(57)【要約】  内燃機関から排出される燃焼排ガスのガス圧および排熱を有効活用して発電を行う。  燃焼排ガスのガス圧によって駆動されるタービン（４）とタービンの発生する回転力により駆動されるコンプレッサ（６）を有する過給機（８）と、空気圧を動力源として回転力を発生する空気機関（１２）と、空気機関が発生する回転力を電力に変換する発電機（１４）とを用い、外部から吸入した空気を前記過給機のコンプレッサで圧縮するとともに高温となる前記タービンの熱で加熱し、生成した高温高圧の圧縮空気を空気機関の動力とし、前記発電機で発電を行う。ここで過給機（８）で生成した圧縮空気は、内燃機関（２）の燃焼用および空気機関（１２）の駆動用として分配して使用される。
2007148369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（２）の燃焼排ガスのガス圧によって駆動されるタービン（４）と該タービンの発生する回転力により駆動されて外部から吸入した空気を圧縮するコンプレッサ（６）を有する過給機（８）と、空気圧を動力源として回転力を発生する空気機関（１２）と、該空気機関が発生する回転力を電力に変換する発電機（１４）とを用い、
外部から吸入した空気を前記過給機のコンプレッサで圧縮するとともに高温となる前記タービンの熱で加熱し、生成した高温高圧の圧縮空気を前記空気機関の動力とし、前記発電機で発電を行う、ことを特徴とする燃焼排ガスを利用した発電方法。
【請求項２】
前記過給機（８）で生成した圧縮空気を、内燃機関（２）の燃焼用および空気機関（１２）の駆動用として分配して使用する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼排ガスを利用した発電方法。
【請求項３】
前記過給機（８）で生成した圧縮空気を、圧縮空気を前記空気機関（１２）に導く駆動用空気供給配管（１６）内において、内燃機関（２）から排出された燃焼排ガスの熱を利用して昇温する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼排ガスを利用した発電方法。
【請求項４】
前記駆動用空気供給配管（１６）の内部に外部から少量の水を導入する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃焼排ガスを利用した発電方法。
【請求項５】
内燃機関（２）の燃焼排ガスのガス圧によって駆動されるタービン（４）と該タービンの発生する回転力により駆動されて外部から吸入した空気を圧縮するコンプレッサ（６）を有する過給機（８）と、該過給機で生成された圧縮空気を導く駆動用空気供給配管（１６）からの空気圧を回転力に変換する空気機関（１２）と、該空気機関が発生した回転力を電力に変換する発電機（１４）と、を備え、
前記過給機は外部から前記コンプレッサに吸入した空気を圧縮するとともに高温となるタービンの熱で加熱し、
前記空気機関は高温高圧の圧縮空気によって駆動されて回転力を発生し、
前記発電機は空気機関が発生した回転力を電力に変換する、ことを特徴とする燃焼排ガスを利用した発電装置。
【請求項６】
前記過給機（８）で生成した圧縮空気を、燃焼用空気として内燃機関（２）に供給する燃焼用空気供給配管（１８）をさらに備えた、ことを特徴とする請求項５に記載の燃焼排ガスを利用した発電装置。
【請求項７】
前記過給機（８）で生成した圧縮空気を前記空気機関（１２）に導く駆動用空気供給配管（１６）の経路に、燃焼排ガスの熱を利用して圧縮空気を昇温する加熱機構（２２）を設けた、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の燃焼排ガスを利用した発電装置。
【請求項８】
前記加熱機構（２２）は、前記駆動用空気供給配管（１６）を、内燃機関（２）からの燃焼排ガスを前記タービン（４）に導くマニホールド（２４）に近接して配管したものである、ことを特徴とする請求項７に記載の燃焼排ガスを利用した発電装置。
【請求項９】
前記加熱機構（２２）は、内燃機関（２）から排出された燃焼排ガスを、前記駆動用空気供給配管（１６）と接触させるようにしたものである、ことを特徴とする請求項７に記載の燃焼排ガスを利用した発電装置。
【請求項１０】
前記空気機関（１２）と前記発電機（１４）とを離間して配置し、空気機関が発生した回転力をベルトドライブまたはシャフトドライブによって発電機に伝達する、ことを特徴とする請求項５乃至９のいずれか一項に記載の燃焼排ガスを利用した発電装置。
【請求項１１】
