(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンであって、
膨張チャンバと、
冷却(refrigerated)された液化ガスである駆動流体をチャンバに入れ、さらにはチャンバに熱交換液体を入れるためのインレット手段と、
冷却された(cooled)状態の熱交換液体および気体状態にまで膨張した駆動流体をチャンバから引出すためのアウトレット手段と、
アウトレット手段によりチャンバから引出された熱交換液体および駆動流体が送られるリザーバと、
チャンバを通しての熱交換液体の再循環の前に、引出された熱交換液体の温度を上げるための熱交換器とを含み、前記エンジンはさらに、使用中には、
チャンバ内で気体状態にまで膨張し、かつ、液化窒素、液化空気(liquified air)、液化二酸化炭素、またはそれらの混合物である駆動流体と、
膨張する駆動流体に熱エネルギを与える熱交換液体とを含み、
駆動流体は、リザーバから排気または抽気され、
再循環させられる熱交換液体は、熱交換器を流れることによって大気中から熱を吸収し、チャンバに入れられる熱交換液体は、ほぼ周囲温度と同じであり、
駆動流体の膨張によって、エンジンによるシャフトパワーの生成が引き起こされる、エンジン。
【請求項２】
チャンバはハウジング内で可動である駆動部材を収容し、駆動部材はハウジングに対して可動であってシャフトパワーを生成する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
駆動部材はハウジング内で回転可能なように取付けられる、請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
駆動部材は、部材が回転するときにハウジングの内側の周囲部分に係合する羽根を有する、請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
駆動部材はピストンであり、ハウジングは、その中でピストンが往復運動できるシリンダであり、ピストンはクランク軸を駆動させてシャフトパワーを生成する、請求項２に記載のエンジン。
【請求項６】
熱交換器は熱交換流体が流れるある長さの可撓性のあるパイプまたは管を有し、駆動手段が設けられてパイプまたは管に反復曲げ運動が適用されてパイプまたは管の外表面上に氷が蓄積することが妨げられる、請求項１から５のいずれかに記載のエンジン。
【請求項７】
冷却(refrigerated)された液化ガスである駆動流体からシャフトパワーを生成するための方法であって、
駆動流体を液体の状態で膨張チャンバに入れるステップと、
駆動流体をチャンバ内で気体状態にまで膨張させてシャフトパワーを生成するステップとを含み、
熱交換液体が追加的にチャンバに入れられ、そこでは熱交換液体は膨張している駆動流体に熱エネルギを与え、冷却された(cooled) 熱交換液体および気体状態にまで膨張した駆動流体は、チャンバから引出され、
チャンバから引出された熱交換液体および駆動流体はリザーバに送られ、
駆動流体は、リザーバから排気または抽気され、
熱交換液体は、大気中から熱を吸収することによりほぼ周囲温度と同じ温度にまで加熱され、チャンバへと再循環させられ、
前記駆動流体は、液化窒素、液化空気(liquified air)、液化二酸化炭素、またはそれらの混合物である、方法。
【請求項８】
前記熱交換液体は、前記チャンバ内にあるときには、前記駆動流体と密に接触する、請求項１から請求項６のいずれかに記載のエンジン。
【請求項９】
前記熱交換液体は、前記チャンバ内にあるときには、前記駆動流体と密に接触する、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、液化ガスまたは圧縮ガスによって駆動されるエンジンに関する。
【０００２】
公知のこの種類のエンジンでは、液体窒素が膨張チャンバ(expansion chamber)に入れられる。窒素は、膨張し、チャンバ内のピストンまたはロータ(rotor)を駆動させてシャフトパワーを生成する。窒素の膨張によって冷却(cooling)が生じ、冷却(cooling)効果それ自体によってガス膨張の可能性が制限される。結果として、この種類の公知のエンジンの効率は低い。この発明の目的は、液化ガスまたは圧縮ガスによって駆動されるエンジンの効率を改善することである。
【０００３】
