(57)【要約】【課題】我々が利用しているエネルギーは、化石燃料・水力発電・原子力などであるが、大気汚染・地球温暖化・環境破壊・危険性などに問題点が多く、燃料費・装置維持費に莫大な費用が必要となる。【解決手段】大気を冷却すると大気中の水蒸気が液化し潜熱を発生する。潜熱のエネルギーは極めて大きく、冷却に用いた冷媒を暖める。暖められた冷媒を圧縮すると高熱を発生することができる。この熱を熱機関に導き熱源として動力を発生させる。大気中の水蒸気の潜熱を利用した動力源は無公害であり、エネルギー源は無限にあり、貴重な化石燃料などを消費しない。【選択図】図１
2005273668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気を冷却することで大気中の水蒸気を液化させる。その時に発生した水蒸気の潜熱は冷却に用いた装置の温度を上昇させる。この温度上昇した装置の高温部を熱源にして、熱機関を駆動させることを目的とした動力源。すなわち、大気中の水蒸気の潜熱を熱源として動力を発生させる装置。  
【請求項２】
熱交換用冷媒が圧縮機、動力発生装置、膨張装置、大気冷却用熱交換器を経て圧縮機へ循環するように構成した装置である。冷媒は膨張装置において体積膨張することで低温化する。そして、膨張することで冷媒が液体から気体への相変化する場合はさらに低温化する。低温化した冷媒は大気冷却用熱交換機において大気を冷却する。大気が冷却されると大気中の水蒸気は液化し、潜熱を発生し、冷媒の温度上昇させる。この温度上昇した冷媒を圧縮機で圧縮し昇力させることで冷媒の温度は高くなる。そして、温度上昇した冷媒を圧縮機で圧縮し昇圧させることで相変化して液化する場合は、さらに高温となる。この高温となった冷媒は動力発生装置を加熱し、動力機関や発電装置などの熱機関を作動させる。動力発生にともない冷媒は冷却されて膨張装置で膨張し、低温化する。これらをサイクルとして、大気中の水蒸気を水に変えながら、その潜熱を熱源として高温を発生させ、動力や電力を発生させる請求項１の装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化石燃料や原子力などの燃料を必要としない、２酸化炭素や放射能などの、公害を一切出さない、大気中の水蒸気の潜熱を利用した、動力発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力や動力発生させる手段として、火力発電所や自動車用エンジンは、石油の爆発力を利用している。また、原子力発電所は、核反応時の高温を利用し蒸気タービンで発電機を動かしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発電用や自動車用などの動力源は、化石燃料を燃やし、高温、高圧を発生させ、タービンエンジンやピストンエンジンを動かしている。これは多くの化石燃料を消費するだけでなく、大量の二酸化炭素を発生し、すすを発生し、窒素酸化物を発生させるなどの公害や地球温暖化の原因となっている。
【０００４】
原子力発電は、核反応の高熱を用いて、高温、高圧を発生し、蒸気タービンを動かしている。これらは、放射能汚染などの危険性が高く、維持管理も多くの費用を必要とする。
水力発電は、ダムなど大規模な設備が必要で、自然環境破壊の問題、山間部からの長距離送電設備の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
空気中の水蒸気は、冷却されることで結露し水になる。このとき潜熱が発生し、水蒸気から、高いエネルギーを得ることになる。水の潜熱は２２．７ＭＪ／ｋｇと高いことは知られている。そして、冷水を入れたコップに水滴が付き、また、冷房機のドレンから結露した水が多量にでることも、また、よく知られている。
【０００６】
本発明は、問題を一挙に解決するために、空気中の水蒸気に着目した。
大気を冷却することで、大気中の水蒸気を液化させる。そのとき、発生した潜熱で動力を作り出すことを目的としている。
【０００７】
日本の夏を想定し、１ｍ３の空気を、０℃  まで冷却した場合に、発生する水の量を計算すると、
夏の大気は、気温３０℃    湿度  ８０％    とする、
湿度は、この時の気温における飽和水蒸気圧と実際の水蒸気圧との比率であるから、
この時の水蒸気圧は、
