(57)【要約】【課題】ロケットストーブにスターリングエンジン発電機を搭載する構成において、調理スペースを設けた多機能構造とし、更に、長時間の発電・暖房・調理が可能で且つ、排気がクリーンな商用電源不要なロケットストーブ発電装置を提供する。【解決手段】ヒートライザー７で生成した高温・高速の燃焼ガスをスターリングエンジン発電機の熱源として利用し、わずかな燃料での効率的な発電を達成する。その後、廃熱を高温空間１７に導き、調理プレート１９での焼肉等の調理ができるように構成した。また、連続燃焼を達成する手段としてU型かまど５に複数個のローラ手段９を設けて、空気口１１からの空気供給を確実に確保すると共に、ローラ手段９のコロガリを利用して、複数の割竹の自重落下を促す構成とする。更に、燃焼により発生する置き炭の混じった灰の堆積物を灰落とし１２の開閉で台４に形成された灰落とし穴１３に落とし込む構成とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温・高圧の燃焼ガスを生成するヒートライザーおよび断熱空間を形成する外筒を有するロケットストーブにおいて、該ヒートライザーに同心状に所定の隙間で配置されるスターリングエンジン発電機の高温ヘッドおよび該高温ヘッドの下流側にある高温空間上に調理プレートを設けたことを特徴とするロケットストーブ発電装置。
【請求項２】
請求項１のロケットストーブ発電装置において、自動供給で連続燃焼を可能とし、更に、常に空気供給口を確保し、良好な燃焼を可能とする複数個のローラ手段を有するロケットストーブ発電装置。
【請求項３】
請求項１のロケットストーブ発電装置において、連続燃焼を可能とする灰落とし、灰落とし穴および灰処理プレートを有するロケットストーブ発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薪、建材、割竹等のバイオマス燃料を燃やし、ロケットストーブのドラフト効果（煙突効果）による高温・高速の燃焼ガスを利用して、スターリングエンジンへの積極的な入熱を促し、効率的な発電を行うバイオマス発電に関するものである。
発電のみならず余りの多くの廃熱を暖房と調理に積極的に利用でき、且つ、長時間の運転が可能な、外部商用電源不要の暖房・発電・調理可能な独立システムを提供する。そして、この発電システムは商用電源の無い離島、山間部および非常用のストーブ発電装置として適用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロケットストーブは素人でも簡単に製作でき、少ない燃料で手軽に強力な火力が得られるため、アウトドアーでの調理に利用され人気が出ている。
特に、ロケットストーブ発電には竹材が最も優れた燃料となる。割竹は竹に含まれる樹脂により、ガス化し易すく、燃焼した際に二次燃焼して高温の燃焼ガスが発生するためである。また、竹は、寒冷地を除き、国内、アジア全体に多く自生し、まとまって容易に入手でき、長期保存ができる。
【０００３】
ロケットストーブのドラフト効果とは煙突内外の温度差ΔＴ＝Ｔ0-Ｔ1がガスの温度差に逆比例した密度差Δρ＝ρ0-ρ1を生じることで、暖かいガスに浮力が生じ、煙突内に速いガス流速が発生する現象をいう。尚、一般的にガス流速は次式で表される。
Ｖ＝Ｃ√２ｇ・ｈ・（ＴiーＴ0)/Ｔi
ここでＣ：流量係数で通常は０．７程度でスターリングエンジンヘッド
が介在すると０．４程度に低下する。
ｇ：重力加速度で９．８ｍ/ｓ2
ｈ：煙突高さｍ
Ｔ0：外気の絶対温度  Ｋ
Ｔi：煙突内平均温度＝（Ｔ1+Ｔ0)/２  Ｋ
一方、スターリングエンジンのヘッドからの入熱量Qinは煙突内燃焼ガス温度Tiとヘッドの壁温度Twとの温度差に比例し、熱伝達率つまりガス流速に比例し、次式で表される。
Qin＝Ａ・α・（ＴiーＴw)
ここでＡ：ヘッドの表面積ｍ2
α：熱伝達率  Ｗ/（ｍ2・Ｋ)で燃焼ガスの流速Vに比例する。
このことからロケットストーブは高温で、且つ、高速の燃焼ガスを得るのに最適でスターリングエンジン発電に適している。特に、ロケットストーブの燃焼はφ１００〜φ１２０の小さな空間で行われるため、一般的な薪ストーブより燃料が少なくて高温・高速の燃焼ガスが容易に得られるのが特徴である。
