JPS62196031A - エネルギ−可逆変換方法及び熱エネルギ−利用装置 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明はエネルギーに対し互いに可逆性のある原動機と
被駆動機を連結した装置を用い、異種類のエネルギーを
可逆的に変換させるエネルギー可逆変換方法及び該エネ
ルギー可逆変換方法の技術思想の一部を利用した熱エネ
ルギー利用装置に関する。

「従来の技術」 従来より、発電機としても機能する誘導電動機と水車と
しても機能するポンプを連結し、通常時は水の位置エネ
ルギーを利用して水車を回転させる事により発電を行い
、一方深夜においては全電力エネルギーを利用して電動
機を駆動させる事によりポンプにより揚水し、水の位置
エネルギーとしてを貯溜するようにした、いわゆる揚水
発電装置と呼ばれるエネルギー可逆変換装置は公知であ
る。

「発明が解決しようとする問題点」 一方、製鉄所等においては溶鉱の際に多大のｃ。

ガスが、又都市ゴミ処理場においても生ゴミ等より多量
のメタンガスが、夫々発生する訳であるが、これらの排
気ガスはこれを他の不活性ガスと分離して貯溜したり又
は燃焼させて地域（室内）暖房や温水プールとして二次
的なエネルギー利用が図られているが、このような二次
的利用では地域の福祉には役立つが、動力コストの直接
的な低減には結びつかず、而もこのような二次的なエネ
ルギーを利用する為の種々に付属設備を必要とし、結果
としてコスト高につながる。

従って前記熱エネルギーと電気エネルギーを可逆的に変
換せしめ、エネルギーの効率利用を図った可逆変換装置
が存在すれば前記欠点の解消につながる訳であるが、例
え前記誘導電動機に熱エネルギーにより回転可能なガス
タービン等の回転機を取り付けて、熱エネルギーと電気
エネルギーとを可逆的に変換せしめる変換装置を構成し
ても、前記排熱ガス等の熱エネルギー側の熱変動や流体
変動が大きい為に、これらの変動を吸収しながら回転機
を運転制御するのは極めて困難であり、且つ例え運転制
御が可能であっても、効率の低下が著しい為に、その実
用化が極めて困難であった。

本第１発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、熱エネルギ
ーと電気エネルギーを可逆的に且つ実用的に変換させる
事の出来るエネルギー可逆変換方法を提供する事にある
。

又本第１発明の他の目的とする所は、熱エネルギー側に
負荷変動を有していても、効率的に熱エネルギーと電気
エネルギーを可逆的に変換させる事の出来るエネルギー
可逆変換方法を提供する事にある。

又本発明の他の目的とする所は、単一装置の可逆運転に
より、１Ｘ続運転される溶鉱炉のｃｏｆｆ、５を夜間電
力で圧縮し昇圧しておき、昼間該高圧ＧＯガスを用いて
電気エネルギーに変換可能な、エネルギー可逆変換方法
を提供する事にある。

さて従来より電動機よりの回転を受けて駆動する冷凍機
又はヒートポンプを用いるとともに、外気を熱（冷）源
として取入れて、前サイクル中を循環する冷（熱）媒の
蒸発及び凝縮を行わしながら、冷凍及びヒートポンプサ
イクルを構成する技術は公知であるが、この種の技術に
おいては外気温度の変化に対応して、電動機の駆動動力
が変動し、常に最大の駆動動力に見合う電動機の設置と
、電力契約を行わなければならず、必然的に設置コスト
と運転コストの増大につながる。

そこで本第２発明は、前記第１発明のエネルギー可逆変
換方法の技術思想の一部を利用して、前記従来技術の欠
点を解消し得る熱エネルギー利用装置を提供する事を目
的とする。

「問題点を解決しようとする手段」 （第１発明の概要） 本発明はかかる技術的課題を達成する為に、エネルギー
に対し互いに可逆性のある原動機３と被駆動機５とを連
結した装置を用い、前記原動機３が電気エネルギーを利
用して回転する電動機３Ａとして機能する場合には、被
駆動機５が圧縮機５Ａとして機能し、一方、被駆動機５
を熱エネルギーを利用して回転する膨張機５Ｂとして機
能する場合には、前記原動機３が発電ａ３Ｂとして機能
するようにしたエネルギー可逆変換方法を提案する。

この場合、前記被駆動機５への熱エネルギーの供給は、
熱エネルギーを直接取入れるのではなく、流体源を介し
て間接的に取入れるように構成するのがよい。

又、前記原動機３と商用電源１との間の電気的連結は可
変周波数変換装置２を介して行なうのがよく、又前記被
駆動機５には、圧縮機、膨張機を兼用する単体機におい
て、夫々容積比及び膨張比を決めるＶｉが可変型である
回転機、例えば容積型で且つＶｉ可変型のスクリュー型
回転機を用いるのがよい。