前記駆動用空気供給配管（１６）の経路に、高温高圧の圧縮空気を一時的に蓄えるためのチャンバ部（２６）を設けた、ことを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか一項に記載の燃焼排ガスを利用した発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される燃焼排ガスのガス圧および排熱を有効活用して発電を行うための、燃焼排ガスを利用した発電方法および燃焼排ガスを利用した発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関（エンジン）には、必要な場合に大きな出力が得られるようにターボチャージャやスーパーチャージャなどの過給機が設けられることが多くなっている。【０００３】
ターボチャージャは従来の自然吸気のエンジンでは利用されることのなかった燃焼排ガスの排気圧を有効利用するものであり、エンジンの燃焼排ガスの力でタービン軸に回転力を与え、これにより同軸のコンプレッサを回転させてエンジンへの吸入空気量を増やす過給装置のことである。普通のエンジンでは、燃料の３０〜４０％のエネルギを燃焼排ガスとして大気中に捨てているが、ターボ過給エンジンは、この燃焼排ガスのエネルギを利用してエンジンの排気量を増やさずに出力を高めるものである。
一方スーパーチャージャは、排気タービンを使ったターボチャージャに対してエンジンの動力そのものを使ったメカニカルチャージャであり、エンジンとコンプレッサをベルト等で繋ぎ、その回転でコンプレッサを動かしエンジンに圧縮空気を送り込む過給装置のことである。排気タービンに比べて、応答性が良いことや燃費悪化率の低さ、中回転域から動作可能などの長所がある反面、コンプレッサをエンジンの力で動かすため、高回転域ではロスが多くなるといった短所や、ターボチャージャに比べ圧縮圧力自体が低いといった短所がある。【０００４】
ターボチャージャでは、エンジンから排気される燃焼排ガスはタービンケースに導入され、タービンを高速で回させた後に外部に排出される。タービンの回転によってタービン軸と同軸のコンプレッサは回転駆動され、外部から吸入した空気を圧縮する。圧縮された高温状態の圧縮空気は、インタークーラに送られ冷却されて空気密度を向上させた後に、高密度の状態でエンジンのシリンダ内に押し込まれ、燃料と爆発燃焼することで高出力を生み出す。 【０００５】
エンジンの出力は「爆発力」「排気量」「エンジン回転速度」の３つに比例して増大する。従って排気量、回転速度が同じエンジンを比べると爆発圧力の高い方がより大きな出力を得ることができる。爆発圧力は様々な条件で決まるが、ブースト圧力（燃焼室に送り込まれる圧縮空気の圧力）が高いほど高くなる。また、ブースト圧力が同じであっても圧縮空気の吸気温度が低いほど吸入空気量（空気密度）が増えるので、爆発圧力が高まる。【０００６】
ここでターボチャージャのタービンは、燃焼排ガスの圧力によって５００００ｒｐｍ〜１０００００ｒｐｍ近くの超高速で回転して吸気した空気を圧縮し、また、タービンは約９００℃の高温排ガスにさらされるため、タービンに隣接するコンプレッサも高温となる。そのため、コンプレッサによって圧縮された圧縮空気も高温状態となる。
高温の空気はその密度が低くなるため、圧縮空気をエンジンに供給する前には高温状態の圧縮空気を冷却してやる必要があり、そのための冷却装置としてインタークーラが用いられる。インタークーラはターボチャージャのコンプレッサから噴出する圧縮空気を、外部から導入した空気によって非接触に冷却するものである。【０００７】
なおターボチャージャに関する発明としては、例えば特許文献１の「発電 ・電動機を持つターボチャージャ を備えた多気筒型ガスエンジン」に示すものなど多くのものが創案されている。
【特許文献１】特開平６−３３７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようにターボチャージャは、同じ出力で同じエンジン回転速度の無過給エンジンと比較した場合、エンジンの排気量を小さくすることができその軽量化ができるといった特徴を有している。また、排気量が小さければ、それだけピストンリングやピストン、シリンダライナーなどの可動部分の摩擦による抵抗を低減することができるので、その結果、燃費率が低減できるといった優れた特徴を有している。【０００９】
ここで燃焼排ガスのガス圧はタービンの駆動に利用されるものの、その熱は単に排熱として外部に放出されるのみであり有効利用はされていなかった。【００１０】
本発明は上記問題を解決するためのものである。すなわち本発明はこれまで無駄に放出されていた燃焼排ガスの熱や過給機に生じる熱を効率的に利用して、エネルギ効率の向上を図ることができる燃焼排ガスを利用した発電方法および燃焼排ガスを利用した発電装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明の燃焼排ガスを利用した発電方法は、内燃機関（２）の燃焼排ガスのガス圧によって駆動されるタービン（４）と該タービンの発生する回転力により駆動されて外部から吸入した空気を圧縮するコンプレッサ（６）を有する過給機（８）と、空気圧を動力源として回転力を発生する空気機関（１２）と、該空気機関が発生する回転力を電力に変換する発電機（１４）とを用い、外部から吸入した空気を前記過給機のコンプレッサで圧縮するとともに高温となる前記タービンの熱で加熱し、生成した高温高圧の圧縮空気を前記空気機関の動力とし、前記発電機で発電を行う、ことを特徴とする。【００１２】
