(57)【要約】  本発明の目的は、単一の噴射弁（これは、上記弁の回転サイクル１回につき多数回の燃料噴射及び燃焼を実施するための特定の構成を有する）を用いることによって、内燃機関における噴射弁の噴射速度を増大させることである。本発明による単一弁推進熱反応器（１’）は、加圧空気流（Ｆａ）を取り込むためのスリーブ（２）、燃焼室（４）、ガス排出ノズル（６）を連続的に形成する上壁（２０ｓ）及び下壁（２０ｉ）を有するケーシング（２０）を備えている。熱反応器は、新鮮なガス（Ｇ１）を燃焼室（４）内へと噴射するための単一の噴射弁（３’）と、排気ガスを排気するための少なくとも１つの弁（５”）とを備え、これらは横軸（Ｘ’Ｘ、Ｙ’Ｙ）の周りに延在する。弁（３’、５”）は円筒形であり、切断面（３２’、３４’、３６’；５２”、５４”、５６”）によって隔てられた均一に分布する円形の断面を有する多数の面（３１、３３、３５；５１、５３、５５）を備え、上記切断面は、弁（３’、５”）の回転（Ｒ１、Ｒ２）によって、上記ガス（Ｇ１）のための吸気用の隙間（Ａ１）及び上記ガス（Ｇ２）のための排気用の隙間（Ａ２）を画定する。燃焼室（４）内に熱点火タンク（８；８０ａ、８０ｂ、８１）を内蔵してもよい。【選択図】図４
2015522741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１回転サイクルあたり多数回の噴射及び多数回の燃焼による単一弁推進法であって、
１燃焼サイクルあたり、予備混合した新鮮なガス（Ｇ１）を燃焼室（４）に吸気する段階、前記燃焼室（４）の本体内で前記新鮮なガス（Ｇ１）を実際に燃焼させる段階、排気ガス（Ｇ２）を前記燃焼室（４）から排出する段階を含む、単一弁推進法において、
前記方法は：
所定の期間に亘って前記新鮮なガス（Ｇ１）の混合気を前記燃焼室（４）に吸気するためのアクセス用隙間（Ａ１）を形成できる多数の切断面（３２、３４、３６；３２’、３４’、３６’）の１回の完全な回転サイクルに対して、少なくとも３回の定容燃焼サイクルを実施すること；
前記噴射用切断面（３２、３４、３６；３２’、３４’、３６’）は、各前記定容燃焼サイクルにおいて、単一の横軸（Ｘ’Ｘ）の周りでの回転によって周期的に連続すること；並びに
前記切断面（３２、３４、３６；３２’、３４’、３６’）は、それぞれ略同一量の前記新鮮なガス（Ｇ１）の予備混合気を前記燃焼室（４）に噴射し、前記量は、前記切断面の幾何学的形状及び回転速度によって、前記燃焼室（４）内に最適な圧力を確立するように決定されること
を特徴とする、単一弁推進法。
【請求項２】
各前記燃焼サイクルの終点において、高圧高温の前記排気ガス（Ｇ２）を抜き取ることによって、好ましくは前記燃焼室（４）内に組み入れられる貯蔵（８）がもたらされ、
その後、次の前記燃焼サイクルからの新たな前記新鮮なガス（Ｇ１）を吸気した後、圧力差によって発生する前記新鮮なガス（Ｇ１）の点火をトリガする前記燃焼室（４）内への再噴射によって、１つ前の前記燃焼サイクルから抜き取った高圧高温の前記ガス（Ｇ２）が低圧の前記新鮮なガス（Ｇ１）と混合される、請求項１に記載の推進法。
【請求項３】
前記排気ガス（Ｇ２）の前記抜き取りは、前記切断面からなる噴射構造（３２、３４、３６；３２’、３４’、３６’）を介して、前記噴射構造（３２、３４、３６；３２’、３４’、３６’）が前記燃焼室（４）の内側に対面する時点の間隔の間に実行される、請求項２に記載の推進法。
【請求項４】
抜き取られる前記ガス（Ｇ２）の前記抜き取り及び前記再噴射は、対向する２方向に循環する抜き取られた前記ガス（Ｇ２）による２つの同様の動作によって実施される、請求項２又は３に記載の推進法。
【請求項５】
前記貯蔵（８）は、前記燃焼室内での２回の同時の再噴射動作が後に続く少なくとも２回の同時の抜き取り動作に共通である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の推進法。
【請求項６】
燃料（７）の噴射は、前記燃焼室（４）の上流の圧縮空気の流れ（Ｆａ）に組み入れられ、これにより、各前記燃焼サイクルの吸気段階中に前記燃焼室（４）に導入された前記新鮮なガス（Ｇ１）の予備混合気が形成され、
前記燃料は、周期的に開く回転ポート（７ａ、７ｂ）を介して前記空気の流れ（Ｆａ）に噴射され、またダクト（７１ｃ、７１ｄ）によって、前記吸気段階の期間と同期した様式で前記流れ（Ｆａ）に噴射される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の推進法。
【請求項７】
実際に燃焼させる段階に続く、各前記燃焼サイクルの前記排気ガス（Ｇ２）を排出する段階の間、多数の排出構造（５２、５４、５６；５２’、５４’、５６’；５２”、５４”、５６”）のうちの１つは、前記燃焼室（４）から前記排気ガス（Ｇ２）を排出するためのアクセス用隙間（Ａ２）を形成し、
前記排出構造（５２、５４、５６；５２’、５４’、５６’；５２”、５４”、５６”）は、少なくとも１つの単一の横軸（Ｙ’Ｙ）の周りでの回転によって周期的に連続し、これによって、前記噴射構造（３２、３４、３６；３２’、３４’、３６’）が前記吸気アクセス用隙間（Ａ１）を形成するための期間と同一の期間の間に、前記排出アクセス用隙間（Ａ２）を形成する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の推進法。
【請求項８】
前記排気ガスの冷却は、前記排出構造（５２、５４、５６；５２’、５４’、５６’；５２”、５４”、５６”）に可能な限り近接させた熱交換（９〜１１）によって実行される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の推進法。
