JP4499099B2 - 液化空気から圧縮空気を発生し、圧縮空気をエンジンに供給する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段に記載された都市型牽引車等のエンジンユニットに関する。

公知のように、都市道路網における公共車、商用車及び自家用車のような都市型牽引車では、環境に優しい無公害車両が求められている。そのため、本発明は、都市で用いられる自家用車に加え、タクシーや都市バスのような車両、鉄道停車場における自走式装置のような工業装置のエンジンに関するものである。

圧縮空気が供給されるエンジンと流体的に連通した圧縮空気タンクを有するエンジンユニットを備える車両が提案されている。このような車両は、低公害車であるが、自律性がないという公知の欠点を有している。また、圧縮空気の初期圧力が、エンジンには高すぎるので、低効率であり、エネルギーを用いて圧力を低くしなければならないので、さらに自律性が低下する。

エネルギーを、液体窒素のような低温の液化気体で蓄積することが提案されている。この技術は、低温液体を気化して圧縮気体とし、必要な処理のために、適切なエキスパンダ内で、圧縮気体を高圧から大気圧に膨張するステップを含んでいる。

液化気体を主要なエネルギー源として動作するエンジンは、請求項１の前段に記載されたような、例えば米国特許第4,359,118号に記載されている。この特許は、複合エンジンサイクルに関し、液体空気や液体窒素のような液化気体が、周囲大気から膨張され、適切な燃料により加熱される。

従来のエンジンは、液体化石燃料への依存性が低く、伝達距離が短く、種々の燃料を使用できるという好適な特徴を有しているが、後述する１つまたはそれ以上の制限を被り、本発明の目的には全く適合していない。

主要な欠点は、最適な効率でも低公害レベルでもないことである。

従って、従来のエンジンの好適な特徴を有し、かつ、高効率及び低公害レベルとするエンジンユニットが求められている。本発明の目的は、上述した特定の必要性を満足させるとともに、上述した従来の欠点を解消するエンジンユニットを提供することにある。

本発明は、請求項１に記載されたエンジンユニットを提供するものである。

液化気体という用語は、本発明の分野において、通常の状態下において、すなわち周囲温度及び圧力下において気相となり、好適な状態下において、上方にあるタンク内では高圧となり、低温では液相となる物質または混合物質のことである。

本発明は、圧縮気体が供給され、膨張室を有するエンジンと、エンジンと流体的に連通している液化気体タンクと、圧縮気体を得るために、液化気体タンクとエンジンとの間に設けられた、液化気体を気化する気化手段とを備え、気化手段は、液化気体タンクと流体的に連通している気化室と、気化室と連結された液体燃料タンクとを備えている、都市型交通手段のためのエンジンユニットにおいて、気化室を、液化気体の酸素と燃焼される液体燃料の液体燃料タンクと、膨張室とに流体的に連結し、それにより、圧縮された液化気体及び燃焼処理による気体状生成物を、必要な動作のために用いることを特徴とするエンジンユニットである。

図１及び図２には、本発明によるエンジンユニットの第１の実施例を示してある。

特に都市型交通で用いられる車両に取り付けられたエンジンユニット（１）は、圧縮気体発生部（２）と、圧縮気体発生部（２）からの圧縮気体が供給されるエンジン（３）とを備えている。

エンジン（３）は、例えば、往復型、すなわちピストンエンジンである。エンジン（３）は、鋳型部（４）、シリンダ（５）、ロッド（８）により動力をクランクシャフト（７）へ伝達するために、シリンダ（５）内を移動可能なピストン（６）、及び、吸気ダクト（１０）及び排気ダクト（１１）により区切られ、シリンダ（５）内に形成された膨張室（９）を備えている。膨張室（９）は、各カム（１４）（１５）により開かれ、ばねまたは強制開閉バルブ機構により閉じられる吸気バルブ（１２）及び排気バルブ（１４）を介して、吸気マニホールド（１６）及び排気マニホールド（１７）と流体的に連通している。

圧縮気体発生部（２）は、気化室（２２）が形成されたハウジング（２１）を備えている。気化室（２２）は、ポート（２３）を介して吸気マニホールド（１６）と、また、吸気ダクト（１０）を介して膨張室（９）と流体的に連通している。

