特開 2022-32015 分子の振動回転によるエネルギー放射を利用した発電装置および発電方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022032015

(43)【公開日】2022-02-24

(54)【発明の名称】分子の振動回転によるエネルギー放射を利用した発電装置および発電方法

(51)【国際特許分類】

   F03B 17/06 20060101AFI20220216BHJP

   F25B 11/02 20060101ALI20220216BHJP

【ＦＩ】

F03B17/06

F25B11/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020135475

(22)【出願日】2020-08-10

(71)【出願人】

【識別番号】520302305

【氏名又は名称】株式会社原隆雄分子エネルギー研究所

(71)【出願人】

【識別番号】597015081

【氏名又は名称】原 隆雄

(71)【出願人】

【識別番号】520301238

【氏名又は名称】石川 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100144886

【弁理士】

【氏名又は名称】大坪 賢吾

(72)【発明者】

【氏名】原 隆雄

【テーマコード（参考）】

3H074

【Ｆターム（参考）】

3H074AA12

3H074BB10

3H074CC12

3H074CC50

(57)【要約】

【課題】従来の発電システムとは全く異なるシステムを用い、優れた発電効率を有する発電装置および発電方法を提供する。
【解決手段】発電装置１は、熱媒体Ｑを圧縮する圧縮器２と、圧縮器２で圧縮された熱媒体Ｑを放熱させる熱交換器３と、熱交換器３で放熱した熱媒体Ｑの分子を振動回転させてエネルギーを放射することにより減圧液化させる螺旋状細管４１と、螺旋状細管４１で液化した熱媒体Ｑを蒸発させて気化させる蒸発器４と、熱交換器３と螺旋状細管４１との間に設けられた発電ユニット５と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱媒体を圧縮する圧縮器と、
前記圧縮器で圧縮された前記熱媒体を放熱させる熱交換器と、
前記熱交換器で放熱した前記熱媒体の分子を振動回転させてエネルギーを放射することにより減圧液化させる螺旋状細管と、
前記熱交換器と前記螺旋状細管との間に設けられた発電ユニットと、を有することを特徴とする発電装置。

【請求項2】

前記螺旋状細管で減圧液化した前記熱媒体を蒸発させて気化させる蒸発器を有する請求項１に記載の発電装置。

【請求項3】

前記蒸発器は、前記螺旋細状管よりも内径が大きい螺旋状太管を有する請求項２に記載の発電装置。

【請求項4】

前記発電ユニットは、前記発電ユニットの前記熱交換器側と前記螺旋状細管側との前記熱媒体の圧力差によって回転する被回転体と、前記被回転体の回転により駆動する発電機と、を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の発電装置。

【請求項5】

前記熱交換器と前記螺旋状細管とを接続し、途中に前記発電ユニットが接続された配管を有し、
前記発電ユニットは、前記配管の延在方向の中央部よりも前記螺旋状細管側に偏って配置されている請求項１から４のいずれか１項に記載の発電装置。

【請求項6】

熱媒体を圧縮する圧縮器と、前記圧縮器で圧縮された前記熱媒体を放熱させる熱交換器と、前記熱交換器で放熱した前記熱媒体の分子を振動回転させてエネルギーを放射することにより減圧液化させる螺旋状細管と、を有する熱交換ユニットの前記熱交換器と前記螺旋状細管との間に発電ユニットを配置し、前記発電ユニットの前記熱交換器側と前記螺旋状細管側との前記熱媒体の圧力差を利用して前記発電ユニットを駆動させることを特徴とする発電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分子の振動回転によるエネルギー放射を利用した発電装置および発電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から発電方法として、水の流れる力を利用して水車を回し、この水車に連結された発電機を作動させて発電する水力発電、燃料を燃やす際に発生する蒸気でタービンを回し、このタービンに連結された発電機を作動させて発電する火力発電、核分裂の際に放出される熱を利用して水を蒸気に変え、この蒸気によってタービンを回し、このタービンに連結された発電機を作動させて発電する原子力発電、風のエネルギーで風車を回し、この風車に連結された発電機を作動させて発電する風力発電、太陽光を受けて電気エネルギーを発生させる太陽電池を用いて発電する太陽光発電等が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１６３７１１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、これら水力発電、火力発電、原子力発電、風力発電、太陽光発電は、例えば、大気汚染、地球温暖化、放射能漏れの危険等といった問題や、発電効率が高くないといった問題を抱えている。

【0005】

本発明は、このような従来の発電システムとは全く異なるシステムを用い、優れた発電効率を有する発電装置および発電方法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】

