(57)【要約】【課題】  発電出力を熱源側から制御し、システム全体の熱効率を向上することができる発電システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】  発電システムは、加熱装置(4)、スターリングエンジン(11)、発電機(12)、流量制御手段(6)及び温度制御手段(9)を備える。流量制御手段は、加熱装置の下流側で熱ガス流(HG)の排気流量を可変制御することによって、加熱装置に供給すべき熱ガス流の流量を制御する。温度制御手段は、燃焼装置に対する燃焼用空気の供給量を可変制御し、加熱装置に供給すべき熱ガス流の温度を調節する。【選択図】  図１
2005274123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を加熱する加熱装置を備えたスターリングエンジンと、該スターリングエンジンによって駆動される発電機とを備えた発電システムにおいて、
固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガスを燃焼させ、前記加熱装置に供給すべき熱ガス流を生成する燃焼装置と、
前記加熱装置の下流側で前記熱ガス流の排気流量を可変制御することによって、前記熱ガス流の流量を制御する流量制御手段とを有し、
前記加熱装置の伝熱部と、前記熱ガス流との熱交換によって前記作動流体を加熱するようにしたことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
作動流体を加熱する加熱装置を備えたスターリングエンジンと、該スターリングエンジンによって駆動される発電機とを備えた発電システムにおいて、
固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガスを燃焼させ、前記加熱装置に供給すべき熱ガス流を生成する燃焼装置と、
前記熱ガス流の温度を可変制御する温度制御手段とを有し、
前記加熱装置の伝熱部と、前記熱ガス流との熱交換によって前記作動流体を加熱するようにしたことを特徴とする発電システム。
【請求項３】
作動流体を加熱する加熱装置を備えたスターリングエンジンと、該スターリングエンジンによって駆動される発電機とを備えた発電システムにおいて、
固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガスを燃焼させ、前記加熱装置に供給すべき熱ガス流を生成する燃焼装置と、
前記加熱装置の下流側で前記熱ガス流の排気流量を可変制御することによって、前記熱ガス流の流量を制御する流量制御手段と、
前記熱ガス流の温度を可変制御する温度制御手段とを有し、
前記加熱装置の伝熱部と、前記熱ガス流との熱交換によって前記作動流体を加熱するようにしたことを特徴とする発電システム。
【請求項４】
作動流体を加熱する加熱装置を備えたスターリングエンジンと、該スターリングエンジンによって駆動される発電機とを備えた発電システムにおいて、
固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガスを水蒸気で改質する改質装置と、
該改質装置で得られた改質ガスを前記加熱装置の燃焼部に供給する燃料ガス供給手段とを有し、
前記改質ガスの燃焼熱によって前記作動流体を加熱するようにしたことを特徴とする発電システム。
【請求項５】
作動流体を加熱する加熱装置を備えたスターリングエンジンと、該スターリングエンジンによって駆動される発電機とを備えた発電システムにおいて、
固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガス、或いは、該熱分解ガスを水蒸気で改質した改質ガスを前記加熱装置の燃焼部に供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料ガス供給手段の熱分解ガス又は改質ガスの一部を前記加熱装置の燃焼用空気供給系に供給して燃焼用空気と混合するガス分岐手段とを有し、
前記燃料ガス供給手段及び前記燃焼用空気供給系の双方から前記燃焼部に供給された前記熱分解ガス又は改質ガスの燃焼熱によって前記作動流体を加熱するようにしたことを特徴とする発電システム。
【請求項６】
前記加熱装置を通過した熱ガスを冷却する熱交換器が、該加熱装置の下流側の熱ガス流路に介装され、前記流量制御手段は、前記熱交換器によって冷却した熱ガス流を流量制御することを特徴とする請求項１又は３に記載の発電システム。
【請求項７】
前記温度制御手段は、前記燃焼装置に供給すべき燃焼用空気の流量を可変制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の発電システム。
【請求項８】
前記加熱装置を通過した前記熱ガス流の熱によって前記燃焼用空気を予熱する熱交換器が、前記加熱装置の下流側の熱ガス流路に介装されたことを特徴とする請求項７に記載の発電システム。
【請求項９】
複数の前記スターリングエンジンと、前記熱ガス流を各スターリングエンジンの加熱装置に夫々供給する複数の熱ガス流路と、該熱ガス流路の上流端を接続した熱ガス主流路とを有し、前記流量制御手段は、各々の前記熱ガス流路における前記熱ガス流の排気流量を可変制御することを特徴とする請求項１又は３に記載の発電システム。
【請求項１０】
固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガスを水蒸気と空気、水蒸気と酸素、空気、或いは、酸素によって改質する改質装置と、前記熱分解ガス中の腐食成分を除去する冷却・精製装置とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項１１】
前記燃料ガス供給手段は、前記改質ガスを加圧する加圧手段と、前記改質ガスの流量を制御する流量制御弁とを有することを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項１２】
作動流体を加熱する加熱装置を備えたスターリングエンジンと、該スターリングエンジンによって駆動される発電機とを備えた発電システムの制御方法において、
固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガスを燃焼させて生成した熱ガスの流量及び／又は温度を制御し、流量及び／又は温度を制御した熱ガスを前記加熱装置の伝熱部に供給することを特徴とする発電システムの制御方法。
【請求項１３】
作動流体を加熱する加熱装置を備えたスターリングエンジンと、該スターリングエンジンによって駆動される発電機とを備えた発電システムの制御方法において、
固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガスを水蒸気で改質し、改質ガスを流量制御手段の制御下に前記加熱装置の燃焼部に供給し、前記改質ガスの燃焼熱によって前記作動流体を加熱することを特徴とする発電システムの制御方法。
【請求項１４】
作動流体を加熱する加熱装置を備えたスターリングエンジンと、該スターリングエンジンによって駆動される発電機とを備えた発電システムの制御方法において、
固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガスの一部、或いは、該熱分解ガスを水蒸気で改質した改質ガスの一部を前記加熱装置の燃焼用空気供給系に供給して燃焼用空気と混合し、前記燃料ガス供給手段及び前記燃焼用空気供給系の双方から供給された前記熱分解ガス又は改質ガスの燃焼熱によって前記作動流体を加熱することを特徴とする発電システムの制御方法。
【請求項１５】
前記加熱装置を通過した熱ガス流の排気流量を制御し、前記加熱装置に供給される前記熱ガスの流量を制御することを特徴とする請求項１２に記載の発電システムの制御方法。
【請求項１６】
前記熱分解ガスを燃焼させるための燃焼用空気の流量を制御し、前記熱ガスの温度を制御することを特徴とする請求項１２又は１５に記載の発電システムの制御方法。
【請求項１７】
前記加熱装置を通過した前記熱ガス流の熱を前記熱分解ガスの燃焼用空気に伝熱し、前記熱ガス流の熱で前記燃焼用空気を予熱し且つ前記熱ガス流を冷却し、冷却後の熱ガス流の流量を制御することを特徴とする請求項１６に記載の発電システムの制御方法。
【請求項１８】
前記発電システムは、複数の熱ガス流路によって複数の前記加熱装置を熱ガス主流路に並列に接続した構成を備えており、
各々の前記加熱装置を通過した熱ガス流の排気流量制御を行うことにより、各々の加熱装置に供給すべき前記熱ガス流の流量を夫々制御することを特徴とする請求項１２又は１５に記載の発電システムの制御方法。
【請求項１９】
前記熱分解ガスを燃焼させるための燃焼用空気を流量制御して前記熱ガスの温度を制御することを特徴とする請求項１８に記載の発電システムの制御方法。
【請求項２０】
前記加熱装置の燃焼部に供給すべき前記改質ガス又は熱分解ガスを加圧し、加圧後の改質ガス又は熱分解ガスの流量を制御することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の発電システムの制御方法。
【請求項２１】
