JP2003206706A - 発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置全体の大型化を抑えつつ、高温度の燃焼
熱で効率よく発電を行うことができる発電システムを提
供する。 【解決手段】 発電システムは、混合ガスを生成するた
めの混合ガス生成装置１１と、同混合ガスを燃料として
利用するガスタービン１２と、ガスタービン１２に回転
軸１３を介して連結された発電機１４とを備えている。
混合ガス生成装置１１は、水を電気分解することにより
水素ガス及び酸素ガスをモル比で２：１となるように発
生させ、これらを均一に混合することにより混合ガスを
生成するものである。この混合ガスは燃焼温度が２００
０〜２５００℃と非常に高く、燃料として用いると高温
度条件下で熱膨張し、体積を急激に増大させるため、少
量で高圧力が得られ、ガスタービン１２を効率よく回転
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、水を電気分解す
ることにより得られた水素及び酸素ガスよりなる混合ガ
スを利用し、タービンを回転させて発電機で発電を行う
発電システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、発電を行うための発電システムと
しては、次に挙げるようなものが挙げられる。すなわ
ち、同発電システムは、タービンと、同タービンに回転
軸を介して連結された発電機とを備えている。また、タ
ービンにはこれを回転させるために高圧ガスを利用する
ガスタービンと、高圧蒸気を利用する蒸気タービンとの
２種類がある。

【０００３】ガスタービンを備える発電システムは、ガ
スタービンよりも上流側に圧縮機を有している。この圧
縮機は、外部から取り込んだ空気を圧縮し、これに燃料
を混合して高圧ガスを生成するものである。そして、高
圧ガスを燃焼させることにより発生した燃焼ガスでガス
タービンを回転させ、同ガスタービンの回転を回転軸を
介して発電機に伝達することにより、発電を行なうよう
になっている。

【０００４】一方、蒸気タービンを備える発電システム
は、蒸気タービンよりも上流側にボイラ装置を有してい
る。このボイラ装置は、一端部に接続された給水ポンプ
により外部から供給された水がその内部を流れるように
構成された水管と、該水管をその外部より加熱する加熱
バーナとを備えている。当該ボイラ装置においては、加
熱バーナで燃料を燃焼させたときに発生する燃焼ガスを
水管に接触させ、その燃焼熱を水管の周壁を介して水に
伝達することにより、水から高圧蒸気を発生させるよう
に構成されている。そして、当該高圧蒸気で蒸気タービ
ンを回転させることにより、発電機で発電を行なうよう
になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
発電システムによればその燃料として、例えば重油、天
然ガス、コークス、ガソリン等の化石燃料が使用され、
これら化石燃料の燃焼熱は約１３００℃程度である。こ
の燃焼熱で効率よく発電を行うためには、ガスタービン
を備えるものであれば大容量の圧縮機を用い、一度に大
量の空気を高圧縮する必要がある。また、蒸気タービン
を備えるものであれば、ボイラー装置の水管を並列に複
数連結したり、波状に曲げたり、水管の全長を長くした
り等して水に対する燃焼ガスの伝熱面積をできる限り広
げる必要がある。これらのように、従来利用されている
発電システムの場合、発電を効率よく行うには化石燃料
の燃焼熱を有効に利用するために装置全体を大型化しな
ければならないという問題があった。

【０００６】この発明は、このような従来技術に存在す
る問題点に着目してなされたものである。その目的とす
るところは、装置全体の大型化を抑えつつ、高温度の燃
焼熱で効率よく発電を行うことができる発電システムを
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発電システムの発明は、水を電
気分解することにより水素ガス及び酸素ガスよりなる混
合ガスを生成するための混合ガス生成装置と、当該混合
ガス生成装置にガス供給経路を介して接続され、混合ガ
ス生成装置から供給される混合ガスを圧縮して高圧ガス
とするための圧縮機と、当該圧縮機からガス供給経路を
介して圧入される高圧ガスを燃料として燃焼させること
により回転されるガスタービンと、当該ガスタービンに
回転軸を介して連結され、ガスタービンの回転により駆
動されて発電を行う発電機とを備えることを特徴とする
ものである。

【０００８】請求項２に記載の発電システムの発明は、
水を電気分解することにより水素ガス及び酸素ガスより
なる混合ガスを生成するための混合ガス生成装置と、当
該混合ガス生成装置にガス供給経路を介して接続され、
ガス供給経路を介して供給された混合ガスを燃焼させた
ときに生ずる燃焼熱で水を加熱し、熱分解又は蒸発させ
ることによって高圧ガス又は高圧蒸気を発生させるため
の水加熱処理装置と、当該水加熱処理装置で発生した高
圧ガス又は高圧蒸気を供給することにより回転されるガ
スタービンと、当該ガスタービンに回転軸を介して連結
され、ガスタービンの回転により駆動されて発電を行う
発電機とを備えることを特徴とするものである。

