JPS5855338B2 - ドウリヨクセツビ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、動力設備中で使用するため熱を発生するのに
適した燃焼設備と、再生熱交換装置を経て相互連結され
た第１と第２の作動流体空間を限定する構造物、相互連
結された作動流体空間の容積を変える往復装置、前記第
１作動流体空間内の作動流体を加熱する加熱装置および
前記第２作動流体空間内の作用流体を冷却する冷却装置
からなる種類の少くとも１個の熱ガスエンジンとを含む
動力設備に係る。

前記種類の熱ガスエンジンは、エンジンが作動される時
、再生容積変化装置が前記第１作動流体空間の容積を、
熱が加熱装置からその空間内の作動流体に供給される間
に作動流体のその空間内における膨張によって増加させ
、その後熱が第２作動流体空間内の作用流体から冷却装
置内の冷却流体に移動される間に第２作動流体空間内の
作動流体を圧縮するために前記第２作動流体空間の容積
を減少するようにし、第２作動流体空間内の作動流体か
ら取出された熱がその冷却流体によって吸収され、作動
流体が再生熱交換装置を経て往復容積変化装置により作
動流体空間の間に移動され、その変化装置が熱を前記第
２作動流体空間に移動される際に作動流体から取出し、
また前記第１作動流体空間へ戻される際に作動流体に戻
し、そのため作動流体が二つの作動流体空間で移動され
る際に温度の変化が生ずるように配置されている。

前記種類の燃焼装置および１個以上の熱ガスエンジンを
含む現在の動力装置の熱効率は特に高い。

しかしその値は理想的な熱力学周期で作動する動力設備
においては予想される値のごく一部分にすぎない。

本発明の目的は、燃焼設備および前記種類の１個以上の
熱ガスエンジンを含む動力設備において、その動力設備
の熱効率が燃焼装置と前記種類の１個以上の熱ガスエン
ジンを含む本動力設備の熱効率より著しく高い動力設備
を提供することにある。

本発明によれば、再生熱交換装置を経て相互に連結され
た第１および第２作動流体空間と、相互に連結された前
記作動流体空間の容積を変えるための往復動装置と、前
記第１作動流体空間内の作動流体を加熱する加熱装置と
、前記第２作動流体空間内の作動流体を冷却する冷却装
置とから成る１つまたは多数の熱ガスエンジンと；動力
設備で使用される熱を発生するように構成された燃焼装
置とを有する動力設備において；前記燃焼装置と前記エ
ンジンのまたはエンジンの１つの冷却装置とが前記燃焼
装置内での燃焼に参加せしめるために流体を前記冷却装
置から燃焼装置へ運ぶ導管装置によって相互に連結され
、このように運ばれる流体は冷却装置における冷却流体
として使用されたものであってこれ等の冷却装置におい
て吸収しこれ等の冷却装置が一部を形成しているエンジ
ンの第２作動流体空間における作動流体から取出した熱
によって物理的状態が変化したものであり；前記燃焼装
置はエンジンまたはエンジンの少くとも第１のものの加
熱装置と組合され動力設備が作動しているとき前記燃焼
装置で発生した熱が前記組合された加熱装置に供給され
前記組合された加熱装置が一部を形成しているエンジン
またはエンジンの各々の前記第１作動流体空間における
作動流体を加熱することを特徴とする動力設備が提供さ
れる。

好ましくは１つ以上の熱ガスエンジンを有し、燃焼装置
は２つのエンジンの加熱装置と組合され、前記導管装置
によって冷却装置を燃焼装置に連結させたエンジンとは
別のエンジンまたは各エンジンは燃焼装置から独立して
いる。

燃焼装置から独立している冷却装置で使用される冷却流
体を燃焼装置における燃焼に参加させるために燃焼装置
に運はれる流体と熱交換させる熱交換装置を設け、その
ような熱交換によって燃焼装置から独立している冷却装
置で使用される冷却流体を冷却するようにしてもよい。

熱交換装置は燃焼装置から独立している冷却装置で使用
される冷却流体を前記１つのエンジンの冷却装置から前
記導管装置を経て前記燃焼装置に運ばれる冷却流体と熱
交換させるように構成してもよい。

