JP2011089447A - 作動ガス循環型エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室に水分が供給されることを抑制することができる作動ガス循環型エンジンを提供することを目的とする。
【解決手段】酸化剤と当該酸化剤との燃焼により水蒸気を生成する燃料と空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され燃料の燃焼に伴って作動ガスが膨張可能であると共に燃料の燃焼後に水蒸気と作動ガスとを排気可能な燃焼室１１と、作動ガスを含むガスを燃焼室１１の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室１１に供給可能である循環経路２０と、循環経路２０に設けられ当該循環経路２０を循環するガスに含まれる水蒸気を凝縮して凝縮水とする凝縮器５０と、ガス透過性を有する脱気膜７１を介して凝縮水に溶存する作動ガスを分離し、当該分離した作動ガスを凝縮器５０又は循環経路２０を循環するガスの循環方向に対して燃焼室１１を基準として凝縮器５０より上流側の循環経路２０に供給する脱気装置７０とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、作動ガス循環型エンジンに関し、特に作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な作動ガス循環型エンジンに関するものである。

従来のエンジンとして、作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な、いわゆる、クローズドサイクルエンジンとしての作動ガス循環型エンジンが知られている。このような従来の作動ガス循環型エンジンとして、例えば、特許文献１には燃焼室内にて燃料としての水素を燃焼させるとともに不活性ガスを作動ガスとして使用する内燃機関が開示されている。内燃機関は、燃焼室から排出されたガスに含まれる生成物としての水蒸気を水分除去装置によって除去し、水蒸気を除去した不活性ガスを循環経路を介して燃焼室に再び循環させるとともに、除去した水に溶存している不活性ガスの分子を脱気装置によって気体の状態に戻しこれも燃焼室に再度供給する。このとき、この内燃機関は、水分除去装置によって除去した凝縮水を脱気装置の減圧室（第２貯留室）に導き、当該減圧室で減圧して凝縮水に溶存している作動ガスを取り出し、取り出した作動ガスを燃焼室の吸気側に循環させることで作動ガスの消費量を低減している。

特開２００７−０６４０９２号公報

しかしながら、上述のような特許文献１に記載されている内燃機関は、例えば、脱気装置において、仮に作動ガスから完全に水分を取り除くことができなかった場合には、この水分が燃焼室に供給されてしまい、内燃機関の熱効率を低下させてしまうおそれがあった。

そこで本発明は、燃焼室に水分が供給されることを抑制することができる作動ガス循環型エンジンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、酸化剤と、当該酸化剤との燃焼により水蒸気を生成する燃料と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、前記燃料の燃焼に伴って前記作動ガスが膨張可能であると共に前記燃料の燃焼後に前記水蒸気と前記作動ガスとを排気可能な燃焼室と、前記作動ガスを含むガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び前記燃焼室に供給可能である循環経路と、前記循環経路に設けられ当該循環経路を循環するガスに含まれる前記水蒸気を凝縮して凝縮水とする凝縮器と、ガス透過性を有する脱気膜を介して前記凝縮水に溶存する前記作動ガスを分離し、当該分離した前記作動ガスを前記凝縮器又は前記循環経路を循環するガスの循環方向に対して前記燃焼室を基準として前記凝縮器より上流側の前記循環経路に供給する脱気装置とを備えることを特徴とする。

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記循環方向に対して前記燃焼室を基準として前記凝縮器より上流側の濃度検出位置で前記循環経路を循環するガス中の前記酸化剤又は前記燃料の濃度を検出可能な濃度検出装置を備え、前記脱気装置は、前記循環方向に対して前記燃焼室を基準として前記濃度検出位置より下流側に前記分離した前記作動ガスを供給してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記脱気装置は、前記循環方向に対して垂直又は前記循環方向に沿う方向に前記作動ガスを供給してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記循環方向に沿う方向とは、前記循環方向と対向しない方向であって前記循環方向に対して平行な方向又は前記循環方向に対して傾斜を有する方向であることが好ましい。

