JP2003134895A - 再生可能エネルギーによるガス・熱電併給システム、及びこれらを単位として一定規模に集約した広域型のガス・熱電併給型エネルギー供給システム、及びそのネットワーク・システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インテグレーテッド・コンバインドサイクル
方式により効率的な発電を行うガス・熱電併給型エネル
ギー供給システム、及びこれらを用いた広域的なシステ
ムの提供。 【解決手段】 蓄電池又は蓄電器（キャパシタ）を介し
た簡易電力貯蔵系と、夜間の電力不足に対応する小型の
燃料電池と、水を電気分解して得られる電解水素発生器
等のガス発生器を一次エネルギーとする、コンバインド
サイクル発電方式であるガスタービン発電機又は蒸気タ
ービン発電機と、その最終排熱の温度差から下降気流を
引き出してファンを回転させ、回転のエネルギーを遠心
分離圧としてサイクルに再導入して発電効率を上げる方
式の発電方法で竜巻発電機及び高温作動型燃料電池とか
ら構成する。またこのシステムを最小単位として、複数
のシステムを階層的に設け、広域的なエネルギーのネッ
トワークシステムを構築する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インテグレーテッ
ド・コンバインドサイクル方式により効率的な発電を行
うガス・熱電併給型エネルギー供給システム、及びこれ
らを一定規模に集約して発電単位とした広域型のガス・
熱電併給型エネルギー供給システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、地球の温暖化が進んでいるが、そ
の原因は、炭素系の地下資源を消費することで生み出さ
れる、二酸化炭素の増加蓄積がその主要なものとされて
いる。火力発電及び産業用有機化学反応と内燃機関を含
む各種燃焼装置等による炭素資源の消費が、当該温暖化
ガスの発生を促進していることは衆知の事実となってい
る。原子力発電は温暖化ガスの生産に寄与していない
が、有限な資源であるウランを燃やすことで、結果とし
て放射性廃棄物を生み出している。当該放射性廃棄物
は、高レベルのものについては最終処分方法が未だ確立
していない。どちらの方法も資源を消費することを前提
とした、電気エネルギーを創るための手段、という共通
する側面を持っている。

【０００３】二次生成物である温暖化ガス及び高レベル
放射性廃棄物等を、只積み増していくという不可逆的な
系を成り立たせている。温暖化ガスは発生と同時にその
まま放出されるため、日一日ごとに地球を暖めていくと
いう、温室効果を加速しながら、海岸線の緩慢な変化を
促しているのである。ウランを再処理する方法は存在す
るが、更なるエネルギーが必要となるので再生できる資
源とはいうものの、一概に持続して再生するエネルギー
とは看做し難い。したがってここでいう再生可能エネル
ギーには該当しないものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】再生可能エネルギーは
通常、発電の過程で熱エネルギーの状態をとることがな
い。例外的に地熱発電、高温岩体発電等が知られている
が、これは本来熱だったものであり、発電の過程で熱を
生じたものではない。従来の火力及び原子力等の発電方
法は、資源をいったん熱エネルギーに変えるものであ
り、エネルギーとしての変換効率はその時点で半分に落
ちるという避け難い条件がついている。すなわち、燃料
として消費する資源の５０％が、熱となる段階で捨て去
られる宿命にある。これが温暖化を加速していることは
いうまでもない。原子力発電といえどもその本質は、蒸
気発電であるに過ぎないのである。物理法則に従う以
上、発電すればするほどエネルギーの損失を増やし、廃
熱を只増加させる、という悪循環が形成されていく。現
在の主要なエネルギーはこの発電方式に加えて、火力、
水力発電等を取り入れている複合集中型発電の形態をと
っている。このために出力調整が需要の変動に追随でき
ず、結果として電力負荷平準化という問題を生じさせて
いる。エネルギーに占める50％の有害にして無益な損耗
と、温暖化ガスの蓄積をただ加速する結果とが必然的に
生じざるを得ない、環境負荷型のシステムといえるので
ある。

【０００５】集中発電方式の課題は電力負荷平準化ばか
りでなく、遠隔地からの送電に依存する関係で、５０万
ボルトを遥かに超える高圧の幹線が必要となっている。
この為、送電時の電気抵抗による多大な損失を生じさせ
る原因となっている。概ね１０％程度以上の損失がある
ことを前提とした電力のネットワークであることから、
１００万kwhクラスの原子力発電所からは、その１０％
である１０万kwhの送電による損失が発生していること
になる。この電気抵抗は結局熱となって大気を暖め、温
暖化ガスの加熱を促進する要因となっている。

【０００６】かつてあった阪神淡路大地震の時に、ライ
フラインの途絶という電力・ガス供給系統が維持されな
い事態を招いたことは、人々の記憶に今も尚新しい。シ
ステムとしてみた場合、現行のエネルギー供給方式は環
境を悪化させる副作用と、地下資源を消費して枯渇させ
るのに加えて、災害時には安定供給さえできなくなると
いう、それぞれに深刻な課題を抱えた、まことに不完全
なものとなっているのは明らかなのである。

