JPH05306676A - Solid phase thermal energy generating system - Google Patents

Solid phase thermal energy generating system

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Publication number
JPH05306676A
JPH05306676A JP13561592A JP13561592A JPH05306676A JP H05306676 A JPH05306676 A JP H05306676A JP 13561592 A JP13561592 A JP 13561592A JP 13561592 A JP13561592 A JP 13561592A JP H05306676 A JPH05306676 A JP H05306676A
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JP
Japan
Prior art keywords
power generation
heat
motion
thermal energy
reciprocating
Prior art date
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Pending
Application number
JP13561592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Mizutani
弘 水谷
Toshio Sakuma
俊雄 佐久間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central Research Institute of Electric Power Industry
Original Assignee
Central Research Institute of Electric Power Industry
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Publication date
Application filed by Central Research Institute of Electric Power Industry filed Critical Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority to JP13561592A priority Critical patent/JPH05306676A/en
Publication of JPH05306676A publication Critical patent/JPH05306676A/en
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Abstract

PURPOSE:To carry out power generation by using heat at an ordinary temperature or in a comparatively low temperature range near to the ordinary temperature. CONSTITUTION:This system is constituted of a reciprocating motion engine 1 carrying out reciprocating motion with a shape memory alloy as working elements 11,... 11, a motion converter 3 to convert the reciprocating motion of this reciprocating motion engine 1 and a generating device 4 rotated by this motion converter 3, and it is devised to realize a high density and compact generating system by acquiring small reciprocating motion by the reciprocating motion engine 1 by way of using comparatively low temperature heat and rotating the generating device 4 by this small reciprocating motion.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固相熱エネルギー発電
システムに関するものである。更に詳述すると、本発明
は、例えば都市温排熱利用発電、各種産業の排熱利用発
電、火力発電所の温排熱利用発電、コージェネレーショ
ンの排熱利用発電、燃料電池排熱利用発電、太陽熱温水
器利用発電等に利用される固相熱エネルギー発電システ
ムに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state thermal energy power generation system. More specifically, the present invention includes, for example, city heat exhaust heat power generation, waste heat power generation of various industries, thermal heat power generation power generation of thermal power plants, cogeneration waste heat power generation, fuel cell waste heat power generation, The present invention relates to a solid-phase thermal energy power generation system used for power generation using a solar water heater.

【0002】[0002]

【従来の技術】発電システムや産業プラントなどからは
比較的高温の燃焼ガスなどが大量に排出される。例えば
火力発電のガスタービンなどから排出される燃焼ガスは
500℃以上にも達する。また、一般的な産業プラント
などから排出されるガスも200℃〜400℃程度の熱
を有する。
2. Description of the Related Art A large amount of relatively high temperature combustion gas is discharged from a power generation system or an industrial plant. For example, the combustion gas discharged from a gas turbine for thermal power generation reaches as high as 500 ° C or higher. Further, the gas discharged from a general industrial plant or the like also has heat of about 200 ° C to 400 ° C.

【0003】そこで、従来では廃棄されていたガスの熱
を比較的低温でも稼動する排熱ボイラや熱交換器などで
熱そのものとして利用できるように回収したり(コージ
ネレーション)、温度差発電などに利用して熱効率を向
上させることが考えられていいる。
Therefore, the heat of the gas that has been conventionally discarded is recovered (cogeneration) so that it can be used as the heat itself in an exhaust heat boiler or a heat exchanger that operates even at a relatively low temperature, temperature difference power generation, etc. It is considered to be used to improve the thermal efficiency.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
も排熱ボイラや熱交換器などで効率的に熱を回収できる
程度例えば十分な温度差がとれる範囲の排熱は回収され
てきたが、僅かな温度差しかとれない状態例えば常温以
上で100℃程度未満の熱を回収することはせずに、そ
のまま自然界に排出されている。特に、このような常温
に近い工業的には低温と言える100℃程度未満の熱を
利用して発電を継続的に行うものは従来存在しなかっ
た。このため、発電所や各種産業設備からは相変らず常
温に近い温熱が排出される。
However, in all cases, exhaust heat has been recovered to the extent that a sufficient temperature difference can be obtained, for example, to the extent that heat can be efficiently recovered by the exhaust heat boiler, heat exchanger, etc. In a state in which the temperature cannot be offset, for example, heat at room temperature or higher and less than about 100 ° C. is not recovered, but is directly discharged to the natural world. In particular, there has never been a conventional apparatus that continuously generates power using heat of less than about 100 ° C., which is industrially low temperature close to room temperature. For this reason, the heat from the power plant and various industrial equipment is still discharged at a temperature close to room temperature.

