WO2007018103A1 - 回転式蒸気エンジン - Google Patents

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Yasushi Yamamoto
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Isuzu Motors Limited
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    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the present invention relates to a steam engine for converting thermal energy into mechanical energy such as rotational energy, and in particular, a steam engine having a simple configuration that efficiently generates mechanical energy from a relatively low-temperature heat source. It is about. Background art
  • a heat engine is used to convert thermal energy into mechanical energy such as rotational energy.
  • Internal combustion engines that use ordinary fuels such as oil and natural gas, or heat engines such as steam turbines, generate high-temperature and high-pressure working fluids by the combustion of fuel to convert thermal energy into mechanical energy.
  • Thermal efficiency is high because mechanical energy is extracted from a high-temperature heat source.
  • the force S the heat energy in the natural world, and the exhaust heat of the internal combustion engine are generally not so high, that is, the heat energy in a low temperature state, and mechanical energy is efficiently extracted from such a heat source. Requires a heat engine suitable for low-temperature heat sources.
  • this engine As a heat engine that generates mechanical energy from a heat source in a low temperature state, there is an engine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2 0 0 1 1 2 0 700. As shown in FIG. 3, this engine includes a steam generation unit 101 and a cooling unit 102, and these are connected by a nozzle 103. The cooling unit 1 0 2 nozzle 1 0 3 A bin 10 6 is arranged, and the turbine 10 6 rotates together with the magnet 10 7. Inside the magnet 10 7, a stationary power generation coil 1 10 is arranged so as to face each other, and the magnet 10 7 and the power generation coin 1 1 0 constitute a power generation device.
  • the steam generation unit 10 1 and the cooling unit 10 2 are hermetically sealed, and water 10 4 as a working fluid is enclosed therein, and the internal air and the like are exhausted by a vacuum pump.
  • a number of heat pipes 10 5 for heat radiation are attached above the cooling unit 10 2.
  • the steam generating section 1 0 1 and the cooling section 1 0 2 form a heat pipe as a whole, and the water 1 0 4 heated from below in the steam generating section 1 0 1 to become water vapor becomes a high-speed flow and is nozzle 1 It is ejected from 0 3 to the blades of turbine 1 0 6.
  • the turbine 10 and the magnet 10 7 rotate to generate rotational energy, and the rotational energy is finally converted into an electric energy form by the magnet 10 7 and the power generation coil 110.
  • the steam after driving the turbine 10 6 is cooled and returned to water with the heat radiation action of the heat pipes 10 5. This condensate falls under the cooling section 10 2 due to gravity and is returned to the steam generation section 1 0 1 from the center.
  • a heat pipe that uses evaporation and condensation of a liquid sealed in a sealed container is generally used as a heat transport means, that is, a heat transfer device.
  • a heat transport means that is, a heat transfer device.
  • the turbine disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 1-2 0 7 0 6 is a so-called speed type engine that uses the speed energy of the working fluid, but in order to operate the turbine efficiently, It is necessary to increase the rotation speed and increase the peripheral speed to a value comparable to the steam speed.
  • An object of the present invention is to provide a heat engine that can obtain mechanical energy from various heat sources in a low-temperature state such as exhaust heat of an internal combustion engine, not limited to a high-temperature heat source.
  • the solution is to solve the problem. Disclosure of the invention
  • the steam engine of the present invention has a rotor provided with a plurality of volume chambers in a sealed container filled with a liquid, and has a buoyancy acting on the volume chamber. By rotating the rotor using it, the power is efficiently extracted even with a simple structure and low rotation. That is, the present invention, as described in claim 1,
  • An airtight container enclosing a liquid is installed, and a vapor generating section for generating liquid vapor is disposed below the airtight container in communication with the airtight container, and a liquid is disposed above the airtight container.
  • a condenser that condenses the vapor of the gas is placed in communication with the sealed container,
  • a rotor having a plurality of volume chambers is provided inside the sealed container,
  • the rotor is immersed in a liquid and rotatably supported by the sealed container,
  • the liquid vapor generated by heating the vapor generating section is supplied to the volume chamber, and buoyancy is applied to one side of the rotor to rotate the rotor. It is a steam engine characterized by this.