ここで、前記過給機（８）で生成した圧縮空気を、内燃機関（２）の燃焼用および空気機関（１２）の駆動用として分配して使用する、ことも好ましい。【００１３】
さらに、前記過給機（８）で生成した圧縮空気を、圧縮空気を前記空気機関（１２）に導く駆動用空気供給配管（１６）内において、内燃機関（２）から排出された燃焼排ガスの熱を利用して昇温する、ことも好ましい。【００１４】
さらに、前記駆動用空気供給配管（１６）の内部に外部から少量の水を導入する、ことも好ましい。【００１５】
また本発明の燃焼排ガスを利用した発電装置は、内燃機関（２）の燃焼排ガスのガス圧によって駆動されるタービン（４）と該タービンの発生する回転力により駆動されて外部から吸入した空気を圧縮するコンプレッサ（６）を有する過給機（８）と、該過給機で生成された圧縮空気を導く駆動用空気供給配管（１６）からの空気圧を回転力に変換する空気機関（１２）と、該空気機関が発生した回転力を電力に変換する発電機（１４）と、を備え、前記過給機は外部から前記コンプレッサに吸入した空気を圧縮するとともに高温となるタービンの熱で加熱し、前記空気機関は高温高圧の圧縮空気によって駆動されて回転力を発生し、前記発電機は空気機関が発生した回転力を電力に変換する、ことを特徴とする。【００１６】
ここで、前記過給機（８）で生成した圧縮空気を、燃焼用空気として内燃機関（２）に供給する燃焼用空気供給配管（１８）をさらに備える、ようにすることも好ましい。【００１７】
また、前記過給機（８）で生成した圧縮空気を前記空気機関（１２）に導く駆動用空気供給配管（１６）の経路に、燃焼排ガスの熱を利用して圧縮空気を昇温する加熱機構（２２）を設ける、ことも好ましい。【００１８】
具体的には、前記加熱機構（２２）は、前記駆動用空気供給配管（１６）を、内燃機関（２）からの燃焼排ガスを前記タービン（４）に導くマニホールド（２４）に近接して配管したものや、内燃機関（２）から排出された燃焼排ガスを、前記駆動用空気供給配管（１６）と接触させるようにしたものなどとすることができる。【００１９】
なお必要に応じて、前記空気機関（１２）と前記発電機（１４）とを離間して配置し、空気機関が発生した回転力をベルトドライブまたはシャフトドライブによって発電機に伝達するようにしてやることや、前記駆動用空気供給配管（１６）の経路に、高温高圧の圧縮空気を一時的に蓄えるためのチャンバ部（２６）を設けてやる、ことも好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の燃焼排ガスを利用した発電方法および燃焼排ガスを利用した発電装置によれば、燃焼排ガスを利用し、外部から過給機に取り込んだ空気を圧縮してそのガス圧を高め、また、燃焼排ガスの熱をも利用して圧縮空気を膨張させて（実際にはガス圧をさらに高めて）空気機関の動力として利用することで、空気機関を高ガス圧により効率的に駆動して、発生した回転力により効率的に発電を行うことができる。【００２１】
なおエンジンに燃焼用の圧縮空気を供給するためのターボチャージャでは、圧縮空気自体が高温となることは空気密度が低下することから好ましくないとされている。そのため、エンジンに圧縮空気を導入する前には、インタークーラで圧縮空気を冷却している。本発明は高温となる圧縮空気をあえてそのまま利用することで、効率的に発電を行うようにしたものである。【００２２】
ちなみに本発明は、ターボチャージャ付きのエンジンへの適用に限られず、自然吸気のエンジン等にも発電のための専用の過給機を備えることで、燃焼排ガスを利用した発電を行うこともできる。【００２３】
また本発明では、過給機で生成した圧縮空気を、燃焼用空気として内燃機関および駆動用空気として空気機関に分配して利用することで、エンジンの出力向上を図ることができると同時に、効率的に発電を行うこともできる。【００２４】
さらに過給機で生成した圧縮空気を、エンジンの燃焼室を出た直後の高温の燃焼排ガスにより加熱して圧縮空気を膨張させ（ガス圧をさらに高め）ることで、空気機関をより一層効率的に駆動してやることができる。【００２５】
また手前の駆動用空気供給配管内に、外部から少量の水を滴下または噴霧することで、水蒸気爆発を誘引して駆動用空気供給配管内を流れる気体（圧縮空気および水蒸気）の体積および圧力を向上させ、空気機関を駆動するためのエネルギを増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】過給機の構造を説明すための一部断面斜視図である。
【図２】実施例１の燃焼排ガスを利用した発電装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図３】加熱機構を説明するための斜視図である。
