(57)【要約】  この発明は太陽集熱器サブシステムおよび熱エンジンを含む。太陽集熱器システムはヘリオスタット鏡、放物面鏡および凸状の集光レンズまたは複合放物面集光器を用いて、大量の太陽エネルギを集めて非常に強い光線にする。この光線を用いて、注入された作動流体の液滴を蒸発させ、これにより、形成された蒸気に応答する複数の対向するピストンが往復運動して、直線的な発電機によって電気エネルギを発生させる。熱エンジンは、３組の直交した対向するピストンを有するチャンバを含む。各々のピストンは独立して軸方向に往復運動可能であり、直線的な発電機に結合されている。１つのピストンは軸方向に配置された窓を備え、この窓が、集中された太陽光線を太陽集熱器サブシステムから熱エンジンのチャンバに入れる。別のピストンは注入器を備え、この注入器がチャンバの中心に水滴を選択的に注入し、ここで、集中された太陽光線が当たることによって水滴を蒸発させることができる。
2009523216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽発電機システムであって、
（ａ）  太陽集熱器サブシステムを含み、前記太陽集熱器サブシステムは、
（ｉ）  ヘリオスタット鏡と、
（ii）  放物面鏡と、
（iii）  集光レンズまたは複合放物面集光器とを含み、前記太陽集熱器サブシステムはさらに、
（ｂ）  熱エンジンを含み、前記熱エンジンは、
（ｉ）  チャンバと、
（ii）  軸方向に往復運動可能な複数の対向したピストン対とを有し、各々のピストンは前記チャンバに面する面を有し、１つのピストンは太陽集熱器サブシステムから集中された太陽光線を入れるための窓を有し、１つのピストンは流体液滴を前記チャンバに注入する注入器を含む、太陽発電機システム。
【請求項２】
各々のピストンに関連付けられる発電機をさらに含む、請求項１に記載の太陽発電機システム。
【請求項３】
前記ヘリオスタット鏡は、垂直軸と、ヘリオスタット鏡反射面に対して平行な平行軸とを中心に回転させられる、請求項１に記載の太陽発電機システム。
【請求項４】
前記ヘリオスタット鏡は、自己作動型ころ軸受を用いて回転させられる、請求項３に記載の太陽発電機システム。
【請求項５】
入射する太陽光を放物面鏡に反射させるよう位置決めされた複数の同一のヘリオスタット鏡を有する、請求項３に記載の太陽発電機システム。
【請求項６】
選択的な開き／閉じスロットを有するシャッタアセンブリをさらに含み、前記開きスロットは、集中された太陽光線を前記開きスロットを通じて前記熱エンジンのピストン窓に入れるよう位置合わせされ、前記閉じスロットは、集中された太陽光線を反射させて前記熱エンジンから遠ざける、請求項１に記載の太陽発電機システム。
【請求項７】
前記チャンバは、前記対向したピストン対の各々のための通路と交差する、請求項１に記載の太陽発電機システム。
【請求項８】
各々のピストンは、内側位置と外側位置との間で往復運動し、前記ピストンが内側位置にあるときは常に、前記ピストンの面は、前記ピストンが外側位置にあるときよりも前記熱エンジンの中心に近接している、請求項１に記載の太陽発電機システム。
【請求項９】
排出ベントをさらに含み、前記排出ベントは、少なくとも１対のピストンが外側位置にあるときは常に開いている、請求項８に記載の太陽発電機システム。
【請求項１０】
対向したピストン対の各ピストンは、対向した対のもう一方のピストンと実質的に同一の大きさおよび質量を有する、請求項１に記載の太陽発電機システム。
【請求項１１】
前記流体液滴は水を含む、請求項１に記載の太陽発電機システム。
【請求項１２】
前記熱エンジンはさらに、ピストンを外側位置から内側位置に戻すための戻し手段を含む、請求項９に記載の太陽発電機システム。
【請求項１３】
太陽発電機システムであって、
（ａ）  太陽集熱器サブシステムを含み、前記太陽集熱器サブシステムは、
（ｉ）  放物面鏡と、
（ii）  入射する太陽光を前記放物面鏡に反射させるよう位置決めされた複数のヘリオスタット鏡と、
（iii）  反射した光線を前記放物面鏡から受けるよう位置合わせされた集光レンズまたは複合放物面集光器とを含み、前記集光レンズは反射した光線を集中させて、集中された太陽光線を作り出し、前記太陽発電機システムはさらに、
（ｂ）  熱エンジンを含み、前記熱エンジンは、
（ｉ）  チャンバと、
（ii）  軸方向に往復運動可能な複数の対向したピストン対とを含み、各々のピストンは前記チャンバに面する内面を有し、前記チャンバ内の圧力に応答し、１つのピストンは前記太陽集熱器サブシステムから集中された太陽光線を入れるための窓を有し、１つのピストンは流体液滴を前記チャンバに注入する注入器を含み、前記熱エンジンはさらに、
（iii）  前記ピストンが内側位置と外側位置との間で往復運動する度に電力が生成されるように各々のピストンに関連付けられる発電機と、
（iv）  ピストンを外側位置から内側位置に戻すための戻し手段と、
（ｖ）  排出ベントとを含み、前記排出ベントは、少なくとも１対のピストンが外側位置にあるときは常に開いており、前記太陽発電機システムはさらに、
（ｃ）  選択可能な開き／閉じスロットを有するシャッタアセンブリを含み、前記開きスロットは、集中された太陽光線を前記開きスロットを通じて前記熱エンジンのピストン窓に入れるように位置合わせされ、前記閉じスロットは、集中された太陽光線を反射させて前記熱エンジンから遠ざける、太陽発電機システム。
【請求項１４】
前記ヘリオスタット鏡は、垂直軸と、ヘリオスタット鏡反射面に対して平行な水平軸とを中心に回転するよう自動的に制御される、請求項１３に記載の太陽発電機システム。
【請求項１５】
前記ヘリオスタット鏡は、少なくとも２つの選択可能に拡張可能かつ格納可能な圧電ポールを有するころ軸受を用いて回転させられる、請求項１４に記載の太陽発電機システム。
【請求項１６】
前記シャッタアセンブリのスロットの開口部は流体液滴の注入と同期している、請求項１３に記載の太陽発電機システム。
【請求項１７】
前記発電機は直線的な発電機である、請求項１３に記載の太陽発電機システム。
【請求項１８】
太陽エネルギを電気エネルギに変換するための方法であって、
（ａ）  複数のヘリオスタット鏡に当る入射した太陽光放射を放物面鏡に方向付けるステップと、
（ｂ）  光線を前記放物面鏡から集光レンズまたは複合放物面装置に反射させるステップと、
（ｃ）  光線を集中させて集中された光線にするステップと、
（ｄ）  前記集中された光線を、軸方向に対向する複数のピストン対を有する熱エンジンのチャンバに方向付けるステップとを含み、各々のピストンは前記チャンバに面する面を有し、１つのピストンは集中された光線を前記チャンバに入れるための窓を有し、１つのピストンは注入器を含み、前記方法はさらに、
（ｅ）  作動流体の液滴を前記チャンバに注入するステップと、
（ｆ）  集中された光線を流体液滴に当てて、前記チャンバにおける作動流体を蒸発させるステップと、
（ｇ）  作動流体蒸気に応答して前記ピストンを往復運動させるステップと、
（ｈ）  往復運動するピストンに関連付けられる１組の発電機によって電気を発生させるステップとを含む、方法。
【請求項１９】
集中された光線を選択可能な開き／閉じシャッタに通すステップをさらに含み、前記開きシャッタはピストン窓と位置合わせされている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記集中された光線を方向付けるステップは、作動流体の液滴を前記チャンバに注入するステップと同期している、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
関連出願の相互参照
本願は、米国特許法第１１１条第（ｂ）項に従って、２００５年９月２１日に出願され「太陽熱エンジンシステム（″Solar Heat Engine System″）」と題された仮出願連続番号第６０／７１９，３２８号と、２００５年９月２１日に出願され「圧電性の選択可能な回転軸受（"Piezoelectric Selectably Rotatable Bearing"）」と題された仮出願連続番号第６０／７１９，３２７号との出願日の利益を主張している。本願はまた、２００６年８月３０日に出願され「太陽熱エンジンシステム（″Solar Heat Engine System″）」と題された米国連続番号第１１／５１２，５６８号の優先権を主張している。
【０００２】
発明の分野
この発明は、概して、太陽エネルギから電力を生成することに関する。特に、この発明は、作動流体として水蒸気または他の蒸気を発生させるために集中された太陽エネルギを用いて、モータの複数組の対向したピストン上に搭載された直線的な発電機を用いて発電するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
過去数年にわたり、化石燃料への依存を減らしたいという要望が高まってきている。太陽エネルギは実現可能なオプションになった。というのも、太陽エネルギのエネルギ源がクリーンであり、太陽光放射がほぼ無限に供給されるからである。太陽からの太陽エネルギ束は、世界のある地域において１年間に１平方メートルあたり約２．７メガワット／時であると推定される。このため、過去数年にわたり、太陽エネルギからの発電を向上させるための多数の技術革新がなされてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽エネルギを電力に変換するための手段の改善が引続き必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
