JP4886873B2 - リニア発電装置 - Google Patents

Description

本発明は気体圧シリンダーを構成するピストンとシリンダー間において発電を誘起するようにしたリニア発電装置に関する。

下記特許文献１は起電コイルを備えるシリンダーの左右気体圧室に交互に高圧気体を供給してピストンを往復動せしめ、永久磁石を有するピストンの軸線方向への往復移動により上記起電コイルにおける発電を誘起するリニア発電装置を開示している。

上記リニア発電装置は、シリンダーの左右端壁に高圧気体供給弁を設け、左気体圧室内に左高圧気体供給弁を通じ高圧気体を供給し、その気体圧をピストンの左受圧面に与え、ピストンを軸線上右方へ移動し、次いで、ピストンが右方移動の終端に達した時に、右気体圧室内に右高圧気体供給弁を通じ高圧気体を供給し、その気体圧をピストンの右受圧面に与え、ピストンを軸線上左方へ移動する動作を繰り返す。

特開２００９−１８９１８５号公報

上記特許文献１は起電コイルを備えるシリンダーの左気体圧室と同右気体圧室へ交互に高圧気体を供給し、上記左気体圧室内の気体圧と上記右気体圧室内の気体圧とをシリンダー内の永久磁石を備えるピストンに交互に印加して同ピストンを軸線方向へ往復移動することにより上記起電コイルにおける発電を誘起するリニア発電装置を開示している。

上記リニア発電装置において、安定な発電を誘起するには、シリンダー内のピストンを一定ストロークで持続的に安定に移動させる必要がある。本発明はピストンを高圧気体で移動するに際し、上記高圧気体（第一高圧気体）を補完する高圧気体（第二高圧気体）を供給して両高圧気体の協働によりピストンの円滑な移動と安定な発電が得られるようにしたものである。

又本発明はシリンダー内に供給する第一高圧気体の熱エネルギーを効率良く利用しピストンの円滑な移動と安定な発電が期待できるようにしたリニア発電装置を提供するものである。

要述すると本発明に係るリニア発電装置は、起電コイルを備えるシリンダーの左気体圧室と同右気体圧室へ交互に高圧気体を供給し、上記左気体圧室内の気体圧と上記右気体圧室内の気体圧とをシリンダー内の永久磁石を備えるピストンに交互に印加して同ピストンを軸線方向へ往復移動する気体圧シリンダー構造を有し、上記永久磁石を有するピストンの軸線方向への往復移動により上記起電コイルにおける発電を誘起するリニア発電装置であって、上記左右気体圧室内へ第一高圧気体を供給して上記ピストンの移動を促すと共に、該左右気体圧室内へ第一高圧気体の気体圧を補完する第二高圧気体を供給し上記ピストンの移動を持続する構成を有する。

加えて上記第二高圧気体は上記第一高圧気体で上記ピストンが移動を開始した後に供給する。
好ましい例示として上記第一高圧気体の供給時には第二高圧気体の供給を停止し、上記第二高圧気体の供給時には第一高圧気体の供給を停止するように構成する。

又上記第二高圧気体は上記第一高圧気体の凝縮点で不凝縮の気体又は上記第一高圧気体の凝固点で不凝縮の気体を用いる。具体例として、上記第一高圧気体は蒸気を用い、第二高圧気体は空気又は空気と蒸気の混合気体を用いる。

本発明によれば、第一高圧気体と第二高圧気体が協働してピストンを円滑に移動し安定な発電を誘起することができる。又シリンダーとピストンストロークを限定された長さにしても所期の発電を誘起することができる。

又上記第一高圧気体で上記ピストンが移動を開始した後に上記第二高圧気体を供給してピストンの移動を継続する構成により、気体圧室を拡大しつつ上記第二高圧気体を比較的低い供給圧力でスムーズに供給できる。

具体例として、上記第一高圧気体の供給時には第二高圧気体の供給を停止し、上記第二高圧気体の供給時には第一高圧気体の供給を停止することにより、上記補完が効率的に行える。

