JP3153902B2 - エネルギー発生方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱又は冷却によ
り伸長又は収縮するように形成された環境応答性複合材
料を利用したエネルギー発生方法及び装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】火力及び原子力発電所や各種工場におい
ては、１００℃以下の廃水等として低温廃熱が生じる
が、このような低温廃熱を機械的又は電気的エネルギー
として回収することは非常に困難であることから、一般
的には、そのような低温廃熱は有効利用されることな
く、廃棄されているのが現状である。しかしながら、こ
のような低温廃熱から機械的又は電気的エネルギーを経
済的に回収する技術が開発されれば、化石燃料消費によ
る地球温暖化の防止及び省エネルギーの観点から非常に
好ましいことは明らかである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、１００℃以
下の低温廃熱を機械的又は電気的エネルギーとして回収
することの可能なエネルギー発生方法及び装置を提供す
ることをその課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、圧力媒体を加圧して
高められた圧力を発生させる圧力発生工程と、該圧力発
生工程により得られた加圧された圧力媒体を用いて機械
的又は電気的エネルギーを発生させるエネルギー発生工
程からなり、該圧力発生工程における圧力媒体の加圧
を、加熱又は冷却により伸長又は収縮するように形成さ
れた環境応答性複合材料からなる筒状体内に挿通固着さ
れた弾性ゴムチューブ内に該圧力媒体を封入するととも
に、該環境応答性複合材料からなる筒状体を加温するこ
とにより行うことを特徴とするエネルギー発生方法が提
供される。また、本発明によれば、圧力媒体を加圧して
高められた圧力を発生させる圧力発生装置と、該圧力発
生装置により得られた加圧された圧力媒体を用いて機械
的又は電気的エネルギーを発生させるエネルギー発生装
置を備え、該圧力発生装置における圧力媒体の加圧を、
加熱又は冷却により伸長又は収縮するように形成された
環境応答性複合材料をからなる筒状体内に挿通固着され
た弾性ゴムチューブ内に該圧力媒体を封入するととも
に、該環境応答性複合材料からなる筒状体を加温するこ
とにより行わせることを特徴とするエネルギー発生装置
が提供される。さらに、本発明によれば、圧力媒体を封
入させた圧力発生容器を室内に有するとともに、その壁
部に作動媒体を室内に導入する配管と該作動媒体を室外
に排出させる配管とを有する圧力発生室と、該圧力発生
室内の圧力発生容器で得られた加圧された圧力媒体を移
送する配管と、該移送された圧力媒体を収容させる蓄圧
装置と、該蓄圧装置内に収容された圧力媒体を移送させ
る配管と、該移送された圧力媒体を用いて作動される機
械的又は電気的エネルギー発生装置を備えたエネルギー
発生装置であって、該圧力発生室内の圧力発生容器は、
加熱又は冷却により伸長又は収縮するように形成された
環境応答性複合材料からなる筒状体内に挿通固着された
弾性ゴムチューブからなることを特徴とするエネルギー
発生装置が提供される。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明においては、低温廃熱等の
熱から機械的又は電気エネルギーを得るための手段とし
て、加熱又は冷却により伸長又は収縮するように形成さ
れた環境応答性複合材料（以下、単に材料とも言う）を
用いる。即ち、本発明は、加熱・冷却による前記材料の
形状が変化するときに生じる形状変化力を、熱エネルギ
ーから機械的又は電気的エネルギーを発生させる手段と
して利用するものである。本発明で用いる材料は、前記
のように加熱又は冷却により伸長又は収縮するように形
成されたものであればどのようなものでもよいが、特許
第２６６８８５０号公報に記載されているような形状記
憶合金と弾性体との複合体等が好ましく用いられる。本
発明で用いる材料は、環境温度に対応して適宜選定され
るが、低温廃熱を利用する点から、通常、３０〜９０℃
で形状変化を生じるものが用いられる。

【０００６】本発明の方法は、圧力媒体を加圧して高め
られた圧力を発生させる圧力発生工程を含む。本発明で
は、この場合の圧力媒体の加圧は、加熱・冷却により伸
長又は収縮するように形成された環境応答性複合材料か
らなる筒状体内に挿通された弾性ゴムチューブ内に圧力
媒体を封入するとともに、その環境応答性複合材料から
なる筒状体を加熱・冷却することによって行う。この筒
状体材料を加熱すると、その筒状体材料が扁平形状の筒
状体材料に変化しようとする収縮力が発生し、この変化
の変形力による収縮力が弾性ゴムチューブの外周面から
内側方向に加わる。そのゴムチューブは外力により容易
に変形するので、その外力により収縮し、そのゴムチュ
ーブの収縮力が圧力媒体に加わり、圧力媒体の圧力が高
められる。即ち、弾性ゴムチューブ内には、材料の形状
変化力により、高められた圧力が発生する。なお、前記
圧力媒体としては、気体（空気、窒素等）や液体（水、
油等）が用いられる。

