(57)【要約】本発明に係る装置は、装置内における作動媒体の熱膨張から熱エネルギを抽出するものであり、膨張器と、膨張後の作動媒体を圧縮するための圧縮機と、膨張器を圧縮機に接続する力変調ユニットとを備える。力変調ユニットは、レバーシステムにより互いに接続される２つの変換ギアで構成される。レバーシステムを動的に制御することにより、熱膨張に基づく非一定の力を実質的に一定の力に変調可能とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダ内における作動媒体の熱膨張から熱エネルギを抽出するための少なくとも１つの膨張器と、
膨張後の作動媒体を圧縮するための少なくとも１つの圧縮機と、
前記膨張器を前記圧縮機に接続し、かつ、前記膨張器からの非一定の力を実質的に一定の力に変調させるための力変調ユニットと、を備える熱エネルギ抽出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記膨張器と前記圧縮機が、前記力変調ユニットを通じて交互に作用する、装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置であって、前記力変調ユニットが、２つの変換ギアを備え、各変換ギアが少なくとも１つの遊星ギアを備える、装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置であって、前記力変調ユニットが、２つの変換ギアを接続するレバーを更に備える、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、前記レバーが、各遊星ギアの太陽ギア軸及び遊星ギア軸を揺動面内に拘束する、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記レバーの支点が前記揺動面により拘束され、その支点がピボット制御のために前記変換ギアの遊星ギア軸間のレバーに沿って自由に摺動可能である、装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の装置であって、前記膨張器からの膨張力が、各変換ギアの前記遊星ギアを通じて前記レバーに作用し、遊星シャフト軸が、前記揺動面により拘束されることで、その太陽ギア周りで回転する際に前記レバーに対して垂直となる、装置。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか一項に記載の装置であって、前記レバーを、正の無限大よりも小さく、負の無限大よりも大きな範囲における動的レバレッジ制御を通じて、ガス膨張力又はガス圧縮力を変調するために備え付ける、装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一項に記載の装置であって、前記レバーの支点がステップモータにより動的に制御される、装置。
【請求項１０】
請求項４〜９のいずれか一項に記載の装置であって、各変換ギアが、膨張及び／又は圧縮の各サイクルのために前記レバーに交互に作用する、装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置であって、熱膨張から生じる第１変換ギアのエネルギレベルが、各サイクル中に一定の余剰出力を放出しながら、前記レバーの動的レバレッジ制御を用いる第２変換ギアのエネルギレベルにより相殺される、装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置であって、熱膨張圧力の不足分が、外付けの熱源からの熱放射により補填される、装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置であって、圧縮エントロピが、圧縮されていない低温の作動媒体に対する熱放射により低減可能である、装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置であって、少なくとも１つのクライオジェニック膨張器を更に備える、装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置であって、前記クライオジェニック膨張器を、熱膨張の終了と前記圧縮機による作動媒体の始動との間に温度を冷却させるために用いる、装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置であって、前記クライオジェニック膨張器により押し出された作動媒体を、熱膨張の終了と前記圧縮機による作動媒体の始動との間に温度を冷却させるために用いる、装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置であって、前記クライオジェニック膨張器により押し出された作動媒体が、前記膨張器により作動媒体を始動させる前に、高圧作動媒体の温度を制御するために用いられる、装置。
【請求項１８】
請求項３〜１７のいずれか一項に記載の装置であって、作動媒体の膨張により、前記膨張器の一側に生じるピストン変位が、前記力変調ユニットにおける各変換ギアの遊星ギアにより回転運動に変換される、装置。
【請求項１９】
請求項４〜１８のいずれか一項に記載の装置であって、前記レバーが、その支点を通じて、圧縮力、膨張後の作動媒体の押出力及びサイクルのための一定のネット出力に打ち克つために反転レバレッジ動作力を伝達する、装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置であって、各変換ギアの回転動作から生じるトルク力を結合するためのトルク結合機構を更に備える、装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置であって、前記トルク結合機構が、前記変換ギアにおける２つの遊星ギアから生じるトルク力を選択的に収集するための２つの遊星ギアを備える、装置。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載の装置であって、前記トルク結合機構から収集した２つのトルク力を一方向のトルク出力へと結合させるための差動ユニットを更に備える、装置。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の装置であって、出力比を変更させるための無段変速ユニットを更に備える、装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置であって、前記無段変速ユニットが、一平面内で互いに垂直な第１軸及び第２軸を備え、前記第１軸が、その軸周りで回転する入力側のマスター摩擦ホイール及びスレーブ摩擦ホイールを有し、これら摩擦ホイールの回転を、第２軸周りを回転しつつ該マスターホイール及びスレーブホイールを挟圧する一対の摩擦ホイールによって生じさせて、前記マスターホイール及びスレーブホイールの等速度又は可変速度での回転を可能とする、装置。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか一項に記載の装置であって、前記膨張器及び前記クライオジェニック膨張器の作動媒体の流れを制御するためのギアトレイン制御バルブアセンブリを更に備える、装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置であって、前記圧縮機の作動媒体の入力を制御するための第２のギアトレイン制御バルブアセンブリを更に備える、装置。
【請求項２７】
請求項２５又は２６に記載の装置であって、前記ギアトレイン制御バルブアセンブリがステップモータにより制御される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エンジンに関する。より具体的に、本発明は、熱エネルギを機械エネルギに変換し、熱エネルギをより効率的に利用するためのエネルギ変調機構を備える熱エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱エンジンの設計は、熱エネルギの作用、特に膨張又は圧縮中のエネルギの分布に対して慎重に考慮してこなかった。ガスの膨張エネルギが一定でない力であることは観察されてきたが、熱エンジンの先行文献においてはこれらの一定でないエネルギが用いられてきた。
【０００３】
熱エンジンに係る別の課題として、ピストンの往復運動をどのように回転運動に高効率で変換するかが問題となってきた。クランクシャフトは、往復運動を回転運動に変換させるために従来から用いられてきた。しかしながら、クランクシャフト及び他の従来技術は、非効率的である。次式は、ピストンヘッドの瞬発力対最終的なトルクの関係を示すものである。
【数１】
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【０００４】
ガス状の作動流体の圧縮が、膨張により更にエネルギを消費するクランクシャフトに依存することにより、問題は増大する。内燃エンジンにおいては、燃料を注入する前に新鮮な空気を圧縮する必要がある。圧縮力は、ピストンに対して燃料燃焼及び膨張を有する他のシリンダからの膨張力の一部である。ピストンの動作は、トルクを作用させる更なるクランクシャフトを要する。そのため、結果として、クランクシャフトが非効率的であることにより、圧縮には、膨張によるより多くのエネルギを要することとなる。
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態において、本発明は、少なくとも１つのシリンダ内における作動媒体の熱膨張から熱エネルギを抽出するための少なくとも１つの膨張器と、膨張後の作動媒体を圧縮するための少なくとも１つの圧縮機と、前記少なくとも１つの膨張器を前記少なくとも１つの圧縮機に接続し、かつ、該膨張器からの非一定の力を実質的に一定の力に変調させるための力変調ユニットとを備える、熱エネルギ抽出装置を提供する。
【０００６】
一実施形態において、前記少なくとも１つの膨張器と前記少なくとも１つの圧縮機は、力変調ユニットを通じて交互に作用する。
【０００７】
一実施形態において、力変調ユニットは、２つの変換ギアを備え、各変換ギアが少なくとも１つの遊星ギアを備える。力変調ユニットは、２つの変換ギアを接続するレバーを更に備える。各変換ギアは、膨張及び／又は圧縮の各サイクルのために前記レバーに交互に作用する。
【０００８】
一実施形態において、前記レバーは、各遊星ギアの太陽ギア軸及び遊星ギア軸を揺動面内に拘束する。当該レバーの支点はその揺動面により拘束され、その支点はピボット制御のために変換ギアの遊星ギア軸間のレバーに沿って自由に摺動可能である。少なくとも１つの膨張器からの膨張力は、各変換ギアの遊星ギアを通じて前記レバーに作用し、遊星シャフト軸は、前記揺動面により拘束されることで、その太陽ギア周りで回転する際に前記レバーに対してリアルタイムで垂直となる。
【０００９】
一実施形態において、前記レバーは、正の無限大よりも小さく、負の無限大よりも大きな範囲における動的レバレッジ制御を通じて、ガス膨張力又はガス圧縮力を変調させるためのものである。前記レバーの支点は、ステップモータにより動的に制御される。
【００１０】
一実施形態において、熱膨張から生じる第１変換ギアのエネルギレベルは、各サイクル中に一定の余剰出力を放出しながら、前記レバーの動的レバレッジ比制御を用いる第２変換ギアのエネルギレベルにより相殺される。加えて、熱膨張圧力の不足分は、外付けの熱源からの熱放射により補填される。更に、圧縮エントロピは、圧縮されていない低温の作動媒体に対する熱放射により低減可能である。
【００１１】
一実施形態において、装置は、少なくとも１つのクライオジェニック膨張器を更に備える。少なくとも１つのクライオジェニック膨張器を、熱膨張の終了と前記圧縮機による作動媒体の始動との間に温度を冷却させるために用いる。少なくとも１つのクライオジェニック膨張器により押し出された作動媒体を、熱膨張の終了と前記少なくとも１つの圧縮機による作動媒体の始動との間に温度を冷却させるために用いる。加えて、前記少なくとも１つのクライオジェニック膨張器により押し出された作動媒体が、少なくとも１つの膨張器により作動媒体を始動させる前に、高圧作動媒体の温度を制御するために用いられる。
【００１２】
一実施形態において、作動媒体の膨張により、前記少なくとも１つの膨張器の一側に生じるピストン変位は、力変調ユニットにおける各変換ギアの遊星ギアにより回転運動に変換される。前記レバーは、その支点を通じて、圧縮力、膨張後の作動媒体の押出力及びサイクルのための一定のネット出力に打ち克つために反転レバレッジ動作力を伝達する。
【００１３】
一実施形態において、装置は、各変換ギアの回転動作から生じるトルク力を結合するためのトルク結合機構を更に備える。トルク結合機構は、前記変換ギアにおける２つの遊星ギアから生じるトルク力を選択的に収集するための２つの遊星ギアを備える。
【００１４】
