(57)【要約】      （修正有）【課題】石油や石炭等の天然資源を全く必要とせず、且つまた一度稼動し始めれば、稼働継続用の資源供給を行なわなくとも連続した回転動力を発生させることができるピストンエアエンジンを提供する。【解決手段】クランクシャフト３７に備えたフライホイール３８の慣性によって左右一対のピストン室３、４における上下一対のピストン板を交互に押し上げる。クランクシャフト３７の逆方向のクランク部３７Ａ、３７Ｂを連接杆３９、４０を介して左右一対の下側のピストン板９、１１に接続する。クランク部３７Ａ、３７Ｂの上向きの回転によって押し上げられる側の上下一対のピストン板を収容するピストン室における下部室から排出される圧縮空気を、排気ロッドを介して上部室に排出して上側のピストン板を押し上げる力として利用すると共に、該排出した圧縮空気を、もう一方側のピストン室に収容する上下一対のピストン板の押し下げ用の圧力として利用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に蓋を被せ、該蓋と後記ピストン室の上部との間に空間部を形成したシリンダと、前記シリンダ内に縦方向に平行に並べて設け、夫々後記仕切板をもって後記上下一対のピストン板間に上部室と下部室を形成し、更に下部室同士を左右のピストン室間の壁部を一部切欠して形成した通気路をもって連通せしめると共に、該壁部の前記通気路より上部側に、該通気路に連通する通気路を形成した、夫々に収容した後記上下一対のピストン板が交互に上下動する左右一対のピストン室と、前記左右一対のピストン室の夫々の内部に摺動自在に収容した、適宜間隔の上下一対のピストン板と、前記上下一対のピストン板の中心部を貫通してこれらを一体的に結合する、筒状をなし、閉塞した下端部の近傍の前記左右一対のピストン室における下部室に位置する部分の側面に空気通口を設けたピストンロッドと、前記左右一対のピストン室の夫々における前記上下一対のピストン板間の位置に不動状態に固定し、前記ピストンロッド及び後記排気ロッドを縦方向に摺動自在に貫挿した仕切板と、筒状をなし、閉塞した上下端部の近傍の側面に空気通口を設け、前記上下一対のピストン板が上昇したときにおいては、下側のピストン板に押し上げられて、上下の空気通口が夫々左右一対のピストン室における上部室と下部室に位置し、前記上下一対のピストン板が降下したときにおいては、上側のピストン板に押し下げられて、上側の空気通口が前記仕切板内に没する位置となる一方、下側の空気通口が左右一対のピストン室における下部室に位置するようになした排気ロッドと、途中部にコックを設けた圧縮空気供給パイプをもって前記左右一対のピストン室のいずれかにおける上部室に接続する一方、途中部に逆止弁を設けた圧縮空気排出パイプをもって前記左右一対のピストン室のいずれかにおける下部室に接続した圧縮空気タンクと、前記左右一対のピストン室の夫々のピストンロッド又は下側のピストン板を連接杆を介してクランク部に接続する、フライホイールを備えたクランクシャフトとからなることを特徴とするピストンエアエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮空気とクランクシャフトに備えたフライホイールの慣性を利用して回転動力を発生させるようになしたピストンエアエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力を発生させる手段としては、原子力発電、火力発電、水力発電等の公知の様々なものがある。そして、これら従来公知の手段は、いずれも石油や石炭等の天然資源を必要とするものである。且つまた、装置の稼動中はそれらを連続して供給しなければならない。
【０００３】
東京電力福島第１原子力発電所の事故以来、原子力に代わるものとして火力発電や水力発電等が見直され、注目されているが、それらは前記の如く大量に天然資源を消費するものであり、そして、これらの天然資源の供給にも限りがあることから、その価格高騰が問題となっている。また、装置の稼動中はＣＯ２  等の有害ガスを発生させ、大気も汚染する。また、原子力による場合の事故発生時の被害の甚大さは、身をもって知らされた通りである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであって、石油や石炭等の天然資源を全く必要とせず、且つまた一度稼動し始めれば、従来の如く稼動継続用の資源供給等を行わなくとも自動的に連続した回転動力を発生させることができるようになし、もってこの回転動力を発電機のロータ回転エネルギーとして利用することにより、上記従来の電力発生手段の問題点を悉く解消することができるようになしたピストンエアエンジンを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
