JP2002227608A

JP2002227608A - 水蒸気エンジン、動力システムおよびこれにより駆動される車輌

Info

Publication number: JP2002227608A
Application number: JP2001065733A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hatanaka; 武史畑中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】【目的】小型高性能、簡単構造、低コストの水蒸気エ
ンジン、動力システムおよび車輌を提供することを目的
とする。【構成】水蒸気エンジン１０，１０‘が加圧水供給手
段２６、２０２と、加圧水から高圧蒸気を発生するアー
クプラズマ反応装置２０、２０’と、高圧蒸気を膨張さ
せて動力を発生するフライホイールからなる膨張タービ
ン２２、２２‘とを備え、動力システム１２、１２’が
水蒸気エンジン１０、１０‘と、発電機３０、ＧＥと、
整流器３２と、バッテリ３４と、プラズマ電源４２とを
備え、車輌が動力システムに接続された推進装置４０、
５８により推進されるようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は水素エンジン、水素動
力システムおよびこれにより駆動される車輌に関し、と
くに、水素酸素を燃料とする水蒸気エンジン、動力シス
テムおよびこれにより駆動される車輌に関する。

【０００２】

【従来技術】近い将来の石油資源の枯渇化、自動車、工
場および発電プラント等における有害排ガスによる大気
汚染ならびに炭酸ガス排出による地球温暖化防止の有効
な手段として、近年、水素エネルギーが新エネルギーと
して注目され、水素エンジンおよびこれを利用した動力
システムが提案されている。

【０００３】米国特許第５，１７７，９５２号には水素
エンジンを利用した動力システムが提案されている。こ
のシステムにおいて、電解装置により水を分解して水素
酸素を生成しているが、電解装置において電極表面上に
多量の水素酸素の気泡が付着して電極表面と水との接触
が著しく劣化して、水素酸素の生成効率が極めて低い。
この電解装置において、静止状態の水に浸漬された電極
表面から気泡を剥離させることが極めて困難であり、し
たがって、水素生成効率が低く、しかも、電力消費が大
きいために、動力システムの実用化が困難であった。

【０００４】米国特許第５，１４３、０２５号および同
第５、１９６、１０４号には水素酸素を燃料とする密閉
サイクル動力システムが提案されている。このシステム
において、エンジンの吸気側と排気側との間に多数の電
極板を備えた電解装置は配置されている。この電解装置
は前述の欠点を有し、オンデマーンドで必要量の水素酸
素を高速で生成することができないため、実用化が困難
となっていた。

【０００５】米国特許第５、６５９０、９０２号には鉄
触媒を充填したリアクタベッドにアルカリ水溶液を接触
させて水素を発生し、これにより熱機関を駆動して自動
車を推進させるようにした密閉サイクルエンジンシステ
ムが提案されている。このシステムにおいて、アルカリ
水溶液を鉄触媒に接触させると、鉄は酸化してすぐ不動
態化するため、水分解反応が反応開始してから短時間に
停止する。このため、不動態化した鉄触媒の表面を研磨
装置を用いて研磨しているが、この場合、電解装置が複
雑となるだけでなく、水素生成効率を改善することが困
難であるため、実用化が困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の水素エンジン、
動力システムおよび車輌では大型で低効率の電解装置お
よびリアクタベッドを必要とし、さらには水素酸素を燃
焼させるための大型で高コストの触媒反応装置またはコ
ンバスタを必要とするため、エンジンや動力システムの
部品点数が増加して構造が大型化し、製造コストも高く
なるため、分散型発電機や自動車、トラック、バス、船
舶や航空機などの車輌の動力システムとして実用化する
ことが困難であった。

【０００７】本発明は部品点数が少なく、小型高性能
で、高効率、コンパクト、低コストの水蒸気エンジン、
動力システムおよびこれにより駆動される車輌を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【問題を解決するための手段】本願第一発明によれば、
水蒸気エンジンが第一ゾーンおよび第二ゾーンを有する
エンジンハウジングと；第一ゾーンに接続されて加圧水
を供給する加圧水供給手段と；第一ゾーンに配置されて
加圧水供給手段と連通し、移動中の加圧水とアークプラ
ズマとを接触させて高温高圧水蒸気を発生させるアーク
プラズマ反応装置と；アークプラズマ反応装置から第二
ゾーンに延びているジェット通路と；第二ゾーンに配置
されていてジェット通路と連通するジェットノズルと；
第二ゾーンに収納されていてジェットノズルに連通して
高温高圧水蒸気を膨張させて動力を発生する膨張手段
と；を備えることにより達成される。

