JP4147563B1 - Circulating internal pressure engine and power generation system - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料資源に起因する問題を起こさずに、従来の内燃機関によるのと同等程度以上のエネルギを効率よく取り出すこと
【解決手段】高圧状態で供給される炭酸ガス35aが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動する炭酸ガスエンジン1と、上記炭酸ガスエンジン1に高圧状態の炭酸ガス35aを供給する供給系経路34Aと、上記炭酸ガスエンジン1から排出される大気圧の炭酸ガス35bを回収する回収系経路34Bとからなり、上記供給系経路34Aと回収系経路34Bを接続して炭酸ガスが循環する循環回路34を構成する。
【選択図】図1
[PROBLEMS] To efficiently extract energy equal to or higher than that of a conventional internal combustion engine without causing a problem caused by fuel resources. When carbon dioxide gas 35a supplied in a high pressure state becomes atmospheric pressure The carbon dioxide engine 1 that drives the actuator by the force of the volume expansion of the gas, the supply system path 34A that supplies the carbon dioxide gas 35a in a high pressure state to the carbon dioxide engine 1, and the atmospheric pressure discharged from the carbon dioxide engine 1 A circulation circuit 34 is configured which includes a recovery system path 34B for recovering the carbon dioxide gas 35b, and circulates the carbon dioxide gas by connecting the supply system path 34A and the recovery system path 34B.
[Selection] Figure 1

Description

本願発明は、炭酸ガスの物理的性状を最大限に活用した、燃料の燃焼を伴わずにエネルギを取り出す循環式内圧機関及びこれを使用した発電システムに関する。   The present invention relates to a circulation type internal pressure engine that takes out energy without combustion of fuel and makes the best use of the physical properties of carbon dioxide, and a power generation system using the same.

内燃機関は機関の内部で燃料を燃焼させてその熱エネルギを利用する。使用する燃料のちがいによりガソリン機関、ガス機関、石油機関等種々のものがあり、世界中で広く普及し使用されている。   An internal combustion engine burns fuel inside the engine and uses its thermal energy. There are various types such as a gasoline engine, a gas engine, an oil engine, etc. depending on the fuel used, and it is widely used all over the world.

しかしながら、石油資源の枯渇が懸念されており、また燃焼の結果排出される排気ガスによる公害問題を惹起している。   However, there is concern about the exhaustion of petroleum resources, and it causes pollution problems due to exhaust gas emitted as a result of combustion.

外燃機関も燃料を燃焼させるという点で、上記した問題、即ち、資源の枯渇や排気ガスによる公害問題を惹起する。   The external combustion engine also causes the above-described problems, that is, pollution problems due to exhaustion of resources and exhaust gas in that the fuel is burned.

これらを解消すべく、クリーンエネルギとして水素の利用が注目されているが、取扱いが至難のため、開発に行き詰まっているのが現状である。また原子力利用は公害乃至環境問題や安全性の点で懸念がある。   In order to solve these problems, the use of hydrogen as a clean energy has been attracting attention. In addition, the use of nuclear power is a concern in terms of pollution, environmental issues and safety.

このようにエネルギー源の確保が重要である反面、炭酸ガスの増大による弊害とくに地球温暖化問題が指摘されている。日本の炭酸ガス排出量は全世界の5%を占めると言われ、毎年約38100万トンもの膨大な量の炭酸ガスが大気中に排出されている。このうち約3割が発電等のエネルギ転換部門が占めている。このような憂慮すべき状態にあるにもかかわらず、世界経済の活発化・発展途上国の発展等により、京都議定書の如き政治的制約を尻目に炭酸ガスの排出は一層増大すると言われ、その有効利用はおろか増大防止を阻止できないでいる。とくに現代生活を支える電力エネルギは炭酸ガスを大量に発生させる石油等の化石燃料を燃焼する火力発電が中心であるため、上記憂慮は深刻である。   While securing an energy source is important in this way, adverse effects caused by the increase in carbon dioxide, especially the problem of global warming, have been pointed out. Japan's carbon dioxide emissions are said to account for 5% of the world, and an enormous amount of carbon dioxide of about 381 million tons is released into the atmosphere every year. About 30% of this is occupied by energy conversion departments such as power generation. Despite this alarming situation, CO2 emissions are said to increase further due to political constraints such as the Kyoto Protocol due to the global economic revitalization and the development of developing countries. The effective use as well as the prevention of increase cannot be prevented. In particular, the above-mentioned concerns are serious because electric power energy that supports modern life is mainly thermal power generation that burns fossil fuels such as oil that generate a large amount of carbon dioxide.

本願発明はこのような背景の下に、提唱される全く新しい画期的なエネルギシステムである。   The present invention is a completely new and innovative energy system that is proposed under such a background.

本願発明に関し、先行技術文献の調査をしたが有効な特許文献を発見することができなかった。強いて挙げるとすれば出願人の特許出願に係る次の文献である。
特許第3929477号
Regarding the invention of the present application, prior art documents have been investigated, but no effective patent documents have been found. If it is forcibly cited, it is the next document relating to the applicant's patent application.
Japanese Patent No. 3929477

本願発明は燃料の燃焼を伴わずにエネルギを取り出すことにより上記欠点を解消する全く新しい画期的な循環式内圧機関及び発電システムを提案する。   The present invention proposes a completely new and innovative circulating internal pressure engine and power generation system that eliminates the above-mentioned drawbacks by extracting energy without burning fuel.

つまり本願発明の目的は、燃料資源に起因する問題を起こさずに、従来の内燃機関によるのと同等程度以上のエネルギを効率よく取り出すことができる循環式内圧機関及び発電システムを供することである。   That is, an object of the present invention is to provide a circulating internal pressure engine and a power generation system that can efficiently extract energy equal to or higher than that of a conventional internal combustion engine without causing problems due to fuel resources.

また他の目的は、エネルギ発生機関乃至発電機関による炭酸ガスの増加を防止することであり、ひいては温暖化現象の防止に寄与することである。   Another object is to prevent an increase in carbon dioxide gas by an energy generation engine or a power generation engine, and thus contribute to prevention of a warming phenomenon.

上記目的達成のため、本願発明による循環式内圧機関は、高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子が駆動され、1サイクルの間に吸入膨張行程、膨張排出行程及び大気圧保持行程を経る炭酸ガスエンジンと、上記炭酸ガスエンジンに高圧状態の炭酸ガスを供給する供給系経路と、上記炭酸ガスエンジンから排出される大気圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなり、上記回収系経路は、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて圧縮する炭酸ガス圧縮部とを含み、上記供給系経路と回収系経路を接続して炭酸ガスが循環する循環回路を構成し、上記循環回路の供給系経路と回収系経路との接点に三方切替弁を設け、該三方切替弁を介して初期タンクを連結し、供給系のパイプ及び回収系のパイプに送給されてくる炭酸ガスが設定範囲内の濃度にあるか否かを検知するセンサを設け、該センサは上記濃度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発することを特徴とする。
また、請求項1記載の循環式内圧機関において、大気圧状態の炭酸ガスを収納する調整タンクを設け、該調整タンクは、上記炭酸ガスエンジンの排気口側に連通可能な弁を有し、該弁の調整により上記炭酸ガスエンジンの排気口側と上記調整タンクとが連通されることを特徴とする。
また、本願発明による発電システムは、高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子が駆動され、1サイクルの間に吸入膨張行程、膨張排出行程及び大気圧保持行程を経る炭酸ガスエンジンと、上記炭酸ガスエンジンに高圧状態の炭酸ガスを供給する供給系経路と、上記炭酸ガスエンジンから排出される大気圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなり、上記回収系経路は、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて圧縮する炭酸ガス圧縮部とを含み、上記供給系経路と回収系経路を接続して炭酸ガスが循環する循環回路を構成する循環回路を構成し、上記循環回路の供給系経路と回収系経路との接点に三方切替弁を設け、該三方切替弁を介して初期タンクを連結し、供給系のパイプ及び回収系のパイプに送給されてくる炭酸ガスが設定範囲内の濃度にあるか否かを検知するセンサを設け、該センサは上記濃度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発し、上記炭酸ガスエンジンにより発電することを特徴とする。
また、請求項3記載の発電システムにおいて、大気圧状態の炭酸ガスを収納する調整タンクを設け、該調整タンクは、上記炭酸ガスエンジンの排気口側に連通可能な弁を有し、該弁の調整により上記炭酸ガスエンジンの排気口側と上記調整タンクとが連通されることを特徴とする。
To achieve the above object, the circulating internal pressure engine according to the present invention is driven by a force due to volume expansion when the carbon dioxide gas supplied in a high pressure state becomes atmospheric pressure, and the suction expansion stroke is performed during one cycle. A carbon dioxide engine that undergoes an expansion and discharge process and an atmospheric pressure maintaining process, a supply system path that supplies high-pressure carbon dioxide to the carbon dioxide engine, and a recovery that collects atmospheric carbon dioxide discharged from the carbon dioxide engine The recovery system path includes a cooling unit that cools the carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide engine, and carbon dioxide compression that compresses the cooled carbon dioxide pumped from the cooling unit at a high pressure. and a part, constitutes a circulation circuit carbon dioxide by connecting the recovery system path and the supply pathway is circulated, the three-way valve in contact with the collection pathway and the supply pathway of the circulation circuit The initial tank is connected via the three-way switching valve, and a sensor is provided for detecting whether or not the carbon dioxide gas supplied to the supply system pipe and the recovery system pipe has a concentration within a set range. the sensor when the concentration is less than the set range emits an initial switching signal, when it is within the setting range characterized by emitting a circulation switching signal.
The circulating internal pressure engine according to claim 1, further comprising an adjustment tank for storing carbon dioxide gas in an atmospheric pressure state, the adjustment tank having a valve capable of communicating with the exhaust port side of the carbon dioxide engine, By adjusting the valve, the exhaust port side of the carbon dioxide engine communicates with the adjustment tank.
Further, in the power generation system according to the present invention, the actuator is driven by the force due to the volume expansion when the carbon dioxide gas supplied in the high pressure state becomes the atmospheric pressure, and the suction expansion stroke, the expansion / discharge stroke, and the atmospheric pressure during one cycle. A carbon dioxide engine that undergoes a holding stroke, a supply system path that supplies high-pressure carbon dioxide to the carbon dioxide engine, and a recovery system path that collects atmospheric carbon dioxide discharged from the carbon dioxide engine, The recovery system path includes a cooling unit that cools the carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide engine, and a carbon dioxide compression unit that compresses the cooled carbon dioxide pumped from the cooling unit at a high pressure, connect the recovery system path and the supply pathway carbon dioxide constitute a circulation circuit constituting a circulation circuit for circulating, contacts three-way valve of the recovery pathway and the supply pathway of the circulation circuit Providing a sensor for detecting whether the carbon dioxide gas fed to the supply system pipe and the recovery system pipe is at a concentration within a set range, by connecting the initial tank via the three-way switching valve, The sensor generates an initial switching signal when the concentration is not within a set range, and generates a circulation switching signal when the concentration is within the set range, and generates electricity by the carbon dioxide engine.
The power generation system according to claim 3, further comprising an adjustment tank for storing carbon dioxide gas in an atmospheric pressure state, the adjustment tank having a valve that can communicate with the exhaust port side of the carbon dioxide engine, The exhaust port side of the carbon dioxide engine and the adjustment tank are communicated with each other by adjustment.

本願発明は炭酸ガスの有する3つの優れた物理的性状、即ち、ガスの不活性、常温液化性及び高度の体積膨張性を利用し、高圧状態で内室に供給された炭酸ガスが常圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動させ、これにより発生するエネルギを取り出す。よって、燃料の燃焼を伴わずにエネルギを取り出すから、燃料資源に起因する問題、即ち、資源の枯渇や排気ガスによる公害問題を惹起することがない。よって完全なクリーンエネルギである。   The present invention utilizes three excellent physical properties of carbon dioxide, that is, gas inertness, room temperature liquefaction and high volume expansion, so that carbon dioxide supplied to the inner chamber at high pressure is at normal pressure. The actuator is driven by the force due to the volume expansion at the time, and the energy generated thereby is taken out. Therefore, since energy is extracted without fuel combustion, problems caused by fuel resources, that is, resource depletion and pollution problems due to exhaust gas are not caused. Therefore, it is completely clean energy.

上記エネルギの取出しにおいて、循環回路を構成することにより排出された炭酸ガスを回収して再利用するから、エネルギ効率を非常に増大することができる。   In the extraction of the energy, the carbon dioxide gas discharged by configuring the circulation circuit is recovered and reused, so that the energy efficiency can be greatly increased.

また、炭酸ガスを用いるものの炭酸ガスを生じることがないので、現在以上の炭酸ガスの増加を防止することができ、温暖化現象の防止に寄与することができる。   Further, although carbon dioxide is used, carbon dioxide is not generated, so that an increase in carbon dioxide more than the current amount can be prevented, which can contribute to prevention of global warming.

エネルギ源は資源枯渇のおそれがない炭酸ガスであり、しかも取り出されるエネルギは後述するようにガソリンエンジンと同等程度以上であるから、エネルギの実行性の点でも問題はない。   Since the energy source is carbon dioxide gas with no fear of resource depletion, and the extracted energy is equal to or higher than that of a gasoline engine as will be described later, there is no problem in terms of energy performance.

次に、実施の形態を示す図面に基づき本願発明による循環式内圧機関をさらに詳しく説明する。なお、便宜上同一の機能を奏する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。   Next, the circulating internal pressure engine according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings showing embodiments. For convenience, portions having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

(第1実施例)
図1及び図2は本願発明の第1実施例を示す。1は炭酸ガスエンジンであり、気化後の高圧状態で供給される炭酸ガス35aの体積膨張による力により作動子を駆動せしめる。炭酸ガスエンジン1は具体的には、図11、図13及び図15に例示するロータリ型炭酸ガスエンジン又は図17に例示するレシプロ型炭酸ガスエンジンである。前者の場合作動子はロータ105、155であり、後者の場合作動子はピストン7である。本実施例の場合炭酸ガスエンジン1はロータ軸116、106、102の軸受部を介して内室103に接せられる大気により大気圧となる。
(First embodiment)
1 and 2 show a first embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a carbon dioxide gas engine, which drives the actuator by a force due to volume expansion of the carbon dioxide gas 35a supplied in a high pressure state after vaporization. Specifically, the carbon dioxide engine 1 is a rotary type carbon dioxide engine exemplified in FIGS. 11, 13 and 15, or a reciprocating type carbon dioxide engine exemplified in FIG. In the former case, the actuator is a rotor 105, 155, and in the latter case, the actuator is a piston 7. In the case of the present embodiment, the carbon dioxide engine 1 is at atmospheric pressure by the atmosphere brought into contact with the inner chamber 103 via the bearing portions of the rotor shafts 116, 106, and 102.

炭酸ガスエンジン1の詳細は後述する。上記炭酸ガスエンジン1に圧料となる炭酸ガス35aを供給する供給経路34Aと、炭酸ガス35bを回収する回収経路34Bを閉回路に接続し、循環回路34を構成する。   Details of the carbon dioxide engine 1 will be described later. A supply path 34A for supplying carbon dioxide gas 35a serving as a pressure material to the carbon dioxide engine 1 and a recovery path 34B for recovering the carbon dioxide gas 35b are connected to a closed circuit to constitute a circulation circuit 34.

上記供給経路34Aは、具体的には、液体状態のバージン炭酸ガスを貯溜する圧力容器からなる初期タンク31と、該初期タンク31に切替弁51、三方切替弁54及び流量制御弁55を介してパイプ33a、33b、33cにより連結される加熱部56と、該加熱部56に連結された炭酸ガスエンジン1の供給口13、107、117に接続されるパイプ33dとからなる。   Specifically, the supply path 34 </ b> A includes an initial tank 31 including a pressure vessel that stores virgin carbon dioxide gas in a liquid state, and the initial tank 31 via a switching valve 51, a three-way switching valve 54, and a flow control valve 55. The heating unit 56 is connected by pipes 33 a, 33 b and 33 c, and the pipe 33 d is connected to the supply ports 13, 107 and 117 of the carbon dioxide engine 1 connected to the heating unit 56.

上記回収経路34Bは、具体的には、炭酸ガスエンジン1の排出口11、109、119から噴出状態で排出される大気圧の炭酸ガス35bを回収する冷却部57と、大気圧の排出炭酸ガス35bよりエンジンオイル成分を分離するフィルタからなる分離部68と、圧縮機からなり該分離部68による上記分離処理を経た上記排出炭酸ガス35bが圧送される1次炭酸ガス圧縮部69aと、該1次炭酸ガス圧縮部69aにて加圧・圧縮される炭酸ガス35a’が送給され、送給されてくる上記炭酸ガス35a’を例えば−30℃の排気の気化熱等にて冷却する上記冷却部57と、圧縮機からなり上記冷却部57から送給されてくる上記炭酸ガス35a’をさらに加圧・圧縮する2次炭酸ガス圧縮部69bと、上記2次炭酸ガス圧縮部69bから送給されてくる炭酸ガス35aを貯溜する圧力容器からなる循環タンク73とからなる。上記炭酸ガスエンジン1と上記冷却部57とはパイプ33eにより、上記冷却部57と上記分離部68とはパイプ33gにより、上記分離部68と上記1次炭酸ガス圧縮部69aとはパイプ33hにより、上記1次炭酸ガス圧縮部69aと上記冷却部57とはパイプ33iにより、上記冷却部57と上記2次炭酸ガス圧縮部69bとはパイプ33kにより、上記2次炭酸ガス圧縮部69bと上記循環タンク73とはパイプ33mにより、さらに上記循環タンク73と上記三方切替弁54とはパイプ33nにより、各連結されている。なお、上記パイプを総称するときは「パイプ33」と表わす。   Specifically, the recovery path 34B includes a cooling unit 57 that recovers atmospheric carbon dioxide 35b discharged from the discharge ports 11, 109, 119 of the carbon dioxide engine 1 in an ejected state, and an atmospheric exhaust carbon dioxide. A separation unit 68 comprising a filter that separates engine oil components from 35b; a primary carbon dioxide compression unit 69a comprising a compressor and subjected to the separation process by the separation unit 68 to which the discharged carbon dioxide gas 35b is pumped; Carbon dioxide gas 35a 'pressurized and compressed by the next carbon dioxide gas compression unit 69a is fed, and the above-mentioned carbon dioxide gas 35a' cooled is cooled by, for example, the heat of vaporization of exhaust at -30 ° C. 57, a secondary carbon dioxide compressor 69b that further pressurizes and compresses the carbon dioxide gas 35a 'fed from the cooling unit 57, and a secondary carbon dioxide compressor 69b. Consisting circulation tank 73 consisting of a pressure vessel for reserving the delivery has been coming carbon dioxide 35a. The carbon dioxide engine 1 and the cooling part 57 are connected by a pipe 33e, the cooling part 57 and the separation part 68 are connected by a pipe 33g, and the separation part 68 and the primary carbon dioxide compression part 69a are connected by a pipe 33h. The primary carbon dioxide compression section 69a and the cooling section 57 are connected by a pipe 33i, and the cooling section 57 and the secondary carbon dioxide compression section 69b are connected by a pipe 33k, the secondary carbon dioxide compression section 69b and the circulation tank. 73 is connected by a pipe 33m, and the circulation tank 73 and the three-way switching valve 54 are connected by a pipe 33n. The pipes are collectively referred to as “pipe 33”.

上記供給経路34Aと上記回収経路34Bとの接点には上記した三方切替弁54を設けてあり、上記炭酸ガスエンジン1及び上記三方切替弁54を介して両経路34A、34Bが閉回路に接続され、循環回路34を構成する。また、供給経路34Aのパイプ33aと回収経路34Bのパイプ33nには炭酸ガス35aの濃度を検知するセンサ53が接続されている。該センサ53はパイプ33a及びパイプ33n内を送給されてくる炭酸ガス35aの濃度を常に検知し、上記濃度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発する。 The above-described three-way switching valve 54 is provided at the contact point between the supply path 34A and the recovery path 34B, and both paths 34A and 34B are connected to a closed circuit via the carbon dioxide engine 1 and the three-way switching valve 54. The circulation circuit 34 is configured. A sensor 53 for detecting the concentration of carbon dioxide gas 35a is connected to the pipe 33a of the supply path 34A and the pipe 33n of the recovery path 34B. The sensor 53 always detects the concentration of the carbon dioxide gas 35a fed through the pipe 33a and the pipe 33n, and issues an initial switching signal when the concentration is not within the set range, and when it is within the set range. A circulation switching signal is issued.

炭酸ガスエンジン1から排出される炭酸ガスが冷却部57に回収される際、炭酸ガスは気化熱等により−30℃位に冷却される。この排出炭酸ガスは大気圧になる際爆発的に膨張する。この膨張した炭酸ガスは、排気される際噴出状態で排出されるので、この噴出力により、上記排出炭酸ガス35bは上記冷却部57内に回収され、該冷却部57を介して1次炭酸ガス圧縮部69aまで圧送される。上記分離部68には逆止弁75が設けられ、分離されたエンジンオイルが該逆止弁75を介して炭酸ガスエンジン1に戻される。   When the carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide engine 1 is collected by the cooling unit 57, the carbon dioxide gas is cooled to about −30 ° C. by heat of vaporization or the like. This discharged carbon dioxide expands explosively when it reaches atmospheric pressure. Since the expanded carbon dioxide gas is discharged in an ejected state when exhausted, the discharged carbon dioxide gas 35b is recovered in the cooling unit 57 by this jet output, and the primary carbon dioxide gas is passed through the cooling unit 57. It is pumped to the compression part 69a. The separation unit 68 is provided with a check valve 75, and the separated engine oil is returned to the carbon dioxide engine 1 through the check valve 75.

上記冷却部57は、ケーシング57aと該ケーシング57a内に幾重にも重なるように内蔵される復路のパイプ33jとからなる。該パイプ33jは前記パイプ33iと前記パイプ33kと連結される。往路のパイプ33eより流れてくる排出炭酸ガス35bは大気圧下に曝されると気化熱等により例えば−30℃と低温になるため、ケーシング57aには−30℃の排出炭酸ガス35bが充満している。ここに1次炭酸ガス圧縮部69aにてすべての量を圧縮処理しきれなかった炭酸ガス35a’が復路のパイプ33j中に流れてくる。よってかかる炭酸ガス35a’を上記−30℃の排出炭酸ガスの気化熱等により冷却するのである。この一次冷却ステップを経ることにより、次の2次炭酸ガス圧縮部69bによる炭酸ガス35bの圧縮のための負荷エネルギを小とすることが可能となる。   The cooling part 57 includes a casing 57a and a return pipe 33j built in the casing 57a so as to overlap with the casing 57a. The pipe 33j is connected to the pipe 33i and the pipe 33k. When the discharged carbon dioxide gas 35b flowing from the outward pipe 33e is exposed to atmospheric pressure, it becomes a low temperature of, for example, −30 ° C. due to heat of vaporization and the like, and the casing 57a is filled with the discharged carbon dioxide gas 35b of −30 ° C. ing. Here, the carbon dioxide gas 35a 'which has not been fully compressed by the primary carbon dioxide compression section 69a flows into the pipe 33j on the return path. Therefore, the carbon dioxide gas 35a 'is cooled by the vaporization heat of the discharged carbon dioxide gas at -30 ° C. By passing through this primary cooling step, it becomes possible to reduce the load energy for the compression of the carbon dioxide gas 35b by the next secondary carbon dioxide compression section 69b.

この点をもう少し詳しく説明する。炭酸ガス圧縮部を構成する1次炭酸ガス圧縮部69a及び2次炭酸ガス圧縮部69bの構造はいずれも同様の圧縮機からなり、その羽根構造(図示省略)により流入する炭酸ガスの引張り込み(吸引)と流出する炭酸ガスの排出(圧送)をする。よって前機69aによる吸引と後機69bによる圧送とがセットとなって作用するので、両者の相乗作用により炭酸ガスの圧縮処理能力を炭酸ガスの量に応じて容易に増大させることができる。これが炭酸ガス圧縮部を複数とする実質的な理由である。   This point will be explained in more detail. The structure of the primary carbon dioxide compression part 69a and the secondary carbon dioxide compression part 69b constituting the carbon dioxide compression part is composed of the same compressor, and the inflowing carbon dioxide is pulled in by the blade structure (not shown). (Suction) and discharge of carbon dioxide gas (pressure feed). Therefore, the suction by the front unit 69a and the pressure feeding by the rear unit 69b act as a set, and the synergistic action of the two can easily increase the compression processing capacity of the carbon dioxide gas according to the amount of carbon dioxide. This is a substantial reason for having a plurality of carbon dioxide gas compression units.

冷却部57には、高圧の炭酸ガス35aが常圧の炭酸ガス35bになって排出口119、109、11よりパイプ33eを経て回収されるのであるが、このとき当初冷却部57内に混入している大気は計測ができない程の極く微量であるので、この大気が以降の炭酸ガス35a、35bの循環に混入していてもエンジン1の作動にとって実質上全く問題ないことが最近の実験で判明した。炭酸ガスは外界の大気より比重が大であり、かつ、この炭酸ガス35aが高圧状態で下方に移動し排出口119、109、11より噴出する。このため排出口119、109、11付近の圧力不均衡部P0で炭酸ガス35aが大気圧になっても、同圧の外界の大気は内室103、9内に流入してこない。よって冷却部57に回収される大気圧となった炭酸ガス35bには外界の大気が混入せず、以降の炭酸ガスの循環において大気が混入してこないためと考えられる。よって、大気の混入による実質上の弊害がないので、回収経路34Bに大気を放出するための単離装置を設けなくともよいのである。 The high-pressure carbon dioxide gas 35a becomes normal-pressure carbon dioxide gas 35b and is collected in the cooling section 57 through the pipes 33e from the discharge ports 119, 109, and 11. At this time, it is mixed into the cooling section 57 at this time. In the recent experiment, it is practically no problem for the operation of the engine 1 even if this atmosphere is mixed in the subsequent circulation of the carbon dioxide gas 35a, 35b. found. Carbon dioxide gas has a greater specific gravity than the outside atmosphere, and the carbon dioxide gas 35a moves downward in a high pressure state and is ejected from the discharge ports 119, 109, and 11. For this reason, even if the carbon dioxide gas 35a becomes atmospheric pressure at the pressure imbalance portion P 0 in the vicinity of the discharge ports 119, 109, 11, the atmospheric air at the same pressure does not flow into the inner chambers 103, 9. Therefore, it is considered that the atmospheric air is not mixed into the carbon dioxide gas 35b that has been recovered to the atmospheric pressure and is not mixed in the subsequent circulation of the carbon dioxide gas. Therefore, since there is no substantial adverse effect due to air contamination, it is not necessary to provide an isolation device for releasing the air in the recovery path 34B.

初期タンク31内に貯蔵されている炭酸ガス35aは大部分液体状態であるが、一部がタンク内において気体状態となっている場合がある。この場合は液体の炭酸ガス35aはタンクの下部に、また気体の炭酸ガス35aはタンクの上部に存在する。   Most of the carbon dioxide gas 35a stored in the initial tank 31 is in a liquid state, but a part thereof may be in a gas state in the tank. In this case, the liquid carbon dioxide gas 35a exists in the lower part of the tank, and the gaseous carbon dioxide gas 35a exists in the upper part of the tank.

