JPH0823688A - 熱電子発電炉 - Google Patents

熱電子発電炉

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Publication number
JPH0823688A
JPH0823688A JP15189394A JP15189394A JPH0823688A JP H0823688 A JPH0823688 A JP H0823688A JP 15189394 A JP15189394 A JP 15189394A JP 15189394 A JP15189394 A JP 15189394A JP H0823688 A JPH0823688 A JP H0823688A
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JP
Japan
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thermionic
combustor
heat storage
combustion
storage type
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Withdrawn
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JP15189394A
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English (en)
Inventor
Shimizu Morimoto
清水 森本
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd filed Critical Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱エネルギーを有効に利用出来ると共に、ボ
トミングサイクルの必要のない、単純で経済的な熱電子
発電炉を提供する。 【構成】 外部負荷に電力を供給する熱電子発電器と、
この熱電子発電器の作動に必要な高温度場を形成する燃
焼器とを備えた熱電子発電炉において、この燃焼器は、
燃焼ガスのエンタルピーを利用する超過エンタルピー燃
焼を行なう対の蓄熱可能な蓄熱型燃焼器で、この蓄熱型
燃焼器に燃焼用空気を供給し、且つこの蓄熱型燃焼器で
発生した燃焼排ガスを排出する切替弁と、複数の熱電子
発電器とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温のエミッタ電極か
ら放出される熱電子を低温のコレクタ電極で捕集するこ
とにより外部負荷に電力を供給する熱電子発電器を備え
た熱電子発電炉に関するものである。
【0002】
【従来の技術】炭酸ガスの排出による地球温暖化及びフ
ロンガスの放出によるオゾン層破壊といった地球規模の
環境問題、並びに生活環境の快適性の追及による高度化
に伴うエネルギー需給の逼迫等の対応として、化石燃料
を効率良く利用し発電するエネルギー供給システムの開
発が近年より強く望まれるようになってきた。
【0003】このためには、発電システムのコンバイン
ドサイクル化、コージェネレーション化及び空調システ
ムの脱フロン化を図ると共に、図3に示したように、エ
ネルギーをその質に合わせてカスケード式に利用するエ
ネルギー利用供給システムを構築する必要がある。トッ
ピングサイクルではエンジンやタービンを用いて発電
し、ボトミングサイクルではトッピングサイクルからの
排熱や都市排熱等をヒートポンプを用いて汲み上げ、冷
暖房用や給湯用の冷・温水を得る等省エネルギー性を追
求したシステムが必要である。
【0004】図4は、トッピング装置としての熱電子発
電炉を、ボトミング装置としてのスチームタービンを有
する従来の発電装置である。熱電子発電炉1′は、本体
2とこの本体2の熱を利用する熱電子発電器3とを有
し、本体2に燃料13を供給して燃焼させ、その排ガス
16をボトミング装置20の排熱ボイラ21に供給す
る。一方、外部空気14は熱電子発電器3に送られ、低
温側電極の冷却によって加熱され、予熱空気15とな
り、本体2に供給され、先の燃料13と共に本体2で燃
焼される。又、ボトミング装置20では、熱電子発電炉
1′からの排ガス16が排熱ボイラ21に供給され、そ
の排ガス熱を熱交換した後、排ガス32として排気され
る。
【0005】一方、給水ポンプ28より供給された水3
0は排熱ボイラ21で蒸気31となり、その蒸気31は
スチームタービン(S/T)26で発電機29を回し発
電する。スチームタービン(S/T)26から排出され
