JPH09273729A - 熱発電焼却炉 - Google Patents

熱発電焼却炉

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JPH09273729A
JPH09273729A JP10456196A JP10456196A JPH09273729A JP H09273729 A JPH09273729 A JP H09273729A JP 10456196 A JP10456196 A JP 10456196A JP 10456196 A JP10456196 A JP 10456196A JP H09273729 A JPH09273729 A JP H09273729A
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JP
Japan
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incinerator
thermoelectric
power
thermoelectric element
heat
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JP10456196A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Ko
博 高
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NIPPON KURITETSUKU KK
Original Assignee
NIPPON KURITETSUKU KK
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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】 【目的】 焼却炉の燃焼熱エネルギ−を電気エネルギ−
に変換して、廃熱エネルギ−を有効活用するに当たり、
構造が簡単で安価なゴミ発電方式を実現し、焼却炉への
電気配線工事が不要な発電機能を有するオンサイト型の
焼却炉を得ることを目的とする。 【構成】 バ−ナ−やファン等の強制燃焼装置を備えた
焼却炉において、該焼却炉に投入された廃棄物の焼却燃
焼熱により起電力を発生する鉄シリサイド(FeS
2)系のような熱電素子と、蓄電池および電圧変換器
とを具備した熱発電手段、該熱発電手段により得られる
電力を、前記強制燃焼装置などの電源にする構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱電効果を利用して熱
エネルギ−を電気エネルギ−に変換する熱電素子を、焼
却炉の炉壁に取付けて、その焼却熱を有効利用する熱発
電焼却炉に関するものである。
【0002】
【従来の技術】熱電技術は、科学機器のうちで構造が簡
単でよく知られているもののひとつであり、熱電対が動
作するのと同じ現象のゼ−ベック効果に基づいている。
熱電対は構造が簡単で安価、それに信頼度が高いという
理由から広く温度計測や制御装置に使われている。しか
し、電力用としてはラジオアイソト−プ熱発電器(RT
G)以外には実用例がほとんどないのが現状である。
【0003】一方、1992年リオサミットといわれる
地球環境問題のサミットがブラジルで行われ、これを契
機に日本も国際公約として地球温暖化防止計画に参加す
ることになった。原子力や石油、石炭など色々なエネル
ギ−があるが、2000年に約3%は太陽光エネルギ−
などの新エネルギ−でまかなわないと、国際公約を実行
できないということになった。そこで新エネルギ−の導
入を加速しようと、政府は平成6年に「新エネルギ−導
入大綱」を閣議決定した。その流れの一環として科学技
術庁は平成7年度より未利用の廃熱を有効活用する熱電
技術の開発に着手することになった。現在、国内の一次
エネルギ−の約6割、石油換算で年間約2億キロリット
ルにもなる膨大な排熱エネルギ−が捨てられている。
【0004】そこで、焼却炉の廃熱を有効利用しようと
するゴミ発電が近年注目され始め出した。このようなゴ
ミ発電の方法は大きく分けて二つあるが、一つはゴミを
燃やす際に発生する焼却熱をボイラ−で回収し、発電機
を駆動する方式で、従来は発電機を回す蒸気の温度が低
く、発電効率は最大でも20%前後と低いことがネック
だったが、近年になりガスタ−ビンを併用して蒸気の温
度を高める「ス−パ−ゴミ発電(複合発電)方式」が登
場した。図4にこのゴミの複合発電の仕組みを示すが、
これは発電効率を25%程度まで高められるうえ、窒素
酸化物の排出が少ない点も注目されている。
【0005】もう一つのゴミ発電の方式は可燃ゴミを固
形燃料にして発電専用炉で燃やす技術である。回収した
ゴミから金属や土砂などを取り除き、消石灰などを加え
てペレット(丸薬)状に焼き固めるものであり、1キロ
グラム当たりの熱量は石炭の半分程度だが、成分が均質
で炉へのダメ−ジが少ないのが利点である。
【0006】しかし、上述のようなゴミ発電は大型焼却
炉に限られ経済的にも見合わず、現状では自治体が発電
設備を建設する場合、費用の7割が国庫補助となってお
り、自治体側の負担としては比較的軽いものである。
【0007】一方、焼却能力が1日当たり5トン以下の
小型焼却炉にあっては、従来のようなゴミ発電方式が適
用できず、廃熱の利用としては温水を得るにとどまって
いた。また、このような小型焼却炉は極めて小型なもの
を除き、ゴミを完全焼却させるために、バ−ナ−やファ
ン等を設置しており、これらの制御に商用電源が必要と
なるが、焼却炉までの配線工事は設置場所によっては大
変厄介になる場合もしばしば生じていた。
【0008】このような現状に鑑み、出願人らは熱エネ
ルギ−の有効活用として先に高温用熱電素子(特願平7