一実施形態において、装置は、トルク結合機構から収集した２つのトルク力を一方向のトルク出力へと結合させるための差動ユニットを更に備える。
【００１５】
一実施形態において、装置は、出力比を変更させるための無段変速ユニットを更に備える。無段変速ユニットは、一平面内で互いに垂直な第１軸及び第２軸を備え、前記第１軸が、その軸周りで回転する入力側のマスター摩擦ホイール及びスレーブ摩擦ホイールを有し、これら摩擦ホイールの回転を、第２軸周りを回転しつつ該マスターホイール及びスレーブホイールを挟圧する一対の摩擦ホイールによって生じさせて、マスターホイール及びスレーブホイールの等速度又は可変速度での回転を可能とする。
【００１６】
一実施形態において、装置は、前記少なくとも１つの膨張器及び／又は前記クライオジェニック膨張器の作動媒体の流れを制御するためのギアトレイン制御バルブアセンブリを更に備える。装置は、前記圧縮機の作動媒体の入力を制御するための第２のギアトレイン制御バルブアセンブリを更に備える。前記ギアトレイン制御バルブアセンブリは、ステップモータにより制御するのが好ましい。
【００１７】
本発明は、従来技術に係る熱エンジンの問題を軽減し、ガス膨張／圧縮変調機構を提供することを意図するものである。加えて、本発明に係る設計は、高温領域からクライオジェニック領域へと効果的に熱変換するシステムを提供し、コンパクトな設計を用いて大気から酸素を分離することで、純酸素燃焼を燃料として使用可能にし、ＣＯ２（二酸化炭素）の容易な分離を可能とすることで、その排出を低減させる。
【００１８】
エンジン作動に際して余剰な熱エネルギが生じた場合、エンジンはその余剰熱エネルギを、圧縮空気含む他の形状のエネルギとして貯蔵することができ、例えば電池における電気エネルギや水素の生成・貯蔵に手段における電気エネルギとして貯蔵することができる。当該装置によるエネルギの貯蔵は、低密度エネルギ源から高密度エネルギ燃料の順で行われる。 
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る装置の構成を示す斜視図である。
【図２】力変調ユニット、膨張器及び圧縮機の斜視図及び力変調ユニットの上面図である。
【図２ｂ】膨張器、力変調ユニット及び圧縮機の側断面図である。
【図３】トルク結合機構の分解斜視図及び上面図である。
【図４】トルク結合機構及び制動システムの斜視図である。
【図５ａ】無段変速ユニット及びこれとトルク結合機構との接続を示す側面図である。
【図５ｂ】無段変速ユニット及びこれとトルク結合機構との接続を示す上面図である。
【図６】無段変速ユニットのための圧力制御バルブシステムの概略図である。
【図７】膨張器のためのシンクロギアトレイン制御バルブアセンブリの分解斜視図、上面図及び前面図である。
【図８ａ】圧縮機のギアトレイン制御バルブアセンブリの概略図である。
【図８ｂ】圧縮機のギアトレイン制御バルブアセンブリの概略図である。
【図８ｃ】圧縮機のギアトレイン制御バルブアセンブリの概略図である。
【図９】装置の追加的な斜視図である。
【図１０】力変調ユニットの45度視断面図及び及び上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、装置の透視図、並びにその機械構造及び構成に係る構成要素を示す。装置は、単一又は複数段階にある圧縮機110を備える。圧縮機110は、円柱状の形状を有し、ピストンによりガスの容量を減少させる耐錆金属チャンバの薄壁を有する。ガスの容量が減少すると圧縮の各サイクルのために熱エネルギが貯蓄される。最適なエネルギ効率を達成するために圧縮機110は、少なくとも１組のシリンダを備え、各シリンダはピストン及びロッドを有する。圧縮機110は、１組の圧縮ユニットを備え、各ユニットは複数段階の圧縮のための複数の圧縮機を備える。圧縮機110には多様な構成を適用することができるが、後述する実施形態においては、第１段階用の２つのシリンダ及び第２段階用の１つのシリンダを備える２段階圧縮機を示す。
【００２１】
圧縮機110は、力変調ユニットを通じて膨張器120及びクライオジェニック膨張器130に接続される。力変調ユニットは、図２に関する説明にて後述する２つの変換ギア200を備える。一例として、図２に示す様なピストン170に対して、エネルギを解放する際に高圧ガスの容量が膨張する場合、膨張器120は複数の耐錆金属チャンバの薄壁を備える。一組のデュアルシリンダを、膨張器120として用いる。圧縮機110、膨張器120及びクライオジェニック膨張器130は、高温及び／又は圧力、最適な熱変換を維持するために、穿孔を有する鋼板を用いた鋼アルミニウム合金又はステンレスから構成される。圧縮機110は、熱貯蔵機151により封入され、膨張器120は熱貯蔵機152により封入される。熱貯蔵機152は、太陽熱、地熱、あるいは、周囲環境に対する熱変換から貯蔵機151が完全に隔離された状態にある場合においては、継続的に燃料から発生する熱などの外部熱を有する。
【００２２】
複数段階の圧縮機から生じる複合力である圧縮反力を相関させるために、力変調ユニットのレバー300は、動作力を変調させる。この動作力は、膨張器120及びクライオジェニック膨張器130からのガス膨張力から構成され、追加的に、変換ギア200の剛性接続によって、第１段階及び第２段階シリンダ内のガス圧を吸入させることで生じる力である。動作力を適切にレバレッジ制御することにより、圧縮反力の低下後においても一定の出力を生成することが可能となる。
【００２３】
膨張器120及びクライオジェニック膨張器130は、膨張のための圧縮機110により供給される高圧ガスを用いる。膨張後、低圧ガスは、双方の膨張器から排出され、再圧縮のために圧縮機110に再び戻る。サイクルの初期段階においては、一側における膨張ユニットからの高圧動作力は、レバー300を通じて、圧縮力及びコンパニオン膨張器の低圧ガスの排出を相殺する。当初、圧縮及び排出に要する力は、他の段階に比べて比較的低い。そのため、レバー300は、高いレバレッジ比による不均衡な力を補填する。このサイクルにおいて、膨張及び圧縮により反力が上昇するに連れて、動作力は低下する。この力の不均衡のバランスを保つためにレバー比を適切に変化させる。クライオジェニック膨張器130からの低温ガスの流れは、高圧ガスの熱を吸収し、再圧縮前に膨張器120から熱いガスを排出しながら、熱変換を通じて大気から酸素を分離する。
【００２４】
膨張器120の一対のシリンダは、交互に作用することで、圧縮機110から供給される高圧ガス状作動媒体が、初期定圧過程に入ることを可能とする。この場合、高温熱源は、ガス状作動媒体と密接に接触する。熱温度の上昇に比例して、膨張器120内での定圧膨張が拡大する。定圧過程は、一定量の高圧作動媒体によって、追加的な入力なしに第２段階の膨張を完了させることが可能な場合に終了させることができる。膨張器120内の膨張終了時の作動媒体の圧力及び温度は、多様な要因により決定する。例えば、熱吸収の長さに直に影響する膨張時間又は圧縮空気量の入力を決定する定圧膨張時間、あるいはその両方により決定する。この設計の課題として、最大限に膨張する場合において、ガスの温度が、貯蔵機152内の流体温度を低下させることが挙げられ、この場合、貯蔵機152の流体温度は、外付けの熱源の温度よりも低い温度を有する。この解決方法として、自然温度差により高温領域から熱貯蔵機152の低温領域への効果的な熱エネルギの流れが作られることが挙げられる。すなわち、他の多数の熱エンジンに見られるような別個の冷却要素を用いることを要さない。
【００２５】
膨張器120内での膨張後、低圧ガスは、熱変換機（図１０の897、896）に向かうパイプを通過する。膨張器120内での膨張の際に外付けの熱源からの高温に曝されるため、ガスは低圧であっても高温である。熱変換の目的は、最終的にクライオジェニック膨張器130の冷たいガスに向けて熱を通すことである。クライオジェニック膨張器130の冷たいガスは、始めに分離した酸素を冷ます。次に膨張器120からの熱気を冷ます。逆の順序で行う場合、大気から酸素を分離するのに十分な程低温とすることが困難となる。例えば、クライオジェニック温度が40ケルビン度である場合、熱ガスの温度は、350ケルビン度であり、分離された酸素の温度は、80〜90ケルビン度である。酸素は、熱ガスを冷却する前に分離される。熱はエネルギであり、燃料又は他の熱源から派生するため、熱いガスの圧縮にはより多くのエネルギを要する。最終的に、熱膨張の最終段階における高温かつ低圧のガスは、クライオジェニック膨張器からの低温かつ低圧のガスと混ぜ合わせられる。圧縮前に高温ガスを冷却するクライオジェニックガスが多い程、圧縮に要するエネルギが少なくなる。圧縮中に、ガス状の作動媒体の温度及び圧力は上昇する。このことから、圧縮にはより多くのエネルギを要する。段階的な圧縮を適用することで、クライオジェニック膨張器による圧縮前のガスの冷却が可能となり、より効果的に熱を拡散させることができる。
【００２６】
力変換ユニット及びそのレバー300により提供される無段レバレッジは、ガス膨張が生じている際の大気シリンダ内の圧力が、熱膨張中の大気圧より低い場合においても、レバレッジ比を上昇させることによって低下した圧力を相殺することを確実にする。これにより、ネット変調膨張力が、対応するシリンダからの圧力に打ち克つことが可能となる。結果として、圧縮機110内で圧縮された同量の作動媒体に要するエネルギよりも大きいネットエネルギ出力を得ることができる。膨張膨張器の反対側に配置され、２つの変換ギア200及びレバー300を備える圧縮機110は、力変調ユニットを通じて剛性接続され、かつ力変調ユニットを通じた膨張器からの圧力を用いる。
【００２７】
一対のクライオジェニック膨張器130は、交互に作用することで、定期的に圧縮機110から供給される高圧作動媒体が、初期定圧過程に入ることを可能とする。この間、いかなる熱エネルギも加えられることはない。高圧作動媒体によって、残りのシリンダ空間における定圧膨張を維持することが可能となった場合に、クライオジェニック膨張器130内の定圧膨張を終了させることができる。クライオジェニック膨張後、ガスの流れは、熱変換を行うようパイプの流れ及び多様な熱ユニット221、219、268に向かう２つの流れとなる。この流れは、膨張器120の低圧ガス出力及び熱変換中の高圧ガスの流れに対する向流として用いることもできる。当該エンジンの利点として、圧縮の前後に熱を除去することで、膨張器120及びクライオジェニック膨張器130によるエネルギの消費を抑えることができる点が挙げられる。以下、ガス状作動媒体は、次のサイクルの圧縮／膨張を確実に行うために圧縮機110に再び戻る。この場合、ガス状作動媒体は、クライオジェニック膨張器130のガス圧に近い圧力を維持しながら、熱変換によって、より高い温度を有する。
【００２８】
一対のクライオジェニック膨張器130は、交互に作用することで、定期的に圧縮機110から供給される高圧作動媒体が、膨張器120と共に初期定圧過程に入ることを可能とする。この間、いかなる熱エネルギも加えられることはない。高圧作動媒体によって、残りのシリンダ空間における定圧膨張を維持することが可能となった場合に、クライオジェニック膨張器130内の定圧膨張を終了させることができる。膨張の最終段階において、大気圧よりも熱膨張の圧力の方が低くなり得、温度は、例えば、30〜40ケルビン度のクライオジェニックである。クライオジェニックガスが排出されると、パイプの２つの流れが、圧縮機110に向かって戻る。１つの流れは、酸素分離ユニットとして設計された熱変換219及び221を通過する。クライオジェニックガスは、酸素の沸点よりもわずかに低く、窒素の沸点よりもわずかに高い温度にて熱変換219を制御する。他のクライオジェニックガスの流れは、圧縮機110の最終段階にて排出された高圧ガスの流れから熱を除去するよう熱変換ユニット268に向かう。この設計により、周囲環境に熱を排出するのではなく、システム内で熱エネルギを利用することが可能となる。圧縮の前後に熱を除去することで、膨張器120及びクライオジェニック膨張器130によるエネルギの消費を抑えることができるという利点がある。
【００２９】
エンジンの全体的な機能は、エンジンシリンダの大きさ、作動媒体の圧縮率、作動媒体の温度、供給される外部熱及びエンジンサイクルにより推し量ることができる。更にガス状作動媒体のエントロピは、熱の除去が同時に生じ、最小の動作又はエネルギのみを要する場合に、著しく低減することができる。従って、水素など低温の沸点を有するガスによる熱の除去後、高圧ガス状作動媒体は、膨張器120と共に作用した後にクライオジェニック温度を達成するために、クライオジェニック膨張器130の内で、定圧膨張することができる。結果として、大気から酸素を分離することで、クライオジェニック冷却及び蒸留により酸素を豊富に用いる燃焼及び多くのＣＯ２（二酸化炭素）を溶解させることができる。クライオジェニック膨張器から流出するガスの流れは、窒素分子の溶解温度よりも低い。しかしながら、冷たいガスが流れる率を制御することで、エンジンは、熱変換ユニット内での熱均衡点を見つけることができ、その安定した範囲において、酸素を液体にし、窒素はガス状のまま保つことができる。
