(57)【要約】【課題】発電効率を向上しつつ、環境への負荷を低減することができる廃棄物発酵熱発電方法及び廃棄物発酵熱発電システムを提供すること。【解決手段】廃棄物発酵熱発電システム１は、高温側回転体１２と低温側回転体１３と環状部材１４とを有する形状記憶素材エンジン１１と、高温側回転体１２の回転運動により駆動する発電手段１５とを備えている。環状部材１４における高温側回転体１２と接触した部位の温度上昇に伴う物性変化により生じる張力によって高温側回転体１２と低温側回転体１３とを回転させる。高温側回転体１２と低温側回転体１３とにおける回転運動の運動エネルギーを発電手段１５によって電気エネルギーに変換するよう構成されている。【選択図】図１
2014211282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物を好気性発酵させて得られる発酵熱を利用して発電を行う廃棄物発酵熱発電方法であって、
円筒状に形成されると共に回転可能に配された低温側回転体と高温側回転体とこれらに架け渡された形状記憶素材からなる環状部材とを有する形状記憶素材エンジンにおいて、
上記高温側回転体よりも低温に保たれた上記低温側回転体によって上記環状部材を冷却し、
上記有機廃棄物を上記高温側回転体の内側において攪拌し好気性発酵させることによって得られる発酵熱を上記高温側回転体を通じて上記環状部材に伝達し、
上記環状部材において上記高温側回転体と接触した部位の温度上昇に伴う物性変化により生じる張力によって上記高温側回転体と上記低温側回転体とを回転させ、この回転運動の運動エネルギーを発電手段によって電気エネルギーに変換することを特徴とする廃棄物発酵熱発電方法。
【請求項２】
請求項１に記載の廃棄物発酵熱発電方法において、上記低温側回転体の内側に冷媒を流通させることを特徴とする廃棄物発酵熱発電方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の廃棄物発酵熱発電方法において、上記有機廃棄物に顆粒状の多孔質カーボンを混合した混合材料を上記高温側回転体の内側において攪拌し好気性発酵させることを特徴とする廃棄物発酵熱発電方法。
【請求項４】
請求項３に記載の廃棄物発酵熱発電方法において、上記顆粒状の多孔質カーボンは、セルロース系材料を焼成炉に投入すると共に、該焼成炉に熱風を送り上記セルロース系材料を自発火させ焼成炭とした後、上記焼成炉から出た直後の上記焼成炭に冷却水をかけて急冷することにより生成されることを特徴とする廃棄物発酵熱発電方法。
【請求項５】
請求項４に記載の廃棄物発酵熱発電方法において、上記焼成炭に冷却水をかけて急冷した際に生じる水蒸気の圧力によって補助発電手段のサブタービンを駆動させて、上記補助発電手段によっても発電を行うことを特徴とする廃棄物発酵熱発電方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の廃棄物発酵熱発電方法において、上記顆粒状の多孔質カーボンと有機廃棄物とを混合して固形化した処理ケーキを生成し、該処理ケーキの状態で上記混合材料を上記高温側回転体に投入することを特徴とする廃棄物発酵熱発電方法。
【請求項７】
円筒形状を有すると共に回転可能に配され内側において有機廃棄物を攪拌し好気性発酵させる高温側回転体と、円筒形状を有すると共に回転可能に配され上記高温側回転体よりも低温に保たれた低温側回転体と、上記高温側回転体の外周面における曲率半径よりも大きい曲率半径に形状記憶された形状記憶素材を環状に形成し上記高温側回転体及び上記低温側回転体に架け渡された環状部材とを有する形状記憶素材エンジンと、
該形状記憶素材エンジンの回転運動により駆動する発電手段とを備え、
有機廃棄物が好気性発酵することにより生じる発酵熱を上記高温側回転体を通じて上記環状部材に伝達し、上記環状部材における上記高温側回転体と接触した部位の温度上昇に伴う物性変化により生じる張力によって上記高温側回転体と上記低温側回転体とを回転させ、この回転運動の運動エネルギーを発電手段によって電気エネルギーに変換するよう構成されていることを特徴とする廃棄物発酵熱発電システム。
【請求項８】
請求項７に記載の廃棄物発酵熱発電システムにおいて、上記低温側回転体の内側に冷媒を流通するよう構成されていることを特徴とする廃棄物発酵熱発電システム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の廃棄物発酵熱発電システムにおいて、上記有機廃棄物に顆粒状の多孔質カーボンを混合した混合材料を上記高温側回転体の内側において攪拌し好気性発酵させるよう構成されていることを特徴とする廃棄物発酵熱発電システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の廃棄物発酵熱発電方法において、内部にセルロース系材料を投入した状態で熱風を送って上記セルロース系材料を自発火させて焼成し焼成炭を生成する焼成炉と、該焼成炉から出た直後の上記焼成炭に冷却水をかけて急冷して上記顆粒状の多孔質カーボンを生成する急冷手段とを備えることを特徴とする廃棄物発酵熱発電システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の廃棄物発酵熱発電システムにおいて、上記焼成炭に冷却水をかけて急冷した際に生じる水蒸気の圧力によって駆動するサブタービンを有し、該サブタービンの駆動によって発電を行うよう構成された補助発電手段を備えることを特徴とする廃棄物発酵熱発電システム。
