JP2009228553A - Circulating carbon dioxide gas engine system - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は磁力を利用したサテライト型の誘発駆動ホイールを用いた循環式炭酸ガスエンジンシステムに関する。 The present invention relates to a circulating carbon dioxide engine system using a satellite-type induction drive wheel using magnetic force.
高圧状態の炭酸ガスが常圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動させるエンジンにおいて、排出された炭酸ガスを回収して再利用するエンジンシステムが発明されている。このようなエンジンシステムにおいて、エンジンの駆動力を圧縮機に伝達するときの伝動ロスが大きいとエネルギが無駄に消費され効率の良い循環が実現できなくなってしまう。 An engine system that recovers and reuses discharged carbon dioxide gas has been invented in an engine that drives an actuator by a force due to volume expansion when high-pressure carbon dioxide gas reaches normal pressure. In such an engine system, if the transmission loss when transmitting the driving force of the engine to the compressor is large, energy is wasted and efficient circulation cannot be realized.
このような伝動ロスに関する解決策として、磁力の活用が考えられる。例えば、ホイールの底面に磁石を設け該磁石に対向するように磁石を固設することで、磁石同士の反発力を利用してホイールを浮上させ、さらにこの反発力を回転にも利用するという考えに基づくものである。 The use of magnetic force can be considered as a solution for such transmission loss. For example, by providing a magnet on the bottom of the wheel and fixing the magnet so as to face the magnet, the wheel is lifted using the repulsive force between the magnets, and this repulsive force is also used for rotation It is based on.
しかしながら、上記のように単にホイールの底面に磁石を設け該磁石に対向するように磁石を固設する方法では、磁石の性質である反発及び吸引を十分に活かしきれていなかった。
本願発明は上記背景より磁石を使用し、その性質である反発及び吸引を有効利用することにより伝動部材としてのホイールの伝動ロスを可及的に小とし、効率の良い循環が可能な循環式炭酸ガスエンジンシステムを供することを目的とする。 The invention of the present application uses a magnet from the background described above, and makes effective use of repulsion and suction, which are the properties of the present invention, to minimize the transmission loss of the wheel as a transmission member as much as possible, and to enable efficient circulation. The purpose is to provide a gas engine system.
前記目的達成のため、本願発明による循環式炭酸ガスエンジンシステムは、高圧炭酸ガスを動力とする炭酸ガスエンジンと、該炭酸ガスエンジンから排気された炭酸ガスを圧縮する圧縮機とを有する循環式炭酸ガスエンジンシステムであって、上記炭酸ガスエンジンは、密閉された内室に高圧炭酸ガスを吸気し、該高圧炭酸ガスが排気されるときの膨張の力によって作動子を作動させ、上記圧縮機は、上記炭酸ガスエンジンの駆動力が誘発駆動ホイールによって伝動されることにより作動し、該圧縮機によって高圧となった炭酸ガスは上記炭酸ガスエンジンに吸気され、上記誘発駆動ホイールは、径の大なる単一の駆動ホイールと径の小なる複数のサテライトホイールとからなり、上記駆動ホイールと上記サテライトホイールとは反対方向に回転可能であり、上記駆動ホイールと上記サテライトホイールの円周面に設けた多数の区画に磁石が取り付けられ、上記駆動ホイールに取り付けられるベース磁石はすべて極性が同一とされ、上記サテライトホイールに取り付けられるサテライト磁石は極性が交互に変更され、上記ベース磁石と上記サテライト磁石との間には僅少のギャップが設けられ、上記サテライト磁石は上記ベース磁石に対し異極の磁石が同極の磁石より取付角度が大であることを特徴とする。
また、請求項1記載の循環式炭酸ガスエンジンシステムにおいて、上記サテライト磁石は、上記ベース磁石と同極の場合ベース磁石と該ベース磁石に接近するサテライト磁石の各後端角部の位置が一致したとき前端角部が上記サテライトホイールの回転軌跡の接線に対し所定の角度を設けて傾斜され、上記ベース磁石と異極の場合ベース磁石と該ベース磁石に接近するサテライト磁石の各前端角部の位置が一致したとき後端角部が上記サテライトホイールの回転軌跡の接線に対し所定の角度を設けて傾斜され、異極のベース磁石の取付角度が同極のベース磁石の取付角度より大であることを特徴とする。
また、請求項1又は請求項2記載の循環式炭酸ガスエンジンシステムにおいて、上記サテライトホイールを上記駆動ホイールより速く回転させることを特徴とする。
また、請求項1乃至請求項3いずれか一記載の循環式炭酸ガスエンジンシステムにおいて、上記駆動ホイール及び上記サテライトホイールとからなる誘発駆動ホイールが同軸上に複数個連設されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a circulation type carbon dioxide engine system according to the present invention comprises a circulation type carbon dioxide engine having a carbon dioxide engine powered by high-pressure carbon dioxide and a compressor for compressing carbon dioxide exhausted from the carbon dioxide engine. In the gas engine system, the carbon dioxide gas engine sucks high-pressure carbon dioxide gas into a sealed inner chamber, operates an operating element by expansion force when the high-pressure carbon dioxide gas is exhausted, and the compressor The carbon dioxide engine is driven by the driving force transmitted by the induction drive wheel, and the carbon dioxide gas having a high pressure by the compressor is sucked into the carbon dioxide engine, and the induction drive wheel has a large diameter. It consists of a single drive wheel and a plurality of satellite wheels with small diameters, and the drive wheel and the satellite wheel are in the opposite direction. Magnets are attached to a plurality of sections provided on the circumferential surfaces of the drive wheel and the satellite wheel, and all the base magnets attached to the drive wheel have the same polarity and are attached to the satellite wheel. The polarity of the satellite magnet is changed alternately, and a slight gap is provided between the base magnet and the satellite magnet. The satellite magnet has a different polarity than the magnet of the same polarity. Is large.
