(57)【要約】  支持体と、該支持体に回転可能に結合されて、第１の方向に回転可能なシャフトと、前記シャフトに結合されるとともに、そのまわりに間隔を空けて配置されている複数の容器と、該複数の容器内に設けられた作動流体と、まわり道の流体回路において容器同士を互いに連結する複数の導管とを備える、熱源からエネルギーを抽出するエンジン。各導管は、前記複数の容器の１つに連結された出口端と、前記複数の容器の別の１つに連結された入口端と、前記作動流体が出口端を介して前記１つの容器から出て、前記導管を通り、前記入口端を介して前記別の容器中に流れるように構成された一方向逆止弁とを有する。前記複数の容器および導管は、前記シャフトのまわりに成形されて配設されており、前記１つの容器が前記熱源によって加熱されるときに、前記１つの容器内の前記作動流体の蒸気圧力が増加し、前記作動流体の少なくとも一部を、前記シャフトの前記第１の方向への回転を助長する重力モーメントを生成するように、前記１つの容器から前記１つの容器の上方に位置する前記別の容器中に流入させるように前記作動流体が選択される。
2011521137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源からエネルギーを抽出するエンジンであって、
ａ．支持体と、
ｂ．前記支持体に回転可能に結合されて、第１の方向に回転可能である、シャフトと、
ｃ．前記シャフトに結合されるとともに、そのまわりに間隔を空けて配置された複数の容器と、
ｄ．前記複数の容器内に設けられた作動流体と、
ｅ．前記容器をまわり道の流体回路に互いに連結する、複数の導管であって、各導管は、前記複数の容器のうちの１つに連結された出口端と、前記複数の容器の別の１つに連結された入口端と、作動流体を前記出口端を介して前記１つの容器から流出させ、前記導管を通して、前記入口端を介して前記別の容器中へと流入させるように構成された一方向逆止弁を有する複数の導管とを備え、
ｆ．前記複数の容器および導管が、前記シャフトのまわりに作り上げられて配設されており、前記１つの容器が前記熱源によって加熱されるときに、前記１つの容器内の前記作動流体の蒸気圧力が増加し、前記作動流体の少なくとも一部を、前記シャフトの前記第１の方向への回転を助長する重力モーメントを生成するように、前記１つの容器から前記１つの容器の上方に位置する前記別の容器中に流入させるように前記作動流体が選択される、エンジン。
【請求項２】
ａ．前記複数の容器が、少なくとも第１の容器、第２の容器および第３の容器を備え、
ｂ．前記複数の導管が、前記第１の容器に連結された出口端と、前記第２の容器に連結された入口端とを有する第１の導管、および前記第２の容器に連結された出口端と、前記第３の容器に連結された入口端とを有する第２の導管を含み、
ｃ．前記容器は、前記第１の容器が前記熱源によって加熱されると、前記第２の容器が前記第１の容器の上方に配置され、前記第１の容器内の前記作動流体の蒸気圧力が増大し、前記作動流体の少なくとも一部が、前記シャフトの前記第１の方向への回転を助長するように、前記第１の導管を通り上方向に流れて、前記第２の容器中に入るように、前記シャフトのまわりに配設されており、
ｄ．前記第２の容器が前記熱源によって加熱されると、前記第３の容器は前記第２の容器の上方に位置し、前記第２の容器内の前記作動流体の蒸気圧が増大し、前記作動流体の少なくとも一部が、前記シャフトの前記第１の方向への回転を助長するように、前記第２の導管を通り上方向に流れて、前記第３の容器に入る、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記シャフトが垂直エンジン面を画定し、前記第１の容器が前記熱源によって加熱されると、前記第２の容器が前記シャフトの前記第１の方向への回転を助長するように前記垂直エンジン面に対する位置に位置するように、前記容器が前記シャフトのまわりに配設される、請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
各容器がその中にガストラップを有し、先行の容器の蒸気圧力が増大すると、前記作動流体が、前記先行の容器から前記ガストラップ内に受け入れられる、請求項１に記載のエンジン。
【請求項５】
各導管の出口端が、前記ガストラップをその中で画定するように前記別の容器の中に延びている、請求項４に記載のエンジン。
【請求項６】
前記導管が、容器同士を互いに結合するとともに、該容器を前記シャフトに結合するように構成された、筒状構造部材を含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項７】
前記複数の容器が少なくとも５つの容器を含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項８】
前記複数の容器が少なくとも７つの容器を含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項９】
前記第１の容器および第２の容器が隣接していない、請求項２に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記導管が、前記シャフトのまわりで前後に交差する交互パターンを有する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１１】
前記導管の少なくとも１つが、前記作動流体が前記１つの容器から前記別の容器に流れるときに、その中の前記作動流体を冷却するように構成されている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１２】
冷却流体をその中に有するドラムをさらに備え、前記導管が前記ドラムと係合し、それによって前記冷却流体がそこを通って流れる前記作動流体を冷却する傾向にある、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項１３】
前記冷却流体が前記ドラムを通って再循環される、請求項１２に記載のエンジン。
【請求項１４】
前記シャフト、前記導管、および前記容器のうちの少なくとも１つに結合されて、容器と共に回転するように構成された、回転部材をさらに備える、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１５】
前記回転部材が、少なくとも１つの導管に連結されたドラムである、請求項１４に記載のエンジン。
【請求項１６】
前記回転部材が、少なくとも１つの容器に連結された環状部材である、請求項１４に記載のエンジン。
【請求項１７】
前記環状部材が、ギアと噛合するためのギア歯を有する、請求項１６に記載のエンジン。
【請求項１８】
前記作動流体が２つ以上の異なる流体を含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１９】
前記作動流体が密度増大添加剤を含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項２０】
前記作動流体が、前記作動流体の沸点を変更するように選択された添加剤を含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項２１】
各容器が、該容器が前記熱源に対して所望の位置に位置するまで、その中の作動流体の加熱を遅延または促進するように選択された材料を含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項２２】
前記熱源が複数の熱源を含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項２３】
各導管がその中に設けられた２つ以上の一方向逆止弁を有し、前記２つ以上の一方向逆止弁は、前記作動流体が容器間を移動するときに、前記作動流体の熱特性および流動特性を管理するように配設されている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項２４】
前記熱源が液体熱源であって、前記容器の回転によって前記容器の少なくとも１つが選択的かつ少なくとも部分的に前記液体熱源に浸漬され、それによって前記容器に浮力を作用させる、請求項１に記載のエンジン。
【請求項２５】
前記熱源の少なくとも１つと周囲空気との間の熱エネルギーの伝達を促進するために、前記容器の少なくとも１つがその上にフィンを有する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項２６】
前記熱源が、放射熱源、伝導熱源、および対流熱源のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項２７】
前記熱源が流動流体である、請求項１に記載のエンジン。
【請求項２８】
前記熱源が非流動流体である、請求項１に記載のエンジン。
【請求項２９】
前記熱源が前記シャフトの下に位置している、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３０】
前記複数の導管がフレキシブルホースを含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３１】
前記容器が、前記シャフトから同程度の半径方向距離だけ間隔を空けて配置されている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３２】
前記容器が、前記シャフトのまわりに等間隔で配置されている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３３】
前記容器が、前記シャフトから異なる半径方向距離だけ間隔を空けて配置されている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３４】
