JPH01280601A - 水蒸気爆発原動機 - 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】 イ）　産業上の利用分野 この発明は、高温なる状態にせしめた中に水を注入する
ことにより、瞬１１暑こ水を蒸発させ、水蒸気爆発を起
こし、その時に発生ずる膨９１＋圧力を利用し、原動力
とする原動機に関するものである。

口）　従来の技術 従来の各種熱機関）Ｍ動機の内、内燃機関原動機は、基
本的に燃焼室内で燃料を燃焼爆発させることにより、高
熱を発生させ、その高熱によりシリンダー内の空気（混
合気）を熱膨張させ、その膨張圧力のみを原動力として
取り出しているのであるが、その取り出される動力は、
消費される燃料の持つ熱Ｊｉｊ；にたいして正味熱効率
が−・般的に火花点火機関（ガソリンエンジン）で２５
〜２８％、圧縮着火機関（ディーゼル、エンジン）で３
０〜３４％程度であり効率が悪く、例えば３０％の熱効
率で３０馬力の動力を取り出すＪＪｉξ動機の場合、こ
の原動機は３０馬力の動力を取り出すためには１００馬
力分の熱量を持つ燃料を消費しなければならず、７０馬
力分の燃料を無駄に消費している。

そこで従来の原動機は何故効率が悪いのかというと、先
に１１：いであるように燃料を燃焼爆発させる事により
生じる気体の熱膨張圧力のみを動力としており、その作
用するときに、発生した熱の熱量の内、気体を膨張させ
る為に利用される熱量は本来燃料が持っている熱量の２
５〜３４％にしかならないからである。

また従来の内燃機関原動機は燃料を燃焼させるため人１
−１の空気を消’ｌ’ｅ　シ、かつ燃焼の際に現実には
完全燃焼が不ＬＩＪ能であるため常に不完全燃焼を起こ
す、そのため人体や自然に対して有害である排気ガスを
大量に発生させており、その発生する４１１気カスの−
１１（も原動機の熱効率のｊル（さによって必要以」二
に多くなっているのである。

外燃機関原動機の内、従来蒸気機関車などて使われてい
た蒸気機関は水利や石炭や石油などの燃４”ｌを燃焼さ
せその熱によ−）で・定容１，１のボイラー内に水を蒸
発させて水蒸気を作り、その水蒸気を作り続けて貯め込
む事により水蒸気に圧力を持たせ、その蒸気をピストン
に噴射することによってピストンを動かし動力としてい
たか、元来正味熱効率が６〜・２９％％と犬家尼ｔく燃
才」を：ＨＢ＋ｊ駄に人ｊ１１に消費し、また燃料の燃
焼の際に煤煙等の損気カスを必要以］−に人１°１）に
発生させ、その］二親時点ての実用的な出力をｆｌｌよ
うとするとその他の現時点て使われている各種内燃機関
に比べて機関の構造自体か人ぎくな−〕でしまう等の様
々な問題により各種の内燃機関や電動機関等の新機関が
開発、実用化されて以来今では殆ど使われろ巾か無くな
っている。

従来の各種燃焼機関原動機は、これらの欠点かあるにも
か力寸）らず、その欠点を容認され使用されてきたか、
全１１界で使用されている熱機関原動機の数は莫大な邦
であり、その分たけ無駄に消ｔ１ｅされる燃料のＪｌｌ
、もｌｌＩ′ｇ犬な量となる。またそれにイ・」随して
消費される空気の量や発生するｌｕｌ気カスのｉｉｌ、
ちまた必要以１．に１ｌｉｌＪ人なｌｊｌとなっている
１、　そこで重要な問題となってくるのは、まず地球上
に現在、はとんどの原動機が燃料としている石油資源の
量は有限であるという事で、このままの状態で消費し続
ければ石油資源が枯渇してしまうのも時間の問題である
という点と、発生する損気カスの一部は自然によって浄
化出来ないものもあり、自然破壊が進み大気汚染がひど
くなる一方であるという点である。

