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技術 既設の石炭使用の火力発電装置からCO2を発生させないで発電することを特徴とする発電装置。

出願人 村山修
発明者 村山修
出願日 2018年1月10日 (1年4ヶ月経過) 出願番号 2018-001626
公開日 2019年3月7日 (2ヶ月経過) 公開番号 2019-037113
状態 特許登録済
技術分野 タービンの細部・装置 ガスタービン、高圧・高速燃焼室 タービンロータ・ノズル・シール 特殊な電動機、発電機 特殊原動機
主要キーワード 保持帯 コスト差 円周縁 火力発電装置 コスト比 貯炭場 二酸化炭素発生 脱炭素
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年3月7日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

既設石炭使用の火力発電装置蒸気タービンをCO2が発生しない回転体Aに取替えて、回転体Aと連結されている回転体Bを低トルク性にし、既設の石炭使用の火力発電装置の単位当たりコストより安いコストの装置を提供することを課題とする。

課題解決の手段

既設の石炭使用の火力発電装置に設置してある蒸気タービンの位置に設けてある回転体A(1)と発電機(53)の間に設けられ、転がり軸受A1(50)、軸受B2(51)が設けてある回転体B(2)に低トルク性を与えているとともに動力増幅装置である回転体B(2)を回転させ、その回転数ステッピングモーター励磁回路で所定の回転数に制御されて発電機(53)に伝達し、既設の石炭使用の火力発電装置の運転に伴う種々の作業が不要になることで単位当たりのコストが安くなることで課題を解決する。

概要

背景

特許ホームページで「石炭使用火力発電装置二酸化炭素発生ゼロ」ANDで検索したがヒット件数ゼロで、「火力発電装置 二酸化炭素発生ゼロ」ANDで検索してもヒット件数はゼロで比較出来る先行技術は見つけられなかった。
本願は、既設の石炭使用の火力発電装置からCO2を発生させず、転がり軸受が設けてある回転体B(2)に低トルク性を与える動力増幅装置に関するものであるが引用文献は見つけられなかった。
温暖化の元凶とされる石炭使用の火力発電装置による二酸化炭素の発生を抑える解決策として、ヨーロッパでは脱炭素時代突入しており、化石燃料燃焼させて、電気エネルギーを生成することを禁止する方向に進んでいるのに対し、我が国は二酸化炭素を人為的に集め、地中、水中などに封じ込める二酸化炭素の貯留技術を開発して発生する二酸化炭素を少なくする低炭素化を目指している。
地球温暖化の元凶と承知しながらも脱炭素化に踏み切れない 最大の理由は石炭火力発電コストが一番低いからである。
然し、世界的な潮流は確実に脱炭素化に傾いており、石炭使用の蒸気タービン需要が激減し、前記蒸気タービンの在庫の山が発生し、蒸気タービンの安売りが起こり、海外大手重電メーカーは大量の人員整理を発表した。
我が国も世界的な脱炭素化を無視出来ないので、(無視すると国際的に批判される)早晩脱炭素化時代が訪れる。
その時の対応策敷地送電網発電機等、可能な限り既設の装置を活用することが一番合理的であり、前述した様に脱炭素化に踏み切れない 最大の理由が石炭火力発電のコストが一番低いことに起因しているから、そのコストより更に安い装置の開発になる。
従って、考慮される対策は石炭を使っている蒸気タービンだけを取替えてCO2を発生させないとともにコストも安くなる装置に置き換え代替案の開発が課題となる。
既設の石炭使用の火力発電装置の回転数と同じ回転数の回転体A(1)を設置するとともに単位当たりのコストが石炭を燃焼させる場合よりも安い装置として、電圧周波数を変化させるインバーター(VVVF)制御方式電動モーターで回転体A(1)を所定の回転数で回転させ,回転体A(1)を回転体B(2)に連結し、回転体B(2)に設けてある転がり軸受で回転体B(2)に低トルク性を与えることで前記石炭を使っている蒸気タービンだけを他の装置に置き換える代替案の開発が可能になる。
前記装置の運転コストは既設の石炭使用の火力発電装置で発生している例えば環境汚染防止対策廃棄ガス中の窒素酸化物を取り除く脱硝装置硫黄酸化物を取り除く脱硫装置等が不要になるのでこれら装置の保守管理費用が不要になり、石炭の燃料代が不要になり、石炭を置いておく貯炭場新規利用も可能になる等のメリットが期待されるので、蒸気タービン代替案の単位当たりのコストは石炭使用の火力発電より安くなる。

