(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンであって、
動力を生成する動力生成手段であって、前記動力は複数のエネルギー生成源からもたらされるものであり、少なくとも２つの前記エネルギー生成源は、蒸気エネルギー、水素エネルギー及び圧縮空気エネルギー生成源からなる群から選択される、動力生成手段と、
該エンジンに接続される装置に機械的又は電気的動力を生成するように構成される複数のピストン−シリンダーアセンブリであって、該ピストン−シリンダーアセンブリのうちの少なくとも２つが異なる前記エネルギー生成源を用いる、複数のピストン−シリンダーアセンブリと、
該エンジンの前記複数のエネルギー生成源を用いる動作を制御するコントローラーであって、該エンジンを少なくとも２つの異なるエネルギー生成源によって動作させ、それによって前記複数のエネルギー生成源は該エンジンの動作において実質的に同時に用いられる、コントローラーと、
を備える、エンジン。
【請求項２】
前記複数のエネルギー生成源は、蒸気エネルギー、水素エネルギー及び圧縮空気エネルギー生成源からなる群から選択される前記少なくとも２つのエネルギー生成源に加え、化石燃料エネルギー生成源をさらに含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記コントローラーは各該ピストン−シリンダーアセンブリの動作を制御する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記複数のピストン−シリンダーアセンブリは放射状の構成で配列される、請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記コントローラーは、専用モードでは、各前記ピストン−シリンダーアセンブリの動作を、協調して作用させるように制御し、個別モードでは、前記エネルギー生成源のうちの少なくとも１つを他のエネルギー生成源とは異なるように動作させる、請求項３に記載のエンジン。
【請求項６】
前記エンジン内の前記ピストン−シリンダーアセンブリのうちの少なくとも２つは同一ではない、請求項３に記載のエンジン。
【請求項７】
前記複数のエネルギー生成源からエネルギーを回収するエネルギー回収手段を更に備える、請求項１に記載のエンジン。
【請求項８】
前記複数のエネルギー生成源から回収したエネルギーを受け取るとともに該回収したエネルギーを変換するタービンを更に備える、請求項７に記載のエンジン。
【請求項９】
発電機、空気圧縮機、定置式又は移動式機械、車両、トラック、トラクター、土工機械、オートバイ、スクーター、ボート、潜水艦及び航空機からなる群から選択される外部装置に接続される、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１０】
太陽光アレイ及び装置、並びに風力アレイ及び装置からなる群から選択される補助動力供給源を更に備える、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１１】
前記エンジンに圧縮ガスエネルギーを供給する空気圧発生器を更に備える、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１２】
冷却された圧縮空気を集めるエンジン空気冷却手段と、
前記冷却された圧縮空気を前記エンジン内の空気冷却導管内に注入する注入手段と、
を更に備える、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１３】
蒸気エネルギーを生成する誘導手段と、
前記蒸気エネルギーを貯蔵する貯蔵ボールトと、
を更に備える、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１４】
ピストンサイクルにおいてそれぞれのピストン−シリンダーアセンブリによって駆動されるピストンロッドに取り付けられている、少なくとも１つのスラストギアと、
前記少なくとも１つのスラストギアに取着されている少なくとも１つの磁石と、
を更に備える、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１５】
前記ピストンサイクル中に前記少なくとも１つの磁石を励磁する電磁石手段を更に備え、前記少なくとも１つの磁石は該電磁石手段と反発する、請求項１４に記載のエンジン。
【請求項１６】
前記複数のエネルギー生成源は、前記エンジンによる前記エネルギーの使用及び該使用のために供給されたエネルギーの回収のためのそれぞれの閉ループシステムを有する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１７】
エネルギーを生成する動力システムであって、
内部にエネルギーを受け取る複数のエネルギー入力ポートと、該エネルギー入力ポートにそれぞれ接続された複数のピストン−シリンダーアセンブリとを有するエンジンであって、少なくとも２つの前記エネルギー入力ポートは、蒸気エネルギー、水素エネルギー及び圧縮空気エネルギー生成源からなる群から選択される少なくとも２つのエネルギー生成源からのエネルギーを受け取り、少なくとも２つの前記エネルギー入力ポート及び少なくとも２つの前記ピストン−シリンダーアセンブリは、異なる前記エネルギー生成源からの異なるエネルギーを受け取る、エンジンと、
前記エンジンの前記複数のエネルギー源を用いる動作を制御し、前記エンジンを少なくとも２つの異なるエネルギー源によって動作させ、それによって前記複数のエネルギー源は前記エンジンの動作において実質的に同時に用いられる、コントローラーと、
を備える、エネルギーを生成する動力システム。
【請求項１８】
前記複数のエネルギー入力ポートの少なくとも１つは化石燃料エネルギーを受け取る、
請求項１７に記載の動力システム。
【請求項１９】
複数のエネルギー生成源を同期して用いる方法であって、
エンジン内の個別のポートに複数のエネルギー生成源を注入するステップであって、前記エンジンは、前記ポートにそれぞれ接続された複数のピストン−シリンダーアセンブリを有し、前記複数のエネルギー生成源は、蒸気エネルギー、水素エネルギー及び圧縮空気エネルギー生成源からなる群から選択される少なくとも２つの異なるエネルギー生成源を含む、ステップと、
前記個別のエネルギー生成源からのエネルギーの生成を制御するステップと、
を含む、方法。
【請求項２０】
前記注入するステップは、少なくとも１つの前記ポートに化石燃料エネルギー生成源を注入するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの設計及びエンジンの動作における改良に取り組むものであり、また、そのような装置のエネルギーを節減しようとする試み、及び好ましくはクリーンエネルギー資源である資源を効率的に使用すること（及び再利用すること）に取り組むものである。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本発明は、２０１０年１月１９日に出願された「Advance Multi-Energy Operating Engine and Internal Clean Energy Generation」と題する米国仮特許出願第６１／２８２，３０３号の優先権を主張するものであり、該出願の主題は参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００３】
産業化時代におけるジェームズ・ワットの蒸気生成の改良以来、特に前世紀における化石燃料の採用に伴い、人類は、エネルギー消費量を劇的に増加させ、その結果、環境を変化させてきた。中国及び他の人口の多い国々の台頭とともに、誰もがより高い生活水準を得ることを望み、化石燃料の消費に依存し、地球へ生態学的ダメージを与える影響が加速しており、環境は脅威に晒されている。このような結果を改善するともに緩和する解決策が求められている。非化石燃料の代替案が利用可能であるが、経済的考慮によって、よりクリーンなエネルギー生成源の即時の大規模な利用が阻まれている。
【０００４】
種々の分野（fronts）、例えば太陽光発電及び風力発電の進展とともに、非化石燃料の代替案の推進が続いている。しかし、新たなより強力な材料とともにマイクロプロセッサ及びコンピューターの出現により、実証済みの技術の改良等によって、化石燃料から再生可能かつよりクリーンなエネルギー形態、例えば蒸気エネルギー及び空気エネルギーへシフトするための他の機構がますます可能になっている。例えば、冶金工学及び部品工学（components engineering）における進展によって、蒸気、空気圧すなわち圧縮空気及び他のエネルギー源のより良好な制御を可能にする、高い強度を有する材料が製造されている。エネルギー源としての水素ガスの制御等の最新の技術も可能である。これらの３つのエネルギー源は、環境に対してクリーンであるとみなされており、それらの使用方法の改良が本発明の主な目的である。
【０００５】
