JP2011179411A - 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取り除く除去装置５０とを備え、循環経路２０は、循環するガスの循環方向に対して除去装置５０から燃焼室１１の吸気側までの間に循環するガス中に残留する水分を自重を利用して貯留可能な窪み２２を有す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する。

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。この内燃機関は、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。

特開２００７−０６４０９２号公報

ところで、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、水分除去装置や脱気装置において完全に水分を取り除くことができなかった場合などにこの水分が燃焼室に供給されてしまうと、例えば、内燃機関の熱効率を低下させてしまうおそれがあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、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取り除く除去装置とを備え、前記循環経路は、前記循環するガスの循環方向に対して前記除去装置から前記燃焼室の吸気側までの間に前記循環するガス中に残留する水分を自重を利用して貯留可能な窪みを有す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、前記窪みは、前記循環経路の鉛直方向最下部に設けられるものとすることができる。

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記循環経路は、前記燃焼室の吸気側から前記窪み側に向かう下り勾配の傾斜路を有するものとすることができる。

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記傾斜路は、水平方向に対して相対的に大きな勾配をなす急勾配部と、水平方向に対して相対的に小さな勾配をなす緩勾配部とを有するものとすることができる。

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記傾斜路は、前記急勾配部の流路断面積が前記緩勾配部の流路断面積より大きいものとすることができる。

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記傾斜路は、前記窪みとの接続部分に前記急勾配部が設けられるものとすることができる。

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記傾斜路は、複数の前記燃焼室にそれぞれ連通する複数の通路が集合する集合部の鉛直方向最下部に接続されるものとすることができる。

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記傾斜路は、前記燃料の燃焼に伴って発生する動力が伝達される動力伝達装置の鉛直方向上側を通過するものとすることができる。

本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、循環経路において、循環するガスの循環方向に対して除去装置から燃焼室の吸気側までの間に、循環するガス中に残留する水分を自重を利用して貯留可能な窪みを有するので、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、という効果を奏する。

図１は、実施形態１に係るエンジンの模式的な概略構成図である。 図２は、実施形態１に係るエンジンの模式的な斜視図である。 図３は、実施形態１に係るエンジンの吸気マニホールドの断面図である。 図４は、実施形態２に係るエンジンの模式的な概略構成図である。 図５は、変形例に係るエンジンの模式的な概略構成図である。 図６は、実施形態３に係るエンジンの模式的な概略構成図である。 図７は、実施形態４に係る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１］
図１は、実施形態１に係るエンジンの模式的な概略構成図、図２は、実施形態１に係るエンジンの模式的な斜視図、図３は、実施形態１に係るエンジンの吸気マニホールドの断面図である。

図１に示す本実施形態の作動ガス循環型エンジンとしてのエンジン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、除去装置としての凝縮器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。なお、このエンジン本体１０は、図示していないが複数の燃焼室１１（気筒）を有している。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。循環経路２０は、シリンダヘッドに形成され燃焼室１１に連通する吸気ポート１２及び排気ポート１３と、種々の配管などにより構成され吸気ポート１２と排気ポート１３とを燃焼室１１の外側で接続する循環通路２１とを含んで構成され、基本的には全体として外気に対して密閉された循環系をなす。

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。

酸素供給装置３０は、酸素を循環経路２０内に向けて噴射して供給し、この酸素をアルゴンなどを含む循環ガスと共に燃焼室１１に供給するものである。水素供給装置４０は、高圧水素を燃焼室１１内に向けて直接噴射して供給するものである。

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し取り除くものである。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が駆動することで、ラジエータ５３にて冷却された冷却媒体としての冷却水が冷却水循環路５１を介して内部に供給される。そして、凝縮器５０は、冷却水と循環ガスとを熱交換させることで循環ガスを冷却し、循環ガス中に含まれる水蒸気を液化・凝縮し凝縮水とし、この循環ガスから大部分の水蒸気を分離する。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、排出弁５４を介して循環経路２０の循環系外に排出される。

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る。電子制御装置６０は、エンジン１の各部に設けられたセンサから検出結果に対応した電気信号が入力され、これに応じて酸素供給装置３０、水素供給装置４０、冷却水ポンプ５２、排出弁５４などのエンジン１の各部を制御する。