【請求項１２】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の廃棄物発酵熱発電システムにおいて、上記顆粒状の多孔質カーボンと有機廃棄物とを混合しながら上記高温側回転体へ搬送すると共に上記混合材料を固形化して処理ケーキを生成する混合搬送手段を備えることを特徴とする廃棄物発酵熱発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機廃棄物が好気性発酵する際に発生する発酵熱を用いた廃棄物発酵熱発電方法及び廃棄物発酵熱発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料を使用することによって生じる二酸化炭素や、不純物として含まれる窒素酸化物、硫黄酸化物等が大気中に放出されることにより、地球温暖化や大気汚染等の様々な環境問題を引き起こす要因となっている。そのため、化石燃料に依存しないエネルギー産出方法が望まれている。
化石燃料に依存しないエネルギー産出方法として、下水処理時に発生するガスを用いた発電方法（特許文献１）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１１５８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の方法には以下の課題がある。
特許文献１の方法においては、下水処理時に発生するメタンガスを燃焼することにより発電を行う。メタンガスを燃焼することで発生する二酸化炭素の排出量は、植物が吸収する二酸化炭素の吸収量を上回るおそれがあるため、環境汚染に関する問題が解決されない場合がある。さらに、発電装置からメタンガスが漏れ出た場合には、環境負荷を大きくしてしまうおそれがある。また、３つの作動流体循環流路を組み合わせて構成されているため、構成が複雑となり、設備費が高額となると共に保全性が低下しやすい。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、環境への負荷を低減し、かつ発電効率の高い廃棄物発酵熱発電方法及び廃棄物発酵熱発電システム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】
【０００６】
本発明の一態様は、有機廃棄物を好気性発酵させて得られる発酵熱を利用して発電を行う廃棄物発酵熱発電方法であって、
円筒状に形成されると共に回転可能に配された低温側回転体と高温側回転体とこれらに架け渡された形状記憶素材からなる環状部材とを有する形状記憶素材エンジンにおいて、
上記高温側回転体よりも低温に保たれた上記低温側回転体によって上記環状部材を冷却し、
上記有機廃棄物を上記高温側回転体の内側において攪拌し好気性発酵させることによって得られる発酵熱を上記高温側回転体を通じて上記環状部材に伝達し、
上記環状部材において上記高温側回転体と接触した部位の温度上昇に伴う物性変化により生じる張力によって上記高温側回転体と上記低温側回転体とを回転させ、この回転運動の運動エネルギーを発電手段によって電気エネルギーに変換することを特徴とする廃棄物発酵熱発電方法にある。
【０００７】
本発明の他の態様は、円筒形状を有すると共に回転可能に配され内側において有機廃棄物を攪拌し好気性発酵させる高温側回転体と、円筒形状を有すると共に回転可能に配され上記高温側回転体よりも低温に保たれた低温側回転体と、上記高温側回転体の外周面における曲率半径よりも大きい曲率半径に形状記憶された形状記憶素材を環状に形成し上記高温側回転体及び上記低温側回転体に架け渡された環状部材とを有する形状記憶素材エンジンと、
該形状記憶素材エンジンの回転運動により駆動する発電手段とを備え、
有機廃棄物が好気性発酵することにより生じる発酵熱を上記高温側回転体を通じて上記環状部材に伝達し、上記環状部材における上記高温側回転体と接触した部位の温度上昇に伴う物性変化により生じる張力によって上記高温側回転体と上記低温側回転体とを回転させ、この回転運動の運動エネルギーを上記発電手段によって電気エネルギーに変換するよう構成されていることを特徴とする廃棄物発酵熱発電システムにある。
【発明の効果】
【０００８】
上記廃棄物発酵熱発電方法においては、有機廃棄物を、上記高温側回転体の内側において攪拌し、好気性発酵することで発生する発酵熱を利用して発電を行なっている。すなわち、改めて燃料を用意して熱源を作る必要は無く、これまでは利用されてこなかった有機廃棄物を堆肥化する際に発生する発酵熱を有効利用できる。
【０００９】
一方、上記形状記憶素材エンジンは、駆動のために必要な熱源の確保が課題の一つであったが、発酵熱を利用することによって環境負荷の増大を伴うことなく、上記形状記憶素材エンジンを駆動させることができる。
【００１０】
これにより、従来利用されなかった発酵熱を有効利用することで、上記形状記憶素材エンジンにおける熱源の確保を可能とし、環境を害することなく、効率のよい発電を行うことができる。
【００１１】
また、好気性発酵における二酸化炭素の排出量は、メタンガスや化石燃料を燃焼させた場合における二酸化炭素の排出量に比べ、ごく少量である。そのため、二酸化炭素排出による環境負荷を低減することができる。
