(57)【要約】【課題】  多種多様なバイオマス燃料の燃焼を熱源としても長期的に連続して安定した稼働が可能な発電装置、発電方法、発電車、発電システム、および移動式発電システムを提供することを目的とする。【解決手段】  分離壁１３０が、家畜の糞尿、食品廃棄物、木質廃材などの有機ゴミなどのバイオマス燃料を燃焼する燃焼室１１０と、バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために外燃機関１５０が有する加熱部１５１が設置される高温室１２０とを分離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス燃料の燃焼を熱源とした外燃機関による発電装置において、
前記バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、前記バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために前記外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離するための分離壁、
を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記分離壁は、
熱伝導率性、耐熱性、および強度を備えた材質で形成された高伝熱壁であること、
を特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記高伝熱壁は、
カーボンナノチューブで形成されること、
を特徴とする請求項２記載の発電装置。
【請求項４】
前記高伝熱壁は、
銅板で形成されること、
を特徴とする請求項２記載の発電装置。
【請求項５】
前記高伝熱壁は、
前記燃焼空間の熱を前記高温空間に伝達するための高伝達構造、
を備えることを特徴とする請求項２記載の発電装置。
【請求項６】
前記高伝達構造は、
前記燃焼空間側で燃焼された前記バイオマス燃料の熱を吸熱するための吸熱手段、
を備えることを特徴とする請求項５記載の発電装置。
【請求項７】
前記高伝達構造は、
前記高温空間側で前記高伝熱壁が吸熱した熱を放熱するための放熱手段、
を備えることを特徴とする請求項５記載の発電装置。
【請求項８】
前記高伝熱壁は、
前記高温空間の温度を蓄熱するための蓄熱手段、
を備えることを特徴とする請求項２記載の発電装置。
【請求項９】
前記分離壁に付着した不純物を取り除くための不純物除去手段、
を備えることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項１０】
前記不純物除去手段は、
前記分離壁に振動を加える加振手段であること、
を特徴とする請求項９記載の発電装置。
【請求項１１】
前記不純物除去手段は、
前記分離壁に衝撃を加える衝撃手段であること、
を特徴とする請求項９記載の発電装置。
【請求項１２】
前記高温空間は、
前記高温空間内の流体を攪拌するための攪拌手段、
を備えることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項１３】
前記高温空間は、
前記高温空間に投入した精製された燃料を燃焼させるための燃焼手段、
を備えることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項１４】
前記精製された燃料は、
重油であること、
を特徴とする請求項１３記載の発電装置。
【請求項１５】
前記高温空間に、
熱伝導率が高い気体が注入されること、
を特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項１６】
前記燃焼空間で前記バイオマス燃料を燃焼することで発生する燃料排ガスを利用した熱交換手段、
を備えることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項１７】
前記外燃機関は、
スターリングエンジンであること、
を特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項１８】
バイオマス燃料の燃焼を熱源とした外燃機関による発電方法において、
分離壁が、前記バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、前記バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために前記外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離する行程、
を備えることを特徴とする発電方法。
【請求項１９】
バイオマス燃料の燃焼を熱源とした外燃機関による発電装置であって、前記バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、前記バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために前記外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離するための分離壁を備える発電装置と、
前記発電装置を移動するための移動手段と、
を備えることを特徴とする発電車。
【請求項２０】
