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JP2010508460A - 混合蒸気発生方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】消費エネルギー、動作温度及び動作圧力を低減する一方で、効率を向上させることが可能な混合蒸気発生方法を提供すること。
【解決手段】熱機関の駆動に用いる混合蒸気の発生方法であって、所定の温度で有極性流体及び無極性流体から混合蒸気を発生させるステップと、濃縮容器において、前記温度より高い温度で有極性流体により前記混合蒸気を濃縮するステップと、該濃縮混合蒸気を熱機関によって圧縮するステップと、前記有極性流体が凝縮するとともに、この際放出される熱が無極性流体に与えられ、前記濃縮混合蒸気を断熱的に減圧して湿り蒸気にするステップと、前記濃縮混合蒸気を断熱的に減圧する際に取り出される仕事を、電気エネルギーを発生させるための熱機関に与えるステップと、減圧された前記湿り蒸気を第１の圧力室へ戻すステップとを行う。

Description

本発明は、混合蒸気発生方法に関するものである。
以下に記載する物理的なプロセスは、所定のサイクルで蒸気により動作する熱機関に関するものである。なお、ここでの物理的な現象及び法則は熱力学の分野で長年にわたり知られており、これについて以下では詳細に説明しない。
通常、熱機関は蒸気で動作する。この蒸気を発生させるため、蒸気発生器内の液体に高圧下でエネルギーを加えて蒸発させる。そして、この蒸気は、機械的なエネルギーへ変換される。また、熱機関を蒸気で動作させることで効率が高まることが知られている。
特許文献１には、液体状態では互いに分離する２種以上の有極性液体及び無極性液体から混合蒸気を発生させることが開示されている。この混合蒸気は、少なくとも１回繰り返される膨張及び圧縮によって仕事を行いつつ完全に、又は部分的に液化される。そして、この液体は、再び蒸発され、サイクルに戻される。なお、ここで取り出される仕事は発電に使用される。
また、混合蒸気発生方法及びこの混合蒸気を熱の供給をしつつ機械的なエネルギーへ変換する熱機関が知られており、このような混合蒸気発生方法が特許文献２に開示されている。
また、特許文献３には、混合蒸気を利用して機械的なエネルギーを発生させる方法が開示されている。
また、特許文献４には、排ガスの熱を作動流体の加熱に用いる方法が開示されている。
さらに、特許文献５には、沸点の全く異なる２つの成分から成る作動流体によって、サイクルにおいて機械的なエネルギーを取り出す方法が開示されている。
オーストリア国特許出願公開第１５５７４４号明細書 独国特許出願公開第１０３５６７３８号明細書 米国特許第４，７２９，２２６号明細書 米国特許第４，４４８，０２５号明細書 国際公開第２００５／０５４６３５号
しかしながら、蒸気発生器並びに流入管路及び排出管路において、混合蒸気が高温・高圧になってしまうという問題がある。そのため、これら蒸気発生器並びに流入管路及び排出管路に使用する材料について特別な配慮が必要となる。そして、このような蒸気発生器並びに流入管路及び排出管路の作動を確保するため、高価な特殊鋼が用いられている。さらに、このような蒸気発生器並びに流入管路及び排出管路については、専門家による徹底的かつ定期的な点検が必要である。これらすべては、多くの時間及びコストの増大につながるものである。
また、熱機関を十分な動力で動作させることが可能な程度の混合蒸気を発生させるには、かなりのエネルギーが必要となる。そして、必要な蒸気エネルギーは、そのほぼすべてが化石燃料から得られるものである。
本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、消費エネルギー、動作温度及び動作圧力を低減する一方で、効率を向上させることが可能な混合蒸気発生方法を提供することにある。
上記目的は、請求項１記載の発明により達成される。すなわち、請求項１記載の発明は、熱機関の駆動に用いる混合蒸気の発生方法であって、所定の温度で有極性流体及び無極性流体から混合蒸気を発生させるステップと、濃縮容器において、前記温度より高い温度で有極性流体により前記混合蒸気を濃縮するステップと、該濃縮混合蒸気を熱機関によって圧縮するステップと、前記有極性流体が凝縮するとともに、この際放出される熱が無極性流体に与えられ、前記濃縮混合蒸気を断熱的に減圧して湿り蒸気にするステップと、前記濃縮混合蒸気を断熱的に減圧する際に取り出される仕事を、電気エネルギーを発生させるための熱機関に与えるステップと、減圧された前記湿り蒸気を第１の圧力室へ戻すステップとを行うことを特徴としている。
本発明によれば、特に、効率を向上させつつ経済的に熱機関の動作のために発生させるエネルギーを得ることが可能であり、例えば、公共の電力供給網に供給する電力を効率よく得ることが可能である。さらに、熱機関を、低コストで、エネルギー効率よく、資源を大切にして動作させることも可能である。
本発明による混合蒸気発生器を含んで構成された装置全体を示す図である。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１には、低圧ボイラ１２を備えた少なくとも１つの混合蒸気発生器１１を含んで構成された装置全体１０が示されている。ここで、低圧ボイラ１２は第１の圧力室１３を備えており、この第１の圧力室１３内には、第１の有極性流体１４（例えば水）及び少なくとも一種類の無極性流体１５（例えばベンゼン）が液体として存在している。なお、第１の有極性流体１４が無極性流体１５よりも高い割合で存在している。
混合蒸気発生器１１には概要のみを示した熱交換器１６（例えばボイラ装置）が設けられており、該熱交換器１６によって第１の有極性流体１４及び無極性流体１５に熱エネルギーが加えられ、これら第１の有極性流体１４及び無極性流体１５が蒸発する。
ここで、熱交換器１６は、太陽エネルギー又は地熱によって動作するようになっている。さらに、熱エネルギーを変換するのに適した効率が得られるならば、この熱交換器１６を、例えば森林での廃材から合成された木くず等、木材などの再生エネルギー源やバイオマスによって動作させることも考えられる。
しかして、混合蒸気発生器１１は、５０〜７５℃の温度範囲及び０．５〜１．５バールの圧力範囲で動作し、第１の有極性流体１４及び無極性流体１５の混合蒸気１７を発生させる。そして、このようにして発生した混合蒸気１７は、混合蒸気発生器１１における第１の蒸気収集室１８に収集される。
この収集された混合蒸気１７は、混合蒸気排出口１９から排出され、管路２０を経て濃縮容器２１へ案内される。この濃縮容器２１は第２の圧力室２２を備えており、この第２の圧力室２２は、その一部が第２の有極性流体２３で満たされている。なお、この第２の有極性流体２３は、第１の有極性流体１４と化学的に同一であるものの、案内されてきた混合蒸気１７よりも高い温度を有している。
この第２の有極性流体２３は特に７０〜９５℃の温度を有しており、濃縮容器２１内の圧力は０．５〜１．５バールとなっている。ここで、第１の圧力室１３と第２の圧力室２２における圧力を同一とするのが好ましい。
つづいて、混合蒸気１７は、第２の圧力室２２において第２の有極性流体２３を通過して案内され、このとき濃縮される。そして、この混合蒸気１７は、濃縮された乾き混合蒸気２４として第２の蒸気収集室２５に収集される。
このようにして濃縮された乾き混合蒸気２４は、混合蒸気排出口２６及び管路２７を通って熱機関２８へ案内される。すなわち、管路２７における乾き混合蒸気２４は、吸気ポート２９を通って熱機関２８の燃焼室３０へ案内され、そこで圧縮される。
乾き混合蒸気２４は、圧縮されることにより約１８０℃の高温となり、該温度に達した後、断熱的に減圧され湿り蒸気となる。この減圧された湿り蒸気は、排出口３１を通って還流管路３２へと案内され、逆止弁３４を通って第１の圧力室１３へ戻される。そして、同様のサイクルが再び開始される。
１０ 装置全体
１１ 混合蒸気発生器
１２ 低圧ボイラ
１３ 第１の圧力室
１４ 第１の有極性流体
１５ 無極性流体
１６ 熱交換器
１７ 混合蒸気
１８ 第１の蒸気収集室
１９ 混合蒸気排出口
２０ 管路
２１ 濃縮容器
２２ 第２の圧力室
２３ 第２の有極性流体
２４ 乾き混合蒸気
２５ 第２の蒸気収集室
２６ 混合蒸気排出口
２７ 管路
２８ 熱機関
２９ 吸気ポート
３０ 燃焼室
３１ 排出口
３２ 環流管路
３３ 逆止弁
３４ 環流流入口

