JP4662540B2 - External combustion engine - Google Patents
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Description
この発明は、おもちゃのポンポン船の動作原理を利用した外燃機関の構造に関する。 The present invention relates to the structure of an external combustion engine using the operating principle of a toy pompom ship.
おもちゃのポンポン船は、水に浮かべた台船上に、例えばコイル状に巻いた金属管の両端を、同じ船尾方向にそろえて配置し、このコイル状の部分をロウソクなどで加熱する。すると、コイル状の部分に満たされていた水(作動液)が蒸発し、蒸気の圧力で、水を金属管の両端へ押し出し噴出させる。その後、蒸気は金属管中で冷却されて凝縮するため、蒸気の圧力が低下し、水をコイル状の部分に吸い込む。吸い込まれた水の一部がコイル状の部分に入ると、加熱されて蒸発し、再び水を噴出させる。コイル状の部分を加熱する加熱量を適当にたもつと、上記の動作が繰り返されて、水は動液管内を往復運動する。そして、吸い込み時の速度よりも噴出時の速度のほうが大きいので、この速度の差による運動エネルギーの差が、船を前方へ推進させる。 A toy pompom ship, for example, arranges both ends of a metal tube wound in a coil shape on the base boat floated on water in the same stern direction, and heats this coiled portion with a candle or the like. Then, the water (working fluid) filled in the coil-shaped portion evaporates, and the water is pushed out and ejected to both ends of the metal tube by the pressure of the steam. Thereafter, since the steam is cooled and condensed in the metal tube, the pressure of the steam is reduced and water is sucked into the coiled portion. When a part of the sucked-in water enters the coiled part, it is heated and evaporated, and water is ejected again. When the heating amount for heating the coiled portion is appropriately set, the above operation is repeated, and water reciprocates in the fluid-fluid pipe. And since the speed at the time of ejection is larger than the speed at the time of suction, the difference in kinetic energy due to the difference in speed causes the ship to propel forward.
しかしながら、以上の技術によれば、小さなポンポン船ならばよいが、大きなポンポン船を作ることや動力を取り出すことができる実際的な装置にすることは困難であった。その理由は、例えば金属管の容量を大きくすると、水(作動液)が一気に吸い込まれてしまい、加熱部の温度が低下するため蒸発せず、水の安定した往復動が得にくくなるためである。 However, according to the above technique, a small pompom ship is sufficient, but it is difficult to make a large pompom ship and to make a practical device that can extract power. The reason is that, for example, when the capacity of the metal tube is increased, water (working fluid) is sucked in at a stroke, and the temperature of the heating portion is reduced, so that it does not evaporate and it is difficult to obtain a stable reciprocating motion of water. .
そこで、この発明は、おもちゃのポンポン船の動作原理を利用した、水の安定した往復動が得やすく、大きなポンポン船を作ることや動力を取り出すことができる実際的な装置を可能とする外燃機関を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention uses a principle of operation of a toy pom-pom ship, and can easily obtain a stable reciprocation of water, and can make a large pom-pom ship and a practical device that can extract power. The issue is to provide an organization.
以上の課題を解決するために、第一発明は、作動液によって満たされ密閉された加熱容器と、この加熱容器を加熱する加熱手段と、前記加熱容器と下方へ連通し作動液が往復動する動液管と、前記動液管と連通し前記加熱容器の下方に位置して作動液を供給する作動液プール部と、前記加熱容器と連通し作動液を補助的に注液する注液管と、前記往復動する作動液から動力を取り出す動力取出手段と、を備えたことを特徴とする外燃機関である。 In order to solve the above problems, the first invention is a heating container filled with a working fluid and hermetically sealed, a heating means for heating the heating container, and the working fluid reciprocatingly communicates with the heating container. A hydraulic fluid tube; a hydraulic fluid pool portion that communicates with the hydraulic fluid tube and is located below the heating vessel and supplies hydraulic fluid; and a fluid injection tube that communicates with the heating vessel and supplementally injects the hydraulic fluid. And a power take-out means for taking out power from the reciprocating hydraulic fluid.
第二発明は、さらに、前記動力取出手段は、前記動液管の下端が分岐した分岐部に設けられ前記往復動する作動液の流れを一方向流にする逆止弁と、前記分岐部に設けられ前記一方向流から動力を取り出すタービンと、を備えてなることを特徴とする外燃機関である。 According to a second aspect of the present invention, the power take-out means is provided at a branch portion where a lower end of the fluid pipe is branched, and a check valve that makes the flow of the reciprocating hydraulic fluid flow in one direction, and the branch portion. An external combustion engine comprising: a turbine that is provided and extracts power from the one-way flow.
