(57)【要約】複数のインペラと、複数のインペラが配置された少なくとも１つのインペラチャンバ（１０３）とを備えた多段圧縮ガスエンジンである。インペラは、第１インペラ（１０４）及び第２インペラ（１０２）を含む。第１及び第２インペラ（１０４，１０２）の周面に設けられた複数の羽根（１１５，１１０）と、隣接した羽根間の両側にある複数の側板（１０５，１０７，１１３）とによって複数の作業チャンバ（１０９，１１６）が形成されている。インペラチャンバ（１０３）の内表面と各作業チャンバ（１０９，１１６）とによって、注入されたガスをシール可能な複数のガスチャンバが形成されている。第１インペラ（１０４）が配置されたインペラチャンバには、一次圧縮ガス注入孔（１０６）と一次圧縮ガス排出孔（１１１）とが設けられており、第２インペラ（１０２）が配置されたインペラチャンバには、二次圧縮ガス注入孔（１１４）と二次圧縮ガス排出孔（１０１）とが設けられている。一次圧縮ガス排出孔（１１１）が二次圧縮ガス注入孔（１１４）に接続されている。上述した多段圧縮ガスエンジンが取り付けられた自動車も提供される。【選択図】図４
2013536344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のインペラと、前記複数のインペラが配置された少なくとも１つのインペラチャンバとを備えた多段圧縮ガスエンジンであって、
前記インペラは、第１インペラ及び第２インペラを含み、
前記第１インペラ及び前記第２インペラの周面に複数の羽根が設けられ且つ前記複数の羽根の両側に複数の側板が設けられ、
前記インペラの前記周面に設けられた前記複数の羽根と、隣接した羽根間の前記両側にある前記複数の側板とによって複数の作業チャンバが形成されており、
前記インペラが配置された前記インペラチャンバの内表面と各作業チャンバとによって、注入されたガスを相対的にシール可能な複数のガスチャンバが形成されており、
前記第１インペラが配置された前記インペラチャンバには、一次圧縮ガス注入孔と一次圧縮ガス排出孔とが設けられており、
前記第２インペラが配置された前記インペラチャンバには、二次圧縮ガス注入孔と二次圧縮ガス排出孔とが設けられており、
前記一次圧縮ガス排出孔の出口が前記二次圧縮ガス注入孔に接続されている多段圧縮ガスエンジン。
【請求項２】
前記少なくとも１つのインペラチャンバが第１インペラチャンバ及び第２インペラチャンバを独立して備えており、前記第１インペラが前記第１インペラチャンバ内に配置され、前記第２インペラが前記第２インペラチャンバ内に配置されている請求項１に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項３】
前記インペラチャンバが１つだけ設けられており、前記第１インペラ及び前記第２インペラが一体として製造された一体構造を有するものであって前記インペラチャンバ内に配置されている請求項１に記載の前記の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項４】
前記第１インペラと前記第２インペラとは直径が互いに異なり、
前記第１インペラの前記作業チャンバ内の圧縮ガス及び前記第２インペラの前記作業チャンバ内の圧縮ガスが前記インペラチャンバの内表面によって相対的に密封されるように、前記インペラチャンバは、内部に配置された前記第１インペラ及び前記第２インペラに応じた互いに異なる内径を有している請求項３に記載の前記の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項５】
前記第１インペラ及び前記第２インペラが、同一の出力軸に同軸に設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項６】
前記第２インペラの直径が前記第１インペラの直径より大きい請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項７】
前記第２インペラの厚みが前記第１インペラの厚みより大きい請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項８】
前記一次圧縮ガス排出孔の直径が前記一次圧縮ガス注入孔の直径の２〜１０倍であり、前記二次圧縮ガス排出孔の直径が前記二次圧縮ガス注入孔の直径の２〜１０倍であり、前記二次圧縮ガス注入孔の直径が前記一次圧縮ガス排出孔の直径以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項９】
前記第１インペラに対応する前記インペラチャンバの内表面には、その環状周面に沿って、前記一次圧縮ガス注入孔と連通するエアジェット導入スロットが設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項１０】
前記エアジェット導入スロットの長さが、二つの隣り合った前記羽根間の距離より大きい請求項９に記載の前記の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項１１】