【００３０】
当該エンジンの設計において、圧縮中にクライオジェニック膨張器からの冷たいガスを比較的熱い熱ガスへと混ぜ合わせることができる。これにより、より低い温度で圧縮を始めることが可能となるため、より多くのエネルギを利用することができる。
【００３１】
熱貯蔵機152は、太陽熱、水又は酸素を送り込むよう準備された酸素タンクを有する燃焼ユニットなどからの外部熱の供給を要する。代替的に、当該システムは、他のエネルギ源によって、水素を分離する水電解を備えていてもよい。例えば、家屋において、その屋根に太陽電池パネルを備える場合、太陽エネルギは、温水タンクに貯蔵される。より洗練された解決方法として、水分解により生成可能な水素が挙げられ、これらは圧縮形状で水素を貯蔵する。圧縮された水素を非圧縮状態とすることで、初期段階において、エネルギを解放させ、続いて、熱を解放するために燃焼される。
【００３２】
図２は、膨張器120のシリンダ及びピストン170、並びに第１及び第２段階の圧縮機110を示す。力変調ユニット（ＦＭＵ）は、２つの変換ギアユニット200及びこれらを接続するレバー300を備える。膨張器120のピストン170は、内燃エンジンに一般的に用いられるものと同様の平面表面を有する。ピストンロッド180は、一端がピストンに接続され、他端が変換ギア200に接続される剛性金属部品である。
【００３３】
力変調ユニット（ＦＭＵ）は、２つの遊星変換ギアユニット200を備える。変換ギアユニット200は、ピストンの往復運動を、固定された振り角度を有する振り子動作へと変換するために用いる。これは、環状ギアを静止状態又は非回転状態に保ちつつ、太陽ギア46及び遊星ギア49の回転を制御することにより行うことができる。変換ギア200の下側には、図１に示すエンジンフレーム800に付属するラックギア210が配置される。変換ギア200の太陽ギア46は、それに接続されるシャフトを有し、該シャフトは、ラックギア210と交わる結合ピニオン205に向かって延在する。ピストン170が往復運動をするのに伴って、静止状態のラックギア210が結合ピニオン205を回転させ、結合ピニオン205が太陽ギア46を回転させる。結果として、ガス膨張往復力は、太陽ギア46と交わることで、遊星ギア49のトルク力となる。変換ギア200は、非常に強い引っ張り強さを有する材料により構成することができる。
【００３４】
レバー300は、動的レバレッジ制御を通じて、動的ガス膨張力又はガス圧力を変調させることができる。レバー300は剛性で、長い、四角形の研磨鋼棒であり、隣接する一対の変換ギアユニット200同士を繋ぎ合わせる。この場合、各変換ギアユニットは、そのシャフトを通じてガイドプレート240に接続される遊星ギア49を備える。レバー300は、その低い面がレバー300の形状と適合する状態で、ガイドスロットに沿って摺動可能である。このような剛性アセンブリにより、２つの太陽ギア46のシャフト軸及び２つの変換ギアユニット200の２つの遊星ギア49のシャフト軸を、全て、レバー300のガイドプレート240に対して垂直な同一平面にて一致させることが確実に可能となる。レバー300の上部には、レバー300に沿って自由に摺動可能な摺動支点機構310を備える。
【００３５】
支点310は、レバー300に沿って摺動可能であり、レバー300のピボット点はステップモータ146のシャフトと一直線に並んでいる。ステップモータ146は、ブラケット242及び他の一対のブラケット240により固定されている２つのガイドロッド241上で休止する。ブラケット240は、ガイドロッドの241の第１セットに対して垂直な他の一対のガイドロッド245により更に固定される。この設計の目的は、ガス膨張シリンダ171から発生する非直線状かつ一定でない力を、略直線状かつ一定の出力へと調整することである。このような一対の変換ギアユニット200の交互動作により、1つのシリンダからのガス膨張力は、第１変換ギアユニット200下で太陽ギア46及び遊星ギア49と共にレバー300及び結合ピニオン205を順次起動させる。第１変換ギアユニット200は、レバー300を通じて、反対方向への押力を、隣接する第２変換ギアユニット200へと伝達する。動的レバレッジ制御によりこの押力は、略直線状かつ一定の力へと変調される。
【００３６】
所望のレバレッジを設定する位置に任意に動的支点310を配置するために、ステップモータ146は、ラックギア246に対してそのピニオンを回転させる。これにより、支点310に確実に挿入されているためにアンカー点として作用するステップモータのシャフトが、ガイドロッド241に沿ってブラケット242を動かす。遊星ギアのシャフトからレバーに加えられる動作力は、膨張力から発生する。遊星ギアと太陽ギアとの間の噛み合い接触により、遊星ギアは太陽シャフト軸周りを回転する。このような回転は、プレート240に遊星シャフト軸が作用する点におけるレバー300に対するリアルタイムでの接線である。結果として、リアルタイムでの接線方向力が、ステップモータ146であるピボット点に作用する。レバーを通じて、対応する力変調ユニット（ＦＭＵ200）に、全体を通じて反転相互作用する力を伝達する。理論上、ピボット点は、遊星ギア49における２軸間のいずれの位置であってもよいため、レバレッジ比は、正の無限大より小さく、負の無限大より大きい範囲にある。これは、弱い力については、任意の低い範囲へとレバレッジを下げ、強い力については任意の高い範囲へとレバレッジを上げることが可能であることを意味する。結果として、当該装置により、一定でないガス膨張力を一定の力へと変調させることができる。図２ｂ及び図１０は、力変調ユニット200に関連する支点の構造をより詳細に示している。
【００３７】
２つの変換ギアユニット200の交互動作により、各変換ギアユニット200の側面に固定されたギアラック220を通じて、変調トルク力を結合し、（図２に示す）ギアトレイン400を（図１及びより詳細には図３に示す）トルク結合システム（ＴＣＭ）と交わらせることができる。ギアトレイン400は、（図１に示す）エンジン本体のメインフレーム800に取り付けられ、垂直列に配置される多数の交差スパーギアを備える。トルク結合機構410は、差動要素500の各側からのトルクを負荷し、又はトルク負荷を解除する。
【００３８】
トルク結合機構410と同軸上に配置され、主軸を有する差動ギア500は、通常は駆動シャフトである出力シャフト550を通じて、変調トルク力を無段変速ユニット（ＣＶＴ）600へと伝達する。無段変速ユニット（ＣＶＴ）600を、図５に詳細に示す。当該エンジン設計において、駆動シャフト550は、エンジンの出力シャフトとなる。
【００３９】
双方の膨張器からの交互の結合トルクは、差動ユニット500のための係合及び離脱機構を要する。これは、一対のトルク結合機構410により提供され、トルク結合機構は、図３に詳細に示す。各トルク結合機構は、遊星ギアである。この遊星ギアは、太陽ギア414及び環状ギア413を有しながら、いくつかの遊星ギア415を共有する遊星ギアのマッチングペアへと更に分けられる。差動ユニット500に接続される遊星ギアは、マウンティングブラケット417に堅固に取り付けられるため静止状態を保つ。残りの遊星ギアは、ベアリング419を通じて取り付けられる環状ギア413を備えるために異なるマウンティングブラケット417を有する。外側リングのベアリング419は、マウンティングブラケット418に取り付けられる。ベアリング419及びその穿孔が、挿入されるブラケット417の短軸を備えることで、環状ギア413の完全な回転が可能となる。この回転は、制動リング416により制御され、制動リング416の穿孔は、環状ギア413の短軸に堅固に組み込まれる。制動リング416が停止した場合、トルクを結合させることができる。制動リング416が解放された場合、トルクを係合させることはできない。これは、トルクがコンパニオン膨張器（シリンダ内のピストン）から加えられる場合、連関する膨張器（シリンダ内のピストン）が後退することでトルクがゼロであっても逆動作を生じさせるため、特に重要である。制動リング416を離脱させることで、環状ギア413が回転する。この回転が生じると、太陽ギア414は、同調回転をしなくなる。が加えられる場合、制動リング416は、各変換ギア200からのトルク力を、トルク結合機構410により選択的に結合させることができる。
【００４０】
トルク結合システムのための継続的かつ迅速な制動を達成するために、図４に示す制動システムを用いる。各トルク結合システム410は、図３に示す制動リング416を備える。制動リング416は、スパーギア421と同軸上に配置されるギア420と交わる。スパーギア421は、第２スパーギア422と更に組み合わさり、摩擦ホイール423、制動パッド424及び変位シュー425と更に組み合わさる。五角形ロータ426は、ステップモータ146により制御され、ステップモータ146は、交互に１つの変位シュー425のみを変位可能であるため、一方の制動が始動すると、もう一方の制動は停止する。これにより、適切に結合したトルクのみを伝達することが可能となる。多段階でのレバレッジ接続により、摩擦ホイール423からの制動は、係合した場合に非常に強くなる。
【００４１】
無段変速ユニット（ＣＶＴ）600は、エンジンの出力を更に変更することができる。無段変速ユニット600は、図１に示すメインエンジンフレーム800の下側、好適には、変換ギア200の下側に可撓的に配置することができる。多様な角速度の制御のために車両に広く用いられる差動ギア500は、往復シリンダの両側から交互に発生する結合トルクを切り替えるために用いることができる。しかしながら、無段変速ユニットは、トルクの発生位置に関わらず、トルク結合手段410の補助を得ながら、１つの回転方向を維持する。
【００４２】
図５ａ及び５ｂを参照すると、無段変速ユニット（ＣＶＴ）600は、２つの同一の大径摩擦プレート610からなる一対の摩擦プレート610を、他の一対の小径摩擦ホイール620を挟み込むために用いるユニットである。小径摩擦ホイール620の１つは、マスタードライブとしての出力長軸550と同軸上に組み入れられる。この場合、残りの小径摩擦ホイール620は、図５ｂに示すエンジン出力シャフト650と同軸上に配置されるスレーブドライブである。双方の摩擦ホイール620は、それぞれに組み込まれたシャフト、すなわち、シャフト550のマスタードライブ及びシャフト650のスレーブドライブに沿って摺動可能である。これは、互いに関連するトルク結合機構（ＴＣＭ）と無段変速ユニット（ＣＶＴ）、並びに出力シャフトの構造を図示する図５ｂにおいて最もよく示されている。大径摩擦プレートに関連するマスター摩擦ホイールとスレーブ摩擦ホイールとの組み合わせの接触点の制御は、ギアにより生じる結果を決定する。専用のステップモータ615により操作する独立制御アーム616により、摩擦ホイール620を大径摩擦ホイールの回転軸とその円周縁部との間に配置することができる。ギア比は、摩擦プレート610に関連する一対の摩擦ホイール620の物理的な接触位置により決定する。
【００４３】
狭い垂直な空間にて摩擦プレート610を制するために、圧力アクチュエータシステムを用いる。このシステムは、一側に高圧貯蔵部641を備え、他側に真空貯蔵部を備える。双方の貯蔵部は、パイプシステムにより一対のシリンダ645と接続され、当該シリンダは、上側摩擦プレート610の上面及び下側摩擦プレート610の底面に配置される。摩擦プレート610からの圧力を一対の駆動摩擦ホイール620に適用するために、開口レバー647、制御バルブ649及びソレノイド制御バルブ648によって、高圧気体が貯蔵部641から供給される。圧力が適切に規制されるに連れて、レバー647及び制御バルブ649を閉じながら、ソレノイドバブル648が閉じる。
【００４４】
シリンダ645のバルブ制御の構成は、図７により詳細に示す。バルブ649は、垂直に配列された２つの穿孔を備える。このような設計においては、３つの構成、すなわち、高圧貯蔵部又は真空貯蔵部に係合する、あるいはいずれとも係合しない構成が考えられる。摩擦プレート610が離脱しなければならない場合、レバー647が、真空貯蔵部642に接続する制御バルブ649を開口させ、真空貯蔵部642に高圧気体を解放するためにソレノイド制御バルブ648が開口する。これにより双方の摩擦プレート610がマスター及びスレーブ駆動ホイール620から同時に離れさせられる。
【００４５】
本明細書に記載される装置において、エネルギ効率を最重要項目として考えるならば、高圧縮ガスの膨張に対する非常に正確なタイミングの制御が必要となる。複数のバルブは、多様なギアトレインシステムを通じて、１つのステップモータ146により同期駆動される。この場合、各膨張シリンダのための少なくとも１つのバルブ及び各圧縮シリンダのための少なくとも１つのバルブを備えることを目的とする。この単一ステップモータは、後述する複数のバルブアセンブリを制御する。