【請求項９】
前記空気の流れ（Ｆａ）中に燃料が噴射されず、かつ前記燃焼室への吸気をもたらすいずれの前記アクセス用隙間（Ａ１）が燃焼段階中に形成されないように前記空気の流れ（Ｆａ）中の前記燃料噴射ポート（７ａ、７ｂ）の回転サイクルと、前記新鮮なガス（Ｇ１）の予備混合気を前記燃焼室（４）に噴射するための前記噴射構造（３２、３４、３６）の回転サイクルと、前記排気ガス（Ｇ２）を排出するための前記排出構造（５２、５４、５６；５２’、５４’、５６’；５２”、５４”、５６”）の回転サイクルとは、同期されており、
前記ガス（Ｇ１）を前記燃焼室（４）へ吸気する段階と前記新鮮なガス（Ｇ２）を前記燃焼室（４）から排出する段階とは、重複期間を有し、
前記重複期間の間に、前記吸気アクセス用隙間（Ａ１）を介して前記燃焼室（４）に入った前記新鮮なガス（Ｇ１）は、前記排出アクセス用隙間（Ａ２）を介して、１つ前の前記燃焼サイクルからの前記排気ガスの残りを排出する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の推進法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実装できる、単一弁推進熱反応器（１、１’）であって、
前記熱反応器は、上流から下流へと順に、圧縮空気の流れ（Ｆａ）のための流入口スリーブ（２）、燃焼室（４）、ガス排出ノズル（６）を形成する上壁（２０ｓ）及び下壁（２０ｉ）を有する平行六面体状の概形のケーシング（２０）を備えた単一弁推進熱反応器（１、１’）において、
前記熱反応器は、それぞれ前記燃焼室（４）から前記スリーブ（２）を分離するため及び前記ノズル（６）から前記燃焼室（４）を分離するための横軸（Ｘ’Ｘ、Ｙ’Ｙ）の周りに延在する新鮮な空気（Ｇ１）を前記燃焼室（４）内に噴射するための単一の噴射弁（３、１５）、及び排気ガス（Ｇ２）を排出するための少なくとも１つの排出弁（５、１５）を備えていること；並びに
前記弁（３、３’；５、５’、５”；１５）は円筒形であり、切断面（３２、３４、３６；３２’、３４’、３６’；５２、５４、５６；５２’、５４’、５６’；５２”、５４”、５６”；１５ｂ、１５ｄ、１５ｆ、１５ｈ）によって隔てられた均一に分布する円形の断面を有する多数の面（３１、３３、３５；５１、５３、５５；１５ａ、１５ｃ、１５ｅ、１５ｇ）を有し、前記切断面（３２、３４、３６；３２’、３４’、３６’；５２、５４、５６；５２’、５４’、５６’；５２”、５４”、５６”；１５ｂ、１５ｄ、１５ｆ、１５ｈ）は、前記弁（３、３’；５、５’、５”；１５）の回転（Ｒ１、Ｒ２）によって、前記ガス（Ｇ１）を吸気するためのアクセス用隙間（Ａ１）及び前記ガス（Ｇ２）を排出するためのアクセス用隙間（Ａ２）を形成し、前記隙間（Ａ１、Ａ２）の高さは、前記横軸（Ｘ’Ｘ、Ｙ’Ｙ）の周りにおいて駆動手段（２００）によって同期した様式で前記弁（３、３’；５、５’、５”；１５）を回転駆動した際に、最大限に開いた状態と完全に閉じた状態との間で周期的に変化できること
を特徴とする、単一弁推進熱反応器（１、１’）。
【請求項１１】
内蔵型熱点火タンク（８）は、前記燃焼室（４）内において前記噴射弁（３）の近傍に横断方向に延在しており、
前記内蔵型熱点火タンク（８）は、前記新鮮なガス（Ｇ１）の燃焼前と燃焼完了後との間の時間中に、前記切断面（３２、３４、３６；３２’、３４’、３６’；５２、５４、５６；５２’、５４’、５６’；５２”、５４”、５６”；１５ｂ、１５ｄ、１５ｆ、１５ｈ）を介して前記タンク（８）から前記燃焼室（４）へ及び前記燃焼室（４）から前記タンク（８）へと前記ガス（Ｇ２）が循環できるように配設された横断方向の開口（８ｅ、８ｆ）を有するダクト（８ｃ、８ｄ）を備えている、請求項１０に記載の単一弁推進熱反応器（１、１’）。
【請求項１２】
前記弁（３、５、１５）は、少なくとも３つの前記切断面（３２、３４、３６；３２’、３４’、３６’；５２、５４、５６；５２’、５４’、５６’；５２”、５４”、５６”）、最大４つの前記切断面（１５ｂ、１５ｄ、１５ｆ、１５ｈ）及び前記円形面（３１、３３、３５；５１、５３、５５；１５ａ、１５ｃ、１５ｅ、１５ｇ）を有する、請求項１０又は１１に記載の単一弁推進熱反応器（１、１’）。
【請求項１３】
各前記切断面は、平坦面（５２、５４、５６）、単一の凹状湾曲部を有する面（３２’、３４’、３６’）、二重湾曲部を有する面（５２”、５４”、５６”）、１つの凸状湾曲部で接続された２つの凹状湾曲部を有する面（３２、３４、３６；５２’、５４’、５６’）から選択される形状の溝底（３Ｆ、３Ｆ’、５Ｆ’）を有する、凹状の概形の凹部（３２、３４、３６；３２’、３４’、３６’；５２、５４、５６；５２’、５４’、５６’；５２”、５４”、５６”）を形成する、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の単一弁推進熱反応器（１、１’）。
【請求項１４】
前記噴射弁及び前記排出弁（３、３’；５、５’、５”）が、３つの前記円形面（３１、３３、３５；５１、５３、５５）の間に均一に分布した３つの前記切断面（３２、３４、３６；３２’、３４’、３６’；５２、５４、５６；５２’、５４’、５６’；５２”、５４”、５６”）を有する場合、前記弁（３、３’；５、５’、５”）の前記回転軸（Ｘ’Ｘ、Ｙ’Ｙ）はそれぞれ、前記燃焼室（４）内及び前記排出ノズル（６）内に配置されている、請求項１２に記載の単一弁推進熱反応器（１、１’）。
【請求項１５】
前記噴射弁（３、３’）の前記切断面（３２、３４、３６；３２’、３４’、３６’）は、前記円形面（３１、３３、３５）の弦の幅と略同一の幅に亘って延在し、
