循環式内圧機関及び発電システム
【課題】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効率よく取り出すこと
【解決手段】高圧状態で供給される炭酸ガス３５ａが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動する炭酸ガスエンジン１と、該炭酸ガスエンジン１の排気口側の炭酸ガスの圧力を大気圧にする圧力調整弁７０ａと、上記炭酸ガスエンジン１に供給される高圧状態の炭酸ガスを加熱する加熱部５６と、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガス３５ｂを回収しかつ冷却する冷却部５７と、該冷却部５７より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて液化する炭酸ガス液化部６９ａ，６９ｂと、液化炭酸ガスを貯溜する循環タンク７３とからなり、上記各部をパイプ３３により連結して炭酸ガスが循環する循環回路３４を構成する。
【解決手段】高圧状態で供給される炭酸ガス３５ａが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動する炭酸ガスエンジン１と、該炭酸ガスエンジン１の排気口側の炭酸ガスの圧力を大気圧にする圧力調整弁７０ａと、上記炭酸ガスエンジン１に供給される高圧状態の炭酸ガスを加熱する加熱部５６と、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガス３５ｂを回収しかつ冷却する冷却部５７と、該冷却部５７より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて液化する炭酸ガス液化部６９ａ，６９ｂと、液化炭酸ガスを貯溜する循環タンク７３とからなり、上記各部をパイプ３３により連結して炭酸ガスが循環する循環回路３４を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、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循環式内圧機関及びこれを使用した発電システムに関する。
【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】
しかしながら、石油資源の枯渇が懸念されており、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いる。
【０００４】
外燃機関も燃料を燃焼させるという点で、上記した問題、即ち、資源の枯渇や排気ガスによる公害問題を惹起する。
【０００５】
これらを解消すべく、クリーンエネルギとして水素の利用が注目されているが、取扱いが至難のため、開発に行き詰まっているのが現状である。
【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大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いでいる。とくに現代生活を支える電力エネルギは炭酸ガスを大量に発生させる石油等の化石燃料を燃焼する火力発電が中心であるため、上記憂慮は深刻である。
【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。強いて挙げるとすれば出願人の特許出願に係る次の特許文献である。
【特許文献１】特願２００６−２１３９４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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しい画期的な循環式内圧機関及び発電システムを提案する。
【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エネルギ源を確保することであり、従来の内燃機関によるのと同等程度以上のエネルギを効率よく取り出すことができる循環式内圧機関及び発電システムを供する。
【００１１】
また他の目的は、エネルギ発生機関乃至発電機関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、本願発明による循環式内圧機関は、高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動する炭酸ガスエンジンと、上記炭酸ガスエンジンの排気口側の炭酸ガスの圧力を大気圧にする炭酸ガス常圧化手段と、上記炭酸ガスエンジンに供給される高圧状態の炭酸ガスを加熱する加熱部と、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて液化する炭酸ガス液化部と、液化炭酸ガスを貯溜する循環タンクとからなり、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成することを特徴とする。
また、請求項１記載の循環式内圧機関において、上記循環回路が上記炭酸ガスエンジンに高圧状態の炭酸ガスを供給する供給系経路と、上記炭酸ガスエンジンから排出される常圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなることを特徴とする。
また、請求項２記載の循環式内圧機関において、上記加熱部が上記供給系経路に設けられることを特徴とする。
また、請求項２記載の循環式内圧機関において、上記加熱部が上記炭酸ガスエンジンに設けられることを特徴とする。
また、請求項１記載の循環式内圧機関において、上記炭酸ガス液化部が複数からなり、各炭酸ガス液化部が上記冷却部に接続されることを特徴とする。
また、請求項５記載の循環式内圧機関において、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に直列接続されることを特徴とする。
また、請求項５記載の循環式内圧機関において、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に並列接続されることを特徴とする。
また、請求項１記載の循環式内圧機関において、上記循環回路の供給系経路と回収系経路との接点に三方切替弁を設け、該三方切替弁を介して初期タンクを連結し、供給系のパイプ及び回収系のパイプに送給されてくる液化炭酸ガスの液化純度を検知するセンサを設け、該センサは上記液化純度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発することを特徴とする。
