(57)【要約】【課題】嫌気性燃料で駆動する嫌気性爆燃型内燃ピストン型レシプロエンジンと、嫌気性燃料、および、これらを用いた移動体を提供する。【解決手段】嫌気性燃料で駆動するレシプロエンジンは、整数Ｎ−ストローク動作においてシリンダ内で可逆駆動する少なくとも１つのピストンと、ピストンのＮ−ストロークの少なくとも１事象において少なくとも１つのピストンを含むシリンダヘッドとシリンダに燃料を導入する供給手段と、シリンダヘッドの中または近傍で嫌気性燃料を点火する点火手段とからなり、Ｎ−ストロークにおいてシリンダ内の所定位置にピストンが達したところで嫌気性燃料を所定どおりに爆燃させてクランクを動作させることを特徴とする。嫌気性燃料を用いるレシプロエンジンで駆動される移動体も提供する。これらに用いる燃料コンテナは、熱、静電気、電気スパーク、落雷、火災、衝撃、水、湿気、衝撃波から隔絶でき、且つ、軽火器に耐える保護構造を備えた二重構造になっている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整数Ｎ−ストローク動作においてシリンダ内で可逆駆動する少なくとも１つのピストンと、ピストンのＮ−ストロークの少なくとも１事象において少なくとも１つのピストンを含むシリンダヘッドとシリンダに燃料を導入する供給手段と、シリンダヘッドの中または近傍で嫌気性燃料を点火する点火手段とからなり、Ｎ−ストロークにおいてシリンダ内の所定位置にピストンが達したところで嫌気性燃料を所定どおりに爆燃させてクランクを動作させることを特徴とする嫌気性燃料で駆動するレシプロエンジン。
【請求項２】
点火時期を制御する制御手段を更に設けたことを特徴とする請求項１に記載のレシプロエンジン。
【請求項３】
前記制御手段は、電子手段と、機械的手段と、流体圧手段と、空圧手段と、光センサ、圧力センサ、温度センサ、化学センサ、電子センサなどのセンサ類と、弁と、計器と、ソレノイドと、検出器と、煙感知器と、処理手段と、リアルタイム動作ＣＰＵと、表示手段と、アラームと、フィードバック手段と、記録手段と、送信機、または、これらの組み合わせ素子からなることを特徴とする請求項２に記載のレシプロエンジン。
【請求項４】
２サイクルレシプロエンジンである請求項１に記載のレシプロエンジン。
【請求項５】
４サイクルレシプロエンジンである請求項１に記載のレシプロエンジン。
【請求項６】
加熱プラグと、スパークプラグと、電子ビームと、レーザーと、可視光放射器と、紫外線放射器と、特に波長が約２７５ｎｍから約７４０ｎｍの赤外線放射器と、白色光または単色光放射器と、音響放射器と、振動放射器と、放射線放出器と、機械的撃針または撃鉄と、圧力誘導手段と、衝撃波誘導手段と、雷管と、発火手段と、加熱手段または熱波放射器と、酸化剤と、酸性剤と、油類と、無機塩類と、ガス状、液状、固状などの点火剤と、磁界発生手段と、シム誘導手段、または、これらの組み合わせ要素から点火手段を構成したことを特徴とする請求項１に記載のレシプロエンジン。
【請求項７】
ロータリーエンジン、水平エンジン、Ｖ型エンジン、直列エンジン、星型エンジン、あるいは、Ｈ型、Ｕ型、Ｘ型、Ｗ型のエンジンのいずれかのエンジン形式であることを特徴とする請求項１に記載のレシプロエンジン。
【請求項８】
嫌気性燃料の少なくとも一部を取り込む１以上の整数Ｍ個の爆燃室を複数備えたシリンダヘッドを有することを特徴とする請求項１に記載のレシプロエンジン。
【請求項９】
前記爆燃室が、多角形、丸形開口状、ノズル状、円錐または円錐状、ロケット形、砲形、すり鉢状、あるいは、これらの組み合わせ形状であることを特徴とする請求項８に記載のレシプロエンジン。
【請求項１０】
前記爆燃室が、前記レシプロエンジンのシリンダヘッド内部に位置していることを特徴とする請求項８に記載のレシプロエンジン。
【請求項１１】
前記爆燃室を、前記レシプロエンジンのシリンダヘッドの隣接位置、または、一体に形成したことを特徴とする請求項８に記載のレシプロエンジン。
【請求項１２】
前記爆燃室を前記レシプロエンジンのシリンダヘッドの外部または近傍に設け、導管連通させて高温ガス圧の少なくとも一部をレシプロエンジンシリンダに供給するようにしたことを特徴とする請求項８に記載のレシプロエンジン。
【請求項１３】
２以上の整数Ｎ回の連続した爆燃を行うことを特徴とする請求項８に記載のレシプロエンジン。
【請求項１４】
２以上の整数Ｐ回連続的に制御された所定の最適な引火を行うことを特徴とする請求項８に記載のレシプロエンジン。
【請求項１５】
２以上の整数Ｑ回連続的に制御された爆発を行うことを特徴とする請求項８に記載のレシプロエンジン。
【請求項１６】
エンジン駆動後に排気高温ガスで補助装置を駆動させる連結手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレシプロエンジン。
【請求項１７】
エンジン内のピストンの外面の少なくとも一部を、セラミック材、金属合金、硬質カーボン、複合材料、セラミックプラスチック、ベリリウム焼結セラミックまたはプラスチック母材、０．１〜１μｍ粒径のファインセラミックまたはナノセラミック、灰鋳鉄やアルミなどの金属、あるいは、これらの合成素材で形成したことを特徴とする請求項１に記載のレシプロエンジン。
【請求項１８】
シリンダスリーブの少なくとも一部であるエンジン内のシリンダの外面を、セラミック材、金属合金、複合材料、硬質カーボン、セラミックプラスチック、ベリリウム焼結セラミックまたはプラスチック母材、０．１〜１μｍ粒径のファインセラミックまたはナノセラミック、灰鋳鉄やアルミなどの金属、あるいは、これらの合成素材で形成したことを特徴とする請求項１に記載のレシプロエンジン。
【請求項１９】
ピストンシリンダに、圧力リングと、潤滑リングと、ピストン位置決めリングなどの複数のリングを備え、少なくとも１つのリングをセラミック材、金属合金、複合材料、硬質カーボン、セラミックプラスチック、ベリリウム焼結セラミックまたはプラスチック母材、０．１〜１μｍ粒径のファインセラミックまたはナノセラミック、灰鋳鉄やアルミなどの金属、あるいは、これらの合成素材で形成したことを特徴とする請求項１に記載のレシプロエンジン。
【請求項２０】
硫黄、硝酸アンモニウム、ピクリン酸アンモニウム、アルミニウム粉、塩素酸カリウム、硝酸カリウム（硝石）、ニトロセルロース、四硝酸ニトログリセリン・ペンタエリスリトール（ＰＥＴＮ）、ＣＧＤＮ、２，４，６トリニトロフェニルメチルニトロアミン（テトリル）、および、他のブースター推進剤および／あるいは他の爆薬類、または、約９７．５％のＲＤＸと、約１．５％のステアリン酸カルシウムと、約０．５％のポリイソブチレンと、約０．５％の黒鉛（ＣＨ−６）との混合物、または、約９８．５％のＲＤＸと約１．５％のステアリン酸（Ａ−５）との混合物、あるいは、シクロテトラシロキサン・テトラニトラミン（ＨＭＸ）、オクトーゲン−オクタヒドロ−１，３，５，７−テトラニトロ−１，３，５，７−テトラゾシン、環状ニトラミン−２，４，６，８，１０，１２−ヘキサニトロー２，４，６，８，１０，１２−ヘキサアザインウルツタン（ＣＬ−２０）、２，４，６，８，１０，１２−ヘキサニトロヘキサアザインウルツタン（ＨＮＩＷ）、５−チアノテトラゾール−ペンタアミン・コバルト（ＩＩＩ）−過塩素酸塩（ＣＰ）、シクロトリメチレン・トリニトロアミン（ＲＤＸ）、トリアジドトリニトロベンゼン（ＴＡＴＮＢ）、テトラセンス、無煙火薬、黒色火薬、ボラシトール、トリアミノ・トリニトロベンゼン（ＴＡＴＢ）、ＴＡＴＢ／ＤＡＴＢ混合物、ジフェニルアミン、メチレン・グリコール二硝酸塩（ＴＥＧＤＮ）、テルティル、エチル・ゼントライト、トリメチレンオレエタン、フタル酸ジエチル・トリニトリン（ＴＭＥＴＭ）、トリニトロ・アゼチジン（ＴＮＡＺ）、アジ化ナトリウム、窒素ガス、酸化カリウム、酸化ナトリウム、二酸化ケイ素、ケイ酸アルカリ、塩、塩水、海洋水、死海の水、アルカリ、カラーズペイント、インク、または、これらの混合物の成分からなることを特徴とするレシプロエンジン用の嫌気性燃料。
【請求項２１】
フレーク状、粒状、粉状、ゲル状、液状、スラリー状、可塑状、弾性状または硬質状、固形棒状、棒状、インゴット状、球形状、角形カプセル状、アンプル状、ピル状、プラスチック使い捨てカートリッジ状、特殊合成材料カートリッジ状、金属カートリッジ状、アルミ箔状、銅箔状、ボール紙箔状、羊皮紙箔状、円盤状、または、これらの組み合わせ形状の形態に形成したことを特徴とする請求項２０に記載の嫌気性燃料。
【請求項２２】
嫌気性燃料を用いたレシプロエンジンで駆動される移動体。
【請求項２３】
請求項１およびその従属請求項に記載のレシプロエンジンで駆動される移動体。
【請求項２４】
自動車、トラック、運搬車、船舶、海洋船、潜水艦、水上または水中を航行する大型貨物船、航空機、宇宙船であることを特徴とする請求項２３に記載の移動体。
【請求項２５】
請求項１およびその従属請求項に記載のレシプロエンジンによって駆動される発電所、ポンプ、発電機、タービン、浄水プラント、小型・中型・大型機械エンジン、または、各種熱交換機などのエネルギ消費機構。
【請求項２６】
熱、静電気、電気スパーク、落雷、火災、衝撃、水、湿気、衝撃波から隔絶でき、且つ、軽火器に耐える保護構造を備えた嫌気性燃料コンテナ。
【請求項２７】
貯蔵嫌気性燃料を３５℃以下、−２０℃以上で保存する自冷および空気乾燥システムを備えたことを特徴とする請求項２６に記載の嫌気性燃料コンテナ。
【請求項２８】
嫌気性燃料を完全真空状態で最大２０年間貯蔵可能としたことを特徴とする請求項２６に記載の嫌気性燃料コンテナ。
【請求項２９】
嫌気性燃料によってレシプロエンジンを駆動する方法であって、Ｎ−ストローク動作においてシリンダ内でクランクに連結された少なくとも１つのピストンを可逆駆動し、Ｎ−ストロークのある１事象において少なくとも１つのピストンとシリンダを含むシリンダヘッドに供給システムによって嫌気性燃料を導入し、各Ｎ−ストロークにおけるピストンがシリンダ内の少なくとも１つの所定位置に位置したところでシリンダヘッド内または近傍の嫌気性燃料を点火手段によって点火させることからなることを特徴とするレシプロエンジン駆動方法。
【請求項３０】
点火時期を供給時期に同期させてレシプロエンジンの圧縮行程で点火を実行するようにしたことを特徴とする請求項２９に記載のレシプロエンジン駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嫌気性爆燃型内燃ピストンエンジンと嫌気性燃料、および、これらを用いた移動体とその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
商品化されている内燃ピストンエンジンは、燃料の燃焼を密閉空間で行い、膨張する高温高圧ガスを発生する熱機関である。膨張ガスがピストン、タービン翼、ロータ、あるいは、エンジンそのものを直接駆動し、有効な動力を得る。
【０００３】
