(57)【要約】【課題】バイオマスを燃料源とする発電装置及び同装置に用いるバイオマス増殖装置及び発電方法におけるランニングコストの低減と発電効率の向上を図ること。【解決手段】バイオマスと水とを混合した液体を加熱して瞬時に気化させる蒸気化手段と、前記液体が気化する際の蒸気圧を電気エネルギーに変換する第１の発電手段と、前記気化した蒸気から水素ガスを生成する水素ガス生成手段と、前記水素ガス生成手段により生成した水素ガスを電気化学的に燃焼させて電気エネルギーに変換する第２の発電手段とを有する発電装置を提供し、第１の発電手段と第２の発電手段とによりバイオマスから２段階で電気エネルギーを得ることとした。【選択図】図１
2008258029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスと水とを混合した液体を加熱して瞬時に気化させる蒸気化手段と、
前記液体が気化する際の蒸気圧を電気エネルギーに変換する第１の発電手段と、
前記気化した蒸気から水素ガスを生成する水素ガス生成手段と、
前記水素ガス生成手段により生成した水素ガスを電気化学的に燃焼させて電気エネルギーに変換する第２の発電手段とを有することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記バイオマスは、増殖性を有する生体であり、
前記生体を増殖させる生体増殖手段を有することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記生体増殖手段は、光と前記水素ガス生成手段が水素ガスを生成する際に発生する炭酸ガスとにより前記生体に光合成を行わせて、前記生体を増殖させることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記バイオマスと水とを混合した液体に化石燃料を混入する化石燃料混入手段を備え、
前記蒸気化手段は、前記化石燃料の一部を燃焼させた熱により、前記バイオマスと水とを混合した液体を加熱及び気化させ、
前記生体増殖手段は、前記水素ガス発生手段が水素ガスを生成する際に発生する炭酸ガスと、前記蒸気化手段が前記化石燃料を燃焼させた際に発生する炭酸ガスと、光とにより、前記生体に光合成を行わせて、前記生体を増殖させることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の発電装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の前記発電装置の前記生体増殖手段として用いるバイオマス増殖装置であって、
遮光性を有する部材により構成され、バイオマスと水とを混合した前記液体を貯留する貯留槽と、
透光性を有する管により構成され、前記貯留槽に貯留している前記液体を流過させる過程において、前記液体に含まれるバイオマスに光合成を行わせて増殖させるバイオマス増殖管とを有し、
前記バイオマス増殖管は、毛細管現象により前記貯留槽に貯留している前記液体を吸い上げる往路と、前記往路と連通連結され、前記往路よりも内径を大きく形成して、吸い上げられた前記液体を前記貯留槽へ流下させる復路とを有することを特徴とするバイオマス増殖装置。
【請求項６】
バイオマスと水とを混合した液体を加熱して瞬時に気化させる工程と、
前記液体が気化する際の蒸気圧を電気エネルギーに変換する第１の発電工程と、
前記気化した蒸気から水素ガスを生成する水素ガス生成工程と、
前記水素ガス生成工程により生成した水素ガスを電気化学的に燃焼させて電気エネルギーに変換する第２の発電工程と、
前記水素ガス生成工程及び前記第２の発電工程で発生した炭酸ガスと、光とを用いて前記バイオマスを増殖させる工程と、
を有することを特徴とする発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置及び同装置に用いるバイオマス増殖装置及び発電方法に関するものであり、特に、バイオマスを燃料源として用いる発電装置及び同装置に用いるバイオマス増殖装置及び発電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の発電システムでは、主として石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料を原料とし、それらを燃焼させて蒸気を発生し、その蒸気によってタービンを作動させることにより発電を行っている。
【０００３】
しかし、これらの化石燃料の燃焼を利用して蒸気を発生し、同蒸気によってタービンを作動させて発電する発電システムでは、エネルギー変換率が低く、エネルギー的には、約３分の１程度しか利用されておらず、その一方で窒素酸化物や硫黄酸化物などの有害物質を排出したり、温室効果の原因となる炭酸ガスを排出したりして、地球環境に多大な悪影響を与えることとなっていた。
【０００４】
