JP2007332927A - 動力装置およびこの動力装置を用いた発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、断熱膨張と断熱圧縮という可逆の現象を利用して、大気圧を動力源にして駆動し、外部熱源から熱エネルギーを補充して連続運転する動力装置を提供することを目的とする。
【解決手段】回転軸７に取り付けたクランク６に連結したピストン４、シリンダー３、気体タンク１、および接続部２からなる構造を有し、気体タンク１内および接続部２内に空気を注入、密閉している。接続部２に開閉弁１６を設けるとともに、開閉弁１６に開閉機構２０を具備し、ピストン４の動きに連動して、ピストン４が下死点に到達した時点で閉じ、ピストン４が下死点から上死点に動くピストン行程における任意の位置にピストン４が到達した時点で開く、という開閉動作を、開閉弁１６に行わせるようにしている。また、気体タンク１内に、本発明の連続運転には欠かせない外部熱源からの気体タンク１内への伝熱を高めるための熱交換構造を設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力装置ならびに発電装置に関する。

本発明は、断熱膨張と断熱圧縮という可逆の現象を利用して、大気圧を動力源にして駆動し、外部熱源から熱エネルギーを補充しながら連続運転する動力装置を提供することを目的とする。

また、前記動力装置を用いた発電装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の動力装置は、回転軸と、クランクと、ピストンと、シリンダーと、気体タンクと、接続部と、該接続部に設けた開閉弁、および該開閉弁に具備した開閉機構からなり、前記接続部を介して前記シリンダーと前記気体タンクを繋いだ構造を有し、前記開閉弁に、前記ピストンが下死点に達した時点で閉じ、前記ピストンが下死点から上死点に動くピストン行程における任意の位置に前記ピストンが達した時点で開く、という開閉動作を行わせるようにしているものであり、また前記気体タンク内および前記接続部内に気体を注入、密閉しているものである。

本発明の動力装置によれば、前記接続部に前記開閉弁を設け、上記開閉動作を前記開閉弁に行わせることにより、下記の作動原理に基づき駆動し、連続運転することができる。

「作動原理」
前記ピストンを上死点から下死点まで大気圧に抗して動かすと（前記開閉弁が開いた状態）、その間に、前記気体タンク内および前記接続部内の気体は前記シリンダー内に流入し、任意数倍に断熱膨張する。このとき、前記気体タンク内の気体、前記接続部内の気体、および前記シリンダー内に流入した気体の内部エネルギーは減少し、その温度と圧力は低下する。

前記ピストンが、下死点から、上記ピストン行程における任意の位置まで動くと（前記開閉弁が閉じた状態）、その間に、前記シリンダー内および前記シリンダーの接続口から前記開閉弁までの前記接続部内の気体だけを膨張倍数分の一に断熱圧縮する。このとき、前記シリンダー内および前記シリンダーの接続口から前記開閉弁までの前記接続部内の気体の内部エネルギーは増加し、その温度と圧力は上記断熱膨張前の状態に戻る。

一方、前記気体タンク内および前記気体タンクの接続口から前記開閉弁までの前記接続部内の気体は圧縮されないので、低温、低圧状態のままである。そのため、前記ピストンが上記ピストン行程における任意の位置に達し、前記開閉弁が開くと、圧縮された前記シリンダー内および前記シリンダーの接続口から前記開閉弁までの前記接続部内の気体は、上記断熱膨張による低圧状態のままの前記気体タンク内および前記気体タンクの接続口から前記開閉弁までの前記接続部内に、圧力差により吸気される。

上記吸気の際、上記吸気により前記シリンダー内の気体の圧力が低下するため、大気圧との差が生じ、前記シリンダー内の気体の圧力と大気圧との平衡を保つため、前記ピストンは大気圧により上死点側に押され、上死点に達するまで押され続ける、すなわち、大気の体積仕事が行われる。該体積仕事を行わせる原動力である大気圧を動力源にして、本発明の動力装置は駆動する。

上記体積仕事から、上記断熱膨張時に大気圧に抗して前記ピストンを動かすために必要な最低限の前記ピストンの運動エネルギーの膨張倍数分の一を差し引いた残りの上記体積仕事を外部仕事に利用する。よって、本発明の動力装置の最大出力（ｗ）は、一秒当りの回転数（ｒｐｓ）かける上記外部仕事（Ｊ）になる。