図１に、商品化されている４サイクルエンジンの各部を示している。このエンジンの主要部には、クランクシャフト、１以上のカムシャフト、弁が含まれる。特に、図１には、ピストン１８１、ピストンロッド１８２、クロスヘッド１８３、連接棒１８４、クランク１８５が示されている。２サイクルエンジンでは、弁機構の代わりに排気口と燃料供給口を単純にできる。どちらの形式でも、１以上のシリンダからなり、各シリンダは点火プラグ、ピストン、クランクを備えている。ピストンの上昇または下降運動時にシリンダ内をピストンが移動するのをストロークと言い、シリンダ内の空気燃料混合気が燃焼した直後に下降ストロークが実行され、これが爆発行程である。
【０００４】
全ての内燃機関には、亜酸化窒素などの酸化剤を利用しているものもあるが、一般的には燃焼の発熱化学作用、つまり、空気と燃料との反応を利用している。使用される通常の燃料は殆ど、炭化水素から作られており、石油から精製している。これらには、ガソリン、液化石油ガス、気化石油ガス、圧縮天然ガス、水素、ディーゼル燃料、ＪＰ１８（ジェット燃料）、埋立地ガス、バイオディーゼル燃料、ピーナッツ油、エタノール、メタノール（メチルアルコールまたは木精）などの燃料がある。これらの炭化水素系燃料の燃焼のおける不完全燃焼によって、一酸化炭素と同様に地球温暖化の原因物質でもある二酸化炭素を作り出す。
【０００５】
燃料として求められる他の要件は、燃料系を経て簡単に燃焼室に導入できることと、有用に動作するエンジンを利用するために燃料から熱および圧縮ガスの形態で十分なエネルギの放出が得られることである。
【０００６】
商品化されている内燃機関エンジンの最大効率は一般に５１％を超えていない。
【０００７】
典型的な酸化剤は空気であるが、純酸素、亜酸化窒素、過酸化水素、あるいは、これらの混合物であってもよい。塩素またはフッ素など、他の化学物質も実験的に使用されている。
【０００８】
ディーゼルエンジンは一般に、ガソリンエンジンより重く、駆動音が大きいが、低速時に強力な動力を発生させ、且つ、大抵の状況下で高い燃費効率を示し、重量物運送用車両、ある種の自動車（ガソリンエンジンより更に燃費効率を高めた車）、船舶、機関車、軽飛行機などに用いられる。ガソリンエンジンは、殆どの自動車、バイク、原付自転車などの通常の路上走行車に用いられている。ガソリンエンジンもディーゼルエンジンも大量に排気ガスを放出する。また、水素、メタノール、エタノール、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、バイオディーゼル燃料で駆動するエンジンがある。
【０００９】
高排気量、高圧縮比、ターボチャージャー使用、吸気冷却、円滑吸気、圧力下での排ガス円滑排出、駆動部の軽量化、燃料噴射の自動化等々によって動力性能を高める試みがなされているが、これらのどの試みも、燃料系から離して設ける酸化剤の外部供給源を必要とする基本的制限を受けることになる。ドイツ特許第３０５９６７号は、燃焼室の過剰未燃焼分の燃焼乃至発火に関するものである。また、米国特許第３５２７０５０号には、水中で用いる固形燃料と酸化剤が開示されているが、この特許は分離した燃料と酸化剤の噴流を利用している。したがって、ＡＩＰ（嫌気性内燃ピストン）および嫌気性爆燃駆動往復内燃ピストンエンジンには、安全に利用できる酸化剤との合成燃料の必要性が長年にわたって感じられてきた。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の目的は、整数Ｎ−ストローク動作においてシリンダ内で可逆駆動する少なくとも１つのピストンを有する嫌気性燃料で駆動するレシプロエンジンを提供することにある。ピストンはクランクに連結している。また、このレシプロエンジンは、ピストンのＮ−ストロークの少なくとも１事象において少なくとも１つのピストンを含むシリンダヘッドとシリンダに燃料を導入する供給手段を有することを特徴とする。更に、シリンダヘッドの中または近傍で嫌気性燃料を点火する点火手段を備え、Ｎ−ストロークにおいてシリンダ内の所定位置にピストンが達したところで嫌気性燃料を所定どおりに爆燃させてクランクを動作させる。
【００１１】
本発明は、前記レシプロエンジンに点火時期を制御する制御手段を更に設けたことを特徴とする。当該制御手段は、電子手段と、機械的手段と、流体圧手段と、空圧手段と、光センサ、圧力センサ、温度センサ、化学センサ、電子センサなどのセンサ類と、弁と、計器と、ソレノイドと、検出器と、煙感知器と、処理手段と、リアルタイム動作ＣＰＵと、表示手段と、アラームと、フィードバック手段と、記録手段と、送信機、または、これらの組み合わせ素子からなることを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明のレシプロエンジンは、前記整数Ｎが２であることを特徴とする。
【００１３】
更に、本発明のレシプロエンジンは、前記整数Ｎが４であることを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明のレシプロエンジンは、その形式が、ロータリーエンジンか、水平エンジンか、Ｖ型エンジンか、直列エンジンか、星型エンジンか、あるいは、Ｈ型、Ｕ型、Ｘ型、Ｗ型のエンジンのいずれかであることを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明のレシプロエンジンは、加熱プラグと、スパークプラグと、電子ビームと、レーザーと、可視光放射器と、紫外線放射器と、特に波長が約２７５ｎｍから約７４０ｎｍの赤外線放射器と、白色光または単色光放射器と、音響放射器と、振動放射器と、放射線放出器と、機械的撃針または撃鉄と、圧力誘導手段と、衝撃波誘導手段と、雷管と、発火手段と、加熱手段または熱波放射器と、酸化剤と、酸性剤と、油類と、無機塩類と、ガス状、液状、固状などの点火剤と、磁界発生手段と、シム誘導手段、または、これらの組み合わせ要素から点火手段を構成したことを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明のレシプロエンジンは、嫌気性燃料の少なくとも一部を取り込む１以上の整数Ｍ個の爆燃室を複数備えたシリンダヘッドを有することを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明は、前記レシプロエンジンの前記爆燃室が、多角形、丸形開口状、ノズル状、円錐または円錐状、ロケット形、砲形、すり鉢状、あるいは、これらの組み合わせ計上であることを特徴とする。
【００１８】
更に、本発明は、前記爆燃室が、前記レシプロエンジンのシリンダヘッド内部に位置していることを特徴とする。
【００１９】
更に、本発明は、前記爆燃室を、前記レシプロエンジンのシリンダヘッドの隣接位置、または、一体に形成したことを特徴とする。
【００２０】
更に、本発明は、前記爆燃室を前記レシプロエンジンのシリンダヘッドの外部または近傍に設け、導管連通させて高温ガス圧の少なくとも一部をレシプロエンジンシリンダに供給するようにしたことを特徴とする。
【００２１】
更に、本発明は、前記レシプロエンジンの点火手段によって、２以上の整数Ｎ回の連続した爆燃または所定の最適な引火または爆発を行うことを特徴とする。
【００２２】
更に、本発明は、前記レシプロエンジンが駆動後に排気高温ガスで補助装置を駆動させる連結手段を前記レシプロエンジンに備えたことを特徴とする。
【００２３】
更に、本発明は、レシプロエンジン内のピストンの外面の少なくとも一部を、セラミック材、金属合金、硬質カーボン、複合材料、セラミックプラスチック、ベリリウム焼結セラミックまたはプラスチック母材、０．１〜１μｍ粒径のファインセラミックまたはナノセラミック、灰鋳鉄やアルミなどの金属、あるいは、これらの合成素材で形成したことを特徴とする。
【００２４】
更に、本発明は、レシプロエンジン内のシリンダの外面、つまり、シリンダスリーブの少なくとも一部を、セラミック材、金属合金、複合材料、硬質カーボン、セラミックプラスチック、ベリリウム焼結セラミックまたはプラスチック母材、０．１〜１μｍ粒径のファインセラミックまたはナノセラミック、灰鋳鉄やアルミなどの金属、あるいは、これらの合成素材で形成したことを特徴とする。
【００２５】
更に、本発明は、ピストンシリンダに、圧力リングと、潤滑リングと、ピストン位置決めリングなどの複数のリングを備え、少なくとも１つのリングをセラミック材、金属合金、複合材料、硬質カーボン、セラミックプラスチック、ベリリウム焼結セラミックまたはプラスチック母材、０．１〜１μｍ粒径のファインセラミックまたはナノセラミック、灰鋳鉄やアルミなどの金属、あるいは、これらの合成素材で形成したことを特徴とする。
【００２６】
更に、本発明の目的は、硫黄、硝酸アンモニウム、ピクリン酸アンモニウム、アルミニウム粉、塩素酸カリウム、硝酸カリウム（硝石）、ニトロセルロース、四硝酸ニトログリセリン・ペンタエリスリトール（ＰＥＴＮ）、ＣＧＤＮ、２，４，６−トリニトロフェニルメチルニトロアミン（テトリル）、および、他のブースター推進剤および／あるいは他の爆薬類、または、約９７．５％のＲＤＸと、約１．５％のステアリン酸カルシウムと、約０．５％のポリイソブチレンと、約０．５％の黒鉛（ＣＨ−６）との混合物、または、約９８．５％のＲＤＸと約１．５％のステアリン酸（Ａ−５）との混合物、あるいは、シクロテトラシロキサン・テトラニトラミン（ＨＭＸ）、オクトーゲン−オクタヒドロ−１，３，５，７−テトラニトロ−１，３，５，７−テトラゾシン、環状ニトラミン−２，４，６，８，１０，１２−ヘキサニトロー２，４，６，８，１０，１２−ヘキサアザインウルツタン（ＣＬ−２０）、２，４，６，８，１０，１２−ヘキサニトロヘキサアザインウルツタン（ＨＮＩＷ）、５−チアノテトラゾール−ペンタアミン・コバルト（ＩＩＩ）−過塩素酸塩（ＣＰ）、シクロトリメチレン・トリニトロアミン（ＲＤＸ）、トリアジドトリニトロベンゼン（ＴＡＴＮＢ）、テトラセンス、無煙火薬、黒色火薬、ボラシトール、トリアミノ・トリニトロベンゼン（ＴＡＴＢ）、ＴＡＴＢ／ＤＡＴＢ混合物、ジフェニルアミン、メチレン・グリコール二硝酸塩（ＴＥＧＤＮ）、テルティル、エチル・ゼントライト、トリメチレンオレエタン、フタル酸ジエチル・トリニトリン（ＴＭＥＴＭ）、トリニトロ・アゼチジン（ＴＮＡＺ）、アジ化ナトリウム、窒素ガス、酸化カリウム、酸化ナトリウム、二酸化ケイ素、ケイ酸アルカリ、塩、塩水、海洋水、死海の水、アルカリ、カラーズペイント、インク、または、これらの混合物の成分からなることを特徴とするレシプロエンジン用の嫌気性燃料を提供することにある。
【００２７】
更に、本発明は、前記嫌気性燃料を、フレーク状、粒状、粉状、ゲル状、液状、スラリー状、可塑状、弾性状または硬質状、固形棒状、棒状、インゴット状、球形状、角形カプセル状、アンプル状、ピル状、プラスチック使い捨てカートリッジ状、特殊合成材料カートリッジ状、金属カートリッジ状、アルミ箔状、銅箔状、ボール紙箔状、羊皮紙箔状、円盤状、または、これらの組み合わせ形状の形態に形成したことを特徴とする。
