JP2022174702A - 石油・石炭や固形バイオマス類、産業廃棄物等有機体を重複燃焼熱源化し蒸気変換する装置・システム - Google Patents

Abstract

【課題】石炭や産業廃棄物、固形バイオマス等を効率よく炭化させ、均一な二次燃焼させることで，燃焼エネルギーの最大化を図ると共に、ＮＯｘやＳＯｘの低減と環境への負荷低減とに寄与するシステム技術の開発と膨大な資源材料の存在する現場に移動可能な装置を提供する。【解決手段】燃焼措置内のバーナー炎又は固形バイオマス類・産業廃棄物等の一次燃焼炎を包み込む様に加熱された二次空気を高圧空気膜状に噴射し、より高温燃焼させる事で燃焼エネルギーの最大化を図る共に、牡蠣殻石灰粉末・石灰粉末の添加でＮＯｘやＳＯｘの低減と環境への負荷低減とに寄与する。【選択図】図２

Description

発明の詳細な説明

本発明は石油・石炭やバイオマス等有機体を乾溜炭化をして高品質燃料化し、重複燃焼発熱させ効率よく熱交換して高圧蒸気に変換し、蒸気タービンで回転動力に換え、その動力によって発電するシステム技術装置に関するものである。

生産と生活の結果として巷に満ちあふれる産業廃棄物的未利用資源は危機的な状況にある。その可燃物を焼却処分するにしても人の健康を阻害するに至る環境汚染をもたらすおそれもあり、その処理に膨大なコストの負担を強いられている。
しかし自燃力のある資源を高品質な燃料化し、有効に燃焼発熱熱源として効率よく熱交換し高圧蒸気に変換して発電出来れば、その資源価値は莫大なものとなる。そのシステム技術に立遅れがあり、普遍的な技術の開発が焦眉の社会的急務となっている。例えば、鶏糞の焼却後は、単なる産業廃棄物として処理されるが、高品質な炭化材に転換すれば、有機農業用の肥料として、ボカシ肥料の基剤としてその活用が広がる。

前項に鑑み本発明者は資源の有効な活用に参画し、それ等の資源を有効な熱に変換する具体的方策と技術を提言して来たので逐次記述する。
燃焼熱を利用する為に物質を燃やす行為は古来から連綿として行われている。限られた装置内で効率よく熱に転換するには燃焼雰囲気を高温に維持して発熱体を高温化し、その燃焼炎輻射熱線の電磁波化して可能な限り伝導熱面積を広く確保することである。一時燃焼火炎を包み込む高圧少量の斜め対向流送風手段によって具現された事象は、ステファン・ボルツマンの法則による事象でもあった。更に炉壁を遠赤外線放射機能の高い炉材を選んで構築し、負圧状況の中で最小限の空気量に限定する斜め高圧対向流送風との相乗作用によって燃焼炎を高温遠赤外線輻射熱線化する域にした。燃焼雰囲気の高温維持は炭素分子と酸素分子の各原子化工程の解離エネルギーを供給する効果ともなりうる。

物質が燃えるという化学反応は原子炭素と原子酸素がその条件を得て燃焼反応して熱を発生することであるが、その各分子状から各原子状になる為には膨大な解離エネルギーを必要とする。例えば分子状炭素と酸素が燃焼の場合３／４がそれに使われるので実際外部に利用されるのは１／４に過ぎない。結合エネルギー収支理論によると有機体が炭素状態に分解するには亦更に多くの解離エネルギーを奪われるので燃焼熱として外部にでる反応熱は目減りすることになり、有機体の熱量が小さいといわれるゆえんである。
発明者は未利用資源を効率の高い燃料とする為に、それが限りなく炭素分子状に近い炭化材とする目的で遠赤外線光波の力を借りる無酸素雰囲気の中で物体を燃やすことなく乾溜ガス化する化反応にたよって炭化する方法を追い続けて来た。ようやく純度の高い炭素材とコスト面でも社会に適用する段階に到達したので、その成果による炭化材或いは乾溜材化工程を経過した物材を燃料として効率的熱源に生かす本願に到達した。

燃焼と熱交換の効率を大幅にアップした蒸気によるベンチュリスクラバ機構によって、高熱の燃焼排ガスを誘引して高温融合変換蒸気化し、その圧力を回転力転換する接点となる蒸気タービンには合成正弦曲線を基調とした羽根形の蒸気タービンを開発した。それによって小規模装置で中圧大容量の蒸気も効率よくトルクの大きい回転力に変換できる。

炉壁を構築する新規材料の起源は非特許文献３，４，５，６の通りである。

高能率熱交換燃焼装置－特許第３０３０３２１号 成熟固体物質の吸引乾溜ガス化燃焼装置－特許第４２２００８３号 バイオマス乾溜ガス化燃焼熱変換発電装置－特願２００４－２０９２４１ 固形バイオマス又は石炭を燃料とする蒸気ボイラー－特許第４８２４８２７号 回転羽根による運送装置－（特許第２７１１４０２号） 蒸気タービン装置－特許第４３６７７３３号 吸引圧縮高圧送風機－特願２０１１－２８１２５０

化学反応はなぜ起きるのか－上野景平‐１９９３講談社 二匹目の電気うなぎ－電力中央研究所‐１９９３日本興業新聞社 ライフグリーン原石分析報告書－長野県精密工業試験場‐ ホウ酸溶液の高温処理で金属表面硬化（ポロン処理）－岩手製鉄（株）

前項の積み重ねを受けて、本発明者はその具体的利用目標について鋭意考察した結果、普遍的需要のある電気に変換再生することに目標を定めた。その未達の技術開発が進めば、廃棄物的未利用資源は厄介物転じて宝の山となる。本願は緊急を要する社会的要請の解決と確実な社会需要とを結ぶシステム技術の開発を目指す。具体的装置としては膨大な資源材料の存在する現場に移動可能な装置を造成することを目指す。