前記熱分解ガスを前記燃焼域に供給する前に該熱分解ガスを水蒸気と空気、水蒸気と酸素、空気、或いは、酸素によって改質し、熱分解ガス中の腐食成分を除去することを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれか１項に記載の発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システム及びその制御方法に関するものであり、より詳細には、廃棄物、バイオマス燃料等の固形燃料又は液状燃料のガス化によって得られた熱分解ガス又はガス化ガス（以下、単に「熱分解ガス」という。）を熱源としてスターリングエンジンの作動流体を加熱し、スターリングエンジンによって発電機を駆動するように構成した発電システム及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物、バイオマス燃料等の固形燃料又は液状燃料をガス化し、ガス化によって発生した熱分解ガス中のタール分を高温の水蒸気及び空気で改質し、改質工程で得られた改質ガスをディーゼルエンジン発電機等の内燃機関に供給するように構成された発電システムが知られている（特開2002-210444号公報等）。この形式の発電システムにおいては、内燃機関に供給すべき改質ガスのタール含有量や水分量は、厳しく制限される。しかも、内燃機関に供給される改質ガスの温度が比較的低い温度に制限されることから、ガス冷却工程が必要となり、ガスの冷却過程で発生する水蒸気凝縮水を排出するための排水処理設備等の設置が必要となる。
【０００３】
他方、スターリングエンジンは、等容加熱、等温膨張、等容冷却及び等温圧縮の各過程からなるスターリングサイクルを熱サイクルとして採用した再生式外燃機関として知られている。外燃機関であるスターリングエンジンは、内燃機関と同等の熱効率を発揮するばかりでなく、安全性、低振動性、低騒音性等の環境性能に優れていることから、長年に亘ってその実用化が期待されてきた。
【０００４】
スターリングエンジンを用いた排熱利用型の発電装置や、家庭用コージェネレーションシステム、或いは、バイオマス燃料を使用した発電装置等が研究されており、例えば、特開昭64-88021号公報、特開平8-94050号公報及び特開2003-20993号公報には、ごみ焼却炉又は乾留炉等で生成した高温燃焼ガスの排ガス流路にスターリングエンジンの加熱部を配置した発電装置が開示されている。スターリングエンジンは、焼却炉の燃焼ガスを熱源として利用し、発電機を駆動する。また、特開平11-159718号公報には、炉壁部分にスターリングエンジンの加熱部を配置し、スターリングエンジンの駆動力により発電機を作動するように構成された燃焼装置が提案されている。更に、特開平7-19008号公報には、排ガス誘引用ファンを高温の熱ガス流路に配置するとともに、燃焼ガス流路を選択的に切換え可能なダンパー装置を備えたスターリングエンジンの加熱装置が開示されている。
【特許文献１】特開2002-210444号公報
【特許文献２】特開昭64-88021号公報
【特許文献３】特開平8-94050号公報
【特許文献４】特開2003-20993号公報
【特許文献５】特開平11-159718号公報
【特許文献６】特開平7-19008号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固形燃料又は液状燃料の熱分解ガスを燃料としてディーゼルエンジン等の内燃機関を作動させる上述の発電システムにおいては、比較的高い発熱量の改質ガスを内燃機関に安定供給する必要があり、所望の如く改質されていない比較的低発熱量の改質ガスや、発熱量が不安定な改質ガスを内燃機関に供給した場合、発電システムを効果的に運転し難い。また、不十分な改質の結果として改質ガスが比較的多量のタール分を含む場合には、ディーゼルエンジンの連続運転に支障が生じ易い。このため、改質工程に供給すべき水蒸気及び空気等の温度管理及び流量制御や、熱分解ガスの発生源である廃棄物等（固形燃料又は液状燃料）の管理などが重視されるが、これは、発電システムを維持・管理する上でかなりの負担をシステム管理者等に強いるであろう。
【０００６】
また、ディーゼルエンジン等の内燃機関に導入すべき改質ガスは、４０〜５０℃程度の温度まで強制的に冷却する必要があることから、冷却過程で改質ガス中の水蒸気が凝縮し、これにより、比較的多量の凝縮水が系内に発生する。このため、この種の発電システムでは、このような凝縮水を系外に排出する排水流路及び排水処理設備等を設けなければならない。
【０００７】
他方、スターリングエンジンは、典型的には、スターリングエンジンに供給された熱ガス流の顕熱によってピストン駆動用の作動流体を加熱する加熱装置を備えており、加熱装置は、熱ガス流及び作動流体の熱交換を行う伝熱部を有する。このようなスターリングエンジンを備えた発電システムでは、発電機を駆動するスターリングエンジンの出力は、受電側の要求又は電力需要に相応して規制される。このため、熱ガス流が保有する多量の熱を非効率的に系外に排出せざるを得ず、熱ガスが保有する余剰の排熱は、発電以外の用途の熱媒体等により回収し得るにすぎない。しかしながら、熱ガス流の側から発電機の発電出力を制御することが可能となれば、発電システム全体の熱効率を改善し得るばかりでなく、固形燃料又は液状燃料の熱分解ガスを燃料として複数のスターリングエンジンを駆動する比較的大きな発電出力の発電システムを構築することが可能となると考えられる。
【０００８】
上述の特開平7-19008号公報に開示されたスターリングエンジンの加熱装置では、開閉型のダンパ装置が高温の熱ガス流路に配設されるとともに、スターリングエンジンの伝熱部と熱交換した熱ガスを誘引する熱ガス誘引用のファンが煙道部分に配置される。しかし、このダンパ装置は、高温ガスの流路に配置され、高い耐熱性を要求された構造のものであることから、スターリングエンジンの伝熱部に供給される熱ガスの流れを選択的に遮断する単純な開閉構造のものであるにすぎない。また、特開平7-19008号公報には、熱ガス誘引用のファンが記載されているが、高温の熱ガス流路に配置され、スターリングエンジンの伝熱部に流入する熱ガス流を間接的ないし補助的に調節し得るにすぎず、熱ガス流の制御に依存した発電出力の制御を意図したものではない。
【０００９】
また、これら従来のスターリングエンジンは、加熱装置の伝熱部と伝熱接触する熱ガス流の温度を可変制御する手段を備えておらず、このため、スターリングエンジンの運転状態に適した温度の熱ガス流をスターリングエンジンの伝熱部に供給することはできず、熱ガス流の温度制御によりスターリングエンジンの発電出力を制御することもできない。
【００１０】
他の形式のスターリングエンジンとして、加熱装置を燃焼器として構成した構造のものが知られている。この形式のスターリングエンジンは、装置内に供給された可燃性ガスの燃焼熱で燃焼器内のヒータチューブを加熱するように構成される。スターリングエンジンの作動流体は、燃焼器内に生成した火炎及び燃焼ガスの輻射伝熱作用及び対流伝熱作用によって効率的に加熱されるので、比較的高い熱効率が得られる。しかしながら、この形式のスターリングエンジンは、LPG等の比較的高発熱量の燃料ガスを使用することを前提としたものであるにすぎない。これに対し、乾留炉、熱分解炉、廃棄物ガス化炉、固形燃料ガス化炉等のガス化炉又は熱分解炉で得られた固形燃料又は液状燃料の熱分解ガスは、発熱量が低く、しかも、前述の如く、タール分等を含むことから、熱分解ガスをスターリングエンジンの加熱装置に直に供給し、その燃焼熱でスターリングエンジンを運転することは、未だ試みられていない。 
【００１１】
更には、高分子系廃棄物（廃プチスチック、廃タイヤ）等のガス化又は熱分解により可燃性ガスを生成するガス化炉又は熱分解炉においては、熱分解ガスは、比較的多量のダスト又は未燃分を含み、しかも、塩化物、硫化物、NH3、HCN等の腐食成分を比較的多量に含有する。このため、加熱装置の伝熱部を構成するヒータチューブ等は、耐腐食性を有する比較的高価な金属で製作する必要が生じる。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガス化炉又は熱分解炉で得られた固形燃料又は液状燃料の熱分解ガスを熱源としてスターリングエンジンを作動するとともに、スターリングエンジンを駆動源とする発電機の発電出力を熱源側から制御し、システム全体の熱効率を向上することができる発電システム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成すべく、作動流体を加熱する加熱装置(4)を備えたスターリングエンジン(11)と、該スターリングエンジンによって駆動される発電機(12)とを備えた発電システムにおいて、
【００１４】
(i) 固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガス(P)を燃焼させ、前記加熱装置(4)に供給すべき熱ガス流(HG)を生成する燃焼装置(3)と、前記加熱装置の下流側で前記熱ガス流の排気流量を可変制御することによって、前記熱ガス流の流量を制御する流量制御手段(6)とを有し、前記加熱装置(4) の伝熱部(13)と、前記熱ガス流(HG)との熱交換によって前記作動流体を加熱するようにしたことを特徴とする発電システム：
【００１５】
