JPH0258474B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、海洋熱エネルギ変換システム等の熱
力学的エネルギの変換装置に使用する、封入膨張
物の熱作動流体に関する。

従来の熱エネルギ変換装置において、熱は熱作
動流体と熱流体との間で伝達される。熱エネルギ
変換装置において、多くの場合熱作動流体は直接
熱流体と接触することなく、熱流体と接触する配
管を有する熱交換器に送り込まれ、熱作動流体は
熱流体によつて加熱あるいは冷却される。熱エネ
ルギ変換装置は種々の用途に用いられる。ある装
置では、熱流体は遠く離れた所にある熱交換器に
送られ、該熱交換器を介して別の物体の温度を変
化させるために用いられる。またある装置では熱
作動流体の熱による変化は機械的なエネルギに変
換される。

熱作動流体が熱流体と直接接触する場合には、
両流体が溶解したり、分解したりして、それぞれ
の流体が独自の性質を失なうこととなり、しかも
両流体を分離して再び使用することは不可能とな
るとともに熱エネルギ変換の効率が落ちるため、
多くの熱エネルギ変換装置においては両流体を
別々に使用する熱交換器が用いられている。しか
し熱交換器は高価なものであり、また、その清掃
及び維持に費用がかかる。特に海洋熱エネルギ変
換装置に用いられる場合には熱流体が塩水である
ため、熱交換器は、腐食を受けやすい。しかし典
型的な熱エネルギ変換装置においては、海面附近
の暖かい海水すなわち熱流体が熱作動流体を加熱
するために用いられ、熱作動流体はボイラーに送
られ、ボイラーで発生された蒸気によつて、ター
ビン発電機が駆動される。使用後の蒸気は例えば
深海からひき上げられた低温度の海水を用いて冷
却され、液体となつた後再び加圧されてボイラー
に還元される。

このような典型的な海洋熱エネルギ変換装置
は、熱効率が比較的低く、かなりの熱エネルギが
全装置を通じて水及び熱作動流体用のポンプを駆
動するのに消費される。

この発明の目的は従来の海洋熱エネルギ変換装
置が有する上記欠点を除去できる、多数の封入膨
張物から成る熱作動流体を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の熱作動流体
は印加される温度と圧力の変化に対応して体積の
変化を生ずる封入物質と、可撓性を有る薄膜で形
成され内部に上記封入物質を収容する保護膜から
成り、何物にも取付けられることなく個々に動作
を行なう多数の封入膨張物で構成された熱作動流
体であつて、上記熱作動流体が、該熱作動流体と
混合される熱流体の高温部と低温部の一方から他
方に移動したとき、上記封入膨張物は上記移動に
伴う温度変化と圧力変化に迅速に対応して、体積
の膨張又は収縮を行ない、少くとも一方の熱流体
の上昇流又は下降流を発生させるように形成され
る。

上記のように収容されて膨張・収縮を行なう物
質すなわち封入物質は、温度及び圧力の変化に応
じて体積の変化従つて密度の変化を行うが、使用
する材料によつて温度変化に対する体積変化すな
わち膨張収縮の方向はすべてが同じではなく、使
用の目的により適切に選ばれねばならない。又上
記封入物質は保護膜に損傷を与えぬものであると
ともに、熱流体に溶けて後で分離不可能となるこ
とのないものでなくてはならない。

封入膨張物の体積は、封入物質の密度が低いか
高いかにより膨張又は収縮し、封入膨張物が混合
される熱流体によつて封入膨張物に作用する浮力
は大きく又は小さく変化する。その結果上記浮力
が封入膨張物の重さより大きくなれば該封入膨張
物は熱流体に対して上昇し、小さければ下降し、
そのとき封入膨張物は周囲の熱作動流体を押し上
げ又は押し下げ、封入膨張物と熱流体から成る上
昇流又は下降流が発生する。上記記載のうちの封
入膨張物の密度とは１個の封入膨張物の質量をそ
の体積で除した値を意味する。

上記封入膨張物の保護膜は薄くて可撓性を有す
るポリエチレン、ポリプロピレン等の材料で形成
され、封入膨張物の内部に収容された封入物質
と、該封入膨張物を取まく熱流体との間の熱の伝
導は迅速に行なわれるようになつている。従つて
上記の封入膨張物を熱流体たとえば水や海水に混
合すれば個々の封入膨張物はそれぞれ対応する温
度や圧力に迅速に対応して膨張・収縮でき、周囲
の熱流体に対してそれぞれ上昇流又は下降流を発
生させることができる。この場合封入膨張物内の
封入物質と封入膨張物の周囲の熱流体間の熱の移
動は上記保護膜を介して迅速に行なわれるので、
そのために特に高価な熱交換器を使用する必要は
ない。又上記熱流体と封入物質は上記のようにポ
リエチレン又はポリプロピレンで製作された保護
膜で区画されているので両者が混じり合つたり、
化学反応を起こしたりする事は無く、使用後両者
を分離して該封入膨張物を再使用することもでき
る。

