(57)【要約】【課題】  従来のエンジンの好適な特徴を有し、かつ、高効率及び低公害レベルとするエンジンユニットを提供する。【解決手段】  都市型交通手段のためのエンジンユニットは、圧縮気体が供給され、膨張室（９）を有するエンジン（３）と、エンジン（３）と流体的に連通している液化気体タンク（２８）と、液化気体タンク（２８）とエンジン（３）との間に設けられ、圧縮気体を得るために、液化気体を気化する気化手段（Ｍ）（Ｍ’）とを備えている。気化手段（Ｍ）は、液化気体タンク（２８）と流体的に連通している気化室（２２）と、気化室（２２）と連結された液体燃料タンク（３９）とを備えている。気化室（２２）は、液化気体の酸素と燃焼される液体燃料の液体燃料タンク（３９）と、膨張室（９）とに流体的に連結され、それにより、圧縮された液化気体及び燃焼処理による気体状生成物は、必要な動作のために用いられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮気体が供給され、膨張室（９）を有するエンジン（３）と、エンジン（３）と流体的に連通している液化気体タンク（２８）と、液化気体タンク（２８）とエンジン（３）との間に設けられ、圧縮気体を得るために、液化気体を気化する気化手段（Ｍ）（Ｍ’）とを備え、気化手段（Ｍ）は、液化気体タンク（２８）と流体的に連通している気化室（２２）と、気化室（２２）と連結された液体燃料タンク（３９）とを備えている、都市型交通手段のためのエンジンユニットにおいて、
気化室（２２）を、液化気体の酸素と燃焼される液体燃料の液体燃料タンク（３９）と、膨張室（９）とに流体的に連結し、それにより、圧縮された液化気体及び燃焼処理による気体状生成物を、必要な動作のために用いることを特徴とするエンジンユニット。
【請求項２】
気化手段（Ｍ）は、液化気体を気化するために、液化気体タンク（２８）と気化室（２２）との間に、熱交換器（３３）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項３】
液化気体は、液体空気または酸素欠乏空気であることを特徴とする、請求項１または２に記載のエンジンユニット。
【請求項４】
液化気体は、液体窒素であることを特徴とする、請求項１または２に記載のエンジンユニット。
【請求項５】
気化手段（Ｍ’）は、液体燃料との燃焼のための気化室（２２）と流体的に連結された液体酸素タンク（１２８）を備えていることを特徴とする、請求項４記載のエンジンユニット。
【請求項６】
液体燃料は、液体水素であることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項７】
気化手段（Ｍ）は、気化室（２２）内に燃焼を開始させるパイロット点火器（５０）（６４）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項８】
気化手段（Ｍ）は、液化気体タンク（２８）と気化室（２２）との間にポンプ（３１）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項９】
液体燃料タンク（３９）と気化室（２２）との間にポンプ（４２）（５６）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項１０】
液体酸素タンク（１２８）と気化室（２２）との間にポンプ（１３１）を備えていることを特徴とする、請求項５記載のエンジンユニット。
【請求項１１】
ポンプ（３１）（４２）（５６）（１３１）は、エンジン（３）の速度を制御する可変容量型ポンプであることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１つに記載のエンジンユニット。
【請求項１２】
液体燃料タンク（３９）と気化室（２２）との間に、液体燃料を気化させる熱交換器（４４）（５８）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項１３】
気化室（２２）を、飽和蒸気の状態で液体燃料と酸素とを燃焼させる第１気化室（２６）と、過熱蒸気の状態で液体燃料と酸素とを燃焼させる第２気化室（２７）とに分割したことを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項１４】
気化室（２２）を、液体酸素タンク（１２８）及び液体燃料タンク（３９）と流体的に連結された第１気化室（２２２）（３２２）と、液化気体タンク（２８）と流体的に連結された第２気化室（２２７）（３２６）とに分割し、第１気化室（２２２）（３２２）及び第２気化室（２２７）（３２６）は、酸素と燃料とで発生された燃焼熱を熱交換する状態となっていることを特徴とする、請求項１または２記載のエンジンユニット。
【請求項１５】
第１気化室（２２２）と第２気化室（２２７）とを、熱交換室（２２６）を介して流体的に連結したことを特徴とする、請求項１４記載のエンジンユニット。
【請求項１６】
第２気化室（３２６）を、第１気化室（３２２）内に直接設けたことを特徴とする、請求項１４記載のエンジンユニット。
【請求項１７】
エンジン（３）は、所定の期間（ＡＢ）だけ閉じるように制御される吸気弁（１２）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項１８】
エンジン（３）は、所定の期間（ＣＤ）だけ閉じるように制御される排気弁（１３）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項１９】
液化気体を気化し、圧縮気体とするステップを含み、圧縮気体を都市型交通手段のエンジン（３）に供給する方法において、
所定量の液体燃料と液化気体に含まれる酸素とを燃焼させて気化させ、この燃焼を、液化気体の気化と同じ領域で行い、エンジン（３）に、圧縮気体と燃焼処理による気体状生成物とを供給することを特徴とする方法。
【請求項２０】
大気から熱を抽出する熱交換器により気化することを特徴とする、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