(ii) 固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガス(P)を燃焼させ、前記加熱装置(4)に供給すべき熱ガス流(HG)を生成する燃焼装置(3)と、前記熱ガス流の温度を可変制御する温度制御手段(9)とを有し、前記加熱装置(4) の伝熱部(13)と、前記熱ガス流(HG)との熱交換によって前記作動流体を加熱するようにしたことを特徴とする発電システム：
【００１６】
(iii) 上記流量制御手段(6)及び温度制御手段(9)の双方を備えたことを特徴とする発電システム:
【００１７】
(iv)固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガス(P)を水蒸気で改質する改質装置(50)と、該改質装置で得られた改質ガス(R)を前記加熱装置(4)の燃焼部(41)に供給する燃料ガス供給手段(6;60;L8)とを有し、前記改質ガス(R)の燃焼熱によって前記作動流体を加熱するようにしたことを特徴とする発電システム: 或いは、
【００１８】
(v) 固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガス(P)、或いは、該熱分解ガスを水蒸気で改質した改質ガス(R)を前記加熱装置(4)の燃焼部(41)に供給する燃料ガス供給手段(6;60;L8)と、前記燃料ガス供給手段の熱分解ガス(P)又は改質ガス(R)の一部を前記加熱装置の燃焼用空気供給系(8;9;52;L61;L62) に供給して燃焼用空気と混合するガス分岐手段(80;L80)とを有し、前記燃料ガス供給手段及び前記燃焼用空気供給系の双方から前記燃焼部(4)に供給された前記熱分解ガス又は改質ガスの燃焼熱によって前記作動流体を加熱するようにしたことを特徴とする発電システム、を提供する。
【００１９】
上記燃焼装置(3)を備えた発電システムによれば、熱分解ガス(P)を熱ガスに転換する燃焼装置(3)が、ガス化炉又は熱分解炉(1)と、加熱装置(4)との間に介装され、熱分解ガスの燃焼によって得られた熱ガス流(HG)が、上記流量制御手段(6)及び／又は温度制御手段(9)の制御下にスターリングエンジンの加熱装置(4)に供給される。スターリングエンジンの駆動力は、流量及び温度の少なくとも一方を制御した熱ガス流によって制御される。
【００２０】
上記改質装置(50)及び燃料ガス供給手段(6;60;L8)を備えた本発明の発電システムによれば、装置運転の阻害要因となる熱分解ガス中のタール分等は、改質過程で除去されるので、ファン又はブロワー等の加圧手段(60)、或いは、流量制御弁(6)を燃料ガス供給手段として使用できる。燃料ガス供給手段は、流量制御した燃料ガスを加熱装置(4)の燃焼部(41)に供給し、燃焼域(40)の燃焼熱を制御することができる。
【００２１】
上記ガス分岐手段(80;L80)を備えた本発明の発電システムによれば、熱分解ガス(P)又は改質ガス(R)は、燃料ガス供給手段(6;60;90;L8)及び燃焼用空気供給系(8;9;52;L61;L62)の双方から加熱装置(4)の燃焼部(41)に供給される。従って、低発熱量の熱分解ガス(P)又は改質ガス(R)を多量に加熱装置(4)の燃焼部(41)に供給し、スターリングエンジンの駆動に必要な熱源を確保することができる。
【００２２】
いずれの構成においても、固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガス(P)がスターリングエンジンの熱源として使用される。伝熱部(13)を備えた形式の加熱装置(4)には、流量制御及び／又は温度制御した熱ガス流(HG)が供給され、燃焼部(41)を備えた形式の加熱装置(4)には、加圧手段(60)又は流量制御弁(6)で流量制御した改質ガス、或いは、燃料ガス供給手段(6;60;L8)及び燃焼用空気供給系(8;9;52;L61;L62)の二系統からの熱分解ガス又は改質ガスが供給される。従って、熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガス(P)は、制御可能な熱源としてスターリングエンジンの加熱装置(4)に供給し得るので、スターリングエンジンを駆動源とする発電機の発電出力を熱源側から制御し、システム全体の熱効率を向上することができる。
【００２３】
また、本発明によれば、熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガス(P)を制御可能な態様でスターリングエンジンの加熱装置(4)に供給することができるので、この種の熱分解ガスを熱源とした高い熱効率の発電システム、例えば、複数のスターリングエンジンを並列配置した高い熱効率の発電システムを構築することができる。
【００２４】
他の観点より、本発明は、作動流体を加熱する加熱装置(4)を備えたスターリングエンジン(11)と、該スターリングエンジンによって駆動される発電機(12)とを備えた発電システムの制御方法において、
固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガス(P)を燃焼させて生成した熱ガスの流量及び／又は温度を制御し、流量及び／又は温度を制御した熱ガスを前記加熱装置(4) の伝熱部(13)に供給することを特徴とする発電システムの制御方法を提供する。
【００２５】
本発明は又、作動流体を加熱する加熱装置(4)を備えたスターリングエンジン(11)と、該スターリングエンジンによって駆動される発電機(12)とを備えた発電システムの制御方法において、
固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガス(P)を水蒸気で改質し、改質ガス(R)を流量制御手段(6;60)の制御下に前記加熱装置(4)の燃焼部(41)に供給し、前記改質ガスの燃焼熱によって前記作動流体を加熱することを特徴とする発電システムの制御方法を提供する。
【００２６】
本発明は更に、作動流体を加熱する加熱装置(4)を備えたスターリングエンジン(11)と、該スターリングエンジンによって駆動される発電機(12)とを備えた発電システムの制御方法において、
固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガス(P) の一部、或いは、該熱分解ガスを水蒸気で改質した改質ガス(R)の一部を前記加熱装置の燃焼用空気供給系(8;9;52;L61;L62) に供給して燃焼用空気と混合し、前記燃料ガス供給手段及び前記燃焼用空気供給系の双方から供給された前記熱分解ガス又は改質ガスの燃焼熱によって前記作動流体を加熱することを特徴とする発電システムの制御方法を提供する。
【００２７】
本発明の上記構成によれば、(i)伝熱部(13)を備えた形式の加熱装置(4)に対して、流量制御及び／又は温度制御した熱ガス流(HG)が供給され、(ii)燃焼部(41)を備えた形式の加熱装置(4)に対して、流量制御手段(6;60)で流量制御した改質ガスが供給され、或いは、(iii) 燃焼部(41)を備えた形式の加熱装置(4)に対して、燃料ガス供給手段(6;60;90;L8)及び燃焼用空気供給系(8;9;52;L61;L62)の二系統から熱分解ガス又は改質ガスが供給される。熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガス(P)は、このような構成により、制御可能な熱源としてスターリングエンジンの加熱装置に供給される。また、本発明によれば、熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガス(P)を制御可能な態様でスターリングエンジンの加熱装置(4)に供給し得るので、この種の熱分解ガスを熱源とした高い熱効率且つ高い発電出力の発電システムを複数のスターリングエンジン発電機で構築することができる。
【００２８】
なお、本発明において、固形燃料又は液状燃料は、固体燃料又は液体燃料のみならず、ガス化可能な半固体燃料、スラリー状燃料等を包含する概念である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の発電システム及び発電システム制御方法によれば、ガス化炉又は熱分解炉で得られた固形燃料又は液状燃料の熱分解ガスを熱源としてスターリングエンジンを作動するとともに、スターリングエンジンを駆動源とする発電機の発電出力を熱源側から制御し、システム全体の熱効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
好ましくは、加熱装置(4)を通過した熱ガス(HG)を冷却する熱交換器(5)が加熱装置の下流側に配置され、熱交換器を通過した熱ガス流の排気流量制御により、加熱装置に供給すべき熱ガス流が流量制御される。熱交換器で冷却した熱ガスは、開度制御可能な流量制御弁(6)等によって直接的に流量制御することができ、従って、このような排気流量制御によって加熱装置の熱ガス流量を正確に制御することができる。
【００３１】
好適には、上記温度制御手段(9)は、上記燃焼装置(3)に供給すべき燃焼用空気(CA;HA)の流量を可変制御する。これにより、燃焼装置(3)の空燃比が制御され、熱ガス流の温度が、空燃比に相応して変化する。即ち、加熱装置に供給される熱ガスの温度は、燃焼装置(3)に供給すべき燃焼用空気の流量制御により、制御される。