図2に本願発明による循環式内圧機関及び発電システムの動作のステップを示す。初期始動は、まず切替弁51を「開」とし、初期タンク31よりバージン炭酸ガス35aをパイプ33aに流す(S1)。パイプ33aを流れてくるバージン炭酸ガス35aの濃度はセンサ53により検知され(S2)、初期切替信号が発せられる(S3)。これにより三方切替弁54が作動し、パイプ33a・パイプ33b間を「開」としパイプ33b・パイプ33n間を「閉」とする「第1開」の状態にする(S4)。次いでエンジンスロットル用の流量制御弁55が「開」とされ(S5)、炭酸ガス35aは加熱部56により熱せられ圧力を一層大にした状態でパイプ33d内より(S6)、炭酸ガスエンジン1内に供給される(S7)。 FIG. 2 shows the operation steps of the circulating internal pressure engine and the power generation system according to the present invention. In the initial start, first, the switching valve 51 is opened, and the virgin carbon dioxide gas 35a is caused to flow from the initial tank 31 to the pipe 33a (S1). The concentration of the virgin carbon dioxide gas 35a flowing through the pipe 33a is detected by the sensor 53 (S2), and an initial switching signal is issued (S3). As a result, the three-way switching valve 54 is actuated to bring the pipe 33a and the pipe 33b to “open” and the pipe 33b and the pipe 33n to “close” (first open) (S4). Next, the flow control valve 55 for engine throttle is opened (S5), and the carbon dioxide gas 35a is heated by the heating unit 56 and the pressure is further increased from the inside of the pipe 33d (S6). (S7).

炭酸ガスエンジン1が炭酸ガス35aの体積膨張による力により駆動されると、その動力により例えば自動車が駆動される(A)。このとき同時に上記動力がベルト58aにより1次炭酸ガス圧縮部69aに伝動され、該1次炭酸ガス圧縮部69aの作動に寄与する。また上記動力はベルト58bにより2次炭酸ガス圧縮部69bに伝動され、該2次炭酸ガス圧縮部69bの作動に寄与する。   When the carbon dioxide engine 1 is driven by the force due to the volume expansion of the carbon dioxide gas 35a, for example, an automobile is driven by the power (A). At the same time, the power is transmitted to the primary carbon dioxide compression section 69a by the belt 58a and contributes to the operation of the primary carbon dioxide compression section 69a. The power is transmitted to the secondary carbon dioxide compression section 69b by the belt 58b and contributes to the operation of the secondary carbon dioxide compression section 69b.

炭酸ガスエンジン1から排出された炭酸ガス35bは爆発的に膨張した後排出されるが、この排出時の噴出力により冷却部57に送給される(S8)。冷却部57から出た炭酸ガス35bは分離部68でオイルを分離されてから(S10)、1次炭酸ガス圧縮部69aに圧送される(S9)。該1次炭酸ガス圧縮部69aにて圧縮された炭酸ガス35a’は再び冷却部57に送給され、ここでケーシング57a内の排出炭酸ガス35bの低温と接触しその気化熱等により冷却される(S11)。冷却された炭酸ガス35a’は2次炭酸ガス圧縮部69bに送られ、ここで加圧され炭酸ガス35aとされる(S12)。次いでこの炭酸ガス35aはパイプ33mより循環タンク73に送られ、該循環タンク73に貯溜される(S13)。   The carbon dioxide gas 35b discharged from the carbon dioxide engine 1 is explosively expanded and then discharged, and is supplied to the cooling unit 57 by the jet output at the time of discharge (S8). The carbon dioxide gas 35b emitted from the cooling section 57 is separated from the oil by the separation section 68 (S10), and is pumped to the primary carbon dioxide compression section 69a (S9). The carbon dioxide gas 35a ′ compressed by the primary carbon dioxide compression section 69a is fed again to the cooling section 57, where it comes into contact with the low temperature of the discharged carbon dioxide gas 35b in the casing 57a and is cooled by the heat of vaporization thereof. (S11). The cooled carbon dioxide gas 35a 'is sent to the secondary carbon dioxide gas compression unit 69b, where it is pressurized to form carbon dioxide gas 35a (S12). Next, the carbon dioxide gas 35a is sent from the pipe 33m to the circulation tank 73 and stored in the circulation tank 73 (S13).

始動後においては、センサ53はパイプ33nとパイプ33aを流れる炭酸ガス35aの濃度を検知している(S2)。この炭酸ガス35aの濃度が設定範囲内であるときは、循環切替信号を発する(S3)。この循環切替信号により三方切替弁54が作動し、パイプ33n・パイプ33b間を「開」としパイプ33a・パイプ33bを間を「閉」とする「第2開」の状態にする(S4)。以降は上記した一連のステップが繰返され、エンジンが連続的に作動する。   After the start-up, the sensor 53 detects the concentration of the carbon dioxide gas 35a flowing through the pipe 33n and the pipe 33a (S2). When the concentration of the carbon dioxide gas 35a is within the set range, a circulation switching signal is issued (S3). The three-way switching valve 54 is actuated by this circulation switching signal, and the pipe 33n and the pipe 33b are "opened" and the pipe 33a and the pipe 33b are "closed", and the "second open" state is established (S4). Thereafter, the series of steps described above is repeated, and the engine operates continuously.

炭酸ガスはパイプ33を通って開弁された供給口13、107、117より密室内に高圧状態35aで供給され、常圧状態で排出・回収される。炭酸ガス35につき、高圧状態の炭酸ガスを「35a」で表わし、常圧状態のものを「35b」で表わす。   Carbon dioxide gas is supplied into the closed chamber from the supply ports 13, 107, 117 opened through the pipe 33 in a high pressure state 35a, and is discharged and collected in a normal pressure state. Regarding the carbon dioxide gas 35, carbon dioxide gas in a high pressure state is represented by “35a”, and carbon dioxide gas in a normal pressure state is represented by “35b”.

(第2実施例)
図3は本願発明の第2実施例を示す。第1実施例と異なるのは、次に述べるように炭酸ガスの常圧化の手段が異なることと、炭酸ガスの循環送給手段として回収経路34B中に組み込んだポンプ61を用いる点である。
(Second embodiment)
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the means for normalizing the carbon dioxide gas is different as described below, and that the pump 61 incorporated in the recovery path 34B is used as the carbon dioxide gas circulating and feeding means.

回収経路34Bは、具体的には、炭酸ガスエンジン1の排出口11、109、119から排出される大気圧の炭酸ガス35bを回収する回収タンク67と、大気圧の排出炭酸ガス35bよりエンジンオイル成分を分離するフィルタからなる分離装置68と、該分離装置68による上記分離処理を経た上記排出炭酸ガス35bをタンク69に圧送するポンプ61と、上記タンク69から送給されてくる上記排出炭酸ガス35bを例えば−30℃の排気の気化熱等にて冷却する冷却装置57と、上記冷却装置57から送給されてくる上記排出炭酸ガス35bを高圧(例えば40気圧)に加圧・圧縮する炭酸ガス圧縮機59と、上記炭酸ガス圧縮機59から送給されてくる炭酸ガス35bより空気成分を放出して炭酸ガス35aのみ単離する逆止弁77を設けたタンクからなる単離装置71と、該単離装置71から送給されてくる炭酸ガス35aを貯溜する圧力容器からなる循環タンク73とからなり、上記炭酸ガスエンジン1と上記回収タンク67はパイプ33fにより、上記回収タンク67と上記分離装置68とはパイプ33gにより、上記分離装置68と上記ポンプ61とはパイプ33hにより、上記ポンプ61と上記タンク69とはパイプ33iにより、上記タンク69と上記冷却装置57とはパイプ33jにより、上記冷却装置57と上記炭酸ガス圧縮機59とはパイプ33lにより、上記炭酸ガス圧縮機59と上記単離装置71とはパイプ33mにより、上記単離装置71上記循環タンク73とはパイプ33pにより、さらに上記循環タンク73と上記三方切替弁54とはパイプ33qにより、各連結されている。   Specifically, the recovery path 34B includes a recovery tank 67 that recovers atmospheric carbon dioxide gas 35b discharged from the discharge ports 11, 109, and 119 of the carbon dioxide engine 1, and engine oil from the atmospheric discharge carbon dioxide gas 35b. A separation device 68 composed of a filter for separating components, a pump 61 for pumping the discharged carbon dioxide gas 35b having undergone the separation process by the separation device 68 to a tank 69, and the discharged carbon dioxide gas supplied from the tank 69. A cooling device 57 that cools 35b with, for example, the heat of vaporization of exhaust gas at −30 ° C., and carbon dioxide that pressurizes and compresses the discharged carbon dioxide gas 35b supplied from the cooling device 57 to a high pressure (for example, 40 atmospheres). A gas compressor 59 and a check valve for isolating only the carbon dioxide gas 35a by discharging air components from the carbon dioxide gas 35b fed from the carbon dioxide compressor 59 7 and a circulation tank 73 comprising a pressure vessel for storing the carbon dioxide gas 35a fed from the isolation device 71, and the carbon dioxide engine 1 and the recovery tank. 67 is a pipe 33f, the recovery tank 67 and the separation device 68 are a pipe 33g, the separation device 68 and the pump 61 are a pipe 33h, and the pump 61 and the tank 69 are a pipe 33i. 69 and the cooling device 57 are separated by the pipe 33j, the cooling device 57 and the carbon dioxide compressor 59 are separated by the pipe 33l, and the carbon dioxide compressor 59 and the isolating device 71 are separated by the pipe 33m. Device 71 The circulation tank 73 is connected to the pipe 33p, and the circulation tank 73 and the three-way switching valve 54 are connected to the The flop 33q, are each connected.

炭酸ガスエンジン1から排出される大気圧の炭酸ガス35bは上記ポンプ61による吸引及び排出時の噴出力により、上記回収タンク67内に回収される。上記回収タンク67にはパイプ33r、33sにより逆止弁63及び大気乾燥装置65が接続される。なお、上記冷却装置57は、上記パイプ33dと上記パイプ33kとが相互に巻き着くような状態で内蔵され、パイプ33dを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等によりパイプ33k内を流れる炭酸ガス35bを冷却する。その余の構成は第1実施例と同一であるのでその説明を省略する。   The atmospheric pressure carbon dioxide gas 35 b discharged from the carbon dioxide engine 1 is recovered in the recovery tank 67 by the suction and discharge power generated by the pump 61. A check valve 63 and an atmospheric drying device 65 are connected to the recovery tank 67 by pipes 33r and 33s. The cooling device 57 is built in such a manner that the pipe 33d and the pipe 33k are wound around each other, and the inside of the pipe 33k is generated by the heat of vaporization of carbon dioxide gas exposed to the atmospheric pressure flowing through the pipe 33d. The carbon dioxide gas 35b flowing through is cooled. Since the remaining configuration is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

図4に本願発明による循環式内圧機関の動作のステップを示す。初期始動は、まず切替弁51を「開」とし、初期タンク31よりバージン炭酸ガス35aをパイプ33aに流す(S1)。パイプ33aを流れてくるバージン炭酸ガス35aの濃度はセンサ53により検知され(S2)、初期切替信号が発せられる(S3)。これにより三方切替弁54が作動し、パイプ33aとパイプ33bを「開」としパイプ33bとパイプ33qを「閉」とする「第1開」の状態にする(S4)。次いでエンジンスロットル用の流量制御弁55が「開」とされ(S5)、炭酸ガス35aはパイプ33cより冷却装置57のパイプ33d内を通って(S6)、パイプ33eより炭酸ガスエンジン1内に供給される(S7)。 FIG. 4 shows the operation steps of the circulating internal pressure engine according to the present invention. In the initial start, first, the switching valve 51 is opened, and the virgin carbon dioxide gas 35a is caused to flow from the initial tank 31 to the pipe 33a (S1). The concentration of the virgin carbon dioxide gas 35a flowing through the pipe 33a is detected by the sensor 53 (S2), and an initial switching signal is issued (S3). As a result, the three-way switching valve 54 is actuated, and the pipe 33a and the pipe 33b are "opened", and the pipe 33b and the pipe 33q are "closed", thereby bringing them into the "first open" state (S4). Next, the flow control valve 55 for engine throttle is opened (S5), and the carbon dioxide gas 35a passes through the pipe 33d of the cooling device 57 from the pipe 33c (S6) and is supplied into the carbon dioxide engine 1 from the pipe 33e. (S7).

炭酸ガスエンジン1が炭酸ガス35aの体積膨張による力により駆動されると、その動力により例えば自動車が駆動される(図示省略)。このとき同時に上記動力がベルト58aにより炭酸ガス圧縮機59に伝動され、該炭酸ガス圧縮機59を作動する(S8)。また上記動力はベルト58bにより圧縮機49に伝動され、該圧縮機49を作動する(S9)。さらに上記動力はベルト58cによりポンプ61に伝動され、該ポンプ61を作動する(S10)。   When the carbon dioxide engine 1 is driven by the force generated by the volume expansion of the carbon dioxide gas 35a, for example, an automobile is driven by the power (not shown). At the same time, the power is transmitted to the carbon dioxide compressor 59 by the belt 58a, and the carbon dioxide compressor 59 is operated (S8). The power is transmitted to the compressor 49 by the belt 58b, and the compressor 49 is operated (S9). Further, the power is transmitted to the pump 61 by the belt 58c, and the pump 61 is operated (S10).

上記ポンプ61は、炭酸ガスエンジン1から排出される大気圧の炭酸ガス35bを吸引し、回収タンク67内に回収する(S13)。この回収の際大気乾燥装置65により水分が除去される(S11、S12)。次いで炭酸ガス35bよりオイルを分離した後(S14)、上記排出炭酸ガス35bをタンク69に圧送する(S15)。タンク69に送給された排出炭酸ガス35bは、パイプ33jより上記冷却装置57のパイプ33kに送られ、ここでパイプ33dを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等により冷却される(S16)。冷却された炭酸ガス35bは炭酸ガス圧縮機59に送られ、ここで例えばステップ8で述べた駆動力により40気圧に加圧された炭酸ガスとされる(S8)。次いでこの炭酸ガスは単離装置71に送られ(S17)、ここで炭酸ガス以外の空気成分を放出する(S18)。かくして高純度となった炭酸ガス35aは循環タンク73に送られ、該循環タンク73に貯溜される(S19)。   The pump 61 sucks the atmospheric carbon dioxide gas 35b discharged from the carbon dioxide engine 1 and collects it in the recovery tank 67 (S13). At the time of this recovery, moisture is removed by the atmospheric drying device 65 (S11, S12). Next, after separating the oil from the carbon dioxide gas 35b (S14), the discharged carbon dioxide gas 35b is pumped to the tank 69 (S15). The discharged carbon dioxide gas 35b fed to the tank 69 is sent from the pipe 33j to the pipe 33k of the cooling device 57, where it is cooled by the vaporization heat of the carbon dioxide gas exposed to the atmospheric pressure flowing through the pipe 33d. (S16). The cooled carbon dioxide gas 35b is sent to the carbon dioxide gas compressor 59, where it is made carbon dioxide gas pressurized to 40 atm by the driving force described in step 8 (S8). Next, the carbon dioxide gas is sent to the isolation device 71 (S17), where air components other than the carbon dioxide gas are released (S18). The carbon dioxide gas 35a thus purified is sent to the circulation tank 73 and stored in the circulation tank 73 (S19).

始動後においては、センサ53はパイプ33qとパイプ33aを流れる炭酸ガス35aの濃度を検知している(S2)。この炭酸ガス35aの濃度が設定範囲内であるときは、循環切替信号を発する(S3)。この循環切替信号により三方切替弁54が作動し、パイプ33qとパイプ33bを「開」としパイプ33aとパイプ33bを「閉」とする「第2開」の状態にする(S4)。以降は上記した一連のステップが繰返され、エンジンが連続的に作動する。   After the start-up, the sensor 53 detects the concentration of the carbon dioxide gas 35a flowing through the pipe 33q and the pipe 33a (S2). When the concentration of the carbon dioxide gas 35a is within the set range, a circulation switching signal is issued (S3). The three-way switching valve 54 is actuated by this circulation switching signal, so that the pipe 33q and the pipe 33b are "opened" and the pipe 33a and the pipe 33b are "closed", and a "second open" state is set (S4). Thereafter, the series of steps described above is repeated, and the engine operates continuously.

ステップ9にて駆動される上記圧縮機49は、炭酸ガスエンジン1が後述する加熱部を有する場合、熱風供給パイプ45、熱風排出パイプ47より炭酸ガスエンジン1に熱風40a、40bを循環供給し(S20)、炭酸ガスエンジン1に供給される高圧状態の炭酸ガス35aの体積膨張を効率的に行わせる。   The compressor 49 driven in step 9 circulates and supplies hot air 40a and 40b to the carbon dioxide engine 1 from the hot air supply pipe 45 and the hot air discharge pipe 47 when the carbon dioxide engine 1 has a heating section described later ( S20), the volume expansion of the high-pressure carbon dioxide gas 35a supplied to the carbon dioxide engine 1 is efficiently performed.

(第3実施例)
図5は本願発明の第3実施例を示す。第1実施例と異なるのは、次に述べるように、炭酸ガスの常圧化手段として圧力調整装置を用いる点である。
(Third embodiment)
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a pressure adjusting device is used as a normal pressure means for carbon dioxide gas as described below.

調整タンク72は炭酸ガスエンジン1の排気口11、109、119側の内室の圧力を常圧にする圧力調整弁70aを設けるとともに、炭酸ガスエンジン1の給気口13、107、117側の圧力を高圧にする圧力調整弁70bを設ける。圧力調整弁70aは図示しないコンピュータによる自動制御により調整タンク72内の炭酸ガスの圧力を設定された圧力(例えば1気圧)に調整する。また圧力調整弁70bは炭酸ガスの圧力を設定された圧力(例えば40気圧)に調整する。   The adjustment tank 72 is provided with a pressure adjustment valve 70a for making the pressure in the inner chamber on the exhaust port 11, 109, 119 side of the carbon dioxide engine 1 normal, and on the air supply ports 13, 107, 117 side of the carbon dioxide engine 1. A pressure regulating valve 70b for increasing the pressure is provided. The pressure adjustment valve 70a adjusts the pressure of the carbon dioxide gas in the adjustment tank 72 to a set pressure (for example, 1 atm) by automatic control by a computer (not shown). Further, the pressure adjusting valve 70b adjusts the pressure of the carbon dioxide gas to a set pressure (for example, 40 atmospheres).

冷却部57内には、上記圧力調整弁70aにより圧力調整された調整タンク72内の炭酸ガスが設定された圧力(例えば1気圧)にて流入され上記冷却部57内が常圧となっているため、該冷却部57に連通する炭酸ガスエンジン1の内室内に排出された炭酸ガスは常圧になる際爆発的に膨張する。この膨張した炭酸ガスは、排気される際噴出状態で排出される。よってこの噴出力により、上記排出炭酸ガス35bは上記冷却部57内に回収され、該冷却部57を介して1次炭酸ガス液化部69aまで圧送される。その余の構成は第1実施例と同一であるのでその説明を省略する。   Carbon dioxide gas in the adjustment tank 72 that has been pressure-adjusted by the pressure adjustment valve 70a flows into the cooling unit 57 at a set pressure (for example, 1 atm), and the inside of the cooling unit 57 is at normal pressure. Therefore, the carbon dioxide discharged into the inner chamber of the carbon dioxide engine 1 communicating with the cooling unit 57 expands explosively when it reaches normal pressure. This expanded carbon dioxide gas is discharged in an ejected state when exhausted. Therefore, the discharged carbon dioxide gas 35b is collected in the cooling unit 57 by this jet power, and is pumped to the primary carbon dioxide gas liquefying unit 69a via the cooling unit 57. Since the remaining configuration is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

図6に本願発明による循環式内圧機関及び発電システムの動作のステップを示す。初期始動は、まず切替弁51を「開」とし、初期タンク31よりバージン炭酸ガス35aをパイプ33aに流す(S1)。パイプ33aを流れてくるバージン炭酸ガス35aの濃度はセンサ53により検知され(S2)、初期切替信号が発せられる(S3)。これにより三方切替弁54が作動し、パイプ33a・パイプ33b間を「開」としパイプ33b・パイプ33n間を「閉」とする「第1開」の状態にする(S4)。次いでエンジンスロットル用の流量制御弁55が「開」とされ(S5)、炭酸ガス35aは加熱部56により熱せられ圧力を一層大にした状態でパイプ33d内より(S6)、炭酸ガスエンジン1内に供給される(S7)。 FIG. 6 shows the operation steps of the circulating internal pressure engine and the power generation system according to the present invention. In the initial start, first, the switching valve 51 is opened, and the virgin carbon dioxide gas 35a is caused to flow from the initial tank 31 to the pipe 33a (S1). The concentration of the virgin carbon dioxide gas 35a flowing through the pipe 33a is detected by the sensor 53 (S2), and an initial switching signal is issued (S3). As a result, the three-way switching valve 54 is actuated to bring the pipe 33a and the pipe 33b to “open” and the pipe 33b and the pipe 33n to “close” (first open) (S4). Next, the flow control valve 55 for engine throttle is opened (S5), and the carbon dioxide gas 35a is heated by the heating unit 56 and the pressure is further increased from the inside of the pipe 33d (S6). (S7).

炭酸ガスエンジン1が炭酸ガス35aの体積膨張による力により駆動されると、その動力により例えば自動車が駆動される(A)。このとき同時に上記動力がベルト58aにより1次炭酸ガス圧縮部69aに伝動され、該1次炭酸ガス圧縮部69aの作動に寄与する。また上記動力はベルト58bにより2次炭酸ガス圧縮部69bに伝動され、該2次炭酸ガス圧縮部69bの作動に寄与する。   When the carbon dioxide engine 1 is driven by the force due to the volume expansion of the carbon dioxide gas 35a, for example, an automobile is driven by the power (A). At the same time, the power is transmitted to the primary carbon dioxide compression section 69a by the belt 58a and contributes to the operation of the primary carbon dioxide compression section 69a. The power is transmitted to the secondary carbon dioxide compression section 69b by the belt 58b and contributes to the operation of the secondary carbon dioxide compression section 69b.

炭酸ガスエンジン1から排出された炭酸ガス35bは、調整タンク72由来の圧力調整用炭酸ガスG(図1示す)が冷却部57を経て(S8〜S10)排気口から内室内に流入するため大気圧になるので爆発的に膨張し排出される。この排出時の噴出力により、炭酸ガス35bは冷却部57に送給される(S10)。冷却部57から出た炭酸ガス35bはオイルを分離されてから(S11)、1次炭酸ガス圧縮部69aに圧送される(S12)。該1次炭酸ガス圧縮部69aにて圧縮された炭酸ガス等35a’は再び冷却部57に送給され、ここでケーシング57a内の排出炭酸ガス35bの低温と接触しその気化熱等により冷却される(S13)。冷却された炭酸ガス等35a’は2次炭酸ガス圧縮部69bに送られ、ここで加圧され炭酸ガス35aとされる(S14)。この炭酸ガス35aは高純度でありパイプ33mより循環タンク73に送られ、該循環タンク73に貯溜される(S15)。なお、予期しない空気漏れに対応するため、2次炭酸ガス圧縮部69bと循環タンク73との間に炭酸ガス単離タンク(図示省略)を設けることができる。この場合は該炭酸ガス単離タンクに逆止弁を設け、比重差により比重の大なる液化炭酸ガスをタンクの下部へ、比重の小なる大気をタンクの上部に分け、逆止弁を「開」とすることにより大気を放出する。   The carbon dioxide gas 35b discharged from the carbon dioxide engine 1 is large because the pressure regulating carbon dioxide G (shown in FIG. 1) derived from the regulating tank 72 flows into the inner chamber from the exhaust port via the cooling unit 57 (S8 to S10). Since it becomes atmospheric pressure, it expands explosively and is discharged. The carbon dioxide gas 35b is fed to the cooling unit 57 by the jetting power at the time of discharge (S10). The carbon dioxide gas 35b emitted from the cooling section 57 is separated from the oil (S11), and is pumped to the primary carbon dioxide compression section 69a (S12). The carbon dioxide gas 35a 'compressed by the primary carbon dioxide gas compression unit 69a is supplied again to the cooling unit 57, where it comes into contact with the low temperature of the discharged carbon dioxide gas 35b in the casing 57a and is cooled by the heat of vaporization thereof. (S13). The cooled carbon dioxide 35a 'is sent to the secondary carbon dioxide compressor 69b, where it is pressurized to carbon dioxide 35a (S14). The carbon dioxide gas 35a has a high purity, is sent to the circulation tank 73 through the pipe 33m, and is stored in the circulation tank 73 (S15). In order to cope with unexpected air leakage, a carbon dioxide gas isolation tank (not shown) can be provided between the secondary carbon dioxide gas compression unit 69 b and the circulation tank 73. In this case, a check valve is provided in the carbon dioxide isolation tank, liquefied carbon dioxide gas having a higher specific gravity due to the difference in specific gravity is divided into the lower part of the tank, and air having a lower specific gravity is divided into the upper part of the tank, and the check valve is opened. To release the atmosphere.

始動後においては、センサ53はパイプ33nとパイプ33aを流れる炭酸ガス35aの濃度を検知している(S2)。この炭酸ガス35aの濃度が設定範囲内であるときは、循環切替信号を発する(S3)。この循環切替信号により三方切替弁54が作動し、パイプ33n・パイプ33b間を「開」としパイプ33a・パイプ33bを間を「閉」とする「第2開」の状態にする(S4)。以降は上記した一連のステップが繰返され、エンジンが連続的に作動する。   After the start-up, the sensor 53 detects the concentration of the carbon dioxide gas 35a flowing through the pipe 33n and the pipe 33a (S2). When the concentration of the carbon dioxide gas 35a is within the set range, a circulation switching signal is issued (S3). The three-way switching valve 54 is actuated by this circulation switching signal, and the pipe 33n and the pipe 33b are "opened" and the pipe 33a and the pipe 33b are "closed", and the "second open" state is established (S4). Thereafter, the series of steps described above is repeated, and the engine operates continuously.

(第4実施例)
図7は本願発明の第4実施例を示す。第1実施例と異なるのは、次に述べるように炭酸ガスの常圧化の手段が異なることと、炭酸ガスの循環送給手段として回収経路34B中に組み込んだポンプ61を用いる点である。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the means for normalizing the carbon dioxide gas is different as described below, and that the pump 61 incorporated in the recovery path 34B is used as the carbon dioxide gas circulating and feeding means.

