JP4854068B2 - High pressure fluid engine and closed cycle engine - Google Patents
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Description
本発明は、円環状シリンダー内のピストンに遅速の相対動きを与えてエネルギーを生じさせるキャットアンドマウス型の不等速回転変換機構並びにそれを用いた高圧流体エンジン及び密閉サイクルエンジンに関するものである。 The present invention relates to a cat-and-mouse type non-uniform speed rotation conversion mechanism that gives a slow relative motion to a piston in an annular cylinder to generate energy, and a high-pressure fluid engine and a closed cycle engine using the same.
従来、円環状シリンダー内のピストンに遅速の相対的動きを与えてエネルギーを生じさせる所謂キャットアンドマウス型の不等速回転変換機構が知られている。代表例として、疑似楕円・楕円歯車及び3辺リンク方式等が公知の変速装置として知られている(特許文献1及び特許文献2参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, a so-called cat-and-mouse non-uniform speed rotation conversion mechanism that generates energy by giving a slow relative movement to a piston in an annular cylinder is known. As a representative example, a pseudo ellipse / elliptical gear, a three-side link system, and the like are known as known transmissions (see
他にも種々の装置に応用されているが、上記した変速装置の変換機構としての欠点は、擬似楕円・楕円歯車(オーバル・ギア)であれば高荷重伝達(ピストンに作用する最大荷重近傍)の場合には通常のハスバ・直歯歯車に比較して特に互いの歯車噛み合いの等速近傍ではピッチサークル上の噛合う方向に対して傾いた荷重方向となるため、歯に掛かる力が、一種の楔的な大きい力となり強度上問題が残るということにある。 Although it is applied to various other devices, the disadvantage of the transmission mechanism described above is that high load transmission (near the maximum load acting on the piston) is possible if it is a pseudo-elliptical oval gear (oval gear). In this case, the load applied to the teeth is one type of force because the load direction is slanted with respect to the meshing direction on the pitch circle, especially in the vicinity of the constant speed of meshing with each other compared to the normal helical gear and straight gear. There is a problem of strength remaining due to the large force of the wedge.
歯車の楕円の焦点が離れれば離れる程、即ち楕円化がきつくなると、歯に作用する強度が問題となって、歯の異常磨耗や酷い場合は折損といった不具合が生ずる。従って、伝達荷重に見合った歯車にするには、エンジンの大きさ、即ちピストン本体の大きさに比較して結果的に大きくなり、不等速伝達の為、慣性モーメントの問題がクローズアップされて動的問題が生じる。実際上、特許文献2の図面で表現された様なコンパクトな装置は考えられない。又、装置が大きくなる事で製造コストが高くなる欠点も生じる。 The farther the focal point of the ellipse of the gear becomes, that is, the harder the ellipse becomes, the more the strength acting on the tooth becomes a problem, and there is a problem such as abnormal wear of the tooth or breakage when it is severe. Therefore, in order to make the gear suitable for the transmission load, the size of the engine, that is, the size of the piston body, will eventually become larger, and the problem of moment of inertia will be highlighted due to the inconstant speed transmission. Dynamic problems arise. In practice, a compact device as expressed in the drawing of Patent Document 2 is not conceivable. In addition, there is a disadvantage that the manufacturing cost increases due to an increase in the size of the apparatus .
さらに、遅速の相対運動を3辺リンク方式とするとクランクピンとクランクピンをつないでいる連接棒の両端が変速逆回転運動するので動的バランスが取り難いと言った問題が生じる。又、死点解消のために別の伝達要素を付加する必要があるが、加工精度が悪いと死点解消にならず歯車並の加工精度が要求されることとなる。又、共通の問題として潤滑装置が必須になり装置の複雑化は免れられない。 Furthermore, when the slow relative motion is a three-sided link system, both ends of the connecting rod connecting the crank pin and the crank pin are rotated in reverse rotation, so that there is a problem that it is difficult to achieve dynamic balance. Further, it is necessary to add another transmission element to eliminate the dead point. However, if the machining accuracy is poor, the dead point cannot be eliminated and a machining accuracy equivalent to that of the gear is required. Also, as a common problem, a lubrication device is essential, and the complexity of the device cannot be avoided.
一方、従来のキャットアンドマウス型のエンジンとして、例えば、特許文献3に記載のものが知られている。一般にギアは、等速回転箇所で使用するものであるから、ギアの強度は、伝達するトルクから作用する力を静的に定めて強度が決められる。そして、摩耗・精度を加味して最終的に仕様が決められるのである。しかしながら、例えば、特許文献1に記載のキャットアンドマウス型のエンジンでは、ロータリーピストンが受ける燃焼による衝撃荷重、即ち急激な変速によるギアに掛かる力が非常に大きくなるため、受ける荷重を加味したギア強度とすることが構成上極めて困難である。
On the other hand, as a conventional cat-and-mouse engine, for example, the one described in Patent Document 3 is known. In general, a gear is used at a constant speed rotation location. Therefore, the strength of a gear is determined by statically determining a force acting from a transmitted torque. And finally, the specifications are determined in consideration of wear and accuracy. However, for example, in the cat-and-mouse engine described in
ロータリーピストンの遅速関係を司るための曲線とピンの関連については、速度の対応に従来から非常に苦労している。現在の自動車のカム形状は綺麗な木の葉の形状をしているが、エンジンの性能アップのため、カムリフトをたった1 mm上げただけでもカムの加速度が急激に増える。その結果、バルブ系にある棒状のプッシュロッドが、縮んだり伸びたりするバネ系に変わり、バルブがカムのプロフィールから懸け離れるバルブジャンプという問題が生ずる。そのため、現在の車のカムは、高速化を狙うために、プッシュロッドを無くした所謂DOHC(direct over head camshaft)といった方式が現在主流になっている。 Regarding the relationship between the curve and the pin for controlling the slow speed relationship of the rotary piston, it has been very difficult to cope with the speed. The current car cam shape is a beautiful foliage shape, but to increase engine performance, the cam acceleration increases drastically just by raising the cam lift by just 1 mm. As a result, the rod-like push rod in the valve system changes to a spring system that contracts and expands, causing a problem of valve jumping in which the valve is separated from the cam profile. For this reason, in order to increase the speed of current car cams, a so-called DOHC (direct over head camshaft) system in which push rods are eliminated is currently the mainstream.
特に作用する力に無関係な所謂機構学的な見地からの論であればキャットアンドマウス型エンジンは成立すると考えられる。しかし、ピストンが受ける力を加味して溝に従ってピンが強制的に動く様にするためにはピンと溝の接触する点に作用する荷重は測りしれない大きさとなる。曲線とピンの接触は理論的には点接触か線接触になるはずであり、従ってそこに作用する荷重による異常摩耗、もっと酷い状態では強度不足からくる破損に到ってしまうのである。例えば、上記した特許文献3では、ピストンの荷重に相当するピンと溝とをピストンシリンダーより大きくしようとしても実際には構造上無理があった。 In particular, it is considered that a cat-and-mouse engine is established from a so-called mechanistic viewpoint unrelated to the acting force. However, in order to force the pin to move according to the groove in consideration of the force received by the piston, the load acting on the contact point between the pin and the groove becomes a magnitude that cannot be measured. The contact between the curve and the pin should theoretically be a point contact or a line contact, and therefore, it will result in abnormal wear due to the load acting on it, and in severe conditions it will lead to breakage due to insufficient strength. For example, in Patent Document 3 described above, even if an attempt is made to make the pin and groove corresponding to the load of the piston larger than the piston cylinder, it is actually impossible in structure.
