(57)【要約】【課題】  本発明は、蒸気機関の隔壁を介した間接熱交換構造を直接熱交換構造にする事により蒸気機関の中で大きな体積を閉め効率を悪くしている熱交換機を無くす事で蒸気機関の小型化を可能にすると共に、より効率を上げようとする物である。【解決手段】    本発明は下記の方法を提供する事に拠り課題を解決する。  従来、高圧蒸気発生室と燃焼室が熱交換器の役を持つ圧力隔壁に拠り分離している蒸気機関に於いて、燃料と燃焼用の気体を直接高圧蒸気発生室内に圧入、噴射し着火完全燃焼させた後、同室内に水等の熱膨張媒体を圧入、噴射、混合する事に拠り高圧蒸気を瞬間に連続して発生させるとゆう高圧蒸気発生方法で、熱交換器を設けず熱交換をする蒸気機関を構成する事を可能にする事に拠り、蒸気機関の著しい小型化が可能になると同時に、燃焼気体の膨張力も利用する為より効率が良く成り、課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常、高圧蒸気発生室と燃焼室が熱交換器の役を持つ圧力隔壁に拠り分離している蒸気機関に於いて、燃料と燃焼用の気体を直接高圧蒸気発生室内に圧入、噴射し着火完全燃焼させた後水等の熱膨張媒体を圧入、噴射、混合する事に拠り、熱交換器を設けず高圧蒸気を瞬間に発生させることが出来るとゆう高圧蒸気発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、熱から運動への変換効率の高い蒸気機関の、著しい小型化を可能にすると共に、より効率を高める事に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  現在自動車等の動力源は殆どが筒内をピストンが往復する内燃機関で、熱から運動への変換効率が蒸気機関等と比べ低い、又排気ガスや大量の排熱による環境汚染や騒音の問題も解決されていない。
比べて、効率が良く環境問題等も少ない蒸気機関はその構造上小型化が難しい為、発電所の電気を電池自動車等の電源にしているが性能、価格、重量等問題が多く、それらの問題を解決する技術が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  本発明は、蒸気機関の隔壁を介した間接熱交換構造を直接熱交換構造にする事により蒸気機関の中で大きな体積を閉め効率を悪くしている熱交換機を無くす事で蒸気機関の小型化を可能にすると共に、より効率を上げようとする物である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】    本発明は下記の方法を提供する事に拠り課題を解決する。
従来、高圧蒸気発生室と燃焼室が熱交換器の役を持つ圧力隔壁に拠り分離している蒸気機関に於いて、燃料と燃焼用の気体を直接高圧蒸気発生室内に圧入、噴射し着火完全燃焼させた後同室内に水等の熱膨張媒体を圧入、噴射、混合する事に拠り高圧蒸気を瞬間に連続して発生させるとゆう高圧蒸気発生方法で、熱交換器を設けず熱交換をする蒸気機関を構成する事を可能にする事に拠り、蒸気機関の著しい小型化が可能になると同時に、燃焼気体の膨張力も利用する為より効率が良く成り、課題を解決する。
【発明の効果】
【０００５】  従来の蒸気機関に比べて
大きな体積を占めていた熱交換装置が極めて小さくなる事から小型化が容易になり、同一出力で内燃機関並み、あるいはより少ない体積の装置を作ることも可能になる。
熱交換にかかる時間が極めて短くなり出力調整が瞬間に近く迅速になる。
蒸気圧に加えて燃焼気体の膨張力も利用する為より効率が良い。
従来の内燃機関に比べて
飛躍的に燃費が向上する。
比較的低圧でかつ連続した運転なので騒音、振動が極めて小さい。
熱の大部分が回転運動に変換されその分排熱の温度が低くなり、又燃料がほぼ完全燃焼するので、環境にやさしい排気になる。
冷却の必要が無い為その分装置が小型になる、又冷却不全に拠る事故の心配もない。
比較的低温、低圧で連続加圧駆動される為装置への負担が少ない、又製作に掛かる難易度も低い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】  本発案の理論説明図
