JPS60500633A - 内燃機関 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関 本発明は燃焼室と、不活性キャリア・ガス、助燃ガスと燃料を燃焼室内に搬入す る弁入今段と、燃料を燃焼室内で燃焼さセる平岐と、排気ガスを燃焼富力・ら排 気さゼるすｔ地から成る内燃機関に関するものである。

更に詳細には本発明は例えば、水中といった自由大気か存在しない個所若しくは 成る種の坑内といった人気との連通／通気が望抜しくない個所で効率的に作動出 来るエンノンに関するものである。

例えは、＋４−セル・エンツノの作動においては不活性キシ＋Ｉア　・コスと酸 素の如ご助ｆπスら皿と気が給気弁を通して工〉　２　ノの、リ　ン、ター内の 燃焼室−こ送らｒｌ、ンＩＩンター内のノ昆合気か圧縮さｎ”）Ａ　Ｆ４を燃焼 させるのに充分な／琵合気の温変上昇を生ぜ′−め次に燃料が、／す〉ター内に 噴射され、そこで燃料か燃焼する。

しかる後、＋と乙てｍ：酸化炭素と水演気から成る燃料の溶焼生成物か不活性キ ャリア・カスと残留する動炉ガスと共にノリンダーから排気される。発生するｊ Ｍ　変上昇はエンツノの圧縮比及びガンマ一部も一定の比容積（Ｃ’ｌにおける 一定圧力における比熱（Ｃ１）の比に依存している。通當のティーセル　エンツ ノは空気、不活性キャリ°ア　ガスの大部分を占める空気中の窒素、助燃ガスを 構成する空気中・；）酸素を使用巳てろり、カンマ−は大略１４である。

大気中の空気が自由に利用出来ない個所では困難か伴なう。こうした状況上にお いては助燃カスの送気は瓶から取る酸素といったカスの内蔵供給部から灯なわな けｒＬ（才ならない。不活性キャリア・ガスの送気を行なう必要もあるが、こ） した装置によるキャリア　カスの送気は無くすことが望ましい。

空気を燃焼室内に導入し２次に燃料の燃焼で発生した過剰な一酸化炭素を水酸化 カリウムの使用により排気カスから除去し、エンノンの引続くサイクルで燃焼室 内に導入される助燃ガスの所要の割合をＬＴ　ｈａするため酸素が加えられた不 活性キャリア　ガスの如き本質的に窒素から成る二”）して処理さ７′１１こ排 気カスを使用す己提案が最初に行なわれた。にューキャスル人字め排気カスを処 理するのに要求される水酸化カリウムの量は成る作動条件下に８いてはｌ大ｆ； 　ｌｉ！１題をψす゛る場合がある。

本発明の目的は５　この問題を克服するーとにある。

本発明の第＋　４９１面によｎば、不活性キャリア・カス助燃ガス及び燃料を燃 焼室内に導入し、燻材が燃焼室内で燃焼され、排気ガスか燃焼室から排気され、 排気カスからの除去と前記燃焼に戚り添加される二酸化炭の量に大略等しい二酸 化炭素の量を水中に吸収するため排気カスが処理され、こうして処理された排気 ガスが燃焼室に戻されてキャリア・ガスを供給するような内燃機関を作動させる 方法が提供される。

本発明は（排気ガスを処理する水酸化カリウムを使用することにより生ずる）前 述した問題を水で処理することにより解決する。

キャリア・ガスは二酸化炭素の割合が高い方が好ましい。

水中で可溶性の二酸化炭素の量を制御する条件の１つは排気ガスが処理される全 体の圧力ではなく、混合気内の各ガスの分圧である。例え−ｚ″１１通常ィーゼ ル・エンジンの場合、二酸化炭素成分の分圧は全体の圧力の約１０％であり１例 えは５気圧の圧力で、この二酸化炭素の大部分を除去する！：は分要とされる水 の重さは二酸化炭素の重量の約５００倍であり、総田力が低い場合には更に高く なることが計算されている。

これは水分調整システムの動力要件と吸収体の可法が高くなる点て著しい困難を 法す゛る。従って１本出願人は販収水による二酸化炭素の除去が実行可能となる ような程度迄排気ガス中の二酸化炭素の分圧が高められるよう相当割合の二酸化 炭素を含むキャリア・ガスの使用の方Ｖよいと考之り。

大ヤリア・ガスは二酸化炭素と共に「充填」されるが、キャリア・ガスは最初、 充填されず、即ち二酸化４　１ｔｔａ引０−５００９３３　（４）炭素の相当の 割合を有しないで、そのため最初は空気の不活性成分であるが、キャリア・ガス 内の二酸化炭素の割合は二酸化炭素の割合が利用される水の量及び吸収が発生す る圧力と温度にイ本存するような平衡状態が確立される迄増加することが予測さ れる。

二酸化炭素の相当の割合とは空気中に存在するより多くの二酸化炭素であり、好 適には燃焼室内に導入されるキャリア・ガスの総容積の容積で表わした少なくと も２０％の二酸化炭素を意味している。

平衡秋゛態が確立された際、Ｐ、焼室内に導入されるキャリア・カス内の二酸化 炭素の割合はキャリア・ガスの総容積の容積で表わした３５％ないし５０％の範 囲にあり、その割合は（低動力で過剰ＣＯ２が少ない）ニンジンに対する燃料の 人力とエンジンか受持つ負荷に応譬て排気段階で増加する゛ところから吸収作動 は吸収されているキャリア・ガスの総容積で表わした４５％ないし６０％の範囲 内で二酸化炭素を含有するカスに対して実行されることが好ま−い。二酸化炭素 の含有量増分に伴ないエンジンの作動効率は低下し、二酸イヒ炭素の最大含有量 は典型的には燃焼室内に導入されるキャリア・ガスの総重量の容積で表わした６ ０％である。

二酸化炭素の良好な可溶性を達成するため排気ガスは吸収前に冷却されることが 好ましい。排気カスは吸収のため使用される溶剤水で冷却可能か又は別の予備ク ーラー内で冷却可能である。

