(57)【要約】【課題】高温の飽和水が受熱する瞬間に爆発して膨張することにより動力を発生させる。【解決手段】本発明に係る飽和水発生装置は、内部にチェンバーが設けられている受熱器と、チェンバーに連通している液体入口と、熱源と、チェンバーに設置されている柱体とを備え、熱源がチェンバーを加熱するためのものであり、柱体上に微細通路が設けられており、液体が微細通路内で加熱されて飽和水になる。本発明に係る飽和水発生装置によれば、高圧力水を加熱して高温かつ高圧力の飽和水を生成してから、生成した高温かつ高圧力の飽和水を一瞬で加熱して爆発させることにより、急速に気化膨張して生成される高温かつ高圧力の蒸気ストリームを動力源とすることができる。【選択図】図１
2015132457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にチェンバーが設けられている受熱器と、
前記チェンバーに連通している液体入口と、
熱源と、
前記チェンバーに設置されている柱体とを備え、
前記熱源が前記チェンバーを加熱するためのものであり、
前記柱体上に微細通路が設けられており、
液体が前記微細通路内で加熱されて飽和水になることを特徴とする飽和水発生装置。
【請求項２】
前記微細通路は、前記柱体の外表面と前記受熱器の内表面との間の隙間、及び／又は、前記柱体の外表面上にある少なくとも一つのスリットを含むことを特徴とする請求項１に記載の飽和水発生装置。
【請求項３】
前記隙間の幅が１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項２に記載の飽和水発生装置。
【請求項４】
前記スリットは、幅が１ｍｍ未満で、深さが１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項２に記載の飽和水発生装置。
【請求項５】
前記柱体と前記液体入口との間に設置されているスプリッタ手段をさらに備え、
前記スプリッタ手段に前記隙間及び／又は前記スリットと前記液体入口とを連通させる通路が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の飽和水発生装置。
【請求項６】
熱伝導体をさらに備え、
前記熱伝導体は、前記柱体における前記液体入口に近い端部に位置しており、飽和水の受熱を強化すると共に受熱のバランスを維持する機能を有することを特徴とする請求項２に記載の飽和水発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気動力分野に関し、特に飽和水発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発動機において、従来のガソリン発動機とディーゼル発動機では、有害なガスが発生し、さらには、燃焼の過程中に約５０％の燃料が発動機の過熱を起こす熱量に転換してしまうことがある。このような発動機をクランク軸、カム軸及びバルブに応用する場合、技術的要求も高いため、コストが大幅に増加し、磨損や重量の増加などの問題も伴う。従って、現実的に水蒸気の熱を機械動力に転換させるための動力源装置を発動機に取り付けることで、ピストン式の蒸気発動機及び蒸気タービン式発動機を生産することに移行する傾向にある。なお、ピストン式の蒸気発動機は熱の転換効率が低く、環境への汚染が深刻なので、次第に淘汰されていく状況になった。また、蒸気タービン式発動機は、火力発電所に大いに利用されている。従来技術においては、飽和水の爆発により生成される高温かつ高圧力の蒸気ストリームを動力とする方法及び装置が未だ現れていない。そのため、新しい蒸気動力装置を設計できるまで、この分野につき検討を行う必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする技術的課題は、高温の飽和水が受熱する瞬間に爆発して膨張することにより動力を発生させることができる飽和水発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明に係る飽和水発生装置は、内部にチェンバーが設けられている受熱器と、前記チェンバーに連通している液体入口と、熱源と、前記チェンバー内に設置されている柱体とを備え、前記熱源が前記チェンバーを加熱するためのものであり、前記柱体上に微細通路が設けられており、液体が前記微細通路内で加熱されて飽和水になる。
【０００５】
前記微細通路は、前記柱体の外表面と前記受熱器の内表面との間の隙間、及び／又は、前記柱体の外表面上にある少なくとも一つのスリットを含む。
【０００６】
前記隙間の幅が１ｍｍ未満である。
【０００７】
前記スリットは、幅が１ｍｍ未満で、深さが１ｍｍ未満である。
【０００８】
本発明に係る飽和水発生装置は、前記柱体と前記液体入口との間に設置されているスプリッタ手段をさらに備え、前記スプリッタ手段に前記隙間及び／又は前記スリットと前記液体入口とを連通させる通路が設けられている。
【０００９】
本発明に係る飽和水発生装置は、熱伝導体をさらに備え、前記熱伝導体は、前記柱体における前記液体入口に近い端部に位置しており、飽和水の受熱を強化すると共に受熱のバランスを維持する機能を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る飽和水発生装置によれば、高圧力水を加熱して高温かつ高圧力の飽和水を生成してから、この生成した高温かつ高圧力の飽和水を一瞬に加熱して爆発させることにより、急速に気化膨張して生成される高温かつ高圧力の蒸気ストリームを動力源とすることができる。このような方式で動力源を生成する本発明に係る飽和水発生装置は、従来の燃料油による内燃発動機と比較して、幾つかの利点がある。