【０００７】太陽光発電と燃料電池を組み合わせる方法
は、特開２０００−３１７７５７で既に出願がなされて
おり、また電解水素発生器と竜巻発電装置をこれに付加
した方式は、特開２００１−１５３４８７で同一の発明
者から出願済みとなっている。これらは売電ビジネスの
実施形態までを包摂しているが、地域を対象とした売電
ビジネスの階層化には踏み込んでいない。

【０００８】そこで再生可能エネルギーを導入すること
により、これらの諸問題を解決し、経済効率の改善と環
境対策を兼ねた、独立分散型地域対象ガス・熱電併給の
新エネルギー方式を開発した。地球上のあらゆる地域で
応用展開ができる、「再生可能エネルギーによる地域対
象ガス・熱電併給型エネルギー供給システム」とそのネ
ットワークである。発電に関してはインテグレーテッド
・コンバインドサイクルという、排熱を高温側から順次
低温側に移動させるそれぞれの段階毎に発電を行い、エ
ネルギー効率を上げるよう工夫したものである。

【０００９】現行制度の持つ本質的な問題である温暖化
ガスの排出量を削減し、エネルギーとして有効ではない
廃熱を抑え、環境問題の解決と経済効率の改善を図るこ
とは、再生可能エネルギーが持つ優れた特徴を活かして
地域を活性化し、全国の需要地で環境負荷のない電力と
ガスの自給自足を実現することになるのである。 地球
規模での独立分散型発電とこれによるガス・熱電併給型
エネルギー供給システムと組織的運用法の創設は、大幅
な環境改善効果が得られる世界待望のモデルなのであ
る。エネルギーの自給自足体制を確立し、更に従来の燃
焼プロセスから発生する排出ガスの無害化などで、手を
付けられずに放置されていたダイオキシン・PCBなど有
害な環境汚染物質等負の社会資産を、全国各地で最終処
理が実現できるようにする。低レベル放射性廃棄物およ
びダイオキシン類など各種汚染物質の高温による熱分解
で、完全に無機化させる効果等を発揮して社会資産の健
全化を図り、最終的に温暖化ガス発生のメカニズムを断
ち、地球環境の改善に寄与する具体的方法を確立する。

【００１０】特にブラウンガスについては、中性子の関
与が放射性元素を安定な物質に換えるという、πレイの
法則から導き出したプロセスで無害化を行い、高レベル
放射性廃棄物の最終処分を可能とするものである。高レ
ベル放射性廃棄物の無害化が可能となるのは、該中性子
が原子核特性を変化せしめるからである。この技術を本
システムに応用することで、中間貯蔵されている高レベ
ル放射性廃棄物の最終処分が、再生可能エネルギーから
得た技術とその組み合わせで実現できるのである。この
技術が、原子力発電方式の問題である、放射性廃棄物の
最終処分を可能にする。原子力応用技術の継続と発展
が、本システムによる高レベル放射性廃棄物最終処分方
法の確立で、今後推進されていくのである。

【００１１】本件の出願では全体の構想を示すと同時
に、熱エネルギーとなる水素資源の応用方法と、熱交換
から得られた温水または冷水の分配をシステムに取り入
れた、再生可能エネルギーを主としたクリーンエネルギ
ーでガス・熱電併給を広域的に行うことを前提とした包
括的なものとして、システム全体を概括する。特に集合
住宅などでは電力は固より、水素資源の供給と効率のよ
い温・冷水等の配給及び分配が可能となるのである。

【００１２】熱エネルギー源となる電解水素発生器から
取りだした水素ガス、又は水素酸素の混合気体であるブ
ラウンガスを需要に応じて逐次供給し、また直接燃焼さ
せて熱交換方式による給湯系を介して地域各戸へ供給す
る等のビジネスの創出が可能である。クリーンエネルギ
ーだけで成り立つ、環境型新エネルギーシステムを構築
することにより、地球環境の保護に有効かつ資源枯渇の
心配がない代替エネルギーを、この発明は遍く供給でき
るようにするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明においては、太陽光発電や風
力発電などの再生可能エネルギーを利用した発電手段
と、蓄電池又は蓄電器（キャパシタ）を介した簡易電力
貯蔵系と、夜間の電力不足に対応する小型の燃料電池
と、水を電気分解して得られる電解水素発生器等のガス
発生器と、排熱などの温度差から下降気流を引き出して
ファンを回転させ、回転のエネルギーを遠心分離圧とし
てサイクルに再導入して発電効率を上げる発電方式を採
用する竜巻発電機と、高温で作動する固体酸化物型燃料
電池（SOFC）とから構成される、インテグレーテッド・
コンバインドサイクル方式により効率的な発電を行うこ
とを特徴とする、独立分散方式による熱電併給型エネル
ギー供給システムであることを特徴としている。

【００１４】また、上記課題を解決するため、請求項２
に記載の発明においては、太陽光発電や風力発電などの
再生可能エネルギーを利用した発電手段と、蓄電池又は
蓄電器（キャパシタ）を介した簡易電力貯蔵系と、夜間
の電力不足に対応する小型の燃料電池と、水を電気分解
して得られる電解水素発生器等のガス発生器を一次エネ
ルギーとする、コンバインドサイクル発電方式であるガ
スタービン発電機及び蒸気タービン発電機と、その最終
排熱の温度差から下降気流を引き出してファンを回転さ
せ、回転のエネルギーを遠心分離圧としてサイクルに再
導入して発電効率を上げる方式の発電方法で竜巻発電機
と、高温作動型燃料電池である固体酸化物燃料電池（SO
FC）とから構成され、インテグレーテッド・コンバイン
ドサイクル方式により効率的な発電を行うことを特徴と
する、独立分散方式による水素ガス発生装置を加えた熱
電併給型エネルギー供給販売システムであることを特徴
としている。

