(57)【要約】【課題】燃料を必要とせず、回転効率を落とすことがなく、コンパクトな温度差利用エンジンを提供する。【解決手段】  密閉容器内で、蒸気発生装置２から蒸気を発生させ高圧とし、また、その蒸気を凝縮装置３で冷却して低圧とし、密閉容器９内で圧力差を生じるようにして回転体を回転させる。この回転体の回転により回転動力を得ることができ、その回転動力を得るのに他の動力を必要としない。また、２４時間連続で安定した動力を得ることができる。さらに、回転動力を得るのに、燃料を必要としないので、ＣＯ２を発生することがない。【選択図】図１
2008309141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉空間にプロセス溶液が充填される密閉容器と、
前記密閉容器内に配設され、前記プロセス溶液を蒸発させて蒸気を発生させる蒸気発生装置と、
前記密閉容器内に配設され、前記蒸気を凝縮させて液体を発生させる凝縮装置と、
前記蒸気発生装置から蒸気を受けるとともに、その蒸気を凝縮装置に送り込むことにより、前記密閉容器内で垂直軸周りに回転自在に設けられる回転体とを備えたことを特徴とする温度差利用エンジン。
【請求項２】
前記蒸気発生装置および前記凝縮装置は、前記回転体とともに前記密閉容器内で回転自在に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の温度差利用エンジン。
【請求項３】
前記蒸気発生装置には高温水が供給され、前記凝縮装置には低温水が供給されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度差利用エンジン。
【請求項４】
前記回転体の外周部に複数個の円筒状の凹部が形成され、
各凹部の内部には、ロータがそれぞれ凹部の中心部を軸に回転自在に配設されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の温度差利用エンジン。
【請求項５】
前記環状の枠体には、前記蒸気を前記凹部内のロータに圧力を掛けて送り込む第１連通孔が設けられるとともに、前記凹部内のロータに吸引力を作用させる第２連通孔が設けられたことを請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の温度差利用エンジン。
【請求項６】
前記密閉容器内には、その内周部に環状の枠体が設けられ、
その枠体の内周部には波状に多数の凹凸が形成され、
その凹凸の凸部に内接して前記回転体が回転自在に設けられたことを請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の温度差利用エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は温度差利用エンジン、詳しくは密閉容器内で温度差を利用して回転動力を得る発動機の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、回転動力を得る装置としてタービン装置がある。そのタービン装置には、蒸気タービンなどが挙げられる。そのうち、蒸気タービンは、外部で発生させた高温の蒸気をタービン（羽根車）に吹き付けて回転させ、動力や推進力を発生させるものである。例えば、特許文献１には、蒸気タービン装置を備え、その蒸気タービンの回転動力により発電する発電装置が開示されている。ところで、前記特許文献１に記載の蒸気タービンにあっては、蒸気発生装置、凝縮装置を別々に配置し、それぞれの装置を配管、バルブ、付属のポンプで接続して回転動力を取り出していた。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２７２５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記回転動力を得る装置では、以下のような問題を有していた。すなわち、各装置を別々に設置してシステムを構築すると、各装置の連結部で、摩擦損失や抵抗などの影響により、回転動力のロスが生じる問題を有していた。そして、エネルギー密度の低い熱エネルギーから回転動力を取り出すには、その変換効率に問題があった。
【０００５】
この発明は、上記問題を解決するためになされたもので、燃料を必要としないで、回転動力を得ることができる温度差利用エンジンを提供することを目的とする。
また、この発明は、装置自体をコンパクト化した温度差利用エンジン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】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、密閉空間にプロセス溶液が充填される密閉容器と、前記密閉容器内に配設され、前記プロセス溶液を蒸発させて蒸気を発生させる蒸気発生装置と、前記密閉容器内に配設され、前記蒸気を凝縮させて液体を発生させる凝縮装置と、前記蒸気発生装置から蒸気を受けるとともに、その蒸気を凝縮装置に送り込むことにより、前記密閉容器内で垂直軸周りに回転自在に設けられる回転体とを備えたことを特徴とする温度差利用エンジンである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記蒸気発生装置および前記凝縮装置は、前記回転体とともに前記密閉容器内で回転自在に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の温度差利用エンジンである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記蒸気発生装置には高温水が供給され、前記凝縮装置には低温水が供給されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度差利用エンジンである。