(57)【要約】【課題】内燃機関により発生する高熱廃ガスの熱を再利用することによって、エネルギーの利用効率が格段に向上する。【解決手段】燃焼室２１２及び燃焼室２１２に発生する高熱ガスを外部に排出する排気パイプ２１４を有する内燃機関２０,５０と、内部空間３１１に水を収容する蒸気ボイラー３１と排気パイプ２１４と連通し内部空間３１１を蛇行するように通過し燃焼室２１２に発生する高熱ガスにより内部空間３１１内の水を加熱し沸騰させて蒸気を発生させる加熱パイプ３２と蒸気ボイラー３１と連通し内部空間３１１内に発生する蒸気により回転駆動されるタービン翼３４２を配設する蒸気タービン３４とを有するエネルギー変換手段３０と、蒸気タービン３４におけるタービン翼３４２の回転により駆動される電気生成装置４１を有する出力手段４０,６０とを備えるエネルギー生成装置１０,１１を提供する。【選択図】図1
2008150999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室及び該燃焼室に発生する高熱ガスを外部に排出する排気パイプを有する内燃機関と、
内部空間に水を収容する蒸気ボイラーと、前記排気パイプと連通していて前記内部空間を蛇行するように通過し前記燃焼室に発生する高熱ガスを受け入れて前記内部空間内に収容された水を加熱して沸騰させて蒸気を発生させる加熱パイプと、前記蒸気ボイラーの内部空間と連通し且つ前記内部空間内に発生する蒸気により回転駆動されるタービン翼を配設した蒸気タービンとを有するエネルギー変換手段と、
前記蒸気タービンにおけるタービン翼の回転により駆動される電気生成装置を有する出力手段とを備えるエネルギー生成装置。
【請求項２】
前記蒸気ボイラーの内部空間と蒸気タービンとを連通させる蒸気パイプを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー生成装置。
【請求項３】
前記エネルギー変換手段は、
前記蒸気タービンから蛇行するように延伸し前記蒸気タービンを通過した蒸気を冷却して水に戻すことができる凝縮パイプと、該凝縮パイプの先端と接続されて該凝縮パイプで冷却された水を貯蔵する復水貯蔵槽と、該復水貯蔵槽と前記蒸気ボイラーの内部空間とを連通させ前記復水貯蔵槽内に貯蔵される水を前記蒸気ボイラーに送るポンプとを備えている凝縮手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー生成装置。
【請求項４】
前記蒸気ボイラーには内部空間内の圧力が所定値に達すると開放して該蒸気ボイラー内の蒸気を外部に漏らす安全弁を設けることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー生成装置。
【請求項５】
前記蒸気タービンは中空なケーシングと、該ケーシングの中央部近くに回転自在に枢設されている回転軸とを有しており、該回転軸と共に回転するように該回転軸に前記タービン翼を配設したことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー生成装置。
【請求項６】
前記電気生成装置には発生する電気を貯蓄する蓄電池を電気的に接続していることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー生成装置。
【請求項７】
前記内燃機関は動力を出力する出力シャフトを備えていることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー生成装置。
【請求項８】
前記内燃機関は前記出力シャフトにより駆動されるエネルギー変換手段を備えることを特徴とする請求項７に記載のエネルギー生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー生成装置に関し、特に、燃料効率が格段に向上されたエネルギー生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に示すのは内燃機関を用いた従来のエネルギー生成装置である。図示のように、このエネルギー生成装置は内燃機関１と、内燃機関１に発生する動力を外部に伝達する出力シャフト２と、内燃機関１に発生する動力に伴って発生する高熱ガスを外部に排出する排気パイプ３と、高熱ガスのろ過や降温を行う処理手段４とを備えている。該従来のエネルギー生成装置は、燃料と空気の混合ガスを内燃機関１内で燃焼させることによって、出力シャフト２を回転駆動する機械的動力を発生させる。その燃焼に伴って発生する高熱廃ガスは、処理手段４により有害物質のろ過と温度の降下がなされた後、外部の大気に排出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来のエネルギー生成装置は燃料と空気の混合ガスを燃焼することにより確実に機械的に動力を発生させるものの、熱となって廃ガスと共に排出されるエネルギーの無駄は無視できない。
【０００４】
