JP2013224648A

JP2013224648A - 浮力回転装置

Info

Publication number: JP2013224648A
Application number: JP2012110016A
Authority: JP
Inventors: Kenji Mimura; 建治三村
Original assignee: MIM INTERNAT CO Ltd; MIM INTERNATIONAL CO Ltd
Current assignee: MIM INTERNAT CO Ltd; MIM INTERNATIONAL CO Ltd
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2013-10-31

Abstract

【課題】現在、電気は、大規模な発電施設で発電するか、工場、等での自家発電、各家庭、等での個別の小規模発電で作られているが、大規模発電である原子力は事故時の被害の甚大さや核燃料廃棄物処理の問題、火力や天然ガスはＣＯ２を排出し、水力及び、地熱、太陽熱、太陽光、風力、等の再生可能エネルギーは規模や建設場所等の問題がある。工場、等の自家発電も、ＣＯ２排出や燃料価格の変動、等の問題があり、各家庭での太陽光、風力、等の再生可能エネルギー利用は、共に気候に左右され不安定であり、また規模も限られる。また今後の地球環境の悪化や、国内外のエネルギー問題も深刻度を増しているため、再生可能エネルギー利用を促進する必要が有る。
【解決手段】再生可能エネルギー利用を促進するために、容積可変式の浮力体に、形状記憶合金スプリング及びバイアススプリングを取り付け、現在発電用としてあまり利用されていない工場排熱、温泉、等の１００℃以下の低温の熱源や冷却水、温液、温風、冷液、冷風及び高効率ヒートポンプで作られた温水、冷水、等の熱エネルギーにより、形状記憶合金の相変態を利用して形状記憶合金スプリングを作動させ、浮力体の容積を増減させて浮力の不均衡を生じさせ、その浮力体を、回転体の外周部に複数個配置し、その回転体の一部を液体に没する様に設置し、浮力体の浮力の不均衡を利用して、回転体を回転させ、その運動エネルギーを利用して発電する装置を考案した。

Description

本発明は、形状記憶合金スプリング及びバイアススプリングを取り付けた容積可変式の浮力体を回転体の外周部に複数個配置し、その回転体の一部を液体に没する様に設置し、その浮力体の容積を増減させるために、形状記憶合金スプリングを、温液、温風、冷液、冷風、等の熱エネルギーによる形状記憶合金の相変態を利用して作動させ、バイアススプリングとのバネ力の差により生じる浮力体の容積の増減による浮力の不均衡を利用して、回転体を回転させ、その運動エネルギーを利用して発電する装置に関するものである。

従来、浮力を運動エネルギーに変換して発電を行う装置の案は、多数存在するが、どれも実現するには問題がある物が多かった。

工場排熱、温泉等の、１００℃以下の低温の熱源は多く存在し、その熱源をエネルギーとして利用する取り組みが研究されており、バイナリー発電や熱伝素子、スターリングエンジン等がある。

近年、ヒートポンプは技術の進歩により効率が向上しており、省電力で温水を作る事が可能になった。

形状記憶合金を熱エネルギーにより固体（オーステナイト）から固体（マルテンサイト）へ相変態させる事により運動エネルギーを生み出し、それを利用した種々の発電装置はあるが、小規模で実験的な物が多い。

特開２０１１−１８８６５４特開２００５−７６５５８

本発明は、形状記憶合金スプリング及びバイアススプリングを取り付けた容積可変式の浮力体を回転体の外周部に複数個配置し、その回転体の一部を液体に没する様に設置し、その浮力体の容積を増減させるために、形状記憶合金スプリングを、温液、温風、冷液、冷風、等の熱エネルギーによる形状記憶合金の相変態を利用して作動させ、バイアススプリングとのバネ力の差により生じる浮力体の容積の増減による浮力の不均衡を利用して、回転体を回転させ、その運動エネルギーを利用して発電する装置である。

現在、電気は、大規模な発電施設で発電するか、工場、等での自家発電、各家庭、等での個別の小規模発電で作られているが、大規模発電である原子力は事故時の被害の甚大さや核燃料廃棄物処理の問題、火力や天然ガスはＣＯ２を排出し、水力及び、地熱、太陽熱、太陽光、風力、等の再生可能エネルギーは規模や建設場所、等の問題がある。
工場、等の自家発電も、ＣＯ２排出や燃料価格の変動、等の問題があり、各家庭での太陽光、風力、等の再生可能エネルギー利用は、共に気候に左右され不安定であり、また規模も限られる。

