JPH01100320A - 原動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、雄ローターと雌ローターとが互いに非接触状
態で同期的に互いに反対方向へ回転し合う様に各々構成
された圧縮機と膨張機とを連結させて原動機の部分負荷
域における熱効率を改善したものに関する。

本発明を理解する為に、生ず前記原動機について説明す
る。

第１図においてＣ１，Ｃ２は圧縮機で、前者は一段目の
圧縮機、後者は２段目の圧縮機であり、Ｅ１，Ｅ２は膨
張機で、前者は一段目の膨張機、後者は二段目の膨張機
を示し、これらは平行な二軸によって互いに連結されて
いる。

圧縮機Ｃ１のＡ−Ａ′縦断面図を第２図に示し（圧縮機
Ｃ２の断面もこれと全く同一で、ただローターの長さが
異なるのみである）、膨張機Ｅ１のＢ−Ｂ′縦断面図を
第３図に示すが（膨張機Ｅ５の断面もこれと全く同一で
、ただローターの長さが異なるのみである）、図からも
明らかな様に圧縮機Ｃ１と膨張機Ｅ１とは実質的には同
一形式であって、第２図の雄ローター１と雌ローター５
との表裏を逆とすれば第３図の膨張機が得られるのであ
る。

従って、第３図の膨張機の構成及び作動は第２図の圧縮
機のそれを理解すれば自明となるから、第２図の圧縮機
について説明する。

第２図において、羽根２は羽根支持体４にしっかりと固
定・支持され、回転中空体９の周囲に密接して（０．１
〜０．３ｍｍ程度の微小な間隙を保って）固定される如
く備えられた固定中空体１１の周囲に密接しながら回転
中空体９と一体的に回転する。

雌ローター５はローターケーシング内周面と密接する雌
ローター外周部６及びこの雌ローター外周部６から陥没
しながら羽根２が嵌り込む陥没部７とを有し、雄ロータ
ー１（羽根２、羽根支持体４から成るローター）と雌ロ
ーター５とは互いに非接触状態で（０．１〜０．３ｍｍ
程度の微小な間隙を保って）同期歯車によって同期的に
互いに反対方向へ回転し合う様になっている。

雌ローター外周部６は固定中空体１１に密接する様に構
成され、望ましくは図示の如く固定中空体１１に雌ロー
ター外周部６が密接する欠円部１３を形成し、両者を面
状に密接させる様にするのが良い。

次に羽根２の線ｌ１（実際は面であるが断面を考えてい
る）に注目すると、線ｌ１は雌ローター５の線ｌ３の先
端部（点又は小さな丸みとする）によって創成され、羽
根２の線ｌ２と雌ローター５の線ｌ４との内でいずれか
一方の線は他方の線によって互いに創成し合う様になっ
ている。

この場合、線ｌ２とｌ４とは線の全域にわたって互いに
創成し合う様にする事が望ましいが、製作等の都合があ
れば線ｌ２の根元側の部分と線ｌ４の先端部の側の部分
とが互いに創成し合う様にすると共に線ｌ２の先端部側
の部分と線ｌ４の根元側の部分との間に大きな間隙を残
しておく様に構成しても、圧縮機の容量は若干小さくな
るものの（線ｌ４とｌ２との歯合いが始まる圧縮過程の
極く初期の期間に内部に閉じ込めた気体を無圧を無圧縮
状態で吸入側へ逃す事になる故）圧縮機としての機能は
維持する事ができるものである。

即ち雌ローターの陥没部７と同陥没部７へ嵌り込むべき
雄ローターの羽根２に注目すると、同陥没部７を形成す
る一方の側の壁面の先端部側にある部分（線ｌ３の先端
部一点又は小さな丸み）によって創成される同羽根２の
羽根側面（線ｌ１）の裏側にある羽根側面の断面の線（
線ｌ２）の同陥没部７を形成する他方の側の壁面の断面
の線（線ｌ４）との内で、いずれか一方の線が他方の線
の少なくとを比較的多くを占める部分によって互いに創
成し合う様に構成するのである（第３図の膨張機につい
ても同様である）。

線ｌ１の先端部と線ｌ３（但し維その先端部は除く）と
の間には、両者が最も接近した状態でも気体が自由に出
入りできる十分な間隙を残しておく様にしておく。

線ｌ５は雄ローター外周部３が密接する円弧である。今
、雄ローターの羽根２と雌ローター５とによって挟まれ
た作動室８に注目すると、同作動室８内の気体は同作動
室８の容積の縮小によって密閉的に圧縮され、回転中空
体９内の圧力（高圧）にほぼ等しくなった時点で固定中
空体１１に形成された連通口１２及び回転中空体９に形
成された開閉口１０を介して回転中空体９内へ吐出され
る様になっている。

即ち、同作動室８の最小容積状態と中間容積状態（第２
図の圧縮機の場合は、開閉口１０と連通口１２との連通
が開始される時点における同作動室８の容積状態、第３
図の膨張機の場合は、開閉口１０と連通口１２との連通
が遮断される時点における同作動室８の容積状態）とを
連絡する期間、同作動室８が連通口１２、開閉口１０を
介して回転中空体９内へ連通する様に構成するのである
。

