(57)【要約】  液化窒素または空気のような液化ガス駆動式エンジンにおいて、注入手段（３１，３３）は、駆動流体を膨張チャンバに導入する。膨張チャンバは、２つの相対的に移動可能な部材（１，２８）間の体積によって規定され、相対的に移動可能な部材は反復サイクルで移動するよう誘導手段（３８，４０）によって誘導される。注入手段は、熱交換液もチャンバに導入させることができ、熱交換液は駆動流体と密接し、膨張しつつある駆動流体に熱エネルギを与える。冷却された熱交換液はチャンバから排出され、加熱されてチャンバに再循環される。サイクルの一部には、実質的に部材（１，２８）間に相対的な移動がなく、チャンバの体積が最小体積かまたはその付近に維持される期間が含まれる。この期間中に、熱交換液および駆動流体がチャンバに導入される。これにより、エンジンによって発生されたシャフトの動力を送り出す駆動ストロークの前に、駆動流体と熱交換液との間の密な接触および熱交換が促進される。
2008540899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンであって、
膨張チャンバを備え、膨張チャンバは２つの相対的に移動可能な部材間の体積によって規定され、相対的に移動可能な部材は、反復サイクルで移動するよう誘導手段によって誘導され、さらに、
冷却状態の駆動流体をチャンバに導入し、また熱交換液をチャンバに導入するための注入手段と、
熱交換液を冷却された状態でチャンバから排出するための排出手段とを備え、
サイクルの一部には、実質的に部材間に相対的な移動がなく、チャンバの体積が最小体積かまたはその付近の体積に維持される期間が含まれ、
使用の際、前記期間中に熱交換液および駆動流体がチャンバに導入され、駆動流体が膨張してチャンバの体積を増大させ、熱交換液は膨張しつつある駆動流体に熱エネルギを与え、駆動流体の膨張によって、エンジンがシャフトの動力を発生させる、エンジン。
【請求項２】
相対的に移動可能な部材は、シリンダと、シリンダ内で往復動可能なピストンとを有し、
ピストンは、前記期間中、上死点位置かまたはその付近に維持される、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
誘導手段は、カムとカムフォロワとを有する、請求項１または２に記載のエンジン。
【請求項４】
カムの形状は一部円形部分を有し、一部円形部分はカムの回転軸を中心とし、前記期間中カムフォロワが一部円形部分上に載る、請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記期間は１サイクル時間の３分の１から２分の１の間である、請求項１から４のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項６】
エンジンは２ストロークサイクルで動作する、請求項１から５のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項７】
注入手段は、熱交換液をチャンバに注入するためのポンプを含む、請求項１から６のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項８】
エンジンであって、
膨張チャンバと、
冷却状態の駆動流体をチャンバに導入し、また熱交換液をチャンバに導入するための注入手段と、
熱交換液を冷却された状態でチャンバから排出するための排出手段と、
熱交換液をチャンバを介して再循環させる前に、排出された熱交換液の温度を上昇させるための熱交換器とを備え、
使用の際、チャンバ内で駆動流体が膨張し、熱交換液は膨張しつつある駆動流体に熱エネルギを与え、駆動流体の膨張によって、エンジンがシャフトの動力を発生させ、
注入手段は、熱交換液をチャンバに注入するためのポンプを含む、エンジン。
【請求項９】
熱交換液は、チャンバに供給される時には室温かまたはその付近の温度である、請求項１から８のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項１０】
駆動流体は、液化窒素もしくは空気、または、これらもしくは他のガスの混合体である、請求項１から９のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項１１】
冷却状態の駆動流体からシャフトの動力を発生させる方法であって、
膨張チャンバに駆動流体を導入するステップを備え、膨張チャンバは、２つの相対的に移動可能な部材間の体積によって規定され、相対的に移動可能な部材は、反復サイクルで移動するよう誘導手段によって誘導され、さらに、
駆動流体をチャンバ内で膨張させてシャフトの動力を発生させるステップを備え、
熱交換液がさらにチャンバに導入され、熱交換液は膨張しつつある駆動流体に熱エネルギを与え、冷却された熱交換液がチャンバから排出され、加熱されてチャンバに再循環され、
サイクルの一部には、実質的に部材間に相対的な移動がなく、チャンバの体積が最小体積かまたはその付近の体積に維持される期間が含まれ、
前記期間中に熱交換液および駆動流体がチャンバに導入される、方法。
【請求項１２】
相対的に移動可能な部材は、シリンダと、シリンダ内で往復動可能なピストンとを有し、
ピストンは、前記期間中、上死点位置かまたはその付近に維持される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
誘導手段は、カムとカムフォロワとを有する、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