【0005】本発明は、常温若しくはそれに近い比較的
低温領域の熱を利用して発電を行うことを可能とする固
相熱エネルギー発電システムを提供することを目的とす
る。
It is an object of the present invention to provide a solid-state thermal energy power generation system capable of generating electric power by utilizing heat in a room temperature or a relatively low temperature range close to it.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の固相熱エネルギー発電システムは、形状記
憶合金を作動素子として往復運動を行う往復運動機関
と、この往復運動機関の往復運動を回転運動に変換する
運動変換装置と、この運動変換装置によって回転させら
れる発電装置とから構成している。ここで、往復運動機
関の作動素子及びその周辺には伝熱材とヒートパイプが
挿入され、ヒートパイプによって供給される熱を直接及
び伝熱部材を介して作動素子に伝達するようにすること
が好ましい。または、往復運動機関の作動素子は水によ
って供給される熱を直接作動素子に伝達することが好ま
しい。更には往復運動機関の直線変位ならびに力を増幅
して運動変換装置に伝達する変位増幅装置を有すること
がより好ましい。
In order to achieve the above object, the solid-state thermal energy power generation system of the present invention includes a reciprocating engine that reciprocates using a shape memory alloy as an actuating element, and a reciprocating motion of the reciprocating engine. It is composed of a motion conversion device for converting the motion into rotational motion and a power generation device rotated by the motion conversion device. Here, a heat transfer material and a heat pipe are inserted in the operating element of the reciprocating engine and its surroundings so that the heat supplied by the heat pipe is transferred to the operating element directly and via the heat transfer member. preferable. Alternatively, the actuating element of the reciprocating engine preferably transfers the heat supplied by the water directly to the actuating element. Further, it is more preferable to have a displacement amplification device that amplifies linear displacement and force of the reciprocating motion engine and transmits the force to the motion conversion device.

【0007】また、本発明の固相熱エネルギー発電シス
テムは、複数台の往復運動機関をカスケード接続するよ
うにしている。
In the solid-state thermal energy power generation system of the present invention, a plurality of reciprocating motion engines are connected in cascade.

【0008】[0008]

【作用】形状記憶合金は比較的狭い温度差で作動する。
しかも、この形状記憶合金に蓄積される歪エネルギーは
形状記憶合金の体積に比例する。しかし、形状記憶合金
の寿命は歪量が大きくなると急激に短くなる。そこで、
寿命を長くし、歪エネルギーを大きくするためこの形状
記憶合金を往復運動する作動素子として利用し、これを
高密度に往復運動機関内に装着することならびに微小な
歪量変化の範囲例えば0.2〜0.5%で作動素子を作
動させるようにしている。作動素子は微小な歪量変化の
範囲で比較的低温の熱源を利用して歪を得る。そして、
この歪は必要に応じて変位増幅装置、力増幅装置によっ
て増幅されてから、あるいはそのままの状態で運動変換
装置によって回転運動に変換される。この回転運動で発
電機を回転させ発電する。
The shape memory alloy operates with a relatively narrow temperature difference.
Moreover, the strain energy accumulated in this shape memory alloy is proportional to the volume of the shape memory alloy. However, the life of the shape memory alloy sharply shortens as the amount of strain increases. Therefore,
In order to prolong the life and increase the strain energy, this shape memory alloy is used as an actuating element for reciprocating motion, and it is mounted in a reciprocating engine with high density and a range of minute strain amount change, for example, 0.2. The actuating element is activated at .about.0.5%. The actuating element obtains strain by using a heat source at a relatively low temperature within the range of minute strain amount change. And
This strain is amplified by a displacement amplifying device and a force amplifying device as needed, or is converted into a rotary motion by a motion converting device as it is. This rotating motion rotates the generator to generate electricity.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of the present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings.