本システムを進めるいくつかの装置は機能面で遠赤外線放射機能炉壁を備えることが必須とされているので、まずその原材料の準備から始め、炉壁構築に進みたい。

本願装置の特徴である熱交換燃焼炉や炭化炉等の炉床と炉壁を構成する材料について考察説明する。
（１）ライフグリーンは石川県金沢市医王山に産出する石英祖面並に結晶メノー含有パーライト系岩で構成され平均した組成分はＳｉＯ２‐７５．５３％、Ａｌ２Ｏ３‐１３．３４％、Ｆｅ２Ｏ３－０．７６％、ＣａＯ－１．３３％、Ｎａ２Ｏ‐３．６５％、Ｋ２Ｏ－３．４３％、ＭｇＯ‐０・１６％、ＴｉＯ２－０．１２％等を含有する外、エマナチオン（ＲＨ）を含み、土中では酸素富化現象を呈、とにかく硬い特性をもつ。
（２）アルミナセメントは遠赤外線放射力も強く、各材料を混練するに当たってバインダーとして優れた性能を持っている。
（３）牡蠣殻焼成石灰‐牡蠣殻は５７％のＣＯ２を含有する炭酸石灰状で、それを１，２００℃のキルーンで焼いても２０％弱しか生石灰化せず４０％近いＣＯ２は炭酸石灰状のままである（岩手工技センター）
（４）特殊腐植物質を加工したマリネック抽出液（２０リットル）

前項３種を混和したものを高濃度ホウ酸複合化合液で混練すると漆黒の混合材の炉壁材となるので、分解した外壁鉄板に内装し、熱線放射型電気炉で窒素ガス置換焼成して組立てる。
初回熱処理時１，２００℃では溶解し、１，０００℃で安定した黒色材となり、窒素ガス置換では７００℃では陶器状となったので実施時の温度帯については慎重に検討を要する。
上記基材３種それぞれ遠赤外線放射機能につながる特性成分を持ち、更にマイナスイオンの磁性を帯びるといわれるものが数種あり、その合成放射機能への期待が高い。
また特許文献４、の取組み事象の例として複数材料を高濃度ホウ酸複合化液で練り合わせた際に前記牡蠣殻をキルーンで１，２００℃で焼成した白色の牡蠣殻燃成粉砕物を加えた時、その混合物が漆黒に変化した。乾燥後、電気炉で１，０００℃で焼成後の一関高専の分析結果では炭素の集積が非常に高い結果を得た。表図－１に示す様に炭素が重量で３０％で、分子数で５６％の数値からは他の基材からはその炭素が見出せず、４５％余の炭酸ガスを抱え込んでいるという牡蠣殻焼成粉砕物内の炭酸ガスが酸素を放出し炭素が残溜したとすればほぼ理解できる数値であり、牡蠣殻中の炭酸ガスが還元的分解反応し易いこと教えるものと考えれば、その後望外の牡蠣殻活用の希望を与えられた。本願での炉壁機能としての域では通電性は見られないとのことであったので、炉壁からの光波の発進に好影響への期待が高い。

表－１

本発明者は多様な物質循環策を開発しているが、膨大な未利用資源、特にも主題のバイオマスを燃料として有効な熱に変換するに当って、後述する燃焼等の利用技術以前に、資源を燃料化する前提について考慮すべきことについて学術文献に教導された。燃焼とは物質の燃えることであるが、それは物資がガス化、つまり炭素、酸素それぞれが原子化して結合反応する化学反応であり、その次元から越えねばならない原理がある。その反応の実態を検証すると、炭素原子と酸素原子が衝突反応して二酸化炭素となるに当って発熱する現象の熱収支法則がある。その基本に関わる木質系炭の純粋な炭素体の燃焼を例にして、現象の基礎である化学反応における総合エネルギー理論の観点から燃焼反応にかかるエネルギー収支の推移を知ることが、その後の技術対応の方向性を探る基礎となる。それを表－２に示す。

表－２

上記高温原子状炭素ガスと高温原子状酸素との結合反応の設定単位当りの総合熱量収支３８３ｃａｌのうち分子状炭素と分子状酸素との燃焼反応の場合では我々が利用出来るのは、ＣＯ２ガス化反応熱のうち吸熱分の差引余剰となる９５ｋｃａｌだけで、約４分の１という現実である。（グラファイトは炭素原子２ケの結合分子体）
上記反応熱を利用を目的とする立場からの検証結果に教えられて、バイオマス等有機体を物質循環する一端として燃料化を考えれば、限りなく炭素分子状に近づいた状態にすることが、限られた熱交換燃焼装置における効率向上の為に求められる。反対に、炭素分子体から遠ざかる有機体個体は解離吸熱反応を幾段階も重ねることになり、反比例してロスが多くなることを知ると共に、燃焼循環の重要さも思い知らされた。各因子分子に解離エネルギーを与える有機体素材を純炭素材（グラファイト）燃料にすることが資源再生のスタートになるという本願思考の起源である。

本発明者は木質系をはじめとするバイオマス等を燃料として発電需要につなげる前提として、グラファイトに限りなく近づける炭化手段を特許第４２２００８３号にたどりついたが、出願（平成１１年）後その原理を検証すべく次の手段を実施した。外熱による鉄箱の内側の遠赤外線放射機能のもとで、窒素ガス雰囲気（無酸素）のなかで乾溜変化によって得られた試験経緯結果を表－３に示す。

表－３

上記処理によって得られた炭化材（雑木乾燥材最大５×１０×１５ｃｍ角）は非常に軽いものであったが、岩手県工試の分析によると、グラファイト８，１００ｃａｌ／ｇとの対比で９４％～９８％の発熱量をもつ炭化材（７，５００ｃａｌ／ｇ）であることが確かめられ、奇跡的結果が得られ、その後の発想に重要な示唆となり、本システムのスタートとなる有機体を高能率燃料体に進化させるという方向性が定まった。また前記試験における鉄箱から吹出す気化ガスが、周囲からの加熱によって３５０℃段階で着発火したことも、その後の開発に重大な示唆を与えられた。

以下、主題について順を追って具体策を説明する。
（Ａ）－発明者は物質の燃焼熱を活かす立場から、燃焼を考える技術として高能率熱交換燃焼装置－特許第３０３０３２１号を発案しそれに基いた改善策を提案している。即ち、燃料比較対比で容積の大きい遠赤外線放射力の強い炉壁を備えた熱交換燃焼室（４５ｃｍ×４５ｃｍ×１８０ｃｍ炉）の中で、強い負圧に引かれ吸引空気で燃える燃焼物から発生する４リットルバーナー炎を包み込む様に炎の流れに対向し斜めに横断して単列或いはラッパ状の高温化された高圧空気膜を噴射して強烈な燃焼反応層を形成させて輻射熱バリア化し、それに包み込まれて燃焼炎が高温となって乾溜ガス化が進み、炎は輻射熱線化して周囲の間隙を有して並列された熱交換水管壁に輻射熱を直照射され、同時に熱せられた炉壁からは遠赤外線が反射されて水管の熱交換が進行し－対向流送風ガス化溶融燃焼と呼べるステファン・ボルツマン法則事象を典型的に活かせる技術である。
ステファン・ボルツマンの法則とは又放射線光波機能でもある。｛燃焼温度＋２７３℃｝４＝輻射熱線→電磁波（熱交換効率が高い）（特許文献１）

