JP2001123936A - System and device for utilizing thermal energy included in material as resource - Google Patents

System and device for utilizing thermal energy included in material as resource

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JP2001123936A
JP2001123936A JP33832099A JP33832099A JP2001123936A JP 2001123936 A JP2001123936 A JP 2001123936A JP 33832099 A JP33832099 A JP 33832099A JP 33832099 A JP33832099 A JP 33832099A JP 2001123936 A JP2001123936 A JP 2001123936A
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energy
heat
heat medium
power
compressor
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Yutaka Maeda
豊 前田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system utilizing a solar energy stored in all material (heat source) present in earth as energy of electricity and heat effective for human being. SOLUTION: A process (A) for carrying out vaporization by bringing liquid heat medium which vaporizes at a vicinity of temperature of a heat source into the heat source through a heat exchanger, and a process (B) for carrying out heat radiation of a vaporization heat medium by heating an object material to be heated through a heat exchanger other than the heat exchanger used in the process (A) under pressurization are coupled and circulated. A cubic expansion energy at the time of vaporization of the liquid heat medium in the process (A) and a heat radiation energy obtained in the process (B) are taken out and are used as a source such as electricity energy, motion energy and efficient heat energy.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】本発明は、気体、液体、固体など各種物質
がもつ熱エネルギーを、実用可能な電気と熱の複合エネ
ルギーとして資源化するシステムに関するものである。
[0001] The present invention relates to a system for converting thermal energy of various substances such as gas, liquid, and solid into resources that can be used as a practically usable combined energy of electricity and heat.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、エネルギーや環境の問題が人類の
最大の課題として取り挙げられるようになっている。エ
ネルギー問題については、火力発電、燃料電池などに用
いる化石燃料は、資源枯渇と環境問題から永続性に疑問
がある。
2. Description of the Related Art In recent years, the problem of energy and the environment has been taken up as the greatest problem for humankind. Regarding energy issues, fossil fuels used for thermal power generation, fuel cells, etc., have a question of permanence due to resource depletion and environmental issues.

【0003】原子力の利用は、放射性汚染物質の問題か
ら、立地に制約があり、大幅な拡大は難しい。核融合エ
ネルギーの活用は、技術面で見通しが立っていない。
[0003] The use of nuclear power is limited in location due to the problem of radioactive pollutants, and it is difficult to greatly expand it. There is no technical prospect for using fusion energy.

【0004】他のエネルギーとしては、例えば水力、太
陽電池、風力、波力、又は地熱などのエネルギーの活用
がある。これらは、クリーンで分散できるところが有利
であり、利用技術の向上と実用化の拡大が望まれるが、
エネルギー密度が低いか、熱源が局在している。
[0004] Other energies include the use of energy such as, for example, hydraulic, solar, wind, wave, or geothermal. These are advantageous in that they are clean and can be dispersed.
Low energy density or localized heat source.

【0005】一方、最近注目されているエネルギー関連
革新技術に、ナトリウム硫黄電池、リチウム電池、フラ
イホイール電池などがある。しかしこれらは、エネルギ
ーを一時的に貯蔵して、平準化ないし一時大容量使用に
対応する利用効率向上を目的とするものである。
On the other hand, energy-related innovations that have recently attracted attention include sodium-sulfur batteries, lithium batteries, and flywheel batteries. However, these are intended to temporarily store energy and to improve utilization efficiency corresponding to leveling or temporary large capacity use.

【0006】また熱媒体の蒸発、液化サイクルを連結す
ることによって、クリーンな有効エネルギーを創出でき
ることは、既に自然現象によって実証済みである。
It has already been proved by natural phenomena that clean effective energy can be created by connecting the evaporation and liquefaction cycles of the heat medium.

【0007】即ち、膨大なエネルギーを放出する台風や
低気圧、竜巻などがそれであり、その出力エネルギーは
計り知れないものがある。
That is, there are typhoons, low pressures, tornadoes, etc. that emit enormous energy, and the output energy is immeasurable.

【0008】台風の場合について、より詳細にその現象
を眺めてみると、次のようなものとなる。
When the phenomenon of the typhoon is examined in more detail, the following is obtained.

【0009】太陽熱で暖められた海水が、水蒸気とな
り、加熱されて上昇気流となる。この時、断熱冷却され
て、水蒸気は凝縮液化し、水滴となって降雨する。上昇
気流は液化潜熱を得て、周囲より高温を保ち、大さな上
昇気流を形成する。つまり低気圧の目になり、これに向
かって更に周辺の水蒸気を含んだ大気が流入する。大き
な渦巻さとなって莫大なエネルギーの塊「台風」が、こ
の様にして発生する。上昇気流は上空で冷却され、遠方
に拡散して降下し、再び海面に触れて水蒸気を含む気流
として、低気圧の目に流れ込む。台風こそ水と空気を熱
媒体とする巨大なヒートボンプ・クリーンエネルギー発
生システムである。
[0009] Seawater warmed by solar heat becomes steam, which is heated to form an updraft. At this time, the water vapor is adiabatically cooled and condensed and liquefied to form water droplets and rain. The updraft obtains latent heat of liquefaction, maintains a higher temperature than the surroundings, and forms a large updraft. In other words, a low pressure is reached, and the surrounding air containing water vapor flows in toward the low pressure. A huge swirl of energy, called a typhoon, is generated in this way. The ascending air current is cooled in the sky, diffuses and descends far away, comes into contact with the sea surface again, and flows into the low-pressure eye as an air current containing water vapor. Typhoon is a huge heat pump and clean energy generation system using water and air as heat medium.

【0010】そのエネルギーを有効活用するためには、
膨大な数の風車発電機を用意すること、及び降雨による
河川の流水の位置エネルギーを用いた水力発電機を無数
に用意すれば、人間活動に有効な電気エネルギーが莫大
に得られるはずである。現在人類は、台風のエネルギー
についてすらごく一部しか使っていない。
In order to make effective use of the energy,
If an enormous number of wind turbine generators are prepared and an infinite number of hydroelectric generators using the potential energy of river water flow caused by rainfall, enormous electric energy effective for human activities should be obtained. Currently, humans use only a fraction of the energy of typhoons.

【0011】地球に1時間降り注ぐ太陽の輻射エネルギ
ーは、全人類の1年間の消費エネルギーに匹敵するとさ
れ、これらの大部分は大地、海水、外気、河川水等に蓄
えられて熱エネルギーの貯蔵庫となる。
The radiant energy of the sun that falls on the earth for one hour is considered to be equivalent to the energy consumed by all human beings for one year, and most of them are stored in the earth, seawater, open air, river water, etc. Become.

【0012】これらに備えられた熱エネルギーを熱媒体
に作用させて、気化、液化サイクルによって、潜熱を有
劾活用できれば、人類のエネルギー問題は解消するとさ
え考えられるほど莫大なエネルギー発生システムとな
る。
[0012] If the latent heat can be impeached and used by the vaporization and liquefaction cycle by applying the heat energy provided to these to the heat medium, the energy generation system will be so enormous that it is considered that the energy problem of human beings can be solved.

【0013】このような原理を実現化するシステムは、
ヒートポンプとして公知であり、温熱空調機、暖房機、
温水貯蔵器などとして商品化されている。また集熱装置
と連結されて、地域暖房や融雪装置としての利用も、考
えられている。
A system for realizing such a principle is as follows.
Known as a heat pump, thermal air conditioners, heaters,
It is commercialized as a hot water storage device. It is also considered to be used as a district heating or snow melting device by being connected to a heat collecting device.

【0014】これらのヒートポンプシステムは、 熱媒
液化用コンプレッサー作動のために供給した加圧エネル
ギーの3−8倍の熱エネルギーを発生させることができ
ることがわかっている。しかし、そこでは従来、熱エネ
ルギーとしての利用に留まっている。
It has been found that these heat pump systems can generate 3-8 times as much heat energy as the pressurized energy supplied to operate the heat medium liquefaction compressor. However, there has conventionally been only utilization as heat energy.