【0010】図1に本発明の固相熱エネルギー発電シス
テムの原理を示す。この発電システムは固相熱エネルギ
ーを往復運動に変換する往復運動機関1と、その往復運
動を増幅する変位増幅装置2と、この往復変位を回転に
変換する運動変換装置3と、運動変換装置3によって得
られる回転で駆動される発電機4とから構成されてい
る。
FIG. 1 shows the principle of the solid-state thermal energy power generation system of the present invention. This power generation system includes a reciprocating engine 1 for converting solid-phase heat energy into reciprocating motion, a displacement amplifying device 2 for amplifying the reciprocating motion, a motion converting device 3 for converting the reciprocating displacement into rotation, and a motion converting device 3 And a generator 4 driven by the rotation obtained by.

【0011】往復運動機関1は、形状記憶合金例えばニ
チノール合金(NiTi)を作動素子11として利用
し、この作動素子11を変態温度付近に加熱する熱と変
態温度より低い温度に冷却する熱とを交互に供給する熱
源12とを少なくとも有して成る。例えば、図2に示す
ように、2枚の断熱材の隔壁13,14の間に軸方向に
移動可能な断熱材の可動隔壁15を設け、この可動隔壁
15に1本ないし複数本のピストン16を固定して可動
隔壁15の動きをピストン16に伝えるようにする一
方、可動隔壁15を挾む左右の部屋に形状記憶合金の作
動素子11,11をそれぞれ隔壁13と15,14と1
5の間に固着している。
The reciprocating engine 1 uses a shape memory alloy such as Nitinol alloy (NiTi) as the operating element 11, and heats the operating element 11 to a temperature near the transformation temperature and heat to cool it to a temperature lower than the transformation temperature. And at least heat sources 12 supplied alternately. For example, as shown in FIG. 2, a movable insulating partition wall 15 that is movable in the axial direction is provided between two insulating partition walls 13 and 14, and one or a plurality of pistons 16 are provided in this movable partition wall 15. Is fixed so that the movement of the movable partition wall 15 is transmitted to the piston 16, while actuating elements 11, 11 made of shape memory alloy are provided in the left and right chambers that sandwich the movable partition wall 15, respectively.
It is stuck between 5.

【0012】作動素子11,11は夫々隔壁13,1
4,15に固定されており、両端から熱を供給するよう
に設けられている。また、作動素子11の中間部位には
ヒートパイプ18が設置され、このヒートパイプ18に
よって所定の熱が供給される。そして、この可動隔壁1
5の左右の形状記憶合金の作動素子11,11の一方に
変態温度以上の温熱を与える一方、他方にそれよりも低
温の冷熱を与えるようにしている。形状記憶合金の作動
素子11は変態温度以下の熱が与えられたときに例えば
縮み、変態温度よりも高い熱が与えられたときに例えば
延びるように形状が記憶されている。この形状記憶合金
の変態点における伸縮率はリン青銅ばねの10倍から1
00倍、力は85kg/mm2 にも達することから、可
動隔壁15を容易に移動させ得る。尚、形状記憶合金の
変形の仕方は、軸方向への伸縮に特に限られず、屈曲な
どによって軸方向変位を得るようにしても良い。
The actuating elements 11, 11 are partition walls 13, 1 respectively.
It is fixed to Nos. 4 and 15 and is provided so as to supply heat from both ends. Further, a heat pipe 18 is installed at an intermediate portion of the actuating element 11, and the heat pipe 18 supplies a predetermined amount of heat. And this movable partition wall 1
One of the left and right shape memory alloy actuating elements 11, 11 is heated at a temperature equal to or higher than the transformation temperature, while the other is heated at a lower temperature. The shape-memory alloy actuating element 11 is memorized in a shape such that it contracts when heat below the transformation temperature is applied and extends when heat above the transformation temperature is applied. The expansion / contraction rate at the transformation point of this shape memory alloy is 10 to 1 times that of phosphor bronze springs.
Since the force is 00 times and the force reaches 85 kg / mm 2 , the movable partition wall 15 can be easily moved. The method of deforming the shape memory alloy is not particularly limited to expansion and contraction in the axial direction, and displacement in the axial direction may be obtained by bending or the like.

