JP4147562B1 - Power generation system - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料資源に起因する問題を起こさずに、従来の発電システムによるのと同等程度以上の電力エネルギを効率よく取り出すこと
【解決手段】炭酸ガス産出装置81と、非燃焼型発電装置82と、炭酸ガス産出装置より排出された炭酸ガス35を液化する1次炭酸ガス製造装置83と、2次炭酸ガス製造装置90と、1次炭酸ガス製造装置と2次炭酸ガス製造装置とが接続された炭酸ガスエンジン1とからなり、2次炭酸ガス製造装置90は、冷却部57と、炭酸ガス圧縮部69a,69bと、炭酸ガス貯溜タンク73とからなり、上記各部を連結して炭酸ガスが循環する循環回路34を構成し、非燃焼型発電装置82は電力を1次炭酸ガス製造装置及び2次炭酸ガス製造装置に供給し、炭酸ガスエンジン1は高圧状態で供給される炭酸ガス35aの体積膨張により作動するエンジンからなり、これにより発電する。
【選択図】図1Efficiently extracting power energy equivalent to or higher than that of a conventional power generation system without causing a problem caused by fuel resources. A carbon dioxide generating device 81, a non-combustion power generation device 82, The primary carbon dioxide production device 83, the secondary carbon dioxide production device 90, the primary carbon dioxide production device, and the secondary carbon dioxide production device that liquefy the carbon dioxide 35 discharged from the carbon dioxide production device are connected. The secondary carbon dioxide production apparatus 90 comprises a cooling unit 57, carbon dioxide compression units 69a and 69b, and a carbon dioxide storage tank 73. The above-mentioned parts are connected to generate carbon dioxide. The circulating circuit 34 is circulated, the non-combustion type power generation device 82 supplies electric power to the primary carbon dioxide production device and the secondary carbon dioxide production device, and the carbon dioxide engine 1 is supplied with carbon dioxide supplied in a high pressure state. It consists engines operating by the volume expansion of the scan 35a, thereby generating electricity.
[Selection] Figure 1
Description
本願発明は発電システムに関し、とくに炭酸ガスの物理的性状を最大限に活用した、燃料の燃焼を伴わずにエネルギを取り出す炭酸ガスエンジンを用いた発電システムに関する。 The present invention relates to a power generation system, and more particularly to a power generation system using a carbon dioxide engine that takes advantage of the physical properties of carbon dioxide to extract energy without burning fuel.
電力エネルギは現代生活を支えており、その消費電力量は増加する一方である。現代における発電は主として石油等の化石燃料を燃焼する火力発電が中心である。 Electric power energy supports modern life, and its power consumption is increasing. Modern power generation is mainly thermal power generation that burns fossil fuels such as oil.
このため、石油資源の枯渇が懸念されており、また燃焼の結果排出される排気ガスによる公害問題や炭酸ガスの増大による地球温暖化問題を惹起している。 For this reason, there is a concern about the exhaustion of petroleum resources, and it causes pollution problems due to exhaust gas discharged as a result of combustion and global warming problems due to an increase in carbon dioxide gas.
これらを解消すべく、クリーンエネルギとして水素の利用が注目されているが、取扱いが至難のため、開発に行き詰まっているのが現状である。 In order to solve these problems, the use of hydrogen as a clean energy has been attracting attention.
このようにエネルギー源の確保が重要である反面、炭酸ガスの増大による弊害とくに地球温暖化問題が指摘されている。日本の炭酸ガス排出量は全世界の5%を占めると言われ、毎年約38100万トンもの膨大な量の炭酸ガスが大気中に排出されている。このうち約3割が発電等のエネルギ転換部門が占めている。このような憂慮すべき状態にあるにもかかわらず、世界経済の活発化・発展途上国の発展等により、京都議定書の如き政治的制約を尻目に炭酸ガスの排出は一層増大すると言われ、その有効利用はおろか増大防止を阻止できないでいる。とくに現代生活を支える電力エネルギは炭酸ガスを大量に発生させる石油等の化石燃料を燃焼する火力発電が中心であるため、上記憂慮は深刻である。 While securing an energy source is important in this way, adverse effects caused by the increase in carbon dioxide, especially the problem of global warming, have been pointed out. Japan's carbon dioxide emissions are said to account for 5% of the world, and an enormous amount of carbon dioxide of about 381 million tons is released into the atmosphere every year. About 30% of this is occupied by energy conversion departments such as power generation. Despite this alarming situation, CO2 emissions are said to increase further due to political constraints such as the Kyoto Protocol due to the global economic revitalization and the development of developing countries. The effective use as well as the prevention of increase cannot be prevented. In particular, the above-mentioned concerns are serious because electric power energy that supports modern life is mainly thermal power generation that burns fossil fuels such as oil that generate a large amount of carbon dioxide.
本願発明はこのような背景の下に、提唱される全く新しい画期的な発電システムである。 The present invention is a completely new and innovative power generation system proposed under such a background.
本願発明に関し、先行技術文献の調査をしたが、有効な特許文献を発見することができなかった。強いて挙げるとすれば出願人の特許出願に係る次の特許文献である。
本願発明は燃料の燃焼を可及的に減少し発電エネルギを取り出すことにより上記欠点を解消する全く新しい画期的な発電システムを提案する。 The present invention proposes a completely new and innovative power generation system that eliminates the above drawbacks by reducing the combustion of fuel as much as possible and taking out the power generation energy.
つまり本願発明の目的は、燃料資源に起因する問題を可及的に減少させてエネルギ源を確保することであり、従来の発電システムによるのと同等程度以上の電力エネルギを効率よく取り出すことができる発電システムを供することである。また電力エネルギの確保と両立が困難であった炭酸ガスの増加を防止することであり、かかる両立が困難な問題を一挙に解決しひいては温暖化現象の防止に寄与することである。 In other words, an object of the present invention is to reduce the problems caused by fuel resources as much as possible to secure an energy source, and to efficiently extract power energy equivalent to or higher than that of a conventional power generation system. To provide a power generation system. Further, it is to prevent an increase in carbon dioxide gas, which has been difficult to ensure and ensure electric power energy, and to solve the problems that are difficult to achieve at the same time, thereby contributing to the prevention of global warming.
上記目的達成のため、本願発明による発電システムは、1次炭酸ガスを製造する1次炭酸ガス製造装置と、2次炭酸ガスを製造する2次炭酸ガス製造装置と、炭酸ガスエンジンと、炭酸ガスを副産物として排出する炭酸ガス産出装置と、非燃焼型発電装置とからなり、1次炭酸ガス製造装置と2次炭酸ガス製造装置とが炭酸ガスエンジンに接続され、
上記1次炭酸ガス製造装置は、炭酸ガス産出装置より排出された燃焼排出ガスを精製して取り出された炭酸ガスを液化する炭酸ガス液化プラントからなり、
上記2次炭酸ガス製造装置は、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて圧縮する炭酸ガス圧縮部と、上記炭酸ガス圧縮部より送給される炭酸ガスを貯溜するタンクとからなり、さらに上記炭酸ガスエンジンの排気口側の炭酸ガスの圧力を大気圧にする炭酸ガス常圧化手段を設けずに、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成し、
非燃焼型発電装置は炭酸ガスを圧縮するための電力を上記1次炭酸ガス製造装置及び上記2次炭酸ガス製造装置に供給し、
上記炭酸ガスエンジンは高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子を作動するエンジンからなり、上記炭酸ガスエンジンにより発電することを特徴とする。
また、請求項1記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス圧縮部が複数からなり、各炭酸ガス圧縮部が上記冷却部に接続されることを特徴とする。
また、請求項2記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス圧縮部は上記冷却部に直列接続されることを特徴とする。
また、請求項2記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス圧縮部は上記冷却部に並列接続されることを特徴とする。
また、請求項1記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンを作動させる炭酸ガスの供給は上記1次炭酸ガス製造装置又は上記2次炭酸ガス製造装置のいずれかよりなされることを特徴とする。
また、請求項1記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス産出装置が火力発電所であることを特徴とする。
また、請求項1記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス産出装置と上記1次炭酸ガス製造装置とはパイプラインにて接続することを特徴とする。
また、請求項1記載の発電システムにおいて、上記非燃焼型発電装置は上記1次炭酸ガス製造装置及び上記2次炭酸ガス製造装置に送電線にて接続することを特徴とする。
また、請求項1記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがロータリ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする。
また、請求項1記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがレシプロ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする。
また、請求項1記載の発電システムにおいて、上記1次炭酸ガス製造装置及び上記2次炭酸ガス製造装置が上記炭酸ガスエンジンに炭酸ガス備蓄工程部を介し接続されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a power generation system according to the present invention includes a primary carbon dioxide production device that produces primary carbon dioxide, a secondary carbon dioxide production device that produces secondary carbon dioxide, a carbon dioxide engine, and carbon dioxide. A carbon dioxide generating device that discharges as a by-product and a non-combustion type power generation device, and a primary carbon dioxide producing device and a secondary carbon dioxide producing device are connected to a carbon dioxide engine,
The primary carbon dioxide production apparatus comprises a carbon dioxide liquefaction plant that liquefies carbon dioxide extracted by purifying the combustion exhaust gas discharged from the carbon dioxide production apparatus,
The secondary carbon dioxide production apparatus includes a cooling unit that collects and cools the carbon dioxide discharged from the carbon dioxide engine, and a carbon dioxide compression that compresses the cooled carbon dioxide pumped from the cooling unit at a high pressure. And a tank for storing carbon dioxide supplied from the carbon dioxide compression section, and further provided with carbon dioxide normal pressure means for setting the pressure of the carbon dioxide gas on the exhaust port side of the carbon dioxide engine to atmospheric pressure. Without connecting each of the above parts by a pipe to constitute a circulation circuit in which carbon dioxide circulates,
The non-combustion power generator supplies power for compressing carbon dioxide to the primary carbon dioxide production apparatus and the secondary carbon dioxide production apparatus,
The carbon dioxide engine includes an engine that operates an actuator by a force caused by volume expansion when carbon dioxide supplied in a high pressure state becomes an atmospheric pressure, and the carbon dioxide engine generates electric power.