−109000)及び熱電素子埋込耐火材(特願平7−
150948)を出願したが、今までは考えられていな
かった小型焼却炉の電源確保として、構成が簡単で安価
な新しいゴミ発電方式のオンサイト型焼却炉が望まれる
ようになってきた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決するためになされたもので、焼却炉(主として小
型焼却炉)の炉壁に熱電素子を設け、廃棄物の焼却燃焼
熱により発生する電力を、焼却炉のバ−ナ−やファン等
の電源に利用することで、焼却炉までの電気配線工事を
なくすようにした熱発電焼却炉を得ることを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の熱発電焼却炉は、バ−ナ−やファン等の強制燃焼装置
を備えた焼却炉において、該焼却炉に投入された廃棄物
の焼却燃焼熱により起電力を発生する鉄シリサイド(F
eSi2 )系のような熱電素子と、蓄電池および電圧変
換器とを具備した熱発電手段により得られる電力を、前
記強制燃焼装置などの電源にする。
【0011】
【作用】本発明によれば、焼却炉の燃焼熱により起電力
を発生する熱電素子と、補助蓄電池および電圧変換器か
らなる熱発電手段を、焼却炉の強制燃焼装置の電源とし
ているので、構造が簡単で安価なゴミ発電方式となり、
焼却炉への電気配線工事が不要なオンサイト型の焼却炉
が実現し、焼却炉の廃熱エネルギ−を極めて有効に活用
することができるという作用を有する。
【0012】
【実施例】以下、本発明に関する実施例を図1、図2お
よび図3に基づいて説明する。
【0013】図1は小型焼却炉の一例を示す図である。
小型焼却炉は大型焼却炉と違い、燃焼室温度、排ガス温
度、排ガス量が大きく変化するため、燃焼条件が悪く温
度低下や局部的酸素不足などによる影響を受けやすく、
黒煙など未燃物質が出やすい傾向にある。従って、燃焼
条件をよくするため極めて小型なものを除き、通常はバ
−ナ−やファンを設置している。図1の小型焼却炉はフ
ァンのみを設置した例である。
【0014】ゴミなどの廃棄物は投入口3の扉を開け1
次燃焼室1内に投入し、焚口6よりマッチなどで点火す
る(バ−ナ−を設けて自動点火することもできる)。廃
棄物が着火し燃焼を始めれば操作盤2のスイッチを入れ
ファン5を作動させ送風を開始する。4はスプレ−ノズ
ルで、1次燃焼室の温度を熱電対温度計(図示しない)
で監視し高温(例えば850℃以上)になると水を噴霧
する。この水の噴霧は燃焼炉の炉壁保護もさることなが
ら、NOX (窒素酸化物)の抑制にもなり効果的な方法
である。
【0015】7は火格子揺動ハンドルで、火格子13を
揺動させ灰落し作業を改善したもので、焼却中に燃焼空
気の流通をよくすることができる。灰は灰室10に落
ち、灰出し口8より外部に取り出す。9は断熱基礎板
で、コンクリ−ト等の基礎床面(図示しない)と接して
いる。12は2次燃焼室で、廃棄物より発生した熱分解
ガスの大部分は、1次燃焼室1で燃焼するが、未燃ガス
や炭素粒子をこの2次燃焼室12でさらに燃焼させるも
のである。通常、2次燃焼室12にはたいていバ−ナ−
が設置されているが、バ−ナ−がない場合、1次燃焼室
1から可燃性ガスが連続的に2次燃焼室12に供給され
ないと2次燃焼室12の温度が下がり、黒煙が発生する
ことがある。11は煙突で排ガスを外部に排出させる
が、2次燃焼室12内の灰は掃除口14より外部に取り
出す。
【0016】15は2次燃焼室12内の燃焼熱および煙
突11の排ガス熱により起電力を発生する熱電素子部
で、多数の熱電素子から構成されている。図1では熱電
素子部15を2次燃焼室12内および煙突11の外面に
配しているが、この例に限らず1次燃焼室1の炉壁やそ
の他高熱部に設けてもよいことは勿論である。熱電素子
部15で発生した直流電力は、熱発電変換装置20にて
操作盤2やファン5に必要な交流電力に変換する。
【0017】図2は熱発電システムのブロック図であ
る。15は図1の符号で示したのと同様な熱電素子部
で、ここで発生した直流電力は電圧変換器16に入力さ
れるが、電圧変換器16は一種の直流−交流インバ−タ
である。熱電素子部15で生じる熱起電力は、焼却炉が
稼働し熱の発生を伴ったときに誘起する電力であるた
め、焼却炉の始動のために補助用として蓄電池17を設
ける。この蓄電池17には焼却炉の稼働中に発生する余
剰電力を充電させる構成としておく。18および19は
それぞれ100V出力回路および200V出力回路で、
100V出力回路18は例えば図1の操作盤2の電源
に、またファン5が200V動力用の場合は200V出
力回路19よりファン5に電力を供給する。なお、図1
の熱発電変換装置20は電圧変換器16と蓄電池17、
100V出力回路18および200V出力回路19より
構成したものである。
【0018】図3は熱電素子部の構成例を示す図であ
る。21は耐火材で、例えば耐火レンガや断熱レンガ、
キャスタブルなどであり、熱電素子22が貫通孔27の
中に素子支持材26でもって固定してある。素子支持材
26としては、例えばシリカアルミナ系の超高温用無機
繊維断熱材(セラミックファイバ−)で、低熱伝導率か
つ熱衝撃性に優れたものを用いる。25は耐熱性被覆材
で、例えば耐火性セラミックスと無機ポリマ−を主成分
とした耐熱性セラミックコ−ティング材であり、耐火材
21にコ−ティングする。28は耐熱性接着剤で、例え
ば加熱硬化型の無機接着剤で、成分としては耐熱性被覆
材25と類似のものである。熱電素子22は素子支持材
26とともに耐熱性被覆材25と耐熱性接着剤28で固
定される。23はヒ−トシンク(放熱板)、24は熱電
素子22より発生する熱起電力取出し用の出力端子であ
る。また、耐火材21の高温側をA、低温側をBとし、
熱電素子22の長さと幅をそれぞれLおよびWで示す。
【0019】ここで一例として、L=4cm、W=2.