さらに、一般的に車のエンジンの燃料エネルギーを100%とすると有効利用エネルギーは30%、排気ガスエネルギーは32%、エンジンを冷却するエネルギーは28%、その他として摩擦と輻射損失で10%(内燃機関講義(上巻),第12版,長尾不二夫著,株式会社養賢堂:昭和38年発行のとおり)、実にマフラーとラジエーターから60%のエネルギーが空中に無駄に放出されている。このような損失エネルギーを有効利用することができれば、エネルギーの効率的な利用が可能となり、省エネルギーが可能となる。 Furthermore, if the fuel energy of a car engine is assumed to be 100%, the effective utilization energy is 30%, the exhaust gas energy is 32%, the energy for cooling the engine is 28%, and the friction and radiation loss is 10% (internal combustion) Institutional Lecture (first volume), 12th edition, written by Fujio Nagao, Yokendo Co., Ltd. (published in 1963), 60% of energy is actually wasted in the air from the muffler and radiator. If such loss energy can be used effectively, energy can be used efficiently and energy can be saved.
本発明者らは、上記問題点を解決した新規な不等速回転変換機構並びにそれを用いた高圧流体エンジン及び密閉サイクルエンジンを開発すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明の目的は、動的バランスの釣り合い、歯車にかかる荷重による異常摩耗や強度不足による破損の問題を解消し、かつコンパクトでコストのかからない不等速回転変換機構並びにそれを用いた高圧流体エンジン及び密閉サイクルエンジンを提供することにある。 That is, an object of the present invention is to solve the problem of balance of dynamic balance, abnormal wear due to a load applied to a gear and damage due to insufficient strength, and a compact and inexpensive non-constant speed rotation conversion mechanism and a high pressure using the same. It is to provide a fluid engine and a closed cycle engine.
上記課題を解決するために、本発明の高圧流体エンジンは、同一の回転中心を有する第一クランクシャフト及び第二クランクシャフトに対して偏心設置した定速回転出力シャフトの回転中心を通るクランクピンガイド手段に、前記第一クランクシャフト及び第二クランクシャフトにそれぞれ取りつけられた第一クランクピン及び第二クランクピンを摺動自在にそれぞれガイドしてなる不等速回転変換機構を用いた高圧流体エンジンであって、第一ピストンを有する第一ディスクローターと第二ピストンを有する第二ディスクローターとを内部に設置するためのシリンダーと、前記シリンダー内の前記第一ピストン及び前記第二ピストンの死点位置に該当するシリンダーの箇所にそれぞれ設けられた流体流入孔及び流体排出孔と、をさらに設け、前記クランクピンガイド手段がフライホイールの役目を果たして前記第一ピストン及び前記第二ピストンが回転せしめられると前記第一クランクピン及び第二クランクピンが前記クランクピンガイド手段に摺動しながら往復運動せしめられて前記第一ピストン及び前記第二ピストンの周回に遅速関係が生じ、前記第一ピストン及び前記第二ピストンのうちいずれか遅い方のピストンは前記流体流入孔及び流体排出孔との連通を遮断し、いずれか速い方のピストンは流体流入孔と連通状態になって高圧流体を流入せしめ、前記高圧流体の膨張圧力を前記速い方のピストンが受けることにより出力を得ると同時に、流入して膨張の終了した流体を押し出して排出することにより、前記定速回転出力シャフトが連続的に回転せしめられることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a high-pressure fluid engine according to the present invention is a crankpin guide that passes through the rotation center of a constant-speed rotation output shaft that is eccentric with respect to the first crankshaft and the second crankshaft having the same rotation center the means, in the high-pressure fluid engine using the first crankshaft and the first crank pin and a second, respectively a crank pin slidably guiding and non-uniform rotary converting mechanism comprising mounted respectively to the second crankshaft A cylinder for installing therein a first disk rotor having a first piston and a second disk rotor having a second piston, and dead center positions of the first piston and the second piston in the cylinder In addition, a fluid inflow hole and a fluid exhaust hole respectively provided at the location of the cylinder corresponding to When the first piston and the second piston are rotated by the crank pin guide means serving as a flywheel, the first crank pin and the second crank pin are reciprocated while sliding on the crank pin guide means. As a result, the first piston and the second piston have a slow relationship, and the slower of the first piston and the second piston shuts off the communication with the fluid inlet hole and the fluid outlet hole. The faster piston, which is in communication with the fluid inflow hole, allows high-pressure fluid to flow in. The higher piston receives the expansion pressure of the high-pressure fluid to obtain an output, and at the same time, it flows in and expands. by discharging extruding the finished fluid, especially that the constant speed output shaft is caused to continuously rotate To.
また、本不等速回転変換機構は、動力を伝達して回転運動を行う第一クランクシャフトと、前記第一クランクシャフトに取りつけられた第一ディスクローターと、前記第一ディスクローターに取りつけられ、前記第一クランクシャフトを回転運動させるための第一ピストンと、前記第一クランクシャフトに取りつけられた第一クランクピンと、前記第一クランクシャフトと同一の回転中心を有し、動力を伝達して回転運動を行う第二クランクシャフトと、前記第一ディスクローターに相対向して設けられ、前記第二クランクシャフトに取りつけられた第二ディスクローターと、前記第二ディスクローターに取りつけられ、前記第二クランクシャフトを回転運動させるための第二ピストンと、前記第二クランクシャフトに取りつけられた第二クランクピンと、前記第一クランクピン及び第二クランクピンを摺動自在にそれぞれガイドし、かつ回転自在に設けられたクランクピンガイド手段であり、前記第一クランクシャフト及び前記第二クランクシャフトの回転中心からその回転中心が所定距離偏心して設けられたクランクピンガイド手段と、前記クランクピンガイド手段に取りつけられ、前記クランクピンガイド手段からの回転運動を出力するための定速回転出力シャフトと、からなり、前記第一ピストン及び前記第二ピストンが回転せしめられると前記第一クランクピン及び第二クランクピンが前記クランクピンガイド手段に摺動しながら往復運動せしめられて前記第一ピストン及び前記第二ピストンの周回に遅速関係が生じ、前記第一ピストン及び前記第二ピストンのうちいずれが所定角度の遅れで遅速を繰り返して、前記定速回転出力シャフトが連続的に回転せしめられるように構成することもできる。 In addition, this inconstant speed rotation conversion mechanism is a first crankshaft that transmits power and performs a rotational motion, a first disk rotor attached to the first crankshaft, and a first disk rotor, The first piston for rotating the first crankshaft, the first crankpin attached to the first crankshaft, and the same center of rotation as the first crankshaft, transmitting power and rotating A second crankshaft that moves, a second disk rotor that is provided opposite to the first disc rotor and is attached to the second crankshaft, and is attached to the second disc rotor, and A second piston for rotating the shaft, and a second crank mounted on the second crankshaft. A crank pin guide means that slidably guides the crank pin, the first crank pin and the second crank pin, and is rotatably provided, the rotation center of the first crank shaft and the second crank shaft A crankpin guide means whose center of rotation is eccentric by a predetermined distance, and a constant speed rotation output shaft attached to the crankpin guide means for outputting rotational motion from the crankpin guide means. When the first piston and the second piston are rotated, the first crank pin and the second piston are reciprocated while sliding on the crank pin guide means. Of the first piston and the second piston. There Repeat slow at a predetermined angle delay may be the constant rotation output shaft is configured to be allowed to rotate continuously.
また、本発明の高圧流体エンジンは、前記した不等速回転変換機構を用いた高圧流体エンジンである。 Further, high-pressure fluid engine of the present invention, Ru high pressure fluid engine der using non-uniform rotary conversion mechanism described above.
