JP3837601B2

JP3837601B2 - 原動装置

Info

Publication number: JP3837601B2
Application number: JP2002064804A
Authority: JP
Inventors: 一郎吉永
Original assignee: 一郎吉永
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2022-03-11
Also published as: JP2003269189A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼膨張空気を回転の接線方向に噴出させてその噴出反力で回転動力を得る原動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、ガソリン機関、ディーゼル機関、ガスタービンまたはジェット機関等を含む原動機が広く利用されている。例えば、円周方向に燃焼ガス等を噴射させることによって回転動力を得る原動機に関しても様々な発明がなされており、例えば、特開昭６１−２４１４０２号公報や特開昭５０−１００４４８号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６１−２４１４０２号公報では、図５に示すように、燃焼ガスＧをローター１００の回転中心部の回転パイプ１０２から流入し、ローター１００に取付けられた噴射口１０４を円周方向に向けたノズル１０６から燃焼ガスを円周方向に噴射して回転動力を得る噴射式原動機が開示されている。しかしながら、この原動機では、別の場所で発生させた燃焼ガスＧが回転パイプ１０２を通り、ローター内部の配管１０８を通ってノズル１０６へと単に通りぬけていくだけに過ぎず、原動機内でエネルギー発生がないので大きな回転動力を得ることができなかった。また、燃焼ガスを発生させるための燃焼室を別途に設けなければならないので、装置が大きなものとなり製造コストも高いという問題があった。
【０００４】
また、図６は、特開昭５０−１００４４８号公報の蒸気タービン併用噴射式ロータリー原動機を示している。図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、この原動機の噴射式ロータリー原動機部分２００は、回転主軸２０２から略十字放射状に４つの棹２０４が設けられており、その棹２０４の回転外側先端の各々に燃焼室２０８が固定され、さらに棹２０４内部の燃料補給路２０６ａ及び空気補給路２０６ｂを介して燃焼室に燃料及び空気を圧送する構成であり、燃焼ガスを側壁２０９に向けて噴射して燃焼室２０８を周回転させて主軸２０２から回転動力を得るものである。しかしながら、この噴射式ロータリー原動機２００では、放射状の棹２０４の中空内部に燃料補給路２０６ａと空気補給路２０６ｂを設けるために各々の棹内部を２つに仕切って形成されているので構造が複雑なものであった。さらに、燃料に着火させるために４つの燃焼室２０８の空気混合燃料の噴射口外側に点火プラグ２１１が設置されているので、構造が複雑であるとともに製造コストが高いものであった。また、点火プラグ２１１は、燃焼室２０８の噴射口付近の外側部分に取付けられているので、実際には、燃焼室外部で燃料が燃焼することとなり、燃焼ガスの膨張エネルギーは燃焼室を周回転させる力として利用できないものであった。よって、棹内部を圧送されてくる燃焼する前の燃料及び空気が燃焼室から噴射する際の噴射反力による小さな回転動力しか得ることができないので、噴射式ロータリー原動機単独では非常に効率が悪く実用性がないものであった。