気化室（２２）は、ハウジング（２１）内に設けられた、開口（２５）を有する壁（２４）により、飽和蒸気による第１燃焼室（２６）と、ポート（２３）と対向し、過熱による第２燃焼室（２７）とに分割されているのが好ましい。

図１の場合、液体空気が液化気体として用いられ、圧縮気体発生部（２）は、液体空気低温シリンダである液化気体タンク（２８）を備えている。

気化室（２２）の第１燃焼室（２６）は、管（２９）により液化気体タンク（２８）に連結されている。管（２９）により、液化気体タンク（２８）、締切り弁（３０）ポンプ（３１）、チェック弁（３２）、熱交換器（３３）、締切り弁（３４）、分流路（３５）、流量制御弁（３６）が順に連結されており、さらに、第１燃焼室（２６）内にある管（２９）の一端に、ディフューザ（３７）が連結されている。分流路（３５）には、設定可能なアキュムレータ（３８）が設けられている。

液体空気を気化するために、圧縮気体発生部（２）は、低温シリンダである液体燃料タンク（３９）を含む気化手段（Ｍ）を備えている。液体燃料は、液化メタンまたはその他の炭化水素であるが、液体水素を用いるのが好ましい。

気化室（２２）の第１燃焼室（２６）は、管（４０）により液体燃料タンク（３９）に連結されている。管（４０）により、液体燃料タンク（３９）、締切り弁（４１）、ポンプ（４２）、チェック弁（４３）、熱交換器（４４）、締切り弁（４５）、分流路（４６）、流量制御弁（４７）、及び、ディフューザ（３７）と対向し、第１燃焼室（２６）内に設けられたディフューザ（４８）が順に連結されている。分流路（４６）には、設定可能なアキュムレータ（４９）が設けられている。

第１燃焼室（２６）には、ディフューザ（４８）と対向して、パイロット点火器（５０）が設けられている。パイロット点火器（５０）は、電源（５２）及びスイッチ（５３）を備える電気回路（５１）により給電される。

気化室（２２）の第２燃焼室（２７）は、管（５４）により液体燃料タンク（３９）に連結されて。そうい（４０）と同様に、管（５４）により、締切り弁（５５）、ポンプ（５６）、チェック弁（５７）、熱交換器（５８）、締切り弁（５９）、分流路（６０）、流量制御弁（６１）、ディフューザ（６２）が順に連結されている。分流路（６０）には、設定可能なアキュムレータ（６３）が設けられている。

また、第２燃焼室（２７）には、パイロット点火器（６４）が設けられている。パイロット点火器（６４）は、ディフューザ（６２）と対向し、電源（６６）及びスイッチ（６７）を備える電気回路（６５）により給電される。

通常のバッテリである電源（５２）（６６）は、エンジンにより駆動されるダイナモ（図示しない）により、公知のように充電可能となっている。

アキュムレータ（３８）（４９）（６３）は、公知のものであり、充填弁、締切り弁及びスロットルが設けられている。

また、タンク（２８）（３９）は、公知のものであり、通気孔、充填弁、圧力ゲージ、締切り弁が設けられている。

好ましくは圧力変換器である圧力ゲージ（６８）（６９）は、燃焼室（２６）（２７）上にそれぞれ設けられている。

作動中、各タンク（２８）（３９）からの空気及び水素は、各ポンプ（３１）（４２）により、気化室（２２）の第１燃焼室（２６）へ送られて拡散され、互いに結合する。パイロット点火器（５０）により、空気の一部、すなわち酸素と水素とが燃焼させられる。この燃焼は、飽和蒸気下で行われ、第１燃焼室（２６）には、同じ気圧であり、おおむね１０〜３０気圧、好ましくは２０気圧である酸素欠乏空気と飽和蒸気とが含まれる。

これらの気体は、第１燃焼室（２６）から、壁（２４）の開口（２５）を通過して第２燃焼室（２７）へ流れる。

ポンプ（５６）により、液体燃料タンク（３９）の水素が第２燃焼室（２７）へ送られ、空気の一部である酸素と結合して、パイロット点火器（６４）により、燃焼が継続される。第２燃焼室（２７）は、おおむね１０〜３０気圧、好ましくは２０気圧である同じ気圧の空気混合物、すなわち欠乏酸素と過熱蒸気との混合物を含んでいる。熱交換器（３３）を通過する時、液体空気は、大気からの熱を抽出することにより気化する。それにより、凝縮及び凝固が効果的に防止される。

