(57)【要約】      （修正有）【課題】ごみ焼却炉、乾燥機などの廃熱を利用したサイクロン式熱交換器を使ったスターリングエンジン発電機と発電システムで、熱効率よく、熱交換機の耐酸性、耐アルカリ性、耐蝕性の向上を図り、コストダウンをも図る。【解決手段】ごみ焼却炉、乾燥機などの廃熱を９００℃程度に加熱し、一方、サイクロン式熱交換機の第２二次燃焼室で、１３００℃〜２０００℃程度の熱風を作り、熱交換機用ブロア、第２二次燃焼室用ブロアの駆動によって高速の旋回流を起こし、トルネード効果により、第２二次燃焼室では１６００℃程度の熱風を作り、第１スターリングエンジンの第１加熱部近辺の温度を、さらに第２スターリングエンジンの第２加熱部近辺の温度も１１００℃以上にすることが可能となり、第２加熱部での熱源は熱風誘導部に合流し、さらに廃熱誘導部に合流して環境を汚染させることなく、廃熱を排出口から排出させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみ焼却炉、乾燥機などの熱源発生装置の上部に第１二次燃焼室を載置し、第１二次燃焼室の上部に第１二次燃焼室で発生する廃熱を外部に排出させる排出口に誘導する筒状の廃熱誘導部を立設させて本体とし、該本体に併設して下部に温度・風力・流速センサと燃料内蔵の比例制御部とともに着火バーナーを付設したサイクロン式熱交換機を設け、該サイクロン式熱交換機の上面中央に第２二次燃焼室を垂下配設させ、かつ、サイクロン式熱交換機内の上部に、第４送気筒に連結させたサクション付きの熱交換機用ブロアを突設させ、第２二次燃焼室の下部に送気管で送気する第２二次燃焼室用ブロアを併設させ、該第２二次燃焼室の上部に筒体の熱風誘導部を立設させ、筒体の熱風誘導部の最上部を本体の廃熱誘導部に連結して第２本体とし、第２二次燃焼室の上部に配設した熱風誘導部の筒体の中間にフレッシュエアブロアを配設し、該フレッシュエアブロアを端部とする第１送気筒を介して第１加熱筒を第２本体の筒体に貫通させ、さらに第２送気筒を介して第２加熱筒を本体の廃熱誘導部に貫通させ、第３送気筒を下方にかけてＵ字形に配設し、第３送気筒を介して第３加熱筒を再び本体の廃熱誘導部に貫通させ、さらに第４送気筒を介して第４加熱筒を、サイクロン式熱交換機の上面に立設している第２二次燃焼室と熱風誘導部間に貫通させ、第５送気筒を介して第１スターリングエンジンの第１加熱部に直面させ、第１スターリングエンジンには第１スターリングエンジンの出力で駆動する第１発電機を併設し、第１スターリングエンジンの第１加熱部に直面させた部位から上方向に第９送気筒を折曲させ、熱風誘導部上部の筒体に第５加熱筒を貫通させ、第６加熱筒に連設する第６送気筒は、筒体の上方にかけてＵ字形に構成し、第６加熱筒を熱風誘導部を貫通して第７送気筒を介して第２スターリングエンジンの第２加熱部に直面させ、第２スターリングエンジンには第２スターリングエンジンの出力で駆動する第２発電機を併設し、第２スターリングエンジンの第２加熱部に直面させた部位から上方向に折曲させて第８送気筒を配設し、熱風誘導部に合流させ、さらに廃熱誘導部に熱風を移送し、本体の廃熱と合流させる構造としたことを特徴とするサイクロン式熱交換機を使ったスターリングエンジン発電機。
【請求項２】
本体の廃熱誘導部を貫通する第２加熱筒と第３加熱筒、それに第２本体の熱風誘導部を貫通する第１加熱筒、第５加熱筒、第６加熱筒、さらに第２本体の第２二次燃焼室と熱風誘導部間を貫通する第４加熱筒の外周は耐酸性、耐アルカリ性、耐蝕性のキャスターで覆われていることを特徴とする請求項１記載のサイクロン式熱交換機を使ったスターリングエンジン発電機。
【請求項３】