又封入膨張物に収容される封入物質を適切に選
択して、熱エネルギ変換装置に使用される熱流体
の温度の最高値と最低値の間の温度以上の温度で
は、封入膨張物が熱流体に対し上下方向一方の側
に流れ、該温度以下では他方の側に流れるように
形成すれば、たとえば海洋熱エネルギ変換装置を
次のように構成することができる。すなわち、そ
の装置は、海中の低温場所から吸込んだ低温の海
水を海面附近まで上昇させるために、該低温海水
中に混入された封入膨張物が低温海水を押し上げ
つつ上昇し、海面附近に上昇した封入膨張物を自
動的に別の管路に移し、海面の表面附近から吸込
んだ高温海水を上記管路に導入することにより、
上記封入膨張物が該高温海水を押下つつ、ともに
海の深い所まで下降させ、下端まで達した封入膨
張物を上記高温海水から分離して、前記低温海水
の流れの中に移すとともに、封入膨張物とともに
上記下端に達した熱流体である高温海水を該高温
海水の流れを反転させて海面附近まで押し上げる
ことができる装置である。本発明の熱作動流体を
適切に利用すれば、この熱作動流体に含まれる封
入膨張物を海の浅い所と深い所との間を循環させ
ることにより、新らしい封入膨張物を補給される
ことなく、連続的に上昇する海水の流れと下降す
る流れを発生させることができるのである。

又この発明の熱作動流体を構成する封入膨張物
の形状は種々の形状に製作することができる。た
とえば薄くて平面的に広がる構造に形成すれば封
入膨張物が熱流体を押し上げ又押下げるとき熱流
体に強く作用し、強い上昇流も強い下降流をも発
生させることができる。又保護膜の縁部にフイン
を形成すれば、熱流体の中を上昇又は下降すると
き、封入膨張物が回転して相互間の距離を適宜に
保つようにすることができる。又保護膜の中を区
分して多くのコンパートメントを形成し、封入膨
張物に所望の性能を与えるように、種々の封入物
質を組合せて挿入できること、封入膨張物の膨張
及び収縮の範囲の限度を適度に定めるために、保
護膜の内部に壁を設けたりばねを配置すること、
又製造を簡単にするために外径を球形にしたり直
方体にしたり、又これを形成する材料として発泡
材料を用いることもできる。その詳細は実施例に
説明されている。

この発明の熱作動流体を用いることによつて得
られる主な効果は、次のごとくである。すなわち
この発明の熱作動流体を形成する多数の封入膨張
物は、個々に分離され他の何物にも取付けられな
い構造を有するので、第１にこの熱作動流体は安
価に製作できる。若しこの封入膨張物を他の物に
取付けて、それを移動させたり回転させたりする
場合には、破損を避けるためにもつと頑丈な構造
にしなければならない。第２にこの熱作動流体は
一方の装置から他の装置に移して使用するのに非
常に便利である。第３にこの熱作動流体が生物学
的原因その他の原因で汚染しても、容易に低コス
トで除去することができる。第４にこの熱作動流
体従つて封入膨張物に特別の処理を施す場合に
も、取出して必要な場所に運搬することが容易で
ある。

又この熱作動流体は、これを構成する封入膨張
物を、使用する装置で定まる高低両温度間の適切
に選んだ温度で、相変換を行なつて熱流体に対し
て浮上又は沈下できるように形成すれば、次のこ
とが可能となる。すなわち封入膨張物と熱流体を
通す循環管路を設け、封入膨張物がある部分では
浮上して熱流体を押し上げ、他の部分では沈下し
て熱流体を押し下げるようにすれば、封入膨張物
が破損等で使用に耐えなくならぬ限り、新しい封
入膨張物を補給する必要なく、熱流体の上昇流及
び下降流を同時に発生させ、しかも自動的に継続
させることができるという利点をも得ることがで
きる。

次にこの発明の熱作動流体の実施例を説明す
る。この発明の熱作動流体は、温度及び圧力に対
応して膨張並びに収縮する封入物質を内部に収容
する多数の封入膨張物から成る。該封入膨張物の
例は第４図乃至第８図に示されている。

第４図の封入膨張物は、ほぼ２次元的に広がり
比較的薄く形成されたポリエチレン、ポリプロピ
レン及びゴム等の保護膜から成るバツグ７４の形
をなしている。上記２次元的な広がりはほぼ４角
形状であり、中央部には厚さ方向の変形が過大に
なるのを制限するとともに内部を所望数のコンパ
ートメントに区分する仕切り壁７５が設けられて
いる。上記バツグ７４の内部には上記封入物質が
収容されている。このような形状とすれば、保護
膜は、内部に収容される封入物質の体積に対して
大きな表面積を有するものとなり、封入膨張物を
熱流体としての海水中に混入したとき、封入物質
と熱流体との間の迅速な熱伝導を可能にする。又
保護膜は内外の熱伝導を容易にするために許す限
り薄いものが選ばれる。又上記形状は封入膨張物
が熱流体の中で熱流体に対して運動するとき、大
きな流れ抵抗を呈し、封入膨張物の上昇及び下降
によつて熱流体の強い上昇流及び下降流を形成す
るためである。

