(57)【要約】【課題】二酸化炭素の発生量を抑制できる簡単な構成のエネルギー変換機構を提供。【解決手段】エネルギー変換機構１は、植物油を収納する耐圧容器３と、ピストンクランク機構２５と、耐圧容器３内の植物油を加熱する加熱板４０と、耐圧容器３に植物油を供給する油貯蔵装置１０と、過熱された植物油に水を滴下する滴下装置３０とから構成されている。そして、植物油は、植物油の沸点よりも低く、滴下される水の沸点よりも高い温度に保たれる。これにより、植物油に滴下された水は、液体から気体へと急速に相変化をし、耐圧容器３内の圧力を上昇させる。次に、排気弁４５を開放する指令を出し、耐圧容器３内の圧力を低下させる。この結果、ピストンヘッド２０は、細管６内を上死点と下死点の間を移動し、クランク機構２３により回転運動が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一沸点を有した第一液体を収納する耐圧容器と、
前記耐圧容器内の前記第一液体を第一沸点よりも低い温度に設定された設定温度に保つ加熱手段と、
前記加熱手段により設定温度に保持された前記第一液体に、前記設定温度よりも沸点の低い第二液体を滴下する滴下手段と、
前記滴下手段により前記第一液体に滴下された前記第二液体が、液体から気体へと急速な相変化をすることにより生じる前記耐圧容器内の圧力上昇を、運動エネルギーへ変換する運動変換手段と、
を備えることを特徴とするエネルギー変換機構。
【請求項２】
前記耐圧容器は、
前記第一液体を収納する本体部と、
前記本体部の内径よりも小さな内径を有し、前記本体部に連通する細管部とを備え、
前記運動変換手段は、前記細管部内に設けられることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー変換機構。
【請求項３】
前記運動変換手段は、ピストン機構またはピストンクランク機構またはタービン機構のうちいずれか一つの機構であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエネルギー変換機構。
【請求項４】
前記第一液体は、植物油であり、前記第二液体は、水であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のエネルギー変換機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギーを機械的運動エネルギーに変換するエネルギー変換機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、熱エネルギーを機械的運動エネルギーに変換し、動力を得るための機構として、熱機関の一種である内燃機関が知られている。
内燃機関は、比較的小型でありながら大きな動力を発生させることができるため、自動車をはじめとした多くの移動手段の動力源や工場などの定置式の動力発生源として広く用いられている。
【０００３】
しかし、近年では、地球温暖化防止のため、内燃機関から排出される二酸化炭素（ＣＯ2）を削減することが求められている。
これを実現するための一例として、内燃機関では、ピストンの頂面形状を工夫したり、点火のタイミングを制御することで、少量の燃料から効率よく混合気体を作り出し、内燃機関の燃焼効率を向上させる装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、内燃機関に変わる新たな動力源として燃料電池とモーターを用いた自動車が実用化されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−４４４３０号公報
【特許文献２】特開平７−２４０２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、内燃機関（即ち、エンジン）は、燃焼を伴う装置であり、燃焼効率を向上させても二酸化炭素を発生するため、地球温暖化防止のための根本的な対策とはならないという問題がある。