特許 7527066 発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-25

(45)【発行日】2024-08-02

(54)【発明の名称】発電システム

(51)【国際特許分類】

   F01K 27/02 20060101AFI20240726BHJP

   F01K 23/00 20060101ALI20240726BHJP

   F01K 21/00 20060101ALI20240726BHJP

【ＦＩ】

F01K27/02 A

F01K23/00

F01K21/00 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023219697

(22)【出願日】2023-12-26

【審査請求日】2023-12-27

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】523214074

【氏名又は名称】八木田 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100185270

【弁理士】

【氏名又は名称】原田 貴史

(72)【発明者】

【氏名】八木田 孝

【審査官】上田 真誠

(56)【参考文献】

【文献】特許第６３１５８１４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１４－２２７８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５２８５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－０６６３０４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特表２０１３－５１０２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２３／２２８９３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０７２９９８９１（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／１８３１８８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｋ ２３／００－２７／０２

Ｆ０１Ｋ ２１／００

Ｆ０２Ｃ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮空気を吐出する圧縮機と、
前記圧縮空気の熱を水へ伝達して水蒸気を発生させる第１熱交換器と、
水蒸気の熱エネルギを回転エネルギに変換する第１タービンと、
前記第１タービンの回転エネルギを電気エネルギに変換する第１発電機と、
前記第１熱交換器で低温になった空気が送られ、かつ、送られた空気を膨張させて液体空気を生成する液体空気生成器と、
前記液体空気生成器から送られる液体空気へ熱を伝達して気化させる第２熱交換器と、
前記第２熱交換器で得られた空気の熱エネルギを回転エネルギに変換する第２タービンと、
前記第２タービンの回転エネルギを電気エネルギに変換する第２発電機と、
前記第２タービンから出る空気を、前記圧縮機の吸い込み口へ送る第２通路と、
を備えた発電システム。

【請求項2】

請求項１記載の発電システムであって、
前記第１熱交換器へ送る水を保持し、かつ、前記第１タービンで水蒸気の温度が低下して得られた水が前記第１タービンから送られる貯水ピットが、更に設けられている、発電システム。

【請求項3】

請求項１記載の発電システムであって、
前記第２熱交換器で前記液体空気へ熱を伝達して温度が低下した空気を前記液体空気生成器へ送る第１通路が、更に設けられている、発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、タービンに接続された発電機で発電する発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

タービンを回転させて、タービンに接続された発電機で発電する発電システムの一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された発電システムでは、水蒸気ボイラで燃料を燃焼させて発生した蒸気が、蒸気タービンに至り発電機を回転して発電する。蒸気タービン内で膨脹した蒸気は、復水器で凝縮して復水となり、復水ポンプで昇圧されたのち、給水加熱器で加熱される。この加熱源は、蒸気タービンから抽気した蒸気が使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実開平４－１３２４０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願発明者は、特許文献１に記載されている発電システムでは、水蒸気ボイラで燃料を燃焼させる必要がある、という課題を認識した。

【0005】

本開示の目的は、燃料を用いることなく発電機で発電することの可能な発電システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態は、圧縮空気を吐出する圧縮機と、前記圧縮空気の熱を水へ伝達して水蒸気を発生させる第１熱交換器と、水蒸気の熱エネルギを回転エネルギに変換する第１タービンと、前記第１タービンの回転エネルギを電気エネルギに変換する第１発電機と、を備えた発電システムを構成した。

【発明の効果】

【0007】

本実施形態の発電システムによれば、燃料を用いることなく発電機で発電することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】発電システムの第１実施形態を示す概念図である。

【図2】発電システムの第２実施形態を示す概念図である。

【図3】発電システムの第３実施形態を示す概念図である。

【図4】発電システムの第４実施形態を示す概念図である。

【図5】発電システムの第５実施形態を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（概要）
本実施形態で開示されている発電システムは、発電機と、発電機に接続されたタービンと、を有し、タービンを回転させる流体の生成過程で燃料を用いていない。以下、発電システムに含まれるいくつかの実施形態を図面に基づいて説明する。発電システムのいくつかの実施形態を説明するための各図において、同一構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。

