(57)【要約】【課題】自然熱の輸送の効率化。【解決手段】  燃焼型熱源（４）と、燃焼型熱源（４）の熱の熱エネルギーを他のエネルギーに変換するエネルギー変換器とから構成されている。燃焼型熱源（４）は、燃焼炉（４７）と、燃焼炉（４７）の炉壁を冷却する水（６２）を保持する冷却容器（４８）と、燃焼炉（４７）に乾留済みの固体燃料（例示：木炭）を供給する固体燃料供給器（４９）と、冷却容器（４８）の中で発生する高温水蒸気のうち冷却容器（４８）の中の液面より上方に存在する高温水蒸気（６３）を冷却容器（４８）から取り出して貯蔵する蒸気ストレージ（７）とから形成されている。固体燃料は、乾留済みであるので、有害化学物質は除去されている。乾留済み固体燃料の燃焼により排出される高温燃焼ガスの再利用熱は、熱水形態のような液相形態によらずに高温水蒸気の気相の形態により輸送されて、蒸気ストレージ（７）で貯蔵される。高温水蒸気の水蒸気圧は、自己輸送能力を有し、且つ、複数のエネルギー形態に変換されやすい。【選択図】          図１
2005308373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼型熱源と、
前記燃焼型熱源の熱の熱エネルギーを他のエネルギーに変換するエネルギー変換器とを具え、
前記燃焼型熱源は、
燃焼炉と、
前記燃焼炉の炉壁を冷却する水を保持する冷却容器と、
前記燃焼炉に乾留済みの固体燃料を供給する固体燃料供給器と、
前記冷却容器の中で発生する高温水蒸気のうち前記冷却容器の中の液面より上方に存在する高温水蒸気を前記冷却容器から取り出して貯蔵する蒸気ストレージとを備え、
前記熱エネルギーは前記蒸気ストレージの中の前記高温水蒸気の熱エネルギーに一致している
燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項２】
前記エネルギー変換器は、
前記高温水蒸気の熱エネルギーを電気的エネルギーに変換するタービン型発電機と、
前記タービン発電機から排出される低温水蒸気を熱源として動作する吸収式熱交換器とを備える
請求項１の燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項３】
前記タービン型発電機から出力される電力は、前記吸収式熱交換器の吸収剤を循環させるポンプを駆動する駆動エネルギーとして用いられる
請求項２の燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項４】
前記吸収式熱交換器は、
熱交換媒体を吸収する吸収剤を収容する２相分離器と、
前記２相分離器で分離される前記熱交換媒体を液化する凝縮器と、
前記凝縮器で液化した前記熱交換媒体が冷却対象媒体から熱を奪って蒸発する気相の前記熱交換媒体を前記吸収剤に吸収させる吸収型冷却用熱交換器とを具え、
前記低温水蒸気の熱エネルギーは前記２相分離器の分離のためのエネルギーとして用いられる
請求項２の燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項５】
前記エネルギー変換器は、
前記タービン発電機から排出される低温水蒸気を熱源として動作する吸収式熱交換器を備え、
前記吸収式熱交換器は、
熱交換媒体を吸収する吸収剤を収容する２相分離器と、
前記２相分離器で分離される前記熱交換媒体を液化する凝縮器と、
前記凝縮器で液化した前記熱交換媒体が冷却対象媒体から熱を奪って蒸発する気相の前記熱交換媒体を前記吸収剤に吸収させる吸収型冷却用熱交換器とを具え、
前記低温水蒸気の熱エネルギーは前記２相分離器の分離のためのエネルギーとして用いられる
請求項１の燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項６】
前記熱交換媒体を液化するために前記凝縮器に通される冷却媒体は水であり、前記水は河川から汲み取られる
請求項５の燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項７】
前記他のエネルギーは、冷房用エネルギー又は暖房用エネルギーとして用いられ、
前記冷房用エネルギーは夏季に栽培室の空気温度を低下させるために用いられ、前記暖房用エネルギーは冬季に栽培室の空気温度を上昇させるために用いられる
請求項１の燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項８】
前記固体燃料は木炭を含む
請求項１〜７から選択される１請求項の燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項９】
前記固体燃料供給器は、前記固体燃料を前記燃焼炉の炉底に供給し、
前記燃焼炉は、
前記固体燃料に向かって上方から下方に燃焼用ガスを噴射する噴射器を備え、
前記燃焼用ガスはトーラス面流を形成する
請求項１〜８から選択される１請求項の燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項１０】
前記固体燃料供給器は、前記固体燃料を前記燃焼炉の炉底に供給し、
前記燃焼炉は、
前記固体燃料に向かって上方から下方に空気を噴射する環状の噴射器と、
前記噴射器の上方に配置される環状の電気ヒータとを備え、
前記電気ヒータの概中心線は前記噴射器の概中心線に概ね一致し、
前記燃焼用ガスはトーラス面流を形成する
