(57)【要約】【課題】ＣＯ２や有害なガスを発生させないで発電することができる発電システムを提供すること。【解決手段】植物を粉体にした植物性粉塵を供給させて粉塵爆発させる燃焼筒と、圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、前記燃焼筒内に供給した前記植物性粉塵と前記圧縮空気との混合物に着火させることで前記粉塵爆発を実施する着火手段と、前記粉塵爆発の爆風により駆動するタービンと、該タービンの駆動により発電する発電装置と、を備えたことを特徴とする発電システムである。このように、爆発を生じやすい粉塵爆発を利用することで、その爆発のエネルギーにより発電させることができ、爆発を生じさせる粉塵を容易に得ることができ、爆発時に化石燃料等を要しない。【選択図】図１
2013011381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を粉体にした植物性粉塵を爆発させる燃焼筒と、
前記燃焼筒に前記植物性粉塵を供給する粉塵供給手段と、
前記燃焼筒に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、
前記粉塵供給手段により前記燃焼筒に供給された前記植物性粉塵、及び前記圧縮空気供給手段により制御燃焼筒に供給された前記圧縮空気の混合物に着火させることで粉塵爆発を生じさせる着火手段と、
前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発の爆風により駆動するタービンと、
前記タービンの駆動により発電する発電装置と、を備えた発電システム。
【請求項２】
前記燃焼筒内に配設され、前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発による不完全燃焼成分を燃焼させるアフターバーナと、
前記燃焼筒内を周回するように配され、前記アフターバーナによる前記不完全燃焼成分の燃焼により生じた熱を受けて温水となる水を送水するヒートパイプと、
前記ヒートパイプから供給された温水を蒸気と水に分離する気水分離器と、
前記気水分離器により生じた蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの駆動により発電する第２の発電装置と、をさらに備えた請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発により生じた熱を受けて温水となる水を循環させる温水循環パイプをさらに備えた請求項１または請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記温水循環パイプの一部を収容し、上端及び下端が開口し、上側に向かって先細りの筒体と、
前記筒体内における前記温水循環パイプの上方にて前記筒体の内周面に沿って配設され、前記筒体の筒軸方向を中心軸方向とする螺旋状の整流板と、
前記筒体内に設けられ、前記筒体内で前記温水循環パイプおよび前記整流板により生じた上昇旋回気流により回転するブレードと、
前記ブレードの回転により発電する第３の発電装置と、をさらに備えた請求項１または請求項２に記載の発電システム。
【請求項５】
前記燃焼筒を複数備え、
複数の前記燃焼筒全てによる粉塵爆発を所定順序で連続的に生じさせる第１の爆発制御と、複数の前記燃焼筒のうち一部の前記燃焼筒のみによる粉塵爆発を所定順序で連続的に生じさせる第２の爆発制御とを選択的に行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項６】
前記第２の爆発制御における複数の前記燃焼筒のうち粉塵爆発を行わない前記燃焼筒における粉塵爆発の停止は、前記粉塵供給手段による前記燃焼筒への粉塵の供給を停止することにより行う、請求項５に記載の発電システム。
【請求項７】
前記燃焼筒を上部が開口した配設穴内に複数個設置し、各燃焼筒と配設穴との間に免震部材を配設すると共に、燃焼筒間にも免震部材を配設したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項８】
前記配設穴に加圧式冷却水を充填させたことを特徴とする請求項７に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物性粉塵に加圧空気を混合して着火して粉塵爆発を生じさせ、その粉塵爆発のエネルギーを利用して発電装置で発電する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、東日本大震災での原子力発電事故の影響により、原子力発電に代わる発電システムが注目されている。原子力発電に代わる発電システムとして、例えば、太陽光発電、火力発電又は風力発電が注目されている。また、前記火力発電や風力発電の外に、廃棄物を燃焼させて発電する発電システムが開示されている（例えば特許文献１に記載）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１０２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、火力発電には燃焼のための燃料が必要であり、海外の輸入に頼る等の燃料の調達、または燃料コストの高騰等の問題を有していた。また、太陽光発電では太陽が出ないと発電しにくい問題を有していた。さらに、風力発電では一定の風がないと安定した電力の供給ができない問題を有していた。また、前記廃棄物を燃焼させる発電システム（前記特許文献１に記載の発明）では、燃焼時にその廃棄物に含まれる有害物質やＣＯ２を排出させる問題を有していた。
【０００５】
通常、粉塵爆発は、粉塵と空気の混合物に着火させれば、簡単に爆発を起こす現象である。そこで、本願発明者は、この粉塵爆発で生じる爆発を利用して、塵霧の空気及び粉塵の比率や混合率を制御することで簡単に発電できることを知見し、この発明を完成させた。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＣＯ２や有害なガスを発生させないで発電することができる発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、植物を粉体にした植物性粉塵を爆発させる燃焼筒と、前記燃焼筒に前記植物性粉塵を供給する粉塵供給手段と、前記燃焼筒に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、前記粉塵供給手段により前記燃焼筒に供給された前記植物性粉塵、及び前記圧縮空気供給手段により制御燃焼筒に供給された前記圧縮空気の混合物に着火させることで粉塵爆発を生じさせる着火手段と、前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発の爆風により駆動するタービンと、前記タービンの駆動により発電する発電装置と、を備えた発電システムである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記燃焼筒内に配設され、前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発による不完全燃焼成分を燃焼させるアフターバーナと、前記燃焼筒内を周回するように配され、前記アフターバーナによる前記不完全燃焼成分の燃焼により生じた熱を受けて温水となる水を送水するヒートパイプと、前記ヒートパイプから供給された温水を蒸気と水に分離する気水分離器と、前記気水分離器により生じた蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの駆動により発電する第２の発電装置と、をさらに備えた請求項１に記載の発電システムである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発により生じた熱を受けて温水となる水を循環させる温水循環パイプをさらに備えた請求項１または請求項２に記載の発電システムである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記温水循環パイプの一部を収容し、上端及び下端が開口し、上側に向かって先細りの筒体と、前記筒体内における前記温水循環パイプの上方にて前記筒体の内周面に沿って配設され、前記筒体の筒軸方向を中心軸方向とする螺旋状の整流板と、前記筒体内に設けられ、前記筒体内で前記温水循環パイプおよび前記整流板により生じた上昇旋回気流により回転するブレードと、前記ブレードの回転により発電する第３の発電装置と、をさらに備えた請求項１または請求項２に記載の発電システムである。