(57)【要約】      （修正有）【課題】回転が滑らかで、高いエネルギー効率が取れるエンジンを提供する。【解決手段】ローター２の外円全部または一部をギア状４にしてローターケース１に圧縮空気タンクから圧縮空気６を導入して、噴射することによりローターを回転させ、機械的な動力を作り出すことにより、有害ガスを排出しない高効率エネルギー利用が得られる。また、燃料及び電気動力との併用により、環境を考慮した高効率長距離走行可能なエンジンを実現することが可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローターの円周の全部又は一部をギア状にして、ローターケースから圧縮空気を送入し、ローターを回転させ、仕事を終えた空気は廃気排出口から排出され、ローターが連続的に回転して動力を作り出すエンジンの運転方法。
【請求項２】
少なくとも円周の全部又は一部をギア状にしたローターと、ローターの回転軸と、ローターケースと、圧縮空気を送入する圧縮空気送入口と、廃気を排出する廃気排出口とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気駆動型エンジン。
【請求項３】
少なくともギア状のローターが含まれた請求項２に記載された圧縮空気駆動型エンジンと、当該エンジンに圧縮空気を動力源として供給する圧縮空気タンクと、当該圧縮空気タンクとエンジンの圧縮空気送入口とに連通した圧縮空気供給経路と、仕事を終えた空気を排出する廃気排出通路と、圧縮空気の流量をコントロールする圧縮空気流量制御バルブとを備えたことを特徴とする圧縮空気駆動型エンジンの運転装置。
【請求項４】
ローターの円周の全部又は一部をギア状にしたエンジンの運転は、少なくとも燃料と空気を別々に又は混合してからローターケースにある燃料送入口から送入し、爆発燃焼して、ローターを回転させる燃料燃焼爆発工程と、燃焼爆発工程で発生した廃気を追い出すための空気を用いて廃気を追い出す廃気排出工程と、圧縮空気を用いて圧縮空気送入口から送入し、ローターのギア状の円周に衝突させ、ローターの回転を促進する圧縮空気駆動工程とを備え、圧縮空気を廃気追い出し用空気とし、前記圧縮空気駆動工程と廃気排出工程を同一工程で実現できることを特徴とするエンジンの運転方法。
【請求項５】
少なくとも円周の全部又は一部をギア状にしたローターと、ローターの回転軸と、ローターケースと、燃料と空気を別々に又は燃料と空気の混合物を送入する燃料送入口と、圧縮空気を送入する圧縮空気送入口と、廃気を排出する廃気排出口とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の燃料空気駆動型ハイブリッドエンジン。
【請求項６】
少なくとも円周の全部又は一部をギア状にしたローターと、ローターケースと、燃料と空気を別々に又は燃料と空気の混合物を送入する燃料送入口と、低圧空気を用いて燃料燃焼した廃気を排出する廃気排気口と、廃気追い出し用空気を送入する廃気追い出し空気送入口と、圧縮空気を送入する圧縮空気送入口と、圧縮空気排出口と、ローターの回転軸とを備えたことを特徴とする請求項５に記載の空気燃料ハイブリッド駆動型エンジン。
【請求項７】
ローターの円周の全部又は一部をギア状にして、ローターケースから圧縮空気を送入し、ローターを回転させ、仕事を終えた空気は廃気排出口から排出され、ローターは連続的に回転して動力を作り出すことと、電池に貯蔵した電気によりローターを回転させることとを同時に行うのか又は交替に行うことを特徴とするエンジンの運転方法。
【請求項８】
少なくとも円周の全部又は一部をギア状にしたローターと、ローターの回転軸と、ローターケースと、圧縮空気を送入する圧縮空気送入口と、廃気を排出する廃気排出口と、電池の電気でローターを回転させる電気モーターとを備えたことを特徴とする請求項７に記載の電気空気駆動型ハイブリッドエンジン。
【請求項９】
円周の全部又は一部をギア状にしたローターが含まれたエンジンのローターケースにおいて、圧縮空気を送入する圧縮空気送入口も排気口も複数に配置したことを特徴とする請求項２、請求項５および請求項８に記載の空気駆動型エンジン。
【請求項１０】
