JPH10508353A - ガス状推進燃料、特に水素使用による蒸気ジェネレーター及び蒸気タービン駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 蒸気ジェネレーターと蒸気タービン駆動装置は、ガス推進装置、特に水素による推進装置の為に設計され、ガス供給装置、空気給送装置(20)、蒸気ジェネレーター(1)及び蒸気タービン(77)を含んでいる。ガス供給装置は供給容器(8)、ガス容器(18)及び充填とガス供給に適応した付属品を備えている。空気給送装置は空気流量調整器とエアフィルター(25)を備えている。蒸気ジェネレーターはセラミック製の壁をもった燃焼室(1)、燃焼室(1)に取り付けられた蒸気ジェネレーターに適応した冷却パイプ(31)を備えている。蒸気タービン(77)は、蒸気ジェネレーターに使われる冷却パイプ(31)から得られた蒸気によって作動する。そのシャフト(36)は出力を表している。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス状推進燃料、特に水素使用による蒸気ジェネレーター 及び蒸気タービン駆動装置 適応分野 この発明は現存している燃焼エンジンよりさらに有益に作動するジェネレータ ーを含む蒸気ジェネレーター及び蒸気タービン駆動装置に係わる範囲に及ぶ。 特に水素を燃料として使用する場合は、炭化水素燃焼に伴う炭素二酸化物の放 出が避けられるので、空気を汚染することなく、より有利である。 現状技術 最も広く利用されている燃料は炭化水素であり、天然オイルより採出される。 従ってその資源は来世紀中ごろには使い尽くされるであろうと予想されており、 さらに否定的な要素としては、有害な影響を及ぼす炭素二酸化物の放出があり、 これについては専門家もかなり深刻に受け止めている。 燃焼温度が上昇すれば窒素酸化物の放出量が増え、人間の生命や健康に徐々に 害を与える等の問題も引き起こすであろう。 上記の問題を解決するために、無限利用ができ、燃焼後は再び以前の形態に復 帰可能である水素の燃料としての使用が長い間考慮されてきた。水素は純粋な燃 料であり、環境に有害な物質を放出することなしに、繰り返し生産、使用できる 。 水素を燃料として一般的に使用するにあたり、大量の生産、保管、運搬に係わ る問題点を解決する様々なプロジェクトの考案が必要とされる。 水素使用には、又数々の問題点もある。環境温度では気体分子水素は、即時に 金属には浸透しないのである。 原始状態の水素は、損害を起こすこともあり得るので、危険である。原始ヒド ロゲンは、より高い水素圧力と同様、腐食状態、電気分解の場合、湿度のある状 態で、４３０°Ｆ以上の温度で発熱する。 高温で水素の効果は、表面及び内部のdecarbonationから成る表面のdecarbona tionにより、温度は１０５０°Ｆ以上になる。この反応は水蒸気によって起こる 内部decarbonationの間、水素は４３０°Ｆ以上の高温で鋼鉄に浸透し、メタン を発生させる内部の反応によって鉄炭化カルシウムを金属の鉄に変化させる。 重大な点は、これらは内部に部分的に圧力の増加をもたらし、よって気泡の形 成及び破砕を引き起こす（１９８４年１０月、水素環境における金属、Ｐ．Ｗｅ ｂｂ、Ｃ．Ｇｕｐｔａ 参照）。 水素によって引き起こされる圧迫タイプの破砕は、しばしば水素及び この現象は金属が、限度を越えて低い量によって起こる緊張圧迫状態に、長時 間さらされることによりしばしば起こる。 ４３０°Ｃ以下の低い温度では、脆さや気泡の形成が見られる。脆さや硬さは 、水素が金属に浸透し、金属の柔軟性や張力を減少させることによって決まる。 水素が金属に及ぼす影響は、変更可能、変更不可能にもなりうる。変更不可能 な硬直さの場合、水素の吸収は金属構造の破壊を伴い、それは水素の最後の痕跡 が金属をはなれても存続する。このような金属の１つに銅をあげると水素が３０ ０°Ｃ以上の温度で浸透したと反応を起こし（水蒸気と金属銅がつくられる） 高温状態になると、圧力は十分になり、包含部が広がり、金属の地を多孔性に し、その圧力を低下させる。変更可能な変形は、水素を押出すことによって蓄え られ、もとの柔軟性は確保される。 燃料としてのヒトロゲンは良い要素をもつ。