前記容器が、前記シャフトまわりに不等間隔で配置されている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３５】
前記容器が熱伝導性の材料で製作されている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３６】
前記容器が熱絶縁性の材料で製作されている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３７】
前記容器が複合材料で製作されている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３８】
電気動力、熱動力、および機械動力のうちの少なくとも１つを生成するために使用されるように構成されている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３９】
前記熱源の冷却を行うように構成されている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項４０】
前記作動流体の蒸発を容易にするために、前記容器から空気が排除される、請求項１に記載のエンジン。
【請求項４１】
前記空気が、真空システムまたは通気システムの少なくとも一方を使用して前記容器から排除される、請求項４０に記載のエンジン。
【請求項４２】
前記容器、前記導管、および前記シャフトの少なくとも１つに連結されたフライホイールをさらに備える、請求項１に記載のエンジン。
【請求項４３】
熱源からエネルギーを抽出するエンジンであって、
ａ．支持体と、
ｂ．前記支持体に回転可能に結合されたシャフトと、
ｃ．前記シャフトに結合された複数の容器組立体であって、それぞれの容器組立体が、
ｉ．前記シャフトに結合されるとともに、そのまわりに間隔を空けて配置された複数の容器と、
ｉｉ．前記複数の容器内に設けられた作動流体と、
ｉｉｉ．前記容器をまわり道の流体回路に互いに連結する、複数の導管であって、各導管は、前記複数の容器のうちの１つに連結された出口端と、前記複数の容器の別の１つに連結された入口端と、作動流体を前記出口端を介して前記１つの容器から流出させ、前記導管を通して、前記入口端を介して前記別の容器中へと流入させるように構成された一方向逆止弁を有する複数の導管とを備え、
ｉｖ．前記複数の容器および導管が、前記シャフトのまわりに作り上げられて配設されており、前記１つの容器が前記熱源によって加熱されるときに、前記１つの容器内の前記作動流体の蒸気圧力が増加し、前記作動流体の少なくとも一部を、前記容器組立体の特定の方向への回転を助長する重力モーメントを生成するように、前記１つの容器から前記１つの容器の上方に位置する前記別の容器中に流入させるように前記作動流体が選択される、複数の容器組立体と
を備える、エンジン。
【請求項４４】
ａ．前記複数の容器が、少なくとも第１の容器、第２の容器および第３の容器を備え、
ｂ．前記複数の導管が、前記第１の容器に連結された出口端と、前記第２の容器に連結された入口端とを有する第１の導管、および前記第２の容器に連結された出口端と、前記第３の容器に連結された入口端とを有する第２の導管を含み、
ｃ．前記容器は、前記第１の容器が前記熱源によって加熱されると、前記第２の容器が前記第１の容器の上方に配置され、前記第１の容器内の前記作動流体の蒸気圧力が増大し、前記作動流体の少なくとも一部が、前記組立体の前記特定の方向への回転を助長するように、前記第１の導管を通り上方向に流れて、前記第２の容器中に入るように、前記シャフトのまわりに配設されており、
ｄ．前記第２の容器が前記熱源によって加熱されると、前記第３の容器は前記第２の容器の上方に位置し、前記第２の容器内の前記作動流体の蒸気圧が増大し、前記作動流体の少なくとも一部が、前記組立体の前記特定の方向への回転を助長するように、前記第２の導管を通り上方向に流れて、前記第３の容器に入る、請求項４３に記載のエンジン。
【請求項４５】
前記シャフトが垂直エンジン面を画定し、前記第１の容器が前記熱源によって加熱されると、前記第１の方向への前記シャフトの回転を助長するように前記垂直エンジン面に対する位置に前記第２の容器が位置するように、前記容器が前記シャフトのまわりに配設されている、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項４６】
各容器がその中にガストラップを有し、先行の容器の蒸気圧力が増大すると、前記作動流体が、前記先行の容器から前記ガストラップ内に受け入れられる、請求項４３に記載のエンジン。
【請求項４７】
各導管の出口端が、前記ガストラップをその中で画定するように前記別の容器の中に延びている、請求項４６に記載のエンジン。
【請求項４８】
前記複数の組立体のそれぞれが、前記シャフトに連結されたカップリングをさらに備え、該カップリングは前記組立体の少なくとも１つを前記他の組立体と反対方向に回転させるように構成されている、請求項４３に記載のエンジン。
【請求項４９】
前記複数の組立体が、動力をそれから取り出すことのできる、２つ以上の回転部材を回転させるように構成されている、請求項４３に記載のエンジン。
【請求項５０】
前記２つ以上の回転部材が、異なる速度、異なるトルク、および異なる出力の１つまたは複数において回転するように構成されている、請求項４９に記載のエンジン。
【請求項５１】
前記複数の組立体のうちの少なくとも２つが、異なる作動流体をその中に有する、請求項４３に記載のエンジン。
【請求項５２】
前記複数の組立体が、第１の組立体および最後の組立体を含み、前記第１の組立体は、前記熱源が第１の温度であるときに、前記熱源によって加熱されるように構成されており、前記最後の組立体は、前記熱源が第２の温度であるときに、前記熱源によって加熱されるように構成されている、請求項４３に記載のエンジン。
【請求項５３】
第２の温度が第１の温度より低い、請求項５２に記載のエンジン。
【請求項５４】
前記第１の組立体内の前記作動流体は、前記第１の温度に近い第１の沸騰温度を有するように選択されており、前記最後の組立体における前記作動流体は、前記第２の温度に近い第２の沸騰温度を有するように選択されている、請求項５３に記載のエンジン。
【請求項５５】
前記熱源をその中に有する複数のチャネルを画定するトラフをさらに含み、前記複数の組立体のそれぞれが、前記トラフ内の前記チャネルの１つと係合するように構成されている、請求項４３に記載のエンジン。
【請求項５６】
前記トラフのチャネルの少なくとも一部が、スイッチバックパターンに配設されている、請求項５５に記載のエンジン。
【請求項５７】
前記熱源が前記トラフ内の前記チャネルに沿って流れ、該チャネルの少なくとも１つにおける少なくとも１つの組立体が、その中の前記熱源の流れと同一方向に回転する、請求項５６に記載のエンジン。
【請求項５８】
前記熱源は、前記トラフ内の前記チャネルに沿って流れ、該チャネルの少なくとも１つにおける少なくとも１つの組立体が、その中の前記熱源の流れと反対方向に回転する、請求項５６に記載のエンジン。
【請求項５９】
前記組立体の少なくとも１つに連結された、フライホイールをさらに備える、請求項４３に記載のエンジン。
【請求項６０】
前記シャフト、前記導管、および前記容器のうちの少なくとも１つに結合されて、前記容器と共に回転するように構成された、回転部材をさらに備える、請求項４３に記載のエンジン。
【請求項６１】
電気動力、熱動力、および機械動力の少なくとも１つを生成するために使用されるように構成されている、請求項４３に記載のエンジン。
【請求項６２】
前記熱源の冷却を行うように構成された、請求項４３に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本明細書に記載される実施形態は、低差温度源からエネルギーを抽出することに関し、より具体的には、低差温度源から動力を生成するシステム、装置、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]太陽熱プロセス、地熱プロセス、または工業プロセスなどの低差温度源からのエネルギーの抽出、およびこのエネルギーの回転またはその他の形態のエネルギーへの変換は、非効率または非実用的になることが多い。
【０００３】
[0003]このエネルギー抽出をより実用的にする装置を提供する多くの試みがなされてきた。例えば、Ｇｏｕｌｄ（米国特許第４５７０４４４号）は、中空の隔室に分割されたリムを有する車輪状ロータを備える太陽熱モータを記載している。このロータは、そのリム隔室のいくつかの中に揮発性液体を収納しながら、水平軸のまわりに回転するように設計されている。このロータは、やはり別個の隔室を備えるハブ、およびハブをリム隔室と相互接続する中空スポークを有する。ロータの内部は、そのハブ内に圧縮ガスを受け入れて、それを、中空スポークを通り、ロータ軸の片側のリム隔室に連続して誘導するように設計されている。圧縮ガスが、リムのその部分の中の液体表面と接触すると、圧縮ガスはその表面に圧力を加える。液体表面への圧力は、液体をロータの反対側の方向にリム中へと、スポークおよびハブ内の相互連結する一連の通路を通り、その元のレベルよりも高いレベルで押しやる。これによって、ロータの一方側に重量の不均衡が生じ、この不均衡によって、ロータが、重力の影響下でその重量平衡を回復しやすい方向に向きを変えるか、または回転する。圧縮ガスがハブ中に供給される限り、ロータは回転し続ける。圧縮ガスは、ロータ内の揮発性液体の蒸気相とすることができる。
【０００４】
