羽根車を利用した発電装置
【課題】
受熱部と放熱部の間を循環する２相の熱搬送流体によって回転駆動される羽根車を利用した発電装置の技術を提供する。
【解決手段】
羽根車２３はその回転中心に位置して該羽根車２３を回転・支承する回転軸２３ａと、該回転軸２３ａに固着した円筒型ランナー２３ｂと、該円筒型ランナー２３ｂの外周円筒面に於いて、前記回転軸２３ａの中心から放射状に等しい開角をもって配設した複数の羽根状のバケット２３ｃで構成する。該羽根車２３は低トルクで回転する構造とし、逆転しないように適宜位置に逆止弁を設置する。発電機回転子２３ｄは前記回転軸２３ａに固定してあり、熱搬送流体２６の流れによって羽根車２３が回転し、発電機能を有する。
受熱部と放熱部の間を循環する２相の熱搬送流体によって回転駆動される羽根車を利用した発電装置の技術を提供する。
【解決手段】
羽根車２３はその回転中心に位置して該羽根車２３を回転・支承する回転軸２３ａと、該回転軸２３ａに固着した円筒型ランナー２３ｂと、該円筒型ランナー２３ｂの外周円筒面に於いて、前記回転軸２３ａの中心から放射状に等しい開角をもって配設した複数の羽根状のバケット２３ｃで構成する。該羽根車２３は低トルクで回転する構造とし、逆転しないように適宜位置に逆止弁を設置する。発電機回転子２３ｄは前記回転軸２３ａに固定してあり、熱搬送流体２６の流れによって羽根車２３が回転し、発電機能を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は受熱部と放熱部の間を循環する２相の熱搬送流体によって回転駆動される羽根車を利用した発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
従来、この種の羽根車を利用した発電装置の従来の技術の一例としては図７に示す特開平１−１３０００７号公開特許公報に開示されたものがある。これについて説明すれば、従来の技術に於ける熱搬送流体は１液２相の流体で一般のヒート流路の作動液と同じである。即ちその蒸気（気相）は凝縮性でありループ型流路の放熱部１及び放熱部１から受熱部２に至る間の流路中に於いては液相で循環し、受熱部２及び受熱部２から放熱部１に至る間の流路中に於いては気相で循環する。この従来の技術では図９の如く熱媒流体が液相流である部分においてシリンダ型コンテナ３と細管コンテナ群の複合コンテナとが連結されて閉ループ管型コンテナ４を形成している。
【０００４】
従ってシリンダ型コンテナ３の中には水車５が配置されて動力発生部が構成されている。水車５はシリンダ型コンテナ３内に噴出した細管コンテナ群に強力に吸入される熱搬送流体の液相流６により強力に駆動される。従来の技術に於いて閉ループ管型コンテナ４内に封入される液量がコンテナ内容積の８０〜９０％如く多量である場合は、気相流部分は受熱部内とその下流の近傍部だけとなるから、シリンダ型コンテナ３は放熱部１に近い放熱部１の上流側に連結して実施することもできる。
尚、７は気相流、８は循環方向規制手段、９は高温部、１０は低温部である。
【０００５】
従来の技術の第２の例としては、図８に示す特開２００２−３４２３３号公開特許公報に開示されたものがある。これについて説明すれば、導電性を有する液体が内部に封入されたヒート流路であって、ループを形成し、該ループの一端が加熱され他端が冷却されたときに液体及び液体の蒸気を循環させるためのヒート流路１１〜１３と、ヒート流路のループの少なくとも一部において磁界を発生させる手段１４、１５と、液体及び液体の蒸気が磁界を横切って運動する際に発生する電気エネルギーを取り出す手段（図示せず）とを具備する。
【０００６】
図８（ａ）において、導電性を有する流体が矢印の向きに流れると、フレミングの右手の法則に従って、２つの電極間に起電力が発生する。図８（ｂ）に示すように、ヒート流路は折り曲げられ、ｎ行ｍ列で配列されている（ｎとｍは任意の自然数）。ここで、永久磁石が作る磁界の磁束密度をφ、流体の速度をｖ、永久磁石の長さをＬとすると、起電力Ｅは、次式で表される。Ｅ＝φ・ｖ・Ｌ・ｍ・ｎである。一般的には、流体の運動方向が交互に変化するので、交流起電力が発生することになる。
これに対して、直流起電力を得たい場合には、ヒート流路１１〜１３の中に逆止弁を設けて一方向のみに流過させる。
尚、１６はヒート流路１１ないし１３を収容・挟持するハウジング、１７は高温部、１８は低温部である。
【０００７】
従来の技術の第３の例としては、図９に示す特開２００６−１３２３４４号公開特許公報に開示されたものがある。これについて説明すれば、図９は従来の技術に於ける開放下流型の発電方法を示し、所定の流速で水流が流れる水路１９の途中に、この水路１９内を流れる水流によって回転が付与される水車２０を設置し、この水車２０の回転を増速機構２１及び必要に応じて更に増速回転伝達手段（図示せず）を用いて増速し、発電機２２を駆動することにより発電するようにしたものである。上記水路１９としては、各種工場の施設における給排水路のほか、公共施設、大型店舗、ホテル等の給排水路、河川や農業用水路等を挙げることができる。
【特許文献１】特開平１−１３０００７号公開特許公報
【特許文献２】特開２００２−３４２３３号公開特許公報
【特許文献３】特開２００６−１３２３４４号公開特許公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の技術に於ける前述した発電装置は上述した構成、作用であるので次の問題点が存在した。すなわち、従来の技術の第１の例に於いては複数の圧力細管としてのループ型流路と該複数のループ型流路のそれぞれ対して循環方向規制手段すなわち逆止弁が必要であり、発電装置の構造が複雑でありかつ保守が困難であるという問題問題点があった。また、従来の技術の第２の例に於いては、使用する２相の液体は導電性又は磁性を有する液体に限定され汎用性に乏しいという問題点があり、電気絶縁性及び気液密封性を得るために発電部における流路の構造が複雑になるという問題点があった。さらに、従来の技術の第３の例に於いては、傾斜した水路を流過する水によって発電するので発電装置が大規模であり、車載用途などの移動体に於ける発電手段には不適であるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る羽根車を利用した発電装置は叙上の問題点を解決すべく発明したものであり、次の構成、手段から成立する。
【００１０】
すなわち、請求項１記載の発明によれば、受熱部と放熱部との温度差による推進力で流送する熱搬送流体を充填した無端状循環経路を備えた構成に於いて、該無端状循環経路であって、熱搬送流体の流送方向に対して垂直方向に回転子を配設しかつ該回転子に固定された発電機回転子を有した羽根車を備えたことを特徴とする。前記熱搬送流体の流送方向に対して回転子の回転軸を垂直に配設することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の羽根車を利用した発電装置に於いて、前記無端状循環経路は単一の略Ｏ字状循環経路であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の羽根車を利用した発電装置に於いて、前記無端状循環経路は複数個であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の羽根車を利用した発電装置に於いて、前記無端状循環経路は無端状円環循環経路であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の羽根車を利用した発電装置に於いて、前記無端状循環経路に絞り弁を介在させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る羽根車を利用した発電装置は上述した構成を有するので次の効果がある。
【００１６】
すなわち、請求項１に記載した本発明によれば、受熱部と放熱部との温度差による推進力で流送する熱搬送流体を充填した無端状循環経路を備えた構成に於いて、該無端状循環経路であって、熱搬送流体の流送方向に対して垂直方向に回転子を配設しかつ該回転子に固定された発電機回転子を有した羽根車を備えたことを特徴とする羽根車を利用した発電装置を提供する。
このような構成としてので、羽根車はこの熱搬送流体により回転し、発電機回転子を回転駆動する。この発電機回転子は比較的低トルクで回転する構造となっているので発電機固定子から出力電圧を発生する。熱搬送流体の流送方向に対して垂直方向位置に羽根車の回転軸及び発電機回転子を配置しているので、上記熱搬送流体が高圧であって、低流量であり発電機固定子が安定した発電を行えるという効果がある。
【００１７】
請求項２に記載した本発明によれば、前記無端状循環経路は単一の略Ｏ字状循環経路であることを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置を提供する。
このような構成としたので、請求項１記載の発明の効果に加えて、無端状循環経路は単一の流路で構成することができるので、発電装置の構造を単純化することができるという効果があり、保守点検が容易であるという効果がある。
【００１８】
請求項３に記載した本発明によれば、前記無端状循環経路は複数個であることを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置を提供する。
このような構成としたので、請求項１記載の発明の効果に加えて、受熱部に与えられる熱量が大きい場合でも多量の熱搬送流体に熱エネルギーを伝導することができるので単一の回転子が熱搬送流体の熱エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換できるという効果がある。
【００１９】
請求項４に記載した本発明によれば、前記無端状循環経路は無端状円環循環経路であることを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置を提供する。
このような構成としたので、請求項１記載の発明の効果に加えて、受熱部と放熱部を羽根車の近傍に配設できるので、エネルギー変換効率が向上するという効果があり、発電装置を小型化できるという効果がある。さらに、羽根車の回転半径を大きくでき、回転トルクを大きくできる。
【００２０】
請求項５に記載した本発明によれば、前記無端状循環経路に絞り弁を介在させたことを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置を提供する。
このような構成としたので、請求項１記載の発明の効果に加えて、熱搬送流体の流送方向を制御することが容易となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施の形態としての発電装置Ｅを示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に羽根車を設置した例であり、（ａ）はその水平断面図、（ｂ）は発電装置Ｅに備えた発電機を構成する羽根車を矢視Ａ−Ａ線方向から見た断面図である。
【図２】本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例を示す図面であって、（ａ）は本発明に係る羽根車を利用した発電装置Ｅ１に於ける実施例１を示す図面であって、２個の無端状循環経路を構成する発電装置Ｅ１に於いて一方の無端状循環経路の他方の流路と、他方の無端状循環経路の一方の流路との間に羽根車を設置した例を示す模式図、（ｂ）は本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例２を示す図面であって、無端状循環経路を構成する発電装置Ｅ２に於いて流路の両側面に羽根車を設置した例を示す模式図である。
