(57)【要約】【課題】火山ガス雰囲気の中ではガスタービン駆動の化石燃料火力発電機も停止せざるをえない。太陽光発電の発電能力は相当低下するであろう。蓄電池で蓄電する意味もなくなる。【解決手段】火山ガス雰囲気の中でも発電できる駆動装置を殆ど持たない、変換器要素であるp型半導体（１１）とn型半導体（１２）からなる熱電気発電器を導入する。低温熱源と高温熱源とを関連つけて熱回収する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換器要素であるp型半導体（１１）とn型半導体（１２）を電気的には直列に、熱的には並列に接続してなる熱電気発電器において、
低温熱源は低温で清浄な燃料を内蔵する清浄燃料タンク（５１）及びポンプ（５２）及び低温冷熱管（４２）からなり、
ポンプ（５２）によって清浄燃料タンク（５１）から低温で清浄な燃料を低温燃料管（４２）に送り、低温燃料管（４２）を低温板（２）に接触せしめ、
低温で清浄な燃料は低温燃料管（４２）側面を介して低温板（２）から漏洩する熱を吸熱し高温で清浄な燃料蒸気となし、
高温熱源は高温燃料蒸気管（４１）及び混合筒（３１）からなり、
高温燃料蒸気管（４１）は低温燃料管（４２）に接続されていて低温燃料管（４２）から供給される高温高速な清浄な燃料蒸気が流れ、
混合筒（３１）は上端が開いており下端は上記高温蒸気管（４１）に接続されている円筒管であって、当該混合筒（３１）の下側側面には吸気口（３２）があり、
高温燃料蒸気管（４１）から混合筒（３１）下端に流入した当該高温高速な清浄な燃料蒸気が吸気口（３２）から火山性ガス含有空気を吸入し、当該混合筒（３１）の中で清浄な燃料蒸気と火山性ガス含有空気を混合し混合気となし、当該混合筒（３１）の上端から当該混合気を上方に噴出し燃焼させ高温を発生させ、
熱電気発電器の高温板（１）が当該熱を受熱することにより、
低温板（２）から漏洩する熱を回収しながら発電することを特徴とする排熱回収型熱電気発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大規模な火山噴火により地球規模で長期間に亘って、地球大気が火山ガス雰囲気となっても発電可能な発電装置である。
【背景技術】
【０００２】
火力発電機の1つにタービン式がある。駆動部分を持つ故、空気が微粒子を含有すると故障する恐れがある。ボイラを利用しての蒸気発電機でも、重要な駆動部分として送風機を持つ。一方、駆動部のない発電機の一つに熱電気発電器がある。
図１は熱電気発電器の１例である。変換器要素であるp型半導体（１１）とn型半導体（１２）を電気的には直列に、熱的には並列に接続して作動する熱電堆を組み立てる。各要素の端は交互に高温接点である高温側接点（４）及び低温接点である低温側接点（３）に接続されている。
高温側接点（４）及び低温側接点（３）は電気的にも熱的にも伝導性の良いものである。
各高温側接点（４）は高温板（１）に接している。各低温側接点（３）は低温板（２）に接している。高温板（１）及び低温板（２）は電気的には絶縁体で熱的には伝導性の良いものである。
高温板（１）を高温にし低温板（２）を低温にして温度差を作り、低温側接点（３）の両端を電線で接続すると電流が流れる。図中矢印は電流が流れる方向を示す。
高温板（１）は変換器要素へ熱を供給する。当該高温板（１）の熱源は多種多様で、通常は化石燃料の燃焼熱である。
低温板（２）は変換器要素から漏洩してくる熱を吸収する。吸収された熱は、通常は大気中に放散される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、想定外の規模の地震発生に伴って発生した想定外の規模の津波により、甚大な被害が生じた。津波ばかりに注目するのは危険である。例えば、大規模な火山噴火（米国イエローストーン国立公園、富士山）が突然発生すると、地球規模で長期間に亘って、地球大気が火山ガス雰囲気となってしまう。
火山ガス雰囲気の中ではガスタービン駆動の液体化石燃料火力発電機も停止せざるをえない。
太陽光発電の発電能力は相当低下するであろう。蓄電池で蓄電する意味もなくなる。
火山噴火は発生時期が不明で、影響期間も十年程度であろう。火山噴火に合わせた火力発電機を、清浄空気が得られる時にも使うのは経済性に問題がある。急に火山ガス雰囲気に耐えられる化石燃料火力発電機を建設しようとしてもすぐにはできない。
大気が火山ガス雰囲気になると、安全で無尽蔵のエネルギーとしての太陽光発電の効率が極端に低下してしまうから、太陽光発電規模相当は、火山ガス雰囲気に耐えられる液体化石燃料火力発電機を予備に持っておく必要があろう。火山噴火があることを考慮するなら、太陽光発電を蓄電池利用により、ミドルまたはベースロードとするのは問題である。太陽光発電規模は電力ピーク対応程度に抑えておくほうが無難といえる。
