特許 6824745 炭化炉及び熱分解炉、並びに、水性ガス生成システム、水素ガス生成システム、及び、発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6824745

(24)【登録日】2021年1月15日

(45)【発行日】2021年2月3日

(54)【発明の名称】炭化炉及び熱分解炉、並びに、水性ガス生成システム、水素ガス生成システム、及び、発電システム

(51)【国際特許分類】

   C10B 49/06 20060101AFI20210121BHJP

   C10B 53/00 20060101ALI20210121BHJP

   C10J 3/00 20060101ALI20210121BHJP

   C10J 3/66 20060101ALI20210121BHJP

【ＦＩ】

   C10B49/06

   C10B53/00 A

   C10J3/00 C

   C10J3/00 J

   C10J3/66

【請求項の数】37

【全頁数】52

(21)【出願番号】特願2016-566315(P2016-566315)

(86)(22)【出願日】2015年12月18日

(86)【国際出願番号】JP2015085517

(87)【国際公開番号】WO2016104371

(87)【国際公開日】20160630

【審査請求日】2018年12月13日

(31)【優先権主張番号】特願2014-261403(P2014-261403)

(32)【優先日】2014年12月24日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】514036014

【氏名又は名称】株式会社高橋製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】飯嶋 光幸

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 秀雄

【審査官】 三須 大樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２７００５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１８５０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−１２８５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５２１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０４９７８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２０８２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０３８１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２３５１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９２６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 バイオマスからの気体燃料製造とそのエネルギー利用，株式会社 エヌ・ティー・エス，２００７年１０月 ５日，80-83頁

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１０Ｂ １／００−５７／１８

Ｃ１０Ｊ １／００−３／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、
前記軸線に沿って延びる筒状に形成されるとともに前記本体部の内周面との間に有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、
前記間隙へ前記有機廃棄物を投入する投入部と、
前記間隙に堆積する前記有機廃棄物の燃焼用空気を供給する空気供給部と、
前記有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、
前記間隙から前記有機廃棄物が燃焼により炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、
前記有機廃棄物の燃焼条件を制御する炭化炉制御部とを備え、
前記空気供給部が、
前記間隙に堆積する前記有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼用空気を供給する第１空気供給部と、前記有機廃棄物の部分燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼用空気を前記本体部の内部へ供給する第２空気供給部とを備え、
前記本体部が、
前記１次燃焼用空気が供給される第１次燃焼領域の雰囲気の温度を検出する第１温度検出部を備え、
前記燃焼ガス排出部が、
前記燃焼ガス排出部から排出される燃焼ガスの温度を検出する第２温度検出部を備え、
前記炭化炉制御部が、
前記本体部に備えられた前記第１温度検出部が検出した温度と前記燃焼ガス排出部に備えられた前記第２温度検出部が検出した温度に応じて、前記第１空気供給部及び前記第２空気供給部の空気供給量を制御し、
前記燃焼ガス排出部に備えられた前記第２温度検出部が検出する温度が第１燃焼ガス温度以上となるまでは前記２次燃焼用空気の供給量を一定とし、
前記燃焼ガス排出部に備えられた前記第２温度検出部が検出する温度が前記第１燃焼ガス温度を下回る場合に前記２次燃焼用空気の供給量を減少させることにより前記燃焼ガス排出部から排出される燃焼ガスの温度を前記第１燃焼ガス温度以上に上昇させ、
前記燃焼ガス排出部に備えられた前記第２温度検出部が検出する温度が第２燃焼ガス温度を上回る場合には前記２次燃焼用空気の供給量を増加させることにより前記燃焼ガス排出部から排出される燃焼ガスの温度を前記第２燃焼ガス温度以下に低下させ、
前記第１燃焼ガス温度が９００℃〜１２００℃であり、
前記第２燃焼ガス温度が前記第１燃焼ガス温度よりも高く、１１００℃〜１３００℃であることを特徴とする炭化炉。

【請求項2】

請求項１に記載の炭化炉と、
前記炭化炉が前記有機廃棄物を炭化させることにより生成された前記炭化物をガス化剤により熱分解させて水性ガスを生成する熱分解炉とを備える水性ガス生成システム。

【請求項3】

軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に前記本体部の内周面との間に有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、前記間隙へ前記有機廃棄物を投入する投入部と、前記間隙から前記有機廃棄物が炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、前記間隙に堆積する前記有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼用空気を供給する第１空気供給部と、前記有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼用空気を前記本体部の内部へ供給する第２空気供給部と、前記有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスを外部へ排出する燃焼ガス排出部と、前記有機廃棄物の燃焼条件を制御する炭化炉制御部とを備える炭化炉において、
前記燃焼ガス排出部から排出される前記燃焼ガスの温度を検出する温度検出工程と、
前記温度検出工程が検出する前記燃焼ガスの温度が第１燃焼ガス温度以上となるまでは前記第２空気供給部が供給する前記２次燃焼用空気の供給量を一定とする工程と、
前記温度検出工程が検出する前記燃焼ガスの温度が前記第１燃焼ガス温度を下回る場合に前記燃焼ガスの温度が前記第１燃焼ガス温度以上となるように前記第２空気供給部が供給する前記２次燃焼用空気の供給量を減少させる工程と、
前記温度検出工程が検出する前記燃焼ガスの温度が第２燃焼ガス温度を上回る場合に前記燃焼ガスの温度が前記第２燃焼ガス温度以下となるように前記第２空気供給部が供給する前記２次燃焼用空気の供給量を増加させる工程と、を備え、
前記第１燃焼ガス温度が９００℃〜１２００℃であり、
前記第２燃焼ガス温度が前記第１燃焼ガス温度よりも高く、１１００℃〜１３００℃であることを特徴とする炭化炉の制御方法。

【請求項4】

請求項１に記載の炭化炉において、
前記本体部が、
前記間隙の下端側に堆積する前記炭化物の温度を検出する第３温度検出部を備え、
前記炭化炉制御部が、
前記第３温度検出部が検出する前記炭化物の温度が所定の炭化物温度よりも低い温度から前記所定の炭化物温度以上となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記炭化物の排出量を減少させることを特徴とする炭化炉。

【請求項5】

請求項４に記載の炭化炉において、
前記炭化物排出部は、
前記炭化物を排出する排出口と、
前記間隙の下端と対向する位置に設けられるとともに前記軸線回りに回転することにより前記間隙の下端から前記排出口へ前記炭化物を導く回転体と、
前記回転体を前記軸線回りに回転させる駆動部とを有し、
前記炭化炉制御部は、
前記第３温度検出部が検出する前記炭化物の温度が前記所定の炭化物温度よりも低い温度から前記所定の炭化物温度以上となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記駆動部が前記回転体を回転させる回転速度を低下させることを特徴とする炭化炉。

【請求項6】

請求項５に記載の炭化炉において、
前記炭化炉制御部は、
前記第３温度検出部が検出する前記温度が所定温度より低い場合は第１回転速度で前記回転体を回転させるよう前記駆動部を制御し、前記第３温度検出部が検出する前記温度が前記所定温度以上である場合は前記第１回転速度より低い第２回転速度で前記回転体を回転させるよう前記駆動部を制御することを特徴とする炭化炉。

【請求項7】

請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の炭化炉と、
前記炭化炉が前記有機廃棄物を炭化させることにより生成された前記炭化物をガス化剤により熱分解させて水性ガスを生成する熱分解炉と
を備える水性ガス生成システム。

【請求項8】

請求項３に記載の炭化炉の制御方法において、
前記間隙の下端側に堆積する前記炭化物の温度を検出する炭化物温度検出工程と、
前記炭化物温度検出工程が検出する前記温度が所定の炭化物温度よりも低い温度から前記所定の炭化物温度以上となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記炭化物の排出量を減少させる制御工程と
を備えることを特徴とする炭化炉の制御方法。

【請求項9】

請求項１に記載の炭化炉において、
前記本体部が、
前記間隙に堆積する前記有機廃棄物の堆積量を検出する堆積量検出部を備え、
前記炭化炉制御部が、
前記堆積量検出部が検出する前記堆積量が所定の堆積量よりも多い堆積量から前記所定の堆積量以下となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記炭化物の排出量を減少させることを特徴とする炭化炉。

【請求項10】

請求項９に記載の炭化炉において、
前記炭化物排出部は、
前記炭化物を外部へ排出する排出口と、
前記間隙の下端と対向する位置に設けられるとともに前記軸線回りに回転することにより前記間隙の下端から前記排出口へ前記炭化物を導く回転体と、
前記回転体を前記軸線回りに回転させる駆動部とを有し、
前記炭化炉制御部は、前記堆積量検出部が検出する前記堆積量が所定の堆積量よりも多い堆積量から前記所定の堆積量以下となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記駆動部が前記回転体を回転させる回転速度を低下させることを特徴とする炭化炉。

【請求項11】

前記炭化炉制御部は、前記堆積量検出部が検出する前記堆積量が所定堆積量以上である場合は第１回転速度で前記回転体を回転させるよう前記駆動部を制御し、前記堆積量検出部が検出する前記堆積量が前記所定堆積量以下である場合は前記第１回転速度より低い第２回転速度で前記回転体を回転させるよう前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１０に記載の炭化炉。

【請求項12】

請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の炭化炉と、
前記炭化炉が前記有機廃棄物を炭化させることにより生成された前記炭化物をガス化剤より熱分解させて水性ガスを生成する熱分解炉と
を備える水性ガス生成システム。

【請求項13】

請求項１に記載の炭化炉において、
前記空気供給部が、
外部から導入した空気を送風する送風部と、
前記送風部により送風された空気を加熱する加熱部と、
前記加熱部により加熱された空気を前記間隙へ供給する空気供給口とを備えることを特徴とする炭化炉。

【請求項14】

請求項１３に記載の炭化炉において、
前記間隙の外周側に配置されるとともに前記本体部の前記外周面との間に前記軸線回りに延びる閉空間を形成するカバー部を更に備え、
前記送風部は外部から導入した空気を前記閉空間に送風し、
前記加熱部は前記閉空間に配置されるとともに前記送風部により前記閉空間に供給された空気を加熱し、
前記空気供給口は前記閉空間で前記加熱部により加熱された空気を前記間隙へ供給することを特徴とする炭化炉。

【請求項15】

請求項１４に記載の炭化炉において、
前記加熱部は、前記本体部の前記外周面を介して前記間隙の雰囲気温度が伝熱される伝熱部材を前記空気供給口よりも下方に備えることを特徴とする炭化炉。

【請求項16】

請求項１５に記載の炭化炉において、
前記送風部は、前記間隙の下方の外周側に位置する前記本体部の前記外周面に向けて外部から導入した空気を送風することを特徴とする炭化炉。

【請求項17】

請求項１５または請求項１６に記載の炭化炉において、
前記空気供給口が配置される位置における前記本体部の前記内周面から前記外周面までの距離よりも、前記伝熱部材が配置される位置における前記本体部の前記内周面から前記外周面までの距離の方が短いことを特徴とする炭化炉。

【請求項18】

請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載の炭化炉において、
前記伝熱部材は前記本体部の前記外周面に接触するとともに前記外周面に沿って前記軸線回りに延びる環状の放熱フィンであり、
前記放熱フィンは前記軸線に沿った複数箇所に設けられていることを特徴とする炭化炉。

【請求項19】

請求項１６または請求項１７に記載の炭化炉において、
前記伝熱部材は、前記本体部の前記外周面に接触するとともに前記外周面に沿って前記軸線回りに下方から上方へ向けて旋回する螺旋状の流路を形成する放熱フィンであることを特徴とする炭化炉。

【請求項20】

請求項１３から請求項１９のいずれか１項に記載の炭化炉と、
前記炭化炉が前記有機廃棄物を炭化させることにより生成された前記炭化物をガス化剤により熱分解させて水性ガスを生成する熱分解炉と
を備える水性ガス生成システム。

【請求項21】

軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、
前記軸線に沿って延びる筒状に形成されるとともに前記本体部の内周面との間に加熱用ガスを流通させるための加熱用ガス流路を形成する外周面を有し、上端部が前記本体部の上面から突出した反応管と、
前記反応管の内部で水性ガスを生成させるために前記反応管の内部へ炭化物とガス化剤とを供給する供給部と、
前記本体部の上方に設けられるとともに前記加熱用ガス流路へ前記加熱用ガスを供給する加熱用ガス供給部と、
前記反応管の下端部に取り付けられるとともに前記反応管の内部で前記炭化物の熱分解反応により生成された水性ガスを外部へ導く水性ガス出口部と、
前記本体部の下方に設けられるとともに前記加熱用ガス流路から前記加熱用ガスを排出する加熱用ガス排出部と、
前記本体部の前記上面の下方に前記上面と接するように設けられるとともに前記反応管の前記外周面と接触する内周面を有しており、前記本体部の上面からの前記加熱用ガスの流出を遮断する第１シール部と、
前記反応管の下端部が前記本体部の底面から突出しており、前記本体部の前記底面の上方に前記底面と接するように設けられるとともに前記反応管の前記外周面と接触する内周面を有しており、前記本体部の底面からの前記加熱用ガスの流出を遮断する第２シール部と、
前記反応管の下端部と前記水性ガス出口部との取付位置において、前記反応管の前記外周面および前記水性ガス出口部の外周面のそれぞれと接触する内周面を有しており、前記取付位置からの前記水性ガスの流出を遮断する第３シール部と
を備える熱分解炉。

【請求項22】

請求項２１に記載の熱分解炉において、
前記本体部の前記上面は上板で構成され、前記本体部の側面の上端には第１フランジ部が設けられており、前記軸線回りの複数箇所で締結部材によって締結されている前記上板と前記第１フランジ部との間に、前記加熱用ガスの流出を遮断する第４シール部と、
前記本体部の前記底面は底板で構成され、前記本体部の側面の下端には第２フランジ部が設けられており、前記軸線回りの複数箇所で締結部材によって締結されている前記底板と前記第２フランジ部との間に、前記加熱用ガスの流出を遮断する第５シール部と、
前記反応管の前記上端部には第３フランジ部が設けられており、前記供給部の下端部には第４フランジ部が設けられており、前記軸線回りの複数筒所で締結部材によって締結されている前記第３フランジ部と前記第４フランジ部との間に、前記水性ガスの流出を遮断する第６シール部と
を更に備えることを特徴とする熱分解炉。

【請求項23】

有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、
請求項２１または請求項２２に記載の熱分解炉であって、前記炭化炉が生成した前記炭化物を前記炭化物とガス化剤の供給部から前記反応管の内部へ供給すると共に、前記加熱用ガスとして前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記加熱用ガス供給部から前記加熱用ガス流路へ供給する熱分解炉とを備えることを特徴とする水性ガス生成システム。

【請求項24】

請求項２１または請求項２２に記載の熱分解炉において、
前記反応管は、
前記軸線に沿って延びる筒状に形成される筒状部材と、
前記筒状部材の内部に収容されると共に前記上端部から供給される前記炭化物を前記筒状部材の上端側から下端側まで段階的に導いて前記炭化物および前記ガス化剤の熱分解反応を促進させる熱分解促進機構とを備え、
前記熱分解促進機構は、
前記炭化物を前記反応管の内周面の一端部から他端部に設けられた第１開口部へ導くように傾斜した第１傾斜面を形成する複数の第１傾斜板と、
前記第１傾斜板によって前記第１開口部から下方へ落下した前記炭化物を前記他端部から前記一端部に設けられた第２開口部へ導くように傾斜した第２傾斜面を形成する複数の第２傾斜板と、
前記軸線に沿って前記第１傾斜板と前記第２傾斜板とが交互に配置されるように、前記複数の第１傾斜板と前記複数の第２傾斜板を保持する保持部とを備えることを特徴とする熱分解炉。

【請求項25】

請求項２４に記載の熱分解炉において、
前記保持部は前記軸線に沿って延びる棒状部材を有し、
前記複数の第１傾斜板及び前記複数の第２傾斜板は前記棒状部材の前記軸線に沿った複数箇所で前記棒状部材に保持されていることを特徴とする熱分解炉。

【請求項26】

請求項２４または請求項２５に記載の熱分解炉において、
前記熱分解促進機構は、前記筒状部材から着脱可能となっていることを特徴とする熱分解炉。

【請求項27】

請求項２１、請求項２２、請求項２４乃至請求項２６のうちのいずれか１項に記載の熱分解炉と、
前記熱分解炉の前記水性ガス出口部から排出される未反応の前記炭化物を回収して前記熱分解炉へ再び供給するチャー回収装置と
を備える水性ガス生成システム。

【請求項28】

有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、
請求項２４から請求項２７のいずれか１項に記載の熱分解炉であって、前記炭化炉が生成した前記炭化物を前記炭化物とガス化剤の供給部から前記反応管の内部へ供給すると共に前記加熱用ガスとして前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記加熱用ガス流路へ供給する熱分解炉と
を備える水性ガス生成システム。

【請求項29】

請求項１、請求項４乃至請求項６、請求項９乃至請求項１１、請求項１３乃至請求項１９のうちのいずれか１項に記載の炭化炉と、
請求項２１、請求項２２、請求項２４乃至請求項２６のうちのいずれか１項に記載の熱分解炉であって、前記炭化炉が生成した前記炭化物を前記炭化物とガス化剤の供給部から前記反応管の内部へ供給すると共に前記加熱用ガスとして前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記加熱用ガス流路へ供給する熱分解炉と
を備える水性ガス生成システム。

【請求項30】

請求項２９に記載の生成ガス生成システムにおいて、
前記熱分解炉の前記水性ガス出口部から排出される未反応の前記炭化物を回収して前記熱分解炉へ再び供給するチャー回収装置を更に備えることを特徴とする水性ガス生成システム。

【請求項31】

有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、
前記炭化炉が生成した前記炭化物を水蒸気とともに前記燃焼ガスにより加熱して水性ガスを生成する熱分解炉と、
前記燃焼ガスにより水を加熱して前記水蒸気を生成する蒸気発生器と、
前記蒸気発生器が生成した前記水蒸気を前記燃焼ガスにより過熱するとともに過熱された前記水蒸気を前記熱分解炉へ供給する蒸気過熱器と、
前記有機廃棄物を前記燃焼ガスにより乾燥させるとともに乾燥された前記有機廃棄物を前記炭化炉へ供給する乾燥機と、
前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記熱分解炉へ供給し、前記熱分解炉から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気過熱器へ供給し、前記蒸気過熱器から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気発生器へ供給し、前記蒸気発生器から排出された前記燃焼ガスを前記乾燥機へ供給する燃焼ガス流路とを備える水性ガス生成システム。

【請求項32】

請求項３１に記載の水性ガス生成システムにおいて、
前記熱分解炉から排出される未反応の前記炭化物を回収して前記熱分解炉へ再び供給するチャー回収装置を更に備えることを特徴とする水性ガス生成システム。

【請求項33】

請求項３１または請求項３２に記載の水性ガス生成システムにおいて、
前記乾燥機から排出される前記燃焼ガスを前記乾燥機から排出される前記燃焼ガスから有害物質を除去して無害化する排ガス冷却洗浄装置へ供給する燃焼ガス流路を更に備えることを特徴とする水性ガス生成システム。

【請求項34】

有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、前記炭化炉が生成した前記炭化物を水蒸気とともに前記燃焼ガスにより加熱して水性ガスを生成する熱分解炉と、前記燃焼ガスにより水を加熱して前記水蒸気を生成する蒸気発生器と、前記蒸気発生器が生成した前記水蒸気を前記燃焼ガスにより過熱するとともに過熱された前記水蒸気を前記熱分解炉へ供給する蒸気過熱器と、前記有機廃棄物を前記燃焼ガスにより乾燥させるとともに乾燥された前記有機廃棄物を前記炭化炉へ供給する乾燥機とを備える水性ガス生成システムにおいて、
前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記熱分解炉に供給する第１工程と、
前記熱分解炉から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気過熱器へ供給する第２工程と、
前記蒸気過熱器から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気発生器へ供給する第３工程と、
前記蒸気発生器から排出された前記燃焼ガスを前記乾燥機へ供給する第４工程とを備える水性ガス生成システムの燃焼ガス供給方法。

【請求項35】

請求項３４に記載の水性ガス生成システムの燃焼ガス供給方法において、
前記乾燥機から排出された前記燃焼ガスを排ガス冷却洗浄装置へ供給する第５工程を更に備えることを特徴とする水性ガス生成システムの燃焼ガス供給方法。

【請求項36】

請求項２、請求項７、請求項１２、請求項２０、請求項２３、請求項２７乃至請求項３３のうちのいずれか１項に記載の水性ガス生成システムにおいて、
水素精製装置を更に備えたことを特徴とする水素ガス生成システム。

【請求項37】

請求項２、請求項７、請求項１２、請求項２０、請求項２３、請求項２７乃至請求項３３のうちのいずれか１項に記載の水性ガス生成システムと、
発電設備とを備えた発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、再生可能エネルギー源の一つである有機廃棄物を利用して、バイオマス燃料やバイオマス発電を効率的に行うことができる、炭化炉及び熱分解炉、並びに、水性ガス生成システム、水素ガス生成システム、及び、発電システムに関する。更に、本発明は、これらの制御方法を提供するものでもある。

