JP5271881B2 - 熱発電機 - Google Patents

Description

本発明は、外気温の変化を利用して発電する、燃焼や原子力によらずに環境への負荷の少ない熱発電機に関するものである。

電気を発電することは社会生活にとって必須のインフラであり、火力発電、水力発電、原子力発電、風力発電、太陽光発電などの様々な発電方式が用いられる。

このような火力発電や原子力発電は、二酸化炭素の排出や放射線漏れなどの環境への影響を及ぼす可能性がある。二酸化炭素の排出は地球温暖化の問題と相まって、早急に削減することが求められている。一方、風力発電や太陽光発電は、設置場所を選ぶ上、大型化するので簡単に設置することができない。

例えば、工場や事業所といった単位で発電機を設置したいこともある。このような工場や事業所といった単位をカバーする発電においては、（１）設置場所を選ばず、（２）設置が容易で、（３）環境負荷がなく、（４）コンパクトである、といったことが求められる。上述の発電施設は、これらの要件を満足することができない。

このような状況下で、外気温の変化を利用して発電を行なう発電機に関する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。

特開２００８−９１４５３号公報 特開２００２−２５７０３１号公報 特開２００５−２３８３３号公報 特開２００３−１１１４５９号公報 特開平１０−１４２６５号公報

特許文献１は、熱エネルギーを伝達する高温部材と低温部材とが対向し、これらの間の熱伝モジュールによって温度差を用いて熱から電気を発電する発電装置を開示する。

しかしながら、特許文献１に開示される発電装置は、熱伝モジュールを用いるので、装置が複雑でかつ高コストの部材などを必要とする問題がある。また高温部材と低温部材とを対向させて熱から電気を得る構造のためには、設置における難しさも存在し、容易に設置することができない問題がある。

特許文献２は、外周に取り付けられたユニットと太陽光によって高温側のユニットのピストンが伸長し、低温側のピストンが収縮することで、回転駆動力を生じさせる原動機を開示する。この原動機によって発電を行なわせる。

しかしながら、太陽光からのエネルギーを回転運動に変えるため、発電装置の構造や構成に制限が多くなる問題がある。太陽光からのエネルギーを直接的に回転運動にするには、太陽光からのエネルギーを多く受けなければならず、天候に左右されてしまう。このため、工場や事業所などで安定的に発電することに適しているとはいえない。

特許文献３は、温度差を水素吸蔵合金に与え、水素圧の変動によるポンプ作用で差動流体圧縮を行い、差動流体の膨張運動を器械運動に変換して電気を発電する発電装置を開示する。

しかしながら、液体の膨張・収縮によって発電を行なわせる装置では、液体が漏れたりしないように管理しなければならない問題がある。あるいは膨張・収縮する液体に対応する装置の開発や設置などに困難が伴う問題がある。

また、液体の膨張・収縮を利用するので、設置場所にも困難を伴う。

特許文献４は、熱発電モジュールの両側の温度差を利用して発電する発電装置を開示する。

しかしながら、具体的な構成が示されておらず、装置の小型化や低コスト化が図られていない問題がある。

特許文献５は、温度変化によって膨張・収縮する作動液の運動によって、器械運動を生じさせて発電する発電装置を開示する。

しかしながら、特許文献３と同じく、液体そのものの膨張・収縮を利用する発電装置は、設置の困難性や管理の困難性を生じさせる問題がある。

本発明は、このような設置の問題やコストの問題を解決すると共に工場や事業場において設置しやすく環境への影響の少ない外気温の変化を利用した熱発電機を提供することを目的とする。

上記のような課題を解決するための本発明による蓄電又は送電機能を有する熱発電機は、温度変化に基づいて膨張および収縮を行なう熱膨張部材と、前記熱膨張部材の膨張又は収縮に対応して内部の作動液を直線運動させる細長い管路と、前記管路中の作動液の直線運動を回転運動に変換する直線・回転運動変換手段と、直線・回転運動変換手段から供給される回転力により発電し、この発電した電力を蓄電又は送電する機能を有する発電手段と、前記管路の前記熱膨張部材側の第１端部内に配置され、前記熱膨張部材の膨張又は収縮に対応して前記第１端部内を移動して、作動液の直線運動を生じさせる、前記熱膨張部材の端部又はこれに接続された部材と、前記管路の前記直線・回転運動変換手段側の第２端部内に配置され、前記作動液の直線運動に対応して前記第２端部内を移動して、前記直線・回転運動変換手段に作動液の直線運動を伝える部材と、前記管路の第１端部内の前記熱膨張部材の端部又はこれに接続された部材より前記熱膨張部材側の部分と、前記管路の第２端部内の前記直線・回転運動変換手段に作動液の直線運動を伝える部材より前記直線・回転運動変換手段側の部分との間を、前記各部分内の作動液が一方の部分から他方の部分に移動可能なように、接続するバイパス管路と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の熱発電機は、外気温の変化を利用するだけで発電を行なえるので、環境への負荷がなく二酸化炭素を排出することもない。

また、熱膨張性の高い金属部材の膨張・収縮を直線運動から回転運動に変換して発電機を回すので、効率的に発電を行なえる。また、温度差を利用するのは固体部材であるので設置もしやすく管理の手間も省ける。

更に、本発明の熱発電機は、工場や事業場などにおいて容易に設置でき、外気と触れる場所であればどこでも設置できる。このため、設置コストが低減し、発電コストが低下する。

本発明の実施の形態１における熱発電機のブロック図である。 本発明の実施の形態１における熱発電機の変形例のブロック図である。 本発明の実施の形態２の熱発電機のブロック図である。 本発明の実施の形態３における熱発電機の詳細図である。 本発明の実施の形態３における熱発電機のブロック図である。 本発明の実施の形態３における伸縮ロッド複数型温度差変換部の詳細図である。 本発明の実施の形態３における伸縮ロッドの側面図である。 本発明の実施の形態３における伸縮ロッドの側面図である。 本発明の実施の形態３における伸縮ロッドの側面図である。 本発明の実施の形態３におけるスクリューナット回転型直線回転変換部の側面図である。

