(57)【要約】  処理手段１００のためのエネルギー回収システムであって、メインシャフト（３）により駆動されるよう配置された、コンプレッサー（１）、タービン（２）および、発電機（４）を備えている。かかるシステムは、第一側において、コンプレッサー（１）とタービン（２）間に流体的に配され、第二側においては、処理手段（１００）の下流に流体的に配されている熱交換器（５）も備えている。前記処理手段（１００）の排気から放出される熱は、コンプレッサーならびにタービン（１、２）のアセンブリのエアフローに伝達され、かかるエアフローはタービン（２）内で膨張し、その後コンプレッサー（１）ならびに発電機（４）に動力を供給する。前記処理からこうして回収されたエネルギーは、前記処理の全体効率が向上するよう電力に変換される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理手段（１００）用のエネルギー回収システムであって、
メインシャフト（３）によって駆動されるコンプレッサー（１）、タービン（２）、ならびに、発電機（４）と、
第一側において、前記コンプレッサー（１）と前記タービン（２）間に流体的に配され、第二側においては、処理手段（１００）の下流に流体的に配される、熱交換器（５）とを備えており、
前記処理手段（１００）の排気から直接または間接的に放出される熱は、前記コンプレッサー（１）ならびに前記タービン（２）間のエアフローに伝達され、かかるエアフローは、前記タービン（２）内で膨張し、その後、前記コンプレッサー（１）ならびに前記発電機（４）に動力を供給し、
前記処理からエネルギーを回収する際、かかるエネルギーは、前記処理の全体効率が向上するよう電力に変換されること、
を特徴とするエネルギー回収システム。
【請求項２】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記発電機（４）によって生成された前記電力は、前記処理（１００）および／または前記エネルギー回収システムの補助システムに動力を供給するために用いられること、
を特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記処理排気システムと前記熱交換器（５）との間に、バーナー（６）または触媒システム(catalytic system)が設けられること、
を特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記タービン（２）から離れる前記エアフローの少なくとも一部が、前記処理（１００）内で用いられること、
を特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１にかかるシステムにおいて、外部の空気および／または燃料を導入するためのバルブ（７）および／またはファン（８）を備えた吸気口を有する前記バーナー（６）が設けられること、
を特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１にかかるシステムにおいて、固体酸化物(solid oxide)あるいは溶融炭酸塩型燃料電池(molten carbonate fuel cell)が、前記処理の排気(process exhausts)を提供する、前記処理（１００）であること、
を特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記処理（１００）のために用いられる燃料システムは、前記エネルギー回収システムの前記バーナー（６）のためにも用いられること、
を特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記処理の排気は、木材、カラスムギ
(oat)または同様のバイオマスの燃焼から発せられること、
を特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記タービン（２）を離れる前記空気の少なくとも一部は、コンプレッサー（１）の後であって、それが前記熱交換器（５）に入る前、前記ワーキングフローを予熱するために用いられること、
を特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記タービン（２）を離れる前記空気の少なくとも一部は、前記バーナー（６）に供給される外部のエアフローを予熱するために用いられること、
を特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記タービン（２）を離れる前記空気の少なくとも一部は、前記バーナー（６）に直接供給されること、
を特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記タービン（２）を離れる前記空気の少なくとも一部は、そこで前記処理（１００）が行われるボートあるいはトラックを加熱するために配された、熱交換器（１０）を通過すること、
を特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記タービン（２）を離れる前記空気の少なくとも一部は、燃料電池の吸気口に供給されること、
を特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記タービン（２）を離れる前記空気の少なくとも一部は、バイオマスの燃焼に適応するバーナーに導かれること、
