JPH10505145A - 汚染を減少した動力発生システム及びそのためのガス発生機 - Google Patents
汚染を減少した動力発生システム及びそのためのガス発生機Info
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Abstract
Description
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.作動流体として、酸素と炭化水素または単純アルコール(例えば、メタノー ルまたはエタノール)燃料の完全燃焼の生成物を使って、水冷して、タービン間 の再熱を伴う再生タービン動力発生システムであって、該再生タービン動力発生 システムが、以下のものを有するもの。 供給手段から低圧の液体酸素を受け入れるための入口と放出口を有するポン プ手段であって、該ポンプ手段は入口よりも大きな値に液体酸素の圧力を上昇す るための手段を有し、 供給手段から高圧炭化水素または単純アルコール(例えば、メタノールまた はエタノール)燃料を受け入れて放出するための入力手段を有し、 供給手段から低圧水を受け入れるように適応した入口と放出口を有する高圧 水ポンプ手段であって、該高圧水ポンプ手段は水圧を入口よりも大きくする手段 を有し、 高圧液体酸素、高圧炭化水素または単純アルコール燃料および高圧水を受け 入れるための入口手段と出口を有するガス発生機手段であって、上記ガス発生機 手段が上記高圧液体酸素を高圧燃料とともに完全に燃焼して蒸気と二酸化炭素の 高温ガスを発生する手段を有し、上記ガス発生機手段は上記高温ガスを高圧水で 冷却して蒸気と二酸化炭素の低温混合ガスを発生する手段を有し、 上記ガス発生機の出力ガスを受け入れて出力された動力を送給するための手 段と排出手段を備えた第一タービン手段を有し、 第一再熱機手段であって、該第一再熱機手段は、上記第一タービンの排気を 受け入れるための手段と、上記高圧液体酸素の一部を受け入れるための手段と、 上記高圧燃料の一部を受け入れるための手段と、上記高圧水の一部を受け入れる ための手段と、上記 高圧液体酸素を高圧燃料とともに完全に燃焼して高温ガスを発生し且つ排気する 手段を有する水冷燃焼室手段と、上記第一タービン排気ガスを上記燃焼室排気ガ スと混合して上記ガス発生機排気ガスの温度に近い温度を有する完全混合再熱ガ スを製造し且つ放出する手段を有し、 上記第一再熱機放出手段から放出される出力ガスを受け入れて出力された動 力を送給するための手段と放出手段を備えた第二タービンを有し、 第二再熱機手段であって、該第二再熱機手段は、上記第二タービンの排気を 受け入れるための手段と、上記高圧液体酸素の一部を受け入れるための手段と、 上記高圧燃料の一部を受け入れるための手段と、上記高圧水の一部を受け入れる ための手段と、上記高圧液体酸素を高圧燃料とともに完全に燃焼して高温ガスを 発生し且つ排気する手段を備えた水冷燃焼室手段を有し、 上記第二タービンの排気を上記高温燃焼室排気ガスと混合して上記ガス発生 機排気ガスの温度に近い温度を有する完全混合再熱ガスを製造し且つ放出する手 段を有し、 上記第二再熱機放出口から放出される出力ガスを受け入れて出力された動力 を送給するための手段と放出手段を備えた第三タービンを有し、 上記第三タービン放出口から放出される出力ガスを受け入れるための手段と 、上記第三タービン排出ガスを凝縮するための手段と、上記第三タービンから放 出される二酸化炭素を冷却し且つ水と二酸化炭素の放出口を有する手段を備えた 凝縮機手段を有し、 上記凝縮機二酸化炭素放出口から放出される二酸化炭素を受け入れる入口を 有するコンプレッサー手段であって、該コンプレッサー手段は二酸化炭素の圧力 を入口圧力よりも大きくする昇圧手段と放出手段を有し、 上記凝縮機放出口から放出される水を受け入れる入口を有する低圧水ポンプ 