【００４６】
図７は、膨張器120及び130のためのシンクロギアトレイン制御バルブアセンブリ182を示す。バルブアセンブリ182は図１においても示す。バルブアセンブリは、スパーギア713、715を更に起動させる駆動ギア711を通じて、ステップモータ（図７には図示せず）により制御される。バルブアセンブリ182は、８つのスパーギア713を備えるが、それぞれ、そのシャフトを通じてバルブ723を制御する。これらの８つのスパーギア713は、本明細書の実施形態にて説明するように、８つのクライオジェニック膨張器130と一直線に並んで配置する。同様に、バルブアセンブリ182は、２つのスパーギア713を備え、それぞれ、そのシャフトを通じてバルブ72１を制御する。これら２つのスパーギア713は、当該実施形態に例示するように、２つの膨張器120と一直線に並んで配置する。回転バルブ721は、実質的に円柱状であり、そのバルブチャンネルは円柱軸を貫通している。出口穿孔の一端は、閉口しているが、他端は、開口している。閉口端は、穿孔を有し、これにより穿孔に挿入される制御ギアシャフトをねじで固定することが可能となる。クライオジェニック膨張器のための静止状態のバルブボディ723内又は膨張器のための静止状態のバルブ722内で、バルブ721が、回転すると、バルブ721の全ての入口穿孔は、適切な角度で配列される。バルブボディ722及びバルブボディ723は、共に同一の入口穿孔を備えるが、バルブボディ723は、回転バルブ721が回転するよう配置された主穿孔内において、より広い出口穿孔切り抜きを有する。これにより、膨張器120への圧縮空気の供給を削減する適切な角度回転後に、より多くの圧縮空気をクライオジェニック膨張器130に送り込むための追加的な時間を設けることが可能となる。制御ギアトレインからの更なる回転は、クライオジェニック膨張器130への圧縮ガスの供給を遮断する。これにより、全てのピストンが同時にその膨張を終了するまで、ガスボディが残存する双方の膨張器における更なる膨張が可能となる。圧縮ガスは、図７に示す流れ制御ボックス702により３つの流れに分割することができる。圧力が非常に低い状態でガスが排出されると、膨張器からのガスは、内部702内のパイプを独立させるように方向付けられ、クライオジェニックの流れは、内部702にて再編成される。
【００４７】
圧縮機110は、図１にてガスフロー制御システム860、870として図示し、図8a、8b及び8cにて更に図示する、ガスフロー制御システムを備える。ガスフロー制御システムは、複数のバルブを同期制御するギアトレインを備える。前板888は、多段階の圧力シリンダ111、112を一側に取り付けるように構成された厚い長方形の金属パネルである。前板888の他側は、好適には長方形に成形され、多様な圧縮段階のガスフロー規制要素を配置することができる。これらの要素により、圧縮シリンダ111、112へと送り込まれる異なる圧縮ガスを制御することが可能となる。図８および図９に係る実施形態は、二段階圧縮を例示している。４つの第一段階調節ブロック810は、それぞれ、プレート800の曲線形状の角部に配置される。第一段階調節ブロック810は、圧力起動バルブ811を通じて、第一段階シリンダ111に供給する非圧縮ガスの流れを備える。バルブ811は、スプリング812を拘束することで、デフォルトで閉鎖モードに設定することができる。ピストンがプレート800から離れる際に第一段階シリンダ111内の圧力が低減することにより、非圧縮ガスの力を、同一の変換ギア200と関連する２つの調節ブロック810に加えることができる。シリンダ111内のガスボティを圧縮すると、スプリング812及びシリンダ111内のより高い圧力によりバルブ811が閉じる。出口バルブ813は、感圧性であり、一端が調節ブロック810に、他端がリミッタ815に挿入される長軸を備える。このリミッタは、デフォルトで出口バルブ813を閉鎖位置に設置する、スプリング要素820を備える。第一段階圧縮の圧力が更に上昇すると、双方の第一段階圧縮からのガスの流れが、成形チャンネル、接続管822を通じて、ブロック819と交わり、流入し、更にブロック821へ流入するまで、バルブ813は、双方のスプリング820を押し続ける。図７にて示す膨張バルブの設計と同様であるが、静止状態のバルブボティ823に挿入される回転バルブ824は、気体の流れを貯蔵管826へと方向付けるためにシャフト825により制御される。
【００４８】
第２段階における管826及びバルブ824からのガスの始動は、ガスの流れをブロック819へと戻し、第２成形チャンネルへと流入するように方向付ける管により接続される、バルブボティ823の出口穿孔に作用する。第２段階シリンダ112の内圧が更に低下すると、デフォルトで閉じるように設定され、スプリング828により拘束されている出口ゲート827は、管822から第２段階シリンダ112へのガスの流れを可能とするよう開口を強いられる。この特定の変位において、管826及びシリンダ112からの圧力は、均衡点に到達する。シリンダ112内で第２段階の圧縮が生じると、閉鎖モードにあるゲート827は、シリンダ112内の圧力が上昇しない限り、デフォルトで閉じているゲート829からガス気体を排出させる。このような条件下で、ガスの流れは、接続管11及び静止状態のボディ9を通じた流れを可能とするために、同様のバルブ及びバルブボディ構造を通じて、熱交換要素に接続され、最終的には膨張ユニットに戻るブロック821内の出口穿孔へと流出する。
【００４９】
図９は、本発明の実施形態を、統合圧縮機110、膨張器120、130及び力変調ユニット200と共に示す。上述の実施形態の段階的な「プルスタイル」圧縮により、圧縮機110のためのガスの流れを制御するギアトレインをパネル800の前方に配置する空間が無くなる。代わりに、ステップモータ801により長軸802を通じて、図１に示すギアトレインボックス860及び870は制御される。ステップモータ801は、膨張器120及びクライオジェニック膨張器130のためのギアトレインを同期的及び／又は同時に制御する。
【００５０】
圧縮機110においては、２種類の圧縮を行うことができる。１つ目の圧縮は、主圧縮あるいは、ピストンヘッドとパネル800との間で生じ、力変調ユニットのレバーからの圧縮であることからレバレッジ圧縮と称される「プルスタイル」圧縮である。膨張器120内の高圧ガスボディが、初期段階にある場合、圧縮機110内のガス圧は、他の段階と比べて低い。そのため、レバー300は、より高いレバレッジ比により膨張力を制御する。サイクル過程中、圧縮機110内の圧力が上昇する間に膨張器120内のガス圧は低下する。圧縮機の吸入ガスは、膨張器120内での膨張と同時に生じるため、そのガスは、膨張器と共に膨張力の一部となる。２つ目の圧縮は、レバレッジ圧縮チャンバと反対側の空間を利用するものであるが、以下、直接圧縮として参照する。第１段階シリンダ内の直接圧縮において、大気はわずかに上昇した圧力を有する。大気は、乾燥剤により初期除湿される。大気は、Ｕ字型の金属管であるパイプ872を通じて取り込まれ、上下コンテナ873に流入する。各コンテナ873は、静止状態のバルブボディ875を備える２組のバルブ及び回転バルブ876を閉じさせる。一対の第１段階圧縮機111の一側が、吸入された大気である場合、２つの回転バルブ876は、開口位置に配置され、コンテナ873に向かってバルブボディ875と一直線に並ぶよう配置される。残りの二つの回転バルブ876は、角度90度でオフセットし、接合部877にて出口に接続される。
【００５１】
加圧空気は、最終除湿のためにパイプ879を通じて熱変換機896へと流入する前に、タンク878へと流入する。酸素を液体とし、窒素はガス状のまま保つ温度範囲に到達するよう熱交換機896からクライオジェニック熱交換機897へと気体が流入する。燃料燃焼のために下側タップ897dによって、液化酸素を放電させることができる。窒素を豊富に含む冷気は、上側タップ897dから解放され、圧縮機110の冷却又は空調用の冷却剤として用いられ、最終的には大気中に戻される。第２段階シリンダ112内での直接圧縮において、クライオジェニック膨張器130からの冷ガス流体は、熱交換機895、896、897を通過した後に、パイプライン882及び883を通じて、中間コンテナ873Ｍに流入する。レバレッジ圧縮前であって、ガスの始動中におけるピストンでの直接圧縮及び変換ギア200の剛性接続を通じた膨張器120圧力は、圧力が均衡点に達するまでガスボディの圧力を上昇させる。これにより、ガス流体の流れが、出口パイプ883Ｅを通じて、パイプ894にて膨張器ガスと合流することが可能となる。そのため膨張後、全てのガス流体は、図８ａに示すパイプ832から図８ｃに示すブロック805を通じて、レバレッジ圧縮のために段階的な圧縮機に再び流入する。レバー300による変調後の膨張器からの圧縮力は、レバレッジ圧縮比が上昇した後に動作力を相関させる。
【００５２】
レバレッジ圧縮のために順次に行われる第１段階及び第２段階圧縮において、パネル800の構成要素を通じて流入するガスの流れを制御するために、図８ｃに示すメインドライブギア864により図８ｃ及び図９に示す４つのギア861を有するボックス860及び図８ａに示す対応シャフト825を駆動させる。メインドライブギア864のためのシャフトは、歯車881により駆動されるドライブギアと同様の第２ギアトレイン870（図１に示す）と同軸上に組み合わさる。歯車881は、タイミングベルトを通じてステップモータ801により更に駆動させることができる。図８ｃに示す管838は、図９に示すブロック805の下側に挿入され、他の管832を通じて、非圧縮ガスをパネル800へと流入させるよう方向付ける。圧縮ガスは、最終段階圧縮機112より流出し、図８ａ及び８ｃに示す２つの管831によりブロック805内で交わり、図８ｃに示す管により膨張ユニットに向けられる。
【００５３】
本発明においては、いくつかのエネルギ貯蔵方法がある。最適な選択肢は、エネルギの密度、貯蔵及び安定性を考慮したものである。電解による水素の製造方法は、広く研究されている。水分解により水素を分離させる技術を統合させる設計は、本発明においては詳述しない。本発明に係るエンジンの設計は、熱源からの熱によりエンジン操作に動力を与え、続いて電気を生成する設計を提供する。この熱源が、所望のエネルギよりも多くのエネルギを供給することができる場合、電気を生成するために酸素結合から水素を分離するエンジンを用いることができる。続いて、当該装置は、図９に示すタップ898を解放することにより高圧管内の貯蔵された水素を圧縮し、貯蔵することができる。より多くのエネルギを所望する場合、始めに圧縮水素を解放し、圧縮水素を圧縮エネルギの一部として、膨張器120及びクライオジェニック膨張器130により機械エネルギへと変換させることができる。続いて、非圧縮水素を、パイプ897eを通じて、純酸素と共に燃焼ユニットへと解放させることができ、該燃焼ユニットは、水を最終製品として生成し、本発明に係る装置にて用いることができる。代替的に、当該装置により生成された純酸素は、窒素を含むことなく、炭水化物と共に燃焼させることができる。追加的なユニットは、エンジンにてエネルギを貯蔵するために燃焼を行った後に二酸化炭素を冷却するために用いることができる。
【００５４】
本発明の特定の実施形態を記載したが、これらは例示の目的を意図したものであり、限定を意図したものではない。本開示を理解する当業者により多くの追加的な実施形態が可能となることは明らかである。
【図１】
2017520711.tif 000004
【図２】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年2月10日(2016.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エンジンに関する。より具体的に、本発明は、熱エネルギを機械エネルギに変換し、熱エネルギをより効率的に利用するためのエネルギ変調機構を備える熱エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱エンジンの設計は、熱エネルギの作用、特に膨張又は圧縮中のエネルギの分布に対して慎重に考慮してこなかった。ガスの膨張エネルギが一定でない力であることは観察されてきたが、熱エンジンの先行文献においてはこれらの一定でないエネルギが用いられてきた。
【０００３】
熱エンジンに係る別の課題として、ピストンの往復運動をどのように回転運動に高効率で変換するかが問題となってきた。クランクシャフトは、往復運動を回転運動に変換させるために従来から用いられてきた。しかしながら、クランクシャフト及び他の従来技術は、非効率的である。次式は、ピストンヘッドの瞬発力対最終的なトルクの関係を示すものである。
【数１】
2017520711.tif 000018
【０００４】
