JP5330618B1 - 駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温槽および低温槽の熱エネルギーを効率よく駆動力に変換することができる駆動装置を提供する。
【解決手段】
一対の体積可変容器１１，１２は、高温槽１側の体積可変容器１１が連通管７の進行方向の前方側に支持されると共に、低温槽２側の体積可変容器１２が連通管７の進行方向の後方側に支持され、高温槽１側の体積可変容器１１と低温槽２側の体積可変容器１２との圧力差により内部の封入気体が移送される。走行帯４に連通管７を介して支持された複数の一対の体積可変容器１１，１２の高温槽１側の体積可変容器１１の浮力の総浮力Ｆ１と、低温槽２側の体積可変容器１２の浮力の総浮力Ｆ２との総浮力差（Ｆ１−Ｆ２）により走行帯４が断熱壁３に対して走行する。
【選択図】図１
【解決手段】
一対の体積可変容器１１，１２は、高温槽１側の体積可変容器１１が連通管７の進行方向の前方側に支持されると共に、低温槽２側の体積可変容器１２が連通管７の進行方向の後方側に支持され、高温槽１側の体積可変容器１１と低温槽２側の体積可変容器１２との圧力差により内部の封入気体が移送される。走行帯４に連通管７を介して支持された複数の一対の体積可変容器１１，１２の高温槽１側の体積可変容器１１の浮力の総浮力Ｆ１と、低温槽２側の体積可変容器１２の浮力の総浮力Ｆ２との総浮力差（Ｆ１−Ｆ２）により走行帯４が断熱壁３に対して走行する。
【選択図】図１
Description
本発明は、浮力と熱エネルギーとにより駆動される駆動装置に関する。より具体的には、本発明は、浮力と熱エネルギーとにより駆動される駆動装置、および当駆動装置で自然界と社会活動で人為的に生じる高低温の熱エネルギーの活用装置に関する。
従来、この種の駆動装置としては、下記特許文献１に示すように、互いに底部が連通した垂直高温槽（高温液体を収納）および垂直低温槽（低温液体を収納）からなり、垂直高温槽から垂直低温槽にいたる無端状浮子支持部材に多数の袋状の浮子を取り付け、該浮子内に垂直高温槽では気相となるとともに前記垂直低温槽では液相となる熱媒体を収納した装置が知られている。
かかる従来の駆動装置によれば、袋状の浮子に収納された熱媒体が垂直高温槽側では、気体となって膨張して浮力を生じると共に、垂直低温槽側では液体となって収縮する。これにより、垂直高温槽側で生じた浮力により無端状浮子支持部材を回動させる。
しかしながら、かかる従来の駆動装置では、多数の袋状の浮子が垂直高温槽側と垂直低温槽側とを跨ぐ必要があり、垂直高温槽および垂直低温槽が底部で連通する構造となっている。
ここで、垂直高温槽および垂直低温槽を底部で連通した場合、現実的には、底部を介した熱の流出入により垂直高温槽側と垂直低温槽側とが短時間で熱平衡状態となってしまい、熱媒体の気液変化が生じなくなってしまうという問題があった。
以上の事情に鑑みて、本発明は、垂直高温槽および垂直低温槽の熱エネルギーを効率よく駆動力に変換することができる駆動装置を提供することを目的とし、ひいては、当駆動装置を用いた自然界と社会活動で人為的に生じる高低温の熱エネルギーの活用装置を提供することを目的とする。
第１発明の駆動装置は、浮力と熱エネルギーとにより駆動される駆動装置であって、
互いに隣接して設けられた、高温の液体が貯留される垂直高温槽と低温の液体が貯留される垂直低温槽と、
前記垂直高温槽と前記垂直低温槽との間に設けられた断熱壁と、
前記断熱壁に環状に形成され、該断熱壁に対して可動する走行帯と、
前記走行帯を跨いで前記垂直高温槽と前記垂直低温槽とを連通する複数の水平連通管と、
前記複数の水平連通管のそれぞれにおいて、該水平連通管の両端にそれぞれ支持され内部が該水平連通管内に連通した一対の体積可変容器と、
前記水平連通管および前記一対の体積可変容器内に封入された封入気体と
を備え、
前記一対の体積可変容器は、
前記垂直高温槽側の前記体積可変容器と前記垂直低温槽側の該体積可変容器との間で、下降時には該垂直低温槽側の該体積可変容器に前記封入気体が滞留すると共に、上昇時には該垂直高温槽側の該体積可変容器に該封入気体が滞留するように該封入気体を移送させる移送手段を有し、
前記走行帯に水平連通管を介して支持された複数の一対の体積可変容器の垂直高温槽側の該体積可変容器の浮力の総浮力と、前記垂直低温槽側の該体積可変容器の浮力の総浮力との総浮力差により前記走行帯を前記断熱壁に対して走行させることを特徴とする。
互いに隣接して設けられた、高温の液体が貯留される垂直高温槽と低温の液体が貯留される垂直低温槽と、
前記垂直高温槽と前記垂直低温槽との間に設けられた断熱壁と、
前記断熱壁に環状に形成され、該断熱壁に対して可動する走行帯と、
前記走行帯を跨いで前記垂直高温槽と前記垂直低温槽とを連通する複数の水平連通管と、
前記複数の水平連通管のそれぞれにおいて、該水平連通管の両端にそれぞれ支持され内部が該水平連通管内に連通した一対の体積可変容器と、
前記水平連通管および前記一対の体積可変容器内に封入された封入気体と
を備え、
前記一対の体積可変容器は、
前記垂直高温槽側の前記体積可変容器と前記垂直低温槽側の該体積可変容器との間で、下降時には該垂直低温槽側の該体積可変容器に前記封入気体が滞留すると共に、上昇時には該垂直高温槽側の該体積可変容器に該封入気体が滞留するように該封入気体を移送させる移送手段を有し、
