JPH06147098A

JPH06147098A - 対流温度差原動機

Info

Publication number: JPH06147098A
Application number: JP32613892A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Abe; 俊▲ひろ▼ 阿部
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-11-11
Filing date: 1992-11-11
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】液化や気化をさせることなく気体をそのまま
用いて熱交換させることができることを目的とする。【構成】前記シリンダ１２内に配設された冷水供給用
の冷却パイプ１４、１６および温水供給用の加温パイプ
１８により冷却、加温されるスパイラルパイプ状の気体
冷却用の冷却流路２０、２２および気体加温用の加温流
路２４、２６を備える。そして、加温流路２４、２６で
加温された気体を一方で冷却流路２０、２２内に取入
れ、かつ冷却流路２０、２２内で冷却された気体を他方
で加温流路２４、２６内に取入れ、加温及び冷却気体を
互に順環させ、前記気体の温度差によって生じた対流に
より前記ファン２８ａ、２８ｂ、２９を回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対流温度差原動機に関
し、特に海水や雪、あるいは地下水、川の水等を用いる
のに適した対流温度差原動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、対流式の原動機として、フロンガ
スを用いたものが知られている。この対流式の原動機
は、液化フロンガスに温水を掛けて、これを沸騰気化さ
せ、この気化したフロンガスをノズルで絞ってタービン
に噴射させることにより、タービンを回転させるように
していた。そして、ノズルより噴射した後、その気化し
たフロンガスを冷水にて冷却し、前記タービンの動力を
用いてコンプレッサを作動させ、更に前記フロンガスを
圧縮して液化させ、これをポンプにて前述の温水処理側
に搬送して戻し、循環させて使用するようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の対流式原動
機にあっては、液化フロンガスに温水を掛けて、これを
沸騰気化させることとしていたため、高圧下では液化フ
ロンガスが沸騰せず、そのため低圧下で沸騰気化させな
ければならなかった。また、液化フロンガスの沸騰気化
や気化したフロンガスの圧縮液化のために、膨大な熱量
を必要とし、排出される熱の処理のための装置が必要と
され、しかもコンプレッサやフロンガス圧送用のポンプ
等も必要とされるために、熱交換部が非常に大型にな
り、装置全体も大型化してしまうという問題があった。

【０００４】そこで本発明は、液化や気化をさせること
なく気体をそのまま用いて熱交換させることができ、し
かも熱交換のために膨大な熱量を必要とせず、従って熱
交換部が小さく、装置全体を小型化することのできる対
流温度差原動機を提供することを、その解決課題として
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになしたもので、その解決手段として請求項
１に記載の対流温度差原動機は、熱交換を行なう気体を
密封するシリンダと、前記シリンダ内に軸方向にわたっ
て配設され軸方向一端側から冷却用流体が供給される冷
却パイプと、前記シリンダ内に軸方向にわたって配設さ
れた軸方向他端側から加温用流体が供給される加温パイ
プと、前記冷却パイプの周囲に接触させて配設したスパ
イラルパイプ状の気体冷却用の冷却流路と、前記加温パ
イプの周囲に接触させて配設し、かつ両端部を開口にし
て気体の流れを形成するスパイラルパイプ状の気体加温
用の加温流路と、前記冷却流路及び加温流路の出入口の
少なくとも一方に配設したファン及びこのファンととも
に回転する出力軸と、を備え、加温流路で加温された気
体を一方で冷却流路内に取入れ、かつ冷却流路内で冷却
された気体を他方で加温流路内に取入れ、気体が冷却流
路と加熱流路間をスパイラル運動しながら順環する対流
を発生させ、前記気体の温度差によって生じた対流によ
り前記ファンを回転させる構成としている。

【０００６】請求項２に記載の対流温度差原動機は、熱
交換を行なう気体を密封するシリンダと、前記シリンダ
内に軸方向にわたって配設され軸方向一端側から冷却用
流体が供給される冷却パイプと、前記冷却パイプの周囲
に接触させて配設し、かつ両端部を開口にして冷却用流
体の流れと逆方向の気体の流れを形成するスパイラルパ
イプ状の気体冷却用の冷却流路と、前記冷却流路の外側
に配設され、外温により前記冷却流路内の気体の流れと
逆方向の気体の流れを形成する気体加温用の加温流路
と、前記冷却流路及び加温流路の出入口の少なくとも一
方に配設された第一のファン、この第一のファンの後段
に配設された第二のファン及びこれら第一及び第二のフ
ァンと共に回転する出力軸と、前記第一のファンと第二
のファンの間に配設され、流量面積が前記冷却流路及び
加温流路の出入口の流量面積よりも小さいノズル口とを
備え、前記加温流路で加温された気体を一方で冷却流路
内に取入れ、かつ冷却流路内で冷却された気体を他方で
加温流路内に取入れ、気体が冷却流路と加熱流路間をス
パイラル運動しながら順環する対流を発生させ、前記気
体の温度差によって生じた対流により前記第一のファン
を回転させると共に、前記ノズル口から高速噴射する気
体で前記第二のファンを回転させるようにしたことを特
徴としている。

