JP2003013701A - System and device for converting hot pressing power - Google Patents
System and device for converting hot pressing powerInfo
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Abstract
Description
【0001】本発明は、気体、液体など各種物質がもつ
熱圧エネルギーを、実用可能な運動エネルギーもしくは
電気エネルギーとして資源化したり、また、気体もしく
は液体からなる燃料と、これを酸化燃焼させる燃焼剤と
共に、内外シリンダーと、らせん隔壁で構成された燃焼
空間内に取り込み燃焼して、燃焼系流体の体積膨張を起
こし、その膨張エネルギーを、自公転運動により拡大す
る空間の回転に変換し、実用可能な運動エネルギーもし
くは電気エネルギーとして資源化する新規熱圧動力変換
システムおよび、その装置に関するものである。[0001] The present invention utilizes the heat and pressure energy of various substances such as gas and liquid as practical kinetic energy or electric energy, and uses a gas or liquid fuel and a combustion agent for oxidizing and burning it. At the same time, it is taken into the combustion space composed of the inner and outer cylinders and the spiral partition wall and burned to cause volume expansion of the combustion system fluid, and the expansion energy is converted into the rotation of the space that expands by the rotation and revolution motion, which is practical. The present invention relates to a novel thermal-pressure power conversion system that can be converted into natural kinetic energy or electric energy, and its device.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、エネルギーや環境の問題が人類の
最大の課題として取り挙げられるようになっている。2. Description of the Related Art In recent years, problems of energy and environment have come to be mentioned as the biggest problems of humankind.
【0003】エネルギー問題については、火力発電、燃
料電池などに用いる化石燃料は、資源枯渇と環境問題か
ら永続性に疑問があるものの、燃料の多様化や、エネル
ギー効率の向上、排気ガスのクリーン化が達成できれ
ば、循環型社会へのソフトランデイングに大いに貢献す
ると考えられる。Regarding the energy problem, fossil fuels used in thermal power generation, fuel cells, etc. have doubts about their durability due to resource depletion and environmental problems, but diversification of fuels, improvement of energy efficiency, and cleaning of exhaust gas. If the above can be achieved, it will greatly contribute to soft landing to a recycling-based society.
【0004】従来、人類が有効に利用できる動力や電気
エネルギーは、主として石炭や重油を燃料とするボイラ
ーを用いた蒸気機関や蒸気タービンから調達したり、石
油を起源とするガソリンエンジンや軽油を用いたデイー
ゼルエンジン、ガスタービンなどの内燃機関によって、
調達してきた。Conventionally, power and electric energy that can be effectively used by human beings have been procured mainly from steam engines and steam turbines that use boilers that use coal or heavy oil as fuel, or gasoline engines and light oil derived from petroleum. The diesel engine, the gas turbine, and other internal combustion engines
Have procured.
【0005】最近は、内燃機関の効率向上と、ガスター
ビンとその排ガスエネルギーを用いた蒸気タービンの併
用によるコジェネレーションによる総合効率の向上が図
られてきている。Recently, the efficiency of an internal combustion engine has been improved, and the overall efficiency has been improved by cogeneration by using a gas turbine and a steam turbine using the exhaust gas energy.
【0006】しかし、内燃機関の排ガスの浄化、効率の
向上の技術は、限界に近づいてきており、更なるクリー
ン排ガスの達成、エネルギー効率達成には、燃料電池な
ど、思い切ったエネルギー変換系の変更が必要とも、考
えられるようになってきた。However, the technology for purifying exhaust gas of an internal combustion engine and improving efficiency is approaching its limit, and in order to achieve further clean exhaust gas and energy efficiency, a drastic change of energy conversion system such as a fuel cell is required. Has come to be considered even if it is necessary.
【0007】そこで、多様な燃料の利用が可能で、クリ
ーンな排ガス、有効エネルギーへの変換効率の高い内燃
機関が開発できれば、革新的なエネルギーシステムの基
盤になると期待されてきた。[0007] Therefore, it has been expected that if an internal combustion engine that can use various fuels and has high efficiency of conversion into clean exhaust gas and effective energy can be developed, it will be the basis of an innovative energy system.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意検討した結果、物質熱源に、その温度
近辺で蒸発する液体熱媒を熱交換器を通して接触させる
ことにより気化する工程(1)と、気化熱媒を加圧下で
前記熱交換器とは別の熱交換器を通して加熱対象物質を
加熱することによって放熱液化させる工程(2)とを連
結循環させ、工程(1)の液体熱媒気化時の体積膨張エ
ネルギー及び工程(2)の放熱エネルギーを取り出し、
有効熱エネルギーと、電気エネルギー又は、運動エネル
ギー等として資源化することを特徴とする物質熱エネル
ギーの資源化システムが存在することを見出し、既に特
許出願済み(特願平11−338320、特願平375
962、特願2000−35840、特願2000−4
03545)である。Means for Solving the Problems As a result of intensive studies for solving the above problems, the present inventor has conducted a step of vaporizing a material heat source by bringing a liquid heat medium that evaporates near its temperature into contact with the material heat source through a heat exchanger. The step (1) and the step (2) of radiating and liquefying the vaporized heat transfer medium by radiating heat by heating the substance to be heated through a heat exchanger different from the heat exchanger under pressure are connected and circulated. Extracting the volume expansion energy at the time of vaporization of the liquid heat medium and the heat radiation energy of step (2)
We have found that there is a resource recycling system for material heat energy, which is characterized by recycling as effective heat energy and electric energy or kinetic energy, and have already applied for a patent (Japanese Patent Application No. 11-338320, Japanese Patent Application No. 11-338320). 375
962, Japanese Patent Application 2000-35840, Japanese Patent Application 2000-4
03545).