【背景技術】

【0002】

限りある地球において、その物質循環システムを破壊することなく、人類が持続可能な社会を構築するためには、枯渇性資源である化石燃料やウラン等を用いない、また、資源環境を破壊しない再生可能なクリーンエネルギーの創出が、必須課題の一つとなっている。つまり、電気や熱等の人類が活用する有効なエネルギーに変換する際の有害物質排出量（二酸化炭素、窒素酸化物等）が少なく、エネルギー源として永続的に利用可能な太陽光、風力、水力、地熱、及び、バイオマス等を利用して製造される再生可能エネルギーが求められている。いずれのエネルギー源も魅力的な特徴を有しており、実用化されている事例が増加しているが、いずれにしても最終的なコストに係わる様々な課題を内在している。

【0003】

バイオマスをエネルギー源として用いる場合は、生物資源に由来する有機廃棄物を直接燃焼して得られる熱、或いは、炭化、液化、及び、ガス化した燃料を利用してエネルギーに変換するため、廃棄物の再利用や減少に繋がる循環型社会構造の構築に大きく寄与するという特徴を有しているものの、資源が広範囲に分散しているため、収集、運搬、管理コストがかかるという社会基盤的な課題と共に、燃焼効率や燃料への変換効率が悪い等という技術的な課題があり、有機廃棄物の炭化システム（非特許文献１）や木炭水性ガス製造システム（特許文献１）等様々な開発が行われている。

【0004】

特に、特許文献２に開示されているように、低酸素下、高温（２００〜６００℃）で、有機廃棄物をガス（ＣＯ、Ｈ_２、ＣＨ_４、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ）、炭化物、炭化水素に分解し、その炭化物とガス化剤である過熱された水蒸気（以下、「蒸気」ともいう。）との熱分解反応により水性ガス(水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスを主成分とする混合ガス)を生成し、水性ガスを発電燃料とするシステムは、有機廃棄物の炭化、ガス化、発電という一貫したバイオマス燃料製造プロセス及び発電システムとして興味が持たれる。更に、非特許文献２にあるように、バイオマスの直接ガス化によって生成される水性ガスから水素を製造する試みも報告されている。

【0005】

そこで、従来、炭化炉及び熱分解炉、並びに、これらを含む水性ガス生成システム、水素ガス生成システム、及び、発電システムには、次のような技術が開発されてきた。

【0006】

炭化炉は、例えば、有機廃棄物を部分燃焼させ、その燃焼熱により有機廃棄物を炭化させる炭化炉が知られており、炭化炉で有機廃棄物が部分燃焼すると、炭化物を多く含む固形分と可燃性ガスを含む燃燒ガスが生成される。特に、特許文献３に開示された炭化炉は、略筒形の本体と本体に収容された円筒体との間に形成された領域の上方に炭化物を多く含む固形分を炭化させる炭化部を形成し、下方に炭化物を消火する不燃部を形成したものである。この炭化炉は、有機廃棄物の部分燃焼により生成された燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを炭化炉の上方の２次燃焼部で燃焼させることができる。

【0007】

また、熱分解炉は、例えば、有機廃棄物を部分燃焼させることにより生成される炭化物を水蒸気等のガス化剤と共に加熱して熱分解反応させ、水性ガスを生成する熱分解ガス化炉が知られている。特に、特許文献４に開示された熱分解ガス化炉は、外筒と内筒とを有し、内筒の内周側に炭化物とガス化剤とを供給し、外筒と内筒との間の空隙に炭化炉で生成された燃焼ガスを供給するようにしたものである。この空隙に高温の燃焼ガスを供給することにより、内筒の外周面が燃焼ガスによって熱せられ、内筒の内周側における熱分解反応を促進させることができる。

【0008】

そして、上記炭化炉から供給される炭化物を、上記熱分解炉で水性ガスを生成する水性ガス生成システム、更に、その水性ガスを用いた発電システムが、例えば、特許文献２及び特許文献４に開示されている。

【0009】

一方、水素ガス製造技術としては、例えば、非特許文献２のように、木屑や廃プラスチックを高温水蒸気で直接ガス化して得られる、水素ガスと一酸化炭素ガスを主成分とする原料ガスから水素を製造する技術で、基本的には、ガス化設備と水素製造設備とからなる。ガス化設備は、ガス化炉、改質炉、空気予熱器、改質ガス冷却器、ダストフィルター、ガス冷却精製塔、ガス精製設備、熱分解蒸発器、高温蒸気発生等から構成され、水素製造設備は、前処理装置、一酸化炭素変成器等から構成されるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】国際公開２０１５／０１２３０１号公報

【特許文献2】特開２０１５−１６５０１９号公報

【特許文献3】特許第４２２６０６６号公報

【特許文献4】特許第５３４２６６４号公報

【非特許文献】

【0011】

【非特許文献1】古賀洋一他，「下水汚泥炭化燃料製造とバイオマス発電利用への取組み」，三菱重工技報，ＶＯＬ．４４，ＮＯ．２，２００７，ｐｐ．４３−４６

【非特許文献2】山本光一，「高温水蒸気を用いた未利用資源からの原料ガスによる水素製造装置」，エネルギア総研レビュー，Ｎｏ．１４，ｐｐ．１６−１９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

従来の炭化炉には、主として、１）有機廃棄物の部分燃焼により生成する可燃性ガスに含まれる、冷却に伴って凝固して高い粘性を示す液体(「タール」ともいう)となる高分子炭化水素の問題、２）有機廃棄物の部分燃焼により生成する炭化物の冷却が不十分で、炭化物搬送機構の損傷や排出された炭化物と空気との接触による発火の問題、及び、３）有機廃棄物の部分燃焼により生成する炭化物の炭化効率の問題、がある。

【0013】

まず、上記高分子炭化水素の問題は、燃焼ガスに高分子炭化水素が多く含まれていると、高分子炭化水素が凝固して炭化炉やその下流側に設置される機器に付着してしまうという問題である。そのため、燃焼ガスに含まれる可燃性ガスの燃焼効率を高めて高分子炭化水素を減少させることが望ましい。

【0014】

しかしながら、特許文献３に開示される炭化炉は、本体に設けられた空気供給口及び円筒体に設けられた空気供給口から炭化部に向けて空気を供給するものである。そのため、炭化部に向けて供給される空気量を調整すると、それに伴って２次燃焼部に供給される空気量が変動してしまう。２次燃焼部へ供給される空気量が、２次燃焼部で可燃性ガスを燃焼させるのに適した量とならない場合、燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを適切に燃焼させることができない。特に、２次燃焼部に過剰な量の空気が供給されてしまうと、２次燃焼部の雰囲気温度が低下し、燃焼ガスに含まれる可燃性ガスの燃焼効率が悪化してしまう。そして、可燃性ガスの燃焼効率が悪化し、可燃性ガスに高分子炭化水素が多く含まれたままであると炭化炉やその下流側に設置される機器に不具合が発生する可能性がある。

【0015】

次いで、上記発火の問題は、特許文献３に開示された炭化炉において、本体と円筒体との間に形成された領域に投入口から有機廃棄物が連続的に投入される場合、炭化部で生成された炭化物が不燃部で消火されるため、炭化炉から排出される炭化物の温度は一定温度以下に低下するが、例えば、炭化炉の運転を停止させる場合等投入口からの有機廃棄物の投入が停止される場合に生じる、炭化炉から排出される炭化物の温度が十分に低下しないという問題である。すなわち、このような場合、炭化炉から外部へ排出される炭化物の温度が十分に低下しないまま外部へ排出されるため、炭化炉から排出された炭化物を搬送させる機構に過剰な熱が与えられて損傷してしまったり、排出された炭化物が空気に触れることで再度発火してしまうという問題が生じる。これは、本体と円筒体との間に形成された領域に堆積する有機廃棄物の量が徐々に少なくなり、炭化物を消火する不燃部として機能する領域が狭くなってしまうからである。

【0016】

最後に、上記炭化効率の問題は、一般に有機廃棄物の部分燃焼に必要な空気が、炭化炉に設けられる空気供給口から供給されるが、その外部の空気が炭化部の雰囲気温度を低下させることによって生じる有機廃棄物の炭化効率の低下という問題である。例えば、このような問題に対して、特許文献３に開示された炭化炉は、円筒体に設けられた空気供給口から外部の空気を炭化部へ供給するものであるが、円筒体を二重壁構造とした予備加熱室を設けたことを特徴としているが、炭化部へ供給する外部の空気の温度を十分制御することができない場合もあり、炭化効率低下を十分に解消することが困難であった。

【0017】

次に、従来の熱分解炉には、主として、１）外筒と内筒との間の空隙に供給される炭化炉で生成された燃焼ガス及び熱分解炉で生成する水性ガスの外部への流出の問題、及び、２）水性ガスの収率の問題がある。

【0018】

まず、上記燃焼ガスの外部流出の問題は、特許文献４に開示されたように、外筒（本体部）と内筒（反応管）とを有し、内筒の内周側に炭化物とガス化剤とを供給し、外筒と内筒との間の空隙に炭化炉で生成された燃焼ガスを供給するようにした構造では、この空隙に高温の燃焼ガスを供給することにより、内筒の外周面が燃焼ガスによって熱せられ、内筒の内周側における熱分解反応を促進させるため、内筒と外筒の熱膨張の差異によって生じる問題である。

【0019】

特許文献４の図１に示すように、このような熱分解炉の外筒の内周面は、燃焼ガスで熱されるため、耐久性を考慮して断熱材等を貼り付けることができ、外筒の内周面は燃焼ガスの熱から保護される。しかし、同様に熱せられる内筒は、水性ガスの収率等の観点から、本体部のような断熱材を張り付けることはできず、外筒の熱膨張に比べて大きくなる。しかも、内筒は鉛直方向（長手方向）に長い筒状に形成されているため、熱膨張によって鉛直方向に沿った長さが顕著に変化する。従って、特許文献４に開示されたような熱分解炉では、内筒の上端部が外筒の上面から突出した形状となっているため、内筒が熱膨張すると内筒と外筒の上面が接触する部分から空隙内の燃焼ガスが外部へ流出してしまうという問題がある。更に、内筒の下端部と外筒の下面との接触する部分においても、内筒の下端部が外筒の下面から突出した形状となっているため、同様の問題が生じる。

【0020】

また、水性ガスの収率の問題は、従来の熱分解反応を生じさせるガス化領域が狭いことに起因する収率の低さである。

【0021】

例えば、特許文献４に開示された熱分解炉は、内筒の内部の下端側に蓄熱性突起を設けたことを特徴とするものである。この蓄熱性突起は、その幅射熱によって蓄熱性突起と内筒との間のガス化領域で炭化物の温度分布を速やかに均一化し、炭化物とガス化剤との熱分解反応を行わせることができるため、熱分解ガスの組成比を均一化することができる。しかしながら、特許文献４に開示された熱分解炉のガス化領域でも、十分広いガス化領域が確保されているとはいえず、必ずしも水性ガスの収率が高いものではなかった。

【0022】

そして、特許文献４には、上記炭化炉及び上記熱分解炉の組合せた水性ガス生成システムが提案されている。この水性ガス生成システムは、炭化炉で炭化物と共に生成される燃焼ガスを熱分解炉に導入して熱分解反応の熱源として用い、炭化物のガス化剤として水蒸気を用いるものである。しかしながら、特許文献４には、水からガス化剤となる水蒸気を生成する熱源についての具体的な開示がない。この水蒸気を生成する熱源として専用の熱源を用いる場合、炭化炉と熱分解ガス化炉と熱源とを含むシステム全体の熱効率は十分に高いものではなく改善の余地がある。しかも、上述した、炭化炉及び熱分解炉の課題があるため、純度の高い水性ガスが、効率的に生成することは困難である。

【0023】

特許文献２には、上記熱効率の課題に対し、ガス化剤となる水蒸気の熱源として、炭化炉乃至は熱分解炉から供給される燃焼排ガスを利用し、上記炭化炉及び上記熱分解炉を組合せて生成される水性ガスを用いたバイオマス発電システムが開示されている。しかしながら、上述したように、炭化炉及び熱分解炉の課題があるため、純度の高い水性ガスが、効率的に生成することは困難であり、効率的な発電は困難である。

【0024】

一方、非特許文献２の水素ガス生成システムは、９９．９％の水素回収率が約６０％を達成しているが、有機廃棄物を高温水蒸気による熱分解反応によってガス化するため、水素ガスと一酸化炭素ガス以外の、低分子炭化水素（メタン、エタン等）、高分子炭化水素（タール）が多く含まれ、これらの分離や改質に要する設備の負担が大きくなる。

【0025】

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、要約すると、下記に示すような、炭化炉、熱分解炉、水性ガス生成システム、水素ガス生成システム、及び、発電システムを提供することを目的とするものである。

【0026】

まず、炭化炉に関する本発明は、有機廃棄物の部分燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスの燃焼効率を高めて自装置やその下流側に設置される機器に与える不具合を抑制することが可能な炭化炉、有機廃棄物が燃焼した炭化物の温度が適切に低下した炭化物を排出させることが可能な炭化炉、及び、有機棄物の燃焼用空気として外部の空気を供給しつつ有機廃棄物の炭化効率を向上させることが可能な炭化炉及びその制御方法を提供することを目的とする。

【0027】

次いで、熱分解炉に関する本発明は、本体部との間に流通する加熱用ガスによって熱分解反応が内部で行われる反応管が熱膨張する場合に、本体部の上面と反応管の外周面との隙間から加熱用ガスが外部へ流出することを抑制することが可能な熱分解炉、及び、炭化物とガス化剤とが熱分解反応する領域を広げつつ熱分解による吸熱反応により温度が低下する領域が発生することを抑制することが可能な熱分解炉を提供することを目的とする。

【0028】

更に、水性ガス生成システムに関する本発明は、炭化物のガス化剤として用いる水蒸気を生成する専用の熱源を用いずに熱効率を向上させると共に熱分解炉における熱分解反応を促進させることが可能で、しかも、燃焼効率が高く、燃焼した炭化物の温度が適切に低下した炭化物を排出する、炭化効率の高い炭化炉と、加熱用ガスの外部流出が抑制され、熱分解反応が進行する熱分解炉とを用いた、収率の高い水性ガス生成システム及びその燃焼ガス供給方法を提供することを目的とする。

【0029】

そして、本発明は、上記水性ガス生成システムから製造された水性ガスを用いて、効率的な水素ガス生成システム及び発電システム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】

【0030】

本発明は、上述した種々の課題を解決するため、以下のような種々の手段を採用した。炭化炉、熱分解炉、水性ガスシステム、水素ガス生成システム、及び、発電システムについて、順次説明する。

【0031】

まず、本発明の炭化炉について説明する。第一に、燃焼ガスに含まれる可燃性ガスの燃焼効率を高めて高分子炭化水素を減少させることが可能な本発明の一態様に係る炭化炉は、軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に前記本体部の内周面との間に有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、前記間隙へ前記有機廃棄物を投入する投入部と、前記間隙に堆積する前記有機廃棄物の燃焼用空気を供給する空気供給部と、前記有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記間隙から前記有機廃棄物が炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、前記有機廃棄物の燃焼条件を制御する炭化炉制御部とを備え、前記空気供給部が、前記間隙に堆積する前記有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼用空気を供給する第１空気供給部と、前記有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼用空気を前記本体部の内部へ供給する第２空気供給部とを備え、前記本体部が、前記１次燃焼用空気が供給される第１次燃焼領域の雰囲気の温度を検出する第１温度検出部を備え、前記燃焼ガス排出部が、前記燃焼ガス排出部から排出される前記燃焼ガスの温度を検出する第２温度検出部を備え、前記炭化炉制御部が、前記本体部に備えられた前記第１温度検出部が検出した温度と前記燃焼ガス排出部に備えられた前記第２温度検出部が検出した温度に応じて、前記第１空気供給部及び前記第２空気供給部を制御する炭化炉である。前記炭化炉制御部は、前記温度検出部が検出する前記燃焼ガスの温度が第１燃焼ガス温度以上となるように前記第２空気供給部が供給する前記２次燃焼用空気の供給量を制御することが好ましい。更に、前記空気供給量制御部は、前記燃焼ガス排出部に備えられた前記第２温度検出部が検出する温度が第１燃焼ガス温度以上となるまでは前記２次燃焼用空気の供給量を一定とし、前記温度検出部が検出する前記燃焼ガスの温度が前記第１燃焼ガス温度を下回る場合には、前記２次燃焼用空気の供給量を減少させることにより前記燃焼ガスの温度を前記第１燃焼ガス温度以上に上昇させ、前記温度検出部が検出する前記燃焼ガスの温度が前記第２燃焼ガス温度を上回る場合には、前記２次燃焼用空気の供給量を増加させることにより前記燃焼ガスの温度を前記第２燃焼ガス温度以下に低下させ、前記第１燃焼ガス温度が９００℃〜１０００℃であり、前記第２燃焼ガス温度が１２００℃〜１３００℃である。

【0032】

上記高分子炭化水素を減少させることが可能な本発明の一態様に係る炭化炉の制御方法は、軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に前記本体部の内周面との間に有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、前記間隙へ前記有機廃棄物を投入する投入部と、前記間際から前記有機廃棄物が炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、前記間隙に堆積する前記有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼用空気を供給する第１空気供給部と、前記有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼用空気を前記本体部の内部へ供給する第２空気供給部と、前記燃焼ガスを外部へ排出する燃焼ガス排出部とを備える炭化炉の制御方法であって、前記燃焼ガス排出部から排出される前記燃焼ガスの温度を検出する温度検出工程と、前記温度検出工程が検出する前記燃焼ガスの温度が第１燃焼ガス温度以上となるまでは前記第２空気供給部が供給する前記２次燃焼用空気の供給量を一定とする工程と、前記温度検出工程が検出する前記燃焼ガスの温度が前記第１燃焼ガス温度を下回る場合に前記燃焼ガスの温度が前記第１燃焼ガス温度以上となるように前記第２空気供給部が供給する前記２次燃焼用空気の供給量を減少させる工程と、前記温度検出工程が検出する前記燃焼ガスの温度が第２燃焼ガス温度を上回る場合に前記燃焼ガスの温度が前記第２燃焼ガス温度以下となるように前記第２空気供給部が供給する前記２次燃焼用空気の供給量を増加させる工程と、を備え、前記第１燃焼ガス温度が９００℃〜１２００℃であり、前記第２燃焼ガス温度が前記第１燃焼ガス温度よりも高く、１１００℃〜１３００℃である。

【0033】

第二に、有機廃棄物の部分燃焼により生成する炭化物の冷却が不十分で、炭化物搬送機構の損傷や排出された炭化物と空気との接触による発火の問題を解決することができる本発明の一態様の炭化炉は、前記本体部が、前記間隙の下端側に堆積する前記炭化物の温度を検出する第３温度検出部を備え、前記炭化炉制御部は、前記第３温度検出部が検出する前記炭化物の温度が所定の炭化物温度よりも低い温度から前記所定の炭化物温度以上となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記炭化物の排出量を減少させる。さらに、前記炭化物排出部は、前記炭化物を排出する排出口と、前記間隙の下端と対向する位置に設けられるとともに前記軸線回りに回転することにより前記間隙の下端から前記排出口へ前記炭化物を導く回転体と、前記回転体を前記軸線回りに回転させる駆動部とを有し、前記炭化炉制御部は、前記第３温度検出部が検出する前記炭化物の温度が前記所定の炭化物温度よりも低い温度から前記所定の炭化物温度以上となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記駆動部が前記回転体を回転させる回転速度を低下させることが好ましい。さらに、前記炭化炉制御部は、前記第３温度検出部が検出する前記温度が所定温度より低い場合は第１回転速度で前記回転体を回転させるよう前記駆動部を制御し、前記第３温度検出部が検出する前記温度が前記所定温度以上である場合は前記第１回転速度より低い第２回転速度で前記回転体を回転させるよう前記駆動部を制御することがより更に好ましい。

【0034】

上記炭化物の温度を検出して炭化物の温度を制御する本発明の一態様に係る炭化炉の制御方法は、前記間隙の下端側に堆積する前記炭化物の温度を検出する炭化物温度検出工程と、前記炭化物温度検出工程が検出する前記温度が所定の炭化物温度よりも低い温度から前記所定の炭化物温度以上となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記炭化物の排出量を減少させる制御工程と、を備える。

【0035】

同様に、有機廃棄物の部分燃焼により生成する炭化物の冷却が不十分で、炭化物搬送機構の損傷や排出された炭化物と空気との接触による発火の問題を解決することができる本発明の一態様に係る炭化炉は、前記本体部が、前記間隙に堆積する前記有機廃棄物の堆積量を検出する堆積量検出部を備え、前記炭化炉制御部は、前記堆積量検出部が検出する前記堆積量が所定の堆積量よりも多い堆積量から前記所定の堆積量以下となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記炭化物の排出量を減少させる。さらに、前記炭化物排出部は、前記炭化物を外部へ排出する排出口と、前記間隙の下端と対向する位置に設けられるとともに前記軸線回りに回転することにより前記間隙の下端から前記排出口へ前記炭化物を導く回転体と、前記回転体を前記軸線回りに回転させる駆動部とを有し、前記炭化炉制御部は、前記堆積量検出部が検出する前記堆積量が所定の堆積量よりも多い堆積量から前記所定の堆積量以下となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記駆動部が前記回転体を回転させる回転速度を低下させることがより好ましい。炭化炉制御部は、前記堆積量検出部が検出する前記堆積量が所定堆積量以上である場合は第１回転速度で前記回転体を回転させるよう前記駆動部を制御し、前記堆積量検出部が検出する前記堆積量が前記所定堆積量以下である場合は前記第１回転速度より低い第２回転速度で前記回転体を回転させるよう前記駆動部を制御することがより更に好ましい。

