(57)【要約】【課題】数十度程度の穏やかな熱の温度差を利用し得る発電装置を提供する。【解決手段】熱源により湯を温める複数の圧力タンクを配列するとともに、湯が圧力タンクを中継して循環し得るように、隣接する各圧力タンクの間に送湯管を配設し、各圧力タンクにおいてその循環に要する押出し力を低沸点媒体の気化に伴う気圧に求めるために、圧力タンクの下端に低沸点媒体の液体を湯中へ噴出させる送液管を接続し、上端には低沸点媒体の気体を回収する送気管を接続し、送湯管には送湯の圧力によりタービンを回転させる発電機を接続し、低沸点媒体については送気管により回収した気体を冷却により液化して送液管に供給する凝縮装置を設けた。【選択図】　　図１
2004084595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源により湯を温める複数の圧力タンクを配列するとともに、湯が圧力タンクを中継して循環し得るように、隣接する各圧力タンクの間に送湯管を配設し、各圧力タンクにおいてその循環に要する押出し力を低沸点媒体の気化に伴う気圧に求めるために、圧力タンクの下端に低沸点媒体の液体を湯中へ噴出させる送液管を接続し、上端には低沸点媒体の気体を回収する送気管を接続し、送湯管には送湯の圧力によりタービンを回転させる発電機を接続し、低沸点媒体については送気管により回収した気体を冷却により液化して送液管に供給する凝縮装置を設けたことを特徴とする熱差利用発電装置。
【請求項２】
低沸点媒体の凝縮装置について、縦長の冷却ボンベの中の上端に各送気管の気体が集まる集約管の排気口を開口し、冷却ボンベを冷却するために、その外面に上から水を掛ける散水口を設ける一方、その水の気化を上昇気流により促進するために、その上昇気流を煙突効果により発生させる筒体を冷却ボンベが囲まれるように設け、冷却ボンベの下端に各圧力タンクから送られる低沸点媒体の気体の送気管が集約する制御バルブと、各圧力タンクへ液体を送る送液管が分配される制御バルブとを設けたことを特徴とする請求項１記載の熱差利用発電装置。
【請求項３】
低沸点媒体等の液体を熱源により気化させる気化装置を設ける一方、冷水や冷風等により水を冷却する複数の圧力タンクを配列するとともに、水が圧力タンクを中継して循環し得るように、隣接する各圧力タンクの間に送水管を配設し、各圧力タンクにおいてその循環に要する押出し力を低沸点媒体等の気化に伴う気圧に求めるために、圧力タンクに気化装置から気体を圧送する送気管を接続するとともに、冷水により液化された液体を回収して気化装置に送る送液管を接続し、送水管には送水の圧力によりタービンを回転させる発電機を接続し、気化装置には、液体を気化する熱交換機を内装したことを特徴とする熱差利用発電装置。
【請求項４】
熱源が地熱、排熱、余熱のいずれかであることを特徴とする請求項１，２または３記載の熱差利用発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地熱ばかりでなく、工場やビル等で加熱された排ガスや、余熱ガス等を利用する熱差利用発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火山国である日本では、地熱を利用した発電がなされているが、その発電装置は、地下から噴出する水蒸気によりタービンを回転させるものや、地熱により水を気化させてタービンを回転させものであるため、過激なほどに多大な地熱エネルギーのある地帯に設置が限定されることから、立地条件に適合しないことが多く、立地条件に適合する箇所には既に発電所が建設されている。
【０００３】
そのため、新たに地熱発電所を建設するとすれば、例えば、険しい山奥になってしまうというように建設を簡単には計画できなかった。そこで、必ずしも高温が得られなくても、その熱エネルギーを利用するために、フロリナート等の低沸点媒体を使用する熱差利用発電装置が提案されている（特開昭５８−５４８５号公報）。
【０００４】
同公報に記載されている熱差利用発電装置は、図５に示すように、低沸点媒体液を供給管５０により地下熱水層５１に送り込んで、熱水による揚水管５２の中で気化させるようにしたもので、その気泡を揚水管中に熱水を随伴させながら上昇させることにより、気体の圧力を保持させ、地上によりその圧力でタービンを回転させ電気エネルギーに変換させ、地上に揚水された熱水は気泡と分離され下降管５５により地下に戻される。また、気化した低沸点媒体は、仕事が終わってから凝縮装置５６により液化され、再度供給管５０により地下に気泡発生のため供給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の熱差利用発電装置によれば、地下に数十度の温泉の熱水層を有する地域に限定されるので、これとても立地条件が厳しく、また、地熱により気化した低沸点媒体を回収した後再度利用する必要から、凝縮装置により液化されるために、自然の冷媒、例えば雪や湧き水を利用できないならば、過大なエネルギー（主にコンプレッサーの運転電力）を要し、差し引きで期待する電力量が得られないという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような実情に鑑みて、数十度程度の穏やかな熱の温度差を利用し得る発