(57)【要約】  【課題】  熱効率の高い蒸気発生装置および発電装置を実現すること。  【解決手段】  直径が１ｎｍ以下の原子状炭素を水管２内の水に混在させ、また燃料として用いることにより、水から効率的に蒸気を発生させる。原子状炭素を電熱ヒータ３により加熱すると中赤外線を多量に発生させて水管２内の水を分子レベルで激しく振動させて内部熱を発生させる。これにより、外部加熱だけの場合に比べて飽和温度に達するまでの時間が短くなり、高い熱効率を得ることができ、発電コストを低下させることができる。また、炭化水素燃料を使用しなくても済むので、炭酸ガス等の有害ガスの発生量も抑えることができ、環境対策に大いに役立てることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水管内の水に直径が１ｎｍ以下の原子状炭素を混在させて加熱することを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項２】
直径が１ｎｍ以下の原子状炭素からなる燃料を用いて水管内の水を加熱することを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項３】
炭化水素燃料に直径が１ｎｍ以下の原子状炭素を混在させた燃料を用いて水管内の水を加熱することを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項４】
前記水管内の水に直径が１ｎｍ以下の原子状炭素を混在させたことを特徴とする請求項２または３に記載の蒸気発生装置。
【請求項５】
前記水管内の水に対し原子状炭素を５重量％から１０重量％の範囲で混在させたことを特徴とする請求項１または４に記載の蒸気発生装置。
【請求項６】
前記水または燃料を７０℃から４５０℃の範囲で加熱することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の蒸気発生装置。
【請求項７】
前記水または燃料を電気ヒータにより加熱することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の蒸気発生装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の蒸気発生装置を用いた火力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内の水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置およびこの蒸気発生装置を利用した発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボイラ等の蒸気発生装置から発生させた水蒸気により蒸気タービンを回転させて発電する発電装置が知られている。このような発電装置は、規模の大きなものは火力発電装置として知られ、発電装置の中心的存在となっている。また、このような水蒸気で蒸気タービンを回転させる発電システムと灯油や軽油などの燃焼ガスでガスタービンを回転させて発電するシステムとを組み合わせたコンバインドサイクル発電装置も知られている。コンバインドサイクル発電装置は、熱効率が優れており、この熱効率をさらに改善するための提案が種々なされている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２６３９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の蒸気を利用した発電装置は、蒸気発生装置内の水が、外部から加熱されて水蒸気を発生させる飽和温度に達するまでに時間がかかり、熱効率をさらに向上させる上で限界があった。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、簡単の構成で熱効率の優れた蒸気発生装置および発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の蒸気発生装置は、水管内の水に直径が１ｎｍ以下の原子状炭素を混在させて加熱することを特徴とするものである。