更に、ブロアー等の補機を使用しなくても、前述のドラフト効果で新鮮な空気を積極的に吸い込むため、最小限の割竹（２〜４本）で効率的な発電が達成されるというメリットがある。
【０００４】
従来のロケットストーブはアウトドアー用として屋外での調理用にのみ短時間使用されているのが殆どである。このような従来のロケットストーブにスターリング発電機を搭載してしまうと、これまでアウトドアー等で利用してきた調理ができなくなり、発電のみの利用に限られてしまうことが想定される。
最近は煙突を立つ構造にして屋内の暖房にも利用ができるものが出ているが、一般的な薪ストーブに比較して、従来のロケットストーブは連続して長時間燃焼を維持することに問題があった。
理由は、ロケットストーブの場合は燃焼空間が狭く、少量の燃料しか投入できないため、ひっきりなしに燃料を投入する必要があるからである。また、長時間燃やしていると燃焼空間に灰や炭が堆積して空気供給口を塞ぎ、結果、不完全燃焼し、火力が低下したり、黒煙が発生するからであった。
ロケットストーブとスターリングエンジン発電機の組み合わせは、ベストミックスではあるが、ロケットストーブ本来の機能である調理ができて、更に、長時間の暖房・発電が可能な構造にすることで、独立型多機能バイオマス発電として大きな需要が見込める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２３９５９２
【特許文献２】特開２０１４−１１５０６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ロケットストーブにスターリングエンジン発電機を搭載する構成において、調理スペースを設けた多機能構造とし、更に、長時間の発電・暖房・調理が可能なロケットストーブ発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題の調理スペースを確保するために、Ｕ型かまど５に接続されたヒートライザー７の出口にスターリングエンジン発電機３の高温ヘッド１５を同心状に配置し、該高温ヘッド１５とヒートライザー７の隙間を通り、箱２１に形成された高温空間１７を介して煙突１６に燃焼ガスが流れるように配置し、該高温空間１７上に調理用プレート１９を形成した。
また、連続燃焼を達成する手段としてＵ型かまど５に複数個のローラ手段９を設けて、空気口１１からの空気供給を確実に確保すると共に、ローラ手段９のコロガリを利用して、複数の割竹の自重落下を促す構成とする。更に、燃焼により発生する置き炭の混じった灰の堆積物を灰落とし１２を開くことで、台４に形成された灰落とし穴１３に落とし込む構成とした。
更に、灰落とし穴１３に溜まった置き炭の混じった灰は、多数の空気穴を持つ灰処理プレート１４上で完全に燃えて残渣の少ない白灰まで燃焼し、該灰処理プレート１４を開くことで、ストーブ外に廃棄できる構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
ヒートライザー７で生じた高温・高速の燃焼ガスをスターリングエンジン発電機の熱源として利用し、わずかな燃料での効率的な発電が達成できる。一方、発電後の廃熱を高温空間１７に導き、調理プレート１９での焼肉等の調理ができるようにして、発電・暖房・調理が同時にできる多機能装置となる。
更に、長時間の運転が可能なように２つの機構を有している。１つは割竹のようなスチック状の燃料がローラ手段９により自重で落下し、燃料の補給のインターバルが長くなったこと。２つ目は燃焼中に置き炭が堆積して空気供給口が塞がれ、不完全燃焼を生じないように該ローラ９で空気口を確保しつつ、燃焼中でも、時々、灰落とし１２を操作して灰の堆積物を燃焼空間６から除去することで連続した運転を達成できる。
また、置き炭の混じった灰は容積が嵩むため、灰落とし穴１３に一旦、保留して、灰処理プレート１４に設けられた多くのパンチ穴からの供給空気で完全に燃焼せしめ、残渣の少ない白灰に変える。このような燃焼灰は畑の肥料としても利用価値がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は従来の調理機能だけのロケットストーブの構造を示す。