【００１５】また、上記課題を解決するため、請求項３
に記載の発明においては、請求項１又は２に記載の発明
において、前記システムには水素資源を燃焼させる焼却
炉、ボイラー、ガス燃焼器具、溶融炉、溶解炉、焼却炉
などの各種ガス燃焼器具を含む系と、ガスを貯蔵する装
置並びにこれを分配する配管等からなる水素資源供給系
と、該水素資源から得た温熱水等の供給を制御する管制
系とが含まれており、副次的に発生するこれらの排熱を
竜巻発電機及び高温作動型燃料電池の動力源として再利
用する機構を備え、単独または相互に連携して補完しあ
うことを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載
の熱電併給型エネルギー供給システムであることを特徴
としている。

【００１６】また、上記課題を解決するため、請求項４
に記載の発明においては、請求項１〜３に記載の発明に
おいて、前記のガス発生器は電解水素発生器であって、
電解水素発生器から得た純水素またはブラウンガスから
分離精製した水素ガスを水素エンジンで燃焼させ、大気
中の酸素と反応させることにより最終的に水を生成し、
この排水を回収して電解水素発生器へと還流させること
により、循環型のクリーンエネルギーサイクルを実現す
ることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の
熱電供給販売システムであることを特徴としている。特
に請求項１２に記載した大気中から水を抽出する相転移
方式の造水器は、電力消費の少ない半導体であるペルチ
エ素子を応用し、水のない地域でも大気から水を取り出
すことができるものである。原理は結露現象で説明でき
る。冬季は暖かい部屋のガラス戸等に毎朝観察されるも
ので、暖気が硝子や壁を介して冷気と接触し、冷やされ
た媒質境界面の暖気側に水滴を結ぶ事例や、夏季ならば
冷たい缶飲料や氷を入れたグラスの外側表面に水滴が付
着するなど、当該物理現象の卑近な事例を誰でも体験し
ている筈である。この水滴を集めて貯蔵することで、水
は大気中から取り出すことが可能となるのである。ペル
チエ素子は極性を持ち、電流の向きを変えることで冷却
と発熱を任意に制御できる特性がある。大気が冷えて造
水効率が悪いような時は、発熱を引き出すゼーベック効
果を導入し、大気をこれで暖めて上昇させペルチエ効果
で急冷させて、造水効率を改善することができる。この
造水方式は砂漠地帯では非常に有効なので、砂漠緑化に
応用展開することで、地球環境を改善させることができ
る。

【００１７】また、上記課題を解決するため、請求項５
に記載の発明においては、請求項１〜４に記載の発明に
おいて、前記のシステムは製鉄所などの高温を発生する
工場および事業所、地域施設等に設けられ、該竜巻発電
装置で排熱を有効利用することにより、発電と溶融炉、
溶解炉、焼却炉等の熱源として供給することを特徴とす
る、水素エネルギーの燃焼システムを備えた、請求項１
〜３のいずれかに記載のガス・熱電併給型エネルギー供
給システムであることを特徴としている。

【００１８】また、上記課題を解決するため、請求項６
に記載の発明においては、請求項１〜５に記載の発明に
おいて、前記のシステムは製鉄所などの高温を発生する
工場および事業所、地域施設等に設けられ、余剰の水素
エネルギーと熱転換して得られた温熱水を需要に応じて
供給し、最終的に回収して電解水素発生器へと還流させ
ることにより、循環型のクリーンエネルギーサイクルを
実現することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに
記載のガス・熱電併給型エネルギー供給システムである
ことを特徴としている。

【００１９】また、上記課題を解決するため、請求項７
に記載の発明においては、請求項１〜６に記載のシステ
ムを、ガソリンスタンド等の自動車燃料供給施設に設け
ることにより、一次エネルギーとしては再生可能エネル
ギーを充て、竜巻発電をその主装置とした電力から、電
解水素発生器を経て水素系資源を生み、水素エンジンを
搭載する自動車や、燃料電池自動車へ水素燃料を供給す
ることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の
ガス・熱電併給型エネルギー供給システムであることを
特徴としている。

【００２０】また、上記課題を解決するため、請求項８
に記載の発明においては、請求項１〜７に記載のシステ
ムを、その最小単位とし、これを集めて発電グループを
なし、このグループ同士でエネルギーを融通しあい、無
駄を省いてエネルギーの安定供給を行うことを特徴とす
る、広域型のガス・熱電併給型エネルギー供給システム
であることを特徴としている。