【0009】本発明は、上記発明技術の中、気液熱媒の
断熱状態変化もしくは、系外からの熱の授受による状態
変化における熱、圧、体積変化を有効仕事エネルギー
(エクセルギー)として取り出す改良法を検討した結
果、到達した発明に関するもので、また、従来取り上げ
られてこなかった、新規な内燃機関の提案によって、燃
料系の多様化、排ガスのクリーン化、エネルギー変換効
率の向上を達成し、さらに、コジェネレーションシステ
ムの採用によって、総合効率の大幅向上を図る基本技術
を提供するものである。The present invention takes out heat, pressure, and volume change in the adiabatic state change of the gas-liquid heat transfer medium or in the state change due to transfer of heat from outside the system as effective work energy (exergy) among the above-mentioned invention techniques. As a result of studying the improved method, the invention has arrived, and by the proposal of a new internal combustion engine that has not been taken up in the past, diversification of fuel system, cleaning of exhaust gas, and improvement of energy conversion efficiency were achieved. Furthermore, by using a cogeneration system, we will provide basic technology that will greatly improve overall efficiency.
【0010】即ち、本発明は、所定温度と圧力を有する
気体及び/又は液体からなる熱媒を、断熱状態もしく
は、系内外から熱の授受を行いながら膨張又は収縮さ
せ、その際生じる体積と圧力の変化を運動又は電気エネ
ルギー(エクセルギー)として取り出すことを可能とす
る熱圧動力変換システムにおいて、熱媒導入部と排出部
をもつ外部シリンダーと、該シリンダーの両端又は一端
に配置された軸受けで支持される動力伝達用の公転軸を
もち、かつ、1ないし複数の内部シリンダーの自転軸と
なし得る1体の曲状シャフトに取り付けた内部シリンダ
ーからなり、内外シリンダーの中間に実質的に気密接触
かつ摺動可能な状態で介在する可動性らせん状連続隔壁
から構成され、外部シリンダー内壁に内部シリンダーが
接触しながら遊星回転運動し、公転することにより、シ
リンダー長手方向に重層する隔壁と内外シリンダーで形
成される空間が、公転によって変化するようになし、シ
リンダー一端の導入部から熱媒を取り込み、他端に排出
することによって、公転回転軸から正または負のエクセ
ルギーを取り出すことを特徴とする新規熱圧動力変換シ
ステムを、第1の要旨とする。また、上記における新規
熱圧動力変換システムにおいて、所定の温度と圧力を有
する気体及び/又は液体からなる熱媒が、燃料と燃焼剤
としての機能を有し、システム内で形成されるシリンダ
ー長手方向に重層する隔壁と内外シリンダーで形成され
る空間内で燃焼させ、発生熱エネルギーで生じる熱媒の
圧力と体積の変化を運動又は電気エネルギー(エクセル
ギー)として取り出すことを可能とする新規熱圧動力変
換システムを第2の要旨とする。更に、上記における新
規熱圧動力変換システムにおいて、内部シリンダーが1
体の曲状シャフトによって、直列に複数段連結され、か
つ自転軸が公転軸に対して互いに反対の位置に配列させ
ることにより、内外シリンダーの接触による一体軸の応
力変形が生じ難いように設計された新規熱圧動力変換シ
ステムを第3の要旨とする。また、上記における新規熱
圧動力変換システムにおいて、外部シリンダー外側に系
外との熱エネルギーの授受が可能なるよう熱交換機能を
もたせたことを特徴とする新規熱圧動力変換システムを
第4の要旨とする。さらに、上記における新規熱圧動力
変換システムにおいて、外部シリンダー内壁もしくは内
部シリンダー外壁に設計されたピッチのらせん形状溝を
形成し、らせん状隔壁が内部シリンダーの自公転にあわ
せて摺動しつつ、出入り可能な形態で設置し、シリンダ
ー長手方向に重層する隔壁と内外シリンダーで形成され
る空間が、実質的に気密状態で、同一内シリンダーの範
囲で連続的に定容ないし変化するようになしたことを特
徴とする新規熱圧動力変換装置を、第5の要旨とする。That is, the present invention expands or contracts a heat medium composed of a gas and / or a liquid having a predetermined temperature and pressure in an adiabatic state or while exchanging heat from inside or outside the system, and the volume and pressure generated at that time. In a thermo-compression power conversion system that can extract changes in kinetic or electric energy (exergy), an external cylinder having a heat medium introduction part and a discharge part, and bearings arranged at both ends or one end of the cylinder. It consists of an inner cylinder that has a supported revolving shaft for power transmission and is attached to one curved shaft that can be the rotating shaft of one or more inner cylinders, and has a substantially airtight contact between the inner and outer cylinders. It is composed of a movable spiral continuous partition that interposes in a slidable state, and the planetary rotation while the inner cylinder is in contact with the inner wall of the outer cylinder. By moving and revolving, the space formed by the partition wall and the inner and outer cylinders that are layered in the cylinder longitudinal direction is changed so that it revolves.Taking in the heat medium from the introduction part of one end of the cylinder and discharging it to the other end. According to the first gist of the present invention, there