請求項１〜８から選択される１請求項の燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項１１】
前記トーラス面流の中央部位に焼却炉から排出される排ガスを注入するガス管
を更に具える請求項９の燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項１２】
前記燃焼炉は、
前記燃焼炉の炉底に前記固体燃料を供給する固体燃料搬入器と、
前記固体燃料に向かって上方から下方に燃焼用ガスを噴射する噴射器とを備え、
前記燃焼用ガスはトーラス面流を形成し、
前記トーラス面流の中央部位に焼却炉から排出される排ガスを注入するガス管
を更に具える請求項１の燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項１３】
燃焼炉と、
焼却炉と、
前記燃焼炉の炉壁を冷却する水を保持する冷却容器と、
前記焼却炉から排出する排ガスを前記燃焼炉の中に導入するガス管と、
タービンと、
前記タービンに結合する発電機と、
前記燃焼炉に固体燃料を供給する固体燃料供給器と、
前記冷却容器の中で発生する高温水蒸気のうち前記冷却容器の中の液面より上方に存在する高温水蒸気を前記冷却容器から取り出して貯蔵する蒸気ストレージとを具え、
前記タービンは前記蒸気ストレージの高温水蒸気により駆動され、
前記燃焼炉は、前記固体燃料に向かって上方から下方に燃焼用ガスを噴射する噴射器を備え、前記燃焼用ガスはトーラス面流を形成し、前記排ガスは前記トーラス面流の中央部位に注入される
燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項１４】
前記固体燃料は木炭を含む
請求項１３の燃焼炉排出熱の輸送システム。
【請求項１５】
下記複数の工程：
生物栽培場の中に又は前記生物栽培場の近辺に燃焼器を設置すること、
前記燃焼器に木炭を供給して前記木炭を燃焼させること、
前記燃焼器を冷却水により冷却すること、
前記燃焼器を冷却することにより蒸発する水蒸気の熱を貯蔵熱として貯蔵すること、
前記貯蔵熱を電力に変換すること、
前記電力を前記生物栽培場の電気系統に供給すること
を具える燃焼炉排出熱の輸送方法。
【請求項１６】
下記工程：
前記貯蔵熱を熱水蒸気又は熱水の形態で前記生物栽培場に装備されるパイプに通すことにより前記生物栽培場の温度を高くすること
を更に具える請求項１５の燃焼炉排出熱の輸送方法。
【請求項１７】
下記複数の工程：
前記貯蔵熱を熱交換循環系の熱交換媒体に与えること、
前記熱交換系により大気中の空気の温度を上昇させること、
前記熱交換系により大気中の空気の温度を下降させること、
前記熱交換系により温度が上昇した前記空気を前記生物栽培場に装備されるハウスの中に供給すること
を更に具える請求項１５の燃焼炉排出熱の輸送方法。
【請求項１８】
下記工程：
前記熱交換系により温度が下降した前記空気を前記生物栽培場に装備されるハウスの中に供給すること
を更に具える請求項１５の燃焼炉排出熱の輸送方法。
【請求項１９】
前記電力は、前記ハウスに装備される換気扇、前記ハウスに装備される電灯、前記熱交換系のポンプ、前記熱交換系の開閉弁を含む集合から選択される１要素又は複数の要素の駆動のために供給される
請求項１５〜１８から選択される１請求項の燃焼炉排出熱の輸送方法。
【請求項２０】
下記複数の工程：
前記燃焼させることにより生じる炭酸ガスを前記生物栽培場のハウスの中に供給すること、
前記ハウスの中の光合成のために前記電力を前記ハウスの中で光エネルギーに変換すること
を具える請求項１５の燃焼炉排出熱の輸送方法。
【請求項２１】
下記複数の工程：
前記燃焼器の熱で木材を乾留することにより木炭を製造すること、
前記燃焼器の中で燃焼される前記木炭は前記製造することにより製造される木炭を含む
請求項１５の燃焼炉排出熱の輸送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼炉排出熱の輸送システム、及び、燃焼炉排出熱の輸送方法に関し、特に、自然排出物、又は、廃棄物を燃焼させて自然エネルギーを回収する燃焼炉排出熱の輸送システム、及び、燃焼炉排出熱の輸送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生ゴミような生活廃材、樹脂廃材、その他の廃材は、埋め立てにより処理される。埋立て処理は、土壌、水源、海洋の汚染を招く。埋立処理の限界を越えるために、焼却炉による焼却処理が行われている。焼却炉は、ダイオキシン、窒素酸化物のような有害化学物質を大気中に放出する。そのような化学物質を放出しない焼却炉は、後掲の特許文献１で知られている。その焼却炉は、排出される燃焼ガス（炭酸ガス）の熱を再利用することができる。熱の再利用は、排出される炭酸ガスの地球全体の総量を低減するために重要である。その再利用の効率を高めるために、樹脂廃材を固形燃料化することが知られている。燃焼温度を高くする固形燃料として、コークスが知られている。
【０００３】
廃材処理のために開発されてきた焼却炉から排出される熱の再利用の分野は拡大されつつある。そのような分野の拡大のために、冷暖房のような空調の熱源、コージェネ発電の熱源、ローカル生活領域の自己完結型エネルギー供給システムの熱源として再利用熱が有望視されている。再利用熱の形態として、環境重視の公知技術は、熱輸送と熱貯蔵とのために熱水を利用している。