また、上記吸気により、前記シリンダー内の気体は前記気体タンク内および前記気体タンクの接続口から前記開閉弁までの前記接続部内に戻されるが、前記シリンダー内の気体すべてが戻されても、圧縮が伴わないため、前記気体タンク内および前記気体タンクの接続口から前記開閉弁までの前記接続部内の気体の内部エネルギー量は上記断熱膨張の前の量まで戻らない、すなわち、前記気体タンク内および前記気体タンクの接続口から前記開閉弁までの前記接続部内の気体の温度と圧力は上記断熱膨張前の状態に戻らない。

そのため、上記吸気を利用して、前記気体タンク内に強制対流を起こし、それにより生じる強制対流熱伝達により、外部熱源から前記気体タンク内に伝熱し、熱エネルギーを補充する。そのことにより、前記ピストンが上死点に達するまでに、前記気体タンク内および前記気体タンクの接続口から前記開閉弁までの前記接続部内の気体の温度と圧力を上記断熱膨張前の温度と圧力に戻す。このことにより、連続運転が可能になる。

以上が、本発明の動力装置の一回転における行程であり、該行程を繰り返し、連続運転する。

ここで、開閉機構とは、前記ピストンの動きと連動して、前記ピストンが下死点に達した時点で閉じ、前記ピストンが下死点から上死点に動くピストン行程における任意の位置に前記ピストンが達した時点で開く、という開閉動作を、前記開閉弁に行わせるための機構である。

ここで、気体とは、空気、酸素、二酸化炭素、窒素、水素およびヘリウム、ならびに、これらのすべて、または、これらからいくつかを選んで混合した気体のことを意味する。

ここで、断熱膨張とは一般的に、完全な断熱状態での膨張を意味するが、本発明の動力装置においては、完全に本動力装置を断熱していないものの、前記ピストンのスピードが速く、上記膨張が短時間に行われるため、膨張中、外部から本動力装置内への伝熱が追いつかず、伝熱量もわずかなため、断熱膨張に近く、よって、上記膨張を断熱膨張と称するものである。

ここで、断熱圧縮とは一般的に、完全な断熱状態での圧縮を意味するが、本発明の動力装置においては、完全に本動力装置を断熱していないものの、前記ピストンのスピードが速く、上記圧縮が短時間に行われるため、圧縮中、外部から本動力装置内への伝熱が追いつかず、伝熱量もわずかなため、断熱圧縮に近く、よって、上記圧縮を断熱圧縮と称するものである。

ここで、任意数倍とは、前記気体タンク内および前記接続部内の気体が膨張する倍数のことであり、前記気体タンク内および前記接続部内の気体の体積と、前記シリンダーの最大容積（前記シリンダーの内径から導き出される断面積に前記ピストンのピストン行程を掛けた値）との比の値を意味するが、何倍に膨張させるかは、本発明の動力装置を製造する際に、諸条件を鑑み決定される、よって、任意数倍と称するものである。

ここで、膨張倍数分の一とは、上記断熱膨張の値である任意数倍の逆数のことを意味し、たとえば、２倍に膨張させた場合は、１／２であり、３倍に膨張させた場合は、１／３が膨張倍数分の一である。

ここで、ピストン行程における任意の位置とは、前記シリンダーの最大容積と前記シリンダーの接続口から前記開閉弁までの前記接続部の容積をたした値を膨張倍数分の一にして、その値から、前記シリンダーの接続口から前記開閉弁までの前記接続部の容積の値を引き、前記シリンダーの断面積（前記シリンダーの内径の１／２の値を二乗し、πを掛けた値）で割って得られた数値と前記ピストンの上死点からの距離が同じ値になる時点の前記ピストンの位置のことをいう。

ここで、大気の体積仕事とは、大気が正の体積変化（大気の体積が増える変化）を起こすことを意味し、そのエネルギー量（Ｊ）は、大気圧（Ｐ）×変化した体積（Ｖ）になる。

また、本発明の動力装置は、前記気体タンクに熱交換構造を設けているものである。
本発明の動力装置によれば、前記気体タンクが前記熱交換構造を有することにより、上記吸気の際に生じる気体の流れを利用した強制対流熱伝達を利用して行う外部熱源から前記気体タンク内への伝熱を高めることができる。