【００２８】
更に、本発明は、レシプロエンジン用の嫌気性燃料によって望ましくは爆燃と、急速燃焼、爆発、引火を促進させると共に、高温ガス圧によってシリンダ内におけるピストンの各ストロークで衝撃波を発生させてクランクを駆動することを特徴とする。
【００２９】
更に、本発明の目的は、嫌気性燃料を用いたレシプロエンジンで駆動する移動体を提供することにある。
【００３０】
本発明は、レシプロエンジンによって駆動される移動体が、自動車、トラック、運搬車、船舶、海洋船、潜水艦、水上または水中を航行する大型貨物船、航空機、宇宙船であることを特徴とする。
【００３１】
更に、本発明の目的は、レシプロエンジンによって駆動されるエネルギ消費機構であって、発電所、ポンプ、発電機、タービン、浄水プラント、小型・中型・大型機械エンジン、または、各種熱交換機などの機構を提供することにある。
【００３２】
更に、本発明の目的は、熱、静電気、電気スパーク、落雷、火災、衝撃、水、湿気、衝撃波から隔絶でき、且つ、軽火器に耐える保護構造を備えた二重構造の嫌気性燃料コンテナを提供することにある。
【００３３】
本発明は、嫌気性燃料コンテナを真空中に保管利用可能にしたことを特徴とする。
【００３４】
本発明は、自冷および空気乾燥システムを嫌気性燃料コンテナに備え、貯蔵嫌気性燃料を３５℃以下、−２０℃以上で保存することを特徴とする。
【００３５】
本発明は、煙あるいは火炎の発生または兆候があった場合迅速に動作する自動二酸化炭素システムを嫌気性燃料コンテナに備え、二重底収納容器内部における爆燃または発火に対して完全防備を施したことを特徴とする。
【００３６】
本発明は、嫌気性燃料コンテナを世界の至る所にまでも搬送、移動、転送するための管理制御を可能にするコンピュータ制御バーコードシステムを嫌気性燃料コンテナに備えたことを特徴とする。
【００３７】
本発明は、嫌気性燃料コンテナを世界の至る所にまでも搬送、移動、転送するための管理制御を可能にするコンピュータ制御ＧＰＳシステムを嫌気性燃料コンテナに備えたことを特徴とする。
【００３８】
本発明は、嫌気性燃料コンテナが、ＩＳＯ規格の２０フィートおよび４０フィートのコンテナを自動充填給油可能な処理能力を有する商品化可能または設計構成可能なＩＳＯ規格の２０フィートおよび４０フィートのコンテナであって、迅速に充填給油するための「平坦架台」によって搬送できる能力を有することを特徴とする。
【００３９】
本発明は、嫌気性燃料コンテナが、ＩＳＯ規格の２０フィートおよび４０フィートのコンテナを自動充填給油可能な処理能力を有する商品化可能または設計構成可能なＩＳＯ規格の２０フィートおよび４０フィートのコンテナであって、熱、寒冷、湿度、水、静電気、電気スパーク、落雷、火災、衝撃、衝撃波から完全に隔絶でき、軽火器に耐える性能を備えたことを特徴とする。
【００４０】
本発明は、嫌気性燃料コンテナが、ＩＳＯ規格の２０フィートおよび４０フィートのコンテナを自動充填給油可能な処理能力を有する商品化可能または設計構成可能なＩＳＯ規格の２０フィートおよび４０フィートのコンテナであって、外部爆発衝撃波に対する完全防御でき、特別高い保護レベルを有し、高い安全性と不感材料によって形成されていることを特徴とする。この嫌気性燃料コンテナは、不感防護手段によって外壁、天井、扉に完全保護および完全遮蔽され、軽火器にも耐える性能を備えている。
【００４１】
更に、本発明は、嫌気性燃料コンテナを二重底、二重構造容器構造にしたことを特徴とする。このコンテナにおいて、嫌気性燃料３０℃以下に温度維持し、且つ、嫌気性燃料を収蔵している下に位置する格子部への乾燥寒冷空気による冷却通気し（給気）、冷却空気がコンテナの下面を通って嫌気性燃料の回りを流れながらコンテナを冷却、空調管理するとよく、最終的に、二重底で隔絶させたコンテナの上部から冷却ユニットに抜き出す（排気）ようにする。その後、乾燥した「温熱」排気を冷却ユニットの空気冷却装置で冷却し、コンテナへ吹き戻す。
【００４２】
本発明は、嫌気性燃料コンテナに、高性能の自動炭酸ガス消火システムに接続された煙感知器を設け、発煙、発火などの発生を感知表示し、且つ、瞬間的に火災を鎮火するようにしたことを特徴とする。この嫌気性燃料コンテナは国際安全環境要件に完全に適合している。
【００４３】
更に、本発明は、嫌気性燃料コンテナの真空化、空気乾燥冷却、脱湿によって嫌気性燃料を１５〜２０年間、コンテナ内部を維持管理することなく安全且つ安定して保存できることを特徴とする。
【００４４】
更に、本発明は、当該嫌気性燃料コンテナが、全世界で適用されている国際バーコードシステムによって管理制御されている輸送技術における現存する唯一の貯蔵方法であることを特徴とする。各コンテナは、世界中の全ての利用者が便益を享受できるよう、安全に輸送するあらゆるコンテナの需要と供給を集中的に管理できると共に、輸送コンテナの紛失などの事態に対応した世界的な安全防止対策を実現できるＧＰＳ衛星システムを備えている。
【００４５】
本発明は、嫌気性燃料コンテナを、収納貯蔵手段としての複数連結したコンテナからなる縦列状、または、二次元または三次元配列されたコンテナ構成にすることができる。
【００４６】
更に、本発明の目的は、充填給油手段と連携して電子制御される自動収納貯蔵手段を有する嫌気性燃料コンテナの供給保管システムを提供することにある。
【００４７】
更に、本発明は、前記嫌気性燃料コンテナの供給保管システムにおけるコンテナの連携手段を、レール、ベルトコンベア、チェーン、マガジン容器、特に丸形などの爆燃露出材料で形成されたマガジン容器、渦巻き型供給装置、パイプ、導管、あるいは、これらの組み合わせ構造で形成したことを特徴とする。
【００４８】
更に、本発明の目的は、嫌気性燃料によってレシプロエンジンを駆動する方法であって、Ｎ−ストローク動作においてシリンダ内でクランクに連結された少なくとも１つのピストンを可逆駆動し、Ｎ−ストロークのある１事象において少なくとも１つのピストンとシリンダを含むシリンダヘッドに供給システムによって嫌気性燃料を導入し、各Ｎ−ストロークにおけるピストンがシリンダ内の少なくとも１つの所定位置に位置したところでシリンダヘッド内または近傍の嫌気性燃料を点火手段によって点火させることからなるレシプロエンジン駆動方法を提供することにある。
【００４９】
更に、本発明は、点火時期を供給時期に同期させてレシプロエンジンの圧縮行程で点火を実行するようにしたことを特徴とする。
【００５０】
更に、本発明の目的は、２サイクルエンジンを駆動する嫌気性燃料と圧縮高温ガスの爆燃乃至急速制御燃焼方法を提供することにある。
【００５１】
更に、本発明は、嫌気性燃料によってレシプロエンジンを駆動する方法において、点火時期を、主に電気ビームと、電気スパークと、電子ビームと、レーザーと、レーザービームと、紫外線放射器と、約２７５ｎｍから約７４０ｎｍ波長の赤外線放射器と、白色光または単色光放射器と、音響放射器と、振動放射器と、放射線放出器と、機械的撃針または撃鉄と、圧力誘導手段と、衝撃波誘導手段と、雷管と、発火手段と、加熱手段または熱波放射器と、酸化剤と、酸性剤と、油類と、無機塩類と、ガス状、液状、固状などの点火剤と、磁界発生手段と、シム誘導手段、または、これらの組み合わせ要素からなる点火手段によって設定したことを特徴とする。
【００５２】
更に、本発明は、レシプロエンジンを駆動する方法において、点火時期を供給時期に電子制御で同期させて、ストローク駆動されたピストンが正確にＴＤＣ（上死点）に位置した時に点火を実行することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【００５３】
本発明の要旨及び実施方法を理解するための複数の好ましい実施例を添付の図面に従って説明するが、これらは例示であって発明を限定するものではない。ここに記載する本発明の実施例は発明者が商品化を考慮して本発明を実施した最良の形態であるが、本発明における設定条件を変化させることで様々に改変して実施可能であることは言うまでもない。
【００５４】
ここでの用語「レシプロエンジン」とは嫌気性燃料を利用し、爆燃乃至高温ガス質量を１以上のピストンの回転運動へ容易に変換するための酸素または他の酸化剤を必要としない形態のエンジンに限定ものではない。このレシプロエンジンは、たとえば、直列構造、小型Ｖ構造、幅広ながら平滑平面型乃至函型構造、航空機型構造、放射型構造、Ｈ型、Ｕ型、Ｘ型、Ｗ型などのなじみの少ない形態構造、「ワンケル」型構造などを含む利用可能な形態にすることができる。この範疇には、複クランクシャフト形態は必然的にシリンダヘッドを要さないが、固定クランクシャフトと、クランクシャフト回りに放射状にシリンダを配した特徴を有する、つまり、シリンダの各端部にピストンを設けた、いわゆる「対向ピストン設計」、たとえば、ノーム・ロータリーエンジンなども含まれる。本発明の一実施例として４サイクルエンジンを提供する。このエンジンは、点火／爆燃、圧縮、爆発、排気の４行程により特徴づけられる有用、且つ、費用効率の高いエンジンである。上記「レシプロエンジン」はＷＪエンジン（商標）という名称で知られている。
【００５５】
このエンジンは、市販の冷却剤や水などの適当な流体を用いた分離独立した冷却システムが特徴である。更にまた、このエンジンは、特に、冷却システムを追加せずに高温高圧下で動作できるように、たとえば、金属合金、セラミック、複合材料等で形成されていることも特徴である。これらのシステムは、ピストン周りの部材および機構、爆燃室（ボア）、シリンダ、シリンダヘッド、あるいは、これらの組み合わせ構造を交換することで、商品化されているエンジンを改良して上記したレシプロエンジンを構成することができる。
よって、嫌気性燃料を用いてレシプロエンジンのエンジン能力を向上させることで、性能を維持しながらもエンジン当たりのピストン数を少なくし、シリンダを小型化できることになる。
【００５６】
本発明は、当該レシプロエンジンが、一例として、１４０バール以下、１５５バール以上の圧力の高温ガス質量を用いることを特徴とする。
【００５７】
本発明によるレシプロエンジンは、複数ノズル（たとえば、機構７１９参照）と、開口、ボア、空孔などを有するディスク部材を有し、前記ボアの少なくとも一部がピストン断面に直交、および／または、ボアの少なくとも一部がピストンの主縦軸に対して所定の角度に傾斜し、たとえば、最高圧力および最高エンジン能力が得られるようにシリンダヘッドの所定の位置に向けて高温ガスを噴射するようにしたことを特徴とする。
【００５８】
本発明は、ピストンのシールを、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、シリコーン・ベースのポリマーなどの材料で形成していることを特徴とする。ブッシングおよびウェアリングは、市販のバイトン（商標）、Ｄｌａｒｉｎ（商標）、ポリアミド・ベースのポリマーなどの材料で形成できる。リングは、グラファイト、金属または金属合金、複合材料、セラミック、あるいは、これらの組み合わせ材料で形成することができる。
