(57)【要約】【課題】  物を燃焼させずに発電させることで、二酸化炭素（ＣＯ2 ）を発生させないこと。また、マイクロ波プラズマ処理装置に供給する電力と熱源を太陽光熱を利用したスターリングエンジンと発電機を用いた発電装置にて作り出すことで、地球温暖化ガスの排出を防止すること。【解決手段】  フレネルレンズ１にて太陽光熱を集光熱した約６００℃から約２０００℃の熱源を所定の場所に導く石英ガラス製の光導ファイバー３と、この光導ファイバー３からの熱源にて駆動されるスターリングエンジン４と、このスターリングエンジン４により駆動される発電機５とで発電装置６を構成する。この発電装置６のスターリングエンジン４の冷却用で生成される高温水の熱源と発電機５にて発電された電力とをマイクロ波プラズマ処理装置１０に供給する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光熱を集光熱するフレネルレンズ（１）と、このフレネルレンズ（１）にて集光熱した約６００℃から約２０００℃の熱源を所定の場所に導く石英ガラス製の光導ファイバー（３）と、この光導ファイバー（３）からの熱源にて駆動されるスターリングエンジン（４）と、このスターリングエンジン（４）により駆動される発電機（５）とで構成される発電装置（６）と、
前記発電装置（６）のスターリングエンジン（４）の冷却用で生成される高温水の熱源と前記発電機（５）にて発電された電力とが供給されるマイクロ波プラズマ処理装置（１０）と
で構成されていることを特徴とする太陽光熱利用スターリングエンジン熱電併給装置によるマイクロ波プラズマ処理システム。
【請求項２】
太陽光熱を追尾する追尾装置（２）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光熱利用スターリングエンジン熱電併給装置によるマイクロ波プラズマ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料が不要な太陽光熱を用いてレンズとスターリングエンジンとにて発電と熱源の供給を行ない、この電源と熱源とをマイクロ波プラズマ処理装置に供給を行なうようにした太陽光熱利用スターリングエンジン熱電併給装置によるマイクロ波プラズマ処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より種々な発電装置が提供されてきており、一般的には燃料をガソリンとした内燃機関の発電装置がある。また、この内燃機関とは異なり点火ノイズが無く運転が静かなスターリングエンジンも研究開発されている。
このスターリングエンジンの基本原理は、シリンダに封入した作動流体（作動ガス）を加熱したり、冷却することにより、圧力変動を起こさせてピストンを上下動させ、このピストンの上下運動を回転運動に変換して発電させるものである。
【０００３】
上記スターリングエンジンを加熱する場合、燃料をバーナーで燃やし、その熱を加熱部に与えるのであるが、ガソリン、重油などの燃料を燃やすと二酸化炭素（ＣＯ2 ）を発生させることになる。
そこで、スターリングエンジンの加熱部に供給する熱エネルギーとして太陽光熱が考えられる。この場合、一面に太陽光を反射させる反射面を形成した円板状の反射板を多数配設して全体を碗状に形成し、その放物面上に配置した多数（例えば、３２枚）の反射板（鏡）の焦点にスターリングエンジンを配置している。
【０００４】
多数の反射板に反射された光が集光し、その熱エネルギーがスターリングエンジンの加熱部に供給されることで、該スターリングエンジンの加熱部を加熱していた。
【０００５】
しかしながら、多数の反射板を配置して、その反射光を１点に集光させるには反射板の設置が難しく、思うように集光させることができず、また、装置全体が大掛かりとなり、非常にコストが高いという問題があった。
また、太陽光を反射板にて一旦反射させて集光させるために、反射効率も悪くなり、スターリングエンジンの加熱部の温度も約７５０℃であり、それ以上の温度を上げることができないという問題もあった。そのため、発電機出力も約７．５ｋＷという低出力の発電しか出来なかった。
【０００６】
さらに、スターリングエンジンの発電出力を上げるために、該スターリングエンジンの加熱部の温度を例えば、１０００℃まで上げようとした場合、反射板の数をさらに増加させる必要がある。そのため、反射板の設置上の困難さと共に、莫大なコストがかかり、ランニングコストが増大し、デメリットばかりの発電装置となる。