この発明は、太陽エネルギを集中させて高エネルギ光線にし、その後このような光線を用い、当該光線と衝突させることによって、注入された作動流体の液滴を蒸発させ、これにより形成された蒸気に応答して複数の対向したピストンが往復運動して、直線的な発電機により電気エネルギを発生させるための方法および装置に関する。
【０００６】
この発明の一局面である太陽発電機システムは、（ａ）太陽集熱器サブシステムを含み、当該太陽集熱器サブシステムは、（ｉ）ヘリオスタット鏡、（ｉｉ）放物面鏡、および（ｉｉｉ）集光レンズまたは中空の複合放物面集光器（ＣＰＣ）を有し、当該太陽発電機システムはさらに、（ｂ）熱エンジンを含み、当該熱エンジンは、（ｉ）チャンバ、および（ｉｉ）軸方向に往復運動可能な複数の対向したピストン対を有し、各ピストンは当該チャンバに面する面を有し、１つのピストンは、太陽集熱器サブシステムから集中された太陽光線を入れるための窓を有し、１つのピストンは、流体液滴をチャンバに注入する注入器を含む。
【０００７】
この発明の別の局面である太陽発電機システムは、（ａ）太陽集熱器サブシステムを含
み、当該太陽集熱器サブシステムは、（ｉ）放物面鏡、（ｉｉ）入射する太陽光を当該放物面鏡に反射させるよう位置決めされた複数のヘリオスタット鏡、および（ｉｉｉ）反射した光線を放物面鏡から受けるよう位置合わせされた集光レンズまたは中空の複合放物面集光器（ＣＰＣ）を有し、当該集光レンズまたはＣＰＣは、反射した光線を集中させて集中された太陽光線を作り出し、当該太陽発電機システムはさらに、（ｂ）熱エンジンを含み、当該熱エンジンは、（ｉ）チャンバ、および（ｉｉ）軸方向に往復運動可能な複数の対向したピストン対を有し、各ピストンは当該チャンバに面する内面を有し、当該チャンバ内の圧力に応答し、１つのピストンは、太陽集熱器サブシステムから集中された太陽光線を入れるための窓を有し、１つのピストンは、流体液滴を当該チャンバに注入する注入器を含み、熱エンジンはさらに、（ｉｉｉ）ピストンが内側位置と外側位置との間で往復運動するたびに電力が生成されるように各々のピストンに関連付けられる発電機、（ｉｖ）ピストンを外側位置から内側位置に戻すための戻し手段、および（ｖ）少なくとも１対のピストンが外側位置にあるときは常に開く排出ベントを含み、当該太陽発電機システムはさらに、（ｃ）選択可能な開き／閉じスロットを有するシャッタアセンブリを含み、当該開きスロットは、集中された太陽光線を当該開きスロットを通して熱エンジンのピストン窓に入れるよう位置合わせされ、当該閉じスロットは、集中された太陽光線を反射させて熱エンジンから遠ざける。
【０００８】
この発明のさらに別の局面は、太陽エネルギを電気エネルギに変換するための方法であり、当該方法は、（ａ）複数のヘリオスタット鏡に当たる入射した太陽光放射を放物面鏡に方向付けるステップと、（ｂ）光線を放物面鏡から集光レンズまたはＣＰＣに反射させるステップと、（ｃ）光線を集中させて集中された光線にするステップと、（ｄ）当該集中された光線を、軸方向に対向した複数のピストン対を有する熱エンジンのチャンバに方向付けるステップとを含み、各ピストンは当該チャンバに面する面を有し、１つのピストンは集中された光線をチャンバに入れるための窓を有し、１つのピストンは注入器を含み、当該方法はさらに、（ｅ）作動流体の液滴をチャンバに注入するステップと、（ｆ）集中された光線を流体液滴に当てて、チャンバにおける作動流体を蒸発させるステップと、（ｇ）作動流体蒸気に応答してピストンを往復運動させるステップと、（ｈ）往復運動するピストンに関連付けられる発電機の組により電気を発生させるステップとを含む。
【０００９】
以下のこの発明の詳細な説明をよりよく理解できるようにするために、以上において、この発明のいくつかの局面の概略をやや広範に述べてきた。この発明のクレームの主題を形成するこの発明の付加的な特徴および利点を以下に説明する。開示される概念および特定の実施例がこの発明と同じ目的を実行するための構造を変更または再設計するための基礎として容易に利用され得ることは、当業者に容易に認識されるはずである。このような同等の構造が添付の特許請求の範囲に述べられるこの発明の精神および範囲から逸脱しないことは、当業者に理解されるはずである。
【００１０】
この発明およびその利点をより完全に理解するために、添付の図面に関連付けられた以下の説明を参照されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
好ましい実施例の説明
この発明は、太陽集熱器サブシステムおよび熱エンジンを含む。太陽集熱器システムはヘリオスタット鏡、放物面鏡、および凸状の集光レンズを用いて、大量の太陽エネルギを集めて非常に強い光線にする。熱エンジンは、３組の直交する対向したピストンを有するチャンバを含み、各々のピストンは独立して軸方向に往復運動可能であり、直線的な発電機に結合される。１つのピストンは軸方向に配置された窓を備え、当該窓は、集中された太陽光線を太陽集熱器サブシステムから熱エンジンのチャンバに入れる。別のピストンは注入器を備え、当該注入器は水滴をチャンバの中心に選択的に注入し、そこで、集中され
た太陽光線が当たることによって水滴を蒸発させることができる。
【００１２】
太陽集熱器サブシステム
図１を参照すると、太陽熱エンジンシステム１０が示される。当該システム１０の熱エンジン１００は、太陽集熱器サブシステム１１のエンジン搭載ボックス６０内に収容される。平坦でほぼ半円形の基部１２は、その外周に半円形の高くなったバーム（berm）１３を備える。基部１２についての対称面がほぼ南北方向に延在し、バーム１３は北半球においては北側に配置され、南半球においては南側に配置される。
【００１３】
複数の平坦なヘリオスタット鏡システム２０ａ、ｂ、ｃが、バームに沿って間隔をあけて配置される。好ましくは、当該鏡システムは実質的には同一であるが、動作を最適化するよう個々に異なっていてもよい。鏡システム２０は、垂直軸と、鏡反射面に対して平行な水平軸とを中心に独立して回転するよう自動的に制御される。各々の鏡システム２０は、鏡に入射する太陽光が半円形のバーム１３の中心に位置する放物面鏡４０に反射するような態様で、太陽を追跡するようにされる。
【００１４】
放物面鏡４０は、必要とされるものではないが、典型的には、太陽エネルギ設備のために一般に用いられるような従来の構造である。鏡４０は、調整可能な基部上に装着され、ヘリオスタット鏡２０の反射面に面するほぼ南北の配向で位置合わせされる。図１に図示のとおり、入射した太陽光線８５ａ、ｂ、ｃはヘリオスタット鏡２０ａ、ｂ、ｃにそれぞれ当たり、これにより、反射した光線８６ａ、ｂ、ｃが放物面鏡４０に集束する。次いで、反射した光線８６ａ、ｂ、ｃを放物面鏡４０によって光線８７として反射させて、凸状の集光レンズ５０に向ける。集光レンズ５０は好ましくはガラス構造であり、基部１２の南北対称面に装着される。集中された太陽エネルギの光線８７をさらに集中させて、集光レンズ５０によってより狭く強い光線８８にする。集光レンズは、内部が反射面でコーティングされている中空の複合放物面集光器またはＣＰＣと置換えられてもよい。
【００１５】
集光レンズ５０を通過した後、光線８８はシャッタアセンブリ６８に当たる。シャッタアセンブリは回転構造であり、集光レンズ５０に隣接した側にわずかに凸状の拡散鏡面を有する。弓形のスロットがシャッタ６８の面に設けられており、このため、スロットが回転して光線８８と適切に位置合わせされると、光線が当該スロットを通過する。スロットが光線からずれると、光線８８が反射し拡散される。
【００１６】
エンジン搭載ボックス６０は、基部の南北対称面上の土台１２上に装着され、その光入射口６１は、集光レンズ５０から出てくる強い光線８８と同軸に方向付けされている。図３から図１８に詳細に示される熱エンジン１００は、強い光線８８がエンジン１００のチャンバに入り得るようにエンジンボックス６０内部に装着される。
【００１７】
ヘリオスタット鏡システム２０の構造が図２に示される。調整可能なヘリオスタット鏡システム２０は平坦で長方形の金属鏡板２１を含み、当該金属鏡板２１は、鏡としての役割を果たすよう十分に反射するように１つの面が非常に研磨されている。鏡板２１のうち反射面と反対側の面は、その中心において外側に突き出し対称的に間隔をあけて配置された２つの平行で垂直な長方形の装着ブラケット２２を有する。各々のブラケット２２は、その遠端において１８０°の円弧長よりもわずかに小さい円形で弓形の窪み２３を有する。窪み２３は、鏡板２１の鏡面に対して同軸で平行であり、板２１の水平な対称面に位置する。窪み２３は、自己作動型ころ軸受２４の円筒形の外輪にぴったりと嵌合している。ブラケット２２の遠端は、鏡板２１の面に対して垂直であり対称的に位置決めされたパターンを有する穿穴された雌ねじ付きの穴を有する。
【００１８】
好ましくは、自己作動型ころ軸受２４は、鏡板２１を動かすのに用いられる。このよう
な自己作動型ころ軸受２４の一実施例が、この明細書中にその全体が引用により援用されている同時係属の米国仮特許出願連続番号第６０／７１９，３２７号において詳細に説明されている。自己作動型ころ軸受２４は従来のころ軸受の変形例であり、軸受は選択可能に動作し得る駆動手段を備え、当該駆動手段は、軸受の内輪および外輪をいずれの方向にも回転させることができ、所望の位置で軸受を固定することができる。駆動手段は、軸受の外輪に固定された円筒形の支持リング上に装着される。
【００１９】