is provided a novel thermal-pressure power conversion system characterized by taking out positive or negative exergy from the revolution shaft. Further, in the above novel thermal-pressure power conversion system, the heating medium composed of gas and / or liquid having a predetermined temperature and pressure has a function as a fuel and a combustion agent, and the cylinder longitudinal direction formed in the system. A new thermo-compressive power that burns in the space formed by partition walls and inner and outer cylinders that overlap each other and can extract the change in pressure and volume of the heat medium generated by generated heat energy as kinetic or electric energy (exergy) The conversion system is the second gist. Furthermore, in the above-mentioned new thermal-pressure power conversion system, the internal cylinder has one
The body's curved shafts are connected in multiple stages in series, and the rotating shafts are arranged at positions opposite to each other, so that stress deformation of the integral shaft due to contact between the inner and outer cylinders does not occur easily. The new heat and pressure power conversion system is the third gist. Further, in the above novel thermal-pressure power conversion system, a new thermal-pressure power conversion system is provided with a heat exchange function so that heat energy can be transferred to and from the outside of the external cylinder. And Furthermore, in the above new thermal-pressure power conversion system, a spiral groove with a designed pitch is formed on the inner wall of the outer cylinder or the outer wall of the inner cylinder, and the spiral partition slides in and out while sliding in accordance with the rotation of the inner cylinder. Installed in a possible form, the space formed by the partition walls and the inner and outer cylinders that are layered in the longitudinal direction of the cylinder is substantially airtight, and the volume of the same inner cylinder is continuously adjusted or changed. A novel thermal-pressure power converter characterized by the above is defined as a fifth gist.
【0011】本発明の基本システムは、所定温度と圧力
を有する気体及び/又は液体からなる熱媒を、断熱状態
もしくは、系内外から熱の授受を行いながら膨張又は収
縮させ、その際生じる体積と圧力の変化を運動又は電気
エネルギー(エクセルギー)として取り出すことを可能
とする熱圧動力変換システムであるが、上記熱媒が、燃
料と空気等の燃焼剤で構成され、摺動隔壁をもち自公転
する内外2重シリンダー内で、燃焼・体積膨張させ、そ
の際生じる体積と圧力の変化を運動又は電気エネルギー
(エクセルギー)として取り出す場合、いわゆる内燃機
関(エンジン)と呼称される機関の1種となる。The basic system of the present invention expands or contracts a heat medium composed of a gas and / or a liquid having a predetermined temperature and pressure in an adiabatic state or while exchanging heat from inside or outside the system, and the volume generated at that time. A thermal-pressure power conversion system that can extract changes in pressure as kinetic or electrical energy (exergy). The heat medium is composed of fuel and a combustion agent such as air, and has a sliding partition wall. One of the so-called internal combustion engines (engines) when combustion and volume expansion are performed in the revolving inner and outer double cylinders and the changes in volume and pressure that occur at that time are taken out as kinetic or electrical energy (exergy). Becomes
【0012】また、系外から熱を受け取りながら、熱媒
が膨張するシステムについては、外部熱が、燃料の燃焼
によって得られる場合、いわゆる外燃機関となる。Further, in the system in which the heat medium expands while receiving heat from the outside of the system, when the external heat is obtained by combustion of the fuel, it becomes a so-called external combustion engine.
