JP2015200222A - Dynamic force generating device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、大気圧よりも高圧の気体を導入できるシリンダと、前記シリンダの一方端側に配された吸気口、及び該吸気口を開閉する吸気弁体を有する吸気バルブ部と、前記シリンダの一方端側に配された排気口、及び該排気口を開閉する排気弁体を有する排気バルブ部と、前記シリンダ内を往復運動するピストンとを備える構成、又は、大気圧よりも高圧の気体を導入できるシリンダと、該シリンダの周壁部に設けられた吸気口、及び該吸気口を開閉する吸気弁体を有する吸気バルブ部と、前記シリンダ内の偏心した位置でシリンダの軸心と並行な軸心を中心に回転運動するロータと、該ロータから径方向に出入する複数のベーンとを備えるロータリー型の構成で、発電機の駆動力となり得る動力発生装置に関する。 The present invention provides a cylinder capable of introducing a gas having a pressure higher than atmospheric pressure, an intake port disposed on one end side of the cylinder, an intake valve portion having an intake valve body for opening and closing the intake port, A configuration comprising an exhaust valve portion having an exhaust port disposed on one end side and an exhaust valve body that opens and closes the exhaust port, and a piston that reciprocates in the cylinder, or a gas having a pressure higher than atmospheric pressure A cylinder that can be introduced, an intake port provided on a peripheral wall portion of the cylinder, and an intake valve portion having an intake valve body that opens and closes the intake port, and an axis parallel to the axis of the cylinder at an eccentric position in the cylinder The present invention relates to a power generation device that can be used as a driving force for a generator with a rotary configuration including a rotor that rotates about a core and a plurality of vanes that enter and exit from the rotor in a radial direction.
従来、動力発生装置としては、例えば、シリンダと、ピストンと、シリンダに結合されたクランクケースと、クランク軸と、ピストンとクランク軸とを連結するピストンロッドと、シリンダヘッドに設けられた高圧蒸気供給口と、高圧蒸気源から高圧蒸気供給口への高圧蒸気の供給を制御する高圧蒸気供給電磁弁とを有し、シリンダには、ピストンが下死点及びその近傍に位置するときに、シリンダキャビティCとクランクケースの内部とを連通させるような蒸気出口が形成され、クランクケースには蒸気出口から流入する低圧蒸気を排出する蒸気排出口が形成され、クランク軸に取り付けられた位相指示部材と、位相指示部材を検知するスイッチとを用いて、クランク軸の回転位相に対応して高圧蒸気供給電磁弁の開閉を制御する往復動型蒸気機関(特許文献1参照)が、開示されている。 Conventionally, as a power generation device, for example, a cylinder, a piston, a crankcase coupled to the cylinder, a crankshaft, a piston rod connecting the piston and the crankshaft, and a high-pressure steam supply provided in the cylinder head And a high-pressure steam supply solenoid valve for controlling the supply of high-pressure steam from the high-pressure steam source to the high-pressure steam supply port, and the cylinder has a cylinder cavity when the piston is located at or near the bottom dead center. A steam outlet for communicating C with the inside of the crankcase is formed, a steam discharge port for discharging low-pressure steam flowing in from the steam outlet is formed in the crankcase, and a phase indicating member attached to the crankshaft; A reciprocating type that controls the opening and closing of the high-pressure steam supply solenoid valve according to the rotational phase of the crankshaft using a switch that detects the phase indicating member Gas engine (see Patent Document 1) is disclosed.
動力発生装置に関して解決しようとする問題点は、従来の蒸気機関では圧力蒸気を導入してその圧力でピストンを作動させるものであって、圧力蒸気の膨張作用を利用するものではなく、圧力気体のエネルギーを最大に利用できないことである。
そこで本発明の目的は、圧力気体のエネルギーを効率よく変換することができる動力発生装置を提供することにある。すなわち、吸気弁及び排気弁を閉じ封止された気筒内の高圧気体を大気圧に近いところまで膨張させてピストンなどを押し、エネルギーを極限まで動力エネルギーに変換させることを目的とする。
The problem to be solved with regard to the power generation device is that in a conventional steam engine, pressure steam is introduced and the piston is operated by the pressure, and the expansion action of the pressure steam is not utilized. It means that energy cannot be used to the maximum.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a power generation device that can efficiently convert the energy of a pressure gas. That is, an object of the present invention is to expand the high-pressure gas in the sealed cylinder with the intake valve and the exhaust valve closed to close to atmospheric pressure and push the piston or the like to convert the energy into motive energy to the limit.