要求される水の量を削減するため吸収は大気圧以上の圧力、好適には２気圧ない し３０気圧の範囲で発生することが更ましい。

エンジンは大気圧即ち１気圧の圧力で吸気可能であり、排気ガスは水による前記 処理の前に圧縮可能である。

代替的にエンジンは大気圧を上回わる　高圧力で吸気可能であり、排気ガスは前 記　高五力にて前記水により処理可能である。

排気ガスが高圧力、典型的には５気圧ないし１０気圧を上回わる圧力にて処理さ れる場合には予備冷却が必要である。

エンジンに排気カスを人気に同；フ且つ燃焼室内に導入されるガスを大気から引 寄せることにより廂丈イクーー→ルで作動可能である。

エンジンを閉サイクルから開サイグル作動に変えるためエンジンか１気圧の圧力 において給気される場合には排気ガスは大気に向けられ燃焼室内に導入されるガ スは大気から引込まれる。

然し乍ら、エンジンを閉サイクル作動から開す１″クル動に変えるためエンノン が大気圧を上回わる。咎圧力にて給気される場合には最初に排気ガスが大気に向 けられて回路内の圧力を大気圧まで下げ１次に３．ｆ焼室に導入されるガスが大 気から引込まれる。

で処理されるようにし釦弁中且つ排気ガス環び燃焼室内に導入されるガスを大気 から分離させることにより閉サイクル作動に変えることが出来る。コンプレッサ ーが備えられない場合には閉回路内で得り′ｎる圧力は総圧力に等しくなり、そ の結果、二酸化炭素の分圧がエンジンにより発生される量と等しい二酸化炭素の 量が吸収される圧力に等しくなる。

エンジンが通常給気され即ち大気圧にａいて給気される場合２回路には過剰の二 酸化炭素を吸収するのに要求される水の量を削減するため１気圧以上の圧力。

例えば５気圧にて排気ガスが水により処理されるよう排気ガスを燃焼室から出た 時点で圧縮するコンプレッサーと、氷による処理後及び燃焼室への戻り後（＝排 気ガスを膨張可能とする膨張器か含まれることか有利である。

然し乍ら、エンジンが大気圧を上回ゎる番キ高い圧力５例えば２気圧で給気され 、前記回路内の圧力も同様に前記高圧力にあるようにする手１廼を設けることが 好ましい。

その場合、燃料の同し量があたかもエンノンがｌ気圧で作動しているかの如く燃 焼室に送気され、そのため燃焼室に供給されることが要求される助燃カスの量は 大気圧において作動している際要求される量と比較して削減出来る。これは大気 圧を上回ゎる圧力での作勅にも拘わらず酸素の過剰な損失を回避することから重 要である。更に詳細にはエンジンが酸素を２１％で即ち自由大気の空気の通常の 酸素含有ｌで作動する場合には、全トルク時に排気中に残留する酸素は排気ガス の約１２％となろう。大部分の天然の南水は既に大気圧の２１％即ち０．２気圧 に与しい溶解酸素を含有しているので、２気圧における酸素の１２％容積か０２ 気圧の分圧と等しくなり、従って少量の酸素が海水中に溶解し失なわれる。

然し乍ら、エンジンか例えは最大トルクの２５％で作動すれば排気中の酸素含有 量は約１９％になり、これは２気圧において０．３８気圧の分圧を生ぜしめ、そ のため相当の酸素か海水中に溶解して失ゎｎる。

このｉＮ失を小さい値二こぎ」ｎ、する１旧でエノノ／７＝一定の酸素排気１度 ９例え）ビ午視出来る酸素損失を含む１２％程度で作動する。

従って１本出願人は排気カス中の所定の酸素含有量を維持する酸素含有量制御手 段Ｅ　ＳＸけろ方か・よいヒざえる。

従って、低いトルクにおいては比較的少量の酸素９例えば酸素含有誓約１４％が 燃焼室に送気さね、一方。

全トルクにおいてはそｎ、り上の酸素が例えば２１％までの酸素か燃焼室に送気 され５　しかも約１２％の予め決められた排気ガス酸素召・有りが維持される。

従って燃焼Ｖへの助燃カスの送気は排気カス内の助燃カスの分圧を達成する排気 ガス内の助燃カスの予め決りらｎ８子８１１１昭ＧＯ−５００６３３（５）た量 を大略処理水内の助燃ガスの分圧に等しい状ぞに維持する目的で制御可能である 。

代替的に、特にエンジンが大気圧において給気される場合には燃焼室内に導入さ ｎるガスの酸素成分が導入ガス内の所望の助燃ガスを提供する目的で制御可能と なる。

排気カスの処理に適用可能な水の量は排気ガスがム除去される二酸化炭素の量を 制御するため水で処理されるガスの総圧力に依存して制御可能である。

自由な大気空気か通常の作動時に達成でれる効率と同様の効本で利用されない状 態丁で作動出来るエンノンを提供することが望ましい。

それ自体で相当割合の二酸化炭素を含有しているキャリア・ガスを制覇す乙こと により燃焼で発生−た二酸化炭素の除去間旺は軽減３ｈ又は克■されるが、窒素 が他の王たる成分である場合には割合たるカンマ−はこうしたガスの７昆合気に 対しては空気の割合たるガンマ−とは相当異なってるり、そのためこのカンマ− 値で作動するよう設計された又は作動上不充分且つ効率的なエンジンを必要とす る。

従って、カスの混合気のカンマ−値が予め定められた値に等しくなるよう制御さ れた量の別の成分が燃焼室に導入される。

キャリア・ガスは前記二酸イヒ炭素により提供される第１成分と別の不活性ガス により提供される別の成分により提供される第２成分を含むこと力）出来る。

本発明の他の目的は予め決められたガンマ−割合にてエンジンの作動を可能にす ることにある。

本発明の第２１則面によｎば、不活性キャリア・ガス助燃ガス及び燃料を燃焼室 内に導入し、燃料か燃焼室内で燃焼され、排気ガスが燃焼室から排気され、カス の混合気のガンマ−値か予め休められた値に等しく書なるよう制御される量の別 の成分、が燃焼室内に導入されるような内燃機関を作動させる方法が提供さｎ、 る。

