JP2004353579A - 駆動装置およびこれを用いた発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】温度によって伸縮する線材とプーリとにより、回転力を提供する駆動装置およびこれを用いた発電装置を提供すること。
【解決手段】逆回転防止手段（７）により一定方向にのみ回転可能なプーリ（３）および概略同一の直径を有するプーリ（３）に、温度によって伸縮する機能を有し環状に形成された線材（４）が掛け渡されており、その線材（４）の加熱された部分が縮み、冷却された部分が張力により伸びることでプーリ（３）を一定方向に回転させる。
【選択図】 図１
【解決手段】逆回転防止手段（７）により一定方向にのみ回転可能なプーリ（３）および概略同一の直径を有するプーリ（３）に、温度によって伸縮する機能を有し環状に形成された線材（４）が掛け渡されており、その線材（４）の加熱された部分が縮み、冷却された部分が張力により伸びることでプーリ（３）を一定方向に回転させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度によって伸縮する線材でプーリを回転させる駆動装置およびこれを用いた発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セメント、鉄鋼等の分野では生産工程において排出された廃熱を回収し、ボイラに通すことによって蒸気を発生させ、タービンを回して発電する発電設備が実現されている。たとえば、セメントの生産工程においては、プレヒータやクリンカクーラから排出される約５００℃の冷却空気を廃熱ボイラに導入して発電する方法が採用されている。
【０００３】
また、従来から、変形を加えても一定温度以上に加熱すれば元の形に戻る形状記憶合金の性質を利用した駆動装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−４２０５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発電設備から排出される１００℃程度の熱は、これ以上電気等のエネルギーに変換する方法がないため、そのまま外に放出されている。さらに設備全体のエネルギー効率を上げるためには、１００℃程度の熱を利用する装置が望まれている。
【０００６】
一方、形状記憶合金を利用し、モーメント力の違いで回転方向を決定する方式を採用する駆動装置は、プーリの径の差異から回転方向を決定しているため、径の異なるプーリを用いることが必要である。しかし、装置の設備全体への収まりが悪く、また微妙な回転摩擦力の違いによってはプーリが逆方向に回転してしまうため、実用性に乏しい。
【０００７】
本発明は、温度によって伸縮する線材とプーリとにより回転力を提供する駆動装置およびこれを用いた発電装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の駆動装置は、概略同一の直径を有し、異なる回転軸を中心に回転する一組のプーリと、一組のプーリのうち少なくとも一方のプーリに対し、一方向への回転を許容し、他方向への回転を防止する逆回転防止手段と、温度によって伸縮する機能を有し、環状に形成され、前記一組のプーリに掛け渡された線材と、線材の一部を加熱する加熱手段と、を備え、線材の伸縮により回転するプーリで回転力を供給することを特徴としている。
【０００９】
このように本発明では、温度によって伸縮する機能を有する線材を環状に形成し、逆回転防止手段により一定方向にのみ回転可能なプーリおよび概略同一の直径を有するプーリに掛け渡す。そして、その線材を加熱し、加熱された部分が縮み、冷却された部分が張力により伸びることでプーリを一定方向に回転させる。これにより、１００℃程度の廃熱のエネルギーであっても、これを動力に変換して利用することができる。また、プーリの径がほぼ同一であるため、装置を配置する際には設備に対して収まりやすい。また、逆回転防止手段を備えるため、微妙な回転摩擦力の違いからプーリが逆回転することもない。その結果、１００℃程度の廃熱や太陽熱等のこれまで利用されていなかった熱エネルギーを有効に利用できる駆動装置を提供することができる。
【００１０】
（２）また、本発明の駆動装置は、一組の回転軸と、概略同一の直径を有し、各回転軸を中心に回転する複数組のプーリと、各組のプーリのうち少なくとも一方のプーリに対し、一方向への回転を許容し、他方向への回転を防止する逆回転防止手段と、いずれか一方の前記回転軸を中心に回転するプーリにそれぞれ設けられたワンウェイクラッチ機構と、温度によって伸縮する機能を有し、環状に形成され、前記各組のプーリにそれぞれ掛け渡された複数の線材と、線材の一部を加熱する加熱手段と、を備え、各線材の伸縮により前記各プーリが回転し、ワンウェイクラッチ機構が設けられたプーリの少なくとも一つが回転軸を回転させることで回転力を供給することを特徴としている。
【００１１】
このように、本発明では、プーリおよび温度によって伸縮する機能を有し環状に形成された線材を複数組設け、各組のプーリのうち少なくとも一つ以上のプーリに逆回転防止手段を設け、各組のプーリのうち駆動軸を回転軸として共有するプーリに、ワンウェイクラッチ機構を設ける。これにより、温度によって伸縮する複数の線材について加熱された部分が縮み、冷却された部分が張力により伸びることで各組のプーリを一定方向に回転させる力が働く。その結果、駆動軸に個々の線材からの回転力が加わるため、それぞれの回転力が合わされて強い回転力を発生させることができる。そして、駆動装置の仕事率を増加することができる。たとえば、プラント設備で本装置を利用する場合には、熱源の規模に合わせて、大きいエネルギーを取り出すことができる。
【００１２】
また、各組の駆動軸に結合しているプーリがワンウェイクラッチ機構を有しているため、回転の遅い組については駆動軸に対してプーリが空転し、回転の遅い組の動作が駆動軸の回転のブレーキとなることはない。その結果、常に、回転が速く回転力の大きい組から駆動軸の回転に寄与することになり、効率よく大きな回転力を得ることができる。また、組ごとの線材の回転力は異なるが、これにより各線材に応力がかかり線材の寿命を縮めることもない。
【００１３】
（３）また、本発明の駆動装置は、線材の張力を調整する調整手段をさらに備えることを特徴としている。
【００１４】
これにより、線材に適当な張力を与え、その張力を一定に保持することができる。その結果、装置の始動直後から線材の伸縮力をプーリの回転力に変換することができる。また、極端な線材の長さの変動に対しても張力は一定に保たれるため、線材の寿命を長くすることができる。
【００１５】
（４）また、本発明の駆動装置は、線材は、断面積が相対的に小さい複数の線材を束ねて形成されていることを特徴としている。これにより、線材の断面積を大きくすることができ、大きい伸縮力を得ることができる。その結果、一度に大きいエネルギーを取り出すことができる。
【００１６】
（５）また、本発明の駆動装置は、プーリの線材と接触する面、または線材のプーリと接触する面にすべり防止手段を備えることを特徴としている。これにより、線材の伸縮がプーリに対して滑ることなく伝わり、プーリを効率よく回転させることができる。その結果、エネルギー変換効率を高めることができる。
【００１７】
（６）また、本発明の発電装置は、記載の駆動装置と、回転軸の回転力を伝達する伝達部と、伝達された回転力により発電を行なう発電部と、を備えることを特徴としている。
【００１８】