  • a rotor having a plurality of volume chambers is immersed in the liquid in a sealed container enclosing the liquid, and one side of this port is installed.
  • the steam generated by the steam generation unit is supplied to the volume chamber.
  • the steam pushes the liquid in the volume chamber and fills the volume chamber on one side, and the vapor is much smaller in weight than the liquid, so the buoyancy due to the density difference acts on one side of the rotor and the mouth Rotational torque works on the Since a plurality of volume chambers are continuously provided in the rotor, the rotor continuously rotates, and thus power can be taken out.
  • Vapor in the rotor's volume chamber is discharged into the liquid in the sealed container as the port rotates, and is sent to a condenser placed at the top of the sealed container. The vapor is cooled and condensed here to become a liquid, which then flows back into the closed vessel.
  • the rotor of this steam engine has a structure in which a plurality of volume chambers are formed on the outer periphery, and there is no need to provide a relatively moving movable member or a seal member.
  • the structure since the structure is simple and simple, it has excellent durability and can greatly reduce maintenance costs. Since the rotational speed is also low, it is not necessary to use a high-precision bearing for supporting the rotating shaft as in a turbine, and erosion caused by the collision of water droplets does not occur.
  • a cutting wall is formed between the plurality of volume chambers of the rotor, and a liquid vapor is ejected from the vapor generation portion toward the rotation direction of the rotor. It is preferable to supply the volume chamber.
  • the vapor supplied in this manner collides with the partition wall while having velocity energy, and discharges the liquid in the volume chamber toward the rear in the rotational direction of the rotor.
  • the rotor receives an impulsive action associated with the collision of the steam, and also receives a counteracting action from the discharged liquid, thereby assisting the torque in the rotational direction acting on the mouth, resulting in a steam engine.
  • a vacuum pump is connected to the capacitor, and the pressure in the sealed container and the capacitor is saturated with liquid. Vapor pressure is preferred.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the steam engine of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an operating state of the steam engine of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a conventional steam engine. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a steam engine according to the present invention, where (a) shows a plane orthogonal to the rotation axis of the rotor, and (b) shows a plane including the rotation axis of the rotor.
  • Figure 2 shows an enlarged cross-sectional view of the rotor during operation.
  • the steam engine of the present invention has a sealed container 2 that accommodates the rotor 1, and water is sealed as a working fluid in the inside thereof, and the sealed container 2 is almost filled with water. As shown in FIG.
  • the cross section of the sealed container 2 may be a circular cross section that follows the outer periphery of the force rotor 1 that has a rectangular shape.
  • a condenser 3 that condenses water vapor and condensates is installed in the upper part of the sealed container 2, and the sealed container 2 and the capacitor are connected by a connecting short pipe and a joint.
  • a steam generator 4 heated by an external heat source is arranged in the lower part of the hermetic container 2.
  • the steam generating section 4 is composed of a substantially cylindrical casing having an evaporation space inside, and is provided with a water inflow path 41 at the lower part and a steam outflow path 42 at the upper part. ing.
  • the steam generating unit 4 can be configured to be separated from the sealed container 2 and connected by a pipe line.
  • the condenser 3 is provided with a vapor reservoir 31 having a circular horizontal cross section. The upper portion of the vapor reservoir 31 is cooled and condensed by heat radiation, so that a number of pipes communicating with the vapor reservoir 31 are provided.
  • the body 3 2 is mounted in a circular shape, and the upper end of the tube 3 2 is closed.
  • a vacuum pump 3 4 is connected to the vapor reservoir 3 1 of the condenser 3 through a check valve 3 3, and gas such as air is exhausted to bring the inside of the capacitor 3 and the sealed container 2 to saturated vapor pressure. keep.
  • a rotor 1 provided with a large number of volume chambers 11 is immersed in water and installed.
  • the volume chamber 11 is formed as a recess around the rotor 1, and both ends thereof are closed by side walls 12 and the outside is opened in the sealed container 2.
