JP6791954B2 - 最適フィードバック熱エネルギー内燃機関と応用 - Google Patents
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Description
(応用分野)
航空機、自動車、鉄道機関車、列車、船舶を含む輸送装置。
最適フィードバック熱エネルギー内燃機関に類似する、関連する内燃機関はない。最適フィードバック熱エネルギー内燃機関から動力を供給される輸送装置はない。
本発明を分析的かつ総合的な論理的手法において説明するために、OFHE内燃機関ユニットは、エンジンの各部が上記エンジンユニットの動作過程において果たす役割に従って、アクティブグループとパッシブグループという2つのグループに分けられる。エンジンユニットのアクティブグループは、燃料と空気との燃焼による、媒体上で変調される、熱ポテンシャル熱流TPHmの生成に直接参加するエンジンの各部を含む。媒体は燃焼生成物である。ユニットのパッシブグループは、TPHmを消費し、TPHmを上記OFHE内燃機関のパワー出力へと変換する、エンジンの各部を含む。アクティブグループおよびパッシブグループの分析、ならびに上記OFHE内燃機関ユニットの上記2つのグループの統合についての説明を下記に示す。
燃料の流れと空気の流れとがアクティブグループの燃焼室に誘導され、点火された後、燃料と空気との燃焼が始まり、燃料の潜在的熱エネルギーがTPHmを解放し、燃焼生成物である媒体上でTPHmが変調する。アクティブグループの動作過程は、燃焼力学的系と熱力学的系という2つの力学的系から成る。燃焼力学的系はTPHmを生成し、熱力学的系は燃焼生成物とともにTPHmを運ぶ。
第1方法は下記に示すTPHm maxを与える。
これは、上記OFHE内燃機関の設計についての主たる指針である。
(アクティブグループのフィードバックTPHm制御システムと、アクティブグループの最適フィードバックTPHm)
上記OFHE内燃機関の最も重要な貢献の一つは、上記アクティブグループの最適フィードバックTPHm制御システムの方法の開発と、現在の技術を用いたその実現とである。
上記アクティブグループ101のフィードバックTPHm制御システムは、燃焼生成物である媒体からTPHmを復調し、燃焼力学的系に参加する外気上でTPHaを変調することによって、最適化される。最適フィードバックTPHm過程は、燃焼力学的系で生成されたTPHmのレベルを、TPHm maxに届くまで引き上げる。上記フィードバックTPHm過程は自己充足的な過程であり、図7Aの外部運動力学的メカニズム801の補助も、または航空機用ジェットエンジンのローターおよびシャフトという図7Bの外部運動力学的メカニズム807の補助も、必要としない。
上記アクティブグループの性質と、本明細書において発展された2つの方法とは、全ての内燃機関に適用し得る。上記従来型内燃機関もまた、上記アクティブグループと上記パッシブグループとに分けることができる。上記従来型内燃機関の動作過程は図7Aおよび7Bで分析され得る。
1) 上記OFHE内燃機関の必須の特徴は下記の通りである。
OFHEエンジンの動作過程は、2つの異なるグループを伴う。すなわち、アクティブグループとパッシブグループである。本明細書で説明するように、アクティブグループは、移動体(例えば、自動車を含む記載された輸送手段)の移動のためのパワー出力を生成する一方、パッシブグループは、アクティブグループのパワー出力を他の1または複数の動力形態に変化させ、移動体(例えば、自動車)の移動を制御するように構成される。
[0149]
2)熱エネルギーフィードバックのみが、高い熱効率を生み出す。これに対して、ディーゼルエンジン、オットーエンジン、および航空機用ジェットエンジンを含む従来のエンジンでは、力学的仕事フィードバックのみが提供され、その結果、熱効率が低い。
4バー連結部は、通常の機械的部分であって、図9Aに概略的に示すように、2点の方向と動きとを拡大するものである。端部Aの水平方向の大きな動きが縮小されて、部分Bの垂直方向の小さな動きになる。部分Bは、小型モータによって動作させることができ、上記モータはリアルタイムのコンピュータ制御プログラムによって制御される。
