JP2649351B2 - 排熱利用のエネルギ変換方法 - Google Patents
排熱利用のエネルギ変換方法Info
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- JP2649351B2 JP2649351B2 JP62170590A JP17059087A JP2649351B2 JP 2649351 B2 JP2649351 B2 JP 2649351B2 JP 62170590 A JP62170590 A JP 62170590A JP 17059087 A JP17059087 A JP 17059087A JP 2649351 B2 JP2649351 B2 JP 2649351B2
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- dielectric constant
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は熱的ポテンシャルが低く利用しにくい、比較
的低温の排熱からでもエネルギを電力の形で取り出すこ
とができる排熱利用のエネルギ変換方法に関するもので
ある。
的低温の排熱からでもエネルギを電力の形で取り出すこ
とができる排熱利用のエネルギ変換方法に関するもので
ある。
従来の技術 従来から工学的に実用化されているエネルギ変換シス
テムは、システムの構成要素が二つの局所平衡状態の間
を遷移する際の内部エネルギの差を取り出すようにした
ものである。
テムは、システムの構成要素が二つの局所平衡状態の間
を遷移する際の内部エネルギの差を取り出すようにした
ものである。
例えば、火力発電では高温高圧蒸気の局所平衡状態か
ら低温低圧蒸気の局所平衡状態へと遷移する際のエネル
ギ差を取り出して電力に変換しており、このような機械
システムでは、高温高圧化，システムの大型化を図るこ
とで巨大なエネルギを取り出す用途には適している。
ら低温低圧蒸気の局所平衡状態へと遷移する際のエネル
ギ差を取り出して電力に変換しており、このような機械
システムでは、高温高圧化，システムの大型化を図るこ
とで巨大なエネルギを取り出す用途には適している。
火力発電所の熱効率は採用した熱サイクル，蒸気の圧
力および温度，機械の効率，負荷の状況などによって影
響を受けるが、最近の大容量の火力発電所では熱効率が
40％程度まで高められている。（日本機械学会編の機械
工学便覧第５版13−120頁参照）。
力および温度，機械の効率，負荷の状況などによって影
響を受けるが、最近の大容量の火力発電所では熱効率が
40％程度まで高められている。（日本機械学会編の機械
工学便覧第５版13−120頁参照）。
発明が解決しようとする問題点 ボイラから供給された蒸気をタービン内で膨張利用し
たのちその全部を復水器で復水させ、給水ポンプでボイ
ラに送還して１サイクルを完了させるランキンサイクル
の理論熱効率は蒸気の初圧および初温を高め、排圧を低
めれば増すことができるが、使用材料の強さが温度上昇
と共に著しく減少することや排気の湿り度を一定範囲に
保とうとする要求などから蒸気圧力および温度には自づ
から制限を受け、又排圧の低下は復水器冷却水の温度な
らびにその水量によって限定される。
たのちその全部を復水器で復水させ、給水ポンプでボイ
ラに送還して１サイクルを完了させるランキンサイクル
の理論熱効率は蒸気の初圧および初温を高め、排圧を低
めれば増すことができるが、使用材料の強さが温度上昇
と共に著しく減少することや排気の湿り度を一定範囲に
保とうとする要求などから蒸気圧力および温度には自づ
から制限を受け、又排圧の低下は復水器冷却水の温度な
らびにその水量によって限定される。
上記復水器で取り去るべき熱量により約50℃程度まで
温められた冷却水が有する熱エネルギは熱量としては極
めて大きく燃料重油の熱量の40％以上に達するが熱サイ
クルで用いるには温度が低く利用しにくいと言う問題を
有する。
温められた冷却水が有する熱エネルギは熱量としては極
めて大きく燃料重油の熱量の40％以上に達するが熱サイ
クルで用いるには温度が低く利用しにくいと言う問題を
有する。
本発明は上記復水器から排出される冷却水温度（約50
℃程度）と復水器に供給される冷却水温度（本州太平洋
岸の主要生産地方では設計温度として21℃とされてい
る）との間でゲルからゾルあるいはゾルからゲルに相転
移しその体積を大幅に変化させる物質および上記温度範
囲内でその形状が大きく変化する形状記憶合金素子に着