本発明の第１の発明に係る熱発電機は、温度変化に基づいて発電を行なう熱発電機であって、温度変化に基づいて膨張および収縮を行なう熱膨張部材と、熱膨張部材の膨張および収縮を受けて封入されている作動液を直線運動させる管路と、作動液の直線運動を回転運動に変換する直線・回転運動変換手段と、直線・回転運動変換手段により得られる回転力により動作される発電手段を備え、管路は、熱膨張部材と接する第１端部と直線・回転運動変換手段と接する第２端部を有し、第１端部の断面積は、第２端部の断面積よりも大きく、第１端部と第２端部とは、管路内をピストン上に移動する。

この構成により、外気温及び周囲温度の変化のみを要因として、熱発電機は発電を行える。この結果、二酸化炭素を排出することなく発電を行える。加えて、固体である熱膨張部材の膨張を基礎とした発電を行えるので、設置や操作の安定性が高く、様々な場所に容易に設置できる。

本発明の第２の発明に係る熱発電機では、第１の発明に加えて、管路は、開口部が第１端部および第２端部によって閉鎖されており、閉鎖された空間に作動液が充填され、第１端部が管路に挿入されることで、作動液が第２端部を押し出す。

この構成により、熱膨張部材の膨張や収縮による直線運動を増加させた上で、回転運動に変えることができる。

本発明の第３の発明に係る熱発電機では、第１又は第２の発明に加えて、熱膨張部材は、並列に第１端部に接する複数の突出部を更に備える。

この構成により、直線運動を増加させることができる。

本発明の第４の発明に係る熱発電機では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、熱膨張部材は、凹部および凸部の少なくとも一方を備え、外界と接触する表面積を拡大する。

この構成により、熱膨張部材の熱膨張や熱収縮を増加させることができる。

本発明の第５の発明に係る熱発電機では、第１から第４のいずれかの発明に加えて、熱膨張部材が接する外界の温度を計測する温度計測部を更に備え、温度計測部の測定結果に基づいて、発電手段で発電される発電量を予測して通知する通知手段を更に備える。

この構成により、ユーザーは、熱発電機の予測発電量を把握でき、熱発電機の利用における便利性が高まる。

本発明の第６の発明に係る熱発電機では、第１から第５のいずれかの発明に加えて、直線・回転運動変換部は、スクリューロッドとスクリューロッドと螺合するスクリューナットを備え、スクリューロッドとスクリューナットの螺合によって直線運動を回転運動に変換する。

この構成により、熱発電機は、直線運動を回転運動に容易に変換できる。

本発明の第７の発明に係る熱発電機では、第１から第６のいずれかの発明に加えて、熱膨張部材は、熱膨張係数の高い金属、樹脂、合金の少なくとも一つから形成される。

この構成により、熱膨張部材は、大きな膨張や収縮を得ることができる。

本発明の第８の発明に係る熱発電機では、第１から第７の発明に加えて、直線・回転運動変換部による回転速度を増加させて発電手段を回転させる増速機を更に備える。

この構成により、回転運動を増加させて、発電効率を増加できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱発電機のブロック図である。まず、図１を用いて熱発電機の概要を説明する。

（全体概略）
熱発電機１は、温度変化による熱膨張部材２の膨張、収縮によって発電を行なう。すなわち、熱発電機１は、外気の温度差や温度変化に基づいて発電を行なう。

熱発電機１は、温度変化に基づいて膨張および収縮を行なう熱膨張部材２と、熱膨張部材２の膨張及び収縮を受けて作動液１０を直線運動させる管路３と、作動液１０の直線運動を回転運動に変換する直線・回転運動変換手段４と、直線・回転運動変換手段４により得られる回転力により動作させる発電手段５を備える。

管路３は、熱膨張部材２と接する第１端部７と、直線・回転運動変換手段４と接する第２端部８とを有し、第１端部７の断面積は第２端部８の断面積よりも大きい。第１端部７と第２端部８とは、管路３内部を直線運動によって移動する。第１端部７と第２端部８の断面積の比によって、熱膨張部材２による押し出しを、より大きく変えて直線・回転運動変換手段４に伝達する。

すなわち、管路３は、一方の開口部が第１端部７で閉鎖され、他方の開口部が第２端部８で閉鎖され、第１端部７と第２端部８とによって閉鎖された空間に作動液１０が充填されている。作動液１０は、第１端部７と第２端部８の直線運動に合わせて直線運動を行なう。言い換えると、作動液１０は、第１端部７の直線運動に併せて直線運動を行い、作動液１０の直線運動を第２端部８に伝達する。

熱発電機１は、概略として次のような動作によって発電を行なう。

熱膨張部材２は、熱膨張係数の高い金属や合金で形成されている。熱膨張係数の高い金属や合金で形成されていることで、膨張したり収縮したりする。熱膨張部材２は、棒状の形状を有しているので膨張によって第１端部７を押し出す。熱膨張部材２の先端は、第１端部７に接しているからである。第１端部７が、熱膨張部材２によって押し出されると、管路３内部に充填されている作動液１０が、管路３内部を直線運動する。すなわち、作動液１０が管路３内部を第１端部７から第２端部８に向けて移動する。

第１端部７の押し出しによって移動した作動液１０によって第２端部８も押し出される。このとき、第１端部７の断面積は、第２端部８の断面積よりも大きいので、第１端部７の移動量に比べて、第２端部８の移動量は大きくなる。第１端部７の移動量と第２端部８の移動量との比は、第１端部７の断面積と第２端部８の断面積の比に基づく。管路３が作動液１０で充填されていることで、第１端部７の移動が第２端部８の移動につながる。

管路３は、作動液１０の直線運動によって、熱膨張部材２の膨張・収縮を第２端部８に伝達する。

第２端部８は、直線・回転運動変換手段４に接する。

直線・回転運動変換手段４は、第２端部８から伝達される直線運動を回転運動に変換する。例えば、複数の歯車と軸とが組み合わされることで直線運動を回転運動に変換してもよい。あるいは、スクリューロッドとスクリューナットの螺合によって直線運動を回転運動に変換してもよい。

