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JP2007046484A - Rotary solar energy steam engine - Google Patents

Rotary solar energy steam engine Download PDF

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JP2007046484A
JP2007046484A JP2005229151A JP2005229151A JP2007046484A JP 2007046484 A JP2007046484 A JP 2007046484A JP 2005229151 A JP2005229151 A JP 2005229151A JP 2005229151 A JP2005229151 A JP 2005229151A JP 2007046484 A JP2007046484 A JP 2007046484A
Authority
JP
Japan
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rotor
sealed container
steam
liquid
volume chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2005229151A
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Japanese (ja)
Inventor
Susumu Fukunaga
晋 福永
Yasushi Yamamoto
康 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP2005229151A priority Critical patent/JP2007046484A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively obtain mechanical energy from solar heat existing in nature by a steam engine with a simple composition. <P>SOLUTION: A rotor 1 provided with a plurality of volume chambers 11 is rotatably arranged in a closed vessel 2 filled with liquid. A transparent part 4 is provided below the closed vessel 2. Sunlight penetrating through the transparent part 4 produces steam by heating liquid in the volume chamber 11. Since the steam builds up in the volume chamber 11, buoyant force acts on the volume chamber 11 on one side of the rotor 1 to produce rotation energy by rotating the rotor 1. With the rotation of the rotor 1, steam in the volume chamber 11 is discharged inside the closed vessel 2 to lead to a capacitor 3, in which the steam is condensed to circulate to the closed vessel 2. Since the pressure inside the closed vessel 2 is kept to be a saturated vapor pressure by a vacuum pump 34, liquid is evaporated even at low temperature. By so doing, the rotor 1 can be rotated. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、熱エネルギを回転エネルギ等の機械的エネルギに変換するための蒸気エンジン、殊に、自然界に存在する太陽熱から効率的に機械的エネルギを発生させる、簡易な構成を備えた蒸気エンジンに関するものである。   The present invention relates to a steam engine for converting thermal energy into mechanical energy such as rotational energy, and more particularly to a steam engine having a simple configuration that efficiently generates mechanical energy from solar heat existing in nature. Is.

環境対策あるいは省資源、省エネルギの観点から、近年、多様なエネルギ資源の利用技術の開発が進んでおり、その中には、自然エネルギである太陽熱を熱源として機械的エネルギを取り出す技術がある。一般に、熱エネルギを回転エネルギ等の機械的エネルギに変換するには熱機関(エンジン)が使用され、太陽熱の場合も同様である。   In recent years, various energy resource utilization techniques have been developed from the viewpoints of environmental measures, resource saving, and energy saving. Among them, there is a technique for extracting mechanical energy using solar heat, which is natural energy, as a heat source. Generally, a heat engine (engine) is used to convert heat energy into mechanical energy such as rotational energy, and the same applies to solar heat.

内燃機関あるいは蒸気タービンなどの熱機関は、石油、天然ガス等、通常の燃料の燃焼により、高温高圧の作動流体を発生させて熱エネルギを機械的エネルギに変換するものであリ、高温状態の熱源から機械的エネルギを取り出すので熱効率が高い。ところが、太陽熱を利用する場合は、大規模な集光装置を備えた大掛かりな太陽熱プラントは別として、太陽熱による熱源は、一般的にそれほど高温ではない、つまり低温状態の熱エネルギであって、このような熱源から機械的エネルギを効率的に取り出すには、低温状態の熱源に適した熱機関が必要となる。   A heat engine such as an internal combustion engine or a steam turbine generates high-temperature and high-pressure working fluid by burning normal fuel such as oil and natural gas, and converts heat energy into mechanical energy. Thermal efficiency is high because mechanical energy is extracted from the heat source. However, when using solar heat, apart from a large-scale solar heat plant equipped with a large-scale concentrator, the heat source by solar heat is generally not so high, that is, heat energy in a low temperature state. In order to efficiently extract mechanical energy from such a heat source, a heat engine suitable for a low-temperature heat source is required.