【0013】従来、同様の熱圧動力変換機能をもつ公知
のシステムとしては、1)ピストン/シリンダー系内
(外)燃機関、2)回転羽根つきガスタービンなどがあ
る。ピストン/シリンダーは、バッチ式であり、燃料系
の吸入、圧縮、点火、膨張のサイクルによって、燃焼系
の膨張エネルギーを回転運動エネルギーに変換してい
る。このため、吸入・圧縮工程では仕事的に無駄な動作
となっており、摩擦エネルギーロスや往復運動による騒
音、回転運動への変換ロスによる膨張仕事の有効エネル
ギー変換率は低くなる。また、回転羽根つきタービン
は、蒸気発電やガスタービンなどで多用されているが、
燃焼流体の熱、圧エネルギーを流体運動エネルギーに換
えて、回転羽根に反動ないし揚力を与え回転運動エネル
ギーに変換するため、有効仕事効率は低くなる。Conventionally known systems having the same function of heat and power conversion include 1) a piston / cylinder system (external) combustion engine, and 2) a gas turbine with rotating blades. The piston / cylinder is a batch type and converts the expansion energy of the combustion system into rotational kinetic energy by the cycle of intake, compression, ignition and expansion of the fuel system. Therefore, in the suction / compression process, the work is a wasteful operation, and the effective energy conversion rate of the expansion work due to friction energy loss, noise due to reciprocating motion, and conversion loss into rotary motion becomes low. Also, turbines with rotating blades are widely used in steam power generation, gas turbines, etc.
Since the heat and pressure energy of the combustion fluid are converted into fluid kinetic energy and a reaction or lift is applied to the rotary blades to convert it into rotary kinetic energy, the effective work efficiency becomes low.
【0014】本発明の新規熱圧動力変換システムは、2
重シリンダー自公転らせん隔壁式熱圧動力変換方式であ
って、例えば、摺動らせん隔壁を内シリンダー溝に装着
した場合には、燃料系の吸入は内シリンダーの自転によ
って、無弁で自然に取り入れられ、圧縮工程の無駄が不
要になる。内シリンダーの1回転によって重層するらせ
ん隔壁と内外シリンダー間に独立室が形成され、燃料系
の吸入された独立室の中で、外シリンダー壁を通して導
入した着火装置を用いて着火を行うと、燃焼により昇温
昇圧する。これにより独立室内の排出側への総圧力が吸
入側への総圧力を上回り、差圧で内シリンダーの自公転
が起こる。この繰り返しによって回転が継続し、スムー
ズで騒音は小さい回転動力が取り出される。このときガ
スタービンのように燃焼系の運動エネルギーを介在させ
ることなく、圧力差と体積膨張のエネルギーを直接回転
仕事に転換できるため、らせん隔壁の重層量を適切に設
定すれば、摺動の摩擦ロスを除き、膨張エネルギーの有
効仕事変換効率は、100%近いものが得られる。The novel thermal pressure power conversion system of the present invention is
This is a heavy-cylinder auto-rotating spiral partition type thermal pressure power conversion system.For example, when a sliding spiral partition is installed in the inner cylinder groove, the intake of the fuel system is taken in naturally without valve by the rotation of the inner cylinder. Therefore, the waste of the compression process becomes unnecessary. An independent chamber is formed between the spiral partition wall and the inner and outer cylinders that are layered by one rotation of the inner cylinder, and when ignition is performed using the ignition device introduced through the outer cylinder wall in the independent chamber where the fuel system is sucked, combustion occurs. To raise the temperature and pressure. As a result, the total pressure on the discharge side in the independent chamber exceeds the total pressure on the suction side, and the inner cylinder revolves due to the differential pressure. By repeating this, the rotation continues, and the rotational power is extracted smoothly and with less noise. At this time, the pressure difference and the energy of volume expansion can be directly converted into rotary work without interposing the kinetic energy of the combustion system like a gas turbine. Except for loss, the effective work conversion efficiency of expansion energy is close to 100%.
【0015】また、らせん隔壁の設置は、内シリンダー
又は、外シリンダーに溝をつけて挿入することによって
達成できる。そのピッチ等のプロフィルは、設計するこ
とができ、体積膨張プロセスを適宜設定することが可能
である。らせん隔壁の重層数は、2回以上好ましくは、
3−15回程度が推奨できる。また、らせん隔壁を複数
設置して仕事効率を上げることも可能であり、シリンダ
ーの形状も円筒、円錐要因を取り入れて、各種設計によ
り最適化を図ることができる。The installation of the spiral partition can be accomplished by forming a groove in the inner cylinder or the outer cylinder and inserting it. The pitch and other profiles can be designed, and the volume expansion process can be set appropriately. The number of layers of the spiral partition wall is preferably two or more,
About 3 to 15 times can be recommended. Further, it is possible to install a plurality of spiral partition walls to improve the work efficiency, and the shape of the cylinder can be optimized by various designs by incorporating the factors of cylinder and cone.
【0016】本発明においては、内部シリンダーの外部
シリンダーへの接触状態が、長尺化した場合でも、均一
かつ安定に維持できるように、単一曲状軸に内部シリン
ダーを配置して自転させると共に、直列に複数段連結さ
れ、かつ自転軸が公転軸に対して互いに反対の位置に配
列させる方法を採用している。単一曲状軸は、金属の鍛
造、切削加工、溶接加工により製造できるし、炭素繊維
複合材料などで型を用いた成形によっても製造できる。
内部シリンダーは、単一曲状軸にベアリングを介して取
り付けることで、スムーズな自転公転を可能になし得
る。必要に応じて、複数内部シリンダー間に外部シリン
ダーで支持された曲状軸の軸受けを設けることも可能で
ある。In the present invention, the inner cylinder is placed on a single curved shaft so that the inner cylinder can keep its contact with the outer cylinder uniformly and stably even when it is elongated. , A plurality of stages are connected in series and the rotation shafts are arranged at positions opposite to each other with respect to the revolution shaft. The single curved shaft can be manufactured by metal forging, cutting, welding, or molding using a mold made of carbon fiber composite material or the like.
