JP2013007319A - Power generation system using novel energy - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子力、火力、水力等の既存エネルギーに替わる、
水素及び酸素の新エネルギーを利用した発電方法、及びそれを利用した発電装置に関する。
The present invention replaces existing energy such as nuclear power, thermal power, and hydropower.
The present invention relates to a power generation method using new energy of hydrogen and oxygen, and a power generation apparatus using the power generation method.
従来、実用化されている発電方法を、種類別で見ると、原子力発電、火力発電、水力発電、風力発電、太陽光発電が主であり、その比率は、原子力３５％、火力５０％、水力９％、太陽光 ０．２％、風力０．１ ％、その他（地熱等） ０．２％程度となっている。
前記種類以外のエネルギーを利用した発電方法としては、燃料電池、地熱発電があり、その他近年考えられている方法として、水素及び酸素を用いた方法がある（特願平１０−８１５６４等）。その中で、水素燃焼エネルギーを利用して、タービン発電機を回転させて発電を行う、水素燃焼タービン発電が知られている（特開平１１−９３６２１）。
The power generation methods that have been put into practical use by type are mainly nuclear power generation, thermal power generation, hydroelectric power generation, wind power generation, and solar power generation, with the ratio of nuclear power 35%, thermal power 50%, and hydropower. 9%, sunlight 0.2%, wind power 0.1%, other (geothermal, etc.) 0.2%.
Examples of power generation methods that use energy other than the above types include fuel cells and geothermal power generation, and other methods that have been considered in recent years include methods using hydrogen and oxygen (Japanese Patent Application No. 10-81564, etc.). Among them, hydrogen combustion turbine power generation is known in which hydrogen combustion energy is used to generate power by rotating a turbine generator (Japanese Patent Laid-Open No. 11-93621).
原子力発電は、ウラン２３５の、核分裂連鎖反応による物理的エネルギーを利用して、水を沸騰させた際に生じる蒸気により、タービンを回転させて、発電を行うものである。 In the nuclear power generation, the physical energy of uranium 235 by the fission chain reaction is used to generate power by rotating the turbine with steam generated when water is boiled.
火力発電は、石油、石炭、ＬＮＧ等の化石燃料を燃焼させた際に生じる熱により水を沸騰させ、その際に生じる蒸気により、タービン回転させて、発電を行うものである。 In thermal power generation, water is boiled by heat generated when fossil fuels such as petroleum, coal, and LNG are burned, and power is generated by rotating a turbine with steam generated at that time.
水力発電は、滝やダムなどの自然界や人工建設物に存在する水が、重力により落下する際のエネルギーを利用して、発電用水車を回転させて、発電を行うものである。 Hydroelectric power generation is to generate electricity by rotating a water turbine for power generation by using the energy when water existing in the natural world such as waterfalls and dams and artificial construction falls due to gravity.
風力発電は、風車を設置し、自然界で生じる風力により発電用風車を回転させて、発電を行うものである。 In wind power generation, a windmill is installed, and power generation is performed by rotating the windmill for power generation using wind power generated in nature.
太陽光発電は、太陽光熱を利用した太陽電池を利用し、太陽光のエネルギーを直接的に電力に変換する発電方式である。 Photovoltaic power generation is a power generation method that uses solar cells that use solar heat to directly convert solar energy into electric power.
地熱発電は、火山等の熱を利用し、地下より吹き上がってくる蒸気により、タービンを回転させて、発電を行うものである。 In geothermal power generation, heat is generated from a volcano or the like, and power is generated by rotating a turbine with steam blown up underground.
燃料電池は、水素及び酸素の化学反応により、電力を発生させるものである。 A fuel cell generates electric power through a chemical reaction between hydrogen and oxygen.
又、水素燃焼タービン発電は、水素と酸素を燃焼させて、高温の燃焼ガス（高温の水蒸気）を発生し、その高温蒸気をタービンに供給し、タービンを回転させ、発電機を回転させることにより、発電するようにしたものである。
In addition, hydrogen combustion turbine power generation involves burning hydrogen and oxygen to generate high-temperature combustion gas (high-temperature steam), supplying the high-temperature steam to the turbine, rotating the turbine, and rotating the generator. , Which is designed to generate electricity.
