(57)【要約】【課題】先行技術文献に示された熱機関における熱交換容器と気体の間の熱交換効率の改善ならびに外部との熱交換で生じる気室内の気体の体積変化を大きくすることにより熱機関の運転効率の向上を図る。【解決手段】気体を加熱冷却するローター部と気体の膨張収縮を運動に変換するシリンダー部とシリンダー内で発生した動力を伝達しローターを回転させる変速器からなる熱機関のローターの回転に伴い外部から加熱される高温側と冷却される低温側を移動する気室内の気体を気室内に設けたファンで攪拌し熱交換面と気体の温度差を大きくすることで熱交換効率を向上する。また気室内に液体を入れることで加熱冷却による気体の膨張収縮に加え相転移を利用することでより大きな体積変化を生じることで運転効率を向上させる。本原理は可逆であるためシリンダーへ動力を加えることにより熱の運搬へも適用が可能である。【選択図】図２
2015117685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対極に気密された２組の気室をもつ回転するローターを内部に有する２組の固定された熱交換容器のローターを位相差９０°で連結し熱交換容器の高温側、低温側の気室内の気体の熱による膨張収縮を熱交換容器と導管で接続された２組のシリンダーに伝え、それぞれのシリンダーに位相差１８０°で連結されたピストンを作動させることにより動力を得ると同時に変速機を介して回転速度を１／２に減速しローターを回転させ熱交換容器で加熱あるいは冷却の作用を受ける気室を切り替えるとともにシリンダーを接続する導管接続ポートを切り替えることによりシリンダー内の膨張収縮運動をローターの回転に合わせ連続的に行う既知の熱機関において各気室内に設けた攪拌ファンで気室内の気体を攪拌し熱交換容器と気体の熱交換を促進し熱交換効率を向上する機構。
【請求項２】
請求項１に記載された熱機関の気室内の気体に液体を加えることで、従来は加熱冷却による気体の膨張収縮のみだったのに対し、外部からの加熱により液体が蒸発し気体になる相転移と外部からの冷却により気体が凝縮し液体へかわる相転移により得られる体積変化をシリンダー内で動力に変換することで運転効率を向上する方法。
【請求項３】
請求項１に記載された熱機関の気室内の気体に液体を加え外部から動力を加えることで相転移で生じる蒸発潜熱凝縮熱を用いて熱の移動を行う方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は気体の加熱冷却による膨張収縮による体積変化あるいは外部動力による加圧放熱、減圧熱吸収の特性を利用した熱機関をより効率的に運転する機構と方法である。
【背景技術】
【０００２】特許文献において気室内の気体の加熱側と冷却側を行うことで得られる気体の膨張収縮を利用し動力を得ているが気体が接触する熱交換面の面積には限りがあるため熱交換の効率に限界があった。【０００３】特許文献において熱交換を行う気室内には気体しか存在しないため外部から与えられる熱による変化は気体の温度変化による体積と圧力変化のみであった。
【先行技術文献】
【０００４】
【特許文献】
【特許文献】  特開２０１１−６４１９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】効率的に熱を動力に変換、あるいは動力で熱を運搬するための手法
【課題を解決するための手段】
【０００６】固定された熱交換容器内で回転する２組の気室をもつローターを用い加熱装置から与えられた熱で膨張する気体の力と冷却装置に熱を奪われることにより収縮する気体の力を用いてシリンダー内でピストンを往復運動させ動力を得るとともにローターを回転させ気体の膨張収縮運動を連続的に行う熱機関の気室内の気体を気室内に設けたファンで攪拌する。【０００７】固定された熱交換容器内で回転する２組の気室をもつローターを用い加熱装置から与えられた熱で膨張する気体の力と冷却装置に熱を奪われることにより収縮する気体の力を用いてシリンダー内でピストンを往復運動させ動力を得るとともにローターを回転させ気体の膨張収縮運動を連続的に行う熱機関の気室内の気体に液体を加え、気室内の温度変化で液体から気体、気体から液体への相転移を起こし気体の体積変化を生じさせる。
【発明の効果】
【０００８】気室内の気体を気室内に設けたファンで気体を攪拌することで気体と熱交換面の温度差を大きくし熱交換効率を向上する。【０００９】液体から気体、気体から液体への相転移を利用することにより、より大きな体積変化を得る事で運転効率を向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】加熱装置と冷却装置間の温度差で気体の熱による膨張収縮運動を動力に変換する場合の動力を発生させるシリンダー２機と熱交換用ローター２機ならびに変速器の接続を示した特許文献の既知の熱機関の構成図である。
【図２】ローターと共に熱交換容器内を回転し気室内の気体を攪拌しするために設けた攪拌ファンを示す熱交換容器の断面図である。（実施例１）