前記インペラチャンバの内表面には、前記出力軸の軸線と平行に、前記圧縮ガス排出孔に接続された排ガス導出スロットが設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項１２】
前記インペラチャンバの内表面には、前記出力軸の軸線と平行に、前記圧縮ガス排出孔に接続された排ガス導出スロットが設けられている請求項９に記載の前記の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項１３】
前記エアジェット導入スロットの一端とこれに隣接した前記排ガス導出スロットとの距離が、二つの隣り合った前記羽根間の距離より大きい請求項１１に記載の前記の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項１４】
左右対称に配置された複数の多段圧縮ガスエンジンを含む圧縮ガスエンジンであって、
前記複数の多段圧縮ガスエンジンが、請求項１〜４のいずれか１項に記載の構成を有していると共に、同一の出力軸に同軸に設けられている圧縮ガスエンジン。
【請求項１５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジンを備えた自動車であって、
前記自動車の駆動軸が、前記多段圧縮ガスエンジンから出力された動力によって駆動されることを特徴とする自動車。
【請求項１６】
少なくとも２段の圧縮ガスエンジンを備えた圧縮ガスエンジンであって、各段の圧縮ガスエンジンは、少なくとも１つのインペラチャンバと、前記インペラチャンバ内に出力軸を介して配置された少なくとも１つのインペラとを備え、前記インペラには複数の羽根(teeth)が設けられ、各段の前記インペラチャンバには、少なくとも１つの空気入口と少なくとも１つの空気出口とが設けられており、前段の前記インペラチャンバに設けられた前記空気出口が、後段の前記インペラチャンバに設けられた前記空気入口と連通し、各段の前記インペラが前記出力軸を介して動力を出力する圧縮ガスエンジン。
【請求項１７】
少なくとも圧縮ガスを導入するための一次圧縮ガス注入孔が設けられた前記インペラチャンバの内表面上には、その環状周面に沿って、前記一次圧縮ガス注入孔と連通するエアジェット導入スロットが設けられている請求項１６に記載の圧縮ガスエンジン。
【請求項１８】
前記空気出口に接続された前記インペラチャンバの内表面上には、前記出力軸の軸線と平行に排ガス導出スロットが設けられている請求項１７に記載の圧縮ガスエンジン。
【請求項１９】
前記エアジェット導入スロットの長さが、２つの隣り合った羽根間の距離より大きく、前記エアジェット導入スロットの一端とこれに最も近い前記排ガス導出スロットとの距離が、二つの隣り合った前記羽根間の距離より大きい請求項１８に記載の圧縮ガスエンジン。
【請求項２０】
請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の前記圧縮ガスエンジンを備えた自動車であって、各段の前記インペラから出力された動力によって自動車の駆動軸が駆動される自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンに関するものであって機械分野に属する。このエンジンは、様々な動力機械、特に自動車に装着するのに適してる。
【背景技術】
【０００２】
燃料をエネルギー源とするエンジンは燃料を大量消費するだけではなく排ガスを大量排出し、環境汚染をもたらしている。燃料エネルギーを節約し、地球環境を守るために、燃料消費がなく、排出ガスやホットガスの放出がなく、汚染を生じさせないエンジンが望まれている。
【０００３】
本出願人は、“風力エンジン即ち燃料の代わりに風圧をエネルギー源としたエンジン”と称される公開番号ＣＮ１８２８０４６号の中国特許出願を出願した。当該出願は、風力エンジン及びこれを備えた自動車を開示している。この風力エンジンは、少なくとも１つのインペラチャンバ、インペラチャンバ内に装着したインペラ、及び、圧縮ガスをインペラチャンバに噴射する吸排気システム（air jet system）を具備している。当該発明の主な特徴は、外部からの風圧気流（wind resistance airflow）を受容するエア入口（air inlet）と吸排気システムとをインペラチャンバに設けたことにある。走行可能な動力機械（特に自動車）に装着された当該発明の風力エンジンは、使用時に、外部風圧気流を受容するエア入口を設けることによって動力機械が走行中に衝突した風圧気流を直接利用可能であり、これにより抵抗力を動力に換える。このように吸排気システム及び圧縮ガスを主動力として採用しているため、燃料消費がなく、排出ガスやホットガスの放出がなく、汚染を生じさせることもない。
【０００４】
さらに、本出願人は、「混合式風力エンジン及び自動車」と称される中国特許出願（出願番号２００７８００３０４８３．８）を提出した。当該発明の主な特徴は、多段圧縮ガスエンジンと分離構造(separate structure)を有する空気抵抗エンジンとを別々に設けた点であり、そして、伴風空気流（windage airflow）が低速で且つ比較的分散している一方で圧縮ガスが高い流速をもち且つ比較的集中しているという特徴に応じて、インペラ及びプロペラ（vane）をそれぞれ設計することによって、圧縮ガスと風圧気流とをより協働して使用できるようにすることができる。