【００５９】
用語「弁」は、限定的ではないが、多くのピストンエンジンで用いられている吸気口および排気口の開閉を行うポペット弁などを意味する。本発明において定義するごとき嫌気性燃料を必要に応じて吸気弁だけに供給し、レシプロエンジンのピストンシリンダに導入するとよい。たとえば、当該弁を、長尺ロッド（バルブ軸）を揺する金属製の平面盤状に形成している。
【００６０】
用語「シリンダ」は、限定的ではないが、一例として、上記したレシプロエンジン内でピストンが運動する空間を意味する。また、この用語は、共通のシリンダブロック中に通常に並設配置した複数シリンダの意味もある。シリンダブロックは、たとえば、アルミや鋳鉄で鋳造成形可能である。このシリンダを超硬合金または複合材料のスリーブを用いて並置してもよく、また、市販のニカジル（商標）などの耐摩耗性皮膜でコートしてもよい。また、シリンダに湿潤ライナーを設けてもよい。一例として、エンジンのクランクケースとシリンダヘッドの間にシリンダブロックを配置し、ピストンの往復動をピストンとクランクに取り付けた連接棒を介してクランクシャフトの回転運動に変換するようにしてもよい。ピストン周面に加工した溝に嵌着する一組の金属リングによってシリンダ内でピストンをシールすることができる。シリンダの排気量は、シリンダの断面（つまり、ボア）の面積にピストンがシリンダ内で移動する直線距離（つまり、ストローク）を乗じることで決まる。これはシリンダの「行程容積」と呼ばれている。シリンダの少なくとも一部をセラミックプラスチック、ベリリウム焼結セラミックまたはプラスチック母材、０．１〜１μｍ粒径のファインセラミックまたはナノセラミック、灰鋳鉄やアルミなどの金属、あるいは、これらの合成素材で形成することができる。シリンダ内部の高圧を維持し、且つ、熱や高温ガス圧に耐えうるように、シリンダに少なくとも一つのセラミックスリーブの設置および／または内部コーティング処理を施してもよい。
【００６１】
用語「ピストン」は、限定的ではないが、シリンダのボア内に緊密に嵌入し、シリンダに囲繞された空間容量を変化させたり、あるいは、シリンダ内の流体にエネルギを与える作用を行う摺動部材を意味する。本発明の一実施例では、ピストンを、セラミック材や、複合材料で形成またはコーティング処理したり、あるいは、特殊硬質合金または複合材料で形成している。本発明のピストンは、爆燃による高温高圧ガスの強力波発生、嫌気性燃料の急速燃焼、燃料の適正燃焼爆発を確保できるように設計されている。上記した一部のレシプロエンジンで用いているセラミックピストンは、軽量、長寿命、高耐食性、耐高温、耐衝撃などの性能を有し、その高強度と摩擦抵抗性の特徴がある。ピストン構造の耐火性と低い熱膨張係数によって直径や断面などの容積が殆ど増加させずに高温ガス質量の極めて強力な圧力下でも構造を維持できる。
【００６２】
用語「エンジン排気量」とは、レシプロエンジンにおけるシリンダの行程容量にシリンダ数を乗じた容量を言う。
【００６３】
用語「クランクシャフト」とは、限定的ではないが、ピストンの往復直線運動を回転運動に変換するエンジンの一要素である。典型的には、フライホイールに連結され４サイクル駆動における回転の波動特性、あるいは、２サイクル駆動における平行を低減し、時には、反対端での捻れや振動を低減し、且つ、金属の捻り弾性に作用する出力端から最も離れたシリンダ部におけるクランクシャフトの長さに沿って生じる捻れ振動を低減する機能を有する。
【００６４】
用語「内燃ピストンエンジン」とは、限定的ではないが、１以上の、たとえば、４、８、１２などの整数Ｎ個の複数シリンダを有するレシプロエンジンを意味する。
【００６５】
用語「点火装置」には、限定的ではないが、電気式装置、圧縮加熱装置、点火用外部火炎熱管装置などを含む。本発明の一実施例による嫌気性燃料をシリンダまたはシリンダ近傍に機械的手段を用いて供給する。したがって、たとえば、複数（１以上）の爆燃ボア乃至燃焼室あるいは中程度の爆発室を、嫌気性燃料を基本的に利用するレシプロエンジンと導管で連通させる。規定量の嫌気性燃料を、粉状、カートリッジ状、ペレット状、カプセル状、スラリー状にしてエンジンに供給し、熱、電波、電気スパーク、電子ビーム、レーザービーム、イオンビーム、あるいは、これらの組み合わせた点火手段などを用いた前記点火装置によって発火させる。その結果、点火直後に嫌気性燃料が爆燃し、所定強度のガス圧がシリンダ内に発生する。
【００６６】
用語「エンジン排気量」とは、限定的ではないが、レシプロエンジンのピストンの変位または行程容積によって決まる容積を意味する。通常、大型レシプロエンジンではリットルまたは立方インチで表され、小型エンジンでは立方センチで表される。
【００６７】
本発明は、レシプロエンジンおよび嫌気性燃料が、一例として約１００、２５００〜６０，０００、８０，０００、１５０，０００以上の馬力の低回転高性能エンジンとして滋養可能であることを特徴とする。
【００６８】
用語「嫌気性燃料」とは、限定的ではないが、化学反応、または、エネルギ反応的にレシプロエンジンを爆燃駆動する化学成分を意味し、この「嫌気性燃料」は商品化されているＷＪ燃料（商標）、または、ＷＪ−Ｅｘｐｌｏｆｕｅｌ（商標）として認知利用されている。
【００６９】
本発明の嫌気性燃料は、爆燃を容易にする酸素や酸化剤を必要としない。本発明の嫌気性燃料を実際に用いる場合、真空中で利用可能である。
よって、本発明の嫌気性燃料は、船舶、水中船、水中エネルギプラント、酸素が起爆な山頂などのエネルギプラント、宇宙の対流圏または成層圏外等々の環境下でも特に制約を受けずに用いることができる。この嫌気性燃料は動作中および貯蔵時にも安全であり、必要であれば、微量のＴＮＴやその誘導体をも含まない。
【００７０】
用語「コンテナ」とは、限定的ではないが、商品化されているＷＪコンテナ（商標）を意味する。
【００７１】
この特殊なコンテナによって嫌気性燃料の取り扱い・保管が簡単になる。嫌気性燃料は質量および容積が小さい。大きな発熱を伴う燃料であり、強力な爆燃や、適当な引火・爆発を実現するためには少量の燃料で十分である。比較的低価格で、特に油性燃料に比べて馬力またはワット時容量当たりの燃費が優れている。この嫌気性燃料は無鉛であり、環境にやさしい燃料である。この燃料の用途としては、発電所、重工業、軽工業、各種推進機械、タービン、自動車やトラックなどの車両、列車、各種船舶、潜水艦、水中機器、業務海洋船、業務潜水艦、航空機等々の移動手段、浄水プラント、冷却装置、加熱装置、熱交換機、空調設備などに利用されるレシプロエンジンに適用できる。
【００７２】
この嫌気性燃料は、酸、窒素酸化物、および、これらの毒性誘導体の処理の最後に、燃料灰分を全く出さないか、出てもごく微量の無灰成分である。しかも、この嫌気性燃料は、ＭＡＲＰＯＬ７３／７８協定の附則ＩＶのＩＭＯの窒素酸化物排出基準にも適合している。
【００７３】
本発明の嫌気性燃料は、高発熱の製品であり、使用前に予浄化、予熱、あるいは、他の清浄化処理を必要とせず、即時使用が可能な清浄な状態で商品化が可能である。
【００７４】
本発明による嫌気性燃料は、硫黄、硝酸アンモニウム、ピクリン酸アンモニウム、アルミニウム粉、塩素酸カリウム、硝酸カリウム（硝石）、ニトロセルロース、四硝酸ニトログリセリン・ペンタエリスリトール（ＰＥＴＮ）、ＣＧＤＮ、２，４，６−トリニトロフェニルメチルニトロアミン（テトリル）、および、他のブースター推進剤および／あるいは他の爆薬類、または、約９７．５％のＲＤＸと、約１．５％のステアリン酸カルシウムと、約０．５％のポリイソブチレンと、約０．５％の黒鉛（ＣＨ−６）との混合物、または、約９８．５％のＲＤＸと約１．５％のステアリン酸（Ａ−５）との混合物、あるいは、シクロテトラシロキサン・テトラニトラミン（ＨＭＸ）、オクトーゲン−オクタヒドロ−１，３，５，７−テトラニトロ−１，３，５，７−テトラゾシン、環状ニトラミン−２，４，６，８，１０，１２−ヘキサニトロー２，４，６，８，１０，１２−ヘキサアザインウルツタン（ＣＬ−２０）、２，４，６，８，１０，１２−ヘキサニトロヘキサアザインウルツタン（ＨＮＩＷ）、５−チアノテトラゾール−ペンタアミン・コバルト（ＩＩＩ）−過塩素酸塩（ＣＰ）、シクロトリメチレン・トリニトロアミン（ＲＤＸ）、トリアジドトリニトロベンゼン（ＴＡＴＮＢ）、テトラセンス、無煙火薬、黒色火薬、ボラシトール、トリアミノ・トリニトロベンゼン（ＴＡＴＢ）、ＴＡＴＢ／ＤＡＴＢ混合物、ジフェニルアミン、メチレン・グリコール二硝酸塩（ＴＥＧＤＮ）、テルティル、エチル・ゼントライト、トリメチレンオレエタン、フタル酸ジエチル・トリニトリン（ＴＭＥＴＭ）、トリニトロ・アゼチジン（ＴＮＡＺ）、アジ化ナトリウム、窒素ガス、酸化カリウム、酸化ナトリウム、二酸化ケイ素、ケイ酸アルカリ、塩、塩水、海洋水、死海の水、アルカリ、カラーズペイント、インク、または、これらの混合物の成分からなることを特徴とする。
【００７５】
本発明の一実施例における嫌気性燃料（ＷＪ燃料１００Ａ（商標））は、ニトロセルロース９８．８％と、ジフェニルアミン１％に、任意で０．２％までの色素を添加してなる。粒径は約１．１ｍｍ×１．２ｍｍ×０．１３ｍｍである。
【００７６】
本発明の他の実施例における嫌気性燃料（ＷＪ燃料１００Ｂ（商標））は、ニトロセルロース９７．８％と、ジフェニルアミン１％に、任意で硫酸カリウム１％と、任意で０．２％までの色素を添加してなる。粒径は約１．１ｍｍ×１．２ｍｍ×０．１３ｍｍである。
【００７７】
本発明の更に他の実施例における嫌気性燃料（ＷＪ燃料２００Ａ（商標））は、ニトロセルロース５２．６６％と、ニトログリセリン４２．４７％と、エチル・ゼントラリト２．０２％と、フタル酸ジエチル２．６５％に、任意で０．２％までの色素を添加してなる。
【００７８】
本発明の更に別の実施例における嫌気性燃料（ＷＪ燃料２００Ｂ（商標））は、ニトロセルロース５２．７１％と、ニトログリセリン４２．５２％と、エチル・ゼントラリト２．０２％と、フタル酸ジエチル２．６５％に、任意で０．１％までの色素を添加してなる。
【００７９】
本発明の別の実施例における嫌気性燃料は、窒素含有量：１３．１５％±０．００５％、１３２ＤＧーＣ安定剤ｎｏｍｌ／ｇ：最大３．０、アルカリ度（ＣａＣＯ３として）：最大０．２５％、微粒度ｍｌ：最大８５、灰分：最大０．４％、Ｅ／Ａ（１：２）溶解度：最小３０％、アルコール溶解度：最大４．０％、粘度（２％アセトン溶液）：２６．２〜１１８ｍｍ２／秒、湿潤度：２０％〜３０％、充填度：鉄金属ドラムに正味１００〜１０５ｋｇの特性を有する。
【００８０】
本発明の更に別の実施例における嫌気性燃料は、ジフェニルアミン９９．５０％と、低沸点０．５％、高沸点０．５％、アニリン０．１％、凝固点５２．６０℃、水抽出物反応「中性」、湿度０．２％、アルコール不溶性物質０．００５％の特徴を有する。
【００８１】