【0010】

（第１実施形態）
発電システムの第１実施形態は、図１に示されている。発電システム１０は、圧縮機１１、熱交換器１２，１３，１４、タービン１５，１６、発電機１７，１８、貯水ピット１９、膨張ピット２０、ポンプ２１，２２，２３、ファン２４、等の装置及び機器を有する。図１に示す発電システム１０は概念図であり、発電システム１０を構成する各装置同士の位置関係は、図１に示すものに限定されない。例えば、タービン１５，１６は、重力の作用方向で貯水ピット１９より上に配置される。圧縮機１１は、２つの吸い込み口２５，２６と、１つの吐出口２７とを有する空気機械である。また、圧縮機１１は、電動モータにより駆動される。電動モータは、電力が供給されて回転する原動機である。圧縮機１１は、２つの吸い込み口２５，２６の少なくとも一方から吸い込んだ空気を加圧して、吐出口２７から圧縮空気を吐出する。吐出口２７は、通路２９へ接続されている。

【0011】

熱交換器１２は、２つの入口３０，３１及び２つの出口３２，３３を有する。入口３０は出口３３へつながり、入口３１は出口３２へつながっている。入口３０は通路２９へ接続され、入口３１は通路３４へ接続されている。出口３２は通路３５へ接続され、出口３３は通路３６へ接続されている。熱交換器１２は、圧縮機１１から入口３０へ送られた圧縮空気の熱を、入口３１から供給される水へ伝達させることにより、水蒸気（気体）を発生させる機能を有する。生成された水蒸気は、出口３２から通路３５へ送られる。熱伝達により温度が低下した圧縮空気は、出口３３から通路３６へ送られる。

【0012】

タービン１５は、蒸気タービンであり、タービン１５は、固定羽根を有する回転軸、入口３７及び出口３８を有する。入口３７は通路３５へ接続され、出口３８は通路３９へ接続されている。タービン１５は、気体、例えば、蒸気の熱エネルギを回転軸の回転エネルギに変換する装置である。タービン１５は、熱交換器１２から入口３７へ送られた高温・高圧の水蒸気を固定羽根に吹き付けて噴出させることで、回転軸の回転エネルギに変換する。羽根に吹き付けられた水蒸気は温度が低下し、かつ、出口３８から通路３９へ排出される。

【0013】

発電機１７，１８は、直流発電機または交流発電機の何れでもよい。発電機１７，１８は、例えば、ロータ、ステータ、ステータに取り付けられた永久磁石、ロータに巻かれたコイルを有する。発電機１７のロータは、タービン１５の回転軸に連結され、発電機１８のロータは、タービン１６の回転軸に連結されている。発電機１７，１８が回転されると電磁誘導の原理によりコイルに電流が流れる。このように、発電機１７，１８は、ロータに加えられる回転エネルギ（機械エネルギ）を電気エネルギに変換して出力する。発電機１７，１８で発生された電力は、電力供給先４０へ供給される。電力供給先は、二次電池、電気機器、等を含む。

【0014】

貯水ピット１９は、圧縮性流体としての水を貯留するタンクである。貯水ピット１９は、２つの出口４１，４２を有し、出口４１へポンプ２１が接続されている。ポンプ２１は、貯水ピット１９から水を吸い込み、かつ、吸い込んだ水を加圧して通路３４へ吐出する。

【0015】

膨張ピット２０は、圧縮空気を容器本体内へ噴出して膨張させることで圧縮空気の圧力を低下させ、かつ、－１４０℃以下の低温にして液体空気（液化空気）を生成する装置である。膨張ピット２０は、例えば、容器本体と、容器本体の内部に設けられたダイアフラムと、ダイアフラムにより容器本体内に形成された収容室と、収容室に接続される２つの入口４３，４４及び出口４５と、を有する。容器本体は、断熱状態におかれる。膨張ピット２０へ送られた空気は、体積が膨張して液体空気となる。入口４３は通路３６へ接続され、入口４４は通路４６へ接続されている。さらに、ポンプ２２が設けられている。ポンプ２２は、膨張ピット２０の出口４５から液体空気を吸い込み、かつ、吸い込んだ液体空気を通路４７へ吐出する。

