特開 2023-123106 発電装置

(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】P2023123106

(43)【公開日】2023-09-05

(54)【発明の名称】発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03G 6/00 20060101AFI20230829BHJP

   F03G 6/06 20060101ALI20230829BHJP

   F01K 25/10 20060101ALI20230829BHJP

【ＦＩ】

F03G6/00 521

F03G6/06

F01K25/10 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022026986

(22)【出願日】2022-02-24

(71)【出願人】

【識別番号】522071511

【氏名又は名称】長谷川 武夫

(71)【出願人】

【識別番号】596060192

【氏名又は名称】南出 喜久治

(74)【代理人】

【識別番号】110000475

【氏名又は名称】弁理士法人みのり特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 武夫

(72)【発明者】

【氏名】南出 喜久治

【テーマコード（参考）】

3G081

【Ｆターム（参考）】

3G081BA01

3G081BB04

3G081BB10

3G081BC17

3G081BD00

(57)【要約】

【課題】作動流体の蒸気が大気中に流出するのを防ぎ、かつ装置の複雑化および大型化を回避可能な発電装置を提供する。
【解決手段】作動流体ＭＣを収容する密封された密封収容部１０と、作動流体ＭＣを沸騰させて蒸気を発生させるための加熱部２０と、密封収容部１０の内部に配置されて作動流体ＭＣの蒸気により回転する回転部３０と、回転部３０の回転運動を電気エネルギーに変換する発電部４０と、を備える発電装置１であって、作動流体ＭＣは、水よりも低い沸点を有し、加熱部２０は、作動流体ＭＣを密封収容部１０の外部から加熱して沸騰させることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動流体を収容する密封された密封収容部と、
前記作動流体を沸騰させて蒸気を発生させるための加熱部と、
前記密封収容部の内部に配置されて前記蒸気により回転する回転部と、
前記回転部の回転運動を電気エネルギーに変換する発電部と、
を備える発電装置であって、
前記作動流体は、水よりも低い沸点を有し、
前記加熱部は、前記作動流体を前記密封収容部の外部から加熱して沸騰させ、
前記作動流体の前記蒸気は、前記密封収容部内で冷却されて液化する
ことを特徴とする発電装置。

【請求項2】

前記作動流体は、メチレンクロライドである
ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。

【請求項3】

前記加熱部は、
熱源となる熱源液体を収容する収容槽と、
前記収容槽に収容された前記熱源液体の温度を調整する温度調整部と、
を備え、
前記収容槽に、前記密封収容部の前記作動流体を収容する部分が前記熱源液体内に浸かるように配置される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の発電装置。

【請求項4】

前記密封収容部を収容するとともに、前記収容槽の上面の一部を露出させて収容する筐体を備え、
前記温度調整部は、
前記収容槽の前記筐体から露出した部分の上方に配置され、太陽光を集光して前記熱源液体に照射する集光レンズと、
前記集光レンズに太陽光を導くための反射板と、
前記収容槽の前記熱源液体内に配置されたヒーターと、
前記ヒーターを制御する電源部と、を備える
ことを特徴とする請求項３に記載の発電装置。

【請求項5】

前記温度調整部は、太陽光発電装置を含む
ことを特徴とする請求項３に記載の発電装置。

【請求項6】

前記密封収容部は、
前記作動流体を沸騰させて気化させる気化室と、
前記気化室よりも上方に位置し、前記回転部が配置されるとともに前記作動流体の前記蒸気を冷却して液化させる液化室と、
前記気化室と前記液化室とをつなぎ、前記作動流体の前記蒸気を前記回転部に導く第１通路と、
前記液化室で液化した前記作動流体を前記気化室に導く第２通路と、を備え、
前記第２通路には、前記気化室から前記液化室への前記作動流体の流れを防ぐ逆流防止弁が設けられており、前記第２通路は、前記逆流防止弁と前記気化室との間において折れ曲がっている
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、低沸点の作動流体を用いた発電方式として、バイナリー発電が知られている。バイナリー発電は、熱源により低沸点の作動流体を沸騰させて蒸気を発生させ、当該蒸気によりタービンを回転させて発電を行うものである。バイナリー発電は、熱源として地熱や工場の排熱等で温めた高温水を利用するため、発電装置は大規模なものとなり、発電装置の設置場所が限定されるという問題がある。

【0003】

特許文献１には、低沸点の作動流体を用いた発電装置であり、熱源として太陽熱温水器で発生させた温水を利用する方法が記載されている。特許文献１に記載の発電装置は、太陽熱温水器を利用することで、装置の大規模化を回避することでき、装置の設置場所の制約を回避することができる。

