(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッチ型焼却炉１に設けた送給水昇温パイプ回路２を通って高温度に熱せられた蒸気の流通方向に沿って蒸気送給パイプ回路３と蒸気温度計５および蒸気圧力計６を付設した蒸気滞流大径パイプ回路４と蒸気誘導パイプ回路７を一連状に接続した蒸気流通パイプ回路において、蒸気誘導パイプ回路７の蒸気出口側には回転軸９を介して発電機１０を駆動する蒸気タービン８を接続しかつ該蒸気タービン８の蒸気排出側に復水器１１を付設しまた蒸気誘導パイプ回路７の蒸気タービン蒸気入口側には監視用タービン入口圧力計１２と監視用タービン入口温度計１３と監視用の蒸気流量計１４を付設し、前記した蒸気タービン８と発電機１０を連接する回転軸９には回転数検出計１５の検出回転数と予め設定した回転数との偏差信号で弁を開閉駆動するＰＩＤ制御の誘導蒸気圧力流量調節弁１７を蒸気誘導パイプ回路７に付設し、さらに蒸気誘導パイプ回路７の蒸気滞流大径パイプ回路４側に蒸気排出パイプ１８または前記した蒸気タービン８と復水器１１の間の蒸気誘導パイプ回路７から分岐する蒸気排出バイパスパイプ１９あるいはその両者を前記した蒸気圧力計６の蒸気圧と予め設定した圧力値との偏差信号を入力信号にして作動するシーケンス制御の蒸気異常圧時解放弁２２に接続し、さらに蒸気誘導パイプ回路７の蒸気滞流大径パイプ回路４側に安全弁２３を付設すると共に、復水器１１と該復水器１１に後設する貯水槽２６との間には冷却水送給ポンプ２８を介して貯槽水を循環する冷却水循環パイプ回路２９と復水器１１の下方側に設けた凝縮水槽３０に貯まった蒸気凝縮水を貯水槽２６に送給ポンプ３１を介して送給する蒸気凝縮水送給パイプ回路３２を付設し、さらに貯水槽２６から前記したバッチ型焼却炉１の送給水昇温パイプ回路２に送水ポンプ３３を介して貯槽水送給パイプ回路３４を接続して構成した事を特徴とするバッチ型焼却炉の小容量発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、焼却炉に投入した廃棄物例えば日常生活から廃棄される一般廃棄物あるいは生産工場や修理工場や建設現場などから廃棄される木材や廃プラスチックや廃棄タイヤなどの産業廃棄物を点火し焼却が終われば消化するいわゆる廃棄物の点火と消化を必要日毎または時間毎に繰返しながら焼却処理するバッチ（間欠燃焼）型焼却炉から排出される高温度の熱を利用して蒸気を発生させ、この蒸気でタービンを稼働させ発電するバッチ型の小容量発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  往年、大都市圏を中心に廃棄物最終処分用地の確保が年々困難になりつつある中で、ごみの投入から燃焼さらには焼却灰の処理まで一連の処理作業を自動化処理操作で、大量のごみを処理する、連続式大型焼却炉が稼働している。またごみ焼却作業の低温域で生成するダイオキシンによる大気や土壌などの環境汚染問題から排ガス流路にバグフィルターや洗煙装置などの処理装置を設置した廃棄物焼却装置、また最近では無煙無臭無ダストを目的とした燃焼用空気過剰供給型の焼却装置も開発されている。【０００３】  さらに、ごみ焼却炉から発生する排ガスが保有する高温度の熱を回収して蒸気を発生させ、この蒸気を利用して蒸気タービンを駆動させ発電する、いわゆる焼却物発電装置が多く開発されている。