(57)【要約】【課題】  エネルギー効率がよくしかも二酸化炭素の発生を可及的に抑制して水素の製造ができると共に効率よく発電できる発電機併用水素製造方法及び装置を得る。【解決手段】  間欠的な燃焼により爆轟を生じさせる収束爆轟発生機１と、収束爆轟発生機１の燃焼排ガスが供給されるガスタービン発電機３と、炭化水素と水蒸気を供給すると共にガスタービン発電機３の排ガスを熱源として主として水素と一酸化炭素を生成する水蒸気改質機７と、水蒸気改質機７において熱源として利用された前記ガスタービン排ガスを貯留する処理室を有すると共に該処理室に前記収束爆轟発生機からの衝撃波を導入して処理室内のガスタービン排ガスを衝撃圧縮により加熱してガスタービン排ガス中の二酸化炭素を分解するロータリーリアクタ９と、を備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの排ガスを水蒸気改質法の熱源として利用する発電機能併用水素製造方法において、間欠的な燃焼により爆轟を生じさせる収束爆轟発生機を前記ガスタービンの燃焼器として用いると共に前記収束爆轟発生機で発生する衝撃波を前記水蒸気改質法の熱源として利用したガスタービン排ガスに照射して該ガスタービン排ガスに含まれる二酸化炭素を分解することを特徴とする発電機能併用水素製造方法。
【請求項２】
間欠的な燃焼により爆轟を生じさせる収束爆轟発生機と、該収束爆轟発生機の燃焼排ガスが供給されるガスタービン発電機と、炭化水素と水蒸気を供給すると共に前記ガスタービン発電機の排ガスを熱源として水素含有ガスを生成する水蒸気改質機と、該水蒸気改質機において熱源として利用された前記ガスタービン排ガスを貯留する処理室を有すると共に該処理室に前記収束爆轟発生機からの衝撃波を導入して処理室内のガスタービン排ガスを衝撃圧縮により加熱してガスタービン排ガス中の二酸化炭素を分解する衝撃加熱機と、を備えたことを特徴とする発電機併用水素製造装置。
【請求項３】
水蒸気改質機は、ガスタービン排ガスを加熱するバーナを備えてなることを特徴とする請求項２記載の発電機併用水素製造装置。
【請求項４】
水蒸気改質機は、ガスタービン排ガスを加熱することなく熱源として利用できる低温水蒸気改質可能なものであることを特徴とする請求項２記載の発電機併用水素製造装置。
【請求項５】
衝撃加熱機は、回転体の周縁部に所定間隔で配置された少なくとも３個の処理室を備え、該処理室を回転させながらガスタービン排ガスの導入、衝撃波の導入、ガスタービン排ガスの二酸化炭素分解、及び二酸化炭素を分解されたガスの排出を連続的に行うことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の発電機併用水素製造装置。
【請求項６】
衝撃加熱機にて二酸化炭素を分解されたガスに水を噴霧する減温塔およびラバールノズルのうち少なくとも一つのガス温度を減温して炭素を固体として分離する減温分離手段を備えたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の発電機併用水素製造装置。
【請求項７】
収束爆轟発生機と衝撃加熱機との間にパルス発電機を備え、収束爆轟発生機で発生した導電性流体を作動流体として発電すると共に前記パルス発電機の発電流路通過後の衝撃波を衝撃加熱機に導入するようにしたことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の発電機併用水素製造装置。
【請求項８】
収束爆轟発生機から排出される燃焼排ガス温度を減温する水冷式の減温手段を設け、該減温手段で発生した水蒸気を水蒸気改質機に供給する水蒸気として利用することを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の発電機併用水素製造装置。
【請求項９】
水蒸気改質機で生成される水素含有ガスから水素を分離する水素分離手段を設け、該水素分離手段で水素を分離された残ガスを収束爆轟発生機の燃料として利用することを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の発電機併用水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンによる発電機能と該ガスタービンの排ガスを熱源として利用する水蒸気改質法による水素製造機能を有する発電機能併用水素製造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素の製造方法として水蒸気改質法が知られている。水蒸気改質法は、メタン、エタン、プロパン、天然ガス、その他の炭化水素ガス（２種以上の炭化水素の混合物を含む）等を水蒸気により水蒸気改質器中での触媒反応により改質して水素リッチな改質ガスを生成する方法である。