【0016】

熱交換器１３は、２つの入口４８，４９及び２つの出口５０，５１を有する。入口４８は出口５１へつながり、入口４９は出口５０へつながっている。入口４８は通路４７へ接続され、入口４９は通路５２へ接続されている。出口５０は通路４６へ接続され、出口５１は通路５３へ接続されている。熱交換器１３は、入口４９へ送られる空気の熱を、入口４８へ送られる液体空気へ伝達して気化させる。熱交換器１３で得られた気体、つまり、空気は、出口５１から通路５３へ送られる。熱交換器１３において、液体空気へ熱伝達して温度が低下した空気は、出口５０から通路４６を通って膨張ピット２０へ送られる。

【0017】

ポンプ２３は、出口４２から貯水ピット１９内の水を吸い込み、かつ、吸い込んだ水を通路５４へ吐出する。熱交換器１４は、２つの入口５５，５６及び２つの出口５７，５８を有する。入口５５は出口５７へつながり、入口５６は出口５８へつながっている。入口５５は通路５４へ接続され、入口５６は通路５９へ接続されている。出口５７は通路６０を介して貯水ピット１９へ接続され、出口５８は通路５２を介して入口４９へ接続されている。

【0018】

ファン２４は、外気を吸入して吐出する空気機械であり、ファン２４は、例えば、電動モータにより回転される。ファン２４から吐出される空気は通路５９を介して入口５６へ送り込まれる。熱交換器１４は、入口５５へ送られた水の熱を、入口５６へ送られた空気へ伝達させることにより、空気の温度を上昇させる。温度が上昇された空気は、通路５２を通って入口４９へ送られる。熱交換器１４において、熱伝達により温度が低下した水は、出口５７から通路６０を通って貯水ピット１９へ戻される。

【0019】

タービン１６は、タービン１５と同様の構成を有し、かつ、入口６１及び出口６２を有する。入口６１は、通路５３へ接続され、出口６２は、通路６３を介して圧縮機１１の吸い込み口２６へ接続されている。タービン１６は、熱交換器１３から入口６１へ高温・高圧の水蒸気が送られると、タービン１５と同様の原理で回転軸が回転される。タービン１６に送られた水蒸気は、温度が低下して気化され、かつ、通路６３へ吐出される。

【0020】

（第１実施形態の動作例）
図１に示された発電システム１の動作例は、次の通りである。圧縮機１１が駆動されると、圧縮機１１から吐出される高温及び高圧の圧縮空気が、通路２９を通って熱交換器１２の入口３０へ送られる。また、貯水ピット１９の水の一部が、ポンプ２１へ吸い込まれ、かつ、ポンプ２１から吐出された水は、通路３４を通って熱交換器１２の入口３１へ送られる。

【0021】

熱交換器１２では、入口３０へ送り込まれた圧縮空気の熱が、入口３１へ送り込まれた水に伝達されて、水蒸気が生成される。熱交換器１２で生成された水蒸気は、通路３５へ送られる。また、熱交換器１２で温度が低下した圧縮空気は、通路３６を通って膨張ピット２０へ送られる。

【0022】

タービン１５の回転軸は、水蒸気の熱エネルギにより回転され、発電機１７で発電が行われる。タービン１５で温度が低下した水蒸気は、通路３９を通って貯水ピット１９へ送られ、水蒸気の温度が低下して液化（水）する。貯水ピット１９内の水のうち、温度が低い部分が下方へ溜まり、その温度が低い部分の水がポンプ２３により吸い込まれ、かつ、ポンプ２３で加圧されて通路５４を通り、熱交換器１４の入口５５へ送られる。

【0023】

熱交換器１４では、入口５５へ送られた水の熱が、入口５６へ送られた空気へ伝達され、空気の温度が上昇する。熱交換器１４から吐出される高温の空気は、通路５２を通って熱交換器１３の入口４９へ送られる。熱交換器１４で温度が低下した水は、通路６０を通って貯水ピット１９へ送られる。

【0024】

ポンプ２２は、膨張ピット２０の液体空気を吸い込み、かつ、吸い込んだ液体空気を加圧して通路４７へ吐出する。熱交換器１３の入口４９へ送られた高温の空気の熱は、通路４７から熱交換器１３の入口４８へ送られた液体空気へ伝達され、熱交換器１３で液体空気が気化される。熱交換器１３で温度が低下した空気は、通路４６を通って膨張ピット２０へ送られて、温度が低下して液体空気となる。