又例示として、上記第二高圧気体は上記第一高圧気体の凝縮点で不凝縮の気体又は上記第一高圧気体の凝固点で不凝縮の気体であることにより、上記第一高圧気体が放出する凝縮熱又は凝固熱を上記第二高圧気体が回収し、該熱回収により第二高圧気体を膨張させてその気体圧を上記ピストンへ印加する。

本発明に係るリニア発電装置の縦断面図。 上記リニア発電装置において第一高圧気体供給時のピストンの第一動作を示す縦断面図。 上記リニア発電装置において第二高圧気体供給時のピストンの第二動作を示す縦断面図。 上記リニア発電装置において第一高圧気体，第二高圧気体排出時のピストンの第三動作を示す縦断面図。 第一高圧気体と第二高圧気体の切替流路を概示する図。 第二供給口を複数設けた例を示す縦断面図。 第二供給口を複数設けた例を示す横断面図。 第二供給口をピストン受圧面に向け傾斜角度をもって配置した例を示す縦断面図。

以下本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図６に基づき説明する。

本発明に係るリニア発電装置は、シリンダー１の左端壁２と接する左気体圧室４内の気体圧と、同右端壁３と接する右気体圧室５内の気体圧とをシリンダー１内のピストン（フリーピストン）６に交互に印加して同ピストン６を軸線方向へ往復移動する気体圧シリンダー構造を有する。

本発明に係るリニア発電装置は上記気体圧シリンダー構造を採りながら、上記ピストン６の上記左気体圧室４と接する左受圧面７と上記右気体圧室５と接する右受圧面８間に永久磁石帯域９を形成すると共に、上記シリンダー１の左右端壁２，３間の筒壁に上記左右気体圧室４，５に亘る起電コイル帯域１１を形成し、上記永久磁石帯域９を有するピストン６の軸線方向への往復移動により上記起電コイル帯域１１における発電を誘起する構成を有する。

上記左気体圧室４内への第一高圧気体Ｇ１と該第一高圧気体Ｇ１を補完する第二高圧気体Ｇ２の供給と、上記右気体圧室５内への第一高圧気体Ｇ１と該第一高圧気体Ｇ１を補完する第二高圧気体Ｇ２の供給とを交互に行い、該第一，第二高圧気体Ｇ１，Ｇ２の気体圧が協働して上記ピストン６を軸線方向へ往復移動する構成とする。

ここに第一高圧気体Ｇ１としては蒸気を用いる。他例として、炭酸ガスや空気等の高圧の加熱気体を用いることができる。又第二高圧気体Ｇ２としては、空気又は空気と蒸気の混合気体を用いる。他例として、窒素ガス等の高圧気体を用いることができる。

例示として、上記第二高圧気体Ｇ２は上記第一高圧気体Ｇ１の凝縮点で不凝縮の気体又は上記第一高圧気体G１の凝固点で不凝縮の気体を用いる。このような第二高圧気体Ｇ２を用いる場合には、第一高圧気体Ｇ１が放出する凝縮熱又は凝固熱を第二高圧気体Ｇ２が回収し、該熱回収により第二高圧気体Ｇ２を膨張させてその気体圧をピストン６へ印加する。

尚上記例示の場合には、第二高圧気体Ｇ２の凝縮点が第一高圧気体Ｇ１の凝縮点又は凝固点よりも低いこととなるが、その差が大きければ大きい程、上記熱回収効果が向上する。

上記シリンダー１は左右端壁２，３に先細り状の第一供給口１６を設け、シリンダー筒壁に上記左右端壁２，３から間隔を置いて先細り状の第二供給口１７を設け、同筒壁の中間部に寸胴状の排出口１８を設ける。