従来の発電所における発電方法は、原子力発電の場合は、ウラン２３５の、核分裂連鎖反応による物理的エネルギーを利用して、水を沸騰させた際に生じる蒸気によりタービン回転させて発電を行うものであり、核分裂時に発生する物質に、強い放射能を有し、放射性廃棄物を発生するため、再処理工場での処理や、その後地下３００メートル以上の深い地層に処分することが、必要となり、多大な処理費用がかかっていた。
又、自然災害等発生し、電力が供給不可能となった時は、タービンを回転させた後の蒸気を、冷却することが出来なくなるため、２０１１年３月に発生した東日本大震災の如く、炉心融解が発生し、その結果、大規模な放射能汚染等が起こり、近隣地域の住民の生活や、人体に莫大な悪影響を与えるという問題が生じる。
又、出力１００キロワットの原子力発電所を、１年間運転するのに必要な、核分裂に使用する原料であるウランは、２１トンであり、ウランは、現在確認されている可採年数が、残り５３年であり、原料が枯渇した場合、原子力を利用しての発電は不可能となる。
更に、原子力を利用して発電を行う際には、前記の如く、タービンを回した後の蒸気を水に戻す為に、冷却水が必要であり、日本の場合は大きな河川が存在しない為、冷却水に海水を使用することから、必然的に立地条件としては内陸では建設できず、海岸沿いでの建設となるのに加え、海岸沿いの岩盤が強固である必要があり、建設候補地に念入りな事前調査が必要となり、莫大なコストがかかってしまう。
原子力発電における、１キロワット当たりの発電コストは、５．９円であり、前記実用化されている発電方法の中では、最も安価である。
但し、原子力発電のコストが安価であるのは、原料であるウラン２３５の価格が低位で安定しているためであり、建設コストや、放射性廃棄物の処理費用等を考慮すると、安価であるとは言い難い。
In the case of nuclear power generation, the conventional power generation method in the case of nuclear power generation uses the physical energy of uranium 235 by the fission chain reaction to generate power by rotating the turbine with steam generated when water is boiled. There is a strong radioactivity in the material generated during nuclear fission, and radioactive waste is generated. Therefore, it is necessary to process in a reprocessing plant and then dispose of it in a deep formation over 300 meters underground. Processing costs.
In addition, when a natural disaster or the like occurs and power cannot be supplied, the steam after rotating the turbine cannot be cooled. As a result of the Great East Japan Earthquake that occurred in March 2011, the core Melting occurs, and as a result, large-scale radioactive contamination and the like occur, and there is a problem that it has a huge adverse effect on the lives of local residents and the human body.
Moreover, 21 tons of uranium, which is the raw material used for nuclear fission, required to operate a nuclear power plant with an output of 100 kilowatts for one year, uranium has the remaining 53 years that are currently confirmed. If the raw material is exhausted, power generation using nuclear power becomes impossible.
Furthermore, when generating electricity using nuclear power, as described above, cooling water is required to return the steam after turning the turbine to water, and in Japan there is no large river, Since seawater is used for the cooling water, it is inevitably necessary to construct inland as a location condition. In addition to the construction along the coast, the coastal bedrock must be solid, Careful pre-study is required, and enormous costs are required.
In nuclear power generation, the power generation cost per kilowatt is 5.9 yen, which is the cheapest of the power generation methods in practical use.
However, the cost of nuclear power generation is low because the price of uranium 235, which is a raw material, is low and stable. Considering the construction cost, the cost of processing radioactive waste, etc., it is cheap. Is hard to say.
火力発電は石油、石炭、ＬＮＧ等の化石燃料を燃焼させ、水を沸騰させた際に生じる蒸気によりタービン回転させて、発電を行うものであり、廃棄物に硫黄酸化物、窒素酸化物、二酸化炭素を排出するため、環境汚染、地球温暖化を悪化させてしまうという問題がある。
事故発生時には、大規模な火災、爆発となり、周辺住民に莫大な悪影響を与える。
出力１００キロワットの火力発電所を、１年間運転するのに必要な燃料は、石炭なら２３６万トン、石油なら１３１万トン、天然ガスなら９７万トンであり、これらの化石燃料は、現在より４０〜５０年程度で枯渇すると言われており、実際に枯渇した際には、火力での発電は不可能となる。
火力発電所の立地条件としては、原子力と同様、海岸沿い且つ、岩盤が強固であることが求められる。
火力発電における１キロワット当たりの発電コストは、６．４円であり、前記実用化されている発電方法の中では、原子力に次いで安価である。
Thermal power generation generates electricity by burning fossil fuels such as petroleum, coal, and LNG and rotating the turbine with steam generated when water is boiled. Since carbon is emitted, there is a problem that environmental pollution and global warming are exacerbated.
In the event of an accident, a large-scale fire or explosion will have a huge negative impact on the surrounding residents.
The fuel required to operate a thermal power plant with an output of 100 kW for one year is 2.36 million tons for coal, 1.31 million tons for oil, and 970,000 tons for natural gas. It is said that it will be depleted in about 50 years, and when it is actually depleted, power generation with thermal power becomes impossible.