手段であって、該低圧水ポンプ手段は水の圧力を入口よりも大きくする手段と放 出手段を有し、 上記第一タービンの排気の一部を受け入れる手段と、上記高圧水ポンプの高 圧水を受け入れる手段と、上記第一タービンの排気の一部と上記高圧水とを熱交 換するための手段と、冷却された二酸化炭素と低圧凝縮水と高圧熱水とを放出す るための別々の出口を備えた第一熱交換器手段を有し、 上記第二タービンの排気の一部を受け入れる手段と、上記高圧水ポンプの低 圧水を受け入れる手段と、上記第二タービンの排気の一部と上記低圧水とを熱交 換するための手段と、冷却された二酸化炭素と低圧凝縮水と低圧熱水とを放出す るための別々の出口を備えた第二熱交換器手段を有するもの。 2.作動流体として、酸素と炭化水素または単純アルコール燃料の完全燃焼の生 成物を水冷したものを使用する蒸気発生システムであって、該蒸気発生システム が以下のものからなるもの。 供給手段から低圧液体酸素を受け入れる入口と放出口を有するポンプ手段で あって、該ポンプ手段が液体酸素の圧力を入口よりも大きくする手段を有し、 供給手段から高圧炭化水素または単純アルコールを受け入れて放出するため の入力手段を有し、 供給手段から低圧水を受け入れる入口と放出口を有する高圧水ポンプ手段で あって、該高圧水ポンプ手段が水の圧力を入口よりも大きくする手段を有し、 ガス発生機手段であって、該ガス発生機手段は上記高圧液体酸素と上記高圧 炭化水素または単純アルコール燃料と上記高圧水を受け入れるための入口手段と 、上記高圧液体酸素を上記高圧炭化水素または単純アルコール燃料と完全燃焼し て蒸気と二酸化炭素 の高温ガスを発生する手段と、上記高温ガスを上記高圧水で冷却して低温の蒸気 と二酸化炭素を発生させる手段と排出手段を有するもの。 3.以下の組み合わせからなる非汚染動力発生システムであって、 実質的に窒素を含有しない高圧酸素源と、 炭素と水素を含む化合物を含有する高圧燃料源であって、該燃料源は燃焼に よって形成される汚染物質の先駆物質たる元素を実質的に含まず、上記元素が窒 素、硫黄、リンおよびハロゲンであるものと、 水源と、 ガス発生機であって、該ガス発生機は、上記高圧燃料源に連結された少なく とも1つの燃料入口と、上記高圧酸素源に連結された少なくとも1つの酸素入口 と、上記ガス発生機内に上記燃料の燃焼を開始する手段と、上記水源に連結され て上記燃料入口と上記酸素入口から離間した少なくとも1つの水入口と、上記燃 料と酸素の燃焼混合物が水入口から流入した水と混合される混合室と、ガス状燃 焼生成物と上記水入口から流入する水蒸気との混合物の放出口とを有し、 上記放出口から放出されるガスの膨張によって動力を生成する手段と、 水以外の燃焼生成物を分離して集める手段とを有し、 それによって、汚染物質のない燃料からエネルギーが抽出されるもの。 4.ガス発生機が、互いに隣接した酸素入口と燃料入口と、第一の側面上の酸素 入口と燃料入口との間に設けられた水入口と、第二の側面上の放出口とを備えた 囲いを有し、上記水入口から上記囲いに入る水と混合される前に燃料の大部分が 燃焼するように十分な距離だけ上記水入口は酸素入口と燃料入口から離間し、高 圧酸 素源が高圧液体酸素源を含むものである請求の範囲第3項記載のシステム。 5.水の分配回路構成が水源に連結されて上記燃料入口と酸素入口とに向けられ 、燃料と酸素の燃焼温度がコントロールされるものである請求の範囲第4項記載 のシステム。 6.水の分配回路構成が、水を囲いの中に入れるための、酸素入口と燃料入口に 隣接する水冷入口を有する請求の範囲第5項記載のシステム。 7.酸素入口と燃料入口と水の分配回路構成がガス発生機の囲いの一部を形成す る導入ヘッド内に位置し、該導入ヘッドが、導入ヘッドから離間し且つ囲いの一 部を形成する混合室の方を向き、該混合室が上記水入口と放出口を備えたもので ある請求の範囲第6項記載のシステム。 8.