特許 6042963 温度差エネルギー変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6042963

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】温度差エネルギー変換装置

(51)【国際特許分類】

   F03G 7/04 20060101AFI20161206BHJP

   F02C 1/10 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   F03G7/04

   F02C1/10

【請求項の数】25

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2015-237205(P2015-237205)

(22)【出願日】2015年12月4日

【審査請求日】2016年6月10日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】597040304

【氏名又は名称】阿部 俊廣

(74)【代理人】

【識別番号】100093148

【弁理士】

【氏名又は名称】丸岡 裕作

(72)【発明者】

【氏名】阿部 俊廣

【審査官】 瀬戸 康平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０５２６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５６８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公開第０２２７０１１９（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｃ ７／００

Ｆ０２Ｃ １／１０

Ｆ０３Ｇ ７／０４

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状の側壁及び下壁を有し内部に冷却用の液体が入れられる容器を備え、該容器の上側に気体を取り入れる上開口を設け、上記容器の下壁の中央に該容器の中心軸を中心とした下開口を設け、上記容器の上側に、上記上開口から気体を取り入れその一部若しくは全部を作動気体として旋回させながら圧縮して降下させ上記内部の液体を上記下開口を開放したロート状の内表面を有した液体壁部に形成して該作動気体を上記下開口から導出させるファン機構を設け、上記容器の中心軸と同軸の軸線を有して上記下開口に臨み導出する作動気体により回転させられるタービンを設けたことを特徴とする温度差エネルギー変換装置。

【請求項2】

上記液体壁部のロート状の内表面の角度を調整可能な液体壁部調整部を備えたことを特徴とする請求項１記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項3】

上記液体壁部調整部を、上記側壁に該側壁の内面側から中心軸に対して進退動可能に設けられ、進退動量によって上記液体壁部のロート状の内表面の角度を調整可能な突出体と、該突出体を駆動する駆動部とを備えて構成したことを特徴とする請求項２記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項4】

上記取り入れられる気体は大気からなる外気で構成され、上記液体は水で構成されることを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項5】

上記液体壁部を構成する水を外部から供給する水供給部と、上記液体壁部を構成する水を循環させる循環水路とを設けたことを特徴とする請求項４記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項6】

上記容器の上部に上記液体壁部の上端の水位が所定高さを超えたとき該超えた分の水を流出させて回収する回収路を設け、該回収路を通って回収された水を貯留する回収水貯留槽を設けたことを特徴とする請求項５記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項7】

上記回収路からの水の流出量の大小を検知する水量センサを設け、該水量センサが水量大を検知したとき上記水供給部からの水供給を停止し、該水量センサが水量小を検知したとき上記水供給部からの水供給を行わせる水供給制御部を備えたことを特徴とする請求項６記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項8】

上記容器の上側に上壁を設け、上記上開口を上記上壁の中央に上記容器の中心軸を中心として設け、上記ファン機構を、上記上壁に回転可能に設けられ上記容器の中心軸を中心に回転する第１ファンと、上記上壁に設けられ上記第１ファンを回転させるモータと、上記タービンから延び容器の中心軸を軸線とする上回転軸によって該タービンと同期して回転させられる第２ファンとを備えて構成し、
上記第１ファンを、中央に上記上開口に対応する吸引口を有し上記上壁に近接して対峙する基盤と、該基盤に等角度関係で複数列設され吸引口からの作動気体を遠心方向に送出する第１回転羽根と、上記上回転軸が回転可能に貫通し上記基盤に対向して上記第１回転羽根を覆うとともに外周に作動気体の吹出口を形成する覆い板とを備えて構成し、
上記第２ファンを、上記第１ファンの第１回転羽根の内側であって上記吸引口に対峙し上記吸引口からの作動気体を遠心方向に送出する複数の第２回転羽根を備えて構成したことを特徴とする請求項４乃至７何れかに記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項9】

上記液体壁部を構成する水を外部から供給する水供給部と、上記液体壁部を構成する水を循環させる循環水路とを設け、該循環水路を、上記第１ファンの基盤と上記上壁との間へ水を供給する水供給管を備えて構成したことを特徴とする請求項８記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項10】

上記水供給部を、上記水供給管を通して水を供給する構成にしたことを特徴とする請求項９記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項11】

上記容器の上側に、上記ファン機構の吸引力により外気を取り入れて作動気体として該ファン機構に送給する作動気体生成部を設け、該作動気体生成部を、外周に設けられた外気取入口と、内側に設けられ上記上開口に連通する作動気体出口と、上記外気取入口と作動気体出口との間に設けられ外気を比重分離して比重の小さい側の気体を作動気体とする分離通路とを備えて構成したことを特徴とする請求項４乃至１０何れかに記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項12】

上記分離通路を、外気が入り込む通路入口と上記作動気体出口との間に設けられ上記容器の中心軸を中心とする螺旋状の第１螺旋通路と、該第１螺旋通路の上側に設けられ該第１螺旋通路の上記作動気体出口側に連通するとともに外周側に比重の大きい気体の気体出口を有した上記容器の中心軸を中心とする螺旋状の第２螺旋通路とを備えて構成したことを特徴とする請求項１１記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項13】

上記作動気体生成部を開閉可能にし、閉時に上記容器内部の圧力が所定以上上昇したとき開になって圧力を逃がすことを可能にしたことを特徴とする請求項１１または１２記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項14】

上記外気取入口と作動気体出口との間に、外気を水で洗浄する洗浄部を設けたことを特徴とする請求項１１乃至１３何れかに記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項15】

上記洗浄部を、水が貯留される洗浄槽と、該洗浄槽に上記液体壁部の下側を構成する水を配給する水配給路とを備えて構成し、該洗浄槽の底壁に取り入れられた外気を洗浄槽内に吹き込む多数の小孔を形成し、該洗浄槽に汚れた水を排水する配水管を連携させたことを特徴とする請求項１４記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項16】

上記タービンを通過した作動気体が排気ガスとして排気される排気通路を設け、外気を取り入れる第２外気取入口を設け、該第２外気取入口から上記タービンの動力により回転させられる吸引ファンによって外気を吸引する外気吸引通路を設け、上記排気通路の一部と上記外気吸引通路の一部とを熱交換板を介して並設し、該熱交換板により外気中の水分を凝縮して取り出す外気中水分取出し部を設けたことを特徴とする請求項４乃至１５何れかに記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項17】

上記外気吸引通路の第２外気取入口側に、外気を水で洗浄する第２洗浄部を設けたことを特徴とする請求項１６記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項18】

上記第２洗浄部を、水が貯留される第２洗浄槽と、該第２洗浄槽に上記液体壁部の下側を構成する水を配給する水配給路とを備えて構成し、該第２洗浄槽の底壁に取り入れられた外気を該第２洗浄槽内に吹き込む多数の小孔を形成し、該第２洗浄槽に汚れた水を排水する配水管を連携させたことを特徴とする請求項１７記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項19】

上記外気中水分取出し部を、上記排気通路及び外気吸引通路が上記容器の中心軸に平行になるように上記容器の外周に設け、上記熱交換板を上記排気通路及び外気吸引通路が交互に列設されるように蛇腹状に形成し、該外気中水分取出し部の下側に上記熱交換板を伝って落下する外気中水分の外気中水分貯留槽を設けたことを特徴とする請求項１６乃至１８何れかに記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項20】

上記容器の下側の排気通路を螺旋状に形成したことを特徴とする請求項１９記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項21】

上記吸引ファンを上記タービンの下側において該タービンの下側回転軸に設け、上記容器の下側に上記吸引ファンに至る上記外気吸引通路の終端部を設け、該終端部の下側に上記吸引ファンからの外気の排気が送出され上記外気中水分取出し部を構成する排気通路に合流する外気排気通路を設け、該外気排気通路の下側に外気の排気から凝縮した水が流出させられる水分流出路を設けたことを特徴とする請求項１６乃至２０何れかに記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項22】

上記外気排気通路及び水分流出路を螺旋状に形成したことを特徴とする請求項２１記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項23】

上記タービンの上側に該タービンから延び容器の中心軸を軸線とする上回転軸を設け、該上回転軸を管状に形成するとともに管壁に軸方向に沿って多数の小孔を開設し、上記外気中水分取出し部を、上記排気通路及び外気吸引通路が上記容器の中心軸に平行になるように上記容器の外周に設け、上記熱交換板を上記排気通路及び外気吸引通路が交互に列設されるように蛇腹状に形成し、該外気中水分取出し部の下側に上記熱交換板を伝って落下する外気中水分の外気中水分貯留槽を設け、該外気中水分貯留槽に貯留される水及び上記水分流出路からの水を上記上回転軸内に送給して小孔から容器内に噴出させる噴出水流路を設けたことを特徴とする請求項２１または２２記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項24】

上記容器の上記液体壁部の上端より上から上記容器内で生成される酸素を回収する酸素回収通路と、上記容器の上記液体壁部の下端側から上記容器内で生成される水素を回収する水素回収通路とを設けたことを特徴とする請求項４乃至２３何れかに記載の温度差エネルギー変換装置。