本発明に係る作動ガス循環型エンジンによれば、燃焼室に水分が供給されることを抑制することができる。

図１は、実施形態に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。 図２は、変形例に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。 図３は、変形例に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。

以下に、本発明に係る作動ガス循環型エンジンの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図１は、実施形態に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図、図２、図３は、変形例に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。

図１に示す本実施形態の作動ガス循環型エンジン１は、エンジン本体１０の燃焼室１１に酸化剤と燃料と作動ガスとが供給され、この燃焼室１１にて燃料の燃焼に伴って作動ガスが膨張することで動力を発生させる。そして、この作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室１１の吸気側と排気側とを繋ぐ循環経路２０を介して、燃焼室１１の排気側から吸気側に作動ガスを循環させ、基本的には大気へと放出することなく再びこの燃焼室１１に供給可能に構成したいわゆるクローズドサイクルエンジンである。燃焼室１１と循環経路２０とは、ともに作動ガスが充填されており、作動ガスは、燃焼室１１と循環経路２０との間で循環する。

ここで、この作動ガス循環型エンジン１に用いられる酸化剤は、酸素（Ｏ_２）であり、燃料は水素（Ｈ_２）である。また、この作動ガス循環型エンジン１に用いられる作動ガスは、空気よりも比熱比の高いものであり、ここでは、単原子ガスのアルゴン（Ａｒ）である。アルゴンは、燃焼室１１において、酸素と水素との反応に伴って発生する反応熱、すなわち、水素の燃焼（発熱反応）に伴って発生する燃焼熱により膨張する。つまり、この作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室１１内で水素を燃焼させ、この水素の燃焼に伴ってアルゴンを熱膨張させて動力を発生させることで熱効率を向上するものである。

具体的には、この作動ガス循環型エンジン１は、図１に示すように、酸素、水素が反応する燃焼室１１が設けられるエンジン本体１０と、燃焼室１１の排気側と吸気側とを繋ぐ循環経路２０と、酸素を供給する酸素供給装置３０と、水素を供給する水素供給装置４０と、凝縮器５０と、電子制御装置６０とを備える。

エンジン本体１０は、酸素と水素と作動ガスとしてのアルゴンとが供給され、水素の燃焼に伴ってアルゴンが膨張可能である燃焼室１１を含んで構成される。燃焼室１１は、水素の燃焼後にアルゴンと燃焼生成物としての水蒸気（Ｈ_２Ｏ）とを排気可能である。燃焼室１１は、シリンダヘッド１２の下面と、シリンダブロック１３のシリンダボア壁面と、ピストン１４の頂面とによって囲まれ区画された空間として形成される。ピストン１４は、コネクティングロッド１５を介してクランクシャフト１６に連結される。エンジン本体１０は、シリンダヘッド１２に吸気ポート１７、排気ポート１８が形成されている。吸気ポート１７、排気ポート１８とは、ともに循環経路２０の一部をなし、それぞれ一端が燃焼室１１に開口しこの燃焼室１１と連通している。エンジン本体１０は、吸気ポート１７、排気ポート１８にそれぞれ吸気弁１７ａ、排気弁１８ａが設けられる。吸気弁１７ａ、排気弁１８ａは、例えば、クランクシャフト１６の回転に連動して開閉駆動する。

循環経路２０は、アルゴンを含む循環ガスを燃焼室１１の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室１１に供給可能なものである。作動ガス循環型エンジン１は、この循環経路２０と燃焼室１１とからなる閉塞された空間内に作動ガスとしてのアルゴンが充填される。循環経路２０は、上述の吸気ポート１７、排気ポート１８と、さらに、循環通路２１を含んで構成される。循環通路２１は、例えば、流体が通過可能な筒状の配管内通路として形成され、吸気ポート１７と排気ポート１８とを燃焼室１１の外側で接続する。ここでは、循環通路２１は、複数に分割されており、この分割された循環通路２１の間に後述する凝縮器５０が設けられている。循環通路２１は、吸気側（例えば吸気管）が吸気ポート１７の燃焼室１１とは反対側の開口端部に接続され、排気側（例えば排気管）が排気ポート１８の燃焼室１１とは反対側の開口端部に接続される。