分離手段が凝縮機を有し、該凝縮機が放出口から放出されるガスから水を凝 縮する手段とガス発生機から二酸化炭素と他のガス状燃焼生成物を集める手段を 有する請求の範囲第7項記載のシステム。 9.動力発生手段が電力発生機に連結した少なくとも一つのタービンであり、該 タービンがガス発生機から排出される蒸気及び二酸化炭素を含むガスを受け入れ 、ガスを膨張させて圧力を下げ、上記電力発生機を駆動する請求の範囲第8項記 載のシステム。 10.上記動力発生手段が、少なくとも一対の隣接するタービンの間に挿入され た再熱器をもつ少なくとも2つのタービンを有する請求の範囲第9項記載のシス テム。 11.上記再熱器が上記高圧燃料源に連結した少なくとも一つの再熱燃料入口と 、上記高圧液体酸素源に連結した少なくとも一つの再熱酸素入口と、該燃料を再 熱器内で燃焼を開始する手段とを有し、上記再熱燃料入口と上記再熱酸素入口が 再熱器の囲いのなか で隣接して向かい合っており、上記一対のタービンの高圧出口に連結し且つ上記 再熱器の囲いの中で上燃料入口と酸素入口から離間した少なくとも1つの再熱ガ ス入口とを有し、再熱器は上記囲いから燃焼によるガス状生成物の混合物を排出 し再熱ガスは上記一対のタービンの高圧出口から流れる請求の範囲第10項記載 のシステム。 12.上記凝縮器からの水を上記水源に補給し閉回路を形成するように上記水源 が上記凝縮器に連結され、熱交換器が上記水源と上記ガス発生機との間に配置さ れ、上記熱交換器は上記水源からの水を熱交換壁を経て上記タービンの出口から の分岐点に連結し、上記分岐点のガスの熱を熱交換器に水が入る前に上記水源か らの水に伝達し、それによって、システムの効率が高められる請求の範囲第11 項記載のシステム。 13.上記動力発生手段が電力発生器に連結されたタービンであり、該タービン が水を含んだガスを凝縮して液状にし、二酸化炭素を含むガスをガス状のまま分 離する凝縮機に連結されている排出口を有する請求の範囲第3項記載のシステム 。 14.水ポンプの少なくとも一つは、凝縮器により凝縮された水の一部を上記ガ ス発生機に返し、ガス発生機により生成し、上記タービン内で膨張したガスの一 部は上記水ポンプと上記ガス発生機との間の水を熱するために分岐される請求の 範囲第13項記載のシステム。 15.汚染物質を発生させることなく燃料を燃焼させる動力発生方法であって、 以下の工程からなるもの。 実質的に窒素を含有しない高圧酸素を供給し、 炭素と水素を含有する化合物を含む高圧燃料源で、燃焼時に汚染を発生させ るよな先駆物質、たとえば窒素、硫黄、燐およびハロゲンを実質的に有しない燃 料を供給し、 水源を供給し、 燃焼点火手段、混合室及び排出口を有する囲いを持つガス発生機を供給し、 酸素供給源からの酸素を囲いの中に導入し、 燃料供給源からの燃料を囲いの中に導入し、 囲いの中で燃料を燃焼して燃焼生成物を生成し、 囲いの中に水を受けいれ、 受け入れた水を燃焼生成物と混合してガスを生成し、 囲いからガスを排出し、 ガスからのエネルギーを抽出しつつガスを膨張させて動力を発生し、 ガスから水を含まない部分を分離し、 これにより、燃料と酸素の燃焼による動力を環境汚染を引き起こすことなく 得られる方法。 16.従来の燃焼動力発生システムよりも少ない汚染物質の発生で、炭化水素燃 料を燃焼する動力発生システムであって、以下を含むもの。 炭化水素燃料源と、 酸素源と、 水源と、 上記燃料源に連結した燃料入口と、上記酸素源に連結した酸素入口と、燃料 点火手段と、上記水源に連結した水入口と排出口とを備えたガス発生機と、 ガス発生機内の高エネルギー燃焼生成物からの動力を抽出する手段と、上記 動力抽出手段が上記排出口に連結しているもの。 17.上記燃料が実質的に汚染物質を含まず、水素、炭素及び酸素の内のどれか 一つもしくはそれ以上の元素を含むものであり、実質的に水と二酸化炭素のみを 含む燃料生成物を生成するのに必要 な化学量論比で上記燃料及び酸素の燃焼のためにガス発生機内に燃料と酸素を供 給する手段を有する請求の範囲第16項記載の動力発生システム。 