この発明の１つの局面に従うと、エンジンは以下のものを含む。すなわち、膨張チャンバと、冷却(refrigerated)または圧縮された状態で駆動流体(drive fluid)をチャンバに入れ、さらにはチャンバに熱交換液体(heat-exchange liquid)を入れるためのインレット手段と、冷却された(cooled)状態で熱交換液体をチャンバから引出すためのアウトレット手段と、チャンバを通しての熱交換液体の再循環の前に、引出された熱交換液体の温度を上げるための熱交換器とを含み、使用中には、チャンバ内で膨張する駆動流体と、膨張する駆動流体に熱エネルギを与える熱交換液体とを含み、駆動流体の膨張によって、エンジンによるシャフトパワーの生成が得られる。
【０００４】
この発明の別の局面によると、冷却(refrigerated)または圧縮された状態での駆動流体からシャフトパワーを生成するための方法が提供され、これは、駆動流体を膨張チャンバに入れるステップと、駆動流体をチャンバ内で膨張させてシャフトパワーを生成するステップとを含み、熱交換液体が追加的にチャンバに入れられ、そこでは熱交換液体が熱エネルギを膨張している駆動流体に与え、冷却された(cooled)熱交換液体は、チャンバから引出され、加熱され、さらにチャンバへと再循環させられる。
【０００５】
したがって、この発明では、熱交換液体によって熱エネルギのソースが提供され、これを用いて、駆動流体がチャンバ内で膨張するときに駆動流体が影響を受ける冷却(cooling)の量が減じられる。熱交換液体から駆動流体への熱エネルギの伝達によって、膨張している駆動流体の温度が上げられ、その膨張が増大させられる。
【０００６】
熱交換液体は好ましくは、それがチャンバに供給されるときには周囲温度であるか、またはそれに近いものである。
【０００７】
駆動流体は、好ましくは液化窒素または空気であり、これほど好ましくはないが、液化二酸化炭素またはこれらのあらゆる混合物、もしくは他のガスである。
【０００８】
チャンバは、シャフトパワーを生成するためにチャンバのハウジングに対して移動させられる可動駆動部材を収容し得る。ある実施例では、駆動部材は、エンジンがロータリエンジンとなるように、ハウジング内で回転可能なように取付けられる。この場合、駆動部材は可動羽根を有し得るが、これは、部材がそこで回転するときにハウジングの内側の周囲部分に係合する。別の実施例では、ハウジングはシリンダであり、駆動部材は、シリンダ内で往復運動可能なピストンであり、ピストンはクランク軸を駆動してシャフトパワーを生成する。
【０００９】
熱交換器は、熱交換流体が流れて通る、ある長さの可撓性のあるパイプまたは管を有し得るが、駆動手段が提供されてパイプまたは管に反復曲げ運動(repetitive flexing movement)が適用されてパイプまたは管の外表面上での氷の蓄積が妨げられる。
【００１０】
この発明の好ましい実施例が、添付の図の参照とともに例として説明される。図全体において、対応する部分は同じ参照番号を有する。
【００１１】
【詳細な説明】
図１を参照して、エンジンは、シリンダ型の(cylindrical)チャンバ３を規定するほぼシリンダ型のハウジング１を有し、その中で、シリンダ型のロータ５が偏心軸１２上に取付けられ、シリンダ型のロータ５は、放射状に延びる複数のスロットを有し、その各々はスライド可能な羽根７を収容し、その放射状の外側の先端は、ロータ５がハウジング１内で回転するときにハウジング１の内側の周囲部分に係合する。
【００１２】
加圧された貯蔵タンク２が、約−２００℃での液体窒素の形の駆動流体のたくわえを保持する。液体窒素は、供給パイプ４と、この場合にはロータリバルブである流れ制御装置６とを通してチャンバ３に送られる。第１のインレット手段が液体窒素をチャンバ３に入れる。エチレングリコール等の熱交換液体もまたチャンバ３に第２のインレット手段を通して供給され、これは、リザーバ１８から熱交換液体を引き出す供給パイプ９による供給を受ける。熱交換液体は、熱交換液体をリザーバ１８に戻す戻しパイプ(return pipe)１６を通してチャンバ３から引出される。リザーバ１８からチャンバ３へのその通路では、熱交換液体は、複数のフィン（fins）が設けられた熱交換器２０を通る。
【００１３】