第三発明は、作動液によって満たされ密閉された加熱容器と、この加熱容器を加熱する加熱手段と、前記加熱容器と下方へ連通し作動液が往復動する動液管と、前記動液管と連通し作動液を貯留する作動液溜と、前記加熱容器と連通し作動液を補助的に注液する注液管と、前記往復動する作動液から動力を取り出す動力取出手段と、を備えたことを特徴とする外燃機関である。 A third invention includes a heating container filled with a hydraulic fluid and hermetically sealed, a heating means for heating the heating container, a hydraulic fluid pipe that communicates downward with the heating container, and the hydraulic fluid reciprocates, and the hydraulic fluid pipe A hydraulic fluid reservoir that communicates with the hydraulic fluid, a liquid injection tube that communicates with the heating container and supplementally injects the hydraulic fluid, and a power take-out means for extracting power from the reciprocating hydraulic fluid. It is an external combustion engine characterized by that.
第四発明は、さらに、前記動力取出手段は、前記動液管の他端に設けられ前記往復動する作動液の流れにより往復動するピストンと、このピストンの動きを回転運動に変換するクランク機構と、を備えてなることを特徴とする外燃機関である。
第五発明は、作動液によって満たされ密閉された加熱容器と、この加熱容器を加熱する加熱手段と、前記加熱容器と下方へ連通し作動液が往復動する動液管と、前記動液管と連通し前記加熱容器の下方に位置して作動液を供給する作動液プール部と、前記加熱容器と連通し作動液を補助的に注液する注液管と、前記動液管の下端が分岐した分岐部に設けられ前記往復動する作動液の流れを一方向流にする逆止弁と、前記分岐部に設けられ前記一方向流を動力の元として利用することを特徴とする外燃機関である。
According to a fourth aspect of the present invention, the power take-off means is a piston that is provided at the other end of the hydraulic fluid pipe and reciprocates by the flow of the reciprocating hydraulic fluid, and a crank mechanism that converts the movement of the piston into rotational motion. And an external combustion engine characterized by comprising:
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a heating container filled with a working fluid and hermetically sealed, a heating means for heating the heating container, a working fluid pipe that communicates downward with the heating container and reciprocates the working fluid, and the working fluid tube A hydraulic fluid pool portion that is located below the heating container and supplies the hydraulic fluid, a liquid injection pipe that communicates with the heating container and supplements the hydraulic fluid, and a lower end of the hydraulic fluid pipe A non-return valve provided at a branched branch portion and configured to use a flow of the reciprocating hydraulic fluid as a one-way flow, and an external combustion provided at the branch portion and using the one-way flow as a source of power. Is an institution.
第六発明は、作動液によって満たされ密閉された加熱容器と、この加熱容器を加熱する加熱手段と、前記加熱容器と下方へ連通し作動液が往復動する動液管と、前記動液管と連通し前記加熱容器の下方に位置して作動液を供給する作動液プール部と、前記加熱容器と連通し作動液を補助的に注液する注液管と、前記動液管の下端から間歇的に噴出する作動液の流れを推進力として利用することを特徴とする外燃機関である。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a heating container filled with a working fluid and hermetically sealed, a heating means for heating the heating container, a working fluid pipe that communicates downward with the heating container, and the working fluid reciprocates, and the working fluid tube A hydraulic fluid pool portion that is located below the heating container and supplies hydraulic fluid, a liquid injection pipe that communicates with the heating container and supplementally supplies the hydraulic fluid, and a lower end of the hydraulic fluid pipe An external combustion engine characterized by utilizing a flow of hydraulic fluid ejected intermittently as a driving force.
第七発明は、さらに、前記注液管は、動液管より小径であり、作動液プール部よりも上方に位置する注液貯槽と連通することを特徴とする外燃機関である。
第八発明は、さらに、前記注液管は、注液方向にのみ開く逆止弁が設けられ、作動液プール部又は動液管と連通していることを特徴とする外燃機関である。
第九発明は、さらに、前記動液管には水冷ジャケットが設けられていることを特徴とする外燃機関である。
The seventh aspect of the present invention is the external combustion engine, wherein the liquid injection pipe has a smaller diameter than the hydraulic fluid pipe, and communicates with a liquid injection storage tank located above the hydraulic fluid pool section.
The eighth invention is an external combustion engine characterized in that the liquid injection pipe is further provided with a check valve that opens only in a liquid injection direction and communicates with the hydraulic fluid pool section or the hydraulic fluid pipe.
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an external combustion engine characterized in that a water cooling jacket is provided in the fluid-fluid pipe.
