(57)【要約】【課題】デトネーションによるエネルギをＭＨＤ発電に利用し効率の良い発電を行う。【解決手段】発電システム１はデトネーションが発生する所定長さの筒状の空洞を有するデトネーション管５と、前記デトネーション管５の内部に磁界を生成する磁界生成部２１とを備える。そして、燃料供給部１５により供給された燃料に着火し発生したデトネーションにより、前記デトネーション管５の内部を所定の温度状態にし、アルカリ金属添加部１７により添加されたたねから電子を発生させるとともに前記磁界内を移動させて起電力を誘起させる。【選択図】      図１
2004350398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃波を伴う爆発的燃焼のデトネーションを利用し発電を行う発電システムであって、
前記デトネーションが間欠的に発生する所定長さの筒状の空洞を有するデトネーション管と、
前記デトネーション管の内部に磁界を生成する磁界生成部と、
供給された燃料に着火し発生したデトネーションにより管内を所定の温度状態にし、添加されているたねから電子を発生させて、この電子を前記デトネーションにより前記磁界内を通過させ、誘起した起電力を確保する手段と、
を備えたことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
衝撃波を伴う爆発的燃焼のデトネーションを利用し発電を行う発電システムであって、
前記デトネーションが間欠的に発生する所定長さの筒状の空洞を有するデトネーション管と、
前記デトネーション管の内部に磁界を生成する磁界生成部と、
供給された燃料に着火し発生したデトネーションにより管内を所定の温度状態にし、添加されているたねから電子を発生させて、この電子を前記デトネーションにより前記磁界内を通過させ、誘起した起電力を確保する手段と、
前記デトネーション管内に発生したデトネーションによるエネルギをタービンに導き発電を行う手段と、
を備えたことを特徴とする発電システム。
【請求項３】
前記たねは電子が電離し易いアルカリ金属であることを特徴とする請求項１又は２記載の発電システム。
【請求項４】
デトネーションの発生による高温状態の過程であるホットフロー後に、気体供給部は過大の気体を前記デトネーション管に供給し、前記デトネーション管内部の燃焼ガスのパージと所定の部分の冷却とを兼ね備えたコールドフローの過程を行い、前記ホットフローと前記コールドフローとが交互に行われることを特徴とする請求項１、２又は３記載の発電システム。
【請求項５】
衝撃波を伴う爆発的燃焼のデトネーションを利用し発電を行う発電方法であって、
所定長さの筒状の空洞を有するデトネーション管内に前記デトネーションを間欠的に発生させる過程と、
前記デトネーション管の内部に磁界を生成する過程と、
供給された燃料に着火し発生したデトネーションにより管内を所定の温度状態にし、添加されているたねから電子を発生させて、この電子を前記デトネーションにより前記磁界内を通過させ、誘起した起電力を確保する過程と、
を有することを特徴とする発電方法。
【請求項６】
衝撃波を伴う爆発的燃焼のデトネーションを利用し発電を行う発電方法であって、
所定長さの筒状の空洞を有するデトネーション管に前記デトネーションを間欠的に発生させる過程と、
前記デトネーション管の内部に磁界を生成する過程と、
供給された燃料に着火し発生したデトネーションにより管内を所定の温度状態にし、添加されているたねから電子を発生させて、この電子を前記デトネーションにより前記磁界内を通過させ、誘起した起電力を確保する過程と、
前記デトネーション管内に発生したデトネーションによるエネルギをタービンに導き発電を行う過程と、
を有することを特徴とする発電方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電システム及びその方法に関し、さらに詳細には、デトネーションを発生させ、添加されているアルカリ金属から電子を電離させ、磁界内に電子を通過させることにより発電を行う発電システム及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルスデトネーションとは、燃焼過程をパルス状（間欠的）に衝撃波を伴う燃焼（デトネーション）である。
【０００３】
そして、このパルスデトネーションを利用するエンジン（パルスデトネーションエンジン）は原理的に高効率の発電を行うことができる。このように、パルスデトネーションエンジンは、ターボファン，ターボジェット，ラムジェット，ロケットなど全ての推進機関にとって代わるような可能性を秘めたエンジンである。
【０００４】
一方、磁界中で導線を移動させると、この導線に起電力が生ずる原理に基づき、導線の移動の代わりに電離した電子の流れを利用して起電力を発生させ発電を行うＭＨＤ発電が行われている。
【０００５】
そして、パルスデトネーションエンジンとＭＨＤ発電を組み合わせた発電も考案されている。例えば、特許文献１。
【０００６】
【特許文献１】
ＡＩＡＡ（９９−３６６２）