本発明の他の実施例における嫌気性燃料は、様々な重量、エネルギ比率、種類、形状、色、サイズを有し、限定的ではないが、フレーク状、粉状、ゲル状、液状、スラリー状、可塑状、弾性状または硬質状、固形棒状、盤状、棒状、インゴット状、球形状、卵形、放物線状、双曲線状のいずれかの形態、または、これらの組み合わせ形態を呈する。更にまた、従来の当該技術で見られるような、角形カプセル状、アンプル状、ピル状、プラスチック使い捨てカートリッジ状、特殊合成材料カートリッジ状、金属カートリッジ状、アルミ箔状、銅箔状、ボール紙箔状のいずれかの形態、または、これらの組み合わせ形態も採用できる。
【００８２】
本発明の嫌気性燃料は、同じ成分で還元酸化部分を有するエネルギ物質類に付けられた商標「ＷＪ燃料」としても知られている。特に、この嫌気性燃料は、同じ分子において炭素骨格および酸素放出基を有する有機原子団である。電気スパークあるいは熱によって発火した時に、分子が内部酸化還元過程（爆燃）を経て、開放空気中で有機物質が燃焼する際に生ずる燃焼生成物と同じ物質が発生する。成分の大半を占めるニトロ基（−ＮＯ２）は酸素放出基である。斯かる成分は大気中の酸素がなくても密閉空間で完全に燃焼することができる。軍需産業において斯かる成分は弾丸等の発射火薬として知られており、銃器やロケットなどの点火薬として広く用いられている。
【００８３】
概略的には、次の反応が行われる。
2009526167.tif 000003
【００８４】
嫌気性燃料ＷＪ燃料−１００（商標）は、新規のエネルギ物質の分類において最も単純な要素の商標名である。
【００８５】
ＷＪ燃料１００（商標）は１％のジフェニルアミンで安定化した９９％純粋なニトロセルロースである。別の活性または非活性の添加物を斯かる成分に添加することで、所期の製品群を得ることができる。ＷＪ燃料１００（商標）は熱力学解析用に用いられていたが、最終的には、別の嫌気性燃料成分に関わりを持っている。
【００８６】
ニトロセルロース基の嫌気性燃料は、軍用推進剤の主要成分でもあり、また、各種ワニスやラッカーなどとして用いることができ、嫌気性燃料の主体でもあり重要要素でもある。セルロースと硝酸との単純で直接的な反応によって世界中の多くの場所で大量に生産されている。セルロースは、あらゆるグルコース群がニトロ化可能な遊離ヒドロキシル基を有するポリグルコースである。反応条件によって、２以上のヒドロキシル基をニトロ化し、燃料のエネルギ含量を増大することが可能となる。ニトロ化の程度であるエネルギレベルを窒素含有量の割合で表すことができる。完全なニトロ化ニトロセルロースの単位鎖（１４．１４％Ｎ）。ＷＪ燃料１００（商標）は窒素含有量１３．１５％を含む可塑ニトロセルロースである。ＷＪ燃料１００（商標）（Ｍ．Ｗ＝５４７．７）の単位鎖の燃焼方程式は以下の分子式で表される。
2009526167.tif 000004
【００８７】
前式における２主要点は、（ｉ）燃焼過程で外部酸素を必要とせず、（ｉｉ）燃料には窒素が含まれているが、相対的に燃焼で窒素酸化物を殆ど発生しない。その理由は、ニトロ基の酸素を用いて炭素および水素を酸化させ、大半の窒素をＮ２として放出するためである。ＷＪ燃料１００（商標）の断熱火炎温度は３０３４０Ｋであり、反応熱（燃焼熱）は１０３４ｃａｌ／ｇである。燃焼ガスの平均分子量は２４．３で、γ＝ＣＰ／ＣＶ＝１．２３５である。燃焼産物の相対割合およびＷＪ燃料１００（商標）のいくつかの熱化学データを表１に要約する。更なる比較のために、（軽油の代表として）オクタンの燃焼式の関係データも表１に含まれている。
（表１）：ＷＪ燃料１００（商標）およびオクタンの燃焼産物と熱化学特性
【表１】
2009526167.tif 000005
【００８８】
物質の燃焼反応から実質的な仕事量を得る能力は物質の「力定数」の表現で表されることが多い。これは、理論的に、平衡圧力に達するまで大気圧に対して無重力無摩擦のピストンを押圧する推進剤１グラムの能力、もしくは、１立方センチの容積に封じられた燃料と酸素の混合成分の能力である。普遍気体の状態方程式「ＰＶ＝ｎＲＴ」を適用することで、「ｎ＝１／Ｍｗ」の特殊ケースには「Ｆ＝Ｒ×Ｔｖ／Ｍｗ」が得られる。ＷＪ燃料１００（商標）にこの式を適用することで、「Ｆｗ．ｊ＝８．３１３×３０３４／２４．３８＝１０３４．５ジュール／ｇ」が得られる。
【００８９】
この力価は、酸素を含むオクタンの反応よりかなり高く、このことは、オクタンと酸素との混合成分よりも高い単位重量あたりの力量をＷＪ燃料（商標）から抽出できることを意味している。
【００９０】
熱化学の第一法則は、化学反応において放出されるエネルギは、反応で放出される熱と、システムがもたらす仕事量の合計に等しい、すなわち「ｄＥ＝ｄＱ−ｄＷ」になる。システムの仕事量がゼロの場合は、「ｄＷ＝０」および「ΔＥ＝ΔＱ」になる。つまり、全てのエネルギは熱に変換される。
【００９１】
ピストン内で反応が起きると、ピストンは定圧に抗して運動し、仕事が行われ、式「ｄＥ＝ｄＱ−ｄＷ＝ｄＱ−ＰｅｘｄＶ」が成り立つ。積分すると「ΔＥ＝Ｑ−Ｐ＊ｌｎ（Ｖ２／Ｖ１）」の関係式が得られる。この式の物理的意味は、（Ｖ２／Ｖ１）の比率が大きくなるほど、システムから抽出される仕事量が大きくなることである。
【００９２】
仕事量を最大にするために、「Ｐ＊ｌｎ（Ｖ２／Ｖ１）」を最大にする必要がある。特に、ピストンの技術分野における（Ｖ２／Ｖ１）を最大にして、圧縮率を最大にする必要がある。ＷＪ燃料１００（商標）の燃焼式に戻ると、下式が成り立つ。
2009526167.tif 000006
【００９３】
５４８／１．６＝０．３４２５リットルの容積を占める固形ＷＪ燃料１００（商標）５４８グラムは、燃焼すると２２モルの気体を発生させ、常温常圧下で２２ｘ２２．４＝４９２．８リットルの容積を占める。
【００９４】
燃料を着火するために空気や断熱圧縮を必要としないので、理論的に４９３リットルの容積から０．３４２リットルの容積に圧縮するピストンを考え出すことができ、４９３／０．３４２＝１４４２の圧縮率を実現できる。ピストン（または、エンジン）の効率は、着火点における容積に圧縮する前のピストン容積比として定義できる。ハイオク自動車エンジンでは、この比率は約８：１である。この比率は「圧縮比」と呼ばれている。
【００９５】
熱力学では、ピストン効率は「１−（１／圧縮比）γ−１；（γ＝Ｃｐ／Ｃｖ）」で定義できる。ピストンが元の容積の１／１０００に圧縮動作すると仮定した場合、圧縮率は１０００であり、効率は「１−（１／１０００）１．２３５−１＝１−０．１９７＝０．８０３」となる。ＷＪ燃料１００（商標）の仕事効率は８０．３％が得られる。従来の軽油エンジンとは異なり、嫌気性燃料によって駆動されるエンジンには空気の断熱圧縮を必要とせず、圧縮段階で熱を発生させないので、斯かる圧縮比は新規に設計されたエンジンに実用可能である。
【００９６】
嫌気性燃料用レシプロエンジンの更なる大きな利点は、駆動ピストンによる圧力上昇の速度およびタイミングを制御できる機能である。エネルギ燃料の燃焼速度を知ることで、適切な幾何学的配列を有する推進特性を設計することができ、駆動ピストンによる圧力を設計速度で上昇させることが可能となり、ピストンの仕事量を最大にすることができる。
【００９７】
従来の燃料エンジンでは、燃料と空気の混合物を最小容積まで圧縮して、点火すると、混合物がほぼ瞬間的に反応して、圧縮ピストンの動作によって最大の圧力を発生させる。次の瞬間、ピストンが最終的な最大容積まで断熱膨張動作を行い、燃焼する高温ガスは排出される。おそらく、この動作はピストンが行う熱力学的に最も不効率で不可逆的な動作である。理論的にピストンの最大の作用は、膨張中のピストンによる力価（圧力×面積）がピストン外側に及ぼす力価（質量、摩擦、外圧）より微量に大きいという可逆行程で達成される。こうした理論的作用は実際には実現が困難であるが、嫌気性燃料を用いることでできるだけ最大に近い仕事量を引き出すことができる。これは燃料粒の形と大きさを適切に設計することで達成できる。固形の燃料粒は各粒子の露出面だけが発火可能であり、粒子の燃焼速度（ＲＢ  ｍｍ／秒）を粒子の垂直後退面として定義すると、１秒当たりの燃料燃焼量は「Δｍ＝（ＲＢ×Ｓ×ρ）」（式において、Ｓ＝外面、ρ＝密度）となる。燃焼速度と密度を一定にすることで、「Δｍ＝（ＲＢρ）ΔＳ」が得られる。このことは、粒子の形と大きさを適切に設計することで燃料の質量（Δｍ）を気体（圧力）に変換する速度を制御できることを意味している。
【００９８】
ピストン内の圧力上昇を予め設定する能力によって、ピストンを運動させるのに必要な燃料量を最小限にできる。図２０に粒状ＷＪ燃料（商標）の可能な形を示している。
【００９９】
オクタンは、軽油の熱力学と仕事遂行能力をＷＪ燃料１００（商標）のものと比較するために軽油の代表として選ばれていた。空気中でのｎ−オクタンの燃焼反応の方程式は次のごとくである。
2009526167.tif 000007
【０１００】
オクタンの断熱火炎温度（空気中での燃焼時）は華氏２２７７度で、燃焼熱は２５４２ｃａｌ／ｇである（オクタンと酸素の混合システム）。産物の平均分子量は３０．２３であり、「ＣＰ／ＣＶ＝１．０５」である（表１参照）。式「Ｆ＝Ｒ×Ｔｖ／Ｍｗ」を適用したオクタの「力定数」を計算することで、「Ｆｏｃｔａｎｅ＝８．３１３×２２７７／３０．２３＝６２６．１ジュール／ｇ」が得られる。このことは、ＷＪ燃料１００（商標）の力価と比較した場合に非常に低い値であることが分かる。ＷＪ燃料１００の力価をオクタンの力価で除すと、「１０３４．５／６２６．１＝１．６５２３」が得られる。このことは、燃料等量当たりのＷＪ燃料１００（商標）は、６５．２３％ものオクタン以上の実質的な仕事を遂行できることを意味している（圧縮性の差違は考慮しない）。
【０１０１】
１モル（１１４ｇ）のオクタンを完全に消費するためには、酸素を１２．５モル圧縮する必要がある。結果は、１７モルの気体産物である。このことは、気体反応物質に対する気体産物が良好な比率でないことを意味している。全ての軽油エンジンにおけるように空気を用いると、１２．５モルの酸素に加えて、窒素およびアルゴンを５０モルも追加する必要がでてくる。今日のピストン機構では、６３．５モルの反応物質を圧縮し、点火後に６７モルの燃焼産物がもたらされる。「６７／６３．５＝０．０５５」というのはかなり低い比率である。反応の前後に温度変化が見られなければ、燃焼後の圧力増加はたった５．５％だけである。こうした行程で引き出される仕事量は、反応中の気体の分子量が増えると言うより産出気体が加熱される結果である。オクタンの圧縮比８での仕事効率を計算すると、「１−（１／８）１．１３３−１１−０．７５８＝０．２４２」となる。この時のオクタンの仕事効率は２４．２％である。この比較から得られた結論は、嫌気性燃料、つまり、ＷＪ燃料１００（商標）の軽油を超える大きな利点は、「ブリージング」空気を用いずに燃焼・駆動し、且つ、軽油で得られなかったピストン圧縮率に達する能力を有していることである。こうした２つの燃料の仕事効率の比率を力価で乗じると、一定量のオクタンと同じ仕事率を得るのに必要などれくらい少ない嫌気性燃料でよいのかの指針となる「（８０．３／２４．２）１．６５＝５．４８」が得られる。
【０１０２】
