(57)【要約】【課題】地球に優しいクリーンな発電システムを提供する。【解決手段】一次空気貯蔵タンク１内に貯蔵された液体空気の冷熱エネルギで、熱交換器３を介して二次空気を冷却し、その冷却された二次空気を、コンプレッサ１７の発熱エネルギを利用して加熱し、加熱された二次空気を発電用タービン１５に送り込んで発電する。発電用タービン１５から排出された二次空気は、熱交換機３へ戻される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次空気との熱交換によって冷却した二次空気を加熱し、その加熱により昇圧された二次空気を発電用のタービン送り込んでその発電用タービンを駆動し、その発電用タービンから排出された二次空気を前記一次空気との熱交換に戻して循環利用するランキンサイクル発電システムであって、前記二次空気の加熱にコンプレッサの発熱を利用したランキンサイクル発電システム。
【請求項２】
二次空気との熱交換を終えた一次空気を一旦断熱膨張させた後、タービンから排出された二次空気との熱交換に供し、その二度目の熱交換を終えた一次空気をヒータで加熱し、その加熱により昇圧された一次空気を発電用サブタービンに送り込んで発電用サブタービンを駆動し、その発電用サブタービンから排出された一次空気は大気に放出させる請求項１に記載のランキンサイクル発電システム。
【請求項３】
二次空気との熱交換を終えた一次空気との熱交換によって炭酸ガスを冷却し、その炭酸ガスをコンプレッサの発熱エネルギを利用して加熱し、その加熱により昇圧された炭酸ガスを発電用タービンに送り込んでその発電用タービンを駆動し、その発電用タービンから排出された炭酸ガスは前記一次空気との熱交換に戻して繰り返し利用する一方、炭酸ガスとの熱交換を終えた一次空気は大気に放出させる請求項１に記載のランキンサイクル発電システム。
【請求項４】
乗り物のモータ駆動用電源とした請求項１〜３のいずれかに記載のランキンサイクル発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギ源として冷熱を利用したランキンサイクル発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却した空気を加熱して得られる高圧のエネルギで発電用のタービンを駆動する発電システムとして、例えば特許文献１に記載の発電システムが提案されている。
この発電システムでは、冷却された空気の加熱に水の熱エネルギを利用し、冷熱源としてＬＮＧ（液化天然ガス）を採用している。
この発電システムの狙いは、ＬＮＧを燃料とした設備において、ＬＮＧが気化する際、無駄に棄てられている冷熱エネルギの有効利用にある。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１２７８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加熱用の水を無尽蔵にある海から供給を受けるため海に近い場所でなくてはならないし、火力発電所などの設備を併設する広大な敷地も必要である。
そのため設置場所が制限されてしまい、可搬タイプとしては考えられていない。
又、ＬＮＧを燃焼させることが前提であるため、廃棄ガスによる大気汚染が懸念される。
【０００５】
本発明は、冷熱エネルギの無駄を極力少なくして発電効率を高めると共に、可搬式タイプとしても好適な無公害の発電システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、一次空気との熱交換によって冷却した二次空気を加熱し、その加熱により昇圧された二次空気を発電用のタービン送り込んでその発電用タービンを駆動し、その発電用タービンから排出された二次空気を前記一次空気との熱交換に戻して循環利用するランキンサイクル発電システムであって、前記二次空気の加熱にコンプレッサの発熱を利用したランキンサイクル発電システムにある。
このランキンサイクル発電システムにあって、一次空気は二次空気と同じく水分と炭酸ガスとを含まない成分の液体空気を利用し、二次空気との熱交換を終えた一次空気は、一旦断熱膨張させた後、タービンから排出された二次空気との熱交換に供し、その二度目の熱交換を終えた一次空気をヒータで加熱して、その加熱により昇圧された一次空気を発電用サブタービンに送り込んで発電用サブタービンを駆動し、その発電用サブタービンから排出された一次空気を大気に放出させたり、熱交換によって炭酸ガスを冷却し、その炭酸ガスをコンプレッサの発熱エネルギを利用して加熱し、その加熱により昇圧された炭酸ガスを発電用タービンに送り込んでその発電用タービンを駆動し、その発電用タービンから排出された炭酸ガスを前記一次空気との熱交換に戻して循環利用する一方、炭酸ガスとの熱交換を終えた一次空気は大気に放出させることができる。
そしてこのランキンサイクル発電システムは、乗り物のモータ駆動用電源として好適利用ができる。
【発明の効果】
【０００７】