従って、本発明は内燃機関により発生する高熱廃ガスの熱を再利用することによって、エネルギーの利用効率が格段に向上したエネルギー生成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は燃焼室及び該燃焼室に発生する高熱ガスを外部に排出する排気パイプを有する内燃機関と、内部空間に水を収容する蒸気ボイラーと、前記排気パイプと連通していて前記内部空間を蛇行するように通過し前記燃焼室に発生する高熱ガスを受け入れて前記内部空間内に収容された水を加熱して沸騰させて蒸気を発生させる加熱パイプと、前記蒸気ボイラーの内部空間と連通し且つ前記内部空間内に発生する蒸気により回転駆動されるタービン翼を配設した蒸気タービンとを有するエネルギー変換手段と、前記蒸気タービンにおけるタービン翼の回転により駆動される電気生成装置を有する出力手段とを備えるエネルギー生成装置を提供する。
【０００６】
前記蒸気ボイラーの内部空間と蒸気タービンとを連通させる蒸気パイプを更に備えていることが好ましい。
【０００７】
前記エネルギー変換手段は、前記蒸気タービンから蛇行するように延伸し前記蒸気タービンを通過した蒸気を冷却して水に戻すことができる凝縮パイプと、該凝縮パイプの先端と接続されて該凝縮パイプで冷却された水を貯蔵する復水貯蔵槽と、該復水貯蔵槽と前記蒸気ボイラーの内部空間とを連通させ前記復水貯蔵槽内に貯蔵される水を前記蒸気ボイラーに送るポンプとを備えている凝縮手段を更に有することが好ましい。
【０００８】
前記蒸気ボイラーには内部空間内の圧力が所定値に達すると開放して該蒸気ボイラー内の蒸気を外部に漏らす安全弁を設けることが好ましい。
【０００９】
前記蒸気タービンは中空なケーシングと、該ケーシングの中央部近くに回転自在に枢設されている回転軸とを有しており、該回転軸が共に回転するように該回転軸に前記タービン翼を配設したことが好ましい。
【００１０】
前記電気生成装置には発生する電気を貯蓄する蓄電池を電気的に接続していることが好ましい。
【００１１】
前記内燃機関は動力を出力する出力シャフトを備えていることが好ましい。
【００１２】
前記内燃機関は前記出力シャフトにより駆動されるエネルギー変換手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は蒸気機関を用いることによって、内燃機関の廃ガスに含まれている熱を電気や機械的動力に変換することができる。特に、蒸気タービンを取り入れることによって、利用できるエネルギーの変換効率が格段に向上したエネルギー生成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
なお、本発明の実施形態に使用する図面はすべて概略図であり、各実施形態において、構成や機能が同等である部材には、同じ符号を付している。
【００１５】
まず、図１に示すのは本発明のエネルギー生成装置の第１の実施形態である。エネルギー生成装置１０は、内燃機関２０と、エネルギー変換手段３０と、出力手段４０とを備えている。
【００１６】
内燃機関２０は、燃料と空気の混合ガスが燃焼する燃焼室２１２と、燃料と空気の混合ガスの燃焼により回転駆動されその回転する機械的動力を外部に伝達する出力シャフト２１３と、燃焼室２１２と連通し燃料と空気の混合ガスの燃焼により発生する約８００℃〜１０００℃の高熱廃ガスを排出する排気パイプ２１４とを備えている。内燃機関２０に使用する燃料としては、ガソリンやディーゼル、天然ガスなどが好適に使用することができる。
【００１７】
エネルギー変換手段３０は、内部空間３１１に水を収容する蒸気ボイラー３１と、排気パイプ２１４と連通していて内部空間３１１を蛇行するように通過し燃焼室２１２に発生する高熱廃ガスを受け入れて通過する際に内部空間３１１内に収容された水を加熱して沸騰させて蒸気を発生させる加熱パイプ３２と、蒸気ボイラー３１の内部空間３１１と連通し且つ内部空間３１１内に発生する蒸気により回転駆動されるタービン翼３４２を有する蒸気タービン３４とを備えたいわゆる蒸気機関である。
【００１８】
出力手段４０は蒸気タービン３４におけるタービン翼３４２の回転により駆動される電気生成装置４１を有している。
【００１９】
本発明において、エネルギー変換手段３０は、蒸気ボイラー３１の内部空間３１１の上部と蒸気タービン３４とを連通させる蒸気パイプ３３１を更に備えている。
【００２０】
蒸気タービン３４は、中空なケーシング３４１と、該ケーシングの中央部近くに回転自在に枢設されている回転軸３４３とを有しており、タービン翼３４２はその回転方向に沿って、回転軸３４３と共に回転できるように回転軸３４３の回りに配置されている。即ち、回転軸３４３の周囲に前記タービン翼３４２を配設し、該タービン翼３４２が回転駆動されると、回転軸３４３が連動して、同一方向に回転するように構成している。また、回転軸３４３は出力手段４０における電気生成装置４１と接続されており、タービン翼３４２が蒸気によって回転駆動されると、その回転によって電気生成装置４１を駆動して発電させることができる。
