光エンジン
【課題】高い熱効率で、動力を得ることができるようにする。
【解決手段】加熱用シリンダ２０Ａのクランク角度が所定の上死点前クランク角度に到達すると、制御部１９により、可動ミラー１８Ａの反射面が傾斜するように駆動され、加熱用シリンダ２０Ａの窓を介した太陽光の入射が開始される。このとき、光吸収体によりガス封入室内のガスが加熱されて膨張し加熱用シリンダ２０Ａのピストンが下死点方向に移動するときに、間欠機構により、冷却用シリンダ２２Ａのピストンを上死点で固定させる。加熱用シリンダ２０Ａのピストンの移動によりクランク軸１４が回転駆動され、出力が取り出される。
【解決手段】加熱用シリンダ２０Ａのクランク角度が所定の上死点前クランク角度に到達すると、制御部１９により、可動ミラー１８Ａの反射面が傾斜するように駆動され、加熱用シリンダ２０Ａの窓を介した太陽光の入射が開始される。このとき、光吸収体によりガス封入室内のガスが加熱されて膨張し加熱用シリンダ２０Ａのピストンが下死点方向に移動するときに、間欠機構により、冷却用シリンダ２２Ａのピストンを上死点で固定させる。加熱用シリンダ２０Ａのピストンの移動によりクランク軸１４が回転駆動され、出力が取り出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エンジンに係り、特に、外部からの光を入射させて駆動する光エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、太陽熱を用いて気体の加熱を行い、動力を得るエンジンが知られている。例えば、収束した太陽光により空気加熱管を加熱して高温高圧の空気をシリンダの熱空気室に送り、ピストンを押し出すと共に、はずみ車によりクランク軸の回転を持続し、熱空気吸入弁と熱空気排出弁を交互に開閉して、クランク軸の回転を持続するようにした熱空気エンジンが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０６７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、シリンダの外部で加熱した高温高圧の空気をシリンダに送っているため、熱効率が低下してしまう、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、高い熱効率で、動力を得ることができる光エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために本発明に係る光エンジンは、外部からの光を入射させるための窓を備え、断熱材で形成された第１シリンダと、前記窓を有し、かつ、前記第１シリンダ内にガスを封入するための第１ガス封入室を区画すると共に、前記第１シリンダ内に摺動可能に配置された第１ピストンと、一端が前記第１ピストンに連結され他端が前記第１シリンダの外部へ延出した第１連結棒と、前記第１ガス封入室内に設けられ、かつ、前記窓から入射した可視光を吸収して、高温になり前記ガスへ伝熱すると共に赤外放射する光吸収体と、前記窓の内側の領域に設けられ、可視光を透過し、かつ、赤外光を反射させる選択反射膜と、放熱材で形成された第２シリンダと、前記第２シリンダ内にガスを封入するための第２ガス封入室を区画すると共に、前記第２シリンダ内に摺動可能に配置された第２ピストンと、一端が前記第２ピストンに連結され他端が前記第２シリンダの外部へ延出した第２連結棒と、前記第１ガス封入室と前記第２ガス封入室とを連通する連通路と、前記第２ピストンを上死点で固定すると共に、前記第１ピストンが下死点方向に移動する第１工程のときに、前記窓を介して外部からの光を前記第１ガス封入室に入射させる光入射制御手段と、前記第１連結棒及び前記第２連結棒に連動するクランク軸、及び前記クランク軸に固定されたフライホイールを備え、前記第１工程として、光の入射により前記第１ガス封入室のガスが膨張して前記第１ピストンが下死点方向に移動するときに、前記第２ピストンを上死点で固定し、前記第１ピストンが下死点へ到達したときに、第２工程として、前記第１ピストンを下死点から上死点方向に移動させると共に、前記第２ピストンを上死点から下死点方向へ移動させ、前記第１ピストンが上死点へ到達し、かつ、前記第２ピストンが下死点へ到達したときに、第３工程として、前記第１ピストンを上死点から下死点方向へ移動させると共に、前記第２ピストンを下死点から上死点方向へ移動させ、前記第１ピストンが下死点へ到達し、かつ、前記第２ピストンが上死点へ到達したときに、第４工程として、前記第１ピストンを下死点から上死点方向へ移動させると共に、前記第２ピストンを上死点で固定するクランク機構と、を含んで構成されている。
【０００７】
本発明に係る光エンジンによれば、第１工程のときに、光入射制御手段によって、窓を介して外部からの光を第１ガス封入室に入射させる。このとき、光吸収体によって、窓から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射し、第１ガス封入室のガスを加熱する。また、クランク機構によって、第１工程として、光の入射により第１ガス封入室のガスが膨張して第１ピストンが下死点方向に移動するときに、第２ピストンを上死点で固定する。
【０００８】
そして、第１ピストンが下死点へ到達したときに、クランク機構によって、第２工程として、第１ピストンを下死点から上死点方向に移動させると共に、第２ピストンを上死点から下死点方向へ移動させ、第１ピストンが上死点へ到達し、かつ、第２ピストンが下死点へ到達したときに、第３工程として、第１ピストンを上死点から下死点方向へ移動させると共に、第２ピストンを下死点から上死点方向へ移動させる。
【０００９】
そして、第１ピストンが下死点へ到達し、かつ、第２ピストンが上死点へ到達したときに、クランク機構によって、第４工程として、第１ピストンを下死点から上死点方向へ移動させると共に、第２ピストンを上死点で固定する。
【００１０】
このように、光吸収体により、第１シリンダの窓から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射し、第１ガス封入室のガスを加熱することによって、第１ピストンが下死点方向に移動するため、高い熱効率で、動力を得ることができる。
【００１１】
本発明の光エンジンは、第２ガス封入室の外部に設けられた冷却フィンを更に含むことができる。これによって、第２ガス封入室内のガスを冷却することができる。
【００１２】
本発明の光エンジンは、第２ガス封入室の外部に設けられ、かつ、第２ガス封入室を水冷する水冷部を更に含むことができる。これによって、第２ガス封入室内のガスを冷却することができる。
【００１３】
また、上記の光エンジンは、第２ガス封入室の内部に設けられた伝熱フィンを更に含むことができる。これによって、第２ガス封入室内のガスをより高速に冷却することができる。
【００１４】
上記のガスを、赤外光を吸収するガスとすることができる。これによって、第１ガス封入室内のガスをより効率よく加熱することができる。
【００１５】
また、上記ガスを、炭酸ガス、塩素ガス、及び２酸化窒素の何れか１つとすることができる。
【００１６】