【0013】この形状記憶合金の作動素子11に熱を授
受する方法しては例えば形状記憶合金に触れるヒートパ
イプ18をそれぞれ配置し、このヒートパイプ18を利
用して変態温度以上の温熱あるいはそれよりも低い冷熱
を交互に与えるようにすることができる。このヒートパ
イプ18による熱の伝達を助けるため形状記憶合金のロ
ッド11の周囲には熱伝導性の良い素材、例えば銅等の
フィラメント19などが充填されている。尚、ヒートパ
イプ18への熱の供給は熱スイッチ56によって低温と
高温とを切替えて行うようにしている。
As a method of transferring heat to the shape memory alloy actuating element 11, for example, heat pipes 18 that come into contact with the shape memory alloy are respectively arranged, and the heat pipes 18 are used to heat heat above the transformation temperature or to heat it. Also, low cold heat can be applied alternately. In order to help transfer of heat by the heat pipe 18, a material having good thermal conductivity, for example, a filament 19 made of copper or the like is filled around the shape memory alloy rod 11. The heat is supplied to the heat pipe 18 by the heat switch 56 by switching between low temperature and high temperature.

【0014】また、形状記憶合金の作動素子11として
は特に限定されるものではないが、例えば図4に示すよ
うに、ロッド状[(C)参照]、樋形の板[(A)参
照]、平板[(B)参照]あるいは波板[(D)参照]
などから成り、隔壁13,15と14,15との間に夫
々上下左右方向に多数配置されている。また、変位方向
に穴のあいたはちの巣状に形成された作動素子11を採
用することも可能である[図4の(E)参照]。この作
動素子11によって連結された2組の隔壁13と15,
14と15の外側の隔壁13,14をそれぞれ固定し、
中央の可動隔壁15を移動可能とすることによって中央
の隔壁15に固着されたピストン16に変位を与えるよ
うにしている。
The shape memory alloy actuating element 11 is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 4, a rod-shaped plate [see (C)] and a gutter-shaped plate [see (A)]. , Flat plate [see (B)] or corrugated plate [see (D)]
Etc., and a large number of them are arranged in the vertical and horizontal directions between the partition walls 13, 15 and 14, 15. It is also possible to employ the actuating element 11 formed in a honeycomb shape having a hole in the displacement direction [see (E) of FIG. 4]. Two sets of partition walls 13 and 15 connected by the actuating element 11,
Fix the outer partitions 13 and 14 of 14 and 15, respectively,
By making the movable partition 15 at the center movable, the piston 16 fixed to the partition 15 at the center is displaced.

【0015】変位増幅装置2としては特に限定を受ける
ものではないが、本実施例においてはピストン径が大き
く異なる2組の流体圧シリンダ21,22を組合わせた
ものが挙げられている。即ち、往復運動機関1のピスト
ンロッド16によって大径の流体圧シリンダ21のピス
トン23を駆動し、更にこの流体圧シリンダ21よりも
はるかに小さな直径の流体圧シリンダ22を往復運動機
関1の駆動によって排出された作動流体27で駆動して
その変位量を増幅するようにしている。形状記憶合金の
作動素子11の形状復帰は一瞬でかつ相当の力を得るこ
とができるため、容易に大径のピストンを移動させ得
る。この変位増幅装置2としては、特にこの流体圧シリ
ンダ21,22の組合わせに限らず、歯車列やてこ等を
利用することも可能である。符号24はピストン、25
はピストンロッド、26はラック、27は作動流体、2
8は帰還管路である。
The displacement amplifying device 2 is not particularly limited, but in this embodiment, a combination of two sets of fluid pressure cylinders 21 and 22 having greatly different piston diameters is mentioned. That is, the piston rod 16 of the reciprocating engine 1 drives the piston 23 of the large-diameter fluid pressure cylinder 21, and the fluid pressure cylinder 22 having a diameter much smaller than the fluid pressure cylinder 21 is driven by the reciprocating engine 1. The displacement is amplified by driving the discharged working fluid 27. Since the shape of the shape-memory alloy actuating element 11 can be restored in a moment and a considerable force can be obtained, a large-diameter piston can be easily moved. The displacement amplifying device 2 is not limited to the combination of the fluid pressure cylinders 21 and 22, but may be a gear train or a lever. Reference numeral 24 is a piston, 25
Is a piston rod, 26 is a rack, 27 is a working fluid, 2
Reference numeral 8 is a return conduit.