ごみ焼却炉、乾燥機などの熱源発生装置の上部に第１二次燃焼室を載置し、第１二次燃焼室の上部に第１二次燃焼室で発生する廃熱を外部に排出させる排出口に誘導する筒状の廃熱誘導部を立設させて本体とし、該本体に併設して下部に温度・風力・流速センサと燃料内蔵の比例制御部とともに着火バーナーを付設したサイクロン式熱交換機を設け、該サイクロン式熱交換機の上面中央に第２二次燃焼室を垂下配設させ、かつ、サイクロン式熱交換機内の上部に、第４送気筒に連結させたサクション付きの熱交換機用ブロワを突設させ、第２二次燃焼室の下部に送気管で送気する第２二次燃焼室用ブロアを併設させ、該第２二次燃焼室の上部に筒体の熱風誘導部を立設させ、筒体の熱風誘導部の最上部を本体の廃熱誘導部に連結して第２本体とし、さらに本体と第２本体とを貫通させながら熱風送風管を配管し、配管中の熱風送風管の高温帯域に、加熱部と発電機を併設したスターリングエンジンを配設したサイクロン式熱交換機を使ったスターリングエンジン発電機において、熱源発生装置の上部に設けた第１二次燃焼室で、熱源発生装置により発生する廃熱を加熱して９００℃以上に上昇させ、一方、第２二次燃焼室の上部に垂下配設した熱風誘導部の筒体の中間に設けたフレッシュエアブロアで、１５℃程度のフレッシュエアを第１送気筒を介して第１加熱筒に送気し、第２本体の熱風誘導部を通過する熱風によりフレッシュエアの温度を１００℃程度に上昇させ、第２送気筒を介して廃熱誘導部を貫通させた第２加熱筒に送気し、第１二次燃焼室で発生する廃熱によりフレッシュエアの温度をさらに３００℃程度に上昇させ、第３送気筒を介して第３加熱筒に送気してフレッシュエアの温度を４００℃程度に上昇させ、第４送気筒を介して第４加熱筒に送気する。一方、第２本体のサイクロン式熱交換機において、付設されている比例制御部により温度・風力・流速センサを駆動して吹込空気温度と吹込空気比により比例制御されて送り込まれた燃料を着火バーナーで着火してサイクロン式熱交換機を駆動し、サイクロン式熱交換機の機内温度を１３００℃〜１４００℃程度に上昇させ、かつ、サイクロン式熱交換機内の上部に第４送気筒に連結するサクション付きの熱交換機用ブロワを突設させ、第４送気筒内の４００℃程度の熱風をサクション付きの熱交換機用ブロアでサイクロン式熱交換機に送り込む一方、該サイクロン式熱交換機の上面中央に垂下配設させた第２二次燃焼室に、サイクロン式熱交換機に付設された第２二次燃焼室用ブロアで送気しながら、第２二次燃焼室内を１６００℃程度に上昇させることにより、第２二次燃焼室と熱風誘導部に貫通させた第４加熱筒内では、１１００℃〜１２００℃程度に温度が上昇し、第５送気筒を通過して第１スターリングエンジンの加熱部に直面させて第１スターリングエンジンの出力で発電機を駆動させ、第９送気筒は第１スターリングエンジンの第１加熱部に直面させた部位から上方向に折曲させ、第９送気筒内は７００℃程度に温度が保持されるが、熱風誘導部上部の筒体に貫通させた第５加熱筒では熱風誘導部の熱で加熱され、９００℃程度にさらに温度が上昇し、延長する第６送気筒は上方向に折曲され、Ｕ字形にして再び熱風誘導部の筒体に貫通させた第６加熱筒では熱風誘導部の熱で加熱され、１１００℃程度にさらに温度が上昇し、第７送気筒を通過して第２スターリングエンジンの第２加熱部に直面させ、第２スターリングエンジンの出力で発電機を駆動させ、第２スターリングエンジンの第２加熱部に直面させた部位から上方向に折曲させた第８送気筒は、第２本体の熱風誘導部と合流させて熱風を廃熱誘導部に移送し、廃熱と合流させて排出口を介して外部に排出させるようにしたことを特徴とするサイクロン式熱交換機を使ったスターリングエンジン発