（第２発明の概要） 第２発明は、例えば電動機３Ａよりの回転を受けて駆動
する圧縮機５Ａを用いて冷凍又はヒートポンプサイクル
を構成する熱エネルギー利用装置において、前記電動機
３Ａと圧縮機１０間に、熱エネルギーを利用して回転す
る、スクリュー型回転機等の膨張機５Ｂを介在させた事
にある。

「作用」 （第１発明の作用） かかる発明によれば、電力料金の安い深夜電力を利用し
て、溶鉱の際に又は生ゴミ等より発生した多量の低圧Ｃ
Ｏガスやメタンガス等を、圧縮機５Ａとして機能する被
駆動機、低動機を用いて圧縮して高圧ガスとして貯溜し
た後、昼間は該貯溜した高圧ガスを燃料として用いてガ
スタービン等による火力発電を行うとともに、更にその
ガスタービンの高温排気ガスを直接または間接的に又は
ボイラーによる蒸気又は高圧ＣＯガスによって、膨張機
５Ｂとして機能する被駆動機５を回転させ、これと連結
する発電機３Ｂとして機能する原動機３により発電を行
う事により、エネルギーの可逆変換を行う事が出来る。

尚、前記被駆動機５に他の回転機を用いた場合には、エ
ネルギー原或は負荷の変動が特に甚しいような排熱を利
用して前記発電を行った場合に、該変動により被駆動機
５の回転トルクや回転数が変動し、最悪には被駆動機５
が回転不能になったりし、エネルギー変換を実質的に行
えない場合があるが、本発明は、前記被駆動機５として
膨張機５Ｂを用い、特に容積型で且つＶｉ可変型のスク
リュー型回転機を用いた為に、前記エネルギー変動に対
応して被駆動機５の回転トルクを制御させ、而も前記発
電機３Ｂとして機能する原動機３側は可変周波数変換装
置２を介して商用電源１と接続されている為に、前記熱
エネルギーの変動により回転数の変動が生じても、これ
を容易に制御し、電気エネルギー源として安定した定電
圧で且つ定周波数の電源を商用電源１側に供給出来る。

一方、深夜電力を利用して前記熱エネルギー源の圧縮を
行う場合にも、可変周波数変換装置２で電動機３Ａ回転
数の制御を行うとともに、被駆動機５側の圧縮機５Ａで
吸気量制御を行う事により、効率的な圧縮制御が可能と
なる。

即ち本発明にして始めて、熱エネルギー源が大幅に変動
しても、常に効率の低下を伴うことなく容易に熱エネル
ギーと電気エネルギーとの可逆変換を行わせることが出
来るものである。

（第２発明の作用） 例えば電動機３Ａよりの回転を受けて駆動する圧縮機１
０を用いて冷凍サイクルを構成する場合、外気温度が低
い冬期においては、電動機３Ａの駆動動力が低くてすむ
為、電動機３Ａのみで前記圧縮機１０の運転を行い、一
方外気温度が高い夏期においては、前記電動ａ３Ａとと
もに、熱エネルギーを利用して回転するスクリュー型回
転機等の膨張機５Ｂを回転駆動させ、該膨張機５Ｂと電
動機３Ａとにより得られる駆動力を用いて前記圧縮機１
０を回転させる。

この場合前記膨張機５Ｂの駆動力は圧１ｉ！機５Ａの夏
期動力と冬期動力との差だけ出力されるようなものを取
り付ける。

これにより前記電動機３Ａが冬期運転に対応するものに
設定する事が出来、装置の小型化と契約電力を小に設定
する事が出来、且つ年間を通じて電力のへ平準化に沿い
運転コストも低減し得る。

尚、前記熱エネルギーは深夜電力を利用して第１発明の
ように膨張機５Ｂを圧縮機５Ａとして機能させて貯溜さ
せてもよく、又これとは無関係に外部から得るようにし
てもよい。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特
定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

これを図について説明する。

第１図及び第２図はいずれも本発明の詳細な説明する概
略図であり、　１は商用電源、３は発電機３Ｂ又電動機
３Ａとして機能する誘導電動機で、両者間に可変周波数
変換装置２を介在させている。

５は膨張機５Ｂとして又圧縮機５Ａとして機能するスク
リュー回転機で、変速機その他の連結機構４を介して前
記誘導電動機３Ａと接続されている。

６は第１図の場合は低圧ガスタンク又は蒸発器として、
又第２図の場合は復水器又は凝縮器として機能する部材
、７は第１図の場合は高圧ガスタンク又は凝縮器として
、又第２図の場合は熱交換器兼高圧ガスタンク、又はボ
イラーとして機能する部材を示す。

次にかかる実施例の作用を説明すると、先ず電力料金の
安い夜間電力を使用して、夜間に第１図に示す如く電動
機３Ａと直結する圧縮機５Ａによって、例えば低圧で発
生するメタンガス、Ｇ。

