(57)【要約】【課題】  シード材を使用することなく高効率の発電ができる発電方法及び装置を得る。【解決手段】  廃棄物焼却炉または溶融炉において発生する炉内ガスに衝撃波を照射して得られた高温導電性ガスを利用してＭＨＤ発電または磁場濃縮型発電を行う。また、廃棄物焼却炉または溶融炉において発生する炉内ガスの一部または全部を炉外に取り出し、該炉外に取り出した炉内ガスに衝撃波を照射して得られた高温導電性ガスを利用してＭＨＤ発電または磁場濃縮型発電を行う。【選択図】  図１
2005176552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却炉または溶融炉において発生する炉内ガスに衝撃波を照射して得られた高温導電性ガスを利用してＭＨＤ発電または磁場濃縮型発電を行うことを特徴とする発電方法。
【請求項２】
廃棄物焼却炉または溶融炉において発生する炉内ガスの一部または全部を炉外に取り出し、該炉外に取り出した炉内ガスに衝撃波を照射して得られた高温導電性ガスを利用してＭＨＤ発電または磁場濃縮型発電を行うことを特徴とするパルス発電方法。
【請求項３】
導電性流体の流動のための発電流路と、該発電流路に直交する磁界を発生する磁極と、前記発電流路に導電性流体が流れるときに発生する電流を取り出す電極とを備えてなるＭＨＤ発電機と、衝撃波を発生する衝撃波発生装置とを有し、
前記ＭＨＤ発電機における発電流路を廃棄物焼却炉または溶融炉内の炉内ガス流路に配置し、前記衝撃波発生装置の衝撃波を前記発電流路に流れる炉内ガスに向けて照射するようにしたことを特徴とする発電装置。
【請求項４】
導電性流体の流動のための発電流路と、該発電流路に所定間隔を離して配された第一の導電部材及び第二の導電部材からなり前記発電流路に直交する磁界を発生させる磁界形成手段とを有し、前記磁界形成手段によって磁界が形成された前記発電流路へ導電性流体を流して、前記第一の導電部材と前記第二の導電部材との間を該流体で短絡させて前記第一の導電部材及び前記第二の導電部材に誘導電流を発生させて発電する磁場濃縮型発電機と、衝撃波を発生する衝撃波発生装置と、を備え、
前記磁場濃縮型発電機における発電流路を廃棄物焼却炉または溶融炉内の炉内ガス流路に配置し、前記衝撃波発生装置の衝撃波を前記発電流路に流れる炉内ガスに向けて照射するようにしたことを特徴とする発電装置。
【請求項５】
導電性流体の流動のための発電流路と、該発電流路に直交する磁界を発生する磁極と、前記発電流路に導電性流体が流れるときに発生する電流を取り出す電極とを備えてなるＭＨＤ発電機と、廃棄物焼却炉または溶融炉で発生する炉内ガスを外部に取り出す取出し管と、衝撃波を発生する衝撃波発生装置とを有し、
前記取出し管で外部に取り出した前記炉内ガスを前記ＭＨＤ発電機における発電流路に流すと共に前記衝撃波発生装置の衝撃波を前記発電流路に流れる炉内ガスに向けて照射するようにしたことを特徴とする発電装置。
【請求項６】
導電性流体の流動のための発電流路と、該発電流路に所定間隔を離して配された第一の導電部材及び第二の導電部材からなり前記発電流路に直交する磁界を発生させる磁界形成手段とを有し、前記磁界形成手段によって磁界が形成された前記発電流路へ導電性流体を流して、前記第一の導電部材と前記第二の導電部材との間を該導電性流体で短絡させて前記第一の導電部材及び前記第二の導電部材に誘導電流を発生させて発電する磁場濃縮型発電機と、廃棄物焼却炉または溶融炉で発生する炉内ガスを外部に取り出す取出し管と、衝撃波を発生する衝撃波発生装置と、を備え、
前記取出し管で外部に取り出した前記炉内ガスを前記磁場濃縮型発電機における発電流路に流すと共に前記衝撃波発生装置の衝撃波を前記発電流路に流れる炉内ガスに向けて照射するようにしたことを特徴とする発電装置。
【請求項７】
取出し管を１／４波長管としたことを特徴とする請求項５または６記載の発電装置。
【請求項８】
廃棄物焼却炉が二回流式のストーカ型廃棄物焼却炉であることを特徴とする請求項３〜７の何れか一項に記載の発電装置。
【請求項９】
衝撃波発生装置は、燃料を間欠的に燃焼させて爆轟を発生する爆轟発生機であることを特徴とする請求項３〜８の何れか一項に記載の発電装置。
【請求項１０】