【０００９】本願第二発明によれば、水蒸気エンジンが
第一、第二および第三ゾーンを有するエンジンハウジン
グと；第二ゾーンに収納されて加圧水を供給する加圧ポ
ンプと；第一ゾーンに収納されていて加圧ポンプと連通
し、移動中の加圧水とアークプラズマとを接触させて水
蒸気爆発による高温高圧水蒸気を発生させるアークプラ
ズマ反応装置と；アークプラズマ反応装置から第三ゾー
ンに延びるジェット通路と；第三ゾーンに配置されてジ
ェット通路に連通するジェットノズルと；第三ゾーンに
収納されていて加圧ポンプに連結され、ジェットノズル
に連通する膨張タービンと；を備えることにより達成さ
れる。

【００１０】本願第三発明によれば、動力システムが加
圧水を供給する加圧水供給手段と；エンジンハウジング
と；加圧水供給手段に連通する加圧水供給ノズルを備え
ていてアークプラズマと移動中の加圧水とを接触させる
ことにより高温高圧水蒸気を発生させるアークプラズマ
反応装置と；エンジンハウジング内に収納されて高温高
圧水蒸気を膨張させて動力を発生させるフライホイール
膨張手段と；フライホイール膨張手段により駆動されて
交流出力を発生する交流発電機と；交流出力を直流出力
に変換する整流器と；整流器に接続されて直流出力を充
電するバッテリと；バッテリに接続されてプラズマ発生
電力をアークプラズマ反応装置に供給するプラズマ電源
と；を備えることにより達成される。

【００１１】本願第四発明によれば、車輌が車輌本体
と；車輌本体に搭載された動力システムと；動力システ
ムにより駆動される推進装置と；を備え、動力システム
がエンジンハウジングと、加圧水を供給する加圧水供給
手段と、加圧水とアークプラズマとを接触させて高温高
圧水蒸気を発生させるアークプラズマ反応装置と、エン
ジンハウジング内に回転可能に収納されて高温高圧水蒸
気を膨張させるフライホイールタービンと、フライホイ
ールタービンに連結されて交流出力を発生する発電機
と、交流出力を直流出力に変換する整流器と、直流出力
を充電するバッテリと、バッテリに接続されてプラズマ
発生電力をアークプラズマ反応装置に供給するプラズマ
電源とを備えることにより達成される。

【００１２】

【作用】本発明の水蒸気エンジン、動力システムおよび
これにより駆動される車輌において、アークプラズマ反
応装置内に加圧水恭給水手段から加圧水を供給しながら
アークプラズマと接触させて高温高圧水蒸気を直接発生
させ、これを動力ガスとして膨張手段に供給して動力を
発生させることにより、部品点数を少なくして、小型高
性能化、高効率化、コンパクト化、低コスト化を図るよ
うにしたものである。

【００１３】

【実施例】本発明の望ましい実施例の水蒸気エンジン１
０を組み込んだ動力システム１２を搭載したハイブリッ
ド車輌１４のブロック図が図１に示される。水蒸気エン
ジン１０は加圧水を導入するための一方向弁からなる逆
流防止手段１８と、高圧水蒸気を発生するためのアーク
プラズマ反応装置２０と、蒸気加減弁２１と、高圧水蒸
気１９を膨張させて動力を発生させる膨張タービン２２
からなる膨張手段とを備える。膨張手段はタービンの他
にレシプロエンジン、ワンケルエンジンまたは公知のロ
ータリエンジンから構成しても良い。給水ポンプ２６は
給水タンク２４から水を燃料として加圧下で逆流防止手
段１８を介してアークプラズマ発生装置２０に供給す
る。給水タンク２４の加圧水には望ましくは少量のＮａ
ＯＨ、ＫＯＨ等のアルカリ剤が添加されて導電性が付与
される。

【００１４】膨張タービン２２の出力軸２３には交流発
電機３０が連結されて、交流出力が発生される。交流出
力は整流器３２で直流変換され、バッテリ３４に充電さ
れる。整流器３２とバッテリ３４との接続部にはパワー
コンバータ３６を介してモータ／発電機３８が接続され
る。パワーコンバータ３６は公知のインバータ／コンバ
ータからなるもので整流器３２またはバッテリ３４の直
流出力を交流出力に変換してモータ／発電機３８を駆動
して推進装置４０を駆動する。車輌１４の減速時にはモ
ータ／発電機で発生したブレーキ回生電力はパーワーコ
ンバータ３６で直流変換されてバッテリ３４に充電され
る。なお、車輌１４の加速時にはモータ／発電機３８に
整流器３２とバッテリ３４の双方の電力が供給され、パ
ーワーアップされる。バッテリ３４にはプラズマ電源４
２が接続され、直流出力を交流出力に変換してプラズマ
発生電力をアークプラズマ反応装置２０に供給する。プ
ラズマ電源４２はコンデンサおよび切換回路からなる公
知の昇圧回路、インバータならびに変圧器からなり、出
力電圧５０〜２４０Ｖ，出力周波数１５〜６０Ｈｚの三
相交流出力をアークプラズマ反応装置２０に供給する。

