JPH07119618A - ヒートパイプエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度差による作動媒体の体積変化度を機械的
エネルギーに変換する、ヒートパイプの熱変換機関を容
易にする。 【構成】 駆動と循環のポンプ系は、回転軸で起伏する
可動翼をローター側面内の少なくとも三か所以上に設け
るロータリーピストン手段と、前記可動翼の先端部をシ
リンダー両端側の内面部に設ける回転輪で支える可動翼
の摩擦軽減手段と、駆動と循環のポンプに容量差を持た
せトルクを発生させる駆動手段と、駆動と循環のポンプ
と発電機とを密閉容器内に連動して組み込み、液体ポン
プの送液により要所の気密効果を得る気密作動手段と、
で構成し、リザーブタンク内の加圧気体による媒体の圧
力制御手段を備えたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギーを機械的
エネルギーに変換する熱変換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の細管ヒートパイプの管内部に作動
媒体を封入して膨張圧力を利用するものは、ループ状の
複数個所に受熱部と放熱部を設け、ループ内の逆止め弁
により作動媒体が受熱部の熱を吸収して気化膨張し、放
熱部で熱を放出して凝縮する流体の圧力変化から逆止め
弁を作動させて作動媒体を循環させる熱交換装置や、ソ
ーラー集熱を加熱器内部のヒートパイプに受熱させ、作
動媒体の膨張圧によるスターリングエンジンなど、実用
に供されている。実用のヒートパイプ応用の熱交換装置
や熱変換機関は小型で機能もよいため、産業用主体部品
の冷却やソーラースターリング発電装置などに適し実用
上十分であった。

【０００３】しかし、熱源を利用してヒートパイプ内の
作動媒体の体積変化度を機械的エネルギーに変換する装
置に供するときには、ヒートパイプ内の逆止め弁で構成
する従来の熱交換装置では、受熱部と放熱部の膨張と凝
縮による流動が部分的圧力差による流動から流動体積が
乏しく流体機関での活用はできず、スターリングエンジ
ン系では機関の構造から、気化媒体と凝縮媒体が混入す
ると機能しなくなるので適さず、作動媒体を応用する熱
変換機関としては、海洋温度差発電の大量媒体を気化流
動させる場合に関して大型非容積系機関での熱変換が可
能で、小型装置では効率が悪いという欠点があった。

【０００４】一般の産業主体部品や自然熱などの中温熱
源（８０〜２００℃程度）から熱変換する装置に適用す
る場合、６〜１０気圧の加圧環境において外気温冷却で
凝縮できる作動媒体を用い、駆動と循環の機関に気密性
のよい揺動ピストン式の容積系機関を用いる方法で熱変
換させるとき、媒体の液体混合率が高くなるほど構造上
不利となり、製造コストも高い問題もある。

【０００５】この改善方法として、ベーンポンプを応用
する方法があるが、シリンダーとローターの回転軸心の
ずれから、ベーンの伸縮に要する滑り摩擦抵抗が大きく
消費されるエネルギーも必然的に大となり、構造におい
ての問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、温度差による作動媒体の体積変化度を機械的エネ
ルギーに変換するヒートパイプの熱変換装置に供すると
きには、小型な非容積系及び容積系の機関では効率のよ
い熱変換ができない点である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ヒートパイプ
内の作動媒体が受熱と放熱の温度差から生ずる体積変化
度を機械的エネルギーとして取り出す機関において、駆
動と循環のポンプ系は、回転軸で起伏する可動翼をロー
ター側面内の少なくとも三か所以上に設けるロータリー
ピストン手段と、前記可動翼の先端部をシリンダー内面
内部に設ける回転輪で支える可動翼の摩擦軽減手段と、
駆動と循環のポンプに容量差を持たせトルクを発生させ
る駆動手段と、駆動と循環のポンプと発電機とを密閉容
器内に連動して組み込み液体ポンプの送液により要所の
気密効果を得る気密作動手段と、で構成し、リザーブタ
ンク内の加圧気体による媒体の圧力制御手段を備えて構
成することを最も主要な特徴とする。液体の混合する流
動を高効率で機械的エネルギーに変換できるという目的
を、最少部品数で簡素な機関を実現した。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明機関の１実施例の縦断面図
で、図２は、図１のＸ位置の横断面図であり、図３は、
全体概略図である。