衝撃波発生装置は、高圧ガスを瞬間的に開放して衝撃波を発生させるガス開放型衝撃波発生装置であることを特徴とする請求項３〜８の何れか一項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物焼却炉または溶融炉の炉内ガスを利用した発電方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電離気体（プラズマ）あるいは液体金属のような導電性のある流体を磁界を横切って運動させることによって発電するものとして、例えばＭＨＤ(Magneto-Hydro-Dynamic)発電
がある。このＭＨＤ発電は、石炭や重油、天然ガスの燃焼により得られる高温燃焼排ガスを作動流体として強磁場中を通過させ、磁束を横切ることによって発電する方式である。この方式においては作動流体である高温燃焼排ガスの導電性を高めることが発電効率を上げるのに必要であり、このためシード物質と呼ばれるＮａやＫ等が加えられる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平６−１１１８３号公報（従来技術の項、発明が解決しようとする課題の項）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
シード材であるアルカリ金属が高価なことから、これを添加することはコスト高となる。また、シード材を回収して再生のための装置が必要となり、さらにコスト高となる。
【０００４】
本発明は上記従来技術の有する問題点を解決するためになされたものであり、シード材を添加することなく高効率の発電ができる発電方法及び装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明に係る発電方法は、廃棄物焼却炉または溶融炉において発生する炉内ガスに衝撃波を照射して得られた高温導電性ガスを利用してＭＨＤ発電または磁場濃縮型発電を行うものである。
【０００６】
（２）また、廃棄物焼却炉または溶融炉において発生する炉内ガスの一部または全部を炉外に取り出し、該炉外に取り出した炉内ガスに衝撃波を照射して得られた高温導電性ガスを利用してＭＨＤ発電または磁場濃縮型発電を行うものである。
【０００７】
（３）また、本発明に係る発電装置は、導電性流体の流動のための発電流路と、該発電流路に直交する磁界を発生する磁極と、前記発電流路に導電性流体が流れるときに発生する電流を取り出す電極とを備えてなるＭＨＤ発電機と、衝撃波を発生する衝撃波発生装置とを有し、
前記ＭＨＤ発電機における発電流路を廃棄物焼却炉または溶融炉内の炉内ガス通路に配置し、前記衝撃波発生装置の衝撃波を前記発電流路に流れる炉内ガスに向けて照射するようにしたものである。
【０００８】
（４）また、導電性流体の流動のための発電流路と、該発電流路に所定間隔を離して配された第一の導電部材及び第二の導電部材からなり前記発電流路に直交する磁界を発生させる磁界形成手段とを有し、前記磁界形成手段によって磁界が形成された前記発電流路へ導電性流体を流して、前記第一の導電部材と前記第二の導電部材との間を該流体で短絡させて前記第一の導電部材及び前記第二の導電部材に誘導電流を発生させて発電する磁場濃縮型発電機と、衝撃波を発生する衝撃波発生装置と、を備え、
前記磁場濃縮型発電機における発電流路を廃棄物焼却炉または溶融炉内の炉内ガス通路に配置し、前記衝撃波発生装置の衝撃波を前記発電流路に流れる炉内ガスに向けて照射するようにしたものである。
【０００９】
（５）また、導電性流体の流動のための発電流路と、該発電流路に直交する磁界を発生する磁極と、前記発電流路に導電性流体が流れるときに発生する電流を取り出す電極とを備えてなるＭＨＤ発電機と、廃棄物焼却炉または溶融炉で発生する炉内ガスを外部に取り出す取出し管と、衝撃波を発生する衝撃波発生装置とを有し、
前記取出し管で外部に取り出した前記炉内ガスを前記ＭＨＤ発電機における発電流路に流すと共に前記衝撃波発生装置の衝撃波を前記発電流路に流れる炉内ガスに向けて照射するようにしたものである。
【００１０】
（６）また、導電性流体の流動のための発電流路と、該発電流路に所定間隔を離して配された第一の導電部材及び第二の導電部材からなり前記発電流路に直交する磁界を発生させる磁界形成手段とを有し、前記磁界形成手段によって磁界が形成された前記発電流路へ導電性流体を流して、前記第一の導電部材と前記第二の導電部材との間を該導電性流体で短絡させて前記第一の導電部材及び前記第二の導電部材に誘導電流を発生させて発電する磁場濃縮型発電機と、廃棄物焼却炉または溶融炉で発生する炉内ガスを外部に取り出す取出し管と、衝撃波を発生する衝撃波発生装置と、を備え、