  • a blade-shaped partition wall 1 3 is formed between the large volume chambers 1 1, and the partition wall 1 3 is linear from the root portion so as to incline backward in the rotor rotation direction with respect to the radial direction of the rotor 1. Therefore, the cross section of the rotor 1 has a water wheel shape. In some cases, the partition wall 13 can be curved.
  • the rotor 1 is rotatably supported by bearing both ends thereof on the side wall of the sealed container 2. As shown in FIG.
  • a plurality of magnets 5 are embedded and fixed near one end of the rotor 1, and this rotates together with the rotor 1.
  • a plurality of iron cores 7 and a power generating coil 6 surrounding them are placed at a position facing the magnet 5, and these are fixed to the side wall of the sealed container 2 on the end side where the magnet 5 is placed. Yes.
  • an electric wire for taking out the generated power is connected to the power generation coil 6, and the magnet 5 and the power generation coil 6 are housed in a case that prevents water from entering.
  • rotational energy is output as electric energy, but the rotational energy is obtained by fixing a gear to the rotor 1 and rotatably supporting a gear that meshes with the rotor 1 on the side wall of the sealed container 2.
  • Power can also be taken out in the form of Next, the operation of the steam engine of the present invention will be described.
  • the inflow path 4 Water is supplied from 1 to the space.
  • a heating unit that is heated by a heat source such as exhaust heat of an internal combustion engine, for example, and the supplied water is heated to become high-pressure steam.
  • This high-pressure steam is ejected in the tangential direction of the rotor 1 from an outflow passage 42 provided above the steam generating section 4.
  • the jetted steam is sent to the volume chamber 1 1 of the rotor 1 just above the outflow passage 42, pushing away the water in the volume chamber 1 To charge.
  • buoyancy based on the difference in density between steam and water acts on the volume chamber 11 on the left side of the central axis in Fig. 2, and clockwise rotation torque acts on the rotor 1 in the direction indicated by the white arrow.
  • the rotor 1 rotates.
  • this steam since the steam is ejected in the direction of rotation in the tangential direction of the rotor 1, this steam gives an impulse torque to the partition wall 13 and the displaced water is shown by the solid line in FIG. As indicated by the arrow, it is discharged backward in the direction of rotation, and torque from reaction is applied to the rotor.
  • the rotational torque based on buoyancy can be assisted by setting the steam outflow path 42 in the tangential direction.
  • the steam in the volume chamber 11 is gradually released into the water in the sealed container 2 as the rotor 1 rotates, and the volume chamber 11 is filled again with water when the partition wall 13 becomes horizontal. At this time, if the partition wall 13 is curved upward, the steam can be kept in the volume chamber 11 for a long time. Vapor released into water becomes bubbles and rises in the sealed container 2, passes through the short pipe above the sealed container 2, and is sent to the vapor pool 31 of the condenser 3. The steam further enters the cooling pipe 3 2, where it is cooled and becomes condensate. The condensate moves downward due to gravity and returns to the sealed container 2 through the short pipe. This evaporation and condensation process is similar to a heat pipe.
  • the condenser 3 is connected to a vacuum pump 3 4 that discharges air or the like. As a result, the pressure inside the condenser 3 and the sealed container 2 is reduced and maintained at the saturated water vapor pressure. For this reason, the boiling point of water in the sealed container 2 has decreased, and even when the temperature of the heating section is low, the water evaporates and becomes steam, generating rotational torque that rotates the rotor 1. Can be made.
  • the rotational energy of the rotor 1 is generated by the mutual magnetic action between the fluctuating magnetic field generated in the iron core 7 by the magnet 5 rotating integrally with the rotor 1 and the coil 6 for power generation. It is taken out as thermal energy. According to this output taking-out method, there is no need to arrange a sealing device between the output taking-out mechanism and the sealed container 2. Further, the rotor 1 of the present invention has a simple configuration in which the volume chamber 11 and the partition wall 13 are formed, and the movable member that moves relatively does not include a complicated sealing device. For this reason, it is easy to make the engine robust, and as a result, the engine has excellent durability. Industrial applicability
  • the steam engine of the present invention can be used as a heat engine for extracting power from various heat sources.
