(57)【要約】  本開示は、自然力を有用なエネルギーに変換するための少なくとも1つのデバイスと、少なくとも1つの内燃機関または熱機関と、を備える、エネルギーの持続可能な発生のためのシステムに関する。内燃機関または熱機関は、燃料または熱供給のためのガス洗浄デバイスに接続されてもよい。本開示はさらに、自然力を変換することによって第1の量の有用なエネルギーを発生させるステップと、少なくとも1つの内燃機関または熱機関を動作させることによって第2の量のエネルギーを発生させるステップと、を含む、エネルギーの持続可能な発生のための方法に関し、内燃機関または熱機関は、廃ガスを洗浄することから導き出される燃料または熱によって駆動される。
2020504258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
-  自然力を有用なエネルギーに変換するための少なくとも1つのデバイスと、
-  少なくとも1つの内燃機関または熱機関と、を備える、エネルギーの持続可能な発生のためのシステムであって、
前記内燃機関または熱機関が、燃料または熱供給のためのガス洗浄デバイスに接続されることを特徴とする、エネルギーの持続可能な発生のためのシステム。
【請求項２】
前記ガス洗浄デバイスが、多段凝縮器配置を備えることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも1つの自然力変換デバイスが、ソーラパワー変換器、風力タービン、水力タービン、波力変換器、地熱ヒートポンプおよび潮汐エネルギー変換器から成るグループから選択されることを特徴とする、請求項1または2に記載のシステム。
【請求項４】
工業または家庭からの廃熱を有用なエネルギーに変換するための少なくとも1つのデバイスを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
発生エネルギーを貯蔵するための手段を特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記エネルギー貯蔵手段が、重力エネルギー貯蔵手段、空気エネルギー貯蔵手段、運動エネルギー貯蔵手段および化学エネルギー貯蔵手段から成るグループから選択されることを特徴とする、請求項5に記載のシステム。
【請求項７】
前記エネルギー貯蔵手段が、前記ガス洗浄デバイスによって回収される燃料のためのタンクを備えることを特徴とする、請求項5または6に記載のシステム。
【請求項８】
-  自然力を変換することによって第1の量の有用なエネルギーを発生させるステップと、
-  少なくとも1つの内燃機関または熱機関を作動させることによって第2の量のエネルギーを発生させるステップと、を含む、エネルギーの持続可能な発生のための方法であって、
前記内燃機関または熱機関が、廃ガスを洗浄することから導き出される燃料または熱によって駆動されることを特徴とする、エネルギーの持続可能な発生のための方法。
【請求項９】
前記燃料が、前記廃ガスに存在する揮発性有機化合物を凝縮することによって形成されることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記第1の量のエネルギーが、ソーラパワー、風力、水力、波力、地熱および潮汐エネルギーの少なくとも1つを変換することによって発生することを特徴とする、請求項8または9に記載の方法。
【請求項１１】
追加の量のエネルギーが、工業または家庭からの廃熱を変換することによって発生することを特徴とする、請求項8〜10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
発生した前記エネルギーの少なくとも一部が、その後になって使用するために一時的に貯蔵されることを特徴とする、請求項8〜11のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然力を有用なエネルギーに変換するための少なくとも1つのデバイスと、少なくとも1つの内燃機関または熱機関と、を備える、エネルギーの持続可能な発生のためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