同様にして、液体水素は、熱交換器（４４）（５８）を通過する時に気化する。

大気から熱を抽出して、液体空気及び液体水素を予め気化する熱交換器（３３）（４４）（５８）により、液体空気を気化するために、液体空気及び水素へ送られるエネルギーは減少し、水素と空気の酸素とが燃焼する。

設定可能なアキュムレータ（３８）（４９）（６３）により、気化室（２２）内のパルス状の圧力値を一定とすることができる。

液体空気である圧縮空気を気化することにより発生する気体混合物は、ポート（２３）を通過して吸気マニホールド（１６）へ流れ、吸気弁（１２）が開く毎に、シリンダ（５）の膨張室（９）へ流れる。圧力によって、能動ストロークに沿ってピストン（６）を矢印Ｆ₁方向へ移動させることにより、気体混合物を膨張させ、それにより、所望の機械的動作が行われる。

気化室（２２）と流体的に連通しているために、圧縮液化気体、及び、燃焼処理による気体状生成物及び副生成物を含む気体混合物は、エンジン（３）の膨張室（９）へ流れる。

矢印Ｆ₂の排気ストロークの間、大気圧となった気体混合物は、ピストン（６）により排気弁（１３）から排気され、排気マニホールド（１７）を介して、周囲圧力及び周囲温度で周囲へ送られる。

上述した動作が繰り返され、各ピストンは、各２ストローク毎に、パワーストローク及び排気ストロークを完了する。

図２には、本発明によるエンジンユニットの作動サイクルを示してある。縦軸には圧力ｐを、横軸にはシリンダ移動容量値Ｖを示してある。Ｖ_Cは、ピストンストロークＣと断面Ｆとの積であり、Ｖ₀は、ピストンが上死点にある時のシリンダの最小容量であるデッドスペースである。

Ｐ₂は、シリンダ内の最高圧力値である。Ｐ₁は、最低圧力値であり、大気圧とほぼ同等である。

点Ａから点Ｂを介して点Ｃまでのピストン（６）の作動ストローク（矢印Ｆ₁）では、圧縮空気が膨張する。点Ｃから点Ｄを介して点Ａまでのピストン（６）の排気ストローク（矢印Ｆ₂）では、排気される。

点Ａから点Ｂにおいて、吸気弁（１２）は開き、ピストン（６）は定圧で押される。点Ｂから点Ｃにおいて、吸気弁（１２）は閉じ、圧力値Ｐ₁が大気圧とほぼ同じになって、排気弁（１３）が開くまで、シリンダは気体の膨張により押される。点Ｃから点Ｄにおいて、シリンダからは消費された気体が周囲へ排気される。

点Ｄから点Ａにおいて、排気弁（１３）は閉じ、圧力値Ｐ₂が気化室の圧力と同じになるまで、シリンダ内の圧力が増加する。

吸気弁（１２）が開く点Ａから点Ｂまでの期間は、ピストンのパワーストロークの端において、気体混合物がほぼ大気圧及び大気温度となるように設定されている。

排気弁（１３）が開く点Ｃから点Ｄまでの期間は、ピストンの排気ストロークの端において、吸気弁（１２）が開いた時に、気化室内の圧力がシリンダ内の圧力と同じになるように設定されている。

他の実施例によれば、適切な液体空気の代わりに、酸素が欠乏した液体空気が液化気体として用いられる。酸素が欠乏した空気は、主成分の窒素と、少量の酸素とを含んでいる。酸素は、燃料との燃焼作用を発生させるのに必要な理論的な量となっている。

酸素が欠乏した液体空気によるエンジンユニット（１）の動作は、上述と同様である。この場合、酸素を無駄に消費するのではなく、他の目的のために空気から抽出した酸素を用いるという利点がある。気体を分離する公知の技術により、空気から酸素が分離される。