太陽熱等の低温状態の熱源から機械的エネルギを発生させる熱機関として、特開2001−20706号公報に示されるエンジンがある。このエンジンは、図3に示されるように、蒸気発生部101と冷却部102とを備え、それらの間はノズル103で連結される。冷却部102のノズル103と対向する位置にはタービン106が配置してあり、タービン106はマグネット107と一体となって回転する。マグネット107の内側には、静止した発電コイル110が対向するように配置され、マグネット107と発電コイル110は発電装置を構成する。蒸気発生部101と冷却部102とはそれぞれ密閉され、その内部には作動流体である水104が封入されるとともに、内部の空気等は真空ポンプにより排気されている。また、冷却部102の上方には放熱のための多数のヒートパイプ105が取り付けられている。   As a heat engine for generating mechanical energy from a low-temperature heat source such as solar heat, there is an engine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-20706. As shown in FIG. 3, the engine includes a steam generation unit 101 and a cooling unit 102, and these are connected by a nozzle 103. A turbine 106 is disposed at a position facing the nozzle 103 of the cooling unit 102, and the turbine 106 rotates integrally with the magnet 107. Inside the magnet 107, a stationary power generation coil 110 is disposed so as to face the magnet 107, and the magnet 107 and the power generation coil 110 constitute a power generation device. The steam generation unit 101 and the cooling unit 102 are hermetically sealed, and water 104 as a working fluid is sealed therein, and the internal air and the like are exhausted by a vacuum pump. A large number of heat pipes 105 for heat dissipation are attached above the cooling unit 102.

蒸気発生部101と冷却部102とは全体としてヒートパイプをなしており、蒸気発生部101で下方から加熱され水蒸気となった水104は、高速流となりノズル103からタービン106のブレードに噴出する。これにより、タービン106及びマグネット107が回転して回転エネルギが生じ、回転エネルギはマグネット107と発電コイル110により最終的には電気エネルギの形に変換されて外部に出力される。タービン106を駆動した後の蒸気は、ヒートパイプ105の放熱作用に伴い冷却されて水に戻る。この復水は重力によって冷却部102の下方に落下し、中央部から蒸気発生部101に還流される。   The steam generating unit 101 and the cooling unit 102 form a heat pipe as a whole, and the water 104 heated from below by the steam generating unit 101 to become water vapor is jetted from the nozzle 103 to the blades of the turbine 106. Thereby, the turbine 106 and the magnet 107 rotate to generate rotational energy, and the rotational energy is finally converted into electric energy by the magnet 107 and the power generation coil 110 and is output to the outside. The steam after driving the turbine 106 is cooled and returned to water as the heat pipe 105 dissipates heat. This condensate falls below the cooling unit 102 due to gravity, and is returned to the steam generation unit 101 from the center.

密封容器内に封入された液体の蒸発と凝縮とを利用するヒートパイプは、一般的には熱の輸送手段つまり熱伝達装置として用いられるものである。しかし、ヒートパイプ内に封入された液体の蒸気は大きな速度エネルギを伴って移動するから、上記のとおりこれから動力を取り出すことが可能であって、この場合には、低温状態の熱源から機械的エネルギを取り出すことができるようになる。
特開2001−20706号公報
A heat pipe that uses evaporation and condensation of a liquid sealed in a sealed container is generally used as a heat transport means, that is, a heat transfer device. However, since the liquid vapor enclosed in the heat pipe moves with a large velocity energy, it is possible to take out power from this as described above, and in this case, mechanical energy is obtained from a low-temperature heat source. Can be taken out.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-20706

特許文献1に示されるタービンは、作動流体の速度エネルギを利用するいわゆる速度型機関であるが、タービンを効率的に作動させるには、タービンの回転数を上昇させその周速を蒸気の速度に匹敵するような値まで増大させる必要がある。タービンを小型化し直径を小さくしたときは、タービン回転数は非常に高回転となり、タービンには大きな遠心力が作用して破損の虞れが生じるとともに、高速回転の機関により負荷を駆動するには、通常、減速機を設置して回転数を低下させることが不可欠となる。発電機を利用して電気エネルギの形で動力を取り出す場合でも、高速の発電機は制御装置などが複雑で高価なものである。さらに、加熱部の温度が低く蒸気が低温であるときは、蒸気の過熱度が低いので冷却により水滴が生じやすい。水滴が発生すると高速でタービンブレードに衝突し、タービンブレードには水滴の衝突による浸食、いわゆるエロージョンが起こる。   The turbine shown in Patent Document 1 is a so-called speed type engine that uses the velocity energy of the working fluid. However, in order to operate the turbine efficiently, the rotational speed of the turbine is increased and the peripheral speed thereof is changed to the steam speed. It needs to be increased to a comparable value. When the turbine is downsized and the diameter is reduced, the turbine rotation speed becomes very high, and a large centrifugal force acts on the turbine, which may cause damage, and to drive the load with a high-speed engine Usually, it is indispensable to install a reduction gear to reduce the rotational speed. Even when a generator is used to extract power in the form of electric energy, a high-speed generator has a complicated control device and the like. Furthermore, when the temperature of the heating unit is low and the steam is low temperature, the degree of superheat of the steam is low, so that water droplets are likely to be generated by cooling. When water droplets are generated, they collide with the turbine blades at high speed, and the turbine blades undergo erosion due to the collision of water droplets, so-called erosion.