回収経路34Bは、具体的には、炭酸ガスエンジン1の排出口11、109、119から排出される大気圧の炭酸ガス35bを回収する回収タンク67と、大気圧の排出炭酸ガス35bよりエンジンオイル成分を分離するフィルタからなる分離装置68と、該分離装置68による上記分離処理を経た上記排出炭酸ガス35bをタンク69に圧送するポンプ61と、上記タンク69から送給されてくる上記排出炭酸ガス35bを例えば−30℃の排気の気化熱等にて冷却する冷却装置57と、上記冷却装置57から送給されてくる上記排出炭酸ガス35bを高圧(例えば40気圧)に加圧・圧縮する炭酸ガス圧縮機59と、上記炭酸ガス圧縮機59から送給されてくる炭酸ガス35aを貯溜する圧力容器からなる循環タンク73とからなり、上記炭酸ガスエンジン1と上記回収タンク67はパイプ33fにより、上記回収タンク67と上記分離装置68とはパイプ33gにより、上記分離装置68と上記ポンプ61とはパイプ33hにより、上記ポンプ61と上記タンク69とはパイプ33iにより、上記タンク69と上記冷却装置57とはパイプ33jにより、上記冷却装置57と上記炭酸ガス圧縮機59とはパイプ33lにより、上記炭酸ガス圧縮機59と上記循環タンク73とはパイプ33mにより、さらに上記循環タンク73と上記三方切替弁54とはパイプ33qにより、各連結されている。   Specifically, the recovery path 34B includes a recovery tank 67 that recovers atmospheric carbon dioxide gas 35b discharged from the discharge ports 11, 109, and 119 of the carbon dioxide engine 1, and engine oil from the atmospheric discharge carbon dioxide gas 35b. A separation device 68 composed of a filter for separating components, a pump 61 for pumping the discharged carbon dioxide gas 35b having undergone the separation process by the separation device 68 to a tank 69, and the discharged carbon dioxide gas supplied from the tank 69. A cooling device 57 that cools 35b with, for example, the heat of vaporization of exhaust gas at −30 ° C., and carbon dioxide that pressurizes and compresses the discharged carbon dioxide gas 35b supplied from the cooling device 57 to a high pressure (for example, 40 atmospheres). A gas compressor 59 and a circulation tank 73 comprising a pressure vessel for storing carbon dioxide gas 35a fed from the carbon dioxide compressor 59, and The carbon dioxide engine 1 and the recovery tank 67 are connected by a pipe 33f, the recovery tank 67 and the separation device 68 are connected by a pipe 33g, the separation device 68 and the pump 61 are connected by a pipe 33h, and the pump 61 and the tank 69 are connected. Is the pipe 33i, the tank 69 and the cooling device 57 are the pipe 33j, the cooling device 57 and the carbon dioxide compressor 59 are the pipe 33l, and the carbon dioxide compressor 59 and the circulation tank 73 are The circulation tank 73 and the three-way switching valve 54 are connected to each other by a pipe 33q through a pipe 33m.

炭酸ガスエンジン1から排出される大気圧の炭酸ガス35bは上記ポンプ61による吸引及び排出時の噴出力により、上記回収タンク67内に回収される。上記回収タンク67にはパイプ33r、33sにより逆止弁63及び大気乾燥装置65が接続される。なお、上記冷却装置57は、上記パイプ33dと上記パイプ33kとが相互に巻き着くような状態で内蔵され、パイプ33dを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等によりパイプ33k内を流れる炭酸ガス35bを冷却する。その余の構成は第1実施例と同一であるのでその説明を省略する。   The atmospheric pressure carbon dioxide gas 35 b discharged from the carbon dioxide engine 1 is recovered in the recovery tank 67 by the suction and discharge power generated by the pump 61. A check valve 63 and an atmospheric drying device 65 are connected to the recovery tank 67 by pipes 33r and 33s. The cooling device 57 is built in such a manner that the pipe 33d and the pipe 33k are wound around each other, and the inside of the pipe 33k is generated by the heat of vaporization of carbon dioxide gas exposed to the atmospheric pressure flowing through the pipe 33d. The carbon dioxide gas 35b flowing through is cooled. Since the remaining configuration is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

図8に本願発明による循環式内圧機関の動作のステップを示す。初期始動は、まず切替弁51を「開」とし、初期タンク31よりバージン炭酸ガス35aをパイプ33aに流す(S1)。パイプ33aを流れてくるバージン炭酸ガス35aの濃度はセンサ53により検知され(S2)、初期切替信号が発せられる(S3)。これにより三方切替弁54が作動し、パイプ33aとパイプ33bを「開」としパイプ33bとパイプ33qを「閉」とする「第1開」の状態にする(S4)。次いでエンジンスロットル用の流量制御弁55が「開」とされ(S5)、炭酸ガス35aはパイプ33cより冷却装置57のパイプ33d内を通って(S6)、パイプ33eより炭酸ガスエンジン1内に供給される(S7)。 FIG. 8 shows the operation steps of the circulating internal pressure engine according to the present invention. In the initial start, first, the switching valve 51 is opened, and the virgin carbon dioxide gas 35a is caused to flow from the initial tank 31 to the pipe 33a (S1). The concentration of the virgin carbon dioxide gas 35a flowing through the pipe 33a is detected by the sensor 53 (S2), and an initial switching signal is issued (S3). As a result, the three-way switching valve 54 is actuated, and the pipe 33a and the pipe 33b are "opened", and the pipe 33b and the pipe 33q are "closed", thereby bringing them into the "first open" state (S4). Next, the flow control valve 55 for engine throttle is opened (S5), and the carbon dioxide gas 35a passes through the pipe 33d of the cooling device 57 from the pipe 33c (S6) and is supplied into the carbon dioxide engine 1 from the pipe 33e. (S7).

炭酸ガスエンジン1が炭酸ガス35aの体積膨張による力により駆動されると、その動力により例えば自動車が駆動される(図示省略)。このとき同時に上記動力がベルト58aにより炭酸ガス圧縮機59に伝動され、該炭酸ガス圧縮機59を作動する(S8)。また上記動力はベルト58bにより圧縮機49に伝動され、該圧縮機49を作動する(S9)。さらに上記動力はベルト58cによりポンプ61に伝動され、該ポンプ61を作動する(S10)。   When the carbon dioxide engine 1 is driven by the force generated by the volume expansion of the carbon dioxide gas 35a, for example, an automobile is driven by the power (not shown). At the same time, the power is transmitted to the carbon dioxide compressor 59 by the belt 58a, and the carbon dioxide compressor 59 is operated (S8). The power is transmitted to the compressor 49 by the belt 58b, and the compressor 49 is operated (S9). Further, the power is transmitted to the pump 61 by the belt 58c, and the pump 61 is operated (S10).

上記ポンプ61は、炭酸ガスエンジン1から排出される大気圧の炭酸ガス35bを吸引し、回収タンク67内に回収する(S13)。この回収の際大気乾燥装置65により水分が除去される(S11、S12)。次いで炭酸ガス35bよりオイルを分離した後(S14)、上記排出炭酸ガス35bをタンク69に圧送する(S15)。タンク69に送給された排出炭酸ガス35bは、パイプ33jより上記冷却装置57のパイプ33kに送られ、ここでパイプ33dを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等により冷却される(S16)。冷却された炭酸ガス35bは炭酸ガス圧縮機59に送られ、ここで例えばステップ8で述べた駆動力により40気圧に加圧された炭酸ガスとされる(S8)。次いで高純度のこの炭酸ガスはパイプ33mにより循環タンク73に送られ、該循環タンク73に貯溜される(S17)。   The pump 61 sucks the atmospheric carbon dioxide gas 35b discharged from the carbon dioxide engine 1 and collects it in the recovery tank 67 (S13). At the time of this recovery, moisture is removed by the atmospheric drying device 65 (S11, S12). Next, after separating the oil from the carbon dioxide gas 35b (S14), the discharged carbon dioxide gas 35b is pumped to the tank 69 (S15). The discharged carbon dioxide gas 35b fed to the tank 69 is sent from the pipe 33j to the pipe 33k of the cooling device 57, where it is cooled by the vaporization heat of the carbon dioxide gas exposed to the atmospheric pressure flowing through the pipe 33d. (S16). The cooled carbon dioxide gas 35b is sent to the carbon dioxide gas compressor 59, where it is made carbon dioxide gas pressurized to 40 atm by the driving force described in step 8 (S8). Next, this high purity carbon dioxide gas is sent to the circulation tank 73 through the pipe 33m and stored in the circulation tank 73 (S17).

始動後においては、センサ53はパイプ33qとパイプ33aを流れる炭酸ガス35aの濃度を検知している(S2)。この炭酸ガス35aの濃度が設定範囲内であるときは、循環切替信号を発する(S3)。この循環切替信号により三方切替弁54が作動し、パイプ33qとパイプ33bを「開」としパイプ33aとパイプ33bを「閉」とする「第2開」の状態にする(S4)。以降は上記した一連のステップが繰返され、エンジンが連続的に作動する。   After the start-up, the sensor 53 detects the concentration of the carbon dioxide gas 35a flowing through the pipe 33q and the pipe 33a (S2). When the concentration of the carbon dioxide gas 35a is within the set range, a circulation switching signal is issued (S3). The three-way switching valve 54 is actuated by this circulation switching signal, so that the pipe 33q and the pipe 33b are "opened" and the pipe 33a and the pipe 33b are "closed", and a "second open" state is set (S4). Thereafter, the series of steps described above is repeated, and the engine operates continuously.

ステップ9にて駆動される上記圧縮機49は、炭酸ガスエンジン1が後述する加熱部を有する場合、熱風供給パイプ45、熱風排出パイプ47より炭酸ガスエンジン1に熱風40a、40bを循環供給し(S18)、炭酸ガスエンジン1に供給される高圧状態の炭酸ガス35aの体積膨張を効率的に行わせる。   The compressor 49 driven in step 9 circulates and supplies hot air 40a and 40b to the carbon dioxide engine 1 from the hot air supply pipe 45 and the hot air discharge pipe 47 when the carbon dioxide engine 1 has a heating section described later ( S18) The volume expansion of the high-pressure carbon dioxide gas 35a supplied to the carbon dioxide engine 1 is efficiently performed.

(上記実施例の組合せ例)
図9は第1実施例と第4実施例との適宜組合せ例を示す。第1実施例と異なるのは、次に述べるように、炭酸ガスの常圧化手段としてポンプ61及び圧力調整装置を設置する点である。
(Example of combination of the above embodiments)
FIG. 9 shows an example of an appropriate combination of the first embodiment and the fourth embodiment. The difference from the first embodiment is that, as will be described below, a pump 61 and a pressure adjusting device are installed as means for normalizing carbon dioxide gas.

回収経路34Bは、具体的には、炭酸ガスエンジン1の排気口11、109、119から排出される大気圧の炭酸ガス35bを回収する回収タンク67と、大気圧の排出炭酸ガス35bよりエンジンオイル成分を分離するフィルタからなる分離装置68と、該分離装置68による上記分離処理を経た排出炭酸ガス35bを圧送するポンプ61と、上記ポンプ61により送給されてくる上記排出炭酸ガス35bを例えば−30℃の排気の気化熱等にて冷却する冷却装置57と、上記冷却装置57から送給されてくる上記排出炭酸ガス35bを高圧(例えば40気圧)に加圧・圧縮して炭酸ガス35aを製造する炭酸ガス圧縮機59と、上記炭酸ガス圧縮機59から送給されてくる炭酸ガス35aを貯溜する圧力容器からなる循環タンク73と、上記回収タンク67及び上記循環タンク73に夫々圧力調整弁70a、70bを介して連結され炭酸ガスを貯溜する調整タンク72とからなる。上記炭酸ガスエンジン1と上記回収タンク67はパイプ33fにより、上記回収タンク67と上記分離装置68とはパイプ33gにより、上記分離装置68と上記ポンプ61とはパイプ33hにより、上記ポンプ61と上記冷却装置57とはパイプ33jにより、上記冷却装置57と上記炭酸ガス圧縮機59とはパイプ33lにより、上記炭酸ガス圧縮機59と上記循環タンク73とはパイプ33mにより、さらに上記循環タンク73と上記三方切替弁54とはパイプ33qにより、各連結されている。   Specifically, the recovery path 34B includes a recovery tank 67 that recovers atmospheric carbon dioxide gas 35b discharged from the exhaust ports 11, 109, and 119 of the carbon dioxide engine 1, and engine oil from the atmospheric discharge carbon dioxide gas 35b. For example, a separation device 68 composed of a filter for separating components, a pump 61 that pumps the discharged carbon dioxide gas 35b that has undergone the separation process by the separation device 68, and the discharged carbon dioxide gas 35b that is supplied by the pump 61 are − A cooling device 57 that cools with the heat of vaporization of exhaust gas at 30 ° C. and the discharged carbon dioxide gas 35b fed from the cooling device 57 is pressurized and compressed to a high pressure (for example, 40 atm) to generate carbon dioxide gas 35a. A carbon dioxide gas compressor 59 to be manufactured, and a circulation tank 73 comprising a pressure vessel for storing carbon dioxide gas 35a fed from the carbon dioxide gas compressor 59; Serial recovery tank 67 and the circulation tank 73 to the respective pressure control valve 70a, consisting of adjusting tank 72 for reserving the carbon dioxide gas is connected via 70b. The carbon dioxide engine 1 and the recovery tank 67 are connected by a pipe 33f, the recovery tank 67 and the separation device 68 are connected by a pipe 33g, the separation device 68 and the pump 61 are connected by a pipe 33h, and the pump 61 and the cooling device 67 are cooled. The apparatus 57 is connected to the pipe 33j, the cooling device 57 and the carbon dioxide compressor 59 are connected to the pipe 33l, the carbon dioxide compressor 59 and the circulation tank 73 are connected to the pipe 33m, and the circulation tank 73 and the three-way are connected. The switching valve 54 is connected to each other by a pipe 33q.

上記調整タンク72は炭酸ガスエンジン1の排気口11、109、119側の内室の圧力を常圧にする圧力調整弁70aを設けるとともに、炭酸ガスエンジン1の給気口13、107、117側の圧力を高圧にする圧力調整弁70bを設ける。圧力調整弁70aは図示しないコンピュータによる自動制御により調整タンク72内の炭酸ガスの圧力を設定された圧力(例えば1気圧)に調整する。また圧力調整弁70bは炭酸ガスの圧力を設定された圧力(例えば40気圧)に調整する。   The adjustment tank 72 is provided with a pressure adjustment valve 70a for making the pressure in the inner chambers on the exhaust ports 11, 109, 119 side of the carbon dioxide engine 1 normal, and on the air supply ports 13, 107, 117 side of the carbon dioxide engine 1 A pressure regulating valve 70b is provided to increase the pressure of. The pressure adjustment valve 70a adjusts the pressure of the carbon dioxide gas in the adjustment tank 72 to a set pressure (for example, 1 atm) by automatic control by a computer (not shown). Further, the pressure adjusting valve 70b adjusts the pressure of the carbon dioxide gas to a set pressure (for example, 40 atmospheres).

上記冷却装置57は、上記パイプ33dと上記パイプ33kとが相互に巻き着くような状態で内蔵され、パイプ33dを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等によりパイプ33k内を流れる炭酸ガス35bを冷却する。その余の構成は第1実施例と同一であるのでその説明を省略する。   The cooling device 57 is built in such a state that the pipe 33d and the pipe 33k are wound around each other, and flows in the pipe 33k by heat of vaporization of carbon dioxide gas exposed to atmospheric pressure flowing through the pipe 33d. The carbon dioxide gas 35b is cooled. Since the remaining configuration is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

図10に本願発明による循環式内圧機関の動作のステップを示す。初期始動は、まず切替弁51を「開」とし、初期タンク31よりバージン炭酸ガス35aをパイプ33aに流す(S1)。パイプ33aを流れてくるバージン炭酸ガス35aの濃度はセンサ53により検知され(S2)、初期切替信号が発せられる(S3)。これにより三方切替弁54が作動し、パイプ33aとパイプ33bを「開」としパイプ33bとパイプ33qを「閉」とする「第1開」の状態にする(S4)。次いでエンジンスロットル用の流量制御弁55が「開」とされ(S5)、炭酸ガス35aはパイプ33cより冷却装置57のパイプ33d内を通って(S6)、パイプ33eより炭酸ガスエンジン1内に供給される(S7)。 FIG. 10 shows the operation steps of the circulating internal pressure engine according to the present invention. In the initial start, first, the switching valve 51 is opened, and the virgin carbon dioxide gas 35a is caused to flow from the initial tank 31 to the pipe 33a (S1). The concentration of the virgin carbon dioxide gas 35a flowing through the pipe 33a is detected by the sensor 53 (S2), and an initial switching signal is issued (S3). As a result, the three-way switching valve 54 is actuated, and the pipe 33a and the pipe 33b are "opened", and the pipe 33b and the pipe 33q are "closed", thereby bringing them into the "first open" state (S4). Next, the flow control valve 55 for engine throttle is opened (S5), and the carbon dioxide gas 35a passes through the pipe 33d of the cooling device 57 from the pipe 33c (S6) and is supplied into the carbon dioxide engine 1 from the pipe 33e. (S7).

炭酸ガスエンジン1が炭酸ガス35aの体積膨張による力により駆動されると、その動力により例えば自動車が駆動される(図示省略)。このとき同時に上記動力がベルト58aにより炭酸ガス製造機59に伝動され、該炭酸ガス製造機59を作動する(S8)。また上記動力はベルト58bにより圧縮機49に伝動され、該圧縮機49を作動する(S9)。さらに上記動力はベルト58cによりポンプ61に伝動され、該ポンプ61を作動する(S10)。   When the carbon dioxide engine 1 is driven by the force generated by the volume expansion of the carbon dioxide gas 35a, for example, an automobile is driven by the power (not shown). At the same time, the power is transmitted to the carbon dioxide producing machine 59 by the belt 58a, and the carbon dioxide producing machine 59 is operated (S8). The power is transmitted to the compressor 49 by the belt 58b, and the compressor 49 is operated (S9). Further, the power is transmitted to the pump 61 by the belt 58c, and the pump 61 is operated (S10).

上記ポンプ61は、炭酸ガスエンジン1から排出される大気圧となった、つまり圧力調整弁70aにより常圧に調整された状態の炭酸ガス35bを吸引し、回収タンク67内に回収する(S11〜S13)。次いで炭酸ガス35bよりオイルを分離した後(S14)、上記排出炭酸ガス35bを冷却装置57に圧送する(S15)。炭酸ガス35bは、ここでパイプ33dを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等により冷却される(S16)。冷却された炭酸ガス35bは炭酸ガス製造機59に送られ、ここで例えばステップ8で述べた駆動力により40気圧に加圧され炭酸ガス35aとされる(S8)。この炭酸ガス35aは高純度でありパイプ33mより循環タンク73に送られ、該循環タンク73に貯溜される(S17)。   The pump 61 sucks the carbon dioxide gas 35b that has become atmospheric pressure discharged from the carbon dioxide gas engine 1, that is, adjusted to the normal pressure by the pressure regulating valve 70a, and collects it in the collection tank 67 (S11 to S11). S13). Next, after separating the oil from the carbon dioxide gas 35b (S14), the discharged carbon dioxide gas 35b is pumped to the cooling device 57 (S15). The carbon dioxide gas 35b is cooled by the heat of vaporization of the carbon dioxide gas exposed to the atmospheric pressure flowing through the pipe 33d (S16). The cooled carbon dioxide gas 35b is sent to the carbon dioxide gas producing machine 59, where it is pressurized to 40 atm by the driving force described in step 8, for example, to become carbon dioxide gas 35a (S8). The carbon dioxide gas 35a has a high purity and is sent from the pipe 33m to the circulation tank 73 and stored in the circulation tank 73 (S17).

始動後においては、センサ53はパイプ33qとパイプ33aを流れる炭酸ガス35aの濃度を検知している(S2)。この炭酸ガス35aの濃度が設定範囲内であるときは、循環切替信号を発する(S3)。この循環切替信号により三方切替弁54が作動し、パイプ33qとパイプ33bを「開」としパイプ33aとパイプ33bを「閉」とする「第2開」の状態にする(S4)。以降は上記した一連のステップが繰返され、エンジンが連続的に作動する。   After the start-up, the sensor 53 detects the concentration of the carbon dioxide gas 35a flowing through the pipe 33q and the pipe 33a (S2). When the concentration of the carbon dioxide gas 35a is within the set range, a circulation switching signal is issued (S3). The three-way switching valve 54 is actuated by this circulation switching signal, so that the pipe 33q and the pipe 33b are "opened" and the pipe 33a and the pipe 33b are "closed", and a "second open" state is set (S4). Thereafter, the series of steps described above is repeated, and the engine operates continuously.

ステップ9にて駆動される上記圧縮機49は、熱風供給パイプ45、熱風排出パイプ47より炭酸ガスエンジン1に熱風40a、40bを循環供給し(S18)、炭酸ガスエンジン1に供給される高圧状態の炭酸ガス35aの体積膨張を効率的に行わせる。   The compressor 49 driven in step 9 circulates and supplies hot air 40a, 40b to the carbon dioxide gas engine 1 from the hot air supply pipe 45 and hot air discharge pipe 47 (S18), and is supplied to the carbon dioxide gas engine 1 in a high pressure state. The volume expansion of the carbon dioxide gas 35a is efficiently performed.

次に本願発明に用いられる炭酸ガスエンジン1について説明する。図11は炭酸ガスエンジン1をロータリ型炭酸ガスエンジンとする場合である。炭酸ガスエンジン1はアルミニウム合金製の密閉された円筒からなるハウジング101と、該ハウジング101の内室103に回転可能に設けられるアルミニウム合金製のロータ155とからなる。上記ハウジング101は密閉に形成された円筒が横設され、内部に断面円形に形成される内室103を有する。上記ハウジング101の上部周壁に上記内室103に通ずる供給口117を設け、対向する側の周壁に排出口119を開口する。排出口119の設置位置は高圧の炭酸ガス35aが常圧の炭酸ガス35bとなる圧力の均衡点の直前とする。本実施例の場合、該排出口119は上記供給口117を通る直径線fよりやや2次作動室122側に位置するように設けてあり、直径線fに対し角度αが約15°程度としてある。上記排出口119は上記供給口117より大に形成される。   Next, the carbon dioxide engine 1 used in the present invention will be described. FIG. 11 shows a case where the carbon dioxide engine 1 is a rotary carbon dioxide engine. The carbon dioxide engine 1 includes a housing 101 made of a sealed cylinder made of aluminum alloy, and an aluminum alloy rotor 155 that is rotatably provided in an inner chamber 103 of the housing 101. The housing 101 is provided with an inner chamber 103 which is formed in a hermetically sealed cylinder and has a circular cross section. A supply port 117 communicating with the inner chamber 103 is provided in the upper peripheral wall of the housing 101, and a discharge port 119 is opened in the opposite peripheral wall. The installation position of the discharge port 119 is set immediately before the pressure equilibrium point at which the high-pressure carbon dioxide gas 35a becomes the normal-pressure carbon dioxide gas 35b. In the case of the present embodiment, the discharge port 119 is provided so as to be located slightly on the secondary working chamber 122 side from the diameter line f passing through the supply port 117, and the angle α is about 15 ° with respect to the diameter line f. is there. The discharge port 119 is formed larger than the supply port 117.

上記ロータ155は図12に示すような略楕円形状の板体からなり、上記ハウジング101の内室103の中央部に回転可能に設けられる。上記ハウジング101及び上記ロータ155はロータ軸116に複数個位相をずらせて通常2個固設されている。上記ロータ155の輪郭には、図12に示すように、圧力保持のための圧力シール155aを設ける。該圧力シール155aはオイルシールも兼ねる。上記ハウジング101の上部周壁には供給口117を被覆するバルブ室124を設け、該バルブ室124に上下動自在の供給弁125を設ける。該供給弁125の弁軸127には上記バルブ室124を閉塞する方向に付勢されるスプリング129を巻着する。131は上記ロータ155に連動するカムであり、該カム131により上記供給弁125を開閉する。130はスプリングカバーである。   The rotor 155 is made of a substantially elliptical plate as shown in FIG. 12 and is rotatably provided at the center of the inner chamber 103 of the housing 101. The housing 101 and the rotor 155 are usually fixed in two with a plurality of phases shifted from the rotor shaft 116. The contour of the rotor 155 is provided with a pressure seal 155a for maintaining pressure, as shown in FIG. The pressure seal 155a also serves as an oil seal. A valve chamber 124 that covers the supply port 117 is provided on the upper peripheral wall of the housing 101, and a supply valve 125 that is movable up and down is provided in the valve chamber 124. A spring 129 that is biased in the direction of closing the valve chamber 124 is wound around the valve shaft 127 of the supply valve 125. Reference numeral 131 denotes a cam linked to the rotor 155, and the cam 131 opens and closes the supply valve 125. Reference numeral 130 denotes a spring cover.

上記内室103には高圧状態の炭酸ガス35aが供給され、該炭酸ガス35aが大気圧になるときの体積膨張による力により上記ロータ155がロータ軸116を中心にして矢示する一方向に回転する。上記内室103は上記ロータ155の回転に伴ない、1次作動室121、2次作動室122に区画・形成される。上記各作動室121、122は上記ロータ155の作動面a,bとの関係で、吸入膨張行程、膨張排出行程又は大気圧保持行程のいずれかを担う。   The inner chamber 103 is supplied with high-pressure carbon dioxide gas 35a, and the rotor 155 rotates about the rotor shaft 116 in one direction by a force due to volume expansion when the carbon dioxide gas 35a reaches atmospheric pressure. To do. The inner chamber 103 is partitioned and formed into a primary working chamber 121 and a secondary working chamber 122 as the rotor 155 rotates. Each of the working chambers 121 and 122 is responsible for any of the suction / expansion stroke, the expansion / discharge stroke, and the atmospheric pressure maintaining stroke in relation to the working surfaces a and b of the rotor 155.

吸入膨張行程は炭酸ガス35aが1次作動室121内に供給され、上記ロータ155のいずれかの作動面a又はbを押圧する行程で、このとき供給口117は「開」、排出口119は「閉」となっている(図11(A))。膨張排出行程はロータ155の回転に与り大気圧状態となった炭酸ガス35bが排出口119より外部に排出される行程で、このとき供給口117は「閉」、排出口119は「開」となっている(図11(B))。大気圧保持行程は、供給口117が「閉」、排出口119が「開」であり、内室103内が作動室121、122ともに大気圧となった炭酸ガス35bを大気圧状態に保持する行程であり、これによりロータ155の回転に円滑性を付与する(図11(C))。   The suction expansion stroke is a stroke in which carbon dioxide gas 35a is supplied into the primary working chamber 121 and presses one of the working surfaces a or b of the rotor 155. At this time, the supply port 117 is "open" and the discharge port 119 is “Closed” (FIG. 11A). The expansion and discharge stroke is a stroke in which the carbon dioxide gas 35b that is in the atmospheric pressure state due to the rotation of the rotor 155 is discharged to the outside from the discharge port 119. At this time, the supply port 117 is “closed” and the discharge port 119 is “open”. (FIG. 11B). In the atmospheric pressure maintaining process, the carbon dioxide gas 35b in which the supply port 117 is “closed” and the discharge port 119 is “open” and the inside chamber 103 is at the atmospheric pressure in both the working chambers 121 and 122 is maintained in the atmospheric pressure state. This is a stroke, and this imparts smoothness to the rotation of the rotor 155 (FIG. 11C).