キャリア・ガスは第１成分と前記別の成分を含むこのが出来る。

本発明の両偵す面において。

ガンマ−値は大略、空気のガンマ−値、好ましくは１．３１よいＬ　ｉ　、５の 範囲；こ存在し。

＋＋すの成分は１種類あ単原子不活性カス又：よ２種類以上のカスであり１　土 セノン、クリプトン、ネオン、へ気にすることが出来るが、アルゴンのみ。が有 利である。

本発明の第２稠１１面Ｇ：らいて：よ。

第１成分が−Ｌ酸化炭素である。

燃焼中にギヤリア　ガスに加えられる几酸イし炭素は全体的に前記燃焼により加 えられる一酸化炭素の量と等しい二酸化炭素の割合をＶ全力する目的で排気カス の処理によりキャリア・カスから除天可能であり、こうして処理された排気ガス はキャリア　カスを供給する１こめ燃焼室に突される。

本発明の第３偵り面により、ば （ａ）燃焼室 （ｂ）不活性ガス、助燃カス及び燃ギ４を燃焼室内に送気する送気手ｔλ （ｃ＞Ｐ科を燃焼室内で燃焼させる手段（ｄ、）排気ガスを燃１ｈ　’Ｎから排 気させるヂｆ受（ｅ）排気ガスの少な（とも一部分が燃焼室から導かｈ燃焼室に 戻される回路であって、排気カスが水で処理さｎてで、酸化炭素を排却ガスから 除去するようにした回路、から成る内燃機関が提供される。

当該回路には排気ガスが冷却さハるクーラーが含まれる。

当該回路りこ：Ｈｐｆ気カスを大気圧辺上の田ヵて処理する一ｉ：代か含まれて いる。

前記送気予段二ま助岸カスをマニ土ルトに送気するよう適合してｂ′す、当該マ ニホルドに６いて助岬カスは燃焼室に流入する前に処理済み排気カスと混合さｎ る（華県子ガス、好適に：よアルゴン又は１種類以上の重原子カスのｌ昆合物か 自利である）別の成分を燃焼室に供給する供給子Ｐ９：、及び気体混合物のガン マ−値が調整されるよう供給千成により供給される他の成分の量を制御する手段 か直り士られ℃もよＬ＼。

供給ＦＡＲは燃焼室内への流入ｉｉ■ζこ助燃カスと処理済み排気カスで混合さ れる他の成分を前記７ニホルトにｌｌ 供給出来る。

本発明の第４１１１’１面によれば。

（ａ）燃焼室 （ｂ）不活性キャリア・ガス、助燃ガス及び燃料を燃焼室に送気する送気〒喰 （Ｃ）燃料を燃焼室内で燃焼させる手ｆｌ（ｄ）排気ガスを燃焼室から排気する 平ｔＪ（ｅ）他の成分を燃焼室に供給する供給子＃史（ｆ）ガスの混合物のガン マ−値を調節するため供給ｑＦｌにより供給される他の成分の量を制御する制御 テト更、から成る内燃機関が提供される。

本発明の第：Ｊ’ｌｉｉと第４側面の両方によれば、エンジンは（特性が物理的 特性又はガスの成分である）燃焼室二二戻さｎＥ排気ガスの特性と＝応答する喰 出手妖及び燃焼室に送気されるガスの、カンマ−値か所定の４　Ｃ等しくなるよ う不活性キャリア・ガスと別の成分の割合を制御するため検出デ改の制御下で供 給１１丈により別の成分が送気さｎる割合を変えるよう連合した装置を含むこと が好ましい。

助燃ガスが排気ガスに加えら乙た場合、ガンマ−値が大略空気のガンマ−値と等 しいガスを提供するため排気ガスに別の成分が加えられる割合を制御するよう検 出テ殺が適合していることが好ましい。

エンノンはディーゼル・エンジン又はガス・タービンにすることが出来、各−の 場合にわいて特にエンジエ２　持表昭ＧＯ−５００６３３（５）ンが閉サイクル の比較的高い匡カ即ち約５ない゛ＬＩＯ気圧を上回わる圧力で作動している場合 にはエンジンは熱を燃焼室から出る排気ガスから抽出し工殻焼室への再流入前に キャリア・ガスを含む処理済み排気ガスに戻されるような熱交換器を含もことが 出来る。

本発明の好適実施態様であり且つ一例として本発明添附図面において。

第１図は２デイーゼル・エンジンとして適用される本発明の第１実施態様の模式 的図。

第２図は、第１図に示されたエンジンの改変例を示す点が異なる第１図と同様の 模式的図。

第３図；＝、力ヌ・タービンに連用さ幻た本発明の実施態様の柵式的図。

本発明の第１実施態様である内炉機関は大気圧において通常の給気状態下と自由 な大気との連通が望ましくないか又は水中といった環境下で作動するよう案出さ ｎてｂ゛す５水中下での状態でのエンジンをり後説明する。工〉・ジンはディー ゼル・サイクルで作動するよう設計されたピストン／シリンダー・ユニット６を 含み、従って燃焼室及び酸素含有ガスの混合物がシリンダーに吸入さｎる給気弁 又は複数個の弁及び排気ガスがシリンダーから導出される排気弁又は複数個の弁 を有している。エンジンは又、燃料を７す／ダー内に噴射させるｆ啄７及び排気 ガスの少なくとも一部分が燃焼室から導出され、シリンダーに戻されるような回 路Ｃを含み、前記回路は熱交換ユニット８．第１及び第２冷却ユニツトｌＯ及び １２．コンプレッサー・ユニット１４．吸収ユニット１６．膨張ユニット１８． クーラー２４を含む。

非大気又は閉サイクルでのエンジンの作動においてその高圧力貯蔵部からの酸素 はｔｔｉｚｏにてマニホルドに送気されキャリア・ガスと共にエンジン・シリン ダー内に流入される。ガス充填体はエンジン・シリンダー内で圧縮され、ガスの 温度を増加させ燃料が噴射され燃料の燃焼を生せしめる。排気ガスは燃焼室から 熱交換ユニット８を介して導出され、当該熱交換器にも・いて排気ガスの温度は 下げられ、第１冷却ユニツト１０を介してコンプレッサー・ユニット１４にいた り。

そこで排気ガスの圧力が高められる。圧縮された排気ガスは第２冷却ユニツト１ ２を通って吸収ユニット１６にいたり、そこで排気ガスは約５気圧の圧力におい て海水で処理される。吸収体は任意の形式であるが好適には排気ガスが逆流の形 でローターを通過する間に遠心力によって水が半径方向外方に放出される表面積 対容積の割合が高いワイヤ・メツシュ又は他の材料が備えられたローターを含む こヒが好ましい。この吸収体は海水内への急速な吸収を達成し、コンパクトであ る。吸収ユニツ）１６には岐収体があふれず、又は所定の水レベルを下回って作 動することを確実にするためレベル・コントロール１７が備工である。