液化気体は、適切な液体空気または酸素欠乏液体空気であり、液体空気の酸素をもって燃焼させることを特徴とする、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
液化気体は、窒素であり、液化気体に対して自律的に供給された酸素をもって燃焼することを特徴とする、請求項１９記載の方法。
【請求項２３】
酸素と燃料とが燃焼される領域とは別の領域で液化気体を気化するステップをさらに含み、燃焼熱を気化領域へ伝達することを特徴とする、請求項１９記載の方法。
【請求項２４】
液体燃料は、液体水素であることを特徴とする、請求項１９記載の方法。
【請求項２５】
パイロット点火器により燃焼を行うことを特徴とする、請求項１９記載の方法。
【請求項２６】
液体燃料を所定の量とし、１０〜３０気圧、好ましくは２０気圧である所定圧の圧縮気体を得ることを特徴とする、請求項１９記載の方法。
【請求項２７】
熱交換器（４４）（５８）内で、液体燃料を気化させるステップを含んでいることを特徴とする、請求項１９記載の方法。
【請求項２８】
液化気体タンク（２８）と、液化気体を圧縮気体に気化する気化手段（Ｍ）（Ｍ’）とを備え、気化手段（Ｍ）は、液化気体タンク（２８）と流体的に連通している気化室（２２）と、気化室（２２）と連結された液体燃料タンク（３９）とを備えている、都市型牽引車のエンジン（３）に圧縮気体を供給する発生器において、
気化室（２２）を、液化気体の酸素と燃焼される液体燃料の液体燃料タンク（３９）と、圧縮気体の吸気弁（１２）を介してエンジン（３）のシリンダ（５）とに流体的に連結し、それにより、圧縮された液化気体及び燃焼処理による気体状生成物を、必要な動作のために用いることを特徴とする発生器。
【請求項２９】
気化手段（Ｍ）は、液化気体タンク（２８）と気化室（２２）との間に、液化気体を気化させる熱交換器（３３）を備えていることを特徴とする、請求項２８記載の発生器。
【請求項３０】
液化気体は、液体空気または酸素欠乏液体空気であることを特徴とする、請求項２９記載の発生器。
【請求項３１】
液化気体は、液体窒素であることを特徴とする、請求項２８記載の発生器。
【請求項３２】
気化手段（Ｍ’）は、液体燃料との燃焼のための気化室（２２）と流体的に連結された液体酸素タンク（１２８）を備えていることを特徴とする、請求項３１記載のエンジンユニット。
【請求項３３】
液体燃料は、液体水素であることを特徴とする、請求項２８記載の発生器。
【請求項３４】
気化手段（Ｍ）は、気化室（２２）内に燃焼を開始させるパイロット点火器（５０）（６４）を備えていることを特徴とする、請求項２８記載の発生器。
【請求項３５】
気化手段（Ｍ）は、液化気体タンク（２８）と気化室（２２）との間にポンプ（３１）を備えていることを特徴とする、請求項２９記載の発生器。
【請求項３６】
液体燃料タンク（３９）と気化室（２２）との間にポンプ（４２）（５６）を備えていることを特徴とする、請求項２９記載の発生器。
【請求項３７】
液体酸素タンク（１２８）と気化室（２２）との間にポンプ（１３１）を備えていることを特徴とする、請求項３２記載の発生器。
【請求項３８】
ポンプ（３１）（４２）（５６）は、エンジン（３）の速度を制御する可変容量型ポンプであることを特徴とする、請求項３５〜３７のいずれか１つに記載の発生器。
【請求項３９】
液体燃料タンク（３９）と気化室（２２）との間に、液体水素を気化させる熱交換器（４４）（５８）を備えていることを特徴とする、請求項２９記載の発生器。
【請求項４０】
気化室（２２）を、飽和蒸気の状態で液体燃料と酸素とを燃焼させる第１気化室（２６）と、過熱蒸気の状態で液体燃料と酸素とを燃焼させる第２気化室（２７）とに分割したことを特徴とする、請求項３２記載の発生器。
【請求項４１】
気化室（２２）を、液体燃料タンク（３９）及び液体酸素タンク（１２８）に流体的に連結された第１気化室（２２２）（３２２）と、液化気体タンク（２８）と流体的に連結された第２気化室（２２７）（３２６）とに分割し、第１気化室（２２２）（３２２）及び第２気化室（２２７）（３２６）は、酸素と燃料とで発生された燃焼熱を熱交換する状態となっていることを特徴とする、請求項２８記載の発生器。
【請求項４２】
第２気化室（３２６）を、第１気化室（３２２）内に直接設けたことを特徴とする、請求項４１記載の発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段に記載された都市型牽引車等のエンジンユニットに関する。
【０００２】
公知のように、都市道路網における公共車、商用車及び自家用車のような都市型牽引車では、環境に優しい無公害車両が求められている。そのため、本発明は、都市で用いられる自家用車に加え、タクシーや都市バスのような車両、鉄道停車場における自走式装置のような工業装置のエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
圧縮空気が供給されるエンジンと流体的に連通した圧縮空気タンクを有するエンジンユニットを備える車両が提案されている。このような車両は、低公害車であるが、自律性がないという公知の欠点を有している。また、圧縮空気の初期圧力が、エンジンには高すぎるので、低効率であり、エネルギーを用いて圧力を低くしなければならないので、さらに自律性が低下する。
【０００４】
エネルギーを、液体窒素のような低温の液化気体で蓄積することが提案されている。この技術は、低温液体を気化して圧縮気体とし、必要な処理のために、適切なエキスパンダ内で、圧縮気体を高圧から大気圧に膨張するステップを含んでいる。
【０００５】
液化気体を主要なエネルギー源として動作するエンジンは、請求項１の前段に記載されたような、例えば米国特許第4,359,118号に記載されている。この特許は、複合エンジンサイクルに関し、液体空気や液体窒素のような液化気体が、周囲大気から膨張され、適切な燃料により加熱される。
【０００６】