【請求項25】

上記下壁の下側に、上記側壁に一体に設けられ上記下壁との間に下部空間を形成する隔壁を設け、上記下壁の少なくとも外周部を上記側壁の内側に設けたフランジに対して上下に摺動可能な移動部として構成し、該移動部の上端位置を規制するストッパを設け、一端側が上記容器内に開口し他端側が上記下部空間に開口し上記容器内の圧力と上記下部空間との圧力を等しくするための連通管を設け、上記移動部を上記ストッパに常時押圧する付勢手段を設け、上記容器内部の圧力が所定以上急上昇したとき、上記付勢手段の付勢力に抗して該移動部がフランジを摺動して下部空間内に落ち込み、該移動部とフランジ内周との間に形成された間隙から容器内の圧力を逃がすことを可能にしたことを特徴とする請求項４乃至２４何れかに記載の温度差エネルギー変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気体を流通させるとともに加熱及び冷却させ、気体の温度差エネルギーを利用して種々のエネルギーを得る温度差エネルギー変換装置に係り、特に、気体の流通経路の途中にタービンを介装し、タービンにより気体の温度差エネルギーを動力に変換して取り出す温度差エネルギー変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、温度差エネルギー変換装置としては、例えば、先に本願出願人が提案した特許文献１（特開２０１１−５２６０９号公報）に掲載されたものが知られている。図９に示すように、この温度差エネルギー変換装置は、上開口１０１１及び下開口１０１２を有したロート状の熱伝動性の筒体１０１０を備え、この筒体１０１０の上開口１０１１から暖気を導入し、導入された暖気を旋回させながら下開口１０１２側に移動させるとともに、筒体１０１０の壁部１０１０ａとの熱交換により冷却を行い、下開口１０１２においてノズル１０１３から筒体１０１０内に冷気を噴出させて暖気と混合させて一気に冷却し、この冷却された混合気を筒体１０１０の下開口１０１２から導出し、下開口１０１２に臨む混合気の導出流路に設けたタービンＴを回転させ、タービンＴの動力を発電機１０１４を介して電力として取り出すようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−５２６０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、この従来の温度差エネルギー変換装置においては、筒体１０１０内に導入された暖気に対して、筒体１０１０の壁部１０１０ａとの熱交換により冷却を行うとともに、下開口１０１２においてノズル１０１３から冷気を噴出させて一気に冷却するようにしているが、筒体１０１０の壁部１０１０ａである固体との熱交換によるので冷却効率が必ずしも良いとは言えず、また、ノズル１０１３からの冷気の噴出が下開口１０１２のみなのでこの点でも冷却効率に劣り、それだけ、タービンＴの回転力が弱く出力が小さいという欠点があった。更に、ノズル１０１３から冷気を噴出させているので、冷気を作るための装置が必要になる分、装置が複雑化してしまうという問題もある。

【0005】

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、冷気を使うことなく、容器内に導入される気体の冷却効率の向上を図ってエネルギー変換できるようにした温度差エネルギー変換装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

このような目的を達成するため、本発明の温度差エネルギー変換装置は、図１に示す原理図に基づいて説明すると、筒状の側壁及び下壁を有し内部に冷却用の液体（Ｗ）が入れられる容器（１０）を備え、該容器（１０）の上側に気体を取り入れる上開口（２０）を設け、上記容器（１０）の下壁の中央に該容器（１０）の中心軸（Ｐ）を中心とした下開口２１を設け、上記容器（１０）の上側に、上記上開口（２０）から気体を取り入れその一部若しくは全部を作動気体（Ｇ）として旋回させながら圧縮して降下させ上記内部の液体（Ｗ）を上記下開口（２１）を開放したロート状の内表面を有した液体壁部（Ｈ）に形成して該作動気体（Ｇ）を上記下開口（２１）から導出させるファン機構（４０）を設け、上記容器（１０）の中心軸（Ｐ）と同軸の軸線を有して上記下開口（２１）に臨み導出する作動気体（Ｇ）により回転させられるタービン（Ｔ）を設けた構成としている。そして、このタービン（Ｔ）から動力を取り出し、例えば、発電機で発電を行う。

【0007】

これにより、ファン機構により気体が取り入れられると、作動気体は、容器内を上側から下側に向かって旋回させられながら圧縮して下降させられ、この旋回力によって容器内部の液体を回転させ、下開口を開放したロート状の内表面を有した液体壁部に形成し、下開口から導出されて、タービンを回転させる。この過程において、作動気体は、旋回させられながら圧縮して下降させられると、圧力及び温度が上昇していき、高圧，高温になり、下開口から導出されると、急膨張して冷気になり、タービンを回転させる。この場合、高圧，高温の作動気体は、ロート状の液体壁部に接するので、液体の表面で熱交換が行われることになり、そのため、冷却効率が極めて良くなり、それだけ、下開口から毎秒導出される混合気のロート状内外の比較総合比重を増加させ、それにより遠心力の勢いを増してタービンの出力の向上を図ることができる。

【0008】

この構成において、必要に応じ、上記液体壁部のロート状の内表面の角度を調整可能な液体壁部調整部を備えた構成としている。液体壁部のロート状の内表面の角度を適正な角度に調整して、下開口を確保し、下開口からの作動気体の導出を円滑に行わせることができるようになる。

【0009】

この場合、上記側壁に該側壁の内面側から中心軸に対して進退動可能に設けられ、進退動量によって上記液体壁部のロート状の内表面の角度を調整可能な突出体と、該突出体を駆動する駆動部とを設けた構成としたことが有効である。この突出体の突出量により、液体の回転抵抗が異なるので、液体壁部のロート状の内表面の角度を適正な角度に調整して、下開口を確保し、下開口からの作動気体の導出を円滑に行わせることができるようになる。

【0010】

そして、本装置においては、上記取り入れられる気体は大気からなる外気で構成され、上記液体は水で構成されることが有効である。無尽蔵にある外気と水の熱交換によりエネルギーを取り出すことができるので、汎用性を増すことができる。外気と水の場合で説明すると、ファン機構により、作動気体を旋回させながら圧縮して下降させると、圧力及び温度が上昇していき、例えば、約３０気圧の高圧，約８０００℃もの高温にし、液体壁部の内表面においては液体壁部を構成する水を熱分解させるほどにすることができる。そして、容器内の作動気体が下開口から導出されると、急膨張して冷気になり、タービンを回転させる。この場合、液体壁部の内部は２００℃〜３００℃程度に上昇するが、相対的に、作動気体から熱を奪い作動気体を冷却することができる。液体の表面で熱交換が行われることになり、そのため、冷却効率が極めて良くなり、それだけ、下開口から毎秒導出される混合気のロート状内外の比較総合比重を増加させ、それにより遠心力の勢いを増してタービンの出力の向上を図ることができる。

【0011】

また、必要に応じ、上記液体壁部を構成する水を外部から供給する水供給部と、上記液体壁部を構成する水を循環させる循環水路とを設けた構成としている。水供給部により水を供給することができ、また、循環水路により水を循環させるので、それだけ冷却効率を向上させることができる。

【0012】

この場合、上記容器の上部に上記液体壁部の上端の水位が所定高さを超えたとき該超えた分の水を流出させて回収する回収路を設け、該回収路を通って回収された水を貯留する回収水貯留槽を設けた構成とすることができる。温度上昇した水を回収して水位調整することができ、液体壁部を安定させることができる。また、回収した水は、飲料水にすることができる。この場合、回収路から液体壁部の上側を構成する水が飲料水として回収されるが、液体壁部においては、これに生じる遠心力により、重水が下側に集約されることから、液体壁部の上側は重水素減少水になっており、回収された水はこの液体壁部の上側の水になるので、重水素減少水を飲料水とすることができ、極めて有用になる。

【0013】

更にまた、この場合、上記回収路からの水の流出量の大小を検知する水量センサを設け、該水量センサが水量大を検知したとき上記水供給部からの水供給を停止し、該水量センサが水量小を検知したとき上記水供給部からの水供給を行わせる水供給制御部を備えた構成とすることができる。水供給制御部により、常時、適正な水を維持できるので、液体壁部を安定させることができる。

【0014】

また、必要に応じ、上記容器の上側に上壁を設け、上記上開口を上記上壁の中央に上記容器の中心軸を中心として設け、上記ファン機構を、上記上壁に回転可能に設けられ上記容器の中心軸を中心に回転する第１ファンと、上記上壁に設けられ上記第１ファンを回転させるモータと、上記タービンから延び容器の中心軸を軸線とする上回転軸によって該タービンと同期して回転させられる第２ファンとを備えて構成し、
上記第１ファンを、中央に上記上開口に対応する吸引口を有し上記上壁に近接して対峙する基盤と、該基盤に等角度関係で複数列設され吸引口からの作動気体を遠心方向に送出する第１回転羽根と、上記上回転軸が回転可能に貫通し上記基盤に対向して上記第１回転羽根を覆うとともに外周に作動気体の吹出口を形成する覆い板とを備えて構成し、
上記第２ファンを、上記第１ファンの第１回転羽根の内側であって上記吸引口に対峙し上記吸引口からの作動気体を遠心方向に送出する複数の第２回転羽根を備えて構成している。第１ファンと第２ファンとの２つのファンにより、作動気体に遠心力を付与して旋回させて圧縮するので、確実に高圧，高温にすることができる。