実際に、クリーンエネルギーは、米国（及び他の国々）における経済回復の原動力となっており、化石燃料の現在の使用レベルを圧倒するエネルギータイプとして採用されている。ワットのおかげで産業革命の基礎となった蒸気動力は依然として、例えばより大型の蒸気タービンによって長距離海上輸送において電気を生成する主要な手段である。過去７５年間にわたる蒸気動力の使用の急激な減少は、一部には、蒸気を経済的なものにするための、かつ環境基準の高まりに遅れを取らないための技術が進歩しなかったことに起因するものであった。エンジンの動作及び性能を効率的に管理するための改良された新たな材料とコンピューター技術における他の進歩とによって、新たな革命が目前に迫っており、本発明はこれらの発展の最先端にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
クリーンエネルギーに対する投資額の上昇とそれらの技術に対する価格予測の低下とによって、クリーン技術をより良好に利用することが可能なエンジン及びシステムが極めて有益となるであろう。本発明は、化石燃料の使用を最小限に抑えるか又は排除することと、動作中の汚染物質の排出がゼロである環境的にクリーンな装置を作ることとによる、二酸化炭素排出量の改善に関するものである。
【０００７】
本発明はまた、長期間にわたる種々の用途での効率的な動作を保証するとともに持続させる、熱、流れ及び負荷の監視並びにフィードバックを用いる閉ループエネルギーシステムの使用による動作コストの低減に取り組むものである。
【０００８】
本発明は、様々なクリーンエネルギー源を一緒に又は個々に使用することを可能にし、かつ、分散したいかなる残留エネルギー又は未使用エネルギーも回収及び再利用することを提供する。
【０００９】
クリーン技術の進展における利点を十分に活かすために、設備及び構成要素である装置の部品はモジュール設計がされるべきであり、これらの部品は共通して組み立て及び分解の容易さを可能にし、それによって付加的な利得が達成され、またクリーン技術が化石燃料と競合することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のシステム、方法及び装置は、内部の各エネルギー源を個々に又は他のエネルギー源と協調して使用する機構を含むエンジンの動作における複数の、好ましくはクリーンなエネルギー源の使用に関する。本発明は、蒸気、圧縮空気及び水素等のクリーンエネルギー源に加えて、エンジン構成に化石燃料も含むことができ、単一のエンジン又はシステム内で異種のエネルギー源を同時消費するエンジン及び方法論を作り出すものである。
【００１１】
本明細書は、本明細書を形成するとみなされる主題を特に指摘しかつ明白に特許請求する特許請求の範囲で締めくくられているが、本発明は、同様の参照符号が同様の構造要素及び他の部材を示す添付の図面と併せて以下の説明からより良く理解されると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】アイドル状態を示す、誘導コイル加熱装置の代表的な図である。
【図１Ｂ】中間位置を示す、誘導コイル加熱装置の代表的な図である。
【図１Ｃ】最大位置を表す、誘導コイル加熱装置の代表的な図である。
【図２】装置及びシステムの監視及びプロセッサ制御を示す、図１の装置をより詳細に示す図である。
【図３】図１及び図２の装置を使用する、本発明の蒸気生成器の実施形態における種々の動作部材を示す図である。
【図４】図１〜図３に示されるような本発明の蒸気生成器の実施形態の動作を更に示す図である。
【図５】複数のエネルギー源を使用する、本発明に従ったエンジンの代表的な図である。
【図６】本発明の空気圧エネルギー生成器の実施形態における動作部材を示す図である。
【図７】本発明の水素エネルギー生成器の実施形態における動作部材を示す図である。
【図８】蒸気エネルギー及び空気圧エネルギーの同時展開を示す、本発明の４気筒エンジンの実施形態の底面図である。
【図９】図８のエンジンのうちの２つをタンデムで使用する、本発明の８気筒エンジンの実施形態の底面図である。
【図１０】図９に示される実施形態の上面図である。
【図１１】空気圧縮機及び圧縮空気貯蔵タンクを有する、図８に示される４気筒エンジンの実施形態の概略図である。
【図１２】複数のエネルギー源入力部を有する本発明に従ったピストン／シリンダーアセンブリを示す図である。
【図１３】エンジン内にある、図１２に示されるようなピストン／シリンダーアセンブリを更に示す図である。
【図１４】複数のエネルギー生成源入力ポートを示す、シリンダーヘッドの上面図である。
【図１５】本発明に従った放射状の構成を示す図である。
【図１６】エンジンを補助する磁気ブーストの実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、本発明を、本発明の好ましい実施形態が示されている添付の図面を参照して本明細書において以下でより十分に説明する。しかし当然ながら、本発明は多くの異なる形態で具現することができ、本明細書において記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全なものとなるように、また本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されることが理解される。したがって、本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態を使用することができ、構造上の変更を行うことができることを理解されたい。
【００１４】
ここで図面の図１を参照すると、例えば水等の液体を加熱するときに電気を用いる従来の誘導原理を使用する熱伝達用の機構が示されている。特に図１Ａを参照すると、エンジンのアイドル状態中に常に最低限の蒸気動力を維持する上で使用することができるような、全体的に参照符号１００によって示される誘導加熱の初期位置又は初期段階が示されている。このように、より少ない量の蒸気生成を維持することによってエネルギーを節減することができる。図１Ａに示されるように、参照符号１０５によって示されるバー、例えば鋼ロッドが、参照符号１１０によって示される複数の巻線によって囲まれている。このアイドル状態の実施形態１００では、参照符号１１０Ａによって示されるアイドル巻線である１つのみの巻線が、この巻線１１０Ａのみに高周波エネルギーを誘導すること等によって励磁される。バーすなわちロッド１０５はそれによって、生成された熱エネルギーを水等の周囲の液体に伝え、本明細書において以下でより詳細に説明する水−蒸気ガス変換セル等の、全体的に参照符号１１５によって示される誘導チャンバー、ボールト（vault）又は他の容器ベッセル内でそのような加熱の最低レベルを維持する。
【００１５】
誘導加熱は既知の技術であり、溶接、ろう付け、（例えば炉内での）溶融、調理及び熱処理用途等の種々の工業用途において用いられている。特に、誘導加熱は、バー１０５又は他のワーク等の導電性金属において渦電流を誘導するために高周波交番磁界を用いる非接触プロセスである。これらの渦電流はこの場合、これらの電流が金属の抵抗を受けて流れるときにジュール加熱を生じる。さらに、印加された高周波ＡＣは表皮効果を引き起こし、この表皮効果は、渦電流の流れを金属の表面に制限する傾向にあり、それによって効果的な抵抗が高まるとともにより多くの加熱が生じる。さらに、鉄類及び幾つかのタイプの鋼では、キュリー温度を下回ると、ヒステリシス損失として知られている磁気ドメインフィールドの「反転」（magnetic domain field "flipping"）による摩擦に起因するまた別の加熱機構が存在し、これは、鉄等の高透磁率の材料の場合に最も大きい。３つの効果全てを組み合わせて、ワークの温度を摂氏数千度まで急速に上昇させることができる。
【００１６】
巻線１１０は、銅、又はバー１０５上に誘導コイルを形成するように巻き付けられるような他の導電性材料から作ることができることを理解するべきである。高周波エネルギー又は誘導加熱を誘導するための他のエネルギーは、図１に示され、かつ全体的に参照符号１２０によって示されるワイヤー等の入力部（inputs）を介して注入することができる。本明細書において以下でより詳細に説明するように、液体に伝えられた熱は作用するよう用いられる。
【００１７】
ここで図面の図１Ｂを参照すると、図１Ａのアイドリング状態よりも多くの熱を生成する例示的な実施形態が示されている。特に、この構成では、残りの巻線１１０の半分（アイドル巻線のうちの左側の巻線１１０Ａ）が、ワイヤー１２０を通じた上述した高周波エネルギー入力によって励磁される。より多くの巻線が励磁されることによって、バー１０５からより多くの誘導熱出力が生成され、それによって周囲の流体の温度が上昇する。したがって、この段階は、蒸気エネルギー生成の中間段階を表す。
【００１８】
当然ながら、より多くのの巻線を用いる、加熱のための細かな段階的変化が可能であり、複数の中間状態が可能であることを理解するべきである。当然ながら、本明細書において説明するエンジンが、エンジンの速度若しくはトルクの増大又は他の要求等により、より多くの蒸気圧又はエネルギーを必要とする場合、その必要性を満たすように、本明細書において以下でより詳細に考察するようなコンピューター又はマイクロプロセッサによって制御される入力部すなわちワイヤー１２０とともに、特定数の巻線を使用することができる。
【００１９】
ここで図面の図１Ｃを参照すると、図１Ｃには、高温が必要であり、すなわち巻線１１０の全て、特にアイドル巻線１１０Ａの左側及び右側双方の巻線が励磁され、それによって周囲の液体をより高温まで加熱するとともにより多くの量の液体を沸点に到達させることで、より多くの液体を蒸気エネルギーに変換する実施形態が示されている。この実施形態に示されるように、アイドリング時にはアイドル巻線１１０Ａのみが励磁される。当然ながら、アイドル巻線１１０Ａは他の実施形態では全ての段階で励磁してもよく、それによって誘導チャンバー又はボールト１１５内へのより多くの熱伝達が可能となることを理解するべきである。
