(57)【要約】【課題】  燃料供給源の燃料の圧力に係わりなく、高温高圧化の図られた爆轟波を発生させることができ、さらに爆轟を高速で複数回繰り返して発生させることができる爆轟発生装置を提供する。【解決手段】  燃焼室１７は、シリンダ１２と、シリンダ１２の一端側に設けられたシリンダヘッド１６と、シリンダ１２内をシリンダ１２の軸線１１方向で往復移動するピストン１３とによって囲まれて形成され、シリンダ１２の内部は着火室２１に連通され、ピストン１３はシリンダヘッド１６に向けて移動する圧縮行程で燃焼室１７内の燃料と酸化剤の混合気を圧縮して着火室２１内及び燃焼室１７内の燃料と酸化剤の混合気を高圧化し、着火室２１内の高圧化された燃料と酸化剤の混合気を点火栓２２で着火して燃焼せしめ、この燃焼により燃焼室１７内に高圧の燃焼ガスの爆轟波を生じさせる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤の供給を受け点火栓が配設された着火室と、該着火室に連通せる燃焼室とを有し、燃料と酸化剤の供給を受けて該着火室内及び上記燃焼室内に燃料と酸化剤の混合気を充填させ、上記点火栓で上記着火室内の燃料と酸化剤の混合気を着火して燃焼せしめ、この燃焼により上記燃焼室内に爆轟を生じさせる爆轟発生装置において、燃焼室は、シリンダと、該シリンダの一端側に設けられたシリンダヘッドと、上記シリンダ内を上記シリンダの軸線方向で往復移動するピストンとによって囲まれて形成され、上記シリンダの内部は着火室に連通され、該ピストンは上記シリンダヘッドに向けて移動する圧縮行程で上記燃焼室内の燃料と酸化剤の混合気を圧縮して上記着火室内及び該燃焼室内の燃料と酸化剤の混合気を高圧化し、上記着火室内の高圧化された燃料と酸化剤の混合気を上記点火栓で着火して燃焼せしめ、この燃焼により上記燃焼室内に高圧の燃焼ガスの爆轟波を生じさせることを特徴とする爆轟発生装置。
【請求項２】
シリンダヘッドは、圧縮行程に先立ちピストンが該シリンダヘッドに対し離反方向に移動している間に着火室への燃料及び酸化剤の供給経路と別経路で燃焼室内へ燃料及び酸化剤の混合気を吸気する吸気手段と、圧縮行程後に再度上記ピストンが上記シリンダヘッドに向けて移動している間に上記燃焼室内の燃焼ガスを排ガスとして排気する排気手段とが設けられていることとする請求項１に記載の爆轟発生装置。
【請求項３】
燃焼室は、該燃焼室で生じた燃焼ガスの温度以上で反応性を有する少なくとも一種の反応物質を収容する反応室に連通していることとする請求項１に記載の爆轟発生装置。
【請求項４】
着火室及び燃焼室は反応室よりも上方に位置していることとする請求項３に記載の爆轟発生装置。
【請求項５】
燃焼室は、導電性流体の流動を受けて発電を行うための発電流路に連通していることとする請求項１に記載の爆轟発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃波のエネルギーを発電や物質の分解処理等に利用可能な爆轟発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、物質の分解処理に衝撃波のエネルギーを用いることが知られている。この分解処理のための衝撃波を生じさせる装置としては、例えば特許文献１に示されるように、爆轟を発生させる装置が公知である。
【０００３】
例えば、特許文献１に係る装置では、燃料のボンベと酸化剤のボンベが着火室に接続され、該着火室が両ボンベから直接燃料と酸化剤を受けて、上記着火室内と、該着火室に連通せる燃焼室内に燃料と酸化剤の混合気が充填される。
【０００４】
上記ボンベによって上記着火室内及び上記燃焼室内に充填された燃料と酸化剤の混合気は、昇圧されることなく上記ボンベから直接該着火室に供給されるので、上記ボンベ内の圧力もしくはそれ以下の初期圧のまま、該着火室に配設された点火栓で着火される。この着火された燃料と酸化剤の混合気の燃焼により燃焼ガスの爆轟波が上記燃焼室内に生じるが、この爆轟波の温度及び圧力は、燃料と酸化剤の混合気の上記初期圧が高いほど高いものが得られる。
【０００５】
特許文献１に係る装置では、この爆轟波の温度及び圧力のエネルギーを物質の分解処理に用いるために、分解処理の対象物質として廃棄物を収容する処理室に上記燃焼室が連通している。該燃焼室で生じた爆轟波は該処理室に伝播して、該爆轟波の波面で廃棄物を圧するとともに該爆轟波の熱を該廃棄物に伝達して加熱して熱分解等の処理が施される。
【０００６】
上記処理後、上記着火室内及び上記燃焼室内に残留せる排ガスは、該燃焼室に設けられた排出口から該排ガス自身の圧力によって外部へ排出される。あるいは、上記燃焼室に接続された真空ポンプによって該燃焼室内及び上記着火室内が真空引きされて、上記排ガスが該着火室及び該燃焼室の外部へ排出される。
