(57)【要約】【課題】外部よりの化石燃料エネルギーを使わずに太陽熱あるいは工場での低温廃熱といった未利用熱から直接動力を得ると共に、発電を行なう熱動力・熱発電装置を提供する。【解決手段】形状記憶合金材料が温度により変形することから、太陽熱あるいは工場での低温廃熱といった未利用熱から回転運動を得、発電を行なう。【選択図】  図１
2005002978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機構、形状記憶合金棒、温水槽、支柱、ギヤーにより構成され、回転機構の回りに形状記憶合金棒を配し、２方向処理された形状記憶合金が温度により変形・復元する原理を用い、形状記憶合金棒が温水槽に入ることにより高温形状に変形し支柱を押し回転運動を得、温水槽を出て冷却されると常温形状に変形することを利用した装置であって、ギヤーにより回転機構の回転数を増減させ、このギヤーを介して発電機に接続し、熱発電を行なうことができ、温水槽に熱を供給するエネルギー源として太陽熱、工場での低温廃熱起源等の常温より高い温度の液体を用い、馬力が必要である場合は回転機構の回転軸方向に並列に設置することにより行なう熱動力装置・熱発電装置。
【請求項２】
温水槽に熱を供給する収熱装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の熱動力・熱発電装置。
【請求項３】
前記収熱装置は道路、建築物、未利用土地から熱伝導体を用いて収熱することを特徴とする請求項２記載の熱動力・熱発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状記憶合金が温度により変形する原理を用い回転運動を得る装置であって、動力源、発電を用途とする装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の動力装置としては化石燃料等の燃焼による機械的力あるいは電気を機械的力の変えることにより回転運動を得るものであった。従来の発電装置としては水力、原子力、火力発電がある。熱から直接動力を得る装置としては特許文献１に記載のようにスターリングエンジンがある。
【０００３】
【特許文献１】
特許公開２００３−１３９４２８
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エネルギー源には限りがあり、化石燃料によるエネルギー生産に際しては環境を阻害する物質が副次的に生産されてしまい、原子力発電の場合は放射性廃棄物が発生するうといった短所があった。風力発電、太陽光発電の場合は有害廃棄物を発生しないが、最大の未利用エネルギーである太陽熱からの発電を行なうものではない。スターリングエンジンの場合は熱を供給することにより動力を得るが、その原理は気体の熱膨張・収縮を利用したものであり、効率が悪く、装置重量が過大となるため、大出力化には向かないので用途が限定されるといった短所があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、外部よりの化石燃料エネルギーを使わずに太陽熱あるいは工場での低温廃熱といった未利用熱を収集し、この熱から直接動力を得ると共に、発電を行なう熱動力・熱発電装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る熱動力・熱発電装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【０００７】
第１の熱動力・熱発電装置（請求項１に対応）は、熱を回転運動に変える装置であって、回転機構、形状記憶合金棒、温水槽、支柱、ギヤーにより構成され、回転機構の回りに形状記憶合金棒を配し、形状記憶合金が温度により変形する原理を用い、形状記憶合金棒が温水槽に入ることにより支柱を押し回転運動を得て、ギヤーにより回転機構の回転数を増減させ、このギヤーを介して発電機に接続し、熱発電を行なうことができ、エネルギー源として太陽熱、工場での低温廃熱起源等の常温より高い温度の液体を用いる熱動力装置であって、馬力が必要である場合は回転機構の回転軸方向に並列に設置することで特徴づけられる。
【０００８】
第１の熱動力・熱発電装置によれば、形状記憶合金材料は温度上昇によりマルテンサイト相転移温度に達すると変形する。この現象を利用し、温水槽に形状記憶合金棒を入れ温度上昇させるとこの温度での記憶形状に変形することから変形力を得るため、固定支柱を設置しておくことにより回転板に取り付けた形状記憶合金が移動し、回転板が回転することができる。この形状記憶合金を連続的に回転板に取りつけておくと回転板は次々と回転を続けることができる。さらに回転板が回転を続け、形状記憶合金が温水槽の外にでると形状記憶合金は空冷され、常温形状に戻る。