た蒸気31′は、復水器27を経て再び給水ポンプ28
で前記排熱ボイラ21に供給される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の熱電子発電炉1′は、高温度場、例えば1300〜
2000℃の形成に多量の燃料13を必要としたにもか
かわらず、その一部の熱エネルギーしか利用出来なかっ
た。更に、燃焼排ガス16は高温度、例えば1000〜
1700℃で排出されるため、熱効率の観点からもブレ
イトンサイクルやランキンサイクル等のボトミングサイ
クルが必要であった。この為、可動部分の無い熱電子発
電器3の特徴が生かされなかった。更に、発電プラント
が複雑であり、コストや据付面積等の制約もあった。
【0007】本発明の目的は、上記従来の熱電子発電炉
の問題点を解決し、熱エネルギーを有効に利用出来ると
共に、ボトミングサイクルの必要のない、単純で経済的
な熱電子発電炉を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、外部負荷に電力を供給する熱電子発電器
と、該熱電子発電器の作動に必要な高温度場を形成する
燃焼器とを備えた熱電子発電炉において、該熱電子発電
炉の燃焼ガスのエンタルピーを利用する超過エンタルピ
ー燃焼を行なわせるものである。
【0009】更に、上記発明において、前記燃焼器は蓄
熱可能な対の蓄熱型燃焼器であり、前記熱電子発電炉
は、前記蓄熱型燃焼器に燃焼用空気を供給し、且つ前記
蓄熱型燃焼器で発生した燃焼排ガスを排出する切替弁を
備えたものである。
【0010】そして、上記熱電子発電炉は、複数の前記
熱電子発電器を備えたものである。
【0011】
【作用】本発明の熱電子発電炉は、燃焼ガスのエンタル
ピーを利用する超過エンタルピー燃焼を行なわせるもの
であるので、熱電子発電器の熱電子放出に必要な高温度
場を形成することが出来ると共に、熱電子発電炉から排
出される排ガスの温度が十分低くなり、燃焼エネルギー
が熱電子発電器の発電に十分に利用される。
【0012】即ち、上記熱電子発電炉の燃焼器は蓄熱可
能な対の蓄熱型燃焼器であり、熱電子発電炉は、蓄熱型
燃焼器に燃焼用空気を供給し、且つ蓄熱型燃焼器で発生
した燃焼排ガスを排出する切替弁を備えたものであるの
で、熱電子発電器を経由して、予熱された燃焼用予熱空
気は、切替弁を通って一方の蓄熱型燃焼器に供給され、
そこで比較的少量の燃料と共に燃焼し、熱電子発電器に
対して高温度場を形成する。そして、この一方の蓄熱型
燃焼器で燃焼した燃焼ガスは、他方の蓄熱型燃焼器を加
熱、蓄熱させ、そして切替弁を経て排出される。従っ
て、燃焼ガスは、他の蓄熱型燃焼器に熱を与えることに
より超過エンタルピー燃焼が行われる。切替弁を切り替
えることにより、二つの蓄熱型燃焼器を交番に使用し、
熱電子発電器に対して高温度場を形成すると共に、超過
エンタルピー燃焼が行なわれることにより、熱効率良く
燃焼し、構造が単純で経済的な熱電子発電炉を提供出来
る。
【0013】更に、上記熱電子発電炉は、複数の熱電子
発電器を備えることにより、熱電子発電炉の発生熱を十
分に利用出来、大きい発電量を確保することが出来る。
【0014】
【実施例】以下、本発明に係る熱電子発電炉の一実施例
を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る
熱電子発電炉の一実施例を示す系統図、図2は図1の実
施例において、その切替弁を切り替えた状態を示す系統
図である。
【0015】図1に示すように、熱電子発電炉1は、外
部負荷に電力を供給する熱電子発電器3と、この熱電子
発電器3の作動に必要な高温度場を形成する対の蓄熱型
燃焼器6a、6bと、熱電子発電器3に燃焼用空気14
を供給、予熱し、蓄熱型燃焼器6bに予熱空気15を供
給し、燃焼させ、且つ蓄熱型燃焼器6aで発生した燃焼
排ガス16′を排出する切替弁8とを備えている。対の
蓄熱型燃焼器6a、6bは蓄熱可能なもので、温度効率
が高い交番型熱交換器、例えば切換式蓄熱燃焼器を利用
することが出来る。
【0016】以上の構成を有する本実施例の熱電子発電
炉1は、次のように作用する。即ち、燃焼用空気14
は、熱電子発電器3を経由して予熱される。この燃焼用
予熱空気15は、切替弁8を通って一方の蓄熱型燃焼器
6bに供給される。そこで燃料13と共に燃焼し、熱電
子発電が可能な高温度場、例えば1300〜2000℃
を本体2内に形成する。そして、一方の蓄熱型燃焼器6
bで燃焼した燃焼ガスは、他方の蓄熱型燃焼器6aを加
熱、蓄熱させ、温度が200〜300℃の燃焼排ガス1
6′となり、切替弁8を経て排出され、燃焼排ガス16
