JPH0344209B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 不活性キヤリア・ガス、助燃ガス及び燃料を
燃焼室内に導入し、燃料が燃焼室内で燃焼され排
気ガスが燃焼室内から排気されるような機関を連
続的に作動させる方法であつて、前記燃焼により
加えられる二酸化炭素の量と全体的に等しい二酸
化炭素の量を排気ガスから除去して水内に吸収す
るよう排気ガスの少なくとも一部が水で処理さ
れ、こうして処理された排気ガスがキヤリア・ガ
スを供給するため燃焼室に戻されるようにし、燃
焼室内の混合ガスが機関の連続的な作動の間所定
のガンマー値を有するように単原子不活性ガスを
制御された量だけ燃焼室に導入する、機関の作動
方法。

２ 二酸化炭素を除去すべく処理されない排気ガ
スが燃焼室に戻されるようにした請求の範囲１項
に記載の方法。

３ キヤリア・ガス内の二酸化炭素の割合が、燃
焼室に戻されるキヤリア・ガスの総重量の20％な
いし60％の範囲内に存在する請求の範囲２項に記
載の方法。

４ キヤリア・ガス内の二酸化炭素の割合が、燃
焼室に戻されるキヤリア・ガスの総重量の35％な
いし50％の範囲にある請求の範囲３項に記載の方
法。

５ 排気ガスが吸収する前に冷却されるようにし
た請求の範囲１項ないし４項のいずれかに記載の
方法。

６ 吸収が大気圧を越える圧力にて行われる請求
の範囲１項ないし５項のいずれかに記載の方法。

７ エンジンが１気圧の圧力にて給気され、排気
ガスが水による前記処理前に圧縮されるようにし
た請求の範囲６項に記載の方法。

８ エンジンが大気圧を上回る高圧力にて給気さ
れ、排気ガスが前記高圧力にて前記水により処理
されるようにした請求の範囲６項に記載の方法。

９ 排気ガスを大気に向け、大気から燃焼室内に
導入されるガスを引込むことによりエンジンが開
サイクルにて作動可能になつており、エンジンを
閉サイクルから開サイクルの作動に変えるため排
気が大気に向けられ、燃焼室内に導入されるガス
が大気から引込まれるようにした請求の範囲７項
に記載の方法。

１０ 複数種の排気ガスを大気に向け、大気から
燃焼室内に導入されるガスを引込むことによりエ
ンジンが開サイクルにて作動可能になつており、
エンジンを閉サイクルから開サイクルの作動に変
えるため最初に排気が大気に向けられ、燃焼室内
に導入されるガスが大気から引込まれるようにし
た請求の範囲１項ないし８項のいずれかに記載の
方法。

１１ 助燃ガスの燃焼室への送気が排気ガス中の
助燃ガスの所定の成分を維持する目的で制御され
るようにした請求の範囲１項ないし１０項のいず
れかに記載の方法。

１２ 燃焼室に対する助燃ガスの送気が燃焼室に
導入されるガス内の助燃ガスの所定の割合を維持
するよう制御される請求の範囲７項または９項に
記載の方法。

１３ 排気ガスの処理のため利用可能な水の量が
キヤリア・ガスから除去される二酸化炭素の量を
制御するため水で処理されるガスの総圧力に依存
して制御されるようにした請求の範囲１項ないし
１２項のいずれかに記載の方法。

１４ ガンマー値が1.3ないし1.5の範囲にあるよ
うにした請求の範囲１項ないし１３項のいずれか
に記載の方法。

１５ 単原子不活性ガスが、キセノン、クリプト
ン、ネオン、ヘリウム、アルゴンの１つ又は少な
くとも２つの混合物から成る請求の範囲１項ない
し１４項のいずれかに記載の方法。

１６ (a) 燃焼室 (b) 不活性キヤリア・ガス、助燃ガス及び燃料を
燃焼室内に送気する送気手段 (c) 燃料を燃焼室で燃焼させる手段 (d) 排気ガスを燃焼室から排気させる手段 (e) 排気ガスの少なくとも一部が燃焼室から導か
れ、キヤリア・ガスを提供するように燃焼室に
戻され、燃焼により加えられる二酸化炭素の量
と全体的に等しい二酸化炭素の量を排気ガスか
ら除去して水内に吸収するように水で排気ガス
を処理する手段を含む回路、および、 (f) 単原子不活性ガスを燃焼室に供給する供給手
段と、燃焼室内の混合ガスのガンマー値が機関
の連続的な作動の間所定の値を有するように、
前記供給手段によつて供給される単原子不活性
ガスの量を制御する手段、 を有してなる機関。

１７ 排気ガスが処理される手段は、排気ガスが
水で処理されるような吸収体と、二酸化炭素を除
去すべく処理されない排気ガス以外のすべての排
気ガスを前記回路を介して送るような手段を有し
てなる、請求の範囲１６項に記載の機関。

１８ 排気ガスが冷却されるクーラーを回路が含
むようにした請求の範囲１６項又は１７項に記載
の機関。

１９ 回路が排気ガスを大気圧を越える圧力にて
処理する手段を含むようにした請求の範囲１６項
ないし１９項のいずれかに記載の機関。

２０ 燃焼室内への流入前に助燃ガスが処理排気
ガスと混合されるマニホルドを有する請求の範囲
１６項ないし１９項のいずれかに記載の機関。

２１ エンジンが大気圧にて給気され、回路がコ
ンプレツサーを含み、当該コンプレツサーにより
排気ガスが燃焼室からの流出時に圧縮され、かく
して排気ガスが１気圧を越える圧力にて水に処理
され、水による処理後と燃焼室への戻り前に排気
ガスを内部で膨張可能ならしめる膨張器が含まれ
ている請求の範囲１６項ないし２０項のいずれか
に記載の機関。

２２ エンジンが大気圧を上回る高圧力にて給気
されるようにした手段が設けられ、前記回路内の
圧力も高圧力にある請求の範囲１６項ないし２０
項のいずれかに記載の機関。