円周の全部又は一部をギア状にしたローターを並列的に複数に配置し、同一回転軸から回転力を作り出すことを特徴とする請求項２、請求項５、請求項６、請求項８及び請求項９までに記載の空気駆動型エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、空気を動力源として機械的な回転力を作り出すエンジンの構造及び回転方法、特に燃料の燃焼又は電気を用いて圧縮空気と組み合わせて混合動力を利用したハイブリッドエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、燃料の燃焼爆発によりピストンの往復を作り出し、更にこの往復運動を回転運動に変え、機械的な回転運動を作り出す方法を利用したエンジンが主流であった。このエンジンは往復運動から回転運動を作るために効率が低いのが現状である。また、燃料の燃焼に発生した排気は環境に悪影響をもたらすため、環境に配慮した動力源のエンジンの開発が盛んに行われてきた。その中、近距離に使用される軽乗用車には圧縮空気を動力源とした圧縮空気エンジンが考案された。圧縮空気を動力源とした場合、エネルギーの貯蔵量が小さいので、効率よく使用できることが実用の鍵とされている。それに、圧縮空気だけでは作り出せる仕事が少ないため、実用の支障になることが多い。【０００３】  従って、環境に配慮し、圧縮空気のパワーを効率よく回転出力に変えるエンジン、並びに簡単且つ効率よく燃料または電気で動力を補充できる新規構造の高効率エンジンの開発が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、新規構造の高効率エンジンを提供することを目的とする。
【発明が解決するための手段】
【０００５】  請求項１に記載の発明は、ローターの円周の全部又は一部をギア状にして、ローターケースから圧縮空気を送入し、ローターを回転させ、仕事を終えた空気は廃気排出口から排出され、ローターは連続的に回転して動力を作り出すエンジンの運転方法である。圧縮空気はローター円周にあるギアに直接的に作用してローターを回転させるため、圧縮空気のエネルギー転換効率が高い他に、安定した連続運転が得られる。
【０００６】  請求項２に記載の発明は、少なくとも円周の全部又は一部をギア状にしたローターと、ローターの回転軸と、ローターケースと、圧縮空気を送入する圧縮空気送入口と、廃気を排出する廃気排出口とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気駆動型エンジンである。このような構造のエンジンは圧縮空気の利用率が高くて構造も簡単である。
【０００７】  請求３に記載の発明は、少なくともギア状のローターが含まれた請求項２に記載された圧縮空気駆動型エンジンと、当該エンジンに圧縮空気を動力源として供給する圧縮空気タンクと、当該圧縮空気タンクとエンジンの圧縮空気送入口とに連通した圧縮空気供給経路と、仕事を終えた空気を排出する廃気排出通路と、圧縮空気の流量をコントロールする圧縮空気流量制御バルブとを備えたことを特徴とする圧縮空気駆動型エンジンの運転装置である。これらの装置で圧縮空気を動力源とするエンジンを稼動することができる。
【０００８】  請求項４に記載の発明は、ローターの円周の全部又は一部をギア状にしたエンジンの運転は、少なくとも燃料と空気を別々に又は混合してからローターケースにある燃料送入口から送入し、爆発燃焼して、ローターを回転させる燃料燃焼爆発工程と、燃焼爆発工程で発生した廃気を追い出すための空気を用いて廃気を追い出す廃気排出工程と、圧縮空気を用いて圧縮空気送入口から送入し、ローターのギア状の円周に衝突させ、ローターの回転を促進する圧縮空気駆動工程とを備え、圧縮空気を廃気追い出し用空気とし、前記圧縮空気駆動工程と廃気排出工程を同一工程で実現できることを特徴とするエンジンの運転方法である。ローター円周のギアに圧縮空気を噴射する時に、その噴射力でローターを回転させ、エンジンの出力を高めることができる。また、この圧縮空気で燃焼廃気を追い出すことができるため、エンジン構造を簡素化すると同時に運転コストも低減することが可能になる。
【０００９】  請求項５に記載の発明は、少なくとも円周の全部又は一部をギア状にしたローターと、ローターの回転軸と、ローターケースと、燃料と空気を別々に又は燃料と空気の混合物を送入する燃料送入口と、圧縮空気を送入する圧縮空気送入口と、廃気を排出する廃気排出口とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の燃料空気駆動型ハイブリッドエンジンである。圧縮空気が廃気追い出し空気を兼ねるエンジン構造でエンジンを簡素化することができる。
【００１０】  請求項６に記載の発明は、少なくとも円周の全部又は一部をギア状にしたローターと、ローターケースと、燃料と空気を別々に又は燃料と空気の混合物を送入する燃料送入口と、低圧空気を用いて燃料燃焼した廃気を排出する廃気排気口と、廃気追い出し用空気を送入する廃気追い出し空気送入口と、圧縮空気を送入する圧縮空気送入口と、圧縮空気排出口と、ローターの回転軸とを備えたことを特徴とする請求項５に記載の空気燃料ハイブリッド駆動型エンジンである。専用廃気排出用空気の配置により、圧縮空気の利用率を高く求める場合には適される。