前記取出し管で外部に取り出した前記炉内ガスを前記磁場濃縮型発電機における発電流路に流すと共に前記衝撃波発生装置の衝撃波を前記発電流路に流れる炉内ガスに向けて照射するようにしたものである。
【００１１】
（７）また、取出し管を１／４波長管としたものである。１／４波長管とは、全体の配管の一端から配管長の１／４の長さの場所に加熱器を設置し、他端から配管長の１／４の長さの場所に冷却器を設置して、配管内の気体に音響学的な振動（ヘルムホルツ振動）を発生させるようにしたものである。
【００１２】
（８）また、廃棄物焼却炉が二回流式のストーカ型廃棄物焼却炉であることを特徴とするものである。二回流式の焼却炉とは、燃焼室の火格子の上方に炉内ガスが二次燃焼室または煙道に直通するのを防止するための中間天井を設けたものである。二回流式のストーカ型廃棄物焼却炉の場合には中間天井の上方が炉内ガス流路となることからこれを発電流路として利用しやすい。
【００１３】
（９）また、衝撃波発生装置は、燃料を間欠的に燃焼させて爆轟を発生する爆轟発生機であることを特徴とするものである。
ここにいう爆轟とは、化学反応を伴う爆発のうち反応の起こる面（火炎面）が静止媒質における音速よりも大きい速度で移動するものをいい、火炎面の移動を波と考えて爆轟波とよび、その波面には衝撃波を伴う。反応直後の圧縮流体が爆轟波を追って高速度で流れるので圧力も温度も高くなり、波面圧力は気体の場合、最初の圧力の数十倍に達し、温度は数千Ｋに到達する。
【００１４】
（１０）衝撃波発生装置は、高圧ガスを瞬間的に開放して衝撃波を発生させるガス開放型衝撃波発生装置であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては廃棄物焼却炉または溶融炉において発生する炉内ガスに衝撃波を照射して、これを作動流体としてＭＨＤ発電または磁場濃縮型発電をするようにしたので、炉内ガスにはアルカリ金属等が含まれていることからシード材を用いることなく高効率の発電が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
[実施の形態１]
図１は本発明の一実施の形態の全体構成の説明図、図２は図１に示した本実施形態の要部の説明図である。なお、図２においては、図中の矢視Ａ−Ａ断面図を同一図中に記載している。以下、図１、図２に基づいて本実施形態を説明する。
本実施形態は、廃棄物を燃焼する焼却炉１、焼却炉１内に設置された爆轟発生機３、爆轟発生機３から衝撃波を受けた炉内ガスを作動流体としてＭＨＤ発電を行うＭＨＤ発電機５、を備えている。また、焼却炉１の燃焼排ガスの廃熱を利用して蒸気を発生するボイラ７、ボイラ７の蒸気によって駆動する蒸気タービン９、蒸気タービン９によって駆動される発電機１１を備えている。このように、本実施の形態は、ＭＨＤ発電機５と蒸気タービン９による複合発電方式が実現されている。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００１７】
（１）焼却炉
本実施の形態に係る焼却炉は二回流式のストーカ型焼却炉である。二回流式のストーカ型焼却炉とは、主燃焼室１４の火格子１５の上方に炉内ガスが二次燃焼室１６に直通するのを防止するための中間天井１７を設けたものである。また、本実施の形態においては、二次燃焼室の入口近傍に中間天井１７と所定間隔を離してこれに対向する突出壁１９を設けている。これによって、廃棄物の熱分解や部分酸化によって発生する可燃性ガスを含む炉内ガスは中間天井１７と突出壁１９の間を流れるように構成されている。
また、火格子１５の上方にはフレームスタビライザ２１（保炎器）が設けられている。このフレームスタビライザ２１は、廃棄物が熱分解・部分酸化して発生した可燃性ガスの上昇流れによどみ領域を形成して燃焼を安定させると共に、爆轟発生機３によって発生する衝撃波によって火炎が吹き消えるのを防止する。
【００１８】
（２）爆轟発生機
爆轟発生機３は、図１、図２に示すように、燃料及び予熱空気の供給を受けて燃料・空気の混合気に間欠的に着火する着火室２５、着火室２５に連通して着火室２５にて発生した爆轟波を分散する分散室２７、分散室２７に連通して爆轟波を出口側に誘導する路程が等距離の複数の誘導路２９を備えている。
上記着火室２５は円筒状に形成され、着火室２５の一端部には、燃料を間欠的に着火させる着火装置としての点火栓２５Ａが設けられている。空気が燃焼炉１の中間天井１７の内部に供給されて中間天井１７を冷却し、さらに予熱空気とし着火室２５に供給されている。