【０００７】
一方、種々の処理を行なうためのマイクロ波プラズマ処理装置という装置が提供されており、このマイクロ波プラズマ処理装置は、例えば、マイクロ波電力によりプラズマを発生させて、ウエハ等の被処理基板に、プラズマを使用したＣＶＤ（化学蒸着）、エッチング、アッシング等の処理を施すものである。
このマイクロ波プラズマ処理装置の一例として、例えば、下記に示す特許文献１がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１１９６１９号公報
【０００９】
マイクロ波プラズマ処理装置は、上記特許文献１に掲げた以外に多数のものが提供されているが、それらすべてのマイクロ波プラズマ処理装置の電源は、商用電源から電力の供給を受けている。電源の低圧、高圧に限らず商用電源から供給されているということは、一般の発電所で発電した電力を用いているものである。
一般の発電所はほとんどがその動力を石油、石炭等の化石燃料を用いているものであり、そのため、地球環境汚染が問題となる。
【００１０】
このように、化石型燃料を燃焼した熱を熱源とした発電装置や熱利用装置や種々の反応装置は、多々あるが、地球環境汚染や地球温暖化ガスの排出により大きな問題となっているのが現状である。
また、マイクロ波プラズマ処理装置において、電源として電気を使用し、また、熱源を必要としており、これらのプラントの装置は、電気と熱を化石型燃料の燃焼に頼っており、上記と同様に大きな問題となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上述の問題点に鑑みて提供したものであって、少なくとも以下の目的を備えた太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムを提供するものである。
（１）発電するための燃料を不要とすること。
（２）物を燃焼させずに発電させることで、二酸化炭素（ＣＯ2 ）を発生させないこと。
（３）マイクロ波プラズマ処理装置に必要な電力や熱源を同時に供給可能とすること。
（４）マイクロ波プラズマ処理装置に供給する電力と熱源を太陽光熱を利用したスターリングエンジンと発電機を用いた発電装置にて作り出すことで、地球温暖化ガスの排出を防止し、地球環境にやさしい太陽光熱利用スターリングエンジン熱電併給装置によるマイクロ波プラズマ処理システムを提供すること。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明の請求項１記載の太陽光熱利用スターリングエンジン熱電併給装置によるマイクロ波プラズマ処理システムでは、太陽光熱を集光熱するフレネルレンズ１と、このフレネルレンズ１にて集光熱した約６００℃から約２０００℃の熱源を所定の場所に導く石英ガラス製の光導ファイバー３と、この光導ファイバー３からの熱源にて駆動されるスターリングエンジン４と、このスターリングエンジン４により駆動される発電機５とで構成される発電装置６と、
前記発電装置６のスターリングエンジン４の冷却用で生成される高温水の熱源と前記発電機５にて発電された電力とが供給されるマイクロ波プラズマ処理装置１０とで構成されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項１に記載の太陽光熱利用スターリングエンジン熱電併給装置によるマイクロ波プラズマ処理システムでは、太陽光熱を追尾する追尾装置２を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１記載の太陽光熱利用スターリングエンジン熱電併給装置によるマイクロ波プラズマ処理システムによれば、発電機５にて発電するための燃料は太陽光熱としているので、燃料は不要であり、しかも、従来のように物を燃焼させるのではないため、二酸化炭素（ＣＯ2 ）を発生させることもない。そのため、理想的な環境保全型の発電装置を提供することができる。また、燃焼自体はコストが全く不要なため、ランニングコストが非常に低く、従来の発電装置よりも低コストな発電装置を提供することができる。さらに、本装置のスターリングエンジン４の稼働中は、スターリングエンジン４を冷却した水が高温水となって供給されるので、発電と同時に温水供給も可能となる。
