JP7509635B2 - 粉体搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体搬送装置に関する。

従来、ロータリーキルンが利用されている。ロータリーキルンでは、中心軸を中心として回転する円筒状の回転筒状部が設けられる。回転筒状部の一方側の端部には、被処理物の供給口が設けられ、他方側の端部には、排出口が設けられる。一般的なロータリーキルンでは、回転筒状部の中心軸を傾斜させることにより、被処理物が排出口に向かって移動する。また、中心軸が水平となる水平置きのロータリーキルンでは、被処理物が連続的に供給口から供給され、排出口の堰をオーバーフローしたものが外部に排出される。この場合、被処理物の供給口への投入が、被処理物のドライビングフォースとなる。

また、特許文献１の装置では、内部にスパイラル面が設けられた複数の小円筒体が回転筒状部内に固定される。当該装置では、中心軸を中心とする回転筒状部の回転に伴って、各スパイラル面も当該中心軸の周囲を回転することにより、中心軸方向のドライビングフォースが生み出される。実際には、対となる小円筒体においてスパイラル面を互いに反対方向にすることにより、一方では、粉体が排出口側に進行し、他方では粉体がその反対側に進行する。特許文献１の装置では、小円筒体の内部において、所定のガスを粉体（ここでは、チャー）の層に貫流させ、固気接触を促進することが可能となる。

特許第４５４７２４４号公報

ところで、特許文献１のように、粉体とガスとの固気接触を生じさせて改質ガス等を生成する装置において、回転筒状部の内部にて粉体の層を適切に保持するには、粉体がガスにより流される速度（終末速度）を超えないように、ガスの流速を調整（低減）する必要がある。この場合に、所望のガス流量、すなわち、ガス生産量を確保するために、搬送空間である小円筒体の断面積（軸方向に垂直な断面積）を大きくすることが考えられる。しかしながら、特許文献１の装置では、小円筒体の増大に伴って回転筒状部の外径が大きくなるため、搬送空間の断面積の増大は容易ではない。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、固気接触を良好に生じさせる装置において、搬送空間の断面積を容易に大きくすることを目的としている。

請求項１に記載の発明は、粉体搬送装置であって、所定の回転軸に沿って延びる筒状であり、前記回転軸を中心として回転する回転筒状部と、前記回転軸に平行な軸方向に延びるとともに前記回転筒状部の内部を仕切る少なくとも１つの板状部材を有し、前記軸方向に延びる複数の搬送空間を形成する隔壁部とを備え、前記複数の搬送空間に粉体およびガスが供給され、前記複数の搬送空間のそれぞれにおいて、前記回転筒状部の回転に伴って前記粉体を前記軸方向に搬送する搬送構造が設けられ、前記搬送構造が、搬送空間の内部において前記軸方向に延びる軸部と、前記軸部と前記搬送空間の内側面とを接続するとともに、前記軸部を周回しつつ前記軸部に沿って延びるガイド板とを備え、前記ガイド板において前記搬送空間の前記内側面と接続する部位の、前記軸方向に対する傾斜角が、前記軸部を１周する間に変動する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粉体搬送装置であって、前記ガイド板が、前記軸部を１周する間において、前記軸部に略垂直な部位を含む。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の粉体搬送装置であって、前記複数の搬送空間にそれぞれ設けられる複数の搬送構造が、前記回転筒状部の回転に伴って前記粉体を前記軸方向の一方側に搬送する第１搬送構造と、前記回転筒状部の回転に伴って前記粉体を前記軸方向の他方側に搬送する第２搬送構造とを含む。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の粉体搬送装置であって、前記回転筒状部において、前記軸方向における一方側の端部に供給口が設けられ、他方側の端部に排出口が設けられ、前記粉体搬送装置が、前記回転筒状部の内部において前記供給口側に設けられ、前記供給口から供給される被処理物の加熱により、熱分解ガスおよびチャーを生成する熱分解部と、前記回転筒状部の内部において前記熱分解部と前記排出口との間に設けられ、前記熱分解ガスを改質することにより、改質ガスを生成する改質部とをさらに備え、前記複数の搬送空間を形成する前記隔壁部が前記改質部に設けられ、前記複数の搬送空間に前記チャーおよび前記熱分解ガスが供給される。

本発明によれば、固気接触を良好に生じさせる粉体搬送装置において、搬送空間の断面積を容易に大きくすることができる。

ガス化装置の構成を示す断面図である。 改質部を示す図である。 第１搬送構造を示す斜視図である。 第２搬送構造を示す斜視図である。 軸部の他の例を示す図である。 隔壁部および搬送構造の他の例を示す図である。 隔壁部および搬送構造の他の例を示す図である。 回転筒状部の他の例を示す図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係るガス化装置１の構成を示す図である。図１では、一部の構成を除き、後述の回転軸Ｊ１を含む面におけるガス化装置１の断面を示している。ガス化装置１は、外熱式ロータリーキルン（間接加熱式ロータリーキルン）であり、バイオマス等の被処理物をガス化して、燃料ガスである改質ガスを生成する装置である。改質ガスは、例えば、ガスエンジン等での発電に利用される。被処理物は、例えば、一般廃棄物、産業廃棄物、下水汚泥、木質バイオマス等である。

ガス化装置１は、回転筒状部２１と、外筒部２６と、被処理物供給部３１と、ガス導入部３２と、熱分解部４と、改質部５と、制御部（図示省略）とを備える。制御部は、例えば、ＣＰＵ等を備えるコンピュータであり、ガス化装置１の全体制御を担う。回転筒状部２１は、回転軸Ｊ１に沿って延びる筒状であり、例えば金属または合金等により形成される（回転筒状部２１内に設けられる他の構成において同様）。典型的には、回転筒状部２１は、回転軸Ｊ１を中心とする筒状であり、回転軸Ｊ１に垂直な回転筒状部２１の断面形状は、円形である。後述するように、当該断面形状は、円形以外であってもよい。図１の例では、回転筒状部２１の回転軸Ｊ１は略水平である。ガス化装置１の設計によっては、回転軸Ｊ１が水平方向に対して傾斜してもよい。