Further, in the circulating carbon dioxide engine system according to
The circulating carbon dioxide engine system according to claim 1 or 2, wherein the satellite wheel is rotated faster than the drive wheel.
Further, in the circulating carbon dioxide engine system according to any one of
駆動ホイールの周囲に複数のサテライトホイールを設け、上記駆動ホイールと上記サテライトホイールとを反対方向に回転可能とし、上記駆動ホイールにすべて極性を同一としたベース磁石を多数取り付け、上記サテライトホイールに極性を交互に変えたサテライト磁石を多数取り付け、上記サテライト磁石は上記ベース磁石に対し異極の磁石の取付角度が同極の磁石の取付角度より大となるよう差を設けたので、反発力が吸引力より常に大となった状態で、サテライトホイールのN極とS極とが機械的に入れ替わるため、駆動ホイールの回転を助勢しホイールの伝動ロスを可及的に小とすることができる。これにより、炭酸ガスを効率良く循環させることができる。 A plurality of satellite wheels are provided around the drive wheel, the drive wheel and the satellite wheel can be rotated in opposite directions, and a large number of base magnets having the same polarity are attached to the drive wheel, and the satellite wheel is polarized. A large number of alternating satellite magnets are mounted, and the satellite magnet has a difference so that the mounting angle of the magnet with a different polarity is larger than the mounting angle of the magnet with the same polarity with respect to the base magnet. Since the N pole and the S pole of the satellite wheel are mechanically interchanged in a state where it is always larger, it is possible to assist the rotation of the drive wheel and minimize the transmission loss of the wheel. Thereby, carbon dioxide gas can be circulated efficiently.
次に、実施の形態を示す図面に基づき本願発明による循環式炭酸ガスエンジンシステムをさらに詳しく説明する。なお、便宜上同一の機能を奏する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。 Next, the circulating carbon dioxide engine system according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings showing embodiments. For convenience, portions having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図1Aは本願発明による循環式炭酸ガスエンジンシステム100を示す。図1Aにおいて、駆動装置は駆動源部20と伝動部40とピストン部50とからなり、伝動部40は主に誘発駆動ホイール1によって構成される。詳しく説明すると、駆動源部20は駆動源となるエンジン又はモータからなる。図示例の場合、エンジンは高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力によりロータを駆動せしめる炭酸ガスエンジン21からなる。該炭酸ガスエンジン21は、金属製例えばアルミニウム合金製の円筒を横設してなるハウジング22の内部に断面円形の内室23が2個形成され、該2個の内室23にそれぞれロータ24が回転可能に設けられ、所要位置に炭酸ガスの供給口25及び排出口26を設けてなる。図示する炭酸ガスエンジン21は、5面のロータが2個設けられる複式炭酸ガスエンジンを示し、各ロータ24について炭酸ガスの供給口25及び排出口26を2個ずつ設けてある。
FIG. 1A shows a circulating carbon
上記ロータ24の断面は、正五角形の各辺を内側に向かって5分の1円弧状に凹として、各頂点部を弯曲させた形状となっている。上記頂点部は圧力シールが設けられており、ハウジング内周面とロータ外周面とによってできる5個の作動室内の圧力が保持される。なお、この圧力シールはオイルシールを兼ねる。27はロータシャフトであり、上記2個のロータ24が軸着され、かつ一端部が駆動プーリ28に固着されるとともに、他端部がフライホイール(図示せず)に固着される。この際各ロータ24は出力の円滑性を確保するため、作動面の位相が重ならないようずらせて設ける。29は該フライホイール(図示せず)を内蔵するフライホイールハウジングである。30はスタータである。
The cross section of the