ここで、原子状炭素とは、炭素原子１個あるいは数個（せいぜい４〜５個）の結合体が他の物質と結合せずに単体の状態で存在しているものをいい、炭素原子の結合体からなるフラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、グラファイトなどとは異なるものである。このような原子状炭素は、理想黒体に近い波長６〜１４μｍの中赤外線を多量に発生させ、強い熱深達力および熱振動反応特性を有している。したがって、この原子状炭素を炉内の水の中に混在させて外部から加熱すると、水を分子レベルで激しく振動させて内部熱を発生させるので、外部加熱だけの場合に比べて飽和温度に達するまでの時間が短くなり、水の沸点１００℃よりも低い８５℃程度から盛んに蒸気を発生させ、高い熱効率を得ることができる。また、この高い熱効率により、使用する炭化水素燃料の使用量を減らせるので、発電コストも低減できるとともに、炭酸ガス等の有害物質の発生量も抑制することができ、環境対策に大いに役立てることができる。
【０００６】
また、本発明の蒸気発生装置は、直径が１ｎｍ以下の原子状炭素からなる燃料を用いて水管内の水を加熱することを特徴とするものである。原子状炭素からなる燃料を加熱すると中赤外線が多量に発生するので、蒸発器内の水を分子レベルで激しく振動させて内部熱を発生させる。これにより、従来の炭化水素燃料による加熱に比べて水が飽和温度に達するまでの時間が短くなり、水の沸点１００℃よりも低い８５℃程度から盛んに蒸気を発生させるので、高い熱効率を得ることができる。また、この高い熱効率により、使用する炭化水素燃料の使用量を減らせるので、発電コストも低減できるとともに、炭酸ガス等の有害物質の発生量も抑制することができ、環境対策に大いに役立てることができる。
【０００７】
また、本発明の蒸気発生装置は、炭化水素燃料に直径が１ｎｍ以下の原子状炭素を混在させた燃料を用いて水管内の水を加熱することを特徴とするものである。石炭、石油、天然ガス、都市ガス、メタノール、エタノール等の炭化水素燃料に原子状炭素からなる燃料を混在させて燃焼させると、原子状炭素から中赤外線が多量に発生するので、蒸発器内の水を分子レベルで激しく振動させて内部熱を発生させる。これにより、従来の炭化水素燃料による加熱に比べて水が飽和温度に達するまでの時間が短くなり、水の沸点１００℃よりも低い８５℃程度から盛んに蒸気を発生させるので、高い熱効率を得ることができる。また、この高い熱効率により、使用する炭化水素燃料の使用量を減らせるので、発電コストも低減できるとともに、炭酸ガス等の有害物質の発生量も抑制することができ、環境対策に大いに役立てることができる。
【０００８】
また、本発明の蒸気発生装置は、上記の原子状炭素燃料または原子状炭素燃料を混在させた炭化水素燃料を用いた蒸気発生装置において、前記水管内の水に直径が１ｎｍ以下の原子状炭素を混在させたことを特徴とする。これにより、原子状炭素燃料または原子状炭素燃料を混在させた炭化水素燃料を加熱することにより発生する中赤外線が、水の中に混在させた原子状炭素から発生する中赤外線を共振させるので、さらに大きな熱エネルギが得られ、熱効率を一段と向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の蒸気発生装置は、水管内の水に対し原子状炭素を５重量％から１０重量％の範囲で混在させたことを特徴とする。水管内の水に原子状炭素を混在させる割合は、５重量％よりも少ないと中赤外線の発生が少なく、また１０重量％で中赤外線の発生が飽和するので、５重量％から１０重量％の範囲が好ましい。
【００１０】
また、本発明の蒸気発生装置は、前記水または燃料を７０℃から４５０℃の範囲で加熱することを特徴とする。原子状炭素を加熱する温度は、７０℃よりも低いと中赤外線の発生が少なく、また４５０℃よりも高いと原子状炭素がグラファイト化して所期の原子状炭素の効果が得られないので、７０℃から４５０℃の範囲が好ましい。
【００１１】