【０００４】
そのような再利用は、地球環境の保全のために回避することができない技術として実行されることが望まれる。燃焼温度を高温化することにより有害物質を排出しない高温環境型焼却炉は、より多様な分野で利用されることが期待される。処理型の焼却炉から熱源型の燃焼炉に概念を変更することができる技術の確立が求められる。有害ガスを処理する燃焼炉の開発が期待される。環境内で生じる熱輸送と熱貯蔵の効率を高くすることにより炭酸ガス排出の総量を低減することが望まれる。炭酸ガスを大気中に排出しないで直接に利用することが賢明である。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１４１８２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、自然環境の中で循環的に熱を再利用する技術を確立する燃焼炉排出熱の輸送システム、及び、燃焼炉排出熱の輸送方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、燃焼温度を高温化することにより有害物質を排出しない高温型焼却炉の利用を促進する燃焼炉排出熱の輸送システム、及び、燃焼炉排出熱の輸送方法を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、有害ガスを処理するために燃焼炉を利用する利用技術を確立する燃焼炉排出熱の輸送システム、及び、燃焼炉排出熱の輸送方法を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、自然環境の中で循環的に熱を再利用し、燃焼温度を高温化することにより有害物質を排出しない高温型焼却炉の利用を促進し、有害ガスを処理するために燃焼炉を利用する利用技術し、且つ、有害ガスを処理するために燃焼炉を利用する利用技術を確立する燃焼炉排出熱の輸送システム、及び、燃焼炉排出熱の輸送方法を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、自然環境の中で循環的に熱を再利用し、燃焼温度を高温化することにより有害物質を排出しない高温型焼却炉の利用を促進し、有害ガスを処理するために燃焼炉を利用する利用技術し、且つ、有害ガスを処理するために燃焼炉を利用する利用技術を確立し、更に、環境内で生じる熱輸送と熱貯蔵の効率を高くすることにより炭酸ガス排出の総量を低減し、且つ、炭酸ガスを大気中に排出しないで直接に利用するする燃焼炉排出熱の輸送システム、及び、燃焼炉排出熱の輸送方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による燃焼炉排出熱の輸送システムは、燃焼型熱源（４）と、燃焼型熱源（４）の熱の熱エネルギーを他のエネルギーに変換するエネルギー変換器とから構成されている。燃焼型熱源（４）は、燃焼炉（４７）と、燃焼炉（４７）の炉壁を冷却する水（６２）を保持する冷却容器（４８）と、燃焼炉（４７）に乾留済みの固体燃料（例示：木炭、コークス）を供給する固体燃料供給器（４９）と、冷却容器（４８）の中で発生する高温水蒸気のうち冷却容器（４８）の中の液面より上方に存在する高温水蒸気（６３）を冷却容器（４８）から取り出して貯蔵する蒸気ストレージ（７）とから形成されている。ここで、熱エネルギーは、蒸気ストレージ（７）の中の高温水蒸気の熱エネルギーに一致している。木材の使用は、廃材を用いることができる点で好ましい。コークスの使用は、燃焼温度を更に高くするために好都合である。
【０００８】
固体燃料は、乾留済みであるので、有害化学物質は除去され、且つ、燃焼温度が高く、僅かに残存する有害化学物質は、高温燃焼ガスにより安全に処理される。燃焼処理により無害化されない唯一の化学物質である窒素酸化物の量は僅かである。乾留済み固体燃料の燃焼により排出される高温燃焼ガスの再利用熱は、熱水形態のような液相形態によらずに高温水蒸気の気相の形態により輸送されて、蒸気ストレージ（７）で貯蔵される。高温水蒸気の水蒸気圧は、自己輸送能力を有し、且つ、複数のエネルギー形態に変換されやすい物性を有している。複数のエネルギー形態は、具体的には後述されるように、電気エネルギーと気液相転換エネルギーとである。このように、高温水蒸気の形態として貯蔵される熱エネルギーは、エネルギー形態変換容易性と熱輸送性と高温保持性の３つの優れた特性を有している。このような３特性は、結果的に再利用効率を向上させることにより、炭酸ガス排出の総量を低減させることができる。有害物質の含有率が極めて小さい炭酸ガスは、光合成促進のような技術のために再利用価値が高い。
【０００９】
エネルギー変換器は、高温水蒸気（８）の熱エネルギーを電気的エネルギーに変換するタービン型発電機（９，１１）と、タービン発電機（９，１１）から排出される低温水蒸気（１４）を熱源として動作する吸収式熱交換器（１７）とから形成されている。電力の取り出しのために失われて低温化している低温水蒸気（１４）の熱は、吸収式熱交換器（１７）を駆動するためのエネルギー形態として絶好である。
【００１０】