したがって、図６（ｂ）に示すように、有効な回転動力を取り出すために燃焼熱を利用した蒸気タービン２１０等を補助的に設けなければならず、羽根体２１２や蒸気ボイラー２１４、高圧蒸気パイプ２１６等の設備のために構造がより複雑となり装置全体も大きくなって製造コストが高いものであった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造が簡単で装置全体がコンパクトであり、しかも効率良く確実に大きな回転動力を得ることができる原動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の原動装置は、両側を軸受体２６に回転自在に軸支され、内部が中空の中空回転軸１２と、中空回転軸１２に貫通状に固定され中空回転軸１２の中空部３６に連通する燃焼室１４を内部に有して該中空回転軸１２と一体回転する中空筒体１６と、中空筒体１６の回転周面Ｒから突設され中空筒体１６内の燃焼室と連通し回転円周接線方向にその噴出口４８を向けて設けられた噴出ノズル１８と、中空回転軸１２の中空部３６を含み、中空筒体１６内の燃焼室１４内へ燃料及び空気を供給する空気・燃料供給手段２０と、燃焼室１４内に点火点４４を配置させて燃焼室１４内の燃料に自在に点火させる点火手段２２と、を有し、空気・燃料供給手段２０は、軸受体２６内に設けられたＬ字中空部３２であって、一端が中空回転軸１２の中空内部に連通するとともに他端が外部の空気圧送装置に連通するＬ字中空部３２と、該中空回転軸１２の中空内部と、により構成される空気供給路を含む空気供給手段５０と、中空回転軸１２の中空部３６ならびにＬ字中空部３２を挿通され同中空回転軸１２の長手方向に延長されて外部の燃料供給源（６０）に接続される燃料供給路６２を有し、同燃料供給路６２を介して中空回転軸１２の中空部３６の略中心位置で空気供給手段５０による空気と混合するように燃料を供給する燃料供給手段５２と、を含み、中空筒体１６の燃焼室１４内で点火させてその燃焼膨張空気Ｔの噴出ノズル１８からの噴出反力で中空筒体１６を回転させて回転動力を得ることを特徴とする原動装置１０から構成される。
【０００７】
また、燃料供給手段５２は、中空筒体１６内部の軸方向の略中心位置にその供給口６８が設定されていることとしてもよい。
【０００８】
また、中空筒体１６は中空回転軸１２に貫通された状態で固定され、中空筒体１６内となる中空回転軸１２に設けられた複数の連通孔３８を介して燃焼室１４と中空回転軸１２の中空部３６が仕切られた状態で相互に連通されたこととしてもよい。
【０００９】
また、燃料供給手段５２は、中空回転軸１２の中心部を挿通され同中空回転軸１２の長手方向に延長されて外部の燃料供給源（６０）に接続されるニードルパイプ状の燃料供給路６２を含むこととしてもよい。
【００１０】
また、点火手段２２は、点火点４４に配置された放電子７４を含む放電装置７０からなることとしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１ないし図３は、本発明の原動装置の実施の形態を示しており、本発明の原動装置は、両側を軸支された中空回転軸に固定された中空の回転筒体内部で燃焼させて、燃焼膨張空気を回転筒体の回転周面接線方向に噴出し、その噴出反力で回転筒体を回転させて回転動力を得る原動装置である。
【００１２】
図１に示すように、この実施形態に係る原動装置１０は、内部が中空の中空回転軸１２と、中空内部を燃焼室１４とした中空筒体１６と、中空筒体１６の回転周面Ｒから突設された噴出ノズル１８と、燃焼室１４に空気および燃料を供給する空気・燃料供給手段２０と、燃焼室１４内の燃料に点火させる点火手段２２と、を有している。
【００１３】
図１または図３に示すように、この実施形態において、原動装置１０は、中空回転軸１２を回転自在に軸支する１対の軸受体２４、２６によって支持されている。図１又は図３において、中空回転軸１２の左側の軸受体２４側が外部に回転動力を伝える出力側となる。図３に示すように、図上、左側すなわち出力側の軸受体２４は、その軸受部２５に中空回転軸１２を水平に差し通して中空回転軸１２を軸支している。一方、右側の軸受体２６は、左側の軸受体２４に対向する側に軸受ケース２７を突設させ、その内部に軸受２８が内蔵され、この軸受２８で中空回転軸１２の右端側を差し入れ状に係合させて軸支している。さらに軸受体２６の上面側に開口３０が設けられており、軸受体２６内部には軸受２８により軸支された中空回転軸１２の中空内部とこの開口３０とをＬ字状に連通するＬ字中空部３２が設けられている。