ここで、循環ガスとは、循環経路２０を介して燃焼室１１の排気側から吸気側に循環されるガスであり、作動ガスとしてのアルゴンの他、燃焼室１１での水素の燃焼後に燃焼室１１から排気される排気ガス等を含むものである。ここで、排気ガスとは、例えば、燃焼室１１での水素の燃焼後に残留する余剰の酸素、水素などからなる余剰ガスや水素の燃焼に伴って生成される生成物としての水蒸気などを含むものである。つまり、ここでの循環ガスは、作動ガスとしてのアルゴン、燃焼後の余剰の酸素、水素などからなる余剰ガス、水蒸気などを含むものである。

循環経路２０は、アルゴンを含む循環ガスを循環通路２１、吸気ポート１７を介して燃焼室１１に供給する。循環経路２０を循環する循環ガスは、後述する酸素供給装置３０からの酸素と共に吸気弁１７ａの開弁時に燃焼室１１に吸気される。一方、循環経路２０は、アルゴンと共に排気ガスが燃焼室１１から排気ポート１８、循環通路２１に排出される。燃焼室１１での水素の燃焼後の排気ガスは、アルゴンと共に排気弁１８ａの開弁時に排気ポート１８に排気され、この排気ガスとアルゴンとは、循環ガスとして循環経路２０を循環し再び燃焼室１１に吸気される。この循環経路２０は、その経路中に後述する凝縮器５０が設けられており、循環ガス中の水蒸気は、この凝縮器５０によって取り除かれ循環系の外に排出される。

酸素供給装置３０は、酸素タンク３１、供給配管３２、レギュレータ３３、酸素流量センサ３４、サージタンク３５、噴射弁３６などを含んで構成され、水素供給装置４０は、水素タンク４１、供給配管４２、レギュレータ４３、水素流量センサ４４、サージタンク４５、噴射弁４６などを含んで構成される。酸素供給装置３０は、酸素タンク３１に貯留されている高圧酸素を噴射弁３６から循環経路２０内、ここでは吸気ポート１７内に向けて噴射して供給し、アルゴンなどを含む循環ガスと共に燃焼室１１に供給する。水素供給装置４０は、水素タンク４１に貯留されている高圧水素を噴射弁４６から燃焼室１１内に向けて直接噴射して供給する。

凝縮器５０は、循環経路２０に設けられ、循環経路２０を循環する循環ガスに含まれる水蒸気を凝縮して凝縮水とするものである。凝縮器５０は、冷却水循環路５１に設けられた冷却水ポンプ５２が駆動しラジエータ５３にて冷却された冷却水が冷却水循環路５１を流動してこの凝縮器５０内部に移動することで、この冷却水と循環経路２０を流れる循環ガスとが熱交換しこの循環ガスを冷却する。これにより、凝縮器５０は、循環ガス中に含まれる水蒸気を液化・凝縮し凝縮水とする。この結果、凝縮器５０は、循環ガスから水蒸気を分離することができる。そして、凝縮器５０によって水蒸気が分離されたアルゴンを含む循環ガスは、このまま循環経路２０を循環し、凝縮水は、凝縮器５０内の底部の貯留部に貯留される。

電子制御装置６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路であり、作動ガス循環型エンジン１の各部を制御するものである。電子制御装置６０は、アクセル開度センサ６１、クランク角度センサ６２、酸素流量センサ３４、水素流量センサ４４などの種々のセンサの検出結果に応じてレギュレータ３３、４３、噴射弁３６、４６、冷却水ポンプ５２などに駆動信号を出力しこれらの駆動を制御する。