また、請求項１記載の循環式内圧機関において、上記炭酸ガスエンジンがロータリー型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする。
また、請求項１記載の循環式内圧機関において、上記炭酸ガスエンジンがレシプロ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする。
また、本願発明による発電システムは、高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動する炭酸ガスエンジンと、上記炭酸ガスエンジンの排気口側の炭酸ガスの圧力を大気圧にする炭酸ガス常圧化手段と、上記炭酸ガスエンジンに供給される高圧状態の炭酸ガスを加熱する加熱部と、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて液化する炭酸ガス液化装置と、液化炭酸ガスを貯溜する循環タンクとからなり、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成し、上記炭酸ガスエンジンにより発電することを特徴とする。
また、請求項１１記載の発電システムにおいて、上記循環回路が上記炭酸ガスエンジンに高圧状態の炭酸ガスを供給する供給系経路と、上記炭酸ガスエンジンから排出される常圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなることを特徴とする。
また、請求項１２記載の発電システムにおいて、上記加熱部が上記供給系経路に設けられることを特徴とする。
また、請求項１２記載の発電システムにおいて、上記加熱部が上記炭酸ガスエンジンに設けられることを特徴とする。
また、請求項１１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス液化部が複数からなり、各炭酸ガス液化部が上記冷却部に接続されることを特徴とする。
また、請求項１５記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に直列接続されることを特徴とする。
また、請求項１５記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に並列接続されることを特徴とする。
また、請求項１１記載の発電システムにおいて、上記循環回路の供給系経路と回収系経路との接点に三方切替弁を設け、該三方切替弁を介して初期タンクを連結し、供給系のパイプ及び回収系のパイプに送給されてくる液化炭酸ガスの液化純度を検知するセンサを設け、該センサは上記液化純度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発することを特徴とする。
また、請求項１１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがロータリー型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする。
また、請求項１１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがレシプロ型炭酸ガスエンジン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作動子を駆動させ、これにより発生するエネルギを取り出す。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、資源の枯渇や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ルギである。
【００１４】
上記エネルギの取出しにおいて、循環回路を構成することにより排出された炭酸ガスを回収して再利用するから、エネルギ効率を非常に増大することができる。
【００１５】
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。
【００１６】
エネルギ源は資源枯渇のおそれがない炭酸ガスであり、しかも取り出されるエ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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、実施の形態を示す図面に基づき本願発明による循環式内圧機関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。また「大気圧」と「常圧」とは同義として使用する。
【００１８】
１は炭酸ガスエンジンであり、気化後の高圧状態で供給される炭酸ガス３５ａの体積膨張による力により作動子を駆動せしめる。炭酸ガスエンジン１は具体的には、図３、図５及び図６に例示するロータリー型炭酸ガスエンジン又は図８に例示するレシプロ型炭酸ガスエンジンである。前者の場合作動子はロータ１０５であり、後者の場合作動子はピストン７である。
【００１９】
炭酸ガスエンジン１の詳細は後述する。上記炭酸ガスエンジン１に圧料となる炭酸ガス３５ａを供給する供給経路３４Ａと、炭酸ガス３５ｂを回収する回収経路３４Ｂを閉回路に接続し、循環回路３４を構成する。
【００２０】
上記供給経路３４Ａは、具体的には、バージン液化炭酸ガスを貯溜する圧力容器からなる初期タンク３１と、該初期タンク３１に切替弁５１、三方切替弁５４及び流量制御弁５５を介してパイプ３３ａ、３３ｂ、３３ｃにより連結される加熱部５６と、該加熱部５６に連結された炭酸ガスエンジン１の給気口１３、１０７、１１７に接続されるパイプ３３ｄとからなる。
【００２１】