【００１１】  請求項７に記載の発明は、ローターの円周の全部又は一部をギア状にして、ローターケースから圧縮空気を送入し、ローターを回転させ、仕事を終えた空気は廃気排出口から排出され、ローターは連続的に回転して動力を作り出すことと、電池に貯蔵した電気によりローターを回転させることとを同時に行うのか又は交替に行うことを特徴とするエンジンの運転方法である。電池由来の電気の利用で圧縮空気の動力制限に縛られず、長距離走行が可能になる。
【００１２】  請求項８に記載の発明は、少なくとも円周の全部又は一部をギア状にしたローターと、ローターの回転軸と、ローターケースと、圧縮空気を送入する圧縮空気送入口と、廃気を排出する廃気排出口と、電池の電気でローターを回転させる電気モーターとを備えたことを特徴とする請求項７に記載の電気空気駆動型ハイブリッドエンジンである。この電気エンジンと圧縮空気エンジンの併用で環境を考慮した長距離走行が可能になる。
【００１３】  請求項９に記載の発明は、円周の全部又は一部をギア状にしたローターが含まれたエンジンのローターケースにおいて、圧縮空気を送入する圧縮空気送入口も排気口も複数に配置したことを特徴とする請求項２、請求項５および請求項８に記載の空気駆動型エンジンである。ローターケースの円周における異なる位置に圧縮空気送入口も排気口も複数に配置すれば、出力を高めると同時に振動を低減することが可能になる。
【００１４】  請求項１０に記載の発明は、円周の全部又は一部をギア状にしたローターを並列的に複数に配置し、同一回転軸から回転力を作り出すことを特徴とする請求項２、請求項５、請求項６、請求項８及び請求項９までに記載の空気駆動型エンジンである。円周の全部又は一部をギア状にしたローターを並列的に複数に配置することにより、出力を高めることが可能になる。
【００１５】  本発明に記述した連通とは構造的に設計した連通経路を設けたことを指し、ローターとローターケースの間にある回転に必要な隙間とは連通経路とされない。また、各図に示した燃料入口の位置と角度は厳密な機械製図ではなく原理的に示したものである。また、本発明に記載したローターは円周の外側の形状には制限がない。例えば、円周の外側点から回転軸の中心までの垂直距離が等しくてもよいし、等しくなくても構わない。エンジンのローターを重くしたり、軽くしたりして応用対象に応じて調整しても構わない。本発明に記載の燃料は液体でも気体でもよい。廃気追い出し用空気と燃料燃焼用の空気の圧力には特別に制限がなく、エンジンの使用条件に合わせて最適化すればよい。燃料または圧縮空気の送入口はエンジンの応用状況に応じてその位置と形状と配置方向を最適化すればよい。燃料を燃焼させ燃焼爆発を利用して回転動力を作り出す場合では点火プラグなどの点火器が必要な装置になることは言うまでもないから、本発明では強調しなかった。
【発明の効果】
【００１６】  本発明によれば、ローターの外円をギア状にしてローターケースに圧縮空気を噴射することによりローターを回転させ、機械的な動力を作り出すことにより、有害ガスを排出しない高効率エネルギー利用が得られる。また、燃料及び電気動力との併用により、環境を考慮した高効率長距離走行可能なエンジンを実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】    以下、本発明を実施例により説明するが、かかる実施例によって本発明が制限されるものではない。
【実施例１】
【００１８】  図１に示したエンジンの圧縮空気送入口５に２０ＭＰａ気圧の圧縮空気６を注入し、ローターのギア状羽４に推進力をかけ、ローター２を回転方向１０のように回転させる。圧力を低下した空気８は排気口７から排出される。圧縮空気の連続注入と連続排気により、ローターが連続的に回転して回転軸３を通じて回転動力を作り出す。
【実施例２】
【００１９】  図２に示したエンジンに圧縮空気送入口５に３０ＭＰａ気圧の圧縮空気６を注入し、ローターのギア状羽４に推進力をかけ、ローター２を回転方向１０のように回転させる。圧力を低下した空気はローターケース１に配置したケース空間９に入り、圧力を放出した後に排気口７から排出される。圧縮空気の連続注入と連続排気により、ローターが連続的に回転して回転軸３を通じて回転動力を作り出す。
【実施例３】
【００２０】  図３に示したように燃料１１を燃料送入口１１ａから、燃焼用空気１２を燃焼用空気送入口１２ａから送入し、燃料爆発してローターを回転させた後に、ローターの回転で圧縮空気送入口５に回ると圧縮空気送入口５から２０ＭＰａの圧縮空気６を高温の燃焼廃気に注入して圧縮空気爆発でローターのギアに推進力を与えて、回転させた後に廃気排出口７から廃気８が排出される。燃料と圧縮空気の連続注入と連続排気により、ローターが連続的に回転して回転軸３を通じて回転動力を作り出す。