【0015】

この構成において、上記液体壁部を構成する水を外部から供給する水供給部と、上記液体壁部を構成する水を循環させる循環水路とを設け、該循環水路を、上記第１ファンの基盤と上記上壁との間へ水を供給する水供給管を備えて構成したことが有効である。内部圧により、第１ファンが上壁側に押されても、水供給管により、第１ファンの基盤と上壁との間へ水が供給されるので、水が潤滑水の役目をし、第１ファンに下側に押し下げる力が作用し、そのため、第１ファンの回転を円滑に維持できるようになる。

【0016】

この場合、上記水供給部を、上記水供給管を通して水を供給する構成にしたことが有効である。水供給管により、循環水と新しい水と同時に供給することができ、共用できるので、装置の効率化を図ることができる。

【0017】

また、必要に応じ、上記容器の上側に、上記ファン機構の吸引力により外気を取り入れて作動気体として該ファン機構に送給する作動気体生成部を設け、該作動気体生成部を、外周に設けられた外気取入口と、内側に設けられ上記上開口に連通する作動気体出口と、上記外気取入口と作動気体出口との間に設けられ外気を比重分離して比重の小さい側の気体を作動気体とする分離通路とを備えて構成している。比重の重い酸素や二酸化炭素を比重分離して、主に窒素を作動気体とすることができるようになる。そのため、酸素を減少させることで、容器内での窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害ガスの発生を減少させることができる。

【0018】

更に、必要に応じ、上記分離通路を、外気が入り込む通路入口と上記作動気体出口との間に設けられ上記容器の中心軸を中心とする螺旋状の第１螺旋通路と、該第１螺旋通路の上側に設けられ該第１螺旋通路の上記作動気体出口側に連通するとともに外周側に比重の大きい気体の気体出口を有した上記容器の中心軸を中心とする螺旋状の第２螺旋通路とを備えて構成している。これにより、第１螺旋通路を経て作動気体出口に至る外気は、遠心力により第２螺旋通路に入り込み、比重分離されて比重の大きい気体が気体出口から排出され、比重の小さい気体が作動気体として作動気体出口に吸引されていく。螺旋の経路で比重分離するので、効率よく分離を行うことができる。

【0019】

更にまた、必要に応じ、上記作動気体生成部を開閉可能にし、閉時に上記容器内部の圧力が所定以上上昇したとき開になって圧力を逃がすことを可能にした構成としている。容器内部の圧力が所定以上上昇し、所謂バックファイヤーが生じても、作動気体生成部が開になって圧力が逃げるので、安全を図ることができる。

【0020】

また、必要に応じ、上記外気取入口と作動気体出口との間に、外気を水で洗浄する洗浄部を設けた構成としている。洗浄部で外気を洗浄することができるので、液体壁部の水を飲料水として取り出す場合に有効になる。

【0021】

この場合、上記洗浄部を、水が貯留される洗浄槽と、該洗浄槽に上記液体壁部の下側を構成する水を配給する水配給路とを備えて構成し、該洗浄槽の底壁に取り入れられた外気を洗浄槽内に吹き込む多数の小孔を形成し、該洗浄槽に汚れた水を排水する配水管を連携させた構成とすることができる。これにより、水配給路から液体壁部の下側を構成する水が洗浄水として配給されるが、液体壁部においては、これに生じる遠心力により、重水が下側に集約されることから、洗浄水はこの重水の多い水を用いることになり、洗浄後は排水されるので、効率よく重水の多い水を排水することができる。また、洗浄槽に多数の小孔から外気を噴出して洗浄するので、洗浄効率が極めて良くなる。

【0022】

また、必要に応じ、上記タービンを通過した作動気体が排気ガスとして排気される排気通路を設け、外気を取り入れる第２外気取入口を設け、該第２外気取入口から上記タービンの動力により回転させられる吸引ファンによって外気を吸引する外気吸引通路を設け、上記排気通路の一部と上記外気吸引通路の一部とを熱交換板を介して並設し、該熱交換板により外気中の水分を凝縮して取り出す外気中水分取出し部を設けた構成としている。これにより、排気ガスと外気との熱交換を行うので、外気を水分の極めて少ない気体として利用することができる。また、外気中から取り出した水を利用することができる。

【0023】

この場合、上記外気吸引通路の第２外気取入口側に、外気を水で洗浄する第２洗浄部を設けたことが有効である。第２洗浄部で外気を洗浄することができる。

【0024】

また、必要に応じ、上記第２洗浄部を、水が貯留される第２洗浄槽と、該第２洗浄槽に上記液体壁部の下側を構成する水を配給する水配給路とを備えて構成し、該第２洗浄槽の底壁に取り入れられた外気を該第２洗浄槽内に吹き込む多数の小孔を形成し、該第２洗浄槽に汚れた水を排水する配水管を連携させた構成としている。これにより、水配給路から液体壁部の下側を構成する水が洗浄水として配給されるが、液体壁部においては、これに生じる遠心力により、重水が下側に集約されることから、洗浄水はこの重水の多い水を用いることになり、洗浄後は排水されるので、効率よく重水の多い水を排水することができる。また、第２洗浄槽に多数の小孔から外気を噴出して洗浄するので、洗浄効率が極めて良くなる。

【0025】

この場合、上記外気中水分取出し部を、上記排気通路及び外気吸引通路が上記容器の中心軸に平行になるように上記容器の外周に設け、上記熱交換板を上記排気通路及び外気吸引通路が交互に列設されるように蛇腹状に形成し、該外気中水分取出し部の下側に上記熱交換板を伝って落下する外気中水分の外気中水分貯留槽を設けた構成とすることができる。熱交換板を排気通路及び外気吸引通路が交互に列設されるように蛇腹状に形成したので、熱交換効率を向上させることができる。また、蛇腹状の熱交換板によって、容器の外周の強度を増すことができる。

【0026】

また、必要に応じ、上記容器の下側の排気通路を螺旋状に形成した構成としている。排気の遠心力を増すことができ、それだけ、タービンの出力を増すことができる。また、容器の底壁側の強度を増すことができる。

【0027】

更に、必要に応じ、上記吸引ファンを上記タービンの下側において該タービンの下側回転軸に設け、上記容器の下側に上記吸引ファンに至る上記外気吸引通路の終端部を設け、該終端部の下側に上記吸引ファンからの外気の排気が送出され上記外気中水分取出し部を構成する排気通路に合流する外気排気通路を設け、該外気排気通路の下側に外気の排気から凝縮した水が流出させられる水分流出路を設けた構成としている。水分の分離を効率よく行うことができる。

【0028】

この場合、上記外気排気通路及び水分流出路を螺旋状に形成した構成としている。遠心力を増すことができ、この点でも、水分の分離を効率よく行うことができる。また、容器の底壁側の強度を増すことができる。

【0029】

また、必要に応じ、上記タービンの上側に該タービンから延び容器の中心軸を軸線とする上回転軸を設け、該上回転軸を管状に形成するとともに管壁に軸方向に沿って多数の小孔を開設し、上記外気中水分取出し部を、上記排気通路及び外気吸引通路が上記容器の中心軸に平行になるように上記容器の外周に設け、上記熱交換板を上記排気通路及び外気吸引通路が交互に列設されるように蛇腹状に形成し、該外気中水分取出し部の下側に上記熱交換板を伝って落下する外気中水分の外気中水分貯留槽を設け、該外気中水分貯留槽に貯留される水及び上記水分流出路からの水を上記上回転軸内に送給して小孔から容器内に噴出させる噴出水流路を設けた構成としている。外気中水分貯留槽に貯留される水及び上記水分流出路からの水は、上回転軸の小孔から噴射され、作動気体内に分散し、冷却の用に供される。この場合、小孔からの噴射によるので、冷却効率が高くなる。また、噴射された水は、溶液壁部の表面に一体化して行き、一部は熱分解する。また、噴射される水は、第２外気取入口から取り入れた外気からの水なので、外気中の水の利用効率が向上させられる。

【0030】

更に、必要に応じ、上記容器の上記液体壁部の上端より上から上記容器内で生成される酸素を回収する酸素回収通路と、上記容器の上記液体壁部の下端側から上記容器内で生成される水素を回収する水素回収通路とを設けた構成としている。容器内部においては、作動気体の圧力及び温度が上昇して、例えば、約３０気圧の高圧，約８０００℃もの高温になるので、液体壁部の内表面においては液体壁部を構成する水が熱分解させられ、酸素と水素が発生するが、酸素回収通路により、酸素を回収し、水素回収通路により水素を回収することができる。