図３、図４及び図５は、本発明による他の実施例を示しており、エンジンユニットを符号１００、２００、３００でそれぞれ示してある。これらの図において、上述した機能を有する同一部材には、同一符号を付してあり、詳細を説明しない。

これらの実施例は、液化気体を気化する方法に関してのみ、上述した実施例と異なっており、エンジン（３）は、同様に駆動するようになっている。

図３には、液体窒素が液化気体として用いられるエンジンユニット（１００）を示してある。液化気体タンク（２８）は、純粋な液体窒素の低温シリンダからなっている。窒素は、図１で説明した液体空気の流路及びモードと同様に、気化室（２２）へ送られる。

図１で説明したのと同じく、気化室（２２）には、液体燃料タンク（３９）の燃料が、管（４０）（５４）を介して供給される。

燃料を燃焼させるために、エンジンユニット（１００）は、液体窒素とは分離された液体酸素タンク（１２８）を有する気化手段（Ｍ’）を備えている。液体酸素タンク（１２８）は、液体酸素の低温シリンダからなっている。

気化室（２２）の第１燃焼室（２６）は、管（１２９）により液体酸素タンク（１２８）に連結されている。管（１２９）により、液体酸素タンク（１２８）、締切り弁（１３０）、ポンプ（１３１）、チェック弁（１３２）、熱交換器（１３３）、締切り弁（１３４）、分流路（１３５）、制御弁（１３６）、液体水素のディフューザ（４８）と対向して、第１燃焼室（２６）内に設けられたディフューザ（１３７）が順に連結されている。分流路（１３５）には、設定可能なアキュムレータ（１３８）が設けられている。

アキュムレータ（１３８）は、公知のものであり、充填及び締切り弁と、スロットルとを有している。

また、液体酸素タンク（１２８）は、公知のものであり、通気孔、充填弁、圧力計及び締切り弁を有している。

エンジンユニット（１００）の動作中、各タンク（２８）（１２８）（３９）からの窒素、酸素及び液体水素は、気化室（２２）の第１燃焼室（２６）へ送られる。酸素及び水素は、各ポンプ（１３１）（４２）により送られ、互いに拡散及び結合される。

パイロット点火器（５０）により、上述した実施例の場合と同様に、水素と酸素とが燃焼される。酸素量は適切に計測されており、第１燃焼室（２６）における酸素量と第２燃焼室（２７）における酸素量が供給される。

燃焼熱により、液体窒素が気化して、圧縮窒素となる。

また、この場合、液体窒素は、熱交換器（３３）を通過する間、大気から熱エネルギーを抽出することにより気化する。

同様に、熱交換器（１３３）を通過する液体酸素は、大気からの熱エネルギーを抽出することにより気化する。

図４及び図５におけるエンジンユニット（２００）（３００）は、酸素と水素との燃焼が、液化気体の気化とは別の領域で行われる点において、上述した実施例とは異なっている。

図４及び図５において、エンジン（３）は、図１の場合と同様に動作するので、記号化してある。

エンジンユニット（２００）（図４）は、第１気化室（２２２）と、締切り弁（２２４）を介して管（２２５）により第１気化室（２２２）と流体的に連通した熱交換室（２２６）とを備えている。

また、エンジンユニット（２００）は、熱交換室（２２６）内に設けられ、第１気化室（２２２）とは分離された第２気化室（２２７）を備えている。

第２気化室（２２７）は、熱交換室（２２６）と熱交換するための熱伝導壁を備えている。

第２気化室（２２７）を、簡略化して矩形で示してあるが、高い熱交換面とするために、様々な形状、例えば、コイル形状としたり、外面に複数の羽根を設けた形状としてもよい。

第２気化室（２２７）は、管（２９）及び図３で説明したその他の部材を介して液化気体タンク（２８）に連結されている。液体窒素は、熱交換器（３３）により気化された後に、第２気化室（２２７）へ送られる。

第１気化室（２２２）は、各管（１２９）（４０）及び図３で説明したその他の部材を介して、液体酸素タンク（１２８）及び液体燃料タンク（３９）にそれぞれ連結されている。