【００２０】
本明細書において上記で説明したような誘導加熱は、蒸気エネルギーを迅速に生成するために鉄心金属等のバー１０５を加熱する非常に効率的な方法である。複数の巻線１１０、センサー及びコンピューター制御を用いて、ボールト１１５内の蒸気の量を動的に調整することができる。このように、蒸気は、アイドル巻線１１０Ａを用いて最小限の設定に保ち、後述するエンジン負荷に応じて最大まで増加させることができる。
【００２１】
ここで図面の図２を参照すると、マイクロプロセッサ制御部を有し、全体的に参照符号２００によって示される、図１と関連して説明した誘導加熱装置の実施態様が示されている。図２を参照すると、間に大まかに示されているクロスフローバルブ２１７Ａ及び２１７Ｂを有する、それぞれの参照符号２１５Ａ、２１５Ｂ及び２１５Ｃによって示される相互接続された３つの誘導チャンバー又はボールトが示されている。このクロスフローバルブ２１７Ａ及び２１７Ｂは、チャンバー間の温度及び圧力を等しくする。３つのチャンバー２１５Ａ、２１５Ｂ及び２１５Ｃは、好ましくは、それぞれコネクター２２７Ａ、２２７Ｂ及び２２７Ｃを介してそれぞれのステージング（staging）ボールト２２５Ａ、２２５Ｂ及び２２５Ｃにそれぞれ接続される。
【００２２】
同様に図２には、それぞれ参照符号２３０Ａ及び２３０Ｂによって示されるコントローラーバス１次プロセッサ及びコントローラーバス２次プロセッサが示されており、これらのプロセッサは全体的に参照符号２３０によって参照される。考察したように、エンジンの要件は、要求及び他の要因に応じて変わり、本発明の目的は、本発明の種々のエネルギー源及び機能を調節するために正確な制御をより利用することである。例えば、この実施形態では、プロセッサ又はコントローラー２３０は、種々のボールト２２５からエンジンへの蒸気の流れを調節し、誘導プロセスを微調節することによってエンジンの必要な蒸気エネルギー要求量を供給する。ボールト２２５Ａ、２２５Ｂ及び２２５Ｃのそれぞれの内部の記号「Ｍ」は、各上記ボールト２２５から通る蒸気圧の立方フィートを仮想リアルタイム（virtual real time）で計量する手段を表すことを理解するべきである。この計量情報は、制御プロセッサにテレメーター情報を提供して正確な流れ情報を伝え、これはさらに、好ましくはマスターコントローラーへ、例えば全体的に参照符号２３２によって示されるいわゆる蒸気要求プロセッサへ転送される。
【００２３】
このように、それぞれの誘導加熱器２１５は、エンジンに供給するための必要量の蒸気をそれぞれのボールト２２５へ供給するように同期モードで一様に動く。これは全て、上述したプロセッサ制御を用いて、それぞれの電気巻線１１０の調節と誘導加熱システムに配線されるオンオフ制御部とによって円滑に行われ、その構成は図１に記載されている。ボールト２１５及び２２５は、エンジンの十分な蒸気要求量を収容するようなサイズであり、付加的な蒸気供給のためにスロットル調節して増やす（及び減らす）ようにミリ秒以内に係合又は係合解除することができる誘導コイルの数及びサイズによってバランスがとられることを理解するべきである。再び図２を参照すると、符号ＳＴは、蒸気の背圧が逆に流れること（エンジンからボールト２２５へ戻ること）を防止するとともに、プロセッサ２３０及び／又は２３２の制御に従ってエンジンへと通過する必要な蒸気エネルギーを左右する蒸気トラップを表すことを理解するべきである。
【００２４】
ここで図面の図３を参照すると、図２のプロセッサ制御部及び非常手段とともに、全て全体的に参照符号３００によって示される、図１の誘導装置の実施態様が示されている。考察したように、誘導チャンバー３１５Ａ、３１５Ｂ及び３１５Ｃは、それぞれコネクター３２７Ａ、３２７Ｂ及び３２７Ｃを介してボールト３２５Ａ、３２５Ｂ及び３２５Ｃそれぞれに誘導によって生成された蒸気を供給する。ここで、クロスフローバルブ３１７Ａ及び３１７Ｂは、本明細書において上記で説明したように、ボールト３２５間の圧力を調節し、ボールト３２５間に均一な圧力を保つ。
【００２５】
蒸気はそれによって、３つ全てのボールト３２５内に貯蔵され、各ボールト３２５には、システムマイクロプロセッサ（例えばプロセッサ２３０又は２３２）によって、図示の３つの個々のコントローラーバス３３０を通じて制御される緊急放出弁３３５が備わっている。更に示されるように、緊急蒸気放出弁３３５は、爆発を防止するとともに過圧力を抑制するように緊急時のガス／流体急速排出リリーフ手段として働く、全体的に参照符号３４０Ａによって示される緊急段階リリーフチャンバーに接続している。チャンバー３４０Ａは、さらに、参照符号３４２によって示される緊急ガス／流体／蒸気放出弁を有する。同様に図３には、全体的に参照符号３４０Ｂによって示される別のガス／流体急速リリーフチャンバー又はタンクが示されている。
【００２６】
図３を更に参照すると、図３には、参照符号３４５によって示される使用済み蒸気圧チャンバーが示されており、このチャンバー内に、使用済みの全ての低圧冷却蒸気が集められる。例えば、上述した急速リリーフタンク３４０Ｂからのオーバーフローが、「新たな」すなわち未使用のオーバーフロー蒸気を給送し、このオーバーフロー蒸気はボールト３２５から溢れ、この段階で集められてタンク３４０Ｂとチャンバー３４５とを相互接続する別の放出弁３４２を介して更に作用することができる。加えて、全体的に参照符号３４７によって示される、ボールト３２５からエンジンへ送られた蒸気が、使用後に集められて使用済み蒸気圧チャンバー３４５を満たす。このように、チャンバー３４５は、エンジン３４７の動作から生じる使用済みの蒸気を集め、本明細書において上記で説明したように、圧力弁の動作から溢れた新たな蒸気等の新たな蒸気で満たすこともできる。チャンバー３４５は、緊急リリーフ弁３４８も有する。同様にこの図には、資源を更に再利用及び節減する、使用済みの蒸気エネルギーを用いるように動作可能なタービン３６０と、それによってそのエネルギーから生成された電気を用いる動力装置及び付属部（attachments）が示されている。
【００２７】
上述した例示的な説明は、本発明、すなわち蒸気エネルギー生成を実施する上で用いられる１つのエネルギー源の生産、貯蔵及び実施に関連する背景情報及び構成を示している。ここで図面の図４を参照すると、この蒸気動力すなわちエネルギーをエンジンに供給するシステムが示されており、このシステムは全体的に参照符号４００によって示される。図示のように、誘導加熱は、参照符号４１５によって示される蒸気ボイラーボウル又はボールト内で行われ、図３において説明したようにそれぞれのステージングチャンバー又はボールト４２５に移され、次いでエネルギーが必要に応じてエンジン出力部４４７を介してエンジンに移される。図３において説明したように、全体的に参照符号４３５によって示される放出弁又はオーバーフロー弁が、図４において全体的に参照符号４３７によって示されるエネルギー放出機構を介してボールト４２５から余分な蒸気エネルギーを取り去り、その蒸気が蒸気ボイラーボウル４１５内の液体を加熱するのに十分に高温であれば、いかなる余分な又は未使用の蒸気もその蒸気ボイラーボウル４１５に経路付けて戻す。代替的には、エネルギー放出機構４３７は、未使用の蒸気エネルギーを、示されるような冷却ボウル４１７又は液体タンク４１８に経路付けることができる。図示のように、戻される蒸気は冷却ボウル４１７内で冷却し、次いで、液体として液体タンク４１８に移し、その後で誘導チャンバー４１５へ移すことができる。当然ながら、ステージングチャンバー４２５からの蒸気が、液体タンク４１８への接続部に到達するまでにエネルギー放出機構４３７内で凝縮していれば、そのような凝縮のために冷却ボウル４１７に進ませるのではなく、その流体を液体タンクに注入して、それによってエネルギーを節減することができる。このエネルギー節減機構４３７の動作制御は、説明したように、マスターコントローラー４３２、又はプロセッサ若しくは専用のコントローラーによって達成される。
【００２８】
本発明の特徴は、未使用のエネルギーを再循環及び再利用することによる蒸気（及び他の）エネルギーの節減であることを理解するべきである。図４のシステム４００を更に参照すると、マスター（又は他の）コントローラー４３２が、エンジンの要求に従って、ボールト４１５（又は水−蒸気ガス変換セル）内の液体又は水の誘導加熱を開始し、必要に応じて冷却ボウル４１７及び液体タンク４１８から流体を引き込み、例えば圧力弁４１９を介して冷却ボウル４１７及び液体タンク４１８間の圧力を調節する。それによって制御量の蒸気が生成され、集められ、かつエンジンのそれぞれの構成部材、特に本明細書において以下でより詳細に説明する１つ又は複数のシリンダー／ヘッドの組み合わせに経路付けされる。
【００２９】