  • the case where low-temperature heat such as exhaust heat from the internal combustion engine is converted into rotational energy is described.
  • power is generated using a high-temperature heat source by combustion or the like. Needless to say, it can be taken out.
  • the working fluid is not limited to water but may be a refrigerant such as ammonia, alcohol, or chlorofluorocarbon.

Abstract

本発明の回転式蒸気エンジンは、簡易な構成により、高温の熱源に限らず内燃機関の排熱等各種の低温状態の熱源からも効率的に機械的エネルギを得るものである。このエンジンでは、液体を充満させた密閉容器２内に、複数の容積室１１を設けたロータ１を回転可能に配置する。ロータ１の下方には、蒸気発生部４が設置され、内燃機関の排熱等で加熱された液体はここで蒸発し、発生した蒸気が流出路４２からロータの容積室１１に向けて噴出される。蒸気は容積室１１内に滞留するため、ロータ１の片側の容積室１１には浮力が作用し、ロータ１が回転して回転エネルギが生じる。ロータ１の回転に伴い、容積室１１内の蒸気は密閉容器２内に放出されてコンデンサ３に導かれ、ここで凝縮して密閉容器２に還流する。密閉容器２内の圧力は、真空ポンプ３４により飽和蒸気圧に保持されるので、液体は低温でも蒸気となりロータ１を回転させることができる。

Description

明細書 回転式蒸気エンジン 技術分野
本発明は、 熱エネルギを回転エネルギ等の機械的エネルギに変換するための 蒸気エンジン、 殊に、 比較的低温の熱源から効率的に機械的エネルギを発生さ せる、 簡易な構成を備えた蒸気エンジンに関するものである。 背景技術
環境対策あるいは省資源、 省エネルギの観点から、 近年、 多様なエネルギ資 源の利用技術の開発が進んでおり、 その中には、 太陽熱等自然界に存在する熱 エネルギから機械的エネルギを取り出す技術がある。 また、 ディーゼル機関等 の内燃機関の排気ガスや冷却水中に廃棄される排熱を利用して動力を発生さ せ、 その動力を回収することにより内燃機関の熱効率を向上させる技術も開発 されている。
熱エネルギを回転エネルギ等の機械的エネルギに変換するには熱機関 （ェン ジン） が使用される。 石油、 天然ガス等、 通常の燃料を用いる内燃機関あるい は蒸気タービンなどの熱機関は、 燃料の燃焼により高温高圧の作動流体を発生 させて熱エネルギを機械的エネルギに変換するものであリ、 高温状態の熱源か ら機械的エネルギを取り出すので熱効率が高い。 ところ力 S、 自然界の熱ェネル ギゃ内燃機関の排熱などは一般的にそれほど高温ではなレ、、 つまり低温状態の 熱エネルギであって、 このような熱源から機械的エネルギを効率的に取り出す には、 低温状態の熱源に適した熱機関が必要となる。 低温状態の熱源から機械的エネルギを発生させる熱機関として、 特開 2 0 0 1一 2 0 7 0 6号公報に示されるエンジンがある。 このエンジンは、 図 3に示 されるように、 蒸気発生部 1 0 1と冷却部 1 0 2とを備え、 それらの間はノズ ル 1 0 3で連結される。 冷却部 1 0 2のノズル 1 0 3と対向する位置にはター ビン 1 0 6が配置してあり、 タービン 1 0 6はマグネッ ト 1 0 7と一体となつ て回転する。 マグネット 1 0 7の内側には、 静止した発電コイル 1 1 0が対向 するように配置され、 マグネット 1 0 7と発電コィノレ 1 1 0は発電装置を構成 する。 蒸気発生部 1 0 1と冷却部 1 0 2とはそれぞれ密閉され、 その内部には 作動流体である水 1 0 4が封入されるとともに、 内部の空気等は真空ポンプに より排気されている。 また、 冷却部 1 0 2の上方には放熱のための多数のヒー トパイプ 1 0 5が取り付けられている。