を特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記コンプレッサー（１）の後の前記エアフローは、前記タービン（２）に入る前に燃料電池（１１）を通ること、
を特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項３にかかるシステムにおいて、前記処理（１００）からの前記排気には、前記バーナー（６）または前記触媒システムにおいて少なくともその一部が除去された汚染物質(pollutions)が含まれるが、結果として排気が浄化されること、
を特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記処理（１００）は、吸収式冷凍機(absorption chiller)であり、前記処理されたガスは、前記冷凍機における燃料バーナーの後から取り出され、前記タービン（２）を離れる前記エアフローの少なくとも一部は、前記燃料バーナーの吸気口に導かれること、
を特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理手段の排気中の熱、および／または、化学エネルギーからエネルギーを回収することができるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンあるいは化学プロセス等の異なるプロセスからの排気は、熱および／または可燃性物質を含んでいる。このエネルギーの一部を回収するため、異なる解決策が提案されている。この目的のため、蒸気タービンがしばしば用いられるが、かかるシステムは、小規模の場合に非常に使いづらい。また、これらは、高価すぎ、比較的効率がよくない。
【０００３】
【特許文献１】なし
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は、主たる特許請求の範囲に基づいて処理手段の排気に含まれるエネルギーを回収し、電力を生成するためのシステムを提供することである。本発明の他の側面は、従属請求項によって与えられる。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【０００５】
本発明の処理手段１００用のエネルギー回収システムは、ブレイトンサイクルに基づいており、図１から図４に示すように、メインシャフト３により互いに連結されるコンプレッサー１ならびにタービン２を備えている。磁石発電機(permanent magnet generator)等の発電機４もメインシャフト３上に設けられている。前記コンプレッサー１、タービン２、メインシャフト３ならびに発電機４を備えたかかるサブシステムは、タービン発電機と呼ばれる。かかるシステムは、さらに、その片側がコンプレッサー１ならびにタービン２を通過するフローに接続される高温熱交換器５を備えている。他の側において、熱交換器５は、ディーゼルエンジンあるいは化学処理プラント等であって、そこからエネルギーが回収される処理手段１００から排出されるフローに接続されている。
【０００６】
かかるフローが高温熱交換器５に達する前、当該フローは、そこでフローをある温度のレベルまで加熱することができるバーナー６を通過するようにしてもよい。前記プロセスが、タービン発電機を動作するために充分な量の排気を供給することができない場合、外部空気および／または燃料を供給するためのバルブ７ならびにファン８とともに前記バーナー６を設けてもよい。その片側がタービン２の出力に接続され、その他方が処理手段１００の出力に接続されている熱交換器９を設けてもよい。タービン２の後のワーキングフローからのエネルギーを、外部加熱システム等の補助システムに伝達するため、追加の熱交換器１０（図２）を設けてもよい。コンプレッサー１の後であってタービン２の前に、燃料電池１１（図２）を流体的に設けるようにしてもよい。
【０００７】
発電機４において生成された高周波数電力は、パワーエレクトロニクス手段（図示せず）により直流または交流のいずれかの適切な形式の電力に変換される。前記発電機４は、システムの起動時に、モーターとして動作することも可能である。かかるシステムの機能は、以下に説明され、異なる例として図示される。
【０００８】
処理手段１００の第一の例は、ディーゼルエンジンであり、そこではプロセスフローがバーナー６内に送られる排気ガスである。これらの排気ガスの温度は、通常５００℃である。追加の燃料を供給することにより、この温度は、バーナー６内で８００℃以上にも上昇する。この熱は、高温熱交換器５内において、その後、電力を生成するために回転メインシャフト３ならびに発電機４を駆動するワーキングフローに変換される。ディーゼルエンジン１００が、トラックあるいはボートの推進力として用いられる場合、かかる電力が、前記トラックまたはボートの補助システムの一部に動力を供給することが好ましい。バーナー６は、プロセスフロー中の過剰な空気ならびにプロセスフロー中に注入された燃料を用いる。この燃料は、どのような液体あるいはガソリン燃料であってもよい。
【０００９】
タービン２から離れるワーキングフローには、まだ多量の熱が含まれており、プロセス１００あるいはボートまたはトラックの外部ヒーテイングシステムに熱を供給するため、これを熱交換器９、１０において回収することができる。このワーキングフローは、直接、あるいは、図２に示すように、バルブ７、および／または、ファン８を介してバーナー６にも導かれ、プロセス１００の補助システムに供給される。