上記した構成によれば、クランクピンにはボールベアリングや滑り子と云った潤滑方法により、転がり接触と面接触となるので耐摩耗性の問題は解消される。また、強度の問題についても、従来のレシプロエンジン(Reciprocating engine)と同様に考えることができるのでレシプロエンジンで培った経験がそのまま活かされるという利点がある。 According to the configuration described above, the problem of wear resistance is solved because the crank pin is brought into rolling contact and surface contact by a lubrication method such as ball bearings and a slider. In addition, the problem of strength can be considered in the same way as a conventional reciprocating engine, so that the experience cultivated in the reciprocating engine is utilized as it is.
高圧流体としては、例えば高圧ガス、水蒸気、空気などが挙げられるが、高圧流体であればよいものであるから、高圧液体なども使用できる。 Examples of the high-pressure fluid include high-pressure gas, water vapor, and air, but any high-pressure fluid may be used, and a high-pressure liquid or the like can also be used.
さらに、本発明の密閉サイクルエンジンは、前記した高圧流体エンジンを用いた密閉サイクルエンジンであって、排気ガスを放出する排気ガス放出エンジンと、前記排気ガス放出エンジンの排気ガスで水蒸気を発生させる熱交換器と、前記高圧流体エンジンからの排出流体を冷却して水に戻す復水器と、をさらに設け、前記熱交換器を前記高圧流体エンジンの前記流体流入孔に接続し、かつ前記復水器を前記高圧流体エンジンの前記流体排出孔に接続することにより密閉サイクル構造としたことを特徴とする。 Furthermore, the closed cycle engine of the present invention is a closed cycle engine using the high-pressure fluid engine described above, and an exhaust gas release engine that discharges exhaust gas, and heat that generates water vapor with the exhaust gas of the exhaust gas release engine. An exchanger, and a condenser for cooling the exhaust fluid from the high-pressure fluid engine to return it to water, connecting the heat exchanger to the fluid inlet of the high-pressure fluid engine, and the condensate A closed cycle structure is formed by connecting a vessel to the fluid discharge hole of the high-pressure fluid engine.
本発明の密閉サイクルエンジンとは密閉サイクル構造を有するエンジンを意味するが、上記のように構成することにより、排気ガス→水蒸気→水へとサイクルさせることにより従来は損失としていたエネルギーの再利用が可能となる。 The closed cycle engine of the present invention means an engine having a closed cycle structure, but by configuring as described above, it is possible to recycle energy that has been conventionally lost by cycling exhaust gas → water vapor → water. It becomes possible.
また、前記密閉サイクルエンジンとしては、前記排気ガス放出エンジンのシリンダーのシリンダーヘッド及びシリンダーに温度センサーを取りつけて前記温度センサーの情報により前記シリンダーの高温部に水を噴射して冷却すると同時に発生した水蒸気を利用して作動するように構成するのが好適である。 Further, as the closed cycle engine, a temperature sensor is attached to a cylinder head and a cylinder of the cylinder of the exhaust gas emission engine, and water is generated at the same time as water is sprayed and cooled to a high temperature portion of the cylinder according to information of the temperature sensor. It is preferable to be configured to operate using
本不等速回転変換機構並びにそれを用いた高圧流体エンジン及び密閉サイクルエンジンによれば、動的バランスの釣り合い、歯車にかかる荷重による異常摩耗や強度不足による破損の問題を解消し、かつコンパクトでコストがかからないという著大な効果を奏する。 According to this inconstant speed conversion mechanism, and a high-pressure fluid engine and a closed cycle engine using the same, the balance of dynamic balance, the problem of abnormal wear due to the load on the gears, and the damage due to insufficient strength are eliminated, and the compact There is a great effect that it does not cost.
また、不等速回転変換機構並びにそれを用いた高圧流体エンジン及び密閉サイクルエンジンは、容積型のエンジンやコンプレッサーに特に好適に用いることができる。 In addition, the inconstant speed rotation conversion mechanism, and the high-pressure fluid engine and the closed cycle engine using the same can be particularly preferably used for a positive displacement engine and a compressor.
さらに、本発明の高圧流体エンジンは、小型化・高速回転が可能且つ熱効率を高く取ることが出来、外燃機関としての動力源として使用出来るという効果を奏する。 Furthermore, the high-pressure fluid engine of the present invention can be miniaturized and rotated at a high speed, can have high thermal efficiency, and can be used as a power source as an external combustion engine.
また、本発明の密閉サイクルエンジンによれば、従来は損失としていた60%の損失エネルギーを有効利用することが可能となるという効果を奏する。 Moreover, according to the closed cycle engine of this invention, there exists an effect that it becomes possible to use effectively the loss energy of 60% which was conventionally made into a loss.
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例はあくまでも例示的なものであり、本発明の技術思想から逸脱しない限り図示例以外にも種々の変形が可能なことはいうまでもない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the illustrated examples are merely illustrative, and various modifications other than the illustrated examples are possible without departing from the technical idea of the present invention. Needless to say.
図1は本不等速回転変換機構の一つの実施の形態を示す斜視図である。図2は図1の分解図である。図3は図1の不等速回転変換機構におけるクランクピンの回転変化量を示す概略説明図である。図4は本発明の高圧流体エンジンの一つの実施の形態を示し、(a)は断面図、(b)は(a)のIV(b)部分の拡大概略図である。図5は図4(a)のV−V線断面図である。図6は本発明の高圧流体エンジンの一つの実施の形態を示し、(a)は図5のY矢視図、(b)は(a)のVI(b)−VI(b)線断面図である。 Figure 1 is a perspective view showing one embodiment of the present non-uniform rotary conversion mechanism. FIG. 2 is an exploded view of FIG. FIG. 3 is a schematic explanatory view showing the amount of change in rotation of the crankpin in the inconstant speed rotation conversion mechanism of FIG. FIG. 4 shows one embodiment of the high-pressure fluid engine of the present invention, in which (a) is a cross-sectional view and (b) is an enlarged schematic view of IV (b) portion of (a). FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. FIG. 6 shows one embodiment of the high-pressure fluid engine of the present invention, where (a) is a view taken in the direction of arrow Y in FIG. 5, and (b) is a sectional view taken along line VI (b) -VI (b) in (a). It is.
図7は高圧流体エンジンの一つの実施の形態を示し、(a)は本発明の高圧流体エンジンに用いられるカウンターウェイトの一つの実施の形態の摘示拡大図、(b)は(a)のVII(b)−VII(b)線断面図である。図8は本発明の高圧流体エンジンの一つの実施の形態を示し、(a)は断面図、(b)は(a)のVIII(b)−VIII(b)線の断面図、(c)は(a)の摘示部分概略斜視図である。図9は本発明の高圧流体エンジンのシールの一つの実施の形態を示し、(a)は断面図、(b)は(a)のIX(b)−IX(b)線の断面図である。 FIG. 7 shows one embodiment of a high-pressure fluid engine, (a) is a magnified view of one embodiment of a counterweight used in the high-pressure fluid engine of the present invention, and (b) is VII of (a). (B) It is a sectional view taken along the line -VII (b). FIG. 8 shows one embodiment of the high-pressure fluid engine of the present invention, in which (a) is a sectional view, (b) is a sectional view taken along line VIII (b) -VIII (b) of (a), and (c). FIG. 2 is a partially cutaway schematic perspective view of (a). FIG. 9 shows one embodiment of the seal of the high-pressure fluid engine of the present invention, where (a) is a sectional view and (b) is a sectional view taken along line IX (b) -IX (b) in (a). .
