JPS5938406B2 - ロ−タリ−熱機関およびその作動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ロータリー外燃機関、すなわち、スターター
および、容積が変化する作動室によって特徴づけられる
ローターを有する型の機関であり、機関の駆動力となる
熱エネルギーを外部からその作動室に供給する機関に関
する。

特に、本発明は新規な運転サイクルを提供するものであ
る。

供給した熱エネルギーを有効な動力に変換するという高
い熱効率と、良好な出力対重量比率および出力対容積比
とを組み合わせた機関を作る試みが、数多くなされてい
る。

内燃機関は良好な出力対重量比を有しているが、熱効率
は比較的低い。

その内燃機関の内、ディーゼルエンジンは、約４０パー
セントという最良な熱効率を有するものとして、一般的
に知られている。

カルノー、スターリン、エリツクリン、サイクルに基づ
き、熱力学的により高い効率をもつ機関が作られてはい
るが、外部熱源により、早やかに効率良く作動気体が加
熱できるような、小型で効率の良い熱交換器を得ること
が問題となっており、商業的に成功するには到っていな
い。

蒸気機関は外燃機関としてよく知られているが、その出
力対重量比は、蒸気ボイラーやコンデンサーを別に必要
とするから、一般的に低くなってしまう。

また、蒸気機関は乾燥蒸気や他の乾燥蒸発性気体を作動
流体として用いる。

さらに、蒸気機関の効率はランキン・サイクルの限界に
よる制約を受ける。

以上の点に鑑み、本発明は、（イ）作動室の容積を最小
から最大まで、ローターの回転により変えることのでき
る作動室を持つローターを収納したスターターと、（ロ
）伝熱媒体を作動室の外部で、その媒体が液体状態にあ
るように圧力を加え、加熱するための熱交換器と、（／
つ作動室が最小容積に近くなった時、加熱された液状媒
体を作動室に噴射させることにより、その液状媒体が作
動する過程で自然に蒸発してしまうように噴射を制御す
る噴射装置と、に）作動室が最大容積に近くなった時、
作動室から伝熱媒体を排出するように制御する排出口を
持つスターター、とから構成される、伝熱媒体により機
関の作動室にエネルギーを供給するロータリー外燃機関
を提供するものである。

この機関は、一個以上のスターターと作動室を作る一個
以上のローターから構成することも可能である。

普通、スターターはローターが偏心的に設置された筒状
のボアを有している。

ローターは羽根が設けられ、スターターとローターの間
に三日月形の作動室を一個以上作る。

偏心ローターがスターターと伴に回転すると、各作動室
の容積は最小ら最大へと増加し、各回転ごとに再び最小
へと減少する。

本発明のこの構造は、羽根ポンプのそれに類似している
。

しかし、他の、スターターとローターの配置も可能であ
る。

特に、スターターは筒状の断面構造である必要はなく、
二、三、四、五あるいはそれ以上のローブ（突出部）を
設けたものでも良く、ローターも円形の断面構造を持た
ず、スターターと伴に作動室を構成するような複数のリ
ッジを有するものでも良い。

本発明の実施例では、ローターは筒状断面を有し、ロー
ターの回転時、ローターのある点とそれに対向するメタ
−ターのある点とで作られる空間（室）の変化に対応で
きるようにするため、二三の羽根をローターの溝に摺動
自在に取り着けるものであり、望ましくは、各々の羽根
はスターターの筒状のボアに抗して弾力的に附勢される
ための手段を設け、各作動室を密閉するようにする。

この附勢手段は合溝の底に設置し、各羽根の底と溝の底
の間で羽根を外方向に押し出す働きをするイルバネや板
バネのような、バネの形態が可能である。

望ましくは、密閉手段をローターとスターターの軸端の
間に設け、漏れを防ぐようにする。

この密閉手段は当業者公知のものであり、Ｏ環やラビリ
ンスシールが含まれる。

熱交換器は熱料バーナーから成り、燃焼気体が常圧下ま
たは常圧以上においてバーナーに供給される。

また、バーナーに圧縮した気体を送るためコンプレッサ
ーを設けることが望ましい。

このコンプレッサーは、機関そのものにより直接駆動さ
れる羽根またはタービンコンプレッサーか、バーナーの
燃料気体により駆動される過給機（ターボチャージャー
）のようなロータリーコンプレッサーである。

また、機関により駆動されるレシプロコンプレッサーを
用いることもできる。

噴射装置は、作動室に加熱前の液状伝熱媒体を噴射させ
るために設け、噴射された液状媒体の目的は、す早く効
率よく効果をあげるべくバーナーから作動室に熱交換を
可能とするためのものである。