封入物質としては二酸化炭素、エタン、エチレ
ン、ブタン、プロパン、ベンゼン、アンモニア及
びニトロベンゼン等が用いられ、保護膜としては
ポリプロピレン、ポリエチレン、ゴム等の可撓性
及び耐久性のある薄い材料が用いられる。上記封
入物質のうちニトロベンゼンは温度上昇により体
積を減少する性質を有し、その他のものは温度上
昇とともに体積を増加する性質を有する。又上記
保護膜を形成する材料は可撓性を有するものでな
くてはならないが、所望により可撓性とともに弾
性を有する材料でも、又非弾性の材料を用いても
よい。しかも弾性を有する保護膜を用いた場合、
膨張した状態で膨張した封入物質を収容するとき
は、内部の圧力が外部の圧力より大きくなり、封
入物質が封入膨張物の外に漏洩するおそれも生ず
るので、特別の目的が無いときには、非弾性材料
で形成した保護膜を用いる。この場合には封入物
質はバツグ状の保護膜の内部の保護膜が非弾性的
に変形して生ずる最大の内部容積の一部を占める
体積だけ収容する。このように構成した封入膨張
物を封入物質が膨張しても、上記最大の内部容積
を越えない温度及び圧力の範囲で用いれば、封入
膨張物の内外の圧力はほぼ同一となり、外部に封
入物質が漏出することはない。

封入膨張物の中には一種類の封入物質を封入し
てもよいが、温度、及び圧力の変化によつて密度
従つて体積を変化する２種類又はそれ以上の異な
る特性を有する材料を封入することもできる。バ
ツグ７４の仕切り壁７５は、封入膨張物の内部を
２つに分け、異なる材質の封入物質をそれぞれ封
入できるようにすることもできる。又所定の圧力
及び温度の変化に対して所望の膨張及び収縮をな
す封入膨張物を得るために、多くのコンパートメ
ントを形成し、その中に異なる封入物質を挿入す
ることも可能である。又必要な場合には所定の温
度及び圧力に於て、封入膨張物が熱流体に対して
上昇又は沈下可能にするために、封入物質の平均
的密度を適宜に調整することも有益である。なお
封入物質として上記した種々の物質を用いるのみ
でなく、これに水を混入させるのも有益な場合も
ある。これらの封入物質は使用中、相変換過程、
溶解過程、又は化学的な可逆変化等を行なうよう
に製作することもできる。

第５図は封入膨張物の他の例を示す。この場合
保護膜はほぼ多角形状の密封用シーム７８をこえ
て延出し互に反対方向に傾斜するフイン７９及び
８０を有するバツグ７７から成つている。封入膨
張物が熱流体の中を熱流体に対して移動すると
き、上記フインの作用によつてスピン運動をなし
つつ熱流体を押上げ又は押下げる。このとき上記
のフインはそれぞれの封入膨張物が回転しつつか
つ互に付着することなく離れた状態で上昇又は下
降できるように作用する。

第６図に示す封入膨張物は内部に多くのセルを
有する多孔性の本体８１とその周囲を取まく保護
膜から形成され、該セルの中には温度及び圧力に
よつて体積を変化する物質が封入されている。上
記多孔性本体８１を形成する材料には、封入物質
の体積変化がある程度以上となると制限された範
囲で膨張するようにわずかながら剛性を有する材
料が用いられる。

上述の材料で製作されているために、セルの中
の封入物質の圧力が所定の圧力を越えた場合に
は、該内部圧力と外部圧力は等しい値になるまで
膨張することはできない。

第７図に示す封入膨張物は、収縮がある限度以
上とならぬように形成されている実施例である。
この封入膨張物の保護膜は外周にひだ部８３を有
し、内部には対抗する端壁８５間に取付けられた
内部部材８４すなわちスプリングを備えたバツグ
８２によつて形成されている。上記のバツグ８２
は可撓性はあるが比較的硬い材料から成つてい
る。封入された封入物質の体積が減少すると、バ
ツグ８２はつぶれるが、ひだとバネによつてバツ
グ８２がそれ以上つぶれるのを防止され、バツグ
８２は熱流体の中において少なくとも最小限の体
積を有するようになつている。また封入物質従つ
て封入膨張物の体積が増大すると、バツグ８２は
膨張するが、バネ８４とひだ８３によつて限定さ
れるのでバツグ８２は熱流体の中において所定の
最大体積以上を占有することはできない。