このように、本発明では、上記の駆動装置によって熱エネルギーから変換された機械的エネルギーを、回転力で発電することにより電気的エネルギーに変換する。これにより、電気的エネルギーは蓄積や流通が可能であり、他のエネルギーに変換することも容易であることから、取り出したエネルギーを様々な態様で利用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る駆動装置について、図面に従って説明する。実施の形態１に係る駆動装置は、逆回転防止手段により一定方向にのみ回転可能なプーリおよび概略同一の直径を有するプーリに、形状記憶合金により環状に形成された線材が掛け渡されている。そして、その線材の加熱された部分が縮み、冷却された部分が張力により伸びることでプーリを一定方向に回転させる。
【００２０】
図１は、実施の形態１に係る駆動装置１の側面図である。実施の形態１では、図１に示すように、駆動軸とならない回転軸２および駆動軸２ａに一組のプーリ３を設け、形状記憶合金により環状に形成された線材４をそのプーリ３に掛け渡している。線材４は、熱すると縮むように、あらかじめ縮んだ形状を記憶させておく。線材として形状記憶合金を用いた場合、線材を細くすることができ、装置をコンパクトにすることができる。なお、図１では、回転軸の軸受け以下の支持部は省略して装置を図示している。環状に掛け渡された線材４の下側部分は加熱手段５により加熱される。加熱手段５は、容器に高温媒体が充填されているものであり、たとえば高温媒体としてはプラントから排出された１００℃程度の水がある。また、線材４の上側部分は、常温の空気にさらされている。なお、冷却効果を高めるように線材４の上側部分へ送風し空気を流動させてもよい。
【００２１】
図１に示すように、駆動軸２ａは、逆回転防止手段７と結合している。逆回転防止手段７は、駆動軸２ａが一定方向に回転する場合には回転を許すが、その逆方向に回転する場合には駆動軸をロックして回転させない機能を有している。また、駆動軸２ａの位置は支持部により固定されている。一方、駆動軸とならない回転軸２は図中の水平方向のみに自由に移動できるように拘束されている。これにより、回転軸２の上下動を抑制してエネルギーの消耗を防止し、駆動軸２ａの駆動力を向上させる。回転軸２には、線材４の張力を調整する調整手段としての付勢手段８が設けられている。付勢手段８は、たとえばスプリングで構成され、プーリ３を線材４の外側方向へ付勢している。
【００２２】
これにより、線材に適当な張力を与え、その張力を一定に保持することができる。その結果、装置の始動直後から線材の伸縮力をプーリの回転力に変換することができる。また、極端な線材の長さの変動に対しても張力は一定に保たれるため、線材の寿命を長くすることができる。
【００２３】
なお、実施の形態１では、線材４は一本の線材により形成されているが、断面積が相対的に小さい複数の線材を束ねて形成されていてもよい。これにより、線材の断面積を大きくすることができ、大きい伸縮力を得ることができる。その結果、一度に大きいエネルギーを取り出すことができる。
【００２４】
線材の束ね方としては、複数の細い線材をまとめて太くしてもよいし、複数の細い線材をまとめて太くしたものをさらにより線としてもよい。
【００２５】
また、線材をコイル状にしても良い。線材をコイル状にすることにより、伸縮量を大きくとることができる。たとえば、形状記憶合金製の線材をコイル状に巻いて縮んだ形状を記憶させておき、その後コイルを伸ばしたものを加熱すれば、もとの縮んだコイルの形状に戻るため、線材として大きな伸縮量を得ることができる。
【００２６】
図２は、実施の形態１に係る駆動装置の上面図である。図２に示すように、駆動軸２ａの回転力は、伝達部１１を通じて発電機１２に伝えられる。伝達部１１は、駆動軸の回転力を発電機１２に伝える機能を有しており、小ギア１３と大ギア１４により構成される。なお、伝達部１１の構成は、その機能を果たすものであれば、ギアの数または大きさに制限されない。発電機１２は、伝達された回転力により発電を行なう。
【００２７】
図３は、逆回転防止手段７を駆動装置側から見た断面図、図４は、その逆回転防止手段７の内部を上から見た図である。図３に示すように、逆回転防止手段７は、突起２１ａを有し駆動軸２ａを中心として回転するプーリ２１およびストッパ２２を備えている。突起２１ａは、２種類の傾斜角がつけられており、図３中θ１はθ２よりも小さくなっている。ストッパ２２は、支点２４を中心に回転しうる板材２３が、緩いスプリング２６により固定部２５側に引っ張られ、固定部２５によりそれ以上は回転し得ないように構成されている。このような構成をとることにより、方向Ａにはプーリ２１は回転しうるが、方向Ｂには突起２１ａがストッパ２２に当たりつかえるため、プーリ２１は回転しえないこととなる。さらに、突起２１ａの傾斜角に差をつけているため、回転可能な方向には回転しやすく、その逆方向には回転し難くなっている。このようにして、逆回転防止手段７は、駆動軸２ａが一定方向に回転する場合には回転を許すが、その逆方向に回転する場合には駆動軸２ａをロックして回転させない機能を果たす。なお、ワンウェイクラッチの外周部分を壁に固定し、その中心側が駆動軸２ａに結合しているような機構を利用しても、逆回転防止手段を構成することができる。
【００２８】
図５は、実施の形態１に係る駆動装置１をセメントの生産プラントの中に、設けた場合の概略の構成を示す図である。図中の点線の矢印は空気の流れを表し、実線の矢印は水の循環を表している。図５に示すように、原料を焼成しクリンカを生産するためのキルン１００は、クリンカクーラ２００に結合しており、クリンカクーラ２００は冷却のための空気が導入する構成をとっている。クリンカクーラ２００で熱せられ熱ガスとなった空気は、ボイラ３００に導入される。ボイラ３００は水管列を有し、熱ガスを水管列に当てた上で排出するように構成されている。一方、ボイラ３００は導入された水を加熱して蒸気にして排出する機能を有している。蒸気タービン４００はこの蒸気をタービンの駆動力として利用する機能を有している。駆動力は発電機において電力に変換される。コンデンサ５００は、蒸気タービンから排出された蒸気を８０から１００℃の水に変換する機能を有している。実施の形態１に係る駆動装置１は、コンデンサが排出した８０から１００℃の水を導入し、これを加熱手段として利用し駆動力を発生させる。発電機１２は駆動装置１により発生する駆動力を電力に変換する機能を有している。循環水ポンプ６００は、駆動装置１から排出された水をボイラ３００へと循環させている。
【００２９】
次に、以上のように構成された実施の形態１に係る駆動装置の動作について、エネルギーの流れに着目して説明する。図６は、セメント生産プラントにおいて稼動する実施の形態１に係る駆動装置の特徴的な動作を示すフローチャートである。
【００３０】
まず、プラントを始動し、約１４００℃まで温度を上げたキルン１００を運転してクリンカの焼成を行なう（ステップＳ１）。クリンカクーラ２００には、空気が導入される。焼成により生成したクリンカは約５００℃のクリンカクーラ２００へと運ばれ、冷却される。クリンカクーラ２００で冷却のために使用された空気は、熱ガスとしてボイラ３００に導入され（ステップＳ２）、ボイラ中の水管列に当てられた後外に排出される。一方、ボイラ３００に導入された水は熱ガスにより加熱され蒸気となって、排出される。この蒸気は蒸気タービン４００に導入されタービンを回転させる（ステップＳ３）。蒸気タービン４００から排出された蒸気はコンデンサ５００に導入され、８０℃から１００℃の水に凝縮される（ステップＳ４）。この８０℃から１００℃の水は実施の形態１に係る駆動装置１へ加熱手段として流入する（ステップＳ５）。形状記憶合金で形成されている線材４は、熱すると縮むように、あらかじめ縮んだ形状を記憶させてあり、図１に示すように、線材４の下側部分が加熱手段に浸されているため、線材４の下側部分は加熱手段５の熱により縮む（ステップＳ６）。
