JPH11125145A - 発電方法および発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】静電蓄電装置としてのコンデンサを用いた、省
エネルギに寄与する新規でかつ簡易な発電方法および発
電装置を提供する。 【解決手段】電位Ｖ₁ の直流電源を用いてコンデンサに
電荷Ｑ₁ が蓄積され（図４のＡ〜図４のＣ）、電荷Ｑ₁
が蓄積されたコンデンサの静電容量Ｃを外部エネルギ
源、例えば廃熱源の熱エネルギを用いてＣ₁ からＣ₂ に
減少させる（図４のＤ）。これにより、熱エネルギは電
気エネルギに変換されてコンデンサに蓄積（蓄電）され
る（図４のＥ）。蓄電されたコンデンサが負荷に接続さ
れて放電され（図４のＦ）、このサイクルを繰り返すこ
とで連続的に発電することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用エンジン
の廃熱等を利用した発電方法および発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】環境保全と原油等のエネルギ資源の枯渇
回避を図るために省エネルギ技術を確立し、さらにその
可能性の極限を追求することは、全ての技術分野におけ
る重要課題の１つであり、そのための間断のない努力が
求められている。

【０００３】発電技術の分野でみると、発電効率を高め
て原油等のエネルギ資源の消費量を削減するために、ハ
ードおよびソフトの両面で種々の技術の実用化が図られ
ている。

【０００４】また、発電に要する原油等のエネルギ資源
の全部または一部に代替して廃熱、例えば、都市部にお
いて大量に発生するゴミを焼却する際の廃熱を利用する
技術等が用いられている。

【０００５】一方、昼夜間の消費電力量変動に対応して
余剰電力を備蓄する技術の観点からは、揚水発電技術や
大容量蓄電装置等が開発されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような課
題を考慮してなされたものであり、静電蓄電装置として
のコンデンサを用いた、省エネルギに寄与する新規でか
つ簡易な発電方法および発電装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明においては、直流電源（電圧源）によりコ
ンデンサに電荷を蓄積し、電荷が蓄積された前記コンデ
ンサの静電容量を外部エネルギ源により減少させること
によって前記外部エネルギ源のエネルギを電気エネルギ
に変換して蓄積（蓄電）する。これにより、外部エネル
ギ源のエネルギである機械エネルギや熱エネルギ等を電
気エネルギに有効に変換して蓄電することができる。な
お、前記外部エネルギ源のエネルギとは、電気エネルギ
以外の機械エネルギや熱エネルギ等をいう。

【０００８】本発明に係る発電方法および発電装置にお
ける発電作用は、前記コンデンサのエネルギ蓄積量（Ｗ
で示す。）の定義式であるＷ＝（１／２）×Ｑ×Ｖ（Ｑ
は電荷を示し、Ｖはコンデンサの端子間電位を示す。）
により説明できる。

【０００９】即ち、先ず前記直流電源により、初期のエ
ネルギ蓄積量Ｗ₁ が、Ｗ₁ ＝（１／２）×Ｑ₁ ×Ｖ₁ で
ある電気エネルギを前記コンデンサに蓄積する。

【００１０】次いで、前記外部エネルギ源のエネルギと
して熱エネルギ等を供給して、例えば電荷の蓄積された
可変コンデンサ（いわゆる、バリコン）等の有効電極面
積を強制的に大きくする等の方法を用いて静電容量Ｃを
Ｃ₁ からＣ₂ に減少させることにより、前記コンデンサ
の電荷Ｑ₁ が一定のままで電位Ｖ₁ が外部エネルギ源か
ら与えられたエネルギ量に応じた電位Ｖ₂ に上昇する
（Ｖ₂ ＝Ｑ₁ ／Ｃ₂ ）。この結果、前記コンデンサの電
位変化後のエネルギ蓄積量Ｗ₂ は、Ｗ₂ ＝（１／２）×
Ｑ₁ ×Ｖ₂ となり、電位の上昇分に対応するエネルギ蓄
積量Ｗ₂ −Ｗ₁ ＝（１／２）×Ｑ₁ ×（Ｖ₂ −Ｖ₁ ）だ
け初期のエネルギ蓄積量Ｗ₁ よりも増加する。

