(57)【要約】太陽エネルギー及び／又は大気熱によりガスを圧縮する装置は、２つの高圧熱交換器（１、２）を有する。第一の高圧熱交換器（１）は太陽熱コレクターとして、第二の高圧熱交換器（２）は冷却器として機能する。２つの高圧熱交換器（１、２）は配管、弁（８、３１、３２、３３）及び空気圧シリンダ（５）を介して互いに連通する。２つの高圧熱交換器（１、２）における温度レベルの差により、空気圧シリンダ（５）を動かす圧力差が生じる。空気圧シリンダ（５）は圧縮機（４０）に作用する。圧縮熱を利用するため、圧縮ガスは、太陽熱コレクターとして機能する第一の高圧熱交換器の一次側を通って送られる。蓄えられた圧縮空気はタービン（１２）の駆動に用いられる。タービン（１２）において膨張したガスは温度が大きく低下し、冷却器として機能する第二の高圧熱交換器（２）の一次側に送られる。この高圧熱交換器システムは自動車の駆動や例えば建物屋根における静止装置に適する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽エネルギー及び／又は大気熱によりガスを圧縮する装置において、
第一の高圧熱交換器（１）と第二の高圧熱交換器（２）が設けられ、前記第一及び第二の高圧熱交換器（１、２）の２つの二次側（１”、２”）は加圧されたガスを有し、前記第一の高圧熱交換器（１）は太陽熱の照射に曝され及び／又は前記２つの高圧熱交換器（１、２）は互いに異なる温度レベルに置かれるようにしてなり、
圧縮機（４０）が設けられ、前記圧縮機（４０）は前記２つの二次側（１”、２”）の間の圧力差を利用する空気圧シリンダ（５）により駆動可能とされ、かつ、前記圧縮機（４０）は前記ガスを蓄圧器（１１）内に導くようにしてなり、かつ、
ポンプ（６）が設けられ、前記ポンプ（６）は、圧力均等化の後に、一方では前記第一の高圧熱交換器（１）の二次側（１”）から前記第二の高圧熱交換器（２）の二次側（２”）へ及び他方ではその逆方向に前記ガスを送るようにしてなる、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第二の高圧熱交換器（２）の一次側（２’）は、前記蓄圧器（１１）内に蓄えられた後に実効タービン（１２）において膨張させられた前記ガスを追加的に有するようにしてなることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第一の高圧熱交換器（１）の一次側（１’）は、前記圧縮機（４０）から前記蓄圧器（１１）に送られる前記ガスを有するようにしてなることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
好ましくは前記第一の高圧熱交換器（１）又は更なる熱交換器の一次側を介して前記蓄圧器（１１）内に更なるガスを送るために、少くとも１つの更なる圧縮機（２１）が設けられ、かつ、前記更なる圧縮機（２１）は、例えばブレーキエネルギー、風力エネルギー又は光電セルにより得られる電気エネルギーのような別のエネルギーによって駆動可能とされてなることを特徴とする請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギー及び／又は大気熱によりガスを圧縮する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第５２５９３６３号により、太陽エネルギーを回収する装置が知られている。この装置は、高圧熱交換器に組合せられた太陽熱コレクターを有する。高圧熱交換器は、ガスを充填され、タービンを介して熱交換器に接続される。ガスは、（太陽光がある時は）高圧熱交換器における太陽熱コレクターにより高温域に熱せられて、タービンに導かれる。タービンにおいて、このガスは完全に膨張させられ、次いで高圧下にない熱交換器において冷却される。ガスを完全に膨張させるので、この膨張したガスを再び圧縮して高圧熱交換器に導くためにポンプが必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、各サイクルにおいて高圧熱交換器のために再びガスを完全に圧縮する必要がなく、かつ、周囲の大気エネルギーを吸収して、例えば自動車を駆動することのできる装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、冒頭に記載の型式の装置において、本発明により、次の特徴を備えることにより達成される。即ち、第一の高圧熱交換器と第二の高圧熱交換器が設けられ、前記第一及び第二の高圧熱交換器の２つの二次側は加圧されたガスを有し、前記第一の高圧熱交換器は太陽熱の照射に曝され及び／又は前記２つの高圧熱交換器は互いに異なる温度レベルに置かれるようにしてなり、圧縮機が設けられ、前記圧縮機は前記２つの二次側の間の圧力差を利用する空気圧シリンダにより駆動可能とされ、かつ、前記圧縮機は前記ガスを蓄圧器内に導くようにしてなり、かつ、ポンプが設けられ、前記ポンプは、圧力均等化の後に、一方では前記第一の高圧熱交換器の二次側から前記第二の高圧熱交換器の二次側へ及び他方ではその逆方向に前記ガスを送るようにしてなることを特徴とする。