5cm、断面積0.36cm2 (0.6cm×0.6c
m)、また高温側耐火材壁Aの温度を690℃、低温側
耐火材壁Bの温度を210℃とした場合、出願人らが先
に出願した熱電素子埋込耐火材(特願平7−15094
8)にて試作したFeSi2 セラミックの熱電素子を用
いると、熱電素子1個で取り出し得る電力は0.5
(W)である。いま、耐火材21の高温側Aの表面積6
25cm2 (25cm×25cm)とした場合、ヒ−ト
シンク23の大きさ(1.5cm×1.5cm×2.0c
m)や出力端子24の配線スペ−スなどを考慮すると、
耐火材1枚に少なくとも5×9=45個の素子を埋込む
ことができる。従ってこの場合、耐火材1枚より取り出
し得る電力は0.5(W)×45=22.5(W)であ
り、単位面積当たりの取り出し電力は22.5(W)×
16=360W/m2 となる。よって、焼却炉の操作盤
やファンに必要な電力を、一例として図3のような熱電
素子部の構成によって得ることができる。
【0020】
【発明の効果】本発明は、焼却炉の燃焼熱により起電力
を発生する熱電素子と、補助蓄電池および電圧変換器か
らなる熱発電手段を、焼却炉の強制燃焼装置等の電源と
しているので、焼却炉への電気配線工事が不要な、構造
が簡単かつ安価な発電機能を有するオンサイト型焼却炉
を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】小型焼却炉の一例を示す図である。
【図2】熱発電システムのブロック図である。
【図3】熱電素子部の構成例を示す図である。
【図4】ゴミの複合発電の仕組みを示す図である。
【符号の説明】
1 1次燃焼室 2 操作盤 3 投入口 4 スプレ−ノズル 5 ファン 6 焚口 7 火格子揺動ハンドル 8 灰出し口 9 断熱基礎板 10 灰室 11 煙突 12 2次燃焼室 13 火格子 14 掃除口 15 熱電素子部 16 電圧変換器 17 蓄電池 18 100V出力回路 19 200V出力回路 20 熱発電変換装置 21 耐火材 22 熱電素子 23 ヒ−トシンク(放熱板) 24 出力端子 25 耐熱性被覆材 26 素子支持材 27 貫通孔 28 耐熱性接着剤
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F23G 5/16 ZAB F23G 5/16 ZABB

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強制燃焼装置を備えた焼却炉において、
    該焼却炉に投入された廃棄物の焼却燃焼熱により起電力
    を発生する熱発電手段、該熱発電手段により得られる電
    力を、前記強制燃焼装置の電源にしたことを特徴とする
    熱発電焼却炉。
  2. 【請求項2】 前記強制燃焼装置が、補助燃料を使用す
    るバ−ナ−あるいは空気を強制送風するファン、もしく
    は前記バ−ナ−およびファンであることを特徴とする請
    求項1記載の熱発電焼却炉。
  3. 【請求項3】 前記熱発電手段が、熱電素子と、該熱電
    素子より得られる起電力を補助する蓄電池と、前記熱電
    素子および蓄電池が発生する直流電力を、前記強制燃焼
    装置に供給する交流電力に変換する電圧変換器、とであ
    ることを特徴とする請求項1記載の熱発電焼却炉。
  4. 【請求項4】 前記熱電素子が、鉄シリサイド(FeS
    2 )系遷移金属けい化物であることを特徴とする請求
    項1および請求項3記載の熱発電焼却炉。
JP10456196A 1996-04-01 1996-04-01 熱発電焼却炉 Pending JPH09273729A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180129203A (ko) * 2017-05-25 2018-12-05 박종헌 탄약박스와 열전기 발생을 이용한 캠핑 스토브
KR20200032317A (ko) * 2018-09-18 2020-03-26 김대희 열전발전을 이용한 폐기물 소각장치
JP2023175328A (ja) * 2022-05-30 2023-12-12 株式会社プランテック 間欠運転焼却施設及びその運転方法

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KR20180129203A (ko) * 2017-05-25 2018-12-05 박종헌 탄약박스와 열전기 발생을 이용한 캠핑 스토브
KR20200032317A (ko) * 2018-09-18 2020-03-26 김대희 열전발전을 이용한 폐기물 소각장치
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