JP2003020993A - 排熱利用組込式熱交換器を用いたスターリングエンジン発電システム - Google Patents

排熱利用組込式熱交換器を用いたスターリングエンジン発電システム

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JP2003020993A
JP2003020993A JP2002191234A JP2002191234A JP2003020993A JP 2003020993 A JP2003020993 A JP 2003020993A JP 2002191234 A JP2002191234 A JP 2002191234A JP 2002191234 A JP2002191234 A JP 2002191234A JP 2003020993 A JP2003020993 A JP 2003020993A
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heat
stirling engine
waste
hot air
heating chamber
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Katsuhiro Ito
勝弘 伊藤
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/12Heat utilisation in combustion or incineration of waste

Abstract

(57)【要約】 【課 題】本発明は、焼却可能な廃棄物、または廃タイ
ヤ、あるいは廃棄合成樹脂の焼却などに際して生ずる排
熱を利用して発電するスターリングエンジン発電システ
ムで、とくにスターリングエンジンのインコネ加温部を
カバーする受熱カバーの腐食を防ぎ、装置の長寿命化を
図ることを課題としている。 【解決手段】焼却装置から発生する排熱を、熱移送部を
介して隣接する二次燃焼装置に移送し、900℃から9
50℃に維持される加熱室に、受熱カバーの加熱室部分
をそれぞれ突出させ、内部に隔壁を先端を残して形成
し、300℃前後の熱風は熱風送入口から送入され、8
70℃から970℃前後に加熱されながらスターリング
エンジンのインコネ加温部を接触加温し、比例制御式補
助バーナーと温度センサで温度を制御し、スターリング
エンジンを駆動させて、スターリングエンジンに併設さ
れた発電機を発電させ、送入された熱風は熱風排出口か
ら加熱室の煙道寄りに排出され、煙道を介して加熱室の
熱風とともに外部に放出されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、紙器、木材など焼却可
能な廃棄物、廃タイヤ、廃棄合成樹脂などの焼却に際し
て生ずる排熱を効率よく利用して発電するスターリング
エンジン発電装置で、とくに、廃棄処分される材料を焼
却し、発生する多様な焼却熱を排熱として熱移送部2を
介し、二次燃焼装置3に移送し、二次燃焼装置3の排熱
を加熱室5に配設する互換性を持たせた組込式熱交換器
8を利用してスターリングエンジン12,20のインコ
ネ加温部13を接触加温して駆動させ、連設する発電機
14,22で発電し、組込式熱交換器8の受熱カバー
6,21の加熱室部分7,19を、比重3.1,融点約
2700℃の炭化珪素とし、受熱カバー6,21の腐食
を防ぎ、長寿命化することを特徴とする排熱利用の組込
式熱交換器8を用いたカセット式のスターリングエンジ
ン発電システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、排熱を利用した発電装置として、
ごみ焼却炉に連設した排熱回収ボイラと蒸気タービン発
電機を利用して発電し、エネルギーを回収するものなど
が見られるが、こうした蒸気タービン発電では、経済的
な発電は困難であり、放出エネルギーの大半は大気に放
散され、効率よく商用に利用されるものは殆ど無いとい
ってもよい。
【0003】また、焼却可能な廃棄物、廃タイヤ、廃棄
合成樹脂などの焼却にはてこずっていたが、これらの焼
却にともなう排熱の有効利用を図るばかりか、装置の損
傷を防止できるものも少く、環境に優しく、効率の良い
排熱を利用した発電装置が待たれていた。
【0004】また、可燃性ごみを焼却する焼却炉と、そ
の排ガスを吸引し排煙処理装置へ送風する誘引ファン
と、排ガスを大気中に放散させる煙突と、それらを結ぶ
煙道から構成されるごみ焼却装置もみられるが、装置の
腐食を引きおこすことが多いばかりか、装置の外側にス
ケールの付着がおき、そのために熱効率の低下が起き、
装置のメンテナンスも必要となっていた。
【0005】一方、スコットランドのロバート・スター
リングが発明した新しい熱機関のスターリングエンジン
は、低圧空気を使っており、原理的に高い熱効率も実証
されており、外燃機関の燃料の多様性の特徴を活かし、
熱源として熱源発生装置から発生する排熱を熱移送して
発電しようとするものもみられるが、排ガス煙道にスタ
ーリングエンジンの加熱部を直接配設し、熱源発生装置
から発生する熱源を、直接スターリングエンジンに連設
する受熱カバーにあてると、受熱カバーの腐食を引きお
こし、稼働して数か月も経たないで、外側のケーシング
が損傷してしまったり、スケールの付着により熱効率の