液状伝熱媒体のいくらかは、作動室への噴射にともない
蒸気に転じる。

なお、本明細書中で使う術語を、混乱をさげるため、以
下のごとく明確にする。

伝熱媒体は液状または蒸気の状態で存在する。

湿潤蒸気という語は、噴射された媒体がその液体状態（
たとえば液滴）と蒸気状態に同時にあることを意味する
。

望ましくは、液状媒体は、たとえば狭い穴の管で作った
コイルのような小型の熱交換器のバーナーで加熱され、
高温、高子にする。

この狭い穴の管は高圧に耐えられるので、液状媒体を臨
界点まで加熱することが可能である。

熱交換率を高くする場合のような特別の時は、媒体をそ
の臨界点以上に温度も圧力もするように加熱することが
望ましい。

加熱、加圧された液状媒体はそれから作動室に噴射され
る。

伝熱媒体の内部エネルギーは、加熱されだ液滴状態から
液状の蒸気として速やかに作動室に伝達され、圧力が急
激に増大する。

作動室の蒸気は膨張し、（通常はポリトロープ的に、つ
まり、非断熱的で）ローターを駆動する。

作動室がほぼその最大洋種に達すると、蒸気と液状媒体
は作動室から排出される。

伝熱媒体は、水のような蒸気化可能な液体であり、その
一部は作動室への噴射で蒸気へ変わることができる。

つまり、加熱された蒸気と作動室の間の伝熱は極めて急
激である。

それゆえ、噴射液体は作動室において蒸気がその内部エ
ネルギーを機械作用へ変換可能とする単なる伝熱媒体と
してのみ働くように見える。

伝熱媒体は、熱交換器で最大の熱交換が行なえるように
、高い熱伝導性を持つことが望ましく、水、油、ナトｖ
ウム、水銀およびその混合物等から選ぶのが望ましい。

混合は作動室の内または外で行なわれる。

作動室に、それ自身は蒸気化される必要のない加熱され
た液状媒体の噴射により蒸気化されるような、蒸気化可
能な伝熱媒体を含ませておくこともできる。

機関の潤滑を補助するため、水はたとえば乳剤、分散剤
のように、油と混合するか、水と水溶液といった状態で
用いられる。

作動の間、伝熱媒体の蒸気化からの残余蒸気量や普通の
液体が作動室に常に存在することになる。

排出後の作動室中の残余液状媒体の残存は、圧縮サイク
ルで到達した圧力を減じるため望ましく、その詳細な理
由について後はど述べる。

つまり、いくらかの液状媒体が排出の後に、作動室に残
るようにスターターやローターを作ることが望ましい。

一般的に、これはスターターやローターに適当な望みを
設けることによって達成される。

液体が排出された時の作動室の圧力は、一般に大気圧（
１バール）より大きく、排出媒体は実質的に１バール圧
に減圧することが一般的に望ましい。

作動室が最小の容積となった時の圧力は、圧縮比によっ
て決定され、高い効率の際の圧縮比は一般的に１０：１
を越える。

しかし、この機関は５：１以下のように極めて低い圧縮
比で作動することもできる。

本発明は、伝熱媒体がその液体状態を保ち、作動室に導
かれるまでは蒸気化されることはない。

という点において蒸気機関とは区別される。

これは蒸気機関にとって顕著な差であり、たとえ蒸気機
関にフラッシュボイラーを用いても水は常に水蒸気の形
でシリンダーに導かれる。

事実、従来の蒸気機関においては水滴を除去するため水
蒸気を過熱状態にする必要があり、シリンダーの中に水
滴ができてしまうことから直接液状の水を蒸気機関のシ
リンダーに吹き込むことは不可能である。

しかし、本発明による機関においては、蒸気化するに必
要な蒸気化の潜熱を回収するための再凝縮量を減らすの
で、水の大部分は液滴として作動室にあることが望まし
い。

大部分の水は、液体状態で噴射され排出されるので、蒸
気化によるエントロピー増加は実質的にない。

蒸気機関のランキンサイクルにおいては、出力が排出水
蒸気を液状の水に再凝縮するように成されなくてはなら
ないので、この蒸気化は理想機関の効率に対し理論的な
限界を示すものである。

本発明においてはこれは不要であるので、液状の水を噴
射することによる内部エネルギーの消費は、はとんど有
効な仕事へと変換されることになる。

伝熱媒体の大部分は普通その状態を変えることはない。

それゆえ、本発明のサイクルの理論効率は、ランキン水
蒸気サイクルの効率より高いのである。

加熱された伝熱媒体は噴射以前に液体状態に保つ必要が
ある。

これはある一定の圧力下で温度が媒体の沸点を越えない
ようにする適切なセンサーを用いることによって成しと
げられるが、適切なサイズのオリフィスを、液状媒体を
加熱している熱交換器に接続し、媒体の流れが熱交換器
を介して保たれ、その液状媒体に加熱を施しても沸とう
することはないという事が分っている。

つまり、オリフィスのサイズを正確に選ぶことで、複雑
な温度、圧力検知器は不要となる。

もちろん、オリフィスは、液状媒体が作動室へ噴射され
るその噴射手段の部品として用いられることもある。

この機関の出力率の調整はバーナーにより供給される熱
量を制御することにより可能であり、たとえばバーナー
への燃料量を制御することにより一定の噴射率を維持し
たり、また、吐出量可変型ポンプを使うなどして、噴射
率を制御することからも同様の効果が得られる。

普通、伝熱媒体は作動室から排出された後、再び回収さ
れる。

排出媒体はいくぶん熱を持っており、再び熱交換器に導
いてその内部エネルギーを無駄なく使用することが可能
である。

このように、媒体は単に伝熱流体として働き、実質的に
使い切ってしまうというものではない。

水は望ましい伝熱媒体であり、バーナーにおける燃焼に
より作られた水を回収するための手段が設けられ、それ
によりバーナーの燃焼からの水が供給され、水を加えた
りする仕上げを必要としなくなってしまう。

