JP6093966B2

JP6093966B2 - 水蒸気爆発併用複葉定積ロータリーエンジン

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Publication number: JP6093966B2
Application number: JP2012115992A
Authority: JP
Inventors: 上田　文夫; 文夫上田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2012-05-01
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2032-05-01
Also published as: JP2013231420A

Description

本発明は、特願２００８−２５６８４５出願の定積循環再燃ロータリーエンジンを基本とするロータリーエンジンの利用分野である。

前記出願の定積循環再燃ロータリーエンジンに関する技術において、主ローターの排気口とつながる副ローターを設け主ローター側の排気圧で副ローターを回す方法と、エンジン作動時に主副ローター側の高温エンジン内部へ水を噴射し、噴射水の水蒸気爆発圧で主副のローターを回転させる方法およびエンジン内外に潜熱水溜を設け低圧側エンジン内部へ高圧潜熱水を噴射し、噴射潜熱水の低圧化での水蒸気爆発を誘発し水蒸気爆発圧で主副のローターを回転させる方法はなかった。

前記出願の定積循環再燃ロータリーエンジンに関する技術において、エンジン排気圧のエンジン回転力化と高温エンジン熱のエンジン回転力化である。

この発明では上記課題のエンジン排気圧のエンジン回転力化を解決するため、エンジン構造を主副ローターの複葉ロータリーエンジンとし、主ローターの排気口とつながるように副ローターを設け、主ローター側の排気圧で副ローターを回す方法をとった。

さらに高温エンジン熱のエンジン回転力化を解決するため、エンジン内部への水の噴射口を設け、エンジン作動時に主副ローター側の高温エンジン内部へ水を噴射し、噴射水の水蒸気爆発の圧力で主副のローターをハウジングと反発させ回転させる方法をとった。

さらに前記二方法を促進するために、水との混在においても引火性の高い水素または高引火性燃料を燃料とし、エンジン作動時に高温の主ローター側燃焼室へ燃料噴射と水噴射を併行または交互におこない、混合気の燃焼爆発と高温燃焼室で加熱された噴射水の水蒸気爆発により主ローターを回す方法をとった。

さらに前記出願の定積循環再燃ロータリーエンジンの混合気の着火が、主としてローター側燃焼室に循環残存する高温燃焼ガスの熱を利用することであり、ローター側燃焼室に残存する高温燃焼ガス不足の場合には高温ローター壁温およびヒーターにより補助的に着火をおこなうものであったが、この発明では水との混在においても引火性の高い水素または高引火性燃料を燃料にする方法をとった。

さらにエンジン内部の主ローターとハウジングに潜熱水溜を設け、高温エンジン熱で潜熱水溜内の水を加熱し潜熱の高い加熱水を噴射口からエンジン内部へ噴射し、噴射潜熱水の低圧化での水蒸気爆発を誘発し、水蒸気爆発圧で主ローター側燃焼室での水蒸気爆発を促進する方法をとった。

同様にハウジングに設けた潜熱水溜から、潜熱の高い加熱水を副ローター側水蒸気爆発室へ噴射し、噴射潜熱水の低圧化での水蒸気爆発を誘発し、副ローター側水蒸気爆発室での水蒸気爆発を促進する方法をとった。

さらにハウジングに設けた潜熱水溜を大型にし、潜熱水の熱エネルギー保存量を多くし必要に応じエンジン内部へ潜熱水を供給する方法をとった。

さらに前記大型潜熱水溜をエンジン外部に設置する方法をとった。

さらに前記外部大型潜熱水溜装置に加熱用燃焼室を設け、廃材木片等を燃やして潜熱水溜内の水を加熱し潜熱の高い加熱水を副ローター側水蒸気爆発室へ噴射し、噴射後の潜熱水の低圧化で副ローター側水蒸気爆発室での水蒸気爆発をおこなわせ、水蒸気爆発による副ローター側水蒸気爆発室に対する副ローターの反発回転をさせる方法をとった。

前記出願の定積循環再燃ロータリーエンジンに関する技術において、エンジン排気圧のエンジン回転力化と高温エンジン熱のエンジン回転力化ができたことである。

先ず、構造を主副ローターの複葉ロータリーエンジンとし、主ローターの排気口とつながるように副ローターを設けることで、主ローター側排気圧の余剰エネルギーの回収装置ができた。

さらにエンジン内部に水噴射口を設け、エンジン作動時に主副ローター側の高温エンジン内部へ水を噴射し、噴射水に水蒸気爆発をおこなわせることで高温エンジン熱の排気圧変換によるローター回転力化とエンジンの冷却化ができた。

