JP2015522113A - Method of converting environmental heat into mechanical energy and electricity - Google Patents

Abstract

高圧圧縮機（１５）及び蒸気エンジン（２０）は、環境温熱を機械的エネルギー及び電気に変換する方法（装置）の心臓部である。圧縮機（１５）は、環境温熱の集熱器として機能し、２つの熱源であるａ）圧縮空気の熱による正の熱源（温熱源）（１１）と、ｂ）圧縮空気の膨張による負の熱源（冷熱源）（４０）とを生成するように構成される。蒸気エンジン（２０）は、圧縮機（１５）に機械的に接続されていて、低沸点作動体による温熱源（１１）から冷熱源（４０）への熱移動によって、回転エネルギーを生成する。これにより、低沸点作動体は、液体状態から蒸気状態へ、そして再び戻るというように相変化する。低沸点作動体として、フレオン、アンモニア、エタンなどが使用される。回転エネルギーを生成する際に、装置は、電気、温熱、冷熱、蒸留水を生成することもでき、圧縮空気の形でエネルギーを貯蔵する。本方法は、炭化水素燃料の必要性を低減することに資する。【選択図】図１The high pressure compressor (15) and the steam engine (20) are the heart of a method (device) that converts ambient heat into mechanical energy and electricity. The compressor (15) functions as a collector for environmental heat, and is a positive heat source (heat source) (11) due to the heat of the compressed air that is two heat sources, and b) a negative due to expansion of the compressed air. A heat source (cold heat source) (40). The steam engine (20) is mechanically connected to the compressor (15) and generates rotational energy by heat transfer from the heat source (11) to the cold heat source (40) by the low boiling point operating body. As a result, the low boiling point operating body undergoes a phase change from the liquid state to the vapor state and back again. Freon, ammonia, ethane or the like is used as the low boiling point working body. In generating rotational energy, the device can also generate electricity, heat, cold, distilled water and store energy in the form of compressed air. This method helps reduce the need for hydrocarbon fuels. [Selection] Figure 1

Description

環境温熱を機械的エネルギー及び電気に変換する方法は、代替エネルギー論の分野に関するものであり、他の再生可能エネルギー源に比していくつかの利点を有し、さらには、いくつかの有用な機能を有する。   The method of converting environmental heat into mechanical energy and electricity is in the field of alternative energetics and has several advantages over other renewable energy sources, as well as some useful It has a function.

太陽電池及び風力発電機などの再生可能エネルギー源は、それらの使用において、かなりの制限がある。このため、太陽電池は、夜間は発電することができず、また、曇りの天候、暑い天候では、あるいは太陽を追尾して太陽電池パネルを回転させる手段がないことによって、発電量が著しく低下する。風力発電機は、一般的に、風がよく吹く場所に、すなわち海岸沿い、高台などで、居住地から離れた場所によく設置される。しかし、平穏な天候では、風力発電機は無用の高価な設備となる。従って、風力発電機は、風が穏やかに吹く場所、または突風がハリケーン級に達する場所に設置するのは有益ではない。   Renewable energy sources such as solar cells and wind power generators have considerable limitations in their use. For this reason, the solar cell cannot generate electricity at night, and the amount of power generation is significantly reduced in cloudy weather, hot weather, or because there is no means for rotating the solar cell panel by tracking the sun. . Generally, a wind power generator is often installed in a place where the wind blows well, that is, along a coast, on a hill, or the like, away from a residential area. However, in mild weather, wind generators are useless and expensive equipment. Therefore, it is not beneficial to install the wind power generator in a place where the wind blows gently or a gust of wind reaches the hurricane class.

太陽源及び風力源などの動力源のこのような制限の結果、それらのユーザは、電気を貯蔵しなければならないことになる。このため、それらは、多くの蓄電池を備えること、及び太陽電池の数を増やすこと、または風力発電機の出力を大きくすることが必要である。これらはすべて、設備及びそのメンテナンスの費用の大幅な増加につながり、さらには、回収期間を長引かせる。また、再生可能エネルギー用の上記設備は、大きな設置面積を必要とし、さらには、雹霰及び強い突風などの要素からほとんど保護されることなく、暴風雨で損傷されることがあり、さらには太陽電池パネル及び風力発電機の羽根が完全に破壊されることさえある。   As a result of such limitations of power sources such as solar and wind sources, their users will have to store electricity. For this reason, they need to have many accumulators and increase the number of solar cells or increase the output of the wind power generator. All of these lead to a significant increase in the cost of the equipment and its maintenance, and also prolong the recovery period. Also, the above facilities for renewable energy require a large installation area, and can be damaged by storms with little protection from elements such as hail and strong gusts. Panels and wind generator blades can even be completely destroyed.

同様に、地熱発電所も、それらによる発電コストは、掘削される井戸の深さに直接依存し、すなわちそのコストは高温層の深さに依存するので、特定の地域性に関係している。現状では、地熱発電所による発電コストは、火力発電所及び原子力発電所の発電コストを超えている。   Similarly, geothermal power plants are also associated with specific localities because the cost of power generation by them depends directly on the depth of the drilled well, i.e. the cost depends on the depth of the hot layer. At present, the power generation costs of geothermal power plants exceed the power generation costs of thermal power plants and nuclear power plants.

最近では、石油価格の高騰によって、バイオ燃料などの代替エネルギー源の開発が、ますます注目されている。米国は、２００７年に、まさにエネルギー安全保障法を可決し、バイオエタノールの生産を増加させることにより、１０年間でガソリン消費量を２０％削減するためのプログラムを策定した。しかしながら、バイオエタノールのエネルギー含量は、ガソリンのそれに比べて著しく低い。また、ガソリン需要が減少した場合には、高値の石油価格は、確実に下がることになる。こうして、より安価でエネルギー含量の大きい石油が、以前のように再びバイオ燃料と競合するようになる。   Recently, the development of alternative energy sources, such as biofuels, has received increasing attention due to soaring oil prices. In 2007, the United States just passed the Energy Security Act and formulated a program to reduce gasoline consumption by 20% in 10 years by increasing bioethanol production. However, the energy content of bioethanol is significantly lower than that of gasoline. Also, when gasoline demand decreases, high oil prices will surely fall. Thus, cheaper and higher energy oils will once again compete with biofuels as before.

Ｐｒｏｆ．Ｎ．Ｇｕｌｉａ著「Ｅｎｅｒｇｙ Ｃａｐｓｕｌｅ」Prof. N. "Energy Capsule" by Gulia Ｇ．Ａｌｅｋｓｅｅｖ編「Ｔｏｔａｌ Ｈｅａｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」教科書 モスクワ高等学校 １９８０年G. Textbook edited by Alekseev “Total Heat Engineering” Moscow High School 1980 「Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｆｏｒ Ｃｈｉｌｄｒｅｎ」２０００年版 １４巻「Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」“Encyclopedia for Children” 2000 edition, 14 volumes “Technology”

バイオ燃料の生産には、２つの重大な問題がある。まず第１に、その生産は、実際には獣類及び鳥類用の飼料作物である原料の栽培に大きな土地面積を必要とする。経済学者によると、バイオ燃料車の１回の燃料補給（１００リットル）に、約４５１ポンドのトウモロコシが必要となる。これは、「第三世界」の人間１人の約１年分の食料である。従って、バイオエタノール用に飼料作物の生産を増加させることは、世界の飢餓人口の増加につながる。   There are two major problems with biofuel production. First of all, its production actually requires a large land area for the cultivation of raw materials that are feed crops for animals and birds. According to economists, about 451 pounds of corn is needed for a single refueling (100 liters) of a biofuel vehicle. This is about a year's worth of food for one “third world” person. Therefore, increasing the production of forage crops for bioethanol leads to an increase in the world's hungry population.

バイオエタノールの第２の問題は、内燃エンジンにおいてそれを酸素で燃焼させる必要があることである。ある予測によると、２０５０年に我々は深刻な酸素不足を経験することになるとされている。実際に、あらゆる種類の燃料の燃焼での酸素消費量が１８６０年には１３億トン、１９６０年には１２０億トン、２０００年には５７０億トンであったが、２０５０年には、酸素消費量が２３００億トンに達することになる。   A second problem with bioethanol is that it needs to be burned with oxygen in an internal combustion engine. According to some predictions, in 2050 we will experience a severe oxygen deficiency. In fact, oxygen consumption by burning all types of fuel was 1.3 billion tons in 1860, 12 billion tons in 1960, and 57 billion tons in 2000. The amount will reach 230 billion tons.

また、バイオエタノール用の原料の栽培では、酸素を生み出す「地球の肺」である熱帯雨林が伐採されていて、これによって、地球の生物学的均衡を壊している。現在のところ、大気中の酸素の減少が際立っていて、大気中の二酸化炭素が増加している。さらには、同じく環境悪化に関係している飲料水の不足が、世界各地で既に実感されている。   In addition, in the cultivation of raw materials for bioethanol, the rainforest, which is the “Lungs of the Earth” that produces oxygen, is cut down, thereby destroying the biological balance of the Earth. At present, the reduction of atmospheric oxygen is conspicuous, and atmospheric carbon dioxide is increasing. In addition, a shortage of drinking water, also related to environmental degradation, has already been realized around the world.

「コンスタンチン・ツィオルコフスキー（Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎ Ｔｓｉｏｌｋｏｖｓｋｉｙ）は、熱を仕事に完全変換する研究を行った。ツィオルコフスキーは、散乱過程の逆過程であるエネルギー集中過程が自然界にあると信じていた。従って、宇宙の「その初期」に永久に現れる「物質の永久循環が得られる」。エネルギー集中機構を発見するために、それらを検証し、エネルギー不足の緩和のために利用する―ツィオルコフスキーが提起した課題でもある（非特許文献１）。   “Konstantin Tsiolkovsky did a study to completely transform heat into work. Tsiolkovsky believed that there was an energy concentration process in nature, the reverse of the scattering process. "Permanent circulation of matter is obtained" that appears permanently in the "early" of the universe. In order to discover energy concentration mechanisms, they are examined and used to alleviate energy shortages—it is also an issue raised by Tsiolkovsky (Non-Patent Document 1).