ガス状の作動流体の圧縮が、膨張により更にエネルギを消費するクランクシャフトに依存することにより、問題は増大する。内燃エンジンにおいては、燃料を注入する前に新鮮な空気を圧縮する必要がある。圧縮力は、ピストンに対して燃料燃焼及び膨張を有する他のシリンダからの膨張力の一部である。ピストンの動作は、トルクを作用させる更なるクランクシャフトを要する。そのため、結果として、クランクシャフトが非効率的であることにより、圧縮には、膨張によるより多くのエネルギを要することとなる。
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態において、本発明は、少なくとも１つのシリンダ内における作動媒体の熱膨張から熱エネルギを抽出するための少なくとも１つの膨張器と、膨張後の作動媒体を圧縮するための少なくとも１つの圧縮機と、前記少なくとも１つの膨張器を前記少なくとも１つの圧縮機に接続し、かつ、該膨張器からの非一定の力を実質的に一定の力に変調させるための力変調ユニットとを備える、熱エネルギ抽出装置を提供する。
【０００６】
一実施形態において、前記少なくとも１つの膨張器と前記少なくとも１つの圧縮機は、力変調ユニットを通じて交互に作用する。
【０００７】
一実施形態において、力変調ユニットは、２つの変換ギアを備え、各変換ギアが少なくとも１つの遊星ギアを備える。力変調ユニットは、２つの変換ギアを接続するレバーを更に備える。各変換ギアは、膨張及び／又は圧縮の各サイクルのために前記レバーに交互に作用する。
【０００８】
一実施形態において、前記レバーは、各遊星ギアの太陽ギア軸及び遊星ギア軸を揺動面内に拘束する。当該レバーの支点はその揺動面により拘束され、その支点はピボット制御のために変換ギアの遊星ギア軸間のレバーに沿って自由に摺動可能である。少なくとも１つの膨張器からの膨張力は、各変換ギアの遊星ギアを通じて前記レバーに作用し、遊星シャフト軸は、前記揺動面により拘束されることで、その太陽ギア周りで回転する際に前記レバーに対してリアルタイムで垂直となる。
【０００９】
一実施形態において、前記レバーは、正の無限大よりも小さく、負の無限大よりも大きな範囲における動的レバレッジ制御を通じて、ガス膨張力又はガス圧縮力を変調させるためのものである。前記レバーの支点は、ステップモータにより動的に制御される。
【００１０】
一実施形態において、熱膨張から生じる第１変換ギアのエネルギレベルは、各サイクル中に一定の余剰出力を放出しながら、前記レバーの動的レバレッジ比制御を用いる第２変換ギアのエネルギレベルにより相殺される。加えて、熱膨張圧力の不足分は、外付けの熱源からの熱放射により補填される。更に、圧縮エントロピは、圧縮されていない低温の作動媒体に対する熱放射により低減可能である。加えて、圧縮前に非圧縮高温ガス及び非圧縮クライオジェニックガスに熱変換又は直溶解が生じた場合、総圧縮力を低減させることができる。
【００１１】
一実施形態において、装置は、少なくとも１つのクライオジェニック膨張器を更に備える。少なくとも１つのクライオジェニック膨張器を、熱膨張の終了と前記圧縮機による作動媒体の始動との間に温度を冷却させるために用いる。少なくとも１つのクライオジェニック膨張器により押し出された作動媒体を、熱膨張の終了と前記少なくとも１つの圧縮機による作動媒体の始動との間に温度を冷却させるために用いる。加えて、前記少なくとも１つのクライオジェニック膨張器により押し出された作動媒体が、少なくとも１つの膨張器により作動媒体を始動させる前に、高圧作動媒体の温度を制御するために用いられる。
【００１２】
一実施形態において、作動媒体の膨張により、前記少なくとも１つの膨張器の一側に生じるピストン変位は、力変調ユニットにおける各変換ギアの遊星ギアにより回転運動に変換される。前記レバーは、その支点を通じて、圧縮力、膨張後の作動媒体の押出力及びサイクルのための一定のネット出力に打ち克つために反転レバレッジ動作力を伝達する。
【００１３】
一実施形態において、装置は、各変換ギアの回転動作から生じるトルク力を結合するためのトルク結合機構を更に備える。トルク結合機構は、前記変換ギアにおける２つの遊星ギアから生じるトルク力を選択的に収集するための２つの遊星ギアを備える。
【００１４】
一実施形態において、装置は、トルク結合機構から収集した２つのトルク力を一方向のトルク出力へと結合させるための差動ユニットを更に備える。
【００１５】
一実施形態において、装置は、出力比を変更させるための無段変速ユニットを更に備える。無段変速ユニットは、一平面内で互いに垂直な第１軸及び第２軸を備え、前記第１軸が、その軸周りで回転する入力側のマスター摩擦ホイール及びスレーブ摩擦ホイールを有し、これら摩擦ホイールの回転を、第２軸周りを回転しつつ該マスターホイール及びスレーブホイールを挟圧する一対の摩擦ホイールによって生じさせて、マスターホイール及びスレーブホイールの等速度又は可変速度での回転を可能とする。
【００１６】
一実施形態において、装置は、前記少なくとも１つの膨張器及び／又は前記クライオジェニック膨張器の作動媒体の流れを制御するためのギアトレイン制御バルブアセンブリを更に備える。装置は、前記圧縮機の作動媒体の入力を制御するための第２のギアトレイン制御バルブアセンブリを更に備える。前記ギアトレイン制御バルブアセンブリは、ステップモータにより制御するのが好ましい。
【００１７】
本発明は、従来技術に係る熱エンジンの問題を軽減し、ガス膨張／圧縮変調機構を提供することを意図するものである。加えて、本発明に係る設計は、高温領域からクライオジェニック領域へと効果的に熱変換するシステムを提供し、コンパクトな設計を用いて大気から酸素を分離することで、純酸素燃焼を燃料として使用可能にし、ＣＯ２（二酸化炭素）の容易な分離を可能とすることで、その排出を低減させる。
【００１８】
エンジン作動に際して余剰な熱エネルギが生じた場合、エンジンはその余剰熱エネルギを、圧縮空気含む他の形状のエネルギとして貯蔵することができ、例えば電池における電気エネルギや水素の生成・貯蔵に手段における電気エネルギとして貯蔵することができる。当該装置によるエネルギの貯蔵は、低密度エネルギ源から高密度エネルギ燃料の順で行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る装置の構成を示す斜視図である。
【図２】力変調ユニット、膨張器及び圧縮機の分解斜視図及び力変調ユニットの上面図である。
【図２ｂ】膨張器、力変調ユニット及び圧縮機の側断面図である。
【図２ｃ】特定の設計近似式を示す力変調ユニットの内面図、上面図及び横断面図である。
【図３】トルク結合機構の分解斜視図及び上面図である。
【図４】トルク結合機構及び制動システムの斜視図である。
【図５ａ】無段変速ユニット及びこれとトルク結合機構との接続を示す側面図である。
【図５ｂ】無段変速ユニット及びこれとトルク結合機構との接続を示す上面図である。
【図６】無段変速ユニットのための圧力制御バルブシステムの概略図である。
【図７】膨張器のためのシンクロギアトレイン制御バルブアセンブリの分解斜視図、上面図及び前面図である。
【図７ａ】レバー、支点及び接続要素の１サイクルを示す上面図である。
【図７ｂ】ピストン変位に対する各シリンダのガス圧、ピストン力及びレバレッジ比のリアルタイムデータを示す表である。
【図７ｃ】膨張器ハブの概略図である。
【図７ｄ】図７ｂに示す変位に伴ってハブと整列される膨張器バルブ全体の断面図である。
【図７ｅ】図７ｂに示す変位に伴ってハブと整列される膨張器バルブ全体の断面図である。
【図７ｆ】１サイクル中の圧縮機，膨張器及びクライオジェニック膨張器のＰ-Ｖ線図である。
【図７ｇ】ピストン変位に係るレバレッジ比のＫ曲線を示すグラフである。
【図８ａ】圧縮機のギアトレイン制御バルブアセンブリの概略図である。
【図８ｂ】圧縮機のギアトレイン制御バルブアセンブリの概略図である。
【図８ｃ】圧縮機のギアトレイン制御バルブアセンブリの概略図である。
【図９】装置の追加的な斜視図である。
【図１０】力変調ユニットの４５度視断面図及び上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、装置の透視図、並びにその機械構造及び構成に係る構成要素を示す。装置は、単一又は複数段階にある圧縮機110を備える。圧縮機110は、円柱状の形状を有し、ピストンによりガスの容量を減少させる耐錆金属チャンバの薄壁を有する。ガスの容量が減少すると圧縮の各サイクルのために熱エネルギが貯蓄される。最適なエネルギ効率を達成するために圧縮機110は、少なくとも１組のシリンダを備え、各シリンダはピストン及びロッドを有する。圧縮機110は、１組の圧縮ユニットを備え、各ユニットは複数段階又は単一段階の圧縮のための複数の圧縮機を備える。圧縮機110には多様な構成を適用することができるが、後述する実施形態においては、第１段階用の２つのシリンダ及び第２段階用の１つのシリンダを備える２段階圧縮機を示す。
【００２１】
圧縮機110は、力変調ユニットを通じて熱膨張器120及びクライオジェニック膨張器130に接続される。力変調ユニットは、図２に関する説明にて後述する２つの変換ギア200を備える。一例として、図２に示す様なピストン170に対して、エネルギを解放する際に高圧ガスの容量が膨張する場合、熱膨張器120は複数の耐錆金属チャンバの薄壁を備える。一組のデュアルシリンダを、熱膨張器120として用いる。圧縮機110、熱膨張器120及びクライオジェニック膨張器130は、高温及び／又は圧力、最適な熱変換を維持するために、穿孔を有する鋼板を用いた鋼アルミニウム合金又はステンレスから構成される。圧縮機110は、熱貯蔵機151により封入され、膨張器120は熱貯蔵機152により封入される。熱貯蔵機152は、太陽熱、地熱、あるいは、周囲環境に対する熱変換から貯蔵機151が完全に隔離された状態にある場合においては、継続的に燃料から発生する熱などの外部熱を有する。
【００２２】
圧縮反力を相関させるために、力変調ユニットのレバー300は動作力を変調させる。この動作力は、熱膨張器120及びクライオジェニック膨張器130及びその対応圧縮機からのガス膨張力から構成される。この動作力は、熱膨張器120及びクライオジェニック膨張器130からのガス膨張力から構成され、追加的に、変換ギア200の剛性接続によって、第１段階及び第２段階シリンダ内のガス圧を吸入させることで生じる力である。動作力を適切にレバレッジ制御することにより、圧縮反力の低下後においても一定の出力を生成することが可能となる。
【００２３】
熱膨張器120及びクライオジェニック膨張器130は、膨張のための圧縮機110により供給される高圧ガスを用いる。膨張後、低圧ガスは、双方の膨張器から排出され、再圧縮のために圧縮機110に再び戻る。サイクルの初期段階においては、一側における膨張ユニットからの高圧動作力は、レバー300を通じて、圧縮力及びコンパニオン膨張器の低圧ガスの排出を相殺する。当初、圧縮及び排出に要する力は、他の段階に比べて比較的低い。そのため、レバー300は、高いレバレッジ比による不均衡な力を補填する。このサイクルにおいて、膨張及び圧縮により反力が上昇するに連れて、動作力は低下する。この力の不均衡のバランスを保つためにレバー比を適切に変化させる。クライオジェニック膨張器130からの低温ガスの流れは、高圧ガスの熱を吸収し、再圧縮前に熱膨張器120から熱いガスを排出しながら、熱変換を通じて大気から酸素を分離する。これは、図７ｂ、７ｆ及び７ｇに図示している。
【００２４】
熱膨張器膨張器120の一対のシリンダは、交互に作用することで、圧縮機110から供給される高圧ガス状作動媒体が、初期定圧過程に入ることを可能とする。この場合、高温熱源は、ガス状作動媒体と密接に接触する。熱温度の上昇に比例して、熱膨張器120内での定圧膨張が拡大する。図７ｆにて、熱膨張器の平坦な領域がクライオジェニックの平坦な領域よりも長いことにより示されるように、熱温度の上昇に比例して、熱膨張器120内での定圧膨張が拡大する。定圧過程は、一定量の高圧作動媒体によって、追加的な入力なしに所望の最終ガス圧に到達するよう第２段階の膨張を完了させることが可能な場合に終了させることができる。熱膨張器120内の膨張終了時の作動媒体の圧力及び温度は、多様な要因により決定する。例えば、熱吸収の長さに直に影響する膨張時間又は圧縮空気量の入力を決定する定圧膨張時間、あるいはその両方により決定する。この設計の課題として、最大限に膨張する場合において、ガスの温度が、貯蔵機152内の流体温度を低下させることが挙げられ、この場合、貯蔵機152の流体温度は、外付けの熱源の温度よりも低い温度を有する。この解決方法として、自然温度差により高温領域から熱貯蔵機152の低温領域への効果的な熱エネルギの流れが作られることが挙げられる。すなわち、他の多数の熱エンジンに見られるような別個の冷却要素を用いることを要さない。
【００２５】