上記の第１シリンダ及び第２シリンダは、４組の第１シリンダ及び第２シリンダであって、クランク機構は、４組の第１シリンダ及び第２シリンダにおける工程が各々異なるように、クランク軸が、４組の第１シリンダ及び第２シリンダの第１連結棒及び第２連結棒に連動し、光入射制御手段は、第１工程となる何れかの第１シリンダの第１ガス封入室に、窓を解して外部からの光を入射させることができる。これによって、常時、何れかの組の第１シリンダ及び第２シリンダが第１工程となるため、連続して、動力を得ることができる。
【００１７】
上記の外部からの光を、太陽光とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の光エンジンによれば、光吸収体により、第１シリンダの窓から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射し、第１ガス封入室のガスを加熱することによって、第１ピストンが下死点方向に移動するため、高い効率で、動力を得ることができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光エンジンの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光エンジンの加熱用シリンダの構成を示す断面図である。
【図３】光吸収体を示すイメージ図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光エンジンの冷却用シリンダの構成を示す断面図である。
【図５】（Ａ）サイクル１における加熱用シリンダ及び冷却用シリンダの様子を示すイメージ図、（Ｂ）サイクル２における加熱用シリンダ及び冷却用シリンダの様子を示すイメージ図、（Ｃ）サイクル３における加熱用シリンダ及び冷却用シリンダの様子を示すイメージ図、（Ｄ）サイクル３における加熱用シリンダ及び冷却用シリンダの様子を示すイメージ図、及び（Ｅ）サイクル４における加熱用シリンダ及び冷却用シリンダの様子を示すイメージ図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る光エンジンの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、４気筒の光エンジンに本発明を適用した場合を例に説明する。
【００２１】
図１に示すように、第１の実施の形態に係る光エンジン１０には、４気筒の各々について２つのシリンダで構成されるシリンダ群１２と、シリンダ群１２から延出した連結棒に連動するように接続されたクランク軸１４と、クランク軸１４に固定されたフライホイール１６と、収束された太陽光を反射させる可動ミラー群１８と、可動ミラー群１８を駆動させる制御部１９とを備えている。なお、クランク軸１４及びフライホイール１６が、本発明のクランク機構の一例である。可動ミラー群１８及び制御部１９が、本発明の光入射制御手段の一例である。
【００２２】
シリンダ群１２は、４組の加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄ及び冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄから構成され、１組の加熱用シリンダ２０及び冷却用シリンダ２２が１気筒に相当する。
【００２３】
加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄの各々は、図２に示すように、断熱材で形成された断熱シリンダ２３と、断熱シリンダ２３の上面の開口部に設けられた、光を入射させるための窓２４とを備えている。また、窓２４の内側の領域に、可視光を透過し、かつ、赤外光を反射する選択反射膜２６が設けられている。加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄには、窓２４を有し、かつ、断熱シリンダ２３内にガスを封入するためのガス封入室３０を区画すると共に、断熱シリンダ２３内に摺動可能に配置されたピストン２８と、ガス封入室３０内に設けられ、かつ、窓２４から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射する光吸収体３２と、一端がピストン２８に連結され他端が断熱シリンダ２３の外部へ延出した連結棒３４とが設けられている。
【００２４】
加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄ内に封入されるガスとして、赤外光を吸収しやすいガス（例えば、炭酸ガス）、または、可視光を吸収しやすいガス（例えば、塩素ガス、２酸化窒素）を用いる。また、出力が大きく得られるように、ガスを加圧して封入しておくことが好ましい。
【００２５】
断熱シリンダ２３は、例えば、真空２重層のステンレスで形成され、赤外光を反射するように、内側の表面がアルミで蒸着されている。断熱シリンダ２３及び選択反射膜２６によって、光吸収体３２により放射された赤外光はミラーボックスに閉じ込められ、効率よくガスに吸収される。
【００２６】
光吸収体３２は、カーボンを吸着したアルミ製の細管式のラジエターで構成され、ピストン２８に接続されると共にピストン２８から浮かして設置される。光吸収体３２は、図３に示すように、狭い間隙を作るラジエターが光路に対して斜めに取り付けられるように設置され、多重反射で効率よく光を吸収することができる。
【００２７】
冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄの各々は、図４に示すように、熱伝導率の高い部材で形成された伝熱シリンダ３６と、伝熱シリンダ３６内にガスを封入するためのガス封入室３８を区画すると共に、伝熱シリンダ３６内に摺動可能に配置されたピストン４０と、ガス封入室３８内に設けられ、かつ、ガス封入室３８内のガスを冷却するための伝熱フィン４２と、一端がピストン４０に連結され他端が伝熱シリンダ３６の外部へ延出した連結棒４４とを備えている。
【００２８】
伝熱シリンダ３６は、例えば、銅やアルミで形成される。伝熱フィン４２は、アルミや銅製のラジエターで構成され、ガスが伝熱フィン４２を通過すると冷却される。伝熱フィン４２は、伝熱シリンダ３６に繋がって設置されている。
【００２９】
伝熱シリンダ３６のガス封入室３８の外部には、冷却フィン４６が設けられ、伝熱シリンダ３６を介して、ガス封入室３８内のガスを冷却する。なお、冷却フィンではなく、伝熱シリンダ３６を介して、ガス封入室３８を水冷する水冷機構を用いても良い。
【００３０】
加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄ及び冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄの各ペアについて、ガス封入室３０とガス封入室３８とを連通させる連通路４８Ａ〜４８Ｄが設けられている。
【００３１】
加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄから延出した連結棒３４は、ピストン２８の往復運動に連動してクランク軸１４が回転するように、クランク軸１４に連結されている。また、冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄから延出した連結棒４４は、ピストン４０の往復運動に連動してクランク軸１４が回転するように、クランク軸１４に連結され、また、ピストン４０の往復運動が間欠運動（１往復した後に１往復分休止する間欠運動）になるように、間欠機構を介して、クランク軸１４に連結されている。