【００２１】
また、エネルギー変換手段３０は、蒸気タービン３４から蛇行するように延伸し蒸気タービン３４を通過した蒸気を冷却して水に戻すことができる凝縮パイプ３５１と、凝縮パイプ３５１の先端と繋がっていて凝縮パイプ３５１で冷却された水を一旦貯蔵する復水貯蔵槽３５２と、該復水貯蔵槽３５２と蒸気ボイラー３１の内部空間３１１とを連通させ復水貯蔵槽３５２内に貯蔵される水を加圧して蒸気ボイラー３１に送るポンプ３５３とを有する凝縮手段３５を更に備えている。これによって、本実施形態のエネルギー生成装置１０は蒸発してタービン３４を回転駆動した水は再びボイラー３１内に戻り、加熱パイプ３２を通過する高熱廃ガスにより加熱されるサイクルを完成することができる。
【００２２】
また、本発明においてボイラー３１の内部空間３１１に収容される水の体積を、内部空間３１１より少なくして内部空間３１１の上部に蒸発する蒸気を一旦収容する空間を残しておくことが好ましい。これによって、蒸発して体積が急激に増大した蒸気は内部空間３１１の上部と連通する蒸気パイプ３３１を経由して蒸気タービン３４を回転駆動することができる。更に、ボイラー３１には通常時は閉鎖し、内部空間３１１内の圧力が蒸気の発生によって所定の限界値を超えると、ボイラー３１が爆発しないように開放して内部空間３１１と外部の大気を連通させる安全弁３１２を設けることが好ましい。
【００２３】
また、加熱パイプ３２の先端には内部空間３１１内の水を加熱すると共に冷却した廃ガスを外部の大気に排出する開口を設けることが好ましい。
【００２４】
また、本実施形態において、電気生成装置４１は更に蓄電池４２と電気的に接続しており、電気生成装置４１により生成する電気を貯蓄しておくことができる。更に、蓄電池４２はモータ４３とも電気的に接続し、電気生成装置４１により生成する電気をモータ４３に通じて機械的動力に変換することができる。
【００２５】
続いて、図２を用いて本発明の第２の実施形態のエネルギー生成装置１１について説明する。
【００２６】
図示のように、エネルギー生成装置１１は、第１の実施形態におけるエネルギー生成装置１０と同様に、内燃機関５０と、エネルギー変換手段３０と、出力手段６０とを備えている。エネルギー変換手段３０の構成は第１実施形態と同一のため、その説明は省略する。
【００２７】
内燃機関５０は、内燃機関２０と同様に燃焼室と、出力シャフト５１１を備えており、かつ出力シャフト５１１により駆動されるエネルギー変換手段を備えている。エネルギー変換手段としては、本実施形態では電気生成装置５２を使用している。なお、エネルギー変換手段は、５２に限られず、出力シャフト５１１から入力する機械的動力を別形態のエネルギーに変換できる装置であれば、すべて本発明に取り入ることができる。
【００２８】
また、出力手段６０には、図中では蒸気タービン３４により回転駆動される電気生成装置６１しか設けていないが、第１の実施形態と同様に蓄電池とモータを設けることはできる。
【００２９】
本発明のエネルギー生成装置１０,１１によれば、エネルギー変換手段３０は内燃機関２０，５０の排気パイプ２１４,５１２からの高熱廃ガスを受け入れてボイラー３１内の収容される水を蒸気に加熱して蒸気タービン３４を駆動することによって、利用し難い熱のエネルギーを利用しやすい機械的な動力に変換するので、燃料から利用できるエネルギーを生成する効率が格段に向上したエネルギー生成装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は例えば自動車など、燃料を燃焼してエネルギーを生成すると共に高熱廃ガスが発生する内燃機関を使用するものに応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態のエネルギー生成装置の概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のエネルギー生成装置の概略図である。
【図３】内燃機関を用いる従来のエネルギー生成装置の概略図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０,１１  エネルギー生成装置
２０,５０  内燃機関
２１２  燃焼室
２１３,５１１  出力シャフト
２１４,５１２  排気パイプ
３０  エネルギー変換手段
３１  蒸気ボイラー
３１１  内部空間
３１２  安全弁
３２  加熱パイプ
３３１  蒸気パイプ
３４  蒸気タービン
３４１  ケーシング
３４２  タービン翼
３４３  回転軸
３５  凝縮手段
３５１  凝縮パイプ
３５２  復水貯蔵槽
３５３  ポンプ
４０,６０  出力手段
４１,５２,６１  電気生成装置
４２  蓄電池
４３  モータ
【図１】
2008150999.tif 000003
【図２】
2008150999.tif 000004
【図３】
2008150999.tif 000005