【特許文献１】特許２７２３０１０号公報（図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の特許文献１に係る装置にあっては、着火室がボンベから昇圧されずに直接燃料と酸化剤の供給を受けるので、該着火室内及び燃焼室内に充填された燃料と酸化剤の混合気の初期圧は上記ボンベ内の圧力もしくはそれ以下の圧力である。その結果、上記燃料と酸化剤の混合気を燃焼しても、この圧力に応じた温度及び圧力の爆轟波しか生じないので、爆轟波のさらなる高温高圧化を図ることはできない。
【０００８】
また、特許文献１の装置では、爆轟の発生を複数回繰り返すと、ボンベ内の圧力が徐々に低下して、ボンベの燃料および酸化剤の供給能力が低下する。その結果、着火室内及び燃焼室内の燃料と酸化剤の混合気の初期圧が爆轟発生回数を重ねるにつれて徐々に低くなり、上記初期圧の低下に伴って爆轟波の温度及び圧力も低下してしまう。また、仮にボンベと着火室が減圧弁を介して接続されていて、該ボンベ内の圧力よりも低い圧力で上記着火室内及び燃焼室内に燃料および酸化剤を充填するようになっていても、ボンベの燃料および酸化剤の供給能力が低下してくると、供給される燃料および酸化剤の圧力を毎回同じとして所定量だけ燃焼室へ供給するためには、燃料および酸化剤供給の長時間化を招いて
しまう。
【０００９】
また、特許文献１の装置では、着火室内及び燃焼室内に残留せる排ガスの排出は、排ガス自身の圧力によってか、あるいは真空引きによってなされるので、排気時間を大幅に短縮することはできない。
【００１０】
そこで、本発明は、燃料供給源の燃料および酸化剤供給源の酸化剤の圧力に係わりなく、高温高圧化の図られた爆轟波を発生させることができ、さらに爆轟を高速で複数回繰り返して発生させることができる爆轟発生装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る爆轟発生装置は、燃料と酸化剤の供給を受け点火栓が配設された着火室と、該着火室に連通せる燃焼室とを有し、燃料と酸化剤の供給を受けて該着火室内及び上記燃焼室内に燃料と酸化剤の混合気を充填させ、上記点火栓で上記着火室内の燃料と酸化剤の混合気を着火して燃焼せしめ、この燃焼により上記燃焼室内に爆轟を生じさせるようになっている。
【００１２】
かかる爆轟発生装置において、本発明では、燃焼室が、シリンダと、該シリンダの一端側に設けられたシリンダヘッドと、上記シリンダ内を上記シリンダの軸線方向で往復移動するピストンとによって囲まれて形成され、上記シリンダの内部は着火室に連通され、上記ピストンが上記シリンダヘッドに向けて移動する圧縮行程で上記燃焼室内の燃料と酸化剤の混合気を圧縮して上記着火室内及び該燃焼室内の燃料と酸化剤の混合気を高圧化し、上記着火室内の高圧化された燃料と酸化剤の混合気を上記点火栓で着火して燃焼せしめ、この燃焼により上記燃焼室内に高圧の燃焼ガスの爆轟波を生じさせる。
【００１３】
このような構成の本発明にあっては、着火室内及び燃焼室内に充填された燃料と酸化剤の混合気の初期圧が上記圧縮行程で昇圧されて供給源の供給圧以上に高圧となるので、その昇圧に応じてさらに爆轟波の高圧化が図られる。
【００１４】
本発明では、シリンダヘッドは、圧縮行程に先立ちピストンが該シリンダヘッドに対し離反方向に移動している間に着火室への燃料および酸化剤の供給経路と別経路で燃焼室内へ燃料及び酸化剤の混合気を吸気する吸気手段が設けられているようにすることができる。こうすることにより、ピストンがシリンダヘッドに対し離反方向に移動している間に燃焼室内が負圧となるので、燃焼室への混合気の吸気が速やかに行なわれ、その結果、燃料と酸化剤の混合気の供給時間が短くて済む。また、上記シリンダヘッドは、圧縮行程後に再度上記ピストンが上記シリンダヘッドに向けて移動している間に上記燃焼室内の燃焼ガスを排ガスとして排気する排気手段が設けられているようにすることができる。こうすることにより、ピストンがシリンダヘッドに向け移動している間に排ガスがピストンにより燃焼室内から強制的に押し出されるので、排ガスの排気時間が短くて済む。このように燃焼室への燃料と酸化剤の混合気の供給と排ガスの排気が短時間で行なわれることは、爆轟の発生を複数回繰り返して行なう際に、その繰り返しが短い周期で、すなわち高速化のもとで行なわれることを意味する。
【００１５】
上述のようにして発生した爆轟波のエネルギーは物質の分解処理や発電等の様々な目的で利用される。
【００１６】
例えば、爆轟波のエネルギーを物質の分解処理や反応生成に利用する際には、物質の分解処理等のための反応室が爆轟波のエネルギーを受けるように該反応室を燃焼室に連通させ、該燃焼室で生じた燃焼ガスの温度以上で反応性を有する少なくとも一種の反応物質を上記反応室に収容する。こうすることにより、上記燃焼室からの燃焼ガスの衝撃波を上記