前記目的は、以下（１）～（６）の本発明により達成される。

【0007】

（１） 熱媒体を圧縮する圧縮器と、
前記圧縮器で圧縮された前記熱媒体を放熱させる熱交換器と、
前記熱交換器で放熱した前記熱媒体の分子を振動回転させてエネルギーを放射することにより減圧液化させる螺旋状細管と、
前記熱交換器と前記螺旋状細管との間に設けられた発電ユニットと、を有することを特徴とする発電装置。

【0008】

（２） 前記螺旋状細管で減圧液化した前記熱媒体を蒸発させて気化させる蒸発器を有する上記（１）に記載の発電装置。

【0009】

（３） 前記蒸発器は、前記螺旋細状管よりも内径が大きい螺旋状太管を有する上記（２）に記載の発電装置。

【0010】

（４） 前記発電ユニットは、前記発電ユニットの前記熱交換器側と前記螺旋状細管側との前記熱媒体の圧力差によって回転する被回転体と、前記被回転体の回転により駆動する発電機と、を有する上記（１）から（３）のいずれかに記載の発電装置。

【0011】

（５） 前記熱交換器と前記螺旋状細管とを接続し、途中に前記発電ユニットが接続された配管を有し、
前記発電ユニットは、前記配管の延在方向の中央部よりも前記螺旋状細管側に偏って配置されている上記（１）から（４）のいずれかに記載の発電装置。

【0012】

（６） 熱媒体を圧縮する圧縮器と、前記圧縮器で圧縮された前記熱媒体を放熱させる熱交換器と、前記熱交換器で放熱した前記熱媒体の分子を振動回転させてエネルギーを放射することにより減圧液化させる螺旋状細管と、を有する熱交換ユニットの前記熱交換器と前記螺旋状細管との間に発電ユニットを配置し、前記発電ユニットの前記熱交換器側と前記螺旋状細管側との前記熱媒体の圧力差を利用して前記発電ユニットを駆動させることを特徴とする発電方法。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、発電装置の全体構成を示す図である。

【図2】図２は、図１の速度－熱変換器の主要部である螺旋管を直管とした場合の溝構造を示す断面図である。

【図3】図３は、図１の発電装置が有する発電ユニットを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１に、好適な実施形態に係る発電装置の構成を示す。図１に示す発電装置１は、圧縮器２（コンプレッサ）と、熱交換器３（コンデンサ）と、速度－熱変換器４と、発電ユニット５と、を有する。このうち、圧縮器２と、熱交換器３と、速度－熱変換器４とで熱交換ユニット１０が構成される。

【0015】

このような発電装置１は、圧縮器２で熱媒体Ｑ（冷媒）を圧縮して高温高圧のガス状とし、圧縮器２から吐出された高温高圧のガス状の熱媒体Ｑを熱交換器３で放熱、液化させて常温高圧の液状とし、熱交換器３で常温高圧の液状となった熱媒体Ｑを速度－熱変換器４で気化して低温低圧のガス状とし、速度－熱変換器４で低温低圧のガス状となった熱媒体Ｑを再び圧縮器２で圧縮して高温高圧のガス状とする熱交換サイクルで作動する。また、発電装置１は、熱交換器３と速度－熱変換器４との間に配置された発電ユニット５を有し、発電ユニット５の熱交換器３側と速度－熱変換器４側との熱媒体Ｑの圧力差を利用して発電ユニット５を駆動し、発電する。

【0016】

発電装置１で用いる熱媒体Ｑとしては、特に限定されないが、例えば、吐出圧力が高く、吐出圧力と吸入圧力との圧力差が大きい程好ましい。

【0017】

速度－熱変換器４は、螺旋状細管４１と、螺旋状太管４２と、螺旋状細管４１と螺旋状太管４２との間に位置し、これらを結合する中継管４３と、を有する。つまり、螺旋状細管４１と螺旋状太管４２とは、中継管４３を介して直列に接続されている。熱交換器３で常温高圧の液状となった熱媒体Ｑは、螺旋状細管４１に導入され、螺旋状細管４１内で熱媒体Ｑの分子が振動回転しエネルギーを放射する。この振動回転によるエネルギー放射によって熱媒体Ｑが減圧液化され、その下流に位置する中継管４３内で熱媒体Ｑが気化（ガス化）し、湿った状態のガス状となる。中継管４３で湿った状態のガス状となった熱媒体Ｑは、螺旋状太管４２に導入され、螺旋状太管４２内で熱媒体Ｑの分子が振動回転しエネルギーを放射する。この振動回転によるエネルギー放射によって熱媒体Ｑが完全に気化（ガス化）する。螺旋状太管４２でガス状となった熱媒体Ｑは、圧縮器２に導入され、再び高温高圧のガス状となる。このような速度－熱変換器４では、螺旋状細管４１が減圧弁の役割を担い、螺旋状太管４２が蒸発器の役割を担っている。ただし、蒸発器としては、螺旋状太管４２に限定されない。