[0004]他方、Ｙｏｏら（米国特許第６２４０７２９号）は、熱源の上方にあるアクスルに装着されたフレームを含む、熱エネルギーを機械運動に変換する装置を記載している。流体導管によって連結された、少なくとも３つの細長いチャンバを含む、流動回路がフレーム上に装着されており、流動回路に設けられた一方向弁によって、流動回路内部の一方向流体流が可能になる。熱源は、チャンバ内に収納された運動流体をその沸点を超えて加熱し、これによって加熱チャンバ内部の蒸気圧が増大し、それによって流体がチャンバから流出し、流動回路内のすぐ下流のチャンバ中へと流入する。下流チャンバの重量が増えたことによって、アクスルまわりにトルクが生じ、フレームを上流方向に回転させる。
【０００５】
[0005]さらに、Ｉｓｋｅ（米国特許第２４３９０９号）は、モータにおいて、各端に容器を有し、封入された揮発性液体が、熱の作用によって１つの容器から他の容器へと通過することを可能にする直線状管を記載している。
【０００６】
[0006]低差温度源からエネルギーを抽出する改良型装置のニーズは依然として存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[0007]一態様によれば、支持体と、回転部とを備えるエンジンが提供される。回転部は、液‐気体混合物（例えば、作動流体）をその中に設けられた、容器と導管との連結機構を備える。各導管は、一方向逆止弁を有する。各容器は、シャフトのまわりに交互に導管によって他の容器に連結されて、より下方の容器が（例えば、放射、伝導、対流、またはそれらの任意の組合せの）熱源によって加熱されると、蒸気が流体を加圧し、下方の容器からより上方の容器に押し上げる、まわり道の経路となっている。回転部は、より上方の容器内の流体の位置エネルギーの結果として回転し、連結された回転部材を介して、エンジンから動力を取り出すことができる。
【０００８】
[0008]別の態様によれば、支持体に連結された車輪状組立体を備えるエンジンが提供される。この車輪状組立体は、支持体に回転可能に連結されているシャフトを有し、このシャフトは第１の方向（例えば、時計方向または反時計方向）に回転可能であり、熱源の上方に位置する。複数の容器がシャフトのまわりに配設されており、各容器はシャフトに対して重力モーメントを有する。複数の導管が容器を互いに連結している。少なくとも１つの導管が、シャフトに直接的または間接的に連結されている。各容器は、入口導管と出口導管とに連結されている。入口導管は、少なくとも１つの一方向逆止弁を有する。各容器はまた、ガストラップをその中に含む。実施形態によっては、出口導管が容器中に延びて、容器内部でガストラップを画定する。
【０００９】
[0009]容器はシャフトのまわりに配置されて、容器と導管は、各容器が（場合によっては、シャフトの下方でもよいが、その他の場所でもよい）熱源によって加熱されるときにその容器の出口導管が、時計方向の（または反時計方向の）重力モーメントを有するか、またはもう少しで有する、より高位置の容器の入口導管となるように、連結されている。容器の内部および導管は、液体‐蒸気混合物（例えば、作動流体）を収容する。
【００１０】
[0010]熱源近くの少なくとも１つの容器内の作動流体が加熱され、それによってガストラップ内部のガス圧力を増大させて、流体を、連結された出口導管を通り、一方向逆止弁を通過し、連結されたより高位置の容器中に押し出し、それによって車輪状組立体を時計方向に（または構成によって反時計方向に）回転させる。動力は、車輪状組立体に連結された回転部材から利用可能となる。実施形態によっては、冷却された流体をシステムの出力として利用可能にすることもできる。
【００１１】
[0011]別の態様によれば、熱源からエネルギーを抽出するエンジンであって、支持体と、支持体に回転可能に結合されて、第１の方向に回転可能なシャフトと、シャフトに結合されて、そのまわりに間隔を空けて配置された複数の容器と、複数の容器内に設けられた作動流体と、容器をまわり道の流体回路に互いに連結する複数の導管であって、各導管は、複数の容器の１つに連結された出口端と、複数の容器の別の１つに連結された入口端と、作動流体を出力端を介して前記１つの容器から流出させ、導管を通して、入口端を介して別の容器中へと流入させるように構成された一方向逆止弁とを有する、複数の導管とを備え、複数の容器および導管が、シャフトのまわりに作り上げられて配設されており、１つの容器が熱源によって加熱されるときに、１つの容器内の作動流体の蒸気圧力が増加し、作動流体の少なくとも一部をシャフトの第１の方向への回転を助長する重力モーメントを生成するように、１つの容器から１つの容器の上方に位置する別の容器中に流入させるように作動流体が選択される、エンジンが提供される。
【００１２】
[0012]複数の容器は、少なくとも第１の容器、第２の容器および第３の容器を備えてもよく、複数の導管は、第１の容器に連結された出口端と、第２の容器に連結された入口端とを有する第１の導管、および第２の容器に連結された出口端と、第３の容器に連結された入口端とを有する第２の導管を含んでもよく、容器は、第１の容器が熱源によって加熱されると、第２の容器が第１の容器の上方に配置され、第１の容器内の作動流体の蒸気圧力が増大し、作動流体の少なくとも一部が、シャフトの第１の方向への回転を助長するように、第１の導管を通り上方向に流れて、第２の容器中に入るように、シャフトのまわりに配設されており、第２の容器が熱源によって加熱されると、第３の容器は第２の容器の上方に位置し、第２の容器内の作動流体の蒸気圧が増大し、作動流体の少なくとも一部が、シャフトの第１の方向の回転を助長するように、第２の導管を通り上方向に流れて、前記第３の容器に入る。
【００１３】
[0013]実施形態によっては、シャフトは垂直エンジン面を画定し、第１の容器が熱源によって加熱されると、第２の容器がシャフトの第１の方向への回転を助長するように垂直エンジン面に対する位置に位置するように、容器が前記シャフトのまわりに配設される。
【００１４】
[0014]実施形態によっては、各容器がその中にガストラップを有し、先行の容器の蒸気圧力が増大すると、作動流体が、先行の容器からガストラップ内に受け入れられる。各導管の出口端が、ガストラップをその中で画定するように別の容器の中に延びていてもよい。
【００１５】
[0015]実施形態によっては、導管が、容器同士を互いに結合するとともに、容器をシャフトに結合するように構成された、筒状構造部材を含む。
[0016]複数の容器は、少なくとも５つの容器を含んでもよい。前記複数の容器は、少なくとも７つの容器を含んでもよい。
【００１６】
[0017]実施形態によっては、第１の容器および第２の容器が隣接していない。
[0018]実施形態によっては、導管は、前記シャフトのまわりで前後に交差する交互パターンを有する。
【００１７】
[0019]実施形態によっては、冷却流体は、作動流体が１つの容器から別の容器に流れるときに、その中の作動流体を冷却する傾向がある。エンジンは、冷却流体をその中に有するドラムをさらに備えてもよく、導管がドラムと係合し、それによって冷却流体がそこを通って流れる作動流体を冷却する傾向にある。冷却流体は、ドラムを通って再循環されてもよい。
【００１８】
[0020]エンジンは、シャフト、導管、および容器のうちの少なくとも１つに結合されて、容器と共に回転するように構成された、回転部材をさらに備えてもよい。回転部材は、少なくとも１つの導管に連結されたドラムであってもよい。回転部材は、少なくとも１つの容器に連結された環状部材であってもよい。環状部材は、ギアと噛合するためのギア歯を有してもよい。
【００１９】
[0021]実施形態によっては、エンジンは、シャフト、導管、および容器のうちの少なくとも１つに結合されて、容器と共に回転するように構成された、回転部材をさらに備える。
【００２０】
[0022]実施形態によっては、作動流体は２つ以上の異なる流体を含む。作動流体は密度増大添加剤を含んでもよい。作動流体は、前記作動流体の沸点を変更するように選択された添加剤を含んでもよい。
【００２１】
[0023]実施形態によっては、各容器は、該容器が前記熱源に対して所望の位置に位置するまで、その中の作動流体の加熱を遅延または促進するように選択された材料を含む。
[0024]実施形態によっては、熱源は複数の熱源を含む。
【００２２】
[0025]実施形態によっては、各導管は、その中に設けられた２つ以上の一方向逆止弁を有し、２つ以上の一方向逆止弁は、作動流体が容器間を移動するときに、作動流体の熱特性および流動特性を管理するように配設されている。
【００２３】
[0026]実施形態によっては、熱源が液体熱源であって、前記容器の回転によって容器の少なくとも１つが選択的かつ少なくとも部分的に液体熱源に浸漬され、それによってその容器に浮力を作用させる。
【００２４】
[0027]実施形態によっては、熱源の少なくとも１つと周囲空気との間の熱エネルギーの伝達を促進するために、前記容器の少なくとも１つがその上にフィンを有してもよい。
[0028]実施形態によっては、熱源は、放射熱源、伝導熱源、および対流熱源のうちの少なくとも１つを含む。熱源は、流動流体であっても、非流動流体であってもよい。
【００２５】
[0029]実施形態によっては、熱源は、シャフトの下に位置している。
[0030]実施形態によっては、複数の導管は、フレキシブルホースを含む。
[0031]実施形態によっては、容器は、シャフトから同程度の半径方向距離だけ間隔を空けて配置されている。容器は、シャフトのまわりに等間隔で配置されてもよい。
【００２６】
[0032]実施形態によっては、容器は、前記シャフトから異なる半径方向距離だけ間隔を空けて配置されている。容器は、前記シャフトまわりに不等間隔で配置されてもよい。
[0033]実施形態によっては、容器は熱伝導性の材料で製作されている。実施形態によっては、容器は熱絶縁性の材料で製作されている。容器は複合材料で製作されてもよい。
【００２７】
[0034]実施形態によっては、エンジンは、電気動力、熱動力、および機械動力のうちの少なくとも１つを生成するために使用されるように構成されている。