第一発明、第二発明、第三発明、第四発明、第五発明、第六発明、第七発明、第八発明、又は第九発明によれば、注液管を通じて加熱容器へ作動液が補助的に注液されることで、加熱容器における作動液の蒸発と凝縮が安定して繰り返され、よって動液管での作動液の安定した往復動が得やすく、大きなポンポン船を作ることや動力を取り出すことができる実際的な装置を可能にできる。 According to the first invention, the second invention, the third invention, the fourth invention, the fifth invention, the sixth invention, the seventh invention, the eighth invention, or the ninth invention, the working liquid is supplied to the heating container through the injection pipe. By auxiliary liquid injection, the evaporation and condensation of the hydraulic fluid in the heating container is stably repeated, so that it is easy to obtain a stable reciprocating motion of the hydraulic fluid in the hydraulic fluid pipe, A practical device capable of extracting power can be made possible.
第七発明によれば、注液管は、動液管より小径であり、作動液プール部よりも上方に位置する注液貯槽と連通し注液をおこなうことで、注液方向と反対方向への逆流を最小限に抑えることができる。
第八発明によれば、注液管は、注液方向にのみ開く逆止弁が設けられることで、下方に位置する作動液プール部又は動液管と連通して注液をおこなっても、注液方向と反対方向への逆流を最小限に抑えることができる。
第九発明によれば、動液管における冷却を促進することで、作動液の迅速な安定した往復動を可能にできる。
According to the seventh aspect of the invention, the liquid injection pipe is smaller in diameter than the dynamic liquid pipe, and in the direction opposite to the liquid injection direction by performing liquid injection in communication with a liquid storage tank located above the hydraulic fluid pool section. Can be minimized.
According to the eighth invention, the liquid injection pipe is provided with a check valve that opens only in the liquid injection direction, so that the liquid injection pipe communicates with the hydraulic fluid pool section or the hydraulic fluid pipe located below, Back flow in the direction opposite to the injection direction can be minimized.
According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to enable quick and stable reciprocation of the hydraulic fluid by promoting cooling in the fluid-fluid pipe.
この発明の実施形態を、図1に示す。
作動液1である水によって満たされ密閉された加熱容器3の下には、加熱手段5が設けられて加熱容器3を加熱する。加熱容器3の底部に連通する動液管7が、斜め下方へ傾斜して配置され、下端が分岐し、この分岐した両部分はともに水平に位置し、両端部分は開口する。動液管7には、後述するように作動液1が往復動する。分岐した両部分には、逆止弁9が設けられ、往復動する作動液1の流れを一方向流にする。分岐し水平に位置した両端部分は、作動液プール部11となる、大気に開放する作動液槽に浸けられる。この作動液プール部11は、加熱容器3の下方に位置して作動液1を供給する。分岐し水平な部分の内部には、一方向流から動力を取り出すタービン13がもうけられる。逆止弁9やタービン13などにより動力取出手段が構成される。
An embodiment of the present invention is shown in FIG.
A heating means 5 is provided under the
そして、加熱容器3の側面には注液管15が連通し、さらに、作動液プール部の上方に位置した、大気に開放する注液貯槽17と連通する。注液管15の加熱容器3側の先端は、加熱容器3内を伸びて、加熱容器3の加熱部付近に開口する。
「実施形態の作用・効果」
この実施形態によれば、加熱容器3の作動液1が加熱手段5により加熱されると、作動液1である水の一部が蒸発し、その蒸気が他の作動液1を動液管7を経て作動液プール部11へ押し出すが、蒸気はこの動液管7で冷却されて凝縮する。作動液1は再び動液管7と加熱容器3へ吸い込まれる。加熱容器3内部へ吸い込まれた作動液1は、加熱され再び蒸発する。このような蒸発と凝縮がいわば自励的に繰り返されて、作動液1は動液管7内を往復運動する。この往復動する作動液1は逆止弁9により一方向流にされる。一方向流に設けられたタービン13は、回転方向を同じとする回転を続ける。
The
"Effects of Embodiment"
According to this embodiment, when the
