JP2009022123A

JP2009022123A - ヒートポンプの集熱を利用した発電方法

Info

Publication number: JP2009022123A
Application number: JP2007183845A
Authority: JP
Inventors: Taiji Sasaki; 泰司佐々木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2009-01-29

Abstract

【課題】従来の発電装置は、燃料を使い高温・高圧を作り出して電気エネルギーに変換し、電気エネルギーを作る時に熱エネルギーを回収しない為大量の熱を外部に放出しなければならず、又電気エネルギーを使用した時も熱になり、全体として見ると燃料を使用し発生した熱量分だけ空気を温めることになる。
【解決手段】熱エネルギーを電気エネルギーに変換出来るように低温で使いにくい熱エネルギーをヒートポンプにて集め、高温エネルギーにし、液体を蒸発させ気体化し、気体は低温にさらすと液体化する原理を利用し、気体の流れ・圧力差を人工的に作り出し、その気体の流れ・圧力差の中に発電装置を設置し、気体の流れ・圧力差で発電機５を回転させ電気エネルギーに変換し、電気エネルギーに変換され減少した分の熱エネルギーを加熱用熱交換器７で補充してゆくことにより連続して熱エネルギーを電気エネルギーとして取り出し外部に提供。
【選択図】図１

Description

本発明は、自然界に存在する熱エネルギーを運動エネルギーに変換し、そして電気エネルギーに変換する発電方法に関する。

従来の発電装置は、化石燃料等の燃料を燃焼させ、燃焼時に発生する熱エネルギーで水を蒸発し高い圧力を発生させ、その圧力を利用し発電機を回転させ、又は内燃機関に接続して発電機を回転させて、電気エネルギーを得る発電方法であった。熱エネルギーを電気エネルギーに変換する特許文献として以下のものがある。
特願平４−１２４８５１特公平０２−００１９８９特願平７−３４４２７６

これには、次のような欠点があった。常に化石燃料等の燃料を燃焼させ続けなければならないし、高温・高圧力で扱い難かった。また、ＯＴＥＣと呼ばれる海洋温度差発電があるが、温度差が少ない為、効率が大変悪い。

上記欠点を解決するために、本発明は、熱エネルギーを運動エネルギーに積極的に変換することを考案し、どこにでも存在する熱エネルギーをヒートポンプを利用して集熱し、高温部と低温部を作り、密閉した容器内の一端を高温部用８とし液体に熱を加えることにより気体に変え、もう一端を低温部用９としその気体の熱を奪うことで液体に戻し低温部９容器内の圧力を下げ高温部８容器内の液体を蒸発しやすくする。ヒートポンプで集熱することで高温部と低温部ができ、その間に気体の流れや圧力差が出来るようにした。よって熱エネルギーをまず運動エネルギーに変換し、その運動エネルギーを電気エネルギーに変換することとし、その気体の流れや圧力差を利用して連続的に発電することができる構成とした。

従来の発電設備は、大規模な建造物で発電していたが、本発電方法は装置を小型にすることができ、車に搭載すれば無燃料電気自動車、走行しないときは売電も可能になる。
熱エネルギーから電気エネルギーに変換されなかった熱エネルギーは、従来の方法では外部に捨てていたけれども、本案の方法は低温部９にて回収し集熱し再利用することができ無駄なく最後まで電気エネルギーに変換できる。
低温部９容器にて蒸気が凝結し容器内の圧力が下がるため、高温部８容器内の液体は１気圧時の温度よりも低い温度で蒸発する為、蒸発しやすく、高圧にならず取り扱い易い。
マイナス２７３℃以上の温度があるならば、液体を適宜変更することにより理論上どんな熱源でも使用可能であり、離島や山奥などあらゆる場所で使用でき、送電線設備不要で利用できる。

ヒートポンプの圧縮機２により凝縮し集められた高熱源を利用して液体を蒸発させる為の熱交換器３を備えた高温部８容器とヒートポンプの膨張弁１２を通過し気化した低温ガスで蒸発した気体を液体に戻す為の冷却器（コンデンサー）４を備えた低温部９容器を備え、高温部容器と低温部容器の間に発電装置を設け一つの閉鎖された容器とし、真空ポンプにて容器内の空気を取り出し真空にし、容器内の高温部８になる一端に液体１として水を入れ、ヒートポンプの圧縮機２の熱交換器３で水を蒸発させる。もう一方の低温部９になる端は、ヒートポンプの冷却器（コンデンサー）４により蒸発した水を液体に戻す。高熱源を利用して容器内の液体を蒸発させた気体のある容器内の高温部８の一端と冷却器（コンデンサー）低温部９の一端の間には、蒸発した気体の流れと圧力差が発生する。高温部８の一端と低温部９の一端の間に発電装置を設置し、蒸発した気体の流れと圧力差によって発電機５を回転させ発電する。冷却器（コンデンサー）４によって液体に戻った水は返送ポンプ６にて高温部８容器に送る。ヒートポンプの低温ガスは電気エネルギーに変換された熱エネルギー分だけ低温になっており、不足した熱エネルギーは加熱用熱交換器７を通して補充されヒートポンプの圧縮機へと向かい圧縮集熱される。圧縮集熱された熱エネルギーは、再度水を蒸発させることに利用され運動エネルギーになり、それから電気エネルギーに変換され、水を介しての熱エネルギーが運動エネルギーになりそして電気エネルギーとなり一つの連続したサイクルが構成される。