【００３２】
光エンジン１０による駆動対象物は、このクランク軸１４の回転トルクによって駆動される。
【００３３】
加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄ間で、隣接するシリンダとのピストン２８の動作が１サイクル分ずれるように、連結棒３４がクランク軸１４に連結され、また、冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄ間で、隣接するシリンダとのピストン４０の動作が１サイクル分ずれるように、連結棒４４がクランク軸１４に連結されている。
【００３４】
また、加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄと冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄとの各ペアにおいて、ピストン２８、４０の動作が逆位相となるように（１８０°ずれるように）、連結棒３４、４４がクランク軸１４に連結されている。これによって、加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄと冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄとのペア間で、常時、４サイクルからなる動作のサイクルが各々異なる。
【００３５】
クランク軸１４の近傍には、加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄの上死点前のクランク角度（ＢＴＤＣ）を検出するクランク角度センサ５０Ａ〜５０Ｄが各々設けられている。
【００３６】
可動ミラー群１８は、例えば集光双曲面鏡（図示省略）で収束した太陽光を反射して、加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄの各々の窓２４に対して入射させる可動ミラー１８Ａ〜１８Ｄから構成される。可動ミラー１８Ａ〜１８Ｄの反射面は、基準状態では、収束した太陽光が入射してくる光線上に位置しておらず、基準状態から駆動されると、可動ミラー１８Ａ〜１８Ｄの反射面は、収束した太陽光が入射してくる光線上で、入射方向に対して傾斜した状態となり、太陽光を反射させて加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄの窓２４に対して入射させる。
【００３７】
制御部１９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭから構成され、クランク角度センサ５０Ａ〜５０Ｄから出力される上死点前クランク角度に基づいて、収束した太陽光が入射してくる光線上で入射方向に対して反射面を傾斜させるように可動ミラー１８Ａ〜１８Ｄの何れかを駆動させて、太陽光を反射させて加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄのいずれかの窓２４に対して入射させる。
【００３８】
次に、１組の加熱用シリンダ２０Ａ及び冷却用シリンダ２２Ａ（第１気筒）の動作について説明する。なお、クランク軸１４が回転している場合について説明する。
【００３９】
まず、サイクル１として、図５（Ａ）に示すように、クランク軸１４の慣性により、加熱用シリンダ２０Ａのピストン２８を、下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）方向へ移動させると共に、間欠機構により、冷却用シリンダ２２Ａのピストン４０を、上死点で固定させる。これによって、加熱用シリンダ２０Ａのガス封入室３０内のガスが圧縮される。
【００４０】
サイクル１により、加熱用シリンダ２０Ａのクランク角度が所定の上死点前クランク角度に到達すると、制御部１９により、サイクル２が開始されると判断されて、可動ミラー１８Ａの反射面が傾斜するように駆動され、窓２４を介した太陽光の入射が開始される。このとき、サイクル２として、図５（Ｂ）に示すように、光吸収体３２によりガス封入室３０内のガスが加熱されて膨張しピストン２８が下死点方向に移動するときに、間欠機構により、引き続き、冷却用シリンダ２２Ａのピストン４０を上死点で固定させる。これによって、クランク軸１４が回転駆動され、出力が取り出される。
【００４１】
サイクル２により、クランク角度が下死点に到達すると、制御部１９により、サイクル２が終了したと判断されて、可動ミラー１８Ａの反射面が基準状態（水平状態）になるように駆動され、窓２４を介した太陽光の入射が終了する。このとき、隣の加熱用シリンダ２０Ｂのクランク角度が所定の上死点前クランク角度に到達するため、制御部１９により、隣の可動ミラー１８Ｂの反射面が傾斜するように駆動され、窓２４を介した太陽光の入射が開始される。
【００４２】
また、サイクル２により、ピストン２８が下死点へ到達したときに、サイクル３として、クランク軸１４の慣性により、図５（Ｃ）に示すように、加熱用シリンダ２０Ａのピストン２８を下死点から上死点方向に移動させると共に、冷却用シリンダ２２Ａのピストン４０を上死点から下死点方向へ移動させる。これによって、加熱用シリンダ２０Ａのガス封入室３０内のガスが連通路４８Ａを通って押し出される（排気される）と共に、冷却用シリンダ２２Ａのガス封入室３８内にガスが取り込まれ（吸気され）、ガスが冷却される。
【００４３】
図５（Ｄ）に示すように、サイクル３により、ピストン２８が上死点へ到達し、かつ、ピストン４０が下死点へ到達したときに、サイクル４として、クランク軸１４の慣性により、図５（Ｅ）に示すように、加熱用シリンダ２０Ａのピストン２８を上死点から下死点方向へ移動させると共に、冷却用シリンダ２２Ａのピストン４０を下死点から上死点方向へ移動させる。これによって、ガスが冷却されながら、冷却用シリンダ２２Ａのガス封入室３８内のガスが連通路４８Ａを通って押し出される（排気される）と共に、加熱用シリンダ２０Ａのガス封入室３０内にガスが取り込まれる（吸気される）。
【００４４】
サイクル４により、ピストン２８が下死点へ到達し、かつ、ピストン４０が上死点へ到達したときに、再びサイクル１として、ピストン２８を、下死点から上死点方向へ移動させると共に、ピストン４０を、上死点で固定させる。
【００４５】
以上説明したように、第１気筒である加熱用シリンダ２０Ａ及び冷却用シリンダ２２Ａでは、サイクル１〜サイクル４の動作が繰り返される。なお、サイクル１が、本発明の第４工程の一例であり、サイクル２が、本発明の第１工程の一例である。また、サイクル３が、本発明の第２工程の一例であり、サイクル４が、本発明の第３工程の一例である。
【００４６】
第２気筒である１組の加熱用シリンダ２０Ｂ及び冷却用シリンダ２２Ｂについては、第１気筒の動作に対して１サイクル分遅れて同様に動作する（サイクル２を上述したサイクル１とし、サイクル３を上述したサイクル２とし、サイクル４を上述したサイクル３とし、サイクル１を上述したサイクル４として動作する）。第３気筒である１組の加熱用シリンダ２０Ｃ及び冷却用シリンダ２２Ｃについては、第１気筒の動作に対して２サイクル分遅れて同様に動作する（サイクル３を上述したサイクル１とし、サイクル４を上述したサイクル２とし、サイクル１を上述したサイクル３とし、サイクル２を上述したサイクル４として動作する）。第４気筒である１組の加熱用シリンダ２０Ｄ及び冷却用シリンダ２２Ｄについては、第１気筒の動作に対して３サイクル分遅れて同様に動作する（サイクル４を上述したサイクル１とし、サイクル１を上述したサイクル２とし、サイクル２を上述したサイクル３とし、サイクル３を上述したサイクル４として動作する）。