【００１０】
第二の例においては、プロセス手段１００内で、その排気ガスに多数の化学物質が含まれることになる化学処理が実施されるが、かかるガスは、多量の熱を含む必要はない。かかる排気は、燃料が添加され温度が少なくとも８００℃まで上昇するバーナー６に導入される。この燃焼においては、添加された燃料ならびにプロセスフローの化学物質が燃焼する。化学物質が燃焼してしまったため、このことは、化学物質の全エネルギー含量が消尽し、プロセスから排出されたフローがより清浄であることを意味する。かかる燃焼によって生じた熱は、そこで電力が生成されるタービン発電システム１、２、３および４のワーキングフローに再変換される。余った電気エネルギーまたは熱を、全体の効率を向上させるため、上記に基づいてプロセス１００に供給してもよい。
【００１１】
適切なプロセス１００の他の例は、それに対して圧縮空気／酸化剤ならびに燃料が供給される、固体酸化物あるいは溶融炭酸塩型燃料電池等の燃料電池である。かかる燃料電池は、熱を発し、残留する酸化剤および場合によっては可燃性物質とともに、上記のタービン発電機のエアフローを熱するために用いるようにしてもよい。燃料電池に対する圧縮空気／酸化剤の少なくとも一部は、タービン２を離れたワーキングフローから取り出すようにしてもよい。
【００１２】
プロセス手段１００は、燃料バーナー、ガスヒーターまたはそれと類似するものにより加熱される吸収式冷凍機であってもよい。また、タービン２を離れた空気を、本システムのバーナーに導くようにしてもよい。
【００１３】
図２のように、コンプレッサー１とタービン２の間に燃料電池１１を設けるようにしてもよい。水素等の適切な燃料と反応させるため、燃料電池に対し、コンプレッサー１により圧縮空気が供給され、主に水蒸気、窒素および残存する酸素からなる高温の排気が、タービン２に導入される。
【００１４】
ワーキングフローへの熱伝導を向上させるため、バーナー６をワーキングフローのパイプの近傍に設け、さらに、図３のように前記パイプで囲むようにしてもよい。これにより、放射を介して、より多くの熱がワーキングフローに伝達される。
【００１５】
また、タービン２を離れたエアフローを、図４のように、コンプレッサー１の下流に位置するが熱交換器５の上流に位置する、熱交換器１２を通過するよう導いてもよい。
【００１６】
処理手段１００用のエネルギー回収システムは、自立して動作するため、バルブ７およびファン８等の自身の補助システムのために電気エネルギーを提供することもできる。
【００１７】
図面には、特定の実施形態が示されているが、当業者にとって、本発明の範囲を逸脱することなしに、異なる図面からその特徴を組み合わせ、あるいは、明細書にそれらの特徴を組み込むことは明らかなことである。異なる実施形態について、考え得るバリエーションを示すため、三方バルブa,b,cならびにdが用いられるが、これらは、本発明に基づくシステムの動作に必須のものではない。
【００１８】
至る箇所で用いられているタービン発電機という文言は、メインシャフトにより駆動される、コンプレッサー、タービンおよび高速発電機を備えたアセンブリを意味している。前記熱交換器は、一般的にしか述べられていないが、添付図面中の図式化された表示に拘わらず、エアフローの流れを、例えば、平行な流れ、逆の流れまたは交差した流れ等、どのように配するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明のエネルギー回収システムは、添付した図面を参照することによって、より容易に理解される。
【図１】図１は、本エネルギー回収システムの異なる実施形態の概略図である。
【図２】図２は、本エネルギー回収システムの異なる実施形態の概略図である。
【図３】図３は、本エネルギー回収システムの異なる実施形態の概略図である。
【図４】図４は、本エネルギー回収システムの異なる実施形態の概略図である。
【図１】
2008537055.tif 000003
【図２】
2008537055.tif 000004
【図３】
2008537055.tif 000005
【図４】
2008537055.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月21日(2007.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理手段（１００）用のエネルギー回収システムであって、
メインシャフト（３）によって駆動されるコンプレッサー（１）、タービン（２）、ならびに、発電機（４）と、
第一側において、前記コンプレッサー（１）と前記タービン（２）間に流体的に配され、第二側においては、処理手段（１００）の下流に流体的に配される熱交換器（５）と、処理手段（１００）からの排気を導入するための第一吸気口とを備えており、
前記処理手段（１００）の排気から直接又は間接的に放出される熱は、コンプレッサーおよびタービン（１、２）間のエアフローに伝達され、かかるエアフローは、前記タービン（２）内で膨張し、その後、前記コンプレッサー（１）ならびに前記発電機（４）に動力を供給し、前記処理からエネルギーを回収する際、かかるエネルギーは、前記処理の全体効率が向上するよう電力に変換され、前記処理の排気システムと熱交換器（５）間にバーナー（６）が設けられ、