【0036】

上記有機廃棄物の堆積量を検出して炭化物の温度を制御する本発明の別の一態様に係る炭化炉の制御方法は、軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に前記本体部の内周面との間に有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、前記間隙へ前記有機廃葉物を投入する投入部と、前記間隙から前記有機廃棄物が炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、前記間隙に堆積する前記有機廃棄物を部分燃焼させる燃焼用空気を供給する空気供給部とを備える炭化炉の制御方法であって、前記間隙に堆積する前記有機廃棄物の堆積量を検出する堆積量検出工程と、前記堆積量検出工程が検出する前記堆積量に応じて前記炭化物排出部が外部へ排出する前記炭化物の排出量を制御する制御工程と、を備える。

【0037】

第三に、有機廃棄物の部分燃焼により生成する炭化物の炭化効率の問題を解決する本発明の一態様に係る炭化炉は、軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に前記本体部の内周面との間に有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、前記間隙へ前記有機廃棄物を投入する投入部と、前記間隙から前記有機廃棄物が炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、前記間隙に堆積する前記有機廃棄物に向けて前記有機廃棄物を部分燃焼させる燃焼用空気を供給する空気供給部と、を備え、前記空気供給部は、外部から導入した空気を送風する送風部と、前記送風部により送風された空気を加熱する加熱部と、前記加熱部により加熱された空気を前記間隙へ供給する空気供給口と、を有する炭化炉である。更に、前記間隙の外周側に配置されると共に前記本体部の前記外周面との間に前記軸線回りに延びる閉空間を形成するカバー部を有し、前記送風部は、外部から導入した空気を前記閉空間に送風し、前記加熱部は、前記閉空間に配置されると共に前記送風部により前記閉空間に供給された空気を加熱し、前記空気供給口は、前記閉空間で前記加熱部により加熱された空気を前記間隙へ供給することを特徴とする炭化炉である。

【0038】

このような炭化炉において、前記加熱部は、前記本体部の前記外周面を介して前記間隙の雰囲気に伝熱する伝熱部材を有し、前記伝熱部材は、前記空気供給口よりも下方に配置されており、前記送風部により前記閉空間に供給された空気を加熱する目的で備えられている。そのため、前記送風部は、前記間隙の下方の外周側に位置する前記本体部の前記外周面に向けて外部から導入した空気を送風するものであって、前記空気供給口が配置される位置における前記本体部の前記内周面から前記外周面までの距離よりも、前記伝熱部材が配置される位置における前記本体部の前記内周面から前記外周面までの距離の方が短いことが好ましい。同様の目的で、前記伝熱部材は、前記本体部の前記外周面に接触すると共に前記外周面に沿って前記軸線回りに延びる環状の放熱フィンであって、前記軸線に沿った複数箇所に設けられていることがより好ましく、前記本体部の前記外周面に接触すると共に前記外周面に沿って前記軸線回りに下方から上方へ向けて旋回する螺旋状の流路を形成する放熱フィンであることがより好ましい。

【0039】

次いで、熱分解炉について説明する。第一に、外筒（本体部）と内筒（反応管）との間の空隙に供給される炭化炉で生成された燃焼ガスの外部への流出の問題を解決できる本発明の一態様に係る熱分解炉は、軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部（外筒）と、前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に前記本体部の内周面との間に加熱用ガスを流通させるための加熱用ガス流路を形成する外周面を有し、上端部と下端部がそれぞれ前記本体部の上面と底面から突出した反応管（内筒）と、前記反応管の内部で水性ガスを生成させるために前記反応管の内部へ炭化物とガス化剤とを供給する供給部と、前記反応管の下端部に取り付けられると共に前記反応管の内部で前記炭化物の熱分解反応により生成された水性ガスを外部へ導く水性ガス出口部と、前記本体部の前記上面の下方に前記上面と接するように設けられると共に前記反応管の前記外周面と接触する内周面を有しており、前記本体部の上面からの前記加熱用ガスの流出を遮断する第１シール部と、前記本体部の前記底面の上方に前記底面と接するように設けられると共に前記反応管の前記外周面と接触する内周面を有しており、前記本体部の底面からの前記加熱用ガスの流出を遮断する第２シール部と、を備える熱分解炉である。

【0040】

更に、上記熱分解炉において、水性ガスの流出の可能性がある箇所には、次のような解決手段を設けたことを特徴とする熱分解炉である。すなわち、本発明の一態様に係る熱分解炉は、上記熱分解炉において、更に、前記反応管の下端部と前記水性ガス出口部との取付位置において、前記反応管の前記外周面及び前記水性ガス出口部の外周面のそれぞれと接触する内周面を有しており、前記取付位置からの前記水性ガスの流出を遮断する第３シール部を備える熱分解炉である。

【0041】

そして、本発明の上記熱分解炉の上端部において、前記本体部の前記上面が上板で構成され、前記本体部の側面の上端に第１フランジ部が設けられ、前記上板と前記第１フランジ部とは、前記軸線回りの複数面所で前記上板と前記第１フランジ部との間に第４シール部を挟んだ状態で締結部材によって締結されていてもよい。一方、本発明の上記熱分解炉の下端部において、前記本体部の前記底面が底板で構成され、前記本体部の側面の下端に第２フランジ部が設けられ、前記底板と前記第２フランジ部とは、前記軸線回りの複数箇所で前記底板と前記第２フランジ部との間に第５シール部を挟んだ状態で締結部材によって締結されていてもよい。また、本発明の上記熱分解炉の前記反応管の前記上端部には第３フランジ部が、前記供給部の下端部には第４フランジ部が設けられ、前記第３フランジ部と前記第４フランジ部とは、前記軸線回りの複数筒所で前記第３フランジ部と前記第４フランジ部との間に第６シール部を挟んだ状態で締結部材によって締結されていてもよい。

【0042】

第二に、水性ガスの収率の問題を解決することが可能な本発明の一態様に係る熱分解炉は、軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に前記本体部の内周面との間に加熱用ガスを流通させるための加熱用ガス流路を形成する外周面を有する反応管と、前記反応管の上端部に設けられると共に前記反応管の内部で水性ガスを生成させるために前記反応管の内部へ炭化物とガス化剤とを供給する供給部と、前記反応管の下端部に設けられると共に前記反応管の内部で生成された前記水性ガスを外部へ導く水性ガス出口部と、前記本体部の上方に設けられると共に前記加熱用ガス流路へ前記加熱用ガスを供給する加熱用ガス供給部と、前記本体部の下方に設けられると共に前記加熱用ガス流路から前記加熱用ガスを排出する加熱用ガス排出部と、前記反応管の内部に収容されると共に前記上端部から供給される前記炭化物を前記筒状部材の上端側から下端側まで段階的に導いて前記炭化物及び前記ガス化剤の熱分解反応を促進させる熱分解促進機構と、を備える熱分解炉である。

【0043】

前記熱分解促進機構は、前記炭化物を前記反応管の内周面の一端部から他端部に設けられた第１開口部へ導くように傾斜した第１傾斜面を形成する複数の第１傾斜板と、前記第１傾斜板によって前記第１開口部から下方へ落下した前記炭化物を前記他端部から前記一端部に設けられた第２開口部へ導くように傾斜した第２傾斜面を形成する複数の第２傾斜板と、前記軸線に沿って前記第１傾斜板と前記第２傾斜板とが交互に配置されるように、前記複数の第１傾斜板と前記複数の第２傾斜板を保持する保持部とを有し、前記保持部は、前記軸線に沿って延びる棒状部材から成り、前記複数の第１傾斜板及び前記複数の第２傾斜板は、前記棒状部材の前記軸線に沿った複数箇所で前記棒状部材に保持されていることが好ましい。そして、前記熱分解促進機構は、前記筒状部材から着脱可能となっていることがより好ましい。

【0044】

更に、純度の高い水性ガスが、効率的に生成することが可能な本発明の一態様に係る水性ガス生成システムは、有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、前記炭化炉が生成した前記炭化物を水蒸気と共に前記燃焼ガスにより加熱して水性ガスを生成する熱分解炉と、前記燃焼ガスにより水を加熱して前記水蒸気を生成する蒸気発生器と、前記蒸気発生器が生成した前記水蒸気を前記燃焼ガスにより過熱すると共に加熱された前記水蒸気を前記熱分解炉へ供給する蒸気過熱器と、前記有機廃棄物を前記燃焼ガスにより乾燥させると共に乾燥された前記有機廃棄物を前記炭化炉へ供給する乾操機と、前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記熱分解炉へ供給し、前記熱分解炉から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気過熱器へ供給し、前記蒸気過熱器から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気発生器へ供給し、前記蒸気発生器から排出された前記燃焼ガスを前記乾燥機へ供給する燃焼ガス流路と、を備える水性ガス生成システムである。更に好ましくは、前記熱分解炉から排出される未反応の前記炭化物を回収して前記熱分解炉へ再び供給するチャー回収装置を備える水性ガス生成システムである。より更に好ましくは、前記乾燥機から排出される前記燃焼ガスを前記乾燥機から排出される前記燃焼ガスから有害物質を除去して無害化する排ガス冷却洗浄装置へ供給する燃焼ガス流路を備える水性ガス生成システムである。

【0045】

このような水性ガス生成システムにおいて、上述したように、従来の炭化炉や熱分解炉に内在する種々の問題を解決できる手段を講じた、燃焼効率が高く、燃焼した炭化物の温度が適切に低下した炭化物を排出する、炭化効率の高い炭化炉と、加熱用ガスの外部流出が抑制され、熱分解反応が進行する熱分解炉とを用いることによって、より純度が高い水性ガスをより効率的に生成することが可能となる。

【0046】

そして、上記水性ガス生成システムを稼働させる燃焼ガス供給方法に係る本発明の一態様は、有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、前記炭化炉が生成した前記炭化物を水蒸気と共に前記燃焼ガスにより加熱して水性ガスを生成する熱分解炉と、前記燃焼ガスより水を加熱して前記水蒸気を生成する蒸気発生器と、前記蒸気発生器が生成した前記水蒸気を前記燃焼ガスにより過熱すると共に過熱された前記水蒸気を前記熱分解炉へ供給する蒸気過熱器と、前記有機廃棄物を前記燃焼ガスにより乾燥させると共に乾燥された前記有機廃棄物を前記炭化炉へ供給する乾燥機と、を備える水性ガス生成システムの燃焼ガス供給方法であって、前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記熱分解炉に供給する第１工程と、前記熱分解炉から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気過熱器へ供給する第２工程と、前記蒸気過熱器から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気発生器へ供給する第３工程と、前記蒸気発生器から排出された前記燃焼ガスを前記乾燥機へ供給する第４工程と、を備える。更に、前記乾燥機から排出された前記燃焼ガスを排ガス冷却洗浄装置へ供給する第５工程を備えることがより好ましい。

【0047】

本発明の水性ガス生成システムで製造された純度の高い水性ガスを利用することによって、効率的に、純度の高い水素ガスを製造すると共に、発電することが可能となる。

【0048】

本発明の一態様に係る水素ガス生成システムは、有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、前記炭化炉が生成した前記炭化物を水蒸気と共に前記燃焼ガスにより加熱して水性ガスを生成する熱分解炉と、前記燃焼ガスにより水を加熱して前記水蒸気を生成する蒸気発生器と、前記蒸気発生器が生成した前記水蒸気を前記燃焼ガスにより過熱すると共に加熱された前記水蒸気を前記熱分解炉へ供給する蒸気過熱器と、前記有機廃棄物を前記燃焼ガスにより乾燥させると共に乾燥された前記有機廃棄物を前記炭化炉へ供給する乾操機と、前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記熱分解炉へ供給し、前記熱分解炉から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気過熱器へ供給し、前記蒸気過熱器から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気発生器へ供給し、前記蒸気発生器から排出された前記燃焼ガスを前記乾燥機へ供給する燃焼ガス流路と、水性ガスに含まれる残渣を除去するサイクロンと、前記熱分解炉で生成された水性ガスから水素を精製する水素精製装置と、を備える水素ガス生成システムである。更に、水性ガス冷却装置と、水性ガスを貯蔵する水性ガスホルダと、を備えることがより好ましい。

【0049】

本発明の一態様に係る発電システムは、有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、前記炭化炉が生成した前記炭化物を水蒸気と共に前記燃焼ガスにより加熱して水性ガスを生成する熱分解炉と、前記燃焼ガスにより水を加熱して前記水蒸気を生成する蒸気発生器と、前記蒸気発生器が生成した前記水蒸気を前記燃焼ガスにより過熱すると共に加熱された前記水蒸気を前記熱分解炉へ供給する蒸気過熱器と、前記有機廃棄物を前記燃焼ガスにより乾燥させると共に乾燥された前記有機廃棄物を前記炭化炉へ供給する乾操機と、前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記熱分解炉へ供給し、前記熱分解炉から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気過熱器へ供給し、前記蒸気過熱器から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気発生器へ供給し、前記蒸気発生器から排出された前記燃焼ガスを前記乾燥機へ供給する燃焼ガス流路と、水性ガスに含まれる残渣を除去するサイクロンと、前記熱分解炉で生成された水性ガスを燃料として動作することが可能な発電機と、を備える発電システムである。更に、水性ガス冷却装置と、水性ガスを貯蔵する水性ガスホルダと、を備えることがより好ましい。また、前記発電機は、水性ガスを燃焼させることにより動作するガスエンジンであることが好ましい。

【発明の効果】

【0050】

本発明によれば、次のような効果をもたらすことができる。

【0051】

第一に、有機廃棄物の部分燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスの燃焼効率を高めて自装置やその下流側に設置される機器に与える不具合を抑制することが可能な炭化炉及びその炭化炉の制御方法を提供することができる。

【0052】

第二に、有機廃棄物が燃焼した炭化物の温度が適切に低下した炭化物を排出させることが可能な炭化炉及びその炭化炉の制御方法を提供することができる。

【0053】

第三に、有機廃棄物の燃焼用空気として外部の空気を供給しつつ有機廃棄物の炭化効率を向上させることが可能な炭化炉を提供することができる。

【0054】

第四に、本体部との間に流通する加熱用ガスによって熱分解反応が内部で行われる反応管が熱膨張する場合に、本体部の上面と反応管の外周面との隙間から加熱用ガスが外部へ流出することを抑制することが可能な熱分解炉を提供することができる。

【0055】

第五に、炭化物とガス化剤とが熱分解反応する領域を広げつつ熱分解による吸熱反応により温度が低下する領域が発生することを抑制することが可能な熱分解炉を提供することができる。

【0056】

第六に、炭化物のガス化剤として用いる水蒸気を生成する専用の熱源を用いずに熱効率を向上させると共に熱分解炉における熱分解反応を促進させることが可能な水性ガス生成システム及びその燃焼ガス供給方法を提供することができる。更に、第一、第二、及び、第三の効果をもたらす炭化炉、並びに、第４及び第五の効果をもたらす熱分解炉の少なくとも一つの炭化炉或いは熱分解炉を用いることにより、より純度の高い水性ガスを高効率で生成することが可能となる。有機廃棄物種類やシステムコストを考慮する必要があるが、第一から第五の全ての効果をもたらす本発明の炭化炉及び熱分解炉を採用することによって、あらゆる有機廃棄物に対応した工業的に実用可能な水性ガス生成システムを提供することが可能となる。

【0057】

第七に、本発明の水性ガス生成システムから、有害物質を排出しない、純度の高い水性ガスが効率的に生成されるため、一般的な水素精製装置を用いることによって、枯渇しない再利用可能なバイオマスから、再生可能なクリーンエネルギーとして期待される水素ガスが、環境を破壊することなく、高純度・高効率で製造することが可能となる水素ガス生成システムを構築することができる。

【0058】

第八に、本発明の発電システムによって、本発明の水素ガス生成システム同様、一般的な発電機を用いて、バイオマスから生成された水性ガスを燃料として、効率的に電気エネルギーを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0059】

【図1】水性ガス生成システム、水素ガス生成システム、及び、発電システムの一実施形態を示す全体構成図である。

【図2】図１に示す炭化炉の縦断面図である。

【図3】図２に示す炭化炉の要部拡大図である。

【図4】図３に示すクリンカクラッシャを示す図であり、（ａ）が平面図であり，（ｂ）が（ａ）のＣ−Ｃ矢視端面である。

【図5】図２に示す炭化炉の端面図であり、（ａ）がＡ−Ａ矢視端面図であり、（ｂ）がＢ−Ｂ矢視端面図である。

【図6】炭化炉の１次空気供給部の第１変形例を示す縦断面図である。

【図7】炭化炉の１次空気供給部の第２変形例を示す縦断面図である。

【図8】炭化炉制御部による２次燃焼ファンの送風量の制御方法を示すフ1コーチャートである。

【図9】炭化炉制御部によるターンテーブルの回転速度の制御方法を示すフローチャートである。

【図10】図１に示す熱分解炉の縦断面図である。

【図11】図１０に示す熱分解炉の反応管の断面図であり、（ａ）がＤ−Ｄ矢視断面図であり、（ｂ）がＥ−Ｅ矢視断面図である。

【図12】図１０に示す熱分解炉の要部拡大図である。

【図13】図１に示す熱分解炉、減温器、サイクロン、蒸気発生器、及び蒸気過熱器を示す構成図である。

【図14】図１に示す乾燥機を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0060】

以下、本発明の一実施形態の水性ガス生成システム１００について図面を参照して説明する。

【0061】

本実施形態の水性ガス生成システム１００は、炭素を含む廃棄物である有機廃棄物を炭化させて炭化物を生成した後に、過熱された水蒸気（以下、「蒸気」ともいう。）をガス化剤として用いて炭化物を熱分解反応させることにより水性ガス(水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスを主成分とする混合ガス)を生成するシステムである。

【0062】

有機廃棄物とは、例えば、食品廃棄物、建設廃材、シュレッダーダスト、畜産廃棄物、間伐材や剪定枝等の樹木製の廃材、汚泥、家庭から排出される一般廃棄物である。水性ガスを生成する原料として以上に例示されるような種々の有機廃棄物を用いることができるが、樹木製の廃材（「木質バイオマス」ともいう。）を用いるのが特に好ましい。

【0063】

図１の全体構成図に示すように、水性ガス生成システム１００は、有機廃棄物を乾燥させる乾燥機１０と、乾燥機１０へ投入する有機廃棄物を貯留するホッパ１１と、乾燥機１０にて乾燥された有機廃棄物を貯留するホッパ１２と、乾燥された有機廃棄物から炭化物を生成する炭化炉２０と、炭化炉２０で生成された炭化物とガス化剤とを熱分解反応させる熱分解炉３０と、熱分解炉３０で生成された水性ガスを冷却する減温器４０と、炭化炉２０から排出された未燃の炭化物を回収するチャー回収装置４１と、減温器４０から供給される水性ガスから残渣を除去するサイクロン５０と、サイクロン５０で除去された残渣を回収する残渣回收装置５１とを備える。

【0064】

また、水性ガス生成システム１００は、サイクロン５０で残渣が除去された水性ガスを冷却する水性ガス冷却装置６０と、水性ガス冷却装置６０で冷却された水性ガスを貯蔵する水性ガスホルダ７０と、余剰の水性ガス等を焼却処理するフレアースタック７１と、水性ガスを燃料として発電設備７２と、水性ガスから水素ガスを精製する水素精製装置７３と、水から飽和蒸気を生成する蒸気発生器８０と、蒸気発生器８０が生成した蒸気を過熱する蒸気過熱器８１と、蒸気発生器８０へ水を供給する水供給装置８２と、水性ガス生成システム１００の全体を制御する制御装置９０と、を備える。

【0065】

以下、水性ガス生成システム１００が備える各部について説明する。

【0066】

乾燥機１０は、有機廃棄物を燃焼ガスにより乾燥させると共に乾燥された有機廃棄物を炭化炉２０へ供給する装置である。乾燥機１０には、有機廃棄物を貯蔵するホッパ１１から原料供給路１１ａを介して有機廃棄物が供給される。また、乾燥機１０には、有機廃棄物を乾燥させる熱源として、蒸気発生器８０から排出された燃焼ガスが燃焼ガス流路２００ｄを介して供給される。

【0067】

ホッパ１１から乾燥機１０に供給される有機廃棄物は、例えば、５ｍｍ以上かつ６０ｍｍ以下の長さの木質チップである。また、有機廃棄物は、例えば、５５％程度の重量比で水分を含有するものが用いられる。乾燥機１０は、５５％程度の重量比で水分を含有する木質チップを加熱して乾燥させることにより、有機廃棄物が含有する水分を１５％程度の重量比まで低下させるものである。