本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る動力発生装置の一形態によれば、大気圧よりも高圧の気体を導入できるシリンダと、前記シリンダの一方端側に配された吸気口、及び該吸気口を開閉する吸気弁体を有する吸気バルブ部と、前記シリンダの一方端側に配された排気口、及び該排気口を開閉する排気弁体を有する排気バルブ部と、前記シリンダ内を往復運動するピストンとを備え、該ピストンの動作範囲が、高圧気体が導入される導入空間をシリンダ内に残す位置から、該導入空間に導入された前記高圧気体が膨張することで移動するストロークの長さ範囲に設定され、該導入空間に前記高圧気体を導入した後に前記吸気弁体で前記吸気口を閉じる吸気バルブ開閉機構、及び前記高圧気体が膨張して前記ピストンを前記ストロークについて移動させた後に前記排気弁体で前記排気口を開く排気バルブ開閉機構を備える。
The present invention has the following configuration in order to achieve the above object.
According to an embodiment of the power generation device of the present invention, a cylinder capable of introducing a gas having a pressure higher than atmospheric pressure, an intake port disposed on one end side of the cylinder, and an intake valve body for opening and closing the intake port An exhaust valve portion having an exhaust valve disposed on one end of the cylinder, an exhaust valve portion having an exhaust valve body for opening and closing the exhaust port, and a piston that reciprocates in the cylinder, The operating range of the piston is set to a stroke length range in which the high-pressure gas introduced into the introduction space moves from a position where the introduction space into which the high-pressure gas is introduced is left in the cylinder. An intake valve opening / closing mechanism that closes the intake port with the intake valve body after introducing the high-pressure gas into the space, and the exhaust after the high-pressure gas expands and moves the piston with respect to the stroke Comprising the exhaust open mouth exhaust valve opening and closing mechanism in the body.
また、本発明に係る動力発生装置の一形態によれば、前記シリンダの他方端側にも前記吸気バルブ部と前記排気バルブ部を備え、前記ピストンが両方向について高圧気体が膨張することで移動駆動するように構成されていることを特徴とすることができる。 Moreover, according to one form of the power generation device according to the present invention, the intake valve portion and the exhaust valve portion are provided also on the other end side of the cylinder, and the piston is moved by high-pressure gas expanding in both directions. It can be characterized by being configured.
また、本発明に係る動力発生装置の一形態によれば、前記シリンダ及び前記ピストンとは別の第2段シリンダ及び第2段ピストンが設けられ、該第2段シリンダにも前記吸気バルブ部と前記排気バルブ部とが設けられていると共に、該第2段シリンダには前記シリンダによって前記膨張した容積の高圧気体が導入される第2段導入空間が形成され、前記シリンダにおける前記ピストンと同様の原理で前記第2段ピストンが作動することを特徴とすることができる。 Moreover, according to one form of the motive power generating device which concerns on this invention, the 2nd stage cylinder and 2nd stage piston different from the said cylinder and the said piston are provided, and the said 2nd stage cylinder is also equipped with the said intake valve part. The exhaust valve portion is provided, and the second-stage cylinder is formed with a second-stage introduction space into which the high-pressure gas having the expanded volume is introduced by the cylinder, and is similar to the piston in the cylinder. In principle, the second-stage piston operates.
また、本発明に係る動力発生装置の一形態によれば、前記排気口から排出された圧力気体を貯留する圧力気体室と、水中に上下方向に周回動するように配された無限軌道と、該無限軌道に所要の間隔をおいて複数が配され、前記圧力気体室から排出されて前記水中に導入された気体を受けて前記無限軌道を作動させるように設けられた気体受け部とを備えることを特徴とすることができる。 Further, according to one aspect of the power generation device according to the present invention, a pressure gas chamber for storing the pressure gas discharged from the exhaust port, an endless track arranged to rotate in the vertical direction in water, A plurality of the endless tracks are arranged at a predetermined interval, and a gas receiving portion is provided to actuate the endless tracks by receiving the gas discharged from the pressure gas chamber and introduced into the water. Can be characterized.
また、本発明に係る動力発生装置の一形態によれば、前記吸気バルブ開閉機構、及び前記排気バルブ開閉機構が、カム機構であることを特徴とすることができる。
また、本発明に係る動力発生装置の一形態によれば、前記吸気バルブ開閉機構、及び前記排気バルブ開閉機構が、電磁弁であることを特徴とすることができる。
Moreover, according to one form of the motive power generator which concerns on this invention, the said intake valve opening / closing mechanism and the said exhaust valve opening / closing mechanism are cam mechanisms, It can be characterized by the above-mentioned.