上記のように構成されるエンジン１は、水素を拡散燃焼させるものとして例示する。エンジン１は、吸気ポート１２に設けられた吸気弁１４の開弁時に、循環経路２０を循環する循環ガスが酸素供給装置３０からの酸素と共に燃焼室１１に吸気（供給）される。エンジン１は、ピストン１６の動作に応じて燃焼室１１内に形成された高温の圧縮ガス（酸素及びアルゴン）の中に水素供給装置４０から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。エンジン１は、これに伴って燃焼室１１内で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、このエンジン１は、水素の燃焼とアルゴンの熱膨張とによってピストン１６が押し下げられクランクシャフトが回転し、機械的な動力を発生させることができる。そして、エンジン１は、排気ポート１３に設けられた排気弁１５の開弁に伴って、燃焼室１１内から水素の燃焼後の排気ガスがアルゴンと共に排気ポート１３に排気（排出）され、排気ガスとアルゴンとが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。この間、エンジン１は、循環ガス中の水蒸気の大部分が凝縮器５０にて液化・凝縮され分離される。これにより、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、アルゴンによる熱効率の高い運転を行うことができる。

なお、このエンジン１は、水素を燃焼室１１内に向けて直接噴射して自己着火させ拡散燃焼させる筒内直噴自己着火拡散燃焼形式の構成として例示したがこれに限らない。エンジン１は、例えば、燃焼室１１に供給された水素に点火可能な点火装置としての点火プラグを備え、この点火プラグが燃焼室１１内で水素に点火する火花点火形式の構成であってもよいし、水素に対して点火プラグで点火して水素の自己着火の補助を行い拡散燃焼させる形式の構成であってもよい。また、エンジン１は、例えば、水素を循環経路２０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この水素を燃焼室１１に供給する吸気予混合形式の構成であってもよい。また、エンジン１は、酸素を燃焼室１１内に向けて直接噴射する形式の構成であってもよい。また、エンジン１は、いわゆる希薄燃焼形式の構成であってもよい。

ところで、本実施形態のエンジン１は、図１に示すように、循環経路２０が循環ガス中に残留する水分を自重（重力）を利用して貯留可能な窪みとしてのタンク２２を有することで、凝縮器５０などにおいて完全に取り除くことができなかった残留水分や循環経路２０中で凝縮した残留水分が燃焼室１１に供給されることを抑制している。

具体的には、循環経路２０は、この循環経路２０を循環する循環ガスの循環方向に対して凝縮器５０から燃焼室１１の吸気側までの間にタンク２２が設けられる。ここでは、タンク２２は、循環通路２１において、フィンなどにより構成された凝縮器５０の熱交換部５５と吸気ポート１２との間に設けられる。つまり、タンク２２は、循環ガスの循環方向に対して燃焼室１１を基準として熱交換部５５の下流側、吸気ポート１２の上流側に設けられる。

タンク２２は、図１、図２に示すように、熱交換部５５などを収容する凝縮器５０のケーシング５６と一体的に設けられる。上述した排出弁５４は、このタンク２２の底部に設けられる。タンク２２は、循環経路２０の鉛直方向最下部に設けられる。循環経路２０の鉛直方向最下部とは、循環経路２０において最も鉛直方向下側に位置する部分である。なおここでの鉛直方向とは、このエンジン１を車両に搭載した際の鉛直方向であり、鉛直方向最下部とは、このエンジン１を車両に搭載した際の鉛直方向最下部である。以下の説明でも特に断りのない限り同様である。また、ここではタンク２２は、ケーシング５６と一体的に設けられるものとして説明するが、これに限らず、ケーシング５６とは別体に設けられてもよい。

そして、このエンジン１の循環経路２０は、燃焼室１１の吸気側からタンク２２側に向かう下り勾配の傾斜路２３を有する。傾斜路２３は、例えば、水平方向に対して傾斜して配置される傾斜配管であり、燃焼室１１の吸気側からタンク２２に向かう下りの傾斜（傾き）を有する。つまり、傾斜路２３は、水平方向に対して所定の傾斜角を有しており、この傾斜の鉛直方向下側にタンク２２が接続される。これにより、傾斜路２３は、循環ガス中に残留した水分をその自重によってタンク２２に移動させることができる。例えば、傾斜路２３は、循環ガス中に残留し壁面に付着した水分を自重によって傾斜面をつたわせることでタンク２２に移動させることができる。

ここで、この循環経路２０は、さらに、集合部としての吸気マニホールド２４を含んで構成される。吸気マニホールド２４は、複数の燃焼室１１にそれぞれ連通する複数の通路としての複数の吸気分岐通路２５が集合する部分を含むものである。循環経路２０を循環する循環ガスは、循環通路２１から吸気マニホールド２４に入ってこの吸気マニホールド２４から各吸気分岐通路２５に分岐し、各吸気分岐通路２５から各吸気ポート１２を介して各燃焼室１１に供給される。