電装置を提供することを目的とした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第一発明は、熱源により湯を温める複数の圧力タンクを配列するとともに、湯が圧力タンクを中継して循環し得るように、隣接する各圧力タンクの間に送湯管を配設し、各圧力タンクにおいてその循環に要する押出し力を低沸点媒体の気化に伴う気圧に求めるために、圧力タンクの下端に低沸点媒体の液体を湯中へ噴出させる送液管を接続し、上端には低沸点媒体の気体を回収する送気管を接続し、送湯管には送湯の圧力によりタービンを回転させる発電機を接続し、低沸点媒体については送気管により回収した気体を冷却により液化して送液管に供給する凝縮装置を設けたことを特徴とする熱差利用発電装置を提供するものである。
【０００８】
【作用】
熱差利用発電装置を上記のように構成したから、圧力タンクに下端から低沸点媒体の液が湯の中に噴出されると、湯の熱により気化されて圧力タンクの上部に溜まり、その圧力により湯面が押し下げられることにより送湯管に湯が押し出され、この押し出される湯の圧力により発電がなされる。また、押し出された湯は次の圧力タンクに投入され、その湯の増加により既に気化している低沸点媒体の気体が送気管に押し出されて凝縮装置に送られ、そこにおいて液化されることにより、再び送液管により圧力タンクの下端に供給される。これを各圧力タンクに順次繰り返されることにより、僅かな熱源であってもそれを各圧力タンク毎に取り出して安定して電力が得られる。
【０００９】
また、第二発明は、低沸点媒体等の液体を熱源により気化させる気化装置を設ける一方、冷水や冷風等により水を冷却する複数の圧力タンクを配列するとともに、水が圧力タンクを中継して循環し得るように、隣接する各圧力タンクの間に送水管を配設し、各圧力タンクにおいてその循環に要する押出し力を低沸点媒体等の気化に伴う気圧に求めるために、圧力タンクに気化装置から気体を圧送する送気管を接続するとともに、冷水により液化された液体を回収して気化装置に送る送液管を接続し、送水管には送水の圧力によりタービンを回転させる発電機を接続し、気化装置には、液体を気化する熱交換機を内装したことを特徴とする熱差利用発電装置を提供する。
【００１０】
【作用】
熱差利用発電装置を上記のように構成したから、圧力タンクには湯の代わりに冷水が入れられるので、気化装置から送られた低沸点媒体等の気体は、水の水位を押し下げると当時に冷却により液化する。その液体は気化装置に回収されて再度気化されて圧力タンクに送られる。この気化圧により送られる水で発電機が駆動される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明において、低沸点媒体とは、水の沸点よりも極低い温度で気化する沸点を有するもので、これには例えば常温近辺の温度（５〜３０°Ｃ）で沸騰するフッ素化合物としてのフロリナートを好適に使用できる。
【００１２】
低沸点媒体の液化には、極低い温度の大気、積雪、湖水、川水等を利用できる立地条件にあれば、それを利用することが望ましい。また、第一発明では、大気等では冷却に不足であれば、コンプレッサーにより気体を圧縮して液化させる補助装置を設けても良い。このような凝縮装置７については、請求項２の如く、低沸点媒体の送気管１１，１１，・・、および送液管９，９，・・を集約させ、制御バルブ２３，２４により制御して回収および分配をなすようにすれば、これによって、各圧力タンク１，１，・・への湯１４の循環をコントロールできる。
【００１３】
なお、熱源としては、後記実施例では、地熱または地熱による湯（熱水）、排熱と、低沸点媒体液とを利用した発電装置について説明したが、地熱、工場やゴミ焼却等から得られる排熱の他、余熱（余った熱）など、本発明において利用しうる熱源であれば、特に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００１４】
また、第一発明では、圧力タンク１内に湯１４を納め、その底部から低沸点媒体液が注入されるが、第二発明では、逆に、圧力タンク内に川水３１等で冷却される冷水３９を納め、このタンク内に加熱されたガス（水蒸気等）、或いは、低沸点媒体を気化させた気体１３などを圧入することにより、タンク内の水を圧送し発電する。この場合の加熱ガスや、低沸点媒体の気化に必要な熱源には、上記したような地熱、排熱、余熱などを利用できることは言うまでもない。
【００１５】
いずれにしても、この発明の熱差利用発電装置によれば、高い熱源を有する必要はなく、民家や旅館、公共施設が普通に立ち並ぶような地帯においても設置可能である。したがって、電力を自給しながら、低沸点媒体の液化に伴う放熱を暖房に利用することができる。また、夏期においては、得られた電力を冷房に利用できる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、熱源が穏やかであるために民家や宿泊施設が建つような箇所であっても、その熱源を有効に利用できるために設置が可能であり、大規模にもなし得るが、殊に、電力や熱エネルギーの自給自足に適するという優れた効果がある。
【００１７】
【実施例】