ここで、熱交換構造とは、上記吸気中の強制対流が円滑に行われるように施した前記気体タンクの内側の形状、ならびに熱交換器のように強制対流熱伝達を利用して効率的に熱交換を行う構造のことを意味している。

また、本発明の発電装置は、請求項１または請求項２記載の動力装置に発電機を繋いだものである。
本発明の発電装置によれば、本発明の動力装置に発電機を繋ぐことにより、発電することができる。

本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項１記載の発明の動力装置によれば、断熱膨張、断熱圧縮という現象を利用して、大気圧を動力源に駆動するため、運転中も、本動力装置内の気体の温度は大気温度より高くならないことから、また前記気体タンク内において、上記吸気を利用した強制対流熱伝達による伝熱を行うことから、本発明の動力装置の連続運転に欠かせない、上記吸気中の前記気体タンク内への熱エネルギーの補充に必要な外部熱源を、大気や海水などの、自然の熱源に求めることができる。

また、請求項２記載の発明の動力装置によれば、前記気体タンク内に熱交換構造を設けることにより、強制対流熱伝達を利用して行う外部熱源から前記気体タンク内への伝熱を高めることができることから、外部熱源からの単位時間あたりの伝熱量を大きくすることができるため、外部熱源から同量の熱量を得る場合、伝熱時間を短くすることができる。

本発明の動力装置においては、上記断熱膨張の膨張倍数が同じ場合、本動力装置の出力は、回転数および前記気体タンク内および前記接続部内の気体の体積に比例する、すなわち、動力装置の出力は、回転数が大きくなればなるほど、また、前記気体タンク内および前記接続部内の気体の体積が大きくなればなるほど大きくなる。

よって、前記気体タンク内および前記接続部内の気体の体積を同じにした場合、伝熱時間が短くなることにより、一秒あたりの回転数を大きくすることができ、それにより、本動力装置の出力を大きくできる。また、同出力の場合、一秒あたりの回転数を大きくすることができることにより、前記気体タンク内および前記接続部内の気体の量を少なくすることができるため、本動力装置をコンパクトにできる。

また、請求項３記載の発明の発電装置によれば、請求項１または請求項２記載の発明の動力装置を用いて発電するため、外部熱源を自然の熱源に求めることができることから、補修費などを除いて、ランニングコストがかからない発電が可能になるとともに、季節、天候、天気の状態に左右されることなく、そして昼夜別なく発電が可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
まず、本発明の動力装置を実施するための最良の形態について説明する。
本実施形態は、図１に示すように、回転軸７に取り付けたクランク６に連結したピストン４とシリンダー３、気体タンク１、および接続部２からなり、接続部２を介して気体タンク１とシリンダー３を繋いだ構造を有し、接続部２には開閉弁１６を設けている。なお、図中には描いてはいないが、気体タンク１とシリンダー３はフレームに固定されている。また、回転軸７は、フレームに固定した軸受けに支持されている。

本実施形態では、気体タンク１内および接続部２内に空気を注入しており、気体タンク１内および接続部２内の空気の始動前の圧力は１気圧で、二倍に膨張させる。外部熱源には大気を利用し、始動前の気体タンク１内および接続部２内の空気の温度は大気温度と同じで、本動力装置が自力で運転できるようになるまで、人力、またはモーターなどの外部動力を用いて始動する。

気体タンク１は、次のような熱交換構造を有している。
図２、図３に示すように、気体タンク１の内側は、陸上競技用のトラックのような、すなわち、長方形の上下に半円形の形をくっつけた形状を二つ並べた構造をしており、そこに図４、図７に示すようなプレート１３、チューブ１２からなる熱交換器を設けている。チューブ１２は気体タンク１のタンク壁を貫通しているが、チューブ１２と気体タンク１のタンク壁との隙間は密閉してあり、気体タンク１内と外気との気密を保つようにしている。