２つの対向するポールシステムは、軸受の駆動手段の駆動機構を構成する。各々のポールシステムはポール要素を含み、その第１の端部が支持リングに回動可能に装着され、その第２の端部に横方向に延在する肩部を備える。回動可能な台の軸は支持リングの軸に対して平行である。ポール要素の長さの中間にあるヒンジ穴は、その外側にずらされており、そこにヒンジピンが係合される。ヒンジ穴は、ポール要素の第１の端部において回動台に対して平行である。リンク要素は、その第１の端部が、ポール要素の回動可能な台に対して平行であるがそこからずれている軸上で支持リング上に回動可能に装着されている。リンク要素は、その第２の端部がポール要素上においてずらされたピンに回動可能に装着されている。ポールおよびリンクはともに圧電材料でできているため、これらの要素は、これらの長さにわたって電圧が選択可能に印加されるときにそれらの停止状態から延ばされ得る。
【００２０】
軸受２４の回転運動は、内輪の外側に設けられたラチェット歯に選択可能に係合される選択可能に拡張可能かつ格納可能な対向した圧電ポールを用いることによって、有限増分で行なわれる。バイアス電圧をポールに印加することによりこれが延ばされる。ポールが内輪の歯と係合すると、ポールが延びて、軸受の内輪と外輪とが相対的に回転することとなる。
【００２１】
圧電ポールは、内輪の歯に選択可能に係合されたり、そこから外されたりするが、これは、その圧電リンクを用いて、当該リンクからのバイアス電圧の除去時にポール要素の第２の端部の横方向の肩部を回動可能に持上げ、バイアス電圧の印加時にポール肩部を内輪の歯と係合させることによって行なわれる。こうして、自己作動型ころ軸受２４の駆動機構は、軸受駆動手段のポールおよびリンク要素に対するバイアス電圧の印加および除去を選択的に行なうことによって、軸受を駆動して新しい位置に固定するために次々に用いることができる。
【００２２】
釣合い錘２７は直四角柱棒（a right rectangular prismatic bar）からなり、当該直四角柱棒は、その中心において外側に突き出し対称的に間隔をあけて配置された２つの平行で垂直な長方形の装着ブラケット２８を有する。ブラケット２８の間隔は、鏡板２１のブラケットの間隔と同様である。各々のブラケット２８は、その遠端において１８０°の円弧長よりもわずかに小さい円形の弓形の窪み２９を有する。窪み２９は、ブラケット２８を支持する面に対して同軸で平行であり、釣合い錘２７の水平な対称面に位置する。窪み２９は、自己作動型ころ軸受２４の円筒形の外面にぴったりと嵌合する。
【００２３】
貫通穴のパターンは、鏡板２１のブラケット２２における穿穴された雌ねじ付きの穴パターンに対応しており、釣合い錘２７およびその装着ブラケット２８を通って穿孔される。六角頭の装着ボルト３１は、釣合い錘２７における穴を通って挿入され、鏡板２１のブラケット２２の端部における雌ねじ付きの穴にねじ係合されるので、各々の軸受２４は、それぞれの弓形の窪みの対２３および２９において堅固に把持される。取付けられた軸受２４のボアは、水平で相互に同軸であり、組立てられた鏡板２１およびその釣合い錘２７の重心に位置する。
【００２４】
Ｔ字形の棒３４は平行な横棒であり、下方向に延在する垂直なシャフトと交差している
。当該横棒は対称的な直円筒であり、鏡板２１および釣合い錘２７に装着された自己作動型ころ軸受２４の内輪のボアに圧入されている。Ｔ字形の棒３４の垂直なシャフトは、第３の垂直軸の自己作動型ころ軸受２４に圧入されている。
【００２５】
調整可能なヘリオスタット鏡システム２０のための装着架台は、その上方端部においてカウンタボアを有する直円筒形で管状の柱３５と、その下方端部において中心に配置され横方向に装着された長方形の基板３５とからなる。基板３６は規則的なパターンを持つ垂直な貫通穴を有し、これにより、架台が、ナットおよびボルトのセットなどの取付手段３８を用いて太陽集熱器サブシステム１１の基部１２に装着され得る。第３の垂直軸の自己作動型ころ軸受は、当該架台の柱３５の上方端部においてカウンタボアに圧入される。
【００２６】
シャッタアセンブリは図１および図１９に図示されるような独立した構造であり得るか、または、光入射口に関連付けてエンジン搭載ボックス６０に組込まれ得る。シャッタアセンブリの機能は、シャッタの開放時には常に集中された光線８８がエンジン搭載ボックス６０の光入射口６１に入ることを可能にし、シャッタの閉鎖時には光線８８を反射させ拡散させる。
【００２７】
シャッタアセンブリ６８の好ましい実施例が図１９の斜視図に示される。シャッタアセンブリの機能は、その弓形のシャッタ窓７２と光線８８との整列時には常に集中された光線８８がエンジン搭載ボックス６０の光入射口６１に入ることを可能にするが、そうでない場合には、光線８８を反射させ拡散させる。シャッタの回転は、熱エンジンアセンブリ１００への水滴の注入と同期されるので、集中された太陽光線８０のエネルギは、必要な時にだけエンジンに利用可能となり、そうでない場合にはエンジンには当たらない。シャッタアセンブリ６８を設けることにより、作動チャンバに注入された水滴を蒸発させる必要のない動作サイクルの段階時におけるエンジンの内部の過熱が防止される。
【００２８】
シャッタアセンブリ６８は回転シャッタ６９を含み、その第１の側部上に高反射性でわずかに凸状の面７０を有する。シャッタ６９は、横方向の第２の側部を備えた中空で円筒形の中心体と、両側から突き出る同心で直円筒形のシャフト７３とを有する。シャッタ６９は窓７２を有しており、当該窓７２は、その反射性の第１の側部７０から第２の側部へと貫通している。窓７２は、円形の端部を備えた一定半径の弓形である。弓形の窓７２の幅は、集中された太陽光線８８が完全に通るのに十分であり、その円弧長は、シャッタの回転中に十分な太陽エネルギを熱エンジン１００の作動チャンバに入れることを可能にするのに十分に長くなるよう選択される。
【００２９】
シャッタ６９の第１の側部上のシャフト７３は同心のボアを有しており、当該同心のボアは径方向の交差する穴へと内向きに延在し、これがシャフトから出て、中空のシャッタ体の内部と連通している。径方向に突き出るホースバーブ（hose barb）７５を有する入口回転スイベル７４は、シャッタ６９の第１の側部上においてシャフト７３のボアの外側端部に密封して装着される。シャッタ６９の第２の側部上のシャフト７３は同心のボアを有しており、当該同心のボアは径方向の交差する穴へと内向きに延在し、これがシャフトから出て、中空のシャッタ体の内部と連通している。径方向に突き出るホースバーブ７７を有する出口回転スイベル７６は、シャッタ６９の第２の側部上においてシャフト７３のボアの外側端部に密封して装着される。
【００３０】
軸受台７８は、回転可能に支持されるように、シャッタ６９のシャフト７３の外側の円筒部分を軸支する。滑車７９はシャッタ６９の第２の側部上において横方向の第２の面と軸受台７８との間においてシャフト７３にしっかりと装着される。軸受台７８と、これによりシャッタ６９とは、水平なシャッタ基部８３の上方プラットホーム８４上で支持される。シャッタの回転軸は、集中された光線８８を含む垂直面に対して水平かつ平行に位置
決めされているが、当該垂直面からずらされている。
【００３１】
駆動モータ８１は、その出力シャフト上に出力モータ滑車８２が装着されており、シャッタ基部８３上の下方の水平なプラットホーム上に装着される。駆動ベルト８０は、モータ滑車８２およびシャッタシャフト７３の両方に係合されており、このため、モータの回転がシャッタ６９に伝えられる。シャッタ基部８３は、その下方端部から順に、水平な基部、その水平なモータ支持プラットホームへと延在する短い垂直なシャフト、ずらされた垂直な柱、および、その上部において、ずらされた長方形の水平な上方プラットホーム８４を備える。中心に配置された長方形の切欠きは、シャッタ基部８３の支持用の垂直な柱の反対側にある上方プラットホーム８４の側部上においてシャッタ６９の装着軸に対して交差するように切断されている。この切欠きはシャッタ６９の本体に対応する。
【００３２】
熱エンジン
熱エンジン１００が、図３においては斜視図で、図４においては分解斜視図で示される。熱エンジンは、典型的には、直交する３組の往復運動可能な対向するピストン対を収容する鋼、鋳鉄、ステンレス鋼または鉄合金の本体１０１を有する。
【００３３】
ピストンは本質的には自由なピストンであり、戻しばねの対と、各ピストンに関連付けられる直線的な発電機において引起こされる起電力とによってのみ抑制される。チャンバ１３０は、エンジンの本体１０１の中心に形成され、３対の対向するピストンの各々のための通路と交差する。このため、ピストンの内面はエンジンのチャンバ内の圧力に反応する。熱エンジン１００は本質的にその３つの直交面の各々を中心に対称的であり、ピストンの大きさおよび質量、戻しばね、ならびに、対向した対になっている各ピストンに対する直線的な発電機は本質的に同じである。
【００３４】
チャンバのための作動流体は水蒸気であり、太陽集熱器サブシステム１１の集光レンズから出る極めて集中された太陽光線８８を注入された水滴に当てることによって爆発的に形成される。熱エンジン１００のチャンバにおける作動流体の膨張によってピストンの外方向への往復運動が引起こされる場合、各ピストンに関連付けられ、これらによって駆動される直線的な発電機が使用可能な電力パルスを発生させる。水蒸気圧がチャンバから排出されると、ピストンは、それぞれの戻しばねによる推進に応じてそれらの開始位置に戻される。
【００３５】