２３ 排気ガス内の所定の助燃ガスの量を維持す
るため助燃ガス成分制御手段が設けてある請求の
範囲１６項ないし２２項のいずれかに記載の機
関。

２４ 燃焼室内に導入されるガス内の所定の助燃
ガスの成分を維持するため助燃ガス成分制御手段
が設けてある請求の範囲２１項に記載の機関。

２５ 供給手段が単原子不活性ガスを燃焼室内に
流入する前に助燃ガスと処理排気ガスとの混合の
ため前記マニホルドに供給するようにした請求の
範囲１６項ないし２４項のいずれかに記載の機
関。

２６ 燃焼室に戻される排気ガスの量に応答する
検出手段と、燃焼室に送気されるガスのガンマー
値が前記所定の範囲内となるよう不活性キヤリ
ア・ガスと単原子不活性ガスの比率を制御する検
出手段の制御下で供給手段により単原子不活性ガ
スが送気される割合を変えるようになつている手
段を含むようにした請求の範囲１６項ないし２５
項のいずれかに記載の機関。

２７ 助燃ガスが排気ガスに加えられた際、空気
のガンマー値と略々等しいガンマー値を有するガ
スを提供するように検出手段が排気ガスに加えら
れる単原子不活性ガスの割合を制御するようにな
つている請求の範囲２６項に記載の機関。

２８ エンジンが、デイーゼル・エンジン又はガ
ス・タービン・エンジンである請求の範囲１６項
ないし２６項のいずれかに記載の機関。

２９ 燃焼室を離れる排気ガスから熱を抽出し、
燃焼室への流入前にキヤリア・ガスから成る処理
された排気ガスに熱を戻す熱交換器を含むように
した請求の範囲１６項ないし２８項のいずれかに
記載の機関。

明細書 本発明は燃焼室と、不活性キヤリア・ガス、助
燃ガスと燃料を燃焼室内に搬入する搬入手段と、
燃料を燃焼室内で燃焼させる手段と、排気ガスを
燃焼室から排気させる手段から成る内燃機関に関
するものである。更に詳細には本発明は例えば、
水中といつた自由大気が存在しない個所若しくは
或る種の坑内といつた大気との連通／通気が望ま
しくない個所で効率的に作動出来るエンジンに関
するものである。

例えば、デイーゼル・エンジンの作動において
は不活性キヤリア・ガスと酸素の如き助燃ガスの
混合気が給気弁を通じてエンジンのシリンダー内
の燃焼室に送られ、シリンダー内の混合気が圧縮
され燃料を燃焼させるのに充分な混合気の温度上
昇を生ぜしめ次に燃料がシリンダー内に噴射さ
れ、そこで燃料が燃焼する。しかる後、主として
二酸化炭素と水蒸気から成る燃料の燃焼生成物が
不活性キヤリア・ガスと残留する助燃ガスと共に
シリンダーから排気される。発生する温度上昇は
エンジンの圧縮比及びガンマー即ち一定の比容積
（C_v）における一定圧力における比熱（C_p）の比
に依存している。通常のデイーゼル・エンジンは
空気、不活性キヤリア・ガスの大部分を占める空
気中の窒素、助燃ガスを構成する空気中の酸素を
使用しており、ガンマーは大略1.4である。

大気中の空気が自由に利用出来ない個所では困
難が伴なう。こうした状況下においては助燃ガス
の送気は瓶から取る酸素といつたガスの内蔵供給
部から行なわなければならない。不活性キヤリ
ア・ガスの送気を行なう必要もあるが、こうした
装置によるキヤリア・ガスの送気は無くすことが
望ましい。

空気を燃焼室内に導入し、次に燃料の燃焼で発
生した過剰な二酸化炭素を水酸化カリウムの使用
により排気ガスから除去し、エンジンの引続くサ
イクルで燃焼室内に導入される助燃ガスの所要の
割合を供給するため酸素が加えられた不活性キヤ
リア・ガスの如き本質的に窒素から成るこうして
処理された排気ガスを使用する提案が最初に行な
われた。（ニユーキヤスル大学のR.トンプトン及
びA.フアウラー）。

然し乍ら、充分に高い二酸化炭素除去割合を達
成するため排気ガスを処理するのに要求される水
酸化カリウムの量は或る作動条件下においては膨
大となり、その貯蔵が面倒であるという問題を生
ずる場合がある。

また、従来の装置の一例として、英国特許明細
書第2027485号に開示されたエンジン制御装置が
あるが、このような装置は、遠心分離機を使用す
るため、装置全体が大きくかつ複雑になる。

本発明の目的は、第１に、排気ガス中の二酸化
炭素を効率的に吸収できる装置を提供すること、
第２に、混合ガスのガンマー値を連続運転中にお
いて一定にすること、第３に、比較的簡素でかつ
廉価なこの種装置を提供することである。

本発明の第１観点によれば、不活性キヤリア・
ガス、助燃ガス及び燃料を燃焼室内に導入し、燃
料が燃焼室内で燃焼され、排気ガスが燃焼室から
排気され、排気ガスからの除去と前記燃焼により
添加される二酸化炭素の量に大略等しい二酸化炭
素の量を水中に吸収するため排気ガスが処理さ
れ、こうして処理された排気ガスが燃焼室に戻さ
れてキヤリア・ガスを供給するような内燃機関を
作動させる方法が提供される。