【０００９】請求項３に記載の発電システムの発明は、
水を電気分解することにより水素ガス及び酸素ガスより
なる混合ガスを生成するための混合ガス生成装置と、当
該混合ガス生成装置にガス供給経路を介して接続され、
ガス供給経路を介して供給された混合ガスを燃焼させた
ときに生ずる燃焼熱で水を加熱し、蒸発させることによ
って低圧蒸気を発生させるための水加熱処理装置と、当
該水加熱処理装置で発生した低圧蒸気を供給することに
より回転される蒸気タービンと、当該蒸気タービンに回
転軸を介して連結され、蒸気タービンの回転により駆動
されて発電を行う発電機とを備えることを特徴とするも
のである。

【００１０】請求項４に記載の発電システムの発明は、
請求項１又は請求項２に記載の発明において、外部より
供給された熱エネルギーを利用して内部に収容された被
対象物を加熱又は燃焼するための熱エネルギー利用設備
を備え、同熱エネルギー利用設備と前記ガスタービンと
の間を熱媒体供給経路で接続し、ガスタービンから排気
される排ガスを熱媒体供給経路を介して熱エネルギー利
用設備に供給し、この排ガスを被対象物を加熱又は燃焼
させるための熱エネルギーとして利用することを特徴と
するものである。

【００１１】請求項５に記載の発電システムの発明は、
請求項３に記載の発明において、前記蒸気タービンから
排気される排ガスを冷却して排ガス中から水を回収する
ための水回収部を備え、同水回収部と水加熱処理装置と
の間を水回収経路で接続し、水回収部で回収された水を
水回収経路を介して水加熱処理装置に供給することを特
徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、この発明
の第１実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１は、第１実施形態の発電システムの構
成を概略的に示すブロック図である。同発電システム
は、水を原料として混合ガスを生成するための混合ガス
生成装置１１と、同混合ガスを燃料として利用するガス
タービン１２と、ガスタービン１２に回転軸１３を介し
て連結された発電機１４とを備えている。混合ガス生成
装置１１とガスタービン１２との間はガス供給経路１５
で接続されるとともに、同ガス供給経路１５の途中には
圧縮機１６が設けられている。混合ガス生成装置１１で
生成された混合ガスは、圧縮機１６で圧縮されて４〜１
５ＭＰａの高圧ガスとされ、この状態でガス供給経路１
５を介してガスタービン１２へと供給されている。

【００１４】上記のガスタービン１２は従来公知の構成
のものである。すなわち、ガスタービン１２の内部には
図示しない燃焼装置が設けられており、同燃焼装置で混
合ガスの高圧ガスを燃焼させることにより発生した燃焼
ガスでガスタービン１２が回転されるように構成されて
いる。また、前記回転軸１３及び発電機１４も従来公知
の構成のものである。そして、ガスタービン１２が回転
軸１３を回転させ、その回転が発電機１４に伝達される
ことにより発電機１４が駆動されるようになっている。

【００１５】ガスタービン１２には、熱媒体供給経路１
７を介して熱エネルギー利用設備１８が接続されてい
る。ガスタービン１２から排気される排ガスは、熱媒体
供給経路１７を介して熱エネルギー利用設備１８に供給
されている。当該熱エネルギー利用設備１８は、排ガス
が有する熱エネルギーを利用して内部に収容された被対
象物を加熱又は燃焼するものである。このような熱エネ
ルギー利用設備１８としては、金属の切断、溶接等を行
う工作機械、ボイラ装置、溶融炉、焼却炉等が挙げられ
る。また、加熱又は燃焼される被対象物としては、水、
ゴミ焼却時に排出される焼却灰、アルミニウム、鉄、銅
等の金属の精錬時又は鋳物の鋳造時に発生する金属スケ
ール等のような廃棄物、紙くず、木くず、布屑、プラス
チック屑、可燃ゴミ等が挙げられる。

【００１６】ここで、前記混合ガス生成装置１１につい
て説明する。図２に示すように、混合ガス生成装置１１
は上方に開口する縦長四角箱状をなす装置本体４１と、
同装置本体４１内に収容された複数枚の電極板４２とか
ら構成されている。装置本体４１は、合成樹脂等の絶縁
性を有する材料を用いて形成され、その内部には装置本
体４１の長手方向に延びる第１隔壁４１ａと、短手方向
に延びる第２隔壁４１ｂとが立設されている。そして、
第１及び第２隔壁４１ａ，４１ｂと装置本体４１の周壁
とにより、装置本体４１内には長手方向に沿って互いに
平行に延びる第１電解槽４３及び第２電解槽４４と、短
手方向に沿って延びる送水槽４５とが区画形成されてい
る。

【００１７】第１電解槽４３には装置本体４１の外部か
ら給水管４６が接続されるとともに、第２電解槽４４に
は装置本体４１の外部から排水管４６ａが接続されてい
る。また、第１電解槽４３及び第２電解槽４４は、送水
槽４５を介してそれぞれの内部が連通されている。装置
本体４１内には給水管４６を介して電解質である水酸化
カリウムを水に混合してなる電解液が供給されている。
そして、装置本体４１内に供給された電解液は、順番に
第１電解槽４３、送水槽４５及び第２電解槽４４をＵ字
状に流動し、排水管４６ａを介して装置本体４１の外部
へ排水される。