【００１９】
分散室２７は着火室２５で発生した爆轟波を瞬時に分散して誘導路２９に導くものである。
誘導路２９は爆轟波を均等にかつ同じ到達時間で出口側に誘導するためのものであり、分散室２７から出口までの距離が等しくなるように、例えば図２のＡ−Ａ断面図に示すような所謂トーナメント溝からなる。なお。誘導路２９の出口側はＭＨＤ発電機５の発電流路に臨んでいる。爆轟発生機３を水冷のジャケット等で覆って爆轟発生機３が過昇温されるのを防止するのが好ましい。
【００２０】
（３）ＭＨＤ発電機
ＭＨＤ発電機５は焼却炉１内における中間天井１７と突出壁１９の隙間に配置されており、図２のＡ−Ａ断面図に示すように、屈曲した発電流路３１を備えている。発電流路３１は爆轟発生機３に近い上流側から下流側に向かって二次元的に収束して、下流端側で直角に屈曲する形状になっている。つまり、発電流路３１はＡ−Ａ断面図において紙面平行方向に収束して紙面直交方向には一定の幅（中間天井と突出壁との隙間より少し小さい程度の幅）を有している。発電流路３１の上流端は爆轟発生機３の誘導路２９の出口に向けて開口し、下流端は屈曲後に焼却炉１の燃焼室１４に向けて開口している。この発電流路３１が中間天井１７と突出壁１９の間に位置しており、発電流路３１は炉内ガスの流路となっている。
【００２１】
発電流路３１は下流端側で屈曲することによって爆轟波が発電流路３１を通過するときの流路抵抗となり、爆轟波の昇圧に寄与する。
発電流路３１の両側には電磁石３３が互いに対向して設けられており、これら電磁石３３は発電流路３１に向けて磁場を生ずる。また、発電流路３１における他方の両側（中間天井１７と突出壁１９に沿う側）には図示しない一対の電極が設置されており、これら電極は図示しないコンデンサを介してインバータ３５（図１参照）に接続されている。これらコンデンサとインバータ３５は、前記一対の電極から取り出されたパルス電流を交流電流に変換する。
【００２２】
次に、以上のように構成された本実施の形態の動作を説明する。
廃棄物を焼却炉１に投入して、燃焼を開始する。廃棄物の熱分解や部分酸化によって発生する可燃性ガスを含む炉内ガスは中間天井１７および突出壁１９に案内されて中間天井１７と突出壁１９の間、すなわちＭＨＤ発電機の発電流路３１に流入する。
発電を開始するときは、理論混合比または理論混合比よりも空気不足条件で燃料と予熱空気が爆轟発生機３における着火室２５、分散室２７および誘導路２９内に充填される。この状態で点火栓２５Ａを作動させると、着火により着火室内に爆轟が起こり、その爆轟波が分散室２７、誘導路２９を経てＭＨＤ発電機５の発電流路３１の上流端に達し、発電流路３１内の炉内ガスに爆轟波に伴って伝播する衝撃波が照射される。その際、複数の誘導路２９の路程はそれぞれ等しく設定されているので、複数の誘導路２９を通る爆轟波は同時に出口すなわち発電流路３１の上流端に到達することとなり、二次元的に収束した形状の発電流路３１内を衝撃波が収束されながら伝播する。収束されることにより衝撃波によって到達する圧力、温度が上昇する。衝撃波が発電流路３１内の炉内ガスに照射されると、炉内ガスが衝撃波によって高圧・高温となり、電離または解離して導電性流体となり、さらに爆轟直後の圧縮流体が高速度で流れることによって、この導電性流体が発電流路３１内を高速で流動される。
【００２３】
電離または解離した炉内ガスが導電性流体として発電流路３１を高速で移動すると一対の電磁石３３の磁場に直交して流動することとなるので、流動方向と直交する方向に電流が生じる。この電流は図示しない電極によって取り出され、図示しないコンデンサ、インバータ３５により、交流電流に変換される。
ＭＨＤ発電の発電効率は作動流体の流動速度の２乗に比例し、導電性に比例して増大する。炉内ガスは１０００Ｋ以上の高温であるので、衝撃波によってさらに加熱され３０００Ｋ以上となり、電離または解離して高温導電性ガスとなり、さらに高速で流動されるので、高い発電効率で発電することができる。このとき、炉内ガスにはゴミに含まれる塩分や乾電池等に由来するＮａ、Ｋ等のアルカリ塩やアルカリ金属を含むダストが含まれているので、炉内ガス中のガス成分が衝撃波によって電離または解離して導電性流体になることに加えて、アルカリ塩やアルカリ金属は電離または解離し易いため導電性をさらに増大させるので、発電効率を高めることができる。
【００２４】