また、本発明の蒸気発生装置は、前記水または燃料を電気ヒータにより加熱することを特徴とする。原子状炭素は、燃焼することなく、加熱するだけで高温度に発熱するので、原子状炭素を混在させた水または原子状炭素燃料を含む燃料を電熱ヒータを用いて加熱することにより、有害な燃焼ガスが発生することもなく、環境対策に大いに役立てることができる。
【００１２】
また、本発明は、上記した蒸気発生装置を用いた火力発電装置であり、種々のタイプの火力発電装置に本発明の蒸気発生装置を適用することにより、熱効率の優れた発電装置を実現することができる。本発明の蒸気発生装置が適用される火力発電装置としては、内部の水を加熱して水蒸発を発生させる蒸発器と、蒸発器から発生した水蒸気により原動機を回転させる蒸気タービンと、蒸気タービンからの水蒸気を回収して水に戻す復水器と、復水器からの水を蒸発器に還流させる給水ポンプとを少なくとも備え、燃料として石炭、石油、天然ガス、都市ガス、メタノール、エタノール等の炭化水素燃料を使用するものや、蒸気タービンと燃焼ガスにより回転するガスタービンとを組み合わせたコンバインドサイクル発電装置等が含まれる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、直径が１ｎｍ以下の原子状炭素を水管内の水に混在させたり、燃料として用いることにより水蒸気を発生させるものであり、原子状炭素を加熱すると中赤外線を多量に発生させて水管内の水を分子レベルで激しく振動させて内部熱を発生させるので、外部加熱だけの場合に比べて飽和温度に達するまでの時間が短くなり、高い熱効率を得ることができ、発電コストを低下させることができる。また、炭化水素燃料を使用せず、電熱ヒータによる加熱も可能なので、炭酸ガス等の有害ガスの発生量を抑えることができ、環境対策に大いに役立てることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明が適用される発電装置としては、各種例があるが、本実施の形態では、最も構成の簡単な火力発電装置を例として説明する。勿論、本発明は、水を加熱して蒸気を発生させる種々のタイプの発電装置に適用でき、また、蒸気タービンと燃焼ガスにより回転するガスタービンとを組み合わせたコンバインドサイクル発電装置に適用してもよく、公知の圧力制御技術を利用して、さらに熱効率を高めるようにしてもよい。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における火力発電装置の概略構成を示している。図１において、蒸発器１内には、葛折りにされた水管２が配置され、その下方には、電熱ヒータ３が配置され、電熱ヒータ３は電源４に接続されている。電源４は商用電源でもバッテリーでもよい。水管２の出口端には蒸気タービン５の入口端が接続され、蒸気タービン５の回転軸には発電機６が連結されている。また、蒸気タービン５の出口端には復水器７が接続され、復水器７には給水ポンプ８が接続され、給水ポンプ８は水管２の入口端に接続されている。なお、蒸発器１からの飽和蒸気を過熱蒸気にして蒸気タービン５に供給するための過熱器を備えていてもよい。
【００１６】
水管１の中の水（純水）には、粉体の原子状炭素９が５重量％から１０重量％の割合で混入されている。原子状炭素は、後述するように、高分子や植物等の一般に存在する有機物から製造されるもので、家庭用ごみからも製造することができる。製造時には、炭素単体の非結晶の固体として存在するが、これをミル等により粉砕して粉体に加工して定量を純水の中に投入したものを水管２の中に充填する。
【００１７】
原子状炭素９は、比重が水よりも大きいので、水管２の内部では底の方に沈んでおり、原子状炭素９が給水ポンプ８側に流出しないように、水管２の入口端は、蒸発器１内の水管の最下位置よりも高くなっている。
【００１８】
次に、本実施の形態１の動作について説明する。蒸発器１内は、電熱ヒータ３により７０℃から４５０℃の範囲で加熱され、これにより水管２内の水が加熱される。原子状炭素９は、７０℃よりも低い温度で加熱すると中赤外線の発生が少なく、また４５０℃よりも高い温度で加熱すると原子状炭素がフラファイト化してしまうので、７０℃から４５０℃の範囲で加熱することが好ましい。
【００１９】