【0015】また、地球に降り注ぐ太陽の輻射エネルギ
ーの利用は、太陽電池や、鏡面を用いて集熱する方法な
ど極一部の活用に留まっている。まだ地球上あまねく活
用可能であるのみならず、宇宙空間ですら活用可能な膨
大な蓄積熱エネルギーを将来有望な大規模クリーンエネ
ルギー源として積極的に活用する思想は育っていない。
The utilization of the radiant energy of the sun falling on the earth is limited to a very small part such as a solar cell or a method of collecting heat using a mirror surface. The idea of utilizing the vast amount of stored thermal energy that can be utilized not only on the earth but also in outer space as a promising large-scale clean energy source in the future has not been developed.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意検討した結果、以下の発明に到達し
た。即ち、本発明は、物質熱源に、その温度近辺で蒸発
する液体熱媒を熱交換器を通して接触させることにより
気化する工程(A)と、気化熱媒を加圧下で前記熱交換
器とは別の熱交換器を通して加熱対象物質を加熱するこ
とによって放熱液化させる工程(B)とを連結循環さ
せ、工程(A)の液体熱媒気化時の体積膨張エネルギー
及び工程(B)の放熱エネルギーを取り出し、有効熱エ
ネルギーと、電気エネルギー又は、運動エネルギー等と
して資源化することを特徴とする物質熱エネルギーの資
源化システムを第1の要旨としする。 又、上記第1の
要旨のシステムにおいて、(A)の工程に高性能蒸気発
電機を設け,(B)の工程に高性能コンプレッサーと温
度差作動タービンを備えた電気エネルギー又は運動エネ
ルギー変換装置を配置し、熱媒の循環作動によって、コ
ンプレッサー入力より大きな電気又は運動エネルギーと
有効利用出来る熱エネルギーの総合エネルギーを取り出
すことを特徴とする物質熱エネルギーの資源化システム
を第2の要旨とする。又、上記第2の要旨のシステム
を、2系列以上使用し、第1系列の放熱液化熱交換器と
第2系列の気化器を連結して、発生する第2系列の熱媒
蒸発エネルギーから取り出した運動エネルギーを用い
て、第1系列のコンプレッサーを作動させ、余剰エネル
ギーを電気および有効熱として資源化することを特徴と
する物質熱エネルギーの資源化システムを第3の要旨と
する。又、上記第2の要旨のシステムを、2系列以上並
列に配列し、第1系列の放熱液化熱交換器から取り出さ
れる熱エネルギーを用いて運動エネルギーを取り出し、
その運動エネルギーで並列システムを動かし、第1系列
と同等のコンプレッサー作動入力でそれよりも大きい電
気および熱エネルギーを得ることを特徴とする物質熱エ
ネルギーの資源化システムを第4の要旨とする。又、上
記第1〜第4の要旨のいずれかのシステムにおいて、コ
ンプレッサー作動入力に、太陽電池電気エネルギー、風
力運動エネルギー、水力運動エネルギーなどの再生可能
なクリーンエネルギーを用いるを特徴とする物質エネル
ギーの資源化システムを第5の要旨とする。又、上記第
1−第5の要旨のいずれかのシステムにおいて、循環熱
媒に非共沸混合熱媒を用い、部分凝縮分を中間抽出する
一段もしくは多段タービン発電機を用いること、及び/
又はタービン排出熱媒の圧縮工程で、中間抽出熱媒を1
段もしくは多段注入して熱媒全体を液化することを特徴
とする、電気及び有効熱発生装置を第6の要旨とする。
又、第6の要旨における各装置の少なくとも一部を炭素
繊維複合材料で構成したことを特徴とする、発電と加熱
機能を備えた装置を第7の要旨とする。
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have reached the following invention. That is, the present invention provides a step (A) of vaporizing by bringing a liquid heat medium that evaporates near the temperature into contact with a material heat source through a heat exchanger, and separates the vaporized heat medium from the heat exchanger under pressure. The step (B) of heating and liquefying the substance to be heated through the heat exchanger is connected and circulated to extract the volume expansion energy at the time of vaporizing the liquid heat medium of the step (A) and the heat radiation energy of the step (B). A first feature of the present invention is a resource heat energy resource recycling system characterized in that it is recycled as effective thermal energy, electric energy, kinetic energy, or the like. Further, in the system according to the first aspect, a high-performance steam generator is provided in the step (A), and an electric energy or kinetic energy conversion device including a high-performance compressor and a temperature difference operation turbine is provided in the step (B). A second object of the present invention is to provide a material heat energy resource recycling system which is arranged and takes out the total energy of electricity or kinetic energy larger than the compressor input and heat energy that can be effectively used by circulating a heat medium. Further, the system of the second aspect is used in two or more series, and the first series of radiative liquefaction heat exchangers and the second series of vaporizers are connected to take out from the generated second series of heat medium evaporation energy. A third aspect of the present invention is a material heat energy recycling system characterized by operating the first series of compressors using the kinetic energy and recycling excess energy as electricity and effective heat. Further, the system of the second aspect is arranged in two or more lines in parallel, and kinetic energy is taken out by using heat energy taken out from the first-system radiative liquefaction heat exchanger,
A fourth object of the present invention is to provide a material heat energy recycling system characterized in that a parallel system is operated with the kinetic energy to obtain larger electric and heat energy with a compressor operation input equivalent to that of the first series. Further, in any one of the systems according to the first to fourth aspects, a renewable clean energy such as solar cell electric energy, wind kinetic energy, and hydrokinetic energy is used as a compressor operation input. The fifth aspect is the resource recycling system. Further, in any one of the systems according to the first to fifth aspects, a non-azeotropic mixed heat medium is used as a circulating heat medium, and a single-stage or multi-stage turbine generator for intermediately extracting a partial condensate is used;
Alternatively, in the compression step of the turbine exhaust heat medium, the intermediate extraction heat medium
A sixth aspect of the present invention is directed to an electric and effective heat generating apparatus characterized in that the entire heat medium is liquefied by injection in stages or in multiple stages.
A seventh feature of the present invention is a device having power generation and heating functions, wherein at least a part of each device in the sixth feature is formed of a carbon fiber composite material.

【0017】本発明の基本システムは、液体熱媒に熱源
から熱エネルギーの供給を行って気化させ、気化時の体
積膨張エネルギーを活用する工程(A)と、気化熱媒を
圧縮することにより断熱圧縮熱を発生させると共に気体
化熱媒の液化相転移における発生潜熱を活用する工程
(B)から成り立つ。
The basic system of the present invention includes a step (A) of supplying heat energy to a liquid heat medium from a heat source to vaporize the liquid heat medium, and utilizing the volume expansion energy at the time of vaporization, and adiabatic process by compressing the vaporized heat medium. It comprises a step (B) of generating compression heat and utilizing latent heat generated in the liquefaction phase transition of the gasification heat medium.

【0018】本発明のシステムの稼働安定化状態では、
該システムからの出力エネルギーの一部を電気エネルギ
ー又は運動エネルギーに変換して、システムの作動エネ
ルギーとして利用することも可能である。また、太陽電
池発電動力や風力をコンプレッサー動力として用いたハ
イブリッドシステムでは、太陽電池発電エネルギーや風
力発電エネルギーの数倍もする熱エネルギーを付加した
有効熱エネルギーや電気・運動エネルギーを供給するこ
とができるようになる。
In the operation stabilization state of the system of the present invention,
Some of the output energy from the system can be converted to electrical or kinetic energy and used as operating energy for the system. In addition, a hybrid system that uses solar cell power or wind power as compressor power can supply effective thermal energy or electric / kinetic energy with thermal energy several times greater than solar cell power or wind power. Become like

【0019】尚、大気、河川、海水等の流動性物質を熱
源として使用する場合、これらの物質が太陽エネルギー
(熱・光)を吸収して、対流することによって連続的に
エネルギーが供給される。つまり、効果的な総合太陽エ
ネルギー有効活用システムとなる。
When fluid materials such as the atmosphere, rivers, and seawater are used as heat sources, these materials absorb solar energy (heat and light) and are continuously supplied with energy by convection. . That is, it becomes an effective total solar energy effective utilization system.

