JP2002503782A - Ｃｏ２分離部を備えた炭化水素燃焼式動力発生システム - Google Patents

Ｃｏ２分離部を備えた炭化水素燃焼式動力発生システム

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JP2002503782A
JP2002503782A JP2000531655A JP2000531655A JP2002503782A JP 2002503782 A JP2002503782 A JP 2002503782A JP 2000531655 A JP2000531655 A JP 2000531655A JP 2000531655 A JP2000531655 A JP 2000531655A JP 2002503782 A JP2002503782 A JP 2002503782A
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JP
Japan
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combustion
air
fuel
outlet
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000531655A
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English (en)
Inventor
フェルミン ヴィテリ，
ジェームス ピー． テイラー，
ハリー ブラント，
ロジャー イー． アンダーソン，
Original Assignee
クリーン エナジー システムズ， インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • F25J3/04533—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the direct combustion of fuels in a power plant, so-called "oxyfuel combustion"
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    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04975—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the air fractionation unit, e.g. transportable devices by truck or small scale use
    • F25J3/04987—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the air fractionation unit, e.g. transportable devices by truck or small scale use for offshore use
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Abstract

(57)【要約】 低公害または無公害エンジン（２０）は、周囲の環境から空気を集めるように配置する。窒素の一部を取り除いた後、残りの気体は主に酸素であり、この気体がガス発生器（７０）に送られる。ガス発生器は、水素、メタンまたは軽質アルコール等の高圧水素含有燃料と高圧酸素との給入口と点火器とを有する。燃料と酸素とはガス発生器内で燃焼され、炭素含有燃料と共に水と二酸化炭素を生成する。次に、燃焼生成物は動力発生装置（４８）を介して膨脹する。次に、燃焼生成物は凝縮器（８０）を通過し、ガス発生器に戻される。二酸化炭素は、圧縮、冷却され、液相または超臨界状態になる。次に濃密相の二酸化炭素は、大気にＣＯ2が戻らないようにさらに処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
（技術分野） 本発明は、動作中における汚染レベルがゼロまたは低レベルの排気の環境的に
クリーンなエンジン設計に関する。このクリーンな空気エンジン（以下、ＣＬＡ
ＩＲＥという）の発明は、自動車、トラック、列車、航空機、船舶などの運送用
車両、および、固定式動力発生利用例の両方に適用可能である。本設計は、ハイ
ブリッド、デュアルサイクル、シングルサイクルのエンジンを特徴とする。
【０００１】 特に本発明は、低汚染または無汚染の炭化水素燃焼式動力発生システムに関す
るもので、本システムはシステム内で発生した二酸化炭素（ＣＯ2）を分離・調 整して地層や海洋等の地質に注入し、隔離する。
【０００２】 （背景技術） 運送が目的の動力の発生における現在の技術では、基本的に、内燃式ガソリン
またはディーゼルエンジンが使われている。また、電力発電のための現在技術に
は、ガスタービンおよび／またはスチームタービンがある。それら装置の炭化水
素燃料を燃焼させるのに、（重量％で）酸素２３．１％、窒素７５．６％、およ
び、その他気体を含む空気１．３％を使う。（ガソリンまたはディーゼルの）内
燃エンジンでの燃料の空気との燃焼から生成される排気には、下記のような、大
気環境を損なうと考えられる汚染物質が含まれている。それら汚染を引き起こす
スモッグとしては、全有機ガス（ＴＯＧ）、反応有機ガス（ＲＯＣ）、一酸化炭
素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、特定物質（ＰＭ）
がある。カリフォルニア州の全大気汚染源から排気される汚染物資量の約半分が
、道路車両から発生したものである（１９９１年排気ガス報告書、カリフォルニ
ア州大気資源局、１９９４年１月刊）。この車両汚染物質の主な発生源は、乗用
車や小型および中型ドラックである。
【０００３】 毎日運転されている何百万もの自動車やトラックが排気する多量の汚染物質を
劇的に削減するような近未来の解決法は、いまだ視野にない。カリフォルニア州
大気資源局の研究による、１９９４年の報告書では、１９９１年間にモニターさ
れた自動車からの汚染物質のカリフォルニア州の一人あたりの排出量は、１日に
つき約１．５０ｌｂ（６．６７Ｎ）である。全米の人口が２億５千万人なので、
そのデータから、全米中で自動車から排出される１日あたりの大気排気量は１８
万トン（１．７６４×１０6Ｎ）以上にもなると推定される。また、運転される 自動車数や走行距離量も増加し続けており、汚染を引き起こすスモッグを削減す
る努力のさらなる弊害となっている。
【０００４】 許容排出閾値は、連邦および州政府により急速に下げられている。それら許容
排出量の低減措置のため、運送業界や発電業界においては、新規の低排気量動力
システムの開発が真剣に要求されている。
【０００５】 高容量で低価格の蓄電バッテリーの開発により、ゼロ排気の電気自動車（ＺＥ
Ｖ）の改良に対する非常な努力がなされてはいるが、自動車やトラックと同じよ
うな危険排気物質を削減するよう、連邦政府（１９９０年のクリーンエア法修正
案）が命令しているように、排気問題は、今や自動車から発電プラントへと移っ
ている。
【０００６】 電力消費者のための現在の世界規模の発電技術は、基本的には化石燃料燃焼エ
ンジンに依存している。それらエンジンでは、炭化水素が空気と燃焼される。前
述のように、化石燃料の空気燃焼からは、多様な汚染物質を含む燃焼生成物が生
まれる。現在の米国の規制法令には、特定の場所で許容される大気汚染物質量が
規定されている。汚染物質許容閾値は一貫して下げられており、それゆえ、発電
業界やその他の動力発生業界における汚染物質排出留量を削減するための解決策
を見つけるよう、産業界にはより大きな圧力がかけられている。
【０００７】 非燃焼エネルギー源を研究することにより排気問題を解決しようと開発されて
いる別のエネンルギー源には、燃料電池や太陽電池がある。開発者により、それ
ら別エネルギー源の技術的、経済的な問題の多くが解決されつつある。しかしな
がら、それら別エネルギー源の車両や発電施設での広範な利用は、いまだ実行に
移されてはいない。
【０００８】 汚染物質の放出に加えて、燃焼式動力発生システムは大量の二酸化炭素（ＣＯ 2 ）も生成する。ＣＯ2の放出は現在米国では規制されていないが、ＣＯ2や他の 温室効果ガスの環境への放出に対する懸念が専門家によって示されている。燃焼
式動力発生システムにおいて、ＣＯ2の発生を防ぐ一つの方法は、炭化水素燃料 ではなく、水素を燃料として利用することである。水素を燃料として使用すると
、気相での水素の高可燃性と爆発性、水素を液相で保持するのに必要な大量のエ
ネルギー、大容量の保管能力を必要とする水素の低密度性、および現在量産され
ている水素は全て化石燃料を元にしており、これらも副生成物としてＣＯ2を発 生するという事実、といった多くの欠点がある。
【０００９】 他の燃焼生成物からＣＯ2を分離し、多孔性の地層や海洋深くに注入すること によって、ＣＯ2を処分し、ＣＯ2の放出による環境への影響を最小化しようとい
う考え方が、最近注目されている。このような地質での処分技術に対する興味は
、米国エネルギー省のＳｍａｌｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ（ＳＢＩＲ）プログラム請願（参照番号ＤＯＥ／ＥＲ−０７０
６、締切日１９９８年３月２日）による最近の刊行物に示されており、ここでは
、ＣＯ2を含む温室効果ガスと汚染物質の軽減に対する戦略を特に求めている。 この請願は、石油やガスの貯蔵所、採掘不可能な石炭層、深海、または深部の被
圧帯水層等の可能な保管場所の利用を含むＣＯ2処理へのアプローチを求めたも のであった。ＣＯ2分離および注入システムは従来から知られているが、そのＣ Ｏ2は部分的に分離されるだけで、そのプロセスは非常にエネルギー集約的であ り、このようなシステムは一般に商業的には実現不可能である。従って、経済的
に実現可能な方法でＣＯ2を分離・処分できる、より効率的なＣＯ2分離・注入シ
ステムが必要とされている。
【００１０】 （発明の開示） 本発明は、ゼロまたは低汚染車両（ＺＰＶ）やその他の運送用動力システム（
鉄道や船舶）、および、ゼロまたは低汚染発電施設を開発するための手段を提供
するものである。
【００１１】 ゼロまたは低汚染は、それら有害汚染物質を、ガス発生器や燃焼室で混合して
燃焼させる前に、供給される燃料と酸化剤の反応物から除去することにより達成
できる。硫黄、硫化物、窒素が、水素、メタン、プロパン、精製天然ガス、また
は、エタノールやメタノールなどの軽質アルコールである適用燃料から除去すべ
き主要な汚染物質である。空気には７６重量％の窒素が含まれているため、クリ
ーン燃料と混合する前での除去が必要な主たる汚染源となりえる。
【００１２】 燃料の清浄化は、簡易であり、複雑になってはならない。空気中の窒素を酸素
から分離させるのは。様々な方法で行える。例えば、空気を液化して、（後で詳
細に説明する）精留器によりその２種の主要成分、酸素と窒素、を段階的に分離
することにより、窒素を空気から除去できる。気体の分離は、大気圧中での酸素
と窒素の異なる沸点（１６２°Ｒ（−１８３．１５℃）と１３９°Ｒ（−１９５
．９３℃））に基づいている。空気は、中間温度（１４２°Ｒ（−１９４．２６
℃））で液化する。
【００１３】 その他の窒素除去方法には、蒸気圧変動吸着や膜利用気体分離がある。蒸気圧
変動吸着法では、酸素を吸着および脱着できる材料を使う。膜利用気体分離法で
は、加圧された空気供給流を膜に透過させる。膜により、空気中の１つの成分を
他の成分よりも迅速に透過させて、膜の両側の異なる成分をそれぞれ濃厚にする
。そのような膜には多様な素材が利用できるが、空気から窒素をうまく分離する
には、数種の異なる物理的処理を行う。
【００１４】 本発明の一実施例は、始動および冷却が必要なときの補助電気モータをランキ
ンサイクルの熱サイクルと組み合わせるハイブリッド動力システムから成る。エ
ンジンの熱動力サイクルは、酸素と窒素の分離が行われる精留器内で、周囲空気
を高圧に圧縮し、圧縮中に空気を冷却し、膨張中に空気液化温度にすることで開
始される。発生した冷たいガス状窒素は、送り込まれる空気を冷却するのに使っ
てから、周囲温度付近で大気中に排出する。同時に、精留器で発生した冷たい気