As for the location of thermal power plants, as with nuclear power, it is required that the rocks be strong along the coast.
The power generation cost per kilowatt in thermal power generation is 6.4 yen, and among the power generation methods in practical use, it is the second cheapest after nuclear power.
水力発電は、廃棄物を発生せず、又、エネルギー枯渇も現在のところ考えられないが、発電能力が、天候等の自然環境に大きく影響され易く、電力供給が不安定となる上、
立地条件が厳しく求められ、巨大な滝や、ダムの近辺でのみ、建設が可能であり、それらの自然環境に恵まれていない日本のような国では、建設可能な場所が少なく、有効な発電方法とはならない。
水力発電における、１キロワット当たりの発電コストは、１３．６円であり、前記実用化されている発電方法の中では、高価な部類となり、原子力発電の２倍となっている。
Hydropower does not generate waste, and energy depletion is not considered at present, but power generation capacity is easily affected by the natural environment such as the weather, and power supply becomes unstable.
In countries such as Japan where construction is possible only in the vicinity of huge waterfalls and dams where location conditions are strictly demanded and they are not blessed with their natural environment, there are few places where construction is possible and effective power generation methods. It will not be.
In hydroelectric power generation, the power generation cost per kilowatt is 13.6 yen, which is an expensive category among the power generation methods in practical use, which is twice that of nuclear power generation.
風力発電も、水力発電と同様、廃棄物を発生しない為、環境破壊はせず、又、エネルギーの枯渇も考えられないが、発電能力が、天候に大きく影響され、電力供給が不安定となる上、
広大な敷地が必要である等の立地条件が厳しく求められ、これも日本のように国土の狭い国では、建設可能な場所が少ない。
風力発電における１キロワット当たりの発電コストは１０〜２４円で、前記３方法と比較して非常に高価であり、現実に実施されている比率も低く、有効な方法であるとは言い難い。
Wind power generation, like hydroelectric power generation, does not generate waste, so it does not destroy the environment and energy depletion is not expected, but power generation capacity is greatly affected by the weather and power supply becomes unstable. Up,
Location requirements such as the need for a vast site are strictly demanded. This is also a small country like Japan, where there are few places that can be constructed.
The power generation cost per kilowatt in wind power generation is 10 to 24 yen, which is very expensive compared with the above three methods, and the ratio actually implemented is low, so it is difficult to say that this is an effective method.
太陽光発電や地熱発電は、有害な廃棄物を発生せず、環境には非常に優しいということが言えるが、実施例が少なく、コストが割高であり、発電方式全体から見ると、現在のところは、大きな効果を得られているとは言えない。
水素燃焼タービン発電は、水素と酸素を燃焼させて高温の燃焼ガス（高温の水蒸気）を発生し、その高温蒸気をタービンに供給して発電するようにしたものであるが、実稼働させるうえで、稼動初期の水蒸気温度があまりにも高温であるため、タービンの強度が不足であるという事や、水の電気分解に消費する電力量が多すぎる等、解決されていない問題点が多く、実用化には至っていない。
It can be said that solar power generation and geothermal power generation do not generate harmful waste and are very friendly to the environment, but there are few examples and the cost is high. Can not be said to have a great effect.
Hydrogen-fired turbine power generation is the one that generates high-temperature combustion gas (high-temperature steam) by burning hydrogen and oxygen, and supplies the high-temperature steam to the turbine for power generation. Since the water vapor temperature at the initial stage of operation is too high, there are many unsolved problems such as insufficient turbine strength and too much power consumed for water electrolysis. It has not reached.
本発明者は、前記課題を解決するため、水を電気分解することにより、水素及び酸素を精製し、それらが結合する際の燃焼エネルギーに着目し、
本発明では、水槽中に陽極板及び陰極板を備えた水素及び酸素発生装置、及び、該水素及び酸素発生装置より収集した水素と酸素を結合させることにより、燃焼エネルギーを発生させる燃焼室、及び蒸気タービン、及び該蒸気タービンにより回転する発電機を具備したタービン建屋を備えた発電方法であり、前記蒸気タービンは、前記燃焼室で発生した、燃焼エネルギーを受けることにより回転し、前記水素及び酸素発生装置は、夜間電力又は、太陽光発電、風力発電により発生した交流電源を直流に変換し、前記水槽中に備えられた極板を介して水槽中の水に電圧を印加することにより、電気分解を行い、水素及び酸素を精製し、該水素及び酸素は、前記水槽上で水上置換方式により収集し、前記水素と酸素の結合時に生じる水は、前記水槽に還元し、再利用することとした。
このようにすることにより、有害な廃棄物を一切発生せず、災害時にも影響されることなく、安定して電力の供給が行えるのに加え、立地条件を選ばず、更に発電コストを安価に抑えることが可能となる。
In order to solve the above problems, the present inventor purifies hydrogen and oxygen by electrolyzing water, and pays attention to combustion energy when they are combined,
In the present invention, a hydrogen and oxygen generator provided with an anode plate and a cathode plate in a water tank, a combustion chamber for generating combustion energy by combining hydrogen and oxygen collected from the hydrogen and oxygen generator, and A power generation method including a steam turbine and a turbine building including a generator rotating by the steam turbine, the steam turbine rotating by receiving combustion energy generated in the combustion chamber, and the hydrogen and oxygen The generator converts electric power generated by nighttime power, solar power generation, or wind power generation into direct current, and applies voltage to the water in the water tank through an electrode plate provided in the water tank, And hydrogen and oxygen are collected by the water replacement method on the water tank, and the water generated when the hydrogen and oxygen are combined is the water. Reduced to, it was decided to re-use.
