WO2008015819A1 - Moteur à dioxyde de carbone - Google Patents

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WO2008015819A1
WO2008015819A1 PCT/JP2007/057845 JP2007057845W WO2008015819A1 WO 2008015819 A1 WO2008015819 A1 WO 2008015819A1 JP 2007057845 W JP2007057845 W JP 2007057845W WO 2008015819 A1 WO2008015819 A1 WO 2008015819A1
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WO
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carbon dioxide
rotor
expansion
stroke
gas
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PCT/JP2007/057845
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English (en)
French (fr)
Inventor
Koki Fukuyama
Original Assignee
New Scientific R & D Institute Inc.
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Filing date
Publication date
Application filed by New Scientific R & D Institute Inc. filed Critical New Scientific R & D Institute Inc.
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/22—Rotary-piston machines or engines of internal-axis type with equidirectional movement of co-operating members at the points of engagement, or with one of the co-operating members being stationary, the inner member having more teeth or tooth- equivalents than the outer member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B17/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by use of uniflow principle
    • F01B17/02—Engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/22—Fluid gaseous, i.e. compressible
    • F04C2210/222—Carbon dioxide (CO2)

Definitions

  • the present invention relates to a carbon dioxide engine, and more particularly, to an engine that extracts the energy without burning the fuel by making the best use of the physical properties of carbon dioxide, so to speak as an "internal pressure engine”. .
  • An internal combustion engine burns fuel inside the engine and uses its thermal energy.
  • There are various types such as gasoline engines, gas engines, oil engines, etc. depending on the fuel used, and they are widely used all over the world.
  • the invention of the present application is a completely new and innovative energy system proposed under such a background.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-113901
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-339858
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 56-068477
  • Patent Document 4 Japanese Patent Application Laid-Open No. 04-047104
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-017655
  • the present invention proposes a completely new and revolutionary carbon dioxide engine that eliminates the above drawbacks by extracting energy without burning fuel.
  • an object of the present invention is to provide a carbon dioxide engine that can extract energy equal to or higher than that of a conventional internal combustion engine without causing a problem caused by fuel resources.
  • Another object is to prevent an increase in carbon dioxide gas due to the use of an internal combustion engine, thereby contributing to the prevention of global warming.
  • a carbon dioxide engine has a housing formed in a hermetically sealed manner, an inner chamber formed in a circular cross section in the housing, and the inner chamber rotated about a rotor axis.
  • the inner chamber is responsible for the suction / expansion stroke
  • the secondary working chamber is responsible for the expansion / discharge stroke
  • the tertiary working chamber is responsible for the atmospheric pressure maintaining stroke.
  • the air supply port is provided in the primary working chamber of the housing, the exhaust port is opened in the secondary working chamber, and high-pressure carbon dioxide gas is supplied to the primary working chamber from the air supply port.
  • the rotor is rotated in one direction by a force due to volume expansion when the carbon dioxide gas reaches atmospheric pressure.
  • the inner chamber is formed to have a perfect circle in cross section.
  • the inner chamber is formed in an elliptical cross section.
  • a heating part is provided outside the housing.
  • the carbon dioxide engine according to claim 1 is characterized in that a plurality of the exhaust ports are provided.
  • the present invention uses three excellent physical properties of carbon dioxide, namely, gas inertness, normal temperature liquefaction and high volume expansion, and carbon dioxide supplied to the inner chamber in a high pressure state.
  • the rotor is rotated by the force of volume expansion when the pressure becomes normal pressure, and the energy generated by this is taken out. Therefore, since energy is extracted without burning fuel, problems caused by fuel resources, that is, pollution problems caused by exhaust gas are not caused if the resources are exhausted. Therefore, it is a complete clean energy.
  • carbon dioxide is used, carbon dioxide is not generated, so that an increase in carbon dioxide more than the present can be prevented, which can contribute to prevention of a warming phenomenon.
  • the energy source is carbon dioxide without fear of resource depletion, and the energy from which the power is extracted is equal to or higher than that of a gasoline engine, as will be described later, so there is no problem in terms of energy performance.
  • FIG. 1 is a schematic front sectional view showing an embodiment of a carbon dioxide engine according to the present invention, in which (A) is an intake / expansion stroke, (B) is an expansion / discharge stroke, and (C) is atmospheric pressure holding. Each process is shown.
  • FIG. 2 is a schematic front cross-sectional view showing another embodiment of the carbon dioxide engine according to the present invention, in which (A) is an intake / expansion stroke, (B) is an expansion / discharge stroke, and (C) is an atmospheric pressure maintaining stroke.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing an embodiment of a rotor.
  • FIG. 4 is a schematic front sectional view showing still another embodiment of the carbon dioxide gas engine according to the present invention, in which (A) is an intake / expansion stroke, (B) is an expansion / discharge stroke, and (C) is an atmospheric pressure. Each holding process is shown.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the operating principle of a carbon dioxide gas engine according to the present invention.
  • FIG. 6 is a table showing the thermodynamic properties of carbon dioxide.
  • the rotary carbon dioxide engine shown in FIGS. 1, 2 and 4 is a case where the rotor is a three-sided rotor as shown in FIG. Figures 1 and 2 show the case where the housing is a perfect circle, and Figure 4 shows the case where it is oval.
  • the housing 101 constituting the carbon dioxide gas engine 1 includes a sealed aluminum alloy cylinder and an aluminum alloy rotor 105 rotatably provided in the inner chamber 103 of the housing 101. .
  • the housing 101 is provided with an inner chamber 103 formed in a circular cross-section inside a hermetically sealed cylinder.
  • the housing 101 is provided with an air supply port 107 on the peripheral wall, and an exhaust port 109 is opened on the peripheral wall on the opposite side.
  • the exhaust port 109 is preferably provided so as to be located below the air supply port 107.
  • “opposite” includes installation of the air supply port 107 and the exhaust port 109 having such a positional relationship.
  • the rotor 105 also has a rounded equilateral triangular plate body force, and the housing 101 A plurality of rotor shafts 106, which are rotatably provided in the central portion of the inner chamber 103, are usually fixed to each other with a plurality of phases shifted.
  • the contour of the rotor 105 is provided with a pressure seal 105a for maintaining pressure, as shown in FIG.
  • the pressure seal 105a also serves as an oil seal.
  • the inner chamber 103 is supplied with the vaporized high-pressure carbon dioxide gas 35a, and the rotor 105 is rotated around the rotor shaft 106 by a force due to volume expansion when the carbon dioxide gas 35a reaches atmospheric pressure. Rotate around.
  • the inner chamber 103 is partitioned into a primary working chamber 111, a secondary working chamber 112, and a tertiary working chamber 113 as the rotor 105 rotates.
  • Each of the operation chambers 111, 112, 113 is responsible for any one of the suction expansion stroke, the expansion discharge stroke, and the atmospheric pressure maintaining stroke in relation to the operation surfaces a, b, c of the rotor 105.
  • the shape of the housing may be an ellipse that does not necessarily have to be a circular shape in cross section. In the latter case, for example, it can be configured as shown in FIG.