【００３２】
更に好適には、燃焼用空気(CA;HA)は、加熱装置(4)を通過した熱ガス流と熱交換し、熱ガスが保有する顕熱によって予熱される。大気温の燃焼用空気を５００℃以上の高温に加熱するとともに、６００℃以上の熱ガス流を３００℃以下の温度に冷却することができる高い温度効率の熱交換器(5)を加熱装置の下流側に配置することが望ましい。このような熱交換器による燃焼用空気(CA;HA)の予熱は、燃焼装置(3)の燃焼反応を維持し且つ促進する上で有効であるばかりでなく、熱ガス排気温度を低下させるので、上述の流量制御弁(6)の構造を簡素化する上で有利である。
【００３３】
本発明に従って、複数のスターリングエンジンを並列配置した高効率の発電システムを構築することができる。このような発電システムは、複数のスターリングエンジン(11)と、熱ガス流(HG)を各スターリングエンジンの加熱装置(4)に夫々供給する複数の熱ガス流路(L3)と、熱ガス流路の上流端を接続した熱ガス主流路(L30)とを有する。上述の流量制御弁(6A;6B;6C;6D)は、各々の熱ガス流路における熱ガス流(HG)の排気流量を可変制御し、これにより、各々の加熱装置に供給すべき熱ガス流の流量を夫々制御する。前述の燃焼装置(3)は、熱ガス主流路の上流側に配置され、前述の温度制御手段 (9A;9B;9C;9D)は、燃焼装置(3)に供給すべき燃焼用空気(CA;HA)の流量を可変制御する。熱ガス流(HG)は、燃焼用空気(CA;HA)の流量制御によって温度制御されるとともに、流量制御弁(6A;6B;6C;6D)の制御下に熱ガス主流路から各々の熱ガス流路(L3)に分配される。
【００３４】
熱ガスが多量のダスト等を含む場合、好ましくは、熱ガスを除塵する除塵手段(2;54) が、加熱装置(4)と熱分解ガス発生源(1;3)との間の経路に配置される。例えば、固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガスを除塵する除塵手段(2)が、熱分解炉又はガス化炉の下流側に設けられる。熱分解ガスが多量の腐食成分を含む場合、熱分解ガスを水蒸気と空気、或いは、水蒸気と酸素によって改質する改質装置(50)と、ガス中の腐食成分を浄化・冷却する冷却・精製装置(54;55)とを設け、熱分解ガスを燃焼域に供給する前に改質・冷却・精製することが望ましい。なお、改質装置に供給される熱分解ガスが比較的多量の水蒸気を既に含む場合には、空気又は酸素を改質装置に供給することによって熱分解ガスを改質することができる。
【００３５】
本発明は、前述の如く、熱分解ガス(P)又は改質ガス(R)を加熱装置(4)の燃焼域(40)で燃焼させる形式のスターリングエンジンを備えた発電システムに適用することができる。本発明によれば、加圧ファン(60)及び流量制御弁(6)によって加圧し且つ流量制御し得る温度域であって、しかも、水蒸気が凝縮しない程度の温度を有する熱分解ガス(P)又は改質ガス(R)を燃焼域(40)に供給することができる。例えば、加熱装置(4)に供給する熱分解ガス(P)又は改質ガス(R) の温度を100〜300℃の範囲、例えば、約200℃に設定することができる。この形式の加熱装置を備えたスターリングエンジン発電機は、その熱効率又は発電機効率が高いことから、比較的低発熱量の熱分解ガス(P)又は改質ガス(R)を加熱装置(4)の燃焼域(40)に供給した場合であっても、有効に稼働する。
【００３６】
この形式のスターリングエンジンの使用は、熱分解ガス(P)の改質工程に要する熱を削減する上でも有利である。例えば、比較的低温の空気及び水蒸気(例えば、大気温度の空気と、100℃程度の水蒸気)を用いた簡易な改質工程によって改質ガスを得た場合であっても、このような改質ガスを加熱装置(4)の燃焼部(41)に供給することができる。
【００３７】
また、加熱装置(4)に供給する改質ガス(R)の温度を上記温度範囲(100〜300℃)に設定することにより、改質工程後のガスに含まれる水蒸気が系内で凝縮するのを防止し、凝縮水の排水処理を省略することができる。改質ガス(R)に含まれた水蒸気は、燃焼排ガスとともに系外に排気されるにすぎない。
【００３８】
好ましくは、発電システムは、余剰の熱分解ガス(P)又は改質ガス(R)を排気筒等の排気装置(71)において燃焼させる燃焼手段を備える。この燃焼手段は、熱分解ガス(P)又は改質ガス(R)の燃焼熱を改質用空気に伝熱する熱交換器(83)を備える。昇温後の改質用空気(WA)は、改質炉(50)に供給される。
【００３９】
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る発電システムの全体構成を示すシステムフロー図及び概略断面図である。
【００４０】
発電システムは、熱分解ガスを発生させるガス化炉１と、系外の受電設備に電力を供給する発電装置１０とを備える。発電装置１０は、スターリングエンジン１１と発電機１２とから構成される。ガス化炉１には、固形燃料Ｗ、例えば、都市ゴミ、廃プラスチックス等の可燃性廃棄物が供給されるとともに、ガス化用空気ＬＡがガス化空気ブロワ１５によって供給される。ガス化炉１は、固形燃料Ｗの熱分解により、比較的多量の可燃分を含む熱分解ガスＰを生成する。ガス化炉１は、熱分解ガス給送管Ｌ１を介して集塵装置２に接続され、集塵装置２は、浄化ガス給送管Ｌ２を介して燃焼装置３に接続される。ガス化炉１として、例えば、本発明者等の発明に係る特願２００１−１０８３１号記載のガス化炉を例示し得る。
【００４１】
集塵装置２は、耐熱性金属フィルター、サイクロン式集塵機、或いは、セラミックフィルターを備える。集塵装置２によってダスト、塵埃等を除去したガス化炉１の熱分解ガスＰは、浄化ガス給送管Ｌ２を介して燃焼装置３に供給される。なお、集塵及び燃焼の両機能を備えたサイクロン式燃焼器を集塵装置２及び燃焼装置３として使用することも可能である。
【００４２】
高温空気供給管Ｌ７が燃焼装置３の高温空気導入口３１に接続され、熱交換器５で予熱した高温の燃焼用空気ＨＡが燃焼装置３に供給される。熱分解ガスＰは、燃焼装置３の燃焼室３０内で高温の燃焼用空気ＨＡと混合し、熱分解ガスＰの可燃成分は燃焼し、この結果、高温の熱ガスが燃焼室３０に生成する。
【００４３】
燃焼装置３の出口側には、熱ガス給送管Ｌ３の上流端が接続される。熱ガス給送管Ｌ３の下流端は、スターリングエンジン１１の加熱装置４に接続される。燃焼室３０に生成した高温の熱ガスは、熱ガス流ＨＧとして加熱装置４に供給される。加熱装置４には、スターリングエンジン１１の伝熱部を構成するヒータチューブ１３が配置される。ヒータチューブ１３内に封入したヘリウム、水素等の作動流体は、ヒータチューブ１３の管壁を介して熱ガスと熱交換し、熱ガスの顕熱を受熱する。作動流体は、等容加熱、等温膨張、等容冷却及び等温圧縮の各過程よりなるスターリングサイクルに従って状態変化し、熱ガスから受熱した熱を動力に変換してスターリングエンジン１１内のピストン（図示せず）を作動する。ピストンの駆動力は、発電機１２に出力され、発電機１２を作動し、発電機１２は、系外の受電設備に給電する。所望により、スターリングエンジン１１は、エンジン自体の冷却部における排熱回収により加熱した熱媒体流体（温水等）を系外の任意の設備に供給する排熱回収手段（図示せず）を備える。
【００４４】
加熱装置４において作動流体と熱交換した熱ガス流ＨＧは、熱ガス給送管Ｌ４を介して熱交換器５に供給される。熱交換器５の受熱管５１には、燃焼用空気供給管Ｌ６が接続される。燃焼用空気ＣＡが、給気ファン８の給気押込み圧力下に熱交換器５の受熱管５１に供給され、熱ガス流ＨＧと熱交換し、加熱される。加熱後の燃焼用空気ＨＡは、高温空気供給管Ｌ７を介して燃焼室３０に供給され、前述の如く、熱分解ガスＰの燃焼反応を燃焼室３０に生じさせる。流量制御弁９が燃焼空気供給管Ｌ６に介装される。流量制御弁９は、制御信号線（図１に破線で示す）を介して制御装置２０に接続される。燃焼室３０に供給される燃焼用空気ＨＡの流量は、制御装置２０の制御下に流量制御弁９によって可変制御される。
【００４５】
熱交換器５の出口側には、排気管Ｌ５が接続され、降温後の熱ガス流ＨＧが、排ガスＥＧとして熱交換器５から排気管Ｌ５に送出される。排気管Ｌ５の下流端には、排気ファン７の吸引口が接続される。所望により、排熱回収用の熱交換器２５（仮想線で示す）が排気管Ｌ５に介装され、熱交換器２５は、排ガスＥＧの排熱を回収し、温水又は水蒸気を系外の任意の設備に供給する。排気ファン７は、排気管Ｌ５の排ガスＥＧを吸引し、スタック等（図示せず）を介して系外に排気する。排ガスＥＧは、燃焼用空気（及び給水）との熱交換により既に冷却しているので、排気ファン７は、排ガスＥＧを直に吸引することができる。かくして、熱ガス給送管Ｌ３の熱ガスは、排気ファン７の吸引作用により、熱ガス流ＨＧとして加熱装置４に供給され、加熱装置４及び熱交換器５（及び熱交換器２５）を介して系外に排気される。
【００４６】
排気管Ｌ５には、排ガスＥＧの流量を制御する流量制御弁６が介装される。流量制御弁６は、制御信号線（点線で示す）を介して制御装置２０に接続される。流量制御弁６は、排ガスＥＧを流量制御することにより、燃焼装置３から加熱装置４に供給される熱ガス流ＨＧの流量を可変制御する。比較的低温の排ガスＥＧに接する流量制御弁６は、流量を円滑且つ精密に制御可能な制御弁構造を備えるので、排ガスＥＧの流量を正確に制御することができる。