また、動力源として使用する際の燃料電池は、二酸化炭素を発生することは無いが、非常に高価であり普及するまでにまだ時間がかかるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、二酸化炭素の発生量を抑制できる簡単な構成のエネルギー変換機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、第一沸点を有した第一液体を収納する耐圧容器と、前記耐圧容器内の前記第一液体を第一沸点よりも低い温度に設定された設定温度に保つ加熱手段と、前記加熱手段により設定温度に保持された前記第一液体に、前記設定温度よりも沸点の低い第二液体を滴下する滴下手段と、前記滴下手段により前記第一液体に滴下された前記第二液体が、液体から気体へと急速な相変化をすることにより生じる前記耐圧容器内の圧力上昇を、運動エネルギーへ変換する運動変換手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このように構成された本発明のエネルギー変換機構によれば、燃焼を伴うことなく耐圧容器内の圧力を上昇させることができるため、二酸化炭素の発生を抑制したうえで動力を得ることができる。
【０００９】
また、このように構成された本発明のエネルギー変換機構によれば、内燃機関とは異なり高温の燃焼が不要なため、二酸化窒素に代表される窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制できる。
【００１０】
なお、耐圧容器は、前記第一液体に滴下された前記第二液体が、液体から気体へと急速な相変化をすることにより生じる前記耐圧容器内の圧力上昇に耐えうる強度を少なくとも有している必要がある。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記耐圧容器は、前記第一液体を収納する本体部と、前記本体部の内径よりも小さな内径を有し、前記本体部に連通する細管部とを備え、前記運動変換手段は、前記細管部内に設けられることを特徴とする。
【００１２】
このように構成された本発明のエネルギー変換機構によれば、細管部内に設けられた運動変換手段は、小型で軽量なものとすることができる。この結果、内燃機関ほど大きな圧力を得なくとも運動エネルギーへのエネルギー変換が可能である。
【００１３】
また、請求項３に記載の本発明は、前記運動変換手段は、ピストン機構またはピストンクランク機構またはタービン機構のうちいずれか一つの機構であることを特徴とする。
このように構成された本発明のエネルギー変換機構では、運動変換手段としてピストン機構、ピストンクランク機構、タービン機構といった周知のものを用いている。このため、熱エネルギーから運動エネルギーへと信頼性の高いエネルギー変換を実行することが可能である。
【００１４】
また、請求項４に記載の本発明は、前記第一液体は、植物油であり、前記第二液体は、水であることを特徴とする。
このように構成された本発明のエネルギー変換機構によれば、植物油と水とを用いるため、窒素酸化物のような有害物質の排出を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面と共に説明する。
図１は、エネルギー変換機構１の概略を示す構成図である。
なお、エネルギー変換機構１は、後述するクランクシャフトを介して動力が伝達される装置の一部である。
【００１６】
このエネルギー変換機構１は、耐圧性能に優れ、植物油を収納する耐圧容器３と、機械的運動エネルギーを得るためのピストンクランク機構２５と、耐圧容器３内の植物油を加熱する加熱板４０と、耐圧容器３に植物油を供給する油貯蔵装置１０と、過熱された植物油に水を滴下する滴下装置３０とから構成されている。
【００１７】
まず、耐圧容器３は、円筒状に形成され植物油を収納する本体部５と、本体部５の内径よりも小さな内径を有し、本体部５と連接して成形された細管部６とを備えており、本体部５と細管部６とは、密閉された容器として一体成形されている。
【００１８】
そして、ピストンクランク機構２５は、細管部６をシリンダとし、その細管部６内を上下動可能に配置されたピストンヘッド２０と、エネルギー変換機構１の外部へ動力を伝達するクランクシャフト２２と、ピストンヘッド２０の上下動をクランクシャフト２２の回転運動へ変換するコンロッド２１とを備えている。なお、ここでは、クランクシャフト２２とコンロッド２１とからなる機構をクランク機構２３とする。
【００１９】
さらに、細管部６には、ピストンヘッド２０が最も下がった位置（ピストンクランク機構を有する通常の内燃機関における下死点に相当。以下、下死点とする。）よりも本体部５側に、耐圧容器３内の圧力を下げるための排気弁４５が設けられている。
【００２０】
また、加熱板４０は、本体部５の容器内に埋め込まれており、本体部５の底部と本体部５の側壁の一部とを囲うように形成されている。なお、加熱板４０は、植物油を過熱するための動力源としてバッテリーなどの外部エネルギー源を有している（図示せず）。