【００１２】
また、上記廃棄物発酵熱発電システムは、少なくとも上記高温側回転体と上記低温側回転体と上記環状部材とを有する形状記憶素材エンジンと、上記発電手段とを備えている。これにより、上記廃棄物発酵熱発電方法に示す環境負荷が少なく、発電効率が高い優れた発電方法を確実に実施することができる。
【００１３】
以上のごとく、廃棄物発酵熱発電方法及び廃棄物発酵熱発電システムによれば、発電効率を向上しつつ、環境への負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１における、廃棄物発酵熱発電システムを示す説明図。
【図２】実施例１における、発電部を示す説明図。
【図３】図２における、Ａ−Ａ矢視線相当の断面図。
【図４】図３における、Ｂ−Ｂ矢視線及びＣ−Ｃ矢視線相当の断面図。
【図５】実施例１における、多孔質カーボン生成部を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上記廃棄物発酵熱発電方法及び上記廃棄物発酵熱発電システムにおいて、上記環状部材を構成する形状記憶素材としては、例えば、形状記憶合金や形状記憶繊維等を用いることができる。また、形状記憶合金は、一本の素材からなる単線であってもよいし、複数の素材からなるより線であってもよい。
【００１６】
また、上記環状部材の記憶形状は、曲率半径が無限大となる直線形状や、上記高温側回転体の外周面と反対側に反り返った円弧形状としてもよい。この場合にも、上述した作用効果を得ることができる。
【００１７】
また、上記低温側回転体の内側に冷媒を流通してもよい。この場合には、上記高温側回転体において加熱された上記環状部材の冷却を効果的に行うことができる。これにより、上記環状部材における物性の変化が確実かつ効率良く行われる。それゆえ、上記形状記憶素材エンジンを効率良く駆動し、発電効率を向上することができる。
【００１８】
また、上記有機廃棄物に顆粒状の多孔質カーボンを混合した混合材料を上記高温側回転体の内側において攪拌し好気性発酵させてもよい。この場合には、上記顆粒状の多孔質カーボンにより、有機廃棄物が発する臭いを脱臭することができる。上記多孔質カーボンは、多数の細孔を有しており、該細孔に様々な粒子を吸着する性質を有している。これを利用して、上記多孔質カーボンにより臭いの粒子を吸着し、脱臭をすることができる。したがって、有機廃棄物が好気性発酵する際に発する臭いの問題を改善することができる。
【００１９】
また、上記顆粒状の多孔質カーボンと有機廃棄物とを混合することで、有機廃棄物の水分を上記顆粒状の多孔質カーボンが吸収することにより、固形化することができる。これにより、有機廃棄物の流出を防止し、環境負荷の増大を防止することができる。
特に半液状の家畜糞尿や生ごみ等の有機廃棄物は、水分量が多く悪臭が問題となりやすいため、上記顆粒状の多孔質カーボンを混合することが効果的である。
【００２０】
また、上記顆粒状の多孔質カーボンは、セルロース系材料を焼成炉に投入すると共に、該焼成炉に熱風を送り上記セルロース系材料を自発火させ焼成炭とした後、上記焼成炉から出た直後の上記焼成炭に冷却水をかけて急冷することにより生成することができる。この場合には、上記顆粒状の多孔質カーボンを容易に生成することができる。また、上記セルロース系材料は、例えば、紙や植物油等を製造する過程において、副産物として生成されるものを用いることができる。
【００２１】
これらの副産物は、これまで廃棄処理されており、しかも、その処理には技術面、コスト面を含め種々の困難を伴っていた。それゆえ、上記セルロース系材料を上記多孔質カーボンの原料として有効利用することには大きな意味がある。また、上記のごとく生成される上記多孔質カーボンの容積量は、上記セルロース系材料の略３分の１程度である。そのため、上記多孔質カーボンは、上記セルロース系材料に比べ搬送が容易であり、搬送効率を向上することができる。
尚、上記セルロース系材料としては、例えば、製紙工場におけるセルロース系副産物、サトウキビやテンサイなどの絞りかす、スイッチグラス、あるいは廃材等、様々なセルロース系材料を用いることができる。
【００２２】
また、上記焼成炭に冷却水をかけて急冷した際に生じる水蒸気の圧力によって補助発電手段のサブタービンを駆動させて、上記補助発電手段によっても発電を行うことができる。この場合には、上記焼成炭を生成する際に発生する水蒸気のエネルギーをも電力エネルギーに変換することができる。それゆえ、発酵熱のエネルギーに加えて、上記水蒸気のエネルギーをも発電に利用することができ、環境を害することなく、より効率のよい発電を行うことができる。
【００２３】
また、上記顆粒状の多孔質カーボンと有機廃棄物とを混合して固形化した処理ケーキを生成し、該処理ケーキの状態で上記混合材料を上記高温側回転体に投入してもよい。この場合には、予め上記顆粒状の多孔質カーボンと有機廃棄物とを混合して処理ケーキとすることで有機廃棄物の取り扱いを容易とすることができる。また、上述した、上記顆粒状の多孔質カーボンと有機廃棄物とを混合することによる効果も当然得られる。
【００２４】
