JP2004324626A

JP2004324626A - 発電所の排気熱利用による水素と発電

Info

Publication number: JP2004324626A
Application number: JP2003153524A
Authority: JP
Inventors: Goro Igarashi; 五郎五十嵐
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【目的】この出願は、火力（気力）発電設備または原子力発電設備の排気端蒸気等からの水素製造および水素燃焼による発電等に関するものである。
【構成】１・火力（気力）発電設備の排気端蒸気を水素製造に設ける。
２・原子力発電設備の排気端蒸気熱に１蒸気発生器（放射能対策）を設けた蒸気を水素製造に設ける。
３・製造水素を水素エンジン等の内燃機関、または固体酸化物形または溶融炭酸塩形の燃料電池に設ける。
４・固体酸化物形または溶融炭酸塩形の燃料電池の動作熱エネルギーを水素製造、または海水の淡水化に設ける。
５・製造水素を火葬用燃焼炉または塵焼却炉の燃料に設ける。
６・水素製造から燃焼等までが、発電所内に一環した設備構成である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この出願は、火力発電（気力発電）設備または原子力発電設備の排気端蒸気等からの水素製造および水素燃焼による発電等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電（気力発電）は、石油、石炭、液化天然ガス（ＬＮＧ）等の燃料を燃やしてボイラーで蒸気をつくり、この蒸気により蒸気タービンを回して発電機を動かすのであり、原子力発電は核分裂を利用して、熱エネルギーを取り出し、蒸気タービンを回して発電機を動かすのである。これは燃料または核分裂エネルギーを熱エネルギーに変えて、水を熱して発生する蒸気の働きによりタービンを回して機械エネルギー（回転運動）に変換し、発電機によって電気エネルギーを得ているのである。熱機関を効率よく動かすためには、高熱源と低熱源が必要となるので、腹水器を設けて海水等で冷却するので、熱エネルギーの相当部分は腹水器で失われるのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題点】
火力発電（気力発電）または原子力発電の熱エネルギーの相当部分は腹水器で失われる。熱エネルギーの有効利用による原子力発電設備の排気端蒸気熱、または火力発電（気力発電）設備の排気端蒸気からの水素の製造、および製造水素を燃料とした発電、海水の淡水化等の開発をしようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
１・火力（気力を含む）発電設備の排気端蒸気を水素の製造に設ける。
２・原子力発電設備の排気端蒸気熱に１蒸気発生器（熱交換器）を設けた蒸気を水素の製造に設ける。
３・火力（気力を含む）発電設備または原子力発電設備からの製造水素を、水素エンジン等の内燃機関に設ける。
４・火力（気力を含む）発電設備または原子力発電設備からの製造水素を、固体酸化物形または溶融炭酸塩形等の燃料電池に設ける。
５・固体酸化物形または溶融炭酸塩形等の燃料電池の動作熱エネルギーを水素の製造に設ける。
６・海水の淡水化に、固体酸化物形または溶融炭酸塩形等の燃料電池の動作熱エネルギーを設ける。
７・火力（気力を含む）発電設備または原子力発電設備もしくは燃料電池設備の製造水素を、火葬用燃焼炉に設ける。
８・火力（気力を含む）発電設備または原子力発電設備もしくは燃料電池設備の製造水素を、塵焼却炉に設ける。
【０００５】
【作用】