図13のロータリ型炭酸ガスエンジンはロータが図14で示すような三面ロータの場合である。図13において、炭酸ガスエンジン1はアルミニウム合金製の密閉された円筒からなるハウジング101と、該ハウジング101の内室103に回転可能に設けられるアルミニウム合金製のロータ105とからなる。上記ハウジング101は密閉に形成された円筒が横設され、内部に断面円形に形成される内室103を有する。また上記ハウジング101は周壁に供給口107を設け、対向する側の周壁に排出口109を開口する。該排出口109は上記供給口107より下方に位置するように設けるのが望ましい。なお、ここで「対向」とは供給口107と排出口109のこのような位置関係のある設置も含むものとする。上記排出口109は上記供給口107より大に形成される。   The rotary type carbon dioxide engine shown in FIG. 13 is a three-sided rotor as shown in FIG. In FIG. 13, the carbon dioxide engine 1 includes a housing 101 made of a sealed cylinder made of aluminum alloy and a rotor 105 made of aluminum alloy rotatably provided in an inner chamber 103 of the housing 101. The housing 101 is provided with an inner chamber 103 which is formed in a hermetically sealed cylinder and has a circular cross section. Further, the housing 101 is provided with a supply port 107 on the peripheral wall, and an exhaust port 109 is opened on the opposite peripheral wall. It is desirable to provide the discharge port 109 so as to be positioned below the supply port 107. Here, “opposite” includes installation of the supply port 107 and the discharge port 109 having such a positional relationship. The discharge port 109 is formed larger than the supply port 107.

上記ロータ105は丸みを帯びた正三角形状の板体からなり、上記ハウジング101の内室103の中央部に回転可能に設けられる。上記ハウジング101及び上記ロータ105はロータ軸106に複数個位相をずらせて通常2個固設されている。上記ロータ105の輪郭には、図14に示すように、圧力保持のための圧力シール105aを設ける。該圧力シール105aはオイルシールも兼ねる。   The rotor 105 is formed of a rounded equilateral triangular plate, and is rotatably provided at the center of the inner chamber 103 of the housing 101. Two of the housing 101 and the rotor 105 are usually fixed to the rotor shaft 106 with a plurality of phases shifted. As shown in FIG. 14, a pressure seal 105 a for maintaining pressure is provided on the contour of the rotor 105. The pressure seal 105a also serves as an oil seal.

上記内室103には高圧状態の炭酸ガス35aが供給され、該炭酸ガス35aが大気圧になるときの体積膨張による力により上記ロータ105がロータ軸106を中心にして矢示する一方向に回転する。上記内室103は上記ロータ105の回転に伴ない、1次作動室111、2次作動室112及び3次作動室113に区画・形成される。上記各作動室111、112、113は上記ロータ105の作動面a,b,cとの関係で、吸入膨張行程、膨張排出行程又は大気圧保持行程のいずれかを担う。   The inner chamber 103 is supplied with high-pressure carbon dioxide gas 35a, and the rotor 105 rotates in one direction indicated by an arrow about the rotor shaft 106 by a force due to volume expansion when the carbon dioxide gas 35a reaches atmospheric pressure. To do. The inner chamber 103 is partitioned and formed into a primary working chamber 111, a secondary working chamber 112, and a tertiary working chamber 113 as the rotor 105 rotates. Each of the working chambers 111, 112, 113 is responsible for any of the suction expansion stroke, the expansion / discharge stroke, or the atmospheric pressure holding stroke in relation to the working surfaces a, b, c of the rotor 105.

吸入膨張行程は炭酸ガス35aが1次作動室111内に供給され、このときの炭酸ガス35aは「亜膨張」の状態となり、上記ロータ105のいずれかの作動面(図13(A)では「a面」)を押圧する。膨張排出行程はロータ105の回転に与り大気圧状態となった炭酸ガス35bが排出口109より外部に排出される。このときの炭酸ガス35aは「連鎖膨張」の状態となる(図13(B))。大気圧保持行程は、供給口107及び排出口109が上記ロータ105の他の作動面によりブロックされるため、大気圧となった炭酸ガス35bを保持する行程であり、これによりロータ105の回転に円滑性を付与する。このときの内室103(図13(C)では3次作動室113)は大気圧(1気圧)となる(図13(C))。   During the suction and expansion stroke, carbon dioxide gas 35a is supplied into the primary working chamber 111. At this time, the carbon dioxide gas 35a is in a "sub-expansion" state, and any one of the working surfaces of the rotor 105 (" a side ") is pressed. In the expansion and discharge stroke, the carbon dioxide gas 35b that has been brought into the atmospheric pressure state due to the rotation of the rotor 105 is discharged from the discharge port 109 to the outside. The carbon dioxide gas 35a at this time is in a “chain expansion” state (FIG. 13B). The atmospheric pressure holding process is a process of holding the carbon dioxide gas 35b that has become the atmospheric pressure because the supply port 107 and the discharge port 109 are blocked by the other operation surface of the rotor 105. Gives smoothness. At this time, the inner chamber 103 (the tertiary working chamber 113 in FIG. 13C) is at atmospheric pressure (1 atm) (FIG. 13C).

図15及び図16はロータリ型炭酸ガスエンジンが五面ロータの場合であり、この場合炭酸ガスの膨張エネルギを2回取り出す。図15及び図16において、炭酸ガスエンジン1はアルミニウム合金製の密閉された円筒からなるハウジング101と、該ハウジング101の内室103に回転可能に設けられるアルミニウム合金製のロータ105とからなる。上記ハウジング101は密閉に形成された円筒が横設され、内部に断面円形に形成される内室103を有する。上記ハウジング101の周壁を4等分した部位に第1供給口107a、第1排出口109a、第2供給口107b及び第2排出口109bを順次設ける(総称するときは便宜上供給口「107」、排出口「109」の如く表記する)。これにより、第1排出口109a、第2排出口109bは、第1供給口107a、第2供給口107bより供給される高圧の炭酸ガス35aが常圧の炭酸ガス35bとなる圧力の均衡点の直前となるよう配設される。上記第1排出口109a、第2排出口109bは上記第1供給口107a、第2供給口107bより大に形成される。   15 and 16 show the case where the rotary carbon dioxide engine is a five-sided rotor, and in this case, the expansion energy of carbon dioxide is taken out twice. 15 and 16, the carbon dioxide engine 1 includes a housing 101 made of a sealed cylinder made of aluminum alloy and a rotor 105 made of aluminum alloy that is rotatably provided in an inner chamber 103 of the housing 101. The housing 101 is provided with an inner chamber 103 which is formed in a hermetically sealed cylinder and has a circular cross section. A first supply port 107a, a first discharge port 109a, a second supply port 107b, and a second discharge port 109b are sequentially provided in a portion obtained by dividing the peripheral wall of the housing 101 into four equal parts (for convenience, the supply port “107”, This is indicated as “109”. As a result, the first discharge port 109a and the second discharge port 109b have a pressure equilibrium point at which the high-pressure carbon dioxide gas 35a supplied from the first supply port 107a and the second supply port 107b becomes the normal-pressure carbon dioxide gas 35b. It arrange | positions so that it may become immediately before. The first discharge port 109a and the second discharge port 109b are formed larger than the first supply port 107a and the second supply port 107b.

上記ロータ105は矢示する回転方向に沿って周面を5等分して作動面a、b、c、d、eを形成する。各作動面a、b、c、d、eは凹弧状に形成され、対応するハウジング101の内周面の弧と略線対称に形成される。上記ロータ105の各頂点部は弯曲に形成され、また圧力保持のための圧力シール105aを設ける。該圧力シール105aはオイルシールも兼ねる。   The rotor 105 divides the circumferential surface into five equal parts along the rotation direction indicated by the arrows to form the operation surfaces a, b, c, d, and e. Each of the operating surfaces a, b, c, d, and e is formed in a concave arc shape, and is substantially symmetrical with the arc of the inner peripheral surface of the corresponding housing 101. Each apex portion of the rotor 105 is formed in a curved shape, and a pressure seal 105a for maintaining pressure is provided. The pressure seal 105a also serves as an oil seal.

本実施例の場合、上記構成のハウジング101及びロータ105が2個連結される。なお、図15及び図16ではハウジング及びロータを「ハウジング101A」、「ハウジング101B」、「ロータ105A」、「ロータ105B」と示すが、以下の説明で区別する必要がないとき及び総称するときは便宜上「ハウジング101」及び「ロータ105」と表記する。102は上記2個のロータ105が固着されるロータ軸であり、該ロータ軸102により2個のロータ105が2個のハウジング101内の中央部に回転可能に取り付けられる。この際各ロータ105は出力の円滑性を確保するため、作動面の位相が重ならないようずらせて設ける。110は上記ロータ軸102の一端に設けるフライホイールである。   In the case of this embodiment, two housings 101 and two rotors 105 having the above-described configuration are connected. In FIGS. 15 and 16, the housing and the rotor are shown as “housing 101A”, “housing 101B”, “rotor 105A”, and “rotor 105B”. For convenience, they are referred to as “housing 101” and “rotor 105”. Reference numeral 102 denotes a rotor shaft to which the two rotors 105 are fixed, and the two rotors 105 are rotatably attached to the central portions of the two housings 101 by the rotor shafts 102. At this time, the rotors 105 are provided so that the phases of the operation surfaces do not overlap to ensure smooth output. Reference numeral 110 denotes a flywheel provided at one end of the rotor shaft 102.

上記各ハウジング101の各内室103には高圧状態の炭酸ガス35aが供給され、該炭酸ガス35aが大気圧になるときの体積膨張による力により上記各ロータ105がロータ軸102を中心にして矢示する一方向に回転する。上記内室103は上記ロータ105の回転に伴ない、第1室111、第2室112、第3室113、第4室114、第5室115に区画・形成される。上記各室111、112、113、114、115は上記ロータ105の作動面a,b,c,d,eとの関係で、吸入膨張行程、膨張排出行程又は大気圧保持行程のいずれかを担う。第1室111はある作動面(図20A及び図20Bの場合はa面)が第1供給口107aを「開」とする位置にきたときから第1排出口109aを「開」に至らしめないまでの位置とし、このとき第1室111に隣接する各室を回転方向に順次第2室112、第3室113、第4室114及び第5室115とする。   Each inner chamber 103 of each housing 101 is supplied with a high-pressure carbon dioxide gas 35a, and each rotor 105 is centered on the rotor shaft 102 by a force due to volume expansion when the carbon dioxide gas 35a reaches atmospheric pressure. Rotate in one direction shown. The inner chamber 103 is partitioned and formed into a first chamber 111, a second chamber 112, a third chamber 113, a fourth chamber 114, and a fifth chamber 115 as the rotor 105 rotates. The chambers 111, 112, 113, 114, and 115 are responsible for any of the suction / expansion stroke, the expansion / discharge stroke, and the atmospheric pressure maintaining stroke in relation to the operation surfaces a, b, c, d, and e of the rotor 105. . The first chamber 111 does not allow the first discharge port 109a to be “open” when a certain operation surface (a surface in the case of FIGS. 20A and 20B) comes to a position where the first supply port 107a is “open”. At this time, the respective chambers adjacent to the first chamber 111 are sequentially designated as a second chamber 112, a third chamber 113, a fourth chamber 114, and a fifth chamber 115 in the rotation direction.

吸入膨張行程は炭酸ガス35aが第1室111内に供給され、上記ロータ105のいずれかの作動面a〜eを押圧する行程で、このとき供給口107a、107bは「開」、排出口109a、109bは「閉」となっている(図20AのA1〜A2、図20BのB1〜B2)。膨張排出行程はロータ105の回転に与り大気圧状態となった炭酸ガス35bが排出口109a、109bより外部に排出される行程で、このとき供給口107a、107bは「閉」、排出口109a、109bは「開」となっている(図20AのA3〜A4、図20BのB3〜B4)。大気圧保持行程は、供給口107a、107bが「閉」、排出口109a、109bが「開」であり、図20AのA5の場合作動室111、112が、図20BのB5の場合作動室113、114がいずれも大気圧となった炭酸ガス35bを大気圧状態に保持する行程であり、これによりロータ105の回転に円滑性を付与する(図20AのA5、図20BのB5)。   The suction expansion stroke is a stroke in which carbon dioxide gas 35a is supplied into the first chamber 111 and presses one of the operating surfaces a to e of the rotor 105. At this time, the supply ports 107a and 107b are “open” and the discharge port 109a. 109b are “closed” (A1 to A2 in FIG. 20A, B1 to B2 in FIG. 20B). The expansion and discharge stroke is a stroke in which the carbon dioxide gas 35b that has been brought into the atmospheric pressure state due to the rotation of the rotor 105 is discharged to the outside from the discharge ports 109a and 109b. At this time, the supply ports 107a and 107b are “closed”. 109b are “open” (A3 to A4 in FIG. 20A, B3 to B4 in FIG. 20B). In the atmospheric pressure maintaining process, the supply ports 107a and 107b are “closed”, the discharge ports 109a and 109b are “open”, and the working chambers 111 and 112 in the case of A5 in FIG. 20A and the working chamber 113 in the case of B5 in FIG. , 114 is a process of maintaining the carbon dioxide gas 35b at atmospheric pressure in an atmospheric pressure state, thereby providing smoothness to the rotation of the rotor 105 (A5 in FIG. 20A, B5 in FIG. 20B).

図22A乃至図22Cはロータ105の作動面a、b、c、d、e、f、gを7個とした七面ロータの場合を示す。七面ロータのロータリ型炭酸ガスエンジンは炭酸ガスの膨張エネルギを3回取り出す。ハウジング101は、周壁を6等分にした部位に第1供給口107a、第1排出口109a、第2供給口107b、第2排出口109b及び第3供給口107c、第3排出口109cを順次設ける。(総称するときは便宜上供給口「107」、排出口「109」の如く表記する)。これにより第1排出口109a、第2排出口109b、第3排出口109cは第1供給口107a、第2供給口107b、第3供給口107cより供給される高圧の炭酸ガス35aが常圧の炭酸ガス35bとなる圧力の均衡点の直前となるよう配設される。上記第1排出口109a、第2排出口109b、第3排出口109cは上記第1供給口107a、第2供給口107b、第3供給口107cより大に形成される。   22A to 22C show the case of a seven-sided rotor in which the working surfaces a, b, c, d, e, f, and g of the rotor 105 are seven. The rotary carbon dioxide engine with a seven-sided rotor takes out the expansion energy of carbon dioxide three times. In the housing 101, a first supply port 107a, a first discharge port 109a, a second supply port 107b, a second discharge port 109b, a third supply port 107c, and a third discharge port 109c are sequentially formed in a portion where the peripheral wall is divided into six equal parts. Provide. (When generically referred to, they are indicated as a supply port “107” and a discharge port “109” for convenience). As a result, the first discharge port 109a, the second discharge port 109b, and the third discharge port 109c are at the normal pressure of the high-pressure carbon dioxide gas 35a that is supplied from the first supply port 107a, the second supply port 107b, and the third supply port 107c. It arrange | positions so that it may be just before the equilibrium point of the pressure used as the carbon dioxide gas 35b. The first discharge port 109a, the second discharge port 109b, and the third discharge port 109c are formed larger than the first supply port 107a, the second supply port 107b, and the third supply port 107c.

ロータ105は矢示する回転方向に沿って周面を7等分して作動面a、b、c、d、e、f、gを形成する。各作動面a、b、c、d、e、f、gは凹弧状に形成され、対応するハウジング101の内周面の弧と略線対称に形成される。五面ロータと同様にこの七面ロータ105の各頂点部は弯曲に形成され、また圧力保持のための圧力シールを設ける。該圧力シール105aはオイルシールも兼ねる(図示省略)。   The rotor 105 divides the peripheral surface into seven equal parts along the rotation direction indicated by the arrow to form the operation surfaces a, b, c, d, e, f, and g. Each of the operation surfaces a, b, c, d, e, f, and g is formed in a concave arc shape, and is formed substantially in line symmetry with the arc of the inner peripheral surface of the corresponding housing 101. Similar to the five-sided rotor, each apex of the seven-sided rotor 105 is formed in a curved shape and is provided with a pressure seal for maintaining pressure. The pressure seal 105a also serves as an oil seal (not shown).

図17は炭酸ガスエンジン1たるレシプロ型炭酸ガスエンジンを示す。炭酸ガスエンジン1を構成するシリンダ2はアルミニウム合金製のシリンダヘッド3とアルミニウム合金製のシリンダ本体5とからなり、シリンダヘッド3がシリンダ本体5に分解可能に固着される。該シリンダ本体5内にはアルミニウム合金製ピストン7が往復動可能に摺接される。上記シリンダ本体5の上部には上記シリンダヘッド3と上記ピストン7とによって密閉構造とされる内室9が形成される。上記シリンダ本体5の側壁にはピストン7の下死点D時に開口する排出口11が設けられる。上記シリンダヘッド3には供給口13が開口され、該供給口13に上下動自在の供給弁15を設ける。該供給弁15の弁軸17には上記供給口13を閉塞する方向に付勢されるスプリング19を巻着する。21は上記ピストン7に連動するカムであり、該カム21により上記供給弁15の開閉をする。23はコネクティングロッドであり、上記ピストン7とクランクシャフト25とを連結する。該クランクシャフト25の一端にはフライホイール27が取り付けられている。26は該クランクシャフト25のバランスウェイトを示す。20はスプリングカバーである。29aは圧力リングであり、上記内室9を密閉するため上記ピストン7の上部に取り付けられる。29bはオイルリングである。   FIG. 17 shows a reciprocating type carbon dioxide engine as the carbon dioxide engine 1. The cylinder 2 constituting the carbon dioxide gas engine 1 includes a cylinder head 3 made of aluminum alloy and a cylinder body 5 made of aluminum alloy, and the cylinder head 3 is fixed to the cylinder body 5 so as to be disassembled. An aluminum alloy piston 7 is slidably contacted in the cylinder body 5 so as to be able to reciprocate. An inner chamber 9 having a sealed structure is formed in the upper portion of the cylinder body 5 by the cylinder head 3 and the piston 7. A discharge port 11 that opens at the bottom dead center D of the piston 7 is provided on the side wall of the cylinder body 5. A supply port 13 is opened in the cylinder head 3, and a supply valve 15 that can move up and down is provided in the supply port 13. A spring 19 that is biased in a direction to close the supply port 13 is wound around the valve shaft 17 of the supply valve 15. A cam 21 interlocks with the piston 7, and the cam 21 opens and closes the supply valve 15. A connecting rod 23 connects the piston 7 and the crankshaft 25. A flywheel 27 is attached to one end of the crankshaft 25. Reference numeral 26 denotes a balance weight of the crankshaft 25. Reference numeral 20 denotes a spring cover. A pressure ring 29a is attached to the upper portion of the piston 7 so as to seal the inner chamber 9. 29b is an oil ring.

次に図18に基づき二面ロータのロータリ型炭酸ガスエンジンの作動原理を説明する。図18はロータ155が内室103内で回転するときの位置と炭酸ガスの膨張の様子を模式化した図である。図18(A1)(図11(A))及び図18(A2)は吸入膨張行程を示し、このときの炭酸ガスは「亜膨張」の状態となる。図18(B1)及び図18(B2)(図11(B))は膨張排出行程を示し、このときの炭酸ガスは「連鎖膨張」の状態となる。図18(C)は大気圧保持行程を示し、図11(C)の直前の状態であり、このときの内室103は大気圧(1気圧)となる。図18(D)はロータ155が1回転し他の面(b面)が作動面となった状態を示す。   Next, based on FIG. 18, the operation principle of the two-sided rotary carbon dioxide engine will be described. FIG. 18 is a diagram schematically showing the position when the rotor 155 rotates in the inner chamber 103 and the state of expansion of the carbon dioxide gas. 18 (A1) (FIG. 11 (A)) and FIG. 18 (A2) show the suction and expansion strokes, and the carbon dioxide gas at this time is in a “sub-expansion” state. 18 (B1) and 18 (B2) (FIG. 11 (B)) show the expansion / discharge process, and the carbon dioxide gas at this time is in a “chain expansion” state. FIG. 18C shows the atmospheric pressure holding process, which is the state immediately before FIG. 11C, and the inner chamber 103 at this time is at atmospheric pressure (1 atm). FIG. 18D shows a state in which the rotor 155 makes one rotation and the other surface (b surface) is the working surface.

炭酸ガス35aは初期タンク31又は循環タンク73よりパイプ33a〜33cを経、加熱部56により加熱されて高圧状態のまま炭酸ガスエンジン1に供給されるのであるが、この炭酸ガス35aが炭酸ガスエンジン1の内室103に流入されるときの様子を図18に基づいて説明してみる。   The carbon dioxide gas 35a is heated from the initial tank 31 or the circulation tank 73 through the pipes 33a to 33c and is heated by the heating unit 56 and supplied to the carbon dioxide gas engine 1 in a high pressure state. The carbon dioxide gas 35a is supplied to the carbon dioxide gas engine. A state when flowing into one inner chamber 103 will be described with reference to FIG.

まず始動を図示しないセルスターターにより行ない、ロータ155を強制回転させる。ロータ155が図18(A1)の位置即ち供給口117の直前の位置にくると供給弁125が「開」となり、高圧状態の炭酸ガス35aが1次作動室121に流入してくる。この炭酸ガス35aは1次作動室121に流入するとすぐに膨張を開始するが、ロータ155が図18(A2)に示すように供給口117を通過する位置にくると供給弁125が「閉」となるため膨張が一旦終了する。これは炭酸ガス35aの膨張が1次作動室121の容積の限度内で行われるためである。これを仮りに「亜膨張」と呼ぶ。亜膨張時にロータ155が受ける圧力エネルギーは、ガソリンエンジンにおける場合と同様、a面全体で圧力を受けることになる。つまり図18(A1)及び図18(A2)の吸入膨張行程において、炭酸ガス35aは亜膨張エネルギーのストレスを溜め保持した状態で次の膨張排出行程に移行することになる。なお、この吸入膨張行程における他面(b面)側の圧力は大気圧である。   First, starting is performed by a cell starter (not shown), and the rotor 155 is forcibly rotated. When the rotor 155 reaches the position shown in FIG. 18A1, that is, the position immediately before the supply port 117, the supply valve 125 is opened, and the high-pressure carbon dioxide gas 35a flows into the primary working chamber 121. The carbon dioxide gas 35a starts to expand as soon as it flows into the primary working chamber 121. However, when the rotor 155 reaches a position passing through the supply port 117 as shown in FIG. 18A2, the supply valve 125 is “closed”. Therefore, the expansion is temporarily terminated. This is because the carbon dioxide gas 35a is expanded within the volume limit of the primary working chamber 121. This is tentatively called “sub-expansion”. The pressure energy received by the rotor 155 during the sub-expansion receives pressure over the entire a-plane, as in the gasoline engine. That is, in the intake and expansion strokes of FIGS. 18A1 and 18A2, the carbon dioxide gas 35a moves to the next expansion and discharge stroke in a state where the stress of subexpansion energy is accumulated and held. In addition, the pressure on the other surface (b surface) side in this suction / expansion stroke is atmospheric pressure.

図18(B1)及び図18(B2)の膨張排出行程において、ロータ155の回転により排出口119が「開」となった瞬間、即ち排出口119がピンホール状態となると炭酸ガス35aは大気圧になるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス35aの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス35aはロータ155の表面に沿って動き「開」となった排出口119に向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス35aの膨張圧力は吸入膨張行程における場合とは異なり、ロータ155のa面全体に均等にかかるのではなく、ロータ155の排出口119側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口119は益々大きく開口し、これにより炭酸ガス35aが益々排出口119に向かって急激に移動するため、炭酸ガス35aの膨張による力(これを「膨張力」と呼ぶ)は一層ロータ155の排出口119側の半面にだけ集中する。この状態は「連鎖膨張」の状態と呼ぶことができ、こうなると炭酸ガス35aは十分に膨張しきり、このためロータ155の排出口119側の半面には十分な回転モーメントを得ることができ、これによりロータ155は回転する。この膨張排出行程における各面の圧力は、図18(B1)では他面(b面)側の圧力が大気圧であり、図18(B2)(図11(B))ではa、b両面側とも大気圧である。   18B1 and 18B2, the carbon dioxide gas 35a is at atmospheric pressure when the discharge port 119 is "opened" by the rotation of the rotor 155, that is, when the discharge port 119 is in a pinhole state. It expands explosively. At this time, when the movement of the carbon dioxide gas 35a is taken as the center, the expanded carbon dioxide gas 35a moves along the surface of the rotor 155 and moves rapidly toward the discharge port 119 which is “open”. The expansion pressure of the carbon dioxide gas 35a at this time is not uniformly applied to the entire a surface of the rotor 155, but is concentrated only on the half surface of the rotor 155 on the discharge port 119 side, unlike the case of the suction expansion stroke. Accordingly, the discharge port 119 opens more and more, so that the carbon dioxide gas 35a moves more rapidly toward the discharge port 119, so that the force due to expansion of the carbon dioxide gas 35a (this is referred to as “expansion force”) is further increased by the rotor 155. It concentrates only on the half surface of the discharge port 119 side. This state can be referred to as a “chain expansion” state, in which case the carbon dioxide gas 35a is sufficiently expanded, so that a sufficient rotational moment can be obtained on the half surface of the rotor 155 on the discharge port 119 side. As a result, the rotor 155 rotates. The pressure on each surface in this expansion and discharge process is the atmospheric pressure on the other surface (b surface) side in FIG. 18 (B1), and on both a and b surfaces in FIG. 18 (B2) (FIG. 11 (B)). Both are at atmospheric pressure.