逆止め弁は、図9Bに示すように、上記弁を通過する流れにもよるが、厚みがおよそ2cmであってもよい。上記逆止め弁は、流入物を通過させるフランジを有し、その流出は縮小されて、隣接する管と接合する管に流入する。上記逆止め弁はXで表されており、通常は閉じている。上記弁には刃が設けられており、その基部は4バー連結部に接続されている。動きの小さい端部は、小型モータによって動作し、上記モータはリアルタイムのコンピュータプログラムによって制御される。
図9Cに示す実施形態において、シリンダの容積は約3リットルである。ピストンおよびピストン棒は、シリンダ本体にぴったりと嵌る。ピストン棒は、上述したように、4バー連結部に接続されている。上述したように、動きの小さい端部は、小型モータによって動作し、上記モータはリアルタイムのコンピュータプログラムによって制御される。
図4に示す実施形態に戻ると、衝撃波管は、一般に2つの部分(媒体部分および空気部分)を有していてもよい。どちらの部分も、容積は約1リットルであり、断面積はおよそ9cm2である。1組のバネが間に設けられた2つの刃を有するバルブが備えられており、媒体と空気との間の圧力のバランスを取っている。バルブ7が開くと、媒体に含まれるより高い熱エネルギーと空気に含まれるより低い熱エネルギーとが、衝撃波管のちょうど中点で合流する。媒体の上記エネルギーが上記空気にフィードバックとして提供された後、バルブ7は閉じる。復調媒体は、衝撃吸収材が設けられたバルブ12を通って外気に放出される。変調空気は、バルブ14が設けられた緩衝器(容積:約1リットル)に放出され、燃焼室への注入の準備が整う。
図17に示す実施形態において、パッシブグループに3つの独立したターボが存在する。上記ターボは、アクティブグループとパッシブグループとの間の緩衝器において媒体動力フローを引き込み、他の形態の動力(例えば、電力)に変化させる。
OFHEエンジン自動車の運転は、ディーゼルまたはオットーエンジンを有する自動車の運転よりもはるかに容易である。
アクティブグループおよびパッシブグループのすべての材料部分は、自動車に固定されており、自動車の車輪を駆動するためのケーブルは、自動車の底部に固定されている。OFHEエンジンの上述した構成によって、OFHEエンジンを利用する自動車は、従来の自動車の美的な外観を維持することができる。したがって、すべての自動車製造において、現在の車両の一般的な外見および感触を維持しながら、従来のエンジン技術を現代的技術のOFHEエンジンに置き替えることができる。
1)上述したように、すべてのOFHEエンジンは、アクティブグループとパッシブグループとの2つのグループを有する。アクティブグループは、エンジンの動力を生成する一方、パッシブグループは、アクティブグループの生成した動力を他の形態の動力に変化させて、輸送装置を動作させるように構成されている。
航空機用ジェットエンジンは、クランクシャフトがまっすぐになった、ディーゼルエンジンの他の形態であるので、ディーゼルエンジンは、すべての従来のエンジンを代表するものである。
TPHm maxは、エンジンに使用する特定の燃料の最大の熱ポテンシャルの熱を表す。TPHm maxは、単純な実験室試験で得られる。単位重量の燃料を容器に入れる。燃料の温度を電気を使って最高まで上昇させる。使用した電気の総量をKw/Hrで表したものが、燃料のTPHm maxである。
1)輸送装置に動力を供給するOFHEエンジンは、輸送装置に動力を供給する従来のエンジンに取って代わる可能性がある。刷新した輸送装置は、衝撃波管を備えるOFHEエンジンによって動力を供給してもよく、上記衝撃波管は、従来のエンジンユニットの構成要素に取って代わる可能性がある。OFHEエンジンを製造するのに特別な技術は必要ない。さらに、OFHEエンジンは、従来のエンジンと比較して、使用する材料は少なく、製造に必要な手労働も少ない。さらに、OFHEエンジンによって動力が供給される輸送装置の動作過程と動作とはすべて、即時の動作、信頼できる動作、および安全な動作を提供するコンピュータプログラムによるものである。