而して、本発明の要旨とするところは、上部に蓋を被せ、該蓋と後記ピストン室の上部との間に空間部を形成したシリンダと、前記シリンダ内に縦方向に平行に並べて設け、夫々後記仕切板をもって後記上下一対のピストン板間に上部室と下部室を形成し、更に下部室同士を左右のピストン室間の壁部を一部切欠して形成した通気路をもって連通せしめると共に、該壁部の前記通気路より上部側に、該通気路に連通する通気路を形成した、夫々に収容した後記上下一対のピストン板が交互に上下動する左右一対のピストン室と、前記左右一対のピストン室の夫々の内部に摺動自在に収容した、適宜間隔の上下一対のピストン板と、前記上下一対のピストン板の中心部を貫通してこれらを一体的に結合する、筒状をなし、閉塞した下端部の近傍の前記左右一対のピストン室における下部室に位置する部分の側面に空気通口を設けたピストンロッドと、前記左右一対のピストン室の夫々における前記上下一対のピストン板間の位置に不動状態に固定し、前記ピストンロッド及び後記排気ロッドを縦方向に摺動自在に貫挿した仕切板と、筒状をなし、閉塞した上下端部の近傍の側面に空気通口を設け、前記上下一対のピストン板が上昇したときにおいては、下側のピストン板に押し上げられて、上下の空気通口が夫々左右一対のピストン室における上部室と下部室に位置し、前記上下一対のピストン板が降下したときにおいては、上側のピストン板に押し下げられて、上側の空気通口が前記仕切板内に没する位置となる一方、下側の空気通口が左右一対のピストン室における下部室に位置するようになした排気ロッドと、途中部にコックを設けた圧縮空気供給パイプをもって前記左右一対のピストン室のいずれかにおける上部室に接続する一方、途中部に逆止弁を設けた圧縮空気排出パイプをもって前記左右一対のピストン室のいずれかにおける下部室に接続した圧縮空気タンクと、前記左右一対のピストン室の夫々のピストンロッド又は下側のピストン板を連接杆を介してクランク部に接続する、フライホイールを備えたクランクシャフトとからなることを特徴とするピストンエアエンジンにある。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は上記の如き構成であり、稼動用の動力源として圧縮空気とクランクシャフトに備えたフライホイールの慣性を利用するものであって、石油や石炭等の天然資源は一切不要である。且つまた一度稼動し始めれば、従来の如く稼動継続用の資源供給等を行わなくとも自動的に連続した回転動力を発生させることができるものである。そして、この回転動力を発電機のロータの回転エネルギーとして利用することにより、上記従来の電力発生手段の問題点を悉く解消することができるようになるものである。
【０００７】
また、本発明は、上記の如き電力発生手段としてのみならず、車両や船舶用のエンジン、建設機器用のエンジン等として、様々な分野においての使用が可能であり、それらにおいても著効を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るピストンエアエンジンのクランクケースを省略して示した概略的説明図である。
【図２】同蓋を外した状態におけるシリンダ上部の斜視図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ線切欠端部の斜視図である。
【図４】同仕切板の上面位置にて切断した状態の斜視図である。
【図５】同排気ロッドの位置維持機構の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
図中、１はピストンエアエンジンである。２は該ピストンエアエンジン１におけるシリンダである。また、該シリンダ２の上部には蓋２Ａを被せ、該蓋２Ａと後記ピストン室の上部との間に空間部Ｓを形成している。尚、図においては該シリンダ２の下部に接続するクランクケースは省略している。