【００４７】
第１気筒〜第４気筒の動作サイクルを、以下の表１に示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
以上のように動作することにより、常時、何れかの気筒の加熱用シリンダ（上述したサイクル２の加熱する工程となる加熱用シリンダ）でガスが加熱されて、クランク軸１４が回転駆動され、クランク軸１４の回転トルクから出力が得られる。
【００５０】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る光エンジンによれば、光を熱に変換する光吸収体により、加熱用シリンダの窓から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射し、ガス封入室内のガスを直接加熱することによって、ピストンが下死点方向に移動するため、高い熱効率で、動力を得ることができる。
【００５１】
また、４気筒、４サイクルの光エンジンにおいては、何れかの気筒で加熱サイクルとなり、加熱サイクルとなる加熱用シリンダに、タイミングに合わせて太陽光を入射させるように可動ミラーの駆動を制御すことにより、常時どれか１つの加熱用シリンダで加熱することができ、常時、動力を得ることができる。
【００５２】
また、加熱用シリンダの窓の内側に選択反射膜を付けて、赤外光を反射させるため、加熱用シリンダからの熱損失を防ぐことができ、熱効率の低下を防ぐことができる。
【００５３】
また、冷却用シリンダに冷却フィン及び伝熱フィンを設けることにより、冷却用シリンダのガス封入室内のガスを急速に冷却することができる。
【００５４】
次に、第２の実施の形態に係る光エンジンについて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
第２の実施の形態の光エンジン２１０は、４サイクル、１気筒のエンジンであり、図６に示すように、１組の加熱用シリンダ２０及び冷却用シリンダ２２を備え、加熱用シリンダ２０及び冷却用シリンダ２２から延出した連結棒３４、４４が、クランク軸１４に連結されている。
【００５６】
１組の加熱用シリンダ２０及び冷却用シリンダ２２の構成及び動作は、第１の実施の形態と同様であり、４サイクルの何れかで、加熱用シリンダ２０でガスが加熱されて、クランク軸１４が回転駆動され、クランク軸１４の回転トルクから出力が得られる。
【００５７】
なお、上記の実施の形態では、１気筒の場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、２気筒以上のエンジンであってもよい。この場合には、２組以上の加熱用シリンダ及び冷却用シリンダを用いて構成すればよい。
【００５８】
また、上記の第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、外部からの太陽光を集光双曲面鏡で収束させて、可動ミラー群へ入射させた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、従来既知の他の方法により、太陽光を収束させて、可動ミラー群に収束させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０、２１０ 光エンジン
１２ シリンダ群
１４ クランク軸
１６ フライホイール
１８Ａ〜１８Ｄ 可動ミラー
１８ 可動ミラー群
１９ 制御部
２０、２０Ａ〜２０Ｄ 加熱用シリンダ
２２、２２Ａ〜２２Ｄ 冷却用シリンダ
２３ 断熱シリンダ
２４ 窓
２６ 選択反射膜
２８、４０ ピストン
３０、３８ ガス封入室
３２ 光吸収体
３４、４４ 連結棒
３６ 伝熱シリンダ
４２ 伝熱フィン
４６ 冷却フィン
４８Ａ〜４８Ｄ 連通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エンジンに係り、特に、外部からの光を入射させて駆動する光エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、太陽熱を用いて気体の加熱を行い、動力を得るエンジンが知られている。例えば、収束した太陽光により空気加熱管を加熱して高温高圧の空気をシリンダの熱空気室に送り、ピストンを押し出すと共に、はずみ車によりクランク軸の回転を持続し、熱空気吸入弁と熱空気排出弁を交互に開閉して、クランク軸の回転を持続するようにした熱空気エンジンが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０６７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、シリンダの外部で加熱した高温高圧の空気をシリンダに送っているため、熱効率が低下してしまう、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、高い熱効率で、動力を得ることができる光エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために本発明に係る光エンジンは、外部からの光を入射させるための窓を備え、断熱材で形成された第１シリンダと、前記窓を有し、かつ、前記第１シリンダ内にガスを封入するための第１ガス封入室を区画すると共に、前記第１シリンダ内に摺動可能に配置された第１ピストンと、一端が前記第１ピストンに連結され他端が前記第１シリンダの外部へ延出した第１連結棒と、前記第１ガス封入室内に設けられ、かつ、前記窓から入射した可視光を吸収して、高温になり前記ガスへ伝熱すると共に赤外放射する光吸収体と、前記窓の内側の領域に設けられ、可視光を透過し、かつ、赤外光を反射させる選択反射膜と、放熱材で形成された第２シリンダと、前記第２シリンダ内にガスを封入するための第２ガス封入室を区画すると共に、前記第２シリンダ内に摺動可能に配置された第２ピストンと、一端が前記第２ピストンに連結され他端が前記第２シリンダの外部へ延出した第２連結棒と、前記第１ガス封入室と前記第２ガス封入室とを連通する連通路と、前記第２ピストンを上死点で固定すると共に、前記第１ピストンが下死点方向に移動する第１工程のときに、前記窓を介して外部からの光を前記第１ガス封入室に入射させる光入射制御手段と、前記第１連結棒及び前記第２連結棒に連動するクランク軸、及び前記クランク軸に固定されたフライホイールを備え、前記第１工程として、光の入射により前記第１ガス封入室のガスが膨張して前記第１ピストンが下死点方向に移動するときに、前記第２ピストンを上死点で固定し、前記第１ピストンが下死点へ到達したときに、第２工程として、前記第１ピストンを下死点から上死点方向に移動させると共に、前記第２ピストンを上死点から下死点方向へ移動させ、前記第１ピストンが上死点へ到達し、かつ、前記第２ピストンが下死点へ到達したときに、第３工程として、前記第１ピストンを上死点から下死点方向へ移動させると共に、前記第２ピストンを下死点から上死点方向へ移動させ、前記第１ピストンが下死点へ到達し、かつ、前記第２ピストンが上死点へ到達したときに、第４工程として、前記第１ピストンを下死点から上死点方向へ移動させると共に、前記第２ピストンを上死点で固定するクランク機構と、を含んで構成されている。