【図３】本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例３を示す図面であって、無端状循環経路を構成する発電装置Ｅ３に於いて流路の他方側に２個の羽根車を隣接配置した例を示す模式図である。
【図４】本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例４としての発電装置Ｅ４を示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に羽根車を設置し、無端状循環経路を構成する流路の他方側に蛇行ライン状流路を設置した例を示す模式図である。
【図５】本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例５としての発電装置Ｅ５を示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に羽根車及び絞り弁を設置した例を示す模式図である。
【図６】本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例６としての発電装置Ｅ６を示す図面であって、略円盤状の羽根車を収容するケーシングを兼ねる受熱部及び放熱部を配置した例を示す模式図であり、（ａ）は（ｂ）の中央部分の垂直方向断面図、（ｂ）は水平方向断面図である。
【図７】従来の技術に於ける発電装置の第１の例を示す図面である。
【図８】従来の技術に於ける発電装置の第２の例を示す図面であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図９】従来の技術に於ける発電装置の第３の例を示す図面である。
【図１０】本発明に係る磁気羽根車を利用した発電装置の実施の形態としての発電装置Ｅを示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に磁気羽根車を設置した例であり、（ａ）はその水平断面図、（ｂ）は発電装置Ｅに備えた発電機を構成する磁気羽根車を矢視Ａ−Ａ線方向から見た垂直断面概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施の形態について添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施の形態としての発電装置Ｅを示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に羽根車を設置した例であり、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は発電装置Ｅに備えた発電機を構成する羽根車を（ａ）に示す矢視Ａ−Ａ線方向から見た垂直断面図である。
【００２３】
２３は羽根車であって、羽根車２３は通常の水力発電に用いる衝動水車に分類することができる羽根車であり、例えばペルトン水車を用いることが可能である。羽根車２３は該羽根車２３の回転中心に位置して該羽根車２３を回転・支承する回転軸２３ａと、該回転軸２３ａに固着した円筒型ランナー２３ｂと、該円筒型ランナー２３ｂの外周円筒面に於いて、前記回転軸２３ａの中心から放射状に等しい開角をもって配設した複数の羽根状のバケット２３ｃで構成する。該羽根車２３は低トルクで回転する構造とし、逆転しないように適宜位置に逆止弁を設置することもできる。図１に於いて該バケット２３ｃは前記回転中心から法線方向に直線で示す平板状の羽根であるが、これに限らずバケツ状の容器でも良い。２３ｄは前記回転軸２３ａに固定した発電機回転子であって、熱搬送流体２６の流れによって羽根車２３が回転し、発電機能を有する。
【００２４】
２４はケーシングであって、ケーシング２４は前記羽根車２３の前記回転軸２３ａを支承する軸受け（図示せず）を具備しており、羽根車２３の全体を収容する固定された略円筒形の容器である。また、図１に示すように、羽根車２３のバケット２３ｃとケーシング２４の内面との間にはわずかの隙間が設定され、ケーシング２４内に於いて、羽根車２３は円滑に回転することができる。
【００２５】
ケーシング２４はその外周の一部に熱搬送流体導入部２４ａ及び熱搬送流体導出部２４ｂを配設し、該熱搬送流体導入部２４ａ及び熱搬送流体導出部２４ｂは後述する無端状循環経路としての流路に密封構造をもって接続している。
【００２６】
２５は流路であって、例えば、略Ｕ字状循環経路を有しており該流路２５の内部は後述する熱搬送流体２６が充填されている。流路２５は断面形状が略円形又は楕円形が望ましいが、矩形状、三角形状又は半円形状であってもよい。図１に示すように全体形状が縦に長い長方形に形成している。該流路２５は図１に示すように前記ケーシング２４の熱搬送流体導入部２４ａ及び熱搬送流体導出部２４ｂと一体的に形成し接続する。
【００２７】
２６は熱搬送流体であって、熱搬送流体２６は例えば水等であり、与えられた熱エネルギーの多寡によって液相又は気相を呈する２相の流体である。そして該熱搬送流体２６は臨界温度が熱源温度以下、放熱部温度又は使用温度範囲で固体化しないことが条件であり、水の場合例えば１００℃〜３００℃の範囲内を適用する。図１に於いて、熱搬送流体２６は流路２５内において気相と液相の混合流体であり、２６ａは熱搬送流体２６の液相部を示し、２６ｂは熱搬送流体２６の気相部である。円形及び略楕円形で表された２６ｂ１、２６ｂ２は前記熱搬送流体２６の気相部２６ｂを模式的に示す。そして、略楕円形で示された気相部２６ｂ２と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６は、円形で示された気相部２６ｂ１と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６に比較して気相部の割合が多いので、略楕円形で示された気相部２６ｂ２と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６は、円形で示された気相部２６ｂ１と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６に比較して、より多くの潜熱すなわち転移熱を有している。
【００２８】
前記流路２５は、例えば熱輸送デバイスとしての薄型プレートヒートデバイスを使用すると最適な効果が得られる。これは大きな熱量を円滑に輸送するように設計されている。また薄型プレートヒートデバイスの内部はループ型蛇行細径トンネルヒートパイプを内蔵しておりこのループ型蛇行細径トンネルヒートパイプの内部に封入した作動液が還流管路、つまり流路２５内を流送する。そしてこの作動液の内圧に対して該薄型プレートヒートデバイスのループ型蛇行細径トンネルヒートパイプが十分な強度を有する必要がある。このような各種の条件を満足する薄型プレートヒートデバイスは薄型プレート内に前述したループ型蛇行細径トンネルヒートパイプを備えてある。そして、このような単位対のループ型細径トンネルヒートパイプの群は相互に連結連通されて、平面状に構成されて一体化されてある。このように一体化されたループ型細径トンネルヒートパイプの群は、一括して密閉封止され且つ真空脱気された上で所定の二相凝縮性作動液の所定量が封入されてヒートパイプ化されて、構成されている。また薄型プレートヒートデバイスは、熱伝導性の良好な金属からなる単位薄板及び平薄板の溶接積層体で構成される。単位薄板の溶接面には積層に先立って予め一連の長尺蛇行細溝が形成されてある。該長尺蛇行細溝の形成は切削、放電加工、プレス成形等何れの手段によってなされたものであっても良い。長尺蛇行細溝は積層により密閉蛇行細径トンネルとして構成され、この密閉蛇行細径トンネルに所定の作動液の所定量が封入されて蛇行細径トンネルヒートパイプとして構成されてある。
【００２９】
２７は蒸発部すなわち受熱部であって、受熱部２７は熱搬送流体２６に熱エネルギーを効率的に伝達するために流路２５を取り囲んだ構造を有する。受熱部２７は熱搬送流体２６を液相２６ａから気相２６ｂに相変化させる部分である。
２８は凝縮部すなわち放熱部である。放熱部２８は羽根車２３を回転させて羽根車２３に運動エネルギーを与えた熱搬送流体２６の温度を低下させ、熱搬送流体２６を気相２６ｂから液相２６ａに相変化させる部分であり、熱搬送流体２６から熱エネルギーを効率的に除去するために流路２５を取り囲んだ構造を有する。
尚、上記無端状循環経路の上辺部分又は下辺部分の形状を変化させ、流送抵抗を増大する構成としてもよい。
【００３０】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施の形態に基づく動作等を説明する。
受熱部２７が加熱され放熱部２８が冷却されると、該受熱部２７と該放熱部２８との温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は流路２５内を図１に示すように下方から上方に循環流送する。そして、受熱部２７と放熱部２８の機能により、該流路２５内に充填された熱搬送流体２６は該受熱部２７から矢印Ｂ１ないしＢ４方向に流送される。そこで該羽根車２３はこの熱搬送流体２６により回転する。回転軸２３ａが回転し、軸シール（図示せず）を介して回転軸２３ａが動液封止内から大気側に突出され、発電機回転子２３ｄと同軸に連結されて該発電機回転子２３ｄを回転駆動する。この発電機回転子２３ｄは比較的低トルクで回転する構造となっている。これにより該発電機固定子（図示せず）から出力電圧を発生する。ここで、熱搬送流体２６の流送方向に対して垂直方向位置に羽根車２３の回転軸２３ａ及び発電機回転子２３ｄを配置している。それ故に上記熱搬送流体２６が高圧であって、低流量であり発電機固定子に安定した発電を奏する。
尚、図１に於いては受熱部２７を下方に配置し、放熱部２８を上方に配置しているが、受熱部２７を上方に配置し、放熱部２８を下方に配置してもよく、羽根車２３の回転方向を逆転することができる。また、発電機の始動時において、羽根車２３の回転方向を任意の方向に回転させるために、発電機回転子２３ｄに外部から電力を印加して一時的に電動機として駆動して、熱搬送流体２６の循環流送方向が安定したら、発電動作に移行してもよい。
【実施例１】
【００３１】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例１について添付図面に基づき詳細に説明する。
図２（ａ）は本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例１を示す図面であって、２個の無端状循環経路を構成する発電装置Ｅ１に於いて一方の無端状循環経路の他方の流路と、他方の無端状循環経路の一方の流路との間に羽根車を設置した例を示す模式図である。
【００３２】
２３Ａは羽根車でありその構造や動作等は図１に示す羽根車２３と略同一である。羽根車２３Ａは通常の水力発電に用いる衝動水車に分類することができる羽根車であり、例えばペルトン水車を用いることが可能である。羽根車２３Ａは該羽根車２３Ａの回転中心に位置して該羽根車２３Ａを回転・支承する回転軸（図示せず）と、該回転軸２３ａに固着した円筒型ランナー２３ｂと、該円筒型ランナー２３ｂの外周円筒面に於いて、前記回転軸２３ａの中心から放射状に等しい開角をもって配設した複数の羽根状のバケット２３ｃで構成する。
【００３３】
２５Ａ、２５Ｂは流路であって、該流路２５Ａ、２５Ｂの内部は前述した熱搬送流体２６が充填されている。流路２５Ａ、２５Ｂは断面形状が略円形又は楕円形が望ましいが、矩形状、三角形状又は半円形状であってもよい。図２（ａ）に示すように全体形状が縦に長い長方形に形成している。該流路２５Ａ、２５Ｂは図２（ａ）に示すように前記ケーシング２４の熱搬送流体導入部及び熱搬送流体導出部と一体的に形成し接続する。