バイオマス燃料の燃焼を熱源とした外燃機関による発電装置であって、前記バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、前記バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために前記外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離するための分離壁を備える発電装置と、
前記発電装置で燃焼させる前記バイオマス燃料を前記発電装置に提供するための燃料提供装置と、
を備えることを特徴とする発電システム。
【請求項２１】
前記燃料提供装置は、
廃棄物を細断することで前記バイオマス燃料の原材料を生成する細断部、
を備えることを特徴とする請求項２０記載の発電システム。
【請求項２２】
前記燃料提供装置は、
前記バイオマス燃料を乾燥させるためのバイオマス燃料乾燥手段、
を備えることを特徴とする請求項２０記載の発電システム。
【請求項２３】
前記バイオマス燃料乾燥手段は、
前記バイオマス燃料の原材料を貯蔵する原材料貯蔵室と、前記燃焼空間で前記バイオマス燃料を燃焼することで発生する燃料排ガスを排出する燃料排ガス排出口とを接続するための接続部であること、
を特徴とする請求項２２記載の発電システム。
【請求項２４】
前記バイオマス燃料乾燥手段は、
前記バイオマス燃料にマイクロ波を照射するためのマイクロ波発生装置であること、
を特徴とする請求項２２記載の発電システム。
【請求項２５】
バイオマス燃料の燃焼を熱源とした外燃機関による発電装置であって、前記バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、前記バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために前記外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離するための分離壁を備える発電装置と、前記発電装置を移動させるための移動手段とを備える発電車と、
前記発電装置で燃焼させる前記バイオマス燃料を前記発電装置に提供するための燃料車と、
を備えることを特徴とする移動式発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置、発電方法、発電車、発電システム、および移動式発電システムに関し、特にバイオマス燃料の燃焼を熱源とした外燃機関による発電装置、発電方法、発電車、発電システム、および移動式発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、日本は地震大国と呼ばれるほど地震が多い国であり、地震に対する様々な備えが不可欠となっている。東北地方および東日本にわたって未曾有の災害をもたらした東日本大震災では、被災後８年を経過しようとしているが復興は今なお途上にある。
【０００３】
この東日本大震災では、被災地を始め多くの地域で電気やガス、石油系燃料が長期にわたり供給できなくなった。近年では、首都圏直下型地震を始めとする大規模地震や、異常気象等に伴う災害が各地で予想されており、緊急時にも対応できる地域分散型の再生可能エネルギーの活用が重要になってきている。
【０００４】
そこで家畜の糞尿、食品などの生活・産業廃棄物、木質廃材などの多種多様な有機ゴミを直接燃焼し、発生する熱を利用して発電させる例えばスターリングエンジンなどの外燃機関を用いたバイオマス発電システムが開発されている。
【０００５】
図５は、従来のスターリングエンジンなどの外燃機関を用いたバイオマス発電システムの概念を示すブロック図である。
図５に示すように、バイオマス発電システム１０は、加熱容器１１内にバイオマス燃料を投入して燃焼させることで、スターリングエンジン１２が備える加熱部１３に熱を与え、スターリングエンジン１２が熱エネルギーを運動エネルギーに変換することで発電している。発電された電力は、インバータ１４等を介して接続された電気機器へ電力が供給されている。ところが、従来のバイオマス発電システム１０では、長期的に安定した稼働ができない問題がある。
【０００６】
具体的には、従来のバイオマス発電システム１０で発電すると発電出力は稼働開始から１時間３０分頃を最大にして、徐々に出力値が下がってしまう。一方で、加熱容器１１内温度および排気温度は稼働開始から１時間３０分以降も７００℃〜８００℃を示しており、加熱容器１１内で安定した熱量を供給している。
【０００７】
この稼働開始から１時間３０分頃から発電出力が低下してしまう原因は、稼働開始から１時間３０分程度でスターリングエンジン１２が効率よく熱交換できなくなってしまうからである。
【０００８】
図６は、スターリングエンジンの加熱部に不純物が付着した様子を示すブロック図である。
図６示すように、加熱容器１１内で多種多様なバイオマス燃料の燃焼を続けると、やがてそのバイオマス燃料を燃焼することで灰、クリンカ、タールなどのコンタミネーションと呼ばれる不純物が発生してくる（以下、これらの不純物をコンタミネーションの略称としてコンタミと称する）。
【０００９】
このバイオマス燃料が燃焼すると、加熱容器１１内で発生したコンタミ１５が加熱部１３に付着することで、加熱部１３への熱伝達が不十分となり、スターリングエンジン１２が作動しなくなってしまう。このためスターリングエンジン１２の発電効率が低下し、稼働開始から１時間３０分頃から発電出力が低下していた。
【００１０】
このコンタミ１５が加熱部１３に付着してしまう要因としては、加熱容器１１内の温度に対して加熱部１３の温度が低いことが考えられる。スターリングエンジン１２では熱エネルギーを運動エネルギーに変換するために、加熱部１３では熱交換が行われる。このため加熱部１３の温度は加熱容器１１内の温度と比較して低い。