【０００７】請求項３に記載の対流温度差原動機は、前
記ファンを取付けた出力軸に起動用のモータを接続し、
強制的に対流を形成する構成としている。

【０００８】

【作用】上記構成の本発明の対流温度差原動機は、冷却
パイプに冷水等の冷却用流体を供給し、かつ加温パイプ
に温水等の加温用流体を供給すると、冷却パイプに接触
するスパイラル状の冷却流路内の気体が冷却されて冷却
流路に沿ってスパイラル状に回転しながらその遠心力に
より次第に加速されつつ移動し、冷却流路の外にでる。
そして、この冷却流路の外に出た気体は、充分加速され
かつスパイラル回転しているため、遠心力によって冷た
い気体が外側に飛出すこととなる。なお、冷却流路の反
対側では、気体を吸込む状態となる。

【０００９】次いで、この外側に飛出した冷たい気体が
加温パイプと接触するスパイラル状の加温流路内に入り
込み、この気体は、温水等の加温流体によって温められ
て軽くなり、加温流路に沿ってスパイラル状に回転しな
がら、その遠心力によってしだいに加速されつつ移動
し、加温流路の外にでて前記冷却流路内に吸込まれるこ
ととなり、これにより対流が形成される。

【００１０】そして、この対流によってファンが回転
し、このファンと一体の出力軸が回転することによって
出力されることとなる。

【００１１】このように、気体をそのまま用いることに
よって、気化や液化に必要な膨大な熱量を不要にして、
熱交換部を小型にしている。また、スパイラル状の流路
を気体が通過するため十分な接触状態が得られ、熱交換
が確実になされる。更に、冷水や温水等流体の流れと気
体の流れとを交差させることによって熱交換効率を向上
させることが可能となる。

【００１２】特に、本発明によれば、熱交換用の気体が
順環する冷却流路および加温流路をスパイラル状に形成
することにより、その実質的な流路長を極めて長距離に
設定することができ、この流路内をスパイラル状に回転
しながら通過してくる気体が、そのスパイラル運動の遠
心力により十分に加速され、極めて大きな対流エネルギ
ーをもつこととなる。このように、自然界に存在する温
度差、例えば海水などの温度差を利用して対流エネルギ
ーを発生させ、ファンを駆動することにより、自然界に
存在する温度差を効率よく運動エネルギーに、さらには
電気エネルギーに変換するエネルギー変換手段として各
種分野に幅広く利用することが可能となる。

【００１３】請求項２に記載の対流温度差原動機によれ
ば、気体の温度差によって生じた対流により第一のファ
ンを回転させると共に、ノズル口から高速噴射する気体
で第二のファンを回転させるようにしたため、出力軸に
大きなトルクが伝達し、この結果高電力の発電を達成す
ることができる。また、ノズル口から高速の気体が噴射
するので、冷却流路の開口側の負圧状態が著しく大きく
なり、このため、冷却流路内への気体の吸引効果が増大
して、気体が冷却流路内に円滑に流入し、期待する円滑
な気体の対流現象を形成することができる。

【００１４】さらに、請求項３に記載の対流温度差原動
機は、起動用のモータにて強制的に対流を形成すること
によって、初期動作を早めることが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の第一実施例を示す図であ
る。本実施例では、本発明の対流温度差原動機を例えば
湾内の陸地１０内に設置し、海水の温度差を利用した発
電機として用いた例を示している。

【００１７】本実施例の発電機は、シリンダ１２と、冷
却パイプ１４、１６と、加温パイプ１８と、冷却流路２
０、２２と、加温流路２４、２６と、ファン２８ａ、２
８ｂ、２９と、出力軸３０とを備えている。

【００１８】シリンダ１２は、縦型に形成され、内部に
熱交換を行なう気体１００が密封されるようになってい
る。この熱交換を行なう気体としては、空気や窒素等の
安定気体が採用できる。また、シリンダ１２の上部中央
には、出力軸３０の上部を軸支するベアリング３２が取
付けられており、かつ下部には発電用のコイル３４及び
出力軸３０の下部を軸支するベアリング３６が取付けら
れている。

【００１９】冷却パイプ１４、１６は、シリンダ３０内
の中央部側に、軸方向にわたって配設されるようになっ
ている。具体的には、冷却パイプ１４は、出力軸３０が
その内側を貫通し得るように筒状に形成され、断面リン
グ状の冷水通路が形成されたものとなっており、シリン
ダ１２の中央位置に配設されている。冷却パイプ１６
は、冷却パイプ１４の外周側に、この冷却パイプ１４と
間隔をおいて配設されたもため、冷却パイプ１４と同様
に断面リング状の冷水通路が形成された筒状のものとな
っている。また、この冷却パイプ１６は、上端から下端
にかけて若干広がった形状をなしている。そして、これ
ら冷却パイプ１４、１６は、その下端部側でシリンダ１
２の下部外周に設けたジャケット３８の冷水供給部４０
と接続すると共に、上端部側でシリンダ１２の上部外周
に設けたジャケット４２の冷水排出部４４と接続してい
る。また、ジャケット３８の冷水供給部４０及びジャケ
ット４２の冷水排出部４４は、それぞれ耐食性のある樹
脂パイプ４６、４８を介して海中５０に接続し、海水を
冷却パイプ１４、１６の下方から上方に供給排出するよ
うにしている。この場合の樹脂パイプ４６、４８の高低
差は、例えば５０〜１００ｍ程度とし、海水の温度差は
例えば下方では５〜１５゜Ｃ程度、上方では１０〜２５
゜Ｃ程度になるようにしており、この冷却パイプ１４、
１６内を海水が自動的に循環し得るようになっている。