このような現状に鑑みて、本発明者は、クリーンであって、かつ、安定して発電を行うことができる発電システムを考案している（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この発電システムは、太陽エネルギーを吸収して成長する植物をエネルギーの基軸に据えた発電システムであり、この発電システムを実施する発電装置は、植物体増殖手段を用いて植物体を増殖させ、増殖させた植物体を水素ガス発生手段によって分解して水素ガスを生成し、生成した水素ガスを燃料ガスとして発電手段である燃料電池に供給して電気化学的に燃焼させることにより発電を行うように構成していた。
【特許文献１】特開２００１−３１３０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の発電システムは、燃料電池に供給する燃料ガスを植物体から生成し、発電により消費した分の植物体を、植物体増殖手段において、太陽光と水素ガス生成手段が水素ガスを生成する際に副産物として発生する炭酸ガスとを用いて植物体に光合成を行わせて増殖させることにより補うことができるので、発電の燃料源を容易に入手することができ、しかも、植物体の電気エネルギーへの変換時に環境汚染物質を生起しないため、クリーンな発電システムであったが、ランニングコストの更なる低減と発電効率の更なる向上が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、請求項１に係る本発明では、バイオマスと水とを混合した液体を加熱して瞬時に気化させる蒸気化手段と、前記液体が気化する際の蒸気圧を電気エネルギーに変換する第１の発電手段と、前記気化した蒸気から水素ガスを生成する水素ガス生成手段と、前記水素ガス生成手段により生成した水素ガスを電気化学的に燃焼させて電気エネルギーに変換する第２の発電手段とを有する発電装置を提供することとした。
【０００８】
また、請求項２に係る本発明では、請求項１に記載の発電装置において、前記バイオマスは、増殖性を有する生体であり、前記生体を増殖させる生体増殖手段を有することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る本発明では、請求項２に記載の発電装置において、前記生体増殖手段は、光と前記水素ガス生成手段が水素ガスを生成する際に発生する炭酸ガスとにより前記生体に光合成を行わせて、前記生体を増殖させることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る本発明では、請求項２又は請求項３に記載の発電装置において、前記バイオマスと水とを混合した液体に化石燃料を混入する化石燃料混入手段を備え、前記蒸気化手段は、前記化石燃料の一部を燃焼させた熱により、前記バイオマスと水とを混合した液体を加熱及び気化させ、前記生体増殖手段は、前記水素ガス発生手段が水素ガスを生成する際に発生する炭酸ガスと、前記蒸気化手段が前記化石燃料を燃焼させた際に発生する炭酸ガスと、光とにより、前記生体に光合成を行わせて、前記生体を増殖させることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に係る本発明では、請求項３又は請求項４に記載の前記発電装置の前記生体増殖手段として用いるバイオマス増殖装置であって、遮光性を有する部材により構成され、バイオマスと水とを混合した前記液体を貯留する貯留槽と、透光性を有する管により構成され、前記貯留槽に貯留している前記液体を流過させる過程において、前記液体に含まれるバイオマスに光合成を行わせて増殖させるバイオマス増殖管とを有し、前記バイオマス増殖管は、毛細管現象により前記貯留槽に貯留している前記液体を吸い上げる往路と、前記往路と連通連結され、前記往路よりも内径を大きく形成して、吸い上げられた前記液体を前記貯留槽へ流下させる復路とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に係る本発明では、バイオマスと水とを混合した液体を加熱して瞬時に気化させる工程と、前記液体が気化する際の蒸気圧を電気エネルギーに変換する第１の発電工程と、前記気化した蒸気から水素ガスを生成する水素ガス生成工程と、前記水素ガス生成工程により生成した水素ガスを電気化学的に燃焼させて電気エネルギーに変換する第２の発電工程と、前記水素ガス生成工程及び前記第２の発電工程で発生した炭酸ガスと、光とを用いて前記バイオマスを増殖させる工程と、
を有することを特徴とする発電方法を提供することとした。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る本発明では、バイオマスと水とを混合した液体を加熱して瞬時に気化させる蒸気化手段と、前記液体が気化する際の蒸気圧を電気エネルギーに変換する第１の発電手段と、前記気化した蒸気から水素ガスを生成する水素ガス生成手段と、前記水素ガス生成手段により生成した水素ガスを電気化学的に燃焼させて電気エネルギーに変換する第２の発電手段とを有する発電装置を提供することとしたため、バイオマスと水とを混合した液体から生成した水素ガスを用いて電力を得ることができるだけでなく、その水素ガスを生成する前段階におけるバイオマスと水とを混合した液体の蒸気圧を用いても電力を得ることができるので、発電効率が向上すると共に、バイオマスから生成した水素ガスと空気中の酸素とを電気化学的に燃焼させて発電する従来の発電装置と同等の電力を得るために消費するバイオマスの量を低減することができるので、発電装置のランニングコストを低減することができる。