また、内部にセルロース系材料を投入した状態で熱風を送って上記セルロース系材料を自発火させて焼成し焼成炭を生成する焼成炉と、該焼成炉から出た直後の上記焼成炭に冷却水をかけて急冷して上記顆粒状の多孔質カーボンを生成する急冷手段とを備えていてもよい。この場合には、上記顆粒状の多孔質カーボンを容易に生成することができる。また、上記セルロース系材料は、例えば、紙や植物油等を製造する過程において、副産物として生成されるものを用いることができる。
【００２５】
また、上記焼成炭に冷却水をかけて急冷した際に生じる水蒸気の圧力によって駆動するサブタービンを有し、該サブタービンの駆動によって発電を行うよう構成されていてもよい。この場合には、上記焼成炭を生成する際に発生する水蒸気のエネルギーをも電力エネルギーに変換することができる。それゆえ、発酵熱のエネルギーに加えて、上記水蒸気のエネルギーをも発電に利用することができ、環境を害することなく、より上記廃棄物発酵熱発電システムにおける発電効率を向上することができる。
【００２６】
また、上記廃棄物発酵熱発電システムは、上記多孔質カーボンと有機廃棄物とを混合しながら上記貯留庫へ搬送すると共に上記混合材料を固形化して処理ケーキを生成する混合搬送手段を備えていてもよい。この場合には、上記多孔質カーボンと有機廃棄物とを混合し上記処理ケーキを生成する作業と、上記処理ケーキを上記貯留庫へと搬送する作業を同時に行えるため、作業効率を向上することができる。また、上述した、上記顆粒状の多孔質カーボンと有機廃棄物とを混合することによる効果も当然得られる。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
廃棄物発酵熱発電方法及び廃棄物発酵熱発電システムについて、図１〜図５を参照して説明する。
図１及び図２に示すごとく、廃棄物発酵熱発電システム１は、円筒形状を有すると共に回転可能に配された高温側回転体１２と低温側回転体１３と、これらに架け渡された環状部材１４とを有する形状記憶素材エンジン１１と、高温側回転体１２の回転運動により駆動する発電手段１５（図３）とを備えている。
【００２８】
図２及び図３に示すごとく、高温側回転体１２は、その内側において多孔質カーボン２１及び有機廃棄物２５を混合した混合材料２０からなる処理ケーキ２を攪拌するよう構成されており、低温側回転体１３は、高温側回転体１２よりも低温に保たれている。
環状部材１４は、直線状に形状記憶された形状記憶合金を環状に形成して構成されている。
【００２９】
形状記憶素材エンジン１１は、有機廃棄物２５が好気性発酵することにより生じる発酵熱を高温側回転体１２を通じて環状部材１４に伝達し、環状部材１４における高温側回転体１２と接触した部位の温度上昇に伴う物性変化により生じる張力によって高温側回転体１２と低温側回転体１３とを回転させる。廃棄物発酵熱発電システム１は、形状記憶素材エンジン１１における回転運動の運動エネルギーを発電手段１５によって電気エネルギーに変換するよう構成されている。
【００３０】
本例の廃棄物発酵熱発電システム１について、さらに詳細に説明する。
廃棄物発酵熱発電システム１は、顆粒状の多孔質カーボン２１と、有機廃棄物２５である家畜糞尿とを混合した混合材料２０からなる処理ケーキ２を好気性発酵させて堆肥化する際に発生する発酵熱を利用して発電を行うものである。尚、本例においては、有機廃棄物２５として家畜糞尿を用いたが、例えば、生ゴミ、剪定枝や枯れ葉等、種々の有機廃棄物２５を用いることができる。
【００３１】
本例の廃棄物発酵熱発電システム１は、図１に示すごとく、処理ケーキ２を貯留する貯留庫１６と、上述した形状記憶素材エンジン１１及び発電手段１５（図３）とによって構成される発電部１０（図２）の他に、有機廃棄物２５と混合する多孔質カーボン２１を生成するための多孔質カーボン生成部１００（図５）を有する。さらに、廃棄物発酵熱発電システム１は、顆粒状の多孔質カーボン２１と有機廃棄物２５とを混合した混合材料２０として貯留庫１６へと搬送すると共に、混合材料２０を固形化して処理ケーキ２を生成する混合搬送手段１９を有する。
【００３２】
図５に示すごとく、多孔質カーボン生成部１００は、内部にセルロース系材料２２を投入した状態で熱風を送ってセルロース系材料２２を自発火させて焼成し焼成炭２３を生成する焼成炉４と、該焼成炉４から出た直後の焼成炭２３に冷却水４４１をかけて急冷して多孔質カーボン２１を生成する急冷手段４４とを備える。さらに、多孔質カーボン生成部１００には、焼成炭２３に冷却水４４１をかけて急冷した際に生じる水蒸気の圧力を利用して発電する補助発電手段４５が設けてある。該補助発電手段４５は、水蒸気の圧力によって駆動するサブタービン（図示略）を有し、該サブタービンの駆動によって発電を行うよう構成されている。
【００３３】
焼成炉４は、図５に示すごとく、横倒しした（一対の底面が鉛直方向と平行に配された）略円柱形状を有する第１シリンダー４１及び第２シリンダー４２をそれぞれの円筒面において互いに連結して形成されており、第１シリンダー４１は、第２シリンダー４２の斜め上方に配されている。第１シリンダー４１及び第２シリンダー４２の内側には、それぞれ焼成攪拌装置４１１、４２１が設けられており、焼成炉４に投入されたセルロース系材料２２を攪拌するように構成されている。
【００３４】