前記走行帯に水平連通管を介して支持された複数の一対の体積可変容器の垂直高温槽側の該体積可変容器の浮力の総浮力と、前記垂直低温槽側の該体積可変容器の浮力の総浮力との総浮力差により前記走行帯を前記断熱壁に対して走行させることを特徴とする。
第１発明の駆動装置によれば、移送手段により、下降時には垂直低温槽側の体積可変容器に封入気体が滞留すると共に、上昇時には垂直高温槽側の体積可変容器に封入気体が滞留するように封入気体が移送される。
このとき、走行帯に水平連通管を介して支持された複数の一対の体積可変容器の垂直高温槽側の体積可変容器の浮力の総浮力と、垂直低温槽側の該体積可変容器の浮力の総浮力とは、熱膨張の大きな垂直高温槽側の総浮力が垂直低温槽側の総浮力より大きくなる。かかる総浮力差により、垂直高温槽側の体積可変容器が進行方向上側となるように走行帯を駆動することができる。そしてかかる走行帯の駆動は、封入気体の移送に伴って垂直高温槽側の液体の熱エネルギーと垂直低温槽側の液体の熱エネルギーとが熱的平衡状態となるまで可能で、高温、低温熱エネルギーを供給する限り駆動可能である。言い換えると、走行帯の駆動は、移送手段による封入気体の移送に伴って垂直高温槽側の液体の熱エネルギーが垂直低温槽側の該液体の熱エネルギーへの移行が封入気体を介して行われることによるものである。
このように、第１発明の駆動装置によれば、垂直高温槽と垂直低温槽とを完全に遮蔽して、垂直高温槽および垂直低温槽の熱エネルギーを効率よく駆動力に変換することができる。
第２発明の駆動装置は、第１発明において、
前記一対の体積可変容器は、前記液体中の圧力により変形する圧力可変容器であって、前記垂直高温槽側の前記体積可変容器が前記水平連通管の進行方向の前方側に支持されると共に、前記垂直低温槽側の該体積可変容器が該水平連通管の進行方向の後方側に支持され、
前記移送手段は、前記垂直高温槽側の前記体積可変容器と前記垂直低温槽側の該体積可変容器との前記液体の深さに対応した該液体の圧力差であることを特徴とする。
前記一対の体積可変容器は、前記液体中の圧力により変形する圧力可変容器であって、前記垂直高温槽側の前記体積可変容器が前記水平連通管の進行方向の前方側に支持されると共に、前記垂直低温槽側の該体積可変容器が該水平連通管の進行方向の後方側に支持され、
前記移送手段は、前記垂直高温槽側の前記体積可変容器と前記垂直低温槽側の該体積可変容器との前記液体の深さに対応した該液体の圧力差であることを特徴とする。
第２発明の駆動装置によれば、各一対の体積可変容器は、進行方向によって、垂直高温槽側の体積可変容器が上側に位置し、垂直低温槽側の体積可変容器が進行方向下側に位置する場合には、液体の深さに対応させて、より深い垂直低温槽側の体積可変容器からより浅い垂直高温槽側の体積可変容器に封入気体が移送されて、垂直高温槽側の体積可変容器が膨張して浮力を生じる。
一方、垂直高温槽側の体積可変容器が下側に位置し、垂直低温槽側の体積可変容器が進行方向上側に位置する場合には、液体の深さに対応させて、より深い垂直高温槽側の体積可変容器からより浅い垂直低温槽側の体積可変容器に封入気体が移送されて、垂直低温槽側の体積可変容器が膨張して浮力を生じる。
このとき、走行帯に水平連通管を介して支持された複数の一対の体積可変容器の垂直高温槽側の体積可変容器の浮力の総浮力と、垂直低温槽側の該体積可変容器の浮力の総浮力とは、熱膨張の大きな垂直高温槽側の総浮力が垂直低温槽の総浮力より大きくなる。かかる総浮力差により、垂直高温槽側の体積可変容器が進行方向上側となるように走行帯を駆動することができる。
そしてかかる走行帯の駆動は、封入気体の移送に伴って垂直高温槽側の液体の熱エネルギーと垂直低温槽側の液体の熱エネルギーとが熱的平衡状態となるまで可能で、高温、低温熱エネルギーを供給する限り駆動可能である。
加えて、移送手段として、封入気体を移送させるためのポンプ等を不要として、深さに対応した圧力差で封入気体を液体の深い側の体積可変容器から浅い側の体積可変容器に移送することができる。
このように、第２発明の駆動装置によれば、垂直高温槽と垂直低温槽とを完全に遮蔽して、垂直高温槽および垂直低温槽の熱エネルギーを効率よく駆動力に変換する構成を具体的に実現することができる。
第３発明の駆動装置は、第１または第２発明において、
集熱器と、液体の媒体および潜熱蓄熱材カプセルで満たした高温蓄熱タンクと、放熱器と、液体の媒体および潜熱蓄熱材カプセルで満たした低温蓄熱タンクとを備え、
前記垂直高温槽側の液体が前記集熱器で集熱して蓄熱した高温蓄熱タンクとの間で直接または熱交換器を介して還流すると共に、前記垂直低温槽側の液体が前記放熱器で放熱して蓄熱した低温蓄熱タンクとの間で直接または熱交換器を介して還流することを特徴とする。
集熱器と、液体の媒体および潜熱蓄熱材カプセルで満たした高温蓄熱タンクと、放熱器と、液体の媒体および潜熱蓄熱材カプセルで満たした低温蓄熱タンクとを備え、
前記垂直高温槽側の液体が前記集熱器で集熱して蓄熱した高温蓄熱タンクとの間で直接または熱交換器を介して還流すると共に、前記垂直低温槽側の液体が前記放熱器で放熱して蓄熱した低温蓄熱タンクとの間で直接または熱交換器を介して還流することを特徴とする。