水管２内の水には原子状炭素９が含まれているので、加熱された原子状炭素９から中赤外線が多量に発生し、水管２内の水を分子レベルで激しく振動させて内部熱を発生させる。これにより、従来の炭化水素燃料による加熱に比べて水が飽和温度に達するまでの時間が短くなり、水管２内の水は、水の沸点１００℃よりも低い８５℃程度の温度で盛んに水蒸気を発生させる。加熱された原子状炭素９は、一部は水蒸気の中に分散される。
【００２０】
発生した水蒸気および一部の原子状炭素９は、蒸気タービン５に導かれ、蒸気タービン５の羽根を回転させ、その回転軸に連結された発電機６を回転させ、発電機６から電気エネルギが取り出される。蒸気タービン５の出口端から吐出された水蒸気および一部の原子状炭素９は復水器７へ導から、復水器７において冷却され、給水ポンプ８により水管２内に戻される。
【００２１】
このように、本実施の形態１によれば、蒸発器１内の水に直径が１ｎｍ以下の原子状炭素を混在させて電熱ヒータ３により加熱するので、原子状炭素が水を分子レベルで激しく振動させて内部熱を発生させ、外部加熱だけの場合に比べて飽和温度に達するまでの時間が短くなり、水の沸点１００℃よりも低い８５℃程度から盛んに蒸気を発生させ、高い熱効率を得ることができる。また、使用する炭化水素燃料の使用量を減らせるので、発電コストも低減できるとともに、炭酸ガス等の有害物質の発生量も抑制することができ、環境対策に大いに役立てることができる。
【００２２】
（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態２は、水管内の水を原子状炭素燃料と電熱ヒータを用いて加熱するものであり、主要部の構成は図１と同じなので、同じ構成要素には同じ符号を用いて説明する。図２において、蒸発器１０内に、葛折りにされた水管２が配置され、その下方にはトレイ１１の上に粉体の原子状炭素燃料１２が収容されている。水管２の中には、水（純水）のみが収容されている。トレイ１１の下方には、電熱ヒータ３が配置され、電熱ヒータ３は電源４に接続されている。電源４は商用電源でもバッテリーでもよい。水管２の出口端には蒸気タービン５の入口端が接続され、蒸気タービン５の回転軸には発電機６が連結されている。また、蒸気タービン５の出口端には復水器９が接続され、復水器７には給水ポンプ８が接続され、給水ポンプ８は水管２の入口端に接続されている。
【００２３】
次に、本実施の形態２の動作について説明する。蒸発器１０内のトレイ１１上の原子状炭素燃料１２は、電熱ヒータ３により７０℃から４５０℃の範囲で加熱される。原子状炭素は、７０℃よりも低い温度で加熱すると中赤外線の発生が少なく、また４５０℃よりも高い温度で加熱すると原子状炭素がフラファイト化してしまうので、７０℃から４５０℃の範囲で加熱することが好ましい。加熱された原子状炭素燃料１２は、真っ赤に発熱して盛んに中赤外線を発生させる。発生した中赤外線は水管２内部の水を加熱し、水管２内の水を分子レベルで激しく振動させて内部熱を発生させる。これにより、従来の炭化水素燃料による加熱に比べて、水が飽和温度に達するまでの時間が短くなり、水管２内の水は、水の沸点１００℃よりも低い８５℃程度の温度で盛んに水蒸気を発生させる。
【００２４】
発生した水蒸気は、蒸気タービン５に導かれ、蒸気タービン５の羽根を回転させ、その回転軸に連結された発電機６を回転させ、発電機６から電気エネルギが取り出される。蒸気タービン５の出口端から吐出された水蒸気は復水器７へ導から、復水器７において冷却され、給水ポンプ８により水管２内に戻される。
【００２５】
このように、本実施の形態２によれば、蒸発器１０内に原子状炭素燃料１２を配置して電熱ヒータ３により加熱するので、原子状炭素燃料１２から発生した中赤外線が水管２内の水を分子レベルで激しく振動させて内部熱を発生させるので、外部加熱だけの場合に比べて飽和温度に達するまでの時間が短くなり、水の沸点１００℃よりも低い８５℃程度から盛んに蒸気を発生させ、高い熱効率を得ることができる。また、使用する原子状炭素燃料も安価に製造できるので、発電コストも低減できるとともに、炭酸ガス等の有害物質の発生量も抑制することができ、環境対策に大いに役立てることができる。