The power generation system according to
The power generation system according to
The power generation system according to
The power generation system according to
The power generation system according to
Further, in the power generation system according to
The power generation system according to
The power generation system according to
Further, in the power generation system according to
The power generation system according to
本願発明は炭酸ガスの有する3つの優れた物理的性状、即ち、ガスの不活性、常温液化性及び高度の体積膨張性を利用し、高圧状態で内室に供給された炭酸ガスが常圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動させ、これにより発生するエネルギを取り出す。よって、燃料の燃焼を伴わずにエネルギを取り出すから、燃料資源に起因する問題、即ち、資源の枯渇や排気ガスによる公害問題を惹起することがない。よって完全なクリーンエネルギである。 The present invention utilizes three excellent physical properties of carbon dioxide, that is, gas inertness, room temperature liquefaction and high volume expansion, so that carbon dioxide supplied to the inner chamber at high pressure is at normal pressure. The actuator is driven by the force due to the volume expansion at the time, and the energy generated thereby is taken out. Therefore, since energy is extracted without fuel combustion, problems caused by fuel resources, that is, resource depletion and pollution problems caused by exhaust gas are not caused. Therefore, it is completely clean energy.
上記エネルギの取出しにおいて、循環回路を構成することにより排出された炭酸ガスを回収して再利用するから、エネルギ効率を非常に増大することができる。 In the extraction of the energy, the carbon dioxide gas discharged by configuring the circulation circuit is recovered and reused, so that the energy efficiency can be greatly increased.
また、炭酸ガスを用いるものの炭酸ガスを生じることがないので、現在以上の炭酸ガスの増加を防止することができ、温暖化現象の防止に寄与することができる。 Further, although carbon dioxide is used, carbon dioxide is not generated, so that an increase in carbon dioxide more than the current amount can be prevented, which can contribute to prevention of a warming phenomenon.
エネルギ源は資源枯渇のおそれがない炭酸ガスであり、しかも取り出されるエネルギには従来の発電システムによるのと同等程度以上であるから、エネルギの実行性も担保される。 Since the energy source is carbon dioxide gas with no fear of resource depletion, and the extracted energy is equal to or higher than that of the conventional power generation system, the energy performance is also ensured.
次に、実施の形態を示す図面に基づき本願発明による発電システムをさらに詳しく説明する。なお、便宜上同一の機能を奏する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。 Next, the power generation system according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings showing embodiments. For convenience, portions having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
1は出力の大なる大規模の炭酸ガスエンジンであり、気化後の高圧状態で供給される炭酸ガス35aの体積膨張による力により作動子を駆動せしめる。炭酸ガスエンジン1は具体的には、図4、図6及び図7に例示するロータリ型炭酸ガスエンジン又は図9に例示するレシプロ型炭酸ガスエンジンである。前者の場合作動子はロータ105、126であり、後者の場合作動子はピストン7である。
炭酸ガスエンジン1の詳細は後述する。上記炭酸ガスエンジン1には圧料となる炭酸ガス35aが1次炭酸ガス製造装置83又は2次炭酸ガス製造装置90から供給される。
Details of the
81は、炭酸ガスを副産物として大量に排出する炭酸ガス産出装置、82は排出された炭酸ガスを圧縮乃至液化するための電力を供給する非燃焼型発電装置である。1次炭酸ガス製造装置83は1次炭酸ガスを製造する炭酸ガス液化プラントからなる。該1次炭酸ガス製造装置83は炭酸ガス産出装置81にパイプライン84にて接続され、また非燃焼型発電装置82に送電線85aにて接続される。炭酸ガス産出装置81としては、例えば図示の如き火力発電所、あるいは製鉄所等がある。非燃焼型発電装置82としては、例えば図示の如き原子力発電所、あるいは水力発電所がある。いずれも炭酸ガスを排出せず、かつ石油等の化石燃料を費消しない発電所である。上記1次炭酸ガス製造装置83としての炭酸ガス液化プラントは、炭酸ガス産出装置81より排出された炭酸ガスを含む燃焼排出ガスを精製して水素、酸素、窒素その他の不純物を除去し99.99%以上の高純度の炭酸ガスとする精製工程部83aと、該精製工程部から送給された精製炭酸ガスを高圧圧縮機により圧縮し凝縮水の分離をしさらに脱湿器を通して十分に水分を除去し乾燥後液化器により液化する圧縮液化工程部83bと、該炭酸ガスを低温、高圧にて貯蔵する貯蔵工程部83cとを具備する。なお、液化された1次炭酸ガスはタンク内において一部が気体状態となっている場合がある。この場合は液体の炭酸ガスはタンクの下部に、また気体の炭酸ガスはタンクの上部に存在する。炭酸ガスの圧縮液化に当たっては非燃焼型発電装置82で生産される電力を用いる。上記1次炭酸ガス製造装置83は上記炭酸ガスエンジン1にパイプ33aにより接続・供給される。
なお、火力発電所81から排出される副産物としての炭酸ガスのコストは現在実質上「0」円である。むしろ京都議定書の規制上、炭酸ガス処理のためのコスト、例えば地中貯留コスト、排出権取引コストの方がかかる時世となっている。
The cost of carbon dioxide gas as a by-product discharged from the
90は2次炭酸ガス製造装置であり、上記炭酸ガスエンジン1に圧料となる炭酸ガス35aを供給する供給経路34Aと、炭酸ガス35bを回収する回収経路34Bを閉回路に接続し、循環回路34を構成する。該2次炭酸ガス製造装置90は上記非燃焼型発電装置82に送電線85bにて接続され、後述の各部はその電力により作動する。
上記供給経路34Aは、具体的には、備蓄タンク31よりエンジンスロットル用の流量制御弁55を介してパイプ33b、33cにより炭酸ガスエンジン1の供給口13、107、117に接続される。
Specifically, the
上記回収経路34Bは、具体的には、炭酸ガスエンジン1の排出口11、109、119から噴出状態で排出される大気圧の炭酸ガス35bを回収する冷却部57と、大気圧の排出炭酸ガス35bよりエンジンオイル成分を分離するフィルタからなる分離部68と、圧縮機からなり該分離部68による上記分離処理を経た上記排出炭酸ガス35bが圧送される1次炭酸ガス圧縮部69aと、該1次炭酸ガス圧縮部69aにて加圧・圧縮され炭酸ガス35a’が送給され、送給されてくる上記炭酸ガス35a’を例えば−30℃の排気の気化熱等にて冷却する上記冷却部57と、圧縮機からなり上記冷却部57から送給されてくる上記炭酸ガス35a’をさらに加圧・圧縮する2次炭酸ガス圧縮部69bと、上記2次炭酸ガス圧縮部69bから送給されてくる炭酸ガス35aを貯溜する圧力容器からなる循環タンク73とからなる。上記炭酸ガスエンジン1と上記冷却部57とはパイプ33eにより、上記冷却部57と上記分離部68とはパイプ33gにより、上記分離部68と上記1次炭酸ガス圧縮部69aとはパイプ33hにより、上記1次炭酸ガス圧縮部69aと上記冷却部57とはパイプ33iにより、上記冷却部57と上記2次炭酸ガス圧縮部69bとはパイプ33kにより、上記2次炭酸ガス圧縮部69bと上記循環タンク73とはパイプ33mにより、さらに上記循環タンク73と備蓄タンク31とはパイプ33nにより、各連結されている。なお、上記パイプを総称するときは「パイプ33」と表わす。
Specifically, the
上記供給経路34Aと上記回収経路34Bとの接合部には上記した備蓄タンク31を設け、備蓄タンク31を介して両経路34A、34Bが上記炭酸ガスエンジン1に閉回路に接続され、循環回路34を構成する。また、上記備蓄タンク31には上記1次炭酸ガス製造装置83がパイプ33aにより接続されている。
The
上記冷却部57にはパイプ33r、33sにより逆止弁63及び大気乾燥装置65が接続されており、排出口11、109、119が「開」となったとき炭酸ガス35aが大気に触れることができるような構造となっている。炭酸ガスエンジン1から排出される炭酸ガス35bは大気圧になる際爆発的に膨張し噴出状態で排出されるので、この噴出力により上記排出炭酸ガス35bは上記冷却部57内に回収され、分離部68を介して1次炭酸ガス圧縮部69aまで圧送される。なお、上記分離部68には逆止弁75が設けられ、分離されたエンジンオイルが該逆止弁75を介して炭酸ガスエンジン1に戻される。
A