反応室内に伝播させて、該衝撃波で該反応室内の反応物質を衝撃圧縮して高温にして、該反応物質の熱分解反応等を生じさせて、反応生成ガスを製造することができる。その際、上述したように初期圧が供給源の供給圧以上に昇圧されることによって上記衝撃波は高圧となっているので、上記衝撃圧縮による到達温度も上記昇圧に応じた高温であり、効果的に反応物質の反応が生じる。また、燃料の酸化剤としては一般に空気が用いられるが、反応物質は空気よりも比重が大きいので、着火室及び燃焼室が反応室よりも上方に位置していると、着火室及び燃焼室への反応物質の流入が抑制されて、反応物質が着火室及び燃焼室よりも下方の反応室内、空気が反応室よりも上方の着火室及び燃焼室に留まる。その結果、爆轟の発生、反応室での反応物質の反応が確実に行なわれる。
【００１７】
また、上記爆轟波のエネルギーを発電に利用する際には、例えば、導電性流体の流動を受けて発電を行うための発電流路が爆轟波のエネルギーを受けるように該発電流路を燃焼室に連通させる。こうすることにより、上記燃焼室で爆轟により解離または電離した燃焼ガスを導電性流体として発電流路に送って、例えばＭＨＤ発電を行なうことができる。その際、上記燃焼ガスは、高温高圧によって高い解離度または電離度で解離または電離しているので高い導電性を有しており、高能率で発電が行なわれる。
【発明の効果】
【００１８】
上述したように本発明によれば、ピストンをシリンダヘッドに向けて移動させて燃焼室の燃料と酸化剤の混合気を圧縮して着火室内及び燃焼室内の燃料と酸化剤の混合気の初期圧を燃料供給源および酸化剤供給源の圧力以上に昇圧して高圧化し、この高圧化された燃料と酸化剤の混合気を着火室で着火して燃焼せしめ、この燃焼により上記初期圧の昇圧に応じた高圧の爆轟波を燃焼室で発生させることができる。
【００１９】
また、ピストンがシリンダヘッドに対して離反方向に移動している間に着火室内及び燃焼室内が燃料供給源および酸化剤供給源の圧力よりも大幅に低く負圧となるので、この間に着火室への燃料と酸化剤の混合気の供給を行なって着火室及び燃焼室への燃料と酸化剤の混合気の充填時間の短縮化を図ることができる。さらには、爆轟発生後でピストンがシリンダヘッドに向けて移動している間にピストンが燃焼室内の燃焼ガスをシリンダヘッドに向け圧するので、この間に燃焼室から燃焼ガスを排ガスとして強制的に排出して排ガスの排出時間の短縮化を図ることができる。したがって、上記燃料と酸化剤の混合気の充填時間および上記排気時間が短時間で済むので、爆轟を複数回繰り返して発生させるに際して爆轟発生のサイクルが短縮化でき、その結果、高速化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
（第一の実施形態）
先ず、図１にもとづき、本発明の第一の実施形態にかかる装置を説明する。
【００２２】
図１の本実施形態装置は、燃料と酸化剤の混合気を瞬時に燃焼させて爆轟を発生させ、該爆轟の爆轟波のエネルギーで二酸化炭素を分解処理する装置である。本実施形態装置は、図１に示すように、大別すると、爆轟を発生させる爆轟発生装置１０と、該爆轟の爆轟波の温度以上で反応性を有する反応物質としての二酸化炭素を該爆轟発生装置１０の爆轟のエネルギーによって高温に加熱して熱分解反応させて反応生成ガスを製造する反応装置３０とを有する。以下、上記爆轟発生装置１０、上記反応装置３０の順に説明する。
【００２３】
上記爆轟発生装置１０は、図１に示すように、上下に延びる軸線１１を中心とするシリンダ１２を有し、該シリンダ１２の内部には、軸線１１方向で往復移動するピストン１３が配されている。このピストン１３には、連接棒１４の一端部１４Ａが回動自在に連結し
ている。この連接棒１４の他端部１４Ｂは、図示しないクランクシャフトに回動自在に支持され、図１にて二点鎖線で示す円１５上で回転移動する。これにより、上記ピストン１３は、図１にて二点鎖線で示すように、上記軌跡１５の直径と同じ長さのストロークで上記シリンダ１２内にて上下に往復移動する。
【００２４】
ピストン１３は、スカート部１３Ａの外周面に環状溝１３Ｂが形成されていて、該環状溝１３Ｂにピストンリング１３Ｃが収められている。また、ピストン１３は、上記スカート部１３Ａよりも下側のピストンヘッド１３Ｄが上記軸線１１に直角な断面での断面積が下方に向け漸次減少するように突出した形状となっている。
【００２５】
