JPH07224675A

JPH07224675A - プラズマエンジンおよびこれを有する機械システム

Info

Publication number: JPH07224675A
Application number: JP6035165A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hatanaka; 武史畑中
Original assignee: ALEX SOGO KENKYUSHO KK
Current assignee: ALEX SOGO KENKYUSHO KK
Priority date: 1994-02-09
Filing date: 1994-02-09
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】石油系エネルギー等の燃料の使用を不要と
し、運転コストが極めて低く、しかも全く公害物質を排
出しないプラズマエンジンおよびこれを有する機械シス
テムを提供することを目的とする。【構成】ハウジング（９８）の作動室（９８ａ）に永
久的に使用可能な放電用作動媒体を封入し、放電室（９
８ｂ）に主電極手段（１０２、１０３）を配置し、主電
極手段にパルス放電電源からの高電圧を供給することに
より作動媒体をイオン化後放電によるプラズマを発生さ
せ、これによりピストン（１００）に駆動力を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンに関し、とくに
次世代エンジンとしてのプラズマエンジンおよびこれを
有する機械システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンにより駆動される車輌、
船舶、航空機等の輸送機関、発電プラントやブルドーザ
ーや油圧ショベル等の建設機械からなる機械システムに
おいてはガソリン、軽油、重油、ＬＰガス等のエネルギ
ーを大量に消費するだけでなく、大量の汚染物質による
公害を排出して地球環境を急速に破壊していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の石油系
エネルギーを不要とし、公害を全く発生しない、地球に
優しいプラズマエンジンおよびプラズマエンジンを有す
る機械システムを提供することを目的とする。

【０００４】

【本発明の構成】上記目的は放電用作動媒体を封入した
円弧状部分を有する作動室を有するハウジングと、作動
室に連通する放電室と、作動室に回転可能に収納されて
いて少なくとも１つの受圧面を有するロータリーピスト
ンと、放電室において放電電源からの電力により瞬時的
に作動媒体にプラズマを発生させて膨張させることによ
りロータリーピストンの受圧面に駆動力を与える放電手
段とからなるように構成することによって達成される。

【０００５】さらに、上記目的は放電用作動媒体を封入
した円弧状部分を有する作動室と作動室に連通する放電
室とを有するロータハウジングと、作動室に回転可能に
収納されていて複数のブレードを有するタービンロータ
と、放電電源からの電力により瞬時的に放電室の作動媒
体にプラズマを発生させて膨張させることによりタービ
ンロータに駆動力を与える放電手段からなるように構成
することによって達成される。

【０００６】さらに、上記目的は放電用ガスからなる作
動流体を封入した作動室を有するハウジングと、作動室
に移動可能に収納されたピストンと、放電室に配置され
ていてパルス放電電源からの高電圧パルスにより作動流
体中で放電によるプラズマを発生させることによりピス
トンに駆動力を与えるための陽極手段および陰極手段と
からなるように構成することによって達成される。

【０００７】又、機械に本発明のエンジンを組み合わせ
ることによる新規な機械システムに関しては、機械と、
その機械を駆動するための出力軸を有するプラズマエン
ジンとを備え、プラズマエンジンが放電用ガスの作動媒
体を封入した円弧状部分を有する作動室と作動室と連通
する放電室とを有するハウジングと、作動室に回転可能
に収納されていて少なくとも１つの受圧面を有するロー
タリーピストンと、放電室の作動媒体に放電によるプラ
ズマを発生させて膨張させることによりロータリーピス
トンの受圧面に駆動力を与える放電手段と、放電手段に
電力を供給するための放電電源とからなる構成によって
上記目的は達成される。

【０００８】さらに、上記目的は機械と、その機械を駆
動するための出力軸を有するプラズマエンジンとを備
え、プラズマエンジンが放電用の作動媒体を封入すると
ともに放射線源を含む作動室と作動室と連通する放電室
とを有するハウジングと、作動室に移動可能に収納され
たピストンと、放電室の作動媒体に放電によるプラズマ
を発生させて膨張させることによりピストンに駆動力を
与える放電手段と、放電手段に電力を供給するための放
電電源とからなる構成によって上記目的は達成される。

【０００９】さらに、上記目的はプラズマエンジンと、
そのエンジンにより駆動される発電機とを備え、プラズ
マエンジンが放電用の作動媒体を封入した円弧状部分を
有する作動室と放電室とを有するハウジングと、作動室
に回転可能に収納されたロータリーピストンと、放電室
の作動媒体に放電によるプラズマを発生させて膨張させ
ることによりロータリーピストンに動力を与える放電手
段と、放電手段に電力を供給する電源とからなる構成に
よって上記目的は達成される。