バーナーへ供給する気体は、バーナー中で生じる燃焼プ
ロセスに加わることができ、また、酸素や、空気または
他の酸素含有気体、あるいは一酸化窒素のような燃焼を
補助することの可能な気体である。

また、炭化水素ガス、一酸化炭素または水素等のように
公知の燃焼性気体から選ばれる、それ自体可燃性の気体
がある。

バーナー用の燃料は、ガソリン、燃料油、液体炭化水素
または気体炭化水素、アルコール類、木、石炭、あるい
はコークス等の可燃性燃料から選ぶことができる。

種々の熱回収手段を用いる事が一般的に望ましく、機関
全体を断熱性のおおいで囲み、漂遊熱を取り出し、それ
を伝えるための熱交換器を設置し、たとえばバーナー用
燃料のプレ・ヒート（予備加熱）を行なう。

また、バーナーの燃焼排気ガス中の残留熱を回収するこ
とも望ましく、これはスプレー室をその排気ガスを通す
ことによって成され、そのスプレー室では液体（一般的
に機関に噴射されるものと同一の液状媒体）の流れがそ
の排気ガス中に噴霧される。

液状媒体が熱交換器を通る以前に、その沸点近くまで加
熱するように排気ガス中に噴霧することが望ましい。

また、水を用いる時は、バーナーからの水が排気ガス中
より凝縮され機関用に改めて水を供給することがないと
いう点から、水用のスプレー室やコンデンサーを用いる
事は利点がある。

普通、排出された伝熱媒体は蒸気を一定側合金み、この
蒸気をトラップで液体から分離し、燃焼ガスと伴にバー
ナーへ供給し、これにより燃焼ガスのプレヒートを行な
い同時に蒸気の濃縮を行なう。

本発明の機関の構造は内燃機関のような従来のものに比
らべるとかなり簡素化されており、作動室の中の温度も
一般的に低くなるので、作動室間の密閉も簡素化できる
。

本発明の機関では、たとえば内燃機関にくらべはるかに
低い温度で機関部に作動力が提供されることが明らかで
ある。

また、内燃機関は、シリンダー冷却や焼き付は防止のた
めの手段を必要とすることから、その熱効率は低い。

さらに、機関内の温度が、せいぜい２５０℃と、比較的
低いので、金属製のシリンダーを作る必要はなく、ポリ
テトラ、フルオル、エチレン（ＰＴＦＥ）、ガラス繊維
入りのシリコン樹脂、および工学上可能な他のプラスチ
ックスといった、プラスチック類はその価格や取り扱い
易さといった点から特に利が認められる。

熱伝導率の低いプラスチック材料を使った構造では、熱
が作動室に導入されるスターターの部分は比較的高温が
保たれ、それに反し、出口は比較的低温に保たれるとい
うことが確実に行なえる利点がある。

他に、断熱材料としては木やセラミック等が使用可能で
ある。

出力はローターに接続された軸によって機関から取り出
される。

機関は高速運転が可能であり、自動車に適した小型の動
力装置として理想的であることが容易に考えられる。

また、この機関は発電のような高速運転にも理想的であ
る。

蒸気機関との比較では、本発明の機関は、液体が液体状
態のまま極めて小さな熱交換器で加熱されるので大型の
高圧ボイラーが必要ではなく、はるかに小型のものとな
る。

また、水の循環用にトラップやスプレー室が望ましいが
、コンデンサーは必要としない。

内熱機関と比較して、作動室での出力へ変換する熱量や
燃料の燃焼から得られる熱量という点において、また内
燃機関では完全な燃焼がなかなか得られないという点か
らも、本発明の機関は熱効率がよりすぐれていると言え
る。

本発明の機関のバーナーパラメーターは、バーナー中の
燃料を、不完全燃焼や一酸化炭素等の汚染物を多量に出
さない程度に完全燃焼させれば良く、さほど厳格ではな
い。

公知のガス機関との比較では、本発明は大型のガス熱交
換器を小型の液体ヒーターへと交換できる。

次に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に述べる。

図１のロータリー外燃機関は、円筒状のボアを有するス
ターター１と、スターターの中に回転自在な円筒状のロ
ーター２を偏心的に設け、ローター上に摺動自在に設け
た、作動室Ｐを作る羽根３と、圧縮空気をトラップＴを
経てバーナーＢに供給するコンプレッサーＣ等の基本的
な構成を持つ。

機関はさらに、ヒーターＨに加圧した水を供給するため
のポンプＸと、バーナーＢからの燃焼排気ガス中に水を
噴霧し、排気ガスを冷却し洗浄し、水をプレヒートする
ためのスプレー室Ｓから構成される。

