(57)【要約】      （修正有）【課題】木質バイオマスの過剰燃焼によるススの発生を抑え、無煙・無臭とすることによって環境的にも良好なスターリングエンジン発電機用熱源装置を提供する。【解決手段】燃焼筒１の上方に絞り筒部材８を被せる隙間をあけて該燃焼筒の内径よりも小なる内径を有する内筒９を設けると共に、内筒の外周及び上方に空間をあけて包囲してなる外筒２の天部に天板１７を設ける一方、外筒の下部付近の、外筒の底部から立ち上がった箇所に開口１８を設けて排気筒３を接続し、外筒の側部の開口よりも低い位置に灰溜り２ａを形成すると共に、絞り筒部材の上部と下部の隙間を調節可能とすることにより、夫々の上下部の隙間から内方へ流入する空気量を調整することによってスターリングエンジン発電機４の受熱部５に送り込む燃焼ガスの過剰燃焼を防止するようにした。【選択図】図１
2014214994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設置面に設けられたレールに沿って移動可能な走行台の上部に高さ調節可能に支持台を設け、該支持台に上載した受皿の内部に立設した燃焼筒は天部と底部を開口した筒体の側周部に多数の空気孔を形成し、該燃焼筒の上方に絞り筒部材を被せる隙間をあけて該燃焼筒の筒体の内径よりも小なる内径を有する内筒を設けると共に、該内筒の外周及び上方に空間をあけて包囲してなる外筒の天部に天板を設ける一方、外筒の下部付近の側部を開口して排気筒を接続し、燃焼筒の内部に投入された木質バイオマスを燃焼することによって発生した燃焼ガスを用いて発電を行うようにしたスターリングエンジン発電機用熱源装置において、排気筒を接続した外筒の開口を外筒の底部から立ち上がった箇所に設けることによって外筒の側部の開口よりも低い位置に灰溜りを設け、スターリングエンジン発電機の受熱部を内筒の上方の天板の下部又は排気筒の途中に取り外し可能に収納することにより内筒を経て排気筒を通過する燃焼ガスを当てるようにし、燃焼筒の上端外周に形成したフランジの上面に被せる絞り筒部材の下部開口を燃焼筒の内径と同様の内径にし、絞り筒部材の上部開口を燃焼筒の筒体の内径と同様の内径にすると共に、該絞り筒部材の下端外周に設けた複数のボルトのねじ込み調節によって生じる絞り筒部材の上部と下部の隙間を調節可能とすることにより、夫々の上下部の隙間から内方へ流入する空気量を調整することによってスターリングエンジン発電機の受熱部に送り込む燃焼ガスの過剰燃焼を防止するようにしたことを特徴とするスターリングエンジン発電機用熱源装置。
【請求項２】
外筒の近傍における排気筒の底部に開閉自在の蓋構造による灰受けを形成したことにより、該灰受けに排気筒内の灰やスス等を落下させる一方、開放した灰受けの開口を経て外筒の灰溜りの清掃を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載のスターリングエンジン発電機用熱源装置。
【請求項３】
受皿と燃焼筒の外周を囲むように支持台の上面に載置した燃焼部外筒の下端外周に設けたフランジに複数のボルトをねじ込み、各ボルトのねじ込み調節によって燃焼部外筒と支持台との隙間を調節可能にしたことを特徴とする請求項１又は２記載のスターリングエンジン発電機用熱源装置。
【請求項４】
外筒の下部付近の側部の複数箇所に設けた各開口に排気筒を設けると共に、各排気筒の途中にスターリングエンジン発電機の受熱部を設けるようしたことを特徴とする請求項1、２又は３記載のスターリングエンジン発電機用熱源装置。
【請求項５】
外筒の下部付近の側部を開口して排気筒を設け、該排気筒の途中にスターリングエンジン発電機の受熱部を設けると共に該排気筒の端部に乾燥装置を接続し、スターリングエンジン発電機の受熱部を通過した燃焼ガスの余熱を乾燥装置に流入することにより、該乾燥装置に収容した木質バイオマス等の被乾燥物を乾燥するようにしたことを特徴とする請求項1、２、３又は４記載のスターリングエンジン発電機用熱源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木屑、木片、薪、剪定材、落ち葉、竹材、廃材等の木質バイオマスを燃料として発生させた燃焼ガスによる熱源を利用することによってスターリングエンジン発電機を効率よく作動させるようにしたスターリングエンジン発電機用熱源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スターリングエンジンを用いた発電装置が開発されている。このスターリングエンジンは、シリンダの内部に封入した作動ガスを外部から加熱する一方で冷却することにより、作動ガスの膨張と収縮を繰り返すことによってシリンダ内のピストンを往復運動させ、この運動を発電機によって電力に変換するものである。
【０００３】
このようなスターリングエンジンを作動する熱源としては、特許文献１に記載してあるように、廃棄食材、繊維屑、プラスチック、木製廃材等の有機物を熱分解炉で熱分解し、そこで発生する分解ガスを使用するものがある。また、この文献には、分解ガスの温度を温度センサで検出し、分解ガスに供給する空気量を制御することにより、分解ガスの温度を一定に保つ機能が開示されている。