従来のエンジンは、液体化石燃料への依存性が低く、伝達距離が短く、種々の燃料を使用できるという好適な特徴を有しているが、後述する１つまたはそれ以上の制限を被り、本発明の目的には全く適合していない。
【０００７】
主要な欠点は、最適な効率でも低公害レベルでもないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、従来のエンジンの好適な特徴を有し、かつ、高効率及び低公害レベルとするエンジンユニットが求められている。本発明の目的は、上述した特定の必要性を満足させるとともに、上述した従来の欠点を解消するエンジンユニットを提供することにある。
【０００９】
本発明は、請求項１に記載されたエンジンユニットを提供するものである。
【００１０】
液化気体という用語は、本発明の分野において、通常の状態下において、すなわち周囲温度及び圧力下において気相となり、好適な状態下において、上方にあるタンク内では高圧となり、低温では液相となる物質または混合物質のことである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、圧縮気体が供給され、膨張室を有するエンジンと、エンジンと流体的に連通している液化気体タンクと、圧縮気体を得るために、液化気体タンクとエンジンとの間に設けられた、液化気体を気化する気化手段とを備え、気化手段は、液化気体タンクと流体的に連通している気化室と、気化室と連結された液体燃料タンクとを備えている、都市型交通手段のためのエンジンユニットにおいて、気化室を、液化気体の酸素と燃焼される液体燃料の液体燃料タンクと、膨張室とに流体的に連結し、それにより、圧縮された液化気体及び燃焼処理による気体状生成物を、必要な動作のために用いることを特徴とするエンジンユニットである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１及び図２には、本発明によるエンジンユニットの第１の実施例を示してある。
【００１３】
特に都市型交通で用いられる車両に取り付けられたエンジンユニット（１）は、圧縮気体発生部（２）と、圧縮気体発生部（２）からの圧縮気体が供給されるエンジン（３）とを備えている。
【００１４】
エンジン（３）は、例えば、往復型、すなわちピストンエンジンである。エンジン（３）は、鋳型部（４）、シリンダ（５）、ロッド（８）により動力をクランクシャフト（７）へ伝達するために、シリンダ（５）内を移動可能なピストン（６）、及び、吸気ダクト（１０）及び排気ダクト（１１）により区切られ、シリンダ（５）内に形成された膨張室（９）を備えている。膨張室（９）は、各カム（１４）（１５）により開かれ、ばねまたは強制開閉バルブ機構により閉じられる吸気バルブ（１２）及び排気バルブ（１４）を介して、吸気マニホールド（１６）及び排気マニホールド（１７）と流体的に連通している。
【００１５】
圧縮気体発生部（２）は、気化室（２２）が形成されたハウジング（２１）を備えている。気化室（２２）は、ポート（２３）を介して吸気マニホールド（１６）と、また、吸気ダクト（１０）を介して膨張室（９）と流体的に連通している。
【００１６】
気化室（２２）は、ハウジング（２１）内に設けられた、開口（２５）を有する壁（２４）により、飽和蒸気による第１燃焼室（２６）と、ポート（２３）と対向し、過熱による第２燃焼室（２７）とに分割されているのが好ましい。
【００１７】
図１の場合、液体空気が液化気体として用いられ、圧縮気体発生部（２）は、液体空気低温シリンダである液化気体タンク（２８）を備えている。
【００１８】
気化室（２２）の第１燃焼室（２６）は、管（２９）により液化気体タンク（２８）に連結されている。管（２９）により、液化気体タンク（２８）、締切り弁（３０）ポンプ（３１）、チェック弁（３２）、熱交換器（３３）、締切り弁（３４）、分流路（３５）、流量制御弁（３６）が順に連結されており、さらに、第１燃焼室（２６）内にある管（２９）の一端に、ディフューザ（３７）が連結されている。分流路（３５）には、設定可能なアキュムレータ（３８）が設けられている。
【００１９】
液体空気を気化するために、圧縮気体発生部（２）は、低温シリンダである液体燃料タンク（３９）を含む気化手段（Ｍ）を備えている。液体燃料は、液化メタンまたはその他の炭化水素であるが、液体水素を用いるのが好ましい。
【００２０】
気化室（２２）の第１燃焼室（２６）は、管（４０）により液体燃料タンク（３９）に連結されている。管（４０）により、液体燃料タンク（３９）、締切り弁（４１）、ポンプ（４２）、チェック弁（４３）、熱交換器（４４）、締切り弁（４５）、分流路（４６）、流量制御弁（４７）、及び、ディフューザ（３７）と対向し、第１燃焼室（２６）内に設けられたディフューザ（４８）が順に連結されている。分流路（４６）には、設定可能なアキュムレータ（４９）が設けられている。
【００２１】
第１燃焼室（２６）には、ディフューザ（４８）と対向して、パイロット点火器（５０）が設けられている。パイロット点火器（５０）は、電源（５２）及びスイッチ（５３）を備える電気回路（５１）により給電される。
【００２２】
気化室（２２）の第２燃焼室（２７）は、管（５４）により液体燃料タンク（３９）に連結されて。そうい（４０）と同様に、管（５４）により、締切り弁（５５）、ポンプ（５６）、チェック弁（５７）、熱交換器（５８）、締切り弁（５９）、分流路（６０）、流量制御弁（６１）、ディフューザ（６２）が順に連結されている。分流路（６０）には、設定可能なアキュムレータ（６３）が設けられている。
【００２３】
また、第２燃焼室（２７）には、パイロット点火器（６４）が設けられている。パイロット点火器（６４）は、ディフューザ（６２）と対向し、電源（６６）及びスイッチ（６７）を備える電気回路（６５）により給電される。
【００２４】
通常のバッテリである電源（５２）（６６）は、エンジンにより駆動されるダイナモ（図示しない）により、公知のように充電可能となっている。
【００２５】
アキュムレータ（３８）（４９）（６３）は、公知のものであり、充填弁、締切り弁及びスロットルが設けられている。
【００２６】
