JP5585858B1

JP5585858B1 - シーソー型温度差発電装置

Info

Publication number: JP5585858B1
Application number: JP2013206876A
Authority: JP
Inventors: 岡本應守
Original assignee: 岡本應守
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2033-10-02
Also published as: JP2015071952A

Abstract

【課題】新たな再生可能エネルギー源の一つとして温度差を利用して発電を行うシーソー型温度差発電装置を提供する。
【解決手段】大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態の下で低沸点作動媒体１２が交互に収容される右側タンク１、左側タンク２と、前記右、左側タンクに連結されるとともに中央位置が揺動自在に支持された配管３と、前記配管に設けられて前記低沸点作動媒体が気化した気相媒体で駆動する発電用タービン４、前記発電用タービンにより発電される発電機５と、前記右、左側タンク内に設けられた第一開閉バルブ６、第二開閉バルブ７と、前記発電用タービンと前記右、左側タンクの間に設けられた第一方向弁８、第二方向弁９と、前記右、左側タンクを少なくとも一部収容して冷房、暖房を行う第一容器１０、第二容器１１とを少なくとも備え、熱力学的サイクルを利用したシーソー型温度差発電装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、温度差を利用して発電を行うシーソー型温度差発電装置に関するものである。

東日本大震災のときに発生した福島原子力発電所の事故により、日本全国の原子力発電所が順次停止に至っている昨今、太陽光発電装置、風力発電装置等の再生可能エネルギーが再度注目を浴びている。

（０００２）により、太陽光発電装置は、太陽電池モジュールに太陽光が注いでいる時間帯には発電し、太陽電池モジュールに太陽光が注がない夜などの時間帯には停止している。また風力発電装置も同様に、風が吹いて発電ブレードが回転している時間帯には発電し、発電ブレードが回転していない時間帯には停止している。

それ以外に低沸点作動媒体を利用した発電装置で、例えば特許文献１や特許文献２に開示された内容は、低沸点作動媒体が液相媒体の状態で発電を行う為、発電出力が低く、熱源や冷源の移動切り替え等も行われるため、時間ロスが発生するという問題点がある。
本発明は、その問題点を解決するためのものである。

特許第５０６７７４６号公報特許第５１９０６６２号公報

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものである。シーソー型温度差発電装置を稼働するエネルギー源は、基本的に立地する周辺環境の熱源と冷源である。熱源は低沸点作動媒体を熱交換により気相媒体の状態で発電用タービンへ導くために、冷源は低沸点作動媒体を気相媒体から液相媒体に戻すために利用する。従来の発電装置とは異なり、天候や時間等に左右されにくく、電力の安定供給が不安定であるという問題点が軽減される。また低沸点作動媒体自体の比重の移動により左側タンク及び右側タンクが上下運動をするため、熱源と冷源の移動による切り替え等が無く、従来の発電設備に必要なポンプを省けるシーソー型温度差発電装置を提供することを目的とする。

本発明は課題を解決するために、大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態の下で低沸点作動媒体が交互に収容される左側タンク及び右側タンクと、前記左側タンク及び前記右側タンクに連結されるとともに中央位置が揺動自在に支持された配管と、前記配管に設けられて前記低沸点作動媒体が気化した気相媒体で駆動する発電用タービンと、前記発電用タービンにより発電される発電機と、前記右側タンク内に設けられた第一開閉バルブと、前記左側タンク内に設けられて前記第一開閉バルブとは基本的に正反対の動きになる第二開閉バルブと、前記配管における前記発電用タービンと前記右側タンクの間に設けられた第一方向弁と、前記配管における前記発電用タービンと前記左側タンクの間に設けられて前記第一方向弁とは基本的に動きの異なる第二方向弁と、前記右側タンクや前記左側タンクを少なくとも一部収容して冷房を行う第一容器と、前記右側タンクや前記左側タンクを少なくとも一部収容して暖房を行う第二容器とを少なくとも備え、熱交換の元になる熱源と気化熱や温度差を拡大させる元になる冷源を利用して、前記低沸点作動媒体を気相媒体の状態で前記右側タンク内の前記第一開閉バルブから前記左側タンクへ、前記左側タンク内の前記第二開閉バルブから前記右側タンクへ移動させる際、前記配管に設けられた前記発電用タービンが回転運動を起こして前記発電機で発電する装置を特徴とするものである。

