JPH08504014A - ヒートエンジン及びヒートポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 圧縮されるガスを含む圧縮室と、この圧縮室内部に向かう移動により前記ガスを圧縮するための第１ピストンと、前記第１ピストンを前記圧縮室内に駆動して前記ガスを圧縮するための駆動手段と、を備えるエンジンである。このヒートエンジンはさらに、膨張室と、この膨張室の外部に向かう移動によりガスを膨張させる第２ピストンと、前記圧縮室を出た圧縮ガスを前記膨張室に供給する手段と、前記圧縮室を出た前記圧縮ガスを加熱するための加熱手段と、を備えている。伝達手段は、エンジン出力を取り出すために前記第２ピストンに機能的に接続されており、前記圧縮室において液体噴霧を形成する手段が、圧縮中のガスを冷却するために備えられている。

Description

【発明の詳細な説明】 ヒートエンジン及びヒートポンプ 本発明はヒートエンジン及びヒートポンプに関するものであり、特に、家庭で の使用、サービス業、商業及び製造業に動力又は熱を供給するのに適するものに 関する。 高い熱効率を達成することは、発電の分野においては常に重要であるが、その 理由は燃料のコストが電力を生み出すときのコストの約３分の２を占めるからで ある。コストに加えて、環境問題のことも考えると、二酸化炭素の発生やその他 の望ましくない放出物を最小限におさえるために、効率をより向上させるために さらに努力する必要がある。 一般的には、小さな発電設備よりも大きな発電設備のほうが、より高い効率を 達成しつつ放出物を少なくすることができる。これは、一部には熱損失、摩擦及 び流体の漏れの問題が小さな設備よりも大きな設備においての方があまり重要性 を有しなくなることがあるからである。また、規模からくる経済的により、大き な設備においては、より複雑且つ洗練された装備をすることが可能となる。小さ な設備では、このような装備はコストの面から不可能である。 このような事実にもかかわらず、小さな設備が必要となることがあり、しかも 可能なかぎり効率が良く、環境に優しいものでなければならないということが重 要である。こういった状況は電気設備をもたない、世界の多くの地方で起こって いる。電気を供給する発電所の建設が、その地方の人口の経済的能力を越えてい ることもあろうし、また、その建設を行うにはあまりにも電力の需要が少ない場 合もあろう。前者の状況は多くの発展途上国にあてはまり、後者は多くの人里離 れた、あるいは人口の少ない地域や離れ小島などにあてはまる。 小型の効率の良いエンジンの別の用途は、熱及び動力の複合装置（ＣＨＰ）と 関連して生ずる。熱と動力を同時に使用すると、電気設備からの動力を主に使用 することよりも全体としてより高いエネルギ効率を得ることになる。熱を十分離 れたところに経済的に送ることはできないから、ＣＨＰ装置を各地域の熱負荷に 適するサイズにする必要がある。大抵これは、発電装置がほどよいサイズである べきことを意味している。 本発明はヒートエンジンとして使用可能でもあり、改変を加えればヒートポン プとしても使用できる。ヒートポンプは低温の熱源の熱を吸収して高温のヒート シンクに移すものである。例えば、気温が低いときにヒートポンプは、建物内を 暖房するために大気から熱を吸収し、それを高温の環境に移すものである。これ とは逆に、気温の高いときにヒートポンプは空気調整器として作用し、たとえ外 部の温度のほうが内部よりも高いときでも、建物内部の空気から熱を吸収し、外 部環境に捨てることができる。ヒートポンプはまた、空気を冷却し、その中の水 蒸気を凝縮させる目的で使用可能である。ヒートポンプから廃棄される熱は、空 気中に熱を貯えるために使用することができる。この場合には、ヒートポンプは 空気を除湿するために使用可能である。ＣＨＰ装置の場合と同様に、ヒートポン プは、各場所の熱負荷に応じてサイズを決定しなければならない。その結果、大 抵のヒートポンプは大型の装置としてではなく、小型の装置として能力を発揮す ることを要求される。 殆どの型のヒートポンプ、空調装置、あるいは冷凍装置は、蒸発／凝縮流体を 使用するが、この流体はフロンガス（ＣＦＣ’ｓ）と同様に適当な温度で沸騰す る。この物質は、有害な紫外線から人間や動物を守ってくれる地球のオゾン層を 破壊することで知られている。ＣＦＣ’ｓの代替品が幾つか知られているが、こ の中にも、程度は比較的小さいが、オゾン層を破壊するものがある。この他の代 替品には、燃えやすい、毒性がある、コストが高い、熱力学的性質が良くない、 地球温暖化をまねく傾向がある、などの欠点がある。 スターリングサイクルに基づくエンジン及びヒートポンプはよく知られている 。スターリングエンジンは、作業気体を含むガス空間を形成する圧縮室及び膨張 室を含んでおり、これら圧縮室及び膨張室は再生器を備えた熱交換器を介して接 続されている。理想的なスターリングサイクルによると、圧縮室の作業気体はピ ストンにより圧縮され、等温圧縮を受ける。このときの圧縮熱は低温のヒートシ ンクに廃棄される。この行程の後、低温作業気体は再生器を通され、ここで予熱 を受け、それから膨張室に入る。膨張室において、ピストンは膨張室の外部に向 かって動かされ、これにより高温圧縮作業気体は膨張する。膨張中、熱が作業気 体 に加えられ、作業気体は等温的に膨張することとなる。この高温膨張ガスは、そ の後、返送されて再生器を通り、ここで熱を与えてから圧縮室に入って次のサイ クルが始まる。 米国特許第４１４８１９５号は、熱駆動型ヒートポンプを開示している。この ポンプは、燃料の燃焼などを高温熱源とし、大気など低温側の別の熱源としてい る。熱の出力としては、中程度の温度である。ヒートポンプの目的は、ある量の 高温の熱エネルギを、より多量の中間温度の熱エネルギに変換することである。 これは、低温熱源から熱エネルギを抽出することにより可能である。米国特許第 ４１４８１９５号に記載の熱駆動型ヒートポンプは、バルブのない密閉系装置で あり、スターリングサイクルに類似のものである。一連の４つの内部導通したＵ 字管に含まれ、閉回路内で接続された液体ピストンは、Ｕ字管のアーム部に形成 された隣接する膨張室及び圧縮室の間で作業気体を変位される。液体ピストンは 、膨張室の膨張ガスによる閉回路内の直接の動力を、隣接する圧縮室の圧縮ガス に伝達する。膨張室及び圧縮室は、同じＵ字管の対向するアーム部に形成されて いる。４つのＵ字管は、ガス空間を介して再生器と接続されている。４つの再生 器のうちの２つと、それに関連するガスは、高温と中間温度の間の範囲で作動す る。あとの２つの再生器とそれに関連するガスは、低温と中間温度の間の範囲で 作動する。このサイクルにおいては、高温側の範囲で作動するガスから低温側の 範囲で作動するガスへと液体ピストンを介して動力が伝達される。 ２１世紀インターソサエティ・エネルギ変換工学会議・第１巻（１９８６）の ３７７〜３８２ページに、米国特許第４１４８１９５号に記載のものと類似のス ターリング型熱駆動ヒートポンプが記載されている。そこでは、液体ピストンか ら液体を採取することで作業気体を加熱したり冷却したりしている。この液体の 加熱及び冷却は外部で行い、エアゾールとして膨張室や圧縮室に再噴射される。 これら公知のヒートポンプの欠点の１つは、現代の高度な動力発生技術、例え ば複合サイクルガスタービンなどと比較して、高温熱源の最大作業温度が非常に 低いことである。例えば、これらヒートポンプに加えられる熱の温度は４００℃ が普通であるが、一方、現代の動力発生ガスタービンの吸入温度は最高１３００ ℃である。その結果、熱駆動ヒートポンプにおける高温熱の内部仕事への変換効 率もまた低いが、これはカルノーの定理から予想されるとおりである。したがっ て、全体的な動作係数は非常に小さい。 米国特許第４１４８１９５号に記載の熱駆動ヒートポンプのまた別の欠点は、 ゆっくりとした自然な振動を達成するためには、液体ピストンが非常に長くなけ ればならないということにある。振動の周波数が小さくなければならない訳は、 液体小滴と作業ガスとの間の熱伝導に十分な時間が必要とされるからである。液 体ピストンを要求される長さにすることは、高圧力下で小型の装置を作動する場 合、特に困難となる。また、小型の装置においては、液体ピストンを長くするこ とによる摩擦損失が許容不可能なほどになる。さらには、各液体ピストンの１つ の端の熱が別の端に伝わることに起因する、いわゆるシャトル損失（shuttle lo ss）を避けるために、ピストン長さ対ストロークの比を大きくすることが要求さ れる。このシャトル損失は、各液体ピストンの２つの端が異なる温度にあること で、液体が混ざり合い、熱の伝導が起こることによって発生する。 米国特許第３６０８３１１号は、カルノーサイクルに基づき作動するエンジン を開示しており、このエンジンにおいては、単一のシリンダ内で液体ディスプレ ーサ（displacer）により、ガスが圧縮、膨張を連続的に繰り返す。液体ディス プレーサの高温及び低温の液体は、交互にシリンダ内に噴射されて、膨張行程に おいてはガスを加熱し、圧縮行程においてはガスを冷却する。 この公知のヒートエンジンの１つの欠点は、サイクル当たりの出力が比較的小 さいことであるが、この原因は、断熱圧縮中に作業気体の温度を適切な値まで上 げるためには、極端に高い圧縮比が必要とされ、しかもこのような圧縮比は実際 には不可能なものだからである。このエンジンのまた別の欠点は、全行程にわた って、単一のシリンダ内に留まったまま、作業気体が高温と低温の間を連続的に 循環させられることである。それゆえに、シリンダの壁もまた、低温から高温へ と繰り返し変化することになるが、これはエントロピが大きく変化すること及び 熱力学的な効率が低下することを意味するものである。 本発明の１つの側面にしたがって与えられるヒートエンジンは、圧縮されるガ スを含む圧縮室と、この圧縮室における移動により前記ガスを圧縮するための第 １ピストンと、前記第１ピストンを前記圧縮室内に駆動して前記ガスを圧縮する ための駆動手段と、膨張室と、この膨張室の外部に向かう移動によりガスを膨張 させる第２ピストンと、前記圧縮室を出た圧縮ガスを前記膨張室に供給するため の手段と、前記圧縮室を出た前記圧縮ガスを加熱するための加熱手段と、エンジ ンの出力を取り出すために前記第２ピストンに操作可能に接続された伝達手段と 、圧縮時に前記ガスを冷却するため前記圧縮室において液体噴霧を形成する手段 と、を備えている。 このような設計の１つの利点は、ヒートエンジンサイクルにおける最低温度で 熱を効率良く液体噴霧の液体に捨てることができるということである。さらに、 膨張を別体の膨張室で行うために、各室の温度、ひいてはその各部分やピストン の様々な部分の温度が高温と低温の間を上下することがなく、その結果、効率の 低下を避けることができる。 好適な実施例においては、前記エンジンは、膨張時に、膨張室のガスを加熱す るための手段を有している。したがって、膨張行程は、ほぼ等温的である。 上記の加熱手段は、膨張室で膨張したガスの熱により圧縮室を出た圧縮ガスを 予熱する熱交換手段を備えていることが望ましい。したがって、膨張室でガスを 等温膨張させることにより、熱交換器において熱をいくらか回収することが可能 となる。この際、熱交換器は、圧縮室を出た圧縮ガスを、膨張の前に予熱するこ とに使用される。熱交換器としては、例えば再生器を備えた熱交換器が考えられ るが、これは、圧縮室を出た圧縮ガスが流れ込むときに辿る通路と同じ通路を、 膨張室を出た膨張ガスが流れる場合に適している。またこの２つのガスが異なる 通路を流れる場合には、復熱装置を備えた熱交換器が適している。ガスの混合を 避ける必要があり、且つ／又は、２つのガスが実質的に異なる圧力状態にある場 合に、この２つのガスの間で熱交換を行なうときには、特に、復熱装置を備えた 熱交換器を使用することが有利である。 １つの具体例は、膨張室を出た膨張ガスを再圧縮のために圧縮室に返送する返 送手段を含んでいる。この返送手段は、圧縮ガスを膨張室に供給するための手段 とは別体である。そうでないと、作業気体が圧縮室と膨張室との間を同じ通路を 通って行き来してしまう。単一の作業気体が連続的に圧縮室と膨張室との間を循 環する場合、このような具体例は密閉系エンジンと呼ばれる。作業気体はエンジ ン内部に密閉されているので、この気体を予圧をかけておき、そうすることでサ イクル中にガスが達成する最低圧力を、大気圧よりも相当高くすることが可能と なる。 本発明のエンジンのまた別の具体例においては、膨張室のガスを加熱するため の手段が、膨張室において高温液体噴霧を形成する手段を備えている。