本発明は（排気ガスを処理する水酸化カリウム
を使用することにより生ずる）前述した問題を水
で処理することにより解決する。

キヤリア・ガスは二酸化炭素の割合が高い方が
好ましい。

水中で可溶性の二酸化炭素の量を制御する条件
の１つは排気ガスが処理される全体の圧力ではな
く、混合気内の各ガスの分圧である。例えば、通
常のデイーゼル・エンジンの場合、二酸化炭素成
分の分圧は全体の圧力の約10％であり、例えば５
気圧の圧力で、この二酸化炭素の大部分を除去す
るには必要とされる水の重さは二酸化炭素の重量
の約500倍であり、総圧力が低い場合には更に高
くなることが計算されている。これは水分調整シ
ステムの動力要件と吸収体の寸法が高くなる点で
著しい困難を生ずる。従つて、本出願人は吸収水
による二酸化炭素の除去が実行可能となるような
程度迄排気ガス中の二酸化炭素の分圧が高められ
るよう相当割合の二酸化炭素を含むキヤリア・ガ
スの使用の方がよいと考える。

キヤリア・ガスは二酸化炭素と共に『充填』さ
れるが、キヤリア・ガスは最初、充填されず、即
ち二酸化炭素の相当の割合を有しないで、そのた
め最初は空気の不活性成分であるが、キヤリア・
ガス内の二酸化炭素の割合は二酸化炭素の割合が
利用される水の量及び吸収が発生する圧力と温度
に依存するような平衡状態が確立される迄増加す
ることが予測される。

二酸化炭素の相当の割合とは空気中に存在する
より多くの二酸化炭素であり、好適には燃焼室内
に導入されるキヤリア・ガスの総容績の容積で表
わした少なくとも20％の二酸化炭素を意味してい
る。

平衡状態が確立された際、燃焼室内に導入され
るキヤリア・ガス内の二酸化炭素の割合はキヤリ
ア・ガスの総容積の容積で表わした35％ないし50
％の範囲にあり、その割合は（低動力で過剰CO₂
が少ない）エンジンに対する燃料の入力とエンジ
ンが受持つ負荷に応じて排気段階で増加するとこ
ろから吸収作動は吸収されているキヤリア・ガス
の総容積で表わした45％ないし60％の範囲内で二
酸化炭素を含有するガスに対して実行されること
が好ましい。二酸化炭素の含有量増加に伴ないエ
ンジンの作動効率は低下し、二酸化炭素の最大含
有量は典型的には燃焼室内に導入されるキヤリ
ア・ガスの総重量の容積で表わした60％である。

二酸化炭素の良好な可溶性を達成するため排気
ガスは吸収前に冷却されることが好ましい。排気
ガスは吸収のため使用される溶剤水で冷却可能か
又は別の予備クーラー内で冷却可能である。

要求される水の量を削減するため吸収は大気圧
以上の圧力、好適には２気圧ないし30気圧の範囲
で発生することが更ましい。

エンジンは大気圧即ち１気圧の圧力で吸気可能
であり、排気ガスは水による前記処理の前に圧縮
可能である。

代替的にエンジンは大気圧を上回わる高圧力で
吸気可能であり、排気ガスは前記高圧力にて前記
水により処理可能である。

排気ガスが高圧力、典型的には５気圧ないし10
気圧を上回わる圧力にて処理される場合には予備
冷却が必要である。

エンジンは排気ガスを大気に向け且つ燃焼室内
に導入されるガスを大気から引寄せることにより
開サイクルで作動可能である。

エンジンを閉サイクルから開サイクル作動に変
えるためエンジンが１気圧の圧力において給気さ
れる場合には排気ガスは大気に向けられ燃焼室内
に導入されるガスは大気から引込まれる。

然し乍ら、エンジンを閉サイクル作動から開サ
イクル作動に変えるためエンジンが大気圧を上回
わる高圧力にて給気される場合には最初に排気ガ
スが大気に向けられて回路内の圧力を大気圧まで
下げ、次に燃焼室に導入されるガスが大気から引
込まれる。

いずれの場合でも開サイクル作動後にエンジン
は排気ガスが水で処理されるようにし且つ排気ガ
ス及び燃焼室内に導入されるガスを大気から分離
させることにより閉サイクル作動に変えることが
出来る。コンプレツサーが備えられない場合に
は、閉回路内における圧力は総圧力に等しい。そ
の結果、二酸化炭素の分圧は、エンジンで発生す
る二酸化炭素の量と等しい量の二酸化炭素が吸収
される際の分圧に等しい。

エンジンが通常給気され即ち大気圧において給
気される場合、回路には過剰の二酸化炭素を吸収
するのに要求される水の量を削減するため１気圧
以上の圧力、例えば５気圧にて排気ガスが水によ
り処理されるよう排気ガスを燃焼室から出た時点
で圧縮するコンプレツサーと、水による処理後及
び燃焼室への戻り後に排気ガスを膨張可能とする
膨張器が含まれることが有利である。

然し乍ら、エンジンが大気圧を上回わる高い圧
力、例えば２気圧で給気され、前記回路内の圧力
も同様に前記高圧力にあるようにする手段を設け
ることが好ましい。

その場合、燃料の同じ量があたかもエンジンが
１気圧で作動しているかの如く燃焼室に送気さ
れ、そのため燃焼室に供給されることが要求され
る助燃ガスの量は大気圧において作動している際
要求される量と比較して削減出来る。これは大気
圧を上回わる圧力での作動にも拘わらず酸素の過
剰な損失を回避することから重要である。更に詳
細にはエンジンが酸素を21％で即ち自由大気の空
気の通常の酸素含有量で作動する場合には、全ト
ルク時に排気中に残留する酸素は排気ガスの約12
％となろう。大部分の天然の海水は既に大気圧の
21％即ち0.2気圧に等しい溶解酸素を含有してい
るので、２気圧における酸素の12％容積が0.2気
圧の分圧と等しくなり、従つて少量の酸素が海水
中に溶解し失なわれる。

然し乍ら、エンジンが例えば最大トルクの25％
で作動すれば排気中の酸素含有量は約19％にな
り、これは２気圧において0.38気圧の分圧を生ぜ
しめ、そのため相当の酸素が海水中に溶解して失
われる。