更に熱交換装置と燃焼装置を相互に連結する導管を設け
、燃焼装置から独立した冷却装置で使用される冷却流体
を冷却するために熱交換装置において冷却流体として使
用され熱交換装置において吸収し燃焼装置から独立した
前記冷却装置から取り出した熱によって物理的状態を変
化させた流体を前記導管によって熱交換装置から燃焼装
置に運び燃焼装置内の燃焼に参加させるように構成して
もよい。

燃焼装置は各エンジンの加熱装置に熱を供給する１つの
共通の燃焼室をもつようにすると具合がよい。

前記１つのエンジンの冷却装置から前記導管装置を経て
前記燃焼装置へ運ばれる冷却流体を燃焼装置における燃
焼生成物と熱交換させる熱交換装置を設け、前記冷却流
体を燃焼装置に入る前に加熱するようにしてもよい。

動力設備が２つ以上の熱ガスエンジンを有する場合には
、燃焼装置に連結される冷却装置をもったエンジンのう
ちの少くとも１つの加熱装置はそのエンジンの第１作動
流体空間における作動流体を加熱するために太陽エネル
ギを供給されるように構成されてもよい。

その代りに、燃焼装置に連結される冷却装置をもったエ
ンジンのうちの少くとも１つの加熱装置はそのエンジン
の前記第１作動流体空間における作動流体を加熱するた
めに河水から取出した熱を供給されるように構成されて
もよい。

その中で燃焼に参加するため導管装置によって運ばれる
流体は、燃料またはオキシダントを含んでもよい。

燃料として燃焼装置内で燃焼に参加するそのような燃料
は、水素、プロパン、ブタン其他類似の熱特性をもつ炭
化水素燃料を含む。

オキシダントとして燃焼装置内で燃焼に参加するそのよ
うな流体は、液体空気、液体酸素または其他類似の熱特
性をもつオキシダントを含んでいてもよい。

燃焼装置から独立した冷却装置内の冷却流体は空気また
は水を含んでもよい。

類似の熱特性をもつ水素、ヘリウムまたは他の流体は作
動流体として使用してもよい。

エンジン中で使用される作動流体と同一の流体を運ぶ導
管装置は、それぞれのエンジンの前記作動流体空間と連
通ずる。

少くとも２個のエンジンの再生熱交換装置が相互連結さ
れる。

本発明の１実施例を添付図面を参照し例を挙げて全記載
する。

図面の第１図を参照すると、動力設備は、２個の熱ガス
エンジン１と２を含む。

各エンジン１゜２はシリンダー３，４を含み、その中で
ディスプレーサ−５，６およびピストン７．８が縦軸線
に沿って動くようにされている。

各ピストン７．８には中空ピストンナンド９が設けられ
、これに各対のピストン連結ロッド１１゜１２が連結さ
れている。

各ピストン連結ロッド１１．１２は、一端でそれぞれの
中空ピストンロッド９，１０に連結され、その他端でク
ランク１３，１４のそれぞれの対のそれぞれ一方に連結
されている。

クランク１３．１４の各対は、同位相で逆の意味で相互
に同期して軸上を回転するようにされた一対の円板１５
，１６上に載置されている。

軸は歯車輪によって相互連結されている。

各ディスプレーサ−５，６はそれにディスプレーサ−ロ
ッド１７．１８が固着されていて、それらロッドは、そ
れぞれの中空ピストンロッド９，１０を通って突出し、
２個のディスプレーサ一連結ロッド１９゜２０によりク
ランク１３．１４のそれぞれの対に連結されている。

円板１５，１６、クランク１３゜１４、ディスプレーサ
一連結ロッド１９，２０およびピストン連結ロッド１１
．１２は、それぞれのシリンダー３，４に固着されたそ
れぞれのクランクケース２Ｌ２２内に収納されている。

各シリンダー１，２は、それぞれのディスプレーサ−５
，６によって、普通加熱空間２３，２４および冷却空間
２５，２６と呼ぶ二つの作動流体空間に分割される。

各加熱空間２３，２４およびそれぞれの冷却空間２５．
２６は、加熱器２９゜３０、冷却器３１，３２および再
生器３３，３４が収納されているそれぞれの導管２７．
２８によって相互連結されている。