【００２１】また、上記課題を解決するため、請求項９
に記載の発明においては、請求項８に記載の発明におい
て、前記の広域的な熱電併給型エネルギー供給システム
は、家屋等に設置される最小発電単位のシステムと、独
自の発電能力を保持し、複数の最小発電単位のシステム
が生み出す余剰電力を回収して近隣の契約先へ供給する
ことが可能であり、不足する分を竜巻発電装置などの再
生可能エネルギー又は燃料電池又はインテグレーテッド
・コンバインドサイクルから得た電力で補う、地域立脚
型の事業主体のシステムと、複数の地域立脚型事業主体
のシステムを統括管理する、より広域的な電力を安定供
給させる発電機能を持った制御系とを含む、請求項８に
記載の広域型のガス・熱電併給型エネルギー供給システ
ムとその組織的運用の効率化であることを特徴としてい
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。 システムの内容：本システムは発電を担当する装備とそ
の他コンポーネントを有効に組み合わせることで、独立
分散型自律運転方式のガス・熱電併給系を、家屋等に具
備しようとするものである。その最小単位は２kwh〜１
０kwh以上で任意に設定でき、家屋等に当該装置を搭載
してその最小単位とし、これを集めて発電グループをな
し、このグループ同士で余剰エネルギーを融通しあい、
無駄を省いてエネルギーの安定供給を行うシステムであ
る。（図１）

【００２３】図1において、CELLは最小発電単位となる
家屋等を指し、UNIT はCELLを集合したものである。BL
OCKはUNITを一定の規模で集約した範囲を示し、AREAはB
LOCKを統括管理する、より広域的な電力を安定供給させ
る発電機能を持った制御系である。CELLの出力範囲は２
kwh〜１０kwh程度以上で、その発電能力は導入する装置
の容量により規定されるので、事業に投資する個人或い
は企業等の裁量に従う。UNITが制御する電力の供給範囲
は、UNITと契約するCELLの電力供給量と、UNIT独自が資
産として保有する各種の発電機の出力量によって決定さ
れる。独自の発電能力とガス発生能力を保持し、CELLが
生み出す余剰電力を回収して近隣の契約先へ供給する。
不足する分を竜巻発電装置などの再生可能エネルギー、
或いは燃料電池またはインテグレーテッドコンバインド
サイクルから得た電力で補う、地域立脚型の事業主体で
ある。BLOCKは対象とする地域を拡大した上位の階層を
維持管理する制御系であって、一例とするなら自身に１
０万kwh程度の再生可能発電システムを内包するインテ
グレーテッド・コンバインドサイクルの発電システムを
保有する事業体である。AREAはBLOCKを束ねる広域での
電力安定供給を制御する事業主体であり、AREA同士のネ
ットワークで全国の需要動向を判断して、柔軟に対応す
る最上位の流通階層である。AREAが保有する発電能は、
50万kw〜100万kwとなる予定である。

【００２４】それぞれの単位で余剰エネルギーを流通さ
せるネットワークを創出し、より広域を管理する上位の
ネットワークへと次第に階層を上げていくことで、各単
位の属する階層毎に、完結したガス及び熱と電気エネル
ギーの相互供給体制が完成する。これにより各単位で必
要な出力等の調整を行い、必要最小限に近いエネルギー
を需要地で資源の追加費用負担なく創出し、環境を汚染
せずに快適な文化生活を満喫することができるようにな
る。

【００２５】図３に示す発電単位ごとに電力・ガス発生
器を装備して、相互にエネルギーを流通させる。最終的
に１００万kwhクラスの竜巻発電装置およびその給配電
を行うネットワークから成る系と、電解水素を同様の各
階層毎に安定供給するための、再生可能エネルギーだけ
からなる、クリーンエネルギーの自給自足体制を、地域
を単位として安定的に自律運転しようとするものであ
る。

【００２６】基本構成は太陽光発電を始めとする再生可
能エネルギーと、蓄電池又は蓄電器（キャパシタ）を介
した簡易電力貯蔵系と、夜間の電力不足に対応する小型
の燃料電池、および水を電気分解して得られる電解水素
等のガス発生器を一次エネルギーとする、コンバインド
サイクル発電方式であるガスタービン発電機と蒸気ター
ビン発電機、その最終排熱を導入する高温作動型燃料電
池及び竜巻発電機からなる、インテグレーテッド・コン
バインドサイクル方式から効率的な発電を行う機構が生
む、ガス・熱電併給を目的としたエネルギー供給システ
ムまたはその部分である（図４）。

【００２７】竜巻発電装置は（特開２０００−３０３３
４７、２０００−３５６１８１）として出願がなされて
いる。排熱などの温度差から下降気流を引き出してファ
ンを回転させ、回転のエネルギーを遠心分離圧としてサ
イクルに再導入して発電効率を上げる方式の発電方法で
ある。導入温度は４００℃以下でよく、回転の方向はフ
ィンの角度などで調整可能な機構を備え、円形の運動を
人工的に発生させ回転機により発電するものである。

【００２８】電解水素発生器は、水を電気分解して水素
と酸素をガスの状態で取り出す装置の総称で、極性を利
用して水素ガス酸素ガス夫々を分離する方式が一般的で
あるが、ブラウンガスという水素酸素の混ざった気体を
発生する装置を含むもの一般と定義する。資源は水と電
力だけなので、ブラウンガス（サンプルとした装置は商
品名エナペックガスというタイプである）の価格性能比
は純水素純酸素を比較対象とした場合、１：6.5になる
ことが資料等で報告されている。半導体製造過程で生じ
る有害ガスを分解するために、水素ガスと酸素ガスを組
み合わせ高温燃焼させ分解処理している装置などに応用
すると、六分の一以下の大幅なコストダウンが短期間に
実現する。