オプションのプレヒーター（予備加熱装置）ＰＨはバー
ナー用の燃料のプレヒートをするために設け、特に重い
燃料油に有効である。

トラップＴは作動室からの排出物から蒸気分と水分に分
離回収するためのものである。

大気ＡはコンプレッサーＣで圧縮されトラップＴを経て
バーナーＢに供給される。

最初、作動室Ｐは最大容積を持ち、矢印で示される方向
にローター２が回転すると作動室Ｐの容積は減少する。

作動室容積が実質的に最小になると加熱された液体が導
入口５２から噴射され作動室を熱する。

第１図の装置は伝熱媒体として、蒸発可能な流体である
水を使っているが、他の適切な蒸発性液体も使用できる
。

噴射水は高温であり、液体状態が維持できるように適切
な圧力下にある。

水が作動室Ｐに噴射されると、水の一部は直ちに蒸気化
し、それにより作動室の圧力が増大する。

さらにローター２が回転すると、動力を出力しながら蒸
気は膨張し、その温度も圧力も減少することになる。

圧縮比は１０：１〜２０：１の範囲が望ましく、たとえ
ば圧縮比１６：１である。

さらに回転が進むと、作動室Ｐは気体や液体をトラップ
Ｔへ排出する排出口５１に到達する。

さらにローター２の回転が進むと、サイクルは初めにも
どる。

排出口５１からの排出物には液体と蒸気が含まれており
、バッフル１０を有するトラップＴが、作動室Ｐからの
排出物から液体の水滴を回収するために設けられ、トラ
ップＴで乾燥飽和された蒸気はコンプレッサーＣからの
圧縮空気と混ぜられバーナーに送られる燃焼空気のプレ
ヒートをすることになる。

補充の水Ｗは必要に応じてトラップＴに供給される。

乾燥器りはオプションであり、トラップＴとバーナーの
間に設置し、凝縮した液体は経路７に沿ってトラップに
もどされる。

プレヒーターＰＨは経路８を通ってバーナーへ供給され
る燃料Ｆをプレヒートし、燃料ガスの凝縮で得た水は経
路９を経てポンプへ循環される。

次に、上記構成の機関の操作について説明する。

スプレー室Ｓからのプレヒートされた水は、高圧ポンプ
Ｘ（たとえば吐出形ピストンポンプ）によって狭い穴を
有する管によって作られた加熱コイルＨに供給される。

水はバーナーＢにより高温、高圧（たとえば３００℃、
８６気圧）に加熱される。

原理上、水は臨界温度、臨界圧（３７４℃、２２０．９
気圧）の上下、いかなる温度へも加熱できるが、水がい
かなる温度でも液体状態を維持できるように圧力は常に
設定される。

加熱され；加圧された水はそれから管５０、導入口５２
を介してスターター１の内部の穴へ導かれる。

導入口５２は、ある設定時間にどちらか一方が羽根３に
妨げられるように、並んで設けられ近接した一対のボー
ト５３に連絡し、これにより図４に示すようにローター
／スターター構造物の作動室に連続した流れを確実に供
給する。

ボート５３に連絡された作動室は圧縮され、いくぶん加
熱された残留水の蒸気と液体を含んでいる。

作動室に入れられると、加圧され、加熱された流体のう
ちの少量は即座に蒸気化し、実質的に一定の容積下では
作動室内の圧力が増加することになる（第５図、ｂ −
Ｃ線参照）。

加熱、加圧された蒸気は膨張しローター２を作動室が排
出口５１の所に来るまで矢印方向に回転させる。

これは第５図のｃ −ｄ線に対応し、体積の増加、圧力
と温度の低下を結果として得る。

排出物はトラップＴへ供給されバーナー用の空気のプレ
ヒートをする。

第２図は熱交換器の構造を示し、ヒーターとしての加熱
コイルＨとバーナーＢを組み合わせたものである。

この熱交換器は同軸の内部スリーブ６０、外部スリーブ
６１から成り、バーナーからの燃料ガス用の二重の経路
を形成している。

断熱材６４がこの熱交換器の外部周囲に設けられ、燃料
噴射口が、空気取り入れ口から取り入れられた空気Ａ中
で燃料Ｆの燃焼を行なわせるため設けられている。

水は、内コイル６２、外コイル６３から成る加熱コイル
Ｈの中を図の矢印の方向に流れ、バーナーの最も高い温
度に近い部分で内コイル６２から外へ導かれる。

加熱し加圧された水は、管５０を通り作動室Ｐへ噴射さ
れることになる。

ヒーターには、加熱コイルＨの中にある液体が蒸気化せ
ず常に液体状態を維持するように、適切な温度および圧
力検知装置を設ける。

しかし、蒸発を避けるように温度や圧力を注意深く監視
する必要が実用上はないことが知られている。

つまり、設置された加熱コイルＨは液体が連続的に通過
する孔（すなわち、ポート５３）に常に連絡しており、
加熱コイルＨの中でさらに加熱を加えると温度や圧力が
増加するが、少なくとも水の場合は液体が沸騰すること
がないという事が発見されている。

もちろん、その孔（またはポート５３）が必要な圧力を
維持するに適した大きさにされる必要があるが、これは
当業者が適切な実験を通じて知り得る。

すなわち、機関の出力率はバーナーＢによ２てもたらさ
れる熱量を制御することにより簡潔に調整される。

第３図は、バーナーＢからの燃焼排気ガスを冷却し洗浄
するためのスプレー装置ヲ示し、これにより燃焼による
燃と水分のいくらかを回収する。

漏斗１８を内部に設けたスプレー室１７から構成され、
水がスプレー４１により高温排気ガスを通してその漏斗
上に噴霧される。

排気ガスは導入口１９を経て導かれ、冷却ガスとして排
気口２０から排出される前にスプレー室を正接的に回っ
て流れるように設定される。

それから燃焼排気ガスは噴霧中を通り、漏斗１８の入部
孔からカーテン状に落下してくる水を通り抜ける。

その排気ガスは望ましくは１００℃以下に冷やされ、ト
ラップＴからの水蒸気の蒸発潜熱を回収しバーナー中の
燃焼により作られた水も回収する。

実質的に１００℃の水が排出口２１を通って排出され、
計量ポンプＸで熱交換器へ送られる。

必要に応じ、スプレー室の底にある水量を一定に保つた
め冷水Ｗをボールコック４０を経てスプレー室に供給す
ることも可能である。

循環ポンプＲとそれに組合わされた送水管が水を噴霧中
に循環させるために設けられ、その水の沸点まで上昇さ
せる役割をするのであるが、実用上、もし排気ガスを１
００℃以下に冷やすのであれば、水は、たとえば５０°
Ｃという低い温度で排出口２１を通って送り出される必
要がある。

