JPH06341371A - 温度変化発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自然エネルギーとしての温度変化を利用して
発電し、その電力で小型機器を駆動することにより電池
の使用を不要にすること。 【構成】 アンモニアのような高圧物質を封入した伸縮
可能な密閉された容器２と、発電機と、それらを機械的
に結合する手段より構成される。 【効果】 電池が不要となるため、電池交換不要、無公
害、半永久駆動になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自然エネルギ−を利用し
ての発電を行う発電機に関し、さらに詳しくは温度変化
を利用のした型発電機の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術で気温の変化からエネルギ−
を取り出す方法として、たとえばジャガ−・ルクルト社
の置時計アトモスがある。アトモスの原理は機体の内部
にある伸縮可能な容器に密封された液体と気体の混合物
が、周囲の気温の変化により膨脹・収縮することで鎖を
巻き上げたり、ゆるめたりすることにより置時計の動力
源であるゼンマイを巻き上げる。そのゼンマイのエネル
ギ−で脱進機を介して針を動かしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方法では、機械式時計なので発電機構はない。
以前よりあらゆる分野で電子化の傾向は著しく、時計に
おいてもほとんどクォ−ツ化されているし、カメラなど
他分野でもそうである。これらの他にも電池使用の小型
機器は多い。電池は交換の煩わしさと、使用済み電池の
廃棄による公害の問題がある。

【０００４】これらの課題を解決するため、本発明の目
的は、従来は電池を使用する小型機器を電池無しで駆動
することが可能な発電機を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
めに、本発明の発電機は、伸縮可能な部分を持った密閉
された容器と、容器内に液体と気体が共存する高圧物質
とを有し、高圧物質の温度変化による圧力変化で密閉さ
れた容器の伸縮可能な部分より機械的エネルギ−を発生
させる発生手段にあって、機械的エネルギ−を電気的エ
ネルギ−に変換するための変換手段を有することを特徴
とする。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例における温度変化発電
機の構成を図面を基に説明する。図１は本発明の第一の
実施例を判り易く説明するための発電機を示す側面図で
ある。

【０００７】図１に示すように、側面が伸縮可能な蛇腹
１で構成され、密封された容器２の中には液体と気体が
共存する高圧物質、たとえばアンモニアや、二酸化炭素
などが高圧力で充満している。

【０００８】容器２の上部には、結合ピン３を介して、
可動バ−４が軸受５により支持されていて、その可動バ
ー４上部には戻しバネ６があり、可動バ−４を下方向に
押している。

【０００９】可動バ−４の左側には凹凸部７があり、凹
凸部７はアクチュエーター８のピン８ａと噛み合ってい
る。容器２の上部には温度センサー９が接着され、制御
回路１０と接続し、その出力はアクチュエーター８に接
続している。

【００１０】これに対して可動バ−４の右側部分にはラ
ック１１があり、このラック１１はピニヨン１２と噛み
合っていて、増速歯車１３を介して磁極のＮ，Ｓに着磁
されたロ−タ−１４にも噛み合っている。

【００１１】ロ−タ−１４は、ステ−タ−１５、コイル
１６とともに交流発電機を構成している。

【００１２】コイル１６の出力は整流器１７に接続さ
れ、コンデンサ−１８は整流器１７に接続している。

【００１３】いま高圧物質をアンモニアとするとその蒸
気圧は温度０℃で約４気圧、２０℃で約８気圧、４０℃
で約１５気圧である。

【００１４】したがって、温度が０℃から４０℃の間で
は、５℃当たり約１気圧以上の圧力変化がある。この値
は１ｃｍ2 当たり約１ｋｇの力となり強力である。

【００１５】いま話を簡単にするためにアンモニアの温
度を０℃とすると、蒸気圧は４気圧と低く、可動バ−４
は戻しバネ６に押されて下の位置にある。

【００１６】気温の上昇でアンモニアが２０℃になった
とすると、アンモニアの蒸気圧は、８気圧に上がり蛇腹
１が伸びて、可動バ−４は結合ピン３を介して、上方向
に押し上げられる。

【００１７】そこでラック１１、ピニヨン１２、増速歯
車１３を介して、ロ−タ−１４が回転し、コイル１６に
は交流電圧が誘起される。そしてこの交流電圧は整流器
１７を経由してコンデンサ−１８に直流電圧が充電され
る。このコンデンサ−１８に充電された電力が小型機器
の電力として利用できる。

【００１８】図１からも明らかなように、気温が下がっ
た場合は上記と動作は逆になり、ロ−タ−１４は逆転す
るが、交流発電機なのでコンデンサ−１８への充電は、
上記と全く同じである。