【０００７】
本発明に係る光エンジンによれば、第１工程のときに、光入射制御手段によって、窓を介して外部からの光を第１ガス封入室に入射させる。このとき、光吸収体によって、窓から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射し、第１ガス封入室のガスを加熱する。また、クランク機構によって、第１工程として、光の入射により第１ガス封入室のガスが膨張して第１ピストンが下死点方向に移動するときに、第２ピストンを上死点で固定する。
【０００８】
そして、第１ピストンが下死点へ到達したときに、クランク機構によって、第２工程として、第１ピストンを下死点から上死点方向に移動させると共に、第２ピストンを上死点から下死点方向へ移動させ、第１ピストンが上死点へ到達し、かつ、第２ピストンが下死点へ到達したときに、第３工程として、第１ピストンを上死点から下死点方向へ移動させると共に、第２ピストンを下死点から上死点方向へ移動させる。
【０００９】
そして、第１ピストンが下死点へ到達し、かつ、第２ピストンが上死点へ到達したときに、クランク機構によって、第４工程として、第１ピストンを下死点から上死点方向へ移動させると共に、第２ピストンを上死点で固定する。
【００１０】
このように、光吸収体により、第１シリンダの窓から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射し、第１ガス封入室のガスを加熱することによって、第１ピストンが下死点方向に移動するため、高い熱効率で、動力を得ることができる。
【００１１】
本発明の光エンジンは、第２ガス封入室の外部に設けられた冷却フィンを更に含むことができる。これによって、第２ガス封入室内のガスを冷却することができる。
【００１２】
本発明の光エンジンは、第２ガス封入室の外部に設けられ、かつ、第２ガス封入室を水冷する水冷部を更に含むことができる。これによって、第２ガス封入室内のガスを冷却することができる。
【００１３】
また、上記の光エンジンは、第２ガス封入室の内部に設けられた伝熱フィンを更に含むことができる。これによって、第２ガス封入室内のガスをより高速に冷却することができる。
【００１４】
上記のガスを、赤外光を吸収するガスとすることができる。これによって、第１ガス封入室内のガスをより効率よく加熱することができる。
【００１５】
また、上記ガスを、炭酸ガス、塩素ガス、及び２酸化窒素の何れか１つとすることができる。
【００１６】
上記の第１シリンダ及び第２シリンダは、４組の第１シリンダ及び第２シリンダであって、クランク機構は、４組の第１シリンダ及び第２シリンダにおける工程が各々異なるように、クランク軸が、４組の第１シリンダ及び第２シリンダの第１連結棒及び第２連結棒に連動し、光入射制御手段は、第１工程となる何れかの第１シリンダの第１ガス封入室に、窓を解して外部からの光を入射させることができる。これによって、常時、何れかの組の第１シリンダ及び第２シリンダが第１工程となるため、連続して、動力を得ることができる。
【００１７】
上記の外部からの光を、太陽光とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の光エンジンによれば、光吸収体により、第１シリンダの窓から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射し、第１ガス封入室のガスを加熱することによって、第１ピストンが下死点方向に移動するため、高い効率で、動力を得ることができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光エンジンの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光エンジンの加熱用シリンダの構成を示す断面図である。
【図３】光吸収体を示すイメージ図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光エンジンの冷却用シリンダの構成を示す断面図である。
【図５】（Ａ）サイクル１における加熱用シリンダ及び冷却用シリンダの様子を示すイメージ図、（Ｂ）サイクル２における加熱用シリンダ及び冷却用シリンダの様子を示すイメージ図、（Ｃ）サイクル３における加熱用シリンダ及び冷却用シリンダの様子を示すイメージ図、（Ｄ）サイクル３における加熱用シリンダ及び冷却用シリンダの様子を示すイメージ図、及び（Ｅ）サイクル４における加熱用シリンダ及び冷却用シリンダの様子を示すイメージ図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る光エンジンの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、４気筒の光エンジンに本発明を適用した場合を例に説明する。
【００２１】
図１に示すように、第１の実施の形態に係る光エンジン１０には、４気筒の各々について２つのシリンダで構成されるシリンダ群１２と、シリンダ群１２から延出した連結棒に連動するように接続されたクランク軸１４と、クランク軸１４に固定されたフライホイール１６と、収束された太陽光を反射させる可動ミラー群１８と、可動ミラー群１８を駆動させる制御部１９とを備えている。なお、クランク軸１４及びフライホイール１６が、本発明のクランク機構の一例である。可動ミラー群１８及び制御部１９が、本発明の光入射制御手段の一例である。
【００２２】
シリンダ群１２は、４組の加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄ及び冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄから構成され、１組の加熱用シリンダ２０及び冷却用シリンダ２２が１気筒に相当する。
【００２３】
加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄの各々は、図２に示すように、断熱材で形成された断熱シリンダ２３と、断熱シリンダ２３の上面の開口部に設けられた、光を入射させるための窓２４とを備えている。また、窓２４の内側の領域に、可視光を透過し、かつ、赤外光を反射する選択反射膜２６が設けられている。加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄには、窓２４を有し、かつ、断熱シリンダ２３内にガスを封入するためのガス封入室３０を区画すると共に、断熱シリンダ２３内に摺動可能に配置されたピストン２８と、ガス封入室３０内に設けられ、かつ、窓２４から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射する光吸収体３２と、一端がピストン２８に連結され他端が断熱シリンダ２３の外部へ延出した連結棒３４とが設けられている。
【００２４】
加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄ内に封入されるガスとして、赤外光を吸収しやすいガス（例えば、炭酸ガス）、または、可視光を吸収しやすいガス（例えば、塩素ガス、２酸化窒素）を用いる。また、出力が大きく得られるように、ガスを加圧して封入しておくことが好ましい。