熱膨張器膨張器120内での膨張後、低圧ガスは、熱変換機（図１０の897、896）に向かうパイプを通過する。熱膨張器膨張器120内での膨張の際に外付けの熱源からの高温に曝されるため、ガスは低圧であっても高温である。熱変換において、周囲環境又は冷たい液体によって高温ガスを冷却することができる。熱を発生させるために燃焼を生じさせることができる場合、クライオジェニックガスは、始めに酸素を分離させるために空気を冷却する。図７ｆにおいては、Ｅ１及びＥ２からのガスは、共に500ケビン度を有する。この計算は、クライオジェニック膨張器からの冷たいガスと混合させる前の周囲温度に対する熱の消失に基づいたものである。図７ｂに示す表は、各サイクルにて、同一量のガスが熱膨張器及びクライオジェニック膨張器に挿入されることを予測している。膨張後にシリンダから排出される際、熱ガス及びクライオジェニックガスは、同一の圧力を有する。更に計算を単純にするために、一段階の圧縮機に基づいて圧縮を行う。
【００２６】
力変換ユニット及びそのレバー300により提供される無段レバレッジは、ガス膨張が生じている際の大気シリンダ内の圧力が、熱膨張中の大気圧より低い場合においても、レバレッジ比を上昇させることによって低下した圧力を相殺することを確実にする。これにより、ネット変調膨張力が、対応するシリンダからの圧力に打ち克つことが可能となる。結果として、圧縮機110内で圧縮された同量の作動媒体に要するエネルギよりも大きいネットエネルギ出力を得ることができる。膨張膨張器の反対側に配置され、２つの変換ギア200及びレバー300を備える圧縮機110は、力変調ユニットを通じて剛性接続され、かつ力変調ユニットを通じた膨張器からの圧力を用いる。
【００２７】
一対のクライオジェニック膨張器130は、交互に作用することで、定期的に圧縮機110から供給される高圧作動媒体が、初期定圧過程に入ることを可能とする。この間、いかなる熱エネルギも加えられることはない。高圧作動媒体によって、残りのシリンダ空間における定圧膨張を維持することが可能となった場合に、クライオジェニック膨張器130内の定圧膨張を終了させることができる。この特定の位置は図７ｃ及び図７ｅに示す。図７ｅの上側半分に示す、ＣＥ１左及びＣＥ１右は、共に入口穿孔と高圧入口チャンネルと一直線上に並ぶよう配置される。同時に熱膨張器Ｅ１は、完全に閉じた入口穿孔を備える。図７ｅの下側半分は、全てのバルブを図示しており、ＣＥ１左、ＣＥ１右及びＥ１は完全に閉じており、右側の膨張器バルブは全て、低圧チャンネルと一直線上に並ぶよう配置される。クライオジェニック膨張後、ガスの流れは、熱変換を行うようパイプの流れ及び多様な熱ユニット221、219、268に向かう２つの流れとなる。この流れは、熱膨張器120の低圧ガス出力及び熱変換中の高圧ガスの流れに対する向流として用いることもできる。当該エンジンの利点として、圧縮の前後に熱を除去することで、熱膨張器120及びクライオジェニック膨張器130によるエネルギの消費を抑えることができる点が挙げられる。以下、ガス状作動媒体は、次のサイクルの圧縮／膨張を確実に行うために圧縮機110に再び戻る。この場合、ガス状作動媒体は、クライオジェニック膨張器130のガス圧に近い圧力を維持しながら、熱変換によって、より高い温度を有する。
【００２８】
クライオジェニックガスは、酸素の沸点よりもわずかに低く、窒素の沸点よりもわずかに高い温度にて熱変換219を制御する。他のクライオジェニックガスの流れは、圧縮機110の最終段階にて排出された高圧ガスの流れから熱を除去するよう熱変換ユニット268に向かう。圧縮の前後に熱を除去することで、熱膨張器120及びクライオジェニック膨張器130によるエネルギの消費を抑えることができるという利点がある。
【００２９】
エンジンの全体的な機能は、エンジンシリンダの大きさ、作動媒体の圧縮率、作動媒体の温度、供給される外部熱及びエンジンサイクルにより推し量ることができる。更に高圧かつ非圧縮ガスのエントロピは、周囲環境へ熱が拡散し、続いてクライオジェニックガスと混ざることにより著しく低減させることができる。これにより圧縮機に必要なエネルギを最小限に抑えることができる。従って、水素など低温の沸点を有するガスによる熱の除去後、高圧ガス状作動媒体は、熱膨張器120と共に作用した後にクライオジェニック温度を達成するために、クライオジェニック膨張器130の内で、定圧膨張することができる。結果として、大気から酸素を分離することで、クライオジェニック冷却及び蒸留により酸素を豊富に用いる燃焼及び多くのＣＯ２（二酸化炭素）を溶解させることができる。クライオジェニック膨張器から流出するガスの流れは、窒素分子の溶解温度よりも低い。しかしながら、冷たいガスが流れる率を制御することで、エンジンは、熱変換ユニット内での熱均衡点を見つけることができ、その安定した範囲において、酸素を液体にし、窒素はガス状のまま保つことができる。
【００３０】
熱貯蔵機152は、太陽熱、水又は酸素を送り込むよう準備された酸素タンクを有する燃焼ユニットなどからの外部熱の供給を要する。代替的に、当該システムは、他のエネルギ源によって、水素を分離する水電解を備えていてもよい。例えば、家屋において、その屋根に太陽電池パネルを備える場合、太陽エネルギは、温水タンクに貯蔵される。より洗練された解決方法として、水分解により生成可能な水素が挙げられ、これらは圧縮形状で水素を貯蔵する。圧縮された水素を非圧縮状態とすることで、初期段階において、エネルギを解放させ、続いて、熱を解放するために燃焼される。
【００３１】
図２は、熱膨張器120のシリンダ及びピストン170、並びに第１及び第２段階の圧縮機110を示す。力変調ユニット（ＦＭＵ）は、２つの変換ギアユニット200及びこれらを接続するレバー300を備える。熱膨張器120のピストン170は、内燃エンジンに一般的に用いられるものと同様の平面表面を有する。ピストンロッド180は、一端がピストンに接続され、他端が変換ギア200に接続される剛性金属部品である。
【００３２】
力変調ユニット（ＦＭＵ）は、２つの遊星変換ギアユニット200を備える。変換ギアユニット200は、ピストンの往復運動を、固定された振り角度を有する振り子動作へと変換するために用いる。これは、環状ギアを静止状態又は非回転状態に保ちつつ、太陽ギア46及び遊星ギア49の回転を制御することにより行うことができる。変換ギア200の下側には、図１に示すエンジンフレーム800に付属するラックギア210が配置される。変換ギア200の太陽ギア46は、それに接続されるシャフトを有し、該シャフトは、ラックギア210と交わる結合ピニオン205に向かって延在する。結合ピニオン205は、好適には、ピストンの完全変位と同等のピッチサイクル円周を有し、図２ｃに示す次式を満たす。
【数２】
2017520711.tif 000019
スパーギアは、結合ピニオン205と同一の角度速度を有し、同軸上で回転する。更に、スパーギアは、太陽ギア46と同軸上に回転する他のスパーギアと交わることで、往復変位をレバーの振り角度へと調節し、次式は、図２ｃに示すこれらの関係を示すものである。
【数３】
2017520711.tif 000020
ピストン170が往復運動をするのに伴って、静止状態のラックギア210が結合ピニオン205を回転させ、結合ピニオン205が太陽ギア46を回転させる。結果として、ガス膨張往復力は、太陽ギア46と交わることで、遊星ギア49のトルク力となる。変換ギア200は、非常に強い引っ張り強さを有する材料により構成することができる。
【００３３】
レバー300は、動的レバレッジ制御を通じて、動的ガス膨張力又はガス圧力を変調させることができる。レバー300は剛性で、長い、四角形の研磨鋼棒であり、隣接する一対の変換ギアユニット200同士を繋ぎ合わせる。この場合、各変換ギアユニットは、そのシャフトを通じてガイドプレート240に接続される遊星ギア49を備える。レバー300は、その低い面がレバー300の形状と適合する状態で、ガイドスロットに沿って摺動可能である。このような剛性アセンブリにより、２つの太陽ギア46のシャフト軸及び２つの変換ギアユニット200の２つの遊星ギア49のシャフト軸を、全て、レバー300のガイドプレート240に対して垂直な同一平面にて一致させることが確実に可能となる。レバー300の上部には、レバー300に沿って自由に摺動可能な摺動支点機構310を備える。
【００３４】
支点310は、レバー300に沿って摺動可能であり、レバー300のピボット点はステップモータ146のシャフトと一直線に並んでいる。ステップモータ146は、ブラケット242及び他の一対のブラケット243により固定されている２つのガイドロッド241上で休止する。ブラケット243は、ガイドロッドの241の第１セットに対して垂直な他の一対のガイドロッド245により更に固定される。この設計の目的は、ガス膨張シリンダ171から発生する非直線状かつ一定でない力を、略直線状かつ一定の出力へと調整することである。このような一対の変換ギアユニット200の交互動作により、1つのシリンダからのガス膨張力は、第１変換ギアユニット200下で太陽ギア46及び遊星ギア49と共にレバー300及び結合ピニオン205を順次起動させる。第１変換ギアユニット200は、レバー300を通じて、反対方向への押力を、隣接する第２変換ギアユニット200へと伝達する。動的レバレッジ制御によりこの押力は、略直線状かつ一定の力へと変調される。
【００３５】
所望のレバレッジを設定する位置に任意に動的支点310を配置するために、ステップモータ146は、ラックギア246に対してそのピニオンを回転させる。これにより、支点310に確実に挿入されているためにアンカー点として作用するステップモータのシャフトが、ガイドロッド241に沿ってブラケット242を動かす。遊星ギアのシャフトからレバーに加えられる動作力は、膨張力から発生する。遊星ギアと太陽ギアとの間の噛み合い接触により、遊星ギアは太陽シャフト軸周りを回転する。このような回転は、プレート240に遊星シャフト軸が作用する点におけるレバー300に対するリアルタイムでの接線である。結果として、リアルタイムでの接線方向力が、ステップモータ146であるピボット点に作用する。ステップモータ146は、図２ｃのＦ視に示す「反レバレッジ要素」により生じる側方動作に対する保持トルクを提供する。この要素の力は、不正確な側方動作により更にレバレッジ比が低減するため、ステップモータ146により相殺される。レバレッジ比の低減により、膨張力は、不適切にレバレッジされる。レバーを通じて、対応する力変調ユニット（ＦＭＵ200）に、全体を通じて反転相互作用する力を伝達する。理論上、ピボット点は、遊星ギア49における２軸間のいずれの位置であってもよいため、レバレッジ比は、無限大より小さく、負の無限大より大きい範囲にある。これは、弱い力については、任意の低い範囲へとレバレッジを下げ、強い力については任意の高い範囲へとレバレッジを上げることが可能であることを意味する。結果として、当該装置により、一定でないガス膨張力を一定の力へと変調させることができる。図２ｂ及び図１０は、力変調ユニット200に関連する支点の構造をより詳細に示している。
【００３６】
２つの変換ギアユニット200の交互動作により、各変換ギアユニット200の側面に固定されたギアラック220を通じて、変調トルク力を結合し、（図２に示す）ギアトレイン400を（図１及びより詳細には図３に示す）トルク結合システム（ＴＣＭ）と交わらせることができる。ギアトレイン400は、（図１に示す）エンジン本体のメインフレーム800に取り付けられ、垂直列に配置される多数の交差スパーギアを備える。トルク結合機構410は、差動要素500の各側からのトルクを負荷し、又はトルク負荷を解除する。
【００３７】
トルク結合機構410と同軸上に配置され、主軸を有する差動ギア500は、通常は駆動シャフトである出力シャフト550を通じて、変調トルク力を無段変速ユニット（ＣＶＴ）600へと伝達する。無段変速ユニット（ＣＶＴ）600を、図５に詳細に示す。当該エンジン設計において、駆動シャフト550は、エンジンの出力シャフトとなる。
【００３８】
双方の膨張器からの交互の結合トルクは、差動ユニット500のための係合及び離脱機構を要する。これは、一対のトルク結合機構410により提供され、トルク結合機構は、図３に詳細に示す。各トルク結合機構は、遊星ギアである。この遊星ギアは、太陽ギア414及び環状ギア413を有しながら、いくつかの遊星ギア415を共有する遊星ギアのマッチングペアへと更に分けられる。差動ユニット500に接続される遊星ギアは、マウンティングブラケット417に堅固に取り付けられるため静止状態を保つ。残りの遊星ギアは、ベアリング419を通じて取り付けられる環状ギア413を備えるために異なるマウンティングブラケット417を有する。外側リングのベアリング419は、マウンティングブラケット418に取り付けられる。ベアリング419及びその穿孔が、挿入されるブラケット417の短軸を備えることで、環状ギア413の完全な回転が可能となる。この回転は、制動リング416により制御され、制動リング416の穿孔は、環状ギア413の短軸に堅固に組み込まれる。制動リング416が停止した場合、トルクを結合させることができる。制動リング416が解放された場合、トルクを係合させることはできない。これは、トルクがコンパニオン膨張器（シリンダ内のピストン）から加えられる場合、連関する膨張器（シリンダ内のピストン）が後退することでトルクがゼロであっても逆動作を生じさせるため、特に重要である。制動リング416を離脱させることで、環状ギア413が回転する。この回転が生じると、太陽ギア414は、同調回転をしなくなる。が加えられる場合、制動リング416は、各変換ギア200からのトルク力を、トルク結合機構410により選択的に結合させることができる。