【０００４】
ところで、スターリングエンジンの作動熱源として木質バイオマス燃料を使用する場合、受熱部の金属管に燃焼ガスを直接当てる構成のスターリングエンジンにおいては、木質バイオマスの燃焼に伴って発生するスス、タール、シリカ等の不純物が受熱部の金属管に付着することによって、熱効率の低下を引き起こしたり、金属管が腐食するという問題が生じている。
【０００５】
従って、上記の構成のスターリングエンジン発電機を効率的に作動するには、木質バイオマスの燃焼に伴うスス、タール、シリカ等の不純物の発生を微小量に抑えることによって、スターリングエンジン発電機の受熱部における熱効率の低下や腐食等の問題を解消する必要がある。また、上記のように木質バイオマスの燃焼に伴う灰やスス等の発生は、燃焼ガスが過剰燃焼する際にも生じるため、この過剰燃焼の問題を解消することも重要な課題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８４４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、木質バイオマスの燃焼に伴うスス、タール、シリカ等の不純物の発生を微少量に抑えることによって、スターリングエンジン発電機の受熱部の熱効率の低下や腐食等の問題を解消すると共に、過剰燃焼によるススや黒煙の発生を抑え、木質バイオマスの燃焼を無煙・無臭とすることによって環境的にも良好なスターリングエンジン発電機用熱源装置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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明における請求項１のスターリングエンジン発電機用熱源装置は、設置面に設けられたレールに沿って移動可能な走行台の上部に高さ調節可能に支持台を設け、該支持台に上載した受皿の内部に立設した燃焼筒は天部と底部を開口した筒体の側周部に多数の空気孔を形成し、該燃焼筒の上方に絞り筒部材を被せる隙間をあけて該燃焼筒の筒体の内径よりも小なる内径を有する内筒を設けると共に、該内筒の外周及び上方に空間をあけて包囲してなる外筒の天部に天板を設ける一方、外筒の下部付近の側部を開口して排気筒を接続し、燃焼筒の内部に投入された木質バイオマスを燃焼することによって発生した燃焼ガスを用いて発電を行うようにしたスターリングエンジン発電機用熱源装置において、排気筒を接続した外筒の開口を外筒の底部から立ち上がった箇所に設けることによって外筒の側部の開口よりも低い位置に灰溜りを設け、スターリングエンジン発電機の受熱部を内筒の上方の天板の下部又は排気筒の途中に取り外し可能に収納することにより内筒を経て排気筒を通過する燃焼ガスを当てるようにし、燃焼筒の上端外周に形成したフランジの上面に被せる絞り筒部材の下部開口を燃焼筒の内径と同様の内径にし、絞り筒部材の上部開口を燃焼筒の筒体の内径と同様の内径にすると共に、該絞り筒部材の下端外周に設けた複数のボルトのねじ込み調節によって生じる絞り筒部材の上部と下部の隙間を調節可能とすることにより、夫々の上下部の隙間から内方へ流入する空気量を調整することによってスターリングエンジン発電機の受熱部に送り込む燃焼ガスの過剰燃焼を防止するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明における請求項２のスターリングエンジン発電機用熱源装置は、請求項１において、外筒の近傍における排気筒の底部に開閉自在の蓋構造による灰受けを形成したことにより、該灰受けに排気筒内の灰やスス等を落下させる一方、開放した灰受けの開口を経て外筒の灰溜りの清掃を行うようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明における請求項３のスターリングエンジン発電機用熱源装置は、請求項１又は２において、受皿と燃焼筒の外周を囲むように支持台の上面に載置した燃焼部外筒の下端外周に設けたフランジに複数のボルトをねじ込み、各ボルトのねじ込み調節によって燃焼部外筒と支持台との隙間を調節可能にしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明における請求項４のスターリングエンジン発電機用熱源装置は、請求項１、２又は３において、外筒の下部付近の側部の複数箇所に設けた各開口に排気筒を設けると共に、各排気筒の途中にスターリングエンジン発電機の受熱部を設けるようしたことを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明における請求項５のスターリングエンジン発電機用熱源装置は、請求項１、２、３又は４において、外筒の下部付近の側部を開口して排気筒を設け、該排気筒の途中にスターリングエンジン発電機の受熱部を設けると共に該排気筒の端部に乾燥装置を接続し、スターリングエンジン発電機の受熱部を通過した燃焼ガスの余熱を乾燥装置に流入することにより、該乾燥装置に収容した木質バイオマス等の被乾燥物を乾燥するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のスターリングエンジン発電機用熱源装置によれば、燃焼筒に投入して着火した燃料の火炎は、燃焼筒に設けられた複数の空気孔から内方へ導入した渦巻状の空気流で拡散しながら燃焼筒の中央へと集中する１次燃焼を生じさせる。
