(57)【要約】【課題】概ね３００℃以下の工場や自動車等からの排熱を効率良く且つ低コストでスターリングエンジン等の被加熱体へ移送すると共に該被加熱体へ効率良く伝達することを可能にする。【解決手段】  工場や自動車等からの熱を伴った排気を通すダクト２内に、該排気中の熱により水を水蒸気に変換する熱交換器７を設け、該水蒸気を被加熱体例えばスターリングエンジン１に導き該被加熱体を凝縮熱により加熱する装置において、該水蒸気の圧力を工場や自動車等からの排熱の温度により定められた一定の圧力にするための弁を設けて排熱を効率良く移送伝達する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工場や自動車等からの熱を伴った排気を通すダクト内に、該排気中の熱により水を水蒸気に変換する熱交換器を設け、該水蒸気を被加熱体に導き該被加熱体を凝縮熱により加熱する装置において、該水蒸気の圧力を工場や自動車等からの排熱の温度により定められた一定の圧力以上になると開放される弁を設けた事を特徴とする熱移送伝達装置。
【請求項２】
前記の弁を水蒸気と外気とを隔てる部材に設けた孔と錘を含む構成としたことを特徴とする請求項１に記載の熱移送伝達装置。
【請求項３】
前記の弁を水蒸気と外気とを隔てる部材に設けた孔とばねを含む構成としたことを特徴とする請求項１記載の熱移送伝達装置。
【請求項４】
前記被加熱体をスターリングエンジンとしたことを特徴とした請求項１に記載の熱移送伝達装置。
【請求項５】
前記スターリングエンジンの吸熱部を多数の吸熱管から構成したことを特徴とする請求項４に記載の熱移送伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は地球温暖化対策の一環として、現在十分には利用されていない工場や自動車等からの排熱を発電等に有効に利用するために、被加熱体に効率的に低コストで移送し伝達する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】工場や自動車等からの排熱を有効に利用する多くの提案がある（例えば、特許文献１と特許文献２，参照。）。これらの排熱は多くの場合熱を伴った空気であるが、従来これら排熱を利用して、例えばスターリングエンジンを駆動して発電に利用する場合には該スターリングエンジンの吸熱部を排熱により直接加熱する方法（例えば、特許文献１と特許文献２参照。）が知られている。【０００３】
【特許文献１】  特開２００６−１１８４０６（第１０頁図１）
【特許文献２】  特開２００４−３６４９９（第６頁、図１）
【０００４】しかしこれら排熱により直接吸熱部を加熱する場合には、次の様な不都合が生じる。即ち、空気を熱媒とする熱伝達は、液体を熱媒とする場合、あるいは水蒸気の潜熱を利用する場合の熱伝達方法に比べ、伝達効率が低く熱抵抗が大きいので、熱伝達部分の面積を大きくする必要がある。したがって、スターリングエンジンの吸熱部を加熱する場合にも、吸熱部の表面積を熱伝達の観点からは十分に大きくする必要がある。【０００５】しかし、スターリングエンジンの吸熱部の大きさは効率の観点からの制約があり、熱伝達に必要な十分な大きさにする事が出来ないため、熱抵抗が大きくなり排気の温度と被加熱体の温度差を大きくする必要があった。例えば特許文献２の場合には、スターリングエンジンの膨張室とリジェネレータをつなぐ部分を加熱しているが、この部分の内部の体積はスターリングエンジンの膨張室の容積に係わり、性能、効率に影響する部分であり、熱伝導に必要とする程には十分な大きさには出来ない。【０００６】排熱から被加熱体へ熱を伝える熱媒として空気以外のものとして、排熱により熱交換器を介して内部の液体、例えば水を加熱することにより、被加熱体に熱を伝える方法がある。この場合には熱媒として気体ではなく熱伝達の良い液体である水を用いることが出来るので、被加熱体への熱伝達の効率向上と性能の効率を分けて設計する事ができるので、スターリングエンジンの場合にはその性能、効率は向上する。【０００７】しかし、排熱は概ね３００℃以下であるので、低温度の気体の熱を例えば水に伝えるには、熱伝達のための表面積を十分に大きくして熱伝達による温度低下を可能な限り少なくする必要があり、また加熱された水の温度は２００℃以上の高温水になる場合もあり、高圧に耐える構造とする必要がある場合もある事等から、コストが高くなる欠点がある。更に高温水を循環させるポンプも必要でコストが高くなる欠点がある。