タービン型発電機から出力される電力は、吸収式熱交換器の吸収剤（２２）を循環させるポンプ（３３）を駆動する駆動エネルギーとして用いられる。吸収式熱交換器は、熱交換媒体（２２：水）を吸収する吸収剤を収容する２相分離器（１７）と、２相分離器（１７）で分離される熱交換媒体（２２）を液化する凝縮器（２３）と、凝縮器（２３）で液化した熱交換媒体が冷却対象媒体から熱を奪って蒸発する気相の熱交換媒体を吸収剤に吸収させる吸収型冷却用熱交換器（２６）とから形成されている。低温水蒸気の熱エネルギーは２相分離器（１７）の分離のためのエネルギーとして用いられる。
【００１１】
このように、全系は自然エネルギー特に廃棄物の再利用により動作することが可能である。固体燃料は、木炭が用いられ得る。熱交換媒体を液化するために凝縮器に通される冷却媒体は水（２５）であり、その水は河川（６）から汲み取られる。
【００１２】
他のエネルギーは、冷房用エネルギー又は暖房用エネルギーとして用いられ、冷房用エネルギーは夏季に栽培室の空気温度を低下させるために用いられ、暖房用エネルギーは冬季に栽培室の空気温度を上昇させるために用いられる。
【００１３】
ここで、公知の高温型の燃焼炉が用いられることが特に重要である。固体燃料供給器（６５）は、固体燃料を燃焼炉（４７）の炉底（５６）に供給される。そのような燃焼炉は、固体燃料に向かって上方から下方に燃焼用ガスを噴射する噴射器（７２）を備えている。燃焼用ガスはトーラス面流（８７）を形成する。トーラス面流（８７）は、中心線対称の対流であり、その対流は循環的に生成され、空気を円滑に取り込んで、より完全な燃焼を実現している。
【００１４】
トーラス面流（８７）の中央部位に焼却炉から排出される排ガスを注入するガス管を別途に設けることは有意義である。有害物質の除去率が低い既設の焼却炉から排出される高温の排ガスに残存している有害ガスを燃焼により無害化することができる。そのような排ガスの熱は、本発明により再利用される。
【００１５】
本発明による燃焼炉排出熱の輸送方法の工程は、生物栽培場の中に又は前記生物栽培場の近辺に燃焼器を設置すること、燃焼器に木炭を供給して木炭を燃焼させること、燃焼器を冷却水により冷却すること、燃焼器を冷却することにより蒸発する水蒸気の熱を貯蔵熱として貯蔵すること、貯蔵熱を電力に変換すること、その電力を生物栽培場の電気系統に供給することとから構成されている。その工程には、貯蔵熱を熱水蒸気又は熱水の形態で生物栽培場に装備されるパイプに通すことにより生物栽培場の温度を高くすることが含まれる。このように、自然エネルギーのみにより装置系を運転することが可能である。貯蔵熱を熱交換循環系の熱交換媒体に与えること、熱交換系により大気中の空気の温度を上昇させること、熱交換系により大気中の空気の温度を下降させること、熱交換系により温度が上昇した空気を生物栽培場に装備されるハウスの中に供給することのような追加工程により、自然エネルギーの直接利用と再利用とが促進される。熱交換系により温度が下降した空気を生物栽培場に装備されるハウスの中に供給することは、自然エネルギーの利用を更に有効化する。
【００１６】
電力は、ハウスに装備される換気扇、ハウスに装備される電灯、熱交換系のポンプ、熱交換系の開閉弁を含む集合から選択される１要素又は複数の要素の駆動のために供給される。
【００１７】
燃焼させることにより生じる炭酸ガスを生物栽培場のハウスの中に供給することは、栽培を促進することができる。ハウスの中の光合成のために電力をハウスの中で光エネルギーに変換することは、更に栽培を高効率化する。自然循環が積極的に行われる。
【００１８】
燃焼器の熱で木材を乾留することにより木炭を製造することは重要な技術を提供する。燃焼器の中で燃焼される木炭は燃焼器の中で製造することにより製造される木炭を含み、燃焼器の燃料である木炭を自ら製造することができ、完全型のエネルギー循環が実行される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による燃焼炉排出熱の輸送システム、及び、燃焼炉排出熱の輸送方法は、太陽熱の地球上の自然循環を機械系に取り込むことができ、最終的に自然の熱を自然に戻すことができる。その熱輸送の途中に組み込まれる機械系は、エネルギーの有効な多様な利用形態に変換することができる。そのような輸送系は、高温蒸気の輸送を含み、輸送効率が高く、且つ、エネルギー変換の形態の自由度を高めることができる。高温蒸気の形態は、熱貯蔵、熱輸送、熱利用の３つの点で有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明による燃焼炉排出熱の輸送システムの実施の好ましい形態は、図に対応して、詳細に記述される。原始的熱源１は、図１に示されるように、自然環境２の中で提供される。自然環境２は、木材を提供する山林、河川を含む天然木材提供環境である。自然環境２は、廃材的木材を排出する半人工的環境３を含む。廃材的木材は、河川流域の流木、建築廃材を含む。木炭１は、燃焼時の火力を強化し、且つ、炭素以外の原子を除去するために、天然木材、廃材的木材を炭化させて木炭を生産する炭焼き小屋のような木炭生産工場である。
【００２１】
