(57)【要約】【課題】水蒸気爆発により発生するエネルギーを電力として効率的に利用可能な装置を実現する。【解決手段】本発明は、３００℃以上の温度の高温液体金属を保持するための液体金属保持容器と、液体金属保持容器中に保持されている高温液体金属中に水を間欠注入して間欠的に水蒸気爆発を起こさせるための注入部と、を有する水蒸気爆発室と、水蒸気爆発室での水蒸気爆発により飛散する高温液体金属を作動流体として導入し、そのエネルギーを利用して発電するＭＨＤ発電部と、からなる液体金属中の水蒸気爆発によるＭＨＤ発電機を提案する。これにより、未だそのメカニズムが明確に解明されているとはいい難い水蒸気爆発を確実に発生させることができ、当該水蒸気爆発によって飛散する液体金属のエネルギーを効率的に電力に変換して取り出すことが可能になる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３００℃以上の温度の高温液体金属を保持するための液体金属保持容器と、
液体金属保持容器中に保持されている高温液体金属中に水を間欠注入して間欠的に水蒸気爆発を起こさせるための注入部と、を有する水蒸気爆発室と、
水蒸気爆発室での水蒸気爆発により飛散する高温液体金属を作動流体として導入し、そのエネルギーを電力に変換するＭＨＤ発電部と、
からなる液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機。
【請求項２】
前記ＭＨＤ発電部の上部に衝撃波を熱変換し液体金属に熱伝導する熱伝導構造をさらに有する請求項１に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機。
【請求項３】
水蒸気爆発により飛散する水蒸気及び液体金属の混合物から比重差により液体金属を分離する分離部と、
分離部にて分離された液体金属を液体金属保持容器に戻すための第一誘導路と、
をさらに有する請求項１又は２に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機。
【請求項４】
前記分離部にて分離された水蒸気を水蒸気爆発のために再利用可能に水に戻すための冷却部と、
冷却部にて冷却されて得られる水を注入部に導く第二誘導路と、
をさらに有する、請求項３に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機。
【請求項５】
運転時には水、液体金属が外気と遮断される構造を有し、注入部から間欠注入される水は微粒炭化物を混入した還元水である請求項１から４のいずれか一に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機。
【請求項６】
前記水蒸気爆発室と前記ＭＨＤ発電部の組み合わせを複数備え、各水蒸気爆発室の注入部が水を間欠注入するタイミングを制御するための制御部をさらに有する請求項１から５のいずれか一に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を備えた電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＨＤ発電部を有する液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機、及びその液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を備える電気自動車の基本技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水が特殊な条件下で３７０℃程度の高温にまで一気に加熱されると、爆発現象が生じることが知られている。前記爆発現象は一般的に「水蒸気爆発」と呼ばれ、例えば、非常に高温の金属溶融体と水の接触により生じたり、マグマと水との接触により生じたり、また、加熱された天ぷら油中で水との接触により生じたりすることが知られている。
【０００３】
水蒸気爆発については、いくつかの文献等に研究報告がなされているものの、いまだ未知な部分が多いのが現状である。しかしながら、水の気化による体積膨張率を考慮すると、瞬間的に水が気化した際に生じる爆発エネルギーは、非常に大きなものであると考えられる。
【０００４】