【０００５】
但し、圧縮ガスを動力としたこのような新型の「新エネルギー自動車」は、さらなる改良を必要としている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、圧縮ガスの使用効率をさらに向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、以下の技術的解決手段によって達成される。
【０００８】
複数のインペラ(impellers)と、前記複数のインペラが配置された少なくとも１つのインペラチャンバ(impeller chamber)とを備えた多段圧縮ガスエンジン(multistage compressed gas engine)であって、前記インペラは、第１インペラ及び第２インペラを含み、前記第１インペラ及び前記第２インペラの周面に複数の羽根(teeth)が設けられ且つ前記複数の羽根の両側に複数の側板(side plates)が設けられ、前記インペラの前記周面に設けられた前記複数の羽根と、隣接した羽根間の前記両側にある前記複数の側板とによって複数の作業チャンバ(working chambers)が形成されており、前記インペラが配置された前記インペラチャンバの内表面と各作業チャンバとによって、注入されたガスを相対的にシール可能な複数のガスチャンバ(gas chambers)が形成されており、前記第１インペラが配置された前記インペラチャンバには、一次圧縮ガス注入孔(first-stage compressed gas injection hole)と一次圧縮ガス排出孔(first-stage compressed gas discharge hole)とが設けられており、前記第２インペラが配置された前記インペラチャンバには、二次圧縮ガス注入孔(second-stage compressed gas injection hole)と二次圧縮ガス排出孔(second-stage compressed gas discharge hole)とが設けられており、前記一次圧縮ガス排出孔の出口が前記二次圧縮ガス注入孔に接続されている多段圧縮ガスエンジンが提供される。
【０００９】
また、少なくとも２段の圧縮ガスエンジンを備えた多段圧縮ガスエンジンであって、各段の圧縮ガスエンジンは、少なくとも１つのインペラチャンバと、前記インペラチャンバ内に出力軸を介して配置された少なくとも１つのインペラとを備え、インペラには複数の羽根(teeth)が設けられ、各段の前記インペラチャンバには、少なくとも１つの空気入口と少なくとも１つの空気出口とが設けられており、前段の前記インペラチャンバに設けられた前記空気出口が、後段の前記インペラチャンバに設けられた前記空気入口と連通し、各段の前記インペラが前記出力軸を介して動力を出力する多段圧縮ガスエンジンが提供される。
【００１０】
さらに、駆動軸と多段圧縮ガスエンジンとを備えた自動車であって、多段圧縮ガスエンジンは、複数のインペラと、前記複数のインペラが配置された少なくとも１つのインペラチャンバとを含み、前記インペラは、第１インペラ及び第２インペラを含み、前記第１インペラ及び前記第２インペラの周面に複数の羽根(teeth)が設けられ且つ前記複数の羽根の両側に複数の側板(side plates)が設けられ、前記インペラの前記周面に設けられた前記複数の羽根と、隣接した羽根間の前記両側にある前記複数の側板とによって複数の作業チャンバ(working chambers)が形成されており、前記インペラが配置された前記インペラチャンバの内表面と各作業チャンバとによって、注入されたガスを相対的にシール可能な複数のガスチャンバ(gas chambers)が形成されており、前記第１インペラが配置された前記インペラチャンバには、圧縮ガスを第１インペラの複数の羽根に噴射する一次圧縮ガス注入孔と、第１インペラの各作業チャンバに一時的に蓄えられた圧縮ガスを排出する一次圧縮ガス排出孔とが設けられており、前記第２インペラが配置された前記インペラチャンバには、圧縮ガスを第２インペラの複数の羽根に噴射する二次圧縮ガス注入孔と、第２インペラの各作業チャンバに一時的に蓄えられた圧縮ガスを排出する二次圧縮ガス排出孔とが設けられており、前記一次圧縮ガス排出孔の出口が前記二次圧縮ガス注入孔に接続されており、自動車の駆動軸が多段圧縮ガスエンジンからの出力によって駆動される自動車が提供される。
【００１１】
さらに、前記少なくとも１つのインペラチャンバが第１インペラチャンバ及び第２インペラチャンバを別々に含んでおり、前記第１インペラが前記第１インペラチャンバ内に配置され、前記第２インペラが前記第２インペラチャンバ内に配置されている。
【００１２】
さらに、前記インペラチャンバが１つだけ設けられており、前記第１インペラ及び前記第２インペラが一体として製造された一体構造を有するものであって前記インペラチャンバ内に配置されている。
【００１３】