気温３０℃の飽和水蒸気圧    ４．２  ｋＰａ    （理科年表２０００より）
従って、この時の水蒸気圧は、
４．２×０．８＝３．３６  ｋＰａ
である。
【０００８】
この時の水蒸気の量は、気体の状態方程式から、
ｐＶ＝ｎＲＴ
ｐ：圧力  ３．３６×１０（Ｐａ）
Ｖ：容積（１Ｍ３）
ｎ：モル数
Ｒ：気体定数  ８．３１
Ｔ：絶対温度  （Ｋ）
したがって、水蒸気量は
ｎ＝ｐＶ／ＲＴ
＝３．３６×１０３×１／（８．３１×（２７３＋３０））
＝１．３３（ｍｏｌ）
【０００９】
また、冷却時（０℃）の水蒸気の量は、
０℃の飽和水蒸気圧  ６１２  （Ｐａ）（理科年表２０００より）    から
ｎ＝ｐＶ／ＲＴ
＝６１２×１／（８．３１×２７３）
＝０．２７（ｍｏｌ）
【００１０】
したがって、冷却により凝固する水のｍｏｌ数、及び質量は、
ｎ（ｍｏｌ）          ＝１．３３−０．２７
＝１．０６    （ｍｏｌ）
１．０６×１８＝１９．１    （ｇ）
水２５℃の気化熱  ４３．９９ｋＪ／ｍｏｌより発熱量は、
Ｑ＝１．０６×４３．９９
＝４６．６  （ｋＪ／ｍ３）
となる。
【００１１】
石油の熱量は、
灯油  ４４〜４７（ｋＪ／ｇ）
重油  ３８〜４７（ｋＪ／ｇ）
であり、日本の夏を想定した場合に大気１ｍ３から得られる熱量が４６．６  （ｋＪ／ｍ３）であるので、石油１ｇの熱量とほぼ同じである。そして、大気は大量に存在する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の大気中の水蒸気を利用した動力は、石油燃料の動力ようにＣＯ２を発生せず地球温暖化を抑制でき、窒素酸化物の発生も全くなく大気汚染もない。原子力のように危険でなく廃棄物処理の問題がない。太陽電池の働かない夜間でもエネルギーを取り出せる。
【００１３】
当然、高温多湿な地域ほど安定したエネルギーを多く取り出せる。従って、夏場の電力不足の補充に有効である。熱帯地方・ジャングルなどに多い未開発のところでの動力・電力の供給に有効である。タンカー・コンテナ船など船舶の動力として利用すると、特に、赤道付近など高温の海域を航行する場合は、燃料を消費することなく低コストでの運行することができる。
【００１４】
前述したように、公害が全くないことから、貴重な自然を壊すことはない。
そして、動力源である大気は、当然ながら大量にあり、燃料補給を考える必要はない。
さらに、水を発生させるために大気を冷却しているので、その冷却され除湿した空気で建物内を冷房でき、尚且つ、発電もできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を実施例１〜実施例５に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明による、大気中の水蒸気の潜熱で動力を得ることのできる、請求項２の動力発生装置は、大気冷却用熱交換機２と圧縮機５を配管４で接続し、圧縮機５と動力発生装置８を配管７で接続し、動力発生装置８と膨張装置１２Ａを配管１１で接続し、膨張装置１２Ａと大気冷却用熱交換機２を配管１４で接続し、熱交換用冷媒（以下冷媒とゆう）が循環するように構成した図１の装置である。
【００１７】
電動機２２の動力で作動する圧縮機５は冷媒３を圧縮すると、冷媒は相変化して液化し高温となる。高温となった冷媒６は動力発生装置８を加熱する部分９に入る、熱源として動力発生装置８に吸収され動力を発生する。
【００１８】
冷媒の熱は動力発生装置で動力に変換され冷媒は冷却される。この低温化した冷媒１０は膨張装置１２Ａへ導かれ、膨張し相変化して気化する。そして、さらに低温となる。さらに低温となった冷媒１３は大気冷却用熱交換機２に入り、送風機２０により送り込まれた大気１を冷却する。
【００１９】
大気１が冷却されると、大気中の水蒸気が液化し水滴１５となりトレー１６に溜まりドレン１８として外部に排出される。大気中の水蒸気が液化することで大量の潜熱が発生し、冷媒は暖められる。暖められた冷媒３は電動機２２の動力で作動する圧縮機５で圧縮され、相変化し液化して高温となる。
【００２０】
このサイクルを繰り返すことで本装置は大気中の水蒸気を連続に液化し大量の潜熱エネルギーを発生させ、動力発生装置の熱源となる。
【００２１】