近年、この水蒸気爆発の力を動力等として利用しようとする試みがなされてきた。特許文献１においては真空中で放電させて高温状態とした部屋に水を噴射して水蒸気爆発を発生させる発明が開示されている。また、特許文献２においては、高周波電流を通電させて電磁誘導により加熱させた燃焼室内に水を噴射して水蒸気爆発を得る発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２０００−１０６９１６
【特許文献２】特開平１１−２２９９６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本件発明者は水蒸気爆発のメカニズムを解明すべくいくつかの実験を行った。まず、高温に熱した金属の表面に水滴を滴下した。金属の表面温度をいかに高くしても、また、滴下する水の量を変えてみても、滴下された水滴は金属表面にて気化蒸発するのみで爆発をおこすことは一度もなかった。この結果は、金属の温度が融点を超え、金属が溶融した場合においても変わらなかった(第一実験)。
【０００７】
次に、本件発明者は高温で液化した金属を水の中に水没させてみた。すると、溶融金属の周辺で水蒸気爆発が観察された(第二実験)。
【０００８】
さらに、本件発明者は水滴をてんぷら油の表面に滴下する実験を行った。滴下した水滴が熱された油の表面にとどまっている間は金属の場合と同様に気化蒸発を起こすのみであった。しかし、水は油よりも比重が重い。滴下した水の量が多いと全て気化蒸発し終える前に油の中に沈下することがあった。油の温度が十分高ければ、沈下した水は必ず音を立てて爆発した。油の温度は300℃程度以上であれば水蒸気爆発を起こすことができ、350℃以上でさらに激しい水蒸気爆発が発生することを確認した(第三実験)。
【０００９】
第一実験から高温の物質の表面に水を滴下するのみでは水蒸気爆発は起こらないことが分かった。このことは物質の温度をいくら高くしても変わらない。それは高温物質に水が接触しても常気圧下では100℃で沸騰するため略100℃以上には上昇しえず、水蒸気爆発の要因である水の高温化が生じないからである。しかし、水の中に高温物質を入れた場合（第二実験）や、高温の液状物質の内部に少量の水を間欠注入した場合（第三実験）には、温度がさほど高くなくても水蒸気爆発が起こる。第二及び第三の実験に共通の特徴は、水蒸気爆発を起こす場所が液体により密閉されている点である。ここで、「〜により密閉されている」とは、単に「〜により全体を取り囲まれており外気を通じた逃げ場所がない」程度の意味で用いる。第二実験では、爆発部位は、液体である金属及び液体である水により取り囲まれている。第三実験で水が油の中に水没した場合には液体である油により取り囲まれている。このような密閉された状況下では、大きな温度差のある二種類の異質な液体が接触することで高温液体側から低温液体側に熱の移動が起こり、水の温度は100℃を超えて隣接する液体の温度と同等程度まで一気に加熱される。この過程は未だそのメカニズムが明確に解明されたとはいい難いが、このように100℃をはるかに超える水の高温化が瞬時に起こる現象によって、急速で激しい水蒸気膨張が発生し高圧力な水蒸気爆発に至ることが実験により判明した。さらに、瞬間的な水蒸気爆発によって、同時に衝撃波が生成されていて、爆発の圧力や膨張速をいっそう増大させていることも判明した。
これに対し、第一実験では水の周囲は外気で満たされており液体により密閉されている状態にないため水蒸気爆発を起こすことができなかった。
【００１０】
前記特許文献１のエネルギー発生装置では真空中で高温に加熱した気化室に水を噴射して水蒸気爆発を得るという。しかし、いくら高温にしたところで高温の物質表面に水を噴射しただけでは水蒸気爆発が起こらないことは第一実験において確認されたところである。この装置では放電による高温状態を得るために気化室を真空状態にするものであるが、そもそも真空状態においては水蒸気爆発を起こす前に水が気化すると考えられ、この装置により水蒸気爆発を発生させられるとは到底考えられない。
【００１１】
前記特許文献２のジェットエンジンも、水蒸気爆発のメカニズムについての十分な開示がないため断言できないが、単に燃焼室内にて高温に加熱しただけでは水蒸気爆発が発生しない点は第一実験と同様である。
【００１２】