【００１１】
加熱容器１１内でバイオマス燃料を燃焼すると、暖められた気体は膨張し気温の低い加熱部１３の方向へ流れていくため、バイオマス燃料を燃焼して発生するコンタミ１５も一緒に加熱部１３の方向に流れていき、やがて加熱部１３に付着してしまう。
【００１２】
そこでバイオマス発電システムにおいてバイオマス燃料を燃焼させても、安定して稼働することのできるスターリングエンジンが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
例えば特許文献１で公開された技術では、加熱部と冷却部とが一体で形成されたスターリングエンジン本体と、バイオマス燃料などの熱源から加熱部に熱を伝導する外殻部材とを備えており、加熱部は先端部分が閉じた円筒状に形成され、外殻部材は一端が閉じ他端が開口する筒状に形成され、加熱部の外面に外殻部材が加熱部の先端部分を覆う態様で配置され、外殻部材の開口部が加熱部の円筒状の部位に着脱可能な固定手段により固定され、加熱部の外面と外殻部材の加熱部に面する内面との間に蓄熱材が充填されるスターリングエンジが提示されている。
【００１４】
この特許文献１で公開されたスターリングエンジンでは、スターリングエンジンは加熱部を含むエンジン本体とバイオマス燃料などの熱源からの熱を伝導する外殻部材とが別体で形成されているため、個別に最適な材料を選択することができる。
【００１５】
具体的には、加熱部を含むエンジン本体には強度の高い材料を選択し、外殻部材には耐熱性および熱伝導性の高い材料を選択することができる。そして、加熱部と外殻部材の間に蓄熱材が充填されているので、蓄熱材により効率よく熱を吸収することができる。
【００１６】
また、熱源の温度変動があっても、蓄熱材が温度変動を吸収して、蓄熱材から加熱部へ熱を安定して供給することができ、スターリングエンジンを安定稼働させることができる。
【００１７】
そして、外殻部材はエンジン本体の加熱部に着脱可能な固定手段で固定される構成とされているので、外殻部材が劣化したら、外殻部材を交換することで、スターリングエンジンのエンジン本体は継続して使用できる。
また、熱源ごとに専用の外殻部材を用意し、熱源に応じて外殻部材を選択することで、異なる熱源に容易に対応させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２９１４−４７７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかし、特許文献１で公開されたスターリングエンジンでは、長期的に連続して安定した稼働ができないという問題があった。
具体的には、特許文献１で公開されたスターリングエンジンでは、「外殻部材はエンジン本体の加熱部に着脱可能な固定手段で固定される構成とされているので、外殻部材が劣化したら外殻部材を交換できる」とあるが、スターリングエンジンの稼働中の加熱部付近ではバイオマス燃料を燃焼しているため高温な状態にある。
【００２０】
このような高温状態で外殻部材の交換作業を行うことは不可能であり、外殻部材を交換する際にはバイオマス燃料の燃焼を停止させ、加熱容器内の温度を低下させてから外殻部材の交換作業を行う必要がある。このように外殻部材を交換するために温度を低下させた状態では、スターリングエンジンが発電することはできないため長期的に連続して安定した稼働ができない。
【００２１】
また、特許文献１で公開されたスターリングエンジンでは、「熱源ごとに専用の外殻部材を用意し、熱源に応じて外殻部材を選択することで、異なる熱源に容易に対応させることができる」とあるが、バイオマス燃料は多種多様であり、外殻部材を各種類のバイオマス燃料に対応させるには、製造コストが増加する問題がある。また燃焼させるバイオマス燃料ごとに外殻部材を交換するのは非常に効率が悪く、こちらも長期的に連続して安定した稼働ができない。
【００２２】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、多種多様なバイオマス燃料の燃焼を熱源としても長期的に連続して安定した稼働が可能な発電装置、発電方法、発電車、発電システム、および移動式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】
【００２３】
本発明では上記問題を解決するために、バイオマス燃料の燃焼を熱源とした外燃機関による発電装置において、前記バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、前記バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために前記外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離するための分離壁を備えることを特徴とする発電装置が提供される。
【００２４】
これにより、分離壁が、バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離する。
【００２５】
また、本発明では、バイオマス燃料の燃焼を熱源とした外燃機関による発電方法において、分離壁が、前記バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、前記バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために前記外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離する行程を備えることを特徴とする発電方法が提供される。