羽根２が連通口１２を通過する時、連通口１２を介して
同作動室８とこの遅れ側にある作動室とが連通する事を
防ぐには連通口１２の中心角をθ１、羽根２の固定中空
体１１の周囲に密接する部分の中心角をθ２として、θ
１≦θ２とすれば良い。

同作動室８のＰ−Ｖ線図（圧力−容積線図）を第４図に
示すが、高い全断熱効率を有する事が理解されよう。

一方、第３図の膨張機の場合は開閉口１０と連通口１２
との連通が遮断される時点まで作動室８内へ流入した回
転中空体９内からの高圧の気体（例えば燃焼ガス）を作
動室８の容積の拡大によって密閉的に膨張させるので、
作動室８のＰ−Ｖ線図は第５図に示す如く描かれる。

以上の圧縮機及び膨張機における雄ローター１は第１図
に示す如く互いに一体的に形成された回転中空体９に同
心的に各々固定され、又雌ローター５も同一軸上に各々
同心的に固定されている。

第１図における羽根支持体４′は回転中空体９に直接的
に固定されているわけではないが、各々の羽根２に作用
する遠心力を平衡させ、補強する役割を負っている。

２３は回転中空体９に固定された歯車で、この歯車２３
を介して電源動は発電機等の負荷を駆動するのである。

尚、第２，３図では雄ローターの羽根２の数、雌ロータ
ーの陥没部７の数を各々２枚、２個としたが、この他例
えば３枚、２個のものも考えられる事は明らかである。

再び第１図に戻って前記原動機を更に詳しく述べる事と
する（以下、第２，３図をも参照のこと）、即ち吸入通
路１４から一段目の圧縮機Ｃに吸入された気体（通常は
大気圧状態にある空気）はここで圧縮され、回転中空体
９内から冷却器１７によって冷却された後に二段目の圧
縮機Ｃ２へ流入し、再びここで圧縮されつつ二段目の圧
縮機Ｃ２の回転中空体９内から熱交換器２１を介して加
熱室１８内へ導入される。

加熱室１８内へは点火栓１９と燃料噴射弁２０とが臨ん
でおり、燃料が噴射されて点火栓１９により点火される
と、加熱室１８内で連続燃焼が持続される様になってい
る。

かくして加熱室１８内で熱エネルギーを与えられた気体
（通常は燃焼ガス）は一段目の膨張機Ｅの回転中空体９
内へ導入され、作動室８内で膨張した後に一段目の膨張
機Ｅ１の排出通路１５を経て加熱室１８内へ導入される
に到る。

この加熱室１８′内へは加熱室１８と同様に点火栓１９
と燃料噴射弁２０とが臨んでおり、加熱室１８′内では
連続燃焼が持続され、かくして再度熱エネルギーを与え
られた気体は二段目の膨張機Ｅ２に回転中空体９内へ導
入され、作動室８内で十分と膨張する様になっている。

この時、二段目の膨張機Ｅ２から排出された気体は熱交
換器２１へ導びかれ、加熱室１８内へ導入される気体を
加熱した後に大気中に放出する様にする。これは挟熱を
回収して原動機の熱効率を向上させる為である。

冷却器１７の目的は圧縮熱を奪い去って等温圧縮に近づ
け、圧縮動力を節減する為であり、構造の簡素化が要求
される場合は除去しても良い。

又、加熱室１８′の目的は等温膨張に近づけカルノーサ
イクルに接近させて原動機の出力及び熱効率を向上させ
る為であり、構造の簡素化が要求される場合は除去して
も良い（加熱室１８内へ臨む燃料噴射弁２０の燃料噴射
をその分増量させる事は言うまでもない）。

膨張機Ｅ１、Ｅ２のローターやケーシング等は必要があ
れば冷却水等により冷却しても良い。

かくして膨張機Ｅ１、Ｅ２で発生した動力から圧縮機Ｃ
１、Ｃ２を駆動するに要した動力を差し引いた分だけ原
動機は動力を発生する事になる。

第１図では圧縮機、膨張機を各々２個づつ用いて二段圧
縮、二段膨張としたが、各々３個づつ用いて三段圧縮、
三段膨脹とする事も可能なこと、逆に各々１個づつ用い
て単段圧縮、単段膨脹とする事も可能である事は言うま
でもない。

加熱室１８内へ導入された気体に関しては、第６図に示
す如く外部から熱エネルギーを与える事も可能で、第６
図において燃料噴射弁２０から燃料が噴射されて点火栓
１９によって燃焼（連続燃焼）が起ると、圧縮機から送
られてきた気体は加熱室２４の外部から熱エネルギーへ
導入して動力を発生させる様にするのである。

尚、第１図では一段目の圧縮機Ｃ１は気体（通常は空気
）のみを吸入する様にしたが、気体と燃料との混合物を
吸入する様にしても良い。

即ち、点火栓１９によって一且燃焼が起れば、残留する
火災によって次々と送られてくる気体と燃料との混合物
を加熱室１８内で連続燃焼させる事ができるのである（
もちろん、この場合、燃料噴射弁２０は不要である）。