第４図は、ローター／スターター装置の構造を詳細に示
したものである。

数百度Ｃの温度に対しては、この装置は軽量にでき比較
的安価に製造可能な適切なプラスチックにより作ること
ができる。

しかし、より高い熱効率やそれによって、さらに高い温
度が必要とされる時＆入金属のような他の適した物質が
使用される。

ローター２はスターター１の円筒状のボアの中に偏心的
に設置され、従来の密閉手段をボアの端に着けてロータ
ーとスターターを密閉する。

ローター２上の各羽根３は合溝５４の中に摺動自在に設
けられ、溝の底部に配置したコイルバネか板バネ等のバ
ネ５５（−箇だけ図示）により羽根は外方向へ附勢され
る。

コーターは、回転軸（図示せず）に設置され、その軸は
スターター４の外へ延長され動力を伝える。

作動室へ加熱および加圧された液体を供給するための導
入口５２はスターターの円筒状のボアの端末表面に設け
た隣接した一対のポートに通じている。

この一対のポート５３の使用は、一方のポートが羽根３
の端に妨害されていても、他のポート５３を通じて噴射
されるべき液体が連続的に供給され、ヒーターＨからの
液体の連続した流れを確実にする。

これにより、高圧液体の爆発的な噴射は避けることがで
き、液体は、作動室が導入ポート５３の前にあろうとな
かろうと、導入口５２を通して連続的に流れる。

排出口５１がスターターの内部ボア中に開いており、ロ
ーターの回転中順に各作動室Ｐから排出を行なう。

第４図の構造も、加熱、加圧された液体導入口５２の近
くのスターターの温度をできる限り高く保ち熱を作動室
に導く時に高温であることを確実にするのと同時に、排
出口５１を排出温度が下がるようにできるかぎり低温に
維持することが望ましいという点に関して有利である。

これは、作動室に供給された熱から引き出された仕事の
熱効率を向上させることになる。

スターター１に低い熱伝導率のプラスチック材料のよう
な物質を用いることは、一方の排出口５１と他方の加熱
液体導入口５２０間にある高い温度差を可能とするもの
である。

第５図は、第１図の機関の熱力学的作用を理論化して示
したものである。

第６図は従来の２行程機関の作用との比較を示すもので
ある。

特定の理論に限定された方法でということはなく、機関
の作用は以下のように表わされると考えられる。

第５図はＰＶ、ＴＳ線図である。

噴射水を蒸気に変えることはほとんどなく、大部分は水
滴として液相の中に残っている。

常時、作動室の中には残留液および蒸気の残存気体があ
る。

まず第一に、残存水蒸名は各作用サイクルの間に熱を吸
収し消費して、それにより仕事を行なう気体状の作動流
体と考えることができる。

作動室は、また残留液も含んでいる。作動室の中の水蒸
気はａ −ｂ線のように圧縮され、この圧縮は作動室中
の残留水の蒸発のため、等エントロピー的ではない。

圧縮の間の、この残留液の蒸発は、蒸気のエントロピー
の減少を招く。

もし、作動室中に残留液がなければ、水蒸気の断熱圧縮
がＴＳ線図中のａ−ｂ線を垂直にする、つまり水蒸気は
過熱状態になる。

しかし、液状の水の存在下、水蒸気が過熱状態になると
いう傾向は、いくらかの液体の蒸発によって相殺される
ことになる。

すなわち、ａ−す線は、水に対する図中点線で示される
エントロピードーム上を、乾燥飽和蒸気線として進むこ
とになる。

一定体積で加熱、加圧された液状の水が、作動室より高
い温度で、Ｐ点にて噴射され、少量の水分は蒸発し圧力
はＰｂからＰ。

へ−） −ｃ線に沿って増加する。

乾燥飽和蒸気の温度Ｔも、乾燥蒸気のエントロピーがＣ
点へ減少すると同時に増加する。

ローターが回転するに従い、湿潤水蒸気はＣ−ｄ線に沿
って膨張するが、加熱水滴の存在により膨張は断熱的で
はなく液状の水からの熱伝導によりポリトロピック的で
あり、ＰＶ線図のｃ −ｄ線は平担になる。