原始的熱源１である木炭（以下、その参照番号として１が流用される）は、燃焼型熱源４に供給される。燃焼型熱源４は、二次熱源として利用される。燃焼型熱源４は、木炭１と自然環境２から提供される空気の燃焼による燃焼熱を受入する熱水又は高温蒸気５を生成する。原水は、自然環境２に含まれる河川６から提供される。高温蒸気５は、圧力一定調整型の高温水蒸気ストレージ７に貯蔵される。以下の記述では、燃焼型熱源４から高温水蒸気ストレージ７に供給される熱源流体は高温蒸気に限定される。高温水蒸気ストレージ７から取出し量調整自在に取り出される高温蒸気８は、タービン９に供給される。タービン９は、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する。タービン９に軸結合する発電機１１は、その機械的エネルギーを電力１２に変換する。電力１２は、多様な電気機器１３に提供される。電気機器器１３には、後述されるポンプ、栽培施設の照明機器が含まれる。
【００２２】
高温蒸気８から排出される低温水蒸気１４は、低温水蒸気ストレージ１５に貯蔵される。低温水蒸気ストレージ１５から取出し量調整自在に取り出される低温水蒸気１４’は、２相型冷媒加熱器１６に供給される。２相型冷媒加熱器１６の中を通る低温水蒸気１４’は、熱交換により２相冷媒タンク１７の中の２相冷媒１８に２相分離用熱を提供する。２相型冷媒加熱器１６を通り抜ける戻り水蒸気は、ポンプ１９により低温水蒸気ストレージ１５に戻される。
【００２３】
２相冷媒タンク１７の中の２相は、冷媒２１と冷媒吸収剤２２とにより形成されている。冷媒２１として、水が適正である。冷媒吸収剤２２として、水又は水蒸気を吸収する臭化リチウムが適正である。２相冷媒１８は、２相型冷媒加熱器１６を介して低温水蒸気１４’から受け取る熱により加熱されて、冷媒２１と冷媒吸収剤２２に分離される。冷媒２１は、２相冷媒１８の中で沸騰的に蒸発して冷媒吸収剤２２から分離される。
【００２４】
冷媒２１は、凝縮器２３に送り込まれる。凝縮器２３の中には、凝縮用熱交換器２４が配置されている。凝縮用熱交換器２４には、凝縮用冷却水２５が非循環的に通される。凝縮用冷却水２５は、自然環境２の河川６から提供される。冷媒２１は、凝縮器２３の中で相転換され、水蒸気相から液相に変換される。凝縮器２３の底辺部位から導出される液相冷媒２１’は、冷房用熱交換器２６に供給される。冷房用熱交換器２６の中には、冷水生成用熱交換器２７と冷媒吸収剤冷却用熱交換器２８とが並置されている。冷水生成用熱交換器２７には、冷房用冷却水２９が循環的に通される。冷媒吸収剤冷却用熱交換器２８には、冷媒吸収剤冷却用冷却水３１が非循環的に通される。冷媒吸収剤冷却用冷却水３１は、自然環境２の河川６から提供される。既述の冷媒吸収剤２２は、冷媒吸収剤冷却用熱交換器２８に対して滴下される。冷媒吸収剤２２は、冷媒吸収剤冷却用熱交換器２８により冷却されて冷房用熱交換器２６の下方領域に貯留される。既述の液相冷媒２１’は、冷水生成用熱交換器２７に対して滴下される。液相冷媒２１’の液層は、冷水生成用熱交換器２７の中の冷房用冷却水２９から熱を奪って蒸発して水蒸気相に変えられる。水蒸気相の水は、冷媒吸収剤２２に吸収された状態で、冷房用熱交換器２６の下方領域に貯留される。冷房用熱交換器２６の下方領域の２相冷媒３２は、２相冷媒循環用ポンプ３３により２相冷媒タンク１７に循環的に戻される。
【００２５】
冷房用冷却水２９は、空気冷却用熱交換器３４に循環的に通される。大気中の空気３５は、空気冷却用熱交換器３４の中で冷房用熱交換器２６から送られてくる冷房用冷却水２９により冷却される。空気冷却用熱交換器３４で大気温度より低く冷却される低温空気３６は、第１栽培室３７の中の栽培室内空気冷却用熱交換器３８に供給される。低温空気３６は、栽培室内空気冷却用熱交換器３８を介することなく第１栽培室３７の中に直接に吹き込まれる。この場合には、第１栽培室３７に換気扇３９が設けられる。
【００２６】
低温水蒸気ストレージ１５から部分的に取り出される暖房用低温水蒸気４１は、空気温暖用熱交換器４２に供給される。大気中の空気３５は、空気温暖用熱交換器４２の中で低温水蒸気ストレージ１５から送られてくる暖房用低温水蒸気４１により暖められる。空気温暖用熱交換器４２で大気温度より高く暖められる高温空気４３は、第２栽培室４４の中の栽培室内空気温暖用熱交換器４５に供給される。高温空気４３は、栽培室内空気温暖用熱交換器４５を介することなく第２栽培室４４の中に直接に吹き込まれる。この場合には、第２栽培室４４に換気扇４６が設けられる。
【００２７】
図２は、本発明による燃焼型熱源４の実施の好ましい形態を示している。燃焼型熱源４は、燃焼炉４７と高温水蒸気発生器（冷却器）４８と、木炭供給器４９と固気分離塔５１とから構成されている。燃焼炉４７は、炉底５２と燃焼炉本体筒５３と燃焼器５４とから形成されている。炉底５２は、床台５５に支持されている。耐熱キャスタ製の炉底５２の上面は、部分球面５６に形成されている。焼炉本体筒５３の内部は、燃焼室５７として形成されている。高温蒸気５の上側は、天井蓋５８で閉じられている。
【００２８】
高温水蒸気発生器４８は、燃焼炉本体筒５３を囲む水蒸気発生筒本体５９と高温水蒸気取出漏斗６１とから形成されている。高温水蒸気取出漏斗６１は、水蒸気発生筒本体５９の上端面で接合している。高温水蒸気取出漏斗６１は、天井蓋５８を上方側から覆っている。燃焼炉本体筒５３と水蒸気発生筒本体５９の間は、液相水６２が充填される環状空間６２’に形成されている。天井蓋５８と高温水蒸気取出漏斗６１との間は、気相水６３が充填されるコーン状空間６３’に形成されている。高温水蒸気取出漏斗６１の頂面には、高温水蒸気取出口６４が結合している。既述の高温蒸気５は、高温水蒸気取出口６４から取り出されて図１に示される既述の高温水蒸気ストレージ７に供給される。
【００２９】