【００２５】
断熱シリンダ２３は、例えば、真空２重層のステンレスで形成され、赤外光を反射するように、内側の表面がアルミで蒸着されている。断熱シリンダ２３及び選択反射膜２６によって、光吸収体３２により放射された赤外光はミラーボックスに閉じ込められ、効率よくガスに吸収される。
【００２６】
光吸収体３２は、カーボンを吸着したアルミ製の細管式のラジエターで構成され、ピストン２８に接続されると共にピストン２８から浮かして設置される。光吸収体３２は、図３に示すように、狭い間隙を作るラジエターが光路に対して斜めに取り付けられるように設置され、多重反射で効率よく光を吸収することができる。
【００２７】
冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄの各々は、図４に示すように、熱伝導率の高い部材で形成された伝熱シリンダ３６と、伝熱シリンダ３６内にガスを封入するためのガス封入室３８を区画すると共に、伝熱シリンダ３６内に摺動可能に配置されたピストン４０と、ガス封入室３８内に設けられ、かつ、ガス封入室３８内のガスを冷却するための伝熱フィン４２と、一端がピストン４０に連結され他端が伝熱シリンダ３６の外部へ延出した連結棒４４とを備えている。
【００２８】
伝熱シリンダ３６は、例えば、銅やアルミで形成される。伝熱フィン４２は、アルミや銅製のラジエターで構成され、ガスが伝熱フィン４２を通過すると冷却される。伝熱フィン４２は、伝熱シリンダ３６に繋がって設置されている。
【００２９】
伝熱シリンダ３６のガス封入室３８の外部には、冷却フィン４６が設けられ、伝熱シリンダ３６を介して、ガス封入室３８内のガスを冷却する。なお、冷却フィンではなく、伝熱シリンダ３６を介して、ガス封入室３８を水冷する水冷機構を用いても良い。
【００３０】
加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄ及び冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄの各ペアについて、ガス封入室３０とガス封入室３８とを連通させる連通路４８Ａ〜４８Ｄが設けられている。
【００３１】
加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄから延出した連結棒３４は、ピストン２８の往復運動に連動してクランク軸１４が回転するように、クランク軸１４に連結されている。また、冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄから延出した連結棒４４は、ピストン４０の往復運動に連動してクランク軸１４が回転するように、クランク軸１４に連結され、また、ピストン４０の往復運動が間欠運動（１往復した後に１往復分休止する間欠運動）になるように、間欠機構を介して、クランク軸１４に連結されている。
【００３２】
光エンジン１０による駆動対象物は、このクランク軸１４の回転トルクによって駆動される。
【００３３】
加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄ間で、隣接するシリンダとのピストン２８の動作が１サイクル分ずれるように、連結棒３４がクランク軸１４に連結され、また、冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄ間で、隣接するシリンダとのピストン４０の動作が１サイクル分ずれるように、連結棒４４がクランク軸１４に連結されている。
【００３４】
また、加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄと冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄとの各ペアにおいて、ピストン２８、４０の動作が逆位相となるように（１８０°ずれるように）、連結棒３４、４４がクランク軸１４に連結されている。これによって、加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄと冷却用シリンダ２２Ａ〜２２Ｄとのペア間で、常時、４サイクルからなる動作のサイクルが各々異なる。
【００３５】
クランク軸１４の近傍には、加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄの上死点前のクランク角度（ＢＴＤＣ）を検出するクランク角度センサ５０Ａ〜５０Ｄが各々設けられている。
【００３６】
可動ミラー群１８は、例えば集光双曲面鏡（図示省略）で収束した太陽光を反射して、加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄの各々の窓２４に対して入射させる可動ミラー１８Ａ〜１８Ｄから構成される。可動ミラー１８Ａ〜１８Ｄの反射面は、基準状態では、収束した太陽光が入射してくる光線上に位置しておらず、基準状態から駆動されると、可動ミラー１８Ａ〜１８Ｄの反射面は、収束した太陽光が入射してくる光線上で、入射方向に対して傾斜した状態となり、太陽光を反射させて加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄの窓２４に対して入射させる。
【００３７】
制御部１９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭから構成され、クランク角度センサ５０Ａ〜５０Ｄから出力される上死点前クランク角度に基づいて、収束した太陽光が入射してくる光線上で入射方向に対して反射面を傾斜させるように可動ミラー１８Ａ〜１８Ｄの何れかを駆動させて、太陽光を反射させて加熱用シリンダ２０Ａ〜２０Ｄのいずれかの窓２４に対して入射させる。
【００３８】
次に、１組の加熱用シリンダ２０Ａ及び冷却用シリンダ２２Ａ（第１気筒）の動作について説明する。なお、クランク軸１４が回転している場合について説明する。
【００３９】
まず、サイクル１として、図５（Ａ）に示すように、クランク軸１４の慣性により、加熱用シリンダ２０Ａのピストン２８を、下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）方向へ移動させると共に、間欠機構により、冷却用シリンダ２２Ａのピストン４０を、上死点で固定させる。これによって、加熱用シリンダ２０Ａのガス封入室３０内のガスが圧縮される。
【００４０】
サイクル１により、加熱用シリンダ２０Ａのクランク角度が所定の上死点前クランク角度に到達すると、制御部１９により、サイクル２が開始されると判断されて、可動ミラー１８Ａの反射面が傾斜するように駆動され、窓２４を介した太陽光の入射が開始される。このとき、サイクル２として、図５（Ｂ）に示すように、光吸収体３２によりガス封入室３０内のガスが加熱されて膨張しピストン２８が下死点方向に移動するときに、間欠機構により、引き続き、冷却用シリンダ２２Ａのピストン４０を上死点で固定させる。これによって、クランク軸１４が回転駆動され、出力が取り出される。
【００４１】