【００１４】
また、燃焼筒内の燃焼ガスが燃焼筒の上方に設けられた絞り筒部材の内部からその上方の内筒を通過する過程において、火炎を絞り筒部材の中央及び内筒の中央へ集中させ、それによって温度上昇した燃焼ガスが燃焼ガス内の不燃焼物をさらに燃焼させる２次燃焼を生じさせる。このため、燃焼筒内の１次燃焼で燃焼しきれなかった灰やスス等があっても、内筒内の２次燃焼によって完全燃焼へと促進することが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明においては、燃焼筒の上端外周に形成したフランジの上面に被せる絞り筒部材の下端外周に設けた複数のボルトのねじ込み調節によって絞り筒部材の上部と下部の隙間を調節可能とすることが可能である。これによって、絞り筒部材の上下部の隙間から絞り筒部材の内方へ流入する空気量を調整することができ、空気の冷却効果による火炎の沈静化を促し、過剰燃焼を防止してススや黒煙等の生じない完全燃焼を促進することが可能となる。
【００１６】
上記の本発明において、スターリングエンジン発電機の受熱部を内筒の上方の天板の下部又は排気筒の途中に設けた構成にすると、スターリングエンジン発電機の受熱部に送り込む燃焼ガスの過剰燃焼を防止することができ、スターリングエンジン発電機の受熱部に付着するスス、タール、シリカ等の量を極小に抑えることが可能となる。
【００１７】
さらに、本発明においては、排気筒を接続した外筒の開口を外筒の底部から立ち上がった箇所に設けることによって外筒の側部の開口よりも低い位置に灰溜りを設け、スターリングエンジン発電機の受熱部を内筒の上方の天板の下部又は排気筒の途中に取り外し可能に収納することにより内筒を経て排気筒を通過する燃焼ガスを当てるようにしている。
【００１８】
このような構成により、内筒を経て上昇した燃焼ガスの中に灰や微細な不燃焼物が含まれている場合でも、外筒の底部の灰溜りに落下する。また、排気筒の開口は外筒の底部、即ち灰溜りから立ち上がった箇所に設けられているため、灰溜りに落下した灰や微細な不燃焼物が排気筒の内部に進入するのを防止する。これによって外筒内の灰やスス等の不純物がスターリングエンジン発電機の受熱部に付着するのを防止し、該受熱部の保護に有益となる。
【００１９】
また、上記の本発明において、燃焼筒から内筒へ向かう火炎の勢いが強すぎる場合、設置面に設けられたレールに沿って走行台を移動することにより、燃焼筒を内筒の下部から外方へ移動させることにより、内筒内の温度が過度に上昇しないように抑制することが可能となる。
【００２０】
以上のような本発明のスターリングエンジン発電機用熱源装置によれば、木質バイオマスの完全燃焼によって無煙・無臭の燃焼ガスを発生させ、また過剰燃焼を抑えることによってスス、タール、シリカ等の生じない燃焼ガスをスターリングエンジン発電機の受熱部に当てることができ、スターリングエンジン発電機の熱効率を向上することが可能となる。
【００２１】
従って、本発明によれば、電気のない地域や場所であっても、木屑、間伐材、未利用木材、剪定枝、竹、落ち葉、植物廃材等の木質バイオマスを燃料として用いるスターリングエンジン発電機の受熱部における腐食或いは損傷を抑え、スターリングエンジン発電機の安定した運転及び耐用年数を向上することにより、スターリングエンジン発電機による電力を安定且つ効率的に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】(ａ)は本発明における実施例１のスターリングエンジン発電機用熱源装置に関する縦断面図であり、(ｂ)は横断面図である。
【図２】本発明における実施例１のスターリングエンジン発電機用熱源装置の熱源側の構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明の各実施例に使用するスターリングエンジン発電機を示す図であり、(ａ)は斜視図、(ｂ)は上面図、(ｃ)は側面図、(ｄ)は後面図である。
【図４】(ａ)は本発明における実施例２のスターリングエンジン発電機用熱源装置に関する縦断面図であり、(ｂ)は横断面図である。
【図５】(ａ)は本発明における実施例３のスターリングエンジン発電機用熱源装置に関する縦断面図であり、(ｂ)は横断面図である。
【図６】本発明における実施例４のスターリングエンジン発電機用熱源装置に関する縦断面図である。
【図７】本発明における実施例４に使用するスターリングエンジン発電機を示す図であり、(ａ)は側面図、(ｂ)は正面図、(ｃ)は側面図、(ｄ)は底面図である。
【図８】本発明における実施例５のスターリングエンジン発電機用熱源装置の排気筒に乾燥機を接続した状況を示す縦断面図である。なお、乾燥装置は側面図で示す。
