(57)【要約】【課題】本発明は、既に貯蔵タンク等に貯えられた圧縮気体をもとに、ボルテックスチューブに圧縮気体を供給して高温の暖気と低温の冷気に分離させる。分離した冷気と暖気を用いて熱発電素子を冷却及び加熱して発電を行なわせる。ボルテックスチューブで得られた暖気と冷気をもとに温度差による熱エネルギーを運動エネルギーに変換するスターリングエンジンを用いて、得られた動力で発電機を動かして発電することの提供を目的とする。【解決手段】上記目的を達成するために本発明の圧縮気体式温度差発電装置は、温度差を生み出すためにボルテックスチューブを用いることを特徴としている。【選択図】図１
2013158228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧以上に圧縮された圧縮気体を供給する圧縮気体供給手段と、気体供給口から供給された供給気体温度℃の供給気体を前記供給気体温度℃超える高温気体温度℃の高温気体及び前記供給気体温度℃未満の低温気体温度℃の低温気体に分離して、前記高温気体は暖気吐出口から吐き出すこと及び前記低温気体は冷気吐出口から吐き出すボルテックスチューブと、高温部導体及び低温部導体の双方の間に温度差を与えることで熱エネルギーを電気エネルギーに変換するゼーベック効果を有する熱電変換素子を備え、前記ボルテックスチューブの前記低温気体をもとに前記熱電変換素子の前記低温部導体を冷却すること及び前記ボルテックスチューブの前記高温気体をもとに前記熱電変換素子の前記高温部導体を加熱することのいずれか一方あるいは両方を行うことで発電する圧縮気体式温度差発電装置。
【請求項２】
大気圧以上に圧縮された圧縮気体を供給する圧縮気体供給手段と、気体供給口から供給された供給気体温度℃の供給気体を前記供給気体温度℃超える高温気体温度℃の高温気体及び前記供給気体温度℃未満の低温気体温度℃の低温気体に分離して、前記高温気体は暖気吐出口から吐き出すこと及び前記低温気体は冷気吐出口から吐き出すボルテックスチューブと、密閉されたシリンダー内の作動気体を熱エネルギーの冷却熱源で冷却及び加熱熱源で加熱することでピストンを動かして運動エネルギーに変換するスターリングエンジンと、発電機を備え、前記ボルテックスチューブの前記低温気体を前記スターリングエンジンの前記冷却熱源及び前記高温気体を前記加熱熱源のいずれか一方あるいは両方に用いることで前記ピストンが動き発生した動力を前記発電機の動力源とすることで発電する圧縮気体式温度差発電装置。
【請求項３】
前記圧縮気体供給手段は、気体圧縮機、圧縮気体貯蔵タンク、圧縮気体貯蔵槽、圧縮気体貯蔵建造物のいずれか１つ、あるいは２つか３つか４つを備えた請求項１又は２に記載の圧縮気体式温度差発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、貯蔵された圧縮気体を冷気と暖気に分離させて生じる温度差の熱エネルギーを利用した発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  加熱媒体と冷却媒体の温度差による熱エネルギーを用いて発電する装置において、特許文献１では、エンジンから排出される高温の排気ガスを排気貯留室に貯めて加熱媒体とする。冷却媒体である冷却空気は、エンジンの動力でコンプレッサーを駆動して圧縮空気を作りボルテックスチューブに供給されて冷気と暖気に分離する。分離された暖気は大気中に放出して廃棄するが、冷気は冷気貯留部に導いて冷却媒体とする。そして熱発電素子の高温導体には高温の排気ガスを臨ませて加熱する。熱発電素子の低温導体には冷却空気を望ませて冷却する。これにより熱発電素子に温度差が生じることで発電する。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許公開２００９−２９６６８６号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  特許文献１にでは、熱発電素子への加熱媒体を排気ガスとしている。冷却媒体はエンジンと連動したコンプレッサーで作られる圧縮空気をもとにボルテックスチューブに供給して分離された冷却空気としている。一方、分離した高温空気は利用されずに大気中に廃棄されている。当然にエンジンの停止時は高温の排気ガスの排出が止まると共に、コンプレッサーも停止してボルテックスチューブへの圧縮空気の供給も停止する。これに伴い冷却空気と排気ガスの供給が途絶えて熱発電素子の発電が出来ない。熱発電素子による発電にはエンジンの稼動が必要条件となる。またエンジンの燃料が無くなれば稼動できない。【０００５】  そこで本発明は、既に貯蔵タンク等に貯えられた圧縮気体をもとに、ボルテックスチューブに圧縮気体を供給して高温の暖気と低温の冷気に分離させる。分離した冷気で熱発電素子の低温導体を冷却すると共に、分離した暖気で熱発電素子の高温導体を加熱することで発電を行なわせる。これにより事前に貯蔵タンク等に圧縮空気を貯えておけばエンジンの必要としない。