【００２９】インテグレーテッド・コンバインドサイク
ルは、通常のコンバインドサイクルに加えて、排熱を更
に高度利用しようとするものである。ガスタービンは１
５００℃程度の熱が必要であり、蒸気タービンでは８０
０℃程度の熱が求められる。竜巻発電は最高でも４００
℃の熱でよいので、最終排熱をこの竜巻発電装置へ導
き、発電効率の向上を図り、エネルギーを高々度に利用
することが可能なシステムを創ることができる。高い温
度から低い温度へと熱が順次移動するのに伴って、それ
ぞれの発電機へ熱を導くと、三段階で電力を繰り返し発
生させることができる。この方式に加えて固体酸化物型
（SOFC）燃料電池を編入すれば、更に高々度な熱資源の
再利用と発電機を重複利用することで、発電効率を大幅
に改善することができる。SOFC型燃料電池は900℃〜100
0℃で運転が可能となる装置で、単体での発電効率は60
％を超える能力を秘めた装置であり、最終的に四段階で
の独立分散方式での複合発電機構を成り立たせるもので
ある。

【００３０】システムにはブラウンガスを含む水素資源
を燃焼させる焼却炉、ボイラー、ガス燃焼器具などの各
種ガス燃焼器具を含む系と、ガスを貯蔵する装置並びに
これを分配する配管等からなる水素資源供給分配系、及
び該水素資源から得た温熱水または冷気・冷水等の供給
を制御する管制系を含んでいる。副次的に発生するこれ
らの給排水系の排熱も、竜巻発電機の動力源として再利
用する機構を備えた、相互に連携して補完しあうシステ
ムとなっている（図５）。

【００３１】電力と同時に水素系のガスを供給する単位
と、これをグループ化した組織及びそのネットワーク
と、当該ネットワーク同士を広域的に結びつける相互に
安定供給を目的とするより上位の機構とからなってい
る、再生可能エネルギーを主とする温暖化ガスを生まな
い、ガス・熱電併給のネットワークシステムということ
ができる（図２）。

【００３２】インテグレーテッド・コンバインドサイク
ルの熱源としてブラウンガスを用いると、最大６０００
℃以上の熱エネルギーを取り出すことができるので、本
熱エネルギーとしてのサイクルは、その環境優位性と熱
効率の高さから、まことに最適なシステムとなるのであ
る。従って電解水素を温度差対流発電方式である竜巻発
電装置が生む電力で発生させると、非常にエネルギー効
率の高いシステムが、水のある場所ならどこにでも、構
築することができるようになるのである。（図２）

【００３３】応用範囲：太陽光発電システムに代表され
る再生可能エネルギーおよび竜巻発電機を一次側入力装
置として、電解水素発生器へ電力を供給し、発生した水
素等のガスを直接燃焼させ熱エネルギーとして活用す
る。さらに燃料電池へ当該ガス等を供給し、燃料電池で
二次的に発電した余剰電力を加えて供給するシステムを
構成する。燃料電池の変換効率は概ね４０％〜６０％程
度であり、電流を形成しない電子は還流して、再び水素
または酸素の原子となって、発電に寄与しなかった残り
の60％から40％の水素と酸素が化合し、最終的に水とな
って再び利用できる資源に戻る。これを電解水素発生器
へ導けば、水素等のガスを作るためのエネルギー資源と
することができるので、水資源のリサイクルシステムが
成り立つ。

【００３４】基本モデルは太陽光発電或いは風力発電等
の再生可能自然エネルギーを生み出す装置等を搭載した
住宅等であり、余剰電力を回収して系統に逆潮流として
連係し、電力を安定供（受）給するための補助システム
として活用しようとするものである。系統となるのは既
存の電力会社を含む、電力の小売自由化に伴って新規に
設立される企業の管理する回線を含む設備・施設であっ
て、供給するための基本的能力を備えていれば、特別の
資格を必要としない民間或いは地方自治体、又は第三セ
クター等の組織が管理するネットワーク等を含むもので
ある。

【００３５】竜巻発電装置は排熱を利用して下降気流を
人工的に合成し、これを増幅圧縮する過程を経てエネル
ギーを再利用するもので、ファンとギヤによって回転機
から電力を取り出す方式の発電機である。温度差が設定
されていれば下降気流を導く循環が常に得られるので、
起動後は熱の供給だけで特段の燃料を必要としないとい
う特性がある。優れた性質があるために、発電に要する
原料等の資源を消費せず、廃棄物を燃焼させた廃熱や、
内燃機関等の排熱を導入して、サイクルを維持すること
ができるので、集魚灯を備えた電力需要の多いイカ漁な
どの漁船や、大型の船舶等に於けるエネルギー供給系
が、海洋を航行する移動体の殆どに於いて、独立分散方
式の発電と水素エネルギーの供給系統が成り立つのであ
る（図５）。