上記のように構成される作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室１１内に水素と酸素とを供給し、水素を拡散燃焼させるものとして例示する。すなわち、この作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室１１内に形成された高温の圧縮ガス（酸素及びアルゴン）の中に高圧の水素を噴射することにより、この水素の一部が自己着火し、水素と圧縮ガス（酸素）とが拡散混合しながら燃焼する。これに伴って燃焼室１１の中では、水素と酸素が結合して水蒸気が生成されると共に、比熱比の大きいアルゴンが熱膨張を起こす。この結果、この作動ガス循環型エンジン１は、水素の拡散燃焼とアルゴンの熱膨張とによってピストン１４が押し下げられ、コネクティングロッド１５とクランクシャフト１６との作用によりピストン１４の往復運動がクランクシャフト１６の回転運動に変換され、これにより、作動ガス循環型エンジン１は、動力を発生する。そして、作動ガス循環型エンジン１は、排気弁１８ａの開弁に伴って、燃焼室１１内から排気ガスがアルゴンと共に排気ポート１８に排出される。作動ガス循環型エンジン１は、余剰ガスや水蒸気を含む排気ガスとアルゴンとが循環ガスとして燃焼室１１に向けて循環経路２０を循環する際には、この循環ガス中の水蒸気が凝縮器５０にて液化・凝縮され分離される。これにより、作動ガス循環型エンジン１は、比熱比の小さい水蒸気が燃焼室１１に供給されず、比熱比の大きいアルゴンが燃焼室１１へと再び供給されるので、作動ガスとしてのアルゴンによる熱効率の高い運転を行うことができる。

ところで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン１は、図１に示すように、さらに、脱気膜７１を介して凝縮水に溶存する作動ガスとしてのアルゴンを分離し、この分離したアルゴンを所定の再供給位置に供給する脱気装置７０を備えることで、アルゴンの消費を抑制しつつ燃焼室１１に水分が供給されることを抑制しており、これにより、熱効率の悪化を抑制している。

具体的には、脱気装置７０は、ガス透過性を有する脱気膜７１にアルゴンが溶存している凝縮水を通すことで、凝縮水とアルゴンとを分離し、アルゴン濃度が低くなった凝縮水を循環経路２０の系外に排出する一方、分離されたアルゴンを所定の再供給位置に供給する。脱気装置７０は、図１に示すように、脱気膜モジュール７２と、導入通路７３と、排出通路７４と、再供給通路７５と、負圧ポンプ７６とを含んで構成される。

脱気膜モジュール７２は、凝縮水に溶存しているアルゴンを取り出すためのものであり、例えば、カバー内部に中空糸膜状の複数の脱気膜７１を含んで構成される。各脱気膜７１は、高いガス透過性を有し、水（液体）を透過させず、かつ水に溶解しているガス（気体）を透過させるものである。各脱気膜７１は、例えば、多孔質膜や分離膜、あるいは、非多孔質の超薄膜を多孔質層で挟み込んだものなどを用いることができる。

脱気膜モジュール７２は、中空糸膜状の各脱気膜７１を境界として各脱気膜７１の内側が液相空間部（原水側空間部）をなし外側が気相空間部（透過側空間部）をなす。脱気膜モジュール７２は、各脱気膜７１の内側の液相空間部へ凝縮器５０からの凝縮水を流通させ、各脱気膜７１の外側の気相空間部を負圧ポンプ７６により真空吸引することで、各脱気膜７１の作用により凝縮水中の溶存アルゴンを脱気する。

導入通路７３は、脱気膜モジュール７２に凝縮器５０で凝縮した凝縮水を導入するものである。導入通路７３は、凝縮器５０内の底部の貯留部と脱気膜モジュール７２の各脱気膜７１の内側の液相空間部とを接続する。導入通路７３は、アルゴンが溶存する凝縮水を各脱気膜７１の一方の端面を介して液相空間部に導入する。