上記シリンダ１２の下端側には、上記ピストンヘッド１３Ｄの上記断面積の減少に対応して下方に向け通路断面積が漸次減少するシリンダヘッド１６が設けられている。このシリンダヘッド１６と上記シリンダ１２と上記ピストン１３とによって囲まれた空間が、後述の着火室２１で着火された燃料と酸化剤の混合気を燃焼させて燃焼ガスの爆轟波を生じさせるための燃焼室１７を形成している。この燃焼室１７は、上記ピストン１３の往復移動に伴って該燃焼室１７の上下方向での範囲が変化する。このような燃焼室１７の容積は、ピストン１３が最も上方に移動したときに最大、ピストン１３が最も下方に移動したときに最小となる。また、図示していないが、上記シリンダ１６と上記ピストン１３のピストンへッド１３Ｄとの間の空間が下方に向けて一旦収束した後に徐々に拡がるラバールノズル形状となるようにすると、上記燃焼室１７で生じた爆轟波が下方に進行するにしたがい加速し、爆轟波の高温高圧化が図れる。
【００２６】
上記シリンダヘッド１６は、上記燃焼室１７内に酸化剤としての空気と燃料の混合気を吸気するための吸気口１８、上記燃焼室１７内の排ガスを排気するための排気口１９がそれぞれ形成され、該吸気口１８には吸気弁１８Ａ、排気口１９には排気弁１９Ａが設けられている。本実施形態では、上記吸気口１８と吸気弁１８Ａで吸気手段が構成され、排気口１９と排気口１９Ａで排気手段が構成されている。
【００２７】
吸気弁１８Ａ、排気弁１９Ａは、燃焼室１７への混合気の吸気行程、燃焼室１７内の燃料と酸化剤の混合気の圧縮行程、燃焼室１７内での燃料と酸化剤の混合気の燃焼行程、燃焼室１７内の排ガスの排気行程に対応し上記ピストン１３の往復移動に連動してそれぞれ開閉する。すなわち、吸気弁１８Ａは、吸気行程でピストン１３が該シリンダヘッド１６に対し離反方向に移動している間に開状態、圧縮行程及び排気行程時に閉状態となるように設定されている。排気弁１９Ａは、上記圧縮行程後に排気行程で再度上記ピストン１３が上記シリンダヘッド１６に向けて移動している間に開状態、吸気行程及び圧縮行程時に閉状態となるように設定されている。
【００２８】
上記シリンダヘッド１６の最大内径部１６Ｂの周方向の複数位置には、連通孔１６Ａが形成されていて、該連通孔１６Ａが、シリンダ１２の外周面に形成されたトーナメント溝２０に連通している。図１に示すように、このトーナメント溝２０は、該トーナメント溝２０の上部から上方へ延びた後にシリンダ１２の外周面で開口せる接続通路１２Ａで、図１におけるシリンダ１２の左方外部に設けられた着火室２１の一端に連通している。
【００２９】
上記トナーメント溝２０は、シリンダ１２の下部の外周面に取り付けられた外被部材２３に覆われている。このトーナメント溝２０は、シリンダ１２が上記外被部材２３によって覆われている部位をその外周面に沿った断面での周方向で展開した図２の展開図に示すごとくとなっている。図２において、シリンダ１２の軸線１１方向が上下、シリンダ１２の周方向が左右となっている。
【００３０】
このような図２に見られるように、トーナメント溝２０は、上側にて上記接続通路１２
Ａに一箇所で連通せる入口開口２０Ａから、下側にて連通孔１６Ａに連通しシリンダ１２の周方向の複数箇所に形成された出口開口２０Ｇへ、複数回段階的に分岐して数が増すように形成されている。すなわち、トーナメント溝２０は、一段階目の分岐では入口開口２０Ａから通路２０Ｂで二つに分岐され、二段階目では二つの分岐のそれぞれから通路２０Ｃで２つに分岐、すなわち合計４つに分岐され、三段階目〜五段階目も二段階目と同様に分岐のそれぞれから通路２０Ｄ〜２０Ｆで２つに分岐されて、本実施形態では３２つに分岐されている。上記トーナメント溝２０は、通路２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆが各通路でそれぞれ等距離ずつ延びて分岐しているので、上記入口開口２０Ａから複数の出口開口２０Ｇへそれぞれ等しい路程で延びて形成されている。したがって、トーナメント溝２０の複数の路程はそれぞれ等しく設定されているので、上記着火室２１で着火された燃料と酸化剤の混合気により生じた火炎はトーナメント溝２０を経て上記燃焼室１７へ周方向全範囲に分散し同時に達する。
【００３１】
図１を参照すると、このようなトーナメント溝２０を上記火炎が通過した際に該火炎によってシリンダ１２及び外被部材２３が加熱されてしまうが、本実施形態では、上記外被部材２３には、シリンダ１２を冷却して上記トーナメント溝２０での異常燃焼が防止される温度以下に維持するためのジャケット、例えば水冷ジャケット２３Ａが形成されている。この水冷ジャケット２３Ａは、上記外被部材２３及び上記シリンダ１２の温度を燃料及び空気の混合気の着火温度（５００℃〜６００℃程度）以下に維持し、上記外被部材２３及び上記シリンダ１２の内壁の過昇温による上記トーナメント溝２０での異常燃焼を防止する。上記外被部材２３及び上記シリンダ１２の温度は、望ましくは上記着火温度よりも１００℃程度低い温度となるように、上記シリンダ１２を冷却することが異常燃焼防止の観点から好ましい。また、排気行程で排出された排ガスを熱交換により熱回収されて上記着火温度よりも温度低下させ、この温度低下した排ガスを、上記排気行程と上記吸気行程との間で、上記燃焼室１７内に通気して該燃焼室１７内を冷却してもよい。