一実施形態により環境温熱を電気に変換する方法は、上記の欠点を有していない。本方法の動作原理は、大気の高圧等温圧縮と、その後にそれを断熱膨張することに基づくものである。その結果、温熱流が圧縮（凝縮）されて、２つの熱源であるａ）圧縮空気の熱を消費する正の熱源（温熱源）と、ｂ）断熱膨張による負の熱源（冷熱源）とが形成される。温熱源と冷熱源との間の温度差を利用して、低沸点の作動体（フレオン、アンモニアなど）で作動する蒸気エンジンによって回転エネルギーを生成する。   The method of converting ambient heat into electricity according to one embodiment does not have the above drawbacks. The operating principle of the method is based on high pressure isothermal compression of the atmosphere and then adiabatic expansion of it. As a result, the heat flow is compressed (condensed), and two heat sources a) a positive heat source (heat source) that consumes the heat of the compressed air, and b) a negative heat source (cold heat source) due to adiabatic expansion. It is formed. Rotational energy is generated by a steam engine that operates on a low boiling point operating body (such as Freon or ammonia) using the temperature difference between the hot and cold sources.

本特許出願は、少なくとも１つのカラー図面（図式）を含んでいる。   This patent application contains at least one color drawing (schematic).

環境の温熱を機械的エネルギー及び電気に変換する方法の基礎となるハードウェアとしての装置の断面説明図Cross-sectional explanatory drawing of the device as hardware that is the basis of the method of converting the environmental heat into mechanical energy and electricity ２気筒の基本エンジン２０の全体の横断面図Overall cross-sectional view of the two-cylinder basic engine 20 基本エンジン（蒸気エンジン）２０の吸排気系の横断面図Cross section of intake and exhaust system of basic engine (steam engine) 20 基本エンジン２０の排気系の分解斜視図An exploded perspective view of the exhaust system of the basic engine 20

環境温熱を機械的エネルギー及び電気に変換する方法の一実施形態を、図１（図式）に示している。   One embodiment of a method for converting environmental heat into mechanical energy and electricity is shown in FIG. 1 (schematic).

１１：正の熱源（蒸気発生器、高温熱交換器）；蒸気発生器は、縦型設計であって、加熱、気水分離、作動体（フレオン、アンモニアなど）の過熱、銅フィンチューブを提供する。熱の注入は、上部から高温水で行われ、高温水と作動体は互いに対して移動する。蒸気発生器は、断熱性に優れている。   11: Positive heat source (steam generator, high temperature heat exchanger); the steam generator is vertical design, providing heating, steam separation, overheating of working body (freon, ammonia, etc.), copper fin tube To do. The heat is injected from the top with hot water, and the hot water and the working body move relative to each other. The steam generator is excellent in heat insulation.

１２：熱交換器は、過剰熱の除去を目的とし、さらに給湯または施設の暖房を目的とするものであり、設計によりａ）給湯及び暖房用のプレート式と、ｂ）放熱用のラジエータ式がある。   12: The heat exchanger is for the purpose of removing excess heat, and also for the purpose of hot water supply or facility heating. According to the design, there are a) a plate type for hot water supply and heating, and b) a radiator type for heat dissipation. is there.

１３：熱交換器を用いて、高圧圧縮機１５の各段階の圧縮空気から熱を除去する。チューブ式であって、冷却液と空気は互いに対向して動く。熱交換器は、水分を分離するためのレシーバを有し、また、断熱性に優れたものでなければならない。   13: Heat is removed from the compressed air at each stage of the high-pressure compressor 15 using a heat exchanger. It is a tube type, and the coolant and air move in opposition to each other. The heat exchanger must have a receiver for separating moisture and be excellent in thermal insulation.

１４：圧縮空気系からの水分除去（トラップ）。   14: Removal of moisture from the compressed air system (trap).

１５：高圧圧縮機を用いて、２００バール以上で大気を圧縮する。圧縮機は、液冷による同じ圧縮度の３段以上の段階を備えるものでなければならず、また、断熱性に優れたものでなければならない。   15: Compress the atmosphere at 200 bar or higher using a high pressure compressor. The compressor must be provided with three or more stages having the same degree of compression by liquid cooling, and must have excellent heat insulation.

１６：注入器は、低沸点作動体を、必要に応じて圧力を低下させる蒸気体と共に、パイプラインに注入するためのものである。   16: The injector is for injecting the low boiling point working body into the pipeline with a steam body that reduces the pressure as needed.

１７：ポンプ及び制御弁（スロットル）を用いて、冷却液を循環させる。構成は任意である。   17: Circulating coolant using a pump and a control valve (throttle). The configuration is arbitrary.

１８：ポンプを用いて、液体の低沸点作動体を切り替える。本実施形態では、ポンプは、２つの独立したプランジャを有する。作動体（フレオン）の漏れを防ぐため、ポンプは、モータハウジング内に組み込まれている。   18: The liquid low boiling point operating body is switched using a pump. In this embodiment, the pump has two independent plungers. In order to prevent leakage of the working body (freon), the pump is incorporated in the motor housing.

１９：復水タービンが、モータハウジング内に配置されている。   19: A condensing turbine is arranged in the motor housing.

２０：基本エンジン（蒸気エンジン）を用いて回転エネルギーを生成し、これは、低沸点作動体（フレオン、アンモニアなど）で作動するように構成されたものである。詳細は後述する。   20: Rotational energy is generated using a basic engine (steam engine), which is configured to operate with a low boiling point operating body (such as Freon or ammonia). Details will be described later.

２１，２６：始動調整装置。   21 and 26: Start adjustment devices.

２２：圧縮機（１５）と基本エンジン（２０）との伝動装置は、機械的に切り離し可能である。本実施形態では、伝動装置は、テンションローラを備えたＶベルトである。   22: The transmission devices of the compressor (15) and the basic engine (20) can be mechanically separated. In the present embodiment, the transmission device is a V belt provided with a tension roller.

２３：フライホイールは、その共通軸が、伝動装置（２２、２９）によって、高圧圧縮機（１５）、冷却系のポンプ（１７）、基本エンジン（２０）、さらには、デタンダ（２８）及び発電機（３３）に接続されている。フライホイールの重量及びサイズは、装置の出力及びコスト削減に応じて決まる。   23: The flywheel has a common shaft whose transmission shaft (22, 29) is driven by a high pressure compressor (15), a cooling system pump (17), a basic engine (20), a detender (28), and power generation. Connected to the machine (33). The weight and size of the flywheel depends on the output of the device and cost reduction.

２４：再生熱交換器は、液体の低沸点作動体を予備加熱するとともに、圧縮空気を過冷却するためのものであり、チューブ式であって、流れが互いに対して動く。材料は銅である。   24: The regenerative heat exchanger preheats the liquid low boiling point working body and supercools the compressed air, is tubular, and the flow moves relative to each other. The material is copper.

２５：ラジエータを含む追加空気装置によって、冷凍室及び冷蔵室、施設の空調に冷気を用いること、ならびに蒸留水を受けることが可能となる。それらは、空調装置、冷凍装置と同様のものである。   25: With the additional air device including the radiator, it is possible to use cold air for freezing and refrigerating rooms, air conditioning of facilities, and receive distilled water. They are similar to air conditioners and refrigeration units.

２７：高圧バルーンは、圧縮空気を貯蔵するためのものである。   27: The high pressure balloon is for storing compressed air.

２８：空気タービン（デタンダ）を用いて、圧縮空気のエネルギーにより回転エネルギーを生成してその低温冷却を行い、さらにシステムの作動を開始させる。   28: Using an air turbine (detanger), rotational energy is generated by the energy of the compressed air, the cooling is performed at a low temperature, and the system is started.

２９：機械伝動装置であって、本実施形態ではＶベルトである。   29: A mechanical transmission device, which is a V-belt in this embodiment.

３０：電気始動機であって、システムの作動を開始させるために用いられる機構を備える。   30: An electric starter comprising a mechanism used to start the operation of the system.

３１：動力取出軸。   31: Power take-out shaft.

３２：空気ファンを用いて、発電機（３３）からの高温空気をラジエータ（３４）に送風する。   32: Hot air from the generator (33) is blown to the radiator (34) using an air fan.

３３：ＤＣ発電機であって、本実施形態ではＵ＝２４ｖである。   33: DC generator, which is U = 24v in this embodiment.

３４：空気ラジエータは、環境温熱と発電機（３３）からの高温空気とによって、低沸点作動体を予備加熱するためのものである。材料は銅である。   34: The air radiator is for preheating the low-boiling point working body by the environmental heat and the high-temperature air from the generator (33). The material is copper.

３５：変換器は、（必要に応じて）直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変換する。   35: The converter converts direct current (DC) to alternating current (AC) (if necessary).

３６：蓄電池は、装置の停止中に、ユーザの電気によって、電力消費のピーク負荷を平滑化するための供給、及びシステムの作動を開始させるときの電気始動機への供給を施すためのものである。   36: The storage battery is used for smoothing the peak load of power consumption by the user's electricity while the device is stopped, and for supplying the electric starter when starting the operation of the system. is there.

３７：制御弁（スロットル）は、圧縮空気の段階的膨張、ならびに低温熱交換器（４０）内の温度調節のためのものである。   37: The control valve (throttle) is for staged expansion of compressed air and temperature adjustment in the low temperature heat exchanger (40).