【0016】運動変換装置3としては、本実施例では変
位増幅装置2の流体圧シリンダ22のピストンロッド2
5の直線運動を回転運動に変える2組の一方向回転歯車
31が採用されている。この2組の一方向回転歯車31
は、ピストンロッド25を押し出したときに回転を伝達
するものと、ピストンロッド25を引き戻したときに回
転を伝達するものとが同軸上に配置され、ピストンロッ
ド25の往復動によって発電機4を所定方向に回転させ
る。即ち、一方向回転歯車3は発電機4を回転させる方
向にのみ回転を伝達し、その反対側には回転を伝達せず
に空回りするようなワンウェイクラッチを内蔵してい
る。反対方向の回転についてはもう一つ別の歯車が歯車
31と同じように回転する仕組みになっている。この歯
車31に変位増幅装置2のピストンロッド25に形成さ
れているラック26を噛合させることによって直線運動
を回転運動に変換するようにしている。一方向回転歯車
31の回転は例えばアイドルギア32を介して発電機4
のロータシャフト41と同軸上の歯車42に伝達され
る。尚、この運動変換装置3としては上述の一方向回転
歯車に特に限定されるものではない。
As the motion converting device 3, in this embodiment, the piston rod 2 of the fluid pressure cylinder 22 of the displacement amplifying device 2 is used.
Two sets of unidirectional rotating gears 31 that change the linear motion of 5 into a rotary motion are adopted. These two sets of unidirectional rotating gears 31
Is arranged coaxially with one that transmits rotation when the piston rod 25 is pushed out and one that transmits rotation when the piston rod 25 is pulled back. Rotate in the direction. That is, the one-way rotating gear 3 has a built-in one-way clutch that transmits rotation only in the direction in which the generator 4 is rotated, and rotates on the opposite side without idling without rotating. Regarding the rotation in the opposite direction, another gear rotates like the gear 31. A rack 26 formed on the piston rod 25 of the displacement amplification device 2 is meshed with the gear 31 to convert a linear motion into a rotary motion. The rotation of the unidirectional rotating gear 31 is generated by, for example, the idle gear 32 through the generator 4
Is transmitted to the gear 42 that is coaxial with the rotor shaft 41 of FIG. The motion converting device 3 is not particularly limited to the above-mentioned one-way rotating gear.

【0017】また、発電機4としては公知の発電機が使
用される。このとき、発電機4の回転は極数を増やすこ
とによって少ない回転数で所定の周波数の電気を発電し
得るように設けられている。
A known generator is used as the generator 4. At this time, the rotation of the generator 4 is provided so that electricity of a predetermined frequency can be generated with a small number of rotations by increasing the number of poles.

【0018】以上のように構成されているので、変態温
度以上とそれよりも低温のわずか10℃程度の温度差の
温熱と冷熱を往復運動機関1の作動素子11に交互に与
えることによって直線変位を得、これを必要に応じて変
位増幅装置2で増幅したり、あるいは増幅せずにそのま
まの状態で運動変換装置3によって回転運動に変換して
発電機4を駆動することができる。このとき、NiTi
合金の変態点可変温度は、95℃〜10℃の範囲にあ
り、形状記憶合金は変態点温度より30℃を越えると形
状記憶効果がなくなることからその範囲内で使用する。
例えば、大きさ(0.45m ×0.25m ×0.25m)の箱型のニチ
ノール合金を作動素子11として用い、95℃〜10℃
の入熱温度領域において温度差13℃で往復運動機関1
に熱を供給すると、往復運動機関1のサイクルを0.1
Hz、理論効率2.6%及び形状記憶合金作動素子の歪
量変化0.5%とした場合に理論的に1.6kwの出力
を得る。
With the above-mentioned structure, linear displacement is caused by alternately applying hot and cold heat having a temperature difference of about 10 ° C. which is higher than the transformation temperature and lower than the transformation temperature to the actuating element 11 of the reciprocating engine 1. This can be amplified by the displacement amplifying device 2 as necessary, or can be converted into rotary motion by the motion converting device 3 without being amplified, and the generator 4 can be driven. At this time, NiTi
The transformation point variable temperature of the alloy is in the range of 95 ° C to 10 ° C, and the shape memory alloy is used within that range because the shape memory effect disappears when the transformation point temperature exceeds 30 ° C.
For example, a box-shaped nitinol alloy having a size (0.45 m × 0.25 m × 0.25 m) is used as the actuating element 11, and the temperature is 95 ° C. to 10 ° C.
Reciprocating engine 1 with a temperature difference of 13 ° C in the heat input temperature range of
When heat is supplied to the
An output of 1.6 kw is theoretically obtained when the frequency is Hz, the theoretical efficiency is 2.6%, and the change in strain amount of the shape memory alloy actuating element is 0.5%.