Moreover, according to one form of the motive power generator which concerns on this invention, the said intake valve opening / closing mechanism and the said exhaust valve opening / closing mechanism are electromagnetic valves, It can be characterized by the above-mentioned.
また、本発明に係る動力発生装置の一形態によれば、大気圧よりも高圧の気体を導入できるシリンダと、前記シリンダの周壁部に設けられた吸気口、及び該吸気口を開閉する吸気弁体を有する吸気バルブ部と、前記シリンダ内の偏心した位置でシリンダの軸心と並行な軸心を中心に回転運動するロータと、該ロータから径方向に出入する複数のベーンとを備え、該ベーンは先端が前記シリンダの内周面に常に接触して該シリンダの内部を空気圧室に区画し、該ベーンが、高圧気体が導入される導入空間をシリンダ内に残す位置から、該導入空間に導入された前記高圧気体が膨張して前記ロータを回転させることに伴って所要の角度位置に移動される間であって、前記導入空間に前記高圧気体を導入した後に前記吸気弁体で前記吸気口を閉じる吸気バルブ開閉機構、及び前記ベーンの前記所要の角度位置を超える角度位置に対応する前記シリンダの周壁部に設けられた排気口を備える。 Moreover, according to one form of the power generation device according to the present invention, a cylinder capable of introducing a gas having a pressure higher than atmospheric pressure, an intake port provided in a peripheral wall portion of the cylinder, and an intake valve that opens and closes the intake port An intake valve portion having a body, a rotor that rotates about an axis parallel to the axis of the cylinder at an eccentric position in the cylinder, and a plurality of vanes that enter and exit from the rotor in a radial direction, The vane tip always contacts the inner peripheral surface of the cylinder to partition the inside of the cylinder into a pneumatic chamber, and the vane enters the introduction space from the position where the introduction space into which the high-pressure gas is introduced is left in the cylinder. While the introduced high-pressure gas expands and moves to the required angular position as the rotor rotates, the intake valve body introduces the intake air after the high-pressure gas is introduced into the introduction space. Close mouth It comprises a gas-valve opening and closing mechanism, and the required angular position corresponding to the angular position beyond the exhaust ports provided in the peripheral wall of the cylinder of the vane.
本発明に係る動力発生装置によれば、圧力気体のエネルギーを効率よく変換することができるという特別有利な効果を奏する。 According to the power generation device of the present invention, there is a particularly advantageous effect that the energy of the pressure gas can be efficiently converted.
以下、本発明に係る動力発生装置の第1の形態例を、添付図面(図1)に基づいて詳細に説明する。
本形態例の動力発生装置は、その基本的構成として、大気圧よりも高圧の気体を導入できるシリンダ10と、そのシリンダ10の一方端側に配された吸気口21、及びその吸気口21を開閉する吸気弁体22を有する吸気バルブ部20と、シリンダ10の一方端側に配された排気口31、及びその排気口31を開閉する排気弁体32を有する排気バルブ部30と、シリンダ10内を往復運動するピストン40とを備えるものである。
Hereinafter, a first embodiment of a power generation device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings (FIG. 1).
The power generation device according to the present embodiment has, as its basic configuration, a
そして、本発明では、ピストン40の動作範囲が、高圧気体Hが導入される導入空間11をシリンダ10内に残す位置から、その導入空間11に導入された高圧気体Hが膨張することで移動するストロークの長さ範囲に設定されている。高圧気体Hが膨張する際に仕事がなされ、ピストン40の往復動による動力の発生に変換できる。そのピストン40の往復動は、例えばクランク機構45によって回転運動に変換され、それによって発電機を回転作動させて、電力を発生させることができる。これによれば、断続的な高圧気体Hの導入によって、高圧気体を発生させる熱源からのエネルギーを、効率良く動力に変換することができる。
In the present invention, the operating range of the
また、本発明では、導入空間11に高圧気体Hを導入した後に吸気弁体22で吸気口21を閉じる吸気バルブ開閉機構25、及び高圧気体Hが膨張してピストン40をストロークについて移動させた後に排気弁体32で排気口31を開く排気バルブ開閉機構35を備える。その吸気バルブ開閉機構25、及び排気バルブ開閉機構35としては、後述するカム機構25A、35A(図2参照)又は電磁弁(図示せず)などの駆動装置によって合理的に構成することができる。
Further, in the present invention, after the high-pressure gas H is introduced into the