【００２６】
これにより、分離壁が、バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離する。
【００２７】
また、本発明では、バイオマス燃料の燃焼を熱源とした外燃機関による発電装置であって、前記バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、前記バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために前記外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離するための分離壁を備える発電装置と、前記発電装置を移動するための移動手段とを備えることを特徴とする発電車が提供される。
【００２８】
これにより、発電装置では、分離壁が、バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離し、移動手段が発電装置を移動させる。
【００２９】
また、本発明では、バイオマス燃料の燃焼を熱源とした外燃機関による発電装置であって、前記バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、前記バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために前記外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離するための分離壁を備える発電装置と、前記発電装置で燃焼させる前記バイオマス燃料を前記発電装置に提供するための燃料提供装置とを備えることを特徴とする発電システムが提供される。
【００３０】
これにより、発電装置では、分離壁が、バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離し、燃料提供装置が、発電装置で燃焼させるバイオマス燃料を発電装置に提供する。
【００３１】
また、本発明では、バイオマス燃料の燃焼を熱源とした外燃機関による発電装置であって、前記バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、前記バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために前記外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離するための分離壁を備える発電装置と、前記発電装置を移動させるための移動手段とを備える発電車と、前記発電装置で燃焼させる前記バイオマス燃料を前記発電装置に提供するための燃料車とを備えることを特徴とする移動式発電システムが提供される。
【００３２】
これにより、発電車では、発電装置の分離壁がバイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離し、移動手段が発電装置を移動させ、燃料車が、発電装置で燃焼させるバイオマス燃料を発電装置に提供する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の発電装置、発電方法、発電車、発電システム、および移動式発電システムによれば、分離壁が、バイオマス燃料を燃焼する燃焼空間と、バイオマス燃料を燃焼することで発生する熱エネルギーを得るために外燃機関が有する加熱部が設置される高温空間とを分離するので、多種多様なバイオマス燃料を燃焼することで発生する多種多様なコンタミが分離壁によって燃焼空間内に隔離され、コンタミが存在しない高温空間で加熱部が効率よく熱交換できるようになり、多種多様なバイオマス燃料の燃焼を熱源としても長期的に安定した稼働を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施の形態に係る外燃機関を利用した発電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】分離壁の詳細および形状の一例を示す断面図である。
【図３】第２の実施の形態に係る外燃機関を利用した発電システムの構成を示すブロック図である。
【図４】第３の実施の形態に係る発電車および燃料車の構成を示すブロック図である。
【図５】従来のスターリングエンジンなどの外燃機関を用いたバイオマス発電システムの概念を示すブロック図である。
【図６】スターリングエンジンの加熱部に不純物が付着した様子を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る外燃機関を利用した発電システムの構成を示すブロック図である。
【００３６】
第１の実施の形態に係る発電装置は、様々なバイオマス燃料を燃焼させて外燃機関に熱を与えることにより、外燃機関が熱エネルギーを運動エネルギーに変換し発電するものである。
【００３７】
図１に示すように、発電装置１００は、加熱容器内部に、バイオマス燃料を燃焼させるための燃焼室１１０、および燃焼室１１０によって温められる高温室１２０を備えており、燃焼室１１０と高温室１２０とは分離壁１３０によって完全に分離されている。
【００３８】
