JPH0240843B2 - Hainetsuryodoryokuhatsuseisochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、廃熱利用動力発生装置に関し、例
えば発電装置などからの廃熱を利用して動力を得
るものに関する。

〔従来の技術〕

従来、低温度のエネルギー源から動力を得る装
置として、第２図に示すヒートパイプエンジンが
知られている。（特開昭58−57014号公報、雑誌
TRIGGER 84−８に示されている。） ヒートパイプエンジンの動作を以下に説明す
る。第２図ａにおいて、１は圧力室でその上半分
は外界から冷却されて冷却部Ｂを構成している。
また、圧力室１の下半分は加熱されて加熱部Ｃを
構成している。２は外界から断熱された断熱部Ａ
を構成し、圧力室１に直結したシリンダ室であ
り、ピストン３を介して外界に仕事が伝達され
る。４は圧力室１内に封入された作動流体の液相
部を示し、圧力室１内の他の部分およびシリンダ
室２はその蒸気で占められ、気液二相の状態にな
つている。５は熱シヤツターで、断熱材より成る
上下部の低面を持たない薄肉の中空円筒である。
この熱シヤツター５を圧力室１内の壁面に接触す
ることなく、滑らかに上下運動させる。この運動
により圧力室１の冷却部Ｂと加熱部Ｃの作動流体
は交互に外界と熱交換される。この熱シヤツター
５の存在は圧力室１内の蒸気流路に何の障害にも
ならない。第２図ａにおいて、熱シヤツター５は
最上限に位置し、圧力室の１冷却部Ｂを完全に遮
蔽し、作動流体は加熱されて高圧蒸気となり、上
記のシリンダ室２に伝達されてピストン３を上方
に押し上げる（第２図ｂ）。次に第２図ｃに示す
ように、熱シヤツター５を下降させ始めると、蒸
気は冷却され、凝縮し始める。この時、ピストン
３は未だ最上部付近に止まつている。熱シヤツタ
ー５が第２図ｄに示すように最下限に移動する
と、圧力室１内の蒸気は最大限に冷却を受け、蒸
気の速やかな凝縮・液化が進行して蒸気圧は最低
になる。この間、ピストン３はシリンダ室２を降
下し、最下部に位置する（第２図ｅ）。熱シヤツ
ター５を上昇させて冷却部Ｂを再び遮蔽し始める
と、作動流体は再び加熱され始めるが、ピストン
は最下部に位置したままである（第２図５）。そ
して、第２図ａの状態に戻る。このように熱シヤ
ツター５とピストン３はほぼ90゜の位相差で同期
しながら、例えば位相を調整したピストン３の動
力で熱シヤツター５が移動させられ、上下に移動
を繰り返すことにより、サイクルを形成し継続的
に仕事を取り出すことができる。この時、熱シヤ
ツター５は自らは何ら仕事をしないので、熱シヤ
ツター５の移動に要する外部からの仕事は、ピス
トン３から取り出される仕事に比べて十分に小さ
いものとなる。

ヒートパイプエンジンの利点は、 (1) 作動流体の種類を選択することにより、さら
にはその流体の使用温度領域を適当に設定する
ことにより、任意の大きさの動力を得るエンジ
ンが可能であること、 (2) 相変化は極めて速やかに起り、また小さい温
度変化でも起るので、他の熱機関に比べて低温
度熱機関になり得ること、 (3) 一種の外熱機関であるから、これの加熱手段
としては多種多様の燃料あるいは熱源を利用で
きること、などが挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の、例えば発電装置においては、タービン
を駆動した後の高温高圧蒸気を水に戻す復水器か
らの廃熱が利用されずに棄てられていたという問
題点があつた。

この発明は、かかる問題点を解決するためにな
されたもので、廃熱を利用して動力を発生させる
装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る廃熱利用動力発生装置は、ボイ
ラと、このボイラから発生した蒸気が供給され、
発電機を駆動するタービンとを有する発電系、加
熱と冷却を交互に行なうことにより動力を得るヒ
ートパイプエンジン、タービンから排出された蒸
気でヒートパイプエンジンを加熱し、液化した液
体をボイラに帰す第１配管、第１配管による加熱
と交互に、冷媒でヒートパイプエンジンを冷却す
る第２配管を備えたものである。