上記回収経路３４Ｂは、具体的には、炭酸ガスエンジン１の排気口１１、１０９、１１９から噴出状態で排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを回収する冷却部５７と、大気圧の排出炭酸ガス３５ｂよりエンジンオイル成分を分離するフィルタからなる分離部６８と、圧縮機からなり該分離部６８による上記分離処理を経た上記排出炭酸ガス３５ｂが圧送される１次炭酸ガス液化部６９ａと、該１次炭酸ガス液化部６９ａにて加圧・圧縮され一部が液化した炭酸ガス等３５ａ’が送給され、送給されてくる上記炭酸ガス等３５ａ’を例えば−３０℃の排気の気化熱にて冷却する上記冷却部５７と、圧縮機からなり上記冷却部５７から送給されてくる上記炭酸ガス等３５ａ’をさらに加圧・圧縮して液化する２次炭酸ガス液化部６９ｂと、上記２次炭酸ガス液化部６９ｂから送給されてくる液化炭酸ガス３５ａを貯溜する圧力容器からなる循環タンク７３と、上記冷却部５７及び上記循環タンク７３に夫々圧力調整弁７０ａ、７０ｂを介して連結され炭酸ガスを貯溜する調整タンク７２とからなる。上記炭酸ガスエンジン１と上記冷却部５７とはパイプ３３ｅにより、上記冷却部５７と上記分離部６８とはパイプ３３ｇにより、上記分離部６８と上記１次炭酸ガス液化部６９ａとはパイプ３３ｈにより、上記１次炭酸ガス液化部６９ａと上記冷却部５７とはパイプ３３ｉにより、上記冷却部５７と上記２次炭酸ガス液化部６９ｂとはパイプ３３ｋにより、上記２次炭酸ガス液化部６９ｂと上記循環タンク７３とはパイプ３３ｍにより、さらに上記循環タンク７３と上記三方切替弁５４とはパイプ３３ｎにより、各連結されている。また上記調整タンク７２と上記冷却部５７とはパイプ３３ｔにより、上記調整タンク７２と上記パイプ３３ｍとはパイプ３３ｕにより、各連結されている。なお、上記パイプを総称するときは「パイプ３３」と表わす。
【００２２】
上記供給経路３４Ａと上記回収経路３４Ｂとの接点には上記した三方切替弁５４を設けてあり、上記炭酸ガスエンジン１及び上記三方切替弁５４を介して両経路３４Ａ、３４Ｂが閉回路に接続され、循環回路３４を構成する。また、供給経路３４Ａのパイプ３３ａと回収経路３４Ｂのパイプ３３ｎには液化炭酸ガス３５ａの液化純度を検知するセンサ５３が接続されている。該センサ５３はパイプ３３ａ及びパイプ３３ｎ内を送給されてくる液化炭酸ガス３５ａの液化純度を常に検知し、上記純度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発する。また上記分離部６８には逆止弁７５が設けられ、分離されたエンジンオイルが該逆止弁７５を介して炭酸ガスエンジン１に戻される。
【００２３】
上記調整タンク７２は炭酸ガスエンジン１の排気口１１、１０９、１１１側の内室の圧力を常圧にする圧力調整弁７０ａを設けるとともに、炭酸ガスエンジン１の給気口１３、１０７、１１７側の圧力を高圧にする圧力調整弁７０ｂを設ける。圧力調整弁７０ａは図示しないコンピュータによる自動制御により調整タンク７２内の炭酸ガスの圧力を設定された圧力（例えば１気圧）に調整する。また圧力調整弁７０ｂは炭酸ガスの圧力を設定された圧力（例えば６０気圧）に調整する。
【００２４】
上記冷却部５７内には、上記圧力調整弁７０ａにより圧力調整された調整タンク７２内の炭酸ガスが設定された圧力（例えば１気圧）にて流入され上記冷却部５７内が常圧となっているため、該冷却部５７に連通する炭酸ガスエンジン１の内室内に排出された炭酸ガスは常圧になる際爆発的に膨張する。この膨張した炭酸ガスは、排気される際噴出状態で排出される。よってこの噴出力により、上記排出炭酸ガス３５ｂは上記冷却部５７内に回収され、該冷却部５７を介して１次炭酸ガス液化部６９ａまで圧送される。
【００２５】
上記冷却部５７は、ケーシング５７ａと該ケーシング５７ａ内に幾重にも重なるように内蔵される復路のパイプ３３ｊとからなる。該パイプ３３ｊは前記パイプ３３ｉと前記パイプ３３ｋと連結される。往路のパイプ３３ｅより流れてくる排出炭酸ガス３５ｂは大気圧下に曝されると気化熱により例えば−３０℃と低温になるため、ケーシング５７ａには−３０℃の排出炭酸ガス３５ｂが充満している。ここに１次炭酸ガス液化部６９ａにて液化しきれなかった炭酸ガス等３５ａ’がその温度を上昇させた状態で復路のパイプ３３ｊ中に流れてくる。よって炭酸ガス等３５ａ’の温度上昇を上記−３０℃の排出炭酸ガスの気化熱により冷却するのである。この一次冷却ステップを経ることにより、次の２次炭酸ガス液化部６９ｂによる炭酸ガス３５ｂの液化のためのエネルギを小とすることが可能となる。ちなみに、例えば水素ガスの場合、常温液化性を有しないから、この程度の冷却では液化しない。しかしながら、本願発明においては炭酸ガスの有する常温液化性を活用するため、この冷却と次の加圧・圧縮により、回収された炭酸ガス３５ｂの液化を容易にするのである。
【００２６】
この点をもう少し詳しく説明する。炭酸ガス液化部を構成する１次炭酸ガス液化部６９ａ及び２次炭酸ガス液化部６９ｂの構造はいずれも同様の圧縮機からなり、その羽根構造（図示省略）により流入する炭酸ガスの引張り込み（吸引）と流出する炭酸ガスの排出（圧送）をする。よって前機６９ａによる吸引と後機６９ｂによる圧送とがセットとなって作用するので、両者の相乗作用により炭酸ガスの圧縮液化の処理能力を炭酸ガスの量に応じて容易に増大させることができる。これが炭酸ガス液化部を複数とする実質的な理由である。
【００２７】
初期タンク３１及び循環タンク７３内に貯蔵されている炭酸ガス３５ａは大部分液体状態であるが、一部がタンク内において気体状態となっている場合がある。この場合は液体の炭酸ガス３５ａはタンクの下部に、また気体の炭酸ガス３５ａはタンクの上部に存在する。
【００２８】
図２に本願発明による循環式内圧機関及び発電システムの動作のステップを示す。初期始動は、まず切替弁５１を「開」とし、初期タンク３１よりバージン液化炭酸ガス３５ａをパイプ３３ａに流す（Ｓ１）。パイプ３３ａを流れてくるバージン液化炭酸ガス３５ａの液化純度はセンサ５３により検知され（Ｓ２）、初期切替信号が発せられる（Ｓ３）。これにより三方切替弁５４が作動し、パイプ３３ａ・パイプ３３ｂ間を「開」としパイプ３３ｂ・パイプ３３ｎ間を「閉」とする「第１開」の状態にする（Ｓ４）。次いでエンジンスロットル用の流量制御弁５５が「開」とされ（Ｓ５）、液化炭酸ガス３５ａは加熱部５６により熱せられ圧力を一層大にした状態でパイプ３３ｄ内より（Ｓ６）、炭酸ガスエンジン１内に供給される（Ｓ７）。
【００２９】
炭酸ガスエンジン１が炭酸ガス３５ａの体積膨張による力により駆動されると、その動力により例えば自動車が駆動される（Ａ）。このとき同時に上記動力がベルト５８ａにより１次炭酸ガス液化部６９ａに伝動され、該１次炭酸ガス液化部６９ａの作動に寄与する。また上記動力はベルト５８ｂにより２次炭酸ガス液化部６９ｂに伝動され、該２次炭酸ガス液化部６９ｂの作動に寄与する。
【００３０】