【００４７】
熱分解ガス給送管Ｌ１、浄化ガス給送管Ｌ２、熱ガス給送管Ｌ３、Ｌ４及び排気管Ｌ５の各ガス温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５は、例えば、以下のとおり設定される。
Ｔ１：２００〜８００℃
Ｔ２：２００〜８００℃
Ｔ３：８００〜１２００℃
Ｔ４：６００〜９００℃
Ｔ５：１００〜３００℃
【００４８】
燃焼用空気供給管Ｌ６及び高温空気供給管Ｌ７の各空気温度Ｔ６、Ｔ７は、例えば、以下のとおり設定される。
Ｔ６：大気温度（例えば、２０℃）
Ｔ７：５００〜８００℃
【００４９】
各管路Ｌ１〜Ｌ７には、流量検出器及び温度検出器（図示せず）が適所に配置され、管路Ｌ１〜Ｌ７の流量及び温度は、各検出器から制御装置２０に入力される。スターリングエンジン１１及び発電機１２の運転状態を示す因子又は数値、例えば、エンジン回転数及び発電出力等の情報も又、制御装置２０に入力される。制御装置２０は、ファン７、８の起動・停止を制御するとともに、流量制御弁６、９の開度を制御する。
【００５０】
例えば、制御装置２０は、理論空燃比に近い空気量の空気が燃焼装置３に供給されている状態でスターリングエンジン１１の出力を低下する必要が生じた場合、流量制御弁９の開度を増大し、燃焼装置３に供給される空気量を増量する。これにより、燃焼用空気ＨＡ及び熱分解ガスＰの混合比、即ち、燃焼室（燃焼域）３０の空燃比は増大し、理論空燃比を超える多量の空気が燃焼装置３に供給される。熱ガス温度Ｔ３は、空気量の増加に伴って降下し、この結果、スターリングエンジン１１の出力は、低下する。逆に、制御装置２０は、スターリングエンジン１１の出力を増大する必要が生じた場合、流量制御弁９の開度を低下して燃焼装室３０の空燃比を低減する。この結果、理論空燃比に近い空気量の空気が燃焼装置３に供給され、熱ガス温度Ｔ３は上昇し、スターリングエンジン１１の出力は増大する。
【００５１】
同様に、制御装置２０は、スターリングエンジン１１の出力を低下する必要が生じた場合、流量制御弁６の開度を低下させ、加熱装置４に供給される熱ガス流ＨＧの流量を低減する。熱ガス流量の低下により、熱ガス流ＨＧからヒータチューブ１３の作動流体に伝熱する熱量が低下し、スターリングエンジン１１の出力は、低下する。流量制御弁６の開度低下は、熱交換器５を流通する熱ガス流量をも同時に低下させるので、熱ガス流ＨＧから燃焼用空気ＣＡに伝熱する熱量も又、低下する。この結果、燃焼室３０に供給される燃焼用空気ＨＡの空気温度Ｔ７は低下する。これは、熱ガス温度Ｔ３の降下を生じさせるので、これにより、更なるスターリングエンジン１１の出力低下が生じる。
【００５２】
逆に、制御装置２０は、スターリングエンジン１１の出力を増大する必要が生じた場合、流量制御弁６の開度を増大し、加熱装置４に供給される熱ガス流ＨＧの流量を増大させる。熱ガス流ＨＧからヒータチューブ１３の作動流体に伝熱する熱量は、熱ガス流量の増大に伴って増加し、スターリングエンジン１１の出力は、増大する。流量制御弁６の開度増大は、熱交換器５に供給される熱ガス流ＨＧの流量を同時に増大させるので、熱ガス流ＨＧから燃焼用空気ＣＡに伝熱する熱量は、増加する。この結果、燃焼室３０に供給される燃焼用空気ＨＡの空気温度Ｔ７は上昇し、これに伴って、熱ガス流ＨＧの温度Ｔ３も又、上昇するので、このような作用に伴い、スターリングエンジン１１の出力は、更に増大する。
【００５３】
かくして、流量制御弁６、９の開度制御により燃焼排ガスＨＧの温度及び流量が制御され、これにより、スターリングエンジン１１の出力が制御される。制御装置２０は、受電側の電力需要又は電力負荷が変動したとき、流量制御弁６、９の開度を制御し、電力需要又は電力負荷に適した目標値に発電機１２の発電出力を制御することができる。なお、熱ガス給送管Ｌ３には、流量制御弁６の開度制御時に生じ得る余剰の熱ガスを過渡的に系外に排出するための排気管Ｌ２５(仮想線で示す)が接続される。
【００５４】
図１及び図２に示す発電システムは、ガス化炉１に対して単一の加熱装置４及び発電装置１０（スターリングエンジン１１及び発電機１２）を備えた構成のものであるが、本発明は、複数の発電装置１０を燃焼装置３に並列接続した構成を有する発電システムに適応する。図１及び図２には、他の系統の発電装置１０に対して熱ガス流ＨＧを供給可能な管路Ｌ２１が仮想線で示されている。管路Ｌ２１は、熱ガス給送管Ｌ３から分岐し、熱ガス流ＨＧを他系統の発電装置１０の加熱装置４及び熱交換器５に供給する。他系統の加熱装置４及び熱交換器５を流通した熱ガス流ＨＧを排ガスＥＧとして排気する管路Ｌ２２（仮想線で示す）が、排気管Ｌ５に接続される。
【００５５】
図３は、複数の発電装置１０及び熱交換器５を燃焼装置３に並列に接続した構成を有する発電システムを全体的に示す概略断面図である。図３において、図１及び図２に示す構成要素と実質的に同一の構成要素には、同一の参照符号が付されている。
【００５６】
図３に示す発電システムは、４台の発電装置１０Ａ：１０Ｂ：１０Ｃ：１０Ｄを燃焼装置３に並列に接続した構成を有する。熱ガス主管Ｌ３０が、燃焼装置３の出口に接続され、４本の熱ガス給送管Ｌ３の上流端が主管Ｌ３０に接続される。各給送管Ｌ３の下流端には、各スターリングエンジン１１Ａ：１１Ｂ：１１Ｃ：１１Ｄの加熱装置４Ａ：４Ｂ：４Ｃ：４Ｄが夫々接続され、熱交換器５Ａ：５Ｂ：５Ｃ：５Ｄが、熱ガス給送管Ｌ４を介して各加熱装置４Ａ：４Ｂ：４Ｃ：４Ｄに接続される。各熱交換器５Ａ：５Ｂ：５Ｃ：５Ｄは、排気管Ｌ５を介して排気主管Ｌ５０に接続され、排気主管Ｌ５０の下流端は、排気ファン７に接続される。各排気管Ｌ５には、流量制御弁６Ａ：６Ｂ：６Ｃ：６Ｄが介装される。流量制御弁６Ａ：６Ｂ：６Ｃ：６Ｄは、排ガス流量を制御し、これにより、各加熱装置４Ａ：４Ｂ：４Ｃ：４Ｄに供給される熱ガス流ＨＧの流量を可変制御する。
【００５７】
各熱交換器５Ａ：５Ｂ：５Ｃ：５Ｄの受熱管５１に接続された燃焼用空気供給管Ｌ６は、低温空気主管Ｌ６０に接続され、低温空気主管Ｌ６０の上流端は、給気ファン８の吐出口に接続される。各受熱管５１には、高温空気供給管Ｌ７が夫々接続される。高温空気供給管Ｌ７は、高温空気主管Ｌ７０に接続される。高温空気主管Ｌ７０の下流端は、燃焼装置３の高温空気導入口３１に接続される。各々の高温空気供給管Ｌ６には、各受熱管５１に供給すべき空気量を制御する流量制御弁９Ａ：９Ｂ：９Ｃ：９Ｄが夫々介装される。
【００５８】
主管Ｌ３０は、４系統の高温ガス給送管Ｌ３の集合管（マニホールド）として機能し、主管Ｌ５０は、４系統の排気管Ｌ５の集合管（マニホールド）として機能する。各系統の発電装置１０Ａ：１０Ｂ：１０Ｃ：１０Ｄの発電出力は、流量制御弁６Ａ〜６Ｄ、９Ａ〜９Ｄの開度制御に従って制御される。
【００５９】
流量制御弁６Ａ〜６Ｄ、９Ａ〜９Ｄは、制御信号線（点線で示す）を介して制御装置２０に接続され、制御装置２０の制御下に熱ガス流ＨＧ及び燃焼用空気ＣＡを流量制御する。各管路Ｌ１〜Ｌ７の流量検出器及び温度検出器（図示せず）の検出値、スターリングエンジン１１Ａ〜１１Ｄ及び発電機１２Ａ〜１２Ｄの運転状態を示す因子又は数値（エンジン回転数及び発電出力等）が、制御装置２０に入力される。制御装置２０は、ファン７、８の起動・停止を制御するとともに、流量制御弁６Ａ〜６Ｄ、９Ａ〜９Ｄの開度を制御し、これにより、熱ガス流ＨＧ及び燃焼用空気ＣＡの流量を制御する。
【００６０】
所望により、図１に示す実施形態と同様、排熱回収用の熱交換器２５（仮想線で示す）が排気主管Ｌ５０に介装される。熱交換器２５は、燃焼排ガスの余剰の排熱を回収し、温水又は水蒸気等を系外の任意の設備に供給する。
【００６１】
また、流量制御弁６の開度制御時に生じ得る余剰の熱ガス又はその熱を系外に排出する排気管Ｌ２５（仮想線で示す）が、必要に応じて、熱ガス主管Ｌ３０に接続される。
【００６２】
以下、図３に示す発電システムの作動について説明する。
【００６３】
ガス化炉１に供給された固形燃料Ｗは、ガス化炉１内で熱分解し、熱分解ガスＰを生成する。熱分解ガスＰは、熱分解ガス給送管Ｌ１を介して集塵装置２に供給され、集塵装置２は、熱分解ガス中のダスト、塵埃等を除去する。浄化後の熱分解ガスは、高温空気導入口３１から噴射する高温空気と燃焼室３０内で混合接触し、燃焼する。燃焼装置３に生成した高温の熱ガスは、主管Ｌ３０に流出する。各々の熱ガス給送管Ｌ３の熱ガス流量は、流量制御弁６Ａ〜６Ｄの開度制御により制御されるので、主管Ｌ３０の熱ガス流ＨＧは、流量制御弁６Ａ〜６Ｄの開度制御に従って各々の給送管Ｌ３に流入する。従って、流量制御弁６Ａ〜６Ｄの開度制御により、各給送管Ｌ３の熱ガス流量又は熱ガス分配比を制御し、各発電装置１０Ａ：１０Ｂ：１０Ｃ：１０Ｄの出力を個別制御することができる。
【００６４】
図４〜図６には、発電システムの運転形態が例示されている。
【００６５】
例えば、図４に示す如く、制御装置２０は、流量制御弁６Ａ〜６Ｄ、９Ａ〜９Ｄを所定開度に設定し、発電システムは、所定の発電出力で定常運転する。この状態では、流量制御弁６Ａ〜６Ｄの開度に応じた適量の熱ガス流ＨＧが、主管Ｌ３０から各スターリングエンジン１１Ａ〜１１Ｄの加熱装置４Ａ〜４Ｄ及び熱交換器５Ａ〜５Ｄに供給される。このような運転状態では、制御装置２０は、例えば、燃焼装置３の理論燃焼空燃比に相当する燃焼空気を燃焼装置３に供給するように流量制御弁９Ａ〜９Ｄの開度を設定する。