次に第７図に示すものは基本的には第１図と同様である
が、二段圧縮及び二段膨張を各々３個のローターで達成
し、構造の簡素化を図ったところが異なるものである。

即ち、雌ローター５と非接触状態で噛合う雄ローター１
を雌ローター５の両側に各々備えた圧縮機と膨張機とを
使用しており、前記圧縮機、雌ローター５及びこの雌ロ
ーター５と噛合う一方の側の雄ローター１から成る一段
目の圧縮機Ｃ１と、雌ローター５及びこの雌ローター５
と噛合う他方の側の雄ローター１から成る二段目の圧縮
機Ｃ２とから構成されると共に、前記膨張機は雌ロータ
ー５及びこの雌ローター５と噛合う一方の側の雄ロータ
ー１から成る一段目の膨張機Ｅ１と、雌ローター５及び
この雌ローター５と噛合う他方の側の雄ローター１から
成る二段目の膨張機Ｅ２とから構成されているのである
。

前記圧縮機と膨張機とな平行な三軸によって互いに連結
されている。

かくして圧縮機で圧縮された気体は加熱室１８内へ導入
されると共にここで熱エネルギーを与えられ、膨張機で
十分に膨張して動力を発生させるのである。

尚、第１図から第７図までは開放サイクルを適用したも
のであるが、膨張機（二段目の膨張機Ｅ２）から排出さ
れた気体を冷却して再び圧縮機に吸入させる様にすれば
、密閉サイクルを適用させる事も可能である（ただし、
加熱室は第６図の形式のものを採用する必要がある）。

以上の原動機は摩擦損失が極めて小さく、加熱室内で熱
エネルギーを与えられた気体も完全膨張させる事ができ
るから（圧縮比＜膨張比）、熱効率が極めて高く、連続
燃焼型である為、低公害で、粗悪燃料の使用が可能であ
ること、更には低振動、低騒音である等の特徴を有する
ものである。

さて以上の様に構成された原動機においては、作動室８
と回転中空体９内との連通開始時期（圧縮機の場合）や
連通遮断時期（膨張機の場合）が固定されている為、部
分負荷域において加熱室１８（加熱室１８′２４−以下
加熱室１８で代表する）内へ導入される気体に与えられ
る熱エネルギーが減少して（燃料噴射弁２０から噴射さ
れる燃料噴射量が減少して）加熱室１８内の圧力が低下
すると、圧縮機の作動室８のＰ−Ｖ線図を示す第８図か
らも明らかな様に作動室８内で過圧縮により斜線の部分
に相当する損失を生じ、他方膨張機の作動室８のＰ−Ｖ
線図を示す第９図からも明らかな様に作動室８内での過
膨張から斜線の部分に相当する損失を生じ、部分負荷域
における熱効率が悪化する欠点がある。

更には、部分負荷域において燃料噴射弁２０から噴射さ
れる燃料噴射室を減少されると、空気過剰率が過大とな
り、サイクル最高温度（加熱室１８内の最高温度）が低
下して熱効率が著しく悪化する重大な欠点がある（本発
動機はいわばブレイトンサイクルを行うものであり、ブ
レイトンサイクルではサイクル最高温度も高める程、熱
効率が向上する）。

本発明は以上の様な欠点を解決しようとしたもので、以
下図面に従って説明する。

第１０図は本発明による原動機における膨張機を示し（
従って、本発明による原動機は第１図において膨張機Ｅ
１、Ｅ２を第１０図の膨張機で置き換えたもので示され
る−圧縮機の構造は従来通りである）、固定中空体１１
の内部に回動体２５が回動自在に備えられ（図では回動
体２５は回転中空体９の内周面に密接させて備えられて
いる）、膨張機のケーシング内壁面に開口しながら膨張
機の排出側（排出通路１５内）へ通ずる連通路２７に連
通弁２８，２９を備えてある。（図では連通弁は２個備
えてあるが、３個備えても、逆に１個のみ備える様にし
ても良い） この時、作動室８は最小容積状態から中間容積状態まで
連通口１２及び開閉口１０及び回動体２５に形成された
制御口２６を介して回転中空体９内へ連通し、回動体２
５を回動させれば開閉口１０と制御口２６との連通遮断
時期が変化し、これにより作動室８と回転中空体９内と
の連通遮断時期が変化せしめられる事になるのである。

今、部分負荷域において加熱室１８内へ導入される気体
に与えられる熱エネルギーが減少して（燃料噴射弁２０
から噴射される燃料噴射量が減少して−以下、この表現
で説明する）加熱室１８内の圧力が低下すると、連通弁
２８を開くと共に回動体２５を図示の位置まで回動させ
て開閉口１０と制御口２６との連通遮断時期を早め、作
動室８と回転中空体９内との連通遮断時期を早める様に
制御するのである。

連通弁２８を開く事によって作動室８は所定の容積状態
から最大容積状態まで膨張機の排出側（排出通路１５内
）へ連通する様になり、連通弁２８を開閉させる事によ
って作動室８と膨張機の排出側との連通開始時期を変化
させる事ができる（連通弁２９についても同様である）
。