そして、傾斜路２３は、図３に囲み一点鎖線Ａで示すように、この吸気マニホールド（集合部）２４の鉛直方向最下部に接続される。つまり、ここでの傾斜路２３は、鉛直方向上側の端部が吸気マニホールド２４の鉛直方向最下部に接続され、鉛直方向下側の端部が上記のタンク２２に接続される。このエンジン１は、吸気マニホールド２４の鉛直方向最下部からタンク２２までの循環通路２１がタンク２２に向かう下り傾斜の傾斜路２３によって構成される。

なお、このエンジン１は、図２に示すように、傾斜路２３を含む循環通路２１の配管が動力伝達装置としてのトランスミッション７０の鉛直方向上側を通過するように設けられる。トランスミッション７０は、エンジン本体１０に連結され燃料の燃焼に伴って発生する動力が伝達されるものであり、典型的には、いわゆる変速機などを含んで構成される。これにより、エンジン１は、例えば、タンク２２の位置を傾斜路２３の位置に合わせて比較的に鉛直方向上側の位置にすることができるので、装置の大型化を抑制することができ、車両搭載性を向上することができる。

上記のように構成されるエンジン１は、凝縮器５０などにおいて完全に取り除くことができなかった残留水分や循環経路２０中で凝縮した残留水分がその自重（重力）により傾斜路２３をつたってタンク２２に流れて移動するので、残留水分が循環経路２０を構成する配管内などで滞留することを抑制することができる。この結果、エンジン１は、比熱比が相対的に小さい水分が燃焼室１１に供給されることを抑制することができ、例えば、熱効率の悪化を抑制することができる。さらに、このエンジン１は、傾斜路２３が吸気マニホールド２４の鉛直方向最下部に接続されていることから、吸気マニホールド２４の集合部分に残留水分が溜まることを防止することができので、水分が燃焼室１１に供給されることをより確実に抑制することができる。

以上で説明した実施形態に係るエンジン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取り除く凝縮器５０とを備え、循環経路２０は、循環するガスの循環方向に対して凝縮器５０から燃焼室１１の吸気側までの間に循環するガス中に残留する水分を自重を利用して貯留可能なタンク２２を有する。したがって、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。

［実施形態２］
図４は、実施形態２に係るエンジンの模式的な概略構成図、図５は、変形例に係るエンジンの模式的な概略構成図である。実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンは、傾斜路の構成が実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す（以下の実施形態でも同様である）。

図４に示す本実施形態の作動ガス循環型エンジンとしてのエンジン２０１は、循環経路２０が燃焼室１１の吸気側からタンク２２側に向かう下り勾配の傾斜路２２３を有する。本実施形態の傾斜路２２３は、複数の勾配、ここでは２つの異なる勾配を有する。この傾斜路２２３は、２つの異なる勾配の部分として、急勾配部２２３ａと緩勾配部２２３ｂとを有する。急勾配部２２３ａは、傾斜路２２３において水平方向に対して相対的に大きな勾配（相対的に大きな傾斜角）をなす部分である一方、緩勾配部２２３ｂは、傾斜路２２３において水平方向に対して相対的に小さな勾配（相対的に小さな傾斜角）をなす部分である。典型的には、急勾配部２２３ａは、傾斜路２２３の平均勾配より大きな急下り勾配を有する部分である一方、緩勾配部２２３ｂは、傾斜路２２３の平均勾配より小さな緩下り勾配を有する部分である。なおここでは、急勾配部２２３ａの流路断面積（配管内径）と緩勾配部２２３ｂの流路断面積（配管内径）とは、ほぼ同等に設定されている。

傾斜路２２３は、吸気マニホールド２４側に急勾配部２２３ａが位置しタンク２２側に緩勾配部２２３ｂが位置する。傾斜路２２３は、急勾配部２２３ａの鉛直方向上側端部が吸気マニホールド２４の鉛直方向最下部に接続され鉛直方向下側端部が緩勾配部２２３ｂの鉛直方向上側端部に接続され、この緩勾配部２２３ｂの鉛直方向下側端部がタンク２２に接続される。つまり、このエンジン２０１は、吸気マニホールド２４の鉛直方向最下部からタンク２２までの循環通路２１が急勾配部２２３ａと緩勾配部２２３ｂとを含む下り傾斜の傾斜路２２３によって構成される。これにより、傾斜路２２３は、循環ガス中に残留した水分を急勾配部２２３ａ、緩勾配部２２３ｂを介して自重によってタンク２２に移動させることができる。