【００３４】
２７Ａは蒸発部すなわち受熱部であって、受熱部２７Ａは熱搬送流体２６に熱エネルギーを効率的に伝達するために流路２５Ａ、２５Ｂを取り囲んだ構造を有する。受熱部２７Ａは熱搬送流体２６を液相から気相に相変化させる部分である。２８Ａは凝縮部すなわち放熱部である。放熱部２８Ａは羽根車２３Ａを回転させて羽根車２３Ａに運動エネルギーを与えた熱搬送流体２６の温度を低下させ、熱搬送流体２６を気相から液相に相変化させる部分であり、熱搬送流体２６から熱エネルギーを効率的に除去するために流路２５Ａ、２５Ｂを取り囲んだ構造を有する。
【００３５】
そして、羽根車２３Ａの駆動動作は、受熱部２７Ａが加熱され放熱部２８Ａが冷却されると、該受熱部２７Ａと該放熱部２８Ａとの温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は流路２５Ａ、２５Ｂ内を図２（ａ）に示すように上方から下方に循環流送する。そして、受熱部２７Ａと放熱部２８Ａの機能により、該流路２５Ａ、２５Ｂ内に充填された熱搬送流体２６、２６は一方では矢印Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７を経て、他方では矢印Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０を経て流路２５ＡＳ、２５Ｂ内を流送する。そこで該羽根車２３Ａはこの熱搬送流体２６により２つの経路から回転エネルギーを付与され回転する。
尚、本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例１のほかの構成及び動作等は前述した実施の形態の場合と略同一であり、その説明を省略する。
【実施例２】
【００３６】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例２について添付図面に基づき詳細に説明する。
図２（ｂ）は本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例２を示す図面であって、無端状循環経路を構成する発電装置Ｅ２に於いて流路の両側面に羽根車を設置した例を示す模式図である。
【００３７】
２３Ｂは羽根車であり、その構造や動作等は図１に示す羽根車２３と略同一でありその説明を省略する。２５Ｃは流路であって、該流路２５Ｃの内部は前述した熱搬送流体２６が充填されている。そして、羽根車２３Ｂの駆動動作は、受熱部２７Ｂが加熱され放熱部２８Ｂが冷却されると、該受熱部２７Ｂと該放熱部２８Ｂとの温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は流路２５Ｃ内を図２（ｂ）に示すように上方から下方に循環流送する。そして、受熱部２７Ｂと放熱部２８Ｂの機能により、該流路２５Ｃ内に充填された熱搬送流体２６は該受熱部２７Ｂから一方では矢印Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４方向に、他方では矢印Ｂ１５、Ｂ１３、Ｂ１２、Ｂ１６方向にそれぞれ流送される。そこで該羽根車２３Ｂはこの熱搬送流体２６により回転する。
尚、本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例２のほかの構成及び動作等は前述した実施の形態の場合と略同一であり、その説明を省略する。
【実施例３】
【００３８】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例３について添付図面に基づき詳細に説明する。
図３は本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例３を示す図面であって、無端状循環経路を構成する発電装置Ｅ３に於いて流路の他方側に２個の羽根車を隣接配置した例を示す模式図である。
【００３９】
２３Ｃは第１羽根車、２３Ｄは第２羽根車であり、その構造や動作等は図１に示す羽根車２３と略同一でありその説明を省略する。２５Ｄは流路であって、該流路２５Ｄの内部は前述した熱搬送流体２６が充填されている。そして、第１羽根車２３Ｃ及び第２羽根車２３Ｄの駆動動作は以下の通りとなる。受熱部２７Ｃが加熱され放熱部２８Ｃが冷却されると、流路２５Ｄの他方側に於いては、該受熱部２７Ｃと該放熱部２８Ｃとの温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は図３に示すように上方から下方に循環流送する。そして、受熱部２７Ｃと放熱部２８Ｃの機能により、該流路２５Ｄ内に充填された熱搬送流体２６は該受熱部２７Ｃから矢印Ｂ１７ないしＢ２２方向に流送される。そこで該第１羽根車２３Ｃ及び第２羽根車２３Ｄはこの熱搬送流体２６により回転する。
尚、本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例３のほかの構成及び動作等は前述した実施の形態の場合と略同一であり、その説明を省略する。
【実施例４】
【００４０】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例４について添付図面に基づき詳細に説明する。
図４は本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例４としての発電装置Ｅ４を示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に羽根車を設置し、無端状循環経路を構成する流路の他方側に蛇行ライン状流路を設置した例を示す模式図である。
【００４１】
２３Ｅは羽根車であり、その構造や動作等は図１に示す羽根車２３と略同一でありその説明を省略する。２５Ｅは流路であって、該流路２５Ｅの内部は前述した熱搬送流体２６が充填されている。
そして、羽根車２３Ｅの駆動動作は以下の通りとなる。受熱部２７Ｄが加熱され放熱部２８Ｄが冷却されると、流路２５Ｅの一方側すなわち左側に於いては、該受熱部２７Ｄと該放熱部２８Ｄとの温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は図４に示すように下方から上方に循環流送する。そして、受熱部２７Ｄと放熱部２８Ｄの機能により、該流路２５Ｅ内に充填された熱搬送流体２６は該受熱部２７Ｄから矢印Ｂ２３ないしＢ２６方向に流送される。そこで該羽根車２３Ｅはこの熱搬送流体２６により回転する。
【００４２】
一方、受熱部２７Ｄが加熱され放熱部２８Ｄが冷却されると、流路２５Ｅの他方側すなわち右側に於いては、該受熱部２７Ｄと該放熱部２８Ｄとの温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は下方から上方に流送するが、流路２５Ｅの他方側すなわち右側は流路２５Ｅが蛇行ライン状を成しており、矢印Ｂ２７ないしＢ２９方向に流送する。この流れは流路２５Ｅの一方側すなわち左側に比較して、流路の抵抗が大きい。そこで、該受熱部２７Ｄと該放熱部２８Ｄとの温度差により推進力が与えられた熱搬送流体２６は流路の抵抗が小さい左側を矢印Ｂ２３ないしＢ２６方向に容易に流送して羽根車２３Ｅを効率的に回転させる。
尚、本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例４のほかの構成及び動作等は前述した実施の形態の場合と略同一であり、その説明を省略する。
【実施例５】
【００４３】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例５について添付図面に基づき詳細に説明する。
図５は本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例５としての発電装置Ｅ５を示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に羽根車及び絞り弁を設置した例を示す模式図である。
【００４４】
２３Ｆは羽根車であり、その構造や動作等は図１に示す羽根車２３と略同一でありその説明を省略する。２５Ｆは流路であって、該流路２５Ｆの内部は前述した熱搬送流体２６が充填されている。２９は絞り弁である。従って、受熱部２７Ｅが加熱され放熱部２８Ｅが冷却されると、受熱部２７Ｅにおいて液相から気相に相変化した流路２５Ｆ内の熱搬送流体２６は図５に示すように流路２５Ｆの一方側の流路２５Ｆから上昇し放熱部２８Ｅ、絞り弁２９を流過して羽根車２３Ｆを効率的に回転させる。すなわち熱搬送流体２６は矢印Ｂ３０ないしＢ３４方向に流送する。そして
絞り弁２９により羽根車２３Ｆのバスケット２３ｃに流過する熱搬送流体２６を高流速化し、該羽根車２３Ｆを高速回転する。よって高発電機能を司る。
尚、本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例５のほかの構成及び動作等は前述した実施の形態の場合と略同一であり、その説明を省略する。
【実施例６】
【００４５】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例６について添付図面に基づき詳細に説明する。
図６は本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例６としての発電装置Ｅ６を示す図面であって、略円盤状の羽根車を収容するケーシングを兼ねる受熱部及び放熱部を配置した例を示す模式図であり、（ａ）は（ｂ）の中央部分の垂直方向断面図、（ｂ）は水平方向断面図である。
【００４６】
２３Ｇは羽根車であり、全体形状が例えば略円盤状に形成され、その外周面２３Ｇ１には複数個のバスケット２３ｅを有する。前記外周面２３Ｇ１と受熱部２７Ｆ及び放熱部２８Ｆとの間は無端状円環循環経路２５Ｇを構成している。この構成は受熱部２７Ｆ及び放熱部２８Ｆとしてのケーシングの内周面と羽根車２３Ｇの外周面２３Ｇ１とで形成する間隙であって、流路の機能を兼ねている。また、前記受熱部２７Ｆ及び放熱部２８Ｆは前記磁気羽根車２３Ｇを嵌入している。無端状円環循環経路２５Ｇ内に充填している熱搬送流体２６が流送することにより該バスケット２３ｅ・・・を駆動し、該羽根車２３Ｇを例えば図示するＲ方向に回転動作させる。そして図６に示すように羽根車２３Ｇの中央部に永久磁石を回転方向でＮ極とＳ極が交互に配置された回転軸２３Ｇ２を形成し、回転軸２３Ｇ２と同軸上に回転軸２３Ｇ２の外周を覆うように複数のコイルを配置した発電機回転子を有する。
尚、本発明に係る磁気羽根車を利用した発電装置に於ける実施例６のほかの構成及び動作等は前述した実施の形態の場合と略同一であり、その説明を省略する。
また、実施例６の変形実施例として図６の羽根車２３Ｇの中央部にＮ極、Ｓ極を有する内部永久磁石が羽根車２３Ｇ全体で密閉状態に配置された回転軸２３Ｇ２を形成し、回転軸２３Ｇ２の周辺にもＮ極、Ｓ極を有する外部永久磁石が配置された回転軸（図示せず）を形成してマグネットカップリングを構成し、回転軸２３Ｇ２と同軸上に外部永久磁石２３Ｈが配置された回転軸によって回転駆動される発電機回転子（図示せず）を有する。
【実施例７】
【００４７】
次に本発明に係る磁気羽根車を利用した発電装置に於ける実施例７について添付図面に基づき詳細に説明する。