また、気体タンク1の下部から接続部２にかけての部分にセパレータ９を設けている。セパレータ９は、図２に示すように、気体タンク１に設けた、接続部２の取り付け口にパ
ッキン１０とともに、気体タンク１と接続部２の間に挟まれる枠の部分と、プレート１３と同じ厚み、同じ横幅のプレート部分からなる構造を有している。接続部２の気体タンク１側とシリンダー３側の取り付け口にパッキン１０を取り付けてあり、気体タンク１内および接続部２内と外気との気密を保つようにしている。

また、本実施形態においては、外部熱源が大気であるため、図１７に示すように、外部にプレートとチューブからなる熱交換器３６、ファン３７、そして循環ポンプ３５からなる、大気から熱を吸収する装置を設けており、チューブ１２、連結用パイプ１４、連結用パイプ１５、および外部の熱交換器３６内のチューブの中には流体である水または不凍液が熱媒体として注入している。該熱媒体は、循環ポンプ３５を用いて、気体タンク１内に設けている熱交換器と外部の熱交換器３６の間を連結用パイプ１４と連結用パイプ１５を介して循環している。

接続部２は、図７に示すように、気体タンク１側の接続口８からシリンダー３側の接続口１９までの部分を指し、開閉弁１６を設けている。また、図５に示すように、接続口８側に水平支柱１１を設けている。水平支柱１１の断面は、図５および図７に示すように、台形をしている。

開閉弁１６は、図５に示すように、二個あり、スライド式で左右に開き、コネクティングロッド２１，コネクティングロッド２６、クランク２２，クランク２５、かさば歯車２４ａ、かさば歯車２４ｂ、リンク棒２８、リンク棒用パイプ３０、および平面溝カム３２からなる開閉機構２０（図６）を介して回転軸７に繋がっている。なお、図中には描いてはいないが、リンク棒用パイプ３０はフレームに固定され、また開閉機構２０の軸２３、軸２７はフレームに固定した軸受けに支持されている。

本実施形態においては、気体タンク１内の容積および接続部２の容積（開閉弁１６が開いた状態のときの容積）の空気を二倍に膨張させるため、シリンダー３の最大容積は、気体タンク１内の容積と接続部２の容積を合算した量（気体タンク１に設けている熱交換器の体積、セパレータ９のプレート部の体積および水平支柱１１の体積を除く）と同じにしている。また、ピストン４にＯリング５を取り付けてあり、これによって、シリンダー３内と外気との気密を保つようにしている。

図５、図６、および図８を用いて、開閉弁１６の説明および、開閉機構２０の各部分を機能とともに説明する。

開閉弁１６は、図５に示すように、両側面に半円形の丸みを持たせている板状の部分と軸受け１７ｂを設けたロッド１７ａの部分からなり、図７に示すように、上記板状の部分は、この部分を挟む接続部２の上下の面および水平支柱１１の下面３４と気密を保ちながら接触している（開閉弁１６が閉じた状態時）。また、接続部２の開閉弁１６のロッド１７ａを受ける部分にはＯリング１８を取り付けてあり、これによって、接続部２の内部と外気との気密を保つようにしている。

開閉機構２０の役割は、開閉弁１６を適切な時点で開閉させることであり、そのため、開閉機構２０は、図６に示すような構造をしており、次のように機能する。

回転軸７に取り付けた平面溝カム３２には、カム溝３３が設けてあり、平面溝カム３２が回転すると、カム溝３３の起伏に沿って、軸受け２９とカム溝３３の中を動くローラー３１を設けたリンク棒２８が、リンク棒用パイプ３０の中を上下運動し、コネクティングロッド２６とクランク２５によりリンク棒２８の上下運動を回転運動に変換し、かさば歯車２４ａ，かさば歯車２４ｂにより回転軸の方向を９０度変えるとともにクランク２２に回転運動を伝え、クランク２２とコネクティングロッド２１によって回転運動を水平往復運動に変え、開閉弁１６が開閉するようにしている。また、カム溝３３の起伏が、平面溝カム３２の中心から大きくなるにつれて、開閉弁１６が開く度合いが大きくなるようにしている。