【００１４】
また、請求項２に係る本発明では、請求項１に記載の発電装置において、前記バイオマスは、増殖性を有する生体であり、前記生体を増殖させる生体増殖手段を有することを特徴とするため、発電により消費したバイオマスを生体の増殖力によって補うことができるので、発電を行うためのエネルギー源を容易に得ることができ、発電装置のランニングコストを可及的に低減することができる。
【００１５】
また、請求項３に係る本発明では、請求項２に記載の発電装置において、前記生体増殖手段は、光と前記水素ガス生成手段が水素ガスを生成する際に発生する炭酸ガスとにより前記生体に光合成を行わせて、前記生体を増殖させることを特徴とするため、水素ガス生成手段が水素ガスを生成する際に副産物として生成される炭酸ガスを有効利用することができると共に、生体の光合成には太陽光を用いることができるので、生体を増殖させるために要する費用を可及的に低減することができ、発電装置のランニングコストをより一層低減することができる。
【００１６】
また、請求項４に係る本発明では、請求項２又は請求項３に記載の発電装置において、前記バイオマスと水とを混合した液体に化石燃料を混入する化石燃料混入手段を備え、前記蒸気化手段は、前記化石燃料の一部を燃焼させた熱により、前記バイオマスと水とを混合した液体を加熱及び気化させ、前記生体増殖手段は、前記水素ガス発生手段が水素ガスを生成する際に発生する炭酸ガスと、前記蒸気化手段が前記化石燃料を燃焼させた際に発生する炭酸ガスと、光とにより、前記生体に光合成を行わせて、前記生体を増殖させることを特徴とするため、化石燃料が燃焼した際に生成される炭酸ガスと、水素ガスを生成する際に発生した炭酸ガスとを用いてバイオマスを増殖させることができるので、温室効果ガスとなる炭酸ガスを大量に大気へ排出することがなく、発電により消費したバイオマスを外部から補充することなく補うことができ、発電装置のランニングコストをさらに低減することができる。
【００１７】
また、請求項５に係る本発明では、請求項３又は請求項４に記載の前記発電装置の前記生体増殖手段として用いるバイオマス増殖装置であって、遮光性を有する部材により構成され、バイオマスと水とを混合した前記液体を貯留する貯留槽と、透光性を有する管により構成され、前記貯留槽に貯留している前記液体を流過させる過程において、前記液体に含まれるバイオマスに光合成を行わせて増殖させるバイオマス増殖管とを有し、前記バイオマス増殖管は、毛細管現象により前記貯留槽に貯留している前記液体を吸い上げる往路と、前記往路と連通連結され、前記往路よりも内径を大きく形成して、吸い上げられた前記液体を前記貯留槽へ流下させる復路とを有することを特徴とするため、効率的にバイオマスに光合成を行わせることができるだけでなく、僅かな力でバイオマスを含む液体を循環させることができる。
【００１８】
また、請求項６に係る本発明では、バイオマスと水とを混合した液体を加熱して瞬時に気化させる工程と、前記液体が気化する際の蒸気圧を電気エネルギーに変換する第１の発電工程と、前記気化した蒸気から水素ガスを生成する水素ガス生成工程と、前記水素ガス生成工程により生成した水素ガスを電気化学的に燃焼させて電気エネルギーに変換する第２の発電工程と、前記水素ガス生成工程及び前記第２の発電工程で発生した炭酸ガスと、光とを用いて前記バイオマスを増殖させる工程と、
を有することを特徴とする発電方法を提供することとしたため、バイオマスと水とを混合した液体から生成した水素ガスを用いて電力を得ることができるだけでなく、その水素ガスを生成する前段階におけるバイオマスと水とを混合した液体の蒸気圧を用いても電力を得ることができるので、発電効率が向上すると共に、バイオマスから生成した水素ガスと空気中の酸素とを電気化学的に燃焼させて発電する従来の発電装置と同等の電力を得るために消費するバイオマスの量を低減することができるので、発電に要するコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る発電装置は、バイオマスを燃料源として自家発電を行うことにより、環境汚染物質を排出することなく電力を生成することのできる装置である。
【００２０】
ここでは、本発明の一実施形態として、本発明を、住宅等に配設して使用する比較的小型の発電装置に対して適用し、日常活動で使用する分の電力を生成可能に構成した場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、たとえば、大型の発電装置に対して適用することによって、大量の電力を生成する大規模な発電プラントを実現させることも可能である。
【００２１】