【図９】本発明における実施例５に係る乾燥機及びその周辺の装置を示す図であり、（ａ）は側面図、(ｂ)は正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２４】
本実施例は、燃焼筒１内で木質バイオマスを燃焼することによって発生した燃焼ガスを用いて発電を行うスターリングエンジン発電機用熱源装置に関するものであり、図１(ａ)、(ｂ)に示すように、排気筒３を接続した外筒２の開口１８を外筒２の底部から立ち上がった箇所に設けることによって外筒２の側部の開口１８よりも低い位置に灰溜り２ａを設け、スターリングエンジン発電機４の受熱部５を内筒９の上方の天板１７の下部又は排気筒３の途中に取り外し可能に収納することにより内筒９を経て排気筒３を通過する燃焼ガスを当てるようにした構成を有する。
【００２５】
このような構成について詳細に述べると、図２に示すように、設置面Gには２条のレール１1、１1が敷設され、各レール１1に沿って走行する車輪１１ａを介して走行台１２が走行可能に設けられている。さらに、走行台１２の上面にはジャッキ等による高さ調節装置１３によって支持された支持台１４が設けられ、この支持台１４に上載した受皿６の内部には筒形状の燃焼筒１が立設されている。そして、この燃焼筒１の内部に木屑、間伐材、未利用木材、剪定枝、竹、落ち葉、植物廃材等の木質バイオマスを燃料として投入することが可能である。
【００２６】
なお、燃焼筒１を取り外した受皿６の内部に燃料が可燃状態で残留した場合、この受皿６に不図示の蓋部材を被せ、受皿６の内部を密閉状態にすると、受皿６内の燃料が炭化物に変化するため、これを農業用の炭化有機肥料として利用することが可能となる。
【００２７】
また、上記の燃焼筒１は、天部と底部とを開口した筒体の側周部に多数の空気孔７ａ、７b、７cを形成してあり、その外周には、上下に例えば2個ずつ形成されたリブ1ａを境にして複数の空気孔７が上段の複数の空気孔７ａと中段の複数の空気孔７bと下段の複数の空気孔７cに分けて形成されている。
【００２８】
このような構成において、上段の複数の空気孔７ａの形成密度は、中段の複数の空気孔７b及び下段の複数の空気孔７cの形成密度よりも大きくなるように形成している。また、中段の複数の空気孔７bは燃焼筒１の中間付近の上下に配して形成され、これらの中段の空気孔７bよりも形成密度を大にした下段の複数の空気孔７cが燃焼筒１の最下端に沿って一列に形成されている。このような構成により、燃焼筒１に投入して着火した燃料の火炎は、燃焼筒１に設けられた複数の空気孔７ａ、７b、７cから内方へ導入した渦巻状の空気流で拡散しながら燃焼筒１の中央へと集中する１次燃焼を生じさせる。
【００２９】
また、上記の構成において、受皿６と燃焼筒１の外周を囲むように支持台１４の上面に燃焼部外筒１０を載置し、この燃焼部外筒１０の下端外周に設けたフランジ１０ａに複数のボルト１０bをねじ込み、各ボルト１０bのねじ込み調節によって燃焼部外筒１０と支持台１４との隙間を調節可能にした構成としている。このように、燃焼筒１の外方を燃焼部外筒１０で包囲することにより、屋外において吹く風や室内の空気流が燃焼筒１の各空気孔７ａ、７b、７cから内部に入ることがない。従って、燃焼筒１内の火炎を乱すことがなく、燃焼筒１内の燃焼を安定した状態で行うことが可能となる。
【００３０】
さらに、本実施例においては、図２に示すように、燃焼筒１の上方に後述する絞り筒部材８を被せる隙間をあけて該燃焼筒１の筒体の内径よりも小なる内径を有する内筒９が設けられている。このような構成により、燃焼筒１内の燃焼ガスが燃焼筒１の上方に設けられた絞り筒部材８の内部からその上方の内筒９を通過する過程において、火炎を絞り筒部材８の中央及び内筒９の中央へ集中させることができる。それによって、温度上昇した燃焼ガスが燃焼ガス内の不燃焼物をさらに燃焼させる２次燃焼を生じさせ、燃焼筒１内の１次燃焼で燃焼しきれなかった灰やスス等があっても、内筒９内の２次燃焼によって完全燃焼へと促進することが可能となる。
【００３１】
なお、この内筒９は、その下方に下部空間１５を形成するように支持部材１６によって支持され、その下部空間１５を、支持台１４に上載された燃焼筒１が上部に絞り筒部材８を被せた状態で走行可能とされている。このような構成により、燃焼筒１から内筒９へ向かう火炎の勢いが強すぎる場合、設置面Gに設けられたレール１１に沿って走行台１２を移動することにより、内筒９の下部から燃焼筒１を移動させ、内筒９内の温度が過度に上昇しないようにすることが可能となる。
【００３２】
さらに、上記の内筒９は、その外周及び上方に空間をあけて包囲する外筒２の天部に天板１７が設けられた構成とされ、さらに外筒２の側部に開口された開口１８には排気筒３が取り付けられている。このような構成において、排気筒３を接続した外筒２の開口１８を外筒２の底部から立ち上がった箇所に設けることによって外筒２の側部の開口１８よりも低い位置に灰溜り２ａを設けた構成とすることにより、外筒２の底面から段差２ｂを経て排気筒３が接続された構成とされている。
【００３３】