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記燃焼筒を複数備え、複数の前記燃焼筒全てによる粉塵爆発を所定順序で連続的に生じさせる第１の爆発制御と、複数の前記燃焼筒のうち一部の前記燃焼筒のみによる粉塵爆発を所定順序で連続的に生じさせる第２の爆発制御とを選択的に行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電システムである。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記第２の爆発制御における複数の前記燃焼筒のうち粉塵爆発を行わない前記燃焼筒における粉塵爆発の停止は、前記粉塵供給手段による前記燃焼筒への粉塵の供給を停止することにより行う、請求項５に記載の発電システムである。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、前記燃焼筒を上部が開口した配設穴内に複数個設置し、各燃焼筒と配設穴内との間に免震部材を配設すると共に、燃焼筒間にも免震部材を配設したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発電システムである。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、前記配設穴に加圧式冷却水を充填させたことを特徴とする請求項７に記載の発電システムである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、爆発を生じやすい粉塵爆発を利用することで、その爆発のエネルギーにより発電させることができる。また、爆発を生じる粉塵は容易に得ることができ、爆発時に化石燃料等を必要としない。しかも、植物性粉塵を使用するので、自然に存在するものを利用するので原料の調達が容易である。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼筒内での爆発での不完全燃焼成分をアフターバーナで燃焼させ、その燃焼により生じた熱によってヒートパイプに流れる水を温水にして気水分離器に伝達する。そして、ヒートパイプから供給された温水を気水分離器で水と蒸気に分離し、分離した蒸気を蒸気タービンに供給することで、蒸気タービンを駆動しその駆動エネルギーにより発電装置にて発電することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、燃焼筒内で粉塵爆発させることにより、その爆発時の熱を利用して水を温水にすることができる。そして、その温水を温水循環パイプを通してビニールハウスに供給することで、ビニールハウス内での温室栽培が可能となる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、筒体の下部から大気を取り込んだときに温水循環パイプにより大気が熱せられて上昇気流が発生する。その上昇気流を螺旋状の整流板で螺旋状（渦巻き状）に上昇させて、ブレードを回転させることができる。そして、そのブレードを回転させることで発電装置において発電することができる。温水循環パイプを例えばビニールハウス等に配置することで、温水循環パイプを流れる温水から放熱する熱を暖房等に利用することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、必要とする発電量に応じて燃焼筒内で粉塵爆発させることができる。例えば、昼間に比べて必要とされる発電量が少ない夜間は複数の燃焼筒のうちの一部の燃焼筒のみで粉塵爆発を行う第２の爆発制御を行うこと等により、省エネルギー化を図ることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、粉塵の供給を停止することにより粉塵爆発の停止を容易に行うことができる
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、燃焼筒と収納プールとの間に例えば免震積層ゴム又は免震油圧ダンパーを設けているので、爆発時の振動や衝撃や音を軽減すると共に、地震に対する免震構造とすることができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明によれば、燃焼筒の周りに加圧式冷却水を循環させれば地震又は爆発時の燃焼筒の衝撃や振動や音を吸収することができる。また、加圧式冷却水により燃焼筒内を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電システムの全体構成を説明する説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る発電システムの各燃焼筒の構成を説明する説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る発電システムの水の循環の構成を説明する説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る発電システムの時間と爆発エネルギーとの関係を説明するグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る発電システムの筒体に配設した整流板を説明する説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る発電システムの配設穴に設置した燃焼筒の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る発電システムの全体構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１に示すように、本発明における発電システム１０は、粉塵を投入する粉塵供給手段２２と、複数の加圧室１３と、所定圧力内で粉塵爆発をさせる燃焼筒１２と、着火により粉塵爆発を発生させる着火手段１７と、粉塵爆発の爆風を受けて回転エネルギーに変換する風車体１１と、風車体１１を回転力により発電する発電装置１４とにより構成されている。
【００２６】
粉塵供給手段２２は、植物性粉塵を投入する装置である。植物性粉塵は、例えば、麦藁、稲藁、雑草等の植物を細かく粉体にし、これらを単独で又は混在させたものである。植物性粉塵を使用するのは、有毒なガス等を発生しにくいからである。また、粉塵爆発時にＣＯ２を発生するが、カーボンニュートラルにより植物が吸収する。
【００２７】
粉塵の粒径は細かいほど爆発時のガスに近い状態になり、粉塵と空気の混合物に着火させれば容易に爆発させることができる。粉塵と空気の混合量を調節することにより、爆発の大きさを変化させることができる。また、粒径の異なる粉塵を混在させることにより、粉塵投入時に一つの塊になるのを防止すると共に、爆発性を高めることができる。
【００２８】
また、本発明における発電システム１０は、粉塵供給手段２２とは別に加圧した空気を送りこむためのコンプレッサ２１を配設している。コンプレッサ２１は、燃焼筒１２に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段として機能する。コンプレッサ２１により加圧した空気は燃焼筒１２に対する粉塵の投入と同時に燃焼室１２に投入される。
【００２９】
図２に示すように、加圧室１３は密閉された複数個の部屋を有し、各加圧室１３ａ、１３ｂは所定圧力で加圧されている。各加圧室１３ａ、１３ｂの圧力は、燃焼筒１２に近い部屋ほど圧力を高めている。また、加圧室１３ａ、１３ｂ間には一方向にしか開かない開閉弁３２を配設している。本実施形態では、加圧室１３ａ、１３ｂ、コンプレッサ２１、粉塵供給手段２２を燃焼筒１２別に設けている。
【００３０】
着火手段１７は、所定時間で火花を発生させるものである。火花は、例えば点火プラグにより発生させるものである。着火するタイミングは制御プログラムにより制御されている。
【００３１】
燃焼筒１２は、所定圧力に加圧された容器内において粉塵爆発を起こすためのものである。燃焼筒１２は、例えば、中空で釣鐘状に形成されている。燃焼筒１２は粉塵爆発時でも破壊や損傷が生じないように充分な強度を有する。
【００３２】
風車体１１は、燃焼筒１２内で粉塵の爆発の爆風を受けて回転エネルギーを発生させるものである。風車体１１は、主として爆発を受ける羽根と回転軸とにより構成され、燃焼筒１２の上端部に配設されている。