また、密閉容器の中に熱機関を収容しこれを回転させるときは、回転軸はシール性を備えた軸受により支持しなければならない。タービンのような高速回転を行う回転軸を支持するには精密な軸受が必要であって、シール性を確保しながら支持するには、その軸受部に複雑高価なものを採用することとなり、保守管理のコストも増大する。
本発明の課題は、太陽熱を熱源として機械的エネルギを得るために適した、簡易な構成を有する熱機関を提供し、従来の熱機関における上述の問題点を解決することにある。
Further, when the heat engine is housed in a sealed container and rotated, the rotating shaft must be supported by a bearing having a sealing property. A precision bearing is required to support a rotating shaft that rotates at a high speed, such as a turbine. To support the shaft while ensuring sealing performance, a complicated and expensive bearing is used for maintenance. Management costs also increase.
An object of the present invention is to provide a heat engine having a simple configuration suitable for obtaining mechanical energy using solar heat as a heat source, and to solve the above-described problems in the conventional heat engine.

上記の課題に鑑み、本発明の蒸気エンジンは、液体を充満させた密閉容器内に複数の容積室を設けたロータを配置し、その容積室に太陽光を照射し液体を蒸発させて生じる浮力を利用してロータを回転させることにより、簡易な構造で低回転であっても効率的に動力を取り出すものである。すなわち、本発明は、
「液体を封入した密閉容器を設置して、前記密閉容器の上方には液体の蒸気を凝縮するコンデンサを前記密閉容器と連通させて配置し、
前記密閉容器の内部には、複数の容積室を形成したロータを設け、前記ロータを液体中に浸漬して前記密閉容器に回転可能に支持し、
前記密閉容器には、光線を前記密閉容器内に通過させる透光部を設け、
前記透光部から太陽光線を前記容積室に照射して、前記容積室内の液体を蒸発させ、
前記ロータの一方側に浮力を作用させて、前記ロータを回転させる」
ことを特徴とする蒸気エンジンとなっている。
In view of the above problems, the steam engine according to the present invention has a buoyancy generated by disposing a rotor provided with a plurality of volume chambers in a sealed container filled with liquid and irradiating the volume chamber with sunlight to evaporate the liquid. Rotating the rotor using the power efficiently extracts the power even with a low rotation with a simple structure. That is, the present invention
“Installing a sealed container filled with liquid, and placing a condenser for condensing liquid vapor in communication with the sealed container above the sealed container,
Provided inside the sealed container is a rotor having a plurality of volume chambers, and the rotor is immersed in a liquid and supported rotatably on the sealed container;
The sealed container is provided with a translucent part that allows light to pass through the sealed container,
By irradiating the volume chamber with sunlight from the light transmitting portion, the liquid in the volume chamber is evaporated,
Rotating the rotor by applying buoyancy to one side of the rotor "
It is a steam engine characterized by this.

請求項2に記載のように、前記ロータの複数の前記容積室の間には、前記ロータの径方向に対し回転方向の後ろ向きに傾斜した仕切壁を形成することが好ましい。   According to a second aspect of the present invention, it is preferable that a partition wall that is inclined backward in the rotational direction with respect to the radial direction of the rotor is formed between the plurality of volume chambers of the rotor.

また、請求項3に記載のように、前記コンデンサに真空ポンプを接続して、前記密閉容器及び前記コンデンサ内の圧力を液体の飽和蒸気圧とすることが好ましい。   In addition, as described in claim 3, it is preferable that a vacuum pump is connected to the capacitor so that the pressure in the sealed container and the capacitor is a saturated vapor pressure of the liquid.