さらに、前記第１インペラと前記第２インペラとは直径が互いに異なり、前記第１インペラの前記作業チャンバ内の圧縮ガス及び前記第２インペラの前記作業チャンバ内の圧縮ガスが前記インペラチャンバの内表面によって相対的に密封されるように、前記インペラチャンバは、内部に配置された前記第１インペラ及び前記第２インペラに応じた(match)互いに異なる内径を有している。
【００１４】
さらに、前記第１インペラ及び前記第２インペラが、同一の出力軸に同軸に設けられている。
【００１５】
さらに、前記第２インペラの直径が前記第１インペラの直径より大きい。
【００１６】
さらに、前記第２インペラの厚みが前記第１インペラの厚みより大きい。
【００１７】
さらに、前記一次圧縮ガス排出孔の直径が前記一次圧縮ガス注入孔の直径の２〜１０倍であり、前記二次圧縮ガス排出孔の直径が前記二次圧縮ガス注入孔の直径の２〜１０倍であり、前記二次圧縮ガス注入孔の直径が前記一次圧縮ガス排出孔の直径以上である。
【００１８】
さらに、前記第１インペラに対応する前記インペラチャンバの内表面には、その環状周面に沿って、前記一次圧縮ガス注入孔と連通するエアジェット導入スロット(air-jet import slot)が設けられている。
【００１９】
さらに、前記エアジェット導入スロットの長さが、二つの隣り合った前記羽根間の距離より大きい。
【００２０】
さらに、前記インペラチャンバの内表面には、前記出力軸の軸線と平行に、前記圧縮ガス排出孔に接続された排ガス導出スロット(exhaust export slot)が設けられている。
【００２１】
さらに、前記エアジェット導入スロットの一端とこれに隣接した前記排ガス導出スロットとの距離が、二つの隣り合った前記羽根間の距離より大きい。
【００２２】
上述した複数の多段圧縮ガスエンジンを備えた圧縮ガスエンジンであって、複数の多段圧縮ガスエンジンが左右対称に配置され、前記複数の多段圧縮ガスエンジンが、同一の出力軸に同軸に設けられている。
【００２３】
本願明細書において、「多段圧縮ガスエンジン」とは二段以上を有する圧縮ガスエンジンであり、圧縮ガスが排出されて次段のインペラ内へと入力されることによって、前段のインペラで作業(work)が行われた後にも作業が継続して行われる。
【発明の効果】
【００２４】
上記の技術的解決手段を採用することによって、本発明には以下のような有益な技術的効果がある。
【００２５】
第１インペラと第２インペラが前後で互いに連通する。まず、第１インペラで作業を行った圧縮ガスのエネルギーが第２インペラ内に噴射されることによって、二次的作業が継続される。これによって、圧縮ガスのエネルギー利用率が改善される。次に、二次的作業を行うことによって、圧縮ガスのエネルギー利用率が改善されるだけでなく、優れた消音効果が得られる。三つ目に、第１インペラ及び第２インペラがこのような前後段構造を有しているので、第１インペラを通過させるだけで減圧タンクを用いることなく、圧縮ガスを減圧及び安定化させることができる。したがって、圧縮ガスの減圧及び安定化の期間におけるエネルギー損失を大幅に減少させることができる。
【００２６】
また、左右対称構造を採用することによって、多段圧縮ガスエンジンにおける作業時の力バランス(force balance)がよりよいものとなる。
【００２７】
二つの隣り合った前記羽根間の距離より大きい長さを有するエアジェット導入スロットが設けられていることによって、１つのエア入口を通して２以上の羽根で作業を同時に行うことができるため、多段圧縮ガスエンジンの動力性能が向上する。
【００２８】
排ガス導出スロットが設けられていることによって、インペラへの作業終了後のガスを迅速に排出することができる。
【００２９】
エアジェット導入スロットの一端とこれに最も近い排ガス導出スロットとの距離を、二つの隣り合った前記羽根間の距離より大きくしているために、入力されたばかりのガスが排ガス導出スロットから直接排出されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１に係る多段圧縮ガスエンジンの概略構造を示す図である。
【図２】図１に描かれた一次圧縮ガスエンジンの概略構造を示す図である。
【図３】図２に描かれたインペラチャンバの部分拡大図である。
【図４】実施例２に係る多段圧縮ガスエンジンの概略構造を示す図である。
【図５】実施例３に係る多段圧縮ガスエンジンの概略構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面及び実施の形態と共に本発明を詳細に説明する。
【００３２】
（実施例１）
図１〜３に示すように、自動車は、左側圧縮ガスエンジン、右側圧縮ガスエンジン、及び、駆動軸(drive shaft)１９を備えている。これらの圧縮ガスエンジンは、左右対称に配置されている。左側圧縮ガスエンジンを例とすると、左側圧縮ガスエンジンは、一次圧縮ガスエンジン１と、二次圧縮ガスエンジン２とを含む。一次圧縮ガスエンジン１は、第１インペラ２０と第１インペラチャンバ１５とを含む。二次圧縮ガスエンジン２は、第２インペラ２６と、第２インペラチャンバ２５とを含む。寸法の違いを除き、一次圧縮ガスエンジン１と二次圧縮ガスエンジン２の構造は同じである。一次圧縮ガスエンジン１と二次圧縮ガスエンジン２は、一つの出力軸(output shaft)３に同軸に取り付けられている。左右両側圧縮ガスエンジンで生じた動力は、出力軸３及びクラッチ５を介して自動車の駆動軸を駆動する。