上記ハウジング22において、各内室23の周壁には2個の供給口25,25と2個の排出口26,26が供給口25・排出口26・他の供給口25・他の排出口26の順に90°おきに等間隔に設けられる。なお、上記排出口26,26は上記供給口25,25より大に形成される。
In the
上記各ハウジング22の各内室23には高圧状態の炭酸ガス35a(図1Bに示す)が供給され、該炭酸ガス35aが大気圧になるときの体積膨張による力により上記各ロータ24がロータシャフト27を中心にして回転する。
Each inner chamber 23 of each
伝動部40は誘発駆動ホイール1を複数個(図示例では3個)連設してなり、上記駆動源部20の駆動力をピストン部50に伝達する。詳述すると、41は受動プーリであり、上記駆動プーリ28との間に駆動ベルト42が回転自在に掛け渡され、炭酸ガスエンジン21の駆動力が伝動される。該受動プーリ41は図示を省略するギヤを有し、該ギヤが1次駆動ギヤ43に歯合され、該1次駆動ギヤ43が2次駆動ギヤ44に歯合される。45は上記駆動ホイール3及び上記駆動ギヤ4を軸着するホイール軸であり、上記2次駆動ギヤ44に伝動された炭酸ガスエンジン21の駆動力を各駆動ホイール3及び駆動ギヤ4に伝達する。46は上記ホイール軸45に回転自在に設けられるクランク、47は該クランク46に往復動自在に連結するクランクアームであり、該クランクアーム47にピストン部50を構成するレバーロッド51が回動自在に連結される。
The
ピストン部50は上記レバーロッド51と、上記レバーロッド51に回動自在に連結されるコンロッド52と、該コンロッド52に往復動自在に連結されるピストン53,54,55とからなる。53は1次圧縮ピストン、54は2次圧縮ピストン、55は3次圧縮ピストンであり、56はシリンダブロックである。上記レバーロッド51は支点51aが作用点51b側に偏心して形成される。例えば、図示実施例のように、支点51a・作用点51b間の長さをmとし、支点51a・力点51c間の長さをnとした場合、m:n=1:3とするときは、圧縮の際ピストン53,54,55にかかる負荷力はレバーロッド51についていえば1/3に軽減される。
The
各ピストン53,54,55には流入口53a(図1Cに示す),54a,55a(図1Bに示す)及び流出口53b,54b,55b(図1Bに示す)が設けられる。ピストン53の流入口53aは排気回収タンク80(図1C及び図2に示す)を介して炭酸ガスエンジン21の排出口26と、ピストン54の流入口54aはピストン53の流出口53bと、ピストン55の流入口55aはピストン54の流出口54bとそれぞれ連結されているため、上記炭酸ガスエンジン21から排出された炭酸ガス35b(図1Cに示す)は、該流入口53a,54a,55aから各ピストン53,54,55に流入し、各ピストン53,54,55にて段階的に圧縮され所定の高圧状態とされた後、流出口53b,54b,55bから流出し高圧状態の炭酸ガス35a(図1Bに示す)となって上記炭酸ガスエンジン21に供給されることになる。なお、図1Bに示す60はバージン炭酸ガス35aを貯溜する圧力容器からなる初期タンクであり、切替弁61及び三方切替弁63を介して炭酸ガス35aを供給するパイプに連結される。65は配管内の炭酸ガス35aの濃度(液化純度)を検知するセンサ、67は上記切替弁61及び上記三方切替弁63の制御をするバルブ制御装置であり、配管内の炭酸ガス35aの濃度が低下したとき上記切替弁61及び上記三方切替弁63を作動させて上記初期タンク60よりバージン炭酸ガス35aを配管中に供給する。
Each
次に図2並びに図3A及び図3Bに基づき各エンタルピーゾーンについて説明する。上記駆動源部20は第1次エンタルピーゾーンを構成する。図2に基づき駆動源部20の機構について説明する。まずスタータ30によりフライホイールを回転させる(ステップS1,S2)。すると、これに連動しているロータシャフト27及びロータ24が回転する(ステップS3,S4)。ハウジング内周面とロータ外周面とによってできる5個の作動室のうち1つの作動室に注目した場合、ロータ24の回転によって、作動室に対し供給口25が「開」になると、高圧状態の炭酸ガス35aが該作動室に流入してくる(ステップS5)。この炭酸ガス35aは作動室に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ24がさらに回転し作動室に対し供給口25が「閉」になると一旦終了する(ステップS6)。これは炭酸ガス35aの膨張が作動室の容積の限度内で行われるためである。これを仮に「亜膨張」と呼ぶ。亜膨張時にロータ24が受ける圧力エネルギは、ガソリンエンジンにおける場合と同様、ロータ面全体で圧力を受けることになる。つまり吸入膨張行程において、炭酸ガス35aは亜膨張エネルギのストレスを溜め保持した状態で次の膨張排出行程に移行することになる。
Next, each enthalpy zone will be described based on FIG. 2 and FIGS. 3A and 3B. The
膨張排出行程において、ロータ24の回転により排出口26が「開」となった瞬間、即ち排出口26がピンホール状態となると炭酸ガス35aは大気圧となるため爆発的に膨張する(ステップS7)。この爆発的な膨張を伴う排気の作用によって、ロータ24が回転するよう力が加わるのである。炭酸ガスを排気した作動室は、再び供給口25が「開」の位置にくるまで大気圧を保持する(ステップS8)。このロータ24の回転の力は、ロータシャフト27及び駆動プーリ28に伝動し(ステップS9,S10)、その一部が例えば自動車等の駆動等に利用され、残りが上記伝動部40及び上記ピストン部50に伝動され炭酸ガスの循環に利用される。
In the expansion / discharge stroke, the