体状または液状の酸素は、ガス発生器の圧力レベルまで加圧され、周囲温度付近
でガス発生器へ送られる。供給タンクからの気体状または液状の燃料は、酸素の
圧力レベルまで加圧されてからガス発生器へ送られて、そこで、２種の反応物が
ほぼ化学量混合比率にて合成されて、完全燃焼の最大温度高温気体となる（６５
００°Ｒ（３３３８℃））。それら高温気体は、その温度がタービン入力許容値
（２０００°Ｒ（８３８℃））なるまでガス発生器の混合部で水流で希釈される
。
【００１５】 この混合過程から作成した駆動気体は、酸素と水素を燃料として使う場合は、
高純粋蒸気、あるいは、酸素と軽質炭化水素燃料（メタン、プロパン、メタノー
ルなど）を使う場合は、高純粋蒸気と二酸化炭素（ＣＯ2）の混合物から成る。 車両や発電プラントを駆動するタービン中で高温気体が膨張された後、蒸気また
は蒸気とＣＯ2の混合物は、凝縮器で大気温度近くまたは以下まで冷却されて、 蒸気が水に凝縮され、ランキンサイクルが終了する。凝縮水の約７５％がガス発
生器へ再循環される一方、残り部分は冷却に使われてから、温水蒸気として大気
へ排出される。軽質炭化水素を燃料として使う場合、凝縮器中に残った気体状の
二酸化炭素は大気圧力より少し高くまで圧縮されて、定期的除去のため個体また
は液体に変えられるか、あるいは、その排気がローカル大気環境に無害と考えら
れる場合には、そのまま大気中に排出される。
【００１６】 前記熱サイクルでは、安定した低温度まで液化装置を冷却するための時間を必
要とするため、補助バッテリーで駆動される電気モータを使って、液化装置の冷
却が完遂されるまでランキンサイクルを行い、車両を駆動する。冷却が完了する
と、同期発電機に接続されたランキン熱エンジンを使って車両や発電プラントを
駆動し、補助バッテリーを再充電するのである。
【００１７】 このハイブリッドカーとしても知られる、この２つの動力システムの組み合わ
せにより、どちらのモードの動作においてもゼロまたは低汚染物排気が可能とな
る。加えて、電気モータ用バッテリーが、ゼロまたは低汚染のランキン熱サイク
ルエンジンにより充電できるため、再充電のための別途の発電装置の必要がない
。これにより、中央発電所からの電力供給を減らせ、かつ、有害排気の排出源を
削減できる。
【００１８】 電気駆動モータやバッテリーの代わりに、ランキンサイクルエンジンに数個の
制御バルブを追加して、最小排気開放ブレイトンサイクルを行って、ランキンサ
イクルエンジンの液化装置を冷却するのに要する時間中に、燃料と空気とを燃焼
させて車両を駆動することも可能である。この特徴は、本発明の別の実施例でも
ある。
【００１９】 また、ゼロまたは低汚染のランキン熱サイクルエンジンは、大型トラック、列
車、船舶などの長時間の連続運転を要する車両や、冷却時間が運転サイクル全体
に対してあまり重視されないような固定式発電プラントでの、単独サイクル熱モ
ードのも利用できる。
【００２０】 オットーディーゼル熱サイクルの低汚染ハイブリッドエンジンへの応用も、本
発明の実施例に含まれる。それら熱サイクルを使えば、凝縮器や再循環装置が必
要なくなる。低温度の蒸気または蒸気／二酸化炭素ガスは作用液体として再循環
されるので、前述したランキンサイクル適用例での再循環水要求の機能に取って
代わることができる。
【００２１】 上記のエンジンの動作から生じる燃焼生成物は、（炭化水素燃料を使用する場
合）実質的に完全にＨ2ＯとＣＯ2となる。これらの燃焼生成物は、上記に示した
ように、空気の成分分離装置を有しない従来の炭化水素燃焼式動力発生システム
から生じる燃焼生成物とは異なる。このような従来の技術のシステムによる燃焼
生成物は、ＮＯxと様々な炭素含有粒子だけでなく、大量の窒素と未使用の酸素 も含んでいる。上記のエンジンから生じる燃焼生成物は、単なるＨ2ＯとＣＯ2だ
けであるので、ＣＯ2の分離と調整は単純であり、システム全体からほとんど出 力を奪わない。
【００２２】 特に、燃焼生成物は、Ｈ2Ｏを液相に凝縮させる凝縮器を通過する。凝縮器に 存在する気体は実質的に二酸化炭素だけであり、凝縮器から直接取り出して地質
に注入するシステムで処理したり、ＣＯ2を必要とする工業プロセスに使用する といった他の処理を行える。深部の地質にＣＯ2を最も効率よく注入するために は、ＣＯ2を圧縮しなければならない。このような地質は、海洋、深部の帯水層 、および部分的にまたは十分に涸渇した石油またはガスの層、岩塩空洞、硫黄空
洞、硫黄ドーム等の多孔性の地層を含む。このような圧縮を成功させるために、
気相のＣＯ2は、さらなる水を冷却・凝縮した後、一段階または複数段階で圧縮 される。適度に圧縮したＣＯ2を、モレキュラシーブを使用する方法等の既存の 方法によってさらに乾燥させ、、ＣＯ2を冷却・液化するＣＯ2凝縮器に送る。こ
こでＣＯ2は、ＣＯ2注入を行いたい地層や海洋の深部に送るのに必要な圧力にま
で最小の出力で効率よく圧縮し得る。あるいはＣＯ2は一連の段階を通して圧縮 することができ、地層や深海への注入に必要な圧力に適合させた超臨界液体とし
て放出される。
【００２３】 （発明を実施するための最良の形態） 本発明の第１実施例による、ゼロ排気電気モータと併行動作するゼロまたは低
汚染のランキン熱サイクルエンジン（ハイブリッドエンジンとも呼ぶ）が、図１
に図示されている。ランキンエンジンは、ダイナミック式タービン圧縮器１０、
レシプロエンジン２０、動力伝達器３０、熱交換器４０、ターボ膨張器５０、精
留器６０、ガス発生器７０、凝縮器８０、再循環水供給ポンプ９０、水加熱器１
００、凝縮器冷却用ラジエータ１１０から成る。電気式エンジンは、アルタネー
タ１２０、バッテリー１３０、電気モータ１４０から成る。
【００２４】 ハイブリッドエンジンの動作は、エネルギー源としてのバッテリー１３０を使
って電気モータ１４０を始動させて開始する。電気モータ１４０が、動力伝達器
３０を通じてレシプロエンジン２０を駆動し、さらに、熱交換器４０、ターボ膨
脹器５０、精留器６０から成る液化装置の冷却時間を必要とする熱エンジンを始
動させる。
【００２５】 熱エンジンの動作により、周囲環境から空気給入ダクト１を経てダイナミック
式圧縮器２に給入された周囲温度の空気の圧縮が行われる。圧縮器２は、空気を
所定の排出圧まで上昇させる。その後、空気はダクト３からインタークーラ４へ
送り込まれ、そこでは、外部冷却手段５（大気、水、フロンなど）により圧縮熱
が排除される。空気から凝縮された水蒸気は、ドレン６から排出される。圧縮器
給入口と同じ温度であるインタークーラ４のダクト７から流出した空気は、レシ
プロ圧縮器８に送られて所定の排出圧まで上げられる。ダクト９からインターク
ーラ１１へ送られ、再び圧縮器給入口温度まで冷却される。この圧縮／冷却サイ
クルが繰り返されて、空気は、インタークーラ１１を出てダクト１２を通過して
レシプロ圧縮器１３に送り込まれ、ダクト１４からインタークーラ１５へ送り込
まれて、ダクト１６から排出され、空気圧縮過程を完了する。
【００２６】 次に、高圧で周囲温度の空気は、スクラバー１７に送り込まれて、そこで、す
ぐ後の液化過程中で凍結してしまう気体や液体が除去される。それらの気体や液
体は、二酸化炭素（ダクト１８ａから格納タンク１８ｂへ）、油分（管路１９ａ
から格納タンク１９ｂへ）、水蒸気（ドレン２１から排出）である。油分は、空
気圧縮装置からの漏れなど、多様な発生源から生まれる。その後、乾燥空気は、
ダクト２２を通って熱交換器４０へ送り込まれて、そこで、戻りの低温の気体状
窒素により冷却される。
【００２７】 そして、乾燥空気は、空気から窒素を分離するための空気処理装置へ送られて
、前述した燃焼用の窒素を含まない酸素を供給するための準備ができる。乾燥空
気には、２３．１重量％の酸素、７５．６重量％の窒素、１．２８５重量％のア
ルゴン、および、ごく少量の水素、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン（
総計で０．００１３重量％）が含まれる。アルゴンの液化温度は１５７．５°Ｒ
（−１８５．７℃）であって、窒素と酸素のそれぞれの沸点１３９．９°Ｒ（−
１９５．４℃）と１６２．４°Ｒ（−１８２．９℃）の中間値である。それゆえ
、除去されなかったアルゴンは、液化過程中に液化する。残りのごく少量の水素
、ヘリウム、ネオンの気体は４９°Ｒ（−２４６℃）以上の温度で凝縮不能であ
るが、クリプトンとキセノンは液化する。しかしながら、後者の気体はごくわず
かであって、以下の空気液化過程で無視できる程度と考える。
【００２８】 その後、乾燥空気は、ダクト２３からターボ膨脹器２４へと送り込まれて、そ
こで、さらに、排出ダクト２５の前に液化温度近くまで下げられてから、精留器
６０（図では双塔式）へと送られる。その前に低下していない場合、精留器内で
、空気の温度は酸素液化温度まで下げられる。好ましくは、デービスの「気体液
化と低温精留の物理的原理」（１９４９年ロングマン・グリーン出版社刊）に詳
細に記述されているような双塔式精留器６０を利用するのがよい。
【００２９】 その空気液化温度での空気は、下側の精留器の熱交換器２６から出てダクト２
７を通じて精留器の下側塔プレートに送り込まれて、酸素／窒素の分離が行われ
る。約４０％の酸素を含んだ空気は、ダクト２８から出て、上側の精留塔に送り
込まれて、そこで、より高い％の酸素濃度に精製される。９６％純度の窒素液体
は、ダクト２９で下側精留塔から上側精留塔へ送られる。純度が９９％の気体状
の窒素（１％はアルゴン）は、ダクト３１を出て、熱交換機４０へ送り込まれて
、そこで、給入空気の冷却を行った後、ダクト３２から周囲の温度と気圧に近い
温度と圧力で大気中へ排気される。気体状または液体状の９５％純度の酸素（５
％はアルゴン）ダクト３３から出て、ターボ膨脹器の圧縮器３４へ送り込まれて
、酸素が所定圧まで加圧される。その後、高圧の酸素は、ダクト３５を出て、ガ
ス発生器７０へと送られる。
【００３０】 軽質の炭化水素燃料（メタン、プロパン、純化天然ガス、エタノールやメタノ
ールなどの軽質アルコール）が、燃料タンク３７からダクト３８へ供給されて、
レシプロエンジンのシリンダー３９へと送り込まれて、そこで、燃料は所定の排
出圧まで加圧される。その後、燃料はダクトを出て、ガス発生器７０へ送り込ま
れて、完全燃焼の最大高温ガス温度（約６５００°Ｒ（３３３８℃））となるよ
うな化学量混合比率で給入酸素と混合される。ガス発生器は、燃焼を促すための
点火プラグなどの点火装置を備えている。
【００３１】 好ましくは、ガス発生器７０は、米国特許第５，７０９，０７７号に開示され
た形態をとる。
【００３２】 本実施例のガス発生器７０は燃料燃焼式装置の好適な形態であるが、下記の別
の実施例で説明するようなその他の燃料燃焼式装置を利用しても構わない。それ
ら反応物の燃焼による生成物は、高純度の蒸気と二酸化炭素ガス、および、ごく
わずかの液体状アルゴン（４％）である。
【００３３】 高温気体の完全燃焼に続いて、再循環水が管路４２からガス発生器７０に注入
されて、レシプロエンジン内で受容可能な低温駆動ガス（約２０００°Ｒ（８３
８℃））へと高温気体を希釈する。また、この水の注入により、膨脹過程や発電
過程で利用できる多量の燃焼生成物を増加できる。そして、駆動ガスは、ガス発
生器７０の送出ダクト４３を出て、レシプロシリンダー４４へ送り込まれて膨脹
し、動力伝達器３０を駆動する。レシプロシリンダー４４は、下記の第６実施例
で説明するようなダイナミック式タービンなど、その他の燃焼生成物膨脹装置で
置き換えることも可能である。ダクト４５を出たガスは、第２シリンダー４６に
入り膨脹して、動力を動力伝達器を駆動し、さらに、ダクト４７を通って、始動
時には電気モータ１４０により駆動される遠心圧縮器２とバッテリー１３０を充
電するためのアルタネータ１２０とを駆動するダイナミック式タービン４８に動
力を与える。
【００３４】 そして、ダクト４９から出たガスは、水加熱器１００に送り込まれて、ガスの
残留熱をポンプ９０で送られる循環水に移転し、水加熱器からのガスはダクト５
１から排出されて、大気圧に近いあるいはそれ以下の圧力で凝縮器８０に送り込
まれて、そこで、蒸気から水への凝縮および二酸化炭素の分離が行われる。凝縮
された水は、管路５２から排出されて、ポンプ９０へ送り込まれ、水圧をガス発
生器７０への供給圧レベルまで上昇させる。ポンプ９０からの送出水量の大部分
は管路５３を通って、水加熱器１００へ送り込まれて、タービン４８の排出ガス