【0018】

前述のエネルギー放射の現象について、一部推測を交えて簡単に説明すると、熱媒体Ｑが螺旋状細管４１内に導入されると、熱媒体Ｑの分子同士に摩擦が生じ、分子同士がぶつかったり離れたりを繰り返して分子が振動および回転する。そして、振動および回転した分子に遠心力が加わり、この遠心力が一定以上の大きさになった時点で分子からエネルギーが放射される。螺旋状太管４２においても同様である。

【0019】

なお、螺旋状細管４１と螺旋状太管４２とが中継管４３で結合されてなる直列管４０は、図示の構成では２本並列に設けられている。ただし、直列管４０の本数は、特に限定されず、１本であってもよいし、３本以上並列に設けられていてもよい。直列管４０の本数は、例えば、熱媒容量に応じて適宜設定することができる。

【0020】

また、各直列管４０の螺旋状細管４１側の端部には、これら複数の螺旋状細管４１を結合する集合管４４が接続されている。また、各直列管４０の螺旋状太管４２側の端部には、これら複数の螺旋状太管４２を結合する集合管４５が接続されている。

【0021】

螺旋状細管４１の内径は、螺旋状太管４２の内径よりも小径である。螺旋状細管４１の内径は、螺旋状太管４２の内径よりも小径であればよく、熱媒容量等によって適宜設定することができ、例えば、１～５ｍｍ程度とすることができる。同様に、螺旋状太管４２の内径は、螺旋状細管４１の内径よりも大径であればよく、熱媒容量等によって適宜設定することができ、例えば、２～１０ｍｍ程度とすることができる。

【0022】

また、螺旋状細管４１の螺旋径は、螺旋状太管４２の螺旋径よりも小径である。螺旋状細管４１の螺旋径は、熱媒容量等によって適宜設定することができ、例えば、１５～２０ｍｍ程度とすることができる。同様に、螺旋状太管４２の螺旋径は、熱媒容量等によって適宜設定することができ、例えば、３５～４０ｍｍ程度とすることができる。ただし、螺旋状細管４１および螺旋状太管４２の螺旋径およびその大小関係は、これに限定されない。

【0023】

また、螺旋状細管４１の全長は、螺旋状太管４２の全長よりも短い。螺旋状細管４１の全長は、熱媒容量等によって適宜設定することができ、例えば、５００～１０００ｍｍ程度とすることができる。同様に、螺旋状太管４２の全長は、熱媒容量等によって適宜設定することができ、例えば、１５００～２０００ｍｍ程度とすることができる。ただし、螺旋状細管４１および螺旋状太管４２の全長およびその大小関係は、これに限定されない。

【0024】

以上のような螺旋状細管４１および螺旋状太管４２は、例えば、以下のような方法により形成される。まず、銅管を準備し、この銅管にピアノ線を入れ込んで、銅管をピアノ線の外径（太さ）まで絞って直管を形成する。さらに、この直管を螺旋状に巻いて螺旋状管とすることにより、螺旋状細管４１および螺旋状太管４２が形成される。

【0025】

このように銅管を捩じることにより、図２に示すように、螺旋状細管４１および螺旋状太管４２の内壁に傾斜した溝４ａが形成される。この溝４ａは、螺旋状太管４２側から螺旋状細管４１側へ向かって左旋回しながら進むように形成される。さらには、溝４ａが形成された直管を螺旋状に巻くことにより、螺旋の外側においては全体として長さ方向へ引っ張られ、溝４ａのピッチが直管状態と比べて広がり、これとは反対に、螺旋の内側においては全体として長さ方向へ圧縮され、溝４ａのピッチが直管状態と比べて狭くなる。また、直管を螺旋状に巻く過程で、銅管を軸方向に捩じることにより、少なくとも１つの「くびれ」が形成される。なお、溝４ａの送り角度およびピッチや「くびれ」の形成位置および数は、螺旋状細管４１および螺旋状太管４２でそれぞれ適宜設定される。