概要

既設の石炭使用の火力発電装置の蒸気タービンをCO2が発生しない回転体Aに取替えて、回転体Aと連結されている回転体Bを低トルク性にし、既設の石炭使用の火力発電装置の単位当たりのコストより安いコストの装置を提供することを課題とする。既設の石炭使用の火力発電装置に設置してある蒸気タービンの位置に設けてある回転体A(1)と発電機(53)の間に設けられ、転がり軸受A1(50)、軸受B2(51)が設けてある回転体B(2)に低トルク性を与えているとともに動力増幅装置である回転体B(2)を回転させ、その回転数はステッピングモーター励磁回路で所定の回転数に制御されて発電機(53)に伝達し、既設の石炭使用の火力発電装置の運転に伴う種々の作業が不要になることで単位当たりのコストが安くなることで課題を解決する。

目的

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、既設の石炭使用の火力発電装置の蒸気タービンをCO2が発生しない回転体Aに取替えて、回転体Aと連結されている回転体Bを低トルク性にし、既設の石炭使用の火力発電装置の単位当たりのコストより安いコストの装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

既設石炭使用の火力発電装置蒸気タービンの位置に設けてある回転体A(1)と発電機(53)の間に設けられ、回転体B(2)に低トルク性を与える動力増幅装置であって、前記回転体A(1)の回転軸に連結してある前記回転体B(2)の円周縁の外側に円筒形ハウジング設営され、前記回転体A(1)と向き合っている回転体B(2)と対面しているハウジングA1(46)の所定の位置に保持帯A(13)が設けられ、前記保持帯A(13)の「前方」のハウジングB1(47)の所定の位置に保持帯B(14)が設けられ、前記保持帯A(13)と前記保持帯A(13)と対面している回転体B(2)の円周縁に転がり軸受A1(50)、前記保持帯B(14)と前記保持帯B(14)と対面している回転体B(2)の円周縁に転がり軸受B2(51)を設け、転がり軸受A1(50)とB2(51)の外輪は前記保持帯A(13)と保持帯B(14)にそれぞれ接続され回転せず、転がり軸受A1(50)とB2(51)の内輪は回転体B(2)に嵌合され 回転体(B2)の回転方向に回転し、回転体B(2)は低トルク性を得て、回転体B(2)を回転させるために必要なトルクが軽減されることを特徴とする既設の石炭使用の火力発電装置からCO2を発生させないで発電することを特徴とする発電装置

技術分野

0001

本発明は、既設石炭使用の火力発電装置からCO2を発生させないで発電することを特徴とする発電装置に関するものである。

背景技術

0002

特許ホームページで「石炭使用火力発電装置二酸化炭素発生ゼロ」ANDで検索したがヒット件数ゼロで、「火力発電装置 二酸化炭素発生ゼロ」ANDで検索してもヒット件数はゼロで比較出来る先行技術は見つけられなかった。
本願は、既設の石炭使用の火力発電装置からCO2を発生させず、転がり軸受が設けてある回転体B(2)に低トルク性を与える動力増幅装置に関するものであるが引用文献は見つけられなかった。
温暖化の元凶とされる石炭使用の火力発電装置による二酸化炭素の発生を抑える解決策として、ヨーロッパでは脱炭素時代突入しており、化石燃料燃焼させて、電気エネルギーを生成することを禁止する方向に進んでいるのに対し、我が国は二酸化炭素を人為的に集め、地中、水中などに封じ込める二酸化炭素の貯留技術を開発して発生する二酸化炭素を少なくする低炭素化を目指している。
地球温暖化の元凶と承知しながらも脱炭素化に踏み切れない 最大の理由は石炭火力発電コストが一番低いからである。
然し、世界的な潮流は確実に脱炭素化に傾いており、石炭使用の蒸気タービン需要が激減し、前記蒸気タービンの在庫の山が発生し、蒸気タービンの安売りが起こり、海外大手重電メーカーは大量の人員整理を発表した。
我が国も世界的な脱炭素化を無視出来ないので、(無視すると国際的に批判される)早晩脱炭素化時代が訪れる。
その時の対応策敷地送電網、発電機等、可能な限り既設の装置を活用することが一番合理的であり、前述した様に脱炭素化に踏み切れない 最大の理由が石炭火力発電のコストが一番低いことに起因しているから、そのコストより更に安い装置の開発になる。
従って、考慮される対策は石炭を使っている蒸気タービンだけを取替えてCO2を発生させないとともにコストも安くなる装置に置き換え代替案の開発が課題となる。
既設の石炭使用の火力発電装置の回転数と同じ回転数の回転体A(1)を設置するとともに単位当たりのコストが石炭を燃焼させる場合よりも安い装置として、電圧周波数を変化させるインバーター(VVVF)制御方式電動モーターで回転体A(1)を所定の回転数で回転させ,回転体A(1)を回転体B(2)に連結し、回転体B(2)に設けてある転がり軸受で回転体B(2)に低トルク性を与えることで前記石炭を使っている蒸気タービンだけを他の装置に置き換える代替案の開発が可能になる。
前記装置の運転コストは既設の石炭使用の火力発電装置で発生している例えば環境汚染防止対策廃棄ガス中の窒素酸化物を取り除く脱硝装置硫黄酸化物を取り除く脱硫装置等が不要になるのでこれら装置の保守管理費用が不要になり、石炭の燃料代が不要になり、石炭を置いておく貯炭場新規利用も可能になる等のメリットが期待されるので、蒸気タービン代替案の単位当たりのコストは石炭使用の火力発電より安くなる。