目し、上記排出される熱エネルギを一旦力学的エネルギ
に変換した後に該力学的エネルギを電気的エネルギに変
換することにより排熱を有効に利用し火力発電所の効率
を大幅に向上させることを目的とするものである。
℃程度）と復水器に供給される冷却水温度（本州太平洋
岸の主要生産地方では設計温度として21℃とされてい
る）との間でゲルからゾルあるいはゾルからゲルに相転
移しその体積を大幅に変化させる物質および上記温度範
囲内でその形状が大きく変化する形状記憶合金素子に着
目し、上記排出される熱エネルギを一旦力学的エネルギ
に変換した後に該力学的エネルギを電気的エネルギに変
換することにより排熱を有効に利用し火力発電所の効率
を大幅に向上させることを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 本発明は、固相と液相との間あるいは液相と気相との
間で相転移を行い体積変化を生ずる物質、又は固相間で
結晶構造の転移を行い形状変化を生ずる物質に、火力発
電所等の復水器から排出される約50℃の冷却水と上記復
水器に供給される約20℃の冷却水とを、所定の時間間隔
をおいて交互に適用して、上記物質に対し約50℃の冷却
水と約20℃の冷却水との温度差による体積変化又は形状
変化を繰り返し生じさせることにより、上記復水器から
排出される冷却水に含まれる熱エネルギを力学的エネル
ギに変換し、該力学的エネルギにより、低誘電率の部分
と高誘電率の部分とからなる誘電体を１対の電極間に移
動可能に配設して構成された容量可変コンデンサの上記
誘電体を移動させ、該誘電体の高誘電率の部分が上記１
対の電極間に位置しているときに充電されて発生した静
電エネルギを、上記誘電体の低誘電率の部分を上記１対
の電極間に位置させることにより増加させ、その増加分
を取り出すようにしたことを特徴とするものである。
間で相転移を行い体積変化を生ずる物質、又は固相間で
結晶構造の転移を行い形状変化を生ずる物質に、火力発
電所等の復水器から排出される約50℃の冷却水と上記復
水器に供給される約20℃の冷却水とを、所定の時間間隔
をおいて交互に適用して、上記物質に対し約50℃の冷却
水と約20℃の冷却水との温度差による体積変化又は形状
変化を繰り返し生じさせることにより、上記復水器から
排出される冷却水に含まれる熱エネルギを力学的エネル
ギに変換し、該力学的エネルギにより、低誘電率の部分
と高誘電率の部分とからなる誘電体を１対の電極間に移
動可能に配設して構成された容量可変コンデンサの上記
誘電体を移動させ、該誘電体の高誘電率の部分が上記１
対の電極間に位置しているときに充電されて発生した静
電エネルギを、上記誘電体の低誘電率の部分を上記１対
の電極間に位置させることにより増加させ、その増加分
を取り出すようにしたことを特徴とするものである。
作用 上記により、熱量としては極めて大きいが、熱サイク
ルで用いるには温度が低く利用しにくい火力発電所等の
復水器から排出される冷却水の熱エネルギを電力の形で
取り出すことができる。
ルで用いるには温度が低く利用しにくい火力発電所等の
復水器から排出される冷却水の熱エネルギを電力の形で
取り出すことができる。
実施例 本発明の実施例を附図を参照して説明する。
第１図および第２図において、１は火力発電所等の復
水器から排出される冷却水が有する熱エネルギを力学的
エネルギに変換する誘電体駆動装置で、該誘電体駆動装
置１は、シリンダ２と、該シリンダ２に摺動可能に嵌装
されたピストン３と、上記シリンダ２とピストン３とに
より形成された空間内に封入され、ある温度を境として
ゾル，ゲル変換し、その体積を大幅に変化させるゾル，
ゲル変換物質４（たとえばテトラ・メチル・エチレン・
ジアミン）とからなり、上記シリンダ２は図示しない復
水器から排出される約50℃前後の冷却水により加熱さ
れ、該排出冷却水による加熱は、シリンダ２内に封入さ
れたゾル，ゲル変換物質４がゲル状態からゾル状態に変
換されその体積が大幅に増加しピストン３を第２図
（イ）の位置から第２図（ロ）の位置に押し出すまで継
続する。
水器から排出される冷却水が有する熱エネルギを力学的
エネルギに変換する誘電体駆動装置で、該誘電体駆動装
置１は、シリンダ２と、該シリンダ２に摺動可能に嵌装
されたピストン３と、上記シリンダ２とピストン３とに
より形成された空間内に封入され、ある温度を境として
ゾル，ゲル変換し、その体積を大幅に変化させるゾル，
ゲル変換物質４（たとえばテトラ・メチル・エチレン・
ジアミン）とからなり、上記シリンダ２は図示しない復