炭酸ガスエンジン１から排出された炭酸ガス３５ｂは、調整タンク７２由来の圧力調整用炭酸ガスＧ（図１示す）が排気口から内室内に流入するため大気圧になるので爆発的に膨張し排出される。この排出時の噴出力により、炭酸ガス３５ｂは冷却部５７内を通って（Ｓ８〜Ｓ１０）、１次炭酸ガス液化部６９ａに圧送される（Ｓ１２）。冷却部５７から出た炭酸ガス３５ｂはオイルを分離されてから（Ｓ１１）、１次炭酸ガス液化部６９ａに圧送される（Ｓ１２）。該１次炭酸ガス液化部６９ａにて圧縮液化された炭酸ガス等３５ａ’は再び冷却部５７に送給され、ここでケーシング５７ａ内の排出炭酸ガス３５ｂの低温と接触しその気化熱により冷却される（Ｓ１３）。冷却された炭酸ガス等３５ａ’は２次炭酸ガス液化部６９ｂに送られ、ここで加圧され液化炭酸ガス３５ａとされる（Ｓ１４）。この液化炭酸ガス３５ａは高純度でありパイプ３３ｍより循環タンク７３に送られ、該循環タンク７３に貯溜される（Ｓ１５）。なお、予期しない空気漏れに対応するため、２次炭酸ガス液化部６９ｂと循環タンク７３との間に炭酸ガス単離タンクを設けることができる。この場合は該炭酸ガス単離タンクに逆止弁を設け、比重差により比重の大なる液化炭酸ガスをタンクの下部へ、比重の小なる大気をタンクの上部に分け、逆止弁を「開」とすることにより大気を放出する。
【００３１】
始動後においては、センサ５３はパイプ３３ｎとパイプ３３ａを流れる炭酸ガス３５ａの濃度を検知している（Ｓ２）。この炭酸ガス３５ａの濃度が設定範囲内であるときは、循環切替信号を発する（Ｓ３）。この循環切替信号により三方切替弁５４が作動し、パイプ３３ｎ・パイプ３３ｂ間を「開」としパイプ３３ａ・パイプ３３ｂを間を「閉」とする「第２開」の状態にする（Ｓ４）。以降は上記した一連のステップが繰返され、エンジンが連続的に作動する。
【００３２】
炭酸ガスはパイプ３３を通って開弁された給気口１３、１０７、１１７より密室内に高圧状態３５ａで供給され、常圧状態で排出・回収される。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。
【００３３】
次に本願発明に用いられる炭酸ガスエンジン１について説明する。図３は炭酸ガスエンジン１をロータリ型炭酸ガスエンジンとする場合である。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１１５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。上記ハウジング１０１の上部周壁に上記内室１０３に通ずる給気口１１７を設け、対向する側の周壁に排気口１１９を開口する。本実施例の場合、該排気口１１９は上記給気口１１７を通る直径線ｆよりやや２次作動室１２２側に位置するように設ける。図示例では直径線ｆに対し角度αが約１５°程度としてある。
【００３４】
上記ロータ１１５は図４に示すような略楕円形状の板体からなり、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１１６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１１５の輪郭には、図４に示すように、圧力保持のための圧力シール１１５ａを設ける。該圧力シール１１５ａはオイルシールも兼ねる。上記ハウジング１０１の上部周壁には給気口１１７を被覆するバルブ室１２４を設け、該バルブ室１２４に上下動自在の給気弁１２５を設ける。該給気弁１２５の弁軸１２７には上記バルブ室１２４を閉塞する方向に付勢されるスプリング１２９を巻着する。１３１は上記ロータ１１５に連動するカムであり、該カム１３１により上記給気弁１２５を開閉する。１３０はスプリングカバーである。
【００３５】
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１１５がロータ軸１１６を中心にして矢示する一方向に回転する。上記内室１０３は上記ロータ１１５の回転に伴ない、１次作動室１２１、２次作動室１２２に区画・形成される。上記各作動室１２１、１２２は上記ロータ１１５の作動面ａ，ｂ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。
【００３６】
吸入膨張行程は炭酸ガス３５ａが１次作動室１２１内に供給され、上記ロータ１１５のいずれかの作動面ａ又はｂを押圧する行程で、このとき給気口１１７は「開」、排気口１１９は「閉」となっている（図３Ａ）。膨張排出行程はロータ１１５の回転に与り大気圧状態となった炭酸ガス３５ｂが排気口１１９より外部に排出される行程で、このとき給気口１１７は「閉」、排気口１１９は「開」となっている（図３Ｂ）。大気圧保持行程は、給気口１１７が「閉」、排気口１１９が「開」であり、内室１０３内が作動室１２１、１２２ともに大気圧となった炭酸ガス３５ｂを大気圧状態に保持する行程であり、これによりロータ１１５の回転に円滑性を付与する（図３Ｃ）。
【００３７】
図５及び図６のロータリ型炭酸ガスエンジンはロータが図７で示すような三面ロータの場合である。図５はハウジングが正円形の場合、図６は楕円形の場合である。図５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１０９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。
【００３８】
上記ロータ１０５は丸みを帯びた正三角形状の板体からなり、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７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。
【００３９】
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を中心にして矢示する一方向に回転する。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。
【００４０】
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５Ａ）。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５Ｂ）。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、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５Ｃ）。