【００１１】また、本発明において、前記発電方法によ
りエネルギが蓄積された前記コンデンサを放電し、さら
に、好適には、放電後の前記コンデンサに再度直流電源
により電荷を蓄積するという、エネルギの蓄積および放
電のサイクルを繰り返すことで、電気エネルギに変換さ
れた外部エネルギ源のエネルギを適当な負荷に接続して
電力として利用することができる。

【００１２】また、本発明において、前記外部エネルギ
源により電荷を蓄積された前記コンデンサの静電容量を
減少させることで前記外部エネルギ源のエネルギを電気
エネルギに変換して前記コンデンサに蓄積する方法とし
ては、前記外部エネルギ源により前記コンデンサの電極
間距離を長くする方法、前記電極間に密閉される誘電体
の誘電率を低くする方法および前記電極面積（有効対向
電極面積）を小さくする方法のうち、少なくとも１つ以
上の方法を組み合わせて用いることにより、本発明の効
果を好適に発揮することができる。

【００１３】前記コンデンサの静電容量を減少させる各
方法の作用については、コンデンサの静電容量Ｃについ
ての定義式である、Ｃ＝（ε×Ｓ）／ｄ（εは誘電体の
比誘電率、Ｓは電極面積、ｄは電極間距離をそれぞれ示
す。）により説明できる。即ち、前記した定義式におい
て、外部エネルギ源のエネルギにより、電極間距離ｄを
長くする手段、電極間に密閉される誘電体の比誘電率ε
を低くする手段および電極面積Ｓを小さくする手段のい
ずれかを用いることによって静電容量Ｃを減少させるこ
とができる。

【００１４】この場合、機械エネルギを作用させてコン
デンサの電極間距離ｄを長くする方法においては、電極
間距離ｄを変更するための伸縮自在な支持体を有するコ
ンデンサや、電極間距離ｄを調整できるようにした可変
コンデンサを好適に用いることができる。また、同じく
機械エネルギを作用させて電極面積Ｓを小さくする方法
においては、電極面積Ｓを調整することの可能な通常の
可変コンデンサを好適に用いることができる。さらに、
熱エネルギを、一旦、機械エネルギに変換した後これを
コンデンサに作用させる方法においては、ディスプレー
サ型スターリングエンジンを用いて等温膨張過程におけ
る外部に対する仕事により前記伸縮自在な支持体を伸張
し、可変コンデンサの電極間距離ｄを長くする、または
電極面積Ｓを小さくする手段を好適に用いることができ
る。

【００１５】また、本発明における前記外部エネルギ源
により前記コンデンサの静電容量Ｃを減少させる方法に
おいては、前記コンデンサの電極間に密閉される前記誘
電体として液体を用い、前記外部エネルギ源の熱エネル
ギにより前記液体を加熱してその全量または一部を気体
とする方法を好適に用いることができる。このとき前記
液体が前記気体に相変化する割合は、加熱量により決定
される。

【００１６】発電と放電のサイクルを繰り返したい場合
には、前記コンデンサを放電して電気エネルギを消費
し、前記気体を冷却して前記液体とした後、前記コンデ
ンサに前記直流電源により電荷Ｑを再度蓄積する。

【００１７】誘電体材料の相変化を利用することによ
り、誘電体の比誘電率εを著しく低下させることができ
るとともに、電極間距離ｄを長くすることができ、本発
明の効果をより好適に発揮することができる。

【００１８】誘電体として液体を用いこれを加熱して気
体とする上記手段の作用は、以下の通りである。

【００１９】前記のように静電容量Ｃ₂ を小さくする手
段としては、電極間距離ｄを長くする方法、有効電極面
積Ｓを小さくする方法および誘電体の比誘電率εを低く
する方法がある。しかし、電極間距離ｄを長くする方法
または有効電極面積Ｓを小さくする方法を用いる場合
は、静電蓄電装置としてのコンデンサの寸法の大きなも
のを用意する必要がある。これに対して、誘電体の比誘
電率εを低くする方法を用いる場合は、前記コンデンサ
の寸法は無関係であり、コンパクトな静電蓄電装置とす
ることができる。

