(57)【要約】【課題】着火が非常に困難な炭素含有量の低い固形化石燃料を燃料として使用することが可能なボイラならびに該ボイラを用いた電力発生装置を提供する。【解決手段】内部に配管収容空間２２ｂと燃料収容空間２２ａとがこの順で上下に並んで設けられている有底筒状で上部が開口したハウジング１６、ハウジング１６の上方に配設され、太陽光を集光してハウジング１６の上部開口から燃料収容空間２２ａ内に収容された炭素含有量の低い固形化石燃料Ｆに向けて照射する集光レンズ２０、および配管収容空間２２ｂに収容されるとともに、両側端部がハウジング１６から外部に突出されている蒸気排出用の蒸気配管１８を備えることを特徴とする。【選択図】図２
2010169336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に配管収容空間と燃料収容空間とがこの順で上下に並んで設けられている有底筒状で上部が開口したハウジング、
前記ハウジングの上方に配設され、太陽光を集光して前記ハウジングの上部開口から燃料収容空間内に収容された炭素含有量の低い固形化石燃料に向けて照射する集光レンズ、および
前記配管収容空間に収容されるとともに、両側端部が前記ハウジングから外部に突出されており、その一端側から内部に供給された水を前記固形化石燃料の燃焼熱によって気化させて蒸気とし、これを他端側から排出する蒸気配管を備えるボイラ。
【請求項２】
前記集光レンズの集光面が太陽と対面するように該集光レンズを太陽の軌跡に応じて追尾させる追尾機構を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のボイラ、
前記ボイラの蒸気配管に接続され、当該蒸気配管から排出された蒸気の圧力を受けて回転する回転翼を有する蒸気タービン、および
前記回転翼の回転運動エネルギーを電力に変換する発電機を備える電力発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラックシリカ（黒鉛珪石）やファイヤーストーン（樹石）といった炭素含有量が低く着火が非常に困難な固形化石燃料を燃料として利用可能なボイラおよび該ボイラを用いた電力発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ボイラの燃料源として石炭が広く利用されている。石炭は、炭素含有量が比較的多く着火性は良い（着火温度は４４０〜５００度）。しかしながら、石炭の燃焼持続時間は比較的短い（例えば、直径５ｃｍ程の大きさの石炭を燃焼させた場合の燃焼持続時間は約８時間である。）ため、ボイラを連続して操業するためには、多量の石炭を間断なく焼べ続ける必要がある。
【０００３】
しかし、昨今の環境問題に対する関心の高まりを背景に、二酸化炭素排出量が多く燃焼持続時間も短い石炭をボイラの燃料として多量に使用することはあまり歓迎すべきではなく、二酸化炭素排出量が少なく燃焼持続時間の長い燃料への移行が求められている。
【０００４】
ここで、二酸化炭素排出量が少なく燃焼持続時間の長い燃料としては、ブラックシリカ（黒鉛珪石）やファイヤーストーン（樹石）といった炭素含有量の低い固形化石燃料が知られている。例えば、直径５ｃｍ程の大きさのブラックシリカを燃焼させた場合の燃焼時間はおよそ２０日間である。
【０００５】
ところが、これら炭素含有量の低い固形化石燃料は、その炭素含有量の低さ故、着火性が極端に悪い。換言すれば、着火温度として非常に高い温度を必要とし、例えば、ブラックシリカを着火させるためには、石炭の着火温度よりも遥かに高い８００℃以上の温度が必要となる。
【０００６】
そのため、炭素含有量の低い固形化石燃料を石炭に代えて使用するためには、着火させるために多くの熱エネルギーが必要となり、これら炭素含有量の低い固形化石燃料を石炭の代替燃料として使用することは現実的でないという問題があった。そして、このような理由から、ブラックシリカやファイヤーストーンのような炭素含有量の低い固形化石燃料を石炭の代替燃料として使用した技術はこれまでに知られていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、燃料として着火が非常に困難な炭素含有量の低い固形化石燃料を使用し、気温や天候などの外部環境の変化に関係なく長時間安定して稼動させることが可能なボイラならびに該ボイラを用いた電力発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載した発明は、「内部に配管収容空間２２ｂと燃料収容空間２２ａとがこの順で上下に並んで設けられている有底筒状で上部が開口したハウジング１６、ハウジング１６の上方に配設され、太陽光を集光してハウジング１６の上部開口から燃料収容空間２２ａ内に収容された炭素含有量の低い固形化石燃料Ｆに向けて照射する集光レンズ２０、および