【００３２】
上記着火室２１は、円筒状に形成され、その一端部で、上記トーナメント溝２０の入口開口２０Ａに連通せる連通孔１２Ａに接続されている。上記着火室２１の他端部には、上述の吸気口１８への燃料と酸化剤の混合気の供給経路と別経路で、燃料を該着火室２１へ供給する燃料供給源（図示せず）と、酸化剤としての空気を該着火室１７へ供給する空気供給源（図示せず）とがそれぞれ弁２１Ａ，２１Ｂを介して接続されている。上記燃料供給源及び上記空気供給源の供給時期は上述の吸気弁１８Ａの開状態時とほぼ同期している。また、上記連通孔１２Ａとの接続部と逆側で上記着火室２１の他端部には、上記燃料と酸化剤の混合気を間欠的に着火させる着火装置としての点火栓２２が設けられている。この点火栓２２は上述の圧縮行程終了時に点火時期が設定されている。
【００３３】
上記シリンダヘッド１６には、軸線１１を中心とする該シリンダヘッド１６の内径が最小となる最小内径部１６Ｃで上記反応装置３０が接続されている。
【００３４】
この反応装置３０は、上述の爆轟発生装置１０から燃焼ガスの衝撃波を受け、その衝撃波のエネルギーを利用して反応物質としての二酸化炭素を熱分解反応させて、炭素含有ガスを生成させる装置である。そのため、この反応装置３０は反応生成ガス製造のための反応室３１を有し、この反応室３１は上記シリンダヘッド１６の上記最小内径部１６Ｃから延び、上記燃焼室１７と連通している。この反応室３１は、円筒状をなしていて、該反応室３１の下端部には、反応物質としての二酸化炭素を上記反応室３１内へ供給するための反応物質供給口３２と、反応生成ガスを上記反応室３１の外部へ排出するための排出口３３とがそれぞれ形成されている。反応物質供給口３２には供給用弁３２Ａ、排出口３３には排出用弁３３Ａが設けられている。
【００３５】
次に、本実施形態装置の動作を説明する。
【００３６】
１）  図１に示す爆轟発生装置１０では、先ず、ピストン１３が該シリンダヘッド１６に対し離反方向（図１にて上方へ）に移動している間に、排気弁１９Ａが閉状態のまま、吸気弁１８Ａが開状態となっていて、負圧状態の上記燃焼室１７内へ上記吸気口１８から燃料と空気の混合気が速やかに吸気される。このとき着火室２１内も負圧となっており、該着火室２１への燃料、空気供給のための弁２１Ａ，２１Ｂが開状態となって、図示しない燃料供給源及び空気供給源から上記着火室２１内へ燃料及び空気の供給が速やかに行なわれる。かくして、着火室２１、トーナメント溝２０、そして燃焼室１７内に、ほぼ理論混合比、または理論混合比での空気量よりも少ない空気量で、上記燃料と空気が充填される。
【００３７】
燃料と空気との混合比は必ずしも理論混合比である必要はない。上記混合比を変えることによって、上記着火室２１での燃料と酸化剤の混合気の着火によって生じる爆轟波の圧力のピーク発生位置（過圧縮爆轟）が変化するので、燃焼室１７内の火炎進行方向での爆轟発生位置をシリンダヘッド１６の最大内径部１６Ｂとすることができる。これにより、シリンダヘッド１６が下方に向け収束を開始する上記最大内径部１６Ｂから最小内径部１６Ｃまでの全領域を最大限利用して爆轟波が下方に向け伝播して収束されるので、燃焼室１７での爆轟波の到達温度及び圧力が最大となる。
【００３８】
一方、反応装置３０の反応室３１はすでに反応物質としての二酸化炭素の供給を受けている。その際、二酸化炭素は空気よりも比重が大きく、爆轟発生装置１０の着火室２１及び燃焼室１７等は反応装置３０の反応室３１よりも上方に位置しているので、反応物質は反応室３１に、空気は着火室２１及び燃焼室１７等に確実に区分された状態で留まる。
【００３９】
２）  上記燃焼室１７内への上記混合気の供給後に上記ピストン１３が上記シリンダヘッド１６に向けて移動する圧縮行程の際に、供給弁１８Ａ及び排気弁１９Ａが両者とも閉状態となって、上記ピストン１３が上記燃焼室１７内の燃料と酸化剤の混合気を圧縮する。その結果、上記燃料供給源及び上記空気供給源の圧力で上記着火室２１内及び該燃焼室１７内に充填された燃料と酸化剤の混合気の初期圧が昇圧されて高圧化される。
【００４０】
３）  次いで、上記圧縮行程終了直前に、上述のごとく初期圧が高圧化された燃料と酸化剤の混合気は、点火栓２２の作動により、着火室２１内で着火されて、上記初期圧の昇圧に応じて高圧高温化された爆轟波がトーナメント溝２０を経てシリンダヘッド１６の連通孔１６Ａから燃焼室１７に伝播される。その際、図２に示すようにトーナメント溝２０の複数の路程はそれぞれ等しく設定されているので、トーナメント溝２０の爆轟波は周方向全範囲に分散し、しかも同時に燃焼室１７に達することとなる。