低下が起きることが多かった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、廃熱
回収ボイラや、蒸気タービン発電機が必要であったり、
設備の大型化が必要であるばかりか、中・小規模のごみ
焼却炉では、非効率であるため、中・小規模のごみ焼却
炉の排熱利用の有効活用を、効率よく図ることが期待さ
れているばかりか、焼却可能な廃棄物、廃タイヤ、廃棄
合成樹脂などの多彩な焼却装置を有効利用し、スターリ
ングエンジンの受熱カバーの腐食を防ぎ、スケールの生
成による熱効率の低下を防ぐことも課題となっている。
【0007】また、焼却可能な廃棄物、廃タイヤ、廃棄
合成樹脂など、焼却方法の多様な熱源を有効利用して発
電するスターリングエンジン発電装置が期待されている
が、装置の短命化を防止し、効率の良いスターリングエ
ンジン発電装置の開発が急がれている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため提案したもので、図面にしたがって詳細に説
明すると、紙器、木材など焼却可能な廃棄物の焼却、ま
たは廃タイヤの焼却、あるいは廃棄合成樹脂の焼却など
に際して生ずる排熱を利用して発電するスターリングエ
ンジン発電システムで、とくにスターリングエンジン1
2,20のインコネ加温部13をカバーする受熱カバー
6、21の腐食を防ぎ、装置の長寿命化を図ったもので
ある。
【0009】紙器、木材など焼却可能な廃棄物焼却装
置、または廃タイヤ焼却装置、あるいは廃棄合成樹脂焼
却装置などの焼却装置1から発生する排熱を、熱移送部
2を介して隣接する脱臭炉などの二次燃焼装置3に移送
し、該二次燃焼装置3と煙道4の間にフランジ17,1
8で挟持される加熱室5を配設し、900℃から950
℃に維持される加熱室5に、受熱カバー6の加熱室部分
7,19をそれぞれ突出させている。
【0010】また、加熱室5内に単一、または複数の比
例制御式補助バーナー9、23を配設し、組込式熱交換
器8の受熱カバー6の基部16を300℃前後の熱風送
入口10とし、内部にSUS310Sの隔壁11を先端
を残して形成し、300℃前後の熱風は熱風送入口10
から送入され、870℃から970℃前後に加熱されな
がらスターリングエンジン12のインコネ加温部13を
接触加温し、比例制御式補助バーナー9,23と温度セ
ンサで上限、下限の温度を制御し、スターリングエンジ
ン12を駆動させて、スターリングエンジン12に併設
された発電機14を発電させ、送入された熱風は熱風排
出口15から加熱室5の煙道4寄りに排出され、煙道4
を介して加熱室5の熱風とともに外部に放出されるよう
になっている。
【0011】さらに、受熱カバー6の加熱室部分7,1
9は、熱交換率が最大で、比重3.1,融点約2700
℃の炭化珪素(シリコン・カーバイド)を用い、単一、
または複数の組込式熱交換器8を互換性を持たせてカセ
ット構成で配設している。
【0012】該受熱カバー6の内部において、排ガスに
直接接触しない受熱部内部の隔壁11には、SUS31
0Sを用いている。
【0013】比重3.1,融点約2700℃の炭化珪素
(シリコン・カーバイド)と各種金属試料(熱抵抗鋳
鉄、Inconel,SUS310)を比較すると、腐
食試験で好成績であることが判った。
【0014】腐食試験では、炭化珪素と金属試料をそれ
ぞれ用意して、□30×t4mmに加工して比較試験を
行った。一方、焼却灰として、模擬灰(Nacl(塩化
ナトリウム):KCL(塩化カリウム):NaSO
(硫酸ナトリウム))を用意し、1000℃の雰囲気で
処理すると、常圧焼結炭化珪素では塗布された灰が溶融
して全面に付着しているが、腐食はほとんど進行してい
ないことが判った。これに対して、金属試料(熱抵抗鋳
鉄、Inconel,SUS310)では、溶融した灰
との反応が生じており、減量も目立っている。常圧焼結
炭化珪素の減量は、±0.00gと変化がみられないの
に対し、熱抵抗鋳鉄は、−1.91g、Inconel
は、−0.25g,SUS310は、−0.54gとな
り、常圧焼結炭化珪素は、焼却灰に対する耐腐食性の点
で金属試料に比べて、いずれも優れていることが判っ
た。
【0015】スターリングエンジン12,20は、シリ
ンダー内に一定量のガスを密封し、等温膨脹→等容冷却
→等温圧縮→等容加熱を繰り返す基本熱サイクルで、低
温熱交換器の給水を加熱して温水を得ることができるよ
うになっており、本発明に用いられる焼却装置は、80
0℃から950℃程度の熱源を発生させ、870℃以上
でスターリングエンジン12,20の稼働を助けるよう
になっている。
【0016】こうした熱源は、加熱され、昇温昇圧して
膨脹シリンダーに送られ、ピストンを押し下げ、発電機
を駆動させることになっている。
【0017】
【発明の効果】以上の構成よりなる本発明は、従来、利
用が徹底されなかった中・小規模のごみ焼却炉、乾燥
炉、溶融炉などから発生する熱源ばかりか、紙器、木材
など焼却可能な廃棄物焼却装置、廃タイヤ焼却装置、廃
棄合成樹脂焼却装置などの焼却装置から発生する熱源を
も有効利用することができるようになった。
【0018】熱源発生源の排ガスをスターリングエンジ
ン12、20に直接利用すると、それぞれのスターリン
グエンジンの受熱カバー6,21を傷めたり、腐食させ
たりしていたが、加熱室5内の受熱カバー6,21を比
重3,1,融点約2700℃の炭化珪素(シリコン・カ
ーバイド)とすることによって、腐食することを防止す