【0019】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、往復運動機関1としては、ピストン形式に
特に限定されるものではなく、図6に示すように形状記
憶合金の帯60を一対のドラム61,62に巻きつけて
1箇所を固定し、一方のドラム61を加熱すると共に他
方のドラム62を冷却することによって、形状記憶合金
の帯60を伸縮させて往復運動を得て発電機4を回転さ
せるようにしても良い。ここで、熱の供給は熱流体の流
れを交互に切替えるヒートスイッチ63によってスイッ
チングするように設けられている。
It should be noted that the above-described embodiment is an example of the preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the reciprocating engine 1 is not particularly limited to the piston type, and as shown in FIG. 6, a band 60 of a shape memory alloy is wound around a pair of drums 61 and 62 and fixed at one place, It is also possible to heat the drum 61 and cool the other drum 62 to expand / contract the shape memory alloy strip 60 to obtain a reciprocating motion and rotate the generator 4. Here, the supply of heat is provided so as to be switched by the heat switch 63 that alternately switches the flow of the heat fluid.

【0020】また、往復運動装置1としては、図3に示
すように、形状記憶合金の作動素子11の周囲を容器5
0で密封し、この容器50内に所定温度の温水と冷水と
を交互に通過させるように構成しても良い。容器50の
一部には伸縮自在なベローズ部分51,51を有し、こ
のベローズ部分51,51に可動隔壁15を連結して隔
壁15を移動可能に連結している。容器50はベローズ
部分51と可動隔壁15部分を除いて固定され、給水口
52と排水口53を設けて温水あるいは冷水を交互に容
器50内に流し形状記憶合金の作動素子11を変態させ
てピストンロッド16を軸方向に変位させるようにして
も良い。
As the reciprocating device 1, as shown in FIG. 3, a container 5 is provided around the actuating element 11 of shape memory alloy.
The container 50 may be sealed at 0, and hot water and cold water at a predetermined temperature may be alternately passed through the container 50. A part of the container 50 has expandable bellows parts 51, 51, and the movable partition wall 15 is connected to the bellows parts 51, 51 to movably connect the partition wall 15. The container 50 is fixed except for the bellows part 51 and the movable partition wall 15, and a water supply port 52 and a drain port 53 are provided to alternately flow hot water or cold water into the container 50 to transform the actuating element 11 of the shape memory alloy into a piston. The rod 16 may be displaced in the axial direction.

【0021】また、運動変換装置3としては、図示して
いないが、流体圧モータが使用可能である。この流体圧
モータに変位増幅装置2を構成する流体圧シリンダから
排出される作動流体を導入してロータを回転させるもの
である。この流体圧モータには発電機4のロータが同軸
状に連結される。
A fluid pressure motor (not shown) can be used as the motion conversion device 3. The working fluid discharged from the fluid pressure cylinder constituting the displacement amplifying device 2 is introduced into this fluid pressure motor to rotate the rotor. The rotor of the generator 4 is coaxially connected to the fluid pressure motor.