焼成攪拌装置４１１、４２１は、第１シリンダー４１及び第２シリンダー４２の中心軸線上にそれぞれ水平方向に配された焼成攪拌回転軸４１２、４２２と、該焼成攪拌回転軸４１２、４２２から径方向外側へ向かって放射状に形成された複数の焼成撹拌翼４１３、４２３とを有する。また、焼成攪拌装置４１１、４２１は、焼成攪拌回転軸４１２、４２２をそれぞれ自転させるための駆動源となる焼成攪拌用モータ（図示略）とからなる。
【００３５】
図５に示すごとく、第１シリンダー４１と第２シリンダー４２との連結部には、第１シリンダー４１の内部空間４１０と、第２シリンダー４２の内部空間４２０とを部分的に仕切る部分仕切部４６が配設され、部分仕切部４６よりも上方において、内部空間４１０と内部空間４２０との連通部が形成されている。
第１シリンダー４１の円筒面には、第２シリンダー４２との連結部と対向する位置にセルロース系材料２２を投入する材料投入口４１４と、第１シリンダー４１の外側に配された熱源（図示略）と送風機（図示略）から熱風を送り込む熱風送風口４１５とを設けてある。
【００３６】
図５に示すごとく、第２シリンダー４２の円筒面には、第１シリンダー４１との連結部と対向する位置に焼成炭２３を排出するための焼成炭排出口４２４が設けてある。また、第２シリンダー４２の円筒面の上方には、余熱吸引口４２５が設けてあり、コンプレッサー４７を設けた流路を通じて、第１シリンダー４１の余熱排出口４１６と接続されている。第２シリンダー４２の焼成炭排出口４２４の下方には、略水平方向に延びるトンネル型の搬送経路４３が設けられており、耐熱コンベア４３１が配してある。該耐熱コンベア４３１は、焼成炭排出口４２４から排出された焼成状態の焼成炭２３を搬送可能に構成されている。
【００３７】
図５に示すごとく、搬送経路４３の天井面には、耐熱コンベア４３１上の焼成炭２３に向けて冷却水４４１を噴出するよう構成されたスプリンクラーからなる急冷手段４４が設けられている。また、搬送経路４３の天井面において急冷手段４４に隣接する位置には、水蒸気回収口４５１が設けられており、急冷手段４４から焼成炭２３に冷却水４４１をかけることにより生じた水蒸気を補助発電手段４５へと送る流路が設けられている。
補助発電手段４５は、急冷手段４４により焼成炭２３に冷却水４４１をかけた際に発生する水蒸気により生ずる圧力を回転運動に変換するサブタービンを備えている。
【００３８】
図１に示すごとく、上記のように構成された多孔質カーボン生成部１００において得られた多孔質カーボン２１を有機廃棄物２５と混合しながら発電部１０へ搬送するために、混合搬送手段１９が設けられている。図２に示すごとく、混合搬送手段１９は、長尺円筒状のケース部１９１と、該ケース部１９１の内部に配されたスクリュー１９２と、該スクリュー１９２を回転させる駆動源である搬送モータ１９３とを有するスクリューコンベアである。
【００３９】
図２に示すごとく、混合搬送手段１９は、その軸方向が水平方向に対して傾斜しており、搬送始点側の端部よりも搬送終点側の端部が上方に位置している。そして、混合搬送手段１９の搬送終点には、多孔質カーボン２１と有機廃棄物２５を混合し固形化した処理ケーキ２を排出する処理ケーキ排出口１９６が設けられており、後述する貯留庫１６上部の開口部１６２上方に配されている。該混合搬送手段１９の搬送始点側に位置する端部と隣接する位置には、有機廃棄物投入口１９４が設けてあり、該有機廃棄物投入口１９４の後流側に隣接する位置には多孔質カーボン投入口１９５が設けてある。
【００４０】
図２に示すごとく、貯留庫１６は、略円筒状の外周壁部１６１と、外周壁部１６１の下端から下方に向かって徐々に直径が縮小するように形成された縮径部１６３とを有するサイロからなる。貯留庫１６の上部には、混合搬送手段１９により搬送された処理ケーキ２を投入する開口部１６２が設けてある。また、縮径部１６３の下方には、水平方向に屈曲する処理ケーキ流通管１６４を配してある。
【００４１】
図２に示すごとく、貯留庫１６と高温側回転体１２とは、処理ケーキ流通管１６４を介して連通している。高温側回転体１２は、図２及び図３に示すごとく、軸線が水平面上に配された円筒状の本体部１２１と、本体部１２１の内周面に設けられた螺旋状のスクリュー部１２２とを備えている。
【００４２】
図４に示すごとく、本体部１２１の外周面には、環状部材１４との接触面積を増大するために２つの溝部１２３が形成されている。各溝部１２３は、円周上に形成されており、略台形の断面形状を有している。尚、溝部１２３の断面形状は、台形に限られるものではなく、三角形や半円形等、種々の形状とすることができる。
【００４３】
図２に示すごとく、高温側回転体１２の一端は、上述したように処理ケーキ流通管１６４と連結されており、他端は堆肥排出管１６５と連結されている。処理ケーキ流通管１６４及び堆肥排出管１６５と高温側回転体１２とは、相対的に回転可能に配されており、処理ケーキ流通管１６４及び堆肥排出管１６５を固定保持することで高温側回転体１２が回転可能に支持されている。また、高温側回転体１２と、処理ケーキ流通管１６４及び堆肥排出管１６５とは、それぞれ連通しており、貯留庫１６に投入された処理ケーキ２（混合材料２０）は、処理ケーキ流通管１６４、高温側回転体１２及び堆肥排出管１６５を順次流通して、堆肥として排出される。
【００４４】