回転筒状部２１において、回転軸Ｊ１に平行な方向（以下、「軸方向」という。）における一方側の端部開口は供給口２１１であり、他方側の端部開口は排出口２１２である。後述するように、回転筒状部２１の内部では、供給口２１１から排出口２１２に向かって熱分解部４および改質部５が順に設けられる。回転筒状部２１の内部において供給口２１１の近傍には、供給側環状部２３が設けられる。供給側環状部２３は、回転軸Ｊ１を中心とする周方向の全周に亘って回転筒状部２１の内周面から突出する環状部材である。回転筒状部２１の内周面からの供給側環状部２３の高さ（回転筒状部２１の内周面に垂直な方向における供給側環状部２３の内周面の高さ）は、全周に亘ってほぼ一定である。

回転筒状部２１の内部において排出口２１２の近傍には、排出側環状部２４が設けられる。排出側環状部２４は、周方向の全周に亘って回転筒状部２１の内周面から突出する環状部材である。回転筒状部２１の内周面からの排出側環状部２４の高さ（回転筒状部２１の内周面に垂直な方向における排出側環状部２４の内周面の高さ）は、排出口２１２に近づくに従って漸次小さくなる。すなわち、排出側環状部２４の内周面は、排出口２１２に近づくに従って直径が大きくなる円錐台面である。後述するチャーは、排出側環状部２４の内周面により排出口２１２へと案内される。軸方向の各位置では、排出側環状部２４の高さは全周に亘ってほぼ一定である。

回転筒状部２１の供給口２１１側の端部には、フランジ部２１３が設けられる。フランジ部２１３は、回転軸Ｊ１を中心とする円環状の板部材である。フランジ部２１３の下方には、一対のローラ２２１が設けられる。一対のローラ２２１は、図１の紙面に垂直な方向に離間する。フランジ部２１３は、一対のローラ２２１により回転可能に支持される。

また、回転筒状部２１の外周面において、排出口２１２側の端部近傍には、フランジ部２１４が設けられる。フランジ部２１３と同様に、フランジ部２１４も、回転軸Ｊ１を中心とする円環状の板部材であり、一対のローラ２２２により回転可能に支持される。ガス化装置１では、モータおよび減速機を有する回転機構２２がローラ２２１に接続されており、回転機構２２がローラ２２１を回転することにより、回転筒状部２１が回転軸Ｊ１を中心として連続的に回転する。回転筒状部２１の回転速度は、例えば一定である。回転筒状部２１を回転する構造は適宜変更されてよい。

外筒部２６は、回転軸Ｊ１を中心とする筒状であり、例えば金属または合金等により形成される。外筒部２６は、２個のフランジ部２１３，２１４の間において回転筒状部２１の周囲を囲み、回転筒状部２１の外周面との間に筒状空間２６０を形成する。回転軸Ｊ１を中心とする径方向における、回転筒状部２１と外筒部２６との間の幅、すなわち筒状空間２６０の幅は、全長に亘ってほぼ一定である。軸方向における外筒部２６の両端部には、環状壁２６１，２６２が設けられる。各環状壁２６１，２６２は、回転軸Ｊ１を中心とする円環状の部材であり、外筒部２６から回転筒状部２１に向かって突出する。環状壁２６１，２６２における回転筒状部２１側の端面は、例えば摺動部材を介して回転筒状部２１の外周面と接する。これにより、環状壁２６１，２６２と回転筒状部２１との間に、シール構造が形成される。外筒部２６は、回転しない固定体である。

外筒部２６には、流出口２６３および流入口２６４が形成される。流出口２６３は、供給口２１１側の環状壁２６１の近傍に設けられ、筒状空間２６０に接続する。流入口２６４は、排出口２１２側の環状壁２６２の近傍に設けられ、筒状空間２６０に接続する。流入口２６４には、所定の熱源流体が供給される。流入口２６４における熱源流体の温度は、例えば９００～１１００℃である。熱源流体は、筒状空間２６０を流れて、流出口２６３から排出される。筒状空間２６０を流れる熱源流体により回転筒状部２１の外周面が加熱される。

被処理物供給部３１は、ホッパ３１１と、スクリューフィーダ３１２とを備える。ホッパ３１１には、被処理物が貯留される。スクリューフィーダ３１２は、回転機構３１３と、スクリュー３１４とを備える。スクリュー３１４は、ホッパ３１１の内部から回転筒状部２１の供給口２１１まで回転軸Ｊ１に沿って延びる。回転機構３１３は、モータおよび減速機を有し、スクリュー３１４を回転する。これにより、ホッパ３１１内の被処理物が供給口２１１から回転筒状部２１の内部に供給される。被処理物供給部３１による回転筒状部２１内への被処理物の供給は、連続的であっても、断続的であってもよい。スクリュー３１４のスクリュー軸３１５は中空である。スクリュー軸３１５の中空部には、後述の導入管３２１が設けられる。導入管３２１は、回転軸Ｊ１に沿って延びる。

熱分解部４は、回転筒状部２１の内部において供給口２１１側に設けられる。熱分解部４は、仕切板４１と、ガイド部４２とを備える。仕切板４１は、回転軸Ｊ１に平行な板部材であり、回転軸Ｊ１上に配置される。回転軸Ｊ１に垂直な方向における仕切板４１の両端部は、回転筒状部２１の内周面に固定される。回転軸Ｊ１に沿って見た場合における回転筒状部２１の内部空間は、仕切板４１により二等分される。仕切板４１の板厚（主面間の厚さ）は、比較的大きく、回転軸Ｊ１上に貫通孔４１１が設けられる。貫通孔４１１内には、既述の導入管３２１が挿入される。