ニトロセルロースを使った物質は危険分類１．３Ｃに属し、この燃料は可燃性であるが、爆発性ではないとされている。ニトロセルロースをベースにした物質は不適当な保存状態では自己発火可能であり、斯かる危険事態の防止に注意が必要であるが、適切な方法で保存貯蔵することで列車やトラックで危険を伴わずに安全に輸送運搬が可能になる。嫌気性燃料は、常温乾燥大気中でドラム缶に収蔵すべきで、こうした条件下では１５年以上も保存がきく。
【０１０３】
セルロースは高等植物細胞の主成分であり、地球上に豊富に存在する有機成分の一つでもある。セルロースは毎年数１０億トンも製紙工業および繊維工業で用いられている。セルロースの主原料は綿花、木材パルプ、酢酸菌などである。硝酸および硫酸の濃縮混合物でセルロースをニトロ化して、ニトロセロースの硝酸エステルが生成される。これらの酸は将来の硝酸式硫酸製造にリサイクルされ、再使用される。ジフェニルアミンはニトロセロースの安定剤であり、嫌気性燃料の製造中に０．７〜１．０％の濃度でニトロセロースに添加される。これは一般的に遂行されてきた経済的な化学処理である。エチルアルコール、エーテル、酢酸エチルはごく一般的であり、有機溶剤として広く用いられている。これらは多くの有機反応のなかで利用され、ＷＪ製造の混練および押出行程でニトロセロースを可塑化するための媒体として利用される。エネルギ生成において、二硝酸エチレングリコール、二硝酸トリエチレングリコール、ＲＤＸなどのエネルギ物質をニトロセルロースに添加してエネルギ向上を実現する。
【０１０４】
ニトロセルロースは、よく洗浄された綿リンターで得られた硝酸と硫酸の混合物、または、木材パルプから得られた高品質セルロースをニトロ化することで生成される。硝酸塩混合液の濃度および組成で、製品の窒素含有量によって計測される最終的なエステル化程度が決まる。よって、様々な嫌気性燃料群は窒素含有量を変化させることで調製できる。ニトロ化粗生成物は、大半の酸を除去するために最初に遠心分離処理され、その後に予備および最終煮沸処理で安定化される。酸性スラッジは濃硝酸および無水硫酸の添加により調製され、爾後のニトロ化処理のためにリサイクルされる。セルロースの原型および外面形態はニトロ化の間、変化せずそのまま残存する。圧力下においてニトロセルロースを引き続き沸騰させることで、最終的に所期の粘度を有する産物が生成される。ニトロ化された繊維を、製紙叩解機ホランダーまたは製紙機で特定の長さにカットされ、ニトロセルロースは、防水防湿の合成樹脂内装バッグを用いた密閉ドラム缶あるいはドラム容器に入れて搬送される。
【０１０５】
２０％アルコールで湿潤されたニトロセルロースを、最も一般的に用いられているワーナー・フレイデラ型混練機に送給する。この混練機は、ブロンズ製の（冷却ジャケットで囲繞された）容器からなり、Ｓ字形の回転刃の強力な２枚のブロンズ製攪拌手段を互いに反対方向に回転するが、一方が他方より２倍回転速度が速い特徴がある。使用する混練機は能力が可変で、脱水ニトロセルロースを６０〜２４０ｋｇ（乾燥重量）の範囲で動力を変化させることができる。混練機に送給した後、蓋を閉めて、できるだけ強力に蓋をネジで締め付ける。攪拌手段を駆動し、アルコールの補足量としてエーテルまたは酢酸エチルを蓋に設けた導管を通して供給する。同時に、安定剤も混練機に導入する。
【０１０６】
混練には２．５〜３時間要するが、例外的には１〜１．５時間で十分である。混練中、摩擦により大量の熱を発生するので、冷却水を混練機の冷却ジャケットに供給し、温度が３０℃を超えないようにする。さもなければ、エーテルまたは酢酸エチルの蒸発が始まる。
【０１０７】
上記した嫌気性燃料から放出されるガスの環境影響も研究し、例として、ニトロセルロースの酸化または燃焼を検討した。オクタン分子に対する重合体のモノマー（ＭＷ＝５４７．７）についての比較研究では、どちらも最終的に放出される二酸化炭素の最終量は供給量によって左右され、同じピストン仕事量の出力では、消費されるニトロセルロースは等量の通常燃料の６５．２３％だけなので、嫌気性燃料の排出二酸化炭素はごく僅かである。このことは、一酸化炭素の酸化を通してエネルギを発生するか、あるいは、水素に変換されるよう処理されたガスにも当てはまる。大半の窒素が、処理せずに放出される窒素酸化物の最大推定量である０．１９％を含む窒素不活性ガスとして取り除かれる。大気中または水中に放出される前に処理されたガスが、従来のエンジンに許容されている排気レベルよりかなり少ない２００ｐｐｍ以下の窒素酸化物になるよう意図している。一酸化炭素および窒素酸化物の双方を処理する装置が商品化されており、所定の出力量で適用するよう図られた技術であることが証明されている。
【０１０８】
混練が終了したら、蓋のネジを緩めて持ち上げる。攪拌手段を逆方向に回転させ、特殊な機構を手動または自動で操作して容器を傾ける。容器の下に予め備えていたコンテナに容器から混練物を落とし、混練物を入れたコンテナを気密密閉してプレスに移動させる。この段階の混練物にはかなりの量の溶剤が含まれているが、不燃非爆性である。空気に触れている場合のみ、溶剤だけが簡単に散逸する。混練後、混練物を予め準備していた型を通して押し出し、裁断機で適当なサイズにカットする。最終段階は、オーブンで乾燥させる工程で、最終的に残っている微量の揮発成分を除去する。
【０１０９】
レシプロエンジン用の嫌気性燃料は、（ｉ）嫌気性燃料成分に対する高い力定数、（ｉｉ）極めて高い仕事効率、（ｉｉｉ）各ピストンストロークに要する少量の燃料、（ｉｖ）燃料を燃焼させるための送気システムの不要、（ｖ）燃焼産物の低排出および低公害、（ｖｉ）空気断熱圧縮の不要、（ｖｉｉ）圧縮行程でのエンジン暖気の低減、（ｖｉｉｉ）簡素なエンジン設計、（ｉｘ）規制外の原料利用可能、（ｘ）公知の生産技術の適用及び新規開発不要などの特徴がある。
【０１１０】
更に本発明の別の実施例では、嫌気性燃料と爆燃機構を適合できるよう既存の各種容量および形式の動力エンジンを改良することができ、たとえば、シリンダヘッドを変更し、既存の好気性燃料システムやターボシステムを利用せずに嫌気性燃料供給システムに変更することによって実現する。
【０１１１】
点火／加熱および続く爆燃後、高温ガス圧はシリンダヘッドを通って排気管へと導かれ、選択的に、触媒排気管または触媒コンバータを通過し、消音器、マフラー、および、排ガスに残存する熱エネルギを回収する熱機関を経て排出される。
【０１１２】
本発明の一実施例によれば、高温ガス圧がピストンを図４に示す下方位置へと付勢押圧してから、排気弁および／または作動機構や補助エンジン機構の弁手段を通って送り出される。この補助機構としては、主レシプロエンジンに連結する高圧パイプの隣接位置または内部に設けられる比較的小型のタービン、熱交換器、発電機などがある。
【０１１３】
本発明の他の実施例によれば、２サイクルの内燃ピストンエンジンにも適用できる。この種のレシプロエンジンは、時計回りまたは反時計回りのどちらの方向にも始動・動作できるよう設計されており、特に、斯かる２サイクル型の低速レシプロエンジンは発電プラント、船舶や、工業用に有用である。斯かる２サイクルレシプロエンジンは構造およびメンテナンスが簡単であり、３０％も軽量化され、駆動部も少なく、高価なターボシステムを必要とせず、重質油燃料に要する高価な加熱ボイラ、更には、高価な燃料システムも不要で、且つ、費用がかかる長い燃料配管、弁、制御室の計器なども必要ないという利点があり、しかも、この新規な発明は維持管理に人手を要さない特徴がある。
【０１１４】
本発明の他の実施例による２サイクルの内燃ピストンレシプロエンジンは、最も信頼性のある動的性能を提供する。斯かる２サイクルエンジンの最適な形態は、高品質金属、セラミック素材のいずれか一方または両方、更には、これらの組み合わせ材料、合金、ポリマー、炭素素材など、当該技術分野で認知されている耐用性能が極めて高い材料よりなる。
【０１１５】
ピストンが上死点（ＴＤＣ）に達すると、嫌気性燃料が点火・爆燃して所定圧力の加圧ガスを発生させ、ピストンに作用し、更には、特殊エンジン設計によってプッシュロッドとクランクシャフトに動力が伝達して、これらを斜め、または、回動的に、または、水平に運動させる。
【０１１６】
ピストンの下方運動で最下位（下死点、ＢＤＣ）に達すると、次に上方へと運動を転換するピストンによって高圧ガス圧の大半が追い出される。こうしたピストンの可逆運動および圧力ガスの排気は、電子制御および電子同期点火システムによって起動、監視、制御が実行されるか、もしくは、機械的手段によって制御およびタイミング管理される。
【０１１７】
ピストンが上死点（ＴＤＣ）近傍に達すると、供給／噴射システムによって嫌気性燃料がシリンダヘッド空間と上死点位置との間にある特殊合金で形成された溝部内に噴射／供給される。これによって、嫌気性燃料はピストンを下降させるために点火・燃焼の態勢に入る。その後、たとえば、シリンダヘッドに螺着配設された高電圧手段、高温手段、衝撃波手段、爆燃手段、耐爆スパークプラグ、あるいは、他の電気手段などを同期電子制御システムや機械的制御システムの監視しながら作動させて嫌気性燃料を点火する。
【０１１８】
本発明の他の実施例による嫌気性燃料は、電気ビーム、電気スパーク、電子ビーム、レーザー、レーザービーム、紫外線放射器、たとえば約２７５ｎｍから約７４０ｎｍ波長の赤外線放射器、白色光または単色光放射器、発光手段、音響放射器、振動放射器、放射線放出器、または、これらの組み合わせ手段によって点火される。こうした点火放射器はピストンの一及び供給システムと同期作動する。
【０１１９】
レシプロエンジンのピストンは下死点ＢＤＣと上死点ＴＤＣとの間を運動する。ピストンが上死点近傍に位置すると、高圧コイルが高圧ビーム、スパーク、レーザービームなどの点火源を嫌気性燃料に放出する。点火時期はコンピュータ電子点火システムによって同期し、緊急時には機械的点火システムによって同期する。本発明の一実施例では、クランクシャフトは所定の位置、たとえば、１２０度に行くと、排気口が開いて圧力ガスをシリンダ外へ排出する。ピストンが下死点に達すると、再び上昇を開始し、且つ、排気口が閉まり、次の行程が始まる。また、本発明の一実施例では、クランクシャフトとシリンダは個々別々に注油され、嫌気性燃料が供給された時に上部シリンダヘッドで潤滑油と混和しない。ここで新たに提供するレシプロエンジンは、一例として在来のディーゼルエンジンなどに適用できる。この例として、ピストンが上死点近傍に達すると所定の割合の嫌気性燃料が供給され、シリンダヘッドとピストンヘッドとの間に画される容積空間に充填圧縮され、ここで嫌気性燃料が点火されて爆燃または抑制緩和された所定の爆発が得られる。こうしてピストンは下死点に下降作動して、更に、クランクシャフトの作用によって下死点から上死点へ向かって動作する。
【０１２０】
本発明の別の実施例では、レシプロエンジンは、空気ポンプとしてのピストン運動を利用しながらも、ピストンロッドの専用摺動圧とオイルシールと共に空気路をクランクシャフトから離間させるクロスヘッド軸受を備えている。