The inner cylinder can be mounted on a single curved shaft via bearings to enable smooth rotation and revolution. If desired, it is possible to provide a curved shaft bearing supported by an outer cylinder between a plurality of inner cylinders.
【0017】特に、外部熱交換能力を設けた本発明のシ
ステムでは、長尺、多段化することによって、放熱、外
部加熱等のエネルギー授受効率が上がる特徴がある。ら
せんピッチや隔壁の高さについては、エネルギー授受効
率と体積変化率の影響を考慮してプロフィル設計が可能
であることは、仕事効率向上の面で、極めて有利であ
る。In particular, the system of the present invention provided with the external heat exchange capability is characterized in that the energy transfer efficiency such as heat radiation and external heating can be improved by making the system long and in multiple stages. Regarding the spiral pitch and the height of the partition wall, it is extremely advantageous in terms of improving work efficiency that the profile design is possible in consideration of the effects of energy transfer efficiency and volume change rate.
【0018】シリンダー材料は、シリンダー温度が比較
的低温の場合、有機高分子樹脂、フッ素含有樹脂、炭素
繊維樹脂複合材料等有機材料が使用でき、比較的高温用
には、各種金属、セラミックッス、セラミック表面処理
した炭素繊維複合材料などが、使用可能である。As the cylinder material, organic materials such as organic polymer resin, fluorine-containing resin, and carbon fiber resin composite material can be used when the cylinder temperature is relatively low, and various metals, ceramics, and ceramics can be used for relatively high temperature. A surface-treated carbon fiber composite material or the like can be used.
【0019】らせん状隔壁材料は、シリンダー温度が比
較的低温の場合、摺動性材料として、有機高分子樹脂、
フッ素含有樹脂、炭素繊維樹脂複合材料、シリンダーよ
り軟質の金属などから選ばれる平帯状材、各種断面形状
材、もしくは気体封入を含むチューブ状材を使用するこ
とができる。燃焼熱を用いるような高温を発生するシス
テムでは、鋼、ステンレス、アルミ、チタン、マグネシ
ウム等金属が好ましいが、セラミックッス、セラミック
表面処理した炭素繊維複合材料などが、燃料系によって
は使用可能である。When the cylinder temperature is relatively low, the spiral partition wall material is made of an organic polymer resin, as a slidable material.
A fluorine-containing resin, a carbon fiber resin composite material, a flat band material selected from metals softer than a cylinder, various cross-sectional shape materials, or a tubular material containing a gas filling can be used. Metals such as steel, stainless steel, aluminum, titanium, and magnesium are preferable in a system that generates a high temperature using combustion heat, but ceramics, ceramic surface-treated carbon fiber composite materials, and the like can be used depending on the fuel system.
【0020】特に、低温燃焼が可能な触媒燃焼を行う燃
料や、希薄大容量の燃焼システムにおいては、らせん状
隔壁材として、気体圧を掛け得るチューブを用いると有
利である。この場合、自動車や自転車のタイヤの接地状
態のように、内シリンダーと外シリンダー間で隔壁が接
触し、弾性的に元形状に復帰するので、溝壁でのシリン
ダーと隔壁の摩擦を起こすことなく、熱媒膨張室を形成
することができる。In particular, in the case of catalytically combustible fuel capable of low-temperature combustion, and in a lean and large-capacity combustion system, it is advantageous to use a tube capable of applying gas pressure as the spiral partition material. In this case, like the ground contact of the tires of automobiles and bicycles, the bulkhead contacts between the inner cylinder and the outer cylinder and elastically returns to its original shape, so there is no friction between the cylinder and the bulkhead at the groove wall. The heat medium expansion chamber can be formed.
【0021】燃料を用いない場合の熱媒は、炭酸ガス、
水、アンモニア、炭化水素、フッ素系有機熱媒、および
これらの併用系が挙げられる。The heating medium when no fuel is used is carbon dioxide gas,
Examples include water, ammonia, hydrocarbons, fluorine-based organic heat transfer media, and combinations thereof.
【0022】燃料使用する場合には、ガソリン、軽油、
重油、メタノール、エタノール、ジメチルエーテルなど
の液体燃料や、天然ガス、液化石油ガス、水素などの気
体燃料を用いることができる。即ち、使用可能な燃料選
択種が極めて広い。しかし、石炭や微粉炭などの固体燃
料は、シリンダーの回転運動を阻害するので好ましくな
い。When using fuel, gasoline, light oil,
Liquid fuels such as heavy oil, methanol, ethanol and dimethyl ether, and gas fuels such as natural gas, liquefied petroleum gas and hydrogen can be used. That is, the usable fuel selection species is extremely wide. However, solid fuels such as coal and pulverized coal hinder the rotational movement of the cylinder, which is not preferable.