また貯蔵タンク等への気体の貯蔵は、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーで得られた電力又は商用電力でコンプレッサーを稼動させて圧縮気体を作り貯蔵タンクに貯める。これにより商用電力の停電時や太陽光発電や風力発電が停止状態において発電が可能となる。他にボルテックスチューブで得られた暖気と冷気をもとに温度差による熱エネルギーを運動エネルギーに変換するスターリングエンジンを用いて、得られる動力で発電機を動かして発電する圧縮気体式温度差発電装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記目的を達成するために本発明の圧縮気体式温度差発電装置は、大気圧以上に圧縮された圧縮気体を供給する圧縮気体供給手段と、気体供給口から供給された供給気体温度℃の供給気体を供給気体温度℃超える高温気体温度℃の高温気体及び供給気体温度℃未満の低温気体温度℃の低温気体に分離して、高温気体は暖気吐出口から吐き出すこと及び低温気体は冷気吐出口から吐き出すボルテックスチューブと、高温部導体及び低温部導体の双方の間に温度差を与えることで熱エネルギーを電気エネルギーに変換するゼーベック効果を有する熱電変換素子を備え、ボルテックスチューブの低温気体をもとに熱電変換素子の低温部導体を冷却すること及びボルテックスチューブの高温気体をもとに熱電変換素子の高温部導体を加熱することのいずれか一方あるいは両方を行うことで発電することを特徴としている。【０００７】  大気圧以上に圧縮された圧縮気体を供給する圧縮気体供給手段と、気体供給口から供給された供給気体温度℃の供給気体を前記供給気体温度℃超える高温気体温度℃の高温気体及び前記供給気体温度℃未満の低温気体温度℃の低温気体に分離して、高温気体は暖気吐出口から吐き出すこと及び低温気体は冷気吐出口から吐き出すボルテックスチューブと、密閉されたシリンダー内の作動気体を熱エネルギーの冷却熱源で冷却及び加熱熱源で加熱することでピストンを動かして運動エネルギーに変換するスターリングエンジンと、発電機を備え、ボルテックスチューブの低温気体をスターリングエンジンの冷却熱源及び高温気体を加熱熱源のいずれか一方あるいは両方に用いることでピストンが動き発生した動力を発電機の動力源とすることで発電することを特徴としている。【０００８】  圧縮気体供給手段は、気体圧縮機、圧縮気体貯蔵タンク、圧縮気体貯蔵槽、圧縮気体貯蔵建造物のいずれか１つ、あるいは２つか３つか４つを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】  本発明によって、事前に貯蔵タンク等に貯えられた圧縮気体で発電をすることが出来る。これにより太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーで得られた電力又は商用電力が途絶えても発電が出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】は、熱電変換素子を用いた圧縮気体式温度差発電装置の実施例を示す図である。
【図２】は、ボルテックスチューブの概要を示す図である。
【図３】は、ボルテックスチューブの構造の概要を示す図である。
【図４】は、スターリングエンジンを用いた圧縮気体式温度差発電装置の実施例を示す図である。
【図５】は、スターリングエンジンの概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】  以下、本発明の圧縮気体式温度差発電装置を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１２】  図１は、熱電変換素子を用いた圧縮気体式温度差発電装置の実施例を示す図である。空気などを圧縮又は液化して貯蔵している圧縮気体貯蔵タンク１０や気体圧縮機（コンプレッサー）１１からの圧縮気体１２を、ボルテックスチューブ１３の供給口１４に供給することで、圧縮気体１２は高温気体１７と低温気体１８に分離されて暖気吐出口１６及び冷気吐出口１５から吐き出される。高温気体１７は熱電変換素子２０の高温部導体２１を加熱する。低温気体１８は熱電変換素子２０の低温部導体２２を冷却する。この温度差による熱エネルギーを熱電変換素子２０が電気エネルギーに変換して直流電力２３で出力する。熱電変換素子２０は、高温部導体２１と低温部導体２２とに温度差を与えると電圧が生じるゼーベック効果を有する金属や半導体などで構成されて熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子である。
【実施例２】