前記排出弁（５、５’、５”）の前記切断面（５２、５４、５６；５２’、５４’、５６’；５２”、５４”、５６”）は、前記円形面（５１、５３、５５）の弦の幅より有意に大きい幅に亘って延在する、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の単一弁推進熱反応器（１、１’）。
【請求項１６】
燃料噴射器（７）は、前記圧縮空気の流れ（Ｆａ）のための前記流入口スリーブ（２）に組み込まれ、各前記燃焼サイクルの吸気段階中に前記燃焼室（４）に導入されることになる前記新鮮なガス（Ｇ１）の予備混合気を形成し、
前記噴射器（７）は、少なくとも２つの横断方向ポート（７ａ、７ｂ）が空けられた横断方向の円筒形噴射用本体（７０）と、前記円筒形噴射用本体（７０）を部分的に包囲し、かつ横断方向スリット（７２ｃ、７２ｄ）を介して前記スリーブ（２）へと開く少なくとも２つのダクト（７１ｃ、７１ｄ）を形成する横断方向ハウジング（７１）とを備え、
これにより、前記吸気段階中に前記噴射弁（３、３’）の回転と同期した回転運動を前記円筒形噴射用本体（７０）に与えると、前記横断方向ポート（７ａ、７ｂ）が前記ダクト（７１ｃ、７１ｄ）と連通して、前記燃焼室（４）への吸気を提供する前記アクセス用隙間（Ａ１）が形成された際に、前記燃料が前記空気の流れ（Ｆａ）中に周期的に噴射されて、前記スリーブ（２）内において前記新鮮なガス（Ｇ１）の空気／燃料予備混合気が形成される、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の単一弁推進熱反応器（１、１’）。
【請求項１７】
前記燃料噴射器（７）は、前記予備混合気が完全に気化するのにかかる時間との両立が実現できる状態のまま、前記新鮮なガス（Ｇ１）の前記空気／燃料予備混合気を、前記燃焼室（４）への吸気を提供する前記アクセス用隙間（Ａ１）の可能な限り近傍で形成できるよう、前記噴射弁（３、３’）に近接して配置されている、請求項１６に記載の単一弁推進熱反応器（１、１’）。
【請求項１８】
前記排気ガス（Ｇ２）のための少なくとも１つの冷却パイプ（９〜１１）は、前記排出弁（５、５’、５”）に可能な限り近接して配置され、
前記パイプ中には伝熱流体が循環する、請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の単一弁推進熱反応器（１、１’）。
【請求項１９】
前記１つ又は複数の冷却パイプは、前記燃焼室（４）内に配置された上流シールド（９）、前記排出弁（５、５’、５”）の前記回転軸（Ｙ’Ｙ）上にセンタリングされた前記排出弁（５、５’、５”）内部のパイプ（１１）、及び／又は前記ガス排出ノズル（６）内に配置された下流シールド（１０）から選択される、請求項１８に記載の単一弁推進熱反応器（１、１’）。
【請求項２０】
制御ユニット（１００）は、前記スリーブ（２）内への前記燃料の噴射が、前記噴射弁（３、３’）を介して前記新鮮なガス（Ｇ１）を前記燃焼室（４）内へと吸気するための前記アクセス用隙間（Ａ１）の形成と同期するように前記燃料噴射器（７）並びに前記吸気弁（３、３’）及び前記排出弁（５、５’、５”）が駆動される速度を同期させ、
前記弁（３、３’；５、５’、５”）は、前記吸気アクセス用隙間（Ａ１）と前記排出アクセス用隙間（Ａ２）を同時に閉鎖することで定容燃焼を達成できるように同一の速度で回転する、請求項１０〜１９のいずれか１項に記載の単一弁推進熱反応器（１、１’）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に航空分野で使用されるジェットエンジンにおける、また更に詳細には、圧縮空気と燃料との混合気の定容燃焼を用いてハンフリー（Ｈｕｍｐｈｒｅｙ）熱力学サイクルで動作する反応器における、１回転サイクルあたり多数回の噴射及び多数回の燃焼による単一弁推進法に関する。本発明は、また上記方法で動作する熱反応器と呼ばれるエンジンにも関する。本明細書の文脈では、「多数回の（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）」という修飾語は「少なくとも３回」を意味する。
【０００２】
また本発明は、パルスタイプの熱力学サイクルで動作する、例えば自動車エンジンといったいずれの種類の内燃機関に対して、これらが燃焼室内で定容的に動作するか又は定圧的に動作するかに関わらず適用できる。
【０００３】
ハンフリーサイクルの主要な便益は、定容燃焼を実施し、続いて燃焼させたガスを完全に膨張させて、高いレベルの動力学的エネルギを生成することにより、燃料が供給できるエネルギをより効率的に使用できるようになる点である。応用のタイプに応じて、反応器は、タービンを駆動することによって動力を生成するか、又は推力を直接生成することになる。従って、定容燃焼を実施する反応器（「熱反応器」とも呼ばれる）は、特に航空機の翼への格納を可能にするコンパクトさの点や、質量、推力及び熱力学的効率（１０％超の燃料消費節約）の点で、定圧燃焼で動作するターボ機関に対して決定的な利点を提供する。
【背景技術】
【０００４】
熱反応器内での燃焼はパルスタイプのものであるのに対して、現行の低圧ターボ機関内での燃焼は連続的なものである。複数の熱反応器を備えるターボ機関については、特許文献１により詳細に説明されている。一般に各熱反応器は、少なくとも１つのコンプレッサと、少なくとも１つのノズルと、それぞれ噴射弁及び排出弁である２組の弁によって上記コンプレッサ及び上記ノズルに接続された燃焼室とを備える。
【０００５】