【００１４】
図１または図３に示すように、中空回転軸１２は、耐熱性耐圧性の高い金属から形成され、内部を中空とした中空内部３６が形成されている。この実施形態で用いられる金属は、例えば、耐圧性が高く硬くて加工しやすい黄銅等を用いるとよい。また、黄銅に限らず、耐熱性や耐圧性のある任意の金属を用いてもよい。この中空回転軸１２の右側は開口３４され、その開口３４が軸受体２６のＬ字中空部３２と連通しており、後述する空気供給手段の空気供給路とされる。この実施形態において、中空回転軸１２は、中空筒体１６を貫通した形態で同中空筒体１６に固定されており、中空回転軸によって中空回転軸１２の中空内部３６と中空筒体１６の燃焼室１４とが仕切られている。中空回転軸１２の中空内部左端側となる位置でメクラ穴状に閉鎖する閉鎖壁４０が設けられている。この閉鎖壁４０は、三角錐状にその頂点を中空内部３６側に向けて突出して設けられている。また、中空筒体１６内部分の中空回転軸１２の周壁には小径の貫通孔３８が複数個穿孔されており、この貫通孔３８によって中空回転軸１２の中空内部３６と燃焼室１４とが連通されている。これにより、中空回転軸内に開口３０側から空気が圧送されると貫通孔３８を通って燃焼室１４内へ流入させる。
【００１５】
図１ないし図３に示すように、中空筒体１６は、この実施形態において、例えば、中空回転軸と同様の耐熱性及び耐圧性の高い金属で形成されており、円筒形状に形成されている。中空筒体１６の円筒の両端面は円形板体４２で覆蓋されて略密閉状に設けられている。中空筒体１６は、円形板体４２の中心を中空回転軸１２が垂直に貫通した状態で固定されており、円筒周面が回転周面Ｒとなる。中空筒体１６内部の燃焼室１４は、空気・燃料供給手段２０により供給される燃料を燃焼させて燃焼膨張空気Ｔを発生させる空間であり、中空筒体１６と同心の円筒形状の空間である。図２または図３に示すように、燃焼室１４内には、点火手段２２の点火点４４が配置されており、燃焼室１４内の燃料に自在に点火される。また、中空筒体１６の円形板体４２には、複数の冷却部材４５が外部側に向けて突出して設けられている。冷却部材４５には、円形板体４２との間に空隙４５ａを有しており、円形板体４２の表面積を広くして燃焼室で発生する熱を良好に放熱させる。なお、冷却部材４５は、例えば、フィンを突設させたものでもよく、その他の任意の形状でもよい。実施形態において、中空筒体１６の回転周面Ｒには、９０度おきに噴出ノズル１８が一体的に設けられている。さらに中空筒体１６には、噴出ノズル１８の取付位置に対応しこの噴出ノズル１８に向けて燃焼膨張空気Ｔを導入排出させる燃焼室１４と外部とを連通させる排気孔４６が設けらている。
【００１６】
図２において、噴出ノズル１８は、燃焼室１４で発生させた燃焼膨張空気Ｔを噴出口４８から外部に噴出させて中空筒体を回転させるための空気噴出ノズルである。この実施形態において、噴出ノズル１８は、略Ｌ字管状に形成されており、その内部を排気孔４６を介して燃焼室１４と連通させつつ中空筒体１６の回転周面Ｒ上に固定され、さらに噴出口４８を回転円周接線方向に向くように設けられている。すなわち、図２において、中空筒体１６の回転方向を左回りとすると、その回転中心から噴出ノズル１８の接続端側（中空筒体１６の排気孔４６）を見た時に右曲がり９０度方向に噴出口４８が向くように設けられている。なお、中空筒体の大きさや燃焼室の容積、あるいは噴出口４８の径の大きさ等は必要とする回転出力の大きさに応じて任意に設定される。
【００１７】
図１または図３に示すように、空気・燃料供給手段２０は、この実施形態において、空気供給手段５０と、燃料供給手段５２と、を備えており、中空回転軸１２の中空部３６を介して中空筒体１６内の燃焼室１４内に空気と燃料を供給する。
【００１８】
