(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料と酸化剤としての酸素または過酸化水素とを高圧環境で燃焼させる燃焼器と、同燃焼器の燃焼熱を伝えられる吸熱装置を備えた熱サイクル機関とを有する高圧燃焼容器の排ガス処理システムにおいて、上記高圧燃焼容器で発生した排ガスを冷却して同排ガス中の水蒸気のみを凝縮し水として分離する排ガス冷却器と、同排ガス冷却器から排出された排ガスを冷却して同排ガスを液化二酸化炭素に凝縮する排ガス凝縮器と、上記排ガス冷却器から排出された排ガスの一部を上記酸化剤の供給ラインに戻す排ガス再循環用ファンとが設けられ、上記排ガス凝縮器から排出された上記液化二酸化炭素と上記排ガス冷却器から排出された上記水とを外部環境圧よりも高い圧力に加圧して排出口へ導くためのポンプ装置が設けられていることを特徴とする、排ガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、深海などの高い圧力環境のもとで、外部から空気の供給を受けずに動力を発生させる海中原動機における排ガス処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、潜水船などの海中原動機として、図２に示すようなものが提案されている。
すなわち図２において、符号１は高圧燃焼容器を示しており、この高圧燃焼容器１に設けた燃焼器７に、燃料タンク２内の石油などの炭化水素系燃料が燃料ポンプ３で加圧されて供給されるとともに、酸化剤タンク４内の液体酸素または過酸化水素からなる液体状酸化剤が酸化剤ポンプ５で加圧されて供給されるようになっている。
【０００３】
符号６は燃焼ガスで酸化剤を加熱し蒸発させる予熱器、符号８はスターリングエンジンなどの外燃式の熱サイクルにより熱を動力に変換する熱サイクル機関、符号81は熱サイクル機関８の吸熱装置（ヒータパイプ）、符号12は燃焼ガスを高圧環境に排出する排出口をそれぞれ示している。
【０００４】
上述の海中原動機では、燃料および液体状酸化剤は、少なくとも外部環境の圧力よりも高い圧力まで燃料ポンプ３および酸化剤ポンプ５により加圧されて、燃焼器７に送り込まれる。このとき、液体酸素などの酸化剤は予熱器６で排ガスから熱を受けて蒸発し気体となる。
【０００５】
燃焼器７は、少なくとも外部環境の圧力よりも高い耐圧性をもった高圧燃焼容器内１へ燃料および酸化剤を噴出燃焼させ、ここで生じた燃焼熱は同じく高圧燃焼器１内に設けられた吸熱装置81に伝えられる。熱サイクル機関８は吸熱装置81に伝えられた熱の一部を動力に変換し、残りの熱量を図示しない放熱装置により外部環境へ放熱する。高圧燃焼容器１から排出される燃焼ガスは予熱器６で熱量の一部を酸化剤に与えた後、排出口12に導かれる。
【０００６】
このとき、燃焼ガスの圧力は排出口12の外部環境圧力よりも高いので、そのまま外部へ放出される。
ここで、燃料ポンプ３および酸化剤ポンプ５はいずれも液体を圧縮するポンプであるので、深度が数百ｍの深海における外部環境圧力に対してもその圧縮所要動力はわずかであり、動力システムとして成立することができる。
【０００７】
また、燃焼器７から放出される排ガスの一部は、燃焼器内での純酸素燃焼による燃焼温度の上昇を抑えるため、排ガス再循環用ファン13をそなえた排ガス再循環ライン14により、酸化剤供給ラインに戻されるようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような従来の海中原動機は、外部環境圧力が数百気圧から千気圧以上となるような深度が数千ｍあるいは１万ｍ以上の深海では、高圧燃焼容器１や燃焼器７の耐圧性の点で実現困難となり、またそれ以上に燃料と液体状酸化剤とを混合拡散させて行なう燃焼反応そのものが成立不可能となるという問題があって、せいぜい数１０気圧の環境のもとでしか適応できない。
【０００９】
この不都合に対処するために、燃焼ガス（排ガス）を外部環境圧力まで圧縮して排出するコンプレッサを設けることも一応考えられるが、その圧縮に必要とする動力が熱サイクル機関の出力を上廻りかねないレベルとなり、動力源装置として成立しなくなる。
【００１０】
また、燃焼ガスを外部環境へ放出することをやめて、燃焼ガス中の水蒸気（Ｈ2Ｏ）を凝縮液化し、或いは二酸化炭素（ＣＯ2）を吸収液に吸収させることも考えられるが、この場合でもＣＯ2ガスの吸収装置が大容量のものとなり、潜水船の動力源システムとして適用できない。
【００１１】
また、排ガスの再循環ラインは排ガスライン同様高温状態となるため、燃焼圧力を上げる場合、高温高圧の厳しい条件となり、再循環用ファン等の諸装置は耐圧，耐温，気密性等の確保が困難となるなどの問題点もある。
本発明は、従来技術のこれらの課題を解決しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明の排ガス処理システムは、炭化水素系燃料と酸化剤としての酸素または過酸化水素とを高圧環境で燃焼させる燃焼器と、同燃焼器の燃焼熱を伝えられる吸熱装置を備えた熱サイクル機関とを有する高圧燃焼容器の排ガス処理システムにおいて、上記高圧燃焼容器で発生した排ガスを冷却して同排ガス中の水蒸気のみを凝縮し水として分離する排ガス冷却器と、同排ガス冷却器から排出された排ガスを冷却して同排ガスを液化二酸化炭素に凝縮する排ガス凝縮器と、上記排ガス冷却器から排出された排ガスの一部を上記酸化剤の供給ラインに戻す排ガス再循環用ファンとが設けられ、上記排ガス凝縮器から排出された上記液化二酸化炭素と上記排ガス冷却器から排出された上記水とを外部環境圧よりも高い圧力に加圧して排出口へ導くためのポンプ装置が設けられていることを特徴としている。