【００１８】前記電極板４２はその表面がニッケル（Ｎ
ｉ）でメッキ処理された純鉄製の板材の複数箇所を幅方
向でほぼ等間隔おきとなるように曲げることにより、平
面から見てＷ字状に形成されている。電極板４２のＶ字
状に曲げられたそれぞれの箇所は屈曲部４７として形成
されている。屈曲部４７が形成された電極板４２は、そ
の自重、あるいは供給された電解液から加わる圧力等の
応力による撓み、歪み等のような形状の変化に対する強
度が向上されている。

【００１９】各電極板４２は第１隔壁によってそれぞれ
の中央部分が支持されることにより、装置本体４１内に
等間隔おきで並列に収容されている。この状態で各電極
板４２はそれぞれ電気的に絶縁されており、電極板４２
の各屈曲部４７は第１電解槽４３及び第２電解槽４４に
それぞれ配置されている。つまり、第１電解槽４３及び
第２電解槽４４の２つで一枚の電極板４２が共用されて
いる。また、各電極板４２には図示しない複数の通水孔
が透設されており、第１電解槽４３及び第２電解槽４４
内の電解液が同通水孔を介して各電極板４２の間を移動
できるように構成されている。

【００２０】混合ガス生成装置１１は、各電極板４２間
で電解液を流動させながら各電極板４２間に電圧を印加
することにより、電解液中の水が電気分解されて水素及
び酸素ガスを連続して発生させるように構成されてい
る。これら水素ガス及び酸素ガスを装置本体４１の内部
又は外部で混合することによって混合ガスが生成され
る。また、電解液を流動させながら、水素ガス及び酸素
ガスを連続して発生させることにより、当該混合ガス生
成装置１１は短時間で大量の混合ガスを生成することが
可能である。

【００２１】第１実施形態の発電システムにおいては、
図１に示すように、混合ガス生成装置１１で生成された
混合ガスが圧縮機１６で圧縮されて４〜１５ＭＰａの高
圧ガスとされた後、同高圧ガスを燃焼させることにより
発生した燃焼ガスでガスタービン１２が回転される。こ
のガスタービン１２を回転させることにより得られた動
力が回転軸１３を介して発電機１４に伝達され、これに
より発電機１４が駆動されて発電が行われる。

【００２２】上記の混合ガスは、好ましくはモル比で酸
素ガスが１に対し水素ガスが２±０．５、より好ましく
は水素ガス及び酸素ガスをモル比で２：１となるように
均一に混合して得られたものである。この混合ガスの燃
焼時の燃焼温度は、化石燃料の燃焼時の燃焼熱が約１３
００℃程度であるのに対し、２０００〜２５００℃と非
常に高くなる。同混合ガスを燃料として使用した場合、
混合ガスは高温度条件下で熱膨張してその体積を急激に
増大させるため、大容量の圧縮機を用いずとも少量で高
圧力が得られ、ガスタービン１２を効率よく回転させ
る。

【００２３】ガスタービン１２で混合ガスを燃焼させた
後、発生する排ガスは、熱媒体供給経路１７を介して熱
エネルギー利用設備１８へと供給される。同排ガスはそ
の温度が９００〜１５００℃であり、前に挙げたような
被対象物を加熱又は燃焼するに足る十分な熱エネルギー
を有する。このため、当該発電システムにおいては発電
を行うのみならず、排ガスを利用することにより、熱エ
ネルギーを有効に活用することが可能である。また、同
混合ガスを燃焼させたとき、混合ガスは燃焼後に水蒸気
となる。このため、化石燃料を使用したときと比較し
て、窒素酸化物（ＮＯ_x）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸
化炭素（ＣＯ₂）、硫黄酸化物（ＳＯ_x）、ダイオキシン
等の排気ガスの発生が抑えられる。

【００２４】前記の第１実施形態によって発揮される効
果について、以下に記載する。・ 第１実施形態の発電
システムによれば、ガスタービン１２を回転させるため
の燃料として水素及び酸素ガスよりなる混合ガスが利用
されている。この混合ガスは化石燃料と比較してその燃
焼熱が非常に高いため、燃焼時には熱膨張してその体積
を急激に増大させるようになっている。このため、大容
量の圧縮機を用いずとも高圧となり、少量でガスタービ
ン１２を効率よく回転させることが可能で、発電システ
ムを構成する各装置の大型化を抑えつつ、高温度の燃焼
熱で効率よく発電を行うことができる。