【0022】更に、図5に示すように、複数台の前述し
た往復運動機関1,…,1をカスケード接続することに
よって熱を効率よく利用し、高効率化および大出力化を
図ることができる。この場合、各往復運動機関1,1,
…,1のピストンには高温の水を貯留した高温水槽54
と低温の水を貯留した低温水槽55から前述と同様にし
て温水と冷水とを交互に流し、往復運動機関1,…,1
のピストンロッドを往復運動させる。
Further, as shown in FIG. 5, a plurality of reciprocating engines 1, ..., 1 described above are connected in cascade, so that heat can be efficiently utilized, and high efficiency and high output can be achieved. .. In this case, each reciprocating engine 1,1,
…, A high temperature water tank 54 that stores high temperature water in the piston 1
Hot water and cold water are alternately flowed from the low temperature water tank 55 storing the low temperature water and the low temperature water in the same manner as described above, and the reciprocating engine 1 ,.
Reciprocate the piston rod of.

【0023】更に、図7に示すように、テコ69で直線
変位を得、力増幅装置70を経て変位増幅を行い発電機
4を回転させる例もある。この場合、高温水槽64と低
温水槽65から高温水と低温水とを配管切替装置・制御
装置66を介して2つのピストン67,68に交互に流
しテコ69を利用して直線変位を得るようにしている。
2つのピストン67,68のピストンロッドが形状記憶
合金によって構成されており、シリンダ内に変態点温度
以上の高温水あるいはそれ以下の低温水を供給すること
によって直線変位を得るようにしている。
Further, as shown in FIG. 7, there is also an example in which the linear displacement is obtained by the lever 69, the displacement is amplified through the force amplifying device 70, and the generator 4 is rotated. In this case, high temperature water and low temperature water are alternately flown from the high temperature water tank 64 and the low temperature water tank 65 to the two pistons 67 and 68 through the pipe switching device / control device 66 to obtain the linear displacement by using the lever 69. ing.
The piston rods of the two pistons 67, 68 are made of a shape memory alloy, and linear displacement is obtained by supplying high-temperature water above the transformation point temperature or low-temperature water below it to the cylinder.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の固相熱エネルギー発電システムは、形状記憶合金を作
動素子として往復運動を行う往復運動機関と、この往復
運動機関の往復運動を回転運動に変換する運動変換装置
と、この運動変換装置によって回転させられる発電装置
とから構成したので、比較的低温の熱を利用して微小な
往復運動を得、これで発電機を回転させることにより高
密度、コンパクトな発電システムを実現できる。
As is apparent from the above description, the solid-state thermal energy power generation system of the present invention rotates the reciprocating motion of the reciprocating motion engine that reciprocates using the shape memory alloy as an actuating element. Since it is composed of a motion conversion device that converts into motion and a power generation device that is rotated by this motion conversion device, a minute reciprocating motion is obtained using heat at a relatively low temperature, and by rotating the generator with this A high-density, compact power generation system can be realized.

【0025】ここで、形状記憶合金の寿命は歪量が大き
くなると急に短くなるが、往復運動機関の直線変位を増
幅して運動変換装置に伝達する変位増幅装置を設けた場
合、微小な歪量変化の範囲例えば0.2%〜0.5%の
範囲内で往復運動機関を作動させることができるので寿
命が短くなる心配がない。
Here, the life of the shape memory alloy suddenly shortens as the amount of strain increases, but when a displacement amplification device that amplifies the linear displacement of the reciprocating motion engine and transmits it to the motion conversion device is provided, a minute strain is generated. Since the reciprocating engine can be operated within the range of the amount change, for example, within the range of 0.2% to 0.5%, there is no fear of shortening the life.

【0026】また、形状記憶合金に蓄えられる歪エネル
ギーは体積に比例するので、ピストン形式の往復運動機
関を採用した場合、形状記憶合金の作動素子を高密度に
充填することができ、高出力高密度コンパクトな駆動源
とできる。
Further, since the strain energy stored in the shape memory alloy is proportional to the volume, when a piston type reciprocating motion engine is adopted, the shape memory alloy actuating elements can be packed at a high density and a high output and a high output can be obtained. Density Compact drive source.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の固相熱エネルギー発電システムの一例
を示す原理図である。
FIG. 1 is a principle diagram showing an example of a solid-state thermal energy power generation system of the present invention.

【図2】本発明の発電システムに用いる往復運動機関の
一実施例を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of a reciprocating engine used in the power generation system of the present invention.

