JP2013500417A - 軸方向ピストンエンジン、軸方向ピストンエンジンを動作させるための方法、および軸方向ピストンエンジンの熱交換器を製造するための方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】なし
Description
205 筐体
210 燃焼室
215 注入管
220 作動シリンダ
225 排ガス管
227 排出口
230 作動ピストン
235 連接棒
240 曲線軌道
241 出力軸
242 スペーサ
250 圧縮機ピストン
255 圧力管路
257 供給管路
260 圧縮機シリンダ
270 熱交換器
301 軸方向ピストンエンジン
305 筐体
310 燃焼室
315 注入管
320 作動シリンダ
325 排ガス管
370 熱交換器
401 軸方向ピストンエンジン
405 筐体
410 燃焼室
415 注入管
420 作動シリンダ
425 排ガス管
427 排出口
430 作動ピストン
435 連接棒
440 曲線軌道
441 出力軸
442 スペーサ
450 圧縮機ピストン
455 圧力管路
456 環状水管
457 供給管路
460 圧縮機シリンダ
470 熱交換器
480 燃焼媒介用容器
481 貯蔵管路
485 弁
501 軸方向ピストンエンジン
502 主燃焼方向
503 対称軸
504 燃焼空気供給装置
505 筐体
506 セラミック組立体
507 セラミック燃焼室壁
508 成形パイプ
509 冷却空気室
510 燃焼室
511 主ノズル
512 処理ノズル
513 円錐チャンバ
514 円筒チャンバ
515 注入管
516 第1の噴射方向
517 予備燃焼器
518 主燃焼器
519 別の噴射方向
520 作動シリンダ
521 処理空気供給装置
522 別の燃焼空気供給装置
523 有孔リング
524 冷却空気室供給装置
525 排ガス管
526 燃焼空間
530 作動ピストン
531 制御ピストン
532 制御ピストンカバー
533 制御ピストン曲線軌道
534 スペーサ
535 連接棒
536 連接棒走行輪
537 駆動曲線軌道支持体
538 水冷装置
539 注入管リング
540 曲線軌道
541 出力軸
543 ストローク動作
545 内部冷却水管
546 中央冷却水管
547 外部冷却水管
548 燃焼室床
550 圧縮機ピストン
560 圧縮機シリンダ
592 予熱室温度センサ
593 排ガス温度センサ
1302 主燃焼方向
1101 軸方向ピストンエンジン
1151 シリンダヘッド
1152 圧縮機シリンダ入口弁
1153 圧縮機シリンダ出口弁
1154 環状の入口弁カバー
1157 供給管路
1158 三点ホルダ
1159 渦巻ばね
1160 圧縮機シリンダ
1161 弁座
1162 開口部
1163 保持アーム
1164 領域
1165 吸水口
1166 出口弁カバー
1167 半球
1168 出口弁座
1169 圧縮ばね
1179 作用方向
1189 ガイドブッシュ
1302 主燃焼方向
1303 対称軸
1306 セラミック組立体
1307 セラミック燃焼室壁
1308 成形鋼管
1309A 水室
1309D 環状水管
1309E 環状水管
1309F 導管
1314 円筒チャンバ
1315 注入管
1315A 注入管の対称軸
1315B 制御ピストンの長さ方向の軸
1320 作動シリンダ
1326 燃焼空間
1330 作動ピストン
1331 制御ピストン
1332A 案内面
1332B 衝突面
1332D ステムシール面
1332E 案内面シール面
1333 制御ピストン曲線軌道
1334 冷却室
1345 内部冷却水管
1348 燃焼室床
1361 プレッシャオイル回路
1362 制御ピストンオイル空間
1363 ピストンシール
1364 制御室
1365 第1の制御室シール
1366 第2の制御室シール
1367 シールスリーブ
1401 ガス交換弁
1402 弁板
1403 弁座
1404 弁軸
1405 弁ガイド
1406 弁スプリングガイド
1411 弁スプリング
1412 衝突スプリング
1413 弁スプリング板
1414 円錐部材
1415 固定リング
1416 留めリング
3020 熱交換器ヘッドプレート
3021 フランジ
3022 取付け孔
3023 マトリクス
3024 パイプ座
Claims (67)
- 少なくとも1個の圧縮機シリンダと、少なくとも1個の作動シリンダと、圧縮された燃焼媒介を前記圧縮機シリンダから前記作動シリンダへ誘導する少なくとも1個の圧力管路とを備え、環状の入口弁カバーを有する少なくとも1個の圧縮機シリンダ入口弁を備えることを特徴とする軸方向ピストンエンジン。