さらに、発電装置６から電力がマイクロ波プラズマ処理装置１０に供給されることで、マイクロ波プラズマ処理装置１０を動かす動力等として、また発電装置６から同時に熱源が供給されることで、電力や熱源が有効に活用される。
【００１５】
このように、マイクロ波プラズマ処理装置に供給する電源と熱源を太陽光熱を利用したスターリングエンジンにて作り出すことで、地球温暖化ガスの排出を防止し、地球環境にやさしい太陽光熱利用スターリングエンジン熱電併給装置によるマイクロ波プラズマ処理システムを提供することができる。
【００１６】
また、発電装置６から電力や熱源が供給されるマイクロ波プラズマ処理装置１０は、以下に示すような独創的な種々の処理を行なったり、あるいは反応を起こさせたりすることができる。
例えば、（１）ダイオキシン、ＰＣＢ等の難分解性有機化合物の無害化分解処理
（２）金属溶解・切断・蒸着
（３）マイクロ波プラズマバーナー
（４）ダイアモンド薄膜形成
（５）マイクロ波プラズマＣＶＤ
（６）マイクロ波発電、光源、照明
（７）医療廃棄物溶解処理
（８）有毒ガスの無害化分解
（９）表面改質、高速エッチング
（１０）廃プラスティックの分解
（１１）バイオマス
（１２）結晶シリコン薄膜形成
（１３）乾燥
（１４）その他多方面、多数の応用
【００１７】
請求項２に記載の太陽光熱利用スターリングエンジン熱電併給装置によるマイクロ波プラズマ処理システムによれば、追尾装置２により太陽光熱を有効に、且つ確実に集光熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。本発明は、先ず発電側において、地球環境汚染や地球温暖化ガスの排出を解決すべく、地球環境にやさしいクリーンな太陽光熱を熱源に利用して、スターリングエンジンに熱を与え、スターリングエンジンの出力により駆動する発電機で発電するようにしている。
そして、スターリングエンジンにて作り出される電力と、スターリングエンジンにて熱交換した高温水としての熱源をマイクロ波プラズマ処理装置と共に、施設内等に供給するようにしている。
【００１９】
図１は本発明のシステム構成図を示し、太陽光熱を集光熱した熱源を利用するために、アクリル製のフレネルレンズ１で集光熱し、フレネルレンズ１による集光部分からその集光方向に沿って６００℃から２０００℃の任意の温度を得るようにしている。
また、３は石英ガラス製の光導ファイバーであり、この光導ファイバー３により上記フレネルレンズ１にて集光熱した熱源を確実に、安全に、ロス無く、目的の場所に導くようにしている。
【００２０】
前記フレネルレンズ１及び光導ファイバー３により発生する熱源によってスターリングエンジン４を駆動し、このスターリングエンジン４の出力によって発電機５を発電駆動するようになっている。
【００２１】
また、太陽光熱を有効に、且つ確実に集光熱するために追尾装置２が設けられており、昼間の時刻と共に太陽の位置が変化するのを図外のセンサにて検出し、太陽の位置変化に応じてフレネルレンズ１の方位角と仰角を制御している。これにより、フレネルレンズ１の集光面を太陽に向けて太陽光熱を有効且つ確実に集光熱している。ここで、上記フレネルレンズ１、追尾装置２、光導ファイバー３、スターリングエンジン４及び発電機５で発電装置６を構成している。
なお、追尾装置２は、フレネルレンズ１だけでなく、光導ファイバー３、スターリングエンジン４、発電機５を一体に動かして制御している。この追尾装置２を備えていることで、太陽光熱を有効に、且つ確実に利用することができるものである。
【００２２】
ここで、上記フレネルレンズ１、追尾装置２、光導ファイバー３、スターリングエンジン４及び発電機５からなる太陽光熱利用スターリングエンジン発電装置６の構成は、既に本出願人により特許出願（日本での出願番号：特願２００３−１３２５０９、アメリカでの出願番号：１０／６９７，１８８）されたものであり、特にアメリカでは現出願時点において特許査定の通知を受けているものである。
【００２３】
次に、太陽光熱利用スターリングエンジン発電装置６の構成について説明する。本装置のスターリングエンジン４自体は公知なので詳細な説明は省略するが、基本原理は密閉容器内に一定量の気体が封入されており、この気体を作動流体と呼んでおり、水素、ヘリウム、空気などが用いられる。