【0026】

このように、溝４ａのピッチが螺旋状管の外側と内側とで異なっていること、さらには、「くびれ」が形成されていることによって、螺旋状細管４１および螺旋状太管４２で熱媒体Ｑが振動回転し、速度－熱変換器４における熱変換に特別の好適な影響を与えるものである。言い換えると、螺旋状細管４１および螺旋状太管４２は、その内部で熱媒体Ｑが振動回転するように溝４ａの送り角度およびピッチや「くびれ」の形成位置および数が設定されている。ただし、これは一例であり、螺旋状細管４１および螺旋状太管４２の構成や形成方法としては、それぞれ、上述した機能を発揮することができれば特に限定されない。

【0027】

図１に示すように、圧縮器２と熱交換器３とは配管６１で接続されており、熱交換器３と集合管４４とは配管６２で接続されており、集合管４５と圧縮器２とは配管６３で接続されている。このうち、配管６２、６３の内径は、螺旋状太管４２より大径であることが好ましく、例えば、螺旋状太管４２の内径の３倍程度とすることができる。熱交換器３は、圧縮器２で圧縮されて高温高圧のガス状となった熱媒体Ｑの放熱を行うものでファンにより冷却される。

【0028】

また、熱交換器３と集合管４４とを接続する配管６２の途中には発電ユニット５が設けられている。発電ユニット５は、図３に示すように、発電機５４と、発電機５４を駆動するための動力を発生させる動力発生部５０と、動力発生部５０で発生した動力を発電機５４に伝達する動力伝達部５５と、を有する。また、動力発生部５０は、配管６２の途中に接続され内部を熱媒体Ｑが通過する気密な筐体５１と、筐体５１内に配置され、筐体５１内を流れる熱媒体Ｑの作用によって回転する羽根車５２（被回転体）と、羽根車５２の回転を出力する出力軸５３と、出力軸５３に接続された発電機５４と、を有する。以下では、説明の便宜上、配管６２の発電ユニット５と熱交換器３との間の部分を第１配管６２１とも言い、配管６２の発電ユニット５と螺旋状細管４１との間の部分を第２配管６２２とも言う。

【0029】

このような発電ユニット５は、筐体５１の上流側と下流側の圧力差、つまり、筐体５１の上流側に接続された第１配管６２１内の熱媒体Ｑの圧力と筐体５１の下流側に接続された第２配管６２２内の熱媒体Ｑの圧力との差によって筐体５１内で羽根車５２が回転する機構となっている。

【0030】

具体的には、前述したように、熱媒体Ｑは、熱交換器３で放熱、液化することで常温高圧の液状となり、螺旋状細管４１で減圧液化されて湿った状態の液状となる。このように、熱交換器３で放熱された熱媒体Ｑがその下流側に位置する螺旋状細管４１によって減圧されるため、これらの間に位置する配管６２内に熱媒体Ｑの圧力差が生じ、上流側が下流側よりも高圧となる。そのため、この配管６２の途中に発電ユニット５を配置すると、筐体５１の上流側が下流側よりも高圧となるため、この圧力差によって筐体５１内の羽根車５２が回転する。このような原理によって羽根車５２が回転すると、その回転が出力軸５３から動力として出力され、この動力によって出力軸５３に繋がっている発電機５４が駆動して発電が開始される。

【0031】

ここで、動力発生部５０は、配管６２の延在方向の中央部よりも下流端側（螺旋状細管４１側）に偏って配置されている。つまり、第２配管６２２が第１配管６２１よりも長い。これにより、上述した圧力差をより高めることができ、発電装置１の発電効率が向上する。

【0032】

なお、動力発生部５０の構成としては、上述の構成に限定されず、発電機５４を駆動させる動力を発生させることができれば、如何なる構成であってもよい。例えば、羽根車５２は、軸流ファン、遠心ファン（シロッコファン、ターボファン等）、斜流ファン、横流ファン等を用いることができる。また、動力発生部５０として、カーエアコン用の圧縮機（コンプレッサ）を用いることもできる。カーエアコンでは、圧縮機に設けられたプーリーをエンジンの動力によって回転させ、このプーリーの回転によって圧縮機内のピストンを駆動させて熱媒体Ｑを圧縮するが、これとは逆に、上述した圧力差を利用してピストンを駆動させ、このピストンの駆動によってプーリーを回転させ、プーリーの回転によって発電機５４を駆動させる構成であってもよい。

