JP2009074718A - 内燃式ガスタービン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加水分解反応の利用を十分に図った内燃式ガスタービン装置を得る。
【解決手段】加水分解反応をする金属体８及び水が供給され加水分解反応がされる燃焼室２と、燃焼室２からの高温ガスにより回転されるタービンブレード２０を有する回転機２２とを備えている。また、回転機２２からの排気中から加水分解反応による酸化金属体を回収する回収器３４を設けると共に、回転機２２からの排気中から加水分解反応による水素を回収する水素回収器４２を設けた。金属体８は、マグネシウム粉末に水を成形助剤として添加した成形体で、タービンブレード２０に非酸化物セラミックを用いた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反応金属と水との加水分解反応による高温ガスにより回転機を回転し、酸化金属を回収する内燃式ガスタービン装置に関する。

従来より、特許文献１にあるように、反応容器内にナトリウム、カリウム、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、亜鉛等の金属元素と水とを供給して、加水分解反応を生成させ、水素ガスを回収する装置が提案されている。

また、この装置では、金属元素の酸化物または水酸化物をレーザ還元して金属元素を再生する際、還元するレーザに太陽光励起レーザを使用して、金属元素を再生利用することが提案されている。
特開２００７−１４５６８６号公報

しかしながら、こうした従来の装置では、加水分解反応による水素を回収して、水素による発電等を行っているが、加水分解反応による反応熱は利用することなく、破棄されており、加水分解反応を十分に利用していないという問題があった。

本発明の課題は、加水分解反応の利用を十分に図った内燃式ガスタービン装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
加水分解反応をする金属体及び水が供給され加水分解反応がされる燃焼室と、
該燃焼室からの高温ガスにより回転されるタービンブレードを有する回転機と、
前記回転機からの排気中から前記加水分解反応による酸化金属体を回収する回収器とを備えたことを特徴とする内燃式ガスタービン装置がそれである。

前記金属体は、マグネシウム粉末に水を成形助剤として添加した成形体であってもよい。また、前記タービンブレードに非酸化物セラミックを用いてもよい。更に、前記回転機からの排気中から前記加水分解反応による水素を回収する水素回収器を備えた構成としてもよい。あるいは、前記回転機は軸流式であってもよい。

本発明の内燃式ガスタービン装置は、金属体と水との加水分解反応による高温ガスにより回転機を回転させて、回転エネルギーとして加水分解反応の反応熱を利用するので、加水分解反応の利用を十分に図ることができるという効果を奏する。

マグネシウム粉末に水を成形助剤として添加した成形体からなる金属体を用いることにより、大きな表面積を確保でき、加水分解反応を促進できる。また、タービンブレードに非酸化物セラミックを用いることにより、排気中に酸化金属体が含まれていても、タービンブレードの摩耗を低減できる。更に、回転機からの排気中から水素を回収することにより、容易に水素を回収できる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は装置本体で、装置本体１は中空状に形成されており、燃焼室２と燃焼室２に連通したタービン室４とが設けられている。燃焼室２には、供給孔６を介して金属体８が供給されるように構成されている。金属体８には、加水分解反応をする金属が用いられ、本実施形態では、金属体８にはマグネシウムが用いられている。マグネシウムの加水分解反応は、下記式で示すように発熱を伴う。尚、金属体８としては、他にナトリウム、カリウム、アルミニウム、カルシウム、亜鉛等を用いてもよい。

Ｍｇ＋Ｈ₂Ｏ → ＭｇＯ＋Ｈ₂＋８６ｋｃａｌ
また、金属体８には、マグネシウム粉末に水を成形助剤として添加した成形体を用いるとよい。金属体８は連続した棒状の成形体に限らず、ペレット状に形成した成形体でもよい。

装置本体１には、燃焼室２に水を噴射する噴射ノズル１０が複数設けられており、噴射ノズル１０から燃焼室２に水を噴霧状にして噴射、あるいは、水を水蒸気として噴射するように構成されている。

また、装置本体１には燃焼室２内に挿入された始動補助器１２が設けられており、始動補助器１２は始動時に燃焼室２内を加熱して始動を補助するもので、例えば、グロープラグ等を用いてもよく、あるいは、始動補助器１２と金属体８との間に電圧を印加して、始動補助器１２と金属体８との間でアーク放電を発生させて加熱すると共に、金属体８を溶融するようにしてもよい。始動時に噴射ノズル１０から水に代えて空気を供給して、金属体８を燃焼させて加熱してから、噴射ノズル１０から水を噴射するようにしてもよい。

燃焼室２からタービン室４にわたって回転軸１４が設けられ、回転軸１４は装置本体１を貫通して配置されており、装置本体１に軸受１６，１８を介して回転可能に支持されている。

タービン室４内の回転軸１４にはタービンブレード２０が取り付けられており、タービンブレード２０は螺旋状に形成されたスクリュー型であり、装置本体１、回転軸１４、軸受１６，１８、タービンブレード２０により軸流式のタービン回転機２２が形成されている。タービンブレード２０は、非酸化物セラミックにより形成、あるいは、非酸化セラミックにより被覆されて形成されている。

