(57)【要約】【課題】熱機関のエネルギー変換効率を向上させ、常温の熱源からも効率よくエネルギー回収ができるようにすること。【解決手段】従来の熱機関では熱機関サイクル内での作動流体の内部エネルギーを上昇させ、その内部エネルギーを運動エネルギーに変換してタービンなどを回し電気エネルギーなどに変換しており、熱エネルギーの持つ拡散の性質によりエネルギー変換効率が悪かった。本発明は従来の熱機関の一部に位置エネルギー変換装置を配備し、全方向に拡散するエネルギーを一方向に作用するように工夫し、熱機関サイクル外部へ作用する圧力をいったん位置エネルギーとして確保し、内部エネルギーは従来通り運動エネルギーに変換し回収すると共に熱機関サイクル外部に作用する外部エネルギーを位置エネルギーに変換し回収することにより、エネルギー変換効率の悪かった熱機関の効率を大幅に改善した点である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
あらゆる熱源から重力場、弾性力の場，磁場、電場、慣性力の場などにおいて、位置エネルギー変換装置を備えた熱機関によって、熱機関サイクルの作動流体内部に発生する内部エネルギーの回収をすると共に内部エネルギーの増加に伴う熱機関サイクル外部へ作用する圧力を位置エネルギー変換装置で回収する熱エネルギーの回収法及び回収装置。
【請求項２】
自然界の常温の熱エネルギーを重力場、弾性力の場，磁場、電場、慣性力の場などにおいて、位置エネルギー変換装置を備えた熱機関によって、熱機関サイクルの作動流体内部に発生する内部エネルギーの回収をすると共に内部エネルギーの増加に伴う熱機関サイクル外部へ作用する圧力を位置エネルギー変換装置で回収する自然エネルギーの回収法及び回収装置。
【請求項３】
重力場、弾性力の場，磁場、電場、慣性力の場などにおいて、位置エネルギー変換装置を備えた熱機関によって、熱機関サイクルの作動流体内部に発生する内部エネルギーの回収をすると共に内部エネルギーの増加に伴う熱機関サイクル外部へ作用する圧力を位置エネルギー変換装置で回収する動力装置を動力源とする船、列車、自動車などの交通機関と工場および商業施設などの動力装置。
【請求項４】
重力場、弾性力の場，磁場、電場、慣性力の場などにおいて、位置エネルギー変換装置を備えた熱機関によって、熱機関サイクルの作動流体内部に発生する内部エネルギーの回収をすると共に内部エネルギーの増加に伴う熱機関サイクル外部へ作用する圧力を位置エネルギー変換装置で回収し、さらに熱機関サイクルの作動流体の圧力低下時に伴う冷熱を回収する熱エネルギーの回収法及び回収装置。
【請求項５】
重力場、弾性力の場，磁場、電場、慣性力の場などにおいて、従来の熱機関の一部に位置エネルギー変換装置を付加させることにより、従来の熱機関によって回収されていた熱エネルギーの回収をすると共に熱機関サイクルの作動流体内部に発生する内部エネルギーの増加に伴う熱機関サイクル外部へ作用する圧力を位置エネルギー変換装置で回収することによってエネルギー変換効率を大幅に向上させる熱エネルギーの回収法及び回収装置。
【請求項６】
あらゆる熱源から重力場、弾性力の場，磁場、電場、慣性力の場などにおいて、位置エネルギー変換装置を複数並列に又は直列に配備した熱機関によって、熱機関サイクルの作動流体内部に発生する内部エネルギーの回収をすると共に内部エネルギーの増加に伴う熱機関サイクル外部へ作用する圧力を位置エネルギー変換装置で回収する熱エネルギーの回収法及び回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は自然エネルギーの回収法、および熱機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来の熱エネルギーの回収法としては代表的なものに火力発電、原子力発電などがある。【０００３】  自然エネルギーの回収法で且つ熱機関であるものは、海洋温度差発電、太陽熱発電や高効率ヒートポンプ式浮力エネルギーの回収法などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７４９１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  人類の爆発的なエネルギー消費の増加は地球温暖化や環境汚染などを増加させ人類のみならず地球に住む生物全体に大きな影響を与えてきている。人類は今こそ地球にやさしいクリーンで安全性が高く、地球環境を壊さず且つ高効率なエネルギーの回収法及び回収装置の開発が急務である。
【従来の技術的な問題点】
【０００６】  熱機関においてエネルギーの回収法として代表的なものに火力発電があるが、熱機関では熱の持つ拡散し易い性質により、エネルギーの回収効率を上げる事が困難であった。通常の火力発電では熱エネルギーの３０パーセントから４０パーセント程度のエネルギー回収効率しかない。もちろん最近では排熱の再利用などにより６０パーセント近くまで回収可能にはなってきているが、まだ捨てているエネルギーが多く、原子力発電においてもほぼ同じような回収効率である。
