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JP2002116298A - 発電システムにおけるα崩壊による放射エネルギーの利用方法およびその装置 - Google Patents

発電システムにおけるα崩壊による放射エネルギーの利用方法およびその装置

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JP2002116298A
JP2002116298A JP2000304547A JP2000304547A JP2002116298A JP 2002116298 A JP2002116298 A JP 2002116298A JP 2000304547 A JP2000304547 A JP 2000304547A JP 2000304547 A JP2000304547 A JP 2000304547A JP 2002116298 A JP2002116298 A JP 2002116298A
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decay
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radiant energy
fuel
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Masayuki Takebe
正幸 武部
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
    • F02M27/06—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by rays, e.g. infrared and ultraviolet
    • F02M27/065—Radioactive radiation

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自然放射性元素の放射エネルギーを利用した
燃焼効率の向上と排気ガス浄化を実現できる発電システ
ムを構築する。 【解決手段】 化石燃料を使用する発電システムにおけ
る燃焼装置の燃焼に必要な供給燃料と吸入空気に、α線
を０．６ベクレル／ｇ以上放出する自然放射性元素のα
崩壊による放射線照射と、同時に生成される中性子照射
を行い、吸入空気に含まれる酸素を活性酸素に変換させ
て、吸入空気と供給燃料を完全燃焼させる燃料活性化装
置５と給気活性化装置２および中性子エネルギー照射装
置３を設置する。また、蒸気発生器への給水に対して
も、曝気装置を備えた給水活性化装置９を設置し、燃焼
装置からの排気ガスに対しても曝気装置を備えた排気ガ
ス浄化装置７を設置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自然放射性元素の
α崩壊による放射エネルギーを利用して、化石燃料を使
用する発電システムにおける燃焼効率の向上と排気ガス
浄化を図る方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】石炭や石油系燃料を使用する発電システ
ムにおいては、超臨界圧ボイラの採用・単機容量の大型
化等によって発電効率の向上を図ると共に、電気的集塵
装置、排煙脱硫・脱硝装置等の設置により排気ガスの浄
化を行っている。
【０００３】また、液化天然ガス（ＬＮＧ）を使用する
高効率の大型ガスタービンとその高温排熱を回収する蒸
気タービンとの複合サイクル発電システムは、クリーン
な天然ガスを燃焼させるものであるから総合発電効率は
５０％前後にもなり排気ガスもクリーンであるが、排出
されるＣＯ2やＮＯXは膨大な量になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来方式の発電システ
ムにおける排気ガス浄化手段や燃焼改善対策は、複数の
手段を組み合わせると共に大型化を図ることによって目
的を達成しているが、ＬＮＧの使用については利用可能
地域やＬＮＧ消費量等に関する制限もあり、中小容量の
発電システムには適用できず、ＮＯXやＣＯ2の排出量も
多い。最近マイクロ・ガスタービンの技術的進歩に伴
い、ＬＮＧを燃料として発電すると同時に排気ガス回収
ボイラーによる地域冷暖房を行う発電システムも開発さ
れているが、排気ガスによる環境汚染の防止対策は不充
分である。
【０００５】本願発明は、上述した従来技術の問題点を
解消するためになされたものであって、超大型化を必要
としない発電システムに対応でき、低コストと排気ガス
浄化を図れるばかりでなく、化石燃料の完全燃焼による
燃焼効率の向上を図ることのできる環境対策に優れた発
電システムを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】化石燃料を使用する発電