従って、作動室８内へ流入した回転中空体９内からの気
体（加熱室１８内からの高温・高圧の気体）は開閉口１
０と制御口２６との連通が遮断された後は、同作動率８
の容積の拡大によって密閉的に膨張し、排出通路１５内
の圧力にほぼ等しくなった時点で同作動室８が連通路２
７を介して膨張機の排出側（排出通路１５内）へ連通し
、同作動室８のＰ−Ｖ線図は第１１図に示す如く描かれ
、第９図に示す従来の様な同作動室８内における過膨張
による損失が消滅する様になる。（開閉口１０と制御口
２６との連通遮断時期が早まっている為、膨張比は増大
しており、もし連通弁２８が全閉であれば同作動室８内
で過膨張が生ずるから連通弁２８を開いて、これを防い
でいるのである）。

他方、開閉口１０と制御口２６との連通遮断時期が早ま
っており、従って同作動室８と回転中空体９内との連通
遮断時期も早まっている為、加熱室１８内の圧力は燃料
噴射量が減少しているにもかかわらず全負荷時とほぼ同
一である。

従って、圧縮機における作動室８のＰ−Ｖ線図を第１２
図に示す如く描かせる事が可能となり、圧縮機における
作動室８内における過圧縮が消滅し、第８図に示す従来
の様な斜線の部分に相当する損失を消滅させる事ができ
る。

更に燃料噴射量が減少して低負荷域へ移行したら、回動
体２５を図示の位置から更に時計方向へ回動させて開閉
口１０と制御口２６との連通遮断時期を一層早めると共
に、連通弁２９をも開く様にするのである。

この結果、加熱室１８内の圧力は燃料噴射量が更に減少
しているにもかかわらず全負荷時とほぼ同一に保たれる
から、圧縮機の作動室８内における過圧縮は消滅し、Ｐ
−Ｖ線図は第１２図の如く描かれ、第８図の従来の様な
斜線の部分に相当する損失が消滅する。

他方、膨張機の作動室８のＰ−Ｖ線図は第１１図におい
て二点鎖線示の如く描かれ、膨張機の作動室８内におけ
る過膨張は消滅し、第９図の従来の様な斜線の部分に相
当する損失が消滅する（連通弁２９を全閉とすると、作
動室８内における過膨張が生ずる）。

かくして部分負荷域においても全負荷域と同様に過圧縮
、過膨張による損失が完全に消滅し、部分負荷域におけ
る熱効率を改善する事ができる。

かくして本発明の目的を達成するのである。

回動体２５は原動機の出力も制御する装置（アクセルレ
バー等）によって直接的に駆動するか、燃料噴射基を制
御する装置からの電気的信号によって駆動する様にする
。

尚、回動体２５及び連通路２７及是連通弁２８，２９は
一段目及び二段目の膨張機に各々備える事が望ましいが
、構造の簡素化が要求される場合は一段目の膨張機Ｅ１
にのみ備える様にしても本発明の目的を達成する事がで
きる。

全負荷域には連通弁２８，２９を共に全閉とする事は言
うまでもない。

回動体２５を回転中空体９の外周面に密接させて備える
（回動体２５はもちろん固定中空体１１の内部にある）
様にした実施例を、第１３図に示す（連通路２７、連通
弁２８，２９は省略して描いてある）。

即ち第１３図において、回動体２５を回動させる事によ
り開閉口１０と制御口２６との連通遮断時期を変化させ
て圧縮機の作動室８内における過圧縮や膨張機の作動室
８内における過膨張を消滅させ、部分負荷域における熱
効率を改善しているのである。

この場合、第１４図に示す如く開閉口１０と制御口２６
とが連通を開始する瞬間には連通口１２が羽根２によっ
て覆われていないと回転中空体９内の高圧の気体が逃げ
出して損失が増大するから、回動体２５を回動させて開
閉口１０と制御口２６との連通遮断時期を早めるには限
度がある。

もし第１４図において羽根２の固定中空体１１の周囲に
密接する部分がもっと大であれば、開閉口１０と制御口
２６とが連通を開始する瞬間には連通口１２は所定期間
だけ以上に羽根２によって既に覆われているから、回動
体２５を更に回動させて開閉口１０と制御口２６との連
通遮断時期を一層早める事ができる。

回動体２５を更に回動させて開閉口１０と制御口２６の
連通遮断時期を一層早める事のできるもう１つの方法は
、第１５図に示す如く羽根２の固定中空体１１の周囲に
密接する部分に密接する密接片３０を回動体２５に固着
しておく事である。

これにより、開閉口１０と制御口２６とが連通を開始す
る瞬間に連通口１２が羽根２によって覆われていなくて
も、密接片３０により回転中空体９内の高圧の気体が逃
げ出す事を防止する事ができる。

尚、第１０図においては連通路２７のローターケーシン
グ内両面に開口する開口部の中心をθ３、羽根２の雄ロ
ーター外周部３の中心角をθ４とすれば、θ３≦θ４と
なる様に構成されているから、連通弁２８，２９が全閉
した状態では羽根２が連通路ニ７のローターケーシング
内周面に開口する開口部を通過する時、これらの開口部
を介して作動室間が互いに連通状態に陥る事はない。

第１０図では作動室８が膨張機の排出側（排出通路１５
内）へ連通し始める時期を連通弁２８，２９の順次の開
閉によって段階的に変化させる様にしたが、連続的に変
化させる様にした実施例を第１６図に示す。

