特許ウォッチ

公開番号2024058066
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-25
出願番号2022165192
出願日2022-10-14
発明の名称水素バーナー発電機及び発電システム
出願人個人
代理人
主分類F02C 3/22 20060101AFI20240418BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】水素を燃料として使用する水素バーナー発電機を提供する。
【解決手段】本発明の水素バーナー発電機110は、水素ガス及び酸素ガスを燃料とする水素バーナー発電機であって、水素ガス及び酸素ガスが供給されて火炎を生成する水素バーナー102と、水素バーナー102の火炎の運動エネルギーを受けて回転するタービン部103と、タービン部103の中心シャフトの回転により回転子を回転させ、発電する発電機104と、発電機104の出力を変換するインバータ105と、インバータ105を制御する制御部106とを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水素ガス及び酸素ガスを燃料とする水素バーナー発電機であって、
前記水素ガス及び前記酸素ガスが供給されて火炎を生成する水素バーナーと、
前記水素バーナーの火炎の運動エネルギーを受けて回転するタービンと、
前記タービンの中心シャフトの回転により回転子を回転させ、発電する発電機と、
前記発電機の出力を変換するインバータと、
前記インバータを制御する制御部と
を含む、水素バーナー発電機。
続きを表示（約 460 文字）【請求項２】
さらに、前記タービンからの燃焼ガスから熱を回収するための廃熱回収装置を備え、前記廃熱回収装置は、前記水素ガスと、前記酸素ガスとの燃焼により発生した水を回収する、請求項１に記載の水素バーナー発電機。
【請求項３】
さらに、前記廃熱回収装置は、前記回収された水をコージェネレーションのために提供する熱交換器を含む、請求項２に記載の水素バーナー発電機。
【請求項４】
前記水素バーナーは、筐体と、前記筐体の内部に配置され、酸化物流路を形成するための中子と、前記筐体及び前記中子の中心を通して前記筐体の内部に延びる水素パイプとを備え、
前記中子の先端部は、前記水素バーナーの先端部に向かうテーパーが形成され、
前記水素パイプには、前記水素ガスをリークさせて高酸素濃度領域を形成するためのリーク・ホールを備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の水素バーナー発電機。
【請求項５】
請求項１に記載の水素バーナー発電機を備える発電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を燃料として使用する水素バーナー発電機及び発電システムに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化への関心が高まり、二酸化炭素（ＣＯ
２
）の排出を抑制することが求められるようになっている。このトレンドにつれて、水素－酸素を燃料とする発電が検討されているが、いずれも大規模なもので、小規模発電用途には適していないといえる。
【０００３】
一方、一般家庭の一日の消費電力は、概ね１０ｋＷ程度であり、大規模な水素タービン発電設備を使用しなくともよい。また、水素バーナー発電機は、水素と酸素とを燃焼させることで、燃焼生成物は、無害な水となる。
【０００４】
以上、水素を燃料とする発電機は、燃焼熱が少ないという欠点もあるが、種々の利点を提供することができる。しかしながら、現在開発されている水素タービン発電は、大規模発電を目的とする装置ばかりであり、その実用化までにはまだまだ時間を要するものである。これは、水素を燃焼させる際のタービン設計、燃焼安定性などの問題が伴うためである。
【０００５】
これまで水素・酸素の燃焼を使用する発電方式は、種々検討されており、例えば、特開２０１６－１４６６７９号公報（特許文献１）では、再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、エンジン発電機による発電の双方を用いて電力供給を行うシステムであって、発電機によって得られた電気エネルギーの一部を電気分解装置へ供給することで水素及び酸素を製造し、製造した水素、酸素を直接エンジン発電機に供給し、水素又はエンジン燃料の少なくとも一方を燃料としてエンジン発電機で発電を行う電力供給システムが記載されている。
【０００６】
また、特開２００１－１９７７９０号公報(特許文献２)では、水の電気分解によって発生した水素を加圧して、その加圧された水素によってタービン発電機を駆動するとともに、そのタービン発電機から放出される水素を燃料として燃料電池又は水素エンジン発電機に供給して、その燃料電池又は水素エンジン発電機の発生電力及び第１のタービン発電機の発生電力を二次バッテリに蓄電させるように構成するハイブリッド発電機を記載する。さらに、特開２００３－２５４０１２号公報（特許文献３）は、水素の燃焼により発電する排気タービンを記載するが、燃焼した水蒸気の圧力のみで動作させ、燃焼ガスの動圧利用という観点では、十分な効率を達成することはできないという問題があった。
【０００７】
転じて、小型水素バーナーは、例えば、酸素と水素との混合比率を調整することで、２８０℃の低温から火炎を維持することができることが知られており、特許文献１及び特許文献２などに記載される大型システムより、材料の制限などは発生しない。また、例えば燃料電池車などに搭載される水素タンクは、約６ｋｇ程度の量の水素ガスを、約２０～８０ＭＰａ（約８００気圧）で蓄積できるものであり、水素の燃焼熱量の低下は、水素タンクに蓄積された加圧エネルギーにより補うことができるといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１６－１４６６７９号公報
特開２００１－１９７７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みでなされたものであり、本発明は、水素及び酸素を燃料及び酸化剤として使用する、小型の水素バーナー発電機（ＳＨＢＧＥ： Small Hydrogen Burner GeneratingElectricity）及び発電システムを提供することを目的とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＣＯ
２
を排出せずに窒素酸化物の放出もなく、環境負荷が少なく、かつ家庭向けのコジェネレーション・システムを提供することを可能とすると共に、廃熱及び燃焼生成物の水を有効利用することが可能な、小型水素バーナー発電機及び発電システムを提供することができる。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許