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の発電装置は、作動流体を収容する容器の内部に熱交換器を配置しているため、またタービンと発電機との接続のため、容器の密封性が損なわれ、作動流体の蒸気が容器から大気中に流出してしまうおそれがある。また、特許文献１に記載の発電装置は、作動流体の蒸気を液体に戻すための復水器、復水器を通過した作動流体の液体を熱交換器に戻すための第１ポンプ、熱交換器に送られた温水を太陽熱温水器に戻すための第２ポンプを備えるため、装置の複雑化および大型化を招くという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１－２４７２４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、作動流体の蒸気が大気中に流出するのを防ぎ、かつ装置の複雑化および大型化を回避可能な発電装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係る発電装置は、
作動流体を収容する密封された密封収容部と、
前記作動流体を沸騰させて蒸気を発生させるための加熱部と、
前記密封収容部の内部に配置されて前記蒸気により回転する回転部と、
前記回転部の回転運動を電気エネルギーに変換する発電部と、
を備える発電装置であって、
前記作動流体は、水よりも低い沸点を有し、
前記加熱部は、前記作動流体を前記密封収容部の外部から加熱して沸騰させ、
前記作動流体の前記蒸気は、前記密封収容部内で冷却されて液化することを特徴とする。

【0008】

前記発電装置において、
前記作動流体は、メチレンクロライドである。

【0009】

前記発電装置において、
前記加熱部は、
熱源となる熱源液体を収容する収容槽と、
前記収容槽に収容された前記熱源液体の温度を調整する温度調整部と、
を備え、
前記収容槽に、前記密封収容部の前記作動流体を収容する部分が前記熱源液体内に浸かるように配置されるよう構成できる。

【0010】

前記発電装置において、
前記密封収容部を収容するとともに、前記収容槽の上面の一部を露出させて収容する筐体を備え、
前記温度調整部は、
前記収容槽の前記筐体から露出した部分の上方に配置され、太陽光を集光して前記熱源液体に照射する集光レンズと、
前記集光レンズに太陽光を導くための反射板と、
前記収容槽の前記熱源液体内に配置されたヒーターと、
前記ヒーターを制御する電源部と、を備えるよう構成できる。

【0011】

前記発電装置において、
前記温度調整部は、太陽光発電装置を含むよう構成できる。

【0012】

前記発電装置において、
前記密封収容部は、
前記作動流体を沸騰させて気化させる気化室と、
前記気化室よりも上方に位置し、前記回転部が配置されるとともに前記作動流体の前記蒸気を冷却して液化させる液化室と、
前記気化室と前記液化室とをつなぎ、前記作動流体の前記蒸気を前記回転部に導く第１通路と、
前記液化室で液化した前記作動流体を前記気化室に導く第２通路と、を備え、
前記第２通路には、前記気化室から前記液化室への前記作動流体の流れを防ぐ逆流防止弁が設けられており、前記第２通路は、前記逆流防止弁と前記気化室との間において折れ曲がっているよう構成できる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、作動流体の蒸気が大気中に流出するのを防ぎ、かつ装置の複雑化および大型化を回避可能な発電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る発電装置の内部構造を示す図である。

【図2】本発明に係る発電装置の上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照して、本発明に係る発電装置の実施形態について説明する。

【0016】

図１および図２に、本発明の一実施形態に係る発電装置１を示す。発電装置１は、密封された密封収容部１０と、加熱部２０と、回転部３０と、発電部４０と、筐体５０とを備える。

【0017】

密封収容部１０は、メチレンクロライド（本発明の「作動流体」に相当）を空気とともに収容するよう構成される。本実施形態の密封収容部１０は、アルミ、銅またはステンレス等の金属製のものである。密封収容部１０は、磁界を通過させる一方で、メチレンクロライドおよびその蒸気が大気中に流出するのを防ぐことができる。

【0018】

メチレンクロライドは、別名ジクロロメタンまたは二塩化メチレンとも呼ばれる。本実施形態で用いるメチレンクロライドは、沸点が４０．２℃であるため、比較的容易に気化させることができる。また、メチレンクロライドは、常温（例えば、室温２０℃）で液化する。

【0019】

密封収容部１０は、気化室１１と、第１通路１２と、液化室１３と、第２通路１４とを備える。メチレンクロライドは、気化室１１、第１通路１２、液化室１３および第２通路１４を循環する。

【0020】

気化室１１は、密封収容部１０の下部に位置し、メチレンクロライドの液体ＭＣを収容する。気化室１１には、図示しないが、メチレンクロライドの液体ＭＣを気化室１１に供給するための注液パイプと、メチレンクロライドの液体ＭＣを気化室１１から排出するための廃液パイプとが設けられている。気化室１１は、加熱部２０（後述する温水）によって密封収容部１０の外部から加熱される。その結果、気化室１１に収容されたメチレンクロライドの液体ＭＣは、沸騰して気化し、蒸気を発生させる。