【０００７】また、自然界に存在する常温の熱エネルギーを回収する方法として海洋温度差発電があるが、基本的な構造が従来の熱機関と同じなので、作動流体の入口温度と出口温度の差が小さいので、熱機関としては熱効率はかなり悪く、自然界に膨大な熱エネルギーがあるにも関わらず、まだ効率よくエネルギー回収ができる装置に至っていない。
【０００８】  永嶋一彦の発明した高効率ヒートポンプ式浮力エネルギーの回収法は、今までの熱機関の構造と大きく違い、熱エネルギーを位置エネルギーに変換する点で今までにまったくない熱エネルギーの回収法である。しかし、浮力という重力の反作用を利用し重力場のみでの使用に限られ、装置も大規模になる点で改良の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  地球上には毎日膨大な量の熱エネルギーが太陽から供給されている。そしてその熱エネルギーは大気や海水の循環により地球上に満弁なく分布し、熱エネルギーとして保存されている。本発明はこの地球上どこにでも存在する大気や海水、湖水、地下水など自然に存在する常温の熱エネルギーを従来の熱機関の概念とは少し違う観点から見つめなおし、常温の熱源からでも非常に効率よく熱エネルギーの回収ができるようにした点である。
【００１０】  詳しく述べると従来の熱機関では気化器で作動流体に熱エネルギーを与え、高温高圧になった作動流体のガスにより、熱エネルギーを運動エネルギーに変換しタービンを回し発電をしていた。つまりサイクル内部で高めた内部エネルギーのみを使って発電していた。
【００１１】  本発明はこの点に着目し、今までの熱機関での内部エネルギーの回収と同時に、位置エネルギー変換装置に導かれた作動流体の内部エネルギーは保ったまま、作動流体による圧力が熱機関外部へ位置エネルギーを供給できるように工夫し、従来の内部エネルギーの回収に加え外部エネルギーの位置エネルギーをも回収することを可能にした点で、今までの熱機関のエネルギー変換効率を大幅に向上させた点にある。
【００１２】  熱機関内部の熱エネルギーは全方向に拡散するポテンシャルエネルギーをもち、一方向にエネルギーの向きをそろえることが難しかったため、熱機関ではエネルギーの変換効率が悪かった。
【００１３】  本発明の主要部分である位置エネルギー変換装置は熱エネルギーの持つ全方向に拡散するポテンシャルエネルギーを重力場や弾性力の場、磁場、電場、慣性力の及ぶ場において、一方向にエネルギーの向きをそろえ作用するように工夫し、それらの場における位置エネルギーにいったん変換して回収することを可能にした点である。
【００１４】  又、従来の火力発電や原子力発電では作動流体である水を水蒸気から水に戻す時に使用される復水器によって大量の凝縮熱が捨てられていた。この発明では凝縮熱も回収可能なので、熱エネルギーの回収効率は当然従来の熱機関よりも格段に良くなる。
【００１５】  又、従来の熱機関のように人工的に作り出した熱源はもちろん、自然界に存在する常温の熱源があれば回収可能なので、これまで使われていなかった人類の生産活動で出る排熱までも効率よくエネルギー変換できる点で優れている。
【発明の効果】
【００１６】  本発明を従来の火力発電所や原子力発電所に併設することにより、新たなインフラ整備をしなくても、熱エネルギー回収効率を大幅に引き上げることができ、一般家庭まで今まで捨てられていた熱エネルギーを供給することができる。
【００１７】  又、日本は周りが海に取り囲まれているので、膨大な海洋の熱エネルギーを回収することができ、海水を熱源とした自然エネルギーの新たな発電所を日本中どこにでも作ることができ、天候に左右されず立地場所を選ばない安定した自然エネルギーの回収ができるので、経済的にも大きな効果が期待でき、脱炭素社会が実現できる。
【００１８】  また、熱源として大気熱も利用できるので、ヒートポンプを利用した家庭用温水器のように、今までは温水としてしかエネルギー保存ができなかった常温の大気熱で小型家庭用発電機なども開発でき常温の熱源利用の幅がぐんと広がる。
【００１９】  熱機関における熱エネルギーの回収と共に位置エネルギーを回収する技術は船や自動車などの交通機関の動力源としても利用でき、又、工場や商業施設の動力源としても利用できる。
【００２０】  さらに、この発明では熱機関サイクルの作動流体の断熱膨張の過程で冷熱の回収も同時にできるので、空調や冷蔵などにも利用できる。
【００２１】  これから、地球の人口が爆発的に増え、世界中で文化的な生活の普及に伴いエネルギーの消費はさらに増加し、今までの火力発電や原子力発電などの熱機関による発電システムでは追いつかない。つまり太陽から供給される膨大な量のエネルギーを効率よく人類の使えるエネルギー形態に変換し、且つ、地球にやさしいエネルギー回収法が求められるが、その期待に答えるのがこの発明であり、その応用範囲は無限大である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】  図１はこの発明を実施するための基本的な構成図である。【００２３】  図２は位置エネルギー回収装置の一部に弾性材を使用した構造のもの【００２４】  図３は位置エネルギーの回収装置の一部に磁石やコンデンサを使用した構造のもの【００２５】  図４は熱機関サイクルの断熱膨張室の一部に冷熱回収装置を付加したものである
