JPS6013905A - エクセルギ−エンジン - Google Patents
エクセルギ−エンジンInfo
- Publication number
- JPS6013905A JPS6013905A JP12169183A JP12169183A JPS6013905A JP S6013905 A JPS6013905 A JP S6013905A JP 12169183 A JP12169183 A JP 12169183A JP 12169183 A JP12169183 A JP 12169183A JP S6013905 A JPS6013905 A JP S6013905A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- gas
- heat
- temperature
- compressor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は熱機関に関する。
石炭や石油の燃焼ガス、或は温水等が持っている熱エネ
ルギーは顕熱といわれるものであるが、これを理想的に
機械的エネルギーへ変換するには一段のカルノーサイク
ルでは難しい。本発明は熱媒体への伝熱と共に、熱源物
質の温度が低下する顕熱から理想的に機械的エネルギー
を取り出す事を目的とする。
ルギーは顕熱といわれるものであるが、これを理想的に
機械的エネルギーへ変換するには一段のカルノーサイク
ルでは難しい。本発明は熱媒体への伝熱と共に、熱源物
質の温度が低下する顕熱から理想的に機械的エネルギー
を取り出す事を目的とする。
大気中にある燃焼ガスが持っている熱エネルギーは、放
熱によって時間の経過と共に温度が下って行くが、この
温度の低下を伴う熱を全て受熱してことごとく機械的エ
ネルギーにするには、第１図の様な指圧線図で示される
所のエクセルギーサイクルしかない。
熱によって時間の経過と共に温度が下って行くが、この
温度の低下を伴う熱を全て受熱してことごとく機械的エ
ネルギーにするには、第１図の様な指圧線図で示される
所のエクセルギーサイクルしかない。
この図に於てｐは作業ガスの圧力、Ｖは比容積を表わす
。このサイクルは１→２が等温圧縮、２→３が等圧加熱
、３−１が断熱膨張の３つの行程の組立てで成り立つ。
。このサイクルは１→２が等温圧縮、２→３が等圧加熱
、３−１が断熱膨張の３つの行程の組立てで成り立つ。
このサイクルをＴＳ線図で表わすと第２図の様になる。
但しＴは作業ガスの絶対温度。Ｓはエントロピーを表わ
す。
す。
先づ顕熱の受熱の方法であるが、第３図の様な向流形の
熱交換器を使う。
熱交換器を使う。
伝熱管■の中は加熱用の熱源である燃焼ガスや熱水を通
し、外筒■内は作業ガスを通す、熱源の方ば■から入っ
て■へ出る。一方作業ガスは■から入って■へ出て来る
様にし、それぞれの流れが対向する方向に流れる様にす
る。
し、外筒■内は作業ガスを通す、熱源の方ば■から入っ
て■へ出る。一方作業ガスは■から入って■へ出て来る
様にし、それぞれの流れが対向する方向に流れる様にす
る。
この場合、熱源側の物質と作業ガスの温度の分布は第３
図の下側に示すグラフの様になる。
図の下側に示すグラフの様になる。
作業ガスは熱源より受熱して、入口でＴ１であった温度
が出口ではＴ２に迄高まる。
が出口ではＴ２に迄高まる。
一方熱源物質の方は入口でｔｌであった温度が作業ガス
に伝熱する事によって、ｔ２に下って出て来る。
に伝熱する事によって、ｔ２に下って出て来る。
今この熱交換器を完全に保温して置けば、加熱ガスが温
度ｔ１からｔ２になる迄に放出する熱は全て作業ガスに
伝熱される。なお温度ｔ２とＴ、ｔ、とＴ２の差は伝熱
落差で、伝熱時間と伝熱面積を大きく取れば取る程その
差は縮める事が出来る。