水器から排出される約50℃前後の冷却水により加熱さ
れ、該排出冷却水による加熱は、シリンダ２内に封入さ
れたゾル，ゲル変換物質４がゲル状態からゾル状態に変
換されその体積が大幅に増加しピストン３を第２図
（イ）の位置から第２図（ロ）の位置に押し出すまで継
続する。
その後復水器から排出される冷却水による加熱は復水
器に供給される約20℃前後の冷却水による冷却に切換わ
り、該供給冷却水による冷却はゾル状態にあるゾル，ゲ
ル変換物質４がゲル状態に変換されその体積が大幅に減
少しピストン３が第２図（イ）の位置に戻るまで継続す
る。
器に供給される約20℃前後の冷却水による冷却に切換わ
り、該供給冷却水による冷却はゾル状態にあるゾル，ゲ
ル変換物質４がゲル状態に変換されその体積が大幅に減
少しピストン３が第２図（イ）の位置に戻るまで継続す
る。
上記誘電体駆動装置１により得られる力学的エネルギ
の大きさ即ちピストン３がシリンダ２内を往復動すると
きの出力およびストロークは、後述の静電誘導発電装置
５の要求仕様に応じてゾル，ゲル変換物質４の相転移時
即ちゾル，ゲル変換時の体積変化率に基づくシリンダ2,
ピストン３の寸法諸元の設定により求められ、上記往復
動の周期はシリンダ２部における熱交換性能およびゾ
ル，ゲル変換物質４の比熱とその物質の量などから求る
ことができる。
の大きさ即ちピストン３がシリンダ２内を往復動すると
きの出力およびストロークは、後述の静電誘導発電装置
５の要求仕様に応じてゾル，ゲル変換物質４の相転移時
即ちゾル，ゲル変換時の体積変化率に基づくシリンダ2,
ピストン３の寸法諸元の設定により求められ、上記往復
動の周期はシリンダ２部における熱交換性能およびゾ
ル，ゲル変換物質４の比熱とその物質の量などから求る
ことができる。
５は静電誘導発電装置で、該静電誘導発電装置５は、
第１図に示すように電極6aおよび6b間に移動可能に介装
される誘電体6cを誘電率の異なる移動方向に隣接した２
つの部分より構成し、該誘電体6cを前記誘電体駆動装置
１のピストン３に連結して駆動し該ピストン３の往復動
に応じて誘電体6cの誘電率の異なる部分が交替して電極
6a,6b間に位置させられることにより容量が可変制御さ
れる容量可変コンデンサ６と、該容量可変コンデンサ６
に充電用ダイオード７を介して初期充電電流を供給する
充電用電池８と、上記容量可変コンデンサ６の電極6aと
負荷間に接続された放電用サイリスタ９とから構成され
ている。
第１図に示すように電極6aおよび6b間に移動可能に介装
される誘電体6cを誘電率の異なる移動方向に隣接した２
つの部分より構成し、該誘電体6cを前記誘電体駆動装置
１のピストン３に連結して駆動し該ピストン３の往復動
に応じて誘電体6cの誘電率の異なる部分が交替して電極
6a,6b間に位置させられることにより容量が可変制御さ
れる容量可変コンデンサ６と、該容量可変コンデンサ６
に充電用ダイオード７を介して初期充電電流を供給する
充電用電池８と、上記容量可変コンデンサ６の電極6aと
負荷間に接続された放電用サイリスタ９とから構成され
ている。
上記において、誘電体駆動装置１のシリンダ２が冷却
水により冷却され該シリンダ２内のゾル，ゲル変換物質
４がゲル化しピストン３が第２図（イ）のようにシリン
ダ２内に引き込まれた状態にあるときは第１図に示すよ
うに該ピストン３に連結された誘電体6cは高い誘電率ε
１を有する部分が電極6a,6b間に位置しているとすると
下記のような初期充電作動が行われる。
水により冷却され該シリンダ２内のゾル，ゲル変換物質
４がゲル化しピストン３が第２図（イ）のようにシリン
ダ２内に引き込まれた状態にあるときは第１図に示すよ
うに該ピストン３に連結された誘電体6cは高い誘電率ε
１を有する部分が電極6a,6b間に位置しているとすると
下記のような初期充電作動が行われる。
即ち、初期状態では容量可変コンデンサ６の電荷はな
いものとすると充電用電池８の電源電圧Ｖによりダイオ
ード７は順方向にバイアスされオンとなり、放電用サイ
リスタ９は逆方向にバイアスされてオフとなるので第３
図（イ）に示す充電モード時の等価回路が構成され、容
量可変コンデンサ６はその両端電圧が電源電圧Ｖに等し
くなるまで充電される。
いものとすると充電用電池８の電源電圧Ｖによりダイオ
ード７は順方向にバイアスされオンとなり、放電用サイ
リスタ９は逆方向にバイアスされてオフとなるので第３
図（イ）に示す充電モード時の等価回路が構成され、容
量可変コンデンサ６はその両端電圧が電源電圧Ｖに等し
くなるまで充電される。
ここで、両電極6a,6bの極板面積をＡ（面積Ａ＝奥行