排出通路７４は、脱気膜モジュール７２で溶存アルゴンが分離された凝縮水を循環経路２０の系外に排出するものである。排出通路７４は、脱気膜モジュール７２の各脱気膜７１の内側の液相空間部（導入通路７３が接続される側とは反対側）と循環経路２０の系外とを接続する。排出通路７４は、アルゴンが分離された凝縮水を液相空間部から各脱気膜７１の他方の端面を介して循環経路２０の系外に排水する。

再供給通路７５は、脱気膜モジュール７２で分離されたアルゴンを所定の再供給位置に再供給するものである。ここで、所定の再供給位置は、凝縮器５０内部位置又は循環経路２０を循環するガスの循環方向に対して燃焼室１１を基準として凝縮器５０より上流側の位置である。すなわち、再供給通路７５は、脱気膜モジュール７２で分離されたアルゴンを凝縮器５０又は循環経路２０を循環するガスの循環方向に対して燃焼室１１を基準として凝縮器５０より上流側の循環経路２０、言い換えれば、凝縮器５０又は凝縮器５０より燃焼室１１の排気側の循環経路２０に供給する。ここでは、再供給通路７５は、脱気膜モジュール７２で分離されたアルゴンを凝縮器５０に供給する。再供給通路７５は、脱気膜モジュール７２の各脱気膜７１の外側の気相空間部と凝縮器５０の内部とを接続する。再供給通路７５は、凝縮水から各脱気膜７１の側面を透過して気相空間部に分離されたアルゴンを凝縮器５０の内部に再供給する。

負圧ポンプ７６は、再供給通路７５上に設けられ電子制御装置６０からの駆動信号によりその駆動が制御される。脱気膜モジュール７２の各脱気膜７１の外側の気相空間部は、再供給通路７５を介してこの負圧ポンプ７６の吸込口に接続されている。負圧ポンプ７６は、駆動することで脱気膜モジュール７２の各脱気膜７１を境界として一方側の空間部である気相空間部を減圧することができる。

上記のように構成される作動ガス循環型エンジン１は、凝縮器５０で凝縮されアルゴンが溶存する凝縮水が導入通路７３を介して脱気膜モジュール７２の各脱気膜７１の内側の液相空間部に導入される。このとき、脱気装置７０は、負圧ポンプ７６が駆動し脱気膜７１の外側の気相空間部が真空状態に減圧されることで、各脱気膜７１の内外間、すなわち、各脱気膜７１を挟んで液相空間部と気相空間部との間にガス濃度差が生じる。そして、脱気装置７０は、凝縮水が脱気膜モジュール７２の各脱気膜７１の内部すなわち液相空間部を通過する際、凝縮水に溶存しているアルゴンが各脱気膜７１の内外間に生じたガス濃度差に応じて各脱気膜７１を透過し、各脱気膜７１の外部すなわち気相空間部側に除去される。

そして、脱気膜モジュール７２にてアルゴンが分離されアルゴン濃度が低くなった凝縮水は、排出通路７４を介して循環経路２０の系外に排出される。一方、脱気膜モジュール７２にて凝縮水から分離され水分が少なくなったアルゴンは、再供給通路７５を介して凝縮器５０内の再供給位置に再供給される。

この結果、作動ガス循環型エンジン１は、脱気膜モジュール７２にて脱気膜７１を介して凝縮水からアルゴンを脱気することから、例えば、減圧室を減圧することで凝縮水からアルゴンを脱気する場合と比較して、脱気性能を向上することができる。したがって、作動ガス循環型エンジン１は、アルゴンの消費をさらに抑制することができるとともに燃焼室１１に水分が供給されることをさらに抑制することができる。そして、この作動ガス循環型エンジン１は、例えば、仮に脱気膜モジュール７２の脱気性能が低下しアルゴンから完全に水分を取り除くことができなくなった場合であっても、脱気膜モジュール７２にて分離されたアルゴンが凝縮器５０内に再供給されることから、比熱比が相対的に小さい水分が燃焼室１１に供給されてしまうことを確実に抑制することができ、凝縮器５０にてアルゴン中の水分を再度、液化・凝縮し凝縮水とすることができる。これにより、この作動ガス循環型エンジン１は、熱効率の悪化を確実に抑制することができる。