【００２６】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態は、上記した実施の形態１と２とを組み合わせたものである。すなわち、水管２内の水には、粉体の原子状炭素が５重量％から１０重量％の割合で混入されており、電熱ヒータ３上には、トレイ１１上に粉体の原子状炭素燃料１２が収容されたものである。
【００２７】
本実施の形態３は、このような構成を備えることにより、トレイ１１上の原子状炭素燃料１２が電熱ヒータ３により加熱されて、盛んに中赤外線を発生させ、この中赤外線が、水管２内の水に混入された原子状炭素を加熱して中赤外線を発生させる。また、原子状炭素燃料１２から発生した中赤外線により、水管２内の水に混入された原子状炭素から発生した中赤外線が共振されるので、熱エネルギが増幅され、水管２内の水を激しく振動させて高い内部熱を発生させる。これにより、実施の形態１および２よりもさらに高い熱効率を得ることができる。
【００２８】
（実施の形態４）
上記実施の形態１、２または３においては、熱源として電熱ヒータ３を使用した火力発電装置として説明したが、燃料として石炭、石油、天然ガス、都市ガス、メタノール、エタノール等の炭化水素燃料を使用し、これに原子状炭素を混在させ、このような炭化水素燃料を７０℃から４５０℃の範囲で燃焼させるようにしてもよい。原子状炭素燃料を予め混在させた炭化水素燃料は、押し込みファンにより蒸発器内に送り込まれる。このような炭化水素燃料を電熱ヒータにより加熱すると、原子状炭素燃料が高温度に発熱して炭化水素燃料が引火して燃焼して燃焼ガスを発生する。この燃焼ガスにより水管内の水または原子状炭素を混在させた水が蒸発して水蒸気を発生させる。なお、原子状炭素燃料と炭化水素燃料とを別々の押し込みファンにより蒸発器内に送り込むことにより、原子状炭素燃料と炭化水素燃料の使用費をそれぞれ個別に調整することができる。また、炭化水素燃料をバーナにより燃焼させてもよいが、上記したように電熱ヒータにより加熱の方が得策である。
【００２９】
このように、本実施の形態４によれば、原子状炭素燃料を混在させた炭化水素燃料を使用するので、使用する炭化水素燃料が従来よりも少なくて済み、発電コストが低減できるとともに、炭酸ガス等の有害ガスの発生量も抑えることができ、環境対策に大いに役立てることができる。
【００３０】
（原子状炭素の製造）
次に、本実施の形態に使用される原子状炭素について説明する。図３は本発明において用いられる塊状に集合した原子状炭素の２００万倍の透過型電子顕微鏡写真を示している。この写真によれば所謂結晶化（グラファイト化）していないで粒径が１ｎｍ（ナノメートル）以下（計算値によれば１．６６Å）であることが確認できる。図３では原子状炭素は塊状であるが、個々の原子状炭素は、他の原子状炭素と結合しておらず単体の状態である。
【００３１】
以下、このような原子状炭素の製造方法について説明する。図４は図３に示した原子状炭素を製造するための装置の一例を示すものであり、気密に開閉可能な蓋１２０を有する処理槽１１０内に有機物からなる原料Ｍを気密状態の基で装填するともに、処理槽１１０内の雰囲気を無酸素雰囲気にする第１工程と、処理槽１１０内に装填された原料Ｍを所定の温度で加熱して雰囲気中および有機物中の炭素以外の所期成分を、分解温度の低いものから順次熱分解させて個別的に遊離させて処理槽１１０から排出させる第２工程と、処理槽１１０内に残存する原子状炭素を回収する第３工程とにより原子状炭素が製造される。
【００３２】
第１工程で用いられる炭素の原料としては、例えば高分子や植物等の普通に存在する有機物を用いることができるが、炭素単体を含むものは、炭素単体が結晶化して分子状を呈していることと、このような分子状の炭素単体は、本発明の原子状炭素に変換することはできず、製造した炭素に分子状の炭素が混入するので原料としては好ましくない。炭素原料としては、特に木材や竹（生のものがよい）などが好適である。
【００３３】
