(57)【要約】【課題】  解決しようとする課題は、軸流ネジポンプ（一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプ）のローターの回転に伴い、容積を変化させながらキャビティーを軸方向に移動させ、圧縮性流体を熱力学的に適切に取り扱うことである。【解決手段】  軸流ネジポンプ（一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプ）のキャビティーの容積を決めるローターの偏心半径ｅ、形状定数Ｔ（モーノ型の場合は、直径Ｄｒ。）並びに波長λ（ピッチ）を軸方向に変化させ、キャビティーを軸方向に移動させつつ容積を変化させるとともに、あらゆる熱エネルギーを効率よく回転力に変換することを実現したことにある。【選択図】図１４
2015135100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄ネジ形の螺旋状のローター１と、雌ネジ形の螺旋状のステーター２とを備え、ローターとステーターとが嵌合し、閉鎖したキャビティーを１つ以上構成し得る形状で、その断面形状が、
ローターまたはステーターの中心軸に対して垂直な断面、若しくは、偏心半径を変化する場合は、中心軸と偏心軸の交点を中心とする球面状の断面において、
ステーターの形状が２条以上のハイポサイクロイドで規定される形状を基に、ローターに加えた修正を考慮した開口形状であり、ローターの断面形状がステーターより１条少ないハイポサイクロイドで規定される形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるもの、
ステーターの形状が３条以上の角を丸めた正多角形の形状を基に、ローターに加えた修正を考慮した開口形状であり、ローターの断面形状がステーターより１条少ないハイポサイクロイドで規定される形状で、その条数に等しい数の楕円弧（ステーターに内接して偏心回転可能な形状の曲線。以下同じ。）に置き換えてできる中央部を膨らせた形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるもの、
並びに、ステーターの形状が１条以上のエピサイクロイドで規定される形状を基に、ローターに加えた修正を考慮した開口形状であり、ローターの形状がステーターより１条多いハイポサイクロイドで規定される形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるもの、または、ローターの条数に等しい数の楕円弧に置き換えてできる中央部を膨らせた形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるものなど、サイクロイドを基に作成した形状であり、
ステーターとローターとが相対的に偏心回転することにより、キャビティーを軸方向に移送するとともに、キャビティーの容積を決める要素である、偏心半径ｅ、ローターとステーターの断面形状によって決まる形状係数Ｔ、波長λ（ピッチ）のうち、任意の１つ、２つ、あるいは全部の要素を、軸方向に変化させることを特徴とする、容積可変軸流ネジポンプ（容積可変一軸偏心ネジポンプまたは容積可変一軸ネジポンプ。以下同じ。）であって、
外部の熱源または冷熱源によりキャビティー内の作動流体を加熱または冷却し、作動流体の膨張または収縮を行うことで駆動することを特徴とする容積可変軸流ネジポンプ。
【請求項２】
黒く着色する、表面をピラミッド状にする、透明な断熱材料で覆うなどの輻射熱の受熱面または放熱面を有することを特徴とする請求項１の容積可変軸流ネジポンプ。
【請求項３】
熱源（冷熱源を含む。）流体とキャビティー内の作動流体との間で熱交換を行うための、ローター1の内部に設けた熱交換を行うローター内の螺旋状の流路１４３、または、ステーター２の周囲に設けた熱交換を行う流体の螺旋状の流路２４３（ヒートパイプを含む。）を有することを特徴とする請求項１から２の容積可変軸流ネジポンプ。
【請求項４】
膨張または収縮を終えて吐出した作動流体を、ローター1の内部に設けた熱交換を行うローター内の螺旋状の流路１４３、または、ステーター２の周囲に設けた熱交換を行う流体の螺旋状の流路２４３に還流し、キャビティー内の作動流体との間で再度熱交換を行うことで予熱を行うことを特徴とする請求項１から３の容積可変軸流ネジポンプ。（請求項３の流路とは別に設ける場合と、共有する場合がある。）
【請求項５】
熱交換の方式が対向流式の熱交換であることを特徴とする、請求項３から４の容積可変軸流ネジポンプ。
【請求項６】
作動流体に非圧縮性流体を使用するとともに、作動流体の体積膨張率を考慮した拡張比とすることによって、作動流体の定温加熱を行うことを特徴とする請求項１から３の容積可変軸流ネジポンプ。
【請求項７】
キャビティーの容積を決める要素のうち、波長λ（ピッチ）をステップ状に変化することによって、ローター１の側面及びステーター２の内面が階段状に変化することを特徴とする請求項１から６の容積可変軸流ネジポンプ。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプの容積を可変できるようにした、容積可変軸流ネジポンプ及び外燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転容積型ポンプとしてギアポンプ、ねじポンプなどがあり、特に一軸偏心ネジポンプは、粘度の高い流体の定量輸送などに適しており、限られた分野で適性が認められ、近年普及しつつある。一軸偏心ネジポンプは、回転に伴いローターとステーターとの間に生じるキャビティーの容積を一定に保ちつつ軸方向に移動するという、他のポンプにはない独特の構造を有している。しかしながら、容積を変えられないと誰もが思い込んでいるために、圧縮性流体を効果的に取り扱うという利用方法が提案されてこなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−５３６０１「一軸偏心ネジポンプ及び流体モータ」大日本スクリーン製造株式会社
【特許文献２】特開２００７−１７０３７４「軸流容積式ウォームガスゼネレータ」ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】兵神装備株式会社  「モーノポンプの構造と原理」  ｈｔｔｐ：／／ｅｂｗ.ｅｎｇ−ｂｏｏｋ.ｃｏｍ／ｐｄｆｓ／ｂ３ｆ４１ｂｂｂｅｂｃ８９１２ｆ９９５３４Ｂ５ａ８ｅ２１８５ｅａ．ｐｄｆ
【非特許文献２】ｓｅｅｐｅｘインターナショナル   ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｅｅｐｅｘ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ＿ｂａｓｉｃ＿ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＿ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ．ｈｔｍｌ
【非特許文献３】ｎ角の穴をあけるドリル（その２９）ｈｔｔｐ：／／ｇｅｏｃｉｔｉｅｓ．ｊｐ／ｉｋｕｏ＿ｋｏｔａｒｏ／ｋｏｒａｍｕ／４７５＿ｄ２９．ｈｔｍ
【非特許文献４】ｎ角の穴をあけるドリル（その２２）ｈｔｔｐ：／／ｇｅｏｃｉｔｉｅｓ．ｊｐ／ｉｋｕｏ＿ｋｏｔａｒｏ／ｋｏｒａｍｕ／４６４＿ｄ２２．ｈｔｍ
【非特許文献５】ｎ角の穴をあけるドリル（その１９）ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｅｏｃｉｔｉｅｓ．ｊｐ／ｉｋｕｒｏ＿ｋｏｔａｒｏ／ｋｏｒａｍｕ／４４９＿ｄ１９．ｈｔｍ
【非特許文献６】ｎ角の穴をあけるドリル（その４８）ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｅｏｃｉｔｉｅｓ．ｊｐ／ｉｋｕｒｏ＿ｋｏｔａｒｏ／ｋｏｒａｍｕ／５６３＿ｄ４８．ｈｔｍ
【非特許文献７】サンワ・エンタープライズ株式会社「ボルテック・チュ−ブについて」ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓａｎｗａ−ｅｎｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｓａｎｗａｈｐｓ／ｃｏｌｄｅｒ／ｃｏｌｄｅｒｔｏｐ３ｃａｔａｌｏｇ．ｈｔｍ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする課題は、一軸偏心ネジポンプ若しくは一軸ネジポンプのローターの回転に伴い、容積を変化させながらキャビティーを軸方向に移動させ、熱力学的な事象を適切に取り扱うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、一軸偏心ネジポンプ若しくは一軸ネジポンプのキャビティーの容積を決める３つの要素、ローターの偏心半径ｅ、直径Ｄｒ並びに波長λｓを軸方向に変化させ、キャビティーの容積を変化させつつ、ローターを回転し得ることを発見したことにある。
非特許文献１に「モーノポンプの構造と原理」が詳しく解説されているので、参考とする。
モーノポンプと呼ばれる一軸偏心ネジポンプのローター１回転あたりに吐出される容積ＱＭは、次式であらわされる。
ＱＭ  ＝  ４ｅ・Ｄｒ・λｓ
ここで、ｅ：ローターの偏心半径
Ｄｒ：ローターの直径
λｓ：ステーターの波長、λｓ＝２λｒ（ローターが１回転すると、キャビティーはλｓ進む。）
偏心半径ｅ、ローターの直径Ｄｒ並びにステーターの波長λｓが変わると、キャビティーの容積Ｑが変わることが解る。
ステーターの内側は、長径４ｅ＋Ｄｓ、短径Ｄｓ、波長λｓで１回転する長円形の穴である。
また、Ｄｓ＞Ｄｒ  かつ  Ｄｓ≒Ｄｒ  である。
【０００７】
図１は、偏心半径ｅを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図（ａ）と球面上の断面図（ｂ１）から（ｂ５）である。
ステーター２の中心軸６０とローター１の偏心軸６１との交点を中心とする各円６３は、縦断面図（ａ）の各位置における球面上の断面の様子を（ｂ１）から（ｂ５）に表している。球面上の様子であるから平面上に正しく表すことは出来ないが、直径Ｄｒのローター１が球面に沿って４ｅの距離を往復運動し、ステーター２に長径４ｅ+Ｄｓ、短径Ｄｓの長円形の穴があることを示している。
【０００８】
偏心半径ｅを軸方向に直線的に増加させることで、容積Ｑが単調に増加する。図１の例では、偏心半径ｅを１０倍変えている。閉じたキャビティーが存在するためにはステーターの波長λｓの長さが必要であり、両端のキャビティーが解放状態となる区間を除くと、実効的な容積比は、２．４程度である。長さを増やし、容積比をさらに大きくすることは可能である。
【０００９】