第８図には球状の封入膨張物が示されている。
保護膜８７は弾性を有する材料で形成され、内部
に気体状あるいは液体状の膨張性物質が封入され
ている。しかしこれに限らず、保護膜８７及び封
入された材料の両者は、それぞれ熱膨張係数が高
くて均一な１種類の材料を用いて形成されてもよ
い。

封入膨張物と熱流体との分離は、重力を利用す
る分離のほかに遠心分離方式を用いてもよく、又
多くの孔を有するフイルタを用いることによつて
行なうこともできる。

本発明の場合、各封入膨張物は、小形に形成さ
れているので、通常のタービン、ポンプ、熱交換
機、ピストンシリンダー、分離装置、管等を容易
に通過することができるものである。

次にこの発明の熱作動流体を使用する海洋熱エ
ネルギ変換装置の例を、第１図及び第２図により
説明する。該説明によつて本発明の熱作動流体の
作用が更に明瞭に理解されると考える。なお上記
装置の作用は高温と低温の海水が定常的に吸入さ
れ、該両海水が出力として装置から定常的に排出
されている運転状況の説明を行う。このような運
転状況の説明の後ではこの装置の起動の説明が極
めて容易に理解されるからである。

第１図に示す定状運転状態にある海洋熱エネル
ギ変換装置に於て、符号１０はこの発明の熱作動
流体と熱流体の流れを発生させる質量搬送管回路
で、その中には第２図に描かれた管路が収容され
ている。海水から成る熱流体と、多数の封入膨張
物から成る熱作動流体が混合して収容されてい
る。第２図の装置の封入膨張物に収容される封入
物質は、温度上昇とともに収縮するニトロベンゼ
ンが用いられている。上記のように熱流体と熱作
動流体が混合されても、熱流体である海水と封入
物質であるニトロベンゼンは保護膜によつて分離
されているので、互に溶け込んだり、化学的作用
をしたりすることない。

従つて使用済みの熱作動流体すなわち封入膨張
物を海水から取出して再び利用することができ
る。海水と封入物質との間の熱の移動は保護膜を
通して迅速に行なわるので、熱交換器を特に設け
る必要はなく、熱交換器を購入して設置する費
用、及び該熱交換器を清掃あるいは維持する費用
は不要となる。

上記質量搬送管回路１０は、海面１１近くに延
び高温の海水を吸入する高温水吸入管１２と深海
に延び低温の海水を吸入する低温水吸入管１４
と、上記吸入管１２から吸入された高温の海水を
排出する高温水排出管１６と、上記吸入管１４か
ら吸入された低温の海水を排出する低温水排出管
１８とを備えている。高温水排出管１６及び低温
水排出管１８は変換装置１９及び２０にそれぞれ
連結され、それぞれの変換ユニツト１９及び２０
は、高温水排出管１６及び低温水排出管１８から
送出される海水の流れのエネルギを他のエネルギ
に変換するものである。これらの変換ユニツトと
して多く使用されるのは、水力タービン発動機で
ある。しかし例えば、水素を使用するエネルギ変
換装置等に用いることも可能である。

本発明の熱作動流体を用いる熱エネルギ変換装
置の好ましい例として、第２図の実施例を説明す
る。

第２図に示された管路の中には熱流体及び熱作
動流体が挿入されている。多くの管の中に描かれ
た種々の小円は封入膨張物を示す。該小円の直径
の大小はそれぞれの位置でとる封入膨張物の大き
さが変化する傾向を誇張して示したものである。
上記管内の封入膨張物の周囲の部分には海水が満
たされている。図の左側の管３４の中では封入膨
張物は相当に膨張した状態であるので、封入膨張
体の密度は小さく、図の右側の管４２の中の封入
膨張物は相当に収縮した状態にあるので封入膨張
体の密度は大きくなつている。このような封入膨
張物の膨張及び収縮、すなわち密度の減少及び増
加は、封入膨張物を取巻く海水の温度と圧力（従
つて海深）によつてほぼ定まる。又第２図の例で
は、封入膨張物に封入された封入物質には、約９
℃において液体から固体に変換をなし該温度以上
では収縮、以下では膨張するニトロベンゼンが用
いられている。

前述の質量搬送管回路１０は、低温水吸入管１
４、第１の垂直管２８、第１の傾斜管３０、第１
のＵ状管３２、第２の垂直管３４、第２の傾斜管
３８、第２のＵ状管４０、第３の垂直管３６、第
４の垂直管４２、低温水排出管１８、及び高温水
排出管１６を備えている。図の３１と３３は第１
のＵ状管３２の入口端と出口端を示し、図の３９
と４１は、第２のＵ状管４０の入口端と出口端を
示す。かかる装置は、該封入膨張物が熱流体に対
して沈下する温度より十分高い海面温度を有する
海水中において用いられる。

又低温水吸入管１４は封入膨張物が熱流体に対
して浮上する温度より十分低い温度の海水すなわ
ち低温水を吸入できるように深く、海中に延びて
いる。海洋の海水温度の一例は約800ｍの海深に
おいて約４℃程度である。