以上の実験研究の結果、本件発明者は先行技術文献には開示されていない水蒸気爆発を発生させるメカニズムを秘密裏に解明した。当該メカニズムを利用した「水蒸気爆発及び衝撃波発生装置、発電機及びタービン装置」については先に出願（特願２００９−２６７２２６）を行っている。発明者は、当該水蒸気爆発及び衝撃波発生装置により発生する水蒸気爆発のエネルギーを電力として取り出すことが可能な装置についてさらに試作検証した結果、水蒸気爆発によって飛散する高温液体金属のエネルギーを効率的に電力として取り出すことが可能な液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を解明した。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第一の発明として、３００℃以上の温度の高温液体金属を保持するための液体金属保持容器と、液体金属保持容器中に保持されている高温液体金属中に水を間欠注入して間欠的に水蒸気爆発を起こさせるための注入部と、を有する水蒸気爆発室と、水蒸気爆発室での水蒸気爆発により飛散する高温液体金属を作動流体として導入し、そのエネルギーを電力に変換するＭＨＤ発電部と、からなる液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を示す。
【００１４】
第二の発明として、第一の発明の特徴に加えて、前記ＭＨＤ発電部の上部に衝撃波を熱変換し液体金属に熱伝導する構造をさらに有する液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を示す。
【００１５】
第三の発明として、第一の発明又は第二の発明の特徴に加えて、水蒸気爆発により飛散する水蒸気及び液体金属の混合物から比重差により液体金属を分離する分離部と、分離部にて分離された液体金属を液体金属保持容器に戻すための第一誘導路と、をさらに有する液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を示す。
【００１６】
第四の発明として、第三の発明の特徴に加えて、前記分離部にて分離された水蒸気を水蒸気爆発のために再利用可能に水に戻すための冷却部と、冷却部にて冷却されて得られる水を注入部に導く第二誘導路と、をさらに有する、液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を示す。
【００１７】
第五の発明として、第一から第四のいずれか一に記載の発明の特徴に加えて、運転時には水、液体金属が外気と遮断される構造を有し、注入部から間欠注入される水は微粒炭化物を混入した還元水であることを特徴とする液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を示す。
【００１８】
第六の発明として、第一から第五発明のいずれか一に記載の発明の特徴に加えて、前記水蒸気爆発室と前記ＭＨＤ発電部の組み合わせを複数備え、各水蒸気爆発室の注入部が水を間欠注入するタイミングを制御するための制御部をさらに有する液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を示す。
【００１９】
第七の発明として、第一から第六発明のいずれか一に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を備えた電気自動車を示す。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によって、未だそのメカニズムが明確に解明されているとはいい難い水蒸気爆発を確実に発生させることができ、当該水蒸気爆発によって飛散する液体金属のエネルギーを効率的に電力として取り出すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１の発電機の構造の一例を示す図
【図２】実施例１の注入部の構造の一例を示す図
【図３】実施例１の注入部の構造の他の例を示す図
【図４】実施例１のＭＨＤ発電部の構造の一例を示す図
【図５】実施例１の熱伝導構造の一例を示す図
【図６】実施例２の発電機の構造の一例を示す図
【図７】実施例３の発電機の構造の一例を示す図