- 前記入口弁カバーは三点ホルダを有することを特徴とする、請求項1に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記入口弁カバーは少なくとも1個のばねを介して入口弁座に対向して固定されることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記圧縮機シリンダへの吸入口又は前記圧縮機シリンダからの排出口が前記入口弁カバーにより形成される輪の内側に設けられることを特徴とする、請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記吸入口は吸水口であることを特徴とする、請求項4に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記排出口は出口弁であることを特徴とする、請求項4又は請求項5に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個の圧縮機シリンダと、少なくとも1個の作動シリンダと、圧縮された燃焼媒介を前記圧縮機シリンダから前記作動シリンダへ誘導する少なくとも1個の圧力管路とを備え、特に請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の、少なくとも2個の圧縮機シリンダ出口弁を備えることを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個の圧縮機シリンダと、少なくとも1個の作動シリンダと、圧縮された燃焼媒介を前記圧縮機シリンダから前記作動シリンダへ誘導する少なくとも1個の圧力管路とを備え、特に請求項1〜7のうちいずれか1項に記載の、前記弁座の逆側において前記弁座に対向する側に比べてより少ない材料からなる、弁座の方向に凸を形成する弁カバーを有する少なくとも1個の圧縮機シリンダ出口弁を備えることを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 前記弁カバーは半球状であることを特徴とする、請求項8に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記弁カバーは中空構造からなることを特徴とする、請求項8又は請求項9に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 弁カバー押圧ばねと連動する前記弁カバーの位置合わせ手段を備えることを特徴とする、請求項8〜10のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個のシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも1個のシリンダを備える膨張機段と、前記圧縮機段と前記膨張機段との間の少なくとも1個の燃焼室とを備える軸方向ピストンエンジンであって、前記軸方向ピストンエンジンは往復運動し且つ流量断面を解放するガス交換弁を含み、前記ガス交換弁は前記ガス交換弁に作用する前記弁スプリングのばね力によりこの流量断面を閉鎖し、特に請求項1〜11のうちいずれか1項に記載の、前記ガス交換弁は衝突スプリングを有することを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 前記衝突スプリングは前記弁スプリングのばね長より短いばね長を有することを特徴とする、請求項12に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記衝突スプリングの前記ばね長は前記ガス交換弁の弁ストロークにより短縮された前記弁スプリングのばね長に対応することを特徴とする、請求項13に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記衝突スプリングの前記ばね長は前記衝突スプリングのばね運動により高くなった弁ガイドの高さに対応することを特徴とする、請求項12〜14のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記衝突スプリングは、そのばね運動発生時に、前記流量断面の解放により動作上発生する前記ガス交換弁の最大運動エネルギに対応するポテンシャルエネルギを有することを特徴とする、請求項12〜15のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個のシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも1個のシリンダを備える膨張機段と、前記圧縮機段と前記膨張機段との間の少なくとも1個の燃焼室とを備え、特に請求項1〜16のうちいずれか1項に記載の、前記圧縮機段の少なくとも1個のシリンダは軽金属からなる少なくとも1個のガス交換弁を有することを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 前記軽金属はアルミニウム又はアルミニウム合金、特にジュラルミンであることを特徴とする、請求項17に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記ガス交換弁は入口弁であることを特徴とする、請求項17又は請求項18に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個のシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも1個のシリンダを備える膨張機段と、前記圧縮機段と前記膨張機段との間の少なくとも1個の燃焼室を備え、特に請求項1〜19のうちいずれか1項に記載の、前記圧縮機段は前記膨張機段とは異なるストローク体積を有することを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 