この点を図19(A)乃至図19(D)に基づきもう少し詳しく説明する。図19(A)に示すように膨張排出行程の直前の状態では炭酸ガス35aの膨張(亜膨張)の力は1次作動室121及びロータ155のすべての面にかかっている。しかし、排出口119が「開」となった瞬間、炭酸ガス35aは高圧の1次作動室121から低圧(大気圧)の開口部分119に向けて急激に流れ噴出する(図19(B))。このとき1次作動室121内をみると、排出口119付近は大気圧に曝されるので圧力が不均衡となる圧力不均衡部P0が形成され、この圧力不均衡部P0は、炭酸ガス35aが噴出すると低圧となるので、隣接する層P1の炭酸ガス35aが移動してくる。これにより、1次作動室121内の上部Lには比較的に低圧の部分が形成される(図19(B))。このような炭酸ガス35aの移動は図19(C)及び図19(D)に示すように次々に連鎖的になされる。よって1次作動室121の上部には炭酸ガス35aが抜けた低圧空間Lが形成されこの低圧空間Lは徐々に大となり、他方、排出口119付近の圧力不均衡部P0には次々に新たな炭酸ガス35aが爆発的に移動してくるので、圧力不均衡部P0は大気圧より常に高圧となっている。そして圧力不均衡部P0から次々に排出される炭酸ガス35aは排出口119より排出されるとき、即ちロータ155が「1」の位置から「n」の位置に至るまで爆発的に膨張するから、排出される炭酸ガス35aはロータ105の第1排出口109a側の半面を押圧し、ロータ105はハウジング101に枢着されているため、上記した炭酸ガス35aの膨張力により回転するのである。つまり、排出される炭酸ガス35aは圧力不均衡部P0での爆発的膨張と該圧力不均衡部P0への補給が連続的になされるため爆発的な膨張が持続的になされ、これによりロータ105が回転する。
なお、この膨張排出行程において炭酸ガス35bは排出口119より噴出状態で排出されるので、この排出時の噴出力によりパイプ内を圧送される。
This point will be described in more detail based on FIGS. 19A to 19D. As shown in FIG. 19A, in the state immediately before the expansion / discharge stroke, the expansion (subexpansion) force of the carbon dioxide gas 35a is applied to all surfaces of the primary working chamber 121 and the rotor 155. However, at the moment when the discharge port 119 is “open”, the carbon dioxide gas 35a rapidly flows and jets from the high-pressure primary working chamber 121 toward the low-pressure (atmospheric pressure) opening 119 (FIG. 19B). . When this time looking at the primary working chamber 121, near the discharge port 119 is a pressure imbalance portion P 0 the pressure becomes unbalanced because exposed to atmospheric pressure is formed, the pressure imbalance portion P 0 is carbonate When the gas 35a is ejected, the pressure becomes low, so the carbon dioxide gas 35a of the adjacent layer P 1 moves. Thereby, a relatively low pressure portion is formed in the upper portion L in the primary working chamber 121 (FIG. 19B). Such movement of the carbon dioxide gas 35a is successively performed as shown in FIGS. 19 (C) and 19 (D). Therefore, a low-pressure space L from which carbon dioxide gas 35a has escaped is formed in the upper part of the primary working chamber 121, and the low-pressure space L gradually increases. On the other hand, the pressure imbalance portion P 0 near the discharge port 119 is newly added one after another. Since the carbon dioxide gas 35a moves explosively, the pressure imbalance portion P 0 is always higher than atmospheric pressure. The carbon dioxide gas 35a discharged one after another from the pressure imbalance portion P 0 is explosively expanded when discharged from the discharge port 119, that is, from the position “1” to the position “n”. The discharged carbon dioxide gas 35a presses the half surface of the rotor 105 on the first discharge port 109a side, and the rotor 105 is pivotally attached to the housing 101. Therefore, the carbon dioxide gas 35a is rotated by the expansion force of the carbon dioxide gas 35a. That is, the discharged carbon dioxide gas 35a is continuously expanded explosively because the explosive expansion at the pressure imbalance portion P 0 and the replenishment to the pressure imbalance portion P 0 are continuously performed. The rotor 105 rotates.
In this expansion / discharge process, the carbon dioxide gas 35b is discharged from the discharge port 119 in a jetting state, so that the inside of the pipe is pumped by the jet output at the time of discharge.

次いで図18(B2)に示す膨張排出行程の終了時から図18(C)及び図11(C)に示す大気圧保持行程において、ロータ155のa、b両面とも大気圧となるため、ロータ155は慣性力により回転し図18(D)(図11(D))に示す位置となる。これにより、他面(b面)が作動面となり、今度はロータ155のb面において上記した一連の行程が繰り返されることになる。   Next, in the atmospheric pressure holding process shown in FIGS. 18C and 11C from the end of the expansion / discharge process shown in FIG. 18B2, both the a and b sides of the rotor 155 become atmospheric pressure. Is rotated by the inertial force and becomes the position shown in FIG. 18D (FIG. 11D). As a result, the other surface (b surface) becomes the working surface, and this time, the series of strokes described above is repeated on the b surface of the rotor 155.

かくして始動が終了すると、その後は上記した一連の行程が連続的に繰り返されることにより炭酸ガスエンジンが本格作動することになるのである。   Thus, when the start is completed, the carbon dioxide engine starts full-scale operation by continuously repeating the above-described series of strokes.

図13に示す三面ロータの場合の作動原理も上記と同様であり、炭酸ガス35aの膨張は吸入膨張行程、膨張排出行程及び大気圧保持行程をとり、各行程において上記と同様に作用する。図11に示す二面ロータの場合と異なるのは供給弁125がないことであるが、この供給弁125の機能即ち供給口117の開閉はロータ105の回転位置によって行なうのである。   The operation principle in the case of the three-surface rotor shown in FIG. 13 is also the same as described above, and the expansion of the carbon dioxide gas 35a takes the suction expansion stroke, the expansion discharge stroke, and the atmospheric pressure maintaining stroke, and acts in the same manner as described above in each stroke. The difference from the case of the two-sided rotor shown in FIG. 11 is that there is no supply valve 125, but the function of this supply valve 125, that is, the opening and closing of the supply port 117 is performed according to the rotational position of the rotor 105.

図13に基づき炭酸ガスエンジン1の動きを詳しくみてみる。
図13(A)に示すように、ロータ105の作動面aが吸入膨張行程をする位置にあるとき、高圧状態(例えば40気圧)の炭酸ガス35a(気体)が供給口107より1次作動室111内に供給される。上記炭酸ガス35aは1次作動室111内に供給されると、1気圧の大気圧下に曝されるから、一気にその体積を膨張させる。この膨張は「亜膨張」である。
The movement of the carbon dioxide engine 1 will be described in detail based on FIG.
As shown in FIG. 13A, when the working surface “a” of the rotor 105 is in a position where the suction and expansion stroke is performed, carbon dioxide gas 35a (gas) in a high-pressure state (for example, 40 atm) is supplied from the supply port 107 to the primary working chamber. 111 is supplied. When the carbon dioxide gas 35a is supplied into the primary working chamber 111, the carbon dioxide gas 35a is exposed to an atmospheric pressure of 1 atm. This expansion is “sub-expansion”.

吸入膨張行程では慣性力によりロータ105が押圧されて図13(B)に示す位置に回転する。これにより作動面aは2次作動室112に位置し、排出口109が「開」となるため膨張排出行程となる。ロータ105の回転により排出口109が「開」となった瞬間、即ち排出口109がピンホール状態となると炭酸ガス35aは大気圧になるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス35aの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス35aはロータ105の表面に沿って動き「開」となった排出口109に向かって急激に移動する。よって二面ロータの場合で述べたように、炭酸ガス35aは2次作動室112が大気圧となるので、爆発的に膨張する「連鎖膨張」となり、この排出口109より噴出する。   In the suction / expansion stroke, the rotor 105 is pressed by the inertial force and rotates to the position shown in FIG. As a result, the working surface a is located in the secondary working chamber 112, and the discharge port 109 is "open", so that the expansion and discharge stroke is performed. When the discharge port 109 is “opened” by the rotation of the rotor 105, that is, when the discharge port 109 is in a pinhole state, the carbon dioxide gas 35a becomes atmospheric pressure and expands explosively. At this time, when the movement of the carbon dioxide gas 35a is taken as a center, the expanded carbon dioxide gas 35a moves along the surface of the rotor 105 and moves rapidly toward the discharge port 109 that is "open". Therefore, as described in the case of the two-sided rotor, the carbon dioxide gas 35 a becomes “chain expansion” that explosively expands because the secondary working chamber 112 becomes atmospheric pressure, and is ejected from the discharge port 109.

さらにロータ105が図13(C)に示す位置に回転すると、供給口107と排出口109とがともに「閉」となるので大気圧保持行程となり、上記混合気体を大気圧状態で保持する。   When the rotor 105 further rotates to the position shown in FIG. 13C, both the supply port 107 and the discharge port 109 are “closed”, so that the atmospheric pressure holding process is performed, and the mixed gas is held in the atmospheric pressure state.

ロータ105はさらに回転し図13(A)に示す位置となる。かくして炭酸ガス35aの体積膨張力と慣性力によりハウジング内をロータが連続的に回転するから、これによるエネルギを適宜手段により取り出す。   The rotor 105 further rotates to the position shown in FIG. Thus, the rotor continuously rotates in the housing due to the volume expansion force and inertial force of the carbon dioxide gas 35a, so that the resulting energy is taken out by appropriate means.

次に図20A及び図20Bに基づき五面ロータのロータリ型炭酸ガスエンジンの作動原理を説明する。図20A及び図20Bはロータ105が内室103内で回転するときの位置と炭酸ガスの膨張の様子を模式化した図である。図20AのA1乃至A5は作動面aにおける1回目の膨張エネルギー取出工程を示し、図20BのB1乃至B5は作動面aにおける2回目の膨張エネルギー取出工程を示す。図20AのA1及びA2は吸入膨張行程を示し、このときの炭酸ガスは「亜膨張」の状態となる。図20AのA3及びA4は膨張排出行程を示し、このときの炭酸ガスは「連鎖膨張」の状態となる。図20AのA5は大気圧保持行程を示し、このときの作動室111、112は大気圧(1気圧)となる。また図20BのB1及びB2は吸入膨張行程を示し、このときの炭酸ガスは「亜膨張」の状態となる。図20BのB3及びB4は膨張排出行程を示し、このときの炭酸ガスは「連鎖膨張」の状態となる。図20BのB5は大気圧保持行程を示し、このときの作動室113、114は大気圧(1気圧)となる。これによりロータ105が1回転し他の面(b面)が作動面となる。   Next, the principle of operation of the rotary carbon dioxide engine with a five-sided rotor will be described with reference to FIGS. 20A and 20B. 20A and 20B are diagrams schematically illustrating the position when the rotor 105 rotates in the inner chamber 103 and the state of expansion of the carbon dioxide gas. A1 to A5 in FIG. 20A show the first expansion energy extraction process on the operation surface a, and B1 to B5 in FIG. 20B show the second expansion energy extraction process on the operation surface a. A1 and A2 in FIG. 20A show the suction expansion stroke, and the carbon dioxide gas at this time is in a “sub-expansion” state. A3 and A4 in FIG. 20A show an expansion / discharge process, and the carbon dioxide gas at this time is in a “chain expansion” state. A5 in FIG. 20A indicates an atmospheric pressure maintaining process, and the working chambers 111 and 112 at this time are at atmospheric pressure (1 atm). Further, B1 and B2 in FIG. 20B indicate the suction expansion stroke, and the carbon dioxide gas at this time is in a “sub-expansion” state. B3 and B4 in FIG. 20B indicate an expansion / discharge process, and the carbon dioxide gas at this time is in a “chain expansion” state. B5 in FIG. 20B indicates an atmospheric pressure maintaining process, and the working chambers 113 and 114 at this time are at atmospheric pressure (1 atm). As a result, the rotor 105 rotates once and the other surface (surface b) becomes the working surface.

炭酸ガス35aは初期タンク31又は循環タンク73よりパイプ33を経て高圧状態のまま炭酸ガスエンジン1に供給されるのであるが、この炭酸ガス35aが炭酸ガスエンジン1の内室103に流入されるときの様子を図20A及び図20Bに基づいて説明してみる。   The carbon dioxide gas 35 a is supplied from the initial tank 31 or the circulation tank 73 through the pipe 33 to the carbon dioxide gas engine 1 in a high pressure state. When the carbon dioxide gas 35 a flows into the inner chamber 103 of the carbon dioxide gas engine 1. The state will be described with reference to FIGS. 20A and 20B.

まず始動を図示しないセルスターターにより行ない、ロータ105を強制回転させる。ロータ105が図20AのA1の位置即ち供給口107aが「開」のときは、高圧状態の炭酸ガス35aが第1室111に流入してくる。この炭酸ガス35aは第1室111に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ105が図20AのA2に示すように排出口109aの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス35aの膨張が第1室111の容積の限度内で行われるためである。これを仮りに「亜膨張」と呼ぶ。亜膨張時にロータ105が受ける圧力エネルギーは、ガソリンエンジンにおける場合と同様、a面全体で圧力を受けることになる。つまり図20AのA1及びA2の吸入膨張行程において、炭酸ガス35aは亜膨張エネルギーのストレスを溜め保持した状態で次の膨張排出行程に移行することになる。   First, starting is performed by a cell starter (not shown), and the rotor 105 is forcibly rotated. When the rotor 105 is at the position A1 in FIG. 20A, that is, when the supply port 107a is “open”, the high-pressure carbon dioxide gas 35a flows into the first chamber 111. The carbon dioxide gas 35a starts to expand as soon as it flows into the first chamber 111. This expansion once ends when the rotor 105 reaches the position of the discharge port 109a as shown by A2 in FIG. 20A. This is because the expansion of the carbon dioxide gas 35 a is performed within the limit of the volume of the first chamber 111. This is tentatively called “sub-expansion”. The pressure energy received by the rotor 105 at the time of sub-expansion is received by the entire a-plane as in the gasoline engine. That is, in the intake and expansion strokes A1 and A2 in FIG. 20A, the carbon dioxide gas 35a moves to the next expansion and discharge stroke in a state where the stress of subexpansion energy is accumulated and held.

図20AのA3及びA4の膨張排出行程において、ロータ105の回転により排出口109aが「開」となった瞬間、即ち排出口109aがピンホール状態となると炭酸ガス35aは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス35aの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス35aはロータ105の表面に沿って動き「開」となった排出口109aに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス35aの膨張圧力は吸入膨張行程における場合とは異なり、ロータ105のa面全体に均等にかかるのではなく、ロータ105の排出口109a側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口109aは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス35aが益々排出口109aに向かって急激に移動するため、炭酸ガス35aの膨張による力(これを「膨張力」と呼ぶ)は一層ロータ105の排出口109a側の半面にだけ集中する。この状態は「連鎖膨張」の状態と呼ぶことができ、こうなると炭酸ガス35aは十分に膨張しきり、このためロータ105の排出口109a側の半面には十分な回転モーメントを得ることができ、これによりロータ105は回転する。   In the expansion and discharge strokes of A3 and A4 in FIG. 20A, when the discharge port 109a is "opened" by the rotation of the rotor 105, that is, when the discharge port 109a is in a pinhole state, the carbon dioxide gas 35a becomes atmospheric pressure and explosive. Inflates to. At this time, when the movement of the carbon dioxide gas 35a is taken as the center, the expanded carbon dioxide gas 35a moves along the surface of the rotor 105 and moves rapidly toward the discharge port 109a which is “open”. The expansion pressure of the carbon dioxide gas 35a at this time is not applied evenly to the entire a surface of the rotor 105, but is concentrated only on the half surface of the rotor 105 on the discharge port 109a side, unlike the case of the suction expansion stroke. Accordingly, the discharge port 109a opens more and more, so that the carbon dioxide gas 35a moves more rapidly toward the discharge port 109a, so that the force due to expansion of the carbon dioxide gas 35a (referred to as “expansion force”) is further increased by the rotor 105. It concentrates only on the half surface on the discharge port 109a side. This state can be referred to as a “chain expansion” state, in which case the carbon dioxide gas 35a is sufficiently expanded, so that a sufficient rotational moment can be obtained on the half surface of the rotor 105 on the discharge port 109a side. As a result, the rotor 105 rotates.

この点を図21A(A)乃至(D)に基づきもう少し詳しく説明する。図21A(A)は図20Aの行程A2のA部拡大図、図21A(B)は図20Aの行程A3のB部拡大図、図21A(C)は図20Aの行程A3と行程A4の中間状態を示す拡大図、図21A(D)は図20Aの行程A4のD部拡大図である。図21A(A)に示すように膨張排出行程の直前の状態では炭酸ガス35aの膨張(亜膨張)の力は第1室111及びロータ105のすべての面にかかっている。しかし、排出口109aが「開」となった瞬間、炭酸ガス35aは高圧の第1室111から低圧(大気圧)の開口部分109aに向けて急激に流れ噴出する(図21A(B))。このとき第1室111内をみると、排出口109a付近は大気圧に曝されるので圧力が不均衡となる圧力不均衡部P0が形成され、この圧力不均衡部P0は、炭酸ガス35aが噴出すると低圧となるので、隣接する層P1の炭酸ガス35aが移動してくる。これにより、第1室111内の排出口109aの反対側には比較的に低圧の部分L(図20AのA3に示す)が形成される。このような炭酸ガス35aの移動は図21A(C)及び図21A(D)に示すように次々に連鎖的になされる。よって第1室111には炭酸ガス35aが抜けた低圧空間Lが形成されこの低圧空間Lは徐々に大となり、他方、排出口109a付近の圧力不均衡部P0には次々に新たな炭酸ガス35aが爆発的に移動してくるので、圧力不均衡部P0は大気圧より常に高圧となっている。そして圧力不均衡部P0から次々に排出される炭酸ガス35aは排出口109aより排出されるとき、即ちロータ105が「1」の位置から「n」の位置に至るまで爆発的に膨張するから、排出される炭酸ガス35aはロータ105の第1排出口109a側の半面を押圧し、ロータ105はハウジング101に枢着されているため、上記した炭酸ガス35aの膨張力により回転するのである。つまり、排出される炭酸ガス35aは圧力不均衡部P0での爆発的膨張と該圧力不均衡部P0への補給が連続的になされるため爆発的な膨張が持続的になされ、これによりロータ105が回転する。
なお、ロータ105の回転に伴ない各室の区画が変化しているから、正確に言えば、図20Aの行程A3以降の行程において「111」で示す区画は第1室ではないかもしれないが、便宜上図20Aの行程A3乃至行程A5及び図20Bの行程B1乃至行程B5のいずれも図20Aの行程A1で示した各室の符号を用いることとする。
This point will be described in more detail based on FIGS. 21A (A) to (D). 21A (A) is an enlarged view of part A in step A2 in FIG. 20A, FIG. 21A (B) is an enlarged view of part B in step A3 in FIG. 20A, and FIG. 21A (C) is an intermediate between step A3 and step A4 in FIG. FIG. 21A (D) is an enlarged view showing a state, and is an enlarged view of a portion D in step A4 in FIG. As shown in FIG. 21A (A), in the state immediately before the expansion / discharge process, the expansion (subexpansion) force of the carbon dioxide gas 35a is applied to all surfaces of the first chamber 111 and the rotor 105. However, at the moment when the discharge port 109a is “opened”, the carbon dioxide gas 35a rapidly flows and jets from the high-pressure first chamber 111 toward the low-pressure (atmospheric pressure) opening 109a (FIG. 21A (B)). At this time, when the inside of the first chamber 111 is viewed, the vicinity of the discharge port 109a is exposed to the atmospheric pressure, so that a pressure imbalance portion P 0 in which the pressure is unbalanced is formed, and this pressure imbalance portion P 0 Since the pressure becomes low when 35a is ejected, the carbon dioxide gas 35a of the adjacent layer P 1 moves. Accordingly, a relatively low pressure portion L (shown as A3 in FIG. 20A) is formed on the opposite side of the discharge port 109a in the first chamber 111. Such movement of the carbon dioxide gas 35a is successively performed as shown in FIGS. 21A (C) and 21A (D). Therefore, the low pressure space L from which the carbon dioxide gas 35a has escaped is formed in the first chamber 111, and the low pressure space L gradually increases. On the other hand, new carbon dioxide gas is successively added to the pressure imbalance portion P 0 near the discharge port 109a. Since 35a moves explosively, the pressure imbalance portion P 0 is always higher than atmospheric pressure. And when carbon dioxide 35a discharged one after another from the pressure imbalance portion P 0 is discharged from the discharge port 109a, namely because the rotor 105 expands explosively from the position up to the position of "n", "1" The discharged carbon dioxide gas 35a presses the half surface of the rotor 105 on the first discharge port 109a side, and the rotor 105 is pivotally attached to the housing 101. Therefore, the carbon dioxide gas 35a is rotated by the expansion force of the carbon dioxide gas 35a. That is, the discharged carbon dioxide gas 35a is continuously expanded explosively because the explosive expansion at the pressure imbalance portion P 0 and the replenishment to the pressure imbalance portion P 0 are continuously performed. The rotor 105 rotates.
Since the compartments of the respective chambers change as the rotor 105 rotates, the compartment indicated by “111” in the process after the process A3 in FIG. 20A may not be the first chamber. For convenience, reference numerals of the respective chambers shown in the process A1 in FIG. 20A are used for the processes A3 to A5 in FIG. 20A and the processes B1 to B5 in FIG. 20B.

次いで図20AのA4に示す膨張排出行程の終了時から図20AのA5に示す大気圧保持行程においてロータ105は慣性力により回転し、a面が大気圧の第2室112に移行し、さらに、図20BのB1に示す位置まで回転する。これにより、a面における2回目の膨張エネルギー取出工程となる。   Next, from the end of the expansion / discharge process shown at A4 in FIG. 20A, the rotor 105 rotates by the inertial force in the atmospheric pressure holding process shown at A5 in FIG. 20A, and the a-plane shifts to the second chamber 112 having the atmospheric pressure. It rotates to the position shown to B1 of FIG. 20B. Thereby, it becomes the expansion energy extraction process of the 2nd time in a surface.

即ち、ロータ105が慣性モーメントにより回転しa面が図20BのB1に示す位置のときは供給口107bが「開」であり、高圧状態の炭酸ガス35aが第3室113に流入してくる。この炭酸ガス35aは第3室113に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ105が図20BのB2に示すように排出口109bの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス35aの膨張が第3室113の容積の限度内で行われる「亜膨張」のためである。亜膨張時にロータ105が受ける圧力エネルギーは、ガソリンエンジンにおける場合と同様、a面全体で圧力を受けることになる。つまり図20BのB1及びB2の吸入膨張行程において、炭酸ガス35aは亜膨張エネルギーのストレスを溜め保持した状態で次の膨張排出行程に移行することになる。   That is, when the rotor 105 is rotated by the moment of inertia and the surface a is at the position indicated by B1 in FIG. 20B, the supply port 107b is “open” and the high-pressure carbon dioxide gas 35a flows into the third chamber 113. The carbon dioxide gas 35a starts to expand as soon as it flows into the third chamber 113, but this expansion once ends when the rotor 105 comes to the position of the discharge port 109b as shown by B2 in FIG. 20B. This is due to “sub-expansion” in which the expansion of the carbon dioxide gas 35 a is performed within the limit of the volume of the third chamber 113. The pressure energy received by the rotor 105 at the time of sub-expansion is received by the entire a-plane as in the gasoline engine. That is, in the suction and expansion strokes B1 and B2 in FIG. 20B, the carbon dioxide gas 35a moves to the next expansion and discharge stroke in a state where the stress of subexpansion energy is accumulated and held.

図20BのB3及びB4の膨張排出行程において、ロータ105の回転により排出口109bが「開」となった瞬間、即ち排出口109bがピンホール状態となると炭酸ガス35aは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス35aの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス35aはロータ105の表面に沿って動き「開」となった排出口109bに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス35aの膨張圧力は吸入膨張行程における場合とは異なり、ロータ105のa面全体に均等にかかるのではなく、ロータ105の排出口109b側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口109bは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス35aが益々排出口109bに向かって急激に移動するため、炭酸ガス35aの膨張による力(膨張力)は一層ロータ105の排出口109b側の半面にだけ集中する。この状態は「連鎖膨張」の状態と呼ぶことができ、こうなると炭酸ガス35aは十分に膨張しきり、このためロータ105の排出口109b側の半面には十分な回転モーメントを得ることができ、これによりロータ105は回転する。   In the expansion / discharge process of B3 and B4 in FIG. 20B, when the discharge port 109b is "opened" by the rotation of the rotor 105, that is, when the discharge port 109b is in a pinhole state, the carbon dioxide gas 35a becomes an atmospheric pressure and explosive. Inflates to. At this time, when the movement of the carbon dioxide gas 35a is taken as the center, the expanded carbon dioxide gas 35a moves along the surface of the rotor 105 and moves rapidly toward the discharge port 109b that is "open". The expansion pressure of the carbon dioxide gas 35a at this time is not applied evenly to the entire a surface of the rotor 105, but is concentrated only on the half surface of the rotor 105 on the discharge port 109b side, unlike the case of the suction expansion stroke. Therefore, the discharge port 109b opens more and more, and the carbon dioxide gas 35a moves more rapidly toward the discharge port 109b. Therefore, the force (expansion force) due to the expansion of the carbon dioxide gas 35a is further increased on the discharge port 109b side of the rotor 105. Concentrate only on one side. This state can be referred to as a “chain expansion” state, in which case the carbon dioxide gas 35a is fully expanded, so that a sufficient rotational moment can be obtained on the half surface of the rotor 105 on the discharge port 109b side. As a result, the rotor 105 rotates.

この点を図21B(E)乃至図21B(H)に基づきもう少し詳しく説明する。図21B(E)は図20Bの行程B2のE部拡大図、図21B(F)は図20Bの行程B3のF部拡大図、図21B(G)は図20Bの行程B3と行程B4の中間状態を示す拡大図、図21B(H)は図20Bの行程B4のH部拡大図である。図21B(E)に示すように膨張排出行程の直前の状態では炭酸ガス35aの膨張(亜膨張)の力は第3室113及びロータ105のすべての面にかかっている。しかし、排出口109bが「開」となった瞬間、炭酸ガス35aは高圧の第3室113から低圧(大気圧)の開口部分109bに向けて急激に流れ噴出する(図21B(F))。このとき第3室113内をみると、排出口109b付近は大気圧に曝されるので圧力が不均衡となる圧力不均衡部P0が形成され、この圧力不均衡部P0は、炭酸ガス35aが噴出すると低圧となるので、隣接する層P1の炭酸ガス35aが移動してくる。これにより、第3室113内の排出口109bの反対側は比較的に低圧の部分L(図20BのB3に示す)が形成される。このような炭酸ガス35aの移動は図21B(G)及び図21B(H)に示すように次々に連鎖的になされる。よって第3室113には炭酸ガス35aが抜けた低圧空間Lが形成されこの低圧空間Lは徐々に大となり、他方、排出口109b付近の圧力不均衡部P0には次々に新たな炭酸ガス35aが爆発的に移動してくるので、圧力不均衡部P0は大気圧より常に高圧となっている。そして圧力不均衡部P0から次々に排出される炭酸ガス35aは排出口109bより排出されるとき、即ちロータ105が「1」の位置から「n」の位置に至るまで爆発的に膨張するから、排出される炭酸ガス35aはロータ105の第2排出口109b側の半面を押圧し、ロータ105はハウジング101に枢着されているため、上記した炭酸ガス35aの膨張力により回転するのである。つまり、排出される炭酸ガス35aは圧力不均衡部P0での爆発的膨張と該圧力不均衡部P0への補給が連続的になされるため爆発的な膨張が持続的になされ、これによりロータ105が回転する。 This point will be described in more detail based on FIGS. 21B (E) to 21B (H). 21B (E) is an enlarged view of portion E in step B2 in FIG. 20B, FIG. 21B (F) is an enlarged view of portion F in step B3 in FIG. 20B, and FIG. 21B (G) is an intermediate between steps B3 and B4 in FIG. An enlarged view showing the state, FIG. 21B (H) is an enlarged view of a portion H in the process B4 of FIG. 20B. As shown in FIG. 21B (E), in the state immediately before the expansion / discharge process, the expansion (sub-expansion) force of the carbon dioxide gas 35a is applied to all surfaces of the third chamber 113 and the rotor 105. However, at the moment when the discharge port 109b is “opened”, the carbon dioxide gas 35a rapidly flows out from the high-pressure third chamber 113 toward the low-pressure (atmospheric pressure) opening portion 109b (FIG. 21B (F)). At this time, when the inside of the third chamber 113 is viewed, the vicinity of the discharge port 109b is exposed to the atmospheric pressure, so that a pressure imbalance portion P 0 in which the pressure is unbalanced is formed, and this pressure imbalance portion P 0 Since the pressure becomes low when 35a is ejected, the carbon dioxide gas 35a of the adjacent layer P 1 moves. Accordingly, a relatively low pressure portion L (shown as B3 in FIG. 20B) is formed on the opposite side of the discharge port 109b in the third chamber 113. Such movement of the carbon dioxide gas 35a is successively performed as shown in FIGS. 21B (G) and 21B (H). Therefore, the low pressure space L from which the carbon dioxide gas 35a has escaped is formed in the third chamber 113, and the low pressure space L gradually increases. On the other hand, new carbon dioxide gas is successively added to the pressure imbalance portion P 0 near the discharge port 109b. Since 35a moves explosively, the pressure imbalance portion P 0 is always higher than atmospheric pressure. And when carbon dioxide 35a discharged one after another from the pressure imbalance portion P 0 is discharged from the discharge port 109b, i.e. from the rotor 105 expands explosively from the position up to the position of "n", "1" The discharged carbon dioxide gas 35a presses the half surface of the rotor 105 on the second discharge port 109b side, and the rotor 105 is pivotally attached to the housing 101. Therefore, the rotor 105 is rotated by the expansion force of the carbon dioxide gas 35a. That is, the discharged carbon dioxide gas 35a is continuously expanded explosively because the explosive expansion at the pressure imbalance portion P 0 and the replenishment to the pressure imbalance portion P 0 are continuously performed. The rotor 105 rotates.