直線・回転運動変換手段４によって生じた回転力は、発電手段５に伝わる。発電手段５は、発電機６を備えており、回転力はこの発電機６を回転させる。発電機６が回転することで発電される。

熱膨張部材２は、膨張の次には収縮が生じる。熱膨張部材２が収縮すると、第１端部７は熱膨張部材２側に引き戻され、これに伴って第２端部８も引き戻される。第１端部７と第２端部８との動きによって、逆向きの直線運動が生じる。

この逆向きの直線運動は、再び直線・回転運動変換手段４に伝達されて、回転運動が生じる。この回転運動は、再び発電機６を回転させる。

また、第２端部８から第１端部７に作動液１０が逆流するバイパス管路１２が存在することで、熱膨張部材２の収縮時に、第１端部７と第２端部８とが熱膨張部材２側に移動する動きを確実なものとする。この移動は直線運動であって、この直線運動が回転運動を生じさせて発電機６を回転させる。

以上のように、熱膨張部材２の膨張・収縮によって生じる直線運動が、管路３で増加され、増加された直線運動が回転運動に変換されて、回転運動は発電機６を回転させて、熱発電機１は、発電を行なう。

熱発電機１は、外気温及び周囲温度の温度差や温度変化を基礎として発電を行なうので、化石燃料を燃焼させることもなく二酸化炭素排出も行なわない。加えて、温度変化をつかまえることさえできればよいので、設置箇所も選ばず、事業場や工場などの必要な場所において容易に熱発電機１を設置できる。

次に、各部の詳細について説明する。

（熱膨張部材）
熱膨張部材２は、外気温及び周囲温度の変化によって膨張や収縮を行なう部材である。特に、熱膨張係数の高い金属や合金によって形成されることが好適である。

熱膨張係数の高い金属や合金であるので、アルミニウム、銅などの金属が用いられることが好適である。もちろん、熱膨張係数と耐久性とのバランスが確保できれば、金属や合金のみならず、樹脂であっても良い。

熱膨張部材２は、第１端部７を押し出したり引き戻したりする役割を有するので、第１端部７と接する。このため、熱膨張部材２は、棒状の形状を有していることが適当である。もちろん、これ以外の形状を有していてもよい。

また、熱膨張部材２は、熱発電機１の一要素であるので、劣化などに応じて簡単に交換ができ、熱発電機１のメンテナンス性を高めることができる。

なお、熱膨張部材２は、外界の気温変化をよりつかまえやすい位置に配置されることが好ましい。
また、熱膨張部材２を透明なフードで囲うことにより太陽光熱等による周囲温度の変化量を増加させることも可能となる。

（管路）
管路３は、両端に開口部を有する通路であり、内部に作動液１０を封入している。管路３の両端の開口部の一方は、第１端部７で閉鎖され、他方は第２端部８で閉鎖される。第１端部７は、熱膨張部材２に接し、第２端部８は、直線・回転運動変換手段４に接する。また、第１端部７および第２端部８は、管路３内部を移動可能であり、第１端部７および第２端部８の移動に合わせて管路３に封入されている作動液１０が直線運動を行なう。

ここで、作動液１０は、液体やゲルであり、第１端部７および第２端部８の前後移動に伴って直線運動できるものであればなんでもよい。但し、直線運動をスムーズに行なうことができる素材で構成されることが好ましい。例えば、油や不凍液などが用いられる。

管路３は、第１端部７と第２端部８の移動によって、作動液１０に直線運動を行なわせ、第２端部８を介して直線運動を直線・回転運動変換手段４に伝達させる。すなわち、管路３は、作動液１０を直線運動させることで熱膨張部材２の膨張・収縮を直線運動につなげることができる。

なお、管路３は、第１端部７から第２端部８に至るまで直線でもよいし、図１に示されるように屈曲していても良い。屈曲していたとしても、第１端部７が管路３内部に入り込む移動が第２端部８の移動につながればよく、作動液１０が途中で曲がるとしても直線運動であるとみなす。つまり、管路３内部の作動液１０の直線運動とは、物理的な直線のみを含むものではなく、屈曲を経由しつつ作動液１０がある移動量をもって移動することを含むものである。

管路３は、樹脂、金属、合金など様々な素材で構成されれば良いが、耐久性を考慮しておく必要がある。

第１端部７と第２端部８とは、金属、樹脂、合金などで形成されれば良い。また、バイパス管路１２を備えることで、熱膨張部材２の収縮時における第１端部７の管路３内での移動が確実に行なえる。

ここで、作動液１０の直線運動量を増加させるために、第１端部７の断面積は、第２端部８の断面積よりも大きい。熱膨張部材２が第１端部７を管路３内部に押し込む量は、熱膨張によるものだけであって最終的な回転運動を生じさせるのに不十分である。一方で、第１端部７の移動量ではなく第２端部８の移動量が、直線・回転運動変換手段４が受ける移動量になる。このため、第１端部７が熱膨張部材２から受け取る移動量を増加させて第２端部８に伝えればよいことになる。

第１端部７の断面積が第２端部８の断面積より大きいことで、第１端部７の移動量に比較して、第２端部８は長い距離を移動する。第１端部７の移動量と第２端部８の移動量は、第１端部７の断面積と第２端部８の断面積との比率で定まる。これは、第１端部７と第２端部８とが作動液１０で充填されており、作動液１０の移動体積が、第２端部８の移動距離として現れてくるからである。

以上のように、管路３は、断面積の大きい第１端部７と断面積の小さい第２端部８とで両端を閉鎖して、作動液１０で充填されていることで膨張部材２の膨張・収縮量よりも大きな量を直線運動として生じさせることができる。