ヒートポンプの集熱効率を表す単位としてＣＯＰがあるが、現在４から６となっている。水蒸気の流れを風と見た場合、風力発電の発電効率は現在３０％と言われている。ＣＯＰを４として考えた場合、１ｋＷのヒートポンプで４ＫＷの熱を集熱することができ、４ＫＷの熱から３０％を電気エネルギーに変換されると計算すると、１ＫＷ×４×０．３＝１．２ＫＷの発電ができ、１．２ＫＷ−１ｋＷ＝０．２ＫＷになります。よって１ｋｗの電気エネルギーで１．２ｋｗの電気エネルギーを作ることができ０．２ＫＷの電気エネルギーが余り、この装置から０．２ｋｗの電気を外部に提供することができる。電気エネルギーに変換されなかった熱エネルギーは、冷却器（コンデンサー）４により回収再利用され、さらにヒートポンプの圧縮機２等から放熱される熱エネルギーも加熱用熱交換器７によって無駄なく回収されるため、本発電方法はエネルギーロスが無いと考えられる。燃料を使用して発電するには、加熱用熱交換器７に燃料から発生する熱エネルギーを供給すれば可能です。燃料使用の場合の発電効率は、電気エネルギーに変換されなかった熱エネルギーを冷却器（コンデンサー）４で回収する為１００％に近くなる。

上記本発明の特徴によれば、本体内の密閉された容器内の高温部８にヒートポンプの圧縮機２により凝縮し集められた高熱源を利用して容器内の液体を蒸発させる熱交換器３を設置し、もう一方の低温部９に蒸発した気体を液体に戻すヒートポンプの膨張弁を通過し気化した低温ガスでの冷却器４を設置し、高熱源を利用して容器内の液体を蒸発させた気体と冷却器４の間に発電装置を設置し、容器内を真空状態にし、容器内高温部８に液体を挿入する。そしてヒートポンプの熱交換器３を通して液体に熱エネルギーを加えると気化する。蒸発した気体は冷却されると凝結する為、発電装置を境に圧力差が生じファン１３を介して発電機５を回転させることができる。冷却器（コンデンサー）４によって液体に戻った水は液体返送ポンプ６により、熱交換器３側に送られ再度蒸発する。発電に変換された熱エネルギーの損失分は、ヒートポンプの膨張弁を通過した低温ガスに加熱用熱交換器７を通して熱エネルギーを吸熱させ補充すればよい。熱交換器３が異常に温度が上がることを防止するために加熱用熱交換器７を制御するコントロールユニット１０を設置し、冷却器４の温度が異常に下がることを防止するためにヒートポンプの圧縮機２を制御するコントロールユニット１１を設置する。

従来の様に高温を作る為の燃料を使用する必要が無く、周りにある熱エネルギーを電気エネルギーに変換する為、公害が発生しない。発生した電気エネルギーは、最終的に熱エネルギーになり熱の収支に変化がない為、何度でも繰り返し熱エネルギーを電気エネルギーとして利用する事が可能である。

図１は本発明の実施例を示すヒートポンプの集熱を利用した発電装置の要部の構成図であり、大きく分けてヒートポンプ部と蒸発部と発電装置部になる。

蒸発していた水蒸気は冷却器４により冷やされ凝結し水に戻り、密閉容器内は気圧が低くなり、高温部８にある水は、熱交換器３が１００℃以下でも蒸発する。気化した水蒸気は、圧力の低い冷却器４のある低温部９に向かって進む。これが、熱エネルギーが運動エネルギーに変化したところである。発電装置に付いているファンやタービン１３に水蒸気が当り発電機５を回転させ発電する。

本発明法を実施するための一例を示す構成図である。ヒートポンプを２台利用した場合の構成図である。

符号の説明

１液体
２ヒートポンプ圧縮機
３熱交換器
４冷却器（コンデンサー）
５発電機
６液体返送ポンプ
７加熱用熱交換器
８高温部
９低温部
１０集熱コントロールユニット
１１冷却コントロールユニット
１２膨張弁
１３ファン・タービン

Claims

ヒートポンプの圧縮機により凝縮し集められた高熱源を利用して液体を蒸発させる為の熱交換器を備えた高温部容器とヒートポンプの膨張弁を通過し気化した低温ガスで蒸発した気体を液体に戻す為の冷却器（コンデンサー）を備えた低温部容器を備え、高温部容器と低温部容器の間に発電装置を設け一つの閉鎖された容器とし、容器内を液体と液体が蒸発した蒸気で出来るだけ満たし、高温部容器から低温部容器へ蒸発した気体が流れる圧力差によるエネルギーを発電装置で電気エネルギーに変換し、冷却器（コンデンサー）によって液体に戻った液体を高温部容器に返送するポンプを備えたヒートポンプの集熱を利用した発電方法。
低温部を通過したヒートポンプ用低温ガスに熱を供給する為の加熱用熱交換器を備えていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプの集熱を利用した発電方法。
２台以上のヒートポンプを利用し集めた熱源を高温部容器に熱エネルギーとして供給することを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプの集熱を利用した発電方法。
熱交換器３が異常に温度が上がることを防止するために加熱用熱交換器７を制御するコントロールユニット１０を設置し、冷却器４の温度が異常に下がることを防止するためにヒートポンプの圧縮機２を制御するコントロールユニット１１を設置したことを特徴とする請求項１，２，３記載のヒートポンプの集熱を利用した発電方法。