前記圧縮機段の前記ストローク体積は前記膨張機段の前記ストローク体積より小さいことを特徴とする、請求項20に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記圧縮機段の少なくとも1個のシリンダの個々のストローク体積は前記膨張機段の少なくとも1個のシリンダの個々のストローク体積より小さいことを特徴とする、請求項20又は請求項21に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記圧縮機段のシリンダの数は前記膨張機段のシリンダの数と同一又はより少ないことを特徴とする、請求項20〜22のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 熱伝達により相互に結合される燃焼媒介供給装置および排ガス排出装置を備え、特に請求項1〜23のうちいずれか1項に記載の、少なくとも1個の熱交換器断熱装置を備える特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 前記熱交換器と前記軸方向ピストンエンジンの外界との間での前記熱交換器の断熱において、最大400℃の温度勾配が可能であることを特徴とする、請求項24に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記熱交換器の断熱領域における前記軸方向ピストンエンジンの外部温度は500℃を超えないことを特徴とする、請求項24又は請求項25に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記熱交換器の断熱は前記熱交換器とは異なる材料からなる少なくとも1個の部材を含むことを特徴とする、請求項24〜26のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 熱伝達により相互に結合される燃焼媒介供給装置および排ガス排出装置を備え、特に請求項1〜27のうちいずれか1項に記載の、少なくとも2個の熱交換器を備えることを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 前記熱交換器は軸方向に配置されることを特徴とする、請求項28に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも4個のピストンを備え、各場合において少なくとも2個の隣接するピストンからの排ガスが1個の熱交換器内に誘導されることを特徴とする、請求項28又は29に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 3個のピストンからの排ガスが1個の共通の熱交換器内に誘導されることを特徴とする、請求項28〜30のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも2個のピストンを備え、各場合において各ピストンからの排ガスが1個の熱交換器内に誘導されることを特徴とする、請求項28又は29に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個の圧縮機シリンダと、少なくとも1個の作動シリンダと、圧縮された燃焼媒介を前記圧縮機シリンダから前記作動シリンダへ誘導する少なくとも1個の圧力管路とを備え、特に請求項1〜32のうちいずれか1項に記載の、前記圧縮機シリンダ内に配置される圧縮機ピストンの吸気行程中に、水又は水蒸気が前記圧縮機シリンダに供給されることを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個のシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも1個のシリンダを備える膨張機段と、前記圧縮機段と前記膨張機段との間の少なくとも1個の燃焼室と、少なくとも1個の熱交換器とを備え、前記熱交換器の吸熱部は前記圧縮機段と前記燃焼室との間に配置され、前記熱交換器の放熱部は前記膨張機段と外界との間に配置され、特に請求項1〜33のうちいずれか1項に記載の、前記熱交換器の前記吸熱部および/又は前記放熱部は少なくとも1個の液体を供給する手段を下流側および/又は上流側に有することを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 前記液体は水および/又は可燃性物質であることを特徴とする、請求項34に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記熱交換器の前記放熱部内又は前記熱交換器の前記放熱部の下流に排水器が配置されることを特徴とする、請求項34又は請求項35に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個の圧縮機シリンダと、少なくとも1個の作動シリンダと、圧縮された燃焼媒介を前記圧縮機シリンダから前記作動シリンダへ誘導する少なくとも1個の圧力管路とを備え、特に請求項1〜36のうちいずれか1項に記載の、圧縮された媒介を一時的に貯蔵可能な燃焼媒介用容器を備えることを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 