本実施形態の発電装置は、バイオマスと水とを混合した液体（以下、「バイオマス混濁液」という。）を気化する温度まで加熱して瞬時に気化させる蒸気化手段と、この蒸気化手段によりバイオマス混濁液が気化する際の蒸気圧を電気エネルギーに変換する第１の発電手段と、バイオマス混濁液が気化した蒸気から水素ガスを生成する水素ガス生成手段と、この水素ガス生成手段により生成した水素ガスを電気化学的に燃焼させて電気エネルギーに変換する第２の発電手段とを備えている。
【００２２】
そのため、この発電装置では、従来のバイオマスを用いた発電機と同様に、バイオマスから生成した水素ガスを用いて電力を得ることができるだけでなく、水素ガスを生成する前段階におけるバイオマス混濁液の蒸気圧を用いて電力を得ることもできるので、発電効率を向上させることができると共に、従来のバイオマスを用いた発電装置と同量の電力を発電する際に、エネルギー源となるバイオマスの消費量を従来よりも低減することができるため、ランニングコストを低減することができる。
【００２３】
蒸気化手段は、この発電装置で発電した電力のうちの一部を用いて発熱するヒータを備えた反応炉により構成しており、霧状にしたバイオマス混濁液をヒータに噴射することによって、反応炉内でバイオマス混濁液を瞬時に、且つ爆発的に気化させるように構成している。
【００２４】
また、第１の発電手段は、バイオマス混濁液が加熱されて、熱解離を伴い爆発的に気化する際に生じる蒸気圧によって回転するタービンと、このタービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機とを備えている。
【００２５】
また、水素ガス生成手段は、この発電装置で発電した電力のうちの一部を用いて発熱するヒータを備えた反応炉を備えており、第１の発電手段においてタービンを回転させた排気を蒸気化手段による加熱温度よりも低い温度で加熱処理することにより、バイオマス混濁液の蒸気を熱解離及び会合させて水素ガスを生成する。
【００２６】
なお、このとき、水素ガス生成手段の反応炉内では、水素ガスと共に、その副生成物として炭酸ガスが発生する。
【００２７】
また、第２の発電手段は、水素ガス生成手段により生成された水素ガスを燃料ガスとして使用し、この水素ガスと空気中の酸素とを電気化学的に燃焼させることによって発電する燃料電池により構成している。
【００２８】
また、この発電装置では、バイオマスとして、生きたバクテリアや藻類等の自力で増殖する高い増殖性を有した生体を用いるようにしており、この生体を増殖させる生体増殖手段を備えている。
【００２９】
そのため、この発電装置では、発電により消費したバイオマスを生体の増殖力によって補うことができるので、発電を行うためのエネルギー源を容易に得ることができ、当該発電装置のランニングコストを可及的に低減することができる。
【００３０】
しかも、この発電装置では、生きたバイオマスとして、クロレラや光合成バクテリア等の光合成を行うことにより増殖する生体を用いるようにしており、生体増殖手段は、光と水素ガス生成手段が水素ガスを生成する際に発生する炭酸ガスとにより、生体に光合成を行わせて生体を増殖させるように構成している。
【００３１】
そのため、この発電装置では、水素ガス生成手段が水素ガスを生成する際に副生成物として生成される炭酸ガスを大量に大気中へ排出することなく有効利用することで、地球温暖化を防止しつつ、生体の光合成には太陽光を用いることができるので、生体を増殖させるために要する費用を可及的に低減することができ、発電装置のランニングコストをより一層低減することができる。
【００３２】
さらに、この発電装置は、バイオマス混濁液に化石燃料を混入する化石燃料混入手段を設けることができ、この化石燃料混入手段を設ける場合には、蒸気化手段は、化石燃料の一部を燃焼させた熱により、バイオマス混濁液を加熱及び気化させるように構成する。
【００３３】
このように構成すれば、蒸気化手段のヒータによる加熱量が不足した場合であっても、その不足分を化石燃料の燃焼熱で補うことができるので、バイオマス混濁液を効率よく蒸気化させることができる。一方、蒸気化手段のヒータによる加熱量が十分である場合には、化石燃料の燃焼熱の分だけヒータによる加熱量を低減することができるので、ヒータの消費電力を削減することができ、削減した電力を発電機の発電量に加えることができるので、発電効率をさらに向上させることができる。
【００３４】
また、上記のように化石燃料混入手段を設けた場合、生体増殖手段は、水素ガス発生手段が水素ガスを生成する際に発生する炭酸ガスと、蒸気化手段が化石燃料を燃焼させた際に発生する炭酸ガスと、太陽光とにより、生体に光合成を行わせて、前記生体を増殖させるように構成している。
【００３５】
このように構成することによって、この発電装置では、化石燃料が燃焼した際に発生する炭酸ガスと、水素ガスを生成する際に発生する炭酸ガスとを有効利用してバイオマスを増殖させることができるので、温室効果ガスとなる炭酸ガスを大量に大気中へ排出することがなく、発電により消費したバイオマスを外部から補充することなく補うことができ、発電装置のランニングコストをさらに低減することができる。
【００３６】
