JPH0791360A

JPH0791360A - ヒートパイプエンジン

Info

Publication number: JPH0791360A
Application number: JP5273243A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Tsuji; 信義辻
Original assignee: MARUYOSHI KK; MARUYOSHI Manufacturing
Current assignee: MARUYOSHI KK; MARUYOSHI Manufacturing
Priority date: 1993-09-27
Filing date: 1993-09-27
Publication date: 1995-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】中温な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小型機関
で、効率のよい熱変換装置を容易にする。【構成】駆動ポンプと循環ポンプのポンプ系は、回転
軸で起伏する可動翼をローター側面内の二か所に設ける
ロータリーピストン手段と、前記可動翼の回転軸双方が
ギアで連動する可動翼の自動起伏機構と、可動翼の開度
制限と、シリンダー及びローターの同一中心点構造とに
よる摩擦軽減手段と、駆動ポンプと循環ポンプの連結回
転による膨張媒体の圧力保留手段とで構成し、駆動ポン
プと循環ポンプと発電機を密閉容器内に連動して組み込
むユニット手段と、リザーブタンク内の加圧気体による
媒体圧力制御手段と、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
媒体を封入して応用するものは、ループ状の複数個所に
受熱部と放熱部を設け、ループ内に逆止め弁を設けるこ
とで、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
動媒体の膨張圧を利用した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、中低温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な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、低温媒体を使用する
場合では気化媒体と液体媒体が混入して機能しなくなる
ので適さず、低温作動媒体を利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）から熱変換する小型装置に適
用する場合、６気圧〜１０気圧の加圧環境において外気
冷却で凝縮する作動媒体を用いて、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は、媒体の気体と液体が混合流動す
るため構造上不向きで、製造コストも高くなるなどの問
題もある。

【０００５】この改善方法として、ベーンポンプを応用
する方法では、シリンダーとローターの円中心点がずら
してあるために、行程の後半はローター中心点とベーン
間の距離を縮ませるための滑り摩擦抵抗に消費されるエ
ネルギーが大で、ヒートパイプの発電装置（出願Ｈ４−
２９７５６６参照）などの方法では、多量混合流体には
不向きとなり、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、中温な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、小型な非容積系機関及び容積系機関では
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
動ポンプと循環ポンプのポンプ系は、回転軸で起伏する
可動翼をローター側面内の二か所に設けるロータリーピ
ストン手段と、前記可動翼の回転軸双方がギアで連動す
る可動翼の自動起伏機構と、可動翼の開度制眼と、シリ
ングー及びローターの同一中心点構造と、による摩擦軽
減手段と、駆動ポンプと循環ポンプの連結回転による膨
張媒体の圧力保留手段と、で構成し、駆動ポンプと循環
ポンプと発電機を密閉容器内に連動して組み込むユニッ
ト手段と、リサーブタンク内の加圧気体による媒体圧力
制御手段と、を備えて構成することを最も主要な特徴と
する。液体の混合する膨張媒体の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、最少部品数で軽
量且つ安価な機関を実現した。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明装置の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、３図は、
全体概略図である。

【０００９】駆動ポンプのローター２は、可動翼５Ａを
備えた回転軸６と、同様に可動翼５Ｂを備えた回転軸６
が、ローター２の側面内二か所で対称にローター２と回
転軸６の軸線を並行にして組み込まれ、且つ、ローター
２の内部にギア室７を設け、その内部において回転軸６
の双方が相対する部所に各々ギア部８、９、を備え、可
動翼５Ａが起きる場合は、他方の可動翼５Ｂは伏すよう
に噛み合わせ連動設置して、可動翼の自動起伏機構が実
行されている。

【００１０】また、前記可動翼５Ａ、５Ｂは、双方同様
に、背面がローター２の側面と同等な円弧面にされ、可
動翼背面の回転軸６側面との段差部にストッパー３５
と、ローター２の切り込み部にストッパー受け３６を形
成させ接合できるように設け、可動翼の作動行程時にシ
リンダー１０の内面と、可動翼５Ａ、５Ｂの先端と、の
滑り摩擦抵抗をなくす可動翼の開度制限ができるように
設けられている。

【００１１】また、ケーシング１の内面に設けられるシ
リンダー１０は、可動翼の作動行程における開始点６５
から終了点６６間が、ローター２と同一な中心点の真円
弧面にされた同一中心点構造で、下死点部がローター２
の側面と同等な円弧面にされローター２の側面と微間隔
で設置されたことで、終了点６６に近付く可動翼５Ａ
は、流速が遅い排出部の媒体で背部から押し伏されるこ
とで、開始点６５の可動翼５Ｂが押し起こされると同時
に、流入溝２４からの流動圧により作動行程を開始さ
せ、ローター２の可動翼５Ａ、５Ｂの作動行程中は、シ
リンダーとローターの円中心点が同一中心点構造から、
可動翼の開度を変化させる必要がないため消費エネルギ
ーが少なく、可動翼の自動起伏機構と、可動翼の開度制
限と、にもより摩擦軽減手段が実行されている。