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ごみ焼却炉、乾燥機などの廃熱を効率よく利用したサイクロン式熱交換器を使ったスターリングエンジン発電機と発電システムで、とくにサイクロン式熱交換機を使ったスターリングエンジン発電システムは、比例制御部により吹込空気温度と吹込空気比により比例制御されて燃料を送り込むため、熱効率よく、容易に１３００℃〜２０００℃程度に温度を上昇させて熱風を送り込むことができ、発電効率を上げることができるばかりか、熱交換機の耐酸性、耐アルカリ性、耐蝕性の向上を図り、熱交換機の必要面積を小さくし、熱交換機の平均温度差（Δｔ）も最適で、大幅なコストダウンをも図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃熱を利用した発電技術としては、ごみ焼却炉などに連設した廃熱回収ボイラと蒸気タービン発電機を利用して発電し、エネルギーを回収するものなどが見られるが、小規模のごみ焼却炉による蒸気タービン発電機では、経済的な発電は困難であり、放出エネルギーの大半は大気に放散され、効率よく商用に利用されるものは殆ど無いといってもよく、かつ大気汚染物質としての塩化水素（ＨＣＬ）、硫黄酸化物（ＳＯＸ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）、媒塵などのほか、一酸化炭素、アンモニア、水銀などの重金属、多環芳香族炭化水素、ダイオキシン類に代表される有機塩素化合物などの微量有害物質などが社会問題となっていた。
【０００３】
一方、スターリングエンジン発電機は、低圧空気を使っており、原理的に高い熱効率も実証されており、外燃機関の燃料の多様性の特徴を活かし、熱源としてごみ焼却炉、乾燥炉、溶融炉などの熱源発生装置から発生する廃熱を熱移送して発電しょうとするものもみられるが、排ガス煙道にスターリングエンジンの加熱部を直接配設し、熱源発生装置から発生する熱源を、直接スターリングエンジンに連設する加熱部にあてると、加熱部の腐食を引き起こし、稼働して数か月も経たないで、外側のケーシングが損傷してしまったり、スケールの付着により熱効率の低下が起きることが多く、装置のメンテナンスを必要とするなど、装置の欠点も指摘されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、廃熱回収ボイラや、蒸気タービン発電機が必要であったり、製造コストが高くなる設備の大型化が必要であるため、設備の小型化を図り、中・小規模のごみ焼却炉では非効率であるため、中・小規模のごみ焼却炉の廃熱利用の有効活用を、効率よく図ることが期待されているばかりか、スターリングエンジンの加熱部の腐食を防ぎ、スケールの生成で、熱効率の低下を防ぐことも課題となっている。
【０００５】
また、太陽光などの自然熱、内燃機関などから発生する廃熱など任意の熱源を利用して発電する廃熱利用や自然熱を利用したスターリングエンジン発電装置が期待されているが、装置の短命化を防止し、効率の良いスターリングエンジン発電装置の開発が急がれている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成し、従来技術の欠点を解消するために発明されたサイクロン式熱交換機を使ったスターリングエンジン発電機と発電システムであって、サイクロン式熱交換機を使ったスターリングエンジン発電機の実施例を図面に従って詳細に説明すると、ごみ焼却炉、乾燥機などの熱源発生装置１の上部に第１二次燃焼室２を載置し、第１二次燃焼室２の上部に熱源発生装置１から発生する廃熱を排出口５に誘導する筒状の廃熱誘導部３を立設させて本体４とし、該本体４に併設して下方３２に比例制御部６とともに着火バーナー７を付設したサイクロン式熱交換機８を設け、サイクロン式熱交換機８の上面中央に第２二次燃焼室９を垂下配設させ、第２二次燃焼室９の上部に本体４の廃熱誘導部３に連結した筒体の熱風誘導部１０を立設させて第２本体１６としている。
