(57)【要約】  太陽熱などの１００℃以下の中温熱を利用した動力の取り出しを、効率的に行うことができる中温熱機関を提供する。  蒸気により駆動する蒸気駆動機械力取出手段と、揮発性液体を１００℃以下の中温熱で加熱して、蒸気駆動機械力取出手段の上流側で、蒸気駆動機械力取出手段を駆動する第１の駆動蒸気を発生させる第１の駆動蒸気発生手段と、蒸気駆動機械力取出手段の下流側で、第１の駆動蒸気を吸引するエゼクターと、揮発性液体を１００℃以下の中温熱で加熱して、エゼクターを駆動する第２の駆動蒸気を発生させる第２の駆動蒸気発生手段と、エゼクター通過後の第１の駆動蒸気および第２の駆動蒸気からなる混合蒸気を液化して、再び揮発性液体に戻す液化手段と、液化した揮発性液体を第１の駆動蒸気発生手段および第２の駆動蒸気発生手段に循環させる循環手段とを備えた。
2009107383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気により駆動する蒸気駆動機械力取出手段と、
揮発性液体を１００℃以下の中温熱で加熱して、前記蒸気駆動機械力取出手段の上流側で、前記蒸気駆動機械力取出手段を駆動する第１の駆動蒸気を発生させる第１の駆動蒸気発生手段と、
前記蒸気駆動機械力取出手段の下流側で、前記第１の駆動蒸気を吸引するエゼクターと、
揮発性液体を１００℃以下の中温熱で加熱して、前記エゼクターを駆動する第２の駆動蒸気を発生させる第２の駆動蒸気発生手段と、
前記エゼクター通過後の前記第１の駆動蒸気および前記第２の駆動蒸気からなる混合蒸気を液化して、再び前記揮発性液体に戻す液化手段と、
前記液化した揮発性液体を前記第１の駆動蒸気発生手段および前記第２の駆動蒸気発生手段に循環させる循環手段とを備えたことを特徴とする中温熱機関。
【請求項２】
前記液化手段は、前記エゼクター通過後の混合蒸気に、前記混合蒸気と親和性の高い吸収媒体を接触させて、前記吸収媒体に前記混合蒸気を吸収させて前記揮発性液体に戻すことを特徴とする請求項１に記載の中温熱機関。
【請求項３】
前記吸収媒体として、前記第１の駆動蒸気および前記第２の駆動蒸気に用いる物質の沸点よりも高い沸点の物質を用い、
前記第１の駆動蒸気発生手段で、前記混合蒸気を吸収した吸収媒体を１００℃以下の中温熱で加熱して、前記第１の駆動蒸気と液体状態である前記吸収媒体を気液分離し、
前記分離した第１の駆動蒸気を前記蒸気駆動機械力取出手段に供給し、前記分離した吸収媒体を前記エゼクター通過後の前記混合蒸気に接触させることを特徴とする請求項２に記載の中温熱機関。
【請求項４】
前記吸収媒体として、前記第１の駆動蒸気および前記第２の駆動蒸気に用いる物質の沸点よりも高い沸点の物質を用い、
前記第２の駆動蒸気発生手段で、前記混合蒸気を吸収した吸収媒体を１００℃以下の中温熱で加熱して、前記第２の駆動蒸気と液体状態である前記吸収媒体を気液分離し、
前記分離した第２の駆動蒸気を前記エゼクターに供給し、前記分離した吸収媒体を前記エゼクター通過後の前記混合蒸気に接触させることを特徴とする請求項２に記載の中温熱機関。
【請求項５】
前記吸収媒体により吸収されなかった未吸収の混合蒸気を、圧縮して予冷した後、断熱膨張させて発生する冷熱により、前記吸収媒体を、前記エゼクター通過後の混合蒸気に接触させる前に、予め冷却することを特徴とする請求項２乃至請求項４のうちいずれか一つに記載の中温熱機関。
【請求項６】
前記第２の駆動蒸気の圧力に応じて開閉する間欠噴射弁機構を備え、前記エゼクターを断続的に稼動させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか一つに記載の中温熱機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱やごみ排熱などの１００℃以下の中温熱を熱源として機械仕事をさせる、中温熱機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来提案されている太陽熱などの１００℃以下の中温熱の利用は、専ら温水を製造するものであり、その利用範囲は、給湯や暖房などに限られたものであった。これに対して、太陽光から熱エネルギーを収熱するだけではなく、同時に発電も行うようにしたシステムとして、例えば、特許文献１や特許文献２に示すシステムが提案されている。【０００３】
しかし、これらのシステムは、半導体などの変換素子を用いて太陽光から発電を行うようになっており、変換素子の製造コストやエネルギーの変換効率の問題があることから、未だに十分な普及に至っていない。【０００４】