〔作用〕

この発明においては、タービンから排出された
蒸気流をヒートパイプエンジンの加熱部に導き、
蒸気からの廃熱をヒートパイプエンジンの加熱源
として利用する。さらに、発電系において蒸気の
吸熱源である冷媒をヒートパイプエンジンの冷却
部に導き、ヒートパイプエンジンを冷却して、加
熱、冷却を交互に行なわせることにより、ヒート
パイプエンジンを動作させ、動力を発生させる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図において、１１は、例えば火力発電プ
ラントにおけるボイラ、１２はタービンで、ボイ
ラ１１から発生した蒸気が供給され、発電機１３
を駆動するものである。１４はタービン１２から
排出された高温の蒸気を水に戻す復水器、１５は
ポンプであり、ボイラ１１、タービン１２、発電
機１３、復水器１４、およびポンプ１５で発電系
を構成している。この実施例ではヒートパイプエ
ンジンを系統設けた場合を示す。２１，２２は、
例えば二台並列して設けられた第１、第２ヒート
パイプエンジン、２３，２４は第１、第２ヒート
パイプエンジン２１，２２をそれぞれ加熱するた
めの第１、第２加熱器、２５，２６はそれぞれ第
１、第２ヒートパイプエンジン２１，２２を冷却
する第１、第２冷却器である。２７，２８は、第
１第２加熱器２３，２４、への流体の流入を切り
換える開閉弁であり、２９，３０は、第１、第２
冷却器２５，２６への冷媒の流入を切り換える開
閉弁である。これらの開閉弁２７，２８，２９，
３０の開閉はそれぞれ電気的に制御されている。
また、３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂは、第
１、第２ヒートパイプエンジン２１，２２の点
検、修理時などに、第１、第２ヒートパイプエン
ジン２１，２２を切り離し、復水器１４により発
電系を構成するための開閉弁である。３５はボイ
ラ１１、タービン１２、復水器１４、ポンプ１５
を接続する配管であり、３６はタービン１２と復
水器１４間の配管３５から分岐して蒸気を流入
し、開閉弁３１Ａ，２７，２８を経て加熱器２
３，２４でヒートパイプエンジン２１，２２を加
熱し、ここで蒸気が液化され、さらに開閉弁３１
Ｂを介して復水器１４とポンプ１５の間の配管３
５に接続して、液化した液体をボイラ１１に帰す
第１配管である。３７は、例えば海水などの吸熱
源３８からポンプ３９を介して冷媒を流入し、開
閉弁３３，２９，３０を経て冷却器２５，２６で
ヒートパイプエンジン２１，２２を冷却し、再び
吸熱源３８へ戻る第２配管である。また、４０は
吸熱源３８から開閉弁３４を介して冷媒を流入
し、復水器１４を冷却した後、再び吸熱源３８へ
戻る配管である。なお、第１、第２ヒートパイプ
エンジン２１，２２のピストン３は、例えば別途
設けられた発電機（図示せず）に機械的あるいは
油圧、水圧ポンプ等を介して接続され、ピストン
３の運動として発生した動力で発電が行なわれる
ようになつている。図中、点線の矢印はタービン
１２を駆動するための流体の流れを示し、実線の
矢印は吸熱源３８からの冷媒の流れを示してい
る。

以下、この装置の動作について説明する。ここ
で第１、第２ヒートパイプエンジン２１，２２の
それぞれにおいて、加熱冷却を交互に行なうと動
力が得られる原理は従来例と同じである。今、開
閉弁３１Ａ，３１Ｂ，３３は開、開閉弁３２Ａ，
３２Ｂ，３４は閉、開閉弁２７，３０は開、開閉
弁２８，２９は閉とする。この時、ボイラ１１で
高温・高圧になつた水蒸気は、タービン１２を駆
動して発電機１３を回転させて発電した後、中
温・低圧の水蒸気になり、配管３６に設けられた
開閉弁３１Ａ，２７を通り、第１ヒートパイプエ
ンジン２１の第１加熱器２３に流入する。ここで
第１ヒートパイプエンジン２１を加熱すると同時
に冷却されて凝縮液化され、開閉弁３１Ｂを通り
配管３５のポンプ１５を介して再びボイラ１１に
帰る。また同時に、吸熱源３８からの冷媒は、ポ
ンプ３９に駆動されて配管３７の開閉弁３３，３
０を通り、第２ヒートパイプエンジン２２の第２
冷却器２６に流入し、第２ヒートパイプエンジン
２２を冷却した後、再び冷熱源３８に還流する。
従つて、第１ヒートパイプエンジン２１は第１加
熱器２３により加熱状態となり、第２ヒートパイ
プエンジン２２は第２冷却器２６により冷却状態
になる。次に、開閉弁２７，３０を閉、開閉弁２
８，２９を開に切り換える。この時、タービン１
２からの蒸気は開閉弁２８を介して第２ヒートパ
イプエンジン２２の第２加熱器２４に流入して、
第２ヒートパイプエンジン２２を加熱する。一
方、吸熱源３８からの冷媒は開閉弁２９を通つて
第１冷却器２５に流入し、第１ヒートパイプエン
ジン２１を冷却する。すなわち、開閉弁２７，３
０と開閉弁２８，２９の開閉を交互に行なわせる
ことにより、第１、第２ヒートパイプエンジン２
１，２２の加熱・冷却が交互に行なわれ、第１、
第２ヒートパイプエンジン２１，２２より動力を
発生させることができる。このように、従来ター
ビン１２を駆動した後、復水器１４で配管４０を
通る冷媒を介して吸熱源３８に棄てられていた熱
エネルギによつて、動力を発生することが可能と
なる。