装置本体１には、タービン室４に連通した複数の排気口２４が回転軸１４の廻りに形成されており、排気口２４に接続する排気管２６が装置本体１に取り付けられている。燃焼室２で生成された高温ガスは、タービン室４を回転軸１４の軸方向にそって通り排気口２４から排気管２６に排出される。その際、タービン室４内のタービンブレード２０を介して回転軸１４を回転させる。装置本体１から突出した回転軸１４の端は、発電機２８の回転軸３０の端に接続されている。

排気管２６は、熱交換器３２に接続されており、熱交換器３２は排気と冷却水との間で熱交換を行い、排気を冷却するものである。その際、排気温度を１００度以下に冷却すると、排気中の水蒸気が液体としての水になり、排気の体積が大きく減少する。

熱交換器３２と回収器３４とが排気管３６により接続されており、熱交換器３２により冷却された排出物が排気管３６を通って回収器３４に供給される。熱交換器３２からの排出物には、水素ガス、水蒸気、水、酸化金属体が含まれている。

回収器３４は、熱交換器３２からの排気から酸化金属体、本実施形態では、酸化マグネシウムを回収するもので、排出物をフィルタ３８により濾過して回収し、水や水蒸気を排出する。また、回収器３４内で、水素ガスを分離して、回収管４０を介して水素回収器４２に供給する。本実施形態では、水素回収器４２には水素吸蔵合金が収納されており、回収した水素を貯蔵する。尚、水素回収器４２に代えて、燃料電池を接続して、水素と酸素とにより直接発電するようにしてもよい。

次に、前述した本実施形態の内燃式ガスタービン装置の作動について説明する。
まず、始動補助器１２により燃焼室２内を、金属体８と水とによる加水分解反応が継続して発生するように加熱する。そして、金属体８を燃焼室２内に供給すると共に、噴射ノズル１０から水を噴射して加水分解反応を生成させる。その際、噴射ノズル１０から噴射する水量は、加水分解反応に必要な水量よりも多い量とするとよい。

加熱分解反応により、水素ガスが発生すると共に、加水分解反応で余った水が発熱により加熱されて水蒸気が発生する。この水素ガスと水蒸気との高温ガスがタービン室４に供給され、高温ガスによりタービンブレード２０を介して回転軸１４が回転される。よって、発電機２８が回転駆動されて、発電機２８から電力が供給される。よって、金属体８と水との加水分解反応による高温ガスにより回転機２２を回転させて、加水分解反応の反応熱を回転エネルギーとして利用することができる。

高温ガス中には加水分解反応により酸化金属体が含まれているが、タービンブレード２０には非酸化物セラミックが用いられているので、タービンブレード２０の摩耗を低減できる。

タービン室４を通った排気は、排気管２６から熱交換器３２に排出される。熱交換器３２では、排気を１００度以下に冷却して水蒸気を流体としての水に復水して、回収器３４に排出する。熱交換器３２での熱交換により暖められた冷却水は暖房等の熱源、あるいは温水として使用すればよい。

回収器３４では、排気中の水素を分離して回収管４０を介して水素回収器４２に貯蔵する。熱交換器３２から回収器３４に排出される排出物は、主に、水素ガス、水、酸化金属体であるので、容易に水素ガスを分離できる。

水素ガスを分離すると共に、水と酸化金属体とをフィルタ３８に通して濾過することにより、水と酸化金属体とを容易に分離でき、酸化金属体を回収できる。水は、再び噴射ノズル１０から噴射するようにすればよい。

回収した酸化金属体は、太陽光励起レーザを使用してレーザ還元し、金属体８として再生する。この金属体８を再び燃焼室２に供給する。これにより、金属体８を消費することなく、太陽エネルギーを電気エネルギー等として取り出すことができる。

酸化金属体は固体、例えば、微粉体状であるので、運搬が容易であり、太陽エネルギーを豊富に得られる場所、例えば、砂漠等に運搬して、太陽光励起レーザを使用してレーザ還元する。還元した金属体８を消費地に運搬すれば、運搬に伴うエネルギー消費を小さくでき、電力と異なり、かなり遠くの遠隔地への運搬も容易である。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

本発明の一実施形態としての内燃式ガスタービン装置の概略構成図である。

符号の説明

１…装置本体 ２…燃焼室
４…タービン室 ６…供給孔
８…金属体 １０…噴射ノズル
１２…始動補助器 １４…回転軸
２０…タービンブレード
２２…回転機 ２４…排気口
２８…発電機 ３２…熱交換器
３４…回収器 ３８…フィルタ
４２…水素回収器

Claims (5)

1. 加水分解反応をする金属体及び水が供給され加水分解反応がされる燃焼室と、
   該燃焼室からの高温ガスにより回転されるタービンブレードを有する回転機と、
   前記回転機からの排気中から前記加水分解反応による酸化金属体を回収する回収器とを備えたことを特徴とする内燃式ガスタービン装置。
2. 前記金属体は、マグネシウム粉末に水を成形助剤として添加した成形体であることを特徴とする請求項１に記載の内燃式ガスタービン装置。
3. 前記タービンブレードに非酸化物セラミックを用いたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の内燃式ガスタービン装置。
4. 前記回転機からの排気中から前記加水分解反応による水素を回収する水素回収器を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃式ガスタービン装置。
5. 前記回転機は軸流式であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の内燃式ガスタービン装置。

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