【００１５】膨張タービン２２には温度センサ４６、圧
力センサ４８および回転センサ５０が取り付けられ、こ
れらの検出信号が制御装置５２に供給される。制御装置
５２は公知のマイクロコンピュータおよびメモリを備え
ていて、温度、圧力および出力軸の回転数に関する検出
信号をメモリに記憶された基準データと比較して制御信
号を出力し、これらにより給水ポンプ２６、蒸気加減弁
２１を制御することにより出力回転数を定速制御する。
膨張タービン２２の出力軸２３はデファレンシャルギア
５６を介して推進装置を構成する後輪５８を駆動する。

【００１６】図２〜図５は水蒸気エンジン１０の具体的
構造を示す。図２〜図４において、エンジン１０は外筒
６０と、内筒６１と、これらの両端に固定支持されたエ
ンドプレート６２、６４からなるエンドハウジング６６
を備える。エンジンハウジング６６は同心的に配置され
た第一、第二ゾーン６８、７０を備え、これらはそれぞ
れアークプラズマ反応装置２０と、フライホイール７２
からなる膨張タービン２２を収納する。

【００１７】図２および図３より明らかなように、アー
クプラズマ反応装置２０は第一ゾーン６８内に収納され
た耐熱性セラミックからなる絶縁部材７６を備える。絶
縁部材７６はエンジンハウジング６６内に固定支持され
ていて、その中にプラズマリアクタ７８と、加圧水供給
室８０と、円弧状水蒸気爆発室８１とを備える。プラズ
マリアクタ７８は円弧状アークプラズマ反応室８２と、
等間隔で配置された三相交流プラズマ電極８４、８６、
８８と、プラズマ電極に隣接して配置された微小アーク
プラズマ発生手段とを備える。微小アークプラズマ発生
手段はプラズマ電極８４、８６、８８と接触するように
充填された直径３ｍｍ〜２０ｍｍの球状電極体９０と、
これと略同一直径の耐熱性セラミックからなる球状絶縁
体９２との混合物からなる。球状電極体９０はタングス
テン、炭化ハフニウム、窒化ハフニウム等の高融点金属
から選択される。微小アークプラズマ発生手段はプラズ
マ電極の短絡を起こすことなくスパークを発生させるた
めのアークギャップを小さくし、プラズマリアクタ７８
内の広い領域に亙って多量のアークプラズマを均一に発
生させて加圧水とアークプラズマとの接触効率を飛躍的
に増大させ、単位時間当たりの高温高圧水蒸気の発生量
を増大させるようにしたものである。球状電極体９０と
球状絶縁体９２との混合比は望ましくは１：１．５〜
１．５：１の範囲に定められる。球状体９０、９２の間
には多数の微小通路９４が形成されるとともに、プラズ
マ電極８４，８６、８８が通電された時に、微小通路９
４内にそれぞれ微小アークプラズマが均一に発生する。
この結果、加圧水は多数の微小通路９４に分割されて同
時に多量の微小アークプラズマと接触可能となり、アー
クとの接触効率が飛躍的に高まる。しかしながら、微小
通路９４を通過する間に水素酸素はアークプラズマの高
熱によって再結合されて高温水蒸気となり、この高温水
蒸気は他の加圧水の微小分流と接触してこれらを蒸発さ
せる。このように、加圧水はアークプラズマ反応室８２
を上流から下流にかけて通過する間に爆発的に高温高圧
水蒸気に変換される。プラズマリアクタ７８はさらにプ
ラズマ電極８４、８６、８８の端部から間隔をおいてア
ークプラズマ反応室８２の底部に配置された円弧状ニュ
ートラル電極１０２を備える。プラズマ電極８４、８
６、８８は端子８４ａ、８６ａ、８８ａを介してプラズ
マ電源４２（図１参照）に接続され、ニュートラル電極
１０２は端子１０２ａを介してプラズマ電源４２の中性
点またはグランドに接続される。

【００１８】図２、図３において、エンドプレート６４
は加圧水を導入するためのインレット部材１０４を備え
る。インレット部材１０４はエンドプレート６４に固定
支持されていて、加圧水供給室８０に配置された円筒部
１０６を備える。円筒部１０６はコーン状弁座１０８
と、複数の透口１１０とを備え、その内側に円筒状可動
弁１１２が円筒状スライド１１４により可動的に支持さ
れる。可動弁１１２の内側にはバネ１１６が配置されて
いて、可動弁１１２はバネ１１６により弁座１０８に押
圧される。可動弁１１２はアークプラズマ反応室８２と
連通する複数の開口１１８を備える。バネ１１６のバネ
圧はインレット１０４から加圧水が供給されたときはバ
ネ１１６のバネ圧に抗して可動弁１１２を押し下げてア
ークプラズマ反応室８２の上流に形成された加圧水供給
ノズル９６、９８からアークプラズマ反応室８２の上流
側に加圧水を供給し、アークプラズマ反応室８２の圧力
が一定値に達したときは可動弁１１２を閉位置に動作さ
せる値に設定される。