かさば歯車２４ａとかさば歯車２４ｂは、すべて同じ大きさ、形状のものであり、クランク２２とクランク２５も同じ大きさ、形状のものであり、またコネクティングロッド２１とコネクティングロッド２６も同じ長さにしている。

平面溝カム３２のカム溝３３の回転位置、開閉弁１６の開閉のタイミングを、図８および図９から図１５を用いて説明する（図８上の記号ＡからＧは、平面溝カム３２のカム溝３３の回転位置を示している。また、図９から図１５は、図８上の溝位置ＡからＧに対応した開閉弁の位置、ピストン４の位置、そして空気の流れを示している）。

平面溝カム３２は、ピストン４が上死点に達した時に、平面溝カム３２の溝位置Ａがロ ーラー３１の中心の位置に来るように、回転軸７に取り付けている（図９）。

平面溝カム３２の溝位置Ｂがローラー３１の中心の位置まで回転したとき、開閉弁１６は最大限に開いた状態になり（図１０）、平面溝カム３２の溝位置Ｃがローラー３１の中心の位置まで回転したとき、開閉弁１６は閉じ始め（図１１）、平面溝カム３２の溝位置
Ｄがローラー３１の中心の位置まで回転したとき、開閉弁１６は水平支柱１１の面３４と重なり始める（図１２、下死点）、すなわち、気体タンク１内および接続口８から開閉弁１６までの接続部２内の空気とシリンダー３内および接続口１９から開閉弁１６までの接続部２内の空気が遮断される。平面溝カム３２の溝位置Ｅがローラー３１の中心の位置まで回転したとき、開閉弁１６は往復運動の折り返し位置に達し、完全に閉じる（図１３）。

平面溝カム３２の溝位置Ｆがローラー３１の中心の位置まで回転したとき、開閉弁１６は開く側に動き始め（図１４）、平面溝カム３２の溝位置Ｇがローラー３１の中心の位置まで回転したとき、開閉弁１６は水平支柱１１の面３４の端に達する、すなわち、溝位置Ｇから開閉弁１６は開き始める（図１５）。

溝位置Ｇは、シリンダー３の最大容積（シリンダー３の内径から導き出される断面積にピストン４のピストン行程を掛けた値）とシリンダー３の接続口１９から開閉弁１６までの接続部２の容積をたした値を２分の一にした値から、シリンダー３の接続口１９から開閉弁１６までの接続部２の容積の値を引き、シリンダー３の断面積（シリンダー３の内径の１／２の値を二乗し、πを掛けた値）で割った数値とピストン４の上死点からの距離が同じ値になる時点のピストン４の位置から導き出されるカム溝３３の回転位置である。

「実施形態の作用」
図８および図９から図１６を用いて、本実施形態の作用を説明する。
上死点にあるピストン４が、下死点まで動くと、平面溝カム３２はローラー３１の中心の位置を基準にして溝位置Ａから溝位置Ｄまで回転することになるため、開閉弁１６は溝位置Ｄがローラー３１の中心の位置に来るまで開いた状態にあり、気体タンク１内および接続部２内の空気は、シリンダー３内に流入し、二倍に断熱膨張する。これにより、気体タンク１内の空気、接続部２内の空気、シリンダー３内に流入した空気の温度と圧力は急激に低下する。（図９、１０、１１、１２）

平面溝カム３２がローラー３１の中心の位置を基準にして溝位置Ｄから溝位置Ｇまで回転する間は、開閉弁１６は閉じているため、その間、ピストン４により、シリンダー３内および接続口１９から開閉弁１６までの接続部２内の空気は１／２に断熱圧縮される。これにより、シリンダー３内および接続口１９から開閉弁１６までの接続部２内の空気は、上記断熱膨張前の温度と圧力に戻る。（図１３、１４、１５）

このとき、気体タンク１内および接続口８から開閉弁１６までの接続部２内の空気の温度と圧力は低下したままの状態にあるため、圧縮されたシリンダー３内および接続口１９から開閉弁１６までの接続部２内の空気は、開閉弁１６が開くと、気体タンク１内および接続口８から開閉弁１６までの接続部２内の空気とシリンダー３内および接続口１９から開閉弁１６までの接続部２内の空気との圧力差によって、気体タンク１内および接続口８から開閉弁１６までの接続部２内に吸気される。（図１６）