【0023】燃焼剤には、空気、酸素ガスを用いること
ができる。燃料と燃焼剤は、ガス状で前混合して導入し
たり、液体燃料の場合、霧状で投入することが望まし
い。Air or oxygen gas can be used as the combustion agent. It is desirable that the fuel and the combustion agent are introduced in a gaseous state by premixing, or in the case of a liquid fuel, in the form of mist.
【0024】また、燃焼剤を導入口から通し、燃料を外
部シリンダー側部から、独立室が形成されたところに圧
入するという、分離投入法の採用によって、バックファ
イヤの危険を避けることができる。The risk of backfire can be avoided by adopting the separate charging method, in which the combustion agent is passed through the introduction port and the fuel is pressed from the side of the outer cylinder into the place where the independent chamber is formed.
【0025】必要に応じ、燃料系に水、液化炭酸ガスな
どの不燃性液体を所定量(10−60%)配合して投入
することが可能である。その効果は、これら液体が、燃
焼系の着火発熱によって気化し、体積膨張したり、極度
の昇温を抑制できるところにある。 これにより、燃料
単位当たりの出力を大幅に向上させることが可能である
ばかりか、NOx、SOx、PMなどの有害排出物を減
少させることができる。If necessary, a predetermined amount (10-60%) of water, liquefied carbon dioxide, or other nonflammable liquid may be mixed and added to the fuel system. The effect is that these liquids can be vaporized by the heat generated by the ignition of the combustion system, and can be expanded in volume or can be prevented from extremely rising in temperature. As a result, not only the output per fuel unit can be greatly improved, but also harmful emissions such as NOx, SOx and PM can be reduced.
【0026】また、投入燃焼を局在状態化して着火し、
大量の空気や炭酸ガス中で希釈された状態を選ぶことに
より、極度の昇温を防ぎ、NOx、SOX、PMなどを
減少する方法などが取りうる。Further, the input combustion is localized and ignited,
By selecting a state diluted with a large amount of air or carbon dioxide, a method of preventing excessive temperature rise and reducing NOx, SOX, PM, etc. can be taken.
【0027】本発明における熱圧動力変換システムは、
回転動力が利用できる装置、機器に使用できるほか、排
出系の運動エネルギーを反動力として使用する用途に使
用できる。前者の例としては、自動車、航空機、船舶な
どの移動体の回転式エンジン、大形発電機、分散型発電
機、各種動力機械の動力が挙げられる。後者の例として
は、ジェットエンジンが挙げられる。この場合、通常の
ジェットエンジンのように、燃料系の圧縮工程が不要に
なるので、出力効率を高くすることができる。The thermal pressure power conversion system according to the present invention is
Not only can it be used in devices and equipment that can use rotational power, but it can also be used in applications where the kinetic energy of the exhaust system is used as reaction power. Examples of the former include rotary engines for mobile bodies such as automobiles, airplanes, and ships, large generators, distributed generators, and the power of various power machines. An example of the latter is a jet engine. In this case, unlike the conventional jet engine, the compression process of the fuel system is not necessary, so the output efficiency can be increased.
【0028】本発明のシステムは、内燃機関や、シリン
ダー外部から熱を導入することにより、独立室に導入し
た気体/液体系を加熱し、気化・熱膨張させ動力を取り
出す外燃機関のほか、系外熱源として、太陽熱や地熱、
大気・海水、流水などの持つ熱を利用する場合は、自然
エネルギーを用いた、再生クリーンエネルギー活用動力
システムとなる。大気、河川、海水等の流動性物質を使
用する場合、これらの物質が太陽エネルギー(熱・光)
を吸収して、対流することによって連続的にエネルギー
が供給される。つまり、効果的な総合太陽エネルギー有
効活用システムとなる。The system of the present invention includes an internal combustion engine and an external combustion engine which heats a gas / liquid system introduced into an independent chamber by introducing heat from the outside of the cylinder to vaporize and thermally expand the system to take out power. Solar heat, geothermal heat,
If the heat of the atmosphere, seawater, or running water is used, it will be a renewable clean energy utilization power system that uses natural energy. When fluid substances such as air, rivers, and seawater are used, these substances are solar energy (heat / light).
Energy is continuously supplied by absorbing and convection. In other words, it becomes an effective total solar energy effective utilization system.
【0029】本発明のシステム装置作動による排気熱を
利用して、従来同様の蒸気発電システムを作動させた
り、本発明の別システムを加熱する事によって、多重シ
ステムを構成し、熱エネルギーの有効仕事変換効率を上
げることができる。By utilizing the exhaust heat generated by the operation of the system device of the present invention, a steam power generation system similar to the conventional one is operated, or another system of the present invention is heated to form a multiple system, and effective work of heat energy The conversion efficiency can be improved.