このような構成により、内筒９を経て上昇した燃焼ガスの中に灰やスス等が残留している場合でも、外筒２の底部の灰溜り２ａに落下する。また、排気筒３の開口１８は外筒２の底部、即ち灰溜り２ａから立ち上がった箇所に設けられているため、灰溜り２ａに落下した灰やスス等の不純物が排気筒３の内部に進入するのを防止し、これによって外筒２内の灰やスス等の不純物がスターリングエンジン発電機４の受熱部５に付着することなく、該受熱部５の保護に有益となる。
【００３４】
また、本実施例において、外筒２の近傍における排気筒３の底部に開閉自在の蓋構造による灰受け２６を形成しさらに排気筒３の端部は上方に立ち上がった煙突２７を設け、煙突２７の下部にも灰受け２８を設けた構成としている。このような構成により、灰受け２６に排気筒３内の灰やスス等を落下させる一方、開放した灰受け２６の開口を経て外筒２の灰溜り２ａの清掃を行うことが可能である。
【００３５】
また、上記の構成において、内筒９の壁内と外筒２の壁内とに蓄熱材を充填する空間を形成し、各壁内の空間に砂やキャスター材等の蓄熱材を充填することにより、内筒９と外筒２を保温構造とすることが可能である。なお、内筒９の壁内と外筒２の壁内の空間に水を充填することによって、この水を加温したり、蒸気を発生させ、室内を加湿することも可能である。
【００３６】
さらに本実施例においては、図１(ａ)、(ｂ)に示すように、外筒２の下部付近に設けた排気筒３の途中にて該排気筒３の側部に設けた挿入口３ａからスターリングエンジン発電機４の受熱部５を収納した構成としている。また、スターリングエンジン発電機４は排気筒３の近傍に設けた支持台２３の上面に固定してあり、支持台２３の下部に取り付けた車輪２３ａを設置面Ｇに敷設したレール２３ｂに沿って走行可能としている。このような構成により、スターリングエンジン発電機４の受熱部５を排気筒３から取り外して移動することにより、スターリングエンジン発電機４の受熱部５等のメンテナンス及び清掃を行うことが可能となる。
【００３７】
本実施例では、このスターリングエンジン発電機４として、図３(ａ)〜(ｄ)に示す循環流式スターリング機関を用いてあり、水平シリンダ１９を配してシリンダ内で稼動するピストンを有し、各シリンダには冷却部２０と受熱部５を接続している。
【００３８】
上記の構成において、シリンダの内部に封入した作動ガスを外部から加熱する一方で冷却することにより、作動ガスの膨張と収縮を繰り返させることによって各シリンダ１９内のピストンを往復運動させ、このピストンの往復運動を発電機２１によって電力に変換することを可能としている。なお、上記の構成によるスターリング機関によれば、受熱部５の内部のガスの温度が約９０度という低温度から発電機２１が作動して電力の供給が可能となる。
【００３９】
また、上記の構成において、発電機２１の左右に配した冷却部２０はステンレス又はチタン等の金属管を屈曲することによって形成され、この金属管の内部に冷却水を流通させることによって各シリンダ内に冷却温度を付与するようにしている。
【００４０】
一方、発電機２１の回転軸２１ａの前方側に突出状態に形成された受熱部５は、ステンレス又はチタン等の金属管を屈曲することによって全体が直方体となるように形成され、この受熱部５を排気筒３の内部に収納することにより、排気筒３の内部を通過する燃焼ガスが受熱部５に当たるようにしている。
【００４１】
上記のようにスターリングエンジン発電機４の受熱部５を直方体に形成した場合、図１(ａ)、(ｂ)に示すように、排気筒３の形状もまた、受熱部５の形状に応じて、受熱部５がその内部にほぼ納まる断面長方形状のダクト構造にすると良い。
【００４２】
また、図１(ａ)、(ｂ)に示すように、排気筒３におけるスターリングエンジン発電機４の受熱部５の下流側に、排気筒３の内部を閉塞するダンパー２２を設けてレバー２２ａで回転可能にしている。このような構成により、ダンパー２２を閉じることで排気筒３内の排気ガスの流れに抵抗をかけることによってスターリングエンジン発電機４の受熱部５に当たる排気ガスの受熱効率を向上することが可能となる。
【００４３】
また、上記の構成において、図２に示すように、受皿６と燃焼筒１の外周を囲むように支持台１４の上面に載置した燃焼部外筒１０の下端外周に設けたフランジ１０ａに複数のボルト１０bをねじ込み、各ボルト１０bのねじ込み調節によって燃焼部外筒１０と支持台１４との隙間を調節可能にしている。このような構成により、燃焼部外筒１０と支持台１４との隙間から内方へ流入する空気量を調節することが可能となる。
【００４４】
さらに、上記の構成において、燃焼筒１の上端外周に形成したフランジ１ａの上面に被せる絞り筒部材８の下部開口を燃焼筒１の内径と同様の内径にし、絞り筒部材８の上部開口を燃焼筒１の筒体の内径と同様の内径となる形状にしている。
【００４５】
さらに、本実施例においては、燃焼筒１の上端外周に形成したフランジ１ａの上面に被せる絞り筒部材８の下端外周に設けた複数のボルト８ａのねじ込み調節によって生じる絞り筒部材８の上部と下部の隙間ｇ１、ｇ２を調節可能とすることにより、夫々の上下部の隙間ｇ１、ｇ２から絞り筒部材８の内方へ流入する空気量を調整することができ、空気の冷却効果による火炎の沈静化を促し、過剰燃焼を防止してススや黒煙等の生じない完全燃焼を促進することが可能となる。