【実施例４】
【００２１】  図４に示したように燃料と空気の混合物１３を混合燃料送入口１４に送り燃料爆発してローターを回転させた後に、ローターの回転で圧縮空気送入口５に回ると圧縮空気送入口から２０ＭＰａの圧縮空気６を高温の燃焼廃気に注入して圧縮空気爆発でローターのギアに推進力を与えて、回転させる。ローターが更に廃気排出口に回ったら、０．０５ＭＰａの廃気追い出し用空気を廃気追い出し口１５から送入し廃気を追い出し、排気口１６から排出される。燃料と圧縮空気と廃気追い出し用空気の連続注入と連続排気により、ローターが連続的に回転して回転軸３を通じて回転動力を作り出す。
【実施例５】
【００２２】  図５に示したように燃料と空気の混合物１３を燃料送入口１４に送り込み、燃料爆発してローター２を回転させた後に、ローターの回転で水送入口１７に回ると、排出された廃気と熱交換で温度を上げた熱水１８は高温廃気に噴射し、急速に気化され、ローターのギア４に作用力を与え、ローターの回転を促進する。ローターの回転で圧縮空気送入口５に回ると圧縮空気送入口５から２０ＭＰａの圧縮空気６を高温の燃焼廃気に注入して圧縮空気爆発でローターのギアに推進力を与えて、回転させる。ローターが更に廃気排出口７に回ったら、廃気８を追い出す。燃料と圧縮空気と水との連続注入と連続排気により、ローターが連続的に回転して回転軸３を通じて回転動力を作り出す。
【実施例６】
【００２３】  図６に示したように燃料と空気の混合物１３を燃料送入口１４に送り燃料爆発してローターを回転させた後に、ローターの回転で水送入口１７に回ると、高温廃気に水１８が噴射され急速に気化され、ローターのギア４に作用力を与え、ローターの回転を促進する。ローターの回転で圧縮空気送入口５に回ると圧縮空気送入口から２０ＭＰａの圧縮空気６を高温の燃焼廃気に注入して圧縮空気爆発でローターのギアに推進力を与えて、回転させる。ローターを回転させた後に廃気排出口７から廃気８が排出される。ローターが更に廃気排出口１５に回ったら、０．０５ＭＰａの廃気空気で廃気を追い出し、廃気排出口１６から排出される。燃料と水と圧縮空気と廃気追い出し用空気の連続注入と連続排気により、ローターが連続的に回転して回転軸３を通じて回転動力を作り出す。
【実施例７】
【００２４】  図２に示したエンジンの回転軸に電気モーター（図示していない）を併用して、実施例２に記述したように圧縮空気でローターを回転すると同時に電気モーターを用いてエンジンの出力を高める。電気と圧縮空気は併用してもよいし、切り替え方式で単独使用してしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】圧縮空気を送入し、ローターを回転させた後に排出するエンジンの例を示す図である。
【図２】圧縮空気を送入し、ローターを回転させた後に排出するエンジンのローターケースに空気空間を設けた例を示す図である。
【図３】燃料燃焼廃気を圧縮空気で追い出しながら回転を促進させる例を示す図である。
【図４】燃料燃焼後に圧縮空気で廃気を追い出しながら回転を促進させた後に更に低圧の廃気追い出し用空気で廃気を排出する例を示す図である。
【図５】燃料燃焼後に水蒸気爆発して圧縮空気で廃気を追い出しながら回転を促進させる例を示す図である。
【図６】燃料燃焼後に水蒸気爆発させて圧縮空気で廃気を追い出しながら回転を促進させた後に更に低圧の廃気追い出し用空気で廃気を排出する例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】  １      ローターケース
２      ローター
３      ローターの回転軸
４      ローターのギア
５      圧縮空気送入口
６      圧縮空気
７      廃気排出口
８      廃気
９      空気空間
１０    ローターの回転方向
１１    燃料
１１ａ  燃料送入口
１２    燃焼用空気
１２ａ  燃焼用空気送入口
１３    燃料と空気の混合物
１４    燃料と空気の混合物送入口
１５    廃気追い出し用空気送入口
１６    廃気追い出し用空気と廃気の排出口
１７    水送入口
１８    水又は熱水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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