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記回転体の外周部に複数個の円筒状の凹部が形成され、各凹部の内部には、ロータがそれぞれ凹部の中心部を軸に回転自在に配設されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の温度差利用エンジンである。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記環状の枠体には、前記蒸気を前記凹部内のロータに圧力を掛けて送り込む第１連通孔が設けられるとともに、前記凹部内のロータに吸引力を作用させる第２連通孔が設けられたことを請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の温度差利用エンジンである。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、前記密閉容器内には、その内周部に環状の枠体が設けられ、その枠体の内周部には波状に多数の凹凸が形成され、その凹凸の凸部に内接して前記回転体が回転自在に設けられたことを請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の温度差利用エンジンである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、蒸気発生装置から蒸気を発生させ高圧とし、また、その蒸気を凝縮装置で冷却して低圧とし、密閉容器内で圧力差を生じるようにしているので、前記蒸気を回転体に当設することができ、その回転体を回転させることができる。そして、この回転体から回転動力を得ることができる。この回転動力を得るのに他の動力を必要としない。また、２４時間連続で安定した動力を得ることができる。さらに、回転動力を得るのに、燃料を必要としないので、ＣＯ２を発生することがない。さらに、回転動力を発生させる蒸気発生装置、凝縮装置および回転体などはすべて密閉容器内に収納されており、コンパクトで設置面積などを少なくすることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、前記蒸気発生装置および前記凝縮装置を前記回転体とともに密閉容器内で回転自在に設けているので、前記蒸気発生装置に供給される高温水および前記凝縮装置に供給される冷却水により、密閉容器内に充填されたプロセス溶液への伝熱係数が高められ、そのプロセス溶液を蒸発または凝縮しやすくすることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、蒸気発生装置には高温水を供給しているので、その高温水の熱を密閉容器内に充填したプロセス溶液に伝熱することができる。また、凝縮装置には低温水を供給しているので、前記蒸気発生装置で発生した蒸気を凝縮装置により冷却することができる。温度差のある２系統の水の供給源としては、例えば、発電時に廃棄される高温水と河川低温水、または、海洋における表層温水と深層低温水などを利用することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、前記回転体の外周部に複数個の円筒状の凹部が形成され、各凹部には、ロータがそれぞれ回転自在に多数配設されているので、各ロータがそれぞれ圧力差を受けることにより、回転体に大きなトルクを発生することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、前記環状の枠体には、前記蒸気を前記凹部内のロータに当接させながら送り込む第１連通孔が設けられ、前記凹部内の蒸気を吸引する第２連通孔が設けられているので、各凹部に配設されたロータにそれぞれ圧力差による力を受けさせることができ、回転体に大きなトルクを発生することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、密閉容器の内周部に環状の枠体が設けられ、その枠体の内周部には波状に多数の凹凸が形成されており、その凹凸の凸部に内接して前記回転体が回転自在に設けられているので、前記ロータを枠体の内周部の多数の凹凸に沿って圧力差を受けながら回転させながら回転体を回転することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本願発明の実施の形態について図１〜図８を参照して説明する。
【００１９】
最初に、温度差利用エンジンの全体の構成について図１を参照して説明する。
図１に示すように、温度差利用エンジンは、密閉空間を有する円筒状の密閉空間を有している。この密閉空間にはプロセス溶液が充填される。プロセス溶液としては、水または冷媒などが充填される。密閉容器９の中間部には、前記プロセス溶液を供給して密閉容器９内に充填するための円筒状のプロセス溶液供給口Ｆが配設されている。
【００２０】
また、密閉容器９の垂直軸部には円筒状の動力軸１が形成され、密閉容器９の上部および下部にはその動力軸１を受ける軸受７が配設されている。これにより、動力軸１は密閉容器９内で回転自在に配設される。そして、密閉容器９内には、回転体４が、その密閉容器９の長さ方向の中間部であって、前記動力軸１とともに回転自在に配設されている。