【００３１】
一方、線材４の上側部分は冷却手段としての空気と接しているため、この部分には縮む力は働かず、下側部分の収縮により発生する張力によって、この線材４の上側部分は伸びることになる（ステップＳ７）。駆動装置１は逆回転防止手段７を備えているため、線材４の上側部分の伸びは回転可能な方向にプーリを回転させながら下側へと引き込まれる。こうしてプーリは一定方向に回転し続ける（ステップＳ８）。
【００３２】
これにより、１００℃程度の廃熱のエネルギーであっても、これを動力に変換して利用することができる。また、プーリの径がほぼ同一であるため、装置を配置する際には設備に対して収まりやすい。また、逆回転防止手段を備えるため、微妙な回転摩擦力の違いからプーリ３が逆回転することもない。その結果、１００℃程度の廃熱や太陽熱等のこれまで利用されていなかった熱エネルギーを有効に利用できる駆動装置を提供することができる。
【００３３】
次に、プーリ３は駆動軸２ａに固定されているため、プーリ３の回転が駆動軸２ａの回転として伝わり、その回転力が伝達部１１を通して発電機１２に伝えられ、電気が発生する（ステップＳ９）。このように、実施の形態１の発電装置では、上記の駆動装置１によって熱エネルギーから変換された機械的エネルギーを、回転力で発電することにより電気的エネルギーに変換する。これにより、電気的エネルギーは蓄積や流通が可能であり、他のエネルギーに変換することも容易であることから、取り出したエネルギーを様々な態様で利用することができる。
【００３４】
次に、プラントの運転の継続を判断する（ステップＳ１０）。プラントの運転を継続する場合には、水は循環水ポンプ６００によりボイラへ循環しステップＳ１へと動作が移る。この場合にはステップＳ１からＳ９までの動作が繰り返され、発電機１２は電気を継続的に発生させることになる。プラントを停止する場合には、停止作業を行なうことによりプラントを停止する。
【００３５】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る駆動装置について、図面に従って説明する。実施の形態１に係る駆動装置は、一組のプーリに一つの形状記憶合金製の線材が環状に掛け渡されているものであるが、実施の形態２に係る駆動装置は複数組のプーリに複数の形状記憶合金製の線材が環状に掛け渡されているものである。
【００３６】
図７は、実施の形態２に係る駆動装置の側面図、図８は、実施の形態２に係る駆動装置の上面図である。図７に示すように、駆動軸２ａを中心として回転するプーリ３は、ワンウェイクラッチ機構３１を有している。ワンウェイクラッチ機構とは、プーリが一定方向に回転する場合には回転軸とプーリが噛み合い両方が同じ動きで回転するが、プーリがその逆方向に回転する場合には回転軸とは独立して空転する機能を有する機構である。これにより、線材４およびプーリ３の回転の速い組のみが駆動軸２ａの回転に寄与し、回転の遅い組は駆動軸２ａの回転に影響を与えない。ワンウェイクラッチ機構３１がない場合には、回転の遅い組のプーリ３は速い組のプーリ３に対して相対的に逆回転していることになるため、回転の遅い組の動作は駆動軸２ａの回転のブレーキとなることもある。しかし、ワンウェイクラッチ機構３１がある場合には、回転の遅い組のプーリ３は駆動軸２ａに対して空転するため、回転の遅い組の動作が駆動軸２ａの回転のブレーキとなることはない。その結果、常に、回転が速く回転力の大きい組が駆動軸２ａの回転に寄与することになり、効率よく大きな回転力を得ることができる。また、組ごとの線材４の回転力は異なるが、これにより各線材４に余分な応力がかかり線材の寿命を縮めることもない。
【００３７】
また、実施の形態２に係る駆動装置では、駆動軸２ａに連結している各プーリが逆回転防止手段を備えている。図７に示すように、逆回転防止手段は突起を有するプーリ２１およびストッパ２２から構成される。逆回転防止手段はそれぞれの組の線材が逆転するのを防止するために必要とされるものである。また、逆回転防止手段により、上記のワンウェイクラッチ機構の効果が打ち消されないように、設ける必要がある。したがって、実施の形態２においては、各組について独立して逆回転防止手段を設け、駆動軸２ａに連結されているプーリの外周側の部分に直接突起を有するプーリ２１を固定している。これにより、ワンウェイクラッチ機構の効果を打ち消すことなく逆回転防止手段を機能させることができる。
【００３８】
このように、実施の形態２の駆動装置では、プーリ３および線材４を複数組設け、各組のプーリ３のうち少なくとも一つ以上のプーリに逆回転防止手段を設け、各組のプーリのうち駆動軸２ａを回転軸として共有するプーリは、ワンウェイクラッチ機構３１を有する。
【００３９】
これにより、複数の形状記憶合金製の線材４について加熱された部分が縮み、冷却された部分が張力により伸びることで各プーリ３を一定方向に回転させる力が働く。その結果、駆動軸２ａに個々の線材４からの回転力が加わるため、それぞれの回転力が合わされて強い回転力を発生させることができる。そして、駆動装置の仕事率を増加することができる。たとえば、プラント設備で本装置を利用する場合には、熱源の規模に合わせて、大きいエネルギーを取り出すことができる。
【００４０】
また、実施の形態２に係る駆動装置の高温側と低温側の中間に熱を遮断するための手段を設けることができる。この手段は隔壁であってもよいが、後で述べるように、多数のプーリを使用して加熱手段と冷却手段を隔離してもよい。これにより、加熱手段からの熱が冷却手段へ伝達するのを防ぎ、熱エネルギーを効率よく回収することができる。図９は、隔壁を設けた実施の形態２に係る駆動装置の側面図である。図１０は、隔壁を設けた実施の形態２に係る駆動装置の上面図である。図９に示すように、熱の伝導を防ぐため、隔壁３２を実施の形態２の駆動装置の中間の位置に設けている。なお、図９では、隔壁の支持部、加熱手段および冷却手段は省略して装置を図示している。
【００４１】
なお、実施の形態２の駆動装置は平面的な形態をとるため、パネルに収容し、例えば、加熱手段として太陽熱を利用することで太陽熱発電パネルに応用することもできる。この場合には、パネルの太陽側の表面を黒、背面を白に彩色すれば、簡易に加熱手段と冷却手段を得ることが可能である。図１１は、実施の形態２に係る駆動装置を収容したパネルの側面図、図１２は実施の形態２に係る駆動装置を収容したパネルの上面図である。なお、図１１では、隔壁３２の支持部は省略して装置を図示している。
【００４２】
図１１および図１２に示すように、パネル３３は実施の形態２に係る駆動装置をその内部に収容しており、表面にはプーリ、線材等の装置の部分は露出しない。これにより、ゴミや熱水内の有害化学物質から機構を守ることになり、また、故障の際にパネルを取替えるだけで済むのでメンテナンス性を格段に上げることができる。なお、パネル内部は油液等の熱媒体でみたされている。これにより、内部の熱伝導性を大きくすることができる。パネルを利用する場合には、薄い平板状の形態をとるため特に上記のような隔壁を設けることが有効である。また、パネル３３の二つの底面の温度差でパネル内の装置が駆動するため、その温度差を確保するためにも、図１１に示す上底面と下底面の中間に隔壁３２を入れることにより、熱媒体が混じり難くなる。この場合には、隔壁を挟んで、高温源側の熱媒体が加熱手段として機能し、低温減側の熱媒体が冷却手段として機能する。