ガイド部４２は、複数の線状突起４２１を備える。一部の線状突起４２１は、仕切板４１の一方の主面から突出し、残りの線状突起４２１は、仕切板４１の他方の主面から突出する。仕切板４１の各主面に設けられる線状突起４２１は、互いに平行である。図１の例では、全ての線状突起４２１が、軸方向に対して傾斜した同一方向に延びる。図１では、実線で示す仕切板４１を回転軸Ｊ１を中心として１８０度回転させた場合に、手前側に配置される線状突起４２１を二点鎖線で示している。二点鎖線の線状突起４２１の傾斜方向は、実線の線状突起４２１の傾斜方向と逆向き（回転軸Ｊ１に対して反転した方向）となる。

仕切板４１は、回転筒状部２１の回転に伴って、回転軸Ｊ１を中心として回転する。仕切板４１の回転において、仕切板４１の一方の主面の向きが上方から下方に切り替わる際に、当該主面上の被処理物（後述のチャーを含む。）が線状突起４２１により供給口２１１側へと送られる。当該被処理物は、回転筒状部２１の下端部において供給側環状部２３と衝突し、仕切板４１の近傍に留まる。また、仕切板４１の他方の主面の向きが上方から下方に切り替わる際に、当該主面上の被処理物が線状突起４２１により供給口２１１とは反対側へと送られる。後述するように、仕切板４１と改質部５との間にはチャーが滞留しており、当該被処理物は、仕切板４１の近傍に留まり易くなる。以上のように、ガイド部４２では、回転筒状部２１の一の回転角度範囲において被処理物が供給口２１１側に向かって送られ、回転筒状部２１の他の回転角度範囲において被処理物が供給口２１１とは反対側に向かって送られる。その結果、軸方向における仕切板４１の両端部近傍の間で被処理物が往復（循環）しつつ、熱分解部４において被処理物が滞留する。

既述のように、筒状空間２６０を流れる熱源流体により回転筒状部２１は加熱されている。熱分解部４では、被処理物を、例えば４００℃以上の温度（好ましくは、７００℃以下）で加熱することにより、熱分解が発生し、熱分解ガスおよびチャーが生成される。図示省略の誘引ファン等により排出口２１２は減圧されており、熱分解ガスは、排出口２１２に向かって流れる。熱分解ガスは、タールの蒸気（常温で液体となる。）および微粒子のチャー等を含んでもよい。熱分解ガスに含まれないチャー（例えば、上記微粒子のチャーよりも大きいチャー）は、熱分解部４にて滞留する。実際には、当該チャーの大部分は、仕切板４１の回転により粉砕され、粉体となる。被処理物供給部３１から被処理物が供給されることにより、熱分解部４にて滞留するチャーの一部は、改質部５側（排出口２１２側）へと押し出される。以下の説明では、単に「チャー」という場合は、熱分解ガスに含まれないチャーを意味するものとする。なお、被処理物に不燃物が含まれる場合には、当該不燃物もチャーと共に移動する。

図２は、熱分解部４側から回転軸Ｊ１に沿って見た場合における改質部５を示す図である。既述のように、改質部５は、回転筒状部２１の内部において熱分解部４と排出口２１２との間に設けられる。図１および図２に示すように、改質部５は、隔壁部５１を備える。隔壁部５１は、複数の板状部材５１１と、１つの接続部５１２とを備える。接続部５１２は、軸方向に延びる棒部材である。図２の例では、軸方向に垂直な接続部５１２の断面形状は略円形であるが、接続部５１２の断面形状は、矩形、多角形等、他の形状であってもよい。例えば、接続部５１２は、中実の部材である。接続部５１２は、両端面に蓋部が取り付けられた中空の部材（密閉部材）であってもよい。接続部５１２では、熱分解ガスおよびチャーが内部を通過することが不能とされる。このように、接続部５１２を中実の部材または密閉部材とすることで、熱分解ガスの通り抜けを防ぎ、後述するように、搬送路５６では、チャーと熱分解ガスとの良好な固気接触（固気反応）が実現される。

各板状部材５１１は、軸方向に略平行な平板状であり、軸方向に延びる。板状部材５１１において、軸方向（長手方向）および厚さ方向に略平行な一方の側面が接続部５１２に固定され、他方の側面が回転筒状部２１の内周面に固定される。改質部５では、複数の板状部材５１１により回転筒状部２１の内部が仕切られ、軸方向に延びる複数の空間５２が形成される。後述するように、各空間５２では、チャーが搬送されるため、以下、当該空間５２を「搬送空間５２」という。各搬送空間５２は、２個の板状部材５１１および回転筒状部２１により囲まれる空間である。換言すると、当該空間を囲む２個の板状部材５１１の面（厚さ方向に垂直な面）、および、回転筒状部２１の内周面の一部が、当該搬送空間５２の内側面を構成する。好ましい複数の板状部材５１１は、周方向に等角度間隔にて接続部５１２に対して取り付けられ、複数の搬送空間５２が同じ容積となる。

軸方向に垂直な各搬送空間５２の断面形状は、非円形であり、図２の例では、接続部５１２から広がる略扇形である。搬送空間５２の断面形状は、軸方向における搬送空間５２の全体においてほぼ一定である。回転筒状部２１の内部において隔壁部５１が設けられる空間では、複数の搬送空間５２が、隔壁部５１を除く全体を占める。図１および図２の例では、４個の板状部材５１１が９０度間隔にて接続部５１２に取り付けられ、４個の搬送空間５２が形成される。また、４個の搬送空間５２の断面形状は、同一である（回転対称である）。ガス化装置１の設計によっては、複数の板状部材５１１が異なる角度間隔にて接続部５１２に取り付けられてもよく、複数の搬送空間５２の断面形状が相違してもよい。後述するように、搬送空間５２の個数は２個であってもよく、３個または５個以上であってもよい。