【００２０】加温パイプ１８は、シリンダ１２内の外周
部に、シリンダ１２の壁面及び冷却パイプ１６と間隔を
おいて軸方向にわたって配設されている。この加温パイ
プ１８も前記冷却パイプ１４、１６と同様に断面リング
状の温水通路が形成された筒状のものとなっている。そ
して、この加温パイプ１８は、その上端部側でジャケッ
ト４２の温水供給部５２と接続すると共に、下端部側で
ジャケット３８の温水排出部５４と接続している。ま
た、ジャケット４２の温水供給部５２及びジャケット３
８の温水排出部５４は、それぞれ耐食性のある樹脂パイ
プ５６、５８を介して海中５０に接続され、海水を加温
パイプ１８の上方から下方に供給排出するようにしてい
る。この樹脂パイプ５６、５８の高低差及び海水の温度
差は前記冷却パイプ１４、１６の樹脂パイプ４６、４８
の場合と同様で、また海水も自動的に循環するようにな
っている。

【００２１】冷却流路２０、２２は、冷却パイプ１４、
１６の周囲に接触させて配設したスパイラルパイプ状の
もので、上下両端部を開口にしてシリンダ１２内に密封
した気体を導入し得るようにしている。具体的には、内
側の冷却流路２０は、冷却パイプ１４、１６の双方に接
触しており、冷却パイプ１６の形状に沿って上方から下
方にかけて広がった状態となっている。また、冷却流路
２２は、冷却パイプ１６の外周面に接触して、冷却パイ
プ１６の傾斜に沿って傾斜した状態となっている。そし
て、冷却流路２０、２２の上端部から取入れたシリンダ
１２内の気体を冷却パイプ１４、１６の冷水にて冷却し
て下端部より放出するようにしている。この場合、冷却
流路２０、２２は、スパイラル状（実施例では、気体１
００がシリンダの軸を中心に時計方向に旋回しながら進
むようなスパイラル状）になっているため十分な冷却距
離を取ることができ、しかも冷水が下方から上方に供給
されるのに対して、気体が上方から下方に流れる交差状
態（逆方向に流れる状態）となるため、冷却する熱交換
効率の高いものとなっている。また、冷却流路２０は、
下方になるにしたがって広がるために、冷却されて通気
抵抗が大きくなるに従ってその抵抗を低くすることがで
き、気体の通過が容易になるようになっている。更に、
下端部から放出される気体は、遠心力によって、冷たい
ものほど外周側に集められるようになっている。また、
各冷却流路２０、２２は、それぞれ複数相、例えば３組
の独立したスパイラル流路から成る３相に形成されるよ
うになっている。

【００２２】加温流路２４、２６は、加温パイプ１８の
周囲に接触させて配設したスパイラルパイプ状のもの
で、上下両端部を開口にしてシリンダ１２内に密封した
気体を導入し得るようにしている。具体的には、内側の
加温流路２４は、加温パイプ１８の内側面に接触してお
り、冷却流路２２の形状に沿って下方から上方にかけて
広がった状態となっている。また、外側の加温流路２６
は、加温パイプ１８の外周面に接触した状態となってい
る。そして、加温流路２４、２６の下端部から取入れた
シリンダ１２内の冷たい気体を加温パイプ１８の温水に
て加温して上端部より放出するようにしている。この場
合、加温流路２４、２６は、スパイラル状（実施例で
は、気体１００がシリンダの軸を中心に時計方向に旋回
しながら進むようなスパイラル状）になっているため十
分な加温距離を取ることができ、しかも温水が上方から
下方に供給されるのに対して、気体が下方から上方に流
れる交差状態（逆方向に流れる状態）となるため、加温
する熱交換効率の高いものとなっている。また、加温流
路２４、２６は、前記冷却流路２０、２２と同様に、複
数相、例えば３相に形成されるようになっている。

【００２３】ファン２８ａ、２８ｂは、シリンダ１２内
の上下部にあって、出力軸３０にベアリング６０を介し
て回転可能に軸支されるようになっている。この出力軸
３０は、シリンダ１２の中央位置で、前記冷却パイプ１
４を貫通し、その両端部が前記シリンダ１２の上下に設
けたベアリング３２に軸支されるようになっている。こ
の出力軸３０の下端には発電用のマグネット６４が取付
けられている。また、この出力軸３０と、前記ファン２
８ｂとは、リングギア６２にて接続してあり、このリン
グギア６２によって、例えばファン２８ｂが１回転する
と出力軸３０が３回転するようになっている。更に、フ
ァン２９は、出力軸３０の前記上部側のファン２８ａ下
方位置に固着され、出力軸３０と一体に回転するように
なっている。ファン２８ａは、出力軸３０とはフリーの
状態となっており、頂部のプーリ３１と連結されてい
る。

