JP2012120503A

JP2012120503A - 森林資源活用システム

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Publication number: JP2012120503A
Application number: JP2010275476A
Authority: JP
Inventors: Manabu Imura; 覚井村
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Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: JP5615151B2

Abstract

【課題】山地の森林資源を、スターリングエンジンにより発電して、森林資源を活用するシステムを提供する。
【解決手段】木材等の外部への搬出手段を有しない山林地Ａと木材等あるいは木材加工製品の外部への輸送手段を有する地点Ｂとの間に木材等や加工木材製品の搬送手段ならびに送電線を設け、Ｂ地点からＡ地点に製材加工装置、バイオマス燃料による外燃機関、この外燃機関に駆動される発電機を前記Ａ地点に搬送して設置し、樹木の枝葉、細木その他Ａ地点で入手できるバイオマス燃料を前記外燃機関に供給・始動し発電機を駆動して電力を前記製材加工装置、木材等や加工木材製品の前記搬送手段としての索道装置に供給するとともに製材加工等により生じる端材、樹皮、背板なども継続的に外燃機関に燃料として投入し、自家消費に必要な電力以外の残余の電力を外部に送電売却するようにする。
【選択図】図１

Description

本願発明は、熱効率に優れた外燃機関を利用した山林における森林資源活用システムに関し、詳しくは、樹木等の森林資源を豊富に有しながら搬出手段を有しないためにそれらの利用ができていない山岳部における森林資源活用システムに関するものである。

わが国は有数の山岳国であり豊富な森林資源を有している。この森林資源は往時は立木の伐採を中心とする林業経営の一環として盛んに利用されていた。しかし、わが国の立木地は急峻な山岳地帯をなすことが多く、伐木などの搬出手段に欠ける山林が多数であるため、今日では経済原則上の理由から有効利用ができていないのが実情である。

他方、地球温暖化の問題発生によりエネルギー源としてのバイオマス燃料が注目されるに至っている。したがって、輸送路がなくて有効利用できていない森林資源をコストに見合う形で利用できればわが国林業の活性化に大きく寄与できるばかりか二酸化炭素発生の抑止に資するところが大きい。
しかしながら、前述のようにこれまでのところ山中の森林資源を有効に活用できる方策は見出されていない。その最大の理由は山中に輸送路を構築するには巨額の費用を必要とし輸送路により搬出される森林資源の活用のみでは投入コストの回収が不可能なことに起因する。

そこで、本願発明者は種々研究・実験の結果、バイオマス燃料による動力機関を所定の山中に設置し、周辺の森林資源を燃料として発電した電力を中心軸にして森林資源を活用する構想を得るに至ったのである。

山中に設置する動力機関としては、簡単な構造で堅牢でありしかも製造コストの低廉なことが必要条件となる。このため、本願発明者は熱変換効率が理論的に最新の蒸気タービンと同等足りえるスターリングエンジンに着目した。このスターリングエンジンを森林資源が豊富な山中の所定地に設置し、この地でバイオマス燃料によりスターリングエンジンを作動させて発電することで、山中の森林資源を電力を利用した索道装置により山中基地から搬出して活用し、余剰の電力を売却して収益を得てトータルとして利益を産出する可能性を見出した。

周知のように、スターリングエンジンはバイオマスなどのあらゆる可燃物、地熱、太陽熱など、多様な熱源の利用が可能であるが、気体の熱膨張・熱収縮を利用するから仕事量に比して必要なき大量は多くなり、出力の割には大型化を要する。このため、今日では作動気体として大気圧の空気に替えてヘリウムガス等を高圧で充填するなどの措置がとられているが、これに伴い、次のような新たな課題も発生している。
１機械回転機構が複雑となる。
２高価な高圧のヘリウムガスを使用するために複雑なシール機構を要しているが、それでも短期間でガスが漏出してしまい、トータルコストの増大を回避できない。

本願に係る外燃機関に関連する技術文献として以下のものがある。
特開２００９−１５６２３３号公報特開２００９−９２００７号公報特開２００９−１２７４７６号公報特開２００９−９２０７９号公報再表２００４−１０１９８３号公報

本願発明の目的は、道路、鉄道などの輸送路を採算上あるいは地形、地勢上の理由から取り付けることのできない山地の森林資源を、当該山地の所定地点に設置したスターリングエンジンにより発電した電力の活用により、これまで眠ってきた森林資源を採算を確保できる状況の下に活用することにある。