[0035]実施形態によっては、エンジンは、熱源の冷却を行うように構成されている。
【００２８】
[0036]実施形態によっては、容器から空気が排除される。空気は、真空システムまたは通気システムの少なくとも一方を使用して前記容器から排除してもよい。
[0037]実施形態によっては、エンジンは、容器、導管、およびシャフトの少なくとも１つに連結されたフライホイールをさらに備える。
【００２９】
[0038]別の態様によれば、熱源からエネルギーを抽出するエンジンであって、支持体と、支持体に回転可能に結合されたシャフトと、シャフトに結合された複数の容器組立体であって、それぞれの容器組立体が、シャフトに結合されるとともに、そのまわりに間隔を空けて配置された複数の容器と、複数の容器内に設けられた作動流体と、容器をまわり道の流体回路に互いに連結する、複数の導管であって、各導管は、複数の容器のうちの１つに連結された出口端と、複数の容器の別の１つに連結された入口端と、作動流体を出口端を介して１つの容器から流出させ、導管を通して、入口端を介して別の容器中へと流入させるように構成された一方向逆止弁とを有する複数の導管とを備え、複数の容器および導管が、シャフトのまわりに作り上げられて配設されており、１つの容器が熱源によって加熱されるときに、１つの容器内の作動流体の蒸気圧力が増加し、作動流体の少なくとも一部を、容器組立体の特定の方向への回転を助長する重力モーメントを生成するように、１つの容器から１つの容器の上方に位置する別の容器中に流入させるように作動流体が選択される、複数の容器組立体とを備える、エンジンが提供される。
【００３０】
[0039]複数の容器は、少なくとも第１の容器、第２の容器および第３の容器を備えてもよく、複数の導管は、第１の容器に連結された出口端と、第２の容器に連結された入口端とを有する第１の導管、および第２の容器に連結された出口端と、第３の容器に連結された入口端とを有する第２の導管を含んでもよく、容器は、第１の容器が熱源によって加熱されると、第２の容器が第１の容器の上方に配置され、第１の容器内の作動流体の蒸気圧力が増大し、作動流体の少なくとも一部が、組立体の特定の方向への回転を助長するように、第１の導管を通り上方向に流れて、第２の容器中に入るように、シャフトのまわりに配設されており、第２の容器が熱源によって加熱されると、第３の容器は第２の容器の上方に位置し、第２の容器内の作動流体の蒸気圧が増大し、作動流体の少なくとも一部が、組立体の特定の方向への回転を助長するように、第２の導管を通り上方向に流れて、第３の容器に入る。
【００３１】
[0040]実施形態によっては、複数の組立体のそれぞれは、シャフトに連結されたカップリングをさらに備え、カップリングは組立体の少なくとも１つを他の組立体と反対方向に回転させるように構成されている。
【００３２】
[0041]実施形態によっては、複数の組立体は、動力をそれから取り出すことのできる、２つ以上の回転部材を回転させるように構成されている。２つ以上の回転部材は、異なる速度、異なるトルク、および異なる出力の１つまたは複数において回転するように構成されてもよい。
【００３３】
[0042]実施形態によっては、複数の組立体のうちの少なくとも２つが、異なる作動流体をその中に有する。
[0043]実施形態によっては、複数の組立体は、第１の組立体および最後の組立体を含み、第１の組立体は、熱源が第１の温度であるときに、熱源によって加熱されるように構成されており、最後の組立体は、熱源が第２の温度であるときに、熱源によって加熱されるように構成されている。第２の温度は第１の温度より低くてもよい。
【００３４】
[0044]実施形態によっては、第１の組立体内の作動流体は、第１の温度に近い第１の沸騰温度を有するように選択されており、最後の組立体における作動流体は、第２の温度に近い第２の沸騰温度を有するように選択されている。
【００３５】
[0045]熱源をその中に有する複数のチャネルを画定するトラフをさらに含み、複数の組立体のそれぞれが、トラフ内のチャネルの１つと係合するように構成されている。トラフのチャネルの少なくとも一部は、スイッチバックパターンに配設されてもよい。実施形態によっては、熱源がトラフ内のチャネルに沿って流れ、チャネルの少なくとも１つにおける少なくとも１つの組立体が、その中の熱源の流れと同一方向に回転する。実施形態によっては、熱源は、トラフ内のチャネルに沿って流れ、チャネルの少なくとも１つにおける少なくとも１つの組立体が、その中の熱源の流れと反対方向に回転する。
【００３６】
[0046]実施形態によっては、エンジンは、組立体の少なくとも１つに連結された、フライホイールをさらに備える。
[0047]実施形態によっては、エンジンは、電気動力、熱動力、および機械動力の少なくとも１つを生成するために使用されるように構成されている。
【００３７】
[0048]本明細書に含まれる図面は、本明細書の方法および装置の様々な例を示すためのものであり、教示する内容の範囲を限定することを意図するものでは決してない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】[0049]一実施形態による、熱源からエネルギーを抽出するエンジンの概略図である。
【図２ａ】[0050]エンジンの動作中の様々な段階における、図１のエンジンの概略図である。
【図２ｂ】[0050]エンジンの動作中の様々な段階における、図１のエンジンの概略図である。
【図２ｃ】[0050]エンジンの動作中の様々な段階における、図１のエンジンの概略図である。
【図３ａ】[0051]図１のエンジンの、低位容器とその連結された導管の横断面図である。
【図３ｂ】[0051]図１のエンジンの、低位容器とその連結された導管の横断面図である。
【図４ａ】[0052]図１のエンジンの、高位容器とその連結された導管の横断面図である。
【図４ｂ】[0052]図１のエンジンの、高位容器とその連結された導管の横断面図である。
【図５】[0053]別の実施形態による、エンジンの斜視図である。
【図６】[0054]さらに別の実施形態による、多段エンジンの斜視図である。
【図７】[0055]さらに別の実施形態による、中央冷却ドラムを有するエンジンの斜視図である。
【図８】[0056]さらに別の実施形態による、環状回転部材を有するエンジンの斜視図である。
【図９】[0057]さらに別の実施形態による、図６のエンジンなどの、多段エンジンに使用するトラフの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
[0058]次に図１を参照すると、一実施形態によるエンジンが示されている。このエンジンは、全体的には、支持体１２、シャフト１４、およびシャフト１４のまわりに互いに間隔を空けられて、導管１６によって互いに連結された、複数の容器１８を含む。
【００４０】
[0059]図に示されるように、支持体１２は、タンクの底部や地面などの基部２０から全体的に上方に延びており、またその基部２０に取り付けてもよい。代替的に、エンジン１０は、その他の方向から支持することもできる（例えば、上方から、またはブラケットを使用するなどにより、高位置の表面から吊り下げる）。
【００４１】
[0060]基部２０の近くには熱源２２が設けられており、この熱源は、液体熱源とすることができる。実施形態によっては、熱源２２は停止していてもよく（例えば、液体が静止している）、または熱源２２は流動していてもよい（例えば、液体が移動している）。熱源２２のいくつかの例としては、工業プロセスまたは住居プロセス（例えば、温廃水）、太陽熱暖房、地熱暖房、海洋温度差暖房、バイオマス暖房、またはその他の廃熱源によって加温された水またはその他の液体を含むことができる。その他の例としては、高温排出ガス、またはその他のガス流を挙げることができる。
【００４２】
[0061]熱源２２は、エンジン１０に隣接する周囲空気のように、通常、冷却用レザーバに対して低い差温度を与える。例えば、熱源２２が１５℃（５９°Ｆ）の地熱から採取される場合には、冷却用レザーバは、−２０℃（−４°Ｆ）の温度の北米の冬季の間の周囲空気として、約３５℃（６３°Ｆ）の低温度差を得ることができる。
【００４３】
[0062]別の例においては、熱源２２は太陽によって加熱される水（例えば、４０℃（１０４°Ｆ）まで）とすることができ、冷却用レザーバは、低温の地下水（例えば、１５℃（５９°Ｆ）における源から）として、低温度差（例えば、この例においては、約２５℃（４５°Ｆ））を得ることができる。
【００４４】
[0063]図１に示すように、シャフト１４は、（例えば、ベアリング、ブッシュまたはその他好適なカップリング部材を用いて）回転可能に支持体１２に連結されており、重力の方向に対して概して少なくとも実質的に垂直な軸のまわりに回転する。シャフト１４はまた、図１に示すように、垂直エンジン面Ｐを概して画定する。図のように、シャフト１４は、熱源２２の上方の位置してもよい。
【００４５】
[0064]シャフト１４は、少なくとも第１の方向２４（ここでは、時計方向として示してある）に回転可能である。代替的に、シャフト１４は、望ましい場合には、別の特定の方向（例えば、反時計方向）に回転可能としてもよい。本明細書で言及する、反時計方向および時計方向の方向は、概してエンジン１０の作動を観察している観察者の位置に関係づけられており、決して限定を意味するものではない。
【００４６】
[0065]シャフト１４は、以下にさらに詳細に説明するように、動力をそれから抽出することのできる、回転部材の一例である。
[0066]エンジン１０はまた、シャフト１４のまわりに間隔を空けて配置されている複数の容器１８を含む（ここでは、等間隔で配置されているのが示されている）。各容器１８は、概して、その容器１８と、その内容物の重量（例えば、下方に作用）と、垂直エンジン面Ｐとその容器１８の重心との間の水平距離との積によって定義される、シャフト１４に対する重力モーメントを有する。例えば、特定の容器１８’は、垂直エンジン面Ｐから距離Lの間隔を空けて配置されている。