一方、中温熱から動力を取り出すための代表的な方法論である、ランキンサイクルを利用した動力の取り出しの試みが始まっており、ランキンサイクルを利用した動力発生装置として、例えば、特許文献３に示す装置が提案されている。【０００５】
これらのランキンサイクルを利用した動力発生装置は、使用する作動媒体として沸点の低い、例えばプロパンなどを用いれば、中温熱において高圧部が得ることができる。しかし、差圧を発生させるためには、作動媒体を冷却するための冷却熱源の確保が必要であり、その点が障害となって未だに十分な普及に至っていない。冷却熱源として海水などの利用も提案されているが、熱交換器部の低温側への海生生物の固着などの問題が生じている。そのため、タービンの形状などの効率向上策に着眼せざるを得なくなっている。【０００６】
このように、太陽熱などの中温熱を利用した動力の取り出しは十分な実用化に至っていないのが現状である。
【特許文献１】特開２００７−２１４２３５号公報
【特許文献２】特開２００７−２７８６６９号公報
【特許文献３】特開２００５−２４０５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上に述べたように、変換素子を用いた発電やランキンサイクルの利用には大きな障害があり、太陽熱などの１００℃以下の中温熱の利用を、温水製造だけでなく動力の取り出しにまで拡張するためには、より効率的な仕組みを提供する必要がある。本発明は上記の問題点を解決した中温熱機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明の中温熱機関は、蒸気により駆動する蒸気駆動機械力取出手段と、揮発性液体を１００℃以下の中温熱で加熱して、前記蒸気駆動機械力取出手段の上流側で、前記蒸気駆動機械力取出手段を駆動する第１の駆動蒸気を発生させる第１の駆動蒸気発生手段と、前記蒸気駆動機械力取出手段の下流側で、前記第１の駆動蒸気を吸引するエゼクターと、揮発性液体を１００℃以下の中温熱で加熱して、前記エゼクターを駆動する第２の駆動蒸気を発生させる第２の駆動蒸気発生手段と、前記エゼクター通過後の前記第１の駆動蒸気および前記第２の駆動蒸気からなる混合蒸気を液化して、再び前記揮発性液体に戻す液化手段と、前記液化した揮発性液体を前記第１の駆動蒸気発生手段および前記第２の駆動蒸気発生手段に循環させる循環手段とを備えたことを特徴とする。【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の中温熱機関において、前記液化手段は、前記エゼクター通過後の混合蒸気に、前記混合蒸気と親和性の高い吸収媒体を接触させて、前記吸収媒体に前記混合蒸気を吸収させて前記揮発性液体に戻すことを特徴とする。【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の中温熱機関において、前記吸収媒体として、前記第１の駆動蒸気および前記第２の駆動蒸気に用いる物質の沸点よりも高い沸点の物質を用い、前記第１の駆動蒸気発生手段で、前記混合蒸気を吸収した吸収媒体を１００℃以下の中温熱で加熱して、前記第１の駆動蒸気と液体状態である前記吸収媒体を気液分離し、前記分離した第１の駆動蒸気を前記蒸気駆動機械力取出手段に供給し、前記分離した吸収媒体を前記エゼクター通過後の前記混合蒸気に接触させることを特徴とする。【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の中温熱機関において、前記吸収媒体として、前記第１の駆動蒸気および前記第２の駆動蒸気に用いる物質の沸点よりも高い沸点の物質を用い、前記第２の駆動蒸気発生手段で、前記混合蒸気を吸収した吸収媒体を１００℃以下の中温熱で加熱して、前記第２の駆動蒸気と液体状態である前記吸収媒体を気液分離し、前記分離した第２の駆動蒸気を前記エゼクターに供給し、前記分離した吸収媒体を前記エゼクター通過後の前記混合蒸気に接触させることを特徴とする。【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項２乃至請求項４のうちいずれか一つに記載の中温熱機関において、前記吸収媒体により吸収されなかった未吸収の混合蒸気を、圧縮して予冷した後、断熱膨張させて発生する冷熱により、前記吸収媒体を、前記エゼクター通過後の混合蒸気に接触させる前に、予め冷却することを特徴とする。【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のうちいずれか一つに記載の中温熱機関において、前記第２の駆動蒸気の圧力に応じて開閉する間欠噴射弁機構を備え、前記エゼクターを断続的に稼動させることを特徴とする。【００１４】