【００１０】

【作用】この発明のプラズマエンジンおよびこれを有す
る機械システムにおいて、放電室の主電極手段に高電圧
を供給すると、放電室および作動室の作動媒体がイオン
化されて放電によるプラズマが発生して作動媒体の膨張
圧力によりピストンに駆動力を与える。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付の図面を参照
して説明する。実施例において、放電方式にはマイクロ
波発振器から供給されるマイクロ波による放電を行わせ
る無電極放電と、有電極放電とがあるが、各実施例にお
いては後者を１例として説明する。図１は本発明による
第一実施例のプラズマエンジン１０の概略図を示す。エ
ンジン１０は円弧状作動室１２ａを有するハウジング１
２と、作動室１２ａに同心的に回転可能に収納されてい
て出力軸１０ａに支持されたロータリーピストン１４を
備える。ハウジング１２は放電用媒体の初期イオン化を
促進して電流密度またはイオン密度を高めることにより
放電用ガスの温度と圧力をより高めてエンジン効率を上
げるためのトリチウムまたはポロニウムからなる放射線
源ライナー１２ｂを有する。放電用媒体の電流密度また
はイオン密度が増大すると、作動室内の放電時の温度と
圧力が増加してエンジン効率が上昇する。ライナー１２
ｂの代わりに他の方法を用いても良い。すなわち、放射
線源は半減期が１０年を越え、放射能量が１００Ｂｑ〜
１０００Ｂｑでかつエネルギーが０．７ＭｅＶ以下のβ
線のみを放射する放射線源から構成しても良い。この放
射線源は数ミリメートルのセラミックまたは石英球を、
Ｓｉ系のアルコキシド−アルコール溶液、すなわちゾル
ゲル溶液に単体粉末のテクネシウム９９を混合した溶液
に浸し、引き上げて乾燥したのち、６００℃において窒
素中で１時間過熱すると、テクネシウム９９が球面にむ
らなく分布する。次にテクネシウム９９を混合しないＳ
ｉ系ゾルゲル溶液に球を浸し、同様な方法でテクネシウ
ム９９を含まない石英薄膜を施し、これを真空中で１０
００℃において１時間過熱することによって密封放射線
源が得られる。この密封放射線源をロータリーピストン
１４に干渉しないようにハウジング１２の側壁に形成し
た孔部（図示せず）に埋め込むと安定した瞬時放電特性
が得られる。この放射線源をハウジング１２にコーティ
ングしてライナー１２ｂとして利用しても良い。図１、
２の構造において、作動室１２ａに隣接してハウジング
１２の側壁の凹部には４つの放電室１５ａ、１５ｂが形
成され、これら放電室１５ａ、１５ｂは軸方向において
対向するとともに作動室１２ａに連通している。ハウジ
ング１２は冷却フィン（図示せず）とウォータジャケッ
ト（図示せず）とを備えても良く、ウォータージャケッ
トは外部の冷却装置に接続してハウジング１２の冷却効
果を上げてもよい。ロータリーピストンは円弧状作動室
１２ａに近接またはスライドベーン等を介して係合する
複数のピストン部１４ａを有する。作動室１２ａの両側
の放電室１５ａ、１５ｂのそれぞれに主電極手段１６
ａ、１６ｂが対向するように配置されていて、主電極手
段は放電手段として作用する。これら主電極手段１６
ａ、１６ｂ間にロータリーピストン１４が挟まれるよう
に配置されている。放電室を環状に形成して、この中に
環状の主電極手段を配置して高電圧大電流のパルスを印
加するとレールガンに似た大きな回転出力が得られる。
作動室１２ａには排気真空後に放電用の作動媒体１１が
封入される。作動媒体１１として水銀蒸気およびナトリ
ウム蒸気のうちのいずれか１つの金属蒸気と始動用ガス
からなる放電用ガスが用いられる。第１例として、始動
用ガスは１〜５０気圧のキセノンと、０．０６６〜２気
圧のヘリウムからなり、総封入圧に対するヘリウムの封
入圧は５０％以下であるのが望ましい。第２例として、
始動用ガスは１〜５０気圧のキセノンと、０．０６６〜
２気圧のアルゴンからなり、総封入圧に対するアルゴン
の封入圧は５０％以下であるのが望ましい。第１、第２
例によれば、放電用ガスの始動電圧を低下させるだけで
なく、瞬時に高速で安定した作動流体の放電を行わせる
ことができる。第３例において、放電用ガスはα線、β
線、γ線、χ線等の放射線源またはクリプトン８５から
なる放射線源を含んでも良い。クリプトン（Ｋｒ）８５
は作動流体に放射線による電子励起を生じさせて、始動
特性、瞬時放電特性を改善してエンジンの効率を改善す
る。クリプトン８５の封入量は安全性の面から作動室内
容積１ｃｍ³当り０．２〜５０マイクロキュリーの範囲
が望ましい。第４例として放電用ガスは放電時の異常な
温度上昇を防ぐために望ましくは体積比でヘリウム３６
％、ネオン２６％、アルゴン１７％、クリプトン１３％
およびキセノン８％の希混合ガスからなり、約１〜１０
気圧で、好ましくは、１気圧±５％以内となるように封
入しても良い。第５例として、放電用ガスは体積比で４
０〜６０％のアルゴンと、３０〜４０％のキセノンと、
６〜８％のネオンとその他の希ガスから形成しても良
い。第６例として、放電用ガスは所定量の水銀と希ガス
および水素ガスから構成される。水銀の蒸発による膨張
圧力を推進するためには定電力制御するので、放電電圧
が上昇すると放電電流が低下する。このとき、パルス放
電電源が小型化でき、エンジン寿命も長くなる。封入す
る水素量が水銀と希ガスとの封入モル比で５×１０^-4ま
では放電電圧が急激に上昇し、水素量をこれ以上増加し
ても放電電圧の上昇はわずかである。つまり、水素量が
５×１０^-4で放電電圧は臨界的に変化する水素ガスはキ
セノンガスとともに作動室に直接封入しても良い。第７
例として、放電用ガスは重水素あるいは水素ガスから選
ばれた少なくとも一種にヘリウム、ネオンの中から選ば
れた少なくとも一種の希ガスとの混合物から形成しても
良い。この放電用ガス中にヘリウムあるいはネオンが混
入されていると、二個の自由水素原子あるいは重水素原
子とヘリウムあるいはネオン原子との間の三体衝突によ
って再結合が起こるので、重水素分子の密度が低下せ
ず、高効率が得られる。作動媒体として、単体でまたは
上記の希ガスから選ばれた少なくとも一種のガスに炭素
原子が６０〜２００の炭素格子構造体で、望ましくはＣ
₆₀とＣ₇₀との混合物を利用しても良い。Ｃ₆₀のイオン化
電位は７．５ｅＶで、Ｘｅ（１２．１ｅＶ）のそれより
も大幅に低いため、１回のパルス放電当りのエネルギー
コストが大幅に低くなるメリットがある。

【００１２】陽極手段１６ａおよび陰極手段１６ｂは作
動媒体に電子励起を生じさせてイオン化を促進させるた
めのトリウム含有タングステンからなる。他の例とし
て、陰極手段１６ｂはタングステン材料の粉末と酸化バ
リウム、酸化ストロンチウム、酸化カルシウムの中から
選ばれた少なくとも一種のアルカリ土類酸化物と、酸化
ジルコニウム、酸化スカンジウムの中から選ばれた少な
くとも一種の混合物を含む熱電子放射物質との混合物の
焼結電極体から形成されても良い。酸化ジルコニウム、
酸化スカンジウムは陰極手段１６ｂが高温になったとき
陰極手段１６ｂの電気伝導率上昇の割合が良くなる。ゆ
えに放電が安定する。陰極がタングステン材料を含む場
合、作動流体にはさらに臭素、よう素、塩素などの有機
ハロゲン化物を微量混入してもよい。このハロゲンは高
温の作動室１２ａに付着したタングステン分子と結合し
て、蒸発しやすいハロゲン化タングステンになる。この
とき作動室１２ａの温度がある程度高いと、ハロゲン化
タングステンは作動室より蒸発して陰極１６ｂ近くに移
動し、その高温によりハロゲンとタングステンに分解す
る。このタングステン分子は陰極１６ｂに付着して陰極
１６ｂの長寿命化が図れる。第２例として陰極手段１６
ｂは、例えばニッケルからなる基体金属粉末にアルカリ
土類金属系、例えば酸化バリウム、酸化ストロンチウ
ム、酸化カルシウムの熱電子放射物質からなるエミッタ
ーを混合して焼成した焼結電極体から構成しても良い。
このとき、重量比で基体金属粉末１００に対してエミッ
ター１０の混合比が選ばれる。この焼結電極体は丈部で
エミッター含有量が多く、しかも、振動や衝撃に対して
強くなるため、自動車、船舶、航空機、ブルドーザー等
にエンジンが採用された場合に実用的である。第３例と
して、陰極手段１６ｂは延性に富んだ材料であるタンタ
ルチップをリボン型熱陰極に加工した穴に埋め込むこと
により、イオン衝撃に対してタングステンなどの脆性材
料に比較して表面の欠落量が小さい電極体が形成され
る。リボン型熱陰極に電流を流して２０００〜２５００
°Ｋになった時点である一定方向に電位差を付加する
と、電位の低い方向に向かってタンタルケップから熱電
子が放出する。

【００１３】図２の原理図に示すように主電極手段１６
ａ、１６ｂには２０〜６０ＫＶで数ＭＨｚ〜数＋ＭＨ
ｚ、好ましくは約１３ＭＨｚの電流パルスを数μ（マイ
クロ）〜数＋μ秒の短時間で供給するためのパルス放電
電源１８が接続されている。１回の放電当り４０ＫＶの
３パルスを供給すると１回の放電で十分なプラズマが発
生してガス圧の膨張による回転力を生ずるため、１回の
放電時間は数μ秒の短時間で良く、入力エネルギーも非
常に小さくて済む。そのため、作動流体の温度も異常に
上昇はしない。陰極１６ｂのそれぞれには始動抵抗を介
して始動電極（図示せず）が接続されても良い。始動電
極は隣接する主電極手段１６ｂとの間に局部放電を起こ
し、放出された多数の電子が始動用ガスとして封入され
ているアルゴンまたはその他の不活性ガスの原子に衝突
して電離を起こし、作動室１２ａ内の導電性が良くなっ
て主電極間１６ａ、１６ｂの主放電によるプラズマに移
行する。