燃焼温度と加熱値が高く、熱エネ ルギーがかなり能率的に使われるので、濃縮度が低くても発煙せずに燃える。燃 焼室におけるヒドロゲンの燃焼は、自然ガスに比べ有利である。炎の放射率（炎 がなんの固体粒子も含んでいない場合）は、直接トライアトミックガスに関連す ると言われている。ｉｅ この場合は二酸化炭素と水 その燃焼物の中で水素ガスは特に多くのトライアトミックガスを含んでおり、 その放熱能力は自然ガスよりも高い。 水素フレームの放熱は、自然ガスよりも高く、外部温度は高く、従って放熱能 力は良い。 熱移転の特性調査によると、水素の断熱温度は（２１００°ｃ）は、自然ガス （１９５０°ｃ）よりも高いと言われている。 水素の燃焼には、自然ガスよりも少量の空気が必要とされる。一定の力とトル クの場合、水素ガスの熱移転は、自然ガスよりも１０％ほど良い。 これら全てによりわかるように、水素の燃焼はオープンスペースにおいても、 閉ざされた燃焼スペースにおいても特に問題はない。放熱の良さ、熱移転、安全 性により、能率良くエネルギー変換ができるであろう。 同時に気体から液体への変換は、不利に強まっていく圧力状態に影響を与え、 燃焼エンジンの金属部分を、少量の水分によって作り出される強度の腐食状態に さらす。多くの不利な要素があるにもかかわらず、水素の燃料としての使用実現 に際して、まだ数々の障害をのりこえねばならないと言えるであろう。 特許Ｎｏ．ＵＳ４５７３４３５（Ｓｈｅｌｔｏｎ）では、水素生産がディーゼ ルエンジン添加物として使用されるための手順と器具について述べている。 ここでは、熱い排気ガスを運搬する熱交換のパイプの束に水を吹きかけている 。水を吹きかける速度はとても速く、水の大部分は崩壊され、水素と酸素になる 。このガス混合物の残存した蒸気は、混じりあった後、燃焼室へ送り込まれる。 結果として不利な点は、この方法ではthermic waterの分解があまり行われず、 得られた水素と水蒸気はかなり損害を与えるということである（燃焼エンジンに ）。 ＵＳ４５３４２８では、ヒトロゲン燃料システムは、炭化水素を燃料とした薬 物、又はそれに変わるもの、例えばヒトロゲンを空気と混ぜあわせる装置と同様 、燃焼装置をも含むものの、稼働システムと共に使用されると述べられている。 この不利な点は、ここでも水素により燃焼エンジンがダメージを受けるという こと、そして高温では燃焼の間、窒素酸化物を発生させ、環境に悪く、しかしそ の量は減らすことができないということだ。 特許Ｎｏ．ＵＳ４５２８９４７では、電気分解セル（水素と酸素をつくる）が 、燃焼エンジンの冷却システムと統合される。ソーラーＯＸＹ。水素の部分と共 に作動すると述べている。一方の電極がエンジン本体にあり、もう一方は冷却装 置である。発生する水素は電解液に含まれる含水化合物によって蓄えられる。こ こで不利な点は、水素が金属に浸透し、破壊させるので、燃焼エンジンがダメー ジを受けるということだ。さらなる問題点は、高温燃焼でチッソ酸化物を発生さ せ、環境に悪影響を与えるということだ。 特許Ｎｏ．ＥＰ１５３１１６では、Ｈ2Ｏの原形質の何段階にもおける利用に よる機械エネルギーの生産手順について述べている。原形質は、水の分離を通し て得られ、反動圧力が原形質により保持される。 機械エネルギーはピストンエンジンで、電気を伝導する原形質の爆発によって 、得られる。ここにおける問題点は、ピストンエンジンの金属構造が、水素の発 生によってダメージを受けることである。 さらなる点は、ピストンエンジンが加熱されすぎ、適切な冷却措置がされても 高温の原形質の燃焼の間に、集中的な消耗を引き起こすということである。 水素は、メタリックハイドランドの形で、金属に吸収されるような方法でハイ ドランド容器の中で保管され、運搬される。 Ｄａｉｍｌｅｒ−Ｂｅｎｚ社は、上述のハイドランド容器の備った薬物のテス トを行った。ハイドランド蓄電池のボリュームは、６５リットル、大きさは２０ ０ｋｇ、従って４４ｋｗのエンジンで２００ｋｍを走行できる距離をカバーでき る。可能距離を２倍にするには、ハイドランドの改良が要求される。 同様なテストが他でも行われており、乗用車に使われている一般的な燃焼エン ジンには、何の問題もなく水素が使用されていることが明らかになっている。 かなりの要素がキャブレターとイグニションに必要とされた。