蒸発と凝縮がいわば自励的に繰り返される加熱容器3へ、注液貯槽17から注液管15を通って、作動液1を動液管内の往復動に同期させて注液することにより、従来よりも太い動液管7を用いても、蒸発と凝縮との自励的な動きが安定して繰り返される。注液槽17及び注液管15を取り付けないと、太い動液管では作動液1が吸い込まれる際に、大量に一気に加熱容器3に戻ってきて、加熱容器3の温度が低下して、再度の蒸発のタイミングが遅れ、自励的な動きが止まってしまう。これを防止するために作動液1が加熱容器3へ吸い込まれる前に、注液管より注液して蒸発させ、加熱容器3内の圧力を高め、作動液の大量流入を阻止している。
Conventionally, the working
「効果を示す実験例」
以上の実施形態に基づく次の実験例により、注液管15があるときのほうが、ないときに比べ、蒸発と凝縮との自励的な動きが安定して繰り返されることを示す。
加熱手段5は、実験用ガスバーナーを用い、加熱の強さを示す下記の大・中・小は空気を供給しないときのバーナーの橙色の炎の長さがそれぞれ100、150、200mmに対応する。もっとも加熱時は空気を供給して、無色の炎で燃焼させる。動液管7は、アルミニウム製で外径19mm、内径17mm、長さ1000mmであり、水平面に対して30度傾斜している。また、注液管はアルミニウム製で外径3mm、内径1.5mmで、注液貯槽の液面の高さは、作動液プール部の液面から上方200mmに設定した。
"Experimental example showing effect"
The following experimental example based on the above embodiment shows that the self-excited movements of evaporation and condensation are stably repeated when the
The heating means 5 uses an experimental gas burner, and the following large, medium, and small indicating the strength of heating correspond to the length of the orange flame of the burner when air is not supplied, 100, 150, and 200 mm, respectively. . However, when heating, air is supplied and burned with a colorless flame. The moving
注液管15があるとき
加熱の強さ 往復動数(回/秒) 往復動の発生状況
小 1.6 安定した往復動が持続する
中 1.8 〃
大 1.9 〃
注液管15がないとき
加熱の強さ 往復動数(回/秒) 往復動の発生状況
小 − 1〜3回で往復動が停止する
中 − 〃
大 − 〃
以上のように、注液管15があるときのほうが、ないときに比べ、加熱の強さにかかわらず、蒸発と凝縮との自励的な往復動が安定して持続することがわかる。
When
Large 1.9 〃
When there is no
Large-〃
As described above, it can be seen that the self-excited reciprocation of evaporation and condensation is more stably sustained when the
「実施形態2」
図1の実施形態では、作動液プール部11が必要であったが、他の実施形態では、作動液プール部11を設けずに動液管7に直接に動力取出手段を設けてもよい。
すなわち図2に示すように、作動液1である水によって満たされ密閉された加熱容器3の下には、加熱手段5が設けられて加熱容器3を加熱する。加熱容器3の底部に連通する動液管7が、斜め下方へ傾斜して配置され、下端が上方へ屈曲する。動液管7には、作動液1が往復動する。屈曲した上端には、作動液溜19が設けられ、その上にエアーダンパ21を介してピストン23が設けられる。このピストン23には、往復動を回転運動に変換するクランクシャフト25とクランクホイール27からなるクランク機構が接続される。
“Embodiment 2”
In the embodiment of FIG. 1, the hydraulic
That is, as shown in FIG. 2, heating means 5 is provided under the
そして、加熱容器3の側面には注液管15が連通し、さらに、動液管の上方に位置した、大気に開放する注液貯槽17と連通する。注液管15の加熱容器3側の先端は、加熱容器3内を伸びて、加熱容器3の加熱部付近に開口する。このような実施形態でも、本発明の効果を得ることができる。
The
「実施形態3」
図1の実施形態では、動力を取り出すタービン13が必要であったが、他の実施形態では、タービン13を設けずに動液管7からの一方向流を動力の元として利用するものでもよい。
“
In the embodiment of FIG. 1, the
すなわち図3に示すように、作動液1である水によって満たされ密閉された加熱容器3の下には、加熱手段5が設けられて加熱容器3を加熱する。加熱容器3の底部に連通する動液管7が、斜め下方へ傾斜して配置され、下端が分岐し、この分岐した両部分はともに水平に位置し、両端部分は開口する。動液管7には、作動液1が往復動する。分岐した両部分には、逆止弁9が設けられ、往復動する作動液1の流れを一方向流にする。分岐し水平に位置した両端部分は、作動液プール部11となる、大気に開放する作動液1中に浸けられる。この作動液プール部11は、加熱容器3の下方に位置して作動液1を供給する。分岐した両端部分の一方、すなわち一方向流の下流側の端部28は、液面上に突出し、作動液1を間歇的に噴出する。この一方向流を図示しない水車やタービンに受けたりすることで、動力を取り出すことができる。
That is, as shown in FIG. 3, heating means 5 is provided under the
そして、加熱容器3の側面には注液管15が連通し、さらに、作動液プールの上方に位置した、大気に開放する注液貯槽17と連通する。注液管15の加熱容器3側の先端は、加熱容器3内を伸びて、加熱容器3の加熱部付近に開口する。このような実施形態でも、本発明の効果を得ることができる。
A
「実施形態4」
図1の実施形態では、往復動する作動液1から動力を取るものであったが、他の実施形態では、作動液1の流れを推進力として利用するものであってもよい。