【００４６】
このような構成により、スターリングエンジン発電機４の受熱部５に送り込む燃焼ガスの過剰燃焼を防止することができ、スターリングエンジン発電機４の受熱部５に付着するススや黒煙の量を極小に抑えることが可能となる。
【００４７】
上記のスターリングエンジン発電機用熱源装置を稼動するには、レール１１に沿って内筒９の下方から外方へ走行台１２を移動し、この走行台１２の上方の支持台１４に搭載した受皿６の内部に燃焼筒１を立設する。この状態で、燃焼筒１の内部に木屑、間伐材、未利用木材、剪定枝、竹、落ち葉、植物廃材等の木質バイオマスを燃料として投入する。
【００４８】
なお、燃焼筒１の内部に木材や竹等のように長尺を有する燃料を投入する場合、それらの燃料を縦方向に入れて燃焼するのが望ましい。こうすることによって、木材や竹等を横に寝かした状態よりも燃焼時間が約１．５倍だけ長く持続することが実験によって確認されているため、後述するスターリングエンジン発電機４による発電時間も長く延長されるという利点を有することになる。
【００４９】
次いで、燃焼筒１内の燃料の上部に着火し、火炎が安定した状態で燃焼筒１の外周に燃焼部外筒１０を載置する。この状態で、燃焼筒１内の火炎は、燃焼筒１の空気孔７ａ、７ｂ、７ｃから内方へ導入した渦巻状の空気流で拡散しながら燃焼筒１の中央へと集中する１次燃焼が生じる。また、燃焼筒１内の燃焼ガスが燃焼筒１の上方に設けられた絞り筒部材８の内部を通過する過程において、火炎を絞り筒部材８の中央へ集中させ、それによって温度上昇した燃焼ガスが燃焼筒１内の１次燃焼で燃焼しきれなかった微小のススや煤煙等を内筒９内の２次燃焼によって完全燃焼へと促進する。
【００５０】
以上のような本実施例のスターリングエンジン発電機用熱源装置によれば、木質バイオマスの完全燃焼によって環境にも良好な無煙・無臭の燃焼ガスを発生させ、また過剰燃焼を抑えることによってススや黒煙等の生じない完全燃焼の燃焼ガスをスターリングエンジン発電機４の受熱部５に当てることが可能となる。
【００５１】
次に、本実施例のスターリングエンジン発電機用熱源装置を使用した場合の一酸化炭素の計量結果、硫黄酸化物濃度、窒素酸化物濃度、排出ガス量、排出ガス組成等について、その計量証明書を以下の表１〜表５に掲載する。
【００５２】
この計量証明書は、以下の事業主によるものである。
濃度第５号
計量証明事業登録岐阜県  音圧レベル第２号
振動加速度レベル第３号
一般財団法人  岐阜県公衆衛生検査センター
【００５３】
以下の表１に示す計量証明書の内容は、上記の燃焼筒１に投入した木質バイオマス燃料が１次燃焼され、絞り筒部材及び内筒を経て２次燃焼した燃焼ガス（表１中に「試料の種類  焼ガス」と記載されている）に含まれる一酸化炭素が、僅かに０．０１％未満であることを示すものである。
【００５４】
また、以下の表２に示す計量証明書の内容は、上記の燃焼筒に投入した木質バイオマス燃料が１次燃焼され、絞り筒部材及び内筒を経て２次燃焼して排気筒に流入した排気ガスの濃度（表２に「試料の種類：煙道排ガス濃度」と記載されている）が、「１．計量の結果  別紙１〜参照」と記され、「２．計量の方法  硫黄酸化物：JIS  0103  7.1（イオンクロマトグラス法）による。窒素酸化物：JIS  0104  7.3（イオンクロマトグラス法）による。」と記されているものである。なお、後述するように、計量証明書の別紙１は表３、別紙２は表４、別紙３は表５に示す。
【００５５】
また、以下の表３（別紙１）に示す計量証明書の内容は、上記の燃焼筒に投入した木質バイオマス燃料が１次燃焼され、絞り筒部材及び内筒を経て２次燃焼して排気筒に流入した排気ガスの濃度において、硫黄酸化物濃度が０．６volppm未満であり、窒素酸化物濃度が１３volppmであることを表している。また、この表３に示すように、排出ガス組成に関しては、ＣＯ2が９．７vol％、Ｏ2が１１．０vol％、ＣＯが０．０vol％、Ｎ2が７９．３vol％を表している。
【００５６】
また、以下の表４（別表２）に示す計量証明書の内容は、上記の燃焼筒に投入した木質バイオマス燃料が１次燃焼され、絞り筒部材及び内筒を経て２次燃焼して排気筒に流入した排気ガスの硫黄酸化物濃度に関して、平均硫黄酸化物濃度が０．６volppm未満であることを表している。
【００５７】
また、以下の表５（別表３）に示す計量証明書の内容は、上記の燃焼筒に投入した木質バイオマス燃料が１次燃焼され、絞り筒部材及び内筒を経て２次燃焼して排気筒に流入した排気ガスの窒素酸化物濃度に関して、平均窒素酸化物濃度が１３volppm未満であることを表している。
【００５８】
次に、窒素酸化物の排出基準について、その計算結果について述べる。
固体燃焼ボイラー  Ｏ2  ６％
2014214994.tif 000003
東京都環境局  地域冷暖房区域の指定基準値  ４０ｐｐｍ以下
標準酸素濃度０％換算
2014214994.tif 000004