Ｔｏｗａｒｄｓ  ｌｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｕｌｓｅ  Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ
Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ  ａｎｄ  ＭＨＤ  Ｐｏｗｅｒ
３０ｔｈ  Ｐｌａｓｍａｄｙｎａｍｉｃｓ  ａｎｄ  Ｌａｓｅｒｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
２８Ｊｕｎｅ−１Ｊｕｌｙ，１９９９／Ｎｏｒｆｏｌｋ，ＶＡ
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
パルスデトネーションエンジンを利用し発電を行うには、排気ガス温度は２０００℃以上であるため、そのままではタービン入り口温度が過大となり、実現の目処はなかった。また、デトネーション管から出る衝撃波をそのままタービンに入れた場合、タービンの破損を招くという問題がある。
【０００８】
さらに、パルスデトネーションンエンジンをタービン等の機械的発電に応用する場合には、高温高圧ガスをタービンに適する状態まで下げるためのロスや、タービン作動の機械的ロスなどがあり、効率を下げる要因となっていた。
【０００９】
一方、ＭＨＤ発電を利用したパルスデトネーションエンジンによる発電の場合、高温高圧ガスをタービンに適する温度まで下げるためのロスや上記機械的ロス等は無くなるが以下のような問題がある。
【００１０】
デトネーションンが発生するデトネーションン管の出口にＭＨＤ発電機を備えると、この出口からのエネルギをタービン等に導く際、障害物となり、かつ、発電システム自体が大きなものになってしまうという問題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のごとき問題に鑑みてなされたものであり、請求項１に係る発明は、衝撃波を伴う爆発的燃焼のデトネーションを利用し発電を行う発電システムであって、前記デトネーションが間欠的に発生する所定長さの筒状の空洞を有するデトネーション管と、前記デトネーション管の内部に磁界を生成する磁界生成部と、供給された燃料に着火し発生したデトネーションにより管内を所定の温度状態にし、添加されているたねから電子を発生させて、この電子を前記デトネーションにより前記磁界内を通過させ、誘起した起電力を確保する手段とを備えた発電システムである。これにより、機械的なエネルギの低下がなくなり高効率な発電を行うことができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、衝撃波を伴う爆発的燃焼のデトネーションを利用し発電を行う発電システムであって、前記デトネーションが間欠的に発生する所定長さの筒状の空洞を有するデトネーション管と、前記デトネーション管の内部に磁界を生成する磁界生成部と、供給された燃料に着火し発生したデトネーションにより管内を所定の温度状態にし、添加されているたねから電子を発生させて、この電子を前記デトネーションにより前記磁界内を通過させ、誘起した起電力を確保する手段と、前記デトネーション管内に発生したデトネーションによるエネルギをタービンに導き発電を行う手段とを備えた発電システムである。これにより、さらに高効率な発電を行うことができる。また、デトネーション管内に磁界をかけ発電することによりデトネーションの衝撃を緩和することができ、タービンの保護を行うことができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、前記たねは電子が電離し易いアルカリ金属である請求項１又は２記載の発電システムである。これにより、電離する電子の量が増え適正な温度での発電を行うことができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、デトネーションの発生による高温状態の過程であるホットフロー後に、気体供給部は過大の気体を前記デトネーション管に供給し、前記デトネーション管内部の燃焼ガスのパージと所定の部分の冷却とを兼ね備えたコールドフローの過程を行い、前記ホットフローと前記コールドフローとが交互に行われる請求項１、２又は３記載の発電システムである。これにより、タービン等の冷却を容易に行うことができる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、衝撃波を伴う爆発的燃焼のデトネーションを利用し発電を行う発電方法であって、所定長さの筒状の空洞を有するデトネーション管内に前記デトネーションを間欠的に発生させる過程と、前記デトネーション管の内部に磁界を生成する過程と、供給された燃料に着火し発生したデトネーションにより管内を所定の温度状態にし、添加されているたねから電子を発生させて、この電子を前記デトネーションにより前記磁界内を通過させ、誘起した起電力を確保する過程とを有することを特徴とする発電方法である。
【００１６】