【0020】例えば、太陽電池では、太陽光エネルギー
を電気に変換するだけであるが、本発明では、太陽光エ
ネルギーとその数倍の熱その他エネルギーを同時に活用
することができる。
For example, in a solar cell, only solar energy is converted into electricity, but in the present invention, solar energy and heat and other energy several times that of solar energy can be used simultaneously.

【0021】以下本発明を図に従って詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0022】図1は本発明のシステムの一例を示す概略
図で、同図において、低温蒸気発電機5とコンデンサー
2での発生熱E1を用いて低温蒸気発電し、その発電力
でコンプレッサー1を稼働し、余剰電力を取り出す。放
熱エネルギーも別系で活用し、発生エネルギーをフル活
用するシステムとなっている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the system of the present invention. In FIG. 1, low-temperature steam power is generated by using a low-temperature steam generator 5 and heat E1 generated by a condenser 2, and the compressor 1 is generated by the generated power. Operate and extract surplus power. The system uses heat radiation energy in a separate system to make full use of the generated energy.

【0023】本システムから熱エネルギーが取り出せる
理論的根拠は、次の通りである。
The theoretical basis for extracting thermal energy from the present system is as follows.

【0024】図1においてコンプレッサー1における外
部負荷エネルギーをE0、コンデンサー2(加熱部)で
の発生熱をE1(凝縮潜熱(高温加圧下))、蒸発熱を
E2、外部物質よりの補給熱エネルギーをE3(大気、
海水、湖河川水)、補給エネルギー熱交換器4の動力を
E4とすると、本システムの運転時、蒸発熱は補給され
るので、E2=E3であり、又凝縮熱と蒸発熱は、蒸発
と凝縮の温度差が小さい場合、ほぼ等しいと考えられる
から、E1=E2=E3となる。
In FIG. 1, the external load energy in the compressor 1 is E0, the heat generated in the condenser 2 (heating unit) is E1 (condensation latent heat (under high-temperature pressurization)), the evaporation heat is E2, and the replenishment heat energy from the external substance is E2. E3 (atmosphere,
Assuming that the power of the replenishment energy heat exchanger 4 is E4, the heat of evaporation is replenished during the operation of this system, so that E2 = E3, and the heat of condensation and the heat of evaporation are When the temperature difference of condensation is small, it is considered that they are almost equal, so that E1 = E2 = E3.

【0025】コンプレッサー外部負荷エネルギーは、理
想気体の圧縮の場合E=PVとなるが、液化する非理想
気体の場合、一定圧力で液化が進みE=P’Vとなり、
P’は一定、且つPより低圧力となり、比較的低い外部
エネルギーで、大きな凝縮潜熱を発生することができ
る。
The external load energy of the compressor is E = PV when the ideal gas is compressed. However, in the case of the non-ideal gas which liquefies, liquefaction proceeds at a constant pressure and E = P′V.
P 'is constant and has a lower pressure than P, and can generate large latent heat of condensation with relatively low external energy.

【0026】従来技術の空調機では、E1/E0=3〜
5、改良装置では8も達成可能となっており、中間値と
して5を採用すると、理論的に発生させうるエネルギー
は、E=E1−E0=(5−1)×E0=4E0であ
る。
In the conventional air conditioner, E1 / E0 = 3 to
5. With the improved apparatus, it is also possible to achieve 8, and if 5 is adopted as the intermediate value, the energy that can be theoretically generated is E = E1−E0 = (5-1) × E0 = 4E0.

【0027】一方、蒸発部の蒸発潜熱は、大気、海水等
から熱交換によって供給され、熱交換に動力を使う場
合、そのエネルギーE4がロスとなる。しかし一般的に
考えて、E4<<E0である。
On the other hand, the latent heat of evaporation of the evaporator is supplied from the atmosphere, seawater, or the like by heat exchange, and when power is used for the heat exchange, the energy E4 is lost. However, in general, E4 << E0.

【0028】また、限られた補給エネルギー源を使う場
合、そこから取り出せるエネルギーは、E’=CV(T
i−To)であり、貯蔵エネルギー源の熱容量が、発熱
量の限界であり、発電量はそれに発電効率を乗じたもの
が限界になる。(ここに、Cは比熱、Vは熱源の質量、
Ti、Toは熱交換前後の温度である。)
When a limited replenishment energy source is used, the energy that can be extracted therefrom is E '= CV (T
i-To), the heat capacity of the stored energy source is the limit of the amount of heat generation, and the amount of power generation is multiplied by the power generation efficiency. (Where C is the specific heat, V is the mass of the heat source,
Ti and To are temperatures before and after heat exchange. )

【0029】因みに、1トンの水タンクを熱源に用い
て、蒸発潜熱を補給した場合、熱源の温度が1℃下がっ
たとすると、E3=CV・△T=1×1000×1Kc
al/℃・ton=1.16KW・hの熱出力、又はそ
れに発電効率を乗じた電力の創成が可能であることにな
る。
By the way, in the case where the latent heat of evaporation is replenished by using a 1-ton water tank as a heat source, if the temperature of the heat source drops by 1 ° C., E3 = CV · ΔT = 1 × 1000 × 1 Kc
It is possible to create a heat output of al / ° C. · ton = 1.16 KW · h or electric power obtained by multiplying the heat output by the power generation efficiency.

【0030】例えば、1000トンの水量をもつ池の水
温を5℃変化させた場合、5000kw・hのエネルギ
ーが得られる。また、1000トン/hの水量が流れる
川から、5000kw/h×発電効率の電力と、残余有
効熱エネルギーを理論的には取り出すことができる。
For example, when the temperature of a pond having a water volume of 1000 tons is changed by 5 ° C., energy of 5000 kW · h is obtained. In addition, power of 5000 kW / h × power generation efficiency and residual effective heat energy can be theoretically extracted from a river through which a water flow of 1000 tons / h flows.

【0031】出力側の温度は、循環熱媒体の種類によっ
てほぼ決まる。熱媒体の探索によって、低温稼働型、高
温稼働型の装置を開発できる。
The temperature on the output side is substantially determined by the type of the circulating heat medium. By searching for heat medium, low-temperature operation type and high-temperature operation type devices can be developed.

【0032】また、低温稼働型と高温稼働型を直列に繋
ぐことによって、理論的には、コンプレッサー増加分の
エネルギーを差し引いた分量のエネルギーを高温側で取
り出すことができる。即ち、2段直列装置では、E1’
/E0’=5として、E1’−E0’=4×E0’であ
る。
Further, by connecting the low-temperature operation type and the high-temperature operation type in series, it is theoretically possible to extract an amount of energy on the high-temperature side by subtracting the energy of the increased compressor. That is, in the two-stage serial device, E1 ′
Assuming that / E0 ′ = 5, E1′−E0 ′ = 4 × E0 ′.

【0033】外部供給エネルギーが出力エネルギーに還
元されるから、E1’=E2=E3であり、安定状態に
入った場合、放熱、機械ロスを0と仮定すると、高温で
第1段発生エネルギーと同量のエネルギーを取り出すこ
とができることになる。
Since the externally supplied energy is reduced to the output energy, E1 '= E2 = E3. When the stable state is entered, assuming that the heat radiation and mechanical loss are zero, the energy is the same as the energy generated in the first stage at a high temperature. It will be possible to extract an amount of energy.

【0034】即ち同一能力のコンプレッサー2台を直列
にした2段システムで発生しうるエネルギーは、E’=
4×E0’−E0=3E0となる。
That is, the energy that can be generated by a two-stage system in which two compressors having the same capacity are connected in series is expressed by E ′ =
4 × E0′−E0 = 3E0.