処理槽１１０は、例えば適宜の径と深さとを有する有底円筒型で、開口部に例えばねじ込み等により気密に開閉可能な蓋１２０が嵌装されており、鉄またはそれに類する金属により形成されたドラム１１１の内側には、適宜の手段により処理槽１１０の外部から通電可能な遠赤外線炭素セラミックヒータや炭素フィラメント等のヒータ１１２が網体１１３により装着されており、ドラム１１１の外側面には断熱材１１４を介して最外部に外装材１１５が配置されている。ヒータ１１２は、ドラム１１１の内部周壁の他に、底部１１１ａおよび底部１１１ａから立設されたポール１１６にも装備されている。また、蓋１２０には、蓋１２０を閉じて気密状態とした処理槽１１０内に通じる吸気通路１２１と排気通路１２２とが設けられている。これらの通路１２１、１２２には、開閉弁１２３および１２４がそれぞれ配置されている。
【００３４】
次に、上記した処理工程についてさらに詳しく説明する。まず、第１工程では、蓋１２０を開放した状態で、例えば生の竹である原料Ｍを装填して蓋１２０を閉じ、排気通路１２２を開放した状態で処理槽１１０内に吸気通路１２１から、例えば窒素ガス（他の不活性ガスを用いてもよい。）を送入して処理槽１１０内を窒素ガスで完全に置換して無酸素状態とし、吸気通路１２１と排気通路１２２との開閉弁１２３および１２４を閉じる。
【００３５】
次に、第２工程に移り、ヒータ１１２に通電して最初に処理槽１１内、即ち、装填した原料Ｍを１００から１５０℃に保ち、原料Ｍおよび窒素雰囲気中の水分を充分に気化させ、吸気通路２１から窒素を導入させた状態で排気通路２２から水分、酸素、窒素を含む気体として処理槽１１の外部へと排出することにより、処理槽１１内および原料Ｍを無酸素状態かつ乾燥状態に保持する。
【００３６】
次いで、再び、処理槽１１０内を窒素雰囲気とした後、ヒータ１１２に通電して原料Ｍを２００〜３５０℃に保ち、原料Ｍ中の塩素を遊離させて前記水分の場合と同様にして原料Ｍ内の塩素を処理槽１１０から排出する。
【００３７】
さらに、処理槽１１０内を窒素雰囲気とした後、ヒータ１１２に通電して原料Ｍを３５０〜４５０℃に保ち、前記水分および塩素の場合と同様にして原料Ｍ中の残りの高分子成分を遊離させて処理槽１１０から排出し、第２工程を終了する。
【００３８】
以上の第２工程を終了した時点で処理槽１１０内には４５０℃では気化しない炭素すなわち、原子状炭素が残存する。次いで、ヒータ１１２の通電を停止して、吸気通路１２１から低温の窒素を導入し、排気通路１２２から排出させて５０〜１００℃程度まで冷却した後、蓋１２０を開放して処理槽１１０内に残存する炭素材料を取り出し第３工程を終了する。この第３工程の終了により、本発明における原子状炭素が材料Ｍの形状のまま棒状のものとして生成される。
【００３９】
図５は本実施の形態における原子状炭素の原子構造を模式的に示す図である。この原子状炭素は、炭素原子一個一個が、４本の手のそれぞれに何らの原子あるいはイオンと結合していない状態で個別に存在しているため、高いイオン吸着能力を有する。即ち、この原子状炭素は、粒子の大きさが１ｎｍ以下（理論的には１．６６Å）の原子に近い状態で、図５に示すように炭素原子の１個当たり４個のイオンを吸着する能力を有する状態であるため、この原子状炭素は、６０個の炭素原子で構成されるフラーレンのイオン吸着能力６０の４倍、即ち２４０のイオン吸着能力を有し、また、１０００個の炭素原子で構成されるナノチューブのイオン吸着能力１０００の４倍、即ち４０００のイオン吸着能力を有することになり、きわめて高い活性を有する。
【００４０】
上記の方法により得られた塊状の原子状炭素は、化合している他の成分を熱分解して遊離する過程で酸素に触れることがないので、石炭、コークス、活性炭などのように生成段階で酸化されることがなく、また、加熱温度も他の成分の分解温度である５００℃以下（好ましくは４５０℃前後）以下としたので、炭素自身に同素体結合を生じさせるだけの励起エネルギーを与えることがなく、単に化合している他の成分が遊離するだけであり、原料Ｍに化合物として結合していた状態、即ち、原子状のままで固定されるので、図３に示した原子状炭素が得られるのである。
【００４１】