配管収容空間２２ｂに収容されるとともに、両側端部がハウジング１６から外部に突出されており、その一端側から内部に供給された水を前記固形化石燃料の燃焼熱によって気化させて蒸気とし、これを他端側から排出する蒸気配管１８を備えるボイラ１０」である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、「集光レンズ２０の集光面２０ａが太陽と対面するように該集光レンズ２０を太陽の動きに合わせて追尾させる追尾機構を更に備える」ことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、「請求項１又は２に記載のボイラ１０、ボイラ１０の蒸気配管１８に接続され、蒸気配管１８から排出された蒸気の圧力を受けて回転する回転翼２８を有する蒸気タービン１２、および蒸気タービン１２の回転運動エネルギーを電力に変換する発電機１４を備える電力発生装置１００」である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、着火源として集光レンズが採用されている。集光レンズで集光した光はその集光点Ｋでは数千度にも達するので、着火が困難な炭素含有量の低い固形化石燃料であっても容易に着火させることができ、炭素含有量の低い固形化石燃料をボイラの燃料として使用することが可能となった。加えて、集光レンズを着火源として使用することで、着火の際に二酸化炭素排出量の多い石炭や石油といった炭素含有量の高い化石燃料が不要となり、二酸化炭素排出量の少ない炭素含有量の低い固形化石燃料を使用することと相俟ってボイラー全体としての二酸化炭素排出量を著しく低減させることができる。
【００１２】
しかも、燃料として使用する炭素含有量の低い固形化石燃料は、燃焼持続時間が長いため、一端着火させた後は、その後、日照が長期間不足するなどして集光レンズによる集光機能が長期間期待できない状態となっても、ボイラを稼動させ続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明にかかるボイラが組み込まれた電力発生装置を示す図である。
【図２】この発明にかかるボイラを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を図面に従って説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明にかかるボイラ１０が組み込まれた電力発生装置１００を示す図であり、図２は、本発明にかかるボイラ１０を示す図である。
【００１６】
ここで、電力発生装置１００は、ボイラ１０で発生させた水蒸気の圧力を動力源として電力を発生させるものであり、ボイラ１０、蒸気タービン１２および発電機１４を備えている。
【００１７】
ボイラ１０は、炭素含有量の低い固形化石燃料Ｆを燃焼させて得た熱を水に伝達し、これを気化させて水蒸気として排出するものであり、ハウジング１６と、蒸気配管１８と、集光レンズ２０とで大略構成されている。
【００１８】
ハウジング１６は、その下側半分が上側半分よりも大径となるようにその側壁が段状に形成された有底筒状のもので、レンガ等の耐火材を用いて形成されている。
【００１９】
そして、この大径部分であるハウジング１６の下側半分の内部には、燃料収容空間２２ａが設けられており、小径部分であるハウジング１６の上半分の内部には、配管収容空間２２ｂが設けられている。燃料収容空間２２ａと配管収容空間２２ｂとは互いに連通されている。
【００２０】
ハウジング１６の上端部には、上側に凸湾曲したドーム状の天井１６ａが形成されており、この天井１６ａの中心に開口部１６ｂが設けられている。つまり、この開口部１６ｂがハウジング１６の「上部開口」である。
【００２１】
ハウジング１６の下側部分である大径部分の側面には、燃料投入口１６ｃが設けられている。
【００２２】
また、ハウジング１６の底部は、内部がすり鉢状に形成されており、その中央部分に固形化石燃料Ｆが燃焼してできた灰を排出するための灰排出口１６ｄが形成されている。
【００２３】
ハウジング１６における配管収容空間２２ｂの内部には、蒸気配管１８が配設されている。
【００２４】
蒸気配管１８は、内部を水が通流可能な管状のもので、その中央部分は配管収容空間２２ｂの内部にて上下複数段に亘って蛇行しており、その両側端部はハウジング１６の外部に突出されて後述する蒸気タービン１２に接続されている。蒸気配管１８の途中には、１又は複数個（本実施例では２個）の圧力調整弁２４が取り付けられている。
【００２５】
蒸気配管１８の直径は、水を供給する側１８ａ（図２における最下段側）が最も太径であり、蒸気として排出する側１８ｂ（図２における最上段側）に向かうに従って次第に細径となっている。このため、得られた蒸気を後述する蒸気タービン１２に高圧状態で供給できる。