【００３３】
以下、一次圧縮ガスエンジン１を例にして、圧縮ガスエンジンの構造を詳細に説明する。図２及び図３に示すように、一次圧縮ガスエンジン１は、第１インペラチャンバ１５と、第１インペラチャンバ１５内に出力軸３を介して取り付けられた第１インペラ２０とを含む。第１インペラチャンバ１５には、第１インペラ２０の羽根１６に圧縮ガスを噴射する、対称配置された複数の一次圧縮ガス注入孔１１からなる３つのグループと、対称配置された複数の一次圧縮ガス排出孔１２からなる３つのグループとが設けられている。一次圧縮ガス注入孔１１には、ノズル１７が設けられている。第１インペラ２０の周面上には、一様分布した複数個の羽根１６と、羽根１６の両側に位置する複数の側板２３とが設けられている。第１インペラ２０の周面上の複数の羽根１６と、羽根１６間の前記両側にある複数の側板２３とよって、複数の作業チャンバ２４が形成されている。一次圧縮ガス注入孔１１から注入されたガスを相対的にシール可能な複数のガスチャンバが、第１インペラ２０が配置された第１インペラチャンバ１５の内表面と各作業チャンバとによって形成されている。圧縮ガスを一時的に蓄えた作業チャンバ２４が一次圧縮ガス排出孔１２の位置まで回転したとき、作業チャンバ２４内の圧縮ガスは、作業を行うために一次圧縮ガス排出孔１２を介して外部に噴射され、さらに第１インペラ２０を押圧により回転させる。第１インペラチャンバ１５の一次圧縮ガス排出孔１２は、第２インペラチャンバ２５の二次圧縮ガス注入孔２１と連通している。
【００３４】
二次圧縮ガスエンジン２の複数の羽根の翼面積(blade surface)が増加するように、一次圧縮ガスエンジン１の第１インペラ２０の直径は、二次圧縮ガスエンジン２の第２インペラ２６の直径よりも小さくなっている。ガスを円滑に流すために、一次圧縮ガス排出孔１２の直径は一次圧縮ガス注入孔１１の２倍から１０倍であり、二次圧縮ガス排出孔２２の直径は二次圧縮ガス注入孔２１の２倍から１０倍である。具体的に何倍にするかは柔軟に決定することができる。
【００３５】
図２及び図３に示すように、動力性能を改善するために、インペラチャンバ１５の内表面上には、その環状周面に沿って、一次圧縮ガス注入孔１１と連通するエアジェット導入スロット１３が設けられている。エアジェット導入スロット１３は、一次圧縮ガス注入孔１１の近くでは深く且つ広いが、一次圧縮ガス注入孔１１から遠い場所では浅く且つ狭い（図３参照）。エアジェット導入スロット１３の長さは、二つの隣り合った羽根間の距離Ｌ（符号１８）より大きい。これによって、エアジェット導入スロット１３から導出された圧縮ガスを、同時に２つ以上の羽根１６上に供給することができると共に、予定した導出路に沿って希望した羽根部位に供給することができる。したがって、強力な推進力を発生させることができる。さらに、ガスの噴射強度(air-jet intensity)を大きくするために、本実施例のエアジェット導入スロット１３上には、２つのノズル１７が設けられている。
【００３６】
第１インペラチャンバ１５の内表面には、出力軸の軸線と平行に、排ガス導出スロット１４が設けられている。排ガス導出スロット１４は、一次圧縮ガス排出孔１２と連通している。より排気を良好にするために、排ガス導出スロット１４の幅は、第１インペラ２０の幅と実質的に同じとなっている。
【００３７】
ガスの漏れを防止するため、及び、入力されたばかりのガスが直接排ガス導出スロット１４から排出されることを防止するために、エアジェット導入スロット１３の端部とこれに最も近い排ガス導出スロット１４間の距離は、二つの隣り合った羽根間の距離Ｌより大きくあるべきである。
【００３８】
動作時に、圧縮ガスは、まず一次圧縮ガスエンジン１内に注入され、一次圧縮ガスエンジン１において減圧及び安定化されてから二次圧縮ガスエンジン２に入力される。一次圧縮ガスエンジン１は、減圧及び安定化という機能を有しているだけでなく、圧縮ガスを解放する過程において発生したエネルギーの十分な利用を許容し、また、一次圧縮ガスエンジン１は同時に動力の一部を提供する。なお、主動力を提供するのは二次圧縮ガスエンジン２である。
【００３９】
（実施例２）
図４に示すように、別の圧縮ガスエンジンは、左側の二段圧縮ガスエンジンと右側の二段圧縮ガスエンジンとを含む。左側の二段圧縮ガスエンジンは一次圧縮ガスエンジン１００であり、右側の二段圧縮ガスエンジンは二次圧縮ガスエンジン２００である。一次圧縮ガスエンジン１００と二次圧縮ガスエンジン２００の構成は同じであって、左右対称に配置されている。一次圧縮ガスエンジン１００と二次圧縮ガスエンジン２００は、出力軸１１８上に同軸に取り付けられており、ベアリング１０８を介してスプラインスリーブ(spline sleeve )１１７によって互いに接続されている。左右両側の二段圧縮ガスエンジン（１００、２００）によって発生した動力は、自動車の駆動軸を駆動するために、出力軸１１８を介して出力される。
【００４０】