図１０は本発明に係る磁気羽根車を利用した発電装置の実施の形態としての発電装置Ｅを示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に磁気羽根車を設置した例であり、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は発電装置Ｅに備えた発電機を構成する磁気羽根車を（ａ）に示す矢視Ａ−Ａ線方向から見た垂直断面図である。
【００４８】
２３Ｊは磁気羽根車であって、磁気羽根車２３Ｊは通常の水力発電に用いる衝動水車に分類することができる羽根車であり、例えばペルトン水車を用いることが可能である。磁気羽根車２３Ｊは後述する流路２５内に配置してあるこの磁気羽根車２３Ｊの下側に流路２５の管壁を介して磁気歯車２３ｆを備えている。発電機は前記磁気歯車２３ｆと、該磁気羽根車２３Ｊの回転中心に位置して該磁気歯車２３ｆを回転・支承する回転軸２３ａと、発電機回転子２３ｄとを備えている。前記磁気羽根車２３Ｊは中心部２３ｂを有している。この中心部２３ｂはＮ極、Ｓ極が交互に帯磁されており、この磁力により磁気歯車２３ｆを回転駆動する。該磁気羽根車２３Ｊの中心部２３ｂの外周円筒面に於いて、前記磁気羽根車２３Ｊの中心部２３ｂから放射状に等しい開角をもって配設した複数の羽根状のバケット２３ｃを構成する。該磁気羽根車２３Ｊは低トルクで回転する構造とし、逆転しないように適宜位置に逆止弁を設置することもできる。図１０に於いて該バケット２３ｃは前記中心部２３ｂから法線方向に直線で示す平板状の羽根であるが、これに限らずバケツ状の容器でも良い。２３ｄは前記回転軸２３ａに固定した発電機回転子であって、熱搬送流体２６の流れによって磁気羽根車２３Ｊが回転し、発電機能を有する。
【００４９】
２４はケーシングであって、ケーシング２４は前記磁気羽根車２３Ｊの前記回転軸２３ｇを支承する軸受けを具備しており、磁気羽根車２３Ｊの全体を収容する固定された略円筒形の容器である。また、図１０に示すように、磁気羽根車２３Ｊのバケット２３ｃとケーシング２４の内面との間にはわずかの隙間が設定され、ケーシング２４内に於いて、磁気羽根車２３Ｊは円滑に回転することができる。
【００５０】
ケーシング２４はその外周の一部に熱搬送流体導入部２４ａ及び熱搬送流体導出部２４ｂを配設し、該熱搬送流体導入部２４ａ及び熱搬送流体導出部２４ｂは後述する無端状循環経路としての流路に密封構造をもって接続している。
【００５１】
２５は流路であって、例えば、略Ｕ字状循環経路を有しており該流路２５の内部は後述する熱搬送流体２６が充填されている。流路２５は断面形状が略円形又は楕円形が望ましいが、矩形状、三角形状又は半円形状であってもよい。図１０に示すように全体形状が縦に長い長方形に形成している。該流路２５は図１に示すように前記ケーシング２４の熱搬送流体導入部２４ａ及び熱搬送流体導出部２４ｂと一体的に形成し接続する。
【００５２】
２６は熱搬送流体であって、熱搬送流体２６は例えば水等であり、与えられた熱エネルギーの多寡によって液相又は気相を呈する２相の流体である。そして該熱搬送流体２６は臨界温度が熱源温度以下、放熱部温度又は使用温度範囲で固体化しないことが条件であり、水の場合例えば１００℃〜３００℃の範囲内を適用する。図１０に於いて、熱搬送流体２６は流路２５内において気相と液相の混合流体であり、２６ａは熱搬送流体２６の液相部を示し、２６ｂは熱搬送流体２６の気相部である。円形及び略楕円形で表された２６ｂ１、２６ｂ２は前記熱搬送流体２６の気相部２６ｂを模式的に示す。そして、略楕円形で示された気相部２６ｂ２と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６は、円形で示された気相部２６ｂ１と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６に比較して気相部の割合が多いので、略楕円形で示された気相部２６ｂ２と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６は、円形で示された気相部２６ｂ１と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６に比較して、より多くの潜熱すなわち転移熱を有している。
【００５３】
前記流路２５は、例えば熱輸送デバイスとしての薄型プレートヒートデバイスを使用すると最適な効果が得られる。これは大きな熱量を円滑に輸送するように設計されている。また薄型プレートヒートデバイスの内部はループ型蛇行細径トンネルヒートパイプを内蔵しておりこのループ型蛇行細径トンネルヒートパイプの内部に封入した作動液が還流管路、つまり流路２５内を流送する。そしてこの作動液の内圧に対して該薄型プレートヒートデバイスのループ型蛇行細径トンネルヒートパイプが十分な強度を有する必要がある。このような各種の条件を満足する薄型プレートヒートデバイスは薄型プレート内に前述したループ型蛇行細径トンネルヒートパイプを備えてある。そして、このような単位対のループ型細径トンネルヒートパイプの群は相互に連結連通されて、平面状に構成されて一体化されてある。このように一体化されたループ型細径トンネルヒートパイプの群は、一括して密閉封止され且つ真空脱気された上で所定の二相凝縮性作動液の所定量が封入されてヒートパイプ化されて、構成されている。また薄型プレートヒートデバイスは、熱伝導性の良好な金属からなる単位薄板及び平薄板の溶接積層体で構成される。単位薄板の溶接面には積層に先立って予め一連の長尺蛇行細溝が形成されてある。該長尺蛇行細溝の形成は切削、放電加工、プレス成形等何れの手段によってなされたものであっても良い。長尺蛇行細溝は積層により密閉蛇行細径トンネルとして構成され、この密閉蛇行細径トンネルに所定の作動液の所定量が封入されて蛇行細径トンネルヒートパイプとして構成されてある。
【００５４】
２７は蒸発部すなわち受熱部であって、受熱部２７は熱搬送流体２６に熱エネルギーを効率的に伝達するために流路２５を取り囲んだ構造を有する。受熱部２７は熱搬送流体２６を液相２６ａから気相２６ｂに相変化させる部分である。２８は凝縮部すなわち放熱部である。放熱部２８は磁気羽根車２３Ｊを回転させて磁気羽根車２３Ｊに運動エネルギーを与えた熱搬送流体２６の温度を低下させ、熱搬送流体２６を気相２６ｂから液相２６ａに相変化させる部分であり、熱搬送流体２６から熱エネルギーを効率的に除去するために流路２５を取り囲んだ構造を有する。
尚、上記無端状循環経路の上辺部分又は下辺部分の形状を変化させ、流送抵抗を増大する構成としてもよい。
【００５５】
次に本発明に係る磁気羽根車を利用した発電装置の実施の形態に基づく動作等を説明する。
受熱部２７が加熱され放熱部２８が冷却されると、該受熱部２７と該放熱部２８との温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は流路２５内を図１に示すように下方から上方に循環流送する。そして、受熱部２７と放熱部２８の機能により、該流路２５内に充填された熱搬送流体２６は該受熱部２７から矢印Ｂ１ないしＢ４方向に流送される。そこで該磁気羽根車２３Ｊはこの熱搬送流体２６により回転する。該磁気羽根車２３Ｊが回転することによりこの磁力により磁気歯車２３ｆが回転し、回転軸２３ａも回転する。そして、発電機回転子２３ｄを回転駆動する。この発電機回転子２３ｄは比較的低トルクで回転する構造となっている。これにより該発電機固定子（図示せず）から出力電圧を発生する。ここで、熱搬送流体２６の流送方向に対して垂直方向位置に磁気羽根車２３Ｊの回転軸２３ｇ、磁気歯車２３ｆの回転軸２３ａ及び発電機回転子２３ｄを配置している。それ故に上記熱搬送流体２６が高圧であって、低流量であり発電機固定子に安定した発電を奏する。
尚、図１に於いては受熱部２７を下方に配置し、放熱部２８を上方に配置しているが、受熱部２７を上方に配置し、放熱部２８を下方に配置してもよく、磁気羽根車２３Ｊの回転方向を逆転することができる。また、発電機の始動時において、磁気羽根車２３Ｊの回転方向を任意の方向に回転させるために、発電機回転子２３ｄに外部から電力を印加して一時的に電動機として駆動して、熱搬送流体２６の循環流送方向が安定したら、発電動作に移行してもよい。
また、実施例７の変形実施例として図１０のマグネットカップリングの代わりに磁気羽根車２３Ｊを発電機の回転とし、磁気歯車２３ｆを円盤上に複数のコイルを配置した発電機の固定としてもよい。さらに、実施例６のように磁気羽根車２３Ｊの磁石部分を回転軸方向で突出させ、その周円に発電機の固定子を配置することもできる。
【００５６】
以上の実施例６，７のように磁石を利用して非接触で磁気羽根車の回転を発電機の回転に伝達することにより、磁気羽根車の回転軸を軸シールを介して作動液封止内から大気側に突出させ、該磁気羽根車の回転軸に発電機の回転軸を連結するよりも、回転軸部の大気側と作動液封止内とのシールを向上することができる。さらに、シール部での摩擦抵抗による効率悪化やシールの寿命低下を改善できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
自動車や住宅の給湯装置等に於いて、排熱を利用した小型の発電装置として適用できる。例えば、自動車の場合、加熱部をエンジン、冷却部をラジエータとする。船舶の場合、加熱部をエンジン、冷却部をエンジンの冷却水又は海水とする。発電機と給湯器の場合、加熱部をタービン、冷却部を加熱前の給湯水又は水道水の管とする。パソコンやサーバーの場合、加熱部をＣＰＵ、冷却部をケース若しくは電源等に使用されているファンとする。火力発電所の場合、発熱部を炉、冷却部を工場冷却水または水道管とする。電気自動車の場合、発熱部をインバータ、冷却部を走行用ラジエータもしくはファンとする。水力発電の場合、加熱部をインバータ、冷却部を外気、ラジエータ、又はファンとする一般建築物の場合、加熱部を室内もしくは室外の温度の高いほう、冷却部を室内もしくは室外の温度の低いほうとする。太陽電池の場合、加熱部をパネルの背面、冷却部を地面または水道管とする。堆肥等の発酵物の場合、加熱部を異発酵物、冷却部を水道水とする。
【符号の説明】
【００５８】
２３ 羽根車
２３Ａ 羽根車
２３Ｂ 羽根車
２３Ｃ 第１羽根車
２３Ｄ 第１羽根車
２３Ｅ 羽根車
２３Ｆ 羽根車
２３Ｇ 羽根車
２３Ｇ１ 羽根車の外周面
２３Ｇ２ 回転軸
２３Ｈ 外部永久磁石
２３ａ 回転軸
２３ｂ 円筒型ランナー
２３ｃ バケット
２３ｄ 発電機回転子
２３ｅ バケット
２４ ケーシング
２４ａ 熱搬送流体導入部
２４ｂ 熱搬送流体導出部
２５ 流路
２５Ａ 流路
２５Ｂ 流路
２５Ｃ 流路
２５Ｄ 流路
２５Ｅ 流路
２５Ｆ 流路
２５Ｇ 無端状円環循環経路
２６ 熱搬送流体
２６ａ 熱搬送流体の液相部
２６ｂ 熱搬送流体の気相部
２６ｂ１ 熱搬送流体の気相部
２６ｂ２ 熱搬送流体の気相部
２７ 受熱部
２７Ａ 受熱部
２７Ｂ 受熱部
２７Ｃ 受熱部
２７Ｄ 受熱部
２７Ｅ 受熱部
２７Ｆ 受熱部
２８ 放熱部
２８Ａ 放熱部
２８Ｂ 放熱部
２８Ｃ 放熱部
２８Ｄ 放熱部
２８Ｅ 放熱部
２８Ｆ 放熱部
２９ 絞り弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は受熱部と放熱部の間を循環する２相の熱搬送流体によって回転駆動される羽根車を利用した発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
従来、この種の羽根車を利用した発電装置の従来の技術の一例としては図７に示す特開平１−１３０００７号公開特許公報に開示されたものがある。これについて説明すれば、従来の技術に於ける熱搬送流体は１液２相の流体で一般のヒート流路の作動液と同じである。即ちその蒸気（気相）は凝縮性でありループ型流路の放熱部１及び放熱部１から受熱部２に至る間の流路中に於いては液相で循環し、受熱部２及び受熱部２から放熱部１に至る間の流路中に於いては気相で循環する。この従来の技術では図９の如く熱媒流体が液相流である部分においてシリンダ型コンテナ３と細管コンテナ群の複合コンテナとが連結されて閉ループ管型コンテナ４を形成している。