Ｗ×長さｌ）、極板間隔をｄ、誘電体6cの高い誘電率を
有する部分の該誘電率をε１とすると、このときの容量
可変コンデンサ６の容量C1は であるから、このときの電荷Ｑは となる。
Ｗ×長さｌ）、極板間隔をｄ、誘電体6cの高い誘電率を
有する部分の該誘電率をε１とすると、このときの容量
可変コンデンサ６の容量C1は であるから、このときの電荷Ｑは となる。
次に電荷Ｑを容量可変コンデンサ６に貯わえた状態で
誘電体駆動装置１のシリンダ２が図示しない復水器から
排出される約50℃程度に温度が上昇している冷却水によ
り加熱され該シリンダ２内に封入されているゾル，ゲル
変換物質４がゾル化し体積が膨張すると（たとえばゾ
ル，ゲル変換物質としてテトラ・メチル・エチレン・ジ
アミンを用いた場合の体積変化率は約700倍程度）、そ
れによりピストン３が第２図（ロ）のようにシリンダ２
から押し出され、該ピストン３に連結された誘電体6cの
高い誘電率ε１を有する部分も両電極6a,6b間の位置か
ら押し出され、その代りに上記誘電体6cの低い誘電率ε
２を有する部分が上記電極6a,6b間の位置に挿入され
る。
誘電体駆動装置１のシリンダ２が図示しない復水器から
排出される約50℃程度に温度が上昇している冷却水によ
り加熱され該シリンダ２内に封入されているゾル，ゲル
変換物質４がゾル化し体積が膨張すると（たとえばゾ
ル，ゲル変換物質としてテトラ・メチル・エチレン・ジ
アミンを用いた場合の体積変化率は約700倍程度）、そ
れによりピストン３が第２図（ロ）のようにシリンダ２
から押し出され、該ピストン３に連結された誘電体6cの
高い誘電率ε１を有する部分も両電極6a,6b間の位置か
ら押し出され、その代りに上記誘電体6cの低い誘電率ε
２を有する部分が上記電極6a,6b間の位置に挿入され
る。
上記において、容量可変コンデンサ６に貯えられた電
荷Ｑは一定であるから、該容量可変コンデンサ６の両端
電圧Vcは上記誘電体6cの誘電率の減少（ε１》ε２）に
より上昇しダイオード７は逆バイアスされオフとなるの
で、第３図（ロ）に示す放電モード時の等価回路が構成
される。
荷Ｑは一定であるから、該容量可変コンデンサ６の両端
電圧Vcは上記誘電体6cの誘電率の減少（ε１》ε２）に
より上昇しダイオード７は逆バイアスされオフとなるの
で、第３図（ロ）に示す放電モード時の等価回路が構成
される。
両電極6a,6b間に位置していた誘電体6cの高い誘電率
ε１を有する部分が低い誘電率ε２を有する部分に入れ
代ったときの容量可変コンデンサ６の端子電圧Vcは、該
容量可変コンデンサ６に蓄えられた電荷 を誘電率ε２のときの容量ε2Wl/dで割ったものに等し
い。
ε１を有する部分が低い誘電率ε２を有する部分に入れ
代ったときの容量可変コンデンサ６の端子電圧Vcは、該
容量可変コンデンサ６に蓄えられた電荷 を誘電率ε２のときの容量ε2Wl/dで割ったものに等し
い。
したがって容量可変コンデンサ６の端子電圧Vcの上昇
分ΔVcは となる。
分ΔVcは となる。
放電用サイリスタ９は上記ΔVcにて順方向にバイアス
されているので、該放電用サイリスタ９のゲートに上記
誘電体6cの移動完了を検知して発せられるトリガ信号を
入力すれば上記放電用サイリスタ９はオンし端子電圧の
上昇分ΔVc＝０となるまで負荷に電力を供給すると共に
充電用電池８は充電される。
されているので、該放電用サイリスタ９のゲートに上記
誘電体6cの移動完了を検知して発せられるトリガ信号を
入力すれば上記放電用サイリスタ９はオンし端子電圧の
上昇分ΔVc＝０となるまで負荷に電力を供給すると共に
充電用電池８は充電される。
次に上記端子電圧の上昇分ΔVcがゼロとなると放電用
サイリスタ９はオフする。このとき誘電体駆動装置１の
シリンダ２の図示しない復水器に供給される約20℃の冷
却水による冷却が始まり該シリンダ２内に封入されてい
るゾル，ゲル変換物質４が次第にゲル化して体積が減少
し最終的にはピストン３はシリンダ２内に引き込まれた
最初の状態に戻り、該ピストン３に連結されている誘電
体6cの低い誘電率ε２を有する部分は両電極6a,6b間の
位置から押し出され、その代り上記誘電体6cの高い誘電
率ε１を有する部分が第３図（イ）に示すように上記両
電極6a,6b間に位置し、誘電体6cの誘電率の変化により
容量可変コンデンサ６の端子電圧Vcは充電用電池８の電
源電圧Ｖより小となるので第３図（イ）に示す充電モー
ド時の等価回路が構成され、以下上記と同じサイクルを
繰り返すことになる。
サイリスタ９はオフする。このとき誘電体駆動装置１の