【図４】実施例２の燃焼排ガスを利用した発電装置の構成を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
２  内燃機関（エンジン）
４  タービン
６  コンプレッサ
８  過給機
１０  発電装置
１２  空気機関
１４  発電機
１６  駆動用空気供給配管
１８  燃焼用空気供給配管
２２  加熱機構
２４  マニホールド
２６  チャンバ部
３１  蓄電設備
３７  シャフト
３９  タービンハウジング
４１  コンプレッサハウジング
４３  センタハウジング
４７  シャフトドライブ
４９  インタークーラ
５１  断熱材
５３  水タンク
５５  水配管
５９  ポンプ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明による燃焼排ガスを利用した発電装置に用いられる過給機（ターボチャージャ）をその構造を示すために一部を切断して示した斜視図である。【００２９】
図１に示した過給機８は、一般的な過給機（ターボチャージャ）とほぼ同様のものであり、主にタービンホイール３３、コンプレッサホイール３５、これらを連結するシャフト３７、タービンハウジング３９、コンプレッサハウジング４１、およびシャフト３７を支えるセンタハウジング４３などから構成されている。
タービンハウジング３９内のタービンホイール３３は、エンジン（内燃機関）の燃焼室から排出された燃焼排ガスを導く排気マニホールドからの燃焼排ガスのガス圧によって回転し、同軸のコンプレッサホイール３５を回転させる役割を有する。タービンホイール３３は９００℃前後の高温の燃焼排ガスにさらされて高速回転するため、耐熱性、耐久性の高い超耐熱合金によって製作される。
コンプレッサハウジング４１内のコンプレッサホイール３５は、外部の空気を吸入圧縮する役目をする。コンプレッサホイール３５は一般的には高温にさらされることがないためアルミ合金などによって製作されるが、本発明においては後述するようにあえてコンプレッサを高温とするため、タービンホイール３３と同様の超耐熱合金などによって製作される。
シャフト３７はタービンホイール３３およびコンプレッサホイール３５を連結するものであり、運転中は超高速（５００００ｒｐｍ〜１０００００ｒｐｍ）で回転するため、ハウジングとシャフト３７との間にオイルによって浮かんだ状態の全浮動式ベアリングによって支えられている。なおシャフト等は高温となるタービンホイール３３の熱をコンプレッサホイール３５に効率的に伝えるために、熱伝導率の大きく耐熱性・耐久性の高い合金によって製作され、また、その長さも一般的なターボチャージャのシャフト等よりも短いものとなっている。
タービンハウジング３９とコンプレッサハウジング４１とは隣接した状態で一体的に形成されており、タービン４からコンプレッサ６への熱伝達が効率的に行えるようになっている。【００３０】
以上に説明した過給機８（ターボチャージャ）を使用した本発明の燃焼排ガスを利用した発電方法および燃焼排ガスを利用した発電装置の実施例について、以下に図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００３１】
図２は、実施例１の燃焼排ガスを利用した発電装置の構成を説明するための概念図である。
図に示した発電装置１０は、エンジン（内燃機関）とモータを切り替えて走行するハイブリッドの乗用車やトラックなどの自動車に搭載され、エンジンをターボチャージャによって高出力化すると同時に、従来廃棄されるだけであった燃焼排ガスの排熱を効率的に利用して発電を行うためのものである。
この発電装置１０は概して、上述した過給機８、空気機関１２、発電機１４および蓄電設備３１などから構成されている。【００３２】
空気機関１２は、例えば特許番号第３３０６０５３号公報やその解説を記載したホームページ（http://homepage3.nifty.com/miengns/p2/airengn.html）に開示されているような圧縮空気の空気圧によって駆動するいわゆる空気エンジンか、圧縮空気をブレードに当てることで空気圧によってこれを回転させるタービンなどであるが、ガス圧を動力源として回転力を発生させるものであればこれに限られず、その他の機関をも採用することができる。空気機関１２で発生した回転力はシャフトドライブ４７によって発電機１４に伝達される。【００３３】
発電機１４は交流発電機と整流器を組合せたオルタネータ（Alternator）であるが、直流発電機であってもよい。なお空気機関１２のシャフトと発電機１４のシャフトとは、カップリングによって直接接続されていてもよく、また必要に応じて空気機関のシャフトと発電機のシャフトとの間に変速（増速、減速）ギア等を介在させた上で接続されていてもよい。【００３４】