【0068】

乾燥機１０は、燃焼ガスの熱により乾燥させた有機廃棄物を、原料供給路１０ａを介してホッパ１２へ供給する。また、乾燥機１０は、有機廃棄物を乾操させる熱源として用いた燃焼ガスを、燃焼ガス流路２００ｅを介して排ガス冷却洗浄装置１３へ供給する。乾燥機１０が排ガス冷却洗浄装置１３へ供給する燃焼ガスの温度は、１５０℃以上かつ２１０℃以下となるように調整されている。

【0069】

排ガス冷却洗浄装置１３は、燃焼ガスに含まれる硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、塩酸（ＨＣｌ）等の有害物質を除去して燃焼ガスを無害化する装置である。排ガス冷却洗浄装置１３は、有害物質が除去された燃焼ガス（排ガス）を無害化しつつ冷却した後に大気中に排出する。排ガス冷却洗浄装置１３は、例えば、スクラバとされており、大気中に排出する燃焼ガスの温度が１２０℃以上かつ１８０℃以下となるように調整している。

【0070】

炭化炉２０は、乾燥した有機廃棄物を部分燃焼させることにより炭化物と燃焼ガスとを生成する装置である。炭化炉２０には、有機廃棄物を貯蔵するホッパ１２から原料供給路１２ａを介して乾燥した有機廃棄物が供給される。炭化炉２０は、有機廃棄物の燃焼によって生成された炭化物を、炭化物供給路１０１を介して熱分解炉３０へ供給する。また、炭化炉２０は、有機廃棄物の燃焼によって生成された燃焼ガスを、燃焼ガス流路２００ａを介して熱分解炉３０へ供給する。

【0071】

熱分解炉３０は、炭化炉２０が生成した炭化物を過熱蒸気と共に燃焼ガスにより加熱して熱分解反応させることにより水性ガスを生成する装置である。熱分解炉３０には、炭化物供給路１０１を介して炭化炉２０が生成した炭化物が供給される。また、熱分解炉３０には、蒸気過熱器８１が生成した過熱蒸気がガス化剤として供給される。また、熱分解炉３０には、熱分解反応を促進させる熱源として燃焼ガス流路２００ａから燃焼ガスが供給される。

【0072】

熱分解炉３０は、炭化物と過熱蒸気とを熱分解反応をさせて、水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスを主成分とする水性ガスを生成する。炭化物と過熱蒸気との熱分解反応は、主に以下の式（１）、（２）に示す反応である。式（１）に示す水性ガス反応は吸熱反応であり、式（２）に示す水性ガスシフト反応は発熱反応である。式（２）に示す発熱反応の発熱量よりも式（１）に示す吸熱反応の吸熱量の方が大きい。そのため、炭化物と過熱蒸気との熱分解反応は、全体として吸熱反応となる。
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ＋Ｈ_２ （１）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋Ｈ_２ （２）

【0073】

熱分解炉３０に供給される炭化物の温度は、常温（例えば、２５℃）以上かつ３５０℃以下となるように調整されている。また、熱分解炉３０に供給される過熱蒸気の温度は、７３０℃以上かつ８３０℃以下となるように調整されている。また、熱分解炉３０に供給される燃焼ガスの温度は、９００℃以上かつ１３００℃以下となるように調整されている。また、熱分解炉３０が生成する水性ガスの温度は、６５０℃以上かつ８５０℃以下となるように調整されている。

【0074】

熱分解炉３０は、熱分解反応により生成された水性ガスと炭化物の未反応分及び残渣を、水性ガス供給路１０２を介して減温器４０へ供給する。また、熱分解炉３０は、熱分解反応の熱源として用いられた燃焼ガスを、燃焼ガス流路２００ｂを介して蒸気過熱器８１へ供給する。蒸気過熱器８１に供給される燃焼ガスの温度は、８２０℃以上かつ９２０℃以下となるように調整されている。

【0075】

減温器４０は、液体である水を噴霧することにより水性ガス供給路１０２から供給される水性ガスの温度を低下させる装置である。減温器４０には、水供給装置８２から水供給ポンプ（図示略）により水が供給される。減温器４０は、減温させた水性ガスを、水性ガス供給路１０３を介してサイクロン５０へ供給する。また、減温器４０は、水性ガス供給路１０２から供給される炭化物の未反応分及び残渣をチャー回収装置４１へ供給する。減温器４０は、６５０℃以上かつ８５０℃以下となるように熱分解炉３０で調整された水性ガスを、２２０℃以上かつ２８０℃以下となるように水の噴霧量を調整する。

【0076】

チャー回収装置４１は、炭化物の未反応分を回収して再び熱分解炉３０へ供給する装置である。チャー回収装置４１を設けることにより、炭化物の未反応分が水性ガスの生成に用いられず廃棄されることが回避される。そのため、チャー回収装置４１を設けることにより、炭化物からの水性ガスの収率が向上する。

【0077】

サイクロン５０は、水性ガス供給路１０３を介して供給される水性ガスに含まれる残渣を除去する装置である。サイクロン５０は、水性ガス供給路１０３を介して供給される水性ガスを内部で旋回させることにより水性ガスに含まれる残渣を遠心分離して下方へ導いて残渣回収装置５１へ供給する。また、サイクロン５０は、残渣が除去された水性ガスを上方へ導いて水性ガス供給路１０４を介して水性ガス冷却装置６０へ供給する。

【0078】

水性ガス冷却装置６０は、液体である水を噴霧することにより水性ガス供給路１０４から供給される水性ガスの温度を低下させる装置である。水性ガス冷却装置６０は、水性ガス中に嘖霧した冷却水を回収して循環ポンプ（図示略）により再び水性ガス中に噴霧させるように冷去水を循環させる。

【0079】

水性ガス冷却装置６０は、冷却した水性ガスを水性ガスホルダ７０へ供給する。水性ガス冷却装置６０は水性ガスホルダ７０へ供給する水性ガスの温度を検出する温度センサ（図示略）を備えており、検出する温度が目標温度と一致するように循環ポンプ（図示略）により循環させる冷却水の水量を制御する。水性ガス冷却装置６０は、２２０℃以上かつ２８０℃以下となるように減温器４０で調整された水性ガスを、３０℃以上かつ５０℃以下となるように水の噴霧量を調整する。

【0080】

水性ガスホルダ７０は、水性ガス冷却装置６０から供給される水性ガスを貯蔵する装置である。水性ガスホルダ７０は、貯蔵した水性ガスをフレアースタック７１、発電設備７２、水素精製装置７３のそれぞれに個別に供給することが可能となっている。

【0081】

フレアースタック７１は水性ガスホルダ７０の貯蔵量が過剰となった場合等、水性ガスに余剰が生じた場合に焼却処理するための装置である。フレアースタック７１は、液化天然ガス等の燃料によって常時燃焼が行われるようになっている。そのため、フレアースタック７１に水性ガスが供給されると、水性ガスが焼却処理される。

【0082】

発電設備７２は、水性ガスを燃料として動作することにより発電機を駆動させて発電出力を得る設備である。発電設備７２が発電機を駆動させる動力源としては、例えば、水性ガスを燃焼させることにより動作するガスエンジンが用いられるが、これに限定されるものではない。

【0083】

水素精製装置７３は、水性ガスに含まれる一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等の成分を除去することで純度が高い水素ガス（例えば、純度９９．９９５％以上の水素ガス）に精製する装置である。例えば、水素精製装置７３は、水性ガスを圧縮機（図示略）にて所定の圧力まで加圧して吸着剤（一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等の成分の除去に適したもの）を充填した吸着塔（図示略）に供給し、吸着剤により、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等の成分を吸着除去し、純度が高い水素ガスに精製する。吸着終了後は、水素精製装置７３の吸着塔を減圧することで、吸着剤から、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等の成分を脱着する。複数の吸着塔を交互に使用することで、水素を連続的に精製、送出できる。また、水素精製装置７３として、水素以外の物質を全く透過しないパラジウム合金膜を用いた水素精製モジュールを用いることもできる。

【0084】

蒸気発生器８０は、燃焼ガスで加熱することにより水を気化させて飽和水蒸気を生成する装置である。蒸気発生器８０には、水供給装置８２から水供給ポンプ（図示略）を介して水が供給される。また、蒸気発生器８０には、蒸気過熱器８１から排出される燃焼ガスが燃焼ガス流路２００ｃを介して供給される。蒸気発生器８０に供給される燃焼ガスの温度は、７５０℃以上かつ８５０℃以下となるように調整されている。

【0085】

蒸気発生器８０が生成した飽和水蒸気は蒸気過熱器８１へ供給される。また、蒸気発生器８０で水を気化させる熱源として用いられた燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｄを介して乾燥機１０へ供給される。乾燥機１０へ供給される燃焼ガスの温度は、５４０℃以上かつ６４０℃以下となるように調整されている。

【0086】

蒸気過熱器８１は、燃焼ガスで飽和水蒸気を加熱することにより飽和水蒸気から加熱蒸気を生成する装置である。蒸気過熱器８１には、蒸気発生器８０が生成した飽和水蒸気が供給される。また、蒸気過熱器８１には、熱分解炉３０から排出される燃焼ガスが燃焼ガス流路２００ｂを介して供給される。蒸気過熱器８１に供給される燃焼ガスの温度は、８２０℃以上かつ９２０℃以下となるように調整されている。蒸気過熱器８１が生成した過熱蒸気は、熱分解炉３０へガス化剤として供給される。また、蒸気過熱器８１で過熱蒸気を生成する熱源として用いられた燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｃを介して蒸気発生器８０へ供給される。

【0087】

制御装置９０は、水性ガス生成システム１００を制御する装置である。制御装置９０は、水性ガス生成システム１００を構成する各部が備える制御部（図示略）と通信可能となっている。制御装置９０は、水性ガス生成システム１００を構成する各部が備える制御部に制御指令を伝達することにより、各部を制御することができるようになっている。また、制御装置９０は、水性ガス生成システム１００を構成する各部から温度、圧力等の各部の状態を示す信号を受信可能となっている。制御装置９０は、記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより、水性ガス生成システム１００を構成する各部に所望の動作を実行させることができる。

【0088】

図１に示す水性ガス生成システム１００において、炭化炉２０で生成された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅからなる燃焼ガス流路によって以下のように流通する。第１に、炭化炉２０が生成した燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ａによって熱分解炉３０へ供給される。第２に、熱分解炉３０から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｂによって蒸気過熱器８１へ供給される。第３に、蒸気過熱器８１から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｃによって蒸気発生器８０へ供給される。第４に、蒸気発生器８０から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｄによって乾燥機１０へ供給される。第５に、乾操機１０から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｅによって排ガス冷却洗浄装置１３へ供給される。第６に、排ガス冷却洗浄装置１３が無害化した燃焼ガスは、排ガス冷却洗浄装置１３によって大気中に排出される。

【0089】

ここで、炭化炉２０が生成した燃焼ガスを他の熱媒体との熱交換をさせないで熱分解炉３０へ供給しているのは、高温な状態が維持された燃焼ガスを用いて熱分解炉３０における熱分解反応を促進して炭化物からの水性ガスの収率を向上させるためである。炭化炉２０が生成した燃焼ガスを他の熱媒体との熱交換をさせた後に熱分解炉３０へ供給する場合に比べ、熱分解炉３０の内部を高温に維持することができるため、熱分解反応が促進されて炭化物からの水性ガスの收率が向上する。

【0090】

次に、図２から図５を用いて、本実施形態の炭化炉２０について詳細に説明する。

【0091】

図２は、図１に示す炭化炉２０の縦断面図である。図２において、軸線Ｘは、炭化炉２０が設置される設置面（図示略）に対して直交する鉛直方向（重力方向）を示している。

【0092】

図２に示すように、本実施形態の炭化炉２０は、本体部２１と、円筒部２２（筒部）と、有機廃棄物投入部２３（投入部）と、炭化物排出部２４と、１次空気供給部２５と、２次空気供給部２６と、燃焼ガス排出部２７と、温度センサ２８ａ（温度検出部）と、温度センサ２８b（温度検出部）と、温度センサ２８ｃ（温度検出部）と、レベルセンサ２８d（堆積量検出部）と、着火バーナ２０ｃと、炭化炉制御部２９（制御部）とを備える。

【0093】

本体部２１は、軸線Ｘに沿って延びる略円筒状に形成されると共に炭化炉２０の外装となる部材である。本体部２１は、その内部に有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼領域Ｒ２と、有機廃棄物から生成された燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼領域Ｒ４とを形成している。本体部２１は、炭化炉２０の外装を形成する金属製（例えば鉄製）のハウジング２１ａと、ハウジング２１ａの内周面に貼り付けられる断熱材２１ｂと、断熱材２１ｂの内周面に貼り付けられる耐火材２１ｃとを有する。

【0094】

円筒部２２は、軸線Ｘに沿って延びる略円筒状に形成される部材である。円筒部２２は、本体部２１の内周面２１ｄとの間で有機廃棄物を燃焼させて炭化物を生成するための間隙２０ａを形成する外周面２２ａを有する。円筒部２２は、有機廃棄物の燃焼によって高温となるため、耐熱性の材料（例えば、ステンレス等の金属材料）によって形成するのが好ましい。図２に示すように、円筒部２２の内部は中空の閉空間となっておりこの閉空間は他の空間と連通しない状態となっている。そのため、円筒部２２は一定の熱量を畜熱可能であり、外部の温度変化による影響を受けにくくなっている。

【0095】

円筒部２２は、後述するターンテーブル２４ａに取り付けられておりターンテーブル２４ａが軸線Ｘ回りに回転するのに応じて軸線Ｘ回りに回転するようになっている。円筒部２２が軸線Ｘ回りに回転することにより、間隙２０ａとその上部に存在する有機廃棄物は間隙２０ａに沿って上方から下方へ導かれる。

【0096】

間隙２０ａに供給された有機廃棄物は、１次燃焼領域Ｒ２において１次空気供給部２５から供給される１次燃焼用空気によって部分燃焼し、炭化物を多く含む固形分と可燃性ガスを含む燃焼ガスとが生成される。炭化物を多く含む固形分は間際２０ａに沿って下方の炭化物精錬・冷却領域Ｒ１へ導かれ、可燃性ガスを含む燃焼ガスは２次燃焼領域Ｒ４へ導かれる。炭化物精錬・冷却領域Ｒ１は、上方が有機廃棄物で閉塞されていると共に１次空気供給部２５からの１次燃焼用空気が供給されない領域となっている。そのため、炭化物は、炭化物精錬・冷却領域Ｒ１において冷却されながら精錬される。

【0097】

有機廃棄物投入部２３は、本体部２１に設けられると共にホッパ１２から原料供給路１２ａを介して供給される有機廃業物（図示略）を本体部２１の内部へ投入する開口部である。有機廃棄物投入部２３の下方には軸線Ｘに近付くにつれて上方から下方へ傾斜する傾斜面２３ａが形成されている。有機廃棄物投入部２３から供給された有機廃棄物は、傾斜面２３ａに沿って円筒部２２の上面２２ｂ及び間隙２０ａに導かれる。

【0098】

図２に示すように有機廃棄物投入部２３が配置される領域が原料投入領域Ｒ３である。原料投入領域Ｒ３において、軸線Ｘに対して有機廃棄物投入部２３と反対側には点検窓２０ｂが設けられている。点検窓２０ｂは、炭化炉２０の内部を視認可能にするものである。

【0099】

炭化物排出部２４は、間隙２０ａにおいて有機廃棄物が部分燃焼することにより生成される炭化物を炭化物供給路１０１へ排出する機構である。炭化物排出部２４から炭化物供給路１０１へ排出された炭化物は、熱分解炉３０へ供給される。図２及び図４に示すように、炭化物排出部２４は、ターンテーブル２４ａ（回転体）と、駆動部２４ｂと、炭化物排出口２４ｃとを有する。

【0100】

ターンテーブル２４ａは、図３に示すように間隙２０ａの軸線Ｘ方向の下端と対向する位置に設けられる部材であり、軸線Ｘ回りの周方向に延びる円環状の回転体である。ターンテーブル２４ａは、駆動部２４ｂから伝達される駆動力によって軸線Ｘ回りに回転する。図３に示すように、間隙２０ａの下端と対向するターンテーブル２４ａの面は軸線Ｘから遠ざかるに従って下方へ傾斜する傾斜面となっている。そのため、間隙２０ａの下端とターンテーブル２４ａの傾斜面との間には隙間が形成されている。

【0101】

間隙２０ａの下端に存在する炭化物（図示略）は、ターンテーブル２４ａが軸線Ｘ回りに回転するのに応じてターンテーブル２４ａの傾斜面に沿って下方へ移動して炭化物排出口２４ｃへと導かれる。そのため、ターンテーブル２４ａの回転速度が増加するのに応じて、間隙２０ａの下端から炭化物排出口２４ｃへ導かれる炭化物の量が増加する。同樣に、ターンテーブル２４ａの回転速度が減少するのに応じて、間隙２０ａの下端から炭化物排出口２４ｃへ導かれる炭化物の量が減少する。

【0102】

駆動部２４ｂは、ターンテーブル２４ａに駆動力を伝達し、ターンテーブル２４ａを軸線Ｘ回りに回転させる装置である。図２に示すように、駆動部２４ｂは、駆動モータ２４ｅと、減速機２４ｆと、駆動ベルト２４ｇと、駆動軸２４ｈとを有する。

【0103】

駆動モータ２４ｅは、炭化炉制御部２９から伝達される制御信号によって回転数が制御されるインバータモータである。駆動モータ２４ｅの回転動力は、駆動ベルト２４ｇによって減速機２４ｆに伝達される。減速機２４ｆは駆動ベルト２４ｇによって駆動モータ２４ｅから伝達される回転動力の回転速度を減速させつつトルクを増加させる装置である。減速機２４ｆは、トルクを増加させた回転動力を軸線Ｘ回りに延びる駆動軸２４ｈに伝達する。ターンテーブル２４ａは駆動軸２４ｈに連結されている。そのため、駆動軸２４ｈが軸線Ｘ回りに回転するのに伴って、ターンテーブル２４ａが軸線Ｘ回りに回転する。

【0104】

炭化物排出ロ２４ｃは、炭化物を炭化物供給路１０１へ排出する開口部である。炭化物排出口２４ｃから炭化物供給路１０１へ排出された炭化物は、炭化物供給路１０１を介して熱分解炉３０へ供給される。

【0105】

クリンカクラッシャ２４ｄは、間隙２０ａの下端とターンテーブル２４ａの傾斜面との間に形成される隙間よりも大きな塊であるクリンカを破砕するための部材である。ここでクリンカとは、１次燃焼領域Ｒ２での有機廃棄物の燃焼により生成された燃焼灰が溶融して塊となったものである。図４（ａ）に示すように、クリンカクラッシャ２４ｄは、軸線Ｘ回り配置される略円環状の部材となっており、周方向の複数の位置に径方向の内側に突出する爪２４ｉが設けられている。図４（ｂ）（図４（ａ）のＣ−Ｃ矢視端面図）に示すように、爪２４ｉはターンテーブル２４ａの傾斜面に沿うように上方に向けて折れ曲がった形状となっている。

【0106】

図３に示すように、クリンカクラッシャ２４ｄは、締結ボルトによって本体部２１に取り付けられている。クリンカクラッシャ２４ｄは、ターンテーブル２４ａが軸線Ｘ回りに回転しても本体部２１に対して固定されたままとなる。そのため、ターンテーブル２４ａの回転に伴ってクリンカが移動すると、クリンカがクリンカクラッシャの爪２４ｉに衝突して破砕される。

【0107】

次に、１次空気供給部２５について説明する。１次空気供給部２５は、間隙２０ａに堆積する有機廃棄物に向けて有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼用空気を供給する装置である。１次空気供給部２５は、１次燃焼ファン２５ａ（送風部）と、カバー部２５ｂと、空気供給口２５ｃとを有する。

【0108】

１次燃焼ファン２５ａは、外部から導入した空気（大気）を送風する装置であり、インバータモータ（図示略）とインバータモータにより駆動されるファン（図示略）を有している。１次燃焼ファン２５ａは、インバータモータの回転数を制御することにより送風する風量を調整することができる。

【0109】

カバー部２５ｂは、１次燃焼ファン２５ａから送風される空気が導入されると共に空気供給口２５ｃへ空気を供給する閉空間２５ｄを形成する部材である。図５（ａ）（図２に示す炭化炉２０のＡ−Ａ矢視端面図）に示すように、カバー部２５ｂは、本体部２１の外周面２１ｅとの間に軸線Ｘ回りに延びる閉空間２５ｄを形成する。

【0110】

空気供給口２５ｃは、１次燃焼ファン２５ａから閉空間２５ｄに送風された空気を閉空間２５ｄから本体部２１の内部の１次燃焼領域Ｒ２へ供給する流路である。図２に示すように、空気供給口２５ｃは、有機廃棄物を１次燃焼用空気により部分燃焼させる１次燃焼領域Ｒ２において、軸線Ｘに沿って鉛直方向の複数箇所に設けられている。

【0111】

また、図５（ａ）に示すように、空気供給口２５ｃは軸線Ｘ回りの周方向に沿った等間隔（図５（ａ）では３０°間隔）で本体部２１に設けられている。また、図５（ａ）に示すように、空気供給口２５ｃは、本体部２１の外周面２１ｅから軸線Ｘに向けた延びる直線状の流路となっている。なお、図５（ａ）に示す例は軸線Ｘ回りの周方向に沿った３０°間隔で空気供給口２５ｃを配置するものとしたが、他の間隔（例えば、２０°、４５°等）としても良いし、等間隔でなく任意の間隔で配置してもよい。