本発明の効果は、大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態の下で低沸点作動媒体１２が交互に収容される左側タンク２及び右側タンク１と、前記左側タンク２及び前記右側タンク１に連結されるとともに中央位置が揺動自在に支持された配管３と、前記配管３に設けられて前記低沸点作動媒体１２が気化した気相媒体で駆動する発電用タービン４と、前記発電用タービン４により発電される発電機５と、前記右側タンク１内に設けられた第一開閉バルブ６と、前記左側タンク２内に設けられて前記第一開閉バルブ６とは基本的に正反対の動きになる第二開閉バルブ７と、前記配管３における前記発電用タービン４と前記右側タンク１の間に設けられた第一方向弁８と、前記配管３における前記発電用タービン４と前記左側タンク２の間に設けられて前記第一方向弁８とは基本的に動きの異なる第二方向弁９と、前記右側タンク１や前記左側タンク２を少なくとも一部収容して冷房を行う第一容器１０と、前記右側タンク１や前記左側タンク２を少なくとも一部収容して暖房を行う第二容器１１とを少なくとも備え、熱交換の元になる熱源と気化熱や温度差を拡大させる元になる冷源を利用して、前記低沸点作動媒体１２を気相媒体の状態で前記右側タンク１内の前記第一開閉バルブ６から前記左側タンク２へ、前記左側タンク２内の前記第二開閉バルブ７から前記右側タンク１へ移動させる際、前記配管３に設けられた前記発電用タービン４が回転運動を起こして前記発電機５で発電するものであるので、天候や時間等に左右されることなく発電できる。また前記低沸点作動媒体１２自体の比重で前記左側タンク２及び前記右側タンク１が上下運動をするために熱源と冷源の移動による切り替え等が無く、従来の発電設備に必要なポンプを省けるという効果を奏する。

また、従来廃棄されていた低質の熱源と冷源が、本発明によりエネルギーとして再活用することができるという効果を奏する。

シーソー型温度差発電装置は、低沸点作動媒体１２を高速かつ高圧で大量に移動することが発電量増加につながるため、温度差の大きい熱源と冷源を用意することが一番望ましい。立地環境に応じて、以下の形態の中から適宜組み合わせて採用してよい。

まず、シーソー型温度差発電装置を稼働する本質的なエネルギー源について、基本的に立地する周辺環境の熱源と冷源であるので、熱源と冷源の確保が重要である。その熱源を基本的に液体で補うのであれば、太陽光や太陽熱、地熱等を利用した温水（海洋表層水も含む）、気体で補うのであれば、蓄熱による熱気やその他施設や設備から発生する蒸気や排熱を利用する。また冷源を基本的に液体で補うのであれば用水（海洋深層水も含む）、気体で補うのであれば外気を利用する。立地環境に応じて、エネルギー源を適宜選択して採用してよい。

低沸点作動媒体１２として液体フロン（沸点約３０℃）を使用しているが、他の低沸点作動媒体を使用することもある。

右側タンク１、左側タンク２、配管３、発電用タービン４、第一開閉バルブ６、第二開閉バルブ７、第一方向弁８、第二方向弁９の材質は、低沸点作動媒体１２の種類によって長期間利用した場合、光や酸素により酸化分解されることもあるので、遮光する材質を使用する。また温度差の利用する関係で前記右側タンク１、前記左側タンク２の材質は、出来るだけ熱伝導率の高い材質を使用する。

右側タンク１と左側タンク２の形状は、第一容器１０と第二容器１１との接触面拡大の為に、容器の凹凸の有無によって球体や三角形等に変形することも有り得る。

移動自在に設けられた移動部材１３と配管３とは、別体である。

気相媒体を高速かつ高圧で大量に移動させることが発電量増加につながるため、配管３の外周に移動部材１３を設けるが、前記移動部材１３は重りと断熱材の役割も兼ねる。また配管３内壁に凹凸状に形成された螺旋部２０、又はドレンセパレーターのような突起物を設置して螺旋旋回現象を発生させる発生手段を設けたが、実施例では少なくとも一方を設ければ良い。