すなわち図4に示すように、作動液1である水によって満たされ密閉された加熱容器3の下には、加熱手段5が設けられて加熱容器3を加熱する。加熱容器3の底部に連通する動液管7が、斜め下方へ傾斜して配置され、下端が、移動体29を貫通して固定され、この移動体29の後方へ向けて開口する。動液管7には、作動液1が往復動する。移動体29は作動液プール部11となる、大気に開放する作動液1中に浸けられる。作動液1は動液管7内を往復運動する。そして、吸い込み時の速度よりも噴出時の速度のほうが大きいので、この速度の差による運動エネルギーの差が、移動体29を前方へ推進させる。
“Embodiment 4”
In the embodiment of FIG. 1, power is taken from the reciprocating
That is, as shown in FIG. 4, heating means 5 is provided under the
そして、加熱容器3の側面には注液管15が連通し、さらに、作動液プールの上方に位置した、大気に開放する注液貯槽17と連通する。注液管15の加熱容器3側の先端は、加熱容器3内を伸びて、加熱容器3の加熱部付近に開口する。
このような実施形態でも、本発明の効果を得ることができる。
「他の実施形態」
以上の実施形態では、注液管を、動液管より小径とし、作動液プール部よりも上方に位置する注液貯槽と連通することで、逆流を抑えるものであったが、他の実施形態では、注液管に逆止弁を設けることで逆流をより完全に抑えることができ、これによって下方に位置する作動液プール部に連通して(図5、図7、又は図8)作動液プール部から加熱器への補助的な注液を行うことができる。あるいは、動液管と連通して(図6)作動液プール部から加熱器への補助的な注液を行うことができる。
A
Even in such an embodiment, the effects of the present invention can be obtained.
"Other embodiments"
In the above embodiment, the liquid injection pipe has a smaller diameter than the hydraulic fluid pipe and communicates with the liquid injection storage tank located above the hydraulic fluid pool portion, thereby suppressing the backflow. Then, by providing a check valve in the liquid injection pipe, the backflow can be more completely suppressed, and thereby, the hydraulic fluid communicates with the hydraulic fluid pool located below (FIG. 5, FIG. 7, or FIG. 8). An auxiliary injection from the pool section to the heater can be performed. Alternatively, auxiliary fluid injection from the hydraulic fluid pool section to the heater can be performed in communication with the fluid line (FIG. 6).
また、動液管より小径とし、作動液プール部よりも上方に位置する注液貯槽と連通するのみならず、注液管に逆止弁を設けることもあわせて行うことが可能である。 Moreover, it is possible not only to communicate with a liquid storage tank that has a smaller diameter than the hydraulic fluid pipe and is located above the hydraulic fluid pool section, but also to provide a check valve in the liquid injection pipe.
以上の実施形態では、動液管における冷却は、露出部分では自然空冷によるものであったが、他の実施形態では例えば図4に示すように、水冷ジャケットにより積極的に冷却を促進することで、作動液の迅速な安定した往復動を可能にできる。
すなわち、動液管7の周囲に二重の筒状の閉じた空間30を有するジャケット31を形成し、この空間30に冷却水入口33から冷却水を送入し、冷却水出口35から送出する。
In the above embodiment, the cooling in the moving fluid pipe is by natural air cooling in the exposed portion, but in other embodiments, for example, as shown in FIG. This makes it possible to quickly and stably reciprocate the hydraulic fluid.
That is, a
従来の自然空冷では、動液管7内を往復運動する作動液の振幅が一定せず、よって、動力取り出しがスムーズに行われなかったが、この改良により、動液管7内の作動液の振幅が一定になり安定するため、動力の取り出しが安定的して行われる。
なお、図中の空気量調整弁37は実際にピストン23を作動させる際に、初期段階でピストン23の作動に最適な空気量に調節するものである。
In the conventional natural air cooling, the amplitude of the hydraulic fluid that reciprocates in the
It should be noted that the air
1…作動液、3…加熱容器、5…加熱手段、7…動液管、9…逆止弁、11…作動液プール部、13…タービン、15…注液管、17…注液貯槽、19…作動液溜、21…エアーダンパ、23…ピストン、25…クランクシャフト、27…クランクホイール、28・・端部、29…移動体、30・・空間、31・・ジャケット、33・・冷却水入口、35・・冷却水出口、37・・空気量調整弁。
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