火力発電（気力発電を含む）設備または原子力発電設備の排気端蒸気からの水素製造であるが、原子力発電設備では、放射能漏れ等の対策から排気端に１蒸気発生器（熱交換器）を設けた蒸気からの水素製造である。
火力発電（気力発電を含む）設備または原子力発電設備からの製造水素を内燃機関、または燃料電池に設けた発電である。
火力発電（気力発電を含む）設備または原子力発電設備からの製造水素を、大型燃料電池または中型燃料電池に設けた燃料電池の動作熱エネルギーによる、水の熱分解・水蒸気分解・熱化学サイクルによる水の分解等による水素製造であり、海水の淡水化である。
火力発電（気力発電を含む）設備または原子力発電設備もしくは燃料電池設備からの製造水素を設けた火葬用燃焼炉または塵焼却炉等である。
【０００６】
【実施例１】
請求項１の実施例について説明する。
火力（気力を含む）発電設備の排気端蒸気を水素製造に設けた構成。
火力発電は、ボイラーによって燃料（石炭・重油等）の発熱エネルギーが水に伝えられ、これを蒸発して温度と圧力を高くする。次にこの水蒸気を蒸気タービンに入れ、タービン中で水蒸気を膨張させてタービンの羽根車をまわす。こうして水蒸気の熱エネルギーは機械エネルギーに転換され、タービン軸および発電機の回転となり発電する。残った水蒸気は低圧低温となる。タービンの出口には腹水器を設けて、放出され低圧低温の水蒸気を絶えず循環水で冷却して水に凝結させる。放出される水蒸気の熱エネルギーは腹水器で失われるのである。
したがって、蒸気タービン出口の排気端蒸気を設けた水素製造である。
水素は２次エネルギーであり、製造には何らかの１次エネルギーが必要となるので、火力発電設備等の排気端蒸気を設けて水素を得るのである。
蒸気を設けた水素製造方法は、水蒸気分解・熱分解等があり、この分解法等による水素製造である。
上記、火力発電設備の記述は、気力発電設備を含むものである。
現在、東京電力と三井物産は英国の発電会社インターナショナルパワーと共同で、アラブ首長国連邦（ＵＡＥ）に発電・淡水化事業を展開。火力発電設備と、そこで発生する蒸気から淡水を得る。
【０００７】
【実施例２】
請求項２の実施例について説明する。
原子力発電設備の排気端蒸気熱に１蒸気発生器（熱交換器）を設けた蒸気を水素製造に設けた構成。
原子力発電は、原子核分裂を原理とする原子炉から熱エネルギーを取り出すものである。原子炉内に水、液体金属・空気（またはガス）などを循環させて熱エネルギーを取り出し、熱交換器を通して蒸気とし、蒸気タービン発電機によって発電を行う。したがって、火力発電の一変形であるということができるのであるが、放射能漏れ等の対策から、蒸気タービン出口の排気端蒸気熱に１蒸気発生器を設け、その１蒸気発生器の蒸気から水素を得るのである。
水素製造方法は、実施例１に記述の火力発電と同様であり、省略する。
【０００８】
【実施例３】
請求項３の実施例について説明する。
実施例１または実施例２に記述の製造水素を、発電所内に設けた発電用内燃機関に設けた構成。
火力（気力を含む）発電設備または原子力発電設備等で設けた水素を内燃機関に設けて発電するものである。この内燃機関には、水素ディーゼル・エンジンや水素エンジン等がある。水素エンジンの基本構成は２サイクル・エンジンの燃焼室に水素を直接噴射し、ピストンの凹みで生じたガス流に電気による熱面で着火させるのであり、クリーンなハイパワーが得られる。
製造水素を内燃機関の水素ディーゼルエンジン・水素エンジン等の燃料に設けて発電するものであり、エンジンの排気は無公害の水蒸気である。
発電所内に設けることにより、水素製造から水素エンジン等の燃焼および発電までが一環した設備となるのである。
【０００９】
【実施例４】
請求項４の実施例について説明する。
実施例１または実施例２に記述の製造水素を、発電所内に設けた燃料電池に設けた構成。