【００１１】
３、４は前記シリンダ２内に縦方向に平行に並べて設けた左右一対のピストン室である。また、該左右一対のピストン室３、４は、夫々後記仕切板をもって後記上下一対のピストン板間に上部室３Ａ、４Ａと下部室３Ｂ、４Ｂを形成し、更に下部室３Ｂ、４Ｂ同士をシリンダ２における左右のピストン室３、４間の壁部５を一部切欠して形成した通気路６をもって連通せしめると共に、該壁部５の前記通気路６の上部側に、該通気路６に連通する通気路７を形成してなるものであり、夫々に収容した後記上下一対のピストン板が交互に上下動するものである。
【００１２】
８、９は前記左右一対のピストン室３、４における左側のピストン室３の内部に適宜の間隔で摺動自在に収容した上下一対のピストン板である。尚、該上下一対のピストン板８、９は、夫々その外周にシールリングＳＲを取り付けている。
【００１３】
１０、１１は前記左右一対のピストン室３、４における右側のピストン室４の内部に適宜の間隔で摺動自在に収容した上下一対のピストン板である。尚、該上下一対のピストン板１０、１１は、夫々その外周にシールリングＳＲを取り付けている。更にまた、本実施形態においては、前記左側のピストン室３の内部に収容した上下一対のピストン板８、９並びに前記右側のピストン室４の内部に収容した上下一対のピストン板１０、１１の夫々は、図５に示す如く、外周のピストン室との接触面に、円周方向の全周にわたって潤滑油供給溝Ｏ１を形成し、これを通路Ｏ２を介して各ピストン板の上面に埋め込んだ有蓋の潤滑油タンクＯ３に接続している。
【００１４】
１２は前記上下一対のピストン板８、９の中心部を貫通してこれらを一体的に結合するピストンロッドである。また、該ピストンロッド１２は、筒状をなし、閉塞した下端部の近傍の前記左側のピストン室３における下部室３Ｂに位置する部分の側面に空気通口１３を設けてなるものである。
【００１５】
１４は前記上下一対のピストン板１０、１１の中心部を貫通してこれらを一体的に結合するピストンロッドである。また、該ピストンロッド１４は、筒状をなし、閉塞した下端部の近傍の前記右側のピストン室４における下部室４Ｂに位置する部分の側面に空気通口１５を設けてなるものである。
【００１６】
１６は前記左側のピストン室３における前記上下一対のピストン板８、９間の位置に不動状態に固定し、前記ピストンロッド１２及び後記排気ロッドを縦方向に摺動自在に貫挿した仕切板である。
【００１７】
１７は前記右側のピストン室４における前記上下一対のピストン板１０、１１間の位置に不動状態に固定し、前記ピストンロッド１４及び後記排気ロッドを縦方向に摺動自在に貫挿した仕切板である。また、本実施形態においては、図１及び図４に示す如く、前記仕切板１６、１７の夫々は、前記ピストンロッド１２、１４、後記排気ロッドとの接触面に、ピストンロッド１２、１４、排気ロッドの円周方向の全周にわたって潤滑油供給溝Ｏ１を形成し、これらの夫々を通路Ｏ２を介して各仕切板１６、１７の上面に埋め込んだ有蓋の潤滑油タンクＯ３に接続している。
【００１８】
１８、１８は前記左側のピストン室３内に設けた排気ロッドである。また、該排気ロッド１８、１８は、筒状をなし、閉塞した上下端部の近傍の側面に空気通口１８Ａ、１８Ｂを設け、前記上下一対のピストン板８、９が上昇したときにおいては、下側のピストン板９に押し上げられて、上下の空気通口１８Ａ、１８Ｂが夫々左側のピストン室３における上部室３Ａと下部室３Ｂに位置し、前記上下一対のピストン板８、９が降下したときにおいては、上側のピストン板８に押し下げられて、上側の空気通口１８Ａが前記仕切板１６内に没する位置となる一方、下側の空気通口１８Ｂが左側のピストン室３における下部室３Ｂに位置するようになしている。
【００１９】
１９、１９は前記右側のピストン室４内に設けた排気ロッドである。また、該排気ロッド１９、１９は、筒状をなし、閉塞した上下端部の近傍の側面に空気通口１９Ａ、１９Ｂを設け、前記上下一対のピストン板１０、１１が上昇したときにおいては、下側のピストン板１１に押し上げられて、上下の空気通口１９Ａ、１９Ｂが夫々右側のピストン室４における上部室４Ａと下部室４Ｂに位置し、前記上下一対のピストン板１０、１１が降下したときにおいては、上側のピストン板１０に押し下げられて、上側の空気通口１９Ａが前記仕切板１７内に没する位置となる一方、下側の空気通口１９Ｂが右側のピストン室４における下部室４Ｂに位置するようになしている。