【0021】

加熱部２０は、メチレンクロライドの液体ＭＣを間接的に加熱し、メチレンクロライドの液体ＭＣを沸騰させて蒸気を発生させるよう構成される。加熱部２０は、熱源となる温水（本発明の「熱源液体」に相当）を収容する収容槽２１と、収容槽２１に収容された温水の温度を調整する温度調整部とを備える。温度調整部は、本実施形態では、集光レンズ２２と、反射板２３と、ヒーター２４と、電源部２５とで構成される。

【0022】

収容槽２１は、温水（例えば、５０～６０℃の温水）を収容するとともに、温水（または水）を給水および排水できるよう構成される。収容槽２１は、例えば、バルブ付きの給水パイプおよび排水パイプを備える。収容槽２１は、密封収容部１０の下部（メチレンクロライドの液体ＭＣを収容する気化室１１の下部）が温水内に浸かるように、筐体５０内に配置される。なお、本実施形態では、収容槽２１の一部が筐体５０から露出しているが、集光レンズ２２が配置される部分以外は、筐体５０内に入っていてもよい。

【0023】

集光レンズ２２は、収容槽２１の筐体５０から露出した部分の上方に配置される。集光レンズ２２は、太陽光を集光して収容槽２１内の温水に照射するよう構成される。集光レンズ２２として、例えば、カマボコ型のレンズを用いる。集光レンズ２２のサイズや形状等は、適宜変更することができる。

【0024】

反射板２３は、筐体５０の外壁面に取り付けられている。反射板２３は、太陽光を集光レンズ２２に導くよう構成される。反射板２３は、集光レンズ２２に加えて、直接、収容槽２１内の温水に太陽光を導いてもよい。

【0025】

ヒーター２４は、収容槽２１の温水に浸かるように、収容槽２１内に配置される。ヒーター２４は、例えば、ニクロム線で構成される。収容槽２１には、ヒーター２４で加熱した温水を撹拌するために、撹拌機が配置されていてもよい。

【0026】

電源部２５は、筐体５０内に配置され、ヒーター２４および撹拌機に電源電圧を供給するとともに、ヒーター２４の温度制御および撹拌機の回転制御を行うよう構成される。電源部２５は、例えば、バッテリーと制御装置とを備える。電源部２５は、例えば、温水の温度が４０．２℃以上、例えば、５０～６０℃となるように、ヒーター２４の温度制御および撹拌機の回転制御を行う。これにより、夜間や曇りの日などの太陽光を十分に利用できない時でも、温水の温度を一定（例えば、５０～６０℃）に保つことができる。

【0027】

第１通路１２は、気化室１１から上方に延びて、気化室１１と液化室１３とをつなぐ。第１通路１２は、メチレンクロライドの蒸気を、液化室１３に配置された回転部３０に導く。第１通路１２は、液化室１３内において、回転部３０に向かって折れ曲がっている。

【0028】

回転部３０は、液化室１３に配置されている。回転部３０は、メチレンクロライドの蒸気の流れにより回転するよう構成されている。回転部３０は、例えば、回転羽根と、回転羽根の回転速度を一定にするためのはずみ車とを備える。なお、回転部３０は、別の構成のタービンでもよく、放熱板を備えていてもよい。

【0029】

発電部４０は、回転部３０の回転運動を電気エネルギーに変換するよう構成される。発電部４０は、密封収容部１０の内部（液化室１３）に配置された磁石４１（例えば、ネオジウム磁石）と、密封収容部１０の外部に配置されたコイル４２とで構成される。本実施形態では、磁石４１は、回転部３０の回転軸の両端に配置される。コイル４２は、磁石４１と対向するように、筐体５０の突出部５１の外周に配置される。コイル４２で発生した電気エネルギーは、例えば、蓄電池２に蓄電しておくことができる。

【0030】

液化室１３は、気化室１１よりも上方に位置する。液化室１３には、上記のとおり回転部３０が配置される。液化室１３では、メチレンクロライドの蒸気が液化室１３内の空気により冷却されて液化する。液化したメチレンクロライドは、液化室１３の下方の第２通路１４に導かれる。液化室１３の内壁面には、冷却効果を高めるためにヒレ状の突起が形成されていてもよい。