水蒸気改質法に使用される装置は、通常、バーナを配置した燃焼部と改質触媒を配置した改質部とにより構成される。改質部では炭化水素が水蒸気と反応して水素リッチな改質ガスが生成される。改質部での反応進行のために外部から熱を供給する必要があり、炭化水素を原料とする場合には７５０℃乃至８００℃程度以上の温度が必要である。このため燃焼部における燃料ガスの燃焼により発生した燃焼熱が改質部に供給される。
【０００３】
このように、水蒸気改質法による水素製造には触媒反応を促進するために外部から熱を供給する必要があり、上述のように燃料ガスを燃焼するバーナが併設されている。
しかしながら、天然ガス等の従来の燃料をバーナで燃焼すると二酸化炭素が発生するが、これを大気に排出することは地球温暖化の原因になるとして問題視されている。
そこで、水蒸気改質法によって生成された水素ガスの一部を燃焼させて加熱源とすることで二酸化炭素の発生を防止しようとする技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２７２９０４号公報（請求項１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、製造した水素の一部を改質反応用のエネルギーとして使用することになるのでエネルギー効率が悪いという問題がある。
【０００６】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、エネルギー効率がよくしかも二酸化炭素の発生を可及的に抑制して水素の製造ができる発電機併用水素製造方法及び装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者は、上記課題を解決するために、改質反応に必要な熱量を改質反応で生成した水素の燃焼によって得るのではなく、二酸化炭素を可及的に抑制して水蒸気改質機によって効率よく水素製造するにはいかにすべきかを鋭意検討した。その結果、二酸化炭素は衝撃波による衝撃圧縮によって約3000℃に加熱することで分解できるとの知見のもと、ガスタービンの燃焼器として爆轟波を発生させる収束爆轟発生機を用い、ガスタービン排ガスを水蒸気改質法の熱源として利用すると共に、前記収束爆轟発生機で発生した衝撃波によって水蒸気改質に利用後のガスタービン排ガスを衝撃圧縮して二酸化炭素を分解することで実現できるとの着想を得て本発明を完成したものである。
【０００８】
（１）本発明に係る発電機能併用水素製造方法は、ガスタービンの排ガスを水蒸気改質法の熱源として利用する発電機能併用水素製造方法において、間欠的な燃焼により爆轟を生じさせる収束爆轟発生機を前記ガスタービンの燃焼器として用いると共に前記収束爆轟発生機で発生する衝撃波を前記水蒸気改質法の熱源として利用したガスタービン排ガスに照射して該ガスタービン排ガスに含まれる二酸化炭素を分解することを特徴とするものである。
（２）また、本発明に係る発電機能併用水素製造装置は、間欠的な燃焼により爆轟を生じさせる収束爆轟発生機と、該収束爆轟発生機の燃焼排ガスが供給されるガスタービン発電機と、炭化水素と水蒸気を供給すると共に前記ガスタービン発電機の排ガスを熱源として水素含有ガスを生成する水蒸気改質機と、該水蒸気改質機において熱源として利用された前記ガスタービン排ガスを貯留する処理室を有すると共に該処理室に前記収束爆轟発生機からの衝撃波を導入して処理室内のガスタービン排ガスを衝撃圧縮により加熱してガスタービン排ガス中の二酸化炭素を分解する衝撃加熱機と、を備えたものである。
【０００９】
（３）上記（２）における水蒸気改質機は、ガスタービン排ガスを加熱するバーナを備えてなることを特徴とするものである。
【００１０】
（４）上記（２）における水蒸気改質機は、ガスタービン排ガスを加熱することなく熱源として利用できる低温水蒸気改質可能なものであることを特徴とするものである。
【００１１】