即ち第１６図は前記目的を達成する本発明による原動機
における膨張機を示し（従って、前記目的を達成する本
発明による原動機は第１６図に示される膨張機の部分と
第１図の圧縮機の部分とを連結させてもので示される）
、第１６図のＣ−Ｃ′線断面図は第１７図に示され、Ｄ
−Ｄ′線断面図は第１８図に示されており（第１７，１
８図は各々一段目の膨張機Ｅ１のＣ−Ｃ′線、Ｄ−Ｄ′
線断面図を示しており、二段目の膨張機Ｅ２も同様の断
面を有している）、分離壁３７によって固定中空体１１
内を（回転中空体９内を）高圧の気体が導入される高圧
空間Ｈと回転中空体９に形成された孔３８、通路３９を
介して排出通路１５内へ連通する低圧空間Ｌとに区分し
ている。

高圧空間Ｈ側の固定中空体１１内には回動体２５が回動
自在に備えられ（回動体２５は回転中空体９の内周面又
は外周面に密接させて備える様にする−図では前者）、
これにより作動室８は最小容積状態から中間容積状態ま
で高圧空間Ｈ側の固定中空体１１に形成された連通口１
２、高圧空間Ｈ側の回転中空体９に形成された開閉口１
０、回動体２５に形成された制御口２６を介して高圧空
間Ｈ内へ連通する様になる。

他方、低圧空間Ｌ側の固定中空体１１内には低圧回動体
３２が回動自在に備えられ（図では回転中空体９の外周
面に密接させて備えられている）、これによる作動室８
は所定の容積状態から最大容積状態まで低圧空間Ｌ側の
固定中空体１１に形成された低圧連通口３１、低圧空間
Ｌ側の回転中空体９に形成された低圧開閉口３４、低圧
回動体３２に形成された低圧制御口３３を介して低圧空
間Ｌ内へ連通する事になる。

従って、回動体２５を第１７図に示す位置まで回動させ
ると共に低圧回動体３２を第１８図に示す位置まで回動
させれば、作動室８内へ流入した回転中空体９内からの
高圧の気体は開閉口１０と制御口２６との連通が遮断さ
れた後は、同作動室８の容積の拡大によって密閉的に膨
張し、排出通路１ノ内の圧力にほぼ等しくなった時点で
同作動室８が低圧開閉口３４、低圧制御口３３、低圧連
通口３１、更には孔３８、通路３９を介して排出通路１
５内へ連通し、同作動室８内における過膨張を常時消滅
させる様にしているのである。

即ち、低圧回動体３２の制御位置を回動体２５のそれに
対応させて回動させる事により、同作動室８が膨張機の
排出側（排出通路１５内）へ連通し始める時期を連続的
に変化させる事が可能となる。

かくして回動体２５、低圧回動体３２を回動させる事に
より第１０図と同様に圧縮機の作動室８内における過圧
縮や膨張機の作動室８内における過膨張を消載させ、部
分負荷域における熱効率を改善する事ができる。

連絡弁３６は特に必要不可欠なものではないが、作動室
８が低圧連通口３１、低圧開閉口３４、低圧制御口３３
を介して排出通路１５内へ連通する時、連絡弁３６を開
いておいて作動室８が連絡路３５をも介して排出通路１
５内へ連通する様にし、連通断面積を拡大させる役割を
果すものである。

これにより低圧連通口３１の軸方向長を小とし、連通口
１２の断面積を拡大させる効果が生まれる。

連絡路３５のローターケーシング内周面に開口する開口
部を羽根２が連通する時、作動室８内の圧力が排出通路
１５内の圧力よりも高い場合は連絡弁３６を全開させて
おかなければならないから、連絡弁３６の切換点（開か
ら閉へ、又は閉から開へ切換える点）は低圧回動体３２
の制御位置によって従属的に定められる事になる。

全負荷域では、連絡弁３６を全閉させると共に低圧連通
口３１、低圧開閉口３４、低圧制御口３３の三者が同時
に互いに連通し合う事のない位置まで低圧回動体３２を
回動させる事は言うまでもない。

尚、低圧回動体３２は例えばカム時を介して回動体２５
へ連動する様に構成するのである。

尚、第１８図において羽根２の固定中空体１１の周囲に
密接する部分の中心角をθ２、低圧連通口３１の中心角
をθ５とすると、θ２≧θ５となっているから、羽根２
が低圧連通口３１を通過する時、作動室間が互いに連通
状態に陥る事はないが、低圧連通口３１の大きさが制限
される結果、低圧自動体３２の制御範囲も制限される事
になる。

低圧回動体３２の制御範囲を拡大するには、第１９図に
示す如く低圧連通口３１′を別に新設すれば良い。低圧
連通口３１′が図示の如く低圧回動体３２によって完全
に閉鎖されている時には、羽根２が低圧連通口３１′、
３１を通過しても隔壁４０によって作動空間が互いに連
通状態に陥る事はない。

次に第１図から第７図までに述べた原動機では、燃料噴
射弁２０から噴射される燃料噴射を変化させる事のみに
より出力を制御する方法が採用されているが、この方法
は簡単ではあるが部分負荷域では空気過剰率が大となり
、サイクル最高温度が低下して熱効率が大幅に悪化する
欠点がある。

部分負荷域においても高い熱効率を維持できる出力制御
法は、燃料噴射量を変えると共に加熱室１８内へ導入さ
れる気体の流量を変え、サイクル最高温度を常時高く保
つ様にしておく事であり、これを第２０図によって説明
する。