からの熱を受け取ってから、管路４２を通ってガス発生器７０へ送られる。ポン
プ９０からの送出水の残りは、ダクト５４を通過して、ノズル５５からラジエー
タ１１０へスプレー散布される（蒸発冷却）。凝縮器気体用の冷却剤は、ダクト
５６を通じてラジエータ１１０へ循環され、そこで、ファン５７によるポンプ動
作で熱を大気へ放出している。
【００３５】 蒸気の凝縮後に残った気体状の二酸化炭素は、凝縮器８０を出てダクト５８か
らレシプロシリンダー５９へと送り込まれ、（凝縮器での圧力が大気圧以下の場
合は）大気圧より少し高く圧縮されてから、ダクト６１へ送出される。圧縮され
た二酸化炭素は、格納タンク６２に保存して、定期的な除去がしやすいよう個体
または液体状に変換してもよいし、大気排気が容認される場合には、大気中へ排
出しても構わない。
【００３６】 本ハイブリッドエンジンは、必要時にそれ自体で必要用の水分を生成するため
、（凍結温度以下の）寒冷環境での蒸気ランキンサイクルの凍結問題を解消でき
ることに注目してほしい。また、本エンジン必要時に必要量の酸化材をも生成す
るため、酸素保管に関する多くの安全性問題も解消できる。
【００３７】 本発明の第２の実施例は、図２に示すように、炭化水素燃料に代えて水素を使
う場合のハイブリッドエンジンを特徴とする。燃料として水素を使う場合には、
二酸化炭素が発生せず、高純度の蒸気だけがガス発生器７０から排出される。そ
の結果、二酸化炭素に関する全装置が省略でき、その他の部分の変更の基本的に
は必要ない。しかしながら、図１と同じ６気筒エンジンを維持するため、図２の
水素燃料は、燃料タンク３７からダクト６３へ供給されて、レシプロエンジンシ
リンダー５９へ送り込まれて、ダクト６４を出てレシプロエンジンのシリンダー
３９へ送り込まれ、さらに、ダクト４１を通じてガス発生器７０へと送られる。
これにより、低濃度水素の２段階圧縮が行える。
【００３８】 本発明の第３の実施例は、図３で示すように、始動および空気液化装置の冷却
のときはブレイトンサイクルを利用し（モードＩ）、クルーズ運転、アイドリン
グ、連続運転のときはランキンサイクルを利用する（モードＩＩ）ような双サイ
クルエンジンを特徴とする。その特徴と関連して、高圧空気をシリンダー１３（
第１実施例で説明した空気圧縮）からバイパス空気ダクト７１から取り出して、
バルブ７２で調整する。また、ガス発生器への循環水をバルブ７３で調整して、
燃料と酸素の燃焼温度とサイクル動作を行うためダクト４３へ送られる気体状混
合物の排出温度とを制御するのである。
【００３９】 これら２つのモードによる熱動力サイクル動作を、図４と５に示す。モードＩ
での動力サイクル動作の作用液体は、蒸気、二酸化炭素、気体空気から成る。モ
ードＩＩを動作するときは、作用液体（第１と第２の実施例で説明したように）
炭化水素の燃料を使う場合は蒸気と二酸化炭素であり、水素を使う場合は蒸気だ
けである。
【００４０】 図４に示す開放ブレイトンサイクルは、２段階の空気圧縮７４ａと７４ｂをも
ち、モードＩ中にはエンジンを駆動するのに利用され、続くモードＩＩでのラン
キンサイクルの動作では、図５で示す再生７５を行って、液化装置を冷却する。
なお、本実施例では、電気モータ、バッテリー、アルターネータの必要がないこ
とに注目してほしい。
【００４１】 本発明の第４実施例は、図６で示すように、第１実施例の全構成要素を含み、
さらに、エンジンの性能を改善するため２個の再加熱器１５０と１６０を追加し
たものである。例では２個の再加熱器１５０と１６０を装備しているが、それぞ
れの適用例の要件に応じて再加熱器はいくつ使っても構わない。
【００４２】 エンジンの運転は第１実施例とほぼ同じであるが、以下の点が異なる。レシプ
ロシリンダー４４から送出された高温ガスは、ダクト８１を通って、軽質の炭化
水素と酸素とがそれぞれダクト８８と８９から追加供給される再加熱器１５０に
送り込まれる。再加熱器１５０内におけるそれら反応物の燃焼熱により、供給さ
れた気体の温度がガス発生器７０出口での温度レベルまで上げられる。再加熱さ
れた気体は再加熱器１５０を出て、ダクト８２を経て、レシプロシリンダー４６
へ送り込まれて膨脹し、ダクト８３を出て、酸素と燃料が追加供給される再加熱
器１６０へ送り込まれる。再加熱器１６０内におけるそれら反応物の燃焼熱によ
り、再び、供給された気体の温度がガス発生器７０出口での温度レベルまで上げ
られる。再加熱された気体はダクト８４を出て、前記第１実施例で説明したよう
にダイナミック式タービン４８へと送り込まれる。再加熱器１６０への燃料は、
ダクト８６から供給される。また、酸素はダクト８７から供給される。
【００４３】 本発明の第５実施例は、図７に示すように、第２実施例の全構成要素を含み、
さらに、性能を改善するため２個の再加熱器１５０と１６０を追加したものであ
る。エンジンで水素燃料を使う以外は、第４実施例で説明したのと同じようにエ
ンジンは動作する。再生と再加熱を行う実施例のランキンサイクルを、図８に示
す。再生は９１で示し、２回の加熱は９２ａと９２ｂで示している。
【００４４】 本発明の第６実施例は、図９に示すように、図６で示した再加熱器を使う第４
実施例と同様であるが、全装置がダイナミック式圧縮器とタービンから成ること
が異なる点である。本装置は、鉄道、船舶、補助動力システムで要する高動力供
給（＞１０００軸馬力（ＳＨＰ））に適したものである。
【００４５】 本例のランキンエンジン部は、ダイナミック式ターボ圧縮器２００、２１０、
２２０、動力伝達器２３０、熱交換器２４０、ターボ膨脹器２５０、精留器２６
０、ガス発生器２７０、第２再加熱器２８０、第２再加熱器２９０、水加熱器３
００、凝縮器３１０、循環ポンプ３２０、凝縮器冷却用ラジエータ３３０から成
る。電気エンジン部は、アルタネータ４００、バッテリー４１０、電気モータ４
２０から成る。
【００４６】 エンジンの運転は、エネルギー源であるバッテリー４１０を使って電気モータ
４２０を始動させて開始する。電気モータ４２０が動力伝達器２３０を通じてダ
イナミック敷き圧縮器２０１を駆動し、同時に、バルブ２０２が開離され、バル
ブ２０３が閉成される。これにより、ブレイトンサイクルモードでエンジンが始
動する。エンジン速度が増すに連れて、バルブ２０２が徐々に閉成され、バルブ
２０３が徐々に開離されて、ゆっくりとランキンサイクルモードへ遷移するので
、液化装置を冷却できる。この遷移期間中には、ランキンサイクル状態が安定状
態となるまで、所定の動力と速度を維持するため電気モータ４２０を使う。
【００４７】 熱エンジン動作中、ダクト２０４から空気がターボ圧縮器２０１に送り込まれ
て、所定の排出圧まで加圧される。その後、空気はダクト２０５からインターク
ーラ２０６へ送られて、そこで、外部冷却手段２０７（空気、水、フロンなど）
により圧縮熱が除去される。凝縮された水蒸気は、ドレン２０８から排出される
。圧縮器入口と同じ温度でインタークーラ２０６からダクト２０９へ送出された
後、空気は圧縮器２１１に送り込まれて、所定の排出圧まで加圧される。そして
、空気はダクト２１２からインタークーラ２１３へ送られて、圧縮器２０１の入
口温度まで再び冷却される。この圧縮／冷却サイクルは、空気がインタークーラ
２１３からダクト２１４へ送出されて、圧縮器２１５へ送り込まれて、ダクト２
１６を通り、インタークーラ２１７へ入り、ダクト２１８へ送られて空気圧縮過
程を完了するまで繰り返される。
【００４８】 次に、高圧で周囲温度の空気は、スクラバー２１９に送り込まれて、液化処理
中に凍結させられた気体と液体（二酸化炭素、水蒸気、油分）とが除去される。
二酸化炭素はダクト２２１ａから排出、処理されて、タンク２２１ｂに格納され
る。油分はダクト２２２ａからドレンされて、タンク２２２ｂに格納される。水
蒸気は、ダクト２２３からドレンされて、外部へ排出される。
【００４９】 そして、乾燥空気は、ダクト２２４から熱交換器２４０に送り込まれて、戻り
液体状窒素により冷却される。さらに、ダクト２２５から出てターボ膨脹器２２
６へ送り込まれて、そこで、ダクト２２７から出て精留器２６０へ送り込まれる
前に、さらに空気の温度が液体空気の温度近くにまで下げられる。空気は、精留
器の熱交換器２２８から出て、液体空気の温度のままダクト２２９を通過し、酸
素／窒素の分離が行われる精留器の下側塔プレートに送り込まれる。 約４０％ の酸素を含んだ液体は、ダクト２３１から出て、上側の精留塔に送り込まれて、
そこで、より高い％の酸素濃度に精製される。９６％純度の窒素液体は、ダクト
２３２にて下側精留塔から上側精留塔へ循環される。純度が９９％の気体状の窒
素（１％はアルゴン）は、ダクト２３３を出て、熱交換機２４０へ送り込まれて
、そこで、給入乾燥空気の冷却を行った後、ダクト２３４から周囲の温度と気圧
に近い温度と圧力で大気中へ排気される。気体状または液体状の９５％純度の酸
素（５％はアルゴン）ダクト２３５から出て、ターボ膨脹器の圧縮器２３６へ送
り込まれて、酸素が所定圧まで加圧される。その後、高圧の酸素は、ダクト２３
７を経て、ダクト２３８からガス発生器２７０へと送られる。
【００５０】 メタン、プロパン、純化天然ガス、エタノールやメタノール等の軽質アルコー
ルなどの燃料が、燃料タンク２３９からダクト２４１へ供給されて、ターボ膨脹
器２５０の圧縮器２４２へ送り込まれて、所定の排出圧まで加圧される。加圧さ
れた燃料はダクト２４３を出て、ダクト２４４からガス発生器２７０へ送り込ま
れて、そこで、完全燃焼の最大高温ガス温度（約６５００°Ｒ）となるような化
学量混合比率で給入酸素と混合される。それら反応物の燃焼による生成物は、高
純度の蒸気と二酸化炭素ガス、および、ごくわずかの液体状アルゴン（４％）で
ある。
【００５１】 高温気体の完全燃焼に続いて、再循環水が管路２４５からガス発生器に注入さ
れて、ダイナミック式タービン２４７で受容可能な低温駆動ガス（約２０００°
Ｒ（８３８℃））へと高温気体を希釈する。駆動ガスは、ガス発生器２７０の送
出ダクト２４６を出て、ターボ圧縮器２２０のタービン２４７へ送り込まれ、そ
こで、ガスは膨脹し空気圧縮器２１５と二酸化炭素圧縮器２７３を駆動する。ダ
クト２４８を出たガスは、再加熱器２８０へ送り込まれて、そこで、タービン２
４７の動作から抽出した熱が補給される。この熱は、再加熱器２８０へダクト２
４９から追加した燃料とダクト２５１から追加した酸素の燃焼によりものである
。
【００５２】 再加熱されたガスはダクト２５２から出て、ターボ圧縮器２１０のタービン２
５３に送り込まれ、低圧力に膨脹する。この膨脹ガスで作成された動力により、
アルタネータ４００と圧縮器２１１とを駆動した後、ガスはダクト２５４から出
て再加熱器２９０へ送り込まれる。そこで、ガスのタービン駆動より発生した熱
に、ダクト２５５から追加した燃料とダクト２５６から追加した酸素との燃焼の
熱が補給される。
【００５３】 再加熱されたガスはダクト２５７から出て、ターボ膨脹器２００のタービン２
５８に送り込まれ、圧縮器２０１と動力伝達器２３０を駆動する。タービンから
の排出ガスは、ダクト２５９から出て、水加熱器３００に送り込まれて、そこで
、タービン２５８の残りの排出熱は、ガス発生器２７０へ再循環される水を予備
加熱するのに使われる。さらに、ガスはダクト２６１から出て、大気圧に近いあ
るいはそれ以下の圧力で凝縮器３１０に送り込まれて、そこで、蒸気から水への
凝縮および二酸化炭素の分離が行われる。
【００５４】 凝縮された水は、管路２６２から排出されて、ポンプ２６３へ送り込まれ、水
圧をガス発生器２７０への供給圧レベルまで上昇させる。ポンプ２６３からの送
出水量の大部分は管路２６４を通って、水加熱器３００へ送り込まれて、タービ
ンから熱を吸収した後、管路２４５を通ってガス発生器２７０へ送られる。ポン
プ２６３からの送出水の残りは、管路２６５を通過して、ノズル２６６からラジ
エータ３３０へ蒸発冷却のためスプレー散布される。凝縮器気体用の冷却剤は、
ポンプ２６７で管路２６８を通じてラジエータ３３０へ循環され、そこで、ファ
ン２６９によるポンプ動作で熱を大気へ放出している。
【００５５】 蒸気の凝縮後に残った気体状の二酸化炭素は、ダクト２７１を出てターボ圧縮
器２２０の圧縮器２７３に送り込まれて、（凝縮器での圧力が大気圧以下の場合
は）大気圧より少し高く圧縮されてから、ダクト２７４を経て格納タンク２７５
へ送られる。圧縮された二酸化炭素は、定期的に除去しやすいよう液体または個