木炭供給器４９は、木炭補給サイロ６５と、木炭供給スクリューコンベア６６と、駆動モータ６７とから形成されている。木炭供給スクリューコンベア６６は、木炭案内筒６８と木炭押出スクリュー６９とから形成されている。木炭補給サイロ６５の下端開口は、木炭案内筒６８に形成されている木炭導入口に一致している。木炭押出スクリュー６９は、駆動モータ６７により回転的に駆動される。木炭補給サイロ６５の中の木炭片は、木炭案内筒６８の中に導入され、木炭押出スクリュー６９により押されて搬送されて、木炭案内筒６８の先端開口から押し出されて、炉底５２の部分球面５６に向かって落下する。
【００３０】
燃焼室５７の中の燃焼ガスは、燃焼ガス排出ダクト７１を介して固気分離塔５１に送給される。固気分離塔５１は、燃焼ガス中に含まれる固形分（塵灰）を分離することができる。固気分離塔５１として、サイクロンが適正である。
【００３１】
図３は、燃焼器５４の立体構造を示している。燃焼器５４は、燃料と空気を噴射する噴射環状二重管７２と、燃料と空気を噴射環状二重管７２に独立に位置的に分配する分配環状二重管７３と、複数の分配枝管７４とから形成されている。分配枝管７４のそれぞれの一端側開口は、分配環状二重管７３の側に開けられている開口に一致し、分配枝管７４のそれぞれの他端側開口は、噴射環状二重管７２の側に開けられている開口に一致している。分配枝管７４のそれぞれの一端側開口は、燃焼ガス流中心鉛直軸心線Ｌに直交する同一水平面上の同一円の上で等角度間隔（例示：１２０度間隔）で配列されている。燃焼ガス流中心鉛直軸心線Ｌはその同一円の中心又は概中心を通っている。
【００３２】
噴射環状二重管７２は、図４に示されるように、外側の燃料噴射管７５と内側の空気噴射管７６とから形成されている。分配環状二重管７３は、図３に示されるように、外側の燃料分配管７７と内側の空気分配管７８とから形成されている。分配枝管７４は、図４に示されるように、外側の燃料分配枝管７９と内側の空気分配枝管８１とから形成されている。燃料分配枝管７９は燃料分配管７７を燃料噴射管７５に接続し、空気分配枝管８１は空気分配管７８を空気噴射管７６に接続している。分配環状二重管７３の単一の部位は、図２に示されるように、共通二重管８２を介して燃料空気供給源８３に接続されている。共通二重管８２は、床台５５に支持されている。燃料噴射管７５には、図４に示されるように、複数箇所で燃料噴出口８４が開けられている。空気噴射管７６には、複数箇所で燃料噴出口８５が開けられている。燃料噴出口８４の有効中心点と空気噴射管７６の有効中心点とを結ぶ直線である噴出流中心軸線Ｒは、燃焼ガス流中心鉛直軸心線Ｌを含む鉛直面に含まれ、且つ、燃焼ガス流中心鉛直軸心線Ｌに向かう向心方向成分と鉛直方向下側向き成分とを有して、斜め下方に噴出する。
【００３３】
環状空間６２’には、図２に示されるように、液相水６２として水が入れられる。その水は、既述の河川６から提供されている。木炭案内筒６８の先端開口から供給され部分球面５６に積み重ねられる木炭集積９０は、初期的に発火源（図示されず）により発火する。燃料空気供給源８３から、燃料と空気が共通二重管８２を介して分配環状二重管７３に供給される。燃料は、空気分配管７８の外側で燃料分配管７７に導入され、燃料分配枝管７９の中で環流的に流れて空気噴射管７６の外側で燃料噴射管７５に供給される。空気は、空気分配管７８の中に導入され、空気分配管７８の中で環流的に流れて空気噴射管７６に供給される。
【００３４】
燃料噴射管７５の中を流れる空気の流れの有効中心流と空気噴射管７６の中を流れる燃料の流れの有効中心流とは、ともに噴出流中心軸線Ｒに概ね一致している。３箇所の空気流は３箇所の燃料流にそれぞれに合流し、図５に示されるように、燃焼ガス流中心鉛直軸心線Ｌが貫通する共通領域８６に向かって噴出する。そのような噴出流は実際には、図６に示されるように、燃焼ガス流中心鉛直軸心線Ｌを含む鉛直面内で噴射環状二重管７２に巻き付くように環状軌跡を描いて対流する。より具体的には、全体流は、図７に示されるように、１つのトーラス面流（ドーナツ面流）８７に形成される。
【００３５】
本発明の実施の顕著に有効な形態は、そのようなトーラス面流８７の中心流域に処理対象ガス流（例示：既設の焼却炉の有害ガス含有排ガス流）を注入することである。図２に示されるように、高温水蒸気取出口６４を貫通する処理対象ガス導入管８８が提供されている。処理対象ガス導入管８８の一端部位は、ガス導入管継手８９が結合している。焼却炉（図示されず）から排出される排ガス管の末端部位は、ガス導入管継手８９に接合される。処理対象ガス導入管８８の他端部位には、ガス噴出ノズル９１が取り付けられている。ガス噴出ノズル９１から噴出する処理対象ガスは、図７に示されるように、トーラス面流８７のトーラス中心領域９２に向かって噴出する。
【００３６】
トーラス中心領域９２の下方領域のガス流温度は、特許文献１に詳述されているように、１４００゜Ｃの高温化が実現されている。トーラス面流８７の上端面領域のガス流温度は、１０００゜Ｃが実現されている。燃焼室５７の上方領域のガス流温度は、８５０゜Ｃが実現されている。図７に示されるように、１４００゜Ｃの清浄高温ガス流８７に処理対象ガス流９３が注入される。処理対象ガス流９３に含まれる有害化学物質（例示：ダイオキシン）は、１２００゜Ｃ〜１４００゜Ｃの清浄高温ガス流により熱的に分解されて概ね完全に無害に処理される。
【００３７】