次いで図20BのB4に示す膨張排出行程の終了時から図20BのB5に示す大気圧保持行程においてロータ105は慣性力により回転し、a面が大気圧の第4室114に移行する。これにより、他面(b面)が第1供給口107a「開」の位置となり作動面となるので、今度はロータ105のb面において上記した一連の行程が繰り返されることになる。   Next, from the end of the expansion / discharge stroke shown in B4 of FIG. 20B, the rotor 105 rotates by the inertial force in the atmospheric pressure holding stroke shown in B5 of FIG. 20B, and the a-plane shifts to the fourth chamber 114 having the atmospheric pressure. As a result, the other surface (surface b) becomes the position of the first supply port 107a “open” and becomes the operating surface, so that the series of steps described above is repeated on the surface b of the rotor 105.

その後は上記した一連の行程が連続的に繰り返されることにより炭酸ガスエンジンが作動することになるのである。   After that, the carbon dioxide engine is operated by continuously repeating the series of steps described above.

そしてb面においても上記したと同様の行程を経て炭酸ガスによる2回の膨張エネルギーを取り出す。さらにロータ105が回転し、c面乃至e面においても上記したと同様の行程を経て炭酸ガスによる2回の膨張エネルギーを取り出す。また本実施例においてはロータ105は位相をずらせて2個連接されているため、作動面a〜eにおける上記行程はロータ105Aの作動面a〜eとロータ105Bの作動面a〜eがそれぞれ連続して行われる。よってエンジン出力が増大するとともに、出力の円滑性が確保される。   And also in b surface, the expansion energy of carbon dioxide twice is taken out through the same process as described above. The rotor 105 further rotates, and the expansion energy of carbon dioxide gas is extracted twice through the same process as described above on the c-plane to e-plane. Further, in the present embodiment, since the two rotors 105 are connected in phase with each other, the operation surfaces a to e of the operation surfaces a to e are continuous with the operation surfaces a to e of the rotor 105A and the operation surfaces a to e of the rotor 105B. Done. Therefore, the engine output increases and the smoothness of the output is ensured.

次に七面ロータのロータリ型炭酸ガスエンジンの作動原理を図22A乃至図22Cに基づき説明する。図22A乃至図22Cはロータ105が内室103内で回転するときの位置と炭酸ガスの膨張の様子を模式化した図である。図22AのA1乃至A5は作動面aにおける1回目の膨張エネルギー取出工程を示し、図22BのB1乃至B5は作動面aにおける2回目の膨張エネルギー取出工程を示し、図22CのC1乃至C5は作動面aにおける3回目の膨張エネルギー取出工程を示す。図22AのA1及びA2は吸入膨張行程を示し、このときの炭酸ガスは「亜膨張」の状態となる。図22AのA3及びA4は膨張排出行程を示し、このときの炭酸ガスは「連鎖膨張」の状態となる。図22AのA5は大気圧保持行程を示し、このときの作動室111、112は大気圧(1気圧)となる。また図22BのB1及びB2は吸入膨張行程を示し、このときの炭酸ガスは「亜膨張」の状態となる。図22BのB3及びB4は膨張排出行程を示し、このときの炭酸ガスは「連鎖膨張」の状態となる。図22BのB5は大気圧保持行程を示し、このときの作動室113、114は大気圧(1気圧)となる。さらに図22CのC1及びC2は吸入膨張行程を示し、このときの炭酸ガスは「亜膨張」の状態となる。図22CのC3及びC4は膨張排出行程を示し、このときの炭酸ガスは「連鎖膨張」の状態となる。図22CのC5は大気圧保持行程を示し、このときの作動室115、116は大気圧(1気圧)となる。これによりロータ105が1回転し他の面(b面)が作動面となる。   Next, the operating principle of a rotary carbon dioxide engine with a seven-sided rotor will be described with reference to FIGS. 22A to 22C. 22A to 22C are diagrams schematically illustrating the position when the rotor 105 rotates in the inner chamber 103 and the state of expansion of the carbon dioxide gas. A1 to A5 in FIG. 22A show the first expansion energy extraction process on the operation surface a, B1 to B5 in FIG. 22B show the second expansion energy extraction process on the operation surface a, and C1 to C5 in FIG. 22C show the operation. The expansion energy extraction process of the 3rd time in the surface a is shown. A1 and A2 in FIG. 22A show the suction expansion stroke, and the carbon dioxide gas at this time is in a “sub-expansion” state. A3 and A4 in FIG. 22A indicate the expansion / discharge process, and the carbon dioxide gas at this time is in a “chain expansion” state. A5 in FIG. 22A shows an atmospheric pressure maintaining process, and the working chambers 111 and 112 at this time are at atmospheric pressure (1 atm). Further, B1 and B2 in FIG. 22B indicate the suction expansion stroke, and the carbon dioxide gas at this time is in a “sub-expansion” state. B3 and B4 in FIG. 22B indicate an expansion / discharge process, and the carbon dioxide gas at this time is in a “chain expansion” state. B5 in FIG. 22B indicates an atmospheric pressure maintaining process, and the working chambers 113 and 114 at this time are at atmospheric pressure (1 atm). Further, C1 and C2 in FIG. 22C indicate the suction expansion stroke, and the carbon dioxide gas at this time is in a “sub-expansion” state. C3 and C4 in FIG. 22C indicate an expansion / discharge process, and the carbon dioxide gas at this time is in a “chain expansion” state. C5 in FIG. 22C indicates an atmospheric pressure maintaining process, and the working chambers 115 and 116 at this time are at atmospheric pressure (1 atm). As a result, the rotor 105 rotates once and the other surface (surface b) becomes the working surface.

炭酸ガス35aは初期タンク31又は循環タンク73よりパイプ33を経て高圧状態のまま炭酸ガスエンジン1に供給されるのであるが、この炭酸ガス35aが炭酸ガスエンジン1の内室103に流入されるときの様子を図22A乃至図22Cに基づいて説明してみる。   The carbon dioxide gas 35 a is supplied from the initial tank 31 or the circulation tank 73 through the pipe 33 to the carbon dioxide gas engine 1 in a high pressure state. When the carbon dioxide gas 35 a flows into the inner chamber 103 of the carbon dioxide gas engine 1. The situation will be described with reference to FIGS. 22A to 22C.

まず始動を図示しないセルスターターにより行ない、ロータ105を強制回転させる。ロータ105が図22AのA1の位置即ち供給口107aが「開」のときは、高圧状態の炭酸ガス35aが第1室111に流入してくる。この炭酸ガス35aは第1室111に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ105が図22AのA2に示すように排出口109aの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス35aの膨張が第1室111の容積の限度内で行われる「亜膨張」のためである。亜膨張時にロータ105が受ける圧力エネルギーは、ガソリンエンジンにおける場合と同様、a面全体で圧力を受けることになる。つまり図22AのA1及びA2の吸入膨張行程において、炭酸ガス35aは亜膨張エネルギーのストレスを溜め保持した状態で次の膨張排出行程に移行することになる。   First, starting is performed by a cell starter (not shown), and the rotor 105 is forcibly rotated. When the rotor 105 is at the position A1 in FIG. 22A, that is, when the supply port 107a is “open”, the high-pressure carbon dioxide gas 35a flows into the first chamber 111. The carbon dioxide gas 35a starts to expand as soon as it flows into the first chamber 111. This expansion once ends when the rotor 105 comes to the position of the discharge port 109a as indicated by A2 in FIG. 22A. This is because of the “sub-expansion” in which the expansion of the carbon dioxide gas 35 a is performed within the limit of the volume of the first chamber 111. The pressure energy received by the rotor 105 at the time of sub-expansion is received by the entire a-plane as in the gasoline engine. That is, in the intake and expansion strokes A1 and A2 in FIG. 22A, the carbon dioxide gas 35a moves to the next expansion and discharge stroke in a state where the stress of subexpansion energy is accumulated and held.

図22AのA3及びA4の膨張排出行程において、ロータ105の回転により排出口109aが「開」となった瞬間、即ち排出口109aがピンホール状態となると炭酸ガス35aは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス35aの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス35aはロータ105の表面に沿って動き「開」となった排出口109aに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス35aの膨張圧力は吸入膨張行程における場合とは異なり、ロータ105のa面全体に均等にかかるのではなく、ロータ105の排出口109a側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口109aは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス35aが益々排出口109aに向かって急激に移動するため、炭酸ガス35aの膨張による力(膨張力)は一層ロータ105の排出口109a側の半面にだけ集中する。この状態は「連鎖膨張」の状態と呼ぶことができ、こうなると炭酸ガス35aは十分に膨張しきり、このためロータ105の排出口109a側の半面には十分な回転モーメントを得ることができ、これによりロータ105は回転する。詳細については五面ロータで述べた通りであるので省略する。   In the expansion and discharge strokes of A3 and A4 in FIG. 22A, when the discharge port 109a is "opened" by the rotation of the rotor 105, that is, when the discharge port 109a is in a pinhole state, the carbon dioxide gas 35a becomes atmospheric pressure and explosive. Inflates to. At this time, when the movement of the carbon dioxide gas 35a is taken as the center, the expanded carbon dioxide gas 35a moves along the surface of the rotor 105 and moves rapidly toward the discharge port 109a which is “open”. The expansion pressure of the carbon dioxide gas 35a at this time is not applied evenly to the entire a surface of the rotor 105, but is concentrated only on the half surface of the rotor 105 on the discharge port 109a side, unlike the case of the suction expansion stroke. Accordingly, the discharge port 109a opens more and more, so that the carbon dioxide gas 35a moves more rapidly toward the discharge port 109a, so that the force (expansion force) due to the expansion of the carbon dioxide gas 35a is further increased on the discharge port 109a side of the rotor 105. Concentrate only on one side. This state can be referred to as a “chain expansion” state, in which case the carbon dioxide gas 35a is sufficiently expanded, so that a sufficient rotational moment can be obtained on the half surface of the rotor 105 on the discharge port 109a side. As a result, the rotor 105 rotates. Details are the same as those described for the five-sided rotor, and will be omitted.

なお、ロータ105の回転に伴ない各室の区画が変化しているから、五面ロータで述べたように正確に言えば、図22Aの行程A3以降の行程において「111」で示す区画は第1室ではないかもしれないが、便宜上図22Aの行程A3乃至行程A5、図22Bの行程B1乃至行程B5及び図22Cの行程C1乃至行程C5のいずれも図22Aの行程A1で示した各室の符号を用いることとする。   Since the compartments of the respective chambers change with the rotation of the rotor 105, the compartment indicated by “111” in the stroke after the stroke A3 in FIG. Although it may not be one room, for the sake of convenience, the processes A3 to A5 in FIG. 22A, the processes B1 to B5 in FIG. 22B and the processes C1 to C5 in FIG. 22C are all shown in the process A1 in FIG. 22A. A code is used.

次いで図22AのA4に示す膨張排出行程の終了時から図22AのA5に示す大気圧保持行程においてロータ105は慣性力により回転し、a面が大気圧の第2室112に移行し、さらに、図22BのB1に示す位置まで回転する。これにより、a面における2回目の膨張エネルギー取出工程となる。   Next, from the end of the expansion / discharge process shown in A4 of FIG. 22A, in the atmospheric pressure holding process shown in A5 of FIG. 22A, the rotor 105 rotates due to the inertial force, and the a-plane moves to the second chamber 112 having the atmospheric pressure, It rotates to the position shown in B1 of FIG. 22B. Thereby, it becomes the expansion energy extraction process of the 2nd time in a surface.

即ち、ロータ105が慣性モーメントにより回転しa面が図22BのB1に示す位置のときは供給口107bが「開」であり、高圧状態の炭酸ガス35aが第3室113に流入してくる。この炭酸ガス35aは第3室113に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ105が図22BのB2に示すように排出口109bの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス35aの膨張が第3室113の容積の限度内で行われる「亜膨張」のためである。亜膨張時にロータ105が受ける圧力エネルギーは、ガソリンエンジンにおける場合と同様、a面全体で圧力を受けることになる。つまり図22BのB1及びB2の吸入膨張行程において、炭酸ガス35aは亜膨張エネルギーのストレスを溜め保持した状態で次の膨張排出行程に移行することになる。   That is, when the rotor 105 is rotated by the moment of inertia and the surface a is at the position indicated by B1 in FIG. 22B, the supply port 107b is “open” and the high-pressure carbon dioxide gas 35a flows into the third chamber 113. The carbon dioxide gas 35a starts to expand as soon as it flows into the third chamber 113, but this expansion once ends when the rotor 105 reaches the position of the discharge port 109b as shown by B2 in FIG. 22B. This is due to “sub-expansion” in which the expansion of the carbon dioxide gas 35 a is performed within the limit of the volume of the third chamber 113. The pressure energy received by the rotor 105 at the time of sub-expansion is received by the entire a-plane as in the gasoline engine. That is, in the suction and expansion strokes B1 and B2 in FIG. 22B, the carbon dioxide gas 35a moves to the next expansion and discharge stroke in a state where the stress of subexpansion energy is accumulated and held.

図22BのB3及びB4の膨張排出行程において、ロータ105の回転により排出口109bが「開」となった瞬間、即ち排出口109bがピンホール状態となると炭酸ガス35aは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス35aの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス35aはロータ105の表面に沿って動き「開」となった排出口109bに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス35aの膨張圧力は吸入膨張行程における場合とは異なり、ロータ105のa面全体に均等にかかるのではなく、ロータ105の排出口109b側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口109bは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス35aが益々排出口109bに向かって急激に移動するため、炭酸ガス35aの膨張による力(膨張力)は一層ロータ105の排出口109b側の半面にだけ集中する。この状態は「連鎖膨張」の状態と呼ぶことができ、こうなると炭酸ガス35aは十分に膨張しきり、このためロータ105の排出口109b側の半面には十分な回転モーメントを得ることができ、これによりロータ105は回転する。この点についての詳細も前述の通りであるので省略する。   In the expansion / discharge process of B3 and B4 in FIG. 22B, when the discharge port 109b is "opened" by the rotation of the rotor 105, that is, when the discharge port 109b is in a pinhole state, the carbon dioxide gas 35a becomes an atmospheric pressure and explosive. Inflates. At this time, when the movement of the carbon dioxide gas 35a is taken as the center, the expanded carbon dioxide gas 35a moves along the surface of the rotor 105 and moves rapidly toward the discharge port 109b that is "open". The expansion pressure of the carbon dioxide gas 35a at this time is not applied evenly to the entire a surface of the rotor 105, but is concentrated only on the half surface of the rotor 105 on the discharge port 109b side, unlike the case of the suction expansion stroke. Therefore, the discharge port 109b opens more and more, and the carbon dioxide gas 35a moves more rapidly toward the discharge port 109b. Therefore, the force (expansion force) due to the expansion of the carbon dioxide gas 35a is further increased on the discharge port 109b side of the rotor 105. Concentrate only on one side. This state can be referred to as a “chain expansion” state, in which case the carbon dioxide gas 35a is fully expanded, so that a sufficient rotational moment can be obtained on the half surface of the rotor 105 on the discharge port 109b side. As a result, the rotor 105 rotates. Details of this point are also the same as described above, and will be omitted.

次いで図22BのB4に示す膨張排出行程の終了時から図22BのB5に示す大気圧保持行程においてロータ105は慣性力により回転し、a面が大気圧の第4室114に移行し、さらに、図22CのC1に示す位置まで回転する。これにより、a面における3回目の膨張エネルギー取出工程となる。   Next, from the end of the expansion / discharge stroke shown in B4 of FIG. 22B, in the atmospheric pressure holding stroke shown in B5 of FIG. 22B, the rotor 105 rotates due to the inertial force, and the a-plane moves to the fourth chamber 114 having the atmospheric pressure. It rotates to the position shown to C1 of FIG. 22C. This is the third expansion energy extraction step on the a-plane.

即ち、ロータ105が慣性モーメントにより回転しa面が図22CのC1に示す位置のときは供給口107cが「開」であり、高圧状態の炭酸ガス35aが第3室113に流入してくる。この炭酸ガス35aは第5室115に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ105が図22CのC2に示すように排出口109cの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス35aの膨張が第5室115の容積の限度内で行われる「亜膨張」のためである。亜膨張時にロータ105が受ける圧力エネルギーは、ガソリンエンジンにおける場合と同様、a面全体で圧力を受けることになる。つまり図22CのC1及びC2の吸入膨張行程において、炭酸ガス35aは亜膨張エネルギーのストレスを溜め保持した状態で次の膨張排出行程に移行することになる。   That is, when the rotor 105 is rotated by the moment of inertia and the surface a is at the position indicated by C1 in FIG. 22C, the supply port 107c is “open”, and the high-pressure carbon dioxide gas 35a flows into the third chamber 113. The carbon dioxide gas 35a starts to expand as soon as it flows into the fifth chamber 115, but this expansion once ends when the rotor 105 comes to the position of the discharge port 109c as indicated by C2 in FIG. 22C. This is due to “sub-expansion” in which the expansion of the carbon dioxide gas 35 a is performed within the limit of the volume of the fifth chamber 115. The pressure energy received by the rotor 105 at the time of sub-expansion is received by the entire a-plane as in the gasoline engine. That is, in the suction and expansion strokes C1 and C2 in FIG. 22C, the carbon dioxide gas 35a moves to the next expansion and discharge stroke in a state where the stress of subexpansion energy is accumulated and held.

図22CのC3及びC4の膨張排出行程において、ロータ105の回転により排出口109cが「開」となった瞬間、即ち排出口109cがピンホール状態となると炭酸ガス35aは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス35aの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス35aはロータ105の表面に沿って動き「開」となった排出口109cに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス35aの膨張圧力は吸入膨張行程における場合とは異なり、ロータ105のa面全体に均等にかかるのではなく、ロータ105の排出口109c側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口109cは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス35aが益々排出口109cに向かって急激に移動するため、炭酸ガス35aの膨張による力(膨張力)は一層ロータ105の排出口109c側の半面にだけ集中する。この状態は「連鎖膨張」の状態と呼ぶことができ、こうなると炭酸ガス35aは十分に膨張しきり、このためロータ105の排出口109c側の半面には十分な回転モーメントを得ることができ、これによりロータ105は回転する。この点についての詳細も上記と同様であるので省略する。   In the expansion and discharge strokes of C3 and C4 in FIG. 22C, when the discharge port 109c is "opened" by the rotation of the rotor 105, that is, when the discharge port 109c is in a pinhole state, the carbon dioxide gas 35a becomes an atmospheric pressure and explosive. Inflates to. At this time, when the movement of the carbon dioxide gas 35a is taken as the center, the expanded carbon dioxide gas 35a moves along the surface of the rotor 105 and moves rapidly toward the discharge port 109c that is "open". The expansion pressure of the carbon dioxide gas 35a at this time is not applied evenly to the entire a surface of the rotor 105, but is concentrated only on the half surface of the rotor 105 on the discharge port 109c side, unlike the case of the suction expansion stroke. Accordingly, the discharge port 109c opens more and more, so that the carbon dioxide gas 35a rapidly moves toward the discharge port 109c. Therefore, the force (expansion force) due to the expansion of the carbon dioxide gas 35a is further increased on the discharge port 109c side of the rotor 105. Concentrate only on one side. This state can be referred to as a “chain expansion” state, in which case the carbon dioxide gas 35a is fully expanded, so that a sufficient rotational moment can be obtained on the half surface of the rotor 105 on the discharge port 109c side. As a result, the rotor 105 rotates. Details of this point are also the same as described above, and will be omitted.

次いで図22CのC4に示す膨張排出行程の終了時から図22CのC5に示す大気圧保持行程においてロータ105は慣性力により回転し、a面が大気圧の第6室116に移行する。これにより、他面(b面)が第1供給口107a「開」の位置となり作動面となるので、今度はロータ105のb面において上記した一連の行程が繰り返されることになる。   Next, from the end of the expansion / discharge process shown at C4 in FIG. 22C, the rotor 105 rotates by inertial force in the atmospheric pressure holding process shown at C5 in FIG. 22C, and the a-plane shifts to the sixth chamber 116 having the atmospheric pressure. As a result, the other surface (surface b) becomes the position of the first supply port 107a “open” and becomes the operating surface, so that the series of steps described above is repeated on the surface b of the rotor 105.

その後は上記した一連の行程が連続的に繰り返されることにより炭酸ガスエンジンが作動することになるのである。   After that, the carbon dioxide engine is operated by continuously repeating the series of steps described above.

そしてb面においても上記したと同様の行程を経て炭酸ガスによる3回の膨張エネルギーを取り出す。さらにロータ105が回転し、c面乃至g面においても上記したと同様の行程を経て炭酸ガスによる3回の膨張エネルギーを取り出す。また本実施例においてはロータ105は位相をずらせて2個連接されているため、作動面a〜gにおける上記行程はロータ105Aの作動面a〜gとロータ105Bの作動面a〜gがそれぞれ連続して行われる。よってエンジン出力が増大するとともに、出力の円滑性が確保される。   And also in b surface, the expansion energy by carbon dioxide gas is taken out through the same process as described above. Further, the rotor 105 is rotated, and the expansion energy by the carbon dioxide gas is extracted three times through the same process as described above in the c-plane to the g-plane. Further, in this embodiment, since the two rotors 105 are connected with a phase shift, the operation surfaces a to g of the operation surfaces a to g are continuously connected to the operation surfaces a to g of the rotor 105A and the operation surfaces a to g of the rotor 105B. Done. Therefore, the engine output increases and the smoothness of the output is ensured.

図17に示すレシプロ型炭酸ガスエンジンの場合の作動原理も上記と同様であり、炭酸ガス35aの膨張は吸入膨張行程、膨張排出行程及び大気圧保持行程をとり、各行程において上記と同様に作用する。ピストン7の下降により吸入膨張行程となり、内室9内は「亜膨張」となる。続いて排出口11の「開」の開始から図17(C)に示す「全開」を経て排出口11の「開」の終了まで膨張排出行程が続き、高圧状態の炭酸ガス35aが大気圧に曝され爆発的に膨張する「連鎖膨張」となる。続いてピストンの上昇による排出口11の「閉」となるまで大気圧保持行程となる。この連鎖膨張の膨張力によりピストン7が作動する。   The operating principle in the case of the reciprocating carbon dioxide engine shown in FIG. 17 is also the same as described above, and the expansion of the carbon dioxide gas 35a takes the suction expansion stroke, the expansion / discharge stroke, and the atmospheric pressure holding stroke, and acts in the same manner as above in each stroke. To do. As the piston 7 descends, the suction and expansion stroke occurs, and the inside of the inner chamber 9 becomes “sub-expansion”. Subsequently, the expansion and discharge process continues from the start of “open” of the discharge port 11 to the end of “open” of the discharge port 11 through “full open” shown in FIG. 17 (C), and the high-pressure carbon dioxide gas 35a reaches atmospheric pressure. It becomes “chain expansion” which is explosively expanded when exposed. Subsequently, the atmospheric pressure holding process is performed until the discharge port 11 is “closed” due to the rising of the piston. The piston 7 is operated by the expansion force of this chain expansion.

図17に基づき炭酸ガスエンジン1の動きを詳しくみてみる。まず、図示しないスタータモータにより、カム21を回転させる。するとカム21に連動してピストン7が図17(A)に示すように下降するとともに、カム21により供給弁15が押圧される。すると図17(B)に示すように、スプリング19の付勢力に抗して供給弁15が「開」となる。このときピストン7は上死点Uに位置している。次いでカム21がさらに回転すると、回転後すぐに供給弁15の押圧が解除されるから、供給弁15はスプリング19の付勢力により「閉」となる。図17(C)はピストン7が下死点Dまで下降した状態を示す。   The movement of the carbon dioxide engine 1 will be described in detail based on FIG. First, the cam 21 is rotated by a starter motor (not shown). Then, in conjunction with the cam 21, the piston 7 is lowered as shown in FIG. 17A, and the supply valve 15 is pressed by the cam 21. Then, as shown in FIG. 17B, the supply valve 15 is “opened” against the urging force of the spring 19. At this time, the piston 7 is located at the top dead center U. Next, when the cam 21 further rotates, the supply valve 15 is released from being pressed immediately after the rotation, so that the supply valve 15 is “closed” by the urging force of the spring 19. FIG. 17C shows a state where the piston 7 is lowered to the bottom dead center D.

この上死点Uから下死点Dに移行する過程を詳しくみる。供給弁15が「閉」となると、密室内では高圧状態(例えば40気圧)で供給された炭酸ガス35a(気体)は、内室9という限られた空間内において1気圧の大気圧下に曝されるからその体積を膨張させる。この膨張は「亜膨張」である。この体積膨張による力はピストン7に伝動され、ピストン7を下降させるとともに、この力はクランクシャフト25の一端に固着されているフライホイール27にも伝動する。ピストン7が下死点Dに達すると、フライホイール27に伝動している上記力に起因する慣性力によりピストン7は上昇過程に移行する。   The process of shifting from the top dead center U to the bottom dead center D will be described in detail. When the supply valve 15 is “closed”, the carbon dioxide gas 35a (gas) supplied in a high-pressure state (for example, 40 atm) in the closed chamber is exposed to an atmospheric pressure of 1 atm in the limited space of the inner chamber 9. So it expands its volume. This expansion is “sub-expansion”. The force due to the volume expansion is transmitted to the piston 7 to lower the piston 7 and this force is also transmitted to the flywheel 27 fixed to one end of the crankshaft 25. When the piston 7 reaches the bottom dead center D, the piston 7 shifts to an ascending process due to the inertial force resulting from the force transmitted to the flywheel 27.