  • the inner chamber 123 of the housing 102 is formed along a locus drawn by symmetrically intersecting two circles having the same diameter.
  • the rotor 126 is formed of a rounded equilateral triangular plate, and rotates while moving in the inner chamber 123.
  • a circular rotor hole 126a is provided in the central portion of the rotor 126, and the rotor shaft 126b is passed through the rotor hole 126a.
  • the rotor shaft 126b is provided with a gear (not shown) on the outer periphery, and meshes with a gear (not shown) provided on the inner periphery of the rotor hole 126a.
  • 123a is a primary working chamber
  • 123b is a secondary working chamber
  • 123c is a tertiary working chamber.
  • Energy is extracted from the rotor shaft 126b through appropriate means.
  • a pressure seal also serving as an oil seal is provided on the contour of the rotor 126 as in FIG.
  • Reference numeral 31 denotes a tank for storing liquid carbon dioxide, and the liquid carbon dioxide is supplied into the inner chamber 9 from the air supply port 107 opened through the pipe 33 in a high pressure state 35a.
  • carbon dioxide 35 carbon dioxide at high pressure is represented by “35a”, and carbon dioxide at normal pressure is represented by “35b”.
  • the generic term “carbon dioxide 35” is used.
  • the housing 101 is integrally covered with an aluminum-alloy housing cover 139, as shown in FIG. 2, and also has a hollow body force outside the side wall of the cylinder body.
  • a heating unit 137 may be provided.
  • a hot air supply port 141 and a hot air discharge port 143 are opened in the side wall of the housing cover 1 39, and heating of the hot air supply pipe 45 and the heating unit 137 for supplying hot air 40 a for heating the heating unit 137 is finished.
  • the hot air discharge pipe 47 for discharging the hot air 40b is connected.
  • the hot air supply noise 45 and the hot air discharge pipe 47 are connected to a compressor 49 provided separately so as to be circulated.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the position when the rotor 115 rotates in the inner chamber 103 and the state of expansion of the carbon dioxide gas.
  • A1 in FIG. 5 and A2 in FIG. 5 indicate the suction and expansion strokes, and the carbon dioxide gas at this time is in a “sub-expansion” state.
  • B1 in FIG. 5 and B2 in FIG. 5 indicate the expansion / discharge process, and the carbon dioxide gas at this time is in a “chain expansion” state.
  • C in FIG. 5 shows the atmospheric pressure maintaining process, and the inner chamber 103 at this time is atmospheric pressure (1 atm).
  • D in FIG. 5 shows a state in which the rotor 115 makes one rotation and the other surface (b surface) is the working surface.
  • the carbon dioxide gas 35a is supplied from the initial tank 31 through the pipe 33 to the carbon dioxide gas engine 1 in a high pressure state.
  • This carbon dioxide gas 35a flows into the inner chamber 103 of the carbon dioxide gas engine 1, Let us explain the situation based on Fig. 5.
  • the pressure energy received by the rotor 115 at the time of sub-expansion is received by the entire a-plane as in the case of a gasoline engine. That is, in the intake and expansion strokes of A1 in FIG. 5 and A2 in FIG. 5, the carbon dioxide gas 35a moves to the next expansion and discharge stroke in a state where the stress of subexpansion energy is accumulated and held. Note that the pressure on the other side (b-side) in this suction / expansion stroke is atmospheric pressure.
  • the expansion pressure in the expansion / exhaust stroke is concentrated only on the half surface of the rotor 115 on the exhaust port 119 side, not on the entire a-plane of the rotor 115, unlike in the suction / expansion stroke. Therefore, the exhaust port 119 is opened more and more, and as a result, the carbon dioxide gas 35a rapidly moves toward the exhaust port 119, and the force due to the expansion of the carbon dioxide gas 35a (this is called "expansion force”) Concentrate only on the half surface of the rotor 115 on the exhaust port 119 side.
  • This state can be referred to as a “chain expansion” state, in which case the carbon dioxide gas 35a is sufficiently expanded, so that a sufficient rotational moment can be obtained on the half surface of the rotor 115 on the exhaust port 119 side, As a result, the rotor 115 rotates.
  • the pressure on each side in the expansion / discharge process is the atmospheric pressure on the other surface (b surface) side, and on B2 in FIG. 5, both the a and b surfaces are at atmospheric pressure.
  • the carbon dioxide engine starts full-scale operation by continuously repeating the above-described series of strokes.
  • the operation principle in the case of the three-surface rotor shown in FIGS. 1 and 2 is also the same as described above, and the expansion of the carbon dioxide gas 35 a takes the suction expansion stroke, the expansion discharge stroke, and the atmospheric pressure maintaining stroke, and in each stroke. Acts the same as above.
  • the difference from the two-sided rotor is that there is no air supply valve 125.
  • the function of the air supply valve 125 that is, the opening and closing of the air supply port 117 is performed according to the rotational position of the rotors 105 and 126.
  • the rotor 105 further rotates to the position shown in FIG. Since the rotor continuously rotates in the housing due to the volume expansion force and inertial force of the carbon dioxide gas 35a, the resulting energy is taken out by appropriate means.
  • Conventional gasoline engines have ⁇ 1> intake stroke, ⁇ 2> compression stroke, ⁇ 3> combustion stroke and exhaust stroke
  • the above four strokes are required, but the carbon dioxide engine according to the present invention does not require the above ⁇ 3> combustion stroke, and ⁇ 2> may or may not have a compression stroke.
  • the stroke of the carbon dioxide engine according to the present invention is ⁇ a> intake expansion stroke, ⁇ b> expansion / discharge stroke, and ⁇ c> atmospheric pressure holding stroke.
  • combustion expansion of a conventional gasoline engine is transient energy
  • a carbon dioxide engine (internal pressure engine) according to the present invention is continuous expansion energy. Due to the difference in energy characteristics, each stroke of the conventional gasoline engine can be clearly distinguished.
  • Each stroke of the carbon dioxide engine according to the present invention is continuous.
  • the compression stroke is not necessarily required as shown in the illustrated embodiment. This is because the compression stroke of air and fuel for combustion is not required in the present invention as in a gasoline engine.
  • the aspect of the carbon dioxide engine also differs as follows.
  • the conventional gasoline engine must have an elliptical cylinder, and cannot be a cylinder with a perfect circle.
  • the conventional gasoline engine must have an elliptical cylinder configuration, and a circular configuration. Cannot be a cylinder.
  • the gasoline engine uses the instantaneous energy at the time of explosive combustion, so it is necessary to decenter the uniform pressure exerted on the rotor surface to give the rotational direction, as well as suction and compression. This is because it is necessary to change the volume of the working chamber.
  • the cylinder rotates in both the three-surface rotor and the two-surface rotor regardless of whether the cylinder has an elliptical configuration or a perfect circular configuration.
  • Carbon dioxide 35 will be described in detail. Carbon dioxide (diacid carbon dioxide) is as follows.
  • Carbon dioxide gas is generated in association with combustion of animals, respiration of animals, decay of organic substances, fermentation, etc., and is normally present in the air. On the other hand, plants absorb carbon dioxide and perform carbon assimilation.