（５）上記（２）〜（４）における衝撃加熱機は、回転体の周縁部に所定間隔で配置された少なくとも３個の処理室を備え、該処理室を回転させながらガスタービン排ガスの導入、衝撃波の導入、ガスタービン排ガスの二酸化炭素分解、及び二酸化炭素を分解されたガスの排出を連続的に行うことを特徴とするものである。
【００１２】
（６）上記（２）〜（５）に記載のものにおいて、衝撃加熱機にて二酸化炭素を分解されたガスに水を噴霧する減温塔およびラバールノズルのうち少なくとも一つのガス温度を減温して炭素を固体として分離する減温分離手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
（７）上記（２）〜（６）に記載のものにおいて、収束爆轟発生機と衝撃加熱機との間にパルス発電機を備え、収束爆轟発生機で発生した導電性流体を作動流体として発電すると共に前記パルス発電機の発電流路通過後の衝撃波を衝撃加熱機に導入するようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
（８）上記（２）〜（７）に記載のものにおいて、収束爆轟発生機から排出される燃焼排ガス温度を減温する水冷式の減温手段を設け、該減温手段で発生した水蒸気を水蒸気改質機に供給する水蒸気として利用することを特徴とするものである。
【００１５】
（９）上記（２）〜（８）に記載のものにおいて、水蒸気改質機で生成される水素含有ガスから水素を分離する水素分離手段を設け、該水素分離手段で水素を分離された残ガスを収束爆轟発生機の燃料として利用することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においてはガスタービンの燃焼器として爆轟発生機を用い、ガスタービン排ガスを水蒸気改質機の熱源として利用すると共に、前記収束爆轟発生機で発生した衝撃波によって水蒸気改質に利用後のガスタービン排ガスを衝撃圧縮して二酸化炭を分解するようにしたので、エネルギーの有効利用による発電と水素製造が二酸化炭素の発生を可及的に抑制しながら実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態の説明図である。本実施の形態における発電機能併用水素製造装置は、間欠的な燃焼により爆轟を生じさせる収束爆轟発生機１と、該収束爆轟発生機１で発生する高温高圧の燃焼排ガスを供給してタービンの回転により発電するガスタービン発電機３と、収束爆轟発生機１で発生した導電性流体を作動流体として発電するＭＨＤ発電機５と、炭化水素と水蒸気を供給すると共にガスタービン発電機３の排ガスを熱源として水素と一酸化炭素を生成する水蒸気改質機７と、該水蒸気改質機７において熱源として利用された前記ガスタービン排ガスを貯留する処理室を有すると共に該処理室に収束爆轟発生機１からの衝撃波を導入して処理室内のガスタービン排ガスを衝撃圧縮により加熱してガスタービン排ガス中の二酸化炭素を分解する衝撃加熱機としてのロータリーリアクタ９と、を備えている。
また、本実施の形態においては、収束爆轟発生機１で発生する高温高圧の燃焼排ガスを一旦貯留して減温するバッファタンクとしての機能を有するバッファタンク兼用ボイラ１１を備えている。
さらに、本実施の形態においては、ロータリーリアクタ９にて二酸化炭素が分解されたガスの温度を減温して分解されて生成した炭素と酸素から二酸化炭素が再合成される反応を防ぎ炭素を固体として分離する減温分離手段としてのラバールノズル６１と減温塔６２を備えている。
以下、上記の各構成機器を詳細に説明する。
【００１８】
＜収束爆轟発生機＞
収束爆轟発生機１は、図２（Ａ）に示すように、燃料及び酸素の供給を受ける着火室１３と、着火室１３に連通された燃焼室１４とを有している。着火室１３は円筒状に形成され、着火室１３の一端部には、燃料を間欠的に着火させる着火装置としての点火栓１３Ａが設けられている。
また、着火室１３には、該着火室１３の軸線方向に延びる螺旋状の金属からなるシェルキンスパイラル１３Ｂが設けられている。このシェルキンスパイラル１３Ｂは、点火栓１３Ａで燃料が着火されて生じた火炎を加速させることにより爆轟を誘起させる。
【００１９】
着火室１３の他端部は、分散室１５に連通されている。この分散室１５は、該分散室１５から、燃焼室１４にやや湾曲形成された導入側端部１４Ａの複数位置へ、それぞれ路程が等しくなるように誘導路１６によって連通している。