３８：熱交換器は、低沸点作動体の予備冷却のためのものである。材料は、鉄、銅である。設計は、横型または縦型である。   38: The heat exchanger is for precooling the low boiling point working body. The material is iron or copper. The design is horizontal or vertical.

３９：熱交換器は、低沸点作動体を凝縮させるためのものである。材料は、鉄、銅である。設計は、横型または縦型である。   39: The heat exchanger is for condensing the low boiling point working body. The material is iron or copper. The design is horizontal or vertical.

４０：負の熱源（低温熱交換器または凝縮器）は、低温冷却空気を受けて、これにより、低沸点作動体（フレオン）の凝縮が促進される。負の熱源は、本体への断熱性に優れている。   40: A negative heat source (cold heat exchanger or condenser) receives cold cooling air, which promotes condensation of the low boiling point operator (freon). The negative heat source is excellent in heat insulation to the main body.

４１：バイパスライン及び保護装置。   41: Bypass line and protection device.

［図２，３，４：基本エンジンの詳細な説明］
図２は、基本エンジン２０の全体の横断面図を示している。１８０度でコネクティングロッドのネックが配置された２気筒エンジンを初期設計として採用していて、これにより、
（ａ）ピストンを用いて作動させる低沸点作動体用のシンプルで密閉された吸排気系を適用することと、
（ｂ）ボールベアリングを用いて、ピストン下の空間の一定容積をサポートすることと、
（ｃ）フレオンの漏れから良好に保護された、特定の高容量のコンパクトなエンジンを作製することを可能にする、シリンダの放射状配置方式を適用することと、が可能である。 [Figures 2, 3 and 4: Detailed description of basic engine]
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the entire basic engine 20. A 2-cylinder engine with a connecting rod neck at 180 degrees is used as the initial design.
(A) applying a simple and sealed intake / exhaust system for a low-boiling point operating body operated using a piston;
(B) using a ball bearing to support a constant volume of space under the piston;
(C) It is possible to apply a radial arrangement of cylinders that makes it possible to create a specific high capacity compact engine that is well protected from freon leakage.

図３は、エンジン２０の吸排気系の横断面図を示している。   FIG. 3 shows a cross-sectional view of the intake / exhaust system of the engine 20.

図４は、基本エンジン２０の排気系の分解斜視図を示している。   FIG. 4 is an exploded perspective view of the exhaust system of the basic engine 20.

上死点でのピストン上方の容積は、シリンダの全容積の約１０〜１５％である。排気弁の動きは、約５〜７ｍｍである。吸気弁（ボール）の動きは、約１〜２ｍｍである。シリンダ内の残留圧力を除去するための吐出口は、下死点にある。この態様の実施形態では、エンジン軸の設計速度は、毎分約２０００回転である。   The volume above the piston at top dead center is about 10-15% of the total cylinder volume. The movement of the exhaust valve is about 5-7 mm. The movement of the intake valve (ball) is about 1-2 mm. The discharge port for removing the residual pressure in the cylinder is at the bottom dead center. In an embodiment of this aspect, the engine shaft design speed is about 2000 revolutions per minute.

基本エンジン２０として、例えば、ヴァンケルエンジン、タービンなど、低沸点作動体（フレオン、アンモニア、エタンなど）で作動するように構成された他の種類のエンジンを用いることが可能である。   As the basic engine 20, it is possible to use another type of engine configured to operate with a low boiling point operating body (Freon, ammonia, ethane, etc.) such as a Wankel engine or a turbine.

［本方法の基礎となるハードウェアとしての動作］
環境温熱を回転エネルギー及び電気に変換する方法は、高圧圧縮機と蒸気エンジンとを含み、条件的に言えば、空気サイクル、熱除去系、低沸点作動体によるサイクル、という３サイクル間の熱交換として考えることができる。 [Hardware operation as the basis of this method]
The method of converting environmental heat into rotational energy and electricity includes a high-pressure compressor and a steam engine. Conditionally speaking, heat exchange between three cycles of an air cycle, a heat removal system, and a cycle with a low boiling point operating body. Can be thought of as

［空気サイクル］
空気サイクル（図面では青色に着色されている）の基本となるのは、２００バール以上で空気を圧縮する高圧圧縮機１５であり、これによって、環境の温熱を凝縮させて、圧縮空気の温度を２００℃（３９２°Ｆ）より高く上昇させる。圧縮空気からの熱の抽出は、２段階で実施される。まず、冷却液によって熱が温熱源１１に取り出され、これにより、圧縮空気は、約３００°Ｋ（２７℃または８１°Ｆ）の環境温度に冷却される。次に、再生熱交換器２４で、低温の低沸点作動体によって、圧縮空気から温熱が除去される。 [Air cycle]
The basis of the air cycle (colored blue in the drawing) is a high-pressure compressor 15 that compresses air at 200 bar or higher, thereby condensing the temperature of the environment and reducing the temperature of the compressed air. Raise above 200 ° C (392 ° F). Extraction of heat from compressed air is performed in two stages. First, heat is taken out by the coolant to the heat source 11, whereby the compressed air is cooled to an environmental temperature of about 300 ° K (27 ° C. or 81 ° F.). Next, in the regenerative heat exchanger 24, warm heat is removed from the compressed air by a low temperature low boiling point operating body.

熱交換器２４で圧縮空気を過冷却するときには、−１１８℃（−１８０°Ｆ）である酸素の臨界温度を考慮する必要がある。この温度まで圧縮空気が過冷却されると、酸素が液体状態となり、これによって、この特定の実施形態では、全体的なシステムの動作が妨げられる可能性がある。窒素の臨界温度は、−１４７℃（−２３３°Ｆ）である。   When supercooling compressed air with the heat exchanger 24, it is necessary to consider the critical temperature of oxygen, which is −118 ° C. (−180 ° F.). When the compressed air is subcooled to this temperature, the oxygen is in a liquid state, which can interfere with the overall system operation in this particular embodiment. The critical temperature of nitrogen is -147 ° C (-233 ° F).

過冷却された圧縮空気は、熱交換器２４の後に、制御弁２６を介してデタンダ２８に誘導されて、そこで仕事をし、断熱膨張して、約−１８０℃（−２９２°Ｆ）の温度まで冷却する。断熱膨張は、環境と熱交換しない過程である。次に、低温の空気は、低温熱交換器４０に送られる。低温熱交換器４０における低温冷熱の温度を調整するために、制御弁３７があり、すなわち、これは圧縮空気の段階的膨張のためのものである。   The supercooled compressed air is directed after heat exchanger 24 via control valve 26 to detender 28 where it works and adiabatically expands to a temperature of about -180 ° C (-292 ° F). Allow to cool. Adiabatic expansion is a process that does not exchange heat with the environment. Next, the low temperature air is sent to the low temperature heat exchanger 40. In order to adjust the temperature of the low temperature cold heat in the low temperature heat exchanger 40, there is a control valve 37, i.e. for the stepwise expansion of the compressed air.

凝縮器４０で低沸点作動体から温熱を抽出したら、さらに低温空気は、追加の熱交換器２５に誘導され、そこで残留冷熱は、冷凍室及び冷蔵室ならびに施設の空調に用いられる。その後、充満空気は、大気中に放出されるか、あるいは、それが十分に加熱されたものである場合は、圧縮機１５に戻すように誘導される。   Once the condenser 40 extracts hot heat from the low boiling point operating body, further cold air is directed to the additional heat exchanger 25 where the residual cold is used for freezing and refrigerating rooms and facility air conditioning. The full air is then released into the atmosphere or is directed back to the compressor 15 if it is fully heated.

圧縮機１５の、ひいてはシステム全体の生産性は、（図示していない）ギアボックスまた変速機によって、圧縮機軸の回転速度を変更することによって調整される。   The productivity of the compressor 15 and thus the overall system is adjusted by changing the rotational speed of the compressor shaft by means of a gearbox or transmission (not shown).

多段圧縮機１５は、３段以上と液冷系とを有するものでなければならない。圧縮機１５の各段で熱の抽出が得られ、これはやはり空気圧縮の等温過程を提供するものである。   The multistage compressor 15 must have three or more stages and a liquid cooling system. Heat extraction is obtained at each stage of the compressor 15, which again provides an isothermal process of air compression.

多段圧縮機のすべての段階での圧縮度（圧力の増加）が同じである場合に、ガス圧縮の最も効果的な等温過程が実施されることが知られている。等温過程では、温度が一定である。この場合、ガスを圧縮するために費やされる総仕事量は最小限となる。ところで、空気を強く圧縮した場合は、これによって、その熱容量が大きく増大する。その結果、高圧圧縮機の最後の段階では、第１の段階よりも加熱が大きくなる。液冷系によって、圧縮機の最終段階の過熱の問題が解消される。作動見本を作製する際には、このことに留意すべきである。   It is known that the most effective isothermal process of gas compression is carried out when the degree of compression (increase in pressure) in all stages of a multistage compressor is the same. In the isothermal process, the temperature is constant. In this case, the total work expended to compress the gas is minimal. By the way, when the air is strongly compressed, the heat capacity greatly increases. As a result, in the last stage of the high pressure compressor, heating is greater than in the first stage. The liquid cooling system eliminates the problem of overheating in the final stage of the compressor. This should be noted when making working samples.

高圧バルーン２７は、同じく空気サイクルに関連するものであり、圧縮空気の形のエネルギーの追加タンクとして用いられる。このエネルギーは、システム（装置）の作動を、その停止後に開始させるために用いることができ、さらには、エネルギー需要がないことによって基本エンジン２０及び圧縮機１５が作動しない間、低温熱交換器４０において、冷凍室及び冷蔵室ならびに施設の空調で、所要の温度を維持するために用いることができる。   The high-pressure balloon 27 is also associated with the air cycle and is used as an additional tank of energy in the form of compressed air. This energy can be used to start the operation of the system (apparatus) after it has been shut down, and furthermore, the low temperature heat exchanger 40 while the basic engine 20 and the compressor 15 are not operating due to lack of energy demand. Can be used to maintain the required temperature in freezing and refrigeration rooms and in air conditioning of facilities.

