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    公开号:WO1991007589A1
    申请号:PCT/JP1990/001459
    申请日:1990-11-09
    公开日:1991-05-30
    发明作者:Yasubumi Furuya
    申请人:Yasubumi Furuya；
    IPC主号:F03G7-00
    专利说明:
    [0001] 曰月 糸田
    [0002] 温度差熱機関
    [0003] 技術分野
    [0004] 本発明は、 形状記憶合金の熱機械的固相変態を利用した温度差熱 機関に関し、 主に海洋開発分野、 特に、 海洋温度差発電、 富養海水 汲み上げ、 深海底資源採掘、 開発のための動力源および海底からの 物質運搬等に供して、 好適なものである。 背景技術
    [0005] 従来よ り、 形状記憶合金を利用した熱機関については、 クランク 式、 斜板式、 タービン式、 斜板式など、 いくつかの提案がある。 第 1例のクランク式は、 ギネル （ G i n e 1 ) によつて提案され たもので、 それは、 第 3図に示すように、 中心に固定軸を有する輪 状体と、 当該固定軸に固定された偏心軸を有するクランクと、 当該 クランクの偏心軸にベアリ ングにて回転自在に枢着された回転ベタ ル体と、 当該回転ペタル体と輪状体との間に放射状に形状記憶合金 ( T i N i合金） 製のコイルを連結した機関本体と、 温水との組み 合わせにかかるものであり、 オフセッ トクランク形ェンジンと称さ れている。
    [0006] 第 2例のタービン式エンジンは、 本間らにより提案されてされた もので、 第 4図に示すように、 径の異なる二個のプーリーを所定の 間隔離間させて配設し、 その配設された二個のプーリー間に形状記 憶合金製の索条体の一方の辺に温水をかけ、 他方の辺には冷水をか けて、 当該形状記憶合金製の索条体に部分的な熱機械的固相変態を 起こさせ、 これにより索条体を回転させるようにしたものである。 第 3例は、 第 5図に示すように、 離間して配置した 2枚の円板の 間に複数本の形状記憶合金製のコイルを連結してなるもので、 部分 新たな用紙 的に加熱範囲と冷却範囲とを設定しておき、 形状記憶合金製コイル の熱機械的固相変態による伸縮を利用して円板を傾斜させ、 加熱範 囲と冷却範囲とを回転させることにより、 傾斜板の傾斜方向を回転 するようにした傾斜形エンジンである。 これらは、 いずれも形状記 憶合金の伸縮力を回転動力に変換する部分に大きな回転円盤を有し ている。
    [0007] 前述のように、 従来の形状記憶合金を利用した熱機関は、 いずれ も大きな回転円盤を有しているために、 実際の製造も大掛かりにな り、 機器重量も増える。 また、 野外への応用に対しても、 気温、 風、 雨、 雪などの外界環境に影響されやすい。 さらに、 大きな円盤 は、 回転に対する外界からの抵抗が大きく、 その分、 動力効率が落 ちてしまう欠点がある。 とくに海洋開発への応用を考えた場合、 従 来の形状記憶合金を利用した熱機関は、 大型円盤の回転に対する海 水の抵抗が大きく、 エンジン出力の大幅な低下は避けられない。
    [0008] 本発明は、 上記に示すような従来の大型プーリー回転式形状記憶 合金エンジンの欠点を出来るだけ減らし、 高効率の大きな動力を得 ることのできる新規な形状記憶合金を利用した温度差熱機関を提供 せんとするものである。
    [0009] 発明の開示
    [0010] 本発明は、 上記問題点を解決するため、 次のような手段を構成す るものである。
    [0011] 本発明は、 機関本体と伝熱媒体とからなる。 当該機関本体は、 基 枠体の直角三角形の各頂点位置にそれぞれプーリーを配設し、 当該 各プーリ一間に形状記憶合金製のベルト状体をほぼ直角三角形状に 掛け回してなるものであり、 伝熱媒体は、 垂直方向に一定の温度差 を有する液体もしくは気体からなるものである。 しかも、 前記機関 新たな用紙 本体は、 伝熱媒体に対し、 その直角三角形状に掛け回したベルト状 体の直角を挟んだ一辺の全部または一部が伝熱媒体中でほぼ垂直状 態になるよう姿勢制御して配置したものである。 そうすると、 ベル ト状体が垂直方向に温度差のある伝熱媒体の中で熱機械的固相変態 を起こして、 プーリー間でベル卜状体の可逆的な伸縮を繰り返し、 これによつて、 ベルト状体に回転駆動力を発生させるようにした とを特徴とする温度差熱機関である。