それとともに、シリンダー３内の圧力が低下するため、大気圧との差が生じ、大気圧とシリンダー３内の圧力との平衡を保つため、ピストン４は大気圧に押される、すなわち、大気の体積仕事が行われる。上記吸気と上記体積仕事は、ピストン４が上死点に達するまで続く。

また、図６に示すように、上記吸気、すなわち、シリンダー３内およびシリンダー３の接続口１９から開閉弁１６までの接続部２内で１／２に圧縮された空気を、圧力差を利用して気体タンク１内および気体タンク１の接続口８から開閉弁１６までの接続部２内に吸気する際の空気の流れを、台形をした水平支柱１１により、セパレータ９に沿って流れるようにするとともに、セパレータ９により左右に分け、気体タンク１内の構造により渦巻き状の強制対流を起こし、チューブ１２とプレート１３からなる熱交換器で強制対流熱伝達を行うことにより、チューブ１２内を流れる熱媒体（水または不凍液）からの伝熱が高まるようにしている。

気体タンク１内への、外部熱源である大気からの伝熱の仕組みを、図１７を用いて説明する。
外部に設けた装置のファン３７を回転させて、熱交換器３６内に強制対流を起こし、循環ポンプ３５により熱交換器３６内のチューブを流れている、すなわち、強制対流状態の熱媒体（水または不凍液）との間で強制対流熱伝達が生じ、大気の熱が上記熱媒体に伝熱し、上記熱媒体の温度は上昇する。

熱交換器３６内で大気の熱を吸収した上記熱媒体は連結用パイプ１５を通って気体タンク１まで運ばれ、上記吸気中に、気体タンク１内の熱交換器のチューブ１２中を流れるとき、気体タンク１内の空気の温度がチューブ１２内の上記熱媒体の温度より低いため、強制対流熱伝達により、チューブ１２内の上記熱媒体の熱が気体タンク１内の空気に伝熱し、気体タンク１内の空気の温度は上昇し、上記断熱膨張前の温度に戻る。そして、気体タンク１内で熱を奪われ、温度が下がった上記熱媒体は、連結用パイプ１４を通り、熱交換器３６に戻る。

本実施形態においては、始動前の上記熱媒体の温度は大気温と同じなため、大気との温度差がなく、そのため、始動当初は、外部の熱交換器３６内では、大気から上記熱媒体への伝熱は起こらず、気体タンク１内で上記熱媒体と気体タンク１内の空気との間だけで伝熱が行われ、上記熱媒体は熱エネルギーを奪われ、温度は下がる。

上記熱媒体の温度が下がることにより、大気温度と温度差が生じ、外部の熱交換器３６内でも、上記熱媒体と外部の熱源である大気との間で伝熱が行われるようになる。上記熱媒体の温度は、気体タンク１内での上記熱媒体から気体タンク１内の空気への伝熱量と外部の熱交換器３６内での大気から上記熱媒体への伝熱量が等しくなるのに必要な大気との温度差が生じるまで下がる。上記熱媒体の温度が下がるにつれて、上記断熱膨張前の気体タンク１内および接続部内の空気の温度も下がる。

以上のことから、本実施の形態によれば、接続部２に開閉弁１６を設け、開閉弁１６に、ローラー３１の中心を基準にして、平面溝カム３２が溝位置Ｄから溝位置Ｇまで回転している間は閉じ、溝位置Ｇから溝位置Ｄまで回転している間は開く、という開閉動作を行わせることにより、気体タンク１内および接続部２内の空気を２倍に断熱膨張させるとともに、該断熱膨張の際に流入したシリンダー３内およびシリンダー３の接続口１９から開閉弁１６までの接続部２内の空気だけを１／２に断熱圧縮することができる。

これにより、シリンダー３内およびシリンダー３の接続口１９から開閉弁１６までの接続部２内の空気の温度と圧力を上記断熱膨張前の状態に戻すとともに、開閉弁１６が開き始めるまで気体タンク１内および接続口８から開閉弁１６までの接続部２内を低圧状態のままに置くことができる。