上記冷却部57は、ケーシング57aと該ケーシング57a内に幾重にも重なるように内蔵される復路のパイプ33jとからなる。該パイプ33jは前記パイプ33iと前記パイプ33kと連結される。往路のパイプ33eより流れてくる排出炭酸ガス35bは大気圧下に曝されると気化熱等により例えば−30℃と低温になるため、ケーシング57aには−30℃の排出炭酸ガス35bが充満している。ここに1次炭酸ガス圧縮部69aにてすべての量を圧縮処理しきれなかった炭酸ガス35a’が復路のパイプ33j中に流れてくる。よってかかる炭酸ガス35a’を上記−30℃の排出炭酸ガスの気化熱等により冷却するのである。この一次冷却ステップを経ることにより、次の2次炭酸ガス圧縮部69bによる炭酸ガス35bの圧縮のための負荷エネルギを小とすることが可能となる。
The cooling
この点をもう少し詳しく説明する。炭酸ガス圧縮部を構成する1次炭酸ガス圧縮部69a及び2次炭酸ガス圧縮部69bの構造はいずれも同様の圧縮機からなり、その羽根構造(図示省略)により流入する炭酸ガスの引張り込み(吸引)と流出する炭酸ガスの排出(圧送)をする。よって前機69aによる吸引と後機69bによる圧送とがセットとなって作用するので、両者の相乗作用により炭酸ガスの圧縮処理能力を炭酸ガスの量に応じて容易に増大させることができる。これが炭酸ガス圧縮部を複数とする実質的な理由である。
This point will be explained in more detail. The structure of the primary carbon
冷却部57には、高圧の炭酸ガス35aが常圧の炭酸ガス35bになって排出口119、109、11よりパイプ33eを経て回収されるのであるが、このとき冷却部57内に混入している大気は極く微量であるので、この大気が以降の炭酸ガス35a、35bの循環に混入していてもエンジン1の作動にとって実質上全く問題ないことが最近の実験で判明した。炭酸ガスは外界の空気より比重が大であり、かつ、この炭酸ガス35aが高圧状態で移動し排出口119より噴出する。このため膨張排出行程のとき排出口119付近の圧力不均衡部P0で炭酸ガス35aが大気圧になっても、同圧の外界の空気は内室103内に流入してこない。よって冷却部57に回収される大気圧となった炭酸ガス35bには冷却部57を経由した外界の空気が混入せず、以降の炭酸ガスの循環において空気が混入してこないためと考えられる。よって、空気の混入による実質上の弊害がないので、回収経路34Bに空気を放出するための単離装置を設けなくともよいのである。
The high-pressure
図3に本願発明による発電システムの2次炭酸ガス製造装置90の動作のステップを示す。エンジンスロットル用の流量制御弁55が「開」にされると(S1)、炭酸ガス35aはパイプ33c内より炭酸ガスエンジン1内に供給され、炭酸ガス35aの体積膨張による力により、炭酸ガスエンジン1が作動される(S2)。これにより発電機99(図1に示す)が作動する。
FIG. 3 shows the operation steps of the secondary carbon
炭酸ガスエンジン1から排出された炭酸ガス35bは爆発的に膨張した後排出され、冷却部57に回収される。冷却部57内には大気乾燥部65により水分が除去された大気が流入しており(S3〜S5)、これにより炭酸ガスエンジン1の排出口11、109、119が「開」となったとき炭酸ガス35aが大気に触れることができるようになっている。炭酸ガス35bは排出時の噴出力により冷却部57内を通って(S5)、1次炭酸ガス圧縮部69aに圧送される(S6)。なお、冷却部57から出た炭酸ガス35bは分離部68でオイルを分離されてから(S11)1次炭酸ガス圧縮部69aに圧送され、分離されたオイルは炭酸ガスエンジン1に戻される。該1次炭酸ガス圧縮部69aにて圧縮された炭酸ガス35a’は再び冷却部57に送給され、ここでケーシング57a内の排出炭酸ガス35bの低温と接触しその気化熱等により冷却される(S7)。冷却された炭酸ガス35a’は2次炭酸ガス圧縮部69bに送られ、ここで加圧され炭酸ガス35aとされる(S8)。次いでこの炭酸ガス35aはパイプ33mより循環タンク73に送られ、該循環タンク73に貯溜され(S9)、さらに備蓄タンク31を経て(S10)、上記した一連のステップが繰返され、エンジンが連続的に作動する。
The
炭酸ガスはパイプ33を通って開弁された供給口13、107、117より密室内に高圧状態35aで供給され、常圧状態で排出・回収される。炭酸ガス35につき、高圧状態の炭酸ガスを「35a」で表わし、常圧状態のものを「35b」で表わす。
Carbon dioxide gas is supplied into the closed chamber from the
上記1次炭酸ガス製造装置83は、炭酸ガスエンジン1を作動させるのに必要な炭酸ガスを効率的に獲得するため、火力発電所81に隣接して設ける。火力による発電1kwで発生する炭酸ガスの量は火力発電での排出量/火力発電量=35352万t/6818億kw=0.5185gであるから、例えば、150万kwhの火力発電所81では、0.5185g×150万kwh=778トンhの排出炭酸ガスが産出される。なお、上記数値「35352万t」は、平成18年8月環境省発表2004年の日本の炭酸ガス排出量中「エネルギー転換部門」の数値382百万トンより「事業用発電」の炭酸ガス排出量を推定したものであり、また「6818億kw」は平成18年の我が国の年間販売電力量であり、「150万kwh」は気体炭酸ガス1トンを圧縮液化する電力量である(日本産業ガス協会インタビュー)。
The primary carbon
「778トンh」の炭酸ガスを非燃焼型発電装置82により圧縮液化するには、150万kwh×778トンh=116700kwhの電力を要する。この「778トンh」の炭酸ガスは2次炭酸ガス製造装置90の循環サイクルにのったとき回収率を97%とすると、778トンh×97%≒754トンhであるので、炭酸ガス産出装置(81)1基分の発電に必要な炭酸ガスの量約10,000トンhを毎年の余剰炭酸ガスの量754トンhで補うとすれば、10,000トンh/754トンh≒13.2年となる。上記数値「10,000トンh」は気体炭酸ガス1トンを圧縮液化する電力量が「150万kwh」であることより得られる。
In order to liquefy “778 tons h” of carbon dioxide gas by the non-combustion type
よって、2次炭酸ガス製造装置90の循環サイクル中に失われるロス分を考慮しても14年位で炭酸ガス産出装置(81)1基分の発電に必要な炭酸ガスの量約10,000トンhを得ることができる。したがって、14年目以降は、2次炭酸ガス製造装置90の循環サイクル中に失われるロス分(3%程度)のみを補充していけば、火力による発電を上記炭酸ガスエンジン1により賄うことができ、炭酸ガスの増加を防止する。なお、14年目以降は炭酸ガスの産出抑制が全世界的に期待できるが、発電量を上回る炭酸ガスの産出がある場合は、その余剰炭酸ガスは緊急時のエネルギ備蓄分とすることができる。
Therefore, even if the loss lost during the circulation cycle of the secondary carbon
1次炭酸ガス製造装置83により得られる電力量は約「150万kwh」であり、2次炭酸ガス製造装置90により得られる電力量は約「147万kwh」であり、両者は略等しい数値である。よって若干のロスは生ずるが、インプットした電力をそのままアウトプットすることができる。
上記数値「150万kwh」は気体炭酸ガス1トンを圧縮液化する電力量である(日本産業ガス協会インタビュー)。また上記数値「147kw」は実験結果より炭酸ガス1トンを利用して得られる電力量である。この実験は本願発明による炭酸ガスエンジン1を炭酸ガス10kg×2分間作動させたとき得られた60馬力を1馬力=735wで換算し、さらにこれを1時間当たりに換算すると10kg×60/2分=44kwhとなるので、炭酸ガス1トン当たりでは上記数値「147kwh」が得られる。
The amount of electric power obtained by the primary carbon
The above-mentioned numerical value “1.5 million kwh” is the amount of electric power for compressing and liquefying 1 ton of gaseous carbon dioxide (Interview of Japan Industrial Gas Association) The numerical value “147 kw” is the amount of electric power obtained by using 1 ton of carbon dioxide gas from the experimental results. In this experiment, 60 horsepower obtained when the
上記した「エネルギー転換部門」の数値382百万トンは2004年の日本の炭酸ガス排出量の29.7%であるから(前記環境省発表)、炭酸ガスの他の排出源、例えば産業部門389百万トン(30.3%)、運輸部門254百万トン(19.8%)、業務その他部門106百万トン(8.2%)、家庭部門65百万トン(5.0%)、工業プロセス53百万トン(4.1%)、廃棄物36百万トン(2.8%)を効率良く集収して利用することができれば、上記「14年」の数値を短縮することができる。
なお、この炭酸ガスを備蓄する14年の間、上記炭酸ガスエンジン1は、147kw×778トンh=114366kwhの発電をすることになる。
Since the value of 382 million tons of the “energy conversion sector” mentioned above is 29.7% of Japan's carbon dioxide emissions in 2004 (announced by the Ministry of the Environment), other sources of carbon dioxide, such as the industrial sector 389 Million tons (30.3%), transportation sector 254 million tons (19.8%), business and
The
我が国は石油資源がないため、現在エネルギの輸入依存度は83.6%であるが、上記各部門から産出される炭酸ガスを用いる本願発明による発電システムによれば、エネルギ自給率を一変させる効果がある。 Since Japan does not have oil resources, the import dependency of energy is currently 83.6%. However, according to the power generation system according to the present invention using carbon dioxide gas produced from the above-mentioned sectors, the energy self-sufficiency rate is completely changed. There is.