蒸気発生部 1 0 1と冷却部 1 0 2とは全体としてヒートパイプをなしてお り、 蒸気発生部 1 0 1で下方から加熱され水蒸気となった水 1 0 4は、 高速流 となりノズノレ 1 0 3からタービン 1 0 6のブレードに噴出する。 これにより、 タービン 1 0 6及びマグネット 1 0 7が回転して回転エネルギが生じ、 回転ェ ネルギはマグネット 1 0 7と発電コイル 1 1 0により最終的には電気工ネル ギの形に変換されて外部に出力される。 タービン 1 0 6を駆動した後の蒸気は、 ヒートパイプ 1 0 5の放熱作用に伴い冷却されて水に戻る。 この復水は重力に よって冷却部 1 0 2の下方に落下し、 中央部から蒸気発生部 1 0 1に還流され る。
密封容器内に封入された液体の蒸発と凝縮とを利用するヒートパイプは、一 般的には熱の輸送手段つまり熱伝達装置として用いられるものである。 し力 し、 ヒートパイプ内に封入された液体の蒸気は大きな速度エネルギを伴って移動 するから、 上記のとおりこれから動力を取り出すことが可能であって、 この場 合には、 低温状態の熱源から機械的エネルギを取り出すことができるようにな る。 特開 2 0 0 1— 2 0 7 0 6号公報に示されるタービンは、 作動流体の速度ェ ネルギを利用するいわゆる速度型機関であるが、 タービンを効率的に作動させ るには、 タービンの回転数を上昇させその周速を蒸気の速度に匹敵するような 値まで増大させる必要がある。 タービンを小型化し直径を小さくしたときは、 タ一ビン回転数は非常に高回転となり、 タービンには大きな遠心力が作用して 破損の虞れが生じるとともに、 高速回転の機関により負荷を駆動するには、 通 常、 減速機を設置して回転数を低下させることが不可欠となる。 発電機を利用 して電気工ネルギの形で動力を取り出す場合でも、 高速の発電機は制御装置な どが複雑で高価なものである。 さらに、 加熱部の温度が低く蒸気が低温である ときは、 蒸気の過熱度が低いので冷却により水滴が生じやすい。 水滴が発生す ると高速でタービンブレードに衝突し、 タービンブレードには水滴の衝突によ る浸食、 いわゆるエロージョンが起こる。
また、 密閉容器の中に熱機関を収容しこれを回転させるときは、 回転軸はシ 一/レ性を備えた軸受により支持しなければならない。 タービンのような高速回 転を行う回転軸を支持するには精密な軸受が必要であって、 シール性を確保し ながら支持するには、 その軸受部に複雑高価なものを採用することとなり、 保 守管理のコストも増大する。
本発明の課題は、 高温の熱源に限らず、 内燃機関の排熱等低温状態の各種の 熱源から機械的エネルギを得ることが可能な熱機関を提供し、 しかも、 従来の 熱機関における上述の問題点を解決することにある。 発明の開示
従来の熱機関における上述の問題を解決するため、 本発明の蒸気エンジンは、 液体を充満させた密閉容器内に複数の容積室を設けたロータを配置し、 その容 積室に作用する浮力を利用してロータを回転させることにより、 簡易な構造で 低回転であっても効率的に動力を取り出すものである。 すなわち、 本発明は、 請求の範囲第 1項に記載のように、
「液体を封入した密閉容器を設置して、 その密閉容器の下方には、 液体の蒸気 を発生する蒸気発生部を前記密閉容器と連通させて配置するとともに、 前記密 閉容器の上方には液体の蒸気を凝縮するコンデンサを前記密閉容器と連通さ せて配置し、
前記密閉容器の内部には、 複数の容積室を形成したロータを設け、
前記ロータを液体中に浸漬して前記密閉容器に回転可能に支持し、
前記蒸気発生部を加熱して発生させた液体の蒸気を前記容積室に供給し、 前記ロータの一方側に浮力を作用させて、 前記ロータを回転させる」 ことを特徴とする蒸気エンジンとなっている。