前記燃焼媒介用容器は前記圧縮機シリンダと熱交換器との間に設けられることを特徴とする、請求項37に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記圧縮機シリンダと前記燃焼媒介用容器との間に弁が配置されることを特徴とする、請求項37又は請求項38に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記燃焼媒介用容器と前記作動シリンダとの間に弁が配置されることを特徴とする、請求項37〜39のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも2個の燃焼媒介用容器を備えることを特徴とする、請求項37〜40のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記少なくとも2個の燃焼媒介用容器には異なる圧力が付加されることを特徴とする、請求項41に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 燃焼媒介用容器に付加される圧力の範囲として、第1の燃焼媒介用容器用の第1の圧力下限および第1の圧力上限、および第2の燃焼媒介用容器用の第2の圧力下限および第2の圧力上限を設定する圧力調整装置を備え、前記第1の圧力上限は前記第2の圧力上限より低く、前記第1の圧力下限は前記第2の圧力下限より低いことを特徴とする、請求項42に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記第1の圧力上限は前記第2の圧力下限以下であることを特徴とする、請求項43に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個の圧縮機シリンダと、少なくとも1個の作動シリンダと、圧縮された燃焼媒介を前記圧縮機シリンダから前記作動シリンダへ誘導する少なくとも1個の圧力管路とを備える軸方向ピストンエンジンであって、水が前記軸方向ピストンエンジンに供給され、特に請求項1〜44のうちいずれか1項に記載の、前記水の供給は前記軸方向ピストンエンジンの動作終了前に停止され、前記軸方向ピストンエンジンは水の供給無しで所定の時間動作することを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 前記水の供給は水蒸気として直接燃焼室内へ実行されることを特徴とする、請求項45に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記水の供給は水を燃焼媒介と混合することにより実行されることを特徴とする、請求項45又は請求項46に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個のシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも1個のシリンダを備える膨張機段と、前記圧縮機段と前記膨張機段との間の少なくとも1個の燃焼室と、前記燃焼室と前記膨張機段との間の少なくとも1個の制御ピストンおよび導管とを備え、前記制御ピストンおよび前記導管は主流れ方向を有し前記制御ピストンの運動により解放される流量断面を有し、特に請求項1〜47のうちいずれか1項に記載の、前記制御ピストンは前記主流れ方向と平行な案内面を有することを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個のシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも1個のシリンダを備える膨張機段と、前記圧縮機段と前記膨張機段との間の少なくとも1個の燃焼室と、前記燃焼室と前記膨張機段との間の少なくとも1個の制御ピストンおよび導管とを備え、前記制御ピストンおよび前記導管は前記制御ピストンの運動により解放される主流れ方向を有する流量断面を有し、特に請求項1〜48のうちいずれか1項に記載の、前記制御ピストンは前記主流れ方向と垂直な衝突面を有することを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個のシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも1個のシリンダを備える膨張機段と、前記圧縮機段と前記膨張機段との間の少なくとも1個の燃焼室と、前記燃焼室と前記膨張機段との間の少なくとも1個の制御ピストンおよび導管とを備え、前記制御ピストンおよび前記導管は前記制御ピストンの運動により解放される流量断面を有し、前記制御ピストンの前記運動は前記制御ピストンの長さ方向の軸に沿って実行され、特に請求項1〜49のうちいずれか1項に記載の、前記制御ピストンは前記制御ピストンの前記長さ方向の軸に対して鋭角を成す案内面を有することを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個のシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも1個のシリンダを備える膨張機段と、前記圧縮機段と前記膨張機段との間の少なくとも1個の燃焼室と、前記燃焼室と前記膨張機段との間の少なくとも1個の制御ピストンおよび導管とを備え、前記制御ピストンおよび前記導管は前記制御ピストンの運動により解放される流量断面を有し、前記制御ピストンの前記運動は前記制御ピストンの長さ方向の軸に沿って実行され、特に請求項1〜50のうちいずれか1項に記載の、前記制御ピストンは前記制御ピストンの前記長さ方向の軸に対して鋭角を成す衝突面を有することを特徴とする、軸方向ピストンエンジン。