図10は本発明の高圧流体エンジンにおけるピストンの遅速の動きを司るメカニズムの説明図である。図11は本発明の高圧流体エンジンにおけるピストンの作動状態図である。図12は本発明の高圧流体エンジンにおいて熱効率を優先したタイプの流体流入孔を設けた場合の作動図である。図13は本発明の高圧流体エンジンにおいて開口部縁の位置変更のメカニズムの説明図である。図14は本発明の高圧流体エンジンの別の実施の形態を示し、(a)は断面図、(b)は(a)の断面図、(c)は(a)の摘示部分概略斜視図である。 FIG. 10 is an explanatory diagram of a mechanism that controls the slow-speed movement of the piston in the high-pressure fluid engine of the present invention. FIG. 11 is an operational state diagram of the piston in the high-pressure fluid engine of the present invention. FIG. 12 is an operation diagram in the case where a fluid inflow hole of a type giving priority to thermal efficiency is provided in the high-pressure fluid engine of the present invention. FIG. 13 is an explanatory view of a mechanism for changing the position of the opening edge in the high-pressure fluid engine of the present invention. 14A and 14B show another embodiment of the high-pressure fluid engine of the present invention, where FIG. 14A is a cross-sectional view, FIG. 14B is a cross-sectional view of FIG. 14A, and FIG. is there.
図15は本発明の高圧流体エンジンの他の実施の形態を示し、(a)は(b)の側面図、(b)は断面図、(c)は(b)の側面図である。図16は本発明の密閉サイクルエンジンの一つの実施の形態を示す概略図である。図17は本発明の密閉サイクルエンジンの別の実施の形態を示す概略図である。図18は第一クランクピン及び第二クランクピンの相対角速度を示すグラフである。図19は圧力と容積の関係を示すグラフである。 FIG. 15 shows another embodiment of the high-pressure fluid engine of the present invention, in which (a) is a side view of (b), (b) is a sectional view, and (c) is a side view of (b). FIG. 16 is a schematic view showing one embodiment of a closed cycle engine of the present invention. FIG. 17 is a schematic view showing another embodiment of the closed cycle engine of the present invention. FIG. 18 is a graph showing the relative angular velocities of the first crankpin and the second crankpin. FIG. 19 is a graph showing the relationship between pressure and volume.
本不等速回転変換機構の一つの実施の形態を図1〜図3に示す。図1〜図3において、符号10は本不等速回転変換機構を示す。図1及び図2によく示される如く、不等速回転変換機構10は、動力を伝達して回転運動を行う第一クランクシャフト12と、前記第一クランクシャフト12に取りつけられた第一ディスクローター14と、前記第一ディスクローター14に取りつけられ、前記第一クランクシャフト12を回転運動させるための第一ピストン16と、第一クランクアーム18を介して前記第一クランクシャフト12に取りつけられた第一クランクピン20と、前記第一クランクシャフト12と同一の回転中心O1を有し、動力を伝達して回転運動を行う第二クランクシャフト22と、前記第一ディスクローター14に相対向して設けられ、前記第二クランクシャフト22に取りつけられた第二ディスクローター24と、前記第二ディスクローター24に取りつけられ、前記第二クランクシャフト22を回転運動させるための第二ピストン26と、第二クランクアーム28を介して前記第二クランクシャフト22に取りつけられた第二クランクピン30と、前記第一クランクピン20及び第二クランクピン30を摺動自在にそれぞれガイドし、かつ回転自在に設けられたクランクピンガイド手段であり、前記第一クランクシャフト12及び前記第二クランクシャフト22の回転中心O1からその回転中心O2が所定距離偏心して設けられたクランクピンガイド手段32と、前記クランクピンガイド手段32に取りつけられ、前記クランクピンガイド手段32からの回転運動を出力するための定速回転出力シャフト36と、から構成されている。
One embodiment of this inconstant speed rotation conversion mechanism is shown in FIGS. 1-3, the code |
クランクピンガイド手段32は第一クランクピン20及び第二クランクピン30を摺動自在にそれぞれガイドすればよいものであるから、その構成に特別の限定はないが、例えば図1〜3に示した図示例では、クランクピンガイド手段32にはガイド溝34が設けられており、このガイド溝34に第一クランクピン20及び第二クランクピン30が滑嵌合状態に挿入されてガイド溝34内を摺動自在とされている。
Since the crankpin guide means 32 is only required to guide the
また、第一クランクシャフト12及び第二クランクシャフト22の回転中心O1とクランクピンガイド手段32の回転中心O2とは偏心量eだけ偏心せしめられている。この偏心量については目的や用途に応じて適宜設定すればよいものであるから特別の限定はない。
Further, the rotation center O1 of the
上記した構成により、前記第一ピストン16及び前記第二ピストン26が回転せしめられると前記第一クランクピン20及び第二クランクピン30が前記クランクピンガイド手段32に摺動しながら往復運動せしめられて前記第一ピストン16及び前記第二ピストン26の周回に遅速関係が生じ、前記第一ピストン16及び前記第二ピストン26のうちいずれか速く周回可能な方が速く周回して、前記定速回転出力シャフト36が連続的に回転せしめられる。
With the configuration described above, when the
次に本不等速回転変換機構10の一つの実施の形態を図3に基づいて説明する。
Then one of the embodiments of the present non-uniform speed
図3(a)において、クランクピンガイド手段32のガイド溝34は垂直になっており、クランクピンガイド手段32の回転中心O2を通る水平線に対して第一クランクピン20及び第二クランクピン30はそれぞれ対称の位置に有る。
In FIG. 3A, the
図3(a)の状態からガイド溝34が45度右回転すると、第二クランクピン30は58度及び第一クランクピン20は28度それぞれ回転する(図3(b))。図3(b)の状態から更にガイド溝34が45度右回転すると第二クランクピン30は73度及び第一クランクピン20は17度それぞれ回転する(図3(c))。
When the
図3(c)の状態から更にガイド溝34が45度右回転すると第一クランクピン20は17度及び第二クランクピン30は73度それぞれ回転する(図3(d))。図3(d)の状態から更にガイド溝34が45度右回転すると第二クランクピン30は58度、第一クランクピン20は28度それぞれ回転し、ガイド溝34は再び垂直となる(図3(e))。
When the
図3(a)〜(e)でクランクピンガイド手段32が180度回転し、その間に第一クランクピン20及び第二クランクピン30の位置が入れ替わっている事が分かる。図3から明白の如く第二クランクピン30が262度回転する間に第一クランクピン20は98度(図3(a)参照)回転する。即ち、第二クランクピン30は速く回り、第一クランクピン20は遅く回ったことになる。図3(e)から更にクランクピンガイド手段32が180度回転して1サイクル終了することになり、第二クランクピン30及び第一クランクピン20はそれぞれ1回転する事になる。
3 (a) to 3 (e), it can be seen that the crankpin guide means 32 rotates 180 degrees, and the positions of the
強度的問題については、第一クランクピン20及び第二クランクピン30が平らな面であるガイド溝34に直角に接しているため第一クランクピン20及び第二クランクピン30に作用する力を考慮して素直な荷重設計が可能である。
Regarding the strength problem, since the
動的バランスについては、第一クランクピン20及び第二クランクピン30の反対側にカウンターウェイトなどを設けることにより、第一クランクアーム18及び第二クランクアーム28の釣り合い重さを完全に釣り合わせることが可能である。
For dynamic balance, by providing a counterweight or the like on the opposite side of the
潤滑の問題については、後述するように、第一クランクピン20及び第二クランクピン30にボールベアリング、シールドボールベアリング、滑り子などを嵌めることにより解決を図ることができる。
As will be described later, the problem of lubrication can be solved by fitting ball bearings, shield ball bearings, sliders, and the like to the
このように、以上本不等速回転変換機構によれば、キャットアンドマウス方式のエンジンやコンプレッサーが抱える問題を一挙に解決できるという利点がある。 Thus, above according to the present non-uniform rotary conversion mechanism, there is an advantage that can be resolved at a stroke the problem engine and compressor Cat and Mouse scheme faced.