体状に変換してもよいし、現地の環境規則で許可される場合には、大気中へ排出
しても構わない。
【００５６】 本発明の第７実施例は、図１０に示すように、前述の実施例の液化装置を含む
が、熱動力エンジンとしてオットーサイクルの断続的であるが自然な燃焼課程を
利用している。本実施例では、蒸気凝縮と水再循環の装置の必要がない。
【００５７】 本例のオットーサイクルの蒸気または蒸気／ＣＯ2熱エンジンは、前記で説明 した液化装置に加えて、ダクト３５からの酸素、ダクト４１からの燃料、ダクト
３０１からの循環蒸気、または、蒸気／ＣＯ2を、それぞれ２０重量％、５重量 ％、７５重量％の適切な比率で予備混合する予備混合器４３０を備える。その予
備混合気体は、ダクト３０３と３０４を経由してレシプロピストン３０２へ送り
込まれて、圧縮され、現在のオットーサイクルエンジンと同様の点火装置で点火
される。駆動行程の後、蒸気または蒸気／ＣＯ2気体は、ダクト３０５と３０６ を通じてダイナミック式タービン４８へ送られてから、ダクト４７へと送り込ま
れる。排出気体のいくらかはダクト３０１を経て予備混合器４３０へ戻される。
ダイナミック式タービン４８から排出されたガスは、ダクト３０７から大気中へ
放出される。
【００５８】 本発明の第８実施例は、図１１に示すように、第７実施例と同様であるが、デ
ィーゼル電力サイクルを使うのが異なる。本システムでは、予備加熱器４４０で
、ダクト３５からの酸素とダクト３０８からの蒸気または蒸気／ＣＯ2とを、そ れぞれ２３重量％と７７重量％の適切な混合比率で混合し、その混合気体をダク
ト３１１と３１２と経てレシプロピストン３０９へ送出し、高い点火前温度まで
圧縮する。ピストンシリンダー内の混合気体の総重量の５％程度の高温の燃料が
、ダクト３１３から注入され、一定の圧力下で燃焼する。必要に応じて、点火装
置を燃焼シリンダー内に装備する。ピストンが動力行程の下死点に移動するとき
、高温ガスは急激に膨脹する。蒸気／ＣＯ2ガスは、ダクト３１３へ排出され、 ダクト４７を経てダイナミック式タービン４８へ送られる。排出ガスのいくらか
は、ダクト３０８から予備加熱器４４０へ送られる。そして、ダイナミック式タ
ービン４８からの排気ガスは、ダクト３０７から大気中へ放出される。
【００５９】 図１２は、上記の第１から第８の実施例を概念的に示す基本型の低汚染エンジ
ン５００を簡略図で示すものである。特定機器を識別するのではなく、図１２で
は動力生成サイクル全体の各段階を示す。さらに、図１２のエンジン５００では
、第１から第８の実施例の精留器や他の液化装置を、より効率的な気体分離プラ
ント５３０で置き換えている。さらに、この気体分離プラント５３０の別の例の
詳細を図１５と１６に示し、以下に詳細に説明する。
【００６０】 前記基本型低汚染エンジン５００は、下記の方法で運転する。周囲環境からの
空気が、空気給入口５１０から空気圧縮器５２０へ送り込まれる。空気圧縮器５
２０は、空気給入口５１０から給入した空気を加圧して、その圧縮空気を気体分
離プラント５３０へ送る。気体分離プラント５３０としては、その気体分離プラ
ント５３０から濃厚な窒素ガスが濃厚窒素ガス排出口５３２から、濃厚酸素ガス
が濃厚酸素ガス排出口５３４から排出できるような、様々な気体分離技法を利用
できる。濃厚な窒素ガス排出口５３２は典型的には周囲環境へ戻るようになって
いる。濃厚酸素ガス排出口５３４は、燃焼装置５５０につながっている。
【００６１】 前記燃焼装置５５０では、気体分離プラント５３０からの濃厚酸素ガス燃料が
、燃料供給部５４０からの水素含有燃料と混合されて、燃焼装置５５０内で燃焼
が行われる。燃焼装置５５０内の燃焼生成物の温度を低減するため、かつ、燃焼
装置５５０からの出る蒸気または蒸気／二酸化炭素の作用液体の送流量を増加さ
せるため、燃焼装置には、水または二酸化炭素の希釈剤が添加される。
【００６２】 前記作用液体は、タービンなどの膨脹器５６０へ送られる。タービンは、空気
圧縮器５２０を駆動するため、動力伝達部５６２を経て空気圧縮器５２０に接続
されている。図１２では、機械式の動力伝達部５６２の一例としての回転軸が図
示されている。空気圧縮器５２０を駆動する別の例として、動力アブゾーバ５７
０により発電し、その電力の一部を空気圧縮器５２０を駆動できる電気モータを
駆動するのに使うことも可能である。膨脹器５６０も、動力伝達部５６４により
、車両の発電機や自動トランスミッションなどの動力アブゾーバ５７０に接続さ
れている。膨脹器５６０は、気体分離プラント５３０内の機器を駆動するため、
動力伝達部５６６から気体分離プラント５３０へも接続されている。
【００６３】 前記作用液体は、膨脹器５６０の排出管５７２から排出される。排出管５７２
は、凝縮器５８０につながっている。凝縮器には、その中を冷却剤が流れる冷却
管路５９２が備わっており、冷却剤により、凝縮器５８０に給入された作用液体
の水成分が凝縮されるのである。凝縮器から水または水／二酸化炭素混合物の過
剰分を排出するため、水と二酸化炭素の排出口５９０も備わっている。さらに、
水または水／二酸化炭素の希釈剤を燃焼装置５５０へ戻すため、凝縮器５８０か
ら延びた水または水／二酸化炭素の希釈剤用の管路も装備されている。
【００６４】 説明から明らかなように、空気圧縮器５２０は、第１実施例のターボ圧縮器１
０と基本的に同じである。気体分離プラント５３０も、第１実施例の精留器６０
と基本的に同じである。燃料供給部５４０は、第１実施例の燃料タンク３７と基
本的に同じである。燃焼装置５５０は、第１実施例のガス発生器７０と基本的に
同じである。膨脹器５６０は、第１実施例のレシプロエンジン２０のレシプロシ
リンダー４４、４６と基本的に同じである。動力アブゾーバ５７０は、第１実施
例の動力伝達器３０と、凝縮器５８０は、第１実施例の凝縮器８０とそれぞれ基
本的に同じである。それゆえ、図１２の５００で示した基本型低汚染エンジンの
概略図も、本発明の動力発生サイクルを説明できる。本例の基本型低汚染エンジ
ン５００と図１の第１実施例の類似性を説明したが、その類似性は本発明の他の
実施例にも適用できる。
【００６５】 図１３を参照すると、再生を特徴とする基本型低汚染エンジン６００が図示さ
れている。図１３に示す再生を特徴とする低汚染エンジン６００は、図１２の基
本型低汚染エンジン５００と同じであるが、膨脹器６６０から排出される作用液
体の処理が再生に変更されたことが異なる。つまり、再生を特徴とする低汚染エ
ンジン６００にも、図１２の基本型低汚染エンジン５００の構成部品５１０、５
２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０とそれぞれが同様の、空気給入
口６１０、空気圧縮器６２０、気体分離プラント６３０、燃料供給部６４０、燃
焼装置６５０、膨脹器６６０、動力アブゾーバ６７０が装備されている。
【００６６】 特に、再生を特徴とする低汚染エンジン６００では、作用液体を再生器６７４
につながった排出口６７２から排出する。そして作用液体は、再生器６７４の再
生器排出口６７６から排出される。再生器排出口６７６は、凝縮器６８０につな
がっている。凝縮器６８０内では、作用液体が、冷却剤流路６８２を流れる冷却
剤の作用にて冷却されて、二酸化炭素と水とに分離される。二酸化炭素は、凝縮
器６８０の二酸化炭素排出口６８４から排出され、水は、凝縮器６８０の水排出
口６８６から排出される。水排出口６８６は、水送流ポンプ６８８につながって
いる。水の過剰分は、水過剰分排出口６９０でエンジン６００から排出される。
水の残りの量は、再生器水流路６９２を通じて再生器６７４へ送られて、そこで
予備加熱される。再生器６７４からの水または蒸気は、水希釈流路６９４を通っ
て燃焼装置６５０へ戻される。
【００６７】 前記凝縮器６８０の二酸化炭素排出口６８４も、二酸化炭素を予備加熱するた
め再生器６７４につながっている。再生器からの二酸化炭素は、二酸化炭素圧縮
器６９７につながった二酸化炭素流路６９６へ排出される。二酸化炭素圧縮器６
９７は、二酸化炭素の過剰分をエンジン６００から除去する二酸化炭素排出口６
９８につながっている。必要に応じて、燃焼装置６５０内で希釈剤として利用す
るため、二酸化炭素の一部を二酸化炭素希釈剤流路６９９を経て燃焼装置６５０
へ戻すこともできる。
【００６８】 図１４を参照すれば、底側サイクル部を備える基本型低汚染エンジン７００が
図示されている。図１３の再生を特徴とする低汚染エンジン６００と同様に、底
側サイクルを特徴とする低汚染エンジン７００の大部分も、膨脹器５６０からの
作用液体の排出課程までは、図１２の基本型低汚染エンジン５００と同様である
。それゆえ、底側サイクルを特徴とする低汚染エンジン７００は、図１２のエン
ジン５００の構成部品に対応する、空気給入口７１０、空気圧縮器７２０、気体
分離プラント７３０、燃料供給部７４０、燃焼装置７５０、膨脹器７６０、動力
アブゾーバ７７０がそれぞれ装備されている。
【００６９】 膨脹器７６０の排出口７７２から排出された作用液体は、熱回収蒸気発生器（
ＨＲＳＧ）／凝縮器７７４に送られる。採用液体が凝縮されて、凝縮器７７４か
らの水は水排出口７７５から排出され、凝縮器７７４からの二酸化炭素は二酸化
炭素排出口７７６から排出される。二酸化炭素排出口７７６は、二酸化炭素圧縮
器７７７、二酸化炭素過剰分排出口７７８、および、燃焼装置７５０へ戻すため
の二酸化炭素希釈剤流路７７９につながっている。
【００７０】 前記水排出口７７５は、水過剰分排出口７８１につながった水送流ポンプ７８
０と、底側サイクル再生器７８７内で水が再生される水再生流路７８２とにつな
がっている。底側サイクル再生器７８７から出た水は、水希釈流路７８３を通り
、燃焼装置７５０へ戻される。
【００７１】 ＨＲＳＧ／凝縮器７７４と再生器７８７は、排出口７７２からＨＲＳＧ／凝縮
器７７４へ送り込まれた排出作用液体からの底側サイクルの水を沸騰する底側サ
イクルボイラー７８４を含む底側サイクル部で駆動される。上側サイクル部にも
、底側サイクルタービン７８６と、その底側サイクルタービン７８６からの蒸気
を冷却し水希釈流路７８３に送り込まれる水を加熱する底部サイクル再生器７８
７が含まれる。また、底側サイクル部は、冷却剤管路７８９内の冷却剤で冷却さ
れる底側サイクル凝縮器７８８も備える。それゆえ、底側サイクル部の水などの
作用液体は、凝縮器７８８からボイラー７８４へと送られ、加熱されて気体に戻
る。ＨＲＳＧ／凝縮器７７４とボイラー７８４とは一体化されており、熱変換を
行うが混合を行わないのに注意してほしい。その後、底側サイクルの作用液体は
、動力アブゾーバ７７０または底側サイクル７００を特徴とする低汚染エンジン
の別の構成部品に付与される動力を発生するためのタービン７８６に送られる。
作用液体は、タービン７８６から出たあと、凝縮器７８８へ戻される前に再生器
７８７で冷却される。
【００７２】 図１２から１４の気体分離プラント５３０、６３０、７３０は、空気から少な
くとも窒素成分を除去できるかぎり、どのような形式の装置あるいはシステムで
も構わない。例えば、図１から１１に示した第１から第８の実施例で説明したよ
うに、気体分離プラント５３０、６３０、７３０に、図１の精留器６０などの精
留装置や、その他の、液化により空気から窒素を分離する液化装置を備えること
もできる。
【００７３】 しかしながら、液化課程だけが、空気から少なくとも窒素の一部を除去する処
理法ではない。その他の処理方法も、その目的達成のため利用可能である。下記
に示すような処理法が、上記で説明した極低温液化課程の代わりに利用できる。
気体分離プラント５３０、６３０、７３０で利用できる方法例として、圧力変動
吸着プラント８００（図１５）がある。圧力変動吸着処理は、真空圧変動吸着と
も呼ばれ、例えば、合成ゼオライトなどの酸素または窒素を吸着および脱着でき
る素材を使うものである。真空圧変動吸着処理は、空気から酸素と窒素を分離す
るのにも利用できる。
【００７４】 一般的に、この処理では、大気圧より高い圧力から低い圧力までの圧力変動で
きる２つのベッド部を利用する。各ベッド部では、吸着から脱着と再生、そして
吸着へと戻る一連のサイクル動作を行う。２つのベッドは、片方が吸着するとき
他方が脱着するよう交互に動作する。それゆえ、ベッド部は、交互に高い酸素含
有量の気体を生成する。本処理においては、広い酸素純度の範囲の気体混合物を
生成できる。一例として、多くの産業分野で利用されるような純度が９０％から