【００１１】
１、燃料の種類と品質に、あまり厳しい要求がない。熱源温度は４００℃程度であればよく、熱の転換効率も高い。実験データによると、熱の転換効率は、２５％〜３５％以上に達し、従来の内燃発動機に比べ約２０％高い。
【００１２】
２、適用できる発動機の範囲が広い。本発明に係る装置は、燃料油による内燃発動機に比べ排気騒音が大幅に低減し、トルク特性が良い。そのため、交通手段の動力出力の際でも、トランスミッションなしで自動車の無段変速を実現することができ、排出される廃棄排気の有害成分も少ない。
【００１３】
３、本発明に係る装置は、構成が簡単で、軽量化及び小型化を実現できるため、移動が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る蒸気動力発生システムの全体的構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る飽和水発生装置におけるスプリッタの構成を示す概略図である。
【図３】本発明に係る飽和水発生装置におけるバッフルズの構成を示す概略図である。
【図４】本発明に係る飽和水発生装置における柱体の構成を示す概略図である。
【図５】本発明に係る飽和水発生装置における柱体と受熱器の設置構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本技術分野の技術者が本発明の技術的方案を容易に理解できるように、以下、図面を参照しながら本発明の実施例についてさらに詳しく説明する。
【００１６】
本発明に係る蒸気動力発生システムは、飽和水発生装置及び飽和水爆発装置を備えている。図１に示されるように、当該システムは、給水チューブ２、ねじ込みプラグ３、スプリッタ４、バッフルズ５、受熱器６、柱体７、台座８、熱源１０及び熱伝導体１１を含む。
【００１７】
給水チューブ２は、ねじ込みプラグ３に嵌入されている。ねじ込みプラグ３は、ネジ山により受熱器６に接続されていると共に、スプリッタ４及びバッフルズ５にプリプレスを与えている。バッフルズ５のもう一方の端面は、柱体７及び熱伝導体１１に接続されている。
【００１８】
熱伝導体１１は、柱体７の内部に嵌め込まれてもよいし、柱体７の外部に密着してもよい。
【００１９】
柱体７のもう一方の端面は、台座８に接続されている。台座８は、受熱器６の内壁上にある棚と接触することにより、柱体７を支持する作用を行う。
【００２０】
受熱器６の外側に、熱源１０が設置されている。
【００２１】
図２及び図３に示すように、スプリッタ４に複数の液体流通スリット４１が設けられており、高圧力の液体は給水チューブ２の中から液体流通スリット４１に流入される。
【００２２】
バッフルズ５はスプリッタ４と接触し、その周辺には外側に向かう複数の凸起５１及び凹部５２が設けられている。
【００２３】
凸起５１の外縁が受熱器６の内壁に当接し、液体流通スリット４１内の液体が凹部５２を経由して柱体７の一方側に入ることができる。
【００２４】
柱体７と受熱器６との間に、微細通路が設けられている。当該微細通路内で、高圧力の液体が加熱され、高温の飽和水を生成することができる。
【００２５】
上記微細通路は、柱体７の外表面と受熱器６の内表面との間の隙間７１を含む。隙間７１の幅は１ｍｍ未満である。
【００２６】
或いは、上記微細通路は、柱体７の外表面に設けられた微小なスリット７２を含む。スリット７２は、幅が１ｍｍ未満で、深さが１ｍｍ未満である。
【００２７】
上記微細通路は、隙間７１とスリット７２との両方を含んでもよい。なお、複数回の実験を繰り返した結果、微細通路が隙間７１とスリット７２との両方を含む場合は、隙間７１の幅が１ｍｍ未満であれば、このシステムによる蒸気発生効果が最適であることが分かった。
【００２８】
高圧力の液体は、液体ポンプ１を経由して給水チューブ２に流入し、スプリッタ４による分流作用及びバッフルズ５によるバッフル作用を受けた後、上記微細通路に入り、微細通路の狭い空間の中で加熱され、高温かつ高圧力の飽和水を生成する。高温かつ高圧力の飽和水が生成されると、微細通路内において高圧力での噴出が生じることにより、微細な飽和水粒子が高温状態の飽和水爆発装置に衝突して水爆発が発生し、急速に気化して高温かつ高圧力の蒸気が生成される。
【００２９】
飽和水爆発装置は、多孔質材料体９を含む。多孔質材料体９は、受熱体６のチェンバー内において、蒸気出口１３に近い端部に位置している。
【００３０】
多孔質材料体９が綱状構成であってもよい。
【００３１】
蒸気出口１３の外側に動力転換装置１４が接続されており、シリンダーや蒸気タービンにより外側にパワーを出して動力出力を発生させてもよい。
【００３２】
受熱器６の外面に、熱源１０が設けられている。熱源１０は、燃料燃焼による熱、好適な温度の余熱、相変化ヒーターによる熱等を利用するものであってよい。熱源１０の外側に、断熱層１５を被覆設置してもよい。ねじ込みプラグ３は、ネジ山により受熱器６に接続されていると共に、スプリッタ４及びバッフルズ５にプリプレスを与えており、その端面が受熱器６との間にシールしてネジ締めされている。スプリッタ４は、放射状分流及びプリ加熱する作用を行う。
【００３３】
バッフルズ５に、柱体７及び熱伝導体１１が隣接している。柱体７を構成する材料は、中実または多孔質焼結材料であり、耐高温かつ耐腐食の耐熱鋼材料である。図４に示されるように、柱体７の外表面には、径方向または軸方向に分布している複数（数十条）のスリットが設けられている。
【００３４】