即ち第２０図において、Ｅ−Ｅ′線断面図（一段目の圧
縮機Ｃ１）は第２１図に示され（二段目の圧縮線Ｃ２の
断面図も第２１図と同様とする）、膨張機Ｅ１，Ｅ２に
ついては第１０図（第１３，１４，１５図をも含む）に
示した回動体２５、通過路２７、連通弁２８，２９を有
する膨張機を採用するものとする（以下の説明は第２０
，２１，１０図を参照のこと）。

圧縮機の固定中空体１１の内部には回動体２５が回動自
在に備えられ（図では例えば回転中空体９の内周面に密
接させて備えられている）、圧縮機のケーシング内壁面
（図ではローターケーシング内周面）に開口しながら圧
縮機の吸入側（吸入通路１４内）へ通ずる連通路２７に
連通弁２８，２９を備えてある（連通弁は３個備えても
、逆に１個のみ備える様にしても良い）。

この時、圧縮機の作動室８は中間容積状態から最小容積
状態まで連通口１２及び開閉口１０及び回動体２５に形
成された制御口２６を介して回転中空体９内へ連通し、
回動体２５を回動させれば開閉口１０と制御口２６との
連通開始時期が変化し、これにより作動室８と回転中空
体９内との連通開始時期が変化せしめられるのである。

圧縮機の連通弁２８も開く事によって作動室８は最大容
積状態から所定の容積状態まで圧縮機の吸入側（吸入通
路１４内）へ連通する様になり、連通弁２８を開閉させ
る事によって作動室８と圧縮機の吸入側との連通遮断時
期を変化させる事ができる（連通弁２９についても同様
である。

今、部分負荷域において、燃料噴射弁２０から噴射され
る燃料噴射量が減少すると、連通弁２８を開くと共に回
動体２５を図示の位置まで回動させて開閉口１０と制御
口２６との連通開始時期を遅らせ、作動室８と回転中空
体９内との連通開始時期を遅らせる様に制御するのであ
る。

従って、作動室８に一杯に吸入された気体は連通路２７
を介して所定量だけ圧縮機の吸入側へ戻され、同作動室
８と圧縮機の吸入側との連通が遮断された後は同作動室
８内の気体は容積の縮小によって密閉的に圧縮され、回
転中空体９内の圧力にほぼ等しくなった時点で連通口１
２、開閉口１０、制御口２６を介して回転中空体９内へ
吐出され、即ち同作動室８のＰ−Ｖ線図は第２２図の如
く描かれ、かくして圧縮機の容量が制御（減少）され、
加熱室１８内へ導入される気体の流量が減少するのであ
る。

他方、膨張機に関しては（第１０図参照）加熱室１８内
へ導入される気体の流量が減少している為、膨張機の回
動体２５を所定位置まで回動させて開閉口１０と制御口
２６との連通遮断時期を早めると共に、連通弁２８を開
いて膨張機の容量を制御（減少）する様にしているので
ある。

この時、膨張機の作動室８のＰ−Ｖ線図は第２３図の如
く描かれる事になる。

更に燃料噴射量が減少して低負荷域へ移行した場合には
、圧縮機の進通弁２９をも開いて圧縮機の容量を更に制
御（減少）すると共に、圧縮機の回動弁２５を更に回動
させて開閉口１０と制御口２６との連通開始時期を遅ら
せ、作動室８のＰ−Ｖ線図が第２２図の二点鎖線示の如
く描かれる様に制御される様に制御するのである。

同時に膨張機の回動体２５を回動させて開閉口１０と制
御口２６との連通遮断時期を更に早めて膨張機の容量を
更に制御（減少）すると共に、膨張機の連通弁２９をも
開く様にして作動室８のＰ−Ｖ線図が第２３図の二点鎖
線示の如く描かれる様に制御するのである。

この様に燃料噴射弁２０から噴射される噴射室の減少に
相応して圧縮機や膨張機の容量を制御（減少）させて、
加熱室１８内を流れる気体の流量を減少させる事ができ
るので、空気過剰率は常に適正に保たれ（全身荷時とほ
ぼ同一に保たれ）、サイクル最高温度も常に高く維持す
る（全負荷時とほぼ同一のサイクル最高温度に維持する
−サイクル最高圧力も全負荷時とほぼ同一に保たれてい
る）事が可能となり、部分負荷域における熱効率も大幅
に改善する事ができる。

かくして本発明の目的も達成する。

第２０図では圧縮機の作動室８と圧縮機の吸入側との連
通遮断時期を連通弁２８，２９の順次の開閉によって段
階的に変化させる様にしたが、連続的に変化させる様に
した実施例を第２４図に示す。

即ち第２４図は前記目的を達成する本発明による原動機
における圧縮機を示し（従って前記目的を達成する本発
明による原動機は第２４図に示される圧縮機の部分と第
２図の膨張機の部分とを連結させてもので示される）、
第２４図のＦ−Ｆ′線断面図は第２５図に示され、Ｇ−
Ｇ′線断面図は第２６図に示されており（第２５，２６
図は各々一段目の圧縮機Ｃ１のＦ−Ｆ′線断面図、Ｇ−
Ｇ′線断面図を示しており、二段目の圧縮機Ｃ２も同様
の断面図有している） 分離壁３７によって固定中空体１１内を（回転中空体９
内を）吐出側へ通ずる高圧室間Ｈと回転中空体９に形成
された孔３８、通路３９を介して吸入側（吸入通路１４
内）へ通ずる低圧空間Ｌとに区分している（以下の説明
は第２４，２５，２６図を参照のこと）。