18.上記ガス発生機が該ガス発生機内で起る燃焼反応の熱コントロール手段を 有し、該熱コントロール手段が上記ガス発生機内の水源からの水を受ける水入口 を有する請求の範囲第17項記載の動力発生システム。 19.上記ガス発生機内の燃焼生成物が上記タービンを駆動し、該タービンが動 力発生装置に連結されるように、上記動力抽出手段が上記排出口に連結したター ビンを有する請求の範囲第18項記載の動力発生システム。 20.上記水源が上記ガス発生機内での燃焼により生成されて、上記タービンの 排出物中に存在する水を含み、上記タービンの上記排出物中の水の一部が上記シ ステムから外部へ放出される請求の範囲第19項記載の動力発生システム。 21.燃焼室、混合室及び放出口を備えた囲いを有し、 酸素供給源に連結された、燃焼室に通じる少なくとも一つの高圧酸素入口を 有し、 燃料供給源に連結された、燃焼室に通じる少なくとも一つの高圧燃料入口を 有し、 上記囲いの燃焼室の壁面に向かっている少なくとも一つの水分配回路を有し 、 および上記囲いの上記混合室に通じる少なくとも一つの水供給口を有する低 排気或いはゼロ排気動力発生システムのためのガス発生機。 22.水分配回路は燃料と酸素の燃焼温度及び燃焼室壁面の温度の制御をするよ うに、上記水分配回路が上記囲いの燃焼室へ通じる入口を有する請求の範囲第2 1項記載のガス発生機。 23.上記水分配回路および水入口はガス発生機で生成された少なくとも一部の ガスが補給される水源に連結され、放出口を経て上記囲いを出る請求の範囲第2 2項記載のガス発生機。 24.上記混合室が、燃料入口及び酸素入口から燃焼室の長さを定める距離だけ 離間し、その距離は燃焼生成物のみが混合室に入って水入口からの水と接触する に十分であり、点火器は上記囲いの燃焼室内に配置されている請求の範囲第23 項記載のガス発生機。 25.燃料源は水素、炭素或いは酸素を含む元素のうち少なくとも2つの元素を 含んでいる炭化水素燃料源であり、 上記酸素入口及び燃料入口は上記燃料と上記酸素を実質的に水と二酸化炭素 のみを含む燃料生成物を生成するのに必要な実質的に化学量論比で混合されるよ うに配置されている請求の範囲第24項記載のガス発生機。 26.上記燃料源はメタンを含む水素燃料供給源である請求の範囲第21項記載 のガス発生機。 27.燃焼時において、 少なくとも一つの酸素入口と、 水素、炭素および必要に応じて酸素を含む燃料を供給する少なくとも一つの 燃料入口と、 燃焼及び高圧高温蒸気の生成が二酸化炭素によって行われる燃料点火手段と を有することを特徴とする燃焼生成物から高圧高温蒸気を直接製造するためのガ ス発生機。 28.上記酸素入口及び燃料入口は、実質的に水と二酸化炭素を含む燃焼生成物 の生成に必要な比で上記酸素及び上記燃料を混合可能なように配置されている請 求の範囲第27項記載のガス発生機。 29.上記燃焼生成物の温度を制御する手段を有し、上記ガス発生 機は水入口を有し、少なくとも水入口の一部はおおよそ上記酸素入口及び燃料入 口方向に向けて配置されており、上記水入口は上記燃料及び酸素混合物の燃焼生 成物の温度よりも低い温度で水を供給し、水入口からの水は上記燃焼生成物の温 度制御をする手段の少なくとも一部を形成し、 これにより上記燃焼生成物の温度は上記燃料及び酸素混合物の完全な燃焼を 良好な状態で進める請求の範囲第28項記載のガス発生機。 30.上記酸素入口及び燃料入口が上記ガス発生機の導入ヘッド内に面して配置 されており、該導入ヘッドは水入口からの少なくとも水の一部が通過するように 上記水入口に連結している水分配回路からの通路を含み、 これにより、上記導入ヘッドが水冷却され、上記燃料と酸素の混合物の温度 が調整される請求の範囲第29項記載のガス発生機。 31.