- 前記案内面および/又は前記衝突面は平面、球状の面、円筒状の面又は円錐状の面からなることを特徴とする、請求項48〜51のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記軸方向ピストンエンジンは前記燃焼室と前記膨張機段との間に案内面シール面を有し、前記案内面シール面は前記案内面と平行に形成され、前記制御ピストンの上死点において前記案内面と連動することを特徴とする、請求項48〜52のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記案内面シール面は前記導管側において前記制御ピストンの前記長さ方向の軸と垂直な表面に結合することを特徴とする、請求項53に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記軸方向ピストンエンジンは前記燃焼室と前記膨張機段との間にステムシール面を有し、前記ステムシール面は前記制御ピストンの前記長さ方向の軸と平行に形成され、前記制御ピストンのステムの表面と連動することを特徴とする、請求項48〜54のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 前記制御ピストンの前記案内面、前記衝突面、前記案内面シール面、前記ステムシール面および/又は前記ステムの前記表面は反射性表面を有することを特徴とする、請求項48〜55のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジン。
- 内部連続燃焼(ICC:Internal Continuous Combustion)を特徴とする、請求項1〜56のうちいずれか1項による軸方向ピストンエンジン。
- 少なくとも1個のシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも1個のシリンダを備える膨張機段と、前記圧縮機段と前記膨張機段との間の少なくとも1個の燃焼室および少なくとも1個の熱交換器とを備え、前記熱交換器の吸熱部は前記圧縮機段と前記燃焼室との間に配置され、前記熱交換器の放熱部は前記膨張機段と外界との間に配置される軸方向ピストンエンジンを動作させるための方法であって、特に請求項1〜57のうちいずれか1項に記載の、少なくとも1個の液体が前記熱交換器を流れる燃焼媒介流および/又は排ガス流に供給されることを特徴とする、方法。
- 水および/又は可燃性物質が供給されることを特徴とする、請求項57に記載の軸方向ピストンエンジンを動作させるための方法。
- 前記液体は前記熱交換器の下流および/又は上流で供給されることを特徴とする、請求項57又は59に記載の軸方向ピストンエンジンを動作させるための方法。
- 前記燃焼媒介流および/又は前記排ガス流に水が分離された形で再度供給されることを特徴とする、請求項57〜60のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジンを動作させるための方法。
- 前記水および/又は可燃性物質の供給は前記軸方向ピストンエンジンが停止する前の所定の時点に停止され、前記軸方向ピストンエンジンは停止するまで水および/又は燃料の供給なしで動作することを特徴とする、請求項57〜61のうちいずれか1項に記載の軸方向ピストンエンジンを動作させるための方法。
- 少なくとも1個のシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも1個のシリンダを備える膨張機段と、前記圧縮機段と前記膨張機段との間の少なくとも1個の燃焼室とを備える軸方向ピストンエンジンを動作させるための方法であって、特に請求項1〜62のうちいずれか1項に記載の、燃焼媒介は前記膨張機段内での膨張中に、前記圧縮機段内での圧縮中の圧力比より大きい圧力比で膨張させられることを特徴とする、方法。
- 前記膨張機段内の前記燃焼媒介はほぼ外界の圧力まで膨張させられることを特徴とする、請求項63に記載の軸方向ピストンエンジンを動作させるための方法。
- 少なくとも1個のシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも1個のシリンダを備える膨張機段と、前記圧縮機段と前記膨張機段との間の少なくとも1個の燃焼室とを有する軸方向ピストンエンジンの熱交換器の製造方法であって、前記熱交換器の吸熱部は前記圧縮機段と前記燃焼室との間に配置され、前記熱交換器の放熱部は前記膨張機段と外界との間に配置され、また2つの材料流を分離するために前記熱交換器の前記吸熱部から前記放熱部を分割する少なくとも1個のパイプ壁を備え、特に請求項1〜64のうちいずれか1項に記載の、前記パイプは前記パイプと同一の材料を含む少なくとも1個のマトリクス内に配置され、このマトリクスに材料接着および/又は摩擦により接続されることを特徴とする、方法。
- 前記パイプおよび前記マトリクス間の前記材料接続は溶接又ははんだ付けにより行われることを特徴とする、請求項65に記載の熱交換器の製造方法。
- 前記パイプおよび前記マトリクス間の前記摩擦結合は収縮により行われることを特徴とする、請求項65又は66に記載の熱交換器の製造方法。
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