この損失を小さい値に削減する目的でエンジン
は一定の酸素排気濃度、例えば無視出来る酸素損
失を含む12％程度で作動する。

従つて、本出願人は排気ガス中の所定の酸素含
有量を維持する酸素含有量制御手段を設ける方が
よいと考える。従つて、低いトルクにおいては比
較的少量の酸素、例えば酸素含有量約14％が燃焼
室に送気され、一方、全トルクにおいてはそれ以
上の酸素が例えば21％までの酸素が燃焼室に送気
され、しかも約12％の予め決められた排気ガス酸
素含有量が維持される。従つて燃焼室への助燃ガ
スの送気は排気ガス内の助燃ガスの分圧を達成す
る排気ガス内の助燃ガスの予め決められた量を大
略処理水内の助燃ガスの分圧に等しい状態に維持
する目的で制御可能である。

代替的に、特にエンジンが大気圧において給気
される場合には燃焼室内に導入されるガスの酸素
成分が導入ガス内の所望の助燃ガスを提供する目
的で制御可能となる。

排気ガスの処理に適用可能な水の量は排気ガス
から除去される二酸化炭素の量を制御するため水
で処理されるガスの総圧力に依存して制御可能で
ある。

自由な大気空気が通常の作動時に達成される効
率と同様の効率で利用されない状態下で作動出来
るエンジンを提供することが望ましい。

それ自体で相当割合の二酸化炭素を含有してい
るキヤリア・ガスを利用することにより燃焼で発
生した二酸化炭素の除去問題は軽減され又は克服
されるが、窒素が他の主たる成分である場合には
割合たるガンマーはこうしたガスの混合気に対し
ては空気の割合たるガンマーとは相当異なつてお
り、そのため、エンジンをこのようなガンマー値
で作動するように設計しなければならず、さもな
ければ、エンジンは満足に作動することできず、
非効率的なものとなつてしまう。

従つて、ガスの混合気のガンマー値が予め定め
られた値に等しくなるよう制御された量の別の成
分が燃焼室に導入される。

キヤリア・ガスは前記二酸化炭素により提供さ
れる第１成分と別の不活性ガスにより提供される
別の成分により提供される第２成分を含むことが
出来る。

本発明の他の目的は予め決められたガンマー割
合にてエンジンの作動を可能にすることにある。

本発明の第２観点によれば、不活性キヤリア・
ガス、助燃ガス及び燃料を燃焼室内に導入し、燃
料が燃焼室内で燃焼され、排気ガスが燃焼室から
排気され、ガスの混合気のガンマー値が予め決め
られた値に等しくなるよう制御される量の別の成
分が燃焼室内に導入されるような内燃機関を作動
させる方法が提供される。

キヤリア・ガスは第１成分と前記別の成分を含
むこのが出来る。

本発明の両観点において、 ガンマー値は大略、空気のガンマー値、好まし
くは1.3ないし1.5の範囲に存在し、 別の成分は１種類の単原子不活性ガス又は２種
類以上のガスであり、キセノン、クリプトン、ネ
オン、ヘリウム、アルゴンの１つ又は少なくとも
２種類の混合気にすることが出来るが、アルゴン
のみであることが有利である。

本発明の第２観点においては、 第１成分が二酸化炭素である。

燃焼中にキヤリア・ガスに加えられる二酸化炭
素は全体的に前記燃焼により加えられる二酸化炭
素の量と等しい二酸化炭素の割合を除去する目的
で排気ガスの処理によりキヤリア・ガスから除去
可能であり、こうして処理された排気ガスはキヤ
リア・ガスを供給するため燃焼室に戻される。

本発明の第３観点によれば、 (a) 燃焼室 (b) 不活性ガス、助燃ガス及び燃料を燃焼室内に
送気する送気手段 (c) 燃料を燃焼室内で燃焼させる手段 (d) 排気ガスを燃焼室から排気させる手段 (e) 排気ガスの少なくとも一部分が燃焼室から導
かれ燃焼室に戻される回路であつて、排気ガス
が水で処理されて二酸化炭素を排却ガスから除
去するようにした回路から成る内燃機関が提供
される。

当該回路には排気ガスが冷却されるクーラーが
含まれる。

当該回路には排気ガスを大気圧以上の圧力で処
理する手段が含まれている。

前記送気手段は助燃ガスをマニホルドに送気す
るよう適合しており、当該マニホルドにおいて助
燃ガスは燃焼室に流入する前に処理済み排気ガス
と混合される。

（単原子ガス、好適にはアルゴン又は１種類以
上の単原子ガスの混合物が有利である）別の成分
を燃焼室に供給する供給手段及び気体混合物のガ
ンマー値が調整されるよう供給手段により供給さ
れる他の成分の量を制御する手段が設けられても
よい。

供給手段は燃焼室内への流入前に助燃ガスと処
理済み排気ガスで混合される他の成分を前記マニ
ホルドに供給出来る。

本発明の第４観点によれば、 (a) 燃焼室 (b) 不活性キヤリア・ガス、助燃ガス及び燃料を
燃焼室に送気する送気手段 (c) 燃料を燃焼室内で燃焼させる手段 (d) 排気ガスを燃焼室から排気する手段 (e) 他の成分を燃焼室に供給する供給手段 (f) ガスの混合物のガンマー値を調節するため供
給手段により供給される他の成分の量を制御す
る制御手段から成る内燃機関が提供される。

本発明の第３観点と第４観点の両方によれば、
エンジンは（特性が物理的特性又はガスの成分で
ある）燃焼室に戻される排気ガスの特性に応答す
る検出手段及び燃焼室に送気されるガスのガンマ
ー値が所定の値に等しくなるよう不活性キヤリ
ア・ガスと別の成分の割合を制御するため検出手
段の制御下で供給手段により別の成分が送気され
る割合を変えるよう適合した装置を含むことが好
ましい。

助燃ガスが排気ガスに加えられた場合、ガンマ
ー値が大略空気のガンマー値と等しいガスを提供
するため排気ガスに別の成分が加えられる割合を
制御するよう検出手段が適合していることが好ま
しい。