この実施形態において、空気供給手段５０は、図３に示すように、空気圧縮圧送用の空気ポンプ５４と、中空回転軸１２の中空部３６と軸受体２６のＬ字中空部３２とからなる空気供給路と、を有している。空気ポンプ５４は、例えば、コンプレッサ等からなり、空気を圧縮して中空回転軸１２の中空内部３６及び燃焼室１４に圧送する装置である。空気ポンプ５４は、空気調整バルブ５６を有する空気供給パイプ５８を介して軸受体２６の上面側開口３０に接続されている。空気ポンプ５４によって圧縮された空気は、空気供給パイプ５８を通って、軸受体２６のＬ字中空部３２内を通過して中空回転軸１２の中空内部３６を圧送されて燃焼室１４側に供給される。中空回転軸の中空内部を空気供給路とした構成とすることにより、構造を複雑にすることなく空気を燃焼室側に確実にかつ効率良く送ることができる。
【００１９】
この実施形態において、図３に示すように、燃料供給手段５２は、燃料供給源である燃料ポンプ６０と、燃料供給路６２と、からなる。燃料は、例えば、ガソリン、灯油、軽油、重油等の液体燃料又はプロパンガス等の気体燃料を任意に選択して適用してよい。燃料ポンプ６０は、燃料を燃料供給路６２に圧送して燃焼室側に供給する装置である。
【００２０】
燃料供給路６２は、この実施形態において、吐出部がテーパー状に形成されたニードルパイプ状の燃料パイプ６４から形成されており、中空回転軸１２の中心部及び軸受体２６のＬ字中空部３２を水平方向に挿通され、軸受体２６の左側壁を貫通して直線状に配置されて固定支持されている。燃料パイプ６４は、軸受体２６に対する固定位置から外部に向けて長手方向に延長されており、途中に燃料調整バルブ６６が設けられて外部の燃料ポンプ６０に接続される。燃料パイプ６４の吐出部の先端が燃料供給口６８であり、この燃料供給口６８を中空回転軸１２の中空筒体１６内の軸方向の略中心位置に配置させている。すなわち、燃料供給口６８が配置されている中空回転軸１２の中空内であって貫通孔３８が設けられた部分に対応する空間部が混合空間Ｍとなり、混合空間Ｍで燃料供給口６８から噴射された燃料と空気供給手段５０によって圧送された空気とが混合される。この混合気体は圧送空気によって貫通孔３８を通過して燃焼室１４に均一に供給される。
【００２１】
この実施形態において、点火手段２２は、図３に示すように、点火装置７０と、点火装置用回路７２と、を有した放電装置からなる。点火装置７０は、例えば、点火プラグからなり、一端に放電子７４が配置された点火点４４が設けられおり、他端側を入力端子７６として点火装置用回路７２に接続される。また、点火装置７０の外部側面は絶縁体で覆われている。図２にも示すように、点火装置７０は、その点火点４４が燃焼室１４内の中空回転軸１２に近接するように配置され、中空筒体１６の円形板体４２の偏心位置を貫通して絶縁体部分を円形板体４２に固定されて支持されている。放電子７４は、わずかな間隙をおいた一対の電極からなり、入力端子７６に高電圧の電流を流すと放電子７４の間隙で火花が発生し燃焼室内の燃料に点火させる。また、図１または図３に示すように、点火装置７０の入力端子７６は、中空回転軸１２の外面から外側に張り出し状に固定された薄肉厚の円環導体板７８に接続されている。
【００２２】
点火装置用回路７２は、図示しない電源等に接続されており、内部回路にて高電圧を発生させて点火装置７０に電流を流して火花を起こさせるものである。図３に示すように、点火装置用回路７２はブラシ７９を介して円環導体板７８に接続される。ブラシ７９は、例えば、軸受体２６に固定されたブラシ支持体７７に支持され、ブラシ７９の一端を中空回転軸とともに回転する円環導体板７８に接触させている。したがって、点火装置用回路７２と点火装置７０とは常に電気的接続状態となり燃料室１４の燃料に自在に点火できる。
【００２３】