世界的な環境および化石燃料埋蔵量の枯渇に対する懸念の高まりを考慮して、エネルギーを発生させるための持続可能なシステムおよび方法への関心が増加している。持続可能なエネルギー発生とは、本出願では、化石燃料および有害放出物をほとんどまたは全く伴わないエネルギー発生を意味する。
【０００３】
ソーラパワーまたは風力のような、自然発生源に完全に依存するエネルギー供給に関連する問題は、これらの発生源の非連続的かつ予測不可能な特質である。従って、何らかの形の非自然エネルギーが、少なくともバックアップとして、通常必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】英国特許出願公開第2532224号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、その目的のために、化石燃料駆動バックアップ発電機に頼るシステムよりも低い燃料消費量および小さいカーボンフットプリントを有しながら、完全自然エネルギー発生システムよりも信頼できかつ予測可能である、エネルギーの持続可能な発生のためのシステムを提供しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、これは、内燃機関または熱機関が、燃料または熱供給のためのガス洗浄デバイスに接続されるという点において達成される。廃ガスを洗浄することから導き出される燃料または熱を使用することによって、全燃料消費量およびカーボンフットプリントは、低減される。
【０００７】
本発明のシステムの好ましい実施形態は、従属請求項2〜7の主題を形成する。
【０００８】
本発明はまた、エネルギーの持続可能な発生のための方法にも関する。そのような方法は、自然力を変換することによって第1の量の有用なエネルギーを発生させるステップと、少なくとも1つの内燃機関または熱機関を動作させることによって第2の量のエネルギーを発生させるステップと、を含んでもよい。本発明によると、内燃機関または熱機関は、廃ガスを洗浄することから導き出される燃料または熱によって駆動される。
【０００９】
この方法を実行する好ましい方法は、従属請求項9〜12に規定される。
【００１０】
本発明は今から、付属の図面を参照して、いくつかの例となる実施形態を通じてさらに明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】船のタンクを脱ガスするために使用されている、組み合わせたガス洗浄装置および非自然エネルギー変換器の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による持続可能なエネルギー発生のためのシステムの概略図である。
【図３】本発明のさらなる実施形態による持続可能なエネルギー発生のためのシステムの概略図である。
【図４】本発明のシステムに使用するための熱機関の3つの概略図を示す図である。
【図５】廃ガス流から導き出される燃料を貯蔵するためのタンクの概略側面図である。
【図６】図2の持続可能なエネルギー発生システムの追加部分の概略図である。
【図７】図1のガス洗浄装置の多段凝縮器の一実施形態を概略的に示す図である。
【図８】図7の多段凝縮器の別の実施形態を概略的に示す図である。
【図９】図1のガス洗浄装置および非自然エネルギー変換器を収納するコンテナを示す図である。
【図１０】図1のガス洗浄装置および非自然エネルギー変換器を提供される船を概略的に示す図である。
【図１１】図1のガス洗浄装置および非自然エネルギー変換器を提供される道路輸送車両を概略的に示す図である。
【図１２】図1に示されるような複数のガス洗浄装置および非自然エネルギー変換器を提供される荷船を概略的に示す図である。
【図１３】沖合および陸上の両方の目的のために使用されている図1のガス洗浄装置および非自然エネルギー変換器を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
エネルギーの持続可能な発生のためのシステムは、自然力を有用なエネルギーに変換するための1つまたは複数のデバイスと、1つまたは複数の内燃機関または熱機関とを備える。図2に示される実施形態では、自然力を有用なエネルギーに変換するためのデバイスは、ソーラパワー変換器D、風力変換器または風力タービンE、および波エネルギー変換器Fを含む。