エンジンはデイーゼル・エンジン又はガス・タ
ービンにすることが出来、各ゝの場合において特
にエンジンが閉サイクルの比較的高い圧力即ち約
５ないし10気圧を上回わる圧力で作動している場
合にはエンジンは熱を燃焼室から出る排気ガスか
ら抽出し燃焼室への再流入前にキヤリア・ガスを
含む処理済み排気ガスに戻されるような熱交換器
を含むことが出来る。

本発明の好適実施態様であり且つ一例として本
発明を図解する目的上選択された３種類の内燃機
関を添附図面を参照しながら読むべき詳細な説明
をここで行なう。添附図面において、 第１図は、デイーゼル・エンジンとして適用さ
れる本発明の第１実施態様の模式的図。

第２図は、第１図に示されたエンジンの改変例
を示す点が異なる第１図と同様の模式的図。

第３図は、ガス・タービンに適用された本発明
の実施態様の模式的図。

本発明の第１実施態様である内燃機関は大気圧
において通常の給気状態下と自由な大気との連通
が望ましくないか又は水中といつた環境下で作動
するよう案出されており、水中下での状態のエン
ジンを以後説明する。エンジンはデイーゼル・サ
イクルで作動するよう設計されたピストン／シリ
ンダー・ユニツト６を含み、従つて燃焼室及び酸
素含有ガスの混合物がシリンダーに吸入される給
気弁又は複数個の弁及び排気ガスがシリンダーか
ら導出される排気弁又は複数個の弁を有してい
る。エンジンは又、燃料をシリンダー内に噴射さ
せる手段７及び排気ガスの少なくとも一部分が燃
焼室から導出され、シリンダーに戻されるような
回路Ｃを含み、前記回路は熱交換ユニツト８、第
１及び第２冷却ユニツト１０及び１２、コンプレ
ツサー・ユニツト１４、吸収ユニツト１６、膨張
ユニツト１８、クーラー２４を含む。

非大気又は閉サイクルでのエンジンの作動にお
いてその高圧力貯蔵部からの酸素は大気圧にてマ
ニホルドに送気されキヤリア・ガスと共にエンジ
ン・シリンダー内に流入される。ガス充填体はエ
ンジン・シリンダー内で圧縮され、ガスの温度を
増加させ燃料が噴射され燃料の燃焼を生ぜしめ
る。排気ガスは燃焼室から熱交換ユニツト８を介
して導出され、当該熱交換器において排気ガスの
温度は下げられ、第１冷却ユニツト１０を介して
コンプレツサー・ユニツト１４にいたり、そこで
排気ガスの圧力が高められる。圧縮された排気ガ
スは第２冷却ユニツト１２を通つて吸収ユニツト
１６にいたり、そこで排気ガスは約５気圧の圧力
において海水で処理される。吸収体は任意の形式
であるが好適には排気ガスが逆流の形でローター
を通過する間に遠心力によつて水が半径方向外方
に放出される表面積対容積の割合が高いワイヤ・
メツシユ又は他の材料が備えられたローターを含
むことが好ましい。この吸収体は海水内への急速
な吸収を達成し、コンパクトである。吸収ユニツ
ト１６には吸収体があふれず、又は所定の水レベ
ルを下回つて作動することを確実にするためレベ
ル・コントロール１７が備えてある。

こうして処理された排気ガスは熱交換ユニツト
８を通過し、そこでガスの温度は高められ、膨張
ユニツト１８を通り、当該膨張ユニツト内で排気
ガスは膨張され、検出ユニツト２２を通り、そこ
でガスの成分が測定され、第３冷却ユニツト２４
を通つてマニホルド２０に戻され、そこでアルゴ
ン及び酸素が各ゝ溜め２５，２６から処理済み排
気ガスに加えられる。

検出ユニツト２２は誘導されるガス内のアルゴ
ンの割合が比熱ガンマーの所望の比率となること
を確実にするため溜め２５からマニホルド２０に
供給されるアルゴンの量を調節する調節弁２８に
制御信号を供給するよう配列してある。本発明の
例においては検出器２２は２：１を上回わる圧力
比を有するコンプレツサーを含み、そこで排気ガ
スは圧縮され、引続き当該圧縮された排気ガスを
収束／拡散通路に通過させる手段と当該通路内の
入口圧力と喉部の圧力を測定する手段が続く。ガ
ンマーの変更は（絶対的に）これら２つの圧力の
比を変え、２つの圧力を比較して弁２８を制御す
る当該圧力に関連する出力を発生する比較手段が
設けてある。

発生する比率の変化は極めて僅かであるので正
確性の高い変換器と比較の電気回路が適用され
る。

閉サイクルにおけるエンジンの作動での初期段
階中に循還するガス内の二酸化炭素とアルゴンの
比率が高まり、窒素の比率は（吸収プロセスの特
性に依存する）平衡状態が確立される迄減少し、
その場合水中での吸収により二酸化炭素が除去さ
れる割合は二酸化炭素が燃焼プロセス中に加えら
れる割合と等しくなつている。

閉サイクル作動に対する初期充填のための空気
の供給は補助的な供給瓶で達成可能であり、又は
空気はエンジン・コンパートメント内の利用可能
な自由空間から導くことが出来、勿論閉サイクル
作動が開始されればこれ以上空気は要求されず、
単に酸素の連続的な供給のみが要求される。エン
ジンが平衡作動で閉サイクル・システムからしや
断される場合には初期充填は追加を伴なわずに別
の始動に適している。