また、タンク（２８）（３９）は、公知のものであり、通気孔、充填弁、圧力ゲージ、締切り弁が設けられている。
【００２７】
好ましくは圧力変換器である圧力ゲージ（６８）（６９）は、燃焼室（２６）（２７）上にそれぞれ設けられている。
【００２８】
作動中、各タンク（２８）（３９）からの空気及び水素は、各ポンプ（３１）（４２）により、気化室（２２）の第１燃焼室（２６）へ送られて拡散され、互いに結合する。パイロット点火器（５０）により、空気の一部、すなわち酸素と水素とが燃焼させられる。この燃焼は、飽和蒸気下で行われ、第１燃焼室（２６）には、同じ気圧であり、おおむね１０〜３０気圧、好ましくは２０気圧である酸素欠乏空気と飽和蒸気とが含まれる。
【００２９】
これらの気体は、第１燃焼室（２６）から、壁（２４）の開口（２５）を通過して第２燃焼室（２７）へ流れる。
【００３０】
ポンプ（５６）により、液体燃料タンク（３９）の水素が第２燃焼室（２７）へ送られ、空気の一部である酸素と結合して、パイロット点火器（６４）により、燃焼が継続される。第２燃焼室（２７）は、おおむね１０〜３０気圧、好ましくは２０気圧である同じ気圧の空気混合物、すなわち欠乏酸素と過熱蒸気との混合物を含んでいる。熱交換器（３３）を通過する時、液体空気は、大気からの熱を抽出することにより気化する。それにより、凝縮及び凝固が効果的に防止される。
【００３１】
同様にして、液体水素は、熱交換器（４４）（５８）を通過する時に気化する。
【００３２】
大気から熱を抽出して、液体空気及び液体水素を予め気化する熱交換器（３３）（４４）（５８）により、液体空気を気化するために、液体空気及び水素へ送られるエネルギーは減少し、水素と空気の酸素とが燃焼する。      
【００３３】
設定可能なアキュムレータ（３８）（４９）（６３）により、気化室（２２）内のパルス状の圧力値を一定とすることができる。
【００３４】
液体空気である圧縮空気を気化することにより発生する気体混合物は、ポート（２３）を通過して吸気マニホールド（１６）へ流れ、吸気弁（１２）が開く毎に、シリンダ（５）の膨張室（９）へ流れる。圧力によって、能動ストロークに沿ってピストン（６）を矢印Ｆ1方向へ移動させることにより、気体混合物を膨張させ、それにより、所望の機械的動作が行われる。
【００３５】
気化室（２２）と流体的に連通しているために、圧縮液化気体、及び、燃焼処理による気体状生成物及び副生成物を含む気体混合物は、エンジン（３）の膨張室（９）へ流れる。
【００３６】
矢印Ｆ2の排気ストロークの間、大気圧となった気体混合物は、ピストン（６）により排気弁（１３）から排気され、排気マニホールド（１７）を介して、周囲圧力及び周囲温度で周囲へ送られる。
【００３７】
上述した動作が繰り返され、各ピストンは、各２ストローク毎に、パワーストローク及び排気ストロークを完了する。
【００３８】
図２には、本発明によるエンジンユニットの作動サイクルを示してある。縦軸には圧力ｐを、横軸にはシリンダ移動容量値Ｖを示してある。ＶCは、ピストンストロークＣと断面Ｆとの積であり、Ｖ0は、ピストンが上死点にある時のシリンダの最小容量であるデッドスペースである。
【００３９】
Ｐ2は、シリンダ内の最高圧力値である。Ｐ1は、最低圧力値であり、大気圧とほぼ同等である。
【００４０】
点Ａから点Ｂを介して点Ｃまでのピストン（６）の作動ストローク（矢印Ｆ1）では、圧縮空気が膨張する。点Ｃから点Ｄを介して点Ａまでのピストン（６）の排気ストローク（矢印Ｆ2）では、排気される。
【００４１】
点Ａから点Ｂにおいて、吸気弁（１２）は開き、ピストン（６）は定圧で押される。点Ｂから点Ｃにおいて、吸気弁（１２）は閉じ、圧力値Ｐ1が大気圧とほぼ同じになって、排気弁（１３）が開くまで、シリンダは気体の膨張により押される。点Ｃから点Ｄにおいて、シリンダからは消費された気体が周囲へ排気される。
【００４２】
点Ｄから点Ａにおいて、排気弁（１３）は閉じ、圧力値Ｐ2が気化室の圧力と同じになるまで、シリンダ内の圧力が増加する。
【００４３】
吸気弁（１２）が開く点Ａから点Ｂまでの期間は、ピストンのパワーストロークの端において、気体混合物がほぼ大気圧及び大気温度となるように設定されている。
【００４４】
排気弁（１３）が開く点Ｃから点Ｄまでの期間は、ピストンの排気ストロークの端において、吸気弁（１２）が開いた時に、気化室内の圧力がシリンダ内の圧力と同じになるように設定されている。
【００４５】
他の実施例によれば、適切な液体空気の代わりに、酸素が欠乏した液体空気が液化気体として用いられる。酸素が欠乏した空気は、主成分の窒素と、少量の酸素とを含んでいる。酸素は、燃料との燃焼作用を発生させるのに必要な理論的な量となっている。
【００４６】
酸素が欠乏した液体空気によるエンジンユニット（１）の動作は、上述と同様である。この場合、酸素を無駄に消費するのではなく、他の目的のために空気から抽出した酸素を用いるという利点がある。気体を分離する公知の技術により、空気から酸素が分離される。
【００４７】
図３、図４及び図５は、本発明による他の実施例を示しており、エンジンユニットを符号１００、２００、３００でそれぞれ示してある。これらの図において、上述した機能を有する同一部材には、同一符号を付してあり、詳細を説明しない。
【００４８】
これらの実施例は、液化気体を気化する方法に関してのみ、上述した実施例と異なっており、エンジン（３）は、同様に駆動するようになっている。
【００４９】
図３には、液体窒素が液化気体として用いられるエンジンユニット（１００）を示してある。液化気体タンク（２８）は、純粋な液体窒素の低温シリンダからなっている。窒素は、図１で説明した液体空気の流路及びモードと同様に、気化室（２２）へ送られる。
【００５０】
図１で説明したのと同じく、気化室（２２）には、液体燃料タンク（３９）の燃料が、管（４０）（５４）を介して供給される。
【００５１】
燃料を燃焼させるために、エンジンユニット（１００）は、液体窒素とは分離された液体酸素タンク（１２８）を有する気化手段（Ｍ’）を備えている。液体酸素タンク（１２８）は、液体酸素の低温シリンダからなっている。