度ｔ１からｔ２になる迄に放出する熱は全て作業ガスに
伝熱される。なお温度ｔ２とＴ、ｔ、とＴ２の差は伝熱
落差で、伝熱時間と伝熱面積を大きく取れば取る程その
差は縮める事が出来る。
この様に作業ガスが熱交換器を通過する間に受熱した熱
を全て機械的エネルギーに変換する為に第４図の様なメ
カニズムを考える。
を全て機械的エネルギーに変換する為に第４図の様なメ
カニズムを考える。
膨張シリンダー■内に給気弁［相］から熱交換器で温度
Ｔ２迄加熱した高圧空気を導入する。
Ｔ２迄加熱した高圧空気を導入する。
給気弁［相］はクランク軸■と１対１の歯車［相］で連
結した給気カム０によって開閉する。この給気はピスト
ン■が上死点にある所から始めて、あらかじめ設計され
た給気量が満される線［相］の新造ピストン■が来た所
で閉じる様になるが、このタイミングの調節はカム０の
形状で決まる。給気されたガスはピストン■が下降する
と共に断熱膨張して、圧力及び温度が低下するが、この
場合の指圧線図は左側に示したグラフの様になる。
結した給気カム０によって開閉する。この給気はピスト
ン■が上死点にある所から始めて、あらかじめ設計され
た給気量が満される線［相］の新造ピストン■が来た所
で閉じる様になるが、このタイミングの調節はカム０の
形状で決まる。給気されたガスはピストン■が下降する
と共に断熱膨張して、圧力及び温度が低下するが、この
場合の指圧線図は左側に示したグラフの様になる。
排気側の圧力をｐｌ、温度をＴ、とすると、圧力ｐ２、
温度Ｔ２の給気ガスは体積ｖ３だけ給気された後、給気
弁［相］が締切られると同時に断熱膨張を開始し、圧力
及び温度は低下が始まる。
温度Ｔ２の給気ガスは体積ｖ３だけ給気された後、給気
弁［相］が締切られると同時に断熱膨張を開始し、圧力
及び温度は低下が始まる。
ピストン■のストロークを充分大きく設計しておくと、
圧力及び温度がｐ、、Ｔ、に達しても下死点に達せず、
そのま＼ではピストン■が下死点に達し力がｐ８以下に
なると排気側からガスが流入し、ｐｌを保つ様にする。
圧力及び温度がｐ、、Ｔ、に達しても下死点に達せず、
そのま＼ではピストン■が下死点に達し力がｐ８以下に
なると排気側からガスが流入し、ｐｌを保つ様にする。
この様なメカニズムにするのは、圧力ドが加熱温度Ｔ２
によって変化した場合、膨張体積Ｖ、が変化しても、完
全にｐ１迄膨張が出来る様にする為である。
によって変化した場合、膨張体積Ｖ、が変化しても、完
全にｐ１迄膨張が出来る様にする為である。
ピストン■が下死へに来た時、排気カム■によって開閉
する排気弁０を開き、ピストンが上死点に達して排気が
完全に終る逸聞いている。そして排気弁■の閉止と同時
に給気弁［相］が開き同じサイクルを繰返す。
する排気弁０を開き、ピストンが上死点に達して排気が
完全に終る逸聞いている。そして排気弁■の閉止と同時
に給気弁［相］が開き同じサイクルを繰返す。
この場合作業ガスのする仕事はａｂｃｄで囲まれる面積
に相当し、１サイクル当り体積ｖ３のガスが使われる。
に相当し、１サイクル当り体積ｖ３のガスが使われる。
次に圧力Ｐい温度Ｔ１になったガスを、熱交換器で受熱
させる状態にする為に、温度はＴ、の捷＼、圧力だけを
ｐ２迄高め庁ければならない。詰り等温圧縮をする必要
がある。
させる状態にする為に、温度はＴ、の捷＼、圧力だけを
ｐ２迄高め庁ければならない。詰り等温圧縮をする必要
がある。
ガスを等温圧縮するには圧縮過程に於て発生するジーー
ル熱を全て外部へ放出しなければならない。
ル熱を全て外部へ放出しなければならない。
その為には圧縮速度を極力落し、シリンダーの放熱面積
を出来るだけ多くなる様な設計にする必要がある。そこ
で第５図の様なメカニズムを考える。
を出来るだけ多くなる様な設計にする必要がある。そこ
で第５図の様なメカニズムを考える。