図１に示すように、スターリングエンジン４内は、加熱部４１と冷却部４２に大別され、作動流体を加熱部４１（高温側）と冷却部４２（低温側）の間を交互に移動させる。これによってピストン４３を動かすことができ、動力を取り出すことができる。このピストン４３の一端側の上下動の動きを他端側で回転運動に変換し、このピストン４３の回転運動で発電機５を駆動する。これにより発電機５が駆動されて電気出力を得ている。なお、図１では図示していないが、スターリングエンジン４の加熱部４１と冷却部４２の間に、再生熱交換器が設けられていて熱効率を上げている。
【００２４】
スターリングエンジン４の冷却部４２には、冷却用の熱交換器４６が設けられており、この熱交換器４６の入力側には該冷却部４２を冷却させるための冷却水を給水口４７から冷却部４２の熱交換器４６に入れるために給水パイプ４４が接続配管されている。また、冷却部４２を冷却した冷却水を排出口４８から排出させるための排出パイプ４５が熱交換器４６の出力側に接続配管されている。
給水パイプ４４から冷却部４２内に流入した冷却水は冷却部４２を熱交換器４６にて冷却することで約９０℃の高温水を得て、この冷却後の高温水は熱源として排出パイプ４５の排出口４８からマイクロ波プラズマ処理装置１０と共に、施設内等へ供給されるようになっている。
【００２５】
そして、スターリングエンジン４のシリンダ内に一定量のガス（例えば、ヘリウムガス）を密封し、等容加熱→等温膨張→等容冷却→等温収縮を繰り返す基本熱サイクルのスターリングエンジン４を活用しているため、熱交換器の給水を加熱して高温水を得ることができる。このスターリングエンジン４にて得られた高温水をマイクロ波プラズマ処理装置１０以外にあるいはマイクロ波プラズマ処理装置１０と共に施設内等でも種々利用することができる。
【００２６】
フレネルレンズ１は直径が約１ｍ（メートル）から約２０ｍ（メートル）までの任意の直径のものを用いるようにしているが、本実施形態では、直径は約２０ｍのフレネルレンズ１を用いている。これは、スターリングエンジン４の出力を約５５ｋＷのものを用いているからであり、スターリングエンジン４の加熱部４１を加熱する温度が約１０００℃ほど必要であるからである。
【００２７】
また、図２に示すように、フレネルレンズ１で集光され、該集光熱した熱源を導く略円柱状の光導ファイバー３の受光部３１は略円錐状に形成されており、この受光部３１は先端に至るほど径を大きくしている。そして、受光部３１の先端面の受光面３２は平坦面となっている。
この光導ファイバー３の受光面３２から流入した熱源は該フレネルレンズ１を介して放出部３３まで導かれる。放出部３３の先端の面は略平坦面となっていて、放出部３３の先端面はスターリングエンジン４の加熱部４１の熱供給部に接触ないし近接して配置されている。
【００２８】
ここで、光導ファイバー３の受光部３１の形状を略円錐状に形成しているのは以下の理由による。すなわち、直径が約２０ｍのフレネルレンズ１では焦点付近では約２０００℃の温度を得ることができ、また、スターリングエンジン４の出力に応じて約６００℃から約２０００℃までの任意の温度が必要な場合が生じる。
【００２９】
そこで、図２に示すように、光導ファイバー３をフレネルレンズ１の集光方向と同方向に移動可能にしておき、例えば、光導ファイバー３の受光面３２の位置が図２のＡに示す位置では集光温度が約６００℃、Ｂに示す位置では集光温度が約１０００℃、Ｃに示す位置では集光温度が約２０００℃となるようにしておくことで、スターリングエンジン４の出力に応じて光導ファイバー３の集光温度を任意に設定することが可能となる。
図３（ａ）〜（ｃ）は、図２のＡ，Ｂ，Ｃの位置に対応した集光面積３４を示しており、この集光面積３４が小さいほど集光温度は高い。また、温度が高いほど集光面積３４が光導ファイバー３の受光面３２の面積に対して小さくなるので、集光した熱源が光導ファイバー３の周囲に漏れることがないので、安全性を向上させている。
【００３０】
これにより、光導ファイバー３の受光部３１をフレネルレンズ１の集光方向と同方向に移動させることで、光導ファイバー３の受光部３１の受光面３２での集光面積を変えることができて、例えば、約６００〜約２０００℃の所望の温度の熱源を容易に得ることができる。そのため、スターリングエンジン４の出力に応じて光導ファイバー３を移動させることで、種々の出力のスターリングエンジン４に対応することができる。
【００３１】