熱伝導体１１は、柱体７の中に嵌合されてもよいし、柱体７の外に設置されてもよい。熱伝導体１１は、熱伝導性能及び耐高温腐食性能に優れた材料で製造されることが好ましい。柱体７のバッフルズ５に近い一端が最初に高圧力の液体に接触するため、柱体７の熱量が急速に高圧力の液体に吸収され、柱体７の温度が低下する。熱伝導体１１は、熱量の伝導を向上させる機能を有する。柱体７の温度が低下してからすぐに熱量を補充できるように熱伝導体１１を設置することで、パルスごとにムラなく安定した蒸気動力を発生させることができる。台座８は、受熱器６の内壁における棚と接触して支持作用を行う。多孔質材料体９は、品質良好な耐熱耐高温酸化性の材料により製造される。
【００３５】
高圧力液体入口の前に、過冷却装置１２が設置されている。過冷却装置１２が動力転換装置１４に接続されていることにより、液体の循環利用が可能となっている。
【００３６】
本発明に係る蒸気動力発生方法は、
１）高圧力の液体を高温飽和水に転化させるステップと、
２）上記高温飽和水を瞬間に加熱して爆発させることにより、高温かつ高圧力の蒸気ストリームを生成するステップとを含む。
【００３７】
水の気化プロセスについては、周知のように、例えば、０℃の水１ｋｇをピストン付きの容器に装入し、容器内の圧力をｐに維持したまま、外界から容器を加熱し続ける。すると、水は、最初に温度が次第に上昇し、比体積も少し増加する。温度がｐに対応する飽和温度ｔｓまで上昇すると、飽和水になり、その後、加熱を続けると、飽和水が徐々に飽和水蒸気になっていき、いわゆる気化が生じ、加熱は気化が完了するまで続けられる。全体の気化プロセス中、温度は終始変動なく飽和温度ｔｓに保持されている。気化プロセス中、飽和水蒸気の体積が絶えず増加するため、一般的に比体積も大幅に増加する。さらに加熱を続けると、温度が再び上昇し、比体積も増大し続け、飽和水蒸気が過熱水蒸気となる。
【００３８】
水が高温物質に衝突して水爆発が発生する時、飽和水は、高温飽和状態（臨界圧力Ｐｃが２２．０６４Ｍｐａで、臨界温度ｔｃが３７３．９９℃）となっているため、不飽和水よりも強い気化能力を持ち、受熱が少なく、気化も比較的早く、瞬間に爆発することで高温かつ高圧力の蒸気ストリームを生成することができる。また、蒸気に関しては、高温物質に衝突して爆発することはなく、受熱膨張するだけである。
【図１】
2015132457.tif 000003
【図２】
2015132457.tif 000004
【図３】
2015132457.tif 000005
【図４】
2015132457.tif 000006
【図５】
2015132457.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月28日(2015.1.28)
【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】
内部にチェンバーが設けられている受熱器と、
前記チェンバーに連通している液体入口と、
熱源と、
前記チェンバーに設置されている柱体とを備え、
前記熱源が前記チェンバーを加熱するためのものであり、
前記柱体上に微細通路が設けられており、
液体が前記微細通路内で加熱されて飽和水になり、
前記微細通路は、前記柱体の外表面と前記受熱器の内表面との間の隙間、及び／又は、前記柱体の外表面上にある少なくとも一つのスリットを含み、
前記柱体における前記液体入口に近い端部に位置し、飽和水の受熱を強化すると共に受熱のバランスを維持する機能を有する熱伝導体をさらに備えたことを特徴とする飽和水発生装置。
【請求項２】
前記隙間の幅が１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の飽和水発生装置。
【請求項３】
前記スリットは、幅が１ｍｍ未満で、深さが１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の飽和水発生装置。
【請求項４】
前記柱体と前記液体入口との間に設置されているスプリッタ手段をさらに備え、
前記スプリッタ手段に前記隙間及び／又は前記スリットと前記液体入口とを連通させる通路が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の飽和水発生装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
前記微細通路は、前記柱体の外表面と前記受熱器の内表面との間の隙間、及び／又は、前記柱体の外表面上にある少なくとも一つのスリットを含む。
また、本発明に係る飽和水発生装置は、前記柱体における前記液体入口に近い端部に位置し、飽和水の受熱を強化すると共に受熱のバランスを維持する機能を有する熱伝導体をさらに備えている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
前記隙間の幅が１ｍｍ未満であることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
前記スリットは、幅が１ｍｍ未満で、深さが１ｍｍ未満であることが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る飽和水発生装置は、前記柱体と前記液体入口との間に設置されているスプリッタ手段をさらに備え、前記スプリッタ手段に前記隙間及び／又は前記スリットと前記液体入口とを連通させる通路が設けられていることが好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】