(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転外輪、中間軸及び直接駆動動力コアを含み、前記回転外輪、直接駆動動力コアは中間軸に同軸に設けられ、回転外輪は中間軸と直接駆動動力コアに対して回転し、前記中間軸にメイン入気口とメイン排気口が設けられ、直接駆動動力コアに入気流路、排気流路が設けられ、回転外輪の内周面には複数の駆動溝が設けられ、圧縮ガスは中間軸のメイン入気口から入り、直接駆動動力コアの入気流路から噴出し、外輪の駆動面上に作用し、回転外輪を押す推力を発生し、最後に直接駆動動力コアの排気流路を通して圧縮ガスがメイン排気口に戻り、速度とトルクが連続的に出力され、
前記直接駆動動力コアの入気流路の方向は、中央から外側へ延びる対数螺旋線であり、
前記駆動溝は輪郭底面と駆動面を有し、前記輪郭底面の輪郭線は対数螺旋線であり、前記輪郭底面の輪郭線は前記直接駆動動力コアの入気流路の走向の延長線である、ことを特徴とする気圧エンジン。
【請求項２】
前記回転外輪は側板を介して中間軸に結合され、且つ密閉空間を形成し、密閉空間の内部に直接駆動動力コアが段階的に設けられ、多段動力出力装置を形成することができることを特徴とする請求項１に記載の気圧エンジン。
【請求項３】
前記対数螺旋線の極点は中間軸の軸線に設けられ、対数螺旋線の走向角は２−１５°であることを特徴とする請求項１に記載の気圧エンジン。
【請求項４】
前記直接駆動動力コアに１本以上の入気流路及び対応する排気流路が設けられることを特徴とする請求項１に記載の気圧エンジン。
【請求項５】
前記回転外輪の内周面において、極点が中間軸の軸線に設けられている駆動溝が２つ以上設けられることを特徴とする請求項１に記載の気圧エンジン。
【請求項６】
前記中間軸は、少なくとも１つのメイン入気口と１つのメイン排気口を有し、また少なくとも１つの段階的入気口と１つの段階的排気口を有し、
段階的入気口と直接駆動動力コアの入気流路が連通し、段階的排気口と直接駆動動力コアの排気流路が連通し、
圧縮ガスは中間軸のメイン入気口を通して前記段階的入気口に入り、圧縮ガスは最後に直接駆動動力コアの排気流路を通して前記段階的排気口に入ってからメイン排気口に戻る、ことを特徴とする請求項１に記載の気圧エンジン。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の気圧エンジンを含むことを特徴とする気圧エンジン組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンに関し、主に気圧エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
大気汚染は世界的な環境問題となっており、世界中の主要都市では、自動車の排ガスが大気汚染の主な原因となっているため、新エネルギー自動車が継続的に探索されている。電力、水素エネルギー、太陽エネルギー、風力、原子力、バイオマスエネルギー、ガスエネルギーなど、無限の知恵が湧いてくるが、そのうち空力車が最も注目されている。
【０００３】
空力車は、気圧エンジンにより、圧力エネルギーを機械的エネルギーに変換して、車両を前進させるように駆動する。初期の気圧エンジンは、蒸気エンジンのような構造を用い、体積がかさばり、作業効率が低く、実際の使用上の要件を満たすことができない。現在は、構造がコンパクトであり、効率的で信頼できる小型気圧エンジンの開発を研究方向とする。現在の世界中に、中国に加えて、米国、英国、フランスなどの国家は気圧エンジン及び気動車の研究を行っているが、試験、即ち試作段階にあるものが多く、商業上に大規模に使用されていない。
【０００４】
アメリカ合衆国エネルギー省の援助の下で、米国のワシントン大学は１９９７年に液体窒素を動力とする空力プロトタイプカーを開発した。それが使用した空気エンジンは、古い直列５気筒エンジンを改良したものである。米国の州立のノーステキサス大学は州現金技術プロジェクト基金の支援の下で、液体窒素動力車について研究し、液体窒素が熱交換器を介して得た高圧の窒素ガスを、ベーン式空気モータに供給し、機械的仕事に変換して車両を走行させるように駆動する。タンクに４８ガロン（約１８２Ｌ）の液体窒素が満ちる場合は、２０ｋｍｐｈの時速で１５ｋｍ走行し、非効率的である。