火力（気力）発電設備または原子力発電設備等で設けた水素を燃料電池に設けるのである。この燃料電池には、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）等がある。
燃料電池のＳＯＦＣは、水素と一酸化炭素および石炭ガスも燃料ガスとして直接供給ができるのである。ＭＣＦＣは、水素と一酸化炭素および石炭を燃料とし、空気極に二酸化炭素が必要であり、二酸化炭素の濃縮機能および火力発電所の二酸化炭素の排出量を低減できるのである。ＰＡＦＣの燃料は、天然ガス、ＬＰＧ、メタノール、消化ガス、バイオガス等であり燃料改質処理と水素であり、冷却水が必要である。ＰＥＦＣは、燃料として天然ガスやメタノール等を利用するが改質が必要である。
したがって、発電所内に設ける燃料電池は、固体酸化物形（ＳＯＦＣ）または溶融炭酸塩形（ＭＣＦＣ）の大型または中型の燃料電池を設け、燃料に製造水素を供給するのである。
【００１０】
【実施例５】
請求項５の実施例について説明する。
発電所内に設けた燃料電池が発生した熱エネルギーを、水素製造に設けた構成。
燃料電池は水素と酸素に化学反応を起こさせ、発電する。心臓部は電極と電解質または電解質膜であり、これをセルと呼んでいる。セルは中心に電解質または電解質膜をおき、両側に電極を設けた構造であり、電極は燃料極と空気極とがある。水素が燃料極であり、酸素が空気極である。この燃料電池が動作する際、熱エネルギーを発生するのである。この発生した熱エネルギーを水素製造に設けるのである。
燃料電池の動作する温度は、固体酸化物形（ＳＯＦＣ）９００〜１０００℃、溶融炭酸塩形（ＭＣＦＣ）６００〜７００℃、リン酸形（ＰＡＦＣ）１７０〜２００℃、高分子電解質形（ＰＥＦＣ）８０〜１００℃程度である。
熱エネルギーを設けた水素製造方法は、水の熱分解・水蒸気分解・熱化学サイクルによる水の分解等による水素製造法である。
発電所内に設ける燃料電池は、動作熱エネルギーの利用により、高温大型または中型の固体酸化物形または溶融炭酸塩形の燃料電池の設置である。
【００１１】
【実施例６】
請求項６の実施例について説明する。
発電所内に設けた燃料電池の動作熱エネルギーを、海水の淡水化に設けた構成。
燃料電池が動作する際、発生する熱エネルギーを設けた海水の淡水である。
熱エネルギーによる海水の蒸発もしくは蒸気であり、海水での冷却により淡水となるのである。
発電所内の燃料電池は海水の淡水化により、高温大形の固体酸化物形（ＳＯＦＣ）または中型の溶融炭酸塩形（ＭＣＦＣ）を設けるのである。
したがつて、燃料電池の動作熱エネルギーによる海水の蒸発もしくは蒸気から淡水を得るのである。
なお、燃料電池の動作熱エネルギーは、ガスタービンや蒸気タービンとの複合発電等の超高効率発電システム構想などがある。
【００１２】
【実施例７】
請求項７の実施例について説明する。
実施例１または実施例２もしくは実施例５に記述の製造水素を、発電所内に設けた火葬用の燃焼炉に設けた構成。
火力発電（気力発電を含む）設備または原子力発電設備もしくは燃料電池設備からの製造水素を火葬用燃焼炉の燃料に設けるのである。
水素を燃料とする燃焼炉では、二酸化炭素等の大気汚染や地球環境問題がなく、排気は水蒸気であり無公害である。このような水素を燃料とする燃焼炉を発電所内に設けて、水素製造から燃焼まで、一環した火葬用の燃焼設備となるのである。
【００１３】
【実施例８】
請求項８の実施例について説明する。
実施例１または実施例２もしくは実施例５に記述の製造水素を、発電所内に設けた塵焼却炉に設けた構成。
火力発電（気力発電を含む）設備または原子力発電設備もしくは燃料電池設備からの製造水素を塵焼却炉の燃料に設けるのである。