そこで本発明の目的は、従来の熱機関原動機（内燃機関
・蒸気機関）におけるこれらの欠点を除く事にある。

ハ）　問題点を解決する手段 本発明は、従来の欠点を解決するために欣のような手段
を発見した。

本発明の原動機は、従来の内燃機関原動機が燃料の燃焼
爆発により生じる熱によって気体を熱膨張させてその膨
張圧力を原動力とし、外燃機関原動機（蒸気機関）が、
水蒸気をボイラー内に貯め込む事により圧力を上げた水
蒸気をピストンなどに噴射する隼によって動力とする点
と異なり、まず何らかの方法により必要１°分な高温状
態を作り出しく空気の高圧縮や燃料の燃焼等）、その高
温状態のところに水（１気圧で１００℃未満のすでに蒸
発していない液体の状態の水）を適量り鏝拉り人する、
すると注入された水は高’ｎ＋：ｉにより瞬時に蒸発し
水蒸気となり急激に体積を膨張させ膨張圧力を生じさせ
る（この時、温度が高ければ高い程膨ＩｉＩ場する速度
は早く急激となり爆発状態となる、これを水蒸気爆発と
呼ぶ）、そしてその膨張圧力（水蒸気爆発膨張圧力）に
よ−）でピストン（もしくはローターなと）を動がし動
力とするのである。

＝５− ニ）実施例 今これを、実施例と図面をも−）で説明する。

なお、本発明の原動機の実施態様には次のようなものが
ある。

実施例ａ　第１図について説明すると、まず向かって左
側のＡシリンダー（以下Ａ側と呼ぶ）は空気を圧縮し高
熱を発生させる働きをし、向かって右側の１３シリンダ
ー（以ド１３側と１１′Ｊ′ぶ）は水蒸気爆発の膨張圧
力を受けて動力とする（動きをする２つの気筒を一組と
して成り立ち、２つの気筒の　ピストン　１４　は　ク
ランクシャフト　１７　に苅し　３６０’の関係に位置
するため、−１−ドするときは同１１．１°に動き同じ
位１１”ｑにある。　シリンダーヘッド　］２　のΔ側
に　受熱部　９　の空間があり、そこには水を注入する
　燃λ゛Ａ（水）　”１（Ｑ・ｊノズル　１１　とその
）己には　燃才斗（水）噴身・］ポンプ　ｌ　がある。

　そして、受熱部からは１３側のシリンダーまで細いへ
の　蒸気通路　］Ｏかある。　ここで各々の働きを一連
の図によって説明６一 すると、第１１ツ１→第２１ソｌ→第７３図→第４１ヌ
１σ）＄’ｉ　ｉ、−（ｊ稈か進み、第１図では△／Ｉ
３両刃のバルブは閉じてあり、Ａ側のピストンは吸入し
た空気を高圧縮して受熱部に高熱を発生させており、そ
の時１３側は１．死点直１）１１まで開いているバルブ
の為にシリンダー内の圧力はほとんど加））′、されず
１気圧に近い状態にある。そしてΔ／１３両方のピスト
ンが］−死点に達する頃の適当な時期に、燃料（水）噴
射ノズルを通して燃ト１（水）噴す、１ポンプによって
水を受熱部に１１ζ慴・ｊ（１人する、すると？１人さ
れた水はＡ側の空気の高圧縮により生じた高熱により水
蒸気爆発を起こし水蒸気となり体積を膨張させる為、蒸
気通路を通って１３側へ流れ込み膨張圧力によって１３
側のピストンを押し下げる、そして第２図にあるように
ピストンの下降と共にクランクシャフトの回転と連動し
て動く　吸υＩ気バルブ　５　が開きＡ側の負荷を取り
除く、またこの時点で１３側では膨張を続けていき、ピ
ストンは下かり続け、下死点に達すると第３図にあるよ
うにＡ側は欧に始まる圧縮に備えバルブを閉じ、Ｂ側で
は膨張圧力を逃がす為に　４Ｊｌ気バルブ　〔３を開は
蒸気を逃か１゛１１次に第４図の様にクランクの働きに
よ−ノてピストンは」−昇し、Ａ側では空気の圧縮を始
め、Ｂ側ではバルブを開けたままで蒸気を排気し続ける
。そして第１図の行程に続き、以上のピストンが往復す
る２行程をｊサイクルとし、このサイクルを繰り返す事
によりクランクシャフトを回転させ、その回転を動力と
して取り出すのである。