【０００５】
英国ロンドンのウェストミンスター大学のＣ．Ｊ．Ｍａｒｑｕａｎｄ教授は、試験型の２段偏心ベーン式空気エンジンを設計し、該空気エンジンは重量が５０ＫＧであり、動作圧力が４．５ＭＰａであり、２段にそれぞれ１２個のベーンが設けられた偏心ベーンローターを用いるものであり、該空気エンジンにはヒートパイプ式熱交換システムが利用され、高圧の圧縮空気がエンジンに入る前に、周囲の空気からの熱を吸収するために、長いチューブ型のアルミ製熱交換器で部分的に膨張される必要があり、結局的に、非効率性は依然として当該エンジンの問題である。
【０００６】
１９９１年、フランス人のエンジニアＧｕｒｙ  Ｎｅｇｒｅは圧縮空気エンジンの特許を取得したが、その動作原理は、車内に蓄えられた高圧の圧縮空気を用いてエンジンシリンダー内のピストン運動を駆動して車が前進するように駆動することであり、これは本当の空力車に最も近いものである。Ｇｕｒｙ  Ｎｅｇｒｅのリーダーシップの下で、フランスのＭＤＩ会社が空気自動車の研究を目的として設立され、その研究成果がインドのＴＡＴＡ集団のＡＩＲＰＯＤ空力車に適用され、車の長さは２．１３メートルであり、車の重量は２７５キログラムであり、最大乗客数は３人であり、最高時速は７０キロメートルである。車には３０ＭＰａの圧縮空気を入れることができるタンクが内蔵され、容量が１７５リットルであり、１回の十分な空気入れで、最大の走行距離は２００キロメートル程度である。
【０００７】
中国国内では、空力車についての研究が遅れ、製品試験段階に入るものも少なく、中国中央テレビ（ＣＣＴＶ）は２０１５年５月に祥天空力車について報道した。その動作原理から見れば、祥天空力バスのパワートランスミッションは、「圧縮空気−エンジン−発電機−電動機」という一連の流れを経て、それはヨーロッパのＭＤＩ（フランス人のエンジニアＧｕｒｙ  Ｎｅｇｒｅによって設立された）の空力車よりも複雑であるため、その過程でより多くのエネルギーが失われる。このため、空力車の鍵は、空気（ガス）エンジンの効率にかかっている。
【０００８】
ほとんどの空気エンジンは、既存のピストンエンジン又はベーンポンプに基づいて用いられ、且つ熱交換器によって受熱してエネルギー変換を実現し、動力の出力を実現し、構造が複雑であるだけでなく、非効率的であるため、航続上の要件が満足しにくい。
【０００９】
中国文献ＣＮ２０１４１０１６７４６９．４は、インペラ室とインペラとを含む可変圧力ジェットエアエンジンを開示し、インペラ室には、圧縮ガスを吹き込むための吹込み孔と圧縮ガスを噴出するための排気孔とが設けられ、インペラは回転軸を介してインペラ室内に設けられ、インペラは回転周面に沿って等分して設けられたインペラ歯部を含み、インペラの回転周面とインペラ室の内面とエアギャップで結合し、インペラ室の内面にはさらに可変圧力ジェット溝が設けられ、インペラの回転方向に沿って可変圧力ジェット溝と隣接する吹込み孔との間の距離が１つの歯部のピッチよりも大きく、あるインペラ歯部の歯端部が可変圧力ジェット溝の位置に回転した時、当該インペラ歯部の前後にある２つの作業室が、前記可変圧力ジェット溝を介して連通する。可変圧力ジェット溝を設けることにより、吹込み孔から吹き込まれたガスは排気孔から噴出される前に再作業することができる。該文献の目的は、エンジンのエネルギー効率と動力を向上させることであるが、該構造はベーンポンプに似ており、非効率的である。また、該可変圧力ジェット溝の設置により、該エアエンジンは回転数が低く、甚だしくは回転できないようになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来技術の欠点を考慮して、圧縮ガスが直接駆動動力コアを介して回転外輪の駆動溝を駆動し、回転外輪を押す推力を発生し、動力の出力を実現する気圧エンジンを提供し、簡単な構造、高い伝達効率、強い航続力、省エネルギー及び環境保護などの利点を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