【００１４】ハウジング１２およびロータリーピストン
１４はいずれもセラミック等の絶縁材料か金属から構成
される。また、ハウジング１２がアルミ等の金属からな
る場合は電極手段１６ａ、１６ｂとハウジング１２の放
電室１５ａ、１５ｂとの間で絶縁部材１３ａ、１３ｂを
配置しても良い。ピストン部１４ａはリーディング面１
４ａａとトレーリング面１４ａｂを有し、少なくともト
レーリング面１４ａｂには主電極手段１６ａ、１６ｂ間
の放電距離を短縮して主放電によるプラズマの発生を容
易にするための導電性層が形成される。またピストン部
はアルミ等の導体から構成しても良い。

【００１５】図２において、パルス放電電源１８から高
電圧パルスが供給されると、主電極間１６ａ、１６ｂと
の間の始動用ガスに放電が起き、ついで水銀蒸気が発生
して主電極間で主放電によるプラズマ２６が発生する。
このとき、放電室１５ａ、１５ｂおよびピストン部１４
ａで区画された作動室１２ａの作動流体が急激に膨張し
てピストン部に右方向の回転力を与える。しかも、放電
室１５ａ、１５ｂおよび作動室１２ａ間で発生したプラ
ズマ２６中を流れる電流２８と、これに伴う磁界３０に
よるローレンツ力３２によってピストン部１４ａに回転
力が与えられる。このようにピストン部１４ａには作動
流体の膨張圧力とローレンツ力とによる回転力が同時に
与えられる。ロータリーピストン１４の回転速度は１回
転当りのパルスの周波数および出力電流によって定ま
る。図２において、電流による磁界３０は閉回路の内側
に発生し、これによる電磁力は閉回路の外側に向かって
作用する。すなわち、電流路は自分で発生した磁界と相
互作用してできるだけ外側（図において右側方向）に拡
がろうとする。この時、ピストン部１４ａは複数の放電
室１５ａ、１５ｂの主電極手段１６ａ、１６ｂによって
大きな運動エネルギーで時計方向の回転力を受ける。放
電用ガスとしてヘリウムガスを含む作動流体中でプラズ
マが発生すると、ヘリウムは例えば１００，０００，０
００°Ｆ（約５０，０００，０００℃）の温度になって
作動流体の圧力は急激に上昇するが数μ秒の極めて短時
間であるため、温度の異常上昇が防止される。パルス放
電電源がＯＦＦになると、作動流体の圧力は急降下す
る。このようにパルス放電電源のＯＮ／ＯＦＦによっ
て、作動流体の圧力を周期的に上昇させるとともにロー
タリーピストン１４にローレンツ力を与えて回転させ
る。

【００１６】図３、４は本実施例によるプラズマエンジ
ンを示し、図１、２と類似の部品にはシングル・アポス
トロフィ（’）を符号に付ける。図３、４の実施例にお
いて、プラズマエンジン１０’の円筒状ハウジング１
２’の作動室１２ａにはロータリーピストン１４’が回
転可能に配置してある。この実施例において放電室は作
動室１２ａ’と一体となっている。ロータリーピストン
１４’は第１、第２ロータエレメント１４’−１、１
４’−２と中央部の仕切円板１４’−３とを有する第
１、第２ロータエレメント１４’−１、１４’−２はそ
れぞれ回転方向にカーブしている曲面１４’−１ａと受
圧面１４’−１ｂおよび曲面１４’−２ａと受圧面１
４’−２ｂとを有し、第１、第２ロータエレメント１
４’−１、１４’−２は互いに対して９０°位相が外れ
るように配置されている。仕切円板１４’−３は作動室
１２ａ’を第１、第２放電室１２ａ’−１、１２ａ’−
２に区画する役目を有し、仕切円板１４’−３の外形は
作動室１２ａ’の内径より０．０２〜０．１ｍｍの隙間
を有する値に選定される。第１放電室１２ａ’−１には
回転軸を中心に対照的に配置された陽極１６ａ’−１と
陽極１６ａ’−１に対して９０°の位相角で配置された
陰極１６ｂ’−１とを有する。第２放電室１２ａ’−２
の主電極１６ａ’−２は主電極１６ａ’−１に対して望
ましくは４５°位相がずれた位置に配置される。電極手
段１６ａ’−１、１６ｂ’−１および１６ａ’−２はパ
ルス放電電源に接続される。

【００１７】図３、４の構成において、電極手段１６
ａ’−１、１６ｂ’−１に高電圧パルスが供給される
と、放電室１２ａ’−１の放電用ガス１１’が放電して
プラズマが生じ、作動流体が急激に膨張して受圧面１
４’−１ｂに時計方向の回転力を与える。次に放電室１
２ａ’−２の電極手段に高電圧パルスが供給されると、
放電室１２ａ’−２の作動流体が膨張して受圧面１４’
−２ａに時計方向の回転力を与える。このように第１、
第２放電室１２ａ’−１、１２ａ’−２の電極手段に順
次高電圧パルスが与えられ、ロータリーピストン１４’
はバランサがなくても滑らかに回転される。放電室１２
ａ’−１、１２ａ’−２の電極手段は同時にＯＮ、ＯＦ
Ｆされても良い。

【００１８】図５は図３、４の変形例を示し、図３、４
と類似部品については符号にダブル・アポストロフ
ィ（”）を付す。図５に置いて、ロータリーピストン１
４”は図３の構造と同様に第１、第２ロータエレメント
１４”−１と仕切円板１４”−３とを有し、ロータエレ
メントの各々はうず巻状または扇形の形状を有する。第
１作動室１２ａ”−１および第２作動室（図示せず）に
はそれぞれ可動シャッター部材１９が配置されて第１、
第２放電室を形成している。可動シャッター部材１９は
ロータリーピストン１４”の最大外径部１４”−１ａが
通過する直前にはハウジング１２”のリセス１２ａ”−
３に収納され、ロータリーピストン１４”の最大外径部
１４”−１ａが可動シャッター部材１９を通過した直後
に図示しないバネ手段等によりシャッター部材１９は図
５の位置となる。仕切円板１４”−３の反対側にはロー
タエレメントがロータエレメント１４”−１と１８０°
位相がずれるように配置されており、さらに、第２作動
室の可動シャッター部材も第１作動室１２ａ”−１のシ
ャッター部材１９と対称的な位置に配置される。

【００１９】図５の構成において、電極手段１６ａ”−
１、１６ｂ”−１に高電圧パルスが供給されると、受圧
面１４”−１ｂとシャッター部材１９との間の作動流体
にプラズマが生じて膨張し、その圧力が受圧面１４”−
１ｂに作用してロータリーピストン１４”は反時計方向
の回転力を受ける。このとき、仕切円板１４”−３の反
対側にも受圧面を有するロータエレメント（図示せず）
と可動シャッター部材（図示せず）とが配置され、可動
シャッター部材の位置に電極手段が配置してあるので、
第１、第２ロータエレメントは同時に回転力を受ける。
したがって、バランサを設けることなくロータリーピス
トン１４”の円滑な回転が得られる。図５において、ロ
ータエレメントは１個の受圧面を有するものとして示さ
れているが、図３、４に示すごとく、ロータエレメント
の受圧面は複数個設けても良く、その場合、シャッター
部材は第１、第２作動室において、受圧面に対応して複
数個配置される。しかも、電極手段はシャッター部材に
対応して設けられる。