前記課題を解決するためには、再生可能エネルギーの利用を促進する必要がある。本発明は工場排熱、排温水、排冷却水、温泉、温液、温風、冷液、冷風、等の熱エネルギーを利用してそれを運動エネルギーに変え発電する装置であり、新しい再生可能エネルギーとして有用である。

本発明は浮力による回転エネルギーを利用する為、気候に左右されることなく一年中２４時間安定稼働が可能な発電装置であり、なおかつ高効率ヒートポンプと組み合わせ、その温水、冷水を利用すれば、各家庭で使用できる自己完結型の発電機となる可能性がある。

以下、本発明による発電装置を図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１に示す実施の形態に基づいて説明する。

図１、図５において浮力体２，３，４及びＯリング１１と吸排気口９で容積可変浮力体を構成し、容積可変浮力体に取り付けたバイアススプリング８と、浮力体４とケースＡ６に取り付けた形状記憶合金スプリング５により浮力体２，３，４の容積を増減させる。

図１、図６において浮力体２，３，４は、形状記憶合金スプリング５とバイアススプリング８のバネ力の差で容積を増減させる。形状記憶合金の変態温度より低い温度の時は、バイアススプリング８のバネ力が形状記憶合金スプリング５のバネ力に勝るため浮力体２，３，４の容積は減少し、形状記憶合金の変態温度より高い温度の時は、形状記憶合金スプリング５のバネ力がバイアススプリング８のバネ力に勝るため浮力体２，３，４の容積は増加する。

図５、図１０において浮力体２，３，４は、形状記憶合金スプリング５とバイアススプリング８のバネ力の差で容積を増減させる。形状記憶合金の変態温度より高い温度の時は、形状記憶合金スプリング５のバネ力がバイアススプリング８のバネ力に勝るため浮力体２，３，４の容積は減少し、形状記憶合金の変態温度より低い温度の時は、バイアススプリング８のバネ力が形状記憶合金スプリング５のバネ力に勝るため浮力体２，３，４の容積は増加する。

図１、図４、図５においてケースＡ６とケースＢ１及びカム１５がボール７を制御し、ボール７は浮力体２，３，４の容積の増減を規制している。回転体１３が回転することにより、カム１５によってケースＢ１が回転し、ボール７が図４のＡ，Ｂの範囲で解除されると、ボール７は浮力体２，３，４と形状記憶合金スプリング５を解放し容積の増減が可能になる。続いて図４のＣ，Ｄの範囲で浮力体２，３，４は、ボール７によりロックされ、容積の変化が不可能になる。

図１、図２、図３、図４において浮力体２，３，４は、容積が減少しロックされた図４のＣの範囲の状態で図４のＤの範囲の、形状記憶合金の変態温度より高い温度の温液面下に入ると、形状記憶合金スプリング５とバイアススプリング８のバネ力の差により膨張する力が働くが、図４のＤの範囲では浮力体２，３，４と形状記憶合金スプリング５が、ケースＡ６とケースＢ１とボール７及びカム１５によりロックされており浮力体２，３，４の容積が増加しない。しかし図４のＡの範囲では浮力体２，３，４と形状記憶合金スプリング５が、ケースＡ６とケースＢ１とボール７及びカム１５により解放され、浮力体２，３，４の容積は形状記憶合金スプリング５がバイアススプリングのバネ力と液圧に打ち勝って増加し液中での浮力を増大させる。そのため回転体１３に浮力の不均衡が生じて回転し、続いて図４のＢの範囲で形状記憶合金の変態温度より低い温度の、冷風及び冷液、等で形状記憶合金スプリング５を冷却することによりバネ力が減少して、浮力体２，３，４はバイアススプリングのバネ力により容積は減少し、その後図４のＣの範囲でロックされ、液面下の図４のＤの範囲に入り回転を続ける。その回転力により発電機１６を回転させ発電する。