In this way, no harmful waste is generated, and it is possible to supply power stably without being affected by a disaster. It becomes possible to suppress.
又、前記水素と酸素の結合の際の混合比率は２：１であることを特徴としている。
このようにすることにより、水素及び酸素の燃焼エネルギーを、発電に最大限生かすことが可能となる。
In addition, the mixing ratio of the hydrogen and oxygen is 2: 1.
By doing so, it becomes possible to make the most of the combustion energy of hydrogen and oxygen for power generation.
前記水素と酸素の混合比率は、混合比率決定手段により決定することを特徴としている。
このようにすることにより、燃焼室の様々な状態の変化に対応し、最適な比率での混合が可能となり、その結果、水素及び酸素の燃焼エネルギーを、発電に最大限生かすことができる。
The mixing ratio of hydrogen and oxygen is determined by a mixing ratio determining unit.
By doing so, it becomes possible to cope with changes in various states of the combustion chamber and to mix at an optimum ratio, and as a result, the combustion energy of hydrogen and oxygen can be utilized to the maximum in power generation.
電気分解に使用する前記水槽中に収入された水は、電気分解促進剤を含むことを特徴としている。
このようにすることにより、少ない電力消費で、効率の良い電気分解を行うことができる。
The water earned in the water tank used for electrolysis contains an electrolysis accelerator.
By doing in this way, efficient electrolysis can be performed with little power consumption.
前記電気分解時に印加する電圧は、５Ｖ以上９Ｖ以下であることを特徴としている。
このようにすることにより、水の電気分解を確実に行うことができる。
The voltage applied during the electrolysis is 5 V or more and 9 V or less.
By doing in this way, water electrolysis can be performed reliably.
本発明において、燃焼室で水素及び酸素の結合の際に発生するのは、水のみであり、有害な廃棄物を発生しないので、環境汚染の心配が皆無であり、発生する水も、電気分解を行う水素及び酸素発生装置の水槽中に還元し、再利用することにより、水槽への水の供給量を少なくすることが出来る。
又、発電システム全体において、必要なエネルギーは、電気分解に必要な電力と水のみであり、災害時にも影響されず、発電を行うことができる。
又、電気分解を行う際に使用する水は、現在のところ、枯渇するということは考えられず、他の原料も使用しないことより、将来的に、この発電方法が不可能となるような事は考えられない。
更に、他の自然エネルギーが不要であるため、立地条件を選ばず、低コストで発電設備の建設が可能であり、発電コストも燃料を必要としない為、安価であるという点がメリットである。
In the present invention, only hydrogen is generated when hydrogen and oxygen are combined in the combustion chamber, and no harmful waste is generated. Therefore, there is no concern about environmental pollution, and the generated water is also electrolyzed. The amount of water supplied to the water tank can be reduced by reducing it into the water tank of the hydrogen and oxygen generator and performing reuse.
Further, in the entire power generation system, the necessary energy is only power and water necessary for electrolysis, and power generation can be performed without being affected by a disaster.
In addition, it is unlikely that the water used for electrolysis will be exhausted at present, and the use of other raw materials will make this power generation method impossible in the future. Is unthinkable.
Furthermore, since no other natural energy is required, it is possible to construct a power generation facility at a low cost regardless of the location conditions, and since the power generation cost does not require fuel, it is advantageous in that it is inexpensive.
本発明では、水素及び酸素を結合させ、蒸気を発生させる燃焼室より、タービン建屋に蒸気を送る、パイプを備え、
タービン建屋内に、タービンが蒸気により回転エネルギーを得る、所謂蒸気タービンを備えている。
In the present invention, a pipe that sends steam to a turbine building from a combustion chamber that combines hydrogen and oxygen and generates steam is provided,
In the turbine building, a so-called steam turbine is provided in which the turbine obtains rotational energy by steam.