また、ローター１の回転に伴い、その回転軸６１は、ステーター２の中心軸６０に対して歳差運動をしている。ローター１は、自在継手１５１、駆動軸１５２、図には描かれていないが、自在継手その他の駆動部品を通して駆動するか、または、駆動を受けることができる。
組み立てについては、ステーター２の径の大きい方向から、ローター１を挿入して、組み立て及び取り外しを行うことができる。稼働中にローター１が軸方向に動かないように措置する必要がある。
【００１０】
図２は、ローター１の直径Ｄｒを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図（ａ）と横断面図（ｂ１）から（ｂ５）である。
ステーター２の中心軸６０とローター１の偏心軸６１は、平行である。縦断面図（ａ）の各位置における断面を（ｂ１）から（ｂ５）に表している。直径Ｄｒのローター１が各断面に沿って４ｅの距離を往復運動し、ステーター２に長径４ｅ+Ｄｓ、短径Ｄｓの長円形の穴が開いていることを示している。
【００１１】
ローター１の直径Ｄｒを軸方向に増減することで、容積ＱＭを変化させることができる。図２の例では、直径Ｄｒを１０倍変えている。閉じたキャビティーが存在するためにはステーターの波長λｓの長さが必要であり、両端のキャビティーが解放状態となる区間を除くと、実効的な容積比は、２．４程度である。図２の例では、ローターの４波長分の長さであるが、さらに増やすことは可能であるので、容積比を増加することは可能である。
【００１２】
また、ローター１の回転に伴い、その回転軸６１は、ステーター２の中心軸６０に対して平行に回転運動をしている。ローター１は、自在継手１５１、駆動軸１５２、図には描かれていないが、その他の駆動部品を通して駆動するか、または、駆動を受けることができる。
組み立てについては、ローターの直径Ｄｒが単調に増加している場合には、ステーター２の径の大きい方向から、ローター１を挿入して組み立てまたは取り外しをすることができる。稼働中にローター１が軸方向に動かないように措置する必要がある。
【００１３】
図３は、偏心半径ｅ及びローターの直径Ｄｒを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図（ａ）と球面上の断面図（ｂ１）から（ｂ５）である。
ステーター２の中心軸６０とローター１の偏心軸６１との交点を中心とする各円６３は、縦断面図（ａ）の各位置における球面上の断面の様子を（ｂ１）から（ｂ５）に表している。球面上の様子であるから平面上に正しく表すことは出来ないが、直径Ｄｒのローター１が球面に沿って４ｅの距離を往復運動し、ステーター２に長径４ｅ+Ｄｓ、短径Ｄｓの長円形の穴があることを示している。
【００１４】
偏心半径ｅ及びローター１の直径Ｄｒを軸方向に変化させることで、容積Ｑを大きく変化させることができる。偏心半径ｅは、直線的に変化させなければならないが、直径Ｄｒは、任意に変化することができる。図３の例では、偏心半径ｅを１０倍、ローターの直径Ｄｒを１０倍変えている。閉じたキャビティーが存在するためにはステーターの波長λｓの長さが必要であり、両端のキャビティーが解放状態となる区間を除く実効的な容積比は５．７と、図１及び図２のものより大きくなっている。図３の例では、長さがローターの４波長分であるが、さらに長さを増やすことができるので、容積比を大きくすることは可能である。
【００１５】
また、ローター１の回転に伴い、その回転軸６１は、ステーター２の中心軸６０に対して歳差運動をしている。ローター１は、自在継手１５１、駆動軸１５２、図には描かれていないが、その他の駆動部品を通して駆動するか、または、駆動を受けることができる。
組み立てについては、ローターの偏心半径ｅと直径Ｄｒが単調に増加している場合には、ステーター２の径の大きい方向から、ローター１を挿入して組み立てまたは取り外しをすることができる。稼働中にローター１が軸方向に動かないように措置する必要がある。
【００１６】
図４は、波長λｓを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図（ａ）と横断面図（ｂ１）から（ｂ５）である。ステーター２の中心軸６０とローター１の偏心軸６１は、平行である。縦断面図（ａ）の各位置における断面を（ｂ１）から（ｂ５）に表している。
直径Ｄｒのローター１が各断面に沿って４ｅの距離を往復運動し、ステーター２に長径４ｅ＋Ｄｓ、短径Ｄｓの長円形の穴が開いていることを示している。
【００１７】
波長λｓを軸方向に変化させることで、容積ＱＭを変化させることができることが解る。波長λｓを１０倍変えており、キャビティーが解放状態となる両端の区間を除くと、実効的な容積比は、１．７程度である。図４の長さは、ローターの４波長分であるが、さらに増やすことができるので、容積比を大きくすることは可能である。
また、ローター１の回転に伴い、その回転軸６１は、ステーター２の中心軸６０に対して平行に偏心回転をしている。運転状態においてローター１が軸方向に動かないように措置し、ローター１は、自在継手１５１、駆動軸１５２、図には描かれていないが、その他の駆動部品を通して駆動するか、または、駆動を受けることができる。
組み立てについては、ステーター２を２分割するなどしなければ、ローター１を挿入することは出来ない。
【００１８】
図５は、偏心半径ｅ、ローターの直径Ｄｒ及び波長λｓを変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図（ａ）と球面状の断面図（ｂ１）から（ｂ５）である。
ステーター２の中心軸６０とローター１の偏心軸６１との交点を中心とする各円６３は、縦断面図（ａ）の各位置における球面上の断面の様子を（ｂ１）から（ｂ５）に表している。球面上の様子であるから平面上に正しく表すことは出来ないが、直径Ｄｒのローター１が各球面に沿って４ｅの距離を往復運動し、ステーター２に長径４ｅ+Ｄｓ、短径Ｄｓの長円形の穴があることを示している。
【００１９】
偏心半径ｅ、ローター１の直径Ｄｒ及び波長λを軸方向に変化させることで、容積Ｑを大きく変化させることができる。図５の例では、偏心半径ｅを１０倍、ローターの直径Ｄｒ及び波長λｓをそれぞれ１０倍変えている。閉じたキャビティーが存在するためにはステーターの波長λｓの長さが必要であるので、キャビティーが解放となる区間を除いた実効的な容積比は、１１倍を得ている。長さをさらに増やすことが可能であるから、容積比をさらに大きくすることは可能である。
【００２０】
また、ローター１の回転に伴い、その回転軸６１は、ステーター２の中心軸６０に対して歳差運動をしており、運転状態においてローター１が軸方向に動かないように措置し、ローター１は、自在継手１５１、駆動軸１５２、図には描かれていないが、その他の駆動部品を通して駆動するか、または、駆動を受け、圧縮性流体に対して作用することができる。
偏心半径ｅ、直径Ｄｒ，波長λｓの各要素の組み合わせによっては、ステーター２を縦断面で２分割するなどしなければ、ローター１を挿入することが出来ない場合がある。
【００２１】
図６は、トリカム型の断面を持つ容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図（ａ）及びその横断面図（ｂ１）から（ｂ５）、トリカム型の類似形状の横断面図（ｃ1）から（ｃ４）、カージオイド型の断面を持つ容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図（ｄ）、その横断面図（ｅ１）から（ｅ５）、ヴァンケル型の断面を持つ容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図（ｆ）及びその横断面図（ｇ１）から（ｇ５）、これらに類似した横断面のものの横断面図（ｈ１）から（ｈ５）、ハイポサイクロイド形状のものの横断面図（ｉ１）、トロコイド形状との関係を示す説明図（ｉ２）、トロコイドポンプの横断面図（ｌ）、同断面を持つ定容積の一軸偏心ネジポンプの縦断面図（ｍ）及び同断面を有する容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図（ｎ）、トロコイド形状の多重ローターの横断面図（ｏ）及び同断面を有する容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図（ｐ）である。
【００２２】
非特許文献２に、モーノ型ポンプの能力増加が可能な取替え部品として、トリカム型一軸偏心ネジポンプが紹介されている。トリカム型の一軸偏心ネジポンプは、三角形の角を丸めた断面形状の三重螺旋状のステーターの中を、楕円形の断面の二重螺旋状のローターが偏心回転する。
非特許文献３に、角を丸めた正三角形に内設して回転する、楕円の随伴曲線の組み合わせ（楕円弧と表現する。）からなるローターについて考察されている。（非特許文献２の形状について十分な資料が得られないため、厳密に同一の形状であるか不明である。）
トリカム型の一軸偏心ネジポンプの偏心半径ｅを、軸方向に変化することで、図６（ａ）の縦断面図のとおり、軸方向に移送しながらキャビティーの容積を可変することができる。ステーター２ａの中心軸６０とローター１ａの偏心軸６１との交点を中心とする各円６３は、縦断面図（ａ）の各位置における球面上の断面の様子を（ｂ１）から（ｂ５）に表している。球面上の様子であるから平面上に正しく表すことは出来ないが、ステーター２ａの角を丸めた三角形の穴の中を、楕円弧型のローター１ａが各球面６３に沿って偏心回転していることを示している。モーノ型と同様に、偏心半径または波長を変化させることで、キャビティーの容積を可変することができる。
なお、三角形のハイポサイクロイドに内接して偏心回転する直線の図形（Ｃ１）は、ローターに厚さが無いため作成することができないが、非特許文献３に掲載の、辺が直線にならないため正三角形に内接しないが、直線を楕円に置き換えた回転ポンプとして利用可能な図形（ｃ２）、非特許文献４に掲載の、角を丸めた正三角形に内接して回転する楕円形のローターの図形（ｃ３）、角を丸めた正方形に内接して回転する楕円弧からなる三角形の図形（ｃ４）などが示されている。
【００２３】
非特許文献５に、カージオイド型の断面を持つステーターに内接して回転する楕円弧型のローターを持つ回転ポンプについて考察されている。この形状のものについて、軸方向に螺旋状にひねりながら延長することで、定容積の、また、軸方向に断面積等を変えることで容積可変の一軸偏心ネジポンプ（偏心軸を固定した場合は、一軸ネジポンプ）に拡張することができる。
カージオイド型のステーターの断面を持つ容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図（ｄ）とその横断面図（ｅ１）から（ｅ５）に示すとおり、流体が通過する断面積の割合が極めて高い形状をしており、大量の圧縮性流体を扱うのに適した形状をしている。
また、断面形状におけるローターの両端と、ステーターの内に凸となった部分が常に他と接触する箇所であるから、柔軟な材料を螺旋状に取り付けて、キャビティーの気密性を高めるのに有利な形状である。