【0025】

タービン１６の回転軸は、熱交換器１３から送られた空気の熱エネルギにより回転され、発電機１８で発電が行われる。タービン１６で温度が低下した空気は、通路６３を通って圧縮機１１の吸い込み口２６へ吸い込まれる。圧縮機１１が空気を吸い込むことで出口６２が負圧となり、タービン１６のタービン効率が向上する。タービン効率は、タービン１６に与えた熱量（理論仕事）のうち、どれだけの熱量がタービン１６の出力に変換されたかを表す。発電機１８で生成された電力は、電力供給先４０へ送られる。発電システム１０の第１実施形態においては、タービン１５へ送る水蒸気、及びタービン１６へ送る空気を生成するにあたり、燃料を用いずに済む。したがって、燃料を用いることなく発電機１７，１８で発電することができる。

【0026】

（第２実施形態）
発電システムの第２実施形態は、図２に示されている。発電システム１０は、圧縮機６４、熱交換器６５，６６、タービン６７，６８、発電機６９，７０を有する。圧縮機６４は、吸い込み口７１及び吐出口７２とを有する空気機械である。また、圧縮機６４は、電動モータにより駆動される。吸い込み口７１は、通路７３へ接続され、吐出口７２は、通路７４へ接続されている。

【0027】

熱交換器６５は、２つの入口７５，７６及び２つの出口７７，７８を有する。入口７５は出口７８へつながり、入口７６は出口７７へつながっている。入口７５は通路４７を介して膨張ピット２０へ接続され、入口７６は通路７４を介して圧縮機６４へ接続されている。出口７７は通路７９へ接続され、出口７８は通路８０へ接続されている。熱交換器６５は、圧縮機６４から送られた高温・高圧の圧縮空気の熱を、入口７５へ送られた液体空気へ伝達して気化させる。熱交換器６５で生成された空気は、出口７８から通路８０へ送られる。熱伝達により温度が低下した圧縮空気は、出口７７から通路７９へ送られる。

【0028】

タービン６７は、タービン１５と同様の構成及び機能を有し、かつ、入口８１及び出口８２を有する。入口８１は通路８０へ接続され、出口８２は通路６３へ接続されている。発電機６９は、発電機１７と同様の構成及び機能を有する。発電機６９のロータは、タービン６７の回転軸に連結されている。タービン６７が、熱交換器６５から送られた空気の熱エネルギで回転されると発電機６９が発電し、発電機６９で発生された電力は、電力供給先４０へ供給される。タービン６７の出口８２から出た空気は、通路６３を通って圧縮機１１の吸い込み口２６へ吸い込まれる。

【0029】

熱交換器６６は、２つの入口８３，８４及び２つの出口８５，８６を有する。入口８３は出口８５へつながり、入口８４は出口８６へつながっている。入口８３は通路５２へ接続され、入口８４は通路７９へ接続されている。出口８５は通路４６へ接続され、出口８６は通路８７へ接続されている。熱交換器６６は、入口８３へ送られた高温の空気の熱を、入口８４へ送られた空気へ伝達させることにより、水蒸気を発生させる。生成された水蒸気は、出口８６から通路８７へ送られる。熱伝達により温度が低下した空気は、出口８５から通路４６へ送られる。なお、通路７９には、ポンプ８８が設けられていてもよい。ポンプ８８は、出口７７から出る空気を加圧して入口８４へ送る機能を有する。

【0030】

タービン６８は、タービン１５と同様の構成及び機能を有し、かつ、入口８９及び出口９０を有する。入口８９は通路８７へ接続され、出口９０は通路７３へ接続されている。発電機７０は、発電機１７と同様の構成及び機能を有する。発電機７０のロータは、タービン６８の回転軸に連結されている。タービン６８の回転軸が熱交換器６６から送られる水蒸気の熱エネルギで回転されると発電機７０が発電し、発電機７０で発生された電力は、電力供給先４０へ供給される。タービン６８の出口９０から出た空気は、通路７３を通って圧縮機６４の吸い込み口７１へ吸い込まれる。

【0031】

（第２実施形態の動作例）
図２に示された発電システム１０の動作例は、次の通りである。熱交換器６５は、圧縮機６４から送られた高温・高圧の圧縮空気の熱を、入口７５から供給される液体空気へ伝達して気化させる。熱交換器６５で生成された空気は、出口７８から通路８０へ送られる。熱伝達により温度が低下した圧縮空気は、出口７７から通路７９へ送られる。タービン６７は、熱交換器６５から送られた空気で回転され、発電機６９が発電した電力は、電力供給先４０へ供給される。タービン６７から出た空気は、通路６３を通って圧縮機１１の吸い込み口２６へ吸い込まれる。