蓄電設備３１は発電機１４で発電した電力を蓄電するためのもので、電気エネルギを化学エネルギに変換して蓄電するバッテリである。このバッテリにはリチウムイオン二次電池などのエネルギ密度の高いものが使用される。【００３５】
過給機８の構造は前述した通りであるが、コンプレッサ６で生成した圧縮空気は、一般的な過給機８のように燃焼用空気供給配管１８から高温高圧の圧縮空気を冷却するためのインタークーラ４９を介してエンジン２に導かれるとともに、燃焼用空気供給配管１８から分岐する駆動用空気供給配管１６を通じて空気機関１２へも導かれる。すなわちコンプレッサ６で生成した圧縮空気は、エンジン２の燃焼用および空気機関１２の駆動用として分配されて使用される。
ここで、コンプレッサ６内で加熱して膨張させた（実際にはガス圧をさらに高めた）圧縮空気が放熱してしまうことを防止するために、駆動用空気供給配管１６はその全長に渡って耐熱性の断熱材５１によって外周を隙間無く覆われている。【００３６】
また駆動用空気供給配管１６の経路には、駆動用空気供給配管の管径を拡大することで形成されたチャンバ部２６が設けられている。このチャンバ部２６は、高温高圧の圧縮空気を一時的に蓄える役割を有し、エンジン２の回転数の上昇に空気機関１２の駆動が追従できないような場合にも、可能な限り圧縮空気を無駄にすることなく保持しておくためのものである。なお駆動用空気供給配管１６の経路にチャンバ部２６を形成することは、本発明の必須の構成要件ではない。【００３７】
エンジン２の燃焼室を出た燃焼排ガスは、マニホールドを通して過給機８のタービン４に導かれるが、例えば加熱機構を説明するための斜視図である図３に示すように、高温となるエンジン燃焼室直後のマニホールド２４には、これに近接した位置にチャンバ部２６（駆動用空気供給配管１６）が配置され、さらにマニホールド２４からチャンバ部２６への熱伝達が効率的に行われるように、エンジン燃焼室直後のマニホールド２４とチャンバ部２６とは一体的にその周囲を破線で示した耐熱性の断熱材５１によって覆われている。かかる構造は加熱機構２２をなし、チャンバ部２６においてガス圧を低下させて体積を増やす一方、若干その温度を低下させた圧縮空気をこの加熱機構２２により燃焼排ガスの熱を利用して昇温することで、再びそのガス圧を上昇させるものである。
なおチャンバ部２６内部の圧縮空気への熱伝達がより効率的に行われるように、チャンバ部２６の外周に複数の吸熱フィンを形成等してやることも好ましい（図示せず）。
またマニホールド２４内にチャンバ部２６（駆動用空気供給配管１６）が配置されるようにして、燃焼排ガスがチャンバ部２６と直接接触するようにすることで圧縮空気を加熱するようにしてやることもできる（図示せず）。【００３８】
次に以上に説明した発電装置１０の動作について説明する。
エンジン２の各シリンダ（燃焼室）から排出された８００〜１０００℃程度の燃焼排ガスは、燃焼排ガスを導くマニホールド２４によって過給機８のタービン４に導入される。タービン４に導入された燃焼排ガスは、タービンホイールを回転させてそのシャフト３７に連結されたコンプレッサホイールを回転させる。コンプレッサホイールの回転により過給機８のコンプレッサ６には外気が吸入され、吸入された外気は圧縮された後に排出される。ここでコンプレッサ６に吸入される直前の外気の温度は１００℃前後であるが、コンプレッサから排出される外気（圧縮空気）は圧縮による温度上昇およびタービン４からの熱伝達により５００〜７００℃程度の温度となっている。【００３９】
過給機８のコンプレッサ６から排出された圧縮空気は、分岐する駆動用空気供給配管１６および燃焼用空気供給配管１８に分配される。駆動用空気供給配管１６に導かれた圧縮空気は、チャンバ部２６においてマニホールド２４からの熱伝達によって８００℃程度まで更に昇温されかつ５〜１０ｋＰａ程度の高圧状態となる。一方、燃焼用空気供給配管１８に導かれた圧縮空気は、インタークーラ４９において冷却されてその容積を減少させて気体密度を向上させる。【００４０】
昇温されたチャンバ部２６内の圧縮空気は、保温された状態で駆動用空気供給配管１６を通して空気機関１２に送られて空気機関を駆動する。一方、インタークーラ４９で冷却された圧縮空気は、燃焼用空気供給配管１８を通してエンジン２に送られ、燃料を燃焼させることで高出力を発生させる。【００４１】
空気機関１２が駆動することで発生した回転力は、数１０ｃｍの長さを有するシャフトドライブ４７（またはベルトドライブ）によって発電機１４に伝達され、発電機はその回転力によって発電を行う。なおこのシャフトドライブ４７（またはベルトドライブ）は、高温となる空気機関１２と発電機１４との間に一定の距離を形成して発電機１４の永久磁石への熱による影響を回避する役割も有している。【００４２】