システムにおける燃焼装置の燃焼に必要な供給燃料と吸
入空気に、α線を０．６ベクレル／ｇ以上放出する自然
放射性元素のα崩壊による放射線照射と中性子照射を行
うと共に、吸入空気に含まれる酸素を活性酸素に変換さ
せ、吸入空気と供給燃料を完全燃焼させる燃料活性化装
置５と給気活性化装置２を燃料供給系統と給気系統に設
置する。また、蒸気発生器への給水に対しても給水活性
化装置９を給水系統に設置し、排気ガス系統に対しても
排気ガス浄化装置７を設置する。さらに、中性子エネル
ギー照射装置３を給気活性化装置２の出口側に設置し、
中性子照射した吸入空気を給気活性化装置２へ還流させ
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施例を図面を参
照しながら説明する。図１は、本発明に係る発電システ
ムの構成を示すブロック図である。燃焼装置を構成する
ボイラ燃焼室１０には燃料ポンプ４を介して燃料が供給
され、給気ファン１を介して燃焼用空気が供給される。
ボイラ燃焼室１０における燃焼により発生する排気ガス
は排気ファン６を介して排出される。また、燃焼装置を
構成する蒸気室１１には給水ポンプ８を介して給水が供
給され、ボイラ燃焼室１０における燃焼によって生成さ
れた蒸気１２により蒸気タービン１３を回転駆動させ、
主軸１５に連結してある発電機１４を駆動させ、電力を
発生させる。
【０００８】燃焼装置の給気系統におけるＡ点には図２
に示す給気活性化装置２が設置してあり、燃料供給系統
におけるＢ点には図３に示す燃料活性化装置５が設置し
てある。また、蒸気室１１へ給水を供給する給水系統に
おけるＣ点には図５に示す給水の活性化装置９が設置し
てあり、排気ガス系統のＤ点には図４に示す排気ガス浄
化装置７が設置してある。さらに、給気系統における分
流点Ｅには、図６に示す中性子エネルギー照射装置３が
設置してある。
【０００９】本発明による自然放射性元素を含んだ物質
より成るセラミック・ボールは、粒状もしくは粉状の鉱
石を凝固剤で固めて成形加工した直径が約１００ｍｍの
球状のセラミックである。このセラミックを構成する鉱
石の組成は、α崩壊性の自然放射性元素を１００ｐｐｍ
／ｇ〜１ｇ／ｇ（１００％）含有したものであって、そ
の放射線量の範囲は０．６ベクレル／ｇ以上である。
【００１０】燃料活性化装置５の概略構成は図３に示す
通りであって、燃料ポンプ４によって前記装置５の入口
から流入した燃料は、メッシュ状の棚２１の上に分散配
置してあるセラミック・ボール２０と接触しながら流下
し、複数段の棚２１の上に配置してあるセラミック・ボ
ール２０との接触を介して前記装置５の出口からボイラ
燃焼室１０へ供給される。前記装置５内における燃料
は、多数のセラミック・ボール２０と繰り返し接触しな
がら流下するので、この間にα崩壊による放射エネルギ
ー照射と中性子照射を受け、活性化される。
【００１１】給気活性化装置２、排気ガス浄化装置７お
よび給水の活性化装置９の内部構造は同一であるので、
ここでは、給気活性化装置２を例として説明する。給気
活性化装置２の内部には、セラミック・ボール２０を分
散配置したメッシュ状の棚が複数段設置してあり、夫々
の棚の下面には曝気孔を備えた曝気パイプ２２が取り付
けである。セラミック・ボール２０を収納した箱２５と
曝気用給気ファン２４より成る曝気装置へ流入する曝気
用空気は、曝気用給気ファン２４によって吸引される途
中でセラミック・ボール２０と接触してα崩壊による放
射エネルギーを受ける。曝気用給気ファン２４から給気
活性化装置２に吸入された曝気用空気は、曝気用主管２
３から分岐した曝気パイプ２２へ分流し、夫々の曝気孔
から噴出する。前記装置２の入口から流入した給気は、
メッシュ状の棚に分散配置してあるセラミック・ボール
２０と接触しながら下方へ流下するが、この際に曝気パ
イプ２２から噴出する曝気用空気と混合する。
【００１２】従って、前記装置２からボイラ燃焼室１０
へ供給される給気は、装置２に内蔵してあるセラミック
・ボール２０からの放射エネルギー照射と中性子照射を
受けた装置２に流入した給気と、曝気パイプから供給さ
れる曝気装置に内蔵のセラミック・ボール２０からの放
射エネルギー照射と中性子照射を受けた曝気用空気との
混合気となる。なお、給気活性化装置２の出口から流出
する給気の一部を分流して曝気用空気として再循環させ
ると、給気は著しく活性化される。排気ガス浄化装置７
にも曝気装置を設置してあるので、排気ガスの再循環に
よって給気活性化装置２と同様な効果を期待できる。
【００１３】給気活性化装置２の出口側の分流点Ｅに設
置する中性子エネルギー照射装置３の概略構成は、図６
に示す通りである。給気活性化装置２の出口から流入し
た活性化された給気は、メッシュ状の棚２１に分散配置
してあるセラミック・ボール２０´と接触しながら下方
に流下する。セラミック・ボール２０´は、自然放射性
元素１００ｐｐｍ／ｇ以上を含んだ鉱石とベリリウムを