【００２１】
さらに、密閉空間内であって、上記回転体４の下方には、蒸気発生装置２が設けられる。蒸気発生装置２は、平面視して環状に形成され、密閉空間が形成された本体を備えている。その本体内には高温水が供給される。その高温水を供給するために、本体と動力軸１との間には水路が形成され、その水路は、前記環状の本体とともに、前記動力軸１を軸に回転自在に設けられている。なお、本体は、図１に示すように、垂直方向に複数個配設することができる。
【００２２】
一方、前記回転体４の上方には、凝縮装置３が配設されている。その凝縮装置３は、平面視して環状の本体を備えている。その本体内には、低温水（冷却水）が供給される。その低温水を供給するために、本体と動力軸１との間には水路が形成され、その水路は、前記環状の本体とともに、前記動力軸１を軸に密閉容器９内で回転自在に設けられている。
【００２３】
密閉容器９の最上部および最下部にメカニカルシール８を施すことにより、内部の圧力を保つとともに、密閉容器９内に充填されるプロセス溶液の漏れを防止している。また、動力軸１の最下部には、ロータリージョイント６が取り付けられている。その最下部のロータリージョイント６には温水供給口Ａが設けられている。
【００２４】
前記動力軸１には、前記温水供給口Ａから供給された温水を前記本体内に供給する温水供給管（図示せず）が配設されている。また、前記動力軸１には、前記蒸気発生装置２から排水された温水を密閉容器９の下部に配設された温水貯水室２１に排水する温水排水管（図示せず）が配設されている。
【００２５】
前記蒸気発生装置２とロータリージョイント６との中間部には、円盤状のインペラー５が、前記動力軸１に水平に固設され、その動力軸１とともに回転自在に設けられる。そのインペラー５の外周端部にはその外周方向に開口した排水開口部が設けられている。また、密閉容器９の底部には、画成された空間内に排水された温水を溜める温水貯水室２１が配設され、その温水貯水室２１の底部には温水排水口Ｂが設けられている。
【００２６】
これにより、ロータリージョイント６の温水供給口Ａから供給された温水は、動力軸１内に配設された温水供給管を通って、回転動作する蒸気発生装置２に供給される。その後、その蒸気発生装置２に供給された温水は、動力軸１の温水排水管を通ってインペラー５に送水される。また、インペラー５の両端は開口されており、そのインペラー５を動力軸１とともに回転させると、前記温水は、その遠心力により、インペラー５の両端の開口された排水口から排水される。そして、排水された温水は、温水貯水室２１内に貯水され、温水は貯水室の底部に配設された温水排水口Ｂから外部に排水される。
【００２７】
一方、密閉容器９の最上部のロータリージョイント６には冷却水供給口Ｃが設けられている。また、動力軸１には、前記冷却水供給口Ｃから供給される冷却水を前記凝縮装置３に供給する冷却水供給管（図示せず）が配設され、前記凝縮装置３から排水される冷却水を密閉容器９から排水する冷却水排水管（図示せず）が配設されている。
【００２８】
前記凝縮装置３とロータリージョイント６との中間部には、円盤状のインペラー５が、前記動力軸１に水平に固設され、その動力軸１とともに回転自在に設けられる。そのインペラー５の外周端部にはその外周方向に開口した排水開口部が設けられている。また、密閉容器９の底部には、画成された空間内に排水された冷却水を溜める冷却水貯水室２２が配設され、その冷却水貯水室２２の天井部には冷却水排水口Ｄが設けられている。
【００２９】
そして、図４に示すように、密閉容器９の中央には、前記動力軸１を軸に回転体４が回転自在に配設されている。回転体４は略円柱形状を有している。前記密閉容器９は、その内周部に枠体１０を備え、その枠体１０の内周部に多数の波形状のカムカーブ２０（凹凸）を有している。また、密閉容器９内には、前記枠体１０のカムカーブ２０の凸部に内接するように前記回転体４が配設される。
【００３０】
図４に示すように、前記回転体４の外周部には、所定間隔を有して離間して複数個の凹部１６が形成されている。凹部１６は、略円筒状の空間を有している。そして、その凹部１６の中心を軸に回転自在に配設された略平板状のロータ１２が配設されている。図５に示すように、回転体４の上部および下部には、ロータ１２の軸部を受ける軸受１４が配設されている。また、ロータ１２の軸部の下部にはピニオン１３が配設され、枠体１０の下部に配設された内歯１５に噛合されている。そのロータ１２で圧力側Ｐ２と吸引側Ｓ２とに区切られる。圧力側Ｐ２には蒸気が供給され、吸引側Ｓ２からその蒸気が吸引される。これにより、凹部１６内部でロータ１２が回転自在に配設される。
【００３１】
図６に示すように、前記枠体１０の凸部には、その下部から内周面に連通した第１連通孔１８および第２連通孔１９が配設されている。このうち、第１連通孔１８は、前記蒸気発生装置２で発生した蒸気を回転体４の凹部１６に供給するように配設されている。また、図７に示すように、前記第１連通孔１８と並設され、前記枠体１０の上部から内周面に連通した第２連通孔１９が配設されている。
【００３２】
次に、温度差利用エンジンで高温水および冷却水を利用して回転動力を得る方法について説明する。
圧力調整された密閉容器９の内部にはプロセス溶液が充填されている。本実施形態では、水や冷媒が使用される。そして、ロータリージョイント６の温水供給口Ａから高温水が供給される。供給された高温水は動力軸１の図示しない温水供給管を通って回転する蒸気発生装置２に供給される。