【0031】

このことにより、重水素減少水の製造方法を提案することができる。重水素減少水の製造に当たって、従来技術として、水を電気分解して水素と酸素に分け重力や質量の差を利用して軽水素のみに分解し再度、酸素と結合させる方法があるが、エネルギー消費コストが高くなる欠点がある。しかし、本発明によれば、容器内で作動気体を遠心高熱分解し、水素と酸素を強力遠心比重分離させるので、軽水素のみが回転する液体壁部の遠心減圧された中心部に集合して下部の水素回収通路から取り出される。そのため、図示しない焼却炉で軽水素と酸素とを結合させることにより、重水素減少水を精製出来るようになる。水素回収通路に導入されなかった重水素はタービンの外周部から減圧されて排気されるので、重水素のみを分離して燃焼処理をすることでその燃焼熱は本発明の導入外気の加温に利用し、出力アップに寄与できる。

【0032】

そしてまた、必要に応じ、上記下壁の下側に、上記側壁に一体に設けられ上記下壁との間に下部空間を形成する隔壁を設け、上記下壁の少なくとも外周部を上記側壁の内側に設けたフランジに対して上下に摺動可能な移動部として構成し、該移動部の上端位置を規制するストッパを設け、一端側が上記容器内に開口し他端側が上記下部空間に開口し上記容器内の圧力と上記下部空間との圧力を等しくするための連通管を設け、上記移動部を上記ストッパに常時押圧する付勢手段を設け、上記容器内部の圧力が所定以上急上昇したとき、上記付勢手段の付勢力に抗して該移動部がフランジを摺動して下部空間内に落ち込み、該移動部とフランジ内周との間に形成された間隙から容器内の圧力を逃がすことを可能にした構成としている。これにより、容器内部と下部空間との間は連通管により接続されているので、常時は、容器内の圧力と下部空間との圧力が等しく保たれ、下壁は一定位置に位置させられる。万一、容器内部の圧力が所定以上上昇し、所謂バックファイヤーが生じると、付勢手段の付勢力に抗して下壁の移動部がフランジを摺動して下部空間内に落ち込み、移動部とフランジ内周との間に形成された間隙から容器内の圧力が逃げるので、安全を図ることができる。

【発明の効果】

【0033】

本発明の温度差エネルギー変換装置によれば、ファン機構により気体が取り入れられると、作動気体は、容器内を上側から下側に向かって旋回させられながら圧縮して下降させられ、この旋回力によって容器内部の液体を回転させ、下開口を開放したロート状の内表面を有した液体壁部に形成し、下開口から導出されていく。そのため、作動気体は、容器内で圧力及び温度が上昇して高圧，高温になり、下開口から導出されると、急膨張して冷気になり、タービンを回転させる。この場合、高圧，高温の作動気体は、ロート状の液体壁部に接するので、液体の表面で熱交換が行われることになり、そのため、冷却効率が極めて良くなり、それだけ、下開口から毎秒導出される混合気のロート状内外の比較総合比重を増加させ、それにより遠心力の勢いを増してタービンの出力の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の温度差エネルギー変換装置の原理を示す図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る温度差エネルギー変換装置を示す断面図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る温度差エネルギー変換装置を示す部分断面斜視図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る温度差エネルギー変換装置の上側を示す拡大断面図である。

【図5】本発明の実施の形態に係る温度差エネルギー変換装置の下側を示す拡大断面図である。

【図6】本発明の実施の形態に係る温度差エネルギー変換装置を示す図２中Ａ−Ａ線断面図である。

【図7】本発明の実施の形態に係る温度差エネルギー変換装置を示す図２中Ｂ−Ｂ線断面図である。

【図8】本発明の別の実施の形態に係る温度差エネルギー変換装置を示す原理図である。

【図9】従来の温度差エネルギー変換装置の一例を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る温度差エネルギー変換装置を説明する。本装置は、例えば、直径が１ｍ〜３００ｍ、高さが１．２ｍ〜４００ｍの大きさのものである。
図２乃至図７には、本発明の実施の形態に係る温度差エネルギー変換装置Ｓを示している。この温度差エネルギー変換装置Ｓは、基台１とこの基台１に立設される本体２とを備えている。基台１は、コンクリートの基礎３に設置され内部に後述の発電機５５，５６を収容する発電機室８を形成している。本体２は、支持台４に支持された容器１０を備えている。支持台４は、基台１に支持され、上板５，下板６及び側板７で形成さている。下板６は、基台１の上面部を形成する。

【0036】

容器１０は、筒状の側壁１１，上壁１２及び下壁１３を有し内部に冷却用の液体としての水Ｗが入れられる。容器１０において、上部には上壁１２との間に上部空間１４を形成する上隔壁１５が設けられ、側壁１１下部の内側には、下壁１３との間に下部空間１６を形成し中央部が支持台４の上板５で形成された下隔壁１７が設けられている。容器１０の上壁１２の中央には、容器１０の中心軸Ｐと同軸で気体を取り入れる上開口２０が形成されている。容器１０の下壁１３の中央には、容器１０の中心軸Ｐを中心とした下開口２１が設けられている。また、容器１０の側壁１１の外側には、この側壁１１とともに後述の噴出水流路１７０の主流路１７３を形成する筒状の第１外筒２２が設けられ、第１外筒２２の外側には、この第１外筒２２とともに後述の外気中水分取出し部１６０を形成する第２外筒２３とが備えられている。

【0037】

容器１０の上側にはファン機構４０が設けられている。ファン機構４０は、後で詳述するが、上開口２０から気体としての大気からなる外気を取り入れその一部若しくは全部（実施の形態では比重分離した一部）を作動気体Ｇとして旋回させながら圧縮して降下させ、内部の液体である水Ｗを下開口２１を開放したロート状の内表面を有した液体壁部Ｈに形成して、作動気体Ｇを下開口２１から導出させるものである。

【0038】

また、容器１０の下側には、容器１０中心軸Ｐと同軸の軸線を有した回転軸５０を有し下開口２１に臨み導出する作動気体Ｇにより回転させられるタービンＴが設けられている。タービンＴの回転軸５０は上側に突出する上回転軸５１と下側に突出する下回転軸５２とを有した管状に形成されている。下回転軸５２の下端部は中実軸であり基台１に軸受部５３を介して軸支されている。また、基台１内部において、タービンＴの下回転軸５３の下端にはかさ歯車機構５４を介して回転させられて発電を行う一対の発電機（Ｇｅ）５５，５６が設置されている。一方の発電機５６は、本装置の始動時にセルモータ（Ｓｍ）として外部電源により駆動され、定常時においては切換えられて発電機として機能する。符号５７はかさ歯車機構５４の潤滑用オイルが貯留されるオイル溜である。

【0039】

容器１０において、下壁１３は、下開口２１が形成されにタービンＴを囲繞するとともに支持台４の上板５に固定される下開口管２４と、下開口管２４に上下に摺動可能且つ側壁１１の内側に設けたフランジ２５に対して上下に摺動可能で下壁１３の壁面を形成する円盤状の移動部２６とを備えて構成されている。下開口管２４の上端には、移動部２６の上端位置を規制するストッパ２７が固定されている。そして、一端側が容器１０内に開口し他端側が下部空間１６に開口して容器１０内の圧力と下部空間１６との圧力を等しくするための連通管３０が設けられている。図４に示すように、容器１０の上部内周には、矩形の平断面を形成するチャンネル部材で形成されたリング状の周管３１が付設されており、この周管３１の半周の側壁１１には容器１０内と連通する多数の連通口３２が列設されている。そして、連通管３０は側壁１１の軸方向に沿って側壁１１外側に設けられ、その一端は周管３１の連通口３２の内側（ａ）に開口し、他端が下部空間１６（ｂ）に開口している。

【0040】

また、下部空間１６には、移動部２６をストッパ２７に常時押圧する付勢手段が設けられている。付勢手段は、中心軸Ｐを中心に等角度関係で列設される複数のコイルスプリング３３で構成されている。これにより、容器１０内部の圧力が所定以上急上昇したとき、付勢手段としてのコイルスプリング３３の付勢力に抗して移動部２６が下開口管２４及びフランジ２５を摺動して下部空間１６内に落ち込み、移動部２６とフランジ２５内周との間に形成された間隙から容器１０内の圧力を逃がすことを可能にしている。

【0041】

ファン機構４０は、図４及び図６に示すように、上壁１２に回転可能に設けられ容器１０の中心軸Ｐを中心に回転する第１ファン４１と、上壁１２に設けられ第１ファン４１を回転させるモータ（Ｍ）４２と、タービンＴから延び容器１０の中心軸Ｐを軸線とする上回転軸５１によってタービンＴと同期して回転させられる第２ファン６０とを備えて構成されている。第１ファン４１の回転主軸４３と上回転軸５１とは同軸であり、スラストメカニカルシール６１を介して互いに独立して回転可能に連設されている。モータ４２は、始動時から定常運転に至るまでの間及び必要に応じ適時に、外部電源で駆動され、定常運転後は発電機５５，５６からの電力で駆動される。