【００３９】
トルク結合システムのための継続的かつ迅速な制動を達成するために、図４に示す制動システムを用いる。各トルク結合システム410は、図３に示す制動リング416を備える。制動リング416は、スパーギア421と同軸上に配置されるギア420と交わる。スパーギア421は、第２スパーギア422と更に組み合わさり、摩擦ホイール423、制動パッド424及び変位シュー425と更に組み合わさる。五角形ロータ426は、ステップモータ146により制御され、ステップモータ146は、交互に１つの変位シュー425のみを変位可能であるため、一方の制動が始動すると、もう一方の制動は停止する。これにより、適切に結合したトルクのみを伝達することが可能となる。多段階でのレバレッジ接続により、摩擦ホイール423からの制動は、係合した場合に非常に強くなる。
【００４０】
無段変速ユニット（ＣＶＴ）600は、エンジンの出力を更に変更することができる。無段変速ユニット600は、図１に示すメインエンジンフレーム800の下側、好適には、変換ギア200の下側に可撓的に配置することができる。多様な角速度の制御のために車両に広く用いられる差動ギア500は、往復シリンダの両側から交互に発生する結合トルクを切り替えるために用いることができる。しかしながら、無段変速ユニットは、トルクの発生位置に関わらず、トルク結合手段410の補助を得ながら、１つの回転方向を維持する。
【００４１】
図５ａ及び５ｂを参照すると、無段変速ユニット（ＣＶＴ）600は、２つの同一の大径摩擦プレート610からなる一対の摩擦プレート610を、他の一対の小径摩擦ホイール620を挟み込むために用いるユニットである。小径摩擦ホイール620の１つは、マスタードライブとしての出力長軸550と同軸上に組み入れられる。この場合、残りの小径摩擦ホイール620は、図５ｂに示すエンジン出力シャフト650と同軸上に配置されるスレーブドライブである。双方の摩擦ホイール620は、それぞれに組み込まれたシャフト、すなわち、シャフト550のマスタードライブ及びシャフト650のスレーブドライブに沿って摺動可能である。これは、互いに関連するトルク結合機構（ＴＣＭ）と無段変速ユニット（ＣＶＴ）、並びに出力シャフトの構造を図示する図５ｂにおいて最もよく示されている。大径摩擦プレートに関連するマスター摩擦ホイールとスレーブ摩擦ホイールとの組み合わせの接触点の制御は、ギアにより生じる結果を決定する。専用のステップモータ615により操作する独立制御アーム616により、摩擦ホイール620を大径摩擦ホイールの回転軸とその円周縁部との間に配置することができる。ギア比は、摩擦プレート610に関連する一対の摩擦ホイール620の物理的な接触位置により決定する。
【００４２】
狭い垂直な空間にて摩擦プレート610を制するために、圧力アクチュエータシステムを用いる。このシステムは、一側に高圧貯蔵部641を備え、他側に真空貯蔵部を備える。双方の貯蔵部は、パイプシステムにより一対のシリンダ645と接続され、当該シリンダは、上側摩擦プレート610の上面及び下側摩擦プレート610の底面に配置される。摩擦プレート610からの圧力を一対の駆動摩擦ホイール620に適用するために、開口レバー647、制御バルブ649及びソレノイド制御バルブ648によって、高圧気体が貯蔵部641から供給される。圧力が適切に規制されるに連れて、レバー647及び制御バルブ649を閉じながら、ソレノイドバブル648が閉じる。
【００４３】
シリンダ645のバルブ制御の構成は、図７により詳細に示す。バルブ649は、垂直に配列された２つの穿孔を備える。このような設計においては、３つの構成、すなわち、高圧貯蔵部又は真空貯蔵部に係合する、あるいはいずれとも係合しない構成が考えられる。摩擦プレート610が離脱しなければならない場合、レバー647が、真空貯蔵部642に接続する制御バルブ649を開口させ、真空貯蔵部642に高圧気体を解放するためにソレノイド制御バルブ648が開口する。これにより双方の摩擦プレート610がマスター及びスレーブ駆動ホイール620から同時に離れさせられる。
【００４４】
本明細書に記載される装置において、エネルギ効率を最重要項目として考えるならば、高圧縮ガスの膨張に対する非常に正確なタイミングの制御が必要となる。複数のバルブは、多様なギアトレインシステムを通じて、１つのステップモータ146により同期駆動される。この場合、各膨張シリンダのための少なくとも１つのバルブ及び各圧縮シリンダのための少なくとも１つのバルブを備えることを目的とする。この単一ステップモータは、後述する複数のバルブアセンブリを制御する。
【００４５】
図７は、膨張器120及び130のためのシンクロギアトレイン制御バルブアセンブリ182を示す。バルブアセンブリ182は図１においても示す。バルブアセンブリは、スパーギア713、715を更に起動させる駆動ギア711を通じて、ステップモータ（図７には図示せず）により制御される。バルブアセンブリ182は、８つのスパーギア713を備えるが、それぞれ、そのシャフトを通じてバルブ723を制御する。これらの８つのスパーギア713は、本明細書の実施形態にて説明するように、８つのクライオジェニック膨張器130と一直線に並んで配置する。同様に、バルブアセンブリ182は、２つのスパーギア713を備え、それぞれ、そのシャフトを通じてバルブ72１を制御する。これら２つのスパーギア713は、当該実施形態に例示するように、２つの熱膨張器120と一直線に並んで配置する。回転バルブ721は、実質的に円柱状であり、そのバルブチャンネルは円柱軸を貫通している。出口穿孔の一端は、閉口しているが、他端は、開口している。閉口端は、穿孔を有し、これにより穿孔に挿入される制御ギアシャフトをねじで固定することが可能となる。クライオジェニック膨張器のための静止状態のバルブボディ723内又は膨張器のための静止状態のバルブ722内で、バルブ721が、回転すると、バルブ721の全ての入口穿孔は、適切な角度で配列される。バルブボディ722及びバルブボディ723は、共に同一の入口穿孔を備えるが、バルブボディ723は、回転バルブ721が回転するよう配置された主穿孔内において、より広い出口穿孔切り抜きを有する。これにより、熱膨張器120への圧縮空気の供給を削減する適切な角度回転後に、より多くの圧縮空気をクライオジェニック膨張器130に送り込むための追加的な時間を設けることが可能となる。制御ギアトレインからの更なる回転は、クライオジェニック膨張器130への圧縮ガスの供給を遮断する。これにより、全てのピストンが同時にその膨張を終了するまで、ガスボディが残存する双方の膨張器における更なる膨張が可能となる。圧縮ガスは、図７に示す流れ制御ボックス702により３つの流れに分割することができる。圧力が非常に低い状態でガスが排出されると、熱膨張器からのガスは、内部702内のパイプを独立させるように方向付けられ、クライオジェニックの流れは、内部702にて再編成される。
【００４６】
圧縮機110は、図１にてガスフロー制御システム860、870として図示し、図8a、8b及び8cにて更に図示する、ガスフロー制御システムを備える。ガスフロー制御システムは、複数のバルブを同期制御するギアトレインを備える。前板888は、多段階の圧力シリンダ111、112を一側に取り付けるように構成された厚い長方形の金属パネルである。前板888の他側は、好適には長方形に成形され、多様な圧縮段階のガスフロー規制要素を配置することができる。これらの要素により、圧縮シリンダ111、112へと送り込まれる異なる圧縮ガスを制御することが可能となる。図８および図９に係る実施形態は、二段階圧縮を例示している。４つの第一段階調節ブロック810は、それぞれ、プレート800の曲線形状の角部に配置される。第一段階調節ブロック810は、圧力起動バルブ811を通じて、第一段階シリンダ111に供給する非圧縮ガスの流れを備える。バルブ811は、スプリング812を拘束することで、デフォルトで閉鎖モードに設定することができる。ピストンがプレート800から離れる際に第一段階シリンダ111内の圧力が低減することにより、非圧縮ガスの力を、同一の変換ギア200と関連する２つの調節ブロック810に加えることができる。シリンダ111内のガスボティを圧縮すると、スプリング812及びシリンダ111内のより高い圧力によりバルブ811が閉じる。出口バルブ813は、感圧性であり、一端が調節ブロック810に、他端がリミッタ815に挿入される長軸を備える。このリミッタは、デフォルトで出口バルブ813を閉鎖位置に設置する、スプリング要素820を備える。第一段階圧縮の圧力が更に上昇すると、双方の第一段階圧縮からのガスの流れが、成形チャンネル、接続管822を通じて、ブロック819と交わり、流入し、更にブロック821へ流入するまで、バルブ813は、双方のスプリング820を押し続ける。図７にて示す膨張バルブの設計と同様であるが、静止状態のバルブボティ823に挿入される回転バルブ824は、気体の流れを貯蔵管826へと方向付けるためにシャフト825により制御される。
【００４７】
第２段階における管826及びバルブ824からのガスの始動は、ガスの流れをブロック819へと戻し、第２成形チャンネルへと流入するように方向付ける管により接続される、バルブボティ823の出口穿孔に作用する。第２段階シリンダ112の内圧が更に低下すると、デフォルトで閉じるように設定され、スプリング828により拘束されている出口ゲート827は、管822から第２段階シリンダ112へのガスの流れを可能とするよう開口を強いられる。この特定の変位において、管826及びシリンダ112からの圧力は、均衡点に到達する。シリンダ112内で第２段階の圧縮が生じると、閉鎖モードにあるゲート827は、シリンダ112内の圧力が上昇しない限り、デフォルトで閉じているゲート829からガス気体を排出させる。このような条件下で、ガスの流れは、接続管11及び静止状態のボディ9を通じた流れを可能とするために、同様のバルブ及びバルブボディ構造を通じて、熱交換要素に接続され、最終的には膨張ユニットに戻るブロック821内の出口穿孔へと流出する。
【００４８】
図９は、本発明の実施形態を、統合圧縮機110、膨張器120、130及び力変調ユニット200と共に示す。上述の実施形態の段階的な「プルスタイル」圧縮により、圧縮機110のためのガスの流れを制御するギアトレインをパネル800の前方に配置する空間が無くなる。代わりに、ステップモータ801により長軸802を通じて、図１に示すギアトレインボックス860及び870は制御される。ステップモータ801は、熱膨張器120及びクライオジェニック膨張器130のためのギアトレインを同期的及び／又は同時に制御する。
【００４９】
圧縮機110においては、２種類の圧縮を行うことができる。１つ目の圧縮は、主圧縮あるいは、ピストンヘッドとパネル800との間で生じ、力変調ユニットのレバーからの圧縮であることからレバレッジ圧縮と称される「プルスタイル」圧縮である。膨張器120内の高圧ガスボディが、初期段階にある場合、圧縮機110内のガス圧は、他の段階と比べて低い。そのため、レバー300は、より高いレバレッジ比により膨張力を制御する。サイクル過程中、圧縮機110内の圧力が上昇する間に膨張器120内のガス圧は低下する。圧縮機の吸入ガスは、膨張器120内での膨張と同時に生じるため、そのガスは、膨張器と共に膨張力の一部となる。２つ目の圧縮は、レバレッジ圧縮チャンバと反対側の空間を利用するものであるが、以下、直接圧縮として参照する。第１段階シリンダ内の直接圧縮において、大気はわずかに上昇した圧力を有する。大気は、乾燥剤により初期除湿される。大気は、Ｕ字型の金属管であるパイプ872を通じて取り込まれ、上下コンテナ873に流入する。各コンテナ873は、静止状態のバルブボディ875を備える２組のバルブ及び回転バルブ876を閉じさせる。一対の第１段階圧縮機111の一側が、吸入された大気である場合、２つの回転バルブ876は、開口位置に配置され、コンテナ873に向かってバルブボディ875と一直線に並ぶよう配置される。残りの二つの回転バルブ876は、角度90度でオフセットし、接合部877にて出口に接続される。
【００５０】