【0035】より多段階のシステムも考えられるが、コ
ンプレッサー動力と発生エネルギーが近接してくるた
め、効率的な熱媒体がある以外はそのシステムのメリッ
トが小さくなる。
Although a multi-stage system is conceivable, since the power of the compressor and the generated energy are close to each other, the merit of the system is reduced except for an efficient heat medium.

【0036】ここで発生するエネルギーは、コンプレッ
サー動力に太陽エネルギーや風力エネルギー等を用いれ
ば、密開系でのシステムとなるため、本質的にクリーン
であり、廃物も一切発生しない独立系のエネルギー源と
成し得る。
The energy generated here is an independent energy source that is essentially clean and does not generate any waste since it becomes a densely-opened system if solar energy or wind energy is used as power for the compressor. And

【0037】出力エネルギーを20%以上の非共沸混合
熱媒を用いた高性能多段中間部分凝縮熱媒抽出機能を有
する低温蒸気発電機やスターリングエンジン発電機等に
接続して、作動すれば、投入電力を上回る電力を調達し
ながら、有用熱エネルギーを得ることができる。
If it is connected to a low-temperature steam generator or a Stirling engine generator having a high-performance multi-stage intermediate partial condensation heat medium extraction function using a non-azeotropic mixed heat medium having an output energy of 20% or more, It is possible to obtain useful heat energy while procuring power that exceeds the input power.

【0038】またこの電力でコンプレッサーを作動させ
れば、自家発電で作動するシステムとなる。熱力学第2
法則によって、温度差を利用した発電の効率は、カルノ
ーサイクル効率の限界(高温度TH−低温度TL)/高
温度THを超えることは出来ないとされている。しか
し、本発明で上記の効果が得られるのは、次のような理
論的根拠をもっている。即ち、図2に示す発電機10の
作動によって得られる電気エネルギー獲得の最大理論効
率は(T1−T1’)/T1であり、T1’は熱媒のタ
ービン内での断熱膨張によって仕事をし、冷却された温
度であるが、非共沸混合熱媒を用い、部分凝縮させつ
つ、中間抽出を行う方法で、熱媒の凝縮潜熱を発電に活
用でき、気体相のみで算出されるカルノーサイクル効率
を上回る発電系が実現するのである。非共沸混合熱媒系
には、水/空気系が台風などで実現しているが、炭酸ガ
ス/水系、炭酸ガス/アセトン(又は、メタノール、ジ
メチルエーテル)系、アンモニア/水系、混合フロン熱
媒系などが、本系の実現に有効である。
When the compressor is operated with this electric power, a system that operates by private power generation is obtained. Thermodynamics 2
The law states that the efficiency of power generation using the temperature difference cannot exceed the limit of Carnot cycle efficiency (high temperature TH-low temperature TL) / high temperature TH. However, the above effects can be obtained by the present invention based on the following theoretical basis. That is, the maximum theoretical efficiency of obtaining electric energy obtained by the operation of the generator 10 shown in FIG. 2 is (T1−T1 ′) / T1, where T1 ′ works by adiabatic expansion of the heat medium in the turbine, Cooling temperature, but non-azeotropic mixed heating medium, partially condensing and intermediate extraction, the latent heat of condensation of the heating medium can be used for power generation, and Carnot cycle efficiency calculated only in the gas phase A power generation system that exceeds this will be realized. As the non-azeotropic mixed heating medium system, a water / air system is realized by a typhoon, etc., but a carbon dioxide gas / water system, a carbon dioxide gas / acetone (or methanol, dimethyl ether) system, an ammonia / water system, and a mixed chlorofluorocarbon heating medium are used. A system is effective in realizing the present system.

【0039】より効率的に作動させるには、コンプレッ
サー動力を、直接タービン回転動力に切り替えた方がよ
い場合がある。又、熱交換のための熱源移動動力やコン
プレッサー動力にSRM(スイッチアンドリラクタント
モーター)など高効率モーターを活用することができ
る。
For more efficient operation, it may be better to switch the compressor power directly to the turbine rotational power. In addition, a high-efficiency motor such as an SRM (switch and reluctant motor) can be used for the heat source moving power and the compressor power for heat exchange.

【0040】この様な方法で、自動的にシステムを作動
させて、物質熱源から有効な熱エネルギーと電気エネル
ギーを取り出す熱エネルギー資源化システムが得られ
る。
In this way, a system for automatically operating the system to obtain effective heat energy and electric energy from a material heat source is obtained.

【0041】また、このようなシステムを2系列、直列
に配列することによって、より有効な温度領域の出力が
得られるダブル・サイクルシステムの形成が可能であ
る。
Further, by arranging two such systems in series, it is possible to form a double cycle system capable of obtaining a more effective output in the temperature range.

【0042】更に2系列を並列に配列することによっ
て、より安定なエネルギー取り出しが可能な複合システ
ムとすることができる。
Further, by arranging the two series in parallel, a composite system capable of more stable energy extraction can be obtained.

【0043】並列系を多段化し、後段ほど大出力とする
ことが可能で、初期動力が小さなものでありながら、大
電力を取り出すシステムとすることができる。
It is possible to increase the number of stages of the parallel system and to increase the output later, and to obtain a system that takes out large power while having a small initial power.

【0044】このような電気と熱エネルギーを発生させ
る、小型クリーンエネルギー発生装置は、原理的には、
例えば上市されている水又は空気熱交換空調機の熱媒蒸
発系に、小型高性能タービンを取り付ける方法によって
達成される。
A small-sized clean energy generator that generates such electricity and heat energy is, in principle,
For example, this is achieved by a method of attaching a small high-performance turbine to a heat medium evaporation system of a commercially available water or air heat exchange air conditioner.

【0045】これらは、家庭用電力と暖冷房を供給する
新たなシステムとして活用される。又、加温器、特に大
熱量を要する各種加熱炉、プレスヒーター、温泉等とし
て極めて省エネ効果の大きい加熱装置とすることができ
るが、これらの存在意義は、まだ公知となっていない。
These are utilized as a new system for supplying home electric power and heating / cooling. Heating devices, particularly various heating furnaces, press heaters, hot springs, and the like that require a large amount of heat can be used as heating devices with extremely large energy saving effects, but their significance has not yet been known.

【0046】一方、大型クリーンエネルギー発生装置を
開発すれば、その電力と熱エネルギーの組み合わせによ
って、地域電力や暖冷房に活用することが可能となる。
しかも太陽電池のように、太陽輻射熱を直に使用するわ
けでないため、曇天、夜間を問わずエネルギー供給が可
能である。つまり大気、海水、湖沼等への太陽エネルギ
ー補給によって、間断なく無尽蔵の電気エネルギーを生
み出すことができる。
On the other hand, if a large-sized clean energy generator is developed, it can be used for local electric power and heating and cooling by a combination of the electric power and the heat energy.
Furthermore, unlike solar cells, solar radiation heat is not used directly, so energy can be supplied regardless of whether it is cloudy or night. That is, by supplying solar energy to the atmosphere, seawater, lakes and marshes, infinite electric energy can be generated without interruption.

【0047】この装置は、コンプレサー動力に太陽電池
や風力発電機等を用いれば、完全クリーンエネルギー供
給システムとなり、地球温暖化阻止の有力手段を提供す
るものとなる。更に一旦発電が始まれば、自己発電エネ
ルギーの一部を使ってコンプレッサーを動かし、熱源か
らの熱エネルギーの循環供給がある限り、電力エネルギ
ーを創出することが可能であるという特徴がある。
If a solar cell or a wind power generator is used for the compressor power, this device becomes a complete clean energy supply system, and provides an effective means for preventing global warming. Further, once power generation starts, the compressor is operated using a part of the self-generated energy, and as long as there is a circulating supply of heat energy from a heat source, it is possible to generate electric power energy.

【0048】本発明のシステムは、従来公知のヒートポ
ンプに、発電装置又は、運動エネルギー取り出し装置を
連結することにより、比較的容易に装置化することがで
きる。
The system of the present invention can be relatively easily formed by connecting a power generating device or a kinetic energy extracting device to a conventionally known heat pump.