【００１９】ここでは発電機として回転式の交流発電機
を例にあげてあるが、もちろん磁界中の導体の振動でも
よいし、圧電素子の変形による発生電力を利用してもよ
い。

【００２０】図２は高圧物質としてアンモニアの飽和蒸
気圧を示すグラフであり、横軸は温度、縦軸は圧力であ
る。

【００２１】このように一般にアンモニア以外の物質で
も、下に凸の曲線で単純増加関数としてあらわせる。

【００２２】ある温度で飽和蒸気圧の絶対値が高い物質
は、飽和蒸気圧の温度依存性も大きい。したがって機械
的エネルギーは大きく取り出せるが、圧力が高い分、構
造が強固でなければならない。

【００２３】図３は発電効率を示すグラフであり、横軸
は容器２に充満している高圧物質の飽和蒸気の圧力であ
り、縦軸は容器２の容積すなわち高圧物質の体積であ
る。

【００２４】ここで図３の点線の傾斜は、容器２の蛇腹
１と戻しバネ６との合成のバネ常数に関係している。い
ま高圧物質の温度が変化して、その圧力がＰ１からＰ２
に変化したとする。その間容器２の蛇腹１の膨張を機械
的に固定して、高圧物質の体積をＶ１に保持しておく。

【００２５】圧力がＰ２になったとき、容器２の固定を
解除すると、高圧物質の体積はＶ２になる。このとき容
器２が放出する機械的エネルギーは、三角形ＡＢＣの面
積である。

【００２６】以下同様に高圧物質の温度が上昇して、圧
力がＰ３，Ｐ４になったときエネルギーを放出すると、
それぞれ三角形ＣＤＥ、三角形ＥＦＧのエネルギーが放
出される。

【００２７】つぎに高圧物質の温度が下降して、圧力が
Ｐ４から、Ｐ３，Ｐ２，Ｐ１になったとき、それぞれエ
ネルギーを放出すると、それぞれの放出エネルギーは三
角形ＥＧＨ、三角形ＣＥＩ、三角形ＡＣＪの面積であ
る。

【００２８】したがって、圧力Ｐ１からＰ４までの圧力
の上昇と、下降での放出エネルギーの総和は、四角形Ａ
ＢＣＪ、四角形ＣＤＥＩ、四角形ＥＦＧＨの面積の総和
である。

【００２９】一方、高圧物質の温度変化に対して、エネ
ルギーの放出を小出しにしないで、圧力Ｐ１からＰ４ま
で、容器２の伸縮を固定し、一度にエネルギーを放出す
ると、圧力の上昇、下降に対して放出エネルギーは四角
形ＡＫＧＬの面積になる。

【００３０】このように、同じ圧力変化に対して、エネ
ルギーを小出しに放出するよりも、一度に放出するほう
が大きく取り出せる。

【００３１】図４は、図３の一部を取り出して、さらに
正確にグラフ化したものである。曲線Ｍは蛇腹１が膨張
時、高圧物質の飽和蒸気は断熱膨張により一時的に温度
下がり、したがって、圧力が下がる状態を示している。
曲線Ｎは蛇腹１が圧縮時、断熱圧縮により一時的に高圧
物質の温度上がり、したがって、圧力が上がる状態を示
している。

【００３２】高圧物質の温度変化は、外気温度の変化に
よるもので、あらかじめ温度変化範囲を予測することは
困難である。したがって、一度にエネルギーを放出する
よう圧力変化範囲を大きく設定しすぎて、外気温度の変
化がその手前で折り返してしまうと、エネルギーは全く
取り出せないことになる。

【００３３】図５は横軸は時間、縦軸は温度センサー９
の温度を示している。一般に気温の変化は緩慢なので、
温度センサー９の温度は高圧物質の温度とほぼ同じであ
る。

【００３４】いま温度変化の折り返し点Ｘ，Ｙ，Ｚのい
ずれかを通過し、さらに多少の時間を経過すると、温度
センサー９の温度は、上昇または下降の方向を反転させ
る。その時点で、制御回路１０は温度の折り返し点と判
断して、その信号でアクチュエーター８のピン８ａを左
に移動して、可動バー４のロックを解除すれば、蛇腹１
は伸縮を開始する。

【００３５】伸縮終了時にはピン８ａを右に移動して、
再び可動バーをロックしておく。こうすることにより、
つねに温度変化のほぼ最大幅で発電が可能となり、効率
のよい温度変化発電機を提供できる。