ここで図面の図５を参照すると、これまでに説明したように作用する、蒸気等の種々のタイプのクリーンで持続可能なエネルギーのコジェネレーションに関する本発明の一実施形態の全体的な図が示されている。全体的に参照符号５００によって示されるシステムは、参照符号５０１によって示されるエネルギーを供給する手段を有する。図１〜図４においてこれまでに説明したように、蒸気エネルギーは、エンジンに動力を供給するために用いることができる。本明細書において以下で更に説明するように、ともにクリーンで持続可能なエネルギーである水素及び空気圧を用いる等の他の形態のエネルギーもコジェネレーションすることができる。本発明の目的は、再生可能でクリーンなタイプのエネルギーの改善された使用及び展開のための改良に向かうことであるが、本発明は、緊急時若しくはバックアップ用の動力源又は代替的な動力源として化石燃料、例えばディーゼルも用いることができる。説明したように、これらのエネルギーの生成はプロセッサ５３０による正確な制御下にあり、そのプロセスは、当該技術分野において従来のように直流（ＤＣ）電源等の電源５５０によって開始され、この電気エネルギーはバッテリー５５２内に長期間貯蔵される。
【００３０】
図５に記載される本発明の包括的な特徴を更に参照すると、蒸気、水素ガス、圧縮空気又は化石燃料であるかにかかわらず、それらのエネルギーのプロセッサ制御式の放出によって、全体的に参照符号５５５によって示される専用のピストンが一緒に又は別々に駆動され、このピストンは、変速機５５７に連結されると作用を行う。これらのエネルギーはタービン（ここでは３ポートタービン）５６０も駆動し、バッテリー５５２を充電するために充電ライン５５３にわたって電気エネルギーを生成する。前述の実施形態と同等に、蒸気チラー５１７を用いて、使用済み又は未使用の蒸気エネルギーを回収し、この蒸気又は凝縮液を、特に蒸気生成に関して上述したエネルギー供給手段に再び方向付けるとともに再循環させることができる。本明細書において以下で説明するように、使用済み及び未使用の水素エネルギー及び空気圧エネルギーも、使用するために捕捉され再び方向付けられる。このように、本来であれば環境に失われていたエネルギーが、ランキンサイクルと同様の方法で再利用される。説明したように、プロセッサ（単数又は複数）５３０はエネルギー生産を制御し、また制御弁を作動させるとともに種々のセンサーを監視することで、効率的なエンジンシステムのタイミング、及びこの実施形態では異種のエネルギー源とピストン５５５との連結を保証する。
【００３１】
本発明の改善された構成は、生成されたエネルギーをほとんど又は全く無駄にせず、生成された蒸気及び他のエネルギーの全ての供給源を回収、使用及び再利用しようと試みることを理解するべきである。例えば、システム５００には、エンジンを駆動するとともに制御するように係合している全ての電気装置を駆動するために必要な電気エネルギーの大部分を提供する、高効率蒸気作動式発電機５６０が備わっている。蒸気駆動式タービン発電機５６０は、システム５００内の、及びシステム５００に接続されている種々の電気駆動式装置、例えばタービン５６０、プロセッサ５３０、センサー、及びシステムに取り付けられている任意の他の装置、例えば圧縮空気を供給する空気圧縮機に必要な電気の多くの割合を供給することを理解するべきである。本発明において用いられるタービン５６０は、システム５００が電気的にほぼ自給自足することができることを確実にするように、その動作に動力を供給する３つのクリーンエネルギー源、すなわち蒸気、圧縮空気及び水素を有することが固有である。当然ながら、タービン５６０は化石燃料も用いることができることを理解するべきである。
【００３２】
理解されるように、大型の工業用の複雑な蒸気エンジン及び関連する動力源は、自給自足式であり、新たな、好ましくはクリーンなエネルギーを供給するように設計されている。したがって、全体的に参照符号５６３によって示されるソーラーパネル又は風力発電機（wind power）を、日中の主要なエネルギー源として用いることができる。大型の工業用の太陽系アレイ又はウインドファーム５６３は、大量の電気エネルギーを生成するのに必要な量の蒸気を生成するための豊富な動力を供給することができる。大規模な蒸気エンジン用途では、全体的に参照符号５０２によって示される市販の電気によって補うことができる。幾つかの太陽電池パネルは、日中に十分な動力を生成し、蒸気によって生成された動力の貯蔵が夜間に持続することを可能にすることができる。任意選択的に、システム５００には蒸気駆動式のタービンのみが備わっていてもよく、主要な動力源を供給するこの方法は、日中にシステムに動力を供給するソーラーパネル５６３と連結されている。太陽光アレイ５６３はしたがって、この期間中の主な供給源とすることができ、蒸気タービンは、夜間にバッテリー５５２の供給量を補う。当然ながら、ウインドファームの実施形態５６３は、環境要因に応じて散発的に動力を生成する。しかし、大規模な生産工程では、風力を用いて、そのように生産されたエネルギーを使用し、このエネルギーをバッテリー５５２又は同様の貯蔵装置に貯蔵し、かつ／又は余分なエネルギーを共有する、例えばそのように生産されたエネルギーを民間の電力会社５０２に売ることができる。
【００３３】
エンジンシステム５００には電力コントローラーを備え付けることができ、その動力の生成は主要な供給源としてＡＣ電圧及び電流によってなされることも理解するべきである。バッテリー５５２への貯蔵が必要とされ、その貯蔵は好ましくは高効率ＡＣ／ＤＣコンバーターによって達成される。バッテリーの電力貯蔵は好ましくは、現行の技術水準のＤＣ電圧蓄電池によってなされる。好ましい実施形態では、電圧のこのバッテリー源は、このバッテリー源が決して５０％未満に枯渇しないことを確実にするために高度に調節される。大量の蒸気を生成するよう非常に高い要求がエンジンの誘導加熱コイル１１０に課されると、バックアップバッテリーパック５５２が回路に割り込み（cuts into）、システム５００内のより多くの電流増加の全体的な要求を補う。
【００３４】
ここで図面の図６を参照すると、図６には、エネルギー源として圧縮空気を用いる本発明の他の実施形態が示されている。空気圧エネルギーとして知られている圧縮空気は、本発明を実施する上で用いられる別のクリーンなコジェネレーションエネルギーである。
【００３５】
圧縮空気は、貯蔵セル６０３によって貯蔵され、チャンバー６０４に給送され、このチャンバー６０４の内部で、作用のためにエンジンに注入される準備が整う。次いで、使用済みの圧縮空気は脱水手段６０６によって脱水され、貯蔵セル６０３に再循環される前に、ガスを凝縮するチラー６１７に送られる。加圧空気は、入力部６０７及び接続部を介して、オーガー式等の空気圧縮機、又は本明細書において以下でより詳細に説明する加圧空気又はガスを供給する他の手段に供給される。
【００３６】
空気圧エネルギーは、実施形態６００内では、蒸気の実施態様における誘導によって、すなわちポート６０７に接続されている空気圧縮機によって生成することができることを理解するべきである。しかし、動作可能な空気圧縮機は電気エネルギーを必要とするため、本発明における空気圧エネルギーの使用は、別の形態のエネルギー生成、すなわち、空気圧縮機６１７を駆動するとともに必要とされる加圧空気を供給するために必要な電気エネルギーを生成することもできる上述した蒸気、水素又は化石燃料と結び付けることが好ましい。
【００３７】
圧縮空気は、本明細書において以下でより詳細に説明するように、エンジン、並びに圧縮機、バッテリーを充電する電力を生産する発電機、及び動作によって温められる任意の他の機器又は装置を冷却するのに用いることもできることを更に理解するべきである。さらに、使用済みの蒸気と同様に、全ての使用済みの空気圧エネルギーは好ましくは、それらのエネルギーを節減するとともに再利用し、またバッテリー５５２の充電に更に役立つタービン発電機を駆動するように再利用、すなわちチャネル又はダクトを通して経路付けされる。
【００３８】
ここで図面の図７を参照すると、本発明の更なるクリーンエネルギー源、すなわち水素の実施形態が示されている。現時点で、この実施形態の技術は急速に改良されている。蒸気エネルギー及び空気圧エネルギーと同様に、水素は環境に優しく、非汚染燃料である。図７に示されるように、水がタンク又はセル７１５に貯蔵され、プロセッサ７３０の制御を介して、或る測定された量が水素生成セル７２５に供給される。セル７２５内には、全てが電流電源又はＤＣ電源に接続されているとともに電解を助成するイオン性溶媒又はイオン性媒体によって囲まれている複数の別個のプレート７２７がある。既知のように、イオン性媒体を通る電流によって、電極、例えばプレート７２７に沿って化学反応が生じ、周囲の液体、すなわち電解質内で、水からの水素ガスの生成等の物質の分離機構が提供される。上述したプロセッサ７３０は、センサーを介して、エンジンの動作に必要な水素の量を求め、測定された電流によって所与の数のプレート７２７を作動させる。直流は、電極がそのように通電されるときに生じる、電解質中のイオンの生成又は排出に必要なエネルギーを供給することを理解するべきである。プレート７２７又はその一部を構成することができる電極部材は好ましくは、金属、黒鉛及び／又は半導体材料から作る。
【００３９】
水素がセル７２５内に形成されると、このガスは、ポートを通って、全体的に参照符号７２８によって示される水素ガス保持ステージに進み、水素注入ポート（injector port）７２９を介して、作用するようエンジンのシリンダーヘッドに対して利用可能となる。そのように注入される水素の量はコントローラー７３０によって調節される。未使用の水素は、図７に示されるようにシリンダーヘッドから導管７３１を介して水素チラー７１７に移すことができる。チラー７１７は、未使用又は使用済みの水素を再び処理してクリーンな液体又は水にし、その内部に貯蔵されている水素を低温に保つ。セル７１５及び７２５と連通している回収セル７１８も示されており、チラー７１７は水素エネルギーの回収に役立つ。