次に、本不等速回転変換機構を用いた高圧流体エンジンの実施の形態を図4〜図15及び図18〜図19に示す。 Next, an embodiment of the high pressure fluid engine using the present non-uniform rotary converting mechanism shown in FIGS. 4 to 15 and FIGS. 18 to 19.
図4〜図15において、符号40a,40b,40cはそれぞれ本発明の高圧流体エンジンの実施の形態を示す。高圧流体エンジン40aは、前記した不等速回転変換機構10を用い、前記第一ピストン16を有する前記第一ディスクローター14と前記第二ピストン26を有する前記第二ディスクローター24とを内部に設置するためのシリンダー42と、前記シリンダー42内の前記第一ピストン16及び前記第二ピストン26の死点位置に該当するシリンダー42の箇所にそれぞれ設けられた高圧流体の流体流入孔44及び流体排出孔46と、をさらに設けた構成とされている。
4-15, the code |
上記した構成により、前記クランクピンガイド手段32がフライホイールの役目を果たして前記第一ピストン16及び前記第二ピストン26が回転せしめられると前記第一クランクピン20及び第二クランクピン30が前記クランクピンガイド手段32に摺動しながら往復運動せしめられて前記第一ピストン16及び前記第二ピストン26の周回に遅速関係が生じ、前記第一ピストン16及び前記第二ピストン26のうちいずれかが所定角度(図示例では180度)の遅れで遅速を繰り返して、遅い方のピストンは前記流体流入孔44及び流体排出孔46との連通を遮断し、いずれか速い方のピストンは流体流入孔44と連通状態になって高圧流体を流入せしめ、前記高圧流体の膨張圧力を前記速い方のピストンが受けることにより出力を得ると同時に、流入して膨張の終了した流体を押し出して排出することにより、前記定速回転出力シャフト36が連続的に回転せしめられる。
With the above configuration, when the crank pin guide means 32 serves as a flywheel and the
なお、高圧流体としては、水蒸気などの高圧ガス体以外にも高圧液体などの高圧流体が使用可能であるが、本実施例では水蒸気を高圧流体として用いた。 As the high-pressure fluid, a high-pressure fluid such as a high-pressure liquid can be used in addition to a high-pressure gas body such as water vapor. In this embodiment, water vapor is used as the high-pressure fluid.
本発明の高圧流体エンジンについて以下にさらに具体的に説明する。 The high-pressure fluid engine of the present invention will be described more specifically below.
図4〜図15によく示される如く、シリンダー42は、環状シリンダー48とサイドプレート50,52で構成されている。シリンダー42には、高圧流体を流入せしめるための流体流入孔44と高圧流体が膨張して仕事を成し終えた後にその流体を排出するための流体排出孔46が設けられている。
As well shown in FIGS. 4 to 15, the
シリンダー42内では、第一ピストン16及び第二ピストン26が夫々ラビリンスシール54を有する第一ディスクローター14及び第二ディスクローター24に固定されており、シリンダー42内で第一ディスクローター14及び第二ディスクローター24が相対向して自由に回転出来るように構成され、お互いの間はラビリンスシール54(図4(b)参照)で気密されている。
In the
第一ディスクローター14及び第二ディスクローター24には第一クランクシャフト12及び第二クランクシャフト22を介して第一クランクピン20及び第二クランクピン30がそれぞれの第一ピストン16及び第二ピストン26に対して180度の位相で固定されており、第一クランクシャフト12及び第二クランクシャフト22が軸受け56,58によって支持されている。上記説明では、第一ピストン16及び第二ピストン26と第一クランクピン20及び第二クランクピン30の角度位相はそれぞれ180度であるが、ピストンとクランクピンの角度位相は0度〜360度の同角で保持すれば構成上成立する。
A
これら第一クランクピン20及び第二クランクピン30は、前記第一ディスクローター14及び第二ディスクローター24の回転中心O1とその回転中心O2が偏心量eだけ偏心せしめられたクランクピンガイド手段32のガイド溝34に摺動自在にガイドされている。また、クランクピンガイド手段32は、軸受け60で支持されており、第一クランクピン20及び第二クランクピン30は、ガイド溝34内に滑り子62を介してガイド溝34の長手方向のみに摺動可能にセットされている。このクランクピンガイド手段32はフライホイールと同様の役目を果たすものである。なお、図4(b)において符号64は、ラビリンスシール54から漏れた流体を抜くための流体抜き孔を示す。
The
第一クランクピン20及び第二クランクピン30と第一クランクアーム18及び第二クランクアーム28の釣り合い重さについては、第一クランクピン20及び第二クランクピン30の反対側に設けたカウンターウェイト66,68によって動的バランスを完全に釣り合わせることが可能である。
The
カウンターウェイト66,68の形状や構造については、特別の限定はないが、例えば、扇形構造とし、図7(a)(b)に示したような、打ち抜き孔101を有する除肉した構造のものを好適に使用することができる。
The shape and structure of the
また、高圧流体を気密(ガスシール)する構造について図9(a)(b)に基づいて説明する。第二ディスクローター24にボルト70で固定された第二ピストン26に気密片72,74,76が設けられ、現用ピストンリング78(即ち、現在レシプロエンジンに使用されている円形のもの)が先ず第二ピストン26の外側に取りつけられる。その後ピストンクラウン80がボルト82(一部省略)で取りつけられる。このようにすることで現用ピストンリング78の張力により、気密片72,74,76はシリンダー42の内面に接触する様に張り出され、低速状態時でもガスなどの高圧流体の気密に効果を生じる。尚、84は重量軽減用の打ち抜き孔である。尚また、ピストンリングの代わりにコイルバネを利用しても同様の効果が得られる。
Further, a structure for hermetically sealing (gas sealing) high-pressure fluid will be described with reference to FIGS. 9 (a) and 9 (b). The
また、第一ディスクローター14及び第二ディスクローター24の外周の漏れに対しては、ディスク用ピストンリング86が装着されていて内側には軟質ゴム状の弾性体88を設けることにより、ディスク用ピストンリング86がピストン側とディスクローターの外側に張り出す力が生じ、これにより気密することが可能となる。勿論軟質ゴムに替わり金属製板バネなどでも効果は同じである。
Further, with respect to leakage on the outer circumferences of the
更に、第一ディスクローター14及び第二ディスクローター24の合わせ面にも同様にディスク用ピストンリング90を設けることにより、気密することが可能である。尚、上記説明した気密片、ピストンリング等は例えばNTN株式会社のベアリー(登録商標)商品を使用すれば無潤滑でも使用可能である上に気密に効果が期待できる。
Further, by providing a
次に本発明の高圧流体エンジン40aにおける第一ピストン16及び第二ピストン26の遅速の動きを司るメカニズムを図10(a)〜(c)を基に説明する。図5の状態からクランクピンガイド手段32、ガイド溝34、環状シリンダー48の流体流入孔44及び流体排出孔46並びに第一クランクピン20及び第二クランクピン30を残した状態が図10(a)である。
Next, the mechanism governing the slow movement of the
図10(a)では、第一ピストン16及び第二ピストン26と第一クランクピン20及び第二クランクピン30の関係は、ガイド溝34の位置が直角位置にあるのに対して第一ピストン16及び第二ピストン26のそれぞれは45.4度の状態にある。
In FIG. 10A, the relationship between the
更に解りやすくするため、流体流入孔44及び流体排出孔46を省略し図10(a)の状態からクランクピンガイド手段32を30度右回転させたのが図10(b)であり、その結果第二ピストン26は37度、第一ピストン16は23度、それぞれ同一方向に回転することとなる。
In order to make it easier to understand, the
力関係を説明するため、更にガイド溝34と第一クランクピン20及び第二クランクピン30のみを示したのが図10(c)である。同図を基に第一ピストン16及び第二ピストン26の遅速及び第一ピストン16及び第二ピストン26に同じ力が作用しても同一方向に回転する理由を以下に説明する。
In order to explain the force relationship, only the
同一方向に回転(回転中心O1)する2つのピストン(第一ピストン16及び第二ピストン26)が受ける力が第一クランクピン20及び第二クランクピン30のそれぞれのクランクピンの中心CF,CSに作用する力を力Fとする。
The forces received by the two pistons (
この力Fをクランクピンガイド手段32の回転中心O2から見る回転トルクは、回転中心O2から力Fに垂線を下ろした足を点Aとし、Aと回転中心O2との距離を距離aとすると、回転トルクはa×Fとなる。同様に考えて第一クランクピン20に作用する力Fに垂線を下ろした点を線BとしO2との距離を距離bとすると、回転トルクはb×Fとなり、総合回転トルクはF×(a−b)となる。
The rotational torque when the force F is viewed from the rotation center O2 of the crankpin guide means 32 is defined as a point A with a foot perpendicular to the force F from the rotation center O2 and a distance a between the A and the rotation center O2. The rotational torque is a × F. In the same way, assuming that a point perpendicular to the force F acting on the