気圧エンジンであって、回転外輪、中間軸及び直接駆動動力コアを含み、前記回転外輪、直接駆動動力コアは中間軸に同軸に設けられ、回転外輪は中間軸と直接駆動動力コアに対して回転し、前記中間軸にメイン入気口とメイン排気口が設けられ、直接駆動動力コアに入気流路、排気流路が設けられ、回転外輪の内周面には複数の駆動溝が設けられ、圧縮ガスは中間軸のメイン入気口から入り、直接駆動動力コアの入気流路から噴出し、外輪の駆動面上に作用し、回転外輪を押す推力を発生し、最後に直接駆動動力コアの排気流路を通して圧縮ガスがメイン排気口に戻り、速度とトルクが連続的に出力される。
【００１２】
さらに、前記回転外輪は側板を介して中間軸に結合され、且つ密閉空間を形成し、密閉空間に直接駆動動力コアが段階的に配置され、多段動力出力装置を形成することができる。
【００１３】
さらに、前記直接駆動動力コアの入気流路の走向は、中央から外側へ延びる螺旋線である。
【００１４】
さらに、前記直接駆動動力コアの入気流路の走向は、中央から外側へ延びる対数螺旋線であり、該対数螺旋線の極点は中間軸の軸線に配置され、対数螺旋線の走向角は２−１５°である。
【００１５】
さらに、前記直接駆動動力コアに１本以上の入気流路及び対応する排気流路が設けられる。
【００１６】
さらに、前記回転外輪の内周面において、輪郭線が対数螺旋線であり、且つ極点が中間軸の軸線に設けられている輪郭底面と駆動面を有する駆動溝が２つ以上設けられる。
【００１７】
さらに、前記中間軸は、少なくとも１つのメイン入気口と１つのメイン排気口を有し、また少なくとも１つの段階的入気口と１つの段階的排気口を有する。
【００１８】
さらに、段階的入気口と直接駆動動力コアの入気流路が連通し、段階的排気口と直接駆動動力コアの排気流路が連通する。
【００１９】
さらに、気圧エンジン組立体は上記の気圧エンジンを含む。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の気圧エンジンは、構造が簡単であり、伝達効率が高く、航続力が強い。乗物、発電機器及び動力出力装置を必要とする各分野で幅広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の気圧エンジンの構造図である。
【図２】本発明の直接駆動動力コアＡ-Ａ断面図である。
【図３】本発明の直接駆動動力コアＢ-Ｂ断面図である。
【図４】本発明の多段直接駆動動力コアの概略図である。
【図５】エンジン組立体の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明についてさらに説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１−図３に示すように、気圧エンジンであって、回転外輪１、中間軸２及び直接駆動動力コア３を含み、回転外輪１、直接駆動動力コア３は中間軸２に同軸に設けられ、回転外輪１は中間軸２と直接駆動動力コア３に対して回転し、中間軸２と直接駆動動力コア３は固定されている。前記中間軸２にメイン入気口２１とメイン排気口２２が設けられ、直接駆動動力コア３に入気流路３１、排気流路３２が設けられ、回転外輪１の内周面には複数の駆動溝１１が設けられ、圧縮ガスは中間軸のメイン入気口２１から入り、直接駆動動力コア３の螺旋状入気流路３１から噴出され、回転外輪１の駆動面ａ上に作用し、回転外輪１を押す推力を発生し、最後に直接駆動動力コア３の排気流路３２を通して圧縮ガスがメイン排気口２２に戻り、速度とトルクが連続的に出力される。
【００２４】
回転外輪１は、左右バッフル４、５を介して中間軸２に結合され、左右サポートバッフルは、本発明の回転外輪１と結合する側板であり、且つ密閉空間を形成し、密閉空間に直接駆動動力コア３が段階的に配置され、多段動力出力装置を形成することができる。
【００２５】