図２、図３、図４、図５において浮力体２，３，４は、容積が減少しロックされた図４のＣの範囲の状態で図４のＤの範囲の、形状記憶合金の変態温度より低い温度の冷液面下に入ると、形状記憶合金スプリング５とバイアススプリング８のバネ力の差により膨張する力が働くが、図４のＤの範囲では浮力体２，３，４と形状記憶合金スプリング５が、ケースＡ６とケースＢ１とボール７及びカム１５によりロックされており浮力体２，３，４の容積が増加しない。しかし図４のＡの範囲では浮力体２，３，４と形状記憶合金スプリング５が、ケースＡ６とケースＢ１とボール７及びカム１５により解放され、浮力体２，３，４の容積はバイアススプリング８が形状記憶合金スプリング５のバネ力と液圧に打ち勝って増加し液中での浮力を増大させる。そのため回転体１３に浮力の不均衡が生じて回転し、続いて図４のＢの範囲で形状記憶合金の変態温度より高い温度の、温風及び温液、等で形状記憶合金スプリング５を加熱することによりバネ力が増加して、浮力体２，３，４は圧縮されて容積は減少し、その後図４のＣの範囲でロックされ、液面下の図４のＤの範囲に入り回転を続ける。その回転力により発電機１６を回転させ発電する。

図６、図１０において浮力体２，３，４とＯリング１１と吸排気口９及びジョイント２７で容積可変浮力体を構成し、ジョイント２６とジョイント２７に取り付けて、配管２５の内部に配置された形状記憶合金スプリング５と、浮力体２，３，４に取り付けたバイアススプリング８とのバネ力の差で容積を増減させる。形状記憶合金スプリング５を動作させるのに使用する温液、温風及び冷液、冷風は吸気、吸液管２３から入りロータリーバルブ２１、バルブケース２０、配管２５、及びジョイント２６、ジョイント２７、バルブケース２０、ロータリーバルブ２１を通り排気、排液管２４より排出または、循環される。

図６、図７、図８、図９においてロータリーバルブ２１は吸気、吸液管２３及び排気、排液管２４と共に支持脚１４に固定され、バルブケース２２が回転体１３と共に回転する。ロータリーバルブ２３のＡの範囲では形状記憶合金の変態温度より高い温度の、温液、温風が配管２５、及びジョイント２６、ジョイント２７に送られ、配管２５内に配置された形状記憶合金スプリング５が加熱されバネ力が増加し、浮力体２，３，４に取り付けられたバイアススプリング８のバネ力と液圧に打ち勝って、浮力体２，３，４の容積は増加し液中での浮力を増大させる。続いてロータリーバルブ２１のＢの範囲では形状記憶合金の変態温度より低い温度の、冷液、冷風が配管２５、及びジョイント２６、ジョイント２７に送られ、配管内に配置された形状記憶合金スプリング５が冷却されて、バネ力がバイアススプリング８のバネ力より弱くなるため、浮力体２，３，４の容積は減少する。そのため液中での回転体１３の浮力の不均衡が生じて回転し、その回転力により発電機１６を回転させ発電する。

図７、図８、図９、図１０においてロータリーバルブ２１は吸気、吸液管２３及び排気、排液管２４と共に支持脚１４に固定され、バルブケース２０が回転体１３と共に回転する。ロータリーバルブ２１のＡの範囲では形状記憶合金の変態温度より低い温度の、冷液、冷風が配管２５及びジョイント２６、ジョイント２７に送られ、配管２５内に配置された形状記憶合金スプリング５が冷却されバネ力が減少し、浮力体２，３，４に取り付けられたバイアススプリング８のバネ力が形状記憶合金スプリング５のバネ力と液圧に打ち勝って、浮力体２，３，４の容積は増加し液中での浮力を増大させる。続いてロータリーバルブ２１のＢの範囲では形状記憶合金の変態温度より高い温度の、温液、温風が配管２５、及びジョイント２６、ジョイント２７に送られ、配管内に配置された形状記憶合金スプリング５が加熱されて、バネ力がバイアススプリング８のバネ力より強くなるため、浮力体２，３，４は圧縮され容積は減少する。そのため液中での回転体１３に浮力の不均衡が生じて回転し、その回転力により発電機１６を回転させ発電する。