カムの形状は一部円形部分を有し、一部円形部分はカムの回転軸を中心とし、前記期間中カムフォロワが一部円形部分上に載り、前記期間は１サイクル時間の３分の１から２分の１の間であり得る、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
サイクルは２ストロークサイクルである、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
熱交換液は、チャンバに供給される時には室温かまたはその付近の温度である、請求項１１から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
駆動流体は、液化窒素もしくは空気、またはこれらの混合体である、請求項１１から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
熱交換液をチャンバを介して再循環させる前に、排出された熱交換液の温度を上昇させるための熱交換器をさらに備える、請求項１から７のいずれか１項に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化ガスによって駆動されるエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の公知のエンジンにおいては、液体窒素が膨張チャンバに導入される。窒素はチャンバ内で膨張してピストンまたはロータを駆動し、シャフトの動力を発生させる。窒素の膨張によって冷却が生じるが、冷却効果自体がガスの膨張の可能性を制限する。そのため、この種の公知のエンジンの効率は低く、この課題は発明者の特許明細書であるＷＯ０１／６３０９９において取組まれている。本発明はさらに、液化ガス駆動式エンジンの効率の向上を目的としている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の一局面によれば、エンジンは膨張チャンバを備える。膨張チャンバは２つの相対的に移動可能な部材間の体積によって規定され、相対的に移動可能な部材は、反復サイクルで移動するよう誘導手段によって誘導される。当該エンジンはさらに、冷却状態の駆動流体をチャンバに導入し、また熱交換液をチャンバに導入するための注入手段と、熱交換液を冷却された状態でチャンバから排出するための排出手段と、熱交換液をチャンバを介して再循環させる前に、排出された熱交換液の温度を上昇させるための熱交換器とを備える。サイクルの一部には、実質的に部材間に相対的な移動がなく、チャンバの体積が最小体積かまたはその付近の体積に維持される期間が含まれる。使用の際、前記期間中に熱交換液および駆動流体がチャンバに導入され、駆動流体が膨張してチャンバの体積を増大させる。熱交換液は膨張しつつある駆動流体に熱エネルギを与える。駆動流体の膨張によって、エンジンがシャフトの動力を発生させる。
【０００４】
本発明の別の局面によれば、冷却状態の駆動流体からシャフトの動力を発生させる方法が提供される。当該方法は、膨張チャンバに駆動流体を導入するステップを備える。膨張チャンバは２つの相対的に移動可能な部材間の体積によって規定され、相対的に移動可能な部材は、反復サイクルで移動するよう誘導手段によって誘導される。当該方法はさらに、駆動流体をチャンバ内で膨張させてシャフトの動力を発生させるステップを備える。熱交換液がさらにチャンバに導入され、熱交換液は膨張しつつある駆動流体に熱エネルギを与える。冷却された熱交換液はチャンバから排出され、加熱されてチャンバに再循環される。サイクルの一部には、実質的に部材間に相対的な移動がなく、チャンバの体積が最小体積かまたはその付近の体積に維持される期間が含まれる。前記期間中に熱交換液および駆動流体がチャンバに導入される。
【０００５】
有限期間中にチャンバを最小体積かまたはその付近の体積に維持しつつ、チャンバに駆動流体および熱交換液を導入することにより、シャフトの動力を送り出す駆動ストロークの前に、駆動流体と熱交換液との間の密な接触および熱交換が促進される。
【０００６】
好ましくは、相対的に移動可能な部材は、シリンダと、シリンダ内で往復動可能なピストンとを有し、ピストンは前記期間中、上死点位置かまたはその付近に維持される。
【０００７】
誘導手段は、カムとカムフォロワとを含んでもよい。この場合、カムの形状は好ましくは一部円形部分を有し、一部円形部分はカムの回転軸を中心とし、前記期間中カムフォロワが一部円形部分上に載る。前記期間は、１サイクル時間の３分の１から２分の１の間であり得る。好ましい実施例では、当該サイクルは２ストロークサイクルである。
【０００８】
本発明のさらに別の局面によれば、エンジンは、膨張チャンバと、冷却状態の駆動流体をチャンバに導入し、また熱交換液をチャンバに導入するための注入手段と、熱交換液を冷却された状態でチャンバから排出するための排出手段と、熱交換液をチャンバを介して再循環させる前に、排出された熱交換液の温度を上昇させるための熱交換器とを備える。使用の際、チャンバ内で駆動流体が膨張し、熱交換液は膨張しつつある駆動流体に熱エネルギを与える。駆動流体の膨張によって、エンジンがシャフトの動力を発生させる。注入手段は、熱交換液をチャンバに注入するためのポンプを含む。
【０００９】
ポンプを用いることにより、ある圧力および体積にて熱交換液をチャンバに注入してエンジン性能を最適にすることができる。特に、ポンプの使用によって注入処理が迅速になり、チャンバが確実に充填される。
【００１０】
熱交換液は、好ましくは、チャンバに供給される時には室温かまたはその付近の温度である。
【００１１】