【００４３】
また、パネルとしてユニット化することにより、温水と冷水の熱交換を効率化することもできる。たとえば、パネルを多数並べて、その間を温水と冷水を隣あわせに交互に流すことで、コンパクトにエネルギー回収ができる。この場合には、温水または冷水を挟むようにパネルを並べる形態をとる。また、ユニット化することにより性能が落ちたパネルを取り替えるだけで簡易にメンテナンスを行なうことができる。また、形状記憶合金製の線材は、非常に細くできるため、装置をコンパクトにすることができる。その結果、家庭用発電装置の製造販売だけでなく、発電装置のリースによる小規模発電サービス事業等にも応用することができる。一方、大規模な発電装置に利用する場合には、砂漠地帯や海面での発電事業に応用することもできる。
【００４４】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る駆動装置について、図面に従って説明する。実施の形態３に係る駆動装置では、プーリおよび線材に滑り防止手段を設けている。すなわち、そのプーリには突起を設け、線材にはその突起が引っかかるように孔を設けている。
【００４５】
図１３は、実施の形態３に係る駆動装置を構成する部品の斜視図である。図１３に示すように、線材４と接触するプーリ３は突起４１を有しており、線材４は孔４２を有している。図１４は、実施の形態３に係る駆動装置の上面図である。プーリ３に設けられた突起４１と線材４の孔４２が噛み合うように線材４がプーリに掛け渡されている。これにより、線材４の伸縮がプーリ３に対して滑ることなく伝わり、プーリ３を効率よく回転させることができる。その結果、エネルギー変換効率を高めることができる。
【００４６】
なお、逆にプーリ３に孔を設け、線材４に突起を設けてもよい。また、プーリ３と線材４の境界において摩擦力が生じるように、材料を選ぶかまたは表面を加工してもよい。
【００４７】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係る駆動装置について、図面に従って説明する。実施の形態１に係る駆動装置は、一つの線材に対して一対のプーリを備えているのに対し、実施の形態４に係る駆動装置は、一つの線材に対して合計１１個のプーリを設け、加熱手段の他に、同様の形態で冷却手段を設けている。すなわち、周囲の空気をそのまま冷却手段とするのではなく、積極的に冷却手段を設けている。また、線材に張力を与えるプーリは線材の上側中心部に設け、逆回転防止手段は線材の上側の左右に設けている。
【００４８】
図１５は、実施の形態４に係る駆動装置の側面図である。図１５に示すように、線材４を１１個のプーリ３に掛け渡し、加熱手段５と冷却手段６を備えている。
これにより、容器と高温媒体を用いた加熱手段５の他に容器と低温媒体を用いた冷却手段６を備えるため、確実に形状記憶合金製の線材の伸縮を得ることができる。その結果、確実に実施の形態４に係る駆動装置から動力を得ることができる。また、加熱手段からの熱が冷却手段へ伝達するのを防ぎ、熱エネルギーを効率よく回収することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の駆動装置は、概略同一の直径を有し、異なる回転軸を中心に回転する一組のプーリと、一組のプーリのうち少なくとも一方のプーリに対し、一方向への回転を許容し、他方向への回転を防止する逆回転防止手段と、温度によって伸縮する機能を有し、環状に形成され、前記一組のプーリに掛け渡された線材と、線材の一部を加熱する加熱手段と、を備え、線材の伸縮により回転するプーリで回転力を供給することを特徴としている。
【００５０】
このように本発明では、温度によって伸縮する機能を有する線材を環状に形成し、逆回転防止手段により一定方向にのみ回転可能なプーリおよび概略同一の直径を有するプーリに掛け渡す。そして、その線材を加熱し、加熱された部分が縮み、冷却された部分が張力により伸びることでプーリを一定方向に回転させる。これにより、１００℃程度の廃熱のエネルギーであっても、これを動力に変換して利用することができる。また、プーリの径がほぼ同一であるため、装置を配置する際には設備に対して収まりやすい。また、逆回転防止手段を備えるため、微妙な回転摩擦力の違いからプーリが逆回転することもない。その結果、１００℃程度の廃熱や太陽熱等のこれまで利用されていなかった熱エネルギーを有効に利用できる駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る駆動装置１の側面図である。
【図２】実施の形態１に係る駆動装置の上面図である。
【図３】逆回転防止手段７を駆動装置側から見た断面図である。
【図４】逆回転防止手段７の内部の上面図である。
【図５】実施の形態１に係る駆動装置を設けたプラントの略構成図である。
【図６】プラントにおける実施の形態１に係る駆動装置の特徴的な動作を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態２に係る駆動装置の側面図である。
【図８】実施の形態２に係る駆動装置の上面図である。
【図９】隔壁を設けた実施の形態２に係る駆動装置の側面図である。
【図１０】隔壁を設けた実施の形態２に係る駆動装置の上面図である。
【図１１】実施の形態２に係る駆動装置を収容したパネルの側面図である。
【図１２】実施の形態２に係る駆動装置を収容したパネルの上面図である。
【図１３】実施の形態３に係る駆動装置を構成する部品の斜視図である。
【図１４】実施の形態３に係る駆動装置の上面図である。
【図１５】実施の形態４に係る駆動装置の側面図である。
【符号の説明】
１…駆動装置、２…回転軸、２ａ…駆動軸、３…プーリ、４…線材、５…加熱手段、６…冷却手段、７…逆回転防止手段、８…付勢手段、１１…伝達部、１２…発電機、１３…小ギア、１４…大ギア、２１…突起を有するプーリ、２１ａ…突起、θ１…突起の傾斜角、θ２…突起の傾斜角、２２…ストッパ、２３…板材、２４…支点、２５…固定部、２６…スプリング、３１…ワンウェイクラッチ機構、３２…隔壁、３３…パネル、４１…突起、４２…孔、１００…キルン、２００…クリンカクーラ、３００…ボイラ、４００…蒸気タービン、５００…コンデンサ、６００…循環水ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度によって伸縮する線材でプーリを回転させる駆動装置およびこれを用いた発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セメント、鉄鋼等の分野では生産工程において排出された廃熱を回収し、ボイラに通すことによって蒸気を発生させ、タービンを回して発電する発電設備が実現されている。たとえば、セメントの生産工程においては、プレヒータやクリンカクーラから排出される約５００℃の冷却空気を廃熱ボイラに導入して発電する方法が採用されている。
【０００３】
また、従来から、変形を加えても一定温度以上に加熱すれば元の形に戻る形状記憶合金の性質を利用した駆動装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−４２０５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発電設備から排出される１００℃程度の熱は、これ以上電気等のエネルギーに変換する方法がないため、そのまま外に放出されている。さらに設備全体のエネルギー効率を上げるためには、１００℃程度の熱を利用する装置が望まれている。