さらに、第１気化室（２２２）、熱交換室（２２６）及び第２気化室（２２７）には、安全逃し弁が設けられている。

エンジン（３）は、第１の締切り弁（２２３ａ）を有する第１の管（２２１ａ）により熱交換室（２２６）と、また、第２の締切り弁（２２３ｂ）を有する第２の管（２２１ｂ）により第２気化室（２２７）と連結されている。

このようにして、第１気化室（２２２）及び第２気化室（２２７）は、エンジン（３）の膨張室（９）と流体的に連通している。

エンジンユニット（２００）の動作中、酸素及び水素は、各ポンプ（１３１）（４２）により送られ、第１気化室（２２２）内で互いに拡散されて結合する。２つの気体は、パイロット点火器（５０）により燃焼される。燃焼により発生した過熱蒸気は、熱交換室（２２６）へ送られ、一部が気化窒素である熱が第２気化室（２２７）へ伝達される。

燃焼熱により、一部が気化された液体窒素は、第２気化室（２２７）で完全に気化され、圧縮窒素となる。圧縮窒素は、第２気化室（２２７）の下流において、熱交換室（２２６）からの燃焼生成物と結合し、エンジン（３）を駆動する。

このように、全ての利用可能な気体は、必要な処理を行うべく、膨張室（９）内で用いられる。

図５に示す実施例では、エンジンユニット（３００）は、第１気化室（３２２）と、第１気化室（３２２）内に別体で設けられた第２気化室（３２６）とを備えている。

第２気化室（３２６）は、第１気化室（３２２）と熱交換するための熱伝導壁を有している。

第１気化室（３２２）は、図４の場合と同様に、各管（１２９）（４０）により、液体酸素タンク（１２８）と液体燃料タンク（３９）にそれぞれ連結されている。

第２気化室（３２６）は、図４の場合と同様に、管（２９）により液化気体タンク（２８）に連結されている。液体窒素は、熱交換器（３３）によりやや圧縮されて、第２気化室（３２６）へ送られる。

また、第１気化室（３２２）及び第２気化室（３２６）には、安全逃し弁がそれぞれ設けられている。エンジン（３）は、第１の締切り弁（３２３ａ）を有する第１の管（３２１ａ）により第１気化室（３２２）に連結され、また、第２の締切り弁（３２３ｂ）を有する第２の管（３２１ｂ）により第２気化室（３２６）に連結されている。

このようにして、第１気化室（３２２）及び第２気化室（３２６）は、エンジン（３）の膨張室（９）と流体的に連通している。

エンジンユニット（３００）の動作中、酸素及び水素は、各ディフューザ（１３７）（４８）により拡散され、第１気化室（３２２）内で互いに結合し、パイロット点火器（５０）により燃焼される。

燃焼により発生した熱は、第２気化室（３２６）へ直接伝達され、窒素が完全に気化されて、圧縮窒素となる。圧縮窒素は、第２気化室（３２６）の下流において、第１気化室（３２２）からの燃焼生成物と結合し、エンジン（３）を駆動させる。

このように、全ての利用可能な気体は、必要な処理を行うべく、膨張室（９）内で用いられる。

エンジンユニット（２００）（３００）の主要な利点は、燃焼処理と気化処理とが別々の領域で行われることである。それにより、燃焼処理の間、酸素と窒素とが直接的に接触することを防止でき、上述したような高圧下のために、熱交換室（２２６）及び第２気化室（２２７）（３２６）内で窒素酸化物が生成されることがなくなる。

また、本発明は、エンジンへの供給方法及びこの方法を実現する発生器にも関している。

本発明によれば、この方法は、液化気体、酸素、好ましくは液体酸素、燃料、好ましくは液体燃料である液体水素を供給し、パイロット点火器により、水素を酸素と燃焼させることにより液化気体を気化し、１０〜３０気圧、好ましくは２０気圧の圧縮気体とし、圧縮気体と燃焼処理による気体生成物及び副生成物とをエンジンへ送るステップを含んでいる。本方法によれば、熱交換器により大気から抽出した熱エネルギーにより、気化が開始される。