この噴霧 に使用する液体は外部熱交換器により加熱されるものであるが、この熱源として は、産業廃棄熱などの廃棄熱や太陽エネルギ、あるいは、燃焼室冷却装置の出す 熱などを利用すればよい。熱を膨張室に移すための高温液体噴霧の使用は、密閉 系エンジンの場合に特に有利であるが、それは、このエンジンが比較的低温の熱 源を有しているからである。液体噴霧は非常に高い温度での使用には適さない。 また別の具体例は、空気又は他の酸化ガスを圧縮室に流入させる第１バルブ手 段と、圧縮ガスを膨張室に供給するための上述の供給手段を介して、膨張室のガ スが圧縮室に還流することを防止する第２バルブ手段とを有している。さらにこ の具体例は、前記加熱手段が膨張室に燃料を供給する手段を備えることを特徴と するものである。この具体例においては、燃料と高温圧縮ガスの混合物が燃焼室 で発火し、膨張後、燃焼物は熱交換手段を介してエンジン外に放出される。した がって、各サイクルの始めには、新たな作業気体の供給が必要となる。作業気体 が各サイクル毎に新しく供給される場合、そのエンジンは開放系エンジンと呼ば れる。このような１つの実施例は、膨張室に流れ込む燃料の割合を制御する手段 を含むもので、これにより実質的な等温膨張を実現している。 一般的に、第１ピストンと第２ピストンは作業気体を確実に密閉することが望 ましく、このことは特に、密閉系エンジンにおいて重要である。第１ピストン及 び／又は第２ピストンは液体を含むことが望ましいが、それは、これにより密閉 状態を実現することが困難でなくなるからである。もしピストンが固体であれば 、この困難が生じるてしまう。好適な実施例は、一対の略Ｕ字型導管で、その各 々がピストンとしての液体を含むものと、この１つの導管の各アーム部に形成さ れた圧縮室及び別の導管の各アーム部に形成された膨張室と、前記圧縮室の１つ を出た圧縮ガスを前記膨張室の１つへ供給する手段と、他方の圧縮室から出た圧 縮ガスを他方の膨張室へ供給する別体の供給手段と、を備えるものである。この 実 施例においては、１サイクルあたり２回の膨張及び圧縮が行われる。そして、液 体ピストンのタイミングは、１つの膨張室の膨張行程が１つの圧縮室の圧縮行程 を駆動するように調節することが望ましい。これは、駆動手段と伝達手段との間 を適切に接続することにより可能である。また別の好適な実施例は、もう一対の 略Ｕ字型導管備えており、稼働時には、膨張室を含んでいる１つのＵ字型導管の 液体ピストンと、別の膨張室を含んでいる対応するＵ字型導管の液体ピストンと の位相角差が実質的に９０゜となっている。このようにすることで、エンジンの １サイクル中の各段階において正味の出力を得ることができ、フライホイールや 他の手段を用いてエンジンの作動を維持する必要がなくなる。 膨張ガスが、第２ピストンの膨張室内部への移動により膨張室から排除される とき、ガスの圧力は上昇する。また別のエンジンの実施例においては、圧縮室で の液体噴霧に使用する、少なくとも２つの異なる温度の液体を供給するための手 段と、ガスの圧縮時に、膨張室においてガスの温度を制御するための液体噴霧の 形成手段と、が備わっている。液体噴霧の温度は、圧縮中のガスの温度を一定に 保てるような温度であることが望ましい。もし第２ピストンが液体を含むならば 、液体供給手段は、この液体ピストンの液体を直接に噴霧形成手段に供給するよ うに設計されていることが望ましい。圧縮室でのガスの圧縮後は、ピストンがそ れぞれの圧縮室から出ていく方向に動くので、ガスは圧力が減少し、膨張する。 また別の好適な実施例は、圧縮室での液体噴霧に使用する、少なくとも２つの異 なる温度の液体を供給するための手段と、ガスの膨張時に、圧縮室においてガス の温度を制御するための液体噴霧の形成手段と、を備えている。液体噴霧の温度 は、膨張中のガスの温度を一定に保てるような温度であることが望ましい。もし 第１ピストンが液体を含むならば、液体供給手段は、第１ピストンの液体を直接 に噴霧形成手段に供給するように設計されていることが望ましい。 第１ピストンが液体を含んでいる場合は、駆動手段が、第１ピストンと協働す る部材を含み、この部材の動きが、少なくとも１方向の動きを第１ピストンに伝 えるようにすることができる。上記部材は固体ピストンを含み、液体ピストンに 浸けられているか、又はその表面に浮かんでいる。液体ピストンを含んでいる前 記導管の壁を貫通する軸に、固体ピストンは接続される。 同様に、各第２ピストンが液体を含む場合、伝達手段は第２ピストンと協働す る部材を含み、少なくとも１方向への液体ピストンの動きが、前記部材につたえ られる。この部材は、固体ピストンを含み、これが液体ピストンに浸けられてい るか、又はその表面に浮かんでいる。軸が固体ピストンに接続され、第２ピスト ンを含む導管の壁を貫通して延びている。 逆に、第１及び第２ピストンは固体ピストンを含んでもよい。また別の実施例 は、一対の圧縮室及び一対の膨張室を含んでおり、稼働時に圧縮室のピストンが 実質的に互いに逆位相で動き、且つ、膨張室のピストンも実質的に互いに逆位相 で動く。また別の実施例は、圧縮室の第２の一対と、膨張室の第２の一対とを含 んでおり、稼働時に、圧縮室の第１の対におけるピストンは圧縮室の第２の対に おけるピストンと実質的に９０゜の位相角差で作動し、且つ、膨張室の第１の対 におけるピストンは膨張室の第２の対におけるピストンと実質的に９０゜の位相 角差で作動する。 密閉系エンジンにおいては、熱交換手段は、再生器を備えることが望ましい。 再生器の目的は、作業気体に対して効率良く熱を出し入れすることにある。 また別の実施例においては、各圧縮室を出たガスから液体を分離するために、 分離器が設けられる。密閉系で作動させる場合、各膨張室を出たガスから液体を 分離するためにも、分離手段が設けられる。 第１及び／又は第２ピストンが液体を含む場合、この液体ピストンの液体で噴 霧を形成する手段を供給する手段を設けることが望ましい。また、この供給手段 が、各ピストンにより駆動されるポンプを含んでいてもよい。 また別の実施例においては、駆動手段が、伝達手段に接続される接続手段を備 えており、これによって、稼働時に第１及び第２ピストンが設定された位相角関 係で動くようになっている。例えばクランク軸のような機械的手段で、第１及び 第２ピストンを接続することは、効果的な手段であって、大きな圧縮比を達成で きるし、同時にピストンの位相角差の関係も保つことができる。第１及び第２ピ ストンの位相角差は、少なくとも９０゜にし、第２ピストンが第１ピストンを駆 動するようにしておく。また、各ピストンが独立に動くようにしておき、接続手 段を用いて、これらを同じ１つの外部駆動源に接続し、各室においてピストンに 作用 する圧力に対して十分な力を出せるようにしておいてもよい。 また別の実施例において、本発明のエンジンは、さらに燃料燃焼用の燃焼室を 備えており、このエンジンの燃焼室を規定している表面の少なくとも１つを通し て導かれる熱により、圧縮室を出た圧縮ガスを加熱する手段を、前記加熱手段が 備えることを特徴とする。したがって、本発明を改変し、従来の燃焼エンジン（ 例えばガソリン、ディーゼル、ガス等）に対する冷却装置を供給することが、容 易である。この冷却装置は、従来の冷却装置により普通は廃棄されていた熱を回 収し、この熱を有効な動力に変換するものである。圧縮室においてガスが圧縮さ れ低温となり、燃焼室の壁に吸収された熱がこの圧縮ガスに伝わって、エンジン を冷却する。同じ方法を使用することにで、従来の燃焼エンジンの排気ガスの熱 を回収することが可能であるが、そのためには、例えば排気マニフォルドに圧縮 ガス冷却溝を設けたり、あるいは熱交換器を備えて、この中を排気ガスが通過す るようにしておけばよい。予熱された圧縮ガスは、次に膨張室に噴射され、そこ で膨張してピストンを押し出す。このようにして有効な機械的動力が生まれる。 また別の実施例においては、膨張室のピストンは、エンジンの外部出力駆動装置 に接続する。このようにしておくと、従来の燃焼エンジンの効率が良くなるとい う点で有利である。 本発明のまた別の側面に基づき与えられるヒートポンプは、膨張するガスを含 む膨張室と、この膨張室の外部に向かう移動によりガスを膨張させる第１ピスト ンと、圧縮するガスを含む圧縮室と、この圧縮室の内部へ向かう移動によりガス を圧縮する第２ピストンと、膨張室を出たガスを圧縮室へと、あるいは圧縮室を 出たガスを膨張室へと、供給するための手段と、圧縮中のガスから熱を吸収する ために、圧縮室において液体噴霧を形成するための手段と、を備えており、前記 第２ピストンが、外部動力源により駆動され、前記圧縮室内に移動し前記ガスを 圧縮することを特徴とするものである。 この型のヒートポンプを用いると、吸い上げられた熱を高温圧縮室における液 体噴霧を媒体として、極めて効率よく外部のヒートシンクに移すことができると 同時に、例えば機械的な接続手段を介し、このヒートポンプを外部動力源、特に 電気モータなどを用いて駆動することで、従来のヒートポンプよりもより高い動 作係数を有するヒートポンプを提供することが可能となる。 この型のヒートポンプは、密閉系及び開放系のいずれにおいても、加熱又は冷 却を行うことができる点が有利である。例えば、また別の実施例は空気調節装置 として使用でき、この場合は、空気が外部供給源から圧縮室に吸入され、液体噴 霧を使用することでほぼ等温的に圧縮された後、膨張室に送られ、膨張し、その 結果、仕事をして、圧縮に費やされたエネルギをいくらか返すことになる。この ときの膨張は断熱的であるから、ガスは冷え、この冷えたガスがヒートポンプか ら排出されて、空気調節装置として作用することになる。また、ヒートポンプの 別の実施例は、膨張室において膨張中のガスに、熱を供給するための手段をさら に備えており、これによって膨張は、ほぼ等温的となる。これは、膨張室に液体 噴霧を施すことで効果的に実施できる。熱が低温の液体小滴から吸収され、この 冷えた噴霧液体は冷却、例えば空気調節のために使われる。また、膨張室に液体 噴霧を噴射することで、低温熱源から熱を効率よく吸収し、この熱をヒートポン プで高温ヒートシンクに吸い上げ、加熱のために使用することができるようにな る。このヒートポンプは、開放系又は密閉系のいずれに対しても改変可能である 。 また別の実施例においては、ヒートポンプはさらに、圧縮室を出た圧縮ガスの 熱により膨張ガスを予熱するための熱交換手段を備えている。これは、単一のガ スが膨張室と圧縮室の間を循環する密閉系サイクルの場合に特に有利である。 また別の好適な実施例は、第２ピストンを外部動力源に接続する接続手段を備 えており、この接続手段が圧縮室のガスの圧力に対して十分な抵抗力を有するこ とを特徴とするものである。このようにヒートポンプを外部動力源に接続するこ とで、圧縮室においてより高い圧力、ひいてはより大きな圧縮比を達成すること ができ、したがって１サイクル当たり、従来のヒートポンプよりも多くの熱を吸 い上げることができる。同時に、このような接続を使用することにより、ヒート ポンプが小型化されるが、それは、高い圧力（ひいては大きな出力）を達成する ことが、ピストンの慣性と無関係なためであり、したがってサイズの大きなピス トンを用いる必要はない。接続手段としては、例えばクランク軸などを含む。 また別の好適な実施例においては、第１ピストンと第２ピストンとが、例えば クランク軸などにより接続され、これにより第１ピストン及び第２ピストンの位 相角差が容易に調節できるようになっている。 本発明に基づくヒートポンプのまた別の重要な利点は、このヒートポンプが蒸 発又は凝縮する流体を必要としないことであり、凝縮しないガス及び蒸発しない 液体をかなりの程度まで使用できる。特定の沸点を必要とはしない。実際、ガス としてはヘリウム、液体としては水を選択することができ、これらのものは万が 一放出されても環境に何ら害を与えることはない。このことも本発明に基づくヒ ートポンプの重要な利点である。特定の沸点を必要としないという利点も加わる ことにより、従来のヒートポンプよりも、より広い範囲の作動温度で、本発明の ヒートポンプは働くことが可能である。 本発明のヒートポンプは、本発明のヒートエンジンに関連する上述の好適な、 又は選択的な構成要件を１つ又はそれ以上含むものである。 ヒートエンジン及びヒートポンプの実施例は、任意の数の圧縮室と任意の数の 膨張室とを含み得るものであって、圧縮室及び膨張室の数は同じである必要はな い。 本発明の実施例を図面に基づき、以下で説明する。 図１は、液体ピストンを含み、密閉系で作動する本発明の第１実施例を示す概 略図である。 