【0032】

熱交換器６６は、入口８３へ送られた高温の空気の熱を、入口８４へ送られた空気へ伝達させることにより、水蒸気（気体）を発生させる。生成された水蒸気は、タービン６８へ送られる。熱伝達により温度が低下した空気は、出口８５から通路４６へ送られる。タービン６８は、タービン６８が水蒸気で回転されると、発電機７０で発生された電力は、電力供給先４０へ供給される。タービン６８から出た空気は、圧縮機６４の吸い込み口７１へ吸い込まれる。発電システム１０は、圧縮機１１から吐出される圧縮空気の熱を水へ伝達して水蒸気を発生させ、かつ、膨張ピット２０から出る液体空気へ熱を伝達して空気を生成することが可能である。したがって、燃料を用いることなく発電機１７，７０で発電することができる。発電システム１０の第２実施形態の他の動作は、発電システム１０の第１実施形態の動作と同じである。

【0033】

（第３実施形態）
発電システムの第３実施形態は、図３に示されている。図３に示された圧縮機６４は、吸い込み口７１から外気を吸い込んで圧縮空気を生成し、圧縮空気を通路７４へ吐出する。熱交換器６５の出口７７は、通路９１を介して空気分離器９２へ接続されている。熱交換器１４は、入口５６及び出口５８を有していない。熱交換器１４は、入口５５へ送られる水の熱を外気へ伝達して温度を低下させ、かつ、その水を出口５７から排出する。なお、貯水ピット１９を、海水などにより冷却することが可能であれば、熱交換器１４、ポンプ２３を設けずに済む。

【0034】

（第３実施形態の動作例）
図３に示された発電システム１０の動作例は、次の通りである。熱交換器６５の出口７７から出る空気は、空気分離器９２へ送られる。空気分離器９２は、例えば、深冷分離法により、空気を分離して窒素、酸素、アルゴンガス、二酸化炭素等を回収することができる装置である。空気分離器９２で行われる具体的なプロセスは、具体的には、次のようなものである。

【0035】

まず、空気をフィルターから吸込んだ後、圧縮機で約０．５Ｍｐａまで圧縮する。圧縮した空気は約８０℃になるため、その空気を、水洗冷却塔で約１０℃まで冷却する。その後、低温で固化する水分ならびに二酸化炭素を吸着器で吸着除去し、空気分離器９２に導入した空気を、熱交換器で約－２００℃まで冷却して液化した後、精留塔に導入して蒸留することにより、各ガスの沸点の差を利用して分離する。

【0036】

発電システム１０は、圧縮機１１から吐出される圧縮空気の熱を水へ伝達して水蒸気を発生させ、かつ、膨張ピット２０から出る液体空気へ熱を伝達して空気を生成することが可能である。タービン１５は水蒸気の熱エネルギで回転され、発電機１７が発電を行なう。タービン６７は空気の熱エネルギで回転され、発電機６９が発電を行なう。したがって、燃料を用いることなく発電機１７，６９で発電することができる。発電システム１０の第３実施形態の他の動作は、発電システム１０の第２実施形態の動作と同じである。

【0037】

（第４実施形態）
発電システムの第４実施形態は、図４に示されている。発電システム１０は、熱交換器９４，９５，９６、タービン９７，９８、発電機９９，１００、液体窒素タンク１３１を有する。熱交換器９４は、２つの入口１０１，１０２及び２つの出口１０３，１０４を有する。入口１０１は出口１０３へつながり、入口１０２は出口１０４へつながっている。入口１０１は通路４７へ接続され、入口１０２は通路１０５へ接続されている。出口１０３は通路１０６へ接続され、出口１０４は通路１０７へ接続されている。

【0038】

熱交換器９４は、入口１０２へ送られた気体の熱を、入口１０１へ送られる液体空気へ伝達して気化させる。熱交換器９４で生成された空気は、出口１０３から通路１０６へ送られる。熱交換器９４において、熱伝達により温度が低下した空気は、出口１０４から通路１０７へ送られる。なお、発電システム１０が稼働を開始した初期段階では、通路１０５を通る空気の温度は上昇しておらず、外気の熱が通路１０６を通る液体空気へ伝達されて気化する。外気は、常温、例えば、１５℃～３０℃の範囲内である。