本発明による１つの方法では、液体空気が液化気体として用いられている。この場合、空気の一部である酸素を自立的に供給する必要はない。

本発明による他の方法では、液体窒素が液化気体として用いられており、酸素は自律したタンクにより供給されるようになっている。

より明確とするために、本発明によるエンジンユニットの全体的なエネルギーバランスに関して説明する。

大気は、液体空気を生成するステップの間に、大気中のエネルギーをユーザへ伝達する手段であり、ユーザは、大きな温度差（液体空気の温度（〜１９０℃）と大気温度）により、大気からエネルギーを抽出し、それにより、車両の運動エネルギーがエンジンユニットに供給可能となる。

核装置、水力装置、風力式装置、従来の燃料装置、光電池装置のような装置から得られるエネルギーにより、対応する液体空気を生成でき、液体空気を用いることができる。この液体空気を、本発明によるエンジンユニットを用いて車両に設けることもでき、それにより、摩擦を発生させることなく、車両の運動エネルギーとして液体空気を生成するために用いられるエネルギーを再利用することができる。そのため、例えば、オーバーヘッドトローリー線の場合に必要となる、電気エネルギー供給部への電気的接続が省かれる。

液体空気の生成及び液体空気を用いる全てのユーザを考慮すると、エネルギーバランスに関して、本発明によるエンジンユニットの摩擦を発生させずに、大気を液体空気とするのに必要なエネルギー量は、液体空気が大気から受け、車両に利用可能な運動エネルギーに変換するのに必要なエネルギー量と等しい。そのため、空気は、抽出された大気の状態に戻される。

本発明によるエンジンユニットの主要な利点は、無公害動作することである。必要な動力は、燃焼処理における液化気体の気化による圧縮気体の膨張により得られる。

これは、当技術分野とは無関係な分野における、種々の公知の方法でも得られるものである。圧縮気体を得るための気化に関して、まず、熱交換器は、大気からエネルギーを抽出し、次いで、少量の燃料が燃焼する。

上述した主要な利点を、全ての気体、すなわち、液化気体、及び、燃焼処理による気体状生成物と副生成物とを気化することにより得られる気体が、必要な処理を行うべく、膨張室で用いられるという利点と組み合わせることができる。

液体水素が燃料として用いられる好ましい実施例では、炭素の汚染物質が発生しない。また、好適な温度のために、窒素酸化物の汚染物質が全く発生しない。

さらに、吸気弁及び排気弁は、開状態の時に、上流及び下流において、同じ圧力下にあるので、静音動作する。

本発明のエンジンユニットの他の利点は、都市交通に必要な自律性が大であることである。

本発明のエンジンユニットの他の利点は、動作に必要な燃料がかなり低減することによる本質的な安全性である。

本発明のエンジンユニットの他の利点は、連結ロッド及びクランクを有する、通常用いられているピストンエンジン、または、変更が難しいワンケルエンジン等を用いることにより製造できることである。

当業者は、特定及び特別な必要性を満足するために、特許請求の範囲において、エンジンユニット、方法及び上述した発生器に若干の修正及び変更を加えることができる。

本発明によるエンジンユニットの第１の実施例を示す図である。 本発明によるエンジンユニットの容量に対する圧力のグラフである。 本発明によるエンジンユニットの第２の実施例を示す図である。 本発明によるエンジンユニットの第３の実施例を示す図である。 本発明によるエンジンユニットの第４の実施例を示す図である。

符号の説明

１、１００、２００、３００ エンジンユニット
２ 圧縮気体発生部
３ エンジン
４ 鋳型部
５ シリンダ
６ ピストン
７ クランクシャフト
８ ロッド
９ 膨張室
１０ 吸気ダクト
１１ 排気ダクト
１２ 吸気弁
１３ 排気弁
１４、１５ カム
１６ 吸気マニホールド
１７ 排気マニホールド
２１ ハウジング
２２ 気化室
２３ ポート
２４ 壁
２５ 開口
２６ 第１燃焼室
２７ 第２燃焼室
２８ 液化気体タンク
２９、４０、５４、１２９、２２１ａ、２２１ｂ、２２５、３２１ａ、３２１ｂ 管
３０、３４、４１、４５、５５、５９、１３０、１３４、２２３ａ、２２３ｂ、２２４、３２３ａ、３２３ｂ 締切り弁
３１、４２、５６、１３１ ポンプ
３２、４３、５７、１３２ チェック弁
３３、４４、５８、１３３ 熱交換器
３５、４６、６０、１３５ 分流路
３６、４７、６１ 流量制御弁
３７、４８、６２、１３７ ディフューザ
３８、４９、６３、１３８ アキュムレータ
３９ 液体燃料タンク
５０、６４ パイロット点火器
５１、６５ 電気回路
５２、６６ 電源
５３、６７ スイッチ
６８、６９ 圧力ゲージ
１２８ 液体酸素タンク
２２２、３２２ 第１気化室
２２６ 熱交換室
２２７、３２６ 第２気化室
Ｆ 断面
Ｍ、Ｍ’ 気化手段