【００３３】
発電装置１４は、前記風車体１１のタービン回転軸１９に連結されており、風車体１１の回転軸の回転エネルギーを受けて発電するものである。なお、風車体１１のタービン回転軸１９から増速手段２５を介して発電装置１４に連結するようにしてもよい。
【００３４】
また、燃焼筒１２は、爆発した燃焼分を排気する排気ダクト１８を配設している。排気ダクト１８は円筒状に形成されており、爆発後の排気ガスを排出する。
【００３５】
さらに、その排気ダクト１８の中途部には、アフターバーナ１６を配設している。アフターバーナ１６は、前記粉塵爆発時の不完全燃焼を完全に燃焼させるためのものある。このように、アフターバーナ１６は、燃焼筒１２内に配設され、燃焼筒１２内で生じた粉塵爆発による不完全燃焼成分を燃焼させる。
【００３６】
さらに、排気ダクト１８の内壁に沿ってヒートパイプ２０を配設している。ヒートパイプ２０は、燃焼筒１２内を周回するように配され、アフターバーナ１６による不完全燃焼成分の燃焼により生じた熱を受けて温水となる水を送水する。ヒートパイプ２０は熱伝導性を有する素材で形成されている。ヒートパイプ２０の一端は水タンク２８内まで延設されており、他端は気水分離器１５まで延設されている。気水分離器１５は、ヒートパイプ２０から供給された温水を蒸気と水に分離する。ヒートパイプ２０上には、水タンク２８から水を汲みあげるためのポンプ２６が配設されている。
【００３７】
さらに、風車体１１の回転エネルギーを気水分離器１５に投入し、気水分離器１５で水と蒸気とに分離して、分離した蒸気を蒸気タービン２７の駆動に利用し、水はポンプ２６で水タンク２８に供給できるようにすることもできる。
【００３８】
蒸気タービン２７は、気水分離器１５により生じた蒸気により駆動する。蒸気タービン２７は、前記メインの風車体１１に比べて駆動能力が小さいが、複数台配置することで発電量を増やすことが可能である。蒸気タービン２７のタービン軸部１９ａは、前記風車体１１のタービン回転軸１９と同軸でも、別体のタービン軸でもよい。
【００３９】
以上のようにして構成された発電システム１０は、以下の方法により発電する。まず、粉塵を準備し、粉塵供給手段２２に供給する。次いで、加圧室１３にコンプレッサ２１により圧縮空気を充填する。
【００４０】
粉塵と加圧空気を第１の加圧室１３ａに供給した後、第１の開閉弁３２を開き、これらを第２の加圧室１３ｂに供給する。次いで、第２の開閉弁３３を開いた後、粉塵と加圧空気を燃焼筒１２内に供給する。この後、第３の開閉弁３４と第２の開閉弁３３を閉じる。
【００４１】
そして、燃焼筒１２内にて粉塵爆発させる。すなわち、着火手段１７で火花を発生させ、粉塵と加圧空気の混合物に引火させることで、燃焼筒１２内で炎を出しながら粉塵爆発させる。
【００４２】
爆発時には所定設定圧力を超えるため、第３の開閉弁のみが開放自在としている。第３の開閉弁の開放後、燃焼筒１２内が負圧になる。この後、第３の開閉弁を閉じ、次の爆発を起こす粉塵を第１の開閉弁３２や第２の開閉弁３３を開いて粉塵供給手段２２から投入する。
【００４３】
このように、爆発により爆風を発生させることができ、その爆風で風車体１１の回転軸を駆動させる。また、風車体１１の回転軸を駆動させることで、この風車体１１の回転軸の回転エネルギーを利用して発電装置１４において発電する。
【００４４】
また、粉塵爆発により風車体１１を回転させるが、始動時では風車体１１の回転軸を駆動しにくい。粉塵爆発の爆風で風車体１１の回転軸を回転させようとすると、風車体１１の本体やタービン回転軸１９を損傷させるおそれが生じる。そこで、初期動作時には、スタータモータ２３を駆動して、フライホイル２４を回転させ、風車体１１の駆動軸を回転させることができる。
【００４５】
図４は、時間とタービン回転数の関係を示すグラフである。Ｔ１まではスタータモータによる風車体１１の回転数が増加していることを示し、Ｔ２からは粉塵爆発により風車体１１の回転数が増加していることを示している。
【００４６】
なお、爆発は燃焼筒１２別に爆発させてもよく、例えば、第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒の順序で行うことができる。このように、本実施形態の発電システム１０では、４個の燃焼筒１２全てによる粉塵爆発を所定順序で連続的に生じさせる第１の爆発制御が行われる。このような第１の爆発制御を行うことで、爆発時に生じるタービンの回転軸への負荷を均等にすることで連続運転が可能になる。
【００４７】
また、発電システム１０においては、複数の燃焼筒１２を備える構成において、爆発制御として、複数の燃焼筒１２のうち一部の燃焼筒１２のみによる粉塵爆発を所定順序で連続的に生じさせる第２の爆発制御を行うこともできる。例えば、昼間の電力需要が高まる時間帯には、前記第１気筒〜第４気筒全部で粉塵爆発を発生させて発電する。これに対して、夜間の電量需要が低い時間帯では、４つの燃焼筒の中央部分を基準として線対称位置にある燃焼筒、例えば、第１気筒と第４気筒のみ（又は第２気筒と第３気筒のみ）について粉塵爆発を連続で実施し、その他の第２気筒と第３気筒のみ（又は第１気筒と第４気筒のみ）を停止させることで発電量を調整することができる。
【００４８】
また、本実施形態の発電システム１０においては、第２の爆発制御における複数の燃焼筒１２のうち粉塵爆発を行わない燃焼筒１２における粉塵爆発の停止は、粉塵供給手段２２による燃焼筒１２への粉塵の供給を停止することにより行われる。これにより、燃焼筒１２における粉塵爆発の停止を容易に行うことができる。ただし、燃焼筒１２において粉塵爆発を停止させる方法は、粉塵の供給を停止することに限定されず、例えば燃焼室１２に対する圧縮空気の停止や、着火手段１７による着火の停止等により行ってもよい。このように、発電システム１０においては、上述のような第１の爆発制御と第２の爆発制御とが選択的に行われる。こうした爆発制御は、発電システム１０が備える制御部により行われる。
【００４９】
既存の主たる発電の方法で現在の原子力発電、火力発電、水力発電の方法では、必要な時に必要電力の量を供給することが困難である。これに対して、本実施形態における発電システムではこの課題を解決することができる。
【００５０】
次に、水を温水に変換して蒸気タービン２７を駆動させる発電システム１０について説明する。図３に示すように、ヒートパイプ２０は、前記アフターバーナ１６で燃焼させた熱でポンプ２６から汲み上げた水を温水にして、温水を気水分離器１５に供給するようにしている。すなわち、水タンク２８内の水をポンプ２６で汲み上げ、その汲み上げた水をヒートパイプ２０に投入する。
【００５１】
そして、燃焼筒１２内での爆発での不完全燃焼分をアフターバーナ１６で燃焼させ、その燃焼した熱をヒートパイプ２０に流れる水を温水にして気水分離器１５まで伝達させ、この温水を気水分離器１５で水と蒸気に分離する。
【００５２】
分離した蒸気を蒸気タービン２７に供給することで、その蒸気タービン２７を駆動し、その駆動エネルギーにより発電装置１４にて発電することができる。また、蒸気タービン２７では、より蒸気を発生しやすくするために沸点が低い触媒を用いることができる。
【００５３】
さらに、蒸気とは別に分離した水は、ポンプ２６まで戻すことで、その水を新たなヒートパイプ２０に供給するための水として循環させることができる。
【００５４】
また、本実施形態では、燃焼筒１２外部に水を循環させている。例えば、燃焼筒１２を水槽３５に浸すことで、その水槽３５に水を循環させるようにしておく。なお、燃焼筒１２は熱伝導性を有する素材で形成しておく。このように構成することで、燃焼筒１２から熱を発生させることができ、その燃焼筒１２の外部で水を温水にすることができる。
【００５５】
さらに、水槽３５の水は、ヒートパイプ２０用の水タンク２８にも供給可能とする。これは、前記ヒートパイプ２０に循環させる水を温水にしたとき、または、温水を一部蒸気にしたときに、水タンク２８に戻される水が減少するため、その減少分を水槽３５から供給できるようにしている。
【００５６】
本実施形態における発電システム１０によれば、燃焼筒１２内で生じた粉塵爆発による熱によって得られた温水をビニールハウス３６に供給し、ビニールハウス３６において温室栽培が可能となる。このようにして、粉塵爆発のエネルギーを利用してビニールハウス３６の温室栽培の燃料の代わりとして機能させることができる。
【００５７】