【０００８】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】概ね３００℃以下の工場や自動車等からの排熱を効率良く且つ低コストでスターリングエンジン等の被加熱体へ移送すると共に該被加熱体へ効率良く伝達することを可能にする。特にスターリングエンジンの吸熱部の大きさを該スターリングエンジンの性能・効率を損なうことのない大きさとしても良好な熱伝達が行なえることを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  工場や自動車等からの熱を伴った排気を通すダクト内に、該排気中の熱により水を水蒸気に変換する熱交換器を設け、該水蒸気を被加熱体に導き該被加熱体を凝縮熱により加熱する装置において、該水蒸気の圧力を工場や自動車等からの排熱の温度により定められた一定の圧力以上になると開放される弁を設けた事を特徴とする熱移送伝達装置。【００１１】  工場や自動車等からの排熱は様々な温度があるが、被加熱体は出来るだけ高温とする事が、熱機関の効率を高めるために求められている。そのために、排熱の温度に対応した出来るだけ高い沸騰温度と凝縮温度を設定し、効率良く、排熱から水の蒸発熱による水蒸気への熱伝達、水蒸気による熱移送、水蒸気から被加熱体への凝縮熱による熱伝達を行う。【００１２】  一方、水の沸騰温度や凝縮温度は水や水蒸気に加わる圧力により変わることが知られている。従って、水に加わる圧力を高くし過ぎると沸騰は起らず効率的な熱伝達は行えないので工場や自動車等からの排熱の温度に対応して圧力を変化させ、出来るだけ高い蒸発温度や凝縮温度を利用するのが本案である。【００１３】  水の温度と飽和水蒸気圧の関係は表１の通り、飽和水蒸気圧は温度により変化するので、水や水蒸気にかける圧力を調整することにより、沸騰温度や凝縮温度は調整出来る。
【表１】
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【００１４】  水と空気を密閉した容器に入れ、１００℃以上に加熱し蒸気を発生させれば、容器内部の気圧が上昇する事は知られている。また、内部圧力をある一定値以下とするためには圧力により開放される弁を用いて、ある決められた圧力以上では、該弁を開放して、内部圧力が上昇するのを防ぐ事が出来る。これらのことを使い排熱の温度に応じて内部圧力を適宜定めて、熱伝達に最良の条件とすることにより、効率の良い熱移送伝達を行う事が出来る。
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば、空気よりもはるかに優れた熱伝達物質である水を水蒸気としまたは凝縮して水とすることにより蒸発潜熱を利用出来るので、工場や自動車等の排熱中の熱を効率良く被加熱体に移送して伝達することが出来る。【００１６】  本案によりスターリングエンジンを加熱する場合には、スターリングエンジンの吸熱部の表面積を効率の面のみから考慮した最適の設計に出来るので、該スターリングエンジンの性能・効率を低コストで高められる。例えば、表１から分かる通り、毎秒わずか１ｇの水を１６０℃で損失なく沸騰、凝縮させると毎秒約２ｋＪの熱、即ち２ｋＷの熱の伝達が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【００１７】  以下、本発明の第１の実施例を添付図を参照して説明する。図１は本発明に係る工場や自動車等の排熱を被加熱体に移送し、伝達する装置の実施形態の例を示す概略構成図であり、図２、図３は図１中の圧力調整装置１１の例を示す断面図である。【００１８】  工場や自動車等からの熱を伴った排気は図１に矢印で示され、排気ダクト８を通って、熱交換器７の一部を構成する受熱管１０を加熱して排気される。該受熱管の内部には適量の水があり、加熱されて水蒸気となり熱移送管９ｂ、圧力調整装置１１を通って、スターリングエンジン１の吸熱空間６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆに達し、ヘリウムガスなどの作動ガスが通過する多数の管で構成された吸熱部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆに、吸熱されて水となり、熱移送管９ａを通り、熱交換器７に戻る。尚、図示はしていないが熱移送管９ｂには、開平自在の蓋体を有し、当該装置に水を注入する注入口が設けられている。