【００３６】重油等を燃料とするディーゼルエンジン等
の排熱から、竜巻発電機を経て電力を発生させ、船内外
の負荷に対応させること等ができる。この発電システム
は出力調整が可能であり、水素系の燃料を水から得る機
能を具備しているので、海水淡水化装置と組み合わせ、
またはペルチエ効果による送転移現象で大気中から造水
する機構を導入すると、資源を必要としない船舶等の水
素エンジンによる運行が実現する。重油に代わる燃料と
して水素系資源を海水または大気中から取り出し、水素
エンジン等の内燃機関へ送り、そこから推力を得る方式
である。

【００３７】電解水素発生器から生み出された余剰ブラ
ウンガスを燃焼させ、その排熱を竜巻発電装置へ導くの
は、このような方法を始めとする様々な排熱導入法を援
用すると、広範囲な用途に応用することが需要サイドで
可能となる。燃焼を媒介する物質に依存しないでも、ブ
ラウンガスだけを直接燃焼させることで、温度差を維持
した対流を長期安定的に維持循環させることができる。

【００３８】出力調整はギヤなどを介して行うこともで
きるが、基本的にファンの回転速度を圧力変換等の方法
で調整し、また導入温度を下げるなどして下降気流を弱
めること等の方法が適用できる。対流エネルギーの一部
をバイパスさせて外へ放出するなど、様々なその他の調
整方法を組込むことが可能なので、全体のエネルギー需
要動向をコンピューターで判断し、最適の出力調整を自
動で行う制御系がネットワークを常に最適化するように
配慮されている。

【００３９】電解水素発生器から得た純水素またはブラ
ウンガスから分離精製した水素ガスを、水素エンジンで
燃焼させると大気中の酸素と反応して、最終的に水を生
成する。この排水を回収して電解水素発生器へと還流さ
せてやれば、循環型のクリーンエネルギーサイクルを導
くことができる。また製鉄所など高温を発生する工場お
よび事業所等で、該竜巻発電装置で排熱を有効利用する
と、発電と溶融炉の熱源となる水素エネルギーの燃焼シ
ステムを構築することができる。余剰の水素エネルギー
と熱転換して得られた温熱水を、既述の電気エネルギー
供給方式に準じた、供給のネットワークを構築すること
で、熱電併給型エネルギー供給方式によるクリーンエネ
ルギーの供給網が完成する（図５）。

【００４０】産業用の熱電併給システムは家庭用のシス
テムを拡大したもので、事業所等で使う以上の余剰分を
地域社会へ還流し、収益に変えることができるシステム
であると同時に、ＩＳＯ１４０００シリーズを完全に満
足するので、当該規格の認証取得に有利となることを目
指したシステムとなる（図４、６）。

【００４１】水素ステーションは上記の電解水素等の供
給網だけでなく、独立して運営される水素ガス等の発生
能力を持つ単位であり、現在のガソリンスタンド等に併
設することが可能な施設である。一次エネルギーとして
は再生可能エネルギーを充て、竜巻発電をその主装置と
した電力から、電解水素発生器を経て水素系資源を生
み、水素エンジンを搭載する自動車や、燃料電池自動車
へ水素燃料を供給するための施設である（図７）。

【００４２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に拠
れば、再生可能エネルギーは資源に代価を必要としな
い、経済性に優れたものであることは前述した通りであ
る。これを事業に転用すれば、設備投資をするだけで、
原料等の仕入れが発生しない、従来のエネルギーには無
い特性を経営に活かすことが可能となる。資源を消費し
ないという再生可能エネルギーの持つメリットが経済に
与える恩恵は、それが長年月に亘れば亘るほど、実に計
り知れないものとなって家庭を始め、地域社会や国家、
地球へと次第に還元されていくのである。

【００４３】環境を汚染しないという、最も望ましい特
性を具備した、人類の英知を体現するシステムなので、
あらゆる地域でこの技術を応用展開することができる。
地方自治体が「再生可能エネルギーによる地域対象ガス
・熱電併給型エネルギー供給システム」の事業主体ある
いは出資母体となると、一定水準の収益を安定的に確保
することができるようになる。資源を消費しない売上は
収益の増加を齎し、低廉で良好なエネルギーを供給する
ことで産業を誘致し、地方税の税収増加を図ることさえ
できるようになる。住宅産業などではこの「再生可能エ
ネルギーによる地域対象ガス・熱電併給型エネルギー供
給型システム」を導入すると、上物に付加するだけで長
期安定的な収益を確保することになるのである。独立分
散型の自律運転ができるエネルギー供給システムがつい
た建築物は、他社にない特殊な機能を備え、災害などの
緊急時でもエネルギーは不足することがない。システム
構成については後述するので、ここでは本システムを導
入することで、住宅等の販売促進作用を引き出す途が展
ける効果があることだけを明示する。

【００４４】独立分散方式の発電・給配電システムに切
り替えることによって、現行システムの持つ多くの課題
を無くすことができるので、エネルギー安全保障までを
包摂した国益に適うシステムの構築が、国内経済そのも
のを賦活し、資源を消費しないという経済的な特性と、
環境負荷がないという優れた特徴とが、市場を再活性化
させていくという良好な循環を生み出していくのであ
る。地域振興と雇用機会の創出などの効果で、都市に一
極集中する傾向を反転させ、バランスの良い産業立地を
地方から建設していくことが可能となる。国内産業の再
編成を促していく機能をもった、環境を改善する道を拓
く発明であると言える。これにより首都機能移転の必要
性も、相応に低下していくであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】再生可能エネルギーによる地域対象電力供給シ
ステムの広域的な構成を示す図である。