【００２０】かかる観点から、誘電体として液体を用
い、気化、凝縮サイクルを採用すると、直流電源により
エネルギを蓄積する時点での液体の比誘電率εは、水を
用いる場合は７９（２５℃）、エチルアルコールを用い
る場合は２４（２５℃）であるが、外部エネルギ源の熱
エネルギにより加熱されて液体が相変化した気体につい
ては、水とエチルアルコールはともにほぼ１に近いもの
となる。このため、誘電体の比誘電率εが１／７９ある
いは１／２４に大幅に低下することにより、初期のエネ
ルギを蓄積する段階のコンデンサの静電容量Ｃ₁ に対し
て電位変化後のコンデンサの静電容量Ｃ₂ が比誘電率ε
と同様に１／７９あるいは１／２４のように大幅に小さ
くなることから、水やエチルアルコール等の物質は本発
明に適用する上で非常に好適な誘電体材料であるといえ
る。なお、この場合、前記静電蓄電装置は前記電極間距
離ｄが変化しないように固定された構造のものを前提と
しているが、実用上は、前記電極間距離ｄを変更可能な
支持体として伸縮自在な可撓性材料を用い、液体の相変
化に伴う体積膨張によって電極間距離ｄを長くする方法
を併用すると、より好適である。

【００２１】上述したコンデンサの静電容量を大きく変
化させる観点からは、誘電体材料として液体時の比誘電
率の高いものを用いることが望ましいが、一方、利用度
の低い低温廃熱を有効利用する観点からは、液体の沸点
が極力低いもの、好ましくは約２００℃以下のものであ
ることが望ましい。

【００２２】また、本発明においては、使用する外部エ
ネルギ源として低温廃熱を用いることができ、この場
合、好適には、低温廃熱を前記したディスプレーサ型ス
ターリングエンジンの等温加熱工程に利用して機械エネ
ルギに変換した後コンデンサに蓄電することができる。
またさらに、低温廃熱として自動車用エンジンの廃熱を
用い、発生する電気エネルギを自動車用バッテリに充電
する方法を好適に用いることができる。ここで、本発明
における低温廃熱としては、廃熱回収技術上、有効利用
が比較的困難な８０〜６００℃程度の熱源を有効に活用
することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る発電方法およ
び発電装置の好適な実施の形態を図１〜図８を参照しな
がら説明する。

【００２４】最初に、図１の工程図および図４の表図を
参照して、本発明の第１の実施の形態に係る発電方法に
ついて説明する。

【００２５】図１および図４において、まず、電位Ｖ₁
の直流電源（電圧源）と初期静電容量Ｃ１のコンデンサ
との接続回路をオン状態にする（ステップＳ１０：図４
のＡ、図４のＢ）。

【００２６】このオン状態において、直流電源によりコ
ンデンサが充電される。換言すれば、直流電源の電気エ
ネルギが、初期のエネルギ蓄積量Ｗ₁ ｛Ｗ₁ ＝（１／
２）×Ｑ₁ ×Ｖ₁ ＝（１／２）×Ｃ₁ ×Ｖ₁ ×Ｖ₁ ｝と
してコンデンサに蓄電される（ステップＳ１２）。

【００２７】次に、直流電源とコンデンサとの接続回路
をオフ状態にする（ステップＳ１４：図４のＣ）。この
場合、静電容量Ｃ₁ のコンデンサには、初期のエネルギ
蓄積量Ｗ₁ がそのまま残留する。

【００２８】次いで、外部エネルギ源接続・解除手段に
より、詳細を後述する外部エネルギ源と静電容量Ｃ₁ の
コンデンサとを接続する（ステップＳ１６：図４の
Ｄ）。

【００２９】そして、外部エネルギ源からのエネルギの
供給によりコンデンサの静電容量を減少させ（Ｃ₁ →Ｃ
₂ ）、コンデンサの端子間の電位を上昇させる（Ｖ₁ →
Ｖ₂）。これにより、静電容量がＣ₁ からＣ₂ に変化し
たコンデンサに外部エネルギ源からのエネルギが電気エ
ネルギとして蓄電される（ステップＳ１８：図４の
Ｄ）。このときコンデンサに蓄電される電位変化後のエ
ネルギ量をＷ₂ とすると、Ｗ₂ ＝（１／２）×Ｑ₁ ×Ｖ
₂ となり、エネルギの増加量はＷ₂ −Ｗ₁ ＝（１／２）
×Ｑ₁ ×（Ｖ₂ −Ｖ₁ ）となる。なお、コンデンサの静
電容量を減少させる方法としては、静電容量ＣがＣ＝ε
×Ｓ／ｄで表されることを考慮して、比誘電率εを小さ
くする、電極間の対向面積Ｓを小さくする、および（ま
たは）電極間距離ｄを大きくすればよい。