熱エンジン１００の本体１０１の幾何学的形態は、当該本体の直交図である図１６、図１７および図１８を参照することによって最もよく説明される。本体１０１は、３つの直交面について対称的であり、これらの３つの直交面の交差点がピストン運動の軸を規定する。横方向の本体１０２は、本体１０１の中心部分であり、それぞれの通路１１１および１１８において小型ピストン１４０および中間ピストン１５０を収容する。
【００３６】
図１６に図示のとおり、横方向の本体１０２は直四角柱であり、その上側部と下側部との中心線上で切抜かれた鏡像である長方形の第１の切欠き１０３を有する。横方向の本体１０２はまた、図１６に図示のとおり、その右側部と左側部との中心線上で切抜かれた鏡像である長方形の第２の切欠き１０４を有する。横方向の本体１０２の上方および下方の周端の中心には、長方形断面の水平な溝１０７が第１の切欠き１０３と同じ深さに切り込まれている。水平な溝における水平な面は水平な溝底部１０８となる。
【００３７】
垂直な穿穴された雌ねじ付きの小型ピストン戻しばね装着穴１０９は、各々の水平な溝底部１０８の各々の外側端部付近に位置する。垂直な穿穴された雌ねじ付きの小型ピストンコイル装着穴１１０は、横方向の本体１０２の横方向の中間面の各々の側部に等間隔に配置されており、各々の水平な溝底部１０８上に位置決めされている。長方形の小型ピス
トン通路１１１は、本体の２本の垂直な対称軸の交差点において本体１０１を完全に貫通している。
【００３８】
横方向の本体１０２の右側および左側の周端の中心において、長方形断面の垂直な溝１１４が第２の切欠き１０４と同じ深さに切り込まれている。垂直な溝１１４における垂直面は垂直な溝底部１１５となる。水平な穿穴された雌ねじ付きの中間ピストン戻しばね装着穴１１６は、各々の垂直な溝底部１１５の各々の外側端部付近に位置している。水平な穿穴された雌ねじ付きの中間ピストンコイル装着穴１１７は、水平な本体１０２の横方向の中間面の各々の側部に等間隔に配置されており、各々の垂直な溝底部１１５に位置決めされている。長方形の中間ピストン通路１１８は、本体の横方向の垂直軸と水平な対称軸との交差点において完全に本体１０１を貫通している。
【００３９】
鏡像である円形の排出ベント１１９は、小型ピストン通路１１１の上半分の中心部分からの貫通部から上方向に延在して、横方向の本体１０２の横方向の外面に達する。排出ベント１１９は、横方向の本体１０２の横方向の中間面に対して直角である垂直な中間面上に位置している。
【００４０】
対称的な円筒形の長手方向の本体１２２は、横方向の本体１０２の各々の横面から外方向に延在している。各々の長手方向の本体１２２は、その垂直な中間面の各側部上において垂直な溝底部１１５にまで外方向に突出る一体型の４角柱の水平なばね装着耳部１２３を有する。ばね装着耳部１２３は、長手方向の本体と同じくらい横方向の本体１０２から遠くにまで延在している。耳部１２３の各々の横方向の端部付近には、各々の長手方向の本体１２２の長手方向軸に対して平行である水平軸の穿穴された雌ねじ付きの長手方向のピストン戻しばね装着穴１２４が配置される。水平な穿穴された雌ねじ付きの長手方向のピストンコイル装着穴１２５が、垂直な中間面上で、円筒形の長手方向の本体の外側端縁付近の長手方向の本体１２２の遠端部において、本体１０１の水平な中間面を中心に対称的に位置決めされている。円形の長手方向のピストンボア１２７は、長手方向の本体１２２の長手方向軸上で本体１０１を貫通して延在している。
【００４１】
小型ピストン通路１１１と中間ピストン通路１１８と長手方向のピストンボア１２７との本体１０１における交差点、これに加えて、小型ピストン１４０、中間ピストン１５０の対向した対と、チャンバ１３０のための窓付きピストン１６０および注入器ピストン１７０からなる対向した対との内側の横方向端部となる面がある。チャンバ１３０は、本体１０１の中心に配置され、完全に囲まれており、エンジン１００に作動量を与える。
【００４２】
図５を参照すると、小型ピストンアセンブリ１４０が斜視図で示される。小型ピストンアセンブリ１４０は４角柱の小型ピストン頭部１４１を含み、チャンバに向けられる面としてその小型ピストン面１４２と、一体型の長手の直円筒の小型ピストンシャフト１４３と、各々が小型ピストン第１リング磁石１４４および小型ピストン第２リング磁石１４５を有する複数の磁石対からなるアレイとを備える。小型ピストン面１４２は他方よりも実質的に大きな１つの長方形の側部を有している。小型ピストン頭部１４１は、本体１０１の小型ピストン通路１１１内にぴったりと嵌合している。
【００４３】
小型ピストンの本体上に封止は用いられないが、ピストンアセンブリ１４０と小型ピストン通路１１１との間の空隙を最小限にすることにより、ガス漏れが許容可能な量に保たれる。小型ピストンシャフト１４３は、小型ピストン面１４２と反対側の小型ピストン頭部１４１の側から延在しており、その長手方向軸が、その方向に延在するピストン頭部の対称軸と同一線上にある。磁石１４４および１４５は、各々の対がシャフト１４３の軸の周りにトロイダル磁界を形成するように反対方向に分極される。磁石１４４および１４５は、小型ピストンのシャフト１４３にぴったりと嵌合するボアを有しており、小型ピスト
ン頭部１４１からある距離をおいてエポキシなどの接着剤を用いて、小型ピストンのシャフト１４３に堅固に装着される。
【００４４】
図５には図示されないが、図４のエンジンアセンブリの分解図と図１１の側面図とに示されている各々の小型ピストンアセンブリ１４０はまた、小型ピストン戻しばね１４７としての役割を果たす２つの板ばねを含む。これらのばね１４７は平らな原料細片でできており、第１の端部に、横方向の貫通装着穴を備えた短くて平坦な部分を有する。応力が加えられていないばね１４７は、その第１の端部が面から離れるように弓形に曲がり、その第１の端部において面に対して垂直に延在し当該面を通り過ぎるように十分に反対方向に反曲される。次いで、ばね１４７の先端がその第２の端部においてきつく反曲されて、接触端を形成する。
【００４５】
小型ピストン戻しばね１４７は、ばねの第１の端部における装着穴を通じて取付けられ、小型ピストン戻しばね装着穴１０９にねじ係合される戻しばね装着ねじ１９８を用いて、水平な溝底部１０８上に装着される。小型ピストン戻しばねは、取付けられると、本体１０１の水平な溝１０７内に位置し、それらの第２の端部が本体の中心に向かって内方向に延在して小型ピストン通路１１１の端縁をわずかに通り過ぎる。ピストン戻しばね１４７の第２の端部は、ピストン面１４２の反対側にある小型ピストン頭部１４１の端部上に載っている。
【００４６】
図６を参照すると、中間ピストンアセンブリ１５０が斜視図で示される。中間ピストンアセンブリ１５０は、４角柱の中間ピストン頭部１５１を含み、チャンバに向けられる面としてのその中間ピストン面１５２と、一体型の長手の直円筒の中間ピストンシャフト１５３と、各々が中間ピストン第１リング磁石１５４および中間ピストン第２リング磁石１５５を有する複数の磁石対からなるアレイとを備える。中間ピストン面１５２は、他方よりも実質的に大きな１つの長方形の側部を有する。中間ピストン頭部１５１は、本体１０１の中間ピストン通路１１８内にぴったりと嵌合している。中間ピストンの本体上に封止は用いられないが、ピストンアセンブリ１５０と中間ピストン通路１１８との間の空隙を最小限にすることにより、ガス漏れが許容可能な量に保たれる。中間ピストンシャフト１５３は、中間ピストン面１５２と反対側の中間ピストン頭部１５１の側から延在しており、その長手方向軸が、その方向に延在するピストン頭部の対称軸と同一線上にある。磁石１５４および１５５は、各々の対がシャフト１５３の軸の周りにトロイダル磁界を形成するように反対方向に分極される。磁石１５４および１５５は、中間ピストンのシャフト１５３にぴったりと嵌合するボアを有しており、中間ピストン頭部１５１からある距離をおいてエポキシなどの接着剤を用いて、中間ピストンのシャフト１５３に堅固に装着される。
【００４７】
図６には図示されないが、図４のエンジンアセンブリの分解図と図１１の側面図とに示されている各々の中間ピストンアセンブリ１５０はまた、中間ピストン戻しばね１５７としての役割を果たす２つの板ばねを含む。これらのばね１５７は平らな原料細片でできており、第１の端部に、横方向の貫通装着穴を備えた短くて平坦な部分を有する。応力が加えられていないばね１５７は、その第１の端部が面から離れるように弓形に曲がり、その第１の端部において面に対して垂直に延在し当該面を通り過ぎるように十分に反対方向に反曲される。次いで、ばね１５７の先端がその第２の端部においてきつく反曲されて、接触端を形成する。
【００４８】
中間ピストン戻しばね１５７は、ばねの第１の端部における装着穴を通じて取付けられ、中間ピストン戻しばね装着穴１１６にねじ係合される戻しばね装着ねじ１９８を用いて、垂直な溝底部１１５上に装着される。中間ピストン戻しばねは、取付けられると、本体１０１の垂直な溝１０７内に位置し、それらの第２の端部が本体の中心に向かって内方向
に延在して中間ピストン通路１１８の端縁をわずかに通り過ぎる。ピストン戻しばね１５７の第２の端部は、ピストン面１５２の反対側にある中間ピストン頭部１５１の端部上に載っている。
【００４９】