【００１２】また、ロークー２は、内部にギア室７を設
けることから、ローターの中間で接合する凹凸部を形成
して分離されて、内部にはギア室７と、可動翼５Ａ、５
Ｂと、回転軸６と、が組み込まれる空間部分を形成さ
せ、可動翼の流体による作動を容易にさせる流入溝２４
を設けておき、内部に可動翼５Ａ、５Ｂと、ベアリング
を備えた回転軸６を組み込み、連結具２８で組み立てて
備えられている。

【００１３】また、循環ポンプは前述駆動ポンプと同様
な構造であり、ローター２とローター３を回転軸で連結
させ、可動翼は循環ポンプと逆方向の起伏で設け、必要
なトルク差を得るために容量を減らす減寸構造で備え
て、循環ポンプと駆動ポンプに連通するヒートパイプ６
０内の膨張圧力を、起伏方向を逆にして設ける可動翼の
双方が受けて作動することで、膨張媒体の圧力保留手段
が実行されている。

【００１４】発電機は、前記循環ポンプのローター３
と、周囲にマグネット１５を備えた回転軸１４を連結連
動させ、シール材２６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を並べ備え
て、マグネット１５の側面とコイル１６の芯部面とを微
間隔に備えて構成し、交流発電された電力が整流器１８
を介して、直流電力を出力線１９より得られるようにさ
れている。

【００１５】そして、駆動ポンプと循環ポンプと発電機
は、回転軸で連結連動され単一容器のケーシング１内に
密閉で組み込まれてユニット手段が実行され、駆動ポン
プの入力管２０と循環ポンプの吐出管３３には、受熱回
路のヒートパイプ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、駆動ポンプの排出管２１と循環
ポンプの吸入管３２には、放熱回路のヒートパイプ６２
の出入の連通管に各々連結連通されている。

【００１６】また、前記循環ポンプの吸入管３２と吐出
管３３には、それぞれ加圧高沸点気体を封入したリザー
ブタンク４５が、管内部に定圧一方向弁を設えた凝縮媒
体の出・入管で接続連通されて、圧力制御回路５４が備
えられ、回路６１、６３、内の媒体の圧力変化の緩和と
媒体の流量調節をする媒体圧力制御手段を実行している
が、放熱回路６３が頻繁に定圧以下になる場合は、リザ
ーブタンク４５双方間を定圧一方向弁を備える連通管で
直結して凝縮媒体を適宜戻す。

【００１７】３図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５
５により、ヒートパイプ６０の作動媒体が膨張し、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
力差が発生することで、作動媒体の液体と気体の混合流
動が発生し、駆動ポンプと循環ポンプの容量差から駆動
ポンプがトルクを得てそのトルクにより循環ポンプと発
電機を回転させる時、該発電機は交流発電を実行し、循
環ポンプは、凝縮媒体をヒートパイプ６０内へ吐出させ
ることができリザーブタンク４５内の加圧気体により、
ヒートパイプ６０、６２内の圧力が急変する場合は圧力
緩和と同時に、作動媒体の流動調節をして出力を安定さ
せる。

【００１８】

【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、摩擦軽減手段から、産業主体部品や自然熱などの中
低温の熱源からの作動媒体の膨張圧力による媒体の液体
と気体の混合流動を、効率よく循環させ機械的エネルギ
ーを得ることができる、軽量安価な熱変換装置となる利
点がある。また、太陽光変換パネルの熱変換装置、小型
ヒートポンプなどに適用でき、地球環境保全に貢献す
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５Ａ、５Ｂ可動翼６回転軸７、１３ギア室８、９、１１、１２ギア部１０、１７シリンダー４５リザーブタンク４６加圧気体

Claims

【特許請求の範囲】

【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、駆動ポンプと循環ポンプのポ
ンプ系は、回転軸で起伏する可動翼をローター側面内の
二か所に設けるロータリーピストン手段と、前記可動翼
の回転軸双方がギアで連動する可動翼の自動起伏機構
と、可動翼の開度制限と、シリンダー及びローターの同
一中心点構造と、による摩擦軽減手段と、駆動ポンプと
循環ポンプの連結回転による膨張媒体の圧力保留手段
と、で構成し、駆動ポンプと循環ポンプと発電機を密閉
容器内に連動して組み込むユニット手段と、リザーブタ
ンク内の加圧気体による媒体圧力制御手段と、を備えた
ことを特徴とするヒートパイプエンジン
【請求項２】ローターの内部にギア室を設け、可動翼
の回転軸二軸に設けたギア部を噛み合わせて、流体圧力
で作動する可動翼の自動起伏機構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
【請求項３】シリンダーの開始点から終了点間の円弧
中心点と、ローターの回転軸中心点と、を同一にする同
一中心点構造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
【請求項４】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回路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