シリンダ２の図示しない復水器に供給される約20℃の冷
却水による冷却が始まり該シリンダ２内に封入されてい
るゾル，ゲル変換物質４が次第にゲル化して体積が減少
し最終的にはピストン３はシリンダ２内に引き込まれた
最初の状態に戻り、該ピストン３に連結されている誘電
体6cの低い誘電率ε２を有する部分は両電極6a,6b間の
位置から押し出され、その代り上記誘電体6cの高い誘電
率ε１を有する部分が第３図（イ）に示すように上記両
電極6a,6b間に位置し、誘電体6cの誘電率の変化により
容量可変コンデンサ６の端子電圧Vcは充電用電池８の電
源電圧Ｖより小となるので第３図（イ）に示す充電モー
ド時の等価回路が構成され、以下上記と同じサイクルを
繰り返すことになる。
次に上記サイクル間の電気出力を計算する。
最初に第４図に示すように両電極6a,6bの電極間隔ｄ
に対し誘電体6cの厚さｄ′を小とした場合即ち空隙を考
慮した場合につき計算式を求める。
に対し誘電体6cの厚さｄ′を小とした場合即ち空隙を考
慮した場合につき計算式を求める。
誘電体6cの高い誘電率ε１を有する部分が両電極6a,6
b間に位置する点を原点とし、該誘電体6cが第４図にお
いてｘだけ移動し、上記両電極6a,6b間には、誘電体6c
の高い誘電率ε１を有する長さ（ｌ−ｘ）の部分と低い
誘電率ε２を有する長さｘの部分とが位置したときの上
記高い誘電率ε１の部分および低い誘電率ε２の部分で
構成されるコンデンサの静電容量c1（ｘ）およびc
2（ｘ）は次式で与えられる。
b間に位置する点を原点とし、該誘電体6cが第４図にお
いてｘだけ移動し、上記両電極6a,6b間には、誘電体6c
の高い誘電率ε１を有する長さ（ｌ−ｘ）の部分と低い
誘電率ε２を有する長さｘの部分とが位置したときの上
記高い誘電率ε１の部分および低い誘電率ε２の部分で
構成されるコンデンサの静電容量c1（ｘ）およびc
2（ｘ）は次式で与えられる。
ここで、ε０は真空の誘電率、ζ１およびζ２は誘電
体がない場合の静電容量に対する空隙（ｄ−ｄ′）を有
する場合の静電容量の変化率でありζ１およびζ２は次
式で表わされる。
体がない場合の静電容量に対する空隙（ｄ−ｄ′）を有
する場合の静電容量の変化率でありζ１およびζ２は次
式で表わされる。
従ってこのときの容量可変コンデンサ６の容量ｃ
（ｘ）は となり、該容量可変コンデンサ６に貯わえられる静電エ
ネルギＷ（ｘ）は となり、誘電体6cを両電極6a,6b間に引き込む力Ｆは仮
想仕事の原理により静電エネルギをｘについて微分する
ことで求められる。
（ｘ）は となり、該容量可変コンデンサ６に貯わえられる静電エ
ネルギＷ（ｘ）は となり、誘電体6cを両電極6a,6b間に引き込む力Ｆは仮
想仕事の原理により静電エネルギをｘについて微分する
ことで求められる。
又、両電極6a,6b間にある誘電体6cの高い誘電率ε１
の部分が低い誘電率ε２の部分にすっかり入れ代ったと
き得られる静電エネルギの増加分は上記の静電エネルギ
の式においてｘ＝ｌとおいたものからｘ＝０とおいたも
のを差し引いたものとなる。即ち、 次に空隙を無視した簡略式に基づき発電出力およびそ
れに要する力学的エネルギおよび該力学的エネルギを発
生させる熱エネルギから全体の熱効力を求める。
の部分が低い誘電率ε２の部分にすっかり入れ代ったと
き得られる静電エネルギの増加分は上記の静電エネルギ
の式においてｘ＝ｌとおいたものからｘ＝０とおいたも
のを差し引いたものとなる。即ち、 次に空隙を無視した簡略式に基づき発電出力およびそ
れに要する力学的エネルギおよび該力学的エネルギを発
生させる熱エネルギから全体の熱効力を求める。
即ち、ｄ′≒ｄならば となるので、上記（１）乃至（６）は下記のとうりとな
る。
る。
いま、誘電体6cの低い誘電率ε２を有する部分を何も
ない空間とするとε２＝ε０（真空の誘電率）となり、
高い誘電率ε１を比誘電率ε1rを用いて表わすとε１＝
ε1r・ε０となり、ε1r≒1000とすると ところで、誘電体6cの高い誘電率ε１の部分が完全に
両電極6a,6b間に位置しているときの容量可変コンデン
サ６の静電容量は上記（３）式においてｘ＝０とおいた
ｃ（０）に等しく、充電用電池８の電源電圧Ｖにより上
記容量可変コンデンサ６に充電され貯わえられる電荷Ｑ
は上記静電容量ｃ（０）と電源電圧Ｖとの積で表わされ
る Ｑ＝ｃ（０）Ｖ いま極板の面積Wlを１〔m2〕、極板間の距離ｄを0.1
〔ｍ〕とすると静電容量ｃ（０）は、 で表わされ、充電用電池８の電源電圧Ｖを104ボルトと