【０００６】
一方、形状記憶合金を利用し、モーメント力の違いで回転方向を決定する方式を採用する駆動装置は、プーリの径の差異から回転方向を決定しているため、径の異なるプーリを用いることが必要である。しかし、装置の設備全体への収まりが悪く、また微妙な回転摩擦力の違いによってはプーリが逆方向に回転してしまうため、実用性に乏しい。
【０００７】
本発明は、温度によって伸縮する線材とプーリとにより回転力を提供する駆動装置およびこれを用いた発電装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の駆動装置は、概略同一の直径を有し、異なる回転軸を中心に回転する一組のプーリと、一組のプーリのうち少なくとも一方のプーリに対し、一方向への回転を許容し、他方向への回転を防止する逆回転防止手段と、温度によって伸縮する機能を有し、環状に形成され、前記一組のプーリに掛け渡された線材と、線材の一部を加熱する加熱手段と、を備え、線材の伸縮により回転するプーリで回転力を供給することを特徴としている。
【０００９】
このように本発明では、温度によって伸縮する機能を有する線材を環状に形成し、逆回転防止手段により一定方向にのみ回転可能なプーリおよび概略同一の直径を有するプーリに掛け渡す。そして、その線材を加熱し、加熱された部分が縮み、冷却された部分が張力により伸びることでプーリを一定方向に回転させる。これにより、１００℃程度の廃熱のエネルギーであっても、これを動力に変換して利用することができる。また、プーリの径がほぼ同一であるため、装置を配置する際には設備に対して収まりやすい。また、逆回転防止手段を備えるため、微妙な回転摩擦力の違いからプーリが逆回転することもない。その結果、１００℃程度の廃熱や太陽熱等のこれまで利用されていなかった熱エネルギーを有効に利用できる駆動装置を提供することができる。
【００１０】
（２）また、本発明の駆動装置は、一組の回転軸と、概略同一の直径を有し、各回転軸を中心に回転する複数組のプーリと、各組のプーリのうち少なくとも一方のプーリに対し、一方向への回転を許容し、他方向への回転を防止する逆回転防止手段と、いずれか一方の前記回転軸を中心に回転するプーリにそれぞれ設けられたワンウェイクラッチ機構と、温度によって伸縮する機能を有し、環状に形成され、前記各組のプーリにそれぞれ掛け渡された複数の線材と、線材の一部を加熱する加熱手段と、を備え、各線材の伸縮により前記各プーリが回転し、ワンウェイクラッチ機構が設けられたプーリの少なくとも一つが回転軸を回転させることで回転力を供給することを特徴としている。
【００１１】
このように、本発明では、プーリおよび温度によって伸縮する機能を有し環状に形成された線材を複数組設け、各組のプーリのうち少なくとも一つ以上のプーリに逆回転防止手段を設け、各組のプーリのうち駆動軸を回転軸として共有するプーリに、ワンウェイクラッチ機構を設ける。これにより、温度によって伸縮する複数の線材について加熱された部分が縮み、冷却された部分が張力により伸びることで各組のプーリを一定方向に回転させる力が働く。その結果、駆動軸に個々の線材からの回転力が加わるため、それぞれの回転力が合わされて強い回転力を発生させることができる。そして、駆動装置の仕事率を増加することができる。たとえば、プラント設備で本装置を利用する場合には、熱源の規模に合わせて、大きいエネルギーを取り出すことができる。
【００１２】
また、各組の駆動軸に結合しているプーリがワンウェイクラッチ機構を有しているため、回転の遅い組については駆動軸に対してプーリが空転し、回転の遅い組の動作が駆動軸の回転のブレーキとなることはない。その結果、常に、回転が速く回転力の大きい組から駆動軸の回転に寄与することになり、効率よく大きな回転力を得ることができる。また、組ごとの線材の回転力は異なるが、これにより各線材に応力がかかり線材の寿命を縮めることもない。
【００１３】
（３）また、本発明の駆動装置は、線材の張力を調整する調整手段をさらに備えることを特徴としている。
【００１４】
これにより、線材に適当な張力を与え、その張力を一定に保持することができる。その結果、装置の始動直後から線材の伸縮力をプーリの回転力に変換することができる。また、極端な線材の長さの変動に対しても張力は一定に保たれるため、線材の寿命を長くすることができる。
【００１５】
（４）また、本発明の駆動装置は、線材は、断面積が相対的に小さい複数の線材を束ねて形成されていることを特徴としている。これにより、線材の断面積を大きくすることができ、大きい伸縮力を得ることができる。その結果、一度に大きいエネルギーを取り出すことができる。
【００１６】
（５）また、本発明の駆動装置は、プーリの線材と接触する面、または線材のプーリと接触する面にすべり防止手段を備えることを特徴としている。これにより、線材の伸縮がプーリに対して滑ることなく伝わり、プーリを効率よく回転させることができる。その結果、エネルギー変換効率を高めることができる。
【００１７】
（６）また、本発明の発電装置は、記載の駆動装置と、回転軸の回転力を伝達する伝達部と、伝達された回転力により発電を行なう発電部と、を備えることを特徴としている。
【００１８】
このように、本発明では、上記の駆動装置によって熱エネルギーから変換された機械的エネルギーを、回転力で発電することにより電気的エネルギーに変換する。これにより、電気的エネルギーは蓄積や流通が可能であり、他のエネルギーに変換することも容易であることから、取り出したエネルギーを様々な態様で利用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る駆動装置について、図面に従って説明する。実施の形態１に係る駆動装置は、逆回転防止手段により一定方向にのみ回転可能なプーリおよび概略同一の直径を有するプーリに、形状記憶合金により環状に形成された線材が掛け渡されている。そして、その線材の加熱された部分が縮み、冷却された部分が張力により伸びることでプーリを一定方向に回転させる。
【００２０】
図１は、実施の形態１に係る駆動装置１の側面図である。実施の形態１では、図１に示すように、駆動軸とならない回転軸２および駆動軸２ａに一組のプーリ３を設け、形状記憶合金により環状に形成された線材４をそのプーリ３に掛け渡している。線材４は、熱すると縮むように、あらかじめ縮んだ形状を記憶させておく。線材として形状記憶合金を用いた場合、線材を細くすることができ、装置をコンパクトにすることができる。なお、図１では、回転軸の軸受け以下の支持部は省略して装置を図示している。環状に掛け渡された線材４の下側部分は加熱手段５により加熱される。加熱手段５は、容器に高温媒体が充填されているものであり、たとえば高温媒体としてはプラントから排出された１００℃程度の水がある。また、線材４の上側部分は、常温の空気にさらされている。なお、冷却効果を高めるように線材４の上側部分へ送風し空気を流動させてもよい。
【００２１】