シリンダ゛−［相］は冷却面積を多くする為に、細いシ
リンダーに細分化し、ピストンＯもそれに合せる。
リンダーに細分化し、ピストンＯもそれに合せる。
作動は一般の往復動圧縮機と同じ様に、吸入弁［相］か
らガスを吸入して、吐出弁［相］から吐出する。その場
合の指圧線図は左側のグラフの様になる。
らガスを吸入して、吐出弁［相］から吐出する。その場
合の指圧線図は左側のグラフの様になる。
シリンダーナの外側は冷却装曾［相］を設け、ジーール
熱を全て吸収し、ｉ→ｈの過程が等温圧縮になる様にす
る。
熱を全て吸収し、ｉ→ｈの過程が等温圧縮になる様にす
る。
しかるに、一つの熱機関として機能させるメカニズムに
するには、第３図、第４図、第５図の装置が一体になら
なければならないが、圧縮機のピストン＠の往復運動は
クランク軸＠の回転運動を極めて低速にさせる事になり
、一方圧縮機の方は断熱膨張をさせる為高速回転をしな
ければならないので、両方のクランク軸■と＠は直結す
る事は出来ない。又圧縮機と膨張機及び熱交換器で作ら
れる作業ガスの循環回路の中で滞流があってはならない
。
するには、第３図、第４図、第５図の装置が一体になら
なければならないが、圧縮機のピストン＠の往復運動は
クランク軸＠の回転運動を極めて低速にさせる事になり
、一方圧縮機の方は断熱膨張をさせる為高速回転をしな
ければならないので、両方のクランク軸■と＠は直結す
る事は出来ない。又圧縮機と膨張機及び熱交換器で作ら
れる作業ガスの循環回路の中で滞流があってはならない
。
詰り、圧縮機から吐出されるガスと、膨張機で使うガス
の量とバランスしなければならないという基本的な問題
と解しなければ熱機関として機能しない。
の量とバランスしなければならないという基本的な問題
と解しなければ熱機関として機能しない。
そこでこれを機能させる方法を考えると、第６図の様な
ダイヤグラムで表わされるメカニズムに々出する。この
タンクはガスの吐出時の圧力の脈動を緩和させる事が目
的のクッションタンクで、ピストン＠のストローク体積
の１０倍以上にする。高圧化したガスは熱交換器内で加
熱されて温度Ｔ２になり、給気弁［相］よりシリンダー
■に導入されて断熱膨張する。
ダイヤグラムで表わされるメカニズムに々出する。この
タンクはガスの吐出時の圧力の脈動を緩和させる事が目
的のクッションタンクで、ピストン＠のストローク体積
の１０倍以上にする。高圧化したガスは熱交換器内で加
熱されて温度Ｔ２になり、給気弁［相］よりシリンダー
■に導入されて断熱膨張する。
そしてガスは再び圧力ｐ８、温度Ｔ、となって、排気弁
０よりタンクＪ１戻る。このタンクはノ孔クッションタ
ンクと同じく、圧力の脈動を押える事を目的とするもの
で、体積も同じ程必要である。
０よりタンクＪ１戻る。このタンクはノ孔クッションタ
ンクと同じく、圧力の脈動を押える事を目的とするもの
で、体積も同じ程必要である。
このメカニズムが熱機関として機能する為には、作業ガ
スの温度Ｔ２とＴ１を一定値に設定した場合、機関の連
続運転の過程では、作業ガスは吐出弁［相］から給気弁
［相］迄の系では圧力ｐ３、排気弁■から吸入弁［相］
迄の系では圧力ｐｌの状態が安定して保たれながら循環
する必要がある。
スの温度Ｔ２とＴ１を一定値に設定した場合、機関の連
続運転の過程では、作業ガスは吐出弁［相］から給気弁
［相］迄の系では圧力ｐ３、排気弁■から吸入弁［相］
迄の系では圧力ｐｌの状態が安定して保たれながら循環
する必要がある。
その為にはシリンダー［相］から吐出されるガスの量と
、シリンダー〇で断熱膨張させる量とがバランスしなけ
ればならない。そこでクランク軸■と＠の回転速度比を
ピストン■と０のストローク体積比から割り出し、歯車
［相］と［相］の比を決定する。そして充分な重量のフ
ライホイール［相］を回転速度の速いクランク軸■に取