【０００９】
第２の収熱装置（請求項２に対応）は上記の構成において、好ましくは熱動力・熱発電装置に取りつけ、発電所、製鉄施設、セメント製造施設等の大量の廃熱発生装置、家屋、工場建家、路面または砂漠、荒野等の太陽熱受熱地域の熱の回収を行なうことを可能とすることで特徴づけられる。
【００１０】
第２の収熱装置によれば、発電所、製鉄施設、セメント製造施設等の大量の廃熱及び家屋、工場建家、路面または砂漠、荒野等の太陽熱受熱地域の熱を熱伝導体を用いて熱動力・熱発電装置の温水槽に導き、温水槽の温度上昇により、形状記憶合金の変形を得、熱動力・熱発電装置に回転運動を与え発電を行なうことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、第１の実施形態にかかる熱動力・熱発電装置の断面図である。熱動力装置１は温液体槽２と回転板４と固定柱５を備えている。回転板４は形状記憶合金を材料とした腕３を備えている。回転板４にはギヤー６を介して動力を伝達する装置が接続される。発電を行なう場合にはギヤー６を介して発電機を接続する。
【００１３】
温液体槽２は熱伝導率が低い材料から成り、収熱装置からの温水を受入れ、腕３により温水の熱を奪われ冷えると収熱装置に還流するための容器である。
【００１４】
固定柱５は熱伝導率が低い材料から成り、腕３が変形することにより押す為の固定された柱である。
【００１５】
回転板４は熱伝導率が低い材料から成り、形状記憶合金を材料とした腕３を周辺に配したもので、それ自体がギヤーとなっているため、別のギヤー６を取りつけ可能としている。
【００１６】
ギヤー６は回転板４のギヤーに取りつけ、回転板４の回転運動を外部発電装置に回転数を変えて伝達する為の装置である。
【００１７】
図３は、第１の実施形態にかかる収熱装置の断面図である。収熱装置は太陽熱受熱装置４２と熱伝導体４３と熱逆流防止熱伝導路遮断装置４７と一時蓄熱槽４４と熱動力・熱発電装置の温水槽に温水を供給させる供給パイプ４５、この温水槽から一時蓄熱槽４４に還流させる還流パイプ４６で構成される。
【００１８】
太陽熱受熱装置４２は屋根４１の上に一面に敷かれた瓦であり、太陽熱を受け蓄熱する。
【００１９】
熱伝導体４３は熱伝導率の高い銅材料でできた熱伝導体であり、太陽熱受熱装置４２の熱を機械的な熱逆流防止熱伝導路遮断装置４７を経由し一時蓄熱槽４４に伝達する。
【００２０】
熱逆流防止熱伝導路遮断装置４７は形状記憶合金を材料とした装置で、熱伝導体４３の温度が低下した場合、一時蓄熱槽４４の熱が熱伝導体４３に逆流させないために熱伝導体４３と一時蓄熱槽４４を機械的に離すための装置である。熱伝導体４３の温度が上昇し、形状記憶合金の設定温度以上となった場合は熱伝導体４３を一時蓄熱槽４４に接触させ熱を一時蓄熱槽４４に供給する。
【００２１】
一時蓄熱槽４４は熱伝導率の低い材料で構成された容器で、熱伝導体４３により伝えられた太陽熱を容器中の凍結防止材を入れた水に供給し、水を温める。
【００２２】
パイプ４５は熱伝導率の低い材料で構成された管で、一時蓄熱槽４４の温水が温度上昇に伴い比重が軽くなることから、この温水を熱動力・熱発電装置の温水槽に流入させる為のパイプである。
【００２３】
供給パイプ４６は熱伝導率の低い材料で構成された管で、熱動力・熱発電装置の温水槽の温水が熱を奪われ、温度が下がると比重が増すことにより一時蓄熱槽４４に自然還流させる為のパイプである。
【００２４】
次に、本実施形態に係る熱動力・熱発電装置１の動作を説明する。
【００２５】
図２において、腕３は逆Ｕ字型の常温時形状を与えられている。この形状は２本の固定柱５の間を通過できる長さである。温度が上昇し、２方向処理された形状記憶合金の高温側マルテンサイト相転移温度に達すると形状変形し、直線形状を経由して、あらかじめ熱処理により記憶されたＵ字型の高温形状になる。直線形状時の腕３の長さは２本の固定柱５の間の長さより長い。この水泳の平泳ぎの手の動きをする場所に２本の固定柱５が固定されて存在すると、相対的に形状記憶合金が動き推力が生まれる。この高温の腕３が冷却され２方向処理された形状記憶合金の常温側マルテンサイト相転移温度に達すると形状変形し逆Ｕ字型の常温時形状になる。
【００２６】