【００４７】
[0067]特定の容器１８に対する重力モーメントは、場合によってはゼロとなることもあること（例えば、その特定の容器１８は、シャフト１４の直上または直下に位置し、水平距離Lがゼロである場合）に気付かれるであろう。
【００４８】
[0068]シャフト１４（図１に示すように）の左側の容器１８の重力モーメントは、エンジン１０を反時計方向に回転させる傾向にあり、これに対して、シャフト１４の右側の容器１８の重力モーメントは、エンジン１０を時計方向に（例えば、第１の方向２４に）回転させる傾向にある。以下により詳細に説明するように、エンジン１０は、容器１８が垂直エンジン面Ｐの一方側（例えば、その右側）にあるときに、それらが、垂直エンジン面Ｐの他方側（例えば、その左側）の容器１８と比較して、重くなっており（例えば、より多くの液体を収容し）、その結果として、第１の方向２４にエンジン１０を駆動する正味モーメントを生じる（例えば、この例では時計方向であるが、他の例では反時計方向でもよい）。
【００４９】
[0069]容器１８は、導管１６によってまわり道の流体回路に互いに連結されている。実施形態によっては、導管１６の少なくとも１つが、シャフト１４に直接的または間接的に連結されてもよい。例えば、図１に示すように、導管１６は、中央ディスク２６に連結されており、中央ディスク２６は、シャフト１４に連結されている。
【００５０】
[0070]その他の実施形態においては、中央ディスク２６は、ドラム部材またはフレームで置き換えるか、または容器１８を、導管１６ではない、様々な他の構造部材を使用してシャフト１４に固定することもできる。
【００５１】
[0071]図に示すように、各容器１８は、２つの導管１６を介して２つのその他の容器１８に直接的に連結されている。各導管１６は、以下により詳細に説明するように、一般に、（例えば、その特定の容器１８に流体を供給するための）入口導管として作用する、入口端１６２と、出口導管として作用する（その特定の容器１８から流体が抽出されることを可能にする）、出口端１６４とを有する。
【００５２】
[0072]図に示すように、各導管１６は、その中に設けられた、１つまたは複数の一方向逆止弁２８を有してもよい。実施形態によっては、逆止弁は、導管１６が流体をそれに供給する各容器１８の入口端１６２の近くに位置してもよい。実施形態によっては、追加の一方向逆止弁（複数を含む）を、各導管１６に沿って間隔を空けて配置することができ、導管１６を通過する流体の流れおよび熱の管理を制御するのを補助することができる。
【００５３】
[0073]以下にさらに詳細に説明するように、各出口導管１６４は、容器１８の１つの内部にガストラップを画定するように、その容器１８の中に延ばすことができる（例えば、図３aを参照）。一般に、１つの容器１８に連結された入口導管１６２は、別の容器１８に連結された出口導管１６４と反対側にあり、すべての容器１８が、交互する容器１８と導管１６のまわり道の経路が提供されるように互いに結ばれている（例えば、すべての容器が互いに流体連通している）。
【００５４】
[0074]一般的には、導管１６と容器１８が交互する、まわり道の経路は、次のように説明できる：各容器１８は、別の容器１８に作動流体を供給するように互いに結合されており、別の容器１８は非隣接容器とすることができる。実施形態によっては、各容器１８は、作動流体を非隣接容器１８に供給するように結合されている。例えば、図２ｃに示すように、容器「Ａ」は、容器「Ｅ」に結合されて、第１導管１６ａを使用して容器「Ｅ」に作動流体を供給することができ、容器「Ｅ」は概して容器「Ａ」からシャフト１４の反対側にある。これによって、全体的にシャフト１４のまわりで前後に交差する、交互パターンが導管１６に与えられる。
【００５５】
[0075]容器１８、導管１６、およびシャフト１４は、全体的に、支持体１２に対して回転することのできる車輪状の組立体を形成する。
[0076]図１でわかるように、容器１８は、シャフト１４のまわりに間隔を空けて配置されており、容器１８と導管１６は、各容器１８が熱源２２によって加熱されるときに、その容器１８の出口導管１６４が、第２容器１８の上方にあるその容器１８の入口導管１６２であり、この第２の容器１８が、エンジン１０を第１の方向２４に駆動するように、時計方向の重力モーメントを有する（またはもう少しで有する）ように、互いに連結されている。
【００５６】
[0077]そのような多くの配設が可能であり、図示した形状配置（図１に示すように、７つの角度的に等間隔に配置された容器１８および７つの導管１６を備える）は、一例にすぎず、限定を意図するものではない。特に、容器１８はシャフト１４から同一の半径方向距離にある必要はなく、シャフト１４のまわりに等間隔で配置される必要もなく、また導管１６が真っ直ぐである必要もない。
【００５７】
[0078]容器１８および導管１６の内部は一般的に作動流体（例えば、液体‐蒸気混合物）を収容する。例えば、流体は液体アルコール（例えば、エタノールまたはメタノール）とアルコール蒸気の混合物とすることもできる。アンモニア、水、石油エーテル、ベンジン、ペンテン‐ｎ、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル、メチルアセテート、メチルイオダイド、エーテル、エチルブロマイド、メタノール、ヘキサン、アセトン、ブタン‐ｎ、二硫化炭素、ブロミン、クロロフォルム、アセトアルデヒド、およびフレオン冷凍ガスＲ−１１などの、その他の流体および液体も好適でありうる。
【００５８】
[0079]一般に、作動流体（例えば、液体‐蒸気混合物）の沸点は、エンジン１０を駆動するのに使用される液体熱源２２の予想温度に応じて選択される。特に、作動流体は通常、熱源２２にさらされるときに、作動流体の蒸気圧が増大させられるように選択される。実施形態によっては、作動流体は、熱源２２の温度の周辺または近傍の沸点を有するように選択される。例えば、作動流体の沸点は、熱源２２の温度よりも、わずかに低いか、ほぼ等しいか、またはわずかに高くなるように選択することができる。
【００５９】
[0080]実施形態によっては、作動流体（例えば、液体‐蒸気混合物）は、液体として容器１８および導管１６に供給することができる。容器１８および導管１６内の残留空気は、その中に残すか、またはその代わりに（例えば、真空または換気システムを使用して）排除してもよく、これによって作動流体の蒸発を容易にすることができる。実施形態によっては、作動流体（例えば、液体‐蒸気混合物）は、エンジン１０を駆動するのに使うことのできる、特定の１つまたは複数の差温度範囲に応じて選択し、構成することができる。
【００６０】
[0081]一般的に、熱源２２の影響を受けてエンジン１０を駆動する特定の容器１８に対して、容器１８が熱源２２によって加熱されて、容器１８の内部の液体‐蒸気混合物が温まり、蒸気化または沸騰してその特定の容器１８における蒸気圧の上昇が達成されるように、その容器１８は、熱源２２に対して十分に近くまで動かなければならない（少なくとも部分的にまたは完全に熱源２２内に浸漬されてもよい）。本明細書において述べるときには、沸騰および蒸発の用語は、概して等価である。
【００６１】
[0082]熱源２２に近い特定の容器１８内の液体が蒸発するとき、これによって容器１８内部のガストラップ内部の圧力が増大して、液体が、導管１６の連結された出口端部１６４を通って押し出される。その容器１８からの液体は、導管１６を通って上方に流れ、一方向逆止弁２８を通過して、次いで、入口導管１６２を介して相互連結された高位の容器１８中に押し出される。これによって、液体質量の総位置エネルギーが（例えば、熱エネルギーを位置エネルギーに変換することによって）増加し、次いで、この位置エネルギーを、エンジン１０を駆動するための運動エネルギーに変換することができる。
【００６２】
[0083]特に、低位容器１８から高位容器１８への作動流体の移動によって、車輪状組立体が第１の方向２４（例えば、時計方向に）に回転させられる。次いで、多数の好適な方法でエネルギーをシャフト１４から抽出することができる（例えば、ギア、ベルトを使用して機械式に、シャフト１４を発電機に結合することによって電気式に、およびその他）。
【００６３】
[0084]図１に示すように、高位の容器１８は、シャフト１４によって画定される垂直エンジン面Ｐの一方側（例えば、右側）にあればよく、その結果として高位容器１８の重量（およびその中の流体の重量）によって生成される重力モーメントが第１の方向２４に（例えば、時計方向）作用する。
【００６４】
[0085]実施形態によっては、車輪状組立体が十分な回転慣性力を有していれば、高位容器１８は、その中に流体を受け入れるときに、時計方向重力モーメントを有しかけているだけでよいことを理解されたい。すなわち、車輪状組立体の回転慣性力は、これが発生するときに、シャフト１４の左側から右側に容器１８を運搬する傾向にあるので、高位容器１８は、実際には、流入液体を受け入れるときに、小さな反時計重力モーメントを有するようにすることができる（例えば、高位容器１８は垂直エンジン面Ｐのどちら側にあってもよい）。
【００６５】
[0086]実施形態によっては、高位容器１８への流体の到着のタイミングは、エンジン１０のエネルギー出力を増大させ、また場合によっては最大化させるように選択することができる。
【００６６】
[0087]次に図２ａ〜ｃを参照すると、エンジン１０の運動および作動流体の移動がいくつかの点において示されている。一般に、容器「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ｄ」「Ｅ」「Ｆ」および「Ｇ」は、図に示すように導管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆおよび１６ｇによって互いに結合されている。