化石燃料火力発電機のうち、清浄大気である時期でも敢えて、火山ガス雰囲気に耐えられる化石燃料火力発電機としておかないと、夜間や梅雨時に電力需要を満たすことができなくなる。急に火山ガス雰囲気に耐えられる化石燃料火力発電機を作ろうにも1年は掛かるであろう。高齢者や幼児や病人のために必要な電力は一時も欠かすことができない。
自然環境が変わるのだから、風力発電の設置場所は最適な風環境ではなくなる。動的機器が多い風力発電は腐食や空中のゴミに弱いであろう。
一方、駆動部を持たない熱電気発電器は発電効率が低い。熱電気発電器を利用する発電ことにおいて、低温熱源及び高温熱源をどうするかが問題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
変換器要素であるp型半導体（１１）とn型半導体（１２）を電気的には直列に、熱的には並列に接続してなる熱電気発電器を利用する。
低温熱源は、低温で清浄な燃料を内蔵する清浄燃料タンク（５１）及びポンプ（５２）及び低温冷熱管（４２）からなる。
ポンプ（５２）によって清浄燃料タンク（５１）から低温で清浄な燃料を低温燃料管（４２）に送る。低温燃料管（４２）は低温板（２）に接触させる。
そうすると、低温で清浄な燃料は低温燃料管（４２）側面を介して、低温板（２）から漏洩する熱を吸熱する。低温で清浄な燃料は熱を吸熱することにより高温で清浄な燃料蒸気となる。高温になると体積が膨張するから、流速が速くなる。
高温熱源は、高温燃料蒸気管（４１）及び混合筒（３１）からなる。
高温燃料蒸気管（４１）は、低温燃料管（４２）に接続されていて低温燃料管（４２）から高温高速な清浄な燃料蒸気が供給される。
混合筒（３１）は、上端は開いており下端は上記高温蒸気管（４１）に接続されている円筒管である。当該混合筒（３１）の下側側面には吸気口（３２）が開いている。
高温燃料蒸気管（４１）から混合筒（３１）下端に流入した当該高温高速な清浄な燃料蒸気が吸気口（３２）から火山性ガス含有空気を吸入する。当該混合筒（３１）の中で清浄な燃料蒸気と火山性ガス含有空気を混合し混合気となす。続いて、当該混合筒（３１）の上端から当該混合気を上方に噴出し燃焼させ高温を発生させる。ただし、燃焼開始には点火の火種を擁する。燃焼開始の時だけマッチやガスライタで点火すればよい。信頼性を増すためには上端近傍に点火器を敷設する。
熱電気発電器の高温板（１）が当該熱を受熱することにより、低温板（２）から漏洩する熱を回収しながら発電することを特徴とする排熱回収型熱電気発電装置とする。
【発明の効果】
【０００５】
変換器要素であるp型半導体（１１）とn型半導体（１２）に対して、熱から電気への変換効率を高めるためには、その1つに熱伝導性能の悪いものが良いとされている。本発明では漏洩熱が回収できるため、半導体選定に当たり、熱伝導特性に留意することはない。電気伝導が良くて、ゼーベック係数が大きくて、作動温度が高い（融点が高いもの）p型半導体（１１）とn型半導体（１２）を選定すればよい。例えば硫化セレン（CeS）にバリウム（Ba）をドープした  n型半導体（１２）、ゲルマニウムテルル（GeTe）にビスマス（Bi）をドープしたp型半導体（１１）がある。その他、シリコン（Si）とGeの含有量が２０％〜３０％の合金は機械的にも高温特性もよいとされている。
ボイラーでは、燃料の燃焼効率を高めるために空気を温めている。火山性ガス含有空気を排煙で温めようとするには、耐食性を高めた送風機や配管にそれなりの対策が必要である。一方、本発明では清浄な燃料を温めて燃料の燃焼効率を高める。しかも、温めるためには、熱電気発電器からの排熱を利用している。更に、元のタンク内の清浄な燃料は冷たいから、熱電気発電器のための効率的な冷温源となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明により、雰囲気が火山性ガス含有空気であっても発電できる発電装置が提供できた。
【実施例１】
【０００７】
図２は本発明の排熱回収型熱電気発電装置の概観図である。
変換器要素であるp型半導体（１１）とn型半導体（１２）は電気的に直列に、熱的には並列に接続している。
低温熱源は低温で清浄な燃料を内蔵する清浄燃料タンク（５１）及びポンプ（５２）及び低温冷熱管（４２）からなる。
ポンプ（５２）によって清浄燃料タンク（５１）から低温で清浄な燃料を低温燃料管（４２）に送る。低温燃料管（４２）は低温板（２）に接触させる。
そうすると、低温で清浄な燃料は低温燃料管（４２）側面を介して低温板（２）から漏洩する熱を吸熱する。低温で清浄な燃料は熱を吸熱することにより高温で清浄な燃料蒸気となる。高温になると体積が膨張するから、流速が速くなる。熱除去が高くなり、低温板（２）は良好な低温熱源になる。