発電流路３１を通過した炉内ガスは燃焼室１４内に排気され、後燃焼火格子からの燃焼排ガスと共に二次燃焼室１６へと流入し、混合されて未燃分が二次燃焼される。二次燃焼室１６から排出された排ガスはボイラ７へと導かれ、ここで蒸気を発生する。発生した蒸気が蒸気タービン９に供給されて発電機１１による発電が行われる。
爆轟発生機３は間欠的に爆轟波を発生するが、この衝撃波の発生サイクルとしては１０〜１００Hzが好ましい。１０Hzよりも小さいと、発電効率が低下するし、インバータ３５での変換効率が悪くなる。１００Hzよりも大きいと、給排気弁の作動が困難となり、また、十分に排気できず、強力な衝撃波を発生できないからである。
【００２５】
以上のように、本実施の形態によれば、焼却炉１内に爆轟発生機３とＭＨＤ発電機５を設置し、衝撃波によって炉内ガスを高温にして炉内ガスを電離または解離させて、あるいはダスト中のアルカリ金属成分を電離または解離させて炉内ガスを導電性流体として発電に用いるようにしたので、シード材として別途高価なアルカリ金属を添加することなく高効率の発電が可能となる。
なお、上記の例では爆轟発生機及びＭＨＤ発電機を二回流式ストーカ型焼却炉の中間天井と突出壁の隙間に配置したものを示したが、可燃性ガスを含む高温の炉内ガスが存在する箇所、例えばストーカ型焼却炉の主燃焼室の燃焼開始領域、流動床型焼却炉のフリーボード部下部、およびガス化溶融炉のフリーボード部に配置することもできる。
【００２６】
なお、炉内ガスには、ゴミの熱分解、部分酸化による炭化水素や炭素を含有する物質が多く含まれ、また焼却炉１内には水蒸気が多い。このような条件下で炉内ガスに衝撃波を照射し高温に加熱することで水性ガス化反応等により水素や一酸化炭素を生成することもできる。また、生成したガスから例えばＰＳＡのような水素分離装置によって水素を分離して、分離した水素を燃料等として利用することもできる。なお、このとき水素を分離した後の残ガス、主に一酸化炭素を燃料として爆轟発生機に供給することもできる。
【００２７】
なお、上記のようなガス生成反応は衝撃波が進行する最も先端の高温高圧部で起こるので、発電流路の下流端側に開閉弁を設けておき、着火のタイミングと衝撃波の通過タイミングを考慮して開閉弁を開閉して生成ガスを取り出すようにすればよい。
【００２８】
なお、上記の例では焼却炉の中に爆轟発生機及びＭＨＤ発電機を設置した例を示したが、焼却炉で発生する灰を溶融する灰溶融炉内にも爆轟発生機及びＭＨＤ発電機を設置してもよい。
【００２９】
また、上記の実施形態においては衝撃波を生成する手段として爆轟発生機３を例に挙げた。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、他の手段であってもよく、例えば図３に示すような高圧ガスとして蒸気を瞬間的に開放することによって高圧ガスを急激に膨張させ低圧側を圧縮させて衝撃波を発生させるものでもよい。
具体的には、図３（Ａ）に示すように、蒸気室３７を図中左右に移動可能な作動弁３９によって二室４１，４３に仕切り、一方の室４３に先端に向かって断面が収束する収束室４５を設ける。また、収束室４５の基端側に作動弁３９をバネ４７によって押し付けるようにしておく。
【００３０】
そして、図中の左右の蒸気室４１，４３にボイラ７で発生した蒸気を左右の蒸気室内の蒸気圧がバランスするように充填しておく。この状態で、作動弁３９の前面、すなわち室４３に高圧の蒸気を注入する。これによって、両室４１，４３の圧力バランスを崩す力を瞬間的に発生させ、作動弁３９を１ｍｓ前後の瞬間的な時間内で開放することで高圧蒸気を瞬間的に開放して衝撃波を発生させる（図３（Ｂ）参照）。発生した衝撃波は収束室４５内を進み、収束されてより高圧となってＭＨＤ発電機５の発電流路３１の炉内ガスに照射される。これによって、爆轟発生機３の場合と同様の効果を奏することができる。
【００３１】
また、上記の例では焼却炉内にＭＨＤ発電機を設置した例を示したが、このＭＨＤ発電機に代えていわゆる磁場濃縮型発電機を用いることもできる。
磁場濃縮型発電機は、図４に示すように、炉内ガスの流路となると共に導電性流体の流路となる管状の発電流路５１を備えている。この発電流路５１には、発電流路５１の軸線５２方向（導電性流体の流動方向）で、第一の導電部材としてのコイル５３と第二の導電部材５４とが互いに重複範囲をもって配置されている。
【００３２】