次に本願発明に用いられる炭酸ガスエンジン1について説明する。図4は炭酸ガスエン
ジン1をロータリ型炭酸ガスエンジンとする場合である。炭酸ガスエンジン1はアルミニウム合金製の密閉された円筒からなるハウジング101と、該ハウジング101の内室103に回転可能に設けられるアルミニウム合金製のロータ115とからなる。上記ハウジング101は密閉に形成された円筒が横設され、内部に断面円形に形成される内室103を有する。上記ハウジング101の上部周壁に上記内室103に通ずる供給口117を設け、対向する側の周壁に排出口119を開口する。排出口119の設置位置は高圧の炭酸ガス35aが常圧の炭酸ガス35bとなる圧力の均衡点の直前とする。本実施例の場合、該排出口119は上記供給口117を通る直径線fよりやや2次作動室122側に位置するように設ける。図示例では直径線fに対し角度αが約15°程度としてある。上記排出口119は上記供給口117より大に形成される。
Next, the
上記ロータ115は図5に示すような略楕円形状の板体からなり、上記ハウジング101の内室103の中央部に回転可能に設けられる。上記ハウジング101及び上記ロータ115はロータ軸116に複数個位相をずらせて通常2個固設されている。上記ロータ115の輪郭には、図5に示すように、圧力保持のための圧力シール115aを設ける。該圧力シール115aはオイルシールも兼ねる。上記ハウジング101の上部周壁には供給口117を被覆するバルブ室124を設け、該バルブ室124に上下動自在の供給弁125を設ける。該供給弁125の弁軸127には上記バルブ室124を閉塞する方向に付勢されるスプリング129を巻着する。131は上記ロータ115に連動するカムであり、該カム131により上記供給弁125を開閉する。130はスプリングカバーである。
The
上記内室103には高圧状態の炭酸ガス35aが供給され、該炭酸ガス35aが大気圧になるときの体積膨張による力により上記ロータ115がロータ軸116を中心にして矢示する一方向に回転する。上記内室103は上記ロータ115の回転に伴ない、1次作動室121、2次作動室122に区画・形成される。上記各作動室121、122は上記ロータ115の作動面a,bとの関係で、吸入膨張行程、膨張排出行程又は大気圧保持行程のいずれかを担う。
The
吸入膨張行程は炭酸ガス35aが1次作動室121内に供給され、上記ロータ115のいずれかの作動面a又はbを押圧する行程で、このとき供給口117は「開」、排出口119は「閉」となっている(図4(A))。膨張排出行程はロータ115の回転に与り大気圧状態となった炭酸ガス35bが排出口119より外部に排出される行程で、このとき供給口117は「閉」、排出口119は「開」となっている(図4(B))。大気圧保持行程は、供給口117が「閉」、排出口119が「開」であり、内室103内が作動室121、122ともに大気圧となった炭酸ガス35bを大気圧状態に保持する行程であり、これによりロータ115の回転に円滑性を付与する(図4(C))。
The suction expansion stroke is a stroke in which
図6及び図7のロータリ型炭酸ガスエンジンはロータが図8で示すような三面ロータの場合である。図6はハウジングが正円形の場合、図7は楕円形の場合である。図6において、炭酸ガスエンジン1はアルミニウム合金製の密閉された円筒からなるハウジング101と、該ハウジング101の内室103に回転可能に設けられるアルミニウム合金製のロータ105とからなる。上記ハウジング101は密閉に形成された円筒が横設され、内部に断面円形に形成される内室103を有する。また上記ハウジング101は周壁に供給口107を設け、対向する側の周壁に排出口109を開口する。該排出口109は上記供給口107より下方に位置するように設けるのが望ましい。なお、ここで「対向」とは供給口107と排出口109のこのような位置関係のある設置も含むものとする。上記排出口109は上記供給口107より大に形成される。
The rotary carbon dioxide engine shown in FIGS. 6 and 7 is a case where the rotor is a three-sided rotor as shown in FIG. FIG. 6 shows the case where the housing is a perfect circle, and FIG. 7 shows the case where it is oval. In FIG. 6, the
上記ロータ105は丸みを帯びた正三角形状の板体からなり、上記ハウジング101の内室103の中央部に回転可能に設けられる。上記ハウジング101及び上記ロータ105はロータ軸106に複数個位相をずらせて通常2個固設されている。上記ロータ105の輪郭には、図8に示すように、圧力保持のための圧力シール105aを設ける。該圧力シール105aはオイルシールも兼ねる。
The
上記内室103には高圧状態の炭酸ガス35aが供給され、該炭酸ガス35aが大気圧になるときの体積膨張による力により上記ロータ105がロータ軸106を中心にして矢示する一方向に回転する。上記内室103は上記ロータ105の回転に伴ない、1次作動室111、2次作動室112及び3次作動室113に区画・形成される。上記各作動室111、112、113は上記ロータ105の作動面a,b,cとの関係で、吸入膨張行程、膨張排出行程又は大気圧保持行程のいずれかを担う。
The
吸入膨張行程は炭酸ガス35aが1次作動室111内に供給され、このときの炭酸ガス35aは「亜膨張」の状態となり、上記ロータ105のいずれかの作動面(図6(A)では「a面」)を押圧する。膨張排出行程はロータ105の回転に与り大気圧状態となった炭酸ガス35bが排出口109より外部に排出される。このときの炭酸ガス35aは「連鎖膨張」の状態となる(図6(B))。大気圧保持行程は、供給口107及び排出口109が上記ロータ105の他の作動面によりブロックされるため、大気圧となった炭酸ガス35bを保持する行程であり、これによりロータ105の回転に円滑性を付与する。このときの内室103(図6(C)では3次作動室113)は大気圧(1気圧)となる(図6(C))。
During the suction and expansion stroke,
ロータリ型炭酸ガスエンジンの場合、ハウジングの形状は必ずしも断面正円形にする必要がなく、楕円形であってもよい。後者の場合例えば図7に示すように構成することができる。この場合、ハウジング102の内室123が同一径の2個の円が対称に交差して描かれる軌跡に沿って形成されている。ロータ126は丸みを帯びた正三角形状の板体からなり、上記内室123内を中心を移動させながら回転する。上記ロータ126の中央部には、円形のロータ孔126aが設けられ、ここにロータ軸126bが挿通される。該ロータ軸126bは外周にギヤ(図示省略)を設け、ロータ孔126aの内周に設けるギヤ(図示省略)と噛合する。123aは1次作動室、123bは2次作動室、123cは3次作動室である。エネルギは上記ロータ軸126bより適宜手段を介して取り出す。なお、上記ロータ126の輪郭にも、図8と同様、オイルシール兼用の圧力シール(図示省略)を設けてある。
In the case of a rotary type carbon dioxide engine, the shape of the housing does not necessarily need to be a circular shape in cross section, and may be elliptical. In the latter case, for example, it can be configured as shown in FIG. In this case, the
図9は炭酸ガスエンジン1たるレシプロ型炭酸ガスエンジンを示す。炭酸ガスエンジン1を構成するシリンダ2はアルミニウム合金製のシリンダヘッド3とアルミニウム合金製のシリンダ本体5とからなり、シリンダヘッド3がシリンダ本体5に分解可能に固着される。該シリンダ本体5内にはアルミニウム合金製ピストン7が往復動可能に摺接される。上記シリンダ本体5の上部には上記シリンダヘッド3と上記ピストン7とによって密閉構造とされる内室9が形成される。上記シリンダ本体5の側壁にはピストン7の下死点D時に開口する排出口11が設けられる。上記シリンダヘッド3には供給口13が開口され、該供給口13に上下動自在の供給弁15を設ける。該供給弁15の弁軸17には上記供給口13を閉塞する方向に付勢されるスプリング19を巻着する。21は上記ピストン7に連動するカムであり、該カム21により上記供給弁15の開閉をする。23はコネクティングロッドであり、上記ピストン7とクランクシャフト25とを連結する。該クランクシャフト25の一端にはフライホイール27が取り付けられている。26は該クランクシャフト25のバランスウェイトを示す。20はスプリングカバーである。29aは圧力リングであり、上記内室9を密閉するため上記ピストン7の上部に取り付けられる。29bはオイルリングである。
FIG. 9 shows a reciprocating type carbon dioxide engine as the
次に図10に基づき本願発明の作動原理を説明する。図10はロータ115が内室103内で回転するときの位置と炭酸ガスの膨張の様子を模式化した図である。図10(A1)(図4(A))及び図10(A2)は吸入膨張行程を示し、このときの炭酸ガスは「亜膨張」の状態となる。図10(B1)及び図10(B2)(図4(B))は膨張排出行程を示し、このときの炭酸ガスは「連鎖膨張」の状態となる。図10(C)は大気圧保持行程を示し、図4(C)の直前の状態であり、このときの内室103は大気圧(1気圧)となる。図10(D)はロータ115が1回転し他の面(b面)が作動面となった状態を示す。
Next, the operation principle of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram schematically showing the position when the
炭酸ガス35aは循環タンク73よりパイプ33cを経、高圧状態のまま炭酸ガスエンジン1に供給されるのであるが、この炭酸ガス35aが炭酸ガスエンジン1の内室103に流入されるときの様子を図10に基づいて説明してみる。
The
ロータ115が図10(A1)の位置即ち供給口117の直前の位置にくると供給弁125が「開」となり、高圧状態の炭酸ガス35aが1次作動室121に流入してくる。この炭酸ガス35aは1次作動室121に流入するとすぐに膨張を開始するが、ロータ115が図10(A2)に示すように供給口117を通過する位置にくると供給弁125が「閉」となるため膨張が一旦終了する。これは炭酸ガス35aの膨張が1次作動室121の容積の限度内で行われるためである。これを仮りに「亜膨張」と呼ぶ。亜膨張時にロータ115が受ける圧力エネルギーは、ガソリンエンジンにおける場合と同様、a面全体で圧力を受けることになる。つまり図10(A1)及び図10(A2)の吸入膨張行程において、炭酸ガス35aは亜膨張エネルギーのストレスを溜め保持した状態で次の膨張排出行程に移行することになる。なお、この吸入膨張行程における他面(b面)側の圧力は大気圧である。
When the
図10(B1)及び図10(B2)の膨張排出行程において、ロータ115の回転により排出口119が「開」となった瞬間、即ち排出口119がピンホール状態となると炭酸ガス35aは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス35aの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス35aはロータ115の表面に沿って動き「開」となった排出口119に向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス35aの膨張圧力は吸入膨張行程における場合とは異なり、ロータ115のa面全体に均等にかかるのではなく、ロータ115の排出口119側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口119は益々大きく開口し、これにより炭酸ガス35aが益々排出口119に向かって急激に移動するため、炭酸ガス35aの膨張による力(これを「膨張力」と呼ぶ)は一層ロータ115の排出口119側の半面にだけ集中する。この状態は「連鎖膨張」の状態と呼ぶことができ、こうなると炭酸ガス35aは十分に膨張しきり、このためロータ115の排出口119側の半面には十分な回転モーメントを得ることができ、これによりロータ115は回転する。この膨張排出行程における各面の圧力は、図10(B1)では他面(b面)側の圧力が大気圧であり、図10(B2)(図4(B))ではa、b両面側とも大気圧である。
10B1 and FIG. 10B2, at the moment when the
この点を図11(A)乃至図11(D)に基づきもう少し詳しく説明する。図11(A)に示すように膨張排出行程の直前の状態では炭酸ガス35aの膨張(亜膨張)の力は1次作動室121及びロータ115のすべての面にかかっている。しかし、排出口119が「開」となった瞬間、炭酸ガス35aは高圧の1次作動室121から低圧(大気圧)の開口部分119に向けて急激に流れ噴出する(図11(B))。このとき1次作動室121内をみると、排出口119付近は大気圧に曝されるので圧力が不均衡となる圧力不均衡部P0が形成され、この圧力不均衡部P0は、炭酸ガス35aが噴出すると低圧となるので、隣接する層P1の炭酸ガス35aが移動してくる。これにより、1次作動室121内の上部Lには比較的に低圧の部分が形成される(図11(B))。このような炭酸ガス35aの移動は図11(C)及び図11(D)に示すように次々に連鎖的になされる。よって1次作動室121の上部には炭酸ガス35aが抜けた低圧空間Lが形成されこの低圧空間Lは徐々に大となり、他方、排出口119付近の圧力不均衡部P0には次々に新たな炭酸ガス35aが爆発的に移動してくるので、圧力不均衡部P0は大気圧より常に高圧となっている。そして圧力不均衡部P0から次々に排出される炭酸ガス35aは排出口119より排出されるとき、即ちロータ115が「1」の位置から「n」の位置に至るまで爆発的に膨張するから、排出される炭酸ガス35aはロータ115の排出口119側の半面を押圧する。ロータ115はハウジング101に枢着されているため、上記した炭酸ガス35aの膨張力により回転するのである。つまり、排出される炭酸ガス35aは圧力不均衡部P0での爆発的膨張と該圧力不均衡部P0への補給が連続的になされるため爆発的な膨張が持続的になされ、これによりロータ105が回転する。
なお、この膨張排出行程において炭酸ガス35bは排出口119より噴出状態で排出されるので、この排出時の噴出力によりパイプ内を圧送される。
This point will be described in more detail based on FIGS. 11A to 11D. As shown in FIG. 11A, in the state immediately before the expansion and discharge process, the expansion (subexpansion) force of the
In this expansion / discharge process, the
次いで図10(B2)に示す膨張排出行程の終了時から図10(C)及び図4(C)に示す大気圧保持行程において、ロータ115のa、b両面とも大気圧となるため、ロータ115は慣性力により回転し図10(D)(図4(D))に示す位置となる。これにより、他面(b面)が作動面となり、今度はロータ115のb面において上記した一連の行程が繰り返されることになる。
Next, in the atmospheric pressure holding process shown in FIGS. 10C and 4C from the end of the expansion / discharge process shown in FIG. Is rotated by the inertial force and becomes the position shown in FIG. 10D (FIG. 4D). As a result, the other surface (b surface) becomes the operating surface, and this time, the series of strokes described above is repeated on the b surface of the
かくして始動が終了すると、その後は上記した一連の行程が連続的に繰り返されることにより炭酸ガスエンジンが本格作動することになるのである。 Thus, when the start is completed, the carbon dioxide engine starts full-scale operation by continuously repeating the above-described series of strokes.