【０００５】
２つの高圧熱交換器の間に生成される圧力差が、圧縮機において機械的エネルギーに変換される。圧力均等化が行われた後でも、両高圧熱交換器の内部には周囲の大気圧に比べてなおも高いガス圧が有効である。
【０００６】
本発明において好ましくは、前記第二の高圧熱交換器の一次側は、前記蓄圧器内に蓄えられた後に実効タービンにおいて膨張させられた前記ガスを追加的に有するようにされる。これにより、タービンにおける膨張により低温となったガスは、第二の高圧熱交換器の冷却に使用される。
【０００７】
更に、本発明において好ましくは、前記第一の高圧熱交換器の一次側は、前記圧縮機から前記蓄圧器に送られる前記ガスを有するようにされる。これにより、圧縮機におけるガス圧縮により生じる圧縮熱は第一の高圧熱交換器にも送ることができる。即ち、圧縮ガスは、第一の高圧熱交換器の一次側を通過後、蓄圧器に導かれる。
【０００８】
また、本発明において好ましくは、前記第一の高圧熱交換器又は更なる熱交換器の一次側を介して前記蓄圧器内に更なるガスを送るために、少くとも１つの更なる圧縮機が設けられ、かつ、前記更なる圧縮機は、例えばブレーキエネルギー、風力エネルギー又は光電セルにより得られる電気エネルギーのような別のエネルギーによって駆動可能とされる。これにより、例えばブレーキエネルギーをエネルギー変換することにより再び蓄圧器に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の主題をなす装置の実施の形態が図１に示されている。
【００１０】
この実施の形態は、高圧熱交換器を有する本発明による太陽熱利用装置であり、乗用車の駆動用に用いられる例として説明される。
【００１１】
この装置は、２つの高圧熱交換器１、２を有し、これらの高圧熱交換器１、２の二次側１”、２”は、高圧パイプを介して互いに連通されている。高圧熱交換器１はその外面に暗色コーティング１'''を施され、これによりこの熱交換器１は太陽熱コレクターとして機能する。高圧熱交換器２は、その外面に冷却体２'''を有し、これにより熱を大気中に放出する。乗用車の場合は、例えば屋根やフロント及びリアのフード部分が太陽熱コレクター（高圧熱交換器１）のまとまった大きな平面として活用される。システムの冷却器として機能する高圧熱交換器２は、例えば車体の床下に取付けられる。本装置におけるその他の構成品は、以下の機能の説明において詳しく説明される。
【００１２】
高圧熱交換器１、２の二次側１”、２”は、配管を介して空気圧シリンダ５に連通される。システムのスタート時において２つの高圧熱交換器１、２の二次側１”、２”及び空気圧シリンダ５の内部は、同じ圧力、例えば５００バール（ｂａｒ）、であり、弁８、９、９’及び３１は閉とされ、また弁３２、３３は開とされる。
【００１３】
高圧熱交換器１に対する太陽熱の照射により、その内部において媒体が加熱され、圧力が上昇する。高圧熱交換器２は陰の部分に配されて、周囲の温度に保持される。高圧熱交換器１における温度上昇により、空気圧シリンダ５のピストンを動かす充分な圧力が得られる。空気圧シリンダ５のピストンロッドは、圧縮機４０のピストンに連結されており、空気圧シリンダ５のピストンの動きにより、圧縮機４０のピストンが移動させられる。圧力の均等化がほぼ達成された時点で、弁３２及び３３が閉じられ、弁３２’及び３３’は開放されて、空気圧シリンダ５のピストンは再びスタート位置に戻るように移動させられる。弁３２、３２’及び３３、３３’により高圧配管を２つの高圧熱交換器１、２と空気圧シリンダ５の間においてクロスオーバ切換えを行うことにより、２つの高圧熱交換器１、２の二次側回路の圧力差が空気圧シリンダ５のピストンをそのスタート位置に戻すべく移動させる。同時に、逆止弁３７を介して空気が圧縮機４０内に吸入される。次いで、弁３２’、３３’が再び閉じられる。弁８及び３１が開放されると、ポンプ６により高圧熱交換器１、２の内容物が互いに交換される。ポンプ６は特に活用されない空気圧シリンダ５からのガス圧により、又は蓄圧器１１に蓄えられたガス圧により駆動される。
【００１４】