図７および図８を参照すると、窓付きピストンアセンブリ１６０はそれぞれ、斜視図および長手方向の断面図に示される。窓付きピストンアセンブリ１６０は直円筒の窓付きピストン頭部１６１を含み、チャンバに向けられる面としてのその窓付きピストン面１６２と、対称的に対向する１対の一体型で長手の直円筒の窓付きピストンシャフト１６４と、各々が窓付きピストン第１リング磁石１６５および窓付きピストン第２リング磁石１６６を有する複数の磁石対からなるアレイとを備える。一定直径である窓付きピストン軸方向ボア１６３は、本体の円筒軸に沿って窓付きピストン１６０の本体１６１全体を通って延在している。窓付きピストン頭部１６１は本体１０１の長手方向のピストンボア１２７内でぴったりと嵌合している。窓付きピストンの本体上に封止は用いられないが、ピストンアセンブリ１６０と長手方向のピストンボア１２７との間の空隙を最小限にすることにより、ガス漏れが許容可能な量に保たれる。窓付きピストンシャフト１６４は、円筒軸に対して平行な窓付きピストン面１６２と反対側の窓付きピストン頭部１６１の側部から延在している。磁石１６５および１６６は、各々の対がその装着シャフト１６４の軸の周りにトロイダル磁界を形成するように反対方向に分極される。磁石１６５および１６６は、窓付きピストンのシャフト１６４にぴったりと嵌合するボアを有しており、窓付きピストン頭部１６１からある距離をおいてエポキシなどの接着剤を用いて、窓付きピストンのシャフト１６４に堅固に装着される。直円筒の水晶窓１６７が、窓付きピストン面１６２と同一平面にある横面で、窓付きピストン軸方向ボア１６３にぴったりと装着されている。窓１６７はボア１６３に圧入されるか、または接続部に漏れがなくなるように接着装着されている。
【００５０】
図７および図８には図示されないが、図４のエンジンアセンブリの分解図と図１２の側面図とに示されている窓付きピストンアセンブリ１６０はまた、窓付きピストン戻しばね１６８としての役割を果たす２つの板ばねを含む。これらのばね１６８は平らな原料細片でできており、第１の端部に、横方向の貫通装着穴を備えた短くて平坦な部分を有する。応力が加えられていないばね１６８は、その第１の端部が面から離れるように弓形に曲がり、その第１の端部において面に対して垂直に延在し当該面を通り過ぎるように十分に反対方向に反曲される。次いで、ばね１６８の先端がその第２の端部においてきつく反曲されて、接触端を形成する。
【００５１】
図４に図示のとおり、窓付きピストン戻しばね１６８は、ばねの第１の端部における装着穴を通じて取付けられ、長手方向ピストン戻しばね装着穴１２４にねじ係合される戻しばね装着ねじ１９８を用いて、本体１０１の長手方向の本体１２２の右側のばね装着耳部１２３の外側端部上に装着される。窓付きピストン戻しばね１６８は、取付けられると、それらの第２の端部が、本体の中心に向かって内方向に延在して長手方向ピストンボア１２７の端縁をわずかに通り過ぎる。窓付き戻しばね１６８の第２の端部は、ピストン面１６２の反対側にある窓付きピストン頭部１６１の端部上に載っている。
【００５２】
図９および図１０を参照すると、注入器ピストンアセンブリ１７０がそれぞれ、斜視図および長手方向断面図に示される。注入器ピストンアセンブリ１７０は直円筒の注入器ピストン頭部１７１を含み、チャンバに向けられる面としてのその注入器ピストン面１７２と、対称的に対向した１対の一体型で長手の直円筒の注入器ピストンシャフト１７５と、各々が注入器ピストン第１リング磁石１７６および注入器ピストン第２リング磁石１７７を有する複数の磁石対からなるアレイとを備える。注入器ピストン軸方向ボア１７３は、ピストン面１７２から本体の円筒軸に沿って延在し、円筒形の本体１７１を部分的に通り、ここで、面１７２の反対側にある本体１７１の側部へと延在する同軸の注入器ピストン
カウンタボア１７４によって接合されている。注入器ピストン頭部１７１は、本体１０１の長手方向ピストンボア１２７内でぴったりと嵌合している。注入器ピストンの本体上に封止は用いられないが、ピストンアセンブリ１７０と長手方向のピストンボア１２７との間の空隙を最小限にすることにより、ガス漏れが許容可能な量に保たれる。注入器ピストンシャフト１７５は、円筒軸に対して平行なピストン面１７２の反対側にある注入器ピストン頭部１７１の側部から延在している。磁石１７６および１７７は、各々の対がその装着シャフト１７５の軸の周りにトロイダル磁界を形成するように反対方向に分極される。磁石１７６および１７７は、注入器ピストンのシャフト１７５にぴったりと嵌合するボアを有しており、注入器ピストン頭部１７１からある距離をおいてエポキシなどの接着剤を用いて、注入器ピストンのシャフト１７５に堅固に装着される。
【００５３】
図９および図１０には図示されないが、図４のエンジンアセンブリの分解図に示されている注入器ピストンアセンブリ１７０はまた、注入器ピストンのための戻しばねとしての役割を果たす２つの窓付きピストン板ばね１６８を含む。この第２の組の窓付きピストン戻しばね１６８は、窓付きピストンアセンブリ１６０に用いられるものと同じ様に装着されるが、例外として、ばね１６８およびそれらの装着ねじ１９８の位置決めは、これらが長手方向の本体１２２の左側のばね装着耳部１２３上に装着されるように本体１０１の垂直な対称軸を中心に１８０°回転される。
【００５４】
図１０を参照すると、注入器ピストンアセンブリ１７０のための注入器１８０の詳細が示される。ピストン直径と、窓付きピストンアセンブリ１６０および注入器ピストンアセンブリ１７０の質量とは、実質的に同一になるよう調整される。注入器１８０は、注入器ピストン本体１７１の軸方向ボア１７３に圧入され、一定の外径を有する長手の直円筒部材である。注入器１８０は、注入器ピストン面１７２と同一平面にある第１の端部を有する。
【００５５】
注入器１８０は、その第２の端部から、螺旋状に切られたねじ山を有するカウンタボア１８３と、部品の長さの大部分に延在し、注入器チャンバ１８２としての役割を果たす長手のボアと、注入器ノズル１８１としての役割を果たす小径の出口とを有する。注入器は、ほぼ中間の長さにおいて、注入器チャンバ１８２から注入器本体の外側に延在する径方向の穴を有する。径方向の穴の外側端部の短いカウンタボアは、Ｊ字形の水または他の液体の供給管１９１を封止係合するための受口としての役割を果たす。水または他の液体の供給管１９１は、ろう付け、溶接または接着手段によって注入器１８０に接合される。
【００５６】
注入器ソレノイドアセンブリ１８４は、注入器ソレノイド１８６およびソレノイド電機子１８８からなる。注入器ソレノイド１８６は、市販のソレノイドに典型的な態様で巻かれ、外側に延在する導線（図示せず）を有する直円筒の管状コイル１８７を有する。注入器ソレノイド１８６の本体は、コイル１８７の外側にぴったりと嵌合する横方向の端部を有する直円筒の金属製のシェルである。図１０に図示のとおり、ソレノイド本体は、その上方端部において、雄ねじを備えた管状の拡張ねじ付き鼻部１８５を有しており、当該雄ねじは、注入器１８０の第２の端部において雌ねじに螺合され封止係合されている。ソレノイド本体１８６はその下方端部において第２の管状拡張部を有する。
【００５７】
強磁性のソレノイド電機子１８８は、ソレノイド本体１８６の内部内に位置決めされており、両端がそこから外方向に突出ている。ソレノイド電機子１８８は、コイルが電圧の印加により通電されるたびにソレノイドコイル１８７において誘導された磁界に反応する長手の中心直円筒部分を有する。電機子１８８の中心部分の長さは、ソレノイドコイル１８７の長さよりも短い。ソレノイドコイルが通電されていない場合、図１０に図示のとおり、長手で同心の直円筒で小径の注入器プランジャ１８９が、その上方端部におけるソレノイド電機子の中心部分から、注入器１８０の注入器チャンバ１８２に入り、注入器にお
ける径方向の穴のほぼ入口まで延在する。注入器プランジャは、注入器チャンバ１８２を封止係合する。別の長手の直円筒である電機子の尾部分１９０は、電機子１８８からソレノイド本体１８６の第２の管状拡張部を通って下方向に同心円状に延在する。当業者によく理解されるように、ソレノイドアセンブリは戻しばね（図示せず）を備えなくてもよいか、または代替的には、第２の戻しコイル（図示せず）を備えてもよい。
【００５８】
小型ピストンアセンブリ１４０および中間ピストンアセンブリ１５０の各々は、そのシャフト上に装着された磁石を密に囲み、そのコイルを通じてピストンを往復運動させることによって通電され得る管状の発電機コイルを備える。小型ピストン発電機コイル２００は、第１の端部において径方向に対向し外方向に延在する横方向の装着タブを有する長手で薄壁の直円形の管を含む。各々の装着タブは貫通穴を有しており、コイル装着ねじ１９９がここを通って延在し得るので、コイル２００は、小型ピストンコイル装着穴１１０においてねじ１９９をねじ係合することにより本体１０１の水平な溝底部１０８に装着され得る。
【００５９】
発電機巻線２０１は、接着剤によって、小型ピストン発電機コイル２００の内部ボアに取付けられる。発電機コイル２００の第２の端部および第１の端部に切込みを付けて、それぞれ巻線２０１の第１のリード線２０２および第２のリード線２０３の通路に隙間を設ける。簡潔にするために、巻線２０１の構造は螺旋コイルとして示されるが、小型ピストンアセンブリ１４０の磁石の往復運動からより高い出力を得るために、他のより効率的な種類の巻線パターンを用いてもよい。
【００６０】
中間ピストンアセンブリ１５０として、コイル２００と同一の構造を有するかまたは極めてよく似た構造を有する中間ピストン発電機コイル２１０が提供される。中間ピストン発電機コイル２１０については、以下の特徴番号が用いられる。その巻線は要素２１１であり、その第１のリード線は２１２であり、その第２のリード線は２１３である。２つのねじ１９９を用いてコイル装着穴１１７をねじ係合することにより、垂直な溝底部１１５への取付けも同様に行われる。
【００６１】