【0030】以下本発明を図に従って詳細に説明する。The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0031】図1は本発明の新規熱圧動力変換システム
・装置の内部シリンダーが1つの場合の例を示す概略図
である。FIG. 1 is a schematic view showing an example in which the novel thermal pressure power conversion system / apparatus of the present invention has one internal cylinder.
【0032】図2は本発明の別システムの一例の概略図
である。同図において、内部シリンダーが2段になって
おり、内外シリンダーの接触部が公転軸に対して反対側
に位置しており、公転の軸ぶれが小さくなっている。FIG. 2 is a schematic view of an example of another system of the present invention. In the figure, the inner cylinder has two stages, the contact portions of the inner and outer cylinders are located on the opposite side to the revolution axis, and the axis deviation of the revolution is small.
【0033】[0033]
【発明の効果】本発明の新規熱圧動力変換システムとそ
の装置は、複数の内シリンダーが使用される場合、相互
に公転軸に対して反対側に配置され、内外シリンダーと
重層するらせん隔壁が構成する独立室を複数形成ように
なっている。また、らせん状隔壁のピッチが入り口から
出口側に向けて変化しており、熱媒ないし燃料と燃焼剤
等の熱供給源が導入口から、内シリンダーの自転によっ
て自然に独立室に取り込まれる。この時点で外系からの
熱伝達ないし燃料の着火をすると、独立室の内圧が高ま
り、広がった出口側への内シリンダーの押圧が働き、内
シリンダーの公転動力が発生する。この回転動力は膨張
比率の大きな内燃機関(ミラーサイクル)の動力に相当
し、燃焼系の体積膨張がつづく限りを回転エネルギーに
変換することが可能で、自動車等移動体の回転動力エン
ジンとして使用可能であり、発電機に接続することによ
り高効率で発電することができる。また、通常の内燃機
関より、燃料選択性が少なく、各種の気体、液体燃料を
採用することが可能で、動力変換効率が高く、排ガスも
NOX、SOX、PM等を極度に低下することができ
る。また、排気熱を用いて、他の熱機関の動力源や熱源
として活用できる。しかも、外シリンダーの外側に系外
熱源を併用し、熱交換することによって、各種熱資源エ
ネルギーを、有効動力(エクセルギー)に変えることが
できる。これらのエネルギー発生に際して汚染物質が生
じないので、地球環境を守る点からも極めて有効であ
る。In the case where a plurality of inner cylinders are used, the novel thermal-pressure power conversion system and the device thereof according to the present invention are arranged on opposite sides of the orbiting shaft, and have a spiral partition wall overlapping the inner and outer cylinders. It is designed to form multiple independent chambers. In addition, the pitch of the spiral partition changes from the inlet to the outlet side, and the heat medium or the heat supply source such as the fuel and the combustion agent is naturally taken into the independent chamber from the inlet by the rotation of the inner cylinder. At this point, when heat is transferred from the external system or fuel is ignited, the internal pressure of the independent chamber increases, the expanded inner cylinder is pressed toward the outlet side, and revolving power of the inner cylinder is generated. This rotary power corresponds to the power of an internal combustion engine (Mirror cycle) with a large expansion ratio, and as long as the volume expansion of the combustion system continues, it can be converted into rotary energy, which can be used as a rotary power engine for moving bodies such as automobiles. Therefore, it is possible to generate power with high efficiency by connecting to the generator. Further, the fuel selectivity is less than that of a normal internal combustion engine, various gases and liquid fuels can be adopted, the power conversion efficiency is high, and NOx, SOX, PM and the like of exhaust gas can be extremely reduced. . Further, the exhaust heat can be used as a power source or a heat source for other heat engines. Moreover, various heat resource energy can be converted into effective power (exergy) by using an external heat source in combination with the outside of the outer cylinder and exchanging heat. Since no pollutants are generated when these kinds of energy are generated, it is extremely effective from the viewpoint of protecting the global environment.
【図1】本発明のシステム・装置の例を示す概略図であ
る。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a system / apparatus of the present invention.
【図2】本発明のシステム・装置の別の例を示す概略図
である。FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of the system / apparatus of the present invention.