図１に示すように、駆動軸２ａは、逆回転防止手段７と結合している。逆回転防止手段７は、駆動軸２ａが一定方向に回転する場合には回転を許すが、その逆方向に回転する場合には駆動軸をロックして回転させない機能を有している。また、駆動軸２ａの位置は支持部により固定されている。一方、駆動軸とならない回転軸２は図中の水平方向のみに自由に移動できるように拘束されている。これにより、回転軸２の上下動を抑制してエネルギーの消耗を防止し、駆動軸２ａの駆動力を向上させる。回転軸２には、線材４の張力を調整する調整手段としての付勢手段８が設けられている。付勢手段８は、たとえばスプリングで構成され、プーリ３を線材４の外側方向へ付勢している。
【００２２】
これにより、線材に適当な張力を与え、その張力を一定に保持することができる。その結果、装置の始動直後から線材の伸縮力をプーリの回転力に変換することができる。また、極端な線材の長さの変動に対しても張力は一定に保たれるため、線材の寿命を長くすることができる。
【００２３】
なお、実施の形態１では、線材４は一本の線材により形成されているが、断面積が相対的に小さい複数の線材を束ねて形成されていてもよい。これにより、線材の断面積を大きくすることができ、大きい伸縮力を得ることができる。その結果、一度に大きいエネルギーを取り出すことができる。
【００２４】
線材の束ね方としては、複数の細い線材をまとめて太くしてもよいし、複数の細い線材をまとめて太くしたものをさらにより線としてもよい。
【００２５】
また、線材をコイル状にしても良い。線材をコイル状にすることにより、伸縮量を大きくとることができる。たとえば、形状記憶合金製の線材をコイル状に巻いて縮んだ形状を記憶させておき、その後コイルを伸ばしたものを加熱すれば、もとの縮んだコイルの形状に戻るため、線材として大きな伸縮量を得ることができる。
【００２６】
図２は、実施の形態１に係る駆動装置の上面図である。図２に示すように、駆動軸２ａの回転力は、伝達部１１を通じて発電機１２に伝えられる。伝達部１１は、駆動軸の回転力を発電機１２に伝える機能を有しており、小ギア１３と大ギア１４により構成される。なお、伝達部１１の構成は、その機能を果たすものであれば、ギアの数または大きさに制限されない。発電機１２は、伝達された回転力により発電を行なう。
【００２７】
図３は、逆回転防止手段７を駆動装置側から見た断面図、図４は、その逆回転防止手段７の内部を上から見た図である。図３に示すように、逆回転防止手段７は、突起２１ａを有し駆動軸２ａを中心として回転するプーリ２１およびストッパ２２を備えている。突起２１ａは、２種類の傾斜角がつけられており、図３中θ１はθ２よりも小さくなっている。ストッパ２２は、支点２４を中心に回転しうる板材２３が、緩いスプリング２６により固定部２５側に引っ張られ、固定部２５によりそれ以上は回転し得ないように構成されている。このような構成をとることにより、方向Ａにはプーリ２１は回転しうるが、方向Ｂには突起２１ａがストッパ２２に当たりつかえるため、プーリ２１は回転しえないこととなる。さらに、突起２１ａの傾斜角に差をつけているため、回転可能な方向には回転しやすく、その逆方向には回転し難くなっている。このようにして、逆回転防止手段７は、駆動軸２ａが一定方向に回転する場合には回転を許すが、その逆方向に回転する場合には駆動軸２ａをロックして回転させない機能を果たす。なお、ワンウェイクラッチの外周部分を壁に固定し、その中心側が駆動軸２ａに結合しているような機構を利用しても、逆回転防止手段を構成することができる。
【００２８】
図５は、実施の形態１に係る駆動装置１をセメントの生産プラントの中に、設けた場合の概略の構成を示す図である。図中の点線の矢印は空気の流れを表し、実線の矢印は水の循環を表している。図５に示すように、原料を焼成しクリンカを生産するためのキルン１００は、クリンカクーラ２００に結合しており、クリンカクーラ２００は冷却のための空気が導入する構成をとっている。クリンカクーラ２００で熱せられ熱ガスとなった空気は、ボイラ３００に導入される。ボイラ３００は水管列を有し、熱ガスを水管列に当てた上で排出するように構成されている。一方、ボイラ３００は導入された水を加熱して蒸気にして排出する機能を有している。蒸気タービン４００はこの蒸気をタービンの駆動力として利用する機能を有している。駆動力は発電機において電力に変換される。コンデンサ５００は、蒸気タービンから排出された蒸気を８０から１００℃の水に変換する機能を有している。実施の形態１に係る駆動装置１は、コンデンサが排出した８０から１００℃の水を導入し、これを加熱手段として利用し駆動力を発生させる。発電機１２は駆動装置１により発生する駆動力を電力に変換する機能を有している。循環水ポンプ６００は、駆動装置１から排出された水をボイラ３００へと循環させている。
【００２９】
次に、以上のように構成された実施の形態１に係る駆動装置の動作について、エネルギーの流れに着目して説明する。図６は、セメント生産プラントにおいて稼動する実施の形態１に係る駆動装置の特徴的な動作を示すフローチャートである。
【００３０】
まず、プラントを始動し、約１４００℃まで温度を上げたキルン１００を運転してクリンカの焼成を行なう（ステップＳ１）。クリンカクーラ２００には、空気が導入される。焼成により生成したクリンカは約５００℃のクリンカクーラ２００へと運ばれ、冷却される。クリンカクーラ２００で冷却のために使用された空気は、熱ガスとしてボイラ３００に導入され（ステップＳ２）、ボイラ中の水管列に当てられた後外に排出される。一方、ボイラ３００に導入された水は熱ガスにより加熱され蒸気となって、排出される。この蒸気は蒸気タービン４００に導入されタービンを回転させる（ステップＳ３）。蒸気タービン４００から排出された蒸気はコンデンサ５００に導入され、８０℃から１００℃の水に凝縮される（ステップＳ４）。この８０℃から１００℃の水は実施の形態１に係る駆動装置１へ加熱手段として流入する（ステップＳ５）。形状記憶合金で形成されている線材４は、熱すると縮むように、あらかじめ縮んだ形状を記憶させてあり、図１に示すように、線材４の下側部分が加熱手段に浸されているため、線材４の下側部分は加熱手段５の熱により縮む（ステップＳ６）。
【００３１】
一方、線材４の上側部分は冷却手段としての空気と接しているため、この部分には縮む力は働かず、下側部分の収縮により発生する張力によって、この線材４の上側部分は伸びることになる（ステップＳ７）。駆動装置１は逆回転防止手段７を備えているため、線材４の上側部分の伸びは回転可能な方向にプーリを回転させながら下側へと引き込まれる。こうしてプーリは一定方向に回転し続ける（ステップＳ８）。
【００３２】
これにより、１００℃程度の廃熱のエネルギーであっても、これを動力に変換して利用することができる。また、プーリの径がほぼ同一であるため、装置を配置する際には設備に対して収まりやすい。また、逆回転防止手段を備えるため、微妙な回転摩擦力の違いからプーリ３が逆回転することもない。その結果、１００℃程度の廃熱や太陽熱等のこれまで利用されていなかった熱エネルギーを有効に利用できる駆動装置を提供することができる。
【００３３】
次に、プーリ３は駆動軸２ａに固定されているため、プーリ３の回転が駆動軸２ａの回転として伝わり、その回転力が伝達部１１を通して発電機１２に伝えられ、電気が発生する（ステップＳ９）。このように、実施の形態１の発電装置では、上記の駆動装置１によって熱エネルギーから変換された機械的エネルギーを、回転力で発電することにより電気的エネルギーに変換する。これにより、電気的エネルギーは蓄積や流通が可能であり、他のエネルギーに変換することも容易であることから、取り出したエネルギーを様々な態様で利用することができる。
【００３４】