図２Ａに示すように、ピストン６が図中左限まで移動している時には左気体圧室４と面する上記第二供給口１７と上記排出口１８はピストン６によって閉鎖され、図２Ｂに示すように、ピストン６が図中右方に移動する過程で上記第二供給口１７を開放し、左気体圧室４内への第二高圧気体G２の供給を可能とする。又図２Ｃに示すように、ピストン６が図中右限まで移動すると上記排出口１８を開放し、左気体圧室４からの第一，第二高圧気体Ｇ１，Ｇ２の排出を可能とする。

同様に、ピストン６が図中右限まで移動している時には右気体圧室５に面する上記第二供給口１７と上記排出口１８はピストン６によって閉鎖され、ピストン６が図中左方に移動する過程で上記第二供給口１７を開放し、右気体圧室５内への第二高圧気体G２の供給を可能とする。又ピストン６が図中左限まで移動すると上記排出口１８を開放し、右気体圧室５からの第一，第二高圧気体Ｇ１，Ｇ２の排出を可能とする。

図３に示すように、上記第一高圧気体Ｇ１は、例えば蒸気を用いる場合には蒸気発生装置１９からコンプレッサー２０を介して加圧され、流路切換弁２１を介して交互に左右気体圧室４，５の第一供給口１６へ供給される。

即ち、左気体圧室４内に第一高圧気体G１を供給する時には、一方の流路切換弁２１を左気体圧室４に通じる流路に対し開放し、他方の流路切換弁２１を右気体圧室５に通じる流路に対しては閉鎖する。又同様に右気体圧室５内に第一高圧気体G１を供給する時には、他方の流路切換弁２１を右気体圧室５に通じる流路に対し開放し、一方の流路切換弁２１を左気体圧室４に通じる流路に対しては閉鎖する。上記流路切換弁２１は気体流路を切り換えるためのものであり、コンプレッサー２０の出口に単一の二方切換弁を設けても同様の流路切換動作を行うことができる。

又上記第二高圧気体Ｇ２は、例えば空気を用いる場合には大気中から取り入れてコンプレッサー２２を介して加圧され、流路切換弁２３を介して交互に左右気体圧室４，５の第二供給口１７へ供給される。

即ち、左気体圧室４内に第二高圧気体G２を供給する時には、一方の流路切換弁２３を左気体圧室４に通じる流路に対し開放し、他方の流路切換弁２３を右気体圧室５に通じる流路に対しては閉鎖する。又同様に右気体圧室５内に第二高圧気体G２を供給する時には、他方の流路切換弁２３を右気体圧室５に通じる流路に対し開放し、一方の流路切換弁２３を左気体圧室４に通じる流路に対しては閉鎖する。上記流路切換弁２３は気体流路を切り換えるためのものであり、コンプレッサー２２の出口に単一の二方切換弁を設けても同様の流路切換動作を行うことができる。

上記流路切換弁の操作により第一高圧気体Ｇ１の供給時には第二高圧気体Ｇ２の供給を停止し、上記第二高圧気体Ｇ２の供給時には第一高圧気体Ｇ１の供給を停止することにより、第二高圧気体Ｇ２の第一高圧気体Ｇ１に対する補完が効率的に行われる。

上記ピストン６は永久磁石から成る複数のリング６ａを一体且つ同軸芯に積層した構造の永久磁石筒体６´を筒形ヨーク１０に外挿し、該筒形ヨーク１０の筒孔１３の両端開口面を受圧端板１４で閉鎖した筒形ピストン構造にする。上記リング６ａの積層数の増減によりピストン６（永久磁石帯域９）の長さを増減できる。

又上記永久磁石筒体６´の極性は既知の電磁誘導原理に従い、永久磁石の磁力線が起電コイル帯域１１の起電コイルに対し効果的に作用する配置とする。尚上記起電コイル帯域１１を形成する起電コイルは上記極配置に従い複数の単位起電コイル群で形成する場合を含む。

上記受圧端板１４の外周面にシリンダー１の内周面との気密封鎖を図る環状シール１５を設ける。尚具体的には図示しないが、上記永久磁石筒体６´の両端外周面に環状シール１５を設けてもよい。