【0112】

図２に示す１次空気供給部２５は、１次燃焼ファン２５ａから送風される空気を加熱する加熱部（図示略）を有する。空気供給口２５ｃは、加熱部によって加熱された空気を空気供給口２５ｃへ供給する。そのため、１次燃焼ファン２５ａから送風される空気を加熱しない場合に比べ、１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度を高温に維持することができる。

【0113】

１次空気供給部２５が備える加熱部として、図６及び図７に示す放熱フィン２５ｅを採用してもよい。図６及び図７に示す１次空気供給部２５の変形例は、炭化炉２０の間隙２０ａから本体部２１を介して伝達される熱を利用して１次燃焼ファン２５ａから送風される空気を加熱する放熱フィン２５ｅを備えるものである。図６及び図７に示すように、放熱フィン２５ｅは、本体部２１の外周面２１ｅに接触すると共に外周面２１ｅに沿って軸線Ｘ回りに延びる環状の部材である。放熱フィン２５ｅは、軸線Ｘに沿った複数箇所に設けられている。放熱フィン２５ｅは、本体部２１の外周面２１ｅに対して溶接等によって取り付けられている。

【0114】

図６は、１次空気供給部２５の第１変形例を示す縦断面図である。図２に示す１次空気供給部２５のカバ一部２５ｂは、空気供給ロ２５ｃと軸線Ｘ方向の略同じ位置のみに設けられる。それに対して、図６に示す１次空気供給部２５のカバー部２５ｂは、空気供給口２５ｃと軸線Ｘ方向の略同じ位置に加えて空気供給口２５ｃよりも下方の位置も包含するように設けられる。

【0115】

図６に示す放熱フィン２５ｅは、本体部２１の外周面２１ｅを介して間隙２０ａの雰囲気温度が伝熱される伝熱部材である。本体部２１の外周面２１ｅは、耐火材２１ｃと断熱材２１ｂによってハウジング２１ａが加熱しすぎないように保護されているものの、５０℃〜７０℃程度に加熱された状態となっている。そのため、放熱フィン２５ｅによって１次燃焼ファン２５ａから送風される空気（大気）を加熱することができる。

【0116】

図６に示すように、１次燃焼ファン２５ａは、間隙２０ａの下方の外周側に位置する本体部２１の外周面２１ｅに向けて外部から導入した空気を送風するようになっている。このようにしているのは、間隙２０ａの下方の外周側に位置する本体部２１の外周面２１ｅを外部から導入した空気によって冷却するためである。

【0117】

図６に示すように、間隙２０ａの下方は炭化物精錬・冷却領域Ｒ１となっている。炭化物精錬・冷却領域Ｒ１は、１次燃焼領域Ｒ２で生成された炭化物を冷却しながら精錬する領域であるため、ある程度低い温度に維持されるのが望ましい。そこで、本実施形態では、炭化物精錬・冷却領域Ｒ１が冷却されるように１次燃焼ファン２５ａが空気を送風する位置を設定している。

【0118】

図７は、１次空気供給部２５の第２変形例を示す断面図である。図７に示す１次空気供給部２５の第２変形例は、放熱フィン２５ｅが配置される位置における断熱材２１ｂの厚さ及び本体部２１の外周面２１ｅの位置が異なっている点を除き、図６に示す第１変形例と同様である。

【0119】

図７に示すように、空気供給口２５ｃが配置される位置における本体部２１の内周面２１ｄから外周面２１ｅまでの距離は、距離Ｄ１となっている。一方、放熱フィン２５ｅが配置される位置における本体部２１の内周面２１ｄから外周面２１ｅまでの距離は、距離Ｄ２となっている。図７に示すように距離Ｄ１よりも距離Ｄ２の方が短くなっている。

【0120】

図７に示す１次空気供給部２５の第２変形例によれば、図６に示す１次空気供給部２５の第１変形例に比べ、放熱フィン２５ｅが配置される位置において、間隙２０ａの雰囲気温度が外周面２１ｅに伝達されやすくなっている。そのため、第２変形例によれば、第１変形例よりも放熱フィン２５ｅがより高温に加熱される。よって、第２変形例の１次空気供給部２５によれば、１次燃焼ファン２５ａが送風する空気をより高い温度に加熱した状態で空気供給口２５ｃへ供給することができる。

【0121】

なお、図６及び図７に示す放熱フィン２５ｅは、軸線Ｘ回りに延びる環状の部材であるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、放熱フィン２５ｅを、本体部２１の外周面２１ｅに接触すると共に外周面２１ｅに沿って軸線Ｘ回りに下方から上方へ向けて旋回する螺旋状の流路を形成するような構造としてもよい。

【0122】

次に、２次空気供給部２６について説明する。２次空気供給部２６は、１次燃焼領域Ｒ２において有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼用空気を本体部２１の内部へ供給する装置である。図２に示すように、２次空気供給部２６は２次燃焼領域Ｒ４に設けられており、２次燃焼領域Ｒ４に向けて２次燃焼用空気を供給する。２次空気供給部２６は、２次燃焼ファン２６ａと、カバー部２６ｂと、空気供給口２６ｃとを有する。

【0123】

２次燃焼ファン２６ａは、外部から導入した空気（大気）を送風する装置であり、インバータモータ（図示略）とインバータモータにより駆動されるファン（図示略）を有している。２次燃焼ファン２６ａは、インバータモータの回転数を制御することにより送風する風量を調整することができる。

【0124】

カバー部２６ｂは、２次燃焼ファン２６ａから送風される空気が導入されると共に空気供給口２６ｃへ空気を供給する閉空間２６ｄを形成する部材である。図５（ｂ）（図２に示す炭化炉２０のＢ−Ｂ矢視端面図）に示すように、カバー部２６ｂは、本体部２１の外周面２lｅとの間に軸線Ｘ回りに延びる閉空間２６ｄを形成する。

【0125】

空気供給口２６ｃは、２次燃焼ファン２６ａから閉空間２６ｄに送風された空気を閉空間２６ｄから本体部２１の内部の２次燃焼焼領域Ｒ４へ供給する流路である。図２に示すように、空気供給口２６ｃは、燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを２次燃焼用空気により燃焼させる２次燃焼領域Ｒ４において、軸線Ｘに沿った鉛直方向の複数箇所に設けられている。

【0126】

また、図５（ｂ）に示すように、空気供給口２６ｃは軸線Ｘ回りの周方向に沿った等間隔（図５（ｂ）では３０°間隔）で本体部２１に設けられている。また、図５（ｂ）に示すように、空気供給口２６ｃは、本体部２１の外周面２１ｅから軸線Ｘに向けた延びる直線状の流路となっている。なお、図５（ｂ）に示す例は軸線Ｘ回りの周方向に沿った３０°間隔で空気供給口２６ｃを配置するものとしたが、他の間隔（例えば、２０°、４５°等）としても良いし、等間隔でなく任意の間隔で配置してもよい。

【0127】

燃焼ガス排出部２７は、１次燃焼領域Ｒ２で生成されて２次燃焼領域Ｒ４で可燃性ガス成分を燃焼させた燃焼ガスを燃焼ガス流路２００ａへ排出する排出口である。燃焼ガス流路２００ａへ排出された燃焼ガスは、熱分解反応の熱源として利用するために熱分解炉３０へ供給される。

【0128】

温度センサ２８ａは、燃焼ガス排出部２７から排出される燃焼ガスの温度を検出するセンサである。温度センサ２８ａは、検出した温度を示す温度検出信号を炭化炉制御部２９へ伝達する。図２に示すように、温度センサ２８ａは２次燃焼焼領域Ｒ４の中でも燃焼ガス流路２００ａに近接した領域に配置されている。そのため、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇは、燃焼ガス流路２００ａに排出される燃焼ガスの温度と略一致した温度となる。

【0129】

温度センサ２８ｂは、１次燃焼焼領域Ｒ２の雰囲気温度を検出するセンサである。温度センサ２８ｂは、検出した温度を示す温度検出信号を炭化炉制御部２９へ伝達する。

【0130】

温度センサ２８ｃは、間隙２０ａの下端側に堆積する炭化物の温度である炭化物温度Ｔｃを検出するセンサである。温度センサ２８ｃは、検出した炭化物温度Ｔｃを示す温度検出信号を炭化炉制御部２９へ伝達する。

【0131】

レベルセンサ２８ｄは、間隙２０ａに堆積する有機廃棄物の堆積量を検出するセンサである。レベルセンサ２８ｄは、１次燃焼領域Ｒ２において、図１に示す軸線Ｙ方向に存在する有機廃棄物の堆積量を堆積量に応じた出力信号を得ることにより検出する。レベルセンサ２８ｄは、出射した光や超音波等の反射を受信することで堆積量を検出する反射型のセンサであってもよい。また、レベルセンサ２８ｄは、出射したＸ線等を受信する受信部を円筒部２２に設けた透過型のセンサであってもよい。

【0132】

後述するように、レベルセンサ２８ｄは、有機廃棄物供給部２３からの新たな有機廃棄物の投入が停止される場合等、間隙２０ａに存在する有機廃棄物の堆積量が減少したことを検出するためのセンサである。そのため、レベルセンサ２８ｄは、取り付け位置から鉛直方向の下方に向けた軸線Ｙに沿った堆積量を検出するようになっている。炭化炉制御部２９は、レベルセンサ２８ｄが検出する有機廃棄物の堆積量である堆積量Ａｏが０である旨の検出信号を出力する場合、間隙２０ａに存在する有機廃棄物の堆積量が所定の第１堆積量Ａｏ１以下へ減少したと判定する。

【0133】

着火バーナ２０ｃは、炭化炉２０における有機廃棄物の燃焼を開始させる際に、有機廃棄物を着火させるために用いられる装置である。図２に示すように、着火バーナ２０ｃは、間隙２０ａの下端側に設けられている。また、図２に示すように、着火バーナ２０ｃは、軸線Ｘに対して対向する２箇所に配置されている。

【0134】

着火バーナ２０ｃは、灯油等の着火用燃料を利用して火炎を発生させることにより間隙２０ａの下端側に堆積する有機廃棄物を燃焼させる。着火バーナ２０ｃは、炭化炉制御部２９からの制御指令によって炭化炉２０における有機廃棄物の燃焼を開始させる際に火炎を発生させる。また、着火バーナ２０ｃは、炭化炉制御部２９からの制御指令によって所定のタイミングで火炎の発生を停止させる。

【0135】

炭化炉制御部２９は、炭化炉２０が備える各部から各部の状態を示す検出信号を受信すると共に検出信号に基づいて各部に制御信号を伝達することで各部を制御する装置である。また、炭化炉制御部２９は、制御装置９０へ炭化炉２０の状態を示す信号を伝達すると共に制御装置９０から伝達される制御信号に応答して炭化炉２０を制御する装置である。

【0136】

炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃのそれぞれが検出する温度を示す温度検出信号と、レベルセンサ２８ｄが検出する有機廃棄物の堆積量Ａｏを示す堆積量検出信号とを受信する。また、炭化炉制御部２９は、１次燃焼ファン２５ａの送風量を制御する制御信号を１次空気供給部２５へ伝達する。また、炭化炉制御部２９は、２次燃焼ファン２６ａの送風量を制御する制御信号を２次空気供給部２６へ伝達する。また、炭炭化炉制御部２９は、着火バーナ２０ｃに制御信号を伝達して有機廃棄物の燃焼を開始させる際に火炎を発生させると共に所定のタイミングで制御信号を伝達して火炎の発生を停止させる。また、炭化炉制御部２９は、ターンテーブル２４ａの回転速度を制御する制御信号を駆動モータ２４ｅへ伝達する。

【0137】

次に、炭化炉制御部２９による１次燃焼ファン２５ａの送風量の制御方法について説明１する。炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｂが検出する１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度に基づいて１次燃焼焼ファン２５ａが送風する空気の送風量を制御する。１次燃焼ファン２５ａが送風する空気の送風量は空気供給口２５ｃから炭化炉２０の１次燃焼領域Ｒ２へ供給される１次燃焼用空気の空気量と一致している。そのため、炭化炉制御部２９は、１次燃焼ファン２５ａが送風する空気の送風量を制御することにより、１次燃焼領域Ｒ２に送風される１次燃焼用空気の空気量を調整することができる。

【0138】

炭化炉制御部２９は、間隙２０ａに堆積した有機廃葉物を炭化させるのに適した燃焼状態が維持されるように温度センサ２８ｂが検出する１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度に基づいて１次燃焼ファン２５ａが送風する空気の送風量を制御する。具体的に、炭化炉制御部２９は、１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度が１０００℃以上かつ１２００℃以下の範囲に収まるように１次燃焼焼ファン２５ａが送風する空気の送風量を制御する。

【0139】

次に、炭化炉制御部２９による２次燃焼ファン２６ａの送風量の制御方法について、図８フローチャートを用いて説明する。炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇに基づいて２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御する。２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量は空気供給口２６ｃから炭化炉２０の２次燃焼領域Ｒ４へ供給される２次燃焼用空気の空気量と一致している。そのため、炭化炉制御部２９は、２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御することにより、２次燃焼領域Ｒ４に送風される２次燃焼用空気の空気量を調整することができる。

【0140】

炭化炉制御部２９は、２次燃焼焼領域Ｒ４の燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させるのに適した燃焼状態が維持されるように温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇに基づいて２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御する。具体的に、炭化炉制御部２９は、図８に示すフローチャートに従って２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御する。図８に示すフローチャートにおける各処理は、炭化炉制御部２９が有する演算部（図示略）が記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムを実行することにより行われる処理である。

【0141】

図８のフローチャートに示す処理に先立って、炭化炉制御部２９は、炭化炉２０における有機廃棄物の燃焼を開始させる際に、着火バーナ２０ｃによって火炎を発生させて間隙２０ａに堆積する有機廃棄物の燃焼を開始させる。炭化炉制御部２９は、その後に２次燃焼ファン２６ａによる外部の空気（大気）の送風を開始させる。炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼焼ガス温度Ｔｇ１以上となるまでは一定の送風量となるように２次燃焼ファン２６ａを制御する。温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１以上となった後に、図８のフローチャートに示す各処理が開始される。

【0142】

なお、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１以上となるまでに２次燃焼ファン２６ａが送風する２次燃焼用空気の送風量は、２次燃焼領域Ｒ４に存在すると想定される可燃性ガスを完全燃焼させるのに必要な量に一定の余剰量を加算した量となっている。

【0143】

ステップＳ８００で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａから伝達される温度検出信号を受信することにより、燃焼ガス排出部２７から排出される燃焼ガスの温度である燃焼焼ガス温度Ｔｇを検出する。

【0144】

ステップＳ８０１で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１より低いか否かを判定する。炭化炉制御部２９は、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼焼ガス温度Ｔｇ１よりも低いと判定した場合はステップＳ８０２に処理を進め、そうでなければステップＳ８０３に処理を進める。

【0145】

ステップＳ８０２で炭化炉制御部２９は、２次燃焼ファン２６ａの送風量を減少させるための制御信号を２次燃焼ファン２６ａに伝達する。２次燃焼ファン２６ａは、炭化炉制御部２９から制御信号を受信したのに応答して送風量を減少させる。ここで、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１よりも低いと判定した場合に２次燃焼ファン２６ａの送風量を減少させているのは次の理由による。

【0146】

２次空気供給部２６が２次燃焼領域Ｒ４へ供給する２次燃焼用空気の量は、２次燃焼領域Ｒ４に存在する燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを完全燃焼させる量よりも一定量だけ多い量とするのが好ましい。すなわち、２次燃焼領域Ｒ４における空気過剰率を１．０より大きい一定値とするのが好ましい。

【0147】

しかしながら、２次燃焼領域Ｒ４に存在する可燃性ガスの量は、有機廃棄物の性状や１次燃焼領域Ｒ２における有機廃棄物の燃焼状態等の要因により変動するのが一般的である。そのため、２次空気供給部２６が２次燃焼領域Ｒ４へ供給する２次燃焼用空気の量を一定としたままでは可燃性ガスを完全燃焼させるのに適した空気量を維持することができない。

【0148】

そして、２次燃焼用空気の量が可燃性ガスを完全燃焼させる量に対して過剰に多くなる場合、可燃性ガスの燃焼に用いられない余剰空気が２次燃焼領域Ｒ４に多量に供給されることとなる。２次燃焼ファン２６ａが送風する空気（大気）の温度は２次燃焼焼領域Ｒ４の雰閉気温度よりも低いため、多量の余剰空気によって２次燃焼領域Ｒ４の雰囲気温度が低下してしまう。

【0149】

そうすると、２次燃焼領域Ｒ４における可燃性ガスの燃焼効率が悪化し、可燃性ガスを多く含んだままの燃焼ガスが燃焼ガス排出部２７から排出されてしまうこととなる。可燃性ガスには、凝固してタールとなる成分である高分子炭化水素が含まれている。そのため、可燃性ガスに凝固してタールとなる成分が多量に含まれたままであると、炭化炉２０及びその下流側に設置される機器に損傷を与える可能性がある。そのため燃焼ガスに凝固してタールとなる成分が多量に含まれないようにし、炭化炉２０及びその下流側に設置される機器に与える損傷を抑制するのが望ましい。そこで、炭化炉制御部２９は、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１よりも低いと判定した場合に、２次燃焼領域Ｒ４に供給される余剰空気量を減少させるために、２次燃焼ファン２６ａの送風量を減少させている。

【0150】

ステップＳ８０３で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２より高いか否かを判定する。炭化炉制御部２９は、検出した燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２よりも高いと判定した場合はステップＳ８０４に処理を進め、そうでなければステップＳ８０１に処理を進める。

【0151】

ステップＳ８０４で炭化炉制御部２９は、２次燃焼ファン２６ａの送風量を増加させるための制御信号を２次燃焼ファン２６ａに伝達する。２次燃焼ファン２６ａは、炭化炉制御部２９から制御信号を受信したのに応答して送風量を増加させる。炭化炉制御部２９は、図８に示すフローチャートの処理を終了すると、再び図８に示す処理の実行を開始する。ここで、燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２よりも高いと判定した場合に２次燃焼ファン２６ａの送風量を増加させているのは次の理由による。

【0152】

燃焼ガス温度Ｔｇに上限を定めずに炭化炉２０を運転させる場合、想定される最高の燃焼ガス温度を想定し、その燃焼ガス温度でも十分に耐熱性が保たれるように炭化炉２０及び燃焼ガス流路２００ａを設計する必要がある。この場合、耐熱性の高い高価な部材を用いて炭化炉２０等を製造する必要があり、炭化炉２０等の製造コストが増加してしまう。炭化炉２０等の製造コストを増加させないようにするためには、燃焼ガス温度Ｔｇが予め定めた上限温度以下となるようにするのが好ましい。

【0153】

そこで、炭化炉制御部２９は、燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２よりも高いと判定した場合に２次燃焼ファン２６ａの送風量を増加させている。前述したように、２次燃焼ファン２６ａの送風量を増加させることにより多量の余剰空気が２次燃焼領域Ｒ４に供給されると、２次燃焼領域Ｒ４の雰囲気温度が低下することとなる。

【0154】

以上のように、炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇに基づいて２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御することにより、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１以上かつ第２燃焼ガス温度Ｔｇ２以下となるようにしいる。ここで、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１及び第２燃焼ガス温度Ｔｇ２として、例えば、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１を９００℃とし、第２燃焼ガス温度Ｔｇ２を１３００℃と設定することができる。

【0155】

第１燃焼ガス温度Ｔｇ１を９００℃としているのは、２次燃焼領域Ｒ４の温度を９００℃以上に維持することにより、燃焼ガスから高分子炭化水素の大部分を除去することができるからである。高分子炭化水素は、燃焼ガスに含まれる可燃性ガスのうち凝固してタールとなる成分である。そのため、燃焼ガスから高分子炭化水素の大部分を除去することにより、炭化炉２０及びその下流側に設置される機器に与える損傷を抑制することができる。

【0156】

また、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１及び第２燃焼ガス温度Ｔｇ２として、例えば、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１を１０００℃とし、第２燃焼ガス温度Ｔｇ２を１２００℃と設定するようにしてもよい。また、例えば、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１及び第２燃焼ガス温度Ｔｇ２の双方を１１００℃に設定するようにしてもよい。この場合、炭化炉制御部２９は、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１より低い場合は送風量を減少させ、燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２より高い場合は送風量を増加させるよう２次燃焼ファン２６ａを制御する。

【0157】

次に、炭化炉制御部２９によるターンテーブル２４ａの回転速度の制御方法について図９のフローチャートを用いて説明する。図９に示すフローチャートにおける各処理は、炭化炉制御部２９が有する演算部（図示略）が記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムを実行することにより行われる処理である。

【0158】

図９に示すフローチャートにおいて、炭化炉制御部２９は、炭化物排出部２４が排出する炭化物の排出量を制御している。本実施形態において炭化物排出部２４が排出する炭化物の排出量を制御しているのは、有機廃棄物投入部２３から間隙２０ａへの有機廃棄物の投入が停止されるのに伴って炭化物排出部２４から排出される炭化物の温度が上昇してしまうことを防ぐためである。