【００２６】
なお、蒸気配管１８を配管収容空間２２ｂ内で蛇行させているのは、蒸気配管１８内を流れる水が蒸気に気化する際に必要な熱量をより効率的に得るためである。したがって、上記目的を達成できるのであれば、必ずしも上述の例に限定されるものではなく、たとえば、蒸気配管１８を配管収容空間２２ｂ内にて螺旋状に巻回させてもよい。
【００２７】
集光レンズ２０は、燃料収容空間２２ａ内に収容した固形化石燃料Ｆを着火させる「着火源」として機能するものであり、ハウジング１６の上方に図示しない追尾装置を介して配設されている。ここで、追尾装置は、集光レンズ２０の集光面２０ａが太陽を向くように集光レンズ２０を太陽の軌跡に応じて追尾させるものであり、地球の自転軸と平行な極軸と、これに直交した赤緯軸の２軸を有しており、極軸をモーターで回転させることによって集光レンズ２０を太陽の日周運動にあわせて追尾させることができる。なお、これと同様の原理を採用したものとして、例えば、天体望遠鏡の赤道儀式架台が挙げられる。
【００２８】
集光レンズ２０の具体例として、本実施例では特開２００３−２０２４１３号に開示されている『点集光レンズ』が用いられているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、フレネルレンズや凸レンズ或いは凹レンズなど、太陽光を集光点Ｋに集光できる機能を有するものであれば適宜適用することが可能である。
【００２９】
ただし、何れの集光レンズを採用する場合であっても、集光点Ｋが燃料収容空間２２ａ内に充填された固形化石燃料Ｆの表層部と一致するように集光レンズ２０の位置が設定される。
【００３０】
蒸気タービン１２は、ボイラ１０から排出された蒸気の圧力を運動エネルギーに変換して動力を得るものであり、回転軸２６と、回転軸２６の先端に取り付けられた回転翼２８と、これらを収容するケーシング３０とを備えている。
【００３１】
回転軸２６の他端側（回転翼２８が取り付けられていない側）は、ケーシング３０から外方へ突出しており、その先端が後述する発電機１４に接続されている。
【００３２】
発電機１４は、蒸気タービン１２の回転軸２６の回転力を電気に変換するものであり、ダイナモモーターなどの周知技術がそのまま適用される。
【００３３】
以上のように構成されたボイラ１０が組み込まれた電力発生装置１００の使用方法について説明する。
【００３４】
まず、ハウジング１６の燃料投入口１６ｃから炭素含有量の低い固形化石燃料Ｆを投入する。燃料収容空間２２ａ内への固形化石燃料Ｆの投入が完了すると、蒸気配管１８内に水を通流させるとともに、図示しない追尾装置を駆動させて集光レンズ２０の集光面２０ａを太陽に向ける。
【００３５】
集光レンズ２０を太陽に向けると、太陽からの光が集光レンズ２０、ハウジング１６の上部開口（開口部１６ｂ）を通り、固形化石燃料Ｆにおける表面のある一点を照射する。集光レンズ２０にて集光した太陽光は集光点Ｋでは数千度もの高温に達するため、炭素含有量が低く難燃性の固形化石燃料Ｆであっても簡単に着火させることができる。一旦着火した固形化石燃料Ｆは、やがて隣接する固形化石燃料Ｆに順に燃え広がる。
【００３６】
固形化石燃料Ｆの燃焼持続時間は、上述したように直径５センチ程の大きさのもので約２０日間と非常に長いため、曇天が続いて集光レンズ２０による集光機能（着火機能）が十分に機能しない状況であっても、ボイラ１０を稼動させ続けることができる。
【００３７】
このようにして、ボイラ１０内の固形化石燃料Ｆが燃焼すると、このときに発生する燃焼熱によって蒸気配管１８全体が加熱され、その燃焼熱が蒸気配管１８内を流れる水に伝達される。やがて蒸気配管１８内の水は蒸気となり、排出口側１８ｂから排出されて蒸気タービン１２内に導入される。なお、蒸気配管１８は、排出口側１８ｂに行くに従って次第に細径となっているので、排出口側１８ｂから排出される蒸気の蒸気圧はその分大いに高められることになる。
【００３８】
蒸気タービン１２内に導入された高圧の蒸気は、回転翼２８に勢い良く衝突して回転翼２８を回転させる。そして、この回転翼２８の回転運動エネルギーが回転軸２６を介して発電機１４に伝達され、電気エネルギーとして取り出される。
【００３９】
なお、蒸気タービン１２内に導入された蒸気は、回転翼２８を回転させた後自然冷却されて液化し、再び蒸気配管１８の水供給側１８ａから蒸気配管１８内に向けて通流することになる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…ボイラ
１２…蒸気タービン
１４…発電機
１６…ハウジング
１８…蒸気配管
２０…集光レンズ
２２ａ…燃料収容空間
２２ｂ…配管収容空間
１００…電力発生装置
Ｆ…固形化石燃料
Ｋ…集光点
【図１】
2010169336.tif 000003
【図２】
2010169336.tif 000004