付け、作動運転を円滑化すクルは１対１で対応させる事
が出来るので、それを指圧線図に表わすと第７図の様に
なる。
、シリンダー〇で断熱膨張させる量とがバランスしなけ
ればならない。そこでクランク軸■と＠の回転速度比を
ピストン■と０のストローク体積比から割り出し、歯車
［相］と［相］の比を決定する。そして充分な重量のフ
ライホイール［相］を回転速度の速いクランク軸■に取
付け、作動運転を円滑化すクルは１対１で対応させる事
が出来るので、それを指圧線図に表わすと第７図の様に
なる。
圧縮機のサイクルは１→２→５→６→１、膨張機のサイ
クルは６→４→２→３→］→６という行程となる。
クルは６→４→２→３→］→６という行程となる。
そして２．４．５で四重れる斜線を施した部分の面積が
このメカニズムの出力となるのである。なお圧力ｐ、は
給気弁の給気締切りの時期の調整（これはシリンダー〇
へのガスの給気量の調整を意味する）によって変えられ
るので、温度Ｔ、の高さによって圧力比ｐ２／ｐＩを給
気カム＠の設計によって変る事が出来、最適の断熱膨張
をさせる事が可能と度Ｔ、が低い場合は圧力比が小さく
なる様に熱源の状態に合せてカム［相］の形を設計する
という事である。
このメカニズムの出力となるのである。なお圧力ｐ、は
給気弁の給気締切りの時期の調整（これはシリンダー〇
へのガスの給気量の調整を意味する）によって変えられ
るので、温度Ｔ、の高さによって圧力比ｐ２／ｐＩを給
気カム＠の設計によって変る事が出来、最適の断熱膨張
をさせる事が可能と度Ｔ、が低い場合は圧力比が小さく
なる様に熱源の状態に合せてカム［相］の形を設計する
という事である。
第８図は断熱膨張にガスタービンを使った場合の原理図
を示す。向流形態交換器［相］より出たガスは流量制御
弁［相］を通ってガスタービン［相］に入る。
を示す。向流形態交換器［相］より出たガスは流量制御
弁［相］を通ってガスタービン［相］に入る。
り出された出力の一部は、軸■に設けた伝達歯車［相］
から減速歯車［相］を通じて、等温圧縮機のクランク軸
＠に伝達し、ガスの等温圧縮を行なう様にする。
から減速歯車［相］を通じて、等温圧縮機のクランク軸
＠に伝達し、ガスの等温圧縮を行なう様にする。
このシステムはガスの流量制御弁［相］によって高圧側
の圧力を加熱温度によって制御し、最も理想的な状態で
作動する様にする。
の圧力を加熱温度によって制御し、最も理想的な状態で
作動する様にする。
本発明の特長は気体や液体が持っている顕熱を、その性
質に合せて作業ガスが完全に受熱し、それを断熱膨張に
よってことごとく機械的仕事に変換出来る所にあり、こ
れによって得られる出力はエクセルギーの定義に該幽す
る。そして熱交換器は来るので、広い範囲の熱源に対応
出来る外燃機関となる。
質に合せて作業ガスが完全に受熱し、それを断熱膨張に
よってことごとく機械的仕事に変換出来る所にあり、こ
れによって得られる出力はエクセルギーの定義に該幽す
る。そして熱交換器は来るので、広い範囲の熱源に対応
出来る外燃機関となる。
第１図 エクセルギーサイクルの指圧線図第２図 エク
セルギーサイクルのＴＳ線図第５図 等温圧縮機の原理
図と指圧線図第６図 エクセルギーエンジンの原理説明
用ダイヤグラム 第７図 エクセルギーエンジンの指圧線図第８図 ガス
タービンを使ったエクセルギーエンジンのダイヤグラム 図中の符号の説明 ■伝熱管、■外筒、■作業ガス入口、■作業ガス出口、
■伝熱管入口、■膨張シリンタ゛−１■ピストン、■ク
ランク軸、■連接棒、［相］カム駆動歯車、■排気カム
、［相］給気カム、［相］給気弁、■排気弁、［相］給
気弁締切時のピストン■の上面の位置、［相］等温圧縮
シリンダー、Ｏ等温圧縮ピストン、［相］吸入弁、［相
］吐出弁、［相］シリングー冷却装置、■クランク軸、