【００２５】・ また、水素及び酸素ガスよりなる混合
ガスは、燃焼後には水蒸気となる。このため、化石燃料
を使用したときと比較して、窒素酸化物（ＮＯ_x）、一
酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、硫黄酸化物
（ＳＯ_x）、ダイオキシン等の排気ガスの発生が抑えら
れる。従って、燃料として混合ガスを利用した場合、環
境公害を誘発しにくいという利点が得られる。

【００２６】・ 加えて、ガスタービン１２で混合ガス
を燃焼させた後に発生する排ガスは、その温度が９００
〜１５００℃となっている。当該排ガスは、水、ゴミ焼
却時に排出される焼却灰、アルミニウム、鉄、銅等の金
属の精錬時又は鋳物の鋳造時に発生する金属スケール等
のような廃棄物、紙くず、木くず、布屑、プラスチック
屑、可燃ゴミ等の被対象物を加熱又は燃焼するに足る十
分な熱エネルギーを有している。このため、同排ガスは
熱媒体供給経路１７を介して熱エネルギー利用設備１８
へと供給され、被対象物を加熱又は燃焼するための熱エ
ネルギーとして利用されるように構成されている。従っ
て、当該発電システムによれば、混合ガスを燃焼するこ
とによって得られる熱エネルギーを無駄なく、有効に活
用することができる。

【００２７】（第２実施形態）以下、この発明の第２実
施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この
第２実施形態においては、第１実施形態と異なる点を中
心に説明する。

【００２８】図３は、第２実施形態の発電システムの構
成を概略的に示すブロック図である。同発電システムの
ガス供給経路１５の途中には混合ガスを燃料として燃焼
させ、そのとき生ずる燃焼熱で原料である水を加熱し、
熱分解又は蒸発させることで高圧ガス又は高圧蒸気を発
生させる水加熱処理装置２０が設けられている。

【００２９】ここで当該水加熱処理装置２０の構成につ
いて説明する。図４（ａ）は、水加熱処理装置２０を正
面から見た状態の断面図を表し、図４（ｂ）は、水加熱
処理装置２０を平面から見た状態の断面図を表してい
る。水加熱処理装置２０は、図４（ａ）中で左側となる
上流側に配設された予熱部５１と、右側となる下流側に
配設された加熱部５２とを備えている。

【００３０】前記予熱部５１は、上流側端部に配設され
た円環筒状をなす給水タンク５３と、下流側端部に配設
された略筒状をなす集気タンク５４と、給水タンク５３
及び集気タンク５４の間を接続する複数本の予熱管５５
とを備えている。給水タンク５３はその端面に給水配管
５６が接続されており、内部には図示しないポンプを介
して当該給水配管５６より水が供給されている。給水タ
ンク５３内の水は各予熱管５５内を流動し、集気タンク
５４へと送られている。集気タンク５４は周壁の上流側
が上流側から下流側に向かうほど縮径するテーパ状をな
すように形成されており、集気タンク５４の内部で水は
下流側へ向かうに従ってその圧力が高められている。

【００３１】当該予熱部５１において、給水タンク５３
の中心部には略円筒状をなす第１バーナ５７が配設され
るとともに、同第１バーナ５７の先端部には燃料噴射口
６１が設けられている。集気タンク５４及び予熱管５５
の周囲にはこれらを内側に囲い込むように長四角箱状を
なす複数の第２バーナ５８が配設されている。同第２バ
ーナ５８の内面には複数のノズル６０がそれらの先端を
集気タンク５４及び予熱管５５に向けるようにして突設
されるとともに、各ノズル６０の先端部には燃料噴射口
６１が設けられている。

【００３２】第１バーナ５７及び第２バーナ５８にはガ
ス供給経路１５を構成する燃料供給管５９がそれぞれ接
続されており、各燃料供給管５９から第１バーナ５７及
び第２バーナ５８の内部に前記混合ガスが供給されてい
る。この混合ガスが第１バーナ５７及び第２バーナ５８
のそれぞれの燃料噴射口６１から噴射されてここで燃焼
されることにより、その燃焼熱で各予熱管５５内を流動
して集気タンク５４へと送られる水が加熱されている。

【００３３】前記加熱部５２は、略直管状をなす加熱管
６２と、同加熱管６２を中心にこれを取り囲むように加
熱管６２の周囲に配設された複数の第３バーナ６３とを
備えている。当該加熱管６２の内部と前記集気タンク５
４の内部とは連通しており、集気タンク５４内で圧力を
高められた水は加熱管６２に圧入され、その内部を上流
側から下流側へ向かって流動している。第３バーナ６３
は前記第２バーナ５８と同一に構成されており、その内
面には燃料噴射口６１を有する複数のノズル６０が突設
されている。そして、加熱管６２内を流動する水は、第
３バーナ６３から噴射された混合ガスの炎の燃焼熱で加
熱されている。