本項のステファン・ボルツマンの法則事象の現象を別の視点からみると、前記燃焼手段によって燃焼雰囲気を高めることは炭素分子、酸素分子に解離エネルギーを与えることになると共にその熱線の直進性を活かす熱交換手段効果になり、比例して燃焼反応熱が増えることになる。
バイオマス等を燃やして熱を求めるに際しては、その物質特性から越えなければならない課題が多いことを教えられた。段落番号００１２項で示している表－２によると、燃焼反応が起きるには、炭素と酸素がそれぞれ原子化しなければならない化学的定めがあり、それから遠く離れた有機体は解離吸熱反応を幾段階も越えなければならなので、効率的に燃焼反応熱を求めるには、まず素材を完全な炭素体に近づけなければならないという宿命にあることから、それに可能な限り近づきたい。段落番号００１２項に示した表－２から教えられた現象から本システム構成の目標が定まり、以下順序に示したい。

（Ｂ）‐バイオマス等有機体をグラスファイト態に進化させる一方法は次の通りである。
（イ）ハンマークラッシャーで細断した素材チップが自然流下する傾斜炉は（図‐１）横断面は底面を９０ｃｍとする長楕円半円形高さ１ｍで長さ１．８ｍの鉄板製で、炉内壁に遠赤外線機能壁を内装した傾斜炉２～３基を組合わせそれを設置する架台は５５°程度の傾斜として、素材が自然流下の状態に合わせて再調製し、炉底裏下に耐火レンガを側壁とする燃焼室を設けてバーナー熱源と対向流送風装置を組合わせた完全燃焼排ガス発生桟構としてその無酸素状排ガスを傾斜炉上部の通路より内部に吸引して流下材料を加熱する桟構を設け、頂部円形部分を下方から吸引負圧に引かれて発熱体の燃焼２次排熱ガスが流動する、上端に素材供給口を設け炉外に原料供給口を設け、下端面の上部に気化ガス排出口を、下端下部に炭化材の排出装置を設け、外部に水冷却スクリューを接続し、水又は蒸気による消火冷却機構を付設する。気化ガスは下端上部の排出口からの吸引力に引かれて降下し、排出口に連接するボイラーへの移送管を通ってボイラーに送られ燃焼される機構である。
前述の機構に基づき上端の素材供給口から素材チップが供給され、炉底面を流下するチップは炉上面を流下する発熱体の燃焼２次排ガス熱源と、炉壁からの遠赤外線光波との相乗作用を受けて過熱蒸気雰囲気のもと酸欠乾溜機構の作用が働き完全炭化材（グラスファイバー）への変化が進み、気化機能作用で発生した気化ガスはボイラーから負圧吸引力に引かれて下降しボイラーに吸い込まれる。
下端の炭化材排出口での状況を調べながら上部チップ供給装置からの供給量を調節する仕様となる。

（ロ）斜傾炉で発生した気化ガスは、炉と一体連接機構のボイラーに吸い込まれ燃焼される。そのボイラー構造は（図２）の様に立型円形で基部炉は炉壁１５ｃｍ厚の炉壁内径１ｍの高さ５０ｃｍの鉄板製で、気化ガス吸入口と対象位置に着火バーナー口を、周り中間位置に温度検知口を備え、熱交換部は、基部炉の上に内径１ｍで高さ８ｃｍ、巾８ｃｍの下端角型円周径管の上に高さ２ｍの５ｃｍ径管を２．５ｃｍの間隔をあけて円周配列し、上端に横巾８ｃｍ、高さ２５ｃｍで、上面を半円形の角型円周型管でつないで気水分離室として蒸気圧力弁を備え、熱交換本体の貫流水管の外側は遠赤外線放射機能炉壁材を内装（５ｃｍ厚）した鉄板外壁で囲み、内径２０ｃｍ径の煙突基部装置を備えた円形炉壁板で閉じる。煙突基部装置には煙突分流口を備え、対象位置に有意のパイプ穴と中間周位置に温度検知口を設け、上部には十分な吸引力のある煙突を立て、パイプ穴には有意径パイプに炉外位置にチャッキバルブで中継ぎの高圧送風機を備え、煙突中心位置で直角下降し、貫流水管長半分の位置に、下方鋭角のラッパ型高圧送風膜口装置を設け、熱交換水は貫流水管下端円周管にカスケードポンプで供給される。
吸引負圧力の強い煙突機能によって、炭化装置からの気化ガスがボイラー内に吸い込まれるとバーナーが噴射されガスは火災化し、炎が安定したなら着火バーナーは消され炉中段の高圧送風機構が作動して輻射バリヤが形成され、包み込まれた火炎は輻射熱線化し高率の熱線光波を貫流水管に直照射、或いは反射して熱交換機構が進行し熱交換水は蒸気化が進み圧力弁から噴出する。段落番号００１７、００１８項で高品質の燃料炭化の段階は経過した。