燃焼室５７を広い面領域で囲む環状空間６２’の中の液相水６２は、トーラス面流８７から分岐して上昇する上昇対流部分９４の熱を奪って気化して、高温高圧水蒸気（気相水）６３を生成する。燃焼型熱源４は、ボイラーとして構成されている。コーン状空間６３’に集まる高温高圧水蒸気６３は、高温水蒸気取出口６４から取り出され、図１に示されるように、高温蒸気５として高温水蒸気ストレージ７に貯留される。
【００３８】
木炭供給スクリューコンベア６６により燃焼室５７に投入される木炭は、周知であるように、火力が強く、且つ、もともとに有害物質がなく又は少ない。木は自然環境２に存在し、木を炭化するために木が用いられる。冷却用水は、自然環境２に存在する。図１に示されるシステムで用いられる化学物質の全ては自然環境２に存在している。
【００３９】
木炭は焼却対象ではなく、燃料として使用され、その火力が強いので、燃料空気供給源８３から供給される燃料は不要であり、又は、燃料の使用量は極端に少なく、燃料に起因する窒素酸化物の排出量は極端に少ない。
【００４０】
空気は噴射環状二重管７２から斜め下方に向かって噴射されるので、自然対流の向きに逆である逆向きに燃焼ガスの流れが生成され、燃焼室５７の最高温度領域は燃焼室５７の低位領域である。トーラス面流の一部は液相水６２で冷却されるので、燃焼室５７の中の温度Ｔは、図８に示されるように、より高い領域でより低くなるように分布している。液相水６２は、蒸発のための気化熱を燃焼室５７の中の燃焼ガス流から奪うので、燃焼室５７の上方領域から固気分離塔５１に移入する燃焼ガス流の温度は、図８に示されるように十分に低下している。低温ガス流が通される固気分離塔５１の耐熱構造は簡素化される。固気分離塔５１を水容器で囲んで、その低温ガス流の熱を再利用することは賢明である。
【００４１】
運転制御システムには、計測システムが組み込まれている。タービン９の定格運転を良好にするためには、高温水蒸気ストレージ７から放出される高温蒸気８の流量を弁開閉により制御することの他には、燃焼型熱源４から高温水蒸気ストレージ７に供給する高温蒸気５の供給流量を制御することが重要である。計測システムは、図２に示されるように、液相水６２の液面を検出する水位検出器９５と、液相水６２の水温を検出する水温検出器９６と、燃焼室５７の中のガス流の温度を検出するガス流温度検出器９７とを含んでいる。水位検出器９５が出力する水位検出信号は、水位を一定に保持するための水供給開閉弁９８の開閉の制御のために用いられる。水温検出器９６が配置される高さ位置は、環状空間６２’の中で適正に設定される。ガス流温度検出器９７が配置される高さ位置は、燃焼室５７の中で適正に設定される。ガス流温度検出器９７の高さ位置は、ガス流温度が比較的に低い燃焼室５７の上方領域（例示：図７に示される８５０゜Ｃ領域）にあることが好ましい。
【００４２】
ガス流温度検出器９７により検出されるガス流温度ＴＧと水温検出器９６が検出する水温度ＴＷとがそれぞれに概一定に保持されていることは、木炭集積９０の内部温度、木炭集積９０に吹き込まれる燃焼ガス温度、又は、図７に示されるトーラス面流８７の有効平均温度が概一定に保持されていることに概ね等価である。このような温度一定は、木炭供給流量と空気供給流量のそれぞれの絶対値と両絶対値比の制御により実行され、又は、木炭供給流量と空気供給流量と燃料供給流量のそれぞれの絶対値と３絶対値比の制御により実行され得る。それらの絶対値と絶対値比に関する制御則は、水位一定のもとで、長期運転により経験則的に知られ得る。燃焼により生成される熱量の一定比率分は、液相水６２に吸収され、液相水６２から一定比率分の概一定温度の高温蒸気５が生成される。この場合には、高温水蒸気ストレージ７は一定圧力保持容器（例示：圧力に対応して昇降する蓋を持つ容器）として形成されることが好ましい。
【００４３】
定格運転状態のガス流温度ＴＧと水温度ＴＷとの概一定性は、ガス流温度ＴＧと水温度ＴＷのそれぞれが一定範囲幅で変動していることを許容する。ガス噴出ノズル９１から噴射される処理対象ガスは、トーラス面流８７のトーラス面流温度ＴＴより低いことが普通である。本発明が採用する燃焼型熱源４は、１４００゜Ｃの高温化により完全燃焼を実現している焼却炉が採用されている。他の焼却炉から排出される燃焼ガスは、処理対象ガスとして十分に高温化されているトーラス面流８７に導入され、トーラス面流８７の循環流に流れ込む。その流れ込みによるトーラス面流８７の温度低下が見込まれて、トーラス面流８７の温度が適正温度に制御されている。その温度低下分ΔＴに相当する熱量ΔＱは、増量される木炭の火力により補充され得る。
【００４４】
本発明による燃焼型熱源４は、第１義的に燃焼炉型ボイラーであり焼却炉ではないが、完全燃焼型として提供されていない既存の焼却炉９９に併設される。燃焼型熱源４で生成される高温蒸気５の熱エネルギーは、エネルギー形態変換器１００により多様なエネルギー状態に変換される。エネルギー形態変換器１００は、図９に示されるように、タービン９と発電機１１とで代表される電気化器１００−１と、空気温暖用熱交換器４２で代表される高温度化器１００−２と、空気冷却用熱交換器３４で代表される低温度化器１００−３とから構成されている。エネルギー形態変換器１００により変換されるエネルギーは、エネルギー消費機器１０１に提供される。エネルギー消費機器１０１は、空調、冷凍、照明のような電気機器１３と、冷風を必要とする第１栽培室３７のような冷房対象と、温風を必要とする第２栽培室４４のような暖房対象とから構成されている。第１栽培室３７と第２栽培室４４は、冬物と夏物を同時に生産することができる。電気機器１３に含まれる電源は、冷水組上げポンプ、熱交換媒体循環ポンプ、検出器を含む制御機器に電力を供給する。このように、本発明による燃焼炉排出熱の輸送システムは、自然環境の一部としてその自然環境に組み込まれる。