【図２】図２は本発明のロケットストーブ発電装置の全体を示す実施例である。
【図３】図３は本発明のロケットストーブ発電装置の燃料自動供給、灰落とし工程および灰処理工程の説明をしたものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
効率的な発電・暖房・調理の機能を満足し、長時間の連続運転が可能になるように燃料の自動供給および燃焼中でも燃焼空間に堆積した灰処理が可能で、燃焼用空気供給口を確保して常にクリーンな燃焼を維持できるロケットストーブ発電装置を提供する。
【実施例１】
【００１１】
図２は、本発明の全体を示す。ロケットストーブ本体２は台４に固定されたＵ形かまど５と該Ｕ形かまど５に垂直に差し込まれた円筒形状のヒートライザー７および該ヒートライザー７と同心状に断熱空間を８を形成するように配置された外筒２０でロケットストーブの燃焼部を構成している。そして、該外筒２０の上端部に固定された矩形の箱２１が横に延長し、該箱２１には高温空間１７が形成されて、その熱を受ける調理プレート１９が構成されている。更に、前記箱２１に形成された煙突穴１８から煙突１６に接続された排気系が構成されている。
煙突１６を設けたことでスターリングエンジン３の高温ヘッド１５とヒートライザー７の隙間における燃焼ガスの流速Ｖeは次式に示されるようになり、前述の従来のロケットストーブの流速Ｖよりも高速となり、発電性能を向上させる効果がある。
Ｖe＝Ｃ√2ｇ・ｈ・（ＴiーＴ0)/Ｔi    Ｖe＞Ｖ 
ここでｈ：煙突高さ＝ｈ1＋ｈ2  ｍ
Ｔ0：外気の絶対温度  Ｋ
Ｔi：煙突内平均温度＝（Ｔ1+Ｔ0＋Ｔ2)/３  Ｋ
一方、スターリングエンジン発電３は熱を吸熱するための高温ヘッド１５と熱を放熱するための冷却部２２から構成され、前記箱２１に倒立姿勢で固定され、そして、該スターリングエンジン発電機３の高温ヘッド１５は前記ヒートライザー７に所定の隙間で同心状に配置され、ヒートライザー７で発生する高温・高速の燃焼ガスの熱を受けて仕事をし、発電する構成となっている。
【００１２】
図３は本発明の灰落としと燃料自動供給を備えたＵ形かまど５の具体的構造を示す。Ｕ形かまど５はヒートライザー７との接続口以外に空気口１１とローラ手段９および灰落とし１２で構成されている。該ローラ手段９はローラ間にある割竹等の燃料が燃焼に伴いころがり落ちるように所定の角度をもたせて複数個配置されている。また、ローラ手段９の下部に適正な空気口１１を確保して、連続した良好な燃焼を確保する。更に、燃焼が長時間に及ぶとＵ形かまど５の燃焼空間６が灰や炭の燃えかすで次第に塞がるが、燃焼中でも灰落とし１２を手動で開くと灰かすが台４に形成された灰落とし穴１３と灰処理プレート１４間に溜まる構成となっている。その後、灰落とし１２が元の状態に締められて燃焼が継続される。灰処理プレート１４はパンチプレートで作られ多くの空気穴を有している。従って、前記灰落とし穴１３に溜まった灰カスは完全に燃え尽くし白灰になり、残渣が少なくなる。その後、該灰処理プレート１４を開くと前述の白灰は外部に廃棄される。この繰返しで連続燃焼が可能となり、暖房・発電が持続される。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
燃料として適している竹材は国内や南アジアでは多く分布し、入手し易い燃料である。しかし、樹脂成分が多く、より高温となるため高温腐食の課題があり、大規模発電用の燃料として利用されていない。しかしながら、より高温を必要とし、高温に耐えるスターリングエンジン発電には向いている。従って、個別分散型の小規模バイオマス発電としての用途が考えられる。また、１分以内の着火が可能で立ち上がりが早く、寒冷地で商用電源が積雪等で途絶えても、非常用暖房・発電としての需要も高い。
【符号の説明】
【００１４】
１  ロケットストーブ発電装置
２  ロケットストーブ本体
３  スターリングエンジン発電機
４  台
５  Ｕ形かまど
６  燃焼空間
７  ヒートライザー
８  断熱空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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