【発明の実施例】
【００２６】  図面１において本発明の基本的作動工程を説明する。
【００２７】  自然界における常温熱源の回収時には常温常圧下で気体であるが、加圧冷却することにより液化し易い作動流体であるフロン、代替フロン、ブタン、プロパン、二酸化炭素、アンモニアなどの冷媒（１）を使い実施する。
【００２８】  まず冷媒（１）は冷媒液送ポンプ（２）を通って気化器（３）へ送られる。気化器（３）へは取水口（４）より熱エネルギーをもった海水などが水循環ポンプ（５）を通って気化器（３）の中を循環し、冷媒（１）に気化熱を与え、熱を奪われて冷却された海水は気化器（３）を出る。
【００２９】  気化器（３）では内部では冷媒（１）は常に気液平衡状態になっており、気化した高圧の冷媒ガス（１）は開閉弁Ａ（６）を通って位置エネルギー変換装置（１３）の内容積変動型の内部ピストン（７）のシリンダ内へ充填され、その冷媒ガス（１）の圧力によって内部ピストン（７）の内容積増加に伴い加重ピストン（８）を持ち上げる。
【００３０】  持ち上げられた加重ピストン（８）は巻上ロープ（９）とロープ巻上機（１０）によりロックされることにより、位置エネルギーをいったん確保する。この状態で熱エネルギーの持つポテンシャルエネルギーが重力場における加重ピストンの位置エネルギーに変換される。
【００３１】  加重ピストン（８）がロックされると開閉弁Ｂ（１２）が開き、内部ピストン（７）内の高圧の冷媒ガス（１）が内部エネルギーを保ったままタービン（１４）へと導かれ発電機Ｂ（１５）に連動したタービン（１４）を回し発電する。
【００３２】  タービン（１４）を出た冷媒ガス（１）は断熱膨張室（１６）へ導かれ、冷媒ガス（１）の断熱膨張により自己冷却をする。
【００３３】  自己冷却で低温になった冷媒ガス（１）は液化し易くなるが、さらに冷媒加圧ポンプ（１７）で加圧され凝縮器（１８）で凝縮熱を放出し液化冷媒（１）へと戻る。
【００３４】  位置エネルギー変換装置（１３）でいったんロックされ、重力場で位置エネルギーを確保しておいた加重ピストン（８）はロックが外され重力場で下へ降下する際に連動した発電機Ａ（１１）を回し位置エネルギーを回収する。
【００３５】  最初に気化器（３）で気化熱を奪われた海水は気化器（３）を出ると凝縮器（１８）へ送られ今度は冷媒（１）から凝縮熱を奪って排水口（２０）から排出される。
【００３６】  これで一つの循環サイクルが終了するが、実際にはこのサイクルを複数並列に設置し、連動することにより連続した安定運転となり安定したエネルギー供給ができる。
【００３７】  図面２図は加重ピストン（８）の上にばねなどの弾性材（２１）と支持具Ａ（２２）を配備したもので、図面３図は加重ピストン（８）の上に磁石Ａ（２３）磁石Ｂ（２４）又はコンデンサＡ（２３）コンデンサＢ（２４）と支持具Ｂ（２５）を配備したもので、重力場はもちろん弾性力の場や磁場、電場，慣性力の場などにおいても作用できるように拡張したものである。このことにより重力の作用しない宇宙空間や小型化により重力の場よりも弾性力の場や磁場、電場のほうが有利な場合などにも対応でき、熱エネルギーがある場所ならどこででも位置エネルギー変換装置によって熱エネルギーの回収を可能にした。
【００３８】  さらに図４は図１とほとんど同じだが断熱膨張室（１６）内に熱交換器（２６）を配備することにより、冷媒ガスの膨張時に伴う自己冷却による冷熱をシステム外部へも供給できるようにしたものである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】  本発明は人類が直面する地球温暖化やエネルギー危機の救世主として、地球にやさしいエネルギー回収法として、発電のみならず、直接動力源としても回収が可能で、工場の動力源に使用したり、船や自動車、列車の交通機関の動力源として、又、二次的に出る冷熱の利用などで商業施設の空調や冷蔵などにも利用できる。また小型化によっては医療用や電子機器の動力源など利用の可能性は大変大きい。
【符号の説明】
【００４０】  １．冷媒  ２．冷媒液送ポンプ  ３．気化器  ４．取水口  ５．水循環ポンプ  ６．開閉弁Ａ  ７．内部ピストン  ８．加重ピストン  ９．巻上ロープ  １０．ロープ巻上機  １１．発電機Ａ  １２．開閉弁Ｂ  １３．位置エネルギー変換装置  １４．タービン  １５．発電機Ｂ  １６．断熱膨張室  １７．冷媒加圧ポンプ  １８．凝縮機  １９．冷媒液タンク  ２０．排水口  ２１．弾性材  ２２．支持材Ａ  ２３．磁石Ａ（又はコンデンサＡ）  ２４．磁石Ｂ（又はコンデンサＢ）  ２５．支持材Ｂ  ２６．冷熱用熱交換機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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