窓付きピストンアセンブリ１６０および注入器ピストンアセンブリ１７０は、同一またはほぼ同一の長手方向のピストン発電機コイル２２０を用いる。長手方向のピストン発電機コイル２２０は発電機コイル２００および２１０と構造的に同様であるが、単一の装着基部上に２つの管を備えている。長手方向のピストン発電機コイル２２０については、各々の管が、コイル２２０の中心から同様の距離をおいて直径に沿って対向している。各々の管は、第１のリード線２２２および第２のリード線２２３を有する長手方向のピストン発電機巻線２２１を含む。コイル２２０の取付けは、直径に沿ってずらされた装着タブ穴を通じて係合され、熱エンジン本体１０１の長手方向の本体１２２上において長手方向のピストンコイル装着穴１２５とねじ係合される１対のねじ１９９によってなされる。
【００６２】
第２の種類の水滴注入器が図２０、図２１および図２２に示される。第１の代替的な注入器３００は、内部気泡３３１を有する水滴３３０を作り出すことができる。注入器３００の構造は、注入器１８０と同じいくつかの要素を用いており、同じ態様で注入器ピストン１７０に取付けられている。注入器３００は、注入器ピストン本体１７１の軸方向ボア１７３に圧入されている一定外径を有する長手の直円筒部材である。注入器３００は注入器ピストン面１７２と同一平面である第１の端部を有する。注入器３００は、その第２の端部から、螺旋状に切られたねじ山を有する雌ねじ付きのカウンタボア３０３と、部品の長さの大部分に延在し注入器チャンバ３０２としての役割を果たす長手のボアと、注入器ノズル３０１としての役割を果たす小径の出口とを有する。注入器３００は、ほぼ中間に、注入器チャンバ３０２から注入器本体の外側まで延在する径方向の穴を有する。径方向の穴の外側端部上における短いカウンタボアは、Ｊ字形の水供給管１９１を封止係合する
ための受口としての役割を果たす。水供給管１９１は、ろう付け、溶接または接着手段によって注入器３００に接合される。
【００６３】
注入器ソレノイド１８４は、その雄ねじ付きの鼻部１８５によって注入器３００の本体の雌ねじ付きのカウンタボア３０３とねじ係合される。ソレノイド１８４が活性化していない状態であれば、図２０に図示のとおり、注入器ソレノイドアセンブリの注入器プランジャ１８９は、締りばめされて、注入器チャンバに延在して水供給管１９１のための径方向の穴にまで達する。
【００６４】
注入器３００のほぼ中間の一方側においては、横方向の端部を備えたサイドポケット３０４が注入器本体の外側の円筒面に切り込まれている。注入器本体の第１の端部に隣接するサイドポケット３０４の端部においては、空気通路３１２が注入器チャンバ３０２に対して平行であるがそこからずらして穿孔されている。空気通路は、図２０に図示のとおり、その下方面の中心部分におけるサイドポケット３０４と交差する。空気通路３１２のサイドポケット端部にはカウンタボアが設けられて、空気注入器ソレノイド３１０の装着鼻部を封止するよう受取って、これをろう付けまたは接着剤によって取付ける。
【００６５】
空気通路３１２は、第１の径方向の空気穴３１３によって遮られ、そこに、上方に延在するＪ字形の給気管３０５が、ろう付け、溶接または接着剤により穴の外側端部において封止して装着される。第１の径方向の空気穴３１３は、空気通路３１２との交差点を越えて内側には延在しない。第２の径方向の空気穴３１４は、注入器３００の本体の第１の端部により近接して位置決めされ、空気通路３１２から注入器チャンバ３０２の内部に延在する。突出た空気挿入管３１５は、当該管が注入器チャンバ３０２のほぼ中心にまで延在するように、第２の径方向の空気穴３１４の内側端部に圧入される。
【００６６】
空気注入器ソレノイド３１０は注入器ソレノイド１８４と同様に構成されるが、より小さな縮尺で比例している。空気注入器プランジャ３１１は、注入器ソレノイド１８４のソレノイド電機子１８８を小型化したものである。空気注入ソレノイド３１０のプランジャ３１１の下方端部は、図２０に図示のとおり、ソレノイド３１０が活性化されていないとき、空気通路３１２にぴったりと嵌合し、その空気通路に延在して第１の径方向の穴３１３の交差点へと到る。図２１および図２２に図示のとおりソレノイド３１０が活性化されていれば、プランジャ３１１はさらに空気通路３１２に延在し、これにより、通路内の空気を第２の径方向の空気穴３１４および管３１５を通して外方向に押出して、注入器チャンバ３０２に注入する。
【００６７】
第３の種類の水滴注入器が図２３および図２４に示される。第２の代替的な注入器４００は、凍結した外側シェル４１７および液体内部４１６を有する水滴４１５を作り出すことができる。注入器４００の構造は、注入器１８０と同じいくつかの要素を用いており、同じ態様で注入器ピストン１７０に取付けられている。
【００６８】
注入器４００は、注入器ピストン本体１７１の軸方向ボア１７３に圧入される一定外径を有する長手の直円筒部材である。注入器４００は、注入器ピストン面１７２と同一平面である第１の端部を有する。注入器４００は、その第２の端部から、螺旋状に切られたねじ山を有する雌ねじ付きのカウンタボア４０３と、部品の長さの大部分に延在し、注入器チャンバ４０２としての役割を果たす長手のボアと、注入器ノズル４０１としての役割を果たす小径の出口と、外方向に開口した円錐台の出口ボア４０６とを有する。
【００６９】
注入器４００は、ほぼ中間に、注入器チャンバ４０２から注入器本体の外側に延在する径方向の穴を有する。径方向の穴の外側端部の短いカウンタボアは、Ｊ字形の水供給管１９１を封止係合するための受口としての役割を果たす。水供給管１９１は、ろう付け、溶
接または接着手段によって注入器４００に接合される。注入器ソレノイド１８４は、その雄ねじ付きの鼻部１８５によって注入器４００の本体の雌ねじ付きのカウンタボア４０３とねじ係合される。ソレノイド１８４が活性化されていない状態であれば、注入器ソレノイドアセンブリの注入器プランジャ１８９は、締りばめされて、注入器チャンバ４０２に延在して水供給管１９１のための径方向の穴にまで達する。
【００７０】
直径に沿って対向する２つの径方向の穴４１３および４１４は、ほぼ中間において、注入器４００の本体の外側の円筒面から内方向に延在して、チャンバ４０２のボアのほぼ中間にまで延びる。穴４１４は冷却液入口穴であり、穴４１３は冷却液出口穴である。穴４１３および４１４の外側端部にカウンタボアを設けることにより、冷却液供給管４０７および冷却液戻り管４０８のそれぞれの取付けが可能となる。Ｊ字形の管４０７および４０８は上方に延在しており、ろう付け、溶接または接着剤によって、穴４１３および４１４の、カウンタボアが設けられた外側端部に封止係合される。冷却液入口チャネル４０４および冷却液出口チャネル４０５は、チャンバ４０２に対して平行であり、そこからずらされている。冷却液入口チャネル４０４は、その上方端部と、窪み４０６の円錐台面における第１のより小さな直径の環状溝との上において冷却液入口穴４１４と交差する。冷却液出口チャネル４０５は、その上方端部と、窪み４０６の円錐台面における第２のより大きな直径の環状溝とにおいて冷却液出口穴４１３と交差する。
【００７１】
冷却円錐部４０９は、その外側の上方端部および下方端部が円錐台の窪み４０６に封止して装着されている。冷却円錐部４０９は、高い熱伝導性を有する材料でできており、黒化した内部の円錐台面を有する。冷却円錐部４０９は、より小径のその上方端部付近において、分配ヘッダ４１０としての役割を果たす第１の環状の外溝を有する。冷却円錐部４０９は、そのより大きな下方端部付近に、戻しヘッダ４１１としての役割を果たす第２の環状の外溝を有する。分配ヘッダ４１０および戻しヘッダ４１１は中間においては非常に浅い円錐台の外溝４１２であり、冷却円錐部４０９の外側とシステムを通って流される冷却液との間の伝熱面および絞り通路としての役割を果たす。冷却円錐部４０９を冷やすのに用いられる冷却液のための流路は、冷却液供給管４０７により、径方向の穴４１４およびチャネル４０４を通り、分配ヘッダ４１０に入り、溝４１２を通って、戻しヘッダ４１１に入り、通路４０５を上がって、径方向の穴４１３に入り、そして管４０８から出る。
【００７２】
図２３および図２４は、熱エンジン１００のチャンバ１３０に水滴４１５を注入したときの注入器４００を示す。ノズル４０１から冷却円錐部４０９を通る間に、水滴４１５は、冷却された冷却円錐部への放射熱損失に応じて液体水４１６を封じ込める凍結したシェル４１７を形成した。
【００７３】
発明の動作
発明の動作は以下のとおりである。当該動作は以下の動作を含む。すなわち、１．ヘリオスタットのパネルに当たる入射する太陽光放射を集中させ、方向付けること、２．結果として得られる集中された太陽光放射の光線を熱エンジンのチャンバに方向付けること、３．作動流体の液滴を、太陽光放射の衝突によって非常に高速で蒸発させることのできるエンジンのチャンバに注入すること、４．作動流体蒸気の作用に反応してエンジンのピストンを往復運動させること、であり、これにより、熱エンジンのピストンの各々に直線的な発電機を結合することによって電気エネルギを発生させることができる。
【００７４】
図１を参照すると、太陽集熱器サブシステム１１が図示される。調整可能なヘリオスタット鏡システム２０ａ、ｂ、ｃによる運動、ならびに、シャッタ６９およびシャッタアセンブリ６８の関連する構成要素の回転を除いて、太陽集熱器サブシステムは静止している。太陽が空を横断すると、所与のヘリオスタット２０の鏡板２１は、架台の中心における垂直軸とＴ字形の棒３４の水平なシャフトを通る水平軸とを中心にした回転によって位置
合わせされなければならない。
【００７５】