【００２４】なお、６６、６８は、潮流によって冷却パ
イプ１４、１６及び加温パイプ１８に供給される海水が
影響を受けるのを防止するため、樹脂パイプ４６、４
８、５６、５８の先端に取付けた傘である。

【００２５】次に、本実施例の作用を説明する。まず、
図１の状態において、樹脂パイプ４６、４８、５６、５
８の先端部が開放されているため、冷却パイプ１４、１
６及び加温パイプ１８内には海水が供給されている状態
となっている。

【００２６】そして、図示しないポンプを用い、冷水供
給部４０および温水供給部５２から、冷水パイプ１４，
１６および加温パイプ１８内への図中矢印で示す方向へ
の海水の供給を開始する。

【００２７】この場合、冷水供給部４０側から供給され
る海水と、温水供給部５２側から供給される海水との間
に約１０℃程度の温度差があるために、下方の冷水供給
部４０側からは冷水が冷却パイプ１４、１６内に供給さ
れ、上方の温水供給部５２側からは温水が加温パイプ１
８内に供給されることとなる。

【００２８】次いで、上述のように、冷却パイプ１４、
１６内に冷水が供給され、かつ加温パイプ１８内に温水
が供給された状態となると、冷却パイプ１４、１６に接
触するスパイラル状の冷却流路２０、２２内の気体が冷
却されて重くなり、冷却流路２０、２２に沿ってスパイ
ラル状に回転しつつ下方に移動し、冷却流路２０、２２
の下端開口より、シリンダ１２内の下部空間に放出され
る。なお、冷却流路２０、２２の上端開口側では、冷却
された気体の移動によって内部が負圧状態になるために
シリンダ１２の上部空間の気体を吸込む状態となる。そ
して、この冷却流路２０、２２の外に出た気体は、スパ
イラル状の冷却流路２０、２２を回転して通過している
ため、遠心力によって冷たい気体がシリンダ１２内の外
周側に飛出すこととなる。

【００２９】また、加温パイプ１８に接触するスパイラ
ル状の加温流路２４、２６内では、その内部の気体が温
められて軽くなり、加温流路２４、２６に沿ってスパイ
ラル状に回転しつつ上方に移動し、加温流路２４、２６
の上端開口より、シリンダ１２内の上方空間に放出され
る。そして、この放出された温かい気体が、前記冷却流
路２０、２２の上端開口より吸込まれて冷却されると共
に、加温流路２４、２６の下端開口では、温められた気
体の移動によって内部が負圧となるためにシリンダ１２
の下部空間の冷たい気体を吸込んで温めることとなる。

【００３０】そして、このような冷却流路２０、２２に
よる気体の冷却及び加温流路２４、２６による気体の加
温が繰返されると、シリンダ１２内に気体の対流が形成
されることとなる。すると、この気体の対流によってフ
ァン２８ｂが回転し、このファン２８ｂとリングギア６
２を介して接続する出力軸３０が回転力を受けてファン
２８ｂの３倍の回転数で回転する。次いで、この出力軸
３０が回転することによって、出力軸３０の下端に取付
けた発電用のマグネット６４が発電用のコイル３４内で
回転し発電が行なわれることとなる。

【００３１】このように、気体をそのまま用いることに
よって、気化や液化に必要な膨大な熱量を不要にして、
熱交換部を小型にでき、また、スパイラル状の流路を気
体が通過するため十分な接触状態が得られ、熱交換が確
実になされる。更に、冷水や温水の流れと気体の流れと
を交差させることによって熱交換効率を向上させること
が可能となるものである。

【００３２】特に、本発明では冷却パイプ１４，１６お
よび加温パイプ１８をスパイラル状に形成し、シリンダ
１２という限られた空間内において対流流路の全長を長
く形成している。これにより、対流する気体が冷却パイ
プ１４，１６および加温パイプ１８を構成するスパイラ
ル流路内を同方向に、しかもその回転遠心力で十分に加
速されながら通過することになるため、この対流流路内
には十分な運動エネルギーが発生し、２８ｂを十分なエ
ネルギーをもって回転駆動し、発電をおこなうことが可
能となる。

【００３３】次に、本実施例の発電機における出力状態
について説明する。まず、気体の冷却流路及び加温流路
を通過するときの遠心力（Ｆ）は、式Ｆ＝ｍｒ（２π
ｎ）2により求められる。なお、ｍは質量、ｒは半径、
ｎは起動時のモータの回転数／秒である。この場合にお
いて、冷却流路及び加温流路の上下の長さ＝１０ｍ、ｒ
＝０．５ｍ、ｎ＝５０、０゜Ｃにおけるシリンダ内気圧
は２００atm （０゜Ｃ、１０００atm で水と同比重にな
るとして、すなわち水の1/5 の比重として計算。）とす
ると、重心位置における質量は、ｍ＝５０ｃｍ（半径）
×１/ ２（重心点）×２００atm/１０００atm ＝５ｇ／
ｃｍ2 となる。従って、前記式より遠心力はＦ＝５ｇ/
ｃｍ2 ×０．５ｍ（２π×５０）2 ＝２４６ｋｇ/ ｃｍ
2 となる。