すれば容量可変コンデンサ６に貯えられる電荷Ｑは Ｑ＝ｃ（０） V＝ε０×108 又容量可変コンデンサ６の両電極6a,6b間に位置する
高い誘電率ε１を有する部分が完全に上記両電極6a,6b
の外側に押し出され該両電極6a,6b間が空間となったと
きに得られる静電エネルギの増加分ΔＷは、 １サイクルが約１分間程度であると、容量可変コンデ
ンサ６の単位面積（1m2）当りの電気出力は 8.854×103/60≒150〔Ｗ〕 となる。
ない空間とするとε２＝ε０（真空の誘電率）となり、
高い誘電率ε１を比誘電率ε1rを用いて表わすとε１＝
ε1r・ε０となり、ε1r≒1000とすると ところで、誘電体6cの高い誘電率ε１の部分が完全に
両電極6a,6b間に位置しているときの容量可変コンデン
サ６の静電容量は上記（３）式においてｘ＝０とおいた
ｃ（０）に等しく、充電用電池８の電源電圧Ｖにより上
記容量可変コンデンサ６に充電され貯わえられる電荷Ｑ
は上記静電容量ｃ（０）と電源電圧Ｖとの積で表わされ
る Ｑ＝ｃ（０）Ｖ いま極板の面積Wlを１〔m2〕、極板間の距離ｄを0.1
〔ｍ〕とすると静電容量ｃ（０）は、 で表わされ、充電用電池８の電源電圧Ｖを104ボルトと
すれば容量可変コンデンサ６に貯えられる電荷Ｑは Ｑ＝ｃ（０） V＝ε０×108 又容量可変コンデンサ６の両電極6a,6b間に位置する
高い誘電率ε１を有する部分が完全に上記両電極6a,6b
の外側に押し出され該両電極6a,6b間が空間となったと
きに得られる静電エネルギの増加分ΔＷは、 １サイクルが約１分間程度であると、容量可変コンデ
ンサ６の単位面積（1m2）当りの電気出力は 8.854×103/60≒150〔Ｗ〕 となる。
尚上記において１サイクル間に得られた静電エネルギ
の増加分ΔＷは、容量可変コンデンサ６の誘電体6cを両
電極6a,6b内に引き込もうとする力に抗してなされた仕
事量即ち力学的エネルギと等しいが、上記容量可変コン
デンサ６の誘電体6cの移動に対しては該誘電体6cに働ら
く上記静電力以外に上記誘電体6cの移動時に働らく摩擦
力が存在する。
の増加分ΔＷは、容量可変コンデンサ６の誘電体6cを両
電極6a,6b内に引き込もうとする力に抗してなされた仕
事量即ち力学的エネルギと等しいが、上記容量可変コン
デンサ６の誘電体6cの移動に対しては該誘電体6cに働ら
く上記静電力以外に上記誘電体6cの移動時に働らく摩擦
力が存在する。
即ち、上記誘電体6cにチタン酸バリウムを用いた場合
は該チタン酸バリウムの密度は約5500kg/m2であるから
上記の計算例で用いた電極の面積wlが１×１〔m2〕で、
両電極間の距離ｄが0.1〔ｍ〕のときは該両電極間に位
置する誘電体6cの高い誘電率ε１を有する部分の体積は
0.1〔ｍ〕となりその重量は約550〔kg〕となる。
は該チタン酸バリウムの密度は約5500kg/m2であるから
上記の計算例で用いた電極の面積wlが１×１〔m2〕で、
両電極間の距離ｄが0.1〔ｍ〕のときは該両電極間に位
置する誘電体6cの高い誘電率ε１を有する部分の体積は
0.1〔ｍ〕となりその重量は約550〔kg〕となる。
上記誘電体6cをローラベアリング等を用いて支持した
としその回転摩擦係数を約0.00004と見ると摩擦力は約2
2kgとなり該摩擦力に抗して上記誘電体6cを１〔ｍ〕移
動させるに要する仕事量は22kg−ｍでジュールに換算す
ると215ジュールとなり力学的エネルギから電気的エネ
ルギへの変換効率はほぼ下記のとうりとなる。
としその回転摩擦係数を約0.00004と見ると摩擦力は約2
2kgとなり該摩擦力に抗して上記誘電体6cを１〔ｍ〕移
動させるに要する仕事量は22kg−ｍでジュールに換算す
ると215ジュールとなり力学的エネルギから電気的エネ
ルギへの変換効率はほぼ下記のとうりとなる。
次に上記の発電に要する力学的エネルギの合計値9.06
9×103ジュール即ち916.8kg-mを得るのに必要な熱エネ
ルギを試算する。
9×103ジュール即ち916.8kg-mを得るのに必要な熱エネ
ルギを試算する。
ゾル，ゲル変換物質としてたとえばテトラ・メチル・
エチレン・ジアミンを用いた場合その比熱は1.81×105
（J/m3℃）、体積変化率は7.0×101 （m3/kg℃） （3
5℃≦θ≦45℃）であり、これらの物性値を用いて上記
誘電体に働らく力Ｆの最大値と摩擦力との合計出力を、
出すに必要なシリンダ径は となり該シリンダに封入すべきゾル，ゲル変換物質の量
は1.0×10-2（m3）で、該ゾル，ゲル変換温度（約40
℃）を挟んで５℃上昇又は下降させるに必要な熱量は1.