    [0012] なお、 前記基枠体に設けたプーリ一の直角三角形の各頂点位置は 、 移動自在にして、 形状記憶合金製ベルト状体が形成する直角三角 形の形状と角度を調整自在となしたものであり、 これによつて回転 駆動力を制御することができるようにしたことを特徴とする温度差 熱機関である。
    [0013] 更に、 形状記憶合金製ベルト状体がワイヤ状もしくは平ベル卜状 またはコイル状に形成されていることを特徴とする温度差熱機関で ある。
    [0014] 本発明の動作原理は、 第 1図に示すように、 温度差を有する伝熱 媒体の中で、 直角三角形のベル卜状体の垂直方向 A Cおよびそれと 角度 0をなす斜線方向 B Cニ片上の形状記憶合金材料の発生回復力 iSllSlの垂直成分の差 F = lal- Ial - c o s Θによりブーリーは、 上方 ( C— A— B ) 方向に回転して動力を発生するわけである。
    [0015] また、 前記基枠体に設けたプーリーの直角三角形の各頂点位置を 移動自在にして、 形状記憶合金製ベルト状体が形成する直角三角形 の形状と角度 Θを調整自在となし、 これによつて第 2図に示される ように、 回転駆動力 Δ F rを調整制御することができる。
    [0016] 本発明は、 上記のようにベルト状体が垂直方向に温度差のある伝 熱媒体の中で熱機械的固相変態を起こして、 ブーリー間でベルト状 体の可逆的な伸縮を繰り返し、 これによつて、 ベルト状体に回転駆 新たな用紙 動力を発生させるものであるため、 従来のように他に電動モータと か循環機器とか油圧機器とかが不必要になる。 そのため、 機関全体 の構成、 作動システム自体を大幅に簡素化できるし、 システム全体 でのエネルギーロスや故障を減じさせることができる。 図面の簡単な説明
    [0017] 第 1図は本発明に係る温度差熱機関の一実施例を示す模式図で、 第 2図は同作動原理図、 第 3図、 第 4図、 第 5図は従来提案されて きた形状記憶合金を利用した温度差熱機関の模式図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0018] 本発明について、 実施例に基づき詳細に説明する。 ' 第 1図に示すように、 本発明は、 機関本体 1 と伝熱媒体 2 との組 み合わせに係るものである。 当該機関本体 1は、 基枠体の直角三角 形の各頂点位置 A， B， Cにそれぞれプーリー 3 , 4， 5を配設 し、 当該各プーリー 3， 4， 5間に形状記憶合金製のベルト状体 6 をほぼ直角三角形状に掛け回してなるものである。
    [0019] 図示実施例における基枠体 9 というのは、 直角三角形の各頂点位 置 A， B , Cに配設したプーリー 3， 4， 5の軸芯 3 A， 4 Bを連 結したフレーム 9 aと、 軸芯 3 A， 5 Cとを連結したフレーム 9 b とで構成されており、 そのフレーム 9 aとフレーム 9 bとは、 その フレーム 9 a， 9 bの長さを調整可能なものに構成されている。 し かし、 当該基枠体 9は、 図示実施例のような形状のフレーム構造体 に限定されるものではなく、 直角三角形の各頂点位置 A B Cにブー リー 3 , 4 , 5が配設維持できるようなものであればどのような構 造体であってもよい。
    [0020] 前記形状記憶合金製のベルト状体 6は、 ワイヤー、 平ベルト、 コ ィル等のいずれでもよいが、 プーリー 3 , 4， 5間を掛け回した 新たな用紙 際、 その張力が調整できるようになし、 垂直方向の温度差による形 状記憶合金素材の形状回復力 F rを熱機関の回転動力として取り出 すように構成されておればよい。
