JP2013519024A - 温度差エンジン装置 - Google Patents

Abstract

温度差エンジン装置であり、低沸点媒体蒸気タービン（１）、吸熱器（２）、保温式低温度逆流熱交換器（３）、循環ポンプ（４）および冷凍システム（５）を含み、これらを相互に連結して低沸点媒体流体がいっぱい充填された密閉循環システムを組成する。低沸点媒体蒸気タービン（１）と吸熱器（２）は低密度媒体吸熱ワークシステムを構成し、循環ポンプ（４）と冷凍システム（５）は高密度媒体冷凍循環システムを構成する。該温度差エンジン装置は熱エネルギーを機械エネルギーに変換することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は新型温度差エンジン装置に関するものである。熱エネルギーを機械仕事に変換する装置に属する。

熱エネルギーを機械仕事に変換することは、人類のエネルギー利用で最も重要な方式である。従来の変換方式は先ず熱エネルギーを圧力の位置エネルギーに変換して、その後外部に仕事をするものであるが、この場合エネルギー損失を形成し、化石エネルギー源が余分に消耗されてしまう。

本発明の目的は、前記従来技術における不足箇所を回避して、熱エネルギーを機械仕事に変換する過程において、昇圧過程をできるだけ回避して、分子の熱運動エネルギーを直接機械仕事に変換することができるエンジン装置を提供することである。

本発明の目的は、本発明にかかる新型エンジン装置により自然界に存在している流体が持っている熱エネルギーを効率に機械仕事に変換することである。

本発明の目的は以下のように実施することで達成することができる。

本発明の新型温度差エンジン装置は、低沸点媒体蒸気タービン１、吸熱器２、保温式低温度逆流熱交換器３、循環ポンプ４、冷凍システム５を相互に連結、組み合わせてなる密閉循環システムであり、システムにおいて低沸点媒体流体がいっぱい充填され、その中で、
ａ．低沸点媒体蒸気タービン１と吸熱器２は低密度媒体吸熱ワークシステムを構成し、循環ポンプ４と冷凍システム５は高密度媒体冷凍循環システムを構成する。保温式低温度逆流熱交換器３により流体間の横方向熱伝達が実現する。
ｂ．保温式低温度逆流熱交換器３は高温端Ａと低温端Ｂに分れ、熱交換器において、熱交換器壁間が縦方向に断熱層により断熱され、流体の温度は高温端から低温端へ縦方向にゆっくりと漸進変化し、且つ、流体は熱交換壁を介して横方向の間で相互に熱交換される。
ｃ．低沸点媒体は吸熱ワークシステムを離れた後、保温式低温度逆流熱交換器３へ流入し、高温端Ａから低温端Ｂに流れる際に、気体から液体または高密度状態に変化し、冷凍循環システムを経て、さらに低温端Ｂから高温端Ａに流れる際に、液体または高密度状態から気体に変化し、両者は保温式低温度逆流熱交換器３において逆流熱交換する。
ｄ．吸熱器２は、低沸点媒体蒸気タービン１の前または後ろに組立てられ、低沸点媒体蒸気タービン１が外部に仕事をしてエネルギーを出力した後の体系の熱エネルギー消耗を補償し、システムエネルギーバランスを維持する。

低沸点媒体蒸気タービン１は機械エネルギーを外部に出力する装置である。吸熱器２により外部から熱量を吸収する。保温式低温度逆流熱交換器３の主な機能の一つとして、低温領域Ｂに流れる媒体が熱量を伴って低温領域Ｂへ入るのをできる限り遮断して、低温領域媒体を液体または高密度状態に確保して、冷凍循環システムの負荷を低下させる。循環ポンプ４の主な機能は、媒体がシステム中で設計通りの方向に沿って循環するよう確保することであり、システムの圧力の差が非常に小さく、媒体が液体のとき流速は比較的低いため、消耗パワーが非常に小さい。冷凍システム５の主な機能は、流体によってもたらされた熱量、断熱が完全でないため導入された熱量、および循環ポンプ４が仕事をすることにより生じた熱量を取り除き、媒体の低温を一定に確保することである。

保温式低温度逆流熱交換器３はシステムを冷凍循環する低温部分と吸熱ワークする高温部分に分割し、低温部分と高温部分とで、その温度はいずれも吸熱器２に熱量を提供する外部流体の温度よりも低い。高密度流体媒体冷凍循環システムは、その低温環境が冷凍システムおよび保温層により維持される。高温部分は低沸点媒体蒸気タービン１と吸熱器２からなり、吸熱器２により外部流体から熱量を吸収し、低沸点媒体蒸気タービン１が仕事をすることに供する。低沸点媒体蒸気タービン１が仕事をした後、さらに吸熱器２により外部流体から吸熱し、システムの熱量消耗を補償し、システムエネルギーバランスを維持する。