なお、請求項１乃至請求項６において、「中温熱」とは、通常大気温度以上で１００℃以下の温熱を意味する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、蒸気駆動機械力取出手段を駆動する第１の駆動蒸気を、第１の駆動蒸気発生手段により、揮発性液体を１００℃以下の中温熱で加熱して発生させるので、太陽熱などの中温熱を利用して動力を取り出すことができる。【００１６】
また、蒸気駆動機械力取出手段の下流側に、第１の駆動蒸気を吸引するエゼクターを設けたので、蒸気駆動機械力取出手段の上流側（高圧部）と下流側（低圧部）の圧力差を増大させて、蒸気駆動機械力取出手段を効率的に運転して動力を取り出すことができる。【００１７】
また、エゼクターを駆動する第２の駆動蒸気も、第２の駆動蒸気発生手段により、揮発性液体を１００℃以下の中温熱で加熱して発生させるので、太陽熱などの中温熱を利用することができる。【００１８】
また、エゼクター通過後の第１の駆動蒸気および第２の駆動蒸気からなる混合蒸気を液化して、再び揮発性液体に戻してから、第１の駆動蒸気発生手段および第２の駆動蒸気発生手段に循環させるので、揮発性液体を循環させて有効に利用できる。【００１９】
また、エゼクター通過後の混合蒸気に、混合蒸気と親和性の高い吸収媒体を接触させることにより、混合蒸気を吸収媒体に吸収させて、吸収液化することができる。その結果、エゼクターの吐出口では、混合蒸気が除去されることで圧力が低下し、エゼクターの吸引力を高めることができる。【００２０】
また、吸収媒体として、第１の駆動蒸気および第２の駆動蒸気に用いる物質の沸点よりも高い沸点の物質を用い、さらに第１の駆動蒸気発生手段により、混合蒸気を吸収した吸収媒体を１００℃以下の中温熱で加熱して、第１の駆動蒸気と液体状態である吸収媒体を気液分離することにより、分離した第１の駆動蒸気を蒸気駆動機械力取出手段に供給し、分離した吸収媒体をエゼクター通過後の混合蒸気に接触させることができるので、揮発性液体と吸収媒体を効率的に循環利用することができる。【００２１】
また、吸収媒体として、第１の駆動蒸気および第２の駆動蒸気に用いる物質の沸点よりも高い沸点の物質を用い、さらに第２の駆動蒸気発生手段により、混合蒸気を吸収した吸収媒体を１００℃以下の中温熱で加熱して、第２の駆動蒸気と液体状態である吸収媒体を気液分離することにより、分離した第２の駆動蒸気をエゼクターに供給し、分離した吸収媒体をエゼクター通過後の混合蒸気に接触させることができるので、揮発性液体と吸収媒体を効率的に循環利用することができる。【００２２】
また、吸収媒体を、エゼクター通過後の混合蒸気に接触させる前に、予め冷却することにより、吸収媒体の吸収効果を高めることができる。冷却するための冷熱は、吸収媒体により吸収されなかった未吸収の混合蒸気を、圧縮して予冷した後、断熱膨張させて発生させることにより、別途の熱源を用意する必要はない。【００２３】
また、第２の駆動蒸気の圧力に応じて開閉する間欠噴射弁機構により、エゼクターを断続的に稼動させることにより、圧力の高いエゼクター駆動蒸気を用いて、エネルギー効率を高めることができる。【００２４】
以上、本発明によれば、太陽熱などの１００℃以下の中温熱を利用した動力の取り出しを、効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る中温熱機関を示す構成図である。
【図２】間欠噴射弁機構を示す構成図である。
【図３】蒸気圧駆動未吸収蒸気圧縮機を示す構成図である。
【図４】蒸気圧駆動吸収媒体循環ポンプを示す構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  エゼクター
２  エアー抜き弁
３  レシーバータンク
４  レシーバータンク
５  レシーバータンク
６  安全弁
７  ピストン駆動蒸気往復管路
８  ピストン駆動蒸気往復管路
９  ピストン駆動蒸気往復管路
１０  吸収媒体冷却器
１１  吸収媒体管路
１２  断熱膨張弁
１３  羽根車駆動蒸気排出管路
１４  羽根車駆動蒸気排出管路
１５  羽根車駆動蒸気排出管路
１６  蒸気駆動機械力取出用羽根車
１７  羽根車駆動蒸気噴射管路
１８  羽根車駆動蒸気噴射管路
１９  羽根車シャフト
２０  羽根車動翼
２１  羽根車動翼
２２  羽根車動翼
２３  羽根車動翼
２４  未吸収蒸気排出管路
２５  ジェットミキサー
２６  ジェットミキサー吸引口