814×105Jであるのでシリンダ部での熱伝導率を3.86×1
02（J/msec℃）と仮定すれば上記必要な熱量の移動時間
即ちサイクルタイムは30秒以下となる。
エチレン・ジアミンを用いた場合その比熱は1.81×105
（J/m3℃）、体積変化率は7.0×101 （m3/kg℃） （3
5℃≦θ≦45℃）であり、これらの物性値を用いて上記
誘電体に働らく力Ｆの最大値と摩擦力との合計出力を、
出すに必要なシリンダ径は となり該シリンダに封入すべきゾル，ゲル変換物質の量
は1.0×10-2（m3）で、該ゾル，ゲル変換温度（約40
℃）を挟んで５℃上昇又は下降させるに必要な熱量は1.
814×105Jであるのでシリンダ部での熱伝導率を3.86×1
02（J/msec℃）と仮定すれば上記必要な熱量の移動時間
即ちサイクルタイムは30秒以下となる。
尚上記の実施例では、誘電体を移動させるために火力
発電所等の復水器より排出される温度約50℃程度に暖め
られた冷却水温度と復水器に供給される冷却水温約21℃
との間の所定温度でゾル，ゲル変換し、その体積を大幅
に変化させるゾル，ゲル変換物質をシリンダ内に封入し
た例を述べたが上記温度範囲内の所定温度で変態を起
し、その形状を大幅に変化させるような物質（たとえば
形状記憶合金Au−Cd合金）を用いてもよいことは勿論で
ある。
発電所等の復水器より排出される温度約50℃程度に暖め
られた冷却水温度と復水器に供給される冷却水温約21℃
との間の所定温度でゾル，ゲル変換し、その体積を大幅
に変化させるゾル，ゲル変換物質をシリンダ内に封入し
た例を述べたが上記温度範囲内の所定温度で変態を起
し、その形状を大幅に変化させるような物質（たとえば
形状記憶合金Au−Cd合金）を用いてもよいことは勿論で
ある。
又実施例に示すような静電誘導発電装置を複数個設置
し、各装置の作動位相を僅かづつずらし、第５図に示す
ように作動位相に合わせた電極のスイッチングを行うこ
とにより、連続して電気エネルギを取り出すようにして
もよい。
し、各装置の作動位相を僅かづつずらし、第５図に示す
ように作動位相に合わせた電極のスイッチングを行うこ
とにより、連続して電気エネルギを取り出すようにして
もよい。
発明の効果 上記構成の本発明によれば、火力発電所等の復水器か
ら排出される温排水の温度（約50℃）と復水器に供給さ
れる冷却水の温度（約20℃）との間で、固相と液相ある
いは液相と気相の相転移を行い体積変化を生ずる物質、
又は固相間で結晶構造の転移を行い形状変化を生ずる物
質を駆動装置として用いて、上記復水器から排出される
温排水に含まれる熱エネルギを往復運動としての力学的
エネルギに変換し、該力学的エネルギ（往復運動エネル
ギ）により、低誘電率の部分と高誘電率の部分とからな
る誘電体を１対の電極間に移動可能に配設して構成され
た容量可変コンデンサの上記誘電体を移動させ、該誘電
体の高誘電率の部分が上記１体の電極間に位置している
ときに充電されて発生した静電エネルギを、上記誘電体
の低誘電率の部分を上記１対の電極間に位置させること
により増加させ、その増加分を取り出すようにすること
により、火力発電や原子力発電所等復水器から低温（約
50℃）の温排水を排出するすべての施設で、熱的ポテン
シャルが低くこれまで利用しにくかった温排水中の熱エ
ネルギを有効な電気エネルギとして取り出すことができ
るもので、実用上多大の効果を生み出すものである。
ら排出される温排水の温度（約50℃）と復水器に供給さ
れる冷却水の温度（約20℃）との間で、固相と液相ある
いは液相と気相の相転移を行い体積変化を生ずる物質、
又は固相間で結晶構造の転移を行い形状変化を生ずる物
質を駆動装置として用いて、上記復水器から排出される
温排水に含まれる熱エネルギを往復運動としての力学的
エネルギに変換し、該力学的エネルギ（往復運動エネル
ギ）により、低誘電率の部分と高誘電率の部分とからな
る誘電体を１対の電極間に移動可能に配設して構成され
た容量可変コンデンサの上記誘電体を移動させ、該誘電
体の高誘電率の部分が上記１体の電極間に位置している
ときに充電されて発生した静電エネルギを、上記誘電体
の低誘電率の部分を上記１対の電極間に位置させること
により増加させ、その増加分を取り出すようにすること
により、火力発電や原子力発電所等復水器から低温（約
50℃）の温排水を排出するすべての施設で、熱的ポテン
シャルが低くこれまで利用しにくかった温排水中の熱エ
ネルギを有効な電気エネルギとして取り出すことができ
るもので、実用上多大の効果を生み出すものである。
附図は本発明の実施例を示すもので、第１図は全体構成
図、第２図は（イ），（ロ）はゾル，ゲル変換時のシリ
ンダ内のピストンの移動状況を示す説明図、第３図
（イ），（ロ）はそれぞれ充電モード時および放電モー
ド時の等価回路、第４図は電極と誘電体との間に空隙を
有する場合の充電モード時の等価回路、第５図は静電誘
導発電装置を複数個設置したときの接続状況を示す説明
図である。 １……誘電体駆動装置、２……シリンダ、３……ピスト
ン、４……ゾル，ゲル変換物質、５……静電誘導発電装
置、６……容量可変コンデンサ、７……ダイオード、８
……充電用電池、９……放電用サイリスタ。
図、第２図は（イ），（ロ）はゾル，ゲル変換時のシリ
ンダ内のピストンの移動状況を示す説明図、第３図
（イ），（ロ）はそれぞれ充電モード時および放電モー
ド時の等価回路、第４図は電極と誘電体との間に空隙を
有する場合の充電モード時の等価回路、第５図は静電誘
導発電装置を複数個設置したときの接続状況を示す説明
図である。 １……誘電体駆動装置、２……シリンダ、３……ピスト
