(57)【要約】【課題】  高温物体が保有する熱を利用してスターリングエンジンを動作させ発電させるようにする。【解決手段】  高温物体として熱間圧延コイル２４を一時貯蔵する建屋２５の上部に、上方へ突出するようにして楕円形状のドーム２７を設置する。建屋２５の内面及びドーム２７の内面を鏡面とする。ドーム２７は、上端部２７ａの内側の部分が焦点Ｆ位置となるようにしてあり、熱間圧延コイル２４から放出される輻射が建屋２５内、ドーム２７内で反射を繰り返して焦点Ｆに集まるようにする。ドーム２７の上端部２７ａに、スターリングエンジン２６を設置し、スターリングエンジン２６の加熱部３１をドーム２７内の上記焦点Ｆの位置に置くようにし、焦点Ｆに集まった輻射を加熱部３１の熱源とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温物体を貯蔵する建屋に、該高温物体から放出される輻射が反射されて、焦点に集まるように楕円形状をなすと共に、内面が鏡面にしてあるドームを設置し、該ドームに設置したスターリングエンジンの加熱部をドーム内の上記焦点位置に配置し、上記焦点位置が高温となって上記スターリングエンジンの加熱部を加熱することによりスターリングエンジンを動作し発電を行わせるようにした構成を有することを特徴とする高温物体輻射集光熱利用スターリングエンジン発電装置。
【請求項２】
高温物体を貯蔵する建屋の上部に、単数又は複数の楕円形状のドームを上方へ突出するようにして設置し、ドームの上端部にスターリングエンジンを取り付けて、該上端部の内側に、スターリングエンジンの加熱部を位置させるようにした請求項１記載の高温物体輻射集光熱利用スターリングエンジン発電装置。
【請求項３】
高温物体を貯蔵する建屋に、楕円形状のドームを横方向に突出するように設置し、該ドームの横方向の先端部にスターリングエンジンを設けて、スターリングエンジンの加熱部を、上記横方向の先端部の内側に位置させるようにした請求項１記載の高温物体輻射集光熱利用スターリングエンジン発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温物体から放出された輻射の集光熱を用いてスターリングエンジンの加熱部を加熱するようにして冷却部との温度差でスターリングエンジンを動作させ発電させるようにする高温物体輻射集光熱利用スターリングエンジン発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スターリングエンジン自体は、従来より原理的に、それぞれピストンを収納する２つのシリンダを再生器を介し接続して、作動流体を封入し、該作動流体を加熱部で加熱したり、冷却部で冷却することにより温度差をもつ熱源で作動し、等温圧縮（低温）→等容積加熱→等温膨張（高温）→等容積冷却のサイクルを繰り返して上記ピストンを往復動作させるものとして知られている。
【０００３】
上記スターリングエンジンにおけるピストンの往復動作を回転動作に変換させて回転軸を回転させ、該回転軸に取り付けた発電機を駆動させるようにすることによりスターリングエンジン発電装置とすることができる。
【０００４】
従来、スターリングエンジン発電装置としては、スターリングエンジンの加熱部を加熱するための熱源の種類により種々の形式のものが提案されている。
【０００５】
図３は、その一例として、廃熱・自然熱利用スターリングエンジン発電装置を示すもので、主として未利用の廃熱や自然熱を利用し、中・小規模のごみ焼却炉、乾燥炉、溶融炉などから発生する熱源や、太陽光などから発生する熱源や、内燃機関などから発生する熱源を利用して発電する廃熱・自然熱利用スターリングエンジンを用いた発電装置において、廃熱・自然熱利用の熱源発生装置１と、熱源発生装置１から発生する熱源をスターリングエンジン２に熱媒体として移送する熱移送装置３を配置し、スターリングエンジン２の出力で発電機４を駆動させ、発電させるようにしたものである（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