（直線・回転運動変換手段）
次に、直線・回転運動変換手段４について説明する。

熱発電機１は、最終的に発電機６を回転させることで発電を行なう。

このため、管路３が生じさせる直線運動を回転運動に変換する必要がある。直線・回転運動変換手段４は、管路３の直線運動を回転運動に変換する。

直線・回転運動変換手段４は、例えば、スクリューロッドとこれと螺合するスクリューナットとを備えた機構であり、管路３からの直線運動を受けたスクリューナットがスクリューロッドを回転させることで、直線運動を回転運動に変換する。このとき、管路３の出口である第２端部８と直線・回転運動変換手段４とは、接続シャフト１３で接続されている。この接続シャフト１３が、管路３の直線運動を直線・回転運動変換手段４に伝達する。例えば、スクリューナットが接続シャフト１３の運動を受けてスクリューロッドを回転させる。

このとき、直線・回転運動変換手段４は、回転量を増加させるために、複数の歯車を組み合わせて回転数を増加させることも好適である。例えば増速機を用いて回転数を増加させる。増速機は、直線・回転運動変換手段４内部に備えられても良いし、直線・回転運動変換手段４と発電手段５との間に設けられても良い。

（発電手段）
発電手段５は、回転運動を受けて回転する発電機６を備え、発電機６の回転によって発電を行なう。

発電機６は、発電を行なう公知の部材や装置が用いられればよく、設置する場所で必要となる電力や熱膨張部材２の膨張・収縮に見合う電力を発生させる性能を有しておればよい。

発電手段５は、発電機６のみならず、発電された電力を蓄電したり送電したりする機能を備えていても良い。このように蓄電や送電の機能も備えていることで、熱発電機１の利用性が更に高まる。

実施の形態１の熱発電機１は、以上説明した各要素を備えて、熱膨張部材２の膨張・収縮に基づいて発電を行なう。また、作動液１０そのものが熱膨張や熱収縮を受ける従来技術と異なり、熱発電機１は、液体よりも管理しやすく安定性の高い個体部材である熱膨張部材２の熱膨張や熱収縮を受けた作動液１０が直線運動を行なう。このため、熱発電機１の設置が容易であるし、発電も安定しやすくなる。

（変形例）
次に、熱発電機１の変形例について図２を用いて説明する。

図２は、本発明の実施の形態１における熱発電機の変形例のブロック図である。

図２より明らかな通り、変形例の熱発電機１は、熱膨張部材２が、並列に第１端部７に接する複数の突出部２０を備える構成を有している。

熱膨張部材２は、外気温の変化によって膨張や収縮を行なう。この膨張や収縮が第１端部７に伝達されて作動液１０の直線運動を生じさせる。しかし、熱膨張部材２の熱膨張や熱収縮だけでは作動液１０の直線運動が不十分となりうる。

図２に示す変形例の熱発電機１は、熱膨張部材２が複数の突出部２０を備えることで、熱膨張部材２の表面積を拡大でき、熱吸収および熱放散を促進させることができる。加えて第１端部７への加圧を増加させる。これらが相まって、熱膨張部材２が第１端部７を管路３に押し引きする量を増加させることができる。熱膨張部材２が、第１端部７をより多く管路３に押し引きすることができると、管路３に封入された作動液１０の直線運動の量が増加する。この増加によって、熱発電機１の発電量が増加する。

突出部２０のそれぞれは、熱膨張部材２の一部をなすものであるから、熱膨張部材２と同様に熱膨張係数の高い金属、合金などで形成されることが好適である。また、複数の突出部２０が並列に第１端部７を押すことで、加圧力が高まる。

以上の変形例のように、熱膨張部材２が、複数の突出部２０を備えることで作動液１０の直線運動が増加するメリットがある。

また、熱膨張部材２は、凹部および凸部の少なくとも一つを備え、外界と接触する面積を増加させることもよい。熱膨張部材２の表面にエンボス加工が施されたり、ディンプルが形成されたりすることで、熱膨張部材２の表面積が増加する。表面積が増加することで、熱膨張部材２の外界接触面積が増加する。外界接触面積が増加することで、熱膨張部材２は外気温の影響を更に受けやすくなって、より大きな熱膨張や熱収縮を行なうことができる。熱膨張や熱収縮が増加することで、管路３に封入される作動液１０の直線運動の移動量が増加し、最終的な回転運動の回転量も増加する。これらの結果、熱発電機１の発電能力が高まるものである。

実施の形態１の熱発電機１は、設置や管理の容易である固体部材である熱膨張部材２の熱膨張・熱収縮が、直線運動を生じさせつつ回転運動に変換されて、発電機６を回転させて発電を行なう。

このため、化石燃料の燃焼などに伴う二酸化炭素の排出もなく環境にやさしい発電が実現できる。加えて、設置場所を選ぶことなく、管理も容易である。結果として、工場や事業場などの様々な場所に、熱発電機１は設置される。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。

図３は、本発明の実施の形態２の熱発電機のブロック図である。

実施の形態２における熱発電機１は、熱膨張部材２が接する外界の温度を計測する温度計測部３０を更に備え、温度計測部３０での測定結果に基づいて、発電手段５での発電量を予測してユーザーに通知する通知手段３１を備える。

実施の形態２における熱発電機１は、実施の形態１で説明した熱発電機と、発電にかかわる構成では同一である。

ここで、熱発電機１は、熱膨張部材２の熱膨張および熱収縮によって発電を行なう。このため、外気温や外気温の変化に基づいて発電量が推定される。

熱発電機１のユーザーは、事業用や家庭用で熱発電機１を使用するので、熱発電機１が発電可能な発電量を予め推定したい場合がある。太陽光発電であれば、日射量や気温によって、発電量が推定される。これと同様に、実施の形態２の熱発電機１は、温度計測部３０が測定する外気温や外気温の変化に基づいて、発電量を推定する。

外気温や外気温の変化に基づく発電量は、経験則的に推定される。気温や気温変化と発電量との関係は、発電機の性能や直線・回転運動の量などから推定される。これらは、予め実験により得られるマトリクスに基づいて推定される。

例えば、外気温の平均値が２０度であり、外気温の変化量が１０度であるときには、発電機の最大性能の６０％の発電量が見込まれるとの実験結果がある場合には、熱発電機１は、発電機の最大性能６０％の発電量を推定値として予測する。

