(57)【要約】【課題】温度差による冷媒の状態変化を継続的に動力として取り出すことを可能とする。【解決手段】加熱器に外部から加えた熱で冷媒が膨張する圧力を膨張機で動力として取出し、膨張した冷媒を冷却器で冷却し液化させ、膨張機で発生した動力で回転する移送機を用い加熱器へ冷媒を移送し継続的に動力を取り出せるようにする。移送機とは一定容積の冷媒をローターの回転により装置間で移動させる装置である。このローターの回転速度を制御することで高圧側と低圧側の冷媒の圧力及び圧力差を一定に保つことが出来る。また、同機構をヒートポンプに用い移送機により凝縮器側の冷媒を低圧の蒸発器側へ送り蒸発器内で膨張させ圧縮器の背圧として利用し運転効率を向上させる。【選択図】図１
2012127636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本装置は、外部から熱を加え冷媒を気化し膨張させる加熱器、動力を発生させる膨張機、冷媒を冷却し液化する冷却器、冷媒を冷却器から加熱器へ移送する移送機からなり、膨張機で発生させた動力で移送機を回転し膨張機で消費した冷媒を冷却器から加熱器へと送ることで加熱器と冷却器間の温度差を継続的に動力に変換する機関である。
本装置の特徴である移送機は収納容器と容器内で気密された気室を有する回転するローターからなり、冷却器で液化した冷媒を冷媒管から気室に受けとり膨張機で発生した動力により膨張機と連動しローターが回転することで膨張機の１サイクルの間に冷却器におくられた冷媒質量と同じ質量の冷媒を加熱器へ送る、送られた冷媒は重力により蒸発器内へ落下し気室には加熱器側の気化した冷媒が充填される。
この冷媒は冷却器側へと戻っていく過程で膨張機への連結管で圧力を下げ移送機の容器で冷却され、浮力により冷却器の液化した冷媒と入れ替わり冷却器で液化した後、再度移送機により加熱器へ送ることにより運転を継続する装置である。
【請求項２】
本装置は動力装置により駆動され冷媒を圧縮とする圧縮機、外部に熱を放出し冷媒の温度を下げる凝縮器、冷媒を凝縮器から蒸発器へ移送する移送機、冷媒が外部の熱を吸収する蒸発器からなり、移送機を圧縮機と連動して駆動し継続的に熱の運搬を行い膨張弁の代わりに移送機を使用することで、蒸発器内で冷媒が膨張する際の圧力を圧縮機の背圧として使用することを特徴とするヒートポンプで移送機は容器内で回転するローターの円周部両端にシリンダーを有し、両端部のシリンダーには片端のみに気室を形成するよう２個のピストンを両端に配し、ピストン間が連結され連動して動く構造となっている。
この気室は凝縮器で冷媒を受け取った後、圧縮機と連動し回転する移送機のローターによって蒸発器側へと送られ凝縮器と蒸発器間の圧力差により気室内の冷媒はピストンにより蒸発器内に押し出され、新たに凝縮器側に気室が形成され冷媒が充填される機構である。
【請求項３】
請求項１の膨張機、あるいは請求項２の圧縮機と移送機間の駆動軸に減速器を設け、膨張機あるいは圧縮機の１サイクルで加熱器から冷却器へ、あるいは凝縮器から蒸発器へ移動する冷媒質量に対し、移送機の気室容量を増やし減速器により角速度を減少させることで移送する冷媒質量を確保し、膨張機あるいは圧縮機１サイクルあたりの移送機の機械損失を低減させる機構
【請求項４】
請求項１の膨張機、あるいは請求項２の圧縮機と移送機間の駆動軸に変速機を設け加熱器から冷却器へ、あるいは蒸発器から凝縮器へ移動する冷媒の量が過剰、あるいは不足する状態となった場合、加熱器、冷却器あるいは蒸発器、凝縮器の圧力あるいは差圧の信号により過剰の場合は移送機の回転速度を速くし、不足の場合は回転速度を遅くすることで安定し運転を継続する機構
【請求項５】
請求項１の膨張機、あるいは請求項２の圧縮機を連結した駆動軸に動力伝達機と動力装置を設け、準備運転時に移送機への動力伝達を遮断し、移送機の回転を固定し、動力装置により膨張機を逆回転させ圧縮機として使用し加熱器と冷却器間にあらかじめ圧力差を発生させる、あるいは請求項２の圧縮機を動力装置により駆動し凝縮器、蒸発器間にあらかじめ圧力差を発生させる機構
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は熱力学を用い温度差から動力を得る機関及びヒートポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】熱力学による動力装置、ヒートポンプ装置に関しては過去に多くの特許文献が存在する。