図４は、廃熱利用スターリングエンジン発電装置の他の例を示すもので、中・小規模のごみ焼却炉、乾燥炉、溶融炉などの熱源発生装置１と、該熱源発生装置１で発生する廃熱を、熱移送装置３を介して隣接する脱臭炉などの二次燃焼装置５に移送し、該二次燃焼装置５内に端部をフレッシュエア注入口６とする熱交換器７を配設し、フレッシュエアを注入しながらスターリングエンジン２に連設する加熱部８に熱媒体として移送するようにし、スターリングエンジン２に移送された熱媒体を活用し、スターリングエンジン２の出力で駆動する発電機９で発電し、電力供給部１０で電気を供給するようにしたものである（たとえば、特許文献２参照）。
【０００７】
更に、図５は太陽光熱を利用するようにした太陽光熱利用スターリングエンジン発電装置の一例を示すもので、太陽光熱を集光熱するフレネルレンズ１１と、このフレネルレンズ１１にて集光熱した約６００℃〜約２０００℃の熱源を所定の場所に導く石英ガラス製の光導ファイバー１２と、加熱部１４と冷却部１５の間を交互に作動流体を移動させることによってピストンを動かし動力を取り出すことができるようにしてあるスターリングエンジン１３と、上記光導ファイバー１２からの熱源にて駆動されるスターリングエンジン１３により駆動される発電機１６とで構成され、発電機１６にて発電するための燃料を太陽光としたものとしてある（たとえば、特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）。
【０００８】
又、従来、反射鏡面で反射させた熱を受熱部で受熱させるようにしたものも提案されている。
【０００９】
図６はその一例を示すもので、多数の反射鏡１８が配設される反射鏡面１７と受熱部１９との間に、支持部材２０の支持点２１を配設し、該反射鏡面１７の支持部材２０に対向する部分には反射鏡が配設されていない切欠部が存在するパラボラ型の太陽熱集光装置において、受熱部１９の長手軸２２に対して反射鏡面１７を傾斜して配設して、太陽光線に対して平行に配設される反射鏡面１７の光軸２３を挟んで支持部材２０が位置する領域に対して反射側の領域に受熱部１９が位置するように構成されている（たとえば、特許文献６参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１３８０５号公報
【特許文献２】特開２００３−３１４３６５号公報
【特許文献３】特開２００４−３３２６７２号公報
【特許文献４】特開２００５−３３７１９３号公報
【特許文献５】特開２００５−３４４６０８号公報
【特許文献６】特開平９−２８０６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、上記した特許文献１〜５に記載されているように、従来のスターリングエンジンを利用した発電装置は、スターリングエンジンの加熱部を加熱する熱媒体に、小・中規模のごみ焼却炉などから発生する熱源や、太陽光などの自然熱から発生する熱源、あるいは、太陽光熱を集光熱した熱源を利用するようにしたものがほとんどであり、これらの熱源をスターリングエンジンの加熱部に熱移送して加熱部を加熱させるようにしてあるものである。
【００１２】
そのため、従来、高温物体の輻射熱を利用してスターリングエンジンを作動させ発電させるようにするものはなく、このような輻射熱を利用するものは、特許文献１〜５に記載されているものとは技術的思想及び技術的構成を全く異にするものであり、かかる特許文献１〜５に記載されたものから何等示唆されるものでもないのである。
【００１３】
又、特許文献６に記載されたものは、反射鏡面と受熱部を有しているが、太陽光線を多数の反射鏡からなる反射鏡面で反射させて太陽熱集光させるようにしてあるものにすぎない。
【００１４】
そこで、本発明は、各種プラントにおいて高温状態で製造された後、自然に放熱させて冷却させるようにしてある高温物体の保有する熱を反射させて焦点に集めるようにしてスターリングエンジンの加熱部を加熱するようにし、スターリングエンジンを動作させて発電させるようにする赤外線輻射集光熱利用スターリングエンジン発電装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するために、高温物体を貯蔵する建屋に、該高温物体から放出される輻射が反射されて、焦点に集まるように楕円形状をなすと共に、内面が鏡面にしてあるドームを設置し、該ドームに設置したスターリングエンジンの加熱部をドーム内の上記焦点位置に配置し、上記焦点位置が高温となって上記スターリングエンジンの加熱部を加熱することによりスターリングエンジンを動作し発電を行わせるようにした構成とする。
【００１６】
