２を形成すると、該ノズル５２を形成するための加工作業が困難になるばかりか各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆが熱変形によりノズル５２部分から割れやすくなってしまう。この点、本実施形態では、ノズル５２が上下に隣接する単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆ同士の対向面に設けられた溝５１を合わせることによって形成されているため、ノズル５２がいわゆる半割形状となる。このため、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆが熱変形しても該熱変形分を半割形状のノズル５２部分において逃がすことができる。したがって、ノズル形成部２８（各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆ）にノズル５２を容易に形成することができるとともに、ノズル形成部２８（各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆ）が熱変形しても該ノズル形成部２８がノズル５２部分から割れることを抑制することができる。
【００６２】
（１１）ノズル形成部２８に形成された各ノズル５２は千鳥状に配列されているため、各ノズル５２を並列状に配列する場合に比べて各ノズル５２間の距離を長くすることができる。したがって、ノズル形成部２８の強度を向上することができる。
【００６３】
（１２）ノズル形成部２８を構成する各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆはそれらの周方向に沿って２つの分割片に等分割されているので、ノズル形成部２８が高温になって熱変形する場合には、該ノズル形成部２８が各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆよりも小さい分割片単位で熱変形する。このため、ノズル形成部２８の熱変形分を各分割片にそれぞれ均等に分散させる、すなわち高温によってノズル形成部２８に生じるひずみを各分割片にそれぞれ均等に分散させることができる。したがって、ノズル形成部２８が熱変形して破損することを効果的に抑制することができる。
【００６４】
（１３）ノズル形成部２８において上下方向に隣接する各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆ同士は、それらの周方向における分割位置が互いに９０度ずれている。このため、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆを上下に積層した場合に、該各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆが崩れ難くすることができる。すなわち、各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆを上下に安定して積層することができる。
【００６５】
（変更例）
なお、上記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ノズル形成部２８は必ずしも各単位ノズル形成部２８ａ〜２８ｆに分割しなくてもよい。
【００６６】
・補強材３０ｂは、各分割火格子３０ａの表面に設けるようにしてもよいし、あるいは省略してもよい。
・火格子３０は必ずしも各分割火格子３０ａに分割しなくてもよい。
【００６７】
・おが屑の代わりに間伐材や材木端材などを被熱分解物として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施形態のガス化装置の斜視図。
【図２】図１のガス化装置の半割斜視図。
【図３】炉蓋を取り去った状態のガス化炉の平面図。
【図４】（ａ）は単位火格子の平面図、（ｂ）は単位火格子の側面図。
【図５】ノズル形成部の拡大正面図。
【図６】図５におけるＡ−Ａ線、Ｃ−Ｃ線、Ｅ−Ｅ線で矢視した場合の断面図。
【図７】図５におけるＢ−Ｂ線、Ｄ−Ｄ線で矢視した場合の断面図。
【符号の説明】
【００６９】
１２…ガス化炉、１７…空気供給部を構成する断熱材、１９…空気供給部を構成する第２層、２０…空気供給部を構成する空気供給管、２５…第１支持部としての外向きフランジ部、２６…第２支持部としての内向きフランジ部、２７…空気供給部を構成する高さ調整部、２８…空気供給部を構成するノズル形成部、２８ａ…第１単位ノズル形成部、２８ｂ…第２単位ノズル形成部、２８ｃ…第３単位ノズル形成部、２８ｄ…第４単位ノズル形成部、２８ｅ…第５単位ノズル形成部、２８ｆ…第６単位ノズル形成部、２９…空気供給部を構成する蓋部材、３０…火格子、３０ａ…分割火格子、３０ｂ…補強材、５１…溝、５２…ノズル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内の上下方向の中間位置に設けられた火格子と、該火格子を上下方向に貫通して炉内に空気を供給する空気供給部とを備え、前記火格子上で被熱分解物を熱分解することによって熱分解ガスを発生させるガス化炉であって、
前記空気供給部は炉内に空気を噴射するためのノズルが形成されたノズル形成部を有しており、
前記ノズル形成部及び前記火格子のうち少なくとも一方を耐火物により構成したことを特徴とするガス化炉。
【請求項２】
前記火格子は複数の分割火格子に分割されているとともに、該各分割火格子は前記空気供給部を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガス化炉。
【請求項３】
前記各分割火格子には、該各分割火格子を補強するための補強材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のガス化炉。
【請求項４】
前記ノズル形成部は複数の単位ノズル形成部に分割されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のガス化炉。
【請求項５】
前記ノズル形成部は上下方向において複数の単位ノズル形成部に分割されているとともに、該各単位ノズル形成部は上下に積層されており、
前記ノズルは上下方向において隣接する前記単位ノズル形成部同士の対向面のうち少なくとも一方に設けられた溝によって構成されていることを特徴とする請求項４に記載のガス化炉。
【請求項１】
炉内の上下方向の中間位置に設けられた火格子と、該火格子を上下方向に貫通して炉内に空気を供給する空気供給部とを備え、前記火格子上で被熱分解物を熱分解することによって熱分解ガスを発生させるガス化炉であって、
前記空気供給部は炉内に空気を噴射するためのノズルが形成されたノズル形成部を有しており、
前記ノズル形成部及び前記火格子のうち少なくとも一方を耐火物により構成したことを特徴とするガス化炉。
【請求項２】
前記火格子は複数の分割火格子に分割されているとともに、該各分割火格子は前記空気供給部を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガス化炉。
【請求項３】
前記各分割火格子には、該各分割火格子を補強するための補強材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のガス化炉。
【請求項４】
前記ノズル形成部は複数の単位ノズル形成部に分割されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のガス化炉。
【請求項５】
前記ノズル形成部は上下方向において複数の単位ノズル形成部に分割されているとともに、該各単位ノズル形成部は上下に積層されており、
前記ノズルは上下方向において隣接する前記単位ノズル形成部同士の対向面のうち少なくとも一方に設けられた溝によって構成されていることを特徴とする請求項４に記載のガス化炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１０８２７０（Ｐ２００９−１０８２７０Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８４４３７（Ｐ２００７−２８４４３７）
【出願日】平成１９年１０月３１日（２００７．１０．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）（出願人による申告）平成１９年度、新エネルギー・産業技術総合開発機構、バイオマス等未活用エネルギー実証試験事業・同事業調査委託研究、バイオマス等未活用エネルギー実証試験事業委託研究、製材所おが屑を利用したコージェネレーションシステム実証試験事業委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月３１日（２００７．１０．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）（出願人による申告）平成１９年度、新エネルギー・産業技術総合開発機構、バイオマス等未活用エネルギー実証試験事業・同事業調査委託研究、バイオマス等未活用エネルギー実証試験事業委託研究、製材所おが屑を利用したコージェネレーションシステム実証試験事業委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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