【０００４】
従ってシリンダ型コンテナ３の中には水車５が配置されて動力発生部が構成されている。水車５はシリンダ型コンテナ３内に噴出した細管コンテナ群に強力に吸入される熱搬送流体の液相流６により強力に駆動される。従来の技術に於いて閉ループ管型コンテナ４内に封入される液量がコンテナ内容積の８０〜９０％如く多量である場合は、気相流部分は受熱部内とその下流の近傍部だけとなるから、シリンダ型コンテナ３は放熱部１に近い放熱部１の上流側に連結して実施することもできる。
尚、７は気相流、８は循環方向規制手段、９は高温部、１０は低温部である。
【０００５】
従来の技術の第２の例としては、図８に示す特開２００２−３４２３３号公開特許公報に開示されたものがある。これについて説明すれば、導電性を有する液体が内部に封入されたヒート流路であって、ループを形成し、該ループの一端が加熱され他端が冷却されたときに液体及び液体の蒸気を循環させるためのヒート流路１１〜１３と、ヒート流路のループの少なくとも一部において磁界を発生させる手段１４、１５と、液体及び液体の蒸気が磁界を横切って運動する際に発生する電気エネルギーを取り出す手段（図示せず）とを具備する。
【０００６】
図８（ａ）において、導電性を有する流体が矢印の向きに流れると、フレミングの右手の法則に従って、２つの電極間に起電力が発生する。図８（ｂ）に示すように、ヒート流路は折り曲げられ、ｎ行ｍ列で配列されている（ｎとｍは任意の自然数）。ここで、永久磁石が作る磁界の磁束密度をφ、流体の速度をｖ、永久磁石の長さをＬとすると、起電力Ｅは、次式で表される。Ｅ＝φ・ｖ・Ｌ・ｍ・ｎである。一般的には、流体の運動方向が交互に変化するので、交流起電力が発生することになる。
これに対して、直流起電力を得たい場合には、ヒート流路１１〜１３の中に逆止弁を設けて一方向のみに流過させる。
尚、１６はヒート流路１１ないし１３を収容・挟持するハウジング、１７は高温部、１８は低温部である。
【０００７】
従来の技術の第３の例としては、図９に示す特開２００６−１３２３４４号公開特許公報に開示されたものがある。これについて説明すれば、図９は従来の技術に於ける開放下流型の発電方法を示し、所定の流速で水流が流れる水路１９の途中に、この水路１９内を流れる水流によって回転が付与される水車２０を設置し、この水車２０の回転を増速機構２１及び必要に応じて更に増速回転伝達手段（図示せず）を用いて増速し、発電機２２を駆動することにより発電するようにしたものである。上記水路１９としては、各種工場の施設における給排水路のほか、公共施設、大型店舗、ホテル等の給排水路、河川や農業用水路等を挙げることができる。
【特許文献１】特開平１−１３０００７号公開特許公報
【特許文献２】特開２００２−３４２３３号公開特許公報
【特許文献３】特開２００６−１３２３４４号公開特許公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の技術に於ける前述した発電装置は上述した構成、作用であるので次の問題点が存在した。すなわち、従来の技術の第１の例に於いては複数の圧力細管としてのループ型流路と該複数のループ型流路のそれぞれ対して循環方向規制手段すなわち逆止弁が必要であり、発電装置の構造が複雑でありかつ保守が困難であるという問題問題点があった。また、従来の技術の第２の例に於いては、使用する２相の液体は導電性又は磁性を有する液体に限定され汎用性に乏しいという問題点があり、電気絶縁性及び気液密封性を得るために発電部における流路の構造が複雑になるという問題点があった。さらに、従来の技術の第３の例に於いては、傾斜した水路を流過する水によって発電するので発電装置が大規模であり、車載用途などの移動体に於ける発電手段には不適であるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る羽根車を利用した発電装置は叙上の問題点を解決すべく発明したものであり、次の構成、手段から成立する。
【００１０】
すなわち、請求項１記載の発明によれば、受熱部と放熱部との温度差による推進力で流送する熱搬送流体を充填した無端状循環経路を備えた構成に於いて、該無端状循環経路であって、熱搬送流体の流送方向に対して垂直方向に回転子を配設しかつ該回転子に固定された発電機回転子を有した羽根車を備えたことを特徴とする。前記熱搬送流体の流送方向に対して回転子の回転軸を垂直に配設することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の羽根車を利用した発電装置に於いて、前記無端状循環経路は単一の略Ｏ字状循環経路であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の羽根車を利用した発電装置に於いて、前記無端状循環経路は複数個であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の羽根車を利用した発電装置に於いて、前記無端状循環経路は無端状円環循環経路であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の羽根車を利用した発電装置に於いて、前記無端状循環経路に絞り弁を介在させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る羽根車を利用した発電装置は上述した構成を有するので次の効果がある。
【００１６】
すなわち、請求項１に記載した本発明によれば、受熱部と放熱部との温度差による推進力で流送する熱搬送流体を充填した無端状循環経路を備えた構成に於いて、該無端状循環経路であって、熱搬送流体の流送方向に対して垂直方向に回転子を配設しかつ該回転子に固定された発電機回転子を有した羽根車を備えたことを特徴とする羽根車を利用した発電装置を提供する。
このような構成としてので、羽根車はこの熱搬送流体により回転し、発電機回転子を回転駆動する。この発電機回転子は比較的低トルクで回転する構造となっているので発電機固定子から出力電圧を発生する。熱搬送流体の流送方向に対して垂直方向位置に羽根車の回転軸及び発電機回転子を配置しているので、上記熱搬送流体が高圧であって、低流量であり発電機固定子が安定した発電を行えるという効果がある。
【００１７】
請求項２に記載した本発明によれば、前記無端状循環経路は単一の略Ｏ字状循環経路であることを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置を提供する。
このような構成としたので、請求項１記載の発明の効果に加えて、無端状循環経路は単一の流路で構成することができるので、発電装置の構造を単純化することができるという効果があり、保守点検が容易であるという効果がある。
【００１８】
請求項３に記載した本発明によれば、前記無端状循環経路は複数個であることを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置を提供する。
このような構成としたので、請求項１記載の発明の効果に加えて、受熱部に与えられる熱量が大きい場合でも多量の熱搬送流体に熱エネルギーを伝導することができるので単一の回転子が熱搬送流体の熱エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換できるという効果がある。
【００１９】
請求項４に記載した本発明によれば、前記無端状循環経路は無端状円環循環経路であることを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置を提供する。
このような構成としたので、請求項１記載の発明の効果に加えて、受熱部と放熱部を羽根車の近傍に配設できるので、エネルギー変換効率が向上するという効果があり、発電装置を小型化できるという効果がある。さらに、羽根車の回転半径を大きくでき、回転トルクを大きくできる。
【００２０】
請求項５に記載した本発明によれば、前記無端状循環経路に絞り弁を介在させたことを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置を提供する。
このような構成としたので、請求項１記載の発明の効果に加えて、熱搬送流体の流送方向を制御することが容易となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施の形態としての発電装置Ｅを示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に羽根車を設置した例であり、（ａ）はその水平断面図、（ｂ）は発電装置Ｅに備えた発電機を構成する羽根車を矢視Ａ−Ａ線方向から見た断面図である。
【図２】本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例を示す図面であって、（ａ）は本発明に係る羽根車を利用した発電装置Ｅ１に於ける実施例１を示す図面であって、２個の無端状循環経路を構成する発電装置Ｅ１に於いて一方の無端状循環経路の他方の流路と、他方の無端状循環経路の一方の流路との間に羽根車を設置した例を示す模式図、（ｂ）は本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例２を示す図面であって、無端状循環経路を構成する発電装置Ｅ２に於いて流路の両側面に羽根車を設置した例を示す模式図である。
【図３】本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例３を示す図面であって、無端状循環経路を構成する発電装置Ｅ３に於いて流路の他方側に２個の羽根車を隣接配置した例を示す模式図である。
【図４】本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例４としての発電装置Ｅ４を示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に羽根車を設置し、無端状循環経路を構成する流路の他方側に蛇行ライン状流路を設置した例を示す模式図である。
【図５】本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例５としての発電装置Ｅ５を示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に羽根車及び絞り弁を設置した例を示す模式図である。
【図６】本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例６としての発電装置Ｅ６を示す図面であって、略円盤状の羽根車を収容するケーシングを兼ねる受熱部及び放熱部を配置した例を示す模式図であり、（ａ）は（ｂ）の中央部分の垂直方向断面図、（ｂ）は水平方向断面図である。
【図７】従来の技術に於ける発電装置の第１の例を示す図面である。
【図８】従来の技術に於ける発電装置の第２の例を示す図面であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図９】従来の技術に於ける発電装置の第３の例を示す図面である。