燃焼室１１０と高温室１２０とを分離するための分離壁１３０は、熱伝導率が高く、耐熱性、強度に優れた素材、例えばカーボンナノチューブ、銅板などの鋼材で形成されている。
【００３９】
分離壁１３０を熱伝導率が高い銅板で形成することで、銅板は加工しやすく、銅は比較的安価な素材なため、全体的に安価で製造することができる。一方でカーボンナノチューブは高価ではあるが、銅と比較して約１０倍の高熱伝導特性を持ち、鋼鉄の２０倍の強度を持つため分離壁１３０を形成するのに適している。またカーボンナノチューブと銅との複合材料で分離壁１３０を形成するようにしてもよい。
【００４０】
燃焼室１１０の一部には、燃焼室１１０でバイオマス燃料を燃焼させることで生じる燃焼排ガスを排出するための燃焼排ガス排出口１１１が設けられている。また、燃焼排ガス排出口１１１と燃焼室１１０との接合部には熱交換器１４０が設けられており、燃焼室１１０で排出される燃焼排ガスの熱と冷水とを熱交換させることでお湯を作ることができる。  
【００４１】
また燃焼室１１０には、バイオマス燃料を投入するためのバイオマス燃料投入口１１２が設けられており、燃焼室１１０内に設けられたここでは図示しない着火手段により、燃焼室１１０内でバイオマス燃料を燃焼することができる。
また燃焼室１１０には、バイオマス燃料を燃焼させるために必要な空気を機関内に取り入れるための図示しない吸気口が設けることができる。
【００４２】
高温室１２０には、燃焼室１１０で、バイオマス燃料を燃焼させることで得られる熱エネルギーを運動エネルギーに変換するための外燃機関１５０が取り付けられている。
外燃機関１５０は、例えばスターリングエンジンであって、直接燃焼で使用できる商用のスターリングエンジンを利用するとよい。
【００４３】
外燃機関１５０は、熱エネルギーを運動エネルギーに変換するために加熱する部分である加熱部１５１を備えており、加熱部１５１が高温室１２０に露出するように取り付けられている。
【００４４】
外燃機関１５０で発電される電力は、接続されたインバータ１６０を介して接続された電気機器へ電力が供給される。また蓄電池を用いることで、外燃機関１５０で発電される電力を蓄電池に溜め、蓄電した電力を必要に応じて供給するようにしてもよい。
【００４５】
高温室１２０の内部には、高温室１２０の内部の気体を循環させるためのファン１７０が備えられている。ファン１７０が高温室１２０の内部の気体を循環させることで、加熱部１５１に高温の気体を常に接触させることができ、発電効率を上げることができる。
高温室１２０の内部には非常に高温になるため、ファン１７０を回転させるためのモータ１７１は高温室１２０の外部に置くこともできる。
【００４６】
また高温室１２０の内部では、ファン１７０によって気体が循環されているが、この気体を熱伝導率の高い気体、例えばヘリウムなどの熱伝導率の高い気体を注入しておくことで、燃焼室１１０の高温を効率よく加熱部１５１に接触させることができる。
【００４７】
制御部１８０は、燃焼室１１０および高温室１２０の外部に設置され、図示しない通信線で発電装置１００を監視、制御するためのものである。具体的に制御部１８０は、燃焼室１１０の燃焼状況を監視、制御したり、高温室１２０高温室の温度を監視、制御したりするためのものである。
また制御部１８０は、正常に発電装置１００が動作しているかを監視、制御し、必要に応じてアラームなどの警告を出すこともできる。さらに必要なデータを蓄積し、蓄積したデータを故障時の分析などに用いることもできる。また制御部１８０を図示しないインターネットなどのネットワークに接続することで、遠隔地での操作や監視を行えるようにすることもできる。
【００４８】
次に、発電装置１００の動作について説明する。
まず発電装置１００バイオマス燃料を投入する。ここでいうバイオマス燃料とは、化石燃料以外の植物や農産物などの自然界の有機性資源から抽出した燃料であって、木くずや廃材、生活廃棄物、家畜の糞尿などが例として挙げられる。
【００４９】
バイオマス燃料は、バイオマス燃料投入口１１２より燃焼室１１０に投入され、投入されたバイオマス燃料は燃焼室１１０内で着火手段により燃焼される。バイオマス燃料投入口１１２から燃焼室１１０にバイオマス燃料を投入する方法は、人力による投入手段でもよく、またベルトコンベアなどの自動化された構造によりバイオマス燃料を燃焼室１１０内に投入するようにしてもよい。
【００５０】
バイオマス燃料が燃焼室１１０内で燃焼されて所定の時間が経過すると、燃焼室１１０内の温度は１５００℃程度まで上昇する。燃焼室１１０内の温度が上昇すると、例えばカーボンナノチューブ、銅板などの高熱伝導率性、高耐熱性、強度を備えた素材で形成された分離壁１３０を介して燃焼室１１０内の温度が高温室１２０に伝わる。
【００５１】
このとき、燃焼室１１０でバイオマス燃料を燃焼することで生じる灰やタール、クリンカなどのコンタミは、分離壁１３０によって燃焼室１１０と高温室１２０とが完全に分離されているため、燃焼室１１０内で発生したコンタミが高温室１２０に混入することなく燃焼室１１０内にとどまることになる。
【００５２】
さらに、分離壁１３０は、カーボンナノチューブ、銅板などの高熱伝導率性、高耐熱性、強度を備えた素材で形成されているため、高い熱伝導率で燃焼室１１０の温度を高温室１２０に伝達することができ、外燃機関１５０の加熱部１５１に必要十分な温度を伝達することができる。
【００５３】
これにより従来から問題となっていた、コンタミが外燃機関１５０の加熱部１５１に付着してしまうことで、熱エネルギーの変換効率が低回してしまう問題を解決することができる。
【００５４】