ここにおいては 、以前からのエンジン構造が保持され、全く新しいエンジンタイプは開発されな かった。 しかしこの観点は正しくない。以前からのエンジンがヒトロゲン燃料によるの なら、効率があまり発揮できないからである。一方はヒトロゲンが金属カンキョ ウにダメージを与え、結果は考慮されない。 従って、水素のダメージ影響に耐え、適切に効率がよく、限られたエネルギー 源に特色づけられる時々において経済的な使用ができる様、薬物の形成には、多 くの改良が必要である。 発明の一般説明 目的は推進装置を箱につめ、以前のものより有利に、特に空気汚染を最小限に して作動させることである。さらなる目的は、水素を燃料として使用することで ある。この場合二酸化炭素放出（炭化水素燃焼に伴う）が、実際的に解決される からである。さらなる目的として、燃焼温度が燃料燃焼の調整によりひき下げら れる推進装置を作ることで、結果として、亜酸化窒素の発生にもなる。 さらには、上述の推進装置と共に、使用される蒸気ジェネレータの創作である 。 またメタリックハイドランドをエネルギー源としてもつヒトロゲン燃料の推進 装置の創作で、ハイドランド容器を上述のメタリックハイドランドの保管のため に備え付けた、又環境にやさしいモータ乗用車が生産される際に使用される推進 装置の創作である。セラミクスの燃焼室内の空気中の酸素に混ざりあっている水 素を燃焼させることによって、燃焼によって得たエネルギーはより効率よく利用 される。 燃焼手順は一定しているので、燃焼温度は、一定値以下に保たれ、結果として 、窒素酸化物の発生を最少限におさえることができる。同時にセラミクスの水素 に対する耐力は、燃焼エンジンパートよりもすぐれている。エネルギー変換に適 切な高圧力蒸気の生産に、水の冷却自体が使用できるのであれば、全体の熱エネ ルギーは役立つ。作動温度が、燃焼エンジンよりも低く、亜酸化窒素放出の減少 の一因となり、最低レベルの量を確保するところの このエネルギー節約手順 チッ素酸化物が発生する低い作動温度 この最低量は この方法の利点は、閉ざされたスペースでの水素燃焼の間、蒸気タービン推進 装置は気体の推進、特に水素や以下のものを含む装置と共に作動させるのが適切 である。 ・ガス供給装置：ガス容器 ガスを集め供給する導管を備えた供給ジェネレー ター ・空気流調整器具と空気ろ過装置を備えた空気供給装置 ・上述のガス供給装置と空気供給装置に接続されるセラミック壁をもつ燃焼室 を備えた蒸気ジェネレーター 蒸気発生に適切な冷却パイプを壁に備えたもの 蒸気タービンは蒸気ジェネレーターの冷却パイプから得る蒸気によって推進さ れる駆動出力を示すシャフトと共に備えられた供給容器はむしろ、水素をメタリ ックハイドランドの状態で推進燃料としての水素を保管する粉又は粒状金属を含 む容器といってよいだろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気体燃料、特に水素使用 ・供給容器（８）を備えたガス供給装置、及び充填材、ガス供給に適したダクト ・空気流を調整する器具及び空気フィルター（２５）を備えた空気供給装置（２ ０） ・上記のガス供給装置及び空気供給装置に接続するセラミックの壁に囲まれた燃 焼室を備えた蒸気ジェネレーター（１）をして蒸気発生に適応する蒸気発生冷却 パイプ（３１） ・蒸気発生冷却パイプ（３１）より得られる蒸気によって作動する蒸気タービン ・このタービン動力出力は、そのシャフト（３６）に示される ２ 項目１による推進装置は、供給装置、つまりメタリックハイドランドの状態で 水素を含む粉または粒状の金属で満たされたハイドランド容器（８）を備えてい る ３ ・項目２による推進装置は、水の部分より離れて上述のハイドランド容器の内部 （１２）及び外部（１１）の壁をも含む ・内部側面は耐熱材料によって作られ、ガラス繊維を増強したプラスチックは好 ましい ・内部側面によって限定される空洞部分は、金属又は金属を調合したｌｏａｄ（ ７）を含み、それは壁にあいた内部の突き出たパイプ（６）と共に粉又は粒状で 保管されているこれらの穴のあいた壁のパイプは、キャップ（７５）のような閉 鎖されるもの（７６）を備えた、水素を満たすのに使用される共通のパイプ（４ ）に接続されている