上記のようにＮＯx(窒素酸化物)の数値が極めて少ない数値を示すことにより、燃焼ガスにＮＯx(窒素酸化物)が微量だけ含まれることを表す。国内の基準値は、固体燃焼ボイラーの場合、２００〜３５０ppm以下が基準値である。これに対して、本発明の場合、Ｏ2換算6％で１９．５ppmであり、基準値の１０分の１と極めて少ない数値となる。
【００５９】
このようなＮＯx(窒素酸化物)が煙突等の排出通路の内部で冷却することにより、ＮＯx(窒素酸化物)が硝酸に変化する。この硝酸は窒素のオキソ酸であって、代表的な強酸のひとつであり、様々な金属と反応して塩を形成する。
【００６０】
従来の燃焼の場合、ＮＯx(窒素酸化物)の数値が高いため、排気ガスの温度を下げて排出すると、上記の塩が作用して、排出通路の内部或いはスターリングエンジン発電機４の受熱部５を腐蝕させることになる。このため、ＮＯx(窒素酸化物)が高い温度を維持した状態で排出させることが従来常識とされていたが、本発明の装置による燃焼の場合、排出温度を４８℃まで下げて排出しても、ブリキで形成された排気筒の内部が塩化反応していないことが実験で確認されている。
【００６１】
なお、ＳＯx（硫黄酸化物）が排出されている燃焼の場合、ＳＯx（硫黄酸化物）から硫酸に変わる。硫酸は硫黄のオキソ酸の一種であり、強酸性であるが、本発明ではＳＯx（硫黄酸化物）は排出されていないため、なんら問題はない。
【００６２】
なお、従来のスターリングエンジンにおいては、受熱部にシリカがガラス状に付着する現象が生じている。このように受熱部に付着したシリカを除去するには、受熱部を取り出した後、シリカを受熱部から叩き落すしか方法がないが、本発明によるスターリングエンジン発電機用熱源装置の場合、煙が一切排出されないため、受熱部にシリカが付着するような現象も皆無である。
【００６３】
【表１】
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【００６４】
【表２】
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【００６５】
【表３】
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【００６６】
【表４】
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【００６７】
【表５】
2014214994.tif 000009
【実施例２】
【００６８】
本実施例は、図４（ａ）、(ｂ)に示すように、外筒２の下部付近の側部の複数箇所に設けた各開口１８に排気筒３を設けると共に、各排気筒３の途中にスターリングエンジン発電機４の受熱部５を設けるようにしたものである。ただし、本実施例では、図示のように、外筒２の下部付近の側部の両側に設けた合計2つの開口１８、１８に排気筒３を設け、各排気筒３の途中にスターリングエンジン発電機４の受熱部５を設けた構成としている。なお、本実施例において、その他の構成は実施例１と同様であり、外筒２の両側の各排気筒３、３に設けた２機のスターリングエンジン発電機４の受熱部５によって、実施例１と同様に電力の供給が可能となる。
【実施例３】
【００６９】
本実施例は、図５（ａ）、(ｂ)に示すように、内筒９の上方の天板１７の下部にスターリングエンジン発電機４の受熱部５を設けた構成としたものであり、その他の構成は実施例１と同様である。このような構成において、天板１７の下部の側部に形成した貫通孔２４にスターリングエンジン発電機４の受熱部５の金属管を挿通する。なお、受熱部５が図３（ａ）に示すように四角形立法体である場合、内筒９の上部と天板１７の下部との空間もまた受熱部５を収容できるように幅広の空間とする。また、受熱部５の下方においては、内筒９の上端と受熱部５との間に隙間９ａを設けた状態とし、この隙間９ａを経て内筒９内の燃焼ガスが内筒９の外周の隙間２５に流通するようにしている。
【００７０】
この実施例のスターリングエンジン発電機４は、外筒２近傍に設けた支持台２３の上面に固定してあり、支持台２３の下部に取り付けた車輪２３ａを設置面Ｇに敷設したレール２３ｂに沿って走行可能としている。このような構成により、スターリングエンジン発電機４の受熱部５を排気筒３から取り外して移動することにより、スターリングエンジン発電機４の受熱部５等のメンテナンス及び清掃を行うことが可能となる。
【実施例４】
【００７１】
本実施例は、図６に示すように、排気筒３の途中にスターリングエンジン発電機４の受熱部５を収納するようにしたものである。このスターリングエンジン発電機４は、図７（ａ）〜(ｄ)に示すように、上部にステンレス又はチタン等の金属管を屈曲することによって形成した受熱部５とその下部の冷却部２０との間に内蔵した不図示のシリンダ内で稼動するピストン（不図示）を接続し、ピストンの往復運動によって発電機２１を可動するようにしている。このような構成において、上記の受熱部５は排気筒３の内部にて灰受け２６とダンパー２２の途中の底部に設けた挿入口３ａからスターリングエンジン発電機４の受熱部５を収納する。また、冷却部２０は冷却水入口２０ａから流入した冷却水を冷却水出口２０ｂから流出することによって冷却水を循環させるようにしている。