本発明の蒸気エンジンでは、液体を封入した密閉容器内に、複数の容積室を形成したロータを液体中に浸漬させて設置し、このロータの一方側の容積室に太陽光線を照射して蒸気を発生させる。蒸気は容積室内の液体を押しのけて一方側の容積室に充満し、その蒸気は液体に比べはるかに比重量が小さいから、ロータの一方側には密度差による浮力が作用してロータに回転トルクが働く。容積室はロータに連続的に複数個設けられているので、ロータは連続的に回転し、これにより、動力を取り出すことができる。ロータに作用する浮力の大きさはロータの回転速度には無関係であるため、ロータが低速で回転する際にも一定のトルクが得られる。したがって、このエンジンは、蒸気の速度エネルギを回転エネルギに変換するタービンとは異なり、低速でも効率よく作動させることが可能である。
ロータの容積室内の蒸気は、ロータの回転に伴って密閉容器内の液体中に排出され、密閉容器の上部に配置されたコンデンサ内に送られる。蒸気はここで冷却され凝縮して液体となり、密閉容器内に還流する。
In the steam engine of the present invention, a rotor having a plurality of volume chambers is immersed in a liquid in a sealed container enclosing the liquid, and the volume chamber on one side of the rotor is irradiated with sunlight to vapor. Is generated. The steam pushes the liquid in the volume chamber and fills the volume chamber on one side, and the vapor has a much smaller specific weight than the liquid, so the buoyancy due to the density difference acts on one side of the rotor and the rotational torque on the rotor Work. Since a plurality of volume chambers are continuously provided in the rotor, the rotor rotates continuously, and thus power can be taken out. Since the magnitude of the buoyancy acting on the rotor is independent of the rotational speed of the rotor, a constant torque can be obtained even when the rotor rotates at a low speed. Therefore, unlike a turbine that converts steam velocity energy into rotational energy, this engine can be operated efficiently even at low speeds.
Vapor in the volume chamber of the rotor is discharged into the liquid in the sealed container as the rotor rotates, and is sent into a condenser arranged at the upper part of the sealed container. The vapor is cooled and condensed here to become a liquid, which is refluxed into the sealed container.

この蒸気エンジンのロータは、外周に複数の容積室を形成しただけの構造であり、蒸気の発生は密閉容器の透光部を通過する太陽光により行われる。したがって、ロータとの間で相対的に動く可動部材や可動部のシール部材等を設ける必要がない。つまり、構造が単純で簡易なものであるから、耐久性に優れ保守管理のコストを大幅に削減することができる。そして、回転速度も低速であるため、タービンのように、回転軸を支持するベアリングに高回転用の精度の高いものを採用する必要はなく、また、水滴の衝突に起因するエロージョンは発生しない。   The rotor of this steam engine has a structure in which a plurality of volume chambers are formed on the outer periphery, and steam is generated by sunlight passing through the light-transmitting part of the sealed container. Therefore, there is no need to provide a movable member that moves relative to the rotor, a seal member for the movable portion, or the like. That is, since the structure is simple and simple, the durability is excellent and the maintenance management cost can be greatly reduced. Since the rotational speed is also low, it is not necessary to use a high-precision bearing for supporting the rotating shaft as in the turbine, and erosion caused by the collision of water droplets does not occur.

請求項2の発明のように、ロータの複数の前記容積室の間に、ロータの径方向に対し回転方向の後ろ向きに傾斜した仕切壁を形成すると、太陽光の照射で発生した蒸気は、容積室内の液体をロータの回転方向後方に向けて排出する。ロータは排出される液体から反動作用を受け、これにより、ロータに作用する回転方向のトルクが助勢されることとなり、蒸気エンジンとしての出力及び効率をより向上させることができる。   When the partition wall inclined backward in the rotational direction with respect to the radial direction of the rotor is formed between the plurality of volume chambers of the rotor as in the invention of claim 2, the steam generated by the irradiation of sunlight is The liquid in the room is discharged toward the rear in the rotational direction of the rotor. The rotor receives a reaction for reaction from the discharged liquid, whereby the rotational torque acting on the rotor is assisted, and the output and efficiency of the steam engine can be further improved.