  • the present invention pays attention to the inertness of the carbon dioxide gas having such physical properties, the room temperature liquefaction property, and the high volume expansion property, and makes the most of this.
  • the expansion rate of the carbon dioxide gas 35a that is, the magnitude of the energy extracted by the carbon dioxide gas 35a will be considered.
  • the pressure of the carbon dioxide gas 35a is 6.432 MPa (64.32 atmospheres) from FIG.
  • the rotor 105 in the inner chamber 103 at 1 atm) is 64.32 times more pressure. Therefore, it is theoretically possible to extract about 64 times the kinetic energy.
  • This energy is compared with energy extracted from a gasoline engine as a representative of a conventional internal combustion engine.
  • octane a hydrocarbon that is relatively close to the average molecular weight of gasoline, is calculated as the gasoline composition.
  • the physical properties of octane are
  • the explosion temperature T can be obtained by equation (2).
  • the above value is assumed to be the same explosion condition as the explosive, so it explodes beyond reality.
  • the temperature is getting higher.
  • the explosion temperature is around 1500K and there is not enough air for combustion, the reaction will not proceed. Therefore, in reality, there is a lack of oxygen, so the reaction does not occur like TNT explosives.
  • combustion temperature T can be obtained by the following equation.
  • Vb 62.5 (ml).
  • combustion temperature T can be obtained by the following equation as described above.
  • the amount of energy extracted from the conventional gasoline engine is about 25 times in this case.
  • the energy extracted from the carbon dioxide engine according to the present invention is equal to or higher than the energy extracted from the conventional internal combustion engine.
  • 2.5 times as much energy can be obtained as compared with the conventional example (64 times at 25 ° C) and the comparative example (25 times).
  • the generation of energy according to the present invention does not accompany the combustion of fuel. Therefore, the exhaustion of resources caused by fuel resources is safe without causing pollution problems due to exhaust gas, and is completely clean. Energy can be obtained. Also, since it does not produce carbon dioxide, An increase in carbon dioxide gas can be prevented, which can contribute to the prevention of global warming. As mentioned above, the energy that can be extracted is equal to or higher than that of a gasoline engine, so that the energy performance is also ensured.
  • the pressure of the supplied carbon dioxide gas 35a is constant (for example, at room temperature (25 ° C) without being affected by the compression ratio of the closed chamber (inner chamber 103, 123)). About 64 times). Carbon dioxide gas 35a stored in a tank or cylinder can be used effectively at the last lmo. Therefore, the energy extraction efficiency is very good.
  • volume expansion coefficient of carbon dioxide gas 35 and the temperature are correlated, and the volume of carbon dioxide gas 35a in the high-pressure state supplied into primary working chamber 111 is further expanded by heating by heating section 137. Therefore, the work rate of the carbon dioxide engine is further improved.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above.
  • a pressure adjustment valve is provided on the discharge side of the carbon dioxide engine 1 and this pressure adjustment can be used as a normal pressure, the “sub-expansion” and “ “Expansion” can be induced to obtain “expansion force”.
