JP5658201B2

JP5658201B2 - 液体空気と液体水素を利用する発電装置

Info

Publication number: JP5658201B2
Application number: JP2012138918A
Authority: JP
Inventors: 安達　司朗; 司朗安達
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2032-06-20
Also published as: JP2014003855A

Description

本発明は、液体空気と液体水素を利用する発電装置に関するものである。

従来より、空気を冷却して液体化し、それを常圧で蓄えると共に、必要に応じて液体空気を加温して高圧空気を取り出し、発電用タービンとその発電機を駆動し発電する液体空気貯蔵発電システムが知られている（特許文献１）。

特開平４−１２７８５０号公報

しかしながら、ランキン・サイクル冷熱発電において、発電用タービンから高速排気された作動流体の気化空気を、冷媒流体の液体空気で確実に液化・再生するには、冷熱エネルギが不足しがちであった。

そこで、本発明の目的は、冷媒流体に液体水素を利用することにより、発電用タービンから高速排気した作動流体の気化空気を確実に液化・再生できる発電装置を提供する。

本発明のうち、請求項１に記載された発明は、冷熱エネルギを利用するランキン・サイクル発電システムにおいて、保冷タンクＡに注入した超低温の液体空気を作動流体の高圧ポンプで、加熱膨張室に設置された電気エネルギの通電で熱エネルギを発生させた金属蓄熱体の熱交換流路に圧送して、昇温・膨張した気化空気は、発電用タービンとその発電機を高速駆動させ、保冷タンクＢに注入した極低温の液体水素を冷媒流体の高圧ポンプで、冷却凝縮室に設置された熱交換器の熱交換チューブに圧送させ、極低温の冷熱エネルギを発生させた熱交換器との熱交換で、発電用タービンから排気した低温の気化空気を超低温の液体空気に冷却・液化して、ポンプで保冷タンクＡの液化層に液体空気を送り返すサイクルと、発電用タービンから排気した低温の気化空気との熱交換で、熱交換チューブ内で昇温した超低温の気化水素を、膨張弁に圧送して膨張弁の膨張減圧・冷却作用で保冷タンクＢの気化層で液化した極低温の液体水素を液化層に送り返すサイクルを特徴とするものである。

請求項１に記載された発電装置は、高速排気した作動流体の気化空気を確実に液化・再生することが可能である。

発電装置の構成を示す説明図である。発電装置と各機器との構成を示す説明図である。を示す説明図である。

以下、本発明の発電装置における液体空気と液体水素を利用する発電の一実施形態について、詳細に説明する。

この発電装置を稼働させるにあたり、各スイッチの電気回路に供給される電気が、発電機（１）からの出力が発生するまでは、バッテリ（２）からの出力で、この発電装置を始動させる構成である。

まず始めに、冷凍機Ａ（３）と圧力調整弁（４）と注入弁（５）を装備した保冷タンクＡ（６）の注入弁（５）からマイナス１９０℃の液体空気を注入した時点で、冷凍機Ａのスイッチ（８）をＯＮにする。
次に、金属蓄熱体のスイッチ（２８）をＯＮにして、加熱膨張室（９）に設置された金属蓄熱体（１０）から電気エネルギの通電で熱エネルギを発生させた後、作動流体の高圧ポンプのスイッチ（１１）をＯＮにする。そして、作動流体の高圧ポンプ（１２）でマイナス１９０℃の液体空気を金属蓄熱体（１０）の熱交換路（１３）に圧送する。その結果、２０℃及び３９kg/cm²に昇温・膨張した気化空気は、発電用タービン（１４）と、その発電機（１）を高速駆動させる。

次に、冷凍機Ｂ（１５）と圧力調整弁（１６）と注入弁（１７）と膨張弁（１８）を装備した保冷タンクＢ（１９）の注入弁（１７）からマイナス２５３℃の液体水素を注入した時点で、冷凍機Ｂのスイッチ（２０）をＯＮにする。

その後、冷媒流体の高圧ポンプのスイッチ（２１）をＯＮにして、冷媒流体の高圧ポンプ（２２）でマイナス２５３℃の液体水素を冷却凝縮室（２３）に設置された熱交換器（２４）の熱交換チューブ（２５）に圧送させる。これにより、極低温の冷熱エネルギを発生させた熱交換器（２４）との熱交換で、発電用タービン（１４）から排気したマイナス８０℃の気化空気をマイナス１９０℃の液体空気に冷却・液化する。