９４％の酸素が、Ｐｒａｘａｉｒ社、０６８１０−５１１３、コネチカット州、
ダンブリー、オールドリッジベリーロード３９、製品などの市販の真空圧変動吸
着装置を使って生成できる。
【００７５】 図１５を参照して、標準的な圧力変動吸着プラント８００の構成が図示されて
いる。最初に、空気給入口５１０と供給圧縮器５２０は、図１２に示す基本型低
汚染エンジン５００の空気給入口５１０と空気圧縮器５２０と同じものが配備さ
れている。好ましくは、給入空気から粒子を濾過するため、空気給入口と供給圧
縮器の間にはフィルター５１５を設けるのがよい。供給圧縮器５２０からの圧縮
された空気は、第１流入管路８１０と第１流入管路バルブ８１５を通過して、第
１エンクロジャ８２０へ送り込まれる。
【００７６】 第１エンクロジャ８２０は、酸素または窒素の吸着および脱着を行える適当な
材料を備える。その適用例に利用可能な材料の１つが、ゼオライトである。第１
エンクロジャ８２０の２つの排出口のうちの、第１酸素排出口８３０は第１バル
ブ８３２に、第１窒素排出口８３５は第１窒素バルブ８３６に接続されている。
第１窒素排出口８３５は、窒素排気口８３９から排出するため第１窒素排出口８
３５からの気体を大気圧まで加圧する窒素圧縮器８３７につながっている。実際
には、第１窒素排出口８３５や第１酸素排出口８３０から排出されるのは、純粋
な窒素や酸素ではなく、窒素や酸素の含有量が高い濃厚気体である。
【００７７】 前記第１酸素排出口８３０は、バルブ８７５を備えたサージタンク８７０につ
ながっており、さらには、酸素供給管路８８０へ接続している。第１エンクロジ
ャ８２０と並列に、第２エンクロジャ８５０が配置されている。第２エンクロジ
ャ８５０にも、酸素または窒素の吸着および脱着を行うことができる適当な材料
が装填されている。その第２給入管路８４０は、供給圧縮器５２０から第２給入
管路バルブ８４５を経て、第２エンクロジャ８５０へつながっている。第２エン
クロジャ８５０からの第２酸素排出口８６０は、第２酸素排出口バルブ８６２を
通じてサージタンク８７０へつながっている。また、第２エンクロジャ８５０の
第２窒素排出口８６５は、第２窒素排出バルブ８６６を経て圧縮器８３７へつな
がっている。サイクル制御器８９０により、それらバルブ８１５、８３２、８３
６、８４５、８６２、８６６、８７５の開閉動作が制御される。
【００７８】 前記圧力変動吸着プラント８００の代表的な動作シーケンスは、以下の通りで
ある。最初に、第１窒素排出口バルブ８３６以外のバルブ全部が閉止されており
、窒素圧縮器８３７を使って、第１エンクロジャ８２０内の圧力を大気圧以下に
下げる。そして、第１窒素バルブ８３６を閉じる。次に、第１給入口バルブ８１
５を開放する。第１給入口バルブ８１５だけが開放され、その他の全部のバルブ
が閉止されるため、供給圧縮器から空気が第１エンクロジャ８２０に送り込まれ
る。
【００７９】 第１エンクロジャ８２０内の圧力が高まるにつれて、第１エンクロジャ８２０
内の材料が空気中の異なる分子を差別的に吸着し始める。例えば、高圧で窒素を
吸着できるような材料を、選択利用してもよい。圧力が低下すると、吸着は脱着
に変わる。
【００８０】 つまり、大気圧より高い圧力では材料は窒素を吸着し、大気圧以下の圧力では
脱離する場合、第１エンクロジャ８２０の圧力が高くなって窒素を吸着し、残り
の酸素濃厚気体を第１エンクロジャ８２０の第１酸素排出口８３０から自由に流
れ出るよう、バルブ８１５、８３２、８３６、８７５が順番に動作する。酸素エ
ンクロジャ８２０の圧力が大気圧以下のときは、第１エンクロジャ８２０内の材
料が窒素を脱離し、同時に、第２窒素排出バルブ８３６は開放されている。この
ようにして、窒素が吸着される場合は、第１エンクロジャ８２０内の残りの気体
は酸素濃厚となって、第１酸素排出口８３０から排出され、エンクロジャ８２０
内の窒素が脱離される場合は、第１エンクロジャ８２０内では窒素濃厚となって
、第１窒素排出口８３５から排出され、窒素排気口８３９へ送られる。
【００８１】 前記エンクロジャ８２０内のゼオライト材は、必要な量の窒素（または酸素）
を吸着するための滞留時間という長所を有する。その時間中には、酸素濃厚また
は窒素濃厚な気体が酸素供給管路８８０や窒素排気口８３９へ流れ出すことがな
い。そのため、バルブ８１５、８３２、８３６を閉止して、第１エンクロジャ８
２０内のゼオライト材に窒素（または酸素）を吸着させると共に、第１エンクロ
ジャ８２０と同様の第２エンクロジャ８５０を使うことが効果的である。
【００８２】 同様に、バルブ８４５、８６２、８６６を開閉して、第２エンクロジャ８５０
に前記第１エンクロジャ８２０で説明したのと同じ方法で動作させる。第２エン
クロジャ８５０内の材料が窒素（または酸素）を吸着しているとき、第１エンク
ロジャ８２０内での処理を反対にして、そのゼオライト材に脱離させて、第１エ
ンクロジャ８２０と第２エンクロジャ８５０間の交互の動作を繰り返えさせるよ
う管路を接続する。説明から明らかなように、吸着材の滞留時間を高めたり、空
気から酸素濃厚気体の分離する量を増やしたりすることが必要な場合、第１エン
クロジャ８２０と第２エンクロジャ８５０の側に同様の装置を追加しても構わな
い。時間経過とともに、第１エンクロジャ８２０内の酸素または窒素を吸着脱着
する材料の作用効率が、落ちる場合がある。合成ゼオライトの場合、加熱または
適当な手段で再生することが可能である。従って、第１エンクロジャ８２０内の
材料の効率が落ち始めたときには、加熱処理を行ったり、ゼオライト材を交換し
たりする。吸着材が窒素より酸素を吸着および脱着するよう構成されている場合
は、上記のような圧力変動吸着プラント８００の動作を、窒素から酸素を分離で
きるよう調整してもよい。
【００８３】 図１６を参照して、気体分離プラント５３０、６３０、７３０内で使う別の装
置やシステムの例が詳細に図示されている。そのような膜利用気体分離システム
９００において、空気の成分分離は、給入空気流を圧力下で膜を透過させること
により行われる。膜前後の圧力勾配により、最も透過性が高い成分をその他の成
分よりも早く膜に通過させることができるので、生成物内のその成分含有が濃厚
にでき、同時に、給入空気流からその成分を減らすことできる。
【００８４】 膜を透過する空気の送流は、以下のような複数の方法で行える。例えば、１）
気体間の分子量の差に基づくクヌーセン流体分離法、２）超微細多孔性分子スク
リーン分離法、３）溶解度と移動度の係数に基づく溶解拡散分離法などがある。
溶解拡散法の場合、まず空気をポリマーに溶解し、その厚さ方向に拡散させて、
生成物流の他方側から蒸発させるのである。
【００８５】 本例では、いくつかの種類の膜が利用できるが、それぞれが特定条件での長所
をもっている。例えば、セルロースアセテート膜は、酸素と窒素の分離係数はよ
いが、束密度は低い。超多孔性ポリスルホン基板上に設置した薄膜フィルム複合
膜は、セルロースアセテートより分離係数が低いが、同じ圧力差でも束密度は高
い。その処理法を繰り返すことにより、生成物流内の酸素濃度を高くすることが
できる。例えば、１つの膜を２回透過させると、空気中の酸素の濃度をほぼ５０
％高くできる。
【００８６】 前記で説明した膜方法は、大気温度に近い温度で行う。温度上昇による周囲温
度より高い温度の発生が、膜前後の圧力差をつくるための給入空気流の加圧の結
果からの温度上昇として、引き起こされる場合がある。
【００８７】 別の膜分離法では、電子セラミック膜を使う。電子セラミックは、イオン移動
を可能にするイオン個体溶液である。酸化物イオンが所定の移動性を獲得するに
は、その大きさや荷電のせいで、個体酸化物格子エネルギーに打ち勝つために高
い温度（約８００°Ｆ）が必要となる。電子セラミック膜法は、動力発生運転か
ら生成される不要物を膜の所望動作温度を達成するために利用できるため、本発
明で説明する動力生成をいっそう統合できる。例えば、図１２に示すような膨脹
器５６０とガス発生器５５０を、膨脹器５６０から排出される作用液体が排出口
５７２での温度が８００°Ｆまたはそれ以上となるよう、構成する。すると作用
液体は、熱交換器へ戻って、気体拡張システム５３０で使えるよう電子セラミッ
ク膜を８００°Ｆまで加熱することができる。
【００８８】 酸素イオンは、膜前後の圧力差のおかげで、格子中を移動できる。膜の酸素高
分圧側では、４個の電子を受け取って２つの空きを埋めるので酸素が減少する。
酸素低分圧側では、逆作用により空きが増える。そして、低分圧側の酸化物イオ
ンは、酸素の遊離により除去されるのである。膜での拡散率は、イオンの移動度
により決まる。この移動度は、素材によって異なる特性であり、その大きさ、荷
電、格子内のカチオンの配置に依存するものである。電子セラミック膜を構成す
る素材として、イットリウム安定化ジルコニアがある。
【００８９】 図１６を参照して、気体分離プラント５３０、６３０、７３０で使う膜利用気
体分離システムの別の例が番号９００を付けて図示されている。本実施例の気体
分離プラントにおいては、基本型低汚染エンジン５００に関する図１２に示すよ
うな空気給入口５１０と同じような供給圧縮器５２０の空気給入口５１０と供給
圧縮器５２０が図示されている。圧縮空気は合流点９１０へ送られ、そこで、膜
設置室から再処理のため戻された戻り量と合流される。合流点排出口９１５は、
合流点９１０の唯一の排出口である。合流点排出口９１５は、第１膜エンクロジ
ャ９２０につながっている。
【００９０】 前記第１膜エンクロジャ９２０は、エンクロジャ内部を２つの区画に分ける膜
と給入口とを有する。エンクロジャの排出口は、２つである。そのうちの一方の
排出口は、給入口と同じ膜の側にあり、他方の排出口は給入口の膜反対側に位置
する。窒素よりも酸素をより早く透過させるような膜の場合、濃厚酸素排出口９
２４は膜の下流側に配置され、濃厚窒素排出口９２６は膜の給入靴９１５と同じ
側に配置される。。窒素をより早く透過させるような膜の場合、排出口の配置は
その逆になる。
【００９１】 前記合流点９１５を通過した流量は、給入口から第１膜エンクロジャ９２０に
送り込まれる。第１膜エンクロジャ９２０内では酸素がより早く膜を通過するた
め、標準の大気の酸素含有量に比べて、濃厚酸素排出口９２４を通過する気体は
酸素含有量が高く、濃厚窒素排出口９２６では窒素含有量が大気の標準状態より
も高くなる。
【００９２】 前記濃厚酸素排出口９２４は、第２膜エンクロジャ９３０につながっており、
その濃厚酸素給入口９３２から第２膜エンクロジャ９３０へ送り込まれる。第２
膜エンクロジャ９３０は、第１膜エンクロジャ９２０と同様の構成である。それ
ゆえ、第２膜エンクロジャ９３０内にも膜が装備され、膜の濃厚酸素給入口９３
２の反対側には超濃厚酸素排出口９３４と、第２膜エンクロジャ９３０内の膜の
濃厚酸素給入口９３２と同じ共通側には第２排出口９３８との、２つの排出口が
ある。
【００９３】 前記超濃厚酸素排出口９３４は、前に説明したエンジン５００、６００、７０
０のうちのいずれかの内部で使う酸素供給部９３６につながっている。第２排出
口９３８を通過する気体には、一般的には、圧力だけがそれより高い標準の大気
状態と同じ含有率の酸素と窒素が含まれる。第２排出口９３８から合流点９１０
に戻って、供給圧縮器５２０から排出された空気と合流し、前に説明した第１膜
エンクロジャ９２０を再び通過する。
【００９４】 前記第１膜エンクロジャ９２０の窒素濃厚排出口９２６から第３膜エンクロジ
ャ９４０へ送られ、その濃厚窒素給入口９４２から第３膜エンクロジャ９４０へ
送り込まれる。第３膜エンクロジャ９４０は、第１膜エンクロジャ９２０や第２
膜エンクロジャ９３０と構成が同じであり、第３膜エンクロジャ９４０にも膜が
装備されており、第３膜エンクロジャ９４０からの排出口も２つ備わる。そのう
ちの一方は、第３膜エンクロジャ９４０の膜の濃厚窒素給入口９４２と同じ側に
位置する超濃厚窒素排出口９４４である。超濃厚窒素排出口９４４は、周囲大気
につながっており、高窒素含有気体が所望されるような処理で利用する。
【００９５】 第３膜エンクロジャ９４０の他方の排出口は、その膜の濃厚窒素給入口９４２
の反対側に位置する第３透過流戻り部９４８である。第３透過流戻り部９４８は
、合流点９１０につながっており、第３膜エンクロジャ９４０の第３透過流戻り
部９４８から排出された未だに圧力が掛かった空気が処理される。第３透過流戻