【図８】実施例３の発電機の構造の他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施例１は主として第一発明と、第二の発明と、第五の発明と、第七の発明に関する。実施例２は主として第三の発明と、第四の発明と、第五の発明と、第七の発明に関する。実施例３は主として第六の発明と、第七の発明に関する。また本発明は、以下での実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができる。
【実施例１】
【００２３】
<概要>
図１は、本実施例の発電機の構造の一例を示す図である。液体金属保持容器０１０３の内部には高温液体金属が保持されている。当該高温液体金属中に注入部０１０４によって水を注入することで水蒸気爆発を起こすことが可能である。さらに、当該水蒸気爆発によって飛散する高温液体金属をＭＨＤ発電部０１０２に作動流体として導入することにより、水蒸気爆発のエネルギーを効率的に電力として取り出すことが可能になる。
【００２４】
<構成>
本実施例の発電機は、水蒸気爆発室０１０１と、ＭＨＤ発電部０１０２とから構成される。水蒸気爆発室０１０１は、液体金属保持容器０１０３と、注入部０１０４とを有する。以下、各構成について説明する。
【００２５】
「液体金属保持容器」は、３００℃以上の温度の高温液体金属を保持するための容器である。ここで、液体金属保持容器は、３００℃以上の温度の高温液体金属を保持することが可能な程度の耐熱性を有していれば足りる。より具体的には、水蒸気爆発を発生させることが十分可能な温度である３００℃〜４００℃程度の耐熱性を有していれば足り、例えば鉄などを用いることが考えられる。また、水蒸気爆発によって液体金属保持容器中の気圧は数百気圧に達するため、耐圧性の高い素材・構造を備えていることが好ましい。また、液体金属保持容器には内部の高温液体金属の温度を監視するための温度計を設けることも可能である。
【００２６】
高温液体金属は、予め液体金属保持容器の外部で３００℃以上に加熱した上で容器に注入する構成とすることも考えられるが、液体金属保持容器の内部で３００℃以上に加熱することが可能な構成とすることも可能である。具体的には、液体金属保持容器の周囲を電熱線等の加熱装置で覆うことが考えられる。この場合、液体金属保持容器は、加熱装置からの熱を内部の液体金属に伝導しやすいように、熱伝導性の高い素材を用いることが好ましい。
【００２７】
加熱装置の一例としては、電熱線を液体金属保持容器外部に巻きつけたものが考えられる。また、液体金属保持容器内部を貫通する管を多数設置してその管内部に電熱線を通すことにより熱伝導効率を高める方法を採用してもよい。また、熱効率を高めるために加熱装置の周囲を断熱材で包む構造とすることも可能である。
【００２８】
高温液体金属の加熱方法としては、上記電熱加熱の他に、燃焼物の燃焼による加熱、太陽光をリニアフレネルレンズ等により集束することによる加熱、などが考えられる。それらは本案の利用目的によって適宜選択すればよい。
【００２９】
なお、加熱装置によって加熱する部分は、液体金属保持容器そのものである必要は必ずしもなく、液体金属保持容器に液体金属を導入するための導入路や、水蒸気爆発により飛散した液体金属を液体金属保持容器に戻すための循環路などを加熱することで、液体金属を高温に保持する構成も可能である。
【００３０】
「高温液体金属」は融点が３００℃以下の金属が好適であるが、融点が３００℃以上の金属でもよい。融点が３００℃以下の金属としては、錫、ビスマス、ポロニウムまたは低融点合金等がある。そのうち錫は融点が２３２℃と低く扱いやすいこと、手に入れやすいことから、本発明の発電機では錫を主に用いている。また、ビスマスでも問題なく水蒸気爆発が発生することが発明者の実験により確認できている。ただし、ポロニウムは放射性物質であり、取扱いが難しい。融点が３００℃を超える金属でも問題がないことは、精練所での事故の報告等から容易に推察される。但し、この場合には液体金属保持容器や注入部の強度と耐熱性について特別の配慮を要する。
【００３１】
高温液体金属の温度を何度に設定するかは水蒸気爆発の成否や大きさに影響するため重要である。錫を高温液体金属として使用した場合、３００℃程度では小規模な爆発が発生し、３５０℃から３７０℃程度で激しい爆発が得られた。特許文献１では、水蒸気爆発を発生させるための加熱室の温度を３０００℃程度の高温にするとしているが、そのような高温でなくても水蒸気爆発を発生させることができることは前述のとおりである。
【００３２】