【０００７】
サイクロン式熱交換機８の下方３２に併設している比例制御部６は、温度・風力・流速センサ２３と燃料３０が内蔵されており、熱交換機用ブロア２７から送り込まれる熱風や風力、第２二次燃焼室用ブロア２８から送り込まれる風力などサイクロン式熱交換機８内の温度・風力・流速などを、温度・風力・流速センサ２３により検知し、比例制御されて燃料３０を送り込み、比例制御部６の駆動に連動して着火バーナー７で着火するようにしている。
【０００８】
サイクロン式熱交換機８の上部に第２二次燃焼室９を介して立設させた熱風誘導部１０の筒体１１の中間に、フレッシュエアブロア１２を配設し、該フレッシエアブロア１２を端部とする第１送気筒１３を介して第１加熱筒４０を第２本体１６の筒体１１に貫通させ、ついで第２送気筒１８を介して本体４の廃熱誘導部３に第２加熱筒４１を貫通させ、さらに第３送気筒１９を下方にかけてＵ字形に配設し、第３送気筒１９を介して第３加熱筒４２を再び本体４の廃熱誘導部３に貫通させ、さらに第４送気筒２２を介して第４加熱筒４３をサイクロン式熱交換機８の上面中央に立設している第２二次燃焼室９と熱風誘導部１０間との間に貫通させ、第５送気筒２９を介して第１スターリングエンジン１４の第１加熱部１５に直面させ、第５送気筒２９は、第１スターリングエンジン１４の第１加熱部１５に直面させた部位から上方向に第９送気筒４７を折曲させて熱風誘導部１０上部の筒体１１に第５加熱筒４４を貫通させ、第６加熱筒４５に連設する第６送気筒３８は筒体１１の上方にかけてＵ字形に構成し、第６加熱筒４５は熱風誘導部１０を貫通して第７送気筒３９を介して第２スターリングエンジン２０の第２加熱部２１に直面させ、第２スターリングエンジン２０の第２加熱部２１に直面させた部位から上方向に折曲させて第８送気筒４６を配設し、熱風誘導部１０に合流させ、さらに廃熱誘導部３に熱風を移送し、廃熱誘導部３の廃熱と合流させて外部に排出させる排出口へと誘導される。
【０００９】
サイクロン式熱交換機８内の上部には、第４送気筒２２に連結させたサクション２６付きの熱交換機用ブロア２７を突設させているため、必要に応じて熱交換機用ブロア２７を駆動させて第４送気筒２２内の熱風を吸い込み送気し、かつ、サイクロン式熱交換機８の外部に配設している第２二次燃焼室用ブロア２８から通気管２５を介してサイクロン式熱交換機８を通過してサイクロン式熱交換機８の上面中央に垂下させている第２二次燃焼室９に送気し、第２二次燃焼室９内の空気を攪拌するようにしている。
【００１０】
第１スターリングエンジン１４には、第１加熱部１５に加わる熱風により第１スターリングエンジン１４の出力で駆動する第１発電機１７を併設しており、第２スターリングエンジン２０には、第２加熱部２１と第２スターリングエンジン２０の出力で駆動する第２発電機２４を併設している。
【００１１】
本体４の廃熱誘導部３を貫通する第２加熱筒４１と第３加熱筒４２、それに第２本体１６の熱風誘導部１０を貫通する第１加熱筒４０、第５加熱筒４４、第６加熱筒４５、さらに第２二次燃焼室９と熱風誘導部１０間を貫通する第４加熱筒４３の外周を耐酸性、耐アルカリ性、耐蝕性などのキャスター３１で覆い、熱源発生装置１から発生する熱源をはじめ、その上部に載置されている第１二次燃焼室２と、サイクロン式熱交換機８の上面中央に垂下配設している第２二次燃焼室９とから発生する有害物質による影響を防止し、耐酸性処理としては、硫酸、塩酸、燐酸などの化合物による装置への損傷を防ぎ、耐アルカリ性処理としては、ナトリウム、カリウムなどの水酸化物などによる装置への損傷を防ぎ、耐蝕性処理としては、装置の錆の発生を防ぐことを考慮し、装置のメンテナンスも不必要とするなどのメリットがみられる。