1 外シリンダー 2 内シリンダー 3 外部熱交換機能 4 燃料系導入口 5 排出口 6 着火点 7 分離燃料噴入口 1 outer cylinder 2 inner cylinder 3 External heat exchange function 4 Fuel system inlet 5 outlets 6 ignition points 7 Separated fuel injection port
Claims (5)
体からなる熱媒を、断熱状態もしくは、系内外から熱の
授受を行いながら膨張又は収縮させ、その際生じる体積
と圧力の変化を運動又は電気エネルギー(エクセルギ
ー)として取り出すことを可能とする熱圧動力変換シス
テムにおいて、 熱媒導入部と排出部をもつ外部シリンダーと、該シリン
ダーの両端又は一端に配置された軸受けで支持される動
力伝達用の公転軸をもち、かつ、1ないし複数の内部シ
リンダーの自転軸となし得る1体の曲状シャフトに取り
付けた内部シリンダーからなり、内外シリンダーの中間
に実質的に気密接触かつ摺動可能な状態で介在する可動
性らせん状連続隔壁から構成され、外部シリンダー内壁
に内部シリンダーが接触しながら遊星回転運動し、公転
することにより、シリンダー長手方向に重層する隔壁と
内外シリンダーで形成される空間が、公転によって変化
するようになし、シリンダー一端の導入部から熱媒を取
り込み、他端に排出することによって、公転回転軸から
正または負のエクセルギーを取り出すことを特徴とする
新規熱圧動力変換システム。1. A heat medium composed of a gas and / or a liquid having a predetermined temperature and pressure is expanded or contracted in an adiabatic state or while transferring heat from inside or outside the system, and changes in volume and pressure generated at that time are moved. Alternatively, in a heat-pressure power conversion system capable of being taken out as electric energy (exergy), power supported by an external cylinder having a heat medium introduction part and a discharge part, and bearings arranged at both ends or one end of the cylinder. It has an orbital shaft for transmission and is composed of an inner cylinder attached to one curved shaft that can be the rotation shaft of one or more inner cylinders, and is capable of sliding and sliding in the middle of the inner and outer cylinders. It is composed of a movable spiral continuous partition that intervenes in a simple state. The inner cylinder contacts the inner wall of the outer cylinder, and the planetary cylinder rotates and revolves. As a result, the space formed by the partition wall and the inner and outer cylinders that are layered in the longitudinal direction of the cylinder is changed by the revolution, and the heat medium is taken in from the introduction part of one end of the cylinder and discharged to the other end of the revolution shaft. A new heat and pressure power conversion system characterized by extracting positive or negative exergy from the system.
ムにおいて、所定の温度と圧力を有する気体及び/又は
液体からなる熱媒が、燃料と燃焼剤としての機能を有
し、システム内で形成されるシリンダー長手方向に重層
する隔壁と内外シリンダーで形成される空間内で燃焼さ
せ、発生熱エネルギーで生じる熱媒の圧力と体積の変化
を運動又は電気エネルギー(エクセルギー)として取り
出すことを可能とする新規熱圧動力変換システム。2. The novel heat-and-pressure power conversion system according to claim 1, wherein the heat medium composed of gas and / or liquid having a predetermined temperature and pressure has a function as a fuel and a combustion agent and is formed in the system. It is possible to take out the change in the pressure and volume of the heating medium generated by the generated heat energy as kinetic or electric energy (exergy) by burning in the space formed by the partition wall that overlaps the cylinder longitudinal direction and the inner and outer cylinders. A new thermal power conversion system.
換システムにおいて内部シリンダーが1体の曲状シャフ
トによって、直列に複数段連結され、かつ自転軸が公転
軸に対して交互に反対の位置に配列させることにより、
内外シリンダーの接触による一体軸の応力変形が生じ難
いように設計された新規熱圧動力変換システム。3. The novel thermo-hydraulic power conversion system according to claim 1 or 2, wherein the inner cylinders are connected in a plurality of stages in series by one curved shaft, and the rotation shafts are located at positions opposite to the revolution shafts alternately. By arranging
A new thermal-pressure power conversion system designed to prevent stress deformation of the integral shaft due to contact between the inner and outer cylinders.
力変換システムにおいて、外部シリンダー外側に系外と
の熱エネルギーの授受が可能なるよう熱交換機能をもた
せたことを特徴とする新規熱圧動力変換システム。4. The novel heat and pressure power conversion system according to claim 1, 2 and 3, wherein a heat exchange function is provided on the outside of the external cylinder so that heat energy can be exchanged with the outside of the system. Pressure power conversion system.
熱圧動力変換システムにおいて、外部シリンダー内壁も
しくは内部シリンダー外壁に設計されたピッチのらせん
形状溝を形成し、らせん状隔壁が内部シリンダーの自公
転にあわせて摺動しつつ、出入り可能な形態で設置し、
シリンダー長手方向に重層する隔壁と内外シリンダーで
形成される空間が、実質的に気密状態で、同一内シリン
ダーの範囲で連続的に定容ないし変化するようになした
ことを特徴とする新規熱圧動力変換装置。5. The novel heat-and-pressure power conversion system according to claim 1, 2, 3 and 4, wherein a spiral-shaped groove having a designed pitch is formed on the inner wall of the outer cylinder or the outer wall of the inner cylinder, and the spiral partition is the inner cylinder. Installed in a form that allows you to enter and exit while sliding along with the revolution of
A new heat and pressure characterized in that the space formed by the partition wall and the inner and outer cylinders that are layered in the longitudinal direction of the cylinder is substantially airtight and continuously regulates or changes in the range of the same inner cylinder. Power converter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001237105A JP2003013701A (en) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | System and device for converting hot pressing power |
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