【００３０】この状態において、外部エネルギ源接続・
解除手段により外部エネルギ源とコンデンサとの接続を
解除する（ステップＳ２０：図４のＥ）。

【００３１】次に、本発明の第２の実施の形態に係る発
電方法について、図２の工程図および図４の表図を参照
して説明する。

【００３２】図２に示す本発明の第２の実施の形態に係
る発電方法のうち、ステップＳ１１０〜ステップＳ１２
０は、図１に示した本発明の第１の実施の形態のステッ
プＳ１０〜ステップＳ２０と同様である。

【００３３】そして、ステップＳ１２０の処理後に静電
容量がＣ₂ になってエネルギが蓄積されているコンデン
サと、負荷との接続回路をオン状態にする（ステップＳ
１２２：図４のＦ）。

【００３４】これにより、コンデンサから負荷に電気エ
ネルギが供給される（ステップＳ１２４：図４のＦ）。

【００３５】次いで、本発明の第３の実施の形態に係る
発電方法について、図３の工程図および図４の表図を参
照して説明する。

【００３６】図３に示す本発明の第３の実施の形態に係
る発電方法のうち、ステップＳ２１０〜ステップＳ２２
４は、図２に示した本発明の第２の実施の形態のステッ
プＳ１１０〜ステップＳ１２４と同様である。

【００３７】すなわち、本発明の第３の実施の形態に係
る連続的な発電方法では、図２に示す本発明の第２の実
施の形態のステップＳ１１０〜ステップＳ１２４の各々
に対応する手順を経て、さらに、コンデンサと負荷との
接続回路をオフ状態にした後（ステップＳ２２６：図４
のＧ）、最初の工程に戻る（ステップＳ２１０：図４の
Ａ）。このようにして、基本的には、コンデンサへの充
電、充電したコンデンサに対する外部エネルギの付与、
コンデンサの放電の一連の工程を繰り返すことにより連
続的な発電が行われる。

【００３８】次に、図５に示す装置概念図により、本発
明の第３の実施の形態に係る連続的な発電方法との関係
において好適な装置例としての第１の実施例について説
明する。

【００３９】図５例の発電装置は、静電容量の変更可能
な構造を有する静電蓄電装置としてのコンデンサ２を有
し、コンデンサ２には、直流電源供給手段４と、外部エ
ネルギ源供給手段６と、負荷手段８と、冷却エネルギ源
供給手段１０とがそれぞれ接続される。

【００４０】コンデンサ２は、電極端子を含む一対の電
極１２ａ、１２ｂと、この電極１２ａ、１２ｂ間に密閉
された誘電体である水１４と、水１４の体積または圧力
変化に応じて伸縮自在に電極１２ａ、１２ｂ間の距離を
可変させる支持体である絶縁物のベローズ１６とで構成
される。

【００４１】直流電源供給手段４は、直流電源１８とス
イッチ２０とで構成される。

【００４２】外部エネルギ源供給手段６は、外部エネル
ギ源としての自動車用エンジンの廃熱２２と、この廃熱
２２とコンデンサ２の誘電体である水１４との間で熱交
換を行う外部エネルギ源接続・解除手段としてのヒート
パイプ２４と、ヒートパイプ２４と廃熱２２との間に設
けられたバルブ２５とを有する。

【００４３】負荷手段８は、負荷とされる自動車用バッ
テリ２６と、スイッチ２８と、抵抗器３０とから構成さ
れる。この場合、抵抗器３０は、自動車用バッテリ２６
に対する充電電流を制限するために挿入されている。

【００４４】冷却エネルギ源供給手段１０は、冷却エネ
ルギ源としての冷却水３２と、この冷却水３２とコンデ
ンサの誘電体である水（加熱された水または水蒸気）１
４との間で熱交換を行う冷却源接続・解除手段としての
ヒートパイプ３４と、ヒートパイプ３４と冷却水３２と
の間に設けられたバルブ３６とを有する。

【００４５】次に、図５例の装置の作用について説明す
る。

【００４６】先ず、バルブ２５とバルブ３６とが閉じた
状態において、スイッチ２０をオン状態にして直流電源
１８とコンデンサ２とを接続する。これにより、コンデ
ンサ２の電極１２ａ、１２ｂの対向面積、電極１２ａ、
１２ｂ間の距離および誘電体である水１４の比誘電率に
よって決定される静電容量と直流電源１８の電位とから
定められる電気エネルギがコンデンサ２に蓄積される
（図４のＢ）。