又、この膨張はＴの降下を起こし、エントロピーＳを少
量増加させる。

作動室からの排出により、作動室の圧力はｄ−ａ線のよ
うに降下する。

ＴＳ線図の、ａ’−ｂ’−ｃ−ｄは液状の水によるサイ
クルを表わす。

すなわち、液状の水は加熱コイル中でａ／ Ｂ／凹曲
線ように加熱され、ｂ′において作動室に噴射される。

すると、液状の水の温度は噴射後ｂｌ−ｃのごとく下降
し、液体と蒸気は平衡状態となる。

典型的な作動例は以下のとおりである。

ａ点の圧力Ｐ は１．２バールで温度Ｔａは３７８Ｋ（
１０５℃）である。

圧縮比が１６：１で、ｂ点の圧力Ｐｂでは約２２バール
、４９０Ｋ（２１７℃）に上昇している。

５７３Ｋ（３００℃）、８６バールの液状の水はｂ点で
作動室に噴射され、少量が蒸発する。

典型的な１５馬力の出力に対しては約５ ｍｌの水が噴
射される。

この時、ｂ−ｃのように圧力が上昇しく例えばＰ。

−３０バール）、加熱された水の噴射により温度も上昇
する（Ｔｏ＝５０７Ｋ（２３４℃））。

もし、水が圧縮された水蒸気と同じ温度ならば、ＴＳ線
図のｂ−Ｃ曲線は水平である。

シリンダー中の元来からある水蒸気のｌ） −Ｃ曲線に
沿ったエントロピーの減少は、液体状態の水の噴射によ
って起こされるものであり、作動室が拡大するに従って
、気体状の水はｃ −ｄのごとく膨張し圧力Ｐｄが約２
バールとなり、理論温度Ｔｄは約３９３Ｋ（１２０℃）
となる。

水蒸気と液体水分は作動室から排出されｄ −ａ線のご
とく温度、圧力を減少させ、作動室内の蒸気のエントロ
ピーを増加させる。

第６図は比較用の従来の２行程サイクル機関を示すもの
である。

空気がａ点で導入され、断熱的およびａ −ｂ線のごと
く等エントロピー的に圧縮される。

本発明のサイクルにくらべ、ｂ点の温度は大きく、ａ
−ｂ線の傾きは急である。

本発明のサイクル中の作動室内の液状の水の存在は、圧
縮の際、液状の水を蒸発させるのにエネルギーが必要と
されるのでａ −ｂを平担化する。

それから、２行程サイクル機関は、燃料がシリンダー内
で燃焼し、圧力、温度、ｂ−ｃのエントロピーが増加す
る。

本発明においては、少量の液体が蒸発化するので圧力は
若干上昇し、作動室内の水蒸気分の温度が上昇する。

しかし、従来装置ではｂ −ｃ線のごとくエントロピー
の増加があるが、本発明では噴射に伴い液状の水の追加
があるので作動室内の水蒸気分のエントロピーは減少す
る。

その後、断熱等エントロピー的な膨張がｃ −ｄ線のご
とく生じ、本発明の装置の作動室内の加熱された液状の
水は加熱されるのをやめ、従来例にくらべ２７曲線は平
担になる。

本発明のサイクルの高い熱効率は、従来の２行程サイク
ルが排気ガスを高温、高圧でシリンダーから排出するの
に対し、少量の蒸気と液状の水のみを排出することの差
にある。

つまり、液状の水を作動室へ噴射し、排出するからであ
る。

噴射後の液状の水の大部分は液体状態で残り（蒸発した
若干量の水分は無視する）、蒸発による重大なエントロ
ピーの増大は生じることもなく、噴射水によって失った
内部エネルギーは、はぼ完全に有効な出力へ変換される
。

作動室の壁に残っている液状の水の水滴の存在は、再び
サイクルが始まるにあたってすでに必要とされる残留水
蒸気が用意されていることを意味するものである。

ａ−Ｃ曲線は行程が終了する際の排出弁の開放を表わす
ものである。

上述の外燃機関は非常に高い熱効率を可能とし、理論的
に、冷えた空気Ａと冷えた水Ｗ（必要に応じ）をその機
関内に導き、冷い排気ガスが出されるわけである。

それゆえ、バーナーにより作られた熱のほとんどは仕事
へと変換されることになる。

実用上、５０から８０％の効率が見込まれる。

本発明の機関は、弁を必要とせず、しかも強度の高い材
料も必要ではないので、簡素な構造にすることができる
。

高回転速度が得られるので、高い出力対重量比を必要と
する車輌等に適用する理想的なロータリー外燃機関を提
供する。

つまり、本発明のロータリー外燃機関は内燃機関に匹敵
する出力対重量比と出力対容積比を持ち、しかも秀れた
熱効率を有する。

さらに、最適条件にバーナーの燃焼状態を合わせること
ができるので、燃料を二酸化炭素と水に、はぼ完全燃焼
させることができ、それゆえ燃焼排気ガス中の一酸化炭
素や不完全燃焼の不純物の発生を避けることができる。

特に、燃焼は実質的に大気圧下で行なうよう設定される
ので、燃焼プロセスの間で酸化窒素を発生させないよう
にできる。

ゆえに、本発明の機関は、熱効率に関してだけでなく汚
染物の発生に関しても内燃機関より改良されたものであ
ると言える。

さらに、本機関は燃料として、たとえばガソリン、燃料
油、気体状または液状の炭化水素（メタン、ブタン、プ
ロパンを含む）、アルコール、さらに石炭のような固体
燃料でさえも、はば広く多種多様に使用し得るのである
。