サイクル２により、クランク角度が下死点に到達すると、制御部１９により、サイクル２が終了したと判断されて、可動ミラー１８Ａの反射面が基準状態（水平状態）になるように駆動され、窓２４を介した太陽光の入射が終了する。このとき、隣の加熱用シリンダ２０Ｂのクランク角度が所定の上死点前クランク角度に到達するため、制御部１９により、隣の可動ミラー１８Ｂの反射面が傾斜するように駆動され、窓２４を介した太陽光の入射が開始される。
【００４２】
また、サイクル２により、ピストン２８が下死点へ到達したときに、サイクル３として、クランク軸１４の慣性により、図５（Ｃ）に示すように、加熱用シリンダ２０Ａのピストン２８を下死点から上死点方向に移動させると共に、冷却用シリンダ２２Ａのピストン４０を上死点から下死点方向へ移動させる。これによって、加熱用シリンダ２０Ａのガス封入室３０内のガスが連通路４８Ａを通って押し出される（排気される）と共に、冷却用シリンダ２２Ａのガス封入室３８内にガスが取り込まれ（吸気され）、ガスが冷却される。
【００４３】
図５（Ｄ）に示すように、サイクル３により、ピストン２８が上死点へ到達し、かつ、ピストン４０が下死点へ到達したときに、サイクル４として、クランク軸１４の慣性により、図５（Ｅ）に示すように、加熱用シリンダ２０Ａのピストン２８を上死点から下死点方向へ移動させると共に、冷却用シリンダ２２Ａのピストン４０を下死点から上死点方向へ移動させる。これによって、ガスが冷却されながら、冷却用シリンダ２２Ａのガス封入室３８内のガスが連通路４８Ａを通って押し出される（排気される）と共に、加熱用シリンダ２０Ａのガス封入室３０内にガスが取り込まれる（吸気される）。
【００４４】
サイクル４により、ピストン２８が下死点へ到達し、かつ、ピストン４０が上死点へ到達したときに、再びサイクル１として、ピストン２８を、下死点から上死点方向へ移動させると共に、ピストン４０を、上死点で固定させる。
【００４５】
以上説明したように、第１気筒である加熱用シリンダ２０Ａ及び冷却用シリンダ２２Ａでは、サイクル１〜サイクル４の動作が繰り返される。なお、サイクル１が、本発明の第４工程の一例であり、サイクル２が、本発明の第１工程の一例である。また、サイクル３が、本発明の第２工程の一例であり、サイクル４が、本発明の第３工程の一例である。
【００４６】
第２気筒である１組の加熱用シリンダ２０Ｂ及び冷却用シリンダ２２Ｂについては、第１気筒の動作に対して１サイクル分遅れて同様に動作する（サイクル２を上述したサイクル１とし、サイクル３を上述したサイクル２とし、サイクル４を上述したサイクル３とし、サイクル１を上述したサイクル４として動作する）。第３気筒である１組の加熱用シリンダ２０Ｃ及び冷却用シリンダ２２Ｃについては、第１気筒の動作に対して２サイクル分遅れて同様に動作する（サイクル３を上述したサイクル１とし、サイクル４を上述したサイクル２とし、サイクル１を上述したサイクル３とし、サイクル２を上述したサイクル４として動作する）。第４気筒である１組の加熱用シリンダ２０Ｄ及び冷却用シリンダ２２Ｄについては、第１気筒の動作に対して３サイクル分遅れて同様に動作する（サイクル４を上述したサイクル１とし、サイクル１を上述したサイクル２とし、サイクル２を上述したサイクル３とし、サイクル３を上述したサイクル４として動作する）。
【００４７】
第１気筒〜第４気筒の動作サイクルを、以下の表１に示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
以上のように動作することにより、常時、何れかの気筒の加熱用シリンダ（上述したサイクル２の加熱する工程となる加熱用シリンダ）でガスが加熱されて、クランク軸１４が回転駆動され、クランク軸１４の回転トルクから出力が得られる。
【００５０】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る光エンジンによれば、光を熱に変換する光吸収体により、加熱用シリンダの窓から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射し、ガス封入室内のガスを直接加熱することによって、ピストンが下死点方向に移動するため、高い熱効率で、動力を得ることができる。
【００５１】
また、４気筒、４サイクルの光エンジンにおいては、何れかの気筒で加熱サイクルとなり、加熱サイクルとなる加熱用シリンダに、タイミングに合わせて太陽光を入射させるように可動ミラーの駆動を制御すことにより、常時どれか１つの加熱用シリンダで加熱することができ、常時、動力を得ることができる。
【００５２】
また、加熱用シリンダの窓の内側に選択反射膜を付けて、赤外光を反射させるため、加熱用シリンダからの熱損失を防ぐことができ、熱効率の低下を防ぐことができる。
【００５３】
また、冷却用シリンダに冷却フィン及び伝熱フィンを設けることにより、冷却用シリンダのガス封入室内のガスを急速に冷却することができる。
【００５４】
次に、第２の実施の形態に係る光エンジンについて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
第２の実施の形態の光エンジン２１０は、４サイクル、１気筒のエンジンであり、図６に示すように、１組の加熱用シリンダ２０及び冷却用シリンダ２２を備え、加熱用シリンダ２０及び冷却用シリンダ２２から延出した連結棒３４、４４が、クランク軸１４に連結されている。
【００５６】
１組の加熱用シリンダ２０及び冷却用シリンダ２２の構成及び動作は、第１の実施の形態と同様であり、４サイクルの何れかで、加熱用シリンダ２０でガスが加熱されて、クランク軸１４が回転駆動され、クランク軸１４の回転トルクから出力が得られる。
【００５７】
なお、上記の実施の形態では、１気筒の場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、２気筒以上のエンジンであってもよい。この場合には、２組以上の加熱用シリンダ及び冷却用シリンダを用いて構成すればよい。
【００５８】
また、上記の第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、外部からの太陽光を集光双曲面鏡で収束させて、可動ミラー群へ入射させた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、従来既知の他の方法により、太陽光を収束させて、可動ミラー群に収束させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０、２１０ 光エンジン
１２ シリンダ群
１４ クランク軸
１６ フライホイール
１８Ａ〜１８Ｄ 可動ミラー
１８ 可動ミラー群
１９ 制御部
２０、２０Ａ〜２０Ｄ 加熱用シリンダ
２２、２２Ａ〜２２Ｄ 冷却用シリンダ
２３ 断熱シリンダ
２４ 窓
２６ 選択反射膜
２８、４０ ピストン
３０、３８ ガス封入室
３２ 光吸収体
３４、４４ 連結棒
３６ 伝熱シリンダ
４２ 伝熱フィン
４６ 冷却フィン
４８Ａ〜４８Ｄ 連通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの光を入射させるための窓を備え、断熱材で形成された第１シリンダと、
前記窓を有し、かつ、前記第１シリンダ内にガスを封入するための第１ガス封入室を区画すると共に、前記第１シリンダ内に摺動可能に配置された第１ピストンと、
一端が前記第１ピストンに連結され他端が前記第１シリンダの外部へ延出した第１連結棒と、