参考として、１０立方メートルの空気が２００バール（５０リットルのバルーン）に圧縮されると、約３６３７０キロジュールの冷熱、すなわち−１０ｋＷｈの温熱を蓄えることができる。   As a reference, if 10 cubic meters of air is compressed to 200 bar (50 liter balloon), it can store about 36370 kilojoules of cold, or -10 kWh.

圧縮機１５によって大気を圧縮するときには、空気系内に水分の凝縮が形成されるので、これをトラップ１４により除去しなければならない。   When the atmosphere is compressed by the compressor 15, moisture condensation is formed in the air system, which must be removed by the trap 14.

冷熱の損失及び装置の凍結を回避するため、低温熱交換器４０とパイプラインは、十分に断熱されるべきである。   In order to avoid loss of cold and freezing of the equipment, the low temperature heat exchanger 40 and the pipeline should be well insulated.

同様に、熱損失を回避するため、圧縮機１５及びパイプラインの高温部分は、圧縮空気と断熱されるべきである。   Similarly, to avoid heat loss, the compressor 15 and the hot parts of the pipeline should be insulated from the compressed air.

このように、空気サイクルは、環境温熱の集熱器のように機能して（温熱流の凝縮）、２つの熱源、すなわち正の熱源（温熱源）１１と負の熱源（冷熱源）４０とを生成するものであり、これらは約４００°Ｋ（７００°Ｆ）の温度差がある。   Thus, the air cycle functions like an environmental heat collector (condensation of heat flow), two heat sources: a positive heat source (heat source) 11 and a negative heat source (cool source) 40. Which have a temperature difference of about 400 ° K. (700 ° F.).

［熱除去系］
本装置に適用される熱除去系（図面では赤色に着色されている）は、周知の冷却系と同様のものであり、詳細な説明は必要ない。冷却系は、圧縮機１５の段階からの熱除去、及び高温熱交換器１１における圧縮空気１３からの熱除去を最大限とするために用いられるものであり、また、既述のように、効果的な空気の等温圧縮過程を提供して、高圧圧縮機１５でのエネルギー消費を削減する。 [Heat removal system]
The heat removal system (colored red in the drawing) applied to this apparatus is the same as a well-known cooling system and does not require detailed description. The cooling system is used to maximize heat removal from the stage of the compressor 15 and heat removal from the compressed air 13 in the high-temperature heat exchanger 11, and as described above, the effect is Providing an air isothermal compression process to reduce energy consumption in the high pressure compressor 15.

運転条件に応じて、冷却液として水または不凍液が用いられる。熱除去系には、給湯及び施設の暖房における熱除去のため、さらには必要に応じて過剰熱を環境に放散するための、追加の熱交換器１２が含まれる。   Depending on the operating conditions, water or antifreeze is used as the coolant. The heat removal system includes an additional heat exchanger 12 for heat removal in hot water supply and facility heating, and for dissipating excess heat to the environment as needed.

冷却系のポンプ１７は、共通軸２３に接続されている。ポンプ１７の制御弁は、冷却液の流速を変更すること、及び高温熱交換器１１の入口と出口における温度差を変更することを目的とするものである。   The cooling system pump 17 is connected to the common shaft 23. The control valve of the pump 17 is intended to change the flow rate of the coolant and to change the temperature difference between the inlet and the outlet of the high temperature heat exchanger 11.

熱損失を回避するために、冷却系のパイプラインの高温部分はすべて、十分に断熱されるべきである。   In order to avoid heat loss, all hot parts of the cooling system pipeline should be well insulated.

言及すべきことは、本実施形態において低沸点作動体として使用されるフレオンは、（２５０℃または４８２°Ｆを超える）高温に耐えることができないので、これを圧縮機１５の冷却に用いると、マイナスの結果となる。   It should be noted that the freon used as a low boiling point operating body in this embodiment cannot withstand high temperatures (above 250 ° C. or 482 ° F.), so when used for cooling the compressor 15, Negative result.

［低沸点サイクル］
低沸点作動体によるサイクル（図面では緑色に着色されている）は、マイヤー（Ｍａｙｅｒ）のサイクルを表していて、凝固点が−８０℃（−１７６°Ｆ）以下である物質で作動している。そのような物質には、フレオン、アンモニア、エタンなどが含まれる。この特定の実施形態では、フレオンが低沸点作動体として用いられる。 [Low boiling point cycle]
The cycle with a low boiling point operating body (colored green in the drawing) represents the Mayer cycle and is operating with a material having a freezing point below -80 ° C (-176 ° F). Such materials include freon, ammonia, ethane and the like. In this particular embodiment, freon is used as the low boiling point operator.

フレオンは、低温熱交換器４０内では液体状態であり、そこからポンプ１８によって蒸気発生器１１に、ａ）伝熱式熱交換器２４経由と、ｂ）空気ラジエータ３４経由の２方向で、圧送される。伝熱式熱交換器２４は、液体フレオンの予備加熱と、圧縮空気の過冷却のためのものである。これによって、基本的に、環境温熱を回転エネルギー及び電気に変換するプロセスの効率を向上させる。   The freon is in a liquid state in the low-temperature heat exchanger 40 and is pumped from there to the steam generator 11 in two directions: a) via the heat-transfer heat exchanger 24 and b) via the air radiator 34. Is done. The heat transfer heat exchanger 24 is for preheating liquid freon and for supercooling compressed air. This basically improves the efficiency of the process of converting environmental heat into rotational energy and electricity.

空気ラジエータ３４は、同じく、作動中の発電機３３及び環境からの熱によって、液体フレオンを予備加熱するためのものである。蒸気エンジン２０の作動中に低温熱交換器４０で生じる熱損失を、フレオンの追加加熱によって補償することが可能である。   The air radiator 34 is also for preheating the liquid freon with heat from the operating generator 33 and the environment. The heat loss that occurs in the low temperature heat exchanger 40 during operation of the steam engine 20 can be compensated by additional heating of the freon.

低温液体フレオンの流れの部分を、圧縮機１５において圧縮された大気の脱水に用いることができる（図示せず）。   The portion of the flow of cryogenic liquid freon can be used for dehydration of the atmosphere compressed in the compressor 15 (not shown).

予備加熱されたフレオンは、高温熱交換器１１において６０〜７０℃（１４０〜１５８°Ｆ）の温度に加熱されて蒸気に変わり、約２０〜３０バールの圧力で圧力調整器２１を介して蒸気機械（基本エンジン）２０に送られる。仕事をしたフレオンは０℃（３２°Ｆ）近い温度まで冷却されて、凝縮器４０に送られ、そこで液体状態まで冷却される。その後、再び加熱のために、熱交換器１１に圧送される。   The pre-heated freon is heated to a temperature of 60-70 ° C. (140-158 ° F.) in the high-temperature heat exchanger 11 to turn into steam, and is steamed through the pressure regulator 21 at a pressure of about 20-30 bar. It is sent to the machine (basic engine) 20. The worked freon is cooled to a temperature close to 0 ° C. (32 ° F.) and sent to the condenser 40 where it is cooled to the liquid state. Thereafter, it is pumped to the heat exchanger 11 for heating again.

蒸気エンジン２０の本体は、低沸点作動体の冷却及び凝縮を防ぐために、加熱されなければならない（図示せず）。   The body of the steam engine 20 must be heated (not shown) to prevent cooling and condensation of the low boiling point operating body.

蒸気発生器１１及び凝縮器４０は、縦型または横型配置のチューブ式やラメラ式とすることができる。これらの熱交換器、及び低沸点サイクルの系全体は、必要な強度を有して、少なくとも４０バールの圧力に耐えるものでなければならない。   The steam generator 11 and the condenser 40 can be a tube type or a lamellar type in a vertical type or a horizontal type. These heat exchangers, and the entire low boiling cycle system, must have the necessary strength and withstand pressures of at least 40 bar.

フレオン蒸気の圧力を調整するために、注入器１６が設けられて、これにより、低温フレオンが基本エンジン２０の前の蒸気ラインに注入される。   In order to adjust the pressure of the freon steam, an injector 16 is provided, whereby cold freon is injected into the steam line in front of the basic engine 20.

バイパスライン４１は、緊急時にフレオン蒸気を凝縮器４０と環境に放出するためのものである。   The bypass line 41 is for discharging Freon vapor to the condenser 40 and the environment in an emergency.

ポンプ１８は、液体フレオンを圧送するために用いられるものであり、同様にその圧力（４０バール）に耐えるものでなければならず、その設計は、ピストン式、歯車式、回転式、または渦巻き式とすることができる。   The pump 18 is used for pumping liquid freon and must be able to withstand that pressure (40 bar) as well, and its design is piston-type, gear-type, rotary-type, or spiral-type. It can be.

フレオンの漏れを防ぐためには、ポンプ１８は、基本エンジン２０の本体内に設置する必要がある。   In order to prevent freon leakage, the pump 18 needs to be installed in the main body of the basic engine 20.

フレオンの凝縮を促進して、低温熱交換器４０のサイズを削減するために、復水タービン１９が追加して設けられる。   An additional condensate turbine 19 is provided to promote Freon condensation and reduce the size of the low temperature heat exchanger 40.