２７  吸収器
２８  エゼクター吸引口
２９  未吸収蒸気戻管路
３５  間欠噴射弁機構
３６  蒸気圧駆動未吸収蒸気圧縮機
３７  蒸気圧駆動吸収媒体循環ポンプ
３８  吸収媒体戻管路
４０  閉止栓
４２  エゼクター駆動蒸気入口
４３  エゼクター駆動蒸気出口
５０  ピストン駆動蒸気出入口
５１  ピストン駆動蒸気出入口
５２  未吸収蒸気入口
５３  未吸収蒸気出口
５４  吸収媒体入口
５５  吸収媒体出口
６３  ピストン
６４  ピストン
７１  圧力調整弁
７２  圧力調整弁
７３  圧力調整弁
７４  太陽熱受熱管路
７５  太陽熱受熱管路
７６  放熱器
７７  放熱器
７８  羽根車駆動蒸気発生器
７９  エゼクター駆動蒸気発生器
８１  気液界面
８２  気液界面
８３  気液界面
８４  気液ドラム
８５  気液ドラム
８６  ヘッダー
８７  ヘッダー
９０  逆止弁
９１  逆止弁
９２  逆止弁
９３  逆止弁
９４  逆止弁
９５  逆止弁
９６  逆止弁
１００  磁石
１０１  磁石
１０２  磁石
１０３  磁石
１０４  磁石
１０５  磁石
１０６  磁石
１０７  磁石
１０８  磁石
１０９  磁石
１１０  磁石
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１を参照して、本発明の実施形態に係る中温熱機関について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る中温熱機関を示す構成図である。【００２８】
本実施形態に係る中温熱機関は、主として、羽根車駆動蒸気発生器７８（第１の駆動蒸気発生手段）、エゼクター駆動蒸気発生器７９（第２の駆動蒸気発生手段）、蒸気駆動機械力取出用羽根車１６（蒸気駆動機械力取出手段）、エゼクター１、ジェットミキサー２５（液化手段）、吸収器２７（液化手段）、蒸気圧駆動吸収媒体循環ポンプ３７（循環手段）から構成されている。そして、羽根車駆動蒸気発生器７８から発生する蒸気により、蒸気駆動機械力取出用羽根車１６が回転して、動力が取り出されるようになっている。【００２９】
本実施形態においては、太陽熱から得られる１００℃以下の中温熱を主たる駆動エネルギー源とする。なお、以下において、通常大気温度以上で１００℃以下の温熱を、「中温熱」と称する。
また、蒸気駆動機械力取出用羽根車１６を回転させる蒸気成分（第１の駆動蒸気）としてプロパンを、エゼクター１を駆動させる蒸気成分（第２の駆動蒸気）としてプロパンを、さらにこれら蒸気成分の吸収媒体成分としてヘキサンをそれぞれ用いる。【００３０】
羽根車駆動蒸気発生器７８は、太陽熱受熱管路７４と、気液ドラム８４から構成されている。吸収器２７から戻ってきた、プロパンおよびヘキサンの混合流体（揮発性液体）は、太陽熱受熱管路７４を通過しながら中温熱レベルまで加熱され、気液ドラム８４において気液分離される。図１中の気液ドラム８４内の波線８３は、気液ドラム８４内の気液界面８３を示しており、気相側には主としてプロパンが分離され、液相側にはプロパンおよびヘキサンの混合流体が分離される。なお、気液ドラム８４には、圧力調整弁７１およびヘッダー８６を介して、羽根車駆動蒸気噴射管路１７，１８が接続されている。【００３１】
羽根車駆動蒸気発生器７８で分離され発生した蒸気（プロパン）は、羽根車駆動蒸気噴射管路１７，１８を経由して、羽根車駆動蒸気（第１の駆動蒸気）として蒸気駆動機械力取出用羽根車１６へと噴射される。蒸気駆動機械力取出用羽根車１６は、羽根車シャフト１９と羽根車動翼２０，２１，２２，２３から構成されており、噴射された蒸気を羽根車動翼２０，２１，２２，２３で受けて回転するようになっている。なお、蒸気駆動機械力取出用羽根車１６により取り出される動力は、機械的仕事に直接利用する場合、直流発電機を介して電気エネルギーとして蓄電池に蓄電し直流電源として利用する場合、直流を交流に変換して交流電動機を動作させる交流電源として利用する場合など、様々な用途に利用することができる。【００３２】
なお、本実施形態では、蒸気駆動機械力取出手段として羽根車を用いたが、圧力差を利用して機械力を取り出すものであれば特に限定されず、ピストンなど他の機構を用いてもよい。【００３３】
蒸気駆動機械力取出用羽根車１６に噴射された蒸気（プロパン）は、羽根車駆動蒸気排出管路１３，１４を経由してレシーバータンク５に集められ、さらに羽根車駆動蒸気排出管路１５を経由してエゼクター１のエゼクター吸引口２８に吸引される。【００３４】