【0042】

第１ファン４１は、中央に上開口２０に対応する吸引口４４を有し上壁１２に近接して対峙し回転主軸４３に固定されて回転させられるとともに上壁１２にラジアルメカニカルシール６２を介して軸支される基盤４５と、基盤４５に等角度関係で複数列設され吸引口４４からの作動気体Ｇを遠心方向に送出する第１回転羽根４６と、上回転軸５１が回転可能に貫通し基盤４５に対向して第１回転羽根４６を覆うとともに外周に作動気体Ｇの吹出口４７を形成する覆い板４８とを備えて構成されている。第１回転羽根４６の外周は、遠心力により内側に水Ｗを保持可能な覆い側板４９で被覆されている。モータ４２は、上壁１２に支持部材６３を介して支持されており、支持部材６３の下側は、回転主軸４３を包容し後述もする液体壁部Ｈからの水が入り込む包容空間６４を形成する包容部６５に形成されている。

【0043】

第２ファン６０は、第１ファン４１の第１回転羽根４６の内側であって、吸引口４４に対峙し回転させられて吸引口４４からの作動気体Ｇを遠心方向に送出して吹出口４７から吹き出す複数の第２回転羽根６６を備えて構成されている。

【0044】

容器１０の上側には、上隔壁１５に支持され、ファン機構４０の吸引力により外気を取り入れて作動気体Ｇとしてファン機構４０に送給する作動気体生成部７０が設けられている。この作動気体生成部７０は、外周に設けられた複数の第１外気取入口７１と、内側に設けられ上開口２０に連通する作動気体出口７２とを備えている。作動気体出口７２は、逆円錐台筒状に形成されモータ４２の支持部材６３を囲繞するダクト体７３で形成されている。符号７３ａは支持部材６３から放射状に延びてダクト体７３を内側から支持する複数の補強板である。また、作動気体生成部７０は、第１外気取入口７１と作動気体出口７２との間に設けられ外気を比重分離して比重の小さい側の気体を作動気体Ｇとする分離通路７４を備えている。

【0045】

分離通路７４は、ダクト体７３の上側に連設されたドーナツ状の円盤体７５内に形成されており、第１外気取入口７１側の通路入口７６を有し作動気体出口７２に連通する上下２段であって中心軸Ｐを中心とする螺旋状に形成されている。詳しくは、分離通路７４は、通路入口７６からの外気が流入させられ容器１０の中心軸Ｐを中心とする螺旋状の第１螺旋通路７４ａと、第１螺旋通路７４ａの上側に設けられ第１螺旋通路７４ａの作動気体出口７２側に連通し第１螺旋通路７４ａからの外気が流入させられるとともに外周側に比重の大きい気体の気体出口を有した容器１０の中心軸を中心とする螺旋状の第２螺旋通路７４ｂとを備えて構成されている。気体出口は円盤体７５の上部に複数形成され、外周側から順に、主に二酸化炭素用の気体出口７７，主に酸素用の気体出口７８，主にアルゴン用の気体出口７９として備えられている。これにより、ファン機構４０の吸引力により容器１０内に送給される作動気体Ｇは、主に窒素ガスとなる。

【0046】

作動気体生成部７０の円盤体７５は、中心軸Ｐを中心に放射状に複数に分割形成され、外周側がヒンジ装置を介して開閉可能に設けられており、閉時に容器１０内部の圧力が所定以上上昇したとき、図４の上部において点線で示すように、開になって圧力を逃がすことを可能にしてある。

【0047】

また、第１外気取入口７１と作動気体出口７２との間には、外気を水で洗浄する第１洗浄部８０が設けられている。円盤体７５と上隔壁１５との間には周壁で囲繞された空間が設けられており、この第１洗浄部８０は、この空間に設けられ水が貯留される第１洗浄槽８１と、第１洗浄槽８１に液体壁部Ｈの下側を構成する水Ｗを配給する水配給路８２とを備えて構成されている。第１洗浄槽８１は、水配給路８２から配給される水を旋回させるリング状に形成されている。第１洗浄槽８１の底壁８３には取り入れられた外気を第１洗浄槽８１内に吹き込む多数の小孔８４が形成されている。第１洗浄槽８１は負圧になっており、外気はこの小孔８４から泡状になって槽内に吹き出していき洗浄される。また、第１洗浄槽８１には、汚れた水を排水する第１配水管８５が連携されている。第１配水管８５は、後述の第２洗浄槽１５１に排水を供給する。水配給路８２は、容器１０の側壁１１に沿って付設された水配給パイプ８６で形成され、下端が容器１０内の下側（ｃ）に開口し、上端が第１洗浄槽８１内（ｄ）に開口しており、液体壁部Ｈの圧力により液体壁部Ｈの下側を構成する水Ｗを第１洗浄槽８１内に供給する。

【0048】

本装置Ｓには、液体壁部Ｈを構成する水Ｗを外部から供給する水供給部９０と、液体壁部Ｈを構成する水Ｗを循環させる循環水路９１とが設けられている。水供給部９０は、水道水Ｗ（ｓ）を供給する水供給パイプ９２を備えて構成されている。循環水路９１は、容器１０の側壁１１に沿って付設された左右一対の循環パイプ９３で形成され、その下端が容器１０内の下側（ｅ）に開口し、上端側が水供給管９４として構成され、この水供給管９４の先端が第１ファン４１の基盤４５と上壁１２との間であって、上開口２０側（ｆ）に開口し、この第１ファン４１の基盤４５と上壁１２との間に水を供給する。水供給管９４の基端にはギヤポンプ９５が介装されており、このギヤポンプ９５の駆動により、液体壁部Ｈを構成する水を循環させる。循環水路９１を構成する一方の循環パイプ９３（図４中右側）においては、ギヤポンプ９５の手前に、循環パイプ９３を通る高圧熱水と熱交換を行って暖房の用に供する熱交換部９６が接続されており、水Ｗはこの熱交換部９６を通ってから、ギヤポンプ９５に至る。循環水路９１を構成する他方の循環パイプ９３（図４中左側）においては、ギヤポンプ９５の手前に分岐管９７が接続され、分岐管９７に介装した開閉弁の開閉により適時に高圧熱水を取出して種々の用途に使用可能にしている。

【0049】

基盤４５の上面には、螺旋状の溝９８が形成されており、水供給管９４から供給された水は、この溝９８にガイドされるとともに、第１ファン４１の基盤４５と上壁１２との間に充満されて流出し、第１ファン４１の覆い側板４９の外側面を伝わって容器１０内に供給される。そして、水道水を供給する水供給パイプ９２は、一方のギヤポンプ９５（図４中左側）に接続されており、水供給部９０を、水供給管９４を通して水を供給する構成にしている。これにより、水が潤滑剤の役目をし、基盤４５の上壁１２に対する摩擦が低減され、基盤４５の冷却も行われる。

【0050】

また、本装置Ｓには、液体壁部Ｈのロート状の内表面の角度を調整可能な液体壁部調整部１００が備えられている。この液体壁部調整部１００は、容器１０の側壁１１にその内面側から中心軸Ｐに対して進退動可能に設けられ、進退動量によって液体壁部Ｈのロート状の内表面の角度を調整可能な突出体１０１と、突出体１０１を駆動する駆動部１０２とが設けられている。詳しくは、容器１０内には、側壁１１内周に沿って、側壁１１との間に所定間隔の隠れ空間１０３を有し、下壁１３近傍から側壁１１の上側で第１ファン４１の外周よりも所定間隔下側の位置までの所定高さを有した筒状の内壁板１０４が設けられている。突出体１０１は上下方向に延びる棒状の板材で形成され、４本設けられている。内壁板１０４には、等角度関係（実施の形態では９０°間隔）で、突出体１０１が通過可能な挿通溝１０５を形成し、各挿通溝１０５に突出体１０１を配し、各突出体１０１をその上端を内壁板１０４の側壁１１側でこの内壁板１０４に揺動可能に支持し、揺動により隠れ空間から内壁板１０４外に出没可能にしている。駆動部１０２は、側壁１１に付設され、例えば、パルスモータで進退可能に回転させられ先端が突出体１０１の下端に係止するボールネジを有したアクチュエータ１０６で構成され、パルスモータによるボールネジの回転量により、突出体１０１の進退動量を変えて、液体壁部Ｈのロート状の内表面の角度を調整可能にしている。

【0051】

容器１０の内壁板１０４より上の上部には、液体壁部Ｈの上端の水位が所定高さを超えたとき、超えた分の水を流出させて回収する回収路１１０が設けられている。回収路１１０は回収路パイプ１１１で形成される。また、本体２の外側には回収路１１０を通って回収された水を飲料水として貯留する回収水貯留槽１１２が設けられている。この回収水貯留槽１１２は、第２外筒２３と、この第２外筒２３を囲繞する第３外筒１１３と、第２外筒２３及び第３外筒１１３との間の上下を塞ぐ板１１４で構成されている。また、回収路１１０からの水の流出量の大小を検知する水量センサを設け、水量センサが水量大を検知したとき水供給部９０からの水供給を停止し、水量センサが水量小を検知したとき水供給部９０からの水供給を行わせる水供給制御部１１５が備えられている。