【００１９】図３より明らかなように、加圧水供給ノズ
ル９６、９８は加圧水供給室８０からアークプラズマ反
応室８２の上流側および中間部に延びているが、該反応
室８２の後流側に開口するように形成しても良い。な
お、加圧水供給ノズルの形状、サイズ、設置場所、設置
個数はエンジンの容量ならびにアークプラズマ反応室８
２の作動温度（望ましくは１２００℃〜１８００℃）に
合わせて最適値が選択される。絶縁部材７６はアークプ
ラズマ反応室８２の下流側から水蒸気爆発室８１の上流
側に開口している複数の蒸気噴出口１００と、水蒸気爆
発室８１の中間部８１に開口している加圧水噴射ノズル
１０１を備える。図２に示されるように、水蒸気爆発室
８１には高圧水蒸気中の残存水素酸素を点火するための
点火プラグ１２０を備えている。水蒸気爆発室８１は高
温高圧水蒸気の噴流に加圧水を噴射することにより爆発
的に高圧水蒸気を発生させるとともに、第一ゾーン６８
における高圧水蒸気の異常温度上昇を効果的に防止す
る。この高圧水蒸気は外筒６０と内筒６１とのあいだで
軸方向に延びるジェット通路１２２からフライホイール
タービン７２に供給される。

【００２０】図２、図４において、フライホイール７２
は内筒６１内に配置された第一、第二タービン１３０、
１３２を備える。第一、第二タービン１３０、１３２は
それぞれ内筒６１内に固定支持されたステータ１３４、
１３６と、ステータ内にそれぞれ回転可能に収納された
フライホイールタービン１３８、１４０を備える。フラ
イホイールタービン１３８、１４０はそれぞれ第一、第
二タービンロータ１４２、１４４；１４６、１４８を備
える。第一、第二タービンロータ１４２、１４４は第一
出力軸１５０に支持されて、フランジ１５２とボルト１
５４により固定される。同様に、第一、第二タービンロ
ータ１４６、１４８は第二出力軸１５６に支持されて、
フランジ１５８とボルト１６０により固定される。第二
出力軸１５６内にはベアリング１６２が配置され、これ
により第一出力軸１５０が回転可能に支持される。図１
において、第一出力軸１５０はデファレンシャルギア５
６を介して後輪５８に接続され、第二出力軸１５６は適
当な動力伝達手段を介して発電機３０に接続されるが、
フライホイールタービン１４０と第二出力軸１５６は省
略しても良い。

【００２１】図４に示すように、ステータ１３４はジェ
ット通路１２２と連通するジェットノズル１６４と、環
状排気路７４に開口するアウトレット１６６とを備え
る。ステータ１３４は半径方向内側に延びる仕切部材１
６８を備え、この部材はジェットノズル１６４に露出し
ていてジェット流を図４にて半時計方向ＣＣＷに流入さ
せる第一アーチ状ガイド面１６８ａと、アウトレット１
６６の膨張蒸気を排気路７４内に排出させるための第二
アーチ状ガイド面１６８ｂとを備える。同様に、ステー
タ１３６はジェット通路１２２と連通するジェットノズ
ル１７０と、排気路７４に連通するアウトレット１７２
とを備える。排気路７４は内筒６１で排熱を回収しなが
ら排気口１７８から膨張蒸気を外部に排出する。

【００２２】図２、図４、図５において、フライホイー
ルタービン１３８はジェット通路１２２と連通するジェ
ットノズル１６４と、アウトレット１６６との間に延び
る環状ジェット通路１８０と、環状ジェット通路１８０
の両側に隣接してそれぞれ周方向に間隔をおいて配置さ
れた複数の断面アーチ状タービンブレード１４２ａ、１
４４ａと、複数の圧力室１４２ｃ、１４４ｃを有するフ
ライホイールリム１４２ｂ、１４４ｂとを備える。ステ
ータ１３４は環状ジェット通路内に配置された仕切部材
１６８の第一ガイド面１６８で偏向された高速ジェット
流を２方向に分割して圧力室１４２ｃ、１４４ｃ内に案
内するためのメイン偏向ガイド１８２ａと、環状ジェッ
ト通路１８０を周期的に遮断して、圧力室１４２ｃ、１
４４ｃ内の圧力を周期的に高めて第一タービン１３０を
低速高トルクで矢印Ｂ方向に回転させるための複数のブ
レード開閉部、すなわち、トルク増幅弁１８２ｃを有す
るタービンブレード１８２を備える。タービンブレード
１４２ａ、１４４ａとタービンブレード１８２との開口
部をトルク増幅弁１８２ｃで瞬時に仕切ると、ジェット
流はタービンブレード１４２ａ、１４４ａに激突停止し
て慣性力と反作用による力が生じ、ブレード内の圧力は
高くなってトルクを増幅させるとともに、弁１８２ｃが
開となったとき、ジェット流は慣性力を伴って弁１８２
ｃから噴出してブレードに強力な衝動力を与える。な
お、ステータブレード１３４は補助ガイド１８２ｄを備
える。タービンブレード１４２ａ、１４４ａはそれぞれ
渦流を発生させてキャビテーション現象を防止するため
のガイド面１４２ａ‘、１４４ａ’を備える。図２にお
いて、第二タービン１３２は第一タービン１３０と同様
な構造を有し、ステータブレード１９０を有するステー
タ１３６と、タービンブレード１４６ａ、１４８ａを有
するステータ１３６と、タービンブレード１４６ａ、１
４８ａを有するタービンロータ１４６、１４８とを備
え、第二タービン１３２のステータ１３６とタービンロ
ータ１４６、１４８は第一タービン１３０と反対方向と
なるように組み立てられる。