本形態例では、ピストン40の往復動が、そのピストン40に一端が回動可能に固着されたピストンロッド41及びそのピストンロッド41の他端が回動可能に固着されたクランク42によって構成されるクランク機構によって回転運動に変換されて、クランク軸43の回転動力を発生させることができる。なお、12は吸気配管であり、高圧気体としての蒸気などを導入する通路になっている。また、13は排気配管であり、ピストン40を作動させた後に圧力が低下した圧力気体を排出する通路になっている。
In this embodiment, the reciprocating motion of the
本形態例によれば、例えば、バイオマス等を燃焼させた熱エネルギーによって、ボイラーを介して蒸気を発生し、その蒸気圧を用いることができる。ピストン40がA点に位置する際に、例えば10気圧の蒸気を吸気口21から導入し、その後、吸気口21は吸気弁体22によって閉じられる。そして、その蒸気の膨張によって、ピストン40が移動して下死点に相当するB点まで移動し、例えば2気圧まで圧力が減じる際に、そのピストン40がピストンロッド41を介してクランク42を作動させ、回転運動の動力に変換する。そして、本形態例では、はずみ車50の作用によってクランク42が作動され、ピストン40が、その移動運動が反転してシリンダ10の上死点に相当するA点に戻る。この際に、排気バルブ部30が開いて、シリンダ内から圧力が減じた排気が排出される。このように出力された回転動力は、発電用の動力として用いることができる。
According to the present embodiment, for example, steam is generated through the boiler by the heat energy obtained by burning biomass or the like, and the steam pressure can be used. When the
次に、以上のように排出された圧力気体の二次利用について、図1の形態例について以下に説明する。
本形態例では、排気口31から排出された圧力気体を貯留する圧力気体室60と、水中Wに上下方向に周回動するように配された無限軌道61と、その無限軌道61に所要の間隔をおいて複数が配され、圧力気体室60から排出されて水中Wに導入された気体Gを受けて無限軌道61を作動させるように設けられたカップ状の気体受け部62とを備える。なお、62aは逆止弁体であり、気体受け部62に設けられ、その気体受け部62が、気体Gを受けて上昇するときは閉じ、下降するときには開くように設けられている。
Next, the secondary use of the pressure gas discharged as described above will be described below with respect to the embodiment shown in FIG.
In the present embodiment, a pressurized
これによれば、圧力気体の排気圧が2気圧とすると、例えば水深9mで水中に導入することができ、その圧力気体が気体受け部62によって受けられる。すると、圧力気体の浮力によって、無限軌道61を作動させることができる。また、水中Wを気体受け部62が上昇することにより、水圧の減少に応じて気体(圧力気体)は容積を増やすため、その浮力が増加することになる。これによれば、無限軌道61の例えば、下方の回転軸61aから回転動力を得ることができる。この回転動力は、差動歯車を用いて前述したクランク軸43の回転動力と合わせて出力することもできる。
According to this, when the exhaust pressure of the pressure gas is 2 atm, it can be introduced into water at a water depth of 9 m, for example, and the pressure gas is received by the
次に、本発明に係る動力発生装置の第2の形態例を、添付図面(図2)に基づいて詳細に説明する。以上の形態例で説明した構成と同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この形態例によれば、シリンダ10の他方端側にも吸気バルブ部20と排気バルブ部30を備え、ピストン40が両方向について高圧気体Hが膨張することで移動駆動するように構成されている。また、本形態例によれば、吸気バルブ開閉機構25、及び排気バルブ開閉機構35としては、カム機構25A、35Aが用いられている。このカム機構25A、35Aとしては、一般的な機構を用いることができ、カム70、タイミングプーリ71、タイミングベルト72などによって構成されている。
これによれば、蒸気機関における複動式の機関と同様な構成になっており、同等の効果を得ることができる。
Next, a second embodiment of the power generation device according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawing (FIG. 2). The same components as those described in the above embodiment are given the same reference numerals and the description thereof is omitted.
According to this embodiment, the
According to this, it has the same configuration as a double-acting engine in a steam engine, and an equivalent effect can be obtained.
次に、本発明に係る動力発生装置の第3の形態例を、添付図面(図3)に基づいて詳細に説明する。以上の形態例で説明した構成と同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この形態例によれば、シリンダ10及びピストン40とは別の第2段シリンダ10X及び第2段ピストン40Xが設けられ、その第2段シリンダ10Xにも吸気バルブ部を構成する吸気弁体22Xと排気バルブ部を構成する排気弁体32とが設けられていると共に、その第2段シリンダ10Xにはシリンダ10によって膨張した容積の高圧気体Hが導入される第2段導入空間11Xが形成され、シリンダ10におけるピストン40と同様の原理で第2段ピストン40Xが作動する。
これによれば、排気される圧力気体のエネルギーを、以上に説明した形態例と同様の原理によって好適に回収することができる。
Next, a third embodiment of the power generation device according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawing (FIG. 3). The same components as those described in the above embodiment are given the same reference numerals and the description thereof is omitted.