この化石燃料混入手段によりバイオマス混濁液に添加する化石燃料としては、石炭や石油、生体でないバイオマス等、燃焼性の高いものであれば、任意の燃料を用いることができる。
【００３７】
以下、本実施形態に係る発電装置について、図面を参照して更に具体的に説明する。図１は、本実施形態に係る発電装置を示す説明図である。なお、本実施形態では、生体のバイオマスとして、増殖性の高いクロレラを用いるが、バイオマスは、クロレラに限定されるものではなく、増殖性を有する任意の生体を用いることができる。
【００３８】
図１に示すように、本実施形態に係る発電装置1は、生体増殖手段として機能してバイオマス混濁液を精製するバイオマス増殖装置2と、バイオマス増殖装置2により精製されたバイオマス混濁液を気化する温度まで加熱して瞬時に気化させる蒸気化手段として機能する第１反応炉3と、第１反応炉3により爆発的に気化させたバイオマス混濁液の蒸気圧を電気エネルギーに変換する第１の発電手段として機能する一次発電機4と、一次発電機4の排気から水素ガスを生成する水素ガス生成手段として機能する第２反応炉5と、第２反応炉5で生成された水素ガスと空気中の酸素とを電気化学的に燃焼させて発電する第２の発電手段として機能する二次発電機6とを備えている。
【００３９】
また、バイオマス増殖装置2と第１反応炉3との間は、バイオマス混濁液を供給するバイオマス供給管7により連結されており、さらに、このバイオマス供給管7の中途部から、バイオマス供給管7を流れるバイオマス混濁液へ化石燃料を混入する化石燃料混入手段として機能する反応成分調整器8を設けている。
【００４０】
この反応成分調整器8は、バイオマス供給管7を流れるバイオマス混濁液に、化石燃料である石炭の粉末（粉末状の炭素）を混入するように構成しており、バイオマス混濁液に混入する炭素の量を調節する調節バルブ8aを備えている。
【００４１】
また、バイオマス供給管7の第１反応炉3側端部には、バイオマス増殖装置2から供給されるバイオマス混濁液と空気とを混合させて霧状とし、この霧状としたバイオマス混濁液を第１反応炉3内へ向けて噴射させる噴射ポンプ9を備えている。
【００４２】
第１反応炉3は、内部に第１反応炉3の内の温度を700℃〜1000℃まで上昇させるヒータ3ａを備えている。このヒータ3ａは、一次発電機4又は二次発電機6により発電した電力のうちの一部を利用して発熱する電気ヒータである。そして、この第１反応炉3は、一次発電機4の吸気管10と連通連結されている。
【００４３】
一次発電機4は、内部に吸気管10を介して送気されるバイオマス混濁液の蒸気圧によって回転するスクリュー型のタービン4aと、このタービン4aと共に回転する所定の電圧が印加された一次コイル4bと、一次コイル4bが回転することにより生じる磁界の変化を電流に変換する二次コイル4cとを備えている。なお、一次発電機4の一次コイル4bは、所定の電圧が印加されることによって電磁石として機能するものであり、この一次コイル4bに印加される電圧に関しても、一次発電機4又は二次発電機6により発電した電力のうちの一部を利用するように構成している。
【００４４】
そして、この一次発電機4により発電した電力は、図示しない蓄電装置に蓄電して、生活電力として使用することができるように構成している。
【００４５】
また、この一次発電機4は、第２反応炉5と連通連結されており、タービン4aを回転させたバイオマス混濁液の蒸気を第２反応炉5側へ排気するように構成している。
【００４６】
第２反応炉5は、内部に第２反応炉5内の温度を、水素生成に適した300℃〜500℃となるように制御するヒータ5ａを備えており、このヒータ5aの熱で一次発電機4から送気されるバイオマス混濁液が気化した蒸気を熱解離及び会合させることにより、水素ガスを発生させるように構成している。なお、このとき副産物として炭酸ガスが発生する。この第２反応炉5が備えるヒータ5ａも、一次発電機4又は二次発電機6により発電した電力のうちの一部を利用して発熱する電気ヒータである。
【００４７】
また、この第２反応炉5は、生成した水素ガスと炭酸ガスとの混合ガスから水素ガスだけを分取可能な分取膜を備えたガス分離器11を備えており、このガス分離器11は、水素ガス供給管12を介して二次発電機6と連通連結されており、炭酸ガス供給管13を介してバイオマス増殖装置2と連通連結されている。なお、図中の符号14は、第２反応炉5内部の圧力を調整するための圧力調整器である。
【００４８】
二次発電機6は、第２反応炉5から水素ガス供給管12を介して供給される水素ガスと空気中の酸素とを電気化学的に燃焼させることによって発電する燃料電池6aを備えている。
【００４９】
そして、この燃料電池6aにより発電した電力は、図示しない蓄電装置に蓄電して、生活電力として使用することができるように構成している。
【００５０】
この燃料電池6aは、水素極となる第１電極6bと、酸素極となる第２電極6cと、これら第１電極6b及び第２電極6cを浸漬する電解液が充填された電解槽6dとを備えており、電解槽の第１電極6b近傍に水素ガス供給管12が連結されており、第２電極6cの近傍に酸素を供給するための酸素供給管15が連結されている。