【００２１】
次に、滴下装置３０は、耐圧容器３外に設けられ水を貯蔵する水槽３１と、水槽３１から耐圧容器３へと導入された細管３２と、細管３２の先端に設けられ耐圧容器３内の植物油に水を滴下するための水噴射ノズル３３と、細管３２に設けられ滴下する水量を調整する水量調整ポンプ３４とからなる。
【００２２】
また、油貯蔵装置１０は、耐圧容器３外に設けられ植物油を貯蔵する貯蔵槽１１と、貯蔵槽１１から耐圧容器３へと導入された細管１２と、細管１２の先端に設けられ耐圧容器３内に植物油を噴出する油噴出ノズル１３と、細管１２に設けられ耐圧容器３内の植物油の量を調整する油量調整ポンプ１４とからなる。
【００２３】
次に、エネルギー変換機構１の制御系について説明する。
エネルギー変換機構１の制御系は、クランクシャフト２２の動作を検知するための動作検知センサー５０と、植物油の残量を検知する残量検知センサー５１と、植物油の温度を検知する温度センサー５２とを備えている。
【００２４】
また、エネルギー変換機構１の制御系は、プログラムを格納したＲＯＭ６１と、制御過程で生成される情報を格納するＲＡＭ６２と、各種センサー５０、５１、５２等との間の情報伝達を行う入出力インターフェース（以下、Ｉ／Ｏ６４とする）と、各種センサー５０、５１、５２の検知結果に基づき、排気弁４５、油量調整ポンプ１４、水量調整ポンプ３４、加熱板４０、水噴射ノズル３３、油噴出ノズル１３の制御をＲＯＭ６１に格納されたプログラムに従って実行するＣＰＵ６３とを少なくとも備えた周知のマイクロコンピュータを中心とする制御部６０を備えている。
【００２５】
次に、エネルギー変換機構１の動作を制御する駆動処理及び植物油の加熱や補充を制御する植物油処理について、図２、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
なお、駆動処理と植物油処理とは、エネルギー変換機構１を備えた装置のスイッチがＯＮになると実行され、スイッチがＯＦＦになると停止される処理であり、ＣＰＵ６３によりそれぞれ独立に並行して実行される。
【００２６】
まず、図３に示す植物油処理について説明する。この植物油処理が実行されると、Ｓ２００では、制御部６０は、耐圧容器３内の植物油の温度を温度センサー５２に検知させ、検知結果を取得し、植物油の温度が設定温度に到達しているか否かを判定する。
【００２７】
なお、設定温度とは、植物油の沸点よりも低く、滴下される水の沸点よりも高いうえに、植物油に滴下される水が液体から気体へと急速に相変化することが可能な温度である。
Ｓ２００における判定の結果、植物油の温度が設定温度に到達していなかった場合には、Ｓ２１０に進み、制御部６０は、加熱板４０を加熱するように指令を出し、耐圧容器３内に収納された植物油が設定温度に到達するまで加熱する。そして、その後、Ｓ２００へ戻る。
【００２８】
また、Ｓ２００における判定の結果、植物油の温度が設定温度に到達している場合には、Ｓ２２０へ進む。そして、Ｓ２２０では、制御部６０は、残量検知センサー５１の検知結果に基づき、耐圧容器３内の植物油の量が十分であるか否かを判定する。即ち、規定量の植物油が収納されているかを判定する。
【００２９】
なお、規定量とは、下死点に位置するピストンヘッド２０を上死点まで移動させるために必要な水量を設定温度の植物油に滴下しても、加熱板４０の温度調節により設定温度を維持することが可能な植物油の量である。
【００３０】
Ｓ２２０における判定の結果、収納されている植物油の量が規定量を下回る場合には、Ｓ２３０に進み、制御部６０は、油量調整ポンプ１４を動作させ、油噴出ノズル１３から規定量まで油を補充する指令を出す。その後、Ｓ２００へ戻る。
【００３１】
また、Ｓ２２０における判定の結果、収納されている植物油の量が規定量の範囲内であれば、Ｓ２００へ戻る。
次に、図２に示す駆動処理について説明する。この駆動処理が実行されると、まず、Ｓ１００では、制御部６０は、温度センサーの検知結果を取得し、植物油の温度が設定温度に到達しているかを判定する。判定の結果、設定温度に到達している場合には、Ｓ１１０へ進み、設定温度に到達していない場合には、到達するまで待機する。
【００３２】
続くＳ１１０では、制御部６０は、水量調整ポンプ３４を動作させ、水噴射ノズル３３から水を滴下する指令を出す。これにより、設定温度の植物油に滴下された水は、植物油内において液体から気体へと急速に相変化をし、耐圧容器３内の圧力を上昇させる。この結果、ピストンヘッド２０は、細管６内を上死点に向けて移動する。