又、上記構成において、高温物体を貯蔵する建屋の上部に、単数又は複数の楕円形状のドームを上方へ突出するようにして設置し、ドームの上端部にスターリングエンジンを取り付けて、該上端部の内側に、スターリングエンジンの加熱部を位置させるようにしたり、高温物体を貯蔵する建屋に、楕円形状のドームを横方向に突出するように設置し、該ドームの横方向の先端部にスターリングエンジンを設けて、スターリングエンジンの加熱部を、上記横方向の先端部の内側に位置させるようにした構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の高温物体輻射集光熱利用スターリングエンジン発電装置によれば、次のような優れた効果を有する。 
（１）高温物体を貯蔵する建屋に、該高温物体から放出される輻射が反射されて、焦点に集まるように楕円形状をなすと共に、内面が鏡面にしてあるドームを設置し、該ドームに設置したスターリングエンジンの加熱部をドーム内の上記焦点位置に配置し、上記焦点位置が高温となって上記スターリングエンジンの加熱部を加熱することによりスターリングエンジンを動作し発電を行わせるようにした構成としてあるので、これまで自然冷却させることにより捨てられていた高温物体の保有する熱をスターリングエンジンの加熱部の熱源とすることができる。 
（２）上記（１）により、エネルギーの有効利用が図れると共に、高温物体の保有熱が捨てられていたことに伴うＣＯ２多排出につながるという問題を未然に防止できる。 
（３）高温物体から放出される輻射が反射を繰り返して焦点に集まることから、この部分にスターリングエンジンの加熱部が配置してあるので、輻射集光熱でスターリングエンジンの加熱部を加熱できて冷却部との温度差によりスターリングエンジンを動作させられ、発電機を駆動させて発電を行うことができる。 
（４）ドームを横向きとすることにより高さを低くでき、又、ドームを複数とすることによりスターリングエンジンの数を増やせて発電量を増大できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の一形態を模式的に示すもので、たとえば、鉄鋼一貫製鉄所等の製鉄所における熱間圧延設備にて製造される高温物体としての鉄鋼中間製品である熱間圧延コイル２４を一時貯蔵して自然放熱で冷却させるようにするコイルヤードを構成する建屋２５の所要個所、すなわち、建屋２５の上部に、上端部にスターリングエンジン２６を設置して、該上端部内側に設けられる楕円の焦点Ｆ位置に、スターリングエンジン２６の加熱部を位置させるようにすると共に内面を低放射率（高反射率）面として輻射を反射させながら焦点Ｆに集めるようにした楕円形状のドーム２７を設置し、上記熱間圧延コイル２４から放出された輻射が、反射を繰り返してドーム２７内上部位置に集めるようにする。
この上部の焦点Ｆ位置に集められた輻射集光熱を熱源としてスターリングエンジン２６の加熱部３１の加熱に利用し、スターリングエンジン２６の冷却部３２との温度差によりピストン３３と３４を往復動させ、クランク３５を介して回転運動に変換させて発電機（図示せず）を駆動させるようにする。
【００２０】
詳述すると、熱間圧延コイル２４を一時貯蔵するコイルヤードを構成する建屋２５の上部位置に、上方へ所要高さ突出して上端部２７ａの内側が反射する輻射の焦点Ｆ位置となるようにした楕円形状のドーム２７を設置し、該ドーム２７の上端部２７ａにスターリングエンジン２６を設置し、上記焦点Ｆ位置にスターリングエンジン２６の加熱部３１を位置させるようにする。
【００２１】
スターリングエンジン２６は、一例を図示する如く、２つのシリンダ２８，２９のヘッド側を再生器３０を介して連通させて作動流体が封入してあり、一方のシリンダ２８側を加熱部３１、他方のシリンダ２９側を冷却部３２とし、加熱部３１を加熱することにより冷却部３２との温度差によりスターリングエンジン２６が動作してシリンダ２８内のピストン３３とシリンダ２９内のピストン３４が往復動作するようにしてある。
【００２２】
上記各ピストン３３，３４のロッドは、クランク３５を介して回転軸３６に連結されており、ピストン３３，３４の往復動作で各ロッド、クランク３５を介して回転軸３６を回転させるようにしてある。これにより、回転軸３６に取り付けた図示しない発電機に回動動力を伝えて発電を行わせるようにしてある。
【００２３】