本願発明は、樹木その他の森林資源を総合的に活用するシステムであって、バイオマス燃料による外燃機関、この外燃機関に駆動される発電機、発電量の一部を外部に送電するための装置、および製材加工装置を森林資源の外部への搬出手段を有しない山林地（樹木密集地）Ａに設置するとともに、木材等の外部への搬出手段を有しない山林地（樹木密集地）Ａと木材等あるいは木材加工製品の外部への輸送手段を有する地点Ｂとの間に木材等や加工木材製品の搬送手段を設け、前記Ａ地点において製材その他の木材加工をなし、加工作業に伴い生じる枝葉、樹皮、背板あるいは間伐材を前記外燃機関に供給して所定量の発電をなして前記製材加工装置ならびに加工木材製品のＡとＢ地点間の前記搬送手段の動力源として供給するとともに残余の電力を外部に送電するための装置を介して送電売却する一方、Ａ地点で製造した加工木材製品はＡとＢ地点間の前記搬送手段によりＢ地点まで搬送集積して所望の輸送手段により必要地点に出荷するようにした森林資源活用システムを提供して、上記従来の課題を解決する。

また、段落０００９の森林資源活用システムにおいて、加工木材製品のＡとＢ地点間の前記搬送手段は電動索道装置で構成することがある。

さらに、段落０００９又は００１０の森林資源活用システムにおいて、前記ＡおよびＢ地点の間に電力ケーブルを架設して前記製材加工装置ならびに加工木材製品のＡとＢ地点間の前記搬送手段で電力を費消した残余の電力をＢ地点に送電して外部に送電するための装置を介して売却送電するように構成することがある。

本願発明はまた、木材等の外部への搬出手段を有しない山林地（樹木密集地）Ａと木材等あるいは木材加工製品の外部への輸送手段を有する地点Ｂとの間に木材等や加工木材製品の搬送手段ならびに送電線を設け、Ｂ地点からＡ地点に製材加工装置、バイオマス燃料による外燃機関、この外燃機関に駆動される発電機を前記Ａ地点に搬送して設置し、樹木の枝葉、細木その他Ａ地点で入手できるバイオマス燃料を前記外燃機関に供給・始動し発電機を駆動して電力を前記製材加工装置、木材等や加工木材製品の前記搬送手段としての索道装置に供給するとともに製材加工等により生じる端材、樹皮、背板なども継続的に外燃機関に燃料として投入し、自家消費に必要な電力以外の残余の電力を外部に送電売却するようにした森林資源活用システムを提供する。

段落０００９ないし００１２いずれかの森林資源活用システムにおいて、前記外燃機関は、加熱気体室と、収納された前記加熱気体室を加熱するケーシングと、前記ケーシングに高温気体を供給して加熱するバイオマス燃焼炉と、前記加熱気体室から回転切り替え弁と固定弁を有する弁機構を介して送給される加熱気体の貯留室と、前記貯留室からの高圧高温気体により作動するエンジン部と、加熱気体室の冷却手段と、前記ケーシングならびに前記回転切り替え弁を軸支する回転軸と、この回転軸の駆動源と、を具えてなり、バイオマス燃焼炉から高温気体をケーシング内に供給して加熱気体室を加熱し、この加熱により加熱気体室内で高温高圧となった気体を前記回転切り替え弁の回転により固定弁との間に形成された通路を介して前記貯留室に放出するとともに、この貯留室から前記エンジン部のシリンダー内に加熱された高温・高圧気体を圧送してシリンダー内のピストンを作動させてエンジン部を回転駆動させるようになすことがある。

段落００１３の森林資源活用システムにおいて、弁機構は、固定弁と回転軸に取り付けられて前記固定弁に摺接しながら回転する回転切り替え弁とを具えてなり、前記それぞれの弁には複数の通路が形成されていて回転切り替え弁の回転により所定のタイミングで前記各弁の通路が連通することにより、加熱気体室から貯留室へ高温・高圧気体を送給するとともに高温・高圧気体の放出後の加熱気体室に冷却手段からの冷却気体を送給できる構成することがある。

段落００１４の森林資源活用システムにおいて、貯留室と固定弁の通路とを結ぶ連通路にはチェッキ弁を設けて所定圧力以上の高温・高圧気体のみを貯留室に導入する一方、前記冷却手段はコンプレッサーと内部でシリンダーが往復動するシリンダーポンプとを具えてコンプレッサーから冷却用空気をポンプの一端に圧入するとともに貯留室に導入されず加熱気体室に残留した所定圧力未満の気体をポンプの他端に導入してシリンダーポンプ内のシリンダーを動作させて前記冷却用空気を弁機構を介して残留気体を放出した後の加熱気体室に送給して冷却するように構成することがある。