例えば特開平８−１５８８１６号広報は「ガスタービンと蒸気タービンの発電装置をもつゴミ焼却炉において、ガスタービンの運転停止によって蒸気タービン入口の蒸気温度が低下するため、タービン出口付近で蒸気の湿り度が大きくなってタービン羽根を腐食させ損傷する問題を解消したもので、その構造は、都市ゴミ焼却炉で発生する排ガスから廃熱を利用して蒸気を発生する蒸気発電装置を備え、さらに燃料ガスの燃焼によりガスタービンを駆動発電するガスタービン発電装置を備え、後者のガスタービンの排ガスにより前者の蒸気タービンへの蒸気を過熱する過熱機構を備えたゴミ焼却炉」、特開平９−８９２０２号広報は「廃棄物中のプラスチックを熱分解して得られる燃料油や燃料ガスで加熱しながら発電効率の廃棄物発電装置を提供するもので、その構造は、廃棄物焼却炉の燃焼熱を回収して蒸気を発生する熱回収ボイラさらにその蒸気で蒸気タービンを駆動して発電する発電機において、廃棄物のプラスチック成分を熱分解して燃料油と燃料ガスを製造する熱分解装置を備え、さらに該燃料油と該燃料ガスで前記した熱回収ボイラへの給水を加熱する給水過熱器や熱回収ボイラから発生する蒸気の温度を上昇させる蒸気過熱器などの付帯装置を具備した廃棄物発電装置」もある。また特開平１１−２８１０３０号広報は「廃棄物発電装置における発電機の変動を抑制する目的から、排ガスの熱エネルギーを電力に変換して発電する際に、投入された廃棄物が熱分解して分解ガスと共に生成し貯留した熱分解残渣物を、目標の発熱量に対する実発電量の差分値に応じて燃焼用溶融炉に投入する廃棄物発電方法またはその装置」、特開２０００−２４０９２３号広報は「装置のコンパクト化と建設コストの低減化を計ると共にガスタービンおよび蒸気タービンさらには廃熱ボイラの効率向上を計った発電装置を提供するもので、その構造は（特許請求の範囲を要約して）、空気圧縮機を設けた燃焼器とガスタービンとガスタービンで駆動される発電機からなる発電装置に、廃棄物をガスと残留物に分解する熱分解炉と燃焼灰分を溶解炉と圧縮空気の加熱器と該空気加熱器の排ガスが保有する熱エネルギーを回収する廃熱ボイラを設けたごみ処理施設の廃棄物発電装置」、特開２００７−３０９１６２号広報は「廃棄物焼却炉の廃熱利用効率が高くかつ廃熱ボイラで発生する蒸気による蒸気タービンの発電効率が可能な焼却炉発電装置を提供するもので、その構造は、廃棄物焼却炉と該焼却炉��廃熱を利用して蒸気を発生させる廃熱ボイラに高温排出ガスを前期焼却炉の主燃焼室へ循環する排出ガス循環ダストと該排ガスダストが１／４波長官を構成する排ガス循環ダストの一部に高温部を形成する位置に該焼却炉の燃焼域から発生する未燃焼ガスを燃料とする加熱装置を設け、該廃棄ボイラで生成される蒸気により作動して発電を行う蒸気タービン発電機を備えた廃棄物焼却炉発電装置」なども開発されている。【０００４】  この様な大型の焼却炉発電装置は、大都市の様に２４時間連続して大量のごみを焼却できる自動操業式の焼却炉をもつごみ焼却炉工場において実用化されている。しかしながら、人口が少ない市町村や狭地で平地が少ない離島地方においては、排ガス熱で蒸気を発生させ蒸気タービンを長時間駆動するほどの大量のごみが集められない問題があった。この様な人口が少ない市町村などにおいては、「ダイオキシン類対策特別措置法（略してダイ特法）」から都道府県に実施許可願提出の必要が無いとされる火床面積が０．