【００１３】
内燃機関10および/または熱機関12は、非自然エネルギー変換器20の一部を形成してもよく、それは、ガス洗浄装置21に接続される(図1)。そのような組み合わせたガス洗浄装置21および非自然エネルギー変換器20は、本発明者らの1人による従来技術文書である特許文献１(以後GB224)において詳細に述べられる。
【００１４】
ガス洗浄装置21は、廃ガスの流れ、例えば船(例えばLNGタンカ)24のタンク内の大量の燃料23の上に存在する大量のガス22を洗浄するのに役立つ。燃料23が、船24から放出ライン25を通って陸上の貯蔵タンク26にポンプで送り出される間に、ガス22は、ガス洗浄装置21の吸引ファン1の影響下で蒸気ライン27を通って引き出されてもよい。
【００１５】
上述の文書GB224においてより詳細に述べられるように、ガス洗浄装置21はさらに、露点低温操舵ユニット(a dew point cold steering unit)2およびハイブリッド熱交換ユニット3を備え、それは、抽出ガスから揮発性成分の抽出を可能にするために露点低温操舵ユニット2を介して供給される抽出ガスを冷却するように動作可能である。まず初めに、抽出ガスは、ハイブリッド熱交換ユニット3内で低温に冷却され、次いで清浄な空気として周囲の大気に放出されるために再加熱されるか、またはバルブ9を介して船のタンクのガス領域内に再注入される。ガス洗浄装置21はさらに、チラー4、低温バッファ5、凝縮VOC液体バッファタンク6、深冷(deep cool)バッファ7、およびヒータ8を備え、それらの機能は、GB224において詳細に述べられる。ガス洗浄装置21のすべてのコンポーネントは、標準的なコンテナ内に配置されてもよく(図9)、それは、冷却されかつ/または分離されてもよい。
【００１６】
ガス洗浄装置21に接続され、共通制御ボックス18によって制御される、非自然エネルギー変換器20は、内燃機関10および熱機関12、ならびに内燃機関10、および/または熱機関12によって駆動される発電機11を含む。非自然エネルギー変換器20はさらに、デミスタ13、オルタネータ14、不活性ガス発生器15、不活性ガスバッファ16、(バイオ)LNGのための燃料バッファタンク17、およびホットエアバッファタンク19を含む。非自然エネルギー変換器20のすべてのコンポーネントはまた、標準的なコンテナ内に配置されてもよい(図9)。
【００１７】
図2に示されるように、非自然エネルギー変換器20は、太陽が輝いていないとき、風が少なすぎるとき、かつ/または波が低いときに、自然エネルギー変換器D、EおよびFを補ってもよい。すべてのエネルギー変換器は、共通ネットワーク、例えば電力グリッドまたは熱分配ネットワークに接続されてもよい。揮発性有機化合物の凝縮によって導き出される燃料は、非自然エネルギー変換器20において後で使用するためにバッファタンク28内に一時的に貯蔵されてもよい。
【００１８】
燃料バッファタンク28は、フレーム内に特別に裏打ちしたコンテナ29を備え、それはさらに、荷積み/荷降ろしおよび輸送中に蒸気が形成されるのを防止するために、特別に設計されたテレスコープ状ノズル30を含む(図5)。
【００１９】
波エネルギー発生デバイスFは、喫水線より下に配置されるシリンダ31およびピストン32を含み、それらは、水面より上でクランクシャフト33に接続される。シリンダは、クランクシャフトによって駆動される発電機38によって電気エネルギーを発生させるための連通管としての役割を果たす。クランクシャフト33はまた、冷水を陸上の熱機関35に送り込むポンプ34も駆動する。熱機関35は、水の冷熱(the cold)36と、例えば工業団地もしくは家庭(図6)からの余熱37または非自然エネルギー変換器20からの熱と、の間の温度差によって駆動される。
【００２０】
図2のシステムはさらに、遠隔制御自走式ベッセル60を含んでもよく、それは、複数のガス洗浄装置21を運んでもよく、複数の非自然エネルギー変換器20によってエネルギーを与えられてもよい。この船舶または荷船60は、それらの停泊中に他の船または設備にエネルギーを与えるために使用されてもよく、浮遊式パワーステーションとしての役割を果たしてもよい。それはさらに、ガス洗浄装置21の存在に起因して、脱ガスステーションとしての役割を果たしてもよい。