なお、上記実施例では、二台のヒートパイプエ
ンジンを使用した場合について示したが、一台や
二台以上のヒートパイプエンジンで構成してもよ
い。一台の場合は、加熱と冷却を交互に行なわせ
る必要があるため、発電系を循環している流体の
流れが周期的に停止することになり、発電系の運
動機能を妨げるおそれがある。従つて二台以上の
ヒートパイプエンジンで構成すると、流体の流れ
の脈動が小さくなり、発電系の機能を妨げず、円
滑に運転できる。

また、上記実施例では、発電系に復水器１４を
設けているので、開閉弁３１Ａ，３１Ｂ，３３を
閉、開閉弁３２Ａ，３２Ｂ，３４を開にすると、
ヒートパイプエンジン２１，２２を切り離して発
電系を運転することができ、ヒートパイプエンジ
ン２１，２２の修理や点検等においても、発電系
を継続して運転できる効果がある。

また上記実施例では開閉弁２７，２８の開閉を
交互に行ない蒸気の効率的利用を図つているが、
開閉弁２７，２８をなくして常時両通路とも連通
させて加熱器２３，２４を加熱しておけば、ヒー
トパイプエンジンの動作がより滑らかになる。

同様に、開閉弁２９，３０をなくして、常時両
通路とも連通させて冷却器２５，２６を冷却して
おけば、ヒートパイプエンジンの動作が滑らかに
なる。

また上記実施例において開閉弁３１Ｂ，３２Ｂ
をなくして連通状態にしておいても、開閉弁３１
Ａ，３２Ａの開閉で第１配管３６への蒸気を開閉
できるので、動作は可能である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、ボイラと、
このボイラから発生した蒸気が供給され、発電機
を駆動するタービンとを有する発電系、加熱と冷
却を交互に行なうことにより動留を得るヒートパ
イプエンジン、タービンから排出された蒸気でヒ
ートパイプエンジンを加熱し、液化した液体をボ
イラに帰す第１配管による加熱と交互に、冷媒で
ヒートパイプエンジンを冷却する第２配管を備え
ることにより、従来棄てられていた熱エネルギを
利用して動力を発生させる廃熱利用動力発生装置
が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による廃熱利用動
力発生装置の接続構成図、第２図ａ〜ｆは従来の
ヒートパイプエンジンの動作原理を示す説明図で
ある。 １１……ボイラ、１２……タービン、１３……
発電機、２１，２２……ヒートパイプエンジン、
２３，２４……加熱器、２５，２６……冷却器、
３６……第１配管、３７……第２配管、なお、図
中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボイラと、このボイラから発生した蒸気が供
   給され、発電機を駆動するタービンとを有する発
   電系、加熱と冷却を交互に行なうことにより動力
   を得るヒートパイプエンジン、上記タービンから
   排出された蒸気で上記ヒートパイプエンジンを加
   熱し、液化した液体を上記ボイラに帰す第１配
   管、第１配管による加熱と交互に、冷媒で上記ヒ
   ートパイプエンジンを冷却する第２配管を備えた
   廃熱利用動力発生装置。 ２ ヒートパイプエンジンは、二系統設けられ、
   一系統が加熱されているときに他系統が冷却され
   ているようにした特許請求の範囲第１項記載の廃
   熱利用動力発生装置。 ３ 発電系には、タービンから排出される蒸気を
   液化する復水器が設けられている特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の廃熱利用動力発生装
   置。