［作動の開始］
システム（装置）は、電気始動機３０と空気タービン２８によって作動状態にされる。装置の始動を容易にするために、動力取出軸３１から負荷が除去されなければならない。圧縮機１５及び基本エンジン２０を、共通軸２３から切り離す必要がある。このために、切り離し可能な伝動装置２２が設けられる。発電機３３を、ネットワークから切り離す必要がある。タービン２８の制御弁２６が始動モードに切り替えられる。 [Start of operation]
The system (device) is activated by an electric starter 30 and an air turbine 28. In order to facilitate starting the device, the load must be removed from the power take-off shaft 31. It is necessary to disconnect the compressor 15 and the basic engine 20 from the common shaft 23. For this purpose, a separable transmission 22 is provided. The generator 33 needs to be disconnected from the network. The control valve 26 of the turbine 28 is switched to the start mode.

フライホイール２３のねじれを戻してから、圧縮機１５が伝動装置２２を介して共通軸２３に接続される。圧縮空気が、圧縮機１５からタービン２８に移動を開始する。次に、圧縮空気は、低温熱交換器４０に送られて、これにより冷却を開始する。圧縮空気からの熱によって、蒸気発生器１１の加熱を開始する。圧力が最小値（６〜８バール）に達するときであって、熱交換器１１と４０の温度差が６０〜７０℃であるときに、基本エンジン２０が共通軸２３に接続されなければならない。始動機３０が切断されて、システム（装置）は、基本エンジン２０による動作モード（約２５バールの圧力）に入る。次に、発電機３３がネットワークに接続されて、負荷が動力取出軸３１に接続される。空気タービン２８は、弁２６によって通常の動作モードに戻される。   After returning the twist of the flywheel 23, the compressor 15 is connected to the common shaft 23 via the transmission device 22. The compressed air begins to move from the compressor 15 to the turbine 28. Next, the compressed air is sent to the low-temperature heat exchanger 40 to start cooling. Heating of the steam generator 11 is started by heat from the compressed air. The basic engine 20 must be connected to the common shaft 23 when the pressure reaches a minimum value (6-8 bar) and the temperature difference between the heat exchangers 11 and 40 is 60-70 ° C. The starter 30 is disconnected and the system enters a mode of operation with the basic engine 20 (pressure of about 25 bar). Next, the generator 33 is connected to the network, and the load is connected to the power take-out shaft 31. The air turbine 28 is returned to the normal operating mode by the valve 26.

電気始動機３０は、蓄電池３６と、外部からの電気エネルギー源の両方に接続することができる。   The electric starter 30 can be connected to both the storage battery 36 and an external electric energy source.

場合によっては、システムの作動を開始させる前に、蒸気発生器１１を予備加熱する必要があり得る。しかし、周囲温度によって２５℃（７７°Ｆ）近くになる場合には、低温熱交換器４０を−４０℃（−４０°Ｆ）まで冷却した後に、基本エンジン２０の作動を開始させることができる。   In some cases, it may be necessary to preheat the steam generator 11 before starting the system. However, if the ambient temperature is close to 25 ° C. (77 ° F.), the basic engine 20 can be started after the low temperature heat exchanger 40 is cooled to −40 ° C. (−40 ° F.). .

本装置（システム）の動作モードの概略は以下の通りである。
−フレオンの圧力は、約２０〜３０バールであり、
−蒸気発生器１１の入口における温度は、６０〜８０℃（１４０〜１７６°Ｆ）とされ、
−凝縮器４０の入口における温度は、−１６０〜−１８０℃（−２５６〜−２９２°Ｆ）とされる。 The outline of the operation mode of this apparatus (system) is as follows.
The freon pressure is about 20-30 bar;
The temperature at the inlet of the steam generator 11 is 60-80 ° C (140-176 ° F),
-The temperature at the inlet of the condenser 40 is -160 to -180 ° C (-256 to -292 ° F).

発電機３３から蓄電池３６を充電し、圧縮機１５からバルーン２７を充填した後に、圧力調整器２１及び切り離し可能な伝動装置２２によって、装置（システム）を停止させることができる。   After charging the storage battery 36 from the generator 33 and filling the balloon 27 from the compressor 15, the device (system) can be stopped by the pressure regulator 21 and the detachable transmission device 22.

その後の装置（システム）の作動開始は、以下の条件から実行される。
−蒸気発生器（高温熱交換器）１１において、最小設定値までの温度の低下がある。
−低温熱交換器（凝縮器）４０において、最大設定値までの温度の上昇がある。
−蓄電池が許容レベル未満となる放電がある。
−高圧バルーン２７内において、最小設定値までの圧力の低下がある。
−ネットワークにおける負荷の増加、または機械的エネルギーの必要性がある。 Subsequent operation start of the apparatus (system) is executed under the following conditions.
-In the steam generator (high temperature heat exchanger) 11, there is a temperature drop to the minimum set value.
-In the low temperature heat exchanger (condenser) 40, there is an increase in temperature up to the maximum set value.
-There is a discharge that causes the storage battery to fall below an acceptable level.
-In the high-pressure balloon 27, there is a pressure drop to the minimum set value.
-There is an increased load on the network or the need for mechanical energy.

蒸気発生器１１及び凝縮器４０における所要の温度レベルは、運転条件から、ユーザにより設定される。   The required temperature level in the steam generator 11 and the condenser 40 is set by the user from the operating conditions.

システム（装置）の作動を再開させるためには、電気始動機３０または空気タービン２８によって、まず、フライホイール２３のねじれを戻し、調整器２１を開き、そして伝動装置２２と接続させる必要がある。   In order to resume operation of the system (device), it is necessary to first untwist the flywheel 23, open the regulator 21, and connect it to the transmission 22 by the electric starter 30 or the air turbine 28.

システムは、作動、始動及び停止の自動制御のための装置を備えることができる。   The system can be equipped with devices for automatic control of activation, start and stop.

［熱設計］
環境の温熱を機械的エネルギー及び電気に変換するプロセスのための熱設計は、３段階で実施される。 [Thermal design]
Thermal design for the process of converting environmental heat into mechanical energy and electricity is performed in three stages.

［第１段階］１０立方メートルの大気を２００バールまで等温圧縮して得られる熱エネルギー量の計算。   [First stage] Calculation of the amount of heat energy obtained by isothermally compressing 10 cubic meters of air to 200 bar.

空気圧縮の等温過程―これは、環境から高圧圧縮機に流入する空気の温度と、その空気の２００バールの圧力下での温度が一致している、すなわち温度が一定であるプロセスである。計算を簡単化するために、周囲温度が約３００°Ｋ（２７℃または８１°Ｆ）であるという条件を採用する必要がある。   Air compression isothermal process—This is a process in which the temperature of the air entering the high pressure compressor from the environment matches the temperature of the air under a pressure of 200 bar, ie the temperature is constant. In order to simplify the calculation, it is necessary to employ the condition that the ambient temperature is about 300 ° K (27 ° C or 81 ° F).

化石燃料から環境の低ポテンシャル熱への移行では、１リットルの化石燃料（灯油）の燃焼による熱量と、それと同量の熱を圧縮により得るために２００バールに圧縮する必要のある空気量との間に、エネルギー消費プロセスにおける何らかのパリティを設定する必要がある。   In the transition from fossil fuels to environmental low potential heat, the amount of heat from the combustion of a liter of fossil fuel (kerosene) and the amount of air that needs to be compressed to 200 bar to obtain the same amount of heat by compression. In the meantime, some parity in the energy consumption process needs to be set.

このための基本データは、非特許文献２のセクション７３から取得することができる。
−灯油１リットルの燃焼によるカロリー量は、３７，０００ｋＪである。
−１リットルの灯油を２００バールに圧縮された空気中に燃焼することによるカロリー量は、同様に６３０ｋＪである。
−灯油の密度は０．８６ｋｇ／リットルであり、３００°Ｋ（２７℃または８１°Ｆ）の周囲温度での空気密度は約１．２９３ｋｇ／ｍ^３である。 Basic data for this can be obtained from Section 73 of Non-Patent Document 2.
-The calorie quantity by burning 1 liter of kerosene is 37,000 kJ.
The amount of calories from burning -1 liter of kerosene into air compressed to 200 bar is 630 kJ as well.
The density of kerosene is 0.86 kg / liter and the air density at an ambient temperature of 300 ° K (27 ° C. or 81 ° F.) is about 1.293 kg / m ³ .

１リットルの灯油を、圧縮空気（２００バール）中に燃焼すると、得られた熱の略すべてが、圧縮空気の膨張中に奪われる：３７，０００ｋＪ−６３０ｋＪ＝３６，３７０ｋＪ。   When 1 liter of kerosene is burned into compressed air (200 bar), almost all of the resulting heat is taken away during the expansion of the compressed air: 37,000 kJ-630 kJ = 36,370 kJ.

１ｋｇの液体燃料の完全燃焼には、約１５ｋｇの空気が必要であることが知られている。灯油１リットルの完全燃焼には、１２．９ｋｇの空気（０．８６×１５ｋｇ＝１２．９ｋｇ）または約１０ｍ^３の空気（１２．９／１．２９＝１０）がそれぞれ必要である。 It is known that about 15 kg of air is required for complete combustion of 1 kg of liquid fuel. For complete combustion of 1 liter of kerosene, 12.9 kg of air (0.86 × 15 kg = 12.9 kg) or about 10 m ³ of air (12.9 / 1.29 = 10) is required.

圧縮空気（２００バール）は、１リットルの灯油が燃焼するときと同じ熱量を奪うので、エネルギー保存の法則によると、１０ｍ^３の空気の２００バールへの等温圧縮では、約３６，３７０ｋＪの熱エネルギーが得られると結論付けることができる。 Compressed air (200 bar), so take the same amount of heat as when one liter of kerosene is burnt, according to the law of conservation of energy, the isothermal compression to 200 bar air 10 m ^3, the thermal energy of about 36,370kJ Can be concluded.