図3A及び図3Bに示すように上記第1次エンタルピーゾーン20は、炭酸ガスエンジン21に供給される炭酸ガス35aのエネルギが、吸入膨張行程、膨張排出行程及び大気圧保持行程を経て機械的な出力に変換されるまでの行程となっている。この第1次エンタルピーゾーンで用いられる炭酸ガスエンジンは正円回転エンジンが好ましく、さらに1回転中に複数回の膨張を行うタイプが好ましい。これらを満たした場合には、エネルギの変換効率が高く、圧縮された炭酸ガスが膨張するときのエネルギの一部を機械的な出力に変換していると見込まれる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, in the
上記伝動部40は第2次エンタルピーゾーンを構成する。図2に基づき伝動部40の機構について説明する。第1次エンタルピーゾーンによって発生した駆動力は、駆動ベルト42を介して受動プーリ41に伝動される(ステップS11,S12)。そして、回転比変換のための1次駆動ギヤ43を介して2次駆動ギヤ44が回転し(ステップS13,S14)、さらに該2次駆動ギヤ44の回転によってホイール軸45が回転する(ステップS15)。該ホイール軸45の回転は各駆動ホイール3及び駆動ギヤ4に伝達するため、駆動ホイール3及び駆動ギヤ4が回転する(ステップS16)。すると、駆動ギヤに歯合する遊動ギヤ6が回転し、これに同期してサテライトホイール5が回転を行う(ステップS17)。このように駆動ホイール及びサテライトホイールが回転を始めると、駆動ホイールに設けられたN極のベース磁石7に対して、サテライトホイール5に設けられたサテライト磁石9のS極とN極が交互に作用するため、吸引作用と反発作用が繰り返されることになる(ステップS18〜S25)。このベース磁石7とサテライト磁石9の相互作用によって駆動ホイール3の回転が助勢され、駆動ホイールと連動しているホイール軸45の負荷が可及的に小となる(ステップS26)。
The
ホイール軸45の回転はクランク46に伝動され(ステップS27)、これによりクランクアーム47が往復運動を行い(ステップS28)、この往復運動によってレバーロッド51の力点51cが上下動をするため、51aを支点として作用点51bに設けられたコンロッド52が上下動を行う(ステップS29,S30)。そして、このコンロッド52の上下動によって以下のピストン部50が稼動する。
The rotation of the
図3A及び図3Bに示すように上記第2次エンタルピーゾーンは、駆動部20によって変換された回転出力から駆動ホイール3とサテライトホイール5との磁力による相互作用によって磁力エネルギを発生させ、圧縮装置(ピストン部50)に必要な動力を誘発するまでの行程となっている。なお、この第2次エンタルピーゾーンに用いられる誘発駆動ホイールは4組が最も好ましい。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the second enthalpy zone generates magnetic energy from the rotational output converted by the
上記ピストン部50は第3次エンタルピーゾーンを構成する。図2に基づきピストン部50の機構について説明する。このピストン部50では、上記コンロッド52に連動して各ピストン53,54,55が上下動を行い、炭酸ガス35bを段階的に圧縮していく。まず、排気口26から排気回収タンク80を介して送気される炭酸ガス35bは、1次圧縮ピストン53の上昇に伴い流入口53aからシリンダ内に流入し、1次圧縮ピストン53の降下によって圧縮されながら1次圧縮炭酸ガスとして流出口53bから流出する。次に、この1次圧縮炭酸ガスは2次圧縮ピストン54の上昇に伴い流入口54aからシリンダ内に流入し、2次圧縮ピストン54の降下によってさらに圧縮されながら2次圧縮炭酸ガスとして流出口54bから流出する。そして、この2次圧縮炭酸ガスは3次圧縮ピストン55の上昇に伴い流入口55aからシリンダ内に流入し、3次圧縮ピストン55の降下によってさらに圧縮されながら流出口55bから流出する(ステップS31〜S33)。このように炭酸ガス35bは、3回に亘って圧縮されるから圧縮が円滑に行なわれる。かくして圧縮された炭酸ガスは所定の圧力である炭酸ガス35aとして炭酸ガスエンジン21に供給される(ステップS34)。
The
排気回収タンク80は炭酸ガスエンジン21の排気口26から排気される気化熱等により冷却された炭酸ガス35bを回収するもので、ここで回収された炭酸ガス35bは各ピストン53,54,55を冷却するために各ピストン53,54,55の周囲を通過してピストン53に流入する(ステップS35)。また、各ピストン下降時に発生する圧縮熱は炭酸ガスエンジン21を適温に保つのに利用される(ステップS36)。
The exhaust
図3A及び図3Bに示すように上記第3次エンタルピーゾーンは、各ピストン53,54,55の上昇時に炭酸ガスを吸入し、下降時に吸入した炭酸ガスを圧縮するまでの行程となっている。この第3次エンタルピーゾーンでは、圧縮抵抗の負荷を軽減するためピストン下降時にピストンの質量による重力エネルギを利用して炭酸ガスを圧縮する構成となっている。この下降時の圧縮行程において、より大なる重力エネルギを得るためにピストンの質量は可能な限り大とすることが好ましい。
As shown in FIG. 3A and FIG. 3B, the third enthalpy zone is a stroke until the carbon dioxide gas is sucked when the