各加熱器２９，３０は、それぞれの加熱空間２３，２４
に隣接し、また各冷却器３１，３２は、それぞれの冷却
空間２５゜２６に隣接し、各再生器３３，３４は、それ
ぞれの加熱器２９，３０とそれぞれの冷却器３１゜３２
間に介在させられている。

各加熱空間２３゜２４と冷却空間２５，２６は、作動流
体として使用される水素を含んでいる。

作動流体用の再生器３３．３４を通る通路は導管３５に
より相互連結され、そのため作動流体が、動力設備が作
動している時、動力設備の出力を制御するためエンジン
１．２から取出され、またそこに戻されるようにしであ
る。

冷却器３１は、導管３６に連結された入口３９をもち、
導管３６は液体水素３７を冷却器３１内の冷却流体とし
て使用するため槽３８から冷却器３１へ送るようにしで
ある。

導管４１は冷却器３１の出口４０と燃焼室４２を相互連
結させる。

導管４１は冷却器３１内の熱を吸収した水素を室４２内
でその水素を燃焼するため燃焼室４２へ送るようにしで
ある。

導管４１は接合点４３で導管３５と連通する。

加熱器２９は、熱供給管４９の支導管４６に連結された
入口４４をもち、また排出管４７に連結された出口４５
をもつ。

熱供給管４９の支導管４６は加熱器２９と燃焼室４２を
相互連結させ、燃焼室４２からの加熱燃焼ガスを加熱器
２９に送るようにしである。

燃焼室４２は室気取入口４８をもつが、これは室４２内
で燃焼を行うため大気から空気を引出すためにある。

熱供給管４９の他の支導管５０が燃焼室４２と、その支
導管５０に連結された入口５１と排出管５３に連結され
た出口５２をもつ加熱器とを相互連結させる。

動力設備が作動している時、加熱器３０は、燃焼室４２
から引出され熱供給管４９の支導管５０によって運ばれ
た加熱燃焼ガスを供給される。

冷却器３２は、冷却水源から冷却器３２に水を運ぶよう
にした導管５６に連結された入口５４と、冷却器３２内
で加熱された水または水蒸気用の出口５５とをもつ〇 第１図に示した動力設備の作動においては、各ピストン
７．８は底部死点中心位置からその頂部死点中心位置に
移動し、それぞれの冷却空間２５゜２６内の作動流体を
圧縮し、その間、熱はそれぞれの冷却器３１，３２によ
って各冷却空間２５゜２６尚の圧縮された作動流体から
取出される。

圧縮された作動流体は、各冷却空間２５，２６からそれ
ぞれの導管２７．２８を介して、それぞれのピストン７
．８に向う各ディスプレーサ−５，６の運動により、そ
れぞれの加熱空間２３．２４に押し入れられる。

圧縮された作動流体は、各加熱空間２３．２４内で膨張
し、膨張する作動流体は、それぞれのピストン７．８を
その頂部死点中心位置からその底部死点中心位置に、駆
動する。

熱は、それぞれの加熱空間２３，２４内における作動流
体の膨張中に、各加熱器２９，３０から各加熱空間２３
．２４内の作動流体に供給される。

動力設備の作動周回は、それぞれのピストン７゜８から
離れて各ディスプレーサ−５，６が移動することにより
、膨張した作用流体が各加熱空間２３．２４からそれぞ
れの導管２７．２８を通ってそれぞれの冷却空間２５，
２６へ戻ることによって完了される。

各再生器３３，３４は、各加熱空間２３，２４からそれ
ぞれの冷却空間２５，２６へ移動される際の熱を作動流
体から取出し、それが各冷却空間２５．２６からそれぞ
れの加熱空間２３，２４に戻される際作動流体に回収す
る。

液体水素３７は、槽３８から加圧下に供給され導管３６
により冷却器に運ばれる。

冷却器内では水素は冷却空間２５内の作用流体と熱交換
関係にある。

冷却器３１により冷却空間２５内の作用流体から取出さ
れた熱は、肢体水素３７により冷却器３１内【こ吸収さ
れ、水素はそれによって液体状態からガス状態または水
蒸気状態に変換させられる。

蒸気体またはガス状の水素は、次いで導管４１を介して
燃焼室４２に供給され、その室中で水素ガスまたは蒸気
は空気取入口４８を介して供給された空気と共に燃焼さ
せられる。