【００７２】
このような構成において、シリンダの内部に封入した作動ガスを外部から加熱する一方で冷却することにより、作動ガスの膨張と収縮を繰り返させることによって各シリンダ１９内のピストンを往復運動させ、このピストンの往復運動を発電機によって電力に変換することを可能としている。
【００７３】
なお、上記のスターリングエンジン発電機４の受熱部５は冷却部２０の上部に設けられ、受熱部５を排気筒３の底部に設けた挿入口3ａに下方から挿入する構成としている。このためスターリングエンジン発電機４を支持した支持台２３はその下部に設けたジャッキ等の高さ調節装置１３によって下降した後、高さ調節装置１３の下部の走行台２３ｃに取り付けた車輪２３ａをレール２３ｂに沿って移動することによって、スターリングエンジン発電機４の受熱部５のメンテナンス又は清掃等を行うことが可能である。
【実施例５】
【００７４】
本実施例は、図８に示すように、外筒２の下部付近の側部を開口した開口１８に排気筒３を設け、該排気筒３の途中にスターリングエンジン発電機４の受熱部５を設けると共に該排気筒３の端部に乾燥装置２９を接続したものである。なお、本実施例において、その他の構成は実施例１と同様である。
【００７５】
このような構成において、図９(ａ)〜(ｃ)に示すように、乾燥装置２９は、ロータリーキルン乾燥装置と称するものであり、横設した円筒形筒体からなる乾燥装置２９の四方の下部を回転可能に複数の車輪３０で支持すると共に、円弧形のレール３１に複数の車輪３０を上載してレール３１に沿って円筒形筒体からなる乾燥装置２９を回転可能にしている。また、乾燥装置２９の中心の外周にチェーン３３を巻回状態に固定する。
【００７６】
そして、このチェーン３３に対して、乾燥装置２９の端部の近傍に設けたモータ３２の回転軸に接続したギア３４を歯合して回転することにより乾燥装置２９を回転させる。そして、乾燥装置２９の挿入口２９ａから乾燥装置２９内に収容した木屑、木片、おから、汚泥、剪定枝等を排気筒３から流入する排気ガスの排気熱を利用して乾燥させた後、乾燥装置２９の排出口２９ｂから排出することが可能である。
【００７７】
なお、図８又は図９において、乾燥装置２９の挿入口２９ａにコンベア３５を連結する一方、乾燥装置２９の挿入口２９ａにコンベア３６を連結して、上記の木質バイオマス等をコンベア３５に乗せて乾燥装置２９の挿入口２９ａへ移送し、排出口２９ｂから排出した木質バイオマス等をコンベア３６で搬出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明のスターリングエンジン発電機用熱源装置は、木質バイオマスの燃焼に伴うスス、タール、シリカ等の不純物の発生を微少量に抑えることによって、スターリングエンジン発電機の受熱部の熱効率の低下や腐食等の問題を解消すると共に、過剰燃焼によるススの発生を抑え、木質バイオマスの燃焼を無煙・無臭とすることによって環境的にも良好なスターリングエンジン発電機用熱源装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１  燃焼筒
１ａ  リブ
２  外筒
２ａ  灰溜り
２ｂ  段差
３  排気筒
３ａ  挿入口
４  スターリングエンジン発電機
５  受熱部
６  受皿
７ａ、７b、７c  空気孔
８  絞り筒部材
８ａ  ボルト
９  内筒
９ａ  隙間
１０  燃焼部外筒
１０ａ  フランジ
１０ｂ  ボルト
１１  レール
１１ａ  車輪
１２  走行台
１３  高さ調節装置
１４  支持台
１５  下部空間
１６  支持部材
１７  天板
１８  開口
１９  シリンダ
２０  冷却部
２０ａ  冷却水入口
２０ｂ  冷却水出口
２１  発電機
２１ａ  回転軸
２２  ダンパー
２２ａ  レバー
２３  支持台
２３ａ  車輪
２３ｂ  レール
２４  貫通孔
２５  隙間
２６  灰受け
２７  煙突
２８  灰受け
２９  乾燥装置
２９ａ  挿入口
２９ｂ  排出口
３０  車輪
３１  レール
３２  モータ
３３  チェーン
３４  ギア
３５  コンベア
３６  コンベア
Ｇ    設置面
ｇ１  上部の隙間
ｇ２  下部の隙間
【図１】
2014214994.tif 000010
【図２】
2014214994.tif 000011
【図３】
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【図４】
2014214994.tif 000013
【図５】
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【図６】
2014214994.tif 000015
【図７】
2014214994.tif 000016
【図８】
2014214994.tif 000017
【図９】
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