【００２３】上記構成において、インレット１０４に加
圧水が供給されると、加圧水はバネ１１６の圧力に抗し
て可動弁１１２を押圧して加圧水供給室８０内に流入
し、次いで、加圧水供給ノズル９６、９８からアークプ
ラズマ反応室８２の上流側および中間部に噴出する。こ
のとき、プラズマ電極８４、８６、８８に三相交流電力
がプラズマ電源４２から給電されているため、微小アー
クプラズマ発生手段の広域に亙って微小通路９４内に微
小アークプラズマが発生しているため、微小通路９４内
に侵入した加圧水はほぼ同時に多量の微小アークプラズ
マと接触する。このとき、加圧水は電解作用と熱分解作
用により水素酸素に分解されるが、微小通路内の高温に
より再結合して高温水蒸気を発生する。この高温水蒸気
は微小通路９４内を移動中の他の加圧水と接触して高温
高圧水蒸気を発生し、蒸気噴出口１００から水蒸気爆発
室８１内に噴出する。なお、水蒸気爆発室８１内の高温
高圧水蒸気に残存する水素酸素は点火プラグ１２０によ
り点火される。水蒸気爆発室８１には水噴射ノズル１０
１から加圧水が噴射されて高温高圧水蒸気と混合され、
爆発的に大量の高圧水蒸気が発生する。このとき、可動
弁１１２は一方向弁１８をクローズする。ことため、高
圧水蒸気は外筒６０のジェット通路１２２から第一、第
二タービン１３０，１３２のジェットノズル１６４，１
７０に流入して、フライホイールタービン１３８、１４
０をそれぞれ半時計方向、時計方向に駆動する。

【００２４】図６〜図１０は本発明の望ましい第二実施
例による水燃料エンジン１０‘を採用した動力システム
１２’を組み込んだハイブリッド車輌１４‘を示し、第
一実施例と同一部品には同一符号が用いられる。変形部
品には図１〜図５の符号にアポストロフイ（’）が付け
てある。第二実施例において、加圧水供給手段は膨張タ
ービン２２’に連結された高圧ポンプ２０２からなり、
膨張タービン２２‘と高圧タービン２０２との間に凝縮
器２００が配置され、プラズマリアクタ７８および水蒸
気爆発室８１からなるアークプラズマ反応装置２０と、
膨張タービン２２’と、凝縮器２００と、高圧ポンプ２
０２とは密閉システム２０４を構成している。車輌１
４’の車輌本体１４‘ａの前部にはラジエータ２０８
と、ラジエータ２０８の冷却水を凝縮器２００の熱交換
器部２１２に循環させるための循環ポンプ２１０を備
え、膨張タービン２２’の膨張排気はラジエータ２０８
の冷却水で凝縮液化される。ラジエータ２０８の後部に
はモータ駆動ファン２０９が配置され、ラジエータ２０
８を空冷している。なお、図６において、モータ／発電
機３８は後輪５８に接続され、膨張タービン２２‘の出
力軸２０６は適当な駆動連結手段２１３を介して前輪４
０に連結される。密閉システム２０４内の水には前述の
アルカリ剤が添加され、さらに、アークプラズマ促進用
イオン化剤として、ヘリウム、アルゴン、ネオン等の不
活性ガスから選ばれた一種またはこれらの混合物が封入
される。その他は図１の実施例と同様なので同一部品に
ついての詳細な説明は省略する。