こうして処理された排気ガスは熱交換ユニット８を通過し、そこでガスの温度は 高められ、膨張ユニット１８を通り、当該膨張ユニット内で排気ガスは膨張され 、検出ユニット２２を通り、そこでガスの成分が測定され、第３冷却ユニツト２ ４を通ってマニホルド２０に戻され、そこでアルゴン及び酸素ｐ″′各＼溜め２ ５゜２６から処理済み排気ガスに加えられる。

検出ユニット２２は誘導されるガス内のアルコンの割合が比熱ガンマ−の所望の 比率ヒする釦→ことを確実にするため溜め２５からマニホルド２０に供給される アルゴンの量を調節する調節弁２８に制也２信号を伝玲するよう配列しである。

本発明の例に２いては検出器２２は２：１を上回れる圧力比を有するコンプレッ サーを含み、そこで排気ガスは圧縮され、引続き当該圧縮された排気ガスを収束 ／拡散通路に通過させる予ｆ、丈と当該通路内の入口圧力と喉部の圧力を測定す るデＲが続く。カンマ−の変更は（絶対的に）これら２つの圧力の比を変え、２ つの圧力を比較して弁２８を制御する当該圧力に関係ある出力を発生する比較ｆ 代が設けである。

発生する比率の変化は極めて僅かであるので正確性の高い変換器と比較の電気回 路が適用される。

閉サイクルにおけるエンジンの作動での初期段階中ｌ５ に循還するガス内の二酸化炭素とアルゴンの比率が高まり、窒詣の比率は（吸収 プロセスの特性に依存する）平衡状態が確立される迄減少し、その場合水中での 吸収により二酸化炭素が除去される割合は二酸化炭素が燃焼プロセス中に加えら 乙る割合と等しくなっている。

閉サイクル作動に対する初期充填のための空気の供給は補助的な供給皿で達成可 能であり、又は空気はエンジン・コンパートメント内の利用可能な自由空間から 導くことが出来１勿論閉サイクル作動が開始さｎｎばこれ以上空気は要求されず 、単に酸素の連続的な供給のみが要求される。エンノンが平衡作動で閉サイクル 　システムからしゃ断さｎ、る場合には初期充填は追加を伴なわずに別の始動に 適している。

代召的に且つ好ま巳くはエンジンの作動：よｒ　Ｍ　ｇイηルｊで大気中にで開 始さハ１．その場合　排気ガスは一二方１１名弁Ｅを介して大気に排気され、空 気は三方路弁Ｉを介して大気からマニホルド内に引込まｑ、、ｊ欠に閉サイクル に切換えられ、その場合、排気ガスの増加した割合が大気に対する弁Ｅを連続的 に閉しることにより吸収体に流入され、結果的に処理される排気ガスの増加割合 を膨張器を介してマニホルドに戻し、それに応じて弁Ｉが大気に対して閉じらｎ る。閉サイクルへの切換えが完了した際エンジンはその所定位置に沈めることが 出来る。切換え割合はアルコン対二酸化炭素１６　特表唱０−５００６３３　（ ７）の所望の５：３の容積比を維持する目的でアルゴンを供給出来る割合によっ て制限されるが、そうでない場合は燃焼はディーゼル・エンジンにわいて影響を 受けエンジンは停止することにｔろ。従って、切換え割合はアルゴンのレベルが 所望のレベルに到達出来る迄作動中に８ける動力要件によって影響されろ。

閉サイクル作動を終了させることが望ましい場合には排気弁Ｅを大気に対して開 き１次に給気弁■を開くが所望ならば両方の弁を同時に開くことも可能である。

キャリア・ガスは二酸化炭素が豊富であるので冷却された排気ガスの一部分のみ をコンプレッサー吸収体と膨張器に通過させ、更に相当高い割合の二酸化炭素を 少量の排気カスから吸収することによりエンジンに、大入する１纏な混合気を有 することが可能であり、１ま巳いものである。従って、クーラー１０と検出ユニ シト２２の間Ｇこは（第１図に屯線て示された）ダクト２７を設けること炉゛出 来る。その様式にてコンプレッサーと膨張器の寸法及び重量の削減を達成するこ とか出来る。

コンプレッサー・ユニット１４と膨張ユニット１８はエンジンにより駆動される 駆動軸２９に駆動関係的に接続され、当該駆動軸２９は又、を軍医３１を介し簡 便には（図示せざる）解放可能な継手を介して発電機３０を駆動する。動力は（ 図示せざる）動力敗出し４Ｆによって直接か又は発電機からの電気の形態でエン ジンより得るこビが出来る。発電＠３０はバッチ・Ｊ　−３２に接続さｎること が簡便であり５発７１機３０はスターター・モーターとして作動可能である。吸 収体ユニット１６に対するポンプ３３も歯車面３１及び軸３４を介してエンジン の駆動軸２９から駆動される。

ポンプ３３による吸収体１６を介して循還される水の量を制御するためモーター 駆動さｎるバ１′パス弁１９が設けてあり、当該バイパス弁は別の検出器２３か らの線２Ｉに沿って供給される信号に応して調節さｎ処理さｊた排気ガスは膨張 器１８を出た後、当該検出器を通過する。検出器２３はカス回路Ｃ内の鹸圧力を 測定し、その圧力が所定の圧力を上回わる場合には吸収体１６を通る水の流れを 増加させ、その圧力が所定の圧力を下回わる場合に；よ水の、衆れを減少さゼて ηト気ガスから除去される二、酸化炭素の量を制御する。

ンリノダ−６に流入するマニホルド２０から出るガスは第３検出ユニット３５を 通り２　当該険出ユニットは線３５を介して本Ｉ制御信号を調節弁３７に得供巳 当該調節弁はキャリア　ガス内に導入される酸素の正確な量を計測するため溜め ２６からのマニホルド２０に供給される酸素の量を制御する。検出ユニシト３５ は酸素含有量を検出する慣用的な検出器を含み、当該検出：Ｉニットにはエンジ ンの作動パラメーターに従って酸素供給を調節する装置を設けることか出来る。

