JPH03281984A - エネルギー変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、風力や波力なとの自然エネルギーの変換装置
等に使用される、気体を媒体として動力を他のエネルギ
ーに変換する装置に関する。

Ｂ　発明の概要 本発明は、伝熱壁を構成する熱電素子の負荷抵抗を制御
することによって、圧縮気体蓄積部および排出気体蓄積
部間の熱交換量を制御することとし、 熱エネルギー媒体として外部に供給する気体の温度制御
を可能とするものである。

Ｃ２従来の技術 風力や波力等の自然エネルギーは貴重な天与のエネルギ
ーであり、現在、その利用技術の開発・研究が進められ
ている。

この種の技術では、自然エネルギーが定常性や安定性を
欠く点か大きな課題となっている。

第３図は、従来の風力発電システムの１例を示す。

風力発電装置１は風力により発電を行い、この風力発電
装置１から供給される電力は、充放電制御装置２により
蓄電池３に一旦蓄えられ、この後、直交変換装置４によ
り交流電力に変換されて電力負荷に供給される。

第４図は、従来の波力発電システムの他の例を示す。

波力エネルギー吸収装置５は、空気を媒体として波力エ
ネルギーを圧力エネルギーに変換する。

この圧力エネルギーにより、蓄気槽６は空気を圧縮して
蓄える。蓄気槽６から供給される空気により、空気ター
ビン発電機７が駆動して発電を行う。

第５図は、従来の波力発電システムの他の例をボす。

波力エネルギー吸収装置８では、振り子板９が波力によ
り振れ、振り子板９からの伝達力によって油圧シリンダ
１０が動作する。これにより、作動面は高圧となり、作
動油蓄積部ＩＩにて発熱する。この熱が熱交換器Ｉ２に
より、水を媒介として取り出され、温水蓄熱部１３に蓄
積される。この温水蓄熱部１３から温水が熱負荷１４に
適宜供給される。

このように従来は、自然エネルギーを熱エネルギーなど
の蓄積可能なエネルギーに変換して蓄積安定化したうえ
で、外部に供給していた。

Ｄ０発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来の技術では、蓄積容量が限られてい
るので、安定化にも限界かあり、例えば自然エネルギー
を熱エネルギーとして取り出す場合、自然エネルギーの
増減に従って熱媒の温度が変動してしまうという問題か
あった。

本発明は、このような問題点に鑑み、自然エネルギーを
蓄積・安定化して熱エネルギー等として供給するエネル
ギー変換装置において、熱エネルギー媒体として外部に
供給する気体の温度を制御できるものを提供することを
目的とする。

Ｅ１課題を解決するための手段 本発明は、上記の目的を達成するために、気体を媒体と
し、動力を回転エネルギーおよび熱エネルギーに変換す
る装置において、次の手段を設は八〇のである。ただし
、「気体Ｊは、圧力エネルギーや熱エネルギーの媒体と
して使用可能なものであればよく、特に空気に限定され
るものではない。

■　動力により気体を圧縮して蓄える圧縮気体蓄積Ｉｇ
。

■　圧縮気体蓄積部からの気体により回転する膨張ター
ビン。

■　膨張タービンから排出される気体の一部を低温気体
として外部に供給する低温気体供給部。

■　膨張タービンから排出される気体の残りを蓄える排
出気体蓄積部。

■　排出気体蓄積部から排出される気体を中温気体とし
て外部に供給する中温気体供給部。

■　熱電素子で構成され、圧縮気体蓄積部および排出気
体蓄積部間で熱交換を行う伝熱壁。

■　熱電素子の負荷抵抗の大きさを制御することによっ
て、伝熱壁を伝導する熱量を制御する伝熱制御部。

１１作用 本発明に係るエネルギー変換装置では、動力により圧縮
された気体が圧縮気体蓄積部に蓄えられ、その気体によ
って膨張タービンが回転する。これにより、外部に回転
エネルギーを供給する。

膨張タービンから排出される気体は、断熱膨張により低
温になるので、その一部を低温気体として外部に供給す
る。残りの気体は、排出気体蓄積部に蓄積した後、中温
気体として外部に供給する。

ここで、圧縮気体蓄積部では、断熱圧縮により気体が高
温となっている。したがって圧縮気体蓄積部と排出気体
蓄積部との間で熱交換を行って、圧縮された気体の温度
を下げれば、低温気体の温度をさらに下げることかでき
る。