複数の搬送空間５２には、複数の搬送構造５３ａ，５３ｂがそれぞれ設けられる。複数の搬送構造５３ａ，５３ｂは、回転筒状部２１に固定されており、回転筒状部２１と共に（一体的に）回転軸Ｊ１を中心として回転する。図２の例では、接続部５１２を挟んで対向する２個の搬送空間５２に、同じ搬送構造５３ａ（以下、「第１搬送構造５３ａ」という。）が設けられ、残りの２個の搬送空間５２に、同じ搬送構造５３ｂ（以下、「第２搬送構造５３ｂ」という。）が設けられる。第１搬送構造５３ａは、回転筒状部２１の回転に伴ってチャーを軸方向の一方側に搬送し、第２搬送構造５３ｂは、回転筒状部２１の回転に伴ってチャーを軸方向の他方側に搬送する。ここでは、第１搬送構造５３ａは、チャーを排出口２１２側に搬送し、第２搬送構造５３ａは、チャーを供給口２１１側（熱分解部４側）に搬送する。

図３Ａは、第１搬送構造５３ａを示す斜視図であり、図３Ｂは、第２搬送構造５３ｂを示す斜視図である。図３Ａおよび図３Ｂでは、熱分解部４側から排出口２１２側に向かう方向を矢印Ａ１にて示している。各搬送構造５３ａ，５３ｂは、軸部５４と、ガイド板５５とを備える。軸部５４は、搬送空間５２の内部に設けられる。詳細には、軸部５４は、搬送空間５２の内側面から離れた位置（例えば、搬送空間５２の中央近傍）に配置され、例えば、軸方向における搬送空間５２の一端から他端まで延びる。図２の例では、軸方向に垂直な軸部５４の断面形状は、搬送空間５２の断面形状と同様に、略扇形である。軸部５４の断面形状は、軸方向における搬送空間５２の全体においてほぼ一定であり、軸部５４は、略扇形柱である。各搬送空間５２に配置される軸部５４において、平面である２個の側面５４１（扇形の半径に対応する側面５４１）は、当該搬送空間５２を形成する２個の板状部材５１１に略平行である。

ガイド板５５は、軸部５４を周回しつつ軸部５４に沿って延びる。図２、図３Ａおよび図３Ｂの例では、ガイド板５５は、複数の平板の集合であり、複数の第１平板部５５１と、複数の第２平板部５５２と、複数の第３平板部５５３と、複数の第４平板部５５４とを備える。第１ないし第３平板部５５１～５５３は、略矩形である。図２のように、熱分解部４側から排出口２１２側に向かってガイド板５５を見た場合に、第１平板部５５１は、軸部５４の一方の側面５４１と当該側面５４１に対向する板状部材５１１との間に配置され、両者に略垂直に接続する。第３平板部５５３は、軸部５４の他方の側面５４１と当該側面５４１に対向する板状部材５１１との間に配置され、両者に略垂直に接続する。第２平板部５５２は、第１平板部５５１、第３平板部５５３、および、２個の板状部材５１１に囲まれる領域に配置される。第１平板部５５１および第２平板部５５２の互いに対向する辺同士が接続し、第２平板部５５２および第３平板部５５３の互いに対向する辺同士が接続する。第２平板部５５２の残りの２辺は、当該２個の板状部材５１１に略垂直に接続する。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１平板部５５１では、第２平板部５５２と接続する辺が、当該辺に対向する辺よりも排出口２１２側に配置されるように、第１平板部５５１の法線が軸方向に対して傾斜する。また、第３平板部５５３では、第２平板部５５２と接続する辺が、当該辺に対向する辺よりも供給口２１１側に配置されるように、第３平板部５５３の法線が軸方向に対して傾斜する。第２平板部５５２の法線は、軸方向に略平行である、すなわち、第２平板部５５２は、軸方向に略垂直（例えば、軸方向となす角度が８０～９０度）である。実際には、複数の第１平板部５５１は、互いに平行な状態で軸方向に一定の間隔（以下、「平板間隔」という。）で配列される。複数の第２平板部５５２も、互いに平行な状態で軸方向に上記平板間隔で配列され、複数の第３平板部５５３も、互いに平行な状態で軸方向に上記平板間隔で配列される。

図２のように、熱分解部４側から排出口２１２側に向かってガイド板５５を見た場合に、搬送空間５２の領域のうち、第１ないし第３平板部５５１～５５３、並びに、軸部５４を除く略円弧状領域に、第４平板部５５４が配置される。第４平板部５５４は、当該略円弧状領域と同形状である。第４平板部５５４は、第３平板部５５３、軸部５４、２個の板状部材５１１、および、回転筒状部２１の内周面に接続する。第４平板部５５４の法線は、軸方向に略平行である、すなわち、第４平板部５５４は、軸方向に略垂直である。既述のように、第１および第３平板部５５１，５５３は排出口２１２側に傾斜しており、図２中の第４平板部５５４は、最も手前の第１平板部５５１よりも背後に位置する。当該第４平板部５５４は、当該第１平板部５５１の背後に位置する他の第１平板部５５１と接続する。複数の第４平板部５５４は、互いに平行な状態で軸方向に上記平板間隔で配列される。