段落００１５の森林資源活用システムにおいて、加熱気体室に残留した加熱気体の還流システムを設け、この還流システムは前記シリンダーポンプで構成して、コンプレッサーから導入された冷却用空気によりシリンダーを動作させてシリンダーポンプ内に導入された所定圧力未満の前記残留気体をバイオマス燃焼炉に還流させるようになすことがある。

段落００１５又は００１６の森林資源活用システムにおいて、コンプレッサーからシリンダーポンプへ冷却用空気を送る通路には水噴霧装置を設けて冷却用空気に水を噴霧するように構成することがある。

段落００１３ないし００１７いずれかの森林資源活用システムにおいて、ケーシング内で回転軸に固定される前記加熱気体室は複数を回転軸周りで等間隔に設けるとともに、その両端を回転切り替え弁の通路にそれぞれ連結される金属パイプを多段に折曲して構成し、良好な熱交換効率を得るように構成することがある。

段落００１３ないし００１８いずれかの森林資源活用システムにおいて、前記エンジン部は、シリンダーと、このシリンダーに嵌合されシリンダー内を往復動するピストンと、貯留室からの高温高圧気体をシリンダー内に噴出するための吸入口と、シリンダー内から膨張した作動気体を排出するための排出口と、吸入口および排出口にそれぞれ設けた逆止弁と、往復動を回転運動に変換するクランクシャフトと、クランクシャフトとピストンの間に介装されるコンロッドとを具えた構成となすことがある。

本願発明は上記構成により、従来、輸送路を取り付けることの困難であった山深い林地の森林資源を適正な投入コストで良好な採算の下に容易に活用することができる。

本願発明の概念構成を示す説明図である。本願発明に係る外燃機関の構成概要を示すブロック図である。外燃機関に係る１実施例を示す一部断面図である。加熱気体室の高温・高圧気体の供給時における弁機構の作動状態を示す一部断面図である。加熱気体室への冷却気体の送給時における弁機構の作動状態を示す一部断面図である。

外燃機関にはスターリングエンジンを採用するが、まず、木材等の外部への搬出手段を有しない山林地（樹木密集地）Ａと通常はＡ地点より低い地点にあり木材等あるいは木材加工製品の外部への輸送手段を有する地点Ｂとの間に索道装置（モノレール）と電力ケーブルを設置する。そして、索道装置によりスターリングエンジン、製材加工装置その他の必要基材をＢ地点からＡ地点まで搬送してそれぞれを設置する。

前記Ａ地点で、直ちに利用できる林木、落葉等のバイオマスを燃料源としてスターリングエンジンを駆動して発電を開始し、発電された電力を利用して製材加工装置により原木の製材加工をなす。この製材過程で生じた端材、樹皮、背板はバイオマス燃料としてスターリングエンジンの燃料に使用する。発電された電力は、索道装置、地点Ａにおける製材加工装置やその他の必要器具に使用するが、残余の電力は電力ケーブルを介して地点Ｂに送り外部に売却するようにする。

Ａ地点に運び上げる製材加工装置は、当初は簡易なものとして原木の精寸切り、粗製材をして心材製品のみをＢ地点に出荷するようにしてもよいが、全般的に軌道にのった段階でより高度の製材加工装置を運びあげてＡ地点において精密製材をなすようにしてもよい。

本願発明に係るスターリングエンジンは、バイオマス燃焼炉から高温の気体を回転軸により回転するケーシングに送給してケーシング内部を急激に加熱して内部に設けられた加熱気体室内を高温・高圧化し、これによる高温・高圧気体をエンジン部のシリンダー内に噴射しピストンを駆動させる構成を有している。エンジン部において円滑な回転を実現するには、ケーシング内に設けられる加熱気体室は複数個に構成するのが望ましい。

加熱気体室内およびケーシングに供給される気体すなわち熱交換媒体としての気体は空気が種々の面で好適である。ケーシング内部の加熱はバイオマス燃焼炉からの燃焼高温ガスが使用され、このガスは、ケーシング内部への放出時に摂氏550−600度程度に設定する。このようなケーシング内部の加熱により加熱気体室内の空気は摂氏約500度程度に加熱される。加熱気体室内の空気は摂氏1度の上昇でその体積の1/273が増加するから、例えば加熱気体室内の空気は摂氏２７３度の上昇により約2倍の体積となるが、加熱気体室は密閉空間であるから空気の膨張により圧力が約2倍となる。