  • the carbon dioxide gas flowing through the pipe 33 of the supply system may be a mixture of gas and dry ice as a powder, or may be supplied in a liquid state. Which phase is taken depends on conditions such as atmospheric pressure and temperature at the site.
  • a plurality of exhaust ports 109 can be provided, and if configured in this way, exhaust efficiency is good, which further contributes to an increase in output and stabilizes the high-speed rotation range and the low-speed rotation range. To further contribute.
  • the material constituting the carbon dioxide engine 1 can be appropriately selected from iron and the like.
  • the carbon dioxide flowing through the pipe of the supply system may be a mixture of gas and dry ice as a powder, or may be supplied in a liquid state. Which phase is taken depends on conditions such as atmospheric pressure and temperature in the field.
  • Application of the extracted energy is arbitrary, and for example, driving of automobiles, trains, airplanes, ships, etc., driving of motors, driving of generators or power generation can be performed.
  • high pressure refers to a degree of pressure sufficient to operate a carbon dioxide engine, and is, for example, 40 atm or 70 atm.
  • the invention of the present application can be utilized for driving automobiles, trains, airplanes, ships, etc., driving motors, and driving generators, for example.

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Description

明 細 書
炭酸ガスエンジン
技術分野
[0001] 本願発明は炭酸ガスエンジンに関し、とくに炭酸ガスの物理的性状を最大限に活 用した、燃料の燃焼を伴わずにエネルギを取り出すエンジンで、いわば「内圧機関」 とでもいうべきものに関する。
背景技術
[0002] 内燃機関は機関の内部で燃料を燃焼させてその熱エネルギを利用する。使用する 燃料のちがいによりガソリン機関、ガス機関、石油機関等種々のものがあり、世界中 で広く普及し使用されている。
[0003] し力しながら、石油資源の枯渴が懸念されており、また燃焼の結果排出される排気 ガスによる公害問題を惹起して 、る。
[0004] 外燃機関も燃料を燃焼させると!ヽぅ点で、上記した問題、即ち、資源の枯渴ゃ排気 ガスによる公害問題を惹起する。
[0005] これらを解消すベぐクリーンエネルギとして水素の利用が注目されている力 取扱 いが至難のため、開発に行き詰まつているのが現状である。また原子力利用は公害 乃至環境問題や安全性の点で懸念がある。
[0006] このようにエネルギー源の確保が重要である反面、炭酸ガスの増大による弊害とく に地球温暖化問題が指摘されている。 日本の炭酸ガス排出量は全世界の 5%を占 めると言われ、毎年約 38100万トンもの膨大な量の炭酸ガスが空気中に排出されて いる。このうち約 3割が発電等のエネルギ転換部門が占めている。このような憂慮す べき状態にあるにもかかわらず、世界経済の活発化 ·発展途上国の発展等により、京 都議定書の如き政治的制約を尻目に炭酸ガスの排出は一層増大すると言われ、そ の有効利用はおろか増大防止を阻止できな 、で 、る。
[0007] 本願発明はこのような背景の下に、提唱される全く新しい画期的なエネルギシステ ムである。
[0008] 本願発明に関し、先行技術文献の調査をしたが有効な特許文献を発見することが できなかった。強 、て挙げるとすれば次の通りである。
特許文献 1 :特開 2005— 113901号公報
特許文献 2：特開 2002— 339858号公報
特許文献 3：特開昭 56 - 068477号公報
特許文献 4：特開平 04 - 047104号公報
特許文献 5 :特開昭 55— 017655号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 本願発明は燃料の燃焼を伴わずにエネルギを取り出すことにより上記欠点を解消 する全く新 、画期的な炭酸ガスエンジンを提案する。
[0010] つまり本願発明の目的は、燃料資源に起因する問題を起こさずに、従来の内燃機 関によるのと同等程度以上のエネルギを取り出すことができる炭酸ガスエンジンを供 することである。
[0011] また他の目的は、内燃機関使用による炭酸ガスの増加を防止することであり、ひい ては温暖化現象の防止に寄与することである。
課題を解決するための手段
[0012] 上記目的達成のため、本願発明による炭酸ガスエンジンは、密閉に形成されるハウ ジングと、該ハウジング内に断面円形に形成される内室と、該内室にロータ軸を中心 として回転可能に設けられるロータとからなり、上記ロータの回転の際上記内室が吸 入膨張行程を担う 1次作動室、膨張排出行程を担う 2次作動室及び大気圧保持行程 を担う 3次作動室に区画 ·形成され、上記ハウジングの 1次作動室に給気口を設ける とともに 2次作動室に排気口を開口し、上記給気口より高圧状態の炭酸ガスが上記 1 次作動室に供給され、該炭酸ガスの大気圧になるときの体積膨張による力により上 記ロータが一方向に回転されることを特徴とする。
また、請求項 1記載の炭酸ガスエンジンにおいて、上記内室が断面正円に形成さ れることを特徴とする。
また、請求項 1記載の炭酸ガスエンジンにおいて、上記内室が断面楕円に形成さ れることを特徴とする。 また、請求項 1記載の炭酸ガスエンジンにおいて、上記ハウジングの外側に加熱部 を設けることを特徴とする。
また、請求項 1記載の炭酸ガスエンジンにおいて、上記排気口が単一であることを 特徴とする。
また、請求項 1記載の炭酸ガスエンジンにおいて、上記排気口が複数であることを 特徴とする。
発明の効果
[0013] 本願発明は炭酸ガスの有する 3つの優れた物理的性状、即ち、ガスの不活性、常 温液化性及び高度の体積膨張性を利用し、高圧状態で内室に供給された炭酸ガス が常圧になるときの体積膨張による力によりロータを回転させ、これにより発生するェ ネルギを取り出す。よって、燃料の燃焼を伴わずにエネルギを取り出すから、燃料資 源に起因する問題、即ち、資源の枯渴ゃ排気ガスによる公害問題を惹起することが ない。よって完全なクリーンエネノレギである。
[0014] また、炭酸ガスを用いるものの炭酸ガスを生じることがないので、現在以上の炭酸ガ スの増加を防止することができ、温暖化現象の防止に寄与することができる。