【００２０】図６、７は本発明による第４実施例のプラ
ズマエンジン４０を示す。プラズマエンジン４０は放電
用ガスを封入した円弧状作動室４２ａを有するハウジン
グ４２と、作動室４２ａ内に回転可能に収納された偏心
ロータリーピストン４４を備える。また、放電用ガスは
水銀蒸気またはナトリウム蒸気とからなる金属蒸気とア
ルゴンまたはネオン−アルゴン混合ガスから構成しても
良い。ロータリーピストン４４は出力軸４４ｂに支持さ
れたロータ４４ａを有する。ロータ４４ａは複数の放射
状に延びるラジアル部４４ｃとラジアル部４４ｃ内にそ
れぞれ摺動可能に配置されていて円弧状作動室４２ａと
係合するベーンからなる可動部材４４ｄとを有する。ラ
ジアル部４４ｃには主電極間の放電によるプラズマの発
生を容易にするための導電層４４ｃ’が設けられてい
て、それぞれ受圧面を有する。ラジアル部４４ｃ内には
スプリング部材を配置して可動部材４４ｄを半径方向に
押圧させても良い。作動室４２ａは複数の可変容量のセ
グメント室４２ａ−１〜４２ａ−６を有し、その内の１
つのセグメント室４２ａ−２は放電室として機能する。
放電室４２ａ−２には作動流体中で周期的に放電による
プラズマを発生させるためのトリウム含有タングステン
からなる主電極手段４８ａ、４８ｂが配置されている。
陽極４８ａはハウジング４２の側壁に設けられる。陰極
４８ｂはハウジング４２の側壁の円弧状溝４２ｂ内にセ
ラミック封入材で固定されたり、その表面には熱電子放
射物質が塗られても良い。なお、陰極４８ｂはタングス
テン粉末と熱電子放射物質とからなる焼結電極体から構
成しても良い。陰極４８ｂは導線４８ｂ’を介して高周
波パルス放電電源（図示せず）に接続されている。膨張
室４２ａ−２にはさらにタングステンコイルからなる予
備陰極５０が配置されており、主陰極４８ｂの寿命がな
くなったときに導線５０’を介して高周波パルス放電電
源に接続されるため、エンジンの長寿命化が図れる。予
備陰極５０は主陰極４８ｂのように円弧状に形成しても
良い。各々のセグメント室には放電用ガスからなる作動
流体が前述した圧力で封入されており、図６の位置から
ロータリーピストン４４が時計方向に約３０°回転した
ときにはセグメント室４２ａ−１の作動流体の放電によ
るプラズマが発生して複数の可動部材４４ｄに回転力が
与えられる。

【００２１】図６の構成において、隣接したベーン４４
ｄに囲まれた空間が主電極４８ａ、４８ｂに来るたびに
主電極４８ａ、４８ｂに高電圧パルスが供給され、ロー
タリーピストン４４は１回転中６回の駆動力を受ける。
このとき、陰極４８ｂが過熱されると、電極より熱電子
がたくさん放出される。主電極間は一様な電界になって
いて、これで熱電子は加速・移動し、途中で膨張室４６
内の水銀やアルゴンの気体原子に衝突する。この衝突に
よって気体原子から電子が飛びだし電離が起こり、電子
の数がますます増えて放電によるプラズマが発生する。
このとき、放電室４６内の水銀蒸気およびガス圧が高く
なって、ベーン４４ｄに時計方向の回転力を与える。な
お、主電極間４８ａ、４８ｂ間で生じたプラズマ中を流
れる電流による磁束でベーン４４ｄにローレンツ力が作
用して回転力が増大する。電極手段４８ａ、４８ｂおよ
び予備電極５０はハウジングの側面ではなく、外周に配
置しても良い。ベーン部材はローラ部材に代えても良
い。

【００２２】図８、９は本発明による第５実施例のプラ
ズマエンジン６０を示す。プラズマエンジン６０はバン
ケル型ロータリーエンジンからなる。ロータリーエンジ
ンは作動流体を封入した中央部が少し狭くなった楕円形
のトロコイド曲線の作動室６２ａを有するセラミック等
の絶縁材料からなるハウジング６２と、作動室６２ａに
係合しながら偏心的に回転する各辺が膨らみを持った三
角形のピストン６４とを備える。ハウジング６２はウォ
ータージャケット（図示せず）を備えても良いし、この
ウォータージャケットは各部の冷却手段に接続して冷却
効率を上げても良い。ハウジング６２には作動室の上死
点ＴＤＣ近辺に放電室７２、７２’が形成され、放電室
７２にはトリウム含有タングステンからなる一対の１次
側リーディング主電極手段６５、６７と、トリウム含有
タングステンからなる一対の１次側トレーリング主電極
手段６６、６８がそれぞれ上死点ＴＤＣの回転方向前側
と後側とに配置してある。主電極６５、６６はそれぞれ
陽極を構成し、一方、主電極６７、６８は陰極を構成す
る。図８、９に図示されていないが、２次側リーディン
グおよび２次側トレーリング主電極手段が回転軸に対し
て対照的な位置においてハウジング６２に配置されてい
る。電極手段６５、６６、６７、６８はそれぞれリード
線６５ａ、６６ａ、６７ａ、６８ａを介して図示されな
い高周波パルス放電電源に接続されている。陰極６７、
６８はニッケル等の基体金属粉末と熱電子放射物質との
焼結電極体から構成しても良い。また、陰極６７、６８
はトリウム含有タングステン棒とこれに隣接する始動電
極により構成しても良い。ロータリーピストン６４の形
状は公知のペリトロコイド内包絡線の形状となってお
り、ロータリセス６４ａとアペックスシール６４ｂとを
備えていて、偏心の回転運動をする。ロータリセス６４
ａには導電層６４ａ’が形成されていて主電極間６６、
６８間の放電が容易となっている。ロータリーピストン
６４は上死点において放電室７２が最小容積となる。作
動室６２ａの作動流体は１気圧±５％の水銀またはナト
リウム蒸気とアルゴンまたはネオン−アルゴン混合ガス
から構成しても良い。これら作動流体にクリプトン、ヘ
リウムまたはキノセンあるいは微量の水素または重水素
を混入しても良い。

【００２３】図１０〜１５は図８、９の実施例のロータ
リーエンジンの作動を示すダイヤグラムを示す。図１０
は辺ＡＢの中央が１次側主電極手段６５、６７、６６、
６８付近にきた状態を示し、このとき、これら電極手段
がＯＮされるため、放電室７２の作動流体が膨張してそ
の圧力とローレンツ力とが辺ＡＢに作用し、時計方向の
回転力をロータリーピストン６４に与える。図１１にお
いて、辺ＡＣが２次側主電極手段６５’、６７’、６
６’、６８’付近にくるとこれら電極手段がＯＮされ
る。このとき、放電室７２’の作動流体が膨張してその
圧力とローレンツ力とが辺ＡＣに作用して時計方向の回
転力をロータリーピストン６４に与える。図１２におい
て、辺ＢＣが１次側電極手段６５、６７、６６、６８付
近にくると、１次側電極手段がＯＮとなり、辺ＢＣに前
述したように回転力が与えられる。図１３〜１５に示す
ように、辺ＡＢ、ＡＣおよびＢＣがそれぞれ２次側電極
手段、１次側電極手段および２次側電極手段の付近にく
ると、これら電極手段が交互にＯＮされて、これら各辺
に順次回転力が与えられる。このように、ハウジング６
２の１次側および２次側上死点ＴＤＣ、ＴＤＣ’にそれ
ぞれ１次側および２次側主電極手段６５、６７、６６、
６８および６５’、６７’、６６’、６８’を設けて、
これら１次側および２次側上死点にロータリーピストン
６４の各辺がきたときに１次側および２次側主電極手段
を交互にＯＮするようにしたことにより、ロータリーピ
ストン６４の１回転中に６回の回転力が与えられる。こ
の結果、ロータリーピストンは慣性力の変動がないた
め、円滑な回転が得られ、振動もなく最高回転数も相当
大きくなる。