加熱気体室から放出される高温・高圧空気は、エンジン部への噴出前に貯留室に保持してからエンジン部へ送るようにして供給の円滑化を図る。高温・高圧空気を放出した加熱気体室内には冷却空気を送って内部の低温低圧化を図る。これにより、加熱気体室の再加熱時に内部空気の高温・高圧化が容易になる。

加熱気体室からの高温・高圧空気は、いったん貯留室へ送られ、ここでいったん保持されるが、加熱気体室からのすべて加熱空気が貯留室に保持されるのではなく、所定値以下の圧力値の加熱空気はチェッキ弁により排除された後、シリンダーポンプを経てバイオマス燃焼炉に還流される。還流された加熱空気は十分な酸素ならびに熱量を有するからバイオマス燃焼炉におけるバイオマスの燃焼促進と燃料の節減に寄与することになる。

加熱気体室からの高温・高圧空気の放出や放出後の加熱気体室への冷却空気の導入は弁機構を介してなされる。この弁機構は、ケーシングにこれと同軸に取り付けられる回転切り替え弁とこれに摺接する固定弁とで構成される。回転切り替え弁には加熱気体室の排気口（高温・高圧空気の出口）ならびに吸気口（冷却空気の入り口）にそれぞれ接続する通路が形成される。一方、固定弁には所定のタイミングで回転切り替え弁の前記通路に連通する通路が形成される。回転切り替え弁と固定弁のそれぞれの通路位置は、例えば、ケーシング内で最大高温・高圧となった加熱気体室の排気口に接続する回転切り替え弁通路と固定弁通路が連通するように、また、加熱空気の放出を完了した加熱気体室の吸気口に接続する回転切り替え弁通路と固定弁通路が連通するように設定される。これによって、ケーシングの回転に伴い、加熱気体室からの高温・高圧空気の放出や放出を完了した加熱気体室への冷却空気の導入がタイミングよく実行されることになる。

図面により本願発明に係る森林資源活用システムの１実施例を説明する。図１は本願発明の概念構成を示す説明図で、Ｂは外部への輸送手段を有する地を示し、Ａは森林資源の外部への搬出手段を有しない山林地（樹木密集地）を示しており、Ａ，Ｂの両地点間には搬出手段としての電動索道装置ならびに電力ケーブル５１が設置されている。地点Ｂは山岳部の比較的高度の低い開豁地にあって道路あるいは鉄道等の輸送路により外部地域と結ばれていて貨物、人員の輸送が可能である。

地点Ａは、通常、地点Ｂより標高の高い位置にあり樹木等の森林資源は豊富であるがそれらの搬出手段を有しないために森林資源は手付かず休眠状態にある地域である。

電動索道装置５１により外燃機関としてのスターリングエンジンならびに発電機を地点Ａに搬送し、なお、製材加工装置も搬送する。地点Ａにおいて立木、倒木その他の森林植物を燃料としてスターリングエンジンを駆動し連結される発電機により発電する。電力は製材加工装置ならびに電動索道装置に使用されるが、残りの電力は地点Ｂに送られて外部に送電するための装置を介して外部の需要者に売却される。スターリングエンジンのバイオマス燃料として地点Ａにおける製材加工が進行するにつれて発生した端材、切り払われた枝葉、鋸屑なども使用されるようになる。

地点Ａには、簡易な製材加工装置を設置して立木の精寸切り、粗製材のみをなした後、これらを地点Ｂに搬出してそれ以上の精細加工をなすようにしてもよい。なお、電力を外部に送電するための装置は、いずれの地点に設けてもよいが地点Ｂのほうが保守管理等の観点から利点が多い。