「注入部」は、液体金属保持容器中に保持されている高温液体金属中に水を間欠注入して間欠的に水蒸気爆発を起こさせる機能を有する。高温液体金属中に水を間欠注入するものであるため、注入部の注入口は高温液体金属中に配置される。例えば、液体金属保持容器の底部に設けることが主として考えられるが、高温液体金属の上面よりも下の側面部に設けることも可能である。ただし、水蒸気爆発を効率的に発生させる上では、高温液体金属の上面から離れた容器底部近くに注入口を設けることが好ましい。
【００３３】
また、水蒸気爆発発生時点よりも前に注入口を閉じて高温液体金属が注入口内部に流入することを防止することは非常に重要である。高温液体金属が注入口から内部に侵入して冷やされると、注入口に金属が固着して注水プロセスに支障をきたす危険があるからである。具体的には、水蒸気爆発は水の注入から数ミリ秒のオーダーで引き起こされるため、その前に注入口を閉じる構成とすることが考えられる。
【００３４】
上記のように、注入部は高温液体金属中に水を間欠注入するために注入口を開閉する機能を備える。ここで、注入口の大きさや開口時間、注入周期については、注入する水量や水圧、高温液体金属の量や温度などによって相対的に決められるものである。なお、水蒸気爆発によって飛散する高温液体金属が注入口から入ってこないようにするために、水蒸気爆発よりも高い水圧で水を間欠注入し、水蒸気爆発が引き起こされても爆発流体は注入口に逆流しない構成とすることが考えられる。
【００３５】
また、水蒸気爆発による衝撃波の影響を注入部が受けにくくするために、水蒸気爆発発生時において液体金属保持容器内部に注入部が突き出ないようにすることが好ましい。具体的には、注入部は、図２に示すような構造とすることが考えられる。この図の例では、注入部は、注入口０２０１と、円錐頭頂シャフト０２０２と、タイミングカム０２０３と、から構成される。円錐頭頂シャフト０２０２は、頭頂部が円錐形状となっており、押し上げられた状態で注入口を塞ぐことが可能になっている。水蒸気爆発時の爆圧で注入口０２０１から内部へ高温液体金属が逆流するのを防ぐため、注入口０２０１から注入する水の水圧を水蒸気爆発の圧力を上まわるよう加圧ポンプ等によって加圧保持しておくことが考えられる。水を注入する際には、タイミングカム０２０３により円錐頭頂シャフト０２０２を押し下げて開口する。なお、注水量のコントロールは注入口の微小な噴射口径の調整とバルブの瞬間的な開口時間の調整で実現できる。
【００３６】
間欠注入する水量のコントロールは、注入される水の水圧や、注入口の開口サイズ、開口時間の長さによって調節することが可能である。例えば、図２に示す注入部の構造を採用する場合は、円錐頭頂シャフト部分を下げる空間的長さや下げている時間的長さによって調節することが考えられる。当該調節は、円錐頭頂シャフトの上下運動を駆動するタイミングカムの回転速度や、形状などによって行うことが考えられる。なお、タイミングカムは減速モータで回転させることが主として考えられる。
【００３７】
また、水蒸気爆発が発生すると液体金属保持容器の内部の圧力が瞬時に高まるため、それを利用して注水口を閉じる構成とすることも考えられる。（但し、この方法では注入水圧は、水蒸気爆発圧より小さい場合である。）図３は、本実施例の注入部の構造の他の例を示す図である。この図に示すように、注入部は、注入口側シャフト０３０１と、タイミング側シャフト０３０２と、バネ０３０３と、タイミングカム０３０４と、から構成される。注入口側シャフト０３０１は、頭頂部が逆円錐形状となっており、押し下げた状態で注入口を埋めることが可能になっている。また、注入口側シャフト０３０１は、タイミング側シャフト０３０２と軸方向に伸縮可能なように、バネ０３０３によって接続されている。図３（Ａ）は注入口側シャフトがタイミングカム０３０４により押し上げられ、注入口０３０５から所定の少量の水０３０６が高温液体金属０３０７中に間欠注入された様子を表している。図３（Ｂ）は水と高温液体金属が接触して水蒸気爆発０３０８を起こし、それにより発生した圧力０３０９により注入口側シャフト０３０１が押し下げられた状態を表している。このときタイミングカム側シャフト０３０２はまだタイミングカムにより持ち上げられており下に下がることができない状態となっている。図３（Ｃ）はタイミングカムがさらに回転してタイミングカム側シャフトの底部からはずれ、注入口側シャフトに続いてタイミングカム側シャフトも下に下がった様子を表している。当該方法により、水蒸気爆発発生後速やかに注入口を閉じ高温液体金属が注入口内部に侵入することを防止している。