【００６７】
[0088]これらの図において、容器１８および導管１６の内部の液体は、網掛け領域または黒塗り領域によって概略的に表わされている。網掛け容器１８および導管１６は、液体で一杯である必要はないが、通常は相当な量の液体をその中に収納することになる。
【００６８】
[0089]同様に、容器１８および導管１６内部の蒸気またはガスは、例えば、図３ａおよび３ｂに示すように、網点の領域で表わされている。網点の領域は、完全に液体なしにはできず、その中にいくらかの液体を収納してもよい。
【００６９】
[0090]その他の領域は白色のままにされており、この白色は、全体を通して、これらの領域が（少量の液体または蒸気を含んでもよいが）実質的にほとんど液体および蒸気を含まないことを示す。
【００７０】
[0091]図２ａにおいて、エンジン１０は第１の方向２４（例えば、この例では時計方向）に回転しており、容器「Ａ」は、例えば温廃水とすることのできる熱源２２に接近している。この点において、容器「Ｂ」を除くすべての容器は、一般に熱源２２よりも低温である周辺空気にさらされている。
【００７１】
[0092]容器「Ｂ」は熱源２２内に浸漬されているが、この点において、液体はほとんどない状態である。容器「Ｂ」は垂直エンジン面Ｐのわずかに左側にあるので、熱源２２が容器「Ｂ」に及ぼす上方の浮力は、時計方向のモーメントを生じて、それによってエンジン１０の第１の方向２４への回転を助長する傾向にある。
【００７２】
[0093]この時点において、容器「Ｆ」、「Ｇ」および「Ａ」はその中にかなりな量の液体を有することになる。その中のこの液体の重量によって、別の時計方向モーメントを生じ、これによって、エンジン１０が第１の方向２４に回転するのがさらに助長される。
【００７３】
[0094]場合によっては、容器「Ｆ」、「Ｇ」および「Ａ」によって生成される総重力モーメントは、容器「Ｂ」によって生成される浮力モーメントよりも大きくなることがある。
【００７４】
[0095]図２ｂにおいて、エンジン１０の回転は、容器「Ａ」を熱源２２内部に部分的に浸漬させるように継続した。容器「Ａ」は、この時点で、熱源２２によって加熱されており（加熱しようとする容器「Ａ」に対して浸漬は必要ではないが）、容器「Ａ」内部の液体の沸騰／蒸発が進行中であり、結果として容器「Ａ」内の圧力が上昇する。この増大した圧力によって、液体の一部が（斜線で示すように）容器「Ａ」と容器「Ｅ」の間の第１の導管１６ａに流入させられる。この時点において、容器「Ｂ」の浮力、容器「Ｆ」および容器「Ｇ」内の液体の重量、ならびに容器「Ａ」およびその出力導管１６における残留液体の重量は、第１の方向２４へのエンジン１０の運動を助長し続ける。
【００７５】
[0096]図２ｃにおいて、容器「Ａ」は、この時点で、もう少しでほとんど全体が熱源２２内に浸漬される状態にある。この点において、容器「Ａ」内の液体の少なくとも相当の部分が、導管１６ａを通り、逆止弁２８を通過し、容器「Ｅ」中に流されている。容器「Ｅ」，「Ｆ」および「Ｇ」内部の液体の重量によって、エンジン１０を第１の方向２４に駆動し続ける重力モーメントが発生する。
【００７６】
[0097]容器「Ａ」から容器「Ｅ」への液体の移動の結果として、エンジン１０の位置エネルギーが増大し、それによってエンジン１０の回転をもたらす。言い換えると、容器１８内部での沸騰により生じる液体の再分布の結果として、第１の方向２４（例えば、時計方向）に作用するエンジン１０上の概して連続的なモーメントが生じる。
【００７７】
[0098]なお、場合によっては、図２ｃに示されるように、容器「Ａ」からの正味浮力モーメントは、第１の方向２４と反対に（例えば、反時計方向に）作用することがあり、これはエンジン１０の第１の方向２４への回転を抑制する傾向にある。しかしながら、実施形態によっては、この効果は、容器「Ａ」の熱源２２への暴露のタイミングを決めること、および結果として生じる容器「Ａ」における液体の沸騰によって低減、または最小化することができる。
【００７８】
[0099]このサイクルは、容器「Ｇ」が温水２２に接近するときに継続する。同時に、容器「Ｂ」「Ｃ」、「Ｄ」は（例えば、周囲空気と熱を交換すること、および／または容器「Ｂ」「Ｃ」、「Ｄ」上の熱源２２からの残留液体が蒸発する、揮発性冷却を介することによって）冷却される。この冷却によって、容器「Ｂ」「Ｃ」、「Ｄ」が熱源２２の温度よりも低い温度を得ることが可能となり、エンジン１０を失速させる可能性のある、エンジン１０全体が熱源２２と同一または実質的に同様の温度に達することが概して防止される。
【００７９】
[00100]開始段階の間（例えば、エンジン１０が停止状態の後、動き始めるとき）、エンジン１０は最初にかなりゆっくりと回転するが、定常速度に達するまで加速することができる。この定常状態速度に到達するのは、一般に、容器１８（およびその中の液体を含む）に作用する重力、浸漬された、または部分的に浸漬された容器１８に作用する浮力、シャフト１４上の摩擦力、容器１８および熱源２２を通過する、その他任意の構成要素に及ぼす熱源２２の抵抗（例えば、流体抵抗）、容器１８および周囲大気を通過して移動する、その他の構成要素に作用する大気流体抵抗、ならびにエンジン１０の動力を取り出すときに生じる、シャフト１４（その他の部材）に対する、その他の損失および抵抗の間で平衡が生じるときである。
【００８０】
[00101]定常状態速度で動作しているときに、力間の平衡が維持される傾向にあり、その結果として、エンジン１０は、動力要求の変化、熱源２２の温度変化、その他の理由で、速度が変わることがある。（フライホイールを含むこともある）エンジン１０の回転部品の慣性力は、このような平衡における過渡的変化によって生じるエンジン１０の加速または減速を減衰させて、エンジン１０のより均一な回転をもたらす傾向がある。
【００８１】
[00102]エンジン１０の回転を停止するのは、エンジン１０を熱源２２から取り外すことによって達成することができ、またその逆も可能である。例えば、エンジン１０を持ち上げて熱源２２から出すことができる（または、熱源２２をエンジン１０と接触しないように下げることもできる）。
【００８２】
[00103]代替的に、熱源２２が温廃水である場合には、熱源２２への新規の温水の入力流を停止させ、それによって熱源２２が周囲空気と同様の温度まで冷却されて、周囲空気と熱源２２との間にエンジン１０を駆動するための温度差がほとんど、またはまったくなくなるようにすることもできる。したがって、エンジン１０は、その回転慣性力が消費されると、停止しようとする傾向にある。
【００８３】
[00104]その他の実施形態においては、エンジン１０を減速および／または停止させるのにブレーキ（例えば、機械式、磁気式、油圧式、容量式、その他）を使用することもできる。
【００８４】
[00105]容器１８は、一般に任意好適な構造にすることができる。例えば、容器１８は、球形、円筒形、液滴形状、四角形、またはその他任意好適な形状にすることもできる。
[00106]実施形態によっては、容器１８は、容器１８と熱源２２との間、および／または容器１８と周囲空気との間の熱伝達を増大させるように寸法および形状を決められた、１つまたは複数のフィンを有してもよい。
【００８５】
[00107]実施形態によっては、容器１８が熱源２２を通って移動することに対する抵抗（例えば、流体抵抗（drag force））を、容器１８の寸法および形状を選択するときに、考慮に入れる必要がある。例えば、涙滴状容器１８を選択し、容器１８と熱源２２との間の流体抵抗を低減するのを助けてもよい。
【００８６】
[00108]容器１８は、エンジン１０の動作中に伴う圧力および温度に好適な任意の材料で製作することができる。例えば、鋼、銅、アルミニウム、ガラスおよびプラスチックは、作動流体および熱源のタイプに応じて、好適な材料となり得る。カーボンファイバまたは（例えば、錆を抑制するための）熱可塑性層で覆われた鋼などの複合材料も適していることがある。
【００８７】
[00109]容器１８の熱伝導率は、容器１８内部の液体の沸騰を、助長、遅延または全体的に同期させるように選択することができる。例えば、浮力の便益（上記を参照）を増大または最大化するために沸騰を遅延しなければならない場合には、より絶縁性の高い材料を容器１８に対して選択することができる。代替的に、沸騰を早める必要がある場合には、より熱伝導性の高い材料を容器１８に使用することができる。
【００８８】
[00110]導管１６は、エンジン１０の動作中に伴う圧力および温度に好適な任意の材料で製作することもできる。例えば、導管１６は、市販の丸形または角形の管材（例えば、ＰＶＣ管材のプラスチック、銅管材、など）で製作することもできる。容器１８に対して概して好適な材料は、導管１６に対しても好適でありうる。実施形態によっては、導管１６は（図１に示すように）直線状とするか、または代替的に曲線状もしくは段付きの経路または形状を有してもよい。実施形態によっては、導管１６には、フレキシブルホース（例えば、容器１８をシャフト１４に固定するのに別のフレーム部材が使用される場合）を含めることもできる。
【００８９】
[00111]実施形態によっては、導管１６および容器１８は、使用される材料に応じて、任意好適な従来式工法を用いて接合することができる。例えば、導管１６と容器１８とは、ねじ式連結、ろう付け、溶接、はんだ付け、糊づけ、接着、超音波溶接、機械式圧縮はめ、クリンプリング（crimping rings）、その他を使用して接合することもできる。実施形態によっては、容器１８と導管１６とは、一体式に製作することもでき、別個の構成要素とする必要はない。
【００９０】