従来の方式では、各燃焼サイクルは以下の３つの段階からなる：圧縮空気と燃料との予備形成混合気を吸気する、又は噴射する段階；制御放出によってこの気体混合気を実際に燃焼させる段階；排気ガスの排出を伴う膨張段階。熱反応器は並列動作し、各熱反応器は、ある単一の燃焼サイクル中にこれら熱反応器が上記サイクルのすべての段階を包含できるように段階がずらされている。
【０００６】
前記弁の回転は、２つの噴射弁の間に形成された通路によって新鮮なガスの予備混合気を燃焼室内に導入する際（吸気段階）に、２つの排出弁がガス流出口を閉鎖するよう適切な電気モータによって同期した様式で駆動される。同様に、混合気の燃焼後、噴射弁は燃焼室への吸気を閉鎖し、排出弁は、排気ガスの膨張中（排出段階）にガスを出すための通路を形成する。
【０００７】
これら弁は、伸長した又は楕円形の断面を有する適切な円筒形状を有し、またこれら弁は、これらが協調して回転するにつれて、回転サイクル１回につき２回連続して開閉する接続通路を形成できるよう位置決めされている。換言すると、１組の弁の回転サイクル１回は２回の燃焼サイクルを包含する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】フランス特許第２９４５３１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このタイプの熱反応器は、小型化できれば特定の便益を提供できる。具体的には、このような熱反応器の寸法を削減し、これに伴って体積を削減できれば、熱反応器の質量、従って大きさの削減につながる。結果として、他の領域（縮小モデル、新規の燃料の実験等）への応用と同様に宇宙旅行分野への応用も考えられる。
【００１０】
しかしながら、燃焼室の体積を１リットルから１００又は２００ｃｍ3に縮小できる、５〜１０倍の比率での小型化により、熱反応器が供給する推進力がこれに対応して減少し、その他は全て同一のままとなる。推進力を維持したい場合、弁の噴射速度を有意に増大させる必要があり、これは弁の安定性や、これらの弁と燃焼室のケーシングとの間の密閉に関する問題を引き起こし、またその一方で、燃焼後ガスが排出される速度（これは圧力及び温度条件のみに依存する）は実質的に一定のままである。本発明は、これらの弁の回転サイクル１回に対して燃料の複数回の噴射及び燃焼を可能とする特別な形状の単一の噴射弁を使用できるようにすることにより、これらの問題を緩和しようとするものである。
【００１１】
より具体的には、本発明の１つの主題は、１回転サイクルあたり多数回の噴射及び多数回の燃焼による単一弁推進法であり、１燃焼サイクルあたり、予備混合した新鮮なガスを入力として燃焼室に吸気する段階、燃焼室本体内でこれらガスを実際に燃焼させる段階、排気ガスを出力として上記燃焼室から排出する段階を含む。この方法では、所定の期間に亘って新鮮なガスの混合気を燃焼室に吸気するためのアクセス用隙間を形成できる多数の構造の１回の完全な回転サイクルに対して、少なくとも３回の定容燃焼サイクルを実施する。これらの噴射構造は各定容燃焼サイクルにおいて、単一の横軸の周りでの回転によって周期的に連続する。これらの構造はそれぞれ、略同一量の新鮮なガスの予備混合気を燃焼室に噴射し、前記量は、構造の幾何学的形状及び回転速度によって、燃焼室内に最適な圧力を確立するように決定される。この最適な圧力はターボ機関の性能を最大化する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
いくつかの好ましい実施形態によると：
−各燃焼サイクルの終点において、高圧高温の排気ガスを抜き取ることによって、好ましくは燃焼室内に組み入れられる貯蔵がもたらされ、その後、次の燃焼サイクルからの新たな新鮮なガスを吸気した後、圧力差によって発生する新鮮なガスの点火をトリガする燃焼室内への再噴射によって、１つ前の燃焼サイクルから抜き取った高圧高温のガスが低圧の新鮮なガスと混合され；
−排気ガスの抜き取りは、複数の構造を介して、これら構造が燃焼室の内側に対面する時点の間隔の間に実行され；
−抜き取られるガスの抜き取り及び再噴射は、対向する２方向に循環する抜き取られたガスの運動による２つの同様の動作によって実施され；
−上記貯蔵は、燃焼室内での２回の同時の再噴射動作が後に続く少なくとも２回の同時の抜き取り動作に共通であり；
−燃料の噴射は、燃焼室の上流の圧縮空気の流れに組み入れられ、これにより、各燃焼サイクルの吸気段階中に燃焼室に導入された新鮮なガスの予備混合気が形成され、燃料は周期的に開く回転ポートを介して前記空気の流れに噴射され、またダクトによって、吸気段階の期間と同期した様式で前記流れに噴射され；
−実際に燃焼させる段階に続く、各燃焼サイクルの排気ガスを排出する段階の間、多数の排出構造のうちの１つは、燃焼室から排気ガスを排出するためのアクセス用隙間を形成し、排出構造は、少なくとも１つの単一の横軸の周りでの回転によって周期的に連続し、これによって、噴射構造が吸気アクセス用隙間を形成するための期間と同一の期間の間に、排出アクセス用隙間を形成し；
−排気ガスの冷却は、排出構造に可能な限り近接させた熱交換によって実行され；
−空気の流れ中に燃料が噴射されず、かつ燃焼室への吸気をもたらすいずれのアクセス用隙間が燃焼段階中に形成されないよう、空気の流れ中の燃料噴射ポートの回転サイクルと、新鮮なガスの予備混合気を燃焼室に噴射するための噴射構造の回転サイクルと、排気ガスを排出するための排出構造の回転サイクルとは同期され、ここでガスを燃焼室へ吸気する段階とガスを燃焼室から排出する段階とは、重複期間を有し、この重複期間の間に、吸気アクセス用隙間を介して燃焼室に入った新鮮なガスが、排出アクセス用隙間を介して、１つ前の燃焼サイクルからの排気ガスの残りを排出する。
【００１３】