前記第１ガス封入室内に設けられ、かつ、前記窓から入射した可視光を吸収して、高温になり前記ガスへ伝熱すると共に赤外放射する光吸収体と、
前記窓の内側の領域に設けられ、可視光を透過し、かつ、赤外光を反射させる選択反射膜と、
放熱材で形成された第２シリンダと、
前記第２シリンダ内にガスを封入するための第２ガス封入室を区画すると共に、前記第２シリンダ内に摺動可能に配置された第２ピストンと、
一端が前記第２ピストンに連結され他端が前記第２シリンダの外部へ延出した第２連結棒と、
前記第１ガス封入室と前記第２ガス封入室とを連通する連通路と、
前記第２ピストンを上死点で固定すると共に、前記第１ピストンが下死点方向に移動する第１工程のときに、前記窓を介して外部からの光を前記第１ガス封入室に入射させる光入射制御手段と、
前記第１連結棒及び前記第２連結棒に連動するクランク軸、及び前記クランク軸に固定されたフライホイールを備え、前記第１工程として、光の入射により前記第１ガス封入室のガスが膨張して前記第１ピストンが下死点方向に移動するときに、前記第２ピストンを上死点で固定し、前記第１ピストンが下死点へ到達したときに、第２工程として、前記第１ピストンを下死点から上死点方向に移動させると共に、前記第２ピストンを上死点から下死点方向へ移動させ、前記第１ピストンが上死点へ到達し、かつ、前記第２ピストンが下死点へ到達したときに、第３工程として、前記第１ピストンを上死点から下死点方向へ移動させると共に、前記第２ピストンを下死点から上死点方向へ移動させ、前記第１ピストンが下死点へ到達し、かつ、前記第２ピストンが上死点へ到達したときに、第４工程として、前記第１ピストンを下死点から上死点方向へ移動させると共に、前記第２ピストンを上死点で固定するクランク機構と、
を含む光エンジン。
【請求項２】
前記第２ガス封入室の外部に設けられた冷却フィンを更に含む請求項１記載の光エンジン。
【請求項３】
前記第２ガス封入室の外部に設けられ、かつ、前記第２ガス封入室を水冷する水冷部を更に含む請求項１記載の光エンジン。
【請求項４】
前記第２ガス封入室の内部に設けられた伝熱フィンを更に含む請求項１〜請求項３の何れか１項記載の光エンジン。
【請求項５】
前記ガスを、赤外光を吸収するガスとした請求項１〜請求項４の何れか１項記載の光エンジン。
【請求項６】
前記ガスを、炭酸ガス、塩素ガス、及び２酸化窒素の何れか１つとした請求項５記載の光エンジン。
【請求項７】
前記第１シリンダ及び前記第２シリンダは、４組の前記第１シリンダ及び前記第２シリンダであって、
前記クランク機構は、４組の前記第１シリンダ及び前記第２シリンダにおける工程が各々異なるように、前記クランク軸が、４組の前記第１シリンダ及び前記第２シリンダの前記第１連結棒及び前記第２連結棒に連動し、
前記光入射制御手段は、前記第１工程となる何れかの前記第１シリンダの前記第１ガス封入室に、前記窓を解して外部からの光を入射させる請求項１〜請求項６の何れか１項記載の光エンジン。
【請求項８】
前記外部からの光を、太陽光とした請求項１〜請求項７の何れか１項記載の光エンジン。
【請求項１】
外部からの光を入射させるための窓を備え、断熱材で形成された第１シリンダと、
前記窓を有し、かつ、前記第１シリンダ内にガスを封入するための第１ガス封入室を区画すると共に、前記第１シリンダ内に摺動可能に配置された第１ピストンと、
一端が前記第１ピストンに連結され他端が前記第１シリンダの外部へ延出した第１連結棒と、
前記第１ガス封入室内に設けられ、かつ、前記窓から入射した可視光を吸収して、高温になり前記ガスへ伝熱すると共に赤外放射する光吸収体と、
前記窓の内側の領域に設けられ、可視光を透過し、かつ、赤外光を反射させる選択反射膜と、
放熱材で形成された第２シリンダと、
前記第２シリンダ内にガスを封入するための第２ガス封入室を区画すると共に、前記第２シリンダ内に摺動可能に配置された第２ピストンと、
一端が前記第２ピストンに連結され他端が前記第２シリンダの外部へ延出した第２連結棒と、
前記第１ガス封入室と前記第２ガス封入室とを連通する連通路と、
前記第２ピストンを上死点で固定すると共に、前記第１ピストンが下死点方向に移動する第１工程のときに、前記窓を介して外部からの光を前記第１ガス封入室に入射させる光入射制御手段と、
前記第１連結棒及び前記第２連結棒に連動するクランク軸、及び前記クランク軸に固定されたフライホイールを備え、前記第１工程として、光の入射により前記第１ガス封入室のガスが膨張して前記第１ピストンが下死点方向に移動するときに、前記第２ピストンを上死点で固定し、前記第１ピストンが下死点へ到達したときに、第２工程として、前記第１ピストンを下死点から上死点方向に移動させると共に、前記第２ピストンを上死点から下死点方向へ移動させ、前記第１ピストンが上死点へ到達し、かつ、前記第２ピストンが下死点へ到達したときに、第３工程として、前記第１ピストンを上死点から下死点方向へ移動させると共に、前記第２ピストンを下死点から上死点方向へ移動させ、前記第１ピストンが下死点へ到達し、かつ、前記第２ピストンが上死点へ到達したときに、第４工程として、前記第１ピストンを下死点から上死点方向へ移動させると共に、前記第２ピストンを上死点で固定するクランク機構と、
を含む光エンジン。
【請求項２】
前記第２ガス封入室の外部に設けられた冷却フィンを更に含む請求項１記載の光エンジン。
【請求項３】
前記第２ガス封入室の外部に設けられ、かつ、前記第２ガス封入室を水冷する水冷部を更に含む請求項１記載の光エンジン。
【請求項４】
前記第２ガス封入室の内部に設けられた伝熱フィンを更に含む請求項１〜請求項３の何れか１項記載の光エンジン。
【請求項５】
前記ガスを、赤外光を吸収するガスとした請求項１〜請求項４の何れか１項記載の光エンジン。
【請求項６】
前記ガスを、炭酸ガス、塩素ガス、及び２酸化窒素の何れか１つとした請求項５記載の光エンジン。
【請求項７】
前記第１シリンダ及び前記第２シリンダは、４組の前記第１シリンダ及び前記第２シリンダであって、
前記クランク機構は、４組の前記第１シリンダ及び前記第２シリンダにおける工程が各々異なるように、前記クランク軸が、４組の前記第１シリンダ及び前記第２シリンダの前記第１連結棒及び前記第２連結棒に連動し、
前記光入射制御手段は、前記第１工程となる何れかの前記第１シリンダの前記第１ガス封入室に、前記窓を解して外部からの光を入射させる請求項１〜請求項６の何れか１項記載の光エンジン。
【請求項８】
前記外部からの光を、太陽光とした請求項１〜請求項７の何れか１項記載の光エンジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１８０８１７（Ｐ２０１０−１８０８１７Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６２５８（Ｐ２００９−２６２５８）
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００１７０５５４）国際技術開発株式会社 (34)
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００１７０５５４）国際技術開発株式会社 (34)
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