図6及び図7に示す三面ロータの場合の作動原理も上記と同様であり、炭酸ガス35aの膨張は吸入膨張行程、膨張排出行程及び大気圧保持行程をとり、各行程において上記と同様に作用する。図4に示す二面ロータの場合と異なるのは供給弁125がないことであるが、この供給弁125の機能即ち供給口117の開閉はロータ105、126の回転位置によって行なうのである。
The operation principle in the case of the three-surface rotor shown in FIGS. 6 and 7 is the same as above, and the expansion of the
図6に基づき炭酸ガスエンジン1の動きを詳しくみてみる。
図6(A)に示すように、ロータ105の作動面aが吸入膨張行程をする位置にあるとき、高圧状態(例えば40気圧)の炭酸ガス35a(気体)が供給口107より1次作動室111内に供給される。上記炭酸ガス35aは1次作動室111内に供給されると、1気圧の大気圧下に曝されるから、一気にその体積を膨張させる。この膨張は「亜膨張」である。
The movement of the
As shown in FIG. 6 (A), when the working surface a of the
吸入膨張行程では慣性力によりロータ105が押圧されて図6(B)に示す位置に回転する。これにより作動面aは2次作動室112に位置し、排出口109が「開」となるため膨張排出行程となる。ロータ105の回転により排出口109が「開」となった瞬間、即ち排出口109がピンホール状態となると炭酸ガス35aは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス35aの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス35aはロータ115の表面に沿って動き「開」となった排出口109に向かって急激に移動する。よって二面ロータの場合で述べたように、炭酸ガス35aは2次作動室112が大気圧となるので爆発的に膨張する「連鎖膨張」となり、この排出口109より噴出する。
In the suction / expansion stroke, the
さらにロータ105が図6(C)に示す位置に回転すると、供給口107と排出口109とがともに「閉」となるので大気圧保持行程となり、上記混合気体を大気圧状態で保持する。
When the
ロータ105はさらに回転し図6(A)に示す位置となる。かくして炭酸ガス35aの体積膨張力と慣性力によりハウジング内をロータが連続的に回転するから、これによるエネルギを適宜手段により取り出す。
The
図9に示すレシプロ型炭酸ガスエンジンの場合の作動原理も上記と同様であり、炭酸ガス35aの膨張は吸入膨張行程、膨張排出行程及び大気圧保持行程をとり、各行程において上記と同様に作用する。ピストン7の下降により吸入膨張行程となり、内室9内は「亜膨張」となる。続いて排出口11の「開」の開始から図9(C)に示す「全開」を経て排出口11の「開」の終了まで膨張排出行程が続き、高圧状態の炭酸ガス35aが大気圧に曝され爆発的に膨張する「連鎖膨張」となる。続いてピストンの上昇による排出口11の「閉」となるまで大気圧保持行程となる。この連鎖膨張の膨張力によりピストン7が作動する。
The operating principle in the case of the reciprocating carbon dioxide engine shown in FIG. 9 is also the same as described above, and the expansion of the
図9に基づき炭酸ガスエンジン1の動きを詳しくみてみる。まず、図示しないスタータモータにより、カム21を回転させる。するとカム21に連動してピストン7が図9(A)に示すように下降するとともに、カム21により供給弁15が押圧される。すると図9(B)に示すように、スプリング19の付勢力に抗して供給弁15が「開」となる。このときピストン7は上死点Uに位置している。次いでカム21がさらに回転すると、回転後すぐに供給弁15の押圧が解除されるから、供給弁15はスプリング19の付勢力により「閉」となる。図9(C)はピストン7が下死点Dまで下降した状態を示す。
The movement of the
この上死点Uから下死点Dに移行する過程を詳しくみる。供給弁15が「閉」となると、密室内では高圧状態(例えば40気圧)で供給された炭酸ガス35a(気体)は、内室9という限られた空間内において1気圧の大気圧下に曝されるからその体積を膨張させる。この膨張は「亜膨張」である。この体積膨張による力はピストン7に伝動され、ピストン7を下降させるとともに、この力はクランクシャフト25の一端に固着されているフライホイール27にも伝動する。ピストン7が下死点Dに達すると、フライホイール27に伝動している上記力に起因する慣性力によりピストン7は上昇過程に移行する。
The process of shifting from the top dead center U to the bottom dead center D will be described in detail. When the
図9(C)に示すように下死点D時において内室9の排出口11は「開」となるので、ピストン7の押下げに与った炭酸ガス35aは、大気圧となるとき爆発的に膨張する「連鎖膨張」となり、排出口11より噴出する。この連鎖膨張の膨張力によりピストン7が作動する。次いで上昇過程に移行したピストン7の上死点U時においては大気圧となったすべての炭酸ガス35bが排気される。
As shown in FIG. 9C, the
かくして、炭酸ガス35aの体積膨張力と上記慣性力とにより、ピストン7は上記した下降過程及び上昇過程を連続的に繰り返す。よって、炭酸ガスエンジンのピストン7は連続的に往復動するから、これによるエネルギを適宜手段により取り出す。
Thus, the
ここで従来のガソリンエンジンと原理の対比をしてみる。
従来のガソリンエンジンは〈1〉吸入行程、〈2〉圧縮行程、〈3〉燃焼行程及び排気行程の4行程が必要であるが、本願発明による炭酸ガスエンジンは上記〈3〉燃焼行程が不要であり、〈2〉圧縮行程についてはあってもなくてもよいのである。本願発明による炭酸ガスエンジンの行程は、〈a〉吸入膨張行程、〈b〉膨張排出行程及び〈c〉大気圧保持行程である。またエンジン特性についてみれば、従来のガソリンエンジン(内燃機関)の燃焼膨張は一過性エネルギーであるのに対し、本願発明による炭酸ガスエンジン(内圧機関)は連続膨張エネルギーである。このようなエネルギー特性の違いにより、従来のガソリンエンジンでは各行程が明瞭に区別できるのであるが、本願発明による炭酸ガスエンジンの各行程は連続している。
よって従来のガソリンエンジンと本願発明による炭酸ガスエンジンとは原理が全然異なり、ガソリンエンジンに適用される理論をそのまま本願発明による炭酸ガスエンジンに適用することはできないのである。
Let's compare the principle with a conventional gasoline engine.
The conventional gasoline engine requires four strokes of <1> intake stroke, <2> compression stroke, <3> combustion stroke and exhaust stroke, but the carbon dioxide engine according to the present invention does not require the above <3> combustion stroke. Yes, <2> The compression stroke may or may not be present. The strokes of the carbon dioxide engine according to the present invention are <a> intake expansion stroke, <b> expansion / discharge stroke, and <c> atmospheric pressure maintaining stroke. Regarding engine characteristics, combustion expansion of a conventional gasoline engine (internal combustion engine) is transient energy, whereas a carbon dioxide engine (internal pressure engine) according to the present invention has continuous expansion energy. Due to the difference in energy characteristics, each stroke of the conventional gasoline engine can be clearly distinguished, but each stroke of the carbon dioxide engine according to the present invention is continuous.
Therefore, the principle is completely different between the conventional gasoline engine and the carbon dioxide engine according to the present invention, and the theory applied to the gasoline engine cannot be directly applied to the carbon dioxide engine according to the present invention.