含んだ鉱石とを混合したものを直径が約１００ｍｍの球
形に成形加工したセラミックであって、自然放射性元素
のα崩壊による放射エネルギー照射を受けたベリリウム
からは中性子エネルギーが放射される。従って、セラミ
ック・ボール２０´と接触する流入給気は中性子エネル
ギーの照射を受け活性化される。なお、中性子エネルギ
ー照射装置３の出口は給気活性化装置２の入口と接続し
てあって、給気を還流させることによって活性化を促進
させている。
【００１４】次に、自然放射性元素のα崩壊による放射
エネルギーの空気に対する反応機構について説明する。
自然放射性元素は、放射エネルギーであるα線、β線、
γ線を放出しながら次々と他の元素に変換されていき、
最後に鉛となって安定する元素である。空気にα崩壊に
よる放射線照射が行われると、空気中の二原子酸素は一
電子還元を受け、酸化力の強い活性酸素になる。
【００１５】
【化１】
【００１６】また、空気中には約２１％の酸素と約７８
％の窒素が含まれているが、原子量１４の窒素原子はα
線照射によって反応性に富んだ原子量１７の酸素原子と
原子量１の水素原子に分裂変換される。
【００１７】
【化２】
【００１８】この際、微量の中性子も放出され、原子量
１４の窒素原子は中性子照射によって、原子量１４の炭
素原子と原子量１の水素原子に分裂変換される。
【００１９】
【化３】
【００２０】窒素の原子核変換によって生成された一原
子酸素
【００２１】
【化４】
【００２２】は一酸化炭素（ＣＯ）と反応して炭酸ガス
となる。 ＣＯ ＋ Ｏ → ＣＯ2 換言すると完全燃焼する。
【００２３】また、活性一原子水素
【００２４】
【化５】
【００２５】は炭素と結合しやすいので、炭化水素（Ｈ
Ｃ）に対して反応し、 ＨＣ＋３Ｈ → ＣＨ4 メタンを生成する。これに、空気中の活性酸素
【００２６】
【化６】
【００２７】が反応し、完全燃焼する。即ち、不完全燃
焼で生成された炭化水素（ＨＣ）が一原子水素の関与に
より炭化水素（ＣnＨm）となり、燃料として再度燃焼す
る。
【００２８】給気活性化装置２の出口側に設置する中性
子エネルギー照射装置３に分散配置してあるセラミック
・ボール２０´は、自然放射性元素とベリリウムとを混
合したものであって、中性子エネルギーが放出される。
その核反応式は次の通りである。
【００２９】
【化７】
【００３０】さらに、放出された中性子エネルギーの照
射を受けた空気中の原子量１４の窒素原子は、原子量１
４の炭素原子と原子量１の水素原子に分裂変換される。
【００３１】
【化８】
【００３２】空気取入口以降の炭化水素の燃焼反応は、 ＣnＨm ＋（ｎ＋ｍ／４）Ｏ2 ＋３．７６（ｎ＋ｍ／
４）Ｎ2 →ｎＣＯ2 ＋（ｍ／２）Ｈ2Ｏ＋３．７６（ｎ
＋ｍ／４）Ｎ2 となる。空気中の各元素は興奮状態にあって強力な酸化
反応を呈しており、また、強力な酸化反応を示す活性酸
素を利用するものであるから不完全燃焼を防ぎ、燃焼装
置の燃焼効率を向上させる。
【００３３】上述した各種活性化装置には、α崩壊性の
自然放射性元素１００ｐｐｍ／ｇ〜１ｇ／ｇ（１００
％）含有したセラミック・ボール２０を多数収納してあ
って、放出される放射線量は０．６ベクレル／ｇ以上で
ある。従って、α崩壊に伴う放射エネルギー照射や中性
子エネルギー照射から人体を防護するためには、厚さ１
００ｍｍ程度の鉛製の箱内に装置を完全に収納すること
が肝要である。また、中性子エネルギーを放出する中性
子エネルギー照射装置３に対しても上述した防護対策を
講ずる。なお、上述した各種活性化装置を複数段設ける
と共に、再循環回路を設定することによって活性化によ
る効果をより向上させることができる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、自然放射性元素の
α崩壊により、空気中の二原子酸素は酸化力の強い活性
酸素になると共に、空気中の窒素は一原子酸素と一原子
水素に分裂変換されて空気中の酸素濃度が増加し、さら
に、中性子照射によって空気中の窒素の一部は一原子炭
素と一原子水素に分裂変換される。また、燃料中の炭化
水素に対するα線、β線、γ線照射により分解反応、架
橋反応が促進される。上述した活性酸素は燃料を完全燃
焼させるので、排気ガス中の有害物質は減少し、低コス
トで排気ガスの浄化が図れる。即ち、本発明による発電
システムによると、設置スペースが小さくてよく、化石
燃料を完全燃焼させることによる燃焼効率の向上を図る
ことのできる環境対策に優れたシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発電システムの構成を示すブロッ
ク図。
【図２】給気活性化装置の構造を示す概略図。
【図３】燃料活性化装置の構造を示す概略図。
【図４】排気ガス浄化装置の構造を示す概略図。
【図５】給水の活性化装置の構造を示す概略図。
【図６】中性子エネルギー照射装置の構造を示す概略
図。
【符号の説明】