【００５１】
また、酸素供給管15には、外気を電解槽6dへ送気するための圧送ポンプ15aを備えている。また、この圧送ポンプ15aは、電解槽6dへ送気する酸素量を調整可能とする調整バルブを備えている。
【００５２】
また、二次発電機6は、燃料電池6aが発電する際に発生する熱を用いて冷水を温水に変換する温水器6eを備えており、この温水器6eから温水供給管6fを介して給湯することにより、浴室やキッチン、バイオマス増殖装置2等で利用できるように構成している。なお、図中の符号6gは、温水器6eへの水道水の供給量を調整する調整バルブである。
【００５３】
また、バイオマス増殖装置2は、生体を増殖させるための培養搭16と、培養搭16へ培養液を供給する培養液供給機17とを備えている。
【００５４】
培養液供給機17は、培養液を貯留する培養液貯留槽17aと、この培養液貯留槽17aに貯留している培養液を培養搭16へ送給する送給ポンプ17bとを備えており、培養液供給管17cにより培養搭16と連通連結されている。
【００５５】
この培養液供給機17から培養搭16へ供給する培養液は、尿素、第１リン酸カルシウム、硫酸マグネシウム、ブドウ糖、その他適量のビタミン類及びミネラル類等を配合し、pHを6.0〜7.0に調整した水溶液としている。
【００５６】
培養搭16は、バイオマス混濁液を貯留する貯留槽として機能するバイオマス混濁液貯留槽16aと、バイオマスであるクロレラを増殖させるバイオマス増殖管16bとを備えている。
【００５７】
バイオマス混濁液貯留槽16aは、外界からの光を遮断可能な遮光性を有する部材により形成し、内部に常時所定量のバイオマス混濁液を貯留させることによって、クロレラに光合成における暗反応を行わせるように構成している。
【００５８】
一方、バイオマス増殖管16bは、光透過性の高いアクリル樹脂等により形成しており、バイオマス混濁液がこのバイオマス増殖管16bを循環する過程において、クロレラに光合成における明反応を行わせるように構成している。
【００５９】
このように、本実施形態の培養搭16では、バイオマス混濁液貯留槽16aを遮光性部材により形成する一方、バイオマス増殖管16bを光透過性の高い部材により形成することによって、クロレラが効率的に光合成を行って増殖できるように構成している。
【００６０】
また、このバイオマス混濁液貯留槽16aには、炭酸ガス供給管13が連通連結されており、この炭酸ガス供給管13を介して、第２反応炉5で発生した炭酸ガスをバイオマス混濁液貯留槽16aの底部からバイオマス混濁液中へ供給するように構成している。なお、反応成分調整器8によりバイオマス混濁液へ化石燃料を混入させた場合には、第２反応炉5で発生した炭酸ガスに加え、第１反応炉3中で化石燃料が燃焼した際に発生する炭酸ガスも、炭酸ガス供給管13を介してバイオマス混濁液貯留槽16aへ供給されることとなる。
【００６１】
このようにバイオマス混濁液貯留槽16aへ炭酸ガスを供給することによって、バイオマス混濁液貯留槽16aにおけるクロレラの増殖効率を向上させることができるだけでなく、発電の過程で生じる炭酸ガスを大量に大気中へ排出することもないので、温室効果の発生を抑制することができる。
【００６２】
また、このバイオマス混濁液貯留槽16aは、底部を漏斗状に形成することにより、成熟して沈殿してきたクロレラを、この漏斗状に形成した底部中央に集積させて、底部近傍におけるバイオマス混濁液中のクロレラの濃度を高めるように構成している。
【００６３】
そして、このクロレラの濃度を高めたバイオマス混濁液を、バイオマス供給管7を介して第１反応炉3へ供給するように構成している。
【００６４】
このように、本実施形態のバイオマス増殖装置2では、第１反応炉3へ供給するバイオマス混濁液中のクロレラの濃度を高めることによって、第１反応炉3で生じさせる蒸気圧を高めて一次発電機4における発電効率を向上させると共に、第２反応炉5における水素生成反応効率を向上させて、二次発電機6における発電効率を向上させるようにしている。
【００６５】
また、本実施形態の培養搭16では、バイオマス混濁液貯留槽16aからバイオマス増殖管16bへ、バイオマス混濁液貯留槽16a内において比較的未成熟のクロレラが浮遊している表層近傍のバイオマス混濁液を流入させ、当該バイオマス増殖管16bを通過させる過程でクロレラに効率よく明反応を行わせることによってクロレラを活性化させ、その後、再びバイオマス混濁液貯留槽16aへ戻すことにより、クロレラに糖や脂肪酸、アミノ酸等の栄養素を効率よく合成させて成熟させるように構成している。
【００６６】
特に、このバイオマス増殖管16bは、光透過性が高く可撓性を有するアクリル樹脂等により形成された一本のチューブを、バイオマス混濁液貯留槽16aの底部側から上方へ向けて立設させた二重螺旋構造となるように成形して構成している。
【００６７】