【0049】発電装置については、蒸気タービン方式、
あるいは、外部加熱のスターリングエンジンによる発電
も有効である。特に熱媒蒸気によるタービン作動効率が
本発明のエネルギー創出に大きく影響を与える。電気エ
ネルギーに変換する前に、回転運動エネルギーを用いて
直接コンプレッサーを作動させる方法は特に有効な場合
が多い。
Regarding the power generation device, a steam turbine system,
Alternatively, power generation by an externally heated Stirling engine is also effective. In particular, the operating efficiency of the turbine by the heat medium vapor greatly affects the energy creation of the present invention. Directly operating a compressor using rotary kinetic energy before conversion to electrical energy is often particularly effective.

【0050】コンプレッサーについては、小型のシステ
ムの場合、スクロール式又は、ピストン式が用いられる
が、中型・大型のシステムでは、スクリュー方式やター
ボ方式のコンプレッサーを採用することが可能である。
As for the compressor, a scroll system or a piston system is used in the case of a small system, but a screw system or a turbo system compressor can be adopted in a medium-sized or large system.

【0051】熱交換器については、大気熱に適応した集
熱・放熱効果の優れた薄手放熱金属襞熱交換機を用いる
ことができる。水熱を適用する場合には、従来公知の水
冷用熱交換機を用いたり、改良装置を適用する事ができ
る。土砂・岩石などの熱を利用する場合にはこれらに配
管し水等の液体に熱を伝達する1次熱交換系を経由し
て、熱吸収することができる。
As the heat exchanger, a thin heat dissipating metal fold heat exchanger having excellent heat collecting and heat dissipating effects adapted to atmospheric heat can be used. When using water heat, a conventionally known heat exchanger for water cooling can be used, or an improved device can be used. When utilizing the heat of earth and sand, rocks, etc., heat can be absorbed via a primary heat exchange system that transmits heat to a liquid such as water by piping the pipes.

【0052】熱媒は、水/空気、水/炭酸ガス、炭酸ガ
ス/メタノール、アセトン、ジメチルエーテル、水/ア
ンモニア、、代替フレオン、炭酸ガスその他熱収集する
物質の温度レベルにあわせた、蒸発温度の熱媒を採用す
ることが可能である。
The heating medium is water / air, water / carbon dioxide, carbon dioxide / methanol, acetone, dimethyl ether, water / ammonia, alternative freon, carbon dioxide, and the like. It is possible to employ a heating medium.

【0053】1次コンプレッサー作動のために、買電、
ガソリンエンジン等を用いることができるが、システム
全体をクリーンな状態で作動させるため、太陽電池や水
力、風力エネルギーによってコンプレッサーを作動し出
力を引き出すことが望ましい。場合によっては、船舶、
自動車、電車等の移動体の運動エネルギーを用いて、本
発明のシステムを作動させ、入力以上のエネルギー出力
を得て、移動体エンジンの役割を果たすことができる。
In order to operate the primary compressor, power purchase,
A gasoline engine or the like can be used, but in order to operate the entire system in a clean state, it is desirable to operate a compressor with solar cells, hydraulic power, and wind energy to extract output. In some cases, ships,
The system of the present invention can be operated by using the kinetic energy of a moving object such as a car or a train to obtain an energy output equal to or higher than the input, thereby serving as a moving object engine.

【0054】特に、海水エネルギーを利用した船舶の動
力源は効果を発揮できる用途となる。
In particular, the power source of a ship using seawater energy is an application that can exert its effects.

【0055】この様な、大気や(海)水熱エネルギーを
移動体の駆動エネルギー源とするためには、装置全体が
軽量でなければならず、構成部品の一部ないし全部を先
進複合材料で構成することが出来る。特に高性能小型発
電タービンやスクロール式コンプレッサーとしては炭素
繊維複合材料で構成することが望ましい。
In order to use such air or (sea) hydrothermal energy as a driving energy source for a moving body, the entire apparatus must be lightweight, and some or all of the components are made of an advanced composite material. Can be configured. In particular, it is desirable that a high-performance small power generation turbine or a scroll compressor be made of a carbon fiber composite material.

【0056】この場合、適用に効果のある部品として
は、コンプレッサーのシリンダー、シャフト、ピスト
ン、タービン部品、パイプ等が挙げられる。また発電機
の回転はねやシャフト、フレーム、熱交換器のパイプフ
レーム等に先進複合材料を使用することができる。
In this case, the parts effective for application include a cylinder, a shaft, a piston, a turbine part, and a pipe of a compressor. In addition, advanced composite materials can be used for rotating springs, shafts, frames, pipe frames of heat exchangers, and the like of generators.

【0057】先進複合材料としては炭素繊維樹脂複合材
料や炭素繊維・炭素複合材料の他、アラミド繊維や高性
能ガラス繊維を基材として用いることが可能である。
As the advanced composite material, aramid fiber or high-performance glass fiber can be used as a base material in addition to carbon fiber resin composite material or carbon fiber / carbon composite material.

【0058】本発明のクリーンエネルギー発生システム
を具体的に利用した例として、家庭用熱・電気供給装置
について詳述する。
As a specific example of using the clean energy generation system of the present invention, a home heat and electricity supply device will be described in detail.

【0059】従来商品化されている家庭用エネルギー供
給装置は、太陽電池発電装置か又は、太陽熱温水装置で
ある。太陽電池発電装置はシリコン半導体を用いて、電
力を生じる装置である。その利用する太陽エネルギー
は、光エネルギーに限られ本来保有する太陽エネルギー
の一部しか使用しないため、最高効率の太陽電池でも1
8%程度である。
Conventionally commercialized home energy supply devices are solar cell power generators or solar water heaters. A solar cell power generation device is a device that generates electric power using a silicon semiconductor. The solar energy used is limited to light energy and uses only a part of the solar energy originally possessed.
It is about 8%.

【0060】太陽輻射熱で温湯をつくる旧タイプの給湯
器は、太陽光エネルギーを活用していない。
The old-type water heater that produces hot water using solar radiation heat does not utilize solar energy.

【0061】本発明のシステムを利用した家庭用熱・電
気供給装置は、太陽光エネルギーで電力を賄い、コンプ
レッサーを作動させ、太陽熱輻射エネルギーで加熱され
た温水を更に、ヒートポンプ装置によって加温されるた
め、従来装置より利用価値の高い高温の温水を効率よく
発生させうる。また、太陽電池から発生する電力を、イ
ンバーターで調整して使用でき、ヒートポンプ連動発電
機から電力を取り出しても利用できる。つまり、本発明
のシステムを利用した装置によれば、有効活用可能な温
水と電力を所望の比率で供給することが可能となる。
A home heat / electricity supply device using the system of the present invention supplies power with solar energy, operates a compressor, and further heats hot water heated with solar radiation energy by a heat pump device. Therefore, it is possible to efficiently generate hot water having a higher utility value than the conventional device. In addition, the power generated from the solar cell can be adjusted and used by an inverter, and can be used even if power is taken out from a heat pump-linked generator. That is, according to the apparatus using the system of the present invention, it is possible to supply hot water and electric power that can be effectively used at a desired ratio.

【0062】他方、風力発電機の場合も、風の運動エネ
ルギーをプロペラの回転運動に換え、発電するため、風
の運動エネルギーの1部を電気エネルギーに変換する事
ができるに留まる。
On the other hand, in the case of a wind power generator, a part of the kinetic energy of the wind can be converted into electric energy because the kinetic energy of the wind is converted into the rotational motion of the propeller to generate electric power.

【0063】本発明のシステムを利用したヒートポンプ
併用装置によって、風の運動エネルギーを動力源とし
て、その3〜8倍の風によってもたらされる大気熱エネ
ルギーを温熱エネルギーとして取り出せ、更に風の運動
エネルギーから発生させうる電気エネルギーを上回る熱
エネルギーから転換した電気エネルギーを発生させる事
ができる。
With the heat pump combined device using the system of the present invention, the kinetic energy of the wind is used as the power source, and the atmospheric heat energy caused by the wind three to eight times that of the motive energy can be taken out as the heat energy, and further generated from the kinetic energy of the wind It is possible to generate electric energy converted from heat energy that exceeds the electric energy that can be generated.