以上から回転力が発生すること並びに第一ピストン16及び第二ピストン26の遅速関係が発生することがわかる。
From the above, it can be seen that the rotational force is generated and the slow speed relationship between the
図18には、第一クランクピン20及び第二クランクピン30の相対角速度について連続した変速状態を表した。図18において、第一クランクピン20の角速度は実線で示し、第二クランクピン30の角速度は一点鎖線で示した。図18からわかるように、クランクピンガイド手段32のガイド溝34が1回転する間に、各第一ピストン16及び第二ピストン26は一回遅速を繰り返す。このことはトルク変動からすれば好ましいことになる。
FIG. 18 shows a continuous shift state with respect to the relative angular velocities of the
次に本発明の高圧流体エンジン40aの作動状態を図11(a)〜(e)を基に説明する。解り易くするために第一ピストン16及び第二ピストン26と対となる第一クランクピン20及び第二クランクピン30は同じパターンで表現している。図11において、第一ピストン16と第一クランクピン20、第二ピストン26と第二クランクピン30はそれぞれ対の関係にある。
Next, the operating state of the high-
図11(a)は、通常のレシプロエンジンの死点状態を表し、この状態から矢印の方向に右回転すると、第一ピストン16と第二ピストン26との間の狭い空間(図11(a)から図11(b)の間)に高圧流体が流入し続け、第二ピストン26は第一ピストン16よりスピードが上がり図11(c)の状態になり、第一ピストン16は流体流入孔44を塞いで高圧流体の流入が停止する。その後は、第二ピストン26は高圧流体を供給されることなく断熱膨張して図11(d)を経て図11(e)の状態になる。
FIG. 11A shows a dead center state of a normal reciprocating engine, and when this state is rotated to the right in the direction of the arrow, a narrow space between the
一方、図11(a)と図11(b)において、第一ピストン16と第二ピストン26で造る反対側の広い空間は、前の行程で流入して膨張し終えた流体を第二ピストン26は流体排出孔46へと押し出し、その間第一ピストン16は高圧流体の流体流入孔44を遮断し続けることになる。これで1サイクルが終了することになり、クランクピンガイド手段32は図11(a)〜(e)の間に180度回転することとなる。図11(e)と図11(a)とを比較すると第一ピストン16と第二ピストン26の位置が入れ替わっただけであり構成は全く同じ状態にある。そして、前述した作動を繰り返す。
On the other hand, in FIG. 11 (a) and FIG. 11 (b), the wide space on the opposite side formed by the
第一ピストン16と第二ピストン26に流入する高圧流体の量をコントロール(流体の圧力を変えないで)するには、図11(c)の第一ピストン16が高圧流体の流体流入孔44の案内開口部92の開口部縁94の位置を変えることでコントロールが可能であり、ガスの保有するエネルギーを最適に活用できる。
In order to control the amount of high-pressure fluid flowing into the
即ち、流体流入孔44の案内開口部92の開口部縁94を流体排出孔46の方へ寄せることにより、結果的として、案内開口部92の幅が狭まり、開口部縁94を流体排出孔46の方へ寄せる前に比較して第一ピストン16又は第二ピストン26が流体流入孔44を狭窄することになる。これにより、流入する高圧流体の量は少なくなるが膨張する量は多くなるのでワンストローク当りの出力は少なくなるが熱効率は上がることになる。
That is, by moving the opening
図11(a)〜(e)がワンストローク当たりの出力を優先したタイプの流体流入孔44を設けた場合の作動図であるのに対して、図12(a)〜(f)は熱効率を優先したタイプの流体流入孔44を設けた場合の作動図である。図12(a)〜(f)によく示される如く、流体流入孔44の案内開口部92の開口部縁94を流体排出孔46の方へ寄せることにより、第一ピストン16又は第二ピストン26が遮断する位置が早くなり、流入する高圧流体の量が少なくなるが膨張する量は多くなることになる。
11 (a) to 11 (e) are operation diagrams in the case where a
図13(a)〜(d)は、開口部縁94の位置変更のメカニズムの説明図を示す。図13(a)において、符号96は流入量調整ピースを示す。流体流入孔44の案内開口部92に流入量調整ピース96が挿入された状態では、開口部縁94の位置は、図13(a)の位置になる。流入量調整ピース96が挿入された状態にある図13(a)のXII(b)−XII(b)線断面図が図13(b)である。そして、図13(c)は流入量調整ピース96をスライドして外した状態を示す。流入量調整ピース96を外した状態では、開口部縁94の位置は、図13(c)の位置となる。流入量調整ピース96が外された状態にある図13(c)のXII(d)−XII(d)線断面図が図13(b)である。
FIGS. 13A to 13D are explanatory views of a mechanism for changing the position of the opening
このように、図13(a)に示した開口部縁94の位置が流入量調整ピース96を挿入することによって図13(c)に示した位置となることがわかる。なお、流入量調整ピース96をスライドさせる手段については種々考えられるため図示は省略する。また、高圧流体の流入量の調整が行える限り、スライド機構以外にも種々の機構が採用可能であることはいうまでもない。
In this way, it can be seen that the position of the opening
また、流体を高圧ガスから高圧液体に変えても、流体流入孔44の開口部縁94の位置の取り方で液圧縮が発生しないようにすれば、そのまま使用することが可能である。
Further, even if the fluid is changed from the high pressure gas to the high pressure liquid, it can be used as it is as long as the liquid compression does not occur in the way of taking the position of the opening
図19にピストンが流体流入孔44を遮断する場合の圧力と容積の関係を示すグラフを示す。図19に示される如く、理想のエネルギーの使い方はIJEMIの線図である。即ちIJ間は流体流入孔44から流体が入り第一ピストン16が流体流入孔44を遮断し、其の後はJE間は断熱膨張して第二ピストン46が流体排出孔46と連通して仕事を成し終えた流体は排出されるので無駄がない。つまり、熱効率が最良の状態である。
FIG. 19 is a graph showing the relationship between pressure and volume when the piston blocks the
一方、この状態に対して出力が出るが熱効率が最悪の状態が、図19に示すILEMIの線図であり、流体が高い圧力のまま流体排出孔46から出るので、斜線のLHELの線間にまだある断熱膨張するエネルギーを無駄にすることになる。その中間がIKFEMIの線図であり、現実にはこの状態を色々実験して最良の遮断位置を決める必要がある。それでもFGEFの斜線部分はロスになるわけでいわゆる開口部縁94の位置は重要な要素を占める。
On the other hand, the output that is output in this state but the worst thermal efficiency is the IREMI diagram shown in FIG. 19. Since the fluid exits the
上述した構成は、クランクピンガイド手段32にガイド溝34を設けた構成であるが、上述の構成以外にも、例えば図14に(a)〜(c)に示すような構成を採用することができる。
The above-described configuration is a configuration in which the
図14において、符号40bは本発明の高圧流体エンジンの別の態様を示す。クランクピンガイド手段98は、研磨された磨きシャフト100がその中央部に螺着されており、前記磨きシャフト100には滑り子102,104が長手方向に摺動自在に遊挿されている。滑り子102,104には第一クランクピン20及び第二クランクピン30が、図14(c)のようにそれぞれ回転自在に嵌合せしめられる。
In FIG. 14, the code |
このように構成すれば、クランクピンガイド手段32にガイド溝34を設けた構成と同様の機能を得ることができ、第一ピストン16及び第二ピストン26の遅速を司ることが可能となる。
If comprised in this way, the function similar to the structure which provided the
以上の説明は、クランクピンガイド手段を一方向にまとめた構成に基づいて説明したが、次に、クランクピンガイド手段を相反する方向即ち両サイドに設けた構成を図15に基づいて説明する。 The above description is based on the configuration in which the crankpin guide means is integrated in one direction. Next, a configuration in which the crankpin guide means is provided in opposite directions, that is, on both sides, will be described with reference to FIG.
