JP2009180219A - 形状記憶合金バネ式発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現在一般家庭や事業所などに供給されている電力会社の電力以外に、家庭などで省エネとして普及している装置としては太陽電池などがある。また直接には電気とは少し異なるが、省エネ設備として熱供給などに使用されている太陽温水装置などが一般家庭の屋根で見かけることがあるが、これらは省電力を目的とするものの、未だに一般家庭の一部をカバーするのみであり、電気料金もまだまだ高額であり、化石燃料の高騰も有り、上がることはあっても下がる見込みはほとんど余りない。
【解決手段】一般的に家庭における電力は、電力会社の電力以外に一部では太陽電池などの電力などを利用しているが、これらは未だほんの一部であり、本発明は永久磁石と形状記憶合金バネを使って本格的な家庭用の電力供給を目指したものであり、一般家庭の必要電力を安定的に供給する事を目的とした発電装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、この度のダボス会議でも主要議題となった地球温暖化対策はもとより、地球規模の環境汚染をはじめ、有限資源として枯渇が心配され始めた化石燃料や、後処理が問題となる原子力などの燃料資源を一切使用せずに、自然界に太古より普遍の原理として存在し誰もが認める原理を応用し、地球環境に与える環境汚染やエントロピーを出来る限り最小限に抑えることに挑戦した電気エネルギーの生成技術に関するものである。

産業革命以来、世界は著しい発展を遂げ、人々の生活もより豊かになったが、生活の豊かさに比例して家庭における電気の使用量は急速に増大している。工業においても経済の発展と共に、各種の工場生産は益々盛んになると同時に、電気の使用量も増大している。又環境関係では必ず問題となるＣＯ２問題においても、そのＣＯ２を吸収すべき林業や農業生産においてさえ拡大増産すれば、当然化学肥料や農薬などをはじめとした工業製品が大量に消費され、その生産や途中経路を含め大量の石油消費や排ガスを伴う。これらの一連の関連工場はその生産を拡大する為、当然生産工場における使用電力量は益々増大する。流通業界においても競争の激化により店舗の照明は昼間から光々と輝き、その上顧客の満足度、贅沢度はより新鮮さを求め、その鮮度維持の為のあらゆる装置が大量の電力を消費している。又一歩、家庭に入れば嘗ては理想の家庭と想われていた大量の白物家電が、今や有り余り大容量の電力を消費し、これらの高額家電も、なんら抵抗も無く日常的に粗大ごみとして大量に廃棄物として処理される時代となった。 昨今では一般家庭でも１００Ｖから２００Ｖの電気を必要とする時代となり、使用電力量は１０ｋｗ／日を超える時代となっている。建築物もより高級化し冷暖房は常備品となり、東京などでは冷房機などが排出する排熱などで気温が上昇するほど電力を必要としている。国道などは雨水の浸透や蒸発や気化熱など、自然界の浄化作用は不可能なほど整備されてしまった。そして今や大量のマイカー時代となり益々化石燃料の消費は増大している。自動車業界も化石燃料に代わる車として電気自動車を開発しているが、しかしこれらの一見クリーンな電気も、全て有限資源である化石燃料をそのエネルギー源としている。世界ではクリーンなエネルギーとして原子力が確かに注目されているが、これとて肝心の核廃棄物の処理については、いまだに根本の解決策はない。これらのいずれは枯渇する有限資源を必要としない発電では、太陽光の熱エネルギー利用した太陽熱温水器や、ソーラーにより発電した電力を、そのまま電力として利用する考え方などが主流であるが、これらとて現在の電力事情に代わる様な代替エネルギーとして、未だ一般の家庭の電力を潤すほど潤沢ではない。従って、本発明のような永久磁石の回転力のみを主力とした思想はほとんどない。
又、先願特許には特開平６−１２７３０６号公報特開平１１−４１９６０号公報などがあるがこれらは電磁石や太陽電池を応用したものであり、本発明と根本的に思想を異にするものである。今日、世界のグローバル化は化石燃料の高騰を呼び、今やエネルギーの早急なる根本解決が叫ばれている。しかし未だ妙案も無く、地球に優しいバイオ燃料も食料問題と絡みエネルギー問題は益々複雑化している今日、本発明はこれらの問題に対して解決策の一つとして一石を投じるものである。