一方、羽根車駆動蒸気発生器７８で分離された液相側の流体（プロパンおよびヘキサンの混合流体）は、エゼクター駆動蒸気発生器７９へと供給される。なお、羽根車駆動蒸気発生器７８からエゼクター駆動蒸気発生器７９への経路上には、逆止弁９０が設けられている。【００３５】
エゼクター駆動蒸気発生器７９は、太陽熱受熱管路７５と、気液ドラム８５から構成されている。羽根車駆動蒸気発生器７８から供給されてきた、プロパンおよびヘキサンの混合流体（揮発性液体）は、太陽熱受熱管路７５を通過しながら中温熱レベルまで加熱され、気液ドラム８５において気液分離される。図１中の気液ドラム８５内の波線８２は、気液ドラム８５内の気液界面８２を示しており、気相側には主としてプロパンが分離され、液相側にはヘキサンを主成分とする混合流体が分離される。なお、気液ドラム８４には、安全弁６が取り付けられている。【００３６】
エゼクター駆動蒸気発生器７９で分離され発生した蒸気（プロパン）は、間欠噴射弁機構３５、レシーバータンク４、圧力調整弁７３を経由して、エゼクター駆動蒸気（第２の駆動蒸気）としてエゼクター１に供給される。間欠噴射弁機構３５により、エゼクター１へのエゼクター駆動蒸気の流入を制御できるようになっている。また、発生した蒸気の一部は、導圧管として機能するピストン駆動蒸気往復管路７，８，９、ヘッダー８７を経由して、後述する蒸気圧駆動未吸収蒸気圧縮機３６および蒸気圧駆動吸収媒体循環ポンプ３７の駆動蒸気として利用される。【００３７】
一方、エゼクター駆動蒸気発生器７９で分離された液相側の流体（ヘキサンを主成分とする混合流体）は、吸収媒体管路１１を経由して、ジェットミキサー２５へと供給される。吸収媒体管路１１上には、圧力調整弁７２、放熱器７７、吸収媒体冷却器１０が設けられており、ジェットミキサー２５へ供給される前に吸収媒体であるヘキサンを十分に冷却して、吸収効果を高めるようになっている。【００３８】
エゼクター１は、エゼクター駆動蒸気発生器７９で発生したエゼクター駆動蒸気（プロパン）により駆動される。そして、羽根車駆動蒸気排出管路１５を経由して、蒸気駆動機械力取出用羽根車１６に噴射された蒸気（プロパン）を吸引する。その結果、レシーバータンク５は低圧部となり、高圧部であるヘッダー８６と低圧部であるレシーバータンク５の圧力差が増大する。そうすると、羽根車駆動蒸気の噴射力が増加して、蒸気駆動機械力取出用羽根車１６を回転させて効率的に動力を取り出すことができる。なお、エゼクター１を通過した羽根車駆動蒸気（第１の駆動蒸気）とエゼクター駆動蒸気（第２の駆動蒸気）は混合蒸気となって吐出される。【００３９】
エゼクター１の吐出部には、レシーバータンク３を介して、ジェットミキサー２５のジェットミキサー吸引口２６が接続されている。さらに、ジェットミキサー２５には、エゼクター駆動蒸気発生器７９の気液ドラム８５から、吸収媒体管路１１を経由して、吸収媒体であるヘキサンを注入するようになっている。そして、ジェットミキサー２５により、エゼクター駆動蒸気（プロパン）および羽根車駆動蒸気（プロパン）の混合蒸気と、吸収媒体（ヘキサン）とを急速に混合接触させることにより、ヘキサンがプロパンを吸収し、吸収液化するようになっている。【００４０】
吸収媒体管路１１には、放熱器７７が設けられている。さらに、吸収媒体管路１１には、熱交換器を備えた吸収媒体冷却器１０が設けられており、吸収媒体（ヘキサン）の吸収効果を高めるために予冷される。吸収媒体冷却器１０の予冷用熱源としては、後述する吸収器２７内の未吸収蒸気を、未吸収蒸気圧縮機３６により圧縮し、放熱器７６において大気熱で予冷した後、断熱膨張弁１２を通過させて、その際の断熱膨張に伴い発生する冷熱を利用する。なお、低温排水などの冷熱源がある場合には、これを利用してもよい。【００４１】
ジェットミキサー２５の吐出部には、吸収器２７が配置され、ヘキサンによるプロパンの吸収（吸収液化）が引き続き行われるとともに、気液分離が行われる。図１中の吸収器２７内の波線８１は、気液界面８１を示しており、液相側には、プロパンおよびヘキサンの混合流体（プロパンを吸収したヘキサン）が分離され、気相側には、プロパンの蒸気（ヘキサンに吸収されなかったプロパンの未吸収蒸気）が分離される。【００４２】
吸収器２７で分離された、液相側のプロパンおよびヘキサンの混合流体は、吸収媒体戻管路３８を経由して、羽根車駆動蒸気発生器７８へと循環するようになっている。吸収媒体戻管路３８の途中には、エアー抜き弁２と、プロパンおよびヘキサンの混合流体（揮発性液体）を循環させるための蒸気圧駆動吸収媒体循環ポンプ３７が配置されている。また、この蒸気圧駆動吸収媒体循環ポンプ３７は、混合流体を循環させる役割に加えて、液体状態の混合流体を加圧することで、羽根車駆動蒸気発生器７８およびエゼクター駆動蒸気発生器７９における昇圧を助長する役割を担っている。