【図１０】本発明に係る磁気羽根車を利用した発電装置の実施の形態としての発電装置Ｅを示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に磁気羽根車を設置した例であり、（ａ）はその水平断面図、（ｂ）は発電装置Ｅに備えた発電機を構成する磁気羽根車を矢視Ａ−Ａ線方向から見た垂直断面概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施の形態について添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施の形態としての発電装置Ｅを示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に羽根車を設置した例であり、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は発電装置Ｅに備えた発電機を構成する羽根車を（ａ）に示す矢視Ａ−Ａ線方向から見た垂直断面図である。
【００２３】
２３は羽根車であって、羽根車２３は通常の水力発電に用いる衝動水車に分類することができる羽根車であり、例えばペルトン水車を用いることが可能である。羽根車２３は該羽根車２３の回転中心に位置して該羽根車２３を回転・支承する回転軸２３ａと、該回転軸２３ａに固着した円筒型ランナー２３ｂと、該円筒型ランナー２３ｂの外周円筒面に於いて、前記回転軸２３ａの中心から放射状に等しい開角をもって配設した複数の羽根状のバケット２３ｃで構成する。該羽根車２３は低トルクで回転する構造とし、逆転しないように適宜位置に逆止弁を設置することもできる。図１に於いて該バケット２３ｃは前記回転中心から法線方向に直線で示す平板状の羽根であるが、これに限らずバケツ状の容器でも良い。２３ｄは前記回転軸２３ａに固定した発電機回転子であって、熱搬送流体２６の流れによって羽根車２３が回転し、発電機能を有する。
【００２４】
２４はケーシングであって、ケーシング２４は前記羽根車２３の前記回転軸２３ａを支承する軸受け（図示せず）を具備しており、羽根車２３の全体を収容する固定された略円筒形の容器である。また、図１に示すように、羽根車２３のバケット２３ｃとケーシング２４の内面との間にはわずかの隙間が設定され、ケーシング２４内に於いて、羽根車２３は円滑に回転することができる。
【００２５】
ケーシング２４はその外周の一部に熱搬送流体導入部２４ａ及び熱搬送流体導出部２４ｂを配設し、該熱搬送流体導入部２４ａ及び熱搬送流体導出部２４ｂは後述する無端状循環経路としての流路に密封構造をもって接続している。
【００２６】
２５は流路であって、例えば、略Ｕ字状循環経路を有しており該流路２５の内部は後述する熱搬送流体２６が充填されている。流路２５は断面形状が略円形又は楕円形が望ましいが、矩形状、三角形状又は半円形状であってもよい。図１に示すように全体形状が縦に長い長方形に形成している。該流路２５は図１に示すように前記ケーシング２４の熱搬送流体導入部２４ａ及び熱搬送流体導出部２４ｂと一体的に形成し接続する。
【００２７】
２６は熱搬送流体であって、熱搬送流体２６は例えば水等であり、与えられた熱エネルギーの多寡によって液相又は気相を呈する２相の流体である。そして該熱搬送流体２６は臨界温度が熱源温度以下、放熱部温度又は使用温度範囲で固体化しないことが条件であり、水の場合例えば１００℃〜３００℃の範囲内を適用する。図１に於いて、熱搬送流体２６は流路２５内において気相と液相の混合流体であり、２６ａは熱搬送流体２６の液相部を示し、２６ｂは熱搬送流体２６の気相部である。円形及び略楕円形で表された２６ｂ１、２６ｂ２は前記熱搬送流体２６の気相部２６ｂを模式的に示す。そして、略楕円形で示された気相部２６ｂ２と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６は、円形で示された気相部２６ｂ１と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６に比較して気相部の割合が多いので、略楕円形で示された気相部２６ｂ２と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６は、円形で示された気相部２６ｂ１と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６に比較して、より多くの潜熱すなわち転移熱を有している。
【００２８】
前記流路２５は、例えば熱輸送デバイスとしての薄型プレートヒートデバイスを使用すると最適な効果が得られる。これは大きな熱量を円滑に輸送するように設計されている。また薄型プレートヒートデバイスの内部はループ型蛇行細径トンネルヒートパイプを内蔵しておりこのループ型蛇行細径トンネルヒートパイプの内部に封入した作動液が還流管路、つまり流路２５内を流送する。そしてこの作動液の内圧に対して該薄型プレートヒートデバイスのループ型蛇行細径トンネルヒートパイプが十分な強度を有する必要がある。このような各種の条件を満足する薄型プレートヒートデバイスは薄型プレート内に前述したループ型蛇行細径トンネルヒートパイプを備えてある。そして、このような単位対のループ型細径トンネルヒートパイプの群は相互に連結連通されて、平面状に構成されて一体化されてある。このように一体化されたループ型細径トンネルヒートパイプの群は、一括して密閉封止され且つ真空脱気された上で所定の二相凝縮性作動液の所定量が封入されてヒートパイプ化されて、構成されている。また薄型プレートヒートデバイスは、熱伝導性の良好な金属からなる単位薄板及び平薄板の溶接積層体で構成される。単位薄板の溶接面には積層に先立って予め一連の長尺蛇行細溝が形成されてある。該長尺蛇行細溝の形成は切削、放電加工、プレス成形等何れの手段によってなされたものであっても良い。長尺蛇行細溝は積層により密閉蛇行細径トンネルとして構成され、この密閉蛇行細径トンネルに所定の作動液の所定量が封入されて蛇行細径トンネルヒートパイプとして構成されてある。
【００２９】
２７は蒸発部すなわち受熱部であって、受熱部２７は熱搬送流体２６に熱エネルギーを効率的に伝達するために流路２５を取り囲んだ構造を有する。受熱部２７は熱搬送流体２６を液相２６ａから気相２６ｂに相変化させる部分である。
２８は凝縮部すなわち放熱部である。放熱部２８は羽根車２３を回転させて羽根車２３に運動エネルギーを与えた熱搬送流体２６の温度を低下させ、熱搬送流体２６を気相２６ｂから液相２６ａに相変化させる部分であり、熱搬送流体２６から熱エネルギーを効率的に除去するために流路２５を取り囲んだ構造を有する。
尚、上記無端状循環経路の上辺部分又は下辺部分の形状を変化させ、流送抵抗を増大する構成としてもよい。
【００３０】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施の形態に基づく動作等を説明する。
受熱部２７が加熱され放熱部２８が冷却されると、該受熱部２７と該放熱部２８との温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は流路２５内を図１に示すように下方から上方に循環流送する。そして、受熱部２７と放熱部２８の機能により、該流路２５内に充填された熱搬送流体２６は該受熱部２７から矢印Ｂ１ないしＢ４方向に流送される。そこで該羽根車２３はこの熱搬送流体２６により回転する。回転軸２３ａが回転し、軸シール（図示せず）を介して回転軸２３ａが動液封止内から大気側に突出され、発電機回転子２３ｄと同軸に連結されて該発電機回転子２３ｄを回転駆動する。この発電機回転子２３ｄは比較的低トルクで回転する構造となっている。これにより該発電機固定子（図示せず）から出力電圧を発生する。ここで、熱搬送流体２６の流送方向に対して垂直方向位置に羽根車２３の回転軸２３ａ及び発電機回転子２３ｄを配置している。それ故に上記熱搬送流体２６が高圧であって、低流量であり発電機固定子に安定した発電を奏する。
尚、図１に於いては受熱部２７を下方に配置し、放熱部２８を上方に配置しているが、受熱部２７を上方に配置し、放熱部２８を下方に配置してもよく、羽根車２３の回転方向を逆転することができる。また、発電機の始動時において、羽根車２３の回転方向を任意の方向に回転させるために、発電機回転子２３ｄに外部から電力を印加して一時的に電動機として駆動して、熱搬送流体２６の循環流送方向が安定したら、発電動作に移行してもよい。
【実施例１】
【００３１】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例１について添付図面に基づき詳細に説明する。
図２（ａ）は本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例１を示す図面であって、２個の無端状循環経路を構成する発電装置Ｅ１に於いて一方の無端状循環経路の他方の流路と、他方の無端状循環経路の一方の流路との間に羽根車を設置した例を示す模式図である。
【００３２】
２３Ａは羽根車でありその構造や動作等は図１に示す羽根車２３と略同一である。羽根車２３Ａは通常の水力発電に用いる衝動水車に分類することができる羽根車であり、例えばペルトン水車を用いることが可能である。羽根車２３Ａは該羽根車２３Ａの回転中心に位置して該羽根車２３Ａを回転・支承する回転軸（図示せず）と、該回転軸２３ａに固着した円筒型ランナー２３ｂと、該円筒型ランナー２３ｂの外周円筒面に於いて、前記回転軸２３ａの中心から放射状に等しい開角をもって配設した複数の羽根状のバケット２３ｃで構成する。
【００３３】
２５Ａ、２５Ｂは流路であって、該流路２５Ａ、２５Ｂの内部は前述した熱搬送流体２６が充填されている。流路２５Ａ、２５Ｂは断面形状が略円形又は楕円形が望ましいが、矩形状、三角形状又は半円形状であってもよい。図２（ａ）に示すように全体形状が縦に長い長方形に形成している。該流路２５Ａ、２５Ｂは図２（ａ）に示すように前記ケーシング２４の熱搬送流体導入部及び熱搬送流体導出部と一体的に形成し接続する。
【００３４】
２７Ａは蒸発部すなわち受熱部であって、受熱部２７Ａは熱搬送流体２６に熱エネルギーを効率的に伝達するために流路２５Ａ、２５Ｂを取り囲んだ構造を有する。受熱部２７Ａは熱搬送流体２６を液相から気相に相変化させる部分である。２８Ａは凝縮部すなわち放熱部である。放熱部２８Ａは羽根車２３Ａを回転させて羽根車２３Ａに運動エネルギーを与えた熱搬送流体２６の温度を低下させ、熱搬送流体２６を気相から液相に相変化させる部分であり、熱搬送流体２６から熱エネルギーを効率的に除去するために流路２５Ａ、２５Ｂを取り囲んだ構造を有する。
【００３５】
そして、羽根車２３Ａの駆動動作は、受熱部２７Ａが加熱され放熱部２８Ａが冷却されると、該受熱部２７Ａと該放熱部２８Ａとの温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は流路２５Ａ、２５Ｂ内を図２（ａ）に示すように上方から下方に循環流送する。そして、受熱部２７Ａと放熱部２８Ａの機能により、該流路２５Ａ、２５Ｂ内に充填された熱搬送流体２６、２６は一方では矢印Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７を経て、他方では矢印Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０を経て流路２５ＡＳ、２５Ｂ内を流送する。そこで該羽根車２３Ａはこの熱搬送流体２６により２つの経路から回転エネルギーを付与され回転する。
尚、本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例１のほかの構成及び動作等は前述した実施の形態の場合と略同一であり、その説明を省略する。
【実施例２】
【００３６】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例２について添付図面に基づき詳細に説明する。