左側タンク２及び右側タンク１に連結されるとともに中央位置が揺動自在に支持された配管３と、配管３が上下運動をする促進装置として、支点部分に歯車２１を設置して回転することにより前記移動部材１３が左右に移動することにより、前記配管３の両端の重さを変動させる。軸受け基台１８に軸支された前記歯車２１は別の駆動源に連結されていて、左回転又は右回転するようになっている。前記歯車２１は前記移動部材１３の長手方向外周に形成されたラック２２に噛み合っており、前記歯車２１を右回転させると重りの役割も兼ねて前記移動部材１３が右側に移動し、前記右側タンク１が下方に降下して、前記左側タンク２が上方に上昇する。また前記歯車２１を左回転させると重りの役割も兼ねて前記移動部材１３が左側に移動し、前記左側タンク２が下方に降下して、前記右側タンク１が上方に上昇する。尚、促進装置はあくまでも上下運動の効率が悪い時の補助的な役割で存在する。

（００１７）とは異なる別の促進装置として、図６に示すように、駆動軸１９の位置は変わらずに、歯車２１自体が回転しながらラックを左右に移動することにより、前記左側タンク２及び前記右側タンク１とに連結された配管３を下方方向より押し上げる。軸受け基台１８に設置された前記歯車２１は別の駆動源に連結されていて、左回転又は右回転をしながら左右に移動するようになっている。前記歯車２１は前記揺動部材１３の長手方向外周に形成されたラック２２と軸受け基台１８の上面に形成されたラック２３に噛み合っており、前記歯車２１が右回転をしながら右方向に移動し、前記左側タンク２が下方に降下して、前記右側タンク１が上方に上昇する。前記歯車２１が左回転をしながら左方向に移動し、前記右側タンク１が下方に降下して、前記左側タンク２が上方に上昇する。実施例では（００１７）及び（００１８）の少なくとも一方を設ければ良い。尚、今回は（００１７）に基づいて動作説明を行っている。

シーソー型温度差発電装置が単体では、発電用タービン４が一時停止状態になり、再度稼働状態に入るまでに時間差が発生するので、単体を複数体に変更若しくは補完設備を備えるのが望ましい。（例えば図７参照。）

配管３の両端に設置されている第一開閉バルブ６と、前記第一開閉バルブ６とは基本的に正反対の動きになる第二開閉バルブ７は、低沸点作動媒体１２が気相媒体の状態で移動する際の入口として利用し、液相媒体に変わったときの逆流を防止するので、気密性の高い開閉バルブを使用する。

配管３内に設置されている第一方向弁８と、第二方向弁９は、低沸点作動媒体１２が気相媒体の状態で配管３内を移動する際、ノズルのような調整の役割をする。（図３、図４参照。）

以下、発明を実施するための動作説明をする。
左側タンク２内に低沸点作動媒体１２（例えば液体フロン）が収容されている。

配管３に設けられた第一開閉バルブ６を閉鎖して、第二開閉バルブ７は開放する。

右側タンク１が冷房を行う第一容器１０に接触して
左側タンク２が暖房を行う第二容器１１に接触している。（図１、図５Ｃ参照。）

右側タンク１内の温度と圧力が下降とともに左側タンク２内の温度と圧力が上昇するために、低沸点作動媒体１２は気相媒体となって、第二開閉バルブ７から配管３を通じて前記右側タンク１に移動し、この時に、前記発電用タービン４が回転運動を起こして発電機５で発電する。

右側タンク１内の温度と圧力が下降しているために、気相媒体の状態で左側タンク２から右側タンク１に移動した低沸点作動媒体１２は液相媒体に戻り、その結果、前記右側タンク１内の比重が増加する。右側タンク１内の比重が増加すると、左側タンク２に比し、右側タンク１が重くなって、右側タンク１がシーソーの原理で下降する。歯車２２が右回転して移動部材１３が前記右側タンク１方向に移動しており、重力の影響で前記右側タンク１自体が下降して暖房を行う第二容器１１に接触する。同時に左側タンク２内の比重が減少し、シーソーの原理で前記左側タンク２自体が上昇して冷却を行う第一容器１０に接触する。（図２、図５Ａ参照。）