【００２０】
燃焼室１４は、図２（Ａ）にて右方に向け軸線に直角な断面での断面積が小さくなる円錐状をなしていて、この断面積が導入側端部１４Ａで最大、図２（Ａ）にて右側端部の出口開口端部１４Ｂで最小となる収束部を形成するようになっている。このような収束部を有することによって誘導路１６から燃焼室１４へ導入された複数の爆轟波が収束されて、さらに高温高圧の収束爆轟波が形成される。そして、燃焼室１４は、その出口開口端部１４ＢでＭＨＤ発電機５と接続されており、着火室１３で着火した燃料の間欠的な燃焼により爆轟を生じさせて電離または解離した燃焼排ガスが導電性流体としてＭＨＤ発電機５へ流入する。
【００２１】
着火室１３及び燃焼室１４には、着火室１３及び燃焼室１４の内壁を冷却して所定温度以下に維持するためのジャケット、例えば水冷ジャケット１７（１７Ａ，１７Ｂ及び１７Ｃ）が形成されている。この水冷ジャケット１７により着火室１３及び燃焼室１４の内壁の温度は燃料の着火温度以下に維持され、着火室１３及び燃焼室１４の内壁の過昇温による着火室１３及び燃焼室１４での異常燃焼が防止される。
【００２２】
なお、この実施の形態では、収束爆轟発生機１で発生する高温高圧の燃焼排ガスをガスタービン発電機３に供給する前に一旦貯留して燃焼排ガスの脈動を緩和すると共にガスタービン発電機３に好適な温度に減温するための減温手段としてのバッファタンク兼用ボイラ１１を設けている。バッファタンク兼用ボイラ１１の水としては、収束爆轟発生機１の水冷ジャケット１７に供給し加温された水を使用している。そのため、バッファタンク兼用ボイラ１１の水は水冷ジャケット１７内で加熱され、さらにバッファタンク兼用ボイラ１１でも加熱されが、この加熱された水蒸気を水蒸気改質機７に供給して水蒸気として利用することでエネルギー利用効率を高めることができる。
燃焼室１４の出口開口端部１４Ｂ近傍には、燃焼室１４の燃焼排ガスを排出する排出口１８が形成されている。この排出口１８は、図１に示すように、バッファタンク兼用ボイラ１１に接続されており燃焼排ガスをバッファタンク兼用ボイラ１１の熱源として利用できるようになっている。
【００２３】
＜ＭＨＤ発電装置＞
ＭＨＤ発電装置５は本発明におけるパルス発電機の一態様である。ＭＨＤ発電機５は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、燃焼室１４に連通する管状の発電流路２１を備えている。この発電流路２１は導電性流体の流動のための流路であり、発電流路２１の軸線（導電性流体の流動方向の軸線）２２との直交方向で互いに対向する一対の磁極２３と、発電流路２１の軸線２２と該一対の磁極２３の対向方向との直交方向で互いに対向する一対の電極２４とが配設されている（図２（Ｂ）参照）。
【００２４】
発電流路２１に配された一対の磁極２３は、発電流路２１内にて、該一対の磁極２３の対向方向（図２（Ｂ）にて左右方向）に向く磁力線を生ずる。一対の電極２４は、絶縁材２５を介して発電流路２１を形成する空間に配され、コンデンサ２６を介してインバータ２７に接続されている。コンデンサ２６とインバータ２７は、該一対の電極２４で取り出したパルス電流を交流電流に変換する。
【００２５】
＜水蒸気改質機＞
水蒸気改質機７は、図示しない蒸発器により気化された原燃料（例えば、メタン）および水蒸気を、内蔵する改質触媒による水蒸気改質反応により水素リッチな改質ガスに改質する改質触媒層７ａと、改質触媒層７ａの水蒸気改質反応に必要な熱を供給する加熱室７ｂとを交互に複数組積層して構成されている。この加熱室７ｂにガスタービン３ａのガスタービン排ガスが供給されて加熱源となる。
なお、一般的な改質触媒層７ａでの反応進行には750℃乃至800℃以上の温度が必要であるところ、ガスタービン排ガスは約500℃であり、そのままでは加熱源としての温度が低すぎる。そこで、この例ではガスタービン排ガスの加熱のためにパルスバーナ加熱器７ｃを併設している。したがって、約500℃のガスタービン排ガスはパルスバーナ加熱器７ｃで加熱されて約1000℃となって水蒸気改質機７の加熱室７ｂに供給される。
なお、この例ではガスタービン排ガスの加熱をパルスバーナ加熱器７ｃによるパルス燃焼によって行うようにしているので、パルス燃焼で発生する脈動流による攪拌作用と温度境界層剥離作用によって加熱室７ｂから改質触媒層７ａへの伝熱が効果的に行われる。