特開平６−１２７３０６号公報 特開平１１−４１９６０号公報

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は地球環境に重大な影響を及ぼす化石燃料や原子力などの天然資源をほとんど使用せずに、自然界に太古より普遍の原理として誰もが認める原理を応用し、地球環境に与える環境汚染の恐れが無く、且つその装置たるや時代の感覚を採り入れやすい、出来る限り負荷の掛からない簡易な装置で、広範囲な普及を図る為の価格帯も考慮し、故障も少なく設置も容易で、且つ耐久性の高い製品技術を提供するものである。

問題を解決するための手段

文明根源の利器たる電力に関する上記問題点は、下記構成の本発明の発電機によって解決することができる。すなわち、有限資源として枯渇が心配され始めた化石燃料や、後処理が問題となる原子力などの消耗資源を一切使用せずに、又地球環境に与える環境汚染やエントロピーを出来る限り無くし、普遍の原理を応用した本発明の発電機は、広範囲な普及を目指す為、低価格での製品化を十分考慮し、出来るだけ設備投資を抑えた簡易な装置とし、一般家庭や中小企業の年間電力料金で十分償却できる製品化のため、部品点数を少なく抑え、且つ故障の少ない、いわゆる半永久的にメンテナンスフリーとする製品化を目指すと同時に、常時発電が出来ることを特徴とする本件小型発電装置によって解決される。

発明の効果

一般家庭や小規模事業所などにおける消費電気量は取り敢えず１０ｋｗ／ｈあれば十分であり、本発明の発電装置を家庭や小規模事業所に設置することにより、年間の電気使用料金の数年分で十分償却が可能であり、家計費や事業所経費を削減することはもとより、町工場などにおいては本発明装置を複数台設置することにより、わが国産業の基礎を支える中小企業の経費削減や競争力向上効果には十分その可能性があり、過ってわが国の成長基盤となった中小企業の輸出力も向上し、何よりもその利用発電分だけ、化石燃料の消費も削減され、原子力に頼る度合いも少なくなり、ひいては大気汚染などの環境問題の解決にも貢献することが可能となり、本技術を世界に広めることにより環境問題はもとより、わが国産業の基礎体力をも改善することとなり、家庭はもとより産業界にも多大なる貢献を果たす技術である。

本発明発電機の構造とその作用機能を図面で説明する。
図１は、本発明発電機の構造の説明図である。
立脚する２枚の円盤型フライホイール３、６の両内面には複数個の永久磁石４、５を装着し、両フライホイール内面中央空間には発電用巻きコイル７を配置し、円盤型フライホイール３，６の回転軸２の一方の端にはフライホイールに回転力を伝える歯車８を持ち、該歯車８はフライホイール３，６並びに永久磁石４，５の回転数を上げる為の歯車機構９を持ち、歯車機構９の一方の端は、電磁チャック若しくは一方向クラッチ１０を経由して、フライホイール３，６並びに永久磁石４、５の回転源となる天秤棒１１に繋がる。永久磁石４、５並びにフライホイール３，６の回転原動力となる該天秤棒１１全体は天秤棒１１と形状記憶合金バネ１３、１４と密閉式液体タンク又は重量物分銅体１２からなり、天秤棒の一方には液体タンク又は分銅体１２が装着される。
図５において回転軸２を中心として天秤棒の分銅体対極側の中央付近１９には反対側の分銅体を抱え上げる為のワイヤーに接続され、ワイヤーには温度変化により伸縮自在の形状記憶合金バネ１３がセットされ、該バネは冷媒としての液体１６又は気体が充填された容器１５内を間接若しくは直接経由し、図６に示すように該液体１６内と外気との温度差により伸縮を繰り返すことにより、天秤棒１１の回転型の上下運動が起こり天秤棒に固定された一方方向のみの回転を伝えるクラッチ１０により回転軸２は一方向に回転し、同軸に固定された永久磁石４，５の回転により発電用巻きコイル７に電気が発生する。天秤棒の回転は実質４分の１程度の回転であるが、歯車機構や複数個の該天秤機構の増設により回転は増幅され、１分間に１００〜２００回転で発電は十分可能であることが分かった。