図２は、液体ピストンを含み、開放系で作動する本発明の第２実施例を示す概 略図である。 図３は、固体ピストンを含み、開放系で作動する本発明の第３実施例を示す概 略図である。 図４は、固体ピストンを含み、開放系で作動する本発明の第３実施例を示す概 略図である。 （１６ページ、６行） 図１において、一対のＵ字型導管１及び２の各々は、液 体５及び７を含んでいる。圧縮室９、１１はＵ字型導管１のアーム部１３及び１ ５にそれぞれ形成されており、膨張室１７、１９はもう一方のＵ字型導管３のア ーム部２１及び２３にそれぞれ形成されている。圧縮室９は再生器２５を介して 膨張室１９と接続されており、圧縮室１１は別の再生器２７を介して膨張室１７ と接続されている。図１に示す双方のＵ字型導管は、実際にはそれぞれが９０度 回転して相互に対向するように配置された状態にあり、再生器は共に同じ長さを 有している。２つのＵ字型導管及び２つの再生器は、このように馬の鞍型をして いるので“サドルループ”と呼ばれることがある。単一の相互導通する気体部分 を有し、１つの再生器と、１つの圧縮室及び１つの膨張室を備え、各々が液体又 は固体ピストンと、熱の供給又は除去手段と、を備えたエンジン又はヒートポン プは、“半サドルループ”と呼ばれる。 液体噴射器は、両圧縮室及び両膨張室に備えられている。両圧縮室の噴射器２ ９、３１に用いる液体は、Ｕ字型導管１の液体から採取されることが望ましく、 膨張室１７、１９の噴射器に用いる液体は、対応するＵ字型導管３の液体から採 取されることが望ましい。Ｕ字型導管１から採取した液体は、冷却器を通った後 に圧縮室９、１１に噴射される場合があり，Ｕ字型導管３から採取した液体は、 加熱器を通った後に膨張室１７、１９に噴射される場合がある。作業気体は、圧 縮室９、１１及び、これらと対応する膨張室１９、１７によって形成される空間 に充満する。この作業気体は、各々の再生器２５及び２７を介して両圧縮室及び 両膨張室を循環する。分離器３７、３９、４１、及び４３は、圧縮室及び膨張室 と、対応する再生器との間に設けられており、この分離器は、作業気体に含まれ る水分を除去し、その後に作業気体は再生器を通る。 各Ｕ字型導管１及び３は、直線部４５及び４７を有しており、この直線部が隣 接するアーム部を接続している。各液体ピストンに組み合わせた機械的手段を設 けて、これにより、液体ピストンへの動力及びこのピストンからの動力を伝達す る。この実施例においては、固体ピストン４９及び５１は、両Ｕ字型導管の各々 の直線部に配置されており、この直線部において各固体ピストンは、その両側に 形成された液体ピストンと共に、自由に直線運動を行う。駆動軸５３、５５は、 各固体ピストン４９、５１に接続され、各Ｕ字型導管の壁を貫通して延び、この 駆動軸が液体ピストンを駆動したり、液体ピストンからの力を伝達したりするた めの手段となる。 両駆動軸５３及び５５は、外部駆動機構によって接続されるが、その接続の仕 方により、各ピストンが、時間に関してほぼ正弦曲線的に変位し、異なるＵ字型 導管のピストン間において、設定された位相角差を保つようになっている。これ は、例えば、ガソリン又はディーゼルエンジンに使用するようなクランク軸に、 駆動軸５３及び５５を接続することで可能である。 このエンジンは、作業気体に熱力学的サイクルを行わせることにより作動する が、このサイクルには、周期的な圧縮及び膨張が含まれている。圧縮は、作業気 体の大部分が圧縮室９及び１１にあるときに行ない、一方膨張は、作業気体の大 部分が膨張室１７及び１９にあるときに行なう。このことは、膨張室のピストン が圧縮室のピストンを位相角差９０゜で駆動するように設計することで可能とな る。両膨張室のピストン間、又は両圧縮室のピストン間の位相角差は１８０゜で ある。このようにすることにより、膨張室の膨張行程は対応する圧縮室の圧縮行 程を駆動する。例えば、膨張室１９の膨張行程は、圧縮室１１の圧縮行程を駆動 し、膨張室１７の膨張行程は、圧縮室９の圧縮行程を駆動する。 エンジンにおける１サイクル全体に関し、単一の圧縮室及び単一の膨張室だけ に関連させて以下に説明する。圧縮室９における圧縮から始めよう。圧縮が始ま る時点では、圧縮室９の液体ピストンは、ストロークの下死点にあり、膨張室１ ９の液体ピストンは、ストロークの中間点にあって上方に動いている。圧縮室９ 及び膨張室１９間で共有されていた作業気体の大部分は、このとき圧縮室９にあ る。圧縮室９のピストンは圧縮室９の内部へと動き、膨張室１９の内部へと膨張 室１９のピストンが動くことに起因する気体圧力に抵抗しながら、作業気体を圧 縮する。この圧縮中に、低温液体が圧縮室に噴射され、作業気体を冷却する。こ の液体は低温液体ピストン（すなわち圧縮ピストン）の液体から採取すればよく 、採取後に外部冷却器（記載せず）に通して、それから圧縮室に噴射する。圧縮 室９の圧縮ピストンがストロークの中間点にあるとき、膨張室９の膨張ピストン は、そのストロークの上死点にあって、方向転換を始める。圧縮ピストンが圧縮 室内を上方に動き続けるにしたがって、作業気体の圧縮が続くのであるが、同時 に、膨張ピストンが下方に動き始めると、低温の圧縮気体が再生器を通り膨張室 １９に向かって流れ始める。圧縮室９を出た低温の圧縮気体は、前回のサイクル の最後の段階で膨張室を出た膨張気体の熱で予め加熱されている。 圧縮室９の圧縮ピストンが、ストロークの上死点に達するとき、膨張室１９の 膨張ピストンは、ストロークの中間点にあり、下方に、すなわち膨張室から出て いく方向に動いている。膨張ピストンが引き続き下方へ運動することにより、作 業気体が膨張するときに、高温の液体が膨張室に噴射され、作業気体の温度を一 定に保つ。この液体は、高温液体ピストン（すなわち膨張ピストン）の液体から 採取すればよく、採取後に、外部加熱器（記載せず）に通して、それから膨張室 に噴射する。同時に、圧縮ピストンは方向転換し、圧縮室９から出ていく方向に 動く。膨張行程において、圧縮室の気体を冷やさないようにするためには、液体 ピストンから直接に採取した液体を噴射し、外部冷却器によって前もって冷却さ れた液体を用いて噴射を行わないようにすればよい。 膨張ピストンが膨張室１９において、ストロークの下死点に達したとき、圧縮 ピストンは圧縮室９においてストロークの中間点にあり、下方に動いている。膨 張ピストンは方向転換し、圧縮及び膨張ピストンは互いに反対の方向に動く。こ れにより、作業気体は膨張室から排出され、再生器を通って圧縮室へと流れる。 膨張室を出た高温の膨張気体は、再生器で予め冷却され、その後圧縮室に戻る。 膨張ピストンが上方に動き、膨張室に入って行くにつれて、この膨張室に残存す る気体は圧縮される。残存気体が高温化するのを防ぐためには、液体をこの膨張 室に噴射すればよい。この液体は、外部加熱器を通さずに、直接、高温液体ピス トンから採取することが望ましい。圧縮室９の圧縮ピストンが、ストロークの下 死点に達するとき、膨張室１９の膨張ピストンは、ストロークの中間点にあり、 上方に動いて膨張室に入って行く。そして圧縮ピストンは方向転換し、サイクル が繰り返されることになる。 上述のように、圧縮室９及び膨張室１９における熱力学的サイクルは、圧縮室 １１及び膨張室１７におけるサイクルに比べて、１８０゜の位相角差がある。こ のために、膨張室１９における膨張運動は、圧縮室１１の圧縮運動を駆動し、膨 張室１７の膨張運動は、圧縮室９の圧縮運動を駆動する。しかしながら、全サイ クル中の、圧縮工程と膨張工程との間の時点において、このエンジンから正味の 出力が得られないときがある。したがって、全サイクルにわたり、このエンジン が作動するようにするためには、フライホイールを使用するか、又はピストンが もし十分大きな質量を有するならば、ピストン自体の慣性を利用すればよい。し かしながら、第二のサドルループを用い、その作動サイクルが第一のサドルルー プの作動サイクルと９０゜の位相角差を有するようにしておけば、フライホイー ルの必要はなくなる。このことは、適切な外部伝達機構を組み込むことによって 達成される。このようにヒートエンジンを制作しておくと、全サイクルのあらゆ る段階において、外部に対し正味のエネルギ出力を供給することができる。 上述のエンジンの最も重要な特徴は、１つには高温及び低温の液体噴射を利用 することで、各圧縮室及び各膨張室内の作業気体の温度を設定値に保っている点 にある。上述のように、液体噴射は全サイクルにわたって行われるが、液体が熱 交換器を通るのは、噴射サイクルのある一部のみである。この理由を各圧縮室及 び膨張室ごとに個別に説明する。 圧縮行程における液体噴射の目的は、圧縮室の作業気体の温度をできるだけ低 く保つことにある。したがって、サイクルがこの行程にある間は、噴霧用液体を 外部冷却器に通さねばならない。サイクルの後半部分において、作業気体が膨張 するときに液体噴射をする目的は、作業気体があまりに冷たくなり過ぎるのを防 ぐことにある。サイクルがこの行程にある間は、液体を液体ピストンから直接採 取し、それを冷やすことなく使用することが望ましい。 上述とは逆の議論が、膨張室に対して当てはまる。膨張行程においては、作業 気体はできるだけ高温でなければならず、それゆえに、液体噴射は外部加熱器を 通さねばならない。圧縮行程においては、作業気体があまり高温にならないよう にすることが重要である。そのためには、この段階においては、液体は直接、液 体ピストンから採取しなければならない。 また別の実施例においては、噴霧に用いる液体を吸い上げることは、ピストン と駆動軸の往復運動を直接に利用することにより実現可能である。Ｕ字型導管内 に設けられたポンプは、小さなピストンを備えており、このピストンは、液体ピ ストン、固体ピストン、又は駆動軸によって駆動され、さらに、このピストンが 、逆止め弁を組み込んだシリンダ内を慴動するように形成されている。このポン プが両口、すなわち、その両端において液体のくみ上げ及び押し出しをするもの であるならば、各Ｕ字型導管にポンプを１つだけ設ければよい。このポンプを用 いれば、交互にどちらの端からも液体を供給し、他端ではくみ上げをおこなうよ うにすることができる。両口ポンプ１つで、特定のＵ字型導管に設置された２つ の 液体噴射器を作動させることができる。このポンプの各々の端は、２つの排出孔 を有し、１つの排出孔は、この特定のＵ字型導管に設けられた圧縮室又は膨張室 の噴射ノズルに通じ、他方の排出孔は、別の圧縮室又は膨張室に直接に通じてい る。したがって、ほとんど連続的に液体噴射が行われているが、噴射された液体 の温度は、その液体が熱交換器を通ったか否かによって、サイクル中に変化する 。 分離器はスプレー噴射ノズルの上方に位置し、波型の板金を備えていてるもの である。この分離器は、液体スプレーと作業気体との間の熱交換過程においても 重要な役割を果たすものである。その理由は、この波型の表面が、噴射された液 体と接触することにより冷却、又は加熱を受けるようにしてあり、これにより作 業気体と液体との接触領域が広がるからである。ある圧縮室又は膨張室における 作業気体の流れが上向きの場合は、このときに噴射された液体小滴の大部分は上 方に運ばれ、分離器に入っていく。しかしながら、それ以前の噴射により、なお 多くの小滴が下方の気体領域に残存している。作業気体の流れが下向きの場合に は、波型板金表面に分離されていた液体のほとんどが、下方に吹き飛ばされて、 圧縮室又は膨張室に入っていく。このように、分離器まで運ばれた液体を、この 分離器が周期的に集め、且つ廃棄するようになっている。これに加えて、あるい はこれとは別に、作業気体を渦巻かせて液体小滴の除去を容易にする一方で、作 業気体の流れの圧力損失を最小化するように、分離器を形成してもよい。 再生器の目的は、熱力学的に効率良く、作業気体の温度を高温から低温に、あ るいはその逆に変化させることにある。再生器は、色々な幾何学的断面形状をし た、一連の細い通路を有しており、この通路は、作業気体と再生器部材との間に 大きな熱交換領域が供給できるように設計される。この通路は、例えば板金や管 などを利用して形成できる。再生器は作動気体の流れが逆向きになるまで、作業 気体から受けた熱を蓄えて、その後はこの熱を作業気体に蓄えさせる。また、再 生器は、その長さの両端での圧力降下が最小になるように設計しなければならな い。 作動気体の選択、及び液体ピストンにおける熱伝導液体の選択は、エンジンの 用途、及びエンジンを作動させる必要のある温度領域に依存する。いま考えてい るエンジンは密閉系で作動し、また液体ピストンは完全な密封状態を作り出せる から、作業気体の選択は、入手の容易さやコストに必ずしも制限される必要はな く、その熱力学的特性を考慮して選べばよい。