ガイド板５５では、熱分解部４側から排出口２１２側に向かって、第１平板部５５１、第２平板部５５２、第３平板部５５３および第４平板部５５４が順に接続され、当該第４平板部５５４に対して、当該第１平板部５５１の排出口２１２側に隣接する第１平板部５５１が接続される。このようにして、軸部５４と搬送空間５２の内側面とを接続するとともに、軸部５４を周回しつつ軸部５４に沿って延びるガイド板５５が、複数の第１ないし第４平板部５５１～５５４により構成される。ガイド板５５は、例えば軸部５４の一端から他端まで設けられる。

図３Ａおよび図３Ｂの例では、第１平板部５５１の個数、第２平板部５５２の個数、および、第３平板部５５３の個数が互いに同じであり、第４平板部５５４の個数が、各平板部５５１～５５３の個数よりも１つだけ少ない。したがって、ガイド板５５において最も排出口２１２側には、第３平板部５５３が配置される。既述のように、第１および第３平板部５５１，５５３の法線が、軸方向に対して傾斜し、第２および第４平板部５５２，５５４の法線が、軸方向に対して略平行となる。各搬送構造５３ａ，５３ｂでは、ガイド板５５が軸部５４を１周する間に、ガイド板５５において搬送空間５２の内側面と接続する部位の、軸方向に対する傾斜角が変動する。

各搬送空間５２では、搬送空間５２の内側面、軸部５４およびガイド板５５により、軸部５４を周回しつつ軸部５４に沿って延びる経路５６（後述するように、チャーの搬送に利用されるため、以下、「搬送路５６」という。）が形成される。各搬送空間５２では、熱分解部４から供給される熱分解ガスおよびチャーが、搬送路５６のみを通過可能である。図２では、搬送路５６の一部を矢印Ａ２にて示している。搬送構造５３ａ，５３ｂでは、回転筒状部２１が回転を停止した状態において、図２のように、回転軸Ｊ１に沿って各搬送構造５３ａ，５３ｂを見た場合に、搬送路５６の方向が真っ直ぐとなる第１および第３平板部５５１，５５３は、軸方向に対して傾斜する。一方、搬送路５６の方向が真っ直ぐとならない（切り替わる）第２および第４平板部５５２，５５４は、軸方向に略垂直とされる。このように、ガイド板５５は、搬送路５６の方向が切り替わる位置において、軸方向に略垂直な部位（踊り場）が設けられる折り返し階段状となっており、これにより、ガイド板５５を容易に作製することが可能となる。

図３Ａに示す第１搬送構造５３ａでは、熱分解部４側から排出口２１２側に向かって、第１平板部５５１、第２平板部５５２、第３平板部５５３および第４平板部５５４が、軸部５４の周囲を時計回りに配置される。すなわち、第１搬送構造５３ａでは、熱分解部４側から排出口２１２側に向かって時計回りに進むガイド板５５および搬送路５６が設けられる。図３Ｂに示す第２搬送構造５３ｂでは、熱分解部４側から排出口２１２側に向かって、第１平板部５５１、第２平板部５５２、第３平板部５５３および第４平板部５５４が、軸部５４の周囲を反時計回りに配置される。すなわち、第２搬送構造５３ｂでは、熱分解部４側から排出口２１２側に向かって反時計回りに進むガイド板５５および搬送路５６が設けられる。

本実施の形態では、供給口２１１側から排出口２１２側を向いて見た場合に、回転筒状部２１は、回転軸Ｊ１を中心として反時計回りに回転する。第１搬送構造５３ａが設けられる搬送空間５２では、下部に位置するチャーが、回転筒状部２１の回転に伴って、搬送路５６内を熱分解部４側から排出口２１２側へと向かって搬送され、排出口２１２側の端部において搬送空間５２の外部に排出される。このとき、回転筒状部２１の下端部において排出側環状部２４が堰となることにより、排出側環状部２４と改質部５との間の空間においてある程度の量のチャーが滞留する（貯留される）。好ましいガス化装置１では、回転軸Ｊ１に沿って見た場合に、排出側環状部２４の一部が、第１搬送構造５３ａおよび第２搬送構造５３ｂの軸部５４と重なる。

また、第２搬送構造５３ｂが設けられる搬送空間５２では、下部に位置するチャーが、回転筒状部２１の回転に伴って、搬送路５６内を排出口２１２側から熱分解部４側へと向かって搬送され、熱分解部４側の端部において搬送空間５２の外部に排出される。これにより、チャーが熱分解部４と改質部５との間の空間に戻される。なお、第２搬送構造５３ｂの排出口２１２側の端部において、回転筒状部２１の回転に伴って、チャーを搬送空間５２の内部に取り入れる構造が設けられてもよい（第１搬送構造５３ａの熱分解部４側の端部において同様）。

以上のように、改質部５では、第１搬送構造５３ａが設けられる搬送空間５２、および、第２搬送構造５３ｂが設けられる搬送空間５２を、チャー（および、不燃物）が常時循環する。これにより、ある程度の量のチャーが複数の搬送空間５２の搬送路５６に充填された状態が維持される。実際には、熱分解部４で生成されたチャーが改質部５に順次供給されるため、余剰のチャーは、排出側環状部２４を超えて排出口２１２から排出される。

搬送路５６では、回転筒状部２１の回転角度位置に応じて、搬送空間５２の下端と軸部５４との間に広がる空間の大きさが変動する。したがって、当該空間の大きさが比較的小さい回転角度範囲では、当該空間においてチャーを軸部５４まで密に充填することが、より確実に実現される。ガス化装置１では、全ての回転角度範囲において、チャーが軸部５４まで密に充填されるように、被処理物の供給量や、搬送空間５２および軸部５４の形状等が決定されることが好ましい。なお、改質部５では、複数の搬送空間５２が設けられるのであるならば、搬送空間５２の個数は任意に変更されてよい。この場合に、第１搬送構造５３ａおよび第２搬送構造５３ｂの個数は同じであっても、異なっていてもよい。また、周方向における第１搬送構造５３ａおよび第２搬送構造５３ｂの配置も、任意に決定されてよい。