【０００７】本発明の方法は、前記のようにして高めら
れた圧力の圧力媒体を用いて機械的又は電気的エネルギ
ー発生させるエネルギー発生工程を含む。この場合、高
められた圧力を有する圧力媒体を用いて機械的又は電気
的エネルギーを得る方法としては、その圧力媒体をピス
トンの作動媒体として用いてピストンを作動させる方法
や、その圧力媒体で、空圧モータや油圧モータを回転さ
せる方法等がある。電気エネルギーに変換するには、前
記のようにして得られた機械エネルギーにより発電機を
回転させればよい。

【０００８】次に、本発明を図面を参照して説明する。
図１は本発明によるエネルギー発生装置の装置系統図を
示す。図１において、１は圧力発生室、２は弾性ゴムチ
ューブ、３は環境応答性複合材料からなる筒状体、４は
圧力媒体（油圧油）、５，１８は位置センサー、６は蓄
圧装置、７は油圧モータ、８は変速機、９は発電機を示
す。図１において、弾性ゴムチューブ２は、筒状体３内
に挿通されかつその筒状体３に固着されている。

【０００９】図２は、低温時の筒状体の形状説明図を示
す。ａはその側面図、ｂはその平面図を示す。図２にお
いて、３１は環境応答性複合材料からなる半円弧状板体
を示し、３２はその２つの半円弧状板体３１を連結し、
筒状体に形成するためのヒンジを示す。これらの半円弧
状板体の記憶形状は平板形状であり、加熱により、平板
形状に変形する。図３は、高温時の合金筒状体の形状説
明図を示す。ａはその側面図、ｂはその平面図を示す。
図３の筒状体は、図２に示した断面が円形状の筒状体を
加熱することにより得られるもので、断面が楕円形状の
全体が扁平した形状の筒体である。

【００１０】図１に示した装置系統図に従って、エネル
ギーを発生させるには、先ず、圧力発生室１内に配設さ
れている弾性ゴムチューブ２内に油圧油を封入する。こ
の場合、その筒状体３は、低温に保持されていることか
ら、図１及び図２に示したように、断面円形状の筒状体
に形成されている。次に、圧力発生室１内に、温廃水
を、その供給ライン１１から３方弁１３を介して導入
し、筒状体３を加熱する。この場合の加熱温度はその筒
状体を構成する合金により相違するが、通常は、１００
℃以下、好ましくは９０〜３０℃の温度である。筒状体
３は、この加熱によりその形状を変化させ、図３及び図
４に示す扁平形状となり、そして、この際の形状変化力
により、弾性ゴムチューブ２内の油圧油は圧縮される。
この圧縮により高められた圧力の油圧油が得られるが、
このものは逆止弁１９、ライン２０及び逆止弁２１を通
って蓄圧装置６に圧入される。蓄圧装置６は、その浮板
Ｐの上に重錘２２が乗せてあり、その蓄圧装置内の油圧
油には、その重錘２２の重さに対応する圧力が加えられ
る。

【００１１】蓄圧装置６内の油圧油は、ライン２３、逆
止弁２４、流量調節弁２５を通って油圧モータ７にその
作動媒体として供給され、そのモータを回転させた後、
ライン２６、流量調節弁２７及びライン２８を通って油
圧油タンク１０に導入される。

【００１２】筒状体３の加熱による変形収縮力により弾
性ゴムチューブ２内の油圧油がチューブから圧出される
と、ソレノイド弁１６を開いて室内の温水を排出させた
後、３方弁１３を切換えて、冷廃水をライン１２から弁
１３を通って圧力発生室１内に導入し、筒状体３を冷却
する。筒状体３は、その温度が元に戻ると形状も元に戻
るという可逆的な形状応答性を有しているので、冷却さ
れると元の円筒体形状に戻る。即ち、図３、図４の扁平
形状の筒状体から図１、図２の円筒形状の筒状体に変形
する。

【００１３】筒状体が扁平形状から元の円筒形状に復元
するときには、そのチューブ内部が減圧され、その減圧
による吸引力によりタンク１０内の油圧油がライン２９
及び逆止弁３０を通って弾性ゴムチューブ２内に導入さ
れる。油圧油がゴムチューブ内へ導入されると、ソレノ
イド弁１５を開放して冷廃水を室外へ排出した後、再び
室内に温廃水を導入して、筒状体３を加熱してその筒状
体を収縮させ、それに対応してゴムチューブ２を収縮さ
せて、弾性ゴムチューブ内の油圧油を圧出させて蓄圧装
置６に圧入させる。