【００２６】
＜ロータリーリアクタ＞
図３はロータリーリアクタ９を模式的に示した説明図であり、図３（ａ）がロータリーリアクタ３の軸線に沿う断面図、図３（ｂ）が図３（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。図４は図３の一部分の説明図であり図４（ａ）が図３（ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図、図４（ｂ）が図３（ａ）の矢視Ｃ−Ｃ断面図、である。
ロータリーリアクタ９は、回転軸３１回りに所定の間隔で配置された１６個の処理室３３ａ〜３３ｐと、これら１６個の処理室の何れかに水蒸気改質機７において熱源として利用されたガスタービン排ガスを常時供給するガスタービン排ガス供給部３５と、ガスタービン排ガスが供給された処理室に爆轟波を導入する爆轟波導入部３７と、処理済みのガスタービン排ガスを排出するガスタービン排ガス排出部３９と、を備えたものである。以下、詳細に説明する。
【００２７】
ロータリーリアクタ９は、図３に示すように、図示しない支持部材に支持されて図中鉛直方向に延びる軸線３１まわりに回転する回転体４１に、周方向の１６の位置で上記軸線３１に平行に延びて回転体４１の軸線方向両端にて開口する処理室３３ａ〜３３ｐを備えている。各処理室３３ａ〜３３ｐは、水蒸気改質機７からガスタービン排ガスの供給を受けた後に、収束爆轟発生装機１（図１参照）からの衝撃波を利用してガスタービン排ガスを衝撃圧縮により加熱して二酸化炭素を分解するための空間である。
【００２８】
この回転体４１の両端面に対向する位置には、回転体４１の回転を許容するよう回転体端面に対して微小間隙をもって蓋状の開閉部材４３，４５が非回転でそれぞれ配設されている。この開閉部材４３，４５と回転体４１の端部周面との間はこれらの相対回転を許容しつつシール部材４７によってシールされている。また、シールとしてはラビリンスシール、オイルシールまたは水封装置を用いてもよい。
【００２９】
ガスタービン排ガスの供給側（図３にて上部中央）の開閉部材４３には、図４（ａ）に示すように開閉部材４３における図４（ａ）中での下側約１２０°の範囲に亘って湾曲した長丸状の供給溝部４９が形成され、この供給溝部４９にガスタービン排ガスの供給管５１が連通して設けられている。供給管５１には図示しない制御弁が設けられ制御信号によって開閉できるようになっている。開閉部材４３、供給溝部４９及び供給管５１によってガスタービン排ガス供給部３５が構成されている。
開閉部材４３の中心から図４（ａ）中左に寄った位置（時計の文字板に対応させると９時の位置）には収束爆轟発生装機１の燃焼室に連通する爆轟波導入部３７となる衝撃波導入開口５３が形成されている。
【００３０】
また、ガスタービン排ガスの排出側（図３（ａ）における下側）の開閉部材４５には、図４（ｂ）に示すように開閉部材４５の図中上半分における周方向約１８０°の範囲に亘って湾曲した長丸状の排出溝部５５が設けられ、この排出溝部５５に排出管５７が連通して設けられている。排出管５７は、図示しない制御弁により開閉できるようになっている。開閉部材４５、排出溝部５５及び排出管５７によってガスタービン排ガス排出部３９が構成されている。
【００３１】
以上のように構成されたロータリーリアクタ９においては、回転体４１が、図示しない駆動手段によって、図４中時計回りに回転される。回転体４１の回転により、各処理室３３ａ〜３３ｐにおける上下の開口が開閉部材４３、４５に形成された溝部等に連通することによりガスタービン排ガスの導入、導入されたガスタービン排ガスの衝撃圧縮による二酸化炭素の分解、二酸化炭素分解がなされたガスタービン排ガスの排出が順次行われる。すなわち、各処理室３３ａ〜３３ｐは供給溝部４９に連通している間に水蒸気改質機７で熱源として利用されたガスタービン排ガス（約500℃）が導入され、衝撃波導入開口５３の手前に来たときにはタービン排ガスで満たされた状態にある。そして衝撃波導入開口５３に連通したときに収束爆轟発生機の衝撃波により内部のガスタービン排ガスが衝撃圧縮され約3000℃に加熱され二酸化炭素分解が行われる。また、排出溝部５５に連通したときに二酸化炭素分解され、Ｃ、Ｏ、Ｈ、といった原子状態になって排出される。排出されたガスの処理については、以下の動作説明において説明する。