【００４１】
上述のごとく上記燃焼室１７に爆轟波が伝播されたとき、ピストン１３は最も下方の位置付近にあり、燃焼室１７内では爆轟波が下方へ向け進行するが、図１に示すようにシリンダヘッド１６とピストンヘッド１３Ｄとの間の空間の通路断面積は下方に向け次第に小さくなっているため、上記爆轟波が収束されて、下方に伝播するにつれてさらに上記爆轟波の温度及び圧力が上昇する。
【００４２】
シリンダヘッド１６の最小内径部１６Ｃには反応装置３０が接続されていて、該燃焼室１７で収束されて温度及び圧力が上昇した燃焼ガスの爆轟波が該反応装置３０の反応室３１へ伝播する。
【００４３】
４）  すでに反応物質として外部から二酸化炭素の供給を受けている反応室３１内に、上方から燃焼ガスの上記衝撃波が伝播されると、反応室３１内の上記二酸化炭素がこの衝撃波によって反応室３１の下端部に向けて衝撃圧縮されて二酸化炭素の熱分解温度よりも
高い温度、例えば６０００Ｋとなる。この温度は炭素の昇華点（３６４３Ｋ）より高い温度であるので、上記二酸化炭素が熱分解反応し、この熱分解反応で生成した炭素がガス化し、炭素含有ガスが得られる。反応室３１内で生成された炭素含有ガスは、排出用弁３３Ａの開放により該反応室３１の外部へ取り出される。例えば、このようにして反応室３１から取り出された炭素含有ガスは、その後急冷して該炭素含有ガス中の炭素を固化して、固体の炭素を得ることができる。固体の炭素は化学合成の原料等に利用可能である。  
【００４４】
５）  上記圧縮行程後に再度上記ピストン１３が上記シリンダヘッド１６に向けて移動している間に排気弁１９Ａが閉状態から開状態となって、上記燃焼室１７内の燃焼ガスが排ガスとして排気される。
【００４５】
６）  上述の１）〜５）の動作を繰り返すことにより、爆轟発生装置１０で爆轟を複数回繰り返して発生させ、反応装置３０で該爆轟の爆轟波のエネルギーを受けて次々と二酸化炭素を分解させて炭素含有ガスを得る。
【００４６】
なお、反応物質としては、上述の実施形態では二酸化炭素を用いたが、炭化水素を含有せる廃プラスチックや廃油等、あるいは、炭素を含有せる廃活性炭等を用いることができる。このような炭化水素もしくは炭素を含有する物質を反応物質として採用する場合には、反応室内にて、燃焼ガス中の水蒸気と上記反応物質中の炭化水素もしくは炭素とが反応して、水素含有ガスを生成させる。かかる場合、反応室内へ反応物質とともに水蒸気を供給すると、水素製造反応が促進されるので好ましい。
【００４７】
また、上述の反応物質に代えて、フロン、ポリ塩化ビフェニル、ダイオキシン類のいずれか一つを含有する有害物質を反応室に供給するようにして、燃焼ガスの衝撃波による衝撃圧縮により高温加熱して上記有害物質の分解反応を生じさせて、該有害物質を無害化させることが可能である。また、有害物質として、例えば医療廃棄物を反応室へ供給してもよい。
【００４８】
また、上述の実施形態のピストン機構から動力を取り出し、発電機を駆動して発電することもできる。
【００４９】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態を図３にもとづき説明する。
【００５０】
図１に示した前実施形態の爆轟発生装置１０は高温高圧の爆轟波を生じさせるので、燃焼室１７で生じた燃焼ガスは高い解離度または電離度で解離または電離していて高い導電性を有する導電性流体である。そこで、本実施形態の装置は、図１に示す前実施形態では燃焼室からの燃焼ガスを直接反応室へ供給して二酸化炭素の分解処理を行なっていたのに対し、二酸化炭素の分解処理に加えて、この分解処理前の燃焼ガスのエネルギーでＭＨＤ(Magneto-Hydro-Dynamics)発電を行なう点で、図１に示す装置と異なっている。そのため、本実施形態装置では、図３に示すように、ＭＨＤ発電装置４０が燃焼室１７に接続されている。したがって、上記着火室１７で着火した燃料と酸化剤の混合気の燃焼により爆轟を生じさせて解離または電離した燃焼ガスが導電性流体として上記ＭＨＤ発電装置４０（図３参照）へ流入する。
【００５１】
上記ＭＨＤ発電装置４０は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、図１に示す軸線と共通の軸線をもち上述の燃焼室１７に連通し電離流体の流動のための発電流路４１を備えている。この発電流路４１には、該発電流路４１の軸線（電離流体の流動方向の軸線）、すなわち軸線１１との直交方向で互いに対向する一対の磁極４２と、上記軸線１１と該一対の磁極４２の対向方向との直交方向で互いに対向する一対の電極４３とが配設されている（
図３（Ｂ）参照）。
【００５２】