【０１２１】
２サイクルレシプロエンジンの弁に関して、爆燃圧縮行程中排気弁が閉まり、ピストンは下降し圧縮行程になる。ピストンが下死点近傍に達すると、排気弁は開き、高圧ガスがシリンダ外に排出される。この段階で排気弁は閉止する。
【０１２２】
本発明の他の実施例では、発熱反応を起こす爆燃に酸化剤を必要としないので、このレシプロエンジンには吸気弁を必要としない。
【０１２３】
レシプロエンジンは商品化するエンジンへの改変が可能である。たとえば、スルザーＲＴＡ４８−Ｂ、ＲＴｆｌｅｘ５０、ＲＴＡ５０、ＲＴＡ５２Ｕ、ＲＴ−ｆｌｅｘ５８Ｔ−Ｂ、ＲＴＡ５８Ｔ−Ｂ、ＲＴ−ｆｌｅｘ６０Ｃ、ＲＴＡ６２Ｕ−Ｂ、ＲＴ−ｆｌｅｘ９６Ｃ、ＲＴＡ９６Ｃ等々であり、たとえば、スルザーＲＴ−ｆｌｅｘ９６ＣおよびＲＴＡ９６Ｃは、約２４，０００〜８０，０８０ｋＷの性能がある。同様に、商品化されている２サイクルエンジン、たとえば、ＭＡＮ−Ｂ＆Ｗエンジン、即ち、Ｓ６０ＭＣ、Ｓ６０ＭＣ−Ｃ、Ｋ８０ＭＣ−Ｓ、Ｌ８０ＭＣ、Ｓ８０ＭＣ、Ｋ９８ＭＣ−Ｃ  Ｍｋ６、Ｋ９８ＭＣ−Ｃ  Ｍｋ７、Ｋ９８ＭＣ  Ｍｋ６エンジン等々がある。
【０１２４】
本発明の他の実施例によるレシプロエンジンは未燃焼を防止できるので、ガソリンを用いる２ストロークエンジンの非効率性および汚染問題を解決でき、しかも、供給および保管システムは環境に優しく、オゾン層を破壊せず、危険な期待を大気に放出しない。
【０１２５】
本発明のレシプロエンジンは機械的可動要素が少なく、従来の騒々しく駆動するディーゼルエンジンに比べて静かに駆動するよう改良したことを特徴とする。
【０１２６】
その上、本発明によるレシプロエンジンは、潤滑剤と燃料の混ざり合いがないので、汚染を低減できる。また、このレシプロエンジンは信頼性が高く、計量で、しかも、確実に始動、点火が可能で、特に、高馬力ディーゼルエンジンに適する特徴がある。
【０１２７】
商品化されている高馬力ディーゼルエンジンにおいて、たとえば、ディーゼル燃料での最初の圧縮における点火は失敗しがちであるが、本発明のレシプロエンジンでは最初の圧縮または加熱温度の不足による始動失敗は起こらない（他のエンジンではグロープラグなどの外部素子が必要である）。そのため、このレシプロエンジンでは、スタータやその他の点火補助装置、たとえば、バッテリーなどの補助電力供給装置は不要であり、迅速に始動が可能である。
【０１２８】
したがって、たとえば、このレシプロエンジンでは、高価な遠心分離システム（たとえば、商品化されているアルファ・ラバル社製品など）を用いて汚濁水から燃料を清浄分離するなどの特殊で費用が嵩む面倒な準備を要せず始動および駆動が可能である。しかも、高価なボイラを用いてオイルまたは燃料を予熱する必要もない。
【０１２９】
よって、レシプロエンジンが嫌気性燃料を用いることで、定常運転において酸素または酸化剤の必要性を排除でき、弁類およびリンク機構、高価なターボシステム、フィルタ類、空気フィルタ、エンジンルームに新鮮空気を継続して送り込む空調冷却システムなどの一式を不要にでき、これによって、複雑で高価なシステムのメンテナンスに必要な労力を軽減し、且つ、エンジン本体に負担を掛けることもない。
【０１３０】
また、本発明の他の実施例によれば、ディーゼルエンジンの駆動に必要な吸入空気の予熱に用いるディーゼル用または重質油用ヒータを必要としない。
【０１３１】
本発明によるレシプロエンジンを用いることで、ディーゼルエンジンや大容量燃焼ピストンエンジンを始動する際に十分な空気圧を作り出す工業用コンプレッサを必要としない。
【０１３２】
同様に、このレシプロエンジンを用いることで、メンテナンスに高い費用を要する噴射システム、制御システム、燃料管および空気管の連結配置構成、弁類、計器類等を必要とせず、維持管理に要する多大な労力を省くことができる。
【０１３３】
このレシプロエンジンおよびこれに係わる関連技術によってオイル源およびガス源への依存度を低減し、且つ、かなり安価なエネルギ代替燃料を提供でき、且つ、石油製品の消費を劇的に減らすことができ、しかも、電力コストを更に低減できる。
【０１３４】
このレシプロエンジンの信頼性および新規な組み合わせ技術によって、エンジンのオーバーホール、特に、ピストンのオーバーホールの期間を約３年以上ものばすことが可能となる。
【０１３５】
更に本発明の別の実施例によって、液体油製品および炭水化物ガスの保存にかかる費用を大幅に低減できる。また、重質油の使用をなくすことができる。このように、レシプロエンジンは、効率のよい軽質燃料を必要とする車両に特に実用的であり、好都合である。
【０１３６】
したがって、たとえば、レシプロエンジンの利用によって、これまで航空機、船舶、潜水艦など採算性をとる必要のある輸送体の底部に設けられた幾千もの燃料タンクを収蔵する多大な空間を節約することが可能となる。
【０１３７】
本発明の更に他の実施例によれば、レシプロエンジン用のシリンダヘッドを、限定的ではないが、たとえば、すり鉢状、砲形、ロケット形など様々な形態にできる特徴がある。
【０１３８】
嫌気性燃料は、熱、静電気、電気スパーク、落雷、火災、衝撃から隔絶でき、且つ、軽火器に耐える保護構造を備えた安全なコンテナに保管する。ＩＳＯ規格の二重底構造のコンテナ、つまり、容器の中に容器が収まった構造が望ましく、ハイキューブ・コンテナと呼ばれる２０フィートの国際標準規格ＩＳＯ２０”コンテナ、および、４０フィートの同４０”コンテナが更に望ましいが、これらに限定するものではない。こうしたコンテナは二酸化炭素環境においてでも適用でき、また、火災感知システムと連携して用いてもよい。嫌気性燃料は、たとえば、自動充填給油システムなどを用いて自動的にコンテナ内に収蔵することが可能になる。
【０１３９】
本発明のもう一つの実施例において、複数のコンテナを互いに連結する状態または側部、上部、下部などに整列させて配置させることができる。整列状の場合は、連結状または平行に配置したり、あるいは、二次元または三次元的、あるいは、これらの配列を組み合わせたりして配置することができる。
【０１４０】
送給は、商用化されている当該技術分野で公知の手段で実施でき、たとえば、レール、ベルトコンベア、マガジン容器、特に丸形などの爆燃露出材料で形成されたマガジン容器、パイプ、導管、渦巻き型装置、また、継続的に冷却が可能な容器等々を用いることで行われる。
【０１４１】
本発明によるレシプロエンジンは極めて小型で、効果的な爆燃伝播装置でもあり、僅かな貯蔵容積のみを必要とする。よって、たとえば、１５〜２０年以上の長期使用後のみ燃料補給が必要となる。
【０１４２】
嫌気性燃料を利用したレシプロエンジンの効率を検証した。最初に、（下記特性を備えた）エンジンピストンを作動させるのに必要な推進剤の必要最低限量を１４０〜１５０バールの圧力を用いて実験した。実験に用いた材料は次の通りである。ピストンデータ：重量１００００ｋｇ、直径８６０ｍｍ、ストローク長２０００ｍｍ。実験は、アミュニション・グループ社（ＩＬ）が固体燃焼を扱う二相流体力学ソフトを用いた数値シミュレーションによって行った。シミュレーションは内部弾道演算装置に用いて行った。この装置は、２〜５％精度で予測が可能である。計算は過度二相流に基づいて行った。二相とは、粒子−固相、および、高温ガスーガス相である。ソフト的に、各相における数値運動量と、質量と、エネルギ保存の解を求めた。
【０１４３】
位相と状態式との関係における粒子着火、燃焼・後退速度、熱移動、摩擦の検証に特殊なモデルを使用した。図１６に固形粒子径（ｍｍ）を示している。
【０１４４】
計算を実行するためにＷＪ燃料１００Ａ（商標）のサンプルを用いた。サンプル仕様は次の通りである：直径１．１４ｍｍ、幅０．３４ｍｍの円盤、火炎温度３０３６Ｋ、閉込容量２３５ｃｃ、ピストン初期間隔６．９ｍｍ、総容量４０３５ｃｃ、１４５バール圧力下の燃料重量１６０グラム、１５５バール圧力下の燃料重量１７０グラム。
【０１４５】
燃焼の主要成分：一酸化炭素４６．０％、二酸化炭素２１．５％、水１６．９％、窒素ガス１２．９％、水素ガス０．７％、他成分約２．０％  。
【０１４６】
図１８（Ａ）にピストン背圧を示し、図１８（Ｂ）にピーク圧時のガス温度（時間：６マイクロ秒）を示している。
【０１４７】
他の実験仕様は、フレークサイズ：１．２×１．２×０．１３ｍｍ、火炎温度３３００Ｋ、閉込容量２３５ｃｃ、ピストン初期間隔６．９ｍｍ、総容量４０３５ｃｃ、１４５バール圧力下の燃料重量１０５グラム、１５５バール圧力下の燃料重量１１５グラムのＷＪ燃料２００Ａ（商標）を使用し、その主要成分は一酸化炭素３７．６％、二酸化炭素２７．２％、水１９．２％、窒素ガス１４．９％、他成分約１．１％であった。図１９（Ａ）にピストン背圧を示し、図１９（Ｂ）にピーク圧時のガス温度（時間：７マイクロ秒）を示している。
【０１４８】
固形エネルギ物質のピストンの推進能力の実現性を明らかにする。数値計算結果を表２に示している。
（表２）：固形エネルギ物質によるピストンの推進能力の実現性の数値計算
【表２】
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【０１４９】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す従来の典型的な４サイクルエンジンの概略側面断面図に従って説明すると、このエンジンは、ピストン１８１と、ピストンロッド１８２と、クロスヘッド１８３と、連接ロッド１８４と、クランク１８５よりなる。
【０１５０】
図２に示すレシプロエンジンの概略側面断面図に従って説明すると、本発明の一実施例におけるレシプロエンジンは、安全弁２００と、点火プラグ／スパークプラグ２０１と、排出弁システム２０２と、シリンダヘッド２０３と、圧力リングを有する強化ピストン２０４と、作業台２０５と、残存ガスのクランクケース２０８への流入を防止する特殊シール材２０６と、クランクシャフト２０７と、主エンジン２０９と、プッシュロッド２１０と、ピストンシリンダ２１１と、冷却ピストンシリンダ２１２と、爆燃室２１３と、嫌気性燃料を供給／噴射するための電子制御自動供給／噴射システム２１４と、供給レール２１５と、レシプロエンジンの嫌気性燃料コンテナ２１６とからなる。
【０１５１】
図３を参照して説明すると、本発明の一実施例によるレシプロエンジンは更に、スリーブ３１と、冷却液３２と、シリンダ３３と、ピストンロッド軸受３４と、ピストンプッシュロッド３５と、エンジンブロック３６を備えている。
【０１５２】
図４を参照して説明すると、本発明の一実施例によるレシプロエンジンは、高品質金属合金で形成され任意でセラミックコーティングを施された強化レシプロエンジンピストン４１と、高品質金属のピストンプッシュロッド４２と、クロスヘッド軸受４３と、ピストンロッド軸受４４と、エンジンハウス４５と、ピストンロッドガイド４６と、被覆シリンダスリーブ４７と、電子制御送りシステム４８と、ピストンリング４９よりなる。
【０１５３】
図５を参照して説明すると、本発明の一実施例によるレシプロエンジンは、冷却液５１と、スリーブ５２を有する。