【００１２】
本発明のサイクロン式熱交換機８を使ったスターリングエンジン発電システムを詳細に説明すると、ごみ焼却炉、乾燥機などの熱源発生装置１から発生する廃熱を熱源発生装置１の上部に設けた第１二次燃焼室２で、ダイオキシンなどの有害物質の発生を防ぐために９００℃以上に加熱し、第１二次燃焼室２の上部の廃熱誘導部３を介して廃熱を排出口５に誘導している。
【００１３】
本体４に併設してサイクロン式熱交換機８を設け、サイクロン式熱交換機８の下方３２に併設している比例制御部６は、温度・風力・流速センサ２３と燃料３０が内蔵されており、熱交換機用ブロア２７から送り込まれる熱風や風力、第２二次燃焼室用ブロア２８から送り込まれる風力などサイクロン式熱交換機８内の温度・風力・流速などを、温度・風力・流速センサ２３により検知するが、事前に設定された温度や湿度、または風力や流速の設定点から偏差した度合いに比例して吹込空気温度と吹込空気比などを常時調整しながら比例制御されて燃料３０を送り込み、比例制御部６の駆動に連動して着火バーナー７で着火するようにして機内温度を１３００℃〜１４００℃程度に上昇させるが、比例制御により吹込空気温度と吹込空気比によって容易に１３００℃〜２０００℃程度の熱風を作ることが出来るようになり、第２二次燃焼室９では熱交換機用ブロア２７、第２二次燃焼室用ブロア２８の駆動によって高速の旋回流を起こし、トルネード効果によりサイクロン式熱交換機８の効果が顕著にみられ、第２二次燃焼室９では１６００℃程度の熱風を作ることが出来るようになり、第１スターリングエンジン１４の第１加熱部１５近辺の温度を１１００℃以上にすることが可能となり、さらに第２スターリングエンジン２０の第２加熱部２１近辺の温度も１１００℃以上にすることが可能となり、第２加熱部２１での熱源は熱風誘導部１０に合流し、さらに廃熱誘導部３に合流して環境を汚染させることなく、廃熱を排出口５から排出させるようにしている。
【００１４】
第２二次燃焼室９の上部に配設した熱風誘導部１０の筒体１１の外側面に付設するフレッシュエアブロア１２から第１送気筒１３に送り込まれた１５℃程度のフレッシュエアの温度は、熱風誘導部１０を貫通させた第１加熱筒４０内では、１００℃程度に温度を上昇させ、さらに第２送気筒１８を経由して廃熱誘導部３を貫通させた第２加熱筒４１内では３００℃程度に温度を上昇させ、Ｕ字形に構成された第３送気筒１９を経由して、再び廃熱誘導部３を貫通させた第３加熱筒４２内では、４００℃程度に温度を上昇させ、第４送気筒２２を経由して、第２二次燃焼室９と熱風誘導部１０との間を貫通する第４加熱筒４３内では、１１００℃〜１２００℃程度に温度を上昇させている。
【００１５】
１１００℃〜１２００℃程度にまで上昇させた第４加熱筒４３の熱風は、第１スターリングエンジン１４の第１加熱部１５に直面し、第１スターリングエンジン１４の出力で第１発電機１７を駆動させている。
【００１６】
さらに第５送気筒２９に送気された熱風は、第１発電機１７の駆動により７００℃程度に温度を低下させるが、熱風誘導部１０を貫通する第５加熱筒４４では９００℃程度に温度が上昇し、第６送気筒３８に送気され、熱風は１１００℃程度に温度を上昇させ、第２スターリングエンジン２０の第２加熱部２１に直面し、第２スターリングエンジン２０の出力で第２発電機２４を駆動させている。