本発明は、また前記方法を実装できる熱反応器にも関する。このような熱反応器は、上流から下流へと順に、圧縮空気の流れのための流入口スリーブ、燃焼室、ガス排出ノズルを形成する上壁及び下壁を有する平行六面体状の概形のケーシングを備えている。この熱反応器は、またそれぞれ燃焼室からスリーブを分離するため及びノズルから燃焼室を分離するための横軸の周りに延在する新鮮な空気を燃焼室内に噴射するための単一の噴射弁、及び排気ガスを排出するための少なくとも１つの排出弁を備えている。これらの弁は円筒形であり、切断面によって隔てられた均一に分布する円形の断面を有する多数の面を有し、上記切断面は、弁の回転によって、ガスを吸気及び排出するためのアクセス用隙間を形成し、これら隙間の高さは、上記横軸の周りにおいて駆動手段によって同期した様式で弁を回転駆動した際に、最大限に開いた状態と完全に閉じた状態との間で周期的に変化できる。
【００１４】
いくつかの好ましい実施形態によると：
−内蔵型熱点火タンクは、燃焼室内において噴射弁の近傍に横断方向に延在しており、またこの内蔵型熱点火タンクは、新鮮なガスの燃焼前と燃焼完了後との間の時間中に、切断面を介してタンクから燃焼室へ及び燃焼室からタンクへとガスが循環できるように配設された横断方向の開口を有するダクトを備え；
−弁は、少なくとも３つ、最大４つの切断面及び円形面を有し；
−各切断面は、平坦面、単一の凹状湾曲部を有する面、二重湾曲部を有する面、１つの凸状湾曲部で接続された２つの凹状湾曲部を有する面から選択された形状の溝底を有する、凹状の概形の凹部を形成し；
−噴射弁及び排出弁が、３つの円形面の間に均一に分布した３つの切断面を有する場合、これらの弁の回転軸はそれぞれ、燃焼室内及び排出ノズル内に配置され；
−噴射弁の切断面は、円形面の弦の幅と略同一の幅に亘って延在し、また排出弁の切断面は、円形面の弦の幅より有意に大きい幅に亘って延在し；
−燃料噴射器は、圧縮空気の流れのための流入口スリーブに組み込まれ、各燃焼サイクルの吸気段階中に燃焼室に導入されることになる新鮮なガスの予備混合気を形成し、上記噴射器は、少なくとも２つの横断方向ポートが空けられた横断方向の円筒形噴射用本体と、円筒形噴射用本体を部分的に包囲し、かつ横断方向スリットを介してスリーブへと開く少なくとも２つのダクトを形成する横断方向ハウジングとを備え、このような条件下において、吸気段階中に噴射弁の回転と同期した回転運動を円筒形噴射用本体に与えると、回転ポートがダクトと連通して、燃焼室への吸気を提供するアクセス用隙間が形成された際に、燃料が空気の流れ中に周期的に噴射されて、スリーブ内において新鮮なガスの空気／燃料予備混合気が形成され；
−燃料噴射器は、予備混合気が完全に気化するのにかかる時間との両立が実現できる状態のまま、新鮮なガスの空気／燃料予備混合気を、燃焼室への吸気を提供するアクセス用隙間の可能な限り近傍で形成できるように噴射弁に近接して配置され；
−排気ガスのための少なくとも１つの冷却パイプ（このパイプ中には伝熱流体が循環する）は、排出弁に可能な限り近接して配置され；
−１つ又は複数の冷却パイプは、燃焼室内に配置された上流シールド、排出弁の回転軸上にセンタリングされた排出弁内部のパイプ、及び／又はガス排出ノズル内に配置された下流シールドから選択され；
−制御ユニットは、スリーブ内への燃料の噴射が、噴射弁を介して新鮮なガスを燃焼室内へと吸気するためのアクセス用隙間の形成と同期するように燃料噴射器並びに吸気及び排出弁が駆動される速度を同期させ、また前記弁は、吸気アクセス用隙間と排出アクセス用隙間を同時に閉鎖することで定容燃焼を達成できるよう同一の速度で回転する。
【００１５】
本発明の他の特徴及び利点は、添付した図面を参照して、以下の詳細かつ非限定的な実施形態から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、３つのバケツ型凹部を備えた噴射弁と、３つの直線状切断面を有する排出弁とを備えた本発明による熱反応器の一例の長手方向断面図である。
【図２】図２は、３つの凹部を有する排出弁を備えた図１の熱反応器の例の長手方向部分断面図である。
【図３ａ】図３ａは、内蔵型点火タンクと接続された噴射弁の斜視図である。
【図３ｂ】図３ｂは、周囲環境から取り外した状態の噴射弁及び排出弁の斜視図である。
【図４】図４は、非対称な凹部を有する噴射及び排出弁を備えた図１による熱反応器の実施形態の斜視図である。
【図５】図５は、４つの凹部を備えた噴射又は排出弁の一例を示す断面図である。
【図６ａ】図６は、燃焼サイクル中の連続する様々な段階に応じた図１による熱反応器の実施形態の概略断面図である。図６ａは、新鮮なガスの吸気段階を示す。
【図６ｂ】図６ｂは、上記ガスの点火段階を示す。
【図６ｃ】図６ｃは、燃焼の終了段階を示す。
【図６ｄ】図６ｄは、排気ガスの排出段階を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本文書において、修飾語「上流（ｕｐｓｔｒｅａｍ）」及び「下流（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）」は概して、流入と排出との間のガスの移動方向に関する。修飾語「上側（ｕｐｐｅｒ）」及び「下側（ｌｏｗｅｒ）」は、熱反応器の標準的な使用構成における正中面に対する要素の位置を表すものであり、「内部（ｉｎｔｅｒｎａｌ）」は、前記正中面の側に配向された要素の配置を表すものである。用語「横断方向（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）」は、前記正中面において、熱反応器の長手方向軸に対して垂直な方向を表す。
【００１８】