上記のように構成された本発明の蒸気エンジンでは、 液体を封入した密閉容 器内に、 複数の容積室を形成したロータを液体中に浸漬させて設置し、 この口 ータの一方側の容積室に蒸気発生部で発生させた蒸気を供給する。 蒸気は容積 室内の液体を押しのけて一方側の容積室に充満し、 その蒸気は液体に比べはる かに比重量が小さいから、 ロータの一方側には密度差による浮力が作用して口 ータに回転トルクが働く。 容積室はロータに連続的に複数個設けられているの で、 ロータは連続的に回転し、 これにより、 動力を取り出すことができる。 口 —タに作用する浮力の大きさはロータの回転速度には無関係であるため、 ロー タが低速で回転する際にも一定のトルクが得られる。 したがって、 このェンジ ンは、 蒸気の速度エネルギを回転エネルギに変換するタービンとは異なり、 低 速でも効率よく作動させることが可能である。 ロータの容積室内の蒸気は、 口 —タの回転に伴って密閉容器内の液体中に排出され、 密閉容器の上部に配置さ れたコンデンサ内に送られる。 蒸気はここで冷却され凝縮して液体となり、 密 閉容器内に還流する。
この蒸気エンジンのロータは、 外周に複数の容積室を形成しただけの構造で あり、 相対的に動く可動部材ゃシール部材等を設ける必要がない。 つまり、 構 造が単純で簡易なものであるから、 耐久性に優れ保守管理のコストを大幅に削 減することができる。そして、回転速度も低速であるため、タービンのように、 回転軸を支持するベアリングに高回転用の精度の高いものを採用する必要は なく、 また、 水滴の衝突に起因するエロージョンは発生しない。 請求の範囲第 2項に記載のように、 前記ロータの複数の前記容積室の間に仕 切壁を形成し、 前記蒸気発生部から前記ロータの回転方向に向けて液体の蒸気 を噴出して前記容積室に供給するよう構成することが好ましい。 このように供 給された蒸気は、 速度エネルギを持ちながら仕切壁に衝突し、 容積室内の液体 をロータの回転方向後方に向けて排出する。 ロータは蒸気の衝突に伴う衝動作 用を受けるとともに、 排出される液体からは反動作用を受け、 これにより、 口 ータに作用する回転方向のトルクが助勢されることとなり、 蒸気エンジンとし ての出力及び効率をより向上させることができる また、 請求の範囲第 3項に記載のように、 前記コンデンサに真空ポンプを接 続して、 前記密閉容器及び前記コンデンサ内の圧力を液体の飽和蒸気圧とする ことが好ましい。 真空ポンプによりコンデンサ内から空気等のガスをお気した ときは、 液体の沸点が低下して低温でも液体が蒸気状態となる。 その結果、 加 熱部の温度がそれほど高温ではない場合でも、 液体は容易に蒸気となり、 ェン ジンを効率的に作動させ回転エネルギを取り出すことが可能である。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の蒸気エンジンの断面図である。
図 2は、 本発明の蒸気エンジンの作動状態を示す図である。
図 3は、 従来の蒸気エンジンの一例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 図 1 は、 本発明の蒸気エンジンの断面図であって、 （a ) はロータの回転軸に直交 する面を示し、 （b )はロータの回転軸を含む面を示すものである。図 2には、 作動時におけるロータの拡大断面図を示す。 本発明の蒸気エンジンはロータ 1を収容する密閉容器 2を有し、 その内部に は、 作動流体として水が封入されており、 水は密閉容器 2内にほぼ充満してい る。 図 1 ( a ) に示されるように、 密閉容器 2の断面は矩形をなしている力 ロータ 1の外周に沿うような円形断面とすることもできる。 密閉容器 2の上部 には水蒸気を凝縮し復水とするコンデンサ 3が設置してあり、 密閉容器 2とコ ンデンサとは、連結用短管及び継手により接続される。密閉容器 2の下部には、 外部の熱源により加熱される蒸気発生部 4が配置される。