全加熱燃焼ガスの一部は、熱供給管４９の支導管４６を
介して加熱器２９に運はれ、加熱器内でガスは加熱空間
２３内の作動流体と熱交換関係にある。

冷却された燃焼ガスは排出管４１を介して大気に排出さ
れる。

全加熱燃焼ガスの他の一部は、熱供給管４９の支導管５
０を介して加熱器３０に運ばれ、加熱器内では、そのガ
スは加熱空間２４内の作動流体と熱交換関係にある。

０却された燃焼カスは排出管５３を介して大気に排出さ
れる。

冷却水が導管５６を経て冷却器３２に供給され、その中
で冷却空間２６内の作動流体と熱交換関係に入れられる
。

冷却空間２６内の作動流体とこのような熱交換によって
加熱された水は、冷却器３２から水出口５５を介して排
出される。

第２図は図面の第１図に図示した動力設備の変形を図示
する。

図面中類似的な第１図と２図に示された動力設備の各部
は、同一参照数字で示しである。

以下の記載は第１図に示した動力設備に含まれていない
第２図に示した動力設備の各部分に対するものである。

その中で燃焼するため燃焼室４２に供給されるガス状ま
たは蒸気状水素は、冷却器３１の出口４０から一対の一
連連続熱交換器６８．７４を介して燃焼室４２ｔこ供給
されることによって燃焼室４２に達する前に加熱される
。

ガス状または蒸気状水素は、熱交換器６８の出ロア０か
ら導管７１を経てエンジン２の冷却器３２に供給される
冷却水と、熱交換器６８内で熱交換させられ、その冷却
水は熱交換器６８内の蒸気またはガス状水素と熱交換に
よって冷却される。

熱交換器６８の他の出ロア５から出るガス状または蒸気
状水素は、導管７６を経て熱交換器の入ロア７に供給さ
れ、その交換器の中で二つのエンジン１と２の加熱器２
９と３０から排出され、導管８２と８５を経て、熱交換
器７４のそれぞれの入口８３と８４に供給される燃焼ガ
スと熱交換させられる。

排出ガスは熱交換器７４の排出ガス出口８８を介して大
気に排出される。

熱交換器６８に供給される前に、冷却水は熱交換器６０
内の液体酸素５８と熱交換により冷却される。

貯蔵された槽５７から引出された液体酸素５８は、熱交
換器６０内の冷却水との熱交換によりガス化または蒸気
化される。

冷却水は水入口６１を通って熱交換器６０に供給される
。

ガス状または蒸気状酸素は、導管６３を経て熱交換器６
０から燃焼室４２に供給され、この室中で、空気取入口
４８を通して引出された空気と共に、燃焼室４２内の水
素の燃焼用オキシダントとしての役目をする。

第３図は図面の第１図に図示した動力設備の他の変形を
図示する。

類似した図面の第１図と３図に示された動力設備の各部
は、同一参照数字で示しである。

以下の記載は第１図に示された動力設備に含まれていな
い第３図に示された動力設備の各部に対するものである
。

第３図に示された動力設備は、構造上熱ガスエンジン１
と２に類似した第３熱ガスエンジンを含む。

熱ガスエンジン１００の構成部分は、熱ガスエンジン１
の対応部分を示す参照数字によって示されている。

燃焼室４２からの熱供給管４９は、第１図に示した動力
設備内にあるようなエンジン１の加熱器２９には連結さ
れていないが、支導管１０１によってエンジン１００の
加熱器２９に連結されている。

エンジン１の加熱器２９は、その人口４４が太陽熱交換
器１０３の出口１０２に連結されており、その出口４５
は太陽熱交換器１０３の人口１０４に連結されている。

太陽熱交換器１０３内の流体は、太陽エネルギーによっ
て加熱され、加熱された流体はエンジン１の加熱器に送
られ、そこで加熱された流体は再加熱のため太陽熱交換
器１０３に戻される前に、関連加熱空間２３内の作動流
体を加熱する。

その中で燃焼を行うため燃焼室４２に送られるガス状ま
たは蒸気状水素は、エンジン１の冷却器３１の出口４０
から一対の一連連結熱交換器１０５と１０６を介して燃
焼室４２に供給されることにより、燃焼室４２に到達す
る前に加熱される。