また、コンタミが外燃機関１５０の加熱部１５１に付着することがないので、外燃機関１５０の加熱部１５１を清掃する手間や、加熱部１５１に外殻部材の取り付け作業、外殻部材の劣化による交換作業などの手間が省略され、外燃機関１５０の長期的に連続して安定した稼働を供給することができる。
【００５５】
さらに、コンタミが外燃機関１５０の加熱部１５１に付着することがないので、バイオマス燃料の種類によって外殻部材を用意することがなくなり、燃焼するバイオマス燃料の種類によって交換しなくてはならない外殻部材の交換作業などの手間が省略され、外燃機関１５０の安定した稼働を供給することができる。
【００５６】
高温室１２０の内部には、ファン１７０が設けられており、ファン１７０を駆動させることで燃焼室１１０から伝わった高温が高温室１２０内で攪拌され、燃焼室１１０から伝わった高温が高温室１２０内で循環する。これにより、燃焼室１１０から伝わる高温を外燃機関１５０の加熱部１５１に効率よく伝達することができる。
【００５７】
燃焼室１１０でバイオマス燃料を燃焼することで発生する燃焼排ガスは、燃焼室１１０の一部に設けられた燃焼排ガス排出口１１１によって排出される。燃焼排ガス排出口１１１と燃焼室１１０との接合部に熱交換器１４０を設けることで、燃焼室１１０で排出される燃焼排ガスの熱と冷水とを熱交換させてお湯を供給することもできる。
【００５８】
燃焼室１１０でバイオマス燃料を燃焼すると、やがて燃焼室１１０内にコンタミが残ることになるが、このように燃焼室１１０に残ったコンタミは、図示しないコンタミ排出口から排出すればよく、発電装置１００の稼働終了後に行えばよい。また自動でコンタミを燃焼室１１０の外部に排出するようにしてもよい。
【００５９】
図２は、分離壁の詳細および形状の一例を示す断面図である。
図２に示すように、分離壁１３０は、燃焼室１１０側や高温室１２０側に燃焼室１１０からの高熱を効率よく高温室１２０に伝達するために凹凸部１３１が形成されている。
【００６０】
凹凸部１３１は例えば、分離壁１３０を構成する鋼材に形成された複数の切り込みや、複数の板状体や棒体が剣山や蛇腹のような形状をしたヒートシンクのような構造を備えることができる。
【００６１】
これにより分離壁１３０の表面積が増加し、凹凸部１３１が燃焼室１１０側に形成される場合においては、燃焼室１１０で発生した高温を効率よく凹凸部１３１が吸熱し、凹凸部１３１が高温室１２０側に形成される場合においては、分離壁１３０が吸熱した温度を高温室１２０側に放熱することができる。これにより、効率よく燃焼室１１０の温度を高温室１２０に伝達することができる。
【００６２】
さらに、分離壁１３０は高温室１２０内の急激な温度低下を抑制するための保温手段１３２を備えることができる。
保温手段１３２は例えば、分離壁１３０の内部に蓄熱材などを介在させたりすることで、高温室１２０内の急激な温度低下を抑制することができる。
【００６３】
燃焼室１１０内には、バイオマス燃料を燃焼することで発生するコンタミが残り、このコンタミを燃焼室１１０から排出するためには、図示しないコンタミ排出口から排出する必要がある。
【００６４】
このとき、燃焼室１１０内が１５００℃などの高温の状態でコンタミを燃焼室１１０から排出することは危険であるため、燃焼室１１０内の温度を安全な温度まで低下させてから残ったコンタミを燃焼室１１０から排出する。
【００６５】
このように燃焼室１１０内の温度が低下した場合でも、分離壁１３０は高温室１２０内の急激な温度低下を抑制するための保温手段１３２を備えることで、高温室１２０内の高温を保持できるので、外燃機関１５０の安定した稼働を供給することができる。
【００６６】
さらに、分離壁１３０は、分離壁１３０に付着したコンタミを取り除くためのコンタミ除去手段１３３を備えることができる。
燃焼室１１０でバイオマス燃料を燃焼するとコンタミが発生するが、燃焼室１１０内は１５００℃程度の高温になり、熱伝導率が高い分離壁１３０も同等の高温になるため、コンタミは付着しづらいが、場合によってはコンタミが分離壁１３０にも付着してしまうことがある。
【００６７】
この分離壁１３０に付着してしまったコンタミを除去するために、例えば分離壁１３０を振動させることで分離壁１３０に付着してしまったコンタミを除去する加振機構や、分離壁１３０にハンマーなどで衝撃を与えることで分離壁１３０に付着してしまったコンタミを除去する衝撃機構などを備えることができる。
【００６８】
このようなコンタミ除去手段１３３は制御部１８０によって制御され、例えば燃焼室１１０と高温室１２０と温度を監視し、燃焼室１１０と高温室１２０との温度差が一定状の温度差の拡大が見られた場合に、コンタミ除去手段１３３を作動させることで、分離壁１３０に付着してしまったコンタミを除去することができる。
これにより、分離壁１３０にコンタミが付着することで、分離壁１３０の熱伝導率の低下を防止することができる。
【００６９】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態の発電装置１００は、高温室の構造が異なる以外は、第１の実施の形態で示した構成とほぼ同様である。このため、上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付すなどして適宜その説明を省略する。
【００７０】
図３は、第２の実施の形態に係る外燃機関を利用した発電装置の構成を示すブロック図である。