[0015] エネルギ源は資源枯渴のおそれがない炭酸ガスであり、し力も取り出されるェネル ギは後述するようにガソリンエンジンと同等程度以上であるから、エネルギの実行性 の点でも問題はない。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]本願発明による炭酸ガスエンジンの実施の形態を示す概略正面断面図で、 (A )は吸入膨張行程を、（B)は膨張排出行程を、（C)は大気圧保持行程を各示す。
[図 2]本願発明による炭酸ガスエンジンの他の実施の形態を示す概略正面断面図で 、（A)は吸入膨張行程を、（B)は膨張排出行程を、（C)は大気圧保持行程を各示す
[図 3]ロータの実施例を示す概略斜視図である。
[図 4]本願発明による炭酸ガスエンジンのさらに他の実施の形態を示す概略正面断 面図で、（A)は吸入膨張行程を、（B)は膨張排出行程を、（C)は大気圧保持行程を 各示す。 [図 5]本願発明による炭酸ガスエンジンの作動原理を示す説明図である。
[図 6]炭酸ガスの熱力学的性質を示す表である。
符号の説明
1 炭酸ガスエンジン
31 初期タンク
33 パイプ
35 炭酸ガス
35a 炭酸ガス
35b 炭酸ガス
40 熱風
45 熱風供給パイプ
47 熱風排出パイプ
49 圧縮機
101 ハウジング
103 内室
105 ロータ
105a オイルシール兼用圧力シール
106 ロータ軸
107 給 5¾口
109 排気口
111 1次作動室
112 2次作動室
113 3次作動室
121 ハウジング
123 内室
123a 1次作動室
123b 2次作動室
123c 3次作動室 125 ロータ
125a オイルシール兼用圧力シール
126 ロータ
126a ロータ孔
126b ロータ軸
137 加熱部
139 ノヽウジングカノく一
141 熱風供給口
143 熱風排出口
a 作動面
b 作動面
c 作動面
A 空気
発明を実施するための最良の形態
[0018] 次に、実施の形態を示す図面に基づき本願発明による炭酸ガスエンジンをさらに 詳しく説明する。なお、便宜上同一の機能を奏する部分には同一の符号を付してそ の説明を省略する。
[0019] 図 1及び図 2並びに図 4のロータリ型炭酸ガスエンジンはロータが図 3で示すような 三面ロータの場合である。図 1及び図 2はハウジングが正円形の場合、図 4は楕円形 の場合である。図 1及び図 2において、炭酸ガスエンジン 1を構成するハウジング 101 はアルミニウム合金製の密閉された円筒と、該ハウジング 101の内室 103に回転可 能に設けられるアルミニウム合金製のロータ 105とからなる。上記ハウジング 101は密 閉に形成された円筒が横設され、内部に断面円形に形成される内室 103を有する。 また上記ハウジング 101は周壁に給気口 107を設け、対向する側の周壁に排気口 1 09を開口する。該排気口 109は上記給気口 107より下方に位置するように設けるの が望ましい。なお、ここで「対向」とは給気口 107と排気口 109のこのような位置関係 のある設置も含むものとする。
[0020] 上記ロータ 105は丸みを帯びた正三角形状の板体力もなり、上記ハウジング 101の 内室 103の中央部に回転可能に設けたロータ軸 106に複数個位相をずらせて通常 2個固設される。上記ロータ 105の輪郭には、図 3に示すように、圧力保持のための 圧力シール 105aを設ける。該圧力シール 105aはオイルシールも兼ねる。
[0021] 上記内室 103には気化後の高圧状態の炭酸ガス 35aが供給され、該炭酸ガス 35a が大気圧になるときの体積膨張による力により上記ロータ 105がロータ軸 106を中心 にして時計回り方向に回転する。上記内室 103は上記ロータ 105の回転に伴ない、 1次作動室 111、 2次作動室 112及び 3次作動室 113に区画 '形成される。上記各作 動室 111、 112、 113は上記ロータ 105の作動面 a, b, cとの関係で、吸入膨張行程 、膨張排出行程又は大気圧保持行程のいずれかを担う。
[0022] 吸入膨張行程は炭酸ガス 35aが 1次作動室 111内に供給され、このときの炭酸ガス 35aは「亜膨張」の状態となり、上記ロータ 105のいずれかの作動面を押圧する（図 1 A)。膨張排出行程はロータ 105の回転に与り大気圧状態となった炭酸ガス 35bが排 気口 109より外部に排出される。このときの炭酸ガス 35aは「連鎖膨張」の状態となる（ 図 1B)。大気圧保持行程は、給気口 107及び排気口 109が上記ロータ 105の他の 作動面によりブロックされるため、空気 Aが混入して大気圧となった炭酸ガス 35bを保 持する行程であり、これによりロータ 105の回転に円滑性を付与する。このときの内室 103は大気圧（1気圧）となる（図 1C)。
[0023] ロータリ型炭酸ガスエンジンの場合、ハウジングの形状は必ずしも断面正円形にす る必要がなぐ楕円形であってもよい。後者の場合例えば図 4に示すように構成する ことができる。この場合、ハウジング 102の内室 123が同一径の 2個の円が対称に交 差して描かれる軌跡に沿って形成されている。ロータ 126は丸みを帯びた正三角形 状の板体からなり、上記内室 123内を中心を移動させながら回転する。上記ロータ 1 26の中央部には、円形のロータ孔 126aが設けられ、ここにロータ軸 126bが揷通さ れる。該ロータ軸 126bは外周にギヤ（図示省略）を設け、ロータ孔 126aの内周に設 けるギヤ（図示省略）と嚙合する。 123aは 1次作動室、 123bは 2次作動室、 123cは 3次作動室である。エネルギは上記ロータ軸 126bより適宜手段を介して取り出す。な お、上記ロータ 126の輪郭にも、図 3と同様、オイルシール兼用の圧力シール（図示 省略)を設けてある。 [0024] 31は液体炭酸ガスを貯溜するタンクであり、該液体炭酸ガスはパイプ 33を通って 開弁された給気口 107より内室 9内に高圧状態 35aで供給される。炭酸ガス 35につ き、高圧状態の炭酸ガスを「35a」で表わし、常圧状態のものを「35b」で表わす。なお 、総称するときは「炭酸ガス 35」という。
[0025] ハウジング 101は、エネルギの取出効率を向上せしめるため、図 2のように、アルミ -ゥム合金製のハウジングカバー 139にて一体に被覆され、シリンダ本体の側壁の 外側に中空体力もなる加熱部 137を設けることとしてもよい。上記ハウジングカバー 1 39の側壁には熱風供給口 141及び熱風排出口 143が開口され、夫々、加熱部 137 を加熱するための熱風 40aを供給する熱風供給パイプ 45、加熱部 137の加熱を終 了した熱風 40bを排出するための熱風排出パイプ 47が連結される。上記熱風供給 ノイブ 45、上記熱風排出パイプ 47は別に設ける圧縮機 49に循環可能に連結される 。なお、図 2において、（A)は a面での吸入膨張行程、（B)は同膨張排出行程、 (C) は同大気圧保持行程、（D)は b面での吸入膨張行程を示し、（A)の吸入膨張行程に お!ヽて高圧状態の炭酸ガスは「亜膨張」となり、 (B)の膨張排出行程にお!ヽて高圧状 態の炭酸ガスは「連鎖膨張」となることは前記した実施態様と同様である。
[0026] 次に本願発明の作動原理を、便宜上、最も簡便な構造となる二面ロータを示す図 5 に基づき説明する。図 5はロータ 115が内室 103内で回転するときの位置と炭酸ガス の膨張の様子を模式ィ匕した図である。図 5の A1及び図 5の A2は吸入膨張行程を示 し、このときの炭酸ガスは「亜膨張」の状態となる。図 5の B1及び図 5の B2は膨張排 出行程を示し、このときの炭酸ガスは「連鎖膨張」の状態となる。図 5の Cは大気圧保 持行程を示し、このときの内室 103は大気圧（1気圧）となる。図 5の Dはロータ 115が 1回転し他の面 (b面）が作動面となった状態を示す。
[0027] 炭酸ガス 35aは初期タンク 31よりパイプ 33を経、高圧状態のまま炭酸ガスエンジン 1に供給されるのである力 この炭酸ガス 35aが炭酸ガスエンジン 1の内室 103に流 入されるときの様子を図 5に基づいて説明してみる。
[0028] まず始動を図示しないセルスターターにより行ない、ロータ 115を強制回転させる。