[00112]実施形態よっては、逆止弁２８は、エンジン１０内部の動作温度および圧力に適するように選択された、市販の逆止弁（例えば、ボール・スプリングバルブ）としてもよい。
【００９１】
[00113]導管１６内部の流体の流れは、図３ａ〜ｂおよび図４ａ〜ｂについて説明するように、一般に、逆止弁２８および導管‐容器連結部によって抑制される。図３ａ〜ｂおよび図４ａ〜ｂにおいては、支持体１２を含むいくつかの要素、ならびにその他の要素を、よりわかりやすくするために省略してある。
【００９２】
[00114]例えば、図３ａは、容器１８およびその２つの連結された導管１６、入口導管１６２、および出口導管１６４を示す。入口導管１６２は、容器１８の壁部と連結され、それに対して、出口導管１６４は、容器１８内部にガストラップ３２を画定するように容器１８内部に延びる端部１６４ａを有する。
【００９３】
[00115]図示された方位において、重力によって、液体３０は容器１８の底部付近に集まる。液体３０が（例えば、熱源２２から受ける熱のために）沸騰または蒸発するときに、ガストラップ３２における圧力は、その中のガスは逆止弁２８を通過して脱出できないので、増加する。
【００９４】
[00116]図３ｂは、液体３０の相当な部分が、ガストラップ３２における圧力増加によって、出口導管１６４内で押し上げられているのを示している。液体および蒸気は、逆止弁２８があるために、入口導管１６２を経由して脱出することができない。
【００９５】
[00117]図４ａは、高位容器１８が、図３ａ〜ｂの低位容器１８の出口導管１６４によって供給を受けているのを示している。低位容器１８に対する出口導管１６４は、図４ａに示される高位容器１８に対する入口導管１６２に結合されている。図示のように、液体は、上方に逆止弁２８を通過して流されている。
【００９６】
[00118]図４ｂにおいて、流体３０は、加圧された蒸気３４によって、高位容器１８中に流入し続けている。液体３０は、それが出口導管１６４の端部１６４ａにまだ到達していないので、容器１８から脱出できない。少量の脱出液体は、液体の相当な部分が容器１８内部に残留する限り、一般的に重大な問題とはならない。この容器の内部の液体３０は、重力によって下方に作用し、エンジン１０を回転させる。
【００９７】
[00119]次に図５を参照すると、別の実施形態による、別のエンジン３７が示されている。エンジン３７は、５つの導管３８によって連結された５つの円筒形容器３６を含む。各導管は、逆止弁（図示せず）を有し、導管３８と容器３６は、概して先述の実施形態におけるのと同様に、互いに連結されている。導管３８は、中央ドラム４０に連結され、この中央ドラム４０を貫通してシャフト４２が延びている。このシャフト４２は、一対の支持体４４によって、ドラム４０の両側で回転可能に支持されている。熱源（図示せず）は、（熱源２２と概して同様に）シャフト４２の下方の領域に設けられている。
【００９８】
[00120]実施形態によっては、ドラム４０は、軽量中空構造とするか、または代替的に、フライホイールなどの重量構造とすることができる。それは軽量フレームで置換することもできる。重量フライホイールとして実現される場合には、ドラム４０は、エンジン３７の回転慣性力を大幅に増大させる傾向がありえ、これは特定の応用において便益がありうる。
【００９９】
[00121]実施形態によっては、ドラム４０は冷却源として機能することが可能であり、この冷却源は、導管３８と共に、その中の液体／蒸気が容器３６間を通過するときに、それと連続する。実施形態によっては、動力はドラム４０からとることもでき、したがってドラム４０は、エンジン３７がそれを通して動力を供給することのできる回転部材の別の例である。
【０１００】
[00122]なお、図５に示すように、導管３８は、それらが交差するときに、導管３８間の干渉を避けるように、（通常は、シャフト４２の軸に沿って）互いにオフセットさせてもよいことに留意されたい。
【０１０１】
[00123]次に図６を参照すると、別の実施形態による多段エンジン５７が示されている。エンジン５７は、全体として、共通シャフト４６に直列に連結された３つの車輪状組立体５０、５２、５４（または、「段階」）を含む。
【０１０２】
[00124]図示のように、３つの車輪状組立体５０、５２、５４がシャフト４６に異なる回転角度で固定されているが、それらは同一の角度または実質的に同様の角度で固定することもできる。この配設は、熱源からより大きな動力を引き出すのに有用でありうる（例えば、よい大きな温水浴）。
【０１０３】
[00125]さらに、液体熱源は矢印５６の方向に流れているとすると、３つの車輪状組立体５０、５２、５４のそれぞれを、段階式で液体熱源からエネルギーを引き出すのに使用してもよい。例えば、各車輪状組立体５０、５２、５４は、流動液体熱源の温度を低減する傾向があり、車輪状組立体５０、５２、５４は、異なる作動流体（例えば、液体‐蒸気混合物）をその中に有することにより、構成または最適化することができる。
【０１０４】
[00126]例えば、第１段車輪状組立体５０は、一般に熱源がその最高の温度にあるときに熱源と係合する。したがって、第１段組立体は、より高い沸点を有する作動流体を設けることができる。逆に、最低温度で熱源と係合する、第３段車輪状組立体５４は、より低い沸点を有する作動流体を設けることができる。最終的に、中央車輪状組立体５２は、中間の沸点（例えば、より高いまたはより低い沸点温度の間）を有する作動流体を有してもよい。
【０１０５】
[00127]図６に示す実施形態において、車輪状組立体のドラム４０は、共通シャフト４６に固定されている。しかしながら、その他の実施形態においては、シャフト４６はカップリングによって各ドラム４０に連結してもよく、このカップリングは、それまでどおりドラム４０からシャフト４６に動力を伝達しながら、ドラム４０とシャフト４６の独立の回転を可能にする。そのようなカップリングの例としては、楕円ベアリングや流体カップリングがある。そのようなカップリングは、車輪状組立体が、共通シャフト４６に動力を供給しながら、異なる速度で回転することを可能にすることができる。
【０１０６】
[00128]実施形態によっては、車輪状組立体５０、５２、５４は、異なる方向に回転し（例えば、第１の組立体５０および最後または第３の組立体５４が時計方向に回転し、同時に第２の組立体５２が反時計方向に回転する）、同時に（例えば、既知のギアシステムおよび／またはその他のカップリングによって）それまでどおりシャフト４６へ動力を供給するように構成することができる。回転の方向が異なることは、トルクの不均衡、およびそうでなくては支持体１２に不要な力を加える可能性のある、ジャイロ作用効果または回転運動量効果を低減するのを助けることができる。
【０１０７】
[00129]実施形態によっては、中心配置されたドラム４０は、１つの構造のみに相互連結して、この構造が、ドラム、およびより大径の中空シャフトの両方として、機能するようにすることもできる。
【０１０８】
[00130]次に図７を参照すると、別の実施形態によるエンジン４７が示されている。エンジン４７は、図５に示されるようなエンジン３７と類似していてもよい。この実施形態においては、エンジン４７は、より大きなドラム４８を有し、導管３８はドラム４８を貫通している（かつ／またはそれと連続（interface）している）。
【０１０９】
[00131]この実施形態におけるドラム４８は、液体／蒸気が導管３８を通って移動するときに、液体／蒸気を冷却する役割をする、冷却流体を収容してもよい。ドラム４８はその中の冷却流体によって収集される熱を放散させるのを助けることができ、かつ／または冷却流体をドラム４８を通過して再循環させることができる。ドラム４８内の冷却流体は、必要に応じて、作動流体（例えば、液体‐蒸気混合物）の温度を調節または管理するのを助けることができる。
【０１１０】
[00132]次に図８を参照すると、さらに別の実施形態によるエンジン７７が示されている。エンジン７７も、図５に示されるようなエンジン３７に類似している。しかしながら、１つの違いは、環状部材６２が、エンジン７７内の容器３６に連結されていることである。
【０１１１】
[00133]環状部材６２は、歯車６４またはその他の係合部材を備えて、動力をギア、または歯６４と噛合することのできるその他の類似の装置（図示せず）に供給するのに使用してもよい。この種の歯付きの環状部材は、リングギアと呼ばれることもある。
【０１１２】
[00134]図８に示される実施形態において、歯６４は、環状部材６２の外周辺上に設けられている。他の実施形態においては、歯６４は、環状部材６２の内周辺上、または内周辺上および外周辺上の両方に配置することもできる。実施形態によっては、環状部材６２は、プラネタリギアシステムの一部とすることができる。環状部材６２は、動力をそこから取り出すことのできる回転部材の別の例であり、したがって、動力は、シャフト４２から取り出す必要があるとは限らない。
【０１１３】
[00135]図６に戻って参照すると、他の実施形態においては、組立体５０、５２、５４の１つまたは複数（例えば、中央車輪状組立体５２）を、図８に示す車輪状組立体で置換して、動力を取り出すことのできる２つの回転部材（すなわち、シャフト４６および環状部材６２）を有する多重段階エンジンを提供するようにしてもよい。これは、実施形態によっては異なる速度、トルク、または動力出力、などで回転することのできる、２つ以上の回転部材の例である。
【０１１４】
[00136]次に図９を参照すると、図６に示す多段エンジン５７のような、多段エンジンに使用するトラフ（trough）７１が示されている。図示のように、通常、水または別の液体熱源が、矢印によって概略を示してあるトラフ７１の脚部（legs）またはチャネル７０、７２、７４、７６および７８を通って流れる。流れは、水をポンプで送るか、またはその流れを助長するように、トラフ７１を傾けることによって達成することができる。