直接駆動動力コア３の入気流路３１の中心から外側に延びる走向は対数螺旋線であり、前記対数螺旋線の極点は中間軸２の中心軸線上に配置され、対数螺旋線の圧力角が一定である特性のため、噴射プロセスでの圧縮ガスの損失を最小化させ、また圧縮ガスが駆動溝１１に同じ時間と推力で作用し、円滑に伝動することを確保することができる。対数螺旋線の走向角は、圧縮ガスの噴射角度を決定し、その大きさは、回転外輪１の駆動速度及び回転モーメントに影響を与える。走向角が大きすぎると、回転外輪１の接線方向における駆動力の分力が小さくなり、甚だしくは回転できない現象もあり、走向角が小さすぎると、外輪の駆動面ａの力を受ける面積が小さすぎ、回転駆動力も小さい。従って、対数螺旋線の走向角は２−１５°であることが好ましい。また、対数螺旋線の走向角は、直接駆動動力コア３の噴射口３３により同時に作用される駆動溝１１の数を決定し、１つの噴射口３３は２つの駆動溝を同時に駆動してもよく、３つを駆動してもよく、必要に応じて設計することができる。
【００２６】
回転外輪１の内周面において、輪郭線が対数螺旋線であり、且つ極点が中間軸２の軸線に設けられている輪郭底面ｂと駆動面ａを有する駆動溝１１が２つ以上設けられる。輪郭底面ｂの輪郭線も対数螺旋線である直接駆動動力コア３の入気流路３１の走向の延長線であってもよい。回転外輪１の駆動溝１１の力受けが一致し且つ力受けの方向が駆動面ａに向いていることを確保し、回転外輪１の円滑な回転を確保する。
【００２７】
直接駆動動力コア３には、回転外輪１の内周面に設けられた駆動溝１１の数と一致する1本以上の入気流路及び対応する排気流路が設けられ、２本、３本、又は４本、又はより多数の入気流路を有してもよく、排気流路はそれに対応的に設けられる。主に、圧縮ガスにより駆動される回転外輪１の回転の連続性と円滑性、且つ回転速度等のパラメータとの対応マッチングすることにより、より高い回転速度とトルクを得て、且つ連続的で円滑に出力することができると考えられるためである。
【００２８】
中間軸上の入気口は、少なくとも１つのメイン入気口と少なくとも１つの段階的入気口を有し、排気口は、１つのメイン排気口と少なくとも１つの段階的排気口を有する。
【００２９】
前記中間軸は、少なくとも１つのメイン入気口と１つのメイン排気口を有し、また少なくとも１つの段階的入気口と１つの段階的排気口を有する。段階的入気口と直接駆動動力コアの入気流路が連通し、段階的排気口と直接駆動動力コアの排気流路が連通する。気圧エンジンの圧縮ガスは、中間軸２のメイン入気口を通して段階的入気口に入り、入気流路を通して回転外輪を駆動した後、小さい圧力で段階的排気口に入り、最後に中間軸２のメイン入気口から排出される。
【００３０】
気圧エンジン組立体は上記の気圧エンジンを含む。
【実施例２】
【００３１】
図２−図４に示すように、気圧エンジンであって、回転外輪１、中間軸２、１段直接駆動動力コア３、２段直接駆動動力コア７及び左右サポートバッフル４、５を含み、前記回転外輪１、１段直接駆動動力コア３、２段直接駆動動力コア７及び左右サポートバッフル４、５は中間軸２に同軸に設けられ、左右サポートバッフルは、本発明の回転外輪とバッフルする側板であり、前記回転外輪１は左右サポートバッフル４、５と一体に連結され、軸受６を介して中間軸２に結合して連結され、仕切り板８を介して区切られて２段の密閉空間が形成され、前記中間軸２にメイン入気口２１とメイン排気口２２が設けられ、１段直接駆動動力コア３及び２段直接駆動動力コア７に入気流路３１と７１、排気流路３２と７２が設けられ、回転外輪１の内周面には複数の駆動溝１１が設けられ、圧縮ガスは、中間軸２のメイン入気口２１から入り、そして１段入気口を通して１段直接駆動動力コア３の入気流路３１に流れ、ガスは外輪の駆動面ａ上に作用し、そして１段直接駆動動力コア３の排気流路３２を通して２段直接駆動動力コア７の入気流路７１に入り、このとき、気圧は９５％まで低下して外輪の駆動溝１１の表面に再作用し、回転外輪１を押す推力を発生し、最後に圧縮ガスは直接駆動動力コア７の排気流路７２を通してメイン排気口２２に戻り、速度とトルクが連続的に出力される。
【００３２】
負荷上の要件に応じてエンジンを設計してもよく、直接駆動動力コア３を２段、３段、又は多段に段階的に設置してもよく、作動圧力は１段当たり５％下がり、すなわち前の段階の９５％の圧力が次の段階に入って仕事をし、エネルギーを十分に活用し、使用効率を最大限に向上させ、これによって出力トルクと回転数上の要件を満たす。