【００６６】
発電システムの発電出力を低下させる場合、制御装置２０は、流量制御弁６Ａ〜６Ｄの開度を低下させ、加熱装置４Ａ〜４Ｄに供給される熱ガス流ＨＧの流量を低下させる。同時に、制御装置２０は、流量制御弁９Ａ〜９Ｄの開度を増大し、燃焼装置３に供給される燃焼空気の空気量を増加させる。このような状態が図５に示されている。各加熱装置４Ａ〜４Ｄに供給される熱ガス流ＨＧの流量低下及び温度降下が生じ、この結果、各スターリングエンジン１１Ａ〜１１Ｄの出力は低下し、発電システムの発電出力は低下する。
【００６７】
図６には、流量制御弁６Ａ：６Ｂ、９Ａ：９Ｂを全閉位置に切り換えた運転形態が示されている。この運転形態では、発電装置１０Ａ：１０Ｂの系統は、完全に運転を停止し、発電システムは、２系統の発電装置１０Ｃ：１０Ｄを並列配置した発電システムとして稼動する。
【００６８】
流量制御弁６Ａ〜６Ｄ、９Ａ〜９Ｄの開度制御又は切換制御により実行可能な制御は、図４〜図６に示す制御形態に限られるものではなく、スターリングエンジン群の出力制御、従って、発電システムの発電出力の制御は、多様な制御態様で実行することができる。
【００６９】
例えば、制御装置２０は、予め設定された制御マップ及び制御プログラム等を記憶した制御部を有し、制御部は、流量制御弁６Ａ〜６Ｄ、９Ａ〜９Ｄを開度制御し、発電システムの発電出力を可変制御する。流量制御弁６Ａ〜６Ｄ、９Ａ〜９Ｄの開度設定として、多種多様なパターンを採用することができ、制御部は、電力需要又は電力負荷等の変動に応じて発電システムが高効率の運転形態を維持するように、流量制御弁６Ａ〜６Ｄ、９Ａ〜９Ｄの開度を制御し、最適化する。
【００７０】
このような発電装置１０Ａ〜１０Ｄ及び流量制御弁６Ａ〜６Ｄ、９Ａ〜９Ｄの発停制御及び開度制御は、発電システムの定常運転時に発電出力を制御する発電出力制御手段として使用し得るだけではなく、発電システムのウォームアップ運転時、メンテナンス運転時、或いは、緊急運転時等の運転制御手段として応用することができる。制御装置２０の制御部は、このような過渡期の運転を制御する制御マップ及び制御プログラム等を記憶し、発電システムの円滑なウォームアップ運転や、メンテナンス運転時、或いは、迅速な緊急運転等を可能にする。
【００７１】
図７は、本発明の第２実施形態に係る発電システムの全体構成を示すシステムフロー図である。図７において、図１〜図６に示す構成要素と実質的に同一の構成要素には、同一の参照符号が付されている。
【００７２】
図７に示す発電システムは、改質炉５０、空気予熱器５２、排熱ボイラ５３、冷却・精製装置５５及び高温空気／高温水蒸気発生装置５６を更に備えた点において、前述の第１実施形態と相違する。この構成は、熱分解ガスＰが比較的多量の腐食性ガス（H2S;HCl;NH3;HCN等）を含有する場合に好適に採用し得る。このような発電システムによれば、例えば、一般廃棄物、廃プラスチックス、ゴム等の任意の燃料をガス化炉１でガス化し、発電装置１０に供給することができる。即ち、改質工程及び冷却・精製工程を備えた本実施形態の発電システムは、発電システムに供給可能な燃料（原料）の多様化を可能にする。
【００７３】
ガス化炉１には、可燃性廃棄物が固形燃料Ｗとして供給され、固形燃料Ｗの熱分解により発生した熱分解ガスＰは、改質炉５０に供給される。熱分解ガスＰは、改質炉５０に供給される高温の水蒸気及び空気により改質され、熱分解ガスＰが含有するタール分は分解される。改質ガスＲは、流路Ｌ１１：Ｌ１２：Ｌ１３：Ｌ１４、空気予熱器５２、排熱ボイラ５３、集塵装置５４及び冷却・精製装置５５を流通し、改質ガス給送管Ｌ２から燃焼装置３に供給される。熱分解ガスＰに含まれるダスト及び塵埃等は、集塵装置５４において除去される。熱分解ガスＰに含まれる腐食性ガスは、冷却・精製装置５５において除去される。なお、空気予熱器５２は、改質ガスＲが保有する顕熱によって大気温度の空気を加熱し、予熱空気を流路Ｌ１５からガス化炉１に供給する。また、排熱ボイラ５３は、改質ガスＲの顕熱により水蒸気を生成し、水蒸気Ｓは、流路Ｌ１６に送出され、流路Ｌ１６に供給された空気と一緒に高温空気／高温水蒸気発生装置５６に供給される。改質ガスＲの一部が、水蒸気及び空気を加熱するための燃料として流路Ｌ１８から高温空気／高温水蒸気発生装置５６に供給され、高温空気／高温水蒸気発生装置５６は、改質ガスＲの燃焼熱により水蒸気及び空気を加熱する。加熱後の水蒸気及び空気は、流路Ｌ１７から改質炉５０に供給され、熱分解ガスＰと混合・接触し、前述の如く、熱分解ガスＰを改質する。
【００７４】
熱分解ガス給送管Ｌ１、浄化ガス給送管Ｌ２及び流路Ｌ１１：Ｌ１２：Ｌ１３：Ｌ１４：Ｌ１６：Ｌ１７における各ガス温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ１４、Ｔ１６、Ｔ１７は、例えば、以下のとおり設定される。
Ｔ１：２００〜３００℃
Ｔ２：３０〜１５０℃
Ｔ１１：６００〜１０００℃
Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ１４：２００〜５００℃
Ｔ１６：約１００〜２００℃
Ｔ１７：５００〜１０００℃
【００７５】
なお、熱ガス給送管Ｌ３、Ｌ４及び排気管Ｌ５の各ガス温度Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５は、前述のとおりである。また、改質炉５０として、本発明者等の発明に係る特願２００１−１０８３１号記載の改質炉を好適に使用し得る。
【００７６】
燃焼装置３の下流側における発電システムの構成は、図１及び図２に示す構成と実質的に同一であるので、図１及び図２の構成に関する説明を引用することにより、重複した説明を省略する。
【００７７】
図８及び図９は、本発明の第３実施形態に係る発電システムの全体構成を示すシステムフロー図及び概略断面図である。図８及び図９において、図１〜図７に示す構成要素と実質的に同一の構成要素には、同一の参照符号が付されている。
【００７８】
本実施形態の発電システムは、改質ガスＲをスターリングエンジン１１の加熱装置４に直に導入し、加熱装置４内で燃焼させる構成を備えており、加熱装置４は、燃焼器を構成する。
【００７９】
ガス化炉１には、可燃性廃棄物が固形燃料Ｗとして供給され、固形燃料Ｗの熱分解により発生した熱分解ガスＰは、改質炉５０に供給される。改質炉５０には、水蒸気及び空気が供給され、水蒸気及び空気は、熱分解ガス中のタール分を分解し、熱分解ガスＰを改質する。改質ガスＲは、流路Ｌ１１、排熱ボイラ５３、流路Ｌ１３、集塵装置５４及び流路Ｌ１４を流通し、加圧ファン６０に吸引される。排熱ボイラ５３は、改質ガスＲの顕熱によって給水を加熱して水蒸気Ｓを生成し、水蒸気Ｓは、流路Ｌ１６を介して改質炉５０に供給される。なお、流路Ｌ１６には、流量制御弁９１が介装される。また、余剰の水蒸気は、圧力制御弁９２を介して系内又は系外の任意の設備に供給され、或いは、大気に放出される。
【００８０】
加圧ファン６０の吐出口には、改質ガス給送管Ｌ８の上流端が接続される。改質ガス給送管Ｌ８の下流端は、加熱装置４の燃焼部４１に接続される。改質ガスＲは、加圧ファン５０の圧力下に比較的低温の燃料ガスとして燃焼部４１に供給される。加熱装置４の空気予熱部５１によって高温に予熱された燃焼用空気ＨＡが、燃焼部４１に供給される。改質ガスＲは、燃焼用空気と混合して燃焼反応し、加熱装置４内の燃焼域４０に火炎を生成する。
【００８１】
流量制御弁６が、改質ガス給送管Ｌ８に介装される。流量制御弁６は、燃焼部４１に供給される改質ガスＲの流量を制御する。改質ガスＲが比較的低温であることから、加圧ファン５０は、改質ガスＲを吸引し且つ加圧することができ、また、流量制御弁６は、改質ガスＲの流量を正確に制御可能な構造を備えることができる。
【００８２】
空気予熱部５１は、加熱装置４内に配置され、熱交換器５１の下流端（流出端）は、予熱後の燃焼用空気を燃焼部４１に差し向ける。熱交換器５１の上流端（流入端）は、燃焼空気供給管Ｌ６に接続される。給気ファン８が燃焼空気供給管Ｌ６の上流端に接続される。燃焼用空気ＣＡが、給気ファン８の給気押込み圧力下に燃焼空気供給管Ｌ６に圧送され、空気予熱部５１に供給される。空気予熱部５１を流通する燃焼用空気ＣＡは、燃焼域４０に生成する燃焼排ガスと熱交換し、高温に加熱され、しかる後、高温の燃焼用空気ＨＡとして燃焼部４１に供給され、上述の如く、改質ガスＲと混合し、燃焼反応する。
【００８３】
加熱装置４の燃焼域４０には、加熱装置４の受熱部を構成するヒータチューブ１３が配置されており、ヒータチューブ１３内に封入したヘリウム、水素等の作動流体は、燃焼域４０に生成した火炎及び燃焼ガスの輻射伝熱作用及び対流伝熱作用により、高温に加熱される。作動流体は、等容加熱、等温膨張、等容冷却及び等温圧縮の各過程よりなるスターリングサイクルに従って状態変化し、熱ガスから受熱した熱を動力に変換してスターリングエンジン１１内のピストン（図示せず）を作動する。ピストンの駆動力は、発電機１２に出力され、発電機１２を作動し、発電機１２は、系外の受電設備に給電する。所望により、スターリングエンジン１１は、冷却部の排熱回収により加熱した熱媒体流体（温水等）を系外の任意の設備に供給する排熱回収手段（図示せず）を備える。  