焼却の際、発生するダイオキシン等の対策では、８００℃以上の温度が必要である焼却炉の燃焼に水素を設けるのである。
したがって、無公害の水素を塵焼却炉の燃料に設けて、大気汚染等の諸問題を軽減するものである。水素製造から燃焼まで、一環した塵焼却設備を発電所内に設けるのである。
【００１４】
本出願は、火力（気力）発電設備または原子力発電設備の排気端等の蒸気からの水素の製造であり、製造した水素を燃料とした発電または燃焼等である。したがって、発電所内に一環した設備を設ける記述であるが、水素の液化または水素を高圧ボンベ等に設けることにより、燃焼炉および焼却炉等は、発電所内の設置を必要としないのである。
【００１５】
火力発電（気力発電を含む）所内または原子力発電所内に設ける燃料電池の動作熱エネルギーによる水素製造または淡水化は、固体酸化物（ＳＯＦＣ）形や溶融炭酸塩（ＭＣＦＣ）形等の高温大規模または中規模の燃料電池の設置である。ちなみに固体酸化物形の動作温度は１０００℃であり、溶融炭酸塩形の動作温度は６００〜７００℃である。
現在、固体酸化物型の研究および開発により、発電効率６０％の見通し、作動温度８００℃が可能である。ＮＴＴはセラミックス製電極を改良し、電気抵抗を十分の一程度に下げた。また、三菱マテリアルと関西電力などは、約千度と高い作動温度を約二百度下げられる電極材料を開発したことにより、上記の発電効率および作動温度が可能になるのである。
【００１６】
本出願の参考文献等。
１・発電・変電第３編火力発電第４編原子力発電電気学会。
２・燃料電池のすべて第１章〜第７章日本実業出版社。
３・自動車メカニズム図鑑水素エンジンの構成グランプリ出版。
４・２００３年２月１６日掲載ガイアの夜明け開発進む燃料電池日本経済新聞。
５・２００３年３月１１日掲載ＵＡＥの発電・淡水化事業東電連合が受注日本経済新聞。
６・２００３年４月４日掲載燃料電池「火力」並み目指す固体酸化物型の研究進む日本経済新聞。
７・世界大百科事典発電・水素・放射能・火葬平凡社。
【００１７】
【発明の効果】
火力発電（気力発電を含む）設備または原子力発電設備の排気端蒸気等から水素を得るのである。この水素を内燃機関または燃料電池に設けた複合発電であり、発電効率の向上である。燃料電池の動作熱エネルギーを設けた水素製造または海水の淡水化であり、水素を設けた無公害の火葬用燃焼炉または塵焼却炉である。したがって、海水等で失われる熱エネルギーからの水素製造であり、燃焼には無公害の水素を設けた発電等である。
【図面の簡単な説明】
【図１】原子力発電の加圧水形軽水炉（ＰＷＲ）原理参考図
【符号の説明】
１蒸気発生器（熱交換器）

Claims

火力発電（気力発電）設備の排気端蒸気を水素製造に設けたことを特徴とした発電所の排気熱利用による水素と発電。
原子力発電設備の排気端蒸気熱に１蒸気発生器（熱交換器）を設けた蒸気を水素製造に設けたことを特徴とした発電所の排気熱利用による水素と発電。
請求項１または請求項２に記載の製造水素を、発電所内に設けた発電用の内燃機関に設けたことを特徴とした発電所の排気熱利用による水素と発電。
請求項１または請求項２に記載の製造水素を、発電所内に設けた燃料電池に設けたことを特徴とした発電所の排気熱利用による水素と発電。
発電所内に設けた燃料電池の動作熱エネルギーを、水素製造に設けたことを特徴とした発電所の排気熱利用による水素と発電。
海水の淡水化に、燃料電池の動作熱エネルギーを設けたことを特徴とした発電所の排気熱利用による水素と発電。
請求項１または請求項２もしくは請求項５に記載の製造水素を、発電所内に設けた火葬用の燃焼炉に設けたことを特徴とした発電所の排気熱利用による水素と発電。
請求項１または請求項２もしくは請求項５に記載の製造水素を、発電所内に設けた塵焼却炉に設けたことを特徴とした発電所の排気熱利用による水素と発電。