請求項６に係る発明は、衝撃波を伴う爆発的燃焼のデトネーションを利用し発電を行う発電方法であって、所定長さの筒状の空洞を有するデトネーション管に前記デトネーションを間欠的に発生させる過程と、前記デトネーション管の内部に磁界を生成する過程と、供給された燃料に着火し発生したデトネーションにより管内を所定の温度状態にし、添加されているたねから電子を発生させて、この電子を前記デトネーションにより前記磁界内を通過させ、誘起した起電力を確保する過程と、前記デトネーション管内に発生したデトネーションによるエネルギをタービンに導き発電を行う過程とを有する発電方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１及び図２を参照する。図１は発電システム１の概略の構成を示している。図２は図１においてデトネーション管５の断面Ａ−Ａを示している。
【００１９】
前記発電システム１は、衝撃波を伴う爆発的燃焼のデトネーションを間欠的に発生させ、前記デトネーションによるエネルギを利用してＭＨＤ発電（ｍａｇｎｅｔｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎあるいは電磁流体発電という）を行う。ここで、前記ＭＨＤ発電とは既に公知になっているが概略を説明する。普通の発電機では、金属の導線を磁界（磁場ともいう）内で動かして、磁力線を横切るような仕掛けになっているが、これと同じ原理で導電性のある高速流体（電磁流体）を磁界を横切って起電力を誘起する発電方法である。
【００２０】
図１に示すように前記発電システム１は前記デトネーションが発生する所定長さの筒状の空洞を有するデトネーション管５と、デトネーション管５に気体（例えば空気）を空気溜７と空気バルブ９とを介して間欠的に供給するブロア３と、前記デトネーション管５の内部に磁界を生成する磁界生成部２１（図２参照）と、デトネーション管５を冷却する冷却部１９とを備えている。
【００２１】
図２に示すように、前記磁界生成部２１に備えられた極（例えばＮ極）２１ａと極（例えばＳ極）２１ｂにより磁界（磁場）が矢印ＡＲ方向に形成されている。また、デトネーション管５は金属の筒５ａの内周にセラミック５ｂが形成されている。これにより、高温と高圧等に強い構造になる。
【００２２】
そして、図１に示すように燃料供給部１５によりデトネーション管５内に供給された燃料に着火し発生したデトネーションにより、前記デトネーション管５の内部を所定の温度状態にし、アルカリ金属添加部１７により添加されたたねから電子を発生させるとともに前記磁界内を通過（移動）させて起電力を誘起させる。この起電力は電極１１ａと電極１１ｂと負荷抵抗１３とにより確保される（例えば発電が行われる）。なお、前記電極１１ａと前記電極１１ｂとはデトネーション管５の管内に配置され、電離した電子と接触可能な状態にある。
【００２３】
前記たねは所定の温度で電離容易なアルカリ金属（例えば、セシウム（Ｃｓ），カリウム（Ｋ）等）であることが望ましい。所定の温度で容易に電子が電離するからである。
【００２４】
また、「たねの添加（シーディング）」とは、動作気体（デトネーションにより生成したデトネーション管を移動する気体）に少量の電離しやすい物質（例えばアルカリ金属等）を添加することをいう。これにより、デトネーション管５内の温度を過大な温度としなくてもアルカリ金属は所定の温度で電離し易いので導電率を大きくすることができる。
【００２５】
デトネーション管５内の所定の状態について説明する。デトネーション管５内にデトネーションが発生すると管内の温度は３０００［Ｋ］程度となる。そして、この温度状態にアルカリ金属を添加すると、導電率σは、１０［１／Ω・ｍ］程度となる。図５はアルカリ金属を添加したときの温度と導電率の関係を示している。なお、横軸は温度で縦軸は導電率である。
【００２６】
一方、デトネーション管５内に発生したデトネーションによるガス流速ｕは１０００（ｍ／ｓ）程度である。
【００２７】
上述のような状態で、下記の式（１）で算出される発電を行うことができる。
【００２８】
Ｗ＝σｕ２Ｂ２Ｋ（Ｋ−１）  ．．．  式（１）
ここで、Ｂ：磁束密度［Ｔ］
Ｋ：負荷率（０．１〜１）
Ｖ：電磁流体体積［ｍ３］
であり、Ｋ＝０．５のとき最大になる。
【００２９】
なお、上記発電システム１においては、デトネーションの発生による高温状態の過程であるホットフロー後に、ブロア３（気体供給部）は過大の気体を前記デトネーション管に供給し、前記デトネーション管内部の燃焼ガスのパージと所定の部分の冷却とを兼ね備えたコールドフローの過程を行い、前記ホットフローと前記コールドフローとが交互に行ってもよい。これにより、デトネーション管５等の冷却ができる。
【００３０】
図３及び図４を参照する。図３は上述の発電システム１にタービンを備えた発電システム３１の概略の構成を示している。図４は図３においてデトネーション管３５の断面Ｂ−Ｂを示している。
【００３１】
前記発電システム３１は、衝撃波を伴う爆発的燃焼のデトネーションを間欠的に発生させ、前記デトネーションによるエネルギを利用してＭＨＤ発電を行うとともにタービンによる発電も併せて行う。