【００８４】
排気管Ｌ５が加熱装置４に接続される。燃焼域４０の排ガスＥＧは、排気管Ｌ５を介してスタック７１に送出され、スタック７１から大気に放出される。所望により、排気ファン（図示せず）が排気管Ｌ５に介装される。スタック７１には、余剰の改質ガスを改質ガス給送管Ｌ８から過渡的に系外に排出するための排気管Ｌ２５（点線で示す）が接続される。排気管Ｌ５には、流量制御弁９３が介装される。スタック７１は、このような改質ガスを排気筒内で燃焼させる燃焼手段（図示せず）を備える。スタック７１内には、熱交換器８３が配置されており、熱交換器８３の上流端（流入端）は、改質用空気供給管Ｌ１８に接続され、熱交換器８３の下流端（流出端）は、改質用空気給送管Ｌ１９に接続される。給送管Ｌ１９は、改質炉５０に接続される。改質用空気供給ファン８１が、供給管Ｌ１８に接続され、改質用空気ＯＡが、ファン８１の給気押込み圧力下に熱交換器８３に供給される。改質用空気ＯＡは、スタック７１内の排熱を受熱した後、昇温後の改質用空気ＷＡとして給送管Ｌ１９から改質炉５０に供給される。なお、供給管Ｌ１８には、流量制御弁８２が介装される。
【００８５】
発電システムを構成する各管路又は流路には、流量検出器及び温度検出器（図示せず）が適所に配置され、各管路又は流路の流量及び温度は、各検出器から制御装置２０に入力される。スターリングエンジン１１及び発電機１２の運転状態を示す因子又は数値、例えば、エンジン回転数及び発電出力等の情報も又、制御装置２０に入力される。前述の各制御弁６、９、８２、９１、９２、９３は、図８に破線で示す制御信号線等を介して制御装置２０に接続され、制御装置２０によって制御される。
【００８６】
各々の管路又は流路Ｌ１：Ｌ５：Ｌ６：Ｌ８：Ｌ１１：Ｌ１３：Ｌ１４：Ｌ１６：Ｌ１８：Ｌ１９におけるガス温度Ｔ１、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ１１、Ｔ１３、Ｔ１４、Ｔ１６、Ｔ１８、Ｔ１９は、例えば、以下のとおり設定される。
Ｔ１：２００〜３００℃
Ｔ８、Ｔ１３、Ｔ１４：約２００℃
Ｔ５：２００〜４００℃
Ｔ６、Ｔ１８：大気温度（例えば、２０℃）
Ｔ１１：８００〜１０００℃
Ｔ１６、Ｔ１９：約１００〜２００℃
【００８７】
本実施形態の発電システムは、加熱装置４内の燃焼域４０に比較的低温（約２００℃）の改質ガスＲを可燃性ガスとして供給し、改質ガスＲの燃焼反応によって発生した燃焼熱でヒータチューブ１３を加熱する点において、前述の第１及び第２実施形態（図１〜図７）と相違し、また、改質炉５０に供給される水蒸気及び空気の温度Ｔ１６、Ｔ１９を比較的低い温度（約１００〜２００℃）に設定する点において、図７に示す第２実施形態（比較的高温の水蒸気及び空気（５００〜１０００℃）を改質炉５０に供給する）と相違する。
【００８８】
前述の第１及び第２実施形態（図１〜図７）の構成と対比すると、本実施形態においては、改質ガスＲを加熱装置４に供給し、改質ガスＲの燃焼反応を加熱装置４の燃焼域４０に直に生じさせており、このような構成によれば、改質ガスＲの燃焼熱を用いた輻射伝熱効果及び対流伝熱効果によってヒータチューブ１３を効率的に加熱し、発電装置１０の発電機効率を大きく向上することができる。
【００８９】
また、このような改質ガスを内燃式混燃型ディーゼルエンジンに供給する形式の発電システムと対比すると、本実施形態の発電システムでは、改質炉５０に供給すべき水蒸気及び空気の温度Ｔ１６、Ｔ１９は、かなり低い温度（約１００〜２００℃）に設定されており、従って、本実施形態の発電システムによれば、発電システム全体の熱効率を向上することができる。
【００９０】
後者の特徴事項に関し、改質ガスを内燃式混燃型ディーゼルエンジンに供給する形式の発電システムと、本実施形態の発電システムとを対比して、以下に説明する。
【００９１】
内燃式混燃型ディーゼルエンジンを用いた発電システムにおいては、ディーゼルエンジンに供給すべき燃料ガスは、比較的高い発熱量を有する良質の燃料ガスに改質する必要があり、改質工程に供給すべき空気及び水蒸気を予め高温に加熱する必要が生じる。このため、空気及び水蒸気の温度管理や流量制御などに困難が生じ得るばかりでなく、仮に不十分な改質の結果として未分解のタール分を含む改質ガスがディーゼルエンジンに供給され続けた場合、ディーゼルエンジンの維持管理が困難になることも懸念される。しかも、ディーゼルエンジンの内燃機関に導入すべき燃料ガス（改質ガス）は、常温（約４０℃）程度まで冷却する必要があることから、水蒸気の凝縮によって比較的多量の凝縮水が系内に生成し、これを系外に排出するための排水経路や、排水処理設備等を設ける必要が生じる。
【００９２】
他方、本実施形態（図８及び図９）においては、燃料ガス（改質ガスＲ）が比較的低い発熱量であったとしても、これをスターリングエンジン１１の燃料として有効に利用できる。このため、１００℃の水蒸気と常温（大気温度）の空気であっても、これを改質助剤として使用することができ、従って、改質工程に供給すべき水蒸気及び空気等の加熱負荷が軽減する。これにより、システム全体の熱効率が向上するとともに、改質工程に要する水蒸気及び空気の温度管理及び流量制御が簡素化する。例えば、本実施形態では、図７に示す高温空気／高温水蒸気発生装置は、省略される。しかも、本実施形態の発電システムによれば、比較的低い発熱量の熱分解ガスを発生させるにすぎないようなガス発生源（廃棄物等）を使用し得るので、固形燃料又は液状燃料の管理を簡素化することが可能となる。また、スターリングエンジン１１の加熱装置４に供給すべき改質ガスＲは、ディーゼルエンジンの内燃機関に供給する場合のように４０〜５０℃程度に冷却する必要がなく、比較的高い温度（１００〜２００℃）を維持した状態で加熱装置４に導入される。このため、改質ガスＲ中の水蒸気は系内で凝縮せず、燃焼排ガスとともに排ガスＥＧとして大気に放出されるにすぎない。従って、水蒸気の凝縮水を系外に排出するための排水設備又は排水経路や、排水処理設備等を省略することができる。
【００９３】
かくして、本実施形態の発電システムによれば、システム構成を全体的に簡素化することができ、しかも、熱分解ガスが保有する熱量を効率的に利用し、発電システム全体の熱効率を向上することができる。
【００９４】
図８及び図９には、他の系統の発電装置１０に対して改質ガスＲを供給可能な管路Ｌ２１（仮想線で示す）が示されている。管路Ｌ２１は、熱ガス給送管Ｌ８から分岐し、熱ガス流ＨＧを他系統の発電装置１０の加熱装置４に供給する。他系統の加熱装置４の燃焼排ガスを排ガスＥＧとして排気する管路Ｌ２２（仮想線で示す）が、図８及び図９に示されており、管路Ｌ２２は、排気管Ｌ５に接続される。
【００９５】
図１０は、複数の発電装置１０を並列に接続した構成を有する発電システムを概略的に示すシステムフロー図である。なお、図１０において、発電装置１０の図示は、省略されている。
【００９６】
例えば、制御装置２０は、図１０に示す如く、流量制御弁６Ａ〜６Ｄ、９Ａ〜９Ｄを所定開度に設定し、発電システムは、所定の発電出力で定常運転する。この状態では、流量制御弁６Ａ〜６Ｄの開度に応じた適量の改質ガスＲが、主管Ｌ３０から各スターリングエンジンの加熱装置４Ａ〜４Ｄに供給される。
【００９７】
図１１には、流量制御弁６Ｃ：６Ｄ、９Ｃ：９Ｄを全閉位置に切り換えた運転形態が示されている。この運転形態では、発電装置１０Ｃ：１０Ｄの系統は、完全に運転を停止し、発電システムは、２系統の発電装置１０Ａ：１０Ｂを並列配置した発電システムとして稼動する。
【００９８】
流量制御弁６Ａ〜６Ｄ、９Ａ〜９Ｄの開度制御又は切換制御により実行可能な制御は、図１０及び図１１に示す制御形態に限られるものではなく、スターリングエンジン群の出力制御、従って、発電システムの発電出力の制御は、多様な制御態様で実行することができる。
【００９９】
図１２及び図１３は、本発明の第４実施形態に係る発電システムの全体構成を示すシステムフロー図及び概略断面図である。図１２及び図１３において、図１〜図１１に示す構成要素と実質的に同一の構成要素には、同一の参照符号が付されている。
【０１００】
前述の第３実施形態（図８〜図１１）においては、改質ガスＲをスターリングエンジン１１の加熱装置４に供給し、これを燃焼部４１において予熱後の燃焼用空気と混合し、燃焼反応させる。他方、低発熱量の改質ガスＲによってスターリングエンジン１１の作動熱源を十分に確保するには、多量の改質ガスＲを燃焼部４１に供給する必要が生じ得る。例えば、発熱量1000kcal/Nm3程度の改質ガスＲを燃焼部４１に供給する場合と、発熱量20000kcal/Nm3のＬＰＧのような高カロリーガスを燃焼部４１に供給する場合とを対比すれば明らかなとおり、改質ガスＲを用いて高カロリーガスと同等の熱量を確保するには、改質ガスＲの供給量を約２０〜３０倍に設定する必要が生じる。しかしながら、燃焼部４１の構造的上の制約や、燃焼部４１廻りの燃料供給系の構造的制約を考慮すると、燃料ガス供給流量には自ずと限界が生じるので、このような多量の改質ガスＲを燃焼部４１に供給し難い事情がある。
【０１０１】