【００１４】前記のような操作を繰返し行うことによ
り、油圧モータ７には常に一定圧の油圧油が提供され、
それによってモータの回転が保持され、その回転は変速
機８により所要の回転数に変換され、発電機９に伝達さ
れ、電気エネルギーが得られる。

【００１５】なお、位置センサー５は、筒状体３の位置
を検出するもので、その筒状体３が円筒形状（図１、図
２）の状態に達すると、その情報を３方弁１３に送り、
これにより３方弁１３は、温廃水が室内に導入されるよ
うに所定時間作動する。一方、その筒状体３が収縮形状
（図３、図４）の状態に達すると、その情報を３方弁１
３に送り、これにより３方弁１３は冷廃水が室内に導入
されるように所定時間作動する。一方、位置センサー１
８は、同様に筒状体３の位置を検出するもので、その筒
状体３が扁平形状の状態に達すると、ソレノイド弁１６
を所定時間開放して室内の温廃水を排出させる。一方、
筒状体３が円筒形状の状態に達すると、同様に弁１６を
所定時間開放して冷廃水を排出させる。

【００１６】図１に示した装置系は、圧力媒体として油
圧油を用いるものであるが、圧力媒体として、気体（空
気）を用いることもできる。但し、この場合には、タン
ク１０は必要とされず、ライン２８及びライン２９はこ
れを大気に連絡させる。また、油圧モータに代えて空圧
モータが用いられる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、従来技術では機械的又
は電気的エネルギーとして回収することの困難な比較的
低温の廃熱、特に、１００℃より低い温度の廃熱を利用
して、機械的又は電気的エネルギーを発生することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により機械的及び／又は電気的エネルギ
ーを発生させるための装置系統図の１例を示す。

【図２】低温時の筒状体の形状説明図を示す。

【図３】高温時の筒状体の形状説明図を示す。

【図４】図１における筒状体３を加熱したときの状態図
を示す。

【符号の説明】 １ 圧力発生室 ２ 弾性ゴムチューブ ３ 筒状体 ４ 油圧油 ５ 位置センサ ６ 蓄圧器 ７ 油圧モータ ８ 変速機 ９ 発電機 １０ 油圧タンク

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力媒体を加圧して高められた圧力を発
   生させる圧力発生工程と、該圧力発生工程により得られ
   た加圧された圧力媒体を用いて機械的又は電気的エネル
   ギーを発生させるエネルギー発生工程からなり、該圧力
   発生工程における圧力媒体の加圧を、加熱又は冷却によ
   り伸長又は収縮するように形成された環境応答性複合材
   料からなる筒状体内に挿通固着された弾性ゴムチューブ
   内に該圧力媒体を封入するとともに、該環境応答性複合
   材料からなる筒状体を加温することにより行うことを特
   徴とするエネルギー発生方法。
2. 【請求項２】 該圧力発生工程で得られた加圧された圧
   力媒体を、蓄圧工程を介して該エネルギー発生工程に供
   給する請求項１の方法。
3. 【請求項３】 圧力媒体を加圧して高められた圧力を発
   生させる圧力発生装置と、該圧力発生装置により得られ
   た加圧された圧力媒体を用いて機械的又は電気的エネル
   ギーを発生させるエネルギー発生装置を備え、該圧力発
   生装置における圧力媒体の加圧を、加熱又は冷却により
   伸長又は収縮するように形成された環境応答性複合材料
   からなる筒状体内に挿通固着された弾性ゴムチューブ内
   に該圧力媒体を封入するとともに、該環境応答性複合材
   料からなる筒状体を加温することにより行わせることを
   特徴とするエネルギー発生装置。
4. 【請求項４】 圧力媒体を封入させた圧力発生容器を室
   内に有するとともに、その壁部に作動媒体を室内に導入
   する配管と該作動媒体を室外に排出させる配管とを有す
   る圧力発生室と、該圧力発生室内の圧力発生容器で得ら
   れた加圧された圧力媒体を移送する配管と、該移送され
   た圧力媒体を収容させる蓄圧装置と、該蓄圧装置内に収
   容された圧力媒体を移送させる配管と、該移送された圧
   力媒体を用いて作動される機械的又は電気的エネルギー
   発生装置を備えたエネルギー発生装置であって、該圧力
   発生室内の圧力発生容器は、加熱又は冷却により伸長又
   は収縮するように形成された環境応答性複合材料からな
   る筒状体内に挿通固着された弾性ゴムチューブからなる
   ことを特徴とするエネルギー発生装置。