左側タンク２内の低沸点作動媒体１２が気相媒体で右側タンク１内に移動したら、配管３に設けられた第二開閉バルブ７を閉鎖し、第一開閉バルブ６は開放する。

左側タンク２内の温度と圧力が下降とともに右側タンク１内の温度と圧力が上昇するために、低沸点作動媒体１２は気相媒体となって、第一開閉バルブ６から配管３を通じて前記左側タンク２に移動し、この時に、前記発電用タービン４が回転運動を起こして発電機５で発電する。

左側タンク２内の温度と圧力が下降しているために、気相媒体の状態で右側タンク１から左側タンク２に移動した低沸点作動媒体１２は液相媒体に戻り、その結果、前記左側タンク２内の比重が増加する。左側タンク２内の比重が増加すると、右側タンク１に比し、左側タンク２が重くなって、左側タンク２がシーソーの原理で下降する。歯車２２が右回転して移動部材１３が前記右側タンク１方向に移動しており、重力の影響で前記左側タンク２自体が下降して暖房を行う第二容器１１に接触する。同時に右側タンク１内の比重が減少し、シーソーの原理で前記右側タンク１自体が上昇して冷却を行う第一容器１０に接触する。（図１、図５Ｃ参照。）

右側タンク１内の低沸点作動媒体１２が気相媒体で左側タンク２内に移動したら、配管３に設けられた第一開閉バルブ６を閉鎖し、第二開閉バルブ７は開放する。

以下、図１〜図６は本発明に係るシーソー型温度差発電装置の構成例を示す図である。
本発明に係るシーソー型温度差発電装置の構成例を示す正面図。（右側タンク１が第一容器１０に接触、左側タンク２が第二容器１１に接触している状態。）本発明に係るシーソー型温度差発電装置の構成例を示す正面図。（右側タンク１が第二容器１１に接触、左側タンク２が第一容器１０に接触している状態。）本発明に係るシーソー型温度差発電装置の配管３内の平面図。（第二方向弁９のノズルを絞っている図。）本発明に係るシーソー型温度差発電装置の配管３内の正面図。（第一方向弁８のノズルを絞っている図。）本発明に係るシーソー型温度差発電装置の動作状態を示す正面図。（移動部材１３が左右に移動する図。）本発明に係るシーソー型温度差発電装置の動作状態を示す正面図。（歯車２１が左右に移動する図。）本発明に係るシーソー型温度差発電装置を複数体にして連結した平面図。

１：右側タンク
２：左側タンク
３：配管
４：発電用タービン
５：発電機
６：第一開閉バルブ（閉鎖状態）
７：第二開閉バルブ（開放状態）
８：第一方向弁
９：第二方向弁（小口径状態）
１０：第一容器（冷源）
１１：第二容器（熱源）
１２：低沸点作動媒体
１３：移動部材
１４：第一開閉バルブ（開放状態）
１５：第二開閉バルブ（閉鎖状態）
１６：第一方向弁（小口径状態）
１７：第二方向弁
１８：軸受け基台
１９：駆動軸
２０：凹凸状に形成された螺旋部
２１：歯車
２２：前記揺動部材長手方向外周に形成されたラック
２３：軸受け基台天頂に形成されたラック

Claims

大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態の下で低沸点作動媒体が交互に収容される左側タンク及び右側タンクと、前記左側タンク及び前記右側タンクに連結されるとともに中央位置が揺動自在に支持された配管と、前記配管に設けられて前記低沸点作動媒体が気化した気相媒体で駆動する発電用タービンと、前記発電用タービンにより発電される発電機と、前記右側タンク内に設けられた第一開閉バルブと、前記左側タンク内に設けられて前記第一開閉バルブとは基本的に正反対の動きになる第二開閉バルブと、前記配管における前記発電用タービンと前記右側タンクの間に設けられた第一方向弁と、前記配管における前記発電用タービンと前記左側タンクの間に設けられて前記第一方向弁とは基本的に動きの異なる第二方向弁と、前記右側タンクや前記左側タンクを少なくとも一部収容して冷房を行う第一容器と、前記右側タンクや前記左側タンクを少なくとも一部収容して暖房を行う第二容器とを少なくとも備えたことを特徴とし、熱力学的サイクルを利用したシーソー型温度差発電装置。
前記配管に設けられて配管の上下運動に追従して移動する移動部材を設けた請求項１に記載のシーソー型温度差発電装置。