[发明专利]旋转容积式蒸汽机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将热能转换为刚体动能等机械能的蒸汽机，尤其涉及从较低温的热源有效产生机械能的、具有简单构成的蒸汽机。 

背景技术

根据环境对策或省资源、节能的观点，近年来，推进多样能源的利用技术的开发，其中，存在从太阳能等存在于自然界的热能取出机械能的技术。并且，还开发有如下技术：通过利用被废弃到柴油机等内燃机的废气和冷却水中的废热来产生动力、并回收该动力，由此提高内燃机的热效率。 

在将热能转换为刚体动能等机械能时使用热机(发动机)，在热机中存在将通过燃烧而成为高温高压的空气直接作为工作流体的内燃机、和通过传热使工作流体成为高温高压的外燃机。由于在将自然界的热能或内燃机的废热等转换为机械能时不能利用内燃机，因此多使用作为外燃机的蒸汽机。通常，蒸汽机为，具备通过热源的热量产生蒸汽的锅炉等蒸汽产生器、用于产生动力的汽轮机等膨胀机、使膨胀的蒸汽凝结并成为冷凝水的冷凝器、以及使冷凝水回流至蒸汽产生器的冷凝水泵，是构造复杂、大规模的设备。 

然而，使用石油、天然气等通常燃料的内燃机或外燃机，通过燃料燃烧产生高温高压的工作流体而使热能转换成机械能，并从高温状态的热源取出机械能，因此热效率较高。但是，自然界的热能或内燃机的废热等一般不是那么高温，即、是低温状态的热能，为了从这种热源有效地取出机械能，需要适合于低温状态热源的热机。 

作为用于从低温状态热源产生机械能的、具有比较简单的构成的热机，公知有日本特开2001-20706号公报所示的发动机。如图6所示， 该发动机具有蒸汽产生部101和冷却部102，它们之间通过喷嘴103连接。在冷却部102的与喷嘴103相对的位置上配置有涡轮106，涡轮106与磁体107成为一体地旋转。在磁体107的内侧相对地配置有静止的发电线圈110，磁体107和发电线圈110构成发电装置。蒸汽产生部101和冷却部102分别被密封，在其内部封入作为工作流体的水104，并且内部的空气等通过真空泵被排气。并且，在冷却部102的上方安装有用于散热的多个热管105。 

蒸汽产生部101和冷却部102作为整体成为热管，在蒸汽产生部101中被从下方加热并成为水蒸汽的水104，成为高速流并从喷嘴103喷向涡轮106的叶片。由此，涡轮106以及磁体107旋转而产生刚体动能，刚体动能通过磁体107和发电线圈110最终被转换成电能的形式而输出到外部。驱动涡轮106后的蒸汽随着热管105的散热作用被冷却凝结而恢复为水。该冷凝水通过重力向冷却部102的下方落下，并从中央部回流到蒸汽产生部101。 

利用被封入密封容器内的液体的蒸发和凝结的热管，一般被用作为热的输送机构、即热传递装置。其中，被封入热管内的液体的蒸汽伴随较大的速度能地进行移动，所以能够如上所述地从其中取出动力，在该情况下，能够从低温状态的热源取出机械能。 

日本特开2001-20706号公报所示的涡轮是利用工作流体的速度能的所谓速度型发动机，但为了使涡轮有效率地工作，需要使涡轮的转速上升，并增大到其圆周速度与蒸汽的速度匹配的值。在将涡轮小型化并缩小直径时，涡轮转速变为非常高转速，在涡轮上作用较大的离心力，从而可能发生破损，并且在通过高速旋转的发动机驱动负载时，通常设置减速机来降低转速是不可缺少的。在利用发电机而以电能的形式取出动力的情况下，高速的发电机是控制装置等复杂、高价的发电机。 

如上述公报所示那样，在涡轮装置中以增加作为工作流体的蒸汽的速度能为目的，在涡轮入口配置有喷嘴。因此，加热部与涡轮之间的距离变得比较长，在这之间蒸汽被冷却而产生热损失。并且，在加热部的温度低、蒸汽为低温时，蒸汽的过热度较低，因此通过冷却容易产生水 滴。当产生水滴时，水滴以高速与涡轮叶片碰撞，在涡轮叶片上产生水滴的碰撞导致的浸蚀、即所谓的冲蚀(erosion)。 

并且，在将热机收容在密闭容器中并使其旋转时，旋转轴必须通过具有密封性的轴承支持。为了对涡轮那样的进行高速旋转的旋转轴进行支持，需要精密的轴承，为了确保密封性地进行支持，其轴承部要采用复杂高价的轴承，维护管理的费用增加。 

发明内容

本发明的课题为，提供一种不限于高温热源、也能够从内燃机的废热等低温状态的各种热源得到机械能的热机，并且解决现有热机中的上述问题。