【００４１】
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く、楕円形であってもよい。後者の場合例えば図６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１２６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が挿通される。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）と噛合する。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７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。
【００４２】
図８は炭酸ガスエンジン１たるレシプロ型炭酸ガスエンジンを示す。炭酸ガスエンジン１を構成するシリンダ２はアルミニウム合金製のシリンダヘッド３とアルミニウム合金製のシリンダ本体５とからなり、シリンダヘッド３がシリンダ本体５に分解可能に固着される。該シリンダ本体５内にはアルミニウム合金製ピストン７が往復動可能に摺接される。上記シリンダ本体５の上部には上記シリンダヘッド３と上記ピストン７とによって密閉構造とされる内室９が形成される。上記シリンダ本体５の側壁にはピストン７の下死点Ｄ時に開口する排気口１１が設けられる。上記シリンダヘッド３には給気口１３が開口され、該給気口１３に上下動自在の給気弁１５を設ける。該給気弁１５の弁軸１７には上記給気口１３を閉塞する方向に付勢されるスプリング１９を巻着する。２１は上記ピストン７に連動するカムであり、該カム２１により上記給気弁１５の開閉をする。２３はコネクティングロッドであり、上記ピストン７とクランクシャフト２５とを連結する。該クランクシャフト２５の一端にはフライホイール２７が取り付けられている。２６は該クランクシャフト２５のバランスウェイトを示す。２０はスプリングカバーである。２９ａは圧力リングであり、上記内室９を密閉するため上記ピストン７の上部に取り付けられる。２９ｂはオイルリングである。
【００４３】
次に図９に基づき本願発明の作動原理を説明する。図９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化した図である。図９のＡ１（図３（Ａ））及び図９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９のＢ１及び図９のＢ２（図３（Ｂ））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９のＣは大気圧保持行程を示し、図３（Ｃ）の直前の状態であり、このときの内室１０３は大気圧（１気圧）となる。図９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。
【００４４】
炭酸ガス３５ａは初期タンク３１又は循環タンク７３よりパイプ３３ａ〜３３ｃを経、加熱部５６により加熱されて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が、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９に基づいて説明してみる。
【００４５】
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９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が、ロータ１１５が図９のＡ２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」となるため膨張が一旦終了する。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９のＡ１及び図９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。
【００４６】
図９のＢ１及び図９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調整タンク７２由来の圧力調整用炭酸ガスＧ（図２示す）が排気口から内室内に流入するため大気圧になるので炭酸ガス３５ａは爆発的に膨張する。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面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１１５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に向かっ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９のＢ１では他面（ｂ面）側の圧力が大気圧であり、図９のＢ２（図３（Ｂ））ではａ、ｂ両面側とも大気圧である。
なお、この膨張排出行程において炭酸ガス３５ｂは排気口１１９より噴出状態で排出されるので、この排出時の噴出力によりパイプ内を圧送される。
【００４７】
次いで図９のＢ２に示す膨張排出行程の終了時から図９のＣ及び図３（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９のＤ（図３（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、今度はロータ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。
【００４８】
かく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。
【００４９】
図５及び図６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３５ａ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。図３に示す二面ロータの場合と異なるのは給気弁１２５がないことであるが、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。
【００５０】