【００４０】
引火性の高いガスである水素の適切な貯蔵が、水素エネルギー使用の必要な局面であることを理解するべきである。例えば、機械的循環水素タンクは最良には地下に位置付けられ、地下では、より低温の環境によってエネルギーの保護及び節減の双方が可能である。エンジンの動作供給は、水素エネルギーを地面の下からより小さい貯蔵球に経路付けることによって達成され、この貯蔵球は、生成された又は貯蔵されている水素燃料を例えば注入ポート７２９への接続部を介してエンジンのシリンダー・ピストンアセンブリに給送する接続部又は保護管路を有する。
【００４１】
ここで図面の図８を参照すると、本発明の原理を用いる、全体的に参照符号８００によって示される４気筒ピストンエンジンの、特にその構成の底面図が示されている。図８に示されるように、このエンジン構成８００は、ともに参照符号８５６によって示されるシリンダーヘッドの側面に位置する、参照符号８１５Ａ及び８１５Ｂによってそれぞれ示される蒸気ボイラーすなわちボールトと、圧縮空気ボイラーすなわちボールトとを有する。また、自動変速機８５７と、シリンダーヘッド８５６の側面に位置する潤滑油リザーバー８５８と、エンジンスターター８５９とが示されている。示されるように、参照識別子８５５Ａ、８５５Ｂ、８５５Ｃ及び８５５Ｄによって示される４つのピストンアセンブリが、シリンダーヘッド８５６の周りに配置されており、エンジン８００に供給する様々なエネルギー源を用いる。例えば、ピストンアセンブリ８５５Ａ及び８５５Ｂは、図６に示し、図６に関連して説明したような空気圧システム８２６に接続されており、ピストンアセンブリ８５５Ｃ及び８５５Ｄは、図１〜図４に示し、本明細書において上記で図１〜図４に関連して説明したような蒸気生成システムに接続されている。特に、ピストンアセンブリは、本明細書において以下でより詳細に説明するギア接続に起因してピストン８５５Ａ及び８５５Ｃが下方ストロークにあり、ピストン８５５Ｂ及び８５５Ｄが上方ストロークにある状態であって、典型的な交互のピストン動作の場面が示されている。この例示的な実施形態では２つのみのエネルギー源が説明されているが、各ピストン８５５は交互の動力源を用いて他の３つとは独立して始動する（fire）ことができることを理解するべきである。実際に、各ピストンアセンブリ８５５は、異なる動力源によって始動することもできるし、本明細書において以下で更に説明するように他の任意の対で組み合わせることもできる。
【００４２】
本発明の別の特徴はモジュール設計を用いることであり、これは、複数のエネルギー作動式シリンダーピストンステージ、複数種の化石燃料、電気水素（electric hydrogen）エネルギー、空気圧エネルギー、及び蒸気エネルギーを自動的に又は手動で選択することを可能にすることを理解するべきである。モジュール方式によって、より相互交換可能な構成部材を用いて動作及びメンテナンスがより効率的になる。さらに、本発明は、複数種の化石燃料、電気水素エネルギー、空気圧エネルギー及び蒸気エネルギーを含む、同じエネルギータイプのうちの１つ又は複数を用いる１つ又は複数のエンジンの実施形態において４つのシリンダーヘッド及びピストンを有するエンジンを駆動する。エンジンは好ましくはモジュール設計を用いるため、このことは、幾つかのエネルギー生産ユニット（ピストン及びシリンダー）が動くことを可能にし、一方で、他のものはアイドル状態にあるか又は他の作用、例えば、電気エネルギー、空気圧エネルギー、電気水素エネルギー又は蒸気エネルギーを生成する付属部と、全てが必要な蒸気エネルギー、電気水素エネルギー及び空気圧エネルギーを生成するための電気を供給することが可能な上述した誘導加熱、誘電加熱、又はＡＣ電気位相バッキングタイプ（AC electric phase bucking-type）の加熱のための電源電圧を供給するのに用いられる電力を生成するとともに貯蔵する蒸気発生器との駆動を行う。
【００４３】
換言すると、全てのピストンが協調して一方の端に向かって作用する、すなわちトルクを提供するためにガソリンを消費する従来のエンジンとは異なり、本発明の、制御が改善されたモジュール化による改良は、システムがマルチタスクを行うこと、例えば、蒸気で稼動する３つのピストンアセンブリ８５５は、エンジントルクを提供するよう指示され、水素を用いる１つのピストンアセンブリは他の作用又は機能を行うことを可能にする。エネルギー源及びピストンの数の他のそのような組み合わせが可能であることが明らかであるはずである。
【００４４】
ここで図面の図９を参照すると、全体的に参照符号９００によって示される本発明の別の実施形態が底面図で示されている。実際には、この実施形態は、図８の４気筒エンジン８００のうちの２つを組み合わせてタンデム８気筒構成にしている。示されるように、８つのピストンアセンブリ９５５は、その上半分が空気チャンバー９２６によって送達される圧縮空気エネルギーを用いて、その下半分が蒸気チャンバー９２５によって送達される蒸気による蒸気生成を用いて動いている。潤滑油リザーバー９５８が摩擦を防止する。より大きなタンデムエンジンを作り出すために複数のそのような構成が可能であることを理解するべきである。
【００４５】
説明したように、本発明のエンジンのモジュール設計は、複数のエネルギー生産ユニットをエンジンに挿入することを可能にし、例えば、複数種の化石燃料ユニット、電気水素エネルギーユニット、空気圧エネルギーユニット及び蒸気エネルギーユニットを用いることができ、プロセッサ２３０の動的な制御下で、異種のエネルギー源による生成にもかかわらず作用を行うように自動的に又は手動で選択される。さらに、本発明は、上述した複数種の化石燃料、電気水素エネルギー、空気圧エネルギー及び蒸気エネルギーを含む同じエネルギータイプのうちの１つ又は複数を用いる１つ又は複数のエンジンの実施形態におけるタンデム配置又は並列配置の第２のエンジンの動作を可能にする。特に、図１０に示し、図１０に関連して更に説明するように、単一の自動変速機９５７が、双方の４気筒エンジンによってそれらの同期の動作及び結合に起因して生成されるトルクを実現する。読取駆動（read drive）シャフト及びベルトプーリーが総荷重の動力の伝達に役立つことを更に理解するべきである。図９に示されるエンジンのようなタンデムエンジンは、１つのコントローラーが２つの個々のユニットを制御するように共通のデジタル作動バスを通じて共通のマイクロプロセッサ２３０の制御下にあることが好ましいが、ただしプライマリプロセッサ２３２は好ましくは全てのエンジン操作システム及び実施形態を制御する。考察したように、それぞれのエンジンの一部は個々に動作し、残りのピストンは協調して作用することができる。
【００４６】
図面の図１０を参照すると、図９に記載されているエンジン、すなわち全体的に参照符号１０００によって示されるタンデム８気筒エンジン構成の上面図が示されている。図示されるように、ピストン１０５５は、圧縮空気及び蒸気の双方によって動力を供給されるが、説明したように他のエネルギーが可能である。図示のように、ピストン１０５５はそれぞれ、それぞれのスラストロッド１０４７を介してそれぞれのエンジンスラストギア１０４８に接続されており、これによって、ピストンの往復運動が回転エネルギーに、例えば図１０に示されるギア１０４８、並びに伸張ロッド及び非伸張ロッド１０４７の時計周りの運動に変換される。ギア１０４８は、間にタンデムクランクアーム１０４９が取着されているそれぞれのシリンダーヘッド１０５６に接続されている。したがって、２つのエンジン８００は、当該技術分野において理解されるようにシリンダーヘッド１０５６を相互接続するとともに相互作用させて一体で駆動するタンデムクランクアーム１０４９に起因して一体で動く。実際に、そのように構成されているタンデムエンジン１０００の全ての８つのピストン及びシリンダーステージ１０５５は、同期モードで一緒に作用する。
【００４７】
同様に、本発明のモジュール設計の態様に起因して、複数のエネルギー生産ユニット、すなわち複数種の化石燃料、電気水素エネルギー、空気圧エネルギー及び蒸気エネルギーをこの実施形態において用いることができ、プロセッサ制御によってそれらの間で自動的に又は手動で選択を行い、エンジン１０００をタンデム又は並列で駆動し、特定のエネルギー源を用いる個々のピストン１０５５を、エンジンに直接動力を供給するのではなく他の試みで用いることができる。
【００４８】
ここで図面の図１１を参照すると、空気圧縮機１１０７が動作可能である、全体的に参照符号１１００によって示される本発明の別の実施形態の概略図が示されている。本明細書における上記の図に記載した上述の４気筒構成及び８気筒構成のいずれかで構成することができるエンジン１１４７が示されている。また、エンジン１１４７と、考察したように電気によって動力を供給される空気圧縮機１１０７とに接続されている自動変速機１１５７が示されている。理解されるように、生成される機械的エネルギーは、使用のために電気エネルギーに変換される。空気圧エネルギーの貯蔵は、高圧貯蔵タンク１１０３内のアースの上又は下で行うことができる。空気圧縮機は好ましくはオーガー式であることを理解するべきである。
【００４９】