さらに、図５に示すように、筒体４４をその上端に向かって長細く形成し、上端及び下端は開放状態とする。また、筒体４４の上端側の内壁部に整流板３０を配設する。整流板３０において、その中央部分には空間が形成され、筒体４４の内周壁面には螺旋状に板材が配設されている。そして、整流板３０の上方に風力発電用のブレード３１（プロペラ）を垂直軸回りに回転自在に配設することで発電装置１４を駆動する。
【００５８】
このように、筒体４４の下端に開口より大気を取り込みながら筒体４４に配設したヒートパイプ２０の熱により整流板３０を介して上昇気流を渦巻状に発生させることができ、その上昇気流を利用して筒体４４の上端側に設けた風力発電用のブレード３１を回転させて発電することができる。また、上昇気流は年間を通して天候に左右されずに発生させることができるので、一定の出力で安定して発電することができる。
【００５９】
図６は、本願発明の発電システム１０の別の発電構成を示すものである。すなわち、図６に示すように、地面から所定深さを有する大きな穴を形成し、その穴の内壁部分にコンクリートを打設して、上部が開口した大きな配設穴４０を設置し、その配設穴４０中に所定間隔を有して４つの燃焼筒１２を配設している。
【００６０】
また、燃焼筒１２と配設穴４０底面部との間に免震部材である免震積層ゴム４１を配設している。また、各燃焼筒１２間若しくは配設穴４０の壁面と両端側の燃焼筒１２との間に免震部材である免震ダンパー４２を配設している。このように、免震積層ゴム４１と免震ダンパー４２を設けているので、爆発時の振動及び衝撃を軽減すると共に、地震に対する免震構造とすることができる。
【００６１】
また、燃焼筒１２の周囲に水槽４３を設け、その水槽４３内を水で充填して蓋部を設け、加圧弁４６で調整することで水槽４３内が加圧式冷却水で満たすようにしている。この加圧式冷却水により、燃焼筒１２内を冷却することができると共に、地震又は爆発時の爆音、衝撃及び振動を吸収することができる。
【００６２】
図７は、本実施形態における発電システム１０の全体構造を示す説明図である。図７に示すように、本実施形態では、３つの発電装置１４を有する。すなわち、第１は粉塵爆発を直接的に利用した第１の発電装置１４、第２に気水分離器１５を利用した第２の発電装置１４、第３に筒体４４内で生じる上昇気流を利用した第３の発電装置１４を有する。
【００６３】
また、図７に示すように、燃焼筒１２を配設した水槽４３内には加圧式冷却水が充填されている。そして、水が高温になって冷却水が膨張し、水槽４３内の水が所定圧力以上になった場合には、ラジエータのプレッシャーバルブのような開放バルブ（図示せず）によりビニールハウス３６等に高温水を逃がすようにしてもよい。
【００６４】
さらに、図７に示すように、ビニールハウス３６内にてフィン付き配管４７を通して水を冷却し、その冷却水を燃焼筒が配設されている水槽４３に戻すようにしてもよい。ヒートパイプ２０を通して供給する温水も筒体４４内においてフィン付き配管４７又は蓄熱層を通して水を冷却し、その冷却水を水槽４３に戻すようにしてもよい。本実施形態では、ビニールハウス３６内および筒体４４内に配されるフィン付き配管４７が、燃焼筒１２内で生じた粉塵爆発により生じた熱を受けて温水となる水を循環させる温水循環パイプとして機能する。
【００６５】
すなわち、筒体４４は、温水循環パイプとしてのフィン付き配管４７の一部を収容し、上端及び下端が開口し、上側に向かって先細りの部材である。また、整流板３０は、筒体４４内におけるフィン付き配管４７の上方にて筒体４４の内周面に沿って配設され、筒体４４の筒軸方向を中心軸方向とする螺旋状の板状部材である。また、ブレード３１は、筒体４４内に設けられ、筒体４４内でフィン付き配管４７および整流板３１により生じた上昇旋回気流により回転する。そして、発電システム１０は、ブレード３１の回転により発電する発電装置１４を備える。
【００６６】
以上の結果、発電システム１０は、爆発を生じやすい粉塵爆発を利用することで、その爆発のエネルギーにより発電させることができる。また、爆発を生じる粉塵は容易に得ることができ、爆発時に化石燃料等を必要としない。
【符号の説明】
【００６７】
１７  着火手段
２０  ヒートパイプ
２１  コンプレッサ（圧縮空気供給手段）
２２  粉塵供給手段
２７  蒸気タービン
３０  整流板
３１  ブレード
４１  免震部材
４４  筒体
４７  フィン付き配管（温水循環パイプ）
【図１】
2013011381.tif 000003
【図２】
2013011381.tif 000004
【図３】
2013011381.tif 000005
【図４】
2013011381.tif 000006
【図５】
2013011381.tif 000007
【図６】
2013011381.tif 000008
【図７】
2013011381.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月14日(2011.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を粉体にした植物性粉塵を爆発させる燃焼筒と、
前記燃焼筒に前記植物性粉塵を供給する粉塵供給手段と、
前記燃焼筒に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、
前記粉塵供給手段により前記燃焼筒に供給された前記植物性粉塵、及び前記圧縮空気供給手段により燃焼筒に供給された前記圧縮空気の混合物に着火させることで粉塵爆発を生じさせる着火手段と、
前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発の爆風により駆動するタービンと、
前記タービンの駆動により発電する発電装置と、を備えると共に、
前記圧縮空気供給手段から供給される圧縮空気と前記粉塵供給手段から供給される粉塵とを収容可能とし、燃焼筒に近いほど圧力を高めた複数の加圧室と、
粉塵爆発前に開になることで前記加圧室に供給された圧縮空気と粉塵とを燃焼筒内に供給する燃焼筒供給側開閉弁と、
前記粉塵爆発時には設定圧力を超えることで開になり、粉塵爆発後に燃焼筒内が負圧になることで閉になる燃焼筒排出側開閉弁と、
前記タービンに初期駆動を与えるスタータモータと、を備えた発電システム。
【請求項２】
前記燃焼筒内に配設され、前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発による不完全燃焼成分を燃焼させるアフターバーナと、
前記燃焼筒内を周回するように配され、前記アフターバーナによる前記不完全燃焼成分の燃焼により生じた熱を受けて温水となる水を送水する温水循環パイプと、
前記温水循環パイプから供給された温水を蒸気と水に分離する気水分離器と、
前記気水分離器により生じた蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの駆動により発電する第２の発電装置と、をさらに備えた請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発により生じた熱を受けて温水となる水を循環させる温水循環パイプをさらに備えた請求項１または請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記温水循環パイプの一部を収容し、上端及び下端が開口し、上側に向かって先細りの筒体と、
前記筒体内における前記温水循環パイプの上方にて前記筒体の内周面に沿って配設され、前記筒体の筒軸方向を中心軸方向とする螺旋状の整流板と、
前記筒体内に設けられ、前記筒体内で前記温水循環パイプおよび前記整流板により生じた上昇旋回気流により回転するブレードと、
前記ブレードの回転により発電する第３の発電装置と、をさらに備えた請求項１または請求項２に記載の発電システム。
【請求項５】
前記燃焼筒を複数備え、
複数の前記燃焼筒全てによる粉塵爆発を連続的に生じさせる第１の爆発制御と、複数の前記燃焼筒のうち一部の前記燃焼筒のみによる粉塵爆発を連続的に生じさせる第２の爆発制御とを選択的に行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項６】
前記第２の爆発制御における複数の前記燃焼筒のうち粉塵爆発を行わない前記燃焼筒における粉塵爆発の停止は、前記粉塵供給手段による前記燃焼筒への粉塵の供給を停止することにより行う、請求項５に記載の発電システム。
【請求項７】
前記燃焼筒を上部が開口した配設穴内に複数個設置し、各燃焼筒と配設穴との間に免震部材を配設すると共に、燃焼筒間にも免震部材を配設したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項８】