代替的に且つ好ましくはエンジンの作動は『開
サイクル』で大気中にて開始され、その場合、排
気ガスは二方路弁Ｅを介して大気に排気され、空
気は二方路弁を介して大気からマニホルド内に
引込まれ、次に閉サイクルに切換えられ、その場
合、排気ガスの増加した割合が大気に対する弁Ｅ
を連続的に閉じることにより吸収体に流入され、
結果的に処理される排気ガスの増加割合を膨張器
を介してマニホルドに戻し、それに応じて弁が
大気に対して閉じられる。閉サイクルへの切換え
が完了した際エンジンはその所定位置に沈めるこ
とが出来る。切換え割合はアルゴン対二酸化炭素
の所望の５：３の容積比を維持する目的でアルゴ
ンを供給出来る割合によつて制限されるが、前記
の容積比でない場合には、デイーゼル・エンジン
では点火に影響が生じ、停止も起こり得る。従つ
て、切換え割合はアルゴンのレベルが所望のレベ
ルに到達出来る迄作動中における動力要件によつ
て影響される。

閉サイクル作動を終了させることが望ましい場
合には排気弁Ｅを大気に対して開き、次に給気弁
を開くが所望ならば両方の弁を同時に開くこと
も可能である。

キヤリア・ガスは二酸化炭素が豊富であるので
冷却された排気ガスの一部分のみをコンプレツサ
ー吸収体と膨張器に通過させ、更に相当高い割合
の二酸化炭素を少量の排気ガスから吸収すること
によりエンジンに流入する正確な混合気を有する
ことが可能であり、望ましいものである。従つ
て、クーラー１０と検出ユニツト２２の間には
（第１図に点線で示された）ダクト２７を設ける
ことが出来る。その様式にてコンプレツサーと膨
張器の寸法及び重量の削減を達成することが出来
る。

コンプレツサー・ユニツト１４と膨張ユニツト
１８はエンジンにより駆動される駆動軸２９に駆
動関係的に接続され、当該駆動軸２９は又、歯車
函３１を介し簡便には（図示せざる）解放可能な
継手を介して発電機３０を駆動する。動力は（図
示せざる）動力取出し部によつて直接か又は発電
機からの電気の形態でエンジンより得ることが出
来る。発電機３０はバツテリー３２に接続される
ことが簡便であり、発電機３０はスターター・モ
ーターとして作動可能である。吸収体ユニツト１
６に対するポンプ３３も歯車函３１及び軸３４を
介してエンジンの駆動軸２９から駆動される。

ポンプ３３による吸収体１６を介して循還され
る水の量を制御するためモーター駆動されるバイ
パス弁１９が設けてあり、当該バイパス弁は別の
検出器２３からの線２１に沿つて供給される信号
に応じて調節され処理された排気ガスは膨張器１
８を出た後、当該検出器を通過する。検出器２３
はガス回路Ｃ内の総圧力を測定し、その圧力が所
定の圧力を上回わる場合には吸収体１６を通る水
の流れを増加させ、その圧力が所定の圧力を下回
わる場合には水の流れを減少させて排気ガスから
除去される二酸化炭素の量を制御する。

シリンダー６に流入するマニホルド２０から出
るガスは第３検出ユニツト３５を通り、当該検出
ユニツトは線３５を介して制御信号を調節弁３７
に提供し当該調節弁はキヤリア・ガス内に導入さ
れる酸素の正確な量を計測するため溜め２６から
のマニホルド２０に供給される酸素の量を制御す
る。検出ユニツト３５は酸素含有量を検出する慣
用的な検出器を含み、当該検出ユニツトにはエン
ジンの作動パラメーターに従つて酸素供給を調節
する装置を設けることが出来る。代替的に検出器
は排気ガスの酸素含有量を検出し、第２図を参照
し乍ら説明される排気ガス内の所望の酸素含有量
を提供する弁３７を制御するよう位置付けること
が出来る。

本発明の第１実施態様であるエンジンは空気又
は空気に類似する充填体即ち大略1.4のガンマー
比率を有する充填気体の混合物と共に作動するよ
う設計してある。

第２図は、本発明の第２実施態様を示し、これ
は好適のもので、本発明の第１実施態様の改変例
である。対応する部品に第１図に示されたのと同
じ参照番号が第２図で使用されている。

本実施態様においてはエンジンは閉回路内で圧
力が大気圧を上回わるよう作動される。このエン
ジンは熱交換器８、コンプレツサー１４、膨張器
１８及びクーラー２４を不用にすることが出来
る。他の局面においてはこの第２実施態様は非大
気サイクルでのエンジンの作動中に燃焼室に送気
されるガスが大気圧を上回わる圧力、本例の場合
は２気圧の圧力でエンジンに送気される点を除い
て第１実施態様と同じである。

エンジンが大気サイクルで作動し、大気圧にお
いて燃焼室内に導入される大気からの充填物を引
込むと仮定すれば閉サイクル作動を開始させるこ
とが望ましい場合、排気弁Ｅは排気ガスを吸収体
１６に向け、大気に流れる排気を閉じ、次に弁
が作動して大気に対する給気を閉じる。システム
内の圧力は二酸化炭素が発生されると同時に当該
二酸化炭素が吸収されてそれ以上の圧力増加を阻
止するよう排気ガス中の二酸化炭素の分圧がなつ
ている所望の作動圧力をその圧力が得る迄二酸化
炭素の発生が原因で増加する。閉回路における圧
力の増加割合は二酸化炭素の発生割合に依存して
いるのでエンジンが高負荷で作動している場合は
高く、低負荷で作動している場合は低くなる。

閉サイクル作動を終了することが望ましい場合
には排気弁Ｅが大気に対して開かれ、こうして回
路Ｃ内の圧力が大気圧に降下され次に弁が開か
れる。

排気ガスは２つの大気の圧力において直接燃焼
室からクーラー１０へ且つ吸収体１６内に導かれ
るので当該排気ガスはこの圧力にて海水と共に処
理され、排気ガスが５気圧の圧力にて処理される
第１実施態様の場合に要求される水より大量の水
が要求されるが吸収体１６の実際的な寸法を可能
にする。酸素損失の問題は排気ガス中の酸素の分
圧が大略エンジンが海洋での適用例に使用され
る、例えば海水の処理のため使用された水の中に
含まれる酸素の分圧と等しくなるよう酸素含有量
を制御することによつて回避される。次に、処理
される排気ガスは検出ユニツト２２，２３及び３
５を介して２つの大気の圧力にてエンジン・シリ
ンダーに戻される。