上記圧力調整タンク70は上記排気回収タンク80の圧力を大気圧程度に維持するために設けられる。上記炭酸ガスエンジン21から排出される炭酸ガス35bは上記排気回収タンク80を経て上記各ピストン53,54,55に送給されて圧縮処理されるのであるが、上記排気回収タンク80と上記各ピストン53,54,55との処理量を一致させることは困難であるので、上記各ピストン53,54,55の処理量を上記排気回収タンク80の処理量より大に設定する場合が多い。このような場合、上記排気回収タンク80の上記圧力が低下すると上記各ピストン53,54,55を含めシステム全体の性能が低下するため上記圧力調整タンク70を設けて上記排気回収タンク80の上記圧力を維持するのである。上記排気回収タンク80には、上記炭酸ガスエンジン21の排気口26側に圧力調整弁70aを設け、他方炭酸ガスエンジン21の給気口25側に圧力調整弁70bを設ける。各圧力調整弁70a,70bは、例えば、図示しない制御システムを介して弁の開閉をする電磁弁であっても、機械的に弁の開閉をする逆止弁であってもいずれのタイプでもよい。例えば前者の場合、上記排気回収タンク80が過度に減圧になると「閉状態」となっていた圧力調整弁70aに制御システムからオン信号が出され圧力調整弁70aのニードル弁(図示せず)が「開状態」となるので、これにより上記圧力調整タンク70より炭酸ガスが上記排気回収タンク80に流入し、上記排気回収タンク80の上記圧力を大気圧程度に回復させる。すると、圧力調整弁70aにはオフ信号が出されニードル弁が「閉状態」に戻る。このように圧力調整弁70a,70bを有する圧力調整タンク70により上記排気回収タンク80の上記圧力が大気圧程度になるよう調整されており、炭酸ガスエンジン21に供給される炭酸ガス35aの体積膨張を効率的に行わせるのである。
The
図4は誘発駆動ホイール1の構成を詳細に示す。誘発駆動ホイール1は径の大なる単一の駆動ホイール3と径の小なる複数のサテライトホイール5とからなる。駆動ホイール3は後述する駆動源部20からの駆動力により時計回りに回転され、サテライトホイール5は反時計回りに回転可能となっている。上記駆動ホイール3は短い円筒状に形成された適宜の金属材からなり、円周面に設けた多数の区画にベース磁石7が取り付けられる。上記サテライトホイール5は適宜の金属材からなり、上記駆動ホイール3の高さに対応する高さを有する短い円筒状に形成され、円周面に設けた多数の区画にサテライト磁石9が上記ベース磁石7に対し僅少のギャップgを設けて取り付けられる。上記ベース磁石7は磁石の外周面側の極性がすべて同極(図示例ではN極)とされる。他方上記サテライト磁石9は磁石の外周面側の極性をN極−S極と交互に変更してなる。上記サテライト磁石9は上記ベース磁石7に対し同極の磁石と異極の磁石の取付角度に差を設け、異極(図示例ではS極)のサテライト磁石9の取付角度Mは同極(図示例ではN極)のサテライト磁石9の取付角度Lより大にする。このように配設された各磁石7、9を有する駆動ホイール3、サテライトホイール5は、各々、駆動ギヤ4、遊動ギヤ6に同期されて回転する。上記サテライトホイール5は上記駆動ホイール3の周面に複数個(図示例では4個)設けられる。回転速度は、図示例の場合、サテライトホイール5を駆動ホイール3の倍速に設定してある。
FIG. 4 shows the configuration of the
図5に基づいて上記サテライト磁石9の取付角度M、Lについて詳しく述べる。サテライトホイール5の回転の中心点Oから異極(図示例ではS極)のサテライト磁石901の前端角部9aまでの距離r及び同極(図示例ではN極)のサテライト磁石902の後端角部9bまでの距離rがどちらもサテライトホイールの円周軌道の半径rに等しく、サテライトホイール5の回転の中心点Oから同極のサテライト磁石902の前端角部9aまでの距離r1が該半径rより短く、異極のサテライト磁石901の後端角部9bまでの距離r2がこれよりさらに短くなっている。そのため、上記駆動ホイール3に固着されるベース磁石7と異極のサテライト磁石9は、ベース磁石7の前端角部7aと該ベース磁石7に接近するサテライト磁石901の前端角部9aの位置が一致したとき、サテライト磁石901の後端角部9bが上記サテライトホイール5の回転軌跡の接線Tに対し所定の角度M(図示例では30°)になるよう傾斜されて取り付けられる。他方上記ベース磁石7と同極(図示例ではN極)のサテライト磁石9の取付角度は、ベース磁石7の後端角部7bと該ベース磁石7に接近するサテライト磁石902の後端角部9bの位置が一致したとき、サテライト磁石902の前端角部9aが上記サテライトホイール5の回転軌跡の接線Tに対し所定の角度L(図示例では15°)になるよう傾斜されて取り付けられる。
The mounting angles M and L of the
図6は駆動ホイール3とサテライトホイール5の回転に伴うベース磁石7とサテライト磁石9の位置関係を示す。異極(図示例ではS極)のサテライト磁石901がA位置よりB位置にきたとき、つまりベース磁石7の前端角部7aと該ベース磁石7に接近するサテライト磁石901の前端角部9aの位置が一致したとき、サテライト磁石901の後端角部9bが上記接線Tに対し所定の角度M(図示例では30°)になる。なおA位置では、異極(図示例ではS極)のサテライト磁石901と同極(図示例ではN極)のサテライト磁石912の上記接線Tに対する角度M1と同L1とが等しい(図示例ではいずれも37.5°)。次いでサテライト磁石901が回転しC位置に至ると、次のサテライト磁石902の前端角部9aがベース磁石701の後端角部7bのところまできている。このときサテライト磁石901の角度M2は所定の角度Mより小となっている(図示例では22.5°)。D位置乃至F位置では次のサテライト磁石902がベース磁石701にその磁界の影響を及ぼすようになる。先行するサテライト磁石901の上記接線Tに対する角度M3、M4はD位置、E位置となるに従い徐々に小となり、E位置では上記接線Tに対する角度M4と後続のサテライト磁石902の上記接線Tに対する角度L1とが等しくなる(図示例ではいずれも7.5°)。F位置つまりベース磁石701の後端角部7bと該ベース磁石701に接近するサテライト磁石902の後端角部9bの位置が一致したとき、サテライト磁石902の前端角部9aが上記接線Tに対し所定の角度L(図示例では15°)になる。次いでG位置になるとサテライト磁石902の角度L2は所定の角度Lより大となり(図示例では22.5°)、H位置になると角度L3は所定の角度Lよりさらに大となる(図示例では30°)。このときつまりG位置では次のサテライト磁石903(S極)が接近してきており、またH位置では次のサテライト磁石903(S極)の角度M0は所定の角度Mより大となっている(図示例では45°)。