以上説明したように、本実施例の燃焼排ガスを利用した発電方法および燃焼排ガスを利用した発電装置では、これまで無駄されることが多かった燃焼排ガスによって過給機を駆動し、外部から過給機のコンプレッサに吸引した空気を圧縮するだけでなく、燃焼排ガスの排熱を利用することで吸引圧縮した外気（圧縮空気）を加熱することで圧縮空気を膨張させて（ガス圧をさらに高めて）空気機関の動力として利用する。これにより、大きな力によって空気機関を効率的に駆動して、発生した回転力により効率的に発電を行うことができる。すなわち本発明は一般的な過給機（エンジンに供給する空気を圧縮するための過給機）では圧縮空気が高温となることは好ましくないとするところ、逆に圧縮空気を積極的に加熱することによってこれを膨張・昇圧させ、空気機関の動力として利用することを発明の要旨とするものである。【００４３】
なお本実施例では、過給機８で圧縮加熱した圧縮空気は駆動用空気供給配管１６および燃焼用空気供給配管１８に分配されているが、燃焼用空気供給配管を設けずに、過給機で圧縮加熱した圧縮空気の全てを空気機関１２に送ることで発電を行うように構成することも勿論可能である。
【実施例２】
【００４４】
図４に実施例２の燃焼排ガスを利用した発電装置の概念図を示した。なお本実施例において実施例１と同様の構成については同様の符号を付することで、重複する説明を省略する。【００４５】
実施例２の発電装置１０は、実施例１で説明した発電装置の駆動用空気供給配管１６内に少量の水を供給する構成を付加したものである。【００４６】
駆動用空気供給配管１６の一部であるチャンバ部２６の手前部分には、外部に設けた水タンク５３につながる水配管５５が取り付けられ、水配管と駆動用空気供給配管１６との接続個所には駆動用空気供給配管１６を貫通するノズルが設けられている。また、水配管５５の経路には高圧となる駆動用空気供給配管１６内に水を噴霧するためのポンプ５９が設けられている。【００４７】
水タンク５３からは、水が水配管５５を通じて駆動用空気供給配管１６の内部に毎秒０．０５ｃｃ〜１ｃｃ程度の量だけ噴霧される。噴霧された水は、高温状態の駆動用空気供給配管１６や圧縮空気と接触することで水蒸気爆発を起こす。なお過給機８のコンプレッサ６から排出され駆動用空気供給配管１６に分配された圧縮空気は、チャンバ部２６の手前でノズルから噴霧された水の水蒸気爆発によってその圧力を増す一方一時的に温度を若干低下させるが、チャンバ部２６においてマニホールド２４からの熱伝達によって８００℃程度まで加熱され、かつ、再び１０ｋＰａ程度以上の高圧状態となる。これにより、駆動用空気供給配管１６内を流れる気体（圧縮空気および水蒸気）の体積および圧力が向上し、空気機関１２を駆動するためのエネルギが増大することとなる。【００４８】
以上説明したように本実施例の燃焼排ガスを利用した発電方法および燃焼排ガスを利用した発電装置１０では、実施例１の構成に駆動用空気供給配管内に少量の水を供給する構成を付加し水蒸気爆発を誘発することで、実施例１の発電装置と比してより一層発電効率を高めることができる。【００４９】
なお本発明の燃焼排ガスを利用した発電方法および燃焼排ガスを利用した発電装置は、過給機を用い、内燃機関から排出される燃焼排ガスのガス圧および排熱を有効活用して発電を行うものであれば、上述した発明の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の発電装置は、ハイブリッドの乗用車やトラックなどの自動車に搭載して利用することを主目的として開発されたものであるが、自動車に搭載して利用する場合以外にも、内燃機関の発生する運動エネルギを一次エネルギとして利用するとともに、燃焼排ガスのガス圧および排熱を二次エネルギとして利用して発電を行うものであれば、地上に固定した発電装置としても使用することができる。またかかる場合などには空気機関を駆動した後に排出される未だに高温の空気を、例えば温水を作り出すために利用してやることも好ましい。
【図２】
2007148369.tif 000003
【図４】
2007148369.tif 000004
【図１】
2007148369.tif 000005
【図３】
2007148369.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月12日(2006.10.12)
【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】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】内燃機関（２）の燃焼排ガスのガス圧によって駆動されるタービン（４）と該タービンの発生する回転力により駆動されて外部から吸入した空気を圧縮するコンプレッサ（６）を有する過給機（８）と、空気圧を動力源として回転力を発生する空気機関（１２）と、該空気機関が発生した回転力を電力に変換する発電機（１４）とを用い、
外部から吸入した空気を前記過給機のコンプレッサで圧縮するとともに高温となる前記タービンの熱で加熱し、