ロータ 115が図 5の A1の位置即ち給気口 117の直前の位置にくると給気弁 125が「 開」となり、高圧状態の炭酸ガス 35aが 1次作動室 121に流入してくる。この炭酸ガス 35aは 1次作動室 121に流入するとすぐに膨張を開始する力 ロータ 115が図 5の A 2に示すように給気口 117を通過する位置にくると給気弁 125が「閉」となるため膨張 がー且終了する。これは炭酸ガス 35aの膨張が 1次作動室 121の容積の限度内で行 われるためである。これを仮りに「亜膨張」と呼ぶ。亜膨張時にロータ 115が受ける圧 力エネルギーは、ガソリンエンジンにおける場合と同様、 a面全体で圧力を受けること になる。つまり図 5の A1及び図 5の A2の吸入膨張行程において、炭酸ガス 35aは亜 膨張エネルギーのストレスを溜め保持した状態で次の膨張排出行程に移行すること になる。なお、この吸入膨張行程における他面 (b面)側の圧力は大気圧である。
[0029] 図 5の B1及び図 5の B2の膨張排出行程において、ロータ 115の回転により排気口 119が「開」となった瞬間、即ち排気口 119がピンホール状態となると炭酸ガス 35aは 大気圧になるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス 35aの動きを中心にみると、 膨張した炭酸ガス 35aはロータ 115の表面に沿って動き「開」となった排気口 119に 向かって急激に移動する。即ち、膨張排出行程における膨張圧力は吸入膨張行程 における場合とは異なり、ロータ 115の a面全体に均等に力かるのではなぐロータ 11 5の排気口 119側の半面にだけ集中してかかる。よって排気口 119は益々大きく開 口し、これにより炭酸ガス 35aが益々排気口 119に向力つて急激に移動するため、炭 酸ガス 35aの膨張による力（これを「膨張力」と呼ぶ）は一層ロータ 115の排気口 119 側の半面にだけ集中する。この状態は「連鎖膨張」の状態と呼ぶことができ、こうなる と炭酸ガス 35aは十分に膨張しきり、このためロータ 115の排気口 119側の半面には 十分な回転モーメントを得ることができ、これによりロータ 115は回転する。この膨張 排出行程における各面の圧力は、図 5の B1では他面 (b面)側の圧力が大気圧であ り、図 5の B2では a、 b両面側とも大気圧である。
[0030] 次いで図 5の B2に示す膨張排出行程の終了時力 図 5の Cに示す大気圧保持行 程において、ロータ 115の a、 b両面とも大気圧となるため、ロータ 115は慣性力により 回転し図 5の Dに示す位置となる。これにより、他面 (b面）が作動面となり、今度は口 ータ 115の b面において上記した一連の行程が繰り返されることになる。
[0031] 力べして始動が終了すると、その後は上記した一連の行程が連続的に繰り返される ことにより炭酸ガスエンジンが本格作動することになるのである。 [0032] 図 1乃至図 2に示す三面ロータの場合の作動原理も上記と同様であり、炭酸ガス 35 aの膨張は吸入膨張行程、膨張排出行程及び大気圧保持行程をとり、各行程におい て上記と同様に作用する。二面ロータの場合と異なるのは給気弁 125がないことであ る力 この給気弁 125の機能即ち給気口 117の開閉はロータ 105、 126の回転位置 によって行なうのである。
[0033] 図 1に基づき炭酸ガスエンジン 1の動きを詳しくみてみる。
図 1 (A)に示すように、ロータ 105の作動面 aが吸入膨張行程をする位置にあるとき 、気化後の高圧状態 (例えば 60気圧)の炭酸ガス 35a (気体)が給気口 107より 1次 作動室 111内に供給される。上記炭酸ガス 35aは 1次作動室 111内に供給されると、 1気圧の大気圧下に曝されるから、一気にその体積を膨張させる。この膨張は「亜膨 張」である。
[0034] 吸入膨張行程では慣性力によりロータ 105が押圧されて図 1 (B)に示す位置に回 転する。これにより作動面 aは 2次作動室 112に位置し、排気口 109が「開」となるた め膨張排出行程となる。ロータ 105の回転により排気口 109が「開」となった瞬間、即 ち排気口 109がピンホール状態となると炭酸ガス 35aは大気圧となるため爆発的に 膨張する。このとき炭酸ガス 35aの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス 35aはロー タ 115の表面に沿って動き「開」となった排気口 109に向かって急激に移動する。よ つて二面ロータの場合で述べたように、炭酸ガス 35aは 2次作動室 112内に空気 Aが 混入し内部が大気圧となるので爆発的に膨張する「連鎖膨張」となり、この排気口 10 9より噴出する。
[0035] さらにロータ 105が図 1 (C)に示す位置に回転すると、給気口 107と排気口 109と がともに「閉」となるので大気圧保持行程となり、上記混合気体を大気圧状態で保持 する。
[0036] ロータ 105はさらに回転し図 1 (A)に示す位置となる。力べして炭酸ガス 35aの体積 膨張力と慣性力によりハウジング内をロータが連続的に回転するから、これによるェ ネルギを適宜手段により取り出す。
[0037] ここで従来のガソリンエンジンと原理の対比をしてみる。
従来のガソリンエンジンは〈1〉吸入行程、〈2〉圧縮行程、〈3〉燃焼行程及び排気行 程の 4行程が必要であるが、本願発明による炭酸ガスエンジンは上記〈3〉燃焼行程 が不要であり、〈2〉圧縮行程についてはあってもなくてもよいのである。本願発明によ る炭酸ガスエンジンの行程は、〈a〉吸入膨張行程、〈b〉膨張排出行程及び〈c〉大気 圧保持行程である。またエンジン特性についてみれば、従来のガソリンエンジン（内 燃機関）の燃焼膨張は一過性エネルギーであるのに対し、本願発明による炭酸ガス エンジン（内圧機関）は連続膨張エネルギーである。このようなエネルギー特性の違 いにより、従来のガソリンエンジンでは各行程が明瞭に区別できるのである力 本願 発明による炭酸ガスエンジンの各行程は連続して 、る。
よって従来のガソリンエンジンと本願発明による炭酸ガスエンジンとは原理が全然 異なり、ガソリンエンジンに適用される理論をそのまま本願発明による炭酸ガスェンジ ンに適用することはできな 、のである。
[0038] 上記の点をもう少し具体的に見てみる。ガソリンエンジンは爆発燃焼時の瞬間エネ ルギを利用するため、ロータ面に力かる均等圧力をロータの結合部分を中心軸より偏 心させて楕円に回転方向性を与えている。空気と燃料の圧縮行程は必ず必要であり 、ロータを偏心させ内室の容積変化を起こさせるためにシリンダを楕円構成とするの である。
これに対し、本願発明による炭酸ガスエンジンにお 、ては圧縮行程は必ずしも必要 でなぐ図示実施態様に示すようになくてもよいのである。これは、本願発明において はガソリンエンジンのように燃焼のための空気と燃料との圧縮行程が不要であるので
、大気圧保持行程より吸入膨張行程に移行するとすぐに「亜膨張」となり、ロータの先 端が排気口を切った瞬間高圧状態の炭酸ガスが爆発的に膨張する「連鎖膨張」を起 こす力もである。この結果、排気口側のロータの半面に膨張圧力が集中し、これによ りロータが回転するのである。このように、従来のガソリンエンジンと本願発明による炭 酸ガスエンジンとは原理が全然相違するのである。
[0039] このように原理が相違する結果、炭酸ガスエンジンの態様も次のように相違すること になる。まず、三面ロータについては、従来のガソリンエンジンはシリンダが楕円構成 でなければならず、正円構成のシリンダとすることができない。また二面ロータについ ても、従来のガソリンエンジンはシリンダが楕円構成でなければならず、正円構成の シリンダとすることができない。その理由は前述したように、ガソリンエンジンは爆発燃 焼時の瞬間エネルギを利用するため、ロータ面に力かる均等圧力を偏心させて回転 方向性を与える必要がある力 であり、また吸入、圧縮時の作動室の容積変化が必 要だからである。
これに対し、本願発明においては、圧縮行程が不要であるから、三面ロータ、二面 ロータともにシリンダは楕円構成であっても正円構成であってもよぐいずれでも タは回転するのである。
[0040] ここで炭酸ガス 35について詳しく説明する。炭酸ガス（二酸ィ匕炭素 CO )は次のよ
2
うな物理的性状を有する。
気との比重 1. 529