【００２４】
特許文献１の特開２０１３−５３６０１「一軸偏心ネジポンプ及び流体モータ」において、ヴァンケル型の断面を持つ、定容積の一軸偏心ネジポンプが提案されている。
ヴァンケル型の断面を持つ一軸偏心ネジポンプは、偏心半径を軸方向で変化することによって、図６（ｆ）の縦断面図のとおり、容積を可変しながら回転することができる容積可変一軸偏心ネジポンプになる。ステーター２ｂの中心軸６０とローター１ｂの回転軸すなわち偏心軸６１との交点を中心とする各円６３は、縦断面図（ｆ）の各位置における球面上の断面の様子を（ｇ１）から（ｇ５）に表している。球面上の様子であるから平面上に正しく表すことは出来ないが、球面上に投影したローター１ｂが各球面６３に沿って偏心回転するとともに、球面上に拡張したペリトロコイド曲線により規定されるステーター２ｂの繭型の穴の中を回転往復運動していることを示している。偏心半径ｅの他、波長λｓ（ピッチ）を変化させることでも、容積を可変することができる。
非特許文献５及び６に、カージオイド型（ｈ１）とともに、ヴァンケル型（ｈ２）、さらに次数の高いもの（ｈ３）、カージオイド型より円形に近い形状のもの（ｈ４）が紹介されている。
特許文献２の特開２００７−１７０３７４「軸流容積式ウォームガスゼネレータ」において、図６（ｈ５）に示すように、エピサイクロイド形状のステーターとハイポサイクロイド形状のローターとが、何れもほぼ基本形状のものが用いられている。
【００２５】
特許文献２に、図６（ｉ１）に示す、定円と回転する円の半径の比がローターは３条（３角形） 、ステーターは４条（四角形）のハイポサイクロイド形状の軸流ポンプについての記載がある。
図６（ｉ２）にハイポサイクロイド形状とトロコイド形状の関係を示す。直径一定の小円の包絡線の形状であることを示している。
図６（ｊ）は、トロコイドポンプ５０ｃは、トロコイド型ステーター（アウターローター）２ｃとトロコイド型ローター（インナーローター）１ｃとが共に回転する回転ポンプとして知られている。
通常、軸流ポンプとしては使用されないが、この断面形状を軸方向に螺旋状にねじりながら延長すると、図６（ｋ）の縦断面図に示すように、一軸ネジポンプになる。なお、アウターローター２ｃを回転しないように固定し、ステーターとして扱うと、一軸偏心ネジポンプになる。さらに、軸方向に偏心半径を変化すると、縦断面（ｌ）に示すように容積可変一軸偏心ネジポンプ３ｃまたは容積可変一軸ネジポンプ３ｃになる。
偏心半径ｅの他、軸方向のねじのピッチ（波長λｓ）を変化させ、キャビティーの容積Ｑを可変することができる。
また、この種類の内歯車ポンプは、歯数の異なる亜種が多数ある。
図６（ｍ）に横断面図を、（ｎ）に縦断面図を示すトロコイド形状のローターを多重（内側のローターの歯数より外側のローターの歯数が１つ多い。）に用いたものなどがある。トロコイド形状のローターを多重化したものは、多重化することで圧縮性流体が通過することができる断面積の割合を高めることができる。
【００２６】
表１にステーターの条数が５条までのハイポサイクロイド形状のものを、表２にステーターの条数が３条までのエピサイクロイド形状のものを、それぞれ一覧表に分類整理した。何れもさらに条数の多いものが存在する。
【表１】
2015135100.tif 000003
表１は、ハイポサイクロイド形状のステーターに、ステーターの条数より１条少ないハイポサイクロイド形状のローターが内接するように縮小したものである。
Ａ行は、基本形状を示し、線のみで示される厚さが無い形状や、角の尖った形状のものは、このままでは作成困難である。
作製可能な形状のものは、基本形状に円を転がしてできる包絡線に補正したＢ行の形状になり、この中にモーノ型及びトロコイド型の形状が分類される。
Ｃ行は、基本形状のローターの各辺を円弧、楕円弧、ハイポサイクロイドの曲線の一部などに置き換え中央部を膨らせた形状で、正多角形のステーターに内接するよう調整され、ローターが回転してできる包絡線に修正したもので、この中にトリカム型の形状が分類される。この表には掲載していないが、楕円弧の形状によっては、角を丸めた正多角形には内接できないが、図６の（ｃ２）や（ｃ３）の図形のように、一軸偏心ネジポンプまたは一軸ネジポンプとして利用できる形状が存在する。
【表２】
2015135100.tif 000004
表２のＤ行からＦ行は、エピサイクロイド形状のステーターを用い、ステーターの条数より１条多いハイポサイクロイド形状のローターが内接するよう縮小したものある。Ｄ行の基本形状のものは、厚さが無いもの、角が尖っているなど、このままでは作成困難な形状である。  
作製可能な形状のものは、基本形状に円を転がしてできる包絡線に補正したＥ行の図形である。Ｆ行には、基本形状のローターの角辺を、中央部分を膨らせるように楕円弧等で置き換えた形状のものが分類され、この形状の中にヴァンケル型が分類されている。各種の円弧、楕円弧、ハイポサイクロイドの曲線の一部などから、適合する形状を選び置換え、ステーターの形状は偏心回転するローターの包絡線に合わせて調整を加えた形状である。
【００２７】
表１及び２に分類した図形は、何れの図形でも、軸方向に螺旋状にひねりながら延長することで、定容積の軸流ポンプ（容積可変の一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプ）に拡張でき、ステーターの開口面積からローターの断面積を差し引いた、面積Ｓは、
Ｓ  ＝  Ｔ・ｅ２ 
と記述できる。
ここで、ｅは偏心半径、Ｔは、ステーターとローターの形状、条数および組み合わせごとに決まる形状定数で、楕円弧の使用の有無や形状、包絡線を生成する円の直径Ｄｃなどの多数の要素で変化する。
また、一軸偏心ネジポンプとして使用する場合、波長λｒのローター１回転あたりに吐出される容積Ｑは、次式であらわされる。
Ｑ  ＝  Ｓ・Ｎｓ・λｒ  
＝  Ｔ・ｅ２・Ｎｒ・λｓ  
ここで、Ｎｒ：ローターの条数、Ｎｓ：ステーターの条数、λｓ：ステーターの１波長の長さである。
なお、モーノ型の形状定数ＴＭは、ローターが偏心移動する方向と、直径Ｄｒが寄与する方向とが直交しているので、
ＴＭ  ＝  ４・Ｄｒ／ｅ  
とすれば、モーノ型の吐出容積ＱＭは、Ｎｒが１であるから、
ＱＭ  ＝  ４・ｅ・Ｄｒ・λｓ
と表現でき、段落０００６に掲げた容積ＱＭの式と一致する。
なお、直径Ｄｃの円を転がしてできる包絡線により補正しているので、モーノ型では、
Ｄｒ  ＝  ２・Ｄｃ
である。
また、閉鎖したキャビティーの長さは、ハイポサイクロイドステーターでは１波長分、エピサイクロイドのステーターでは２波長分（２条以上のエピサイクロイドの基本図形では、２波長より長くなり、補正したものは、補正の方法により異なるが、２波長程度になる。）のステーターの長さが必要になる。
ステーターをローターとともに回転させる一軸ネジポンプの吐出容積Ｑは、ステーターとローターの回転数の差が１となる場合に対応する。
表１及び表２に分類した図形、並びに、表には整理されなかった図形は、軸方向に螺旋状にひねりながら延長するとともに、軸方向に偏心半径e、形状定数Ｔ、及び、波長λｓ（ピッチ）を変えることで、容積可変の一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプに拡張することができる。
ここに、軸方向に偏心半径e、形状定数Ｔ（補正に使用する円の直径Ｄｃを連続的に可変することを意味する。基本形状の変更では連続的に可変することは困難である。）及び波長λｓを可変することで、キャビティーの容積を可変することができる軸流ネジポンプ（容積可変一軸偏心ポンプ及び容積可変一軸ネジポンプ）を提案する。
【発明の効果】
【００２８】
ローターの回転に伴い、軸方向にキャビティーを移送するとともに、その容積を連続的に変えることができるので、圧縮性流体の物理的状態（液体、気体）、圧力（密度）、温度等の物理的変化、そして燃焼等化学的変化を含む多くの事象を適切に取り扱うことができる。
【００２９】
エアコン、冷蔵庫、冷凍庫のコンプレッサーとして使用することができるほか、キャビティーの個数を多くすることで、従来のポンプでは扱えなかったような大きな圧力差を取り扱うことができる。容積型ポンプであることから、極めて遅い回転速度で効率の高い運転ができるとともに、熱力学的に理想的な気体の圧縮や拡張を行うことができるので、効率の良い熱機関としても利用できる。熱力学的な改革をもたらすとともに、従来の手法とは異なる全く新しい方法で、自然エネルギーや資源の採取に応用できるなど、あらゆる分野での応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】偏心半径ｅを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの説明図である。
【図２】ローターの直径Ｄｒを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの説明図である。
【図３】偏心半径ｅ及びローターの直径Ｄｒを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの説明図である。
【図４】波長λ(ピッチ）を直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの説明図である。
【図５】偏心半径ｅ、ローター１の直径Ｄｒ及び波長λｒ（ピッチ）を変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの説明図である。
【図６】トリカム型、カージオイド型、ヴァンケル型、トロコイド型、その他形状の類似したものなど、容積可変ポンプとして使用可能な形状に関する説明図並びに多重ローターに関する説明図である。
【図７】ローターとステーターの形状及びキャビティーに関する基礎的な説明、並びに、結合方法に関する説明図である。
【図８】真空ポンプ（実施例１）としての実施方法を示した説明図である。
【図９】圧縮空気エンジン（実施例２）としての実施方法を示した説明図である。
【図１０】空気液化装置（実施例３）及び空気調整機（実施例４）としての実施方法を示した説明図である。
【図１１】水蒸気拡張器（実施例５）としての実施方法を示した説明図である。
【図１２】内燃機関（実施例６）としての実施方法を示した説明図である。
【図１３】遠隔駆動ポンプ（実施例７）、海底資源採取ポンプ（実施例８）及び多重トロコイドポンプ(実施例９）としての実施方法を示した説明図である。
【図１４】熱エネルギー回収器（実施例１０）及び冷熱回収器（実施例１１）としての実施方法を示した説明図である。
【図１５】太陽光エネルギー回収器（実施例１２）としての実施方法を示した説明図である。
【図１６】地熱エネルギー回収器（実施例１３）としての実施方法を示した説明図である。
【図１７】高圧空気利用システム（実施例１４）、熱交換拡張器（実施例１５）及び圧縮性流体圧力調整器（実施例１６）としての実施方法を示した説明図である。