【0039】

液体窒素タンク１３１は、－１９６℃の液体窒素を、非密閉状態で貯留するタンクである。液体窒素タンク１３１は、入口１０８及び出口１０９を有し、入口１０８は、通路１０７へ接続されている。出口１０９から液体窒素を吸い込み、かつ、加圧して通路１１０へ吐出するポンプ１１１が設けられている。

【0040】

熱交換器９５は、２つの入口１１２，１１３及び２つの出口１１４，１１５を有する。入口１１２は出口１１４へつながり、入口１１３は出口１１５へつながっている。入口１１２は通路１０６へ接続され、入口１１３は通路１１０へ接続されている。出口１１４は通路１１６へ接続され、出口１１５は通路１１７へ接続されている。熱交換器９５は、入口１１２へ送られた空気の熱を、入口１１３へ送られる液体窒素へ伝達する。液体窒素が熱が伝達されて温度が上昇し、かつ、膨張して気化する。気化された窒素ガスは、出口１１５から通路１１７へ送られる。熱交換器９５で空気の温度が低下して生成された液体空気は、出口１１４から通路１２０へ送られる。

【0041】

タービン９７は、タービン１５と同様の構成及び機能を有し、かつ、入口１１８及び出口１１９を有する。入口１１８は通路１１７へ接続され、出口１１９は通路１０５へ接続されている。発電機９９は、発電機１７と同様の構成及び機能を有する。発電機９９のロータは、タービン９７の回転軸に連結されている。タービン９７が窒素ガスの熱エネルギ回転されると発電機９９が発電し、発電機９９で発生された電力は、電力供給先４０へ供給される。タービン９７の出口１１９から出た窒素ガスは、通路１０５を通って熱交換器９４の入口１０２へ送られる。窒素ガスの熱は、入口１０１へ送られる液体空気へ伝達されて気化し、通路１０６へ送られる。熱交換器９４で温度が低下した窒素ガスは、出口１０４から出て通路１０７を通って液体窒素タンク１３１へ戻る。

【0042】

熱交換器９６は、２つの入口１２０，１２１及び２つの出口１２２，１２３を有する。入口１２０は出口１２２へつながり、入口１２１は出口１２３へつながっている。入口１２０は通路１１６へ接続され、入口１２１は通路５２へ接続されている。出口１２２は通路１２４へ接続され、出口１２３は通路１２５を介して、膨張ピット２０の入口４４へ接続されている。熱交換器９６は、入口１２１へ送られた空気の熱を、入口１２０へ送られた空気へ伝達させることにより、空気の温度を上昇させる。熱交換器９６で温度が上昇された空気が、出口１２２から通路１２４へ送られる。熱交換器９６において、熱伝達により温度が低下した空気は、出口１２３から通路１２５を通って膨張ピット２０へ送られて液体空気となる。

【0043】

タービン９８は、タービン１５と同様の構成及び機能を有し、かつ、入口１２６及び出口１２７を有する。入口１２６は通路１２４へ接続され、出口１２７は通路６３を介して圧縮機１１へ接続されている。発電機１００は、発電機１７と同様の構成及び機能を有する。発電機１００のロータは、タービン９８の回転軸に連結されている。タービン９８が空気の熱エネルギで回転されると発電機１００が発電し、発電機１００で発生された電力は、電力供給先４０へ供給される。タービン９８の出口１２７から出た空気は、通路６３を通って圧縮機１１の吸い込み口２６へ吸い込まれる。

【0044】

（第４実施形態の動作例）
図４に示す発電システム１０は、圧縮機１１から吐出される圧縮空気の熱を水へ伝達して水蒸気を発生させ、かつ、水蒸気をタービン１５へ送り、発電機１７で発電する。したがって、燃料を用いることなく発電機１７で発電することができる。また、タービン９７へ窒素ガスを送る過程、タービン９８へ空気を送る過程において、燃料は用いられていない。したがって、発電システム１０は、燃料を用いることなく発電機９９，１００で発電することができる。