【００２１】
詳細に示されないけれども、風力エネルギー変換器Eは、波形のまたは正弦曲線の後縁59を含む、特殊な形状を有するブレード58を有してもよい。
【００２２】
図3では、統合されたエネルギー発生システムのさらなる実施形態が、示される。工業団地39からのVOC40は、膜42を通った後、VOC液体41を形成するために使用される。別法としてまたは追加として、VOC40は、例えば図1に示されるような凝縮器3内で、凝縮されてもよく、それ故にさらなるVOC液体41を形成する。この液体は、内燃機関、例えば図1の機関10において燃料として使用されてもよい。追加としてまたは別法として、VOCは、触媒作用43、光酸化44、またはイオン化45によって、例えば熱プラズマによって処理されてもよい。
【００２３】
後者のプロセスは、合成ガス48の形成につながり、それは、内燃機関10における燃料として使用されてもよい。別法としてまたは追加として、合成ガス48は、燃料電池設備49における燃料として使用されてもよい。液化VOC41はまた、燃料電池49のための燃料として使用されてもよい。触媒作用または光酸化の後、処理されたVOCはまた、燃料電池49に供給されてもよい。
【００２４】
エネルギー、特に内燃機関10または燃料電池49によって発生する電気エネルギー(黒丸内の文字Eによって識別される)は、サブステーション46に提供されてもよい。機関10および燃料電池49からの熱は、熱バッファ57に供給されてもよく、それはまた、工業廃熱55も受け取る。
【００２５】
例示されるエネルギー発生システムはさらに、(バイオ)LNG貯蔵タンク50を含み、それは、バイオLNG機関51、風力変換器52、ソーラパワー変換器53、および波力発電機54に接続される。すべてのこれらの発電機は、グリッド47に接続され、それは最終的にはまた、システムをエンドユーザにも接続する。波力発電機54はさらに、低温バッファ56に接続され、それは次に、熱機関、例えば図1に示されるような熱機関12に接続される。熱機関12はさらに、熱バッファ57に接続され、エンドユーザまたはグリッド47に供給される電気エネルギーを発生させるために温度差を利用する。
【００２６】
そして最後に、本システムは、1つまたは複数の非自然エネルギー変換器20を含むと示される。
【００２７】
すべてのこれらの発生源は、自然的でも非自然的でも、持続可能な方法でオンデマンドの発電を確実にするように協力する。
【００２８】
本システムはさらに、後で使用するために発生エネルギーを一時的に貯蔵するための手段を含む(図示略)。エネルギー貯蔵はまた、自然エネルギー源を使用するときに非常に重要でもある。これらのエネルギー貯蔵手段は、重力エネルギー貯蔵手段、空気エネルギー貯蔵手段、運動エネルギー貯蔵手段および化学エネルギー貯蔵手段であってもよい。
【００２９】
例は、炭素、グラフェン、リチウム、水、ナノプレートレット、鉛酸、ニッケルカドミウム、ナトリウム、シリコン、水素のような再充電可能な材料、ダイオウのような有機材料である。
【００３０】
エネルギー貯蔵システムに使用されるさらなる技術は、次の通りであってもよい。
【００３１】
固体バッテリ、すなわち固体電極および固体電解質の両方を有するバッテリ。
【００３２】
システム内に含有される液体に溶解され、最も一般的には膜によって分離される2つの化学成分によって提供されるフローバッテリ。この技術は、燃料電池およびバッテリの両方に似ており、ただし液体エネルギー源は、電気を生み出すためにタップされ、同じシステム内で再充電が可能である。
【００３３】
エネルギーが、グラフェンなどの様々な炭素材料に貯蔵される、電気化学的貯蔵システム。
【００３４】
エネルギーの損失がゼロに近い超電導線から成るコイルの磁場内に、グリッドからの電気を貯蔵する磁気エネルギー貯蔵システム(磁気冷却システムに接続可能な)。
【００３５】
運動エネルギーの形で電気エネルギーを貯蔵するフライホイールを回転させるために、電気エネルギー入力を使用するフライホイール貯蔵システム。
【００３６】
圧縮ガス/空気のポテンシャルエネルギーとしてエネルギーを貯蔵する、圧縮空気エネルギー貯蔵システム。
【００３７】