【００１３】  図２は、ボルテックスチューブの概要を示す図である。ボルテックスチューブは、供給口３１から供給された供給気体３０の温度より高温の高温気体３５と、低温の低温気体３４とに分離して、高温気体３５は暖気吐出口３３から吐き出し、低温気体３４は冷気吐出口３２から吐き出す機能を有する。低温気体３４の温度の調整は、暖気吐出口３３から吐き出される高温気体３５の流量を流量調整弁等で制御することで行なう。低温気体３４の温度の低温気体温度℃を制御する温度範囲は、供給気体３０の流入量が一定のもとにおいて、供給気体３０の供給気体温度℃から０℃超え７５℃以下である一点の引数温度℃を減算した差の範囲が低温気体温度℃として制御される。ただし低温気体温度℃は低温気体３４が液化する液化温度℃を超える範囲内である。【００１４】  図３は、ボルテックスチューブの構造の概要を示す図である。供給された供給気体４０は旋回流４６と成りながらボルテックスチューブの中を移動している間で高温気体４４と低温気体４５とに分離されて暖気吐出口４２及び、冷気吐出口４３から吐き出される。内部の流量調整弁４１で高温気体４４の吐き出し流量を制御することで、低温気体４５の温度の制御を行う機能を有している。流量調整弁４１を備えていないボルテックスチューブでは高温気体４４の吐き出し経路に流量調整弁等を設けて温度を制御する。
【実施例３】
【００１５】  図４は、スターリングエンジンを用いた圧縮気体式温度差発電装置の実施例を示す図である。空気である圧縮気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵タンク５４からの圧縮気体はボルテックスチューブ５０の供給口５１に供給する。ボルテックスチューブ５０に供給された圧縮気体は、高温気体５６と低温気体５５に分離されて暖気吐出口５３及び、冷気吐出口５２から吐き出される。高温気体５６はスターリングエンジン５９の高温熱源として作動気体を加熱する。低温気体５５低温熱源として作動気体を冷却する。この温度差による熱エネルギーが運動エネルギーに変換されて動力として発電機５７を稼動させる。発電機５７からは電力５８として出力する。出力される電力５８は、発電機５７が直流発電機にあっては直流電力として出力する。また発電機５７が交流発電機の場合は交流電力として出力する。
【実施例４】
【００１６】  図５は、スターリングエンジンの概要を示す図である。ここでは２ピストン式スターリングエンジンで説明する。高温部ピストン６２がある高温部シリンダー６０と、低温部ピストン６３がある低温シリンダー６１とを再生熱交換器６６で繋ぎ、空間には作動気体６４で満たされている。高温部シリンダー６０内に存在する作動気体６４は外部からの高温熱源６７で加熱されることで膨張し高温部ピストン６２を押し下げると共に運動エネルギーがクランク６５に伝達されて動力６９となる。続いて高温部ピストン６２が上がると共に低温部ピストン６３が下がりながら、高温部シリンダー６０内に存在した高温の作動気体６４は再生熱交換器６６を通過する過程で高温の作動気体６４は低温熱源６８をもとに冷却されるとともに低温シリンダー６１へと送り込まれて充満する。下がりきった低温シリンダー６１は上がりながら高温部ピストン６２から移動してきた低温の作動気体６４を再生熱交換器６６に通過させながら高温部ピストン６２に送り込む。低温の作動気体６４は再生熱交換器６６を通過する過程で高温熱源６８をもとに加熱される。加熱された作動気体６４は膨張して高温部ピストン６２を押し下げる。これらの繰り返しで運動エネルギーを連続して生み出しクランク６５に伝達されて動力６９となる。スターリングエンジンの形式は２ピストン式に限らず他の形式でも有効である。本発明の圧縮気体式温度差発電装置は、この実施例に限定するものではない。
【符号の説明】
【００１７】  １０  圧縮気体貯蔵タンク
１１  気体圧縮機（コンプレッサー）
１２  圧縮気体
１３  ボルテックスチューブ
１４  供給口
１５  冷気吐出口
１６  暖気吐出口
１７  高温気体
１８  低温気体
２０  熱電変換素子
２１  高温部導体
２２  低温部導体
２３  直流電力
３０  供給気体
３１  供給口
３２  冷気吐出口
３３  暖気吐出口
３４  低温気体
３５  高温気体
４０  供給気体
４１  流量調整弁
４２  暖気吐出口
４３  冷気吐出口
４４  高温気体
４５  低温気体
４６  旋回流
５０  ボルテックスチューブ
５１  供給口
５２  冷気吐出口
５３  暖気吐出口
５４  圧縮気体貯蔵タンク
５５  低温気体
５６  高温気体
５７  発電機
５８  電力
５９  スターリングエンジン
６０  高温部シリンダー
６１  低温部シリンダー
６２  高温部ピストン
６３  低温部ピストン
６４  作動気体
６５  クランク
６６  再生熱交換器
６７  高温熱源
６８  低温熱源
６９  動力
【図１】
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【図２】
2013158228.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013158228.tif 000006
【図５】
2013158228.tif 000007