そして、ポンプのスイッチ（２６）をＯＮにして、ポンプ（２７）で保冷タンクＡ（６）の液化層に液体空気を送り返すサイクルと、発電用タービン（１４）から排気したマイナス８０℃の気化空気との熱交換で、熱交換チューブ（２５）内で昇温して気化したマイナス２１０℃の水素を、膨張弁（１８）に圧送して、膨張弁（１８）の膨張減圧・冷却作用で、保冷タンクＢ（１９）の気化層で液化したマイナス２５３℃の液体水素を液化層に送り返すサイクルとにより、液体空気と液体水素とを利用した発電装置が構成される。
尚、例えば発電機（１）からの出力が６００ｋＷの場合は、インバータ（２９）から各スイッチへ供給される総合出力が３００ｋＷ以内で、この発電装置の稼働に必要な電気が賄われている。

上記の如く構成された液体空気と液体水素とを利用した発電装置は、冷熱エネルギを利用するランキン・サイクル発電システムにおいて、保冷タンクＡに注入した超低温の液体空気を作動流体の高圧ポンプで、加熱膨張室に設置された電気エネルギの通電で熱エネルギを発生させた金属蓄熱体の熱交換流路に圧送して、昇温・膨張した気化空気は、発電用タービンとその発電機を高速駆動させ、保冷タンクＢに注入した極低温の液体水素を冷媒流体の高圧ポンプで、冷却凝縮室に設置された熱交換器の熱交換チューブに圧送させ、極低温の冷熱エネルギを発生させた熱交換器との熱交換で、発電用タービンから排気した低温の気化空気を超低温の液体空気に冷却・液化して、ポンプで保冷タンクＡの液化層に液体空気を送り返すサイクルと、発電用タービンから排気した低温の気化空気との熱交換で、熱交換チューブ内で昇温した超低温の気化水素を、膨張弁に圧送して膨張弁の膨張減圧・冷却作用で保冷タンクＢの気化層で液化した極低温の液体水素を液化層に送り返すサイクルを特徴とすることにより、高速排気した作動流体の気化空気を確実に液化・再生することが可能である。

１・・発電機、２・・バッテリ、３・・冷凍機Ａ、４・・圧力調整弁、５・・注入弁、６・・保冷タンクＡ、８・・スイッチ（冷凍機Ａ）、９・・加熱膨張室、１０・・金属蓄熱体、１１・・スイッチ（作動流体の高圧ポンプ）、１２・・高圧ポンプ、１３・・熱交換流路、１４・・発電機用タービン、１５・・冷凍機Ｂ、１６・・圧力調整弁、１７・・注入弁、１８・・膨張弁、１９・・保冷タンクＢ、２０・・スイッチ（冷凍機Ｂ）、２１・・スイッチ（冷媒流体の高圧ポンプ）、２２・・高圧ポンプ、２３・・冷却凝縮室、２４・・熱交換器、２５・・熱交換チューブ、２６・・スイッチ（ポンプ）、２７・・ポンプ、２８・・スイッチ（金属蓄熱体）。

Claims

冷熱エネルギを利用するランキン・サイクル発電システムにおいて、保冷タンクＡに注入した超低温の液体空気を作動流体の高圧ポンプで、加熱膨張室に設置された電気エネルギの通電で熱エネルギを発生させた金属蓄熱体の熱交換流路に圧送して、昇温・膨張した気化空気は、発電用タービンとその発電機を高速駆動させ、保冷タンクＢに注入した極低温の液体水素を冷媒流体の高圧ポンプで、冷却凝縮室に設置された熱交換器の熱交換チューブに圧送させ、極低温の冷熱エネルギを発生させた熱交換器との熱交換で、発電用タービンから排気した低温の気化空気を超低温の液体空気に冷却・液化して、ポンプで保冷タンクＡの液化層に液体空気を送り返すサイクルと、発電用タービンから排気した低温の気化空気との熱交換で、熱交換チューブ内で昇温した超低温の気化水素を、膨張弁に圧送して膨張弁の膨張減圧・冷却作用で保冷タンクＢの気化層で液化した極低温の液体水素を液化層に送り返すサイクルを特徴とする、液体空気と液体水素を利用する発電装置。