以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１によれば、酸素（酸化剤）と酸素との燃焼により水蒸気を生成する水素（燃料）と空気より比熱比の高いアルゴン（作動ガス）とが供給され水素の燃焼に伴ってアルゴンが膨張可能であると共に水素の燃焼後に水蒸気とアルゴンとを排気可能な燃焼室１１と、アルゴンを含むガスを燃焼室１１の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室１１に供給可能である循環経路２０と、循環経路２０に設けられこの循環経路２０を循環するガスに含まれる水蒸気を凝縮して凝縮水とする凝縮器５０と、ガス透過性を有する脱気膜７１を介して凝縮水に溶存するアルゴンを分離し、この分離したアルゴンを凝縮器５０又は循環経路２０を循環するガスの循環方向に対して燃焼室１１を基準として凝縮器５０より上流側の循環経路２０に供給する脱気装置７０を備える。

したがって、作動ガス循環型エンジン１は、アルゴンが溶存している凝縮水が脱気膜７１を有す脱気膜モジュール７２を通過しアルゴンと凝縮水とに分離され、分離されたアルゴンが凝縮器５０又は循環方向に対して凝縮器５０より燃焼室１１の排気側に戻され、凝縮水が系外に排出されるので、燃焼室１１に水分が供給されることを抑制することができる。

なお、上記の作動ガス循環型エンジン１は、脱気装置７０が分離したアルゴンを凝縮器５０に供給するものとして説明したが、図２の変形例に示すように、循環経路２０を循環するガスの循環方向に対して燃焼室１１を基準として凝縮器５０より上流側の循環経路２０に供給するようにしてもよい。この場合、再供給通路７５は、脱気膜モジュール７２の各脱気膜７１の外側の気相空間部と凝縮器５０より燃焼室１１の排気側の循環通路２１とを接続する。この場合であっても、作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室１１に水分が供給されることを抑制することができる。

なお、この図２の変形例に示すように、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０を循環するガスの循環方向に対して燃焼室１１を基準として凝縮器５０より上流側の濃度検出位置、すなわち、凝縮器５０より燃焼室１１の排気側の濃度検出位置でこの循環経路２０を循環するガス中の酸素又は水素の濃度を検出可能な濃度検出装置としての濃度センサ６３を備える場合がある。

この場合、電子制御装置６０は、濃度センサ６３の検出信号に基づいて、循環ガス中の酸素又は水素素の残存量を把握し、その酸素又は水素が燃焼室１１に到達する時期を見計らって、酸素供給装置３０、水素供給装置４０による酸素、水素の供給量を制御する。これにより、作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室１１内における酸素又は水素の過多を防ぐことができる。

そしてこの場合、脱気装置７０は、循環経路２０を循環するガスの循環方向に対して燃焼室１１を基準として濃度センサ６３による濃度検出位置より下流側に分離したアルゴンを供給するとよい。これにより、作動ガス循環型エンジン１は、例えば、仮に脱気膜モジュール７２でアルゴンから完全に水分を取り除くことができなかった場合であっても、脱気装置７０からの水分が濃度センサ６３の濃度検出部位に接触することを防止することができる。