図３に示すごとく、低温側回転体１３は、略円筒状をなしており、その中心軸は高温側回転体１２の中心軸と同一の水平面上において互いに平行となるように配されている。図４に示すごとく、低温側回転体１３の外周面には、環状部材１４を配するための２つの溝部１３１が形成されている。各溝部１３１は、円周上に形成されると共に、略台形の断面形状を有しており、高温側回転体１２に形成された２つの溝部１２３と対応した位置にそれぞれ形成されている。尚、溝部１３１の断面形状は、台形に限られるものではなく、三角形や半円形等、種々の形状とすることができる。
【００４５】
図１及び図２に示すごとく、低温側回転体１３の一端は冷媒導入管１７１と連結され、他端は冷媒排出管１７２と連結されており、その内部に冷媒を流通可能に構成されている。本例においては、河川を流れる河川水１３１を冷媒として用いており、河川上流から河川水１３１を採取し、重力によって冷媒導入管１７１へと流動させ、低温側回転体１３の内部に流通させている。低温側回転体１３の内部を流通した河川水１３１は、重力によって冷媒排出管１７２へと流動させ河川下流へと放流する。このように、冷媒である河川水１３１の採取及び排出に重力を用いることにより、駆動源を必要とせず、環境負荷の増大の防止及び発電効率の向上をすることができる。
【００４６】
また、冷媒導入管１７１及び冷媒排出管１７２と低温側回転体１３とは、相対的に回転可能に配されており、冷媒導入管１７１と冷媒排出管１７２とを固定保持することにより、低温側回転体１３を回転可能に支持している。また、低温側回転体１３の直径は、高温側回転体１２の直径の約２倍に設定してある。
【００４７】
図３に示すごとく、低温側回転体１３には、低温側回転体１３の回転動作によって駆動する発電手段１５を配してある。発電手段１５は、回転動作を電力に変換するダイナモからなり、回転動作を伝達する駆動輪１５１を備えている。駆動輪１５１は、低温側回転体１３の外面に接触するように配されており、低温側回転体１３から駆動輪１５１へと回転動作を伝達し、駆動輪１５１の回転動作を電力に変換するよう構成されている。
【００４８】
図１〜図３に示すごとく、高温側回転体１２と低温側回転体１３とに架け渡された２つの環状部材１４は、環状に形成されたチタン−ニッケル系形状記憶合金からなる。図４に示すごとく、環状部材１４は、円形の断面形状をなし、直線状に形状記憶された棒状の形状記憶合金の両端を連結して環状に形成されている。各環状部材１４は、上述のごとく、高温側回転体１２の溝部１２３及び低温側回転体１３の溝部１３１の内側に配され、高温側回転体１２と低温側回転体１３とに架け渡されている。尚、環状部材１４の断面形状は、円形に限るものではなく、三角形や矩形であってもよい。
【００４９】
次に、廃棄物発酵熱発電システム１を用いた廃棄物発酵熱発電方法につき、具体的に説明する。
まず、多孔質カーボン生成部１００における多孔質カーボン２１の生成方法について説明する。
【００５０】
製紙工場において、紙を製造する際の副産物として生成されるセルロース系材料２２を、焼成炉４の第１シリンダー４１の材料投入口４１４へ投入する。第１シリンダー４１には、熱風送風口４１５より３００〜４５０℃程度の熱風が送風されており、投入されたセルロース系材料２２は、自発火して燃焼する。
【００５１】
燃焼中のセルロース系材料２２は、第１シリンダー４１及び第２シリンダー４２にそれぞれ設けられた焼成攪拌装置４１１、４２１によって攪拌され、セルロース系材料２２が炭化して焼成炭２３となった後、第２シリンダー４２の焼成炭排出口４２４から排出される。このとき、焼成炭２３は高温状態（例えば４５０℃〜７５０℃）にあり、また、完全な灰になる前の状態にある。焼成炭排出口４２４から排出された焼成炭２３は、搬送経路４３に配された耐熱コンベア４３１により搬送されるとともに、スプリンクラー（急冷手段４４）によって冷却水４４１を放水され、急冷することで多孔質カーボン２１が形成される。
【００５２】
このとき、焼成炭２３を急冷した冷却水４４１は、焼成炭２３の熱により蒸発して水蒸気となり、急激にその体積を膨張させる。膨張した水蒸気は、搬送経路４３の天井面に設けられた水蒸気回収口４５１へと流入し、補助発電手段４５へと送られる。補助発電手段４５においては、サブタービンによって水蒸気により生ずる圧力を回転運動に変換すると共に、サブタービンの回転運動を電力に変換することで発電が行われる。
多孔質カーボン２１は、平均粒径が０．０１〜１ｍｍ程度の顆粒状であり、粒子体積に対して５０〜６０％の水分を吸水することができる。
【００５３】
次に、多孔質カーボン２１を利用した有機廃棄物２５の堆肥化の方法を説明する。
スクリュー１９２が回転している混合搬送手段１９のケース部１９１の中に、有機廃棄物投入口１９４から有機廃棄物２５を投入すると共に、多孔質カーボン投入口１９５から多孔質カーボン２１を投入する。これにより、有機廃棄物２５と多孔質カーボン２１とは、互いに混合されながら混合搬送手段１９内を処理ケーキ排出口１９６へ向かって搬送される。
【００５４】
そして、この間に多孔質カーボン２１が有機廃棄物２５の水分を吸うことにより、有機廃棄物２５と多孔質カーボン２１との混合材料２０は、固形化して処理ケーキ２となる。そして、処理ケーキ２となった混合材料２０は、処理ケーキ排出口１９６から貯留庫１６内に投入される。
【００５５】