Claims (11)

  1. 熱機関の駆動に用いる混合蒸気の発生方法であって、
    所定の温度で有極性流体及び無極性流体から混合蒸気を発生させるステップと、
    濃縮容器において、前記温度より高い温度で有極性流体により前記混合蒸気を濃縮するステップと、
    該濃縮混合蒸気を熱機関によって圧縮するステップと、
    前記有極性流体が凝縮するとともに、この際放出される熱が無極性流体に与えられ、前記濃縮混合蒸気を断熱的に減圧して湿り蒸気にするステップと、
    前記濃縮混合蒸気を断熱的に減圧する際に取り出される仕事を、電気エネルギーを発生させるための熱機関に与えるステップと、
    減圧された前記湿り蒸気を第１の圧力室へ戻すステップと
    を行うことを特徴とする混合蒸気発生方法。
  2. 前記混合蒸気を、前記濃縮容器内において前記有極性流体により濃縮することを特徴とする請求項１記載の混合蒸気発生方法。
  3. 前記有極性流体を水とし、前記無極性流体をベンゼンとすることを特徴とする請求項１又は２記載の混合蒸気発生方法。
  4. 前記混合蒸気を、比較的低温で蒸発する有極性流体及び無極性流体から発生させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の混合蒸気発生方法。
  5. 前記混合蒸気を閉じた蒸気サイクルにおいて発生させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の混合蒸気発生方法。
  6. 前記混合蒸気を発生させるための熱を、太陽エネルギー、地熱又はバイオマスの燃焼により得ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の混合蒸気発生方法。
  7. 前記混合蒸気の温度を特に５０〜７５℃とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の混合蒸気発生方法。
  8. 前記濃縮混合蒸気の温度を特に７０〜９５℃とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の混合蒸気発生方法。
  9. 前記混合蒸気を濃縮された乾き混合蒸気とすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の混合蒸気発生方法。
  10. 前記仕事を、回転運動を発生させるクランクシャフトに与えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の混合蒸気発生方法。
  11. 発生した回転運動を電気エネルギーを発生させるオルタネータに伝達することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の混合蒸気発生方法。
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