FIG. 6 shows the positional relationship between the
図7は上記各位置における磁石の有効磁界と出力分布を模式的に示す。図7下段のグラフにおいて、縦軸は磁石の有効磁界面積と駆動ホイール3及びサテライトホイール5の前後の端角部間の距離を表わし、横軸はホイール軸45の回転方向を示す。A乃至Hの符号は図6の駆動ホイール3とサテライトホイール5の回転に伴うベース磁石7とサテライト磁石9の位置関係を示す。F1は異極(S極)のサテライトホイール5と駆動ホイール3との間に吸引力が作用する吸引磁界を、F2は同極(N極)のサテライトホイール5と駆動ホイール3との間に反発力が作用する反発磁界を夫々示す。また便宜上上段に上記位置関係のときの駆動ホイール3とサテライトホイール5の図を略記する。
FIG. 7 schematically shows the effective magnetic field and output distribution of the magnet at each position. In the lower graph of FIG. 7, the vertical axis represents the effective magnetic field area of the magnet and the distance between the front and rear end portions of the
次に図6及び図7に基づいて本願発明による誘発駆動ホイール1の作動原理を説明してみる。
Next, the operating principle of the
A位置では、上記接線Tに対し大なる角度をつけた異極のサテライト磁石901が、あたかも飛行機が滑走路に着陸するかの如く前端角部9aを下にして駆動ホイール3に接近しており、このとき図7下段のグラフに示すように急激に吸引力が大きくなっていく。その後、B位置及びC位置に示すようにサテライト磁石901の前端角部9aが駆動ホイール3から急速に離反していくため、図7下段のグラフに示すようにA位置で吸引力が最大となった直後から吸引力が急激に減少していく。このように異極のサテライト磁石901は、上記接線Tに対し後端角部9b側に大なる角度をつけているため、駆動ホイール3に対し前端角部9a側が線状の状態で急激に接近し磁界の作用をするので、吸引力が主として回転方向を決定することに利用される。
At the A position, a
C位置からD位置にかけて、上記接線Tに対し小なる角度をつけて設けた同極のサテライト磁石902が駆動ホイール3に接近してくる。このとき、サテライト磁石902はベース磁石701に対し略平行に接近するため、図7下段のグラフに示すように反発力が大きくなっていく。
From the C position to the D position, a
そして、E位置及びF位置では、上記接線Tに対し略平行を保っていたサテライト磁石902が、あたかも飛行機が滑走路から離陸するかの如く前端角部9aを上にしてベース磁石701から離反するため、このときの大きな反発力(図7下段のグラフに示す)によって駆動ホイール3の回転を助勢する。このように、同極のサテライト磁石が上記接線Tに対し前端角部L側に小なる角度をつけて設けられるため、駆動ホイール3に対しサテライト磁石902が面状の状態で徐々に接近するので、同極のサテライト磁石より長時間に亘り強い反発力が作用し効率的に回転に利用される。サテライト磁石902はベース磁石701に対し回転方向に拡開しているため、反発力が駆動ホイール3への押出力となって回転を助勢するのである。
Then, at the E position and the F position, the
その後、G位置ではサテライト磁石902がさらに離反するにつれて図7下段のグラフに示すように反発力が弱くなる。H位置まで進むと次の異極のサテライト磁石903が接近してくるので、徐々に吸引力が増加してくる。
Thereafter, at the G position, as the
ここで、図8を参照してサテライト磁石901(S極)とベース磁石701(N極)の磁界の変化をみてみる。図8(A)は接近するサテライト磁石9がベース磁石7に対し異極(S極)の場合の磁界の変化を模式的に示した図であり、この場合ベース磁石7上に吸引磁界F1が有効磁界として作用するが、磁石の裏側の反発磁界F2が非有効磁界となっている。一方図8(B)は同極(N極)の場合の磁界の変化を模式的に示すもので、この場合は反発磁界F2が有効磁界として作用し、吸引磁界F1が非有効磁界となる。このように磁石の磁界は、A位置乃至H位置のどの位置においてもクロスハッチングで示す有効磁界とそれ以外の非有効磁界とが交錯している。これを各位置ごとに整理してみると、A位置からC位置まではサテライト磁石901(S極)の吸引磁界F1が有効磁界として作用し、C位置からG位置までは次のサテライト磁石902(同極)から生ずる反発磁界F2が有効磁界として作用する。次いでG位置からH位置を経てA位置へと繰返すステップでは次のサテライト磁石903(S極)の吸引磁界F1が有効磁界として作用するのである。そしてC位置及びG位置は後続する異なる有効磁界の転換点となり、これによりサテライトホイール5の回転方向の決定と駆動ホイール3に対する回転助勢が得られるのである。
Here, with reference to FIG. 8, let us look at changes in the magnetic fields of the satellite magnet 901 (S pole) and the base magnet 701 (N pole). FIG. 8A is a diagram schematically showing a change in the magnetic field when the approaching