代替的に検出器は排気ガスの酸素含有量を検出し、第２図を参照し乍ら説明され る排気カス内の所望の酸素含有量を提供する弁３７を制御するよう位置付けるこ とが出来る。

本発明の第１実施態様であるエンジンは空気又は空気に類似する充填体即ち大略 １．４のガンマ−比率を有する充填気体の混合物と共に作動するよう設計しであ る。

第２図は２本発明の第２実施態様を示し、これは好適のもので１本発明の第１実 施態様の改変例である。

対応する部品に第１図に示されたのと同し参照番号か第２回で使用されている。

本犬施態様に５いてはエンジンは開回路内で°圧力か大気ｌを上回わるよう作動 される。このエンノンは熱交換器８．＝ンブレノ井−１４，膨張器１８及びクー ラー２Ａを不用にすることか出来る。他の局面に８いてはこの第２実施＠様は非 大気サイクルでのエンノンの作動中に燃焼室に送気されるガスか大気圧を上回わ る圧力１本例の場合は２気圧の圧力でエンノンに送気される点を除いて第１実施 態様と同しである。

エンノンか人気サイクルで作動し、大気圧にδいて燃焼室内に導入される大気か らの充填物を引込むと仮定すれば閉す１°クル作動を開始させることが望ましい 場合、排気弁Ｅは排気カスを吸収体１６に向け２人気に流れる排気を閉し１次に 弁Ｉが作動して人気に対する給気を閉しる。システム内の圧力は二酸化炭素か発 ｌ９ 生されると同時に当該二酸化炭素が吸収されてそｎ以上の圧力増加を阻止するよ う排気ガス中の二酸化炭素の分圧がなっている所望の作動圧力をその圧力が得る 迄二酸化炭素の発生が原因で増加する。閉回路における圧力の増加割合は二酸化 炭素の発生割合に依存しているのでエンジンが高負荷で作動している場合は高く 。

低負荷で作動している場合は低くなる。

閉サイクル作動を終了することか″望ましい場合には排気弁Ｅが大気に対して開 かれ、こうして回路Ｃ内の圧力が大気圧に降下され次に弁Ｉが開がれる。

排気ガスは２つの大気の圧力において直接燃焼室がらクーラー１０へ且つ吸収体 １６内に導かれるので当該排気ガスはこの圧力にて海水と共に処理され、排気ガ スが５気圧の圧力にて処理さｎる第１実施杵憬の場合に要求される水より大量の 水が要求されるが吸ｕ体１６の実際的な寸法を可能にする。酸素損失の問題は排 気ガス中の酸素の分圧が大略エンジンが海洋でめ適１引例に使用される５例えば 海水の処理のため使用された水の中に含まれる酸素の分圧と等しくなるよう酸素 含有量を制御することによって回避される。次に、処理される排気ガスは検出ユ ニット２２．２３及び３５を介して２つの大気の圧力にてエンジン・シリンダー に・　戻される。

検出ユニット２２及び２３は所定の圧力が２つの絶２０　符表昭６Ｏ−５００Ｇ 、３３　（８）点を除き第１実施態様に関連して前述した如く作動する。

本実施態様においては検出ユニット３５は排気ガスの酸素含有量を検出するよう 位置付けられ、排気ガス中の酸素の割合が吸収体１６内の水内の過剰な酸素溶解 を回避するため所望のレベルにて実質的に一定に維持されるよう酸素の（可変） ＋かキャリア・カスに加えられることを確実にする制御信号を４％　談合する。

本例においては検出ユニット３５は排気ガス中の酸素の割合が大略１２％になる ことを確実にするため弁３７を制御し、当該値は前述した如く２つの大気の作動 圧力にも・いて大略０．２４大気の酸素の分圧を提供し、当該分圧は０．２１大 気の大気酸素分圧に対応してエンジンが作動される海水中の酸素含有量の観つ、 から比較的酸素損失が失な（なることを確実にするものであ勺。

第３実施態様はコンブレンサー装置、熱交換装置。

燃焼装置、タービン膨張装置、熱交換装置、クーラー装置を流れのシーダンス通 り含むガス・タービンに本発明を適用することに関するものである。コンプレッ サー装置はインター・クーラーを備えた多段型であり熱交換器装置はオプション である。こうしたシステムは通常大気の空気を引込み、典型的にはｃｏ　の約６ ％を含有する排気ガスを大気に放出させる。ニラした装置は大型のディーゼル・ エンヲ゛ンの重量が比較的過剰になるようなｌ　０．０００　ｈ　ｐプラスの大 型の動カニ例えば、潜水艦の環境下で利用されるカス　タービン・エンジンにあ ・いては、１つの要件はエンジンが大気の空気で作動出来る点である。。

従って２本発明の適用においてはタービン又はその引続く熱交換器（取付けてあ れば）からの排気が海水との間接的な熱接触により冷却され、コンプレッサーの 人口に戻され、その個所で酸素は燃焼続行が必要とされ５アルゴン含有量を制御 するアルゴンは簡便に溜めＲｏ、Ｒａから！ｌｌ整弁Ｖｏ、Ｖａを介して追加さ れる。余分な二酸化炭素は排除されなければならず、これはガスの流れの一部分 をガス・コンプレッサーの出口において分離させることにより行なわれ、当該部 分に次Ｇ二熱交換器を介とて熱を保存するため通過され。

全コンプレッサー圧力にて吸叙体内の海水に露呈さｎる。二酸イし炭素は海水中 で溶解するのが有利であり、ガスの残りはポ〉・ブの熱交換器を介して元に戻さ れて主要流れ熱交換器（備えてあれは）にいたる前に主要流れと再び合流し、主 要流れ熱交換器が設けてない場合には燃焼室の入口に戻される。

従って、５／８がアルゴンで３／８が二酸化炭素となるよう（アルゴンの如き） 単原子ガスをｇ焼のためのｆａ素と共に循還流れに加えることにょリガンマー比 率と循還ガスの容積で表わした熱容量は空気に対する値に近似し、エンジンは二 酸化炭素／アルゴンの混合２ 物で同等に良好に作動するので切換えはＩ＋ＩＩ単であり。