【００５２】
気化室（２２）の第１燃焼室（２６）は、管（１２９）により液体酸素タンク（１２８）に連結されている。管（１２９）により、液体酸素タンク（１２８）、締切り弁（１３０）、ポンプ（１３１）、チェック弁（１３２）、熱交換器（１３３）、締切り弁（１３４）、分流路（１３５）、制御弁（１３６）、液体水素のディフューザ（４８）と対向して、第１燃焼室（２６）内に設けられたディフューザ（１３７）が順に連結されている。分流路（１３５）には、設定可能なアキュムレータ（１３８）が設けられている。
【００５３】
アキュムレータ（１３８）は、公知のものであり、充填及び締切り弁と、スロットルとを有している。
【００５４】
また、液体酸素タンク（１２８）は、公知のものであり、通気孔、充填弁、圧力計及び締切り弁を有している。
【００５５】
エンジンユニット（１００）の動作中、各タンク（２８）（１２８）（３９）からの窒素、酸素及び液体水素は、気化室（２２）の第１燃焼室（２６）へ送られる。酸素及び水素は、各ポンプ（１３１）（４２）により送られ、互いに拡散及び結合される。
【００５６】
パイロット点火器（５０）により、上述した実施例の場合と同様に、水素と酸素とが燃焼される。酸素量は適切に計測されており、第１燃焼室（２６）における酸素量と第２燃焼室（２７）における酸素量が供給される。
【００５７】
燃焼熱により、液体窒素が気化して、圧縮窒素となる。
【００５８】
また、この場合、液体窒素は、熱交換器（３３）を通過する間、大気から熱エネルギーを抽出することにより気化する。
【００５９】
同様に、熱交換器（１３３）を通過する液体酸素は、大気からの熱エネルギーを抽出することにより気化する。
【００６０】
図４及び図５におけるエンジンユニット（２００）（３００）は、酸素と水素との燃焼が、液化気体の気化とは別の領域で行われる点において、上述した実施例とは異なっている。
【００６１】
図４及び図５において、エンジン（３）は、図１の場合と同様に動作するので、記号化してある。
【００６２】
エンジンユニット（２００）（図４）は、第１気化室（２２２）と、締切り弁（２２４）を介して管（２２５）により第１気化室（２２２）と流体的に連通した熱交換室（２２６）とを備えている。
【００６３】
また、エンジンユニット（２００）は、熱交換室（２２６）内に設けられ、第１気化室（２２２）とは分離された第２気化室（２２７）を備えている。
【００６４】
第２気化室（２２７）は、熱交換室（２２６）と熱交換するための熱伝導壁を備えている。
【００６５】
第２気化室（２２７）を、簡略化して矩形で示してあるが、高い熱交換面とするために、様々な形状、例えば、コイル形状としたり、外面に複数の羽根を設けた形状としてもよい。
【００６６】
第２気化室（２２７）は、管（２９）及び図３で説明したその他の部材を介して液化気体タンク（２８）に連結されている。液体窒素は、熱交換器（３３）により気化された後に、第２気化室（２２７）へ送られる。
【００６７】
第１気化室（２２２）は、各管（１２９）（４０）及び図３で説明したその他の部材を介して、液体酸素タンク（１２８）及び液体燃料タンク（３９）にそれぞれ連結されている。
【００６８】
さらに、第１気化室（２２２）、熱交換室（２２６）及び第２気化室（２２７）には、安全逃し弁が設けられている。
【００６９】
エンジン（３）は、第１の締切り弁（２２３ａ）を有する第１の管（２２１ａ）により熱交換室（２２６）と、また、第２の締切り弁（２２３ｂ）を有する第２の管（２２１ｂ）により第２気化室（２２７）と連結されている。
【００７０】
このようにして、第１気化室（２２２）及び第２気化室（２２７）は、エンジン（３）の膨張室（９）と流体的に連通している。
【００７１】
エンジンユニット（２００）の動作中、酸素及び水素は、各ポンプ（１３１）（４２）により送られ、第１気化室（２２２）内で互いに拡散されて結合する。２つの気体は、パイロット点火器（５０）により燃焼される。燃焼により発生した過熱蒸気は、熱交換室（２２６）へ送られ、一部が気化窒素である熱が第２気化室（２２７）へ伝達される。
【００７２】
燃焼熱により、一部が気化された液体窒素は、第２気化室（２２７）で完全に気化され、圧縮窒素となる。圧縮窒素は、第２気化室（２２７）の下流において、熱交換室（２２６）からの燃焼生成物と結合し、エンジン（３）を駆動する。
【００７３】
このように、全ての利用可能な気体は、必要な処理を行うべく、膨張室（９）内で用いられる。
【００７４】
図５に示す実施例では、エンジンユニット（３００）は、第１気化室（３２２）と、第１気化室（３２２）内に別体で設けられた第２気化室（３２６）とを備えている。
【００７５】
第２気化室（３２６）は、第１気化室（３２２）と熱交換するための熱伝導壁を有している。
【００７６】
第１気化室（３２２）は、図４の場合と同様に、各管（１２９）（４０）により、液体酸素タンク（１２８）と液体燃料タンク（３９）にそれぞれ連結されている。
【００７７】
第２気化室（３２６）は、図４の場合と同様に、管（２９）により液化気体タンク（２８）に連結されている。液体窒素は、熱交換器（３３）によりやや圧縮されて、第２気化室（３２６）へ送られる。
【００７８】
また、第１気化室（３２２）及び第２気化室（３２６）には、安全逃し弁がそれぞれ設けられている。エンジン（３）は、第１の締切り弁（３２３ａ）を有する第１の管（３２１ａ）により第１気化室（３２２）に連結され、また、第２の締切り弁（３２３ｂ）を有する第２の管（３２１ｂ）により第２気化室（３２６）に連結されている。
【００７９】
このようにして、第１気化室（３２２）及び第２気化室（３２６）は、エンジン（３）の膨張室（９）と流体的に連通している。
【００８０】
エンジンユニット（３００）の動作中、酸素及び水素は、各ディフューザ（１３７）（４８）により拡散され、第１気化室（３２２）内で互いに結合し、パイロット点火器（５０）により燃焼される。
【００８１】
燃焼により発生した熱は、第２気化室（３２６）へ直接伝達され、窒素が完全に気化されて、圧縮窒素となる。圧縮窒素は、第２気化室（３２６）の下流において、第１気化室（３２２）からの燃焼生成物と結合し、エンジン（３）を駆動させる。