衝撃波システムのアクティブグループは、主に、図11に示す以下の構成要素からなる。すなわち、第1の管(1101)と、第2の管(1102)と、第3の管(1103)と、衝撃波空気緩衝器(1150)と、燃焼室(1160)と、固定空間を左部分と右部分との2つの部分に分離することができる分離プレート部(1140)と、である。第1および第2の管は、水平方向のパイプによって接続され、図11に示すU字型の管を形成する。固定空間は、U字型の管の底部における水平方向のパイプの中心部である。
OFHEaエンジンおよびOFHEeエンジンは、ディーゼルエンジンおよびオットーエンジンのような運動力学的メカニズムを有さない。OFHEaエンジンおよびOFHEeエンジンは、3つの管を備えており、上記管内で流体が流動する。図11に、OFHEaエンジンおよびOFHEeエンジンの過程の模式図を示す。
上記3つの管は、大きさが同じであってもよい。
OFHEeエンジンは、バッテリーから動力を供給する既存の電気自動車のバッテリーを直接的に充電することで電気を得る。そうする際に、自動車のバッテリーは、必要とする電圧を提供するのに十分な1組に縮小することができる。自動車を運転できる時間は、バッテリーに蓄えられた電気の量よりも、むしろ運んでいる燃料の量に限定される。再充電のための設備および再充電の時間は、どちらも不要になる。
1)OFHEエンジンは、従来の自動車と比較して総合熱効率がより高い可能性がある。これは、少なくとも部分的に、OFHEエンジンが衝撃波フィードバックエンジンであり、従来の自動車で使用されているエンジンが力学的仕事フィードバックエンジンであるからである。
通常の鉄道列車およびその機関車は、ディーゼルエンジンによって駆動される。ディーゼルエンジンをOFHEaエンジンに置き替えた後も、列車およびその機関車は同じままである。
OFHEaエンジンへの燃料は、燃料タンクからポンプを用いて供給する。ポンプの動力は、バッテリーから供給する。したがって、枠組みの左側に、3つのポンプが存在し、それぞれが1つのOFHEaエンジンに対応する。
(第1工程)
機体は、従来の航空機と同様であってもよく、トイレと座席の設備を有する。上記機体には、伸長した翼も、舵も設けられていない。図19は、OFHEエンジンによって動力が供給される航空機の機体の底部を示す図である。
図20は、パッシブグループが、媒体動力フローの緩衝器から十分な動力媒体フローを引き込み、飛行中に機体を操縦する点を説明する。
エアバスと同様に、コンピュータ制御される箇所が2つあり、戦闘機をコンピュータ制御部によって上昇させ、また降下させることができるようになっていてもよい。戦闘機をあるレベルに上昇させて標的を十字マーク上に位置させる時、操作者は十字マークに沿って銃砲を制御することで、銃弾を標的に向けてもよい。さらに、操作者は、1または複数のユーザ制御装置を操作することで、軍事戦闘機を容易に上昇させ、また特定の方向に向かわせてもよい。
1)OFHEエンジンの極性は、ボタン電池の極性と同じであるべきだ。
1)車輪は、プラスチックによって保護されていてもよい。
b)少量の動力を提供して、車両をゆっくりと移動させる
c)自動車を運転する
d)通常の速度で運転する
d)速い速度で運転する
e)交通当局の制限に従った最高速度で運転する
OFHEエンジンの両端には、カバーとしての防音器を有する高圧排気ガス緩衝器が存在する。ハンドルの近くに押し棒が存在し、OFHEエンジンによって提供する動力の量を制御するために使用することができる。
エアバスは、上昇のために、OFHEエンジンを2つ有していてもよい。そのような実施形態においては、制御システムは、エアバスの上昇と下降を制御するために、押し棒を2つ有していてもよい。
浮揚鉄道車両は、浮揚鉄道車両を支持面からある距離だけ上昇させ(例えば、3mm)、浮揚鉄道車両を前方に推進させるように構成されている、1または複数のOFHEエンジンを有していてもよい。