【0064】本発明のシステムは、発電タービンから回
転運動エネルギーを直接取り出して使用したり、2系列
以上を、直列又は並列に配列することによって、一部省
略したりする事は可能であり、これらのシステムの組立
によって、より安定で大容量の電気と熱エネルギーを発
生するシステムとすることが可能である。
In the system of the present invention, it is possible to directly use the rotational kinetic energy from the power generation turbine and use it, or to omit two or more lines by arranging them in series or in parallel. By assembling this system, it is possible to make the system more stable and generate a large amount of electricity and heat energy.

【0065】本発明は膨大な改良システムの基礎を提案
するものであり、すべてを記述するものではなく、必要
性、状況に応じて適宜適切な構成要素を当てはめて実用
に共することができる。
The present invention proposes the basis of an enormous improvement system, and does not describe the entire system. The present invention can be put to practical use by appropriately applying appropriate components according to needs and situations.

【0066】[0066]

【実施例】以下、本発明を実施例により、更に具体的に
説明する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

【0067】〔実施例1〕大気温度20℃で、コンプレ
ッサーの消費電力700W、65℃の加熱空気を3.5
KW出力(入力に対して5倍の出力)できる伝熱面積2
0m2の熱交換器を備えた炭酸ガス/メタノール混合熱
媒を用いて、出力側を熱源として20%の発電効率を有
する熱媒発電機10をもった図2のようなヒートポンプ
サイクルシステムを形成した。
[Example 1] At atmospheric temperature of 20 ° C, power consumption of the compressor was 700 W, and heated air of 65 ° C was supplied at 3.5 ° C.
Heat transfer area 2 with KW output (5 times output compared to input)
Using a carbon dioxide / methanol mixed heat medium provided with a heat exchanger of 0 m 2, a heat pump cycle system as shown in FIG. 2 having a heat medium generator 10 having a power generation efficiency of 20% with the output side as a heat source was formed. .

【0068】外気温20℃の状態で、200V電源から
の買電によりコンプレッサー6を作動させ、コンデンサ
ー7で放熱し、熱媒を凝集液化させ、次いで気化器9
で、大気熱を吸収して気化させ、発電機10のタービン
を電力を取り出すことなく作動をさせた後、コンプレッ
サー6に再度導いて加圧するという、ヒートポンプ系サ
イクルシステムを定常状態になるまで予備運転した。
At an outside air temperature of 20 ° C., the compressor 6 is operated by purchasing power from a 200 V power supply, heat is radiated by the condenser 7, and the heat medium is coagulated and liquefied.
Then, after absorbing and vaporizing the atmospheric heat, the turbine of the generator 10 is operated without taking out the electric power, and then operated again without being taken out to the compressor 6 for pressurization. did.

【0069】この時、コンプレッサー6への入力E0
(700W)に対し、コンデンサー7での熱出力(E1
2)は約5E0(3.5KW)であった。この熱出力で
気化器9を出た直後の気化熱媒を加熱する回路を設け、
発電機10から電力を取り出し、コンプレッサー6の動
力源としてインバーターで調節し、買電と併用しながら
活用することにより、最終的には買電0で定常運転が可
能となった。
At this time, the input E0 to the compressor 6
(700 W), the heat output (E1
2) was about 5E0 (3.5 KW). A circuit for heating the vaporized heat medium immediately after leaving the vaporizer 9 with this heat output is provided,
Electric power was taken out of the generator 10, adjusted by an inverter as a power source of the compressor 6, and used while being used together with the power purchase, so that steady operation was finally possible with no power purchase.

【0070】発電機10で熱ロスとなったものを、全体
熱交換換気することによって、基本的には、外部入力な
しで、コンデンサー7から、電気と温熱エネルギー2K
Wを利用することができた。
The heat loss caused by the generator 10 is entirely subjected to heat exchange ventilation, so that electricity and thermal energy of 2 K are basically supplied from the condenser 7 without an external input.
W was available.

【0071】一方、発電機10の電力を取り出すことな
く、タービンの回転エネルギーを、直接クラッチと変速
機を用いて動力としてコンプレッサー6を作動させる
と、コンデンサー7の余剰熱エネルギーは更に増大し
た。
On the other hand, when the compressor 6 was operated by using the rotational energy of the turbine directly by using the clutch and the transmission without taking out the electric power of the generator 10, the excess heat energy of the condenser 7 was further increased.

【0072】このようなシステムを使用することによっ
て、定常状態では、外部入力がない状態で100Wの電
力と60℃、1.5KWの温熱エネルギーを取り出すこ
とができた。このとき、気化器9の消費動力は、50
W、熱源の大気は20℃から、10℃に冷却され、熱交
換で消費された大気熱量は約3.5KWであった。
By using such a system, in the steady state, 100 W of power and 60 ° C., 1.5 KW of thermal energy could be taken out without any external input. At this time, the power consumed by the vaporizer 9 is 50
W, the atmosphere of the heat source was cooled from 20 ° C. to 10 ° C., and the amount of atmospheric heat consumed in the heat exchange was about 3.5 KW.

【0073】〔実施例2〕実施例1のシステムと同様の
システムを2系列組み合わせ、図3に示すように第1系
列の第1コンデンサー12と第2系列の第2気化器16
とを連絡させて、ダブルサイクルのヒートポンプシステ
ムを形成した。
[Embodiment 2] A system similar to the system of Embodiment 1 is combined in two systems, and as shown in FIG. 3, a first condenser 12 of a first series and a second vaporizer 16 of a second series are combined.
To form a double cycle heat pump system.

【0074】外気温度を20℃の状態で、200V電源
からの買電により第1コンプレッサー11を作動させ、
第1コンデンサー12で放熱し、熱媒を凝集液化させ、
次いで第1気化器14で、大気熱を吸収して気化させ、
第1コンプレッサー11に導いて、第1系列を定常状態
になるまで予備運転した。
When the outside air temperature is 20 ° C., the first compressor 11 is operated by purchasing power from a 200 V power supply,
The heat is radiated by the first condenser 12 to condense and liquefy the heat medium,
Next, in the first vaporizer 14, the atmospheric heat is absorbed and vaporized,
It was led to the first compressor 11 and the first series was preliminarily operated until it reached a steady state.

【0075】この時、第1コンプレッサー11への入力
E0(1.0KW)に対し、第1コンデンサー12での
熱出力(E1o)は約5E0(65℃で5.0KW)で
あった。
At this time, the heat output (E1o) of the first condenser 12 was about 5E0 (5.0 KW at 65 ° C.) with respect to the input E0 (1.0 KW) to the first compressor 11.

【0076】次に、第2系列の第2気化器16に、熱媒
液を循環し、第1コンデンサー12から熱を得て蒸発し
体積膨張するエネルギーによって発電機15のタービン
を作動させ、電力を取り出さず、回転運動エネルギーE
21とした。また、買電力E20を投入して、第2コン
プレッサー19を作動させ、加圧発熱しながら蓄熱体に
エネルギーE2oを受け渡しながら液化させた。液化熱
媒を再び第2気化器16に循環し、第2系列を作動させ
た。
Next, the heat medium is circulated through the second vaporizer 16 of the second series, the turbine of the generator 15 is operated by the energy that obtains heat from the first condenser 12, evaporates and expands the volume, and Kinetic energy E without taking out
21. In addition, the electric power E20 was supplied, the second compressor 19 was operated, and liquefaction was performed while transferring energy E2o to the heat storage body while generating heat under pressure. The liquefied heat medium was circulated again to the second vaporizer 16 to operate the second series.