ン、４……ゾル，ゲル変換物質、５……静電誘導発電装
置、６……容量可変コンデンサ、７……ダイオード、８
……充電用電池、９……放電用サイリスタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−123703（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−44079（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−122637（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】固相と液相との間あるいは液相と気相との
間で相転移を行い体積変化を生ずる物質、又は固相間で
結晶構造の転移を行い形状変化を生ずる物質に、火力発
電所等の復水器から排出される約50℃の冷却水と上記復
水器に供給される約20℃の冷却水とを、所定の時間間隔
をおいて交互に適用して、上記物質に対し約50℃の冷却
水と約20℃の冷却水との温度差による体積変化又は形状
変化を繰り返し生じさせることにより、上記復水器から
排出される冷却水に含まれる熱エネルギを力学的エネル
ギに変換し、該力学的エネルギにより、低誘電率の部分
と高誘電率の部分とからなる誘電体を１対の電極間に移
動可能に配設して構成された容量可変コンデンサの上記
誘電体を移動させ、該誘電体の高誘電率の部分が上記１
対の電極間に位置しているときに充電されて発生した静
電エネルギを、上記誘電体の低誘電率の部分を上記１対
の電極間に位置させることにより増加させ、その増加分
を取り出すようにしたことを特徴とする排熱利用のエネ
ルギ変換方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62170590A JP2649351B2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 排熱利用のエネルギ変換方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62170590A JP2649351B2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 排熱利用のエネルギ変換方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6416277A JPS6416277A (en) | 1989-01-19 |
| JP2649351B2 true JP2649351B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=15907656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62170590A Expired - Lifetime JP2649351B2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 排熱利用のエネルギ変換方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2649351B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100437764B1 (ko) * | 2001-06-14 | 2004-06-26 | 엘지전자 주식회사 | 상전이 재료를 이용한 광 구동 마이크로 모터 |
| US9279409B2 (en) * | 2009-06-16 | 2016-03-08 | Single Buoy Moorings, Inc. | Environmental electrical generator |
| US20140111060A1 (en) * | 2011-12-12 | 2014-04-24 | Panasonic Corporation | Micro-electro-mechanical generator and electrical device using the same |
| JP6554055B2 (ja) * | 2016-03-22 | 2019-07-31 | 富士フイルム株式会社 | プラズマ生成装置、プラズマ生成方法およびプラズマ処理方法 |
| CN110260699B (zh) * | 2019-06-14 | 2023-10-20 | 西安昂步科技发展有限公司 | 一种热回收室及余热回收装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60122637U (ja) * | 1983-09-09 | 1985-08-19 | 株式会社日立製作所 | 復水器温排水熱回収装置 |
| JPS61123703A (ja) * | 1984-11-21 | 1986-06-11 | Toshiba Corp | 蒸気発電プラント |
| JPS6244079A (ja) * | 1985-08-20 | 1987-02-26 | Masafumi Yano | エネルギ−変換装置 |
-
1987
- 1987-07-08 JP JP62170590A patent/JP2649351B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6416277A (en) | 1989-01-19 |
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