【図３】熱交換容器内に液体を加え相転移を行うために加熱面に液体を貯留するための溝を示す断面図である。液体を加熱し蒸発させるため加熱側に液体を留めるために設けるための溝であるため液留溝と表記するが加熱部のローターと熱交換器間に液体を貯留できる空間であれば構造上は溝の形状でなくてもよい（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【００１１】図１のように気体の膨張、収縮を起こす手法として加熱と冷却を対極で行う２組の固定された熱交換容器内で回転する加熱と冷却を同時に行うことが出来る２つの気室を持つローターの回転を利用し気体の膨張収縮を利用し動力を得る特許文献に記載された既知の熱機関である。
【００１２】図２のように熱交換容器内の各気室にロータと共に回転する攪拌ファンを設ける。
【００１３】図２の攪拌ファンはローターの熱交換容器内での回転運動から気室内の気体を攪拌するため回転するのに必要な動力を得る。
【００１４】図３のように熱交換容器内に液体を貯留する液留溝を設け液留溝の液体は加熱装置の熱で蒸発し、蒸発した蒸気は気体と共にローターの回転により冷却装置側に移動して冷却され凝縮し液体に戻りロータの回転あるいは重力あるいは遠心力により液留溝へと戻る。
【００１５】図１の原理は可逆であるため外部からの動力でピストンを駆動し気体の加圧減圧を行うことで熱の運搬をおこなう熱機関に対しても有用である。
【実施例１】
【００１６】図１でローター４の加熱装置側の気体は加熱装置の熱により膨張しローター４の容器に接続された導管７を通じシリンダー２のピストンを下方に運動させその間に冷却装置側の気体は収縮し導管６を通じシリンダー１のピストンを上方へ運動させクランクシャフト１１を回転せる。【００１７】クランクシャフト１１の回転は動力を発生させると同時に変速器で回転速度を１／２に減速しローター部へと伝達される。【００１８】この間、ローター４から位相を９０°遅らせ回転しているローター５の容器に接続される導管８と導管９はローター５により閉じられた状態であるため仕事を行わない。【００１９】ローター４が加熱工程を終えるとローター５の気室から収縮を終えたシリンダー１に対し導管９を通し膨張した気体が送られ、膨張を終えたシリンダー２から導管８を通じてローター５の低温側気室へ気体の収縮作用により気体が送られピストン運動を継続させる、この間ローター４では導管がローターにより閉じられておりシリンダー１、シリンダー２に対し仕事を行わない。ローター間の気室のポートの切り替えはローターの慣性運動により行われる。【００２０】加圧放熱、減圧熱吸収を行い熱を移動させる場合は外部からの動力により装置を回転することで熱の運搬を行うことができる。【００２１】攪拌ファン１７、１８はローターの熱交換容器内での回転運動から気室内の気体を攪拌するため回転するのに必要な動力を得る。【００２２】攪拌ファンにより気室内の気体が攪拌されることで熱交換面と接触する気体の温度差を大きく保つことができるため熱交換効率が改善される。
【実施例２】
【００２３】図１の熱交換容器内の気室に気体に加え液体を入れることで液体が液体から気体、気体から液体へ変化することでより大きな体積変化を気室内で発生させシリンダーを駆動する。【００２４】図３のように熱交換容器内に液体を貯留する液留溝を設け液留溝に溜まった液体は加熱装置の熱で蒸発し、蒸発することで体積を増やしシリンダーで動力を生むと共にローターの回転により冷却装置側へ移動し冷却され凝縮することで液体へと戻り体積を減らしローターの回転あるいは重力あるいは遠心力により液留溝へと戻る。【００２５】液留溝へと戻った液体が加熱装置の熱で加熱され気室内で蒸発し相転移を起こす現象を繰り返す事で本熱機関の運転効率を向上させる。【００２６】気室内の液体から気体へ気体から液体への相転移は液体の性質や気室内の圧力、シリンダーと気室の体積比、外部からの加熱あるいは冷却により調整が可能である。【００２７】外部から動力でシリンダーとローターを駆動し気室内の圧力を変化させることで相変化を起こし気室内の圧力を低くすることで液体を気体へ相転移する事で発生する蒸発熱と圧力を高くすることで気体から液体への相転移で発生する凝縮熱により熱交換容器と外部空間の間で熱の授受を行い熱交換容器内の気室が高圧側と低圧側となる間で熱の移動を行う。
【産業上の利用可能性】
【００２８】太陽熱、地熱など自然エネルギーによる発電装置の動力源、船舶や輸送装置の動力源、ハイリッドシステムの動力装置や排熱エネルギー回収装置など広範囲の用途に適用できる。また可逆サイクルを利用しシリンダーに外部から駆動力を与えることで効率のよい熱源装置として適用できる。
【符号の説明】
【００２９】  １シリンダー
２シリンダー
３変速器（１：２）
４ローター
５ローター
６導管
７導管
８導管
９導管
１０制御バルブ
１１クランクシャフト
１２ローター回転軸
１３熱交換容器
１４熱交換容器
１５ピストン
１６ピストン
１７攪拌ファン
１８攪拌ファン
１９液留溝
【図１】
2015117685.tif 000003
【図２】
2015117685.tif 000004
【図３】
2015117685.tif 000005