【００３８】
「ＭＨＤ発電部」は、水蒸気爆発室での水蒸気爆発により飛散する高温液体金属を作動流体として導入し、発電する機能を有する。当該ＭＨＤ発電部は、図４に示すように、作動流体導入路０４０１と、磁場発生部０４０２と、絶縁体０４０３と、電極部０４０４と、から構成される。作動流体導入路は水蒸気爆発室と連結されており、水蒸気爆発室から飛散してくる高温液体金属をＭＨＤ発電のための作動流体として導入することが可能である。
【００３９】
また、磁場発生部は、作動流体導入路において流路を横切る方向に磁場を発生させ、作動流体（高温液体金属）が当該磁場領域を通過すると、ファラデーの電磁誘導の法則に従って作動流体中に起電力を発生させる。磁場発生部としては、例えば永久磁石や電磁石などが考えられる。ここで、磁場発生部の磁場が大きいほど、作動流体中に発生する起電力も大きくなる。
【００４０】
なお、水蒸気爆発の大きさに応じて磁場発生部から発生させる磁場の大きさを変化させる構成とすることも可能である。この場合、水蒸気爆発の大きさを監視するための水蒸気爆発スケール監視部をさらに設け、当該監視部の結果に応じて磁場発生部にて発生させる磁場の強さを変化させることになる。このような制御は、電子計算機による制御によって実現することが可能である。また、水蒸気爆発の大きさを監視する方法としては、内部の圧力を計測するセンサー等に基づいて行う方法が考えられる。当該構成とすることにより、水蒸気爆発によって発生するエネルギーをより余すことなく電力に変換することが可能になる。
【００４１】
また、電極部は、作動流体導入路の側面片側に配置された電極と、反対側に配置された電極と、から構成される。ここで、ファラデーの電磁誘導の法則に従って発生する起電力は、流路を横切る方向で、かつ、磁場に対して直角方向に発生するものである。よって、各電極の配置も当該起電力の方向に合わせることが好ましい。
【００４２】
なお、作動流体が電極間を隙間無く流れるようにする必要があるため、作動流体導入路の内径は通過する高温液体金属の流量などに基づいて適切に選択する必要がある。なお、作動流体導入路の内径を適宜調節可能な構成としておくことも可能である。さらに、作動流体導入路の磁場領域内面壁は絶縁体施工であり、また、電極部を構成する部材としては、種々考えられるが、例えばセラミック絶縁体を用いることが考えられる。
【００４３】
上記のように磁場領域を通過する作動流体には起電力が生じ、電極部を介して電流が流れる。当該プロセスによって発生する電力を蓄電池に蓄電する構成とすることも可能であるし、外部の電気機器や、電気モータ等を駆動する構成とすることも可能である。なお、用途に応じて交流変換器や変圧器等を設けることも考えられる。
【００４４】
また、図４の例では、ＭＨＤ発電部は単体としたが、当該ＭＨＤ発電部を複数連結する構成も可能である。当該構成とすることにより、水蒸気爆発の断続間隔が調整でき、エネルギーをより余すことなく電力として取り出すことが可能になる。
【００４５】
なお、必須の構成ではないが、図５に示すように、ＭＨＤ発電部０５０１の上部に衝撃波０５０２を熱変換し液体金属０５０３に熱伝導する熱伝導構造０５０４をさらに備える構成とすることも可能である。水蒸気爆発においては高いエネルギーを有する衝撃波が発生するため、当該衝撃波のエネルギーをさらに利用して、液体金属を高温に保持することが可能である。上記熱伝導構造に用いる物質としては、熱伝導性が良く、さらに３００℃以上の高温と高圧に耐えられるものであることを要する。具体的には、鉄などの金属を用いることが考えられる。
【００４６】
なお、間欠注入する水は、高温液体金属の酸化を防ぐため、いったん充分に沸騰させて水に溶解している酸素を除去した無酸素水を使用するのが好ましい。また水温は、水の沸点直前くらいが高温液体の温度低下を抑えられて好ましい。
【００４７】
また、発電機の運転時には水、液体金属が外気と遮断される構造として、注入部から間欠注入される水は微粒炭化物（木炭粉）を混入した還元水とする構成も可能である。当該構成とすることにより、水蒸気爆発が生じた際に微粒炭化物と発電機内の酸素が反応するために脱酸素化することが可能になる。これにより、高温液体金属の酸化をより防止しやすくなる。