この実施例に係る森林資源活用システムでは、後述の実施例に係るスターリングエンジンを使用し、発電機の仕様は３００ｋｗ/hのものである。この発電量を確保するには後述のスターリングエンジンに時間当たり１トンの木材（生木：水分率３５％、３５００ｋｃ/l）をバイオマス燃料として投入する必要がある。以上を基に電力単価を２０円/Kwhとして計算すると、次式１により１Kgの木材は６円分の電力を産出することになる。すなわち、地点Ａにおいて未利用で眠っていた木材資源が１Kgあたり６円の電力に変換され、道路、鉄道などの輸送路の有無に関係なく容易にどこへでも供給できる電力に変換されたことになる。
式１：時間当たり発電能力（ｋｗｈ） × 電力２０単価（￥２０） × 1/1000
因みに、スターリングエンジンに替えて水蒸気を利用した従来の発電装置の熱電変換効率は、１６０ｋｗｈの発電時に1.25トンの木材を必要としている。そしてその電力コストを上記式１にて研鑽すると、１ｋｇの木材資源は約￥２．５６にしかならず、システム全体として採算をとることがほとんど不可能である。

従来のスチーム利用動力機関による発電装置と本願が上記のように根本的に相違する理由は、
（１）本願ではスチームを使用しないので水の気化熱による損失が生じない。
（２）熱膨張してエンジンを駆動した後の使用済み排気空気で、バイオマス燃料を燃焼させる構成であるため、高い燃焼効率を得られ、従来のスチーム使用の動力に比較して燃焼効率は５-６倍になる。

本願発明に係るスターリングエンジンの後述の実施例のコストは、設置コストを加味し
ても、概ね４０００万円前後である。この費用を５年で償却すると償却費は、６６６，０００/月で、１日当たり￥２２，２００となる。
一方、一日の発電量は、毎時３００ｋｗの仕様とすると、３００×２４時間＝７，２００ｋｗとなる。今、発電量のすべてを売却すると、ｋｗ/\20で計算すると￥１４４，０００/日となる。そして、前述のように１時間あたり消費するバイオマス燃料としての木材は１トンであるから、１日あたり２４トンを要しこの木材単価はキロあたり３円と見込まれるから、￥７２，０００/日となる。発電全量を売却した場合の１日あたりの粗利益は￥１４４，０００−（￥７２，０００（燃料費）+￥２２，０００（償却費））＝￥５０，０００と算出できる。月額にしておおよそ￥１５００，０００が得られる。
上述は、地点Ａでの発電量を全量売却した場合の試算であるが、木材加工装置、電動索道装置その他に電力を供給し、加工木材を売却した場合はその売価、消費電力量により前述の粗利益は増減するが、いずれにしろ地点Ａでの休眠していた森林資源が前記のような利益を発生し、森林資源の有効活用が現実的な形態で可能になるのである。

次いで、図面に基づき本願発明に係る外燃機関の一実施例を説明する。図２は本願発明に係る外燃機関の構成概要を示すブロック図である。
図において、１は加熱気体室、２は前記加熱気体室１を収納して加熱するケーシング、３は前記ケーシング２に高温気体を供給して加熱するバイオマス燃焼炉、４は前記加熱気体室への気体の出入りに介在制御する弁機構で後述のように回転切り替え弁と固定弁を有している。なお、３１は燃料供給装置である。

また、５は、前記加熱気体室１から弁機構４を介して送給される加熱気体を高圧状態で保持する貯留室、６は前記貯留室５からの高温・高圧気体により作動するエンジン部、７は高温・高圧気体の放出後の加熱気体室の冷却手段である。なお、８は、前記エンジン部６により駆動される発電機である。そして、前記ケーシング２ならびに弁機構４の前記回転切り替え弁は、駆動源により回転する回転軸（不図示）において同軸に軸支されている。

バイオマス燃焼炉３からは高温気体（燃焼ガス）がケーシング２内に供給され加熱気体室１内の気体（空気）が加熱され、この加熱により加熱気体室１内で高温高圧となった気体（空気）は前記回転切り替え弁の回転により固定弁との間に形成された通路を介して前記貯留室５に放出され保持される。そして、貯留室５から前記エンジン部６のシリンダー内に加熱された高温・高圧気体を圧送してシリンダー内のピストンを作動させてエンジン部を回転駆動させるようになっている。

次に、図３により説明する。図３は、外燃機関に係る１実施例を示す一部断面図であり、構成要素示す符号は前記の図1と同一となっている。
図３において、１はケーシング2内に収納される加熱気体室である。この加熱気体室１は、相対向する一対の支柱１a,1aとこの支柱1a間に多段にわたり折曲重畳して架設された金属パイプ１ｂを具えている。この金属パイプの両端は排気口又は吸気口として後述のように弁機構４の回転切り替え弁の通路に連結されている。