次に、この実施形態に係る原動装置の作用について説明する。図３に示すように、燃料ポンプにより燃料供給路から圧送された燃料は中空回転軸の中空部の混合空間で燃料供給口から噴射される。噴射された燃料は、空気ポンプにより空気供給路を圧送された空気と混合されて貫通孔を介して燃焼室へ圧送される。それと同時に、点火装置用回路で発生させた高電圧の電流は、ブラシを介して円環導体板に通じ点火装置に流れ、放電子で火花を起こす。そして、中空筒体の燃焼室内の燃料は放電子の火花によって点火されて燃焼し、高温高圧の燃焼膨張気体を発生する。図２に示すように、燃焼室内で発生した燃焼膨張空気は、噴出ノズルから回転円周接線方向に向けて噴出される。その噴出反力によって、中空筒体及び中空回転軸体が一体回転し回転動力を得る。これにより、構造を複雑にすることなく燃料及び空気を燃焼室へ確実にしかも効率良く燃焼する燃料を供給できるとともに燃焼室内で大きな燃焼膨張エネルギーを発生させて大きな回転動力を確実に出力することができる。
【００２４】
また、図４は、実施形態の原動装置１０の噴出排気ガスを再利用した使用例を示している。原動装置１０から排出された高温高圧の燃焼膨張空気を熱交換器８０や排ガスボイラー８２へ引き込み、燃焼膨張空気の熱エネルギーを、例えば、冷房や暖房等に利用する。これにより、エネルギーを無駄なく使用できる。
【００２５】
本発明の原動装置は上記した実施の形態に限定されるものではなく特許請求の範囲に記載した発明の本質を逸脱しない範囲において任意の改変を加えても良い。例えば、噴出ノズルの個数は、４個に限らず、２個又は３個、或は５個以上設けてもよい。また、中空筒体１６の形状は、三角筒状、四角筒状、またはそれ以上の多角形筒状に設けても良い。
【００２６】
【発明の効果】
上記したように本発明の原動装置によれば、両側を回転自在に軸支された内部が中空の中空回転軸と、中空回転軸に貫通状に固定され中空回転軸の中空部に連通する燃焼室を内部に有して該中空回転軸と一体回転する中空筒体と、中空筒体の回転周面から突設され中空筒体内の燃焼室と連通し回転円周接線方向にその噴出口を向けて設けられた噴出ノズルと、中空回転軸の中空部を含み、中空筒体内の燃焼室内へ燃料及び空気を供給する空気・燃料供給手段と、燃焼室内に点火点を配置させて燃焼室内の燃料に自在に点火させる点火手段と、を有し、中空筒体の燃焼室内で点火させてその燃焼膨張空気の噴出ノズルからの噴出反力で中空筒体を回転させて回転動力を得る構成であるから、中空筒体内の燃焼室で燃焼させて噴出ノズルから噴出させる結果、この燃焼室内で大きな燃焼膨張空気による燃焼膨張エネルギーを発生させ、確実に大きな回転動力を得ることができる。さらに、中空回転軸の中空部を介して燃料及び空気を供給するので、燃焼室に空気及び燃料を効率良く供給できるとともに装置を複雑にすることなく装置全体がコンパクトに製造でき、製造コストも低廉にすることできる。
【００２７】
また、点火手段の点火点が燃焼室内の中空回転軸の取り付け位置に近接して配置された構成とすることにより、１個の点火装置だけで燃焼室内の燃料に効率良く点火させることができる。また、構造が簡単で、製造コストも低廉にすることができる。
【００２８】
また、空気・燃料供給手段は、中空回転軸の中空内部を空気供給路として外部から空気を圧送する空気供給手段と、中空回転軸の中空部の略中心位置で空気供給手段による空気と混合するように燃料を供給する燃料供給手段と、を備えた構成とすることにより、中空回転軸内部を空気供給路として利用するので構造を複雑にすることなく燃焼に必要な空気を確実に大量に供給することができる。また、大量の空気を圧送できるとともに中空回転軸の中空部の中心位置で空気と燃料を混合させるので、ムラなく混ざって着火しやすい燃料を燃焼室に供給でき燃焼効率を良くして稼動効率を良くすることができる。
【００２９】
また、燃料供給手段は、中空筒体内部の軸方向の略中心位置にその供給口が設定されている構成とすることにより、供給口から噴射される燃料と空気圧送手段によって圧送された空気とをムラなく混合させることができ、燃料に点火させやすく燃焼室内での良好な燃焼が行われて、原動装置を効率良く稼動できる。
【００３０】