５ｍ２未満の小型焼却炉、例えば特開平７−２３３９２２号広報や特開平７−２８０２３２号広報の様に「（特許請求の範囲を要約して）焼却室内に設けた火皿部の下方に空気取入開口部さらに上方にごみ投入開閉部を設けると共に、下方の開口と上方の開閉部に多数の通孔を穿設した孔開板の開閉を設けたストーブタイプの簡易型ゴミ焼却炉」の如きバッチ型焼却炉、あるいは本発明の出願人らが廃棄物処理法基準と前記の「ダイ特法」に適合させて開発した無煙無臭無ダストのバッチ型焼却炉が多く使用されている。さらに本発明者らの推測に依れば、小型バッチ焼却炉でかつ蒸気タービン前に加熱器を設けて該蒸気タービンを駆動し発電が可能であっても、発電利益が設備費や設備維持管理費以上に得られるか、甚だ疑問である。また高圧ガスによる災害を予防し公共の安全性を確保する「高圧ガス保安法」から１０ｋｇｆ／ｃｍ２を越える高圧ガスを使用する場合は、都道府県知事の使用了承を受ける事や都道府県には保安有資格者や取扱責任者を届けなければならないなどの規則から、人口が少ない市町村や離島地方においては人件費が嵩む問題があった。
【特許文献１】  特開平８−１５８８１６号広報
【特許文献２】  特開平９−８９２０２号広報
【特許文献３】  特開平１１−２８１０３０号広報
【特許文献４】  特開２０００−２４０９２３号広報
【特許文献５】  特開２００７−３０９１６２号広報
【特許文献６】  特開平７−２３３９２２号広報
【特許文献７】  特開平７−２８０２３２号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  本発明者らは、前記した特開平１１−２８１０３０号広報に記載された発明の様に「目標発電量に対する実発電量の差分に応じて熱分解残渣調査弁の開度を調整する」様な廃棄物発電方法を採用する事なく、火床面積０．５ｍ２未満の小型のバッチ型焼却炉で電力１０ｋＷ以下の安定した発電が可能でかつ蒸気誘導パイプ回路内を流通する蒸気が一時的に高圧化した場合でも電気制御により放出し減圧し安全性を確保するバッチ型焼却炉の発電装置を提供する事を目的に種々点検した結果、蒸気誘導パイプ回路に、蒸気タービンと発電機を接続する回転機の回転数で弁を開閉するＰＩＤ制御の蒸気圧力流量調整弁さらに蒸気タービンと復水器の間の蒸気圧と蒸気滞流大径パイプ回路の蒸気圧の演算処理からシーケンス制御で弁を開閉する蒸気異常圧時解放弁を付設することによって小容量の発電が安定して得られ、しかも蒸気の圧力や温度や流量を常時監視しながら発電作業することによって危険性を防止し安全性が確保できる事も知見した。【０００６】  本発明はこの知見に基づいて構成したもので、その要旨は、バッチ型焼却炉に設けた送給水昇温パイプ回路を通って高温度に熱せられた蒸気の流通方向に沿って蒸気送給パイプ回路と蒸気温度計および蒸気圧力計を付設した蒸気滞流大径パイプ回路と蒸気誘導パイプ回路を一連状に接続した蒸気流通パイプ回路において、蒸気誘導パイプ回路の蒸気出口側には回転軸を介せて発電機を駆動する蒸気タービンを接続しかつ該蒸気タービンの蒸気排出側に復水器を付設しまた蒸気誘導パイプ回路の蒸気タービン蒸気入口側には監視用タービン入口圧力計と監視用タービン入口温度計と監視用の蒸気流量計を付設し、前記した蒸気タービンと発電機と連接する回転軸にはタービン回転数検出計の検出回転数と回転数調節器で予め設定した回転数との偏差信号で弁を開閉駆動するＰＩＤ制御の誘導蒸気圧力調整弁を蒸気誘導パイプ回路に付設し、さらに蒸気誘導パイプ回路の蒸気滞流大径パイプ回路側に蒸気排出パイプまたは前記した蒸気タービンと復水器の間の蒸気誘導パイプ回路