好ましくは、上記受圧端板１４をセラミック板、繊維板、石材板、コンクリート板、カーボン板、金属板等から成る耐熱板で形成する。

以下、図２Ａ乃至図２Ｃに基づき上記左右気体圧室４，５に外部より第一，第二高圧気体Ｇ１，Ｇ２を供給してピストン６を往復動せしめる動作について説明する。

図２Ａに示すように、左気体圧室４内に左第一供給口１６を通じ第一高圧気体Ｇ１を供給し、該第一高圧気体Ｇ１の気体圧を受圧端板１４の左受圧面７に与え、ピストン６の軸線右方への移動を促す。尚この際には第二高圧気体Ｇ２の供給は停止している。

次に図２Ｂに示すように、ピストン６が移動を開始し第二供給口１７を通過した時に、左気体圧室４内に上記第一高圧気体Ｇ１を補完する第二高圧気体Ｇ２を追加供給し該第二高圧気体Ｇ２が上記第一高圧気体Ｇ１を補完し上記ピストン６の移動を持続する。これにより、左気体圧室４を拡大しつつ上記第二高圧気体G２を比較的低い供給圧力でスムーズに供給できる。尚この際には第一高圧気体Ｇ１の供給は停止する。

本実施例においては、左右端壁２，３から間隔を置いて第二供給口１７を設けることにより、第二高圧気体Ｇ２の供給タイミングを図るが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第二供給口１７を左右端壁２，３の第一供給口１６の近傍に設けて、両供給口の供給タイミングを切換弁等で調整する構成とする場合を含む。

上記第二高圧気体Ｇ２による第一高圧気体Ｇ１の補完により、円滑なピストン６の移動が得られ、その結果、安定な発電を誘起することができる。

上記第二高圧気体Ｇ２として上記第一高圧気体Ｇ１の凝縮点で不凝縮の気体又は上記第一高圧気体の凝固点で不凝縮の気体を用いる場合には、第一高圧気体Ｇ１が凝縮点又は凝固点において放出する凝縮熱又は凝固熱を第二高圧気体Ｇ２が回収し、該熱回収により第二高圧気体Ｇ２を膨張させてその気体圧をピストン６へ印加しピストン６の移動を持続する。

依って、上記熱回収により左気体圧室４内に供給する第一高圧気体Ｇ１の熱エネルギーを効率良く利用し円滑なピストンの移動と安定な発電が得られる。

次に図２Ｃに示すように、ピストン６が上記右方移動の終端に達した時に、排出口１８から第一高圧気体Ｇ１又は該第一高圧気体G１に由来する変性物と第二高圧気体Ｇ２を排出する。

左気体圧室４からの第一，第二高圧気体Ｇ１，Ｇ２の排出後、右気体圧室５内に右第一供給口１６を通じ第一高圧気体Ｇ１を供給し、該第一高圧気体Ｇ１の気体圧を受圧端板１４の右受圧面８に与え、ピストン６の軸線左方への移動を促し、上記した右方移動と同様に、ピストン６の左方移動を終端まで継続する。

以上の動作を繰り返すことにより、上記ピストン６を形成する永久磁石筒体６´（永久磁石帯域９）が繰り返し往復移動し、起電コイル帯域１１における発電を誘起する。

上記したように、第一高圧気体Ｇ１はピストン６の移動時に常に供給する必然性はなく、第二高圧気体Ｇ２の供給時には供給を停止する。その為、第一高圧気体Ｇ１は停止状態のピストン６の初期移動を促すことが可能となる量だけを供給すれば良い。そして後から供給される第二高圧気体Ｇ２が第一高圧気体Ｇ１を補完しピストン６の移動を継続する。