また、中空筒体は中空回転軸に貫通された状態で固定され、中空筒体内となる中空回転軸に設けられた複数の連通孔を介して燃焼室と中空回転軸の中空部が仕切られた状態で相互に連通された構成とすることにより、中空回転軸内部から空気及び燃料を燃焼室内に供給するとともに燃焼室と中空回転軸の中空部とを仕切ることによって燃焼室の燃焼によって中空回転軸内の燃料に引火するのを防止して、装置の安全性及び耐久度を高めることができる。
【００３１】
また、燃料供給手段は、中空回転軸の中心部を挿通され同中空回転軸の長手方向に延長されて外部の燃料供給源に接続されるニードルパイプ状の燃料供給路を含む構成とすることにより、燃料供給路が回転軸内に配置されるので、構造を複雑にすることなくかつ空気の圧送を妨害しないで燃料を供給することができ、かつ低コストで効率のよい原動装置を製造できる。また、供給口から噴射される燃料と空気圧送手段によって圧送された空気とがムラなく混合するので、燃料に点火しやすくなり、効率よく稼動できる。
【００３２】
また、点火手段は、点火点に配置された放電子を含む放電装置からなる構成とすることにより、燃焼室内の燃料に確実に点火することができる。また、コンパクトに製造できるとともに構造も簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原動装置の実施形態の斜視図である。
【図２】図１の一部切欠きアーア矢視図である。
【図３】図２のＡ―Ａ断面図である。
【図４】原動装置の噴出空気を再利用する使用例を示した図である。
【図５】（ａ）は、従来の原動機の側面図、（ｂ）は、（ａ）の一部切り欠き正面図である。
【図６】（ａ）は、従来の蒸気タービン併用噴射式ロータリー原動機の一部平面図、（ｂ）は、側断面図である。
【符号の説明】
１０原動装置
１２中空回転軸
１４燃焼室
１６中空筒体
１８噴出ノズル
２０空気・燃料供給手段
２２点火手段
４４点火点
４８噴出口
５０空気供給手段
５２燃料供給手段
６２燃料供給路
６８燃料供給口
Ｔ燃焼膨張空気

Claims

両側を軸受体に回転自在に軸支され、内部が中空の中空回転軸と、
中空回転軸に貫通状に固定され中空回転軸の中空部に連通する燃焼室を内部に有して該中空回転軸と一体回転する中空筒体と、
中空筒体の回転周面から突設され中空筒体内の燃焼室と連通し回転円周接線方向にその噴出口を向けて設けられた噴出ノズルと、
中空回転軸の中空部を含み、中空筒体内の燃焼室内へ燃料及び空気を供給する空気・燃料供給手段と、
燃焼室内に点火点を配置させて燃焼室内の燃料に自在に点火させる点火手段と、を有し、
空気・燃料供給手段は、軸受体内に設けられたＬ字中空部であって、一端が中空回転軸の中空内部に連通するとともに他端が外部の空気圧送装置に連通するＬ字中空部と、該中空回転軸の中空内部と、により構成される空気供給路を含む空気供給手段と、
中空回転軸の中空部ならびにＬ字中空部を挿通され同中空回転軸の長手方向に延長されて外部の燃料供給源に接続される燃料供給路を有し、同燃料供給路を介して中空回転軸の中空部の略中心位置で空気供給手段による空気と混合するように燃料を供給する燃料供給手段と、を含み、
中空筒体の燃焼室内で点火させてその燃焼膨張空気の噴出ノズルからの噴出反力で中空筒体を回転させて回転動力を得ることを特徴とする原動装置。
燃料供給手段は、中空筒体内部の軸方向の略中心位置にその供給口が設定されている請求項１記載の原動装置。
中空筒体は中空回転軸に貫通された状態で固定され、
中空筒体内となる中空回転軸に設けられた複数の連通孔を介して燃焼室と中空回転軸の中空部が仕切られた状態で相互に連通された請求項１または２記載の原動装置。
燃料供給手段は、中空回転軸の中心部を挿通され同中空回転軸の長手方向に延長されて外部の燃料供給源に接続されるニードルパイプ状の燃料供給路を含む請求項１ないし３のいずれかに記載の原動装置。
点火手段は、点火点に配置された放電子を含む放電装置からなる請求項１ないし４のいずれかに記載の原動装置。