このようにして、１リットルの化石燃料（灯油）と、２００バールに圧縮された１０ｍ^３の空気との間に何らかのパリティを設定した。３６００ｋＪは１ｋＷｈに等しいので、３６３７０ｋＪは１０ｋＷｈであり（３６３７０／３６００＝１０ｋＷｈ）、そしてこれは、１リットルの灯油の燃焼による熱量、すなわち１０ｍ^３の空気を２００バールに圧縮して得られる熱量に相当する。つまり、１０ｍ^３の空気を２００バールに圧縮すると、約１０ｋＷｈの熱エネルギーを得ることが可能である。 In this way, some parity was set between 1 liter of fossil fuel (kerosene) and 10 m ³ of air compressed to 200 bar. Since 3600 kWh is equal to 1 kWh, 36370 kJ is 10 kWh (36370/3600 = 10 kWh), which corresponds to the amount of heat from burning 1 liter of kerosene, ie the amount of heat obtained by compressing 10 m ³ of air to 200 bar. To do. In other words, when 10 m ³ of air is compressed to 200 bar, it is possible to obtain about 10 kWh of thermal energy.

参考として、熱の仕事当量は、１ｋｃａｌ＝４．１９ｋＪ＝４２７ｋｇ×ｍに等しい。つまり、１ｋｇ（１リットル）の水を１°Ｋ（または１℃）加熱するには、４．１９ｋＪの熱を消費する必要があり、これは、４２７ｋｇの重量の荷重を１メートル持ち上げることに相当する。   As a reference, the work equivalent of heat is equal to 1 kcal = 4.19 kJ = 427 kg × m. In other words, to heat 1 kg (1 liter) of water at 1 ° K (or 1 ° C), it is necessary to consume 4.19 kJ of heat, which is equivalent to lifting a load of 427 kg by 1 meter. To do.

［第２段階］１０ｍ^３の空気を２００バールに等温圧縮する際に圧縮機１５で消費されるエネルギー量の計算。 [Second stage] Calculation of the amount of energy consumed by the compressor 15 when isothermally compressing 10 m ³ of air to 200 bar.

２００バールへの空気の等温圧縮で消費される機械的エネルギー量は、例えばダイビング用の実際の高圧圧縮機の技術的特性に基づき、ある程度の詳細（条件）によって計算することができる。イタリアの会社「Ｃｏｌｔｒｉ−Ｓａｂ」の圧縮機であるＭＣＨ１３／ＳＨのように、３段圧縮であって、単相電動機の動力は４ｋＷであり、毎時１３ｍ^３の空気という生産性で動作する。作動圧力は２５０バールである。圧縮機軸は１３５０ｒｐｍの速度で回転する。 The amount of mechanical energy consumed by isothermal compression of air to 200 bar can be calculated with some detail (conditions), for example based on the technical characteristics of the actual high-pressure compressor for diving. Like the MCH13 / SH compressor of the Italian company “Coltri-Sab”, it is a three-stage compressor, the power of the single-phase motor is 4 kW, and it operates with a productivity of 13 m ^{3 /} hour of air. The operating pressure is 250 bar. The compressor shaft rotates at a speed of 1350 rpm.

以下の重要な条件は、計算において考慮されなければならない。
ａ）圧縮機１５が２００バールまでの圧力を生成するために消費するエネルギーの計算。
ｂ）圧縮機１５の伝動装置が共通軸２３に直接接続されている。すなわち、電気エンジンにおけるエネルギー損失がなく、その動力の２０％までを取り込むことができる。
ｃ）デタンダ２８において仕事をする圧縮空気は、機械的エネルギーの一部が共通軸２３を介して圧縮機１５に戻される。 The following important conditions must be taken into account in the calculation.
a) Calculation of the energy consumed by the compressor 15 to produce pressures up to 200 bar.
b) The transmission device of the compressor 15 is directly connected to the common shaft 23. That is, there is no energy loss in the electric engine, and up to 20% of the power can be captured.
c) A part of the mechanical energy of the compressed air working in the detender 28 is returned to the compressor 15 via the common shaft 23.

従って、本実施形態で使用される圧縮機１５による電力消費は、エンジンの表示電力（４ｋＷ）の３０〜４０％を削減することができ、軸において約２．５ｋＷであると言える。   Therefore, it can be said that the power consumption by the compressor 15 used in this embodiment can be reduced by 30 to 40% of the display power (4 kW) of the engine and is about 2.5 kW on the shaft.

高圧圧縮機Ｃｏｌｔｒｉ−Ｓａｂは、上記の条件で１時間作動して、１３ｋＷｈの熱エネルギーをまさに環境から絞り出して、同時に約２．５ｋＷｈの機械的エネルギーを消費し、あるいは４６分間（３／４時間）で１０ｋＷｈの熱エネルギーを得て、これにより約１．８ｋＷｈの機械的エネルギーを消費する。この場合の熱利用率は、５．２（１３ｋＷｈ／２．５ｋＷｈ＝５．２）である。   The high pressure compressor Coltri-Sab operates for 1 hour under the above conditions, squeezing out 13 kWh of thermal energy from the environment and consuming about 2.5 kWh of mechanical energy at the same time, or 46 minutes (3/4 hours ) To obtain 10 kWh of thermal energy, thereby consuming about 1.8 kWh of mechanical energy. The heat utilization factor in this case is 5.2 (13 kWh / 2.5 kWh = 5.2).

ただし、それだけではない。ダイビング用の圧縮機は、空気冷却を用いるので、その作動中にすべての作動シリンダの均一加熱が必ず確保されるように構成されているということを考慮する必要がある。ところが、高圧圧縮機のシリンダ（段）の均一加熱は、シリンダ内での空気の不均一な圧縮（圧力上昇）によってのみ得ることが可能であり、このことが、追加のエネルギー消費につながる。   But that's not all. Since diving compressors use air cooling, it must be taken into account that uniform heating of all working cylinders is ensured during their operation. However, uniform heating of the cylinder (stage) of the high-pressure compressor can only be obtained by non-uniform compression (pressure increase) of the air in the cylinder, which leads to additional energy consumption.

圧縮機１５における空気の不均一な圧縮が解消され、効果的な熱除去が確保される場合には、熱利用率を６以上にまで向上させることが可能である。   When the non-uniform compression of air in the compressor 15 is eliminated and effective heat removal is ensured, the heat utilization rate can be increased to 6 or more.

このように、計算によって、１０ｍ^３の空気を２００バールに等温圧縮した場合の熱エネルギー量は１０ｋＷｈ程度であることが分かる。それと同時に、高圧圧縮機は、約１．６ｋＷｈ（１０ｋＷｈ／６＝１．６ｋＷｈ）の機械的エネルギーを消費する。エネルギー保存の法則によると、システム（装置）は、同じ量の冷熱エネルギー（−１０ｋＷｈ）を生成する。 Thus, the calculation shows that the amount of heat energy when isothermally compressing 10 m ³ of air to 200 bar is about 10 kWh. At the same time, the high pressure compressor consumes about 1.6 kWh (10 kWh / 6 = 1.6 kWh) of mechanical energy. According to the law of energy conservation, the system (device) produces the same amount of cold energy (−10 kWh).

ヒートポンプの理論熱利用率は５．２に等しい（非特許文献２、セクション２４）。これは、ヒートポンプを用いると、消費されるエネルギー（機械的、電気的など）が熱に直接変換される場合に比べて、加熱システムは、５．２倍大きい熱を得ることを意味している。   The theoretical heat utilization factor of the heat pump is equal to 5.2 (Non-Patent Document 2, Section 24). This means that with a heat pump, the heating system gets 5.2 times more heat than if the consumed energy (mechanical, electrical, etc.) is converted directly into heat. .

［第３段階］本方法（実施形態）の効率を向上させるための追加の正及び負の熱エネルギー量を取得する。   [Stage 3] Obtain additional positive and negative thermal energy amounts to improve the efficiency of the method (embodiment).

上述のように、空気を２００バールに圧縮すると、高圧圧縮機１５により消費される１キロワットの機械的動力ごとに、システム（装置）は、環境温熱によって約６ｋＷの熱エネルギーを生成することができる。ところが、この熱エネルギーの約半分は、それを蒸気エンジン２０で機械的エネルギーに変換する際に、低温交換器４０で失われる（非特許文献３、２５４頁、セクション「Ｍａｔｔｅｒ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ（物質とエネルギー）」）。   As mentioned above, when the air is compressed to 200 bar, for every 1 kilowatt of mechanical power consumed by the high pressure compressor 15, the system (device) can generate about 6 kW of thermal energy due to environmental heat. . However, about half of this thermal energy is lost in the low temperature exchanger 40 when it is converted to mechanical energy in the steam engine 20 (Non-Patent Document 3, page 254, section “Matter and Energy”). ) ").

低温交換器４０でのこの熱損失を補償して、環境温熱を機械的エネルギーに変換する方法（装置）の効率を向上させるためには、高温熱交換器１１において環境からの温熱を追加的に取り込む必要がある。このためには、環境への冷熱源として液体フレオンを使用するべきである。   In order to compensate for this heat loss in the low temperature exchanger 40 and improve the efficiency of the method (apparatus) for converting environmental heat into mechanical energy, the high temperature heat exchanger 11 additionally adds heat from the environment. Need to capture. For this purpose, liquid freons should be used as a cold source to the environment.