【0159】

間隙２０ａに堆積する有機廃棄物の量が徐々に少なくなると、炭化物を消火させる炭化物精錬・冷却領域Ｒ１が徐々に狭くなる。この場合、ターンテーブル２４ａの回転速度を一定のままで維持すると、炭化物が十分に冷却されない状態で間隙２０ａの下端から排出されてしまう。これは、１次燃焼領域Ｒ２で炭化されて高温となった炭化物が炭化物精錬・冷却領域Ｒ１で十分に冷却されないためである。そこで、炭化炉制御部２９は、炭化物排出部２４が排出する炭化物の排出量を制御することにより、炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度を調整している。

【0160】

本実施形態において、炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｃとレベルセンサ２８ｄの双方を用いて、炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度を調整している。前者は炭化物の温度を直接的に検出するセンサであり、後者は炭化物の堆積量から炭化物の温度が高温となる状態を間接的に検出するセンサである。

【0161】

以下、図９のフローチャートの各ステップについて説明する。ステップＳ９００で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｃから伝達される温度検出信号を受信することにより、間隙２０ａの下端側に堆積する炭化物の温度である炭化物温度Ｔｃを検出する。ステップＳ９０１で炭化炉制御部２９は、レベルセンサ２８ｄから伝達される堆積量検出信号を受信することにより、間際２０ａに堆積する有機廃棄物の堆積量である堆積量Ａｏを検出する。

【0162】

ステップＳ９０２で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１以上であるか否かを判定する。炭化炉制御部２９は、検出した炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１以上であると判定した場合はステップＳ９０３に処理を進め、そうでなければステップＳ９０４に処理を進める。ここで、第１炭化物温度Ｔｃ１として、例えば、２５０℃以上かつ３００℃以下の範囲の任意の温度を設定することができる。

【0163】

ステップＳ９０３で炭化炉制御部２９は、ターンテーブル２４ａの回転速度を第２回転速度Ｒｓ２で回転させるよう駆動部２４ｂを制御する。第２回転速度Ｒｓ２は後述する第１回転速度Ｒｓ１よりも低速度である。ここで、第１回転速度Ｒｓ１は、炭化炉２０が通常運転状態を維持するために必要な量の炭化物を炭化物排出部２４から排出させるための速度である。ステップＳ９０３では、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１以上となった場合に炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度が低下するように、ターンテーブル２４ａの回転速度を第１回転速度Ｒｓ１よりも低い第２回転速度Ｒｓ２としている。ターンテーブル２４ａの回転速度を低下させることにより炭化物が炭化物精錬・冷却領域Ｒ１に滞留する時間が長くなり、それに伴って炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度が低下する。

【0164】

ステップＳ９０４で炭化炉制御部２９は、レベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以下であるか否かを判定する。炭化炉制御部２９は、検出した堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以下であると判定した場合はステップＳ９０５に処理を進め、そうでなければステップＳ９０６に処理を進める。

【0165】

ステップＳ９０５で炭化炉制御部２９は、ターンテーブル２４ａの回転速度を第２回転速度Ｒｓ２で回転させるよう駆動部２４ｂを制御する。第２回転速度Ｒｓ２は後述する第１回転速度Ｒｓ１よりも低速度である。ステップＳ９０５では、レベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以下となった場合に炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度が低下するように、ターンテーブル２４ａの回転速度を第１回転速度Ｒｓ１よりも低い第２回転速度Ｒｓ２としている。

【0166】

ステップＳ９０６で炭化炉制御部２９は、ターンテーブル２４ａの回転速度を第１回転速度Ｒｓ１で回転させるよう駆動部２４ｂを制御する。前述したように、第１回転速度Ｒｓ１は、炭化炉２０が通常運転状態を維持するために必要な量の炭化物を炭化物排出部２４から排出させるための速度である。炭化炉制御部２９は、ステップＳ９０６において、炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１よりも低くかつ堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１よりも多いことから、運転状態を推持するために必要な量の炭化物を炭化物排出部２４から排出させるように駆動部２４ｂを制御する。

【0167】

炭化炉制御部２９は、図９に示すフローチャートの処理を終了すると、再び図９に示す処理の実行を開始する。このようにして、炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃ及びレベルセンサ２８ｄが検出する有機廃棄物の堆積量Ａｏに基づいて駆動部２４ｂがターンテーブル２４ａを回転させる回転速度を制御する。

【0168】

以上の図９に示すフローチャートにおいては、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１以上であるか否かに応じてターンテーブル２４ａの回転速度を２段階に切り替えるものであったが他の態様であってもよい。例えば、炭化物温度Ｔｃに応じて２段階以上の複数段階でターンテーブル２４ａの回転速度を切り替えるようにしてもよい。また例えば、ターンテーブル２４ａの回転速度を段階的に切り替えず、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃと反比例する速度となるようにターンテーブル２４ａの回転速度を制御するようにしてもよい。

【0169】

また、以上の図９に示すフローチャートにおいては、レベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以上であるか否かに応じてターンテーブル２４ａの回転速度を２段階に切り替えるものであったが他の態様であってもよい。例えば、堆積量Ａｏに応じて２段階以上の複数段階でターンテーブル２４ａの回転速度を切り替えるようにしてもよい。また例えば、ターンテーブル２４ａの回転速度を段階的に切り替えず、レベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏと比例する速度となるようにターンテーブル２４ａの回転速度を制御するようにしてもよい。

【0170】

また、以上の図９に示すフローチャートにおいては、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃとレベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏの双方を用いてターンテーブル２４ａの回転速度を制御するものであったが他の態様であってもよい。例えば、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃとレベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏの何れか一方を用いてターンテーブル２４ａの回転速度を制御するようにしてもよい。

【0171】

次に、図１０から図１２を用いて、本実施形態の熱分解炉３０について詳細に説明する。図１０は、図１に示す熱分解炉３０の縦断面図である。図１０において、軸線Ｚは、熱分解炉３０が設置される設置面（図示略）に対して直交する鉛直方向（重力方向）を示している。

【0172】

図１０に示すように、本実施形態の熱分解炉３０は、本体部３１と、反応管３２と、反応管ヘッド３３（供給部）と、水性ガス出口ノズル３４（水性ガス出口部）と、燃焼ガス供給部３５（加熱用ガス供給部）と、燃焼ガス排出部３６（加熱用ガス排出部）と、グランドパッキン３７（第１シール部）と、グランドパッキン３８（第２シール部）と、グランドパッキン３９（第３シール部）とを備える。

【0173】

本体部３１は、軸線Ｚに沿って延びる略円筒状に形成される部材である。本体部３１はその内部に反応管３２を収容する空間を形成している。本体部３１は、熱分解炉３０の外装を形成する金属製（例えば鉄製）のハウジング３１ａと、ハウジング３１ａの内周面に貼り付けられる断熱材３１ｂと、断熱材３１ｂの内周面に貼り付けられる耐熱材３１ｃとを有する。

【0174】

略円筒状の本体部３１の上面は平面視円環状の上板３１ｄで構成されており、本体部３１の底面は平面視円環状の底板３１ｅで構成されている。また、本体部３１の側面３１ｆの上端には上端フランジ３１ｇ（第１フランジ部）が設けられており、本体部３１の側面３１ｆの下端には下端フランジ３１ｉ（第２フランジ部）が設けられている。

【0175】

上板３１ｄと上端フランジ部３１ｇとは、軸線Ｚ回りの複数箇所で上板３１ｄと上端フランジ部３１ｇとの間に図示しないガスケット（第４シール部）を挟んだ状態で締結ボルト３１ｈ（締結部材）によって締結されている。同様に、底板３１ｅと下端フランジ３１ｉとは、軸線Ｚ回りの複数箇所で底板３１ｅと下端フランジ３１ｉとの間に図示しないガスケット（第５シール部）を挟んだ状態で締結ボルト３１ｊ（締結部材）によって締結されている。

【0176】

反応管３２は、軸線Ｚに沿って延びる略円筒状に形成される機構である。反応管３２は、本体部３１の内周面との間に燃焼ガス（加熱用ガス）を流通させるための燃焼ガス流路３０ａを形成する外周面３２ｄを有する。反応管３２は、センターパイプ３２ａ（管状部材）と、上端フランジ３２ｂ（第３フランジ部）と、複数の第１傾斜板３２ｆと、複数の第２傾斜板３２ｇと、複数の保持棒３２ｈ（保持部）とを有する。

【0177】

図１０に示すように、反応管３２の上端フランジ３２ｂ及び上端フランジ３２ｂ側のセンターパイプ３２ａの端部は、本体部３１の上板３１ｄ（上面）から上方へ突出している。また、反応管３２の下端部３２ｃは、本体部３１の底板３１ｄ（底面）から下方へ突出している。

【0178】

センターパイプ３２ａは、軸線Ｚに沿って延びる円筒状に形成される部材である。センターパイプ３２ａの内部には、複数の第１傾斜板３２ｆと複数の第２傾斜板３２ｇと複数の保持棒３２ｈ（保持部）からなる熱分解促進機構が収容されている。熱分解促進機構は、炭化物をセンターパイプ３２ａの上端側から下端側まで段階的に導いて炭化物を反応管３２の内部に滞留させることにより、炭化物及び過熱蒸気（ガス化剤）の熱分解反応を促進させる機構である。

【0179】

図１０及び図１１に示すように、複数の第１傾斜板３２ｆ及び複数の第２傾斜板３２ｇは、軸線Ｚに沿った複数箇所で４本の保持棒３２ｈによって保持されている。また、第１傾斜板３２ｆ及び第２傾斜板３２ｇは、軸線Ｚに沿って交互に配置されている。４本の保持棒３２ｈの上端は、反応管ヘッド３３の下端フランジ３３ａの下面に取り付けられている。反応管３２の上端フランジ３２ｂと反応管ヘッド３３の下端フランジ３３ａとの締結を解除することにより、熱分解促進機構はセンターパイプ３２ａから上方に取り外す（着脱する）ことが可能となっている。

【0180】

図１１（ａ）に示す第１傾斜板３２ｆは、炭化物を反応管３２の内周面３２ｅの一端部（図１１（ａ）中の左端部）から他端部（図１１（ａ）中の右端部）に設けられた第１開口部３２ｉへ導くように傾斜した第１傾斜面を形成するように配置されている。また、図１１（ｂ）に示す第２傾斜板３２ｆは、炭化物を反応管３２の内周面３２ｅの他端部（図１１（ｂ）中の右端部）から一端部（図１１（ｂ）中の左端部）に設けられた第２開口部３２ｊへ導くように傾斜した第２傾斜面を形成するように配置されている。

【0181】

図１０に示すように、第１傾斜板３２ｆが形成する第１傾斜面は第２開口部３２ｊから落下した炭化物を下方へ導くように傾斜しており、第２傾斜板３２ｇが形成する第２傾斜面は第１開口部３２ｉから落下した炭化物を下方へ導くように傾斜している。このように、熱分解促進機構は、軸線Ｚに沿って交互に配置される第１傾斜板３２ｆと第２傾斜板３２ｇとを用いて炭化物をセンターパイプ３２ａの上端側から下端側まで段階的に導くことができる。

【0182】

第１傾斜面及び第２傾斜面の軸線Ｚに直交する平面に対する傾斜角度は、炭化物の性状に応じて任意に設定することができるが、炭化物を確実に傾斜面に沿って移動させるために炭化物の安息角以上の角度とするのが好ましい。一方、傾斜角度を大きくしすぎると炭化物の反応管３２内での滞留時間が短くなり、熱分解反応が十分に促進されない。そのため、第１傾斜面及び第２傾斜面の軸線Ｚに直交する平面に対する傾斜角度は、２０°以上かつ６０°以下の範囲で炭化物の安息角以上となるように定めるのが特に好ましい。

【0183】

反応管ヘッド３３は、反応管３２に取り付けられると共に反応管３２の内部へ炭化物と過熱蒸気（ガス化剤）とを供給して反応管３２の内部で水性ガスを生成させるものである。反応管ヘッド３３は、反応管３２と取り付けられる下端フランジ３３ａ（第４フランジ）と、炭化物供給路１０１に取り付けられる上端フランジ３３ｂと、蒸気過熱器８１から過熱蒸気が供給される流路（図示略）に取り付けられる側方フランジ３３ｃとを有する。

【0184】

反応管ヘッド３３の下端フランジ３３ａと反応管３２の上端フランジ３２ｂとは、軸線Ｚ回りの複数箇所でこれらの間に図示しないガスケット（第６シール部）を挟んだ状態で締結ボルト３３ｄによって締結されている。

【0185】

水性ガス出口ノズル３４は、反応管３２の下端部３２ｃに取り付けられる略筒状の部材である。水性ガス出口ノズル３４は、反応管３２の内部で炭化物の熱分解反応により生成された水性ガス、炭化物の未反応分、及び灰分等の残渣を、水性ガス供給路１０２を介して減温器４０へ導く。

【0186】

燃焼ガス供給部３５は、本体部３１の上方に設けられると共に燃焼ガス流路２００ａから導かれる燃焼ガスを燃焼ガス流路３０ａへ供給する開口部である。燃焼ガス排出部３６は、本体部３１の下方に設けられると共に燃焼ガス流路３０ａから燃焼ガス流路２００ｂへ燃焼ガスを排出する開口部である。燃焼ガス供給部３５から燃焼ガス流路３０ａへ供給される燃焼ガスは、センターパイプ３２ａの外周面３２ｄを加熱しながらセンターパイプ３２ａの上端側から下端側に向けて流通し、燃焼ガス排出部３６から排出される。

【0187】

グランドパッキン３７は、本体部３１の上板３１ｄから燃焼ガス流路３０ａ内の燃焼ガスが外部へ流出することを遮断する部材である。グランドパッキン３７は、本体部３１の上板３１ｄの下面と接するように設けられると共に反応管３２の外周面３２ｄと接触する内周面３７ｄを有する平面視円環状の部材である。

【0188】

グランドパッキン３７は、セラミックボード３７ａとセラミックボード３７ｂとセラミックファイバ一３７ｃとを互いに密着させた状態で構成されている。比較的容易に変形可能な繊維状の素材であるセラミックファイバー３７ｃを用いることにより、断熱材３１ｂ及び耐熱材３１ｃと接触する部分におけるシール性を高めている。

【0189】

グランドパッキン３８は、本体部３１の底面３１ｅから燃焼ガス流路３０ａ内の燃焼ガスが外部へ流出することを、遮断する部材である。グランドパッキン３８は、本体部３１の底板３１ｅの上面と接するように設けられると共に反応管３２の外周面３２ｄと接触する内周面３８ｄを有する平面視円環状の部材である。

【0190】

グランドパッキン３８は、セラミックボード３８ａとセラミックボード３８ｂとセラミックファイバー３８ｃとを互いに密着させた状態で構成されている。比較的容易に変形可能な繊維状の素材であるセラミックファイバ一３８ｃを用いることにより、断熱材３１ｂ及び耐熱材３１ｃと接触する部分におけるシール性を高めている。

【0191】

グランドパッキン３９は、図１２に示すように、反応管３２の下端部３２ｃと水性ガス出口ノズル３４との取付位置において、取付位置からの水性ガスの流出を遮断する部材である。グランドパッキン３９は、反応管３２の外周面３２ｄ及び水性ガス出ロノズル３４の外周面３４ａのそれぞれと接触する内周面３９ｄを有する平面視円環形状の部材となっている。

【0192】

図１２に示すように、グランドパッキン３９は、円環状のパッキン部材３９ａと、円環状のパッキン部材３９ｂと、パッキン押さえ部材３９ｃとを有する。パッキン押さえ部材３９ｃを底板３１ｅに締結ボルトで締結することにより、パッキン部材３９ａ及びパッキン部材３９ｂが軸線Ｚ方向に収縮すると共に軸線Ｚに直交する径方向に膨張する。グランドパッキン３９が径方向に膨張することにより、グランドパッキン３９の内周面３９ｄが反応管３２の外周面３２ｄ及び水性ガス出口ノズル３４の外周面３４ａのそれぞれと接触してシール領域を形成する。

【0193】

次に、図１３を用いて、本実施形態の熱分解炉３０、減温器４０、サイクロン５０、蒸気発生器８０、蒸気過熱器８１、及びその周辺の機器について詳細に説明する。図１３に示すように、炭化物供給路１０１は、スクリューコンベア１０１ａと、クリンカ除去装置１０１ｂと、ベルトコンベア１０１ｃと、磁選機１０１ｄと、スクリューコンベア１０１ｅと、スクリューコンベア１０１ｆとを有する。

【0194】

スクリューコンベア１０１ａは、炭化炉２０から排出された炭化物を運搬する装置である。スクリューコンベア１０１ａは、直線状に延びる筒体の内部にスクリューを収容したものである。スクリューコンベア１０１ａは、モータの駆動力によってスクリューを筒体の内部で回転させることにより、炭化物を筒体の延びる方向に沿って運搬する。

【0195】

クリンカ除去装置１０１ｂは、スクリューコンベア１０１ａから排出される炭化物から一定以上の粒径のクリンカをネット等により除去する装置である。クリンカが除去された炭化物はベルトコンベア１０１ｃによって磁選機１０１ｄまで運搬される。磁選機１０１ｄは、炭化物に含まれる釘等の鉄製の屑を磁石により除去する装置である。鉄製の屑が除去された炭化物は、スクリューコンベア１０１ｅへ供給される。

【0196】

スクリューコンベア１０１ｅ及びスクリューコンベア１０１ｆは、それぞれ炭化物を運搬する装置である。スクリューコンベア１０１ｆは、炭化物を熱分解炉３０が有する窒素置換器３０ｂへ供給する。なお、スクリューコンベア１０１ｅ及びスクリューコンベア１０１ｆの構造は、スクリューコンベア１０１ａと同様であるので説明を省略する。

【0197】

スクリューコンベア１０１ｅとスクリューコンベア１０１ｆとで熱分解炉３０の上方まで炭化物を運搬しているのは、炭化物を熱分解炉３０の上方から供給し、炭化物の自重によって熱分解炉３０の反応管３２中に炭化物を通過させるためである。炭化物の自重によって熱分解炉３０の反応管３２を通過させることにより、反応管３２の上端から下端までの全領域を、熱分解反応を促進する領域として利用することができる。また、炭化物の自重によって反応管３２中に炭化物を通過させるため、炭化物を移動させるための特段の動力を必要としない。

【0198】

なお、スクリューコンベア１０１ｅとスクリューコンベア１０１ｆとの２段階で炭化物を運搬しているのは、各スクリューコンベアがスクリューを回転させるのに必要とする動力を少なくして駆動力の大きな高価なモータを必要としないようにするためである。

【0199】

窒素置換器３０ｂは、熱分解炉３０を構成する機器であり、炭化物と共にスクリューコンベア１０１ｆから供給される空気に含まれる酸素を不活性な窒素ガスと置換するための装置である。窒素置換器３０ｂは、スクリューコンベア１０１ｆと連結される上方と反応管ヘッド３３と連結される下方のそれぞれに配置され、制御装置９０によって開閉状態が制御される電動式の制御弁（例えば、ボール弁）を有する。

【0200】

制御装置９０は、上方の制御弁を開状態とし下方の制御弁を閉状態とすることで窒素置換器３０ｂの内部に炭化物を供給する。制御装置９０は、窒素置換器３０ｂの内部に供給される炭化物が一定量に達した場合、スクリューコンベア１０１ｆによる炭化物の運搬を停止させると共に、窒素置換器３０ｂの上方の制御弁を閉状態とする。

【0201】

窒素置換器３０ｂには、空気分離装置等の窒素ガスを生成する装置から窒素ガスが常時供給されるようになっている。そのため、窒素置換器３０ｂの上方及び下方の制御弁を閉状態として一定時間が経過すると、炭化物と共に窒素置換器３０ｂの内部に供給された空気が外部に排出されて内部が窒素ガスで置換された状態となる。

【0202】

制御装置９０は、窒素置換器３０ｂの内部が窒素ガスで置換された状態となった後に、窒素置換器３０ｂの下方の制御弁を開状態に切り替えて窒素置換器３０ｂから反応管ヘッド３３へ炭化物を供給する。制御装置９０は、窒素置換器３０ｂから反応管ヘッド３３へ炭化物を供給した後、窒素置換器３０ｂの下方の制御弁を閉状態とする。また、制御装置９０は、その後に窒素置換器３０ｂの上方の制御弁を開状態として窒素置換器３０ｂの内部に新たな炭化物を供給する。

【0203】

制御装置９０は、以上のように窒素置換器３０ｂの上方及び下方の制御弁の開閉を制御することにより、反応管ヘッド３３へ炭化物と共に供給される気体を窒素ガスとしている。この窒素ガスは、反応管３２で生成される水性ガスと反応しない不活性ガスである。そのため、炭化物と共に酸索を含む空気が反応管３２へ供給され、酸素と水性ガスとが反応して水性ガスの収率が低下してしまうことを抑制することができる。