検出ユニツト２２及び２３は所定の圧力が２つ
の絶対大気圧となるよう本実施態様において配列
してある点を除き第１実施態様に関連して前述し
た如く作動する。

本実施態様においては検出ユニツト３５は排気
ガスの酸素含有量を検出するよう位置付けられ、
排気ガス中の酸素の割合が吸収体１６内の水内の
過剰な酸素溶解を回避するため所望のレベルにて
実質的に一定に維持されるよう酸素の（可変）量
がキヤリア・ガスに加えられることを確実にする
制御信号を供給する。本例においては検出ユニツ
ト３５は排気ガス中の酸素の割合が大略12％にな
ることを確実にするため弁３７を制御し、当該値
は前述した如く２つの大気の作動圧力において大
略0.24大気の酸素の分圧を提供し、当該分圧は
0.21大気の大気酸素分圧に対応してエンジンが作
動される海水中の酸素含有量の観点から比較的酸
素損失が失なくなることを確実にするものであ
る。

第３実施態様はコンプレツサー装置、熱交換装
置、燃焼装置、タービン膨張装置、熱交換装置、
クーラー装置を流れのシーケンス通り含むガス・
タービンに本発明を適用することに関するもので
ある。コンプレツサー装置はインター・クーラー
を備えた多段型であり熱交換器装置はオプシヨン
である。こうしたシステムは通常大気の空気を引
込み、典型的にはCO₂の約６％を含有する排気ガ
スを大気に放出させる。こうした装置は大型のデ
イーゼル・エンジンの重量が比較的過剰になるよ
うな10000hpプラスの大型の動力ユニツトに適し
ている。

例えば、潜水艦の環境下で利用されるガス・タ
ービン・エンジンにおいては、１つの要件はエン
ジンが大気の空気で作動出来る点である。

従つて、本発明の適用においてはタービン又は
その引続く熱交換器（取付けてあれば）からの排
気が海水との間接的な熱接触により冷却され、コ
ンプレツサーの入口に戻され、その個所で酸素は
燃焼続行が必要とされ、アルゴン含有量を制御す
るアルゴンは簡便に溜めRo，Raから調整弁Vo，
Vaを介して追加される。余分な二酸化炭素は排
除されなければならず、これはガスの流れの一部
分をガス・コンプレツサーの出口において分離さ
せることにより行なわれ、当該部分は次に熱交換
器を介して熱を保存するため通過され、全コンプ
レツサー圧力にて吸収体内の海水に露呈される。
二酸化炭素は海水中で溶解するのが有利であり、
ガスの残りはポンプの熱交換器を介して元に戻さ
れて主要流れ熱交換器（備えてあれば）にいたる
前に主要流れと再び合流し、主要流れ熱交換器が
設けてない場合には燃焼室の入口に戻される。

従つて、５／８がアルゴンで３／８が二酸化炭
素となるよう（アルゴンの如き）単原子ガスを燃
焼のための酸素と共に循還流れに加えることによ
りガンマー比率と循還ガスの容積で表わした熱容
量は空気に対する値に近似し、エンジンは二酸化
炭素／アルゴンの混合物で同等に良好に作動する
ので切換えは簡単であり、エンジン・コンプレツ
サーとタービンは変化されない。二酸化炭素吸収
体は全コンプレツサー圧力にて作動し循還流れの
一部分のみが吸収体を通過する必要があることも
注意すべきである。

ガス・タービンは１気圧を上回わる入口圧力を
増加させずに即ちその通常の状態で吸収するため
12ないし20気圧にて作動可能である。

従つて、第３図に示す如く、エンジンはコンプ
レツサー装置１０１を含み、当該コンプレツサー
装置は任意のインター・クーラー１０４を有する
のが有利な１個又は２個の部分１０２及び１０３
で構成され、当該インター・クーラーは軸１０５
によつて駆動関係的に高圧力タービン又は複数個
のタービン１０６に接続される。タービン１０６
からのガスの流れは動力タービン１０７に導か
れ、ダクト１０８を介して任意の燃交換器１０９
に導かれ、当該熱交換器によつて一部の排気熱が
除去され、次にクーラー１１０にいたり、そこで
ポンプ１１１によりクーラー１１０を介して吐出
される海水によつて海水の温度附近迄冷却され
る。冷却されたガスは次にコンプレツサー装置１
０１に流入し高圧力にて出口１１２から放出し、
そこで一部分がダクト１１３を介して熱交換器１
０９の高圧力入口にいたりそこで排気ガスから熱
を吸収し、更に燃焼装置１１４内に流入し、燃料
が噴射されて燃焼され入口の高圧力タービン１０
６にいたる。

コンプレツサー１０１の出口１１２から放出す
るガスの他の部分は他の熱交換器１１５にいた
り、当該熱交換器は温度を更に下げ、次に当該ガ
スは吸収体１１６の底部内に噴射され、そこで二
酸化炭素を溶解させるため海水と近密に接触され
る。当該ガスはクリーナー／スクラツバー１１７
内の海水から洗浄され、次にコンプレツサー１１
８によつて回路に戻され、熱交換器１１５の反対
側の経路を通つてエンジンに戻され、そこで当該
ガスは再びダクト１１３を通つて熱交換器１０９
の高圧力口に流れるガスの一部分と合流する。代
替的に、ガスは全て吸収体を通過出来る。

吸収体１６には最初の２つの実施態様のレベ
ル・コントロール１７に対応するレベル・コント
ロール１２７も備えてある。

海水は高圧力の海水からその圧力低下で動力を
集めるポンプ１１９によつて吸収体１１６を通じ
て吐出され、噴霧装置１２２として示された吸収
水分散システムを通過し、吸収体の底部に集ま
り、ポンプ１２０によつて吐出される。