コイル５３は、その軸線が発電流路５１の軸線５２と一致して延び、絶縁材５５を介して発電流路５１の周壁に取付けられている。
第二の導電部材５４は、軸線５２上に配された棒状の導電材で形成され、コイル５３に対して半径方向に所定の間隔を離した状態で発電流路５１に配されている。この第二の導電部材５４は、該第二の導電部材５４の下流側端部に取付けられた取付部材５４Ａを介して絶縁材５５に支持されている。
なお、高温の導電性流体から熱を受けたときにコイル５３と第二の導電部材５４が過昇温にならないように、それぞれ中空となっていてその中空部に水等の冷却液が流されていることが好ましい。
【００３３】
コイル５３と第二の導電部材５４のぞれぞれの上流側端部（図４にて左側端部）は、直流電源５６を介して互いに接続されている。一方、コイル５３と第二の導電部材５４のそれぞれの下流側端部（図４にて右側端部）は、コンデンサ３４、インバータ３５が順に接続されている。そして、コイル５３、第二の導電部材５４、直流電源５６、コンデンサ３４は閉回路を形成し、コイル５３が、該閉回路内を流れる電流によって、発電流路５１に磁界を形成する磁界発生手段を構成している。
【００３４】
上記のように構成された磁場濃縮型発電装置の動作を説明する。発電流路５１に炉内ガスが流れているが、この炉内ガスに爆轟発生機３からの爆轟波が照射されていない状態では、直流電源５６が前述の閉回路に初期電流を生じさせて、コイル５３から発電流路５１に磁界が形成される。
この状態で、爆轟発生機３で発生した衝撃波が発電流路５１内の炉内ガスに照射されて、これが発電流路５１を上流から下流へ向けて進行すると、炉内ガスは電離または解離されて導電性流体となっていることから、この炉内ガスによってコイル５３と第二の導電部材５４との間が短絡される。短絡されると下流側には電流が流れなくなり磁場が消失する。そのため、この磁場を維持しようとしてコイル５３に誘導電流が生ずる。しかも、炉内ガスが高速で上流から下流へ進行するので、その短絡範囲は、コイル５３と第二の導電部材５４のそれぞれの上流側端部から下流側端部へと急激に拡大され、短絡範囲より下流側でコイル５３と第二の導電部材５４のインダクタンスが急激に減少する。このようにインダクタンスが減少しても同じ誘導電流を流そうとするので誘導電流はさらに増大する。このような誘導電流はパルス電流として下流側端部で得られる。
コンデンサ３４とインバータ３５はこのパルス電流を交流電流に変換して需要側に供給するようになっている。
【００３５】
[実施の形態２]
図５は本発明の他の実施の形態の説明図であり、全体構成をブロック図で示したものである。
本実施の形態においては、廃棄物焼却炉で発生した炉内ガスを外部に取り出し、この炉内ガスを作動流体としてＭＨＤ発電を行い、また、同時に水素や一酸化炭素を製造するというものである。
【００３６】
本実施の形態の装置は、廃棄物焼却炉や溶融炉などの廃棄物熱プロセス６１、蒸気タービンまたはガスタービンを駆動源とする発電機６３、排ガス処理装置６５、を備えた廃棄物処理施設と、廃棄物熱プロセス６１で発生する炉内ガスを外部に取り出す取出し管６７と、取出し管６７によって取り出された炉内ガスを作動流体として発電を行うＭＨＤ発電機６９と、炉内ガスに衝撃波を照射するための爆轟発生機７０と、炉内ガスに衝撃波を照射したときに生成される生成ガスから水素や炭素系化合物を分離する分離装置７８を備えている。以下、主要な構成を詳細に説明する。
【００３７】
（１）取出し管
取出し管６７は、１／４波長管（Rijke Tube）であることが好ましい。１／４波長管とは、全体の配管の一端から配管長の１／４の長さの場所にバーナー等の加熱器を設置し、他端から配管長の１／４の長さの場所に冷却ジャケット等の冷却器を設置して、配管内の気体に音響学的な振動（ヘルムホルツ振動）を発生させることにより、管内へのダストの付着や堆積を防止すると共に、ダストの排出作用を起こさせるものである。炉内ガスを取り出すことにより高い導電性の作動流体とするには、炉内ガスは廃棄物の熱分解・部分酸化によって発生する可燃性ガスを多く含み、かつ、高温となっていることが好ましい。そのため、炉内ガスの取り出しは、例えば、二回流式ストーカ型焼却炉の中間天井と天井との領域（燃焼火格子の上流側）、流動床型焼却炉のフリーボード部下部およびガス化溶融炉のフリーボード部から行うのが好ましい。
【００３８】
（２）ＭＨＤ発電装置