実施例し　第５図をもって説明すると、基本的な機関の
動きは従来の圧縮着火機関と同様の働きをするのである
が、まずピストン　１４　がに死点より下がり始めると
クランクシャフト　１７　と連動して開閉する吸気バル
ブ　７　が開き、ピストンが下死点にＦがりきる直前に
吸気バルブを閉じるまで空気を適量吸気し、欣いでピス
トンが下死点からクランクシャフトの働きにより−１−
昇し始め、吸い込んだ空気を上死点まで圧縮し続ける、
そして従来の圧縮着火（幾関と同様に圧縮比を高くして
おく事により圧縮された燃焼室内の空気は高（ｆｕ’ｈ
となり、適当な１１．’ｉ期に、水と軽油等の燃料を１
ｌｌｆｆ当な比重て混合したものを燃料噴射ポンプ　３
３と燃料噴射ノズル　１１　によって燃焼室内の高圧縮
され高熱を持った空気の中に直接適量側注入する、そう
すると高熱によりまず燃料が着火し燃焼することによっ
てさらに高熱状態となり、その燃料の燃焼によって生じ
た高熱によって水を水蒸気爆発させるのである、その後
ピストンは上死点より水蒸気爆発の膨張圧］Ｊによって
下死点まで下がり続ける、そして下死点に到達する頃よ
りクランクシャフトと連動して開閉する排気バルブ　８
が開き、下死点よりピストンは−１コ甘シ始め、ピスト
ンか上死点に至る直前に排気バルブが閉まるまでの間、
水蒸気と排気カスをυ１気する。以１−のピストンが往
復する４行程を１サイクルとし、始めに戻り以Ｆ繰り返
す事によりクランクシャフトを回転させ、その回転を動
力として取り出す１゜実施例Ｃ第６図をもって説明する
と、燃料噴射ポンプ　３　と燃料噴射ノズル　１Ｆ　の
設置位置が燃焼室より吸気１１の途中に変更しである以
外、基本的な機関の動きと行程は実施例しと同様の働き
をする。

実施例（１第７図をもって説明すると、基本的な機関の
動きは従来の火花点火機関（カッリンエンジン）と同様
の働きをするのであるが、まずピストン　１４　が上死
点より下がり始めるとクランクシャフト　１７　と連動
して開閉する吸気バルブ　７　か開き、吸気Ｉ」に設置
された水と燃料と空気をとを適当な比率で混合した混合
気を作り出す燃料噴射装置（キャブレター等）　４　に
よって作られた混合気を、ピストンが不死点に下がりき
る直前に吸気バルブを閉じるまで適Ｊ１！、吸気する、
次いでピストンが下死点からクランクシャフトの働きに
より」二昇し始め、吸い込んだ混合気を一４二死点まで
圧縮し続ける、そして適当な時期にその燃焼室内の混合
気中てスパークプラグ　１９・　により火花を作る、そ
うするとスパークプラグの火花により、まず混合気中の
燃料が着火し燃焼することによって燃焼室内が高熱状態
となり、その燃料の燃焼により生じた１１“；ノ熱によ
−〕て混合気中の残った水を水蒸気爆発させるのである
、その後ピストンは」−死点より水蒸気爆発の膨張圧ノ
コによって下死点までドがり続ける、そして下死点に到
達する頃よりクランクシャフトと連動して開閉する排気
バルブ　８　が開き、下死点よりピストンは上昇し始め
、ピストンが」−死点に至る直前に排気バルブが閉まる
までの間、水蒸気とυ１気ガスを排気する。以１−のピ
ストンが往復する４行程を１サイクルとし、始めに戻り
以下繰り返す事によりクランクシャフトを回転させ、そ
の回転を動力として取り出す。