さらに前記過給機（８）で生成した圧縮空気を、圧縮空気を前記空気機関（１２）に導く駆動用空気供給配管（１６）内において、内燃機関（２）から排出された燃焼排ガスの熱を利用して昇温した後に前記空気機関に導いてその動力とし、前記発電機で発電を行う、ことを特徴とする燃焼排ガスを利用した発電方法。
【請求項２】前記過給機（８）で生成した圧縮空気を、内燃機関（２）の燃焼用および空気機関（１２）の駆動用として分配して使用する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼排ガスを利用した発電方法。
【請求項３】（削除）
【請求項４】  前記駆動用空気供給配管（１６）の内部に外部から少量の水を導入する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼排ガスを利用した発電方法。
【請求項５】内燃機関（２）の燃焼排ガスのガス圧によって駆動されるタービン（４）と該タービンの発生する回転力により駆動されて外部から吸入した空気を圧縮するコンプレッサ（６）を有する過給機（８）と、該過給機で生成された圧縮空気を導く駆動用空気供給配管（１６）から供給される空気圧を回転力に変換する空気機関（１２）と、該空気機関が発生した回転力を電力に変換する発電機（１４）と、前記過給機で生成した圧縮空気を駆動用空気供給配管の経路において内燃機関から排出された燃焼排ガスの熱を利用して昇温する加熱機構（２２）と、を備えた、ことを特徴とする燃焼排ガスを利用した発電装置。
【請求項６】前記過給機（８）で生成した圧縮空気を、燃焼用空気として内燃機関（２）に供給する燃焼用空気供給配管（１８）をさらに備えた、ことを特徴とする請求項５に記載の燃焼排ガスを利用した発電装置。
【請求項７】（削除）
【請求項８】前記加熱機構（２２）は、前記駆動用空気供給配管（１６）を、内燃機関（２）からの燃焼排ガスを前記タービン（４）に導くマニホールド（２４）に近接して配管したものである、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の燃焼排ガスを利用した発電装置。
【請求項９】前記加熱機構（２２）は、内燃機関（２）から排出された燃焼排ガスを、前記駆動用空気供給配管（１６）と接触させるようにしたものである、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の燃焼排ガスを利用した発電装置。
【請求項１０】前記空気機関（１２）と前記発電機（１４）とを離間して配置し、空気機関が発生した回転力をベルトドライブまたはシャフトドライブによって発電機に伝達する、ことを特徴とする請求項５、６、８、９のいずれか一項に記載の燃焼排ガスを利用した発電装置。
【請求項１１】前記駆動用空気供給配管（１６）の経路に、高温高圧の圧縮空気を一時的に蓄えるためのチャンバ部（２６）を設けた、ことを特徴とする請求項５、６、８、９、１０のいずれか一項に記載の燃焼排ガスを利用した発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
［００１０］本発明は上記問題を解決するためのものである。すなわち本発明はこれまで無駄に放出されていた燃焼排ガスの熱や過給機に生じる熱を効率的に利用して、エネルギ効率の向上を図ることができる燃焼排ガスを利用した発電方法および燃焼排ガスを利用した発電装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
［００１１］上記目的を達成するため本発明の燃焼排ガスを利用した発電方法は、内燃機関（２）の燃焼排ガスのガス圧によって駆動されるタービン（４）と該タービンの発生する回転力により駆動されて外部から吸入した空気を圧縮するコンプレッサ（６）を有する過給機（８）と、空気圧を動力源として回転力を発生する空気機関（１２）と、該空気機関が発生した回転力を電力に変換する発電機（１４）とを用い、外部から吸入した空気を前記過給機のコンプレッサで圧縮するとともに高温となる前記タービンの熱で加熱し、さらに前記過給機（８）で生成した圧縮空気を、圧縮空気を前記空気機関（１２）に導く駆動用空気供給配管（１６）内において、内燃機関（２）から排出された燃焼排ガスの熱を利用して昇温した後に前記空気機関に導いてその動力とし、前記発電機で発電を行う、ことを特徴とする。
［００１２］ここで、前記過給機（８）で生成した圧縮空気を、内燃機関（２）の燃焼用および空気機関（１２）の駆動用として分配して使用する、ことも好ましい。
［００１３］
［００１４］さらに、前記駆動用空気供給配管（１６）の内部に外部から少量の水を導入する、ことも好ましい。