第３発明の駆動装置によれば、第１発明または第２発明において、走行帯の駆動は、封入気体の移送に伴って垂直高温槽側の液体の熱エネルギーと垂直低温槽側の熱エネルギーとが熱的平衡状態となるまで可能で、高温、低温熱エネルギーを供給する限り駆動可能であり、垂直高温槽側の液体を集熱器で集熱して蓄熱した高温蓄熱タンクとの間で直接、または熱交換器を介して還流させると共に、垂直低温槽側の液体を放熱器で放熱して蓄熱した低温蓄熱タンクとの間で直接、または熱交換器を介して還流させることで、垂直高温槽側の液体の熱エネルギーと垂直低温槽側の液体の熱エネルギーとのエネルギー差を連続し安定して生じさせることができ、常時変動する熱供給源、熱吸収源の熱エネルギーを連続し安定して効率よく駆動力に変換することができる。
第４発明の駆動装置は、第１または第２発明において、
集熱器と、液体の媒体および潜熱蓄熱材カプセルで満たした高温蓄熱タンクと、放熱器とを備え、
前記垂直高温槽側の液体が前記集熱器で集熱して蓄熱した高温蓄熱タンクとの間で直接または熱交換器を介して還流すると共に、前記垂直低温槽側の液体が前記放熱器との間で直接若しくは熱交換器を介して還流することを特徴とする。
集熱器と、液体の媒体および潜熱蓄熱材カプセルで満たした高温蓄熱タンクと、放熱器とを備え、
前記垂直高温槽側の液体が前記集熱器で集熱して蓄熱した高温蓄熱タンクとの間で直接または熱交換器を介して還流すると共に、前記垂直低温槽側の液体が前記放熱器との間で直接若しくは熱交換器を介して還流することを特徴とする。
第４発明の駆動装置によれば、第３発明において、低温蓄熱タンクを省略することができる。この場合にも、走行帯の駆動は、封入気体の移送に伴って垂直高温槽側の液体の熱エネルギーと垂直低温槽側の熱エネルギーとが熱的平衡状態となるまで可能で、高温、低温熱エネルギーを供給する限り駆動可能である。
この場合、垂直高温槽側の液体を集熱器で集熱して蓄熱した高温蓄熱タンクとの間で直接、または熱交換器を介して還流させると共に、垂直低温槽側の液体を安定した熱吸収源に放熱する放熱器との間で直接、または熱交換器を介して還流させることで、垂直高温槽側の液体の熱エネルギーと垂直低温槽側の液体の熱エネルギーとのエネルギー差を連続し安定して生じさせることができ、常時変動する熱供給源と安定した熱吸収源の熱エネルギーを連続し安定して効率よく駆動力に変換することができる。
図１に示すように、本実施形態の駆動装置は、浮力と熱エネルギーにより駆動される装置であって、高温の液体Ｗ１が貯留される垂直高温槽１と低温の液体Ｗ２が貯留される垂直低温槽２とを備える。
垂直高温槽１と垂直低温槽２とは、それぞれ断熱壁により形成された容器であって、垂直高温槽と垂直低温槽との間の断熱壁３には、環状に形成された走行帯４が設けられている。
走行帯４は、例えば、ゴム製クローラであって、図示しないスプロケット５（図３参照）により断熱壁３に対して可動自在となっている。
走行帯４には、複数の貫通孔６が形成されており、それぞれの貫通孔６に水平連通管７が挿入されている。
それぞれの水平連通管７は、走行帯４を跨いで垂直高温槽１と垂直低温槽２とを連通し、その両端には一対の体積可変容器１１，１２が取り付けられている。
一対の体積可変容器１１，１２は、内部が水平連通管７内に連通し、高温側の体積可変容器１１と、低温側の体積可変容器１２とが、水平連通管７を介して封入気体の流出入が可能となっている。また、体積可変容器１１，１２は、液体Ｗ１，Ｗ２中の圧力により変形する圧力可変容器となっている。
ここで、一対の体積可変容器１１，１２は、垂直高温槽１側の体積可変容器１１が水平連通管７の進行方向の前方側に支持されると共に、垂直低温槽２側の体積可変容器１２が水平連通管７の進行方向の後方側に支持されている。
一対の体積可変容器１１，１２およびこれらに連通する水平連通管７には、封入気体としてのアルゴンガス（本発明の封入気体に相当する）が封入されている。なお、アルゴンガスを採用するのは定圧比熱が小さいためである。
次に、図２を参照して、一対の体積可変容器１１，１２について説明する。
一対の体積可変容器１１，１２を支持する水平連通管７は、その中央で走行帯４の貫通孔６に挿入されている。一対の体積可変容器１１，１２は、走行帯４に対して水平連通管７の両側にそれぞれ上下方向に広がった袋体となっている。
具体的に、体積可変容器１１は、図２に拡大図で示すように、設置方向（図中上向き）に立設された支持体１５に対して、左右方向に広がる袋体１６，１７によって構成されており、袋体１６，１７が、水平連通管７内と連通している。
袋体１６，１７は、（図２に体積可変容器１２として示すように、）収縮すると支持体１５に沿って折り畳まれて、平板状となり槽内の液体Ｗ１，Ｗ２との間の推進時の抵抗が小さくなる。
なお、水平連通管７には、走行帯４の貫通孔６に対する回転を規制する係合部７ａが形成されており、これに対応して貫通孔６には係合受け部６ａが形成されている。これにより、水平連通管７が走行帯４に対して回動して、支持体１５の立設方向が進行方向（図中上下方向）からずれることがない。
なお、支持体１５に対して、左右方向に広がる袋体１６、１７の片方でも同等の機能を有し、袋体１６、１７のいずれかの一方を省略することができる。
次に、以上のように構成された駆動装置の作動について、図３を参照して説明する。