前記配設穴に加圧式冷却水を充填させたことを特徴とする請求項７に記載の発電システム。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物性粉塵に加圧空気を混合して着火して粉塵爆発を生じさせ、その粉塵爆発のエネルギーを利用して発電装置で発電する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、東日本大震災での原子力発電事故の影響により、原子力発電に代わる発電システムが注目されている。原子力発電に代わる発電システムとして、例えば、太陽光発電、火力発電又は風力発電が注目されている。また、前記火力発電や風力発電の外に、廃棄物を燃焼させて発電する発電システムが開示されている（例えば特許文献１に記載）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１０２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、火力発電には燃焼のための燃料が必要であり、海外の輸入に頼る等の燃料の調達、または燃料コストの高騰等の問題を有していた。また、太陽光発電では太陽が出ないと発電しにくい問題を有していた。さらに、風力発電では一定の風がないと安定した電力の供給ができない問題を有していた。また、前記廃棄物を燃焼させる発電システム（前記特許文献１に記載の発明）では、燃焼時にその廃棄物に含まれる有害物質やＣＯ２を排出させる問題を有していた。
【０００５】
通常、粉塵爆発は、粉塵と空気の混合物に着火させれば、簡単に爆発を起こす現象である。そこで、本願発明者は、この粉塵爆発で生じる爆発を利用して、塵霧の空気及び粉塵の比率や混合率を制御することで簡単に発電できることを知見し、この発明を完成させた。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＣＯ２や有害なガスを発生させないで発電することができる発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、植物を粉体にした植物性粉塵を爆発させる燃焼筒と、前記燃焼筒に前記植物性粉塵を供給する粉塵供給手段と、前記燃焼筒に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、前記粉塵供給手段により前記燃焼筒に供給された前記植物性粉塵、及び前記圧縮空気供給手段により燃焼筒に供給された前記圧縮空気の混合物に着火させることで粉塵爆発を生じさせる着火手段と、前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発の爆風により駆動するタービンと、前記タービンの駆動により発電する発電装置と、を備えると共に、前記圧縮空気供給手段から供給される圧縮空気と前記粉塵供給手段から供給される粉塵とを収容可能とし、燃焼筒に近いほど圧力を高めた複数の加圧室と、粉塵爆発前に開になることで前記加圧室に供給された圧縮空気と粉塵とを燃焼筒内に供給する燃焼筒供給側開閉弁と、前記粉塵爆発時には設定圧力を超えることで開になり、粉塵爆発後に燃焼筒内が負圧になることで閉になる燃焼筒排出側開閉弁と、前記タービンに初期駆動を与えるスタータモータと、を備えた発電システムである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記燃焼筒内に配設され、前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発による不完全燃焼成分を燃焼させるアフターバーナと、前記燃焼筒内を周回するように配され、前記アフターバーナによる前記不完全燃焼成分の燃焼により生じた熱を受けて温水となる水を送水する温水循環パイプと、前記温水循環パイプから供給された温水を蒸気と水に分離する気水分離器と、前記気水分離器により生じた蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの駆動により発電する第２の発電装置と、をさらに備えた請求項１に記載の発電システムである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発により生じた熱を受けて温水となる水を循環させる温水循環パイプをさらに備えた請求項１または請求項２に記載の発電システムである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記温水循環パイプの一部を収容し、上端及び下端が開口し、上側に向かって先細りの筒体と、前記筒体内における前記温水循環パイプの上方にて前記筒体の内周面に沿って配設され、前記筒体の筒軸方向を中心軸方向とする螺旋状の整流板と、前記筒体内に設けられ、前記筒体内で前記温水循環パイプおよび前記整流板により生じた上昇旋回気流により回転するブレードと、前記ブレードの回転により発電する第３の発電装置と、をさらに備えた請求項１または請求項２に記載の発電システムである。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記燃焼筒を複数備え、複数の前記燃焼筒全てによる粉塵爆発を連続的に生じさせる第１の爆発制御と、複数の前記燃焼筒のうち一部の前記燃焼筒のみによる粉塵爆発を連続的に生じさせる第２の爆発制御とを選択的に行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電システムである。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記第２の爆発制御における複数の前記燃焼筒のうち粉塵爆発を行わない前記燃焼筒における粉塵爆発の停止は、前記粉塵供給手段による前記燃焼筒への粉塵の供給を停止することにより行う、請求項５に記載の発電システムである。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、前記燃焼筒を上部が開口した配設穴内に複数個設置し、各燃焼筒と配設穴内との間に免震部材を配設すると共に、燃焼筒間にも免震部材を配設したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発電システムである。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、前記配設穴に加圧式冷却水を充填させたことを特徴とする請求項７に記載の発電システムである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、爆発を生じやすい粉塵爆発を利用することで、その爆発のエネルギーにより発電させることができる。また、爆発を生じる粉塵は容易に得ることができ、爆発時に化石燃料等を必要としない。しかも、植物性粉塵を使用するので、自然に存在するものを利用するので原料の調達が容易である。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼筒内での爆発での不完全燃焼成分をアフターバーナで燃焼させ、その燃焼により生じた熱によって温水循環パイプに流れる水を温水にして気水分離器に伝達する。そして、温水循環パイプから供給された温水を気水分離器で水と蒸気に分離し、分離した蒸気を蒸気タービンに供給することで、蒸気タービンを駆動しその駆動エネルギーにより発電装置にて発電することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、燃焼筒内で粉塵爆発させることにより、その爆発時の熱を利用して水を温水にすることができる。そして、その温水を温水循環パイプを通してビニールハウスに供給することで、ビニールハウス内での温室栽培が可能となる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、筒体の下部から大気を取り込んだときに温水循環パイプにより大気が熱せられて上昇気流が発生する。その上昇気流を螺旋状の整流板で螺旋状（渦巻き状）に上昇させて、ブレードを回転させることができる。そして、そのブレードを回転させることで発電装置において発電することができる。温水循環パイプを例えばビニールハウス等に配置することで、温水循環パイプを流れる温水から放熱する熱を暖房等に利用することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、必要とする発電量に応じて燃焼筒内で粉塵爆発させることができる。例えば、昼間に比べて必要とされる発電量が少ない夜間は複数の燃焼筒のうちの一部の燃焼筒のみで粉塵爆発を行う第２の爆発制御を行うこと等により、省エネルギー化を図ることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、粉塵の供給を停止することにより粉塵爆発の停止を容易に行うことができる