図１１においてヒートポンプと浮力回転装置の関係図を表す。ヒートポンプ内で低温熱媒液は、蒸発器で熱源から熱を奪いながら蒸発し、低温冷媒ガスになり、次に圧縮器で圧縮され、高温高圧ガスになり、続いて凝縮器で温液に熱を放出して冷却され、凝縮液になり、最後に膨張弁で減圧、減温され、低温熱媒液に戻り再び蒸発器に入る。浮力回転体で使用する温液はヒートポンプ内の凝縮器で加熱される。また浮力回転体で使用する冷液はヒートポンプ内の蒸発器で冷却される。

浮力体の構造を示す分解図Ａ乃至回転体の全体図Ａカム構造及び作動範囲図浮力体の構造を示す分解図Ｂ浮力体の構造を示す分解図Ｃ乃至回転体の全体図Ｂロータリーバルブの構造及び作動範囲図浮力体の構造を示す分解図Ｄヒートポンプ構造及び回転体との関係図

１・・・ケースＢ、２・・・浮力体Ａ、３・・・浮力体Ｂ、４・・・浮力体Ｃ、５・・・形状記憶合金スプリング、６・・・ケースＡ、７・・・ボール、８・・・バイアススプリング、９・・・吸排気管１０・・・カラー、１１・・・Ｏリング、１２・・・ネジ、１３・・・回転体、１４・・・支持脚、１５・・・カム、１６・・・発電機、１７・・・軸、１８・・・保持金具、１９・・・ロックピン、２０・・・バルブケース、２１・・・ロータリーバルブ、２２・・・オイルシール、２３・・・吸気、吸液管、２４・・・排気、排液管、２５・・・配管、２６・・・ジョイントＡ、２７・・・ジョイントＢ、２８・・・ギヤ、