こうして分銅体付き天秤棒と、形状記憶合金バネとの組み合わせにより完全回転には満たないものの半回転運動の繰り返しと歯車機構の組み合わせにより発電装置は完成したが、
一方、温度差を得る為の冷媒又は加温装置を安価に上げるため、夏場は外気温と地下冷水との温度差を利用し、又外気温度の低い冬場は逆に地下水を温水として利用するなど、地域にあった天然の温度差を利用すればよい。最近の形状記憶合金バネの品質も向上し、温度差が５度もあれば十分バネ機構として作動するため、太陽光熱はもとより夜と昼の温度差、或いは工場の排熱や排ガスや排水、川の冷水や雨水など、身近な周辺環境内に存在する僅かな温度差の気体、液体、固体物質があれば利用が可能であり安価な電力を得ることが可能である。また大容量の回転力を必要とする場合、分銅体サイズ或いは形状記憶合金バネの能力を選別すれば良い。又材質についてはそれぞれ各パーツに使用されている所定の材質で構わないが、特に永久磁石を使用する周辺部材については磁気の及ばないアルミやその他の合金材の選別に注意すればよい。

実施例によって本発明を説明する。
発電機の構造：第１図の構造
模型店並びにホームセンターで鉄板、透明のプラスチック容器、プラスチックパイプ、歯車セット、永久磁石を仕入れ、発電用の巻きコイルを製作し、金属メーカーから形状記憶合金バネを仕入れ、形状記憶合金バネと天秤棒セットを中心とした、ほとんど図１と同様な模型を試作しバネに冷却容器をセットしてテストをした結果、巻きコイルに接続した電流計の針が大きく作動し発電能力が十分あることが確認でき、本件簡易装置にフライホイールを追加することにより一旦起動した回転力に持続性と安定性が加わることが判明した。

以上記したように、一般の家庭における消費電気量は１０ｋｗ／ｈ程度あれば十分であり、本発明装置一式の利用により、設備費も現在の年間電気料金の数年分で十分償却が可能で有り、家計費を削減することはもとより、又産業界においても本発明の大型発電機を複数台設置することによって、わが国産業の基礎を支える中小企業の経費削減にも貢献し、ひいては中小企業の輸出力も向上し、何よりもその分、化石燃料の消費も削減され、原子力に頼る度合いも少なくなり、大気汚染などの環境問題の解決にも貢献することが可能となり、本技術を世界に広めることにより環境問題はもとより、わが国産業の基礎体力をも改善することになり、電力利用の有利性と共に本装置を応用とした産業機器分野においても産業界には多大なる利用が期待出来る技術分野である。