なお、後述するように、蒸気圧駆動吸収媒体ポンプ３７は、エゼクター駆動蒸気発生器７９で分離され発生した蒸気（プロパン）の一部を利用して駆動するものであるが、電気駆動ポンプなど他の動力によるものを用いてもよい。【００４３】
一方、吸収器２７で分離された、気相側のプロパンの蒸気（ヘキサンに吸収されなかったプロパンの未吸収蒸気）は、未吸収蒸気排出管路２４および未吸収蒸気戻管路２９を経由して循環するようになっている。そして、その経路上において、未吸収蒸気を蒸気圧駆動未吸収蒸気圧縮機３６により圧縮し、放熱器７６において大気熱で予冷した後、断熱膨張弁１２を通過させる。その際の断熱膨張に伴い発生する冷熱により、プロパン自体を冷却するとともに、吸収媒体冷却器１０を介して、吸収媒体管路１１の吸収媒体（ヘキサン）を冷却する。
なお、後述するように、蒸気圧駆動未吸収蒸気圧縮機３６は、エゼクター駆動蒸気発生器７９で分離され発生した蒸気（プロパン）の一部を利用して駆動するものであるが、電気駆動圧縮機など他の動力によるものを用いてもよい。【００４４】
次に、本実施形態に係る中温熱機関の作用効果について説明する。
まず、羽根車駆動蒸気発生器７８において、プロパンとヘキサンの混合流体が太陽熱により加熱され、羽根車駆動蒸気（プロパン）が発生する。発生した羽根車駆動蒸気は、羽根車駆動蒸気噴射管路１７，１８を経由して蒸気駆動機械力取出用羽根車１６に噴射されて、動力が取り出される。そして、噴射された羽根車駆動蒸気は、羽根車駆動蒸気排出管路１３，１４，１５を経由して、エゼクター１へと向かう。【００４５】
ここで、羽根車駆動蒸気発生器７８における加熱は、中温熱レベルの太陽熱によるものであるため、羽根車駆動蒸気発生器７８で発生する羽根車駆動蒸気（プロパン）の圧力は、一般的に十分なものではない。そこで、本実施形態では、羽根車駆動蒸気排出管路１３，１４，１５を経由して、エゼクター１により羽根車駆動蒸気を吸引することで、レシーバータンク５を低圧部とし、高圧部であるヘッダー８６と低圧部であるレシーバータンク５の圧力差を増大させている。これにより、羽根車駆動蒸気の噴射力が増加して、蒸気駆動機械力取出用羽根車１６を回転させて効率的に動力を取り出すことができる。【００４６】
一方、エゼクター１を駆動させるための蒸気成分として、プロパンを用いた。プロパンは、エゼクター駆動蒸気発生器７９を用いて中温熱レベルで加熱することで気化し、エゼクター１の駆動蒸気として必要な圧力を得ることができる。【００４７】
また、エゼクター１に吸引された蒸気（プロパン）は、再び羽根車駆動蒸気発生器７８に供給する必要があるため、吸収器２７で吸収媒体に吸収され、吸収媒体戻管路３８を経由して羽根車駆動蒸気発生器７８へと還流する。【００４８】
ここで、本実施形態では、エゼクター１の吸引力をより高めるための吸収媒体として、エゼクター駆動蒸気であるプロパンと親和性の高い物質の一つとしてヘキサンを用いた。すなわち、エゼクター１から吐出されたエゼクター駆動蒸気（プロパン）と、吸収媒体（ヘキサン）とを、ジェットミキサー２５で急速に混合接触させることにより、エゼクター１から吐出されたエゼクター駆動蒸気（プロパン）を吸収するようになっている。その結果、エゼクター１の吐出口では、プロパンが吸収されることで圧力が低下し、エゼクター１の吸引力を高めることができる。【００４９】
また、ヘキサンの吸収効果を高めるために、ヘキサンを吸収媒体冷却器１０で予冷する構成となっている。さらに、その予冷用冷熱源として、吸収器２７内の未吸収蒸気を、蒸気圧駆動未吸収蒸気圧縮機３６により圧縮し、放熱器７６において大気熱で予冷した後、断熱膨張弁１２を通過させて、その際の断熱膨張に伴い発生する冷熱を利用する。そのため、別途の冷熱源を用意することなく、効果的にヘキサンの吸収効果を高めることができる。【００５０】
なお、本実施形態においては、羽根車駆動蒸気およびエゼクター駆動蒸気としてプロパンを、吸収媒体としてヘキサンを用いたが、羽根車駆動蒸気およびエゼクター駆動蒸気に用いる物質の沸点よりも、吸収媒体に用いる物質の沸点の方が高くなるような組み合わせであれば、様々な物質を用いることができる。
例えば、羽根車駆動蒸気およびエゼクター駆動蒸気として、分子中の炭素数が２から５のいずれかである炭化水素を単一または二種類以上混合して用い、吸収媒体として、羽根車駆動蒸気およびエゼクター駆動蒸気に用いたすべての炭化水素よりも分子中の炭素数が１から２多い炭化水素を単一または二種類以上混合して用いることが好ましい。【００５１】