材料(または液体)およびユニット貯蔵容量における温度変化に基づく蓄熱システム(熱機関および温度差に基づいて作動する他のシステムに接続可能な)。
【００３８】
異なる高度にある2つのリザーバの間で水を移動させることによってエネルギーを貯蔵し、発生させる揚水式(pumped)水力貯蔵システム(波システムおよび温度差に基づくシステムの両方に接続可能な)。
【００３９】
光アノード、および対電極、ならびに電荷貯蔵電極から成る効率的な光崩壊を用いるソーラ/光貯蔵システム。
【００４０】
化学エネルギーを電気エネルギーに変換する、固体酸化物燃料エネルギー貯蔵システム。
【００４１】
電気分解によって電気を水素に変換する、水素エネルギー貯蔵システム。水素は、次いで貯蔵され、最終的に再度電気を流されても(re-electrified)よい。
【００４２】
図4は、熱機関の様々な実施形態を示し、それは、スターリング機関または同様の原理に基づいて作動する他の機関であってもよい。これらの実施形態の各々には、ピストン60、膨張空間61および圧縮空間62がある。「ベータ」および「ガンマ」実施形態はさらに、ディスプレーサ63を含み、一方「アルファ」実施形態は、2つのピストン60を有する。すべての3つの実施形態はさらに、高温側交換器64、低温側交換器65および再生器66を含む。
【００４３】
図7では、ガス洗浄装置21の多段凝縮器3の一実施形態が、示される。この凝縮器は、3つの熱交換器67を含み、そこでポンプまたはファン68によって輸送される、VOCで汚染されている流入ガス流は、実質的にVOCのない流出ガス流と熱交換接触させられる。凝縮器3はさらに、2つの中間冷却器69および最終熱交換器70を含み、そこで深冷流体は、ガス流と熱交換接触させられる。すべての冷却エネルギーは、この実施形態では単一発生源73から導き出されると示される。この図面に示されないけれども、凝縮VOCは、連続的な段の間の様々な点において抽出され、収集されてもよい。ガス流が、図面に示されるような各段の後で有することもある、温度は、例だけである。これらの温度は、処理ユニット72に接続されるセンサ71によって測定される。
【００４４】
図1のガス洗浄装置に使用するための多段凝縮器3のさらなる例は、図8に示される。ここで、各熱交換器67は、流入および流出ガス流についてそれぞれ2つの区画74、75を有すると示される。各区画74、75は、入口76、78および出口77、79を有する。この実施形態では3つある、各冷却器68もまた、2つの区画、流入ガス流のための1つの区画80および冷却流体のための1つの区画81を有する。ガス流のための区画80は、ガス入口82、ガス出口83および凝縮物出口84を有する。冷却流体区画81は、冷却ユニット87に接続される入口85および出口86を有する。
【００４５】
エネルギーの持続可能な発生のための統合されたシステムの一部であることを別にすれば、ガス洗浄装置21および非自然エネルギー変換器20は、自然エネルギー変換器から切り離して使用されてもよい。
【００４６】
図10では、船88が、そのタンク89の上に配置されるガス洗浄装置21、およびガス洗浄装置21に接続され、エネルギーをクルー宿泊設備90に提供しかつおそらくは追加の駆動を船の推進システム91に提供するのに役立つ非自然エネルギー変換器20を提供される、一実施形態が、示される。
【００４７】
図11は、ガス洗浄装置21および非自然エネルギー変換器20の組み合わせが、トラック92上に取り付けられる、一実施形態を示す。この配置の目的は、移動式脱ガスユニットを提供することである。変換器20によって発生するエネルギーは、外部ユーザに供給されてもよくまたはトラック92を駆動するために使用されてもよい。
【００４８】
図12では、図2の遠隔制御自走式荷船60が、より詳細に示される。ここで再度、ガス洗浄装置21は、使用する場所に輸送されてもよく、そこで荷船60はまた、複数の非自然エネルギー変換器20の存在に起因して電力供給装置としての役割を果たしてもよい。エネルギーはまた、荷船の推進システム93のために使用されてもよい。
【００４９】
そして最後に、図13では、ガス洗浄装置21が、陸上、例えば工業プラント94もしくは建築現場95に、または船24のタンクを脱ガスするために沖合の両方で使用されてもよい、一実施形態が、示される。同様に、エネルギー変換器20は、陸上または沖合の両方で使用されてもよい。陸上での使用は、グリッドからピーク負荷を「削り取る」、すなわち高需要の時に追加のエネルギーを提供するのに役立つこともあり得る。