［００１５］また本発明の燃焼排ガスを利用した発電装置は、内燃機関（２）の燃焼排ガスのガス圧によって駆動されるタービン（４）と該タービンの発生する回転力により駆動されて外部から吸入した空気を圧縮するコンプレッサ（６）を有する過給機（８）と、該過給機で生成された圧縮空気を導く駆動用空気供給配管（１６）から供給される空気圧を回転力に変換する空気機関（１２）と、該空気機関が発生した回転力を電力に変換する発電機（１４）と、前記過給機で生成した圧縮空気を駆動用空気供給配管の経路において内燃機関から排出された燃焼排ガスの熱を利用して昇温する加熱機構（２２）と、を備えた、ことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
［００１６］  ここで、前記過給機（８）で生成した圧縮空気を、燃焼用空気として内燃機関（２）に供給する燃焼用空気供給配管（１８）をさらに備える、ようにすることも好ましい。
［００１７］また、前記過給機（８）で生成した圧縮空気を前記空気機関（１２）に導く駆動用空気供給配管（１６）の経路に、燃焼排ガスの熱を利用して圧縮空気を昇温する加熱機構（２２）を設ける、ことも好ましい。
［００１８］  具体的には、前記加熱機構（２２）は、前記駆動用空気供給配管（１６）を、内燃機関（２）からの燃焼排ガスを前記タービン（４）に導くマニホールド（２４）に近接して配管したものや、内燃機関（２）から排出された燃焼排ガスを、前記駆動用空気供給配管（１６）と接触させるようにしたものなどとすることができる。
［００１９］なお必要に応じて、前記空気機関（１２）と前記発電機（１４）とを離間して配置し、空気機関が発生した回転力をベルトドライブまたはシャフトドライブによって発電機に伝達するようにしてやることや、前記駆動用空気供給配管（１６）の経路に、高温高圧の圧縮空気を一時的に蓄えるためのチャンバ部（２６）を設けてやる、ことも好ましい。
【発明の効果】
［００２０］  本発明の燃焼排ガスを利用した発電方法および燃焼排ガスを利用した発電装置によれば、燃焼排ガスを利用し、外部から過給機に取り込んだ空気を圧縮してそのガス圧を高め、また、燃焼排ガスの熱をも利用して圧縮空気を膨張させて（実際にはガス圧をさらに高めて）空気機関の動力として利用することで、空気機関を高ガス圧により効率的に駆動して、発生した回転力により効率的に発電を行うことができる。
［００２１］なおエンジンに燃焼用の圧縮空気を供給するためのターボチャージャでは、圧縮空気自体が高温となることは空気密度が低下することから好ましくないとされている。そのため、エンジンに圧縮空気を導入する前には、インタークーラで圧縮空気を冷却している。本発明は高温となる圧縮空気をあえてそのまま利用することで、効率的に発電を行うようにしたものである。
［００２２］ちなみに本発明は、ターボチャージャ付きのエンジンへの適用に限られず、自然吸気のエンジン等にも発電のための専用の過給機を備えることで、燃焼排ガスを利用した発電を行うこともできる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
ためアルミ合金などによって製作されるが、本発明においては後述するようにあえてコンプレッサを高温とするため、タービンホイール３３と同様の超耐熱合金などによって製作される。
シャフト３７はタービンホイール３３およびコンプレッサホイール３５を連結するものであり、運転中は超高速で回転するため、ハウジングとシャフト３７との間にオイルによって浮かんだ状態の全浮動式ベアリングによって支えられている。なおシャフト等は高温となるタービンホイール３３の熱をコンプレッサホイール３５に効率的に伝えるために、熱伝導率の大きく耐熱性・耐久性の高い合金によって製作され、また、その長さも一般的なターボチャージャのシャフト等よりも短いものとなっている。
タービンハウジング３９とコンプレッサハウジング４１とは隣接した状態で一体的に形成されており、タービン４からコンプレッサ６への熱伝達が効率的に行えるようになっている。
［００３０］  以上に説明した過給機８（ターボチャージャ）を使用した本発明の燃焼排ガスを利用した発電方法および燃焼排ガスを利用した発電装置の実施例について、以下に図面を用いて説明する。
【実施例１】
［００３１］図２は、実施例１の燃焼排ガスを利用した発電装置の構成を説明するためのブロック図である。
図に示した発電装置１０は、エンジン（内燃機関）２とモータを切り替えて走行するハイブリッドの乗用車やトラックなどの自動車に搭載され、エンジン２をターボチャージャによって高出力化すると同時に、従来廃棄されるだけであった燃焼排ガスの排熱を効率的に利用して発電を行うためのものである。
この発電装置１０は概して、上述した過給機８、空気機関１２、発電機１４および蓄電設備３１などから構成されている。
［００３２］  空気機関１２は、例えば特許番号第３３０６０５３号公報やその解説を記載したホームページ（ｈｔｔｐ：／／ｈｏｍｅｐａｇｅ３．ｎｉｆｔｙ．ｃｏｍ／ｍｉｅｎｇｎｓ／ｐ２／ａｉｒｅｎｇｎ．ｈｔｍｌ）に開示されているような圧縮空気の空気圧によって駆動するいわゆる空気エンジンか、圧縮空気をプレ
【国際調査報告】
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