蒸気発生部 4は、 内部に蒸発空間を有するほぼ円筒形状のケーシングで構成 され、 その下部には水の流入路 4 1を備え、 上部には蒸気の流出路 4 2を備え ている。 この実施例では、 蒸気発生部 4が密閉容器 2内に内蔵されている力 蒸気発生部 4を密閉容器 2と分離し、 管路によつて連結するよう構成すること もできる。 また、 コンデンサ 3は水平断面が円形の蒸気溜め部 3 1を備え、 蒸 気溜め部 3 1の上部には、 放熱により蒸気を冷却し凝縮するため、 蒸気溜め部 3 1と連通する多数の管体 3 2が円形状に配置して取り付けられており、 この 管体 3 2の上端は閉鎖されている。 さらに、 コンデンサ 3の蒸気溜め部 3 1に は、 逆止弁 3 3を介して真空ポンプ 3 4が接続され、 空気等のガスを排気しコ ンデンサ 3及び密閉容器 2の内部を飽和蒸気圧に保つ。
密閉容器 2には、 多数の容積室 1 1が設けられたロータ 1が水中に浸漬して 設置される。 容積室 1 1は、 ロータ 1の周囲に窪みとして形成され、 その両端 は側壁 1 2によって閉鎖されるとともに外方は密閉容器 2内に開放されてい る。 多数の容積室 1 1の間にはブレード状の仕切壁 1 3が形成され、 仕切壁 1 3は、 ロータ 1の径方向に対しロータ回転方向の後ろ向きに傾斜するように、 根元部分から直線状に延びており、 したがって、 ロータ 1の断面は水車状をな している。 場合によっては、 仕切壁 1 3を曲線形状とすることもできる。 ロー タ 1は、 その両端が密閉容器 2の側壁に軸受けして回転可能に支持される。 ロータ 1の一方の端部の近傍には、 図 1 ( b ) に示されるように、 複数個の マグネット 5が埋め込まれて固定され、 これはロータ 1と一体に回転する。 マ グネット 5と対向する位置には、 複数個の鉄心 7及びこれを取り巻く発電用コ ィル 6が置かれ、 これらはマグネット 5が置かれた端部側の密閉容器 2の側壁 に固定されている。 図示しないが、 発電用コイル 6には発電電力を取り出すた めの電線が接続され、 マグネット 5及び発電コイル 6は、 水の侵入を防止する ケースに収められている。 この実施例は、 回転エネルギを電気工ネルギとして 出力するものであるが、 ロータ 1に歯車を固着し、 これと嚙合う歯車を密閉容 器 2の側壁に回転可能に支持することにより、 回転エネルギの形で動力を取り 出すこともできる。 次いで、 本発明の蒸気エンジンの作動について説明する。
水が封入された密閉容器 2の下方に配置された蒸気発生部 4では、 流入路 4 1から空間部に水が供給される。 空間部の下方は、 例えば、 内燃機関の排熱等 の熱源によつて加熱される加熱部となっており、 供給された水はここで加熱さ れ高圧の蒸気となる。 この高圧蒸気は蒸気発生部 4の上方に設けられた流出路 4 2からロータ 1の接線方向に向けて噴出される。
噴出された蒸気は、 図 2の破線の矢印に示されるように、 流出路 4 2の直上 に存在するロータ 1の容積室 1 1に送り込まれ、 その容積室内の水を押しのけ 容積室 1 1内に充満する。 このため、 図 2において中心軸の左側の容積室 1 1 には、 蒸気と水の密度差に基づく浮力が作用し、 ロータ 1には時計方向の回転 トルクが働いて、 白抜き矢印で示す方向にロータ 1が回転することとなる。 ま た、 蒸気の噴出は、 ロータ 1の接線方向で回転方向に向けて行われるので、 こ の蒸気は仕切壁 1 3に衝動によるトルクを付与し、 押しのけられた水は、 図 2 の実線の矢印に示されるように、 回転方向の後方に排出され、 反動によるトル クをロータに付与する。 このように、 蒸気の流出路 4 2を接線方向に設定する ことにより、 浮力に基づく回転トルクを助勢することができる。