【００３４】次いで、シリンダ内の気体の膨張率は、ボ
イルシャルルの法則から、例えば１０℃の温度差では１
０゜Ｃ/ ２７３゜Ｃ＝４％となり、４％膨張して、４％
軽くなる。従って、冷却パイプ及び加温パイプに温度差
１０゜Ｃの冷水及び温水を供給した場合、気体の冷却流
路及び加温流路を通過するときの循環圧力は、その熱交
換等を５０％とすると、Ｆ＝２４６ｋｇ（遠心力）×４
％（膨張率）×５０％（熱交換率）＝５ｋｇ/ ｃｍ2 と
なる。

【００３５】更に、冷却流路及び加温流路の平均スパイ
ラルギャップ（流路断面の高さ）を５ｃｍ（板圧込
み）、スパイラル相数を３とすると、１相の巻数＝１０
ｍ( 長さ)/５ｃｍ（スパイラルギャップ）×１/ ３相＝
６６巻となる。また、１相の長さ＝３．１４ｍ（直径×
π）×６６巻＝２０６ｍとなり、対流する気体の風速＝
３．１４ｍ×５０回転/ 秒（モータ起動時の回転数）＝
１５７ｍ/ 秒となる。

【００３６】従って、２００atm 下での風速質量は、１
５７ｍ（秒）×２００atm ＝３１．４００ｍ／秒とな
る。また、１回路当りの対流時間は、２０６ｍ/ １５７
ｍ（秒）＝１．３秒となる。この場合のエネルギーは、
前記循環圧力が５ｋｇ/ ｃｍ2であるから水柱５０ｍと
なる。これを、水流に換算すると、１５７ｍ（秒）×２
００atm/１０００atm ＝３０ｍ（秒）となる。そして、
冷却流路及び加温流路の対流回路断面積が、各流路開口
断面５ｃｍ×半径５０ｃｍ×１/ ２ループ×３相＝３７
５ｃｍ2 となり、この場合の水量（秒）は、水流３０ｍ
（秒）×対流回路断面積０．０３７５ｍ2 ＝１．１２５
トンとなる。また、この場合の仕事量は、水柱５０ｍ×
水量１．１２５トン（秒）×重力加速度９．８＝５５０
ｋＷとなる。そして、この仕事量から発電機等を回転さ
せるロス及び流路摩擦を考慮して総合効率を３０％とし
て考えると、発電能力は、５５０ｋＷ×総合効率３０％
＝１６５ｋＷとなる。

【００３７】また、前記５５０ｋＷの仕事量をするため
には、５５０ｋＷ/ ４．１９Ｊ×熱交換率０．５％＝２
６２ｋcal （秒）必要となり、温度差１０゜Ｃの場合１
ｃｍ3 の水を１０゜Ｃ上げるのに１０cal 必要とされ
る。このため、図示しないポンプを用いて海水を供給す
るための温度差給水量は、ポンプ１台当り２６２ｋcal
（秒）/ １０cal （秒）＝２６リットル／秒必要とな
る。この場合、温水及び冷水のそれぞれに２６リットル
／秒必要となるため、２６リットル／秒の能力をもつポ
ンプが２台必要となる。そして、落差６ｍからポンプで
前記給水をしようとする場合、それに要する電力は、落
差６ｍ×２台×２６リットル／秒×重力加速度９．８×
１/ ポンプ効率０．３で表され、その値は約１０ｋＷと
なる。そこで、発電能力１６５ｋＷからポンプを駆動す
るための給水量消費電力１０ｋＷを差引くと、１５５ｋ
Ｗの発電出力が得られることとなるものである。

【００３８】図２には本発明の第二実施例を示す。この
実施例では、直接海中に設置する発電機の例を示してい
る。この発電機は、熱交換を行なう気体を密封した縦型
のシリンダ７０の中央位置に冷却パイプ７２を軸方向に
配設している。この冷却パイプ７２は、冷水供給用の内
側パイプ７４を排水用の外側パイプ７６内に貫通させ、
内側パイプ７４のか端部から外側パイプ７６内を下方か
ら上方に通して冷却するようになっている。また、加温
パイプ７８は、シリンダ７０の内周面に沿って配設さ
れ、加温パイプ７８内を上方から下方に温水が通過し得
るようになっている。冷却流路８０は、冷却パイプ７２
の外側パイプ７６の外周面に接触させてその外周に配設
してあり、加温流路８２は加温パイプ７８の内周面に接
触させて配設してあり、冷却流路８０では気体を上方か
ら下方にスパイラル状に回転させながら移動させ、加温
流路８２では気体を下方から上方にスパイラル状に回転
させながら移動させるようになっている。なお、冷却流
路８０及び加温流路８２は、いずれも上方から下方にか
けて順次断面積が小さくなるように設定してある。