【０１１５】
[00137]実施形態によっては、トラフ７１の脚部またはチャネル７０、７２、７４、７６および７８は、隣接する脚部またはチャネル７０、７２、７４、７６および７８内の水が反対方向に流れるように、ジグザグ構成またはスイッチバック構成に配設してもよい。
【０１１６】
[00138]使用中に、多段エンジン（例えば、エンジン５７）の各段は、脚部またはチャネル７０、７２、７４、７６および７８の１つから熱エネルギーを引き出すのに使用してもよい。
【０１１７】
[00139]例えば、多段エンジンが、同一方向に回転する３つの段（例えば、段５０、５２および５４）を有する場合には、段は、各段における容器と同一方向を流れる水と遭遇するように、脚部またはチャネル７０、７４、および７８と関連させることができる。同様に、多段エンジンが５つの段を有し、交互する段が反対方向に回転する場合には、各段における容器と同じ方向に流れる水と出会うように、段のそれぞれを、脚部またはチャネル７０、７２、７４、７６および７８のうちの１つと関連させることができる。
【０１１８】
[00140]実施形態によっては、液体熱源の流れが、流れがエンジン段の回転にあまり大きな影響を与えない程度に、十分に遅い（例えば、水の移動により増大した流体抵抗効果が無視できる）場合には、１つまたは複数の段を、水の流れの方向と逆に回転するように構成することもできる。例えば、各段が同一方向に回転する、５段エンジンを、トラフの脚部またはチャネル７０、７２、７４、７６および７８内部に設けることができる。
【０１１９】
[00141]実施形態によっては、より多数の脚部またはチャネルを備えるか、またはより少数の脚部またはチャネルを備える、その他のトラフ構成も可能である。
[00142]一般に、エンジン段の回転の方向の流れは、（水車のように）流れから運動エネルギーを収穫することを可能にし、これに対して、回転の方向と反対の流れは、熱源における乱流を増加させ、これは熱源から容器への熱伝達を増加させるのを助けることができる。
【０１２０】
[00143]実施形態によっては、１つまたは複数の弁またはバッフルを、流れの中（例えば、通常、脚部７０、７２、７４、７６および７８の間の連結部８０などの、トラフ７１内の任意場所）に設けることができる。弁および／またはバッフルは、流れを調節するのを助けるとともに、一般に液体熱源の移動を制御するのを助けることができる。
【０１２１】
[00144]実施形態によっては、本明細書において考察するように、エンジンを駆動するのに使用される熱源は、周囲温度よりも高い温度の水などの、液体としてもよい。しかしながら、これは、エンジンを駆動するのに使用することのできる、低差温度源の一例にすぎない。場合によっては、そのような水は、太陽エネルギーもしくは地熱エネルギー、海洋温度差エネルギー、バイオマスエネルギーによって加熱するか、またはある種の工業プロセス、企業プロセス、または住居プロセス（例えば、工業施設からの廃水）によって加熱された水とすることができる。実施形態によっては、容器は、そのような液体内に部分的または全体的に浸漬することができる。実施形態によっては、液体は、静止、移動、または再循環させることができる。
【０１２２】
[00145]実施形態によっては、本明細書において概略を説明するように、エンジンの１つまたは複数を、静止型および／または可動型にしてもよい（例えば、エンジンを移動の可能な車両に搭載してもよい）。
【０１２３】
[00146]実施形態によっては、熱源は、レンズまたは拡大装置で誘導または集束させること、および／または例えば鏡によって反射させることにより低位容器（複数を含む）を加熱することのできる、太陽熱エネルギーなどの、放射熱源とすることもできる。
【０１２４】
[00147]実施形態によっては、熱源は、熱交換器からの熱などの伝導性熱源とするか、または空気または蒸気の加熱流から、または所望の回転位置にある容器を加熱するように狙いをつけられたファンからなどの、対流熱源にすることもできる。
【０１２５】
[00148]一般に、本明細書に記載したエンジンの実施形態は、伝導型、対流型、放射型、またはそれらの組合せであっても、任意好適な熱源からエネルギーを抽出することができる。
【０１２６】
[00149]熱源は、作動流体の温度を上昇させて、液体をより高い位置に移送する蒸気圧を生成する、主駆動力である。この高い位置において、作動流体はより高い位置エネルギーを有することになり、この位置エネルギーが運動エネルギーに変換されてエンジンを駆動することができる。
【０１２７】
[00150]実施形態によっては、本明細書において全体を通して記載するように、エンジンの出力は、シャフトまたはその他の回転部材から回転動力として取り出すことができる。回転動力を使用する任意好適な装置を、シャフトまたはその他の回転部材に連結することができる。そのような装置としては、例えば、発電機、交流発電機、スターリングエンジン、ポンプ、および圧縮機を挙げることができる。
【０１２８】
[00151]すなわち、電力、熱動力、または機械動力を、本明細書において全体を通して記載するエンジンを使用して生成することができる。さらに、シャフトおよびその他の回転部材からの出力トルクおよび速度は、様々なギアシステム、油圧カップリング、プラネタリギアシステム、およびその他様々な望ましい技法によって調節し、適応させることもできる。
【０１２９】
[00152]一般に、実施形態によっては、熱は、徐々に冷却される源から引き出してもよい。したがって、システムからの出力の１つは、冷却された熱源（例えば、流体）とすることができ、一方それと同時に、流体から抽出されたエネルギーは、トルク、電気の生成、またはその他の用途に使用してもよい。
【０１３０】
[00153]実施形態によっては、冷却された流体は、その他の応用に使用することのできる、副生成物である。例えば、光起電型（ＰＶ）ソーラーシステムの副生成物は、本明細書で全体を通して説明した、動力を生成するための１つまたは複数のエンジンで使用することのできる温流体であり、一方それと同時に、出力される冷流体は、ＰＶシステムをさらに冷却する冷却媒体として有用でありうる。
【０１３１】
[00154]実施形態によっては、全体構成が、中心軸のまわりに回転する一連の要素を備える「車輪」として示されているが、これは唯一可能な配設ではなく、車輪配設は単に一例にすぎない。
【０１３２】
[00155]なお上述のように、容器および導管内の作動流体は、所望の沸点を有する単一の流体とすることができる。また、低い温度で沸騰する１つの流体（例えばエタノール）と、導管を通って上方に駆動することのできる、より高い沸騰温度を有する第２の流体（例えば水）など、２つ以上の流体を互いに混合することも可能である。
【０１３３】
[00156]そのような実施形態においては、第２の流体は、高い沸点を有し、そのために、主として液体のままであることができる。そのような組合せの１つは、アルコールと水の組合せでありうる。低い沸点と低い密度を有する、イソプロパノールアルコールは、水の上に浮く傾向があり、いったん熱にさらされると、沸騰して水を次の容器へと上方に押し出す。
【０１３４】
[00157]実施形態によっては、エンジンは、作動流体の様々な個別の段階に対して、熱源の入力温度に基づいて最適化することができる。第２の流体が水またはいくぶん重い流体である場合には、このことは、同量のアルコールまたはより軽い流体が上方に移送される場合よりも、より大きい位置エネルギーを生成するのを助けることができる。
【０１３５】
[00158]実施形態によっては、上方に移送されている、容器および導管内の混合物の濃度をさらに増加させるために、溶性または不溶性の添加剤を溶解または懸濁させると、質量およびその結果として生じる重力および浮力モーメントも増大させ、したがって、エンジンの回転運動エネルギーを増大させることができる。
【０１３６】
[00159]そのような添加剤の一例は食塩（ＮａＣｌ）であり、食塩は、水に添加することも可能であって、密度を増大させて、水の沸点を変化させる傾向がある。その他の密度増大添加剤としては、懸濁剤、スラリー、および水と混合された金属粒子または鉱物粒子などのコロイドが挙げられる。密度に重大な影響を与えず、沸点だけを変化させる、その他の添加剤を使用してもよい。
【０１３７】
[00160]実施形態によっては、熱源の温度に応じて、異なる作動流体を使用してもよい。例えば、熱源を地熱とすることのできる、低い周囲温度（例えば、北アメリカの冬の間）に対しては、作動流体は液体二酸化炭素とするか、または相変化部分と上方に移送されて位置エネルギーを生成する質量部分とを有する合成流体としてもよい。
【０１３８】
[00161]上記の明細書は、１つまたは複数の方法および／または装置の実施例を提供するが、その他の方法および／または装置も、当業者によって判断されるように、本明細書の範囲に含めることができることに気付かれるであろう。
【図１】
2011521137.tif 000003
【図２ａ】
2011521137.tif 000004
【図２ｂ】
2011521137.tif 000005
【図２ｃ】
2011521137.tif 000006
【図３ａ】
2011521137.tif 000007
【図３ｂ】
2011521137.tif 000008
【図４ａ】
2011521137.tif 000009
【図４ｂ】
2011521137.tif 000010
【図５】
2011521137.tif 000011
【図６】
2011521137.tif 000012
【図７】
2011521137.tif 000013
【図８】
2011521137.tif 000014
【図９】
2011521137.tif 000015
【国際調査報告】
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