使用するときには、液化窒素がチャンバ３に入れられ、膨張が位置８と１０との間で起こり、図１で示されるようにロータ５がその回転軸１２を中心にして時計回りの方向に回転させられる。窒素の膨張によって冷却(cooling)が生じるが、この発明によると、膨張している窒素は熱エネルギを熱交換液体から吸収し、これはその結果冷却される(cooled)。膨張した気体状態の窒素および冷却された(cooled)熱交換液体は、ポート１４を通って出て、次に戻しパイプ１６によってリザーバ１８に戻される。再循環させられる熱交換液体は、熱交換器２０を通って流れることによって大気中から熱を吸収する。結果として、チャンバ３に入れられる熱交換液体は、ほぼ周囲温度と同じである。窒素は、アウトレット２２によってリザーバ１８から排出または抽気される。
【００１４】
図２の変形例では、液化窒素をチャンバ３に供給するパイプ４にポンプ２６が組込まれる。送りポンプを制御してチャンバへの液化窒素の流れを変化させることができる。
【００１５】
図３の変形例は、図２のそれと同様のものであるが、ポンプ２６とチャンバ３へのインレット手段との間に配置される熱交換器２７をさらに備えている。熱交換器２７はいくつかのフィンを有し、チャンバ３に入る前の液化窒素を加熱する。これによって、生成されるパワー量の大きな損失なしに、チャンバのまわりの着氷(icing)を減じることができる。
【００１６】
図４で示されるエンジンは、シリンダの形の膨張チャンバ３を有し、その中ではピストン２８が往復運動でき、ピストン２８によってクランク軸２９が駆動させられ、これによってシャフトパワーが生成される。液化窒素のためのパイプ４は、時限式の噴射(injection)ポンプであり得る流れ制御装置３０を組込み、これは、エンジンサイクルの適切な時点で液化窒素用量(dosages)を分配するように作用する。たとえば、サイクルの第１の部分では、熱交換液体がインレットバルブ３２を通してシリンダへと引込まれ、この時点で液化窒素も熱交換液体中に噴射(inject)される。液化窒素が膨張し、シリンダ内の圧力が上がり、ピストン２８に圧力ストローク(pressure stroke)を開始させる。ピストン２８が底部の止りセンターに到達すると、排出バルブ３４が開き、膨張した窒素および熱交換液体がバルブ３４を通って、そこから戻しパイプ１６によってリザーバ１８へと流される。
【００１７】
説明される実施例の各々では、熱交換液体は、ロータまたはピストンが生成する吸込効果によってチャンバに引込まれる。チャンバ３内にあるときには、熱交換液体は窒素と密に接触し、熱交換液体から膨張している窒素へと効果的な熱伝達が行なわれる。窒素への熱エネルギのこの伝達によって、窒素が膨張する量が増大させられ、エンジンが生成するシャフトパワー量が増大させられる。熱交換液体は、チャンバ３を通って再循環させられ、熱交換器２０を通り、その温度を周囲温度に戻す。
【００１８】
図５は、どのようにして熱交換器２０が、熱交換液体が流れるある曲がりくねった長さの可撓性のあるゴムパイプ３６を含み得るのかを示す。パイプ３６上で凍結する空気中のいかなる水蒸気も、矢印３８で示されるようにパイプ３６に往復運動を適用することによって、取除かれる。パイプのこの繰り返される曲げは、駆動手段３９によって与えられ、氷が壊れてパイプ表面から離れ落ちるようにする。
【００１９】
図６で示されるエンジンは、図４で示されるそれと同様のものであるが、タンク２が、窒素等の圧縮ガスを保持する圧縮気体(gas)シリンダの形であることが異なる。図７で示されるエンジンもシリンダ２内の窒素等の圧縮ガスによって駆動され、エンジンは、図１で示されるそれに対応するロータリエンジンである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明によるロータリエンジンの概略図である。
【図２】  図１で示されるエンジンの変形例を示す図である。
【図３】  図１で示されるエンジンの変形例を示す図である。
【図４】  この発明による往復動エンジンを示す概略図である。
【図５】  例示される実施例のいずれかのエンジンの中で用いることのできる熱交換器の一部を示す図である。
【図６】  図４のエンジンと同様のエンジンであるが、圧縮ガスによって駆動されるエンジンを示す図である。
【図７】  図１のエンジンと同様のエンジンであるが、圧縮ガスによって駆動されるエンジンを示す図である。
【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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