蒸気エンジン２０において仕事をした後のフレオンの温度は、約０℃（３２°Ｆ）である。低温交換器４０の後の液体フレオンの温度は、−４５〜−５５℃（−６５°Ｆ）であり、周囲温度は、上述のように３００°Ｋ（２７℃または８１°Ｆ）である。従って、高温熱交換器１１に入る前の液体フレオンを、圧縮空気の温熱（熱交換器２４）と、周囲空気で冷却される発電機３３（ラジエータ３４）からの熱とによって、１０〜１５℃（５０°Ｆ）の温度に加熱することができる。圧縮空気（２００バール）における温熱の量は、その熱容量係数がかなり増加しているため、極めて大きい。   The temperature of the freon after working in the steam engine 20 is about 0 ° C. (32 ° F.). The temperature of the liquid freon after the cold exchanger 40 is −45 to −55 ° C. (−65 ° F.) and the ambient temperature is 300 ° K (27 ° C. or 81 ° F.) as described above. Therefore, the liquid freon before entering the high-temperature heat exchanger 11 is heated to 10 to 15 ° C. by the heat of the compressed air (heat exchanger 24) and the heat from the generator 33 (radiator 34) cooled by the ambient air. It can be heated to a temperature of (50 ° F.). The amount of heat in compressed air (200 bar) is very large because its heat capacity coefficient has increased considerably.

また、熱交換器２４において低温フレオンにより圧縮空気を過冷却すると、低温交換器（冷熱源）４０は、さらなる冷熱を得る。このように、システムが追加の温熱及び冷熱を得ることで、蒸気エンジン２０を作動させる際の低温交換器４０における熱損失が完全に補償される。これに関連して、熱利用率は１０以上にまで向上する。   Further, when the compressed air is supercooled by the low-temperature freon in the heat exchanger 24, the low-temperature exchanger (cold heat source) 40 obtains further cold heat. In this way, the system gains additional heat and cold so that the heat loss in the cold exchanger 40 when operating the steam engine 20 is fully compensated. In this connection, the heat utilization rate is improved to 10 or more.

最終的に、環境の温熱を機械的エネルギー及び電気に変換する方法のための熱設計は次のようになる。
ａ）本実施形態（またはシステム）では、約６．５ｍ^３の空気を圧縮するために１ｋＷの機械的動力を消費する。
ｂ）システムは、約１０ｋＷの熱動力を生成する（そのうち３．５ｋＷの熱動力は、追加的に取り込まれる）。
ｃ）蒸気エンジン２０は、約５ｋＷの機械的動力を生成する（５０％の損失）。
ｄ）（５ｋＷのうちの）１ｋＷの機械的動力は、圧縮機１５に戻される。
ｅ）出力において、約４ｋＷの余剰の機械的動力、または２．５ｋＷの電力（電気への変換係数は約６０％）を得る。 Finally, the thermal design for the method of converting the environmental heat into mechanical energy and electricity is as follows.
a) In this embodiment (or system), 1 kW of mechanical power is consumed to compress approximately 6.5 m ³ of air.
b) The system generates about 10 kW of thermal power (of which 3.5 kW of thermal power is additionally captured).
c) The steam engine 20 generates about 5 kW of mechanical power (50% loss).
d) 1 kW of mechanical power (out of 5 kW) is returned to the compressor 15.
e) At the output, obtain about 4 kW of extra mechanical power, or 2.5 kW of power (conversion factor to electricity is about 60%).

このように、本装置（方法）では、化石燃料を用いることなく、環境の低ポテンシャル温熱によって電気エネルギーを生成することが可能である。   As described above, in the present apparatus (method), it is possible to generate electric energy by using the low potential temperature of the environment without using fossil fuel.

環境の温熱を仕事に変換することができる本実施形態の実現モデルを構築及び試験することで、より正確なデータを得ることができるだろう。   More accurate data could be obtained by building and testing a realization model of this embodiment that can convert the environmental heat into work.

上記の計算を裏付ける追加データを、非特許文献２のセクション７３、表４−１２「Ｅｎｅｒｇｙ−ｃｏｎｔｅｎｔ Ｈｅａｔ−Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｅａｔ（負の蓄熱器のエネルギー含量）」から得ることができる。そこでは、特に、１ｋｇの酸素を３０°Ｋ（−２４３℃または−４０５°Ｆ）から３００°Ｋ（２７℃または８１°Ｆ）に加熱する際に７９００ｋＪの熱を費やす必要があることが認められる。本発明の場合は、１２．９ｋｇの空気（１０ｍ^３）を加熱する際の熱量は、１０１９１０ｋＪまたは２８．３ｋＷｈ（１２．９×７９００ｋＪ＝１０１９１０ｋＪ、さらに１０１９１０／３６００＝２８．３ｋＷｈ）となる。この場合、酸素の熱容量は、２９．３ｋＪ×ｋｇ／Ｋである。 Additional data supporting the above calculations can be obtained from Section 73 of Non-Patent Document 2, Table 4-12 “Energy-content Heat-Negative Accumulators of the Heat”. In particular, it is recognized that it is necessary to spend 7900 kJ when heating 1 kg of oxygen from 30 ° K (−243 ° C. or −405 ° F.) to 300 ° K (27 ° C. or 81 ° F.). It is done. In the case of the present invention, the amount of heat when heating 12.9 kg of air (10 m ³ ) is 101910 kJ or 28.3 kWh (12.9 × 7900 kJ = 101910 kJ, and further, 101910/3600 = 28.3 kWh). In this case, the heat capacity of oxygen is 29.3 kJ × kg / K.

エネルギー保存の法則によると、これは、１２．９ｋｇ（１０ｍ^３）の空気を２７℃（８１°Ｆ）から−２４３℃（−４０５°Ｆ）に冷却する際に、約２８ｋＷｈの熱エネルギーを除去する必要があることを意味する。しかしながら、１２．９ｋｇの空気の２００バールへの等温圧縮中には、ほんの約１０ｋＷｈの熱エネルギーしか得られず、これは約３分の１である。 According to the Law of Energy Conservation, this removes about 28 kWh of thermal energy when cooling 12.9 kg (10 m ³ ) of air from 27 ° C (81 ° F) to -243 ° C (-405 ° F). It means you need to. However, during isothermal compression of 12.9 kg of air to 200 bar, only about 10 kWh of thermal energy is obtained, which is about one third.

酸素の物理データに基づいて熱設計を実施したが、空気による熱設計は、窒素の物性が酸素とあまり違いがないことから、上記とほとんど違いがない。   Although the thermal design was performed based on the physical data of oxygen, the thermal design by air is almost the same as the above because the physical properties of nitrogen are not so different from oxygen.

グラフ４．４（非特許文献２、セクション７３）は、ガスの断熱膨張の際の温度の低下を示している。   Graph 4.4 (Non-Patent Document 2, Section 73) shows a decrease in temperature during adiabatic expansion of the gas.

これらのデータは、太陽によって絶えず加熱される周囲空気中に、どれほどの低ポテンシャルエネルギーが含まれているのかを明確に示している。   These data clearly show how low potential energy is contained in the ambient air that is constantly heated by the sun.

熱力学第二法則は、冷却装置（冷熱源）の温度が絶対零度（−２７３℃または−４５９°Ｆ）に等しい場合に、熱が完全に仕事に変換されるとしている。従って冷却装置（冷熱源４０）の温度が絶対零度に近いほど、熱機械（蒸気エンジン２０）の効率は高くなる。   The second law of thermodynamics states that heat is completely converted to work when the temperature of the cooling device (cooling source) is equal to absolute zero (-273 ° C. or −459 ° F.). Therefore, the efficiency of the thermal machine (steam engine 20) increases as the temperature of the cooling device (cooling heat source 40) approaches zero degrees.

［熱設計の成果］
１リットルの化石燃料（灯油）を燃焼することにより生成される熱量は、１０立方メートルの空気を２００バールに圧縮した結果得られる熱量に相当し、それは約１０ｋＷｈの熱エネルギーである。 [Results of thermal design]
The amount of heat generated by burning 1 liter of fossil fuel (kerosene) corresponds to the amount of heat that results from compressing 10 cubic meters of air to 200 bar, which is about 10 kWh of thermal energy.

６．５ｍ^３の空気を圧縮機１５で２００バールに圧縮する場合、環境の温熱を仕事に変換する方法を用いる装置では、約５ｋＷの機械的動力または２．５ｋＷの電力を生成する。それと同時に、高圧圧縮機１５では、約１ｋＷの機械的動力を消費する。 When compressing 6.5 m ³ of air to 200 bar with the compressor 15, an apparatus using a method that converts environmental heat to work produces about 5 kW of mechanical power or 2.5 kW of power. At the same time, the high-pressure compressor 15 consumes about 1 kW of mechanical power.

参考として、ディーゼル発電所の技術的特性から、５ｋＷｈの電気エネルギーを生成する際に少なくとも１．８３リットルのディーゼル燃料を費やす必要があること、あるいは燃料１リットルごとに２．７３ｋＷｈの電気エネルギーが得られることが知られている。   For reference, from the technical characteristics of diesel power plants, it is necessary to spend at least 1.83 liters of diesel fuel when generating 5 kWh of electrical energy, or 2.73 kWh of electrical energy is obtained per liter of fuel. It is known that

これは、環境の温熱を利用して電気に変換する本実施形態の場合の計算結果（２．５ｋＷ）とおおよそで一致していて、その違いは、ユーザが化石燃料の購入のために資金を使わないということのみである。また、これによると、電気の形でクリーンなエネルギーを得るために、酸素を燃焼して環境を汚染する必要もない。   This is roughly the same as the calculation result (2.5 kW) in the case of this embodiment that converts to electricity using the thermal energy of the environment, and the difference is that the user spends funds to purchase fossil fuel. It is only not to use. This also eliminates the need to burn oxygen and pollute the environment in order to obtain clean energy in the form of electricity.

このように、環境の温熱を仕事に変換する本実施形態（方法）を用いることで、化石燃料への依存を軽減することができる。また、これは、ガソリン消費量の削減のためのプログラム、及び２００７年に可決された米国のエネルギー安全保障法とも合致するものである。   Thus, the dependence on fossil fuel can be reduced by using the present embodiment (method) that converts environmental heat into work. This is also consistent with a program for reducing gasoline consumption and the US Energy Security Act passed in 2007.