【００３２】
＜動作説明＞
以上のように構成された本実施の形態の動作を図１〜図４に基づいて説明する。
収束爆轟発生機１では、先ず、着火室１３、分散室１５、誘導路１６、そして燃焼室１４内に、ほぼ理論混合比、または理論混合比よりも空気不足条件で、燃料と酸素が着火室１３から充填される。
次いで、点火栓１３Ａを作動させると、着火室１３内では、着火により爆轟が起こり、その爆轟波が分散室１５そして誘導路１６を経て燃焼室１４の導入側端部１４Ａに伝播される。その際、複数の誘導路１６の路程はそれぞれ等しく設定されているので、複数の誘導路１６の爆轟波は同時に燃焼室１４の導入側端部１４Ａに達することになる。
【００３３】
燃焼室１４内では複数の爆轟波が導入側端部１４Ａから出口開口端部１４Ｂへと進行するが、燃焼室１４の断面積は下流に向け次第に小さくなっているため、爆轟波が収束されて、下流側に伝播するにつれて温度及び圧力が上昇する。
【００３４】
出口開口端部１４Ｂに進行して高温高圧になり電離または解離した燃焼排ガスが導電性流体として発電流路２１内へ流動すると、該導電性流体の流動方向が一対の磁極２３の磁力線に直交することとなるので、流動方向と該一対の磁極２３の対向方向とに直交する方向（図２（Ｂ）にて上下方向）に電流が生じる。その結果、該直交する方向で互いに対向する一つの電極２４で電流が取り出され、コンデンサ２６とインバータ２７により、交流電流に変換される。
導電性流体が発電流路内を通過することにより、上記のようにパルス発電が行われ、発電流路の下流端に近づくにつれて爆轟プラズマの温度が低下（例えば、１万℃から6000℃に低下）すると共にローレンツ力により爆轟プラズマの圧力が増加（例えば、1000MPaから1200MPaに増加）する。
【００３５】
ＭＨＤ発電機５の発電流路２１を通過した超高圧プラズマは、ロータリーリアクタ９の処理室内のガスタービン排ガスに照射され、ガスタービン排ガスを衝撃圧縮する。これにより、ガスタービン排ガスは、例えば500℃から3000℃に加熱され二酸化炭素が分解され、Ｃ、Ｏ、Ｈ、といった原子状態になって排出される。排出されたガスはラバールノズル６１を通過することで流速が大きくなり断熱膨張してガス温度を低下され、減温塔６２に導入される。減温塔６２に導入されたガスには噴射ノズル６３から水が噴霧されてさらに冷却され、主として固体の炭素（Ｃ）、水（Ｈ2Ｏ）及び酸素（Ｏ2）に分離され、炭素と水は減温塔６２の下方に配置された分離器６４によってさらに分離される。ここで得られた水は収束爆轟発生機１の冷却水として利用される。また、減温塔６２で得られた酸素は収束爆轟発生機１の燃焼用酸化剤として利用される。このように、ガスタービン排ガス中の二酸化炭素は完全に分解され、大気中に放出されることがない。
【００３６】
他方、収束爆轟発生機１においては、収束爆轟波が発電流路２１を通過した後、排気弁を全開にして、燃焼排ガス（約2000℃）をバッファタンク兼用ボイラ側に排出する。バッファタンク兼用ボイラ１１に供給された燃焼排ガスは1300℃くらいまで減温されてガスタービン３ａに供給され、ガスタービン３ａに設けられた発電機３ｂにて発電が行われる。ガスタービンの駆動に使用された燃焼排ガスは約500℃くらいに減温されてガスタービン排ガスとして水蒸気改質機側に供給され、ここでパルスバーナ加熱器７ｃによって約1000℃に加熱されて水蒸気改質機７の加熱室７ｂに導入されて水蒸気改質反応の熱源として利用される。熱源として利用されたガスタービン排ガスはロータリーリアクタ９に供給されて前述の処理がなされる。
【００３７】
水蒸気改質機７では、パルスバーナ加熱器７ｃによって加熱されたガスタービン排ガスを加熱源として、改質触媒層内に供給されたメタンと水蒸気が反応し、主に水素と一酸化炭素からなる改質ガスが生成する。
生成された改質ガスは、ＰＳＡ６５等の水素分離装置を介して水素と一酸化炭素を主とする残ガスに分離され、分離された水素ガスは燃料として取り出され、一酸化炭素を主とする残ガスは収束爆轟発生機１の混合器とパルスバーナ加熱器７ｃに供給され燃料として利用される。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、ガスタービン３ａの燃焼器として収束爆轟発生機１を用い、ガスタービン排ガスを水蒸気改質機７の熱源として利用すると共に、収束爆轟発生機１で発生した衝撃波によって水蒸気改質に利用後のガスタービン排ガスを衝撃圧縮して二酸化炭を分解するようにしたので、エネルギーの有効利用による発電と水素製造が二酸化炭素の発生を可及的に抑制しながら実現できる。