サテライト磁石9が異極(S極)の場合、各磁石901,903・・・はサテライトホイール5の回転によって円弧運動動作をするが、この動作は取付角度Mが大であるためベース磁石7に急角度で接近するとともにベース磁石7から急角度で離反する。また、接近及び離反いずれの場合も前端角部9aを前のめりに傾斜させた状態で行なう。つまり、サテライト磁石9が異極(S極)の場合は急速にベース磁石7に接近し、しかもその接近状態はベース磁石7に対し線状の姿勢となっている。これにより急激にしかも短時間に増大又は減少する吸引磁界F1が生じ、これにより駆動ホイール3の回転方向が決定される。
When the
一方、サテライト磁石9が同極(N極)の場合、各磁石902、904・・・の円弧運動動作は取付角度Lが小であるためベース磁石7に徐々に接近するとともにベース磁石7から徐々に離反する。この接近及び離反はいずれの場合も前端角部9aを拡開させた状態で行なわれる。つまり、サテライト磁石9が同極(N極)の場合はベース磁石7に徐々に接近し、しかもその接近状態はベース磁石7に対し面状の姿勢となっている。これにより徐々にしかも長時間の間増大する反発磁界が生じ、これにより駆動ホイール3の回転を助勢する。
On the other hand, when the
このようなサテライト磁石9とベース磁石7との吸引・反発の相互作用は、磁界の及ぼす面積と時間の差により図7下段のグラフに模式的に示すように、吸引の相互作用が瞬間的に、反発の相互作用が長時間に亘るので、丁度電気モータの回転磁界と同様の局部的作用を得る結果となる。
The interaction between attraction and repulsion between the
このように、磁石の反発と吸引という特性を利用し反発力を吸引力より大として、かつサテライトホイール5のN極とS極との機械的な変換による磁力の吸引及び反発の相互作用の連続的繰り返しが駆動ホイール3の回転を助勢するため、駆動ホイールと連動しているホイール軸45の負荷が可及的に小となる。
As described above, the repulsive force is made larger than the attractive force by utilizing the characteristics of repulsion and attraction of the magnet, and the continuous interaction of magnetic attraction and repulsion due to mechanical conversion between the N pole and the S pole of the
本願発明は上記実施例に限定されない。例えば、誘発駆動ホイール1は単一個で用いることを妨げない。
The present invention is not limited to the above embodiments. For example, the
また上記駆動ホイール3とサテライトホイール5との回転数は任意であり、両者の回転数を同一としてもよい。
Further, the rotational speeds of the
サテライトホイール5の個数は複数個であればよく、4個に限定されない。図9はサテライトホイール5の個数を8個とする場合である。
The number of
サテライト磁石の取付角度は、ベース磁石に対し異極の磁石が同極の磁石より取付角度が大であればよく、取付角度M、Lの数値は上記した例に限定されない。図9の例では、サテライトホイール5の回転の中心点Oから同極のサテライト磁石902の前端角部9a及び後端角部9b並びに異極のサテライト磁石901の前端角部9aまでの距離が全てサテライトホイールの円周軌道の半径rに等しく、サテライトホイール5の回転の中心点Oから異極のサテライト磁石901の後端角部9bの距離r3がこれより短くなっている。つまり、同極のサテライト磁石902は、サテライトホイール5の回転軌跡上に磁石の両端部が位置するように設けられ、異極のサテライト磁石901はベース磁石7と該ベース磁石に接近するサテライト磁石901の各前端角部9a,7aの位置が一致したとき該サテライト磁石の前端角部9aが上記サテライトホイール5の回転軌跡上に位置されるとともに後端角部9bが上記接線Tに対し所定の角度M(図示例では20°)を設けて傾斜される。
The mounting angle of the satellite magnets only needs to be larger when the magnets of different polarity with respect to the base magnet are larger than the magnets of the same polarity, and the numerical values of the mounting angles M and L are not limited to the above examples. In the example of FIG. 9, the distances from the center O of rotation of the
駆動ホイール3、サテライトホイール5等の材質は適宜のものを用いることができる。
Appropriate materials can be used for the
駆動ホイール3のベース磁石7はS極であってもよく、この場合サテライトホイール5のサテライト磁石9のS極、N極の取付角度は図示とは反対になる。
The
また、炭酸ガスエンジンは5面ロータ型だけでなく2面ロータ型、3面ロータ型等に変更可能である。 Further, the carbon dioxide engine can be changed not only to the 5-sided rotor type but also to the 2-sided rotor type and the 3-sided rotor type.