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、燃焼筒と収納プールとの間に例えば免震積層ゴム又は免震油圧ダンパーを設けているので、爆発時の振動や衝撃や音を軽減すると共に、地震に対する免震構造とすることができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明によれば、燃焼筒の周りに加圧式冷却水を循環させれば地震又は爆発時の燃焼筒の衝撃や振動や音を吸収することができる。また、加圧式冷却水により燃焼筒内を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電システムの全体構成を説明する説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る発電システムの各燃焼筒の構成を説明する説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る発電システムの水の循環の構成を説明する説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る発電システムの時間と爆発エネルギーとの関係を説明するグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る発電システムの筒体に配設した整流板を説明する説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る発電システムの配設穴に設置した燃焼筒の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る発電システムの全体構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１に示すように、本発明における発電システム１０は、粉塵を投入する粉塵供給手段２２と、複数の加圧室１３と、所定圧力内で粉塵爆発をさせる燃焼筒１２と、着火により粉塵爆発を発生させる着火手段１７と、粉塵爆発の爆風を受けて回転エネルギーに変換する風車体１１と、風車体１１を回転力により発電する発電装置１４とにより構成されている。
【００２６】
粉塵供給手段２２は、植物性粉塵を投入する装置である。植物性粉塵は、例えば、麦藁、稲藁、雑草等の植物を細かく粉体にし、これらを単独で又は混在させたものである。植物性粉塵を使用するのは、有毒なガス等を発生しにくいからである。また、粉塵爆発時にＣＯ２を発生するが、カーボンニュートラルにより植物が吸収する。
【００２７】
粉塵の粒径は細かいほど爆発時のガスに近い状態になり、粉塵と空気の混合物に着火させれば容易に爆発させることができる。粉塵と空気の混合量を調節することにより、爆発の大きさを変化させることができる。また、粒径の異なる粉塵を混在させることにより、粉塵投入時に一つの塊になるのを防止すると共に、爆発性を高めることができる。
【００２８】
また、本発明における発電システム１０は、粉塵供給手段２２とは別に加圧した空気を送りこむためのコンプレッサ２１を配設している。コンプレッサ２１は、燃焼筒１２に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段として機能する。コンプレッサ２１により加圧した空気は燃焼筒１２に対する粉塵の投入と同時に燃焼室１２に投入される。
【００２９】
図２に示すように、加圧室１３は密閉された複数個の部屋（加圧室１３ａ、１３ｂ）を有し、各加圧室１３ａ、１３ｂは所定圧力で加圧されている。各加圧室１３ａ、１３ｂの圧力は、燃焼筒１２に近いほど圧力を高めている。また、加圧室１３ａ、１３ｂ間には一方向にしか開かない開閉弁３２を配設している。本実施形態では、加圧室１３ａ、１３ｂ、コンプレッサ２１、粉塵供給手段２２を燃焼筒１２別に設けている。
【００３０】
着火手段１７は、所定時間で火花を発生させるものである。火花は、例えば点火プラグにより発生させるものである。着火するタイミングは制御プログラムにより制御されている。
【００３１】
燃焼筒１２は、所定圧力に加圧された容器内において粉塵爆発を起こすためのものである。燃焼筒１２は、例えば、中空で釣鐘状に形成されている。燃焼筒１２は粉塵爆発時でも破壊や損傷が生じないように充分な強度を有する。
【００３２】
風車体１１は、燃焼筒１２内で粉塵の爆発の爆風を受けて回転エネルギーを発生させるものである。風車体１１は、主として爆発を受ける羽根と回転軸とにより構成され、燃焼筒１２の上端部に配設されている。
【００３３】
発電装置１４は、前記風車体１１のタービン回転軸１９に連結されており、風車体１１の回転軸の回転エネルギーを受けて発電するものである。なお、風車体１１のタービン回転軸１９から増速手段２５を介して発電装置１４に連結するようにしてもよい。
【００３４】
また、燃焼筒１２は、爆発した燃焼分を排気する排気ダクト１８を配設している。排気ダクト１８は円筒状に形成されており、爆発後の排気ガスを排出する。
【００３５】
さらに、その排気ダクト１８の中途部には、アフターバーナ１６を配設している。アフターバーナ１６は、前記粉塵爆発時の不完全燃焼を完全に燃焼させるためのものある。このように、アフターバーナ１６は、燃焼筒１２内に配設され、燃焼筒１２内で生じた粉塵爆発による不完全燃焼成分を燃焼させる。
【００３６】
さらに、排気ダクト１８の内壁に沿って温水循環パイプ２０を配設している。温水循環パイプ２０は、燃焼筒１２内を周回するように配され、アフターバーナ１６による不完全燃焼成分の燃焼により生じた熱を受けて温水となる水を送水する。温水循環パイプ２０は熱伝導性を有する素材で形成されている。温水循環パイプ２０の一端は水タンク２８内まで延設されており、他端は気水分離器１５まで延設されている。気水分離器１５は、温水循環パイプ２０から供給された温水を蒸気と水に分離する。温水循環パイプ２０上には、水タンク２８から水を汲みあげるためのポンプ２６が配設されている。
【００３７】
さらに、風車体１１の回転エネルギーを気水分離器１５に投入し、気水分離器１５で水と蒸気とに分離して、分離した蒸気を蒸気タービン２７の駆動に利用し、水はポンプ２６で水タンク２８に供給できるようにすることもできる。
【００３８】
蒸気タービン２７は、気水分離器１５により生じた蒸気により駆動する。蒸気タービン２７は、前記メインの風車体１１に比べて駆動能力が小さいが、複数台配置することで発電量を増やすことが可能である。蒸気タービン２７のタービン軸部１９ａは、前記風車体１１のタービン回転軸１９と同軸でも、別体のタービン軸でもよい。
【００３９】
以上のようにして構成された発電システム１０は、以下の方法により発電する。まず、粉塵を準備し、粉塵供給手段２２に供給する。次いで、加圧室１３にコンプレッサ２１により圧縮空気を充填する。
【００４０】
粉塵と加圧空気を第１の加圧室１３ａに供給した後、第１の開閉弁３２を開き、これらを第２の加圧室１３ｂに供給する。次いで、第２の開閉弁３３を開いた後、粉塵と加圧空気を燃焼筒１２内に供給する。この後、第３の開閉弁３４と第２の開閉弁３３を閉じる。
【００４１】
そして、燃焼筒１２内にて粉塵爆発させる。すなわち、着火手段１７で火花を発生させ、粉塵と加圧空気の混合物に引火させることで、燃焼筒１２内で炎を出しながら粉塵爆発させる。
【００４２】
爆発時に設定圧力を超えると第３の開閉弁のみが開放自在としている。第３の開閉弁の開放後、燃焼筒１２内が負圧になる。この後、第３の開閉弁を閉じ、次の爆発を起こす粉塵を第１の開閉弁３２や第２の開閉弁３３を開いて粉塵供給手段２２から投入する。
【００４３】
このように、爆発により爆風を発生させることができ、その爆風で風車体１１の回転軸を駆動させる。また、風車体１１の回転軸を駆動させることで、この風車体１１の回転軸の回転エネルギーを利用して発電装置１４において発電する。
【００４４】