上記発電流路４１は、軸線１１方向での両端にて開口し、供給側（図３（Ａ）にて左側）の開口には、上述の爆轟発生装置１０の燃焼室１７が連通接続され、排出側（図３（Ａ）にて右側）の開口には、図１に示す反応装置３０の反応室３１が連通接続されている。
【００５３】
上記発電流路４１に配された上記一対の磁極４２は、上記発電流路４１内にて、該一対の磁極４２の対向方向（図３（Ｂ）にて左右方向）に向く磁束を生ずる。
【００５４】
上記一対の電極４３は、絶縁材４４を介して上記発電流路４１を形成する内壁に取り付けられ、コンデンサ４５とインバータ４６を介して負荷４７に接続されている。
【００５５】
かくして、燃焼室１７から発電流路４１に送られた導電性流体である燃焼ガスが解離状態または電離状態で一対の磁極４２の間の磁束を直交成分をもって通過して、誘導電流が上記一対の電極４３でパルス電流として取り出される。該一対の電極４３で取り出したパルス電流は、上記コンデンサ４５と上記インバータ４６で交流電力に変換され、負荷４７に供給される。
【００５６】
また、Ｘ線、電子ビーム、慣性核融合の発生装置を負荷とする場合には、上記コンデンサ４５及び上記インバータ４６を設けずにパルス電流を取り出し、上記発生装置にパルス電流を直接供給するようにしてもよい。
【００５７】
（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態を図４にもとづき説明する。図４において、図１と同様の構成の部材には同一符号を付してある。
【００５８】
図４に示す本実施形態装置は、シリンダ１２及びこれに取付けられた着火室２１及び外被部材２３の構成は上述の図１に示す爆轟発生装置１０と同様であるが、シリンダヘッド１６Ｄ及びピストン１３Ｅが図１に示す装置と異なっていて、爆轟発生装置の内部にＭＨＤ発電装置が組み込まれている形態となっている。本実施形態装置は、ピストン１３Ｅの下端に凹部１３Ｆが形成されるとともに、この凹部１３Ｆと逆向きにシリンダヘッド１６Ｄの上端面にも凹部１６Ｅが形成され、シリンダ１２とピストン１３Ｅとシリンダヘッド１６Ｄとによって囲まれて燃焼室１７Ａが形成されている。
【００５９】
また、上記ピストン１３Ｅの内側とシリンダヘッド１６Ｄの内部には、それぞれ軸線１１を中心とする環状の磁石４２Ａが取付けられている。これら磁石４２Ａは上下に延びる磁束を発生させ、該磁束は燃焼室１７Ａ内を上下方向で貫く。上記ピストン１３Ｅ側の磁石４２Ａとシリンダヘッド１６Ｄ側の磁石４２Ａとの間の距離は、ピストン１３Ｅが最も下方に移動したとき、すなわち点火栓２２の点火時期に最短となる。このとき、これらの磁極４２Ａによって燃焼室１７Ａ内に形成される磁界の強さが最大となる。トーナメント溝２０から爆轟波が燃焼室１７Ａ内に送られ、燃焼ガスが解離または電離して導電性流体として該燃焼室１７Ａ内に流入する。したがって、ピストン１３Ｅが最も下方に位置したときに、燃焼室１７Ａは発電流路４１Ａを兼ねることとなる。
【００６０】
上記シリンダヘッド１６Ｄには、互いに直径の異なる二つの環状の電極４３Ａが軸線１１を中心として同心でシリンダヘッド１６Ｄの凹部１６Ｅに露呈して配されている。本実施形態では、電極４３Ａは、上記シリンダヘッド１６Ｄの内壁面に絶縁材４４Ａを介して取付けられている。また、シリンダヘッド１６Ｄには、吸気口１８Ｂ、排気口１９Ｂが形成され、これらはそれぞれ吸気弁１８Ｃ、排気弁１９Ｃが設けられている。この吸気弁１８Ｃ、排気弁１９Ｃは、それぞれ、図１に示す吸気弁１８Ａ、排気弁１９Ａと同様のタイ
ミングで開閉する。
【００６１】
かくして、発電流路４１Ａに流れる燃焼ガスが解離または電離して導電性流体を成しているので、一対の磁石４２Ａ間の磁束に直角な方向で誘導電流が電極４３Ａで取り出される。取り出された誘導電流は上述の第二の実施形態と同様に、コンデンサ４５、インバータ４６を経て交流電流として負荷４７に流れる。
【００６２】
また、ピストン１３Ｅの下端の凹部１３Ｆに、シリンダヘッド１６Ｄの凹部１６Ｅに配された環状の電極４３Ａと同様の環状の電極を露呈して配してもよい。これにより、取り出される誘導電流を増大させることができる。
【００６３】
（第四の実施形態）
次に、本発明の第四の実施形態を図５にもとづき説明する。図５において、図３と同様の構成の部材には同一符号を付してある。
【００６４】
図５に示す本実施形態装置は、上述の図３に示す第二の実施形態におけるＭＨＤ発電装置４０に代えて、図５に示す磁場濃縮型発電装置６０を備えている。すなわち、本実施形態装置では、磁場濃縮型発電装置６０で発電を行なうとともに、反応室３１で二酸化炭素の分解処理を行なう。
【００６５】