【図１８】温度差駆動発電機（実施例１７）、圧縮空気駆動発電機（実施例１８）並びに熱回収パネル型発電機（実施例１９）としての実施方法を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１から図５までに示した容積可変一軸偏心ネジポンプは、ローター１を回転（偏心回転）することで、圧縮性流体の圧縮を、逆方向に回転することで拡張を行うことができ、容積比を１．０１から数百倍に設計することができる。
また、偏心軸についても固定し、ローター１とステーター２の双方を回転させ、容積可変一軸ポンプとして利用することができる。（この場合、ステーター２は、アウターローターと呼ぶ。）
図６に示すとおり、トリカム型、ヴァンケル型、トロコイド型、カージオイド型等、多彩な形状についても、その形状を軸方向にねじりながら拡張することで、定容積の若しくは容積可変の一軸偏心ネジポンプ及び容積可変一軸ネジポンプとして利用できることを示した。
従来の冷蔵庫やエアコンのコンプレッサーなどに置き換えて利用できることは、説明するまでも無いが、複数のポンプを組み合わせること、及び、弁を付けキャビティー内の圧力調整をする機能を付加することで、さらに能力を大きく向上させることができる。
【００３２】
図７は、容積可変一軸偏心ネジポンプ３の長さを１２波長分とした縦断面図（ａ）、そのローター１の外観図（ｂ）と一定の厚みを付けてモデリングしたステーター２の外観図（ｃ）、容積可変一軸偏心ネジポンプを短径側で結合した物理・化学反応器３３の縦断面図（ｄ）、ネジの回転方向を中央部で反転した圧縮性流体圧力変換器３５の縦断面図（ｅ）及び、容積可変一軸ネジポンプの長径側で結合した物理・化学反応器（その２）３８の縦断面図（ｆ）である。
図７（ａ）は、偏心半径ｅ及びローター１の直径Ｄｒを１０倍、波長λを５倍変え、長さをローター１の波長λｒの１２波長分とし、閉じたキャビティーの実効的な容積比として９０を得ている。
波長λｓの長さを短くすることで、キャビティーの数を増すことができるとともに、実効的な容積比も大きくすることができる。
偏心半径ｅは、軸方向に直線的に変化しなければならないが、形状定数Ｔは、任意に設定でき、キャビティーの容積を等比級数的に変化させるなど、多様な設計が可能である。
キャビティーＡに高圧空気を入れる場合とＡとＢ両方に高圧空気を入れる場合とを比較すると、両方に入れる方が高圧空気の消費量、回転力共に大きくなる。ＡからＧまでのキャビティーにそれぞれ吸入弁を設けて、高圧空気の吸入個所を変更することにより、容積比を変えて運転することができる。
同様に、ＨからＭまでのキャビティーにそれぞれ弁を設けることで、適切な拡張容積比を選ぶことができる。
【００３３】
図７（ｂ）にローター１の外観を、（ｃ）に一定の厚さでモデリングしたステーター２の外観図を示す。
何れも図７（ａ）の縦断面図のローター１とステーター２を立体形状としてモデリングしたものであり、ローター１は、１条ネジ、ステーター２は、２条ネジであることが解る。
【００３４】
図７（ｄ）は、２つの容積可変一軸偏心ネジポンプ３１、３２を、左右に配置して、中心軸６０及び偏心軸６１を共に合わせて、短径側で結合した物理・化学反応器３３の縦断面図である。ローター１が回転し、左の開口部２４１から入った空気は、圧縮機３１により圧縮され、次に拡張器３２で拡張されて開口部２４０から吐出される。
中央部の高い圧力の中で、物理変化、化学変化等の反応を行う、物理化学反応器３３として利用可能な構成である。圧縮に要したエネルギーは、拡張過程で回収することができる。高圧空気中での燃焼、高圧高温の超臨界流体中における連続した化学反応を行うなど、多方面で利用可能である。
【００３５】
図７（ｅ）は、中央部でネジの回転方向が逆になっている、圧力変換器３５として利用可能な容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図である。
左の開口部２４１に４気圧の高圧空気を加え、その圧力でローター１を回転させ、中央部の開口部２４０から吐出する。ローター１の回転に伴い、右側の開口部２４１から１気圧の空気を吸込み、同じく中央部の開口部２４０から、およそ２気圧の空気を吐出する。
絞り弁で圧力を下げた場合は、空気量に変化は無いが、圧力変換器３５では、右の開口部２４１から吸い込んだ空気量が加わるので、損失が少ないことが解る。圧力変化に伴い発生した熱と冷熱は平均化される。
また、逆方向に利用すると昇圧器として動作し、圧力変換器３５の中央部の開口部２４０に圧力を加えることにより、右側の開口部に向って空気が流れローター１が回転する。螺旋の向きが逆になっているので、左の開口部２４１には圧力を高めた空気を得ることができる。発生した熱と冷熱は平均化されないので、必要に応じて熱交換を行うとよい。
ローター１の内部を空洞とし、若しくは、ステーター２の周囲を外殻で覆い、螺旋状の流路を構成し、それぞれの内部をヒートパイプにすることで、熱交換を行う方法も考えられる。
【００３６】
図７（ｆ）は、２つの容積可変一軸偏心ネジポンプ３１、３２を、左右に配置して、ローターの回転軸（偏心軸）６１を合わせて、長径側でローターを結合した物理・化学反応器（その２）３８の縦断面図である。開口部２４１から入った空気は、圧縮機３１により圧縮され、パイプを通して拡張器３２で拡張されて開口部２４０から吐出される。
高い圧力の中で、物理変化、化学変化等の反応を行うことができる、物理化学反応器３３と同様の利用が可能であるが、ローターの回転に伴い、ステーター（アウターローター）も回転するため、磁性流体を使用するなど、回転する接続部の気密性を確保する必要がある。
ローターの結合に自在継手等を使用して接続する場合は、ステーターを回転させる必要はない。
【００３７】
図には示していないが、一軸偏心ネジポンプ４基を平行に配置して、ローターの偏心回転の位相を調整してギアにより結合し、２基を逆方向に回転させて、偏心運動（歳差運動）による重心の変位をキャンセルする配置も考えられる。
キャビティーの容積を決める要素である、偏心半径ｅ、形状係数Ｔおよび波長λ（ピッチ）の各変化量を調整し、直径を増加した分、波長を長く設計するなどし、実質的に定容積とする設計も可能である。非圧縮性流体を高い圧力で吐出する場合も圧縮特性を勘案し、１個所のキャビティーに圧力が集中することが無いように設計することも可能である。圧力を加えない送風のみの用途や、非圧縮性流体を数十センチの高さに移送する用途などでは、ローターとステーターの間に多少隙間があっても、また、閉じた箇所が１個所以下であっても、流体を移送することは可能であり、それなりに利用可能な用途が存在する。
高い圧力を取り扱う用途などでは、キャビティーの密閉度が重要となってくるため、温度変化による変形などを勘案し、ローターとステーターは、精密に加工する必要がある。
【実施例】
【００３８】
図８は、真空ポンプ３１２（実施例１）を示した縦断面図である。１２段のキャビティーからなる実容積比５０倍の容積可変一軸偏心ネジポンプ３、並びに複数の整合弁２８によって構成される。メンテナンスが容易にできる常圧側に動力源の電動機を配置し、自在継手１５１で連結している。（説明図であるため、真空容器５３は、かなり小さく描かれている。）
【００３９】
運転開始時において、真空容器５３内の圧力が常圧の状態から運転を開始すると、過渡的にではあるが容積可変一軸偏心ネジポンプ３１２の後段のキャビティー内の圧力が大気圧を超えることとなる。排気する空気を過剰に圧縮することを避けるため、整合弁２８を設けており、空気室２５５よりも圧力が高くなったキャビティーの逆止弁２８３が開き、過剰となった空気を排気する。（逆止弁２８４は、開いていることを表現している。）
【００４０】
空気中に含まれる水分が結露するなどし、非圧縮性流体がキャビティーを満たすとローター１の回転が停止する原因となる。非圧縮性流体が原因で圧力が高くなったキャビティーの逆止弁２８が開いて、空気室２５５に排出する。空気室２５５では、重力により分離し吐出口２４０から空気９５、非圧縮性流体９９をそれぞれ排出する。
容積比をさらに大きく設計することもできる。逆回転することで、穏やかに空気を戻すことができる。
【００４１】
図９は、圧縮空気エンジン３２３（実施例２）の縦断面図（ａ）、車載イメージ（ｂ）及び制御弁を含む横断面図（ｃ）である。図９（ａ）は、高圧空気室１５５と一体化した１２段のキャビティーからなる実容積比６０倍の容積可変一軸偏心ネジポンプ３、並びに複数の整合弁２８によって構成される圧縮空気エンジン３２３である。回転力は、自在継手１５１、駆動軸１５２を経由して伝達している。車両の他、工具等の動力源として利用できる。
【００４２】
空気圧を調整するために一般的には絞り弁が使用されるが、絞り弁を通過する際の圧力損失が大きいため、圧縮空気のエネルギーを十分利用することができない。
図９（ａ）の実施例では、円錐台形（円筒形）の整合弁２８１を使用し、その回転角ごとにキャビティーの小さい方から順番に開口部２４を開き、高圧空気を充填する構造になっている。
必要なトルクを得るために、円筒弁２８１を操作し、負荷に応じたキャビティーに高圧空気を充填するように調整する。
【００４３】
円錐台形（円筒形）の整合弁２８１は、高圧空気室２５５の圧力の影響を受けずに、外部から調整できる構造とする必要がある。
高圧空気室２５５の圧力が低下したときは、円錐台形（円筒形）の整合弁２８１を回転し、数段階多く開放することで、回転力の低下を補う。
吐出側にも円錐台形（円筒形）の整合弁２８０を設けており、圧縮空気の適切な拡張を行うように調整することができる。
【００４４】
ステーター２の２条ネジの突出部にそって螺旋状に複数の穴２４を開け、円錐台形（円筒形）の整合弁２８に設けた開口部２４により開閉するようになっている。
図9（ｃ）に円錐台形（円筒形）の整合弁２８の開口部２４を含む断面図を示す。円錐台形（円筒形）の整合弁２８を回転し、その開口部２４がステーター２の開口部２４と重なったときにキャビティーを開放する。ステーター２の螺旋状に並んだ開口部２４及び円錐台形（円筒形）の整合弁２８の形状は、図９（ｃ）に相似（円錐台形（円筒形）の整合弁の開口部２４の開口角度が異なる。）の形状である。
【００４５】
排出された空気は、膨張過程で温度が低下するので、室内の冷房に使用することができる。
円錐台形（円筒形）の整合弁２８１を全て閉じることで、次第にキャビティー内が負圧となり回転を抑制するので、ブレーキ動作を行うことができる。走行中に変速ギアを逆回転状態とすることで、圧縮空気エンジン３２３のローター１を逆方向に回転させ、空気を吸込み圧縮し、高圧空気室2５５に充填することで、回生動作を行うことができる。制動量は、円錐台形（円筒形）の整合弁２８０と２８１で調整する。
【００４６】