請求項3の発明のように、コンデンサに真空ポンプを接続してコンデンサ内から空気等のガスを排気し、密閉容器及びコンデンサ内の圧力を封入された液体の飽和蒸気圧としたときは、液体の沸点が低下して低温でも液体が蒸気状態となる。その結果、太陽光により加熱されるときの温度がそれほど高温ではない場合でも、液体は容易に蒸気となり、エンジンを効率的に作動させ回転エネルギを取り出すことが可能である。   When the vacuum pump is connected to the condenser and the gas such as air is exhausted from the condenser and the pressure in the sealed container and condenser is set to the saturated vapor pressure of the sealed liquid as in the invention of claim 3, The boiling point of the liquid drops and the liquid becomes a vapor state even at a low temperature. As a result, even when the temperature when heated by sunlight is not so high, the liquid easily becomes a vapor, and the engine can be operated efficiently to extract rotational energy.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の蒸気エンジンの断面図であって、(a)はロータの回転軸に直交する面を示し、(b)はロータの回転軸を含む面を示すものである。図2には、作動時におけるロータの拡大断面図を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1A and 1B are cross-sectional views of a steam engine according to the present invention, in which FIG. 1A shows a surface orthogonal to the rotation axis of the rotor, and FIG. 1B shows a surface including the rotation axis of the rotor. FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional view of the rotor during operation.

本発明の蒸気エンジンはロータ1を収容する密閉容器2を有し、その内部には、作動流体として水が封入されており、水は密閉容器2内にほぼ充満している。図1(a)に示されるように、密閉容器2の断面は矩形をなしているが、ロータ1の外周に沿うような円形断面とすることもできる。密閉容器2の上部には水蒸気を凝縮し復水とするコンデンサ3が設置してあり、密閉容器2とコンデンサとは、連結用短管及び継手により接続される。コンデンサ3は水平断面が円形の蒸気溜め部31を備え、蒸気溜め部31の上部には、放熱により蒸気を冷却し凝縮するため、蒸気溜め部31と連通する多数の管体32が円形状に配置して取り付けられており、この管体32の上端は閉鎖されている。さらに、コンデンサ3の蒸気溜め部31には、逆止弁33を介して真空ポンプ34が接続され、空気等のガスを排気しコンデンサ3及び密閉容器2の内部を飽和蒸気圧に保つ。   The steam engine of the present invention has a sealed container 2 that accommodates the rotor 1, and water is sealed therein as a working fluid, and the sealed container 2 is almost filled with water. As shown in FIG. 1A, the cross section of the sealed container 2 is rectangular, but may be a circular cross section along the outer periphery of the rotor 1. A condenser 3 that condenses water vapor and condensates is installed at the top of the sealed container 2, and the sealed container 2 and the condenser are connected by a connecting short pipe and a joint. The condenser 3 includes a vapor reservoir 31 having a circular horizontal cross section. The upper portion of the vapor reservoir 31 cools and condenses the vapor by heat dissipation, so that a large number of tubes 32 communicating with the vapor reservoir 31 are circular. Arranged and mounted, the upper end of the tube 32 is closed. Further, a vacuum pump 34 is connected to the vapor reservoir 31 of the condenser 3 via a check valve 33, and gas such as air is exhausted to keep the inside of the condenser 3 and the sealed container 2 at a saturated vapor pressure.

密閉容器2の下部には太陽光線を通過させる透光部4が設けてあり、この実施例では、透光部4は、密閉容器2の側壁に形成した円形断面の貫通孔41と、これを閉鎖するよう密閉容器2の側壁の外方に取り付けられたレンズ体42から構成される。レンズ体42は、強化ガラス又はアクリル樹脂等の強度の高い透明材料からなる。円形断面の貫通孔41を設ける代わりに、密閉容器2の側壁全体又はその一部を透明材料で形成し、透光部としてもよい。   The light-transmitting part 4 that allows sunlight to pass through is provided at the lower part of the sealed container 2. In this embodiment, the light-transmitting part 4 includes a through-hole 41 having a circular cross section formed on the side wall of the sealed container 2, and this. It is comprised from the lens body 42 attached to the outer side of the side wall of the airtight container 2 so that it may close. The lens body 42 is made of a transparent material having high strength such as tempered glass or acrylic resin. Instead of providing the through hole 41 having a circular cross section, the entire side wall or a part of the side wall of the sealed container 2 may be formed of a transparent material to serve as a translucent part.