また、粉塵爆発により風車体１１を回転させるが、始動時では風車体１１の回転軸を駆動しにくい。粉塵爆発の爆風で風車体１１の回転軸を回転させようとすると、風車体１１の本体やタービン回転軸１９を損傷させるおそれが生じる。そこで、初期動作時には、スタータモータ２３を駆動して、フライホイル２４を回転させ、風車体１１の駆動軸を回転させることができる。
【００４５】
図４は、時間とタービン回転数の関係を示すグラフである。Ｔ１まではスタータモータによる風車体１１の回転数が増加していることを示し、Ｔ２からは粉塵爆発により風車体１１の回転数が増加していることを示している。
【００４６】
なお、爆発は燃焼筒１２別に爆発させてもよく、例えば、第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒の順序で行うことができる。このように、本実施形態の発電システム１０では、４個の燃焼筒１２全てによる粉塵爆発を連続的に生じさせる第１の爆発制御が行われる。このような第１の爆発制御を行うことで、爆発時に生じるタービンの回転軸への負荷を均等にすることで連続運転が可能になる。
【００４７】
また、発電システム１０においては、複数の燃焼筒１２を備える構成において、爆発制御として、複数の燃焼筒１２のうち一部の燃焼筒１２のみによる粉塵爆発を連続的に生じさせる第２の爆発制御を行うこともできる。例えば、昼間の電力需要が高まる時間帯には、前記第１気筒〜第４気筒全部で粉塵爆発を発生させて発電する。これに対して、夜間の電量需要が低い時間帯では、４つの燃焼筒の中央部分を基準として線対称位置にある燃焼筒、例えば、第１気筒と第４気筒のみ（又は第２気筒と第３気筒のみ）について粉塵爆発を連続で実施し、その他の第２気筒と第３気筒のみ（又は第１気筒と第４気筒のみ）を停止させることで発電量を調整することができる。
【００４８】
また、本実施形態の発電システム１０においては、第２の爆発制御における複数の燃焼筒１２のうち粉塵爆発を行わない燃焼筒１２における粉塵爆発の停止は、粉塵供給手段２２による燃焼筒１２への粉塵の供給を停止することにより行われる。これにより、燃焼筒１２における粉塵爆発の停止を容易に行うことができる。ただし、燃焼筒１２において粉塵爆発を停止させる方法は、粉塵の供給を停止することに限定されず、例えば燃焼室１２に対する圧縮空気の停止や、着火手段１７による着火の停止等により行ってもよい。このように、発電システム１０においては、上述のような第１の爆発制御と第２の爆発制御とが選択的に行われる。こうした爆発制御は、発電システム１０が備える制御部により行われる。
【００４９】
既存の主たる発電の方法で現在の原子力発電、火力発電、水力発電の方法では、必要な時に必要電力の量を供給することが困難である。これに対して、本実施形態における発電システムではこの課題を解決することができる。
【００５０】
次に、水を温水に変換して蒸気タービン２７を駆動させる発電システム１０について説明する。図３に示すように、温水循環パイプ２０は、前記アフターバーナ１６で燃焼させた熱でポンプ２６から汲み上げた水を温水にして、温水を気水分離器１５に供給するようにしている。すなわち、水タンク２８内の水をポンプ２６で汲み上げ、その汲み上げた水を温水循環パイプ２０に投入する。
【００５１】
そして、燃焼筒１２内での爆発での不完全燃焼分をアフターバーナ１６で燃焼させ、その燃焼した熱を温水循環パイプ２０に流れる水を温水にして気水分離器１５まで伝達させ、この温水を気水分離器１５で水と蒸気に分離する。
【００５２】
分離した蒸気を蒸気タービン２７に供給することで、その蒸気タービン２７を駆動し、その駆動エネルギーにより発電装置１４にて発電することができる。また、蒸気タービン２７では、より蒸気を発生しやすくするために沸点が低い触媒を用いることができる。
【００５３】
さらに、蒸気とは別に分離した水は、ポンプ２６まで戻すことで、その水を新たなヒートパイプ２０に供給するための水として循環させることができる。
【００５４】
また、本実施形態では、燃焼筒１２外部に水を循環させている。例えば、燃焼筒１２を水槽３５に浸すことで、その水槽３５に水を循環させるようにしておく。なお、燃焼筒１２は熱伝導性を有する素材で形成しておく。このように構成することで、燃焼筒１２から熱を発生させることができ、その燃焼筒１２の外部で水を温水にすることができる。
【００５５】
さらに、水槽３５の水は、温水循環パイプ２０用の水タンク２８にも供給可能とする。これは、前記温水循環パイプ２０に循環させる水を温水にしたとき、または、温水を一部蒸気にしたときに、水タンク２８に戻される水が減少するため、その減少分を水槽３５から供給できるようにしている。
【００５６】
本実施形態における発電システム１０によれば、燃焼筒１２内で生じた粉塵爆発による熱によって得られた温水をビニールハウス３６に供給し、ビニールハウス３６において温室栽培が可能となる。このようにして、粉塵爆発のエネルギーを利用してビニールハウス３６の温室栽培の燃料の代わりとして機能させることができる。
【００５７】
さらに、図５に示すように、筒体４４をその上端に向かって長細く形成し、上端及び下端は開放状態とする。また、筒体４４の上端側の内壁部に整流板３０を配設する。整流板３０において、その中央部分には空間が形成され、筒体４４の内周壁面には螺旋状に板材が配設されている。そして、整流板３０の上方に風力発電用のブレード３１（プロペラ）を垂直軸回りに回転自在に配設することで発電装置１４を駆動する。
【００５８】
このように、筒体４４の下端に開口より大気を取り込みながら筒体４４に配設したヒートパイプ２０の熱により整流板３０を介して上昇気流を渦巻状に発生させることができ、その上昇気流を利用して筒体４４の上端側に設けた風力発電用のブレード３１を回転させて発電することができる。また、上昇気流は年間を通して天候に左右されずに発生させることができるので、一定の出力で安定して発電することができる。
【００５９】
図６は、本願発明の発電システム１０の別の発電構成を示すものである。すなわち、図６に示すように、地面から所定深さを有する大きな穴を形成し、その穴の内壁部分にコンクリートを打設して、上部が開口した大きな配設穴４０を設置し、その配設穴４０中に所定間隔を有して４つの燃焼筒１２を配設している。
【００６０】
また、燃焼筒１２と配設穴４０底面部との間に免震部材である免震積層ゴム４１を配設している。また、各燃焼筒１２間若しくは配設穴４０の壁面と両端側の燃焼筒１２との間に免震部材である免震ダンパー４２を配設している。このように、免震積層ゴム４１と免震ダンパー４２を設けているので、爆発時の振動及び衝撃を軽減すると共に、地震に対する免震構造とすることができる。
【００６１】
また、燃焼筒１２の周囲に水槽４３を設け、その水槽４３内を水で充填して蓋部を設け、加圧弁４６で調整することで水槽４３内が加圧式冷却水で満たすようにしている。この加圧式冷却水により、燃焼筒１２内を冷却することができると共に、地震又は爆発時の爆音、衝撃及び振動を吸収することができる。
【００６２】
図７は、本実施形態における発電システム１０の全体構造を示す説明図である。図７に示すように、本実施形態では、３つの発電装置１４を有する。すなわち、第１は粉塵爆発を直接的に利用した第１の発電装置１４、第２に気水分離器１５を利用した第２の発電装置１４、第３に筒体４４内で生じる上昇気流を利用した第３の発電装置１４を有する。
【００６３】
また、図７に示すように、燃焼筒１２を配設した水槽４３内には加圧式冷却水が充填されている。そして、水が高温になって冷却水が膨張し、水槽４３内の水が所定圧力以上になった場合には、ラジエータのプレッシャーバルブのような開放バルブ（図示せず）によりビニールハウス３６等に高温水を逃がすようにしてもよい。
【００６４】
さらに、図７に示すように、ビニールハウス３６内にてフィン付き配管４７を通して水を冷却し、その冷却水を燃焼筒が配設されている水槽４３に戻すようにしてもよい。ヒートパイプ２０を通して供給する温水も筒体４４内においてフィン付き配管４７又は蓄熱層を通して水を冷却し、その冷却水を水槽４３に戻すようにしてもよい。本実施形態では、ビニールハウス３６内および筒体４４内に配されるフィン付き配管４７が、燃焼筒１２内で生じた粉塵爆発により生じた熱を受けて温水となる水を循環させる温水循環パイプとして機能する。
【００６５】
すなわち、筒体４４は、温水循環パイプとしてのフィン付き配管４７の一部を収容し、上端及び下端が開口し、上側に向かって先細りの部材である。また、整流板３０は、筒体４４内におけるフィン付き配管４７の上方にて筒体４４の内周面に沿って配設され、筒体４４の筒軸方向を中心軸方向とする螺旋状の板状部材である。また、ブレード３１は、筒体４４内に設けられ、筒体４４内でフィン付き配管４７および整流板３１により生じた上昇旋回気流により回転する。そして、発電システム１０は、ブレード３１の回転により発電する発電装置１４を備える。