図17(C)に示すように下死点D時において内室9の排出口11は「開」となるので、ピストン7の押下げに与った炭酸ガス35aは、大気圧となるとき爆発的に膨張する「連鎖膨張」となり、排出口11より噴出する。この連鎖膨張の膨張力によりピストン7が作動する。次いで上昇過程に移行したピストン7の上死点U時においては大気圧となったすべての炭酸ガス35bが排気される。   As shown in FIG. 17C, the discharge port 11 of the inner chamber 9 is “open” at the bottom dead center D, so that the carbon dioxide gas 35a applied to the depression of the piston 7 is explosive when the atmospheric pressure is reached. It becomes “chain expansion” which expands to the outlet 11 and is ejected from the discharge port 11. The piston 7 is operated by the expansion force of this chain expansion. Next, at the top dead center U of the piston 7 that has shifted to the ascending process, all the carbon dioxide gas 35b that has become atmospheric pressure is exhausted.

かくして、炭酸ガス35aの体積膨張力と上記慣性力とにより、ピストン7は上記した下降過程及び上昇過程を連続的に繰り返す。よって、炭酸ガスエンジンのピストン7は連続的に往復動するから、これによるエネルギを適宜手段により取り出す。   Thus, the piston 7 continuously repeats the descending process and the ascending process by the volume expansion force of the carbon dioxide gas 35a and the inertial force. Therefore, since the piston 7 of the carbon dioxide engine continuously reciprocates, the energy generated thereby is taken out by appropriate means.

ここで従来のガソリンエンジンと原理の対比をしてみる。
従来のガソリンエンジンは〈1〉吸入行程、〈2〉圧縮行程、〈3〉燃焼行程及び排気行程の4行程が必要であるが、本願発明による炭酸ガスエンジンは上記〈3〉燃焼行程が不要であり、〈2〉圧縮行程についてはあってもなくてもよいのである。本願発明による炭酸ガスエンジンの行程は、〈a〉吸入膨張行程、〈b〉膨張排出行程及び〈c〉大気圧保持行程である。またエンジン特性についてみれば、従来のガソリンエンジン(内燃機関)の燃焼膨張は一過性エネルギーであるのに対し、本願発明による炭酸ガスエンジン(内圧機関)は連続膨張エネルギーである。このようなエネルギー特性の違いにより、従来のガソリンエンジンでは各行程が明瞭に区別できるのであるが、本願発明による炭酸ガスエンジンの各行程は連続している。
よって従来のガソリンエンジンと本願発明による炭酸ガスエンジンとは原理が全然異なり、ガソリンエンジンに適用される理論をそのまま本願発明による炭酸ガスエンジンに適用することはできないのである。
Let's compare the principle with a conventional gasoline engine.
The conventional gasoline engine requires four strokes of <1> intake stroke, <2> compression stroke, <3> combustion stroke and exhaust stroke, but the carbon dioxide engine according to the present invention does not require the above <3> combustion stroke. Yes, <2> The compression stroke may or may not be present. The strokes of the carbon dioxide engine according to the present invention are <a> intake expansion stroke, <b> expansion / discharge stroke, and <c> atmospheric pressure maintaining stroke. Regarding engine characteristics, combustion expansion of a conventional gasoline engine (internal combustion engine) is transient energy, whereas a carbon dioxide engine (internal pressure engine) according to the present invention has continuous expansion energy. Due to the difference in energy characteristics, each stroke of the conventional gasoline engine can be clearly distinguished, but each stroke of the carbon dioxide engine according to the present invention is continuous.
Therefore, the principle is completely different between the conventional gasoline engine and the carbon dioxide engine according to the present invention, and the theory applied to the gasoline engine cannot be directly applied to the carbon dioxide engine according to the present invention.

上記の点をもう少し具体的に見てみる。ガソリンエンジンは爆発燃焼時の瞬間エネルギを利用するため、ロータ面にかかる均等圧力をロータの結合部分を中心軸より偏心させて楕円に回転方向性を与えている。空気と燃料の圧縮行程は必ず必要であり、ロータを偏心させ内室の容積変化を起こさせるためにシリンダを楕円構成とするのである。
これに対し、本願発明による炭酸ガスエンジンにおいては圧縮行程は必ずしも必要でなく、図示実施例に示すようになくてもよいのである。これは、本願発明においてはガソリンエンジンのように燃焼のための空気と燃料との圧縮行程が不要であるので、大気圧保持行程より吸入膨張行程に移行するとすぐに「亜膨張」となり、ロータの先端が排出口を切った瞬間高圧状態の炭酸ガスが爆発的に膨張する「連鎖膨張」を起こすからである。この結果、排出口119、109側のロータの半面に膨張圧力が集中し、これによりロータが回転するのである。このように、従来のガソリンエンジンと本願発明による炭酸ガスエンジンとは原理が全然相違するのである。
Let's take a closer look at the above points. Since the gasoline engine uses instantaneous energy at the time of explosion combustion, the equal pressure applied to the rotor surface is decentered from the coupling portion of the rotor from the central axis to give the ellipse rotational directionality. The compression stroke of air and fuel is indispensable, and the cylinder has an elliptical configuration in order to cause the rotor to be eccentric and to change the volume of the inner chamber.
On the other hand, in the carbon dioxide gas engine according to the present invention, the compression stroke is not necessarily required, and may not be as shown in the illustrated embodiment. This is because, in the present invention, unlike the gasoline engine, the compression stroke of air and fuel for combustion is not necessary, so that the sub-expansion is immediately performed when the intake pressure expansion stroke is shifted from the atmospheric pressure holding stroke. This is because the high-pressure carbon dioxide gas causes a “chain expansion” that explosively expands at the moment when the tip cuts off the discharge port. As a result, the expansion pressure concentrates on the half surface of the rotor on the discharge ports 119 and 109 side, and the rotor rotates accordingly. Thus, the principle is completely different between the conventional gasoline engine and the carbon dioxide engine according to the present invention.

このように原理が相違する結果、炭酸ガスエンジンの態様も次のように相違することになる。まず、三面ロータについては、従来のガソリンエンジンはシリンダが楕円構成でなければならず、正円構成のシリンダとすることができない。また二面ロータについても、従来のガソリンエンジンはシリンダが楕円構成でなければならず、正円構成のシリンダとすることができない。その理由は前述したように、ガソリンエンジンは爆発燃焼時の瞬間エネルギを利用するため、ロータ面にかかる均等圧力を偏心させて回転方向性を与える必要があるからであり、また吸入、圧縮時の作動室の容積変化が必要だからである。
これに対し、本願発明においては、圧縮行程が不要であるから、三面ロータ、二面ロータともにシリンダは楕円構成であっても正円構成であってもよく、いずれでもロータは回転するのである。
As a result of the difference in principle, the aspect of the carbon dioxide engine is also different as follows. First, regarding the three-sided rotor, the conventional gasoline engine must have an elliptical cylinder, and cannot be a circular cylinder. As for the two-sided rotor, the conventional gasoline engine must have an elliptical cylinder, and cannot be a circular cylinder. The reason for this is that, as described above, the gasoline engine uses instantaneous energy at the time of explosion combustion, and therefore it is necessary to decenter the uniform pressure applied to the rotor surface to provide rotational directionality. This is because it is necessary to change the volume of the working chamber.
On the other hand, in the present invention, since the compression stroke is not necessary, the cylinder may be an elliptical configuration or a perfect circular configuration for both the three-surface rotor and the two-surface rotor, and the rotor rotates in either case.

本願発明による発電システムは上記した循環式内圧機関により発電機を作動し発電するシステムである。この場合、炭酸ガスエンジン1は出力の大なる大規模のものが用いられる。また炭酸ガス圧縮部も大量の炭酸ガスを容易迅速に処理できるよう3段以上の多段にするのが望ましい。   The power generation system according to the present invention is a system that generates power by operating a generator by the above-described circulating internal pressure engine. In this case, a large-scale carbon dioxide engine 1 having a large output is used. Also, it is desirable that the carbon dioxide compression section has three or more stages so that a large amount of carbon dioxide can be easily and quickly processed.

ここで炭酸ガス35について詳しく説明する。炭酸ガス(二酸化炭素 CO2)は次のような物理的性状を有する。
空気との比重 1.529
毒性 無
臭 無臭
性状 不燃性
分子量 44.01
三重点(0.53MPa) −56.6℃
沸点(昇華) −78.5℃
臨界温度 31.1℃
臨界圧 7.38MPa
熱力学的性質 図23の通り
Here, the carbon dioxide gas 35 will be described in detail. Carbon dioxide (carbon dioxide CO 2 ) has the following physical properties.
Specific gravity with air 1.529
Toxicity Odorless Odorless Property Nonflammability Molecular weight 44.01
Triple point (0.53 MPa) -56.6 ° C
Boiling point (sublimation) -78.5 ° C
Critical temperature 31.1 ℃
Critical pressure 7.38 MPa
Thermodynamic properties As shown in FIG.

また炭酸ガスは物の燃焼や動物の呼吸、有機物の腐敗、発酵等に伴って発生し、空気中に普通に存在する。一方で植物は炭酸ガスを吸収し炭素同化作用を営む。   Carbon dioxide is generated with burning of animals, respiration of animals, decay of organic substances, fermentation, etc., and is normally present in the air. On the other hand, plants absorb carbon dioxide and perform carbon assimilation.

本願発明はこのような物理的性状を有する炭酸ガスの不活性、常温液化性及び高度の体積膨張性に着目し、これを最大限に活用する。   The present invention pays attention to the inertness of carbon dioxide gas having such physical properties, room temperature liquefaction property, and high volume expansion property, and makes maximum use of this.

ここで炭酸ガス35aの膨張率、即ち炭酸ガス35aにより取り出されるエネルギの大きさについてみる。密室たる内室9、1次作動室111、121内に供給される炭酸ガス35aが常温(25℃)の場合、該炭酸ガス35aの圧力は図23より6.432MPa(64.32気圧)であるから、大気圧(1気圧)の内室9、1次作動室111、121内にあるピストン7、ロータ105、155には64.32倍の圧力がかかる。よって理論上約64倍の運動エネルギを取り出すことが可能となる。   Here, the expansion rate of the carbon dioxide gas 35a, that is, the magnitude of energy extracted by the carbon dioxide gas 35a will be considered. When the carbon dioxide gas 35a supplied into the inner chamber 9, which is a closed chamber 9, and the primary working chambers 111 and 121 is at room temperature (25 ° C.), the pressure of the carbon dioxide gas 35a is 6.432 MPa (64.32 atmospheres) from FIG. Therefore, the pressure of 64.32 times is applied to the piston 7 and the rotors 105 and 155 in the inner chamber 9 and the primary working chambers 111 and 121 at atmospheric pressure (1 atm). Therefore, theoretically, about 64 times as much kinetic energy can be extracted.

このエネルギと従来の内燃機関の代表としてガソリンエンジンから取り出されるエネルギとを比較する。   This energy is compared with the energy extracted from a gasoline engine as a representative of a conventional internal combustion engine.

(オープン条件化でのガソリン燃焼)
ガソリンの分子表記は難しいため、ガソリンの平均分子量に比較的近い炭化水素であるオクタン(C818)をガソリンの組成と見なして計算する。オクタンの物理的性状は次の通りである。
化学式 C818
比重 d=0.7
分子量 M=114.0
燃焼熱 10200kcal/kg=10200×114/1000×4.186≒4868kJ/mol
(Gasoline combustion under open conditions)
Since the molecular notation of gasoline is difficult, octane (C 8 H 18 ), which is a hydrocarbon relatively close to the average molecular weight of gasoline, is calculated as the gasoline composition. The physical properties of octane are as follows.
Chemical formula C 8 H 18
Specific gravity d = 0.7
Molecular weight M = 114.0
Combustion heat 10200kcal / kg = 10200 × 114/1000 × 4.186 ≒ 4868kJ / mol

オクタンの燃焼反応式は(1)式の通りである。

Figure 0004147563
(1)式よりオクタン1molが燃焼すると空気中の酸素を取り込みながら17molのガスが発生する。 The combustion reaction formula of octane is as shown in equation (1).
Figure 0004147563
From the formula (1), when 1 mol of octane burns, 17 mol of gas is generated while taking in oxygen in the air.

(ガス比容V0の計算)
生成ガスを理想気体として仮定しているので、標準状態で1molの占める容積は22.4lとなる。従って、ガス比容V0は(1)式から

Figure 0004147563
となる。 (Calculation of gas specific volume V 0 )
Since the product gas is assumed to be an ideal gas, the volume occupied by 1 mol in the standard state is 22.4 l. Therefore, the gas specific volume V 0 is obtained from the equation (1).
Figure 0004147563
It becomes.

(燃焼温度T1の計算)
爆発温度T1を求めるには、生成ガスのモル数、発熱量、生成ガスの定容比熱が必要となる。ここでは、定容比熱のみ不明であるが、TNTのような火薬類と同じとしてみる。
(Calculation of the combustion temperature T 1)
In order to obtain the explosion temperature T 1 , the number of moles of the product gas, the calorific value, and the constant volume specific heat of the product gas are required. Here, only constant volume specific heat is unknown, but it is assumed that it is the same as explosives such as TNT.

爆発温度T1は(2)式によって求めることができる。

Figure 0004147563
なお、生成ガスの平均定容比熱が約40J/℃として知られていることについては、日本火薬工業会、「一般火薬学新改訂第2版」、P18(2005)参照。 The explosion temperature T 1 can be obtained by equation (2).
Figure 0004147563
As for the fact that the average constant volume specific heat of the product gas is known as about 40 J / ° C., refer to the Japan Explosives Manufacturers Association, “General Explosives New Revision 2nd Edition”, P18 (2005).

(2)式より爆発温度T1

Figure 0004147563
従って
Figure 0004147563
From equation (2), the explosion temperature T 1 is
Figure 0004147563
Therefore
Figure 0004147563

つまり、1kgのオクタンは、爆発すると7430(K)(約7100℃)で、90900(l)を占める。反応前の容積は1000/0.7=1430(ml)であるから、反応前の温度を0℃とした場合の膨張率は

Figure 0004147563
となる。 In other words, 1 kg of octane occupies 90900 (l) at 7430 (K) (about 7100 ° C.) when exploded. Since the volume before the reaction is 1000 / 0.7 = 1430 (ml), the expansion rate when the temperature before the reaction is 0 ° C. is
Figure 0004147563
It becomes.

しかしながら上記値は、火薬と同じ爆発状態を想定しているため現実以上に爆発温度が高くなっている。現実的には、爆発温度が1500K程度であり、また燃焼に空気が十分ないと反応が進まない。よって、現実には酸素が不足するためTNT火薬のようには反応が起きないのである。   However, since the above value assumes the same explosion state as the explosive, the explosion temperature is higher than actual. Actually, the reaction does not proceed unless the explosion temperature is about 1500K and there is not enough air for combustion. Therefore, in reality, since oxygen is insufficient, the reaction does not occur like TNT explosives.

(空気を考慮したガス比容)
そこで空気を考慮したオクタンの燃焼反応式を考える。(1)式で必要な酸素は12.5molであり、空気の組成を酸素21%、窒素79%とすると、それに伴う窒素は
12.5mol×(79/21)=47.0mol
となる。したがって、燃焼反応式は

Figure 0004147563
となる。 (Gas specific volume considering air)
Therefore, let us consider the combustion reaction formula of octane considering air. The necessary oxygen in the formula (1) is 12.5 mol. If the composition of air is 21% oxygen and 79% nitrogen, the accompanying nitrogen is 12.5 mol × (79/21) = 47.0 mol.
It becomes. Therefore, the combustion reaction equation is
Figure 0004147563
It becomes.

オクタン1molが燃焼すると空気中の酸素を取り込みながら合計17molのガスが発生し、燃焼に与らない窒素47.0molが存在する。   When 1 mol of octane burns, a total of 17 mol of gas is generated while taking in oxygen in the air, and there is 47.0 mol of nitrogen that does not affect combustion.

生成ガスを理想気体と仮定しているので、標準状態で1molの占める容積は22.4lとなる。したがって、ガス比容V0は(3)式から、

Figure 0004147563
となる。 Since the product gas is assumed to be an ideal gas, the volume occupied by 1 mol in the standard state is 22.4 l. Therefore, the gas specific volume V 0 is obtained from the equation (3):
Figure 0004147563
It becomes.

(空気を考慮した燃焼温度T1の計算)
燃焼温度T1を求めるには、生成ガスのモル数、発熱量、生成ガスの定容比熱が必要となる。ここでは、定容比熱のみ不明であるが、TNTのような火薬類と同じとしてみる。燃焼温度T1は次式によって求めることができる。

Figure 0004147563
(Calculation of combustion temperatures T 1 Considering air)
In order to obtain the combustion temperature T 1 , the number of moles of the product gas, the calorific value, and the constant volume specific heat of the product gas are required. Here, only constant volume specific heat is unknown, but it is assumed that it is the same as explosives such as TNT. The combustion temperature T 1 can be obtained by the following equation.
Figure 0004147563

(4)式より爆発温度T1

Figure 0004147563
従って、
Figure 0004147563
From equation (4), the explosion temperature T 1 is
Figure 0004147563
Therefore,
Figure 0004147563

つまり1kgのオクタンは空気の初期体積を考慮すると、瞬間的に燃焼したとして、2175(K)(約1900℃)で100185(l)を占める。反応前の容積は
(12.5+47)×22.4+1/0.7=1334(l)であるから、反応前の温度を0℃とした場合の膨張率は100185/1334≒75倍となる。ただし上記値は実際上は燃焼中に熱が周囲に逸散するので、燃焼温度はさらに低くなる筈である。
That is, considering the initial volume of air, 1 kg of octane occupies 100185 (l) at 2175 (K) (about 1900 ° C.), assuming that it burned instantaneously. Since the volume before the reaction is (12.5 + 47) × 22.4 + 1 / 0.7 = 1334 (l), the expansion rate when the temperature before the reaction is 0 ° C. is 100185 / 1334≈75 times. However, the above values should actually further reduce the combustion temperature because heat is dissipated to the surroundings during combustion.

(ガソリンエンジン内の燃焼)
燃費10km/l、排気量2000cc、平均速度40km/h、平均回転数2000rpm/minの自動車のガソリンエンジンを考える。上記ガソリンエンジンは1時間あたりでは4(l)のガソリンを消費する。また、上記ガソリンエンジンは2000rpm/minであるので、2000×2×60(ストローク/h)となる。また、上記エンジンのボアストロークが直径86mm、ストローク86mmよりシリンダ室内の容積は
S=(8.6)×(4.3)2×π=500(cm3
となる。
(Combustion in gasoline engine)
Consider an automobile gasoline engine with a fuel consumption of 10km / l, displacement of 2000cc, average speed of 40km / h, and average speed of 2000rpm / min. The gasoline engine consumes 4 (l) of gasoline per hour. Further, since the gasoline engine is 2000 rpm / min, it becomes 2000 × 2 × 60 (stroke / h). Further, since the bore stroke of the engine is 86 mm in diameter and the stroke is 86 mm, the volume in the cylinder chamber is S = (8.6) × (4.3) 2 × π = 500 (cm 3 )
It becomes.

これは1ストロークあたりでは
4000(ml)/(2000×2×60)=1/60(ml)
のガソリンを消費し、そのときの燃焼ガスは500(cm3)になる。
This is 4000 (ml) / (2000 x 2 x 60) = 1/60 (ml) per stroke
Of gasoline is consumed, and the combustion gas at that time becomes 500 (cm 3 ).

次に、圧縮比からこのエンジンの行程を解析してみる。
圧縮比は一般的な乗用車エンジンでは「9」前後である。燃焼室容積をVb(ml)とすると、圧縮比=(Vb+500)/Vbであるので、9Vb=Vb+500となり、これを解くと
Vb=62.5(ml)となる。
Next, let's analyze the stroke of this engine from the compression ratio.
The compression ratio is around “9” in a general passenger car engine. If the combustion chamber volume is Vb (ml), the compression ratio = (Vb + 500) / Vb, so 9Vb = Vb + 500, and when this is solved, Vb = 62.5 (ml).

以上を詳細を省いて簡単にまとめると、
62.5(ml)の燃焼室と500(ml)のシリンダ室に1/60(ml)(=16.7×10-3(ml)=1.025×10-4(mol)のガソリンが空気約560(ml)(酸素5.25×10-3(mol)と窒素19.75×10-3(mol))と一緒に吸い込まれ(1気圧)、9倍に圧縮されたガソリンと空気(9気圧)に点火される。(3)式から消費される酸素は
1.025×10-4×12.5=1.281×10-3
である。したがって、残りの酸素と窒素は、それぞれ
(5.25−1.28)×10-3=1.97×10-3(mol)、19.75×10-3(mol)
となる。
Summarizing the above without the details,
Gasoline of 1/60 (ml) (= 16.7 x 10 -3 (ml) = 1.025 x 10 -4 (mol) of gasoline in the combustion chamber of 62.5 (ml) and the cylinder chamber of 500 (ml) About 560 (ml) of air (oxygen 5.25 × 10 −3 (mol) and nitrogen 19.75 × 10 −3 (mol)) inhaled together (1 atm), compressed gasoline and air 9 times It is ignited at (9 atmospheres), and the oxygen consumed from equation (3) is
1.025 × 10 -4 × 12.5 = 1.281 × 10 -3
It is. Therefore, the remaining oxygen and nitrogen are (5.25-1.28) × 10 −3 = 1.97 × 10 −3 (mol) and 19.75 × 10 −3 (mol), respectively.
It becomes.

また、発生するガスと熱量は、
2O:1.025×10-4×9=9.225×10-4(mol)
CO2:1.025×10-4×8=8.200×10-4(mol)
Q=1.025×10-4×4868=0.499kJ
である。
The generated gas and heat quantity are
H 2 O: 1.025 × 10 −4 × 9 = 9.225 × 10 −4 (mol)
CO 2 : 1.025 × 10 −4 × 8 = 8.200 × 10 −4 (mol)
Q = 1.025 x 10 -4 x 4868 = 0.499 kJ
It is.

燃焼温度T1を求めるには、前記のように生成ガスのモル数、発熱量、生成ガスの定容比熱が必要となる。ここでは、定容比熱のみ不明であるが、TNTのような火薬類と同じとしてみる。燃焼温度T1は前記のように次式によって求めることができる。

Figure 0004147563
In order to obtain the combustion temperature T 1 , as described above, the number of moles of product gas, the calorific value, and the constant volume specific heat of the product gas are required. Here, only constant volume specific heat is unknown, but it is assumed that it is the same as explosives such as TNT. As described above, the combustion temperature T 1 can be obtained by the following equation.
Figure 0004147563

(4’)より燃焼温度T1

Figure 0004147563
From (4 '), the combustion temperature T 1 is
Figure 0004147563

つまり、2000ccのエンジンでは瞬間的に燃焼したとして、805(K)(約532℃)で23.5×10-3(mol)(=9.225×10-4+8.200×10-4+19.7×10-4+197.5×10-4)のガスが、62.5(ml)を占める。 In other words, it is assumed that the 2000 cc engine burned instantaneously, and at 805 (K) (about 532 ° C.), 23.5 × 10 −3 (mol) (= 9.225 × 10 −4 + 8.200 × 10 −4 +19) 7 × 10 −4 + 197.5 × 10 −4 ) gas occupies 62.5 (ml).

このときの、圧力P1を計算してみると、理想気体として状態方程式から

Figure 0004147563
である。 When calculating the pressure P 1 at this time, the ideal gas is
Figure 0004147563
It is.

最後に、この高温高圧のガスがシリンダを押し下げる膨張行程で9倍に膨張すると、
10=一定であるから、9倍に膨張したときの圧力P2
2=P1/9=24.8/9=2.7(atm)
となる。
Finally, when this high temperature and high pressure gas expands 9 times in the expansion stroke that pushes down the cylinder,
Since P 1 V 0 = constant, the pressure P 2 when expanded 9 times is P 2 = P 1 /9=24.8/9=2.7 (atm)
It becomes.

このように従来のガソリンエンジンより取り出すエネルギの大きさは、この場合約25倍程度である。   In this case, the amount of energy extracted from the conventional gasoline engine is about 25 times in this case.

よって本願発明による炭酸ガスエンジンから取り出されるエネルギは従来の内燃機関から取り出されるエネルギと比較し、同程度以上である。とくに、上記実施例(25℃のとき64倍の例)及び上記比較例(25倍の例)に限って言えば、従来に比し2.5倍のエネルギを得ることができる。   Therefore, the energy extracted from the carbon dioxide engine according to the present invention is equal to or higher than the energy extracted from the conventional internal combustion engine. In particular, 2.5 times the energy can be obtained as compared with the conventional example (64 times at 25 ° C.) and the comparative example (25 times example).

このように本願発明によるエネルギの発生は燃料の燃焼を伴わないから、燃料資源に起因する資源の枯渇や排気ガスによる公害問題を惹起することがなく安全であり、完全なクリーンエネルギを得ることができる。また、炭酸ガスを生じることがないので、炭酸ガスの増加を防止することができ、温暖化現象の防止に寄与することができる。しかも取り出されるエネルギは上記のようにガソリンエンジンと同等程度以上であるから、エネルギの実行性も担保される。   Thus, since the generation of energy according to the present invention does not involve combustion of fuel, it is safe without causing depletion of resources caused by fuel resources and pollution problems due to exhaust gas, and it is possible to obtain complete clean energy. it can. Further, since no carbon dioxide is generated, an increase in carbon dioxide can be prevented, which can contribute to prevention of a warming phenomenon. Moreover, since the extracted energy is equal to or higher than that of the gasoline engine as described above, the energy executability is also ensured.

本願発明による循環式内圧機関によれば、密室(内室9、103、123)の圧縮比に影響されず、供給される炭酸ガス35aの圧力は一定(例えば常温(25℃)の場合約64倍)である。またタンク乃至ボンベに収納される炭酸ガス35aは最後の1molまで有効に使用可能である。よって、エネルギの取出効率が大変よい。   According to the circulating internal pressure engine according to the present invention, the pressure of the supplied carbon dioxide gas 35a is constant (for example, about 64 at normal temperature (25 ° C.) without being affected by the compression ratio of the closed chamber (inner chambers 9, 103, 123). Times). The carbon dioxide gas 35a stored in the tank or cylinder can be used effectively up to the last 1 mol. Therefore, the energy extraction efficiency is very good.

上記エネルギの取出しにおいて、循環回路を構成することにより排出された炭酸ガスを回収して再利用するから、エネルギ効率を非常に増大することができる。   In the extraction of the energy, the carbon dioxide gas discharged by configuring the circulation circuit is recovered and reused, so that the energy efficiency can be greatly increased.

また、炭酸ガス35aの常温液化性及び高度の体積膨張性により、密室(内室9、103、123)の設計が容易となる。さらに炭酸ガス35aの不活性により、例えば水素ガスや酸素ガスより遙かに扱い易く、制御性が大である。よって高度の実用性を有する。   Moreover, the design of the closed chamber (inner chambers 9, 103, 123) is facilitated by the room temperature liquefaction and high volume expansion of the carbon dioxide gas 35a. Furthermore, due to the inertness of the carbon dioxide gas 35a, it is much easier to handle than, for example, hydrogen gas or oxygen gas, and the controllability is great. Therefore, it has a high degree of practicality.