【0077】第2系列が定常状態になったとき、エネル
ギー入出力バランスは、ほぼE21+E2o=E20+
E2iであり、E2i=ca.0.8×E1o=4×E
0(60℃で4KW)、出力E2o=4×E20=E2
i=4×E0(100℃で4KW)であった。入力はE
0+E20=2E0(2KW)であるから、入力の倍の
出力となっていた。
When the second system is in a steady state, the energy input / output balance is approximately E21 + E2o = E20 +
E2i, and E2i = ca. 0.8 × E1o = 4 × E
0 (4 KW at 60 ° C.), output E2o = 4 × E20 = E2
i = 4 × E0 (4 KW at 100 ° C.). Input is E
Since 0 + E20 = 2E0 (2 KW), the output was twice the input.

【0078】そこで、発電機15のタービンの回転エネ
ルギーを、クラッチAをつなぐことによって、第1コン
プレッサー11の動力として用い、インバーターを活用
して買電力と組み合わせバランスを取りながら、第1系
列を運転したところ、安定状態になったところでは、買
電入力0で定常運転が可能となった。
Therefore, the first series is operated while using the rotational energy of the turbine of the generator 15 as the power of the first compressor 11 by connecting the clutch A and utilizing the inverter to balance the purchased power with the purchased power. Then, when it became a stable state, steady operation was possible with a power purchase input of 0.

【0079】また、第2コンデンサー18から有用な高
温の資源性熱エネルギー(100℃)やこれを用いて発
生させた電気エネルギーや、運動エネルギーを取り出す
ことが出来た。
Further, useful high-temperature resource thermal energy (100 ° C.), electric energy generated by using the thermal energy, and kinetic energy could be taken out from the second condenser 18.

【0080】〔実施例3〕大気温度20℃で、コンプレ
ッサーの消費電力1kw、65℃の加熱空気を5kw出
力(入力に対して5倍の出力)できる水/アンモニア熱
媒系ヒートポンプシステムと、3kwの消費電力で15
kwの出力を有するヒートポンプシステムを、図4に示
すように並列に配列したヒートポンプシステムを形成し
た。
Example 3 A water / ammonia heat medium heat pump system capable of outputting 5 kW (five times the input) of heated air at 1 ° C. and 65 ° C. at an air temperature of 20 ° C. and 3 kW 15 in power consumption
A heat pump system having an output of kw was arranged in parallel as shown in FIG.

【0081】外気温度20℃の状態で、200V電源か
らの買電により第1コンプレッサー23を作動させ、第
1コンデンサー20で放熱し、熱媒を凝集液化させ、次
いで第1気化器22で、大気熱を吸収して気化させ、第
1コンプレッサー23に導いて第1系列を定常状態にな
るまで予備運転した。
At the outside air temperature of 20 ° C., the first compressor 23 is operated by the power purchase from the 200V power supply, the heat is radiated by the first condenser 20, the heat medium is condensed and liquefied, and then the first vaporizer 22 is cooled by the first vaporizer 22. The heat was absorbed and vaporized, guided to the first compressor 23, and the first series was preliminarily operated until a steady state was reached.

【0082】この時、第1コンプレッサー23への入力
E0に対し、第1コンデンサー20での熱出力(E1
o)は約5E0であった。
At this time, with respect to the input E0 to the first compressor 23, the heat output (E1
o) was about 5E0.

【0083】このシステムの出力から発生させた動力を
用いて、第2系列を作動させたところ、第1次・第2次
合計出力は、第1次入力の8倍の電熱総合出力エネルギ
ーが得られるようになった。
When the second system was operated by using the power generated from the output of this system, the total primary and secondary output obtained was eight times the total electric heating energy of the primary input. Is now available.

【0084】第1系列を太陽電池エネルギー、風力エネ
ルギー、水力エネルギー等を用いて作動することによっ
て、全体がクリーンなエネルギー創出システムとするこ
とができた。
By operating the first system using solar cell energy, wind energy, hydraulic energy, and the like, an entirely clean energy creation system could be obtained.

【0085】〔実施例4〕3kw級シリコン半導体発電
パネル(太陽電池)と蛇管式気化熱交換器を吸熱屋根上
ユニットとし、代替フロン蒸発エネルギーでタービンを
回転させる発電機と、太陽電池電力を用いたコンプレッ
サーと、10kw出力熱交換器ユニット後の液化熱媒タ
ンクを屋外ユニットとし、出力熱交換ユニットを給湯器
熱源とする太陽電池駆動型発電温熱給湯器を製作した。
[Embodiment 4] A 3 kW class silicon semiconductor power generation panel (solar cell) and a coiled vaporizing heat exchanger are used as a unit on a heat absorbing roof, and a generator for rotating a turbine with alternative Freon evaporation energy and a solar cell power are used. A solar cell-driven power generation hot water heater using the compressor and the liquefied heat medium tank after the 10 kW output heat exchanger unit as an outdoor unit and using the output heat exchange unit as a water heater heat source was manufactured.

【0086】代替フロン蒸発発電エネルギーを整流し直
流電源として太陽電池電気エネルギーと共に大容量2次
電池に一次貯蔵し、出力は交流100V電源として取り
出すようにした。
The alternative chlorofluorocarbon evaporative energy was rectified and primarily stored in a large capacity secondary battery together with solar battery electric energy as a DC power supply, and the output was taken out as an AC 100 V power supply.

【0087】この装置は電源のない寒冷地で、稼働する
家庭用電力と温熱水を供給する好適な装置となった。
This device was suitable for supplying household electric power and hot and cold water to operate in cold regions without power supply.

【0088】尚、この装置によって、3kw級太陽電池
発電装置の約1.2倍の電力と電力の3倍の熱エネルギ
ーが得られた。
The power obtained by this device was about 1.2 times the power of the 3 kW-class solar cell power generator and three times the heat energy of the power.

【0089】〔実施例5〕5kw級小型風力回転動力を
コンプレッサー動力とし、実施例1と同様のヒートポン
プシステムを作製した。
[Example 5] A heat pump system similar to that of Example 1 was produced by using 5 kW class small wind power as a compressor power.

【0090】発電機の電力は整流して直流電源とし、2
次電池と連結して電源とし、コンデンサー発熱器は温熱
貯蔵器に一次貯蔵し、空調、給湯に使用した。
The power of the generator is rectified to be a DC power supply.
The power supply was connected to a secondary battery, and the condenser heater was temporarily stored in a thermal storage device and used for air conditioning and hot water supply.

【0091】この装置は風の強い、寒冷地の家庭用電力
と空調、給湯装置として有効に稼働した。この装置によ
って同規模の風力発電機の約1.2倍の電力と、その3
倍の熱エネルギーを利用する事ができた。
This device was effectively operated as a home electric power, air conditioning, and hot water supply device in a cold and windy region. With this device, about 1.2 times the power of a wind turbine of the same size,
Double the use of heat energy.

【0092】〔実施例6〕実施例1と同様のヒートポン
プシステムにおいて、発電機、コンプレッサーのシャフ
ト、シェル、フレームを炭素繊維複合材料で小型軽量に
し、気化器の熱源を海洋の海水とし、発電機の電力を取
り出す代わりに、回転運動エネルギーとして推進プロペ
ラの動力とすることによって、外部入力なしで、海水熱
エネルギーのみによって推進できる船舶を構成すること
ができた。
Embodiment 6 In a heat pump system similar to that of Embodiment 1, the generator, compressor shaft, shell, and frame are made compact and lightweight with carbon fiber composite material, and the heat source of the vaporizer is marine seawater. By using the power of the propulsion propeller as the rotational kinetic energy instead of extracting the electric power, a ship that could be propelled only by seawater heat energy without an external input could be constructed.