高温熱源は高温燃料蒸気管（４１）及び混合筒（３１）からなる。
高温燃料蒸気管（４１）は低温燃料管（４２）に接続されていて、低温燃料管（４２）から高温高速な清浄な燃料蒸気が供給される。
混合筒（３１）は、上端は開いており下端は上記高温蒸気管（４１）に接続されている円筒管である。当該混合筒（３１）の下側側面には吸気口（３２）が開いている。ブンゼンバーナはそんな混合筒（３１）を持った燃焼器である。
高温燃料蒸気管（４１）から混合筒（３１）下端に流入した当該高温高速な清浄な燃料蒸気が吸気口（３２）から火山性ガス含有空気を吸入する。高速な蒸気部分は、周辺大気である火山性ガス含有空気よりも圧力が低いから、火山性ガス含有空気は混合筒（３１）の中に吸引される。
当該混合筒（３１）の中で清浄な燃料蒸気と吸引した火山性ガス含有空気を混合し混合気となす。続いて、当該混合筒（３１）の上端から当該混合気を上方に噴出し燃焼させ高温を発生させる。
燃焼開始には点火の火種を擁する。燃焼開始の時だけマッチやガスライタで点火すればよい。火山性ガス含有空気は細粒子を含むからこれが保炎材となって、燃焼を安定的に持続させる。
信頼性を増すためには上端近傍に点火器を敷設する。
熱電気発電器の高温板（１）が当該熱を受熱することにより、低温板（２）から漏洩する熱を回収しながら発電することを特徴とする排熱回収型熱電気発電装置とする。
駆動部は燃料をタンクから管に送り込むポンプ（５２）のみである。燃料は従来通り清浄な燃料を使うから問題はない。
燃料としてLNG（液化天然ガス）を使えば、タンクの中で大気中からの熱を吸収して気体燃料になるが低温であるから周囲の空気よりも有効な低熱源となる。気体燃料は低温板（２）から漏洩する熱を吸熱回収して高温気体燃料となる。
上方に噴出した当該混合気を燃焼させる際、混合気が高温であるほど燃焼温度は高くなるから、吸熱回収した高温気体燃料は燃焼効果が高い。
熱は回収されるから、変換器要素であるp型半導体（１１）とn型半導体（１２）には熱伝導性能の低いものを要求する必要はない。
【産業上の利用可能性】
【０００８】
日本では、清浄環境を絶対視する多くの人々がいるから、地球大気が火山性ガスに満ちていても、排気ガスには配慮をせざるを得ないであろう。したがって、本発明の利用は海外であろう。
人、穀物畑、養鶏場が巨大ドームの中に入り、原子力発電をエネルギー源とするのが望ましいが、無駄な投資・原子力であるとの理由で日本では保険的設置は不可能であろう。
火山噴火が将来必ず起きることには無関心で、太陽光発電に固執し続けるのであろう人々の心は変えられないから、そんな日本人を納得させようとせずに淡々と海外に売っていかざるをえないであろう。
日本であれば太陽光発電へのバックアップ、保険として、予備の電気設備にはなりうる。駆動部が少ないからメンテナンス費用が安くなろう。
日本の発電大会社は太陽光発電会社が新規参入してこようとしていて、電気料金上昇は国指導で認めているのだから太陽光発電は買電で済ませようとするだろう。日本の発電大会社は自前で太陽光発電設備を大量に持つのは控えるであろう。その代わり、本発明の装置を準備することになろう。
大気が汚れているのだから、排気ガスを清浄にしても意味が無い。汚染燃料、汚染排気ガス発電でよいことになる。石炭燃焼蒸気発電は残るであろう。しかし、通常時には石炭燃焼蒸気発電は多く建設することは許してくれないであろう。
通常時に、太陽光発電には蓄電池が敷設されているが、太陽光が長期遮蔽されるなら効果がない。それに対して、通常時に蓄電池の代わりに本発明の装置を敷設しておけば、通常時の短期太陽光遮蔽から火山時の太陽光が長期遮蔽される場合までカバーできる。
微生物由来発電でも太陽光エネルギーが遮蔽されれば効率はわるくなろう。温室ガス作用も再生可能エネルギーにプラスに働くのかマイナスに働くのか不明であるから、再生可能エネルギーに偏るのは危険である。
結局、通常時にも使える本発明の装置を予備、待機電力として用意しておいたほうがよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】熱電気発電器の概観図。
【図２】本発明の排熱回収型熱電気発電装置の概観図。
【符号の説明】
【００１０】
１は高温板。
２は低温板。
３は低温側接点。
４は高温側接点。
１１はp型半導体。
１２はｎ型半導体。
３１は混合筒。
３２は吸気口。
４１は高温燃料蒸気管。
４２は低温燃料管。
５１は清浄燃料タンク。
５２はポンプ。
【図１】
2014170791.tif 000003
【図２】
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