動力発生装置８が、たとえば、温度差で作動するスターリングエンジンなどの場合、回転軸に発電機２３を接続すると発電装置となる。この発電量は、冷媒循環のための圧縮機５を作動させるのに必要な電力よりもドレンとして排出された水の潜熱分多い熱量となる。
【００２２】
しかし、当然熱交換器での効率やスターリングエンジンの効率や膨張装置での損失で潜熱全てが電力に変わるものではない。しかし、仮に全効率が良くない場合であっても、動力源は大気中の水蒸気であり、水の発生が多くなるだけであり、自然環境に悪影響は発生しない。
【００２３】
動力発生装置８へ送り込む冷媒の温度をより高く設定することで蒸気などのタービン機関を作動させることができ、効率よく動力を取り出せる。また、動力発生装置５が直接熱から電力を発生する発電装置や発電素子であっても同様に電力が発生する。
【実施例２】
【００２４】
図２のように、圧縮機５の回転軸と動力発生装置８に取り付けた発電機の回転軸を接続すると、動力発生装置８で発生した回転力で圧縮機５が回転し、実施例１よりも効率良く電力を発生することができる。
【実施例３】
【００２５】
図３の膨張装置１２Ｂのように、液化している冷媒圧力と気化して低圧化した冷媒の圧力差を利用した膨張力を回転力へ変換する機能の圧縮機と逆の機能すなわち、タービンやモータにすることで軸回転力が発生する。この軸出力は実施例１や実施例２よりもさらに大きな出力を得ることができる。そして、膨張後の冷媒温度をさらに低温にでき、効率を向上させることができる。
【実施例４】
【００２６】
図４のように冷媒が膨張装置１２Ｂを通って膨張し相変化することで低温化した冷媒を動力発生装置８の冷却部２４に導き、その後大気冷却用熱交換機２へ導くと、動力発生装置８に加えられる熱源の温度差が大きくなり、動力発生装置８に冷却部を持たない実施例１、実施例２、実施例３の装置より大きな動力が得られる。
【実施例５】
【００２７】
図５のように大気冷却用熱交換機２から出てきた冷媒３を動力発生装置８の冷却部２４に入れると、大気冷却用熱交換機２は膨張装置１２Ｂ直下の極低温で冷却でき大量の大気中の水蒸気を液化できる。さらに、大気冷却用熱交換機２から排出された冷媒３は大気温より低温であり、動力発生装置８の冷却のためには十分である。そして、圧縮機５へ供給する冷媒３Ｂの温度をさらに高くできるので、圧縮機５出口の温度をより高くでき、実施例１・実施例２・実施例３・実施例４より大きな動力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態の基本となる構成
【図２】発生した動力を圧縮機に直接接続し効率を向上した構成
【図３】冷媒の膨張力を回生し効率を向上した構成
【図４】動力発生装置の冷却部を膨張後の冷媒で冷却した構成
【図５】動力発生装置の冷却部を大気冷却後の冷媒で冷却した構成
【符号の説明】
【００２９】
１  大気
２  大気冷却用熱交換機
３  大気により暖められた冷媒
３Ｂ  動力発生装置の冷却部でさらに暖められた冷媒
４  大気冷却用熱交換機から圧縮機までの配管
４Ａ  大気冷却用熱交換機から動力発生装置の冷却部までの配管
４Ｂ  動力発生装置の冷却部から圧縮機までの配管
５  圧縮機
６  高圧・高温の冷媒
７  圧縮機から動力発生装置までの配管
８  動力発生装置
９  動力発生装置を加熱する部分
１０  動力発生装置で冷却された冷媒
１１  動力発生装置から膨張装置までの配管
１２Ａ  絞り弁式の膨張装置
１２Ｂ  膨張力を利用した回生式膨張装置
１３  膨張装置直下の低温となった極低温の冷媒
１３Ｂ  動力発生装置冷却したあとの低温の冷媒
１４  膨張装置から大気冷却用熱交換までの配管
１４Ａ  膨張装置から動力発生装置の冷却部までの配管
１４Ｂ  動力発生装置の冷却部から大気冷却用熱交換までの配管
１５  大気中の水蒸気が冷却され液化した水滴
１６  水滴を受けるトレイ
１７  発生した水
１８  ドレン
１９  送風機用電動機
２０  送風機ファン
２１  除湿された大気
２２  圧縮機用電動機
２３  発電機
２４  動力発生装置の冷却部
【図１】
2005273668.tif 000003
【図２】
2005273668.tif 000004
【図３】
2005273668.tif 000005
【図４】
2005273668.tif 000006
【図５】
2005273668.tif 000007