【００４７】次いで、スイッチ２０をオフ状態にして直
流電源１８とコンデンサ２との接続を解除した後、バル
ブ２５を開き、ヒートパイプ２４を介して外部エネルギ
源のエネルギである自動車用エンジンの廃熱２２をコン
デンサ２の誘電体である水１４に導入して加熱する。こ
れにより、誘電体である水１４は徐々に蒸発し受熱量に
応じて水蒸気に相変化する（液相→気相）。誘電体であ
る水１４の相変化による体積膨張によりコンデンサ２の
支持体である絶縁物のベローズ１６が伸張し電極１２
ａ、１２ｂ間の距離が大きくなるとともに誘電体である
水１４および水蒸気の比誘電率が低下することにより、
外部エネルギ源である自動車用エンジンの廃熱２２が電
気エネルギに変換されてコンデンサ２に蓄積される（図
４のＤ）。この場合、電極１２ａ、１２ｂ間の距離の増
加と誘電体である水１４の比誘電率の低下によりコンデ
ンサ２の静電容量が減少し、コンデンサ２の端子（電極
１２ａ、１２ｂ）間の電位が上昇する。

【００４８】外部エネルギが蓄えられた状態においてバ
ルブ２５を閉じ、外部エネルギ源のエネルギである自動
車用エンジンの廃熱２２とコンデンサ２との接続を解除
する。

【００４９】この後、スイッチ２８をオン状態とし、コ
ンデンサ２と負荷である自動車用バッテリ２６とを接続
して、コンデンサ２に蓄積されているエネルギである電
荷を放電することにより自動車用バッテリ２６を充電す
る。コンデンサ２に蓄えられていた電荷の全量または一
部の電荷を放電した後、スイッチ２８をオフ状態にす
る。これにより、負荷である自動車用バッテリ２６とコ
ンデンサ２との接続が解除される。

【００５０】次いで、バルブ３６を開き、誘電体である
水蒸気をヒートパイプ３４を介して冷却エネルギ源であ
る冷却水３２により冷却して水１４に戻す（気相→液
相）。これによりベローズ１６が収縮して元にもどる。
この後、バルブ３６を閉じることで、冷却エネルギ源で
ある冷却水３２とコンデンサ２との接続を解除して初期
の状態に戻す。

【００５１】そして、再び、スイッチ２０をオン状態と
して直流電源１８とコンデンサ２とを接続し、前記した
一連の手順を繰り返すことにより、連続的に発電を行う
ことができる。

【００５２】なお、図５例に示す第１の実施例におい
て、外部エネルギ源のエネルギである自動車用エンジン
の廃熱２２に代えて、ラジエタやブレーキパッドの放散
熱を用いてもよく、これらの放散熱から変換された電気
エネルギは自動車用バッテリの補助充電電源として好適
である。

【００５３】次に、図６に示す発電装置の他の概念図を
参照して、外部エネルギ源によりコンデンサの静電容量
を減少させるために電極面積（有効対向電極面積）を減
少させる手段を用いる第２の実施例を説明する。

【００５４】図６例の発電装置において、直流電源供給
手段４と負荷手段８とは、第１の実施例の各手段に示し
たものと対応するものである。

【００５５】コンデンサ３８は、誘電体を空気とした可
変コンデンサ（いわゆる、バリコン）であり、それぞ
れ、複数の固定電極４２ａと可動電極４２ｂ、およびこ
の可動電極４２ｂと連結されるロッド４４を有する。

【００５６】コンデンサ３８には有効対向電極面積初期
値設定手段であるロッド回転手段４６が付設される。

【００５７】外部エネルギ源供給手段４０は、外部エネ
ルギ源接続・解除手段である駆動力伝達機構４８とこの
駆動力伝達機構４８を介してコンデンサ３８に接続され
る外部エネルギ源とから構成される。外部エネルギ源
は、一次エネルギとしての廃熱２２を機械エネルギに変
換する機構を有するディスプレーサ型スターリングエン
ジン５０である。なお、ディスプレーサ型スターリング
エンジン５０の装置の詳細については後述する。

【００５８】次に、図６例の発電装置の作用について説
明する。

【００５９】先ず、コンデンサ３８のロッド４４をロッ
ド回転手段４６により回転させることで、ロッド４４と
一体的に連結されている可動電極４２ｂを回転させ、有
効対向電極面積初期値を設定することによりコンデンサ
３８の初期静電容量を決定する（Ｃ＝Ｃ₁ ：図４の
Ａ）。