（Ｃ）－前項までの手段によって燃料有機体が高品質炭素燃料化されたことを生かしてそれを高率に蒸気にする手段を組立てる。そのボイラー段階は次の仕様による。
ボイラー本体は前項の気化ガス燃焼装置の一周り大きい基部炉壁内径（１．５ｍ）とし基部炉の高さも７５ｃｍ、貫流水管の長さも３．０ｍとし、特にボイラー炉肩から貫流水管下端の炉芯位置まで燃料移送燃焼装置を設置する。その装置は長楕円半円形の断面（底辺３０ｃｍ）の鉄板製で遠赤外線放射機能炉壁を内装し、上端に炭化材燃料供給タンクよりの供給装置を備え、その下端位置で水平開口し、その開口周囲に基部炉床に向けた斜め下方迎角度の一次燃焼用高圧空気噴射膜口パイプを設け、移送装置の上肩を送風管をのばし炉外にチャッキバルブを中継した高圧送風機に継ぐ。熱交換貫流水管関連装置や、二次燃焼用の対向流送風装置、基部炉の着火バーナー等の機器も装具されている。
上述装置の主な起動は、先ず基部炉の着火バーナーが作動し基部炉内壁や、燃料移送燃焼装置や外壁等が充分加熱され、それぞれ炉壁の熱線放射機能域に到達したなら、燃料供給機構が作動しグラファイトに近い燃料が流下しながら炉内外熱で熱せられた装置内の炉壁からの遠赤外線光波と酸欠乾溜機能の相乗機能によって炭素ガスが膨張し高温の一次燃焼空気膜に吸い出されて燃焼反応し火炎が基部炉床に吹き当り反転して上昇し、その一次燃焼炎が安定したら着火バーナーは消され、高温の二次燃焼の対向流高圧送風空気膜が噴射されて輻射バリヤが形成され、包み込まれた二次燃焼炎は輻射熱線化して光波を貫流水管に直照射、或いは反射して熱交換水への熱移転が急速に進み高圧蒸気となって気水分離室の蒸気圧力弁から噴出する。

（Ｄ）－前項によって効率よく発生した蒸気圧力を活用したべンチュリスクラバ機構によって煙突の排ガスを誘引し高温融合して中圧多量の高温過熱蒸気に変換する技術手段について、本発明者はバイオマスの乾溜ガス化燃焼熱変換発電装置（特願２００４－２０９２４１）によって提案しているが、本願ではその蒸気噴射機構を改良して提案した。通常のベンチュリスクラバ機構は、燃焼促進の為の強制吸引排気の場合や或いは集塵機の供給仕様に高温の排ガスを吸引移動させながら温度を低下させる（３００℃）の為に高圧大量の空気で誘引することが多く、通例、空気吐出口径３と煙道口径１０の断面比は７：７８である。

本願における該機構の目的は、高温の煙突排ガス熱（例４００℃）と一次高温強湿り蒸気（例２００℃－１５．８ｋｐ）との両気体の高温融合で更に高温の二次過熱蒸気（例２５０℃－４０．６ｋｐ）とすることを目指すので、両ガス体のみでそれを発象する必要に限定された条件のもとでラッパ型の蒸気噴射機構と膨張圧力緩衝推走機構によってその目的機能に近づくものである。前者は煙突機能管口径１０の拡大された管口径２０の周壁に達する鋭角全周方位噴射口により、管の全断面で吸引する改良タイプで、蒸気拡大吐出断面口径２０と煙道口径１０との断面比は３１４：７８で、４倍の断面で高温排ガスを吸引しながら混合し、融合蒸気化する。後者は融合蒸気の噴射口を包み込む後方全周囲から形成されたハート型空気室によって爆発的（２００℃－２５０℃、１５．８ｋｐ－４０．６ｋｐ）膨張圧力を緩衝して推送圧力に変換して集束された管口から二次過熱蒸気として噴出される。その噴出口は融合蒸気口より拡大され、逆流圧を防ぎながら次につなぐ。

（Ｅ）－蒸気タービンは入口と出口を備えたケーシングに内蔵された、合成正弦曲線を基調とした一次元形状の羽根形と有意の巾（高さ）を備えた羽根翼複数を偏芯取付配置と側板を組
合せた羽根車を、羽根翼外周端を有意にずらして複数並列固定した構成で所要の巾を確保した羽根車で構成され、各羽根翼間はバケット状となる。
回転軸は中空で羽根翼取付部間には羽根入射角度に近い通気孔が開けられている。２次蒸気吐出管口径より広い巾を有するタービンケーシングは、その入口で扁平末広がりとなって高圧蒸気を低圧に膨張させながら有意の角度で羽根に当てる構造で、タービン羽根車は羽根の特性から蒸気の衝動圧力Ｇ点が蒸気の流動慣性と共に移動して途切れることなく回転力価に変換し且偏芯取付配置によりトルクの大きい機能する仕事となる。ケーシングは蒸気滞留外周を有意に保持しているので、回転軸の通気孔からは羽根車の回転によって生ずる負圧に引かれて吸入される冷水によって回転軸が冷却されて軸受を保護し、羽根車の過熱も防ぎながら吐出口で蒸気温度を低下させて容積を縮小させる顕著なマフラー作用を発象して蒸気の流動が促進される。回転による流動慣性をスムーズに保持する羽根形特性は回転抵抗も少なく蒸気の放出も効率よく機能し、又偏芯取付配置による挺子機能も加わって、蒸気圧に比例する回転速度は程々でも蒸気圧力の大部分がトルクの大きい回転力に変換される中圧大容量の蒸気向きタービンである。

（Ｆ）－発電装置蒸気タービンの回転力は中速でトルクの大きい特性からそれを生かす発電装置は直径の大きい多極型発電装置を選択する。有意の直径の相対する外輪と内輪相対応の固定子外枠は回転軸を有する回転子内枠の軸受台座に固定され、外枠には多数の固定子が装着され、内枠には多数の回転子が装着されていて、内枠が回転すると固定子群には励起電流と電圧を生じて電気エネルギーとなり、システムの完結となる。
追加々筆すれば、段落番号００１８項のボイラーでの蒸気噴射事象は、チップ供給量を増量する装置においては変換二次過熱蒸気化を経て発電に至る機構に進展し得ることは当然で、炭化装置を移動可能規模とするか、定置大型規模とするかで選択し大型定置装置においては、炭化工程から発電までのシステム完結も可能である。

総括一順を追って詳述した本願を要約すると、木質系をはじめとするバイオマス有機体は物質の特性上、熱を求めて物体を燃焼するに当っては、原子状炭素と原子状酸素とが燃焼反応してＣＯ２となることが最善の熱源を得られるという文献からの教導を得て、まず燃料として分子状炭素（グラファイト）に進化させることを目指して、炭化処理手段にたどりつき、次の高効率熱交換を目指す貫流水管構成のボイラー炉の内で、炭化斜傾炉構造を小型化した燃料移送燃焼装置でグラファイト燃料を急速に炭素ガス化に進相し、一次燃焼空気膜で吸引燃焼反応し、炉床に当って反転上昇する火炎に二次燃焼対向流送風空気膜によりバリヤ化して包み込まれた一次火炎を輻射熱線化してその二次燃焼炎光波を貫流水管に直照射、反射して熱交換水を一次湿り蒸気化し、圧力弁より噴出するが、本願ではその一次蒸気の噴射圧を活用し改良ベンチュリスクラバ機構を応用して排気ガスを誘引融合して二次過熱蒸気に変換してより高圧の蒸気圧を得て、蒸気タービンを駆動し、その回転力に連動して直径の大きい多極型発動機を作動して発電し、本願システムの目標に到達した。