【００３９】そして、シリンダ７０内の下部に発電機兼
用のモータ８４を配設し、このモータの出力軸８６の上
端部にファン８８を取付け、発電機の起動時にモータ８
４を作動させてファン８８を回転させ、強制的にシリン
ダ７０内に対流を形成するようにしている。従って、起
動時間を短縮することが可能となる。また、起動後には
充電作用により充電し得るようにしている。他の構成及
び作用は、前記実施例と同様につき説明を省略する。

【００４０】図３には、本発明の第三実施例を示す。こ
の実施例では、加温流路部分を水中に突き刺して設置す
る発電機の例を示している。

【００４１】本実施例の発電機は、内部に熱交換を行な
う気体１００が密封される縦型のシリンダ１１２と、冷
却パイプ１１４と、二条のスパイラル状の冷却流路１２
０と、加温流路１２４と、第一のファンとしてのタービ
ン１２８ａと、第二のファンとしてのギアタービン１２
８ｂと、セルモータ１３２に連結した出力軸１３０とを
備えている。

【００４２】冷却パイプ１１４は、上方の冷水供給部１
１９ａから冷水を取入れる内側パイプ１１４ａと、内側
パイプ１１４ａの外側に配され内側パイプ１１４ａ下端
部の孔１１４ｃから流入した冷水を上方の冷水排出部１
１９ｂから排水する外側パイプ１１４ｂとで形成されて
いる。

【００４３】そして、これら内側及び外側パイプ１１４
ａ，１１４ｂは、その下端及び上端に着脱自在に嵌めら
れたキャップ１１６ａ，１１６ｂによって液密に保持さ
れている。この冷却パイプ１１４の下端部外側には、キ
ャップ１１６ａを外側に位置させ、冷却流路１２０を内
側にした隔壁板１１７が取り付けられ、隔壁板１１７に
よってシリンダ１１２の上大半部が気密に保持されてい
る。そして、このシリンダ１１２の下端部に尖頭キャッ
プ１１８が取り付けられている。

【００４４】冷却流路１２０は、冷却パイプ１１４の周
囲に二条に巻き付けて接触させたスパイラルパイプ状の
もので、上下両端部を開口にしてシリンダ１１２内に密
封した気体１００を導入し得るようにしている。

【００４５】この冷却流路１２０の外径はシリンダ１１
２の外径よりも小さく設定され、これにより、シリンダ
１１２と冷却流路１２０との間に冷却流路１２０の下端
開口と連通した加温流路１２４が画成されている。すな
わち、本実施例では、加温流路１２４内に取入れた冷た
い気体を外部の温水で加温して上端部に導くようにして
いる。尚、冷却流路１２０の外周は断熱材１２１にて断
熱されるようになっている。

【００４６】セルモータ１３２が装着されたシリンダ１
１２上部内には、前記加温流路１２４と連通し冷却流路
１２０と連結した加圧流路１２６が形成されている。具
体的には、加圧流路１２６は、シリンダ１１２のシリン
ダ内壁１１２ａとシリンダ外壁１１２ｂとの間を通り、
シリンダ内壁１１２ａと出力軸１３０の間を通って、冷
却流路１２０の上端開口に連結している。

【００４７】そして、図４にも示すように、加圧流路１
２６の前段に、出力軸１３０に固着されたタービン１２
８ａが配され、後段にタービン１２８ａと一体に出力軸
１３０に取り付けられたギアタービン１２８ｂが配設さ
れており、また、これらタービン１２８ａ，１２８ｂの
間には、シリンダ内壁１１２ａに固着されたリング状の
プレート１２９が配設されている。

【００４８】タービン１２８ａは、気体回転用のファン
で、図５に示すように、羽根間隔が前記第一及び第二実
施例のファン２９，８８と略同様に設定されている。

【００４９】プレート１２９は、後述するノズルを形成
するためのリング体で、図６に示すように、内周に小径
の切り欠き１２９ａを多数有している。

【００５０】このプレート１２９はその外周面をシリン
ダ内壁１１２ａに当接固着させた状態で取り付けられて
いる。具体的には、、図４に示すように、タービン１２
８ａとギヤタービン１２８ｂとの間に幅広リング状のプ
レート板１３０ａが固着され、このプレート板１３０ａ
の外周面にプレート１２９の内周面を近接させた状態
で、プレート１２９が取り付けられている。

【００５１】これにより、開口断面積が加圧流路１２６
の断面積よりも著しく小さいノズル１４０が画成されて
いる。

【００５２】ギヤタービン１２８ｂは、動力増大用のフ
ァンで、図７及び図８に示すように、例えば傾斜角４５
度のはす歯状の羽根１２８ｃを外周部に多数有してい
る。羽根１２８ｃ間の間隔は、プレート１２９の切り欠
き１２９ａの周方向の径に略等しく設定され、タービン
１２８ａのはね間隔よりも著しく狭くなっている。ま
た、羽根１２８ｃの傾斜方向は冷却流路１２０のスパイ
ラル方向に対応させてある。