駆動流体は、好ましくは液化窒素もしくは空気、または、次に好ましいのは液化二酸化炭素、または、これらもしくは他のガスの混合体である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
例として添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例について説明する。
図面全体を通して、対応する部分には同じ参照符号を付す。
【００１３】
図１を参照し、エンジンはシリンダ１を有し、シリンダ内に往復動可能なピストン２８が設けられる。ピストンとシリンダとの間に規定されるチャンバ３は、ピストンが反復的な２ストロークサイクルを経るにつれて体積が変化する。
【００１４】
加圧された貯蔵タンク２には、駆動流体が約−２００℃の液体窒素の形態で収容される。液体窒素は、供給管４と、流量制御装置３０、たとえば回転弁とを介してチャンバ３に供給される。第１の注入手段３１は、液体窒素をチャンバ３に導入する。たとえばエチレングリコールのような熱交換液も、第２の注入手段３３を介してチャンバ３に供給される。熱交換液は、貯留槽１８から熱交換液を引込む供給管９によって供給される。供給管９は、熱交換液を所望の圧力でチャンバ３に送り出すためのポンプ３６を有する。熱交換液は戻り管１６を介してチャンバ３から排出され、戻り管１６は熱交換液を貯留槽１８に戻す。貯留槽１８からチャンバ３への途中、熱交換液は複数のフィンを有する熱交換器２０を通過する。
【００１５】
シリンダ１の頂点は、液化窒素および熱交換液をチャンバ３に導入するための注入弁３２と、膨張した窒素および冷却された熱交換液をチャンバ３から戻り管１６に通過させるための排出弁３４とを有する。窒素は、排出口２２によって貯留槽から排出されるかまたは流出する。
【００１６】
図２から図８を参照し、シリンダ１内のピストン２８の往復運動は、回転カム３８によって制御される。回転カム３８は丸い突出部状の外周面を有し、ピストン２８に取り付けられたカムフォロワ４０に係合する。カム３８は、図２から図８に見られるように、４２に示す回転軸を中心に時計回りに回転する。カム３８の外周面は、軸４２を中心とし軸４２に対して１７０°から１８０°の角度を成す一部円形部分と、ほぼ直線の２つの側面と、当該側面を繋ぐ短い移行曲線とを有する。
【００１７】
カム３８が回転するにつれて、ピストン２８は反復移動サイクルを経る。周期時間のほ
ぼ半分の間（これが１サイクル時間である）、図２に示すように、カムフォロワ４０がカム３８の一部円形部分上に載り、ピストン２８が上死点位置に維持されることが分かる。この位置においてチャンバ３の体積は最小となる。この期間中、弁３２が開いて、まず（ポンプ３６からの圧力を受けて）熱交換液を、さらに液体窒素を流入させる。５００ｃｃの容量のシリンダの場合、各動力ストロークの始めに熱交換液２５ｃｃおよび窒素１ｃｃをチャンバ３に注入すればよい。注入中、弁３４は閉じたままである。
【００１８】
この期間の終わりに弁３２が閉じ、カムフォロワ４０が側面（図３）の一方の上に移動し、窒素の膨張によってピストン２８が動力ストロークを経る。窒素の膨張によって冷却が生じるが、膨張しつつある窒素が熱交換液の熱エネルギを吸収し、したがって熱交換液が冷却される。カムフォロワ４０がカム形状の短い移行曲線上に載ると、ピストン２８は下死点に位置する。ピストン２８の戻りストローク（図４）において、カムフォロワ４０が他方の側面に係合し、ピストン２８はシリンダの上端に向かって戻り、弁３４が開いて管１６から使用済みの液体を放出する。弁３４は、ピストン２８の次の動力ストロークが始まる前に閉じる。
【００１９】
熱交換液は、ポンプ３６によってチャンバに注入される。チャンバ３内に入ると、熱交換液は窒素と密接し、熱交換液から膨張しつつある窒素への熱移動が有効に行なわれる。この窒素への熱エネルギの移動によって窒素の膨張量が増大し、エンジンが発生させるシャフトの動力量が増大する。熱交換液は、温度を室温に戻すために熱交換器２０を通過し、チャンバ１８を介して再循環される。
【００２０】
図５から図８の一連の図において、図５はサイクルの開始を示し、弁３０は閉じており、注入弁３２は閉じており、排出弁３４は開いている。図６は、熱交換液をシリンダ３に流入させるために弁３２が開いており、弁３０および排出弁３４は両方とも閉じている様子を示す。図７は、弁３２および３４が両方とも閉じており、弁３０が開いており、液体窒素がチャンバに導入される様子を示す。図８は動力ストロークの開始を示し、弁３０、３２および３４はすべて閉じており、液体窒素と熱交換液とがチャンバ３内で混合される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るロータリ・エンジンの線図である。
【図２】動作サイクル中の異なる時間におけるエンジンを示す図である。
【図３】動作サイクル中の異なる時間におけるエンジンを示す図である。
【図４】動作サイクル中の異なる時間におけるエンジンを示す図である。
【図５】動作サイクル中の異なる時間におけるエンジンの移動可能な部分を拡大して示す図である。
【図６】動作サイクル中の異なる時間におけるエンジンの移動可能な部分を拡大して示す図である。
【図７】動作サイクル中の異なる時間におけるエンジンの移動可能な部分を拡大して示す図である。
【図８】動作サイクル中の異なる時間におけるエンジンの移動可能な部分を拡大して示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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