二次空気（炭酸ガス）の加熱にコンプレッサの発熱エネルギを利用しているので、加熱量のコントロールが容易であるが、各種の電気ヒータでの発熱を二次空気（炭酸ガス）の加熱に利用しても差し支えない。
【０００８】
又、二次空気の冷却に使用して余った冷熱エネルギを有効利用することによって、一次空気の利用効率を高めることができる。
更に、乗り物用とすれば、完全な無公害車が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のランキンサイクル発電システムを図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施一例を示したもので、先ず一次空気の経路について説明すると、１は冷却媒体である一次空気を貯蔵する一次空気貯蔵タンクであって、この一次空気貯蔵タンク１内は冷凍機２によって常時−１９０℃に保たれており、注入口１ａから随時一次空気の補充が可能になっている。
３は熱交換器、４はその熱交換器３内に配設された熱交換パイプであって、熱交換器３の空気液化室は低温空気液化室領域３ａと高温空気液化室領域３ｂとに分けられており、低温空気液化室領域３ａ内の熱交換パイプ４ａには、ポンプ５により前記一次空気貯蔵タンク１内の一次空気がダイレクトに送り込まれるようになっていると共に、高温空気液化室領域３ｂ内の熱交換パイプ４ｂには、前記低温空気液化室領域３ａから一旦取り出して断熱膨張させた一次空気が送り込まれるようになっていて、熱交換パイプ４ａを通過後は、一旦一次空気貯留タンク６に回収される。
【００１０】
前記低温空気液化室領域３ａ内の熱交換パイプ４ａを通過した一次空気を断熱膨張させる手段としては、回転軸を同一とした一対の膨張タービン７，８が採用されており、それらの膨張タービン７，８へ連続して送り込むことによって冷熱空気が再生される。
一次空気貯留タンク６には圧力調整バルブ６ａが取り付けられていて、貯留量が一定値を超えるとその圧力調整バルブ６ａが働いて余剰分の一次空気が高温空気液化室領域３ｂへ送り出されるようになっている。
【００１１】
前記一次空気貯留タンク６に回収された一次空気は、ポンプ９を介して高温空気液化室領域３ｂ内の熱交換パイプ４ｂに送り込まれるようになっていて、高温空気液化室領域３ｂ内での熱交換を終えた後、加熱室１０でヒータ１０ａにより加熱され、発電用サブタービン１１に送り込まれ、その発電用サブタービン１１の駆動に利用される。
発電用サブタービン１１で冷熱エネルギを使い尽くした一次空気は、その後大気に放出される。
以上が一次空気の通過経路である。
【００１２】
次に空気のランキンサイクルについて説明する。
１２は前記熱交換器３で一次空気との熱交換により液化された二次空気貯留タンクであり、この二次空気貯留タンク１２には圧力調整バルブ１２ａが取り付けられていて、過剰分は大気に放出されるようになっている。
この二次空気貯蔵タンク１２内の二次空気は、高圧ポンプ１３を介して二次空気加熱室１４に送り込まれ、加熱により昇温、昇圧された高圧の二次空気は発電用タービン１５に送り出されるようになっている。
発電用タービン１５は、高圧タービン１５ａと低圧タービン１５ｂとを直列に組み合わせて構成されており、高圧タービン１５ａから排出された二次空気が低圧タービン１５ｂへとバトンタッチされる。
低圧タービン１５ａから排出された二次空気は、先ず熱交換器３の高温空気液化室領域３ｂに導入され、一次空気との熱交換によって冷却された後、低温空気液化室領域３ａへと移動し、低温空気液化室領域３ａで更に冷却される。
熱交換器３で冷却された二次空気は、ポンプ１６を介して前記空気貯溜用タンク１２にリサイクルされ、タンク内に貯溜された冷熱空気は前記空気のランキンサイクルを循環し続ける。
そしてこの空気のランキンサイクルを循環中に、例えば二次空気貯留タンク１２から排出されるなどして二次空気が不足した場合は、発電用タービン１５の直前にて適宜補充可能になっている。
【００１３】
前記二次空気加熱室１４では、コンプレッサ１７の発熱エネルギが利用されており、コンプレッサ１７で生成された高圧空気は、二次空気加熱室１４内の熱交換器に送られる。
発電用サブタービン１１と発電用タービン１５（高圧タービン１５ａと低圧タービン１５ｂ）、にそれぞれ付属の発電機１８，１９，２０で発電された電力はバッテリ２１に蓄積される。
又、バッテリ２１に蓄積しきれない余剰電力は、発電機を兼ねたダイナモ２２の駆動に利用し、ダイナモ２２の回転をクラッチ２３ａを介してフライホイール２３に伝え、フライホイール２３で回転エネルギとして蓄積し、必要に応じて、前記ダイナモを発電機代わりに利用し、電気的エネルギとして取り出すことが可能となっている。
このように補助的なエネルギ蓄積手段を設けることで、例えば走行、停止を繰り返す乗り物に搭載した場合は、停止中に使用されないエネルギが無駄になることを防止できる。
【００１４】
このように形成されたランキンサイクル発電システムは、一次空気貯蔵タンク１内に、一次空気として水分と炭酸ガス成分を除去した液体空気を充填すると共に、空気のランキンサイクルに水分と炭酸ガス成分を除去した空気を満たし、各ポンプ５、９，１３、１６を順に駆動させる。