【００４８】
なお、本実施例で説明した発電機は、電気自動車の電源として用いることが可能である。また、その他電気製品など電力にて駆動されるものについて用いることも同様に可能である。
【００４９】
<効果>
本実施例の発電機により、未だそのメカニズムが明確に解明されているとはいい難い水蒸気爆発を確実に発生させることができ、当該水蒸気爆発によって飛散する液体金属のエネルギーを効率的に電力に変換して取り出すことが可能になる。
【実施例２】
【００５０】
<概要>
本実施例の発電機は、基本的に実施例１の発電機と同様であるが、水蒸気爆発によって飛散する水蒸気及び液体金属の混合物から比重差によって液体金属を分離し、分離した液体金属を液体金属保持容器に戻すための誘導路を備えることを特徴とする。また、分離した水蒸気を水蒸気爆発のために再利用するために水に戻し、得られた水を注入部に導くことが可能な誘導路をさらに設けることも可能である。
【００５１】
<構成>
図６は、本実施例の発電機の構造の一例を示す図である。実施例１で示した発電機の特徴とは別に、「分離部」０６０１と、「第一誘導路」０６０２と、「冷却部」０６０３と、「第二誘導路」０６０４を有する。
【００５２】
「分離部」は、水蒸気爆発により飛散する水蒸気及び液体金属の混合物から比重差により液体金属を分離する機能を有する。水蒸気は相対的に比重が軽く、上方向に移動しやすい。これに対して、液体金属は相対的に比重が重いため、上方向に移動しにくい。このため、水蒸気爆発により飛散した水蒸気及び液体金属の混合物は、時間の経過に伴って、飛散した領域の上側に水蒸気、下側に液体金属が存在しやすくなる。分離部は、水蒸気及び液体金属のこれらの性質を利用して、水蒸気及び液体金属の混合物から液体金属を分離するものである。
【００５３】
分離部の具体的な構成としては、図６で示すように、ＭＨＤ発電部の上部に混合物を収納するための混合物収納容器を設け、当該容器の上側部分（又は側面部の上部）に水蒸気を排出させるための水蒸気排出口を設けることが考えられる。ただし、水蒸気爆発によって飛散する混合物の速度が大きい場合、そのままでは水蒸気排出口から液体金属も排出されてしまう可能性がある。このため、図６に示すように、液体金属の上側方向の運動を阻害するための障害物を適所に設けることが好ましい。
【００５４】
「第一誘導路」は、分離部にて分離された液体金属を液体金属保持容器に戻すための機能を有する。分離部にて分離された液体金属は相対的に比重が重いため、重力を考慮した経路により適切に誘導して、液体金属保持容器に戻すことが可能になる。なお、誘導路は混合物収納容器の内側形状そのものによって形成されるものであってもよい。また、分離部としての機能を有する障害物がさらに誘導路としての機能を備えていてもよい。
【００５５】
なお、連続して複数回水蒸気爆発を引き起こすことを想定している場合は、液体金属保持容器又は第一誘導路にて液体金属を３００℃以上の温度にまで加熱する構成が好ましい。
【００５６】
図６の例では、水蒸気と分離された液体金属は障害物や混合物収納容器の内側をつたって液体金属保持容器に戻される構造となっている。この図の例では障害物は略水平や略垂直方向を向いているが、斜め方向の障害物を設けて液体金属を液体金属保持容器に誘導することも可能である。
【００５７】
「冷却部」は、前記分離部にて分離された水蒸気を水蒸気爆発のために再利用可能に水に戻すための機能を有する。水蒸気爆発を引き起こすためには、水は液体の状態で存在する必要がある。このため、分離部にて分離された水蒸気を水蒸気爆発のために再利用可能とするために水に戻す。冷却部の具体的な構成としては、分離部にて分離された水蒸気を収納するための水蒸気収納容器と、当該容器を１００℃以下に維持するための冷却機構と、を設けることが考えられる。ここで、冷却機構は、外気温による空冷装置や水冷装置や機械的冷房など種々のものが考えられる。
【００５８】
「第二誘導路」は、冷却部にて冷却されて得られる水を注入部に導く機能を有する。ここで、水を注入部に導く機能としては、冷却されて得られる水を注入部への誘導路の途中で加圧する構造も含まれるものである。当該加圧する構造は、圧力ポンプ等が考えられる。
【００５９】