図２（ｂ）は本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例２を示す図面であって、無端状循環経路を構成する発電装置Ｅ２に於いて流路の両側面に羽根車を設置した例を示す模式図である。
【００３７】
２３Ｂは羽根車であり、その構造や動作等は図１に示す羽根車２３と略同一でありその説明を省略する。２５Ｃは流路であって、該流路２５Ｃの内部は前述した熱搬送流体２６が充填されている。そして、羽根車２３Ｂの駆動動作は、受熱部２７Ｂが加熱され放熱部２８Ｂが冷却されると、該受熱部２７Ｂと該放熱部２８Ｂとの温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は流路２５Ｃ内を図２（ｂ）に示すように上方から下方に循環流送する。そして、受熱部２７Ｂと放熱部２８Ｂの機能により、該流路２５Ｃ内に充填された熱搬送流体２６は該受熱部２７Ｂから一方では矢印Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４方向に、他方では矢印Ｂ１５、Ｂ１３、Ｂ１２、Ｂ１６方向にそれぞれ流送される。そこで該羽根車２３Ｂはこの熱搬送流体２６により回転する。
尚、本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例２のほかの構成及び動作等は前述した実施の形態の場合と略同一であり、その説明を省略する。
【実施例３】
【００３８】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例３について添付図面に基づき詳細に説明する。
図３は本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例３を示す図面であって、無端状循環経路を構成する発電装置Ｅ３に於いて流路の他方側に２個の羽根車を隣接配置した例を示す模式図である。
【００３９】
２３Ｃは第１羽根車、２３Ｄは第２羽根車であり、その構造や動作等は図１に示す羽根車２３と略同一でありその説明を省略する。２５Ｄは流路であって、該流路２５Ｄの内部は前述した熱搬送流体２６が充填されている。そして、第１羽根車２３Ｃ及び第２羽根車２３Ｄの駆動動作は以下の通りとなる。受熱部２７Ｃが加熱され放熱部２８Ｃが冷却されると、流路２５Ｄの他方側に於いては、該受熱部２７Ｃと該放熱部２８Ｃとの温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は図３に示すように上方から下方に循環流送する。そして、受熱部２７Ｃと放熱部２８Ｃの機能により、該流路２５Ｄ内に充填された熱搬送流体２６は該受熱部２７Ｃから矢印Ｂ１７ないしＢ２２方向に流送される。そこで該第１羽根車２３Ｃ及び第２羽根車２３Ｄはこの熱搬送流体２６により回転する。
尚、本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例３のほかの構成及び動作等は前述した実施の形態の場合と略同一であり、その説明を省略する。
【実施例４】
【００４０】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例４について添付図面に基づき詳細に説明する。
図４は本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例４としての発電装置Ｅ４を示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に羽根車を設置し、無端状循環経路を構成する流路の他方側に蛇行ライン状流路を設置した例を示す模式図である。
【００４１】
２３Ｅは羽根車であり、その構造や動作等は図１に示す羽根車２３と略同一でありその説明を省略する。２５Ｅは流路であって、該流路２５Ｅの内部は前述した熱搬送流体２６が充填されている。
そして、羽根車２３Ｅの駆動動作は以下の通りとなる。受熱部２７Ｄが加熱され放熱部２８Ｄが冷却されると、流路２５Ｅの一方側すなわち左側に於いては、該受熱部２７Ｄと該放熱部２８Ｄとの温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は図４に示すように下方から上方に循環流送する。そして、受熱部２７Ｄと放熱部２８Ｄの機能により、該流路２５Ｅ内に充填された熱搬送流体２６は該受熱部２７Ｄから矢印Ｂ２３ないしＢ２６方向に流送される。そこで該羽根車２３Ｅはこの熱搬送流体２６により回転する。
【００４２】
一方、受熱部２７Ｄが加熱され放熱部２８Ｄが冷却されると、流路２５Ｅの他方側すなわち右側に於いては、該受熱部２７Ｄと該放熱部２８Ｄとの温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は下方から上方に流送するが、流路２５Ｅの他方側すなわち右側は流路２５Ｅが蛇行ライン状を成しており、矢印Ｂ２７ないしＢ２９方向に流送する。この流れは流路２５Ｅの一方側すなわち左側に比較して、流路の抵抗が大きい。そこで、該受熱部２７Ｄと該放熱部２８Ｄとの温度差により推進力が与えられた熱搬送流体２６は流路の抵抗が小さい左側を矢印Ｂ２３ないしＢ２６方向に容易に流送して羽根車２３Ｅを効率的に回転させる。
尚、本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例４のほかの構成及び動作等は前述した実施の形態の場合と略同一であり、その説明を省略する。
【実施例５】
【００４３】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例５について添付図面に基づき詳細に説明する。
図５は本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例５としての発電装置Ｅ５を示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に羽根車及び絞り弁を設置した例を示す模式図である。
【００４４】
２３Ｆは羽根車であり、その構造や動作等は図１に示す羽根車２３と略同一でありその説明を省略する。２５Ｆは流路であって、該流路２５Ｆの内部は前述した熱搬送流体２６が充填されている。２９は絞り弁である。従って、受熱部２７Ｅが加熱され放熱部２８Ｅが冷却されると、受熱部２７Ｅにおいて液相から気相に相変化した流路２５Ｆ内の熱搬送流体２６は図５に示すように流路２５Ｆの一方側の流路２５Ｆから上昇し放熱部２８Ｅ、絞り弁２９を流過して羽根車２３Ｆを効率的に回転させる。すなわち熱搬送流体２６は矢印Ｂ３０ないしＢ３４方向に流送する。そして
絞り弁２９により羽根車２３Ｆのバスケット２３ｃに流過する熱搬送流体２６を高流速化し、該羽根車２３Ｆを高速回転する。よって高発電機能を司る。
尚、本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例５のほかの構成及び動作等は前述した実施の形態の場合と略同一であり、その説明を省略する。
【実施例６】
【００４５】
次に本発明に係る羽根車を利用した発電装置に於ける実施例６について添付図面に基づき詳細に説明する。
図６は本発明に係る羽根車を利用した発電装置の実施例６としての発電装置Ｅ６を示す図面であって、略円盤状の羽根車を収容するケーシングを兼ねる受熱部及び放熱部を配置した例を示す模式図であり、（ａ）は（ｂ）の中央部分の垂直方向断面図、（ｂ）は水平方向断面図である。
【００４６】
２３Ｇは羽根車であり、全体形状が例えば略円盤状に形成され、その外周面２３Ｇ１には複数個のバスケット２３ｅを有する。前記外周面２３Ｇ１と受熱部２７Ｆ及び放熱部２８Ｆとの間は無端状円環循環経路２５Ｇを構成している。この構成は受熱部２７Ｆ及び放熱部２８Ｆとしてのケーシングの内周面と羽根車２３Ｇの外周面２３Ｇ１とで形成する間隙であって、流路の機能を兼ねている。また、前記受熱部２７Ｆ及び放熱部２８Ｆは前記磁気羽根車２３Ｇを嵌入している。無端状円環循環経路２５Ｇ内に充填している熱搬送流体２６が流送することにより該バスケット２３ｅ・・・を駆動し、該羽根車２３Ｇを例えば図示するＲ方向に回転動作させる。そして図６に示すように羽根車２３Ｇの中央部に永久磁石を回転方向でＮ極とＳ極が交互に配置された回転軸２３Ｇ２を形成し、回転軸２３Ｇ２と同軸上に回転軸２３Ｇ２の外周を覆うように複数のコイルを配置した発電機回転子を有する。
尚、本発明に係る磁気羽根車を利用した発電装置に於ける実施例６のほかの構成及び動作等は前述した実施の形態の場合と略同一であり、その説明を省略する。
また、実施例６の変形実施例として図６の羽根車２３Ｇの中央部にＮ極、Ｓ極を有する内部永久磁石が羽根車２３Ｇ全体で密閉状態に配置された回転軸２３Ｇ２を形成し、回転軸２３Ｇ２の周辺にもＮ極、Ｓ極を有する外部永久磁石が配置された回転軸（図示せず）を形成してマグネットカップリングを構成し、回転軸２３Ｇ２と同軸上に外部永久磁石２３Ｈが配置された回転軸によって回転駆動される発電機回転子（図示せず）を有する。
【実施例７】
【００４７】
次に本発明に係る磁気羽根車を利用した発電装置に於ける実施例７について添付図面に基づき詳細に説明する。
図１０は本発明に係る磁気羽根車を利用した発電装置の実施の形態としての発電装置Ｅを示す図面であって、無端状循環経路を構成する流路の一方側に磁気羽根車を設置した例であり、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は発電装置Ｅに備えた発電機を構成する磁気羽根車を（ａ）に示す矢視Ａ−Ａ線方向から見た垂直断面図である。
【００４８】
２３Ｊは磁気羽根車であって、磁気羽根車２３Ｊは通常の水力発電に用いる衝動水車に分類することができる羽根車であり、例えばペルトン水車を用いることが可能である。磁気羽根車２３Ｊは後述する流路２５内に配置してあるこの磁気羽根車２３Ｊの下側に流路２５の管壁を介して磁気歯車２３ｆを備えている。発電機は前記磁気歯車２３ｆと、該磁気羽根車２３Ｊの回転中心に位置して該磁気歯車２３ｆを回転・支承する回転軸２３ａと、発電機回転子２３ｄとを備えている。前記磁気羽根車２３Ｊは中心部２３ｂを有している。この中心部２３ｂはＮ極、Ｓ極が交互に帯磁されており、この磁力により磁気歯車２３ｆを回転駆動する。該磁気羽根車２３Ｊの中心部２３ｂの外周円筒面に於いて、前記磁気羽根車２３Ｊの中心部２３ｂから放射状に等しい開角をもって配設した複数の羽根状のバケット２３ｃを構成する。該磁気羽根車２３Ｊは低トルクで回転する構造とし、逆転しないように適宜位置に逆止弁を設置することもできる。図１０に於いて該バケット２３ｃは前記中心部２３ｂから法線方向に直線で示す平板状の羽根であるが、これに限らずバケツ状の容器でも良い。２３ｄは前記回転軸２３ａに固定した発電機回転子であって、熱搬送流体２６の流れによって磁気羽根車２３Ｊが回転し、発電機能を有する。
【００４９】
２４はケーシングであって、ケーシング２４は前記磁気羽根車２３Ｊの前記回転軸２３ｇを支承する軸受けを具備しており、磁気羽根車２３Ｊの全体を収容する固定された略円筒形の容器である。また、図１０に示すように、磁気羽根車２３Ｊのバケット２３ｃとケーシング２４の内面との間にはわずかの隙間が設定され、ケーシング２４内に於いて、磁気羽根車２３Ｊは円滑に回転することができる。
【００５０】
ケーシング２４はその外周の一部に熱搬送流体導入部２４ａ及び熱搬送流体導出部２４ｂを配設し、該熱搬送流体導入部２４ａ及び熱搬送流体導出部２４ｂは後述する無端状循環経路としての流路に密封構造をもって接続している。
【００５１】