【００３３】
回転する蒸気発生装置２の表面に供給されたプロセス溶液は、遠心力により蒸気発生装置２の表面において、薄く速く流れるため、その蒸気発生装置２から高い電熱係数を得ることができる。そして、加熱されたプロセス溶液は、蒸気発生装置２に供給されている高温水のエネルギーを吸収して蒸気となる。
【００３４】
そして、発生した蒸気により、凝縮装置３側のＳ側と比較して蒸気発生装置２側のＰ側は高い圧力を持つ。このため、蒸気は、枠体１０の下部に配設された第１連通孔１８を通って、回転体４の凹部１６に形成される圧力側Ｐ２に送り込まれる。そして、蒸気は、前記凹部１６内に配設されたロータ１２を当接して回転する圧力となる。
【００３５】
一方、凝縮装置３には、ロータリージョイント６の冷却水供給口Ｃから冷却水が供給される。供給された冷却水は動力軸１の図示しない冷却水供給管を通って回転する凝縮装置３に供給される。そして、蒸気発生装置２で発生した蒸気は、回転しながら冷却水が供給される凝縮装置３の表面において、遠心力を受けながら薄く速く流れるため、その凝縮装置３から高い伝熱係数を得ることができる。これにより、蒸気は冷却されて液体となる。
【００３６】
凝縮装置３側のＳ側では、蒸気発生装置２側のＰ側よりも低い圧力を持つ。このため、蒸気発生装置２で発生した蒸気を吸引する構成となる。すなわち、前記回転体４の外周に形成される複数個の凹部１６内の蒸気を吸引する。これにより、各凹部１６内の各ロータ１２に圧力差による力を生じて回転体４を回転することができる。すなわち、図８に示すように、ロータ１２はカムカーブ２０の凹凸面に接触しながら回転する。また、ロータ１２がカムカーブ２０の凹凸面に押し出されることにより、回転体１１を回転させることができる。前記回転のタイミングは、ピニオン１３および内歯１５の歯数などにより取ることができる。また、カムカーブ２０とロータ１２とは、シリンダー内面に多数配置されているので、各ロータ１２がそれぞれトルクを受けることにより、大きなトルクを発生させるように配設されている。
【００３７】
そして、蒸気は、凝縮装置３に触れると液体になり、その液体は回転する凝縮装置３によって遠心力で外周方向に飛散する。その液体は、密閉容器９に内周面に当接して落下し、密閉容器９内周面に設置された外周貯水部に貯水される。その後、貯水された液体は、排水孔Ｅから密閉容器９の外部に排水される。外部に排出されたプロセス溶液は、再び蒸気発生装置２に供給するように循環することができる。
【００３８】
前記蒸気発生装置２に供給された高温水は、回転体４の回転とともに動力軸１に配設されたインペラー５が回転することにより、そのインペラー５の外周端部に設けられた排水口から排水される。また、冷却水も同様に動力軸１に配設されたインペラー５から冷却水が排水される。そして、温水貯水室２１および冷却水貯水室２２から密閉容器９の外部に排水される。
【００３９】
前記回転体４が回転すると、高温水および低温水は、回転する蒸気発生装置２および凝縮装置３内で遠心力を受けながら密閉容器９内でプロセス溶液に対して蒸気を発生させ、その蒸気を冷却させて液体とする。そして、回転体４を回転させることにより回転動力を得ることができる。
【００４０】
このようにして、蒸気発生装置２から蒸気を発生させ高圧（図１に示すＰ側）とし、また、その蒸気を凝縮装置３で冷却して低圧（図１に示すＳ側）とし、密閉容器９内で圧力差を生じるようにしているので、回転体４を回転させることができ、この回転体４から回転動力を得ることができる。この回転動力を得るのに他の動力を必要としない。また、２４時間連続で安定した動力を得ることができる。さらに、回転動力を得るのに、燃料を必要としないので、ＣＯ２を発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施形態における温度差利用エンジンの全体構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施形態における温度差利用エンジンの上部構成を示す断面図である。
【図３】この発明の実施形態における温度差利用エンジンの回転体の全体構成を示す平面である。
【図４】この発明の実施形態における温度差利用エンジンの回転体の断面構造を示す断面図である。
【図５】この発明の実施形態における温度差利用エンジンの回転体のＪ側から断面視した断面構造を示す断面図である。
【図６】この発明の実施形態における温度差利用エンジンの回転体のＫ側から断面視した断面構造を示す断面図である。
【図７】この発明の実施形態における温度差利用エンジンの回転体のＬ側から断面視した断面構造を示す断面図である。
【図８】この発明の実施形態における温度差利用エンジンのロータの公転および自転の状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  動力軸、
２  蒸気発生装置、
３  凝縮装置、
４  回転体、
９  密閉容器、
１２  ロータ、
１６  凹部、
１８  第１連通孔、
１９  第２連通孔、
２０  カムカーブ。
【図１】
2008309141.tif 000003
【図２】
2008309141.tif 000004
【図３】
2008309141.tif 000005
【図４】
2008309141.tif 000006
【図５】
2008309141.tif 000007
【図６】
2008309141.tif 000008
【図７】
2008309141.tif 000009
【図８】
2008309141.tif 000010