これにより、気体タンク１内および接続口８から開閉弁１６までの接続部２内とシリンダー３内およびシリンダー３の接続口１９から開閉弁１６までの接続部２内との間で圧力差が生じ、該圧力差を利用して、断熱圧縮されたシリンダー３内およびシリンダー３の接続口１９から開閉弁１６までの接続部２内の空気が、気体タンク１内および接続口８から開閉弁１６までの接続部２内へ吸気される。

その際に、大気に体積仕事を行わせることにより、駆動することができる。該体積仕事から、上記断熱膨張時に大気圧に抗してピストン４を動かすために必要な最低限のピストン４の運動エネルギーの１／２を差し引いた残りの上記体積仕事を外部仕事に利用することができる。

また、気体タンク１内を、図２に示すような形状にするとともに、気体タンク１内に熱交換器を設け、外部に設けた熱交換器３６と気体タンク１との間を上記熱媒体を循環させ、大気から気体タンク１内に熱エネルギーを補充することにより、上記吸気中に気体タンク１内および接続口８から開閉弁１６までの接続部２内の空気の温度と圧力を断熱膨張する前の状態に戻すことにより、連続運転することがてきる

なお、開閉弁１６に具備する開閉機構２０は、本実施の形態で説明したものに限定されるわけではない。このほか、電磁的作用を利用した開閉機構も採用することができる。要するに、ピストン４の動きと連動させて、開閉弁１６の上記開閉動作を行わせることができる開閉機構であればいかなるものも採用することができる。そして、気体タンク１内に設ける熱交換構造は、本実施の形態で説明したものに限定されるわけではない。要するに、外部熱源から、必要で十分な熱エネルギーを補充できる構造であればいかなるものも採用することができる。

また、本発明は上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成を採り得ることはもちろんである。

次に、本発明の発電装置を実施するための最良の形態について説明する。
本実施形態は、図１８に示すように、発電機３８の回転軸３９の軸上に本発明の動力装置の最良の実施形態４台（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を配列し、図１９に示すように、それらの動力装置のクランク６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを、発電機３８の回転軸３９に、回転方向に９０度ずつ、ずらした位置に取り付けたものである。

また、外部に大気から熱を吸収するための発電装置用熱交換器４１、発電装置用ファン４２および発電装置用循環ポンプ４０からなる装置を設けて、上記の４台の動力装置との間で、熱媒体を循環させるものである。

以上のことから、本実施形態によれば、本発明の動力装置の最良の実施形態４台を発電機３８に繋ぐことにより、大気を外部熱源にして、発電できる。

また、上記動力装置４台の、それぞれのクランク６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを９０度ずつ、ずらして、発電機３８の回転軸３９に取り付けることにより、回転が滑らかになり、均一で安定した発電ができる。