【００２０】
また、本実施形態においては、前記排気ロッド１８、１８、１９、１９の夫々が、下側又は上側のピストン板によって押し上げられ、また反対に押し下げられるまでその位置を維持するための機構を採用している。
【００２１】
図５は該機構を説明するものであり、右側のピストン室４内に設けた排気ロッド１９、１９の場合を示しているが、左側のピストン室３内に設けた排気ロッド１８、１８の場合も同様である。
【００２２】
而して、該機構は、仕切板１７の所要箇所（本実施形態では下端近傍部）に、排気ロッド１９の軸と直交する方向の穴２０を穿設し、該穴２０内に、適宜の弾性を有するコイルばね２１を介して排気ロッド１９側に突出するよう附勢されたボール２２を配設する一方、排気ロッド１９の側面における軸方向の所要の２箇所に、前記ボール２２の約１／３が入り込む凹部２３、２４を設けてなるものである。
【００２３】
２５、２５は前記上下一対のピストン板８、９と前記排気ロッド１８、１８との間に設けた緩衝体であり、この緩衝体は弾性体であればよく、プラスチック、その他の材料を採用することができる。尚、本実施形態においてはゴム板を用いている。
【００２４】
２６、２６は前記上下一対のピストン板１０、１１と前記排気ロッド１９、１９との間に設けた緩衝体であり、この緩衝体は弾性体であればよく、プラスチック、その他の材料を採用することができる。尚、本実施形態においてはゴム板を用いている。
【００２５】
２７、２８は前記左右一対のピストン室３、４の夫々に接続した圧縮空気タンクである。尚、該圧縮空気タンク２７、２８は、内部の圧縮空気が稼働の継続を維持することができない状態になったときには補充するものであり、その場合には、例えば、図示しない圧縮空気補助タンクを用いて、これから補充するようにするものである。また、前記圧縮空気タンク２７は、途中部にコック２９を設けた圧縮空気供給パイプ３０をもって前記左側のピストン室３における上部室３Ａに接続する一方、途中部に逆止弁３１を設けた圧縮空気排出パイプ３２をもって前記左側のピストン室３における下部室３Ｂに接続している。
【００２６】
また、前記圧縮空気タンク２８は、途中部にコック３３を設けた圧縮空気供給パイプ３４をもって前記右側のピストン室４における上部室４Ａに接続する一方、途中部に逆止弁３５を設けた圧縮空気排出パイプ３６をもって前記右側のピストン室４における下部室４Ｂに接続している。
【００２７】
３７はフライホイール３８を備えたクランクシャフトであり、前記左右一対のピストン室３、４の夫々のピストンロッド１２、１４又は下側のピストン板９、１１を連接杆３９、４０を介してクランク部３７Ａ、３７Ｂに接続している。尚、本実施形態においては下側のピストン板９、１１を接続している。また、該クランクシャフト３７は、本実施形態においては図示していない発電機の回転軸に接続している。
【００２８】
次に、上記実施形態の作用について説明する。
始動するときは、左右一対のピストン室３、４の内の上下一対のピストン板が降下している側のピストン室に圧縮空気タンクから圧縮空気を供給する。例えば、図１において、コック３３を開いて圧縮空気タンク２８から右側のピストン室４に圧縮空気を供給する。これにより右側のピストン室４の上部室４Ａ内に供給された圧縮空気によって上側のピストン板１０が押し上げられ、ピストンロッド１４をもって一体的に結合された下側のピストン板１１も上昇する。そしてこれに伴い連接杆４０を介して接続されたクランクシャフト３７のクランク部３７Ｂが上向きに回転する。また、このとき反対に左側のピストン室３の上下一対のピストン板８、９は下向きに移動する。
【００２９】
次に、コック２９を開いて圧縮空気タンク２７から左側のピストン室３に圧縮空気を供給する。これにより左側のピストン室３の上部室３Ａ内に供給された圧縮空気によって上側のピストン板８が押し上げられ、ピストンロッド１２をもって一体的に結合された下側のピストン板９も上昇する。そしてこれに伴い連接杆３９を介して接続されたクランクシャフト３７のクランク部３７Ａが上向きに回転する。また、このとき反対に右側のピストン室４の上下一対のピストン板１０、１１は下向きに移動する。そして、これを繰り返すことにより、フライホイール３８の慣性でクランクシャフト３７は円滑に回転するようになる。