【０００９】駆動と循環のポンプのローター２、３の側
面内四か所には、両端側面内に複数のローラー８、１２
を組み込む円柱軸に可動翼５を備えさせた回転軸６を、
各々ローター２、３と回転軸６の軸線を並行にして埋め
込まれ、ロータリーピストン手段が実行されて、且つ、
回転軸６両端底面の円縁で可動翼５の腹面の根元位置に
設けられた突起部２３と、シリンダー１０、１７の両端
側壁面に終了点２７側に中心を寄せるように設けた円形
な誘導溝２２と、を組み合わせて備えられたことで、可
動翼５の行程位置におけるおおまかな起伏開度が設定さ
れているため、機関の休止時においてシリンダーと可動
翼との衝突を避けることができる。

【００１０】また、シリンダー１０、１７の両端側に
は、ローラーベアリングの内輪である回転輪７、１１の
内径を、シリンダー１０、１７の内径よりやや小さくし
てシリンダー１０、１７の内面内部に埋め備えられて、
ポンプ作動時に遠心力で可動翼５が起き上がるとき、そ
の先端部を回転輪７、１１の内面で支えて回転する場合
に、回転輪７、１１の内径と、ローター２、３の回転時
に回転軸６の軸心が描く円の直径差と、による滑り摩擦
が発生するが、シリンダー内全周を滑らせる摩擦に比べ
れば極少であり、可動翼の摩擦軽減手段が機能よく実行
されている。

【００１１】また、駆動ポンプ５１と循環ポンプ５２は
前述のように同様な構造であるが、ローター２とロータ
ー３は、可動翼５の起伏方向を逆にして備え、シャフト
１４で連動して設けられたことで、膨張媒体の圧力が保
留され、駆動ポンプ５１に比べ循環ポンプ５２が縮小構
造にされていることで、容量の差から駆動ポンプ５１が
トルクを発生するため、駆動手段が実行されている。

【００１２】また、発電機５３は、シャフト１４の周囲
にマグネット１５を備えて駆動ポンプ５１らと連動させ
て、シール材２５で作動媒体の漏入を防止させ、ケーシ
ング１の円筒内面に発電用のコイル１６を設け、マグネ
ット１５の側面とコイル１６の芯部内面とを微間隔で備
えて構成していることで、交流発電が実行されると整流
器１８を介して直流電力が出力線１９より得られるよう
にされている。

【００１３】また、シャフト１４の先端部に液体ポンプ
４を設けて連動させ、駆動ポンプ５１と循環ポンプ５２
と発電機５３と、が単一容器のケーシング１内に密閉で
組み込まれ、凝縮媒体を液体ポンプ４で加圧して、シャ
フト１４内部に設ける液孔２８でローター系へ、ケーシ
ング１内部に設ける液孔２９でシリンダー系へ、各々送
液され要所でシリンダー内へ吐出されることで、液体粘
性による気密効果から気密作動手段が機能よく実行され
ているが、凝縮媒体はフィルターで濾過させることで容
易に不純物を排除できるため媒体交換がなく永続的作動
ポンプとなる。

【００１４】また、駆動ポンプ５１の入力管２０と循環
ポンプ５２の吐出管３３には、受熱回路６１のヒートパ
イプ６０の膨張媒体集合管と凝縮媒体配給管に各々連結
連通され、駆動ポンプ５１の排出管２１と循環ポンプの
吸入管３２には、放熱回路６３のヒートパイプ６２の出
・入の連通管に各々連結連通されている。