上記のように構成されるエンジン２０１は、傾斜路２２３が急勾配部２２３ａと緩勾配部２２３ｂとを有することから、急勾配部２２３ａにおいて、残留水分がその自重（重力）によってタンク２２に向けて流れ落ち易いようにすることができる。

以上で説明した実施形態に係るエンジン２０１によれば、傾斜路２２３は、水平方向に対して相対的に大きな勾配をなす急勾配部２２３ａと、水平方向に対して相対的に小さな勾配をなす緩勾配部２２３ｂとを有する。したがって、エンジン２０１は、残留水分が循環経路２０を構成する配管内で滞留することをより確実に抑制することができるので、水分が燃焼室１１に供給されることをより確実に抑制することができる。

なお例えば、図５に示す変形例のように、作動ガス循環型エンジンとしてのエンジン２０１Ａは、傾斜路２２３の急勾配部２２３Ａが鉛直方向とほぼ平行になるように構成されていてもよい。この場合、エンジン２０１Ａは、急勾配部２２３Ａにおいて残留水分がその自重（重力）によりタンク２２に向けて、さらに流れ落ち易いようにすることができる。

［実施形態３］
図６は、実施形態３に係るエンジンの模式的な概略構成図である。実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンは、傾斜路の流路断面積が実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。

図６に示す本実施形態の作動ガス循環型エンジンとしてのエンジン３０１は、循環経路２０が燃焼室１１の吸気側からタンク２２側に向かう下り勾配の傾斜路３２３を有する。傾斜路３２３は、２つの異なる勾配の部分として、急勾配部３２３ａと緩勾配部３２３ｂとを有する。そして、本実施形態の傾斜路３２３は、急勾配部３２３ａの流路断面積Ｓ１が緩勾配部３２３ｂの流路断面積Ｓ２より大きい。ここで、流路断面積Ｓ１、Ｓ２は、典型的には、循環通路２１を通る循環ガスの循環方向と直交する平面における循環通路２１の断面積である。つまり、この傾斜路３２３は、急勾配部３２３ａにける配管内径が緩勾配部３２３ｂにおける配管内径より大きくなっている。

上記のように構成されるエンジン３０１は、急勾配部３２３ａの流路断面積Ｓ１が緩勾配部３２３ｂの流路断面積Ｓ２より大きいことから、傾斜路２２３において、急勾配部２２３ａでの循環ガスの流速と緩勾配部２２３ｂでの循環ガスの流速とに速度差が生じる。すなわち、エンジン３０１は、急勾配部２２３ａでの循環ガスの流速が相対的に遅くなり緩勾配部２２３ｂでの循環ガスの流速が相対的に速くなる。この結果、エンジン３０１は、急勾配部３２３ａにおいて循環ガスの流速が相対的に遅くなることから残留水分がその自重（重力）によりタンク２２に向けて、さらに流れ落ち易いようにすることができる。

以上で説明した実施形態に係るエンジン３０１によれば、傾斜路３２３は、急勾配部３２３ａの流路断面積Ｓ１が緩勾配部３２３ｂの流路断面積Ｓ２より大きい。したがって、エンジン３０１は、残留水分が循環経路２０を構成する配管内で滞留することをより確実に抑制することができるので、水分が燃焼室１１に供給されることをより確実に抑制することができる。

［実施形態４］
図７は、実施形態４に係るエンジンの模式的な概略構成図である。実施形態４に係る作動ガス循環型エンジンは、傾斜路の構成が実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。

図７に示す本実施形態の作動ガス循環型エンジンとしてのエンジン４０１は、循環経路２０が燃焼室１１の吸気側からタンク２２側に向かう下り勾配の傾斜路４２３を有する。本実施形態の傾斜路４２３は、タンク２２との接続部分に急勾配部４２３ｃが設けられる。具体的には、傾斜路４２３は、ここでは３つの異なる勾配を有する。この傾斜路４２３は、３つの異なる勾配の部分として、第１の急勾配部４２３ａと緩勾配部４２３ｂと第２の急勾配部４２３ｃを有する。急勾配部４２３ａ、４２３ｃは、上記と同様であり、典型的には傾斜路４２３の平均勾配より大きな急下り勾配を有する部分である一方、緩勾配部４２３ｂは、上記と同様であり、典型的には傾斜路４２３の平均勾配より小さな緩下り勾配を有する部分である。ここでは、急勾配部４２３ｃが最も勾配が急な部分となっている。