【００２５】図７、図８において、アークプラズマ反応
装置２０‘のプラズマリアクタ７８’は基本的には第一
実施例の構造と同一であるが、加圧水供給室８０‘がア
ークプラズマ反応室８２と、蒸気爆発室８１とに隣接し
てこれらの間で半径方向に伸びるラジアル室からなって
いる。また、複数の加圧水供給ノズル９６’がアークプ
ラズマ反応室８２の上流側に開口していて、加圧水をア
ークプラズマ反応室８２の内周に鋭角で噴出させて内周
の冷却効果を高めている。なお、複数の加圧水供給ノズ
ル９８‘がアークプラズマ反応室８２の中間部と後流側
に噴出するように開口していて、アークプラズマ反応室
８２の中間部および後流側の異常温度上昇を防止すると
ともに加圧水の供給量を増加して高温高圧水蒸気の発生
量を増大させている。なお、水蒸気爆発室８１の上流側
および中間部には複数の水噴射ノズル１０１’が開口し
ていて水蒸気爆発室８１への加圧水の噴射量を増加させ
ることにより、高圧水蒸気の発生量を増大させている。

【００２６】図７、図９、図１０において、水蒸気エン
ジン１０‘の具体的構造が示される。水蒸気エンジン１
０’は第一〜第三ゾーン２２０、２２２、２２４を有す
るエンジンハウジング２２６を備える。エンジンハウジ
ング２２６は外筒２２８と、内筒２３０と、フロントエ
ンドプレート２３２と、絶縁性のリアーエンドプレート
２３４とを備える。第一ゾーン２２０内にはプラズマリ
アクタ７８‘と、水蒸気爆発室８１が収納されている。
第二ゾーン内には加圧ポンプ２０２が収納され、第三ゾ
ーン２２４内に膨張タービン２２’が収納される。

【００２７】図７〜図９において、ジェット通路１２２
は膨張タービン２２‘のジェットノズル１６４（図９参
照）に連通し、膨張タービン２２’のアウトレット１６
６は円弧状排気路７４を介して排気ポート１６６ａと連
通していて、膨張排気２２ａを凝縮器２００に給送する
（図６参照）し、そこで凝縮水２００ａが生成される
（図６参照）。図９において、凝縮水２００ａはインレ
ット２５２から高圧ポンプ２０２に導入されて加圧され
て、加圧水２０４は加圧水供給通路２３６を介して加圧
水供給室８０‘に供給され、前述の密閉サイクルが繰り
返される。

【００２８】図７、図１０において、加圧ポンプ２０２
は内筒２３０内にステータ１３４と同心的に圧入された
ステータ２４０と、この中に回転可能に収納された一対
のロータディスク２４２、２４４からなるフライホイー
ルロータ２４６とを備える。ステータ２４０は環状ステ
ータリング２４８と、その中央部から半径方向内側に延
びる円弧状ステータブレード２５０および仕切部材２５
２とを備える。ステータ２４０は仕切部材２５２のアー
チ状ガイド面２５２ａに隣接する吸入口２５６と、アー
チ状ガイド面２５２ｂに隣接する吐出口２５６とを備え
る。吐出口２５６は加圧水供給室８０‘を介してプラズ
マリアクタに連通する。

【００２９】図９、図１０において、ステータブレード
２５０は吸入口２５４と吐出口２５６との間に延びてい
て、吸入口２５４に隣接していて吸入した電解液をロー
タディスク２４２、２４４はボルト１６０により出力軸
２０６に固定支持されていて環状溝２５８を備え、この
中にステータブレード２５０が収納されている。ロータ
ディスク２４２、２４４はそれぞれフライホイールディ
スク２６０、２６２と、フライホイールディスク２６
０、２６２の周方向に間隔を置いて形成されていて軸方
向に延びる複数の断面アーチ状ロータブレード２６０ａ
と、２６２ａと、アーチ状チャンバ２６０ｂ、２６２ｂ
とを備える。ロータブレード２６０ａ、２６２ａの軸方
向端部は環状溝２５８に沿うように半径方向に延びてい
て、周期的にブレード開閉部２５０ｂと重なり合って加
圧水の逆戻りを防止する。ロータ２４６の回転時に吸入
口２５４の水はロータブレード２６０ａ、２６２ａによ
り移動され、吐出口２５６に圧送される。高圧ポンプ２
０２はポンプ作用の他に回転エネルギーを蓄積するフラ
イホイール効果を備える。

【００３０】上記実施例において、エンジンハウジング
は互いに一体となった複数のゾーンからなるものとして
説明されたが、エンジンハウジングを分割してそれぞれ
に個別のゾーンを形成しても良い。さらに、膨張手段は
ペリフェラルタイプのタービンからなるものとして説明
されたが、ラジアルタイプ又はアキシャルタイプタービ
ンから構成しても良い。図示実施例の車輌において、膨
張タービンの出力軸が推進装置に連結されたものとして
説明したが、推進装置は膨張タービンにより駆動される
発電機の発電出力により作動されるモータにより駆動す
るように構成しても良い。なお、プラズマリアクタの高
温高圧水蒸気が水蒸気爆発室で加圧水と接触して高圧水
蒸気を発生させるものとして説明されたが、高温高圧水
蒸気を直接膨張タービンに供給しても良い。プラズマ電
極は三相交流電極からなるものとして説明されたが、こ
れら電極は四相交流、又は六相交流電極から構成しても
良い。なお、プラズマ電極は連続的に通電するものとし
て説明されたが、膨張手段をフライホイールから構成し
て水蒸気爆発エネルギーをフライホイールに蓄積して、
プラズマ電極を断続的に通電するように変更して、消費
電力を大幅に低下させ、バッテリ容量を小型化、軽量化
することが可能となる。第一実施例にて開示された水蒸
気エンジンは船舶、航空機、宇宙探査機等の二重反転プ
ロペラの動力システムとしても有効である。