そうすると、作動気体としては、 例えばヘリウムや水素などがあり、これらはすぐれた熱伝導特性を有している。 また、安全性を考えると、より高価ではあるが、水素よりもヘリウムのほうがい いであろう。密閉系エンジンのまた別の利点は、作業気体の操作圧力を比較的高 くでき、一般に１〜２０ＭＰａ（１０〜２００ｂａｒ）であることである。 約２００℃を上限とする操作温度に対しては、水を熱伝導液体として使用する ことができる。しかしながら、さらに高い温度においては、液体状態を保たせる ためには高い圧力を必要とするので、水は適さなくなる。約４００℃を上限とす る操作温度に対しては、低温でも液体のままである、市販の熱伝導流体を用いる とよい。このような高温領域においても、作業気体として、ヘリウムを選べばよ い。４００℃以上の操作温度に対しては、作業気体として、ナトリウム−カリウ ム共晶混合物（ＮａＫ）のような液体金属が、ヘリウムと共に使用される。共晶 混合物ＮａＫは、下は−１２℃まで液体の状態にあり、７８５℃で沸騰する（大 気圧）。溶解塩（Molten salts）は液体金属の代用品として、高温に対し使用可 能である。しかしながら、温度が４００℃以上である場合には、高温液体の使用 に適するエンジンを設計することが技術的に困難である場合が多いので、高温液 体は全く使用しないほうがよい。その代わりとしては、熱交換機の壁を通して熱 をエンジンに移すことが可能であり、この熱交換器により、燃料の燃焼を含む、 より高温の熱源によるエンジンの駆動が可能となる。燃焼により作られる物質は エンジン内に入らないので、燃料としては重油や、石炭、バイオマス、又は家庭 における廃物などが考えられる。したがって、高温液体噴射を用いるヒートエン ジンは、産業廃棄熱又は太陽エネルギなどの、比較的低温の熱源による発電に非 常に適するものである。 密閉系ヒートエンジンを改変し、ヒートポンプとして作動させることが可能で あり、このヒートポンプにおいては、機械的エネルギを使用して、低温源から高 温槽に熱を吸い上げる。したがって、ヒートエンジンとは対照的に、作業気体の 圧縮は、作業気体が高温のときに行ない、膨張は、作業気体が低温のときに行な う。ヒートポンプの実施例を図１に基づき説明する。この例においては、ヒート ポンプを駆動するためのエネルギは、駆動軸５３及び５５を介し、固体ピストン ４９及び５１に伝えられる。ヒートエンジンとは対照的に、圧縮室の液体ピスト ンが、関連する膨張室のピストンを、例えば９０゜の、設定された位相角差をも って駆動し、この逆は起こらない。図１に関し、圧縮室９及び１１の液体噴霧２ ９及び３１は、低温熱源からヒートポンプに熱を移すために使用される。作業気 体の膨張中に、低温の液体が圧縮室９及び１１に噴射され、作業気体は液体ピス トンにより駆動される。膨張の際に、液体噴霧の熱が作業気体に移されることに より、膨張行程はほぼ等温的となる。液体噴霧小滴から熱が奪われたのち、この 冷えた小滴は液体ピストンの液体と再結合し、その結果、この液体の温度は低下 する。液体ピストンの低温液体は適切な熱交換器（記載せず）に送られ、ここで 熱源からの熱がこの液体に移される。低温液体用の熱源としては、大気、地面、 河川、小川又は他の水を貯えたものなどが考えられる。熱源としての別の可能性 は、換気装置から出る古い空気を使用することである。これとはまた別に、風呂 などの温かい排水を使用することが可能である。これは、ヒートエンジンにおけ る熱交換器とは逆の作用であり、ヒートエンジンの熱交換器は液体の熱を低温の ヒートシンクに伝えるものである。 膨張室１７及び１９における液体噴射器３３及び３５は、作業気体の圧縮中に 両膨張室に高温の液体を噴射する。この作業気体は液体ピストンにより駆動され る。この高温の液体噴射は、作業気体に対してヒートシンクとして働き、圧縮作 用により生じた熱を吸収する。圧縮後、より熱くなった噴霧中の液体小滴は、液 体ピストンと再結合する。これにより、液体ピストンの温度は上がる。液体ピス トンの熱い液体は適当な熱交換器（記載せず）に送られ、ここで液体の熱は使用 に適する温度まで変換される。これは、ヒートエンジンにおける熱交換器の作用 とは逆であって、ヒートエンジンの熱交換器は、高温源から液体に熱を伝えるも のである。この熱は、例えば、多くの家庭で使用されているような温水システム に供給することもできる。また、この熱を導管式の空調（ducted air system） に供給してもよい。 低温の圧縮室９及びこれと関係する高温の膨張室１９におけるヒートポンプの サイクルは以下のように進行する。まずは、高温の膨張室１９の液体ピストンが ストロークの上死点にあり、方向転換するところから始めよう。 高温膨張室１９において、液体ピストンがストロークの上死点に達するにした がい、低温圧縮室９の液体ピストンは、この低温圧縮室９から出ていく向きに動 いて、ストロークの中間点に達する。液体ピストンが圧縮室９から外部に向かう 動きを続けるにつれて、低温の作業気体は膨張し、同時に、低温液体が噴射器２ ９を介して、低温圧縮室９に噴射される。圧縮室９の作業気体は、この液体噴射 の熱を吸収し、作業気体はほぼ等温的に膨張する。低温圧縮室９の液体ピストン がストロークの下死点に達し、方向転換をするときに、高温膨張室１９の液体ピ ストンは、膨張室１９の外部に出ていく方向に動いて、ストロークの中間点に達 する。圧縮室９の液体ピストンが、圧縮室９の中へ入って行くにつれて、低温の 作業気体は圧縮室９から排除され、再生器を通り、ここで前回のサイクルの最後 の段階で、高温膨張室１９を出た作業気体の残した熱で予め加熱され、その後に 高温膨張室１９に入る。膨張室１９の液体ピストンが、ストロークの下死点に達 し、方向転換するとき、高温の液体が、噴霧ノズル３５を介して膨張室１９に噴 射される。この時点において、圧縮室９の液体ピストンは、ストロークの中間点 に達しており、作業気体の大部分は、高温膨張室１９にある。膨張室１９の液体 ピストンが上方に動いて膨張室１９内部に入って行き、作業気体を圧縮する。圧 縮により生ずる熱は、高温の噴霧中の液体小滴に移り、この圧縮行程はほぼ等温 的である。膨張室１９の液体ピストンがストロークの中間点に達すると、低温圧 縮室９の液体ピストンは、ストロークの上死点に達し、方向転換する。膨張室１ ９の内部に液体ピストンが引き続き移動すれは、作業気体は膨張室１９から排除 され、再生器２５を通り、この再生器に自身の熱を与える。再生器を出た低温の 作業気体は、低温圧縮室９に戻り、つぎのサイクルが始まる。 低温圧縮室９のピストンが、圧縮室９の内部に移動し、作業気体を排除するに つれ、作業気体の圧力は上昇し、その結果、作業気体の温度が上がる。作業気体 が圧縮されるときに、液体を低温圧縮室９に噴射することで、作業気体があまり 高温にならないようにして、作業気体の温度を一定に保つことが望ましい。液体 ピストンを使用する場合は、噴霧用の液体は、この液体ピストンから直接、採取 できるという利点がある。同じように、高温膨張室のピストンが膨張室から出て 行き、それにつれて作業気体が吸入されるとき、作業気体の圧力は減少し、作業 気体の温度が下がる。これを避けるために、作業気体が膨張するにつれて、高温 の膨張室に液体を噴霧し、これにより作業気体の温度を一定に保つようにする。 液体ピストンを使用する場合は、噴霧用の液体は、この液体ピストンから直接、 採取できるという利点がある。 ヒートエンジンに関し、２つのサドルループを使用することが可能で、このと きには、この２つが互いに、位相角差９０゜であるようにする。作業気体は、ヒ ートポンプを使用するときの操作温度及び操作圧力の範囲内では相転移（すなわ ち凝縮や蒸発）を生じない気体であることが望ましい。例えば、ヒートエンジン のときと同様に、作業気体はヘリウムや水素が考えられる。熱伝導液体としては 水でもよいが、低温源の温度によっては、不凍液が必要である。熱源として大気 を使用する場合は、熱交換器の霜取りを定期的にする必要がある。 例えば、空調、冷蔵、空間の暖房又は水の加熱などを目的とする、家庭内にお ける用途又は商業用の用途に対して、本発明のヒートポンプを使用することが可 能である。ヒートポンプの効率は、一般に、動作係数（co-efficient of perfor mance）、略してＣＯＰによって表されるが、これは電力を熱に変えるときの変 換率である。ＣＯＰは、熱源の温度及び必要とされる熱の供給量にも依存する。 空間の暖房及び他の家庭内の目的のために水を加熱する場合、従来のヒートポン プは、約３のＣＯＰを達成することが可能である。上述のヒートポンプのサイク ルは、熱源が氷点よりも高い場合、家庭内の用途において、約３．５のＣＯＰを 達成することが期待される。太陽電池板の使用又は家庭廃水の熱再生によってよ り高い熱源温度を用いることによる、達成可能なＣＯＰは約４である。また、上 述のヒートポンプにより、氷点近くの大気から熱を採取して、暖房用に温かい空 気を導管で導き、そのときのＣＯＰを約４とすることが可能である。もし、廃水 や使用済みの古い換気気体、又は太陽光暖房などから熱が多少とも回収できるな らば、ＣＯＰを約４ぐらいに改善できるであろう。 ヒートエンジンに関する話題に戻る。また別の実施例は、作業気体に熱を加え るために燃料の燃焼を利用するものである。可燃性燃料が膨張室に噴射され、こ れが高温の圧縮気体と混合して発火する。燃料は大気汚染を起こさない燃料であ ることが望ましく、それにはガスや軽留出油などがある。この型のヒートエンジ ンの実施例が図２に模式的に示されている。図２の実施例の構成要件の多くが、 図１の実施例のものと類似であり、同じ構成要件は、同じ番号で示す。 図２において、このヒートエンジンは、一対のＵ字型導管字１及び３を有して おり、この各々は部分的に液体が満たされていて、この各液体が液体ピストンと して作用する。圧縮室９及び１１は、Ｕ字型導管１のアーム部１３及び１５に形 成されており、燃焼室１７及び１９は、別のＵ字型導管３のアーム部２１及び２ ３に形成されている。圧縮室１１は、熱交換器を介して燃焼室１７と通じるよう に設計されている。この熱交換器は再生器２７であることが望ましい。別の圧縮 室９は、別の熱交換器を介して別の燃焼室１９と通じている。この熱交換器もま た再生器であることが望ましい。圧縮室９及び１１は気体吸気バルブを備えてお り、これらによって大気又は他の酸化ガスが圧縮室に取入れられる。これらはバ ルブは、逆止め弁などである。各圧縮室９及び１１は液体スプレー噴射器２９及 び３１を有しており、これまでと同様に、噴射に使用する液体は液体ピストンか ら採取する。別のバルブ６１、６３は、圧縮室９、１１と再生器２５、２７との 間に位置しており、これらによって、燃焼室１９、１７を出た排気ガスが、再生 器２５、２７を介して圧縮室９、１１に戻るのを防いでいる。排気バルブ６９、 ７１によって制御される排気孔６５、６７は、バルブ６１、６３と再生器２５、 ２７との間に設けられている。排気ガスを再生器２５、２７に通し、この再生器 に熱を与えた後、排気ガスをこの排気孔から排出する。燃料吸気孔７３、７５は 各燃焼室１７、１９に設けれており、これによって燃料を燃焼室内に導くことが 可能となる。各排気バルブ６９、７１は適切な調時機構（記載せず）により操作 する。 １つの圧縮室とこれに対応する燃焼室とにおけるエンジンのサイクルは以下の ようなものである。内部圧力が、逆止め弁６７の外側の圧力よりも小さくなるま で、圧縮室の液体の高さが下がると、吸気バルブ５７が開き、酸化ガスが吸入さ れる。このガスの供給源が大気である場合は、圧縮室の圧力が大気圧よりも小さ いときに、吸気バルブが開く。圧縮室のピストンがストロークの中間点に達し、 さらにこれを越えて下降するとき、燃焼室１９のピストンはストロークの下死点 に達し、方向転換する。排気バルブ６５が開かれ、燃焼室のピストンが燃焼室に 入り込むにつれて、この行程において再生器に熱を与えつつ、排気ガスがこの再 生器を通過する。逆止め弁６１により、排気ガスが圧縮室９に入らないようにな っている。 燃焼室のピストンが、燃焼室におけるストロークの中間点に達し、さらにそれ を越えるとき、圧縮室のピストンはストロークの下死点に達し、方向転換する。 圧縮室のピストンが、その下死点に達し、上方に動き始めると、吸気バルブが閉 じ、これにより、吸入された酸化ガスが圧縮を受ける。液体スプレーにより、こ のガスは周囲の温度と近い温度に保たれ、これにより、圧縮はほぼ等温的に行わ れる。圧縮に際し、圧縮中のピストンがストロークの下死点と中間点との間にあ るときは、膨張室のピストンは膨張室１９の内部へと動き、その結果、高温の燃 焼ガスは、再生器２５を介し、排気孔６５から排出される。