タービン建屋内の発電機は、蒸気タービンが回転することにより駆動され、電磁誘導の法則を利用することにより電力へ変換する、タービン発電機である。
発電機は、原子力発電や火力発電のものと基本的には同様であるが、超電導発電機を採用すると、更に効率の良い発電が可能となる。
A generator in a turbine building is a turbine generator that is driven by the rotation of a steam turbine and converts it into electric power by using the law of electromagnetic induction.
The generator is basically the same as that of nuclear power generation or thermal power generation. However, if a superconducting generator is used, more efficient power generation is possible.
水素、酸素発生装置は、水槽に、陽極板および陰極板をそれぞれ１つ以上備え、更に水を給した状態とする。
極板の材質には、腐食等を考慮し、白金、又はチタン、ニッケル、ステンレスを使用することが望ましい。
水は、別途設けた水槽等に雨水や井戸水等を貯水し、ろ過したものを使用することが、望まれる。
水素、酸素発生装置は、水槽に、陽極板および陰極板をそれぞれ１つ以上備え、更に水を給した状態とする。
水槽は、腐食を防止することを考慮し、材質をチタン、セラミック製等のとすることが望ましい。
又、極板の材質には、腐食等を考慮し、白金、又はチタン、ニッケル、ステンレスを使用することが望ましい。
水は、別途設けた水槽等に雨水や井戸水等を貯水し、ろ過したものを使用することが、望まれる。
The hydrogen and oxygen generator is provided with at least one anode plate and one cathode plate in a water tank, and is further supplied with water.
In consideration of corrosion and the like, it is desirable to use platinum, titanium, nickel, or stainless steel as the electrode plate material.
It is desired that the water is stored in rainwater, well water, etc. in a separately provided tank or the like and filtered.
The hydrogen and oxygen generator is provided with at least one anode plate and one cathode plate in a water tank, and is further supplied with water.
The water tank is preferably made of titanium, ceramic or the like in consideration of preventing corrosion.
In addition, it is desirable to use platinum, titanium, nickel, or stainless steel as the electrode plate material in consideration of corrosion and the like.
It is desired that the water is stored in rainwater, well water, etc. in a separately provided tank or the like and filtered.
水を電気分解する際には、水槽中の水が、純水であると、通電しにくく、電気分解を効率良く行うことができない。従って、電気分解促進剤を入れることにより、通電しやすくなり、電気分解を促進することができる。
電気分解促進剤には、過酸化水素水が望ましいが、グリセロリン酸カルシウム、硫酸、水酸化ナトリウムの何れかを、濃度５％にして使用、又は、これらを複数混ぜ合わせて使用することも可能である。
電気分解を行う際の印加電圧は、純水の場合、理論電解電圧＝１．２２９であるため、最低限１．２２９以上が必要である。
電解電圧の下限は、電気分解促進剤の添加や、不純物の混入、電気分解実施の確実性等を考慮し、５Ｖ以上であることが望ましい。
電解電圧の上限は、１０Ｖ以上の電圧を印加しても、それ以上分解効率が上がることはないことより９Ｖ以下が好ましく、該電解電圧の範囲は、５Ｖ以上９Ｖ以下であることが好ましい。
When water is electrolyzed, if the water in the water tank is pure water, it is difficult to energize and electrolysis cannot be performed efficiently. Therefore, by adding an electrolysis accelerator, it becomes easy to energize, and electrolysis can be promoted.
The electrolysis accelerator is preferably hydrogen peroxide, but any of calcium glycerophosphate, sulfuric acid, and sodium hydroxide may be used at a concentration of 5%, or a mixture of these may be used. .
In the case of pure water, the applied voltage at the time of electrolysis is theoretical electrolytic voltage = 1.229.
The lower limit of the electrolysis voltage is preferably 5 V or more in consideration of addition of an electrolysis accelerator, mixing of impurities, reliability of electrolysis, and the like.
The upper limit of the electrolysis voltage is preferably 9 V or less because the decomposition efficiency does not increase even when a voltage of 10 V or more is applied, and the range of the electrolysis voltage is preferably 5 V or more and 9 V or less.