、実施例ｅ　第８図をもって説明すると、基本的な機関
の動きは実施例ｄや従来の火花点火機関（ガソリンエン
ジン）と同様の働きをするのであるが、まずピストン　
１４　が−Ｌ上死点り下がり始めるとクランクシャフト
　１７　と連動して開閉する吸気バルブ　７　が開き、
吸気口に設置された燃料と空気をとを適当な比率で混合
した混合気をイ１り出ず燃料噴射装置（ギヤブレター等
）　２　によって作られた混合気を、ピストンが上死点
に下がりきる直前に吸気バルブが閉じるまで適量吸気す
る、次いでピストンが上死点からクランクシャフトの働
きによりＪＪｌし始め、吸い込んだ混合気を上死点まで
圧縮し続ける、９そして適当な時期にその燃焼室内の混
合気中でスパークプラグ　１９により火花を作る、そう
するとスパークプラグの火花により混合気中の燃料が着
火し燃焼することによって燃焼室内が高熱状態となる、
これと前後した適当な時期に燃料（水）噴射ノズル　１
１を通して　燃料（水）噴射ポンプ　１　によって水を
燃焼室内に噴射注入する、すると燃料の燃、焼によって
生じる高熱によってその高温によって噴射注入した水を
水蒸気爆発させるのである、その後ピストンは−Ｌ死点
より水蒸気爆発の膨張圧力によって下死点まで下がり続
ける、そして上死点に到達する頃よりクランクシャフト
と連動して開閉する排気バルブ　８　が開き、下死点よ
りピストンは上昇し始め、ピストンが−に死点に至る直
１）；ｊに排気バルブが閉まるまでの間、水蒸気と排気
ガスを排気する。以上のピストンが往復する４行程を１
サイクルとし、始めに戻り以下繰り返す事によりクラン
クシャフトを回転させ、その回転を動力として取り出す
。

なお、実施例ｂ−ｃ・（１・０の４例においては、作動
方法が、４サイクル（４ストローク）であるが、従来の
機関と同じように２サイクル（２ストローク）にする事
が出来る。

二）　発明の効果 ２　実施例ａの場合、水蒸気爆発を起こす熱源として空
気の圧縮を利用している為に、まず始めに蓄電池から取
った電源で電気モーターによって始動すれば、それ以降
は燃料を消費する事がなく、排気ガスを放出することも
ない。

実施例ｂ−ｃ−ｄ−ａの４例場合、燃料を消費＝１３− するが、消費１１１：は水蒸気爆発を起こす為の熱源と
して使うためだけあれば良いので、従来より燃料の消費
量は少なくて済み、また排気ガスの放出量も少なくする
事が出来る。

利用面としては、従来の熱機関原動機が使われていた所
の自動車や船舶等に全て使用出来る。

また、燃料の補給や排気ガスの処理などの点で従来の熱
機関原動機が使用出来なかった潜水艦や宇宙衛星等にも
、機関の大きさやｌ−（１１１；などの、１δ条件が揃
えば利用ｉｊＪ能である。　そして、発電所での発電に
は現在、燃料コスト面の問題で原子力発電が増えつつあ
るが、実施例ａを応用すれば燃料コストをゼロに、実施
例ｂ−ｃ−ｄ−ｅを応用すれば燃料コストを低く抑える
ことが出来るので、ガ・が−に事故が起こると取り返し
がつかない危険を持つ原子・力発電に取って変わること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原動機の一例（実施例ａ）を示す縦
断面図、。 第２〜第４図は第１図に続き、第１図の一例の原動機の
機関の動きを示ず縦断面図。 第５図はこの発１す１の原動機の−・例（実施例［））
を示ず縦断面図。 第（３図はこの発明の原動機の・例（実施例（ニ）を示
す縦断面図。 第７図はこの発明の原動機の一例（実施例ｄ）を示す縦
断面図。 一第８図はこの発明の原動機の一例（実施例ｅ）を示す
縦断面図。 １は燃料（水）噴射ポンプ、　　２は燃料噴射装置（キ
ャブレター等）、　　３は燃料噴射ポンプ、４は燃料噴
射装置（キャブレター等）、　　５は吸４１１気バルブ
、　　６は１′Ｊ１気バルブ、　　■は吸気バルブ、　
　８は損気バルブ、　　９は受熱部、　　１０は蒸気通
路、　　１１は燃料（水）噴射ノズル、　　１２はシリ
ンダーヘッド、　　１３はシリンダーヘッドク、　　１
４はピストン、　　１５はコンロッド、１６はフライホ
イール、　　１７はクランクシャフト、　　１８はクラ
ンクケース、　　１９はスパークプラグ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水を高熱により瞬時に蒸発させ、水蒸気爆発を起こし、
   その時に生ずる水蒸気爆発の膨張圧力を原動力として取
   り出す原動機。