圧縮室の圧力が燃焼 室の圧力よりも大きくなると、圧縮室と燃焼室を接続する逆止め弁６１が開き、 低温の圧縮ガスが熱を吸収しながら再生器を通り、その結果、このガスは高い温 度を有して燃焼室に入ることになる。燃焼室のピストンは方向転換をし、燃焼室 から出て行くが、その一方で、圧縮室のピストンは圧縮室において、ストローク の上死点に近づいている。圧縮室において液体ピストンがストロークの上死点に 達する直前と、燃焼室において燃焼室のピストンがストロークの中間点に達する 直前とにおいて、燃料が燃焼室１９に噴射され、即座に発火するか、又は点火用 種火又はスパーク（記載せず）の補助により発火する。燃焼室からピストンが出 て行き、下方への動きが続いている間のある時点において燃料を遮断する。燃料 噴射の速度は、ほぼ等温の膨張行程が生じるように調節する。圧縮室のピストン が方向転換をし、再び圧縮室にガスを吸入する。そして燃焼室のピストンが、ス トロークの下死点に近づくにしたがい、排気バルブ６５が開き、全サイクルが繰 り返されることになる。 フライホイールの使用を避けるためには、２つのサドルループを用いて、互い に位相角差９０゜で作動するよう設置すればよい。密閉系のエンジンに対する場 合と同様に、機械的な駆動システムを使用することが可能である。燃焼室及び圧 縮室を含むＵ字型導管において、液体ピストンを形成している液体は、油や水、 又は他の流体でもかまわない。両Ｕ字型導管の液体は、同じものである必要はな い。フロート２２、２４は、各燃焼室の液体ピストンの表面に浮かぶ固体の部材 を備えており、これらフロートは、燃焼ガスと液体とが接触しないようにするた めに設けられている。燃焼室の壁を冷却する何らかの手段を設けることも可能で ある。 上述の密閉系及び開放系は、共に、例えば１Hzという少ない回数の、大きな往 復運動力有する仕事を生み出す。もし、このエンジンを発電のために使用する場 合には、この低速の機械的エネルギを、発電機を駆動するのに適した形態にまで 変換するための手段が必要である。最高で１MWぐらいまでの発電性能を有する、 あまり大きくない装置に対しては、低速度のクランク軸を用い、適切なギヤ装置 によって発電機に接続する。また、ハイポサイクリック（hypo-cyclic）ギヤ機 構又はウォームギヤ装置を用いてもよい。ハイポサイクリックギヤ機構の場合は 、エンジンの駆動軸は、外周に歯をもつ遊星歯車に接続される。遊星歯車は、内 周に歯を有する固定したホイールの内部に沿って回転する。遊星歯車は、アーム 部に取りつけられ、固定したホイールの内部に沿って遊星歯車が回転するにした がい、このアーム部が回転する。この回転アーム部は、変速ギヤを介して発電機 を駆動する。この変速ギヤは、クランク軸と同じ様な働きをするが、クランク軸 の場合に生じる大きな横スラストを避けられるという利点を有する。ハイポサイ クリックギヤを従来のクランク軸よりも小型にすることが可能である。また、エ ンジンを改変して、水力学的流体（hydraulic fluid）を、発電機に接続したタ ービンにポンプで送ることが可能である。この手法は、大型及び小型の装置の双 方に適するものである。 また別の実施例においては、液体ピストンを固体ピストンで置き換えることも 考えられる。固体ピストンを密閉系のエンジンに使用することもできるが、この エンジンにおいては、作業気体は、膨張室と圧縮室の間を行き来するものである から、ヘリウムや水素などの閉じ込められた高圧気体を十分に密閉することは困 難である。密閉性は開放系のエンジンにおいてはそれほど重要でない。それは、 この系のエンジンにおいては、各サイクルで、空気や他の酸化ガスを新たに供給 するからであるが、この場合は固体ピストンを使用することがより適切である。 図３において、このエンジンの実施例全体を１００で示しす。これは、４つの シリンダ１１３、１１５、１２１、及び１２３を有している。ピストンは各シリ ンダに設けられており、各ピストンは、連接棒１７１によりクランク軸１６９に 接続されている。この具体例において、エンジンはクランク軸の上方に位置して いる。圧縮室１０９及び１１１は、２つのシリンダ１１３及び１１５内に形成さ れており、膨張室１１７及び１１９は、他のシリンダ１２１及び１２３内に形成 されている。各圧縮室は気体吸気孔１５６、１５８及び気体排出孔１７３、１７ ５を有しており、これら吸気孔は、気体吸気バルブ１５７、１５９により制御さ れる。気体供給ライン（gas feed line）１７７、１７９はそれぞれ、圧縮室１ ０９、１１１と、膨張室１１９、１１７とを、圧縮気体吸気孔１８１、１８３を 介して接続しており、これら吸気孔の各々は、膨張室１１９、１１７の気体吸気 バルブ１８５、１８７により制御される。各膨張室１１７、１１９は、排気ガス 排出孔１６７、１６５を有しており、これら排出孔は、排気バルブ１９３、１９ １により制御される。気体吸気孔及び排出孔はすべて、膨張室及び圧縮室の底付 近に位置している。 噴霧ノズル１２９、１３１は、各圧縮室１０９、１１１に設けられており、圧 縮中に、各圧縮室１０９、１１１へ液体スプレーを噴射する。分離器１３７、１ ３９は、各圧縮室１０９、１１１の内部に設けられており、圧縮気体から液体を 除去し、その後、この圧縮気体が圧縮室から出ていく。したがって、分離器１３ ７、１３９は圧縮気体排出孔１７３、１７５の上方に位置している。いろいろな 種類の分離器が使用可能であるが、分離器はできるだけ小型であり、分離器によ って圧縮室に入る気体又は圧縮室を出る気体の圧力低下があまり大きくならない ようにすることが、重要である。吸入気体の流れにおける圧力低下を分離器が起 こさないようにするためには、気体吸気孔を分離器のピストン側に位置させれば よい。圧力損失を小さくするためには、分離器は、数多くの小さな渦巻き翼（sw irl vane）を備え、これらを、互いに平行に設置した短いパイプ部に設ければよ い。気体に渦巻きが生ずると、これにより運ばれる液体の小滴は外側に流され、 パイプの壁に集まる。渦巻き翼分離器は、例えば蒸気発電機及び加圧水型原子炉 の蒸気対蒸気型（steam to steam）再加熱器などに使用される。 各分離器１３７、１３９は、ダクト２０１、２０３を介して、外部冷却器１９ ７、１９９に接続されている。分離器から冷却器への液体の流れは、バルブ２０ ５及び２０７により制御され、これらバルブは逆止め弁である。冷却器からの冷 却液体は、ダクト２０９、２１１及びバルブ１２９、１３１を介して圧縮室に戻 り、これらバルブは、逆止め弁である。この回路（circuit）を巡る液体流れは 、圧縮室の周期的な圧力変化により駆動され、これにより液体は逆止め弁を通っ て所定の方向に流される。この過程が起こるようにするためには、冷却器の液体 表面の上方に気体の空間を維持することが必要である。これは、例えば、冷却器 にボール弁などのような、レベル調節器を使用すれば可能である。燃焼室へ流れ る気体中に溶けてしまった液体を補充するために、別体の液体供給器を冷却器に 接続してもよい。液体の補充もまた、レベル調節器により制御される。 上述の分離器及び冷却回路は、冷却液体の分離、再循環、及び圧縮室への微細 な噴霧として冷却液体を汲み上げることを、外部ポンプを使用することなく実現 している。液体ピストンを有するヒートエンジンに、これと類似の設計を施すこ とが可能である。用途によっては、スプレー噴射の上向きの流れを制御するのに 逆止め弁を使用せず、スプレーのタイミングをより適切に制御できるカムを使用 することなどで、この噴射を制御することが適当な場合もある。このタイミング は、冷却器と圧縮室との間の圧力差及び圧縮室の小滴の有限な移動時間を考慮し て、最適化することが望ましい。また、内部又は外部ポンプを使用して、液体の 流れを駆動し、スプレー噴射器に送ってもよい。この場合には、ポンプはピスト ン軸に機械的に接続してあることが望ましく、そうすることで、別体の動力源は 不必要となる。スプレーポンプは、液体ピストンを有するエンジンやヒートポン プへの使用が適切であるが、これは作動速度が遅いことによる。これらの場合に おいては、小滴の移動時間は、エンジンが１サイクルを終了する時間に比べて、 やや短い。 各膨張室１１９、１１７は、再生器を備えた熱交換器１２５、１２７を備えて おり、気体はまず熱交換器を通ってから、吸気孔及び排出孔をそれぞれ介して、 膨張室に入ったり、出たりする様になっている。各膨張室は、燃料噴射バルブ１ ７４、１７６を有しており、これらバルブは、適切な調時機構により制御する。 さらに、各膨張室は燃料／気体の混合物に点火するためのスパークプラグ１７８ を有しており、これによってエンジンを始動したり、あるいは始動及び連続駆動 の双方を実現したりするために使用する。 再生器を備えた熱交換器は、例えばハニカム状に形成された、直径が小さく、 長さの短い、多くの通路を有するものである。熱交換器は、燃焼室の内部に設け られ、これにより設計が簡素化され、流されずに残る気体の量を最小化している が、用途によっては、再生器を別体としたほうが望ましい場合がある。 圧縮室及び膨張室は、対になって配置されており、各対は、低温の圧縮気体を 膨張室に供給する圧縮室を有している。この対の作動の位相角差は１８０゜であ る。これを実現するには、この実施例のクランク軸１６９の設計を適切にすれば よい。各対において、膨張室の膨張行程は、圧縮室の圧縮行程を駆動し、予め設 定された位相角差は、この実施例においては９０゜である。ここにおいても、位 相角差は、クランク軸１６９を適切に設計することで固定される。このように、 圧縮は、気体の大部分が圧縮室にあるときに起こり、膨張は、気体の大部分が膨 張室にあるときに起こる。また、圧縮室及び膨張室の一対の膨張室で生じる膨張 行程は、別の対の圧縮室で生じる圧縮行程を、直接に駆動する。 圧縮室及び膨張室の一対の操作サイクルは、以下のように進行する。まずは圧 縮室に気体を誘導するところから始めよう。圧縮ピストンが、圧縮室におけるス トロークの下死点（すなわちクランク軸１６９から最も離れた点）に達するにし たがい、気体器入孔１５７が開き、ピストンが圧縮室１０９から出ていくにつれ て、気体は圧縮室に吸入される。同時に、膨張ピストンがストロークの中間点に 達し、膨張室から出ていくにつれて、膨張室の圧縮気体吸気孔１８１が閉じられ て燃料が膨張室１１９に噴射される。膨張室の燃料及び気体の混合物が発火し、 燃焼ガスが膨張して、膨張ピストンをストロークの上死点（すなわちクランク軸 １６９に対して最も近い点）まで駆動する。 膨張ピストンは方向転換し、排気バルブ１９３が開いて排気ガスが再生器１２ ５を通り、排気孔１８９から排除される。気体は、引き続き圧縮室に吸入され、 圧縮ピストンがストロークの上死点に達すると、この吸入は終了して、気体吸気 バルブ１５７が閉じる。圧縮ピストンは方向転換し、圧縮室内へ動いて、低温液 体が圧縮室に噴射され、圧縮中に気体を冷却する点まで進む。 圧縮ピストンがストロークの中間点に達するにつれて、圧縮ピストンは、圧縮 室において、ストロークの下死点に達し、方向転換する。この時点で、排気バル ブ１９１が閉じ、圧縮気体吸気バルブ１８５が開いて、これにより低温の圧縮気 体が圧縮室から膨張室に流れ出す。圧縮気体は、再生器１２５を通り、ここで、 排気ガスの熱により予め加熱される。 圧縮室の圧縮ピストンがストロークの下死点に達するにつれて、膨張室１１９ の圧縮気体吸気バルブ１８１が閉じ、燃料が、膨張室に噴射され、予め加熱され た圧縮気体と混合して、発火する。この燃焼ガスが膨張して、膨張ピストンをス トロークの上死点まで押しやり、全サイクルが繰り返される。圧縮室から出てい く前に、圧縮気体から取り除かれた液体は、バルブ２０５から圧縮室の外部に排 除される。この液体は冷却器１９７で冷却され、その後に戻ってきて、圧縮室に 噴射される。 圧縮室及び膨張室の別の一対は、同様のサイクルを行うが、上述のように、各 対の作動サイクルは１８０゜の位相角差を有する。このようなエンジンは、大き なフライホイールにより全サイクルにおいて運動が維持されるようにしておくこ とで、満足のいく動きさせることができる。しかしながら、４つのシリンダの各 組の作動状態が９０゜の位相角差を有していれば、このエンジンは、単一のクラ ンク軸に接続された４つのシリンダからなる２つの組を有するものとすることが 可能である。こうすることで、サイクルのあらゆる段階において、エンジンを駆 動することができ、しかもフライホイールを必要とせずに連続的な操作を達成す ることが可能となる。 