り部９４８からの空気は、その成分が第２の透過流戻り部９３８や供給圧縮器５
２０からのものを基本的に同じである。
【００９６】 第１膜エンクロジャ９２０、第２膜エンクロジャ９３０、第３膜エンクロジャ
９４０内ではさまざまな形式の膜が利用できるが、その形式により、図１６に示
す膜利用気体分離プラント９００内の、膜エンクロジャ９２０、９３０、９４０
、それら透過エンクロジャ９２０、９３０、９４０間の気体を搬送する管路、お
よび、その他の部品の構成が変わるものではない。
【００９７】 以上のように空気から窒素と酸素を分離するための様々な方法を説明してきた
が、本実施例の説明は、気体分離法や装置を同定するためのものではない。例え
ば、経済的かつその他の懸案から、上記の方法を効果的に組み合わせて適用する
ことも可能である。上記の実施例は、むしろ、燃焼装置に供給する気体内の酸素
量を濃厚にし、燃焼装置に供給する気体の対応する窒素量を低減するという目的
を達成するために、上記の分離方法が利用できることを提示するためのものであ
る。燃焼装置５５０、６５０、７５０などの燃焼装置へ送られる窒素量を減らす
ことにより、それら燃焼装置５５０、６５０、７５０内における燃焼からの生成
物としての窒素酸化物の量を削減でき、その結果、低汚染燃焼式の動力発生が可
能となる。
【００９８】 図１７は、汚染物質の放出が少ないまたは全くないだけでなく、さらにＣＯ2 を分離・調整して地下または海底深くに隔離する本発明の好ましい実施例を示し
ている。この好ましい実施例は、燃焼装置、タービン、凝縮器および圧縮器とい
う構成要素を含む特有の配置を示しているが、本システムのＣＯ2隔離部は、上 記の実施例の多くの使用に容易に対応させることができる。特に、燃料として水
素だけでなく水素と炭素とを含む燃料を利用する上記の各実施例は、燃焼生成物
の一つとして二酸化炭素を含む。図１７に示す好ましい実施例のＣＯ2分離・隔 離部は、炭化水素と炭素とを含む燃料を使用するこれらの実施例のそれぞれに採
用することができ、これらの実施例にさらに利点を提供できる。
【００９９】 特に、図１７を詳細に参照して、ＣＯ2隔離部１，０００を備えた炭化水素燃 焼動力生成システムの好ましい実施例を説明する。分かり易くするために、１０
で割り切れる参照番号を、システム１，０００の様々な構成要素に割り当て、そ
の他の参照番号はシステム１，０００の様々な異なる流れ経路に割り当てる。こ
の様々な異なる流れ経路は、中空の堅固または柔軟な管状の形態であって、内部
の材料の温度と圧力条件に応じて、圧力に対処できるな適切な隔離性と壁厚を有
する。
【０１００】 まず、空気は大気または他の空気源から導かれ、ライン１，００２に沿って通
過し、空気分離プラント１，０１０に流入する。典型的には空気が空気分離プラ
ント１，０１０に流入する前に、ライン１，００２は微粒子を取り除くするフィ
ルタ、蒸気を取り除く乾燥器、空気の温度を下げる予冷器１，００５を通過する
。ライン１，００４は予冷器１，００５から出て、空気を空気分離プラント１，
０１０に送る。この好ましいシステム１，０００では、空気分離プラント１，０
１０は液化技術を利用して空気内の窒素と酸素とを分離する。従って、空気をか
なり冷却する必要があり、予冷器１，００５はこの冷却プロセスに効果的に機能
する。しかし上記のように、他の空気分離技術も知られている。このような非液
化空気分離技術を利用する場合、予冷器１，００５は不要となる。
【０１０１】 空気分離プラント１，０１０により利用される空気分離技術であるかどうかに
関わらず、空気分離プラント１，０１０の二つの流出口つまり、酸素流出口およ
び、窒素流出口は、それぞれライン１，０１２およびライン１，０１１に備えら
れている。空気分離プラント１，０１０が空気中の窒素のほんの一部を取り除く
場合、酸素流出口は実際は純粋な酸素ではなく、酸素濃厚空気用となる。ライン
１，０１１は窒素を導くことができ、空気分離プラント１，０１０で液化技術を
使用する場合、窒素はライン１，００２に沿って空気分離プラント１，０１０に
流入する空気より温度が低くなる。従って、ライン１，０１１はライン１，００
２に流入する空気を冷却するため窒素を予冷器１，００５に導く。次に、窒素は
予冷器１，００５からライン１，０１３に流出し、下記に詳しく説明するように
システム１，０００の燃焼生成物として生じた二酸化炭素（ＣＯ2）を冷却する ために利用される。ライン１，０１３内の窒素はＣＯ2を冷却するために利用さ れた後、ライン１，０１５に沿って大気に放出される。窒素は空気の３／４を構
成しているので、ライン１，０１５からの窒素の放出による大気の汚染は生じな
い。
【０１０２】 空気分離プラント１，０１０を出た酸素は、ライン１，０１２を通過し酸素供
給ライン１，０１４と１，０１６とに送られる、酸素供給ライン１，０１６は、
燃焼装置１，０２０に流入する。燃焼装置１，０２０は、さらに燃料源から燃焼
装置１，０２０に通じる燃料供給ライン１，０１８を有する。単純炭化水素や軽
質アルコールを含む様々な異なる炭化水素燃料を燃焼装置１，０２０で利用する
ことができるが、この燃料としてはめたんがは好ましい。さらに、燃焼装置１，
０２０は、ライン１，１０２に沿って燃焼装置１，０２０に水を供給し、それに
より燃焼装置１，０２０内を冷却し、ライン１，０２２に沿って燃焼装置１，０
２０から流出する燃焼生成物のマスフロー速度を増大させる。好ましくは燃焼装
置１，０２０は点火装置を有し、高温高圧で動作するように構成される。特に、
現在の既存の技術による部品を利用する場合、燃焼装置は圧力１，２００ｐｓｉ
ａおよび温度１６００°Ｆで動作可能であり、今のところまだ利用できないが、
将来利用可能となるであろう既知のハードウェアデザインを利用する場合は圧力
３，２００ｐｓｉａおよび、温度３，２００°Ｆまで動作可能である。
【０１０３】 酸素と共に炭化水素燃料を燃焼するために必要な基本的な特徴を有し、かつ水
の注入と燃焼生成物との混合が可能な燃焼装置の一例は、米国特許第５，７０９
，０７７号に示されており、カリフォルニア州サクラメントのＣｌｅａｎ Ｅｎ
ｅｒｇｙ Ｓｙｓｔｅｍ． Ｉｎｃ．から提供されている。この特許の内容は参
考のためにここで説明に組み込む。
【０１０４】 燃焼生成物は燃焼装置１，０２０からライン１，０２２に沿って流出し、高圧
タービン１，０３０に向かう。高圧タービン１，０３０が好ましいがピストン等
の他の膨脹器を同様に利用することもできる。高圧タービン１，０３０は、上記
範囲の温度と圧力の燃焼生成物に対処するために必要な高温高圧材料をで校正さ
れているものと類似していることが好ましい。このようなタービンの一例は、カ
リフォルニア州サンディエゴのＳｏｌａｒ Ｔｕｒｂｉｎｅｓ． Ｉｎｃ．で製
造されている。
【０１０５】 高圧タービン１，０３０は、再熱器１，０４０に導くライン１，０３２に沿っ
て燃焼生成物を放出する。高圧タービン１，０３０はシャフト１，０３４にも出
力を放出し、シャフト１，０３４は発電機１，０７０に直接接続したり、車の推
進システムや回転出力を必要とするシステムの回転出力シャフト等の別の出力吸
収装置に出力を提供するために利用したり、本システム１，０００の他のタービ
ンまたは圧縮器に接続したりできる。
【０１０６】 ライン１，０３２に沿って通過する燃焼生成物は、ライン１，０１４からの酸
素と燃料供給ライン１，０３６からのメタン等の燃料と共に再熱器１，０４０に
流入する。再熱器１，０４０は、燃焼装置１，０２０におけるようにＨ2Ｏのみ が導かれるのではなく、Ｈ2ＯとＣＯ2の両方を含む燃焼生成物が再熱器に導かれ
る以外は、燃焼装置１，０２０と同様の構成であり、再熱器１，０４０に流入す
る燃焼生成物の圧力と温度とは、給水ライン１，１０２から燃焼装置１，０２０
に流入するＨ2Ｏの温度より高い。
【０１０７】 再熱器１，０４０は、ライン１，０１４からの酸素と共に、燃料供給ライン１
，０３６からの燃料を燃やし、Ｈ2ＯとＣＯ2を含む燃焼生成物をさらに生成する
。再熱器内で生成されるこれらの燃焼生成物は、燃焼装置１，０２０内で元々生
成され、ライン１，０３２から再熱器に流入する燃焼生成物と混合される。好ま
しくは、混合した燃焼生成物は再熱器１，０４０からライン１，０４２に沿って
流出するが、近々入手可能な部品をシステム１，０００で使用する場合は圧力１
２０ｐｓｉａおよび温度２，６００°Ｆを有し、将来的に入手可能な部品をシス
テム１，０００で利用する場合は、圧力２００ｐｓｉ、温度３，２００°Ｆを有
する。中間圧力タービン１，０５０は典型的には、ガスタービン業界、つまりＧ
ｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｏｌａｒ Ｔｕｒｂｉｎｅｓなどで開発さ
れた技術と同様のタービン翼冷却および高温材料を特徴とする。
【０１０８】 Ｈ2ＯとＣＯ2とを含むこれらの混合された燃焼生成物はライン１，０４２に沿
って通過し、中間圧力タービン１，０５０に流入する。この燃焼生成物は、中間
圧力タービン１，０５０内で膨脹した後、タービン放出口１，０５２を介して中
間圧力タービン１，０５０から流出する。タービン放出口１，０５２では、近々
入手可能な部品をシステム１，０００で使用する場合燃焼生成物は、好ましくは
圧力１２ｐｓｉａおよび温度１，４００°Ｆを有し、将来的に入手可能な部品を
システム１，０００で利用する場合、圧力１５ｐｓｉａ温度２，０００°Ｆを有
する。
【０１０９】 さらに、中間圧力タービン１，０５０は出力シャフト１，０５４に接続され、
出力シャフト１，０５４は発電機１，０７０に直接接続したり、システム１，０
００内の他の構成要素を駆動するために利用したり、システム１，０００から回
転出力を提供したりできる。好ましくは、高圧タービン１，０３０からの出力シ
ャフト１，０３４と中間圧力タービン１，０５０からの出力シャフト１，０５４
とが結合して発電機１，０７０に接続する。
【０１１０】 中間圧力タービン１，０５０からタービン放出ライン１，０５２に沿って流出
する燃焼生成物は、給水予熱器１，１００を通過し、ライン１，１０２に沿って
通過し、燃焼装置１，０２０に流入するＨ2Ｏを予熱する。燃焼生成物は給水予 熱器１，１００を通過した後、ライン１，０５６に沿って低圧タービン１，０６
０に流入する。燃焼生成物は給水予熱器１，１００を通過する間好ましくはそれ
らの圧力をほぼ保持するが、温度は好ましくは約２００°Ｆまで低下する。次に
燃焼生成物は低圧タービン１，０６０に入り、さらに膨脹してライン１，０６２
に沿って放出される。
【０１１１】 低圧タービン１，０６０は好ましくは出力シャフト１，０６４を介して発電機
１，０７０に接続され、次に出力シャフト１，０６４は出力シャフト１，０３４
および、１，０５４に接続される。発電機１，０７０は回転シャフト出力を必要
とするシステム１，０００の圧縮器や他の構成要素等の回転装置に回転シャフト
出力を提供したり、電気を発生し、その電気を利用してシステム１，０００の様
々な構成要素を駆動する。例えば、発電機１，０７０からの出力はライン１，０
７２に沿って空気分離プラント１，０１０に導かれ空気分離プラント１，０１０
に、窒素と酸素を分離するのに必要な出力を提供する。出力は、発電機１，０７
０からライン１，０７４に沿って下記に詳しく説明するＣＯ2圧縮器１，１１０ に送ったり、ライン１，０７６に沿って、下記に詳しく説明するＣＯ2ポンプ１ ，１４０に送ったり、システムからライン１，０７８に沿って出力し、電力とし
て導電システムに送ったり、電力またはシャフト出力として所望の方法で出力を
提供できる。
【０１１２】 低圧タービン１，０６０からライン１，０６２に沿って流出する燃焼生成物は
、好ましくはＨ2ＯとＣＯ2とだけしか含まない。また、空気分離プラント１，０
１０がは他の空気成分から酸素を完全には分離しない、あるいは汚染物質が燃料
から燃焼生成物に取り込まれる場合は、いくつかの別の成分が燃焼生成物中に存
在することがある。このように別の成分が存在する場合、それらの成分をＨ2Ｏ とＣＯ2との燃焼生成物から取り除いたり、Ｈ2ＯまたはＣＯ2の燃焼生成物と共 に処理したりできる。
【０１１３】 この燃焼生成物は、ライン１，０６２に沿って凝縮器１，０８０に流入する。
凝縮器１，０８０は、燃焼生成物分離器の一形態を提示している。凝縮器１，０