図15(a)〜(c)において、符号40cは本発明の高圧流体エンジンの他の実施の態様を示す。本発明の高圧流体エンジン40cでは、第一クランクピン20及び第二クランクピン30はそれぞれ両サイドに設けられており、それぞれのクランクピンに対応して、図15(a)及び図15(c)によく示す如く、ガイド溝34を有するクランクピンガイド手段32がそれぞれ設けられている。なお、符号106,108はそれぞれ同数歯のギアを示す。
15A to 15C,
図15(a)〜(c)に示したように、クランクピンガイド手段32はギア108に接続されており、定速回転出力シャフト36はギア106にそれぞれ接続されている。そして、第一ピストン16が取りつけられた第一ディスクローター14が回転すると第一クランクシャフト12が回転して第一クランクピン20がガイド溝34内を摺動しながら往復運動し、これによりクランクピンガイド手段32が回転するとギア108が回転して、ギア108と噛み合っているギア106により定速回転出力シャフト36が回転せしめられる。
As shown in FIGS. 15A to 15C, the crankpin guide means 32 is connected to the
同様にして、第二ピストン26が取りつけられた第二ディスクローター24が回転すると第二クランクシャフト22が回転して第二クランクピン30がガイド溝34内を摺動しながら往復運動し、これによりクランクピンガイド手段32が回転するとギア108が回転し、ギア108と噛み合っているギア106により定速回転出力シャフト36が回転せしめられる。このとき、図示したように、左右に存在するクランクピンガイド手段32がガイドする第一クランクピン20と第二クランクピン30の位置が異なることにより、第一ピストン16及び第二ピストン26が回転せしめられると第一クランクピン20及び第二クランクピン30が左右のクランクピンガイド手段32に摺動しながら往復運動せしめられて第一ピストン16及び第二ピストン26の周回に遅速関係が生じ、第一ピストン及び第二ピストンのうちいずれかが所定角度(図示例では180度)の遅れで遅速を繰り返して、定速回転出力シャフト36が連続的に回転せしめられることとなる。なお、第一クランクピン20及び第二クランクピン30にはそれぞれカウンターウェイト66,68が設けられている。
Similarly, when the
さらに、上記した高圧流体エンジンを用いた本発明の密閉サイクルエンジンについて、図16及び図17に基づいて説明する。 Furthermore, the closed cycle engine of the present invention using the above-described high-pressure fluid engine will be described with reference to FIGS.
図16において、符号110aは本発明の密閉サイクルエンジンを示す。密閉サイクルエンジン110aは、上記した高圧流体エンジン40aと、排気ガスを放出する排気ガス放出エンジン112と、前記排気ガス放出エンジン112の排気ガスで水蒸気を発生させる熱交換器114と、前記高圧流体エンジン40aからの排出流体を冷却して水に戻す復水器116と、を有しており、前記熱交換器114を前記高圧流体エンジン40aの前記流体流入孔44に接続し、かつ前記復水器116を前記高圧流体エンジン40aの前記流体排出孔46に接続することにより密閉サイクル構造とされている。
In FIG. 16,
排気ガス放出エンジン112としては、従来のレシプロエンジンを用いることができるし、復水器116としては、公知の熱交換器を復水器として用いることができる。
A conventional reciprocating engine can be used as the exhaust
また、前記排気ガス放出エンジン112のシリンダー118のシリンダーヘッド120及びシリンダー118に温度センサー122を取りつけて、前記温度センサー122の情報により前記シリンダー118の高温部124にノズル126から水を噴射して冷却すると同時に発生した水蒸気を利用して作動するように構成されている。
Further, a
密閉サイクルエンジン110aは、排気ガス放出エンジン112(図ではレシプロエンジン)の構成部品(図ではシリンダーヘッド120及びシリンダー118)の高温部124に温度センサー122をセットし、その情報をコントローラ128に送り水ポンプ130から圧力水を図16に示すように代表個所で示したシリンダー118の高温部124にノズル126から噴射することによって噴射冷却させると同時に水蒸気を発生させる。なお、高温部124というのは運転中に高温となる箇所を意味するもので、図示例では代表的な箇所を示した。
The
かかる温度センサー122をシリンダー118に設けるのはオイルの機能を損なわないように、即ちピストンの焼付けの回避のためであり、そして温度センサー122をシリンダーヘッド120に設けるのはバルブステムやバルブシートのトラブル回避するためである。
The
なお、温度センサー122の温度設定にあたって、シリンダーの温度が際限無く低温度に、即ち飽和蒸気温度を低くするのは考えものであり、一般にシリンダーやシリンダーヘッドから熱損失を少なくするためにはシリンダーの壁温は180度前後の範囲が適切である。従って飽和圧力は10.2Kg/cm2になる。さらに、高圧を狙うのであればシリンダーの壁温は260から270度程まで許容されるのでさらに上げられる。
In setting the temperature of the
排気ガス放出エンジン112の排気ポート138から出る排気ガスは、熱交換器114の排気ガス取り入れ口140に入り、水蒸気を加熱した後、熱交換器114の排気ガス出口142から空中に放出される。
Exhaust gas that exits from the
一方、ジャケット132内に溜まった水蒸気は、シリンダー118の上部にある蒸気出口134から熱交換器114の水蒸気入口136に入る。この加熱された過熱蒸気は、高圧流体エンジン40aの流体流入孔44と蒸気出口144を連結することにより、熱交換器114の蒸気出口144から出て、図示していない発電機などを回転させて高圧流体エンジン40aでエネルギー変換される。なお、符号156は、熱交換器114のドレイン排出口である。
On the other hand, the water vapor accumulated in the
高圧流体エンジン40aで仕事を成し終えた水蒸気は、流体排出孔46から復水器116の低圧蒸気取り入れ口146には入り、冷却ファン148の冷却風によって冷却され水蒸気は復水し、水滴出口150から出て貯留水器152に入り再利用される。なお、符号154は水を分配するための分配器である。
The water vapor that has finished its work in the high-
次に、本発明の密閉サイクルエンジンの別の態様を図17に示す。図17において、符号110bは、本発明の密閉サイクルエンジンの別の態様を示す。排気ガス放出エンジン112の排気ガスは、熱交換器114の排気ガス取り入れ口140に入り、水蒸気を加熱した後、熱交換器114の排気ガス出口142から空中に放出される。
Next, another embodiment of the closed cycle engine of the present invention is shown in FIG. In FIG. 17, the code |
一方、水ポンプから熱交換器114の水蒸気入口136に入った水は加熱されて水蒸気となり、この水蒸気は高圧流体エンジン40aの流体流入孔44と蒸気出口144を連結することにより、熱交換器114の蒸気出口144から出て、図示していない発電機などを回転させて高圧流体エンジン40aでエネルギー変換される。そして、流体排出孔46は復水器116と連結することで密閉サイクルとしエネルギーの有効活用を図ることができる。
On the other hand, the water that has entered the
10:本不等速回転変換機構、12:第一クランクシャフト、14:第一ディスクローター、16:第一ピストン、18:第一クランクアーム、20:第一クランクピン、22:第二クランクシャフト、24:第二ディスクローター、26:第二ピストン、28:第二クランクアーム、30:第二クランクピン、32:クランクピンガイド手段、34:ガイド溝、36:定速回転出力シャフト、40a,40b,40c:高圧流体エンジン、42:シリンダー、44:流体流入孔、46:流体排出孔、48:環状シリンダー、50,52:サイドプレート、54:ラビリンスシール、56,58,60:軸受け62:滑り子、64:流体抜き孔、66,68:カウンターウェイト、70:ボルト、72,74,76:気密片、78:現用ピストンリング、80:ピストンクラウン、82:ボルト、84:打ち抜き孔、86,90:ディスク用ピストンリング、88:弾性体、92:案内開口部、94:開口部縁、96:流入量調整ピース、98:クランクピンガイド手段、100:磨きシャフト、101:打ち抜き孔、102,104:滑り子、106,108:ギア、110a,110b:密閉サイクルエンジン、112:排気ガス放出エンジン、114:熱交換器、116:復水器、118:シリンダー、120:シリンダーヘッド、122:温度センサー、124:高温部、126:ノズル、128:コントローラ、130:水ポンプ、132:ジャケット、134:蒸気出口、136:水蒸気入口、138:排気ポート、140:排気ガス取り入れ口、142:排気ガス出口、144:蒸気出口、146:低圧蒸気取り入れ口、148:冷却ファン、150:水滴出口、152:貯留水器、154:分配器、156:ドレイン排出口、a,b:距離、e: 偏心量、A,B:点、CF,CS:回転中心、F:力、O1:回転中心、O2:回転中心。 