バーナーのパラメーターは、実質的に完全燃焼し、汚染
のない燃焼が確実に行なえるように調節される。

また、本発明の機関は従来の内燃機関にくらべ、はるか
に静かに運転させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるロータリー外燃機関の概略図、第
２図は第１図の機関の熱交換器の断面図、第３図はバー
ナーからの燃焼排気ガスを冷却するためのスプレー装置
を示す概略図、第４図は第１図の機関のスターターとロ
ーター装置の部分断面図、第５図は本発明のローター外
燃機関に関する圧力−容積（ＰＶ線）と温度−エントロ
ピー（ＴＳ線）の関係を表わした図表、第６図は、従来
の２行程サイクル内燃機関のＰＶ線とＴＳ線を比較のた
めに示した図。 １・・・・・・スターター、２・・・・・・ローター、
３・・・・・・羽根、７ 、８ 、９・・・・・・経路
、１０・・・・・・バッフル、１７・・・・・・スプレ
ー室、１８・・・・・・漏斗、１９・・・・・・導入口
、２０・・・・・・排気口、２１・・・・・・排出口、
５０・・・・・・管、５１・・・・・・排出口、５２・
・・・・・導入口、５３・・・・・・ポート、５４・・
・・・・溝、５５・・・・・・バネ、６０・・・・・・
内部スリーブ、６１・・・・−・外部スリーブ、６２・
・・・・・内コイル、６３・・・・・・外コイル、Ｐ・
・・・・・作動室、Ｔ・・・・・・トララフ、Ｂ・・・
・・・バーナー、Ｃ・・・・・・コンプレッサー、Ｒ・
・・・・・ヒーター、Ｘ・・・・−・ポンプ、Ｓ・・・
・・・スプレー室、ＰＨ・・・・・・プレヒーター、Ｄ
・・・・・・乾燥器、Ｒ・・・・・・循環ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 伝熱媒体によりエネルギーが機関の作動室へ供給さ
   れるロータリー外燃機関において、スターターと、該ス
   ターター内のローターと、該スターターと該ローターに
   より作られる作動室と、該作動室の容積は該ローターが
   最小容積から最大容積へと回転することにより変化可能
   であり、該伝熱媒体を液体状態に保つことのできる圧力
   において該作動室の外部で加熱するための熱交換器と、
   該熱交換器は該伝熱媒体を受は入れるための導入口と加
   熱した該伝熱媒体を送り出す送り出し口を持ち、該送り
   出し口に連通し、作動室がその最小容積に近くなった時
   作動室中に液状の該伝熱媒体を噴射するための噴射装置
   と、該作動室がその最大容積近くになった時該作動室か
   ら該伝熱媒体が排出されるように制御される該スタータ
   ーからの排出口とから成ることを特徴とするロータリー
   外燃機関。 ２ 該熱交換器は、伝熱媒体を収納する少なくとも一本
   の管とその管の中の伝熱媒体を加熱する燃料バーナーか
   ら成り、該伝熱媒体は液相に保持されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の外燃機関。 ３ 該熱交換器は、内側コイルと外側コイルが共軸状に
   形成された管と、該内側コイル中にバーナーを設置し、
   それによりバーナーからの熱燃焼排気ガスが該内側コイ
   ル中を通過しその後内側コイルと外側コイルの間を通過
   することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の外燃
   機関。 ４ 空気はロータリーコンプレッサーにより、バーナー
   に供給することを特徴とする特許請求の範囲第２項、ま
   たは第３項記載の外燃機関。 ５ 該スターターとローターは、少なくとも部分的には
   、プラスチック、繊維強化樹脂、木、セラミック等から
   成るグループから選択する断熱性物質から形成されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の外燃機関。 ６ 該ローターはスターター内部と共に複数の作動室を
   作る複数のリッジを有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の外燃機関。 ７ 該スターターは、ローターと共に複数の作動室を作
   る複数のロープ（突出部）を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の外燃機関。 ８ 該スターターの内部は円筒状であり、ローターは偏
   心的にその中に設置され、作動室を作る放射状に伸びる
   複数の羽根を有し、各羽根は放射外部方向に附勢され該
   スターターの円筒状内部表面と密閉状態を作ることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の外燃機関。 ９ 該噴射装置は、ローターが回転している時少なくと
   も一つが、常に該ローターに塞がれないように互いに円
   周上に距離を隔てて配置された二つの導入口を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の外燃機関。 １０ 該排出口は該噴射装置から実質的に１８０゜回
   転した位置に設置されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の外燃機関。 １１ 該排出口は、該作用空間の容積が最大になる所
   で該作動室と連通ずる、円筒状の壁の中に作られたポー
   トから成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の外燃機関。 １２ 少なくとも１０：１の圧縮比を有する特許請求
   の範囲第１項記載の外燃機関。 １３ 排出された伝熱媒体を該円筒から集めるための
   該排出口に連通し、伝熱媒体を熱交換器へ循環させるよ
   うに連通している循環手段をさらに含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の外燃機関。 １４ 該循環手段は実質的に大気圧と同じ圧力で操作
   可能な閉じた糸であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１３項記載の外燃機関。 １５ 該循環手段は、スターターの排出口に連絡する