次に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１ないし図３は、第一発明による熱差利用発電装置での一実施例を示し、その熱差利用発電装置は、地中Ｇに湯が納まる６個の圧力タンク１，１，・・を円形に配列したもので、隣接する圧力タンク１，１を送湯管３により連結し、各送湯管３に発電機５が装備される。また、圧力タンク１，１，・・の円形配列の中心に低沸点媒体の凝縮装置７が集約的に設けられ、凝縮装置７から各圧力タンク１，１，・・の底部に低沸点媒体の送液管９が配管され、圧力タンク１，１，・・の上部から凝縮装置７に低沸点媒体の送気管１１が配管される。１５は湯１４の逆止バルブである。
【００１９】
各圧力タンク１，１，・・に納まる湯の総量は、各圧力タンク１，１，・・に半分程度に納まる湯の総量よりもやや多い量である。これは、１個の圧力タンク１について観てみると、湯が満杯になったときには、隣接する圧力タンク１，１では空に近くなる量的関係にある。そこで、一個の圧力タンク１について、湯が満杯になった状態においてその底部から送液管９により低沸点媒体液が注入されると、湯の中においてその熱を受けることにより発泡し、上部にその低沸点媒体の気体１３が溜まり、その量の増加により湯面を押し下げるため、湯１４が送湯管３を通って隣接する圧力タンク１に圧送され、その中途に設けられているタービン式発電機５を駆動して発電がなされる。
【００２０】
こうして、前記１個の圧力タンク１について、湯１４が抜けることにより空に近くなると、次の圧力タンク１では満杯となり、この圧力タンク１では、同じように底部から送液管９により低沸点媒体の液が湯１４の中に噴入され、同じようにして湯面が押し下げられて、次の圧力タンク１に送湯管３を通して湯１４が送られることにより、発電機５が駆動され発電がなされる。このようにして順次圧力タンク１，１，・・に湯１４が循環して送られ発電がなされる。
【００２１】
図３は、凝縮装置７の一例を示し、それは縦長の冷却ボンベ１７の中に送気管１１，１１，・・が集まった集約管１０を通し、その排気口１８を上端に開口したもので、冷却ボンベ１７を冷やすために、上端から水を外面に流す散水口１９を設け、周囲を筒体２１により囲ってある。こうすれば、筒体２１の煙突効果により内部に上昇気流が生じるため、わずかの水を冷却ボンベ１７の外面に流しても、その気化が上昇気流により促進され気化熱により冷却ボンベ１７が冷却される。この冷却により、集約管１０の上端より吐き出された気体１３が凝縮して液体１２として下端に溜まる。
【００２２】
冷却ボンベ１７の下端には、各圧力タンク１，１，・・からの送気管１１，１１，・・が集約する制御バルブ２３と、各圧力タンク１，１，・・へ送液管９，９，・・を分配する制御バルブ２４とを設け、両方の制御バルブ２３，２４の制御により、上記のような湯１４が各圧力タンク１，１，・・を順次循環するようにコントロールされる。
【００２３】
図４は、第二発明の実施例を示したもので、川水３１に、それで冷却されるよう複数の圧力タンク１，１，・・を埋設し、川上には低沸点媒体を排熱により加熱する気化装置３３が設けられる。そして、各圧力タンク１の間が送水管３５により連結され、その中途に発電機５が設けられている。また、気化装置３３には熱交換機３７が内装され、それには低沸点媒体の気体１３を圧力タンク１に送る送気管１１と、圧力タンク１から低沸点媒体の液体１２を回収する送液管９が接続される。
【００２４】
各圧力タンク１には、水３９と、それよりも比重の重い低沸点媒体の液体１２が入れられており、気化装置３３において、排熱により気化された低沸点媒体の気体１３は、圧力タンク１内に圧送されると、その圧力により水３９が押し下げられて次の圧力タンク１に送水管３５で送られ、その中途で発電機５を駆動する。
【００２５】
また、圧力タンク１内に圧送された低沸点媒体の気体１３は、水３９により液化され、それが送液管９により気化装置３３に回収され、そこにおいて再度気化されて送気管１１により圧力タンク１に送られ、水３９を押し下げる。これを繰り返して、前記実施例と同様に発電が行なわれる。なお、送気管１１を圧力タンク１の上端に接続しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一発明に係る一実施例であって熱差利用発電装置の断面説明図である。
【図２】同熱差利用発電装置の平面から見た説明図である。
【図３】同熱差利用発電装置における凝縮装置の断面説明図である。
【図４】第二発明に係る熱差利用発電装置の断面説明図である。
【図５】従来例の説明図である。
【符号の説明】
Ｇ　地中
１　圧力タンク
３　送湯管
５　発電機
７　凝縮装置
９　送液管
１０　集約管
１１　送気管
１２　低沸点媒体の液体
１３　低沸点媒体の気体
１４　湯
１７　冷却ボンベ
１８　排気口
１９　散水口
２１　筒体
２３，２４　制御バルブ
３３　気化装置
３５　送水管
３７　熱交換機
３９　水
【図１】
2004084595.tif 000003
【図２】
2004084595.tif 000004
【図３】
2004084595.tif 000005
【図４】
2004084595.tif 000006
【図５】
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