【００３４】前記加熱管６２は、上流側から順番に第１
分割管６２ａ、第２分割管６２ｂ、第３分割管６２ｃ及
び第４分割管６２ｄの合計４本を互いに連結することで
形成されている。第１〜第３分割管６２ａ〜６２ｃは、
それぞれの内径が加熱管６２の下流側に配設されるもの
ほど小さくなるように形成されており、加熱管６２内を
流動する水は下流側へ向かうに従ってその圧力が高めら
れている。また、第４分割管６２ｄ内には加熱された水
を加熱管６２の外部へ吐出するための吐出路６４が複数
設けられるとともに、各吐出路６４へ水を送り込むこと
ができるように、第３分割管６２ｃの下流側端部はその
内径が拡径されている。

【００３５】上記の予熱部５１及び加熱部５２におい
て、それぞれに配設された第２バーナ５８及び第３バー
ナ６３は図示しないシリンダ等により、予熱管５５及び
加熱管６２のそれぞれに対して接離可能に構成されてい
る。当該水加熱処理装置２０においては、予熱管５５及
び加熱管６２に対し、第２バーナ５８及び第３バーナ６
３をそれぞれ接近又は離間させることにより、予熱管５
５及び加熱管６２内を流動する水の加熱温度が調整され
ている。

【００３６】第２バーナ５８及び第３バーナ６３を予熱
管５５及び加熱管６２に接近させた場合、混合ガスの非
常に高い燃焼熱により水が予熱部５１で予熱されて水蒸
気となり、さらに同水蒸気が加熱部５２で高温高圧状態
で急激に加熱される。第３分割管６２ｃに達するまでに
加熱温度が８５０℃以上、圧力が４ＭＰａ以上となる場
合、水加熱処理装置２０に供給された水は少なくとも一
部で水蒸気爆発を起こしながら急膨張し、水素ガス及び
酸素ガスに熱分解される。そして、加熱管６２からは水
素ガス及び酸素ガスよりなり、圧力が４〜１５ＭＰａの
高圧ガスが吐出される。

【００３７】第２バーナ５８及び第３バーナ６３のうち
少なくとも一方を予熱管５５及び加熱管６２から離間さ
せ、水の加熱温度を上記よりも若干低くした場合、加熱
管６２からは高圧蒸気が吐出される。すなわち、第３分
割管６２ｃに達するまでに加熱温度が４００℃より高
く、８５０℃未満、圧力が１．５ＭＰａより高く、４Ｍ
Ｐａ未満の場合、水は高温高圧状態で急激に気化するこ
とにより蒸発し、しめり度１％未満のドライ蒸気とな
る。この場合、加熱管６２からはドライ蒸気よりなり、
圧力が１．５ＭＰａより高く、４ＭＰａ未満の高圧蒸気
が吐出される。

【００３８】第２バーナ５８及び第３バーナ６３のうち
少なくとも一方を予熱管５５及び加熱管６２から離間さ
せて水の加熱温度をさらに低くした場合、加熱管６２か
ら低圧蒸気、水蒸気又は温水を吐出させることも可能で
ある。すなわち、第３分割管６２ｃに達するまでに加熱
温度が２００〜４００℃、圧力が０．５〜１．５ＭＰａ
の場合、水は高温高圧状態で蒸発し、しめり度が１％以
上、１００％未満で圧力が０．５〜１．５ＭＰａの低圧
蒸気となる。加熱温度が１００〜２００℃、圧力が０．
１〜０．５ＭＰａの場合、水は温度が１００〜２００℃
の水蒸気となる。加熱温度が１００℃未満、圧力が０．
１ＭＰａ未満の場合、水は温水となる。

【００３９】当該第２実施形態においては、上記水加熱
処理装置２０で水素及び酸素ガスよりなる高圧ガス又は
ドライ蒸気よりなる高圧蒸気を発生させている。そし
て、図３に示すように、水加熱処理装置２０からガス供
給経路１５を介して高圧ガス又は高圧蒸気がガスタービ
ン１２に供給されることにより、同ガスタービン１２を
回転させる。また、当該水加熱処理装置２０では前記吐
出路６４が複数設けられることにより、大量の高圧ガス
又は高圧蒸気をガスタービン１２に効率よく供給するこ
とが可能である。

【００４０】ガスタービン１２から延びる熱媒体供給経
路１７の端部には熱エネルギー利用設備としての熱交換
器２１が設けられるとともに、同熱交換器２１には水供
給管２２ａを介して給水部２２が接続されている。この
熱交換器２１ではガスタービン１２から送られた排ガス
を熱エネルギーとして利用することにより、給水部２２
から供給される水との間で熱交換が行われる。そして、
同熱交換器２１で、しめり度１％以上、１００％未満で
圧力が０．５〜１．５ＭＰａの低圧蒸気を発生させるよ
うに構成されている。

【００４１】熱交換器２１には蒸気供給経路２３を介し
て蒸気タービン２４が接続され、熱交換器２１で発生し
た蒸気により蒸気タービン２４が回転されるようになっ
ている。蒸気タービン２４には第２回転軸２５を介して
第２発電機２６が連結されている。この第２発電機２６
は発電機１４よりも小容量のものである。また、蒸気タ
ービン２４、第２回転軸２５及び第２発電機２６は従来
公知の構成のものである。そして、蒸気タービン２４が
第２回転軸２５を回転させ、その回転が第２発電機２６
に伝達されることにより第２発電機２６で発電が行われ
る。