図１に示すガス導入部３２は、導入管３２１と、混合ガス供給部３２６とを備える。既述のように、導入管３２１は、スクリュー軸３１５の中空部、および、仕切板４１の貫通孔４１１を貫通する。混合ガス供給部３２６は、導入管３２１に接続される。導入管３２１の先端は、改質部５に直接的に対向する位置に配置される。導入管３２１の当該先端には、噴出口が設けられる。

混合ガス供給部３２６が、酸素含有ガスおよび水蒸気を含む混合ガスを導入管３２１に供給することにより、導入管３２１の噴出口から混合ガスが噴出される。酸素含有ガスは、例えば空気または酸素富化空気であり、本実施の形態では、予熱された高温の空気である。混合ガスの温度は、例えば２００～３００℃である。当該噴出口から噴出された混合ガスは、複数の搬送空間５２に向かって流れる熱分解ガスに混合され、熱分解ガスに含まれる可燃性のガスや、タールの蒸気が部分燃焼する（すなわち、一部の熱分解ガスが燃焼する）。なお、酸素含有ガスの加熱および水蒸気の生成には、ガス化装置１で生成される改質ガスや、改質ガスを利用するガスエンジンの排ガス等の熱が用いられてよい。

既述のように、複数の搬送空間５２の搬送路５６には、ある程度の量のチャーが充填されている。熱分解部４側から排出口２１２側へと向かって搬送路５６を流れる熱分解ガスの大部分は、搬送路５６内に存在するチャー間の隙間を通過して、改質部５と排出口２１２との間の空間へと到達する。すなわち、搬送路５６では、チャーと熱分解ガスとの良好な固気接触（固気反応）が実現される。このとき、熱分解ガスに残存するタール、および、微粒子のチャーが搬送路５６内のチャーの細孔等に捕集（トラップ）される。

また、熱分解ガスの部分燃焼により、搬送路５６内のチャー、および、搬送路５６を流れる熱分解ガスが高温となっている。さらに、熱分解ガスに混合される混合ガスには、水蒸気が含まれる。その結果、熱分解ガスに含まれる炭化水素ガス等が、水蒸気改質反応により、水素（Ｈ_２）や一酸化炭素（ＣＯ）等のガスに転換される（すなわち、水蒸気改質される）。また、チャーに捕集されたタールおよび微粒子のチャー、並びに、チャー自体も、水蒸気改質される。もちろん、熱分解ガスに含まれ、かつ、チャーに捕集されないタールおよび微粒子のチャーも水蒸気改質されてよい。

以上のように、熱分解部４から熱分解ガスおよびチャーが送られる改質部５では、熱分解ガスの部分燃焼を伴って熱分解ガスおよびチャーを水蒸気改質することにより、改質ガスが生成される。改質部５におけるチャーおよび熱分解ガスの温度は、例えば７００℃以上であり、好ましくは８００℃以上であり、より好ましくは９００℃以上である。当該温度は、例えば１１００℃以下である。改質ガスは、排出口２１２を介して回転筒状部２１から排出される。

排出口２１２には、分離部３３が接続される。分離部３３は、鉛直方向に延びる管である。分離部３３では、改質ガスは上方に向かって流れ、例えば、ボイラ等を通過した後、ガスエンジン等に供給される。また、排出口２１２から排出されたチャーは、分離部３３において下方に向かって落下し、回収される。分離部３３の下部は、チャー回収部である。チャー回収部では、不燃物等、チャー以外の物質も回収される。なお、改質ガスは、ガスエンジン以外に、ガスタービン式、または、燃料電池（固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）等）式の発電装置において用いられてもよい。また、改質ガスは、燃料ガスとして様々な用途に用いられてよく、さらに、液体に変換することにより液体燃料として用いられてもよい。

ここで、比較例のガス化装置について説明する。比較例のガス化装置では、特許第４５４７２４４号公報（上記特許文献１）のように、複数の小円筒体が回転筒状部内において互いに平行に配置されて固定される。各小円筒体の内部には、全体に亘って一様に傾斜するスパイラル板が設けられており、回転筒状部の回転に伴って、軸方向にチャーが搬送される。このように、比較例のガス化装置では、回転筒状部内に設けられる複数の小円筒体のそれぞれが搬送空間となる。

ところで、回転筒状部の内部において、チャーの層を適切に保持するには、チャーがガスにより流される速度（終末速度）を超えないように、熱分解ガスの流速を低減する必要がある。また、熱分解ガスを十分に改質するには、改質部においてある程度のガス滞留時間を確保することが好ましく、この点においても、熱分解ガスの流速を低減する必要がある。この場合に、改質ガスの所望の流量（生産量）を確保するために、搬送空間の断面積を大きくすることが考えられるが、比較例のガス化装置では、小円筒体の増大に伴って回転筒状部の外径が大きくなるため、搬送空間の断面積の増大は容易ではない。

これに対し、ガス化装置１では、複数の板状部材５１１を有する隔壁部５１が改質部５に設けられ、当該複数の板状部材５１１により回転筒状部２１の内部を仕切ることにより、軸方向に延びる複数の搬送空間５２が形成される。これにより、複数の小円筒体を設ける比較例に比べて、搬送空間５２の断面積を容易に大きくすることができる。換言すると、回転筒状部２１の内部空間を有効活用することができる。その結果、熱分解ガスの流速を低減しつつ、改質ガスの所望の流量を確保することが可能となる。また、各搬送空間５２では、軸方向に延びる軸部５４と、軸部５４を周回しつつ軸部５４に沿って延びるガイド板５５とを含む搬送構造５３ａ，５３ｂが設けられ、回転筒状部２１の回転に伴ってチャーが軸方向に搬送される。これにより、各搬送構造５３ａ，５３ｂにおいて固気接触を良好に生じさせることができる。