第１の垂直管２８は、低温水を導入するため
に、海中深く延出する上記低温水吸入管１４（第
１図）に接続されている。

第１の傾斜管３０は低温水吸入管１４の下部で
第１の垂直管２８と接続されている。該傾斜管３
０は、第４の垂直管４２の中を降下した比較的高
い温度の収縮した封入膨張物を徐々に第１の垂直
管２８内に案内する働きをなす。封入膨張物はこ
のとき海水に対しで浮き上るだけの浮力を有しな
い高い温度にあるので、第１のＵ字管の中を降下
する。低温水吸収管１４から流入する低温の海水
は第１の傾斜管３０から導入された封入膨張物を
冷却しつつ自分は温度上昇をし続け、第２の垂直
管３４中を上昇する。封入膨張物は海水ととも第
１のＵ字管３２の中を移動し、第２の垂直管３４
との連結部である出口端３３附近に至ると、封入
膨張物は十分冷却されて膨張し、周囲の海水に対
して十分低い密度を有するものとなり、海水に対
して相対的に上昇する。従つて第２の垂直管３４
内の海水は封入膨張物の上記上昇運動によつて上
方に強く押し上げる。この封入膨張物は管３４内
を上昇するに従つて、温度が下がり、かつ該封入
膨張物をとりまく海水から受ける圧力が減少す
る。従つて封入膨張物の体積従つて印加される浮
力は上昇する程大きくなり、封入膨張物を取りま
く海水の流れは上昇するに従つてますます強いも
のとなる。

高温水吸入管１２は封入膨張物が海水に対して
沈下する温度より高い温度を有する海水を該質量
搬送管回路１０へ導入するために海面１１（第１
図）の近くへ延出している。

第３の垂直管３６は、高温水を受け入れる高温
水吸入管１２に接続されている。

第２の傾斜管３８は第２の垂直管３４の上端部
から斜め下方に延出し、高温水吸入管１２の上方
で第３の垂直管３６に開口しており、第２の垂直
管３４を通つて上昇した封入膨張物を第３の垂直
管３６の側に順次送り込み高温水の下降流を発生
させるために用いられる。第２の傾斜管３８を通
して第２の垂直管３４の上端から送られた低温で
低密度の封入膨張物は第３の垂直管３６に入るや
いなや直ちに上昇して第２のＵ状管４０を通つ
て、高温水吸入管１２から流入した海水とともに
第４の垂直管４２の中を温度上昇しつつかつ収縮
しつつ降下し、下端４３を強く押圧する。この場
合第４の垂直管４２を海水を押し下げつつ流下す
る封入膨張物は、下方に進むほど温度が上がるこ
と、及び周囲の海水の圧力が増加することによ
り、体積従つて浮力が減少し、下方に向かう力が
増加する。そのため第４の垂直管４２内の海水は
下に行く程強く封入膨張体に押されて強い下降流
を形成する。このようにして第４の垂直管４２の
底部４３に達した海水は、該底部４３の附近に強
い圧力を発生し、海水を押下しつつ底部４３に達
して堆積した封入膨張物は、第１の傾斜管３０を
介して押し上げられ、第１の垂直管２８の下端に
供給される。又第４の垂直管４２を経て下降した
海水は底部４３で斜め上向きに転じ管１５を経て
高温水排出管１６に送り込まれる。

前述のように低温水を第２の垂直管３４から上
方の変換ユニツト２０（第１図）に送るために、
低温水排出管１８が、第２の傾斜管３８の上端と
第２の垂直管３４の上部３５とが接続される部分
から、斜め下方に延びる傾斜管１７の下端に接続
される。このように管路を形成することにより、
封入膨張物が排出管１８に吸引されることを防止
している。しかし上記防止を確実のものとするよ
うに傾斜管１７の入口にスクリーンを取付けても
よい。

高温水を第４の垂直管４２から上方に変換ユニ
ツト１９まで搬送するために、高温水排出管１６
は、第１の傾斜管３０の上方で第４の垂直管４２
の底部４３に接続されている傾斜部分１５によつ
て、第４の垂直管４２に接続され、該傾斜部分１
５は第４の垂直管４２の底部４３の上に広がる広
い部分から上方へ斜めに延びているので封入膨張
物が熱流体とともに排出管１６へ吸引し外部に排
出されることはない。しかしこの場合にも、封入
膨張物が排出管１６に吸込まれるのを確実に防止
するために、スクリーンを管１５の入口に配置し
てもよい。

また、第２図の管路は一点鎖線で描かれている
第２の低温水排出管４４及び第２の高温水排出管
４６を有するものであつてもよい。

上記第２の低温水排出管４４は第２図の管路の
中で、絶対圧が海洋の絶対圧よりも若干高くなつ
ている深さであつて、第１のＵ状管３２の出口部
３３の附近に接続されている。低温水の一部を排
出させ、上方の第２の垂直管３４における低温水
に対してその封入膨張物の割合を増加させ、第２
の垂直管３４内の熱流体と封入膨張物の上昇流の
エネルギを増大させるため、第２の低温水排出管
４４は第１のＵ字管３２から斜め下方に向けて装
着されている。