この実施例において、12個の加熱気体室１が等間隔で回転軸１１に固定された支承軸１１aに固着されている。
弁機構４は、回転軸１１にケーシング２と同軸で固定される回転切り替え弁４１とこの回転切り替え弁４１に接合し回転切り替え弁４１が摺接しながら回転する固定弁４２とを有している。

前記それぞれの弁には複数の通路が形成されていて、ケーシング2の回転すなわち回転切り替え弁４１の回転により所定のタイミングで前記各弁の通路が連通することにより、加熱気体室１から貯留室５へ高温・高圧気体が送給される一方、高温・高圧気体の放出後の加熱気体室１に冷却手段７からの冷却気体を送給できるように回転切り替え弁４１と固定弁４２との間で相互の通路が連通するようになっている。

すなわち、回転切り替え弁４１と固定弁４２のそれぞれの通路位置は、例えば図４に示すように、ケーシング２内で最大高温・高圧となった加熱気体室１の金属パイプ１ｂの排気側端部口１ｂ１に接続する回転切り替え弁４１の通路４１aと固定弁４２の通路４２aが連通するように、また、図５に示すように加熱空気の放出を完了した加熱気体室１の金属パイプ１ｂの吸気端部口１ｂ２に接続する回転切り替え弁４１の通路と固定弁４２の通路４２ｂが連通するように設定される。これによって、ケーシング２の回転に伴い、加熱気体室１からの高温・高圧空気の放出や放出を完了した加熱気体室１への冷却空気の導入がタイミングよく実行されることになる。

前述のように、加熱気体室１からの高温・高圧気体は貯留室５へ供給されるが、ここですべての加熱気体が貯留室５へ供給されるのではない。すなわち、固定弁４２と貯留室５とを結ぶ連通路aにはチェッキ弁５aを設けて所定圧力以上の高圧気体のみを貯留室５に導入するようになっている。この実施例では、２気圧以上の気体を貯留室５に保持するようにしている。そして、２気圧未満の加熱気体は後述のようにバイオマス燃焼炉３に還流されることになる。

また、図において７は冷却手段であり、コンプレッサー７aと内部でシリンダーが往復動するシリンダーポンプ７bとを具えて、加熱気体放出後の加熱気体室１に冷却気体を送りこれを冷却する。コンプレッサー７aから冷却用空気がポンプ７bの一端に送給される一方、前述で貯留室５への流入を封止された２気圧未満の残留加熱気体は加熱気体室１から弁機構４を介して通路bを経てシリンダーポンプ７ｂに送られ、これにより先にシリンダーポンプ７ｂに導入されていた冷却気体はシリンダーの動作により通路ｃ、通路弁機構４を介して加熱気体室１に至りこれを冷却することになる。冷却を終えた冷却気体は弁機構４、通路eを経てケーシング２の排気筒２aに排気される。なお、通路ｃの冷却気体には噴霧装置Ｓにより水を噴射する構成を採用することもある。

上述で、冷却気体がシリンダーポンプ７ｂから押し出されてポンプ７ｂ内には前記の残留加熱気体が保持されているが、ここで再び、コンプレッサー７aから冷却気体がポンプ７ｂ内に送給され、これによりシリンダーが作動して前記残留加熱気体は通路ｄを経てバイオマス燃焼炉３に還流されて、残留加熱気体の有する酸素、熱量がバイオマス燃焼炉３において再利用される。

貯留室５に保持された高温・高圧（この実施例では2気圧以上）の気体は通路ｆを経てエンジン部６に送られ、エンジン部６を駆動させる。このエンジン部６は、シリンダーと、このシリンダーに嵌合されシリンダー内を往復動するピストンと、貯留室からの高温高圧気体をシリンダー内に噴出するための吸入口と、シリンダー内から膨張した作動気体を排出するための排出口と、吸入口および排出口にそれぞれ設けた逆止弁と、往復動を回転運動に変換するクランクシャフトと、クランクシャフトとピストンの間に介装されるコンロッドを有する周知構成になる２サイクルエンジンである。排出口からの排気は通路ｇを経てバイオマス燃焼炉３に還流され、排気が有する酸素、熱量がバイオマス燃焼炉３において再利用される。

バイオマス燃焼炉３では、間伐材、稲わら、落ち葉その種々のバイオマス燃料が使用されるが、生じた高温の燃焼ガスは通路ｈを経てケーシング２に送られて、前述のようにその内部で加熱気体室１を加熱することになる。