【００５３】次に、本実施例の作用を説明する。

【００５４】まず、図３において、図示しないポンプを
用い、冷水供給部１１９ａから、冷水パイプ１１４内へ
の図中矢印で示す方向へ冷水を供給しつつ、セルモータ
１３２を起動させる。

【００５５】冷却パイプ１１４内に冷水が供給された状
態となると、冷却パイプ１１４に接触するスパイラル状
の冷却流路１２０内に送られた気体１００が冷却されて
重くなり、冷却流路１２０に沿ってスパイラル状に回転
しつつ下方に移動する。そして、冷却流路１２０の下端
開口より、シリンダ１１２内の下部空間に気体１００が
放出され、遠心力によって冷たい気体１００がシリンダ
外壁１１２ｂ側に分離された状態で、加温流路１２４内
に流入する。

【００５６】加温流路１２４内の冷たい気体１００はシ
リンダ外壁１１２ｂを介して温水で温められて軽くな
り、加温流路１２４に沿ってスパイラル状に回転しつつ
上方に移動し、加温流路１２４の上端開口より加圧流路
１２６内に放出される。

【００５７】加圧流路１２６内の温かい気体１００は、
図４に示すように、シリンダ内壁１１２ａの内側を通
り、タービン１２８ａに当たるが、タービン１２８ａの
羽根間隔が広いためタービン１２８ａに対する回転トル
クは小さい。すなわち、タービン１２８ａは、気体１０
０の対流を円滑に行わせるファンとして機能する。

【００５８】そして、このタービン１２８ａを通過し送
り出された気体１００は、小径のノズル１４０を通り、
ノズル１４０の機能によって高速化され、ギヤタービン
１２８ｂの羽根１２８ｃに噴射される。

【００５９】このとき、ギヤタービン１２８ｂの羽根１
２８ｃの間隔がプレート１２９の切り欠き１２９ａの周
方向の径に略等しく設定され、各切り欠き１２９ａと羽
根１２８ｃとが１対１に対応しているため、各切り欠き
１２９ａから噴射された気体流は各羽根１２８ｃに集中
して当たり、大きな回転トルクでギヤタービン１２８ｂ
を回転させる。

【００６０】このように、本実施例によれば、高速の気
体でギヤタービン１２８ｂを回転させるため、前述した
第一及び第二実施例に比べて、出力軸に大きなトルクが
伝達し、この結果対流状態が得られた後、セルモータ１
３２を発電用に切替えれば高電力の発電を達成すること
ができる。

【００６１】また、ノズル１４０から高速の気体が噴射
するため、ノズル１４０下方即ち冷却流路１２０の上端
開口側の負圧状態が前記第一及び第二実施例に比べて著
しく大きくなり、このため、冷却流路１２０内への気体
の吸引効果が増大する。しかも、ギヤタービン１２８ｂ
の羽根１２８ｃの傾斜方向が冷却流路１２０のスパイラ
ル方向に対応させてあるため、気体が冷却流路１２０内
に円滑に流入し、期待する円滑な気体の対流現象を形成
することができる。

【００６２】次に、本実施例の変形使用例について説明
する。

【００６３】図３において、尖頭キャップ１１８とキャ
ップ１１６ａとをシリンダ１１２と冷却パイプ１１４下
端部から外すと共に、冷水供給部１１９ａと冷水排出部
１１９ｂとを冷却パイプ１１４上部から外す。そして、
冷水供給部１１９ａ，冷水排出部１１９ｂを、二点鎖線
で示すように、内側パイプ１１４ａ，外側パイプ１１４
ｂの下端開口部に奥深く取り付け、冷却排出部１１９ｂ
が取り外され露出した外側パイプ１１４ｂ上部の孔１１
４ｄを液密に密閉する。

【００６４】そして、この対流温度差原動機を逆さまに
して、温水内に水没させることにより、前述した第二実
施例に係る対流温度差原動機として使用することができ
る。

【００６５】また、図示せぬが、尖頭キャップ１１８と
キャップ１１６ａを取外し、かつ内側パイプ１１４ａを
外側パイプ１１４ｂ内から取外し、上下は図３のまま、
外側パイプ１１４ｂの下端に冷却パイプを接続してポン
プ等により、冷却水を外側パイプ１１４ｂ内に供給する
ようにすることもできる。

【００６６】本実施例の他の構成及び作用は、前記第一
及び第二実施例と同様につき説明を省略する。

【００６７】なお、本発明は前記第一ないし第三実施例
に限定されるものではなく本発明の要旨の範囲内で各種
の変形実施が可能である。

【００６８】例えば、前記実施例では、冷水および温水
を冷却液体および加温液体として用いる場合を例にとり
説明したが、本発明はこれに限らず、これ以外に各種の
液体を必要に応じて冷却液体および加温液体として用い
てもよい。

【００６９】上記実施例においては、本発明の対流温度
差原動機を発電機として用いた場合について説明した
が、発電機に限られるものではなく、例えば動力源その
他の原動機等にも適用できるものである。