ポンプ５の駆動によって−１９０℃の液体空気が熱交換器３の熱交換パイプ４ａに送り込まれると、低温空気液化室領域３ａ内の空気は−１８０℃まで冷却されて液化し、液化した空気はポンプ１６で二次空気貯蔵タンク１２に圧送され、その二次空気貯蔵タンク１２に貯蔵された後、高圧ポンプ１３によって二次空気加熱室１４に送り出され、その二次空気加熱室１４内で加熱される。
この加熱源として使用されるコンプレッサ１７の駆動は、バッテリ２１から供給され、バッテリ２１には３機の発電機１８，１９，２０から電力が補充され続けられているので、電力不足の心配はない。
加熱によって昇温、昇圧され、発電用タービン１５に送り込まれた高圧空気は、両タービン１５ａ，１５ｂを駆動し、熱交換器３へと戻される。
熱交換器３に戻された高温の空気は、高温空気液化室領域３ｂ通過時と低温空気液化室領域３ａ通過時とで二段階に冷却され、低温空気液化室領域３ａ内で液化した空気は前記ポンプ１６で二次空気貯蔵タンク１２に回収される。
タービン１５ａ，１５ｂに付属の発電機１９，２０により発電された電力は、各種用途に利用することができ、又、余剰電力はバッテリ２１に電気的エネルギとして蓄積されると共に、フライホイール２３に回転エネルギとして蓄積される。
この実施例では、熱交換器の低温空気液化室領域３ａで一旦で熱交換を終えた一次空気を断熱膨張させ、再度熱交換器の高温空気液化室領域３ｂに送り込むといったように二次空気を二段階に冷却し、且つ、それら熱交換を終えた後の二次空気再利用して発電用サブタービン１１を駆動させている。
従って一次空気の冷熱エネルギを有効に使い切ることができる。
【００１５】
前記実施例では、発電用サブタービンを一次空気の残存冷熱エネルギにて直接駆動させているが、炭酸ガスのランキンサイクルを稼働させるための一次空気として利用することもできる。
次にその変更例を説明する。
【００１６】
図２は空気のランキンサイクルと炭酸ガスのランキンサイクルとの二段に構成されたランキンサイクル発電システムであって、前記実施例と共通する部分は同一符号を付し、詳しい説明は省略する。
又、両ランキンサイクルは利用される流体が空気と炭酸ガスとの相違があるのみで、基本的な構造は共通する。
ただ、炭酸ガスのランキンサイクルで使用している熱交換器には炭酸ガス冷却室に複数領域の設定はなされておらず、一領域にて占められた簡略タイプが採用されている。
このように形成されたランキンサイクル発電システムでは、熱交換器３から排出され、加熱室１０で炭酸ガスの凝結防止温度に調整された−７０℃の一次空気により、炭酸ガスのランキンサイクルにおける熱交換器２４で、二次空気である炭酸ガスを−６０℃まで冷却された後、コンプレッサ２５の発熱を利用した加熱室２６で＋２０℃まで加熱することにより２０気圧まで昇圧し、高圧タービン２７と低圧タービン２８とを順に駆動させ、熱交換器２４へとリサイクルさせる。
尚、図面において２９は炭酸ガス貯蔵タンク、３０は高圧ポンプ、３１，３２は、高圧タービン２７と低圧タービン２８とにそれぞれ付属の発電機である。
このようにして空気のランキンサイクルと炭酸ガスのランキンサイクルとの二段構成にすることで、冷熱エネルギの利用効率を高めることもできる。
以上のように本発明の発電システムからは、空気（炭酸ガス）のみが排出され、有害な廃棄ガスが一切含まれていないので、地球に優しいクリーンな発電システムといえる。
尚本発明において、液体空気を断熱膨張させる手段、利用する発電用タービン（サブタービンを含む）の数などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜変更して差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の発電システムを示した説明図である。
【図２】変更例の説明図である。
【符号の説明】
【００１８】
１・・一次空気貯蔵タンク、１ａ・・注入口、２・・冷凍機、３・・熱交換器、３ａ・・低温空気液化室領域、３ｂ・・高温空気液化室領域、４・・熱交換パイプ、５・・ポンプ、６・・一次空気貯留タンク、７、８・・膨張タービン、９・・ポンプ、１０・・加熱室、１０ａ・・ヒータ、１１・・発電用サブタービン、１２・・二次空気貯留タンク、１２ａ・・圧力調整バルブ、１３・・高圧ポンプ、１４・・二次空気加熱室、１５・・発電用タービン、１６・・ポンプ、１７・・コンプレッサ、１８，１９，２０・・発電機、２１・・バッテリ、２２・・ダイナモ、２３・・フライホイール、２３ａ・・クラッチ、２４・・熱交換器、２５・・コンプレッサ、２６・・加熱室、２７・・高圧タービン、２８・・低圧タービン、２９・・炭酸ガス貯蔵タンク、３０・・高圧ポンプ、３１，３２・・発電機。
【図１】
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【図２】
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