特許文献１において２組のローターを用いて気体の圧縮膨張を同時に行い熱の移動を行う機関を考案しているが、この機関はローター両端部で放熱と熱吸収を継続的に行い熱を動力に変換、あるいは動力を用いて熱を運搬することができるが熱交換容器の構造とサイズに制約があり大容量化が難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２００９−２３７７１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】温度差による冷媒の状態変化を継続的に動力として取り出すことを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】加熱器に外部から加えた熱で冷媒が膨張する圧力を膨張機で動力として取出し、膨張した冷媒を冷却器で冷却し液化させ、膨張機で発生した動力で回転する移送機で加熱器へ冷媒を移送し継続的に動力を取り出す。
移送機とは一定容積の冷媒をローターの回転により装置間で移動させる装置である。
このローターの回転速度を制御することで高圧側と低圧側の冷媒の圧力及び圧力差を一定に保つことが出来る。
また、同機構をヒートポンプに用い移送機により凝縮器側の冷媒を低圧の蒸発器側へ送り蒸発器内で膨張させ圧縮器の背圧として利用し運転効率を向上させる。
【発明の効果】
【０００６】熱源間の温度差から動力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】請求項１の膨張機と移送機と各装置間を冷媒管による接続で示した構成図である。
【図２】請求項２のヒートポンプの圧縮機と移送機と各装置間を冷媒管による接続で示した構成図である。
【図３】請求項３、４の膨張機あるいは圧縮機と移送機の間の減速機、変速機、動力装置、動力伝達機の接続を示す構成図である。
【図４】請求項２の移送機のシリンダーとピストンの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】図１に示すように動力を発生させる膨張機、冷媒の熱を外部に放出する冷却器、冷却器から加熱器へ冷媒を移送する移送機、冷媒に外部から熱を加える加熱器間を冷媒管により接続し、図３に示すように膨張機と移送機間の駆動軸に減速機、変速機、駆動装置、動力伝達装置を設ける。
【０００９】図２に示すように冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒の熱を外部に放出する凝縮器、冷媒を凝縮器から蒸発器へ移送する移送機、冷媒に外部から熱を吸収する蒸発器間を冷媒管により接続し冷媒を循環し、図３に示すように圧縮機と移送機間の駆動軸に減速機、変速機、動力装置、動力伝達装置を設け動力装置で圧縮機に動力を与え、図４に示す移送機内の気室を圧縮機と連動して回転するローターと、凝縮器と蒸発器間の圧力差で作動するピストンで凝縮器から蒸発器へと冷媒を移送する。
【実施例】
【００１０】図１において冷却器２、加熱器３は容器の外部と容器内の冷媒間で熱の伝達を行うための容器である。膨張機１と移送機４の回転軸は等速あるいは図３（ａ）に示すように減速機１４、変速機１５を介して動力伝達装置１７を通して接続されている。
本発明は移送機４を用いる点にあるため膨張機１、減速機１４、変速機１５、動力装置１６、動力伝達機１７に関しては一般的解釈を適用し詳細な説明は省略する。【００１１】膨張機１が１回転する間に移送機４が回転することで冷却器２から加熱器３へ移送される冷媒の質量合計が膨張機１が１回転する間に加熱器１から冷却器２へ送られる冷媒の質量に等しくなるように気室５の容積を設ける。【００１２】運転開始前に準備運転として図３（ｂ）に示すように膨張機１と移送機４間の連結をクラッチ１８で断ち、膨張機１を動力装置１６を用いて逆回転させ冷却器２から加熱器３へ冷媒を圧送し圧力差を発生させる。【００１３】準備運転中は動力伝達機１７の固定装置１９で移送機４のローター７を停止させ、冷却器２と加熱器３間の冷媒の移動を遮断する。【００１４】運転を開始し加熱器３内で熱せられ高圧ガスとなった冷媒は膨張機１を矢印の方向へ回転させ膨張機１の回転軸に動力を発生させる。【００１５】膨張機１で仕事を行い、低圧ガスとなった冷媒は冷却器２で冷却され、液化し移送機４の気室５へと送られる。【００１６】移送機４は膨張機１の動力により回転し、冷却器２で液化した冷媒を加熱器３へ移送する。
移送機４の気室５にはローター６の回転を阻害する方向に圧力差が働かないため、回転に必要な動力は移送機４の機械損失のみである。【００１７】移送機４の回転を減速機１４で遅らせ気室５の大きさを減速比に比例し大きくすることで移送機４の機械損失を低減する。【００１８】膨張機１の駆動軸に変速機１５を加え移送機４の回転速度を変化させることで冷媒の移動量を変化させ冷却器２と加熱器３間の圧力で回転速度を制御し圧力差を維持する。【００１９】移送された冷媒は重力によって加熱器２内へと移動し加熱器内の熱によって膨張し膨張機１を駆動する。【００２０】移送機４の気室には加熱器側の高圧の冷媒が残された状態で回転し、連結管を通し膨張機１へ圧力を逃がされた後に冷却され冷却器へと戻される。【００２１】図２において凝縮器９、蒸発器１０は容器の外部と容器内の冷媒間で熱の伝達を行うための容器である。圧縮機８と移送機１１の回転軸は等速あるいは図３（ａ）に示すように減速機１４、変速機１５を介して動力伝達装置１７を通して接続されている。