【００４２】蒸気タービン２４には排気管２７を介して
水回収部２８が接続されている。同水回収部２８は、排
気管２７を介して蒸気タービン２４から送られた排ガス
を水冷又は空冷することにより、排ガス中の水蒸気から
水を発生させ、これを回収するように構成されている。
同水回収部２８と前記水加熱処理装置２０との間は水回
収経路２８ａで接続されている。この水回収経路２８ａ
の途中にはポンプ２９が設けられており、水回収部２８
で回収された水は同ポンプ２９によって水加熱処理装置
２０へと送られ、高圧ガス又は高圧蒸気を発生させるた
めの原料として利用される。

【００４３】前記の第２実施形態によって発揮される効
果について、以下に記載する。 ・ 第２実施形態の発電システムによれば、ガスタービ
ン１２を回転させるための高圧ガス又は高圧蒸気は、水
加熱処理装置２０で水を原料とし、これを混合ガスの燃
焼熱で加熱することにより得られる。この水加熱処理装
置２０は、混合ガスの燃焼熱が非常に高温度であること
に加え、供給された水が上流側から下流側へ流動するに
従って圧力が高められるように構成されている。このた
め、従来のボイラ装置のように伝熱面積を広げずとも、
当該水加熱処理装置２０は装置全体の小型化を図りつ
つ、水から高圧ガス又は高圧蒸気を効率よく発生させる
ことができる。さらに、水加熱処理装置２０において水
の加熱温度を調整することにより、圧縮機を用いること
なく、高温高圧状態の高圧ガス又は高圧蒸気を得ること
が可能である。従って、水加熱処理装置２０を使用する
ことによりガスタービン１２を効率よく回転させること
が可能であり、発電システムを構成する各装置の大型化
を抑えつつ、高温度の燃焼熱で効率よく発電を行うこと
ができる。

【００４４】・ 加えて、水加熱処理装置２０で発生す
る高圧ガス又は高圧蒸気は水を原料として得られるもの
である。この高圧ガス又は高圧蒸気を利用することによ
り、窒素酸化物（ＮＯ_x）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸
化炭素（ＣＯ₂）、硫黄酸化物（ＳＯ_x）、ダイオキシン
等の排気ガスの発生が抑えられる。

【００４５】・ 当該発電システムにおいては、ガスタ
ービン１２が回転されて発電機１４で発電が行われると
ともに、蒸気タービン２４が回転されて第２発電機２６
で発電が行われており、同じシステム内の２箇所で発電
が行われている。また、蒸気タービン２４を回転させる
ための熱エネルギーにはガスタービン１２から排気され
た排ガスが利用されている。このため、混合ガス生成装
置１１からの混合ガスの供給量を増加させずとも、発電
効率を向上させることができ、例えば製造工場等のよう
な大量の電気が必用な場合にも対応することができる。
加えて、２箇所で発電を行うことにより、得られた電気
の余剰分を混合ガス生成装置１１における水の電気分解
に利用することもできる。

【００４６】・ 蒸気タービン２４から排気された排ガ
スはその大半が水蒸気である。この排ガスは水回収部２
８へと送られ、ここで水冷又は空冷されることにより、
水として回収されている。そして、回収された水は水加
熱処理装置２０へと送られ、高圧ガス又は高圧蒸気を発
生させるための原料として利用されている。このため、
蒸気タービン２４から排気された排ガスを有効利用する
ことにより、発電システムを構成する装置全体における
水の使用量を抑えることができる。

【００４７】・ 当該発電システムにより、混合ガスの
生成から混合ガスを利用した発電までの処理は、排ガス
処理を含め、外部への有毒物、有毒ガス等の排出を抑
え、１つのシステム内で行うことができるクローズドシ
ステムを構成することができる。このため、発電を高効
率で行うことができるとともに、外部へ有毒物、有毒ガ
ス等を出すことのない、いわゆるゼロ・エミッションを
達成することができる。

【００４８】なお、本実施形態は、次のように変更して
具体化することも可能である。 ・ 例えば、図５に示すように、ガス供給経路１５の途
中にバルブ３０を設け、同バルブ３０からガス供給経路
１５を２つに分岐し、分岐されたそれぞれをガスタービ
ン１２と蒸気タービン２４に接続してもよい。そして、
必要に応じてバルブ３０が水加熱処理装置２０で発生し
た高圧ガス又は高圧蒸気をガスタービン１２に、低圧上
記を蒸気タービン２４に切り換えて供給するように構成
してもよい。この場合、例えば昼間時等のように大量の
電気が必用な場合には水加熱処理装置２０から高圧ガス
又は高圧蒸気がバルブ３０を介してガスタービン１２に
供給され、発電機１４で発電が行われる。また、夜間時
等のように少量の電気しか必用としない場合には、水加
熱処理装置２０から高圧蒸気がバルブ３０を介して蒸気
タービン２４に供給され、第２発電機２６で発電が行わ
れる。そして、電気の必要量に応じてバルブ３０を切り
換え、ガスタービン１２又は蒸気タービン２４のいずれ
かを回転させることにより、混合ガス、高圧ガス及び高
圧蒸気の無駄な使用を抑え、効率よく利用することがで
きる。