    [0021] 次に、 伝熱媒体 2は、 垂直方向に一定の温度差を有する液体もし くは気体からなるものである。 ここに液体とは、 水、 海水、 化学溶 液、 その他の溶液など何でもよい。 また、 当該気体も、 空気、 炭酸 ガス、 窒素、 その他のガス等と、 と く に限定する必要はものはな い。 特に、 本発明の活用が見込まれている海洋開発の際には、 海で 垂直方向に温度差のあるところ、 例えば海の深い所では 5 °Cである が浅い場所では 2 5 であるような海であれば本発明の伝熱媒体と して充分である。 また、 伝熱媒体 2における垂直方向への一定の温 度差というのは、 その温度差を人工的なエネルギーの加減よつて付 けたものであっても、 自然界のエネルギーの増減によって自然に生 じたものであってもよい。
    [0022] つぎに、 構成要素である前記機関本体 1 と伝熱媒体 2 との関係つ いて説明すると、 図示実施例は、 その直角三角形状に掛け回したベ ルト状体 6の直角を挟んだ一辺 A Cの一部が伝熱媒体 2である海の 中でほぽ垂直状態になるよう姿勢制御して配置したものである。 具 体的には、 プーリー 3， 4の部分に浮子 7 a， 7 bを設け、 当該 プーリー 3， 4部分とベルト状体 6の直角を挟んだ一辺 A Bが、 海 上に浮いている状態となし、 ブーリー 5の部分には重子 8を設け て、 その部分が沈むように構成してある。 その結果、 直角三角形の 一辺 A Cが海の中でほぼ垂直状態になるよう姿勢制御しているので ある。 なお、 ブーリー 5の部分が沈むようにするため、 重子 8に変 えて、 海底に設置した固定装置 （図示しない。 ） によりプーリー 5 の部分が沈むように構成してもよいこと勿論である。 このように、 機関本体 1の伝熱媒体 2に対する姿勢制御の方法は、 上記実施例の ような場合の他にも、 海中の岩壁や、 支柱、 やぐら、 その他の海中
    [0023] た 用 建造物に取り付けてもよいし、 海上や海中の浮遊構造体などに装着' してもよいし、 機関本体 1 自体の姿勢制御によって行ってもよい。 このように、 前記機関本体 1を垂直方向に一定の温度差を有する 伝熱媒体 2中に、 その直角三角形状に掛け回したベルト状体 6の直 角を挟んだ一辺の全部または一部が伝熱媒体 2中でほぼ垂直状態に なるよう姿勢制御して配置すると、 ベルト状体 6が垂直方向に温度 差のある伝熱媒体 2の中で熱機械的固相変態を起こして、 プーリー 間でベルト状体の可逆的な伸縮を繰り返し、 これによつて、 ベルト 状体 6に回転駆動力を発生させることができる。
    [0024] 尚、 ここでベルト状体 6の直角を挟んだ一辺の全部又は一部が伝 熱媒体 2中でほぼ垂直状態になるよう姿勢制御して配置するとは、 ベルト状体 6が伝熱媒体 2中に完全に埋没する状態であってもよい し、 一部が埋没するような状態であってもよいことを示している。 またさらに、 垂直方向に一定の温度差を有する伝熱媒体 2の中に は、 液体系または気体系のいずれか一方の場合だけでなく両系にま たがるような態様、 或は同じ系であっても成分系が異なる層状態に なっているものも含まれる。
    [0025] 次に、 本実施例の場合の回転駆動力 Fについて考察すると、 第 2 図に示すように次の通り となる。
    [0026] F = I "a I - I b* I -
    [0027] I f I = I ~a I c o s e
    [0028] F = I ^ I ( 1 - C 0 S Θ )
    [0029] 例えば、 0の角度が変われば、 回転駆動力 Fが次のように変化す る。
    [0030] Θ = 3 0 。の場合 F = 0 . 1 3 4 | "a |
    [0031] Θ = 4 5 。の場合 F = 0 . 2 9 3 I "a I
    [0032] θ = 6 0 。の場合 F = 0 . 5 0 I "a I
    [0033] 従って、 前記基枠体に設けたプーリーの直角三角形の各頂点位置 新たな用紙 '移動自在にすることによって、 形状記憶合金製ベルト状体が形成 する直角三角形の形状と角度を調整自在とすれば、 これによつて回 転駆動力を制御することができる。