さらに水との混在においても引火性の高い水素または高引火性燃料を燃料とすることで比較的低温での混合気着火ができるようになった。

さらに比較的低温での混合気着火ができるようになり、主ローター側でのローター側燃焼室に残存する高温燃焼ガス不足の場合に混合気の着火としてハウジング側燃焼室の燃焼ガスの熱を着火の方法とすることもできるようになった。

さらにエンジン内部の主ローターとハウジングに潜熱水溜を設け、高温エンジン熱で潜熱水溜内の水を加熱し潜熱の高い加熱水を噴射口から噴射することで、噴射潜熱水の低圧化での水蒸気爆発を誘発し、主ローター側燃焼室での水蒸気爆発を促進することができた。

同様にハウジングに設けた潜熱水溜から、潜熱の高い加熱水を副ローター側水蒸気爆発室へ噴射することで、噴射潜熱水の低圧化での水蒸気爆発を誘発し、副ローター側水蒸気爆発室での水蒸気爆発を促進することができた。

さらに潜熱水溜がエンジン熱を奪うことにより、エンジンの冷却および冷却を通じてエンジンの高温劣化を防ぎ耐久性の向上につながった。

またエンジン外部に潜熱水溜装置を設け、外部潜熱水溜加熱燃焼室で廃材木片等を燃やして潜熱水溜内の水を加熱し潜熱の高い加熱水を副ローター側水蒸気爆発室へ噴射し、噴射後の潜熱水の低圧化で水蒸気爆発をおこなわせ副ローターの反発回転をさせることで、エンジンの主たる燃料不足のときの災害地等での廃材利用の発電機用発動機として利用できるようになった。

このロータリーエンジンについて発明を実施するための最良の形態として図面に従い説明すると次の通りである。

この発明では上記課題のエンジン排気圧のエンジン回転力化を解決するため、エンジン構造を主ローター（１１）と副ローター（２１）の複葉ロータリーエンジンとし、主ローターの排気口（３７）とつながるように副ローター（３）を設け、主ローター（１１）側の排気圧で副ローター（２１）を回す方法をとり請求項１の内容とした。

さらに高温エンジン熱のエンジン回転力化を解決するため、エンジン内部に水噴射口（４０）を設け、エンジン作動時に主副ローター（１１・２１）側の高温エンジン内部へ水を噴射し、噴射水の水蒸気爆発の圧力で主副のローター（１１・２１）をハウジング（２）と反発させ回転させる方法をとり請求項２の内容とした。

さらに前記二方法を促進するために、水との混在においても引火性の高い水素または高引火性燃料を燃料とし、エンジン作動時に高温の主ローター側燃焼室（１２）へ燃料噴射と水噴射を併行または交互におこない、混合気の燃焼爆発と高温燃焼室で加熱された噴射水の水蒸気爆発により主ローター（１１）を回す方法をとり請求項３の内容とした。

さらに前記出願の定積循環再燃ロータリーエンジンの混合気の着火が、ローター側燃焼室に循環残存する高温燃焼ガスの熱を利用することであり、ローター側燃焼室に残存する高温燃焼ガス不足の場合には高温ローター壁温およびヒーターにより補助的に着火をおこなうものであったが、この発明では水との混在においても引火性の高い水素または高引火性燃料を燃料とすることで燃焼室内での混合気の着火性が良くなり、ハウジング側燃焼室（１５）の燃焼ガスでも着火できるようになった。そこで主ローター側でのローター側燃焼室（１２）に残存する高温燃焼ガス不足の場合に混合気の着火としてハウジング側燃焼室（１５）の燃焼ガスの熱を着火の方法をとり請求項４の内容とした。

さらにエンジン内部の主ローター（１１）とハウジング（２）に潜熱水溜（３８）を設け、高温エンジン熱で潜熱水溜内の水を加熱し潜熱の高い加熱水を噴射口（４０）からエンジン内部へ噴射し、噴射潜熱水の低圧化での水蒸気爆発を誘発し、水蒸気爆発圧で主ローター側燃焼室（１２）での水蒸気爆発を促進する方法をとり請求項５の内容とした。

同様にハウジングに設けた潜熱水溜（３８）から、潜熱の高い加熱水を副ローター側水蒸気爆発室（４３）へ噴射し、噴射潜熱水の低圧化での水蒸気爆発を誘発し、副ローター側水蒸気爆発室での水蒸気爆発を促進する方法をとり請求項６の内容とした。