【００５０】
上で述べられたシステムおよび方法は、自然に供給されるエネルギーを補うために廃エネルギーを使用することに起因して低減したカーボンフットプリントをなお維持しながら、ほとんど連続的に、すなわち通常は自然エネルギー源と関連する山および谷がなく、エネルギーが発生することを可能にする。結果として、発生するエネルギーは、「環境に優しい」と言うことができる。その上、本発明のシステムおよび方法は、特に工業プラントまたは港湾のような、エネルギーの高需要がある現場において、エネルギーへの容易なアクセスを提供する。同時に、本システムおよび方法はまた、工業廃棄物、特にVOCを処理する能力も提供する。
【００５１】
本発明は、示される実施形態に限定されず、次の特許請求の範囲の範囲内で様々な方法で変更されてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
1  吸引ファン
2  露点低温操舵ユニット
3  ハイブリッド熱交換ユニット、凝縮器
4  チラー
5  低温バッファ
6  凝縮VOC液体バッファタンク
7  深冷バッファ
8  ヒータ
9  バルブ
10  内燃機関
11  発電機
12  熱機関
13  デミスタ
14  オルタネータ
15  不活性ガス発生器
16  不活性ガスバッファ
17  燃料バッファタンク
19  ホットエアバッファタンク
20  非自然エネルギー変換器
21  ガス洗浄装置
22  ガス
23  燃料
24  船
25  放出ライン
26  貯蔵タンク
27  蒸気ライン
28  燃料バッファタンク
29  特別に裏打ちしたコンテナ
30  テレスコープ状ノズル
31  シリンダ
32  ピストン
33  クランクシャフト
34  ポンプ
35  陸上の熱機関
36  冷熱
37  余熱
38  発電機
39  工業団地
40  VOC
41  VOC液体
42  膜
43  触媒作用
44  光酸化
45  イオン化
46  サブステーション
47  グリッド
48  合成ガス
49  燃料電池設備、燃料電池
51  バイオLNG機関
52  風力変換器
53  ソーラパワー変換器
54  波力発電機
55  工業廃熱
56  低温バッファ
57  熱バッファ
58  ブレード
59  後縁
60  船舶、荷船、ピストン
61  膨張空間
62  圧縮空間
63  ディスプレーサ
64  高温側交換器
65  低温側交換器
66  再生器
67  熱交換器
68  ポンプ、ファン
69  中間冷却器
70  最終熱交換器
71  センサ
72  処理ユニット
73  単一発生源
74  区画
75  区画
76  入口
77  出口
78  入口
79  出口
80  区画
81  区画
82  ガス入口
83  ガス出口
84  凝縮物出口
85  入口
86  出口
87  冷却ユニット
88  船
89  タンク
90  クルー宿泊設備
91  船の推進システム
92  トラック
93  荷船の推進システム
94  工業プラント
95  建築現場
D  ソーラパワー変換器
E  風力変換器、風力タービン
F  波エネルギー変換器
【図１】
2020504258.tif 000003
【図２】
2020504258.tif 000004
【図３】
2020504258.tif 000005
【図４】
2020504258.tif 000006
【図５】
2020504258.tif 000007
【図６】
2020504258.tif 000008
【図７】
2020504258.tif 000009
【図８】
2020504258.tif 000010
【図９】
2020504258.tif 000011
【図１０】
2020504258.tif 000012
【図１１】
2020504258.tif 000013
【図１２】
2020504258.tif 000014
【図１３】
2020504258.tif 000015
【国際調査報告】
2020504258.tif 000016
2020504258.tif 000017