nt.
nt. ^デ3. 性状 不燃性
分子量 44. 01
三重点（0. 53MPa) - 56. 6°C
沸点 (昇華） - 78. 5°C
臨界温度 31. 1°C
臨界圧 7. 38MPa
熱力学的性質 図 10の通り
[0041] また炭酸ガスは物の燃焼や動物の呼吸、有機物の腐敗、発酵等に伴って発生し、 空気中に普通に存在する。一方で植物は炭酸ガスを吸収し炭素同化作用を営む。
[0042] 本願発明はこのような物理的性状を有する炭酸ガスの不活性、常温液化性及び高 度の体積膨張性に着目し、これを最大限に活用する。
[0043] ここで炭酸ガス 35aの膨張率、即ち炭酸ガス 35aにより取り出されるエネルギの大き さについてみる。密室たる内室 103内に供給される炭酸ガス 35aが常温（25°C)の場 合、該炭酸ガス 35aの圧力は図 5より 6. 432MPa (64. 32気圧）であるから、常圧（1 気圧）の内室 103内にあるロータ 105には 64. 32倍の圧力がかかる。よって理論上 約 64倍の運動エネルギを取り出すことが可能となる。 [0044] このエネルギと従来の内燃機関の代表としてガソリンエンジンから取り出されるエネ ルギとを比較する。
[0045] (オープン条件化でのガソリン燃焼）
ガソリンの分子表記は難しいため、ガソリンの平均分子量に比較的近い炭化水素で あるオクタン (C H )をガソリンの組成と見なして計算する。オクタンの物理的性状は
8 18
次の通りである。
化学式 C H
8 18
比重 d=0.7
分子量 M = 114.0
燃焼熱 10200kcal/kg= 10200 X I 14/1000 X 4.186=4868kJ/mol
[0046] オクタンの燃焼反応式は（1)式の通りである。
[数 1]
C8H18+ 12.502→9H20 + 8C02 + 10200Kcal/Kg(= 4868kJ) --(1)
(1)式よりオクタン lmolが燃焼すると空気中の酸素を取り込みながら 17molのガスが 発生する。
[0047] (ガス比容 Vの計算）
0
生成ガスを理想気体として仮定しているので、標準状態で lmolの占める容積は 22 . 41となる。従って、ガス比容 Vは（1)式から
0
[数 2]
V0=22.4(/) x l 7(mol) x =3340(/)
1 14 となる。
[0048] (燃焼温度 Tの計算）
1
爆発温度 τを求めるには、生成ガスのモル数、発熱量、生成ガスの定容比熱が必
1
要となる。ここでは、定容比熱のみ不明である力 TNTのような火薬類と同じとしてみ る。
[0049] 爆発温度 Tは（2)式によって求めることができる。
1
[数 3]
Τ、- T ~^r -- (2)
T：爆発前の温度（=273Κ) ：生成ガスのモル数
Q ：発熱暈 4868kJ /mol) Cv：生成ガスの平均定容比熱
40J /°Cとして知られている） なお、生成ガスの平均定容比熱が約 40J/°Cとして知られていることについては、 日 本火薬工業会、「一般火薬学新改訂第 2版」、 P18 (2005)参照。
[0050] (2)式より爆発温度 Tは
1
[数 4]
4868000 + 273^7430^ 従って
[数 5]
Figure imgf000015_0001
[0051] つまり、 1kgのオクタンは、爆発すると 7430(K) (約 7100°C)で、 90900(1)を占める。
反応前の容積は lOOOZO. 7= 1430(ml)であるから、反応前の温度を 0°Cとした場 合の膨張率は
[数 6]
90900 χ 1 00(^ 63566 ^ 63000倍
となる,
[0052] し力しながら上記値は、火薬と同じ爆発状態を想定しているため現実以上に爆発 温度が高くなつている。現実的には、爆発温度が 1500K程度であり、また燃焼に空 気が十分ないと反応が進まない。よって、現実には酸素が不足するため TNT火薬の ようには反応が起きな 、のである。
[0053] (空気を考慮したガス比容）
そこで空気を考慮したオクタンの燃焼反応式を考える。 (1)式で必要な酸素は 12. 5molであり、空気の組成を酸素 21%、窒素 79%とすると、それに伴う窒素は 12. 5mol X (79/21) =47. Omol
となる。したがって、燃焼反応式は
[数 7]
C8H18+ 12.5O2 + 47.0N2→9H2O + 8CO2 + 47.0N2+ 10200Kcal/Kg(= 4868kJ) --(3) となる。
[0054] オクタン lmolが燃焼すると空気中の酸素を取り込みながら合計 17molのガスが発生 し、燃焼に与らない窒素 47. Omolが存在する。
[0055] 生成ガスを理想気体と仮定して!/、るので、標準状態で lmolの占める容積は 22. 41 となる。したがって、ガス比容 Vは（3)式から、
0
[数 8]
y0=22.4(/) x f9 + 8 + 47)(mol) x^^ = 12575(/)
1 14 となる。
[0056] (空気を考慮した燃焼温度 Tの計算）
1
燃焼温度 τを求めるには、生成ガスのモル数、発熱量、生成ガスの定容比熱が必
1
要となる。ここでは、定容比熱のみ不明である力 TNTのような火薬類と同じとしてみ る。燃焼温度 Tは次式によって求めることができる。
1
[数 9] n'Cv
T 爆発! ¾·の温度 (=273Κ) η'： ^成ガスのモル数
Q ：発熱量 4868kJ /mol) Cv： ^成ガスの平均定容比熱
(= 40.T /°Cとして知られている
[0057] (4)式より爆発温度 Tは
1
[数 10]
Q , 4868000 , Γ7 …「 ,、
7ι =—— +Γ'= +273=2175
n'Cv 64x40 従って、
[数 11]
VQTX 12575X2175 i n i oc;,; n 、
ί = = =100185(/ · atm/kg)
273 273
[0058] つまり lkgのオクタンは空気の初期体積を考慮すると、瞬間的に燃焼したとして、 21 75 (K) (約 1900°C)で 100185(1)を占める。反応前の容積は
(12.5+47) X 22.4+1/0.7= 1334(1)であるから、反応前の温度を 0°Cとした場 合の膨張率は 100185Z1334 75倍となる。ただし上記値は実際上は燃焼中に熱 が周囲に逸散するので、燃焼温度はさらに低くなる答である。
[0059] (ガソリンエンジン内の燃焼）
燃費 10km/l、排気量 2000cc、平均速度 40km/h、平均回転数 2000rpm/minの自 動車のガソリンエンジンを考える。上記ガソリンエンジンは 1時間あたりでは 4(1)のガソ リンを消費する。また、上記ガソリンエンジンは 2000rpm/minであるので、 2000X2 X 60 (ストローク Zh)となる。また、上記エンジンのボアストロークが直径 86mm、スト口 ーク 86mmよりシリンダ室内の容積は
S= (8.6) X (4.3)2Χ π =500 (cm3)
となる。
[0060] これは 1ストロークあたりでは 4000(ml)/ (2000 X 2 X 60) = l/60(ml)
のガソリンを消費し、そのときの燃焼ガスは 500 (cm3)になる。
[0061] 次に、圧縮比からこのエンジンの行程を解析してみる。
圧縮比は一般的な乗用車エンジンでは「9」前後である。燃焼室容積を Vb(ml)とす ると、圧縮比 = (Vb + 500) ZVbであるので、 9Vb=Vb + 500となり、これを解くと
Vb = 62. 5(ml)となる。
[0062] 以上を詳細を省いて簡単にまとめると、
62. 5(ml)の燃焼室と 500(ml)のシリンダ室に l/60(ml)( = 16. 7 X 10— 3(ml)= 1. 02
5X10— 4(mol)のガソリン力空気約 560(ml) (酸素 5. 25 X 10— 3(mol)と窒素 19. 75X1
0"3(mol))と一緒に吸い込まれ（1気圧）、 9倍に圧縮されたガソリンと空気（9気圧）に 点火される。（3)式から消費される酸素は
1.025 X 10— 4X 12.5 = 1.281 X 10— 3
である。したがって、残りの酸素と窒素は、それぞれ
(5. 25-1. 28) Χ10— 3=1. 97Χ 10— 3(mol)、 19. 75X10— 3(mol)