【００３１】以上より明らかなように、本発明の水蒸気
エンジン、動力システムおよびこれにより駆動される車
輌を小型高性能化、高効率化、低コスト化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の望ましい第一実施例による水蒸気エン
ジン、動力システムおよび車輌を示すブロック図であ
る。

【図２】図１の水蒸気エンジンの部分断面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。

【図４】図２のＶＩ−ＶＩ線の断面図である。

【図５】図２の水蒸気エンジンの膨張タービンを示す概
略図である。

【図６】本発明の望ましい第二実施例による車輌のブロ
ック図である。

【図７】図６の水蒸気エンジンの部分断面図である。

【図８】図７のＩＩＩＶ−ＶＩＩＩ線の断面図である。

【図９】図７のＸＩ−ＸＩ線の断面図である。

【図１０】図７の高圧ポンプを示す概略図である。

【符号】

１０水蒸気エンジン、１２動力システム、１４車
輌、１８逆流防止手段、２０アークプラズマ反応装
置、２２膨張タービン、３０発電機、３２整流器、
３４バッテリ、３６パワーコンバータ、３８モー
タ／発電機、４２プラズマ電源、７８プラズマリア
クタ、８０加圧水供給室、８１蒸気爆発室、１３０
第一タービン、１３２第二タービン、２０２高圧
ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一ゾーンおよび第二ゾーンを有するエン
ジンハウジングと；第一ゾーンに接続されて加圧水を供
給する加圧水供給手段と；第一ゾーンに配置されて加圧
水供給手段と連通し、移動中の加圧水とアークプラズマ
とを接触させて高温高圧水蒸気を発生させるアークプラ
ズマ反応装置と；エンジンハウジングに配置されてアー
クプラズマ反応装置から第二ゾーンに延びているジェッ
ト通路と；第二ゾーンに配置されていてジェット通路と
連通するジェットノズルと；第二ゾーンに収納されてい
てジェットノズルに連通して高温高圧水蒸気を膨張させ
て動力を発生する膨張手段と；を備える水蒸気エンジ
ン。
【請求項２】請求項１において、第一ゾーンおよび第二
ゾーンがエンジンハウジングで同心的に隣接して配置さ
れ、膨張手段がフライホイールタービンからなる水蒸気
エンジン。
【請求項３】請求項１において、アークプラズマ反応装
置が第一ゾーンに収納されていて加圧水供給手段と連通
する加圧水供給室と、加圧水供給室に隣接して形成され
てこれと連通するアークプラズマ反応室とを備える水蒸
気エンジン。
【請求項４】請求項３において、アークプラズマ反応装
置がさらに、第一ゾーン内で加圧水供給室とアークプラ
ズマ反応室とに隣接して収納され、高温高圧水蒸気と加
圧水とを接触させることにより高圧水蒸気を生成する水
蒸気爆発室を備える水燃料エンジン。
【請求項５】請求項１において、アークプラズマ反応装
置が、さらに、アークプラズマ反応室に配置されたプラ
ズマ電極と、プラズマ電極に隣接して配置された微小ア
ークプラズマ発生手段とを備える水蒸気エンジン。
【請求項６】請求項１において、さらに、膨張手段によ
り駆動される交流発電機と、交流出力を直流出力に変換
する整流器と、直流出力を充電するバッテリと、バッテ
リに接続されてアークプラズマ反応装置にプラズマ発生
電力を供給するプラズマ電源とを備える水蒸気エンジ
ン。
【請求項７】請求項３において、さらに、加圧水供給手
段と加圧水供給室との間に配置された逆流防止弁を備え
る水蒸気エンジン。
【請求項８】第一、第二および第三ゾーンを有するエン
ジンハウジングと；第二ゾーンに収納されて加圧水を供
給する加圧ポンプと；第一ゾーンに収納されていて加圧
ポンプと連通し、移動中の加圧水とアークプラズマとを
接触させて高温高圧水蒸気を発生させるアークプラズマ
反応装置と；アークプラズマ反応装置から第三ゾーンに
延びるジェット通路と；第三ゾーンに配置されてジェッ
ト通路に連通するジェットノズルと；第三ゾーンに収納
されていて加圧ポンプに連結され、ジェットノズルに連
通する膨張タービンと；を備える水蒸気エンジン。
【請求項９】請求項８において、第一、第二および第三
ゾーンが同心的に配置され、膨張タービンがフライホイ
ールタービンからなる水蒸気エンジン。