【００１３】
本発明では、燃焼ガスが二酸化炭素（ＣＯ2）および水蒸気（Ｈ2Ｏ）のみとなるような液体燃料および酸化剤が用いられている。ここで液体燃料としては炭化水素系の石油，プロパンなどで、微量の他原子が含有されていてもかまわない。また酸化剤としては液体酸素や過酸化水素が用いられる。
【００１４】
さらに、これらの燃焼反応熱を受けて動力を発生させる熱サイクル機関に熱を与えた後の排ガスを冷却器で水蒸気のみを凝縮させ、残りの排ガス温度を（例えば３０°Ｃ程度に）下げる。この排ガスの一部を排ガス再循環用ファンにより酸化剤の供給ラインへ戻すことによって、従来高温, 高圧での使用を余儀なくされていた排ガス再循環用ラインの使用温度を常温まで下げ、使用条件を軽減することにより、排ガス再循環ラインの諸装置、特に排ガス再循環用ファンの特殊性を低減させることができる。
【００１５】
排ガスは排ガス冷却器によって冷却されて排ガス中の水蒸気が液化される。その後、排ガス凝縮器によって、例えば圧力７ＭＰａの下で２８°Ｃ以下で二酸化炭素が凝縮液化される。液体になった水蒸気（水）および二酸化炭素を加圧ポンプによって外部環境圧力まで昇圧した後排出すればよいので、加圧のための所要動力もわずかであり、動力発生装置として成立する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の一実施形態としての排ガス処理システムについて説明すると、図１はその模式系統図である。
なお図１中図２と同じ符号はほぼ同一の部材を示している。
【００１７】
この実施形態の排ガス処理システムも、潜水船などに搭載される海中原動機を対象としており、燃焼器７で発生する燃焼ガスが、二酸化炭素（ＣＯ2）および水素（Ｈ2）のみとなるような燃料と酸化剤とが用いられる。
【００１８】
すなわち、燃焼容器１の燃焼器７に、燃料タンク２から石油などの炭化水素系燃料が燃料ポンプ３で加圧されて供給されると同時に、酸化剤タンク４から酸素または過酸化水素が酸化剤ポンプ５で加圧され、予熱器６で加熱・蒸発あるいは分解されて供給される。燃料および酸化剤は燃焼器７で混合燃焼し、燃焼熱は熱サイクル機関８の吸熱装置（ヒータパイプ）81に伝えられる。その後排ガスは排ガス冷却器９および排ガス凝縮器10の順に流れる。
【００１９】
排ガス冷却器９に冷却管91が、また排ガス凝縮器10に凝縮用冷却管101が設けられており、これらの冷却管91, 101に外部環境媒体が直接導かれるようになっている。なお、外部環境媒体により冷却された媒体を各冷却管91, 101に導入するようにしてもよい。排ガス冷却器９および排ガス凝縮器10でそれぞれ凝縮液化した水蒸気および二酸化炭素は、ポンプ装置11にて外部環境圧力以上の圧力に昇圧された後、排出口12から外部へ排出される。
【００２０】
また、排ガス冷却器９で水蒸気を取り除かれた排ガス（ＣＯ2）の一部が、酸化剤の供給ラインに排ガス再循環用ファン13により戻され、酸素（酸化剤）と混合されて、燃焼器７に送られる。
【００２１】
このように、この実施形態の排ガス処理システムでは、排ガス冷却器９で３００°Ｃ程度の常温まで冷却し、温度の低くなった排ガスを排ガス再循環用ファン13により、酸化剤の供給ラインに戻すようにしたため、排ガス再循環用ライン14の温度を常温にまで下げ、ライン14の諸装置の特殊性を低減することができる。また排ガス冷却器９および排ガス凝縮器10を設けることで、従来、ガスの状態で排出していた排ガスを水と液化二酸化炭素とに液化させるとともに、これらをポンプ装置11で加圧することによって、従来技術では成立困難であった外部環境圧力が数百気圧から千気圧以上すなわち深度が数千ｍから１万ｍ以上の深海においても、排ガスをわずかの動力を消費するだけで昇圧して排出することができ、高い効率の動力発生原動機を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の排ガス処理システムによれば次のような効果が得られる。
(1) 冷却して温度が低くなった排ガスを排ガス再循環ファンにより酸化剤の供給ラインに戻すようにしたため、排ガス再循環ラインの温度を常温にまで下げることができ、排ガス再循環ラインの諸装置の特殊性を低減することができる。
(2) 排ガス冷却器および排ガス凝縮器を設けることで、従来、ガスの状態で排出していた排ガスを液化させることができるとともに、これらをポンプ装置で加圧することによって、従来技術では成立困難であった外部環境圧力が数百気圧から千気圧以上すなわち深度が数千ｍから１万ｍ以上の深海においても、排ガスをわずかの動力を消費するだけで昇圧して排出することができ、高い効率の動力発生原動機システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態としての排ガス処理システムをそなえた海中原動機の模式系統図。
【図２】  従来装置の排ガス処理システムをそなえた海中原動機の模式系統図。
【符号の説明】
１  燃焼容器
２  燃料タンク
３  燃料ポンプ
４  酸化剤タンク
５  酸化剤ポンプ
６  予熱器
７  燃焼器
８  熱サイクル機関
９  排ガス冷却器
10  排ガス凝縮器
11  ポンプ装置
12  排出口
13  排ガス再循環用ファン
14  排ガス再循環ライン
81  吸熱装置
91  冷却管
101  凝縮冷却管
【図１】
0003702070.tif 000002
【図２】
0003702070.tif 000003