第２図の管路における絶対圧が海水の絶対圧よ
りも若干高めになるような深さにおいて、第２の
高温水排出管４６は第２のＵ状管４０の出口部４
１近くで該管路に接続されている。該第２の高温
水排出管４６は、該管路から斜め上方に延び、高
温水の一部を排出し、高温水に対する封入膨張物
の割合を第４の垂直管４２において増加させ、そ
れによつて第４の垂直管４２内の熱流体と封入膨
張物の下方への流れを強くするのに用いられる。

以上説明した第２図の管路は、封入膨張物とし
て温度上昇によつて密度が増加するニトロベンゼ
ンを封入したものであつたが、第２図の管の動作
を理解すれば、該理解に基づいて温度が上昇すれ
ば密度が減する二酸化炭素、メタン、エチレン等
を用いて海洋熱エネルギ変換装置を形成すること
ができる。ただし第２図に対して、次の２つの変
更を行なうことが必要である。

第１の変更は、高温水吸入管１２を低温水吸入
管として用い、低温水吸入管１４を高温水吸入管
として用いることであり、 第２の変更は、第２図の管路に於て、温度と圧
力に対応して熱流体に対して上昇又は降下した封
入膨張物が逆に降下又は上昇するようにする封入
物質を封入膨張体に封入することである。上記説
明により第２図に示した管路を用いた海洋熱エネ
ルギ変換装置の定常的な動作が明らかになつたの
で、次にこの装置の運転を開始する操作を説明す
る。上記操作は、先ず第２図の管路に熱流体とし
ての海水及び熱作動流体を形成する封入膨張物を
混入して充填し、ポンプを用いて、高温水吸入管
１２に毎表面附近から高温の海水を、又低温水吸
入管１４に深い海中から低温の海水を供給し続け
れば、内部に混入された封入膨張物は熱作動流体
として第２図で説明した循環を開始し、封入膨張
物は低温の海水を海面上に向けて押し上げる海水
の流れを発生するとともに高温の海水を海面附近
から深い海中の所まで押し下げる海水の流れを連
続的に発生するようになる。従つてこの状態とな
つたとき、ポンプの動作を停止すれば、第２図の
管路の中に於て、封入膨張物を循環させ、これに
伴つて高温の海水及び低温の海水を引続き海面上
に押し上げることができるのである。

本発明の熱作動流体を使用した海洋熱エネルギ
変換装置の別の例を第３図に示す。第３図の装置
に於ても熱流体として海水が用いられ、熱作動流
体を形成する封入膨張物に収容される封入物質に
は、温度上昇によつて、密度が低下する物質が用
いられている。印加される温度と圧力によつて定
まる封入膨張物の浮力が該封入膨張物の重量より
小さいときは、封入膨張物は熱流体を押し下げつ
つ下降し、封入膨張物の重量より大きいときは、
熱流体を押し上げつつ上昇し、それぞれ熱流体の
上向きの流れ及び下向きの流れを形成する。上記
の様な封入膨張物の例は二酸化炭素及びエタンで
ある。

第３図の装置は高温水吸入管１２、低温水吸入
管１４、管５０，５１，５２，５３，５４，５
５，５６及び５７、重力利用の分離装置すなわち
重力分離装置５９及び低温水排出管６１を含み図
の左方に描かれている第１の管路と、管６３，６
４，６５，６６、重力分離装置６８，６９、冷却
装置７０、及び高温水排出管７２を含む第２の管
路を有する。

熱流体の中には熱作動流体を形成する多数の封
入膨張物が混入されている。装置の動作説明を容
易にするために、装置が定常状態で作動している
場合、すなわち高温水吸入管１２から海表面に近
い所から吸入された比較的高温度の海水が定常的
に流入し、低温水吸入管１４から海中の深い部分
から吸入された比較的低温度の海水が定常的に流
入し、低温水排出管６１及び高温水排出管７２か
ら、それぞれ比較低温の海水及び比較的高温の海
水が定常的に排出されている場合について説明す
る。第１の管路の下の部分に位置する管５０の部
分には、低温水吸入管１４から吸入された低温の
海水のために低い温度にあり、該管５０の中には
気体から相変換によつて液体となつた封入物質す
なわち二酸化炭素又はエタン等を含み、収縮して
小形となつているために印加される浮力が小さ
く、自力で熱流体中を上昇できない状態にある封
入膨張物が堆積している。上記管５０は高温水吸
入管１２と管５１との間に連結され、管５０内の
封入膨張物は自重で管５１の下端に押し出され、
高温水吸入管１２からの高温の熱流体と混合して
管５１の中を上昇する第１の混合流体を形成す
る。このとき低温の封入膨張体は、高温の海水に
暖められて、内部の封入物質が液体から気体に相
変換するために膨張しつつ、熱流体とともに次第
に急速に上昇する。