高圧空間Ｈ側の固定中空体１１内には回動体２５が回動
自在に備えられ（例えば回転中空体９０の内周面に密接
させて備える）、回動体２５を回動させる事により高圧
空間Ｈ側の回転中空体９に形成された開閉口１０と回動
体２５に形成された制御口２６との連通開始時期、即ち
作動室８と高圧空間Ｈ内との連通開始時が変化せしめら
れる。

１２は高圧空間Ｈ側の固定中空体１１に形成された連通
口である。

他方、低圧空間Ｌ側の固定中空体１１内には低圧回動体
３２が回動自在に備えられ（図では回転中空体９の外周
面に密接させて備えられている）、これにより作動室８
は最上容積状態から所定の容積状態まで低圧空間Ｌ側の
固定中空体１１に形成された低圧連通口３１、低圧回動
体３２に形成された低圧制御口３３、低圧空間Ｌ側の回
転中空体９に形成された低圧開閉口３４を介して低圧空
間Ｌ内へ連通する事になり、低圧回動体３２を回動させ
る事により低圧開閉口３４と低圧制御口３３との連通遮
断時間、即ち作動室８と低圧空間Ｌ内との連通遮断時期
が変化せしめられる。

従って部分負荷域において燃料費射量が減少すると、低
圧回動体３２を回動させて低圧開閉口３４と低圧制御口
３３との連通遮断時期を遅らせて（作動室８内に一杯に
吸入した気体を所定量だけ吸入側へ戻して）圧縮機の容
量も制御（減少）すると共に、回動体２５を回動させて
開閉口１０と制御口２６との連通開始時期を遅らせ、作
動室８のＰ−Ｖ線図が第２２図の如く描かれる様に制御
し、かくして低圧回動体３２を回動させる事により圧縮
機の作動室８と吸入側との連通遮断時期を連続的に変化
させているのである。

この時、膨張機については膨張機の作動室８のＰ−Ｖ線
図が第２３図の如く描かれる様に膨張機の回動体２５、
連通弁２８，２９を制御するのである。

かくして部分負荷域における熱効率も大幅に改善する事
ができる。

連絡弁３６は特に必要不可欠なものではないが、圧縮機
の作動室８が低圧連通口３１、低圧制御口３３、低圧開
閉口３４を介して吸入側へ連通する時、連絡弁３６を開
いて作動室８が連絡路３５をも介して吸入通路１４内へ
連通する様にし、連通断面積を拡大する役割を果すもの
で、これにより低圧連通口３１の軸方向長を小とし、連
通口１２の断面積を拡大させる効果が生まれる。

連絡弁３６の切換点（開から閉へ、又は閉から開へ切換
える点）は低圧回動体３２の制御位置によって従隔的に
定められ、全負荷域では全閉されている事は言うまでも
ない。

尚、第２４図では膨張機は第２０図に示すものを採用し
たが、第１６図に示す膨張機を作用しても良い事は明ら
かである。

同様に第２０図では膨張機として第１６図に示すものを
採用しても良い事は明らかである。

以上、これらの２つの実施例においては構造の簡素化の
為には圧縮機の回動体２５を省略（除去）しても、部分
負荷域においては圧縮機の作動室８のＰ−Ｖ線図を示し
た第２７図からも明らかな線に作動室８内で若干の圧縮
不足による損失（斜線の部分に相当する損失）はあるも
のの加熱室１８内へ導入される気体の流量を減少させて
サイクル最高温度を高く維持する事ができるので、前記
損失を差し引いても熱効率を改善する事が可能である。

同様に第２０，２４図においても圧縮機の回動体２５を
省略（除去）する事ができる。

尚、第１０図から第２７図までに述べた本発明は第１図
に示した原動機に適用したものを説明したが、第７図の
原動機についても同様の実施できる事は言うまでもない
。

本発明は以上の如く構成されているので、圧縮機や膨張
機の作動室内における過圧縮や過膨張を済減させ、圧縮
機や膨張機の容量を適度に制御する事によって加熱室内
へ導入される気体の流量を制御してサイクル最高温度も
常時高く維持する事ができるので、部分負荷域における
熱効率を大幅に改善する事が可能となる。