また、伝熱制御部により、圧縮気体蓄積部と排出気体蓄
積部との間の熱交換量を制御することによって、低温気
体と中温気体の温度を制御することができる。

Ｇ、実施例 以下、図面を用いて、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る風力エネルギー変換
システムを示す。

１５は風車であり、増速機■６は風車１５から伝達され
る回転の速度を増加する。

この回転力により圧縮機１７．１８が作動する。

圧縮機としては、ポリトロープ圧縮を行う単一の装置を
使用するが、ここでは説明の便宜上、断熱圧縮を行う圧
縮１１７と等熱圧縮を行う圧縮機１８とに分解して示し
ている。圧縮機Ｉ７により圧縮された空気の一部は、高
温空気としてバルブ１９により外部に供給される。

高温空気槽２０は、圧縮機１８からの空気を蓄えるもの
である。膨張タービン２１は、高温空気槽２０からの空
気により回転するものであり、この回転力により発電機
２２が駆動される。

低温空気槽２３は、膨張タービン２１が吐出する空気を
蓄えるものである。膨張タービン２１が吐出する空気の
一部は、低温空気としてバルブ２４により外部に供給さ
れる。低温空気槽２３に蓄えられた空気は、中温空気と
して外部に供給される。

熱交換伝熱壁２５は、高温空気槽２０と低温空気槽２３
との間で熱交換を行うものである。高温空気槽２０と低
温空気槽２３を偏平な形状にし、熱交換伝熱壁２５に対
する接触面積を大きくすれば、熱伝導効率の点で有利と
なる。

第２図は、熱交換伝熱壁２５の構造を示す。

熱交換伝熱壁２５は、ＰＮ接合の半導体からなる複数の
熱電素子により構成されている。この熱交換伝熱壁２５
の高温空気槽２０および低温空気杆１２３に対する接合
面には、電気絶縁が施されている。

ところで、熱電素子は、ＰＮ接合部の両端に温＋＝ｙ、
　′ｒ　ｈ　　”ｒｃを与えれば、その温度差による熱
伝導に伴って発電するものである。また熱電素子の出力
電力Ｗ１を変化させれば、伝導する熱量Ｑ。

Ｑ′　も変化する特性を有する。

そこで１Ｊ変抵抗２６により熱電素子の出力電流１を制
御して、出力電力ＷＥを制御することによって、熱交換
伝熱壁２５における熱交換量を制御することとしている
。

次に、この装置の動作を説明する。

風車１５により風力を回転力として取り込み、増速機１
６により回転速度を上げ、圧縮機１７゜１８を駆動する
。

この圧縮機１’７．１８により、圧力Ｐ。

（−１ｓｔｍ）　、ｔｊｒ度Ｔ。（外気温度）なる空気
を流ｆｆ１Ｆ’。にて吸い込み、これを圧力Ｐｔまで圧
縮する。

このとき、断熱圧縮によって空気の温度が上昇する。た
とえば圧力Ｉ）、を３０ａｔｍとずれば、温度′Ｉ゛　
は５１５℃程度に上昇する。また、圧縮に要する仕事量
は、空気１＋＋ｏｌ当たり＋４ｋＪとなる。

この圧縮機Ｉ７からの空気をバルブ１９により抽気すれ
ば、圧力Ｐ３、温度Ｔ１（”ｉ’ｌ”ｔ）の高温空気を
給熱の用に供することができる。

圧縮機１８により等温圧縮された高温空気は、高温空気
槽２０に蓄えられて安定化される。この高温空気槽２０
は、エネルギーの安定化を目的とするものであるので、
１．２時間で供給される空気量を蓄積する容量があれば
足りる。

風力の取り込み量が、たとえば１５０ｋＷ級であるとす
ると、単位時間につき１０ｍｏｌ程度の空気を３０ａｔ
ｍまで圧縮することが可能であるので、容量は５０．０
００ｉｏ１、ずなわち１００ｍ３程度でよい。

高温空気槽２０に蓄えられた空気は、熱交換伝熱壁２５
に熱を供給した後、膨張タービン２１に供給される。こ
の高圧の空気により、膨張タービン２１が駆動し、発電
機２２が電力Ｗｌを発電する。このとき、空気は圧力Ｐ
、から圧力Ｐ３（ξＩ　ａｔｍ）まで膨張し、圧力Ｐ、
が高ければ高いほど、空気温度Ｔ、が低下する。