２５は流路であって、例えば、略Ｕ字状循環経路を有しており該流路２５の内部は後述する熱搬送流体２６が充填されている。流路２５は断面形状が略円形又は楕円形が望ましいが、矩形状、三角形状又は半円形状であってもよい。図１０に示すように全体形状が縦に長い長方形に形成している。該流路２５は図１に示すように前記ケーシング２４の熱搬送流体導入部２４ａ及び熱搬送流体導出部２４ｂと一体的に形成し接続する。
【００５２】
２６は熱搬送流体であって、熱搬送流体２６は例えば水等であり、与えられた熱エネルギーの多寡によって液相又は気相を呈する２相の流体である。そして該熱搬送流体２６は臨界温度が熱源温度以下、放熱部温度又は使用温度範囲で固体化しないことが条件であり、水の場合例えば１００℃〜３００℃の範囲内を適用する。図１０に於いて、熱搬送流体２６は流路２５内において気相と液相の混合流体であり、２６ａは熱搬送流体２６の液相部を示し、２６ｂは熱搬送流体２６の気相部である。円形及び略楕円形で表された２６ｂ１、２６ｂ２は前記熱搬送流体２６の気相部２６ｂを模式的に示す。そして、略楕円形で示された気相部２６ｂ２と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６は、円形で示された気相部２６ｂ１と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６に比較して気相部の割合が多いので、略楕円形で示された気相部２６ｂ２と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６は、円形で示された気相部２６ｂ１と液相部２６ａの混合流体としての熱搬送流体２６に比較して、より多くの潜熱すなわち転移熱を有している。
【００５３】
前記流路２５は、例えば熱輸送デバイスとしての薄型プレートヒートデバイスを使用すると最適な効果が得られる。これは大きな熱量を円滑に輸送するように設計されている。また薄型プレートヒートデバイスの内部はループ型蛇行細径トンネルヒートパイプを内蔵しておりこのループ型蛇行細径トンネルヒートパイプの内部に封入した作動液が還流管路、つまり流路２５内を流送する。そしてこの作動液の内圧に対して該薄型プレートヒートデバイスのループ型蛇行細径トンネルヒートパイプが十分な強度を有する必要がある。このような各種の条件を満足する薄型プレートヒートデバイスは薄型プレート内に前述したループ型蛇行細径トンネルヒートパイプを備えてある。そして、このような単位対のループ型細径トンネルヒートパイプの群は相互に連結連通されて、平面状に構成されて一体化されてある。このように一体化されたループ型細径トンネルヒートパイプの群は、一括して密閉封止され且つ真空脱気された上で所定の二相凝縮性作動液の所定量が封入されてヒートパイプ化されて、構成されている。また薄型プレートヒートデバイスは、熱伝導性の良好な金属からなる単位薄板及び平薄板の溶接積層体で構成される。単位薄板の溶接面には積層に先立って予め一連の長尺蛇行細溝が形成されてある。該長尺蛇行細溝の形成は切削、放電加工、プレス成形等何れの手段によってなされたものであっても良い。長尺蛇行細溝は積層により密閉蛇行細径トンネルとして構成され、この密閉蛇行細径トンネルに所定の作動液の所定量が封入されて蛇行細径トンネルヒートパイプとして構成されてある。
【００５４】
２７は蒸発部すなわち受熱部であって、受熱部２７は熱搬送流体２６に熱エネルギーを効率的に伝達するために流路２５を取り囲んだ構造を有する。受熱部２７は熱搬送流体２６を液相２６ａから気相２６ｂに相変化させる部分である。２８は凝縮部すなわち放熱部である。放熱部２８は磁気羽根車２３Ｊを回転させて磁気羽根車２３Ｊに運動エネルギーを与えた熱搬送流体２６の温度を低下させ、熱搬送流体２６を気相２６ｂから液相２６ａに相変化させる部分であり、熱搬送流体２６から熱エネルギーを効率的に除去するために流路２５を取り囲んだ構造を有する。
尚、上記無端状循環経路の上辺部分又は下辺部分の形状を変化させ、流送抵抗を増大する構成としてもよい。
【００５５】
次に本発明に係る磁気羽根車を利用した発電装置の実施の形態に基づく動作等を説明する。
受熱部２７が加熱され放熱部２８が冷却されると、該受熱部２７と該放熱部２８との温度差により相互作用が発生し熱搬送流体２６に推進力が与えられ該熱搬送流体２６は流路２５内を図１に示すように下方から上方に循環流送する。そして、受熱部２７と放熱部２８の機能により、該流路２５内に充填された熱搬送流体２６は該受熱部２７から矢印Ｂ１ないしＢ４方向に流送される。そこで該磁気羽根車２３Ｊはこの熱搬送流体２６により回転する。該磁気羽根車２３Ｊが回転することによりこの磁力により磁気歯車２３ｆが回転し、回転軸２３ａも回転する。そして、発電機回転子２３ｄを回転駆動する。この発電機回転子２３ｄは比較的低トルクで回転する構造となっている。これにより該発電機固定子（図示せず）から出力電圧を発生する。ここで、熱搬送流体２６の流送方向に対して垂直方向位置に磁気羽根車２３Ｊの回転軸２３ｇ、磁気歯車２３ｆの回転軸２３ａ及び発電機回転子２３ｄを配置している。それ故に上記熱搬送流体２６が高圧であって、低流量であり発電機固定子に安定した発電を奏する。
尚、図１に於いては受熱部２７を下方に配置し、放熱部２８を上方に配置しているが、受熱部２７を上方に配置し、放熱部２８を下方に配置してもよく、磁気羽根車２３Ｊの回転方向を逆転することができる。また、発電機の始動時において、磁気羽根車２３Ｊの回転方向を任意の方向に回転させるために、発電機回転子２３ｄに外部から電力を印加して一時的に電動機として駆動して、熱搬送流体２６の循環流送方向が安定したら、発電動作に移行してもよい。
また、実施例７の変形実施例として図１０のマグネットカップリングの代わりに磁気羽根車２３Ｊを発電機の回転とし、磁気歯車２３ｆを円盤上に複数のコイルを配置した発電機の固定としてもよい。さらに、実施例６のように磁気羽根車２３Ｊの磁石部分を回転軸方向で突出させ、その周円に発電機の固定子を配置することもできる。
【００５６】
以上の実施例６，７のように磁石を利用して非接触で磁気羽根車の回転を発電機の回転に伝達することにより、磁気羽根車の回転軸を軸シールを介して作動液封止内から大気側に突出させ、該磁気羽根車の回転軸に発電機の回転軸を連結するよりも、回転軸部の大気側と作動液封止内とのシールを向上することができる。さらに、シール部での摩擦抵抗による効率悪化やシールの寿命低下を改善できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
自動車や住宅の給湯装置等に於いて、排熱を利用した小型の発電装置として適用できる。例えば、自動車の場合、加熱部をエンジン、冷却部をラジエータとする。船舶の場合、加熱部をエンジン、冷却部をエンジンの冷却水又は海水とする。発電機と給湯器の場合、加熱部をタービン、冷却部を加熱前の給湯水又は水道水の管とする。パソコンやサーバーの場合、加熱部をＣＰＵ、冷却部をケース若しくは電源等に使用されているファンとする。火力発電所の場合、発熱部を炉、冷却部を工場冷却水または水道管とする。電気自動車の場合、発熱部をインバータ、冷却部を走行用ラジエータもしくはファンとする。水力発電の場合、加熱部をインバータ、冷却部を外気、ラジエータ、又はファンとする一般建築物の場合、加熱部を室内もしくは室外の温度の高いほう、冷却部を室内もしくは室外の温度の低いほうとする。太陽電池の場合、加熱部をパネルの背面、冷却部を地面または水道管とする。堆肥等の発酵物の場合、加熱部を異発酵物、冷却部を水道水とする。
【符号の説明】
【００５８】
２３ 羽根車
２３Ａ 羽根車
２３Ｂ 羽根車
２３Ｃ 第１羽根車
２３Ｄ 第１羽根車
２３Ｅ 羽根車
２３Ｆ 羽根車
２３Ｇ 羽根車
２３Ｇ１ 羽根車の外周面
２３Ｇ２ 回転軸
２３Ｈ 外部永久磁石
２３ａ 回転軸
２３ｂ 円筒型ランナー
２３ｃ バケット
２３ｄ 発電機回転子
２３ｅ バケット
２４ ケーシング
２４ａ 熱搬送流体導入部
２４ｂ 熱搬送流体導出部
２５ 流路
２５Ａ 流路
２５Ｂ 流路
２５Ｃ 流路
２５Ｄ 流路
２５Ｅ 流路
２５Ｆ 流路
２５Ｇ 無端状円環循環経路
２６ 熱搬送流体
２６ａ 熱搬送流体の液相部
２６ｂ 熱搬送流体の気相部
２６ｂ１ 熱搬送流体の気相部
２６ｂ２ 熱搬送流体の気相部
２７ 受熱部
２７Ａ 受熱部
２７Ｂ 受熱部
２７Ｃ 受熱部
２７Ｄ 受熱部
２７Ｅ 受熱部
２７Ｆ 受熱部
２８ 放熱部
２８Ａ 放熱部
２８Ｂ 放熱部
２８Ｃ 放熱部
２８Ｄ 放熱部
２８Ｅ 放熱部
２８Ｆ 放熱部
２９ 絞り弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱部と放熱部との温度差による推進力で流送する熱搬送流体を充填した無端状循環経路を備えた構成に於いて、該無端状循環経路であって、熱搬送流体の流送方向に対して垂直方向に回転子を配設しかつ該回転子に固定された発電機回転子を有した羽根車を備えたことを特徴とする羽根車を利用した発電装置。
【請求項２】
前記無端状循環経路は単一の略字状循環経路であることを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置。
【請求項３】
前記無端状循環経路は複数個であることを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置。
【請求項４】
前記無端状循環経路は無端状円環循環経路であることを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置。
【請求項５】
前記無端状循環経路に絞り弁を介在させたことを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置。
【請求項１】
受熱部と放熱部との温度差による推進力で流送する熱搬送流体を充填した無端状循環経路を備えた構成に於いて、該無端状循環経路であって、熱搬送流体の流送方向に対して垂直方向に回転子を配設しかつ該回転子に固定された発電機回転子を有した羽根車を備えたことを特徴とする羽根車を利用した発電装置。
【請求項２】
前記無端状循環経路は単一の略字状循環経路であることを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置。
【請求項３】
前記無端状循環経路は複数個であることを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置。
【請求項４】
前記無端状循環経路は無端状円環循環経路であることを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置。
【請求項５】
前記無端状循環経路に絞り弁を介在させたことを特徴とする請求項１記載の羽根車を利用した発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１９６５６８（Ｐ２０１０−１９６５６８Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４１６８２（Ｐ２００９−４１６８２）
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（５９９０６９４０４）ティーエス ヒートロニクス 株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（５９９０６９４０４）ティーエス ヒートロニクス 株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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