10: This inconstant speed rotation conversion mechanism, 12: 1st crankshaft, 14: 1st disc rotor, 16: 1st piston, 18: 1st crank arm, 20: 1st crankpin, 22: 2nd crankshaft 24: second disk rotor, 26: second piston, 28: second crank arm, 30: second crank pin, 32: crank pin guide means, 34: guide groove, 36: constant speed rotation output shaft, 40a, 40b, 40c: high pressure fluid engine, 42: cylinder, 44: fluid inflow hole, 46: fluid discharge hole, 48: annular cylinder, 50, 52: side plate, 54: labyrinth seal, 56, 58, 60: bearing 62: Slider, 64: fluid vent hole, 66, 68: counterweight, 70: bolt, 72, 74, 76: airtight piece, 78: working piss Ring: 80: piston crown, 82: bolt, 84: punching hole, 86, 90: piston ring for disc, 88: elastic body, 92: guide opening, 94: edge of opening, 96: inflow adjustment piece, 98 : Crank pin guide means, 100: polished shaft, 101: punched hole, 102, 104: slider, 106, 108: gear, 110a, 110b: closed cycle engine, 112: exhaust gas emission engine, 114: heat exchanger, 116: condenser, 118: cylinder, 120: cylinder head, 122: temperature sensor, 124: high temperature section, 126: nozzle, 128: controller, 130: water pump, 132: jacket, 134: steam outlet, 136: steam Inlet, 138: Exhaust port, 140: Exhaust gas inlet, 142: Exhaust gas out 144: Steam outlet, 146: Low pressure steam inlet, 148: Cooling fan, 150: Water droplet outlet, 152: Reservoir, 154: Distributor, 156: Drain outlet, a, b: Distance, e: Eccentricity A, B: point, CF, CS: center of rotation, F: force, O1: center of rotation, O2: center of rotation.
Claims (3)
第一ピストンを有する第一ディスクローターと第二ピストンを有する第二ディスクローターとを内部に設置するためのシリンダーと、
前記シリンダー内の前記第一ピストン及び前記第二ピストンの死点位置に該当するシリンダーの箇所にそれぞれ設けられた流体流入孔及び流体排出孔と、
をさらに設け、
前記クランクピンガイド手段がフライホイールの役目を果たして前記第一ピストン及び前記第二ピストンが回転せしめられると前記第一クランクピン及び第二クランクピンが前記クランクピンガイド手段に摺動しながら往復運動せしめられて前記第一ピストン及び前記第二ピストンの周回に遅速関係が生じ、前記第一ピストン及び前記第二ピストンのうちいずれか遅い方のピストンは前記流体流入孔及び流体排出孔との連通を遮断し、いずれか速い方のピストンは流体流入孔と連通状態になって高圧流体を流入せしめ、前記高圧流体の膨張圧力を前記速い方のピストンが受けることにより出力を得ると同時に、流入して膨張の終了した流体を押し出して排出することにより、前記定速回転出力シャフトが連続的に回転せしめられることを特徴とする高圧流体エンジン。 Attached to the first crankshaft and the second crankshaft, respectively, to the crankpin guide means passing through the rotation center of the constant speed rotation output shaft eccentrically set with respect to the first crankshaft and the second crankshaft having the same rotation center a first crank pin and a second crank pin that is a high-pressure fluid engine with non-uniform rotary converting mechanism respectively slidably formed by guide,
A cylinder for installing therein a first disk rotor having a first piston and a second disk rotor having a second piston;
A fluid inlet hole and a fluid outlet hole respectively provided at the location of the cylinder corresponding to the dead center position of the first piston and the second piston in the cylinder;
Further provided,
When the first piston and the second piston are rotated by the crank pin guide means serving as a flywheel, the first crank pin and the second crank pin are reciprocated while sliding on the crank pin guide means. As a result, the first piston and the second piston have a slow relationship, and the slower of the first piston and the second piston shuts off the communication with the fluid inlet hole and the fluid outlet hole. The faster piston, which is in communication with the fluid inflow hole, allows high-pressure fluid to flow in. The higher piston receives the expansion pressure of the high-pressure fluid to obtain an output, and at the same time, it flows in and expands. The constant speed rotation output shaft is continuously rotated by extruding and discharging the finished fluid. High pressure fluid engine.
排気ガスを放出する排気ガス放出エンジンと、
前記排気ガス放出エンジンの排気ガスで水蒸気を発生させる熱交換器と、
前記高圧流体エンジンからの排出流体を冷却して水に戻す復水器と、
をさらに設け、
前記熱交換器を前記高圧流体エンジンの前記流体流入孔に接続し、かつ前記復水器を前記高圧流体エンジンの前記流体排出孔に接続することにより密閉サイクル構造としたことを特徴とする密閉サイクルエンジン。 A closed cycle engine using the high-pressure fluid engine according to claim 1 ,
An exhaust emission engine that emits exhaust gas;
A heat exchanger that generates water vapor with the exhaust gas of the exhaust gas emission engine;
A condenser that cools and returns the exhaust fluid from the high-pressure fluid engine to water;
Further provided,
A closed cycle structure in which the heat exchanger is connected to the fluid inlet hole of the high-pressure fluid engine and the condenser is connected to the fluid outlet hole of the high-pressure fluid engine. engine.
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