【００６６】
以上の結果、発電システム１０は、爆発を生じやすい粉塵爆発を利用することで、その爆発のエネルギーにより発電させることができる。また、爆発を生じる粉塵は容易に得ることができ、爆発時に化石燃料等を必要としない。
【符号の説明】
【００６７】
１７  着火手段
２０  温水循環パイプ
２１  コンプレッサ（圧縮空気供給手段）
２２  粉塵供給手段
２７  蒸気タービン
３０  整流板
３１  ブレード
４１  免震部材
４４  筒体
４７  フィン付き配管（温水循環パイプ）
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月21日(2011.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を粉体にした植物性粉塵を爆発させる燃焼筒と、
前記燃焼筒に前記植物性粉塵を供給する粉塵供給手段と、
前記燃焼筒に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、
前記粉塵供給手段により前記燃焼筒に供給された前記植物性粉塵、及び前記圧縮空気供給手段により燃焼筒に供給された前記圧縮空気の混合物に着火させることで粉塵爆発を生じさせる着火手段と、
前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発の爆風により駆動するタービンと、
前記タービンの駆動により発電する発電装置と、を備えると共に、
前記圧縮空気供給手段からの加圧空気と前記粉塵供給手段からの粉塵とが供給され、燃焼筒に近いほど圧力を高めた複数の加圧室と、
前記加圧室間に設けた第１の開閉弁と、
粉塵爆発前に開になることで前記加圧室に供給された圧縮空気と粉塵とを燃焼筒内に供給する第２の開閉弁と、
前記粉塵爆発時には設定圧力を超えることで開になり、粉塵爆発後に燃焼筒内が負圧になった後に閉になる第３の開閉弁と、を備えた発電システム。
【請求項２】
前記燃焼筒内に配設され、前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発による不完全燃焼成分を燃焼させるアフターバーナと、
前記燃焼筒内を周回するように配され、前記アフターバーナによる前記不完全燃焼成分の燃焼により生じた熱を受けて温水となる水を送水する温水循環パイプと、
前記温水循環パイプから供給された温水を蒸気と水に分離する気水分離器と、
前記気水分離器により生じた蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの駆動により発電する第２の発電装置と、をさらに備えた請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発により生じた熱を受けて温水となる水を循環させる温水循環パイプをさらに備えた請求項１または請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記温水循環パイプの一部を収容し、上端及び下端が開口し、上側に向かって先細りの筒体と、
前記筒体内における前記温水循環パイプの上方にて前記筒体の内周面に沿って配設され、前記筒体の筒軸方向を中心軸方向とする螺旋状の整流板と、
前記筒体内に設けられ、前記筒体内で前記温水循環パイプおよび前記整流板により生じた上昇旋回気流により回転するブレードと、
前記ブレードの回転により発電する第３の発電装置と、をさらに備えた請求項１または請求項２に記載の発電システム。
【請求項５】
前記燃焼筒を複数備え、
複数の前記燃焼筒全てによる粉塵爆発を連続的に生じさせる第１の爆発制御と、複数の前記燃焼筒のうち一部の前記燃焼筒のみによる粉塵爆発を連続的に生じさせる第２の爆発制御とを選択的に行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項６】
前記第２の爆発制御における複数の前記燃焼筒のうち粉塵爆発を行わない前記燃焼筒における粉塵爆発の停止は、前記粉塵供給手段による前記燃焼筒への粉塵の供給を停止することにより行う、請求項５に記載の発電システム。
【請求項７】
前記燃焼筒を上部が開口した配設穴内に複数個設置し、各燃焼筒と配設穴との間に免震部材を配設すると共に、燃焼筒間にも免震部材を配設したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項８】
前記配設穴に加圧式冷却水を充填させたことを特徴とする請求項７に記載の発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、植物を粉体にした植物性粉塵を爆発させる燃焼筒と、前記燃焼筒に前記植物性粉塵を供給する粉塵供給手段と、前記燃焼筒に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、前記粉塵供給手段により前記燃焼筒に供給された前記植物性粉塵、及び前記圧縮空気供給手段により燃焼筒に供給された前記圧縮空気の混合物に着火させることで粉塵爆発を生じさせる着火手段と、前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発の爆風により駆動するタービンと、前記タービンの駆動により発電する発電装置と、を備えると共に、前記圧縮空気供給手段からの加圧空気と前記粉塵供給手段からの粉塵とが供給され、燃焼筒に近いほど圧力を高めた複数の加圧室と、前記加圧室間に設けた第１の開閉弁と、粉塵爆発前に開になることで前記加圧室に供給された圧縮空気と粉塵とを燃焼筒内に供給する第２の開閉弁と、前記粉塵爆発時には設定圧力を超えることで開になり、粉塵爆発後に燃焼筒内が負圧になった後に閉になる第３の開閉弁と、を備えた発電システムである。
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月20日(2011.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
植物を粉体にした植物性粉塵を爆発させる燃焼筒と、
前記燃焼筒に前記植物性粉塵を供給する粉塵供給手段と、
前記燃焼筒に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、
前記粉塵供給手段により前記燃焼筒に供給された前記植物性粉塵、及び前記圧縮空気供給手段により燃焼筒に供給された前記圧縮空気の混合物に着火させることで粉塵爆発を生じさせる着火手段と、
前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発の爆風により駆動するタービンと、
前記タービンの駆動により発電する発電装置と、を備えると共に、
前記圧縮空気供給手段からの加圧空気と前記粉塵供給手段からの粉塵とが供給される複数の加圧室と、
前記加圧室間に設けた第１の開閉弁と、
粉塵爆発前に開になることで前記加圧室に供給された圧縮空気と粉塵とを燃焼筒内に供給する第２の開閉弁と、
前記粉塵爆発時には設定圧力を超えることで開になり、粉塵爆発後に燃焼筒内が負圧になった後に閉になる第３の開閉弁と、を備えた発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、植物を粉体にした植物性粉塵を爆発させる燃焼筒と、前記燃焼筒に前記植物性粉塵を供給する粉塵供給手段と、前記燃焼筒に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、前記粉塵供給手段により前記燃焼筒に供給された前記植物性粉塵、及び前記圧縮空気供給手段により燃焼筒に供給された前記圧縮空気の混合物に着火させることで粉塵爆発を生じさせる着火手段と、前記燃焼筒内で生じた粉塵爆発の爆風により駆動するタービンと、前記タービンの駆動により発電する発電装置と、を備えると共に、前記圧縮空気供給手段からの加圧空気と前記粉塵供給手段からの粉塵とが供給される複数の加圧室と、前記加圧室間に設けた第１の開閉弁と、粉塵爆発前に開になることで前記加圧室に供給された圧縮空気と粉塵とを燃焼筒内に供給する第２の開閉弁と、前記粉塵爆発時には設定圧力を超えることで開になり、粉塵爆発後に燃焼筒内が負圧になった後に閉になる第３の開閉弁と、を備えた発電システムである。