図６は図３に示したものと同じ原子状炭素を５５０℃で短時間（約３０分）保った場合の２００万倍の透過型電子顕微鏡の写真である。この場合には表面から結晶化（グラファイト化）が進行している様子が確認できる。また、図７は図３に示したものと同じ原子状炭素をさらに長時間（約６０分）にわたって５５０℃に保った場合の２００万倍の透過型電子顕微鏡の写真である。この場合は、周囲の部分からさらに内部へと結晶化（グラファイト化）していることが確認できる。このことからも、本実施の形態における原子状炭素が、従来一般に結晶化（グラファイト化）されている炭素とは異なるものであることが確認できる。そして、上記の製造方法で得られた原子状炭素は、多数の原子状の炭素が原子間引力により集合して塊となっている。
【００４２】
以上のようにして得られた原子状炭素の成分、すなわち物質特性を求めると、図８に示すように、主成分は９７．４重量％の炭素であり、残りの２．６重量％がミネラル分である。また、上記原子状炭素の分光放射出力を求めると、図９に示すようになる。この図は被検査物質（原子状炭素）の表面温度を１００℃に加熱し、そのときに得られる放射線量をフーリエ変換赤外分光光度計により測定した結果を表したものである。図９において、曲線Ａは、黒体の出力を示し、理想的な物質により出力される放射線量（或いは強さ）を示す。曲線Ｂは本実施の形態により得られた原子状炭素により出力される放射線量、曲線Ｃは備長炭により出力される放射線量、曲線Ｄは活性炭により出力される放射線量を示す。図９から明かなように、本実施の形態における原子状炭素は、黒体の出力にきわめて近く、備長炭の１００倍、活性炭の４００倍の出力を示すことが分かる。また、この原子状炭素は、１００℃程度に加熱されると、６〜１４μｍの波長の放射線、すなわち中赤外線を著しく放射することが分かる。
【００４３】
遠赤外線の中でも波長６〜１４μｍの中赤外線は、強い熱深達力および熱振動反応を有するので、この原子状炭素を蒸発器内の水に混入させたり、蒸発器内の水を加熱する燃料として用いることにより、水管内の水を振動させて内部熱を発生させるので、従来よりも高い熱効率を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明に係る蒸気発生装置およびこれを利用した発電装置は、熱効率を高め、コストを低減し、環境浄化に寄与するという優れた効果を有し、ボイラや火力発電装置等として有用であり、大掛かりなプラントのみならず、家庭用の給湯器や空調器、ごみ発電器等への用途にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１における火力発電装置の基本構成を示す概略図。
【図２】本発明の実施の形態２における火力発電装置の基本構成を示す概略図。
【図３】本発明の実施の形態における原子状炭素の電子顕微鏡写真図。
【図４】本発明の実施の形態における原子状炭素の製造装置の概略断面図。
【図５】本発明の実施の形態における原子状炭素の構造模式図。
【図６】図３に示した原子状炭素を高温に短時間だけ保った場合の電子顕微鏡写真図。
【図７】図３に示した原子状炭素を高温に長時間保った場合の電子顕微鏡写真図。
【図８】図３に示した原子状炭素の組成を重量パーセントで表した組成図。
【図９】図３に示した原子状炭素の分光放射出力を他の物質と比較して表した特性図。
【符号の説明】
【００４６】
１、１０  蒸発器
２  水管
３  電熱ヒータ
４  電源
５  蒸気タービン
６  発電機
７  復水器
８  給水ポンプ
９  原子状炭素
１１  トレイ
１２  原子状炭素燃料
１１０  処理槽
１１１  ドラム
１１１ａ  底部
１１２  ヒータ
１１３  網体
１１４  断熱材
１１５  外装材
１１６  ポール
１２０  蓋
１２１  吸気通路
１２２  排気通路
１２３、１２４  開閉弁
【図１】
2006234190.tif 000003
【図２】
2006234190.tif 000004
【図３】
2006234190.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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