図１の長手方向断面図を参照すると、本発明による熱反応器１のある例はケーシング２０を備え、このケーシング２０は、断面の概形が矩形であり、空間内に平行六面体状に延在し、上壁２０ｓ及び下壁２０ｉを備えている。代替例として、このケーシングは、機械的負荷をより均一に分散させるために、楕円形の外形を有していてもよい。このようなケーシング２０は、正中対称面Ｐｍを有する。このケーシング２０は、ガスが進行する方向に関して上流から下流へと、上流のコンプレッサ（図示せず）からの圧縮空気の流れＦａのための流入口スリーブ２、新鮮なガスのための燃焼室４、排気ガスのための排出ノズル６を形成している。
【００１９】
空気流入口スリーブ２、燃焼室４、排出ノズル６は、対になって正中面Ｐｍに対して略直角に互いに対面するよう配置された径方向突出部１０Ａ〜１０Ｄによって、その範囲が画定されている。このようにして、突出部１０Ａ、１０Ｃと１０Ｂ、１０Ｄとは、それぞれケーシング２０の上壁２０ｓの内面２１ｓ上、及び下壁２０ｉの内面２１ｉ上に、横断方向に形成されている。新鮮なガスを燃焼室４内に噴射するための噴射弁３、排気ガスをノズル６に排出するための排出弁５は横断方向に延在し、それぞれスリーブ２を燃焼室４から、及び燃焼室４をノズル６から分離している。噴射弁３、排気弁５は円筒形であり、概形が円形の基部を有し、回転軸Ｘ’Ｘ、Ｙ’Ｙの周りに横断方向に延在している。これら回転軸は正中面Ｐｍ上に配置され、より詳細にはそれぞれ燃焼室４内及び排出ノズル６内に配置されている。対向する径方向突出部１０Ａ−１０Ｂ、１０Ｃ−１０Ｄは、各燃焼サイクル中に噴射弁３、排気弁５と周期的に接触し、略１２０°の中心角３Ａ、５Ａを形成する。
【００２０】
３つの円形面、即ち噴射弁３においては円形面３１、３３、３５、排出弁５においては円形面５１、５３、５５が、これらの弁３、５の周上に均一に分布している。これらの円形面は、その横断方向に延在する主部において、噴射弁３においては凹部３２、３４、３６、排出弁５においては平坦面５２、５４、５６を形成する切断面構造によって分割されている。噴射弁３に凹部が存在することは、燃焼室４が予備混合ガスで充填される程度を、平坦な切断面の場合に比べて有意に増大させることができることを意味している。
【００２１】
より詳細には、噴射弁３の凹部３２、３４、３６は、円形面３１、３３、３５の弦の幅に略等しい幅に亘って延在し、燃焼室４への新鮮なガスの均一な吸気を促進する。更に、排出弁５の面５２、５４、５６は、円形面５１、５３、５５の弦の幅より有意に大きい幅に亘って延在し、燃焼室４への新鮮なガスの均一な吸気を促進する。
【００２２】
図示した例では、噴射弁３の凹部３２、３４、３６は、中央凸状湾曲部で接続された２つの凹状湾曲部を有する概形が凹状の溝底３Ｆを有する。この構成により、所定の量の予備混合気を燃焼室４内への確実なルーティングを促進する。従って（図６ａ〜６ｄを参照して）以下に説明するように、これらの切断面３２、３４、３６、５２、５４、５６は、前記各弁３、５の横軸Ｘ’Ｘ、Ｙ’Ｙの同期した回転によって、新鮮なガスを吸気するための流入口アクセス用隙間と、排気ガスを出すための流出口アクセス用隙間とを形成する。
【００２３】
熱反応器１はまた、燃料噴射器７、点火タンク８、冷却パイプ９〜１１を備えている。
【００２４】
燃料噴射器７は、新鮮なガスの予備混合気を形成するために、圧縮空気の流れＦａの流入のための流出口スリーブ２に組み込まれている。この噴射器７は、２つの横断方向ポート７ａ、７ｂが空けられた横向きの円筒形噴射用本体７０を備えている。横断方向ハウジング７１は、円筒形噴射用本体７０を部分的に包囲している。このハウジング７１は凸状壁７１ａ及び凹状壁７１ｂからなり、これら壁は上流を向いており、これにより凹状壁７１ｂは、噴射弁３の円形ハウジング３Ｅの形状（点線）に対して外向きに適合している。前記壁７１ａ、７１ｂはこれらの間に２つのダクト７１ｃ、７１ｄを形成し、これらは噴射用本体７０から始まって、噴射用本体７０の各側部上において正中面Ｐｍに対して略径方向に延在している。
【００２５】
ダクト７１ｃ、７１ｄはその始点において、噴射用本体７０のポート７ａ、７ｂの幅とほぼ等しい幅を有し、横断方向噴射用スリット７２ｃ、７２ｄを介してスリーブ２に開いている。有利には、空気／燃料予備混合気を燃焼室４への吸気口に可能な限り近接して形成するために、これらの燃料噴射用スリットは噴射弁３の近傍に配置されている。噴射器と、燃焼室へのアクセスを提供する隙間との間の距離は、予備混合気が完全に気化できるように決定される。
【００２６】
内蔵型熱点火タンク８に関して言うと、これもまた噴射弁３の近傍に横断方向に延在するが、ただし燃焼室４内に延在している。このタンク８は２つの壁８ａ、８ｂを有し、これらは凸状−凹状の概形を有し、下流を向いている。これら壁８ａ、８ｂはダクト８ｃ、８ｄを形成し、これらはその端部に、燃焼室４への横断方向開口８ｅ、８ｆを有する。これらの開口は、前記凹部３２、３４、３６を介したタンク８と燃焼室４との間の二重循環を促進するように、噴射弁３に可能な限り近接して配置されている。これらの循環は、凹部３２、３４、３６がタンク８の横断方向開口８ｅ、８ｆに実質的に対面している期間中に発生する（これ以降、１回の燃焼サイクルのガスの点火及び燃焼終了を図示する図６ｂ、６ｃを参照）。
【００２７】
燃焼によって発生する高温のガスが排出される位置に冷却パイプが設けられている。排出弁５に可能な限り近接して配置されたこれらの冷却パイプを通って、伝熱流体が循環し、これによって熱交換が行われる。これらの冷却パイプのうちの１つは、燃焼室４内に配置される上流シールド９の形態を採っている。このシールド９は、端部で接合された２つの横断方向壁９ａ、９ｂからなる構造を有し、これらはそれぞれ上流を向いた凸状／凹状湾曲部を備えている。これにより、凸状壁９ｂは排出弁５の円形ハウジング５Ｅ（点線）に可能な限り近接して延在している。