エンジン・コンプレッサーとタービンは変化されない。

二酸化炭素吸収体は全コンプレッサー圧力にて作動し循還流れの一部分のみが吸 収体を通過する必要があることも注意すべきである。

イス・タービンは１気圧を上回ゎる入口圧力を増加させずに即ちその通常の状態 で吸収するため１２ないし２０気圧にて作動可能である。

従って、第３図に示す如く、エンジンはコンプレッサー装置１０１を含み、当該 コンプレッサー装置は任！のインター・クーラーｌＯ＋を有するのが有利な１個 又は２　ＩＩＩの部分１０２及び１０３で構成され、当該インター・クーラーは 軸１０５によって駆動関係的に高圧力ターヒン又は複数個のタービン＋０６に接 続さｎる。タービン１０６からのガスの流れは動力タービン１０７に葎かｎ２ダ クト１０８を介して任きの燃交換器１０９に導かれ、当該熱交換器によって一部 の排気熱が除去され２次にクーラー１１０にいたり、そこでポンプ１１１により クーラー１１０を介して吐出される海水によって海水の温度附近迄冷却される。

冷却されたガスは次にコンプレッサー装置１０１に流入し高圧力にて出口１１２ から放出し、そこで一部分がダクト１１３を介して熱交換器１０９の高圧力人口 にいたり、そこで排気ガスから熱を吸収し、更に燃焼装置１１４内に流入し５燃 料が噴身１され°Ｃ燃焼され入口の２３ ＡｉｌＥカターヒン１０６にいたる。

コンプレッサー１０１の出口１１２から放出するガスの他の部分は他の熱交換器 １１５にいたり、当該熱交換器は温度を更に下げ１次に当該ガスは吸収体１１６ の底部内に噴射され、そこで二酸化炭素を溶解させるため海水と近密に接触され る。当該ガスはクリーナー／スクラツバー１１７内の海水から洗浄でれ１次にコ ンプレッサー１１８によって回路に戻され、熱交換器１１５の反対側の経路を通 ってエンジンに戻さり。

そこで当該カスは再びダクトｌ１３を通って熱交ｊ４器１０９の高圧ρ口に流れ るカスの一部分と合流する。

代替的に　ガスは全て吸収体を通過出来る。

吸収体１６には最初の２つの実豹善様のレベル・コツトワール１７に対応スるレ ベル　コ＞１０−ル１２も備えである。

海水は高圧力の海水かりその圧力低下で動力を集めるポンプｉ１９によって吸収 体１１６を通して吐出さゎ、噴霧装置１２２として示さｎ定吸収水分散システム を通過し、吸収体の底部に集まり、ポンプ１２０によ−）で吐出される。

最初の２つの実７Ｉ！！！態様に関連して以前説明した如く各＼アルゴンの供給 、水の供給及び酸素の供給を制御するため最初の２つの実施態様の検出ユニット ２２゜２３及び３５に対応する検出ユニット１２４，１２６及び１２８が設けで ある。勿論、第１実施態様て提供される酸素制御に類似しているガス・ターピン の人口における所望の酸素割合を維持するため酸素供給が制御される点は除く。

代替的に、溜めＲｏ、弁Ｖｏは一点鎖線で示される如く位置付けられ、酸素は直 接燃焼室内に供給出来るこの場合、閉回路内の酸素含有量は酸素含有量の検出を 可能にするのとイ芹せて低く出来る。

更に代替的に検出器１２８は吸収体１１６からの戻り管の上流側でダクト１１３ 内に位置付けることが出来且つ弁Ｖｏと同様の酸素制御弁を制御するよう配列さ れるが１例え目゛、検出器１２８を第３図に示されるような個所１パ吸収体１１ ６からの戻り管の下流側に位置付けることが出来る。

エンジノは所望の経路を提供するためメ、べ焼装置１１４に対する燃料流ｎ入口 を変えることＣ二より慣用的な様式で制御され、この流ｎは例えは、公知形式の 速度調節装置により要求される如く制限される。

聞サイクル作動と閉サイクル作動の間の切換えは第１実池態様に関連して述べた 如く行なわれる。

前述した全ての実施響様にδいて燃焼時に発生する水蒸気は提供されている吸収 体及び／又はクーラー内で凝縮され、かくしてＲｒ気カスから除去される。

前述した全ての実施態様において二酸化炭素に対するアルゴンの比率はエンジン ・シリンダー内における圧縮の関連ある温度範囲即ち１００°Ｃないし５００℃ ５ の範囲にある空気と同し比熱割合を有するよう計算される。例えば、実際的な条 件で二酸化炭素３モル対アルゴン又はヘリウムの５モルは８モルの混合物を生成 し、これは酸素が加えられる場合、全一この実際的な面では空気と同様に機能す る。

二酸化炭素対アルゴンの分圧の比はモル比即ち３゜５である。除去される二酸化 炭素と除去されるアルゴンの比は溶解割合×５／３即ち７６．６　／　２．４　 Ｘ　３　／　５＝　１９．１と等しい。

従って、処理されるガス内のアルゴン対二酸化炭素の比率はアルゴンと二酸化炭 素が燃焼室に送気される一比率と等しい５・３である。換言すれば、燃焼プロセ スによりキャリア・ガスに加えらｎる二酸化炭素が除去される。

最良の作動に対してはアルコン対Ｃ○２の所望ノ比率は５：３であるが、エンノ ンの設計と低い比率に対する燃料の量（−依存し且つ高い割合に対するエンジノ の構造の堅固性と圧力作動レベルに応乙′で他の比率が適用可能である。

一般に、ｔ〃カニニットの作動はキャリア　カス内の二酸化炭庸の割合が増加す る場合には排気カス中の二酸化炭素の分圧かそｎに適応して増加し、二酸化炭素 が吸収プロセスにより除去される割合を増加さゼる点から吸収ユニン［・の作動 に依存して自己調整的に八っている。

然し乍ら、一部のアノνゴンは吸収体によって除去され５　そのためこの失ゎｎ たアルコンを補給すル、詠味で簡便にマニホルド２０がら入る少量のアルゴンを 適用する装置を設けることが望ましい。マニホルドに対するアルコンのこうした 添加割合は検出ユニット２２によって所望の割合に制御さ谷ることが有利である 。