そして、図１に示すように、フレネルレンズ１にて太陽光熱を集光熱した熱源は光導ファイバー３を介してスターリングエンジン４の加熱部４１へ供給され、スターリングエンジン４の加熱部４１と冷却部４２との間で作動流体が交互に移動してピストン４３を駆動し、発電機５を駆動する。この発電機５が駆動されることで、所望の電気出力（電力）が得られる。
なお、光導ファイバー３は上述したように石英ガラスを用いているので、集光熱の損失はほとんどなくスターリングエンジン４の加熱部４１へ供給することができる。
【００３２】
また、図１に示すように、本発電装置６のスターリングエンジン４の稼働中は、給水パイプ４４からの冷却部４２にて冷却した水は高温水となって排出パイプ４５から排出されるので、発電装置６にて同時に作り出された電力と熱源がマイクロ波プラズマ処理装置１０に供給される。もちろん、排出パイプ４５の排出口４８から排出される高温水を施設の熱源として活用することができる。
この場合、高温水をマイクロ波プラズマ処理装置１０に供給すると共に、施設の熱源として使用したり、マイクロ波プラズマ処理装置１０に熱源が不要な場合に施設にのみ供給するようにしても良い。
【００３３】
また、発電機５にて発電するための動力（燃料）は太陽光熱を利用したスターリングエンジン４にて駆動しているので、燃料は不要であり、しかも、従来のように物を燃焼させるのではないため、二酸化炭素（ＣＯ2 ）を発生させることもない。そのため、理想的な環境保全型の発電装置を提供することができる。また、燃焼自体はコストが全く不要なため、ランニングコストが非常に低く、従来の発電装置よりも低コストな発電装置を提供することができる。
【００３４】
このようにして、太陽光熱を利用した発電装置６に発電された電力は、電力出力端９よりマイクロ波プラズマ処理装置１０へ供給され、また、発電装置６のスターリングエンジン４にて熱交換により生成された高温水が熱源としてマイクロ波プラズマ処理装置１０と共に、施設内等に供給される。もちろん、電力出力端９からの電力を電源や熱源として利用できるものであり、発電装置６にて発電された電力がマイクロ波プラズマ処理装置１０を動かす動力等として有効に活用される。また、同時に排出口４８からの熱源がマイクロ波プラズマ処理装置１０と共に、施設内等に有効に活用される。
【００３５】
発電装置６から電力や熱源が供給されるマイクロ波プラズマ処理装置１０は、以下に示すような独創的な種々の処理を行なったり、あるいは反応を起こさせたりすることができる。
例えば、（１）ダイオキシン、ＰＣＢ等の難分解性有機化合物の無害化分解処理
（２）金属溶解・切断・蒸着
（３）マイクロ波プラズマバーナー
（４）ダイアモンド薄膜形成
（５）マイクロ波プラズマＣＶＤ
（６）マイクロ波発電、光源、照明
（７）医療廃棄物溶解処理
（８）有毒ガスの無害化分解
（９）表面改質、高速エッチング
（１０）廃プラスティックの分解
（１１）バイオマス
（１２）結晶シリコン薄膜形成
（１３）乾燥
（１４）その他多方面、多数の応用
【００３６】
このように、マイクロ波プラズマ処理装置１０に供給する電力と熱源を太陽光熱を利用したスターリングエンジン４と発電機５を用いた発電装置６にて作り出すことで、地球温暖化ガスの排出を防止し、地球環境にやさしい太陽光熱利用スターリングエンジン熱電併給装置によるマイクロ波プラズマ処理システムを提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における太陽光熱を利用して発電した電力と熱源とをマイクロ波プラズマ処理装置へ供給するためのシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における光導ファイバーの受光面における集光面積の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態における光導ファイバーの受光面における集光面積の説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  フレネルレンズ
２  追尾装置
３  光導ファイバー
４  スターリングエンジン
５  発電機
６  発電装置
１０  マイクロ波プラズマ処理装置
【図１】
2005344608.tif 000003
【図２】
2005344608.tif 000004
【図３】
2005344608.tif 000005