Claims

容積可変式の浮力体に、形状記憶合金スプリング及びバイアススプリングを取り付け、温液、温風、冷液、冷風、等の熱エネルギーによる形状記憶合金の相変態を利用して形状記憶合金スプリングを作動させ、浮力体の容積を増減させて浮力の不均衡を生じさせる。その浮力体を、回転体の外周部に複数個配置し、その回転体の一部を液体に没する様に設置し、浮力体の浮力の不均衡を利用して、回転体を回転させる装置。
容積可変式の浮力体に、形状記憶合金スプリング及びバイアススプリングを取り付け、温液、温風、冷液、冷風、等の熱エネルギーによる形状記憶合金の相変態を利用して形状記憶合金スプリングを作動させ、浮力体の容積を増減させて浮力の不均衡を生じさせる。その浮力体を、回転体の外周部に複数個配置し、その回転体の一部を液体に没する様に設置し、浮力体の浮力の不均衡を利用して、回転体を回転させ、その運動エネルギーを利用して発電する装置。
回転体が回転時に不均衡な回転力が発生しないようにするために、回転体の重量バランスを考慮して、浮力体を配置し、その浮力を利用して、回転体を回転させ発電する装置。
容積可変式の浮力体を外周部に複数個配置した回転体の、回転角度の変化で発生する浮力の増減による、回転力の変動を低減するために、回転体と平行に複数列、位相をもって浮力回転体を連結した装置。
容積可変式の浮力体に、形状記憶合金スプリング及びバイアススプリングを取り付け、温液、冷液、冷風、等の熱エネルギーによる形状記憶合金の相変態を利用して形状記憶合金スプリングを作動させ、浮力体の容積を増減させて浮力の不均衡を生じさせる。その浮力体を、回転体の外周部に複数個配置し、その回転体の一部を温液に没する様に設置し、没した形状記憶合金スプリングを、変態温度より高い温度の温液の熱エネルギーにより作動させる。形状記憶合金スプリングの変態温度より低い温度の冷却液及び冷却風で、温液に没していない形状記憶合金スプリングを冷却し作動させ、浮力体の浮力の不均衡を発生させ、回転体を回転させ、その運動エネルギーを利用して発電する装置。
容積可変式の浮力体に、形状記憶合金スプリング及びバイアススプリングを取り付け、温液、温風、冷液、等の熱エネルギーによる形状記憶合金の相変態を利用して形状記憶合金スプリングを作動させ、浮力体の容積を増減させて浮力の不均衡を生じさせる。その浮力体を、回転体の外周部に複数個配置し、その回転体の一部を冷液に没する様に設置し、没した形状記憶合金スプリングを、変態温度より低い温度の冷液で冷却し作動させる。形状記憶合金スプリングの変態温度より高い温度の温液及び温風の熱エネルギーで、冷液に没していない形状記憶合金スプリングを作動させ、浮力体の浮力の不均衡を発生させ、回転体を回転させ、その運動エネルギーを利用して発電する装置。
容積可変式の浮力体に、形状記憶合金スプリング及びバイアススプリングを取り付け、温液、温風、冷液、冷風、等の熱エネルギーによる形状記憶合金の相変態を利用して形状記憶合金スプリングを作動させ、浮力体の容積を増減させて浮力の不均衡を生じさせる。その浮力体を、回転体の外周部に複数個配置し、その回転体の一部を液体に没する様に設置する。形状記憶合金スプリングを容積可変の配管の中に配置し、配管内に切り替え式弁（ロータリーバルブ等）を配置して、浮力体の浮力の不均衡を発生させる様に、温液、温風、冷液、冷風、等を循環式または解放式で流して、形状記憶合金スプリングを伸縮作動させ、回転体を回転させ、その運動エネルギーを利用して発電する装置。
容積可変式の浮力体に、形状記憶合金スプリング及びバイアススプリングを取り付け、温液、温風、冷液、冷風、等の熱エネルギーによる形状記憶合金の相変態を利用して形状記憶合金スプリングを作動させ、浮力体の容積を可変させて浮力の不均衡を生じさせる。その浮力体を、回転体の外周部に複数個配置し、その回転体の一部を液体に没する様に設置し、浮力体の浮力の不均衡を利用して、回転体を回転させ、その運動エネルギーを利用して発電する装置において、使用するバイアススプリングは、ストロークに対して、スプリング力の変化が少ないぜんまいばね、及び定荷重渦巻ばねを使用する。
容積可変式の浮力体に、形状記憶合金スプリング及びバイアススプリングを取り付け、温液、温風、冷液、冷風、等の熱エネルギーによる形状記憶合金の相変態を利用して形状記憶合金スプリングを作動させ、浮力体の容積を増減させて浮力の不均衡を生じさせる。その浮力体を、回転体の外周部に複数個配置し、その回転体の一部を液体に没する様に設置し、浮力体の浮力の不均衡を利用して、回転体を回転させ、その運動エネルギーを利用して発電する装置において、浮力体の吸排気口が各々独立し、吸排気口が常時液面より上になる様に配置した、大気解放式の吸排気機構。
容積可変式の浮力体に、形状記憶合金スプリング及びバイアススプリングを取り付け、温液、温風、冷液、冷風、等の熱エネルギーによる形状記憶合金の相変態を利用して形状記憶合金スプリングを作動させ、浮力体の容積を増減させて浮力の不均衡を生じさせる。その浮力体を、回転体の外周部に複数個配置し、その回転体の一部を液体に没する様に設置し、浮力体の浮力の不均衡を利用して、回転体を回転させ、その運動エネルギーを利用して発電する装置において、各々の浮力体の吸排気口を連結した、大気解放式及び、密閉循環式の吸排気機構。
容積可変式の浮力体を外周部に複数個配置した回転体の、回転角度の変化で発生する浮力の増減による、回転時の浮力の変動を低減するために、回転体と平行に複数列、位相をもって浮力回転体を連結した装置において、浮力体の容積を可変させるための形状記憶合金スプリングの片方を浮力体の隙間を利用して回転体に固定し、もう片方を対面する位相側の浮力体に固定する事により、スプリングの全長を確保する構造。
容積可変式の浮力体に、形状記憶合金スプリング及びバイアススプリングを取り付け、温液、温風、冷液、冷風、等の熱エネルギーによる形状記憶合金の相変態を利用して形状記憶合金スプリングを作動させ、浮力体の容積を増減させて浮力の不均衡を生じさせる。その浮力体を、回転体の外周部に複数個配置し、その回転体の一部を液体に没する様に設置し、浮力体の浮力の不均衡を利用して、回転体を回転させ、その運動エネルギーを使用して発電する装置に、高効率のヒートポンプを組み合わせ、発電した電力の一部を利用して、温液、温風、冷液、冷風、等を作り、利用する複合型の発電装置。