具体的に説明すると、このバイオマス増殖管16bは、バイオマス混濁液貯留槽16aの底部から垂直に立設した支柱16dを中心として螺旋を描くように、上記一本のチューブをバイオマス混濁液貯留槽16aにおけるバイオマス混濁液の比較的浅い位置から、支柱16dの上端まで巻回させて形成したバイオマス混濁液の往路16eと、往路を形成した螺旋の内側に、支柱16dの上端から支柱の下端まで、支柱16dを中心として螺旋を描くようにチューブを巻回させて形成したバイオマス混濁液の復路16fとを備えている。
【００６８】
そして、このバイオマス混濁液貯留槽16aでは、往路16eの始点をバイオマス混濁液の流入口とし、復路16fの終点をバイオマス混濁液の流出口としている。また、バイオマス混濁液の流入口には、バイオマス混濁液貯留槽16aに貯留しているバイオマス混濁液をバイオマス増殖管16bへ送出する送出ポンプ16cを配設している。なお、この送出ポンプ16cは、一次発電機4及び二次発電機6により発電した電力の一部を利用して駆動するように構成している。
【００６９】
このように、バイオマス増殖管16bは、螺旋状に形成したバイオマス混濁液の往路16eの内側に、この往路16eと連通した螺旋状の復路16fを形成した二重螺旋構造としているため、往路16eを流れる未成熟なクロレラの方が、復路16fを流下するクロレラよりも光を受光しやすく、これにより未成熟のクロレラに効率的に明反応を行わせることができる。
【００７０】
さらに、このバイオマス増殖管16bでは、往路を構成するチューブの内径が、復路を構成するチューブの内径よりも極めて小さくなるように構成している。
【００７１】
そのため、通常使用時には、送出ポンプ16cを殆ど作動させずに、バイオマス混濁液をバイオマス混濁液貯留槽16aからバイオマス増殖管16bへ、そして、バイオマス増殖管16bからバイオマス混濁液貯留槽16aへと循環させることができるので、更なる発電効率の向上を図ることができる。
【００７２】
すなわち、本実施形態では、バイオマス増殖管16bにおけるバイオマス混濁液の往路16eの内径を極めて小さく構成しているため、この往路16eを構成するチューブの毛細管現象を利用して、バイオマス混濁液貯留槽16aからバイオマス増殖管16bへバイオマス混濁液を吸い上げることができ、しかも、復路16fに入ったバイオマス混濁液中のクロレラは、光エネルギーを吸収して比較的重くなっているため、自重により復路16fを下方へ流下し、このバイオマス混濁液が流下する力が往路16eにおいてバイオマス混濁液を上方に吸い上げる吸引力として作用するので、僅かな力でバイオマス混濁液を循環させることができ、送出ポンプ16cの駆動に使用する電力を可及的に低減して、発電装置1の発電効率を向上させることができる。
【００７３】
また、上記のように、バイオマス増殖管16bにおけるバイオマス混濁液の復路16fの内径を往路16eの内径よりも大きく形成したことにより、チューブにクロレラが詰まることを抑制することもできる。
【００７４】
このように構成した培養搭16では、バイオマス混濁液貯留槽16a中において成熟したクロレラは自重により下方に沈殿し、バイオマス混濁液の流入口付近に浮遊しているクロレラは比較的未成熟でその大きさも非常に小さいため、この未成熟なクロレラを含むバイオマス混濁液が往路16eを構成する微細な内径のチューブ内を詰まることなく上方へ向かって流れることとなる。
【００７５】
その後、往路16eを流れる間に増殖したクロレラを含むバイオマス混濁液は、復路16fを流下することとなるが、上記のように、復路16fを構成するチューブの内径が往路16eを構成するチューブの内径よりも大きく形成されているため、復路16fを流下する際に成熟したクロレラがチューブ内に詰まることがなく、成熟したクロレラを含むバイオマス混濁液は、再度バイオマス混濁液貯留槽16aへ流れ込むこととなる。
【００７６】
ここで、このように構成した発電装置1の動作と発電方法について説明する。
【００７７】
本実施形態の発電装置1では、まず、バイオマス増殖装置2からバイオマス供給管7へバイオマス混濁液を流入させる。このとき、反応成分調整器8によりバイオマス供給管7内へ粉末状の炭素を供給して、バイオマス混濁液に混入量を調整した粉末状の炭素を混入させる。
【００７８】
その後、噴射ポンプ9を駆動することによって、バイオマス混濁液を第１反応炉3内へ供給する。
【００７９】
第１反応炉3内部は、ヒータ3ａが発生する熱と、バイオマス混濁液に混入した炭素粉末の一部が燃焼することにより生じる熱とにより700℃〜1000℃の高温に保たれており、この第１反応炉3内へ供給されたバイオマス混濁液は瞬時に気化すると共に熱解離して、その体積が爆発的に膨張する。
【００８０】
このとき、バイオマス混濁液は、700℃〜1000℃の高温により水性ガス化して、水素ガス、炭酸ガス、一酸化炭素、メタンガス、水蒸気とが混合した混合ガスとなり、一次発電機4の吸気管10へ送気される。
【００８１】
一次発電機4では、吸気管10から送気される混合ガスの蒸気圧によって、タービン4aが回転し、このタービン4aの回転力を電気エネルギーに変換することによって、一次発電が行われる。そして、この一次発電により得た電力は、図示しない蓄電装置に蓄電されて生活電力として使用される。
【００８２】