ガス等を圧縮して高圧のメタンガスやＧｏガスとして高
圧ガスタンク７に貯溜する。

次に昼間においては第２図に示す如く、ガスタンク７内
に貯溜した高圧メタンガスやＧｏガスを図示しないター
ビン発電機又は高圧ボイラーに供給して火力及び蒸気発
電を行うとともに、更にそのガスタービンの高温排気ガ
スを直接または、前記高温排気ガスをボイラー７に通す
事により得られた蒸気を膨張機５Ｂに導入して、該膨張
機５Ｂを回転させる事により発電機３Ｂを回転させ、可
変周波数変換装置２を介して商用電源ｌ側に電気エネル
ギーを供給する。

尚図中１３は膨張弁、１４はポンプである。又、本実施
例は密閉サイクル又は開放サイクルのいずれにも適用可
能である。

これにより前記第１発明の作用効果を円滑に達成し得る
。

第３図は第２発明の実施例を示し、前記実施例との差異
を中心に説明する。

前記スクリュー回転機の出力軸側には冷凍サクシを構成
する圧縮機１０が連結されている。又１１及び１２は凝
縮器及び蒸発器として機能する熱交換器である。

そして前記誘導電動機３Ａには冬期時の冷凍運転を行う
為に必要な所要動力を有するものを、又スクリュー回転
機にはガスタンク内に貯溜された熱エネルギーを利用し
て圧縮機１ｏの夏期所要動力から前記誘導電動機３Ａの
所要動力の差だけ出力されるようなものを取り付ける。

かかる実施例において冬期においては、電動機３Ａのみ
で前記圧縮機１０の運転を行い、　一方外気温度が高い
夏期においては、前記実施例に示すように深夜電力を利
用してガスタンク内に高圧ガスを貯溜した後、昼間の冷
房運転時に電動１１３Ａとともにガスタンクに貯溜した
熱エネルギーを利用してスクリュー回転機を膨張機５Ｂ
として回転駆動させ、該膨張４１１５Ｂと電動機３Ａと
により得られる駆動力を用いて前記圧縮機ＩＯを回転さ
せる事により、圧縮機１０の夏期運転に必要な所要動力
が膨張機の出力軸側に出力され、円滑に夏期の冷房運転
を行う事が出来る。

「発明の効果」 以上記載の如く本第１発明によれば、熱エネルギーと電
気エネルギーを可逆的に１つ実用的に変換させる事の出
来るとともに、特に熱エネルギー側に負荷変動を有して
いても、効率的に熱エネルギーと電気エネルギーを可逆
的に変換させる事が可能となる。

又第２発明によれば、圧１２ｉＪａ、側の駆動動力が変
動する場合でも、その変動最小駆動動力に見合う電動機
の設置と、電力契約を行えば足り、必然的に設置コスト
と運転コストの大幅な低減が可能となる。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はいずれも本第１発明の作用を示す概
略図、第３図は本第２発明の作用を示す概略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）エネルギーに対し互いに可逆性のある原動機と被駆
   動機とを連結した装置を用いて、電気エネルギーと熱エ
   ネルギーの可逆変換をおこなわしめるようにしたエネル
   ギー可逆変換方法において、前記原動機が電気エネルギ
   ーを利用して回転する電動機として機能する場合には、
   被駆動機が圧縮機として機能し、一方、被駆動機を熱エ
   ネルギーを利用して回転する膨張機として機能する場合
   には、前記原動機が発電機として機能するようにした事
   を特徴とするエネルギー可逆変換方法 ２）商用電源と前記原動機との電気的結合が可変周波数
   変換装置を介して行はれた特許請求範囲第１項記載のエ
   ネルギー可逆変換方法 ３）前記被駆動機への熱エネルギーの供給が、熱エネル
   ギーにより得られた流体源を介して行われるようにした
   特許請求範囲第１項又は第２項記載のエネルギー可逆変
   換方法 ４）前記原動機が、発電機としても機能する誘導型電動
   機である特許請求範囲第１項から第３項までのいずれか
   一項記載のエネルギー可逆変換方法５）被駆動機が容積
   型回転機である特許請求範囲第１項から第４項までのい
   ずれか一項記載のエネルギー可逆変換方法 ６）被駆動機がスクリュー型回転機である特許請求範囲
   第１項から第５項までのいずれか一項記載のエネルギー
   可逆変換方法 ７）前記スクリュー型回転機が、容積比、膨張比が可変
   可能に構成された回転機である特許請求範囲第１項から
   第６項までのいずれか一項記載のエネルギー可逆変換方
   法 ８）前記原動機に供給される電気エネルギーが深夜電力
   で稼動される特許請求範囲第１項から第７項までのいず
   れか一項記載のエネルギー可逆変換方法 ９）電動機と、該電動機よりの回転を受けて駆動する圧
   縮機間に、熱エネルギーを利用して回転可能な膨張機を
   介在させた事を特徴とする熱エネルギー利用装置 １０）前記膨張機がスクリュー型回転機である特許請求
   範囲第９項記載の熱エネルギー利用装置