一対の体積可変容器１１，１２は、垂直高温槽１側の体積可変容器１１が水平連通管７の進行方向の前方側に支持されると共に、垂直低温槽２側の体積可変容器１２が水平連通管７の進行方向の後方側に支持されている。そのため、一対の体積可変容器は、上下の進行方向によって上下位置が逆転する。
図３（Ａ）および（Ｂ）のそれぞれにおいて、走行帯４に支持された複数の一対の体積可変容器１１，１２のうち、図中左側領域では、垂直高温槽１側の体積可変容器１１が対をなす垂直低温槽２側の体積可変容器１２の上側に位置している（垂直低温槽２側の体積可変容器１２が対をなす垂直高温槽１側の体積可変容器１１に対して下側に位置している）。
一方、図中右側領域では、垂直高温槽１側の体積可変容器１１が対をなす垂直低温槽２側の体積可変容器１２の下側に位置している（垂直低温槽２側の体積可変容器１２が対をなす垂直高温槽１側の体積可変容器１１に対して上側に位置している）。
まず、垂直高温槽１側の体積可変容器１１が上側に位置し、垂直低温槽２側の体積可変容器１２が進行方向下側に位置する場合には、液体Ｗ１，Ｗ２の深さに対応して、下側に位置してより深い垂直低温槽２側の体積可変容器１２から、上側に位置してより浅い垂直高温槽１側の体積可変容器１１にアルゴンガスが移送されて、垂直高温槽１側の体積可変容器１１が膨張して浮力を生じる。
そのため、図中左側領域では、垂直高温槽１側の体積可変容器１１ａ，１１ｂ，１１ｃが膨張して膨らんでおり、これと対をなす垂直低温槽２側の体積可変容器１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、収縮して平板状となっている。
なお、垂直高温槽１側の体積可変容器１１ａ，１１ｂ，１１ｃの膨らみ具合が異なるのは、液体Ｗ１の液圧によるものである。すなわち、液体Ｗ１の深さに反比例して垂直高温槽１側の体積可変容器１１ａ，１１ｂ，１１ｃの膨らみが大きくなっている。
一方、垂直高温槽１側の体積可変容器１１が下側に位置し、垂直低温槽２側の体積可変容器１２が進行方向上側に位置する場合には、液体Ｗ１，Ｗ２の深さに対応して、下側に位置してより深い垂直高温槽１側の体積可変容器１１から、上側に位置してより浅い垂直低温槽２側の体積可変容器１２にアルゴンガスが移送されて、垂直低温槽２側の体積可変容器１２が膨張して浮力を生じる。
そのため、図中右側領域では、垂直高温槽１側の体積可変容器１１ｅ，１１ｆ，１１ｇが収縮して平板状となっており、これと対をなす垂直低温槽２側の体積可変容器１２ｅ，１２ｆ，１２ｇが、膨張して膨らんでいる。
なお、垂直低温槽２側の体積可変容器１２ｅ，１２ｆ，１２ｇの膨らみ具合が異なるのは、液体Ｗ２の液圧によるものである。すなわち、液体Ｗ２の深さに反比例して垂直低温槽２側の体積可変容器１２ｅ，１２ｆ，１２ｇの膨らみが大きくなっている。
また、図中左側領域から右側領域へは、中間状態である、垂直高温槽１側の体積可変容器１１ｄ（垂直低温槽２側の体積可変容器１２ｄ）および垂直高温槽１側の体積可変容器１１ｈ（垂直低温槽２側の体積可変容器１２ｈ）を経て遷移する。
次に、走行帯４に生じる駆動力について説明する。
走行帯４に生じる駆動力は、走行帯４に水平連通管７を介して支持された複数の一対の体積可変容器１１，１２における垂直高温槽１側の体積可変容器１１の浮力の総浮力Ｆ１と、垂直低温槽２側の体積可変容器１２の浮力の総浮力Ｆ２との総浮力差（Ｆ１−Ｆ２）となる。
このとき、熱膨張の大きな垂直高温槽１側の総浮力Ｆ１が垂直低温槽の総浮力Ｆ２より大きくなるため、垂直高温槽１側の体積可変容器１１が進行方向上側となるように走行帯４が駆動される。
かかる走行帯４の駆動は、アルゴンガスの移送に伴って垂直高温槽１側の液体Ｗ１の熱エネルギーと垂直低温槽２側の液体Ｗ２の熱エネルギーとが熱的平衡状態となるまで可能で、高温、低温熱エネルギーを供給する限り駆動可能である。
そのため、当該駆動装置は、別の見方をすると、走行帯４の駆動は、アルゴンガスの移送に伴って垂直高温槽１側の液体の熱エネルギーと垂直低温槽２側の液体の熱エネルギーへの移行がアルゴンガスを介して行われるものとなっている。
なお、１対の体積可変容器１１，１２、水平連通管７を複数で構成する環状の移動軌跡、および駆動力伝達は走行帯４に代わって垂直高温槽側、垂直低温槽側の双方に各１連または各２連を強力な駆動力を有する金属製のチェーンとスプロケットで構成し、走行帯４は垂直高温槽と垂直低温槽の断熱のみとしてもよい。また、環状の移動軌跡は縦長の長円以外に円としてもよい。
これにより、本実施形態の駆動装置によれば、垂直高温槽１と垂直低温槽２とを完全に遮蔽して、垂直高温槽１および垂直低温槽２の熱エネルギーを効率よく駆動力に変換することができるものとなっている。
ここで、図４に示すように、垂直高温槽１側の液体Ｗ１を集熱器１１０で集熱し蓄熱した液体の媒体１１６と潜熱蓄熱材カプセル１１７で満たした高温蓄熱タンク１１５との間で直接、または熱交換器（図示省略）を介して還流させることができる。
また、垂直低温槽２側の液体Ｗ２を放熱器１２０で放熱し蓄熱した液体の媒体１２６と潜熱蓄熱材カプセル１２７で満たした低温蓄熱タンク１２５との間で直接、または熱交換器（図示省略）を介して還流させることができる。
これにより、垂直高温槽１側の液体Ｗ１の熱エネルギーと垂直低温槽２側の液体Ｗ２の熱エネルギーとのエネルギー差を連続し安定して生じさせることができる。