貯留庫１６に投入された処理ケーキ２は、有機物を分解する好気性発酵を徐々に進行させながら、自重により処理ケーキ流通管１６４を通じて回転する高温側回転体１２の内側へと流動する。高温側回転体１２の内側に流入した処理ケーキ２は、スクリュー部１２２によって攪拌され、空気と混合される。これにより、処理ケーキ２には、充分な量の酸素が供給され、処理ケーキ２中に含まれる好気性細菌が活性化し、有機物を分解する好気性発酵が活発に行われる。
【００５６】
高温側回転体１２の内側において好気性発酵した処理ケーキ２は、スクリュー部１２２によって、堆肥排出管１６５へと送られ堆肥として排出される。これと同時に、高温側回転体１２には、貯留庫１６から連続して処理ケーキ２が供給される。これにより、高温側回転体１２の内側で処理ケーキ２の好気性発酵が継続して行われる。
【００５７】
次に、上記の好気性発酵による発酵熱を利用した形状記憶素材エンジン１１の駆動および発電部１０における発電方法について説明する。
形状記憶素材エンジン１１は、２つの環状部材１４を高温側回転体１２と低温側回転体１３とを用いて加熱、冷却することで駆動する。
【００５８】
高温側回転体１２と低温側回転体１３とに架け渡された２つの環状部材１４は、高温側回転体１２と接触する部位において、高温側回転体１２を通じて伝達される発酵熱によって加熱され、変態点以下から変態点以上に温度が上昇する。環状部材１４における高温側回転体１２によって加熱された部位は物性が塑性から弾性に変化し、形状記憶された直線形状に復元しようとすることで環状部材１４に張力が生じ、高温側回転体１２及び低温側回転体１３に回転力を付与する。
【００５９】
高温側回転体１２及び低温側回転体１３の回転に伴い、環状部材１４における高温側回転体１２によって加熱された部位は、周囲の空気によって冷却されながら低温側回転体１３側へと移動する。そして、低温側回転体１３と接触することによって、変態点以下の温度まで温度が低下し、環状部材１４の物性を塑性に変化させる。尚、環状部材１４が低温側回転体１３と接触する前に、環状部材における弾性から塑性への物性の変化が発生しても形状記憶素材エンジン１１を駆動させることができる。
【００６０】
このように、高温側回転体１２及び低温側回転体１３の回転に伴い、環状部材１４における高温側回転体１２及び低温側回転体１３とそれぞれ接触した位置が変化する。これにより、環状部材１４において、塑性から弾性へ変化する部位、及び弾性から塑性へ変化する部位が順次移動することで連続して張力が作用し続け、高温側回転体１２及び低温側回転体１３が連続して回転を続けることとなる。
【００６１】
尚、形状記憶素材エンジン１１が停止した状態においては、環状部材１４にかかる張力のバランスが取れているため、始動時には回転力を付与する必要がある。本例においては、処理ケーキ２がスクリュー部１２２を押圧することで高温側回転体１２に回転力が生じるため、これを利用して始動することができる。高温側回転体１２が回転を開始すると環状部材の張力は一方向に加わるため、高温側回転体１２の回転動作が継続する。
【００６２】
このように、環状部材１４の加熱と冷却を繰り返し、その物性を変化させることにより形状記憶素材エンジン１１を駆動させることができる。そして形状記憶素材エンジン１１の回転運動は、低温側回転体１３の外周面に接するように配された発電手段１５によって、電力へと変換され発電が行われる。
【００６３】
次に、本例における作用効果について説明する。
廃棄物発酵熱発電方法においては、処理ケーキ２を、高温側回転体１２の内側において攪拌し、好気性発酵することで発生する発酵熱を利用して発電を行なっている。すなわち、改めて燃料を用意して熱源を作る必要は無く、これまでは利用されてこなかった有機廃棄物２５を堆肥化する際に発生する発酵熱を有効利用できる。
【００６４】
一方、形状記憶素材エンジン１１は、駆動のために必要な熱源の確保が課題の一つであったが、発酵熱を利用することによって環境負荷の増大を伴うことなく、形状記憶素材エンジン１１を駆動させることができる。
【００６５】
これにより、従来利用されなかった発酵熱を有効利用することで、形状記憶素材エンジン１１における熱源の確保を可能とし、環境を害することなく、効率のよい発電を行うことができる。
【００６６】
また、好気性発酵における二酸化炭素の排出量は、メタンガスや化石燃料を燃焼させた場合における二酸化炭素の排出量に比べ、ごく少量である。そのため、二酸化炭素排出による、環境負荷を低減することができる。
【００６７】
また、廃棄物発酵熱発電システム１は、少なくとも高温側回転体１２と低温側回転体１３と環状部材１４とを有する形状記憶素材エンジン１１と、発電手段１５とを備えている。これにより、廃棄物発酵熱発電方法に示す環境負荷が少なく、発電効率が高い優れた発電方法を確実に実施することができる。
【００６８】
また、低温側回転体１３の内側に冷媒を流通している。そのため、高温側回転体１２において加熱された環状部材１４の冷却を効果的に行うことができる。これにより、環状部材１４における物性の変化が確実かつ効率良く行われる。それゆえ、高温側回転体１２と低温側回転体１３とを効率よく回転運動させ、発電効率を向上することができる。
【００６９】