本発明の目的は以下を実施することでも達成することができる。

本発明の新型温度差エンジン装置は、前記の保温式低温度逆流熱交換器３がプレート式熱交換器、チューブ式熱交換器、フィン式熱交換器から選択された一つまたはこのうちのいずれか二つ以上から組成される。

本発明の新型温度差エンジン装置は、前記の保温式低温度逆流熱交換器３が流体方向に沿って複数の段により組成され、段と段の間に断熱クッションが加えられる。これにより、熱量が熱交換器壁を介して流体方向に沿って低温領域に伝熱するのを防ぐ。進入する流体と流出（逆流）する流体は横方向間で熱交換器壁を介して相互に熱交換する。

本発明の温度差エンジン装置は、前記吸熱器２と低沸点媒体蒸気タービン１が、複数組の連続循環を直列に装着して構成されても良い。直列に装着されるものが多ければ多いほど、外部に出力する機械エネルギーも多くなるが、しかし、低温部分における冷凍システム５と循環ポンプ４の負担が増加することはない。

本発明の温度差エンジン装置は、前記保温式低温度逆流熱交換器３が省略できる。複数組の吸熱２と低沸点媒体蒸気タービン１を採用して直列に装着する場合、機械出力仕事が比較的多いことから、本発明における温式低温度逆流熱交換器３が省略でき、その低温条件を保持する作業は冷凍システム５によって完全に引き受けられる。冷凍システム５および循環ポンプ４の消耗するエネルギー源は複数の蒸気タービン１の出力するエネルギー源の総和未満である。

本発明の新型温度差エンジン装置は、前記低沸点媒体蒸気タービン１を回動駆動する媒体気流の流速が蒸気タービンの入口の管径を変化させることで調節できる。各種の異なる要求のエンジン技術条件に適応できる。

本発明の新型温度差エンジン装置は、空気熱源や、液体熱源を含む、自然界における熱源流体環境を備えるいかなる空間にも適用される。

本発明の新型温度差エンジン装置は、自動車、汽船、飛行機のエンジンおよび熱発電システムのエンジンに適用される。

本発明の公開する温度差エンジン装置およびその応用の技術内容は、従来技術に比べて突出した実質的な特徴と顕著な技術進歩とを具備する。
１．熱エネルギーを機械仕事に変換する過程において、昇圧過程をできるだけ回避して、分子の熱運動エネルギーを直接機械仕事に変換することができるエンジン装置を提供する。
２．自然界に存在する流体に伴う熱エネルギーを高効率で機械仕事に転換することができる。
３．自然環境の温度と光照射による制限を受けないエンジン装置を提供する。

本発明を以下に図面と合わせてさらに説明する。

本発明の温度差エンジン装置の原理概略図である。

本発明を以下に実施形態と合わせてさらに詳細に記載する。

［実施形態１］
本発明の新型温度差エンジン装置は、
低沸点媒体蒸気タービン１、吸熱器２、保温式低温度逆流熱交換器３、循環ポンプ４、冷凍システム５を相互に連結、組み合わせてなる密閉循環システムであり、システムにおいて低沸点媒体流体がいっぱい充填される。その中で、
ａ．低沸点媒体蒸気タービン１と吸熱器２は低密度媒液吸熱ワークシステムを構成し、循環ポンプ４と冷凍システム５は高密度媒体冷凍循環システムを構成する。保温式低温度逆流熱交換器３により流体間の横方向熱伝達が実現する。
ｂ．保温式低温度逆流熱交換器３は高温端Ａと低温端Ｂに分れ、熱交換器において、熱交換器壁間が縦方向に断熱層により断熱され、流体の温度は高温端から低温端へ縦方向にゆっくりと漸進変化し、且つ、流体は熱交換壁を介して横方向の間で相互に熱交換される。
ｃ．低沸点媒体は吸熱ワークシステムを離れた後、保温式低温度逆流熱交換器３へ流入し、高温端Ａから低温端Ｂに流れる際に、気体から液体または高密度状態に変化（液化）し、冷凍循環システムを経て、さらに低温端Ｂから高温端Ａに流れる際に、液体または高密度状態から気体に変化（蒸発）し、両者は保温式低温度逆流熱交換器３において逆流熱交換する。
ｄ．吸熱器２は、低沸点媒体蒸気タービン１の前または後ろに組立てられ、低沸点媒体蒸気タービン１が外部に仕事をしてエネルギーを出力した後の体系の熱エネルギー消耗を補償し、システムエネルギーバランスを維持する。