【００２４】図１６〜１８は本発明による第６実施例の
プラズマエンジン８０を示す。プラズマエンジン８０は
前述したような作動流体８１を封入した円弧状作動室８
２ａを有するハウジング８２と、作動室８２ａに同心的
に回転可能に収納されたロータリーピストン８４とを備
える。ハウジング８２は図示されないウォータージャケ
ットを備えても良い。ロータリーピストン８４はロータ
８４ａと半径方向に延びて円弧状作動室８２ａと係合ま
たは隣接する一対のピストン部８４ｂとを備える。作動
室８２ａにはハウジング８２の側壁に形成したガイド溝
８２ｂを介して周期的に作動室８２ａ内に出入りして放
電室８５を形成する二又の可動シャッター部材８６が配
置される。可動シャッター部材８６は円弧状作動室８２
ａに近接または係合する外縁８６ａとロータ８４ａに近
接または係合する内縁８６ｂとを有する。

【００２５】図１７に示すように、可動シャッター部材
８６は出力軸８８上で軸方向に摺動可能なボス部８６ｃ
を備え、シャッター駆動手段８７により駆動されえる。
シャッター駆動手段８７はボス部８６ｃに設けられたカ
ムピン８６ｄを有する。駆動手段８７はさらに出力軸８
８に形成された予め定められた形状のカム溝８８ａを備
え、このカム溝８８ａにカムピン８６ｄが係合してい
る。出力軸８８の回転につれてシャッター部材８６は後
述の如く軸方向に往復動する。ハウジング８２にはシャ
ッターカバー９２が連結されており、この中に真空排気
後アルゴン等の不活性ガスが封入されていて外部への不
活性ガスの漏れが防止される。カバー９２とシャッター
部材８６との間にバネ部材９０が設置されていて、シャ
ッター部材８６を軸方向に押圧している。

【００２６】放電室８５を挟むようにハウジング８２は
それぞれトリウム含有タングステンからなる陽極９４と
陰極９６とを備える。陽極９４と陰極９６は高周波パル
ス放電電源（図示せず）に接続されている。主電極９
４、９６はハウジングの側壁ではなくて外周部に収納孔
を形成してその中にピストン部８４ｂに干渉しないよう
に配置しても良い。ロータリーピストンが絶縁材料から
なる場合はピストン部８４ｂの放電室側の導電層８４
ｂ’をコーティングしてロータリーピストンの上死点に
おける放電を容易にすることができる。

【００２７】図１８は図１７のシャッター部８６のタイ
ミング（シャッター開閉時期）を表わすダイヤグタムで
ある。図１８において、シャッター部材８６は完全に閉
じた状態にあり、ピストン８４ｂは上死点（＝ＴＤＣ）
に位置している。このとき、電極手段に高電圧パルスが
供給されて、放電室８５の作動流体に放電が生じてプラ
ズマが発生し、放電室８５の圧力が上昇してロータリー
ピストン８４は時計方向に回転する。ピストン部８４ｂ
が上死点から５５°の回転角まで移動してきたときにシ
ャッター部材８６は開き始め、１０５°の回転角まで完
全に開度状態となる。そのため、ピストン部８６ｂはシ
ャッター部材８６を通過した後、１０°移相する間にシ
ャッター部材８６が瞬時に閉じる。ピストン部８６ｂが
さらに２０°移送する間に放電室８５の気圧は他の作業
室８２ａよりも低くなって放電が起きやすい状態となっ
ている。このとき、電極手段に高電圧パルスが供給され
て放電によるプラズマで放電室８５の作動流体が膨張し
てロータリーピストン８４に回転力を与える。このよう
に、ロータリーピストン８４は１回転中に２回の膨張圧
力とローレンツ力との影響を受ける。図１７の出力軸８
８のカム溝８８ａはシャッター部８６を図１８のタイミ
ングで駆動する形状に加工される。シャッター部材８６
の駆動手段はその他のリンク機構を利用して回転を直進
運動に変更しても良い。

【００２８】図１９、２０は本発明による第７実施例の
プラズマエンジン９７を示す。プラズマエンジン９７は
円弧状部分を有する作動室９８ａおよび作動室９８ａと
連通する円弧状放電室９８ｂとを有するロータハウジン
グ９８と、作動室９８ａに回転可能に配置されていて出
力軸９９に支持されたタービンロータからなるロータリ
ーピストン１００とを備えたタービンアッセムブリから
なる。ロータハウジング９８はロータリーピストン１０
０の外周に近接していて低圧部（ガス収縮部）または無
放電部を構成するセグメント部９８ｃを備え、セグメン
ト部９８ｃによって放電室９８ｂが区画されている。変
形例において、セグメント部９８ｃをとって隣接した放
電室９８ｂを連通させて環状にしても良い。ハウジング
９８は図において一体として示されているが、焼結金
属、鋳造、アルミダイカストまたは機械加工により、サ
イドハウジングとセンタハウジングとから構成しても良
い。ロータリーピストン１００は接線Ｌに対して鋭角の
ほぼ４５°の角度で傾斜するように外周方向に一定の間
隔で形成されたキャビティを有する複数のタービンブレ
ード１００ａを有する。このように、タービンブレード
１００ａの各々はロータリーピストンの回転軸を通る半
径線に対して予め定められた角度を有する受圧面を有す
る。ロータリーピストン１００は焼結金属、アルミダイ
カストまたは機械加工により形成される。ロータリーピ
ストン１００とハウジング９８との間にはサイドシール
１０１が配置してある。放電室９８ｂは作動室９８ａよ
り径大となっていて、ガス膨張部または昇圧部として機
能する。さらに、放電室９８ｂの軸方向両端にはロータ
リーピストン１００ｂの端部から所定のギャップを有す
るように陽極１０２および陰極１０３がハウジングの側
壁に配置されている。符号１０４、１０５はセラミック
封止材料等の絶縁剤を示す。ハウジング９８はロータリ
ーピストンの環状凹部１００ｃに突入しているボス部９
８ｄを備え、出力軸９９はボス部９８ｄのベアリング１
０６、１０７により回転可能に支持される。この構成に
より、エンジン９７はうすくて極めてコンパクトな構造
となる。作動室９８ａおよび放電室９８ｂには第１実施
例において述べた作動媒体１０８が望ましくは１気圧±
５％で封入されている。電極手段１０２、１０３はトリ
ウム含有タングステンまたは耐熱製材料と熱電子放射材
料から構成しても良い。

【００２９】複数の対の電極手段１０２、１０３は高電
圧パルス放電電源（図示せず）に接続され、周期的に数
μ〜数＋μ秒の２０〜４０ＫＶの高電圧パルスが供給さ
れる。そのとき、電極手段１０２、１０３とタービンロ
ータ１００の側壁１００ｂとの間で局部放電が起き、つ
いで、電極１０２、１０３間の主放電によるプラズマが
発生する。その結果、セグメント部９８ｃにより区画さ
れた放電室９８ｂの作動媒体１０８が急激に膨張し、そ
の膨張圧力が図２０で矢印で示すごとくタービンロータ
１００のキャビティに流入して反時計方向にタービンロ
ータ１００に駆動力を与える。キャビティに流入した作
動媒体１０８が電極手段１０２、１０３から外れてハウ
ジングのセグメント部９８ｃ近辺にくると、作動媒体は
収縮する。作動媒体１０８は周期的に膨張と収縮が繰り
返される。放電室９８ｂは第１、第２の円弧状膨張室か
らなっていてタービンロータ１００の外周の大部分にま
たがっているため放電室１０８の作動媒体１０８がプラ
ズマにより膨張したときタービンロータ１００には第
１、第２の膨張室から強力な駆動力を与えるため大きな
トルクが得られる。放電室９８ｂおよび作動室９８ａの
空間の体積はタービンロータ１００が回転しても増加し
ないため放電室および作動室の圧力はタービンロータが
回転してもあまり低下せず、タービンロータ１００には
常に大きな押圧力が作用して大きな出力がとれる。上記
実施例において述べた方式でタービンロータを第１、第
２のロータエレメントと中間の仕切板とにより構成し、
第１、第２のタービンブレードの角度を反対方向に配置
し、仕切板で区画された第１、第２放電室にそれぞれ電
極手段を配置することにより、正逆可能なエンジンが得
られる。