さらにハウジングに設けた潜熱水溜（３８）を大型にし、潜熱水の熱エネルギー保存量を多くし必要に応じエンジン内部へ潜熱水を供給する方法をとり請求項７の内容とした。

さらに前記大型潜熱水溜をエンジン外部に設置する方法をとり請求項８の内容とした。

またエンジン外部に潜熱水溜装置（図４）を設け、外部潜熱水溜加熱燃焼室（４５）で廃材木片等を燃やして外部潜熱水溜（３８）内の水を加熱し潜熱の高い加熱水を潜熱水噴射口（３９）をつなぎ副ローター側水蒸気爆発室へ噴射し、噴射後の潜熱水の低圧化で副ローター側水蒸気爆発室での水蒸気爆発をおこなわせ、水蒸気爆発による副ローター側水蒸気爆発室に対する副ローターの反発回転をさせる方法をとり請求項９の内容とした。

また前記外部潜熱水溜装置について、外部潜熱水溜（３８）内の水を加熱し沸騰させ高圧蒸気を副ローター側水蒸気爆発室（４３）へ噴射し、副ローター側水蒸気爆発室に対する副ローターの反発回転をさせる方法をとり請求項１０の内容とした。

さらに、前記ハウジング側潜熱水溜を加熱する装置を設けると主ローター側装置が不要となり、このハウジング側潜熱水溜を加熱する装置を設け潜熱水溜（３８）内の水を加熱し潜熱の高い加熱水を副ローター側水蒸気爆発室（４３）へ噴射し、噴射潜熱水の低圧化での水蒸気爆発をおこなわせ、副ローター側水蒸気爆発室での水蒸気爆発により副ローター側水蒸気爆発室に対する副ローターの反発回転をさせる方法をとり請求項１１の内容とした。
またさらに前記ハウジング側潜熱水溜を加熱する装置として不要となる主ローター部分を燃焼室としたものを請求項１２とした。
またこのとき主ローター部分燃焼室の燃焼ガス圧も副ローターの反発回転力に変えることができる。

さらに前記内容により回転する副ローターを主ローター他関連装置につなぐことにした。

本発明におけるロータリーエンジンは、特願２００８−２５６８４５出願の定積循環再燃ロータリーエンジンに比べ、エンジン排気圧のエンジン回転力化と高温エンジン熱のエンジン回転力化に優れ燃焼効率が高く、水との混在においても引火性の高い水素または高引火性燃料を燃料とするので、燃焼率が高く黒煙排気が少ないなど環境保全性があり、潜熱水溜によるエンジン熱からの熱エネルギー変換保存、高圧の潜熱水溜内部から潜熱水溜に比較し低圧のエンジン内部へ潜熱水の空間移動をおこなわせ、噴射潜熱水の低圧化での水蒸気爆発を誘発する新しい技術の取り入れと、外部潜熱水溜装置利用でエンジン燃料以外の燃焼可能物の燃焼ができ災害時の発電機用発動機に利用できるなど産業上の利用可能性が高い。

図５のＢ−Ｂ正面断面図で主ローター側装置の１例。図５のＣ−Ｃ正面断面図で副ローター側装置の１例。図５のＡ−Ａ正面断面図で空気圧縮装置の１例。外部潜熱水溜装置の１例。この発明の主副ローターの複葉ロータリーエンジンの基本構造に外部空気圧縮装置および発電機モーターを取り付けた側面図で斜線の部分は装置の中心を通る垂直断面図。また、主ローターおよび副ローターはそれぞれ連続配置ができるものであり、軸受けおよび各噴射の制御弁等は描いていない。

符号は各図共通で、
１＝主ローター軸
２＝ローターハウジング
３＝サイドハウジング
４＝水蒸気爆発室
５＝歯車軸
６＝歯車
７＝ローター軸側歯車
８＝ポンプ吸気口
９＝ポンプ吐出口
１０＝逆止弁
１１＝主ローター
１２＝主ローター側燃焼室
１３＝サイド隔壁
１４＝隔壁
１５＝ハウジング側燃焼室
１６＝燃料圧送管
１７＝排気口
１８＝ヒーター
１９＝排気調整弁
２０＝シール板
２１＝副ローター
２２＝主ローター軸側中空シャフト
２３＝副ローター側中空シャフト
２４＝発電機モーター側中空シャフト
２５＝シャフト側磁石・電磁石
２６＝ハウジング側磁石・電磁石
２７＝サンギヤ
２８＝遊星ギヤ
２９＝遊星減速ギヤ
３０＝遊星反転ギヤ
３１＝リングギヤ
３２＝キャリア
３３＝副ローター側クラッチ
３４＝発電機モーター側クラッチ
３５＝ハウジング側クラッチ
３６＝差動制限クラッチ
３７＝主ローター排気口
３８＝潜熱水溜（ウォーターチャンバー）
３９＝水噴射口
４０＝潜熱水噴射口
４１＝空気圧送口
４２＝主副排気連絡口
４３＝副ローター側水蒸気爆発室
４４＝外部潜熱水溜ハウジング
４５＝外部潜熱水溜加熱燃焼室
４６＝外部潜熱水溜水注入口