他方、燃焼反応に要する改質ガスＲの理論空気量と、高発熱量の燃料ガス（ＬＰＧ等）の理論空気量とを対比すると、高発熱量の燃料ガスの理論空量は、概ね改質ガスＲの２０〜３０倍に達する。従って、改質ガスＲを燃料ガスとして用いた場合、高カロリーガスを燃料ガスとして使用した場合と比べて遥かに少量の燃焼用空気を燃焼部４１に供給すれば良く、従って、燃焼用空気供給系は、余剰の給気能力を保有する。
【０１０２】
本実施形態の発電システムは、このような事情を考慮し、改質ガスＲの一部を燃焼用空気供給系から燃焼部４１に供給する構成を備える。以下、この点について、詳細に説明する。
【０１０３】
図１２及び図１３に示す如く、バイパス流路Ｌ８０が、改質ガス給送管Ｌ８から分岐し、給気ファン８のサクション管Ｌ６１に接続される。バイパス流路Ｌ８０には、流量制御弁８０が介装される。流量制御弁８０は、制御信号線（点線で示す）を介して制御装置２０に接続される。制御装置２０は、流量制御弁８０の開度を制御し、バイパス流路８０の改質ガス流量を調節する。
【０１０４】
図１４は、加熱装置４の構成を概略的に示すブロック図である。
【０１０５】
加熱装置４内には、燃焼部４１を構成する燃料噴射装置４５及び混合気供給装置４６が配置される。加圧ファン６０により加圧された改質ガスＲは、ブースターファン（又はブロワ）９０によって更に加圧され、流量制御弁６の制御下に燃料噴射装置４５に供給される。燃料噴射装置４５は、改質ガスＲを燃焼域４０に噴射する。
【０１０６】
混合気供給装置４６は、混合気加熱部５２を介して混合気供給路Ｌ６２と連通し、混合気供給路Ｌ６２の上流端は、給気ファン８の吐出口に接続される。給気ファン８の吸引口は、サクション管Ｌ６１に接続される。サクション管Ｌ６１には、前述の如く、バイパス流路Ｌ８０の一端が接続される。バイパス流路Ｌ８０の他端は、改質ガス給送管Ｌ８に接続される。
【０１０７】
改質ガス給送管Ｌ８から燃料噴射装置４５に供給される改質ガスＲの一部は、バイパス流路Ｌ８０を介してサクション管Ｌ６１に供給され、燃焼用空気ＣＡと混合する。本実施形態では、流量制御弁８０の開度は、バイパス流路Ｌ８０の改質ガス流量（バイパス流量）を最適化するように初期設定され、定常運転時には、所定開度（初期設定開度）に固定される。バイパス流路Ｌ８０の流量と、燃料噴射装置４５に供給される改質ガスＲの流量との比（容積比）は、例えば、２：１（バイパス流量：噴射ガス流量）に設定される。なお、この流量比は、改質ガスＲの発熱量に基づいて適宜設定変更される。
【０１０８】
改質ガスＲ及び燃焼用空気ＣＡの混合気ＭＧは、給気ファン８の給気押込み圧力下に混合気加熱部５２に供給され、燃焼域４１の燃焼排ガスと熱交換して予熱される。予熱後の混合気ＭＧは、混合気供給装置４６の供給口４６ａから燃焼域４１に流出し、燃料噴射装置４５の改質ガス噴流と混合して燃焼反応する。
【０１０９】
かくして、混合気供給装置４６は、改質ガスＲ及び燃焼用空気ＣＡの混合気ＭＧを燃焼域４０に供給する手段（燃焼用空気ＣＡのみならず、改質ガスＲをも燃焼域４０に供給する手段）として機能する。なお、本実施形態では、混合気供給装置４６の構造は、ＬＰＧ等の高カロリーガスを燃料噴射装置４５から供給する場合に燃焼用空気供給手段として使用し得る構造のものである。
【０１１０】
前述の各実施形態と同様、ヒータチューブ１３内の作動流体は、燃焼域４０に生成した火炎及び燃焼ガスの輻射伝熱作用及び対流伝熱作用により、高温に加熱され、熱ガスから受熱した熱を動力に変換してスターリングエンジン１１内のピストン（図示せず）を作動し、ピストンの駆動力は、発電機１２に出力される。発電システムの全体的な構成及び作動については、前述の各実施形態と同様のものであるので、前述の各実施形態の説明を引用することにより、重複した説明を省略する。なお、他の系統の発電装置の系統に改質ガス給送管Ｌ８を接続する管路Ｌ２１（図１２及び図１３に仮想線で示す）は、ブースターファン９０と流量制御弁６との間において改質ガス給送管Ｌ８に接続しても良い。
【０１１１】
以上説明した如く、本実施形態の発電システムによれば、改質ガスＲを部分的に燃焼用空気供給系から燃焼部４１に供給する構成を備えるので、燃焼部４１の構造的上の制約や、燃焼部廻りの燃料供給系の構造的制約を受けずに、多量の低カロリー改質ガスＲをスターリングエンジン１１の加熱装置１１に供給することができる。また、燃料供給系から燃焼部４１に供給される改質ガスＲの流量が低減することから、ブースターファン９０の負荷が軽減する。これは、燃料噴射用圧力を確保するために過大なブースターファン９０を燃料供給系に設ける必要をなくすので、この意味においても、上記構成の発電システムは、スターリングエンジン１１の燃料供給系の構造に適合する。
【０１１２】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、そのような変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
【０１１３】
例えば、冷却後の熱ガス流（排気管Ｌ５の排ガス）に対する耐熱性を有する任意の種類及び構造の各種制御弁及び排気ファン（又は排気ブロワー）を流量制御弁６及び排気ファン７として採用することができる。
【０１１４】
また、上記実施形態では、流量制御弁６、９の開度制御により、熱ガス流ＨＧ及び燃焼用空気ＨＡの流量を可変制御しているが、流量制御手段として、ファンの回転数制御等を採用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明は、固形燃料又は液状燃料の熱分解又はガス化によって得られた熱分解ガスを用いてスターリングエンジンの作動流体を加熱し、スターリングエンジンによって発電機を駆動するように構成された発電システムに好ましく適用される。殊に、固形燃料又は液状燃料の熱分解炉又はガス化炉、例えば、廃棄物ガス化炉、廃油ガス化炉等で発生した熱分解ガス等の如く、一般に制御が困難であると考えられてきた可燃性ガスを利用してスターリングエンジンを作動する発電システムに本発明を適用した場合、その有益性は、殊に顕著である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発電システムの全体構成を示すシステムフロー図である。
【図２】図１に示す発電システムの全体構成を示す概略断面図である。
【図３】複数の加熱装置、熱交換器及び発電装置を燃焼装置に並列に接続した構成を有する発電システムを全体的に示す概略断面図である。
【図４】図３に示す発電システムの運転形態を例示するシステムフロー図である。
【図５】図３に示す発電システムの他の運転形態を例示するシステムフロー図である。
【図６】図３に示す発電システムの更に他の運転形態を例示するシステムフロー図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係る発電システムの全体構成を示すシステムフロー図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る発電システムの全体構成を示すシステムフロー図である。
【図９】図８に示す発電システムの全体構成を示す概略断面図である。
【図１０】複数の加熱装置及び発電装置を並列に接続した構成を有する発電システムを概略的に示すシステムフロー図であり、発電システムの運転形態が例示されている。
【図１１】図１０に示す発電システムの他の運転形態を例示するシステムフロー図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る発電システムの全体構成を示すシステムフロー図である。
【図１３】図１２に示す発電システムの全体構成を示す概略断面図である。
【図１４】加熱装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１    ガス化炉
２、５４    集塵装置
３    燃焼装置 
４    加熱装置
５    熱交換器
６    流量制御弁（流量制御手段、燃料ガス供給手段）
７    排気ファン
８    給気ファン（燃焼用空気供給系）
９    流量制御弁（温度制御手段）
１０    発電装置
１１    スターリングエンジン
１２    発電機
１３    ヒータチューブ（伝熱部、受熱部）
２０    制御装置
３０    燃焼室
４０    燃焼域
４１    燃焼部
５０    改質炉（改質装置）
６０    加圧ファン（燃料ガス供給手段、流量制御手段）
８０    流量制御弁（ガス分岐手段）
Ｐ    熱分解ガス
ＨＧ    熱ガス流
Ｒ    改質ガス
【図１】
2005274123.tif 000003
【図２】
2005274123.tif 000004
【図３】
2005274123.tif 000005
【図４】
2005274123.tif 000006
【図５】
2005274123.tif 000007
【図６】
2005274123.tif 000008
【図７】
2005274123.tif 000009
【図８】
2005274123.tif 000010
【図９】
2005274123.tif 000011
【図１０】
2005274123.tif 000012
【図１１】
2005274123.tif 000013
【図１２】
2005274123.tif 000014
【図１３】
2005274123.tif 000015
【図１４】
2005274123.tif 000016