の顕熱量を小さく出来るものである。従って、従来燃焼
排ガス16の温度が1000〜1500℃であったもの
が、300℃以下となり、熱量は、約1/5となった。
そして、燃焼排ガス温度は十分に低く、ボトミングサイ
クルが不要になった。
【0017】熱電子発電炉1の蓄熱型燃焼器6a又は6
bは、燃焼ガスのエンタルピーを利用する超過エンタル
ピー燃焼を行なわせるものであるので、熱電子発電器3
の熱電子放出に必要な高温度場を形成することが出来る
と共に、熱電子発電炉1から排出される燃焼排ガス16
の温度が十分低くなり、燃焼エネルギーが熱電子発電器
3の発電に十分に利用されるものである。
【0018】ここで、超過エンタルピー燃焼とは、次の
ような燃焼を意味する。即ち、図1において、熱電子発
電炉1の燃焼ガス17の比エンタルピーh[J/kg]
と、熱電子発電炉1入口の燃料13と燃焼用空気14の
混合ガスの比エンタルピーhi[J/kg]との差であ
る超過エンタルピーΔh[J/kg]が出来るだけ大き
くなるように燃焼させることを云い、最高火炎温度に関
しては上記混合ガスの発熱量若しくは混合ガス中の燃料
の質量分率が、次式の値倍に増加したのと同じ効果をも
たらすような燃焼をさせることを云う。
【0019】(1+Δhmax/(mf・Hl)) ここで、 Δhmax:超過エンタルピーの最大値[J/kg]で
(hmax−hi)の値 mf:熱電子発電炉流入混合ガス中の燃料の質量分率
[kg/kg] Hl:燃料の低発熱量[J/kg] 図2は、図1の実施例において、その切替弁を切り替え
た状態を示す系統図である。切替弁8を切り替えて、蓄
熱型燃焼器6aを燃焼用に、蓄熱型燃焼器6bを蓄熱用
にする。即ち、今度は熱電子発電器3を経由し、予熱さ
れた燃焼用予熱空気15は、切替弁8を通って他方の蓄
熱型燃焼器6aに供給され、そこで燃料13と共に燃焼
し、熱電子発電器3に対して高温度場を形成する。そし
て、蓄熱型燃焼器6aで燃焼した燃焼ガスは、一方の蓄
熱型燃焼器6bを加熱、蓄熱させ、温度が300℃以下
の燃焼排ガス16′となり、切替弁8を経て排出され、
燃焼排ガスの顕熱量を小さく出来るものである。
【0020】本実施例によれば、対の蓄熱型燃焼器によ
り、燃焼ガスの熱回収が十分に行なわれ、燃焼排ガスの
温度を200〜300℃以下にすることが出来る。故
に、熱電子発電炉は、高度の超過エンタルピー燃焼が実
現され、従来の熱電子発電炉よりも少量の燃料で高温度
場を形成出来、熱電子発電炉の熱効率が良い。
【0021】更に、上記高温度場に、複数の熱電子発電
器3を配列した熱電子発電炉1を構成することにより、
熱電子発電炉1の発生熱を十分に利用出来、大きい発電
量を確保することが出来る。これにより、燃焼排ガス温
度は、十分に低いのでブレイトンサイクルやランキンサ
イクル等を利用したボトミングサイクルが不要になる。
【0022】以上この発明を図示の実施例について詳し
く説明したが、それを以ってこの発明をそれらの実施例
のみに限定するものではなく、この発明の精神を逸脱せ
ずして種々改変を加えて多種多様の変形をなし得ること
は云うまでもない。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、熱電子発電炉は、超過
エンタルピー燃焼を行なわせるものであるので、熱電子
発電器の熱電子放出に必要な高温度場を形成出来ると共
に、熱電子発電炉から排出される燃焼排ガスの温度は十
分低くなり、燃焼エネルギーが熱電子発電に十分有効に
利用され、且つ、燃焼排ガス温度は十分に低いので、ボ
トミングサイクルが不要になる。
【0024】更に、上記熱電子発電炉の燃焼器は、蓄熱
可能な対の蓄熱型燃焼器であり、熱電子発電炉は、蓄熱
型燃焼器に燃焼用空気を供給し、且つ蓄熱型燃焼器で発
生した燃焼排ガスを排出する切替弁を備えたので、上記
発明の効果に加え、装置が単純化され、簡単な切替操作
で熱電子発電器に高温度場を容易に形成することが出来
る。
【0025】更に、上記熱電子発電炉は、複数の熱電子
発電器を備えたので、上記発明の効果に加え、熱電子発
電炉の発生熱を十分に利用出来、大きい発電量を確保す
ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る熱電子発電炉の一実施例を示す系
統図である。
【図2】図1の実施例において、その切替弁を切り替え
た状態を示す系統図である。
【図3】エネルギー利用供給システムを示す図表であ
る。
【図4】従来技術に係る熱電子発電炉を示す系統図であ
る。
【符号の説明】
1 熱電子発電炉 3 熱電子発電器 4 燃焼器 6a、6b 蓄熱型燃焼器 8 切替弁 14 燃焼用空気 16、16′ 燃焼排ガス 17 燃焼ガス