から分岐する蒸気排出バイパスパイプあるいはその両者を前記した蒸気圧力計の蒸気圧と圧力調節計で予め設定した圧力値との偏差信号を入力信号にして作動するシーケンス制御の蒸気異常圧時解放弁に接続し、さらに蒸気誘導パイプ回路の蒸気滞流大径パイプ回路側に安全弁を付設すると共に、復水器と該復水器に後設する貯水槽との間には冷却水送給ポンプを介して貯槽水を循環する冷却水循環パイプ回路と復水器の下方側に設けた凝縮水槽に貯まった蒸気凝縮水を貯水槽に送給ポンプを介して送給する蒸気凝縮水送給パイプ回路を付設し、さらに貯水槽から前記したバッチ型焼却炉の送給水昇温パイプ回路に送水ポンプを介して貯槽水送給パイプ回路を接続して構成したバッチ型焼却炉の小容量発電装置である。
【発明の効果】
【０００７】  蒸気の様に構成された本発明のバッチ型焼却炉の小容量発電装置は、本発明の発明者らの実験によれば、火床面積０．４５ｍ２のバッチ型焼却炉で１２インチの自動車タイヤ２本を６０分間焼却した時に、１０ｋＷの電力を得た。この電力は、一般家庭で言えば約２０世帯分に相当する電力量である。この様にバッチ型焼却炉でも安定した電力が得られるため中小企業や病院などにおいては、廃棄物の処理と同時に企業経費の一部を賄える効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示したもので、１はバッチ型焼却炉である。バッチ型焼却炉１は、人口規模が小さい市町村や離島地方等において使用され易い火床面積０．５ｍ２未満の小型焼却炉で、必要日毎にまたは時間毎に点火と消化を繰返して一般廃棄物や産業廃棄物などを焼却する耐熱性の炉体構造に製作され、かつ炉体には供給された水を焼却熱や高温度の熱を保有する排ガスで熱水化しさらに蒸気化する蛇行型パイプやスパイラル型パイプなど任意な形状に加工された送給水昇温パイプ回路２を設けると共に、炉体出口側には蒸気送給パイプ回路３を接続して構成されている。すなわち、バッチ型焼却炉１は、投入された一般廃棄物などを焼却しまた供給された水が送給水昇温パイプ回路２を流通する間に焼却熱や排ガス熱で熱水さらに蒸気化し、該蒸気送給パイプ回路３に送給する構造に設けられている。またバッチ型焼却炉１には、廃棄物の焼却初期時あるいは廃棄物投入時に炉内温度の低下で送給水が昇温できない場合は過熱器（過熱機）を必要に応じて設けてもよく、また無煙無臭無ダストなどの公害防止用検知計やその制御装置などを設けて使用してもよい。４は蒸気滞流大径パイプ回路で、該パイプ回路内を流れる蒸気の温度を監視する蒸気温度計５と該蒸気の圧力を検出する蒸気圧力計６を付設し、前記した蒸気送給パイプ回路３と後述する蒸気誘導パイプ回路７の間に接続されて一連状の蒸気流通パイプ回路を構成する。すなわち蒸気滞流大径パイプ回路４は、蒸気送給パイプ回路３から高速度で送給される蒸気を滞りながら（淀ませながら）蒸気誘導パイプ回路７に流し出すため、蒸気が該蒸気誘導パイプ回路７の入口付近で乱流を起こす事なく円滑に送り出される作用効果を奏する。従って、蒸気滞流大径パイプ回路４は、蒸気誘導パイプ回路７よりもやや大きい口径のパイプを使用するとよい。【０００９】  蒸気誘導パイプ回路７の蒸気出口側には蒸気タービン８に回転軸９を介して発電機１０を付設し、さらに該蒸気タービン８の後方側には該タービン内で膨張した蒸気を冷却して圧力と温度を下げ凝縮して温水または水に戻す復水器１１を付設する。