【００６０】次いで、ロッド回転手段４６とコンデンサ
３８との接続を解除した後、スイッチ２０をオン状態に
して直流電源１８とコンデンサ３８とを接続する。これ
により、設定された初期静電容量と直流電源１８の電位
とに相応した所定の電荷を有する電気エネルギがコンデ
ンサ３８に蓄積される（図４のＢ）。

【００６１】電気エネルギが蓄積された状態において、
スイッチ２０をオフ状態にして直流電源１８とコンデン
サ３８との接続を解除する（図４のＣ）。この後、外部
エネルギ源であるディスプレーサ型スターリングエンジ
ン５０を付勢し、外部エネルギ源接続・解除手段である
駆動力伝達機構４８を介してロッド４４（可動電極４２
ｂ）を有効対向電極面積初期値設定のときとは逆方向に
回転させて有効対向電極面積を小さくすることにより、
外部エネルギ源であるディスプレーサ型スターリングエ
ンジン５０の機械エネルギが電気エネルギに変換されて
コンデンサ３８に蓄積される。これによりコンデンサ３
８の静電容量が減少し（Ｃ₁ →Ｃ₂ ）、電位が上昇する
（Ｖ₁ →Ｖ₂ ：図４のＤ）。

【００６２】外部エネルギ源接続・解除手段である駆動
力伝達機構４８とコンデンサ３８との接続を解除した
後、スイッチ２８をオン状態にしてコンデンサ３８と負
荷である自動車用バッテリ２６とを接続して、自動車用
バッテリ２６を充電する。

【００６３】コンデンサ３８に蓄積された電荷の全量ま
たは一部を放電させて（図４のＦ）、スイッチ２８をオ
フ状態とした後（図４のＧ）、再度、ロッド回転手段４
６を用いてロッド４４を介して可動電極４２ｂを回転し
て有効対向電極面積初期値を設定する工程に戻る（図４
のＡ）。すなわち、コンデンサ３８の静電容量をＣ₂か
らＣ₁ に戻す。このような一連の手順を繰り返すことに
より、連続的に発電を行うことができる。

【００６４】図７に、外部エネルギ源の廃熱２２を機械
エネルギに変換する手段として図６の第２の実施例にお
いて用いたディスプレーサ型スターリングエンジン５０
の構成を概念的に示し、以下、その機器構成および作動
原理を説明する。

【００６５】まず、機器構成について説明する。ディス
プレーサ型スターリングエンジン５０は、ディスプレー
サピストン５２が挿通されたディスプレーサシリンダ５
４と、パワーピストン５６が挿通されたパワーシリンダ
５８を有しており、ディスプレーサシリンダ５４とパワ
ーシリンダ５８とは各室の内部空間部が連通している。
ディスプレーサピストン５２とパワーピストン５６とは
一定の位相差θ°、好ましくは９０°の位相差を付けて
クランクシャフト６０に連結されている。また、ディス
プレーサシリンダ５４と一体的にヒータ６２、クーラー
（冷却器）６４、再生熱交換器６６で構成される外部熱
源が設けられ、前記外部熱源を介してディスプレーサシ
リンダ５４の上下の室の内部空間部が連通される。ヒー
タ６２は自動車用エンジンの廃熱２２等を加熱源とし、
クーラー（冷却器）６４は冷却用フィン等の空冷機構で
構成される。

【００６６】次に、作動原理について説明する。図７
中、ディスプレーサピストン５２が下向きに移動するこ
とで、ディスプレーサシリンダ５４の室６８ａの作動ガ
スが蓄熱されている再生熱交換器６６およびヒータ６２
を通過して高温となりディスプレーサシリンダ５４の室
６８ｂへ流れ込む。この場合、ディスプレーサシリンダ
５４とパワーシリンダ５８との全体の内部空間容積が一
定の下で室６８ｂの高温ガスの容積比率が高くなること
により作動ガスの圧力が高まる（等容加熱過程）。

【００６７】高まったエンジン内圧力によりパワーピス
トン５６が、図７中、下向きに移動しクランクシャフト
６０を回転して回転動力を外部に伝達する（等温膨張過
程）。