また、本実施の形態においてはロータリーリアクタ９によってガスタービン排ガスを連続的に処理できるので、効率がよい。また、１６個の処理室に対して収束爆轟発生装機が１つで足りるので、装置がコンパクトになる。
【００３９】
また、収束爆轟発生機１とロータリーリアクタ９の間にＭＨＤ発電機５を備えたことにより、ＭＨＤ発電機５による発電が可能になり、収束爆轟発生機１を単にガスタービン３ａの燃焼器として使用するのみならず発電機の作動流体生成装置としても機能させており、この点でもエネルギーの有効利用が実現されている。
また、ＭＨＤ発電機５の発電流路を通過後の衝撃波をロータリーリアクタ９に導入して衝撃圧縮によりガスタービン排ガスを処理するようにしたので、ガスタービン３ａの燃焼器としての収束爆轟発生機１にさらなる機能が付加されており、この点でもさらなるエネルギーの有効利用が実現されている。
しかも、ＭＨＤ発電機５の発電流路通過後の衝撃波（爆轟プラズマ）は温度が低下するもののローレンツ力により圧力が増加している。ロータリーリアクタ９に導入される衝撃波は衝撃圧縮のために利用されるのであるから、高圧であることが好適である。つまり、収束爆轟発生機１で発生した衝撃波をＭＨＤ発電機５の発電流路を通過させることで衝撃波の圧力がより高まり衝撃圧縮により好適な衝撃波となるという効果が得られている。
【００４０】
また、本実施の形態においては、水冷ジャケット１７内の加熱された温水をバッファタンク兼用ボイラ１１に供給して、ここでさらに加熱して水蒸気改質機７に供給するようにしているので、この点でもエネルギー利用効率が高い。
【００４１】
さらに、本実施の形態の全システムにおける熱の利用方法についてみると、収束爆轟発生機１の燃焼排ガス温度は約2000℃であり、この熱がバッファタンク兼用ボイラ１１において水蒸気改質機７で水蒸気として利用される水の加熱に利用されている。そして、バッファタンク兼用ボイラ１１を出た燃焼排ガスはガスタービン３ａに好適温度である約1300℃に減温され、ガスタービン３ａではこの熱が回転運動を介して電力として取り出されている。さらに、ガスタービン３ａを出た約500℃のガスタービン排ガスはパルスバーナ加熱器７ｃにて約1000℃に昇温されて、この熱が水蒸気改質機７において水素製造に利用されている。
このように、本実施の形態の全システムにおいては熱のカスケード利用が実現されており、極めて熱効率に優れたシステムである。
【００４２】
なお、上記実施の形態では１６個の処理室を回転体４１に設けた例を示したが本発明はこれに限られるものではなく、１５個以下又は１７個以上の処理室を回転体４１設けてもよい。
なお、収束爆轟発生機１に供給する燃料としては種々のものが考えられ、例えば、プロパン、メタン、LPG、LNG、製鉄所副生ガス（コークス炉ガス、高炉ガス）、重油、灯油、植物油、微粉炭などがある。
【００４３】
また、上記実施の形態では水蒸気改質反応に750℃乃至800℃以上の温度を必要とする一般的な水蒸気改質機を用いてガス加熱手段としてバーナ加熱器の好ましいものとしてパルスバーナ加熱器７ｃを併設した例を示した。
しかし、加熱源が500℃程度であっても水蒸気改質反応を行うことができる公知の水素分離透過膜を有する低温水蒸気改質機を用いれば、バーナ加熱器を不要とすることができる。
【００４４】
また、上記の実施の形態においては、パルス発電機としてＭＨＤ発電機を用いた例を示したが、このＭＨＤ発電機に代えて、図５に示すいわゆる磁場濃縮型発電機８０を用いてもよい。
磁場濃縮型発電機８０は、図５に示すように、上述した収束爆轟発生機１の燃焼室１４にその出口開口端部１４Ｂで連通し導電性流体の流動のための管状の発電流路８１を備えている。この発電流路８１には、該発電流路８１の軸線８２方向（導電性流体の流動方向）で、第一の導電部材としてのコイル８３と第二の導電部材８４とが互いに重複範囲をもって配置されている。
【００４５】
コイル８３は、該コイル８３の軸線が発電流路８１の軸線８２と一致して延び、絶縁材８５を介して発電流路８１の周壁に取付けられている。