【図２】再生可能エネルギーによる水素資源供給システ
ムの広域的な構成を示す図である。

【図３】本発明のガス・熱電併給型エネルギー供給シス
テムの具体的な構成の一例を示す図である。

【図４】本発明の熱電供給システムの具体的な構成の一
例を示す図である。

【図５】本発明のガス・熱電併給型エネルギー供給シス
テムの具体的な構成の一例を示す図である。

【図６】本発明のガス・熱電併給型エネルギー供給シス
テムの具体的な構成の一例を示す図である。

【図７】本発明のガス・熱電併給型エネルギー供給シス
テムの具体的な構成の一例を示す図である。

【図８】本発明のガス・熱電併給型エネルギー供給シス
テムの広域的なネットワークを示す概念図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｃ 6/00 Ｆ０２Ｃ 6/00 Ｅ Ｚ Ｆ０２Ｇ 5/04 Ｆ０２Ｇ 5/04 Ｈ Ｖ Ｆ２７Ｄ 17/00 １０１ Ｆ２７Ｄ 17/00 １０１Ｚ Ｇ２１Ｆ 9/00 Ｇ２１Ｆ 9/00 Ｎ Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｚ 10/44 10/44 Ｐ Ｈ０２Ｋ 57/00 Ｈ０２Ｋ 57/00 (71)出願人 501205968 安部 俊廣 岩手県花巻市桜町４丁目257番地１号 (71)出願人 501409463 門脇 俊行 東京都大田区下丸子４−10−３ (71)出願人 501409348 中原 利浩 東京都大田区石川町２−11−２ (72)発明者 若畑 由紀夫 神奈川県横浜市保土ヶ谷区星川２丁目５番 11号 Ｆターム(参考） 3G081 BA02 BA11 BA20 BB00 BC01 BC07 BC13 BC15 BC16 BC17 BD00 DA22 DA30 4K056 AA05 AA19 CA02 CA20 DA01 DA02 DA11 DA31 5H030 AA02 AA03 AS03 BB01 BB21 5H590 AA02 CA01 CA09 CA26 CE01 EA14