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部負荷に電力を供給する熱電子発電器
    と、該熱電子発電器の作動に必要な高温度場を形成する
    燃焼器とを備えた熱電子発電炉において、超過エンタル
    ピー燃焼を行なわせるものであることを特徴とする熱電
    子発電炉。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記燃焼器は蓄熱可
    能な対の蓄熱型燃焼器であり、前記熱電子発電炉は、前
    記蓄熱型燃焼器に燃焼用空気を供給し、且つ前記蓄熱型
    燃焼器で発生した燃焼排ガスを排出する切替弁を備えた
    ものであることを特徴とする熱電子発電炉。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記熱電子発電炉
    は、複数の前記熱電子発電器を備えたものであることを
    特徴とする熱電子発電炉。
JP15189394A 1994-07-04 1994-07-04 熱電子発電炉 Withdrawn JPH0823688A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15189394A JPH0823688A (ja) 1994-07-04 1994-07-04 熱電子発電炉

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JP15189394A JPH0823688A (ja) 1994-07-04 1994-07-04 熱電子発電炉

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JPH0823688A true JPH0823688A (ja) 1996-01-23

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ID=15528506

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15189394A Withdrawn JPH0823688A (ja) 1994-07-04 1994-07-04 熱電子発電炉

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JP (1) JPH0823688A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160038219A (ko) * 2014-09-30 2016-04-07 차병미 가스를 연료로 하는 발열 기구의 유실열을 이용한 발전 장치
US12081145B2 (en) 2019-10-09 2024-09-03 Modern Hydrogen, Inc. Time-dependent plasma systems and methods for thermionic conversion

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160038219A (ko) * 2014-09-30 2016-04-07 차병미 가스를 연료로 하는 발열 기구의 유실열을 이용한 발전 장치
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Effective date: 20010904