管５１の上端には上方に延びる管５３が接続さ
れ、両管の間には管５２の一端が開口し、管５２
の他端は重力分離装置６９に接続される。従つて
第１の混合流体の一部は重力分離装置６９に流入
する。流入した第１の混合流体に於ては、封入膨
張物は熱流体すなわち海水に対して浮上可能に膨
張しているので、海水と封入膨張物は重量分離装
置６９の中で上下に分かれ、海水は高温水排出管
７２から下方に排出され、封入膨張物は管６３を
介して上昇する。管６３の上端は管６４と６６に
分かれ、管６６は冷却装置７０に接続され、管６
４は重力分離装置６８に接続される。冷却装置７
０に使用される不凍液は暖状態で管６６を下降
し、管６３の上端から上昇する封入膨張物と混合
して第２の混合流体を形成し、この混合流体は管
６４を経て重力分離装置６８に入る。第２の混合
流体が管６４を上昇するとき、該混合流体に印加
される圧力が低下するので、封入膨張物は更に膨
張しかつ温度降下を生ずるが一部の熱は不凍液か
ら封入膨張物に移動し、封入膨張物はなお強く上
昇し続ける。

重力分離装置６８に流入した第２の混合流体
は、２つの流路に分離し、密度の高い不凍液は装
置６８の下部を通つて管６５に入り、冷却装置７
０に供給され、まだ密度の低い封入膨張物は装置
６８の上部を通り、管５４に流入する。冷却装置
７０は不凍液に熱を与えてその温度を上昇させる
とともに、冷却作用をも行なう。上記のように暖
められた不凍液は管６６から管６３の上端に流入
し、ここで管６３から上昇する封入膨張物ととも
に上記第２の混合流体を形成し、以後上述の循環
をくり返す。

管５１を上昇する第１の混合流体のうちの管５
２に分流されたもの以外の残部は、管５３を通つ
て上昇する。このとき管５３を上昇する封入膨張
物は管５１に於て高温水吸入管１２から供給され
た高い温度の海水によつて加熱され、膨張して著
しく小密度の状態にある。従つて管５３内を上昇
する多くの封入膨張物は強く海水を押上げつつ上
昇する。前述のように管５４を通つて流れる封入
膨張物は、管５３を通つて強く流れる熱作動流体
と合体して第３の混合流体を形成する。

第３の混合流体は管５３及び６４を上昇する第
１及び第２の混合流体の強い流れに押し流されて
管５５内を下降する。この下降に於て封入膨張物
は、海水によつて次第に強く圧縮されて収縮し、
熱を発生するが、その熱の一部は第３の混合流体
の海水に移るが、封入膨張物はなお低い密度のま
ま管５５を海水とともに流下する。

海の深い位置から吸込まれた低温の海水は、低
温水吸入管１４を通つた後、管５５を通つて流れ
て来た第３の混合流体とともに管５７に流入して
第４の混合流体を形成する。管５５，５７及び低
温水吸入管１４が接続される位置は接続部５６で
示されている。

第４の混合流体は図に示すように、接続部５６
から上方に延び、ほぼ水平に進んだ後下降する管
５７を経て、重力分離装置５９に流入する。この
場合接続部５６から上昇する第４の混合流体にあ
つては、混在して流れる封入膨張材はなお熱流体
に対して上昇する低い密度を有していて、低温水
吸入管１４を通して供給された低温の海水によつ
て冷されつつもなお海水を押上げつつ上昇する
が、移動ととも更に低温となり、封入物質は少し
ずつ相変換をして気体から液体に変化する。従つ
て封入膨張物は管５７を通つて下降する際には、
海水に比べて次第に大きな密度を有する状態とな
り、封入膨張物従つて熱作動流体は海水を押し下
げつつともに下方に流れ、重力分離装置５９に流
入する。このように液体状の封入物質を収容する
ようになつても、封入膨張物の密度は海水の密度
より低いので、重力分離装置５９の中では、密度
が小さい封入膨張物は上側を流れ、密度が大きい
海水は下方を流れる。こうして分離された海水は
低温水排出管６１を介して排出され、密度が小さ
い封入膨張物は管５０を流れて高温水吸入管１２
と管５１との接続部に供給される。これ以後の動
作は先に説明した通りである。上記のようにして
低温水排出管６１から排出された低温の海水の流
れ及び高温水排出管７２から排出される暖かい海
水の流れは、第２図の装置例と同様にエネルギ源
として用いられる。両排出管６１及び７２から排
出された海水はエネルギを放出した後、廃水とし
て海に捨てられる。しかしこの廃水は通常海面附
近の海水の温度とは異なる温度を有するので、該
廃水を海に戻すときには、温度相違のために生ず
る汚染を防止するように、廃水温度とほぼ同じ温
度を有する海中の場所に戻すことが好ましい。