【００７０】また、前記実施例においては、海水の温度
差を利用して冷却パイプおよび加温パイプに冷水および
温水を供給する場合を例にとり説明したが、本発明はこ
れに限らず、これ以外にも、自然界に存在する温度エネ
ルギー、例えば室内と室外の温度差や，雪，地下水，川
の水などを利用した温度差を利用して冷水および温水を
つくり出し、これを冷水パイプおよび加温パイプへ供給
してもよい。

【００７１】更に、加温手段としては温水等の液体に限
らず、空気等の気体を用いることもでき、この場合、例
えば図３のシリンダ外壁１１２ｂ外周にフィンを取付
け、熱交換を容易にすると良い。

【００７２】また、冷却手段は気体と逆方向あるいは順
方向に流動するものでも良く、更には流動するものに限
らず、停止状態のものを用いることも可能である。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の対流温度
差原動機は、気体をそのまま用いることによって、高圧
下での作動を可能にすると共に、従来のように気化や液
化に必要な膨大な熱量を不要にして、熱交換部を小型に
することができ、その結果装置全体の小型化がなし得る
という効果がある。また、スパイラル状の流路を気体が
通過するため十分な接触状態が得られ、熱交換を確実に
できるという効果がある。更に、冷水や温水の流れと気
体の流れとを交差させることによって熱交換効率を向上
させることができるという効果がある。

【００７４】また、請求項２に記載の対流温度差原動機
によれば、出力軸に大きなトルクが伝達させることがで
き、高電力の発電を達成することができる効果がある。
また、冷却流路の吸入開口側の負圧状態を大きくするこ
とができ、期待する円滑な気体の対流現象を形成するこ
とができる効果がある。

【００７５】さらに、請求項３に記載の対流温度差原動
機は、起動用のモータにて強制的に対流を形成すること
によって、初期動作を早めることができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係る対流温度差原動機の
全体的構成を示す断面図である。

【図２】本発明の第二実施例を示す断面図である。

【図３】本発明の第三実施例を示す断面図である。

【図４】タービンとノズルとギヤタービンの間の気体の
流れを示す部分拡大図である。

【図５】タービンの正面図である。

【図６】ノズルを構成するリングの正面図である。

【図７】ギヤタービンの正面図である。

【図８】ギヤタービンの側面図である。

【符号の説明】

１２、７０、１１２シリンダ１４、１６、７２１１４冷却パイプ１８、７８加温パイプ２０、２２、８０、１２０冷却流路２４、２６、８２、１２４加温流路２８ａ、２８ｂ、２９、８８、１２８ａ、１２８ｂフ
ァン３０、８６、１３０出力軸８４、１３２モータ１１９尖頭キャップ１２９プレート１４０ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換を行なう気体を密封するシリンダ
と、前記シリンダ内に軸方向にわたって配設され軸方向一端
側から冷却用流体が供給される冷却パイプと、前記シリンダ内に軸方向にわたって配設され軸方向他端
側から加温用流体が供給される加温パイプと、前記冷却パイプの周囲に接触させて配設したスパイラル
パイプ状の気体冷却用の冷却流路と、前記加温パイプの周囲に接触させて配設し、かつ両端部
を開口にして気体の流れを形成するスパイラルパイプ状
の気体加温用の加温流路と、前記冷却流路及び加温流路の出入口の少なくとも一方に
配設したファン及びこのファンとともに回転する出力軸
と、を備え、加温流路で加温された気体を一方で冷却流路内
に取入れ、かつ冷却流路内で冷却された気体を他方で加
温流路内に取入れ、気体が冷却流路と加温流路間をスパ
イラル運動しながら順環する対流を発生させ、前記気体
の温度差によって生じた対流により前記ファンを回転さ
せることを特徴とする対流温度差原動機。
【請求項２】熱交換を行なう気体を密封するシリンダ
と、前記シリンダ内に軸方向にわたって配設され軸方向一端
側から冷却用流体が供給される冷却パイプと、前記冷却パイプの周囲に接触させて配設し、かつ両端部
を開口にして冷却用流体の流れと逆方向の気体の流れを
形成するスパイラルパイプ状の気体冷却用の冷却流路
と、前記冷却流路の外側に配設され、外温により前記冷却流
路内の気体の流れと逆方向の気体の流れを形成する気体
加温用の加温流路と、前記冷却流路及び加温流路の出入口の少なくとも一方に
配設された第一のファン、この第一のファンの後段に配
設された第二のファン及びこれら第一及び第二のファン
と共に回転する出力軸と、前記第一のファンと第二のファンの間に配設され、流量
面積が前記冷却流路及び加温流路の出入口の流量面積よ
りも小さいノズル口とを備え、前記加温流路で加温された気体を一方で冷却流路内に取
入れ、かつ冷却流路内で冷却された気体を他方で加温流
路内に取入れ、気体が冷却流路と加熱流路間をスパイラ
ル運動しながら順環する対流を発生させ、前記気体の温
度差によって生じた対流により前記第一のファンを回転
させると共に、前記ノズル口から高速噴射する気体で前
記第二のファンを回転させるようにしたことを特徴とす
る対流温度差原動機。
【請求項３】請求項１及び請求項２において、前記出力軸に起動用のモータを接続し、強制的に対流を
形成することを特徴とする対流温度差原動機。