さらに、複数の搬送構造５３ａ，５３ｂが、回転筒状部２１の回転に伴ってチャーを軸方向の一方側に搬送する第１搬送構造５３ａと、回転筒状部２１の回転に伴ってチャーを軸方向の他方側に搬送する第２搬送構造５３ｂとを含む。これにより、チャーを軸方向に往復させることができ、長時間に亘ってチャーを熱分解ガスと接触させることができる。なお、ガス化装置１の設計によっては、チャーを排出口２１２側に搬送する搬送構造のみが設けられてもよい。

図３Ａおよび図３Ｂの搬送構造５３ａ，５３ｂでは、ガイド板５５において搬送空間５２の内側面と接続する部位の、軸方向に対する傾斜角が、軸部５４を１周する間に変動する。このように、傾斜角の変動を許容することにより、比較例のガス化装置のように、傾斜角が一定であるスパイラル板を設ける場合に比べて、ガイド板５５の設計の自由度が高くなり、ガイド板５５を容易に製造することが可能となる。ガイド板５５が、軸部５４を１周する間において、軸部５４に略垂直な部位を含むことにより、ガイド板５５をさらに容易に製造することができる。

上記ガス化装置１では様々な変形が可能である。

搬送構造５３ａ，５３ｂの設計によっては、ガイド板５５において搬送空間５２の内側面と接続する部位の、軸方向に対する傾斜角が一定とされてもよい。また、第１ないし第４平板部５５１～５５４の全ての法線が、軸方向に対して傾斜してもよい。すなわち、ガイド板５５が、軸部５４に略垂直な部位を含まなくてもよい。搬送構造５３ａ，５３ｂでは、平板部を用いることにより、ガイド板５５を容易に形成することが可能であるが、ガイド板５５の一部または全部において曲面板が用いられてもよい。図３Ａおよび図３Ｂの例では、軸方向に重なる複数の平板部（例えば、複数の第１平板部５５１）が、互いに平行な状態で軸方向に一定の間隔で配列されるが、軸方向に垂直な面に対する平板部の傾き、および、軸方向に隣接する２つの平板部の間隔が、当該複数の平板部の一部または全部において相違してもよい。例えば、回転筒状部２１の回転に伴ってチャーが移動する、回転軸Ｊ１に沿う方向をチャー進行方向として、チャー進行方向の前側（下流側）における平板部の間隔が、チャー進行方向の後側（上流側）における当該間隔よりも小さくなるように、平板部の傾きが変更されてもよい。好ましい例では、チャー進行方向の後側から前側に向かって、平板部の間隔（ピッチ）が漸次小さくなる。もちろん、複数の第２平板部５５２、複数の第３平板部５５３、および、複数の第４平板部５５４において同様である。また、後述の図４ないし図７のガイド板５５においても、軸方向において互いに重なる複数の平板部の傾きおよび間隔が軸方向に沿って変動してもよい。

軸方向に垂直な軸部５４の断面形状は様々に変更されてよい。図４では、様々な断面形状の軸部５４を例示している。図４の左上の搬送空間５２には、略円柱の軸部５４が設けられ、左下の搬送空間５２には、略四角柱の軸部５４が設けられる。また、右上の搬送空間５２には、断面形状がＬ字状の軸部５４が設けられ、右下の搬送空間５２には、略扇形柱の軸部５４（図２の軸部５４と同様）が設けられる。いずれの形状の軸部５４を採用する場合でも、軸部５４と搬送空間５２の内側面とを接続するとともに、軸部５４を周回しつつ軸部５４に沿って延びるガイド板５５を設けることにより、チャーを軸方向に搬送する搬送構造５３ａ，５３ｂが実現可能である。

図５に示すように、単一の板状部材５１１を有する隔壁部５１が設けられ、軸方向に延びる２個の搬送空間５２が形成されてもよい。このように、隔壁部５１は、軸方向に延びるとともに回転筒状部２１の内部を仕切る少なくとも１つの板状部材を有していればよく、これにより、軸方向に延びる複数の搬送空間５２を形成することが可能となる。図６に示すように、板状部材５１１の厚さは変動してもよい。板状部材５１１の厚さの最大値は、板状部材５１１の幅（軸方向および厚さ方向に垂直な幅）よりも小さいことが好ましく、当該幅の半分以下であることがより好ましい。ガス化装置１では、板状部材５１１の厚さや断面形状等を変更することにより、所望の断面積の搬送空間５２を容易に実現可能である。

なお、図５の例では、軸方向に垂直な各搬送空間５２の断面形状は、略半円形であり、軸部５４の断面形状も、略半円形である。ガイド板５５では、例えば、法線が軸方向に対して傾斜する略矩形の第１平板部５５１と、法線が軸方向に対して略平行である略Ｕ字状の第２平板部５５２とが交互に接続される。図６の例では、軸方向に垂直な各搬送空間５２の断面形状は、略扇形であり、軸部５４の断面形状も、略扇形である。ガイド板５５では、例えば、法線が軸方向に対して傾斜する略矩形の第１平板部５５１と、法線が軸方向に対して傾斜する略矩形の第２平板部５５２と、法線が軸方向に対して略平行である略Ｕ字状の第３平板部５５３とが順に接続される。

軸方向に垂直な回転筒状部２１の断面形状は、円形以外に、三角形、矩形、多角形等、様々に変更されてよい。図７に示す回転筒状部２１は、角筒状であり、回転軸Ｊ１に垂直な回転筒状部２１の断面形状は、略矩形である。なお、回転筒状部２１における回転軸Ｊ１は、必ずしも回転筒状部２１の中心軸である必要はない。