容積室 1 1内の蒸気は、 ロータ 1の回転に伴って徐々に密閉容器 2の水の中 に放出され、 仕切壁 1 3が水平状態となると容積室 1 1は再び水で満たされる。 このとき、 仕切壁 1 3を上向きに凸の曲線状とすると、 長時間蒸気を容積室 1 1内に留めることが可能となる。 水中に放出された蒸気は気泡となつて密閉容 器 2内を上昇し、 密閉容器 2の上方の短管を経て、 コンデンサ 3の蒸気溜まり 3 1に送られる。 蒸気はさらに冷却管 3 2に入り、 ここで冷却されて復水とな り、 復水は重力により下方に移動し、 短管を経て密閉容器 2内に還流する。 こ の蒸発、 凝縮の過程は、 ヒートパイプと類似したものである。
コンデンサ 3には空気等を排出する真空ポンプ 3 4が接続され、 これにより、 コンデンサ 3及び密閉容器 2の内部の圧力は低下して飽和水蒸気圧に保持さ れている。 そのため、 密閉容器 2内の水の沸点は低下しており、 加熱部の温度 がそれほど高くない低温状態であっても、 水が蒸発して水蒸気となリ、 ロータ 1を回転させる回転トルクを発生させることができる。
ロータ 1の回転エネルギは、 ロータ 1と一体に回転するマグネット 5により 鉄心 7に発生する変動磁界と、 発電用コイル 6との相互電磁作用によって、 電 気的エネルギとして外部に取り出される。 この出力取り出し方法によると、 出 力取り出し機構と密閉容器 2との間にシール装置を配置する必要がない。 また、 本発明のロータ 1は、 容積室 1 1と仕切壁 1 3とが形成されただけの単純な構 成であって、 相対的に移動する可動部材ゃ複雑なシール装置を備えていない。 このため、 エンジンを堅牢な構造とすることが容易であり、 その結果、 ェンジ ンは耐久性の優れたものとなる。 産業上の利用可能性
以上詳述したように、 本発明の蒸気エンジンは、 液体を充満させた密閉容器 内に複数の容積室を設けたロータを配置し、 その容積室に作用する浮力を利用 してロータを回転させ、 簡易な構造で加熱部に加えられた熱を回転エネルギに 変換するものである。 したがって、 本発明の蒸気エンジンは、 各種の熱源から 動力を取り出す熱機関として利用することができる。 上記の実施例では、 内燃 機関の排熱等低温状態の熱を回転エネルギに変換する場合について述べてい るけれども、 本発明の蒸気エンジンにおいては、 燃焼等による高温の熱源を使 用して動力を取り出すことが可能であるのは言うまでもない。 また、 作動流体 となる液体としては、 水に限らず例えばアンモニア、 アルコール、 フロン等の 冷媒を用いることができるのは明らかである。

Claims

請求の範囲
1. 液体を封入した密閉容器 （2) を設置して、 その密閉容器 （2) の下方に は、 液体の蒸気を発生する蒸気発生部 （4) を前記密閉容器 （2) と連通 させて配置するとともに、 前記密閉容器 （2) の上方には液体の蒸気を凝 縮するコンデンサ （3) を前記密閉容器 （2) と連通させて配置し、 前記密閉容器 （2) の内部には、 複数の容積室 （1 1) を形成したロータ
(1) を設け、
前記ロータ （1) を液体中に浸漬して前記密閉容器 （2) に回転可能に支 持し、
前記蒸気発生部 （4) を加熱して発生させた液体の蒸気を前記容積室 （1 1) に供給し、
前記ロータ （1) の一方側に浮力を作用させて、 前記ロータ （1) を回転 させることを特徴とする蒸気エンジン。
2. 前記ロータ （1) の複数の前記容積室 （1 1) の間には仕切壁 （1 3) が 形成され、 前記蒸気発生部 （4) から前記ロータ （1) の回転方向に向け て液体の蒸気が噴出されて前記容積室 （1 1) に供給される請求項 1に記 載の蒸気エンジン。
3. 前記コンデンサ （3) には真空ポンプ （34) が接続されており、 前記密 閉容器 （2) 及び前記コンデンサ （3) 内の圧力が液体の飽和蒸気圧とさ れている請求項 1又は請求項 2に記載の蒸気エンジン。
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