図１において、腕３が温水槽２の中で高温となるとＵ字型の高温形状になることにより固定柱６を押し力が発生するため回転板４を回転させる。腕３が固定柱５を押し終わる時点で次の腕３が固定柱５を押す。一方、回転板４が回転すると、腕３は温水槽２の外に出る。腕３は温水槽２の外に出ると、空冷され、逆Ｕ字型常温形状になり固定柱５の間を通過できるようになる。上記作用を繰り返すことにより、回転板は回転し続け、回転板の外側にきられたギヤーと組合わされるギヤー６を介して動力を外部供給しつづけることができる。腕３は温水槽２の熱を奪うため、温水槽２の温度は下がるが、下記に述べる収熱装置から熱が供給される間、相転移温度以上を保つことができ、発電を継続することができる。収熱装置からの熱供給が止まり、温水槽２の温度が高温側相転移温度以下となると、腕３の形状変化が起きないので、上記作用が起きず、動力は発生しない為発電は行なわれない。上記回転板を回転軸に複数取りつけると大きな力を得ることができる。
【００２７】
図３において、本実施形態の収熱装置の収熱動作を説明する。
瓦である太陽熱受熱装置４２で受熱・蓄熱された熱は銅で作れられた熱伝導体４３により一時蓄熱槽４４に伝えられ、このため一時蓄熱槽４４を満たす水は温水となる。一時蓄熱槽４４の温水が温度上昇に伴い比重が軽くなると熱動力・熱発電装置の温水槽２にパイプ４５を通り熱動力・熱発電装置４４の温水槽２に流れ出る。これにより熱動力・熱発電装置１による発電が行なわれ。発電の結果、熱を奪われた水は温度低下に伴い比重が重くなる。この結果重い水は温水槽２からパイプ４６を通り一時蓄熱槽４４に戻る。このように太陽からの熱を供給し温水を自然循環させることにより発電が続けられる。一時蓄熱槽と熱動力・熱発電装置との間の温水の循環は強制循環によることも可能である。
【００２８】
次に本発明の熱伝導体として水を用いる第２の実施形態を説明する。第２の実施形態では熱動力・熱発電装置は同じであるが、収熱装置が第１の実施形態とは異なり、熱源として道路を用いている。図４は道路を用いた収熱装置の断面図である。
本実施例では舗装道路５１の下に熱伝導率の高い銅製の熱伝導管５２と熱動力・熱発電装置で構成する。
【００２９】
熱伝導管５２は熱動力・熱発電装置の温水槽下部から出て舗装道路５１の下を経由して熱動力・熱発電装置１の温水槽上部に戻り、この熱伝導管５２の中を熱伝導体である凍結防止材を入れた水で満たす。水は舗装道路５１より熱を受け取ると、比重が軽くなるので熱動力・熱発電装置が設置されている上部へ移動し、熱動力・熱発電装置の温水槽に入り、形状記憶合金の形状変化により発電が行なわれる。発電が行なわれると温水は形状記憶合金に熱を奪われるため、熱を奪われた液体は比重が重くなるので舗装道路５１下に還流される。このように液体を自然循環させることにより熱動力・熱発電装置に常に温水を供給し、発電を続ける。収熱効果を高め、発電量を増やしたい場合は強制循環方式も実施可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００３１】
本熱動力・熱発電装置は熱を供給することにより動力・電力を得ることができる。
本熱動力・熱発電装置は化石燃料を使わないため、ＣＯ２、ＳＯＸ，ＮＯＸといった環境汚染物質を発生しないクリーンな動力源であり、この熱動力装置を発電機に接続させ、発生させる電気エネルギーもクリーンである。
【００３２】
同時に、化石燃料を使わず、太陽熱あるいは工場での低温廃熱といった未利用熱をエネルギー源とすることから、エネルギー料金は非常に安価である。特に第２の実施例に見られるように、道路が太陽から受ける熱を用いて発電ができる効果がある。
【００３３】
【図面の簡単な説明】
【図１】形状記憶合金を利用した熱動力・熱発電装置を示す図である。
【図２】常温及び高温時の腕の記憶形状を示す図である。
【図３】建家より収熱を行なう方法示す図である。
【図４】道路より収熱を行なう方法を示す図である。
【符号の説明】
１          熱動力・熱発電装置
２          温水槽
３          腕
４          回転板
５          固定柱
６          ギヤー
４１          屋根
４２          太陽熱受熱装置
４３          熱伝導体
４４          一時蓄熱槽
４５          供給パイプ
４６          還流パイプ
４７          熱逆流防止熱伝導路遮断装置
５１          舗装道路
５２          熱伝導管
【図１】
2005002978.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005002978.tif 000005
【図４】
2005002978.tif 000006