アルゴンは不活））生ガスとして先に説明されたが不活性ガスはキセノン、クリ プト７ン、ネオン、ヘリウム。

アルゴンの１つ又はその少な、くとも２つの混合物を含むことが出来る。

本発明はディーゼル・エンジンとガス・ターピンに関連して先に説明されたが本 発明はその点に限定されるものではなく、他の形式のニンジンにも有利に使用可 能であることを理解すへ舌である。その上、排気カスは実際の条件で大気圧と３ ０気圧の間に存在可能な所望の圧力にて処理可能である。

所望ならば、流入されるカスの成分は範囲１．３ないし１．５の外部のガンマ− 比率を含む所望のカンマ−比率を達成するような成分にすることが出来る。従っ て所望のカンマ−を達成するため他の成分に対し適当な元素を有するよう選択さ れた他の成分が燃焼室内に導入される。例えば、窒素かキャリア・ガスの１要成 分である場合にはカッマーを上昇さゼるごとが望ましい際、アルコンの如き単原 子カスか加えられ、カンマ−を低下させることか望ましい際は二原子ガスより高 い２７ 原子を有するガス、例えば水蒸気の如き三原子ガス又は四原子ガス又は他の多原 子ガスが加えられる。

本発明の第２及び第４憤り面に従って燃焼室内に導入されるガスの成分の割合が 改変さｎたガンマ−値を提供するよう制御される場合には前述した実施態様は二 酸化炭素を水と共に除去する前述した装置を無くすことによって改変可能である 。

所望ならば、二酸化炭素は他の成分１例えば水酸化カリウムと共に除去可能であ る。代替的に、排気ガスは大気に排気可能である。

所望ならば、酸素以外のガスは例えば過酸化水素ヒいった助燃ガスを含むことが 出来、又は適当な助燃ガスの混合物には酸素のため前述したものと類似する適当 内の二酸化炭素の割合はヘヤリア・ガスの総容積の容積％で表わさｎている。

前掲の説明又は次の請求の範囲又は添附図面に開示され特定の形態又は開示され た機能を実行するチ段にて表わされている諸特徴又は開示された結果を達成する 方法又はそのプロセス又は適当な物質又は成分の種類又はグループは本発明を異 なった形態で実現するのに個別的に又はそれらの組合せの形態で利用可能である 。