【0052】

具体的には、回収水貯留槽１１２の上には、水の流下管１２０を介して一時的に回収路１１０からの水を貯留する中間貯留槽１１６が設けられている。容器１０の上部と中間貯留槽１１６との間に回収路パイプ１１１が水Ｗが流下可能に架設されている。そして、中間貯留槽１１６には中間貯留槽１１６内の水位の所定の上位と所定の下位を検知する水量センサとしてのフロートスイッチ１１７が設けられており、フロートスイッチ１１７が水位の上位を検知すると、水量大として水供給パイプ９２に介装した電磁バルブ１１８を閉にして水供給部９０のからの水供給を停止するとともに、流下管１２０に介装した電磁バルブ１２１を開にして、中間貯留槽１１６から回収水貯留槽１１２へ水を流下させる。一方、フロートスイッチ１１７が水位の下位を検知すると、水量小として水供給パイプ９２に介装した電磁バルブ１２１を開にして水供給部９０のからの水供給を行い、流下管１２０に介装した電磁バルブ１１８を閉にする。１２２は回収水貯留槽１１２の下部に設けられ飲料水を取り出す取出口、１２３は取出口１２２に設けられ飲料水を送給する送給ポンプ、１２４は回収水貯留槽１１２の上部に設けられ飲料水が満杯になったとき飲料水を排出するドレン管である。１２５は回収水貯留槽１１２の上部に設けられ交換可能なフィルタである。

【0053】

また、本装置においては、タービンＴを通過した作動気体Ｇが排気ガスとして排気される排気通路１３０が設けられている。排気通路１３０は、容器１０の下側の支持台４内、及び、後述の外気中水分取出し部１６０を構成する第１外筒２２と第２外筒２３との間に形成されている。容器１０の下側の支持台４内において、支持台４の上板５の下部には、排気通路１３０の円盤状の始端部１３１が設けられている。この排気通路１３０の始端部１３１は、内側に下開口管２４に連通しタービンＴの下部が臨む入口１３２を有し、外周に出口１３３を有している。また、排気通路１３０の始端部１３１は、中心軸Ｐを中心とする螺旋状に形成されている。第２外筒２３の上側には、排気通路１３０に連通する周状の側部ダクト１３５が設けられており、この側部ダクト１３５に排気口１３６が形成されている。排気通路１３０を構成する下板１３７にはタービンＴの下回転軸５２を軸支する軸受部１３８が設けられている。

【0054】

更に、上記の第１外気取入口７１からの外気の取入とは別に、第２外気取入口１４１からタービンＴの動力により回転させられる吸引ファン１４２によって外気を吸引する外気吸引通路１４０が設けられている。上壁１２は外側にフランジ状に突出しており、第２外気取入口１４１はこの上壁１２の外側に設けた周状の上部ダクト１４３の外側に設けられている。そして、吸引ファン１４２は支持台４内であってタービンＴの下側においてタービンＴの下回転軸５２に設けられている。外気吸引通路１４０は、後述の外気中水分取出し部１６０を構成する第１外筒２２と第２外筒２３との間、及び、容器１０の下側であって排気通路１３０の下側の支持台４内に形成されている。

【0055】

更にまた、容器１０の下側の支持台４内において、排気通路１３０の下側には、吸引ファン１４２に至る外気吸引通路１４０の終端部１４４が設けられるが、この外気吸引通路１４０の終端部１４４には、上側とは流下パイプ１４５を通して外気が流入する。この外気吸引通路１４０の終端部１４４の下側には、吸引ファン１４２からの外気の排気が送出され容器１０の下側の排気通路１３０の出口１３３に接続パイプ１４６を通して合流する外気排路１４７が設けられている。また、外気排路１４７の下側には、外気の排気から凝縮した水が流出させられる水分流出路１４８が設けられている。外気排路１４７及び水分流出路１４８も、中心軸Ｐを中心とする螺旋状に形成されている。水分流出路１４８の外側には、水分流出路１４８からの水を貯める水溜部１４９が設けられている。

【0056】

外気吸引通路１４０の第２外気取入口１４１側には、外気を水で洗浄する第２洗浄部１５０が設けられている。この第２洗浄部１５０は、水が貯留される第２洗浄槽１５１と、第２洗浄槽１５１に液体壁部Ｈの下側を構成する水を配給する上記の水配給路８２とを備えて構成されている。第２洗浄槽１５１は、上部ダクト１４３内に設けられ、水配給路８２から配給される水を旋回させるリング状に形成されている。具体的には、水配給路８２からの水は、第１洗浄槽８１に至り、その後、第１配水管８５を通して第２洗浄槽１５１に供給される。第２洗浄槽１５１の底壁１５２には、取り入れられた外気を第２洗浄槽１５１内に吹き込む多数の小孔１５３が形成されている。水が貯留される第２洗浄槽１５１は負圧になっており、外気はこの小孔１５３から泡になって槽内に噴出していき洗浄される。また、第２洗浄槽１５１には汚れた水を排水する第２配水管１５４が連携されている。第２配水管１５４は、基台１側部に設けた排水槽１５５に至っており、落差を利用して水を排水する。排水槽１５５は汚れた水の逆流を防止する。汚れた水は排水槽１５５に一時貯留されてから排水される。

【0057】

また、排気通路１３０の一部と外気吸引通路１４０の一部とを熱交換板１６１を介して並設し、熱交換板１６１により外気中の水分を凝縮して取り出す外気中水分取出し部１６０が設けられている。外気中水分取出し部１６０は、排気通路１３０及び外気吸引通路１４０が容器１０の中心軸Ｐに平行になるように容器１０の外周に容器１０を囲繞して設けられ、具体的には、第１外筒２２と第２外筒２３との間に形成されている。熱交換板１６１は、排気通路１３０及び外気吸引通路１４０が交互に列設されるように蛇腹状に形成され、その頂部において第１外筒２２及び第２外筒２３に固設されている。外気中水分取出し部１６０の下側には、熱交換板１６１を伝って落下する外気中水分を、上記の流下パイプ１４５を通して受けて貯留する外気中水分貯留槽１６２が設けられている。外気中水分貯留槽１６２から溢れた水は水溜部１４９に至る。１６３は外気中水分貯留槽１６２のドレンである。

【0058】

更に、タービンＴの上側には、タービンＴから延び容器１０の中心軸Ｐを軸線とする上回転軸５１が設けられているが、この上回転軸５１は、管状に形成され、タービンＴの近傍で仕切部材１７１で閉塞され、上端が上記のモータ４２の管状の回転軸５０に連通している。モータ４２の管状の回転軸５０の上部は上記の支持部材６３の包容部６５の包容空間６４に開放しており、上回転軸５１の内部はこの包容部６５に連通している。また。上回転軸５１の管壁には軸方向に沿って多数の小孔１７２が開設されている。そして、外気中水分貯留槽１６３に貯留される水及び水分流出路１４８からの水であって、水溜部１４９に至った水を上回転軸５１内に送給して小孔１７２から容器１０内に噴出させる噴出水流路１７０が設けられている。この噴出水流路１７０は、容器１０の側壁１１と第１外筒２２とで形成される主流路１７３と、水溜部１４９と主流路１７３の下部との間に接続される下部給水管１７４と、主流路１７３の上部に設けられ一時的に水を貯める一時水槽１７５と、一時水槽１７５と包容部６５の包容空間６４との間に接続される上部給水管１７６とで構成される。主流路１７３は側壁１１及び第１外筒２２に付設される蛇腹状の補強板１７７で補強されている。この主流路１７３内には、上記の連通管３０，水配給パイプ８６，循環パイプ９３が引き通されている。

【0059】

また、本装置Ｓは、容器１０の液体壁部Ｈの上端より上から容器１０内で生成される酸素を回収する酸素回収通路１８０を備えている。酸素回収路１１０は、側壁１１の周管３１の下に開口を有して外部に至る酸素回収管１８１で構成されている。周管３１の下側には、筒状で第１ファン４１を囲繞するガイド板１８２が設けられており、このガイド板１８２に酸素が入り込む補助吸入口１８３が周方向に多数設けられている。

【0060】

更に、本装置Ｓは、容器１０の液体壁部Ｈの下端側から容器１０内で生成される水素を回収する水素回収通路１９０を備えている。詳しくは、タービンＴの上回転軸５１の基端部であって仕切部材１７１の下側側部には水素が導入される導入口１９１が形成され、下回転軸５２の中実の下端部より上側側部には水素の導出口１９２が形成されている。導出口１９２は軸受部材５３で囲繞されており、軸受部材５３には導出口１９２に連通し導出口１９２からの水素を外部に取り出す水素取出管１９３が接続されている。水素回収通路１９０は、導入口１９１から導出口１９２に至るタービンＴの回転軸５０内通路及び水素取出管１９３によって構成されている。