加熱気体室１は、この実施例では１２個が等間隔で回転軸１１の周りに固定され、それぞれの加熱気体室１の出口、入り口は前記のように回転切り替え弁４１に形成された通路に連結され、これらの通路は固定弁に形成された通路に加熱気体室１の回転に応じたタイミングで連通して、加熱気体の排出、冷却気体の導入がなされることは前記の通りである。
そして、この実施例では、気体は空気が使用されていて、回転軸１１は駆動源としてもモーターｍにより2回転／分の設定になっている。

本願発明では、気体、特に空気を熱媒体として使用しており、使用済みの空気すなわちエンジン部から排気された加熱空気、貯留室に導入されず加熱気体室に残留した加熱空気には、高温に加熱された酸素が未だ十分に残っており、これらをバイオマス燃焼炉に還流させて利用することによりバイオマス燃焼炉は少ない燃料で多量の高温ガスを発生することが可能になっている。

加熱気体室１は、上記実施例では銅パイプで形成され、この熱交換器として作用する銅パイプの収納されたケーシング２にはバイオマス燃焼炉３で発生した高温燃焼ガスが導入されて、ケーシング2の下端から上端の排気筒まで移動する間に銅パイプの周囲を通過して加熱気体室1内の空気との熱交換がなされる。

前述の実施例では、エンジン部に発電機を接続して毎時５ｋｗＨの電力を得られるように構成されているが、この場合15万Ｋｃａｌ／Ｈの熱量を要するが、この熱量のうち5万キロカロリー分は、段落００３２その他で説明したような加熱気体の還流分で賄うことができ、これをバイオマス燃料チップに換算すると約２５Ｋｇとなる。

本願発明では、気体（空気）を直接加熱し、その体積膨張力（圧力）を利用しているが、その利点はおよそ以下のようである。
（１）空気は、1気圧下で比熱0.24kcl／立法メートルであり、温度が1度上昇すると体積は0.3％増えることになるが、この膨張空気をパルス的に連続して取り出し集積して利用できる。これは、従来技術では実現されていない点である。
（２）上記の実施例では、1個の加熱気体室の約３３％の加熱高圧空気（大気圧より1気圧以上大である）を取り出せることが可能で、残余の加熱空気（2気圧未満であるが大気圧より高圧である）を冷却空気の吹き込み原動力として利用している。
（３）従来の蒸気ボイラーのように気化熱が生じることがないので、ほぼ10倍近い熱効率を得ることができる。