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国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）不活性キャリア・ガス、助燃ガス及び燃料を燃焼室内に導入し、燃料が燃焼 室内で燃焼され排気ガスが燃焼室から排気されるような内燃機関を作動させる方 法であって、１１１記燃焼により加−えられる二酸化炭素の量と全体的に等しい 二酸イし炭素の量を排気ガスから除去して水内に吸収するよう排気ガスか水で処 理され。 こうして処理された排気ガスがキャリア・ガスをイ皆給するため燃焼室に戻され るようにした内燃機関の作動方法。 ２）キャリア・ガスが相当割合の二酸化炭素ｂチ成るようにした請求の範囲第１ ）項に記載の方法。 ３）平衡イに態が確立さｎた際キャリア・ガス内の二酸化炭素の割合が２０９１ ０ないし６０％の範囲に存在する請求の範囲第２）項に記載の方法。 ４）キャリア・ガス内の二酸化炭素の割合か３５％ないし５０％の範囲にある請 求の範囲第３）項に記載の方法。 ５）排気ガスが吸収前に冷却されるようにした請求の範囲前記各項に記載の方法 。 ６）吸収が大気圧乞Ｓｔｔ圧力にて行なわれる請求の範囲前記各項に記載の方法 。 ７）吸収が２ないし２０気圧の範囲にある圧力にて行なわねる請２にの範囲第６ ）項に記載の方法。 ８）エンジンが１気圧の圧力にて給気され、排気ガスが水による前記処理前に圧 縮されるようにした請求の範囲第６）項又は同第７）項に記載の方法。 ９）エンジンが大気圧を上回わる、動圧力にて給気され５排気ガスが前記高圧力 にて前記水により処理されるようにした請求の範囲第６）項又は同第７）項に記 載の方法。 １０）排気ガスを大気に向け、大気から燃焼室内に導入されるガスを引込むこと によりエンジンが開サイクルにて作動可能になっている請求の範囲前記各項に記 載の方法。 １１）エンジンを閉サイクルから開サイクルの作動に変えるため排気が大気に向 けられ、燃焼室内に導入されるガスが大気から引込まれるようにした請求の範囲 第８ノ項に従属する請求の範囲第ｉ　０）項に記載の方法。 １２）エンノンを閉サイクル作動から開サイクル作動に変えるため最初に排気が 大気に向けられ３次に燃焼室内に導入されるガス力）大気から引込まれるように しも表曲且つ排気ガスＦ！１．ｉ燃焼室内に導入されるガスを大気ｂ１ら分離さ せることによりエンジンが閉サイクル作動に変えられるようにした請求の範囲第 １０）項ｔい同第１２）項の各項に記載の方法。 １４）助燃ガスの燃焼室への送気か排気ガス中の助燃３０ ガスの所定の成分を維持する目的で制御されるようにした請求の此囲前記各項に 記載の方法。 １’　５　）燃焼室に対する助燃ガスの送気が燃焼室に導入されるガス内の助燃 ガスの所定の割合を維持するよう１６）排気ガスの処理のため利用可能な水の量 がキャリア・ガスから除去される二酸化炭素の量を制御するため水で処理される ガスの総圧力に依存して制御されるようにした請求の範囲前記各項に記載の方法 。 １７）ガスの混合物のガンマ−値が所定の値に等しくなるよう制御された量の別 の成分が燃焼室内に導入されるようにした請求の範囲前記各項に記載の方法。 １８）キャｌ／ア・ガスが前記二酸イヒ炭素により提供される第１成分と別の成 分により提供される第２成分を含むようにした請求の範囲第１７）項に記載の方 法。 １９）不活性キャリア・ガス、助燃ガス及び燃料が燃焼室内に導入され燃料が燃 焼室内で燃焼さｎ排気ガスが燃焼室から排気されるような内Ｐ、機関の作動方法 であって、混合物のガンマ−値が所定の値に等しくなるよう制御される量の別の 成分が燃焼室内に導入されるようにした内燃機関の作動方法。 ２０）キャリア・ガスが第１成分及び別の成分により提供される第２成分を含む ようにした請求の範囲第１９）項に記載の方法。 ２１）カンマ−値が１．３ないし１．５の範囲にあるようにした請求の範囲第１ ７）項ないし同第２０）項の各２２）別の成分が華原子不活性ガス又は複数種類 の１、ガスであるようにした請求の範囲第１７）項ないし同第２１）項の各項に 記載の方法。 ２３）別の成分がキ在ノン、／７リプトン、ネオン、ヘリウム、アルゴンの１つ 又は少な（とも２つの混合物から成る請求の範囲第２２）項に記載の方法。 ２４）第１成分が二酸化炭素ル゛も八′るようにした請求の範囲第２０）項に従 属する又は請求の範囲＄２ｏ＞項に従属する際の同第２１）項ないし同第２３） 項の各項に記載の方法。 ２５）−焼中（二本ヤリマ・ガスに加えられる二酸化炭素が前記燃焼により加え らｎる二酸化炭素の量と４体的に等しい二酸化炭素の割合を排気ガスから除去す るため１Ｃ気ガスの処理によりキャリア・ガスから除去され、こうして処理され ｎ排気ガスがキャリア・ガスをイ扶蛤するため燃焼室に戻るようにした請求のＷ ｌＩ！Ｑ第２２）項にｇ己載の方法。 ２６）（ａ）燃焼室 （ｂ）不活性キャリア・ガス、助燃ガス及び燃料を燃焼室内に送気する送気８− ｔ５１１゜（Ｃ）燃料を燃焼室内で燃焼させる手ｔ工（ｄ）排気ガスを燃焼室か ら排気さ゛せるチ蚊２ （ｅ）排気ガスの少な（とも一部が燃焼室から導かれ、ｖｔ−焼室に戻され、二 酸化炭素を排気ガスから除去する目的で水で排気ガスが処理されるような吸収体 を含む回路から成る内燃機関。 ２７）排気ガスが冷却されるクーラーを回路が含むようにした請求の範囲第２６ ）項に記載の内燃機関。 ２８）回路が排気ガスを大気圧＆慝える圧力にて処理する一ｖ代を含むようにし た請求の範囲第２６）項又は同第２７）項に記載の内燃機関。 ２９）燃焼室内への流入前に助燃ガスが処理排気ガスと混合されるマニホルドへ 助燃ガスを送気するよう前記送気す１文が適合している請求の範囲第２６）項な いし同第２８）項の各項に記載の内燃機関。 ３０）エンノ〉が大気圧にて給気さね１口路がコンプレッサーと含み、当該コン プレッサーにより排気ガスが燃焼室からの流出時に圧縮され、かくして排気ガス が１気圧り思える圧力にて水により処理され、水による処理後と燃焼室への戻り 前に排気ガスを内部で膨張可能ならしめる膨張器が含まれている請求の範囲第２ ６）項ないし同第２９）項の各項に記載の内燃機関。 ３１）エンジンが大気圧を上回わる　高圧力にて給気されるようにした＋ｔ＋が １史【↑られ、前記回路内の圧力も同様に前記　高圧力にあるような請求の範囲 第２６）項ないし同第２９）項の各項に記載の内燃機関。 ３２）排気ガス中の所定の助燃ガスの量を維持するため助燃ガス制御子Ｅｌ　６ ＼・′す之けである請求の範囲第２６）項ないし同第３６）項の各項に記載の内 燃機関。 ３３）燃焼室内に導入されるガス内の所定の助燃ガス成分を維持するため助燃ガ ス成分制御チを込ｐ・′言分けである請求の範囲第３０）項に記載の内燃機関。 ３４）別の成分を燃焼室に供給する供給子ｒ地力・ε受１丁られ、ガスの混合物 のガンマ−値が調節されるよう供給手段により供給さｎる別の成分の量を制御す る手＃’＆が設けである請求の範囲第２６）項ないし同第３３）項の各項に記載 の内燃機関。 ３５）供給手段が他の成分を燃焼室内に流入する前に助燃ガスと処理排気ガスと の混合のため前記マニホルドに供給するようにした請求の範囲第２９）項に直接 又、；間接的に従属する際の請求の範囲第３４・項しニ記載の内燃機関。 ３６）（ａ）燃焼室 （ｂ）不活性キャリア・ガス、助燃ガス及び燃料を燃焼室内に送気する送気すｔ 史 （ｃ）燃料を燃焼室内で燃焼させる手りえ（ｄ）排気ガスを燃焼室から排気させ る１咬（ｅ）他の成分を燃焼室に供給する供給〒玖（ｆ）ガスの混合物のガンマ −値を調節するため供給手段により供給される他の成分の量を制御するｉ　ＩＴ 　＋　戊、から成る内燃機関。 ３７）燃焼室に戻される排気ガスの量に応答する検出９３４ ｆ級と、燃焼室に送気されるガスのカンマ−値が所定の値に等しくなるよう不活 性キャリア　ガスと別の成分の゛比率を制御する検出中級の制御下で供給千成に より別の成分が送気される割合を変えるよう適合したすｔ丈を含むようにした請 求の範囲第３４）項、同第３５）項又は同＠３６）項に記載の内燃機関。 ３８）酸素か排気ガスに加えられた際大略空気のガンマ−値と等しいガンマ−値 を有するガスを提供するため別の成分が排気かスに加えられる割合を制御するよ う検出チ代が適合している請求の範囲第３７）項に記載の内燃機関。 ３９）エンシ′ンがテゝイーゼル・エンジンである請求の範囲第２６）項ないし 同第３８）＃ミヒ項に記載の内燃機関０ ＬｒＯ）内燃機関がガス・タービン・工〉ノンであるようにした請求の範囲第２ ６）項ないし同第３８）項の各項に記載の内燃機関。 ４１）燃焼室をＭｈる排気カスから熱を抽出し、燃焼室への再流入前にキャリア ・ガスから成る処理された排舵ガスに熱を戻す熱交換器を含むようにした請求の 範囲第２６）項ないし同第外０）項の各項に記載の内燃機関。 Ｉ＋２）実質的に添付図画の第１図、第２図又は第３図を参照し乍ら本文中に説 明さた内燃機関を作動させる方法、 与３ノ実質的に添附図面の第１図、第２図又は第３図を参照し乍ら本文中に説明 し当該図に示された内燃機関。 ４４）本文中に開示”ｈ及び／又は添付図面に示された機構の新規な特徴又は新 規な組合せ。