前記タービン（２）を離れる前記空気の少なくとも一部は、外部の燃料および空気を前記バーナー（６）に導入するための第二吸気口を介し、前記バーナー（６）に直接供給されること、
を特徴とするエネルギー回収システム。
【請求項２】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記発電機（４）によって生成された前記電力は、前記処理（１００）および／又は前記エネルギー回収システムの補助システムに動力を供給するために用いられること、
を特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記タービン（２）から離れた前記エアフローの少なくとも一部が、前記処理（１００）内で用いられること、
を特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記バーナーに対する前記吸気口は、バルブ（７）および／又はファン（８）を備えたこと、
を特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記処理（１００）のために用いられる燃料システムは、前記エネルギー回収システムの前記バーナー（６）のためにも用いられること、
を特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記処理の排気は、木材、カラスムギ(oat)または同様のバイオマスの燃焼から発せられること、
を特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記タービン（２）を離れる前記空気の少なくとも一部は、コンプレッサー（１）の後であって、それが前記熱交換器（５）に入る前、前記ワーキングフローを予熱するために用いられること、
を特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記タービン（２）を離れる前記空気の少なくとも一部は、前記バーナー（６）に供給される外部のエアフローを予熱するために用いられること、
を特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記タービン（２）を離れる前記空気の少なくとも一部は、そこで前記処理（１００）が行われるボートあるいはトラックを加熱するために配された、熱交換器（１０）を通過すること、
を特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記タービン（２）を離れる前記空気の少なくとも一部は、バイオマスの燃焼に適応するバーナーに導かれること、
を特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記処理排気システムと前記熱交換器（５）との間に、触媒システム(catalytic system)が設けられること、
を特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１又は請求項１１にかかるシステムにおいて、前記処理（１００）からの前記排気には、前記バーナー（６）又は前記触媒システムにおいて少なくともその一部が除去された汚染物質(pollutions)が含まれるが、結果として排気が浄化されること、
を特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記処理（１００）は、吸収式冷凍機(absorption chiller)であり、前記処理されたガスは、前記冷凍機における燃料バーナーの後から取り出され、前記タービン（２）を離れる前記エアフローの少なくとも一部は、前記燃料バーナーの吸気口に導かれること、
を特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１にかかるシステムにおいて、前記処理（１００）は、トラックあるいはボートにおけるエンジン、例えばディーゼルエンジン、であること、
を特徴とするシステム。
【請求項１５】
関連する処理手段（１００）からエネルギーを回収する方法であって、
バーナー（６）を介して前記処理手段（１００）の排気を導くステップと、
前記バーナー（６）に対して外部の燃料ならびに空気を供給するステップと、
前記外部の燃料ならびに空気を、前記処理手段（１００）の前記排気とともに燃焼させるステップと、
前記バーナー（６）からの前記燃焼ガスを、熱交換器（５）の片側を介して導くステップと、
前記燃焼ガスと前記空気との間に熱が伝達されるよう、コンプレッサー（１）からの空気を前記熱交換器（５）の他の側を介して導くステップと、
前記熱交換器（５）からタービン（２）に前記空気を導くステップと、
前記タービン（２）内で前記空気を膨張させ、かかる空気からエネルギーを抽出するステップと、
前記エネルギーを、前記コンプレッサー（１）ならびに前記タービン（２）に接続された発電機（４）に対して伝達するステップと、および、
前記タービン（２）から離れる前記空気の少なくとも一部を、前記バーナー（６）に直接導くステップと、を備えたこと、
を特徴とする方法。
【国際調査報告】
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2008537055.tif 000008
2008537055.tif 000009