尚、本発明は膨張機の発生出力を膨張比を小とすること
によって圧縮機駆動程度とならしめ、前記膨張機から排
出される気体により負荷に連結するガスタービンを駆動
する様にすることを考えられ、これにより一層小型とな
る利点を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１・２・３・７図は従来の原動機の断面図第４・５図
はＰ−Ｖ線図、第６図は加熱室の図第８・９・１１・１
２・２２・２３・２７図はＰ−Ｖ線図 第１０・１３・１４・１５・１６・１７・１８・２０・
２１・２４・２５・２６・図は本発明による原動機の断
面図、第１９図は固定中空体及び低圧回動体及び回転中
空体の図。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転中空体の外部に固定される如く備えられた固
   定中空体の周囲に密接しながら前記回転中空体と一体的
   に回転する羽根を備えた雄ローターと、ローターケーシ
   ング内周面に密接する雌ローター外周部及びこの雌ロー
   ター外周部から陥没しながら前記雄ローターの羽根が嵌
   り込む陥没部を有する雌ローターとが互いに非接触状態
   で同期的に互いに反対方向へ回転し合い、かつ前記雌ロ
   ーター外周部が前記固定中空体に密接する様に構成した
   回転機械であり、更に前記雄ローターの羽根と雌ロータ
   ーとによって挟まれた作動室に注目し、同作動室の最小
   容積状態と中間容積状態とを連絡する期間、同作動室が
   前記固定中空体に形成された連通口及び前記回転中空体
   に形成された開閉口を介して前記回転中空体内へ連通す
   る様にし、以上の如く構成された回転機械を圧縮機、膨
   張機として使用しつつ前記圧縮機と前記膨張機とを連結
   せしめ、前記圧縮機の作動室内で圧縮された回転中空体
   内からの気体を加熱室内へ導入し、更に前記加熱室内で
   熱エネルギーを与えられた気体を前記膨張機の回転中空
   体内へ導入する事によって前記膨張機の作動室内で膨張
   させる様にした原動機において、前記膨張機の固定中空
   体の内部に回動自在に備えられた回動体を回動させる事
   によって前記膨張機の回転中空体に形成された開閉口と
   前記回動体に形成された制御口との連通遮断時期を変化
   させて前記膨張機の作動室と前記膨張機の回転中空体と
   の連通遮断時期を変化せしめ、前記膨張機のケーシング
   内壁面に開口しなが ら前記膨張機の排出側へ通ずる連通路に備えられた連通
   弁を開く事によって前記膨張機の作動室が所定の容積状
   態から最大容積状態まで前記膨張機の排出側へ連通する
   様にし、前記連通弁を開閉させる事によって前記膨張機
   の作動室と前記膨張機の排出側との連通開始時期を変化
   させる様にした事を特徴とする原動機。
2. （２）回転中空体の外部に固定される如く備えられた固
   定中空体の周囲に密接しながら前記回転中空体と一体的
   に回転する羽根を備えた雄ローターと、ローターケーシ
   ング内周面に密接する雌ローター外周部及びこの雌ロー
   ター外周部から陥没しながら前記雄ローターの羽根が嵌
   り込む陥没部を有する雄ローターとが互いに非接触状態
   で同期的に互いに反対方向へ回転し合い、かつ前記雌ロ
   ーター外周部が前記固定中空体に密接する様に構成した
   回転機械であり、更に前記雄ローターの羽根と雌ロータ
   ーとによって挟まれた作動室に注目し、同作動室の最小
   容積状態と中間容積状態とを連絡する期間、同作動室が
   前記固定中空体に形成された連通口及び前記回転中空体
   に形成された開閉口を介して前記回転中空体内へ連通す
   る様にし、以上の如く構成された回転機械を圧縮機、膨
   張機として使用しつつ前記圧縮機と前記膨張機とを連結
   せしめ、前記圧縮機の作動室内で圧縮された回転中空体
   内からの気体を加熱室内へ導入し、更に前記加熱室内で
   熱エネルギーを与えられた気体を前記膨張機の回転中空
   体内へ導入する事によって前記膨張機の作動室内で膨張
   させる様にした原動機において、前記膨張機の固定中空
   体の内部に回動自在に備えられた回動体を回動させる事
   によって前記膨張機の回転中空体に形成された開閉口と
   前記回動体に形成された制御口との連通遮断時期を変化
   させて前記膨張機の作動室と前記膨張機の回転中空体内
   との連通遮断時期を変化せしめ、前記膨張機のケーシン
   グ内壁面に開口しながら 前記膨張機の排出側へ通ずる連通路に備えられた連通弁
   を開く事によって前記膨張機の作動室が所定の容積状態
   から最大容積状態まで前記膨張機の排出側へ連通する様
   にし、前記連通弁を開閉させる事によって前記膨張機の
   作動室と前記膨張機の排出側との連通開始時期を変化さ
   せる様にし、更に前記圧縮機の固定中空体の内部に回動
   自在に備えられた回動体を回動させる事によって前記圧
   縮機の回転中空体に形成された開閉口と前記圧縮機の回
   動体に形成された制御口との連通開始時期を変化させて
   前記圧縮機の作動室と前記圧縮機の回転中空体内との連
   通開始時期を変化せしめ、前記圧縮機のケーシング内壁
   面に開口しなが ら前記圧縮機の吸入側へ通ずる連通路に備えられた連通
   弁を開く事によって前記圧縮機の作動室が最大容積状態
   から所定の容積状態まで前記圧縮機の吸入側へ連通する
   様にし、前記圧縮機の連通弁を開閉させる事によって前
   記圧縮機の作動室と前記圧縮機の吸入側との連通遮断時
   期を変化させる様にした事を特徴とする原動機。
3. （３）圧縮機及び膨張機の固定中空体に雌ローター外周
   部が密接する欠円部を各々形成する様にした特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載の原動機。