図１０（ａ）は、容積可変一軸偏心ネジポンプ２台を、短径側でローターを直結した熱交換空気圧縮器３１５と断熱拡張器３２１からなる空気液化装置３３２（実施例３）の縦断面図である。自在継手１５１をとおして駆動し、開口部２４１から取り込んだ空気９００を熱交換しながら圧縮した後、拡張器３２１により断熱膨張させている。
【００４７】
熱交換空気圧縮機３１５と断熱拡張器３２１の下側に、非圧縮性流体トラップ２８５を設け、結露水９９１、液体二酸化炭素９９２等を捕捉する。非圧縮性流体トラップ２８５は、適宜弁を開いて排出する。拡張が進み温度が低下し液化した酸素９９３と、窒素を主成分とする低温の気体９０４に分離する。低温の気体９０４は、熱交換圧縮器３１５のステーターの外側の螺旋状の流路２４３を巡らせ、対向式の熱交換を行い、吐出口２４０から放出する。
【００４８】
熱交換空気圧縮機３１５のステーター２に設けたキャビティー間を結ぶ帰還パイプ２４４は、圧力の高いキャビティーから低いキャビティーへ空気が移動する。キャビティー内に噴出した空気は、対流を発生させ、熱交換の効率を向上する。キャビティーの移動方向とは逆方向に空気が移動するので、移送効率を犠牲にして熱交換効率を向上させている。帰還パイプ２４４に絞り弁を設けることで、運転中に調整を行うことができる。帰還パイプは、ローター１の中に設けることもできる。熱交換空気圧縮機３１５と断熱拡張器３２１のローターを直結することで、圧縮に要したエネルギーの一部を拡張する際に回収することができる。
【００４９】
図１０（ｂ）は、冷媒を使用しない空気調整機３３１（実施例４）の縦断面図である。
吸入口２４１から空気９００を取り入れ、断熱圧縮機３１１で圧縮する。圧縮した空気は高温となるが、圧縮の途中で分岐した空気と、対向流熱交換器５７１で熱交換を行い、続いて断熱拡張器３２１で断熱拡張することで、冷却空気９３０を作る。
２つの吐出口２４０に高温空気９１０と冷却空気９３０を同時に作ることができる。一方を室内に送風して、暖房または冷房に使用し、他方は屋外に排出する。（図１４（ａ）の熱エネルギー回収器、または図１４（ｂ）の冷熱回収器を使用してさらに効率を改善することができる。）
組み合わせた容積可変一軸偏心ネジポンプ３３は、電動機１６１により、中央部のギア１５４をとおして駆動している。ローター１が偏心回転することを考慮して、ギア１５４を作製する必要がある。
【００５０】
図１１は、水蒸気拡張器３２２（実施例５）の縦断面図（ａ）とローター１とギア１５４の接合部の説明図（ｂ）である。
図１１（ａ）は、実容積比が３．５倍の容積可変一軸偏心ネジポンプ３と発電機１６５とで構成した発電用の水蒸気拡張器３２２である。
ステーター２は、２組みのベアリング１５１により回転自在に設置され、内部に挿入されたローター１の回転速度の２分の１の速度で回転するようになっている。
【００５１】
蒸気発生器から高温高圧水蒸気９１１Ｈを拡張器吸入口２４１に導入する。高温高圧水蒸気９１１Ｈの高い圧力と膨張力で、キャビティーの容積が増加する方向にローター１とステーター（アウターローター）２を回転させる。高温高圧水蒸気９１１Ｈを断熱膨張し、熱エネルギーを回転力に変換する。回転力は、ギア１５４及び駆動軸１５２に接続された発電機１６５を駆動し電力を得る。温度が低下した低圧水蒸気９０１を復水器に導く。
【００５２】
図１１（ｂ）にローター１とギア１５４の接合部の断面６３の様子を示す。ステーター２に固定した半径２ｅの内歯歯車２５４と、ローター１に固定した直径２ｅの歯車１５４のピッチ円６５をそれぞれ破線で示すように、上部で噛み合い、ステーター２は、中心軸６０を中心に、ローター１は固定されたローターの回転軸６１を中心に、それぞれ１対２の比率で回転する。
【００５３】
ステーター２が回転することとなるが、ローター１が歳差運動（偏心運動）をすることなく回転できるので、振動が少ない特徴がある。
ステーター２、ローター１共に、回転軸に対するバランスを取っておく必要がある。特にローター１の端部の質量が大きいので、内部を空洞にするなどの調整が必要である。
【００５４】
図１２は、内燃機関３３５（実施例６）の縦断面図（ａ）と車載イメージ（ｂ）である。
容積可変一軸偏心ネジポンプ２基を圧縮機３１と拡張器３２として回転対象に配置して、短径側で結合し、中央部に高圧空気室２５５を形成している。ローター１の回転軸とステーター２の中心線とが、それぞれ一直線となるように配置し、直結している。拡張器３２の長径側から自在継手１５１を経由して駆動軸１５２に動力を伝達している。
ステーター２の螺旋状の突出部分に複数の整合弁開口部２４を設けており、円錐台形（円筒形）の整合弁２８０、２８１を配置している。円錐台形（円筒形）の整合弁２８０、２８１は、その回転によりキャビティーの大きい方から順番に開口部２４を開く構造になっている。図１２（ａ）では、およそ半分が開いている状態を表している。
【００５５】
始動は、始動弁２８８を開き、高圧空気室１５５内に蓄積した圧縮空気を拡張器３２に導入し、その圧力でローター１を回転させる。さらに燃料供給チューブ２６１から燃料を噴射し、点火装置２６３で点火する。高圧空気で満たされたキャビティー内で燃焼が進行する。ローター１の回転とともにキャビティーの容積が徐々に増し、十分な時間をかけて燃焼させ、かつ、燃焼ガスを断熱膨張する。燃焼ガスが持つ熱エネルギーを膨張力として効率的に回転力に変換する。ピストンエンジンのように低温部と高温部を往復する部品がなく、燃焼が常に同一部分で行われる構造である。始動後、吸入口２４１から取り込んだ空気が圧縮機３１で圧縮され、拡張器３２に到達すると、始動弁２８８を閉じて、定常運転の状態となる。
【００５６】
ピストンエンジンと異なり、キャビティーの容積増加速度が小さく、燃焼に伴って生じるキャビティー内の急激な圧力増加を緩和するため、圧力緩和室２６４を備えている。燃焼を開始するキャビティーの移動方向に配置し、燃焼による圧力増加に伴い、ステーターの壁面の一部がピストンとして圧力緩和室内に押し込まれ、急激な圧力上昇を緩和する。キャビティーの移動と共に容積を増し、圧力が低下すると、圧力緩和室２６４に内蔵されたばねの力と背圧により燃焼ガスをキャビティー内に押し戻す。
【００５７】
圧縮機３１に付属する円錐台形（円筒形）の整合弁２８１を回転することで、空気の圧縮行程を調整する。拡張器３２に付属する円錐台形（円筒形）の整合弁２８０を回転することで、膨張行程を調整することができる。圧縮空気量、燃料の投入量並びに膨張行程を、広い範囲で変えることができるので、回転数、発生トルクを広い範囲で調整することができる。稼働中に制御弁２８７を開き、高圧空気室１５５に圧縮空気を補填する。燃料供給を止め、制御弁２８７を開くことで、制動及び回生動作を行うことができる。停止状態において、制御弁２８７を開き、圧縮機３１に高圧空気を送り込み、拡張器として動作させることで逆回転することができ、車両の後退動作を行うことができる。
【００５８】
ローター１の重心はその回転軸上に、ステーター２の重心はその中心軸にあるように製作する。２つの一軸偏心ネジポンプを一体とした場合は、重心はほぼ中心に存在するが、ローターの歳差運動に伴う回転ブレが問題となる。偏心軸と中心軸との間の質量比となる直線上で支えることで振動を打ち消すことができる。（ローターの歳差運動によるブレを、ステーターを逆方向にぶらして打ち消す。）
偏心半径ｅより短い防振クランク１５１、歳差運動に伴うブレの影響を受けずに、かつステーター２が中心軸周りを回転しないように支持する防振支持具２５３を使用し、駆動軸１５２についても短くすることにより、車体に伝わる振動を軽減することができる。
【００５９】
図１３は、遠隔駆動揚水ポンプ３４１（実施例７）の縦断面図（ａ）及び利用方法の説明図（ｂ）、海底資源採取ポンプ３４２（実施例８）の説明図（ｃ）、並びに、多重トロコイド圧縮機３１ｃ（実施例９）の横断面図（ｄ）及び縦断面図（ｅ）である。
図１３（ａ）は、容積可変一軸偏心ネジポンプ３を使用して、図１３（ｂ）に示すように、１０ｍを超える揚程の遠隔駆動揚水ポンプ３４１を構成している。汲み上げた水の一部をポンプ５０１で遠隔駆動ポンプ３４の駆動流体供給口２４２に給水している。加えられた水圧によりキャビティーを拡張する力が働くので、水面７５より下の水を吸込みながらローター１を回転し、揚水する。
【００６０】
キャビティーの長さは、モーノポンプの場合、ステーターの１波長分、すなわちローターの２波長分の長さがあり、キャビティーの間隔はローターの１波長分であるから、ローターの３波長分の長さである場合は、閉じたキャビティーが常に１つのみとなる。３波長より短いと、給水中のキャビティーが解放状態になることがあり、また、３波長より長いと、キャビティーへの給水が行われない状況が生じる。この実施例では、長さを３波長より長くし、逆止弁２８３を２個配置して、死点が発生することを避けている。
【００６１】
揚水量は、閉じたキャビティーの実効容積比が２である場合、ポンプ５０１から送り出す水量の２倍の水を揚水することができる。起動時にポンプ５０１が水で満たされていない場合は、高い圧力で空気を送り出し、揚水を開始する必要がある。ポンプ５０１は、キャビティーの容積が一定の一軸偏心ネジポンプなどが適当である。
【００６２】
図１３（ｃ）は、遠隔駆動ポンプ３４を、海上の資源掘削船５１３から海底資源泥７６を引き上げる海底資源採取ポンプ３４２（実施例１０）の説明図である。資源掘削船５１３に設置した多重トロコイド圧縮機３１ｃと空気圧縮機３１１は、海底の水圧に見合う高圧空気を、チューブ８４１を通して海底の海底資源採取ポンプ３４２の駆動流体供給口２４２に送っている。
多重トロコイド圧縮機３１ｃは、５重のトロコイド形状のローターを使用し、歯数が最内周４と最外周８とすることにより、２対１の関係となる。モーノ型の一軸偏心ネジポンプである空気圧縮機３１１と偏心軸を共有することができ、圧縮性流体の通過可能な断面積を増やせるので、大量の空気を取り入れることができる。（図には、駆動方法などを省略している。）
圧縮機として利用するためには、閉じたキャビティーを構成することが必須条件であるが、後段において流量制限がされている場合は、閉じた箇所が１個所あれば圧縮性流体の圧縮を行うことが出来る。（送風機など、圧縮が目的でない用途に用いる場合、１個所が閉じておれば逆風を遮断でき、安定な送風を行うことが可能であり、騒音を遮断できる特徴などがある。流体の速度などを考慮して、通過面積と波長（ピッチ）を変えるなど、適切な設計が可能である。）
海底資源採取ポンプ３４２は、図１３（ａ）の遠隔駆動ポンプ３４のローター１の先端にフィン１６６を取り付け、海底の資源泥７６をすくい取り、海底資源採取ポンプ３４２の中に吸引するようになっている。
【００６３】
なお、高圧空気で駆動していること及びキャビティー内が真空状態となっても、海底の高い水圧によりローター１が回転する状況では、逆止弁２８３を設ける必要はない。キャビティーの段数を増やし、拡張比を大きくするとともに、高い水圧下においてローター１が低速で回転する機構及び必要に応じてローターの回転を止めておく機構等が必要である。
【００６４】