【００８２】
このように、全ての利用可能な気体は、必要な処理を行うべく、膨張室（９）内で用いられる。
【００８３】
エンジンユニット（２００）（３００）の主要な利点は、燃焼処理と気化処理とが別々の領域で行われることである。それにより、燃焼処理の間、酸素と窒素とが直接的に接触することを防止でき、上述したような高圧下のために、熱交換室（２２６）及び第２気化室（２２７）（３２６）内で窒素酸化物が生成されることがなくなる。
【００８４】
また、本発明は、エンジンへの供給方法及びこの方法を実現する発生器にも関している。
【００８５】
本発明によれば、この方法は、液化気体、酸素、好ましくは液体酸素、燃料、好ましくは液体燃料である液体水素を供給し、パイロット点火器により、水素を酸素と燃焼させることにより液化気体を気化し、１０〜３０気圧、好ましくは２０気圧の圧縮気体とし、圧縮気体と燃焼処理による気体生成物及び副生成物とをエンジンへ送るステップを含んでいる。本方法によれば、熱交換器により大気から抽出した熱エネルギーにより、気化が開始される。
【００８６】
本発明による１つの方法では、液体空気が液化気体として用いられている。この場合、空気の一部である酸素を自立的に供給する必要はない。
【００８７】
本発明による他の方法では、液体窒素が液化気体として用いられており、酸素は自律したタンクにより供給されるようになっている。
【００８８】
より明確とするために、本発明によるエンジンユニットの全体的なエネルギーバランスに関して説明する。
【００８９】
大気は、液体空気を生成するステップの間に、大気中のエネルギーをユーザへ伝達する手段であり、ユーザは、大きな温度差（液体空気の温度（〜１９０℃）と大気温度）により、大気からエネルギーを抽出し、それにより、車両の運動エネルギーがエンジンユニットに供給可能となる。
【００９０】
核装置、水力装置、風力式装置、従来の燃料装置、光電池装置のような装置から得られるエネルギーにより、対応する液体空気を生成でき、液体空気を用いることができる。この液体空気を、本発明によるエンジンユニットを用いて車両に設けることもでき、それにより、摩擦を発生させることなく、車両の運動エネルギーとして液体空気を生成するために用いられるエネルギーを再利用することができる。そのため、例えば、オーバーヘッドトローリー線の場合に必要となる、電気エネルギー供給部への電気的接続が省かれる。
【００９１】
液体空気の生成及び液体空気を用いる全てのユーザを考慮すると、エネルギーバランスに関して、本発明によるエンジンユニットの摩擦を発生させずに、大気を液体空気とするのに必要なエネルギー量は、液体空気が大気から受け、車両に利用可能な運動エネルギーに変換するのに必要なエネルギー量と等しい。そのため、空気は、抽出された大気の状態に戻される。
【００９２】
本発明によるエンジンユニットの主要な利点は、無公害動作することである。必要な動力は、燃焼処理における液化気体の気化による圧縮気体の膨張により得られる。
【００９３】
これは、当技術分野とは無関係な分野における、種々の公知の方法でも得られるものである。圧縮気体を得るための気化に関して、まず、熱交換器は、大気からエネルギーを抽出し、次いで、少量の燃料が燃焼する。
【００９４】
上述した主要な利点を、全ての気体、すなわち、液化気体、及び、燃焼処理による気体状生成物と副生成物とを気化することにより得られる気体が、必要な処理を行うべく、膨張室で用いられるという利点と組み合わせることができる。
【００９５】
液体水素が燃料として用いられる好ましい実施例では、炭素の汚染物質が発生しない。また、好適な温度のために、窒素酸化物の汚染物質が全く発生しない。
【００９６】
さらに、吸気弁及び排気弁は、開状態の時に、上流及び下流において、同じ圧力下にあるので、静音動作する。
【００９７】
本発明のエンジンユニットの他の利点は、都市交通に必要な自律性が大であることである。
【００９８】
本発明のエンジンユニットの他の利点は、動作に必要な燃料がかなり低減することによる本質的な安全性である。
【００９９】
本発明のエンジンユニットの他の利点は、連結ロッド及びクランクを有する、通常用いられているピストンエンジン、または、変更が難しいワンケルエンジン等を用いることにより製造できることである。
【０１００】
当業者は、特定及び特別な必要性を満足するために、特許請求の範囲において、エンジンユニット、方法及び上述した発生器に若干の修正及び変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明によるエンジンユニットの第１の実施例を示す図である。
【図２】本発明によるエンジンユニットの容量に対する圧力のグラフである。
【図３】本発明によるエンジンユニットの第２の実施例を示す図である。
【図４】本発明によるエンジンユニットの第３の実施例を示す図である。
【図５】本発明によるエンジンユニットの第４の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１、１００、２００、３００  エンジンユニット
２          圧縮気体発生部
３          エンジン
４          鋳型部
５          シリンダ
６          ピストン
７          クランクシャフト
８          ロッド
９          膨張室
１０        吸気ダクト
１１        排気ダクト
１２        吸気弁
１３        排気弁
１４、１５  カム
１６        吸気マニホールド
１７        排気マニホールド
２１        ハウジング
２２        気化室
２３        ポート
２４        壁
２５        開口
２６        第１燃焼室
２７        第２燃焼室
２８        液化気体タンク
２９、４０、５４、１２９、２２１ａ、２２１ｂ、２２５、３２１ａ、３２１ｂ  管