なお、この場合において、液体の媒体１２６と潜熱蓄熱材カプセル１２７で満たした低温蓄熱タンク１２５を省略して、垂直低温槽２側の液体Ｗ２を直接安定した熱吸収源に放熱する放熱器との間で直接、または熱交換器（図示省略）を介して還流させてもよい。
図４において、集熱器１１０で集熱し蓄熱する高温蓄熱タンク１１５は液体の媒体１１６と潜熱蓄熱材カプセル１１７で構成されており、集熱器１１０で集熱した熱エネルギーを一定の温度で蓄熱し、熱エネルギーが常に垂直高温槽１側の液体Ｗ１に安定して供給されると共に、還流量を調整することで垂直高温槽１の温度を可変でき駆動力の調整も可能となる。
このとき、集熱器１１０で集熱される熱供給源は太陽エネルギー、発電所の排熱、ごみ焼却熱、工場排熱、冷却排熱、冷凍排熱、地熱、温泉等の自然界と社会活動で人為的に生ずるあらゆる熱エネルギーを活用でき、暖房、給湯と併用することで効率よく熱エネルギーの活用、および省エネルギ―が可能となる。
一方、放熱器１２０で放熱し蓄熱する低温蓄熱タンク１２５は液体の媒体１２６と潜熱蓄熱材カプセル１２７で構成されており、放熱器１２０で放熱した熱エネルギーを一定の温度で蓄熱し、熱エネルギーが常に垂直低温槽２側の液体Ｗ２に安定して供給されると共に、還流量を調整することで垂直低温槽２の温度を可変でき駆動力の調整も可能となる。または直接安定した熱吸収源に放熱器１２０を介して放熱することも可能である。
このとき、放熱器１２０で放熱される熱吸収源は宇宙空間への放熱、雪、氷、寒気、液化ガスの気化熱等が有り、直接安定した熱吸収源は地中、地下水、海水、河川、池、湖水等の自然界と社会活動で人為的に生ずるあらゆる熱エネルギーを活用でき、冷房、冷蔵と併用することで効率よく熱エネルギーの活用、および省エネルギ―が可能となる。
そして、走行帯４に生じる駆動力は回転する運動エネルギーで、発電機１００等により電気エネルギーに容易に変換することもできる。
このように、本駆動装置、集熱器１１０、潜熱蓄熱材カプセル１１７と液体の媒体１１６が混在した高温蓄熱タンク１１５、放熱器１２０、潜熱蓄熱材カプセル１２７と液体の媒体１２６が混在した低温蓄熱タンク１２５、または直接安定した熱吸収源に放熱する放熱器１２０と発電機１００を構成することで不安定、または断続的な自然界と社会活動で人為的に生ずるあらゆる熱エネルギーを連続し、安定した電気エネルギー供給と暖房、給湯、冷房、冷蔵が可能となり、電気エネルギーと熱エネルギーの消費する場所の近傍に構築でき、原子力発電、石油、石炭、天然ガス等の化石燃料発電、風力発電、太陽パネル等で電気エネルギーを生成するときに生ずる多くの問題点を改善することができる。
以上が本実施形態の駆動装置の詳細であり、かかる駆動装置によれば、垂直高温槽１と垂直低温槽２とを完全に遮蔽して、垂直高温槽１および垂直低温槽２の熱エネルギーを効率よく駆動力に変換することができる。
なお、本実施形態の駆動装置では、一対の体積可変容器１１，１２について、垂直高温槽１側の体積可変容器１１を水平連通管７の進行方向の前方側に支持すると共に、垂直低温槽２側の体積可変容器１２が水平連通管７の進行方向の後方側に支持し、垂直高温槽１および垂直低温槽２の液体Ｗ１およびＷ２の圧力差により、内部のアルゴンガスを移送する構成としたがこれに限定されるものではない。
例えば、水平連通管７の両端に支持された体積可変容器１１，１２において、垂直高温槽側、垂直低温槽側の上下が逆転することを利用し、体積可変容器の一部に浮子、または重りを設け、浮力、または重力で垂直高温槽、垂直低温槽間の封入気体を移送されるようにしてもよい。
この場合にも、垂直高温槽１側の体積可変容器が膨張して浮力を生じ、走行帯４に水平連通管７を介して支持された複数の一対の体積可変容器１１，１２の垂直高温槽１側の体積可変容器１１の浮力の総浮力Ｆ１と、垂直低温槽２側の体積可変容器１２の浮力の総浮力Ｆ２とは、熱膨張の大きな垂直高温槽１側の総浮力Ｆ１が垂直低温槽２側の総浮力Ｆ２より大きくなる。かかる総浮力差（Ｆ１−Ｆ２）により、垂直高温槽１側の体積可変容器１１が進行方向上側となるように走行帯４を駆動することができる。
以下、本実施形態の駆動装置の実施例について説明する。
垂直高温槽１および垂直低温槽２の液面の位置をd0 [m]、圧力をp0 [atm]、垂直高温槽１の液体Ｗ１と垂直低温槽２の液体Ｗ２とを水または不凍液とし密度ρ＝１ [ kg / l ]、有効深さd1（浅
い位置）の圧力をp1、有効深さd2（深い位置）の圧力をp2、深さ変数x（基準d1）とすると
p0 ＝ １ [ atm ] （外界圧力で高度により変動）
p1 ＝ p0＋ρ×0.1×d1 [atm]
p2 ＝ p0＋ρ×0.1×d2 [atm]
p ＝ p0＋ρ×0.1×d1＋ρ×0.1×x [atm]
垂直低温槽で有効深さd2の封入気体（アルゴン）の容積をv0、垂直高温槽で有効深さd2の封入気体（アルゴン）の容積をv1、垂直高温槽で有効深さd1の封入気体（アルゴン）の容積をv2、垂直低温槽で有効深さd1の封入気体（アルゴン）の容積をv3としたとき、垂直高温槽の温度t1、垂直低温槽の温度t2と圧力pによる封入気体（アルゴン）の変化
v1 基準
v2 ＝ v1×p2/ p1
v3 ＝ v2×( 273.15＋t2) / ( 273.15＋t1) ＝ v1×( p2 / p1)×( 273.15＋t2) / ( 273.15＋t1)