【００３３】
そして、Ｓ１２０では、制御部６０は、動作検知センサー５０の検知結果を取得し、検知結果からピストンヘッド２０が上死点に到達したか否かを判定する。判定の結果、ピストンヘッド２０が上死点に到達していない場合には、到達するまで待機する。
【００３４】
また、Ｓ１２０における判定の結果、ピストンヘッド２０が上死点に到達した場合、続くＳ１３０では、制御部６０は、排気弁４５を開放する指令を出し、耐圧容器３内の圧力を低下させる。このため、ピストンヘッド２０は、その自重により細管６内を下死点に向けて移動する。
【００３５】
そして、Ｓ１４０では、制御部６０は、動作検知センサー５０の検知結果を取得し、検知結果に基づきピストンヘッド２０が下死点に到達したか否かを判定する。判定の結果、ピストンヘッド２０が下死点に到達していない場合には、到達するまで待機する。
【００３６】
そして、Ｓ１４０における判定の結果、ピストンヘッド２０が下死点に到達した場合、制御部６０は、排気弁４５を閉じる指令を出し、耐圧容器３内を密閉する。
その後、Ｓ１１０へ戻り、Ｓ１１０からＳ１４０の処理を繰り返す。
【００３７】
つまり、Ｓ１１０からＳ１４０の処理を繰り返し行うことにより、ピストンクランク機構２５は、連続した回転運動を行うことができ、結果として、動力を得ることができる。
なお、水を滴下するタイミングは、周知であるエンジンの燃料噴射のタイミングと同様にクランクシャフト２２の回転速度に応じて制御してもよい。
【００３８】
また、排気弁４５などの開閉も周知であるエンジンの弁の開閉のように、クランクシャフトの回転に連動した機械的な制御によるものでもよい。
以上、説明したように本実施形態のエネルギー変換機構１によれば、燃焼を伴わず耐圧容器３内の圧力を上昇させることができるため、二酸化炭素の発生を抑制したうえで動力を得ることができる。
【００３９】
また、本実施形態のエネルギー変換機構１であれば、高温の燃焼を必要としないため、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様にて実施することが可能である。
【００４０】
例えば、本実施形態では、一つのエネルギー変換機構であっても動力を得られるように構成したが、エンジンのシリンダのように、複数の耐圧容器３及びピストンクランク機構２５を設け、全てのピストンクランク機構２５を統括的に制御してもよい。
【００４１】
このようなエネルギー変換機構とすることにより、安定した大きな動力を得ることができる。
また、本実施形態では、細管部６を本体部５と一体な密閉容器として成形し、細管部６にピストンクランク機構２５を設けたが、細管部６内に周知のピストン機構のみを設けてもよい。また、それとは別に、細管部６の先端を開放し、細管部６内に周知のタービン機構を設けてもよい。
【００４２】
また、本実施形態では、第一液体として植物油を、第二液体として水を用いたが、第一液体は、第二液体よりも沸点が高く、第二液体は、設定温度に保持された第一液体に第二液体を滴下した際、液体から気体へと急速に相変化するものであれば、第一液体、第二液体、共にどのような液体でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】エネルギー変換機構の概略断面図。
【図２】エネルギー変換機構における駆動処理の流れ図。
【図３】植物油処理の流れ図。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・特許文献  ３・・・耐圧容器  ５・・・本体部  ６・・・細管部  １０・・・油貯蔵装置  １１・・・貯蔵槽  １２・・・細管  １３・・・油噴出ノズル  １４・・・油量調整ポンプ  ２０・・・ピストンヘッド  ２１・・・クランク機構  ２５・・・ピストンクランク機構  ３０・・・滴下装置  ３１・・・水槽  ３２・・・細管  ３３・・・水噴射ノズル  ３４・・・水量調整ポンプ  ４０・・・加熱板  ４５・・・排気弁  ５０・・・動作検知センサー  ５１・・・残量検知センサー  ５２・・・温度センサー  ６０・・・制御部
【図１】
2007100579.tif 000003
【図２】
2007100579.tif 000004
【図３】
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