［相］受動歯車、［相］駆動歯車、■フライホイール、
［相］平衝弁、［相］高圧クッションタンク、■低圧ク
ッションタンク、［相］連接棒、［相］タービン伝動歯
車、［相］タービン軸、［相］タービンローター、［相
］作業ガス制御弁、■タービン入口、［相］タービン出
口、［相］減速歯車、［相］断熱膨張機、［相］等温圧
縮機、［相］ガスタービン、［相］向流形熱交換器、［
相］発電機ｐ 作業ガスの圧力、Ｖ 作業ガスの比容積
、Ｔ 絶対温度、Ｓ エントロピー、 ｔ 加熱ガスの温度 特許出願人 岡 本 光 雄 才１図 矛２面
セルギーサイクルのＴＳ線図第５図 等温圧縮機の原理
図と指圧線図第６図 エクセルギーエンジンの原理説明
用ダイヤグラム 第７図 エクセルギーエンジンの指圧線図第８図 ガス
タービンを使ったエクセルギーエンジンのダイヤグラム 図中の符号の説明 ■伝熱管、■外筒、■作業ガス入口、■作業ガス出口、
■伝熱管入口、■膨張シリンタ゛−１■ピストン、■ク
ランク軸、■連接棒、［相］カム駆動歯車、■排気カム
、［相］給気カム、［相］給気弁、■排気弁、［相］給
気弁締切時のピストン■の上面の位置、［相］等温圧縮
シリンダー、Ｏ等温圧縮ピストン、［相］吸入弁、［相
］吐出弁、［相］シリングー冷却装置、■クランク軸、
［相］受動歯車、［相］駆動歯車、■フライホイール、
［相］平衝弁、［相］高圧クッションタンク、■低圧ク
ッションタンク、［相］連接棒、［相］タービン伝動歯
車、［相］タービン軸、［相］タービンローター、［相
］作業ガス制御弁、■タービン入口、［相］タービン出
口、［相］減速歯車、［相］断熱膨張機、［相］等温圧
縮機、［相］ガスタービン、［相］向流形熱交換器、［
相］発電機ｐ 作業ガスの圧力、Ｖ 作業ガスの比容積
、Ｔ 絶対温度、Ｓ エントロピー、 ｔ 加熱ガスの温度 特許出願人 岡 本 光 雄 才１図 矛２面
Claims (1)
- 】 圧縮によって発生するガスのジーール熱ヲ完全に放
出する様にした圧縮機［相］を、熱交換器［相］で受熱
した熱を全て断熱膨張によって動力に変換する様に設計
した断熱膨張機［相］又はガスタービン［相］で、減速
歯車［相］を通じて駆動し、高温から低温へ温度が低下
して行く顕熱を連続的に受熱して、ことごとく機械的仕
事に変換出来る様にした熱機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12169183A JPS6013905A (ja) | 1983-07-06 | 1983-07-06 | エクセルギ−エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12169183A JPS6013905A (ja) | 1983-07-06 | 1983-07-06 | エクセルギ−エンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6013905A true JPS6013905A (ja) | 1985-01-24 |
Family
ID=14817487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12169183A Pending JPS6013905A (ja) | 1983-07-06 | 1983-07-06 | エクセルギ−エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6013905A (ja) |
-
1983
- 1983-07-06 JP JP12169183A patent/JPS6013905A/ja active Pending
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