炭酸ガス35の体積膨張率と温度とは相関関係にあり、内室9、103、123、1次作動室111、121内に供給されている高圧状態の炭酸ガス35aは上記加熱部56による加熱により一層体積が膨張するから、炭酸ガスエンジンの仕事率は一層向上する。   The volume expansion coefficient of the carbon dioxide gas 35 and the temperature are correlated, and the high-pressure carbon dioxide gas 35 a supplied into the inner chambers 9, 103, 123, and the primary working chambers 111, 121 is heated by the heating unit 56. As a result, the volume of the carbon dioxide engine is further improved.

この点につき、図23及びボイル・シャルルの法則により内室9、103、123、1次作動室111、121内に供給される炭酸ガス35aの圧力を具体的に算出してみる。   In this regard, the pressure of the carbon dioxide gas 35a supplied into the inner chambers 9, 103, 123, and the primary working chambers 111, 121 will be specifically calculated according to FIG. 23 and Boyle-Charles' law.

ボイル・シャルルの法則は一定量の気体ではPV/Tは常に一定の値となるという法則で、

Figure 0004147563
の式により表わす。炭酸ガス35aは初期タンク31からパイプ33を経由して大気圧(25℃)・気体状態にて上記内室9、103、123に供給されるから、内室9、103、123の内圧は内室9、103、123が50℃に加熱される場合次の如く算出される。ただし、内室9、103、123の容量を20ccとする。
Figure 0004147563
Boyle-Charles' law is that PV / T always has a constant value for a certain amount of gas.
Figure 0004147563
This is expressed by the following formula. Since the carbon dioxide gas 35a is supplied from the initial tank 31 via the pipe 33 to the inner chambers 9, 103, 123 in the atmospheric pressure (25 ° C.) / Gas state, the inner pressure of the inner chambers 9, 103, 123 is the internal pressure. When the chambers 9, 103, and 123 are heated to 50 ° C., calculation is performed as follows. However, the capacity of the inner chambers 9, 103, 123 is 20 cc.
Figure 0004147563

また内室9、103、123、1次作動室111、121が100℃に加熱される場合、内室9、103、123、1次作動室111、121の内圧は次の算出値となる。

Figure 0004147563
When the inner chambers 9, 103, 123 and the primary working chambers 111 and 121 are heated to 100 ° C., the internal pressures of the inner chambers 9, 103, 123 and the primary working chambers 111 and 121 are calculated as follows.
Figure 0004147563

よって内室9、103、123、1次作動室111、121が加熱部56により加熱されると炭酸ガスエンジン1の仕事率は一層向上する。   Therefore, when the inner chambers 9, 103, 123 and the primary working chambers 111, 121 are heated by the heating unit 56, the work rate of the carbon dioxide gas engine 1 is further improved.

本願発明は上記した実施例に限定されない。例えば、「膨張力」を得るために炭酸ガスを常圧化する手段として前記のように種々あり、第1実施例のような軸受部からの大気接触による、いわばエンジンの内部からの常圧化タイプ、第2乃至第4実施例のようないわばエンジンの外部からの常圧化タイプがある。さらにはこれら実施例の組み合わせ、例えば図9示のような実施例等がある。本願発明に係る炭酸ガスエンジンは高圧状態で供給される炭酸ガスが「亜膨張」、「連鎖膨張」及び「大気圧保持」の3行程を連続的に経ることにより炭酸ガスの膨張エネルギを取り出し、排出される大気圧の炭酸ガスを回収する循環回路を有することに特徴があるのであり、いわば従来のガソリンエンジンで用いられる燃料に相当する圧料(炭酸ガス)の再生利用が可能であればよいからである。   The present invention is not limited to the embodiments described above. For example, as described above, there are various means for normalizing carbon dioxide gas in order to obtain “expansion force”, and so-called normal pressure from the inside of the engine by atmospheric contact from the bearing portion as in the first embodiment. There is a so-called normal pressure type from the outside of the engine as in the second to fourth embodiments. Further, there are combinations of these embodiments, for example, an embodiment as shown in FIG. The carbon dioxide gas engine according to the present invention takes out the expansion energy of the carbon dioxide gas by continuously passing through the three steps of “sub-expansion”, “chain expansion” and “maintain atmospheric pressure” when the carbon dioxide gas supplied in a high pressure state is It is characterized by having a circulation circuit that collects carbon dioxide gas discharged at atmospheric pressure, so to speak, it is only necessary to be able to recycle the pressure material (carbon dioxide gas) corresponding to the fuel used in conventional gasoline engines. Because.

また、炭酸ガスエンジン1から排出される炭酸ガス35bの回収経路34B内での送出は第1実施例のように炭酸ガス自体の噴出力を利用するタイプ、第3実施例のようにポンプ61を利用するタイプ、第4実施例のように両者の併用タイプがある。   Further, the carbon dioxide gas 35b discharged from the carbon dioxide engine 1 is sent out in the recovery path 34B using the jet output of the carbon dioxide gas itself as in the first embodiment, and the pump 61 as in the third embodiment. There are a type to be used and a combination type of both, as in the fourth embodiment.

加熱部(56)の設置は任意であるが、設置する場合その設置部位は、高圧状態の炭酸ガス35aが炭酸ガスエンジン1に供給される前に加熱される部位であれば、必ずしも供給系経路34Aのパイプ接続の中に設けられなくてもよい。例えば、炭酸ガスエンジン1自体に加熱部(137)を設けてもよい。図24はそのような場合を例示したものである。   The installation of the heating unit (56) is optional, but when it is installed, if the installation site is a site that is heated before the high-pressure carbon dioxide gas 35a is supplied to the carbon dioxide engine 1, the supply system path is not necessarily provided. It may not be provided in the pipe connection of 34A. For example, the heating unit (137) may be provided in the carbon dioxide engine 1 itself. FIG. 24 illustrates such a case.

図24において、ハウジング101はアルミニウム合金製のハウジングカバー139にて一体に被覆され、シリンダ本体の側壁の外側に中空体からなる加熱部137を設ける。上記ハウジングカバー139の側壁には熱風供給口141及び熱風排出口143が開口され、夫々、加熱部137を加熱するための熱風40aを供給する熱風供給パイプ145、加熱部137の加熱を終了した熱風40bを排出するための熱風排出パイプ147が連結される。上記熱風供給パイプ145、上記熱風排出パイプ147は別に設ける圧縮機149に循環可能に連結される。   In FIG. 24, the housing 101 is integrally covered with an aluminum alloy housing cover 139, and a heating portion 137 made of a hollow body is provided outside the side wall of the cylinder body. A hot air supply port 141 and a hot air discharge port 143 are opened in the side wall of the housing cover 139. The hot air supply pipe 145 that supplies the hot air 40a for heating the heating unit 137 and the hot air that has finished heating the heating unit 137, respectively. A hot air discharge pipe 147 for discharging 40b is connected. The hot air supply pipe 145 and the hot air discharge pipe 147 are connected to a compressor 149 provided separately so as to be circulated.

また、図1の回路において炭酸ガスエンジン1を図24に示すような加熱部137を有するエンジン1に置換することも可能である。かかる場合、エンジンシリンダを構成する金属製の各部やエンジンオイルへの低温による悪影響を排除する利益がある。   In the circuit of FIG. 1, the carbon dioxide engine 1 can be replaced with an engine 1 having a heating unit 137 as shown in FIG. In such a case, there is an advantage of eliminating the adverse effects caused by low temperatures on the metal parts constituting the engine cylinder and the engine oil.

炭酸ガス圧縮部の多段化は、前機による吸引と後機による圧送とのセットとし、両者の相乗作用により炭酸ガスの圧縮処理能力を炭酸ガスの量に応じて容易に増大させる趣旨であるから、所望の出力に応じて、例えば図25(A)、(B)に示すように炭酸ガス圧縮部69a、69b、69cを3個以上の多段にすることができる。もちろん所望の大出力を得られるのであれば、単一機であることを妨げない。   The multi-stage carbon dioxide gas compression unit is a set of suction by the front machine and pressure feed by the rear machine, and the purpose is to easily increase the compression processing capacity of the carbon dioxide gas according to the amount of carbon dioxide gas by the synergistic action of both. Depending on the desired output, for example, as shown in FIGS. 25A and 25B, the carbon dioxide gas compression units 69a, 69b, and 69c can be provided in three or more stages. Of course, as long as a desired large output can be obtained, it is not disturbed that it is a single machine.

また複数個の炭酸ガス圧縮部の相互の接続は、例えば図25(A)に示すように直列接続はもとより、例えば図25(B)に示すように並列接続にすることもできる。   Further, the plurality of carbon dioxide compression units can be connected not only in series as shown in FIG. 25 (A), but also in parallel as shown in FIG. 25 (B), for example.

また1次炭酸ガス圧縮部69a及び2次炭酸ガス圧縮部69bの駆動力は、その1として、上記実施例で述べた大気圧に曝され連鎖膨張し排出される炭酸ガスの噴出力及びベルト58a、58bにより伝動される炭酸ガスエンジン1からの駆動力、その2として前者(炭酸ガスの噴出力)のみの駆動力、その3として後者(ベルト58a、58bにより伝動される炭酸ガスエンジン1からの駆動力)のみの駆動力の3パターンがある。つまり、ベルト58a、58bにより伝動される炭酸ガスエンジン1からの駆動力は場合によりあってもなくてもよい。   The driving force of the primary carbon dioxide compression unit 69a and the secondary carbon dioxide compression unit 69b is, as its first example, the jet output of the carbon dioxide gas that is exposed to the atmospheric pressure described above in the above-described embodiment and is exhausted through chain expansion, and the belt 58a. , 58b, the driving force from the carbon dioxide engine 1 transmitted as part 2, the driving force only for the former (carbon dioxide jet output), and the third as the latter (from the carbon dioxide engine 1 transmitted by the belts 58a, 58b). There are three patterns of driving force only. That is, the driving force from the carbon dioxide engine 1 transmitted by the belts 58a and 58b may or may not be present.

炭酸ガス圧縮部69bと循環タンク73の間に他の循環タンク(図示せず)を設け、循環タンクを1次と2次に分けると、炭酸ガスエンジン1制御のための炭酸ガス35aの流量調整が円滑になることが期待され望ましい。   If another circulation tank (not shown) is provided between the carbon dioxide compression section 69b and the circulation tank 73 and the circulation tank is divided into the primary and secondary, the flow rate adjustment of the carbon dioxide gas 35a for controlling the carbon dioxide engine 1 is performed. Is expected to be smooth.

初期始動を循環タンク73の残溜分より取り出し、初期タンク31を設けないこととしてもよい。   The initial start may be taken out from the remaining amount of the circulation tank 73 and the initial tank 31 may not be provided.

炭酸ガス圧縮部による加圧は、温度等の外部環境によって適宜に選択され、必ずしも常温で液化しない程度の圧力、例えば20気圧位乃至40気圧位でも可能である。ちなみに、例えば水素ガスの場合、常温液化性を有しないから、この程度の冷却では液化しない。   The pressurization by the carbon dioxide compression unit is appropriately selected depending on the external environment such as temperature, and can be performed at a pressure that does not necessarily liquefy at room temperature, for example, about 20 to 40 atmospheres. Incidentally, hydrogen gas, for example, does not have liquefiability at room temperature, so it does not liquefy with this degree of cooling.

供給系のパイプの中を流れる炭酸ガスは、気体と粉体としてのドライアイスの混合又は液体の状態での送給もあり得る。どの相をとるかは現場の気圧、温度等の条件による。   Carbon dioxide flowing through the pipe of the supply system may be mixed with dry ice as a gas and powder or supplied in a liquid state. Which phase is taken depends on conditions such as atmospheric pressure and temperature at the site.

循環式内圧機関及び発電システムを構成する炭酸ガスエンジン1の種類は任意である。また炭酸ガスエンジン1を構成する素材も鉄その他適宜に選択することができる。   The type of the carbon dioxide engine 1 constituting the circulation internal pressure engine and the power generation system is arbitrary. Moreover, the material which comprises the carbon dioxide engine 1 can also be suitably selected, such as iron.

レシプロ型炭酸ガスエンジンの場合、内室9に設ける供給弁15は、図示例とは反対に、内室9を外側から供給弁15の弁蓋により閉塞または開放するようにしてもよい。また供給弁15の設置はシリンダ本体5の側壁であってもよい。さらにカム機構は他の公知のものも適用可能であり、例えばスプリングを要しないカム機構も考えられる。   In the case of a reciprocating carbon dioxide engine, the supply valve 15 provided in the inner chamber 9 may be closed or opened from the outside by the valve lid of the supply valve 15, contrary to the illustrated example. The supply valve 15 may be installed on the side wall of the cylinder body 5. Further, other known cam mechanisms can be applied, and for example, a cam mechanism that does not require a spring is also conceivable.

回収経路34B中の冷却部57の構成は任意であり、図1のような構成であっても図3のような構成であってもよい。   The configuration of the cooling unit 57 in the collection path 34B is arbitrary, and may be the configuration as shown in FIG. 1 or the configuration as shown in FIG.

ポンプ61の設置は任意的である。   Installation of the pump 61 is optional.

取り出したエネルギの適用は任意であり、発電機の駆動乃至発電はもちろん、例えば自動車、電車、航空機、船舶等の駆動、モータの駆動等をすることができる。   Application of the extracted energy is arbitrary, and driving of a generator or power generation, as well as driving of an automobile, train, aircraft, ship, etc., driving of a motor, etc. can be performed.

本願発明において「高圧」とは、炭酸ガスエンジンを作動せしめるに十分な圧力の程度を指称し、常温で液化する70気圧位はもちろん、それより低い例えば20気圧程度乃至40気圧程度とか60気圧程度も含む。また「大気圧」と「常圧」とは同義で用いている。   In the present invention, “high pressure” refers to the level of pressure sufficient to operate the carbon dioxide engine, and is of course about 70 atmospheres, which is liquefied at room temperature, of course, for example, about 20 to 40 atmospheres or about 60 atmospheres. Including. “Atmospheric pressure” and “normal pressure” are used interchangeably.

本願発明は例えば、発電、自動車、電車、航空機、船舶等の駆動、モータの駆動、発電機の駆動に活用することができる。   The present invention can be used for, for example, power generation, driving of automobiles, trains, airplanes, ships, etc., driving of motors, driving of generators.

本願発明の第1実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。The circuit block diagram of the circulation type internal pressure engine by 1st Example of this invention is shown. 第1実施例の動作ステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement step of 1st Example. 本願発明の第2実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。The circuit block diagram of the circulation type internal pressure engine by 2nd Example of this invention is shown. 第2実施例の動作ステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement step of 2nd Example. 本願発明の第3実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。The circuit block diagram of the circulation type internal pressure engine by 3rd Example of this invention is shown. 第3実施例の動作ステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement step of 3rd Example. 本願発明の第4実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。The circuit block diagram of the circulation type internal pressure engine by 4th Example of this invention is shown. 第4実施例の動作ステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement step of 4th Example. 本願発明のさらに他の実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。The circuit block diagram of the circulation type internal pressure engine by other Example of this invention is shown. 図9の実施例の動作ステップを示すフローチャートである。10 is a flowchart showing operation steps of the embodiment of FIG. 本願発明に使用する内圧機関の実施例を示す。The Example of the internal pressure engine used for this invention is shown. ロータの実施例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the Example of a rotor. 本願発明に使用する内圧機関の他の実施例を示す。Another embodiment of the internal pressure engine used in the present invention will be shown. ロータの他の実施例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the other Example of a rotor. 本願発明に使用する内圧機関のさらに他の実施例を示す。Another embodiment of the internal pressure engine used in the present invention will be described. 図15の分解斜視図である。FIG. 16 is an exploded perspective view of FIG. 15. 本願発明に使用する内圧機関のさらに他の実施例を示す。Another embodiment of the internal pressure engine used in the present invention will be described. 本願発明による炭酸ガスエンジンの作動原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operating principle of the carbon dioxide gas engine by this invention. 本願発明による炭酸ガスエンジンの作動原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operating principle of the carbon dioxide gas engine by this invention. 本願発明による炭酸ガスエンジンの作動原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operating principle of the carbon dioxide gas engine by this invention. 本願発明による炭酸ガスエンジンの作動原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operating principle of the carbon dioxide gas engine by this invention. 本願発明による炭酸ガスエンジンの作動原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operating principle of the carbon dioxide gas engine by this invention. 本願発明による炭酸ガスエンジンの作動原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operating principle of the carbon dioxide gas engine by this invention. 本願発明による炭酸ガスエンジンの作動原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operating principle of the carbon dioxide gas engine by this invention. 本願発明による炭酸ガスエンジンの作動原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operating principle of the carbon dioxide gas engine by this invention. 本願発明による炭酸ガスエンジンの作動原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operating principle of the carbon dioxide gas engine by this invention. 炭酸ガスの熱力学的性質を示す表である。It is a table | surface which shows the thermodynamic property of a carbon dioxide gas. 本願発明に使用する内圧機関のさらに他の実施例を示す。Another embodiment of the internal pressure engine used in the present invention will be described. (A)は本願発明に使用する炭酸ガス圧縮部の接続例、(B)は他の接続例を示す。(A) shows a connection example of the carbon dioxide compression section used in the present invention, and (B) shows another connection example.

符号の説明Explanation of symbols

1 炭酸ガスエンジン
2 シリンダ
3 シリンダヘッド
5 シリンダ本体
7 ピストン
9 内室
11 排出口
13 供給口
15 供給弁
17 弁軸
19 スプリング
20 スプリングカバー
21 カム
23 コネクティングロッド
25 クランクシャフト
26 バランスウェイト
27 フライホイール
29a 圧力リング
29b オイルリング
31 初期タンク
33 パイプ
34 循環回路
34A 供給経路
34B 回収経路
35 炭酸ガス
35a 炭酸ガス
35b 炭酸ガス
37 加熱部
39 シリンダカバー
40 熱風
41 熱風供給口
43 熱風排出口
45 熱風供給パイプ
47 熱風排出パイプ
49 圧縮機
51 切替弁
53 センサ
54 三方切替弁
55 流量制御弁
56 加熱部
57 冷却部
58a ベルト
58b ベルト
58c ベルト
59 炭酸ガス圧縮機
61 ポンプ
63 逆止弁
65 大気乾燥部
67 回収タンク
68 分離部
69 混合タンク
69a 1次炭酸ガス圧縮部
69b 2次炭酸ガス圧縮部
71 単離部
73 循環タンク
75 逆止弁
77 逆止弁
101 ハウジング
102 ロータ軸
103 内室
105 ロータ
105a オイルシール兼用圧力シール
106 ロータ軸
107 供給口
107a 第1供給口
107b 第2供給口
107c 第3供給口
109 排出口
109a 第1排出口
109b 第2排出口
109c 第3排出口
110 フライホイール
111 1次作動室(第1室)
112 2次作動室(第2室)
113 3次作動室(第3室)
114 第4室
115 第5室
115a オイルシール兼用圧力シール
117 供給口
119 排出口
121 1次作動室
122 2次作動室
123 内室
123a 1次作動室
123b 2次作動室
123c 3次作動室
124 バルブ室
125 供給弁
126 ロータ
126a ロータ孔
126b ロータ軸
127 弁軸
129 スプリング
130 スプリングカバー
131 カム
137 加熱部
139 ハウジングカバー
141 熱風供給口
143 熱風排出口
145 熱風供給パイプ
147 熱風排出パイプ
149 圧縮機
155 ロータ
a 作動面
b 作動面
c 作動面
d 作動面
e 作動面
G 常圧炭酸ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbon dioxide engine 2 Cylinder 3 Cylinder head 5 Cylinder main body 7 Piston 9 Inner chamber 11 Discharge port 13 Supply port 15 Supply valve 17 Valve shaft 19 Spring 20 Spring cover 21 Cam 23 Connecting rod 25 Crankshaft 26 Balance weight 27 Flywheel 29a Pressure Ring 29b Oil ring 31 Initial tank 33 Pipe 34 Circulating circuit 34A Supply path 34B Recovery path 35 Carbon dioxide gas 35a Carbon dioxide gas 35b Carbon dioxide gas 37 Heating part 39 Cylinder cover 40 Hot air 41 Hot air supply port 43 Hot air discharge port
45 Hot Air Supply Pipe 47 Hot Air Discharge Pipe 49 Compressor 51 Switching Valve 53 Sensor 54 Three-way Switching Valve 55 Flow Control Valve 56 Heating Unit 57 Cooling Unit 58a Belt 58b Belt 58c Belt 59 Carbon Dioxide Compressor 61 Pump 63 Check Valve 65 Air Drying Part 67 Recovery tank 68 Separation part 69 Mixing tank 69a Primary carbon dioxide compression part 69b Secondary carbon dioxide compression part 71 Isolation part 73 Circulation tank 75 Check valve 77 Check valve 101 Housing 102 Rotor shaft 103 Inner chamber 105 Rotor 105a Oil seal / pressure seal 106 Rotor shaft 107 Supply port 107a First supply port 107b Second supply port 107c Third supply port 109 Discharge port 109a First discharge port 109b Second discharge port 109c Third discharge port 110 Flywheel 111 Primary Working chamber (first chamber)
112 Secondary working chamber (second chamber)
113 Tertiary working chamber (third chamber)
114 Fourth chamber 115 Fifth chamber 115a Oil seal / pressure seal 117 Supply port 119 Discharge port 121 Primary working chamber 122 Secondary working chamber 123 Inner chamber 123a Primary working chamber 123b Secondary working chamber 123c Tertiary working chamber 124 Valve Chamber 125 Supply valve 126 Rotor 126a Rotor hole 126b Rotor shaft 127 Valve shaft 129 Spring 130 Spring cover
131 Cam 137 Heating part 139 Housing cover 141 Hot air supply port 143 Hot air discharge port 145 Hot air supply pipe 147 Hot air discharge pipe 149 Compressor 155 Rotor a Working surface b Working surface c Working surface d Working surface e Working surface G Atmospheric pressure carbon dioxide gas

Claims (4)

高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子が駆動され、1サイクルの間に吸入膨張行程、膨張排出行程及び大気圧保持行程を経る炭酸ガスエンジンと、上記炭酸ガスエンジンに高圧状態の炭酸ガスを供給する供給系経路と、上記炭酸ガスエンジンから排出される大気圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなり、上記回収系経路は、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて圧縮する炭酸ガス圧縮部とを含み、上記供給系経路と回収系経路を接続して炭酸ガスが循環する循環回路を構成し、上記循環回路の供給系経路と回収系経路との接点に三方切替弁を設け、該三方切替弁を介して初期タンクを連結し、供給系のパイプ及び回収系のパイプに送給されてくる炭酸ガスが設定範囲内の濃度にあるか否かを検知するセンサを設け、該センサは上記濃度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発することを特徴とする循環式内圧機関。 A carbon dioxide engine that is driven by a force due to volume expansion when carbon dioxide gas supplied in a high pressure state becomes atmospheric pressure, and undergoes a suction expansion stroke, an expansion discharge stroke, and an atmospheric pressure holding stroke during one cycle; The carbon dioxide gas engine comprises a supply system path for supplying high-pressure carbon dioxide gas, and a recovery system path for recovering atmospheric carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide gas engine. A cooling unit for cooling carbon dioxide exhausted from the engine and a carbon dioxide compression unit for compressing the cooled carbon dioxide pumped from the cooling unit at a high pressure, and connecting the supply system path and the recovery system path and carbon dioxide constitute a circulation circuit for circulating the three-way valve in contact with the collection pathway and the supply pathway of the circulating circuit is provided, the initial tank connected via the three-way valve, supply system A sensor is provided for detecting whether or not the carbon dioxide gas supplied to the pipe and the pipe of the recovery system is at a concentration within a set range. The sensor outputs an initial switching signal when the concentration is not within the set range. issued, circulating pressure engine, which comprises emitting a circulation switching signal when within the set range. 請求項1記載の循環式内圧機関において、大気圧状態の炭酸ガスを収納する調整タンクを設け、該調整タンクは、上記炭酸ガスエンジンの排気口側に連通可能な弁を有し、該弁の調整により上記炭酸ガスエンジンの排気口側と上記調整タンクとが連通されることを特徴とする循環式内圧機関。 The circulating internal pressure engine according to claim 1, further comprising an adjustment tank that stores carbon dioxide gas in an atmospheric pressure state, the adjustment tank having a valve that can communicate with an exhaust port side of the carbon dioxide engine, A circulation type internal pressure engine, characterized in that, by adjustment, the exhaust port side of the carbon dioxide engine communicates with the adjustment tank. 高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子が駆動され、1サイクルの間に吸入膨張行程、膨張排出行程及び大気圧保持行程を経る炭酸ガスエンジンと、上記炭酸ガスエンジンに高圧状態の炭酸ガスを供給する供給系経路と、上記炭酸ガスエンジンから排出される大気圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなり、上記回収系経路は、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて圧縮する炭酸ガス圧縮部とを含み、上記供給系経路と回収系経路を接続して炭酸ガスが循環する循環回路を構成し、上記循環回路の供給系経路と回収系経路との接点に三方切替弁を設け、該三方切替弁を介して初期タンクを連結し、供給系のパイプ及び回収系のパイプに送給されてくる炭酸ガスが設定範囲内の濃度にあるか否かを検知するセンサを設け、該センサは上記濃度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発し、上記炭酸ガスエンジンにより発電することを特徴とする発電システム。 A carbon dioxide engine that is driven by a force due to volume expansion when carbon dioxide gas supplied in a high pressure state becomes atmospheric pressure, and undergoes a suction expansion stroke, an expansion discharge stroke, and an atmospheric pressure holding stroke during one cycle; The carbon dioxide gas engine comprises a supply system path for supplying high-pressure carbon dioxide gas, and a recovery system path for recovering atmospheric carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide gas engine. A cooling unit for cooling carbon dioxide exhausted from the engine and a carbon dioxide compression unit for compressing the cooled carbon dioxide pumped from the cooling unit at a high pressure, and connecting the supply system path and the recovery system path and carbon dioxide constitute a circulation circuit for circulating the three-way valve in contact with the collection pathway and the supply pathway of the circulating circuit is provided, the initial tank connected via the three-way valve, supply system A sensor is provided for detecting whether or not the carbon dioxide gas supplied to the pipe and the pipe of the recovery system is at a concentration within a set range. The sensor outputs an initial switching signal when the concentration is not within the set range. A power generation system characterized in that when it is within a set range, a circulation switching signal is generated and the carbon dioxide engine generates power. 請求項3記載の発電システムにおいて、大気圧状態の炭酸ガスを収納する調整タンクを設け、該調整タンクは、上記炭酸ガスエンジンの排気口側に連通可能な弁を有し、該弁の調整により上記炭酸ガスエンジンの排気口側と上記調整タンクとが連通されることを特徴とする発電システム。 4. The power generation system according to claim 3, further comprising an adjustment tank that stores carbon dioxide gas at atmospheric pressure, the adjustment tank having a valve that can communicate with an exhaust port side of the carbon dioxide engine, and adjusting the valve. A power generation system, wherein an exhaust port side of the carbon dioxide engine and the adjustment tank are communicated with each other.
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