次に、プラントの運転の継続を判断する（ステップＳ１０）。プラントの運転を継続する場合には、水は循環水ポンプ６００によりボイラへ循環しステップＳ１へと動作が移る。この場合にはステップＳ１からＳ９までの動作が繰り返され、発電機１２は電気を継続的に発生させることになる。プラントを停止する場合には、停止作業を行なうことによりプラントを停止する。
【００３５】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る駆動装置について、図面に従って説明する。実施の形態１に係る駆動装置は、一組のプーリに一つの形状記憶合金製の線材が環状に掛け渡されているものであるが、実施の形態２に係る駆動装置は複数組のプーリに複数の形状記憶合金製の線材が環状に掛け渡されているものである。
【００３６】
図７は、実施の形態２に係る駆動装置の側面図、図８は、実施の形態２に係る駆動装置の上面図である。図７に示すように、駆動軸２ａを中心として回転するプーリ３は、ワンウェイクラッチ機構３１を有している。ワンウェイクラッチ機構とは、プーリが一定方向に回転する場合には回転軸とプーリが噛み合い両方が同じ動きで回転するが、プーリがその逆方向に回転する場合には回転軸とは独立して空転する機能を有する機構である。これにより、線材４およびプーリ３の回転の速い組のみが駆動軸２ａの回転に寄与し、回転の遅い組は駆動軸２ａの回転に影響を与えない。ワンウェイクラッチ機構３１がない場合には、回転の遅い組のプーリ３は速い組のプーリ３に対して相対的に逆回転していることになるため、回転の遅い組の動作は駆動軸２ａの回転のブレーキとなることもある。しかし、ワンウェイクラッチ機構３１がある場合には、回転の遅い組のプーリ３は駆動軸２ａに対して空転するため、回転の遅い組の動作が駆動軸２ａの回転のブレーキとなることはない。その結果、常に、回転が速く回転力の大きい組が駆動軸２ａの回転に寄与することになり、効率よく大きな回転力を得ることができる。また、組ごとの線材４の回転力は異なるが、これにより各線材４に余分な応力がかかり線材の寿命を縮めることもない。
【００３７】
また、実施の形態２に係る駆動装置では、駆動軸２ａに連結している各プーリが逆回転防止手段を備えている。図７に示すように、逆回転防止手段は突起を有するプーリ２１およびストッパ２２から構成される。逆回転防止手段はそれぞれの組の線材が逆転するのを防止するために必要とされるものである。また、逆回転防止手段により、上記のワンウェイクラッチ機構の効果が打ち消されないように、設ける必要がある。したがって、実施の形態２においては、各組について独立して逆回転防止手段を設け、駆動軸２ａに連結されているプーリの外周側の部分に直接突起を有するプーリ２１を固定している。これにより、ワンウェイクラッチ機構の効果を打ち消すことなく逆回転防止手段を機能させることができる。
【００３８】
このように、実施の形態２の駆動装置では、プーリ３および線材４を複数組設け、各組のプーリ３のうち少なくとも一つ以上のプーリに逆回転防止手段を設け、各組のプーリのうち駆動軸２ａを回転軸として共有するプーリは、ワンウェイクラッチ機構３１を有する。
【００３９】
これにより、複数の形状記憶合金製の線材４について加熱された部分が縮み、冷却された部分が張力により伸びることで各プーリ３を一定方向に回転させる力が働く。その結果、駆動軸２ａに個々の線材４からの回転力が加わるため、それぞれの回転力が合わされて強い回転力を発生させることができる。そして、駆動装置の仕事率を増加することができる。たとえば、プラント設備で本装置を利用する場合には、熱源の規模に合わせて、大きいエネルギーを取り出すことができる。
【００４０】
また、実施の形態２に係る駆動装置の高温側と低温側の中間に熱を遮断するための手段を設けることができる。この手段は隔壁であってもよいが、後で述べるように、多数のプーリを使用して加熱手段と冷却手段を隔離してもよい。これにより、加熱手段からの熱が冷却手段へ伝達するのを防ぎ、熱エネルギーを効率よく回収することができる。図９は、隔壁を設けた実施の形態２に係る駆動装置の側面図である。図１０は、隔壁を設けた実施の形態２に係る駆動装置の上面図である。図９に示すように、熱の伝導を防ぐため、隔壁３２を実施の形態２の駆動装置の中間の位置に設けている。なお、図９では、隔壁の支持部、加熱手段および冷却手段は省略して装置を図示している。
【００４１】
なお、実施の形態２の駆動装置は平面的な形態をとるため、パネルに収容し、例えば、加熱手段として太陽熱を利用することで太陽熱発電パネルに応用することもできる。この場合には、パネルの太陽側の表面を黒、背面を白に彩色すれば、簡易に加熱手段と冷却手段を得ることが可能である。図１１は、実施の形態２に係る駆動装置を収容したパネルの側面図、図１２は実施の形態２に係る駆動装置を収容したパネルの上面図である。なお、図１１では、隔壁３２の支持部は省略して装置を図示している。
【００４２】
図１１および図１２に示すように、パネル３３は実施の形態２に係る駆動装置をその内部に収容しており、表面にはプーリ、線材等の装置の部分は露出しない。これにより、ゴミや熱水内の有害化学物質から機構を守ることになり、また、故障の際にパネルを取替えるだけで済むのでメンテナンス性を格段に上げることができる。なお、パネル内部は油液等の熱媒体でみたされている。これにより、内部の熱伝導性を大きくすることができる。パネルを利用する場合には、薄い平板状の形態をとるため特に上記のような隔壁を設けることが有効である。また、パネル３３の二つの底面の温度差でパネル内の装置が駆動するため、その温度差を確保するためにも、図１１に示す上底面と下底面の中間に隔壁３２を入れることにより、熱媒体が混じり難くなる。この場合には、隔壁を挟んで、高温源側の熱媒体が加熱手段として機能し、低温減側の熱媒体が冷却手段として機能する。
【００４３】
また、パネルとしてユニット化することにより、温水と冷水の熱交換を効率化することもできる。たとえば、パネルを多数並べて、その間を温水と冷水を隣あわせに交互に流すことで、コンパクトにエネルギー回収ができる。この場合には、温水または冷水を挟むようにパネルを並べる形態をとる。また、ユニット化することにより性能が落ちたパネルを取り替えるだけで簡易にメンテナンスを行なうことができる。また、形状記憶合金製の線材は、非常に細くできるため、装置をコンパクトにすることができる。その結果、家庭用発電装置の製造販売だけでなく、発電装置のリースによる小規模発電サービス事業等にも応用することができる。一方、大規模な発電装置に利用する場合には、砂漠地帯や海面での発電事業に応用することもできる。
【００４４】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る駆動装置について、図面に従って説明する。実施の形態３に係る駆動装置では、プーリおよび線材に滑り防止手段を設けている。すなわち、そのプーリには突起を設け、線材にはその突起が引っかかるように孔を設けている。
【００４５】
図１３は、実施の形態３に係る駆動装置を構成する部品の斜視図である。図１３に示すように、線材４と接触するプーリ３は突起４１を有しており、線材４は孔４２を有している。図１４は、実施の形態３に係る駆動装置の上面図である。プーリ３に設けられた突起４１と線材４の孔４２が噛み合うように線材４がプーリに掛け渡されている。これにより、線材４の伸縮がプーリ３に対して滑ることなく伝わり、プーリ３を効率よく回転させることができる。その結果、エネルギー変換効率を高めることができる。
【００４６】