本願発明による循環式炭酸ガスエンジンシステムは、例えば発電、自動車、電車、航空機、船舶等の駆動、モータの駆動、発電機の駆動に活用することができる。 The circulating carbon dioxide engine system according to the present invention can be used for, for example, power generation, driving of automobiles, trains, airplanes, ships, etc., driving of motors, driving of generators.
1 誘発駆動ホイール
3 駆動ホイール
4 駆動ギヤ
5 サテライトホイール
6 遊動ギヤ
7 ベース磁石
7a 前端角部
7b 後端角部
701 ベース磁石
702 ベース磁石
703 ベース磁石
9 サテライト磁石
9a 前端角部
9b 後端角部
901 サテライト磁石
902 サテライト磁石
903 サテライト磁石
20 駆動源部
21 炭酸ガスエンジン
22 ハウジング
23 内室
24 ロータ
25 供給口
26 排出口
27 ロータシャフト
28 駆動プーリ
29 フライホイールハウジング
30 スタータ
40 伝動部
41 ギヤ
42 駆動ベルト
43 1次駆動ギヤ
44 2次駆動ギヤ
45 ホイール軸
46 クランク
47 クランクアーム
50 ピストン部
51 レバーロッド
51a 支点
51b 作用点
51c 力点
52 コンロッド
53 ピストン
54 ピストン
55 ピストン
56 シリンダブロック
60 初期タンク
61 切替弁
63 三方切替弁
70 圧力調整タンク
70a 圧力調整弁
70b 圧力調整弁
80 排気回収タンク
100 循環式炭酸ガスエンジンシステム
1
Claims (4)
上記炭酸ガスエンジンは、密閉された内室に高圧炭酸ガスを吸気し、該高圧炭酸ガスが排気されるときの膨張の力によって作動子を作動させ、
上記圧縮機は、上記炭酸ガスエンジンの駆動力が誘発駆動ホイールによって伝動されることにより作動し、該圧縮機によって高圧となった炭酸ガスは上記炭酸ガスエンジンに吸気され、
上記誘発駆動ホイールは、径の大なる単一の駆動ホイールと径の小なる複数のサテライトホイールとからなり、上記駆動ホイールと上記サテライトホイールとは反対方向に回転可能であり、上記駆動ホイールと上記サテライトホイールの円周面に設けた多数の区画に磁石が取り付けられ、上記駆動ホイールに取り付けられるベース磁石はすべて極性が同一とされ、上記サテライトホイールに取り付けられるサテライト磁石は極性が交互に変更され、上記ベース磁石と上記サテライト磁石との間には僅少のギャップが設けられ、上記サテライト磁石は上記ベース磁石に対し異極の磁石が同極の磁石より取付角度が大であることを特徴とする循環式炭酸ガスエンジンシステム。 A circulating carbon dioxide engine system having a carbon dioxide engine powered by high-pressure carbon dioxide and a compressor for compressing carbon dioxide exhausted from the carbon dioxide engine,
The carbon dioxide engine sucks high-pressure carbon dioxide into a sealed inner chamber, operates the actuator by the expansion force when the high-pressure carbon dioxide is exhausted,
The compressor operates when the driving force of the carbon dioxide gas engine is transmitted by the induction drive wheel, and the carbon dioxide gas having a high pressure by the compressor is sucked into the carbon dioxide engine,
The induction driving wheel includes a single driving wheel having a large diameter and a plurality of satellite wheels having a small diameter, and the driving wheel and the satellite wheel are rotatable in opposite directions. Magnets are attached to a number of sections provided on the circumferential surface of the satellite wheel, and all the base magnets attached to the drive wheel have the same polarity, and the satellite magnets attached to the satellite wheel are alternately changed in polarity, A small gap is provided between the base magnet and the satellite magnet, and the satellite magnet has a larger mounting angle than the magnet having the same polarity with respect to the base magnet. Carbon dioxide engine system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008074706A JP2009228553A (en) | 2008-03-21 | 2008-03-21 | Circulating carbon dioxide gas engine system |
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JP (1) | JP2009228553A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2333723A2 (en) | 2009-09-30 | 2011-06-15 | Hitachi, Ltd. | Method of color customization of content screen |
-
2008
- 2008-03-21 JP JP2008074706A patent/JP2009228553A/en active Pending
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