水を電気分解する際の電力の供給源は、基本的には、夜間電力を整流器により直流へ変換したものを
使用するものとする。夜間電力のコストは、昼間電力の３分の１程度であるため、安価に発電が可能となる。
又、災害時等の発電システムの安定化のため、太陽光発電で補助をすると良い。
電気分解の際には１０ＫＷの消費電力で１時間当たり３ｍ３の水素を得ることができる。
昼間は太陽光発電を利用し、深夜は夜間電力を利用しても良い。
又、更なる発電の安定化を図るため、風車を備え、風力発電で補助するのも良い。
太陽光発電及び、風力発電で補助するため、災害発生時にも発電を安定して行うことが出来る。
水を電気分解する際の電力の供給源は、基本的には、夜間電力を整流器により直流へ変換したものを
使用するものとする。夜間電力のコストは、昼間電力の３分の１程度であるため、安価に発電が可能となる。
又、災害時等の発電システムの安定化のため、太陽光発電で補助をすると良い。
電気分解の際には１０ＫＷの消費電力で１時間当たり３ｍ３の水素を得ることができる。
太陽光発電用のパネルは、タービン建屋等の壁面に、一定の角度を付けて設置することが望ましい。
該角度は、図４に示す通り、Ａ面は、夏季の太陽光を効果的に利用する為に（θ−２３．４）°で壁面を建て、ソーラーパネルを設置。
Ｂ面は、春秋の太陽光を利用する為に（θ）°で壁面を建て、ソーラーパネルを設置。
Ｃ面は、冬期の太陽光を効果的に利用する為に（θ＋２３．４）°で壁面を建て、ソーラーパネルを設置することにより
太陽光を効率よく電気に変換することが可能となる（θは発電所建屋の緯度。壁面の設置角度は、地面（水平面）に対する設置角度とする。）。
昼間は太陽光発電を利用し、深夜は夜間電力を利用しても良い。
又、更なる発電の安定化を図るため、風車を備え、風力発電で補助するのも良い。
風車は、タービン建屋等の発電所の屋上又は、敷地内に設置するものとすることで、前記電解電圧を得るには十分である。
太陽光発電及び、風力発電で補助するため、災害発生時にも発電を安定して行うことが出来る。
As a power supply source for electrolyzing water, a power source obtained by converting nighttime power into DC by a rectifier is basically used. Since the cost of nighttime power is about one third of that of daytime power, it is possible to generate power at low cost.
In addition, in order to stabilize the power generation system at the time of a disaster, it is better to assist with solar power generation.
In electrolysis, 3 m3 of hydrogen can be obtained per hour with a power consumption of 10 KW.
Solar power generation may be used during the daytime, and nighttime power may be used at midnight.
In order to further stabilize the power generation, a windmill may be provided and assisted by wind power generation.
Since it is supported by solar power generation and wind power generation, power generation can be performed stably even in the event of a disaster.
As a power supply source for electrolyzing water, a power source obtained by converting nighttime power into DC by a rectifier is basically used. Since the cost of nighttime power is about one third of that of daytime power, it is possible to generate power at low cost.
In addition, in order to stabilize the power generation system at the time of a disaster, it is better to assist with solar power generation.
In electrolysis, 3 m3 of hydrogen can be obtained per hour with a power consumption of 10 KW.
It is desirable to install a panel for photovoltaic power generation with a certain angle on the wall of a turbine building or the like.
As shown in FIG. 4, the A surface has a (θ−23.4) ° wall surface and a solar panel installed in order to effectively use sunlight in summer.
Side B is built with a wall at (θ) ° to use sunlight in spring and autumn, and a solar panel is installed.
In order to effectively use sunlight in winter, the C surface can be converted into electricity efficiently by building a wall surface at (θ + 23.4) ° and installing a solar panel (θ Is the latitude of the power plant building, and the installation angle of the wall is the installation angle with respect to the ground (horizontal plane).
Solar power generation may be used during the daytime, and nighttime power may be used at midnight.
In order to further stabilize the power generation, a windmill may be provided and assisted by wind power generation.
A windmill is sufficient to obtain the electrolytic voltage by being installed on the roof of a power plant such as a turbine building or on the site.
Since it is supported by solar power generation and wind power generation, power generation can be performed stably even in the event of a disaster.
電気分解を行うと、例えば水酸化ナトリウム溶液で分解を行った際は、陽極板側は
２ＯＨ− → Ｈ２Ｏ ＋ １／２Ｏ２↑ ＋ ２ｅ−
という変化が起こり、酸素が発生する。
陰極板側は、
２Ｈ２Ｏ ＋ ２ｅ− → Ｈ２↑ ＋ ２ＯＨ−
という変化が起こり、水素を発生する。
発生した水素及び酸素は、水中にパイプを挿入した、水上置換方式により収集を行うことにより、純度の高い気体を得ることができる。
又、発電を必要時にのみ、行うため、水素及び酸素の一時保管貯蔵庫を備えることが望ましい。
When electrolysis is performed, for example, when the decomposition is performed with a sodium hydroxide solution, the anode plate side is 2OH− → H2O + 1 / 2O2 ↑ + 2e−.