【0204】

チャー回収装置４１は、窒素置換器４１ａとチャー回収部４１ｂとを有する。窒素置換器４１ａは、炭化物の未反応分と共に減温器４０から供給される水性ガスを不活性な窒素ガスと置換するための装置である。チャー回収部４１ｂは、炭化物の未反応分を回収して図示しない供給経路から窒素置換器３０ｂへ供給する装置である。窒素置換器４１ａは、減温器４０と連結される上方とチャー回収部４１ｂと連結される下方のそれぞれに配置され、制御装置９０によって開閉状態が制御される電動式の制御弁（例えば、ボール弁）を有する。

【0205】

制御装置９０は、上方の制御弁を開状態とし下方の制御弁を閉状態とすることで窒素置換器４１ａの内部に炭化物の未反応分を供給する。制御装置９０は、窒素置換器４１ａの内部に供給される炭化物の未反応分が一定量に達した場合、窒素置換器４１ａの上方の制御弁を閉状態とする。

【0206】

窒素置換器４１ａには、空気分離装置等の窒素ガスを生成する装置から窒素ガスが常時供給されるようになっている。そのため、窒素置換器４１ａの上方及び下方の制御弁を閉状態として一定時間が経過すると、炭化物の未反応分と共に窒素置換器４１ａの内部に供給された水性ガスが外部に排出されて内部が窒素ガスで置換された状態となる。なお、窒素置換器４１ａから排出される水性ガスは、フレアースタック７１に供給されるようになっている。

【0207】

制御装置９０は、窒素置換器４１ａの内部が窒素ガスで置換された状態となった後に、窒素置換器４１ａの下方の制御弁を開状態に切り替えて窒素置換器４１ａからチャー回収部４１ｂへ炭化物の未反応分を供給する。制御装置９０は、窒素置換器４１ａからチャー回収部４１ｂへ炭化物の未反応分を供給した後、窒素置換器４１ａの下方の制御弁を閉状態とする。また、制御装置９０は、その後に窒素置換器４１ａの上方の制御弁を開状態として窒素置換器４１ａの内部に新たな炭化物の未反応分を供給する。

【0208】

制御装置９０は、以上のように窒素置換器４１ａの上方及び下方の制御弁の開閉を制御することにより、チャー回収部４１ｂへ炭化物の未反応分と共に供給される水性ガスがチャー回収部４１ｂへ供給されるのを防止している。

【0209】

残渣回収装置５１は、窒素置換器５１ａと残渣回収部５１ｂとを有する。窒素置換器５１ａは、残渣と共にサイクロン５０から供給される水性ガスを不活性な窒素ガスと置換するための装置である。残渣回収部５１ｂは、窒素置換器５１ａから排出される残渣を回収する装置である。

【0210】

窒素置換器５１ａは、サイクロン５０と連結される上方と残渣回収部５１ｂと連結される下方のそれぞれに配置され、制御装置９０によって開閉状態が制御される電動式の制御弁（例えば、ボール弁）を有する。窒素置換器５１ａには、空気分離装置等の窒素ガスを生成する装置から窒素ガスが常時供給されるようになっている。

【0211】

なお、制御装置９０は、窒素置換器４１ａの制御弁を制御するのと同様に窒素置換器５１ａの制御弁を制御し、水性ガスが残渣回収部５１ｂへ供給されるのを防止するものである。制御装置９０が窒素置換器５１ａの制御弁を制御する方法は、制御装置９０が窒素置換器４１ａの制御弁を制御する方法と同様であるので、説明を省略する。

【0212】

蒸気発生器８０は、蒸気発生部８０ａと蒸気循環タンク８０ｂとを有する。蒸気発生部８０ａは、燃焼ガスと熱交換する水を内部に流通させる伝熱管（図示略）と、伝熱管を覆うように形成される筒体に設けられると共に水を内部に流通させるジャケット（図示略）とを有する。伝熱管とジャケットには、それぞれ蒸気循環タンク８０ｂから水が供給されるようになっている。

【0213】

蒸気循環タンク８０ｂは、水供給装置８２から水が供給されると共に水を蒸気発生部８０ａの伝熱管及びジャケットに供給する。ジャケットで熱された温水と、伝熱管が燃焼ガスによって加熱されて生成した蒸気とは、それぞれ蒸気循環タンク８０ｂに回収される。蒸気循環タンク８０ｂは、蒸気発生部８０ａの伝熱管から供給された蒸気（飽和蒸気）を、蒸気過熱器８１へ供給する。

【0214】

次に、図１４を用いて、本実施形態の乾燥機１０について詳細に説明する。乾燥機１０は、ロータリキルンと呼ばれる方式の乾燥機であり、燃焼ガス導入部１０ｂと、回転体１０ｃと、排出部１０ｄとを有する。燃焼ガス導入部１０ｂは、燃焼ガス流路２００ｄから供給される燃焼ガスを乾燥機１０の内部へ導入すると共に導入した燃焼ガスを回転体１０ｃの内部へ導くものである。

【0215】

回転体１０ｃは、軸線Ｗに沿って延びる方向に形成される円筒状の部材であり駆動モータによって回転動力を与えられることにより軸線Ｗ回りに回転する。また、回転体１０ｃの内部には、原料供給路１１ａから有機廃棄物が供給される。回転体１０ｃの内部に供給された有機廃棄物は、燃焼ガス導入部１０ｂから導かれる燃焼ガスによって乾燥されながら排出部１０ｄに向けて導かれる。有機廃棄物は、回転体１０ｃの回転によって撹拌されながら燃焼ガスによって直接的に加熱され、回転体１０ｃの一端から他端まで燃焼ガスの流れによって搬送される。

【0216】

排出部１０ｄは、回転体１０ｃによって搬送されながら乾燥した有機廃棄物を回収して原料供給路１０ａへ供給する。原料供給路１０ａへ供給された有機廃棄物は、ホッパ１２を介して炭化炉２０へ供給される。また、排出部１０ｄは、燃焼ガス導入部１０ｂから回転体１０ｃの内部を通過して導かれた燃焼ガスを燃焼ガス流路２００ｅへ供給する。燃焼ガス流路２００ｅへ供給された燃焼ガスは、排ガス冷却洗浄装置１３へ供給される。

【0217】

以上、説明した本発明の一実施形態が奏する作用及び効果について、それぞれ説明する。

【0218】

はじめに、本発明の炭化炉について説明する。本発明の一実施形態の炭化炉２０においては、本体部２１の内周面２１ｄと円筒部２２の外周面２２ａとの間に形成される間隙２０ａに有機廃棄物投入部２３から有機廃棄物が投入され、１次空気供給部２５から間隙２０ａに供給される１次燃焼用空気によって有機廃棄物が部分燃焼する。炭化炉２０の通常運転状態において、本体部２１と円筒部２２との間の間隙２０ａは、軸線Ｘに沿った下方から上方に至るまで有機廃棄物投入部２３から投入される有機廃棄物が堆積している。

【0219】

間隙２０ａの上層側は１次燃焼用空気によって有機廃棄物が部分燃焼する１次燃焼領域Ｒ２となっている。１次燃焼領域Ｒ２においては、有機廃棄物が１次燃焼用空気によって部分燃焼し、炭化物を多く含む固形分と可燃性ガスを含む燃焼ガスとが生成される。一方、間隙２０ａの下層側の有機廃葉物は上層側の有機廃棄物によって閉塞されており、炭化物を多く含む固形分が精錬及び冷却される炭化物精錬・冷却領域Ｒ１となっている。炭化物精錬・冷却領域Ｒ１においては、炭化物を多く含む固形分が、酸素濃度が低い状態で更に炭化されながら精錬され、間隙２０ａの下端に近付くに従って徐々に消火される。これにより、間隙２０ａの下端から排出される炭化物が冷却される。

【0220】

更に、本発明の一実施形態の炭化炉２０は、間隙２０ａに向けて有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼用空気を供給する１次空気供給部２５とは別に、燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼用空気を本体部２１の内部の２次燃焼領域Ｒ４へ供給する２次空気供給部２６を備えると共に、２次空気供給部２６が供給する２次燃焼用空気の供給量は、炭化炉制御部２９によって温度センサ２８ａが検出する温度に応じて制御されるシステムとなっている。

【0221】

しかし、従来、１）有機廃棄物の部分燃焼により生成する可燃性ガスに含まれる、冷却に伴って凝固して高い粘性を示す液体(「タール」ともいう)となる高分子炭化水素の問題、２）有機廃棄物の部分燃焼により生成する炭化物の冷却が不十分で、炭化物搬送機構の損傷や排出された炭化物と空気との接触による発火の問題、及び、３）有機廃棄物の部分燃焼により生成する炭化物の炭化効率の問題、があった。

【0222】

高分子炭化水素の問題は、次のような要因で発生する。２次燃焼用空気の量が２次燃焼領域Ｒ４の燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを完全燃焼させる量に対して過剰に多くなり、可燃性ガスの燃焼に用いられない余剰空気が２次燃焼領域Ｒ４に多量に供給される場合、２次燃焼ファン２６ａが送風する空気（大気）の温度は２次燃焼領域Ｒ４の雰囲気温度よりも低いため、多量の余剰空気によって２次燃焼領域Ｒ４の雰囲気温度が低下してしまう。
その結果、２次燃焼領域Ｒ４における可燃性ガスの燃焼効率が悪化し、可燃性ガスを多く含んだままの燃焼ガスが燃焼ガス排出部２７から排出されてしまうこととなる。このような可燃性ガスには、凝固してタールとなる成分である高分子炭化水素が含まれているため、可燃性ガスに多量に含まれるタールが凝固して、炭化炉２０及びその下流側に設置される機器に損傷を与えるという問題が生じる。

【0223】

そこで、本発明の一実施形態の炭化炉２０は、炭化炉制御部２９が、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガスの温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１よりも低いと判定した場合、２次燃焼領域Ｒ４に供給される余剰空気量を減少させるために、２次燃焼ファン２６ａの送風量を減少させることを特徴としている。これにより、２次燃焼領域Ｒ４の雰囲気温度が低下せずに維持され、燃焼ガスに凝固してタールとなる成分が多量に含まれないように可燃性ガスを燃焼させ、炭化炉２０及びその下流側に設置される機器に与える損傷を抑制することができるという効果がある。

【0224】

逆に、燃焼ガスの温度Ｔｇが高くなり過ぎると、炭化炉２０及び燃焼ガス流路２００ａを耐熱性に優れた高価な材料を必要となるという問題が生じる。

【0225】

そこで、炭化炉制御部２９が、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガスの温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１より高いと判定した場合、第２燃焼ガス温度Ｔｇ２以下となるように２次空気供給部２６が供給する２次燃焼用空気の供給量を増加するように制御する。この結果で、燃焼ガス排出部２７から排出される燃焼ガスの温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２以下となるため、炭化炉２０及び炭化炉２０から熱分解炉３０まで燃焼ガスを導く燃焼ガス流路２００ａが必要とする耐熱温度を第２燃焼ガス温度Ｔｇ２以下とすることができる。よって、炭化炉２０及び燃焼ガス流路２００ａを耐熱温度が比較的低い安価な材料で製造することができるようになるという効果がある。

【0226】

上記燃焼ガスの温度Ｔｇについては、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１が９００℃であり、第２燃焼ガス温度Ｔｇ２が１３００℃であるように、炭化炉制御部２９が２次燃焼用空気の供給量を制御することが好ましい。更に、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１が１０００℃であり、第２燃焼ガス温度Ｔｇ２が１２００℃であるように、炭化炉制御部２９が２次燃焼用空気の供給量を制御することがより好ましい。その結果、凝固してタールとなる高分子炭化水素がより多量に含まれないように炭化炉２０内の２次燃焼領域Ｒ４で可燃性ガスを燃焼させ、かつ炭化炉２０及び炭化炉２０から熱分解炉３０まで燃焼ガスを導く燃焼ガス流路２００ａが必要とする耐熱温度をより低くすることができる。

【0227】

炭化物の温度の問題は、次のような要因で生じる。投入部２３から間隙２０ａへの有機廃棄物の投入が停止される場合、間隙２０ａに堆積する有機廃棄物の量が徐々に少なくなり、炭化物を消火させる炭化物精錬・冷却領域Ｒ１が徐々に狭くなる。この場合、ターンテーブル２４ａの回転速度を一定のままで維持すると、１次燃焼領域Ｒ２で炭化されて高温となった炭化物が炭化物精錬・冷却領域Ｒ１で十分に冷却されないため、炭化物が十分に冷却されない状態で間隙２０ａの下端から排出されてしまうという問題が生じる。

【0228】

そこで、本発明の一実施形態の炭化炉２０においては、炭化炉制御部２９が、温度センサ２８ｂが検出する炭化物の温度に応じて炭化物排出部２４が外部へ排出する炭化物の排出量を制御することを特徴としている。より具体的には、炭化炉制御部２９が、温度センサ２８ｂが検出する炭化物の温度が第１炭化物温度Ｔｃ１より低い場合は、第１回転速度Ｒｓ１でターンテーブル２４ａを回転させるよう駆動モータ２４ｂを制御し、温度センサ２８ｂが検出する炭化物の温度が第１炭化物温度Ｔｃ１以上である場合は、第１回転速度Ｒｓ１より低い第２回転速度Ｒｓ２でターンテーブル２４ａを回転させるよう駆動モータ２４ｂを制御することである。

【0229】

炭化炉制御部２９が、温度センサ２８ｂが検出する炭化物の温度が第１炭化物温度Ｔｃ１以上である場合に、ターンテーブル２４ａを回転させる回転速度を低下させることにより、単位時間あたりに間隙２０ａの下端から炭化物排出口２４ｃへ導かれる炭化物の量が減少する。その結果、１次燃焼領域Ｒ２で炭化されて高温となった炭化物が間隙２０ａの下方で滞留する時間が長くなり、炭化物が炭化物精錬・冷却領域Ｒ１で十分に冷却され、適切に冷却された状態で炭化物が間隙２０ａの下端より排出されるようになるという効果が発現する。

【0230】

従って、本発明の一実施形態によれば、有機廃棄物が燃焼した炭化物の温度が適切に低下した炭化物を排出させる炭化炉２０を提供することができる。例えば、有機廃棄物の投入が停止される場合であっても、排出される炭化物の温度を適切に低下させることができる。その上、温度が適切に低下した炭化物を炭化炉から排出することが可能となるため、排出された炭化物が空気に触れることで再度発火してしまうという問題を解消することができる。

【0231】

同様の問題は、本発明の別の一実施形態によっても解決することができる。その解決手段は、本発明の一実施形態の炭化炉２０において、炭化炉制御部２９が、レベルセンサ２８ｄが検出する有機廃棄物の堆積量Ａｏに応じて炭化物排出部２４が外部へ排出する炭化物の排出量を制御することである。より具体的には、炭化炉制御部２９が、レベルセンサ２８ｄが検出する炭化物の堆積量が第１堆積量Ａｏ１以上である場合は第１回転速度Ｒｓ１でターンテーブル２４ａを回転させるよう駆動モータ２４ｅを制御し、レベルセンサ２８ｄが検出する有機廃棄物の堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以下である場合は第１回転速度Ｒｓ１より低い第２回転速度Ｒｓ２でターンテーブル２４ａを回転させるよう駆動モータ２４ｅを制御する手段である。

【0232】

炭化炉制御部２９が、レベルセンサ２８ｄが検出する有機廃棄物の堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以下である場合、ターンテーブル２４ａを回転させる回転速度を低下させることにより、単位時間あたりに間隙２０ａの下端から炭化物排出口２４ｃへ導かれる炭化物の量が減少する。その結果、１次燃焼領域Ｒ２で炭化されて高温となった炭化物が間隙２０ａの下方で滞留する時間が長くなり、炭化物が炭化物精錬・冷却領域Ｒ１で十分に冷却され、適切に冷却された状態で炭化物が間隙２０ａの下端から排出されるようになるという効果が発現する。

【0233】

このように、有機廃棄物の部分燃焼により生成する炭化物の冷却が不十分で、炭化物搬送機構の損傷や排出された炭化物と空気との接触による発火の問題は、上記いずれか一方の手段で解決することができるが、両者を併用することによって、より安定した炭化物の温度制御が可能となる。

【0234】

次いで、有機廃棄物の炭化効率の問題について説明する。有機廃棄物の炭化効率は、１次燃焼領域Ｒ２へ供給する１次燃焼用空気として外部の空気(大気)を用いる場合、外部の空気は１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度に比べて低いため、外部の空気によって１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度が低下するということに起因している。

【0235】

そこで、本発明の一実施形態の炭化炉２０は、１次燃焼ファン２５ａにより送風された空気を放熱フィン２５ｅによって加熱し、加熱された空気を空気供給口２５ｃから間隙２０ａへ供給するようにしたことを特徴としている。間隙２０ａへ供給される空気が放熱フィン２５ｅによって加熱されるため、間隙２０ａへ供給される空気を加熱しない場合に比べ、１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度が低下することを抑制することができる。従って、本発明の一実施形態によれば、有機廃棄物の燃焼用空気として外部の空気を供給しつつ有機廃葉物の炭化効率を向上させることが可能な炭化炉２０を提供することができる。

【0236】

更に、上記炭化効率の解決手段に、次のような種々の解決手段を少なくとも一つ以上組込むことが好ましい。

【0237】

第一に、本発明の一実施形態の炭化炉２０の１次空気供給部２５に、間隙２０ａの外周側に配置されると共に本体部２１の外周面２１ｅとの間に軸線Ｘ回りに延びる閉空間２５ｄを形成するカバー部２５ｂを有することが好ましい。この閉空間２５ｄを設けることによって、１次燃焼ファン２５ａにより外部から導入された空気が、閉空間２５ｄ内部で加熱されると共に、閉空間２５ｄ内部の放熱フィン２５ｅによっても加熱されるため、空気を効率良く十分に加熱して空気供給口２５ｃから間隙２０ａへ供給することができるという効果がある。

【0238】

第二に、本発明の一実施形態の炭化炉２０の１次空気供給部２５の放熱フィン２５ｅを、本体部２１の外周面２１ｅを介して間隙２０ａの雰囲気温度を伝熱する伝熱部材とすることが好ましい。これによって、閉空間２５ｄを加熱するための専用の加熱源を用いることなく、炭化炉２０の間際２０ａの雰囲気温度を利用して１次燃焼ファン２５ａが外部から導入した空気を加熱することができるという効果が生じる。

【0239】

第三に、本発明の一実施形態の炭化炉２０の１次空気供給部２５の放熱フィン２５ｅを、空気供給口２５ｃよりも下方に配置することを特徴としている。空気供給口２５ｃは間隙２０ａに向けて空気を供給するものであるため、空気供給口２５ｃの下方における本体部２１の外周面２１ｅは間隙２０ａの雰囲気温度が伝熱される領域となっており、放熱フィン２５ｅにも、本体部２１の外周面２１ｅを介して間隙２０ａの雰囲気温度が伝熱される。従って、放熱フィン２５ｅによって１次燃焼ファン２５ａが外部から導入した空気を効率良く加熱して空気供給口２５ｃから間隙２０ａへ供給することができる効果がある。

【0240】

第四に、本発明の一実施形態の炭化炉２０の１次空気供給部２５の１次燃焼ファン２５ａは、間隙２０ａの下方の外周側に位置する本体部２１の外周面２１ｅに向けて外部から導入した空気を送風するようにしていることを特徴としている。間隙２０ａの下方は、有機廃棄物の燃焼により生成される炭化物を多く含む固形分が精錬および冷却される炭化物精錬・冷却領域Ｒ１となっているため、間隙２０ａの下方は、比較的低い温度に維持されることが望ましい。本一実施形態によれば、間隙２０ａの下方の外周側に位置する本体部２１の外周面２１ｅが、１次燃焼ファン２５ａが送風する空気によって冷却されるので、間隙２０ａの下方は、比較的低い温度に維持することができる効果がある。

【0241】

第五に、本発明の一実施形態の炭化炉２０は、空気供給口２５ｃが配置される位置における本体部２１の内周面２１ｄから外周面２１ｅまでの距難Ｄ１よりも、放熱フィン２５ｅが配置される位置における本体部２１ｅの内周面２１ｄから外周面２１ｅまでの距離Ｄ２の方が短くなっていることを特徴としている。そのため、間隙２０ａの雰囲気は、放熱フィン２５ｅが配置される位置においてより熱が伝達されやすくなっている。よって、間隙２０ａの雰囲気は、より効率良く放熱フィン２５ｅから熱が伝達され、１次燃焼ファン２５ａが外部から導入した空気をより高い温度に加熱することができる。

【0242】

第六に、本発明の一実施形態の炭化炉２０の放熱フィン２５ｅは、本体部２１の外周面２１ｅに接触するとともに外周面２１ｅに沿って軸線Ｘ回りに延びる環状に形成され、軸線Ｘに沿った複数箇所に設けられていることを特徴としている。軸線Ｘに沿って複数箇所に設けられた隣接する放熱フィン２５ｅによって本体部２１の外周面２１ｅに沿って延びる複数の空気流路が形成されるため、この空気流路を流通する空気を効率良く加熱する効果が生じる。

【0243】

更に、放熱フィン２５ｅは、本体部２１の外周面２１ｅに接触するとともに外周面２１ｅに沿って軸線Ｘ回りに下方から上方へ向けて旋回する螺旋状の流路を形成するものであることがより好ましい。螺旋状の流路を形成することにより、１次燃焼ファン２５ａにより送風された空気は、外周面２１ｅに沿って軸線Ｘ回りに下方から上方へ向けて旋回しながら空気供給口２５ｃへ導かれるため、空気の流通が円滑に行われると共に、放熱フィン２５ｅによって形成される空気流路を流通する空気を加熱する効果が向上する。

