JP2008095673A - 温水熱発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、温水熱（１００℃未満）を利用し発電する方法並びにその装置に関する物で、従来は発電熱源として利用が困難であった１００℃未満の温排水、発熱機器の冷却水、温泉熱などを利用し、効率よく発電を行い、エネルギー有効活用と、温暖化等を防止し、地球環境保全に貢献する技術と装置である。
【解決手段】基本的には従来の発電方式と同様に蒸気圧を利用し蒸気タービン発電機を回転させ発電を行う原理は同じであるが、高温高圧の作動環境を全く正反対の、完全密閉構造による低温真空減圧環境にて運転作動を行う事が特長で、全ての目的に合う事をつきとめ、これにより課題を解決する事が出来た。
【選択図】図１

Description

この発明は、温水熱（１００℃未満）を利用し発電する方法並びにその装置に関する物で、発電熱源として利用が困難であった１００℃未満の温排水、発熱機器の冷却水、温泉熱などを利用し、効率よく発電を行い、エネルギー有効活用と、温暖化等を防止し、地球環境保全に貢献する技術である。

火力発電は発電効率を上げる為に、ボイラーにて高温高圧の蒸気を発生させ、更にその蒸気を急速冷却凝縮化することで、蒸気圧に膨大な差圧を発生させ、その圧力差を利用し蒸気タービン発電機を回転させ、発電を行っている。

その為、熱そのものは結果論から言って発電に対して媒体にしか過ぎず、ボイラーにおいて発生したエネルギー全てが、冷却水として捨てられているのみである。

熱源は原子力、太陽熱などを除く全てが化石燃料であり、地球環境上、資源消費とそれに伴う二酸化炭素や有害排気物質の排出から逃れられず、更には温排水による環境悪化、温暖化を加速している。
それでも他に適切な解決手段が無い為、使用しているのが現状である。

本発明者は、その欠点をなくし、発電熱源として利用が困難であった１００℃未満の温排水、発熱機器の冷却水、温泉熱などを利用し、効率よく発電を行い、エネルギー有効活用と、温暖化等を防止し、地球環境保全に貢献する方法。

また、従来の火力発電所は高温高圧の蒸気を使用することで設備が膨大となり、維持運営にも危険が伴い、特定の地域、場所にしか設備設置が困難であったのを、より安全より簡単に運転並びに設備設置を可能とする方法。
以上並びにその装置を開発する為に研究を重ねた。

基本的には従来の発電方式と同様に蒸気圧を利用し蒸気タービン発電機を回転させ発電を行う原理は同じである。

しかし本発明は、高温高圧の作動環境を全く正反対の、完全密閉構造による低温真空減圧環境にて運転作動を行う事で、全ての目的に合う事をつきとめ発明を完成する事が出来た。

本発明により温水熱（１００℃未満）を利用し発電する事が簡単に可能となり、当然燃焼装置なども全く不要で、本体も圧力容器ではなく、爆発等の危険も無く、圧力容器などに関する法令的にも該当しない。

更に本発明装置内に充填の熱媒体は水のみで、安全性が高い。

このため、例えば庭先のような場所にでもより安全、より簡単に設備設置出来、運転操作も無人運転が可能となった。

よって、温水熱源さえ確保できれば小規模な工場、温泉旅館から大規模工場、火力発電所、原子力発電所などまで、あらゆる所に設備設置、使用が可能である。

しかも、根本的にエネルギーとしての熱を消費しないので、本発明装置を運転する為に追加の熱源、動力などを格別必要とせず、発電した分の電力が丸々利得となる。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る装置の基本的な系統図である。

本発明を実施するために、減圧圧力容器２個を用い、１個を加熱蒸発容器とし、他を冷却凝縮容器とする。

加熱蒸発容器の内部底面には熱交換パイプ等を取り付け、水を容器体積の半分位に充填しておく。

冷却凝縮容器の内面上部にも熱交換パイプ等を取り付ける。

冷却凝縮容器の底面に配管を接続し、気水分離器、凝縮水ポンプ、逆流防止弁の順で直列に取り付け、加熱蒸発容器の底面に配管接続を行う。

加熱蒸発容器の上面に配管を取り付け、蒸気タービンに接続し、蒸気タービンより冷却凝縮容器の上面に配管を接続する。
更に、加熱蒸発容器の上面配管には大気開放逆流防止弁を取り付け、冷却凝縮容器の上面配管には逆流防止弁と真空抽気ポンプを直列に取り付ける。