復水器１１は、蒸気と冷却水を直接接触させる混合複水式あるいは蒸気と冷却水が金属面を介して熱交換する表面復水式のいずれを使用してもよい。さらに蒸気誘導パイプ回路７の蒸気タービン入口側には監視用のタービン入口圧力計１２とタービン入口温度計１３と蒸気流量計１４を付設する。これらの計測器は、蒸気誘導用パイプ回路７を流れる蒸気タービン入口前の蒸気の圧力や温度や流量などの変化を監視しまた蒸気タービン８の回転状態を監視しながら、圧力や温度などが異常状態になればバッチ型焼却炉１を流れる蒸気化用送水量や焼却物の投入量を調整するものである。またそれぞれの監視用計測器は、互いに位置を置き換えて付設してもよい。さらに前記した回転軸９と蒸気誘導パイプ回路７との間には、回転軸９の回転数検出計１５の検出回転数とで予め設定したタービン回転数との偏差に比例した出力信号を出す比例動作（Ｐ）とその偏差の積分に比例する出力信号を出す積分動作（Ｉ）とその偏差の微分に比例した出力信号を出す微分動作（Ｄ）の和を出力し目標設定値に制御するＰＩＤ制御の回転数調節器１６に接続さ���た誘導蒸気圧力流量調節弁１７が付設されている。すなわち、誘導蒸気圧力流量調節弁１７の開閉動作で蒸気誘導パイプ回路７を流れる蒸気の圧力と流量を制御する事によって蒸気タービン８の回転数を制御し、その結果から発電機１０の発電力を安定に制御する構造に設けられている。【００１０】  さらに蒸気誘導パイプ回路７の蒸気滞流大径パイプ回路４側に蒸気排出パイプ１８または蒸気圧が幾分低下すると予想される蒸気タービン８と復水器１１の間の蒸気誘導パイプ回路７から分岐する蒸気排出バイパスパイプ１９あるいはその両者を、前記した蒸気圧力計６の蒸気圧と予め設定した圧力値を電気信号で演算処理し偏差信号を出力する圧力調節計２０のシーケンス制御器２１で作動する蒸気異常圧時解放弁２２（図面は三方ノズル弁の例を示す）に接続する。さらにまた流通する蒸気の圧力と温度が高いとされる蒸気誘導パイプ回路７の前方側には、流通する蒸気の圧力変化に対応して蒸気圧が予め設定された圧力以上になったとき自動的に弁が開いて蒸気を排出し圧力が設定された圧力以下になったとき弁が閉まる機能を持つ、安全弁２３を付設している。すなわち、蒸気異常圧時解放弁２２と安全弁２３は、蒸気誘導パイプ回路７を流通する蒸気が焼却物の一時的な異常燃焼や予想もしない何らかの影響を受けて異常な高圧あるいは大きな圧力差による蒸気タービン８の異常駆動を防止して発電機１０の安定稼働を計ると共に、蒸気誘導パイプ回路７の保全性と人災への影響を防止した安全性の確保から付設したものである。
また蒸気誘導パイプ回路７を流通する蒸気の圧力と温度をより緻密に管理する場合は、タービン出口側の該蒸気誘導パイプ回路７に監視用のタービン出口圧力計２４さらには監視用タービン出口温度計２５を付設してもよい。【００１１】  ２６は、復水器１１から排出された冷却水を貯水する貯水槽である。貯水槽２６と復水器１１の間には、復水器１１で蒸気を冷却した冷却水を貯水槽２６に排出する冷却水排出パイプ２７と貯水槽２６に貯められた貯槽水を冷却水送給ポンプ２８を介して復水器１１に送給する冷却水循環パイプ回路２９を接続すると共に、蒸気が復水器１１を通過する際に凝縮した高い熱をもつ温水さらに低温度に冷却するための凝縮水槽３０に貯められた蒸気の凝縮水の送給ポンプ３１を介して貯水槽２６に送水する蒸気凝縮水送給パイプ回路３２を接続している。さらに貯水槽２６と前記した送給水昇温パイプ回路２の間には、該貯水槽２６の貯槽水をバッチ型焼却炉１に設けた該送給水昇温パイプ回路２に送水ポンプ３３を介して送給する蒸気化用の貯槽水送給パイプ回路３４が接続されて構成されている。