ローター１が回転すると、海底資源採取ポンプ３４２のキャビティー内では、資源泥、海水、海上から送り込まれた高圧空気の順に層を成して上へ押し上げられる。キャビティーの上部が開くと、最初に空気がチューブ８４０に送られる。次に海水と資源泥がチューブ８４０内に押し込まれる。ローター１の回転が進み、次のキャビティーが解放されると高圧空気が噴出するので、海水と資源泥７６は高圧空気の圧力で上へと押し出される。
【００６５】
粘度の高い資源泥７６は、形状を保ったまま、空気銃の銃身の中を弾丸が進むように上昇する。キャビティーが開くたびに繰り返すので、高圧空気と資源泥が交互になって上昇する。空気の重量が小さいので、稼働に要する負荷が軽減される。海底資源泥７６は、短時間で資源掘削船５１３に達し、船内で空気と分離される。海底資源泥７６は、大量の海水に混ぜて汲み出すことが多いが、海水と資源泥を分離することは、大変困難な作業を要する。空気と泥は簡単に分離できるので、資源採掘による環境破壊を軽減できる。
【００６６】
図１４は、熱エネルギー回収器３５１（実施例１０）の縦断面図（ａ）と風力発電への適用説明図（ｂ）、並びに冷熱回収器３４５（実施例１１）の縦断面図（ｃ）である。
図１４（ａ）は、圧縮機３１と拡張器３２とを偏心軸を共有して一体化した圧力変換器３５により構成した熱エネルギー回収器３５１である。ステーター２とローター１の螺旋の向きが、矢印９００の位置から左右で逆になっている。（ローター側面２ｓの向きが異なる）
図７（ｅ）に示した圧力変換器３５に、外部の熱源流体から熱交換を行うことができる構造としたものである。
【００６７】
吸入口２４１Ａから熱源流体９１Ｈを吸入し、拡張器３２のステーター２の周囲の螺旋状の流路２４３を巡らせ、熱をステーター２に移し、外気温に近い温度で吐出口２４０Ａから熱源流体を排気９５している。ステーター２が熱せられキャビティー内の空気が膨張すると、ローター１が回転を始める。中央部の吸入口２４１Ｂから取り入れた空気９００は、左右に分かれ、右に進んだ空気は、熱せられて膨張し、高温空気９１０となり、折り返して拡張器３２の螺旋状の流路を巡り、ステーター２に熱を戻して、低温となった空気を吐出口２４０Ｂから排気９５している。一方、左に進んだ空気は、圧縮機３１で圧縮され、高温の高圧空気９１０Ｈを作り出し、逆止弁２８３をとおして吐出口２４０Ｃから吐出している。
熱源流体９１Ｈと高温空気９１０は、共に螺旋状の流路２４３を巡るが、経路は異なっており、混合しない。拡張器３２の温度分布を考慮して、高温空気９１０の折り返す位置を決定する。
拡張器３２のステーター２の内面とローター１の表面は、なめらかではなく、角度３０度ごとの回転する階段状になっている。その形状はローターの回転に支障なく、熱交換の表面積を広げるとともに、キャビティー内部の空気を撹拌し、熱交換を効率的にするものである。熱交換拡張器３２５は、スターリングエンジンのような外燃機関であるが、冷熱源側の熱交換器が不要な、解放型の熱機関である。
【００６８】
図１４（ｂ）は、風力エネルギー利用システムで、熱エネルギー回収器３５１を効果的に使用するための説明図である。風車のプロペラ２６２により圧縮機３１を駆動して高圧空気を作る。このときに、断熱圧縮されるため多量の熱が発生する。高圧空気は、圧縮空気タンク５５１で保存できるが、熱の保存が困難であることから、自然エネルギーの効率的な利用を阻害する要因のひとつであった。
風車の圧縮機３１が作った高温高圧空気を、熱源流体９１Ｈとして熱エネルギー回収器３５１の吸入口２４１Ａに送り、螺旋状の流路２４３を巡り吐出口２４０Ａに吐出している。吸入口２４１Ｂから取り込んだ空気９００と熱交換を行い、空気の膨張力を回転力に変えている。この回転力から圧縮機３１により高圧空気９１０Ｈを作っている。この高圧空気９１０Ｈも熱を含むので、熱源流体９１Ｈと混合し、再度、熱を回収した後、吐出口２４０Ａから高圧空気９００Ｈを高圧空気タンク５５１に送り保存する。高圧空気を保存するには、高圧空気タンクがあればよく、二次電池の様に希少で高価な資源を使う必要がないので、経済的に大規模なシステムを構築することができる。
【００６９】
図１４（ｃ）は、中心軸と偏心軸を共有する、熱交換圧縮器３１５Ａと３１５Ｂからなる冷熱エネルギー回収器３４５である。
開口部２４１Ａから冷熱源流体９３０を吸入し、熱交換圧縮器３１５Ａ内の螺旋状の流路２４３Ａを巡らせ、キャビティー内の空気を冷却し、開口部２４０Ａから排気９５している。キャビティー内の空気が冷却されて、体積を減じることで、ローター１を回転させる。キャビティーから出た温度が低下した空気は、Ｃの経路を経由し、螺旋状の流路２４３Ａを還流し、キャビティーの予冷に使用した後、吐出口２４０Ｃから排気９５している。
圧縮器３１５Ｂのローターが回転することで、開口部１４１Ｂから取り込んだ空気９００を圧縮し、対向流熱交換器５７１を通した後に、高圧空気９１０Ｈを吐出口２４０Ｂから吐出している。開口部２４１Ｃから取り入れた空気９００を対向流熱交換５７１に通して熱を回収し、温度差を確保して熱交換圧縮機３１５Ａに還流している。
熱交換圧縮器３１５Ａと圧縮器３１５Ｂの間に仕切り板１７１を設け、作動流体が混合しないようにしている。
【００７０】
図１５は、太陽光エネルギー回収器３５２（実施例１２）の縦断面図（ａ）及び利用方法の説明図（ｂ）並びに宇宙空間における利用方法の説明図（ｃ）である。
図１５（ａ）は、図１４の熱エネルギー回収器３５１を変形して、太陽光エネルギーを回収するためにステーター２を露出した構造としている。ステーター２の露出部分に太陽光７１を集光して高温とすることで、熱交換拡張器３２５の内部の空気を膨張させ、ローター１を回転させる。吸入口２４１Ａから空気９００を吸込み、拡張器３２５のキャビティーを膨張させる。排出された高温空気９１０を折り返し、拡張器３２５の予熱に使用し、温度を下げて吐出口２４０Ａから排気９５している。
【００７１】
吸入口２４１Ａから圧縮機３１に吸い込んだ空気９００は、ローター１の回転により圧縮され高温高圧空気９１０Ｈとなり、吐出口２４０Ｂから吐出する。再度熱交換拡張器３２５に送り予熱に使用することで効率を上げることができるが、説明図が複雑になるため、この部分を割愛している。また、熱交換拡張器３２５の集熱部の表面は、小さなピラミッド状とし、表面を黒く加工し、太陽光７１を効率よく吸収できるようにするとともに、大気に熱を奪われないように太陽光を透過する断熱材料で保護することが望ましい。
【００７２】
図１５（ｂ）は、太陽光エネルギー利用システムの全体説明図である。太陽光７１を追尾可能な凹面の反射板５１４とその焦点に太陽光エネルギー回収器３５２を配置している。太陽光エネルギー回収器３５２を直立したタワーの形状とし、周辺に追尾可能な可動ミラーを多数配置するなどの集光方法もある。高圧空気は、近くに配置した高圧空気タンク５５１に送り、保存する。半導体を使用した太陽光パネルと比較して、本件太陽光エネルギー利用システムは、少ない費用で高圧空気としてエネルギーの保存ができ、需要の変動に柔軟に対応できる特徴がある。容積可変一軸偏心ネジポンプ３２と発電機１６５とにより構成した圧縮空気駆動発電機３２４により、蓄積した高圧空気から電力を得ることができる。
【００７３】
図１５（ｃ）は、太陽光エネルギー回収器３５２を宇宙空間において使用する方法を説明している。大気を利用することが出来ないので、冷熱源側に放熱器５７３と容積の大きな低圧空気タンク５５０を用意する必要がある。太陽光が当らない反射板５１４の陰に配置する。圧縮空気タンク５５１と低圧空気タンク５５０との間の圧力差を利用して、容積可変一軸偏心ネジポンプ３２と発電機１６５により構成した圧縮空気駆動発電機３２４により電力を得る。
【００７４】
図１６は、地熱エネルギー回収器３５３（実施例１３）の縦断面図（ａ）と使用方法の説明図（ｂ）である。
図１６（ａ）は、熱エネルギー回収器３５１を変形し、ステーター２を露出した構造にするとともに、ローター１の内部に高温空気９１０の折り返し路を螺旋状の流路１４３を設けている。
地熱で高温となったキャビティー内の空気の膨張力でローター１を回転させ、高温となった空気９１０は、ローター１の内部の螺旋状の流路１４３を通してキャビティーに熱交換を行った後に、吐出口２４０Ａから排気９５し、チューブで地上に導いている。
一方、ローター１の回転により、圧縮機３１で作られた高圧空気９１０Ｈを吐出口２４０Ｂから吐出し、地上に導いている。
【００７５】
図１６（ｂ）は、地熱利用システムの全体説明図である。地熱が見込める地面７３をボーリングして穴を開け、熱エネルギー回収器３５３を地中に挿入する。地上からポンプ５０により空気９００を地熱エネルギー回収器３５２に送り、圧縮機３１で作られた高圧空気９１０Ｈと吐出口２４０Ａからの排気９５を地上に導いている。高圧空気９１０Ｈは、高圧空気タンク５５１に保存する。
高圧空気９１０Ｈと排気９５に熱が残っている場合は、図１４（ａ）の熱エネルギー回収器３５１を縦続接続して回収することができる。
【００７６】
高温の地熱を地上に取り出してから利用するのではなく、地熱エネルギー回収器３５３を地中の地熱源７９の近傍に設置する方式であるので、これまで利用できなかった地下深くの地熱源を利用することができる。火山ガス等が地上に出にくいので、環境負荷が低い。なるべく低温の空気を送り込む必要がある。
【００７７】
図１７は、高圧空気利用システム（実施例１４）の説明図（ａ）、熱交換拡張器３２５(実施例１５）の縦断面図（ｂ）、圧縮性流体圧力調整器３５１(実施例１６）の説明図（ｃ）である。
図１７（ａ）の都市ガスエンジン３３６の圧縮器３１で断熱圧縮した高温高圧空気は、高温蓄熱器５４５、または熱エネルギー回収器３５１を経由して、温度を下げて高圧空気タンク５５１に保存する。
温水の需要がある場合は、熱を高圧空気に変えることなく、貯湯タンク５４１を設置・蓄熱して、直接利用することが適切である。貯湯タンク５４１の湯は、給湯管８１１から風呂などへの給湯に使用する。貯湯タンク５４１の湯を使用すると水道管８１から水が補給される。高温蓄熱器５４５から貯湯タンク５４１に高温空気の自然循環と熱交換機３２５により熱を移送する。
【００７８】
この他の高圧空気源として、風や、太陽光等による実施例１０から１３のエネルギー回収器による高圧若しくは高温高圧空気を利用することができる。
高圧空気タンク５５１の高圧空気を、高温蓄熱器５４５をとおして温度を上げ、高温高圧空気９１０Ｈにし、床暖房５２４、ノズル式送風機５２５、温蔵庫、各種ドライヤー等の熱源として利用できる。温水式と異なり熱源流体９１が高温空気９１０であるため、循環する必要はなく、使用後は室内に放出することができるので、簡便な利用が可能である。
【００７９】
図１７（ａ）の都市ガスエンジン３３６は、偏心半径ｅを一定とし、直径Ｄｒを中央部で小さくすることで、回転軸を共有する圧縮機３１と拡張器３２により構成している。