【0061】

従って、実施の形態に係る温度差エネルギー変換装置Ｓによれば、基本的には、モータ４２及び発電機５６をセルモータとして始動すると、ファン機構４０により気体が取り入れられ、作動気体Ｇは、容器１０内を上側から下側に向かって旋回させられながら圧縮して下降させられ、この旋回力によって容器１０内部の水Ｗを回転させ、下開口２１を開放したロート状の内表面を有した液体壁部Ｈに形成し、下開口２１から導出されて、タービンＴを回転させる。この過程において、作動気体Ｇは、旋回させられながら圧縮して下降させられると、圧力及び温度が上昇していき、高圧，高温になり、下開口２１から導出されると、急膨張して冷気になり、タービンＴを回転させる。タービンＴにより発電機５５による発電が行われる。この場合、高圧，高温の作動気体Ｇは、ロート状の液体壁部Ｈに接するので、液体の表面で熱交換が行われることになり、そのため、冷却効率が極めて良くなり、それだけ、下開口２１から毎秒導出される混合気のロート状内外の比較総合比重を増加させ、それにより遠心力の勢いを増してタービンＴの出力の向上及び発電機の出力の向上を図ることができる。そして、定常状態になったならば、発電機５５による発電も行われ、モータ４２の電源を発電機５５，５６の電源でまかなうことができるようになる。

【0062】

以下、気体の経路と水の経路に分けて詳しく説明する。
＜気体の経路＞
ファン機構４０が回転すると、外気は、ファン機構４０の吸引力により複数の第１外気取入口７１から外気が取り入れられる。取り入れられた外気は、第１洗浄部８０に至り、水で洗浄される。この場合、第１洗浄槽８１に多数の小孔８４から外気を噴出して洗浄するので、洗浄効率が極めて良くなる。また、第１洗浄槽８１はリング状に形成され、水は旋回させられるので、より一層洗浄効率が良くなる。第１洗浄部８０で外気を洗浄するので、液体壁部Ｈの水を綺麗なものにすることができ、飲料水として取り出す場合に有効になる。

【0063】

第１洗浄部８０で洗浄された外気は、作動気体生成部７０の分離通路７４に流入し、これにより、作動気体出口７２に至る外気は、遠心力により比重分離されて比重の大きい気体が気体出口７７，７８，７９から排出され、比重の小さい気体が作動気体Ｇとして作動気体出口７２に吸引されていく。螺旋の経路で比重分離するので、効率よく分離を行うことができる。即ち、気体出口は円盤体の上部に複数形成され、外周側から順に、主に二酸化炭素用の気体出口７７，主に酸素用の気体出口７８，主にアルゴン用の気体出口７９として備えられている。これにより、ファン機構４０の吸引力により容器１０内に送給される作動気体Ｇは、主に窒素ガスとなって、容器１０内に流出させられる。

【0064】

ファン機構４０においては、第１ファン４１と第２ファン６０との２つのファンにより、作動気体Ｇに遠心力を付与して旋回させて圧縮するので、確実に高圧，高温にすることができる。例えば、約３０気圧の高圧，約８０００℃もの高温になり、液体壁部Ｈの内表面においては液体壁部Ｈを構成する水を熱分解させる。この場合、液体壁部Ｈの内部は２００℃〜３００℃程度に上昇するが、相対的に、作動気体Ｇから熱を奪い作動気体Ｇを冷却することができる。容器１０内の液体壁部Ｈの表面で水が熱分化すると、主に比重の重い酸素は液体壁部Ｈを上昇して酸素回収通路１８０に流入して回収される。一方、主に比重の軽い水素は、水素回収通路１９０に流入して回収される。

【0065】

そして、主に窒素からなる作動気体Ｇは、下開口２１から吹き出され、急膨張してタービンＴを回転せしめ、冷気となった排気ガスとして排気通路１３０に排気される。排気ガスは、容器１０下部の排気通路１３０の始端部１３１を通る。この場合、排気通路１３０の始端部１３１は螺旋状に形成されているので、排気の遠心力を増すことができ、それだけ、タービンＴの出力を増すことができる。また、容器１０の下壁１３側の強度を増すことができる。排気通路１３０の始端部１３１を通った排気ガスは、外気中水分取出し部１６０の排気通路１３０に送出される。

【0066】

一方、タービンＴが回転すると吸引ファン１４２も回転するので、第２外気取入口１４１から外気が取り入れられる。第２外気取入口１４１から取り入れられた外気は、第２洗浄部１５０に入り、洗浄される。第２洗浄槽１５１に多数の小孔１５３から外気を噴出して洗浄するので、洗浄効率が極めて良くなる。そして、この外気は、外気中水分取出し部１６０の外気吸引通路１４０を通過して、外気吸引通路１４０の終端部１４４に至り、吸引ファン１４２に吸引されて外気排路１４７に送出され、外気中水分取出し部１６０を構成する排気通路１３０に合流する。この場合、吸引ファン１４２に吸引される際に凝縮した水が水分流出路１４８に流出させられ、水溜部１４９に至る。また、外気排気通路１３０及び水分流出路１４８は、螺旋状に形成されているので、遠心力を増すことができ、水分の分離を効率よく行うことができる。また、容器１０の下壁１３側の強度を増すことができる。

【0067】

また、外気中水分取出し部１６０においては、熱交換板１６１を介して排気通路１３０を通り外気が合流した排気と外気吸引通路１４０を通る外気との熱交換が行われる。これにより、熱交換板１６１により外気中の水分が凝縮して取り出される。この場合、熱交換板１６１は、排気通路１３０及び外気吸引通路１４０が交互に列設されるように蛇腹状に形成されているので、熱交換効率を向上させることができる。また、蛇腹状の熱交換板１６１によって、容器１０の外周の強度を増すことができる。熱交換板１６１を伝って落下する外気中水分は、外気中水分貯留槽１６３に貯留され、水溜部１４９に至る。排気ガスと外気との熱交換を行うので、外気を水分の極めて少ない気体として利用することができる。上記の排気通路１３０の始端部１３１を通って排気される排気ガスと、これに合流した外気は、外気中水分取出し部１６０の排気通路１３０を通過して、側部ダクト１３５を通って排気口１３６から排気されていく。この排気ガスは、冷気であることから、例えば、冷房の用に供することができる。

【0068】

また、本体２においては、一端側が容器１０の内側（ａ）に開口し他端側が下壁１３の下の下部空間１６（ｂ）に開口して容器１０内の圧力と下部空間１６との圧力を等しくするための連通管３０が設けられているので、常時は、容器１０内の圧力と下部空間１６との圧力が等しく保たれ、下壁１３は一定位置に位置させられる。万一、容器１０内部の圧力が所定以上上昇し、所謂バックファイヤーが生じると、付勢手段のコイルスプリング３３の付勢力に抗して下壁１３の移動部２６がフランジ２５を摺動して下部空間１６内に落ち込み、移動部２６とフランジ２５内周との間に形成された間隙から容器１０内の圧力が逃げ、また、作動気体生成部７０も開閉可能になっており、閉時に容器１０内部の圧力が所定以上上昇したとき開になって圧力が逃げるので、安全を図ることができる。

【0069】

そしてまた、上述したように、酸素回収通路により、酸素を回収し、水素回収通路により水素（軽水素）を回収することができるが、このことにより、重水素減少水の製造方法を提案することができる。例えば、図示しない焼却炉を用意し、回収した軽水素と酸素とを燃焼により結合させることにより、重水素減少水を精製出来るようになる。

【0070】

＜水の経路＞
液体壁部Ｈを構成する水Ｗは水供給部９０により外部から供給される。また、液体壁部Ｈを構成する水Ｗは、容器１０の下側（ｅ）から循環水路９１を経て第１ファン４１の基盤４５と上壁１２との間（ｆ）に供給されて循環させられる。水供給部９０により水Ｗを供給することができ、また、循環水路９１により水Ｗを循環させるので、それだけ冷却効率を向上させることができる。詳しくは、水供給制御部１１５の電磁バルブ１１８が開のときに、ギヤポンプ９５が駆動されると、水供給管９４から第１ファン４１の基盤４５と上壁１２との間（ｆ）へ水が供給される。この場合、内部圧により、第１ファン４１が上壁１２側に押されても、第１ファン４１の基盤４５と上壁１２との間へ水が供給されるので、水が潤滑水の役目をし、第１ファン４１に下側に押し下げる力が作用し、そのため、第１ファン４１の回転を円滑に維持できるようになる。そして、第１ファン４１の周囲から容器１０内部へ水が供給される。

【0071】

また、上述したように、外気中水分取出し部１６０において、熱交換板１６１を伝って落下する外気中水分は、外気中水分貯留槽１６３に貯留され、水溜部１４９に至り、吸引ファン１４２に吸引される際に凝縮した水が水分流出路１４８に流出させられ、水溜部１４９に至る。この水溜部１４９の水は、噴出水流路１７０を通して上昇し、即ち、下部給水管１７４→主流路１７３→一時水槽１７５→上部給水管１７６を通して、上回転軸５１の小孔１７２から噴射される。そのため、小孔１７２から噴射された水は、作動気体Ｇ内に分散し、冷却の用に供される。この場合、小孔１７２からの噴射によるので、冷却効率が高くなる。また、噴射された水は、液体壁部Ｈの表面に一体化して行き、一部は熱分解する。また、噴射される水は、第２外気取入口１４１から取り入れた外気からの水を含むので、外気中の水の利用効率が向上させられる。