上記の点をもう少し具体的に見てみる。ガソリンエンジンは爆発燃焼時の瞬間エネルギを利用するため、ロータ面にかかる均等圧力をロータの結合部分を中心軸より偏心させて楕円に回転方向性を与えている。空気と燃料の圧縮行程は必ず必要であり、ロータを偏心させ内室の容積変化を起こさせるためにシリンダを楕円構成とするのである。
これに対し、本願発明による炭酸ガスエンジンにおいては圧縮行程は必ずしも必要でなく、図示実施態様に示すようになくてもよいのである。これは、本願発明においてはガソリンエンジンのように燃焼のための空気と燃料との圧縮行程が不要であるので、大気圧保持行程より吸入膨張行程に移行するとすぐに「亜膨張」となり、ロータの先端が排出口を切った瞬間高圧状態の炭酸ガスが爆発的に膨張する「連鎖膨張」を起こすからである。この結果、排出口119側のロータの半面に膨張圧力が集中し、これによりロータが回転するのである。このように、従来のガソリンエンジンと本願発明による炭酸ガスエンジンとは原理が全然相違するのである。
Let's take a closer look at the above points. Since the gasoline engine uses instantaneous energy at the time of explosion combustion, the equal pressure applied to the rotor surface is decentered from the coupling portion of the rotor from the central axis to give the ellipse rotational directionality. The compression stroke of air and fuel is indispensable, and the cylinder has an elliptical configuration in order to cause the rotor to be eccentric and to change the volume of the inner chamber.
On the other hand, in the carbon dioxide engine according to the present invention, the compression stroke is not necessarily required, and may not be as shown in the illustrated embodiment. This is because, in the present invention, unlike the gasoline engine, the compression stroke of air and fuel for combustion is not necessary, so that the sub-expansion is immediately performed when the intake pressure expansion stroke is shifted from the atmospheric pressure holding stroke. This is because the high-pressure carbon dioxide gas causes a “chain expansion” that explosively expands at the moment when the tip cuts off the discharge port. As a result, the expansion pressure is concentrated on the half surface of the rotor on the
このように原理が相違する結果、炭酸ガスエンジンの態様も次のように相違することになる。まず、三面ロータについては、従来のガソリンエンジンはシリンダが楕円構成でなければならず、正円構成のシリンダとすることができない。また二面ロータについても、従来のガソリンエンジンはシリンダが楕円構成でなければならず、正円構成のシリンダとすることができない。その理由は前述したように、ガソリンエンジンは爆発燃焼時の瞬間エネルギを利用するため、ロータ面にかかる均等圧力を偏心させて回転方向性を与える必要があるからであり、また吸入、圧縮時の作動室の容積変化が必要だからである。
これに対し、本願発明においては、圧縮行程が不要であるから、三面ロータ、二面ロータともにシリンダは楕円構成であっても正円構成であってもよく、いずれでもロータは回転するのである。
As a result of the difference in principle, the aspect of the carbon dioxide engine is also different as follows. First, regarding the three-sided rotor, the conventional gasoline engine must have an elliptical cylinder, and cannot be a circular cylinder. As for the two-sided rotor, the conventional gasoline engine must have an elliptical cylinder, and cannot be a circular cylinder. The reason for this is that, as described above, the gasoline engine uses instantaneous energy at the time of explosion combustion, and therefore it is necessary to decenter the uniform pressure applied to the rotor surface to provide rotational directionality. This is because it is necessary to change the volume of the working chamber.
On the other hand, in the present invention, since the compression stroke is not necessary, the cylinder may be an elliptical configuration or a perfect circular configuration for both the three-surface rotor and the two-surface rotor, and the rotor rotates in either case.
ここで炭酸ガス35について詳しく説明する。炭酸ガス(二酸化炭素 CO2)は次のような物理的性状を有する。
空気との比重 1.529
毒性 無
臭 無臭
性状 不燃性
分子量 44.01
三重点(0.53MPa) −56.6℃
沸点(昇華) −78.5℃
臨界温度 31.1℃
臨界圧 7.38MPa
熱力学的性質 図12の通り
Here, the
Specific gravity with air 1.529
Toxicity Odorless Odorless Property Nonflammability Molecular weight 44.01
Triple point (0.53 MPa) -56.6 ° C
Boiling point (sublimation) -78.5 ° C
Critical temperature 31.1 ℃
Critical pressure 7.38 MPa
Thermodynamic properties
また炭酸ガスは物の燃焼や動物の呼吸、有機物の腐敗、発酵等に伴って発生し、空気中に普通に存在する。一方で植物は炭酸ガスを吸収し炭素同化作用を営む。 Carbon dioxide is generated with burning of animals, respiration of animals, decay of organic substances, fermentation, etc., and is normally present in the air. On the other hand, plants absorb carbon dioxide and perform carbon assimilation.
本願発明はこのような物理的性状を有する炭酸ガスの不活性、常温液化性及び高度の体積膨張性に着目し、これを最大限に活用する。 The present invention pays attention to the inertness of carbon dioxide gas having such physical properties, room temperature liquefaction property, and high volume expansion property, and makes maximum use of this.
ここで炭酸ガス35aの膨張率、即ち炭酸ガス35aにより取り出されるエネルギの大きさについてみる。密室たる内室9、1次作動室111、121内に供給される炭酸ガス35aが常温(25℃)の場合、該炭酸ガス35aの圧力は図12より6.432MPa(64.32気圧)であるから、大気圧(1気圧)の内室9、1次作動室111、121内にあるピストン7、ロータ105、115には64.32倍の圧力がかかる。よって理論上約64倍の運動エネルギを取り出すことが可能となる。
Here, the expansion rate of the
このエネルギと従来の内燃機関の代表としてガソリンエンジンから取り出されるエネルギとを比較する。 This energy is compared with the energy extracted from a gasoline engine as a representative of a conventional internal combustion engine.
(オープン条件化でのガソリン燃焼)
ガソリンの分子表記は難しいため、ガソリンの平均分子量に比較的近い炭化水素であるオクタン(C8H18)をガソリンの組成と見なして計算する。オクタンの物理的性状は次の通りである。
化学式 C8H18
比重 d=0.7
分子量 M=114.0
燃焼熱 10200kcal/kg=10200×114/1000×4.186≒4868kJ/mol
(Gasoline combustion under open conditions)
Since the molecular notation of gasoline is difficult, octane (C 8 H 18 ), which is a hydrocarbon relatively close to the average molecular weight of gasoline, is calculated as the gasoline composition. The physical properties of octane are as follows.
Chemical formula C 8 H 18
Specific gravity d = 0.7
Molecular weight M = 114.0
Combustion heat 10200kcal / kg = 10200 × 114/1000 × 4.186 ≒ 4868kJ / mol
オクタンの燃焼反応式は(1)式の通りである。
(ガス比容V0の計算)
生成ガスを理想気体として仮定しているので、標準状態で1molの占める容積は22.4lとなる。従って、ガス比容V0は(1)式から
Since the product gas is assumed to be an ideal gas, the volume occupied by 1 mol in the standard state is 22.4 l. Therefore, the gas specific volume V 0 is obtained from the equation (1).
(燃焼温度T1の計算)
爆発温度T1を求めるには、生成ガスのモル数、発熱量、生成ガスの定容比熱が必要となる。ここでは、定容比熱のみ不明であるが、TNTのような火薬類と同じとしてみる。
(Calculation of the combustion temperature T 1)
In order to obtain the explosion temperature T 1 , the number of moles of the product gas, the calorific value, and the constant volume specific heat of the product gas are required. Here, only constant volume specific heat is unknown, but it is assumed that it is the same as explosives such as TNT.
爆発温度T1は(2)式によって求めることができる。
(2)式より爆発温度T1は
つまり、1kgのオクタンは、爆発すると7430(K)(約7100℃)で、90900(l)を占める。反応前の容積は1000/0.7=1430(ml)であるから、反応前の温度を0℃とした場合の膨張率は
しかしながら上記値は、火薬と同じ爆発状態を想定しているため現実以上に爆発温度が高くなっている。現実的には、爆発温度が1500K程度であり、また燃焼に空気が十分ないと反応が進まない。よって、現実には酸素が不足するためTNT火薬のようには反応が起きないのである。 However, since the above value assumes the same explosion state as the explosive, the explosion temperature is higher than actual. Actually, the reaction does not proceed unless the explosion temperature is about 1500K and there is not enough air for combustion. Therefore, in reality, since oxygen is insufficient, the reaction does not occur like TNT explosives.
(空気を考慮したガス比容)
そこで空気を考慮したオクタンの燃焼反応式を考える。(1)式で必要な酸素は12.5molであり、空気の組成を酸素21%、窒素79%とすると、それに伴う窒素は
12.5mol×(79/21)=47.0mol
となる。したがって、燃焼反応式は
Therefore, let us consider the combustion reaction formula of octane considering air. The necessary oxygen in the formula (1) is 12.5 mol. If the composition of air is 21% oxygen and 79% nitrogen, the accompanying nitrogen is 12.5 mol × (79/21) = 47.0 mol.
It becomes. Therefore, the combustion reaction equation is
オクタン1molが燃焼すると空気中の酸素を取り込みながら合計17molのガスが発生し、燃焼に与らない窒素47.0molが存在する。 When 1 mol of octane burns, a total of 17 mol of gas is generated while taking in oxygen in the air, and there is 47.0 mol of nitrogen that does not affect combustion.
生成ガスを理想気体と仮定しているので、標準状態で1molの占める容積は22.4lとなる。したがって、ガス比容V0は(3)式から、
(空気を考慮した燃焼温度T1の計算)
燃焼温度T1を求めるには、生成ガスのモル数、発熱量、生成ガスの定容比熱が必要となる。ここでは、定容比熱のみ不明であるが、TNTのような火薬類と同じとしてみる。燃焼温度T1は次式によって求めることができる。
In order to obtain the combustion temperature T 1 , the number of moles of the product gas, the calorific value, and the constant volume specific heat of the product gas are required. Here, only constant volume specific heat is unknown, but it is assumed that it is the same as explosives such as TNT. The combustion temperature T 1 can be obtained by the following equation.
(4)式より爆発温度T1は
つまり1kgのオクタンは空気の初期体積を考慮すると、瞬間的に燃焼したとして、2175(K)(約1900℃)で100185(l)を占める。反応前の容積は
(12.5+47)×22.4+1/0.7=1334(l)であるから、反応前の温度を0℃とした場合の膨張率は100185/1334≒75倍となる。ただし上記値は実際上は燃焼中に熱が周囲に逸散するので、燃焼温度はさらに低くなる筈である。
That is, considering the initial volume of air, 1 kg of octane occupies 100185 (l) at 2175 (K) (about 1900 ° C.), assuming that it burned instantaneously. Since the volume before the reaction is (12.5 + 47) × 22.4 + 1 / 0.7 = 1334 (l), the expansion rate when the temperature before the reaction is 0 ° C. is 100185 / 1334≈75 times. However, the above values should actually further reduce the combustion temperature because heat is dissipated to the surroundings during combustion.