【００１９】  この行程中の圧力調整装置１１は例えば、図２に示す圧力調整装置１１ａの構造になっている。容器体１２は熱移送管９ｂに連通していて、上面の一分に開放孔１４が設けられ、該開放孔１４の内側には弁の一部となるゴム等の弾性体からなる弁受け１３が取り付けられており、該弁受け１３には錘１５ａの付いた弁体１６ａが収められており、重力により固定されているが、容器体１２内の圧力が設定値以上となると、弁体１６ａは押し上げられ開放孔１４を通して水蒸気が逃れ圧力が低下する。１７ａは弁体が内部圧力設定値よりも高くなった時に抜け落ちるのを防止するストッパーである。【００２０】  この構成において圧力調整は開放孔１４の面積に対する錘１５ａと弁体１６ａを含む可動部全体の質量とを調整する事により行う。例えば高圧にする場合は開放孔１４の面積を小さくするか、または錘１５ａの質量を増す。【００２１】  この構成において、例えば圧力調整装置を１．１ＭＰａに設定し、温度１８０℃程度の排熱で１７０℃程度の水蒸気を発生させ、スターリングエンジンの作動ガスが通過する、多数の管で構成された吸熱部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆにおいて１６０℃程度で水蒸気を凝縮させることが出来る。
【実施例２】
【００２２】  図３は図２における、錘１５に替えてばね１９ａを用いた圧力調整装置１１ｂを示す。図２と同じ番号は同じ部分を示している。１６ｂは弁体で、１７ｂはストッパー１８はばね受けである。
【実施例３】
【００２３】  図４は他の圧力調整装置を示す概略断面図でばね１９ｂの圧縮を変えて設定圧力を調整する方式で、他の図と同一の番号は同一の機能を示す。容器体２０は熱移送管９ｂに固定され下部に蒸気逃し用の開放孔２１が設けられ、上部にはネジ部２２を有する固定部材２３に固定されている。固定部材２３のネジ部２２にはネジを有するつまみ体２４が回転出来るように取り付けられて、回転させる事によりばね１９ｂの圧縮状態が変わり、弁体１６ｃを弁受け１３への押し付ける力がかわり、熱移送管９ｂ内部の最大圧力を簡単に設定出来る。
【実施例４】
【００２４】  図５は図１における熱移送管９ａ、９ｂのスターリングエンジン１への取り付け位置を変えた例を示しており、９ａと９ｂは互いに反対側となっており、水蒸気が吸熱管５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆに接する吸熱空間部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ内を全体に流れ易くなっている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る工場や自動車等の排熱を移送し、伝達する装置の実施形態の第１の例を示す概略構成図である。
【図２】図１中の圧力調整装置１１の例を示す断面図である。
【図３】図１中の圧力調整装置１１の他の例を示す断面図である。
【図４】図１中の圧力調整装置１１の更に他の例を示す断面図である。
【図５】図１中の熱移送管９ａ、９ｂのスターリングエンジン１への接続位置を換えた例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００２６】１  スターリングエンジン
２  ケーシング
３  ディスプレーサー
４  膨張空間
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ  吸熱管
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ  吸熱空間
７  熱交換器
８  排気ダクト
９ａ、９ｂ  熱移送管
１０  受熱管
１１  圧力調整装置
１２  容器体
１３  弁受け
１４  開放孔
１５  錘
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  弁体
１７ａ、１７ｂ  ストッパー
１８  ばね受け
１９ａ、１９ｂ  ばね
２０  弁容器
２１  開放孔
２２  ネジ部
２３  固定部材
２４  つまみ体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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