更に、上記建屋２５の内壁面及びドーム２７の内壁面は、鏡等の低放射率（高放射率）面により形成し、一時貯蔵される熱間圧延コイル２４から放出された輻射が建屋２５の内面やドーム２７の内面の鏡面間で反射を繰り返して、ドーム２７の上端部２７ａ内側に設定される焦点Ｆ位置に集まるようにする。これにより、焦点Ｆの位置が高温となり、この位置にセットされるスターリングエンジン２６の加熱部３１を加熱することができるようにしてある。
【００２４】
本発明は、上記構成としてあるので、楕円形状のドーム２７付きの建屋２５内に、熱間圧延設備で製造された熱間圧延コイル２４を自然に放熱させて冷却させるために搬入して一時貯蔵させると、該一時貯蔵された熱間圧延コイル２４から放出された輻射は、図１に矢印で示す如く建屋２５の内面やドーム２７の内面の全面に施された鏡面間で反射を繰り返しながらドーム２７の上端部２７ａの内側における焦点Ｆに集まる。これにより、輻射が集まる部分は高温となり、この部分に位置させてあるスターリングエンジン２６の加熱部３１を加熱することが可能となる。
【００２５】
上記スターリングエンジン２６の加熱部３１が輻射で加熱されると、冷却部３２との温度差でスターリングエンジン２６が動作する。このスターリングエンジン２６の動作で回転軸３６が回転させられ、その回転力が発電機に導かれて発電が行われることになる。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、一例として、建屋２５の上部に楕円形状のドーム２７を上方へ突出するように設置した場合を示したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、たとえば、建屋２５の上部、あるいは建屋２５の横に、楕円形状のドームを、横方向へ突出するように設置し、建屋２５内に貯蔵した熱間圧延コイル２４から放出された輻射が、建屋２５及びドーム内面の鏡面間で反射を繰り返してドームの横方向先端部の内側の焦点Ｆに集まるようにし、ドームの突出端部に設置したスターリングエンジンを動作させるようにすることもできる。
【００２７】
又、図１の実施の形態では、建屋２５の上部にドーム２７を１つだけ設置して、スターリングエンジン２６を１基設置するようにした場合を示したが、図２に示す如く、側壁の所要個所に吸気口２５ａが設けてある建屋２５の上部に、上方へ突出する楕円形状のドーム２７を複数個並べて上向きに設置し、各ドーム２７の内面を図１に示したドーム２７と同様に鏡面に形成すると共に、各ドーム２７に図１に示したスターリングエンジン２６と同様な構成を有するスターリングエンジン２６を設置して、建屋２５内の熱間圧延コイル２４から放出された輻射が、各ドーム２７内で反射を繰り返して上部位置に集められるようにし、各ドーム２７毎に輻射を焦点Ｆに集め、スターリングエンジン２６の加熱部３１の加熱を行わせるようにすることもできる。このようにすることにより、発電量を増大させることができる。
【００２８】
更に、本発明は、上記した実施の形態のみに限定されるものではなく、高温物体として、熱間圧延コイル２４を例示し、該熱間圧延コイル２４から放出された輻射を反射させて回収した輻射集光熱を利用してスターリングエンジン発電を行わせるようにした場合を示したが、熱間圧延コイル２４に代えて、連続鋳造設備で製造されるスラブを一時貯蔵したものを対象とするようにしてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の一形態を示す概要図である。
【図２】本発明の実施の他の形態の概要を示す一部切断斜視図である。
【図３】従来の廃熱・自然熱利用スターリングエンジン発電装置を示す図である。
【図４】従来の廃熱利用スターリングエンジン発電装置の図である。
【図５】従来の太陽光熱利用スターリングエンジン発電装置の一例を示す図である。
【図６】従来の太陽熱集光装置の一例図である。
【符号の説明】
【００３０】
２４  熱間圧延コイル（高温物体）
２５  建屋
２６  スターリングエンジン
２７  ドーム
２７ａ  上端部
２８  シリンダ
２９  シリンダ
３１  加熱部
３２  冷却部
３６  回転軸
Ｆ  焦点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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