【００１２】  上記の様に構成された本発明のバッチ型焼却炉の小容量発電装置は、バッチ型焼却炉１で焼却物の焼却から作業を開始した後、貯水槽２６に貯められた蒸気化用の貯槽水を、貯槽水送給パイプ回路３４から送給水昇温パイプ回路２に送給する。送給水昇温パイプ回路２に送給された貯槽水は、バッチ型焼却炉１を通過する間に焼却熱や排ガス熱によって過熱されて蒸気となり、蒸気送給パイプ回路３を経て蒸気滞流大径パイプ回路４に送給される。蒸気滞流大径パイプ回路４に送給された蒸気は、該パイプ内で維持的な滞流を起こしながら、蒸気誘導パイプ回路７に送出される。蒸気誘導パイプ回路７に流動した蒸気は、蒸気タービン８と発電機１０を接続する回転軸９を駆動しながらかつＰＩＤ制御の誘導蒸気圧力流量調節弁１７によって無駄なく効果的に調節された量で蒸気タービン８を流動するため、安定した発電力が得られる。さらに蒸気タービン８から復水器１１を流動した蒸気は、蒸気凝縮水になって凝縮水槽３０を経て貯水槽２６に送給され冷却用水に混合されて貯槽水となる。また貯槽水２６に留められた貯槽水は、冷却水循環パイプ回路２９を流動し復水器１１の蒸気冷却用水として再利用されまた貯槽水送給パイプ回路３４を経て蒸気流通パイプ回路を流動する蒸気化用水として再利用される。
さらに本発明において、送給水昇温パイプ回路２を流通する間に生成した蒸気は、蒸気送給パイプ回路３から蒸気誘導パイプ回路７を一連状に接続した蒸気流通パイプ回路を流動する間も蒸気温度計や蒸気圧力計や流量計などの各種計測器の監視によって「高圧ガス保安法」などの規制を厳守しまた蒸気タービン８を安全駆動するに最も適した条件と状態で蒸気タービン８を駆動するため、装置の保全性と安全性が確保された中で効率的でかつより安定した発電を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００１３】  本発明は、廃棄物を必要日毎にまた時間毎に焼却操業可能なバッチ型焼却炉から出る熱を有効的に利用しかつ効果的に発電機が駆動する構造に設けられているため、小規模な企業や離島地方や過疎地において今後益々使用される可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】  本発明の一実施例を示す。
【符号の説明】
【００１５】  １  バッチ型焼却炉
２  送給水昇温パイプ回路
３  蒸気送給パイプ回路
４  蒸気滞流大径パイプ回路
５  蒸気温度計
６  蒸気圧力計
７  蒸気誘導パイプ回路
８  蒸気タービン
９  回転軸
１０  発電機
１１  復水器
１２  監視用タービン入口圧力計
１３  監視用タービン入口温度計
１４  蒸気流量計
１５  回転数検出計
１６  回転数調節器
１７  誘導蒸気圧力流量調節弁
１８  蒸気排出パイプ
１９  蒸気排出バイパスパイプ
２０  圧力調節計
２１  シーケンス制御器
２２  蒸気異常圧時解放弁
２３  安全弁
２４  監視用タービン出口圧力計
２５  監視用タービン出口温度計
２６  貯水槽
２７  冷却水排出パイプ
２８  冷却水送給ポンプ
２９  冷却水循環パイプ回路
３０  凝縮水槽
３１  送給ポンプ
３２  蒸気凝縮水送給パイプ回路
３３  送水ポンプ
３４  貯槽水送給パイプ回路
【図１】
0006311100.tif 000002