【００３０】図２１は本発明による第８実施例の放射線
源を含む放電用ガスからなる作動流体を利用したプラズ
マエンジンを示す。図２１において、プラズマエンジン
１１０はセラミック等の絶縁材料からなり、ウォーター
ジャケット（図示せず）を有し、円筒状シリンダからな
るハウジング１１２と、ピストン１１４と、シリンダに
固定されてシリンダ上部を密閉して円筒状作動室１１５
を形成するボロンナイトライド材料からなる絶縁剤から
なるシリンダヘッド１１６とを備える。シリンダ１１２
は放電室１１８ａを有する放電部１１８とピストン可動
部１２０とを有する。放電部１１８はシリンダ１１２内
において、作動室１１５を囲むように配置されたトリウ
ム含有タングステンからなる円筒陽極からなる電極手段
１２２と、シリンダヘッド１１６に支持されていて円筒
陽極１２２と同軸上のトリウム含有タングステンからな
る円柱陰極からなる電極手段１２４とを備える。電極１
２２、１２４はパルス放電電源１２５に接続されてい
て、スイッチ手段１２７により断続的に高電圧パルスが
供給される。他の例として、陰極１２４はタングステン
材料からなり、その表面にはトリウム、バリウム、スト
ロンチウムおよびカルシウムのうちの少なくとも１つを
主体とする酸化物からなる熱電子放射物質が塗られても
良い。

【００３１】作動室１１５には排気真空後に水銀蒸気お
よびナトリウム蒸気のうちの１つの金属蒸気と、アルゴ
ンまたはネオン−アルゴン混合ガスの不活性ガスとクリ
プトン８５の放射線源からなる作動流体が封入される。
金属蒸気は主放電を発生しやすくするものであり、希ガ
スからなる不活性ガスは始動用ガスとして作用する。こ
れら作動流体にクリプトン８５を混入すると始動電圧が
低下するとともに安定した瞬時放電によるプラズマ発生
が可能となる。

【００３２】パルス放電電源１２５は２０〜４０ＫＶの
高電圧パルスを数μ秒の短時間で供給するように構成す
ると良い。１回の主放電で充分な作動流体の圧力上昇が
あるため、放電時間は短時間で良く、入力エネルギーも
非常に小さくて済む。そのため、作動流体の温度も異常
には上昇しない。

【００３３】図２１に戻って、シリンダヘッド１１６の
内側には両電極間で放電を容易にするために半径方向に
延びる環状トリガ電極１１６ａを備える。トリガ電極１
１６ａと陽極１２２または陰極１２４のいずれかのギャ
ップは０．１〜２ｍｍに設定されていて放電がしやすく
なっている。円柱陰極１２４は導電性のパイプからな
る。シリンダヘッド１１６は不活性ガスを封入するため
の充填用パイプ１２８を有し、充填用チューブ１２８は
バルブ１３０を備えていて、排気真空後に予め定められ
た気圧（望ましくは１気圧±５％）で金属蒸気と不活性
ガスの混合物からなる作動流体を作動室１１５に充填す
る。

【００３４】ピストン１１４はアルミ等の導電動性材料
からなり、ピストン１１４の上死点において、ピストン
の上面は陽極１２２と陰極１２４とに近接して両電極間
の主放電がしやすくなるようなトリガ電極として作用す
る。ピストン１１４がセラミックからなるときは、その
上面にトリガ電極が形成されても良い。

【００３５】上記構成において、スイッチ手段１２７が
閉じられると、電極手段１２２、１２４には高電圧パル
スが供給される。このとき、主放電が生じて矢印Ａで示
す如く、放射状に電流Ａが流れて、このとき生ずる電磁
力Ｂによってピストン１１４は駆動される。電極手段１
２２、１２４間で生ずる主放電により不活性ガスは膨張
するため、ピストンにはこの圧力が加えられて加速され
る。放電室１１８ａ内の金属蒸気が主放電により膨張し
て圧力が増加してピストン１１４の駆動力を増大する。

【００３６】図２２は本発明の他の望ましい実施例を示
す。図２２の実施例では主電極手段が作動室を囲むよう
にシリンダ１１２の内壁に配置され、互いに離された半
円状のトリウム含有タングステンからなる主電極１３
２、１３４を備える。主電極１３４に隣接して始動電極
１３６が配置される。始動電極１３６は主電極１３４と
の間でグロー放電を生じさせ、主放電を容易にする役目
を有する。他の例として、主電極１３４はタングステン
電極からなり、タングステン電極の内側には前述した熱
電子放射物質を塗っても良い。

【００３７】図２３は本発明の望ましい実施例によるプ
ラズマエンジン付機械システム１４０のブロック図を示
す。プラズマエンジン付機械システム１４０は図１〜図
２で示されたプラズマエンジン１４２と、連結手段１４
４と、機械１４６とを備える。機械１４６は自動車、ト
ラック、バス、列車、電車、ブルドーザー、二輪車、自
転車、船舶、航空機等の乗り物、ファン、ポンプ、ブロ
ワー、コンプレッサー等の流体機械、冷凍機あるいはエ
アコンディショナー、油圧ショベル等の建設機械、プラ
スチック加工機械、ゴム加工機械、マテリアルハンドリ
ング機械、プレス機、木工機械、工作機械、金属加工機
械、エレベーター、エスカレーター、巻上装置・クレー
ン・ウインチ・コンベヤー等の搬送機械、コンバイン・
トマト収穫機等の収穫調整用機械、トラクター・耕運機
等の農業用機械、操網機等の漁業用機械、さく岩機等の
鉱山機械、精紛機・肉ひき機等の食料加工機械、紡績機
・織機等の繊維機械、ろ過機・撹拌機等の化学機械、印
刷機械、製本機械その他産業用機械からなる。

【００３８】図２４は機械システムが発電システム１４
０’からなるものとして示されている。発電システム１
４０’はプラズマエンジン１４２と、エンジン１４２に
より駆動されて負荷１８２を駆動するための発電機１８
０と、発電機１８０に接続されて発電機１８０の出力の
一部により充電されるバッテリー１８４と、バッテリー
１８４に接続されていてバッテリー電圧を変換してエン
ジン１４２に高電圧パルスを供給する高電圧パルス放電
電源１８６とを備える。発電機１８０は連結器１４４を
介してプラズマエンジン１４２により駆動されて、発電
する。その出力は負荷１８２に供給される。発電出力の
一部はバッテリー１８４に供給されてバッテリーを連続
的に充電する。バッテリー１８４の出力電圧はパルス放
電電源１８６により高電圧パルスに変換されてエンジン
１４２に供給されてエンジンを駆動する。

【００３９】図２５は図２４の発電システムの変形例を
示す。図２５において、発電システム１４０’は交流電
源１８８に接続されるＡＣ／ＤＣ変換器１９０を備え、
変換器１９０の直流電圧がパルス放電電源１８６に供給
される。パルス放電電源１８６は直流電圧を変換して高
電圧パルスをエンジン１４２に供給してこれを駆動す
る。

【００４０】以上の実施例において、放電室は作動室内
に形成されたものとして説明したが、共通の放電室を作
動室から独立させ、放電室の膨張圧力を作動室に伝達さ
せるように構成しても良い。