This happens and oxygen is generated.
The cathode plate side
2H2O + 2e- → H2 ↑ + 2OH-
A change occurs, and hydrogen is generated.
The generated hydrogen and oxygen can be collected by a water replacement method in which a pipe is inserted in water to obtain a high-purity gas.
It is also desirable to have a temporary storage store for hydrogen and oxygen in order to generate power only when necessary.
次に、収集した水素及び酸素を、結合し、燃焼させる。
この時に、水素及び酸素は、
２Ｈ２ ＋ Ｏ２→ ２Ｈ２Ｏ
という変化となり、水蒸気を発生する。
結合の際に必要な水素と酸素の比率は、２０℃、１気圧において、水素２に対し酸素１の比率である爆鳴気であることが、必要である。
混合比率決定手段により水素及び酸素の比率を、前記比率に決定した後、着火する。
混合比率決定手段は、一時保管貯蔵庫に貯蔵された、水素及び酸素の濃度を、水素濃度検出機、酸素濃度検出器で検出、燃焼室温度を温度測定器により測定し、水素圧送ノズル、及び酸素圧送ノズルへ圧送されるそれぞれの気体流量を、流量計にて計測し、それぞれの結果を混合比制御装置に伝え、該制御装置により最適な供給量を演算により決定し、圧送ポンプにより前記水素圧送ノズル及び酸素圧送ノズルより燃焼室内に、供給したものに、着火装置にて着火を行う。
The collected hydrogen and oxygen are then combined and burned.
At this time, hydrogen and oxygen are
2H2 + O2 → 2H2O
The water vapor is generated.
The ratio of hydrogen and oxygen required for the bonding needs to be explosive gas having a ratio of oxygen 1 to hydrogen 2 at 20 ° C. and 1 atm.
After the mixing ratio determining means determines the ratio of hydrogen and oxygen to the above ratio, ignition is performed.
The mixing ratio determining means detects the concentration of hydrogen and oxygen stored in the temporary storage storage with a hydrogen concentration detector and an oxygen concentration detector, measures the combustion chamber temperature with a temperature measuring device, a hydrogen pressure feed nozzle, and an oxygen The flow rate of each gas fed to the pressure feed nozzle is measured by a flow meter, the result of each is transmitted to the mixing ratio control device, the optimum supply amount is determined by calculation by the control device, and the hydrogen pressure feed is sent by the pressure feed pump. The fuel supplied from the nozzle and the oxygen pressure feed nozzle to the combustion chamber is ignited by an ignition device.
混合比の制御方法としては、公知技術である水素燃焼タービン発電の問題点である、稼働初期における、３０００℃を超える高温に、蒸気タービン強度が耐えられないという問題点を解消するため、稼働初期は水素の含有比率を下げ、燃焼室温度が上昇してから、水素の含有比率を上げる等、燃焼室の温度、気圧、結合後の蒸気の温度可能性を考慮し、水素及び酸素の供給量を演算により決定する。
着火装置の方式は、レーザーアブレーション着火方式、燃焼用ノズル、点火プラグ等により行うことが望ましい。
タービン発電では、蒸気の温度が高温となる方が、蒸気タービンを回転させる圧力が強くなる為、より大容量の発電機を回転させることができる。
水素と酸素の燃焼時に発生する水は、燃焼室下部の、水収集用孔より、酸素還元パイプにより、電気分解装置の水槽へ送り、水槽の手前でろ過し、電気分解用に再利用する。
この際に、有害物質は一切発生しない。
As a method for controlling the mixing ratio, in order to eliminate the problem that the steam turbine strength cannot withstand a high temperature exceeding 3000 ° C. at the initial stage of operation, which is a problem of hydrogen combustion turbine power generation that is a known technique, The supply amount of hydrogen and oxygen in consideration of the temperature of the combustion chamber, the atmospheric pressure, the temperature of the combined steam, such as increasing the hydrogen content ratio after decreasing the hydrogen content ratio and raising the combustion chamber temperature Is determined by calculation.
It is desirable that the ignition device system is a laser ablation ignition system, a combustion nozzle, a spark plug, or the like.
In turbine power generation, the higher the steam temperature, the stronger the pressure for rotating the steam turbine, so that a larger capacity generator can be rotated.
Water generated during the combustion of hydrogen and oxygen is sent to the water tank of the electrolyzer from the water collection hole at the bottom of the combustion chamber through the oxygen reduction pipe, filtered in front of the water tank, and reused for electrolysis.
At this time, no harmful substances are generated.