１ 給気ファン ２ 給気活性化装置 ３ 中性子エネルギー照射装置 ４ 燃料ポンプ ５ 燃料活性化装置 ６ 排気ファン ７ 排気ガス浄化装置 ８ 給気ポンプ ９ 給水の活性化装置 １０ ボイラー燃焼室 １１ 蒸気室 １３ 蒸気タービン １４ 発電機 １５ 主軸

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 化石燃料を使用する発電システムにおい
    て、 燃焼装置の燃焼に必要とする供給燃料と吸入空気に、自
    然放射性元素のα崩壊による放射エネルギー照射と同時
    に生成される中性子照射を行うと共に、前記吸入空気に
    含まれる酸素を活性酸素に変換させ、前記供給燃料と吸
    入空気とを活性化して燃焼させるようにしたことを特徴
    とするα崩壊による放射エネルギーの利用方法。
  2. 【請求項２】 発電システムを構成する燃焼装置におけ
    る蒸気発生器へ供給する給水に、 自然放射性元素のα崩壊による放射エネルギー照射と、
    同時に生成される中性子照射を行い、前記給水を活性化
    させることを特徴とするα崩壊による放射エネルギーの
    利用方法。
  3. 【請求項３】 発電システムを構成する燃焼装置から排
    出される排気ガスに、 自然放射性元素のα崩壊による放射エネルギー照射と、
    同時に生成される中性子照射を行い、前記排気ガスを浄
    化させることを特徴とするα崩壊による放射エネルギー
    の利用方法。
  4. 【請求項４】 燃料の流入通路を形成する複数のメッシ
    ュ状の棚に、自然放射性元素を含む物質より成るセラミ
    ック・ボールを分散配置し、該セラミック・ボールと接
    触して通過する燃料を活性化させる燃料活性化装置を燃
    焼装置における燃料供給系統に設置したことを特徴とす
    るα崩壊による放射エネルギーの利用装置。
  5. 【請求項５】 吸入空気の流通路を形成する複数のメッ
    シュ状の棚に分散配置した自然放射性元素を含む物質よ
    り成るセラミック・ボールと接触して通過する吸入空気
    を、前記複数のメッシュ状の棚の下面に分岐して設置し
    た複数の曝気パイプから噴出するセラミック・ボールを
    充填した曝気装置からの曝気用空気と混合させ、前記吸
    入空気を活性化させる給気活性化装置を燃焼装置におけ
    る給気系統に設置したことを特徴とするα崩壊による放
    射エネルギーの利用装置。
  6. 【請求項６】 給水の流入通路を形成する複数のメッシ
    ュ状の棚に分散配置した自然放射性元素を含む物質より
    成るセラミック・ボールと接触して通過する給水を、前
    記メッシュ状の棚の下面に分岐して設置した複数の曝気
    パイプから噴出するセラミック・ボールを充填した曝気
    装置からの曝気用空気と混合させ、前記給水を活性化さ
    せる給水の活性化装置を燃焼装置におけるボイラへの給
    水系統に設置したことを特徴とするα崩壊による放射エ
    ネルギーの利用装置。
  7. 【請求項７】 排気ガスの流通路を形成する複数のメッ
    シュ状の棚に分散配置した自然放射性元素を含む物質よ
    り成るセラミック・ボールと接触して通過する排気ガス
    を、前記メッシュ状の棚の下面に分岐して設置した複数
    の曝気パイプから噴出するセラミック・ボールを充填し
    た曝気装置からの曝気用空気と混合させ、前記排気ガス
    を浄化させる排気ガス浄化装置を燃焼装置における排気
    ガス系統に設置したことを特徴とするα崩壊による放射
    エネルギーの利用装置。
  8. 【請求項８】 給気活性化装置の出口から分流した活性
    化された吸入空気に、自然放射性元素のα崩壊による放
    射エネルギー照射を受けたベリリウムから放射される中
    性子エネルギーを照射させ、該中性子エネルギーにより
    更に活性化させる中性子エネルギー照射装置を前記給気
    活性化装置の出口側に設置し、前記中性子エネルギー照
    射装置から送出される吸入空気を前記給気活性化装置の
    入口側へ再循環させるようにしたことを特徴とするα崩
    壊による放射エネルギーの利用装置。
  9. 【請求項９】 給気活性化装置の出口における給気およ
    び排気ガス浄化装置の出口における排気ガスを、分流し
    て曝気装置への曝気用空気として再循環させることを特
    徴とする請求項５および７に記載のα崩壊による放射エ
    ネルギーの利用装置。
  10. 【請求項１０】 自然放射性元素はα線を０．６ベクレ
    ル／ｇ以上放出するものであることを特徴とする請求項
    １〜９に記載のα崩壊による放射エネルギーの利用方法
    およびその装置。
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