【0045】

なお、図４の発電システム１０は、通路２９と、熱交換器９４の入口１０２とを接続する通路１２８を備えていてもよい。すると、圧縮機１１から吐出される高温・高圧の圧縮空気の一部は、通路１２８を通って熱交換器９４の入口１０２へ送られる。このため、発電システム１０が稼働を開始した初期段階、または、タービン９７から熱交換器９４へ送られる空気の熱量が不十分である場合において、圧縮空気の熱が、熱交換器９４の入口１０１へ送られる液体空気へ伝達されて、液体空気の温度が上昇する。したがって、熱交換器９５から通路１１７へ送られる窒素ガスを生成し易くなる。

【0046】

また、通路１２８は、熱交換器９５の入口１１２へ接続されていてもよい。すると、圧縮機１１から吐出される高温・高圧の圧縮空気の一部は、通路１２８を通って熱交換器９５の入口１１２へ送られる。このため、発電システム１０が稼働を開始した初期段階、または、タービン９７から熱交換器９４へ送られる空気の熱量が不十分である場合において、圧縮空気の熱が、熱交換器９５の入口１１２へ送られる空気へ伝達されて、空気の温度が上昇する。したがって、熱交換器９５から通路１１７へ送られる窒素ガスを生成し易くなる。

【0047】

（第５実施形態）
発電システムの第５実施形態は、図５に示されている。発電システム１０は、熱交換器９５の出口１１４に通路１２９を介して空気分離器９２が接続されている。また、熱交換器１４の入口５５へ送られた水の熱が大気中へ放散され、水の温度が低下する。

【0048】

（第５実施形態の動作例）
図５に示す発電システム１０において、熱交換器９５の出口１１４から出る液体空気は、通路１２９を通って空気分離器９２へ送られる。図５に示す発電システム１０においても、第１実施形態と同様に、燃料を用いることなく発電機１７で発電することができる。また、図５に示す発電システム１０は、第４実施形態と同様に、タービン９７へ送られる窒素ガスを生成する過程で、燃料は用いられていない。したがって、燃料を用いることなく発電機９９で発電することができる。さらに、熱交換器９５から出た液体空気は、通路１２９を通って空気分離器９２へ送られる。したがって、空気分離器９２で空気が分離され、窒素、酸素、アルゴンガス、二酸化炭素等を回収することができる。

【0049】

（その他）
各実施形態において、熱交換器９５で液体空気とならない空気は、個体の二酸化炭素として回収することも可能である。さらに、各実施形態に開示されている各通路は、金属製のパイプ、装置のハウジングに設けられた孔、機器のハウジングに設けられた孔等により構成される。

【0050】

本実施形態で説明した事項の技術的意味の一例は、次の通りである。発電システム１０は、発電システムの一例である。圧縮機１１は、第１圧縮機の一例である。圧縮機６４は、第２圧縮機の一例である。熱交換器１２は、第１熱交換器の一例である。熱交換器１３，６５は、第２熱交換器の一例である。タービン１５は、第１タービンの一例である。タービン１６は、第２タービンの一例である。タービン９７は、第３タービンの一例である。発電機１７は、第１発電機の一例である。発電機１８は、第２発電機の一例である。発電機９９は、第３発電機の一例である。膨張ピット２０は、液体空気生成器の一例である。空気分離器９２は、空気分離器の一例である。液体窒素タンク１３１は、液体窒素タンクの一例である。熱交換器９５は、第３熱交換器の一例である。貯水ピット１９は、貯水ピットの一例である。通路４６は、第１通路の一例である。通路６３は、第２通路の一例である。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本開示は、タービンに接続された発電機で発電する発電システムとして利用可能である。

【符号の説明】

【0052】

１０…発電システム、１１，６４…圧縮機、１２，１３，６５，９５…熱交換器、１５，１６，９７…タービン、１７，１８，９９…発電機、１９…貯水ピット、２０…膨張ピット、４６，６３…通路、９２…空気分離器、１３１…液体窒素タンク

【要約】

【課題】燃料を用いることなく発電機で発電することの可能な発電システムを提供する。
【解決手段】圧縮空気を吐出する圧縮機１１と、圧縮空気の熱を水へ伝達して水蒸気を発生させる熱交換器１２と、水蒸気の熱エネルギを回転エネルギに変換するタービン１５と、タービン１５の回転エネルギを電気エネルギに変換する発電機１７と、を備えた発電システム１０を構成した。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】