前記の保温式低温度逆流熱交換器３はフィン式熱交換器である。

前記の保温式低温度逆流熱交換器３は流体方向に沿って複数の段により組成され、段と段の間に断熱クッションが加えられる。

前記の吸熱器２と低沸点媒体蒸気タービン１は、複数組の連続循環を直列に装着して構成されている。

熱量吸収や伝達、および熱エネルギーを機械エネルギーに変換するための媒体は冷媒Ｒ２２である。

該エンジン装置は、自動車、汽船、飛行機のエンジンおよび発電システムのエンジンに適用される。

図において、
１…低沸点媒体蒸気タービンエンジン
２…吸熱器
３…保温式低温度逆流熱交換器
４…循環ポンプ
５…冷凍システム

本発明は温度差エンジン装置に関するものである。熱エネルギーを機械仕事に変換する装置に属する。

本発明の目的は、本発明にかかるエンジン装置により自然界に存在している流体が持っている熱エネルギーを効率に機械仕事に変換することである。

本発明の温度差エンジン装置は、低沸点媒体蒸気タービン１、吸熱器２、保温式低温度逆流熱交換器３、循環ポンプ４、冷凍システム５を相互に連結、組み合わせてなる密閉循環システムであり、システムにおいて低沸点媒体流体がいっぱい充填され、その中で、
ａ．低沸点媒体蒸気タービン１と吸熱器２は低密度媒体吸熱ワークシステムを構成し、循環ポンプ４と冷凍システム５は高密度媒体冷凍循環システムを構成する。保温式低温度逆流熱交換器３により流体間の横方向熱伝達が実現する。
ｂ．保温式低温度逆流熱交換器３は高温端Ａと低温端Ｂに分れ、熱交換器において、熱交換器壁間が縦方向に断熱層により断熱され、流体の温度は高温端から低温端へ縦方向にゆっくりと漸進変化し、且つ、流体は熱交換壁を介して横方向の間で相互に熱交換される。
ｃ．低沸点媒体は吸熱ワークシステムを離れた後、保温式低温度逆流熱交換器３へ流入し、高温端Ａから低温端Ｂに流れる際に、気体から液体または高密度状態に変化し、冷凍循環システムを経て、さらに低温端Ｂから高温端Ａに流れる際に、液体または高密度状態から気体に変化し、両者は保温式低温度逆流熱交換器３において逆流熱交換する。
ｄ．吸熱器２は、低沸点媒体蒸気タービン１の前または後ろに組立てられ、低沸点媒体蒸気タービン１が外部に仕事をしてエネルギーを出力した後の体系の熱エネルギー消耗を補償し、システムエネルギーバランスを維持する。

本発明の温度差エンジン装置は、前記の保温式低温度逆流熱交換器３がプレート式熱交換器、チューブ式熱交換器、フィン式熱交換器から選択された一つまたはこのうちのいずれか二つ以上から組成される。

本発明の温度差エンジン装置は、前記の保温式低温度逆流熱交換器３が流体方向に沿って複数の段により組成され、段と段の間に断熱クッションが加えられる。これにより、熱量が熱交換器壁を介して流体方向に沿って低温領域に伝熱するのを防ぐ。進入する流体と流出（逆流）する流体は横方向間で熱交換器壁を介して相互に熱交換する。

本発明の温度差エンジン装置は、前記低沸点媒体蒸気タービン１を回動駆動する媒体気流の流速が蒸気タービンの入口の管径を変化させることで調節できる。各種の異なる要求のエンジン技術条件に適応できる。