傾斜路４２３は、吸気マニホールド２４側に急勾配部４２３ａが位置しタンク２２側に急勾配部４２３ｃが位置し、これらの間に緩勾配部４２３ｂが位置する。つまり、傾斜路４２３は、吸気マニホールド２４側からタンク２２側に向かって急勾配部４２３ａ、緩勾配部４２３ｂ、急勾配部４２３ｃの順で位置している。傾斜路４２３は、急勾配部４２３ａの鉛直方向上側端部が吸気マニホールド２４の鉛直方向最下部に接続され鉛直方向下側端部が緩勾配部４２３ｂの鉛直方向上側端部に接続される。そして、傾斜路４２３は、緩勾配部４２３ｂの鉛直方向下側端部が急勾配部４２３ｃの鉛直方向上側端部に接続され、この急勾配部４２３ｃの鉛直方向下側端部がタンク２２に接続される。このエンジン４０１は、吸気マニホールド２４の鉛直方向最下部からタンク２２までの循環通路２１が急勾配部４２３ａと緩勾配部４２３ｂと急勾配部４２３ｃとを含む下り傾斜の傾斜路４２３によって構成される。これにより、傾斜路４２３は、循環ガス中に残留した水分を急勾配部４２３ａ、緩勾配部４２３ｂ、急勾配部４２３ｃを介して自重によってタンク２２に移動させることができる。

上記のように構成されるエンジン４０１は、傾斜路４２３のタンク２２との接続部分に急勾配部４２３ｃが設けられることから、残留水分がその自重（重力）によってタンク２２に向けてさらに流れ落ち易いようにすることができる。

以上で説明した実施形態に係るエンジン４０１によれば、傾斜路４２３は、タンク２２との接続部分に急勾配部４２３ｃが設けられる。したがって、エンジン４０１は、残留水分が循環経路２０を構成する配管内で滞留することをより確実に抑制することができるので、水分が燃焼室１１に供給されることをより確実に抑制することができる。

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。本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジンは、以上で説明した実施形態を複数組み合わせることで構成してもよい。

また、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、２０１、２０１Ａ、３０１、４０１ エンジン（作動ガス循環型エンジン）
１０ エンジン本体
１１ 燃焼室
１２ 吸気ポート
１３ 排気ポート
２０ 循環経路
２１ 循環通路
２２ タンク（窪み）
２３、２２３、３２３、４２３ 傾斜路
２４ 吸気マニホールド（集合部）
２５ 吸気分岐通路
５０ 凝縮器（除去装置）
７０ トランスミッション（動力伝達装置）
２２３ａ、２２３Ａ、３２３ａ、４２３ａ、４２３ｃ 急勾配部
２２３ｂ、３２３ｂ、４２３ｂ 緩勾配部

Claims (8)

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取り除く除去装置とを備え、
   前記循環経路は、前記循環するガスの循環方向に対して前記除去装置から前記燃焼室の吸気側までの間に前記循環するガス中に残留する水分を自重を利用して貯留可能な窪みを有することを特徴とする、
   作動ガス循環型エンジン。
2. 前記窪みは、前記循環経路の鉛直方向最下部に設けられる、
   請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
3. 前記循環経路は、前記燃焼室の吸気側から前記窪み側に向かう下り勾配の傾斜路を有する、
   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. 前記傾斜路は、水平方向に対して相対的に大きな勾配をなす急勾配部と、水平方向に対して相対的に小さな勾配をなす緩勾配部とを有する、
   請求項３に記載の作動ガス循環型エンジン。
5. 前記傾斜路は、前記急勾配部の流路断面積が前記緩勾配部の流路断面積より大きい、
   請求項４に記載の作動ガス循環型エンジン。
6. 前記傾斜路は、前記窪みとの接続部分に前記急勾配部が設けられる、
   請求項４又は請求項５に記載の作動ガス循環型エンジン。
7. 前記傾斜路は、複数の前記燃焼室にそれぞれ連通する複数の通路が集合する集合部の鉛直方向最下部に接続される、
   請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の作動ガス循環型エンジン。
8. 前記傾斜路は、前記燃料の燃焼に伴って発生する動力が伝達される動力伝達装置の鉛直方向上側を通過する、
   請求項３乃至請求項７のいずれか１項に記載の作動ガス循環型エンジン。

Images