【００６８】次いで、ディスプレーサピストン５２が、
図７中、上向きに移動することで、ディスプレーサシリ
ンダ５４の室６８ｂの作動ガスが、放熱された再生熱交
換器６６およびクーラー（冷却器）６４を通過して低温
となってディスプレーサシリンダ５４内の室６８ａへ流
れ込み、作動ガスの圧力が低下する（等容冷却過程）。

【００６９】次いで、パワーピストン５６が、図７中、
上向きに移動して作動ガスに圧縮仕事を行う（等温圧縮
過程）。

【００７０】ここで、ディスプレーサシリンダ５４の各
々の室６８ａ、６８ｂは各熱サイクル過程移行後、直ち
に同圧となるため、ディスプレーサピストン５２は、外
部に対する駆動動力源とはならない。

【００７１】このようにして、図６に示す第２の実施例
においては、クランクシャフト６０の回転により得られ
た回転動力を外部エネルギ源接続・解除手段である駆動
力伝達機構４８を介してロッド４４に伝達し、ロッド４
４を回転させてコンデンサ３８の可動電極４２ｂを有効
対向電極面積が小さくなる方向に回転させることによ
り、外部エネルギ源の廃熱２２を機械エネルギに変換す
るディスプレーサ型スターリングエンジン５０で発生し
た機械エネルギが電気エネルギに変換されてコンデンサ
３８に蓄積される。

【００７２】次に、図８を参照して、外部エネルギ源と
して一次エネルギの廃熱を機械エネルギに変換する前記
ディスプレーサ型スターリングエンジン５０を用い、コ
ンデンサの電極間距離を長くする第３の実施例について
説明する。

【００７３】図８例に示す発電装置において、直流電源
接続手段４および負荷手段８は図６の第２の実施例の各
手段と対応するものである。第３の実施例と第２の実施
例との相違点は、この第３の実施例においては、コンデ
ンサ６８の可動電極７０ｂがロッド７２の軸方向への移
動に伴って移動し、固定電極７０ａと可動電極７０ｂと
の電極間距離を調整できる電極間距離初期値設定手段で
あるロッド移動手段７４を有している点、およびこれに
対応して外部エネルギ源供給手段７６を構成する外部エ
ネルギ源接続・解除手段である駆動力伝達機構７８もロ
ッド７２を軸方向に移動させる機構を有する点である。

【００７４】図８例の発電装置において、先ず、電極間
距離初期値設定手段であるロッド移動手段７４を用いて
コンデンサ６８のロッド７２を介して可動電極７０ｂを
ロッド７２の軸方向に移動させて電極間距離初期値を設
定することにより、初期静電容量を決定する（図４の
Ｂ）。

【００７５】次に、電極間距離初期値設定手段であるロ
ッド移動手段７４とコンデンサ６８との接続を解除した
後、スイッチ２０をオン状態にして直流電源１８とコン
デンサ６８とを接続して、所定の電荷をコンデンサ６８
に蓄積する（図４のＢ）。

【００７６】電荷が蓄積された状態において、スイッチ
２０をオフ状態にして直流電源１８とコンデンサ６８と
の接続を解除する（図４のＣ）。その後、外部エネルギ
源であるディスプレーサ型スターリングエンジン５０を
付勢して外部エネルギ源接続・解除手段である駆動力伝
達機構７８を介してコンデンサ６８の可動電極７０ｂを
初期値設定のときとは逆方向に移動させて電極間距離を
長くすることにより、外部エネルギ源であるディスプレ
ーサ型スターリングエンジン５０の機械エネルギが電気
エネルギに変換されてコンデンサ６８に蓄積される（図
４のＤ）。

【００７７】この後、外部エネルギ源であるディスプレ
ーサ型スターリングエンジン５０とコンデンサ６８との
接続を解除し（図４のＥ）、負荷手段８のスイッチ２８
をオン状態にしてコンデンサ６８と負荷である自動車用
バッテリ２６とを接続して、自動車用バッテリ２６を充
電する（図４のＦ）。

【００７８】コンデンサ６８の電荷の全量または一部を
放電し、スイッチ２８をオフ状態とした後（図４の
Ｇ）、再度、電極間距離初期値設定手段であるロッド移
動手段７４を用いてロッド７２を介して可動電極７０ｂ
を移動して電極間距離初期値を設定する工程に戻る（図
４のＡ）。