密閉容器2には、多数の容積室11が設けられたロータ1が水中に浸漬して設置される。容積室11は、ロータ1の周囲に窪みとして形成され、その両端は側壁12によって閉鎖されるとともに外方は密閉容器2内に開放されている。多数の容積室11の間にはブレード状の仕切壁13が形成され、仕切壁13は、ロータ1の径方向に対しロータ回転方向の後ろ向きに傾斜するように、根元部分から直線状に延びており、したがって、ロータ1の断面は水車状をなしている。場合によっては、仕切壁13を曲線状とすることもできる。また、仕切壁13の、ロータ1の回転方向前方の面には黒色の塗装が施され、照射された太陽光線の熱への変換を促進させる。このロータ1は、その両端が密閉容器2の側壁に軸受けして回転可能に支持される。   In the sealed container 2, the rotor 1 provided with a large number of volume chambers 11 is installed by being immersed in water. The volume chamber 11 is formed as a recess around the rotor 1, and both ends thereof are closed by side walls 12 and the outside is opened in the sealed container 2. A blade-shaped partition wall 13 is formed between the multiple volume chambers 11, and the partition wall 13 extends linearly from the root portion so as to incline backward in the rotor rotation direction with respect to the radial direction of the rotor 1. Therefore, the cross section of the rotor 1 has a watermill shape. In some cases, the partition wall 13 can be curved. Moreover, the black coating is given to the surface ahead of the rotation direction of the rotor 1 of the partition wall 13, and the conversion to the heat | fever of the irradiated sunlight ray is accelerated | stimulated. Both ends of the rotor 1 are supported by the side walls of the sealed container 2 so as to be rotatable.

ロータ1の一方の端部の近傍には、図1(b)に示されるように、複数個のマグネット5が埋め込まれて固定され、これはロータ1と一体に回転する。マグネット5と対向する位置には、複数個の鉄心7及びこれを取り巻く発電用コイル6が置かれ、これらはマグネット5が置かれた端部側の密閉容器2の側壁に固定されている。図示しないが、発電用コイル6には発電電力を取り出すための電線が接続され、マグネット5及び発電コイル6は、水の侵入を防止するケースに収められている。この実施例は、回転エネルギを電気エネルギとして出力するものであるが、ロータ1に歯車を固着し、これと噛合う歯車を密閉容器2の側壁に回転可能に支持することにより、回転エネルギの形で動力を取り出すこともできる。   In the vicinity of one end of the rotor 1, as shown in FIG. 1B, a plurality of magnets 5 are embedded and fixed, and this rotates together with the rotor 1. A plurality of iron cores 7 and a power generation coil 6 surrounding them are placed at a position facing the magnet 5, and these are fixed to the side wall of the sealed container 2 on the end side where the magnet 5 is placed. Although not shown, an electric wire for taking out the generated power is connected to the power generation coil 6, and the magnet 5 and the power generation coil 6 are housed in a case that prevents water from entering. In this embodiment, rotational energy is output as electrical energy. A gear is fixed to the rotor 1, and a gear meshing with the rotor 1 is rotatably supported on the side wall of the hermetic container 2. Power can be taken out with.

次いで、本発明の蒸気エンジンの作動について図2に基づき説明する。
水が封入された密閉容器2の下方に配置された透光部4からは、ロータ1の容積室11に向けて太陽光が導かれる。このため、蒸気エンジンの外部にはミラー43と集光レンズ44からなる集光装置が置かれており、ミラー43からの太陽光Sは、凸レンズである集光レンズ44で収束され、凹レンズであるレンズ体42で平行光線となって容積室11に照射される。
Next, the operation of the steam engine of the present invention will be described with reference to FIG.
Sunlight is guided toward the volume chamber 11 of the rotor 1 from the translucent portion 4 disposed below the sealed container 2 in which water is enclosed. For this reason, a condensing device comprising a mirror 43 and a condensing lens 44 is placed outside the steam engine, and sunlight S from the mirror 43 is converged by the condensing lens 44 which is a convex lens and is a concave lens. The lens body 42 irradiates the volume chamber 11 with parallel rays.