また、本実施形態において用いた、羽根車駆動蒸気およびエゼクター駆動蒸気は、プロパン１００％というわけではなく、ヘキサンの蒸気成分をも含むことは当然である。同様に、吸収媒体についても、ヘキサン１００％というわけではなく、プロパンの成分をも含むものである。【００５２】
また、羽根車駆動蒸気（第１の駆動蒸気）とエゼクター駆動蒸気（第２の駆動蒸気）として、同じ物質であるプロパンを用いたが、それぞれ別の物質を用いることも可能である。ただし、別の物質を用いた場合には、エゼクター通過後に両者を分離させる機構が必要になるため、同じ物質を用いた方が、より簡単な構成とすることができる。【００５３】
また、本実施形態においては、羽根車駆動蒸気発生器７８とエゼクター駆動蒸気発生器７９を直列に接続して循環させる構成としたが、直列に接続せず別々の経路で循環させるようにしてもよい。【００５４】
次に、図２を参照して、エゼクター１にエゼクター駆動蒸気を供給するための間欠噴射弁機構３５について説明する。間欠噴射弁機構３５は、エゼクター駆動蒸気発生器７９により発生したエゼクター駆動蒸気をエゼクター１に向けて間欠噴射することで、エゼクター１に比較的圧力の高い蒸気のみを噴射し、エネルギー効率を高めるものである。【００５５】
間欠噴射弁機構３５は、複数の磁石１００，１０１，１０８，１０９，１１０、閉止栓４０、逆止弁９１，９２から構成されている。磁石１１０が内蔵された閉止栓４０は、矢印形に形成されており、上下に可動するようになっている。通常、閉止栓４０は、磁石１０１，１０８に引き付けられて、栓を塞いだ状態になっている。次に、エゼクター駆動蒸気発生器７９の気液ドラム８５から、エゼクター駆動蒸気入口４２を経由して、エゼクター駆動蒸気であるプロパンが供給されると、その圧力により閉止栓４０が押し上げられ、栓が開く。そして、エゼクター駆動蒸気出口４３を経由してエゼクター駆動蒸気がエゼクター１に供給される。【００５６】
いったん栓が開いてエゼクター駆動蒸気が排出されると、閉止栓４０を押し上げる圧力は低下し、再び磁石１０１，１０８に引き付けられて、栓が塞がれる。そして、エゼクター駆動蒸気のエゼクター１への供給が止まる。以上を繰り返すことにより、間欠噴射弁機構３５は、エゼクター１に対してエゼクター駆動蒸気を間欠噴射することができる。このように、間欠噴射を行うことで、エゼクター１に比較的圧力の高い蒸気のみを噴射し、エネルギー効率を高めることができる。【００５７】
次に、図３を参照して、蒸気圧駆動未吸収蒸気圧縮機３６について説明する。
蒸気圧駆動未吸収蒸気圧縮機３６は、複数の磁石１０２，１０３，１０６、ピストン６３，逆止弁９３，９４から構成されており、ピストン駆動蒸気往復管路８を介して、ヘッダー８７、エゼクター駆動蒸気発生器７９の気液ドラム８５へと接続されている。磁石１０３，１０６が内蔵されたピストン６３は、Ｔ字形に形成されており、上下に可動するようになっている。ここで、エゼクター駆動蒸気発生器７９の気液ドラム８５において発生するエゼクター駆動蒸気の一部は、ピストン駆動蒸気出入口５０から進入および排出される。そして、ピストン６３は、進入した蒸気の圧力と、複数の磁石１０２，１０３，１０６の反発力の影響を受けて、上下運動する。その結果、未吸収蒸気入口５２から入り未吸収蒸気出口５３から出る未吸収蒸気を圧縮する圧縮機として機能する。【００５８】
次に、図４を参照して、蒸気圧駆動吸収媒体循環ポンプ３７について説明する。
蒸気圧駆動吸収媒体循環ポンプ３７は、複数の磁石１０４，１０５，１０７、ピストン６４，逆止弁９５，９６から構成されており、ピストン駆動蒸気往復管路９を介して、ヘッダー８７、エゼクター駆動蒸気発生器７９の気液ドラム８５へと接続されている。磁石１０５，１０７が内蔵されたピストン６４は、Ｔ字形に形成されており、上下に可動するようになっている。ここで、エゼクター駆動蒸気発生器７９の気液ドラム８５において発生するエゼクター駆動蒸気の一部は、ピストン駆動蒸気出入口５１から進入および排出される。そして、ピストン６４は、進入した蒸気の圧力と、複数の磁石１０４，１０５，１０７の反発力の影響を受けて、上下運動する。その結果、吸収媒体入口５４から入り吸収媒体出口５５から出る吸収媒体を循環させる循環ポンプとして機能する。【００５９】
なお、間欠噴射弁機構３５、蒸気圧駆動未吸収蒸気圧縮機３６、蒸気圧駆動吸収媒体循環ポンプ３７では、圧力変動に伴う反動力の力として磁石を利用したが、ばねなどの機械力を利用してもよい。