８０は、ライン１，０８２に沿って凝縮器１，０８０を通過するＨ2Ｏ等の冷媒 により冷却される。この冷媒により凝縮器１，０８０内は、Ｈ2Ｏのほとんどが 液相に凝縮し、ＣＯ2が気相のままである温度と圧力とに維持する。好ましくは 、これらの凝縮器内の条件は、１．５〜２．０ｐｓｉａおよび８０〜１００°Ｆ
である。
【０１１４】 凝縮器の液体流出口は、ライン１，０８４を介して給水ポンプ１，０９０に通
じる。給水ポンプ１，０９０は凝縮器１，０８０からライン１，０８４に沿って
流出するＨ2Ｏの圧力を上げ、ライン１，０９２に沿って高圧Ｈ2Ｏを放出する。
余分なＨ2Ｏは、ライン１，０９２からライン１，０９４に沿って取り除くこと ができる。残りのＨ2Ｏは、ライン１，０９６に沿って給水予熱器１，１００に 送られる。次に、Ｈ2Ｏは給水予熱器１，１００からライン１，１０２に沿って 流出し、上記の燃焼装置１，０２０に戻る。
【０１１５】 凝縮器１，０８０は、ライン１，０８６に通じる気相の燃焼生成物の流出口を
有する。凝縮器１，０８０からライン１，０８６に沿って流出する気相の燃焼生
成物は、主にＣＯ2である。しかし気相のＣＯ2中にはＨ2Ｏの蒸気も一般に幾分 存在し、凝縮器１，０８０からライン１，０８６に沿って流出する。
【０１１６】 ライン１，０８６は、ＣＯ2圧縮器１，１１０に通じている。ＣＯ2圧縮器１，
１１０は、タービン１，０３０、１，０５０、１，０６０の内の一つ、または発
電機１，０７０や他の適切な電源から駆動することができる。ＣＯ2圧縮器１， １１０は、ライン１，０８６に沿ってＣＯ2圧縮器１，１１０に入る気相の燃焼 生成物ＣＯ2の液化が可能な圧力までを圧縮する。
【０１１７】 ＣＯ2圧縮器は、冷却器／凝縮器１，１２０に通じているライン１，１１２に 沿って気相の燃焼生成物を放出する。冷却器／凝縮器１，１２０は、冷却器／凝
縮器１，１２０内のライン１，１２２に沿って送られるＨ2０等の冷媒で冷却す る。ＣＯ2圧縮器１，１１０を通過することによる圧力の増加と冷却器／凝縮器 １，１２０による温度の低下とによって、ＣＯ2より沸点が高い水蒸気等のＣＯ2 以外の気相の燃焼生成物は、さらに液相に凝縮されて除去される。冷却器／凝縮
器１，１２０からの液体流出口はライン１，１２４に通じており、冷却器／凝縮
器１，１２０内で凝縮したＨ2Ｏはライン１，０８４に戻って、給水ポンプ１， ０９０に送られる。残りの気相の燃焼生成物は主にＣＯ2であり、ライン１，１ ２６に沿って送られる。少量の水蒸気と、アルゴン、酸素、窒素等の他のいくつ
かの気体とはなおＣＯ2と共に存在する。アルゴン、酸素、および窒素は大量に は存在しないので、一般にはＣＯ2と共に残っていてもよく、下記のＣＯ2の液化
の後に除去してもよい。またアルゴンは使用または販売のために、ライン１，１
３４から集めることもできる。
【０１１８】 ＣＯ2はライン１，１２６に沿ってモレキュラーシーブを有する乾燥器１，１ ２８へ送られ、残っている水分を除去して、乾燥器１，１２８からライン１，１
２９を介して流出する。ライン１，１２９は、冷却器１，１３０に通じている。
冷却器１，１３０は、ライン１，１２９に沿って通過するＣＯ2をＣＯ2の液化温
度より低い温度まで冷却し、ＣＯ2を液化する。好ましくは、ＣＯ2は圧力１４５
ｐｓｉａで、および温度−４０°Ｆまで冷却され、冷却器１，１３０からライン
１，１３２に沿って流出する。冷却器１，１３０は、異なる様々な方法で駆動さ
れ、冷却器１，１３０を通過するＣＯ2から熱を適切に奪う。好ましくは、冷却 器１，１３０はライン１，１２９を通過するＣＯ2との熱交換器を介して、空気 分離プラント１，０１０からライン１，０１１および１，０１３に沿って冷却し
た窒素を送ることによってＣＯ2から熱を奪い、ＣＯ2に所望の冷却を行い、冷却
器１，１３０からライン１，１３２に沿って流出させる。空気分離プラント１，
０１０で非液化空気分離技術を利用する場合は、他の冷却型システムを冷却器１
，１３０内で利用して、ＣＯ2を適切に冷却して液相にすることができる。
【０１１９】 液相のＣＯ2は、システム１，０００を通過したかもしれないアルゴンや他の 微量のガスなど、ライン１，１３２に沿ってＣＯ2と共に残っているいずれの気 体からも分離できる。アルゴンや他の微量のガスは冷却器１，１３０からライン
１，１３４を介して流出して大気に排出したり、経済性と放出を適切に考慮した
アルゴン回収システムや他の回収システムに送られる。液相のＣＯ2は、ライン １，１３２に沿って、ＣＯ2ポンプ１，１４０に送られる。ＣＯ2ポンプ１，１４
０は、タービン１，０３０、１，０５０、１，０６０の中の一つ、または発電機
１，０７０が生成した電気や、他の独立した電源から駆動することができる。
【０１２０】 ＣＯ2ポンプ１，１４０は、好ましくは地質の所定の深さに存在する圧力に適 合する圧力まで、ＣＯ2を加圧し、ポンプ１，１４０からライン１，１４２に沿 ってポンプ１，１４０から放出したＣＯを2地質に注入する。一般に、この圧力 は３，０００〜１０，０００ｐｓｉａである。この圧力は、地質を破損する圧力
を超えないようにする。好ましくは、ＣＯ2を注入する地質の面での注入井内の ＣＯ2の圧力は、その地質内の流体の圧力を超える最小圧力１０ｐｓｉａから、 その地質の深さに係数０．８ｐｓｉａ／フィート深さを掛けることによって得ら
れる最大圧力までの範囲とする。
【０１２１】 ＣＯ2を液化してこういった高圧まで圧縮することにより、必要なエネルギー がかなり低減される。また、第二冷却器／凝縮器１，１２０から、ライン１，１
２６を介して流出するＣＯ2の流れは、液化して高圧まで圧縮するのではなく、 別の圧縮段階を介して所望の圧力で超臨界流体まで圧縮してもよい。この代替え
案はエネルギー効率はよくないが、設備コストおよび／または運転コストが低い
ため、より経済的である。
【０１２２】 ＣＯ2を送る一手段として、パイプラインまたは移動タンクシステムを使用し て、隔離場所の上の井戸の上部等の注入界面に、ＣＯ2を送る方法がある。
【０１２３】 ＣＯ2を注入する地質は、一般に地下水面の下にあり、液体の化石燃料を抜い た多孔性地質の形態であって、既存の井戸は必要な圧力を処理できるケーシング
と共に既に存在する。そうでない場合、井戸は所定の地質に穴を開け、その井戸
に適切なケーシングを設けて、表面や周囲の大気に戻るＣＯ2の移動を緩和する こともできる。ブラインを注入する地質の所望の厚さは、２００フィート以上で
ある。さらに、ＣＯ2は圧入性の低下、目詰り、または他の地質の損傷を最小限 にするために、地質内の流体と互換性がある必要がある。
【０１２４】 また、地質は深部の被圧帯水層または深海部としてもよい。高圧ＣＯ2は深部 の帯水層や海洋部に圧入できる。ＣＯ2の放出口が十分深い場合、ＣＯ2は放出時
に液相のままにすることができ、気相に蒸発して表面に移動することはない。Ｃ
Ｏ2を隔離できる他の多孔性の地質には、岩塩空洞、硫黄空洞および硫黄ドーム がある。
【０１２５】 ＣＯ2を他の燃焼生成物からいったん分離すれば、ＣＯ2を必要とする異なる様
々な工業プロセスで、ＣＯ2が大気に放出されないようにして利用できる。
【０１２６】 図１８を具体的に参照すると、システム１，０００に流入したりシステム１，
０００から放出される物質を示すフローチャートが示されている。まず、空気は
空気分離器に引き込まれ、窒素ガスが空気分離器から放出される。窒素は元々空
気の３／４以上を構成しているので、この窒素の放出によって大気の汚染が生じ
ることはない。空気の残りの成分は、炭化水素燃料と水と共にガス発生器に送ら
れ、燃焼が行われ、燃焼生成物が生じる。この燃焼生成物は膨脹器に送られる。
出力は、所望の用途のために膨脹器から放出される。次に、燃焼生成物は凝縮器
に送られ、Ｈ2Ｏを放出する。Ｈ2Ｏも大気の汚染物質とならず、様々な有益な目
的で利用したり、ガス発生器で使用するために再生できる。残りの燃焼生成物は
凝縮器から流出し、地質に注入するのに必要な圧力まで、圧縮・加圧される。い
ったん地質に注入されると、ＣＯ2は大気から分離され、大気にＣＯ2を大量に放
出することによる地球温暖化や他の大気や環境への悪影響といった有害な影響の
可能性を避けられる。
【０１２７】 さらに、上記の本発明の説明から、本文で説明し、付随する発明の請求項に記
載した本発明の範囲を逸脱することなく、様々な異なる変更が可能であるのも明
白であろう。上記の説明は、本発明を実施する最良の形態を記述したものであっ
て、当業者が本発明を実行することが可能にするものであり、ここに開示された
本発明の範囲を制限するものでないことも理解できよう。
【０１２８】 （産業上の利用可能性） 本発明は、低公害または無公害の燃焼式動力発生システムを提供するという点
で産業上の利用可能性を示し、このようなシステムは、システムが放出する燃焼
生成物からＣＯ2を分離・調整して大気にＣＯ2を放出しないような方法でＣＯ2 を効果的に処理する。
【０１２９】 本発明の別の目的は、高効率の燃焼式動力発生システムを提供することである
。
【０１３０】 本発明の別の目的は、副生成物として水も作り出すことのできる動力発生シス
テムを提供することである。水の乏しい地域では本発明により作り出される副生
成物の水が特に役に立つ。
【０１３１】 本発明の更なる目的は、炭化水素燃料を燃焼するために空気を使用する前に、
空気から窒素を分離する空気処理プラントを有し、動力発生システム内の燃焼の
副生成物である窒素酸化物や他の汚染物質を低減または除去できるようにする燃
焼式動力発生システムを提供することである。
【０１３２】 本発明の更なる目的は、動力発生システムが生成したＣＯ2を、深部の多孔性 の地質構造や海底等の地質内に注入する炭化水素燃焼式動力発生システムを提供
することである。
【０１３３】 本発明の更なる目的は、大気に燃焼生成物を放出しない燃焼式動力発生システ
ムを提供することである。
【０１３４】 本発明の更なる目的は、周囲の環境を害しない信頼できる経済的な動力源を提
供することである。
【０１３５】 その産業上の利用可能性を示せるような本発明のその他の目的は、本発明の上
記の説明、付随する図面、および、付随の発明の請求項の熟読から明らかになる
であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 車両やその他に適用するための低汚染または無汚染のハイブリッド動力システ
ムであって、燃料反応物がメタン、プロパン、純化天然ガス、アルコール（メタ
ノールやエタノール）などの軽質炭化水素である、本発明の一実施例およびその
要素や結合性を示す概略図である。
【図２】 車両やその他に適用するための低汚染または無汚染のハイブリッド動力システ
ムであって、燃料が気体状水素である、本発明の一実施例を示す概略図である。
【図３】 クルーズ運転や連続運転時の車両やその他に適用するための低汚染または無汚
染のハイブリッド動力システムであって、始動時やその直後には、開放ブレイト
ンサイクルモードでエンジンを運転して汚染物をわずかに排出するような、本発
明の一実施例を示す概略図である。
【図４】 圧縮段階間でインタークーラ動作をする開放ブレイトンサイクルである、図３
の双モードエンジンで使う２つのモードのうちの第１番目のサイクル動作（モー
ドＩ）を示す、作用液体の温度／エントロピーのグラフ図である。
【図５】 再生動作を伴うランキンサイクルである、図３の双モードエンジンで使う第２
番目のサイクル動作（モードＩＩ）を示す、作用液体の温度／エントロピーのグ
ラフ図である。
【図６】 図１と同様の、性能改善のため動力サイクルに２個の再加熱器を追加した、車
両やその他に適用するための低汚染または無汚染のハイブリッド動力システムで
あって、本サイクルの燃料反応物が軽質炭化水素である、本発明の一実施例およ
び関連要素を示す概略図である。
【図７】 図２と同様の、性能改善のため動力サイクルに２個の再加熱器を追加した、低
汚染または無汚染のハイブリッド動力システムであって、本サイクルの燃料反応
物が水素である、本発明の一実施例および関連要素を示す概略図である。
【図８】 性能改善のための再生動作およびを再加熱を伴うランキンサイクルである、図
６と７に示す熱エンジンで使う動力サイクルのための作用液体の温度／エントロ
ピーのグラフ図である。
【図９】 サイクル効率や動力密度を上がるため再生と再加熱を利用するランキン動力サ
イクルを行う、電気モータ駆動部とランキン動力サイクル利用ダイナミック式タ
ーボ機器とを備えた低汚染または無汚染のハイブリッドエンジンを特徴とする本
発明の一実施例を示す概略図である。