水素及び酸素の結合後に生じる蒸気温度は、１７００℃であり、原子力発電の蒸気温度２８４℃、火力発電の蒸気温度６００℃を遥かに上回るため、発電機の回転数は、原子力発電の１５００ｒｐｍ、火力発電の３０００ｒｐｍ、を大きく上回るものが期待でき、又、発電容量の大きな発電機を回転させることが可能となり、この温度域で定常運転を行った際のタービン発電機により発電可能な電力は、原子力発電及び火力発電より、効率の良い発電が可能となる。
The steam temperature generated after the combination of hydrogen and oxygen is 1700 ° C., which is much higher than the steam temperature of nuclear power generation 284 ° C. and the steam temperature of thermal power generation 600 ° C. Therefore, the rotational speed of the generator is 1500 rpm It can be expected to greatly exceed the power generation of 3000 rpm, and a generator having a large power generation capacity can be rotated. The electric power that can be generated by the turbine generator during steady operation in this temperature range is More efficient power generation than power generation and thermal power generation is possible.
大型の発電施設の他、家庭用中小型発電機、自動車用小型発電機等に、応用が可能である。
In addition to large-scale power generation facilities, it can be applied to small and medium generators for home use and small generators for automobiles.
１ａ 太陽光発電システム
１ｂ 風力発電システム
２ 水素及び酸素発生装置 水槽
３ａ 水素及び酸素発生装置 陽極板
３ｂ 水素及び酸素発生装置 陰極板
４ 水素及び酸素発生装置 水（電気分解促進剤を含む）
５ａ 水上置換方式 水素用パイプ
５ｂ 水上置換方式 酸素用パイプ
６ａ 水素一時保管貯蔵庫
６ｂ 酸素一時保管貯蔵庫
７ａ 水素濃度検出器
７ｂ 酸素濃度検出器
８ａ 水素送り用パイプ
８ｂ 酸素送り用パイプ
９ａ 水素圧送用ポンプ
９ｂ 酸素圧送用ポンプ
１０ａ 水素圧送ノズル（流量計付）
１０ｂ 酸素圧送ノズル（流量計付）
１１ 燃焼室
１２ 着火装置
１３ 温度検出装置
１４ 混合比制御装置
１５ 蒸気送りパイプ
１６ タービン建屋
１７ 酸素還元パイプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Solar power generation system 1b Wind power generation system 2 Hydrogen and oxygen generator Water tank 3a Hydrogen and oxygen generator Anode plate 3b Hydrogen and oxygen generator Cathode plate 4 Hydrogen and oxygen generator Water (including electrolysis accelerator)
5a Water replacement method Hydrogen pipe 5b Water replacement method Oxygen pipe 6a Hydrogen temporary storage storage 6b Oxygen temporary storage storage 7a Hydrogen concentration detector 7b Oxygen concentration detector 8a Hydrogen feed pipe 8b Oxygen feed pipe 9a Hydrogen pressure feed pump 9b Oxygen pump 10a Hydrogen pump nozzle (with flow meter)
10b Oxygen pressure nozzle (with flow meter)
11 Combustion chamber 12 Ignition device 13 Temperature detection device
14 Mixing ratio control device 15 Steam feed pipe 16 Turbine building 17 Oxygen reduction pipe
Claims (5)
A hydrogen and oxygen generator having an anode plate and a cathode plate in a water tank, a combustion chamber for generating combustion energy by combining hydrogen and oxygen collected from the hydrogen and oxygen generator, and a steam turbine; and A power generation method including a turbine building including a generator rotated by the steam turbine, wherein the steam turbine is rotated by receiving combustion energy generated in the combustion chamber, and the hydrogen and oxygen generators are Electrolysis is performed by converting alternating current power generated by nighttime power, solar power generation, or wind power generation into direct current, and applying voltage to the water in the water tank through the electrode plate provided in the water tank. The hydrogen and oxygen are purified, and the hydrogen and oxygen are collected on the water tank by a water replacement method, and the water generated when the hydrogen and oxygen are combined is reduced to the water tank. Power generation method and power generator utilizing new energy, characterized in that reuse
The power generation method and power generation apparatus using new energy, wherein the mixing ratio at the time of bonding of hydrogen and oxygen is a ratio of oxygen 1 to hydrogen 2
The water injected into the water tank used for electrolysis contains an electrolysis accelerator, and the power generation method and power generation apparatus using new energy according to claim 1 or 2
The power generation method and power generation apparatus using new energy according to claim 1, wherein a voltage applied to the electrode plate during the electrolysis is 5 V or more and 9 V or less.
The electrolysis accelerator is a hydrogen peroxide solution, or any one of calcium glycerophosphate, sulfuric acid, and sodium hydroxide is used at a concentration of 5%, or a mixture of a plurality of these is used. A power generation method and a power generation apparatus using the new energy according to claim 1.
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