【0072】

そして、容器１０内の水Ｗは、ファン機構４０による作動気体Ｇの旋回力によって回転させられ、下開口２１を開放したロート状の内表面を有した液体壁部Ｈに形成される。この場合、液体壁部調整部１００において、駆動部１０２により突出体１０１を側壁１１の内面側から適宜突出させ、液体壁部Ｈのロート状の内表面の角度を調整する。即ち、この突出体１０１の突出量により、液体の回転抵抗が異なるので、液体壁部Ｈのロート状の内表面の角度を適正な角度に調整して、下開口２１を確保し、下開口２１からの作動気体Ｇの導出を円滑に行わせることができるようになる。

【0073】

この液体壁部Ｈにおいて、その上端の水位が所定高さを超えたときは、超えた分の水が、回収路１１０に流出して回収され、回収水貯留槽１１２に飲料水として貯留される。この場合、水供給制御部１１５により、水量センサが水量大を検知したとき水供給部９０からの水供給を停止し、水量センサが水量小を検知したとき水供給部９０からの水供給を行わせる。具体的には、水量センサとしてのフロートスイッチ１１７が水位の上位を検知すると、水量大として水供給パイプ９２に介装した電磁バルブ１１８を閉にして水供給部９０のからの水供給を停止するとともに、流下管１２０に介装した電磁バルブ１２１を開にして、回収水貯留槽１１２から回収水貯留槽１１２へ水を流下させる。一方、フロートスイッチ１１７が水位の下位を検知すると、水量小として水供給パイプ９２に介装した電磁バルブ１１８を開にして水供給部９０のからの水供給を行い、流下管１２０に介装した電磁バルブ１２１を閉にする。温度上昇した水を回収して水位調整することができ、液体壁部Ｈを安定させることができる。また、回収路１１０から液体壁部Ｈの上側を構成する水が飲料水として回収されるが、液体壁部Ｈにおいては、これに生じる遠心力により、重水が下側に集約されることから、液体壁部Ｈの上側は重水素減少水になっており、回収された水はこの液体壁部Ｈの上側の水になるので、重水素減少水を飲料水とすることができ、極めて有用になる。

【0074】

更に、第１洗浄部８０及び第２洗浄部１５０においては、液体壁部Ｈの下側を構成する水Ｗが水配給路８２を通して配給される。水Ｗは、容器１０内の下側（ｃ）→水配給路８２→第１洗浄槽８１（ｄ）→第１配水管８５→第２洗浄槽１５１→第２配水管１５４→排水槽１５５の経路で流される。これにより、水配給路８２から液体壁部Ｈの下側を構成する水が洗浄水として配給されるが、液体壁部Ｈにおいては、これに生じる遠心力により、重水が下側に集約されることから、洗浄水はこの重水の多い水を用いることになり、洗浄後は排水されるので、効率よく重水の多い水を排水することができる。

【0075】

図８には、本発明の別の実施の形態に係る温度差エネルギー変換装置の原理図を示す。これは、気体及び液体を構成する媒体を、蒸発，凝縮を繰り返し行いうる例えば液体アンモニウム，フロン，二酸化炭素などの媒体で構成している。そして、外郭２００を密閉空間にし、この外郭２００の内部に、上記と同様に、筒状の側壁及び下壁を有し内部に冷却用の液体Ｗが入れられる容器１０を備えている。外郭２００の外側には外気と熱交換を行うフィン２０１が設けられ、容器１０の外側には外郭２００内部の気体と熱交換を行うフィン２０２が設けられる。容器１０においては、上側に気体を取り入れる上開口２０が設けられ、下壁の中央には容器１０の中心軸Ｐを中心とした下開口２１が設けられ、上側には上開口２０から気体を取り入れ作動気体Ｇとして旋回させながら圧縮して降下させ凝縮した内部の液体Ｗを下開口２１を開放したロート状の内表面を有した液体壁部Ｈに形成して作動気体Ｇを下開口２１から導出させるファン機構４０が設けられ、下開口２１に臨み導出する作動気体Ｇにより回転させられるタービンＴが設けられる。タービンＴから導出される作動気体Ｇは、外郭２００の閉空間に放出され、再び容器内に取り込まれ、凝縮→蒸発→凝縮を繰り返し、外気との熱交換により、エネルギーを生成することができる。

【0076】

尚、上記実施の形態において、容器１０やタービンＴ等の大きさ、形状、あるいは各部の材質などは、適宜に定めてよい。本発明は、上述した本発明の実施の形態に限定されず、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施の形態に多くの変更を加えることが容易であり、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0077】

Ｓ 温度差エネルギー変換装置
Ｗ 水（液体）
Ｈ 液体壁部
Ｇ 作動気体
１ 基台
２ 本体
８ 発電機室
１０ 容器
Ｐ 中心軸
１１ 側壁
１２ 上壁
１３ 下壁
１４ 上部空間
１５ 上隔壁
１６ 下部空間
１７ 下隔壁
２０ 上開口
２１ 下開口
２２ 第１外筒
２３ 第２外筒
２４ 下開口管
２５ フランジ
２６ 移動部
２７ ストッパ
３０ 連通管
３１ 周管
３２ 連通口
３３ コイルスプリング（付勢手段）
４０ ファン機構
４１ 第１ファン
４２ モータ
４３ 回転主軸
４４ 吸引口
４５ 基盤
４６ 第１回転羽根
４７ 吹出口
４８ 覆い板
４９ 覆い側板
Ｔ タービン
５０ 回転軸
５１ 上回転軸
５２ 下回転軸
５３ 軸受部
５４ かさ歯車機構
５５，５６ 発電機
５７ オイル溜
６０ 第２ファン
６１ スラストメカニカルシール
６２ ラジアルメカニカルシール
６３ 支持部材
６４ 包容空間
６５ 包容部
６６ 第２回転羽根
７０ 作動気体生成部
７１ 第１外気取入口
７２ 作動気体出口
７３ ダクト体
７４ 分離通路
７５ 通路入口
７７，７８，７９ 気体出口
８０ 第１洗浄部
８１ 第１洗浄槽
８２ 水配給路
８５ 第１配水管
８６ 水配給パイプ
９０ 水供給部
９１ 循環水路
９２ 水供給パイプ
９３ 循環パイプ
９４ 水供給管
９５ ギヤポンプ
９６ 熱交換部
９７ 分岐管
９８ 溝
１００ 液体壁部調整部
１０１ 突出体
１０２ 駆動部
１１０ 回収路
１１１ 回収路パイプ
１１２ 回収水貯留槽
１１３ 第３外筒
１１５ 水供給制御部
１３０ 排気通路
１３１ 始端部
１３２ 入口
１３３ 出口
１３５ 側部ダクト
１３６ 排気口
１４０ 外気吸引通路
１４１ 第２外気取入口
１４２ 吸引ファン
１４３ 上部ダクト
１４４ 終端部
１４５ 流下パイプ
１４６ 接続パイプ
１４７ 外気排路
１４８ 水分流出路
１４９ 水溜部
１５０ 第２洗浄部
１５１ 第２洗浄槽
１５２ 底壁
１５４ 第２配水管
１５５ 排水槽
１６０ 外気中水分取出し部
１６１ 熱交換板
１６２ 外気中水分貯留槽
１７０ 噴出水流路
１７１ 仕切部材
１７２ 小孔
１７３ 主流路
１７４ 下部給水管
１７５ 一時水槽
１７６ 上部給水管
１７７ 補強板
１８０ 酸素回収通路
１８１ 酸素回収管
１９０ 水素回収通路
１９１ 導入口
１９２ 導出口
１９３ 水素取出管

【要約】

【課題】 冷気を使うことなく、容器内に導入される気体の冷却効率の向上を図ってエネルギー変換できるようにする。
【解決手段】 筒状の側壁及び下壁を有し内部に冷却用の液体（Ｗ）が入れられる容器（１０）を備え、容器（１０）の上側に気体を取り入れる上開口（２０）を設け、容器（１０）の下壁の中央に容器（１０）の中心軸（Ｐ）を中心とした下開口２１を設け、上記容器（１０）の上側に、上開口（２０）から気体を取り入れその一部若しくは全部を作動気体（Ｇ）として旋回させながら圧縮して降下させ内部の液体（Ｗ）を下開口（２１）を開放したロート状の内表面を有した液体壁部（Ｈ）に形成して、作動気体（Ｇ）を下開口（２１）から導出させるファン機構（４０）を設け、容器（１０）の中心軸（Ｐ）と同軸の軸線を有して下開口（２１）に臨み導出する作動気体（Ｇ）により回転させられるタービン（Ｔ）を設け、このタービン（Ｔ）から動力を取り出す。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】