また、間欠噴射弁機構３５の閉止栓４０に内蔵している磁石は、開栓時の圧力を初期の瞬間だけ高める目的であり、これにより瞬間的な間欠噴射力を高めることができる。【００６０】
本実施形態に係る中温熱溶解式冷凍装置は、以上のように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。【００６１】
蒸気駆動機械力取出用羽根車１６を駆動する羽根車駆動蒸気を、羽根車駆動蒸気発生器７８により、プロパンとヘキサンの混合流体を太陽熱で加熱して発生させるので、１００℃以下の中温熱を利用して動力を取り出すことができる。【００６２】
また、蒸気駆動機械力取出用羽根車１６の下流側に、羽根車駆動蒸気を吸引するエゼクター１を設けたので、蒸気駆動機械力取出用羽根車１６の上流側のヘッダー８６（高圧部）と下流側のレシーバータンク５（低圧部）の圧力差を増大させて、蒸気駆動機械力取出用羽根車１６を効率的に運転して動力を取り出すことができる。【００６３】
また、エゼクター１を駆動するエゼクター駆動蒸気も、エゼクター駆動蒸気発生器７９により、プロパンとヘキサンの混合流体を太陽熱で加熱して発生させるので、１００℃以下の中温熱を利用することができる。【００６４】
また、エゼクター１通過後の羽根車駆動蒸気およびエゼクター駆動蒸気からなる混合蒸気を液化して、再びプロパンとヘキサンの混合流体に戻してから、羽根車駆動蒸気発生器７８およびエゼクター駆動蒸気発生器７９に循環させるので、プロパンとヘキサンの混合流体を循環させて有効に利用できる。【００６５】
また、エゼクター１通過後の混合蒸気（プロパン）に、混合蒸気（プロパン）と親和性の高い吸収媒体（ヘキサン）を接触させることにより、混合蒸気（プロパン）を吸収媒体（ヘキサン）に吸収させて、吸収液化することができる。その結果、エゼクター１の吐出口では、混合蒸気（プロパン）が除去されることで圧力が低下し、エゼクター１の吸引力を高めることができる。【００６６】
また、吸収媒体として、プロパンよりも高い沸点のヘキサンを用い、さらにエゼクター駆動蒸気発生器７９により、混合蒸気（プロパン）を吸収した吸収媒体（ヘキサン）を１００℃以下の中温熱で加熱して、エゼクター駆動蒸気（プロパン）と液体状態である吸収媒体（ヘキサン）を気液分離することにより、分離したエゼクター駆動蒸気（プロパン）をエゼクターに供給し、分離した吸収媒体（ヘキサン）をエゼクター通過後の混合蒸気に接触させることができるので、揮発性液体（プロパンとヘキサンの混合流体）と吸収媒体（ヘキサン）を効率的に循環利用することができる。【００６７】
なお、エゼクター駆動蒸気発生器７９に代えて、羽根車駆動蒸気発生器７８により、混合蒸気（プロパン）を吸収した吸収媒体（ヘキサン）を１００℃以下の中温熱で加熱して、羽根車駆動蒸気（プロパン）と液体状態である吸収媒体（ヘキサン）を気液分離することにより、分離した羽根車駆動蒸気（プロパン）を蒸気駆動機械力取出用羽根車１６に供給し、分離した吸収媒体（ヘキサン）をエゼクター通過後の混合蒸気に接触させるようにしてもよい。【００６８】
また、吸収媒体（ヘキサン）を、エゼクター１通過後の混合蒸気に接触させる前に、予め冷却することにより、吸収媒体（ヘキサン）の吸収効果を高めることができる。冷却するための冷熱は、吸収媒体（ヘキサン）により吸収されなかった未吸収の混合蒸気を、圧縮して予冷した後、断熱膨張させて発生させることにより、別途の熱源を用意する必要はない。【００６９】
また、エゼクター駆動蒸気の圧力に応じて開閉する間欠噴射弁機構３５により、エゼクター１を断続的に稼動させることにより、圧力の高いエゼクター駆動蒸気を用いて、エネルギー効率を高めることができる。【００７０】
以上、本発明によれば、太陽熱から得られる１００℃以下の中温熱を利用した動力の取り出しを、効率的に行うことができる。【００７１】
なお、本実施形態においては、駆動エネルギー源として太陽熱を用いたが、ごみ排熱や地熱を利用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、簡易に利用できる環境にやさしい太陽熱やごみ廃熱の利用により動力を発生させんとするものであり、この技術の普及は省資源、省エネルギーに資する中温熱機関として広く多用途に役立つものである。
【図１】
2009107383.tif 000003
【図２】
2009107383.tif 000004
【図３】
2009107383.tif 000005
【図４】
2009107383.tif 000006
【国際調査報告】
2009107383.tif 000007
2009107383.tif 000008
2009107383.tif 000009