一次圧縮ガスエンジン１００を例とすると、この一次圧縮ガスエンジン１００は、インペラチャンバ１０３と、インペラチャンバ１０３内に出力軸１１８を介して取り付けられた第１インペラ１０４及び第２インペラ１０２とを含んでいる。第１インペラ１０４の作業チャンバ１０９内の圧縮ガス及び第２インペラ１０２の作業チャンバ１１６内の圧縮ガスがインペラチャンバ１０３の内表面によって相対的に密封されるように、インペラチャンバ１０３は、内部に配置された第１インペラ１０４及び第２インペラ１０２に応じた(match)互いに異なる内径を有している。インペラチャンバ１０３には、圧縮ガスを第１インペラ１０４に注入する一次圧縮ガス注入孔１０６と、第１インペラ１０４から圧縮ガスを噴射する一次圧縮ガス排出孔１１１と、圧縮ガスを第２インペラ１０２に注入する二次圧縮ガス注入孔１１４と、第１インペラ１０２から圧縮ガスを排出する二次圧縮ガス排出孔１０１とが設けられている。一次圧縮ガス排出孔１１１は、第１インペラ１０４からの圧縮ガスを第２インペラ１０２に注入して作業を継続させるために、パイプ１１２を介して、二次圧縮ガス注入孔１１４と連通している。
【００４１】
第１インペラ１０４の周面上には、一様分布した複数の羽根１１０と、これら複数の羽根１１０の右側に位置する複数の側板１０７とが設けられている。第２インペラ１０２の周面上には、一様分布した複数の羽根１１５と、これら複数の羽根１１５の左側に位置する複数の側板１０５と、複数の羽根１１５の右側に位置する複数の側板１１３とが設けられている。側板１１３によって、第１インペラ１０４のガス回路は、第２インペラ１０２のガス回路から絶縁されている。第１インペラ１０４の羽根１１０及び第２インペラ１０２の羽根１１５の構造は、実施例１のものと類似している。第１インペラ１０４の周面に設けられた複数の羽根１１０と、前後の羽根１１０間の両側にある複数の側板（１０７及び１１３）とによって、複数の作業チャンバ１０９が形成されている。第１インペラ１０４が配置されたインペラチャンバ１０３の内表面と各作業チャンバ１０９とによって、注入された圧縮ガスを相対的にシール可能な複数のガスチャンバが形成されている。第２インペラ１０２の周面に設けられた複数の羽根１１５と、前後の羽根１１５間の両側にある複数の側板（１０５及び１１３）とによって、複数の作業チャンバ１１６が形成されている。第２インペラ１０２が配置されたインペラチャンバ１０３の内表面と各作業チャンバ１１６とによって、二次圧縮ガス注入孔１１４から注入されたガスを相対的にシール可能な複数のガスチャンバが形成されている。
【００４２】
第２インペラ１０２に設けられた複数の羽根の応力印加面積(stressed area)が増加するように、第１インペラ１０４の直径が第２インペラ１０２の直径より小さくなっている。ガスが円滑に流れるように、一次圧縮ガス排出孔１１９の直径は一次圧縮ガス注入孔１０６の２〜１０倍であり、二次圧縮ガス排出孔１０１の直径は二次圧縮ガス注入孔１２１の２〜１０倍である。具体的に何倍にするかは柔軟に決定することができる。
【００４３】
特に圧縮ガスエンジンは高い回転速度（３０００〜１５０００ｒｐｍ）が要求されるので、第１インペラ１０４及び第２インペラ１０２が個別に製造された場合、製造技術が複雑であり且つ製造コストが高くなることに加えて、加工精度誤差のために２部材の同軸性(concentricity)又は同軸性能を保証するのが困難である。インペラの同軸性を改善し且つ製造を容易にするために、第１インペラ１０４及び第２インペラ１０２は、一体として製造された一体構造を有するように設計されている。
【００４４】
二次圧縮ガスエンジン２００は、インペラチャンバ２０５、第３インペラ２０４、及び、第４インペラ２０２を含んでいる。二次圧縮ガスエンジン２００は、符号を除いて、一次圧縮ガスエンジン１００と類似の構造（ここでは繰り返して説明しない）を有している。
【００４５】
動作時に、圧縮ガスは、まず一次圧縮ガスエンジン１００内に注入され、一次圧縮ガスエンジン１００において減圧及び安定化されてから二次圧縮ガスエンジン２００に入力される。一次圧縮ガスエンジン１００は、減圧及び安定化という機能を有しているだけでなく、圧縮ガスを解放する過程において発生したエネルギーの十分な利用を許容し、また、一次圧縮ガスエンジン１００は同時に動力の一部を提供する。なお、主動力を提供するのは二次圧縮ガスエンジン２００である。具体的には、一次圧縮ガス注入孔１０６から第１インペラ１０４の羽根１１０に向けて注入された圧縮ガスは第１インペラ１０４を押圧し、各作業チャンバ１０９に一時的に蓄えられる。一時的に圧縮ガスを蓄えた作業チャンバ１０９が一次圧縮ガス排出孔１１１のある位置まで回転すると、当該作業チャンバ１０９内の圧縮ガスは、作業を行うために一次圧縮ガス排出孔１１１を介して外部に噴射され、さらに第１インペラ１０４を押圧により回転させる。それと共に、インペラチャンバ１０３の一次圧縮ガス排出孔１１１が二次圧縮ガス注入孔１１４と連通しているために、一次圧縮ガス排出孔１１１から排出された圧縮ガスは、作業を行うために二次圧縮ガス注入孔１１４を介して第２インペラ１０２の羽根１１５を押圧し続ける。注入された圧縮ガスは、同時に各作業チャンバ１１６に一時的に蓄えられる。一時的に圧縮ガスを蓄えた作業チャンバ１１６が二次圧縮ガス排出孔１０１のある位置まで回転すると、当該作業チャンバ１１６内の圧縮ガスは、作業を行うために二次圧縮ガス排出孔１０１を介して外部に噴射され、さらに第２インペラ１０２を押圧により回転させる。