その後、一次発電機4のタービンを回転させた混合ガスは、第２反応炉5へ排気される。
【００８３】
第２反応炉5は、ヒータ5ａにより300℃〜500℃の高温に保たれており、この第２反応炉5へ供給された混合ガスを熱解離及び会合反応させて、水素ガスと炭酸ガスとを生成する。
【００８４】
すなわち、この第２反応炉5では、混合ガス中のメタンガスと水蒸気とを反応させて水素ガスと炭酸ガスとを生成し（CH4＋2H2O→4H2＋CO2）、さらに、一酸化炭素ガスと水蒸気とを反応させて水素ガスと炭酸ガスとを生成する（CO＋H2O→H2＋CO2）。
【００８５】
こうして生成された水素ガスと炭酸ガスとの混混合ガスは、ガス分離器11へ送気され、ガス分離器11内の分取膜により水素ガスと炭酸ガスとに分離され、水素ガスは、水素ガス供給管12を介して二次発電機6の電解槽6dへ送気され、炭酸ガスは、炭酸ガス供給管13を介してバイオマス増殖装置2のバイオマス混濁液貯留槽16aへ送気される。
【００８６】
二次発電機6では、圧送ポンプ15aを作動させて酸素供給管15から電解槽6dへ空気を送気させ、水素ガス供給管12から送気される水素ガスを酸素供給管15から送気される空気中の酸素により電解槽6d中で電気化学的に燃焼させることにより二次発電が行われる。そして、この二次発電機6により得た電力は、図示しない蓄電装置に蓄電されて生活電力として使用される。
【００８７】
また、バイオマス増殖装置2では、ガス分離器11により分離され、炭酸ガス供給管13を介して送気される炭酸ガスをバイオマス混濁液貯留槽16a内のバイオマス混濁液に溶解させることによって、バイオマス増殖装置2におけるクロレラの増殖効率を向上させて、上記一次発電及び二次発電により消費したバイオマスであるクロレラの消費分を補うようにしている。
【００８８】
このように、本実施形態の発電装置1は、バイオマスを主たるエネルギー源として発電を行う一連の工程において、一次発電機4と二次発電機6とにより２段階で電気エネルギーを得ることができるので、バイオマスから水素ガスを生成して燃料電池により発電を行う従来の発電装置よりも更に発電効率の高い発電装置とすることができる。
【００８９】
また、この発電装置1では、光合成を行う生体のバイオマスと太陽光を主なエネルギー源として発電を行うことができるため、地中に埋蔵されている限りある資源を浪費することがない。
【００９０】
さらに、この発電装置1では、発電により生じた温室効果ガスともなりえる炭酸ガスを、バイオマス増殖装置2内の培養液に溶解させることによって、炭酸ガスを大量に大気中へ排出することを防止することができる。
【００９１】
しかも、バイオマス増殖装置2では、バイオマスであるクロレラが、培養液に溶解された炭酸ガスと太陽光とを利用して光合成を行うため、発電により消費されたバイオマスを、発電により生じた炭酸ガスで再生補充することができるので、この発電装置1の中にエネルギーの循環系を形成することができ、外部から追加するエネルギー資源としては、使用した分を補うための培養液と少量の炭素だけで、その他は、バイオマス自身の増殖力と太陽光のエネルギーに依存して発電を行うことができ、発電装置1のランニングコストを可及的に低減することができる。
【００９２】
また、この発電装置1では、バイオマス混濁液中に、化石燃焼である石炭の粉末（炭素）を混入するように構成しているが、この炭素は、単に燃焼させて炭素自体が有するエネルギーの30〜40％だけを利用し、残りのエネルギーを使い捨てるのではなく、燃焼により炭酸ガスとなった炭素をバイオマスの増殖に使用することによって、上記エネルギーの循環系の中に取り込むことができ、地球資源の有効利用に繋げることができる。
【００９３】
また、本実施形態では、生体のバイオマスが行う光合成に、太陽光を用いるようにしているが、光合成を行うことができる光であれば、人工的な光を用いてもよく、たとえば、本実施形態の発電装置1で発電した電力のうちの一部を使用して発光する光源を設け、この光源が発する光によってバイオマスに光合成を行わせるように構成してもよい。
【００９４】
このように構成することによって、雨天時や曇天時であっても晴天時と同様にバイオマスを増殖させることができ、しかも、住宅において比較的電力使用量が低い夜間に、生活電力として使用しない分の電力を用いてバイオマスを増殖させることによって、翌日の発電に使用する分のバイオマスを効率よく補充することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本実施形態に係る発電装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９６】
1  発電装置
2  バイオマス増殖装置 
3  第１反応炉
4  一次発電機
5  第２反応炉
6  二次発電機
7  バイオマス供給管
8  反応成分調整器
9  噴射ポンプ
10  吸気管
11  ガス分離器
12  水素ガス供給管
13  炭酸ガス供給管
14  圧力調整器
15  酸素供給管
16  培養搭
17  培養液供給機
【図１】
2008258029.tif 000003