Claims

定積循環再燃ロータリーエンジンであり、ハウジングとローター軸およびローターで構成され、ハウジングの中にローター軸を中心に回転するローターを設け、さらにハウジング側にハウジング側燃焼室を、ローター側にローター側燃焼室を設けた構造とし、ローターの回転に伴い前記両燃焼室が重なるとき、両燃焼室内混合気の燃焼爆発により両燃焼室を反発させ、回転側のローターを回転させるロータリーエンジンに関し、エンジン構造が主ローターの単葉ロータリーエンジンだったものを、エンジン排気圧のエンジン回転力化を解決するために、エンジン構造を主ローターと副ローターの複葉ロータリーエンジンとし、エンジン内部の主副排気連絡口を介して主ローターの排気口とつながるように副ローターを設け、主ローター側の排気圧で副ローターを回転させる方法。
請求項１記載の方法に、高温エンジン熱のエンジン回転力化を解決するために、エンジン内部に水噴射口を設け、エンジン作動時に主副ローター側の高温エンジン内部へ水を噴射し、噴射水の水蒸気爆発の圧力で主副のローターをハウジングと反発させ回転させる方法。
請求項１記載の方法を促進するために、水との混在においても引火性の高い水素または高引火性燃料を燃料とし、エンジン作動時に高温の主ローター側燃焼室へ燃料噴射と水噴射を併行てしておこない、混合気の燃焼爆発と高温燃焼室で加熱された噴射水の水蒸気爆発により主ローターを回す方法。
請求項１記載の方法のエンジン作動時に、ローター側でのローター側燃焼室に残存する高温燃焼ガス不足の場合に混合気の着火としてハウジング側燃焼室の燃焼ガスの熱で着火する方法。
請求項１の方法のエンジン構造において、エンジン内部の主ローターとハウジングに潜熱水溜を設け、高温エンジン熱で潜熱水溜内の水を加熱し潜熱の高い加熱水を噴射口からエンジン内部へ噴射し、噴射潜熱水の低圧化での水蒸気爆発を誘発し、水蒸気爆発圧で主ローター側燃焼室での水蒸気爆発を促進する方法。
請求項１記載の方法のエンジン構造において、ハウジングに潜熱水溜を設け、高温エンジン熱で潜熱水溜内の水を加熱し潜熱の高い加熱水を噴射口から副ローター側水蒸気爆発室へ噴射し、噴射潜熱水の低圧化での水蒸気爆発を誘発し、副ローター側水蒸気爆発室での水蒸気爆発を促進する方法。
請求項６記載の方法の副ローター側水蒸気爆発室での水蒸気爆発を促進しエンジンを回転させる方法の補助装置であり、エンジン外部において装置の下部を燃焼室、上部を潜熱水溜にし、潜熱水溜により副ローター側水蒸気爆発室へ潜熱水を供給する方法。
請求項１記載の方法のエンジン構造において、前記エンジン外部に下部を燃焼室、上部を潜熱水溜にした潜熱水溜装置を設け、外部潜熱水溜加熱燃焼室で廃材木片等を燃やして外部潜熱水溜内の水を加熱し潜熱の高い加熱水を潜熱水噴射口をつなぎ副ローター側水蒸気爆発室へ噴射し、噴射後の潜熱水の低圧化で副ローター側水蒸気爆発室での水蒸気爆発をおこなわせ、水蒸気爆発による副ローター側水蒸気爆発室に対する副ローターの反発回転をさせる方法
請求項８記載の外部潜熱水溜装置について、外部潜熱水溜内の水を加熱し沸騰させ高圧蒸気を副ローター側水蒸気爆発室へ噴射し、副ローター側水蒸気爆発室に対する副ローターの反発回転をさせる方法。
請求項５記載の方法のエンジン構造において、ハウジング側潜熱水溜を加熱する装置を設け潜熱水溜内の水を加熱し潜熱の高い加熱水を副ローター側水蒸気爆発室へ噴射し、噴射潜熱水の低圧化での水蒸気爆発をおこなわせ、副ローター側水蒸気爆発室での水蒸気爆発により副ローター側水蒸気爆発室に対する副ローターの反発回転をさせる方法。
請求項１０記載の方法の前記ハウジング側潜熱水溜を加熱する装置として不要となる主ローター部分を燃焼室とし、ハウジングに設けた潜熱水溜から、潜熱の高い加熱水を副ローター側水蒸気爆発室へ噴射し、噴射潜熱水の低圧化での水蒸気爆発を誘発し、副ローター側水蒸気爆発室での水蒸気爆発を促進する方法。