加圧空気は、最終除湿のためにパイプ879を通じて熱変換機896へと流入する前に、タンク878へと流入する。酸素を液体とし、窒素はガス状のまま保つ温度範囲に到達するよう熱交換機896からクライオジェニック熱交換機897へと気体が流入する。燃料燃焼のために下側タップ897dによって、液化酸素を放電させることができる。窒素を豊富に含む冷気は、上側タップ897dから解放され、圧縮機110の冷却又は空調用の冷却剤として用いられ、最終的には大気中に戻される。第２段階シリンダ112内での直接圧縮において、クライオジェニック膨張器130からの冷ガス流体は、熱交換機895、896、897を通過した後に、パイプライン882及び883を通じて、中間コンテナ873Ｍに流入する。レバレッジ圧縮前であって、ガスの始動中におけるピストンでの直接圧縮及び変換ギア200の剛性接続を通じた熱膨張器120圧力は、圧力が均衡点に達するまでガスボディの圧力を上昇させる。これにより、ガス流体の流れが、出口パイプ883Ｅを通じて、パイプ894にて熱膨張器ガスと合流することが可能となる。そのため膨張後、全てのガス流体は、図８ａに示すパイプ832から図８ｃに示すブロック805を通じて、レバレッジ圧縮のために段階的な圧縮機に再び流入する。レバー300による変調後の膨張器からの圧縮力は、レバレッジ圧縮比が上昇した後に動作力を相関させる。
【００５１】
レバレッジ圧縮のために順次に行われる第１段階及び第２段階圧縮において、パネル800の構成要素を通じて流入するガスの流れを制御するために、図８ｃに示すメインドライブギア864により図８ｃ及び図９に示す４つのギア861を有するボックス860及び図８ａに示す対応シャフト825を駆動させる。メインドライブギア864のためのシャフトは、歯車881により駆動されるドライブギアと同様の第２ギアトレイン870（図１に示す）と同軸上に組み合わさる。歯車881は、タイミングベルトを通じてステップモータ801により更に駆動させることができる。図８ｃに示す管838は、図９に示すブロック805の下側に挿入され、他の管832を通じて、非圧縮ガスをパネル800へと流入させるよう方向付ける。圧縮ガスは、最終段階圧縮機112より流出し、図８ａ及び８ｃに示す２つの管831によりブロック805内で交わり、図８ｃに示す管により膨張ユニットに向けられる。
【００５２】
単一段階の圧縮機を適用する場合、２段階の圧縮機の設計に比べて、圧縮バルブ及びガスの流れの制御において非常に簡易な設計を有する装置となる。受動圧誘因バルブを、図７ｄ及び図７ｅに示す回転バルブと置き換えることで、圧縮機内での部品の動きを全て防止することができる。しかしながら、図７ｃ、図７d、図７eにて示す設計は、特定の装置に２段階の圧縮機を用いる場合、より明確に図示することができる。従って、解決方法に関する詳細は後述しない。
【００５３】
本発明においては、いくつかのエネルギ貯蔵方法がある。最適な選択肢は、エネルギの密度、貯蔵及び安定性を考慮したものである。電解による水素の製造方法は、広く研究されている。水分解により水素を分離させる技術を統合させる設計は、本発明においては詳述しない。本発明に係るエンジンの設計は、熱源からの熱によりエンジン操作に動力を与え、続いて電気を生成する設計を提供する。この熱源が、所望のエネルギよりも多くのエネルギを供給することができる場合、電気を生成するために酸素結合から水素を分離するエンジンを用いることができる。続いて、当該装置は、図９に示すタップ898を解放することにより高圧管内の貯蔵された水素を圧縮し、貯蔵することができる。より多くのエネルギを所望する場合、始めに圧縮水素を解放し、圧縮水素を圧縮エネルギの一部として、膨張器120及びクライオジェニック膨張器130により機械エネルギへと変換させることができる。続いて、非圧縮水素を、パイプ897eを通じて、純酸素と共に燃焼ユニットへと解放させることができ、該燃焼ユニットは、水を最終製品として生成し、本発明に係る装置にて用いることができる。代替的に、当該装置により生成された純酸素は、窒素を含むことなく、炭水化物と共に燃焼させることができる。追加的なユニットは、エンジンにてエネルギを貯蔵するために燃焼を行った後に二酸化炭素を冷却するために用いることができる。
【００５４】
本発明の特定の実施形態を記載したが、これらは例示の目的を意図したものであり、限定を意図したものではない。本開示を理解する当業者により多くの追加的な実施形態が可能となることは明らかである。
【手続補正２】
【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】
少なくとも１つのシリンダ内における作動媒体の熱膨張から熱エネルギを抽出するための少なくとも１つの膨張器と、
膨張後の作動媒体を圧縮するための少なくとも１つの圧縮機と、
前記膨張器を前記圧縮機に接続し、かつ、前記膨張器からの非一定の力を実質的に一定の力に変調させるための力変調ユニットとを備え、
該力変調ユニットが、２つの変換ギアを相互に連結させるレバーを備え、少なくとも１つの膨張器からの非一定の力を実質的に一定の力に変調させるべく、前記変換ギアが膨張及び／又は圧縮のサイクル毎に前記レバーに対して交互に作用する、熱エネルギ抽出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記膨張器と前記圧縮機が、前記力変調ユニットを通じて交互に作用する、装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置であって、前記２つの変換ギアが、それぞれ少なくとも１つの遊星ギアを備える、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、前記レバーが、各遊星ギアの太陽ギア軸及び遊星ギア軸を揺動面内に拘束する、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、前記レバーの支点が前記揺動面により拘束され、その支点がピボット制御のために前記変換ギアの遊星ギア軸間のレバーに沿って自由に摺動可能である、装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の装置であって、前記膨張器からの膨張力が、各変換ギアの前記遊星ギアを通じて前記レバーに作用し、遊星シャフト軸が、前記揺動面により拘束されることで、その太陽ギア周りで回転する際に前記レバーに対して垂直となる、装置。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の装置であって、前記レバーを、正の無限大よりも小さく、負の無限大よりも大きな範囲における動的レバレッジ制御を通じて、ガス膨張力又はガス圧縮力を変調するために備え付ける、装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項に記載の装置であって、前記レバーの支点がステップモータにより動的に制御される、装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置であって、熱膨張から生じる第１変換ギアのエネルギレベルが、各サイクル中に一定の余剰出力を放出しながら、前記レバーの動的レバレッジ制御を用いる第２変換ギアのエネルギレベルにより相殺される、装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置であって、熱膨張圧力の不足分が、外付けの熱源からの熱放射により補填される、装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置であって、圧縮エントロピが、圧縮されていない低温の作動媒体に対する熱放射により低減可能である、装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置であって、少なくとも１つのクライオジェニック膨張器を更に備える、装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置であって、前記クライオジェニック膨張器を、熱膨張の終了と前記圧縮機による作動媒体の始動との間に温度を冷却させるために用いる、装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置であって、前記クライオジェニック膨張器により押し出された作動媒体を前記圧縮機により再圧縮する、装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置であって、前記クライオジェニック膨張器により押し出された作動媒体が、前記膨張器により作動媒体を始動させる前に、高圧作動媒体の温度を制御するために用いられる、装置。
【請求項１６】
請求項３〜１５のいずれか一項に記載の装置であって、作動媒体の膨張により、前記膨張器の一側に生じるピストン変位が、前記力変調ユニットにおける各変換ギアの遊星ギアにより回転運動に変換される、装置。
【請求項１７】
請求項４〜１６のいずれか一項に記載の装置であって、前記レバーが、その支点を通じて、圧縮力、膨張後の作動媒体の押出力及びサイクルのための一定のネット出力に打ち克つために反転レバレッジ動作力を伝達する、装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置であって、各変換ギアの回転動作から生じるトルク力を結合するためのトルク結合機構を更に備える、装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、前記トルク結合機構が、前記変換ギアにおける２つの遊星ギアから生じるトルク力を選択的に収集するための２つの遊星ギアを備える、装置。
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載の装置であって、前記トルク結合機構から収集した２つのトルク力を一方向のトルク出力へと結合させるための差動ユニットを更に備える、装置。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の装置であって、出力比を変更させるための無段変速ユニットを更に備える、装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置であって、前記無段変速ユニットが、一平面内で互いに垂直な第１軸及び第２軸を備え、前記第１軸が、その軸周りで回転する入力側のマスター摩擦ホイール及びスレーブ摩擦ホイールを有し、これら摩擦ホイールの回転を、第２軸周りを回転しつつ該マスターホイール及びスレーブホイールを挟圧する一対の摩擦ホイールによって生じさせて、前記マスターホイール及びスレーブホイールの等速度又は可変速度での回転を可能とする、装置。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の装置であって、前記膨張器及び前記クライオジェニック膨張器の作動媒体の流れを制御するためのギアトレイン制御バルブアセンブリを更に備える、装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置であって、前記圧縮機の作動媒体の入力を制御するための第２のギアトレイン制御バルブアセンブリを更に備える、装置。
【請求項２５】
請求項２３又は２４に記載の装置であって、前記ギアトレイン制御バルブアセンブリがステップモータにより制御される、装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2017520711.tif 000021
【図２】
2017520711.tif 000022
【図２ｂ】
2017520711.tif 000023
【図２ｃ】
2017520711.tif 000024
【図３】
2017520711.tif 000025
【図４】
2017520711.tif 000026
【図５ａ】
2017520711.tif 000027
【図５ｂ】
2017520711.tif 000028
【図６】
2017520711.tif 000029
【図７】
2017520711.tif 000030
【図７ａ】
2017520711.tif 000031
【図７ｂ】
2017520711.tif 000032
【図７ｃ】
2017520711.tif 000033
【図７ｄ】
2017520711.tif 000034
【図７ｅ】
2017520711.tif 000035
【図７ｆ】
2017520711.tif 000036
【図７ｇ】
2017520711.tif 000037
【図８ａ】
2017520711.tif 000038
【図８ｂ】
2017520711.tif 000039
【図８ｃ】
2017520711.tif 000040
【図９】
2017520711.tif 000041
【図１０】
2017520711.tif 000042
【国際調査報告】
2017520711.tif 000043
2017520711.tif 000044
2017520711.tif 000045