これにより、大気開放逆流防止弁と真空抽気ポンプの開放先以外は全て密閉構造となる。
大気開放逆流防止弁は容器内の圧力が大気圧を超えさせない為の安全装置であり、常に容器内を真空減圧（大気圧以下）に保つ為に真空抽気ポンプを使用するが、構造的に密閉構造さえ保たれていれば、それの連続運転の必要は無い。

これにより密閉構造内を真空状態に保つ事で、充填水は０℃以上でその水温の飽和蒸気圧まで蒸発するので、内部は充填水及びその水の飽和蒸気が充満状態となる。

この状態で冷却凝縮容器の内面上部熱交換パイプ等に外部より冷却水を流す事で水の飽和蒸気が凝縮化し、体積の急速縮小により加熱蒸発容器より冷却凝縮容器へ向け蒸気タービンを経由し、飽和蒸気が流れ込み、その体積移動により蒸気タービンを回転させ発電を行う。

加熱蒸発容器の内部底面熱交換パイプ等に外部より温水を流す事で充填水が加熱され蒸発が活発になり、冷却凝縮容器への蒸気流入移動が急加速され、それに比例して発電量も増加する。

冷却凝縮容器の底面には凝縮水が蓄積してくるので、気水分離器で凝縮水を分離し、凝縮水ポンプにて加熱蒸発容器へ戻し、容器内の充填水量を定位に保つ。

入力温水熱と冷却水熱の差温によりこの動作が繰返され、発電が得られる仕組みである。

入力温水熱が１００℃未満である限り、密閉構造内は大気圧以下であり、蒸気タービンや真空抽気ポンプ、凝縮水ポンプ等の機械的磨耗以外の消耗などは基本的に有り得ない。

また、発電機で発電した電気は電力整流整合器等にて一般商用電力として混用が出来、余剰電力は電力会社などへの売却も可能となる。

発明者の実証実験によると、入力温水温度と冷却水温度の差温が１０℃以上有ると充分機能するので、単に温排水利用に止まらず、逆に１次熱を本発明装置の入力熱（１００℃未満が前提）とし、冷却水を熱負荷に利用する事で、発電量は熱負荷に左右されるが、従前通り温水を利用出来、得られた電力量のみが完全なる利得となると言う、夢のような発明品である。

とにかく、本発明装置は構造も簡単で安全性が高く、運転操作や保守作業なども労を要せず、装置規模も利用規模に合わせいかようにも可能である。

本発明装置は排熱などを利用した発電装置に止まらず、各種熱機器などにも応用が可能である。

例えば加熱蒸発容器の熱交換パイプ等の代わりにボイラー構造とし、バーナー等により燃焼加熱する事で冷却凝縮容器の熱交換パイプ等から温水を取り出すことが出来、発電をしながら真空式温水ボイラーとしても使用可能である。

また、同様に構造を変化させる事で、発電をしながら吸収式冷凍機としても使用可能である。

ただし、いずれもバーナー等により加熱加温する場合は、加熱蒸発容器内充填水の温度制御が必要で、絶対に１００℃未満に保たなければならない。

本発明は直接熱エネルギーを消費しないので、いずれの場合でも、得られた電力量のみが完全なる利得となると言う、夢のような発明品である。

本発明装置を設置運用する上では繰返しとなるが、「直接熱エネルギーを消費」しないので、熱源より冷却熱源まで、ちょうど同一水系による水力発電のように、直列に何段でも並べる事が、理論上可能であり、同じ熱源を段階的に使用も可能であることも特徴の一つである。

本発明の実施の形態に係る装置の基本的な系統図である。

符号の説明

ａ 減圧圧力容器１（加熱蒸発容器）
ｂ 減圧圧力容器２（冷却凝縮容器）
ｃ 熱交換器１
ｄ 熱交換器２
ｅ 凝縮水ポンプ
ｆ 気水分離器
ｇ 逆流防止弁
ｈ 大気開放逆流防止弁
ｉ 蒸気タービン
ｊ 真空抽気ポンプ
ｋ 発電機
ｌ 整流整合器
ｍ 熱媒水
ｎ 凝縮水
ｏ 熱源水入口
ｐ 熱源水出口
ｑ 冷却水入口
ｒ 冷却水出口
ｓ 電力出力
イ、ロ、ハ、ニ、ホ、ヘ 作動順系統説明

Claims (1)

1. 温水熱（１００℃未満）を利用し発電する方法並びにその装置。

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