【００７９】前記した一連の手順を繰り返すことによ
り、連続的に発電を行うことができる。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
直流電源を用いてコンデンサに電荷を蓄積し、電荷が蓄
積された前記コンデンサの静電容量を外部エネルギ源を
用いて減少させることにより、前記外部エネルギ源のエ
ネルギを電気エネルギに変換して蓄電（蓄積）するよう
にしている。

【００８１】このため、外部エネルギ源である熱エネル
ギや機械エネルギ等のエネルギを電気エネルギに有効に
変換して蓄電することができるという効果が達成され
る。

【００８２】また、蓄電された電気エネルギを放電し、
再度蓄電することにより、外部エネルギ源を利用して連
続的に発電することができ、いわゆる省エネルギに貢献
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発電方法の工
程図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る発電方法の工
程図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る発電方法の工
程図である。

【図４】図１〜図３の工程図の各ステップに対応する回
路（装置の構成）およびコンデンサのエネルギ蓄積量を
示す表図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る発電方法を実
施するための第１の実施例の装置の概念図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態に係る発電方法を実
施するための第２の実施例の装置の概念図である。

【図７】図６に示す第２の実施例で用いられるディスプ
レーサ型スターリングエンジンの概念図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態に係る発電方法を実
施するための第３の実施例の装置の概念図である。

【符号の説明】

２、３８、６８…コンデンサ ４…直流電源供給手
段 ６、４０、７６…外部エネルギ源供給手段 ８…負荷手段 １０…冷却エネルギ
源供給手段 １２ａ、１２ｂ、４２ａ、４２ｂ、７０ａ、７０ｂ…電
極 １４…水 １６…ベローズ １８…直流電源 ２４、３４…ヒート
パイプ ２６…自動車用バッテリ ４４、７２…ロッド ４６…ロッド回転手段 ４８、７８…駆動力
伝達機構 ５０…ディスプレーサ型スターリングエンジン ５２…ディスプレーサピストン ５４…ディスプレー
サシリンダ ５６…パワーピストン ５８…パワーシリン
ダ ６０…クランクシャフト ６２…ヒータ ６４…クーラー（冷却器） ６６…再生熱交換器 ７４…ロッド移動手段

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源によりコンデンサに電荷を蓄積す
   る工程と、 電荷が蓄積された前記コンデンサの静電容量を外部エネ
   ルギ源により減少させることで前記外部エネルギ源のエ
   ネルギを電気エネルギに変換して前記コンデンサに蓄積
   する工程と、 を有することを特徴とする発電方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の発電方法において、前記コ
   ンデンサの静電容量を減少させることで前記外部エネル
   ギ源のエネルギを電気エネルギに変換して前記コンデン
   サに蓄積する工程は、前記外部エネルギ源により前記コ
   ンデンサの電極間距離を長くする工程、前記電極間に密
   閉される誘電体の誘電率を低くする工程および前記電極
   面積を小さくする工程のうち、少なくとも１つ以上の工
   程の組み合わせからなることを特徴とする発電方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の発電方法において、前記コ
   ンデンサの静電容量を減少させることで前記外部エネル
   ギ源のエネルギを電気エネルギに変換して前記コンデン
   サに蓄積する工程は、前記コンデンサの電極間に密閉さ
   れる誘電体として液体を用いるとともに前記外部エネル
   ギ源のエネルギとして熱エネルギを用い、前記熱エネル
   ギにより前記液体を加熱して一部または全部を気体とす
   る工程であることを特徴とする発電方法。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電
   方法において、さらに、エネルギが蓄積された前記コン
   デンサを放電する工程を有することを特徴とする発電方
   法。
5. 【請求項５】コンデンサと、 前記コンデンサに電荷を蓄積する直流電源と、 電荷が蓄積された前記コンデンサにエネルギを与える外
   部エネルギ源と、 を有し、 前記外部エネルギ源により電荷が蓄積された前記コンデ
   ンサの静電容量を減少させることで前記外部エネルギ源
   のエネルギを電気エネルギに変換して前記コンデンサに
   蓄積することを特徴とする発電装置。
6. 【請求項６】請求項５記載の発電装置において、さら
   に、エネルギが蓄積された前記コンデンサを放電する手
   段を有することを特徴とする発電装置。
7. 【請求項７】請求項６記載の発電装置において、 前記外部エネルギ源を自動車用エンジンの廃熱とし、前
   記コンデンサを放電して発生した電気エネルギを前記自
   動車用バッテリに充電することを特徴とする発電装置。