【００３０】
そして、一度このような状態になった後は、クランクシャフト３７に備えたフライホイール３８の慣性と、反対側のピストン室から排出される圧縮空気の圧力とによって、従来のように稼動継続用の資源供給等を行わなくとも自動的に連続した回転動力が発生するものである。
【００３１】
これを図１を参照して説明すると、クランクシャフト３７がフライホイール３８の慣性によって円滑に回転し、そのクランク部３７Ａが上向きに回転すると、連接杆３９を介して左側のピストン室３の下側のピストン板９が上昇する。このとき下側のピストン板９によって排気ロッド１８、１８が押し上げられ、上下の空気通口１８Ａ、１８Ｂが夫々上部室３Ａと下部室３Ｂに位置するようになる。これにより左側のピストン室３の下部室３Ｂ内の圧縮空気は、排気ロッド１８、１８を介して上部室３Ａ内に排出される。そして、この排出された圧縮空気は、上側のピストン板８を押し上げる力として作用する。また、これより少し前にピストンロッド１２及びシリンダ２における左右のピストン室３、４間の壁部５に形成した通気路７を介して左側のピストン室３外にその上部から排出される。更にこれと同時に左側のピストン室３の下部室３Ｂから通気路６を経て右側のピストン室４の下部室４Ｂに排出される。
【００３２】
そして、斯かるピストンロッド１２及びシリンダ２における左右のピストン室３、４間の壁部５に形成した通気路７を介して左側のピストン室３内から排出された圧縮空気と、通気路６を経て左側のピストン室３から排出された圧縮空気とは、右側のピストン室４の上下一対のピストン板１０、１１を押し下げるためのエネルギーとして利用されるものである。
【００３３】
即ち、ピストンロッド１２及びシリンダ２における左右のピストン室３、４間の壁部５に形成した通気路７を介して排出された圧縮空気は、右側のピストン室４の上下一対のピストン板１０、１１の内の上側のピストン板１０を上方から押し上げる力として作用すると共に、ピストンロッド１４を介して右側のピストン室４の下部室４Ｂ内に吹き込まれ、該下部室４内の圧力を高めるように作用する。また、通気路６を経て右側のピストン室４の下部室４Ｂ内に排出される圧縮空気は、前記ピストンロッド１４を介して吹き込まれた圧縮空気と共に該下部室４Ｂ内の圧力を高めるように作用する。これにより右側のピストン室４の上下一対のピストン板１０、１１は降下する。そして、クランクシャフト３７が回転すると前記と逆になり、これが交互に繰り返されてクランクシャフト３７から回転動力として出力されるものである。また、エンジンの稼働を停止するときには、前記コック２９、３３のいずれか一方を閉じればよい。
【００３４】
以上の通り、上下一対のピストン板の上昇はフライホイールの慣性をもって、また上下一対のピストン板の降下は反対側のピストン室からの排出空気の圧力をもって行なわれるものである。もって、上記従来の電力発生手段の問題点を悉く解消することができるものである。
【符号の説明】
【００３５】
１  ピストンエアエンジン
２  シリンダ
３、４  左右一対のピストン室
３Ａ、４Ａ  上部室
３Ｂ、４Ｂ  下部室
５  壁部
６  通気路
７  通気路
８、９  上下一対のピストン板
１０、１１  上下一対のピストン板
１２  ピストンロッド
１３  空気通口
１４  ピストンロッド
１５  空気通口
１６、１７  仕切板
１８、１８  排気ロッド
１８Ａ、１８Ｂ  空気通口
１９、１９  排気ロッド
１９Ａ、１９Ｂ  空気通口
２７、２８  圧縮空気タンク
２９  コック
３０  圧縮空気供給パイプ
３１  逆止弁
３２  圧縮空気排出パイプ
３３  コック
３４  圧縮空気供給パイプ
３５  逆止弁
３６  圧縮空気排出パイプ
３７  クランクシャフト
３７Ａ、３７Ｂ  クランク部
３８  フライホイール
３９、４０  連接杆
【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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