第２の実施の形態に係る発電システムは、様々なバイオマス燃料を燃焼させて外燃機関に熱を与えることにより、外燃機関が熱エネルギーを運動エネルギーに変換し発電するものである。
【００７１】
図３に示すように、高温室１２０には、重油燃料を投入するための重油燃料投入口１２１が設けられており、高温室１２０内に設けられたここでは図示しない着火手段により、高温室１２０内で重油燃料を燃焼することができる。
【００７２】
また分離壁１３０の一部には、高温室１２０で燃焼された重油燃料による燃焼排ガスの出入りを高温室１２０から燃焼室１１０にかけて弁の開閉によって調節可能なバルブ１３０Ｂが設けられる。
【００７３】
このバルブ１３０Ｂは、制御部１８０によって高温室１２０内の温度や圧力が監視され、あらかじめ定められた温度や圧力によって、弁の開閉が制御される。これにより、高温室１２０内の温度や圧力を一定に管理することができる。
【００７４】
制御部１８０は、燃焼室１１０および高温室１２０の外部に設置され、図示しない通信線で発電装置１００を監視、制御するためのものである。
【００７５】
次に、発電装置１００の動作について説明する。
燃焼室１１０でバイオマス燃料を燃焼する動作については、第１の実施の形態の発電装置１００の動作と同様のため、ここでは説明を省略する。
【００７６】
燃焼室１１０でバイオマス燃料を燃焼させ、燃焼室１１０内の温度を１５００℃程度まで上昇させるためには、ある程度の時間が必要となる。そこで、高温室１２０に重油燃料を投入するための重油燃料投入口１２１を設け、投入した重油燃料を高温室１２０内で燃焼させることで、高温室１２０内の温度を急激に上昇させることができる。
【００７７】
これにより外燃機関１５０の加熱部１５１は、高温室１２０内で重油燃料が燃焼されたことにより得られる熱量を、急速に運動エネルギーに変換し発電することができる。またバイオマス燃料による燃焼室１１０の温度上昇が低い場合でも、高温室１２０内で重油燃料が燃焼させることで、外燃機関１５０に必要な熱量を与えることができる。
【００７８】
また重油燃料のような精製された燃料を燃焼させてもコンタミが発生しないため、コンタミが外燃機関１５０の加熱部１５１に付着することはない。つまり、コンタミが外燃機関１５０の加熱部１５１に付着してしまうことで、熱エネルギーの変換効率が低回してしまうことなく、外燃機関１５０の安定した稼働を供給することができる。
【００７９】
高温室１２０内での重油燃料の燃焼は、常に燃焼されるわけではなく、高温室１２０内の温度や圧力、燃焼室１１０内の温度や圧力によって高温室１２０内での重油燃料の燃焼を制御することもできる。
【００８０】
また、燃焼室１１０内に残るコンタミを除去するために燃焼室１１０内の温度を低下させる際に、高温室１２０内で重油燃料を燃焼させることで、高温室１２０内の温度を一定に保つようにすることもできる。
【００８１】
なお、本実施の形態では、高温室１２０内で重油燃料を燃焼させる例で説明したが、高温室１２０内で燃焼させるものは重油燃料に限らず、コンタミが発生しない燃料、例えばプロパンガスなどの液化石油ガスや天然ガスなど、精製された不純物のない燃料を高温室１２０内で燃焼させてもよい。
【００８２】
高温室１２０内で不純物のない精製された燃料を燃焼させることで、コンタミが発生しないので、加熱部１５１にコンタミが付着することがない。つまりコンタミが付着しない加熱部１５１が効率よく熱交換を行い、効率的に発電を行うことができる。
【００８３】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態の発電装置１００および発電車１０００は、発電車１０００に燃料を供給するための燃料車３００が加わること以外は、第１の実施の形態〜第３の実施の形態で示した構成とほぼ同様である。このため、上記第２の実施の形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付すなどして適宜その説明を省略する。
【００８４】
図４は、第３の実施の形態に係る発電車および燃料車の構成を示すブロック図である。
図４に示すように、第３の実施の形態に係る発電車１０００および燃料車３００は、第３の実施の形態の発電車１０００、および発電車１０００に燃料を供給するための燃料車３００で構成される。
【００８５】
第３の実施の形態に係る発電車１０００に積載される発電装置１００は、第２の実施の形態の発電装置１００とほぼ同様であるが、燃焼室１１０の一部に燃焼排ガス排出口１１１とは別に設けられた、燃焼排ガスを排出するための燃焼排ガス排出口１１３を備えている。
【００８６】
次に燃料車３００の詳細を説明する。
燃料車３００は、発電装置１００で燃焼させるためのバイオマス燃料を貯蔵するためのバイオマス燃料貯蔵室３１０、発電装置１００で燃焼させるための重油燃料を貯蔵するための重油燃料貯蔵室３２０、および生活廃棄物や木材などの大型の状態のバイオマス燃料の原材料を細かく細断するための細断室３３０を備えている。
【００８７】
細断室３３０は、例えば大型カッターが複数備えられており、これらの大型カッターが回転することで、細断室３３０の投入口から投入されたバイオマス燃料の原材料を細かく細断することができる。
【００８８】
細断室３３０は、細断するバイオマス燃料の原材料によって細断室を分割することもでき、図４に示すように、生活廃棄物専用の細断室３３１や木材関連専用の細断室３３２を設け、それぞれの用途にあった大型カッターで必要に応じた大きさにバイオマス燃料の原材料を細断することもできる。