【図２】  本発案の実施例１の正面断面図
【図３】  本発案の実施例２の説明図
【発明を実施する為の形態】
【０００７】  図１理論説明図に於いて始動用モーター（１）が矢印の方向に回転すると連結された伝動チェーン等の噛み合わせ伝動装置の働きにより、送気ポンプ（２）燃料ポンプ（３）水ポンプ（４）が各々矢印の方向に回転し、燃焼室（１１）の所定の位置へ空気を、又燃料と媒体の水が（５）（６）の各圧力調節弁により所定の圧力で各々所定の位置へ送り込まれる。
送気ポンプにより送り込まれた空気は燃焼室入り口で燃料噴射口（７）より噴射された燃料と混ざり、点火装置（１２）（１３）の火花により着火燃焼する、又攪拌格子１（８）が気体の流れを攪拌し完全燃焼を助ける。
燃焼により発生した高温の気体は燃焼室出口で水噴射口（９）より噴射された水と混ざる、高温の気体と混ざった水は瞬間に熱交換が行われ急激に温度が上昇蒸発し、水蒸気爆発を起こし瞬間に体積を増大し高い圧力が発生する、又攪拌格子２（１０）が混合された気体の流れを攪拌し混合を助け、熱交換の均一化を高める。
高圧化した混合気体は、受圧モーター（１４）に導かれこれを駆動する。受圧モーターと（２）（３）（４）の各ポンプはチェーン等の噛み合わせ伝動装置で連結されており発生した動力の一部が各ポンプを駆動する為、始動用モーターの駆動を止めても燃料と、水の供給を止めない限り自立運転を続ける。
なお、この際使用される動力比率は、
受圧モーターの歯車の受圧面積×半径×回転数  対
送気ポンプの加圧面積×半径×回転数＋燃料・水の各ポンプの加圧面積×半径×回転数＋機械抵抗で計算できる。
熱膨張を利用する原動機一般に言えることではあるが、各ポンプで消費された加圧力は受圧モーターに反映され動力循環するため装置の効率はその分低くなるがエネルギー効率そのものを下げる物ではない。
【実施例１】
【０００８】  図２に最良の実施形態での各要素の配置の一例を表す。
加受圧装置の形態について
加受圧装置には、歯車ポンプ、歯車モーターが最良であるその理由を次に述べる。
内燃機関では受圧装置が高温、高圧にさらされ、又ポンプの送圧も高い為歯車モーターの使用は困難であるが、内燃蒸気機関においては比較的低温、低圧で運転される為使用が困難では無い。
ピストンやプランジャーと比べ構造が単純なので小型化が容易で故障も少い。
タービンに比べ密閉構造が容易に構築でき効率が高い。
排熱による予熱構造とその効果について
内燃蒸気機関に於いては燃焼室に送り込む物質の温度が高ければ高いほど高い出力が得られると共に、燃焼や蒸発を助けるためより効率が高まる、その熱源に排熱を利用し効率を上げる事は不可欠である。
又排気中には従来の内燃機関と蒸気機関に各々別々に存在する燃焼ガスと飽和状態の水蒸気とが同時に存在するので、その水分が熱交換により温度が低下した分水に還元し回収出来、それを再利用することで搭載する水の量を減らす事が出来ると同時に、還元する際水が粒子状物質等を取り込むため排気がより清浄に成る。
耐熱部分の形態に付いて
内燃蒸気機関の燃焼は蒸気機関に比べ高圧の状態で行われるのでセラミック等の高温高圧に耐える素材を用いる。
圧動、磨耗部分の形態に付いて
内燃蒸気機関の圧動部分は回転部の熱膨張を考慮に入れ周壁との間に僅かな隙間を作り、可動の隙埋部品（１８）を回転部の周壁接面部分に壁に押し当てる様に取り付ける、又壁の回転部との接触部には対磨耗素材（１７）を用いる。
起動モーターと受圧モーターの最適な関係に付いて
熱膨張を利用する原動機一般に言えることではあるが、送気ポンプと受圧モーターは設定された固定比率で連結される場合が殆どであり、固定されている事により、始動時、受圧モーターに負荷が掛かった状態で始動モーターを駆動すると始動モーターに余分な負荷が掛かる、又加速時には燃料の供給量が増大するが空気の供給量は受圧モーターが増速するまで増えないため一時的に空気の供給不足になり不完全燃焼を起こす可能性がある。
この不都合を解消するため図には描いては無いが、次の構造を設ける。