この低温空気をバルブ２４により抽気すれば、冷凍など
の用に供することができる。残りの空気（空気量Ｆ３）
は低温空気槽２３に蓄えられ、熱交換伝熱壁２５から熱
を吸収し、温度Ｔ４の中温空気として外部に供給される
。

ここで、高温空気槽２０から熱交換伝熱壁２５に移行す
る熱量をＱ、熱交換伝熱壁２５から低温空気槽２３に移
行する熱量をＱ′　とする。可変抵抗２Ｇの抵抗値を加
減して、熱交換伝熱壁２５の発生電力ＷＥを変化させる
ことによって、熱量Ｑ。

Ｑ′を制御することができる。

これによって、高温空気槽２０の空気温度と低温空気槽
２３の空気温度を制御することができ、低温空気の温度
′ｌ゛３と中温空気の温度Ｔ４とを制御することが可能
となる。

また、可変抵抗２６として、 蓄熱式給湯槽の電 熱器など、変動する電力でも差し支えない負荷を用いれ
ば、エネルギーの有効利用が可能である。

さらに、圧縮機１８にも、熱交換伝熱壁２５と同様の構
造の熱交換伝熱壁２７を付加し、熱量Ｑｃ′を温水槽２
８などへ供給する態様をとることができる。

以上、風力エネルギーを対象とした装置を説明したが、
本発明はこれに限定されず、波力エネルギーその他の自
然エネルギーの変換装置に適用することができる。

Ｈ０発明の詳細 な説明したように、本発明では、動力を回転エネルギー
や熱エネルギーに変換することができるので、風力や波
力などをエネルギー源として、電力や熱などの多種の形
態のエネルギーを供給することかできる利点がある。

さらに本発明では、伝熱壁を構成する熱電素子の負荷抵
抗を制御することによって、高温高圧の気体を蓄積する
圧縮気体蓄積部と、低温低圧の気体を蓄積する排出気体
蓄積部との間の熱交換量を制御し、低温気体と中温気体
の温度を制御することか可能となる。したがってエネル
ギー源か定常性や安定性に乏しい自然エネルギーであっ
ても、安定したエネルギー供給を行うことができる利点
かある。

このように本発明は、自然エネルギーの取り込み・変換
に適用すれば、極めて効果的であり、自然エネルギー利
用を促進する利点がある。風力や波力などの自然エネル
ギーは、ローカルエネルギーであるので、省エネルギー
化は勿論、地域活性化に資するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る風カニネルキー変換装
置を示す説明図、第２図は熱交換伝熱壁を示す説明図、
第３図は従来の風力発電システムを示す説明図、第４図
は従来の波力発電システムを示す説明図、第５図は従来
の波力発電システムの他の例を示す説明図である。 ２０・・・高温空気槽、２１・・・膨張タービン、２２
・・・発電機、２３・・・低温空気槽、２４・・・低温
空気を供給するバルブ、２５・・・熱交換伝熱壁、２６
・・・可変抵抗。 外２名 第３図 ＨＬ箔のＬ−ｎ緒１！ヤステム 第４図 便５Ａ／］液ｎそ電シスデム ５労跣クエキルヤーＶ浸べ麺ｆｔ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）気体を媒体とし、動力を回転エネルギーおよび熱
   エネルギーに変換する装置において、動力により気体を
   圧縮して蓄える圧縮気体蓄積部と、 この圧縮気体蓄積部から供給される気体により回転する
   膨張タービンと、 この膨張タービンから排出される気体の一部を低温気体
   として外部に供給する低温気体供給部と、膨張タービン
   から排出される気体の残りを蓄える排出気体蓄積部と、 この排出気体蓄積部から排出される気体を中温気体とし
   て外部に供給する中温気体供給部と、熱電素子で構成さ
   れ、圧縮気体蓄積部および排出気体蓄積部間で熱交換を
   行う伝熱壁と、 熱電素子の負荷抵抗の大きさを制御することによって、
   伝熱壁を伝導する熱量を制御する伝熱制御部と を設けたことを特徴とするエネルギー変換装置。