図６は本実施形態に用いるＭＨＤ発電装置６９の説明図であり、図６（Ａ）が縦断面図、図６（Ｂ）が図６（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
ＭＨＤ発電装置６９は、図６に示すように、爆轟発生機７１の後述の燃焼室８５に連通する管状の発電流路７１を備えている。この発電流路７１は導電性流体の流動のための流路である。この発電流路壁には、発電流路７１の軸線（導電性流体の流動方向の軸線）７２と直交方向で互いに対向する面に一対の磁極７３が設けられ、同じく発電流路７１の軸線７２と直交方向で互いに対向する面（磁極７３を設けた位置から発電流路７１の軸線回りに９０度移動した位置）に一対の電極７４が設けられている（図６（Ｂ）参照）。
【００３９】
発電流路７１に配された一対の磁極７３は、発電流路７１内にて、該一対の磁極７３の対向方向（図６（Ｂ）にて左右方向）に向く磁場を生ずる。一対の電極７４は、絶縁材７５を介して発電流路７１の流路壁に配されると共に、コンデンサ３４を介してインバータ３５に接続されている。コンデンサ３４とインバータ３５は、該一対の電極７４で取り出したパルス電流を交流電流に変換する。
【００４０】
（３）爆轟発生機
爆轟発生機７０は、上端側が縮径するシリンダ部８１内に、該シリンダ部８１と同様に上端側が縮径するピストン８３が収納されている。ピストン８３は図示しないクランク機構によってシリンダ内を図中上下動可能に構成されている。シリンダ部８１とピストン８３とによって囲まれた空間が燃焼室８５を形成している。燃焼室８５の容積は、ピストン８３が最も下方に移動したときに最大、ピストン８３が最も上方に移動したときに最小となる。なお、クランク軸には発電機８７が連結されている。
【００４１】
シリンダ８１の上部であるシリンダヘッド８９には図示しない給気弁及び排気弁が設けられ、ピストン８３の往復移動に伴う燃焼室８５への燃料と空気との混合気の給気工程、燃焼室８５内の混合気の圧縮工程、燃焼室８５内での混合気の燃焼工程、燃焼室８５内の燃焼排ガスの排気工程に対応してそれぞれ開閉するように構成されている。給気弁は、給気工程でピストン８３がシリンダヘッド８９に対して離れる方向に移動している間に開状態、圧縮工程及び排気工程時に閉状態となるように設定されている。また、排気弁は、圧縮工程後に排気工程で再度ピストン８３がシリンダ上部に向けて移動している間に開状態、給気工程及び圧縮工程時に閉状態となるように設定されている。
【００４２】
着火室９１は、円筒状に形成され、その一端側が燃焼室８５に通ずる複数の誘導路９２（トーナメント溝）の入口側に接続されている。また、着火室９１の他端部には、燃料を着火室９１、誘導路９２へ供給する燃料供給源（図示せず）と、酸化剤としての空気を着火室９１へ供給する空気供給源（図示せず）とがそれぞれ接続されている。燃料供給源及び空気供給源の供給時期は上述の給気弁の開状態時とほぼ同期している。また、着火室９１の他端部には、上記燃料と空気との混合気を間欠的に着火させる着火装置としての点火栓９３が設けられている。この点火栓９３は上述の圧縮工程終了時に点火時期が設定されている。
【００４３】
以上のように構成された本実施形態装置の動作を説明する。
爆轟発生装置７０においては、先ず、ピストン８３がシリンダヘッド８９に対し離れる方向に移動している間に、排気弁が閉状態のまま、給気弁が開状態となっていて、負圧状態の燃焼室８５内へ給気口から燃料と空気の混合気が速やかに給気される。このとき着火室内も負圧となっており、着火室８５内へ燃料及び空気の供給が速やかに行なわれる。このようにして、着火室９１、着火室９１と燃焼室８５を繋ぐ誘導路９２、燃焼室８５内に、ほぼ理論混合比、または理論混合比での空気量よりも少ない空気量で、上記燃料と空気が充填される。
【００４４】
一方、シリンダ８１の上端部に設置されたＭＨＤ発電機６９の発電流路内には取出し管６７を介して廃棄物熱プロセス６１側から炉内ガスが供給されている。なお、取出し管６７は１／４波長管を使用していることから、炉内ガス中のダスト等によって管が詰まるのを可及的に防止される。
燃焼室８５内への混合気の供給後にピストン８３がシリンダヘッド８９に向けて移動する圧縮工程の際に、給気弁及び排気弁が両者とも閉状態となって、ピストン８３が燃焼室８５内の混合気を圧縮する。その結果、燃料供給源及び空気供給源の圧力で着火室内及び燃焼室８５内に充填された混合気の初期圧が昇圧されて高圧化される。
【００４５】