【0031】

第２通路１４は、液化室１３から下方に延び、液化室１３で液化したメチレンクロライドを気化室１１に導く。第２通路１４には、気化室１１から液化室１３へのメチレンクロライドの流れを防ぐ逆流防止弁１５が設けられている。第２通路１４は、逆流防止弁１５と気化室１１との間において折れ曲がっており、折れ曲がった先の部分が筐体５０の底面と並行に延びている。また、第２通路１４（特に、折れ曲がった先の部分）は、第１通路１２よりも断面積が小さく、第２通路１４の出口は、気化室１１のメチレンクロライドの液体ＭＣの液面よりも上方に位置していることが好ましい。

【0032】

筐体５０は、密封収容部１０を収容するとともに、収容槽２１の上面の一部を露出させて加熱部２０を収容するよう構成される。筐体５０は、突出部５１を有し、少なくとも突出部５１は、磁界を通過させる物質（例えば、アルミ、銅またはステンレス等の金属）で構成される。筐体５０は、密封収容部１０や加熱部２０のメンテナンスを容易にするため、例えば、上下に分割できるよう構成されていてもよい。

【0033】

本実施形態では、筐体５０は、密封収容部１０の全部を収容しているが、メチレンクロライドの密封性を損なわない限り、密封収容部１０の一部が露出していてもよい。筐体５０の形状等は、任意に変更することができる。

【0034】

本実施形態に係る発電装置１では、収容槽２１の温水により密封収容部１０の外部から加熱してメチレンクロライドの液体ＭＣを沸騰させるので、密封収容部１０の密封性が損なわれることはなく、メチレンクロライドの蒸気が大気中に流出するのを防ぐことができる。

【0035】

また、本実施形態に係る発電装置１では、メチレンクロライドの気化および液化のサイクルが密封収容部１０内で完結するので、装置の複雑化および大型化を回避することができる。さらに、本実施形態に係る発電装置１は、密封収容部１０および加熱部２０（収容槽２１）の一部を収容する筐体５０を備えるので、持ち運びが便利である。

【0036】

［変形例］
以上、本発明に係る発電装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

【0037】

本発明に係る発電装置は、作動流体を収容する密封された密封収容部と、作動流体を沸騰させて蒸気を発生させるための加熱部と、密封収容部の内部に配置されて蒸気により回転する回転部と、回転部の回転運動を電気エネルギーに変換する発電部と、を備える発電装置であって、作動流体は、水よりも低い沸点を有し、加熱部は、作動流体を密封収容部の外部から加熱して沸騰させ、作動流体の蒸気は、密封収容部内で冷却されて液化するのであれば、適宜構成を変更できる。

【0038】

例えば、作動流体は、メチレンクロライドの代わりに、アンモニア水などを用いてもよい。

【0039】

加熱部の温度調整部は、収容槽に収容された熱源液体（例えば、温水）の温度を調整できるのであれば、適宜構成を変更できる。例えば、加熱部の温度調整部として、太陽光パネルを含む太陽光発電装置を利用することができる。収容槽にヒーターを配置し、太陽光発電装置が発電した発電電力を用いてヒーターを駆動させてもよい。また、太陽光発電装置が発電した発電電力を用いて任意の手段で温水を加熱し、当該温水を収容槽に供給してもよい。また、太陽光発電装置が発電した発電電力をコンデンサ等の蓄電手段に蓄電しておき、太陽光発電装置が発電していないときに、当該蓄電手段の電力を用いてもよい。さらに、太陽光発電装置と太陽熱温水器を併用してもよい。

【0040】

上記実施形態の回転部３０は、液化室１３において第２通路１４の上方に配置されているが、回転部３０の配置場所は、液化室１３内であれば適宜変更してもよい。

【0041】

上記実施形態の発電部４０は、磁石４１が回転部３０の回転軸の両端に配置されているが、磁石４１は回転軸の一端にのみ配置されていてもよい。この場合、コイル４２は、磁石４１と対向するように、筐体５０の一方の突出部５１の外周に配置される。

【0042】

また、発電部４０は、全く別の構成でもよい。例えば、発電部は、回転部の回転軸に取り付けられた第１の磁石と、密封収容部の外部（例えば、液化室の外壁または筐体の外壁）に回転可能に取り付けられた第２の磁石と、第２の磁石の回転軸に接続された発電機と、で構成されていてもよい。この構成では、回転部の回転運動を密封収容部の外部に引き出し、第２の磁石による外部の回転運動を、発電機で電気エネルギーに変換する。

【符号の説明】

【0043】

１ 発電装置
２ 蓄電池
１０ 密封収容部
１１ 気化室
１２ 第１通路
１３ 液化室
１４ 第２通路
１５ 逆流防止弁
２０ 加熱部
２１ 収容槽
２２ 集光レンズ
２３ 反射板
２４ ヒーター
２５ 電源部
３０ 回転部
４０ 発電部
４１ 磁石
４２ コイル
５０ 筐体
５１ 突出部

【図1】

【図2】