起動は、拡張器３２の閉じたキャビティー内に適量のガスを送り込み、点火燃焼させ、ローターを回転させる。圧縮機３１の途中から圧縮された空気を分岐している。拡張器３２に圧縮空気が送り込まれると、所定の圧縮比を確保し、効率的な定常運転に移行する。都市ガスエンジン３３６は、燃焼ガスが排出された状態で停止するので、スターターモーターなどの始動装置を省略できる。
【００８０】
図１７（ｂ）に容積可変一軸偏心ネジポンプを使用した熱交換器３２５の縦断面図を示す。上方に向かって増加する実容積比が１．０２の拡張器３２と螺旋状の流路２４３からなり、熱源流体９２（高温空気９１０または９１０Ｈ）とキャビティー内の水への対向流式の熱交換を行い、水の温度変化に伴う体積増加によりローター１を回転させている。
熱源流体９１は、１００℃を大きく超える前提であるが、熱供給源の状況によって温度や流量が変動する熱源である場合、一般的な熱交換器では、貯湯タンク５４１の水を沸騰させることなく９５から９８℃に加熱することは困難である。容積可変一軸偏心ネジポンプを使用した熱交換器３２５は、水の温度に比例して回転速度が変化し、内部で気泡を生じるとさらに回転が速くなり、適量の水９９１を汲み上げるので、沸騰させることなく安定した湯沸かしができる。（容積比は調整が必要である。）
【００８１】
図１７（ａ）の高温高圧空気配管８０２、高圧空気コンセント８０５、高温高圧空気を利用する器具及びこれらに繋ぐホースは二重構造となっており、外側に常温の空気を流して、ホースの外皮が高温になるのを防ぐ構造になっている。高温高圧空気を利用する器具内に、図１７（ｃ）の圧縮性流体圧力調整器３５０を内蔵し、円錐台形（円筒形）の整合弁２８１により圧力を調整するとともに、二重構造のホースの外側の常圧空気流路から空気を吸込み冷却し、さらに変動する圧力を一定に調整している。
【００８２】
図１７（ａ）の低温高圧空気配管８０１の高圧空気は、圧縮空気自動車、圧縮空気工具、ノズル式送風機５２５などの動力源に使用できる。拡張器３２に自在継手を使用して接続した発電機１６５により、電力に変えることができる。減圧することで温度を下げた空気を冷房や冷蔵庫の冷熱源として使用することができる。
切替えギア１５９を操作し、発電機１６５を切り離し、圧縮機３１を駆動することで、高温高圧空気を作り、対向流式熱交換機５７１を使用して室内空気と熱交換を行い、高温空気９１０を暖房等に使用することができる。冷却空気９３０は、室外に排気、若しくは、実施例１１の冷熱エネルギー回収器を使用することで、高圧空気として回収することができる。高圧空気は、再び拡張器３２の駆動に有効利用する。
【００８３】
発電機１６５の電力は、最高電圧１６０Ｖの直流として配電線８３１に給電するが、電流が増加するに従い供給電力を上限として電圧が低下する特性を持っている。商用電力８３から整流器５３で平均電圧が１００Ｖから１１０Ｖの直流に変え、同じく配電線８３１に給電している。インバーターを内蔵したＬＥＤ照明器具５２１は、８０Ｖから１６０Ｖを超える範囲の直流電圧で動作する。発電機１６５の電力が優先的に使われ、不足する電力は、自動的に整流器５３から供給される。
整流器５３は、整流器のみで構成され、待機電力が殆ど無い。図１７（ａ）には記載していないが、供給電力が多く必要なときは、インバーター式の電源装置を起動し、大きな電力を供給する構成とすることができる。
【００８４】
また、太陽電池パネルの電力を配電線８３１に給電することもできる。この場合も、電流が増加するに従い供給電力を上限として電圧が低下する特性とする。配電線８３１の電圧が１５０Ｖを超えるときは、余剰電力があると判断されるので、直流交流電力変換器５１を起動して、商用電力８３に売電する。
交流１００Ｖで動作するインバーター電源装置を内蔵する電子機器の多くは、交流１００Ｖと、８０Ｖから１６０Ｖの直流電圧の両方で動作するよう設計を変更することが容易にできる。交流コンセントに対して上位互換性のある電源プラグを使用して、直流コンセント８３５に接続して利用する。
【００８５】
高圧空気は、ボルテック・チューブ５６を使用して、プラス５０度までとマイナス５０度までの温度の異なる空気に分離することができる。ボルテック・チューブ５６を使用した冷蔵・温蔵庫５２３は、温熱、冷熱を同時に使用することができる。熱源または冷熱源のいずれか一方を使用し、他方を屋外に排気する使用方法もある。ボルテック・チュ−ブは、簡便な方法で、高温、低温の空気を作り出すことができ、非特許文献７に原理が説明されている。
【００８６】
図１８は、発電機一体化拡張器３６を使用した温度差駆動一体化発電機３６１（実施例１７）の縦断面図（ａ）、圧縮空気駆動一体化発電機３６２（実施例１８）の縦断面図（ｂ）、並びに熱回収パネル型発電機（実施例１９）の横断面図（ｃ）と縦断面図（ｄ）である。
図１８（ａ）の温度差駆動発電機３６１は、上方に向かって増加する容積比が１．０１の拡張器３６であり、絶縁体で作成したステーター２の周囲に、電磁コイル２４９を巻き、ローター１に磁石１４９を装備している。
日光などによる熱でキャビティー内の空気を熱し、体積が増加することにより、磁石１４９を埋め込んだローター１を回転させ、電磁誘導作用により電磁コイル２４９で発電し、電極５８３に出力する。（発電機能は、ローターの回転状態のモニターとしても利用できる。回転力のみを利用する場合は、発電機能は必要無い。）
開口部２４１からなるべく冷たい空気を吸入する必要がある。
【００８７】
図１８（ｂ）は、圧縮空気の膨張力を利用した容積比の大きな拡張器３２を用いた携帯用の圧縮空気発電機である。
ステーター２に絶縁体材料を使用し、周囲に電磁コイル２４９を巻き、ローター１の一部を磁石１４９とするとともに、圧縮空気ボンベ５５２を一体にして、空気駆動発電機３６２を構成している。
携帯用にあっては電池と同様にどこでも使用でき、逆止弁付き空気充填口５８２から短時間で圧縮空気の充填ができ、円筒形のボンベを複数並べた形状としている。機器への接続は、開口部２４内の電極５８３で行い、通気を兼ねたパイプを押し込み、ロック金具５８４を押すことで、ローター１の回転抑止機構を解除するようになっている。
吐出口２４０から吐出される空気は、温度が低下しているので、電子回路の冷却に使用することができる。機器内部を循環して温度が上昇した空気を還流し、圧縮空気ボンベ５５２を温めることで、出力を上げることができる。機器筐体内部の圧力が高くなるので、簡易防水の防水性に寄与する。完全に密閉された防水機器の場合は、逆止弁若しくは同様の構造から空気を放出できるようにする必要がある。
磁石１４９をローター１に埋め込み、電子回路の駆動のための電力を得るか、若しくは、ローターの回転力を直接利用することが考えられる。
圧縮空気は、エネルギー密度が低いため、大きな電力を供給することはできないが、いつでも空気を充填できる環境下では、電池の劣化などを気にかける必要も無く、安心して利用できる。
【００８８】
図１８の（ｃ）と（ｄ）は、熱回収パネル型発電機３６３の１ユニットの横断面図と縦断面図である。多数並べてパネル状にして熱源に貼り付ける若しくは太陽光パネルの様に使用する。
歯数が５と６の螺旋状のトロコイド型ローター１ｃ（ｒ５、ｒ６）によりトロコイド拡張器３２ｃを構成し、外側のローター１ｃ（ｒ６）に磁石１４９を、筐体２９に電磁コイル２４８を配置し発電機を構成している。
２つのトロコイド型ローター１ｃの間に生じる閉鎖したキャビティーは、図１８（ｄ）の右方向に向かって容積が増大している。ローター１ｃと筐体２９及び中心軸１５０との間には隙間があり、ローター１ｃが自由に回転できるようになっている。受熱パネル２９１の側から輻射熱を加え、内部の空気を加熱し膨張させる。螺旋状の流路１４３及び２４３を通過しながら、ローター１ｃと熱交換する。キャビティー内の圧縮性流体が膨張することで、容積が増大する方向にローター１ｃが回転し、発電が始まる。圧縮性流体及び熱の循環が早くなるが、ローター１ｃで熱交換が行われるので、熱を閉じ込めるように動作する。
熱交換されなかった熱は、パネル２９０から放熱する。パネル２９０を省略し、開放する方法も考えられる。
図１８（ｄ）のトロコイド型ローター３１ｃの拡張比が大きいので、駆動するためには、大きな温度差が必要である。拡張比を小さく設計することは可能であるが、小さな温度差で作動させるには、磁性流体を用いた軸受を使用して、回転摩擦の影響を排除する他、キャビティーの密閉性を高める必要がある。液体に馴染みやすい表面加工を施し、油などの液体を使う方法の他、２つのローター１ｃの対向する面に磁性を持たせ、嵌合箇所に磁性流体を用いて密閉性を得る方法が考えられる。
太陽光や輻射熱並びに温度が上昇した圧縮性流体をなるべく中央部に導くため、パネル２９１を透明にする、筐体２９の内部に対流路を設ける、集光反射板５１４を設ける、ローター１ｃの表面を黒く着色するなどしている。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
エアコン、冷蔵庫、冷凍庫のコンプレッサーとして使用することができるほか、キャビティーの個数を多くすることで、従来のポンプでは扱えなかったような大きな圧力差を取り扱うことができる。容積型ポンプであることから、極めて遅い速度で効率の高い運転ができるとともに、熱力学的に理想的な気体の圧縮や拡張を行うことができるので、効率の良いエンジンとしても利用できる。熱力学的な改革をもたらすとともに、従来の手法とは異なる全く新しい方法で自然エネルギーや資源の採取に応用できるなど、あらゆる分野での応用が期待できる。
【符号の説明】
【００９０】
１  ローター（インナーローター）  
１ａ  楕円型ローター    １ｂ  ヴァンケル型ローター  
１ｃ  トロコイド型ローター    １ｄ  楕円弧型ローター  
１０  ローター横断面    １１  ローター縦断面    １ｓ  ローター側面・外観
１４３  ローター内の螺旋状の流路    １４８  電磁コイル    １４９  磁石
１５１  自在継手    １５２  駆動軸    １５３  防振クランク    １５４  ギア
１５９  切替えギア    １６１  電動機    １６２  プロペラ    １６５  発電機
１６６  フィン    １７１  仕切り板
２  ステーター（アウターローター）  
２ａ  トリカム型ステーター    ２ｂ  ヴァンケル型ステーター  
２ｃ  トロコイド型ステーター    ２ｄ  カージオイド型ステーター  
２０  ステーター横断面    ２１  ステーター縦断面  ２ｓ  ステーター側面・外観
２４  開口部    ２４０  吐出口    ２４１  吸入口    ２４２  駆動水給水口    
２４３  螺旋状の流路    ２４４  帰還パイプ    ２４８  電磁コイル    
２４９  磁石    ２５０  支持ローラー    ２５３  防振支持具    ２５４  内歯車
２５５  空気室    ２６１  燃料供給チューブ    ２６３  点火装置    
２６４  圧力緩和室    
２８  整合弁    ２８０  円錐台形（円筒形）の整合弁（吐出側）    