通知手段３１は、この予測された発電量をユーザーに通知する。この通知を受けたユーザーは、当該状況下での発電量を把握することができ、例えば工場や事業場での自家発電への依存量を決定することができる。また、これらの予測値の年間平均に基づき、エネルギー計画を立てることも可能となる。

このように、実施の形態２における熱発電機１は、外気温や外気温の変化を計測する温度計測部３０によって発電量を予測し、予測された発電量をユーザーに通知することで、ユーザーへの便宜を高めることができる。

なお、温度計測部３０は、熱電対や照度温度計などを用いればよい。また、温度計測部３０は、外気温、外気温の変化、外気温の平均値など、外気温に関する様々な情報を計測することができる。これらの情報に基づいて、温度計測部３０は、発電量を予測する。

通知手段３１は、予測された発電量をユーザーに通知するが、通知に際しては、データ表示、電子メール、音声通知、画像通知など種々の手段の組み合わせで、ユーザーに通知すればよい。

なお、温度計測部３０が、計測された気温情報から発電量を予測しても良いし、通知手段３１が予測しても良い。これらは図３においては異なる要素として表されているが、特段の区別がされるものではない。また、温度計測部３０や通知手段３１は、ハードウェアで構成されても良いし、ソフトウェアで構成されても良い。

以上、実施の形態２における熱発電機１は、外気温に関する情報を計測することで、予測される発電量をユーザーに通知して、ユーザの利便性を高めることができる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。

実施の形態３は、熱発電機を実現するより詳細な構成について説明する。

図４は、本発明の実施の形態３における熱発電機の詳細図である。図４に示される熱発電機は、直線・回転運動変換手段を、スクリューロッド回転型直線回転変換部１７４として表している。また、図４の熱発電機は、熱膨張部材を、伸縮ロッド単体型温度差伸縮変換部１７１、又は伸縮ロッド複数型温度差伸縮変換部１７２とし、双方を総称し伸縮ロッド温度差伸縮部１７０として表している。また、管路、第1端部および第２端部を含む構成を伸縮増幅部１７３として表している。また、発電手段を発電部１７６として表している。

まず、各ブロックのそれぞれについて説明する。

（伸縮ロッド温度差伸縮部）
まず、熱膨張部材に対応する伸縮ロッド温度差伸縮部１７０について説明する。図４は、単体の伸縮ロッドを備える場合を示し、図６は、複数の伸縮ロッドを備える場合を示す。図６は、本発明の実施の形態３における伸縮ロッド複数型温度差変換部１７２の詳細図である。

伸縮ロッドは、熱膨張係数の高い金属、合金、樹脂などで形成される。この伸縮ロッドは、外気温及び周囲温度の変化を受けて膨張・収縮してピストン（a）１０６を押し出して直線運動を生じさせる。

伸縮ロッド単体型温度差伸縮変換部１７１は、単体の伸縮ロッド１０１を有している。伸縮ロッド１０１を伸縮ロッド固定サポート１０２及び伸縮ロッド移動側サポート１０３にて保持し接続ピン（ａ）１０４にて伸縮増幅部１７３のピストン（ａ）１０６へ接続する。

次に、伸縮ロッド複数型伸縮変換部１７２について説明する。図７〜図９は、本発明の実施の形態３における伸縮ロッドの側面図である。

伸縮ロッド複数型伸縮変換部１７２は、複数の伸縮ロッドを備える。

伸縮ロッド１４１の一方端を伸縮ロッド固定サポート１５１の両外側へ接続ピン１４３にて接続する。

次に伸縮ロッド１４１の他端を表面に断熱材を施したハット形をした伸縮ロッドホルダー（ａ）１４８の開放部外側へ接続ピン１４６にて接続する。

次に伸縮ロッド１４２の一方端を伸縮ロッドホルダー（ａ）１４８の反開放側内側へ接続ピン１４４にて接続する。

次に伸縮ロッド１４２の他端を表面に断熱材を施したハット形をした伸縮ロッドホルダー（ｂ）１４９の開放部外側へ接続ピン１４７にて接続する。

次に伸縮ロッド１５０の一方端を伸縮ロッドホルダー（ｂ）１４９の反開放側内側へ接続ピン１４５にて接続する。

次に伸縮ロッド１５０を接続ピン（ａ）１０４と伸縮ロッドホルダー（ｂ）１４９の開放部側の間に伸縮ロッド１５０の温度差による伸縮（長手）方向を拘束しない伸縮ロッド移動側サポート１５２を取付け、先に接続した伸縮ロッド固定サポート１５１にて伸縮ロッド複数型温度差伸縮変換部１７２を保持する。

次に接続ピン（ａ）１０４にて伸縮増幅部１７３のピストン（ａ）１０６へ接続する。

以上の構成により、複数の伸縮ロッドが段階的に伸びその伸縮量が累積され、伸縮増幅部１７３のピストン（ａ）１０６へ伝わる移動量が大きくなる。また、伸縮ロッドホルダー（a）１４８、伸縮ロッドホルダー（ｂ）１４９の材質は、伸縮ロッドよりも熱膨張係数の小さい金属や合金等を用いる。

伸縮ロッド単体型温度差伸縮変換部１７１若しくは、伸縮ロッド複数型温度差伸縮変換部１７２のいずれかが、環境や設置状況を考慮して採用される。

（伸縮増幅部）
次に、伸縮増幅部１７３の形態を説明する。

ピストン（ａ）１０６が内蔵されたシリンダー（ａ）１０５とピストン（ｂ）１０９が内蔵されたシリンダー（ｂ）１０８を連通管（ａ）１０７と連通管（ｂ）１１０にてシリンダー内へ液体を入れ接続する。液体は、直線運動を生じさせつつ直線運動を増加させる作動液となる。

次に、伸縮ロッド単体型温度差伸縮変換部１７１の伸縮ロッド１０１若しくは伸縮ロッド複数型温度差伸縮変換部１７２の伸縮ロッド１５０へピストン（ａ）１０６を接続ピン（ａ）１０４にて接続する。