先行技術

0003

引用文献を発見できず。

発明が解決しようとする課題

0004

そこでこの発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、既設の石炭使用の火力発電装置の蒸気タービンをCO2が発生しない回転体Aに取替えて、回転体Aと連結されている回転体Bを低トルク性にし、既設の石炭使用の火力発電装置の単位当たりのコストより安いコストの装置を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0005

既設の石炭使用の火力発電装置に設置してある蒸気タービンの位置に設けてある回転体A(1)と発電機(53)の間に設けられ、転がり軸受A1(50)、軸受B2(51)が設けてある回転体B(2)に低トルク性を与えているとともに動力増幅装置である回転体B(2)を回転させ、その回転数はステッピングモーター励磁回路で所定の回転数に制御されて発電機(53)に伝達し、既設の石炭使用の火力発電装置の運転に伴う種々の作業が不要になることで単位当たりのコストが安くなることで課題を解決する。

発明の効果

0006

石炭使用の火力発電装置は二酸化炭素発生の元凶なので、CO2削減の国際公約の実現の一助になり、環境汚染防止対策の廃棄ガス中の窒素酸化物を取り除く脱硝装置、硫黄酸化物を取り除く脱硫装置等が不要になるのでこれら装置の保守、管理費用が不要になり、石炭の燃料代が不要になり、石炭を置いておく貯炭場の新規利用も可能になり、単位当たりのコストが石炭使用の火力発電より安くなる。尚コスト比較は段落0017で別途詳述する。

図面の簡単な説明

0007

は本発明の装置の概略図。
ハウジングA1(46)の位置にある保持帯A(13)と回転体B(2)とに設置してある転がり軸受A1とハウジングB1(47)の位置にある保持帯B(14)に設置してある転がり軸受B2の断面図。
は5相励磁のステッピングモーター型励磁回路の概念図。

実施例

0008

発電機は周波数60HZ,極数は4極の誘導発電機で、回転体A(1)を回転させる電動モーターは電圧と周波数を変化させるインバーター(VVVF)制御方式とし、回転体A(1)、回転体B(2)と発電機は1830回/rpmで回転し、転がり軸受は自動調心玉軸受であり、設置される回転体B(2)は軸受が設置されていない状態で所定の発電量を生成するのに充分なトルクを必要とする荷重を有し、石炭を使っている蒸気タービンだけを取替えてCO2が発生しない装置に改変する装置と作動について請求項と請求項以外の本発明に関する項目について、図1〜図3を使って説明する。