【００４５】
その他の実施例：
図１０に示されるように、噴射環状二重管７２の上方側で噴射環状二重管７２に近接する補助点火器１０２の追加は、更に有効である。補助点火器１０２は、環状に形成されている。補助点火器１０２の鉛直中心線１０３は、噴射環状二重管７２の鉛直中心線に一致し又は概ね一致することが好ましい。この場合には、木炭集積９０の概鉛直中心線は、鉛直中心線１０３に概ね一致する。
【００４６】
補助点火器１０２は、図１１に示されるように、円状中心線を共有する電気ヒータ１０３と電気ヒータ１０３を被覆する薄膜状放熱体１０４とから形成されている。鉛直中心線１０３には、１２００度Ｃに耐える電気ヒータ材料が用いられている。薄膜状放熱体１０４は、セラミック材料が用いられている。鉛直中心線１０３の表面にセラミックが蒸着されている。薄膜状放熱体１０４の内側斜面１０５は、概円錐面に形成されている。内側斜面１０５から放射される熱光線（例示：炭の燃焼の際に放出される赤外線又は遠赤外線を含む熱線）は、拡がり範囲を有している。その拡がり範囲の有効中心線１０６は、斜め下方に向いて、鉛直中心線１０３の部分を含む焦点領域１０７に交わって交叉する。補助点火器１０２は、木炭集積９０の着火（発火）のために有効であり、木炭の燃焼ガスの温度を規定温度に安定的に保持することができる。焦点領域に放熱線を集光することは、木炭の発熱温度を規定値に保持し、焦点領域以外の木炭の発熱温度を規定値に保持することができる。ガス流温度検出器９７の温度が規定以下である間に限られて、鉛直中心線１０３に電流を通すことは有効である。補助点火器１０２が装備される場合には、噴射環状二重管７２は酸素（空気）のみを送り込む一重管として用いられる。
【００４７】
図１２に示されるように、有害ガス分解器１０８の追加は更に有効である。有害ガス分解器１０８は、ガス流温度検出器９７の近傍に配置され、特に、燃焼ガス排出ダクト７１の入口又は入口近傍に配置される。有害ガス分解器１０８は、多孔質体又は網状体に形成されている。接触面積が広い多孔質体又は網状体の孔面は、化学反応促進触媒により蒸着的に被覆されている。化学反応促進触媒は、その表面近傍が低温でプラズマ化し、有害ガス（有機化学物質ガス）を分解する物質（例示：光触媒性物質の酸化チタンのようなセラミック）である。有害ガス分解器１０８は、交換自在なフィルタ型の二次燃焼器として有効である。燃焼室５７の中で僅かに残存している恐れがある有害物質は、燃焼ガス排出ダクト７１の狭い通路で確実に物理化学的に処理され無害化する。
【００４８】
図１に示される暖房用低温水蒸気４１は、直接に第２栽培室４４に供給されることが可能である。この場合には、第２栽培室４４の土の中に通される暖房用パイプに通されることがことが好ましい。燃焼型熱源４から供給される高温蒸気５は、分配弁１０９を介して、直接に第２栽培室４４に供給されることが可能である。第２栽培室４４は、養殖池に代えられ得る。
【００４９】
燃焼型熱源４と高温水蒸気ストレージ７の間に、圧縮機１１０が介設される。圧縮機１１０の駆動源として、発電機１１が用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明による燃焼炉排出熱の輸送システムの実施の好ましい形態を示す回路ブロック図である。
【図２】図２は、本発明による燃焼炉を示す断面図である。
【図３】図３は、燃焼器の要部を示す斜軸投影図である。
【図４】図４は、燃焼器の一部分を示す斜軸投影断面図である。
【図５】図５は、燃焼原理を示す斜軸投影図である。
【図６】図６は、トーラス面流を示す斜軸投影図である。
【図７】図７は、燃焼の形態を示す断面図である。
【図８】図８は、温度分布を示すグラフである。
【図９】図９は、熱輸送系を示す回路ブロック図である。
【図１０】図１０は、燃焼器の他の形態を示す断面図である。
【図１１】図１１は、ヒータを示す断面図である。
【図１２】図１２は、不純物除去器を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
４…燃焼型熱源
６…河川
７…蒸気ストレージ
８…高温水蒸気
９…タービン
１１…発電機
１４…低温水蒸気
１７…吸収式熱交換器（２相分離器）
２２…吸収剤
２２…熱交換媒体（水）
２３…凝縮器
２５…冷却媒体（水）
３３…ポンプ
４７…燃焼炉
４８…冷却容器
５６…炉底
６２…水
６３…高温水蒸気
６５…固体燃料供給器
７２…噴射器
８７…トーラス面流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005308373.tif 000009
【図８】
2005308373.tif 000010
【図９】
2005308373.tif 000011
【図１０】
2005308373.tif 000012
【図１１】
2005308373.tif 000013
【図１２】
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