また、この作動ガス循環型エンジン１では、脱気装置７０は、循環経路２０を循環するガスの循環方向に対して垂直又は循環方向に沿う方向にアルゴンを供給するように構成するとよい。図１、図２の作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０を循環するガスの循環方向に対して垂直の方向に脱気装置７０で分離したアルゴンを供給する場合を例示している。一方、図３の変形例に係る作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０を循環するガスの循環方向に対して循環方向に沿う方向に脱気装置７０で分離したアルゴンを供給する場合を例示している。この場合、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０を循環するガスの循環方向に対して垂直又は循環方向に沿う方向にアルゴンを供給することで、アルゴンの供給方向と循環ガスの循環方向とが対向することを防止することができ、例えば、水蒸気や凝縮水が脱気装置７０の再供給通路７５に逆流して侵入することを抑制することができ、また、負圧ポンプ７６のポンプ負荷が増加することを抑制することができる。なお、ここでいう循環方向に沿う方向とは、要するに循環方向と対向しない方向であり、例えば、循環方向に対して平行であってもよいし、循環方向に対して傾斜を有していてもよい。

なお、上述した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジンは、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。

以上で説明した作動ガス循環型エンジンは、燃料としての水素を循環経路２０の吸気ポート１７に噴射する構成であってもよいし、酸化剤としての酸素を燃焼室１１内に直接噴射する構成であってもよい。以上で説明した作動ガス循環型エンジンは、燃料としての水素を拡散燃焼させるものとして例示したが、燃料に対して図示しない点火プラグで点火して、いわゆる、火花点火燃焼させる形態のものであってもよく、その燃料に対して点火プラグで点火して着火の補助を行い拡散燃焼させる形態のものであってもよい。

以上で説明した作動ガス循環型エンジンは、酸化剤が酸素であり燃料が水素であるものとして説明したが、これに限らず、燃焼室にて燃料の燃焼に伴って作動ガスを膨張させることができると共に燃焼に伴って水蒸気を生成する組み合わせであればよい。また、以上で説明した作動ガスは、アルゴンに限らず、例えば単原子ガスであるヘリウム（Ｈｅ）等の希ガスであってもよい。

以上のように本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な種々の作動ガス循環型エンジンに適用して好適である。

１ 作動ガス循環型エンジン
１０ エンジン本体
１１ 燃焼室
１７ 吸気ポート
１８ 排気ポート
２０ 循環経路
２１ 循環通路
５０ 凝縮器
６３ 濃度センサ（濃度検出装置）
７０ 脱気装置
７１ 脱気膜
７２ 脱気膜モジュール
７３ 導入通路
７４ 排出通路
７５ 再供給通路
７６ 負圧ポンプ

Claims (4)

1. 酸化剤と、当該酸化剤との燃焼により水蒸気を生成する燃料と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、前記燃料の燃焼に伴って前記作動ガスが膨張可能であると共に前記燃料の燃焼後に前記水蒸気と前記作動ガスとを排気可能な燃焼室と、
   前記作動ガスを含むガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び前記燃焼室に供給可能である循環経路と、
   前記循環経路に設けられ当該循環経路を循環するガスに含まれる前記水蒸気を凝縮して凝縮水とする凝縮器と、
   ガス透過性を有する脱気膜を介して前記凝縮水に溶存する前記作動ガスを分離し、当該分離した前記作動ガスを前記凝縮器又は前記循環経路を循環するガスの循環方向に対して前記燃焼室を基準として前記凝縮器より上流側の前記循環経路に供給する脱気装置とを備えることを特徴とする、
   作動ガス循環型エンジン。
2. 前記循環方向に対して前記燃焼室を基準として前記凝縮器より上流側の濃度検出位置で前記循環経路を循環するガス中の前記酸化剤又は前記燃料の濃度を検出可能な濃度検出装置を備え、
   前記脱気装置は、前記循環方向に対して前記燃焼室を基準として前記濃度検出位置より下流側に前記分離した前記作動ガスを供給する、
   請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
3. 前記脱気装置は、前記循環方向に対して垂直又は前記循環方向に沿う方向に前記作動ガスを供給する、
   請求項１又は請求項２に記載の作動ガス循環型エンジン。
4. 前記循環方向に沿う方向とは、前記循環方向と対向しない方向であって前記循環方向に対して平行な方向又は前記循環方向に対して傾斜を有する方向である、
   請求項３に記載の作動ガス循環型エンジン。

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