0009

以下本発明に関する請求項以外の項目について述べる。

0010

用語の説明
イ、「前方」について
本発明では発電機から一番離れている場所からみて発電機の方向を「前方」としている。
ロ、「保持帯」について
「保持帯」とは前記ハウジングに設けてある所定の位置の名称で、転がり軸受は前記「保持帯」と前記「保持帯」と対面している回転体B(2)の円周縁に設けてある。
ハ、低トルク性」について
低トルク性」とは、転がり軸受の玉の軌道面との接触面積が非常に小さくなり、摩擦抵抗が小さくなることによって、転がり軸受が設置されていない場合に比べて、少ない力で回転体B(2)の回転が可能になり、少ないトルクで回転体B(2)を回転させられる。
二、「5相励磁のステッピングモーター型励磁回路」について
「5相励磁のステッピングモーター型励磁回路」とは、1ステップ角=0.72°であり、回転軸が1周すると500ステップ角進み、連続して回転するステップ角の数と、停止するステップ角の数は回転体B(2)に取り付けてある回転センサーで決められ、回転体B(2)の回転数の過不足に応じてその都度変更され、回転体B(2)の回転数を増やしたい時、回転するステップ角を連続して回転させ、回転数を減少させたい時、停止するステップ角を連続して停止させる。
連続したステップの作動は1ステップ角=0.72°の倍数で行われ、ステップ角を連続して回転させたり、停止させた後は1ステップ角毎に回転と停止を交互に繰り返す作動を交互に繰り返す。

0011

本発明での電源について
本発明の電源は太陽光発電で得た電気充電される蓄電池と連結されているDC電動モーターの回転で生成させた電気(特許第4362545号)が使用される。
この特許は電力消費量を常に把握し、その電力消費量をランク付けし、ランク付けした1ランク上の電力を供給するようにDC電動モーターの回転を制御するものである。
本発明において使用される電力消費量も常時把握されるとともにランク付けされ、そのランクの1ランク上の電気をDC電動モーターの回転速度を制御して供給することで電力消費に効率よく対応している。太陽光発電と本発明で生成される発電のCO2発生はゼロなので、クリ−ンエネルギー発電装置である。

0012

回転体A(1)について
石炭使用の火力発電装置の蒸気タービンの設置場所に蒸気タービンの代替装置として設けてあり、電圧と周波数を変化させるインバーター(VVVF)制御方式の電動モーターと連結されていて前記電動モーターは回転数1830回/rpmで回転している。

0013

本発明での5相励磁のステッピングモーター型励磁回路について
本発明には5相励磁のステッピングモーター型励磁回路が設けてある。
ステッピングモーター型励磁回路は、1ステップ角=0.72°であり、回転軸が1周すると500ステップ角進み回転体B(2)の長手方向の径の真ん中の位置に設けてある。
図3に示す様に、同心円状環A(26 )内に、鉄心電線が巻かれた電磁石A(27)を設けたステーターA(28)と、前記電磁石A(27)に対向していると共に、軸の周りに軸方向に同心状に磁化された磁石B(30)が設けてあるローターA(29)、及び、プログラマブルコントローラA(31、図示せず)、コ ントローラA(32、図示せず)及び電磁石A(27)と接続してあるドライバA(33、 図示せず)で構成されている5相励磁のステッピングモーター型励磁回路である。
前記コントローラA(32)に電流が流され、ドライバA(33)へパルス信号が与えられ、ドライバA(33)は電磁石A(27)の電流切り替えを行い、電磁石 A(27)の磁極の切り替えが行われ、回転体B(2)に取り付けてある回転センサーが回転体B(2)の回転の過不足をキャッチしたら、連続して回転させるステップ角の回数、或いは連続して停止させるステップ角の回数を計算するコンピューターからの指令でパルス信号がドライバA(33)へ与えられ、回転させるステップ角を連続して回転させたり、停止させるステップ角を連続して停止させて回転体B(2)の所定の回転数は維持される。
例えば2ステップ角連続して回転させて回転体B(2)の回転が所定の回転数に戻ったら、1ステップ角停止し、本来の1ステップ角毎の回転、停止を繰り返す作動に戻る。
回転数のブレは1ステップ角=0.72°の範囲内で修正されるので修正に要する時間が1ステップ角全部であったとしても、最大限1/500回以内で修正され、このブレは累積せず回転数は1830回/rpmに維持され、1830回/rpmの回転は発電機に伝達され、誘導発電を可能にする。