v0 ＝ v3×p1/ p2＝v1×(p2/ p1)×(273.15＋t2) / (273.15＋t1)×( p1/p2)＝v1×( 273.15＋t2) / ( 273.15＋t1)
封入気体（アルゴン）の容積v、圧力p、温度tと使用モル数n( mol )の関係
圧力p0 ＝ 1 [ atm ]、温度t0 ＝ 0 [ ℃ ]、気体分子 1 [ mol ]の封入気体の容積 vm ＝ 22.4 [ l ]
v×p / ( 273.15 + t ) ＝ n ×vm ×p0/ (273.15 + t0)
v ＝ n×vm×( p0 / p )×( [273.15 + t ] / [ 273.15 + t0 ] ) ＝ 22.4×n×( 1 / p )×( [ 273.15 + t ] / 273.15 )
＝ 0.08201×n×( 273.15 + t ) / p [ l ]
計算の条件設定
温度 t1 ＝ 65 [ ℃ ]
深さ d1 ＝ 0.7 [ m ]
基準深さxs ＝ 2 [ m ]
圧力 p0 ＝ 1 [ atm ]
p1 ＝ 1.07 [ atm ]
基準圧力 ps ＝ 1.27 [ atm ]
封入気体（アルゴン）の基準容積
vs ＝ 0.08201×n×( 273.15 + t1 ) / ps ＝1 [ l ]
n ＝ ps / ( 0.08201×[ 273.15 + t1 ] ) ＝ 1.27 / ( 0.08201×338.15 ) ＝ 0.045796[ mol ]
v ＝ 0.08201×n×( 273.15 + t ) / p ＝ 0.08201×0.045796×( 273.15 + t ) / p ＝ 3.7557×10-3×( 273.15 + t ) / p [ l ]
垂直高温槽で深さxの封入気体（アルゴン）の容積をvhx、垂直低温槽で深さxの封入気体（アルゴン）の容積をvcx
v hx ＝ 3.7557×10-3×338.15×( 273.15 + t ) / p ＝ 1.26999×( 273.15 +ｔ) / p [ l ]
v cx ＝ 3.7557×10-3×288.15×( 273.15 + t ) / p ＝ 1.08220×( 273.15 + t ) / p [ l ]
液体Ｗ１，Ｗ２の密度ρ中の封入気体（アルゴン）の容積vに働く浮力F
F ＝−媒体密度ρ [ kg ]×封入気体（アルゴン）の容積v [ l ]×重力g [ m/s2 ] ＝−ρ×v×g [ N = kg・m/s2]
なお、‘ −‘ は重力gが働く方向と反対方向の上向きを示す。
p ＝ 1＋0.1×( d1＋x )×ρ＝ 1.07＋0.1×x
F ＝- 9.81×ρ×v＝- 9.81×ρ×3.7557×10-3×( 273.15 + t ) / p＝- 3.6843417×10-2×( 273.15 + t ) / p
＝- 3.6843417×10-2×( 273.15 + t ) / ( 1.07＋0.1×x ) [ N = kg・m/s2 ]
液体Ｗ１，Ｗ２の密度ρ中の封入気体（アルゴン）の容積vに働く浮力Fで生成される位置エネルギー
q ＝ x×F ＝ x×3.6843417×10-2×( 273.15 + t ) / ( 1.07＋0.1×x )
垂直高温槽での位置エネルギーQhxは、
q hx ＝ x×0.036843417×338.15 / ( 1.07＋0.1×x ) ＝ x×12.4586 / ( 1.07＋0.1×x) [ J ]
から、下式１にとなる。
垂直高温槽１および垂直低温槽２の液面の位置をd0 [m]、圧力をp0 [atm]、垂直高温槽１の液体Ｗ１と垂直低温槽２の液体Ｗ２とを水または不凍液とし密度ρ＝１ [ kg / l ]、有効深さd1（浅
い位置）の圧力をp1、有効深さd2（深い位置）の圧力をp2、深さ変数x（基準d1）とすると
p0 ＝ １ [ atm ] （外界圧力で高度により変動）
p1 ＝ p0＋ρ×0.1×d1 [atm]
p2 ＝ p0＋ρ×0.1×d2 [atm]
p ＝ p0＋ρ×0.1×d1＋ρ×0.1×x [atm]
垂直低温槽で有効深さd2の封入気体（アルゴン）の容積をv0、垂直高温槽で有効深さd2の封入気体（アルゴン）の容積をv1、垂直高温槽で有効深さd1の封入気体（アルゴン）の容積をv2、垂直低温槽で有効深さd1の封入気体（アルゴン）の容積をv3としたとき、垂直高温槽の温度t1、垂直低温槽の温度t2と圧力pによる封入気体（アルゴン）の変化
v1 基準
v2 ＝ v1×p2/ p1
v3 ＝ v2×( 273.15＋t2) / ( 273.15＋t1) ＝ v1×( p2 / p1)×( 273.15＋t2) / ( 273.15＋t1)
v0 ＝ v3×p1/ p2＝v1×(p2/ p1)×(273.15＋t2) / (273.15＋t1)×( p1/p2)＝v1×( 273.15＋t2) / ( 273.15＋t1)
封入気体（アルゴン）の容積v、圧力p、温度tと使用モル数n( mol )の関係
圧力p0 ＝ 1 [ atm ]、温度t0 ＝ 0 [ ℃ ]、気体分子 1 [ mol ]の封入気体の容積 vm ＝ 22.4 [ l ]
v×p / ( 273.15 + t ) ＝ n ×vm ×p0/ (273.15 + t0)
