スターリングエンジンST-5用バイオマス燃焼炉の開発                                                                     

 

スターリングエンジンは外燃機関で燃料を選ばないと云われていますが、エンジンに効率よく熱エネルギーを注入し、かつ大気中に有害物質を排出しないためには種々の工夫が必要です。

われわれは熱効率を重視しながら、種々の形態の燃料が使えるST-5スターリングエンジン用燃焼炉を開発しましたのでその概要を報告します。

 

スターリングエンジン用の燃料形態により、燃焼炉の構造は大きく変わります。どのような燃料を使うかを予め決める必要があります。

1.目標とする燃焼炉(どんな燃料が使えるか)

表―1にスターリングエンジンの燃料として使用可能な燃料をまとめてみました。

 

燃料名

形状

ターゲット

摘要

自然系

太陽熱

熱線

 

化石燃料系

重油、灯油

液体

補助燃料として

石炭

固体

 

天然ガス、プロパンガス

気体

補助燃料として

バイオ系

林業生成物

固体

木質チップ、ペレット、薪

農業生成物

固体

籾殻、藁、茎

畜産生成物

固体、

気体

(メタン)

敷き藁(乾燥物)

発酵メタンガス

廃棄物系

廃材(木材)

固体

木質チップ、ペレット、薪

廃油(てんぷら油など)

液体

 

プラスチック、ゴム類

固体

チップ化

紙、繊維、段ボール、

固体

裁断、チップ化

食物残渣

固体

 

表―1

ターゲット:◎印が使用できる燃焼炉の開発を目標とした。

2.燃焼形態の選定

燃焼炉の燃焼形態には直接燃焼方式とガス化炉方式があります。直接燃焼方式は、燃料を直接炉内で燃焼させ、そこで発生する熱(熱風)をスターリングエンジンの加熱ヘッドに与えるものです。ガス化炉方式は、炉内に燃焼物を入れ、酸素供給量を制限して燃焼物を部分的に徐々に燃焼させ、その過程で燃焼物を熱分解させ一酸化炭素、水素を得ます。そのガスを第二の燃焼炉に送り、そこで燃焼させスターリングエンジンを加熱させる方式です。この方式は種々実験した結果、ガス発生量にばらつきがあり、単独での使用は困難な結果がでており、他の燃料との併用が望ましいと云えます。

 

3.スターリングエンジンから見た燃焼炉形態

スターリングエンジンを効率よく作動させるためには、エンジンの加熱ヘッドから内部(作動気体)に如何に熱を注入できるかにあります。静かにヘッドを加熱(赤外線輻射など)するより、熱風をヘッドに吹きつける方がより効果的であることが実験の結果から分かってきました。われわれはこれを実現するために旋回燃焼方式を採用しました。図―1、写真―1にその構造を示します。

 

 

図−1旋回燃焼方式

写真―1旋回燃焼状態

 

 

写真―2はスターリングエンジンST-5と燃焼炉との結合動作テスト状況です。

写真―2スターリングエンジンとの結合テスト

4.スターリングエンジンST-5と燃焼炉との結合

今回開発したバイオマス燃焼炉とスターリングエンジンST-5の結合した側面図を図-2に示します。燃焼炉の開口部(エンジン挿入部)とエンジンとはこれも新たに開発したSUS製ベローズを用いております。これによりエンジンの振動による燃焼炉の破損を防止することができます。勿論炉内の熱風が外部に流出することをシャットアウトする機能は充分です。

また、エンジンヘッドや燃焼炉内の定期的なメンテナンスが容易に行なえるよう、エンジンを約500mm後方に移動できるような配慮もしております。

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