構造は、エアバスの構造と同じである。しかしながら、エアバスは、超音速での動作のために構成されている動力の大きい4つのOFHEエンジンと、少数の独立したキャップローターとによって動力が供給されてもよい。OFHEエンジンの両端には、防音器を有する消音器によって収集された高圧の排気ガスが存在する。
例えば、シャルル・ド・ゴール空港からニューヨークまでの大洋横断である。
上記ミサイルは、OFHEエンジンによって動力が供給されるものである。ミサイルが発射されると、空気力が標的までミサイルに従う。ミサイルが標的に達しなかった場合、他の空気力が前の力を標的まで支持してもよい。OFHEエンジンからの空気力は、気づかれずに追随され得る点に留意すべきである。
2つのOFHEエンジンで、操縦士を空まで支持し、標的を見つける。操縦士が対象物を十字マーク内で見つけると、銃砲が発砲され、上記対象物を破壊する。操縦士が対象物を見つけることを助ける2つのモータが存在する。1つのモータは、コンピュータ制御された右側のバッテリーによって制御される。右側の空を見る方向は、十字マーク内で標的を見つけた場合、銃砲を発砲する。同様に、ジェットバッテリーは、左側の空を制御する。そのような方法で、空中で標的を探索し、空の探索は十分に広い。任務が終了した後。操縦士は、操縦士を空中で支持している空気力によって地上に戻る。最後に、操縦士は地上に戻り、OFHEエンジンを閉じる。
OFHEaエンジンは、上向きの位置にあり、捜索者の座席の下にある。OFHEaエンジンは、低い動力で捜索者を押し上げる。捜索者は、標的の探索を開始する。標的が十字マーク内にあれば、銃砲が発砲され、それが写真で記録される。捜索者はOFHEaエンジンによって上昇し、捜索者は空中標的を探索する。捜索者の左側にはモータがあり、コンピュータを用いてバッテリーによって動力が供給される。空中捜索者は、空中探索エリアを広げた。空中探索エリアの右側についても同様である。捜索者はOFHEaエンジンによって上昇し、同じ探索作業を行う。探索作業が終わった後、捜索者は、元のの座席位置に戻る。燃料計測を次第に閉じることによって行う。OFHEeエンジンを閉じた後、捜索者は座席を離れ、座席から地表面に降りる。自動車で捜索者を本部に運ぶ。
1)OFHEエンジンシステムは、流体の流れのシステムである。上記システムの機械的部分を使用して流体の流れを誘導することで、燃焼室の排気口において最大の媒体動力フローを生成する。
本明細書に記載されている本発明についての数多くの変更および他の実施形態を、上記記載および関連する図面に提示される教示の利点を得た、本発明の関係する分野の当業者には思い付くであろう。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものでない点、ならびに、変更および他の実施形態は、添付の請求項の範囲に含まれることを意図する点を理解すべきである。本明細書では、特定の用語が使用されているが、それらの用語は、一般的で記述的な意味においてのみ使用されており、限定のために使用されているものではない。
Claims (21)
- 最適熱エネルギーフィードバックエンジンであって、
衝撃波作用を引き起こし、燃料混合物と空気との熱エネルギーを交換することにより、媒体からの熱エネルギーの出力を増加させるように構成されている衝撃波メカニズムであって、
十分な燃料圧力を確立することによって衝撃波作用を引き起こすメカニズムを含む燃料供給管と、
十分な空気圧力を確立することによって衝撃波作用を引き起こすメカニズムを含む空気供給管と、
閉位置と開位置との間で動作可能な分離プレート部を有する固定空間であって、上記分離プレート部が、圧力を有し、上記燃料供給管から供給される上記燃料混合物が、圧力を有し、上記空気供給管から供給される空気から分離される閉位置と、上記燃料混合物と空気とが突然に混合することにより燃焼空気衝撃波を生成する開位置と、の間で変更可能な固定空間と、
上記固定空間の開口と流体連通しており、上記固定空間からの衝撃波空気を収集するように構成されている空気緩衝領域と、
を備える衝撃波メカニズムと、