Claims (22)

1. 都市型交通手段のためのエンジンユニットであって；
   Ａ：圧縮気体が供給され、各２ストローク毎に、パワーストローク及び排気ストロークを完了するシリンダ（５）とピストン（６）を有する膨張室（９）を備えるエンジン（３）と、
   Ｂ：エンジン（３）と流体的に連通している液化気体タンク（２８）と、
   Ｃ：液体燃料タンク（３９）と、
   Ｄ：圧縮気体を得るために液化気体タンク（２８）とエンジン（３）との間に設けられ、液化気体を気化する気化手段（Ｍ）（Ｍ’）であって、液化気体タンク（２８）と流体的に連通していて、液体ガスのガス化を開始する熱交換器（３３）を備えている気化手段（Ｍ）（Ｍ’）と、
   Ｅ：ハウジング（２１）であって、
   ハウジング（２１）内には、気化室（２２）が形成されていて、気化室（２２）は、液体燃料タンク（３９）と熱交換器（３３）の両方に流体的に連通していて前記液体燃料と圧縮気体の酸素とを燃焼するようになっていて、
   Ｆ：さらに、気化室（２２）は、ポート（２３）を介して膨張室（９）と流体的に連通していて、圧縮された液化気体、燃焼処理による気体状生成物及び副生成物を含む全ての気体混合物を膨張室（９）内を通過させて、必要な動作のために用いるようになっていて、
   Ｇ：気化室（２２）のポート（２３）と膨張室（９）との間に配設された吸気マニホールド（１６）と吸気ダクト（１０）であって、吸気ダクト（１０）は、それぞれ吸気弁（１２）を介して気化室（９）と吸気マニホールド（１６）とを連通するようになっている、吸気マニホールド（１６）と吸気ダクト（１０）と、
   Ｈ：前記吸気弁（１２）を所定時間（ＡＢ）開放してエンジンのピストン（６）が、気化室（２２）から排気される気体の一定圧力により押し、且つ、前記吸気弁（１２）を所定時間（ＢＣ）閉鎖してエンジンのピストン（６）が、気体の膨張により押すために配設された制御手段とを備えていて、
   Ｉ：気化室（２２）が第１気化室（２６）と第２気化室（２７）に分割されていて、飽和蒸気及び過熱蒸気下で液体燃料を酸素で燃焼するようになっていて、前記第１気化室（２６）及び第２気化室（２７）が、それぞれパイロット点火器を備えている、都市型交通手段のためのエンジンユニット。
2. 前記吸気弁（１２）を開放するための所定時間（ＡＢ）は、ピストンのパワーストロークの端において、気体混合物がおおむね大気圧及び大気温度となるように設定したことを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
3. 前記膨張室（９）は、排気弁（１３）を具備していること、及び制御手段は、シリンダに、周囲環境に排気されるべき使用済み気体がないように前記排気弁（１３）を開放し、且つ、シリンダ内の圧力を増加させて、圧力値が気化室（２２）の圧力と等しくなるまで前記排気弁（１３）を閉鎖するために配設されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のエンジンユニット。
4. 液化気体は液体空気であることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンユニット。
5. 液化気体は酸素量が少ない空気であることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンユニット。
6. 気化手段（Ｍ’）は、液体燃料の燃焼のための気化室（２２）と流体的に連結された液体酸素タンク（１２８）を備えていることを特徴とする、請求項５記載のエンジンユニット。
7. 液体燃料は、液体水素であることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
8. 気化手段（Ｍ）は、液化気体タンク（２８）と気化室（２２）との間にポンプ（３１）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
9. 液体燃料タンク（３９）と気化室（２２）との間にポンプ（４２）（５６）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