上記磁場濃縮型発電装置６０は、燃焼室１７での爆轟により解離または電離した燃焼ガスを導電性流体として受ける。上記磁場濃縮型発電装置６０は、図５に示すように、上述の燃焼室１７にその最下部で連通し導電性流体の流動のための発電流路６１を備えている。この発電流路６１には、軸線１１の延びる方向（導電性流体の流動方向）で、コイル６２と導電部材６３とが互いに重複範囲をもって配されている。
【００６６】
上記コイル６２は、該コイル６２の軸線が上記発電流路６１の軸線、すなわち軸線１１と一致して延び、絶縁材６４を介して発電流路６１の周壁に取付けられている。
【００６７】
導電部材６３は、コイル６２の包絡面に沿って発電流路６１の周壁に配されている。この導電部材６３は、コイル６２とともに絶縁材６４に取付けられていて、コイル６２に対して間隔をもって非接触に配されている。また、この導電部材６３は、図５（Ｂ）に示すように周方向の一部に配され、図５（Ａ）に示すように、軸線方向ではコイル６２の外周に沿って延び、半径方向ではコイル６２の導線と導線との間でコイル６２の内周と同一半径位置まで延びて櫛状になっている。
【００６８】
上記コイル６２と上記導電部材６３のぞれぞれの上流側端部（図５にて左側端部）は、直流電源６５を介して互いに接続されている。一方、上記コイル６２と上記導電部材６３のそれぞれの下流側端部（図５にて右側端部）は、コンデンサ４５、インバータ４６、負荷４７が順に接続されている。
【００６９】
かくして、上記コイル６２、上記導電部材６３、上記直流電源６５、上記コンデンサ４５、上記インバータ４６、上記負荷４７は閉回路を形成し、上記コイル６２が、該閉回路内を流れる電流によって、発電流路６１に磁界を形成する。すなわち、この閉回路では、上述の爆轟発生装置１０から上記発電流路６１へ導電性流体としての燃焼ガスが流動しない時には、上記直流電源６５が該閉回路に初期電流を生じさせて、上記コイル６２から上記発電流路６１に磁界が形成される。
【００７０】
上記爆轟発生装置１０から上記発電流路６１へ導電性流体である燃焼ガスが流動する時には、上記発電流路６１を上流から下流へ向け進行する該燃焼ガスがその導電性によりコ
イル６２と導電部材６３との間を短絡させる。その結果、その短絡位置から下流側でコイル６２、導電部材６３、コンデンサ４５、インバータ４６、負荷４７からなる閉回路を形成する。また、導電性流体としての該燃焼ガスの下流端が上流から下流へ進行するので、上記コイル６２と上記導電部材６３のそれぞれの上流側端部から下流側端部へ向け短絡範囲は拡大される。
【００７１】
このように上記短絡範囲が拡大されるので、上記短絡範囲より下流側で上記コイル６２と上記導電部材６３のインダクタンスが減少する。上記磁界を形成するように上記コイル６２には誘導電流が発生するが、上記コイル６２のインダクタンスが減少するので、上記誘導電流が初期電流以上に増大する。この誘導電流の増大によりコイル６３の磁界が増大するため、誘導電流がさらに増大する。このような誘導電流は、パルス電流として上記下流側端部で得られ、コンデンサ４５、インバータ４６を経て交流電力に変換された後に、負荷４７へ供給される。
【００７２】
また、図１に示す実施形態ではピストンヘッド１３Ｄとシリンダヘッド１６の内壁の形状が円錐状をなして、三次元で通路断面積が漸次減少して収束部を形成しているが、ピストンヘッド１３Ｄとシリンダヘッド１６の内壁の形状が略三角柱状等をなして二次元で通路断面積が漸次減少して収束部を形成するようにしてもよい。こうすることにより、燃焼ガスが解離または電離して導電性流体として持続する時間が長くなり、その結果、発電時間が増加し、発電量と発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る装置の構成を示す図である。
【図２】図１の装置に設けられたトーナメント溝を説明するための図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係る装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の第三の実施形態に係る装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第四の実施形態に係る装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１２  シリンダ
１３  ピストン
１３Ｅ  ピストン
１６  シリンダヘッド
１６Ｄ  シリンダヘッド
１７  燃焼室
１７Ａ  燃焼室
２１  着火室
３１  反応室
４１  発電流路
４１Ａ  発電流路
６１  発電流路
【図１】
2005076549.tif 000003
【図２】
2005076549.tif 000004
【図３】
2005076549.tif 000005
【図４】
2005076549.tif 000006
【図５】
2005076549.tif 000007