照射された太陽光は、仕切壁13の黒色の前面で熱となって容積室11内の水を加熱し、蒸気を発生させる。この蒸気は容積室11内の水を押しのけ、その中に充満する。したがって、図2において中心軸の左側の容積室11には、蒸気と水の密度差に基づく浮力が作用し、ロータ1には時計方向の回転トルクが働いて、白抜き矢印で示す方向にロータ1が回転することとなる。
仕切壁13は、ロータ1の径方向に対し回転方向の後ろ向きに傾斜するよう形成されている。このため、太陽光の加熱で発生した蒸気により、容積室11内の水は、図2の実線の矢印に示されるように、回転方向の後方に押しのけられて排出され、反動によるトルクをロータに付与する。このようにして、ロータ1に作用する浮力に基づく回転トルクを助勢することができる。
The irradiated sunlight becomes heat on the black front surface of the partition wall 13 to heat water in the volume chamber 11 and generate steam. This steam pushes the water in the volume chamber 11 and fills it. Accordingly, buoyancy based on the difference in density between steam and water acts on the volume chamber 11 on the left side of the central axis in FIG. 2, and clockwise rotational torque acts on the rotor 1 to rotate the rotor in the direction indicated by the white arrow. 1 will rotate.
The partition wall 13 is formed to be inclined backward in the rotational direction with respect to the radial direction of the rotor 1. For this reason, the steam generated by the heating of sunlight causes the water in the volume chamber 11 to be pushed backward in the rotational direction and discharged as shown by the solid line arrow in FIG. Give. In this way, rotational torque based on buoyancy acting on the rotor 1 can be assisted.

容積室11内の蒸気は、ロータ1の回転に伴って徐々に密閉容器2の水の中に放出され、仕切壁13が水平状態となると容積室11は再び水で満たされる。このとき、仕切壁13を上向きに凸の曲線状とすると、長時間蒸気を容積室11内に留めることが可能となる。水中に放出された蒸気は気泡となって密閉容器2内を上昇し、密閉容器2の上方の短管を経て、コンデンサ3の蒸気溜まり31に送られる。蒸気はさらに冷却管32に入り、ここで冷却されて復水となり、復水は重力により下方に移動し、短管を経て密閉容器2内に還流する。この蒸発、凝縮の過程は、ヒートパイプと類似したものである。
コンデンサ3には空気等を排出する真空ポンプ34が接続され、これにより、コンデンサ3及び密閉容器2の内部の圧力は低下して飽和水蒸気圧に保持されている。そのため、密閉容器2内の水の沸点は低下しており、太陽光により加熱された部分の温度がそれほど高くない低温状態であっても、水が蒸発して水蒸気となリ、ロータ1を回転させる回転トルクを発生させることができる。
The steam in the volume chamber 11 is gradually released into the water of the sealed container 2 as the rotor 1 rotates, and the volume chamber 11 is filled with water again when the partition wall 13 becomes horizontal. At this time, when the partition wall 13 has a curved shape that is convex upward, the steam can be retained in the volume chamber 11 for a long time. Vapor released into the water becomes bubbles and rises in the sealed container 2, and is sent to the vapor reservoir 31 of the condenser 3 through the short pipe above the sealed container 2. The steam further enters the cooling pipe 32 where it is cooled to become condensate, and the condensate moves downward due to gravity and returns to the sealed container 2 through the short pipe. This evaporation and condensation process is similar to a heat pipe.
A vacuum pump 34 for discharging air or the like is connected to the capacitor 3, whereby the pressure inside the capacitor 3 and the sealed container 2 is lowered and maintained at the saturated water vapor pressure. For this reason, the boiling point of the water in the sealed container 2 is lowered, and even in a low temperature state where the temperature of the portion heated by sunlight is not so high, the water evaporates to become water vapor, and the rotor 1 rotates. Rotational torque can be generated.

ロータ1の回転エネルギは、ロータ1と一体に回転するマグネット5により鉄心7に発生する変動磁界と、発電用コイル11との相互電磁作用によって、電気的エネルギとして外部に取り出される。この出力取り出し方法によると、出力取り出し機構と密閉容器2との間にシール装置を配置する必要がない。また、本発明のロータ1は、容積室11と仕切壁13とが形成されただけの単純な構成であって、相対的に移動する可動部材や複雑なシール装置を備えておらず、太陽光による加熱は固定した透光部4から行われる。このため、エンジンを堅牢な構造とすることが容易であり、その結果、エンジンは耐久性の優れたものとなる。   The rotational energy of the rotor 1 is extracted to the outside as electric energy by the mutual electromagnetic action between the fluctuating magnetic field generated in the iron core 7 by the magnet 5 rotating integrally with the rotor 1 and the power generating coil 11. According to this output taking-out method, there is no need to arrange a sealing device between the output taking-out mechanism and the sealed container 2. Further, the rotor 1 of the present invention has a simple configuration in which the volume chamber 11 and the partition wall 13 are formed, and does not include a relatively moving movable member or a complicated sealing device. The heating by is performed from the fixed translucent part 4. For this reason, it is easy to make the engine a robust structure, and as a result, the engine has excellent durability.