上記衝撃波メカニズムと流体連通しており、上記衝撃波メカニズムから上記衝撃波空気を受け取り、上記衝撃波空気を燃料と混合することにより、上記燃料の完全な燃焼を促進して、エネルギー効率がより高い高温の空気を生成するように構成されている燃焼室であって、
衝撃波の高温の空気が上記燃焼室に到達する時に、十分な圧力を確立することにより、上記燃焼室での完全な燃焼を実現するためのメカニズムを含む第2燃料供給管と、
上記衝撃波メカニズムと上記燃焼室とを制御するように構成されているコンピュータシステムと、
を備える燃焼室と、
を含む、最適熱エネルギーフィードバックエンジン。 - 請求項1に記載の最適熱エネルギーフィードバックエンジンであって、上記燃焼室が、発生装置を用いて燃焼の生成物の少なくとも一部を誘導することによりジェット推進力を提供するように構成されている空気発生装置と流体連通している、最適熱エネルギーフィードバックエンジン。
- 請求項1に記載の最適熱エネルギーフィードバックエンジンであって、上記燃焼室が、発生装置を用いて燃焼の生成物の少なくとも一部を誘導することにより電気を発生させるように構成されている電気発生装置と流体連通している、最適熱エネルギーフィードバックエンジン。
- 請求項1に記載の最適熱フィードバックエンジンによって動力が供給される4輪車両であって、上記最適熱フィードバックエンジンが上記4輪車両に推進力を提供するように構成されている、4輪車両。
- 請求項1に記載の最適熱フィードバックエンジンによって動力が供給される、バス、トラックから選択される車両であって、上記最適熱フィードバックエンジンが上記車両に推進力を提供するように構成されている、車両。
- 請求項1に記載の最適熱フィードバックエンジンによって動力が供給される、列車、浮揚列車、または機関車から選択される車両であって、上記最適熱フィードバックエンジンが上記車両に推進力を提供するように構成されている、車両。
- 請求項1に記載の最適熱フィードバックエンジンによって動力が供給される、翼を有する、または翼を有さない、浮揚車両、エアバス、軍事戦闘機、または水陸両用車両から選択される車両であって、上記最適熱フィードバックエンジンが上記車両を上昇させるための揚力を提供するように構成されている、車両。
- 請求項1に記載の最適熱フィードバックエンジンによって動力が供給される、民間または軍事使用の航空機であって、上記最適熱フィードバックエンジンが上記航空機を上昇させるための揚力を提供するように構成されている、航空機。
- 請求項8に記載の、民間または軍事使用の航空機であって、上記最適熱フィードバックエンジンから動力を受け取ることにより上記航空機を推進させるように構成されている複数のジェットをさらに含む、航空機。
- 請求項7に記載の、翼を有する、または翼を有さない、浮揚車両、エアバス、軍事戦闘機、または水陸両用車両から選択される車両であって、上記最適熱フィードバックエンジンから動力を受け取ることにより上記車両を推進させるように構成されている複数のジェットをさらに含む、車両。
- 請求項1に記載の最適熱フィードバックエンジンによって動力が供給される船舶であって、上記最適熱フィードバックエンジンが上記船舶に推進力を提供するように構成されている、船舶。
- 請求項1に記載の最適熱フィードバックエンジンによって動力が供給されるミサイルであって、上記最適熱フィードバックエンジンが上記ミサイルに推進力を提供するように構成されている、ミサイル。
- 請求項1に記載の最適熱フィードバックエンジンによって動力が供給される、高層建築物用の高圧消火栓のためのポンプであって、上記最適熱フィードバックエンジンが高層建築物用の上記高圧消火栓のためのポンプに推進力を提供するように構成されている、高圧消火栓のためのポンプ。
- 請求項1に記載の最適熱フィードバックエンジンであって、上記燃焼室が燃焼気体からエネルギーを導出する運動力学的メカニズムを用いることなく動力を出力するように構成されている、最適熱フィードバックエンジン。
- 請求項1に記載の最適熱フィードバックエンジンであって、上記燃焼室が衝撃吸収材を含む、最適熱フィードバックエンジン。