また、図１１に示されているように、タンク１１０３からの空気圧管路１１０３Ａがエンジン１１４７に冷却空気を給送し、エンジン１１４７内で生成される熱を冷却する。このように、システム１１００は、その内部の構成部材、主にエンジン１１４７の動作のための冷却剤を提供することができるが、このシステム内の全ての構成部材をそのように冷却することができる。流体が凍結し、流体通路が不純物に起因して目詰り又は閉塞する場合、本実施形態は、この問題を解消する簡便な方法を提供し、装置１１００が非常に低温及び／又は非常に高温の環境で動くことを可能にする。
【００５０】
図１１を更に参照すると、この構成は、エンジン１１４７が２つ〜４つのピストン−シリンダーステージから採用することを可能にし、ソフトウェア、すなわちプロセッサ２３０の制御下で自動的に又は手動で、個々のピストン−シリンダーアセンブリ又はその群を動作可能にすることもできるし、アイドルモードにすることもできることを理解するべきである。自動変速機１１５７の歯車装置によって、発生器に課される総負荷をメガワット生産範囲にすることができることを理解するべきである。したがって、構成１１００は、ＡＣ主グリッド電源が故障した場合に予備電源の工業負荷を与えるか、又は高エネルギー比率の期間中に配電網を外れたピーク負荷を補うための効率性を加えるように動く。動力発生機、又はシステム１１００に接続されている他の装置を、エンジンシステム自体によって生じる空気圧源から空気冷却することができることも理解するべきである。この冷却は、重負荷下で動く場合、又はエンジンの発生器環境が極めて高い温度を経験する場合等に、発生器の巻線内部の損失を低下させる上で有益である。このことは、タンク１１０３の貯蔵部が地下にある場合に、貯蔵空気を低温に保つのに役立つ。
【００５１】
ここで図１２を参照すると、全体的に参照符号１２００によって示されるエンジンのピストン／シリンダーアセンブリ１２５５の図が示されている。図示のように、ピストン１２５５Ａはシリンダー１２５５Ｂ内で往復移動し、本明細書において上記で説明したように、また当該技術分野において理解されるようにスラストロッド１２５５Ｃを介して上述のエンジンスラストギア１０４８に、及び次いで自動変速機及び他の装置に伝達される機械的エネルギーを生成する。本発明の進歩によって、複数のエネルギー源及び様々なエネルギー源をアセンブリ１２５５内で用いることが可能となる。これを達成するために、これらのエネルギー源を供給しなければならない。図１２には、本明細書において説明される４つのタイプのエネルギー源を提供する、蒸気注入管路１２０６と、水素注入管路１２０７と、化石燃料注入管路１２０８と、圧縮空気注入管路１２０９とが示されている。当然ながら、代替的及び将来的なエネルギー源を本発明の原理に従って用いることもできることを理解するべきである。
【００５２】
図１１と関連して本明細書において上記で考察したように、本発明の別の態様は、エンジン１２４７の代替的な空気冷却を提供することである。圧縮空気注入管路１２０９は、必要な冷却を提供するために当該技術分野において理解されるように、エンジン１２４７内に下方に延びているとともにエンジン１２４７内に分散している冷却導管１２４９を用いてエンジン１２４７を冷却するように（例えば図１１のタンク１１０３から）冷却空気を供給する。しかし、全体的に参照符号１２０９Ａによって示される別の導管が、圧縮空気注入管路１２０９をピストンアセンブリ１２５５に接続し、説明したような圧縮空気動力生成又は空気圧動力生成の代替形態を提供する。
【００５３】
ここで図面の図１３を参照すると、全体的に参照符号１３００によって示される種々のエネルギー源のポート及び排気ポートを更に示す、図１２に示されるようなエンジンのシリンダー／ピストンアセンブリ１２５５が示されている。特に、全体的に参照符号１３０１によって示されるエンジンヘッドアセンブリが、全体的に参照符号１３５５によって示される複数のシリンダー及びピストンを、４つの挙げられている利用可能なエネルギー、すなわち複数種の化石燃料、電気水素エネルギー、空気圧エネルギー及び蒸気エネルギーのうちのいずれか１つを採用するように頭部に嵌めた状態で（in head fit）有する。図示のように、シリンダー１３５５の上部は、本発明に従って種々のエネルギー又は燃料を供給するように位置決めされている種々のインジェクターを有する。これらのインジェクターのポートは全体的に参照符号１３６５によって示され、蒸気、水素、空気圧及び化石燃料を含む上述のタイプのエネルギーを表す。ディーゼル燃料インジェクター１３６６等の化石燃料インジェクターが示されている。空気圧チラーセル１３１７も示されており、圧縮空気注入ポート１３６７が、空気圧エネルギーをエンジンに、特にピストン／シリンダーアセンブリ１３５５に供給する。図１２においてより詳細に説明したように、チラー１３１７も、エンジンに、冷却のために圧縮空気注入管路１３０９を通して冷却された圧縮空気を供給し、これは、加熱を受けるそれらのエンジン部分を通る冷却導管１３４９を通した、エンジンの代替的な冷却手段を提供する。当然ながら、図面の平面外ではあるが全体的に示されるように、注入ポート１３６５は蒸気注入ポート及び水素注入ポートも含むことを理解するべきである。
【００５４】
ピストン／シリンダーアセンブリ１３５５内への注入されたエネルギー又は燃料を消費すると、内容物は当然ながら排出され、アセンブリは次の燃料の吹き込みのために準備される。ディーゼル排気ポート１３６７が化石燃料の残留物を燃料チャンバー１０５５から除去し、プロセッサ２３０は、制御弁１３６８を通じて関連する排気ゲートを監視及び制御し、例えば弁１３６８は、燃焼が完了すると排気ポート１３６７を開き、次のサイクルが開始する前にゲートを閉じ、サイクルの全行程はミリ秒の長さである。図１３を更に参照すると、その他方の側には、蒸気、圧縮空気及び水素の生成物の排気のための、全体的に参照符号１３７０によって示される他の排気ポートがある。本明細書において上記で説明したように、これらのそれぞれの用いられるエネルギーは全て、回収及び再利用のために例えばタービン発電機に送られる。
【００５５】
化石燃料ステージのような任意の１つ又は複数のピストン−シリンダーアセンブリ１３５５は、他と比較して異なるサイズとすることができることを理解するべきである。それにもかかわらず、ピストンアセンブリ１３５５は、エンジンが同期モードで動作しながら、ソフトウェア及び／又はマイクロプロセッサ制御によって異なるエネルギー源間でシフト又は変更することができる。
【００５６】
本発明の全体的なヘッド及びシリンダーブロックアセンブリ１３０１は、好ましくは、チタン、ステンレス鋼及びニッケルの組み合わせ等の金属の１つの中実片で構成されることを更に理解するべきである。説明したように、一体的なアセンブリ１３０１は、内部に冷却空気を適用する手段、例えば、上述の導管１３４９及び／又は従来の冷却液の代わりにシリンダーヘッドを冷却する空気流を有する空気取り付け（air attached）ボルテックスチューブを含む。上述の冷却空気貯蔵タンク１１０３（チラー１３１７に接続されている）は、種々の空気ダクト又は導管１３４９を含み、マイクロプロセッサ２３０の制御を介して、これらの導管又はダクトのゲートは、開くと、冷却及びエネルギー生成のためにエンジン内に冷却空気を送る。ピストンチャンバー１３５５内へのこの冷却空気注入は、より低温の空気が１平方インチあたりにより多くの分子を有するため、ピストンが上死点（ＴＤＣ）に近づくと動力行程の効率を高めるという点で、シリンダーチャンバー内のガス、特に化石燃料の着火のために供される酸素に影響を与えることを理解するべきである。
【００５７】
図１３を更に参照すると、本発明の別の特徴が示されている。特に、本発明のピストン・シリンダーアセンブリ１３５５は、ガソリン又はディーゼル燃料作動式のエンジンの設計には典型的な構成である従来のエンジンタイプのカムシャフトなしで動く。
【００５８】
ポート１３７０は蒸気用のものであると仮定して、ここで、図１３に示される本発明の動作を説明する。蒸気弁注入ポート１３６５が、プログラムされたマイクロプロセッサ２３０の管理されたタイミング下で開閉し、ピストンシリンダー１３５５内部に蒸気圧が印加され、ピストンシリンダー１３５５では、ピストンが上死点に又は上死点付近にきた後で、蒸気が蒸気インジェクター１３６５を通して注入される。次いで、高温高圧の蒸気が圧力を印加し、上記ピストン、並びにピストンチャンバーの上面及びシリンダーの側壁を含むピストンチャンバー内の全ての他の面を押す。ともに参照符号１３５５Ａによって示される、図１０と関連してより詳細に説明したエンジンスラストギア１０４８まで延びる、ピストン及び取り付けられているピストンロッドがこの時点で、円形運動で回転し始め、ピストンは、ピストンの動力行程中に、上死点（ＴＤＣ）から、ＴＤＣから約２度〜約８０度ずれて下方に押しやられる。考察したように、蒸気排気ポート１３７０が開くタイミングは、この排気ポート１３７０に対するシリンダー１３５５の正確な位置、及びエンジンの動作のピストン行程に対するピストンの正確な場所を知らせる位置決めセンサーを通じてマスターマイクロプロセッサ２３０によって制御される。ピストンの動力行程が完了したときのエンジンに影響する（leveraged）抗力に一部起因して、マイクロコントローラー２３０は、この抗力の位置を感知し、電磁石をオンにし、ピストンプッシュロッド１３５５Ａに取り付けられているスラストギア１０４８に、電動エネルギーのブースト又は挿入を与えて電子磁石を引き付けるとともに、エンジンの抗力が、シリンダーアセンブリ内部に収容されているピストンチャンバー内でＴＤＣの上部付近までピストンを戻すのを助ける。この電磁石によるブーストは本明細書において以下で更に説明する。
