(57)【要約】      （修正有）【課題】ディーゼルエンジンから排気された高温の排気ガスを、隣接されたエンジンのシリンダー内に吸入させ圧縮加熱させた高温高圧ガス中に、水に圧力を加えて噴射し常温から沸点に導き水蒸気爆発を図っている。水蒸気爆発現象を利用した多くの考案は、高温の物質や高温高圧の雰囲気の中に常温の水を加圧注入し水の温度を沸点に上昇させる手段で水蒸気爆発を図っている。水蒸気の発生はあっても、爆発には至らない。【解決手段】蒸気機関は高温高圧の水蒸気をシリンダー内に注入し、水蒸気の膨張エネルギーを利用する。本水蒸気爆発エンジンは高温高圧の水蒸気の代わりに、１００℃以上、１気圧以上で液体状態の高温高気圧水を、大気圧（１気圧）のシリンダー内に一気に噴射する。このことに因り、高温高圧水は高圧から一瞬に解放され、沸点が急激に下がることに因り、既に水に閉じ込められていた蒸発・膨張のエネルギーが一瞬に解放され、水蒸気爆発を起こす。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
爆発行程を有する外燃機関であって、シリンダー内のピストンが上死点に到達したときに、シリンダー内の気圧がほぼ大気圧（１気圧）になるようにし、該シリンダー内に１００℃以上、且つ１気圧以上で液体状態の高温高気圧水を、一気に噴射させることにより、水蒸気爆発を発生させる水蒸気爆発エンジン。
【請求項２】
請求項１の水蒸気爆発エンジンであって、内燃機関の高温廃熱等を用いて加熱した、高温高圧水を用いる水蒸気爆発エンジン。
【請求項３】
前記各項のエンジンであって、内燃機関と外燃機関を統合し、水を熱交換の媒体とした、ハイブリッドエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    この発明は、水蒸気爆発のエネルギーを利用した、水蒸気爆発エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】    現在の我々の生活水準を維持するために、多大な電力を消費し、また国際物流も年々増加し、これらの化石燃料の消費は減少するどころか、益々増加しているのが現状である。しかし、黙視する余裕は最早無く、早急な対策が求められている。例えば、最も燃料効率が良い物流の手段として船舶が利用されているが、この船舶用推進機関でさえも、投入エネルギーの５０％以上は排熱として大気に放出され、無駄に化石燃料が消耗されている。【０００３】    最近は蒸気機関を見なくなった。この様な外燃機関は内燃機関と比較した場合、熱源が外部にあるため燃料の形態（気体・液体・固体）による選択肢が広く、最適な条件で燃焼させられるため、大気汚染物質の排出を抑えやすい。しかし、付帯設備（ボイラーや復水器など）が大掛かりになり、大きな空間を占めて大重量となり、また石油供給の拡大と内燃機関の改良普及、負荷変動の多い用途でのディーゼル・エレクトリック推進の普及等により、現在ではほとんど用いられていない。しかし、ディーゼルエンジン等の内燃機関と併用し、それらからの廃熱等を回収利用することが出来れば、熱効率のよい動力機関となりえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】  特開２００８−３０３８１２号広報
【特許文献２】  特開２００６−２４２１６５号広報
【特許文献３】  特開２００３−５６３１１号広報
【特許文献４】  特開２０００−２７７５０号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】    例えば船舶用ディーゼルエンジンから排出される廃熱エネルギーを回収し、それを活用する方法が考えられている。特許文献２では、ディーゼルエンジンから排気された高温の排気ガスを、隣接されたエンジンのシリンダー内に吸入させ、更に圧縮加熱させ、更なる高温のガスにし、その高温高圧ガス中に、水に圧力を加えて噴射し、一気に常温から沸点に導き、水蒸気爆発を図っている。水蒸気爆発現象を利用した、この種の多くの考案は、焼玉内燃機関のように高温の物質や、高温高圧の雰囲気の中に、常温の水を加圧注入し、急激に水の温度を沸点に上昇させる手段でもって、水蒸気爆発を図っている。しかし、これでは急激な水蒸気の発生はあっても、爆発までには至らない。ガスを更に圧縮して、更なる高温を得ても、水の沸点も当然上がってくる。