【０１５４】
図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すレシプロエンジンの概略側面断面図に従って説明すると、本発明の一実施例におけるレシプロエンジンは、高圧点火プラグ１と、強化爆燃室２を有し、嫌気性燃料がコンテナ１２から導管１１および供給管または供給レール１３を介して供給されるようになっている。爆燃室２は砲形状になっている。
【０１５５】
図６において概略図示する本発明の別実施例におけるエンジンは、排気弁３と、排気管４と、水冷ジャケット５と、エンジンスリーブシリンダ６と、ピストン７と、エンジンジャケット８と、電子油圧システム９と、貯蔵コンテナ１１から噴射供給するための供給・充填・噴射システム１０と、貯蔵コンテナ１２と、供給レール１３と、安全弁供給システム制御手段１４と、別タイプのガスノズル噴射器１５および１６と、入替可能な爆燃室１３７を備えている。シリンダ内またはその近傍に複数の燃焼ボアを備えていることは当然である。
【０１５６】
図７（Ａ）〜（Ｅ）に示す概略側面断面図に従って説明すると、本発明の別の実施例におけるレシプロエンジンは、点火装置７１と、爆燃ボア７２と、排気弁装置７３と、排気管７４と、冷却液７５と、シリンダ７６と、ピストン７７と、スリーブ７８と、電子制御供給システム７９と、供給装置７１０と、コレクタ７１１と、コンテナ７１２と、供給レール７１３と、エンジンジャケット７１５と、別タイプのガスノズル噴射器７１６と、ガス圧用噴射ノズル７１７と、倍出力用二重爆燃室７１８と、二重爆燃室への高圧ガス噴射二重ノズル７１９とからなる。
【０１５７】
図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す概略側面断面図に従って説明すると、本発明の別の実施例におけるレシプロエンジンは、爆燃ボア内に、高圧スパークプラグ８１と、強化爆発室８２と、ピストン上部に高圧ガスを噴射するノズル８２１と、高圧ガス噴射用ノズル８２２と、高性能金属強化排気弁システム８３と、排気管８４と、エンジン水冷ジャケット８５と、エンジンスリーブシリンダ８６と、特殊包括リングを有する強化ピストン８７と、エンジンスリーブ８８と、電子油圧システム８９と、供給・充填・噴射システム８１０と、貯蔵コンテナからの噴射供給装置８１１と、貯蔵コンテナ８１２と、供給レール８１３と、安全弁制御システム８１４と、エンジンジャケット８１５からなる。
【０１５８】
図９（Ａ）〜（Ｃ）に示す概略側面断面図に従って説明すると、本発明の別の実施例におけるレシプロエンジンは、耐衝撃・耐落雷機能をもたらすセラミック電子絶縁手段９１と、木材被覆９２と、外側金属コンテナ９３と、安全ロックと、アンカー手段９４を備えている。
【０１５９】
図１０に示す本発明の他の実施例におけるレシプロエンジンは、電子制御手段１０１と、容積計測機能を有する燃料制御手段１０２と、噴射・供給・充填システム１０３と、シリンダヘッド１０４と、ピストン１０５と、ピストンロッド１０６と、クランクシャフト１０７と、補給制御システム１０８と、ピストン位置手段１０９と、電子制御システム１１０とを備えている。
【０１６０】
図１１に、コンテナ位置付け用衛星ユニット１１０と、軽火器に耐える保護構造１１２と、輸送制御用バーコード１１３と、供給排出口１１４を有する嫌気性燃料コンテナの正面図を概略的に示している。
【０１６１】
図１２に示す概略背面図に従って説明すると、本発明の他の実施例における嫌気性燃料コンテナは、保護構造１１２と、二酸化炭素・火炎・排煙検知ユニット１１５と、乾燥・空調制御装置１１６を備えている。
【０１６２】
図１３に示す概略上面図に従って説明すると、本発明の更に他の実施例における嫌気性燃料コンテナは、保護構造１１２と、除湿器１１８、ファン１１９、真空ポンプ１２０を有する空気流噴射手段１１７を備えている。
【０１６３】
図１４に、本発明のその他の実施例としての嫌気性燃料コンテナ１２１を船舶に搭載した構成を図示説明している。
【０１６４】
図１５に、本発明の更に他の実施例として、排ガス収集装置６１と、高圧ガス管６２と、排気筒６３と、発電乃至タービン設備６４と、選択的触媒反応・触媒・消音器６５と、主エンジン６６を備えたレシプロエンジンを図示説明している。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明による嫌気性燃料は、燃焼効率に優れ、公害などの原因物質である燃焼副産物が少なく、簡単安全に取り扱いが可能で、適切な方法で保存貯蔵することで列車やトラックで危険を伴わずに安全に輸送運搬が可能で、長期保存にも安定性がある。特に、本発明で提案する嫌気性爆燃型内燃ピストン型レシプロエンジンに適用することで、発電所、ポンプ、発電機、タービン、浄水プラント、小型・中型・大型機械エンジン、各種熱交換機、自動車、トラック、運搬車、船舶、海洋船、潜水艦、水上または水中を航行する大型貨物船、航空機、宇宙船などに好適に適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は従来の４サイクルエンジンを概略的に示した側面断面図である。
【図２】本発明によるレシプロエンジンを概略的に示した側面断面図である。
【図３】本発明によるピストンを除いたレシプロエンジンを概略的に示した側面断面図である。
【図４】本発明による高級合金および特殊セラミックをコーティングしたピストンを備えたレシプロエンジンを概略的に示した側面断面図である。
【図５】本発明による嫌気性燃料用の冷却液スリーブを有するレシプロエンジンを概略的に示した側面断面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明によるレシプロエンジンのシリンダヘッド構成を概略的に示した側面断面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明によるレシプロエンジンのシリンダヘッド構成を概略的に示した側面断面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明によるレシプロエンジンのシリンダヘッド構成を概略的に示した側面断面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は嫌気性燃料用コンテナを概略的に示した側面断面図である。
【図１０】嫌気性燃料用コンテナの電子制御供給システムを概略的に示した側面断面図である。
【図１１】嫌気性燃料用供給システムを備えた保護構造を概略的に示した正面図である。
【図１２】空調システム及び自動炭酸ガス消火システムを有する嫌気性燃料用供給システムを備えた保護構造を概略的に示した背面図である。
【図１３】内部空気分散システムを備えた嫌気性燃料コンテナを概略的に示した上面図である。
【図１４】船舶などの移動手段における嫌気性燃料コンテナの設置配列を概略的に示している。
【図１５】排ガス分散・循環システムを概略的に示している。
【図１６】固形粒状嫌気性燃料を概略的に示している。
【図１７】ＷＪ−１００ＴＭ燃料を用いてピストンを駆動するレシプロエンジンのシリンダ内部の圧力と熱を示したグラフである。
【図１８】ＷＪ−２００ＴＭ燃料を用いてピストンを駆動するレシプロエンジンのシリンダ内部の圧力と熱を示したグラフである。
【図１９】粒状ＷＪ燃料の一般的な形状を概略的に示している。
【符号の説明】
【０１６７】
３          排気弁
４          排気管
５          水冷ジャケット
６          スリーブシリンダ
７          ピストン
８          エンジンジャケット
９          電子油圧システム
１０        供給・噴射システム
１２        コンテナ
１３        供給レール
１４        システム制御手段
３３        シリンダ
３４        ピストンロッド軸受
３５        ピストンプッシュロッド
３６        エンジンブロック
４１        ピストン
４２        プッシュロッド
４９        ピストンリング
６６        主エンジン
７１        点火装置
７２        爆燃ボア
７３        排気弁装置
７４        排気管
７６        シリンダ
７７        ピストン
７８        スリーブ
８２        爆発室
８６        スリーブシリンダ
８７        ピストン
８８        エンジンスリーブ
８９        電子油圧システム
１０３      噴射・充填システム
１０４      シリンダヘッド
１０５      ピストン
１０６      ピストンロッド
１０７      クランクシャフト
１１０      電子制御システム
１１４      供給排出口
１２１      嫌気性燃料コンテナ
１３７      爆燃室
１８１      ピストン
１８２      ピストンロッド
１８３      クロスヘッド
１８４      連接ロッド
１８５      クランク
２０３      シリンダヘッド
２０４      ピストン
２０７      クランクシャフト
２０８      クランクケース
２０９      主エンジン
２１０      プッシュロッド
２１１      ピストンシリンダ
２１２      ピストンシリンダ
２１３      爆燃室
２１４      供給／噴射システム
２１５      供給レール
２１６      嫌気性燃料コンテナ
７１０      供給装置
７１２      コンテナ
７１３      供給レール
７１５      エンジンジャケット
７１７      噴射ノズル
８１０      供給噴射システム
８１２      貯蔵コンテナ
８１３      供給レール
８１４      安全弁制御システム
８１５      エンジンジャケット
８２１      噴射ノズル
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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６Ａ】
2009526167.tif 000015
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
2009526167.tif 000021
【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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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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