【００４６】
（実施例３）
図５に示すように、さらに別の多段圧縮ガスエンジンは、左側の二段圧縮ガスエンジンと右側の二段圧縮ガスエンジンとを含む。左側の二段圧縮ガスエンジンは一次圧縮ガスエンジン３００であり、右側の二段圧縮ガスエンジンは二次圧縮ガスエンジン４００である。一次圧縮ガスエンジン３００と二次圧縮ガスエンジン４００の構成は同じであって、左右対称に配置されている。一次圧縮ガスエンジン３００と二次圧縮ガスエンジン４００は、出力軸３１８上に同軸に取り付けられており、ベアリング３０８を介してスプラインスリーブ３１７によって互いに接続されている。左右両側の二段圧縮ガスエンジンによって発生した動力は、自動車の駆動軸を駆動するために、出力軸３１８を介して出力される。
【００４７】
一次圧縮ガスエンジン３００を例とすると、この一次圧縮ガスエンジン３００は、インペラチャンバ３０３と、インペラチャンバ３０３内に出力軸３１８を介して取り付けられた第１インペラ３０４及び第２インペラ３０２とを含んでいる。第１インペラ３０４及び第２インペラ３０２の作業チャンバ（３０９，３１６）内の圧縮ガスがインペラチャンバ３０３の内表面によって相対的に密封されるように、インペラチャンバ３０３は、内部に配置された第１インペラ３０４及び第２インペラ３０２に応じた(match)内径を有している。インペラチャンバ３０３には、圧縮ガスを第１インペラ３０４に注入する一次圧縮ガス注入孔３０６と、第１インペラ３０４から圧縮ガスを噴射する一次圧縮ガス排出孔３１１と、圧縮ガスを第２インペラ３０２に注入する二次圧縮ガス注入孔３１４と、第２インペラ３０２から圧縮ガスを排出する二次圧縮ガス排出孔３０１とが設けられている。一次圧縮ガス排出孔３１１は、第１インペラ３０４からの圧縮ガスを第２インペラ３０２に注入して作業を継続させるために、パイプ３１２を介して、二次圧縮ガス注入孔３１４と連通している。
【００４８】
第１インペラ３０４の周面上には、一様分布した複数の羽根３１０と、これら複数の羽根３１０の右側に位置する複数の側板３０７とが設けられている。第２インペラ３０２の周面上には、一様分布した複数の羽根３１５と、これら複数の羽根３１５の左側に位置する複数の側板３０５と、複数の羽根３１５の右側に位置する複数の側板３１３とが設けられている。側板３１３によって、第１インペラ３０４のガス回路は、第２インペラ３０２のガス回路から絶縁されている。第１インペラ３０４の羽根３１０及び第２インペラ３０２の羽根３１５の構造は、実施例１のものと類似している。第１インペラ３０４の周面に設けられた複数の羽根３１０と、前後の羽根３１０間の両側にある複数の側板（３０７及び３１３）とによって、複数の作業チャンバ３０９が形成されている。第１インペラ３０４が配置されたインペラチャンバ３０３の内表面と各作業チャンバ３０９とによって、注入された圧縮ガスを相対的にシール可能な複数のガスチャンバが形成されている。第２インペラ３０２の周面に設けられた複数の羽根３１５と、前後の羽根３１５間の両側にある複数の側板（３０５及び３１３）とによって、複数の作業チャンバ３１６が形成されている。第２インペラ３０２が配置されたインペラチャンバ３０３の内表面と各作業チャンバ３１６とによって、二次圧縮ガス注入孔３１４から注入されたガスを相対的にシール可能な複数のガスチャンバが形成されている。
【００４９】
本実施例と実施例２の相違点は以下の通りである。実施例２おいて、第１インペラ２０４と第２インペラ２０２は幅が同じであるが直径が異なっており、第２インペラ２０２の直径は第１インペラ２０４の直径より大きい。そのため、第２インペラ２０２の直径を増加させることによって、第２インペラ２０２に設けられた複数の羽根の応力印加面積が増加する。さらに、実施例２において、インペラチャンバ１０３は、その内部に配置された第１インペラ１０４及び第２インペラ１０２の直径に応じた互いに異なる内径を有している。これに対して、本実施例においては、第１インペラ３０４と第２インペラ３０２の直径は同じである。インペラチャンバ３０３内に配置された第１インペラ３０４と第２インペラ３０２の内径が同じであり、第２インペラ３０２の幅が第１インペラ３０４の幅より大きい。第２インペラ３０２の幅を大きくすることによって、第２インペラ３０２の複数の羽根による応力印加面積が増加している。
【００５０】
以上、本発明を具体的ないくつかの実施例に即して詳細に説明したが、本発明の実施例は上述した内容に限定される訳ではない。当業者であれば、本発明の思想から離れない限りにおいて、何らかの演繹又は置換をさらに行うことが可能であり、それらは本発明の保護範囲に属すると見なされるものである。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成25年3月18日(2013.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のインペラと、前記複数のインペラが配置された少なくとも１つのインペラチャンバとを備えた多段圧縮ガスエンジンであって、