図５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５（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。
【００５１】
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５（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１０９に向かって急激に移動する。よっ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の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１０９より噴出する。
【００５２】
さらにロータ１０５が図５（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。
【００５３】
ロータ１０５はさらに回転し図５（Ａ）に示す位置となる。かくして炭酸ガス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、これによるエネルギを適宜手段により取り出す。
【００５４】
図８に示すレシプロ型炭酸ガスエンジンの場合の作動原理も上記と同様であり、炭酸ガス３５ａ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。ピストン７の下降により吸入膨張行程となり、内室９内は「亜膨張」となる。続いて排気口１１の「開」の開始から図８（Ｃ）に示す「全開」を経て排気口１１の「開」の終了まで膨張排出行程が続き、高圧状態の炭酸ガス３５ａが大気圧に曝され爆発的に膨張する「連鎖膨張」となる。続いてピストンの上昇による排気口１１の「閉」となるまで大気圧保持行程となる。この連鎖膨張の膨張力によりピストン７が作動する。
【００５５】
図８に基づき炭酸ガスエンジン１の動きを詳しくみてみる。まず、図示しないスタータモータにより、カム２１を回転させる。するとカム２１に連動してピストン７が図８（Ａ）に示すように下降するとともに、カム２１により給気弁１５が押圧される。すると図８（Ｂ）に示すように、スプリング１９の付勢力に抗して給気弁１５が「開」となる。このときピストン７は上死点Ｕに位置している。次いでカム２１がさらに回転すると、回転後すぐに給気弁１５の押圧が解除されるから、給気弁１５はスプリング１９の付勢力により「閉」となる。図８（Ｃ）はピストン７が下死点Ｄまで下降した状態を示す。
【００５６】
この上死点Ｕから下死点Ｄに移行する過程を詳しくみる。給気弁１５が「閉」となると、密室内では高圧状態（例えば６０気圧）で供給された炭酸ガス３５ａ（気体）は、内室９という限られた空間内において１気圧の大気圧下に曝されるからその体積を膨張させる。この膨張は「亜膨張」である。この体積膨張による力はピストン７に伝動され、ピストン７を下降させるとともに、この力はクランクシャフト２５の一端に固着されているフライホイール２７にも伝動する。ピストン７が下死点Ｄに達すると、フライホイール２７に伝動している上記力に起因する慣性力によりピストン７は上昇過程に移行する。
【００５７】
図８（Ｃ）に示すように下死点Ｄ時において内室９の排気口１１は「開」となるので、ピストン７の押下げに与った炭酸ガス３５ａは、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、排気口１１より噴出する。この連鎖膨張の膨張力によりピストン７が作動する。次いで上昇過程に移行したピストン７の上死点Ｕ時においてはすべての炭酸ガス３５ｂが排気される。
【００５８】
かくして、炭酸ガス３５ａの体積膨張力と上記慣性力とにより、ピストン７は上記した下降過程及び上昇過程を連続的に繰り返す。よって、炭酸ガスエンジンのピストン７は連続的に往復動するから、これによるエネルギを適宜手段により取り出す。
【００５９】
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が、本願発明による炭酸ガスエンジンの各行程は連続している。
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エンジンに適用することはできないのである。
【００６０】
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、ロータ面にか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いては圧縮行程は必ずしも必要でなく、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」を起こすからである。この結果、排気口１１９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。
【００６１】
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、ロータ面にか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からであり、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く、いずれでもロータは回転するのである。
【００６２】
本願発明による発電システムは上記した循環式内圧機関により発電機を作動し発電するシステムである。この場合、炭酸ガスエンジン１は出力の大なる大規模のものが用いられる。また炭酸ガス液化部も大量の炭酸ガスを容易迅速に処理できるよう３段以上の多段にするのが望ましい。
【００６３】
ここで炭酸ガス３５について詳しく説明する。炭酸ガス（二酸化炭素 ＣＯ2）は次のような物理的性状を有する。
空気との比重 １．５２９
毒性 無
臭 無臭
性状 不燃性
分子量 ４４．０１
三重点（０．５３ＭＰａ） −５６．６℃
沸点（昇華） −７８．５℃
臨界温度 ３１．１℃
臨界圧 ７．３８ＭＰａ
熱力学的性質 図１０の通り
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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９、１次作動室１１１、１２１内に供給される炭酸ガス３５ａが常温（２５℃）の場合、該炭酸ガス３５ａの圧力は図１０より６．４３２MPa（６４．３２気圧）であるから、大気圧（１気圧）の内室９、１次作動室１１１、１２１内にあるピストン７、ロータ１０５、１１５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。