以上本願システムの手段及び作用について説明したが、それを生かす前提条件について補強する。
（１）．熱交換用の熱を求めて物体の燃焼と炭化等の関連手段を行うに際しては現今の強い加圧送風燃焼方法を避けて、吸引負圧炉環境での燃焼手段に改めることで、大巾な熱源化－輻射熱線化に近づき易く、併せてその光波が直射性であることを生かす熱交換機構装置は格段の熱交換効率を向上し得る。
（２）．熱を求め有機体を燃焼するに際しては、燃焼発熱とは原子状炭素と原子状酸素が反応してＣＯ２ガスとなり発熱するという文献教示をふまえて、そこに至るまで有機体は物質特性上多くの吸熱反応段階を経なければならない宿命にあることを如何にして経過せしめるかに基本的配慮を要することをシステム施行向上の要とすることを忘れてはならない。

発明の効果

本願は、発明者が出合った自然現象と文献からの教導の融合によってバイオマス有機体の特性を最大限生かしながら熱源に転換し蒸気に変換し回転力に換えて発電に至るシステムに仕上げ発案した。
今エネルギー資源をめぐる生産と消費課題、地球温暖化問題をめぐる先進国に対比する後進国間との軋轢、産業廃棄物と環境汚染との悪循環、等々地球規模での解決を迫られているやに見受けられるが、研究機関や大企業程、既存技術に固執したかに見える対応で、根元にある技術開発分野では立ち止まっている社会環境にしか見えない。
本発明者は自然現象の出遭いと学術文献の教導との融合によって本システムに進化したものだが、それは劇的と云える燃焼熱源化とその輻射熱線光波の直照射を生かす熱交換機構によって物質の熱転換を熱源まで高め得て広範な技術課題前進に大きく貢献し得ると信じているので、それが生かされることを切に祈っている。

対向流送風噴射装置 対向流送風噴射装置 対向流送風噴射装置 完全炭化状燃料を高率一次湿り蒸気にするボイラー（図３－イ）と、［図４］対向流送風噴射装置の組み合わせ図 発生蒸気を二次過熱蒸気にする変換装置（図３－ロ）の組み合わせ図 、蒸気タービン（図４－イ）と発電装置（図４－ロ）の組み合わせ図 （図４－ハ）は蒸気タービン断面図で、（図４－ニ）は発電機断面図

本願は多様なバイオマス等有機体を酸欠乾溜炭化した高品質燃料にして、限られた装置内で炭素原子となる解離エネルギーの必要度を最低にして燃料効果を高めたことを出発点として、発熱体に斜め対向流空気膜形成によって高温化するステファン・ボルツマン法則事象を発象させた熱源から相対的直射方法の熱交換を効率化し、得られた蒸気の蒸気圧をも活用する改良されたベンチュリスクラバ機構によって高温の排気ガスを誘引して高温融合転換蒸気に変換して、その中圧大容量の蒸気圧で合成正弦曲線を基調とした羽根形の蒸気タービンで回転力に転換し、そのトルクの大きい回転力で多極型発電機を回して発電するという多段階の機構を組み合わせたシステムに成る。
それぞれの段階の手段を支える機構は自然現象に教えられて開発されたものが多く、その最善の機能向上にはたゆまぬ努力が必要である。例えば炉壁の構成については燃焼化学反応に最適の触媒機能のある輻射熱線の放射力発生源というあまり情報の少ない分野もあり、乾溜、ガス化、燃焼反応に与える熱線光波の影響の大きさが知られて来たからである。それぞれを構成する機器の材質等も同様である。上述技術システムが多段的にわたることからそれに対応できる機構装置の構築の技術面と広範囲にわたる運用現場とを有意に連継して組織化することが決め手となり、併せて事業成果の電気活用分野の開発も急務で、例えば広い山中を移動する装置の電源としてのバッテリー化はまた遠方への一手段ともなる。