【００１５】また、前記循環ポンプ５２の吸入管３２と
吐出管３３には、それぞれ高沸点気体を加圧封入したリ
ザーブタンク４５が、圧力制御回路５４の管内部に一方
向弁を設えた凝縮媒体の出・入管により接続連通して備
えられ、受熱回路６１と放熱回路６３内の媒体圧力変化
の緩和と媒体の流量調節をする媒体の圧力制御手段が実
行され、図示されていないが、リザーブタンク４５双方
間を定圧一方向弁を介した連通管で直結されることで、
放熱回路６３内が定圧以下になると受熱回路６１内の凝
縮媒体を適宜戻し圧力差を調整する。

【００１６】そして、図３により作動媒体の循環とヒー
トパイプエンジンの作用を説明すると、受熱回路６１の
加熱源５５により、ヒートパイプ６０の作動媒体が気化
膨張し、ヒートパイプ６０内の圧力が上昇すると同時
に、一方の放熱回路６３の冷却源５６による媒体凝縮か
ら双方回路に圧力差が発生し、駆動ポンプ５１のトルク
により循環ポンプ５２と発電機５３を回転させ、該発電
機５３は交流発電を実行し、循環ポンプ５２は凝縮媒体
をヒートパイプ６０内へ送り、リザーブタンク４５内の
加圧気体は、ヒートパイプ６０、６２内の圧力が急変す
ると、圧力緩和をして出力を安定させている。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明のヒートパイ
プエンジンは、ポンプ系の、ロータリーピストン手段
と、摩擦軽減手段と、気密作動手段から、産業主体部品
や自然熱などの熱を、効率よく機械的エネルギーに熱変
換し電力を得ることができ、気密作動手段が凝縮媒体に
よるため潤滑油を不要化すると同時に、簡素構造で安価
な永続的作動機関が可能となり、機関規模に自由性があ
ることで広域分野での活用から、産業や地球環境保全に
貢献できる利点がある。また、ヒートパイプを巻線化し
て電磁コイルと兼用すると電磁機器の冷却機構が簡素化
され、発電機を電動機に転換して液体ポンプや圧縮機に
転用可能など、多目的な応用が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明機関の１実施例を示した説明図である。

【図２】本発明機関の横断面を示した説明図である。

【図３】本発明機関の全体概略を示した説明図である。

【符号の説明】

２、３ローター ４、液体ポンプ ５、可動翼 ６、回転軸 ７、１１回転輪 １０、１７、シリンダー １４、シャフト １５、マグネット １６、コイル １８、整流器 ２０、入力管 ２１、排出管 ２２、誘導溝 ２３、突起部 ３２、吸入管 ３３、吐出管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートパイプ内の作動媒体が受熱と放熱
   の温度差から生ずる体積変化度を機械的エネルギーとし
   て取り出す機関において、駆動と循環のポンプ系は、回
   転軸で起伏する可動翼をローター側面内の少なくとも三
   か所以上に設けるロータリーピストン手段と、前記可動
   翼の先端部をシリンダー両端側の内面部に設ける回転輪
   で支える可動翼の摩擦軽減手段と、駆動と循環のポンプ
   に容量差を持たせトルクを発生させる駆動手段と、駆動
   と循環のポンプと発電機とを密閉容器内に連動して組み
   込み液体ポンプの送液により要所の気密効果を得る気密
   作動手段と、で構成し、リザーブタンク内の加圧気体に
   よる媒体の圧力制御手段を備えたことを特徴とするヒー
   トパイプエンジン
2. 【請求項２】 可動翼の回転軸両端底面に突起部とシリ
   ンダー両端側壁に誘導溝を設けて組合わせることを特徴
   とする請求項１記載のヒートパイプエンジン
3. 【請求項３】 回転輪はローラーベアリングの内輪でシ
   リンダーの両端部に設けることを特徴とする請求項１記
   載のヒートパイプエンジン
4. 【請求項４】 気密作動手段の液体は凝縮媒体であるこ
   とを特徴とする請求項１記載のヒートパイプエンジン
5. 【請求項５】 受熱回路と放熱回路にそれぞれリザーブ
   タンクを備える圧力制御手段であることを特徴とする請
   求項１記載のヒートパイプエンジン