【００３２】
図３に示すように前記発電システム３１は前記デトネーションが発生する所定長さの筒状の空洞を有するデトネーション管３５と、デトネーション管３５に気体（例えば空気）を空気溜３７と空気バルブ３９とを介して間欠的に供給するブロア３３（気体供給部）と、前記デトネーション管３５の内部に磁界を生成する磁界生成部５５（図４参照）と、デトネーション管３５を冷却する冷却部４９とを備えている。図４に示すように、前記磁界生成部５５に備えられた極（例えばＮ極）５５ａと極（例えばＳ極）５５ｂにより磁界（磁場）が矢印ＡＲ２方向に形成されている。また、デトネーション管３５は金属の筒３５ａの内周にセラミック３５ｂが形成されている。
【００３３】
そして、図３に示すように燃料供給部４５によりデトネーション管３５内に供給された燃料に着火し発生したデトネーションにより、前記デトネーション管３５の内部を所定の温度状態にし、アルカリ金属添加部４７により添加されたたねから電子を発生させるとともに前記磁界内を移動させて起電力を誘起させる。この起電力は電極４１ａと電極４１ｂと負荷抵抗４３とにより確保される（例えば発電が行われる）。なお、前記電極４１ａと前記電極４１ｂとはデトネーション管３５の管内に配置され、電離した電子と接触可能な状態にある。
【００３４】
デトネーション管５内の所定の状態について説明する。上述したようにデトネーション管３５内にデトネーションが発生すると管内の温度は３０００［Ｋ］程度となる。そして、この状態にアルカリ金属を添加すると、導電率σは、１０［１／Ω・ｍ］程度となる。
【００３５】
一方、デトネーション管３５内に発生したデトネーションによるガス流速ｕは１０００（ｍ／ｓ）程度である。上述のような状態で、上記の式（１）で算出される発電を行うことができる。
【００３６】
この発電システム３１は、さらにタービン５１とジェネレータ５３とを備えている。前記デトネーション管３５内で生成したデトネーションのエネルギがタービン５１に導かれる。そして、ジェネレータ５３により発電が行われる。この際、デトネーション管３５に発生したデトネーションのエネルギをデトネーション管３５内の磁界を通過することにより間欠的に発生する衝撃的なエネルギが緩和されタービン５１の破損等を防止することができる。いわゆる、ショックダンパの役割も兼ね備えているものである。
【００３７】
なお、発電システム３１では、ブロア３３により、デトネーションの発生による高温状態の過程であるホットフロー後に、前記気体供給部は過大の気体を前記デトネーション管に供給し前記デトネーション管内部の燃焼ガスのパージと所定の部分の冷却とを兼ね備えたコールドフローの過程を行い、前記ホットフローと前記コールドフローとが交互に行われる。これにより、タービン５１やデトネーション管３５等の冷却を行うことができる。
【００３８】
なお、この発明は前述した実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他の態様で実施し得るものである。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、以上説明したシステムから構成されているので、以下の効果を得ることができる。
【００４０】
すなわち、パルスデトネーションエンジンにＭＨＤ発電を利用するため、高温高圧ガスをタービンに適する温度まで下げるためのロスや上記機械的ロス等は無くなるという効果がある。さらに、デトネーションンが発生するデトネーションン管内にＭＨＤ発電用の装置を備えているので、この出口からのエネルギをタービン等に導く際、障害物とならなく、かつ、発電システム自体を小型化できるという効果がある。
【００４１】
また、デトネーション管に発生したデトネーションがデトネーション管内の磁界を通過することにより間欠的に発生する衝撃的なエネルギが緩和されタービンの破損等を防止することができるという効果がある。
【００４２】
一方、気体供給部により冷却用空気を間欠的に供給することによりデトネーションにより発生する高温による各装置の損傷等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発電システムの概略の構成を示す概略図である。
【図２】デトネーション管の断面を示す断面図である。
【図３】発電システムの他の例の概略の構成を示す概略図である。。
【図４】デトネーション管の断面を示す断面図である。
【図５】ＭＨＤ発電の特性を説明する説明図である。
【符号の説明】
１  発電システム
３  ブロア
５  デトネーション管
７  空気溜
９  空気バルブ
１１ａ，ｂ  電極
１３  負荷抵抗
１５  燃料供給部
１７  アルカリ金属添加部
１９  冷却部
【図１】
2004350398.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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