0014

本発明の装置の概略
図1は本発明の装置の概略図である。
回転体A(1)と対面して回転体B(2)が設けてあり、回転体B(2)は発電機(53)方向に水平に伸ばして設けてあり、回転体B(2)の「前方」に回転体B(2)に連結されている回転軸(52)が設けてあり、前記回転軸(52)の他方は発電機(53)に連結されている。
回転体B(2)の円周縁の外側には円筒形のハウジングが設営されている。
図2に示す様に、前記回転体A(1)と対面している回転体B(2)の垂直方向の切断面の「前方」の所定の位置と向き合っているハウジングA1(46)の位置に保持帯A(13)が設けてあり、保持帯A(13)には自動調心玉軸受A1(50)の外輪が接続され、内輪は回転体B(2)に嵌合してあり、前記ハウジングA1(46)の「前方」の所定の位置にハウジングB1(47)が設けられ、ハウジングB1(47)の位置にある保持帯B(14)と自動調心玉軸受B2(51)の外輪が接続され、内輪は回転体B(2)に嵌合してあり、回転体B(2)の長手方向の径の真ん中の位置に5相励磁のステッピングモーター型励磁回路が設営されている。

0015

以下本発明に関する請求項の項目について述べる。

0016

図2に示す様に自動調心玉軸受A1(50)の外輪はハウジングA1(46)にある保持帯A(13)と接続されて回転せず、内輪は回転体B(2)に嵌合してあり、自動調心玉軸受A1(50)の外輪と内輪の間にある転動体である玉も回転体B(2)の回転方向に回転し、回転体B(2)の回転を助け、回転体B(2)の回転を増速させる。
自動調心玉軸受B2(51)の外輪はハウジングB1(47)にある保持帯B(14)と接続されて回転せず、内輪は回転体B(2)に嵌合してあり、自動調心玉軸受B2(51)の外輪と内輪の間にある転動体である玉も回転体B(2)の回転方向に回転し、回転体B(2)の回転を助け、回転体B(2)の回転を増速させる。
5相励磁のステッピングモーター型励磁回路は、回転体B(2)の回転を1830回/rpmの速度に制御し、1830回/rpmの回転は発電機(53)に伝達され、誘導発電を可能にする。
回転体B(2)は回転体A(1)の回転軸と連結されていて回転体A(1)の回転で回転しているのに加えて、自動調心玉軸受A1(50)とB2(51)が設けてあるので、回転体B(2)は低トルク性を得て所定の発電量を発生させるのに要するトルクは軽減され、前記自動調心玉軸受A1とB2の転動体である玉が回転体B(2)の回転方向へ回転する回転力と、前記5相励磁のステッピングモーター型励磁回路の回転力が加わって、所定の発電量を発生させるのに要するトルクは確保され、ステッピングモーター型励磁回路の1830回/rpmの回転は維持されてこの回転数が発電機(53)に伝達されて誘導発電が可能になる。

0017

本発明と石炭使用の火力発電装置との運転コストの比較について
・ 本発明の運転コストはステッピングモーター型励磁回路を作動させる電力料と電動モーターを作動させる電力料だけである。
・石炭を使用する火力発電の運転コスト
本発明で設置されている回転体A(1)に置き換えられ削減可能な石炭を使用する火力発電の装置及び費用は、
燃料の石炭代金
石炭を粉状にする破砕機補修及び管理費、
ボイラーの補修及び管理費、
蒸気タービンの補修及び管理費、
復水器の補修及び管理費、
冷却水あげの補修及び管理費、
廃棄ガス中の窒素酸化物を取り除く脱硝装置の補修及び管理費、
硫黄酸化物を取り除く脱硫装置補修及び管理費、
燃焼灰フライアッシュ)の対策費等である。
本発明と石炭使用の火力発電装置との運転コストの差は上記1から2を引いた金額で求められ、その金額がマイナスなら本発明の方が安く、プラスなら火力発電の装置が安くなる。
1と2を比較すると1から2を引いた金額はマイナスであることは明白であるから本発明の方が安いことになる。
上記では両者に携わる人件費は計算に入れていないが1に従事する人数より2に従事する人数が多いのでコスト差は更に大きくなるのに加えて石炭を置いておく貯炭場の新規利用も見込まれる。

0018

1=回転体A
2=回転体B
13=保持帯A
14=保持帯B
26=回転体Aの長手方向の径の真ん中の位置に設けてある同心円状環A
27=電磁石A
28=ステーターA
29=ローターA
30=軸の周りに軸方向に同心状に磁化された磁石B
31=プログラマブルコントローラA
32=コ ントローラA
33=ドライバA
46=上部ハウジングA1
47=上部ハウジングB1
50=転がり軸受A1
51=転がり軸受B2
52=回転体A(2)と発電機を繋いでいる回転軸
53=発電機

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