【0033】

また、発電機５４も構成としては、その機能を発揮することができれば、特に限定されない。例えば、一対のコイルと、これら一対のコイルの間に配置され、出力軸５３に繋がった磁石と、を有し、出力軸５３の回転によって磁石を一対のコイルの間で回転させる交流発電機であってもよいし、これとは逆に、一対の磁石と、これら一対の磁石の間に配置され、出力軸５３に繋がったコイルと、を有し、出力軸５３の回転によってコイルを一対の磁石の間で回転させる直流発電機であってもよい。また、これらとは別の如何なる構造の発電機であってもよい。

【0034】

動力伝達部５５は、出力軸５３に設けられた滑車５５１と、発電機５４に設けられた滑車５５２と、これら滑車５５１、５５２をつなぐベルト５５３と、を有する。図示の構成では、滑車５５１に対して滑車５５２が小さいため、動力伝達部５５は、増速機として機能する。ただし、動力伝達部５５の構成は、動力発生部５０で発生した動力を発電機５４に伝達することができれば、特に限定されず、例えば、減速機、変速機等としての機能を有していてもよい。また、動力伝達部５５を省略し、出力軸５３を直接、発電機５４に接続してもよい。

【0035】

以上、発電装置１の構成について説明した。次に、この発電装置１による発電方法について説明する。発電方法は、発電装置１を図１中の矢印Ａで示すサイクルで駆動させるだけである。つまり、圧縮器２で熱媒体Ｑを圧縮して高温高圧のガス状とする。圧縮器２から吐出された高温高圧のガス状の熱媒体Ｑは、熱交換器３に導入され、熱交換器３で放熱、液化して常温高圧の液状となる。熱交換器３で常温高圧の液状となった熱媒体Ｑは、螺旋状細管４１に導入され、螺旋状細管４１内で熱媒体Ｑの分子が振動回転しエネルギーを放射する。この熱媒体分子の振動回転によるエネルギー放射によって熱媒体Ｑが減圧液化され、その下流に位置する中継管４３内で熱媒体Ｑがガス化し、湿った状態のガス状となる。中継管４３で湿った状態のガス状となった熱媒体Ｑは、螺旋状太管４２に導入され、螺旋状太管４２内で熱媒体Ｑの分子が振動回転しエネルギーを放射する。この熱媒体分子の振動回転によるエネルギー放射によって熱媒体Ｑが完全にガス化する。螺旋状太管４２でガス状となった熱媒体Ｑは、圧縮器２に導入され、再び高温高圧のガス状となる。そして、このようなサイクルにより生じる熱媒体Ｑの圧力差によって、熱交換器３と螺旋状細管４１との間に配置された発電ユニット５が駆動し、発電が開始される。なお、螺旋状太管４２での気化を十分に行えない場合には、螺旋状太管４２の下流側に別の蒸発器を配置し、気化を補助してもよい。

【0036】

本発明に係る発電装置１によれば、螺旋状細管４１および螺旋状太管４２のそれぞれで熱媒体Ｑの分子に振動回転がかかり、運動エネルギーの放射が連続して生じるため、発電時に高効率でエネルギー消費の低減を図ることができる。理論的には、コンプレッサ圧を２０～４０％低減させることが可能であり、電力使用量を６０～８０％減とすることが可能である。このような発電装置１によれば、理論的には、発電装置１の駆動により消費される電力よりも多くの電力を発電機５４で発電することができる。

【産業上の利用可能性】

【0037】

以上のように、本発明に係る発電装置１は、熱媒体Ｑを圧縮する圧縮器２と、圧縮器２で圧縮された熱媒体Ｑを放熱させる熱交換器３と、熱交換器３で放熱した熱媒体Ｑの分子を振動回転させて気化させる螺旋状細管４１と、熱交換器３と螺旋状細管４１との間に設けられた発電ユニット５と、を有する。そのため、発電装置１の電力使用量を大幅に削減することができる。したがって、その産業上の利用可能性は大きい。

【符号の説明】

【0038】

１ 発電装置
１０ 熱交換ユニット
２ 圧縮器
３ 熱交換器
４ 速度－熱変換器
４ａ 溝
４０ 直列管
４１ 螺旋状細管
４２ 螺旋状太管
４３ 中継管
４４ 集合管
４５ 集合管
５ 発電ユニット
５０ 動力発生部
５１ 筐体
５２ 羽根車
５３ 出力軸
５４ 発電機
５５ 動力伝達部
５５１ 滑車
５５２ 滑車
５５３ ベルト
６１ 配管
６２ 配管
６３ 配管
６２１ 第１配管
６２２ 第２配管
Ａ 矢印
Ｑ 熱媒体

【図1】

【図2】

【図3】