【００５９】
シリンダー及びピストン１３５５の設計は、本発明の動作において達成される、シリンダーの側面に圧力を加えるシリンダーチャンバーの高圧に耐える最高強度の構成材料を必要とすることを理解するべきである。単一片からアセンブリを作ることの利点は、これらの高圧を可能にする。考察したように、冷却導管１３４９を通して、エンジン内で（onboard）作られた冷却空気（pneumatic chilled air）を用いて、シリンダーヘッド領域１３０１における温度は十分に制御される。当然ながら、エンジンがエンジンの動作の１つのモードのためにこの空気圧源を豊富に作るとしても、より大量の冷却が急に必要になったときに、任意選択的な緊急時のバックアップ供給部として電気空気圧縮機も用いることができる。
【００６０】
本発明の別の特徴は、他の化石燃料が従来のスパークプラグを用いるように、化石燃料及び電気水素エネルギーを着火させるためにシリンダー１３５５の多くの領域に熱を注入するレーザー散乱ビームである。したがって、レーザーエネルギーを、例えばレーザーエネルギー導管をチャンバーまで供給する入力ポート１３６５を介してシリンダー１３５５内に送ることができる。この特徴は、本明細書において用いられる全ての種類のガスを着火させるレーザー熱を選択する。好ましくはエンジン内の全ての動作レベルで動作するコアのマスターコントローラー２３２及び２３０、センサー並びにフィードバック回路が動作全体に対する安全性を第１に考慮してエンジンを効率的に駆動するように機能的活動に関する必要なフィードバックを提供する。好ましいシリンダー／ピストン１３５５の設計は、極めて低温から極めて高温に及ぶ世界中の広範な環境条件に耐える。
【００６１】
ここで図面の図１４を参照すると、全体的に参照符号１４００によって示される、本発明に従ったシリンダーヘッドの実施形態の上面図が示されている。シリンダーヘッド１４５５は、全体的に参照識別子１４５５Ａによって示される１つの動作ピストン及び１つのシリンダーを有するが、本発明によると、そのような各ヘッドは、選択されたタイプのエネルギー又は特定のエネルギーを燃焼チャンバーに注入するための、４つの異なるタイプのエネルギーインジェクター、例えば、独立した、蒸気エネルギー用のインジェクター１４０６、水素エネルギー用のインジェクター１４０７、化石燃料用のインジェクター１４０８及び空気圧エネルギー用のインジェクター１４０９を受け入れるようになっている（equipped to）。各インジェクターは、それぞれのポート、すなわちインジェクター１４０６〜１４０９のポート１４１６〜１４１９内にそれぞれ挿入される。１つのみのインジェクター又はエネルギータイプを所与のヘッド１４５５に関して所与の時間で用いるように選択することができるが、エネルギー源を動的に変更することの選択は、本明細書において上記で説明し、また本明細書において以下で説明するようにプロセッサ２３０の制御に従って又は手動で行われる。
【００６２】
図１４を更に参照すると、冗長な蒸気インジェクター１４０６（又は他のインジェクター）を、バックアップが必要なところに備え付けることができることを理解するべきである。１つ又は２つの同様のインジェクターが、一緒に動いて高い冗長性を達成することができるか、又は、予備インジェクター及び燃料源がオンラインになって動くような故障が生じるまで、１つ１つのインジェクター及び燃料源としてオンラインで一度に別々に動くことができることを更に理解するべきである。
【００６３】
図８〜図１０及び図１２〜図１４を更に参照すると、図示の機械的ピストン部材及びシリンダー部材は、本発明に従って１つ、２つ、３つ及び４つの抽出（extractor）ゲートをそれぞれ有する。動作中に、１つ以外の全ての抽出ゲートが作動されて閉位置すなわちロック位置になり、１つの抽出ゲートは、作動し、すなわち、抽出ポートを塞ぐように厳密にタイミングが計られた順序で開閉するように動作し、厳密にタイミングが計られた移動期間におけるピストンの下方移動中にエネルギーを収容することを可能にする。考察したように、エネルギーインジェクターのうちの１つが開き、選択したエネルギーをシリンダーウェル内に入れ、ミリ秒又はマイクロ秒以内に閉じてピストンウェルを閉鎖してロックする。ピストンが特定の所定の位置まで下方に移動すると、シリンダーウェル内に残っている使用済みの（用いた）エネルギーガスすなわち使用済みエネルギーが下方のエネルギー行程で駆動されるピストンの端に達した後で、特定のマイクロ制御抽出ゲートが開いて上記使用済みのエネルギーガスの抽出を可能にする。
【００６４】
ここで図１５を参照すると、ピストン・シリンダーアセンブリ１５５５が、全体的に参照符号１５００によって示される機械的な円形の歯車機構のリムに沿って配置される構成が示されている。他の実施形態と同様に、種々の配列されるピストンアセンブリ１５５５はそれぞれ、エンジンプロセッサ２３０によって管理されたタイミングに厳密に従って、すなわち時間的順序で動くため、各ピストン−シリンダーアセンブリ１５５５は作用に寄与するように機能することができる。図１５に示されるように、ラジアルエンジン１５００は、内方に延びているとともに歯車付きのオフセットスラストギア（geared off set thruster gear）１５５７に取り付けられている接続ロッド１５５６をそれぞれ有する複数のピストンアセンブリ１５５５を有し、歯車付きのオフセットスラストギア１５５７は、全てのスラストギア１５５７に取り付けられる大きなインターギア（inter-gear）１５５８内に嵌合する。このように、スラストギア１５５７を回転させるピストンの動力は、インターリングギア機構１５５９、及び参照符号１５６０によって示されるその内部のシャフト、駆動部又は他のギアの回転の動力を供給することに寄与し、発電機又は空気圧縮機等の装置に動力を供給する。この構成１５００は、その内部の全てのピストンアセンブリ１５５５が、インターギア１５５８の回転を助けるようにその動力を付加することを可能にし、小スペース内で大きな負荷に動力を供給するための複数のエンジンステージを付加する新たな方法、及び動作に燃料供給する（fuel）複数の異なるタイプのエネルギーの使用を提供することを理解するべきである。
【００６５】
本明細書において上記で、また図１５に示したように、この放射状の構成を含む本発明の構成は、上述の４つのタイプのエネルギーのうちのいずれか１つを注入することによって作用するように作られる。ピストンアセンブリ１５５５のそれぞれは、最適な動作のために構成されているソフトウェアによって個々に、また一緒に制御され、エネルギーは、各ピストンアセンブリ内に注入され、ピストンアセンブリはそれぞれエンジンプロセッサによって管理されたタイミングに厳密に従って動く。この全ての結果として、エンジンに課されるより大きな作業負荷の要求を満たす全体的な付加的なフートポンドが増大する。図１５に記載されている構成とは対照的に、大型の空気圧縮機、例えばスクリュータイプのオーガー圧縮機は、空気圧エネルギーを生成するために一定速度で回転させることができる。本発明は、小スペース内で大きな負荷に動力を供給するための複数のエンジンステージを付加する新規の方法、及びそれらの動作に燃料供給する複数の異なるタイプのエネルギーの使用を説明及び図示するものである。
【００６６】
図１５に示されている放射状の構成１５００のうちの２つ以上を、同軸に位置合わせすることができ、発電機に、又は空気圧縮機等の他の装置に接続することができることを理解するべきである。
【００６７】
ここで図面の図１６を参照すると、全体的に参照符号１６００によって示される本発明の別の改良が示されている。図１５において、また前述の実施形態と関連して説明したように、ピストンロッドは下方に延び、当該技術分野において既知であるように動力移動を生じさせるよう種々のギアと係合する。図１６に示されるように、ピストンアセンブリ１６５５が、下方に延びるとともにスラストギア１６８０と係合するピストンロッド又はスラストロッド１６７５を有する。スラストギア１６８０の外面に沿って、磁石１６８５が取着されており、図１６の双方の図に示すようにスラストロッド１６７５がスラストギア１６８０と嵌合するところから約１８０度に位置決めされている。ピストン１６５５がシリンダー壁内で上下に移動すると、上死点から５度〜１３０度でピストンの動力行程が実現され、スラストロッド１６７５は、ピストンが引きずられるか又はより多くの摩擦を受ける角度を回転する。この時点で、プロセッサ２３０はこの位置を実現し、スラストギア１６８０に取着されている磁石１６８５が支持壁に別個に取着されている電磁石１６９０によって励磁されるように、隣接する電磁石１６９０内で反発する電圧を誘発する。この誘発によって固定されている磁石１６８５は、近接していることに起因して、電磁石１６９０から離れるように反発し、磁気的な反発力は、行程中の上述の摩擦を克服することによってエンジンを助け、ブーストによりサイクルを促進する。
【００６８】
本明細書において記載される種々の実施形態において説明したように、本発明の主な目的は、エンジン内で３つのクリーンエネルギー源を同期生産することを可能にし、かつ３つのクリーンエネルギー源のうちのいずれか１つ又は任意のもので動く、新規の改良されたエンジン技術を提供することである。本発明の別の態様は、上記のエネルギーと、複数種の化石燃料のタイプのエネルギーとを組み合わせることであり、これらは全て１つのエンジンの実施形態に含まれる。考察したように、付加的、代替的及び将来的なエネルギー源を用いることもできることを理解するべきである。