３０、３４、４１、４５、５５、５９、１３０、１３４、２２３ａ、２２３ｂ、２２４、３２３ａ、３２３ｂ  締切り弁
３１、４２、５６、１３１  ポンプ
３２、４３、５７、１３２  チェック弁
３３、４４、５８、１３３  熱交換器
３５、４６、６０、１３５  分流路
３６、４７、６１  流量制御弁
３７、４８、６２、１３７  ディフューザ
３８、４９、６３、１３８  アキュムレータ
３９        液体燃料タンク
５０、６４  パイロット点火器
５１、６５  電気回路
５２、６６  電源
５３、６７  スイッチ
６８、６９  圧力ゲージ
１２８      液体酸素タンク
２２２、３２２  第１気化室
２２６      熱交換室
２２７、３２６  第２気化室
Ｆ          断面
Ｍ、Ｍ’    気化手段
【図１】
2006527808.tif 000003
【図２】
2006527808.tif 000004
【図３】
2006527808.tif 000005
【図４】
2006527808.tif 000006
【図５】
2006527808.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月21日(2005.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮気体が供給され、各２ストローク毎に、パワーストローク及び排気ストロークを完了するピストン（６）を有する膨張室（９）を備えるエンジン（３）と、エンジン（３）と流体的に連通している液化気体タンク（２８）と、液化気体タンク（２８）とエンジン（３）との間に設けられ、圧縮気体を得るために、液化気体を気化する気化手段（Ｍ）（Ｍ’）とを備え、気化手段（Ｍ）は、液化気体タンク（２８）と流体的に連通している気化室（２２）と、気化室（２２）と連結された液体燃料タンク（３９）とを備えている、都市型交通手段のためのエンジンユニットにおいて、
気化室（２２）を、液化気体の酸素と燃焼される液体燃料の液体燃料タンク（３９）と、膨張室（９）とに流体的に連結し、それにより、圧縮された液化気体及び燃焼処理による気体状生成物を、必要な動作のために用いることを特徴とするエンジンユニット。
【請求項２】
前記膨張室（９）に吸気弁（１２）を設け、ピストンのパワーストロークの端において、気体混合物がおおむね大気圧及び大気温度となるように、吸気弁（１２）が開く期間（ＡＢ）を設定したことを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項３】
前記膨張室（９）に排気弁（１３）を設け、ピストンの排気ストロークの端において、吸気弁（１２）が開く時、気化室（２２）と膨張室（９）とがおおむね同じ圧力となるように、排気弁（１３）が開く期間（ＣＤ）を設定したことを特徴とする、請求項１または２に記載のエンジンユニット。
【請求項４】
気化手段（Ｍ）は、液化気体タンク（２８）と気化室（２２）との間に、液化気体を気化させる熱交換器（３３）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項５】
液化気体は、液体空気または酸素欠乏空気であることを特徴とする、請求項１または４に記載のエンジンユニット。
【請求項６】
液化気体は、液体窒素であることを特徴とする、請求項１または４に記載のエンジンユニット。
【請求項７】
気化手段（Ｍ’）は、液体燃料の燃焼のための気化室（２２）と流体的に連結された液体酸素タンク（１２８）を備えていることを特徴とする、請求項６記載のエンジンユニット。
【請求項８】
液体燃料は、液体水素であることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項９】
気化手段（Ｍ）は、気化室（２２）内に燃焼を開始させるパイロット点火器（５０）（６４）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項１０】
気化手段（Ｍ）は、液化気体タンク（２８）と気化室（２２）との間にポンプ（３１）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項１１】
液体燃料タンク（３９）と気化室（２２）との間にポンプ（４２）（５６）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項１２】
液体酸素タンク（１２８）と気化室（２２）との間にポンプ（１３１）を備えていることを特徴とする、請求項７記載のエンジンユニット。
【請求項１３】
ポンプ（３１）（４２）（５６）（１３１）は、エンジン（３）の速度を制御する可変容量型ポンプであることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１つに記載のエンジンユニット。
【請求項１４】
液体燃料タンク（３９）と気化室（２２）との間に、液体燃料を気化させる熱交換器（４４）（５８）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項１５】
気化室（２２）を、飽和蒸気の状態で液体燃料と酸素とを燃焼させる第１気化室（２６）と、過熱蒸気の状態で液体燃料と酸素とを燃焼させる第２気化室（２７）とに分割したことを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項１６】
気化室を、液体酸素タンク（１２８）及び液体燃料タンク（３９）と流体的に連結された第１気化室（２２２）（３２２）と、液化気体タンク（２８）と流体的に連結された第２気化室（２２７）（３２６）とに分割し、第１気化室（２２２）（３２２）及び第２気化室（２２７）（３２６）は、酸素と燃料とで発生された燃焼熱を熱交換する状態となっていることを特徴とする、請求項１または４記載のエンジンユニット。
【請求項１７】
第１気化室（２２２）及び第２気化室（２２７）を、熱交換室（２２６）を介して流体的に連結してあることを特徴とする、請求項１６記載のエンジンユニット。
【請求項１８】