【００６７】
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。
【００６８】
（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（Ｃ8Ｈ18）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次の通りである。
化学式 Ｃ8Ｈ18
比重 ｄ＝0.7
分子量 Ｍ＝114.0
燃焼熱 10200kcal/kg＝10200×114/1000×4.186≒4868kJ/mol
【００６９】
オクタンの燃焼反応式は（１）式の通りである。
【数１】
（１）式よりオクタン１mol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。
【００７０】
（ガス比容Ｖ0の計算）
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１molの占める容積は２２．４lとなる。従って、ガス比容Ｖ0は（１）式から
【数２】
となる。
【００７１】
（燃焼温度Ｔ1の計算）
爆発温度Ｔ1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要となる。ここでは、定容比熱のみ不明であるが、ＴＮＴのような火薬類と同じとしてみる。
【００７２】
爆発温度Ｔ1は（２）式によって求めることができる。
【数３】
なお、生成ガスの平均定容比熱が約４０J/℃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。
【００７３】
（２）式より爆発温度Ｔ1は
【数４】
従って
【数５】
【００７４】
つまり、１kgのオクタンは、爆発すると７４３０(K)（約７１００℃）で、９０９００(l)を占める。反応前の容積は１０００／０．７＝１４３０(ml)であるから、反応前の温度を０℃とした場合の膨張率は
【数６】
となる。
【００７５】
しかしながら上記値は、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っている。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いのである。
【００７６】
（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×（７９／２１）＝４７．０mol
となる。したがって、燃焼反応式は
【数７】
となる。
【００７７】
オクタン１mol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４７．０molが存在する。
【００７８】
生成ガスを理想気体と仮定しているので、標準状態で１molの占める容積は２２．４lとなる。したがって、ガス比容Ｖ0は（３）式から、
【数８】
となる。
【００７９】
（空気を考慮した燃焼温度Ｔ1の計算）
燃焼温度Ｔ1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要となる。ここでは、定容比熱のみ不明であるが、ＴＮＴのような火薬類と同じとしてみる。燃焼温度Ｔ1は次式によって求めることができる。
【数９】
【００８０】
（４）式より爆発温度Ｔ1は
【数１０】
従って、
【数１１】
【００８１】
つまり１kg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、２１７５（K）（約１９００℃）で１００１８５(l)を占める。反応前の容積は
（１２．５＋４７）×２２．４＋１／０．７＝１３３４(l)であるから、反応前の温度を０℃とした場合の膨張率は１００１８５／１３３４≒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筈である。
【００８２】
（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(l)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、２０００×２×６０（ストローク／h）となる。また、上記エンジンのボアストロークが直径８６mm、ストローク８６mmよりシリンダ室内の容積は
Ｓ＝（８．６）×（４．３）2×π＝５００（cm3）
となる。
【００８３】
これは１ストロークあたりでは
４０００(ml)／（２０００×２×６０）＝１／６０(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。
【００８４】
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）／Ｖｂであるので、９Ｖｂ＝Ｖｂ＋５００となり、これを解くと
Ｖｂ＝６２．５(ml)となる。
【００８５】
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１／６０(ml)（＝１６．７×１０-3(ml)＝１．０２５×１０-4(mol)のガソリンが空気約５６０(ml)（酸素５．２５×１０-3(mol)と窒素１９．７５×１０-3(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
1.025×10-4×12.5＝1.281×10-3
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）×１０-3＝１．９７×１０-3(mol)、１９．７５×１０-3(mol)
となる。
【００８６】
また、発生するガスと熱量は、
Ｈ2Ｏ：1.025×10-4×9＝9.225×10-4(mol)
ＣＯ2：1.025×10-4×8＝8.200×10-4(mol)
Ｑ＝1.025×10-4×4868＝0.499kJ
である。
【００８７】
燃焼温度Ｔ1を求めるには、前記のように生成ガスのモル数、発熱量、生成ガスの定容比熱が必要となる。ここでは、定容比熱のみ不明であるが、ＴＮＴのような火薬類と同じとしてみる。燃焼温度Ｔ1は前記のように次式によって求めることができる。