また高温の溶岩が海水の中に流れ込んでも、急激な蒸気の発生はあっても、爆発までには至らない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】    本発明の水蒸気爆発エンジンはシリンダー内にて爆発行程を有するが、ガソリンやディーゼル機関等の内燃機関の持つ圧縮行程、発火や着火行程はない。寧ろ、蒸気機関などと同じ外燃機関である。蒸気機関は高温高圧の水蒸気をシリンダー内に注入し、水蒸気の膨張エネルギーを利用する。本水蒸気爆発エンジンは高温高圧の水蒸気の代わりに、１００℃以上、且つ１気圧以上で液体状態の高温高気圧水を、大気圧（１気圧）のシリンダー内に一気に噴射する。このことに因り、高温高圧の水は高圧から一瞬に解放され、沸点が急激に下がることに因り（図２ｂ）、既に水に閉じ込められていた蒸発・膨張のエネルギーが一瞬に解放され、水蒸気爆発を起こす。つまり、常温の水を、水の沸点に一気に上昇させて、水蒸気爆発を目論むのではなく、逆に、大気圧時の水の沸点よりも、予め高い温度の液体状態にしておいた高温高圧の水を、一気に高圧環境から解き放つことにより、水蒸気爆発を図る。【０００７】    外燃機関は付帯設備としてボイラー等の熱源を必要とする。一方、内燃機関は機関内部で爆発・燃焼等による熱源があり、冷却する必要がある。この二つの機関をハイブリッド化することにより、更に熱効率の良い機関が出来る。
【発明の効果】
【０００８】    本発明の水蒸気爆発エンジンは外燃機関で、熱源としてボイラー等の付帯設備を持つことが出来るが、内燃機関の廃熱エネルギーを熱源として再利用することも出来、双方を統合し、ハイブリッド化することも出来る。例えば船舶のディーゼルエンジンの排気ガスの温度は約３００−４００℃であるので、本水蒸気爆発エンジンの熱源として利用できる。図２（ａ、ｂ）は水の蒸気圧曲線を示してある。例えばＡ点は２００℃で２０気圧の環境で、水は大気圧の場合の沸点（１００℃）を超えているが、まだ水の状態である。しかし、２０気圧から一気に解放され、Ｂ点の１気圧の環境になれば、２００℃の水の相は存在することが出来ず、一瞬に気化し、その体積は約１７００倍になる。つまり、ガソリンやディーゼルエンジン等の高温の廃熱から、例えば２００℃の高温高圧水を得て、次に水蒸気爆発のエネルギーを得ることが出来る。この水蒸気爆発のエネルギーを用いピストン運動や、タービン（羽根車）に吹き付けて直接回転運動を得ることも出来、燃料効率を大きく改善できる。【０００９】    図２（ｂ）が示すＡ点の２００℃、２０気圧の水も、Ｃ点の１５０℃、１０気圧の水も、生成するために大きなエネルギーの消費は要らない。内燃機関の熱エネルギーを簡単に再生利用できる範囲であり、産業化のための経済負担は小さくて済む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）高温高圧水の噴射・爆発行程を示す水蒸気爆発エンジンの概念図。（ｂ）排気行程を示す水蒸気爆発エンジンの概念図。
【図２】（ａ）水の蒸気圧曲線を示した表（１）  （ｂ）水の蒸気圧曲線（２）で、高温高圧水の一瞬の圧力解放を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】    図１は本発明の水蒸気爆発エンジンの概念を示す。シリンダー１上部にノズル３を設け、ピストン２の位置が上死点にあるときに、排気弁４を閉じて、シリンダー１内の気圧をほぼ大気圧（１気圧）にする。該ノズルより１００℃以上の高温高圧の水（液体）を一気に注入する。例えば、図２ｂの水の蒸気圧曲線の表中のＡ点に示す２０気圧、２００℃の高温高圧水を、一瞬に１気圧の環境（図２ｂのＢ点）に解放すると、１気圧中の２００℃の水（液体）は、一瞬の相転移により気化し、水蒸気爆発が起きる。この１００℃以上の高温高圧水は図示していない付属のボイラー等の熱源から得ても、また内燃機関と並列し、この内燃機関の廃熱から得てもよい。
【記号の説明】
【００１２】１      シリンダー
２      ピストン
３      噴射ノズル
４      排気弁
【図１】
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【図２】
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