第２図及び第３図の熱エネルギ変換装置に関す
る動作説明は、説明を簡単にするために動作が正
常に行なわれている場合について行なつたが、次
にこのエネルギ変換装置の運転を開始する方法に
ついて説明する。

第２図の装置に於て、先ずポンプ（図示せず）
を用いて高温水吸入管１２から高い温度の海水を
供給し、低温水吸入管１４から低温の海水を供給
すれば、これらの海水はそれぞれ高温水排出管１
６及び低温水排出管１８から外部に排出され、海
水に混入された封入膨張物はそれ自身を取まく海
水の温度（この温度は封入膨張体の保護膜がよく
熱を伝導するので封入膨張体自身の温度とほぼ等
しい）と、該封入膨張物をとりまく海水の圧力に
対応して膨張又は収縮しながら管の中の海水を押
し上げまた押し下げて加速しつつ管内を移動する
ようになる。従つて上記動作を続ければ、両排出
管１６，１８から排出される海水は次第に強いも
のとなり、その結果両吸入管１２，１４からは高
温度の海水及び低温度の海水が自動的に吸込まれ
ることとなる。従つて装置の運転が上述の状態と
なつたとき、ポンプによる助勢を停止すれば、装
置はそのまま自動的に運転を継続し、所定の海洋
熱エネルギの変換を行なうことができる。

第３図の熱エネルギ変換装置に於ても装置の運
転開始は同様に行なわれるが、その動作は第２図
について行なつた説明から容易に理解できると考
えるので、特に説明をなす事は省略する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の熱作動流体を使用する海洋
熱エネルギ変換装置の概略のブロツク図；第２図
は、温度が低下したとき体積が膨張し、所定の温
度以下の海水の中で海水に対して浮上する封入膨
張物から成る本発明の熱作動流体を利用した、熱
エネルギ変換装置の概略図；第３図は、高い温度
の海水の中で膨張して、該海水に対して浮き上が
る機能を有する封入膨張物から成る熱作動流体を
利用した熱エネルギ変換装置の他の実施例の概略
図；第４図ないし第８図は、各封入膨張物を収容
する保護膜の実施例を示す斜視図である。 １０……質量搬送管回路、１１……海面、１２
……高温水吸入管、１４……低温水排出管、１６
……高温水排出管、１８……低温水排出管、１
９，２０……変換ユニツト、２８……第１の垂直
管、３０……第１の傾斜管、３２……第１のＵ状
管、３４……第２の垂直管，３６……第３の垂直
管、３８……第２の傾斜管、４０……第２のＵ状
管、４２……第４の垂直管、４３……底部、４４
……第２の低温水排出管、４６……第２の高温水
排出管、７４……バツグ、７５……仕切り壁、７
８……シーム、７９……フイン、８０……フイ
ン、８１……多孔性材料、８２……可撓性バツ
グ、８３……ひだ、８４……バネ、８７……保護
膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 印加される温度と圧力の変化に対応して体積
   の変化を生ずる封入物質と、可撓性を有る薄膜で
   形成され内部に上記封入物質を収容する保護膜か
   ら成り、何物にも取付けられることなく個々に動
   作を行なう多数の封入膨張物で構成された熱作動
   流体であつて、 上記熱作動流体が、該熱作動流体と混合される
   熱流体の高温部と低温部の一方から他方に移動し
   たとき、上記封入膨張物は上記移動に伴う温度及
   び圧力の変化に迅速に対応して、体積の膨張又は
   収縮を行ない、少くとも一方の熱流体の上昇流又
   は下降流を発生させる、封入膨張物の熱作動流
   体。 ２ 上記保護膜として、内部に封入された封入物
   質の体積が変化し、封入膨張物内部の圧力が変化
   したとき、封入膨張物内外の圧力がほぼ平衡状態
   となるのを妨げることのない非弾性材料が使用さ
   れている、請求項１に記載の熱作動流体。 ３ 可撓性を有する上記封入膨張物の保護膜はポ
   リプロピレン及びポリエチレンのいずれかで形成
   されている、請求項１に記載の熱作動流体。 ４ 上記封入膨張物は、熱流体の中に漬けたとき
   破れたり、溶けたり、せぬように形成されてい
   る、請求項１に記載の熱作動流体。 ５ 上記保護膜は、封入膨張物に収容されている
   封入物質にも、熱流体にも溶解しない材料で形成
   されている。請求項１に記載の熱作動流体。 ６ 上記封入膨張物に収容される封入物質は、２
   酸化炭素、プロパン、ベンゼン、アンモニア及び
   ニトロベンゼンの中の少くとも１つである、請求
   項１に記載の熱作動流体。 ７ 上記封入物質の迅速な容積変化は該封入物質
   の相変換を利用するものである、請求項１に記載
   の熱作動流体。 ８ 上記保護膜を密封する封止線がほぼ多角形状
   に形成された袋である、請求項１に記載の熱作動
   流体。