となる。
[0063] また、発生するガスと熱量は、
H 0:1.025 X10"4 X9 = 9.225 X10"4(mol)
2
CO :1.025X10— 4 X 8 = 8.200 X 10— 4(mol)
2
Q = 1.025 X 10— 4 X 4868 = 0.499kJ
である。
[0064] 燃焼温度 Tを求めるには、前記のように生成ガスのモル数、発熱量、生成ガスの定
1
容比熱が必要となる。ここでは、定容比熱のみ不明である力 TNTのような火薬類と 同じとしてみる。燃焼温度 Tは前記のように次式によって求めることができる。
1
[数 12]
Q
n Cv
T：爆発前の温度（=273Κ) η'：牛成ガスのモル数
Q ：発熱量 4868kJ /mol) Cv：生成ガスの平均定容比熱
(= 40J /°Cとして知られている） [0065] (4')より燃焼温度 Tは
1
[数 13] 十 273=805( )
Figure imgf000019_0001
(9.225 + 8.200+19.7+197.5 )χ10
[0066] つまり、 2000ccのエンジンでは瞬間的に燃焼したとして、 805(Κ) (約 532°C)で 23 . 5X10"3(mol)( = 9. 225X10— 4+8. 200X10— 4+19. 7X10— 4+197. 5X10— のガスが、 62. 5(ml)を占める。
[0067] このときの、圧力 Pを計算してみると、理想気体として状態方程式から
1
[数 14]
Figure imgf000019_0002
た 7こし、 R=8乙.0t>6(m/ · aim · mol である。
[0068] 最後に、この高温高圧のガスがシリンダを押し下げる膨張行程で 9倍に膨張すると P V =一定であるから、 9倍に膨張したときの圧力 Pは
1 0 2
P =P /9 = 24.8/9 = 2.7(atm)
2 1
となる。
[0069] このように従来のガソリンエンジンより取り出すエネルギの大きさは、この場合約 25 倍程度である。
[0070] よって本願発明による炭酸ガスエンジンから取り出されるエネルギは従来の内燃機 関から取り出されるエネルギと比較し、同程度以上である。とくに、上記実施例（25°C のとき 64倍の例)及び上記比較例（25倍の例）に限って言えば、従来に比し 2. 5倍 のエネルギを得ることができる。
[0071] このように本願発明によるエネルギの発生は燃料の燃焼を伴わな 、から、燃料資源 に起因する資源の枯渴ゃ排気ガスによる公害問題を惹起することがなく安全であり、 完全なクリーンエネルギを得ることができる。また、炭酸ガスを生じることがないので、 炭酸ガスの増加を防止することができ、温暖化現象の防止に寄与することができる。 し力も取り出されるエネルギは上記のようにガソリンエンジンと同等程度以上であるか ら、エネルギの実行性も担保される。
[0072] 本願発明による炭酸ガスエンジンによれば、密室（内室 103、 123)の圧縮比に影 響されず、供給される炭酸ガス 35aの圧力は一定 (例えば常温（25°C)の場合約 64 倍)である。またタンク乃至ボンベに収納される炭酸ガス 35aは最後の lmoほで有効 に使用可能である。よって、エネルギの取出効率が大変よい。
[0073] また、炭酸ガス 35aの常温液ィ匕性及び高度の体積膨張性により、密室（内室 103、
123)の設計が容易となる。さらに炭酸ガス 35aの不活性により、例えば水素ガスや酸 素ガスより遙かに扱い易ぐ制御性が大である。よって高度の実用性を有する。
[0074] 炭酸ガス 35の体積膨張率と温度とは相関関係にあり、 1次作動室 111内に供給さ れている高圧状態の炭酸ガス 35aは上記加熱部 137による加熱により一層体積が膨 張するから、炭酸ガスエンジンの仕事率は一層向上する。
[0075] 図 6及びボイル ·シャルルの法則により内室 103内に供給される炭酸ガス 35aの圧 力を具体的に算出してみる。
[0076] ボイル.シャルルの法則は一定量の気体では PVZTは常に一定の値となるという法 則で、
[数 15]
PiVi P?V2
Ti " T2
Ρ=圧力、 V=体積、 T=絶対温度 の式により表わす。炭酸ガス 35aは初期タンク 31からパイプ 33を経由して常圧（25 °C) ·気体状態にて上記内室 103に供給されるから、内室 103の内圧は内室 103が 5 0°Cに加熱される場合次の如く算出される。ただし、内室 103の容量を 20ccとする。
[数 16] 20ccx6.432 _ _ 20ccx P _
(273 + 25)k ~ (273 + 50)k
Figure imgf000021_0001
(273 + 25) x20
P(50°C)= 6.97Mpa
[0077] また内室 103が 100°Cに加熱される場合、内室 103の内圧は次の算出値となる。
[数 17]
P( 100°C)= 8.05Mpa
[0078] よって内室 103が加熱部 37により加熱されると炭酸ガスエンジン 1の仕事率は一層 向上する。
[0079] 本願発明は上記した実施の形態に限定されない。例えば「膨張力」を得るために炭 酸ガスを常圧化する手段としては必ずしも大気を導入する必要はな 、。例えば炭酸 ガスエンジン 1の排出側に圧力調整弁を設け、この弁圧調整により常圧としてもよぐ カゝかる場合も本文中で述べたような炭酸ガスの膨張による「亜膨張」、「連鎖膨張」を 惹起せしめ「膨張力」を得ることができる。
[0080] 例えば、供給系のパイプ 33の中を流れる炭酸ガスは、気体と粉体としてのドライア イスの混合又は液体の状態での送給もあり得る。どの相をとるかは現場の気圧、温度 等の条件による。
[0081] また、排気口 109は複数個設けることができ、このように構成すれば排気効率が良 好となるので、出力の増大に一層寄与し、また高速回転域及び低速回転域の安定 化に一層寄与する。
[0082] 炭酸ガスエンジン 1を構成する素材は鉄その他適宜に選択することができる。
[0083] 供給系のパイプの中を流れる炭酸ガスは、気体と粉体としてのドライアイスの混合 又は液体の状態での送給もあり得る。どの相をとるかは現場の気圧、温度等の条件 による。 [0084] 取り出したエネルギの適用は任意であり、例えば自動車、電車、航空機、船舶等の 駆動、モータの駆動、発電機の駆動乃至発電をすることができる。
[0085] 本願発明において「高圧」とは、炭酸ガスエンジンを作動せしめるに十分な圧力の 程度を指称し、例えば 40気圧とか 70気圧である。
産業上の利用可能性
[0086] 本願発明は例えば自動車、電車、航空機、船舶等の駆動、モータの駆動、発電機 の駆動に活用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 密閉に形成されるハウジングと、該ハウジング内に断面円形に形成される内室と、 該内室にロータ軸を中心として回転可能に設けられるロータとからなり、上記ロータの 回転の際上記内室が吸入膨張行程を担う 1次作動室、膨張排出行程を担う 2次作動 室及び大気圧保持行程を担う 3次作動室に区画 ·形成され、上記ハウジングの 1次作 動室に給気口を設けるとともに 2次作動室に排気口を開口し、上記給気口より高圧状 態の炭酸ガスが上記 1次作動室に供給され、該炭酸ガスの大気圧になるときの体積 膨張による力により上記ロータが一方向に回転されることを特徴とする炭酸ガスェン ジン。
[2] 請求項 1記載の炭酸ガスエンジンにおいて、上記内室が断面正円に形成されること を特徴とする炭酸ガスエンジン。
[3] 請求項 1記載の炭酸ガスエンジンにおいて、上記内室が断面楕円に形成されること を特徴とする炭酸ガスエンジン。
[4] 請求項 1記載の炭酸ガスエンジンにおいて、上記ハウジングの外側に加熱部を設 けることを特徴とする炭酸ガスエンジン。
[5] 請求項 1記載の炭酸ガスエンジンにお 、て、上記排気口が単一であることを特徴と する炭酸ガスエンジン。
[6] 請求項 1記載の炭酸ガスエンジンにお 、て、上記排気口が複数であることを特徴と する炭酸ガスエンジン。
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