以下図面により各段階の手段操作について説明する。
１・ 図１―イ・ロは資材を炭化する傾斜炉で外殻鉄板１と内壁２と下底内壁２～１が装着されており下底裏下３を耐火レンガで支えられ、バーナー４の燃焼炎に対向流送風膜５を浴びて完全燃焼した排ガスが上昇して通路６から炉内に入りガス移送管７よりの負圧に引かれて下降し、気化ガスと共に図２のボイラーに送られる。資材供給装置８から資材が供給されると無酸素の２次排ガスの熱源とその熱に加熱された上・下の炉壁から発する輻射熱線を浴びながら底面を流下降しながら乾溜炭化されて水冷スクリュー９で排出される。
２． 図２は図１より排出された気化ガスを燃焼熱交換するボイラー装置で、基部炉１１の上に管径の半分の間隙を明けて貫流水管１５を円周形並列し上部は円周角形管で結んで気水分離室１６として圧力弁１７を備え、下端は円周角形下端連結管１２で結んでカスケードポンプ１８で注水する、貫流水管外側は炉壁１４を装着した外殻鉄板１３で囲い上部は煙突２０を備えた円板で閉じ、煙突管には高圧送風機２１を備えた送風管が挿入され直角下降して貫流水管中段高さに炉床に向けた下方迎角度の火炎に向けた高圧送風膜口２２が設けられ、図１からの気化ガスが移送管７を経てガス給入口１０からボイラーに吸入されると着火バーナー１９が作動して気化ガスは火炎となり安定したら着火バーナー１９は消され中段の対向流送風機構が作動して気化ガス炎は輻射熱線化して熱線を貫流水管１５に直照射・反射して貫流水を高温化して蒸気圧力弁１７を押し上げて流出する。これによって図１～図２の素材酸欠乾溜炭化工程は完了し高品質のグラファイト状炭素素材が集積される。
３． 図３―イはグラファイト状炭素燃料を用いて高率一次蒸気化する装置。基部炉２４の上に管径の半分の間隙を持たせて貫流水管２５が円周並列され下端は円周角形下端連結管２６で結ばれてカスケードポンプ２７を備え、上部は横幅が貫径の１．５倍で高さがその３倍で上部を円形とした円周角形上端連結管２８で結んで気水分離室２９とし圧力バルブ３０を備える。貫流水管外側は炉壁材３１を内装したボイラー外殻鉄板２３で囲い上部は煙突分離部３３を備えた煙突３４を装着した円板３２で閉じ、分離部上方にはダンパー３５を設ける。煙突基部に高圧送風機３６にチャッキバルブ３７で中継したパイプを挿入して煙突中心位置で直角下降し貫流水管中間高さ位置で止め、先端に下方迎角度ラッパ状の高圧空気噴射口管３８を設け２次燃焼炎輻射熱線化装置Ｂとする。
更にボイラー炉肩位置から貫流水管下端炉心位置まで燃料移送燃焼装置Ａを設置する。それは有意の半円形（内壁底面３０ｃｍ×高さ３０ｃｍ）の断面の炉壁材を内装し先端に下方迎角度ラッパ状の高圧空気噴射口管３９を設けるが、上方燃料供給装置４０と高圧の送風機４１と噴射口管をつなぐパイプは本装置の上背に設置する。
４． 図３－ロは上述ボイラーから発生する高圧一次湿り蒸気を受ける二次過熱蒸気変換装置で上述ボイラーの煙突分離部３３より分かれた煙突管４３からの高温排気ガスを図３―イから噴出させる蒸気の圧力を利用して誘引混和して二次過熱蒸気に変換する。蒸気管４４内の蒸気を噴出口４５より拡散噴出すると拡大空気室側壁４６に当たり膜状蒸気は集束して出口に放出される際に生じた負圧に引かれて煙突からの燃焼排ガスである高温のガス体が吸引されるベンチュリスクラバ機構が作動するので噴出源の一次湿り蒸気は高温ガス体とハート型空気室４７内で混合融合されて変換二次過熱蒸気４９に進相し一段と高圧力の蒸気となる。
５． 図４－イ・ハは上述二次過熱蒸気の推進圧力を受けて回転力に変換する機構のタービン装置である。回転室ケーシング５０に内蔵され軸受５１に支えられた中空の回転軸５２と共通の回転軸上の受動回転羽根車５３は、合成正弦曲線羽根形と有意の幅の羽根翼５４の４枚をそれぞれの基部となる円弧接点を回転軸フランジ５５の外周切線に重ね合わせて偏心配置して横板円板に取付けた羽根板複数枚を所要数組み合わせて成ると共に中空の回転軸フランジ５５の壁には羽根翼５４取付け位置に平行的斜めに搾孔されて外気の流通が共通しているので、高圧蒸気圧を有効に回転力に変換できると同時に、羽根翼裏側に生ずる負圧に引かれて回転軸を通して冷水が導入されると軸受５２を保護すると共に放出蒸気を冷却するマフラー機能となり、よりトルクの大きい回転力の維持増強に貢献できる。
６．図４－ロ・ニは上述の蒸気タービンの得られた回転力で駆動して発電する多極型発電装置である。回転室ケーシング５８には内側に多数の固定子５９が装着され、回転軸５２に支えられた内枠６０に多数の回転子６１が固定子５９に相対して装着されている。タービンの回転で内枠６０が回転すると外枠に装着されているは多数の固定子５９に電流と電圧を生じて、大きなエネルギーが得られるという仕様である。

改めていうまでもなく生産と生活にとって電気なしでは成り立たないことを踏まえた発明者の取り組みは本願までたどり着いた。これから先は発明の効果の項で述べたとおり、世界を上げての課題である産業基盤への貢献対策として特許技術の掘り起こしもその一策ではあるまいか！現在の社会環境は特許技術の活用に対して冷淡ではないかと感じる。
背景技術で述べた通り世界を上げての課題であるエネルギー資源の解決の一翼を担う省エネルギー技術、地球温暖化対策を迫られている資源消費問題、そして環境汚染をももたらす広範囲の産廃資源の解消策等々数えればその必要度は増すばかりに見受けられる。
本願は自然現象との出会いを生かし前述の課題に貢献することを願い複次段階の技術構築に努めて来た。
そして活用の道は単純ではなく、国家的目標を明確に立て、それぞれの段階でそれぞれの立場の関係者、中核となる企業等の有機的組織化によって、資源活用の結果として電気の生産と消費をつなぐ流通経路を構築して、より多くの人々の生活向上につなげて欲しいものである。その可能性は非常に大きいものがあるのではあるまいか！

１－外殻鉄板 ２－内壁 ２^～１－下底内壁 ３－下底裏下 ４－バーナー ５－対向流送風膜 ６－ガス通路 ７－気化ガス移送管 ８－資材供給装置 ９－水冷スクリュー １０－ガス吸入口 １１―基部炉 １２－円周角形下端連結管 １３－外殻鉄板 １４－炉壁 １５―貫流水管 １６―気水分離室 １７－蒸気圧力弁 １８－カスケードポンプ １９－着火バーナー ２０－煙突 ２１－高圧送風機 ２２－高圧送風膜口 ２３－ボイラー外殻鉄板 ２４－炉基部 ２５－貫流水管 ２６－円周角形下端連結管 ２７－カスケードポンプ ２８－円周角形上端連結管 ２９－気水分離室 ３０－圧力バルブ ３１－炉壁材 ３２－円板 ３３－煙突分離部 ３４－煙突 ３５－ダンパー ３６－高圧送風機 ３７－チャッキバルブ ３８－高圧空気噴射口管 ３９－高圧空気噴射口管 ４０－上方燃料供給装置 ４１－高圧送風機 ４２－着火バーナー Ａ－燃料移送燃焼装置 Ｂ－２次燃焼炎輻射熱線化装置 ４３－煙突管 ４４－蒸気管 ４５－噴出口 ４６－拡大空気室側壁 ４７－ハート型空気室 ４８－温度検知口 ４９－変換二次過熱蒸気 ５０－回転室ケーシング ５１－軸受 ５２－回転軸 ５３－受動回転羽根車 ５４－羽根翼 ５５－回転軸フランジ ５６－高圧蒸気導入口 ５７－蒸気排出口 ５８－発電機ケーシング ５９－固定子 ６０－内枠 ６１－回転子