【００１７】
サイクロン式熱交換機８内の上部に、第４送気筒２２に連結するサクション２６付きの熱交換機用ブロア２７を突設させ、第４送気筒２２内の４００℃程度の熱風をサクション２６付きの熱交換機用ブロア２７でサイクロン式熱交換機８内に送り込み、該サイクロン式熱交換機８の上面中央に垂下させた第２二次燃焼室９に併設した第２二次燃焼室用ブロア２８から送気管２５を介して送気しながら第２二次燃焼室９内をトルネード効果により１６００℃程度に上昇させ、第２二次燃焼室９の上部に排出口５に連結した熱風誘導部１０を立設させ、第２二次燃焼室９では熱交換機用ブロア２７、第２二次燃焼室用ブロア２８の駆動によって高速の旋回流を起こし、サイクロン式熱交換機８の効果がみられ、第２二次燃焼室９では１６００℃程度の熱風を作ることが出来るようになっている。
【００１８】
【発明の効果】
以上の構成よりなる本発明は、熱交換機の必要面積を小さくし、小形化され、コストの低下にもつながっているため、従来、利用が徹底されなかった中・小規模のごみ焼却炉、乾燥炉、溶融炉などに応用することができ、熱効率が良く、ダイオキシンなどの発生を有効に排除でき、熱源を有効に利用できるばかりか、熱効率のよいサイクロン式熱交換機８を使ったスターリングエンジン発電機と発電システムを提供できるようになった。
【００１９】
また、廃熱をも効率よく利用したサイクロン式熱交換機８を使ったスターリングエンジン発電システムは、比例制御部に内蔵される温度・風力・流速センサ２３の駆動で、吹込空気温度と吹込空気比により比例制御されて燃料を送り込むため、サイクロン式熱交換機８の平均温度差（ΔＴ）が大きくなり、熱効率も最適で、容易に１３００℃〜２０００℃程度に温度を上昇させて熱風を送り込むこともでき、発電効率を上げ、サイクロン式熱交換機８の必要面積を小さくし、大幅なコストダウンを図ることも出来るようになった。
【図面の簡単な説明】
【図  １】本発明のサイクロン式熱交換機を使ったスターリングエンジン発電機の断面図。
【符号の説明】
１：熱源発生装置        ２：第１二次燃焼室    ３：廃熱誘導部
４：本        体        ５：排  出  口        ６：比例制御部
７：着火バーナー        ８：サイクロン式熱交換機
９：第２二次燃焼室    １０：熱風誘導部      １１：筒      体
１２：フレッシュエアブロア                    １３：第１送気筒
１４：第１スターリングエンジン                １５：第１加熱部
１６：第２本体          １７：第１発電機      １８：第２送気筒
１９：第３送気筒        ２０：第２スターリングエンジン
２１：第２加熱部        ２２：第４送気筒
２３：温度・風力・流速センサ                  ２４：第２発電機
２５：送気管            ２６：サクション      ２７：熱交換機用ブロア
２８：第２二次燃焼室用ブロア                  ２９：第５送気筒
３０：燃  料            ３１：第１キャスター  ３２：下  方
３３：第２キャスター    ３４：第３キャスター  ３５：第４キャスター
３６：第５キャスター    ３７：第６キャスター  ３８：第６送気筒
３９：第７送気筒        ４０：第１加熱筒      ４１：第２加熱筒
４２：第３加熱筒        ４３：第４加熱筒      ４４：第５加熱筒
４５：第６加熱筒        ４６：第８送気筒      ４７：第９送気筒
４８：熱風送風管
【図１】
2004346921.tif 000003