シリンダー（ｂ）１０８のピストン（ｂ）１０９をスクリューロッド回転型直線回転変換部１７４へ接続する為の接続ロッド１１２の一方端へ、接続ピン（ｂ）１１１にて接続する。

ピストン（a）１０６が移動することで、液体が移動してピストン（ｂ）１０９を押し出す。このとき、ピストン（ａ）１０６とピストン（ｂ）１０９との断面積の比によって伸縮ロッド温度差伸縮部１７０の伸縮ロッドにより生じる直線運動が増幅される。

（スクリューロッド回転型直線回転変換部）
スクリューロッド回転型直線回転変換部１７４は、スクリューナット１１８とスクリューロッド１２１の組み合わせを備えて、直線運動を回転運動に変換する。ガイドロッド１１６の長手方向に自由に動け又スクリューナット１１８との取付部がワニ口状になりスクリューナット１１８の回転を拘束する形状のスクリューナットホルダー１１７を取付けたガイドロッド１１６の一方端（接続ピン（ｃ）１１３側）をガイドロッド１１６の長手方向の動きを拘束したガイドロッドサポート（ａ）１１４及び他方（反接続ピン（ｃ）１１３側）をガイドロッドサポート（ｂ）１１５に取付けガイドロッド１１６を保持する。

次に、スクリューナットホルダー１１７の長手方向移動時、スクリューナットホルダー１１７と共に動く様に拘束され、かつスクリューナットの回転を拘束する凹形状の溝を持つスクリューナット１１８をスクリューナットホルダー１１７へ取付ける。更に、スクリューナット１１８の長手方向移動部分表面へねじを施したスクリューロッド１２１をスクリューナット１１８へ挿入し、その一方端をスクリューロッド１２１の長手方向移動を拘束するスクリューロッドサポート（ａ）１１９及び他端をスクリューロッドサポート（ｂ）１２０へ取付け保持する。

次に、伸縮増幅部のピストン（ｂ）１０９に接続された接続ロッド１１２の他端を接続ピン（ｃ）１１３にてスクリューナットホルダー１１７に接続する。また、スクリューロッド１２１の一方端へスクリューロッド１２１と共に回転するスプロケット（ａ）１２２を取付ける。

以上の構成によって、スクリューロッド回転型直線回転変換部１７４は、伸縮増幅部１７３より得られる直線運動を回転運動に変換する。

（スクリューナット回転型直線回転変換部）
次に図１０にてスクリューナット回転型直線回転変換部１７５の詳細を説明する。図１０は、本発明の実施の形態３におけるスクリューナット回転型直線回転変換部の側面図である。

スクリューナット１６５取付部の表面にねじを施したスクリューロッド１６３へスプロケット（ａ）１６６を取付けたスクリューロッド１６３の長手移動方向への動きと共に長手方向に動くのを拘束する為に外周面が凹状にくびれているスクリューナット１６５を取付ける。

次に、スクリューロッド１６３の長手方向移動を拘束しないスクリューロッドサポート（ａ）１６１をスクリューロッド１６３の接続ピン（ｂ）１１１側のスクリューロッド１６３表面に施されたねじ端部と接続ピン（ｂ）１１１との間に取付け又他端のスクリューロッド１６３表面へねじが施されていない部分へスクリューロッド１６３の長手方向移動を拘束しないスクリューロッドサポート（ｂ）１６２を取付け、スクリューロッド１６３を保持する。

次にスクリューナットサポート１６４にてスクリューナット１６５を保持しスクリューナット１６５がスクリューロッドの長手方向へ動くのを拘束する。

次に伸縮増幅部のピストン（ｂ）１０９に接続ピン（ｂ）１１１にてスクリューロッド１６３を接続する。
また、スクリューロッド回転型直線回転変換部１７４、スクリューナット回転型直線回転変換部１７５のスクリューナット及びスクリューロッドのねじ部はボールねじを使用するとより滑らかな動きとなる。

以上、スクリューロッド回転型直線回転変換部１７４若しくはスクリューナット回転型直線回転変換部１７５のいずれかを、設置場所の諸環境等を考慮して採用する。

（発電部）
発電部１７６は、回転運動を受けて発電機１３１を回転させることで、発電を行なう。発電効率を上げるために、発電部１７６は、回転力を増速させる機構も有する。

スプロケット（ｂ）１２３を取付けた回転軸１２７を、その長手方向移動を拘束する回転軸軸受（ａ）１２５と回転軸軸受（ｂ）１２６をスプロケット（ｂ）１２３の両側へそれぞれ取付け回転軸１２７を保持する。回転軸１２７と増速機１２９を回転軸１２７の回転を伝達できる軸継手（ａ）１２８にて接続する。

次に増速機１２９と発電機１３１を増速機１２９の回転を伝達できる軸継手（ｂ）１３０にて接続する。回転軸１２７に取付けたスプロケット（ｂ）１２３とスクリューロッド回転型直線回転変換部のスクリューロッド１２１に取付けられたスプロケット（ａ）１２２若しくはスクリューナット回転型直線回転変換部のスクリューナット１６５に取付けられたスプロケット（ａ）１６６をチェーン１２４にて接続する。回転直線変換部からの回転伝達は他にベルト、ギアー等を用いてもよい。

実施の形態３における熱発電機は、以上のような構成を有している。

次に、実施の形態３における熱発電機の動作について説明する。

（動作説明その１）
まず、伸縮ロッド単体型温度差伸縮変換部１７１によって熱発電機が動作する場合を説明する。

図４、図５は、伸縮ロッド単体型温度差伸縮変換部１７１を用いた場合を示している。図５は、本発明の実施の形態３における熱発電機のブロック図である。

この伸縮ロッド単体型温度差伸縮変換部１７１の伸縮ロッド１０１が周囲温度差により伸縮しその差の分ピストン（ａ）１０６側が動く。その動きにて伸縮増幅部１７３のシリンダー（ａ）１０５のピストン（ａ）１０６を動かし、シリンダー室（ａ）内の液体を押し出し連通管（ａ）１０７を介しシリンダー室（ｂ）内に入りシリンダー（ｂ）１０８のピストン（ｂ）１０９を動かす。