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽光発電や風力発電などの再生可能エ
   ネルギーを利用した発電手段と、蓄電池又は蓄電器（キ
   ャパシタ）を介した簡易電力貯蔵系と、夜間の電力不足
   に対応する小型の燃料電池と、水を電気分解して得られ
   る電解水素発生器等のガス発生器と、排熱などの温度差
   から下降気流を引き出してファンを回転させ、回転のエ
   ネルギーを遠心分離圧としてサイクルに再導入して発電
   効率を上げる発電方式を採用する竜巻発電機及び高温作
   動型の燃料電池とから構成される、インテグレーテッド
   ・コンバインドサイクル方式による効率的な複合発電を
   付加できることを特徴とする、独立分散方式の水素ガス
   またはブラウンガス及びその特性から得た熱と電気エネ
   ルギーの併給システム。
2. 【請求項２】 太陽光発電や風力発電などの再生可能エ
   ネルギーを利用した発電手段と、蓄電池又は蓄電器（キ
   ャパシタ）を介した簡易電力貯蔵系と、夜間の電力不足
   に対応する小型の燃料電池と、水を電気分解して得られ
   る電解水素発生器等のガス発生器を一次エネルギーとす
   る、コンバインドサイクル発電方式であるガスタービン
   発電機又は蒸気タービン発電機と、その最終排熱の温度
   差から下降気流を引き出してファンを回転させ、回転の
   エネルギーを遠心分離圧としてサイクルに再導入して、
   発電効率を上げる方式の発電方法である竜巻発電機及
   び、高温作動型の燃料電池等から構成されるインテグレ
   ーテッド・コンバインドサイクル方式により、効率的な
   発電システムと温水・冷水の供給システムに加えて水素
   ガス等の製造および供給販売を行うことを特徴とする、
   地域を対象としたガス・熱電併給型エネルギー供給のネ
   ットワーク・システム。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の発明において、
   前記システムには水素資源を燃焼させる焼却炉、ボイラ
   ー、ガス燃焼器具、溶融炉、溶解炉、焼却炉などの各種
   ガス燃焼器具を含む系と、ガスを貯蔵する装置並びにこ
   れを分配する配管等からなる水素資源供給施設と、該水
   素資源から得た温熱水等の供給を制御する管制系とが含
   まれており、副次的に発生するこれらの排熱をコンバイ
   ンドサイクル及び竜巻発電機と高温作動型燃料電池等の
   熱源として再利用するインテグレーテッド・コンバイン
   ドサイクル発電の機構を備え、単独または相互に連携し
   て補完しあうことを特徴とする、請求項１又は２のいず
   れかに記載のガス・熱電併給型エネルギー供給システ
   ム。
4. 【請求項４】 請求項１〜３に記載の発明において、前
   記のガス発生器は電解水素発生器であって、電解水素発
   生器から得た純水素またはブラウンガス又はこれから分
   離精製した水素ガスを、水素エンジン等の内燃機関で燃
   焼させ、大気中の酸素と反応させることにより最終的に
   水を生成し、この排水を回収して電解水素発生器へと還
   流させることにより、循環型のクリーンエネルギーサイ
   クルを実現することを特徴とする、請求項１〜３のいず
   れかに記載のガス・熱電併給型エネルギー供給システ
   ム。
5. 【請求項５】 請求項１〜４に記載の発明において、前
   記のシステムは製鉄所などの高温を発生する溶融炉・溶
   解炉、焼却炉等をもつ工場および事業所、地域施設等に
   設けられ製鉄精錬などに用いられる他、該竜巻発電装置
   等を含むインテグレーテッド・コンバインドサイクル発
   電方式で排熱を有効利用することにより、発電と各種炉
   等の熱源又は動力源としてブラウンガスを含む水素ガス
   を供給することを特徴とする、水素エネルギーの燃焼シ
   ステムを備えた、請求項１〜３のいずれかに記載のガス
   ・熱電併給型エネルギー供給システム。
6. 【請求項６】 請求項１〜５に記載の発明において、前
   記のシステムは製鉄所などの高温を発生する溶融炉・溶
   解炉、焼却炉等をもつ工場および事業所、地域施設等に
   設けられ、余剰に発生した水素ガスまたはブラウンガス
   等の水素資源である気体を回収し、あるいはこれを熱転
   換して得られた温熱水を熱交換器等で再利用し、最終的
   に回収して電解水素発生器へと還流させることにより、
   循環型のクリーンエネルギーサイクルを実現することを
   特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のガス・熱
   電併給型エネルギー供給システム。
7. 【請求項７】 請求項１〜６に記載のシステムを、ガソ
   リンスタンド等の自動車燃料供給施設に設けることによ
   り、一次エネルギーとしては再生可能エネルギーを充
   て、竜巻発電等をその主装置とした電力から、電解水素
   発生器を経て水素系資源を生み、水素エンジンを搭載す
   る自動車や、燃料電池自動車へ水素燃料を供給すること
   を特徴とする、請求項１〜3のいずれかに記載のガスと
   熱エネルギー及び電力等を一括して供給するシステム。
8. 【請求項８】 請求項１〜７に記載のシステムを、その
   最小単位とし、これを集めて発電グループをなし、この
   グループ同士でエネルギーを融通しあい、無駄を省いて
   エネルギーの安定供給を行うことを特徴とする、広域型
   のガス・熱電併給型エネルギー供給システム。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の発明において、前記の
   広域的なガス・熱電併給型エネルギー供給システムは、
   家屋等に設置される最小発電単位のシステムと、独自の
   発電能力を保持し、複数の最小発電単位のシステムが生
   み出す余剰電力と水素ガス、及びブラウンガスを発生回
   収して近隣の契約先へ供給することが可能なシステムで
   あって、安定供給に不足する分を竜巻発電装置などの再
   生可能エネルギー又は燃料電池又はインテグレーテッド
   ・コンバインドサイクルから得た電力で補う、地域立脚
   型のガス・熱電併給ができる事業主体のエネルギー供給
   システムと、複数の地域立脚型の事業主体がシステムを
   統括管理する、より広域的なガス・電力を安定供給する
   発電機能を持った制御系とを含むことを特徴とする、請
   求項８に記載の広域型のガス・熱電併給型エネルギー供
   給システムの階層構造をもつ、ガス・熱電併給型エネル
   ギー供給システム。
10. 【請求項１０】請求項１〜９に記載の発明において、イ
    ンテグレーテッド・コンバインドサイクルに編入可能な
    高温作動型の固体酸化物型燃料電池（SOFC）を組み込ん
    だ、高々度な発電効率をもつ熱電併給システム。
11. 【請求項１１】 請求項１〜３に記載の発明において、
    ディーゼルエンジンの排熱を熱源とする竜巻発電システ
    ムを組み込んだ船舶と、ディーゼルエンジンの代わりに
    水素エンジンを搭載した船舶への水素燃料供給系と、更
    に熱電併給系を兼ね備えた環境型エネルギー供給方式に
    よる推力発生装置をもつ、移動体一般に搭載可能な複合
    エネルギー供給システム。
12. 【請求項１２】請求項１〜１１に記載の発明において、
    大気中から水を抽出して電解水素発生器の水資源とする
    機構を備えたベルチエ効果およびゼーベック効果を応用
    した造水貯蔵システム。
13. 【請求項１３】請求項１〜１２に記載の発明において、
    ブラウンガスの特徴である水素酸素混合気体が齎す熱分
    解効果による無機化で、産業廃棄物並びに環境汚染物質
    であるダイオキシン及びPCB等を分解処理する能力を備
    えた焼却炉等による廃棄物無害化を行う燃焼システム。
14. 【請求項１４】請求項１〜１３に記載の発明において、
    ブラウンガスの特徴であるπレイの法則に示される中性
    子吸収作用により、放射性廃棄物を無害な元素に変換す
    る機構を備えた、原子力発電が生む核廃棄物処理である
    ところのバックエンド対策を可能とする最終処理システ
    ム。