本発明の温度差エンジン装置は、空気熱源や、液体熱源を含む、自然界における熱源流体環境を備えるいかなる空間にも適用される。

本発明の温度差エンジン装置は、自動車、汽船、飛行機のエンジンおよび熱発電システムのエンジンに適用される。

［実施形態１］
本発明の温度差エンジン装置は、
低沸点媒体蒸気タービン１、吸熱器２、保温式低温度逆流熱交換器３、循環ポンプ４、冷凍システム５を相互に連結、組み合わせてなる密閉循環システムであり、システムにおいて低沸点媒体流体がいっぱい充填される。その中で、
ａ．低沸点媒体蒸気タービン１と吸熱器２は低密度媒液吸熱ワークシステムを構成し、循環ポンプ４と冷凍システム５は高密度媒体冷凍循環システムを構成する。保温式低温度逆流熱交換器３により流体間の横方向熱伝達が実現する。
ｂ．保温式低温度逆流熱交換器３は高温端Ａと低温端Ｂに分れ、熱交換器において、熱交換器壁間が縦方向に断熱層により断熱され、流体の温度は高温端から低温端へ縦方向にゆっくりと漸進変化し、且つ、流体は熱交換壁を介して横方向の間で相互に熱交換される。
ｃ．低沸点媒体は吸熱ワークシステムを離れた後、保温式低温度逆流熱交換器３へ流入し、高温端Ａから低温端Ｂに流れる際に、気体から液体または高密度状態に変化（液化）し、冷凍循環システムを経て、さらに低温端Ｂから高温端Ａに流れる際に、液体または高密度状態から気体に変化（蒸発）し、両者は保温式低温度逆流熱交換器３において逆流熱交換する。
ｄ．吸熱器２は、低沸点媒体蒸気タービン１の前または後ろに組立てられ、低沸点媒体蒸気タービン１が外部に仕事をしてエネルギーを出力した後の体系の熱エネルギー消耗を補償し、システムエネルギーバランスを維持する。

Claims (7)

1. 新型温度差エンジン装置において、
   該温度差エンジン装置が低沸点媒体蒸気タービン（１）、吸熱器（２）、保温式低温度逆流熱交換器（３）、循環ポンプ（４）および冷凍システム（５）を相互に連結、組み合わせてなる密閉循環システムであり、前記システムにおいて低沸点媒体流体がいっぱい充填され、その中で、
   ａ．低沸点媒体蒸気タービン（１）と吸熱器（２）は低密度媒体吸熱ワークシステムを構成し、循環ポンプ（４）と冷凍システム（５）は高密度媒体冷凍循環システムを構成するし、保温式低温度逆流熱交換器（３）により流体間の横方向熱伝達が実現し、
   ｂ．保温式低温度逆流熱交換器（３）は高温端Ａと低温端Ｂに分れ、熱交換器において、熱交換器壁間が縦方向に断熱層により断熱され、流体の温度は高温端から低温端へ縦方向にゆっくりと漸進変化し、且つ、流体は熱交換壁を介して横方向の間で相互に熱交換され、
   ｃ．低沸点媒体は吸熱ワークシステムを離れた後、保温式低温度逆流熱交換器（３）へ流入し、高温端Ａから低温端Ｂに流れる際に、気体から液体または高密度状態に変化し、冷凍循環システムを経て、さらに低温端Ｂから高温端Ａに流れる際に、液体または高密度状態から気体に変化し、両者は保温式低温度逆流熱交換器（３）において逆流熱交換し、
   ｄ．吸熱器（２）は、低沸点媒体蒸気タービン（１）の前または後ろに組立てられ、低沸点媒体蒸気タービン（１） が外部に仕事をしてエネルギーを出力した後の体系の熱エネルギー消耗を補償し、システムエネルギーバランスを維持する、
   ことを特徴とする、新型温度差エンジン装置。
2. 前記保温式低温度逆流熱交換器（３）がプレート式熱交換器、チューブ式熱交換器、フィン式熱交換器から選択された一つまたはこのうちのいずれか二つ以上から組成される、ことを特徴とする、請求項１に記載の新型温度差エンジン装置。
3. 前記保温式低温度逆流熱交換器（３）が流体方向に沿って複数の段により組成され、段と段の間に断熱クッションが加えられる、ことを特徴とする、請求項１に記載の新型温度差エンジン装置。
4. 前記吸熱器（２）と低沸点媒体蒸気タービン（１）は、複数組の連続循環を直列装着して構成されている、ことを特徴とする、請求項１に記載の新型温度差エンジン装置。
5. 保温式低温度逆流熱交換器（３）が省略できる、ことを特徴とする、請求項１に記載の温度差エンジン装置。
6. 前記低沸点媒体蒸気タービン１を回動駆動する媒体気流の流速が蒸気タービンの入口の管径を変化させることで調節できる、ことを特徴とする、請求項１に記載の新型温度差エンジン装置。
7. 請求項１に記載の新型温度差エンジン装置の応用において、自然界における熱源流体環境を備えるいかなる空間にも適用される、ことを特徴とする応用。

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