この時、ピストン（ａ）１０６のＡ面とピストン（ｂ）１０９のＢ面の面積比によりピストン（ｂ）１０９の動き量を増幅させる。連通管（ａ）１０７内部が液体で充填されているので、ピストンの断面積比によって、動き量が増幅されるからである。

この増幅させた動き量が、接続ロッド１１２を介してスクリューロッド回転型直線回転変換部１７４のガイドロッド１１６にて保持されたスクリューナット１１８を取付けたスクリューナットホルダー１１７に伝達され、ガイドロッド１１６の長手方向へスクリューナットホルダー１１７とスクリューナット１１８が共に動く。

同時にスクリューナット１１８はガイドロッド１１６に平行に配置されているスクリューロッド１２１の上を動く。

スクリューナット１１８が動く直線運動をスクリューナット１１８とスクリューロッド１２１の表面に施されたねじ部の噛み合わせによりスクリューロッド１２１がその一方端へ取付けられたスプロケット（ａ）１２２と共に回転する回転運動に変換する。

この回転運動に変換された回転を、チェーン１２４を介し発電部１７６のスプロケット（ｂ）１２３を取付けた回転軸１２７へ伝達する。回転軸１２７へ伝達された回転を軸継手（ａ）１２８を介して増速機１２９へ伝達し回転が増幅され軸継手（ｂ）１３０を介して発電機１３１に伝達され発電機１３１を回転させ発電を行う。

以上のように、単体の伸縮ロッド１０１が外気温及び周囲温度の変化によって生じさせた膨張や収縮が、直線運動から回転運動を生み出して、最終的に発電を行なう。このとき、発電の起因となるのは外気温の変化および周囲温度のみであるから、熱発電機は二酸化炭素を排出することもない。また、固体である伸縮ロッドの膨張・収縮を用いるので、設置場所を選ぶことも無く、事業場や工場など、様々な場所に容易に設置ができるものである。

また、直線回転変換は、スクリューナット回転型直線回転変換部１７５を用いて発電を行なっても良い。

スクリューナット回転型直線回転変換部１７５の使用においては、伸縮ロッドの膨張によって生じた直線運動を伸縮増幅部１７３にて増幅させ、スクリューナット型回転直線回転変換部１７５に伝達する。

この増幅させた動きをスクリューナット回転型直線回転変換部１７５のスクリューロッド１６３へ伝え、スクリューロッド１６３を長手方向へ動かす。

この長手方向の直線運動をスクリューロッド１６３とスクリューロッド１６３に取付けられたスクリューナット１６５のねじ部の噛み合わせによりスクリューナット１６５に取付けられたスプロケット（ａ）１６６とスクリューナット１６５が共に回転する回転運動へ変換する。

この回転運動に変換された回転を、チェーン１２４を介し発電部のスプロケット（ｂ）１２３を取付けた回転軸１２７へ伝達する。
回転軸１２７へ伝達された回転を軸継手（ａ）１２８を介して増速機１２９へ伝達し、回転が増幅され軸継手（ｂ）１３０を介して発電機１３１に伝達され発電機１３１を回転させ発電を行う。

このように、スクリューナット回転型直線変換部１７５を用いて発電を行なっても良い。

（動作説明その２）
伸縮ロッド複数型温度差伸縮変換部１７２使用時の熱発電機の動作について説明する。

伸縮ロッド複数型温度差伸縮変換部１７２の伸縮ロッド１４１、１４２、１５０の周囲温度差により伸縮ロッド固定サポート１５１に取付けられた伸縮ロッド１４１が伸縮しその差の分伸縮ロッド１４１に取付けられた伸縮ロッド１５０、伸縮ロッドホルダー（ｂ）１４９、伸縮ロッド１４２と共に伸縮ロッドホルダー（ａ）１４８が動く。
同様に伸縮ロッドホルダー（ａ）１４８に取付けられた伸縮ロッド１４２が伸縮しその差分伸縮ロッド１４２に取付けられた伸縮ロッド１５０と共に伸縮ロッドホルダー（ｂ）１４９が動く。更に、伸縮ロッド１５０が伸縮しその差分動く。

このとき、全体の動きは、各伸縮ロッドの伸縮時の差が加算された分の動きとなる。この点では、伸縮ロッド単体型温度差伸縮変換部１７１を用いる場合よりもピストン（ａ）１０６を大きく動作させる。

伸縮ロッド１５０によって、伸縮増幅部１７３のシリンダー（ａ）１０５のピストン（ａ）１０６を動かし、シリンダー室（ａ）内の液体を、押し出し連通管（ａ）１０７を介してシリンダー室（ｂ）内に入りシリンダー（ｂ）１０８のピストン（ｂ）１０９を動かす。

この時、ピストン（ａ）１０６のＡ面とピストン（ｂ）１０９のＢ面の面積比によりピストン（ｂ）１０９の動き量を増幅させる。

この増幅された動き量は、接続ロッド１１２を介してスクリューロッド回転型直線回転変換部１７４のガイドロッド１１６にて保持されたスクリューナット１１８を取付けたスクリューナットホルダー１１７に伝達されガイドロッド１１６の長手方向へスクリューナットホルダー１１７とスクリューナット１１８が共に動く。

同時にスクリューナット１１８はガイドロッド１１６に平行に配置されているスクリューロッド１２１の上を動く。スクリューナット１１８が動く直線運動をスクリューナット１１８とスクリューロッド１２１の表面に施されたねじ部の噛み合わせによりスクリューロッド１２１が一方端へ取付けられたスプロケット（ａ）１２２と共に回転する回転運動に変換する。

この回転運動に変換された回転を、チェーン１２４を介し発電部１７６のスプロケット（ｂ）１２３を取付けた回転軸１２７へ伝達する。回転軸１２７へ伝達された回転を、軸継手（ａ）１２８を介して増速機１２９へ伝達し、回転が増幅され軸継手（ｂ）１３０を介して発電機１３１に伝達され発電機１３１を回転させ発電を行う。