なお、逆にプーリ３に孔を設け、線材４に突起を設けてもよい。また、プーリ３と線材４の境界において摩擦力が生じるように、材料を選ぶかまたは表面を加工してもよい。
【００４７】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係る駆動装置について、図面に従って説明する。実施の形態１に係る駆動装置は、一つの線材に対して一対のプーリを備えているのに対し、実施の形態４に係る駆動装置は、一つの線材に対して合計１１個のプーリを設け、加熱手段の他に、同様の形態で冷却手段を設けている。すなわち、周囲の空気をそのまま冷却手段とするのではなく、積極的に冷却手段を設けている。また、線材に張力を与えるプーリは線材の上側中心部に設け、逆回転防止手段は線材の上側の左右に設けている。
【００４８】
図１５は、実施の形態４に係る駆動装置の側面図である。図１５に示すように、線材４を１１個のプーリ３に掛け渡し、加熱手段５と冷却手段６を備えている。
これにより、容器と高温媒体を用いた加熱手段５の他に容器と低温媒体を用いた冷却手段６を備えるため、確実に形状記憶合金製の線材の伸縮を得ることができる。その結果、確実に実施の形態４に係る駆動装置から動力を得ることができる。また、加熱手段からの熱が冷却手段へ伝達するのを防ぎ、熱エネルギーを効率よく回収することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の駆動装置は、概略同一の直径を有し、異なる回転軸を中心に回転する一組のプーリと、一組のプーリのうち少なくとも一方のプーリに対し、一方向への回転を許容し、他方向への回転を防止する逆回転防止手段と、温度によって伸縮する機能を有し、環状に形成され、前記一組のプーリに掛け渡された線材と、線材の一部を加熱する加熱手段と、を備え、線材の伸縮により回転するプーリで回転力を供給することを特徴としている。
【００５０】
このように本発明では、温度によって伸縮する機能を有する線材を環状に形成し、逆回転防止手段により一定方向にのみ回転可能なプーリおよび概略同一の直径を有するプーリに掛け渡す。そして、その線材を加熱し、加熱された部分が縮み、冷却された部分が張力により伸びることでプーリを一定方向に回転させる。これにより、１００℃程度の廃熱のエネルギーであっても、これを動力に変換して利用することができる。また、プーリの径がほぼ同一であるため、装置を配置する際には設備に対して収まりやすい。また、逆回転防止手段を備えるため、微妙な回転摩擦力の違いからプーリが逆回転することもない。その結果、１００℃程度の廃熱や太陽熱等のこれまで利用されていなかった熱エネルギーを有効に利用できる駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る駆動装置１の側面図である。
【図２】実施の形態１に係る駆動装置の上面図である。
【図３】逆回転防止手段７を駆動装置側から見た断面図である。
【図４】逆回転防止手段７の内部の上面図である。
【図５】実施の形態１に係る駆動装置を設けたプラントの略構成図である。
【図６】プラントにおける実施の形態１に係る駆動装置の特徴的な動作を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態２に係る駆動装置の側面図である。
【図８】実施の形態２に係る駆動装置の上面図である。
【図９】隔壁を設けた実施の形態２に係る駆動装置の側面図である。
【図１０】隔壁を設けた実施の形態２に係る駆動装置の上面図である。
【図１１】実施の形態２に係る駆動装置を収容したパネルの側面図である。
【図１２】実施の形態２に係る駆動装置を収容したパネルの上面図である。
【図１３】実施の形態３に係る駆動装置を構成する部品の斜視図である。
【図１４】実施の形態３に係る駆動装置の上面図である。
【図１５】実施の形態４に係る駆動装置の側面図である。
【符号の説明】
１…駆動装置、２…回転軸、２ａ…駆動軸、３…プーリ、４…線材、５…加熱手段、６…冷却手段、７…逆回転防止手段、８…付勢手段、１１…伝達部、１２…発電機、１３…小ギア、１４…大ギア、２１…突起を有するプーリ、２１ａ…突起、θ１…突起の傾斜角、θ２…突起の傾斜角、２２…ストッパ、２３…板材、２４…支点、２５…固定部、２６…スプリング、３１…ワンウェイクラッチ機構、３２…隔壁、３３…パネル、４１…突起、４２…孔、１００…キルン、２００…クリンカクーラ、３００…ボイラ、４００…蒸気タービン、５００…コンデンサ、６００…循環水ポンプ
Claims (6)
- 概略同一の直径を有し、異なる回転軸を中心に回転する一組のプーリと、
前記一組のプーリのうち少なくとも一方のプーリに対し、一方向への回転を許容し、他方向への回転を防止する逆回転防止手段と、
温度によって伸縮する機能を有し、環状に形成され、前記一組のプーリに掛け渡された線材と、
前記線材の一部を加熱する加熱手段と、を備え、
前記線材の伸縮により回転するプーリで回転力を供給することを特徴とする駆動装置。 - 一組の回転軸と、
概略同一の直径を有し、前記各回転軸を中心に回転する複数組のプーリと、
前記各組のプーリのうち少なくとも一方のプーリに対し、一方向への回転を許容し、他方向への回転を防止する逆回転防止手段と、
いずれか一方の前記回転軸を中心に回転するプーリにそれぞれ設けられたワンウェイクラッチ機構と、
温度によって伸縮する機能を有し、環状に形成され、前記各組のプーリにそれぞれ掛け渡された複数の線材と、
前記線材の一部を加熱する加熱手段と、を備え、
前記各線材の伸縮により前記各プーリが回転し、前記ワンウェイクラッチ機構が設けられたプーリの少なくとも一つが回転軸を回転させることで回転力を供給することを特徴とする駆動装置。 - 前記線材の張力を調整する調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の駆動装置。
- 前記線材は、断面積が相対的に小さい複数の線材を束ねて形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の駆動装置。
- 前記プーリの前記線材と接触する面、または前記線材の前記プーリと接触する面にすべり防止手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の駆動装置。
- 請求項１から請求項５のいずれかに記載の駆動装置と、
前記回転軸の回転力を伝達する伝達部と、
前記伝達された回転力により発電を行なう発電部と、を備えることを特徴とする発電装置。
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| JP2003153253A JP2004353579A (ja) | 2003-05-29 | 2003-05-29 | 駆動装置およびこれを用いた発電装置 |
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| JP2003153253A JP2004353579A (ja) | 2003-05-29 | 2003-05-29 | 駆動装置およびこれを用いた発電装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2003-05-29 JP JP2003153253A patent/JP2004353579A/ja active Pending
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