ガス状または蒸気状水素は、熱交換器１０５の出口１０
７からエンジン１００の冷却器３１に供給される冷却水
と、熱交換器１０５内で熱交換させられ、その冷却水は
熱交換器１０５内の蒸気状またはガス状水素との熱交換
により冷却される。

冷却水は水出口１２０を介してエンジン１００の冷却器
３１から排出される。

熱交換器１０５の他の出口１０８から出るガス状または
蒸気状水素は、熱交換器１０６の入口１０９に供給され
、そこでエンジン１００と２の加熱器２９と３０から排
出され、また導管１１１と１１２を経て熱交換器１０６
のそれぞれの入口１１３と１１４に供給される燃焼ガス
と熱交換させられる。

排出ガスは熱交換器１０６の排出ガス出口１１５を介し
て大気に排出される。

熱交換器１０５に供給される前に、冷却水は熱交換器１
１６内の液体酸素１１８との熱交換により冷却される。

冷却水は水入口１１９を介して熱交換器１１６に供給さ
れる。

貯蔵された槽１１７から加圧下に供給された液体酸素１
１８は熱交換器１１６内でガス化されるか、または蒸気
化される。

ガス状または蒸気状酸素は熱交換器１１６から燃焼室４
２に供給され、その室中で酸素は空気取入口４８を通し
て引出された空気と共に、燃焼室４２内の水素の燃焼の
ためのオキシダントとしての役目をする。

エンジン２の冷却器３２を通された冷却水は便宜上河水
でよい。

第２図と３図を参照して前記した動力設備では液体酸素
の代りに液体空気を用いてもよい。

熱交換器６０，１１６は、これら熱交換器を通る水の流
れの方向を考慮に入れて熱交換器６８，１０５の下流に
置いてもよい。

河水を、第３図に示した動力設備内のエンジン１の加熱
器２９に供給する太陽エネルギーによって加熱された流
体の代りに用いてもよい。

燃焼室４２に供給される蒸気状またはガス状酸素は、燃
焼室４２内の水素ガスまたは蒸気の燃焼を支えるのに十
分であるから、第２図と３図に示された動力設備では空
気取入口４８を燃焼室４２から省略することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２個の熱ガスエンジンを含む動力設備の略図。 第２図は第１図に示した動力設備の変形図。 第３図は３個の熱ガスエンジンを含む第１図に示した動
力設備の他の変形図。 図面中、符号１，２は「熱ガスエンジン」、３゜４は「
シリンダー」、５，６は「ディスプレーサ−」、７，８
は「ピストン」、９，１０は「中空ピストンロッドｊ、
ｌＬ１２は「ピストン連結ロッド」、１３．１４は「ク
ランク」、１５゜１６は「円板」、１７．１８は「ディ
スプレーサ−ロッド」、１９，２０は「ディスプレーサ
一連結ロッド」、２１，２２は「クランクケース」、２
３．２４は「加熱空間」、２５，２６は「冷却空間」を
それぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 再生熱交換装置を経て相互に連結された第１および
   第２作動流体空間と、相互に連結された前記作動流体空
   間の容積を変えるための往復動装置と、前記第１作動流
   体空間内の作動流体を加熱する加熱装置と、前記第２作
   動流体空間内の作動流体を冷却する冷却装置とからなる
   １つまたは多数の熱ガスエンジンと；動力設備で使用さ
   れる熱を発生するように構成された燃焼装置とを有する
   動力設備において：前記燃焼装置と前記エンジンのまた
   はエンジンの１つの冷却装置とが前記燃焼装置内での・
   燃焼に参加せしめるために流体を前記冷却装置から燃焼
   装置へ運ぶ導管装置によって相互に連結され、このよう
   に運ばれる流体は冷却装置における冷却流体として使用
   されたものであってこれ等の冷却装置において吸収しこ
   れ等の冷却装置が一部を形成しているエンジンの第２作
   動流体空間における作動流体から取出した熱によって物
   理的状態が変化したものであり；前記燃焼装置はエンジ
   ンまたはエンジンの少くとも第１のものの加熱装置と組
   合され動力設備が作動しているとき前記燃焼装置で発生
   した熱が前記組合された加熱装置に供給され前記組合さ
   れた加熱装置が一部を形成しているエンジンまたはエン
   ジンの各々の前記第１作動流体空間における作動流体を
   加熱することを特徴とする動力設備。