JP2010014103A

JP2010014103A - 外燃機関

Info

Publication number: JP2010014103A
Application number: JP2008198838A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sakamoto; 宏坂本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2010-01-21

Abstract

【課題】ゴミ焼却炉や工場ボイラー、船舶のエンジン、自動車エンジンの排気ガスの廃熱を効率的に出力や電気エネルギーとして回収する。
【解決手段】本特許は、シリンダケースとピストンとコネクティングロッドとクランク軸とを有するピストン機構の外燃機関であって、該シリンダケースの中央部よりやや下死点側に作動媒体のガスを排気する排気口と、該シリンダケースの頂部に熱交換媒体と、該熱交換媒体の膨脹室に少なくとも一つ以上の作動媒体の液体を、適時適量噴霧する噴射ノズルを具えて廃熱を効率的に出力や電気エネルギーとして回収する。
【選択図】図２

Description

技術の分野

本発明は外燃機関に関する。

技術の背景

従来の技術では、ボイラーで蒸気を発生しピストンを作動する蒸気機関や蒸気タービンを作動させる装置が知られ、最近はスターリング機関が注目されている。

これ等の装置は高価で大掛かりで且つ重量があり熱効率が悪く、保守点検に費用がかさみ、小型で簡単な多種多様の条件を満たすものがなかった。

ピストン式蒸気機関や蒸気タービンでは、燃焼炉で高圧の蒸気を発生させるため装置が大規模で重く小型の高出力で車輌、船舶、汎用機械に搭載する物がなく、内燃機関のガソリンエンジンとディーゼルエンジンが主流となっている。

また、スターリング機関の小型化が進められているが、高出力で高効率を満足するには作動ガス媒体の密封性に高度な技術を要し、研究機関でテスト用として開発されている程度で一般に普及に至っていない。

特開２００７−２５５２５９号特開２００５−２９１１９９号特開平０９−１５２２１４号

本発明は、上記問題を解決するためなされたもので、ゴミ焼却炉や工場ボイラー、船舶のエンジン、自動車エンジンの排気ガスの廃熱を効率的に出力や電気エネルギーとして回収し、構造が簡単で軽く安価で効率よい汎用性のある外燃機関を実現することを目的とする。

問題を解決するための手段

本発明は上記目的を達成するためなされたもので、シリンダケースとピストンとコネクティングロッドとクランク軸とを有するピストン機構の外燃機関であって、該シリンダケースの中央部よりやや下死点側に作動媒体のガスを排気する排気口と、該シリンダケースの頂部に熱交換媒体と、該熱交換媒体の膨脹室に少なくとも一つ以上の該作動媒体の液体を適時適量噴霧する噴射ノズルを具えて問題を解決している。

考案の効果

ゴミ焼却炉や工場廃熱の運転に作動媒体の液化ガスの代替に、浄化水を使い捨てにすれば、作動媒体の複雑な回収装置が不要になり非常に単純で安価な装置で運転ができる。

内燃機関のシリンダヘッドとこの外燃機関の熱交換媒体のシリンダヘッドを同一で熱伝導の良い材料を使用し併用すれば、エンジン冷却水の冷却物質を外燃機関の冷媒物質で担うことができ、熱エネルギー回収の効率が増大し燃料消費率の向上を図ることができる。

この外燃機関の主たる構成部分は従来の内燃機関の構造と類似するもので、従来技術を利用して安価で容易に製作することができる。

作動媒体の液化ガスは色々な種類の物質があり、代替フロンのような低沸点の液体物質を使用すれば比較的低い温度で運転が可能で自動車ではエアコンと共用できる。

船舶の内燃機関に利用すればエンジン排熱と海水温度の差が大きく、より効率的なエネルギー回収ができる。

以下、本発明の実施形態を図１、図２、図３に基づいて説明する。

図１は本発明の正面一部断面を表し、内面にピストン３が作動する摺動部１ｃと、頂部１ｄに熱交換媒体２を取り付ける面と、少なくとも一つ以上の噴射ノズル１３を装着する装着口１ｂに該噴射ノズル１３と、該噴射ノズル１３に加圧ポンプ１１から加圧された液化ガスの液体を送る導管１２と、液化ガスを加圧圧送する該加圧ポンプ１１と、液化ガスを排気する排気口１ａと、フライホイル６を装着しクランク軸５を回転自在に設けたシリンダケース１に、該摺動部１ｃに挿入した該ピストン３と、運動自在なコネクティングロッド４で該クランク軸５と連結し、該シリンダケース１の該頂部１ｄの取り付け面に、外部から加熱可能な膨脹室２ａを有する該熱交換媒体２を設けている。