また、有機廃棄物２５に顆粒状の多孔質カーボン２１を混合した混合材料２０を高温側回転体１２の内側において攪拌し好気性発酵させる。そのため、顆粒状の多孔質カーボン２１により、有機廃棄物２５が発する臭いを脱臭することができる。つまり、多孔質カーボン２１は、多数の細孔を有しており、該細孔に様々な粒子を吸着する性質を有している。これを利用して、多孔質カーボン２１により臭いの粒子を吸着し、脱臭をすることができる。したがって、有機廃棄物２５が好気性発酵する際に発する臭いの問題を改善することができる。
【００７０】
また、顆粒状の多孔質カーボン２１と有機廃棄物２５とを混合することで、有機廃棄物２５の水分を顆粒状の多孔質カーボン２１が吸収することにより、固形化することができる。これにより、有機廃棄物２５の流出を防止し、環境負荷の増大を防止することができる。
特に半液状の家畜糞尿や生ごみ等の有機廃棄物２５は、水分量が多く悪臭が問題となりやすいため、顆粒状の多孔質カーボン２１を混合することが効果的である。
【００７１】
また、顆粒状の多孔質カーボン２１は、セルロース系材料２２を焼成炉４に投入すると共に、該焼成炉４に熱風を送りセルロース系材料２２を自発火させ焼成炭２３とした後、焼成炉４から出た直後の焼成炭２３に冷却水４４１をかけて急冷することにより生成する。そのため、顆粒状の多孔質カーボン２１を容易に生成することができる。また、セルロース系材料２２は、例えば、紙や植物油等を製造する過程において、副産物として生成されるものを用いることができる。
【００７２】
これらの副産物は、これまで廃棄処理されており、しかも、その処理には技術面、コスト面を含め種々の困難を伴っていた。それゆえ、セルロース系材料２２を多孔質カーボン２１の原料として有効利用することには大きな意味がある。また、上記のごとく生成される多孔質カーボン２１の容積量は、セルロース系材料２２の略３分の１程度である。そのため、多孔質カーボン２１は、セルロース系材料２２に比べ搬送が容易であり、搬送効率を向上することができる。
尚、セルロース系材料２２としては、例えば、製紙工場におけるセルロース系副産物、サトウキビやテンサイなどの絞りかす、スイッチグラス、あるいは廃材等、様々なセルロース系材料２２を用いることができる。
【００７３】
また、焼成炭２３に冷却水４４１をかけて急冷した際に生じる水蒸気の圧力によって補助発電手段４５のサブタービンを駆動させて、補助発電手段４５によっても発電を行う。そのため、焼成炭２３を生成する際に発生する水蒸気のエネルギーをも電力エネルギーに変換することができる。それゆえ、発酵熱のエネルギーに加えて、水蒸気のエネルギーをも発電に利用することができ、環境を害することなく、より効率のよい発電を行うことができる。
【００７４】
また、顆粒状の多孔質カーボン２１と有機廃棄物２５とを混合して固形化した処理ケーキ２を生成し、該処理ケーキ２の状態で混合材料２０を高温側回転体１２に投入している。そのため、予め顆粒状の多孔質カーボン２１と有機廃棄物２５とを混合して処理ケーキ２とすることで有機廃棄物２５の取り扱いを容易とすることができる。また、上述した、顆粒状の多孔質カーボン２１と有機廃棄物２５とを混合することによる効果も当然得られる。
【００７５】
また、内部にセルロース系材料２２を投入した状態で熱風を送ってセルロース系材料２２を自発火させて焼成し焼成炭２３を生成する焼成炉４と、該焼成炉４から出た直後の焼成炭２３に冷却水４４１をかけて急冷して顆粒状の多孔質カーボン２１を生成する急冷手段４４とを備えている。そのため、顆粒状の多孔質カーボン２１を容易に生成することができる。また、セルロース系材料２２は、例えば、紙や植物油等を製造する過程において、副産物として生成されるものを用いることができる。
【００７６】
また、焼成炭２３に冷却水４４１をかけて急冷した際に生じる水蒸気の圧力によって駆動するサブタービンを有し、該サブタービンの駆動によって発電を行うよう構成されている。そのため、焼成炭２３を生成する際に発生する水蒸気のエネルギーをも電力エネルギーに変換することができる。それゆえ、発酵熱のエネルギーに加えて、水蒸気のエネルギーをも発電に利用することができ、環境を害することなく、より廃棄物発酵熱発電システム１における発電効率を向上することができる。
【００７７】
また、廃棄物発酵熱発電システム１は、多孔質カーボン２１と有機廃棄物２５とを混合しながら貯留庫１６へ搬送すると共に混合材料２０を固形化して処理ケーキ２を生成する混合搬送手段１９を備えている。そのため、多孔質カーボン２１と有機廃棄物２５とを混合し処理ケーキ２を生成する作業と、処理ケーキ２を貯留庫１６へと搬送する作業を同時に行えるため、作業効率を向上することができる。また、上述した、顆粒状の多孔質カーボン２１と有機廃棄物２５とを混合することによる効果も当然得られる。
【００７８】
以上のごとく、本例の廃棄物発酵熱発電方法及び廃棄物発酵熱発電システムによれば、発電効率を向上しつつ、環境への負荷を低減することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１  廃棄物発酵熱発電システム
１１  形状記憶素材エンジン
１２  高温側回転体
１３  低温側回転体
１４  環状部材
１５  発電手段
２５  有機廃棄物
【図１】
2014211282.tif 000003
【図２】
2014211282.tif 000004
【図３】
2014211282.tif 000005
【図４】
2014211282.tif 000006
【図５】
2014211282.tif 000007