【図3】本発明の発電システムに用いる往復運動機関の
他の実施例を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing another embodiment of the reciprocating engine used in the power generation system of the present invention.

【図4】往復運動機関の作動素子の一例を示す図面で、
(A)は弧状の作動素子、(B)は平板状の作動素子、
(C)棒状の作動素子、(D)波形形状の作動素子、
(E)は蜂の巣状の作動素子を示す。
FIG. 4 is a view showing an example of an operating element of a reciprocating engine,
(A) is an arc-shaped actuating element, (B) is a flat-shaped actuating element,
(C) rod-shaped actuating element, (D) corrugated actuating element,
(E) shows a honeycomb-shaped actuating element.

【図5】本発明の固相熱エネルギー発電システムをカス
ケード接続した一例を示す原理図である。
FIG. 5 is a principle view showing an example in which the solid-phase thermal energy power generation system of the present invention is cascade-connected.

【図6】本発明の発電システムに用いる往復運動機関の
更に他の実施例を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing still another embodiment of the reciprocating engine used in the power generation system of the present invention.

【図7】本発明の発電システムに用いる往復運動機関の
更に他の実施例を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing still another embodiment of the reciprocating engine used in the power generation system of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 往復運動機関 2 変位増幅装置 3 運動変換装置 4 発電機 1 Reciprocating motion engine 2 Displacement amplification device 3 Motion conversion device 4 Generator

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 形状記憶合金を作動素子として往復運動
を行う往復運動機関と、この往復運動機関の往復運動を
回転運動に変換する運動変換装置と、この運動変換装置
によって回転させられる発電装置とから成ることを特徴
とする固相熱エネルギー発電システム。
1. A reciprocating engine that reciprocates using a shape memory alloy as an actuating element, a motion converting device that converts the reciprocating motion of the reciprocating engine into a rotary motion, and a power generation device that is rotated by the motion converting device. A solid-state thermal energy power generation system comprising:
【請求項2】 往復運動機関の作動素子及びその周辺に
は伝熱材とヒートパイプが挿入され、ヒートパイプによ
って供給される熱を直接及び伝熱部材を介して前記作動
素子に伝達することを特徴とする請求項1記載の固相熱
エネルギー発電システム。
2. A heat transfer material and a heat pipe are inserted in and around the operating element of the reciprocating engine, and the heat supplied by the heat pipe is transferred to the operating element directly and via the heat transfer member. The solid-state thermal energy power generation system according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項3】 往復運動機関は水によって供給される熱
を直接作動素子に伝達することによって作動することを
特徴とする請求項1記載の固相熱エネルギー発電システ
ム。
3. The solid-state thermal energy power generation system according to claim 1, wherein the reciprocating engine operates by directly transferring heat supplied by water to the actuating element.
【請求項4】 前記往復運動機関の直線変位を増幅して
前記運動変換装置に伝達する変位増幅装置を有すること
を特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の固相
熱エネルギー発電システム。
4. The solid-state thermal energy power generation system according to claim 1, further comprising a displacement amplification device that amplifies a linear displacement of the reciprocating motion engine and transmits the linear displacement to the motion conversion device. ..
【請求項5】 前記往復運動機関の力ならびに直接変位
を増幅して前記運動変換装置に伝達する力増幅装置なら
びに変位増幅装置を有することを特徴とする請求項1ま
たは2記載の固相熱エネルギー発電システム。
5. The solid phase thermal energy according to claim 1 or 2, further comprising a force amplification device and a displacement amplification device for amplifying a force and a direct displacement of the reciprocating motion engine and transmitting the amplified displacement to the motion conversion device. Power generation system.
【請求項6】 複数台の往復運動機関をカスケード接続
したことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記
載の固相熱エネルギー発電システム。
6. The solid-state thermal energy power generation system according to claim 1, wherein a plurality of reciprocating engines are connected in cascade.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004353579A (en) * 2003-05-29 2004-12-16 Taiheiyo Cement Corp Driving device, and power generating device using the same
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CN112223261A (en) * 2020-09-21 2021-01-15 哈尔滨工业大学 Three-freedom-degree actuating structure
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