【００４９】・ 混合ガス生成装置１１に２つの水加熱
処理装置２０を接続し、各水加熱処理装置２０にガスタ
ービン１２及び蒸気タービン２４をそれぞれ接続しても
よい。そして、一方の水加熱処理装置２０では高圧ガス
又は高圧蒸気を発生させてガスタービン１２を回転さ
せ、他方の水加熱処理装置２０では低圧蒸気を発生させ
て蒸気タービン２４を回転させて合計２基の発電機で発
電を行うように構成してもよい。また、必要に応じてい
ずれか一方の水加熱処理装置２０を休止し、ガスタービ
ン１２又は蒸気タービン２４による発電を休止させても
よい。このように構成した場合、必要に応じてガスター
ビン１２及び蒸気タービン２４のうち少なくとも一方を
回転させることにより、混合ガス、高圧ガス及び高圧蒸
気の無駄な使用を抑え、効率よく利用することができ
る。

【００５０】・ 第１実施形態において、熱エネルギー
利用設備として、第２実施形態で挙げた熱交換器を設
け、同熱交換器で蒸気を発生させるように構成してもよ
い。さらに、当該熱交換器で発生した蒸気により蒸気タ
ービンを回転させ、発電を行うように構成してもよい。
また、第２実施形態において、熱交換器２１に代えて、
第１実施形態で挙げたような熱エネルギー利用設備を設
けてもよい。

【００５１】・ 第２実施形態において、熱交換器２１
で得られた蒸気を、例えば菜園、娯楽施設等の暖房設
備、工業用のドライヤー、銭湯、サウナ等の浴場等のよ
うな蒸気利用設備に供給するように構成してもよい。

【００５２】・ 第２実施形態において、水加熱処理装
置２０で高圧蒸気を発生させるとともに、同水加熱処理
装置２０にはガス供給経路１５を介して蒸気タービンを
接続し、水加熱処理装置２０から供給された高圧蒸気で
蒸気タービンを回転させて発電を行ってもよい。この場
合、蒸気タービンの強度を維持可能な程度であれば、水
加熱処理装置２０で発生させた高圧蒸気により蒸気ター
ビンを回転させてもよい。このように構成すれば、例え
ば一般家庭等のようにそれほど大量に電気を必用としな
い用途で使用する発電システムにおいて、発電システム
を構成する装置全体の構成を簡易なものとすることがで
きる。

【００５３】・ 例えば、第２実施形態の発電システム
において、熱交換器２１に代えて従来公知の構成のボイ
ラ装置を設け、同ボイラ装置で廃ガスの熱エネルギーを
利用してボイラ水を加熱し、低圧蒸気を得るように構成
してもよい。

【００５４】・ 各実施形態においてガスタービン１２
を高圧蒸気で回転させる場合、ガスタービン１２から排
気される排ガスを第２実施形態で示した水回収部２８に
送り、空冷又は水冷することで排ガス中から水を回収す
るように構成してもよい。

【００５５】・ 第２実施形態で示した水加熱処理装置
２０は、水の加熱温度を調整することにより高圧ガス及
び高圧蒸気以外に水蒸気及び温水を発生させることも可
能である。このため、例えば電気が必要とされず、発電
機１４及び第２発電機２６が休止状態のとき、水加熱処
理装置２０から前に挙げた蒸気利用設備に水蒸気を供給
したり、あるいは菜園、銭湯等に温水を供給したり等し
てもよい。

【００５６】さらに、前記実施形態より把握できる技術
的思想について以下に記載する。 （１） 前記熱エネルギー利用設備を熱交換器とし、被
対象物を水とし、排ガスの熱エネルギーを利用して熱交
換器で水を加熱し、蒸気を発生させるとともに、同蒸気
を供給することにより回転される蒸気タービンと、当該
蒸気タービンに回転軸を介して連結され、蒸気タービン
により駆動されて発電を行う第２の発電機とを備え、前
記発電機及び当該第２の発電機の２つで発電を行うこと
を特徴とする請求項４に記載の発電システム。このよう
に構成した場合、排ガスを熱エネルギーとして有効利用
することにより、混合ガスの使用量を増加させずとも、
発電効率を向上させることができる。