上記ガス発生機が上記導入ヘッド、燃焼室および上記導入ヘッドから離間 した排出口を備え、上記燃焼室が燃焼室の壁を冷却する手段を有し、水入口から の少なくとも一部の水が燃焼室の壁に隣接し、その水が壁面冷却手段の少なくと も一部である請求の範囲第30項記載のガス発生機。 32.上記水入口からの水の少なくとも一部は上記導入ヘッドから離れて位置す る上記燃焼室へ流れ、上記燃焼室へ入る水は十分な水量をもち且つ上記排出口で の高圧水蒸気の温度を所定の温度にしうる温度を有し、排出された蒸気は上記水 入口からの水と上記燃焼生成物の一部分をなす水との混合物である請求の範囲第 31項記載のガス発生機。 33.上記導入ヘッドが高圧で、実質的に水と二酸化炭素のみを含む燃焼生成物 を生成するのに必要な比率で燃料と酸素を計量し、 混合するための部分を有する請求の範囲第32項記載のガス発生機。 34.上記導入ヘッドが、上記計量および混合部分と上記燃焼室との間に微少開 口を有し、燃焼室内に設けられたそのような複数の開口によって燃料と酸素が混 合される請求の範囲第33項記載のガス発生機。 35.上記燃料入口と酸素入口が導入ヘッド内に配置され、上記導入ヘッドが高 圧で、実質的に水と二酸化炭素のみを含む燃焼生成物を生成するのに必要な比率 で燃料と酸素を計量し、混合するための部分を有する請求の範囲第28項記載の ガス発生機。 36.上記ガス発生機が上記燃焼生成物の温度制御する手段を有し、上記ガス発 生機が水入口と、上記酸素入口及び燃料入口の方向に少なくとも一つの水入口の 一部を有しており、上記水入口は上記燃料及び酸素の混合物の上記燃焼生成物の 温度よりも低温の水を供給し、上記水入口からの水は少なくとも上記燃焼生成物 の温度制御手段の一部をなし、これにより上記燃焼生成物は上記燃料及び酸素の 混合物の完全燃焼を行うために最良の温度に保たれ、 上記導入ヘッドが水分配回路を形成する通路を有し、該通路が上記水入口に 連結された、上記水入口からの水の少なくとも一部が上記通路を流れ、これによ り上記導入ヘッドが水冷され上記燃料と酸素の混合物の温度が制御される請求の 範囲第35項記載のガス発生機。 37.上記ガス発生機が上記導入ヘッド、燃焼室および上記導入ヘッドから離れ て位置する排出口を備えた高圧囲いを有し、上記燃焼室が燃焼室の壁を冷却する 手段を有し、 上記水入口から供給される水の少なくとも一部が上記燃焼室の壁に近接して 流れ、その水が上記壁の冷却手段の少なくとも一部となり、 上記水入口から供給される水の少なくとも一部が上記導入ヘッドから離間し た燃焼室を流れ、燃焼室に入る水は上記排出口で望ましい温度の高圧水蒸気を供 給するのに十分な流量及び温度であり、 排出蒸気は水入口から供給された水と上記燃焼生成物の一部を形成する水と の混合物である請求の範囲第36項記載のガス発生機。 38.上記水入口が上記ガス発生機の上記排出口を出る高圧蒸気により供給され る水の一部を受けるものである請求の範囲第37項記載のガス発生機。 39.高圧酸素源を供給し、 水素、炭素、必要によって酸素を含む高圧の燃料源を供給し、 酸素による燃料の燃焼時に実質的に水と二酸化炭素のみを生成するのに必要 な化学量論比で酸素と燃料を混合し、 点火器を有する燃焼室に酸素と燃料の混合物を引き込み、 燃焼室中で酸素と燃料の混合物に点火器で点火し、 高圧高温の蒸気及び二酸化炭素を燃焼室から排出することからなる燃焼によ る高温、高圧蒸気を含むガスを直接生成する方法。 40.水冷のための分配回路を提供する流体通路と、燃料と酸素の混合物が燃焼 室に引き込まれる直前に配置された分配回路を有し 燃焼室の壁の冷却水のための液体通路を有し、 燃料及び酸素の混合物と燃焼室の壁の温度を望ましい温度にするために、流 体通路に水を流すことにより燃料及び酸素の混合物の燃焼温度と燃焼室の壁の温 度を制御することからなる請求の範囲第39項記載の方法。
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