上記構成の動作を図面に従って説明する、図１においてこの外燃機関の運転の前に前記熱交換媒体２（取り付け金具、ボルト、シール類は省略図示せず）の外側をバーナの火炎で加熱する。

熱交換媒体２が充分に加熱された後回転方向に回転させる、前記ピストン３（シールリングは省略図示せず）が上死点付近まで上昇すると、該熱交換媒体２の膨脹室２ａに液化ガスの液体を噴射ノズル１３で噴霧１４（同期と噴射量制御の構造は省略図示せず）すると、該液化ガスの液体は加熱された該膨脹室２ａの高温部に触れて瞬時に高温高圧ガスに変化する。

前記高温高圧ガスは前記ピストン３を強力に下降させ、前記コネクチングロッド４に接続している前記クランク軸５を回転方向に回転させる。

図２は本発明の正面一部断面を表し、高温高圧ガスの圧力で前記ピストン３がなお後退すると該ピストン３上部が前記シリンダ１の前記排気口１ａを開き始める。

前記ピストン３が下死点まで後退すると、高温高圧ガスが前記排気口１ａから排気し（密封サイクルの冷却、液化装置は省略図示せず）低温低圧となり前記クランク軸５に装着した前記フライホイル６の回転慣性で該ピストン３が上昇に転ずる。

前記ピストン３が上昇過程で、前記排気口１ａが閉じなお上昇すると前記シリンダ１内の残留ガスが断熱圧縮され高温高圧ガスになり、上死点付近でこの高温高圧ガスと前記膨脹室２ａの高温部に前記噴射ノズル１３から液化ガスの液体を前記噴霧１４する、これらの動作を繰り返すことで前記クランク軸５が連続的に回転力を得る。

図３は本発明を内燃機関に応用した概念略図で、ピストン式内燃機関のシリンダヘッドと外燃機関のシリンダヘッドを同一で熱伝導の良い材料を使用し、該内燃機関のシリンダケース外周と排気バルブの高温部を前記熱交換媒体２の前記膨脹室２ａとし、ここに前記噴射ノズル１３を少なくとも１個以上設けて高温高圧ガスを発生させ、この高温高圧ガスを前記ピストン３頭部に受けて該外燃機関と該内燃機関を併用運転すれば、該外燃機関の冷却水を冷媒物質で担うことができ、より多くの熱エネルギーが回収できる。

本考案に関わる外燃機関は工業製品として量産することが可能なため産業上の利用可能性を有する。

本発明の一部断面と正面図本発明の一部断面と正面図の作用図本発明を内燃機関に応用した概念略図

符号の説明

１・・・・シリンダケース
１ａ・・・排気口
１ｂ・・・挿着口
１ｃ・・・摺動部
１ｄ・・・頂部
２・・・・熱交換媒体
２ａ・・・膨脹室
３・・・・ピストン
４・・・・コネクチングロッド
５・・・・クランク軸
６・・・・フライホイル
１１・・・加圧ポンプ
１２・・・導管
１３・・・噴射ノズル
１４・・・噴霧

Claims

シリンダケースとピストンとコネクティングロッドとクランク軸とを有するピストン機構の外燃機関であって、該シリンダの中央部よりやや下死点側に作動媒体のガスを排気する排気口と該シリンダの頂部に熱交換媒体と該熱交換媒体の膨脹室に少なくとも一つ以上の作動媒体の液体を適時適量噴霧する噴射ノズルを具えけたことを特徴とする外燃機関。