【００６９】
本発明は、水素エネルギー及び蒸気エネルギーの変換に加えて、１つ又は複数のクリーンエネルギー源、及び複数種の化石燃料の改善された変換に関する。本発明は、エネルギーの節減と、水素、蒸気及び空気圧、並びにそれによって生成されるエネルギー（コジェネレーション又は並行した生成として）の再利用等の再利用とにも関する。
【００７０】
本発明は、内部で自己生成される冷気（華氏０度〜５０度）による冷却システム及び加熱システムの設計における改良も含み、この改良は、過酷な環境における液体によるエンジン冷却の要件を相殺し、エネルギーを節減及び再利用するための別の機構を提供する。
【００７１】
本発明の好ましい実施形態では、複数種の化石燃料、電気水素エネルギー、空気圧エネルギー及び蒸気エネルギーを用いるエンジンは、以下の、誘導加熱と、ガス及び液体の温度を監視し、自動的に又は手動でこれらを調整するセンサーと、ガス及び／又は流体並びに空気圧エネルギーの循環、入力ゲート及び排気ゲートの開閉の調節の仕方及び調節するときを決めるモーションセンサー及びプロセッサを用い、エンジンの動作の可変の要求を満たすことと、タービンを回転させて副生成物として電気を生成するように空気圧エネルギー等の使用済みすなわち使用したエネルギーを回収することと、の適合又はそれらの組み合わせのうちの１つ又は複数を含む。
【００７２】
説明したように、光電池又は風力駆動発電機又は電力グリッド供給源を用いて、例えばバッテリーを通じて本発明の動作を補強又は開始することができる。
【００７３】
考察したように、本発明は、複数のエネルギー生産ユニット、複数種の化石燃料、電気水素エネルギー、空気圧エネルギー及び蒸気エネルギーを自動的に又は手動で選択することを可能にし、かつ複数種の化石燃料、電気水素エネルギー、空気圧エネルギー及び蒸気エネルギーを含む同じエネルギータイプのうちの１つ又は複数を用いて１つ又は複数のエンジンの実施形態においてエンジンシリンダー及びピストンをタンデム配置又は並列配置で駆動する、モジュール設計を用いる。さらに、本明細書における設計は、幾つかのエネルギー生産ユニットが動くことを可能にし、一方で他のユニットは、アイドル状態であるか、又は電気エネルギー若しくは空気圧エネルギー若しくは電気水素エネルギー若しくは蒸気エネルギーを生成するように付属部を駆動することによって作用を行い、かつ、負荷と、エンジン内のユニットを係合させるか又はユニットをアイドル状態にするかを自動的に又は手動で判断するセンサー及びプロセッサを用いる、モジュール設計である。
【００７４】
本発明は、製造及びモジュール性を容易にするために、複数種の化石燃料、電気水素、空気圧及び蒸気のインジェクター及び抽出器、並びに動作する各エネルギー生産ユニットの関連する排出ポートを用いる方法を用いる、個々の共通のピストン・シリンダーステージ設計を用い、これらの装置の全てが同じ共通のシリンダー・ピストンの実施形態において互いに独立して係合することを可能にし、かつ幾つかのうちの個々のシリンダー及び個々の実施形態がローカルな又は遠隔のソフトウェア管理によって制御されることを可能にする。
【００７５】
加えて、本発明は好ましくは、エンジン及びそれを構成するエネルギー生産ユニットのセンサー及び動作を制御する冗長なプロセッサを用い、それによってタイミング及び動作におけるより高い安全性を提供する。この制御は、１つ又は複数のエネルギー生産ユニットが、電気エネルギー、電気水素エネルギー、空気圧エネルギー及び蒸気エネルギーを、作用を行うための出力として生成することを可能にし、一方で、エンジン内のエネルギー生産ユニットがエンジンの動作のための電気を生成することを可能にし、１つ又は複数のエネルギー生産ユニットが故障し、また制御コンピューターがエネルギー源のうちの任意の１つのタイプの自動化制御を可能にする場合に、エンジン内（又はタンデムで動く複数のエンジン内）の生産ユニットが、負荷を共有し、付加的な負荷を仮定することを可能とする。
【００７６】
上記で用いられるような「エネルギー生産ユニット」という句は、一形態のエネルギーを別の形態のエネルギーに（例えば熱から機械的エネルギーに、又は熱から機械的エネルギーに、更には電気エネルギーに）変換するのに用いることができる任意の機械的システムを含むことを理解するべきである。幾つかの他のピストン及びシリンダーを有するエンジン内の或るピストン・シリンダーステージは、エネルギー生産ユニットの一形態であり、タービンは別の形態であり、空気圧（pneumatic air）モーターがまた別の形態であり、また、図１５と関連して考察した上述の循環タービンエネルギー生産ユニットである。
【００７７】
本発明の原理は、任意のサイズ及び形態であり、陸上又は水上又は水中で動く、任意の定置式機械又は移動式機械、車両、トラック、トラクター、土工機械、及びオートバイ若しくはスクーター又はボート、及び航空機を駆動するために機械的動力又は電力を（又は双方をタンデムで）生成するように用いることができ、また、製造又は住宅の電気的な冷却及び暖房用途を含む工業用途の局所的な電力又は電気水素エネルギー又は空気圧エネルギー又は蒸気エネルギー源として働くことができる。
【００７８】
さらに、複数のエネルギー源によって動くエンジンは、ギア比、及び一定の制御された動作速度を達成するようにエンジンと負荷との間に位置決めされる自動変速機を用いることができ、この自動変速機は、エンジンにかかる負荷が、負荷なしから、軽い負荷へ、更に重い作用負荷へ変わるときにエンジン負荷及び速度を上手く調節する。また、エンジン負荷は、エンジンが、上述の４つのエネルギー源の４つのうちの１つ又は組み合わせから、ピストン−シリンダーステージへの可変負荷比及び可変燃料又はエネルギー源入力で動くように変わる場合に、一定の回転速度の設定を有する任意のオプションのギアで稼働するように設定することができる。
【００７９】
示されるように、本発明は、手動で又は自動的にエネルギーを注入するように選択される４つ以上の別個のエネルギー源のうちの任意の１つを選択し駆動するように、単一の機械的ピストン・シリンダーヘッドステージが１つ、２つ、３つ、４つ又はそれ以上の独立したエネルギーインジェクターを有することを可能にする。さらに、各エンジンのシリンダー−ピストンは、シリンダー１内の化石燃料、シリンダー２内の空気圧エネルギー、シリンダー３内の蒸気エネルギー及び第４のシリンダー内の電気水素エネルギー等のエネルギー源が選択される場合（全てがこれらの４つの別個のエネルギー源のサービス性能を通じて作用を行うように動く）に、別のシリンダー−ピストンステージとは独立して動くことができる。また、これらの動作は全て、本明細書において記載したようなエンジンの中央マイクロコントローラープロセッサ制御及び監視システムの正確な管理に従って連係され行われる。
【００８０】
別の実施形態では、上述の機械的円形歯車機構は、幾つかのピストン・シリンダーアセンブリを有する一体部品の付属部であり、これらはそれぞれ、説明したような４つのタイプのエネルギーのうちの任意の１つを注入することによって作用することを理解するべきである。特定のピストンユニットを個々に選択することができ、エネルギーは、円形歯車機構に取り付けられている全てのシリンダー−ピストンユニットの、機械的及び時間的順序でエンジンプロセッサによって管理されたタイミングに全て厳密に従って各シリンダーウェル内に注入されるため、各ピストン−シリンダーの実施形態は、作用に寄与するように機能することができ、結果としてエンジンに課されるより大きな作業負荷の要求を満たす全体的な付加的なトルクのフートポンドが増大することを更に理解するべきである。
【００８１】
説明したように、例えば空気渦（pneumatic vortexes）から、また低温発生器から導管に通されるような冷却された圧縮空気は、エンジンを冷却するように方向付けられているエンジンのシリンダー・ピストンチャンバーのオリフィスを通って給送され、複数種の化石燃料の燃焼から生じる高温、又は蒸気エネルギー、空気圧エネルギー、電気水素エネルギー及び他のエネルギーを用いたエンジンの動作から生じる他の高温を冷却するために水又は液体を使用することを回避する。また、用いられるタイプのエネルギーあたりの所定の設定レベルを維持するようにコアマイクロプロセッサソフトウェアの指示下でなされる制御された冷却空気流を有する圧縮空気が、各ピストン−シリンダーアセンブリを通って流れるように調節される。
【００８２】
放射状の配置では、任意の数のピストン−シリンダーアセンブリは、ソフトウェア制御下で自動的に又は手動で概ねアイドルモードにされる、円形構成で配置することができ、１つ又は複数のモデルオーガー式の圧縮機ステージに動力を供給することができる。
【００８３】
前述の説明は、本発明を実施する好ましい実施形態であり、本発明の範囲は必ずしもこれらの説明によって限定されるべきではない。本明細書において列挙される全ての文献、引用文献及び引例はそれらの全体が参照によって明示的に援用されることを理解するべきである。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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