以上詳述したように、本発明の蒸気エンジンは、液体を充満させた密閉容器内に複数の容積室を設けたロータを配置し、その容積室に作用する浮力を利用してロータを回転させ、簡易な構造で太陽光による熱を回転エネルギに変換するものである。上記の実施例では、作動流体として水を用いているけれども、これに限らず例えばアンモニア、アルコール、フロン等の冷媒を用いることができるのは明らかである。   As described above in detail, the steam engine of the present invention has a rotor provided with a plurality of volume chambers in a sealed container filled with liquid, and rotates the rotor using buoyancy acting on the volume chambers. It converts heat from sunlight into rotational energy with a simple structure. In the above embodiment, water is used as the working fluid. However, the present invention is not limited to this, and it is obvious that a refrigerant such as ammonia, alcohol, or chlorofluorocarbon can be used.

本発明の蒸気エンジンの断面図である。It is sectional drawing of the steam engine of this invention. 本発明の蒸気エンジンの作動状態を示す図である。It is a figure which shows the operating state of the steam engine of this invention. 従来の蒸気エンジンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional steam engine.

符号の説明Explanation of symbols

1 ロータ
11 容積室
13 仕切壁
2 密閉容器
3 コンデンサ
32 冷却管
34 真空ポンプ
4 透光部
42 レンズ体
43 集光レンズ
5 マグネット
6 発電用コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 11 Volume chamber 13 Partition wall 2 Sealed container 3 Capacitor 32 Cooling pipe 34 Vacuum pump 4 Translucent part 42 Lens body 43 Condensing lens 5 Magnet 6 Power generation coil

Claims (3)

液体を封入した密閉容器(2)を設置して、前記密閉容器(2)の上方には液体の蒸気を凝縮するコンデンサ(3)を前記密閉容器(2)と連通させて配置し、
前記密閉容器(2)の内部には、複数の容積室(11)を形成したロータ(1)を設け、前記ロータ(1)を液体中に浸漬して前記密閉容器(2)に回転可能に支持し、
前記密閉容器(2)には、光線を前記密閉容器(2)内に通過させる透光部(4)を設け、
前記透光部(4)から太陽光線を前記容積室(11)に照射して、前記容積室(11)内の液体を蒸発させ、
前記ロータ(1)の一方側に浮力を作用させて、前記ロータ(1)を回転させることを特徴とする蒸気エンジン。
A sealed container (2) enclosing a liquid is installed, and a condenser (3) for condensing liquid vapor is disposed above the sealed container (2) in communication with the sealed container (2).
A rotor (1) having a plurality of volume chambers (11) is provided inside the sealed container (2), and the rotor (1) is immersed in a liquid so as to be rotatable to the sealed container (2). Support,
The sealed container (2) is provided with a translucent part (4) that allows light to pass through the sealed container (2).
By irradiating the volume chamber (11) with sunlight from the translucent part (4), the liquid in the volume chamber (11) is evaporated,
A steam engine, wherein buoyancy is applied to one side of the rotor (1) to rotate the rotor (1).
前記ロータ(1)の複数の前記容積室(11)の間には、前記ロータ(1)の径方向に対し回転方向の後ろ向きに傾斜する仕切壁(13)が形成された請求項1に記載の蒸気エンジン。 The partition wall (13) which inclines backward in the rotation direction with respect to the radial direction of the rotor (1) is formed between the plurality of volume chambers (11) of the rotor (1). Steam engine. 前記コンデンサ(3)には真空ポンプ(34)が接続されており、前記密閉容器(2)及び前記コンデンサ(3)内の圧力が液体の飽和蒸気圧とされている請求項1又は請求項2に記載の蒸気エンジン。 A vacuum pump (34) is connected to the condenser (3), and the pressure in the closed vessel (2) and the condenser (3) is a saturated vapor pressure of liquid. The steam engine described in.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020076400A (en) * 2018-09-26 2020-05-21 スダルシャン ケー.シー.Sudarshan K.C. Generation of mechanical/electrical energy from heat energy using buoyancy factor for evaporation or sublimation and condensation

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