(ガソリンエンジン内の燃焼)
燃費10km/l、排気量2000cc、平均速度40km/h、平均回転数2000rpm/minの自動車のガソリンエンジンを考える。上記ガソリンエンジンは1時間あたりでは4(l)のガソリンを消費する。また、上記ガソリンエンジンは2000rpm/minであるので、2000×2×60(ストローク/h)となる。また、上記エンジンのボアストロークが直径86mm、ストローク86mmよりシリンダ室内の容積は
S=(8.6)×(4.3)2×π=500(cm3)
となる。
(Combustion in gasoline engine)
Consider an automobile gasoline engine with a fuel consumption of 10km / l, displacement of 2000cc, average speed of 40km / h, and average speed of 2000rpm / min. The gasoline engine consumes 4 (l) of gasoline per hour. Further, since the gasoline engine is 2000 rpm / min, it becomes 2000 × 2 × 60 (stroke / h). Further, since the bore stroke of the engine is 86 mm in diameter and the stroke is 86 mm, the volume in the cylinder chamber is S = (8.6) × (4.3) 2 × π = 500 (cm 3 )
It becomes.
これは1ストロークあたりでは
4000(ml)/(2000×2×60)=1/60(ml)
のガソリンを消費し、そのときの燃焼ガスは500(cm3)になる。
This is 4000 (ml) / (2000 x 2 x 60) = 1/60 (ml) per stroke
Of gasoline is consumed, and the combustion gas at that time becomes 500 (cm 3 ).
次に、圧縮比からこのエンジンの行程を解析してみる。
圧縮比は一般的な乗用車エンジンでは「9」前後である。燃焼室容積をVb(ml)とすると、圧縮比=(Vb+500)/Vbであるので、9Vb=Vb+500となり、これを解くと
Vb=62.5(ml)となる。
Next, let's analyze the stroke of this engine from the compression ratio.
The compression ratio is around “9” in a general passenger car engine. If the combustion chamber volume is Vb (ml), the compression ratio = (Vb + 500) / Vb, so 9Vb = Vb + 500, and when this is solved, Vb = 62.5 (ml).
以上を詳細を省いて簡単にまとめると、
62.5(ml)の燃焼室と500(ml)のシリンダ室に1/60(ml)(=16.7×10-3(ml)=1.025×10-4(mol)のガソリンが空気約560(ml)(酸素5.25×10-3(mol)と窒素19.75×10-3(mol))と一緒に吸い込まれ(1気圧)、9倍に圧縮されたガソリンと空気(9気圧)に点火される。(3)式から消費される酸素は
1.025×10-4×12.5=1.281×10-3
である。したがって、残りの酸素と窒素は、それぞれ
(5.25−1.28)×10-3=1.97×10-3(mol)、19.75×10-3(mol)
となる。
Summarizing the above without the details,
Gasoline of 1/60 (ml) (= 16.7 x 10 -3 (ml) = 1.025 x 10 -4 (mol) of gasoline in the combustion chamber of 62.5 (ml) and the cylinder chamber of 500 (ml) About 560 (ml) of air (oxygen 5.25 × 10 −3 (mol) and nitrogen 19.75 × 10 −3 (mol)) inhaled together (1 atm), compressed gasoline and
1.025 × 10 -4 × 12.5 = 1.281 × 10 -3
It is. Therefore, the remaining oxygen and nitrogen are (5.25-1.28) × 10 −3 = 1.97 × 10 −3 (mol) and 19.75 × 10 −3 (mol), respectively.
It becomes.
また、発生するガスと熱量は、
H2O:1.025×10-4×9=9.225×10-4(mol)
CO2:1.025×10-4×8=8.200×10-4(mol)
Q=1.025×10-4×4868=0.499kJ
である。
The generated gas and heat quantity are
H 2 O: 1.025 × 10 −4 × 9 = 9.225 × 10 −4 (mol)
CO 2 : 1.025 × 10 −4 × 8 = 8.200 × 10 −4 (mol)
Q = 1.025 x 10 -4 x 4868 = 0.499 kJ
It is.
燃焼温度T1を求めるには、前記のように生成ガスのモル数、発熱量、生成ガスの定容比熱が必要となる。ここでは、定容比熱のみ不明であるが、TNTのような火薬類と同じとしてみる。燃焼温度T1は前記のように次式によって求めることができる。
(4’)より燃焼温度T1は
つまり、2000ccのエンジンでは瞬間的に燃焼したとして、805(K)(約532℃)で23.5×10-3(mol)(=9.225×10-4+8.200×10-4+19.7×10-4+197.5×10-4)のガスが、62.5(ml)を占める。 In other words, it is assumed that the 2000 cc engine burned instantaneously, and at 805 (K) (about 532 ° C.), 23.5 × 10 −3 (mol) (= 9.225 × 10 −4 + 8.200 × 10 −4 +19) 7 × 10 −4 + 197.5 × 10 −4 ) gas occupies 62.5 (ml).
このときの、圧力P1を計算してみると、理想気体として状態方程式から
最後に、この高温高圧のガスがシリンダを押し下げる膨張行程で9倍に膨張すると、
P1V0=一定であるから、9倍に膨張したときの圧力P2は
P2=P1/9=24.8/9=2.7(atm)
となる。
Finally, when this high temperature and high pressure gas expands 9 times in the expansion stroke that pushes down the cylinder,
Since P 1 V 0 = constant, the pressure P 2 when expanded 9 times is P 2 = P 1 /9=24.8/9=2.7 (atm)
It becomes.
このように従来のガソリンエンジンより取り出すエネルギの大きさは、この場合約25倍程度である。 In this case, the amount of energy extracted from the conventional gasoline engine is about 25 times in this case.
よって本願発明による炭酸ガスエンジンから取り出されるエネルギは従来の内燃機関から取り出されるエネルギと比較し、同程度以上である。とくに、上記実施例(25℃のとき64倍の例)及び上記比較例(25倍の例)に限って言えば、従来に比し2.5倍のエネルギを得ることができる。 Therefore, the energy extracted from the carbon dioxide engine according to the present invention is equal to or higher than the energy extracted from the conventional internal combustion engine. In particular, 2.5 times the energy can be obtained as compared with the conventional example (64 times at 25 ° C.) and the comparative example (25 times example).
このように本願発明によるエネルギの発生は燃料の燃焼を伴わないから、燃料資源に起因する資源の枯渇や排気ガスによる公害問題を惹起することがなく安全であり、完全なクリーンエネルギを得ることができる。また、炭酸ガスを生じることがないので、炭酸ガスの増加を防止することができ、温暖化現象の防止に寄与することができる。しかも取り出されるエネルギは上記のようにガソリンエンジンと同等程度以上であるから、エネルギの実行性も担保される。 Thus, since the generation of energy according to the present invention does not involve combustion of fuel, it is safe without causing depletion of resources caused by fuel resources and pollution problems due to exhaust gas, and it is possible to obtain complete clean energy. it can. Further, since no carbon dioxide is generated, an increase in carbon dioxide can be prevented, which can contribute to prevention of a warming phenomenon. Moreover, since the extracted energy is equal to or higher than that of the gasoline engine as described above, the energy executability is also ensured.
本願発明による発電システムによれば、密室(内室9、103、123)の圧縮比に影響されず、供給される炭酸ガス35aの圧力は一定(例えば常温(25℃)の場合約64倍)である。またタンク乃至ボンベに収納される炭酸ガス35aは最後の1molまで有効に使用可能である。よって、エネルギの取出効率が大変よい。
According to the power generation system of the present invention, the pressure of the supplied
上記エネルギの取出しにおいて、循環回路を構成することにより排出された炭酸ガスを回収して再利用するから、エネルギ効率を非常に増大することができる。 In the extraction of the energy, the carbon dioxide gas discharged by configuring the circulation circuit is recovered and reused, so that the energy efficiency can be greatly increased.