また、発電機の運転時には水、液体金属が外気と遮断される構造として、注入部から間欠注入される水は微粒炭化物を混入した還元水とする構成も可能である。当該構成とすることにより、水蒸気爆発が生じた際に微粒炭化物と発電機内の酸素が反応するために脱酸素化することが可能になる。これにより、高温液体金属の酸化による劣化が防止できる。
【００６０】
なお、本実施例で説明した発電機は、電気自動車の電源として用いることが可能である。また、その他電気製品など電力にて駆動されるものについて用いることも同様に可能である。
【００６１】
<効果>
上記のように、分離部と第一誘導路を設けることにより、水蒸気爆発によって飛散した高温液体金属を再度液体金属保持容器に収納することが可能になる。これにより、水蒸気爆発を繰り返し引き起こすことが可能になる。また、冷却部と第二誘導路をさらに設けることにより、水蒸気爆発を引き起こすために利用された水も再利用することが可能になる。
【実施例３】
【００６２】
<概要>
本実施例の発電機は、基本的に実施例１又は２に記載の発電機と同様であるが、水蒸気爆発室とＭＨＤ発電部の組み合わせを複数備えており、各水蒸気爆発室の注入部が水を間欠注入するタイミングを制御することが可能な特徴を有する。
【００６３】
<構成>
【００６４】
図７は、本実施例の発電機の構造の一例を示す図である。実施例１、２で示した発電機の特徴とは別に、「水蒸気爆発室」０７０１と「ＭＨＤ発電部」０７０２の組み合わせを複数備え、「制御部」０７０３をさらに有する。なお、この図においては「水蒸気爆発室」と「ＭＨＤ発電部」が二組存在するが、それ以上の組み合わせも可能である。
【００６５】
「水蒸気爆発室」と「ＭＨＤ発電部」の組み合わせを複数備えることにより、例えば同時に水蒸気爆発を引き起こして、瞬間的に大きな電力を取り出す構成とすることも可能である。また、タイミングをずらして順次水蒸気爆発を引き起こし、継続的に電力を取り出す構成とすることも可能である。
【００６６】
「制御部」は、各水蒸気爆発室の注入部が水を間欠注入するタイミングを制御するための機能を有する。上記のように、「水蒸気爆発室」と「ＭＨＤ発電部」の組み合わせを複数備えているため、各水蒸気爆発室への注入タイミングを制御して、多様な態様で水蒸気爆発を引き起こすことが可能になる。このような制御は、例えば電子計算機により制御されるモータでタイミングカムを回転駆動することにより実現することが可能である。また、その他の電磁的・機械的な方法で実現することも可能である。
【００６７】
なお、図８に示すように、飛散する液体金属や水蒸気を再利用可能なように、分離部０８０１や、第一誘導路０８０２、冷却部０８０３、第二誘導路０８０４等をさらに設ける構成も可能である。
【００６８】
また、発電機の運転時には水、液体金属が外気と遮断される構造として、注入部から間欠注入される水は微粒炭化物を混入した還元水とする構成も可能である。当該構成とすることにより、水蒸気爆発が生じた際に微粒炭化物と発電機内の酸素が反応するために脱酸素化することが可能になる。これにより、高温液体金属の酸化をより防止しやすくなる。
【００６９】
なお、本実施例で説明した発電機は、電気自動車の電源として用いることが可能である。また、その他電気製品など電力にて駆動されるものについて用いることも同様に可能である。
【００７０】
<効果>
本実施例の発電機により、複数の水蒸気爆発室にて同時的又は連続的に水蒸気爆発を引き起こすことが可能になり、瞬間的に大きな電力を取り出したり、継続的に電力を取り出したりすることが可能になる。
【符号の説明】
【００７１】
０１０１…水蒸気爆発室、０１０２…ＭＨＤ発電部、０１０３…液体金属保持容器、０１０４…注入部、０２０１…注入口、０２０２…円錐頭頂シャフト、０２０３…タイミングカム、０３０１…注入口側シャフト、０３０２…タイミング側シャフト、０３０３…バネ、０３０４…タイミングカム、０３０５…注入口、０４０１…作動流体導入路、０４０２…磁場発生部、０４０３…絶縁体、０４０４…電極部、０５０４…熱伝導構造、０６０１…分離部、０６０２…第一誘導路、０６０３…冷却部、０６０４…第二誘導路、０７０３…制御部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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