図７の例では、９０度間隔にて配置される４個の板状部材５１１により回転筒状部２１の内部が仕切られ、４個の搬送空間５２が形成される。回転軸Ｊ１に垂直な各搬送空間５２の断面形状は略矩形である。このように、搬送空間５２の断面形状は、扇形（半円を含む。）に限定されず、回転筒状部２１および隔壁部５１の形状に応じて適宜変更されてよい。また、複数の搬送空間５２において、一の搬送空間５２の断面形状と、他の一の搬送空間５２の断面形状とが相違してもよい。なお、図７の各搬送空間５２には、断面形状が略矩形である軸部５４が設けられ、ガイド板５５では、複数の略矩形の平板部が軸部５４を周回しつつ軸部５４に沿って配置される。

ガス化装置１において、熱分解部４の構造は、適宜変更されてよく、例えば、回転筒状部２１の内周面上に複数の攪拌羽根を設ける等、仕切板４１を用いない構造が採用されてもよい。

上記実施の形態では、熱分解部４および改質部５の双方において、筒状空間２６０を流れる熱源流体による間接加熱が行われるが、熱分解ガスの部分燃焼の熱を利用する改質部５では、熱源流体による間接加熱が省略されてもよい。また、間接加熱のみにより改質部５において必要な温度が確保される場合には、熱分解ガスの部分燃焼が省略されてもよい。ガス化装置１を含むシステムでは、例えば、分離部３３において回収されたチャーを燃焼することにより得られる熱を、熱分解部４（または改質部５）における被処理物の間接加熱に利用することにより、エネルギー効率を高くすることが可能であるが、システムの設計によっては、被処理物またはチャーの加熱が、電気等により行われてもよい。

ガス導入部３２において、排出口２１２および改質部５を貫通する導入管が設けられてもよい。この場合、例えば、図１および図２に示す接続部５１２が中空とされ、当該導入管が、接続部５１２内に挿入される。当該導入管の噴出口（先端）は、軸方向において熱分解部４と改質部５との間に配置され、噴出口から混合ガスが噴出される。また、ガス化装置１の設計によっては、回転筒状部２１の内部への酸素含有ガスおよび水蒸気の供給が省略されてもよい。この場合でも、改質部５に充填されたチャーにより、熱分解ガスに含まれるタールが捕集（トラップ）されるため、熱分解ガスの改質が可能である。

上記ガス化装置１では、回転筒状部２１、隔壁部５１および搬送構造５３ａ，５３ｂにより、粉体であるチャーを搬送しつつ当該粉体と熱分解ガスとの接触（固気接触）を良好に生じさせる粉体搬送装置が実現されるが、当該粉体搬送装置の構成は、ガス化装置１以外において用いられてもよい。この場合も、隔壁部５１により形成される複数の搬送空間５２に所定の粉体およびガスが供給され、当該粉体を搬送しつつ当該粉体と当該ガスとの接触が促進される。粉体搬送装置では、必ずしも内部が加熱される必要はない。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

４ 熱分解部
５ 改質部
２１ 回転筒状部
５１ 隔壁部
５２ 搬送空間
５３ａ，５３ｂ 搬送構造
５４ 軸部
５５ ガイド板
２１１ 供給口
２１２ 排出口
５１１ 板状部材
Ｊ１ 回転軸

Claims (4)

1. 粉体搬送装置であって、
   所定の回転軸に沿って延びる筒状であり、前記回転軸を中心として回転する回転筒状部と、
   前記回転軸に平行な軸方向に延びるとともに前記回転筒状部の内部を仕切る少なくとも１つの板状部材を有し、前記軸方向に延びる複数の搬送空間を形成する隔壁部と、
   を備え、
   前記複数の搬送空間に粉体およびガスが供給され、
   前記複数の搬送空間のそれぞれにおいて、前記回転筒状部の回転に伴って前記粉体を前記軸方向に搬送する搬送構造が設けられ、
   前記搬送構造が、
   搬送空間の内部において前記軸方向に延びる軸部と、
   前記軸部と前記搬送空間の内側面とを接続するとともに、前記軸部を周回しつつ前記軸部に沿って延びるガイド板と、
   を備え、
   前記ガイド板において前記搬送空間の前記内側面と接続する部位の、前記軸方向に対する傾斜角が、前記軸部を１周する間に変動することを特徴とする粉体搬送装置。
2. 請求項１に記載の粉体搬送装置であって、
   前記ガイド板が、前記軸部を１周する間において、前記軸部に略垂直な部位を含むことを特徴とする粉体搬送装置。
3. 請求項１または２に記載の粉体搬送装置であって、
   前記複数の搬送空間にそれぞれ設けられる複数の搬送構造が、
   前記回転筒状部の回転に伴って前記粉体を前記軸方向の一方側に搬送する第１搬送構造と、
   前記回転筒状部の回転に伴って前記粉体を前記軸方向の他方側に搬送する第２搬送構造と、
   を含むことを特徴とする粉体搬送装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の粉体搬送装置であって、
   前記回転筒状部において、前記軸方向における一方側の端部に供給口が設けられ、他方側の端部に排出口が設けられ、
   前記粉体搬送装置が、
   前記回転筒状部の内部において前記供給口側に設けられ、前記供給口から供給される被処理物の加熱により、熱分解ガスおよびチャーを生成する熱分解部と、
   前記回転筒状部の内部において前記熱分解部と前記排出口との間に設けられ、前記熱分解ガスを改質することにより、改質ガスを生成する改質部と、
   をさらに備え、
   前記複数の搬送空間を形成する前記隔壁部が前記改質部に設けられ、
   前記複数の搬送空間に前記チャーおよび前記熱分解ガスが供給されることを特徴とする粉体搬送装置。

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