【００２８】
排出弁５の下流にある別のシールド１０が、排出ノズル６に組み込まれている。このシールド１０もまた、下流を向いた湾曲部を有する２つの壁１０ａ、１０ｂからなり、これら壁はそれぞれ凸状及び凹状である。凸状壁１０ａは、排出弁５の円形ハウジング５Ｅに可能な限り近接して延在している。
【００２９】
有利には、排出弁５内部に配置されかつ排出弁５の回転軸Ｙ’Ｙ上にセンタリングされたパイプ１１もまた、このパイプ１１に沿った適切な伝熱流体の循環により、燃焼後のガスのための冷却パイプとして機能する。
【００３０】
制御ユニット１００は、噴射弁３によって燃料の噴射が起こるように、燃料噴射器７の回転速度と、噴射弁３及び排出弁５の回転速度とを同期させる。制御ユニット１００は前記各弁３、５を、回転速度が同一となるように制御し、これによって燃焼室４へのアクセスが所定の期間に亘って閉鎖され、この期間に亘って定容燃焼が実施できる。
【００３１】
例示的な熱反応器１のための排出弁の代替形態を、図２の部分断面図に示す。この図では、平坦面５２、５４、５６で形成される切断面を備える図１の排出弁が、凹部５２’、５４’、５６’を備えた排出弁５’に置き換えられている。排出弁５’は、図１の噴出弁３の凸状概形の凹部３２、３４、３６の外形を採用している。これら凹部５２’、５４’、５６’は、円形面５１、５３、５５の弦の幅より有意に大きい（図示した例では２倍の）幅に亘って延在する。これら凹部の存在により、排気ガスが燃焼室４からノズル６へと排出される程度を有意に増大させることができる。
【００３２】
図３ａ、３ｂの斜視図は、正中面Ｐｍ内（ケーシング２０の壁２０ｓ、２０ｉ間）の軸Ｘ’Ｘ、Ｙ’Ｙに平行な噴射弁３及び排出弁５の横断方向伸長部分と、内蔵型点火タンク８の伸長部分とを図示している。タンク８の凸状壁８ａは、噴射弁３の外側円形面３１に適合し、従って時間が経過するにつれて弁３の円形面３１、３３、３５全てに適合し、換言すると上記弁３の円形ハウジング３Ｅに適合している。更に、斜視図において凹部３２、３４、３６は、僅かにドーム形状となった底部を備えるバケツ型を形成していることが分かる。
【００３３】
より具体的には図３ｂは弁３、５の端部に、２つの弁３、５を確実に同期できるベルト１２を受承する駆動プーリ３０、５０を示す。噴射弁３が、電気モータ（図示せず）のシャフトに接続された歯車列によって回転駆動される。プーリ−ベルト−歯車列からなる組立体は、ユニット１００によって制御される駆動手段２００を構成する。
【００３４】
ここで図４を参照するが、この図４は、代替例として非対称形状の凹部３２’、３４’、３６’及び凹部５２”、５４”、５６”をそれぞれ有する噴射弁３’、排出弁５”を備える、図１、２による例示的な熱反応器の斜視図を示す。
【００３５】
図４に示す熱反応器１’は、図１、２に示したものと同様なものであり、壁１０ｓ、１０ｉからなる同一のケーシング、同一の噴射器７、同一の冷却パイプ９〜１１を備えている。空気の流れＦａのためのスリーブ２、新鮮なガスＧ１のための燃焼室４、排気ガスＧ２を排出するためのノズル６といった部品もまた略同一である。この熱反応器は、正中面Ｐｍに対して平行な隔壁８１によって対称に分離された２つの区画８０ａ、８０ｂを有する熱点火タンク８’に関して、図１、２に示したものとは異なる。このような仕切りにより、貯蔵されることになる高温のガスＧ２をより均一に分散できる。
【００３６】
この熱反応器はまた、噴射弁３’の凹部３２’、３４’、３６’、排出弁５”の凹部５２”、５４”、５６”の構造に関して、図１、２に示したものとは異なっており、これら凹部は凸状の概形の湾曲部を備えるバケツ型である。より具体的には、噴射弁３’の凹部３２’、３４’、３６’は単なる凹状であり、排出弁５”の凹部５２”、５４”、５６”は凸状／凹状が交互になった湾曲部を有する。他の実施形態では、噴射弁の凹部は二重湾曲部を有し、排出弁の凹部は単なる凹状湾曲部を有する。
【００３７】
図１、２に示したものとは対照的に、バケツ型はもはや対称面を有しておらず、溝底３Ｆ’、５Ｆ’とは、各凹部３２’、３４’、３６’５２”、５４”、５６”に追従する円形面３３、３５、３１、５３、５５、５１に向かって、弁３’、５”の回転方向（矢印Ｒ１、Ｒ２の方向）にオフセットされている。このようにして、弁の回転の動力学により、噴射弁３’による新鮮なガスＧ１の回収、及び排出弁による排気ガスＧ２の回収が最適化される。
【００３８】
別の実施形態によると、図５に示す断面図は、４つの切断面１５ｂ、１５ｄ、１５ｆ、１５ｈの間に分布した４つの円形面１５ａ、１５ｃ、１５ｅ、１５ｇを備えた噴射弁又は排出弁であってもよい代替形態の弁１５を示す。これらの切断面は凸状の凹部の形態を採っている。弁１５の上流及び下流に配置されたコンテナＣ１、Ｃ２は、弁１５の円形ハウジング１５Ｅ（点線）の形状に適合する。弁１５が噴射弁である場合、凹状／凸状湾曲部を備えるこれらのコンテナは、それぞれ燃料噴射器及び内蔵型点火タンクを表す。弁１５が排出弁として使用される場合、これらコンテナＣ１、Ｃ２は冷却パイプを表す。
【００３９】
完全な燃焼サイクルを説明するために、図６ａ〜６ｄの断面図は、図１による熱反応器１の例における予備混合した新鮮なガスの吸気と共に燃料を噴射する段階（図６ａ）、これらガスに点火して燃焼を開始させる段階（図６ｂ）、高温のガスの貯蔵を伴う燃焼の終了段階（図６ｃ）、排気ガスの排出段階（図６ｄ）という連続した段階を示す。図６ａ〜６ｄは、上述の様々な段階中のある瞬間を固定した図であり、これら段階は、噴射弁３及び排出弁５、並びに噴射器７の円筒形噴射用本体７０の同期した回転（矢印Ｒ１、Ｒ２）によって周期的に連続する。