圧縮工程終了直前に、高圧化された燃料と空気の混合気は、点火栓９３の作動により、着火室９１内で着火されて、爆轟波が誘導路９２を経て燃焼室８５に伝播される。その際、複数の誘導路９２の路程距離はそれぞれ等しく設定されているので、爆轟波は周方向全範囲に分散し、しかも同時に燃焼室８５に達することとなる。
【００４６】
燃焼室８５に爆轟波が伝播されたとき、ピストン８３は最も上方の位置付近にあり、燃焼室８５内では爆轟波が上方へ向け進行するが、シリンダヘッド８９とピストンヘッドとの間の空間の通路断面積は上方に向けて次第に小さくなっているため、爆轟波が収束されて、上方に伝播するにつれてさらに爆轟波の温度及び圧力が上昇する。
燃焼室８５で収束されて温度及び圧力が上昇した爆轟波に伴う衝撃波が発電流路７１内の炉内ガスに照射されると、高温に加熱されて電離または解離して炉内ガスが導電性の作動流体となり発電流路７１を移動することで発電が行われる。このとき、実施の形態１で説明したように、炉内ガスにはアルカリ金属が含まれていることから電離または解離がしやすく高い発電効率が得られる。
また、実施の形態１で説明したのと同様に水性ガス反応等により水素や一酸化炭素を生成することができる。ここで得られた生成ガスは、実施の形態１で説明したと同様に分離装置７８にて水素を分離して得ることもできる。さらに、残ったガスは爆轟発生機の燃料として利用される。
【００４７】
なお、爆轟による反動によりピストン８３が下降するが、このときクランク機構によってクランク軸が回転するので、このクランク軸に連結された発電機８７によって発電が行われる。
したがって、本実施の形態のシステムでは廃棄物処理施設の燃焼排ガスの廃熱を利用する蒸気タービン等の発電機６３、ＭＨＤ発電機６９、クランク軸に設置した発電機８７の３つの発電機によって発電される。
また、燃焼室８５内の高温の燃焼排ガスは蒸気またはガスタービン側に供給されて発電機６３の発電に供される。
【００４８】
以上のように、本実施の形態においては、廃棄物熱プロセス６１で発生した炉内ガスを作動流体として発電を行うようにしたので、炉内ガス中にシード材となるアルカリ金属が含まれており電離または解離しやすいことから高価なシード材を別途使用することなく高い発電効率が得られる。
また、本実施の形態における爆轟発生機７０は燃焼室８５内の混合気をピストン８３で圧縮できる構造であることから、高圧化された混合気を燃焼できることから高圧の爆轟波を発生させることができる。
さらに、ピストン・クランク機構を用いてピストン８３の上下動によって給排気を行うようにしたので、混合気の充填及び燃焼排ガスの排気を短時間で効率的にでき、爆轟発生のサイクルタイムを短縮化できる。
もっとも、本実施形態のような上下動するピストンを用いない場合には、燃焼室内の排ガスを蒸気・ガスタービン側に供給した後で、燃焼室内を真空ポンプ等の減圧手段によって減圧できるようにすれば、上下動ピストンを用いたのと同様に給排気の効率を向上させることもできる。しかもこの場合には、全体の構造が単純化できるので、装置コストを低減できる。
【００４９】
なお、上記実施形態１，２で示した廃棄物焼却炉で燃焼する廃棄物としては、都市ごみ、産業廃棄物、汚泥等がある。また、焼却炉としては、実施の形態１で説明したストーカ炉の他に、流動床炉、固定床炉がある。
また、溶融炉の例としては、熱分解溶融炉（ガス化溶融炉）、電気抵抗式灰溶融炉、プラズマ式灰溶融炉等がある。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態の説明図である。
【図２】図１の要部を詳細に示した説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態における衝撃波発生装置の他の例の説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に用いる磁場濃縮型発電機の説明図である。
【図５】本発明の他の実施の形態の説明図である。
【図６】図５に示した他の実施形態に用いるＭＨＤ発電機の説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  焼却炉
３  爆轟発生機
５  ＭＨＤ発電機
７  ボイラ
１７  中間天井
１９  突出壁
【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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