ることができるようになった。
【0019】また、高温で稼働されるので、従来のスタ
ーリングエンジンの駆動に比べて、長寿命化をもたら
し、発生する熱源を有効に利用できるようになり、効率
のよい発電をすることができるようになっている。
【0020】また、排ガスの接触部分をカセット式とし
ているため、取り外しが簡単で、熱効率を妨げている不
純物の堆積など、受熱カバー6,21の表面の定期的な
清掃が手軽にできるようになった。
【0021】シリンダー内に一定量のガスを密封し、等
温膨脹→等容冷却→等温圧縮→等容加熱を繰り返す基本
熱サイクルのスターリングエンジンを活用しているた
め、各種熱源を自由に共用し、スターリングエンジンの
出力で駆動する発電機で発電することができるようにな
っている。
【図面の簡単な説明】
【図 1】 本発明のスターリングエンジン発電システ
ムの加熱室の詳細断面図
【図 2】 本発明のスターリングエンジン発電システ
ムの構成図。
【符号の説明】
1:焼却装置 2:熱移送部 3:二次燃焼装置 4:煙 道 5:加 熱 室 6:受熱カバー 7:加熱室部分 8:組込式熱交換器 9:比例制御式補助バーナー 10:熱風送入口 11:隔 壁 12:スターリングエンジン 13:インコネ加温部 14:発 電 機 15:熱風排出口 16:基 部 17:フランジ 18:フランジ 19:加熱室部分 20:スターリングエンジン 21:受熱カバー 22:発 電 機 23:比例制御式補助バーナー 24:断 熱 材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】紙器、木材など焼却可能な廃棄物の焼却、
    または廃タイヤの焼却、あるいは廃棄合成樹脂の焼却な
    どに際して生ずる排熱を利用して発電するスターリング
    エンジン発電システムにおいて、紙器、木材など焼却可
    能な廃棄物焼却装置、または廃タイヤ焼却装置、あるい
    は廃棄合成樹脂焼却装置などの焼却装置から発生する排
    熱を、熱移送部を介して隣接する脱臭炉などの二次燃焼
    装置に移送し、該二次燃焼装置と煙道の間にフランジで
    挟持される加熱室を配設し、900℃から950℃に維
    持される加熱室に、受熱カバーの加熱室部分を炭化珪素
    材で構成した単一、または複数の組込式熱交換器を互換
    性を持たせてカセット構成で配設するとともに、加熱室
    内に単一または複数の比例制御式補助バーナーを配設
    し、組込式熱交換器の受熱カバーの基部を300℃前後
    の熱風送入口とし、内部にSUS310Sの隔壁を先端
    を残して形成し、300℃前後の熱風は熱風送入口から
    送入され、効率最大温度の870℃から970℃前後に
    加熱されながらスターリングエンジンのインコネ加温部
    を接触加温し、比例制御式補助バーナーと温度センサで
    上限、下限の温度を制御し、スターリングエンジンを連
    動駆動させて、スターリングエンジンに併設された発電
    機を発電させ、送入された熱風は、熱風排出口から加熱
    室の煙道寄りに排出され、煙道を介して加熱室の熱風と
    ともに外部に放出されるようにした排熱利用組込式熱交
    換器を用いたスターリングエンジン発電システム。
  2. 【請求項2】焼却装置から発生する排熱を、熱移送部を
    介して移送する脱臭炉などの二次燃焼装置と煙道の間の
    加熱室に、互換性を持たせて配設する組込式熱交換器の
    受熱カバーを突出させ、該受熱カバーは熱交換率が最大
    で、比重3.1,融点約2700℃の炭化珪素(シリコ
    ン・カーバイド)とし、排ガスに直接接触しない受熱カ
    バー内部の隔壁をSUS310Sとした組込式熱交換器
    を互換性を持たせてカセット構成とし、カセットの外装
    を断熱材とした排熱利用組込式熱交換器を用いたスター
    リングエンジン発電システム。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009156233A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Chubu Electric Power Co Inc スターリングエンジン発電装置
JP2012246884A (ja) * 2011-05-30 2012-12-13 Estir:Kk 振動源を有する排熱回収装置の設置方法及び排熱回収設備
JP2013130366A (ja) * 2011-12-22 2013-07-04 Lixil Corp 焼成炉
CN104279073A (zh) * 2013-06-18 2015-01-14 斯堪尼亚商用车有限公司 能量转换系统
JP2016183616A (ja) * 2015-03-26 2016-10-20 月島機械株式会社 流動層焼却設備
KR102188155B1 (ko) * 2019-09-18 2020-12-07 서울과학기술대학교 산학협력단 고체연료 직접연소 방식과 가스화 연소 방식을 이용하는 하이브리드 열공급 장치 및 이를 이용하는 열병합 발전 시스템

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Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20031202