第二の導電部材８４は、軸線８２上に配された棒状の導電材で形成され、コイル８３に対して半径方向に所定の間隔をあけた状態で発電流路８１に配されている。この第二の導電部材８４は、該第二の導電部材８４の下流側端部に取付けられた取付部材８４Ａを介して絶縁材８５に支持されている。
なお、上述のコイル８３と第二の導電部材８４は、それぞれ中空となっていてその中空部に水等の冷却液が流され、高温の導電性流体からの熱を受けての過昇温の防止が図られていることが好ましい。
【００４６】
コイル８３と第二の導電部材８４のぞれぞれの上流側端部（図５にて左側端部）は、直流電源８６を介して互いに接続されている。一方、コイル８３と第二の導電部材８４のそれぞれの下流側端部（図５にて右側端部）は、コンデンサ２６、インバータ２７が順に接続されている。そして、コイル８３、第二の導電部材８４、直流電源８６、コンデンサ２６は閉回路を形成し、コイル８３が、該閉回路内を流れる電流によって、発電流路８１に磁界を形成する磁界発生手段を構成している。
【００４７】
上記のように構成された磁場濃縮型発電装置においては、収束爆轟発生機１から発電流路８１へ導電性流体としての燃焼排ガスが流動しない状態では、直流電源８６が前述の閉回路に初期電流を生じさせて、コイル８３から発電流路８１に磁界が形成される。
この状態で、収束爆轟発生機１で発生した燃焼排ガスが発電流路８１へ流入して発電流路８１を上流から下流へ向けて進行すると、燃焼排ガスはプラズマ状の導電性流体であることから、この燃焼排ガスによってコイル８３と第二の導電部材８４との間が短絡される。短絡されると短絡より下流側には電流が流れなくなり磁場が消失する。そのため、この磁場を維持しようとしてコイルに誘導電流が生ずる。しかも、燃焼排ガスが流速２ｋｍ／ｓ以上の高速で上流から下流へ進行するので、その短絡範囲は、コイル８３と第二の導電部材８４のそれぞれの上流側端部から下流側端部へと急激に拡大され、短絡範囲より下流側でコイル８３と第二の導電部材８４のインダクタンスが急激に減少する。このようにインダクタンスが減少しても同じ誘導電流を流そうとするので誘導電流はさらに増大し、パルス電流として得られる。
また、コンデンサ２６とインバータ２７はこのパルス電流を交流電流に変換して需要側に供給するようになっている。
【００４８】
以上のように、発電機として磁場濃縮型発電機８０を用いた場合も収束爆轟発生機１を利用したパルス発電が可能であり、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００４９】
また、本実施形態においては第二の導電部材８４を、軸線８２に直角な断面での面積が発電流路８１での導電性流体の流動方向で上流から下流に向けて徐々に増加する円錐形状にしたので、発電流路８１を通過する導電性流体の流動抵抗を軽減できる。このため、導電性流体の速度を高速に維持でき発電効率を高めることができる。
【００５０】
なお、発電流路８１を下流側に向けて流路断面積が漸次減少していて、コイル８３の直径が下流側に向けて漸次減少するようにしてもよい。このようにすれば、短絡範囲が下流側へ向けて拡大される際、コイル８３のインダクタンスがより大きく減少するので、コイル８３に発生する誘導電流をより大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる発電機能併用水素製造装置の全体構成の説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に用いる収束爆轟発生機及びＭＨＤ発電機の説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に用いるロータリーリアクタの説明図である。
【図４】図３の矢視Ｂ−Ｂ断面図（図４（ａ））、矢視Ｃ−Ｃ断面図（図４（ｂ））である。
【図５】本発明のパルス発電機の他の態様である磁場濃縮発電機の説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  収束爆轟発生機
３  ガスタービン発電機
５  ＭＨＤ発電機
７  水蒸気改質機
７ｃ  パルスバーナ加熱器
９  ロータリーリアクタ
６２  減温塔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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