対向流送風噴射装置 対向流送風噴射装置

Claims (8)

1. 一方に燃料投入口又は燃焼バーナーを設置された燃焼室内は、広い熱交換面積を持ち、多くの熱交換用水管が設置された構造とし、高い煙突又は炉外に設置された排気装置により炉内を弱い負圧状態に保ちながら、炉外に設置された高圧送風機より送風管で送られた高圧の対向流空気を噴射装置から、バーナー炎又は固形バイオマス類等の一次燃焼炎を包み込むように燃焼炎進行方向に対向して煙突排気口側から高圧空気が膜状に噴射され高温の二次燃焼される燃焼方法で、その高圧空気噴射膜は任意の角度と噴出孔の大きさと間隔と、任意の風量と風圧を持ち、一次燃焼炎進行方向に対して反対側排気口側から噴射装置より二次空気の高圧空気膜を噴出させ、一次燃焼炎外縁と二次空気膜との間で空間を設け二次燃焼させる燃焼方法で、二次燃焼用空気は高圧送風機から空気送風管で煙突や燃焼炉内を通り、加熱されるように設置され噴射装置へ送られる構造で、焼却炉として使用する時は内部を耐熱煉瓦又は耐熱キャスター等を装着し、下部に火格子とその下に焼却灰の排出スクリューを設置する構造とし、
   炉外の高圧送風機より、煙突内又は炉内で加熱されるように設置された高圧空気送風管から送風・加熱された高圧空気は、燃焼炉の大きさと形状に合わせ一次燃焼炎を包み込むように噴射される様に設置され、その形状はリング状管や直管、らせん状管、曲管等様々な形を持ち、単列又は複数列に設置された噴射装置の噴射口から噴射された加熱高圧空気で一次燃焼炎を膜状に包み込み、その高圧空気膜と一次燃焼炎との間で更に高温の二次燃焼できる空間を保つ様に任意の角度と間隔と噴出穴径を持った噴射装置・噴射口を設け、設置される場所は、煙突排気口側より中央に設置された方法と、燃焼炉の炉内壁に接して又は少し内寄りに配置された噴射口より高圧空気・高圧空気膜を噴射させる方法と、一次燃焼炎進行方向の途中で煙突排気口側から一次燃焼炎に向けて噴射する方法と、それぞれを組み合わせる方法とがあり、一次燃焼炎全体を包み込み二次燃焼炎を高温化することで、燃焼エネルギーを最大化し効率よく熱交換能力を高められる構造とし、
   ＮＯｘ低減を図る為に、一次燃焼炎を包み込むように噴射される対向流送風空気は、燃焼炉外の酸素冨化膜等を利用した酸素冨化装置で作られる酸素冨化空気を高圧送風機から送り込み、空気送風管が、煙突又は燃焼炉内・外で加熱できるように設置され、噴射口より噴射される構造とし、
   燃焼させるときの対向流燃焼システムは、排気ファンやベンチュリスクラバ機講を作動させ燃焼炉内を弱い負圧状態にし、その後バーナー点火又は有機体の燃焼が始まり、燃焼火炎が安定した後に一次燃焼炎への対向流送風を始まり高温の二次燃焼による高温燃焼が始まる。燃焼炉内は、バーナー炎・有機体火炎≦対向流送風空気膜≦排ガス排気量のバランスを保つ構造とシステムを持つ
   ことを特徴とする石油・石炭や固形バイオマス類、産業廃棄物等有機体を重複燃焼熱源化し蒸気変換する装置・システム
2. 一方に燃料投入口を設置された炭化炉は、外側を断熱材と鉄板で囲い、炭化炉内部の炉壁剤は、ライフグリーン、アルミナセメント、牡蠣殻焼成石灰を基本剤とし、前記３種に、マリネックス液で混練し、炭化炉内部の炉壁として内装し乾燥した後に、徐々に温度を上げながら加熱固化させ、又は分解して熱線放射型電気炉装置で窒素ガス置換加熱し、熱に反応して遠赤外線光波を発振する機能構造体となることと、
   炭化炉は横長の長方立方体で、その内部は上記炉壁剤で装着され、燃料は流動床上を移動する構造で、燃焼炉からの無酸素状排ガスが流動する煙突に取り付けたベンチュリスクラバ機構の中に一次蒸気を噴出孔より噴出させ、排ガスの一部を送風管より流入させ、過熱蒸気とし、炭化炉の外壁側面に配管された送風管を通り炉壁に開けた複数の噴出孔に接続された炭化炉外壁を保温したのち、噴出孔よりより噴出させ加熱、乾燥・炭化を促進させる構造で、
   ＳＯｘ除去が必要な合は、脱硫装置として牡蠣殻石灰粉末又は石灰の添加を行い、炭化することを特徴とする請求項１、請求項２記載を特徴とする石炭や固形バイオマス類、産業廃棄物等有機体を重複燃焼熱源化し蒸気変換して発電に至るシステム
3. 蒸気の受け入れ部と吐出部が開口されたケーシングに内蔵され、両端を軸受けで支持された回転軸と一体の回転羽根車は、燃焼炉からの排ガスに外部からの圧力蒸気による導入打撃推力を受けて回転し、その蒸気圧力を軸の回転力に転換する装置において、その回転羽根車は、中空の回転軸と通気が共通する設定された直径で中空構造の回転軸フランジに、選定された振幅と範囲の正弦曲線を合成して成る合成正弦曲線を基調とした羽根形と、一次元形状の有効な幅を備えた羽根翼が複数、それぞれの基部となる円弧切点を、特定位置に選定した回転フランジの外周接線に重ね合わせて偏芯配置し取り付けて成り、羽根翼両端を円板で囲うことによりそれぞれの羽根翼間はパケット状となり、その羽根車複数を、その仕上げ円周上に羽根翼外周端を均等に配置する様に組み合わせて必要な幅員を確保し、羽根翼間は仕上げ円周上に選定された振幅と範囲の正弦曲線の羽根翼を均等に配置して更に回転力の均質化を図る。
   更に回転軸フランジは中空の回転軸を通して外気の流通が共通しているので、羽根翼取り付け位置に近いフランジ壁には羽根翼と平行的斜めに搾孔され、回転に伴う空気の吸入が容易で負圧に引かれて外気が流通する機構と成っている。