v ＝ n×vm×( p0 / p )×( [273.15 + t ] / [ 273.15 + t0 ] ) ＝ 22.4×n×( 1 / p )×( [ 273.15 + t ] / 273.15 )
＝ 0.08201×n×( 273.15 + t ) / p [ l ]
計算の条件設定
温度 t1 ＝ 65 [ ℃ ]
深さ d1 ＝ 0.7 [ m ]
基準深さxs ＝ 2 [ m ]
圧力 p0 ＝ 1 [ atm ]
p1 ＝ 1.07 [ atm ]
基準圧力 ps ＝ 1.27 [ atm ]
封入気体（アルゴン）の基準容積
vs ＝ 0.08201×n×( 273.15 + t1 ) / ps ＝1 [ l ]
n ＝ ps / ( 0.08201×[ 273.15 + t1 ] ) ＝ 1.27 / ( 0.08201×338.15 ) ＝ 0.045796[ mol ]
v ＝ 0.08201×n×( 273.15 + t ) / p ＝ 0.08201×0.045796×( 273.15 + t ) / p ＝ 3.7557×10-3×( 273.15 + t ) / p [ l ]
垂直高温槽で深さxの封入気体（アルゴン）の容積をvhx、垂直低温槽で深さxの封入気体（アルゴン）の容積をvcx
v hx ＝ 3.7557×10-3×338.15×( 273.15 + t ) / p ＝ 1.26999×( 273.15 +ｔ) / p [ l ]
v cx ＝ 3.7557×10-3×288.15×( 273.15 + t ) / p ＝ 1.08220×( 273.15 + t ) / p [ l ]
液体Ｗ１，Ｗ２の密度ρ中の封入気体（アルゴン）の容積vに働く浮力F
F ＝−媒体密度ρ [ kg ]×封入気体（アルゴン）の容積v [ l ]×重力g [ m/s2 ] ＝−ρ×v×g [ N = kg・m/s2]
なお、‘ −‘ は重力gが働く方向と反対方向の上向きを示す。
p ＝ 1＋0.1×( d1＋x )×ρ＝ 1.07＋0.1×x
F ＝- 9.81×ρ×v＝- 9.81×ρ×3.7557×10-3×( 273.15 + t ) / p＝- 3.6843417×10-2×( 273.15 + t ) / p
＝- 3.6843417×10-2×( 273.15 + t ) / ( 1.07＋0.1×x ) [ N = kg・m/s2 ]
液体Ｗ１，Ｗ２の密度ρ中の封入気体（アルゴン）の容積vに働く浮力Fで生成される位置エネルギー
q ＝ x×F ＝ x×3.6843417×10-2×( 273.15 + t ) / ( 1.07＋0.1×x )
垂直高温槽での位置エネルギーQhxは、
q hx ＝ x×0.036843417×338.15 / ( 1.07＋0.1×x ) ＝ x×12.4586 / ( 1.07＋0.1×x) [ J ]
から、下式１にとなる。
垂直低温槽での位置エネルギーQ cxは、
q cx ＝ x×0.036843417×288.15 / ( 1.07＋0.1×x ) ＝ x×10.6143 / ( 1.07＋0.1×x) [ J ]
から、下式２にとなる。
q cx ＝ x×0.036843417×288.15 / ( 1.07＋0.1×x ) ＝ x×10.6143 / ( 1.07＋0.1×x) [ J ]
から、下式２にとなる。
純生成位置エネルギー
Q hx-cx ＝ Qhx − Qcx [ J ]
供給エネルギーは、
封入気体： アルゴン ( Ar )
使用モル数n＝ 0.045796 [ mol ]
分子量M ＝ 39.948 [ g / mol ]
質量m ＝ n×M ＝ 1.8295 [ g ]
定圧比熱Cp ＝ 0.5200 [ J / g・℃ ]
熱容量Qcp ＝ m×Cp ＝ 0.9513 [ J / ℃ ]
の条件の下で、
封入気体（アルゴン）に供給されるエネルギーで熱膨張に寄与Qco ＝ Qcp×( t1 − t2 )
= 47.565 [ J ]
膨張仕事＝純生成位置エネルギー＝ Qhx-cx [ J ]
封入気体（アルゴン）に供給されるエネルギーQin ＝ Qco ＋ Qhx-cx [ J ]
効率η
η＝ Qhx-cx / Qin×100 [ ％ ]
表１に示すように、垂直高温槽１の温度t１＝６５ [ ℃ ]、垂直低温槽２の温度t２＝１５ [ ℃
]、深さd1 ＝０.７ [ m ]、圧力p0 ＝１ [ atm ] 、封入気体（アルゴン）の容積vs＝１
[ l ]、温度６５ [ ℃ ]、深さds＝２ [ m ]、圧力ps＝１.２７ [ atm ]のときの深さx
と純生成位置エネルギー、効率の関係を示す。
Q hx-cx ＝ Qhx − Qcx [ J ]
供給エネルギーは、
封入気体： アルゴン ( Ar )
使用モル数n＝ 0.045796 [ mol ]
分子量M ＝ 39.948 [ g / mol ]
質量m ＝ n×M ＝ 1.8295 [ g ]
定圧比熱Cp ＝ 0.5200 [ J / g・℃ ]
熱容量Qcp ＝ m×Cp ＝ 0.9513 [ J / ℃ ]
の条件の下で、
封入気体（アルゴン）に供給されるエネルギーで熱膨張に寄与Qco ＝ Qcp×( t1 − t2 )
= 47.565 [ J ]