- 請求項1に記載の最適熱フィードバックエンジンであって、上記最適熱フィードバックエンジンが、独立した動力生産ユニットおよびパワー出力ユニットを有する、最適熱フィードバックエンジン。
- 最適熱エネルギーフィードバックエンジンを動作させる方法であって、
空気と燃料との混合物を燃焼させることにより燃焼室において燃焼気体を生成する工程であって、上記燃焼室が燃焼気体からエネルギーを導出する運動力学的メカニズムを用いることなく動力を提供するように構成されている工程と、
上記空気の一部を空気供給管の第2の管内に誘導する工程と、
上記空気供給管の上記第2の管の上記空気の上記一部を、分離プレート部の第2の側に向かって圧縮する工程と、
空気・燃料供給管の第1の管内の燃料混合物を、上記分離プレート部の第1の側に向かって圧縮する工程と、
上記空気と上記燃料混合物とが混合して燃焼空気衝撃波を生成するように分離プレート部を開く工程と、
衝撃波空気を上記燃焼室内に誘導する工程と、
燃料供給管からの燃料の一部を上記燃焼室内に誘導する工程と、を含み、
上記燃焼室と上記分離プレート部とは、少なくとも部分的にコンピュータシステムによって制御される、方法。 - 最適熱エネルギーフィードバックエンジンを動作させる請求項17に記載の方法であって、発生装置を用いて燃焼の生成物の少なくとも一部を誘導することによりジェット推進力を提供するように構成されている空気発生装置に、上記燃焼気体の少なくとも一部を誘導する工程をさらに含む、方法。
- 最適熱エネルギーフィードバックエンジンを動作させる請求項17に記載の方法であって、発生装置を用いて燃焼の生成物の少なくとも一部を誘導することにより電気を発生させるように構成されている電気発生装置に、上記燃焼気体の少なくとも一部を誘導する工程をさらに含む、方法。
- 最適熱エネルギーフィードバックエンジンを動作させる請求項17に記載の方法であって、
上記最適熱エネルギーフィードバックエンジンが、
衝撃波作用を引き起こし、燃料混合物と空気との熱エネルギーを交換することにより、媒体からの熱エネルギーの出力を増加させるように構成されている衝撃波メカニズムであって、
十分な燃料圧力を確立することによって衝撃波作用を引き起こすメカニズムを含む、上記空気・燃料供給管と、
十分な空気圧力を確立することによって衝撃波作用を引き起こすメカニズムを含む空気供給管と、
閉位置と開位置との間で動作可能な分離プレート部を有する固定空間であって、上記分離プレート部が、圧力を有し、上記空気・燃料供給管から供給される燃料混合物が、圧力を有し、上記空気供給管から供給される空気から分離される閉位置と、上記燃料混合物と空気とが突然に混合することにより燃焼空気衝撃波を生成する開位置と、の間で変更可能な固定空間と、
上記固定空間の開口と流体連通しており、上記固定空間からの衝撃波空気を収集するように構成されている空気緩衝領域と、
を備える衝撃波メカニズムと、
上記衝撃波メカニズムと流体連通しており、上記衝撃波メカニズムから上記衝撃波空気を受け取り、上記衝撃波空気を燃料と混合することにより、上記燃料の完全な燃焼を促進して、エネルギー効率がより高い高温の空気を生成するように構成されている燃焼室であって、
衝撃波の高温の空気が上記燃焼室に到達する時に、十分な圧力を確立することにより、上記燃焼室での完全な燃焼を実現するためのメカニズムを含む第2燃料供給管と、
上記衝撃波メカニズムと上記燃焼室とを制御するように構成されているコンピュータシステムと、
を備える燃焼室と、
を含む、方法。 - 最適熱エネルギーフィードバックエンジンを動作させる請求項17に記載の方法であって、上記最適熱エネルギーフィードバックエンジンが、請求項4から請求項7、および請求項10のいずれか1項に記載の車両、請求項8または9に記載の航空機、請求項11に記載の船舶、請求項12に記載のミサイル、または請求項13に記載の高圧消火栓のためのポンプのいずれかに使用される、方法。
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