【0244】

次いで、本発明の熱分解炉について説明する。従来、外筒と内筒との間の空隙に供給される炭化炉で生成された燃焼ガス及び熱分解炉で生成する水性ガスの外部への流出の問題、並びに、水性ガスの収率の問題があった。

【0245】

まず、燃焼ガスの流出に関して説明する。本発明の一実施形態の熱分解炉３０においては、反応管へツド３２から反応管３２の内部へ供給される炭化物とガス化剤である過熱蒸気が、燃焼ガス流路３０ａを流通する高温の燃焼ガス（加熱用ガス）によって熱されることにより熱分解反応が行われ、水性ガスが生成される。その際、反応管３２の外周面３２ｄは、燃焼ガス流路３０ａを流通する高温の燃焼ガスによって熱されて熱膨張し、軸線Ｚに沿った長さが長くなる。反応管３２は軸線Ｚに沿って配置されているため、熱膨張があっても反応管３２の下端部３２ｃは本体部３１の底板３１ｅに対して固定された状態が維持されるとすると、反応管３２の熱膨張により、反応管３２の上端フランジ３２ｂの軸線Ｚに沿った位置が上方へ移動する可能性がある。

【0246】

そこで、本発明の一実施形態の熱分解炉３０は、本体部３１の上板３１ｄの下方に上板３１ｄと接するように設けられるグランドパッキン３７を備えていることを特徴としている。グランドパッキン３７は、反応管３２の外周面３２ｄと接触する内周面３７ｄを有する平面視円環状の部材である。反応管３２が熱膨張すると、反応管３２の外周面３２ｄとグランドバッキン３７の内周面３７ｄとが摺動するが、反応管３２の外周面３２ｄとグランドパッキン３７の内周面３７ｄとが接触してシール領域が形成された状態が維持される。また、グランドバッキン３７は上板３１ｄと接するように設けられているため、グランドパッキン３７と上板３１ｄとの間にもシール領域が形成された状態が維持される。

【0247】

従って、本発明の一実施形態によれば、本体部３１との間に流通する燃焼ガスによって熱分解反応が内部で行われる反応管３２が熱膨張する場合に、本体部３１の上板３１ｄと反応管３２の外周面３２ｄとの隙間から燃焼ガスが外部へ流出することを抑制することができる効果が生じる。

【0248】

また、本発明の一実施形態の熱分解炉３０は、反応管３２の下端部３２ｃが本体部３１の底面３１ｅから下方へ突出しているので、上記反応管３２の上端部と同様の現象が生じる可能性がある。そこで、本発明の一実施形態の熱分解炉３０は、本体部３１の底板３１ｅの上方に底板３１ｅと接するように設けられると共に、反応管３２の外周面３２ｄと接触する内周面３８ｄを有するグランドパッキン３８を備えていることを特徴としている。グランドパッキン３８は、反応管３２の外周面３２ｄと接触する内周面３８ｄを有する平面視円環状の部材である。反応管３２は加熱されるが、温度分布があり、下端部３２ｃ側では熱膨張による延びが比較的少ないため、反応管３２の外周面３２ｄとグランドパッキン３８の内周面３８ｄとが接触してシール領域が形成された状態が維持される。また、グランドパッキン３８は底板３１ｅと接するように設けられているため、グランドパッキン３８と底板３１ｅとの間にもシール領域が形成された状態が維持される。

【0249】

従って、本発明の一実施形態によれば、本体部３１との間に流通する燃焼ガスによって熱分解反応が内部で行われる反応管３２が熱膨張する場合に、本体部３１の底板３１ｅと反応管３２の外周面３２ｄとの隙間から燃焼ガスが外部へ流出することを抑制することができる効果が生じる。

【0250】

本発明の一実施形態の熱分解炉３０は、その他においても、燃焼ガス流路３０ａを流通する高温の燃焼ガスによって生じる反応管３２の熱膨張によって燃焼ガスが流出する可能性がある締結部にその対策が講じられている。その締結部は、上板３１ｄと上端フランジ部３１ｇとが締結される位置、及び、底板３１ｅと下端フランジ３１ｉとが締結される位置である。

【0251】

すなわち、本発明の一実施形態の熱分解炉３０においては、本体部３１の側面３１ｆの上端に設けられた上端フランジ３１ｇと上板３１ｄとが、それらの間にガスケットを挟んだ状態で、軸線Ｚ回りの複数箇所が締結ボルト３１ｈによって締結されていることを特徴とする。また、本体部３１の側面３１ｆの下端に設けられた下端フランジ３１ｉと底板３１ｅとが、それらの間にガスケットを挟んだ状態で、軸線Ｚ回りの複数箇所が締結ボルト３１ｊによって締結されていることを特徴とする。その結果、上板３１ｄと上端フランジ部３１ｇとが締結される位置、及び、底板３１ｅと下端フランジ３１ｉとが締結される位置において、燃焼ガス流路３０ａを流通する燃焼ガスが外部へ流出することを抑制することができる効果を奏する。

【0252】

同様に、反応管３２の熱膨張が原因で、水性ガスが流出する可能性が生じる反応管３２の取付位置がある。水性ガス出口ノズル３４及び反応管ヘッド３３との取付位置である。

【0253】

本発明の一実施形態の熱分解炉３０においては、反応管３２の下端部３２ｃには、反応管３２の内部で炭化物の熱分解反応により生成された水性ガスを外部へ導く水性ガス出口ノズル３４が取り付けられているが、その取付位置から生じる水性ガスの流出を遮断するグランドパッキン３９が設けられていることを特徴としている。グランドパッキン３９は、反応管３２の外周面３２ａおよび水性ガス出口ノズル３４の外周面３４ａのそれぞれと接触する内周面３９ｄを有する平面視円環形状である。従って、本発明の一実施形態によれば、反応管３２の下端部３２ｃと水性ガス出口ノズル３４の取付位置から反応管３２の内部で生成された水性ガスが外部へ流出することを抑制することができる効果を奏する。

【0254】

また、本発明の一実施形態の熱分解炉３０においては、反応管３２には上端フランジ３２ｂが設けられており、反応管ヘッド３３の下端部には下端フランジ３３ａが設けられているが、反応管３２の上端フランジ部３２ｂと反応管ヘッド３３の下端フランジ部３３ａとが、それらの間にガスケットを挟んだ状態で、軸線Ｚ回りの複数箇所で締結ボルト３３ｄによって締結されていることを特徴とする。その結果、反応管ヘッド３３の下端フランジ３３ａと反応管３２の上端フランジ３２ｂとが締結される位置において、反応管３２の内部で生成された水性ガスが外部へ流出することを抑制することができる効果を奏する。

【0255】

次に、水性ガスの収率の問題に関して説明する。本発明の一実施形態の熱分解炉３０は、反応管ヘッド３２から反応管３２の内部へ供給される炭化物とガス化剤である過熱蒸気が、反応管３２の上端から下端に向けて移動するため、反応管３２の上端から下端に向けた全ての領域が燃焼ガス流路３０ａを流通する高温の燃焼ガスによって熱されることにより熱分解反応が行われ、水性ガスが生成される。この炭化物と過熱蒸気との熱分解反応は吸熱反応であるため、反応管３２の上端側で反応管３２の内部の雰囲気温度が低下しやすい傾向にあり、反応管３２の内部の雰囲気温度が低下してしまう現象があり、熱分解反応が促進されず水性ガスの収率が悪化してしまう可能性がある。

【0256】

そこで、本発明の一実施形態の熱分解炉３０においては、まず、燃焼ガス流路３０ａへ燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給部３５を本体部３１の上方に設け、燃焼ガス流路３０ａから燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部３６を本体部３１の下方に設けることを特徴としている。その結果、内部の雰囲気温度が低下しやすい反応管３２の上端側から高温の燃焼ガスが供給されるため、反応管３２の上端側に温度が低下してしまう領域が発生することを抑制することができるので、反応管３２の内部の雰囲気温度が低下して水性ガスの収率が悪化してしまう不具合を抑制することができる。

【0257】

また、本発明の一実施形態の熱分解炉３０においては、反応管３２は、軸線Ｚに沿って延びる円筒状に形成されるセンターパイプ３２ａと、その内部に収容されるとともに上端から供給される炭化物を上端から段階的に下端部３２ｃまで導くことで炭化物および過熱蒸気（ガス化剤）の熱分解反応を促進させる熱分解促進機構を有していることを特徴としている。熱分解促進機構は、具体的には、複数の第１傾斜板３２ｆと複数の第２傾斜板３２ｇとこれらを保持する複数本の保持棒３２ｈとからなる機構である。

【0258】

第１傾斜板３２ｆは、炭化物を反応管３２の内周面３２ｅの一端部から他端部に設けられた第１開口部３２ｉへ導くように傾斜した第１傾斜面を有している。一方、第２傾斜板３２ｇは、第１開口部３２ｉから下方へ落下した炭化物を反応管３２の内周面３２ｅの他端部から一端部に設けられた第２開口部３２ｊへ導くように傾斜した第２傾斜面を有している。

【0259】

第１傾斜板３２ｆと第２傾斜板３２ｇとは複数の保持棒３２ｈによって軸線Ｚに沿って交互に配置されるように保持されている。そのため、炭化物は、反応管３２の上端から第１傾斜面に落下してから第１開口部３２ｉへ導かれて下方に落下し、第２傾斜面に落下してから第２開口部３２ｊへ導かれて更に下方に落下するというという段階的な移動を繰り返す。これにより、炭化物が反応管３２の内部に滞留する時間が長くなり（例えば、１０秒〜１５秒）、それに伴って熱分解反応が促進されて水性ガスの収率が向上するという効果を奏する。

【0260】

間接的な効果を奏するものではあるが、複数の第１傾斜板３２ｆと複数の第２傾斜板３２ｇとこれらを保持する複数本の保持構３２ｈとからなる上記熱解促進機構は、センターパイプ３２ａから着脱可能となっていることが好ましい。具体的には、反応管３２に上端フランジ３２ｂと反応管ヘッド３３の下端フランジ３３ａとを締結ボルト３３ｄで締結する構造とすることである。この締結ボルト３３ｄを外すことによって、センターパイプ３２ａから熱分解促進機構を容易に取り外すことができるため、熱分解促進機構を構成する複数の第１傾斜板３２ｆと複数の第２傾斜板３２ｇとこれらを保持する複数本の保持棒３２ｈとを容易に洗浄することができる。このような洗浄を効果的に行うことによって、水性ガスの収率を向上させる効果を奏する。

【0261】

更に、本発明の一実施形態の熱分解炉３０は、その外部に、熱分解炉３０の水性ガス出口ノズル３４から排出される未反応の炭化物（チャー）を回収して熱分解炉３０の反応管ヘッド３３へ再び供給するチャー回収装置４１を備えることを特徴としている。チャー回収装置４１が回収した未反応の炭化物を再び反応管ヘッド３３へ供給することによって、水性ガスの収率を更に向上させることができる。

【0262】

最後に、水性ガス生成システム、水素ガス生成システム、及び、発電システムについて説明する。

【0263】

従来の水性ガス生成システムは、炭化物のガス化剤として用いる過熱蒸気を生成する熱源や有機廃棄物を乾燥させる熱源として専用の熱源を用いるため、システム全体の熱効率が低いという問題があった。

【0264】

そこで、本発明の一実施形態の水性ガス生成システム１００は、次のように構成されていることを特徴としている。炭化炉２０は、有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成し、炭化物を熱分解炉３０の反応管ヘッド３３へ供給する。反応管ヘッド３３に供給された炭化物は、同じく反応管ヘッド３３に供給される過熱蒸気とともに反応管３２のセンターパイプ３２ａの上端側からセンターパイプ３２ａ内に供給される。一方、炭化炉２０から燃焼ガス流路２００ａへ排出された燃焼ガスは、高温を維持したまま熱分解炉３０の燃焼ガス供給口３５へ供給される。燃焼ガス供給口３５から燃焼ガス流路３０ａへ供給された燃焼ガスは、反応管３２のセンターパイプ３２ａの上端側を加熱しながら下方へ導かれセンターパイプ３２ａの下端側の燃焼ガス排出口３６から燃焼ガス流路２００ｂへ排出される。反応管３２の内部は燃焼ガスによって高温状態が維持されるため、その内部で炭化物と過熱蒸気との熱分解反応が促進される。

【0265】

このように、本発明の一実施形態の水性ガス生成システム１００によれば、炭化炉２０で生成された燃焼ガスが他の熱媒体との熱交換をすることなく温度を維持したまま熱分解炉３０に供給される。そのため、他の熱媒体との熱交換により温度が低下した燃焼ガスを熱分解炉３０に供給する場合に比べ、熱分解反応を促進させて水性ガスの収率を向上させることができる。

【0266】

また、本発明の一実施形態の水性ガス生成システム１００は、熱分解炉３０における熱分解反応の促進に用いられた燃焼ガスが、その後に蒸気過熱器８１の熱源として用いられ、更にその後に蒸気発生器８０の熱源として用いられることを特徴としている。蒸気過熱器８１とは、蒸気発生器８０で発生した飽和水蒸気を等圧のまま加熱することで飽和温度以上の過熱蒸気を生成するものであり、蒸気発生器８０とは、液体である水を加熱して飽和水蒸気を生成するものである。そのため、蒸気過熱器８１は蒸気発生器８０よりも高温の熱源を必要とするので、燃焼ガスを蒸気過熱器８１の後に蒸気発生器８０へ供給することにより、液体である水から水蒸気を生成した上でそれを加熱して過熱蒸気を生成して熱分解炉３０へガス化剤として供給することができる。従って、蒸気過熱器９０で適切な温度まで上昇した過熱蒸気を生成することにより、熱分解炉３０内で過熱蒸気の温度が熱分解反応（吸熱反応）により低下しても水蒸気が熱分解炉３０内で凝縮しないようにすることができる効果がある。

【0267】

このように、本発明の一実施形態の水性ガス生成システム１００によれば、熱分解炉３０における熱分解反応の促進に用いられた燃焼ガスが、水から過熱蒸気を生成するための熱源としても利用される。そのため、過熱蒸気を生成する熱源として専用の熱源を用いる場合に比べ、水性ガス生成システム１００全体の熱効率を向上させることができる。

【0268】

更に、本発明の一実施形態の水性ガス生成システム１００は、蒸気発生器８０で水蒸気を発生させるための熱源として用いられた燃焼ガスは、その後に燃焼ガス流路２００ｄによって乾燥機１０に供給されることを特徴としている。乾燥機１０に供給される燃焼ガスは、蒸気過熱器８１および蒸気発生器８０の熱源として用いられて温度が低下しているものの、木質バイオマス等の有機廃棄物が含む永分を低下させるのには十分な温度となっている。そのため、有機廃棄物を乾燥させる熱源として専用の熱源を用いる場合に比べ、水性ガス生成システム１００全体の熱効率を向上させることができる。

【0269】

より更に好ましいことに、本発明の一実施形態の水性ガス生成システム１００は、炭化炉２０から排出された燃焼ガスは、熱分解炉３０、蒸気過熱器８１、蒸気発生器８１、及び、乾燥機１０の熱源として用いられた後、排ガス冷却洗浄装置１３へ供給されることを特徴としている。排ガス冷却洗浄装置l３は、燃焼ガスを大気中に排出するために燃焼ガスの温度を低下させる必要があるが、排ガス冷却洗浄装置１３へ供給される燃焼ガスの温度は、有機廃棄物を乾燥させる熱源として利用され、十分に低下した状態となっている。そのため、本発明の一実施形態の水性ガス生成システム１００によれば、排ガス冷却洗浄装置１３が低下させるべき温度幅を小さくして、排ガス冷却洗浄装置１３を比較的安価に製造することができる。

【0270】

以上のように、本発明の一実施形態の水性ガス生成システム１００によれば、炭化物のガス化剤として用いる過熱蒸気を生成する専用の熱源を用いずに熱効率を向上させるとともに熱分解炉３０における熱分解反応を促進させることが可能な水性ガス生成システム１００を提供することができる。それと共に、燃焼ガスは、有機廃棄物を乾燥させる熱源として利用され、水性ガス生成システム１００全体の熱効率を向上させることができる上、排ガス冷却洗浄装置１３を比較的安価に製造することができる効果もある。

【0271】

上記本発明の一実施形態である水性ガス生成システム１００に、同じく、本発明の一実施形態として示した、燃焼効率が高く、燃焼した炭化物の温度が適切に低下した炭化物を排出する、炭化効率の高い炭化炉、並びに、本発明の一実施形態として示した、加熱用ガスの外部流出が抑制され、熱分解反応が進行する熱分解炉とを適用することによって、より純度が高い水性ガスを、より効率的に生成することが可能な水性ガス生成システムを提供することができる。

【0272】

このような本発明の一実施形態である水性ガス生成システム１００は、純度が高い水性ガスが、効率的に生成されることができるため、生産性に優れた水素ガス生成システムを構築することができる。従来の水性ガスから水素ガスを生成するシステムにおいては、水性ガスの純度が低いため、不純物を除去したり、水素濃度を高める設備が水素ガス生成システムに必要とされた（例えば、非特許文献２）。しかし、本発明の一実施形態である水素ガス生成システムは、本発明の一実施形態である水性ガス生成システム１００と、不純物を吸着する一般的な水素精製装置７３と、を備えたものであり、水素ガスを効率的に生成することができる。

【0273】

同様に、本発明の一実施形態である水性ガス生成システム１００は、純度が高く、組成比が一定した水性ガスが、効率的に生成されることができるため、生産性に優れた発電システムを構築することができる。従来の水性ガスから発電するシステムにおいては、水性ガスの純度が低いため、燃焼効率が悪く、不純物を除去する場合もあった。しかし、本発明の一実施形態である発電システムは、本発明の一実施形態である水性ガス生成システム１００と、水性ガスを燃焼させることにより動作する一般的な発電設備７２と、を備えたものであり、電気を効率的に生成することができる。

【0274】

〔他の実施形態〕
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

【産業上の利用可能性】

【0275】

本発明に係る炭化炉及び熱分解炉、並びに、これらを含む水性ガス生成システム、水素ガス生成システム、及び、発電システムは、バイオマス、特に、生物資源に由来する有機廃棄物を直接燃焼して得られる炭化物を生成し、それを利用してエネルギーに変換するため、廃棄物の再利用や減少に繋がる循環型社会構造の構築に大きく寄与する再生可能なエネルギー製造装置及びシステムとして幅広く用いることができる。

【0276】

炭化炉は、本発明の熱分解炉で使用する炭化物を製造するだけでなく、石炭の代替燃料を製造するためにも用いることができる。また、熱分解炉は、本発明の炭化炉で製造された炭化物の熱分解だけでなく、その他様々な方法で製造された炭化物の熱分解に対しても有効である。

【符号の説明】

【0277】

１０ 乾燥機
２０ 炭化炉
２０ａ 間隙
２１ 本体部
２２ 円筒部（筒部）
２３ 有機廃棄物投入部（投入部）
２４ 炭化物排出部
２４ａ ターンテーブル（回転体）
２４ｂ 駆動部
２４ｃ 炭化物排出口（排出口）
２４ｄ クリンカクラッシャ
２５ １次空気供給部（第１空気供給部）
２５ａ １次燃焼ファン（送風部）
２５ｂ カバー部
２５ｃ 空気供給口
２５ｄ 閉空間
２５ｅ 放熱フィン（加熱部）
２６ ２次空気供給部（第２空気供給部）
２６ａ ２次燃焼ファン
２６ｂ カバー部
２６ｃ 空気供給口
２６ｄ 閉空間
２７ 燃焼ガス排出部
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 温度センサ（温度検出部）
２８ｄ レベルセンサ（堆積量検出部）
２９ 炭化炉制御部（制御部）
３０ 熱分解炉
３０ａ 燃焼ガス流路（加熱用ガス流路）
３１ 本体部
３２ 反応管
３２ａ センターバイプ（筒状部材）
３２ｂ 上端フランジ（第３フランジ部）
３２ｃ 下端部
３２ｆ 第１傾斜板
３２ｇ 第２傾斜板
３２ｈ 保持棒（保持部）
３３ 反応管ヘッド（供給部）
３３ａ 下端フランジ（第４フランジ部）
３３ｄ 締結ボルト（締結部材）
３４ 水性ガス出口ノズル（水性ガス出口部）
３５ 燃焼ガス供給部（加熱用ガス供給部）
３６ 燃焼ガス排出部（加熱用ガス排出部）
４０ 減温器
４１ チャー回収装置
６０ 水性ガス冷却装置
７０ 水性ガスホルダ
８０ 蒸気発生器
８１ 蒸気過熱器
８２ 水供給装置
９０ 制御装置
１００ 水性ガス生成システム
１０２，１０３，１０４ 水性ガス供給路
２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，２００ｅ 燃焼ガス流路
Ｒ１ 炭化物精錬・冷却領域
Ｒ２ １次燃焼領域
Ｒ３ 原料投入領域
Ｒ４ ２次燃焼領域
Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ 軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】