また、炭酸ガス35aの常温液化性及び高度の体積膨張性により、密室(内室9、103、123)の設計が容易となる。さらに炭酸ガス35aの不活性により、例えば水素ガスや酸素ガスより遙かに扱い易く、制御性が大である。よって高度の実用性を有する。
Moreover, the design of the closed chamber (
炭酸ガス35の体積膨張率と温度とは相関関係にあり、内室9、103、123、1次作動室111、121内に供給されている高圧状態の炭酸ガス35aは上記加熱部37、137による加熱により一層体積が膨張するから、炭酸ガスエンジンの仕事率は一層向上する。
The volume expansion coefficient of the
この点につき、図12及びボイル・シャルルの法則により内室9、103、123、1次作動室111、121内に供給される炭酸ガス35aの圧力を具体的に算出してみる。
With respect to this point, the pressure of the
ボイル・シャルルの法則は一定量の気体ではPV/Tは常に一定の値となるという法則で、
また内室9、103、123、1次作動室111、121が100℃に加熱される場合、内室9、103、123、1次作動室111、121の内圧は次の算出値となる。
よって内室9、103、123、1次作動室111、121が加熱部37、137により加熱されると炭酸ガスエンジン1の仕事率は一層向上する。
Therefore, when the
本願発明は上記した実施の形態に限定されない。例えば、「膨張力」を得るために炭酸ガスを常圧化する手段としては圧力調整弁により圧力の調整をされた炭酸ガスを炭酸ガスエンジン1に供給してもよく、かかる場合も本文中で述べたような炭酸ガスの膨張による「亜膨張」、「連鎖膨張」を惹起せしめ「膨張力」を得ることができる。なお、この場合は、冷却部57に大気乾燥部65及び逆止弁63を接続しないでよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, as a means for normalizing carbon dioxide gas to obtain “expansion force”, carbon dioxide gas whose pressure is adjusted by a pressure regulating valve may be supplied to the
ハウジング101は、エネルギの取出効率を向上せしめるため、図13のように、アルミニウム合金製のハウジングカバー139にて一体に被覆され、シリンダ本体の側壁の外側に中空体からなる加熱部137を設けることとしてもよい。上記ハウジングカバー139の側壁には熱風供給口141及び熱風排出口143が開口され、夫々、加熱部137を加熱するための熱風40aを供給する熱風供給パイプ45、加熱部137の加熱を終了した熱風40bを排出するための熱風排出パイプ47が連結される。上記熱風供給パイプ45、上記熱風排出パイプ47は別に設ける圧縮機49に循環可能に連結される。なお、図13において、(A)はa面での吸入膨張行程、(B)は同膨張排出行程、(C)は同大気圧保持行程、(D)はb面での吸入膨張行程を示し、(A)の吸入膨張行程において高圧状態の炭酸ガスは「亜膨張」となり、(B)の膨張排出行程において高圧状態の炭酸ガスは「連鎖膨張」となることは前記した実施態様と同様である。
In order to improve the energy extraction efficiency, the
2次炭酸ガス製造装置90の炭酸ガス圧縮部の多段化は、前機による吸引と後機による圧送とのセットとし、両者の相乗作用により炭酸ガスの圧縮処理能力を炭酸ガスの量に応じて容易に増大させる趣旨であるから、所望の出力に応じて、例えば図14(A)、(B)に示すように炭酸ガス圧縮部69a、69b、69cを3個以上の多段にすることができる。もちろん所望の大出力を得られるのであれば、単一機であることを妨げない。
The multi-stage of the carbon dioxide compression section of the secondary carbon
また複数個の炭酸ガス圧縮部の相互の接続は、例えば図14(A)に示すように直列接続はもとより、例えば図14(B)に示すように並列接続にすることもできる。 Further, the plurality of carbon dioxide gas compression units can be connected to each other not only in series as shown in FIG. 14 (A) but also in parallel as shown in FIG. 14 (B), for example.
また1次炭酸ガス圧縮部69a及び2次炭酸ガス圧縮部69bの駆動力は、その1として、大気圧に曝されて連鎖膨張し排出される炭酸ガスの噴出力及びベルト58a、58bにより伝動される炭酸ガスエンジン1からの駆動力、その2として前者(炭酸ガスの噴出力)のみの駆動力、その3として後者(ベルト58a、58bにより伝動される炭酸ガスエンジン1からの駆動力)のみの駆動力の3パターンがある。つまり、ベルト58a、58bにより伝動される炭酸ガスエンジン1からの駆動力は場合によりあってもなくてもよい。
In addition, the driving force of the primary carbon
備蓄タンク31の設置は任意的であるが、図2に示すように、これを設置すれば、循環用のタンク73、31が1次と2次となり、炭酸ガスエンジン1制御のための炭酸ガス35aの流量調整が円滑になることが期待され望ましい。
The
炭酸ガス35aを供給するパイプ33cに加熱部を接続し、該加熱装置により炭酸ガス35aを加熱した状態で炭酸ガスエンジン1に供給することとしてもよい。
A heating unit may be connected to the
炭酸ガス圧縮部による加圧は、温度等の外部環境によって適宜に選択され、必ずしも常温で液化しない程度の圧力、例えば20気圧位乃至40気圧位でも可能である。ちなみに、例えば水素ガスの場合、常温液化性を有しないから、この程度の冷却では液化しない。 The pressurization by the carbon dioxide compression unit is appropriately selected depending on the external environment such as temperature, and can be performed at a pressure that does not necessarily liquefy at room temperature, for example, about 20 to 40 atmospheres. Incidentally, hydrogen gas, for example, does not have liquefiability at room temperature, so it does not liquefy with this degree of cooling.
供給系のパイプの中を流れる炭酸ガスは、気体と粉体としてのドライアイスの混合又は液体の状態での送給もあり得る。どの相をとるかは現場の気圧、温度等の条件による。 Carbon dioxide flowing through the pipe of the supply system may be mixed with dry ice as a gas and powder or supplied in a liquid state. Which phase is taken depends on conditions such as atmospheric pressure and temperature at the site.
発電システムをを構成する炭酸ガスエンジン1の種類は任意である。また炭酸ガスエンジン1を構成する素材も鉄その他適宜に選択することができる。
The type of the
レシプロ型炭酸ガスエンジンの場合、内室9に設ける供給弁15は、図示例とは反対に、内室9を外側から供給弁15の弁蓋により閉塞または開放するようにしてもよい。また供給弁15の設置はシリンダ本体5の側壁であってもよい。さらにカム機構は他の公知のものも適用可能であり、例えばスプリングを要しないカム機構も考えられる。
In the case of a reciprocating carbon dioxide engine, the
取り出したエネルギの適用は任意であり、例えば自動車、電車、航空機、船舶等への適用、モータの駆動、発電機の駆動等をすることができる。 Application of the extracted energy is arbitrary, and for example, application to automobiles, trains, aircraft, ships, etc., driving of motors, driving of generators, and the like can be performed.
本願発明において「高圧」とは、炭酸ガスエンジンを作動せしめるに十分な圧力の程度を指称し、常温で液化する70気圧位はもちろん、それより低い例えば20気圧程度乃至40気圧程度とか60気圧程度も含む。また「大気圧」と「常圧」とは同義で用いている。 In the present invention, “high pressure” refers to the level of pressure sufficient to operate the carbon dioxide engine, and is of course about 70 atmospheres, which is liquefied at room temperature, of course, for example, about 20 to 40 atmospheres or about 60 atmospheres. Including. “Atmospheric pressure” and “normal pressure” are used interchangeably.
本願発明は例えば自動車、電車、航空機、船舶等への適用、モータの駆動、発電機の駆動に活用することができる。 The present invention can be utilized for application to automobiles, trains, airplanes, ships, etc., motor driving, and generator driving.
1 炭酸ガスエンジン
2 シリンダ
3 シリンダヘッド
5 シリンダ本体
7 ピストン
9 内室
11 排出口
13 供給口
15 供給弁
17 弁軸
19 スプリング
20 スプリングカバー
21 カム
23 コネクティングロッド
25 クランクシャフト
26 バランスウェイト
27 フライホイール
29a 圧力リング
29b オイルリング
31 備蓄タンク
33 パイプ
34 循環回路
34A 供給経路
34B 回収経路
35 炭酸ガス
35a 炭酸ガス
35b 炭酸ガス
45 熱風供給パイプ
47 熱風排出パイプ
49 圧縮機
51 切替弁
53 センサ
54 三方切替弁
55 流量制御弁
57 冷却部
63 逆止弁
65 大気乾燥部
68 分離部
69a 1次炭酸ガス圧縮部
69b 2次炭酸ガス圧縮部
73 循環タンク
75 逆止弁
81 火力発電所
82 原子力発電所
83 1次炭酸ガス製造装置
84 パイプライン
85a 送電線
85b 送電線
90 2次炭酸ガス製造装置
99 発電機
101 ハウジング
102 ハウジング
103 内室
105 ロータ
105a オイルシール兼用圧力シール
106 ロータ軸
107 供給口
109 排出口
111 1次作動室
112 2次作動室
113 3次作動室
115 ロータ
115a オイルシール兼用圧力シール
116 ロータ軸
117 供給口
119 排出口
121 1次作動室
122 2次作動室
123 内室
123a 1次作動室
123b 2次作動室
123c 3次作動室
124 バルブ室
125 供給弁
126 ロータ
126a ロータ孔
126b ロータ軸
127 弁軸
129 スプリング
130 スプリングカバー
131 カム
137 加熱部
139 ハウジングカバー
141 熱風供給口
143 熱風排出口
a 作動面
b 作動面
c 作動面
DESCRIPTION OF
90 Secondary carbon
131
Claims (11)
上記1次炭酸ガス製造装置は、炭酸ガス産出装置より排出された燃焼排出ガスを精製して取り出された炭酸ガスを液化する炭酸ガス液化プラントからなり、
上記2次炭酸ガス製造装置は、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて圧縮する炭酸ガス圧縮部と、上記炭酸ガス圧縮部より送給される炭酸ガスを貯溜するタンクとからなり、さらに上記炭酸ガスエンジンの排気口側の炭酸ガスの圧力を大気圧にする炭酸ガス常圧化手段を設けずに、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成し、
非燃焼型発電装置は炭酸ガスを圧縮するための電力を上記1次炭酸ガス製造装置及び上記2次炭酸ガス製造装置に供給し、
上記炭酸ガスエンジンは高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子を作動するエンジンからなり、上記炭酸ガスエンジンにより発電することを特徴とする発電システム。 A primary carbon dioxide production device that produces primary carbon dioxide, a secondary carbon dioxide production device that produces secondary carbon dioxide, a carbon dioxide engine, a carbon dioxide production device that discharges carbon dioxide as a by-product, and non-combustion A primary carbon dioxide production device and a secondary carbon dioxide production device are connected to the carbon dioxide engine.
The primary carbon dioxide production apparatus comprises a carbon dioxide liquefaction plant that liquefies carbon dioxide extracted by purifying the combustion exhaust gas discharged from the carbon dioxide production apparatus,
The secondary carbon dioxide production apparatus includes a cooling unit that collects and cools the carbon dioxide discharged from the carbon dioxide engine, and a carbon dioxide compression that compresses the cooled carbon dioxide pumped from the cooling unit at a high pressure. And a tank for storing carbon dioxide supplied from the carbon dioxide compression section, and further provided with carbon dioxide normal pressure means for setting the pressure of the carbon dioxide gas on the exhaust port side of the carbon dioxide engine to atmospheric pressure. Without connecting each of the above parts by a pipe to constitute a circulation circuit in which carbon dioxide circulates,
The non-combustion power generator supplies power for compressing carbon dioxide to the primary carbon dioxide production apparatus and the secondary carbon dioxide production apparatus,
The carbon dioxide engine includes an engine that operates an actuator by a force caused by volume expansion when carbon dioxide supplied in a high pressure state becomes an atmospheric pressure, and the carbon dioxide engine generates electric power.
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