図１は本発明発電装置の上面概要構造図である。 図２は天秤棒１１を軸とし、両端に分銅体１２を固定した伸縮自在の形状記憶合金バネ（１３及び１４）から成り立つ天秤棒セット１８を、回転軸に取り付け、実働する発泡材付分銅体と形状記憶合金バネから成り立つ４個の天秤棒セットの回転状態正面概要図である。 図３は複数個の天秤棒セット１８を動力源とする駆動装置の内、形状記憶合金バネが循環式冷媒により冷却され伸縮（伸は図２、図３の回転軸２を中心に右側部分、縮は図２、図３の回転軸２を中心に左側部分）した結果分、図２、及び図３の回転軸２を中心として右側部分の分銅体自重により回転力が発生する正面も若しくは側面概要図である。但し最初の立ち上がり駆動だけは簡易な補助若しくは手動の一押しを必要とする。 図４は発電機本体１と歯車装置９と駆動装置１７の全体を組み合わせた上面概要図である。 図５は分銅体１２の自重により天秤棒１１が図中右下方に傾斜すると同時に、接続点１９に連結する形状記憶合金バネが伸び、液状冷媒内に浸りきった状態である。 図６は、図５において液状冷媒内において冷却された形状記憶合金バネが縮む結果、高温側（冷媒外側）環境内に暴露され再び伸びる直前の状態である。以上、図２及び図３では形状記憶合金バネの伸縮を元とした往復運動が、分銅体の自重により回転運動に変化し、図５及び図６では同様に形状記金バネの往復運動若しくは伸縮運動が、天秤棒セットの回転運動に変わり一方方向クラッチを通じて発電機の回転用起動力となる。

符号の説明

１ 発電機本体
２ 回転軸
３ フライホイール
４ 永久磁石Ｓ極
５ 永久磁石Ｎ極
６ フライホイール
７ 発電用巻きコイル
８ 軸歯車
９ 歯車機構
１０ 一方向クラッチ
１１ 天秤棒
１２ 分銅体（重量物）
１３ 形状記憶合金バネの伸びた状態
１４ 形状記憶合金バネの縮んだ状態
１５ 冷却水槽
１６ 冷却水
１７ 駆動装置上面図部分
１８ 天秤棒セット上面図部分
１９ 接続点
２０ 分銅体断面図

Claims (9)

1. ２枚のフライホイール内面に複数の永久磁石を埋め込んだ回転円盤の内、一方側には永久磁石のＮ極又はＳ極を埋め込み、対面円盤内側にはその反対極を埋め込み、該円盤の中央空間には、複数個の発電用巻きコイルを装着し、該円盤の中心軸となる回転軸の一方側には該円盤の回転を伝える軸歯車を固定し、軸歯車には回転比率変動用の歯車機構を持ち、歯車機構の他方端には回転源として、一方端に分銅体を固定した天秤棒を備え、該天秤棒には形状記憶合金バネと、該形状記憶合金バネに温度変化をもたらす冷媒若しくは加温装置を装備し、温度変化を原因とする該形状記憶合金バネの伸縮を元とする分銅体の自重を回転動力源とする発電装置であって、該発電装置には天秤棒の回転運動を連結若しくは遮断する電磁チャック又は一方向クラッチを装備した発電装置。
2. 天秤棒の一方端には液体タンク若しくは比重大の分銅体を装備し、該天秤棒の残る片方には回転軸を支点として分銅体を上昇、若しくは引き上げるためのワイヤーに接続された形状記憶合金バネと、該バネの伸縮機能作動源として、地中温や太陽熱又は他の液体又や気体或いは個体を冷媒若しくは熱源とする請求項１に記載の発電装置。
3. 分銅体浸水時の浮力効率を上げる為、回転前方を船首型鋭角とし、回転後方を広平面積とした発泡材を各分銅体に装着した請求項１に記載の発電装置。
4. 形状記憶合金バネを冷却若しくは加温する循環水として水道水、太陽熱温水、地下水又は海水或いは雨水を用いた請求項１に記載の発電装置
5. 回転体の永久磁石にフライホイール機能をもたせた請求項１に記載の発電装置
6. 天秤棒セット或いは駆動装置の回転原理を回転動力として利用した動力機構又は動力装置。
7. 分銅体と連結する天秤棒セットを複数個装備する請求項１に記載の発電装置
8. 大容量発電対応用として回転軸並びに天秤棒を発電機の規模に見合う大容量発電用機能を持たせた請求項１に記載の発電装置
9. 一定方向に働く慣性運動に対しその反動補助力としてスプリングを用いた請求項１に記載の発電装置＋