反射した太陽光放射８６を放物面鏡４０に方向付けたままにするために、位置合わせを継続的に調整することが必要である。自己作動型ころ軸受２４は、その水平軸および垂直軸を中心にして移動可能な鏡板２１を支持する役割を果たすものであるが、所定の選択可能な態様で軸受を作動させる圧電ポール要素に電圧を印加することによって有限のステップで増分運動を引起すよう誘導される。圧電ポール要素の動きが比較的小さいので、位置決め誤差は太陽集熱装置についての許容範囲内に十分に維持される。太陽が入射する放射の点光源ではないので、極度の精密さは必要ではない。プログラム可能な制御装置（図示せず）は、軸受２４のポール要素への電圧の印加について適切に時間を調節して順序付けるのに用いられる。これらのプログラム可能な制御装置はメモリを備えており、当該メモリには、軸受２４の適切な所定の一連の回転を起こすためにコントローラが所望のタイミングおよび頻度で必要な電圧を送出することができるようにプログラムが格納され得る。
【００７６】
こうして、入射する太陽光線８５が適切に位置合わせされたヘリオスタット２０に反射し、これにより、反射した太陽光線が放物面鏡４０に向けられ、再び反射してより集中された光線８７にされる。集中された光線８７は凸状の集光レンズ５０に向けられ、そこで集束させて、はるかに狭い光線８８にされる。
【００７７】
このプロセスについての反射およびレンズ屈折ステップのシーケンスのために実現可能な太陽光放射集中度は増倍的であり、このため、光線８８のための最終的な強度を非常に高くすることができる。たとえば、２０個のヘリオスタット鏡システム２０が第１の集中ステップに用いられた場合、有効集中度は２０になるだろう。放物面鏡４０についての実現可能な集中率は１０になるだろう。凸状の集光レンズがさらに光線８７を２０倍集中させた場合、入射する放射光線の全体的な集中度は約４０００倍となる［すなわち、（２０）×（１０）×（２０）＝４０００］。
【００７８】
集中された太陽光線８８は、エンジン搭載ボックス６０の光入射口６１に向けられるので、その内部に搭載された熱エンジン１００を作動させるのに用いることができる。シャッタアセンブリ６８のシャッタ６９の回転は、熱エンジンによって水滴を蒸発させるときにシャッタの窓７２が集中された太陽光線８８を通すように綿密に制御される。他の場合には、シャッタ６９の反射面７０は、太陽光線８８を反射させてエンジン１００から遠ざけ、これにより、エンジンの構成要素が過剰な加熱からダメージを受けるのを回避する。加圧された冷却液は、入口スイベル７４を介してシャッタ６９の内部に注入されるので、加熱された内面から反射面７０の後方へ膨張する際にエネルギを吸収することができる。結果として得られる蒸発した冷却液は、出口スイベル７６を介してシャッタ６９の内部から抽出される。
【００７９】
熱エンジン１００は、窓付きピストン１６０の円筒軸とこれによりその一体型の窓１６７とが位置合わせされて、入射する集中された太陽光線８８をエンジンの内部におけるチャンバ１３０に通すように、エンジン搭載ボックス６０内で位置合わせされる。動作サイクルの開始時には、対向する小型ピストン１４０、中間ピストン１５０、ならびに対向する窓付きピストン１６０および注入器ピストン１７０は、図１１および図１２に示される位置にある。このような場合、これらのピストンは、それぞれの戻しばね１４７、１５７および１６８の推進に応じて戻されて、エンジンの中心に最も近接して位置する。
【００８０】
エンジン１００のサイクルを開始するために、１個の水滴（図示せず）が、注入器ピストン１７０の注入器１８０の注入器ノズル１８１を通じてチャンバ１３０に注入される。当該水滴は、ピストン１７０に対して軸方向に注入されるため、入射する集中された太陽光線８８が窓付きピストン１６０の窓１６７を通ってエンジン１００に入る経路に沿って
真直ぐに進む。図１０を参照すると、水滴の注入はソレノイドコイル１８７を通電することによって開始され、このため、一体型のプランジャ１８９を備えたソレノイド電機子１８８が注入器チャンバ１８２へと急速に動かされて、水供給管１９１のための径方向の入口穴を塞ぐ。プランジャ１８９がさらに動くことにより、注入器１８０のノズル１８１から水滴が放出される。水滴の注入速度は、蒸発時に、水滴が実質的にエンジン１００のチャンバ１３０の中心にくるように選択される。
【００８１】
このような非常に集中された光線８８におけるエネルギ量は、爆発的速度で水滴を蒸発させるのに十分であり、このため、結果として得られる蒸気によって数百気圧の圧力が生成される。太陽エネルギ産業において周知のとおり、対象となる水滴が入射する太陽光放射を吸収する能力は、光吸収着色材を加えることによって任意に向上される。
【００８２】
チャンバ１３０において生じたこれらの強い蒸気圧は、ピストン１４０、１５０、１６０および１７０のピストン面１４２、１５２、１６２および１７２にそれぞれ作用して、エンジン１００の本体１０１のそれぞれの通路１１１、１１８および１２７においてピストンを外方向に動かす。各々の対における対向するピストンはそれらの面上に実質的に同じ作用面積および同じ質量を有しており、さらに、チャンバ１３０の中心における水滴の蒸発のために同じ圧力が加えられるので、対向したピストンは同じ速度で外方向に動くこととなる。この対称運動がエンジン１００を本質的に動的に安定させるので、振動が最小限にされる。
【００８３】
ピストンのシャフト上の磁石とそれらの関連するコイルとの組合せにより、１組の複数の直線的な発電機が構成される。ピストン１４０、１５０、１６０および１７０が、図１１および図１２におけるそれらの開始位置から図１３および図１４に示されるそれらの極度に外側の位置へと外方向に動くと、ピストンアセンブリにおける磁石のアレイに関連付けられる磁界が移動して、それぞれのコイル２００、２１０および２２０の巻線２０１、２１１および２２１を通り過ぎる。したがって、電圧および電流が巻線において引起され、従来の電気巻線によって集電システム（図示せず）へと伝達可能となる。チャンバ１３０における蒸発した水滴からの蒸気の膨張中にはピストンの外方向への運動速度が非常に速いので、この外方向への膨張中に主要な電力が生成される。
【００８４】
ピストン１４０、１５０、１６０および１７０の外方向への動きは、それぞれのピストン戻しばね１４７、１５７および１６８における力の増大と、それぞれの巻線２０１、２１１および２２１において発生した電流によって引起される逆起電力とによって制限される。ピストンの極度に外側の位置が図１３および図１４に示される。図１３および図１４を参照すると、上方の小型ピストン１４０がその開始位置から十分に移動したとき、排出ベント１１９の覆いが取られる。この時、さらには、上方の小型ピストンが往復運動して、ベントを回復させるのに十分に戻るまで継続して、チャンバ１３０における水蒸気が排出される。
【００８５】
ピストンに対する戻し力は戻しばね１４７、１５７および１６８の推進によるものである。直線的な発電機回路がこの地点で集電システムに接続されたままにされた場合、さらなる電力を生成することができるが、結果として、コイルの巻線を通り過ぎるピストンの磁石の動きによって発生した逆起電力がピストンの戻り運動に抵抗することとなる。なお、戻しばねがもたらすことのできる速度が、ピストン運動の蒸気膨張段階によってもたらされるものよりもはるかに低いことに留意されたい。このため、さらに、ピストンの動力行程によるエネルギの抽出後に水蒸気の排出を制御する必要があるために、すべての巻線は、図１１〜図１５に示される上方ピストンのための巻線２０１を除いて、ピストンの戻り行程のために分離される。その戻しばね１４７の推進を受けたピストンの少なくとも一部の戻り行程中に上方のピストンアセンブリ１４０のための巻線２０１を接続したままに
することにより、水蒸気の排出を十分に達成することができるほどに十分に長く排出ベント１１９を開けたままにすることができる。一定量の電力は、上方の小型ピストンのためのこの戻り段階から集めることができるが、ピストンの外方向への動力行程の場合よりもはるかに低くなる。図１５は、上方のピストン１４０の戻りを遅らせつつ、他のピストンが図１１および図１２に対応するそれらの最初の開始位置を既に実現しているのを示す。
【００８６】
分析的研究で判明したことによれば、ピストン１４０、１５０、１６０および１７０とそれぞれの通路１１１、１１８および１２７との間における蒸気の漏れによる圧力の損失は過度ではないが、これは、主に、高い蒸気圧を受けたピストンの外方向への高速運動が水滴の急速な蒸発により達成されるためである。
【００８７】
エンジン１００のための第１の代替的な注入器３００は以下の態様で動作する。注入器３００の最初の状態が図２０に示される。注入器３００についての注入サイクルを開始するために、まず、図２１に図示のとおり、空気注入器ソレノイド３１０は、当該空気注入器ソレノイドのプランジャ３１１が下方向に動くように、通電される。プランジャ３１１の下方向への動きにより、径方向の穴３１３を通る空気の出入りが妨げられ、空気通路３１２および穴３１４における空気が圧縮される。こうして、この圧縮された空気を突出た空気挿入管３１５に通過させることにより、注入された気泡３２０が、注入器３００の水で満たされたチャンバ３０２に投入される。
【００８８】
図２１に示される泡３２０の生成後、次のステップでは、プランジャ１８９を作動させるソレノイド１８４を活性化させて、これにより、チャンバ３０２内に含まれる水３２１の一部と含有する泡３２０とをノズル３０１によってチャンバ３０２から強制的に排出させることが必要とされる。この条件に対する２つのソレノイドプランジャ３１１および１８９の位置が図２２に示される。図２２に図示のとおり、結果として得られる排出された水の質量と含まれる泡とにより、表面張力の作用を受けて、中心に位置する気泡３３１とともにほぼ球形の液滴３３０が形成される。