なお、本発明は上述の発明を実施するための最良の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。

請求項１および請求項２記載の発明の一実施形態を示す正面図で、シリンダ ー３の一部が断面になっている。 気体タンク１の内部の形状を示す垂直断面図である。 気体タンク１の内部の形状を示す水平断面図である。 一部が断面になっている、熱交換構造を設けた気体タンク１の斜視図である。 一部が断面になっている接続部２、開閉弁１６および開閉弁１６に具備した開閉機構２０の一部の斜視図である。 開閉機構２０の全体構造を示す斜視図である。 熱交換構造を設けた気体タンク１の正面垂直断面図を用いて上記吸気時の空気の流れを示す模式図である。 平面溝カム３２の溝位置を示す模式図である。 平面溝カム３２が回転して、溝位置Ａがリンク棒２８のローラー３１の中心に来たときの開閉弁１６の位置、ピストン４の位置、および空気の流れを示す模式図である（気体タンク１内の熱交換器は描いていない）。 平面溝カム３２が回転して、溝位置Ｂがリンク棒２８のローラー３１の中心に来たときの開閉弁１６の位置、ピストン４の位置、および空気の流れを示す模式図である（気体タンク１内の熱交換器は描いていない）。 平面溝カム３２が回転して、溝位置Ｃがリンク棒２８のローラー３１の中心に来たときの開閉弁１６の位置、ピストン４の位置、および空気の流れを示す模式図である（気体タンク１内の熱交換器は描いていない）。 平面溝カム３２が回転して、溝位置Ｄがリンク棒２８のローラー３１の中心に来たときの開閉弁１６の位置、ピストン４の位置、および空気の流れを示す模式図である（気体タンク１内の熱交換器は描いていない）。 平面溝カム３２が回転して、溝位置Ｅがリンク棒２８のローラー３１の中心に来たときの開閉弁１６の位置、ピストン４の位置、および空気の流れを示す模式図である（気体タンク１内の熱交換器は描いていない）。 平面溝カム３２が回転して、溝位置Ｆがリンク棒２８のローラー３１の中心に来たときの開閉弁１６の位置、ピストン４の位置、および空気の流れを示す模式図である（気体タンク１内の熱交換器は描いていない）。 平面溝カム３２が回転して、溝位置Ｇがリンク棒２８のローラー３１の中心に来たときの開閉弁１６の位置、ピストン４の位置、および空気の流れを示す模式図である（気体タンク１内の熱交換器は描いていない）。 平面溝カム３２が回転して、溝位置Ｇと溝位置Ａの中間の位置がリンク棒２８のローラー３１の中心に来たときの開閉弁１６の位置、ピストン４の位置、および空気の流れを示す模式図である（気体タンク１内の熱交換器は描いていない）。 外部熱源である大気から熱を気体タンク１内に伝熱する仕組み、および上記熱媒体の流れを示すための模式図である。 請求項３記載の発明の一実施形態を示す全体図である。 請求項３記載の発明の一実施形態の動力装置４台（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）の、それぞれのクランク６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの、回転軸３９における取り付け位置を示す斜視図である。

符号の説明

１ 気体タンク
２ 接続部
３ シリンダー
４ ピストン
５ Ｏリング
６ クランク
６ａ 動力装置ａのクランク
６ｂ 動力装置ｂのクランク
６ｃ 動力装置ｃのクランク
６d 動力装置ｄのクランク
７ 回転軸
８ 気体タンク１側の接続部２の接続口
９ セパレータ
１０ パッキン
１１ 水平支柱
１２ 気体タンク１に設けた熱交換器のチューブ
１３ 気体タンク１に設けた熱交換器のプレート
１４ 熱媒体を気体タンク１から外部の熱交換器３６へ流すための連結用パイプ
１５ 熱媒体を外部の熱交換器３６から気体タンク１へ流すための連結用パイプ
１６ 開閉弁
１７ａ 開閉弁ロッド
１７ｂ 開閉弁軸受け
１８ 開閉弁ロッド用Ｏリング
１９ シリンダー３側の接続部２の接続口
２０ 開閉機構
２１ コネクティングロッド
２２ 開閉機構用クランク
２３ 開閉機構用軸
２４ａ かさば歯車
２４ｂ かさば歯車
２５ 開閉機構用クランク
２６ コネクティングロッド
２７ 開閉機構用軸
２８ リンク棒
２９ リンク棒軸受け
３０ リンク棒用パイプ
３１ リンク棒用ローラー
３２ 平面溝カム
３３ カム溝
３４ 水平支柱下面
３５ 循環ポンプ
３６ 外部熱交換機
３７ ファン
３８ 発電機
３９ 発電機３８の回転軸
４０ 発電装置用循環ポンプ
４１ 発電装置用外部熱交換機
４２ 発電装置用ファン

Claims (3)

1. 回転軸と、クランクと、ピストンと、シリンダーと、気体タンクと、接続部と、該接続部に設けた開閉弁、および該開閉弁に具備した開閉機構からなり、前記接続部を介して前記シリンダーと前記気体タンクを繋いだ構造を有し、前記開閉弁に、前記ピストンが下死点に達した時点で閉じ、前記ピストンが下死点から上死点に動くピストン行程における任意の位置に前記ピストンが達した時点で開く、という開閉動作を行わせること、ならびに前記気体タンク内および前記接続部内に気体を注入、密閉していることを特徴とする動力装置。
2. 前記気体タンクが、外部の熱源から前記気体タンク内への伝熱を高めるための熱交換構造を有することを特徴とする請求項１記載の動力装置。
3. 請求項１または請求項２記載の動力装置に発電機を繋いだことを特徴とする発電装置。

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