第２気化室（３２６）を、第１気化室（３２２）内に直接設けたことを特徴とする、請求項１６記載のエンジンユニット。
【請求項１９】
エンジン（３）は、所定の期間（ＡＢ）だけ閉じるように制御される吸気弁（１２）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項２０】
エンジン（３）は、所定の期間（ＣＤ）だけ閉じるように制御される排気弁（１３）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
【請求項２１】
液化気体を気化し、圧縮気体とするステップを含み、圧縮気体を都市型交通手段のエンジン（３）に供給する方法において、
所定量の液体燃料と液化気体に含まれる酸素とを燃焼させて気化させ、この燃焼を、液化気体の気化と同じ領域で行い、エンジン（３）に、圧縮気体と燃焼処理による気体状生成物とを供給することを特徴とする方法。
【請求項２２】
大気から熱を抽出する熱交換器により気化することを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
液化気体は、適切な液体空気または酸素欠乏液体空気であり、液体空気の酸素をもって燃焼させることを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
液化気体は、窒素であり、液化気体に対して自律的に供給された酸素をもって燃焼することを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【請求項２５】
酸素と燃料とが燃焼される領域とは別の領域で液化気体を気化するステップをさらに含み、燃焼熱を気化領域へ伝達することを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【請求項２６】
液体燃料は、液体水素であることを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【請求項２７】
パイロット点火器により燃焼を行うことを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【請求項２８】
液体燃料を所定の量とし、１０〜３０気圧、好ましくは２０気圧である所定圧の圧縮気体を得ることを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【請求項２９】
熱交換器（４４）（５８）内で、液体燃料を気化させるステップを含んでいることを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【請求項３０】
液化気体タンク（２８）と、液化気体を圧縮気体に気化する気化手段（Ｍ）（Ｍ’）とを備え、気化手段（Ｍ）は、液化気体タンク（２８）と流体的に連通している気化室（２２）と、気化室（２２）と連結された液体燃料タンク（３９）とを備えている、都市型牽引車のエンジン（３）に圧縮気体を供給する発生器において、
気化室（２２）を、液化気体の酸素と燃焼される液体燃料の液体燃料タンク（３９）と、圧縮気体の吸気弁（１２）を介してエンジン（３）のシリンダ（５）とに流体的に連結し、それにより、圧縮された液化気体及び燃焼処理による気体状生成物を、必要な動作のために用いることを特徴とする発生器。
【請求項３１】
気化手段（Ｍ）は、液化気体タンク（２８）と気化室（２２）との間に、液化気体を気化させる熱交換器（３３）を備えていることを特徴とする、請求項３０記載の発生器。
【請求項３２】
液化気体は、液体空気または酸素欠乏液体空気であることを特徴とする、請求項３１記載の発生器。
【請求項３３】
液化気体は、液体窒素であることを特徴とする、請求項３０記載の発生器。
【請求項３４】
気化手段（Ｍ’）は、液体燃料との燃焼のための気化室（２２）と流体的に連結された液体酸素タンク（１２８）を備えていることを特徴とする、請求項３３記載のエンジンユニット。
【請求項３５】
液体燃料は、液体水素であることを特徴とする、請求項３０記載の発生器。
【請求項３６】
気化手段（Ｍ）は、気化室（２２）内に燃焼を開始させるパイロット点火器（５０）（６４）を備えていることを特徴とする、請求項３０記載の発生器。
【請求項３７】
気化手段（Ｍ）は、液化気体タンク（２８）と気化室（２２）との間にポンプ（３１）を備えていることを特徴とする、請求項３１記載の発生器。
【請求項３８】
液体燃料タンク（３９）と気化室（２２）との間にポンプ（４２）（５６）を備えていることを特徴とする、請求項３１記載の発生器。
【請求項３９】
液体酸素タンク（１２８）と気化室（２２）との間にポンプ（１３１）を備えていることを特徴とする、請求項３４記載の発生器。
【請求項４０】
ポンプ（３１）（４２）（５６）は、エンジン（３）の速度を制御する可変容量型ポンプであることを特徴とする、請求項３６、３８または３９のいずれか１つに記載の発生器。
【請求項４１】
液体燃料タンク（３９）と気化室（２２）との間に、液体水素を気化させる熱交換器（４４）（５８）を備えていることを特徴とする、請求項３１記載の発生器。
【請求項４２】
気化室（２２）を、飽和蒸気の状態で液体燃料と酸素とを燃焼させる第１気化室（２６）と、過熱蒸気の状態で液体燃料と酸素とを燃焼させる第２気化室（２７）とに分割したことを特徴とする、請求項３４記載の発生器。
【請求項４３】
気化室（２２）を、液体燃料タンク（３９）及び液体酸素タンク（１２８）に流体的に連結された第１気化室（２２２）（３２２）と、液化気体タンク（２８）と流体的に連結された第２気化室（２２７）（３２６）とに分割し、第１気化室（２２２）（３２２）及び第２気化室（２２７）（３２６）は、酸素と燃料とで発生された燃焼熱を熱交換する状態となっていることを特徴とする、請求項３０記載の発生器。
【請求項４４】
第２気化室（３２６）を、第１気化室（３２２）内に直接設けたことを特徴とする、請求項４３記載の発生器。
【国際調査報告】
2006527808.tif 000008
2006527808.tif 000009