【００８９】
次いで、この液滴３３０はその中心の泡３３１とともに太陽光線８８の作用を受け、結果として、極めて高速で蒸発する。中心の泡３３１が存在することにより、極めて高速で泡３３１の膨張および収縮に応じてチャンバにおいて強い衝撃波が発生し、蒸発した水滴３３０によるエネルギの解放がさらに向上する。このエネルギ解放の高まりにより、結果として、エンジン１００のピストン１４０、１５０、１６０および１７０がより活動的に動くこととなり、これにより、エンジンによるより高いエネルギ出力が可能となる。
【００９０】
エンジン１００のための、図２３および図２４に示される第２の代替的な注入器４００は以下の態様で動作する。冷却液は、冷却円錐部が所望の温度、たとえば約１００°Ｆで維持されるように、絶えずシステム内を循環する。所望の温度は、溝４１２における冷却液の膨張と付随する熱吸収の結果として達成される。ノズル４０１によってチャンバ４０２から水を排出させるためにソレノイド１８４のプランジャ１８９を作動させると、結果として得られる水滴４１５が表面張力を受けて略球形に形成される。排出された水滴４１５は、冷却円錐部４０９の開口部を通過すると、放射伝熱によって冷却円錐部へのかなりの熱を失う。結果として、水滴４１５が凍結したシェル４１７を形成し、これが水の液体コア４１６を封じ込める。次いで、この部分的に凍結した液滴４１５は、シャッタ６９がエンジン１００に光線を入れるとき、入射する太陽光線８８によって蒸発する。液滴４１５の凍結したシェル４１７は、非常に短い間、蒸発する液滴の圧力をいくらか保持するので、結果として、純粋な液滴の場合よりも高い圧力がチャンバ１３０において発生する。結果としてより高い圧力が注入器４００で作り出されるので、エンジン１００についてのエネルギ生成が、注入された純粋な液滴の場合よりも向上することとなる。
【００９１】
発明の利点
この発明の太陽熱エンジンシステム１０は、電力を生成する目的で以前に用いられていた他のシステムに勝るいくつかの利点を提供する。特に、太陽熱エンジンシステム１０は電気エネルギを経済的に生成するための効率的で単純なシステムを提供する。ヘリオスタット２０のための自己作動型軸受２４の位置決めシステムは単純でロバストであり確実で安価である。加えて、位置決めシステムは、動きの増分が小さいので高レベルの位置決め精度を提供することができる。位置決めシステムの別の利点は、最小限の電力要件だけで高い保持力を提供することである。
【００９２】
太陽熱エンジンシステムのための回転シャッタシステム６８は、エンジンサイクルがさらなる熱の追加を必要としない期間中、エンジン１００における不要な熱の蓄積を最小限にする。これにより、この装置は、より入手可能な材料を使用することを可能にし、余分な熱の蓄積を回避することによってエンジンの寿命を延ばす。
【００９３】
エンジン１００の単純で対向した構造は、太陽熱エンジンシステム１０全体にいくつかの重要な利点をもたらす。対向したピストンの面積、質量および反応性電気力学的負荷がエンジンサイクルの高速蒸気膨張部分の間には実質的に同じであるので、エンジンの振動が極めて低くなる。エンジンの不均衡はエンジンサイクルの排気部分の間にだけ起こるが、この不均衡はエンジンの最小ピストンの速度の差に制限される。
【００９４】
ピストンの直線的な動きは当該ピストンに対する側方負荷を伴わず、このため、ピストンの摩擦が磨耗率と同様に著しく低減する。ピストンは封止なしで動作し、これは、液滴の蒸発中に極めて高速で圧力が増大し、これに付随して、ピストンの周囲により高い圧力が到達する前にピストンが高速で運動するために、実現可能となる。極めて小型のピストンの、これらのピストンのための通路との隙間を用いるので、ガス漏れによる効率性の損失が最小限にされる。これは、大体においては、ピストンの作用面の中心部分に作用する圧力がそれらの作用面の周囲におけるよりもはるかに高いためである。エンジンが封止なしで動作するので、封止が擦れることによって典型的には極めて高い摩擦損失が回避される。
【００９５】
エンジン１００は最小数の可動部分を有しており、ピストンに堅固に結合された作用要素を有する直線的な発電機を直接用いることによってその出力を達成する。１つのピストンだけが注入器を有しており、この注入器は極めて単純で確実な構造である。
【００９６】
全体的に単純であり、可動部分の数が最小限であり、ピストンに側方負荷がかからないために、この発明のエンジンは確実で有効なものになる。構造が単純であるために、製造および維持が節減される。
【００９７】
当業者によりよく理解され得るように、この発明の精神から逸脱することなく当該システムに何らかの変更を加えることができる。たとえば、従来のサーボモータを用いて、太陽集熱器サブシステムの調整可能なヘリオスタットを位置決めすることができる。同様に、太陽集熱器サブシステムの光学部品は、いくらか異なる構成を用いて所望の太陽光線集中を達成することによって変更することができる。たとえば、別の集光レンズをレンズ５０とエンジン搭載ボックス６０との間に追加して、熱エンジンの空隙に入射する光線をさらに集中させてもよい。加えて、凸レンズではなく、中空の複合放物面タイプの集光器を用いて最終的に集中させてもよい。太陽光線のスペクトルの赤外部分および可視部分は、可視光に対して透過的であるが赤外線に反射する平坦な鏡材料をヘリオスタット２０と放物面鏡４０との間に介在させることによって分離可能であり、このため、より利用可能な赤外線エネルギだけをエンジンに向けつつ、スペクトルの可視部分を光電池に向けることができる。この方策によりシステム全体の効率性が向上する。この発明の精神から逸脱す
ることなく他の種類のシャッタアセンブリを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】この発明の熱エンジンシステムと太陽集熱器サブシステムとの関係を示す図である。
【図２】太陽集熱器サブシステムの選択的に位置決めされた鏡アセンブリを示す斜視図である。
【図３】この発明の熱エンジンシステムを示す斜視図である。
【図４】図３の熱エンジンシステムの分解斜視図である。
【図５】図３の熱エンジンシステムの小型ピストンアセンブリを示す斜視図である。
【図６】図３の熱エンジンシステムの中間ピストンアセンブリを示す斜視図である。
【図７】図３の熱エンジンシステムの窓付きピストンアセンブリを示す斜視図である。
【図８】図７の窓付きピストンアセンブリの２つの磁石支持ロッドの長手方向の断面図である。
【図９】図３の熱エンジンシステムの注入器ピストンアセンブリを示す斜視図である。
【図１０】図９の注入器ピストンアセンブリの２個の磁石支持ロッドの中心線を通る面に対して垂直である長手方向の断面図である。
【図１１】エンジンの動力行程の準備ができた状態である小型ピストンおよび中間ピストンを示す、図３の熱エンジンシステムの中心に沿った横方向の断面図である。
【図１２】エンジンの動力行程の準備ができた状態である小型ピストン、窓付きピストンおよび注入器ピストンを示す、図３の熱エンジンシステムの中心に沿った横方向の断面図である。図１２は図１１に対応する。
【図１３】図１１に対応しているが、エンジン内の水蒸気の膨張によってピストンが完全にずらされている横方向の断面図である。
【図１４】図１２に対応しているが、エンジン内の水蒸気の膨張によってピストンが完全にずらされている横方向の断面図である。
【図１５】図１１および図１３に対応しているが、エンジンのピストンがすべて、上方の小型ピストンを除いては、図１１および図１２に示される位置に完全に戻されている横方向の断面図である。上方の小型ピストンの動きは、別の動力行程に先立ってエンジン内の水蒸気の蒸発を可能にするために遅らされている。
【図１６】窓付きピストンおよび注入器ピストンのためのシリンダの軸方向にある熱エンジンの本体を示す図である。
【図１７】小型ピストンのための通路の軸方向にある熱エンジンの本体を示す図である。
【図１８】中間ピストンのための通路の軸方向にある熱エンジンの本体を示す図である。
【図１９】太陽集熱器サブアセンブリのシャッタアセンブリを示す斜視図である。
【図２０】内部の気泡を有する水滴を注入することのできる第１の代替的な注入器を示す長手方向の断面図である。図示される第１の代替的な注入器は注入開始前の位置にある。
【図２１】図２０に対応しているが、最初の注入ステップとして注入器内の水に気泡が注入されているのを示す図である。
【図２２】図２０および図２１に対応しているが、注入器ノズルから排出される際の内部気泡を有する排出された水滴を示す図である。
【図２３】注入された液滴上に凍結したシェルを生成する第２の代替的な注入器を示す図である。この第２の代替的な注入器は注入器から出る液滴とともに示される。
【図２４】注入器および注入された液滴をより詳細に示す、図２３の注入器の注入器ノズル端部の拡大図である。
【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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【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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