Claims

樹木その他の森林資源を総合的に活用するシステムであって、バイオマス燃料による外燃機関、この外燃機関に駆動される発電機、発電量の一部を外部に送電するための装置、および製材加工装置を森林資源の外部への搬出手段を有しない山林地（樹木密集地）Ａに設置するとともに、木材等の外部への搬出手段を有しない山林地（樹木密集地）Ａと木材等あるいは木材加工製品の外部への輸送手段を有する地点Ｂとの間に木材等や加工木材製品の搬送手段を設け、前記Ａ地点において製材その他の木材加工をなし、加工作業に伴い生じる枝葉、樹皮、背板あるいは間伐材を前記外燃機関に供給して所定量の発電をなして前記製材加工装置ならびに加工木材製品のＡとＢ地点間の前記搬送手段の動力源として供給するとともに残余の電力を外部に送電するための装置を介して送電売却する一方、Ａ地点で製造した加工木材製品はＡとＢ地点間の前記搬送手段によりＢ地点まで搬送集積して所望の輸送手段により必要地点に出荷するようにしたことを特徴とする森林資源活用システム。
請求項１記載の森林資源活用システムにおいて、加工木材製品のＡとＢ地点間の前記搬送手段は電動索道装置であることを特徴とする森林資源活用システム。
請求項１又は２記載の森林資源活用システムにおいて、前記ＡおよびＢ地点の間に電力ケーブルを架設して前記製材加工装置ならびに加工木材製品のＡとＢ地点間の前記搬送手段で電力を費消した残余の電力をＢ地点に送電して外部に送電するための装置を介して売却送電するようにしたことを特徴とする森林資源活用システム。
木材等の外部への搬出手段を有しない山林地（樹木密集地）Ａと木材等あるいは木材加工製品の外部への輸送手段を有する地点Ｂとの間に木材等や加工木材製品の搬送手段ならびに送電線を設け、Ｂ地点からＡ地点に製材加工装置、バイオマス燃料による外燃機関、この外燃機関に駆動される発電機を前記Ａ地点に搬送して設置し、樹木の枝葉、細木その他Ａ地点で入手できるバイオマス燃料を前記外燃機関に供給・始動し発電機を駆動して電力を前記製材加工装置、木材等や加工木材製品の前記搬送手段としての索道装置に供給するとともに製材加工等により生じる端材、樹皮、背板なども継続的に外燃機関に燃料として投入し、自家消費に必要な電力以外の残余の電力を外部に送電売却するようにしたことを特徴とする森林資源活用システム。
請求項１ないし４いずれか記載の森林資源活用システムにおいて、前記外燃機関は、加熱気体室と、収納された前記加熱気体室を加熱するケーシングと、前記ケーシングに高温気体を供給して加熱するバイオマス燃焼炉と、前記加熱気体室から回転切り替え弁と固定弁を有する弁機構を介して送給される加熱気体の貯留室と、前記貯留室からの高圧高温気体により作動するエンジン部と、加熱気体室の冷却手段と、前記ケーシングならびに前記回転切り替え弁を軸支する回転軸と、この回転軸の駆動源と、を具えてなり、バイオマス燃焼炉から高温気体をケーシング内に供給して加熱気体室を加熱し、この加熱により加熱気体室内で高温高圧となった気体を前記回転切り替え弁の回転により固定弁との間に形成された通路を介して前記貯留室に放出するとともに、この貯留室から前記エンジン部のシリンダー内に加熱された高温・高圧気体を圧送してシリンダー内のピストンを作動させてエンジン部を回転駆動させるようにしたことを特徴とする森林資源活用システム。
請求項５記載の森林資源活用システムにおいて、弁機構は、固定弁と回転軸に取り付けられて前記固定弁に摺接しながら回転する回転切り替え弁とを具えてなり、前記それぞれの弁には複数の通路が形成されていて回転切り替え弁の回転により所定のタイミングで前記各弁の通路が連通することにより、加熱気体室から貯留室へ高温・高圧気体を送給するとともに高温・高圧気体の放出後の加熱気体室に冷却手段からの冷却気体を送給できる構成としたことを特徴とする森林資源活用システム。
請求項６記載の森林資源活用システムにおいて、貯留室と固定弁の通路とを結ぶ連通路にはチェッキ弁を設けて所定圧力以上の高温・高圧気体のみを貯留室に導入する一方、前記冷却手段はコンプレッサーと内部でシリンダーが往復動するシリンダーポンプとを具えてコンプレッサーから冷却用空気をポンプの一端に圧入するとともに貯留室に導入されず加熱気体室に残留した所定圧力未満の気体をポンプの他端に導入してシリンダーポンプ内のシリンダーを動作させて前記冷却用空気を弁機構を介して残留気体を放出した後の加熱気体室に送給して冷却するように構成したことを特徴とする森林資源活用システム。
請求項７記載の森林資源活用システムにおいて、加熱気体室に残留した加熱気体の還流システムを設け、この還流システムは前記シリンダーポンプで構成して、コンプレッサーから導入された冷却用空気によりシリンダーを動作させてシリンダーポンプ内に導入された所定圧力未満の前記残留気体をバイオマス燃焼炉に還流させるようにしたことを特徴とする森林資源活用システム。
請求項７又は８記載の森林資源活用システムにおいて、コンプレッサーからシリンダーポンプへ冷却用空気を送る通路には水噴霧装置を設けて冷却用空気に水を噴霧するようにしたことを特徴とする外燃機関。
請求項５ないし９いずれか記載の森林資源活用システムにおいて、ケーシング内で回転軸に固定される前記加熱気体室は複数を回転軸周りで等間隔に設けるとともに、その両端を回転切り替え弁の通路にそれぞれ連結される金属パイプを多段に折曲して構成し、良好な熱交換効率を得るようにしたことを特徴とする森林資源活用システム。
請求項５ないし１０いずれか記載の森林資源活用システムにおいて、前記エンジン部は、シリンダーと、このシリンダーに嵌合されシリンダー内を往復動するピストンと、貯留室からの高温高圧気体をシリンダー内に噴出するための吸入口と、シリンダー内から膨張した作動気体を排出するための排出口と、吸入口および排出口にそれぞれ設けた逆止弁と、往復動を回転運動に変換するクランクシャフトと、クランクシャフトとピストンの間に介装されるコンロッドとを具えたことを特徴とする森林資源活用システム。