駆動モーターの軸（２０）と受圧モーターの軸（２１）の各々に一方向性継続装置とスプロケット又は歯車を同軸にとり付け、どちらか速度の速い軸が各ポンプを駆動する構造を設ける。
又、始動モーターの回転数を燃料の供給量に同期させるか、軸（２０）と（２１）の間に燃料の供給量に同期させた無段変速機を設ける。
この様な構造にした場合、始動時には受圧モーターが停止していても、始動モーターが受圧モーターの負荷に関係なく無駄なく始動する。
又定速運転で始動モーターが停止している時は各ポンプを受圧モーターが駆動し、始動モーター軸は回転しない。
又加速時には、燃料の供給増加と同時に始動モーターが駆動又は各ポンプが増速し常に燃料の供給に応じた給気がおこなわれ、機関は常に最良の状態で燃焼、運転される。
水供給圧力調整に付いて
水噴射口より噴射される膨張媒体の水の供給量は水噴射口の前後に設けられた温度感知器（２２）、（２３）の温度情報を元に水電動圧力調節弁（５／６の６）により適切に管理する。
【実施例２】
【０００９】  本発案は現在使用されている内燃機関、蒸気機関全てを小型化、高効率化するのをはじめ熱膨張力を動力に変換する全ての現場に用いる事が出来る。
例    ゴミ焼却をゴミ発電へ
現在ゴミ焼却は主にゴミの体積を減らす目的で実施されているが、これを図３の様な施設を作り、効率を下げている熱交換器を設けず、ゴミの燃焼ガスに直接熱膨張媒体の水を混合して効率良く蒸気を発生させて発電する事により、ゴミ処理が、利益の上がる発電事業になり得る。
【実施例３】
【００１０】  本発案は熱膨張力を動力に変換する現場に用いる以外にも、現在熱交換器を用いて使用されていて、スチーム洗浄機やスチームスプレイヤー等蒸気の質にあまりこだわらない機器の場合、これを用いて小型化、高効率化出来る。
例    スチーム洗浄機への利用
構造は内燃蒸気機関（図２）とほぼ同じ物に成るが、蒸気そのものを利用するため受動モーターは手動で起動する場合各ポンプを駆動するのみに使用される、又始動モーターを取り付けた場合でも、始動モーターに電力を供給するための電池を充電する装置を駆動する程度の動力で済むため、高い精度の必要は無い。又洗浄機の場合は排気の残熱を含めて全部洗浄に使用するため給排気の熱交換機（１９）は必要が無い。
使用方法は、スチーム洗浄に適した水量を水噴射口より供給し、排気管に耐熱、耐圧ホースを接続し、その出口に洗浄用のノズルを取付けて、ノズルから噴出する蒸気で洗浄する。
その効果は、現在のスチーム洗浄機に比べ、蒸気が瞬間に発生、静止するので待ち時間が無くなり、使用後の残熱の無駄も少ない。又熱交換器の無い分大幅に小型に出来ると同時に、燃料の燃焼熱は１００パーセント近く蒸気の発生に使われ、効率が良くなる。
【産業上の利用可能性】
【００１１】  本発案は形状を問わず高温で燃焼する物又は地熱等の高温な状態の物から効率良く蒸気を発生させ、運動エネルギーを得る全ての現場で利用が可能で、結果装置を小型化し、燃料等の消費量を減らすと同時に環境の改善に貢献する。
【符号の説明】
【００１２】  数字は各図とも共通した部分には共通した番号を付す。
１  始動モーター
２  送気ポンプ
３  燃料ポンプ
４  水ポンプ
５  燃料圧力調節弁
６  水圧力調節弁
３／４  前後に重ねて取り付けられた燃料ポンプ（３）と水ポンプ（４）
５／６  前後に重ねて取り付けられた電動燃料圧力調節弁（５）と電動水圧力調節弁（６）
７  燃料噴射口
８  攪拌格子１  空気攪拌格子
９  水噴射口
１０  攪拌格子２  燃焼ガスと水の混合気体の攪拌格子
１１  燃焼室
１２  点火装置の発火端子
１３  点火装置の電源
１４  受圧モーター
１５  （実施例１）の要素を配置する基盤の輪郭線
１６  燃焼室の耐熱素材
１７  受圧モーター周壁の対磨耗素材
１８  受圧モーター回転部の隙埋部品
１９  給排気管の熱交換構造
２０  始動モーター軸
２１  受圧モーター軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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