【００４１】

【発明の効果】本発明では密閉したハウジング内の作動
室に排気真空後１気圧±５％で放電ガスからなる作動流
体を封入し、この中に受圧面を有するピストンを配置し
て放電室に設けた電極手段に高電圧パルスを供給して作
動流体中で放電によるプラズマを発生させ、このとき生
ずる膨張圧力およびローレンツ力によりピストンに駆動
力を与えるようにしたので、石油類エネルギーを不要に
して長寿命のプラズマエンジンを提供することができ
る。とくにロータリーエンジンからなるプラズマエンジ
ンは小型で高出力が得られ、構造が簡単で部品点数が少
なく、軽量で騒音の発生も少なく、１回転毎に複数のト
ルクが発生するので振動が少なく、製造コストとメンテ
コストが著しく低い。しかも、作動流体は永久的に使用
可能なためハウジング内に作動流体を一旦封じ込めると
外部から全く追加燃料を供給せずにエンジンを長時間駆
動することができる。さらに、電極手段には予備電極手
段を設けることによりエンジンの寿命を２０，０００〜
４０，０００時間にわたって長期に運転することができ
る。エンジンからは排ガス等の公害が全くないため、地
球環境破壊を完全に防止でき、実用上の効果が極めて大
きい。なお、本発明のプラズマエンジンによれば自動
車、船舶、航空機等の輸送機関や発電システム、流体機
械、エレベーター、エスカレーター、コンベアー、工作
機械、建設機械等の新規な機械システムが提供でき、産
業上ならびに経済上の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるプラズマエンジ
ンの概略図である。