さらに、１つの圧縮室と１つの膨張室を有するエンジンを設計することも可能 であるが、そのためには、膨張行程又は燃焼行程の間のサイクルにおいてエンジ ンの差動を維持するための手段を設けなければならない。 固体ピストンを有するエンジンの配置は、図３に示されており、クランク軸は シリンダの上方にある。これにより、シリンダからの液体小滴の分離及び除去が 重力よって補助される点が有利である。他方、クランク軸に潤滑剤を供給するこ とは容易ではなく、またこの他にも、この設置の仕方に対する実際上の不利益が あろう。また別の設置方法としては、クランク軸をシリンダの下方に配置し、か つ、ピストンが使用済みの噴霧液をバルブから押し出し、膨張室シリンダに送る ように設置することが挙げられる。したがって、液体の分離手段は、膨張室に通 じるパイプに設けることになる。クランク軸をシリンダの下方に配置した場合に おける、また別の分離手段としては、シリンダの頂部で、ピストンが、液体を内 部堰を越えて押しやることが考えられる。そうして液体は、重力により排出され る。これにより、大型の接続パイプ及び外部分離器の必要がなくなる。 液体ピストンの代わりに固体ピストンを使用する際の魅力は、エンジンをより 高速で稼働できるという点にある。このことは、ある部品寸法に対する出力が高 くなることを意味しており、このようなエンジンは、ボートや車などの動きを有 する用途に適しており、さらに動きの伴わない発電などにも適している。ピスト ンの密閉性は、一般に、液体ピストン使用の場合ほど良くはないが、開放系エン ジンの密閉性は、密閉系のエンジンの場合ほど重要ではない。液体ピストンと固 体ピストンを共に有するエンジンを工夫することも可能であり、このときは、例 えば、液体ピストンを圧縮室に、固体ピストンを燃焼室に設けれはよい。 図４は、ヒートエンジンの別の具体例を示しており、これは図３のものと似て いるが、多くの面で改変されている。それにより、効率が良くなり、仕事率とい う面からみてより大きな出力が得られるなどの、性能の向上がみられる。 図４に示すヒートエンジンは、一対の圧縮シリンダ１１３、１１５を有してお り、各シリンダは、それに関連する噴霧液冷却器及び再循環器を備えている。ま た、このヒートエンジンは、一対の膨張あるいは燃焼シリンダ１２１、１２３を 有している。これらの構成要素に対して図３の具体例において述べた記述は、図 ４に示される、対応する構成要素に関しても適合し、同様の構成要素は同じ参照 番号によって示される。図４に示す具体例の性能向上に貢献するヒートエンジン の改変について、以下に述べる。 湿気分離器１３７及び１３９は、圧縮室１０９及び１１１の内部から除かれ、 代わりに圧縮室の外部に置かれている。この湿気分離器は、圧縮空気供給ライン １７７、１７９に接続されていて、圧縮室の圧縮ガス排出孔１７３、１７５と、 膨張室１１９及び１１７の高温圧縮ガス吸気孔１６５、１６７との間にある。圧 縮室の外部に湿気分離器を設置することにより、圧縮室内の死容積を取り除くこ とができる。圧縮室の外部に湿気分離器を設置しなければ、この死容積が圧縮行 程中常に存在し、圧縮率が小さくなる。圧縮ガス排出バルブ２０４及び２０６が 付け加えられ、これにより外部輸送管に閉じ込められた気体から圧縮室１０９及 び１１１を密閉する。外部輸送管は、圧縮室の圧縮ガス排出孔１７３、１７５か ら膨張室の吸気孔まで通じている。さらに、圧縮ガス排出バルブは、各圧縮室の 圧縮ガスの最終圧力を制御しており、その後にガスがそれぞれの膨張室に送られ る。このバルブは、膨張室に流れる圧縮ガスの調時制御も行っている。排出バル ブ２０４及び２０６を加えたこと及び、湿気分離器を圧縮室内部から除去したこ との双方により、より大きな圧縮率を達成することが可能となる。 図３に示される実施例の膨張室内に設けられた再生器を備えた熱交換器１２５ 及び１２７は、図４に示される実施例の膨張室の外部に設置された復熱器を備え た熱交換器２４４及び２４６と交換されている。再び、これにより膨張室内の死 容積を減ずることができ、高温圧縮ガスの膨張エネルギは、再生器を備えた熱交 換器に閉じ込められた前回のサイクルの排気ガスの死容積に最初に膨張すること で浪費され、そのためにガスの温度が下がるということがなくなる。よって、膨 張室においてより高い温度を達成できる。 各復熱器を備えた熱交換器２４４及び２４６は、それぞれの圧縮ガス供給ライ ン１７７、１７９にあって、それぞれの湿気分離器１３７、１３９と、各膨張室 の高温圧縮ガス吸気孔１８１、１８３との間に接続されており、圧縮室の低温の 圧縮ガスを、排気孔１６５、１６７から膨張室を出ていく排気ガスで予熱するよ うに配置されている。図４に示すエンジンから向上した圧縮率が得られるという ことは、膨張前後の絶対温度の比もまた大きくなることを意味する。膨張後の温 度は、図３及び図４に示す両エンジンに対して同じになることが多いが、これは 、この温度が熱交換器の材質によって決定されるからである。それゆえに、図４ のエンジンの最高温度はより高くなり、膨張行程において加えられる熱の平均温 度も高くなり、熱は、サイクルにおいて最低温度で捨てられ、最高温度で加えら れ、これが出力の増大につながる。 図４の実施例をさらに改変して、サイクルのいろいろの部分における廃棄熱又 は過剰熱を回収し、この熱を有効な動力に変換し、エンジンの効率を向上するこ とが可能である。特に、各燃焼シリンダ１２３、１２１は、冷却ジャケット２１ ２、２１４に覆われており、これにより燃焼室の壁を通して導かれる熱を回収す る。バイパスライン２０８、２１０は、圧縮ガス供給ライン１７７、１７９の、 湿気分離器１３７、１３９と、復熱器を備えた熱交換器２４４及び２４６との間 に接続されていて、圧縮室１０９、１１１の低温圧縮空気を冷却ジャケット２１ ２、２１４に供給する。バイパスライン２０８、２１０は、冷却ジャケットの底 付近に接続されており、この部分で、燃焼室の壁の温度は最低となる。一対の膨 張シリンダ２２０、２２２には、関連するピストン２２４、２２６が備わってお り、これらもまた、連接棒１７１を介してクランク軸１６９に接続されている。 各膨張室は、吸気バルブ２３２、２３４により制御されるガス吸気孔２１６、２ １８と、排出バルブ２４０、２４２により制御されるガス排出孔２３６、２３８ と、を有している。吸気孔２１６、２１８は冷却ジャケット２１２、２１４の頂 部付近に接続されており、この冷却ジャケットの最上部は排出孔を取り囲み、復 熱器を備えた熱交換器２４４、２４６の高温側に延びており、この部分において 温度が最高となる。 したがって、圧縮室の低温圧縮ガスの一部を燃焼室の壁に向けることにより、 燃焼室の頂部の壁に吸収された熱は回収され、有効な動力に変換される。冷却媒 体としては、圧縮気体の方が、大気圧の空気よりも有効てある。低温の圧縮空気 は底付近で冷却ジャケットに入り、まず燃焼室の壁を冷却するが、それは、燃焼 室の壁が、潤滑油によって決定される温度よりも低い温度に保たれなければなら ないからである。圧縮ガスは、冷却ジャケットの中を上向きに、燃焼室の頂部に 向けて押し上げられ、熱を吸収して徐々に温度が上昇する。この冷却過程におい て熱を幾らか吸収すると、圧縮空気は、シリンダヘッドやバルブなど、この装置 の高温部分を冷却するために使われる．最後に、高温圧縮空気は、冷却装置から 断続的に抽出され、吸気バルブを開くことにより膨張室に導かれ、そこで膨張し 、関連するピストンを膨張室から押し出す。これにより、より多くの機械的仕事 が生み出される。 実際は、一般的に、燃焼室を出る排気ガスの熱容量は、圧縮室の圧縮ガスの熱 容量よりも大きいので、復熱器を備えた熱交換器の低温圧縮ガスを予熱するのに 必要とされる以上の熱が、排気ガスの中に利用可能な状態で存在する。この過剰 熱は、燃焼に必要とする以上のガスを圧縮し、このガスを復熱器を備えた熱交換 器に通すことにより回収できる。この熱交換器において、排気ガスの利用可能な 過剰熱によって、圧縮ガスを予熱し、その後、この予熱された圧縮ガスを１つ又 は複数の膨張室に送る。 このように改変することの利点は、排気ガスの最終温度を下げられることと、 エンジンの燃料効率を上げられることにある。 エンジンのいろいろな部分から廃棄熱又は過剰熱を回収するため、１つ又は複 数の膨張室が、この中で述べる他の具体例においても使用可能である。 図４のヒートエンジンの実施例は、垂直な中央線Ａに関して本質的に対称であ り、エンジンの右半分は左半分の鏡像である。この実施例においては、中央線Ａ の左の３つのピストンは、この線よりも右の３つのピストンと、位相角差１８０ ゜のずれを有している。その理由は、こうすることによりクランク軸１６９に最 も均一のトルクを与えることができるからである。また、エンジンの各半分の燃 焼室のピストンは、クランク軸を介し、対応する圧縮室のピストンを位相角差約 ９０゜で駆動するように配列されている。これにより、圧縮室において高圧状態 を達成することが必要なときに、クランク軸に大きなトルクを供給することが可 能となる。この配列には次の様な利点がある。それは、圧縮空気が、供給ライン と熱交換器から燃焼室に引き込まれ、それから排出バルブを開くことにより圧縮 室からこのガスを補充する点である。 図４のヒートエンジンの全操作サイクルについて、中央線の左側の３つのシリ ンダのみに基づき述べることにするが、それは、エンジンの右半分の差動状況は 、本質的に同じであり、ただ１８０゜の位相角差があるだけである。この例にお いては、空気を燃焼のための酸化ガスとして使用するが、このことは必ずしも必 要ではない。 圧縮室１０９のピストン１１２がストロークの上死点に達し、方向転換を始め ると、圧縮ガス排出バルブ２０４が閉じ、吸気バルブ１５７が開く。そして大気 が空気吸気孔１５６から圧縮室に吸入される。同時に、圧縮ピストン１１２がス トロークの上死点に達するにつれて、燃焼室のピストン１２２及び膨張室のピス トン２２４はストロークの中間点にあって、下方に動いている。この時点におい て、燃焼室は圧縮された高温燃焼ガスを含んでおり、このガスが膨張してピスト ンを燃焼室から外に駆動する。同様に、膨張室２２８は高温の圧縮空気を含んで おり、この空気もまた膨張して膨張ピストンを膨張室から外に駆動する。燃焼室 及び膨張室の双方の排出バルブは閉じられ、吸気バルブもまた閉じられている。 圧縮ピストン１１２がストロークの中間点に達するにつれて、燃焼ピストン及 び膨張ピストンはストロークの下死点に達し、方向転換する。この時点において 、燃焼室の排気ガス排出バルブ１９１及び膨張室のガス排出バルブ２４０は、と もに開く。ピストンがそれぞれ燃焼室又は膨張室の中へ動くにつれて、排気ガス は排出孔１６５を通って燃焼室から排出され、熱交換器２４４を通って大気中に 出ていく。同様に、膨張ガスは、ガス排出孔２３６から膨張室の外へ押し出され る。 排気ガス中の窒素酸化物の還元は、アンモニアの上昇気流を熱交換器に直接に 噴射すること、及び／又は熱交換器自身に触媒表面組み込むことにより達成可能 である。 燃焼室のピストン１２２及び膨張室のピストン２２４が上向きのストロークの 中間点に達するとき、圧縮ピストン１１２はストロークの下死点に達し、方向転 換する。この時点において、空気吸気バルブ１５７が閉じ、低温液体のスプレー が、スプレー噴射バルブ１２９を通って圧縮室１０９に噴射され、これにより圧 縮室の空気は、ほぼ等温的に圧縮される。 燃焼ピストン及び膨張ピストンがストロークの上死点に達すると、排出バルブ １９１、２４０が共に閉じ、空気吸気バルブ１８５、２３２が開く。これにより 、予熱された圧縮空気が空気吸気孔１８１、２１６から燃焼室又は膨張室に入っ ていく。予熱された圧縮空気を燃焼室に供給するこの吸気バルブは、設定された ある時点において閉じており、燃料が、燃料噴射バルブ１７４を介して燃焼室に 噴射される。点火プラグなどの点火源１７８を利用して燃料を点火することもあ るが、燃料が予熱された圧縮空気と混合するその瞬間に、点火が起こるようにす ることも可能である。高温の燃焼ガスの圧力によりピストン１２２は、燃焼室１ １９から外に駆動され、ピストンに対して仕事をする結果、この燃焼ガスはある 程 度冷たくなる。 膨張室２２８のガス吸気バルブ２３２もまた、ある設定時点で閉じて、空気が 断熱的に膨張し、ピストン２２４を下方に、膨張室の外へと駆動する。 圧縮室１０９のピストン１１２がストロークの上死点に達するにつれて、圧縮 ガス排出バルブ２０４が開き、空気とスプレー液の混合物は圧縮室から排除され 、湿気分離器１３７に入る。ここで空気と液体が分離される。湿気分離器１３７ の寸法は、空気／液体混合物の分離を達成させるためだけでなく、液体の貯蔵所 及び圧縮空気の蓄圧器としても働くように決定されている。 