   伝熱媒体用の導入口と、空気用の導入口と、熱交換器の
   バーナーへ空気と伝熱媒体を供給するための排出口と、
   熱交換器へ連絡する液状の伝熱媒体用の排出口とを有す
   るトラップから成ることを特徴とする特許請求の範囲第
   １３項又は第１４項記載の外燃機関。 １６ 噴射装置はスターターの内部へ液状媒体を連続
   的に噴射し得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の外燃機関。 １７ 作動室に噴射される液状伝熱媒体の容積を制御
   することにより機関の出力率を制御し得る速度制御手段
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の外燃機関。 １８ 該速度制御手段は吐出量可変型ポンプであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１７項記載の外燃機関。 １９ 熱交換器は、作動室へ噴射する液状伝熱媒体の
   温度を制御することにより機関の出力率を制御し得る速
   度制御手段を有し、該速度制御手段はバーナーへ供給す
   る燃料を制御することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の外燃機関。 ２０ スターターとローターは、伝熱媒体の排出後い
   くらかの液状媒体が作動室内に残留するように作られて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の外燃
   機関。 ２１ スターターは液状媒体を保持するため窪みを設
   けることを特徴とする特許請求の範囲第２０項記載の外
   燃機関。 ２２ ローターは、液状媒体を保持するため窪みを設
   けることを特徴とする特許請求の範囲第２０項記載の外
   燃機関。 ２３ 大気圧下の水の沸点より高い温度で加熱（過熱
   状態）、加圧された液状の水により熱エネルギーが機関
   の作動室へ供給されるロータリー外燃機関において、ス
   ターターと、該スターター内のローターと、該スタータ
   ーと該ローターにより作られる作動室と、該作動室の容
   積は該ローターが最小容積から最大容積へと回転するこ
   とにより変化可能であり、大気圧下の水の沸点以上の温
   度に該液状の水を該作動室の外側で加熱するための熱交
   換器で、その熱交換器は（１）液状の水受は入れ用の導
   入口と加熱した水の送り出し用の排出口と、（２）該液
   状の水を収納するための一以上の管と、（３）少なくと
   も一本の管に該液状の水加熱用に配置した燃料バーナー
   を有し、該過熱状態の水を液体状態に維持するための該
   熱交換器の少なくとも一本の管に接続した加圧手段と、
   該スターターに設置され過熱状態および加圧された液状
   の水を受は入れるため熱交換器の排出口に接続した噴射
   装置で、該噴射装置は、作動室の容積が最小近くなった
   時作動室内に過熱状態および加圧された液状の水を噴射
   し、それにより該水の少なくとも一部分が自然に蒸発す
   るように設定されており、作動室の容積がその最大に近
   づいた時作動室から冷えた水を大部分は液体状態で排出
   するように制御されたスターターの排出口と、から成る
   ことを特徴とするロータリー外燃機関。 ２４ スターターとローターにより作られる作動室に
   伝熱媒体によりエネルギーを供給するロータリー外燃機
   関において、 （１）作動室の容積が減少する圧縮サイクルで、作動室
   内にある気体状の伝熱媒体を圧縮すること、（２）作動
   室の外部で、伝熱媒体が液体状態を保っていられるよう
   な圧力下で加熱した伝熱媒体を作り出すこと、 （３）該加熱した伝熱媒体を作動室内の気体状の媒体中
   に噴射させ、それにより該伝熱媒体の少なくとも一部が
   自然に蒸発し、作動室内の内部エネルギーを上昇させる
   こと、 （４）膨張サイクル中で、作動室の容積を増加させるこ
   とによりローターを駆動すること、 （５）作動室から伝熱媒体を排出させ、また該作動室内
   に残留伝熱媒体を残させること、 から成ることを特徴とするロータリー外燃機関の作動方
   法。 ２５ 伝熱媒体は、水、油、ナＨウム、水銀およびそ
   れらの混合物から成るグループから選択することを特徴
   とする特許請求の範囲第２４項記載の作動方法。 万 圧縮サイクル時、作動室は液体状態と気体状態の伝
   熱媒体を含むことを特徴とする特許請求の範囲第２４項
   または第２５項記載の作動方法。 ２７ 少なくとも作動室から排出された伝熱媒体のい
   くらかは、液体状態であることを特徴とする特許請求の
   範囲第２４項記載の作動方法。 ２８ 加熱された液状伝熱媒体はその臨界点より上ま
   たは下の温度と圧力を有し、大気圧下の沸点よりは高い
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２４項記載の作動方
   法。 ２９ 排出後の排出伝熱媒体は実質的に１気圧の圧力
   であることを特徴とする特許請求の範囲第２４項記載の
   作動方法。 ３０ 噴射された液状媒体の大部分は突き当たりの空
   間に噴射された後、液体状態のまま残ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２４項記載の作動方法。 ３１ 噴射された液状媒体は、噴射時の作動室の温度
   より高いことを特徴とする特許請求の範囲第２４項記載
   の作動方法。 ３２ 加熱された液状媒体は連続的に噴射されること
   を特徴とする特許請求の範囲第２４項記載の作動方法。 ３３ 伝熱媒体は水であり排出水は機関に循環させ、
   燃料空気混合バーナーにより該媒体に熱が供給され、循
   環水の損失に対してはバーナーからの燃焼排気ガスを凝
   縮して得られる水を補給することを特徴とする特許請求
   の範囲第２４項記載の作動方法。 ３４ 熱エネルギーは、同じ上限温度と下限温度の間
   の仕事に関してランキンサイクルの理論効率より高い効
   率で有効な動力へ変換されることを特徴とする特許請求
   の範囲第２４項記載の作動方法。