10. 液体酸素タンク（１２８）と気化室（２２）との間にポンプ（１３１）を備えていることを特徴とする、請求項６記載のエンジンユニット。
11. ポンプ（３１）（４２）（５６）（１３１）は、エンジン（３）の速度を制御する可変容量型ポンプであることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１つに記載のエンジンユニット。
12. 液体燃料タンク（３９）と気化室（２２）との間に、液体燃料を気化させる熱交換器（４４）（５８）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンユニット。
13. 気化室を、液体酸素タンク（１２８）及び液体燃料タンク（３９）と流体的に連結された第１気化室（２２２）（３２２）と、液化気体タンク（２８）と流体的に連結された第２気化室（２２７）（３２６）とに分割し、第１気化室（２２２）（３２２）及び第２気化室（２２７）（３２６）は、酸素と燃料とで発生された燃焼熱を熱交換する状態となっていることを特徴とする、請求項１または４記載のエンジンユニット。
14. 第１気化室（２２２）及び第２気化室（２２７）を、熱交換室（２２６）を介して流体的に連結してあることを特徴とする、請求項１３記載のエンジンユニット。
15. 第２気化室（３２６）を、第１気化室（３２２）内に直接設けたことを特徴とする、請求項１３記載のエンジンユニット。
16. 各２ストローク毎に、パワーストローク及び排気ストロークを完了するシリンダ（５）とピストン（６）を有する膨張室（９）を備えた都市型交通手段のためのエエンジン（３）に圧縮気体を供給する方法であって；
    液化気体を気化して圧縮気体を製造する気化工程を含み、
    気化工程が周囲大気から熱を抽出する熱交換器（３３）によって実行され、さらに、
    気化工程がハウジング（２１）内で実行され、
    気化室（２２）が形成されていて、液体燃料と気体中に含有される酸素を燃焼させることにより、気体の気化を行う同じ閉鎖領域で燃焼を実行し、
    圧縮された液化気体及び燃焼処理による気体状生成物を含む全ての気体状混合物をエンジン（３）に供給し、
    圧縮された液化気体及び燃焼処理による気体状生成物を、気化室（２２）のポート（２３）を介して吸気マニホールド（１６）を通過させ、吸気マニホールド（１６）から、吸気弁（１２）を介して気化室（９）内に流入させ、
    吸気弁（１２）を所定時間（ＡＢ）開放してピストン（６）を一定圧力で押し、且つ、前記吸気弁（１２）を所定時間（ＢＣ）閉鎖してピストン（６）を気体の膨張により押すことにより、ピストン（６）の作動ストロークを実行し、
    さらに、液化気体の気化工程を含み、液化気体の気化工程は、酸素と燃料の燃焼を行う別の気化領域で行い、燃焼熱は気化領域へ伝達され、燃焼はパイロット点火器の存在下に行われることを含む、各２ストローク毎に、パワーストローク及び排気ストロークを完了するシリンダ（５）とピストン（６）を有する膨張室（９）を備えた都市型交通手段のためのエエンジン（３）に圧縮気体を供給する方法。
17. ピストン（６）の排気ストロークは、排気弁(１３）を開放してシリンダ（５）内の使用済み気体を周囲環境へ排気し、排気弁(１３）を閉鎖して圧力値を気化室（２２）の圧力と等しくすることにより行うことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
18. 液化気体は液体空気または酸素の量が少ない液体空気であり、液体空気の酸素をもって燃焼させることを特徴とする、請求項１６記載の方法。
19. 液化気体は液体窒素であり、液化気体に対して自動的に供給された酸素をもって燃焼することを特徴とする、請求項１６記載の方法。
20. 液体燃料は、液体水素であることを特徴とする、請求項１６記載の方法。
21. 液体燃料を所定の量とし、１０〜３０気圧の範囲の所定圧の圧縮気体を得ることを特徴とする、請求項１６記載の方法。
22. 熱交換器（４４）（５８）内で、液体燃料を気化させるステップを含んでいることを特徴とする、請求項１６記載の方法。

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