同様に、第二高圧気体Ｇ２は第一高圧気体Ｇ１の供給時にはその供給を停止する。これにより、上記第二高圧気体G２の第一高圧気体G１に対する補完が効率的に行える。

尚各高圧気体Ｇ１，Ｇ２の供給タイミング及び供給停止タイミングは、両高圧気体Ｇ１，Ｇ２を重畳して供給する時間がある場合を含む。又第二高圧気体G２の供給時には第一高圧気体G１の供給を停止するか、停止せずに第一高圧気体G１の圧力と供給量を低減して供給を続ける場合を含む。

図４，図５は左右気体圧室４，５を画成するシリンダー筒壁に夫々複数の第二供給口１７を設けた例を示している。

上記複数の第二供給口１７を設けることにより、第一高圧気体G１に対して複数個所で第二高圧気体Ｇ２が補完を開始することができる。

図６は第二供給口１７をピストン６の左右受圧面７，８に向け傾斜角度をもって配置した例を示している。即ち、シリンダー１の軸線に対し逃げ角をもって傾斜して配置する。

上記のように第二供給口１７をピストン６の左右受圧面７，８に向け傾斜角度をもって配置すれば、第二高圧気体Ｇ２を内圧の影響を低減してスムーズに供給することができる。又左右気体圧室４，５を画成するシリンダー筒壁に夫々複数の傾斜した第二供給口１７を設けることができる。又第二供給口１７はシリンダー軸線方向に位置をずらして複数配置することができる。

以上のように本発明によれば、第一高圧気体G１と第二高圧気体G２が協働してピストン６を円滑に移動し安定な発電を誘起することができる。又シリンダー１とピストンストローク、即ちシリンダー１の左右気体圧室４，５の軸線方向の長さを限定された長さにして所期の発電を誘起することができる。

１…シリンダー、２…左端壁、３…右端壁、４…左気体圧室、５…右気体圧室、６…ピストン、６´…永久磁石筒体、６ａ…リング、７…左受圧面、８…右受圧面、９…永久磁石帯域、１０…筒形ヨーク、１１…起電コイル帯域、１３…筒孔、１４…受圧端板、１５…環状シール、１６…第一供給口、１７…第二供給口、１８…排出口、１９…蒸気発生装置、２０…コンプレッサー、２１…流路切換弁、２２…コンプレッサー、２３…流路切換弁、Ｇ１…第一高圧気体、Ｇ２…第二高圧気体

Claims (6)

1. 起電コイルを備えるシリンダーの左気体圧室と同右気体圧室へ交互に高圧気体を供給し、上記左気体圧室内の気体圧と上記右気体圧室内の気体圧とをシリンダー内の永久磁石を備えるピストンに交互に印加して同ピストンを軸線方向へ往復移動する気体圧シリンダー構造を有し、上記永久磁石を有するピストンの軸線方向への往復移動により上記起電コイルにおける発電を誘起するリニア発電装置であって、上記左右気体圧室内へ第一高圧気体を供給して上記ピストンの移動を促すと共に、該左右気体圧室内へ第一高圧気体の気体圧を補完する第二高圧気体を供給し上記ピストンの移動を持続する構成を有し、上記第一高圧気体で上記ピストンが移動を開始した後に上記第二高圧気体を供給することを特徴とするリニア発電装置。
2. 上記第一高圧気体の供給時には第二高圧気体の供給を停止し、上記第二高圧気体の供給時には第一高圧気体の供給を停止することを特徴とする請求項１記載のリニア発電装置。
3. 上記第二高圧気体は上記第一高圧気体の凝縮点で不凝縮の気体又は上記第一高圧気体の凝固点で不凝縮の気体であることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載のリニア発電装置。
4. 上記第一高圧気体は蒸気であり、第二高圧気体は空気又は空気と蒸気の混合気体であることを特徴とする請求項３記載のリニア発電装置。
5. 上記左気体圧室を画成するシリンダー筒壁と上記右気体圧室を画成するシリンダー筒壁の夫々に上記第二高圧気体を供給する供給口を複数設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のリニア発電装置。
6. 上記第一高圧気体と第二高圧気体は夫々異なるコンプレッサーを介して供給されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のリニア発電装置。

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