【0093】[0093]

【発明の効果】上述のように構成された本発明のシステ
ムによれば、投入エネルギーを上回る電気と有効熱資源
エネルギーを、使用する場所を問わず、適正温度の熱エ
ネルギーを有する熱源から取り出すことができる。また
太陽熱エネルギーや風力エネルギーが大量に得られると
ころで本発明のシステムをハイブリッドシステムとして
使用すれば、過酷な環境でも空調、加熱などの人間活動
の必要エネルギーを容易に大量に供給する事ができる。
更に、本発明のシステムに、炭素繊維複合材料などの先
端材料を用いて、小型化、軽量化を図ることによって、
船舶などの省エネルギー原動力として活用可能である。
またこれらのエネルギー発生に際して汚染物質が生じな
いので、地球環境を守る点からも極めて有効である。
According to the system of the present invention configured as described above, electricity and available heat resource energy exceeding the input energy can be extracted from a heat source having heat energy at an appropriate temperature regardless of the place of use. Can be. If the system of the present invention is used as a hybrid system where a large amount of solar heat energy or wind energy can be obtained, even in a severe environment, a large amount of energy required for human activities such as air conditioning and heating can be easily supplied.
Furthermore, by using advanced materials such as carbon fiber composite materials in the system of the present invention, miniaturization and weight reduction are achieved.
It can be used as an energy-saving driving force for ships and the like.
Further, since no pollutant is generated when these energy is generated, it is extremely effective in protecting the global environment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のシステムの一例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the system of the present invention.

【図2】本発明のシステムの他の例を示す概略図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of the system of the present invention.

【図3】本発明のシステムの他の例を示す概略図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the system of the present invention.

【図4】本発明のシステムの他の例を示す概略図であ
る。
FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of the system of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 コンプレッサー 2 コンデンサー 3 熱媒貯蔵タンク 4 蒸発熱交換器 5 低温蒸気発電機 6 コンプレッサー 7 コンデンサー 8 タンク 9 気化器 10 発電機 11 第1コンプレッサー 12 第1コンデンサー 13 第1タンク 14 第1気化器 15 発電機 16 第2気化器 17 第2タンク 18 第2コンデンサー 19 第2コンプレッサー 20 第1コンデンサー 21 第1タンク 22 第1気化器 23 第1コンプレッサー 24 第2コンプレッサー 25 第2コンデンサー 26 第2タンク 27 第2気化器 28 発電機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Condenser 3 Heat medium storage tank 4 Evaporation heat exchanger 5 Low temperature steam generator 6 Compressor 7 Condenser 8 Tank 9 Vaporizer 10 Generator 11 First compressor 12 First condenser 13 First tank 14 First vaporizer 15 Power generation Machine 16 Second carburetor 17 Second tank 18 Second condenser 19 Second compressor 20 First condenser 21 First tank 22 First carburetor 23 First compressor 24 Second compressor 25 Second condenser 26 Second tank 27 Second Vaporizer 28 Generator

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物質熱源に、その温度近辺で蒸発する液
体熱媒を熱交換器を通して接触させることにより気化す
る工程(A)と、気化熱媒を加圧下で前記熱交換器とは
別の熱交換器を通して加熱対象物質を加熱することによ
って放熱液化させる工程(B)とを連結循環させ、工程
(A)の液体熱媒気化時の体積膨張エネルギー、及び工
程(B)の放熱エネルギーを取り出し、有効熱エネルギ
ーと電気エネルギー又は、運動エネルギー等として資源
化することを特徴とする物質熱エネルギーの資源化シス
テム。
1. A step (A) of vaporizing a material heat source by bringing a liquid heat medium that evaporates in the vicinity of the temperature into contact with a material heat source through a heat exchanger, and separates the vaporized heat medium from the heat exchanger under pressure. The step (B) of heating and liquefying the substance to be heated through the heat exchanger is connected and circulated, and the volume expansion energy at the time of vaporizing the liquid heat medium of the step (A) and the heat radiation energy of the step (B) are taken out. A material heat energy recycling system characterized in that it is converted into resources as effective thermal energy and electric energy or kinetic energy.
【請求項2】 請求項1記載のシステムにおいて、
(A)の工程に高性能蒸気発電機を設け、(B)の工程
に高性能コンプレッサーと温度差作動タービンを備えた
電気エネルギー又は運動エネルギー変換装置を配置し、
熱媒の循環作動によって、コンプレッサー入力より大さ
な電気又は運動エネルギーと熱の総合エネルギーを取り
出すことを特徴とする物質熱エネルギーの資源化システ
ム。
2. The system according to claim 1, wherein
A high-performance steam generator is provided in the step (A), and an electric energy or kinetic energy conversion device including a high-performance compressor and a temperature difference operation turbine is provided in the step (B).
A material heat energy recycling system characterized by extracting the total energy of electricity or kinetic energy and heat greater than the compressor input by circulating the heat medium.
【請求項3】 請求項2記載のシステムを、2系列以上
使用し、第1系列の放熱液化熱交換器と第2系列の気化
器を連結して、発生する第2系列の熱媒蒸発エネルギー
から取り出した運動又は電気エネルギーを用いて、第1
系列のコンプレツサーを作動させ、余剰エネルギーを電
気および有効熱とすることを特徴とする物質熱エネルギ
ーの資源化システム。
3. The second series of heating medium evaporation energy generated by using the system according to claim 2 in two or more series and connecting the first series of heat-dissipating liquefied heat exchanger and the second series of vaporizers. Using the motion or electrical energy extracted from the
A material heat energy recycling system characterized by operating a series of compressors to convert surplus energy into electricity and effective heat.
【請求項4】 請求項2記載のシステムを、2系列以上
並列に配列し、第1系列の放熱液化熱交換器から取り出
される熱エネルギーを用いて運動エネルギーを取り出
し、その運動エネルギーで並列システムを動かし、第1
系列と同等のコンプレッサー作動入力でそれよりも大き
い電気及び熱エネルギーを得ることを特徴とする物質熱
エネルギーの資源化システム。
4. The system according to claim 2, wherein two or more systems are arranged in parallel, kinetic energy is taken out using heat energy taken out from the first series of radiative liquefaction heat exchangers, and a parallel system is taken out with the kinetic energy. Move, 1st
A system for reusing material thermal energy, characterized in that greater electrical and thermal energy is obtained with a compressor operating input equivalent to the series.
【請求項5】 請求項1−4のいずれか1項に記載のシ
ステムに於いて、コンプレッサー作動入力に、太陽電池
電気エネルギー、風力運動エネルギー、水力運動エネル
ギー等の再生可能なクリーンエネルギーを用いる、物質
熱エネルギーの資源化システム。
5. The system according to claim 1, wherein a renewable clean energy such as solar cell electric energy, wind kinetic energy, hydraulic kinetic energy or the like is used as the compressor operating input. Material heat energy recycling system.
【請求項6】 請求項1−5のいずれか1項に記載のシ
ステムにおいて、循環熱媒に非共沸混合熱媒を用い、
(A)工程で混合熱媒の部分凝縮分を中間抽出する1段
もしくは多段タービン発電機を用いること、及び/又は
(B)工程でタービン最終排出熱媒の圧縮工程で、中間
抽出熱媒を1段もしくは多段注入して熱媒全体を液化す
ることを特徴とする、電気および有効熱発生装置。
6. The system according to claim 1, wherein a non-azeotropic mixed heat medium is used as a circulating heat medium.
In the step (A), a one-stage or multi-stage turbine generator for intermediately extracting the partially condensed portion of the mixed heat medium is used, and / or in the step (B), the intermediate extraction heat medium is compressed in the turbine final discharge heat medium. An electric and effective heat generating apparatus, wherein one or more stages are injected to liquefy the entire heat medium.
【請求項7】 請求項6の各装置の少なくとも一部を炭
素繊維複合材料で構成したことを特徴とする、発電と加
熱機能を備えた装置。
7. A device having power generation and heating functions, wherein at least a part of each device of claim 6 is made of a carbon fiber composite material.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005273668A (en) * 2005-06-01 2005-10-06 Takashi Asami Power using steam in atmospheric air
JP2007147238A (en) * 2005-11-30 2007-06-14 Noritz Corp Liquid heater
JP2008274917A (en) * 2007-05-07 2008-11-13 Kazuhiko Nagashima Efficient heat pump type buoyancy energy recovery method and recovery device
CN102865688A (en) * 2011-07-06 2013-01-09 崔保安 Method and equipment for heat energy polymerization

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