【図２】図１の構造の原理図である。

【図３】本発明の第２実施例のプラズマエンジンの
概略図である。

【図４】図３の４−４線の断面図である。

【図５】図３の実施例の変形例を示す概略断面図で
ある。

【図６】本発明の第３実施例のプラズマエンジンの
概略断面図である。

【図７】図６の概略断面図である。

【図８】本発明の第４実施例を示す概略断面図であ
る。

【図９】図８の概略平面図である。

【図１０】図８の実施例のエンジンにおける主電極
手段とロータリーピストンとの第１の位置関係を示すダ
イヤグラムを示す。

【図１１】図８の実施例のエンジンにおける主電極
手段とロータリーピストンとの第２の位置関係を示すダ
イヤグラムを示す。

【図１２】図８の実施例のエンジンにおける主電極
手段とロータリーピストンとの第３の位置関係を示すダ
イヤグラムを示す。

【図１３】図８の実施例のエンジンにおける主電極
手段とロータリーピストンとの第４の位置関係を示すダ
イヤグラムを示す。

【図１４】図８の実施例のエンジンにおける主電極
手段とロータリーピストンとの第５の位置関係を示すダ
イヤグラムを示す。

【図１５】図８の実施例のエンジンにおける主電極
手段とロータリーピストンとの第６の位置関係を示すダ
イヤグラムを示す。

【図１６】本発明の第５実施例のプラズマエンジン
の概略図である。

【図１７】図１６の１７−１７線図の概略断面図で
ある。

【図１８】図１６のシャッター部材とロータリーピ
ストンとのタイミングを示すダイヤグラムを示す。

【図１９】本発明の第７実施例のプラズマエンジン
の一部断面図である。

【図２０】図１９の２０−２０線の断面図である。

【図２１】本発明の第８実施例を示す概略断面図で
ある。

【図２２】図２１のエンジンの変形例を示す。

【図２３】プラズマエンジンを組み込んだ機械シス
テムのブロック図である。

【図２４】図２３の１例である発電システムのブロ
ック図を示す。

【図２５】図２４の他の例の発電システムのブロッ
ク図を示す。

【符号の説明】

１２ハウジング１２ａ作動室１４ロータリーピストン１４’−１第１ロータエレメント１４’−２第２ロータエレメント１４’−３仕切板１４”−１第１ロータエレメント１４”−３仕切板１６ａ、１６ｂ主電極手段１８パルス放電電源１９シャッター部材２４始動抵抗４２ハウジング４２ａ作動室４４ロータリーピストン４６膨張室４８ａ、４８ｂ主電極手段５０予備電極手段６２ケーシング６２ａ作動室６４ロータリーピストン６６、６８電極手段７２膨張室８２ケーシング８２ａ作動室８４ロータリーピストン８６シャッター部材８７シャッター駆動手段８８出力軸９８ハウジング９８ａ作動室９８ｂ放電室９９出力軸１００タービンロータ１０２陽極１０３陰極１０８作動媒体１１２シリンダー１１４ピストン１２２円筒電極１２４円柱電極１２５パルス放電電源１３２、１３６半円状電極１４０機械システム１４２プラズマエンジン１４６機械１８０発電機１８４バッテリー１８６パルス放電電源１８８交流電源１９０ＡＣ／ＤＣ変換機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電用作動媒体を封入した円弧状部分を
有する作動室を有するハウジングと、作動室に連通する
放電室と、作動室に回転可能に収納されていて少なくと
も１つの受圧面を有するロータリーピストンと、放電室
において放電電源からの電力により瞬時的に放電室の作
動媒体にプラズマを発生させて膨張させることによりロ
ータリーピストンの受圧面に駆動力を与える放電手段と
からなるプラズマエンジン。
【請求項２】請求項１において、ロータリーピストン
が作動室に同心的に配置されているプラズマエンジン。
【請求項３】請求項１において、ロータリーピストン
が作動室に偏心的に配置されているプラズマエンジン。
【請求項４】請求項１において、作動媒体がヘリウ
ム、アルゴン、ネオン、キセノンおよびクリプトンのう
ち少なくとも１種の希ガスからなる放電用ガスを含むプ
ラズマエンジン。
【請求項５】請求項４において、放電用ガスが重水素
と水素ガスから選ばれた少なくとも一種のガスと希ガス
の中から選ばれた少なくとも一種のガスとの混合物から
なるプラズマエンジン。
【請求項６】請求項４において、希ガスが１〜５０気
圧のキセノンと、０．０６６〜２気圧のヘリウムまたは
アルゴンからなり、総封入圧に対するヘリウムまたはア
ルゴンの封入圧が５０％以下であるプラズマエンジン。
【請求項７】請求項４において、放電用ガスが水銀蒸
気およびナトリウム蒸気のうちのいずれか１つの金属蒸
気を含むプラズマエンジン。
【請求項８】請求項１において、作動媒体が炭素原子
が６０〜２００の炭素格子構造体を含むプラズマエンジ
ン。
【請求項９】請求項１において、作動室が放射線によ
る電子励起を行わせることにより作動媒体の瞬時放電を
行わせるための放射線源を含むプラズマエンジン。
【請求項１０】請求項９において、放射線源が作動室
の内容積１ｃｍ³当り０．２〜５０マイクロキューリー
のクリプトン（Ｋｒ）８５からなるプラズマエンジン。
【請求項１１】請求項９において、放射線源が半減期
が１０年を越え、放射能量が１００Ｂｑ〜１０００Ｂｑ
でかつエネルギーが０．７ＭｅＶ以下のβ線のみを放射
するβ線核種からなるプラズマエンジン。
【請求項１２】請求項９において、ハウジングがライ
ナーを備え、ライナーが放射線源からなるプラズマエン
ジン。
【請求項１３】請求項１において、放電手段が基体金
属粉末にアルカリ土類金属系の熱電子放射材料を混合し
て成形された焼結電極体を含む陰極と陽極からなるプラ
ズマエンジン。
【請求項１４】請求項１において、放電手段がトリウ
ム含有タングステンからなる電極を有するプラズマエン
ジン。
【請求項１５】請求項１において、放電手段がタング
ステン、モリブデン、クロームのうちの少なくとも１種
の耐熱性金属と熱電子放射物質からなる陰極と陽極を有
するプラズマエンジン。
【請求項１６】請求項１５において、さらに予備電極
手段を備えているプラズマエンジン。
【請求項１７】請求項１５において、さらに局部放電
を起こすための始動電極を備えているプラズマエンジ
ン。
【請求項１８】請求項２において、放電室が作動室に
隣接してハウジングの側壁の凹部に形成されており、放
電手段が放電室に配置された複数の主電極からなり、作
動媒体のプラズマが発生したとき、ロータリーピストン
が作動媒体の膨張圧力とローレンツ力とによる回転力を
受けるプラズマエンジン。
【請求項１９】請求項２において、ロータリーピスト
ンが少なくとも１つのロータエレメントからなり、ロー
タエレメントが少なくとも１つの受圧面を有するプラズ
マエンジン。
【請求項２０】請求項２において、ロータエレメント
が複数の受圧面を有し、放電手段がハウジングの予め定
められた位置に配置されていて放電室の作動媒体を放電
によるプラズマ膨張させて複数の受圧面に駆動力を与え
るプラズマエンジン。
【請求項２１】請求項２において、作動室が円筒状作
動室からなり、ロータリーピストンが互いに予め定めら
れた位相角で配置された第１、第２のロータエレメント
とこれらロータエレメント間に形成された仕切円板から
なり、仕切円板により作動室が第１、第２放電室に区画
され、第１、第２放電室にそれぞれ主電極手段が配置さ
れているプラズマエンジン。
【請求項２２】請求項２において、ハウジングがロー
タリーピストンの受圧面に近接して作動室内に周期的に
出入りするシャッター部材を備え、放電室がシャッター
部材により区画されているプラズマエンジン。
【請求項２３】請求項２２において、ロータリーピス
トンがそれぞれ少なくとも１つの受圧面を有する第１、
第２のロータエレメントと中間の仕切板からなり、作動
室が仕切板により第１、第２放電室に区画されているプ
ラズマエンジン。
【請求項２４】請求項３において、ロータリーピスト
ンが作動室と係合する可動部材を有するプラズマエンジ
ン。
【請求項２５】請求項２４において、作動室が複数の
可変容量のセグメント室を有し、放電室がセグメント室
の比較的小容量のセグメント室に形成されているプラズ
マエンジン。
【請求項２６】請求項１５において、ロータリーピス
トンが電極手段間の放電距離を短縮して主電極手段によ
る放電を容易にするための導電部を有するプラズマエン
ジン。
【請求項２７】請求項１において、作動室と放電室と
が一体となっているプラズマエンジン。
【請求項２８】請求項２７において、作動室が１次側
および２次側上死点を含むトロコイド曲線を有し、ロー
タリーピストンがペリトロコイド内包絡線を有するプラ
ズマエンジン。
【請求項２９】請求項２８において、放電室が作動室
において１次側および２次側上死点にそれぞれ形成さ
れ、放電手段が放電室に設けられた１次側主電極および
２次側主電極からなり、ロータリーピストンの各辺が１
次側および２次側上死点にきたときに１次側および２次
側主電極が交互にＯＮされるプラズマエンジン。
【請求項３０】請求項２において、ロータリーピスト
ンが少なくとも１つの半径方向に延びるピストン部を有
し、さらに、作動室内に周期的に出入りする可動シャッ
ター部材と、可動シャッター部材を周期的に駆動する駆
動手段とを有するプラズマエンジン。
【請求項３１】請求項３０において、シャッター部材
とピストン部との間に放電室が形成され、放電手段が放
電室に面してハウジングに配置されているプラズマエン
ジン。
【請求項３２】放電用作動媒体を封入した円弧状部分
を有する作動室と作動室に連通する放電室とを有するロ
ータハウジングと、作動室に回転可能に収納されていて
複数の受圧面を有するタービンロータと、放電電源から
の電力により瞬時的に放電室の作動媒体にプラズマを発
生させて膨張させることによりタービンロータの受圧面
に駆動力を与える放電手段からなるプラズマエンジン。
【請求項３３】請求項３２において、ロータハウジン
グがタービンロータの外周に近接していて低圧部を形成
するセグメント部を有し、放電室が昇圧部として作用
し、放電室の作動媒体が膨張したときに作動媒体を昇圧
部から低圧部に指向させることによりタービンロータの
受圧面に駆動力を与えるプラズマエンジン。
【請求項３４】放電用ガスからなる作動流体を封入し
た作動室を有するハウジングと、作動室に移動可能に収
納されたピストンと、放電室に配置されていてパルス放
電電源からの高電圧パルスにより作動流体中で放電によ
るプラズマを発生させることによりピストンに駆動力を
与えるための陽極手段および陰極手段とからなるプラズ
マエンジン。
【請求項３５】請求項３４において、ハウジングがシ
リンダおよびシリンダヘッドからなり、陽極手段がシリ
ンダ内壁に配置されたトリウム含有タングステンからな
る円筒陽極からなり、陰極手段がシリンダヘッドに支持
されたトリウム含有タングステンからなる円柱陰極から
なるプラズマエンジン。
【請求項３６】請求項３４において、円柱陰極が熱電
子放射物質を含む次世代エンジン。
【請求項３７】請求項３４において、陽極手段および
陰極手段が作動室の内壁に配置された一対のトリウム含
有タングステンの半円状電極からなるプラズマエンジ
ン。
【請求項３８】請求項３４において、半円状電極の１
つに隣接して１つの始動電極を含むプラズマエンジン。
【請求項３９】請求項３４において、ピストンの上部
が上死点においてトリガ電極として作用するプラズマエ
ンジン。
【請求項４０】請求項３４において、放電用ガスがヘ
リウム、アルゴン、ネオン、キノセンおよびクリプトン
のうちの少なくとも１種の不活性ガスからなり、さらに
放射線による電子励起を行わせることにより放電用ガス
に瞬時放電を行わせる放射線源を含むプラズマエンジ
ン。
【請求項４１】機械と、その機械を駆動するための出
力軸を有するプラズマエンジンとを備え、プラズマエン
ジンが放電用ガスの作動媒体を封入した円弧状部分を有
する作動室と作動室と連通する放電室とを有するハウジ
ングと、作動室に回転可能に収納されていて少なくとも
１つの受圧面を有するロータリーピストンと、放電室の
作動媒体に放電によるプラズマを発生させて膨張させる
ことによりロータリーピストンの受圧面に駆動力を与え
る放電手段と、放電手段に放電用電力を供給するための
放電電源とからなる機械システム。
【請求項４２】機械と、その機械を駆動するための出
力軸を有するプラズマエンジンとを備え、プラズマエン
ジンが放電用の作動媒体を封入するとともに放射線源を
含む作動室と作動室と連通する放電室とを有するハウジ
ングと、作動室に移動可能に収納されたピストンと、放
電室の作動媒体に放電によるプラズマを発生させて膨張
させることによりピストンに駆動力を与える主電極手段
と、主電極手段に高電圧パルスを供給するためのパルス
放電電源とからなる機械システム。
【請求項４３】プラズマエンジンと、そのエンジンに
より駆動される発電機とを備え、プラズマエンジンが放
電用の作動媒体を封入した円弧状部分を有する作動室と
作動室と連通している放電室とを有するハウジングと、
作動室に回転可能に収納されたロータリーピストンと、
放電室の作動媒体に放電によるプラズマを発生させて膨
張させることによりロータリーピストンに動力を与える
放電手段と、放電手段に電力を供給する放電電源とから
なる発電システム。
【請求項４４】請求項４３において、発電機により充
電されるバッテリーをさらに備え、電源がバッテリーの
出力電圧を変換して高電圧パルスを主電極手段に供給す
るパルス放電電源を有する発電システム。
【請求項４５】請求項４３において、交流電源に接続
されるＡＣ／ＤＣ変換手段をさらに備え、電源がＡＣ／
ＤＣ変換手段の出力電圧を変換して高電圧パルスを主電
極手段に供給するパルス放電電源を有する発電システ
ム。