【図１０】 電気モータ駆動部とオットー動力サイクルレシプロエンジンとを備えた低汚染
または無汚染のハイブリッドエンジンを特徴とする本発明の一実施例を示す概略
図である。
【図１１】 電気モータ駆動部とディーゼル動力サイクルレシプロエンジンとを備えた低汚
染または無汚染のハイブリッドエンジンを特徴とする本発明の一実施例を示す概
略図である。
【図１２】 前記実施例の精留器と空気液化装置を、液化法、蒸気圧変動吸着法、膜利用気
体分離法などのさまざまな技術の１つを使って空気から窒素を分離する気体分離
プラントで置き換えた、基本型低汚染エンジンを示す概略図である。
【図１３】 本文に記述するサイクル動作中に再生処理を備えた、図１２に示すものと同じ
装置の概略図である。
【図１４】 効率をあげるための底側サイクルを特徴的とする双サイクルを備えた、図１２
と１３に示すものと同じ装置の概略図である。
【図１５】 図１２−１４に示すエンジンのうちの１つの気体分離プラントとして使う標準
的圧力変動吸着プラントの概略図である。
【図１６】 図１２−１４に示す気体分離プラントのサイクルの一部として使う酸素と窒素
の膜透過２段階濃厚化システムの概略図である。
【図１７】 ＣＯ2を圧縮・液化して、地質に注入する本発明の炭化水素燃焼式動力生成シ ステムのシステムの概略図である。
【図１８】 本発明の動力生成システムの基本構成要素を示し、材料がシステムに流入する
場所と、材料がシステムから流出する場所を明らかにし、本発明の動力生成シス
テムの動作中に、大気を分解しないことを示すフローチャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ブラント， ハリー アメリカ合衆国 95618 カリフォルニア エル マセロ ピー．オー． ボックス 3195 (72)発明者 アンダーソン， ロジャー イー． アメリカ合衆国 95670 カリフォルニア ランチョ コルドバ クイーンウッド ドライブ 2501 Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA14 AA19 AA20 AB00 BA13 BA39 4D002 AA09 AA12 AC10 BA02 BA03 BA12 BA13 BA20 CA07 DA35 DA58 EA01 GA01 GB04 HA02

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 様々な用途にクリーンな出力を提供し、大気中へのＮＯx 生成物とＣＯ2放出が少ない燃焼エンジンであって、 窒素と酸素とを含む空気源と、 水素と炭素とを含む燃料源と、 前記空気源に接続した給入口と排出口とを有し、かつ、前記給入口から流入す
    る空気から窒素の少なくとも一部を除去する手段を有する空気処理装置と、 前記燃料源からの燃料と前記空気処理装置の流出口からの酸素濃厚空気とを受
    け取り、酸素濃厚空気を使って燃料を燃焼してＨ2ＯとＣＯ2を含む燃焼生成物の
    圧力と温度とを増大させ、前記燃焼生成物の放出口を有する燃料燃焼装置と、 前記放出口に接続し、ＣＯ2を含む他の燃焼生成物からＨ2Ｏの少なくとも一部
    を分離する手段と、Ｈ2Ｏの流出口と、ＣＯ2を含む他の燃焼生成物の排気口とを
    有する燃焼生成物の分離器と 前記排気口に接続し、通過する流体を大気圧を超える圧力まで圧縮する圧縮器
    と、 前記圧縮器の下流に配置し、大気下の地質にＨ2Ｏ以外のＣＯ2を含む燃焼生成
    物を送る注入システムとからなり、 燃料の燃焼から生じるＣＯ2が、大気に放出されないようにする燃焼エンジン 。
  2. 【請求項２】 前記燃焼生成物の分離器が凝縮器を有し、前記凝縮器が、Ｈ2 Ｏを液相に凝縮しＣＯ2を気相のままにする温度と圧力とを有する請求項１記載 の燃焼エンジン。
  3. 【請求項３】 冷却器を前記燃焼生成物の分離器の排気口と前記注入システ
    ムとの間に配置し、前記冷却器は、前記排気口で前記燃焼生成物の分離器に存在
    するＣＯ2をＣＯ2の液化温度より低い温度まで冷却し、ＣＯ2を液化する手段を 有する請求項２記載の燃焼エンジン。
  4. 【請求項４】 前記空気処理装置の前記窒素除去手段が、前記空気源からの
    空気を空気中の酸素が液化する温度まで冷却して酸素と窒素を分離する手段を有
    し、空気から除去される窒素の少なくとも一部が前記冷却器に導かれ、前記燃焼
    生成物分離器の前記排気口から流出するＣＯ2を冷却する請求項３記載の燃焼エ ンジン。
  5. 【請求項５】 ＣＯ2ポンプを前記冷却器と前記注入システムとの間に配置 し、前記ＣＯ2ポンプは、ＣＯ2が液相のときに燃焼生成物分離器の排気口から流
    出するＣＯ2を加圧する手段を有する請求項３記載の燃焼エンジン。
  6. 【請求項６】 燃焼生成物膨脹装置を前記燃料燃焼装置の放出口と前記凝縮
    器との間に配置し、前記燃焼生成物膨脹装置が前記エンジンから出力を取り出す
    手段を有し、前記出力は少なくとも一部が使用されて前記空気処理装置と前記圧
    縮器とに動作用出力を供給し、 前記凝縮器から前記Ｈ2Ｏ流出口を介して流出するＨ2Ｏの少なくとも一部が、
    流体管を介して前記燃料燃焼装置に送られ、Ｈ2Ｏを前記燃焼生成物と混合して 燃焼生成物の温度を下げ、前記燃料燃焼装置の前記放出口から流出するＨ2Ｏの 量を増やし、 前記燃焼生成物膨脹装置が、前記燃料燃焼装置の前記放出口の下流側であり、
    かつ、再熱器の上流側に配置した高圧タービンを含む三つのタービンを有し、前
    記再熱器が、前記燃料源からの燃料と前記空気処理装置の流出口からの酸素濃厚
    空気とを受け取り、前記再熱器が酸素濃厚空気と共に燃料を燃焼してＨ2ＯとＣ Ｏ2とを含む燃焼生成物を生成し、前記再熱器が前記高圧タービンからさらにＨ2 ＯとＣＯ2とを受け取り、前記高圧タービンからの前記Ｈ2ＯとＣＯ2と前記再熱 器内で生じた前記Ｈ2ＯとＣＯ2とを混合し、 中間タービンを、前記再熱器の下流側でありかつ低圧タービンの上流側に配置
    し、給水予熱器を中間圧力タービン放出口と前記低圧タービンへの流入口との間
    に配置し、前記給水予熱器が前記凝縮器の前記Ｈ2Ｏの流出口から流出するＨ2Ｏ
    の温度を、前記Ｈ2Ｏを前記燃料燃焼装置に戻す前に上げる手段を有する請求項 ３記載の燃焼エンジン。
  7. 【請求項７】 冷却器／凝縮器を前記圧縮器と前記冷却器との間に配置し、
    前記冷却器／凝縮器が前記凝縮器から前記排気口を介して流出するＨ2Ｏの蒸気 をさらに凝縮する手段を有する請求項３記載の燃焼エンジン。
  8. 【請求項８】 前記ＣＯ2ポンプがそこを通過する流体を、前記地質内の流 体の圧力より１０ｐｓｉａ（６８９４７．５７Ｐａ）高い圧力から前記地質の０
    ．８ｐｓｉａ（５５１５．８０５６Ｐａ）／フィート深さの圧力まで加圧する手
    段を有する請求項５記載の燃焼エンジン。
  9. 【請求項９】 前記注入システムが、ＣＯ2を含む燃焼生成物を多孔性の地 下の地質に送るように構成されている請求項１０記載の燃焼エンジン。
  10. 【請求項１０】 前記注入システムが、Ｈ2ＯではなくＣＯ2を含む燃焼生成
    物を海洋面より下に送るように構成されている請求項１記載の燃焼エンジン。
  11. 【請求項１１】 前記分離器の前記排気口が主にＣＯ2を放出し前記圧縮器 が、ＣＯ2を超臨界流体になるまでを圧縮する手段を有する請求項１記載の燃焼 エンジン。
  12. 【請求項１２】 前記注入システムが、ＣＯ2を含む燃焼生成物を帯水層に 送るように構成されている請求項１記載の燃焼エンジン。
  13. 【請求項１３】 炭化水素燃焼式動力生成システムが生成したＣＯ2を大気 に放出しないシステムであって、 窒素と酸素とを含む空気源と、 水素と炭素とを含む燃料源と、 前記空気源に接続した給入口と排出口とを有し、かつ前記給入口から流入する
    空気から窒素の少なくとも一部を除去する手段を有する空気処理装置と、 前記燃料源からの燃料と前記空気処理装置の流出口からの酸素濃厚空気とを受
    け取り、酸素濃厚空気を使って燃料を燃焼してＨ2ＯとＣＯ2とを含む燃焼生成物
    の圧力と温度とを増大させ、前記燃焼生成物の放出口を有する燃料燃焼装置と、 前記燃焼装置の前記放出口に接続し、前記エンジンからの出力を取り出す手段
    と前記燃焼生成物の排気口とを有する燃焼生成物膨脹装置と、 前記排気口に接続し、液相のＨ2ＯのＨ2Ｏ流出口と気相の燃焼生成物の流出口
    を有し、ＣＯ2が気相のままで前記燃焼器から前記気相の燃焼生成物の流出口と を介して流出する凝縮器と、 前記気相の燃焼生成物の流出口に接続し、前記気相の燃焼生成物を大気圧を超
    える圧力まで圧縮する手段を有する圧縮器と、 前記圧縮器と大気下の地質とに接続し、前記地質が大気にＣＯ2を実質的に放 出することなく、内部にＣＯ2を保持可能な地質注入システムから成るシステム 。
  14. 【請求項１４】 前記圧縮器が、通過する気体を液相のＣＯ2が存在可能な 圧力まで圧縮する手段を有する請求項１４記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 冷却器を前記濃縮器と前記地質注入システムとの間に配置
    し、前記冷却が器ＣＯ2が液相に遷移する温度まで、気相の燃焼生成物を冷却す る手段を有する請求項１３記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 前記地質注入システムが液相のＣＯ2ポンプを有し、前記 液相のＣＯ2ポンプは、通過するＣＯ2を地質注入システムを接続した地質内の深
    さに存在する圧力まで加圧し、ＣＯ2を所望の深さの地質に送ってＣＯ2が大気に
    放出されないようにする手段を有する請求項１５記載のシステム。
  17. 【請求項１７】 様々な用途にクリーンな出力を提供し、ＮＯx生成物が少 ない燃焼エンジンであって、 窒素と酸素とを含む空気源と、 水素と炭素とを含む燃料源と、 前記空気源に接続した給入口と排出口とを有し、かつ前記給入口から流入する
    空気から窒素の少なくとも一部を除去する手段を有する空気処理装置と、 前記燃料源からの燃料と前記空気処理装置の流出口からの酸素濃厚空気とを受
    け取り、酸素濃厚空気を使って燃料を燃焼して蒸気を含む燃焼生成物の圧力と温
    度とを増大させ、前記燃焼生成物の放出口を有する燃料燃焼装置と、 前記燃焼装置の放出口に接続し、前記エンジンから出力を取り出す手段を有す
    る燃焼生成物膨脹装置とから成るエンジン。
  18. 【請求項１８】 前記燃料源が、水素と炭素との両方を含む燃料を有し、 前記燃料燃焼装置がＨ2ＯとＣＯ2とを含む高温高圧の燃焼生成物を生成し、 前記膨脹装置がＨ2ＯとＣＯ2とを含む前記燃焼生成物用の排気口を有し、前記
    排気口を凝縮器に接続し、前記凝縮器が液相のＨ2Ｏ用のＨ2Ｏ流出口と気相の燃
    焼生成物流出口とを有し、前記気相の燃焼生成物が主にＣＯ2から成り、ＣＯ2が
    気相のまま前記凝縮器から前記気相の燃焼生成物流出口を介して流出するように
    前記凝縮器を構成し、前記エンジンによって生成されたＣＯ2を他の燃焼生成物 から分離してＣＯ2の蓄積、処理および廃棄を行う請求項１７記載のエンジン。
  19. 【請求項１９】 前記凝縮器の前記気相の燃焼生成物流出口を圧縮器に接続
    し、前記圧縮器がＣＯ2を含む気相の燃焼生成物を大気圧を超える圧力まで圧縮 する手段を有し、 地質注入システムを前記圧縮器と大気下の地質とに接続し、前記地質が大気に
    ＣＯ2を実質的に放出することなく、内部にＣＯ2を保持可能な請求項１８記載の
    エンジン。
  20. 【請求項２０】 前記圧縮器が、ＣＯ2が液相で存在可能な圧力までＣＯ2を
    含む前記気相の燃焼生成物を圧縮する手段を有し、 前記圧縮器が冷却器に接続した流出口を有し、前記冷却器がＣＯ2を含み、前 記圧縮器から流出する気相の燃焼生成物をＣＯ2の液化温度より低い温度まで冷 却して、気相の燃焼生成物中のＣＯ2を液化する手段を有し ＣＯ2ポンプが前記液化したＣＯ2を前記注入システムがＣＯ2を注入するよう に構成されている前記地質内の所定の深さに対応する圧力まで加圧する手段を有
    する請求項１９記載のエンジン。
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