【００５７】（２） 前記水加熱処理で低圧蒸気を発生
させるとともに、同低圧蒸気を供給することにより回転
される蒸気タービンと、当該蒸気タービンに回転軸を介
して連結され、蒸気タービンの回転により駆動されて発
電を行う第２の発電機とを備え、前記発電機及び当該第
２の発電機のうち少なくとも一方で発電を行うことを特
徴とする請求項２、請求項４又は請求項５に記載の発電
システム。このように構成した場合、電気の必要量に応
じて発電機又は第２の発電機のみで発電を行ったり、又
は発電機及び第２の発電機の２基で発電を行ったりする
ことにより、混合ガスの使用量を増加させずとも、発電
効率を向上させることができる。

【００５８】（３） 前記混合ガスは水素ガス及び酸素
ガスをモル比で２：１となるように混合したものである
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記
載の発電システム。このように構成した場合、混合ガス
が燃焼後には水蒸気となるため、環境公害を誘発する物
質の発生を抑えることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、次のような効果を奏する。請求項１、請求項２又は
請求項３に記載の発明によれば、装置全体の大型化を抑
えつつ、高温度の燃焼熱で効率よく発電を行うことがで
きる。

【００６０】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
又は請求項２に記載の発明の効果に加えて、混合ガスを
燃焼することによって得られる熱エネルギーを無駄な
く、有効に活用することができる。

【００６１】請求項５に記載の発明によれば、請求項３
に記載の発明の効果に加えて、排ガスを有効利用して水
の使用量を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態の発電システムを示すブロック
図。

【図２】 混合ガス生成装置を示す平面図。

【図３】 第２実施形態の発電システムを示すブロック
図。

【図４】 （ａ）は水加熱処理装置を示す正断面図、
（ｂ）は水加熱処理装置を示す平断面図。

【図５】 別形態の発電システムを示すブロック図。

【符号の説明】

１１…混合ガス生成装置、１２…ガスタービン、１３…
回転軸、１４…発電機、１５…ガス供給経路、１６…圧
縮機、１７…熱媒体供給経路、１８…熱エネルギー利用
設備、２０…水加熱処理装置、２４…蒸気タービン、２
８…水回収部、２８ａ…水回収経路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を電気分解することにより水素ガス及
   び酸素ガスよりなる混合ガスを生成するための混合ガス
   生成装置と、 当該混合ガス生成装置にガス供給経路を介して接続さ
   れ、混合ガス生成装置から供給される混合ガスを圧縮し
   て高圧ガスとするための圧縮機と、 当該圧縮機からガス供給経路を介して圧入される高圧ガ
   スを燃料として燃焼させることにより回転されるガスタ
   ービンと、 当該ガスタービンに回転軸を介して連結され、ガスター
   ビンの回転により駆動されて発電を行う発電機とを備え
   ることを特徴とする発電システム。
2. 【請求項２】 水を電気分解することにより水素ガス及
   び酸素ガスよりなる混合ガスを生成するための混合ガス
   生成装置と、 当該混合ガス生成装置にガス供給経路を介して接続さ
   れ、ガス供給経路を介して供給された混合ガスを燃焼さ
   せたときに生ずる燃焼熱で水を加熱し、熱分解又は蒸発
   させることによって高圧ガス又は高圧蒸気を発生させる
   ための水加熱処理装置と、 当該水加熱処理装置で発生した高圧ガス又は高圧蒸気を
   供給することにより回転されるガスタービンと、 当該ガスタービンに回転軸を介して連結され、ガスター
   ビンの回転により駆動されて発電を行う発電機とを備え
   ることを特徴とする発電システム。
3. 【請求項３】 水を電気分解することにより水素ガス及
   び酸素ガスよりなる混合ガスを生成するための混合ガス
   生成装置と、 当該混合ガス生成装置にガス供給経路を介して接続さ
   れ、ガス供給経路を介して供給された混合ガスを燃焼さ
   せたときに生ずる燃焼熱で水を加熱し、蒸発させること
   によって低圧蒸気を発生させるための水加熱処理装置
   と、 当該水加熱処理装置で発生した低圧蒸気を供給すること
   により回転される蒸気タービンと、 当該蒸気タービンに回転軸を介して連結され、蒸気ター
   ビンの回転により駆動されて発電を行う発電機とを備え
   ることを特徴とする発電システム。
4. 【請求項４】 外部より供給された熱エネルギーを利用
   して内部に収容された被対象物を加熱又は燃焼するため
   の熱エネルギー利用設備を備え、同熱エネルギー利用設
   備と前記ガスタービンとの間を熱媒体供給経路で接続
   し、ガスタービンから排気される排ガスを熱媒体供給経
   路を介して熱エネルギー利用設備に供給し、この排ガス
   を被対象物を加熱又は燃焼させるための熱エネルギーと
   して利用することを特徴とする請求項１又は請求項２に
   記載の発電システム。
5. 【請求項５】 前記蒸気タービンから排気される排ガス
   を冷却して排ガス中から水を回収するための水回収部を
   備え、同水回収部と水加熱処理装置との間を水回収経路
   で接続し、水回収部で回収された水を水回収経路を介し
   て水加熱処理装置に供給することを特徴とする請求項３
   に記載の発電システム。