前記インペラは、第１インペラ及び第２インペラを含み、
前記第１インペラ及び前記第２インペラの周面に複数の羽根が設けられ且つ前記複数の羽根の両側に複数の側板が設けられ、
前記インペラの前記周面に設けられた前記複数の羽根と、隣接した羽根間の前記両側にある前記複数の側板とによって複数の作業チャンバが形成されており、
前記インペラが配置された前記インペラチャンバの内表面と各作業チャンバとによって、注入されたガスを相対的にシール可能な複数のガスチャンバが形成されており、
前記第１インペラが配置された前記インペラチャンバには、一次圧縮ガス注入孔と一次圧縮ガス排出孔とが設けられており、
前記第２インペラが配置された前記インペラチャンバには、二次圧縮ガス注入孔と二次圧縮ガス排出孔とが設けられており、
前記一次圧縮ガス排出孔の出口が前記二次圧縮ガス注入孔に接続されている多段圧縮ガスエンジン。
【請求項２】
前記少なくとも１つのインペラチャンバが第１インペラチャンバ及び第２インペラチャンバを独立して備えており、前記第１インペラが前記第１インペラチャンバ内に配置され、前記第２インペラが前記第２インペラチャンバ内に配置されている請求項１に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項３】
前記インペラチャンバが１つだけ設けられており、前記第１インペラ及び前記第２インペラが一体として製造された一体構造を有するものであって前記インペラチャンバ内に配置されている請求項１に記載の前記の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項４】
前記第１インペラと前記第２インペラとは直径が互いに異なり、
前記第１インペラの前記作業チャンバ内の圧縮ガス及び前記第２インペラの前記作業チャンバ内の圧縮ガスが前記インペラチャンバの内表面によって相対的に密封されるように、前記インペラチャンバは、内部に配置された前記第１インペラ及び前記第２インペラに応じた互いに異なる内径を有している請求項３に記載の前記の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項５】
前記第１インペラ及び前記第２インペラが、同一の出力軸に同軸に設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項６】
前記第２インペラの直径が前記第１インペラの直径より大きい請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項７】
前記第２インペラの厚みが前記第１インペラの厚みより大きい請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項８】
前記一次圧縮ガス排出孔の直径が前記一次圧縮ガス注入孔の直径の２〜１０倍であり、前記二次圧縮ガス排出孔の直径が前記二次圧縮ガス注入孔の直径の２〜１０倍であり、前記二次圧縮ガス注入孔の直径が前記一次圧縮ガス排出孔の直径以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項９】
前記第１インペラに対応する前記インペラチャンバの内表面には、その環状周面に沿って、前記一次圧縮ガス注入孔と連通するエアジェット導入スロットが設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項１０】
前記エアジェット導入スロットの長さが、二つの隣り合った前記羽根間の距離より大きい請求項９に記載の前記の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項１１】
前記インペラチャンバの内表面には、前記出力軸の軸線と平行に、前記圧縮ガス排出孔に接続された排ガス導出スロットが設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項１２】
前記インペラチャンバの内表面には、前記出力軸の軸線と平行に、前記圧縮ガス排出孔に接続された排ガス導出スロットが設けられている請求項９に記載の前記の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項１３】
前記エアジェット導入スロットの一端とこれに隣接した前記排ガス導出スロットとの距離が、二つの隣り合った前記羽根間の距離より大きい請求項１１に記載の前記の多段圧縮ガスエンジン。
【請求項１４】
左右対称に配置された複数の多段圧縮ガスエンジンを含む圧縮ガスエンジンであって、
前記複数の多段圧縮ガスエンジンが、請求項１〜４のいずれか１項に記載の構成を有していると共に、同一の出力軸に同軸に設けられている圧縮ガスエンジン。
【請求項１５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段圧縮ガスエンジンを備えた自動車であって、
前記自動車の駆動軸が、前記多段圧縮ガスエンジンから出力された動力によって駆動されることを特徴とする自動車。
【国際調査報告】
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