【請求項１０】請求項８において、アークプラズマ反応
装置が第一ゾーンに形成されていて加圧ポンプと連通す
る加圧水供給室と、加圧水供給室に隣接して形成され、
これと連通するアークプラズマ反応室とを備える水蒸気
エンジン。
【請求項１１】請求項１０において、アークプラズマ反
応装置が、さらに、加圧水供給室とアークプラズマ反応
室とに隣接して第一ゾーンに形成されるとともにこれら
と連通し、高温高圧水蒸気と加圧水とを接触させて高圧
水蒸気を生成する水蒸気爆発室を備える水蒸気エンジ
ン。
【請求項１２】請求項８において、アークプラズマ反応
装置が微小プラズマ発生手段を備える水蒸気エンジン。
【請求項１３】請求項８において、加圧ポンプと膨張タ
ービンがそれぞれ第二ゾーンと第三ゾーンに収納された
フライホイールを備える水蒸気エンジン。
【請求項１４】加圧水を供給する加圧水供給手段と；エ
ンジンハウジングと；加圧水供給手段に連通する加圧水
供給ノズルを備えていてアークプラズマと移動中の加圧
水とを接触させることにより高温高圧水蒸気を発生させ
るアークプラズマ反応装置と；エンジンハウジング内に
収納されて高温高圧水蒸気を膨張させて動力を発生させ
るフライホイール膨張手段と；フライホイール膨張手段
により駆動されて交流出力を発生する交流発電機と；交
流出力を直流出力に変換する整流器と；整流器に接続さ
れて直流出力を充電するバッテリと；バッテリに接続さ
れてプラズマ発生電力をアークプラズマ反応装置に供給
するプラズマ電源と；を備える動力システム。
【請求項１５】請求項１４において、エンジンハウジン
グが同心的に配置された第一、第二および第三ゾーンを
備え、アークプラズマ反応装置が第一ゾーンに収納さ
れ、フライホイール膨張手段が第三ゾーンに収納されて
いる動力システム。
【請求項１６】請求項１５において、加圧水供給手段が
第三ゾーンに収納された加圧ポンプを備える動力システ
ム。
【請求項１７】請求項１４において、さらに、加圧水供
給手段とアークプラズマ反応装置との間に配置された逆
流防止弁を備える動力システム。
【請求項１８】請求項１４において、アークプラズマ反
応装置が微小アークプラズマ発生手段を備えている動力
システム。
【請求項１９】請求項１６において、さらに、フライホ
イール膨張手段と加圧ポンプとの間に接続されて膨張排
気を凝縮液化する凝縮器からなる密閉システムを備え、
密閉システムにアークプラズマ反応装置が配置されてい
る動力システム。
【請求項２０】車輌本体と；車輌本体に搭載された動力
システムと；動力システムにより駆動される推進装置
と；を備え、動力システムがエンジンハウジングと、加圧水を供給す
る加圧水供給手段と、加圧水とアークプラズマとを接触
させて高温高圧水蒸気を発生させるアークプラズマ反応
装置と、エンジンハウジング内に回転可能に収納されて
高温高圧水蒸気を膨張させて動力を発生するフライホイ
ールタービンと、フライホイールタービンに連結されて
交流出力を発生する発電機と、交流出力を直流出力に変
換する整流器と、直流出力を充電するバッテリと、バッ
テリに接続されてプラズマ発生電力をアークプラズマ反
応装置に供給するプラズマ電源とを備える車輌。
【請求項２１】請求項２０において、加圧水供給手段が
車輌本体に搭載された水タンクと、水タンクとアークプ
ラズマ反応装置との間に配置された給水ポンプとを備
え、さらに、給水ポンプとアークプラズマ反応装置との
間に配置された逆流防止弁を備える車輌。
【請求項２２】請求項２０において、加圧水供給手段が
エンジンハウジング内に収納されてフライホイールター
ビンに連結された加圧ポンプを備え、さらに、フライホ
イールタービンと加圧ポンプとの間に接続された凝縮器
を備え、アークプラズマ反応装置と、フライホイールタ
ービンと、凝縮器と、加圧ポンプとが密閉システムを構
成する車輌。
【請求項２３】請求項２２において、さらに、車輌本体
前部に配置されたラジエータと、ラジエータの冷却水を
密閉システムの凝縮器に循環させる循環ポンプを備える
車輌。
【請求項２４】請求項２０において、さらに、整流器と
バッテリとに接続されて交流出力と直流出力との間でパ
ワー変換を行うパワーコンバータと、パワーコンバータ
に接続されて推進装置を駆動するモータ／発電機を備
え、モータ発電機で発生した回生電力をパワーコンバー
タを介してバッテリに充電する車輌。