液体は、湿気分離器１３７から冷却器１９７へ流れ、ここで、圧縮行程におい て吸収された熱が大気中か、又は他のヒートシンクに放出される。冷却器１９７ の液体はそのあと、圧縮行程における液体噴射を制御する液体スプレー噴射バル ブ１２９の所に還流する。スプレーの噴射は、圧縮室の圧力が、その最大値より も低いときに起こるのが普通であるから、この間に十分な噴射を行うことが可能 である。圧力が噴射圧力まで上昇し、噴射の流れを切るまでに、十分な液体小滴 が既に圧縮室に存在している。よって、圧縮室ピストン１１２により、液体に冷 却循環路を巡らせ、これをスプレー噴射ノズルから噴出させるための手段を、効 果的に与えることが可能となる。 低温の圧縮空気は湿気分離器１３７から復熱器を備えた熱交換器２２４に流れ 、そこで燃焼室１１９から出た排気ガスにより予熱される。 圧縮室１０９のピストン１１２がストロークの上死点に達すると、圧縮ガス排 出バルブ２０４が閉じ、空気吸気バルブ１５７が開いて、全サイクルが繰り返さ れる。 エンジンが、運動を持続するための大きなフライホイールを有する場合などは 特に、圧縮室、燃焼室、及び膨張室におけるピストンの位相角差は、それほど重 要ではない。しかしながら、一般に、クランク軸へのトルクを安定させて、これ により作動応力の最小化、なめらかな動きの維持、及び振動の最小化を図ること は望ましいことである。ピストンの位相角差はまた、“ブリージング（breathin g）”すなわち、圧縮室から燃焼室への空気の流れや、湿気分離器と熱交換器の 圧力のばらつきにも影響を与える。燃焼室のピストンと、圧縮室のピストンとの 間 の位相角差は、図４の実施例においては約９０゜であるが、位相角差は他の具体 例において異なっていてもよい。しかし、位相角差の選択は、実際上の経験と種 々の測定値に照らし合わせて注意深く最適化を図るべき問題である。 図４の具体例は２つの湿気分離器と２つの熱交換器を有しているが、ヒートエ ンジンは、これよりも少ない分離器及び／又は熱交換器しか備えておらず、この ために、単一の分離器及び／又は単一の熱交換器が、２つ又はそれ以上のシリン ダ間で共有される。このようにすれば、これらの構成要素の寸法が小さくなると いう利点があり、空気の流れが均等化できて、そのうえコストを減じることが可 能となる。 上述した任意の開放系エンジンの別の具体例は、サイクルにターボチャージャ を組み込むものであって、石油及びディーゼルエンジンに対して、使用されるこ とが多い。ターボチャージャは、同一のシャフトにロータリコンプレッサとロー タリエキスパンダを有している。コンプレッサは、大気圧下の空気の圧力を上げ て、それから等温の圧縮室に送る。コンプレッサは、エキスパンダにより駆動す ることが望ましく、このエキスパンダは、燃焼室の排気ガス排出孔と熱交換器へ の排気ガス吸入孔との間に設けられている。ターボチャージャの総合的な効果は 、圧縮室及び燃焼室の双方におけるガスの平均圧力を上昇させることであり、こ れにより、同一の寸法のエンジンのなかでは、より大きな動力を有するものであ る。ターボチャージャを使うとエンジンの効率が少しばかり悪くなる傾向がある が、これは、ロータリコンプレッサとロータリエキスパンダの効率が低いことと 、ターボコンプレッサは圧縮を等温的でなく、断熱的に行うということが原因で ある。しかしながら、効率が悪くなっても、それは、エンジンのサイズを同じに したままで、大きな出力増加が得られるという事実には勝てないので、ターボチ ャージャを組み込むことには、魅力があることである。 図４の具体例においては、発電機２４７を駆動するクランク軸が描かれている が、この他に、エンジンを道路用又は鉄道用の車輪の駆動や、船のプロペラの駆 動に使用することも可能である。 また別の具体例においては、ピストンを、クランク軸ではない別の回転機械装 置、例えばハイポサイクリックギヤにより連結し、駆動してもよい。 さらに別の実施例においては、燃焼室の燃焼よりも圧縮室の圧縮行程がより遅 い速度で起きるようにエンジンを調整することが有利である。換言すれば、単位 時間当たり、圧縮サイクルよりも燃焼サイクルのほうが多くなるようにエンジン を調整するのである。これは、圧縮室のクランク軸と、燃焼室のクランク軸との 間に適切なギヤ装置を設ければ可能である。もし、エンジンが空気膨張室を有し 、サイクルのいろいろな部分において、廃棄熱や過剰熱を回収するならば、空気 膨張サイクルの方が、等温圧縮サイクルよりも速いように、エンジンを調節する ことが可能である。このように調節することの利点は、圧縮行程が常にほどよい 速度に保たれ、ガスと液体小滴との間の熱の伝達のために十分な時間を与えるよ うんする点にある。そうすると、圧縮行程は常にほぼ等温であり、１サイクル当 たりの燃焼室からの熱損失が減少して効率が良くなり、エンジンの出力が高くな る。また別の実施例においては、本発明を適用することで、従来の石油、ディー ゼル、又はガスエンジンに対して冷却手段を与え、これにより熱を回収し、この 熱を有用な仕事に変換することが可能である。その基本的な形態において、この 具体例は、圧縮中に液体スプレーを噴射することで等温的にガスを圧縮するため の圧縮室と、関連するピストンと、膨張室と、エンジンの出力伝達装置か、別体 の動力により駆動される他の伝達装置のいずれかに接続された、ピストンと、等 温圧縮室からの低温圧縮ガスをエンジンの熱（さもなくば廃棄される）で予熱す るための熱交換器と、予熱された圧縮ガスを膨張室に供給するための手段と、を 備えている。熱交換器は、エンジンの燃焼室の壁に形成された通路からなる簡単 な構成をしており、この通路によって圧縮気体を循環させ、それから膨張室に送 る。この実施例の等温の圧縮室及び膨張室は図４に示されたものと同様あるが、 主な違いは、等温的に圧縮された空気はすべて熱の回収のために使用され、その 一部だけを使用するのではないという点である。 以上に述べたエンジンのいずれも、容易に、熱と動力装置を組合せた使用のた めに改変することができる。作業気体として非凝縮ガスを使用すると、凝縮蒸気 サイクルよりも、操作温度に関してより広い柔軟性を与えることが可能である。 この装置を改変して、発電にだけ使用するときよりも高い温度で熱を放出するよ うにすることが可能である。 乾燥や暖房、あるいは水の加熱のための低温熱の最大量を生み出すために使用 する別のオプションはヒートエンジンにヒートポンプを駆動させることである。 エンジンの廃棄熱は、ある程度の低温熱を供給する。さらに、エンジンの機械的 な出力によりヒートポンプを駆動し、それによりさらに熱を供給することができ る。計算によると、開放系の燃焼駆動型エンジンを使えば、燃料のカロリーとい う観点から見た場合に消費される熱の２倍の低温熱を生み出すことができる。付 加的な熱は、大気、地面、大きな水源などから汲み上げればよい。 高温及び低温の液体スプレー噴射を有するヒートエンジンは、家庭の空間又は 商業用の空間と、水の加熱とに非常に適している。しかしながら、より高温で作 動するヒートエンジンを設計することも可能である。この型のヒートポンプの利 点は、液体の蒸発と蒸気の凝縮に依存するヒートポンプの場合ほど厳密に特定の 温度領域に縛られないという点である。 ヒートポンプの他の実施例は、図２、３、又は４の装置に類似の開放系で作動 するために、バルブを含んでいる。しかしこの場合は、膨張室において燃焼はな く、復熱器を備えた熱交換器又は再生器を備えた熱交換器又は低温膨張室におけ る液体噴射はない。例えば、膨張室の空気は断熱的に膨張する。圧縮室の空気は 、ピストンと小滴噴霧を用いて等温的に圧縮される。過剰熱は、適当なヒートシ ンクに送られる。この型のヒートポンプは、空調装置及び換気装置として使用さ れ、この装置から出ていく膨張した空気は、入ってくる空気よりも非常に冷たく なっている。この装置は、低温の大気から熱を汲み上げて建物に供給するにはあ まり適当ではない。それは膨張室内における氷結の問題があるからである。 ヒートポンプの別の実施例は、ここにおいて記載のものと類似であるが、液体 ピストンは有しない。圧縮及び膨張はすべて固体ピストンのみを用いて行う。例 えば、必ずしも液体ピストンを使用せずに、液体を密閉することが可能である。 この分野の当業者にとっては、ピストンの直線運動を駆動軸の回転運動に変換 するための機械的方法が他に多く存在することは周知である。液体ピストンが使 用され、かつ、機械的伝達装置の一部が、図１及び２に示すようにＵ字型導管の 壁を貫通して延びる駆動軸又は動力伝達軸を有するときは、この壁と往復運動を する駆動軸との間を密閉しなければならない。しかしながら、この場合の欠点は 、密閉した部分と駆動軸との間にかなりの摩擦が生じうることである。この摩擦 を解消しうる別の例はラックピニオン機構をＵ字型導管の水平部内に装備するも のである。ピニオンは回転可能に、その軸心がピストンの運動方向に垂直となる ように取付けられており、ラックは、固体ピストンに適切に組み合わさるか、又 は接続されている。ピニオンは回転可能な軸を駆動するように設計され、回転軸 は、密閉部を介してＵ字型導管の壁を貫通して延びており、ピストンの動力を外 部に伝達する。液体ピストンの動きに連結されている固体ピストンはＵ字型導管 のアーム部を往復運動するようになっており、複数のこのような固体ピストンが １つのＵ字型導管で使用する。 また、Ｕ字型導管の壁を貫通して延びている駆動軸に回転可能に取りつけられ た流体スクリュー、例えばプロペラやタービンブレードなどをＵ字型導管に取り 付けることにより、ピストンの直線運動を、駆動軸の回転運動に変換することが 可能である。この場合は、駆動軸はピストンの運動方向とは平行である。往復運 動する駆動軸を２つのサドルループに使用する場合には、１つの圧縮ループの駆 動軸を別の膨張ループの駆動軸に連結すればよい。水力学的駆動装置を機械的装 置の代わりに使用することも可能である。したがって、上述の場合においては、 サドルループの各結合駆動軸は、外部往復運動ピストンを外部水力学的シリンダ 内で駆動し、水力学的液体をポンプで駆動する。２つの結合駆動軸間の位相角差 の設定値（例えば９０゜）は、水力学的シリンダのバルブの開閉のタイミングを はかることにより達成され、それにより、サイクルのある段階において、どちら の軸も要求される位置からあまり離れ過ぎないようにしている。 液体ピストンを使用するエンジン又はヒートポンプにおいては、固体フロート を液体ピストンの表面に浮かべるようにする。 以上に述べた具体例を改変することは、当業者にとって容易なことである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｈ Ｕ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 圧縮されるガスを含む圧縮室と、この圧縮室における移動により前記ガス を圧縮するための第１ピストンと、前記第１ピストンを前記圧縮室内に駆動して 前記ガスを圧縮するための駆動手段と、膨張室と、この膨張室の外部に向かう移 動によりガスを膨張させる第２ピストンと、前記圧縮室を出た圧縮ガスを前記膨 張室に供給する手段と、前記圧縮室を出た前記圧縮ガスを加熱するための加熱手 段と、エンジン出力を取り出すために前記第２ピストンに機能的に接続された伝 達手段と、圧縮時に前記ガスを冷却するため前記圧縮室において液体噴霧を形成 する手段と、を備えたエンジン。 ２． 膨張時に前記膨張室において前記ガスに熱を付与する手段を備えた、請求 項１に記載のエンジン。 ３． 前記加熱手段が、前記膨張室で膨張したガスの熱により前記圧縮室を出た 圧縮ガスを予熱するための熱交換手段である、請求項２に記載のエンジン。 ４． 前記膨張室を出た膨張ガスを再圧縮のために前記圧縮室に戻すための帰還 手段を備えた、請求項３に記載のエンジン。 ５． 前記圧縮室に戻す前に前記膨張ガスを冷却するための冷却手段を含む、請 求項４に記載のエンジン。 ６． 前記冷却手段が前記熱交換手段である、請求項５に記載のエンジン。 ７． 前記熱を付与する手段が、前記膨張室において高温液体噴霧を形成する手 段である、請求項２〜６のいずれかに記載のエンジン。 ８． 前記膨張室において前記液体噴霧に使用するための少なくとも２つの異な る温度の液体を供給するための供給手段を含む、請求項７に記載のエンジン。 ９． 前記ガスの温度を制御するためにガスの圧縮時に前記膨張室において液体 噴霧を形成する手段を含む、請求項８に記載のエンジン。 10． 