本発明は移送機１１を用いる点にあるため圧縮機８、減速機１４、変速機１５、動力装置１６、動力伝達機１７に関しては一般的解釈を適用し詳細な説明は省略する。【００２２】圧縮機８が１回転する間に移送機１１が回転することで、凝縮器９から蒸発器１０へ移送される冷媒の質量合計が圧縮機１が１回転する間に、蒸発器１０から凝縮器９へ送られる冷媒質量に等しくなるように気室１２の容積を設ける。【００２３】運転開始前に準備運転として図３（ｂ）に示すように、圧縮機８と移送機１１間の連結をクラッチ１８で断ち、ローター１３の回転を固定装置１９で停止した状態で圧縮機８を動力装置１６を使用して蒸発器から凝縮器へ冷媒を圧送し圧力差を発生させておく。【００２４】圧縮機８で圧縮された気体は凝縮器９で熱を奪われ、移送機１１の凝縮器側と蒸発器側の圧力差によりピストン２４を押し下げローター１３内に形成される気室１２へと入っていく。ローター１３とローター収納容器の間の気密処理により凝縮器９と蒸発器１０間は絶縁されており冷媒の移動はローター１３の回転とピストン２４、２５により形成される気室１２で行う。【００２５】移送機１１の構造は図４（ａ）に示すようにローター１３とピストンユニット２２で構成される。【００２６】ローター１３は図４（ｃ）に示すように回転軸２１を中心に回転する円周の直径方向にシリンダー２６を有し、シリンダー内部にピストンユニット２２が収納される。【００２７】ピストンユニット２２は図４（ｂ）に示すように、１対のピストン２４とピストン２５と回転軸に対しスライドして作動する連結部２７からなり、ローターの直径より両端のピストンの間隔は気室１２を形成できるよう短くなっている。【００２８】ピストンユニット２２は圧力の高い凝縮器９と圧力の低い蒸発器１０間の圧力差で作動するがより確実に上下運動を行うため連結部２７に設けたガイドピン２３により移送機１１のローター１３の収納容器側に設けた軌道２０に沿って動作させ適切なタイミングで上下運動を行う。【００２９】ローターの回転に伴って蒸発器側のピストンはへと押し出され気室１２内の冷媒を蒸発器１０へ放出する。【００３０】低圧の蒸発器１０で急速に膨張した冷媒は熱を吸収したのち圧縮機８で凝縮器９へ送られ凝縮器９で熱を放出し、前述のサイクルで継続的に熱の移動を行う。【００３１】移送機１１は動力装置１６の動力により回転し、凝縮器９の冷媒を蒸発器１０へ移送する。
移送機１１の気室１２にはローター１３の回転を阻害する方向に圧力差が働かないため、回転に必要な動力は移送機１１の機械損失のみである。【００３２】移送機１１の回転を減速機１４で遅らせ気室１２の大きさを減速比に比例し大きくすることで移送機１１の機械損失を低減する。また位相をずらしてシリンダーの数を増設し必要な気室の容積をシリンダーの気筒数で分割しピストンユニット２２の台数を気筒数分増やすことでより滑らかな運転を行うことが出来る。【００３３】圧縮機８の駆動軸に変速機１５を加え、移送機１１の回転速度を変化させることで冷媒の移動量を変化させ凝縮器９と蒸発器１０間の圧力で回転速度を制御し圧力差を維持する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】温度差発電や排熱を利用した動力源として利用できる。
またヒートポンプ装置として空調用熱源装置、産業用冷凍器などに適用できる。
【符号の説明】
【００３５】  １      膨張機
２      冷却器
３      加熱器
４      移送機
５      気室
６      ローター
７      冷媒管
８      圧縮機
９      凝縮器
１０      蒸発器
１１      移送機
１２      気室
１３      ローター
１４      減速機
１５      変速機
１６      動力装置
１７      動力伝達機
１８      クラッチ
１９      固定装置
２０      軌道
２１      回転軸
２２      ピストンユニット
２３      ガイドピン
２４      ピストン
２５      ピストン
２６      シリンダー
２７      連結部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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