２８１  円錐台形（円筒形）の整合弁（吸入側）  ２８ｓ  円錐台形（円筒形）の整合弁外観
２８３  逆止弁    ２８４  逆止弁(開)    ２８５  非圧縮性流体トラップ    
２８７  制御弁    ２８８  始動弁    
２９  筐体（外殻）  ２９０  放熱パネル  ２９１  受熱パネル  ２９９  断熱材
３  容積可変一軸偏心ネジポンプまたは容積可変一軸ネジポンプ  
３ａ  トリカム型    ３ｂ  ヴァンケル型    
３ｃ  トロコイド型・多重トロコイド型    ３ｄ  カージオイド型    
３１  圧縮機    ３１１  断熱圧縮機    ３１２  真空ポンプ    
３１５  熱交換圧縮機        ３１ｃ  多重トロコイド圧縮機
３２  拡張器    ３２１  断熱拡張器    ３２２  水蒸気拡張器    
３２３  圧縮空気エンジン  ３２４  空気エンジン発電機  ３２５  熱交換拡張器
３２６  ガスエンジン    ３２ｃ  トロコイド拡張器  
３３  物理・化学反応器    ３３１  空気調整機    ３３２  空気液化装置
３３５  内燃機関    ３３６  ガスエンジン  
３４  遠隔駆動ポンプ    ３４１  遠隔揚水ポンプ    ３４２  海底資源採取ポンプ
３４５  冷熱エネルギー回収器    
３５  圧縮性流体圧力変換器    ３５０  圧縮性流体圧力調整機    
３５１  熱エネルギー回収器    ３５２  太陽光エネルギー回収器    
３５３  地熱エネルギー回収器    ３６１  温度差駆動発電機    
３６２  圧縮空気駆動発電機    ３６３  熱回収パネル型発電機
３７２  圧縮空気駆動温熱冷熱源器    
３８  物理・化学反応装置（その２）
【００９１】
５０  ポンプ    ５０１  一軸偏心ネジポンプ（定容積）  
５０ｃ  内歯車ポンプ（定容積、トロコイド型等）    ５１  直流交流電力変換器
５１１  整流器    ５１３  資源掘削船    ５１４  太陽光集光反射板    
５２１  ＬＥＤ照明器具    ５２３  冷蔵・温蔵庫    ５２４  床暖房    
５２５  ノズル式送風機    ５３  真空容器    ５３１  真空チェンバー    
５３２  真空凍結乾燥室    ５４１  貯湯タンク    ５４５  高温蓄熱器    
５５  空気保存容器    ５５０  低圧空気タンク    ５５１  高圧空気タンク    
５５２  圧縮空気ボンベ    ５６  ボルテック・チューブ    
５７１  対向流式熱交換器  ５７３  放熱器  ５８  弁  ５８２  逆止弁付き空気充填口    
５８３  電極    ５８４  ロック解除金具    ５９  断熱材・保温材  
６０  中心軸    ６１  偏心軸（ローターの回転軸）    ６１０  偏心軸の軌跡    
６２  横断面の位置    ６３  中心軸と偏心軸の交点を中心とする円（球状の断面）
６４  中心軸と偏心軸の交点    ６５  ギア（歯車）のピッチ円    
７１  太陽光    ７２  風    ７３  地面    ７４  地熱源    ７５  水面    
７６  海底資源泥
８０  空気配管    ８０１  低圧空気配管    ８０２  高温高圧空気配管    
８０３  常圧空気流路    ８０５  高圧空気コンセント    ８０６  高圧空気プラグ
８１  水道管    ８１１  給湯管    ８２  都市ガス配管
８３  商用電力    ８３１  直流配電    ８３５  直流コンセント    
８４０  チューブ上り    ８４１  チューブ下り    
９０  圧縮性作動流体    ９００  空気    ９００Ｈ  高圧空気    
９０１  低温水蒸気    ９０４  窒素ガス    
９１  熱源流体  ９１Ｈ  高圧熱源流体  ９１０  高温空気  ９１０Ｈ  高温高圧空気
９１１  高温水蒸気    ９１１Ｈ  高温高圧水蒸気    ９３０  冷却空気    
９５  排気    ９９  非圧縮性流体    ９９１  水    ９９２  液体二酸化炭素
９９３  液体酸素    ９９４  液体窒素
【図２】
2015135100.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2015135100.tif 000018
【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年7月7日(2014.7.7)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
雄ネジ形の螺旋状のローター１と、雌ネジ形の螺旋状のステーター２とを備え、ローターとステーターとが嵌合し、閉鎖したキャビティーを１つ以上構成し得る形状で、その断面形状が、
ローターまたはステーターの中心軸に対して垂直な断面、若しくは、偏心半径を変化する場合は、中心軸と偏心軸の交点を中心とする球面状の断面において、
ステーターの形状が２条以上のハイポサイクロイドで規定される形状を基に、ローターに加えた修正を考慮した開口形状であり、ローターの断面形状がステーターより１条少ないハイポサイクロイドで規定される形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるもの、または、ローターの条数に等しい数の楕円弧（ステーターに内接して偏心回転可能な形状の曲線。以下同じ。）に置き換えてできる中央部を膨らせた形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるもの、
並びに、ステーターの形状が１条以上のエピサイクロイドで規定される形状を基に、ローターに加えた修正を考慮した開口形状であり、ローターの形状がステーターより１条多いハイポサイクロイドで規定される形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるもの、または、ローターの条数に等しい数の楕円弧に置き換えてできる中央部を膨らせた形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるものなど、サイクロイドを基に作成した形状であり、
ステーターとローターとが相対的に偏心回転することにより、キャビティーを軸方向に移送するとともに、キャビティーの容積を決める要素である、偏心半径ｅ、ローターとステーターの断面形状によって決まる形状係数Ｔ、波長λ（ピッチ）のうち、任意の１つ、２つ、あるいは全部の要素を、軸方向に変化させることを特徴とする、容積可変軸流ネジポンプ（容積可変一軸偏心ネジポンプまたは容積可変一軸ネジポンプ。以下同じ。）であって、
外部の熱源または冷熱源によりキャビティー内の作動流体を加熱または冷却し、作動流体の膨張または収縮を行うことで駆動することを特徴とする容積可変軸流ネジポンプ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
作動流体の体積膨張率を考慮した拡張比とすることによって、作動流体の定温加熱を行うことを特徴とする請求項１から３の容積可変軸流ネジポンプ。

【手続補正書】
【提出日】平成26年11月3日(2014.11.3)
【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】
雄ネジ形の螺旋状のローター１と、雌ネジ形の螺旋状のステーター２とを備え、ローターとステーターとが嵌合し、閉鎖したキャビティーを１つ以上構成し得る形状で、その断面形状が、
ローターまたはステーターの中心軸に対して垂直な断面、若しくは、偏心半径を変化する場合は、中心軸と偏心軸の交点を中心とする球面状の断面において、
ステーターの形状が２条以上のハイポサイクロイドで規定される形状を基に、ローターに加えた修正を考慮した開口形状であり、ローターの断面形状がステーターより１条少ないハイポサイクロイドで規定される形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるもの、または、ローターの条数に等しい数の楕円弧（ステーターに内接して偏心回転可能な形状の曲線。以下同じ。）に置き換えてできる中央部を膨らせた形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるもの、
並びに、ステーターの形状が１条以上のエピサイクロイドで規定される形状を基に、ローターに加えた修正を考慮した開口形状であり、ローターの形状がステーターより１条多いハイポサイクロイドで規定される形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるもの、または、ローターの条数に等しい数の楕円弧に置き換えてできる中央部を膨らせた形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるものなど、サイクロイドを基に作成した形状であり、
ステーターとローターとが相対的に偏心回転することにより、キャビティーを軸方向に移送するとともに、キャビティーの容積を決める要素である、偏心半径ｅ、ローターとステーターの断面形状によって決まる形状係数Ｔ、波長λ（ピッチ）のうち、任意の１つ、２つ、あるいは全部の要素を、軸方向に変化させることを特徴とする、容積可変軸流ネジポンプ（容積可変一軸偏心ネジポンプまたは容積可変一軸ネジポンプ。以下同じ。）であって、
外部の熱源または冷熱源によりキャビティー内の作動流体を加熱または冷却し、作動流体の膨張または収縮を行うことで駆動することを特徴とする容積可変軸流ネジポンプ。
【請求項２】
黒く着色する、表面をピラミッド状にする、透明な断熱材料で覆うなどの輻射熱の受熱面を有することを特徴とする請求項１の容積可変軸流ネジポンプ。
【請求項３】
熱源（冷熱源を含む。）流体とキャビティー内の作動流体との間で熱交換を行うための、ローター1の内部に設けた熱交換を行うローター内の螺旋状の流路１４３、または、ステーター２の周囲に設けた熱交換を行う流体の螺旋状の流路２４３（ヒートパイプを含む。）を有することを特徴とする請求項１から２の容積可変軸流ネジポンプ。
【請求項４】
膨張または収縮を終えて吐出した作動流体を、ローター1の内部に設けた熱交換を行うローター内の螺旋状の流路１４３、または、ステーター２の周囲に設けた熱交換を行う流体の螺旋状の流路２４３に還流し、キャビティー内の作動流体との間で再度熱交換を行うことで予熱を行うことを特徴とする請求項１から３の容積可変軸流ネジポンプ。（請求項３の流路と共有する場合がある。）
【請求項５】
熱交換の方式が対向流式の熱交換であることを特徴とする、請求項３から４の容積可変軸流ネジポンプ。
【請求項６】
キャビティーの容積を決める要素のうち、波長λ（ピッチ）をステップ状に変化することによって、ローター１の側面及びステーター２の内面が階段状に変化することを特徴とする請求項１から５の容積可変軸流ネジポンプ。