燃料燃焼用の燃焼室をさらに備え、前記加熱手段は、前記圧縮室を規定し ている表面の少なくとも１つを通して導かれる熱により前記圧縮室を出た圧縮ガ スを加熱するための手段を備えている、請求項１に記載のエンジン。 11． 前記燃焼室における燃焼により駆動され、且つ前記伝達手段に操作可能に 接続された第３ピストンを前記燃焼室に備えた、請求項１０に記載のエンジン。 12． 燃焼用のガスあ前記圧縮室に入ることを許容する第１バルブ手段と、前記 供給手段を介して前記膨張室のガスが前記圧縮室に還流するのを防止する第２バ ルブ手段と、を備え、前記熱を付与する手段は、前記膨張室に燃料を供給するた めの手段を備えている、請求項２又は３に記載のエンジン。 13． 前記膨張室に前記燃料を供給する速度を制御する手段を含む、請求項１２ に記載のエンジン。 14． 前記圧縮室から前記膨張室へ流れるガスを制御するバルブ手段をさらに備 える、請求項１〜１３のいずれかに記載のエンジン。 15． 前記バルブ手段が、圧縮後に前記圧縮室からガスを抜くための出口バルブ 手段を備える、請求項１４に記載のエンジン。 16． 前記バルブ手段は、前記加熱手段を出た高温圧縮ガスを前記膨張室へ取り 込むための入口バルブ手段を備える、請求項１４又は１５に記載のエンジン。 17． 膨張するガスを含む追加の膨張室と、この追加の膨張室の外部に向かう移 動により前記ガスを膨張させるための追加のピストンと、前記圧縮室から出た圧 縮ガスを前記追加の膨張室へを供給する手段と、前記追加の膨張室に入る前に前 記圧縮ガスを予熱する予熱手段と、を備えた、請求項１〜１６のいずれかに記載 のエンジン。 18． 前記予熱手段は、前記膨張室を規定している表面の少なくとも１つを通っ て導かれる熱により圧縮ガスを予熱する手段を備える、請求項１７に記載のエン ジン。 19． 前記予熱手段は、前記膨張室を出た膨張ガスにより圧縮ガスを予熱する熱 交換手段である、請求項１７又は１８に記載のエンジン。 20． 前記追加のピストンが前記伝達手段に機能的に接続されている、請求項１ ７〜１９のいずれかに記載のエンジン。 21． 前記予熱手段を出て前記追加の膨張室へ入り込む圧縮ガスの流れを制御す る追加のバルブ手段を含む、請求項１４〜２０のいずれかに記載のエンジン。 22． 前記駆動手段は、稼働時に前記第１及び第２ピストンが所定の位相角関係 で動くようにすべく前記伝達手段に接続された接続手段を備える、請求項１〜２ １のいずれかに記載のエンジン。 23． 前記駆動手段が前記伝達手段に機能的に接続されることにより、前記膨張 室のガスの膨張により駆動される前記第２ピストンが前記第１ピストンを前記圧 縮室の内部へと駆動できるようになっている、請求項１〜２２のいずれかに記載 のエンジン。 24． 前記駆動手段及び前記伝達手段の少なくとも１つに機能的に接続されたク ランク軸を備えた、請求項２２又は２３に記載のエンジン。 25． 前記膨張室における膨張工程を終了するのに要する時間よりも、前記圧縮 室における圧縮工程を終了するのに要する時間の方が長いように構成した、請求 項１〜２４のいずれかに記載のエンジン。 26． 前記追加の膨張室における膨張工程を終了するのに要する時間よりも、前 記圧縮室における圧縮工程を終了するのに要する時間の方が長いように構成した 、請求項１７又は請求項１８〜２５のうち請求項１７に従属するもののいずれか に記載のヒートポンプ。 27． 前記膨張室の連続する２つの膨張行程を終了するのに要する時間よりも、 前記圧縮室の連続する２つの圧縮行程を終了するのに要する時間の方が長いよう に構成した、請求項１〜２６のいずれかに記載のエンジン。 28． 液体を含むための収容手段を備えるとともに、前記ピストンの少なくとも １つを形成する導管を備えており、前記収容手段がその一端に前記圧縮室及び膨 張室の一方を備えている、請求項１〜２７のいずれかに記載のエンジン。 29． 前記収容手段が略Ｕ字型の導管で形成されている、請求項２８に記載のエ ンジン。 30． 各々がピストンとしての液体を含む一対の略Ｕ字型導管が設けられており 、圧縮器は一方の導管の各アーム部に形成されており、膨張室は他方の導管の各 アーム部に形成されており、前記圧縮室の一方からの圧縮ガスを前記膨張室の一 方へ供給する手段と、他方の圧縮室から出た圧縮ガスを他方の膨張室へ供給する 手段と、が設けられている、請求項２９に記載のエンジン。 31． 別の一対の前記略Ｕ字型導管が設けられており、稼働時には膨張室を含む １つのＵ字型導管の液体ピストンと、他の膨張室を含む対応するＵ字型導管の液 体ピストンとの位相角差が実質上９０゜である、請求項３０に記載のエンジン。 32． 前記第１ピストンは液体からなり、前記駆動手段は、前記第１ピストンと 協働するすることで少なくとも１方向の動きを前記ピストンに伝達する部材を備 える、請求項２８〜３１のいずれかに記載のエンジン。 33． 前記部材が固体ピストンである、請求項３２に記載のエンジン。 34． 前記固体ピストンに接続され、且つ前記液体ピストンを含む前記導管の壁 を貫通して延びている軸を備える、請求項３３に記載のエンジン。 35． 前記第２ピストンが液体からなり、前記伝達手段は、前記第２ピストンと 協働することで前記液体ピストンの少なくとも１方向の動きを前記第２ピストン に伝達する部材を備える、請求項２８〜３４のいずれかに記載のエンジン。 36． 前記部材が固体ピストンである、請求項３５に記載のエンジン。 37． 前記固体ピストンに接続され、且つ前記液体ピストンを含む前記導管の壁 を貫通して延びている軸を備える、請求項３６に記載のエンジン。 38． 前記液体ピストンからの液体を前記噴霧を形成する手段に供給するための 手段を含む、請求項２８〜３７のいずれかに記載のエンジン。 39． 前記供給するための手段は、前記液体ピストンにより駆動されるポンプを 備える、請求項３８に記載のエンジン。 40． 前記第１及び第２ピストンが固体材料を含む、請求項１〜２７のいずれか に記載のエンジン。 41． 一対の前記圧縮室及び一対の前記膨張室が設けられており、稼働時に、前 記両圧縮室のピストンが実質的に互いに逆位相で作動し、前記両膨張室のピスト ンも実質的に互いに逆位相で作動する、請求項４０に記載のエンジン。 42． 別の一対の前記圧縮室及び別の一対の前記膨張室が設けられており、稼働 時に、一方の対の前記圧縮室のピストンは他方の対の前記圧縮室のピストンと実 質的に９０゜の位相角差で作動し、一方の対の前記膨張室のピストンは他方の対 の前記膨張室のピストンと実質的に９０゜の位相角差で作動する、請求項４１に 記載のエンジン。 43． 前記熱交換手段が再生器である、請求項１〜４２のいずれかに記載のエン ジン。 44． 前記熱交換手段が復熱型熱交換器である、請求項１〜４３のいずれかに記 載のエンジン。 45． 前記圧縮室及び／又は前記膨張室を出るガスから液体を分離するための分 離手段を含む、請求項１〜４４のいずれかに記載のエンジン。 46． 前記圧縮室における液体噴霧に使用する少なくとも２つの異なる温度の液 体を供給するための供給手段を含む、請求項１〜４５のいずれかに記載のエンジ ン。 47． ガスの膨張時にこのガスの温度を制御するために液体噴霧を形成する手段 を前記圧縮室に備えている、請求項４６に記載のエンジン。 48． 膨張するガスを含む膨張室と、この膨張室から外部に向かう移動により前 記ガスを膨張させる第１ピストンと、圧縮するガスを含む圧縮室と、前記圧縮室 の内部への移動により前記ガスを圧縮する第２ピストンと、前記膨張室及び前記 圧縮室の一方から出たガスを他方へ供給する手段と、圧縮中の前記ガスから熱を 吸収するために前記圧縮室において液体噴霧を形成する手段と、を備えており、 前記第２ピストンが外部動力源により駆動され、前記圧縮室内に移動して前記ガ スを圧縮するようにした、ヒートポンプ。 49． 前記膨張室において膨張中の前記ガスに熱を付与する手段を備える、請求 項４８に記載のヒートポンプ。 50． 前記圧縮室を出た圧縮ガスの熱により前記膨張ガスを予熱する熱交換手段 を含む、請求項４８又は４９に記載のヒートポンプ。 51． 前記圧縮室を出た圧縮ガスを再膨張のために前記膨張室に戻す帰還手段を 含む、請求項４８〜５０のいずれかに記載のヒートポンプ。 52． 前記膨張室に戻す前に前記圧縮ガスを冷却する冷却手段を含む、請求項５ １に記載のヒートポンプ。 53． 前記冷却手段が前記熱交換手段である、請求項５２に記載のヒートポンプ 。 54． 前記熱を付与する手段が、前記膨張室において低温液体噴霧を形成する手 段を備えることを特徴とする、請求項４９又は請求項５０〜５３のうち請求項４ ９に従属するもののいずれかに記載のヒートポンプ。 55． 液体を含むための収容手段を備えるとともに、前記ピストンの少なくとも １つを形成する導管を備えており、前記収容手段がその一端に前記圧縮室及び膨 張室の一方を備えている、請求項４８〜５４のいずれかに記載のヒトポンプ。 56． 前記収容手段が略Ｕ字型導管で形成されている、請求項５５に記載のヒー トポンプ。 57． 各々がピストンとしての液体を含む一対の略Ｕ字型導管が設けられており 、圧縮器は一方の導管の各アーム部に形成されており、膨張室は他方の導管の各 アーム部に形成されており、前記膨張室の一方からの膨張ガスを前記圧縮室の一 方へ供給する手段と、他方の膨張室を出た膨張ガスを他方の圧縮室へ供給する手 段と、が設けられている、請求項５６に記載のヒートポンプ。 58． 前記熱交換手段が再生器である、請求項４８〜５７のいずれかに記載のヒ ートポンプ。 59． 前記圧縮室及び／又は膨張室を出たガスから液体を分離するための分離手 段を含む、請求項４８〜５８のいずれかに記載のヒートポンプ。 60． 前記液体ピストンからの液体を前記噴霧を形成する手段を供給するための 手段を含む、請求項５５〜５９のいずれかに記載のヒートポンプ。 61． 前記供給するための手段は、前記液体ピストンに駆動されるポンプを備え る、請求項６０に記載のヒートポンプ。 62． 前記第１ピストン及び第２ピストンが所定の位相角関係に維持するべく、 前記第１ピストンと第２ピストンとを接続する接続手段を備えた、請求項４８〜 ６１のいずれかに記載のヒートポンプ。 63． 前記接続手段がクランク軸を備える、請求項６２に記載のヒートポンプ。 64． 前記第１ピストンが外部動力源により駆動される、請求項４８〜６３のい ずれかに記載のヒートポンプ。 65． 電気モータにより駆動される、請求項４８〜６４のいずれかに記載のヒー トポンプ。 66． 前記第１ピストンと前記外部動力源との間に接続される接続手段を備えて おり、この接続手段が前記圧縮室のガスの圧力に対して十分な抵抗力を有してい る、請求項４８〜６５のいずれかに記載のヒートポンプ。 67． 前記第１ピストンと新たな外部動力源との間に接続される接続手段を備え ており、この接続手段が前記膨張室のガスの圧力に対して十分な抵抗力を有して いる、請求項４８〜６６のいずれかに記載のヒートポンプ。 68． 前記膨張室における液体噴霧に使用する少なくとも２つの異なる温度の液 体を供給するための供給手段を備えた、請求項４８〜６７のいずれかに記載のヒ ートポンプ。 69． 前記ガスの温度を制御するために前記ガスの圧縮時に前記膨張室において 液体噴霧を形成する手段を含む、請求項６８に記載のヒートポンプ。 70． 前記圧縮室において液体噴霧を使用するために少なくとも２つの異なる温 度の液体を供給する供給手段を含む、請求項４８〜６９のいずれかに記載のヒー トポンプ。 71． 前記ガスの温度を制御すべく、前記ガスの膨張時に前記圧縮室において液 体噴霧を形成する手段を含む、請求項６８に記載のヒートポンプ。 72． 燃焼エンジンのための冷却装置であって、圧縮するガスを含む圧縮室と、 この圧縮室の内部に向かう移動により前記ガスを圧縮する第１ピストンと、この 第１ピストンを前記圧縮室内部に駆動して前記ガスを圧縮するための駆動手段と 、膨張室と、この膨張室の外部に向かう移動によりガスを膨張させる第２ピスト ンと、前記圧縮室からの圧縮ガスを前記膨張室に供給する手段と、前記燃焼エン ジンの熱により前記圧縮室を出た前記圧縮ガスを加熱するための熱交換手段と、 前記第２ピストンと前記燃焼エンジンの出力側との間に接続される接続手段と、 圧 縮時に前記ガスを冷却すべく前記圧縮室において液体噴霧を形成する手段と、を 備えた冷却装置。 73． 前記熱交換手段は、前記燃焼室を規定している表面の少なくとも１つを通 って導かれる熱により前記圧縮室を出た圧縮ガスを加熱するようにしている、請 求項７２に記載の冷却装置。 74． 前記熱交換手段は、前記燃焼室の排気ガスの熱により前記圧縮室をでた圧 縮ガスを加熱するようにしている、請求項７２又は７３に記載の冷却装置。