膨張仕事＝純生成位置エネルギー＝ Qhx-cx [ J ]
封入気体（アルゴン）に供給されるエネルギーQin ＝ Qco ＋ Qhx-cx [ J ]
効率η
η＝ Qhx-cx / Qin×100 [ ％ ]
表１に示すように、垂直高温槽１の温度t１＝６５ [ ℃ ]、垂直低温槽２の温度t２＝１５ [ ℃
]、深さd1 ＝０.７ [ m ]、圧力p0 ＝１ [ atm ] 、封入気体（アルゴン）の容積vs＝１
[ l ]、温度６５ [ ℃ ]、深さds＝２ [ m ]、圧力ps＝１.２７ [ atm ]のときの深さx
と純生成位置エネルギー、効率の関係を示す。
温度差５０ [ ℃ ]、深さx＝6 [ m ]の場合には、純生成位置エネルギーQhx-cx＝８.１９ [ J ]、効率η＝１４．６９ [ ％]であり１秒毎の移動封入気体（アルゴン）の容積
が１２２.１ [ l / s ]のとき１ [ kw ]の位置エネルギーが生成される。
が１２２.１ [ l / s ]のとき１ [ kw ]の位置エネルギーが生成される。
また、深さx＝１０ [ m ]の場合には、純生成位置エネルギーQhx-cx＝１２.１４ [ J ]、効率η＝２０．３３ [ ％]であり１秒毎の移動封入気体（アルゴン）の容積が８２.３７ [ l / s ]のとき１[ kw ]の位置エネルギーが生成される。
本発明は自然界と社会活動で人為的に生ずる熱供給源より熱エネルギーを集熱器で液体の媒体と潜熱蓄熱材カプセルで満たした高温蓄熱タンクに蓄熱、安定した熱吸収源の地中、または海水に放熱器を介して直接熱エネルギーを放熱する液体の媒体と高温蓄熱タンクの媒体間に生ずる温度差で駆動力と発電を連続し安定して効率よく生成する装置を提供すると共に、高温熱エネルギーと低温熱エネルギーを暖房、給湯、冷房、冷蔵に直接利用することで、原子力エネルギー、石油、石炭、天然ガス等の化石燃料の劇的な削減が可能となり、放射能汚染、環境破壊を無くすことが出来る。また、熱エネルギーの放熱、熱エネルギー集熱、エネルギー蓄熱等の関連新産業の創造の核となりうる。
１…垂直高温槽、２…垂直低温槽、３…断熱壁、４…走行帯、５…スプロケット、６…貫通孔、７…水平連通管、１１…垂直高温槽側の体積可変容器、１２…垂直低温槽側の体積可変容器、１００…発電機、１１０…集熱器、１２０…放熱器、１１５…高温蓄熱タンク、１１６，１２６…液体の媒体、１１７，１２７…潜熱蓄熱材カプセル、１２５…低温蓄熱タンク、Ｗ１…垂直高温槽内の液体、Ｗ２…垂直低温槽内の液体。
Claims (4)
- 浮力と熱エネルギーとにより駆動される駆動装置であって、
互いに隣接して設けられた、高温の液体が貯留される垂直高温槽と低温の液体が貯留される垂直低温槽と、
前記垂直高温槽と前記垂直低温槽との間に設けられた断熱壁と、
前記断熱壁に環状に形成され、該断熱壁に対して可動する走行帯と、
前記走行帯を跨いで前記垂直高温槽と前記垂直低温槽とを連通する複数の水平連通管と、
前記複数の水平連通管のそれぞれにおいて、該水平連通管の両端にそれぞれ支持され内部が該水平連通管内に連通した一対の体積可変容器と、
前記水平連通管および前記一対の体積可変容器内に封入された封入気体と
を備え、
前記一対の体積可変容器は、
前記垂直高温槽側の前記体積可変容器と前記垂直低温槽側の該体積可変容器との間で、下降時には該垂直低温槽側の該体積可変容器に前記封入気体が滞留すると共に、上昇時には該垂直高温槽側の該体積可変容器に該封入気体が滞留するように該封入気体を移送させる移送手段を有し、
前記走行帯に水平連通管を介して支持された複数の一対の体積可変容器の垂直高温槽側の該体積可変容器の浮力の総浮力と、前記垂直低温槽側の該体積可変容器の浮力の総浮力との総浮力差により前記走行帯を前記断熱壁に対して走行させることを特徴とする駆動装置。 - 請求項１記載の駆動装置において、
前記一対の体積可変容器は、前記液体中の圧力により変形する圧力可変容器であって、前記垂直高温槽側の前記体積可変容器が前記水平連通管の進行方向の前方側に支持されると共に、前記垂直低温槽側の該体積可変容器が該水平連通管の進行方向の後方側に支持され、
前記移送手段は、前記垂直高温槽側の前記体積可変容器と前記垂直低温槽側の該体積可変容器との前記液体の深さに対応した該液体の圧力差であることを特徴とする駆動装置。 - 請求項１または２記載の駆動装置において、
集熱器と、液体の媒体および潜熱蓄熱材カプセルで満たした高温蓄熱タンクと、放熱器と、液体の媒体および潜熱蓄熱材カプセルで満たした低温蓄熱タンクとを備え、
前記垂直高温槽側の液体が前記集熱器で集熱して蓄熱した高温蓄熱タンクとの間で直接または熱交換器を介して還流すると共に、前記垂直低温槽側の液体が前記放熱器で放熱して蓄熱した低温蓄熱タンクとの間で直接または熱交換器を介して還流することを特徴とする駆動装置。 - 請求項１または２記載の駆動装置において、
集熱器と、液体の媒体および潜熱蓄熱材カプセルで満たした高温蓄熱タンクと、放熱器とを備え、
前記垂直高温槽側の液体が前記集熱器で集熱して蓄熱した高温蓄熱タンクとの間で直接または熱交換器を介して還流すると共に、前記垂直低温槽側の液体が前記放熱器との間で直接若しくは熱交換器を介して還流することを特徴とする駆動装置。
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