   前記の機構構成のもとで強圧蒸気が導入されると、羽根車の羽根翼は蒸気の導入受けから排出されるまでその受動点（Ｇ）を移動させながら圧力を受け止めトルクの大きい回転力に転換すると共に、併せてその回転に伴う流動慣性によって羽根翼裏面に生ずる負圧に引かれる外気吸入が機能して回転軸軸受けを冷やしながら、吐出して蒸気を冷却し容積を収縮することによってマフラー機構に進相する二重の構成機構を有する構造であることと、
   石炭や固形バイオマス等有機体、産業廃棄物等を燃焼させ発電するための手段として、供給される循環水を急速に一次湿り蒸気に変換して圧力弁より噴出させる手段と、
   更にその蒸気圧を活用して煙突の排ガスを吸引するベンチュリスクラバ機能のハート型膨張圧力緩衝装置で二次過熱蒸気に変換させる手段と、
   前記二次過熱蒸気を合成正弦曲線羽形の羽根翼の受動回転する蒸気タービン装置で受けて回転力に転換すると共に羽根翼裏側の負圧を活かして中空の回転軸を通して冷水を吸引して軸受を冷やしながら放出蒸気も冷却収縮するマフラー機能を進行させてトルクの大きい回転力に転換させる手段と、
   そのトルクの大きな回転力で多極型発電装置を駆動して電気エネルギーを得る手段とを有する事特徴とする請求項１、請求項２記載を特徴とする石炭や固形バイオマス類、産業廃棄物等有機体を重複燃焼熱源化し蒸気変換して発電に至るシステム
4. 石炭や固形バイオマス類、産業廃棄物等有機体を流動床で燃焼する際、石炭に牡蠣殻石灰粉末を添加し、硫黄分を吸着させる手段と、
   燃焼炉内に噴射された微粉炭バーナー炎を二次燃焼する為に、横型の円筒形で一部分上部を開放した構造で、内部を耐火キャスター又は遠赤外線放射機能の炉壁を張り付け外部を鉄板で囲い、外壁側面に高圧空気送風から送空管を通って送られる加熱された高圧空気が炉壁に開けられた噴出孔より一次燃焼炎外縁に沿って燃焼炎が回転するように排ガス側に角度をつけて噴射されると共に、高圧送風機より炉内を通った送風管より送られた高圧空気噴射が加熱さ解放された円筒上部からと円筒末端先方より対向流送風による高圧空気噴射膜でさらなる高温化を図る構造で、ともに一次燃焼炎を包み込む位置とそれに適した噴射装置・噴射口を設け、高圧二次空気膜で高温燃焼による煤塵を低減できる
   ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３記載の石炭や固形バイオマス類、産業廃棄物等有機体を重複燃焼熱源化し蒸気変換して発電に至るシステム
5. 放射能汚染された膨大な森林、庭木、森林の腐養土などの固形バイオマスをチップにして、請求項１、請求項２記載の遠赤外線放射機能を持つ炉壁材を内装する炭化炉・燃焼炉で、バーナー炎又は固形バイオマス類の一次及び二次燃焼による無酸素状排ガスが流動する煙突に取り付けたベンチュリスクラバ機構の中に一次蒸気を噴出させ、加熱蒸気排ガスの一部を炭化炉の外側側面に配管された送風管を通り、炉壁に開けた複数の噴出孔よりより噴出させる構造で、排ガスを熱源として炭化炉に流入させ酸欠乾溜炭化して炭素状燃料に改質し、その際に生ずる気化ガスをボイラーに誘引して燃焼させ、グラファイト状の炭素状燃料を１次燃焼させ、その一次燃焼炎を高圧対向流送風膜に包み込み２次燃焼させ、熱交換貫流水管に熱交換して供給される循環水を急速に一次湿り蒸気に変換して圧力弁より噴出させる手段と、
   更にその蒸気圧を活用して煙突の排ガスを吸引するベンチュリスクラバ機能のハート型膨張圧力緩衝装置で二次過熱蒸気に変換させる手段と、
   前記二次過熱蒸気を合成正弦曲線羽形の羽根翼の受動回転する蒸気タービン装置で受けて回転力に転換すると共に羽根翼裏側の負圧を活かして中空の回転軸を通して冷水を吸引して軸受を冷やしながら放出蒸気も冷却収縮するマフラー機能を進行させてトルクの大きい回転力に転換させる手段と、
   そのトルクの大きな回転力で多極型発電装置を駆動して電気エネルギーを得る手段と、
   排ガスを冷却する水槽内に放射能吸着剤を入れ、その溶液に放射能を吸着させ、溶液の蒸発を防ぐ為、冷却水を循環させ放射能の拡散を防ぎ、濃縮荒れた溶液は減圧乾燥又はジェトバーナー等で乾燥減量する事と、
   放射能を含んだ排ガスを水槽内に誘引し、水槽内のプルシアンブルー溶液に吸着させ、溶液の水温上昇を防ぐ為に、熱交換装置で冷水による温度上昇を防ぐ構造で、溶液の濃縮は減圧乾燥、又はジェトバーナー等で行う
   ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３請求項４請求項５記載を特徴とする石炭や固形バイオマス類、産業廃棄物等有機体を重複燃焼熱源化し蒸気変換して発電に至るシステム
6. 水素を燃料とするバーナーは、請求項１の対交流送風による燃焼は、高熱を防ぐために、排ガス排出口付近にベンツリスクラバ機構の水蒸気噴出口から噴出させ高温下を低減化することと共にその噴出エネルギーを増大させ発電機の回転トルクを向上させる構造であることを特徴とする請求項１、請求項２記載の蒸気変換して発電に至るシステム。
7. 請求項１，請求項２で述べた対向流送風による一次燃焼炎の高温化による燃焼エネルギーの倍増する効率化と輻射熱線化による高い伝導熱の転換は燃料の節減とＣＯ_２の削減も可能となり、蒸気化と発電効率の向上につながるシステム。
8. 請求項４，請求項５のおける炭化装置から出る未燃ガスは脱硫・脱硝装置で処理後、Ｃ，Ｃ０・ＨＣＩの高いリッチガスとなり化学原料として、ＣＯ_２は油分を生産する緑藻の原料とすることを特徴とするシステム。

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