【００４０】
図６ａを参照すると、噴射弁３と同期して回転している噴射用本体７０のポート７ａ、７ｂは、噴射器７のダクト７１ｃ、７１ｄと連通する。そして噴射用本体７０の中央からの燃料はこれらポート７ａ、７ｂを通過して、ダクト７１ｃ、７１ｄへと流れる。圧縮空気流入口スリーブ２内へ（矢印Ｆａ）の燃料の噴射（矢印Ｆ１）により、新鮮なガスＧ１の空気−燃料予備混合気が形成される。このようにして燃料はスリット７２ｃ、７２ｄ（図１）を介してダクト７１ｃ、７１ｄを離れ、空気と混合されて微細な液滴となる。この段階では、弁３、５は燃焼室４へアクセスするための位置にあり、これにより予備混合気Ｇ１を吸気して、排気ガスＧ２を排気できる。
【００４１】
予備混合気Ｇ１は、径方向分割壁１０Ａ、１０Ｂと噴射弁３の凹部３２、３６との間に形成されたアクセス用隙間Ａ１を介して燃焼室４に入る。新鮮なガスＧ１は、１つ前の燃焼サイクルの残りの排気ガスＧ２を追い出す。このようにして、残留排気ガスＧ２は、ノズル６にアクセスするための隙間Ａ２を通して燃焼室４から排出され、上記隙間Ａ２は径方向分割壁１０Ｃ、１０Ｄと排出弁５の切断面５２、５６との間に形成されている。吸気段階（図６ａ）及び排出段階（図６ａ、６ｄ）の間、アクセス用隙間Ａ１、Ａ２の径方向高さは、新鮮なガスＧ１の吸気中及び排気ガスＧ２の排出中に、広く開いた状態と完全に閉鎖された状態との間で変化する。
【００４２】
弁３、５の回転により、燃焼室４は流入口スリーブ２及びノズル６から隔離される（図６ｂ）。このために、これらの弁それぞれの２つの円形面３１、３５及び５１、５５が、噴射弁３においては径方向突出部１０Ａ、１０Ｂの端部と、排出弁５においては径方向突出部１０Ｃ、１０Ｄの端部と接触する。同時に、同期して回転駆動されている噴射器７の本体７０は、ダクト７１ｃ、７１ｄを閉鎖し、燃料の噴射が遮断される。アクセス用隙間Ａ１、Ａ２は閉鎖される。
【００４３】
続いて、新鮮なガスＧ１に点火するために、１つ前の燃焼サイクル中に点火タンク８内に貯蔵された高温高圧の排気ガスＧ２の一部がダクト８ｃ、８ｄを介してタンク８を離れる。新鮮なガスＧ１は、これら高温のガスＧ２に接触するとすぐに発火し、燃焼室４の本体内での燃焼が開始される。
【００４４】
実際に燃焼させる段階の間、弁３、５（ここでも同期して回転している）は、燃焼室４を隔離し続けており、これによって定容燃焼が起こる（アクセス用隙間Ａ１、Ａ２は閉鎖されたままである）。燃焼終了時（図６ｃ）には、点火タンク８内の燃焼室４の残りの部分の圧力に比べて低下した圧力により、排気ガスＧ２の一部が点火タンク８を充填する。
【００４５】
図６ｄを参照すると、排出弁５の面５１、５５はそれぞれ、壁１０Ｃ、１０Ｄの端部からある程度の距離にあり、燃焼室４からノズル６へのアクセスを提供する隙間Ａ２は開いている。従って排出弁５は、ノズル６に向かって排気ガスＧ２を排出できる。噴射弁３は、スリーブ２と燃焼室４との間のアクセス用隙間Ａ１を開き始めたばかりである。そして、空気／燃料予備混合気が形成された後、図６ａを参照して上述したプロセスに従って噴射用本体７０及び噴射弁３が回転し続けると、新たな新鮮なガスＧ１が噴射されることになる。
【００４６】
図６ａ〜６ｄに示す燃焼サイクルは、噴射弁３の各切断面３２、３４、３６若しくは排出弁５の各切断面５２、５４、５６の１回転サイクルに対して、あるいは燃料噴射用本体７０の１回転サイクルに対して３回繰り返される。各燃焼サイクルにおいてアクセス用隙間Ａ１が形成される期間中に、同一量の新鮮なガスＧ１の予備混合気が燃焼室４に導入され、この量は、弁の幾何学的形状及び回転速度によって、ガスの完全な燃焼を保証するのに適した圧力条件下で燃焼室が充填されるように予め決定される。
【００４７】
本発明は、本出願において説明及び図示した実施形態に限定されるものではない。例えば、いずれの種類の熱機関の燃焼室内に熱点火器を組み込むことも考えられる。また、燃料噴射器は、いずれの種類の熱機関への供給を行うよう設計してもよい。更に、ケーシングの様々な区画を分離するための設計は、径方向突出部に限定されない。この分離は、弁上に形成された突起部によって、又は弁自体によって達成できる。更に、弁の切断面の幅は可変であってよく、凹部は機能に応じたいずれの種類の外形で形成してもよい。
【００４８】
例えばタンク−燃焼室接続パイプを設けることにより、熱点火タンクを燃焼室の外側に設置することもできる。更に、２つ以上の排出弁、例えば正中面に対して垂直な１つの同一平面内にある平行な軸を有する逆回転動作する２つの排出弁を設けることもできる。
【図１】
2015522741.tif 000003
【図２】
2015522741.tif 000004
【図３ａ】
2015522741.tif 000005
【図３ｂ】
2015522741.tif 000006
【図４】
2015522741.tif 000007
【図５】
2015522741.tif 000008
【図６ａ】
2015522741.tif 000009
【図６ｂ】
2015522741.tif 000010
【図６ｃ】
2015522741.tif 000011
【図６ｄ】
2015522741.tif 000012
【国際調査報告】
2015522741.tif 000013
2015522741.tif 000014
2015522741.tif 000015
2015522741.tif 000016
2015522741.tif 000017
2015522741.tif 000018