［結論、変形例、ならびに対象範囲］
これで、読者は、様々な実施形態の環境温熱を機械的エネルギーに変換する方法（装置）によって、一日の時間帯及び季節にかかわりなく、環境の無償の低ポテンシャル温熱によって電気を使用する機会を、その所有者に提供できることが理解できるであろう。本装置は、移動性を有することによって任意の場所で、近年次第に内燃エンジンの車両に取って代わり始めた電気自動車の充電のためなど、消費側の要求に応じた電気を供給するために使用することが可能である。無公害で安価な電気エネルギーによって、エコロジカルな輸送機関の開発が促進されるであろう。これにより、炭化水素燃料の需要を減らして、人間環境に良い影響を与えることになる。 [Conclusion, modification, and scope]
Now, readers have the opportunity to use electricity with the environment's free low-potential heat, regardless of the time of day and season, by the method (apparatus) of converting environmental heat into mechanical energy in various embodiments. Can be provided to its owner. This device is used to supply electricity according to consumer demands, such as for charging electric vehicles that have begun to gradually replace internal combustion engine vehicles in recent years due to their mobility. It is possible. Non-polluting and inexpensive electrical energy will facilitate the development of ecological transportation. This reduces the demand for hydrocarbon fuel and has a positive impact on the human environment.

さらに、本装置は、以下の点で有用な追加機能を有するものである。
− 例えばボート及びヨットにおいて、エンジンとして使用することができる。ダイビング用の圧縮機、水ポンプ、揚荷装置、工作機械などの装置を、動力取出軸に接続する可能性が考えられる。
− 圧縮空気のエネルギーを空気工具に用いることが可能であり、また、高圧バルーンを、電気の節約を目的として電気自動車の車室内の空調に用いることが可能である。
− 温熱を、給湯及び暖房のために用いることが可能である。
− 冷熱を、食品冷凍室及び冷蔵室、ならびに施設の空調に用いることが可能である。
− 蒸留水を得ることが可能である。 Furthermore, this apparatus has an additional function useful in the following points.
-It can be used as an engine, for example in boats and yachts. There is a possibility of connecting devices such as a diving compressor, water pump, unloading device and machine tool to the power take-off shaft.
-The energy of compressed air can be used for pneumatic tools, and the high-pressure balloon can be used for air conditioning in the interior of an electric vehicle for the purpose of saving electricity.
-Heat can be used for hot water and heating.
-Cold heat can be used for food freezer and refrigerated rooms, as well as facility air conditioning.
-It is possible to obtain distilled water.

家庭では、本装置を、電気エネルギーにより、無停電電源装置として用いることが可能である。   At home, this device can be used as an uninterruptible power supply by electric energy.

有用な追加機能は、特定の条件に応じてユーザにより判断される。高温気候では冷熱の必要性が大きくなり、逆に寒冷気候では温熱が優先因子となる。   Useful additional functions are determined by the user according to specific conditions. In high-temperature climates, the need for cooling is greater, and conversely, in cold climates, heating is a priority factor.

業務用に関しては、環境の温熱を変換する本装置を、燃料補給所において電気自動車に追加充電するための独立の発電装置として用いることができる。   For business use, this device that converts the environmental heat can be used as an independent power generator for additional charging of an electric vehicle at a refueling station.

本装置を、精励アルテリにおいて例えば金採鉱で使用すると、その抽出費用を実質的に削減することが可能であり、これにより生産利益が向上する。これは、そのような貴金属の価格が十分に高い現今では、特にそうである。   If the device is used in a refined artery, for example in gold mining, its extraction costs can be substantially reduced, which increases production profits. This is especially true at the present time when the price of such precious metals is high enough.

また、提案した装置を漁船においてエンジンとして適応させれば、魚介類の採取、輸送、冷凍の過程でのコストを削減することもできる。   In addition, if the proposed device is adapted as an engine on a fishing boat, the costs in the process of collecting, transporting, and freezing seafood can be reduced.

本実施形態を、高緯度地方及び低緯度地方を訪れる長旅をするヨットに搭載することで、上記の有用な機能のすべてを実現することができる。そのようなヨットによる旅行では、ヨット上でかなりの場所を占める燃料は、１グラムも必要ない。このヨットは、十分な冷熱があるので、熱帯での航行において快適な条件が得られる。また、食品貯蔵、さらには温水も含む新鮮な水の豊富な安定供給についても、良好な条件が作り出される。ユーザは、希望に応じて、スキューバダイビングを楽しむことができる。シリンダに充填する圧縮空気を、その細かい浄化のためのエアフィルタがあれば、高圧バルーンから取り出すことができる。ヨットでは、調理用ならびにナビゲーション装置及び通信チャネル用の電気が、２４時間絶えず供給される。ヨットが高緯度地方に移ると、装置は、新たな条件に容易に適応することができる。作動中の圧縮機からの温熱を、暖房及び給湯に用いることができる。本実施形態をヨットに搭載する際には、空気サイクルを、閉鎖式で作動するように切り替えることができ、低ポテンシャル温熱は、海水から取得される。そのためには、８０ｋＷ（１００馬力）の出力のヨット用エンジンで、毎時約１３０ｍ^３の空気の生産性を有する圧縮機を備える必要がある。そのような高圧圧縮機の寸法は、実質的に、時としてヨットの重量の４分の１を占めるディーゼル燃料と予備の飲料水とによって占有される体積よりも小さい。 By mounting this embodiment on a yacht that travels long to visit the high latitude region and the low latitude region, all of the above-described useful functions can be realized. Such a yacht trip does not require as much as 1 gram of fuel that occupies a significant area on the yacht. This yacht has enough cold so that comfortable conditions can be obtained for navigation in the tropics. Good conditions are also created for food storage and a stable supply of abundant fresh water, including hot water. The user can enjoy scuba diving as desired. If there is an air filter for fine purification, the compressed air filling the cylinder can be taken out from the high-pressure balloon. In yachts, electricity for cooking and navigation devices and communication channels is continuously supplied for 24 hours. As the yacht moves to higher latitudes, the device can easily adapt to new conditions. The warm heat from the operating compressor can be used for heating and hot water supply. When the present embodiment is mounted on a yacht, the air cycle can be switched to operate in a closed manner, and low potential heat is obtained from seawater. For that purpose, it is necessary to provide a yacht engine with an output of 80 kW (100 hp) and a compressor having an air productivity of about 130 m ³ per hour. The dimensions of such high pressure compressors are substantially smaller than the volume occupied by diesel fuel and spare drinking water, which sometimes occupies a quarter of the weight of the yacht.

別の興味深い変形例では、実施形態（装置）は、潜水艦に搭載される。そのような潜水艦は、長時間水中にいることができるように自律性を有し、乗組員の食事の回数によってのみ制限される。酸素を含む生命維持のために必要な他のすべての条件は、装置を活用して潜水艦上で作り出すことができる。装置に必要なエネルギーは、海水から取り出され、冷熱は海中に戻すように放出される。同じく、人間の***物も、環境を損なわない廃棄物に潜水艦上で変換されて、海中に投棄される。   In another interesting variant, the embodiment (device) is mounted on a submarine. Such submarines are autonomous so that they can stay underwater for extended periods of time and are limited only by the number of meals of the crew. All other conditions necessary for life support, including oxygen, can be created on the submarine utilizing the equipment. The energy required for the device is taken from the seawater and cold heat is released back into the sea. Similarly, human waste is converted into waste that does not harm the environment on the submarine and dumped into the sea.

上記説明は多くの具体性を含んでいるが、それらは実施形態の範囲を限定するものではなく、単にいくつかの実施形態の一部の例示を提供するものにすぎない。数多くの他の変形及び変更が可能である。例えば、基本エンジン２０として、ヴァンケルエンジンまたは蒸気タービンが使用される。凝縮過程を改善するため、低沸点作動体用の追加の低圧圧縮機による実施形態の変形が可能である。従って、本実施形態の範囲は、提示した例によってではなく、添付の請求項及びその法的均等物によって規定される。   Although the above description includes many specificities, they do not limit the scope of the embodiments, but merely provide an illustration of some of the embodiments. Many other variations and modifications are possible. For example, a Wankel engine or a steam turbine is used as the basic engine 20. Variations of the embodiment with additional low-pressure compressors for low-boiling point working bodies are possible to improve the condensation process. Accordingly, the scope of the embodiments is defined not by the examples presented, but by the appended claims and their legal equivalents.

Claims (1)

高圧空気圧縮機を用いて環境の低ポテンシャル温熱を機械的エネルギーに変換する方法であって、
（ａ）高温エネルギー源及び低温エネルギー源の形成に適合した大気の多段圧縮用の前記高圧空気圧縮機を設けることと、
（ｂ）前記高圧圧縮機に接続されて、前記高温エネルギー源と前記低温エネルギー源との温度差を利用して低沸点作動体で作動するのに適合した回転エネルギーを生成するための蒸気エンジンを設けることと、を有し、
環境の低ポテンシャル温熱以外に他のエネルギーを用いることなく、前記蒸気エンジンによって、前記高圧圧縮機の作動のために消費されるエネルギーよりも実質的に大きい量の回転エネルギーを生成する
ことを特徴とする環境温熱を機械的エネルギー及び電気に変換する方法。 A method of converting environmental low potential heat into mechanical energy using a high pressure air compressor,
(A) providing the high-pressure air compressor for multi-stage compression of the atmosphere adapted to the formation of a high temperature energy source and a low temperature energy source;
(B) a steam engine connected to the high pressure compressor for generating rotational energy adapted to operate with a low boiling point operating body using a temperature difference between the high temperature energy source and the low temperature energy source; And having
The steam engine generates substantially larger amount of rotational energy than the energy consumed for the operation of the high-pressure compressor without using any other energy besides the low potential temperature of the environment. To convert environmental heat to mechanical energy and electricity.

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