    [0034] なお、 形状記憶合金素材については、 その用途や使用目的によつ て適当なものを選定すればよく、 ここでは限定するものではない。 従って、 例えば、 本発明を海洋開発分野へ応用する場合には、 強度 性、 耐食性、 耐水圧性を考慮して、 ニッケル一チタン （N i— T i 系） の形状記憶合金を選定するのが好適となる。 本発明は、 上記のようにベルト状体が垂直方向に温度差のある伝 熱媒体の中で熱機械的固相変態を起こして、 プーリー間でベルト状 体の可逆的な伸縮を繰り返し、 これによつて、 ベルト状体に回転駆 動力を発生させるものであるため、 従来のように他に電動モータと か循環機器とか油圧機器とかが不必要な熱機関として、 種々の産業 分野で応用が可能である。
    [0035] 当該機関全体の構成、 作動システム自体を大幅に簡素化できる し、 システム全体でのエネルギーロスや故障を減じさせることがで きる点に利点がある。
    [0036] 従って、 本発明は、 特に、 海洋表面温水 （ 2 0〜2 5 ） と海面 下 5 0 0〜； 1 0 0 0 mの冷水 （ 5〜 1 0 ） 間の 2 O t:程度の恒常 的な温度差を利用して、 発電を行うような場合に好適である。 ま た、 富養海水汲み上げや効率よい人工養殖漁業への応用、 或は、 海 底作業 ·移動機器 （ロボッ ト） への電力源としての利用、 海底から の鉱物等の物質の運搬や移動への応用、 海底鉱物の採掘、 採鉱えの 応用など、 海洋開発への幅広い応用が期待される。 新たな用紙
    权利要求:
    Claims 言青 求 の 範 囲
    ( 1 ) 基枠体の直角三角形の各頂点位置にそれぞれプ一リ一を配設 し、 当該各プ一リ一間に形状記憶合金製のベルト状体をほぽ直角三 角形状に掛け回してなる機関本体と、 垂直方向に一定の温度差を有 する液体もしく は気体からなる伝熱媒体とからなり、 前記機関本体 は、 伝熱媒体に対し、 その直角三角形状に掛け回したベルト状体の 直角を挟んだ一辺の全部または一部が伝熱媒体中でほぼ垂直状態に なるよう姿勢制御して配配置し、 ベルト状体が垂直方向に温度差の ある伝熱媒体の中で熱機械的固相変態を起こして、 プ一.丄リ一間でベ ルト状体の可逆的な伸縮を繰り返し、 これによつて、 ベルト状体に 回転駆動力を発生させるようにしたこ とを特徴とする温度差熱機
    ( 2 ) 基枠体に設けたプーリーの直角三角形の各頂点位置を移動自在 にして、'形状記憶合金製ベルト状体が形成する直角三角形の形状と 角度を調整自在となし、 これによつて回転駆動力を制御することが できるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載の温 度差熱機関。
    (3) 形状記憶合金製ベルト状体がワイヤ状もしくは平ベル卜状また はコイル状に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第 1 項もしくは第 2項記載の温度差熱機関。
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPH0368573U|1991-07-05|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1991-05-30| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CA KR US |
    1991-05-30| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU NL SE |
    1993-07-09| NENP| Non-entry into the national phase|Ref country code: CA |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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