【００３６】高圧物質をアンモニアとすると、温度８０
℃では４１気圧となり容器２の耐圧性が問題である。そ
こでアンモニアの封入量を調節して、４０℃ではすべて
気体になるようにしておく。そうすることにより４０℃
以上では単なる気体の膨脹となりそれほど圧力が上がら
ないで済むようになる。

【００３７】高圧物質がアンモニアでも容器２の容積を
大きくして、その結果容器２の上面の面積と可動バ−４
のストロ−クを大きくすれば、大きなエネルギ−を取り
出せる。

【００３８】ただし発電機の大きさに制限がある場合に
は、高圧物質として二酸化炭素を用いると良い。二酸化
炭素の飽和蒸気圧は０℃のとき約３４気圧、２０℃で約
５７気圧、と大きい。ただし臨界温度が３１℃でそのと
きの臨界圧は約７３気圧と高い。したがって二酸化炭素
を用いると、容器２の耐圧性が要求されるのと、臨界温
度ではすべて気体になるように、量を規制する必要があ
る。

【００３９】図６は本発明の第二の実施例を判り易く説
明するための発電機を示す側面図である。

【００４０】容器２の上部には、圧縮バネ２１を介して
可動バ−４が軸受５により、支持されていて、その可動
バー４の上部には戻しバネ６があり、可動バ−４を下に
押している。

【００４１】可動バ−４の左側部分には凹凸部７があ
り、この凹凸部７は板バネ２２と噛み合っている。それ
以外の機械的エネルギ−を電気的エネルギ−に変換する
ための変換手段は第一の実施例と同じである。

【００４２】いま気温が緩やかに上昇したとすると、可
動バ−４は緩やかに上昇しようとするが、凹凸部７と板
バネ２２の噛み合いにより、可動バ−４の動きは規制を
受けて圧縮バネ２１は圧縮する。さらに可動バ−４が上
昇しようとすると、凹凸部７と板バネ２２の噛み合いが
はずれ、可動バ−４が圧縮バネ２１により急激に上昇す
る。このように可動バ−４の動きを間欠的にしている。

【００４３】第二の実施例は、第一の実施例と比較し
て、発生手段の機械的エネルギーは減少するが温度セン
サー、制御回路、アクチュエーターは不要となり単なる
板バネですみ、構造は簡単である。

【００４４】温度変化発電機の用途としては時計やカメ
ラや携帯電話など電池を使用する小型機器に応用でき
る。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よる温度変化発電機は、外部から積極的にエネルギ−を
供給することなく、自然界に存在する温度変化を利用し
て発電させることにより、電池使用の小型機器のうち、
比較的微小電力で駆動できる小型機器に使用できる。そ
の結果、電池が不要となり、無公害で、いかも半永久的
に小型機器を駆動することができる効果を備える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例における発電機を示す側
面図である。

【図２】アンモニアの飽和蒸気圧の温度依存性を示すグ
ラフである。

【図３】高圧物質の圧力、体積変化で発生する機械的エ
ネルギーを示すグラフである。

【図４】高圧物質の圧力、体積変化で発生する機械的エ
ネルギーを示すグラフである。

【図５】温度変化の折り返し点を示すグラフである。

【図６】本発明の第二の実施例における発電機を示す側
面図である。

【符号の説明】

２ 容器 ４ 可動バー ７ 凹凸部 ８ アクチュエーター ９ 温度センサー １２ ロ−タ− ２１ 圧縮バネ ２２ 板バネ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伸縮可能な部分を持つ密閉された容器
   と、容器内に液体と気体が共存する高圧物質とを有し、
   高圧物質の温度変化による圧力変化で密閉された容器の
   伸縮可能な部分より機械的エネルギ−を発生させる発生
   手段にあって、機械的エネルギ−を電気的エネルギ−に
   変換するための変換手段を有することを特徴とする温度
   変化発電機。
2. 【請求項２】 発生手段は温度変化の折り返し点近傍ま
   で伸縮を固定し、温度変化の折り返し点近傍で伸縮を解
   放する手段を有することを特徴とする請求項１記載の温
   度変化発電機。
3. 【請求項３】 発生手段は、間欠手段により間欠的機械
   エネルギ−に変換することを特徴とする請求項１記載の
   温度変化発電機。
4. 【請求項４】 高圧物質の量が一定温度以上で全て気体
   になる量であることを特徴とする請求項１記載の温度変
   化発電機。
5. 【請求項５】 高圧物質がアンモニアまたは二酸化炭素
   であることを特徴とする請求項１記載の温度変化発電
   機。