細断室３３０の後工程側には、バイオマス燃料貯蔵室３１０が接続されており、バイオマス燃料の原材料が任意の大きさに細断されてバイオマス燃料貯蔵室３１０に運ばれる。
【００８９】
バイオマス燃料貯蔵室３１０の一部にはバイオマス燃料を排出するためのバイオマス燃料排出口３１１が設けられ、バイオマス燃料を発電装置１００に供給するためにバイオマス燃料排出口３１１とバイオマス燃料投入口１１２とが着脱可能に接続される。
【００９０】
バイオマス燃料排出口３１１には、バイオマス燃料を接続されたバイオマス燃料投入口１１２を介して燃焼室１１０にバイオマス燃料を搬送するための例えばベルトコンベアなどの搬送手段３１２が備えられている。これによりバイオマス燃料貯蔵室３１０に貯蔵されたバイオマス燃料を燃焼室１１０に搬送することができる。
【００９１】
またバイオマス燃料投入口１１２の一部には、バイオマス燃料排出口３１１からバイオマス燃料投入口１１２にかけて燃焼室からの火炎がバイオマス燃料貯蔵室に移らないような仕切り板１１２Ｂなどが設けられる。
【００９２】
またバイオマス燃料貯蔵室３１０の一部には、発電装置１００で発生した燃焼排ガスを取り入れる燃焼排ガス投入口３１３が設けられ、燃焼排ガス排出口１１３と燃焼排ガス投入口３１３とが着脱可能に接続される。
【００９３】
これにより、燃焼室１１０でバイオマス燃料が燃焼されたことにより発生する高温の燃焼排ガスがバイオマス燃料貯蔵室３１０に取り込まれるので、高温の燃焼排ガスによりバイオマス燃料の水分が蒸発し、バイオマス燃料がより燃えやすい状態になる。
【００９４】
また、バイオマス燃料貯蔵室３１０にマイクロ波発生装置を取り付け、マイクロ波発生装置がバイオマス燃料にマイクロ波の照射することで、バイオマス燃料の内部まで乾燥させることもできる。これにより、バイオマス燃料の内部まで迅速に乾燥させることができ、バイオマス燃料がさらに燃えやすい状態になる。
【００９５】
バイオマス燃料貯蔵室３１０に取り込まれた高温の燃焼排ガスは、バイオマス燃料貯蔵室３１０の一部に設けられた燃焼排ガスを排出するための燃焼排ガス排出口３１４により外部に排出される。
【００９６】
重油燃料貯蔵室３２０の一部には重油燃料を排出するための重油燃料排出口３２１が設けられ、重油燃料を発電装置１００に供給するために重油燃料排出口３２１と重油燃料投入口１２１とが着脱可能に接続される。
【００９７】
重油燃料排出口３２１には、重油燃料を接続された重油燃料投入口１２１を介して高温室１２０に重油燃料を供給する例えばポンプなどの搬送手段３２２が備えられている。これにより重油燃料貯蔵室３２０に貯蔵された重油燃料を高温室１２０に搬送することができる。
【００９８】
また重油燃料投入口１２１の一部には、重油燃料排出口３２１から重油燃料投入口１２１にかけて弁の開閉によって調節可能なバルブ１２１Ｂが設けられる。
このバルブ１２１Ｂは、制御部１８０によって高温室１２０内の温度が監視され、あらかじめ定められた温度以下になると、弁の開閉で重油燃料が供給される。
【００９９】
上記のように、発電車１０００は燃料車３００と接続されることで、発電装置１００の発電に必要なバイオマス燃料および重油燃料を燃料車３００が供給し、燃料車３００が供給したバイオマス燃料および重油燃料により発電車１０００は効率よく発電することができる。
【０１００】
また発電車１０００が備える発電装置１００でバイオマス燃料を燃焼することで発生する燃焼排ガスを燃料車３００に取り入れることや、バイオマス燃料にマイクロ波を照射することで、燃料車３００で細断されたバイオマス燃料の原材料が含む水分を蒸発させ、バイオマス燃料の燃焼効率を常用させることができる。
【０１０１】
また発電車１０００と燃料車３００とは、バイオマス燃料排出口３１１とバイオマス燃料投入口１１２とが着脱可能に、重油燃料排出口３２１と重油燃料投入口１２１とが着脱可能に接続されているため、発電車１０００と燃料車３００とを別々に被災地などに配送し、現地で発電車１０００と燃料車３００とを接続するだけで容易に電力を供給することができる。
【０１０２】
なお本実施の形態では、発電車１０００および燃料車３００を移動手段によって移動可能なように説明したが、移動手段を含まずに、固定された発電装置１００に移動手段を除いた燃料提供装置で燃料を提供するようにしてもよい。
【０１０３】
また、本実施の形態では、バイオマス燃料を生活廃棄物や木材関連を細断室３３１や細断室３３２で細断するようにしたが、この他にも、豚や牛、人などの糞尿を処理する処理室を設けるようにしてもよい。具体的には、尿が含まれている豚や牛、人などの糞尿は、凝固剤などで固形化した後に燃料車３００に投入する。
【０１０４】
燃料車３００に投入された糞尿は、バイオマス燃料貯蔵室３１０内で高温ガスにより乾燥される。さらに高温ガスにより殺菌も可能となる。これにより、バイオマス発電だけでなく公衆衛生を向上させることもできる。
【符号の説明】
【０１０５】
１００  発電装置
１１０  燃焼室
１１１  燃焼排ガス排出口
１１２  バイオマス燃料投入口
１２０  高温室
１３０  分離壁
１４０  熱交換器
１５０  外燃機関
１５１  加熱部
１６０  インバータ
１７０  ファン
１７１  モータ
１８０  制御部
【図１】
2020153273.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020153273.tif 000007
【図６】
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