ポンプ６が蓄圧器１１からの圧縮空気で駆動される場合、弁９はポンプの稼動中開放される。空気圧シリンダ５からの残留ガス圧を使用する場合は、弁９に代えて、弁９’が開放される。
【００１５】
高圧熱交換器１及び２の媒体がポンプ操作により互いに交換されると、弁８、９又は９’及び３１は再び閉じられ、弁３２、３３は再び開放される。高圧熱交換器１内の媒体は太陽熱により再び加熱される一方、陰の部分にある高圧熱交換器２内の媒体は冷却される。
【００１６】
圧縮機４０内の圧縮により加熱された圧縮ガスは、逆止弁３６を介して高圧熱交換器１の一次側１’に導かれ、ここで圧縮熱が高圧熱交換器１の二次側１”に移転される。圧縮機４０で回復された圧力は、高圧熱交換器１を通過後、蓄圧器１１内に蓄えられる。蓄圧器１１内に蓄えられた圧縮空気は、例えばタービン１２において機械的な回転エネルギーに変換することができる。この作動圧は、４０〜２００バールである。予め圧縮された媒体は、エネルギー放出により膨張し、温度が低下する。この低温の空気の流れは、使わずに大気中に放出されることなく、高圧熱交換器２の一次側２’に導かれる。高圧熱交換器２の一次側２’は、高圧熱交換器２の二次側２”に低温熱を伝達し、これにより二次側２”の熱を吸収する。一次側２’のガスは加熱され、予熱器４１及び逆止弁３７を介して再び圧縮機４０内に吸入される。
【００１７】
高圧熱交換器１の加熱時間と高圧熱交換器２の冷却時間は、それぞれにおいて有効な周囲温度、即ち太陽光側１９の周囲空気温度と陰側１４の周囲空気温度との温度差によて短縮される。このような温度差の典型的なものは１５Ｋである。太陽光側１９と陰側１４の周囲空気の温度差により、高圧熱交換器１の二次側１”と高圧熱交換器２の二次側２”の間には、高圧熱交換器１に対する太陽熱の照射に関係なく、圧力差が生じる。この圧力差がまた、空気圧シリンダ５のピストン及び圧縮機４０のピストンを移動させる。
【００１８】
ブレーキエネルギーの回収が、ガス圧縮機２１にブレーキの機械的エネルギーを与えることによって実施される。その他にも再生可能な形態のエネルギー２３、例えば風力エネルギー、によってガス圧縮機２１を駆動することができる。圧縮機２１は新しい空気を吸入し、これを圧縮空気として配管２０及び逆止弁２４を介して高圧熱交換器１の一次側１’から蓄圧器１１へと供給する。圧縮機２１の圧縮熱は、圧縮空気が蓄圧器１１内に供給されて蓄えられる前に、高圧熱交換器１の一次側１’を加熱する。高圧熱交換器１における一次側１’から二次側１”への熱伝達により、上述のように、高圧熱交換器１及び２の二次側１”、２”の間に圧力差が発生する。
【００１９】
高圧熱交換器２の追加的な冷却のために、風、即ち車両の移動による風、が高圧熱交換器２の冷却体２'''上に案内される。
【００２０】
高圧熱交換器１、２を適宜のサイズに形成することにより、これを車両の客室内の暖房又は冷房用に用いることも可能である。予熱器４１により吸入空気の予熱を行う場合は、所望の効果を達成するために、この予熱を太陽熱の照射領域において実施すべきである。圧縮機４０、ポンプ６及び蓄圧器１１は、最近の車両において見られるようなセット化された形態において設けることができる。車両の駆動装置としては、圧縮空気モータ又はタービンによる既存の駆動トレインによる中央方式か又は直接的に車輪ボスを駆動する局所方式とすることができる。
【００２１】
この太陽エネルギー利用装置はまた、例えば建物屋根における静止運転にも適している。回収されたエネルギーは、局所的に蓄えることができ、電気供給網に供給する必要性はない。
【００２２】
風力発電装置において、これに適するように形成されたガス圧縮機２１を使用することにより、効率を上げることが可能であり、また、突風や強風の場合でもこれを利用することができる。どちらの方向の回転も妨げとなることなくガス圧縮機２１を作動させることができる。圧縮熱は、高圧熱交換器１、２の１つ又は複数のものにおいて同時的に使用することができる。対応する蓄圧器１１により、エネルギーを局所に蓄えることが可能である。蓄えられたエネルギーは、必要に応じてピークロードを補うために用いることができる。これはまた、小型の風力発電所の経済的な運転を可能とする。
【００２３】
高圧熱交換器を使用することにより、発電所、機械装置、等からの残留熱を経済的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】高圧熱交換器を有する本発明による太陽エネルギー利用装置の実施の形態を示す略式図。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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