【００３３】
図５に示すように、気圧エンジン組立体は、１つ又は複数の気圧エンジン１００によってフライホイール１０１を駆動することができ、入気圧力及び流量の調節と合わせて、出力トルク及び速度の変化を達成し、様々な道路状況の要件を満たす。
【実施例３】
【００３４】
アウディ２．５ＬＶ６と一致するプロトタイプを設計する。
１．主なパラメータは以下のとおりである。
ａ）ソースガス：２００Ｌの液体窒素、
ｂ）気圧エンジンの駆動溝の直径：Φ１０８ｍｍ、回転外輪ギアの直径Φ１３６ｍｍ、
ｃ）気圧エンジンの数：３つ、
ｄ）回転外輪駆動溝の断面寸法：１段目２０ｍｍ×８ｍｍ（長さ×高さ）、２段目２０ｍｍ×８ｍｍ（長さ×高さ）、３段目１６ｍｍ×８ｍｍ（長さ×高さ）、４段目１２ｍｍ×８ｍｍ（長さ×高さ）、
ｅ）フライホイールの直径：Φ２４４．８ｍｍ、
ｆ）単一の気圧エンジンの質量：９ｋｇ、そのうち回転外輪の質量：８ｋｇ、
ｇ）フライホイールの質量：２０ｋｇ、
ｈ）気圧エンジン組立体の質量：７０Ｋｇ（３つの気圧エンジン、フライホイール及びベースなど、アタッチメントを含む）。
２、トルク
（１）気圧エンジン（気圧が０．６ＭＰａである場合は、回転速度３０００ｒ／ｍｉｎ）の２つの駆動溝が力を受ける。
単一の気圧エンジンの１段目のガス衝撃トルク      Ｎガス１＝１０．４Ｎ・ｍ、
単一の気圧エンジンの２段目のガス衝撃トルク      Ｎガス２＝９．８Ｎ・ｍ、
単一の気圧エンジンの３段目のガス衝撃トルク      Ｎガス３＝７．５Ｎ・ｍ、
単一の気圧エンジンの４段目のガス衝撃トルク      Ｎガス４＝５．３Ｎ・ｍ、
単一の気圧エンジンの外輪の慣性モーメント        Ｎ慣性＝１１．７Ｎ・ｍ、
単一の気圧エンジンのトルク                      Ｎ＝３３＋１１．７＝４４．７Ｎ・ｍ。
（２）フライホイール（フライホイールの回転速度ｎ＝１６６６ｒ／ｍｉｎ）
フライホイールの気圧エンジンによって駆動されたトルク      Ｎフライホイール＝４４．７＊１．８＊３＝２４１．３Ｎ・ｍ、
フライホイールの慣性モーメント      Ｎ慣性＝１８．２Ｎ・ｍ。
（３）エンジン組立体の出力総トルク
エンジンの出力総トルク              Ｎ出力＝２４１．３＋１８．２＝２５９．５Ｎ・ｍ。
そのトルクはアウディＡ６Ｌ２．５Ｖ６エンジン２５０Ｎ・ｍと一致する。
【００３５】
本実施例は、ソースガスとして２００Ｌの液体窒素を使用し、液体窒素の膨張係数は８００（０℃、１大気圧）であり、４ボトルの圧力２０ＭＰａ、容積２００Ｌの圧縮窒素、すなわち３４ボトルの１２ＭＰａ、容積４０Ｌのプロトタイプのソースガスに相当する。ソースガスが０．６ＭＰａで動作する場合は、約４０８分間、すなわち６．８時間連続して使用することができる。８０ＫＭ／ｈの時速で計算すると、走行距離は約５４４ＫＭに達することができ、それから算出した走行距離は既存の研究よりはるかに大きい。液体窒素の価格は１元／ｋｇであり、２００Ｌ満たすと約１６０Ｋｇであり、価格は約１６０元で、１キロメートルあたり約０．３元に相当する。ソースガスとして液体空気を使用すれば、コストをさらに削減することができる。
【００３６】
本発明の気圧エンジンは、元のピストンエンジン又はベーンポンプに基づいて改修して利用する方法を完全に変更し、新規なエンジン原理を発明する。それは構造が簡単であるだけでなく、さらに高い効率及び強い航続力などの利点を有する。環境にやさしく、温室効果を減らし、ＰＭ２．５を低減し、また、多くの補助的に利用されてもよく、経済的利益及び社会的利益が著しい。自動車、オートバイ、自転車などの乗物、発電機器及び動力出力装置を必要とする各分野で幅広く利用できる。
【００３７】
以上の説明は、本発明の技術的内容の実施例に過ぎず、当業者が本発明を用いて行ったあらゆる変形や変更はいずれも本発明の特許請求の範囲に属し、実施例に開示されたものに限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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