According to this embodiment, the
According to this, the energy of the exhausted pressure gas can be suitably recovered according to the same principle as the embodiment described above.
次に、本発明に係る動力発生装置の第4の形態例を、添付図面(図4)に基づいて詳細に説明する。以上の形態例で説明した構成と同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
大気圧よりも高圧の気体を導入できるシリンダ80と、そのシリンダ80の周壁部に設けられた吸気口21、及びその吸気口21を開閉する吸気弁体22を有する吸気バルブ部と、シリンダ80内の偏心した位置でシリンダ80の軸心と並行な軸心を中心に回転運動するロータ81と、そのロータ81から径方向に出入する複数のベーン82とを備え、そのベーン82は先端がシリンダ80の内周面に常に接触してそのシリンダの内部80を空気圧室80aに区画し、ベーン82が、高圧気体Hが導入される導入空間11をシリンダ80内に残す位置から、その導入空間11に導入された高圧気体Hが膨張してロータ81を回転させることに伴って所要の角度位置に移動される間であって、導入空間11に高圧気体Hを導入した後に吸気弁体22で吸気口21を閉じる吸気バルブ開閉機構(図示せず)、及びベーン82の前記所要の角度位置を超える角度位置に対応するシリンダ80の周壁部に設けられた排気口(拡大排気口31A)を備える。なお、本形態例では、ベーン82が一対設けられており、拡大排気口31Aが、排気抵抗が高くならないように、広い角度位置の範囲について開口するように設けられている。
Next, a fourth embodiment of the power generating device according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawing (FIG. 4). The same components as those described in the above embodiment are given the same reference numerals and the description thereof is omitted.
A
図4の形態例では、各ベーン82(図4の仮想線(二点鎖線)参照)がシリンダ80のA点に位置した時点で、吸気バルブ部20の吸気弁体22が作動して吸気口21を開き、各ベーン82(図4の仮想線(二点鎖線)参照)がシリンダ80のC点に位置した時点で、吸気バルブ部20の吸気弁体22が作動して吸気口21を閉じるように、吸気バルブ開閉機構によって制御される。これによって、高圧気体Hを、シリンダ80の内部を一部に含む導入空間11へ、適切に導入させることができる、ロータ81を好適に回転させることができる。
In the embodiment shown in FIG. 4, when each vane 82 (refer to the phantom line (two-dot chain line) in FIG. 4) is positioned at the point A of the
次に、本発明に係る動力発生装置の第5の形態例を、添付図面(図5)に基づいて説明する。以上の形態例で説明した構成と同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。本形態例は、図4の構成と比較して排気口の形態が異なる。
本形態例の排気口は、ベーン82の前記所要の角度位置を超える角度位置に対応するシリンダ80の周壁部に、分割第1排気口31a及び分割第2排気口31bによって、分割した形態となって設けられている。これによっても、ベーン82の前記所要の角度位置を超えた状態で、排気にかかる空気圧室80Aが常に排気口に連通する状態を維持でき、排気抵抗が高くなることを防止できる。
Next, a fifth embodiment of the power generating device according to the present invention will be described with reference to the attached drawing (FIG. 5). The same components as those described in the above embodiment are given the same reference numerals and the description thereof is omitted. This embodiment differs from the configuration of FIG. 4 in the form of the exhaust port.
The exhaust port of the present embodiment is divided into the peripheral wall portion of the
以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。 As described above, the present invention has been described in various ways with preferred embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and many modifications can be made without departing from the spirit of the invention. That is.
10 シリンダ
10X 第2段シリンダ
11 導入空間
11X 第2段導入空間
12 吸気配管
13 排気配管
15 高圧気体源
16 配管
20 吸気バルブ部
21 吸気口
22 吸気弁体
22X 吸気弁体
25 吸気バルブ開閉機構
25A カム機構
30 排気バルブ部
31 排気口
31A 拡大排気口
31a 分割第1排気口
31b 分割第2排気口
32 排気弁体
35 排気バルブ開閉機構
35A カム機構
40 ピストン
40X 第2段ピストン
41 ピストンロッド
42 クランク
43 クランク軸
45 クランク機構
50 はずみ車
60 圧力気体室
61 無限軌道
61a 回転軸
62 気体受け部
62a 逆止弁体
70 カム
71 タイミングプーリ
72 タイミングベルト
80 シリンダ
80a 空気圧室
81 ロータ
82 ベーン
83 回転出力軸
G 気体
H 高圧気体
W 水中
10
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