最初の２つの実施態様に関連して以前説明した
如く各ゝアルゴンの供給、水の供給及び酸素の供
給を制御するため最初の２つの実施態様の検出ユ
ニツト２２，２３及び３５に対応する検出ユニツ
ト１２４，１２６及び１２８が設けてある。勿
論、第１実施態様で提供される酸素制御に類似し
ているガス・タービンの入口における所望の酸素
割合を維持するため酸素供給が制御される点は除
く。

代替的に、溜めRo、弁Voは一点鎖線で示され
る如く位置付けられ、酸素は直接燃焼室内に供給
出来る。この場合、閉回路内の酸素含有量は酸素
含有量の検出を可能にするのと併せて低く出来
る。

更に代替的に検出器１２８は吸収体１１６から
の戻り管の上流側でダクト１１３内に位置付ける
ことが出来且つ弁Voと同様の酸素制御弁を制御
するよう配列されるが、例えば、検出器１２８を
第３図に示されるような個所で吸収体１１６から
の戻り管の下流側に位置付けることが出来る。

エンジンは所望の経路を提供するため燃焼装置
１１４に対する燃料流れ入口を変えることにより
慣用的な様式で制御され、この流れは例えば、公
知形式の速度調節装置により要求される如く制限
される。

開サイクル作動と閉サイクル作動の間の切換え
は第１実施態様に関連して述べた如く行なわれ
る。

前述した全ての実施態様において燃焼時に発生
する水蒸気は提供されている吸収体及び／又はク
ーラー内で凝縮され、かくして排気ガスから除去
される。

前述した全ての実施態様において二酸化炭素に
対するアルゴンの比率はエンジン・シリンダー内
における圧縮の関連ある温度範囲即ち100℃ない
し500℃の範囲にある空気と同じ比熱割合を有す
るよう計算される。例えば、実際的な条件で二酸
化炭素３モル対アルゴン又はヘリウムの５モルは
８モルの混合物を生成し、これは酸素が加えられ
る場合、全ての実際的な面では空気と同様に機能
する。

二酸化炭素対アルゴンの分圧の比はモル比即ち
３：５である。除去される二酸化炭素と除去され
るアルゴンの比は溶解割合×５／３即ち76.6／
2.4×３／５＝19.1と等しい。

従つて、処理されるガス内のアルゴン対二酸化
炭素の比率はアルゴンと二酸化炭素が燃焼室に送
気される比率と等しい５：３である。換言すれ
ば、燃焼プロセスによりキヤリア・ガスに加えら
れる二酸化炭素が除去される。

最良の作動に対してはアルゴン対CO₂の所望の
比率は５：３であるが、エンジンの設計と低い比
率に対する燃料の量に依存し且つ高い割金に対す
るエンジンの構造の堅固性と圧力作動レベルに応
じて他の比率が適用可能である。

一般に、動力ユニツトの作動はキヤリア・ガス
内の二酸化炭素の割合が増加する場合には排気ガ
ス中の二酸化炭素の分圧がそれに適応して増加
し、二酸化炭素が吸収プロセスにより除去される
割合を増加させる点から吸収ユニツトの作動に依
存して自己調整的になつている。

然し乍ら、一部のアルゴンは吸収体によつて除
去され、そのためこの失われたアルゴンを補給す
る意味で簡便にマニホルド２０から入る少量のア
ルゴンを適用する装置を設けることが望ましい。
マニホルドに対するアルゴンのこうした添加割合
は検出ユニツト２２によつて所望の割合に制御さ
れることが有利である。

アルゴンは不活性ガスとして先に説明されたが
不活性ガスはキセノン、クリプトン、ネオン、ヘ
リウム、アルゴンの１つ又はその少なくとも２つ
の混合物を含むことが出来る。

本発明はデイーゼル・エンジンとガス・タービ
ンに関連して先に説明されたが本発明はその点に
限定されるものではなく、他の形式のエンジンに
も有利に使用可能であることを理解すべきであ
る。その上、排気ガスは実際の条件で大気圧と30
気圧の間に存在可能な所望の圧力にて処理可能で
ある。

所望ならば、流入されるガスの成分は範囲1.3
ないし1.5の外部のガンマー比率を含む所望のガ
ンマー比率を達成するような成分にすることが出
来る。従つて所望のガンマーを達成するため他の
成分に対し適当な元素を有するよう選択された他
の成分が燃焼室内に導入される。例えば、窒素が
キヤリア・ガスの主要成分である場合にはガンマ
ーを上昇させることが望ましい際、アルゴンの如
き単原子ガスが加えられ、ガンマーを低下させる
ことが望ましい際は二原子ガスより高い原子を有
するガス、例えば水蒸気の如き三原子ガス又は四
原子ガス又は他の多原子ガスが加えられる。

本発明の第２及び第４側面に従つて燃焼室内に
導入されるガスの成分の割合が改変されたガンマ
ー値を提供するよう制御される場合には前述した
実施態様は二酸化炭素を水と共に除去する前述し
た装置を無くすことによつて改変可能である。

所望ならば、二酸化炭素は他の成分、例えば水
酸化カリウムと共に除去可能である。代替的に、
排気ガスは大気に排気可能である。

所望ならば、酸素以外のガスは例えば過酸化水
素といつた助燃ガスを含むことが出来、又は適当
な助燃ガスの混合物には酸素のため前述したもの
と類似する適当な供給及び制御手段を設けること
が出来る。

本明細書での説明と請求の範囲でのキヤリア・
ガス内の二酸化炭素の割合はキヤリア・ガスの総
容積の容積％で表わされている。

前掲の説明又は次の請求の範囲又は添附図面に
開示され特定の形態又は開示された機能を実行す
る手段にて表わされている諸特徴又は開示された
結果を達成する方法又はそのプロセス又は適当な
物質又は成分の種類又はグループは本発明を異な
つた形態で実現するのに個別的に又はそれらの組
合せの形態で利用可能である。