また、伸縮ロッド複数型温度差伸縮変換部１７２を使用することによって、熱発電機は、より効率的に発電を行なうことができる。

また、スクリューナット回転型直線回転変換部１７５を用いて発電を行なっても良い。

スクリューナット回転型直線回転変換部１７５の使用においては、伸縮ロッドの膨張によって生じた直線運動を、伸縮増幅部１７３にて増幅させスクリューナット回転型直線回転変換部１７５に伝達する。この増幅させた動きを、スクリューナット回転型直線回転変換部１７５のスクリューロッド１６３へ伝え、スクリューロッド１６３を長手方向へ動かす。

この長手方向の直線運動をスクリューロッド１６３とスクリューロッド１６３に取付けられたスクリューナット１６５のねじ部の噛み合わせによりスクリューナット１６５に取付けられたスプロケット（ａ）１６６がスクリューナット１６５と共に回転する回転運動へ変換する。

この回転運動に変換された回転を、チェーン１２４を介し発電部のスプロケット（ｂ）１２３を取付けた回転軸１２７へ伝達する
回転軸１２７へ伝達された回転を、軸継手（ａ）１２８を介して増速機１２９へ伝達し回転が増幅され軸継手（ｂ）１３０を介して発電機１３１に伝達され発電機を回転させ発電を行う。
以上のように、実施の形態３における熱発電機は、伸縮ロッド温度差伸縮部１７０の伸縮ロッドの膨張・収縮による直線運動を伸縮増幅部１７３により増幅し、直線運動をスクリューロッド回転型直線回転変換部１７４やスクリューナット回転型直線回転変換部１７５によって回転運動に変換し、この回転運動によって発電部１７６の発電機１３１を回して発電を行なう。

なお、実施の形態１〜３で説明された熱発電機は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。

１ 熱発電機
２ 熱膨張部材
３ 管路
４ 直線・回転運動変換手段
５ 発電手段
６ 発電機
７ 第１端部
８ 第２端部
１０ 作動液
１２ バイパス管路
１３ 接続シャフト
１０１ 伸縮ロッド
１０２ 伸縮ロッド固定サポート
１０３ 伸縮ロッド移動側サポート
１０４ 接続ピン（ａ）
１０５ シリンダー（ａ）
１０６ ピストン（ａ）
１０７ 連通管（ａ）
１０８ シリンダー（ｂ）
１０９ ピストン（ｂ）
１１０ 連通管（ｂ）
１１１ 接続ピン（ｂ）
１１２ 接続ロッド
１１３ 接続ピン（ｃ）
１１４ ガイドロッドサポート（ａ）
１１５ ガイドロッドサポート（ｂ）
１１６ ガイドロッド
１１７ スクリューナットホルダー
１１８ スクリューナット
１１９ スクリューロッドサポート（ａ）
１２０ スクリューロッドサポート（ｂ）
１２１ スクリューロッド
１２２ スプロケット（ａ）
１２３ スプロケット（ｂ）
１２４ チェーン
１２５ 回転軸軸受（ａ）
１２６ 回転軸軸受（ｂ）
１２７ 回転軸
１２８ 軸継手（ａ）
１２９ 増速機
１３０ 軸継手（ｂ）
１３１ 発電機
１４１ 伸縮ロッド
１４２ 伸縮ロッド
１４３ 接続ピン
１４４ 接続ピン
１４５ 接続ピン
１４６ 接続ピン
１４７ 接続ピン
１４８ 伸縮ロッドホルダー（ａ）
１４９ 伸縮ロッドホルダー（ｂ）
１５０ 伸縮ロッド
１５１ 伸縮ロッド固定サポート
１５２ 伸縮ロッド移動側サポート
１６１ スクリューロッドサポート（ａ）
１６２ スクリューロッドサポート（ｂ）
１６３ スクリューロッド
１６４ スクリューナットサポート
１６５ スクリューナット
１６６ スプロケット（ａ）
１７０ 伸縮ロッド温度差伸縮部
１７１ 伸縮ロッド単体型温度差伸縮変換部
１７２ 伸縮ロッド複数型温度差伸縮変換部
１７３ 伸縮増幅部
１７４ スクリューロッド回転型直線回転変換部
１７５ スクリューナット回転型直線回転変換部
１７６ 発電部

Claims (2)

1. 温度変化に基づいて発電を行ない発電した電力を蓄電又は送電する機能を有する熱発電機であって、
   温度変化に基づいて膨張および収縮を行なう熱膨張部材と、
   前記熱膨張部材の膨張又は収縮に対応して内部の作動液を直線運動させる細長い管路と、
   前記管路中の作動液の直線運動を回転運動に変換する直線・回転運動変換手段と、
   直線・回転運動変換手段から供給される回転力により発電し、この発電した電力を蓄電又は送電する機能を有する発電手段と、
   前記管路の前記熱膨張部材側の第１端部内に配置され、前記熱膨張部材の膨張又は収縮に対応して前記第１端部内を移動して、作動液の直線運動を生じさせる、前記熱膨張部材の端部又はこれに接続された部材と、
   前記管路の前記直線・回転運動変換手段側の第２端部内に配置され、前記作動液の直線運動に対応して前記第２端部内を移動して、前記直線・回転運動変換手段に作動液の直線運動を伝える部材と、
   前記管路の第１端部内の前記熱膨張部材の端部又はこれに接続された部材より前記熱膨張部材側の部分と、前記管路の第２端部内の前記直線・回転運動変換手段に作動液の直線運動を伝える部材より前記直線・回転運動変換手段側の部分との間を、前記各部分内の作動液が一方の部分から他方の部分に移動可能なように、接続するバイパス管路と、
   を備えたことを特徴とする、蓄電又は送電機能を有する熱発電機。
2. 前記管路は、前記第１端部の前記作動液の直線運動の方向と直交する断面の面積が前記第２端部の前記作動液の直線運動の方向と直交する断面の面積よりも大きくなるように形成されている請求項１記載の熱発電機。

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