【数１２】
【００８８】
（４’）より燃焼温度Ｔ1は
【数１３】
【００８９】
つまり、２０００ccのエンジンでは瞬間的に燃焼したとして、８０５(K)（約５３２℃）で２３．５×１０-3(mol)（＝９．２２５×１０-4＋８．２００×１０-4＋１９．７×１０-4＋１９７．５×１０-4）のガスが、６２．５(ml)を占める。
【００９０】
このときの、圧力Ｐ1を計算してみると、理想気体として状態方程式から
【数１４】
である。
【００９１】
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、
Ｐ1Ｖ0＝一定であるから、９倍に膨張したときの圧力Ｐ2は
Ｐ2＝Ｐ1/9＝24.8/9＝2.7(atm)
となる。
【００９２】
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。
【００９３】
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℃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。
【００９４】
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いから、燃料資源に起因する資源の枯渇や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。しか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。
【００９５】
本願発明による循環式内圧機関によれば、密室（内室９、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℃）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１molま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。
【００９６】
上記エネルギの取出しにおいて、循環回路を構成することにより排出された炭酸ガスを回収して再利用するから、エネルギ効率を非常に増大することができる。
【００９７】
また、炭酸ガス３５ａの常温液化性及び高度の体積膨張性により、密室（内室９、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く、制御性が大である。よって高度の実用性を有する。
【００９８】
炭酸ガス３５の体積膨張率と温度とは相関関係にあり、内室９、１０３、１２３、１次作動室１１１、１２１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５６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。
【００９９】
この点につき、図１０及びボイル・シャルルの法則により内室９、１０３、１２３、１次作動室１１１、１２１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。
【０１００】
ボイル・シャルルの法則は一定量の気体ではＰＶ／Tは常に一定の値となるという法則で、
【数１５】
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を経由して大気圧（２５℃）・気体状態にて上記内室９、１０３、１２３に供給されるから、内室９、１０３、１２３の内圧は内室９、１０３、１２３が５０℃に加熱される場合次の如く算出される。ただし、内室９、１０３、１２３の容量を２０ccとする。
【数１６】
【０１０１】
また内室９、１０３、１２３、１次作動室１１１、１２１が１００℃に加熱される場合、内室９、１０３、１２３、１次作動室１１１、１２１の内圧は次の算出値となる。
【数１７】
【０１０２】
よって内室９、１０３、１２３、１次作動室１１１、１２１が加熱部５６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。
【０１０３】
本願発明は上記した実施の形態に限定されない。例えば、加熱部（５６）の設置部位は、高圧状態の炭酸ガス３５ａが炭酸ガスエンジン１に供給される前に加熱される部位であれば、必ずしも供給系経路３４Ａのパイプ接続の中に設けられなくてもよい。例えば、炭酸ガスエンジン１自体に加熱部（１３７）を設けてもよい。図１１はそのような場合を例示したものである。
【０１０４】
図１１において、ハウジング１０１はアルミニウ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からなる加熱部１３７を設ける。上記ハウジングカバー１３９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１４５、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１４７が連結される。上記熱風供給パイプ１４５、上記熱風排出パイプ１４７は別に設ける圧縮機１４９に循環可能に連結される。なお、図１１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い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い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。
【０１０５】
また、図１の回路において炭酸ガスエンジン１を図１１に示すような加熱部１３７を有するエンジン１に置換することも可能である。かかる場合、エンジンシリンダを構成する金属製の各部やエンジンオイルへの低温による悪影響を排除する利益がある。
【０１０６】
炭酸ガス液化部の多段化は、前機による吸引と後機による圧送とのセットとし、両者の相乗作用により炭酸ガスの圧縮液化の処理能力を炭酸ガスの量に応じて容易に増大させる趣旨であるから、所望の出力に応じて、例えば図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように炭酸ガス液化部６９ａ、６９ｂ、６９ｃを３個以上の多段にすることができる。もちろん所望の大出力を得られるのであれば、単一機であることを妨げない。
【０１０７】
また複数個の炭酸ガス液化部の相互の接続は、例えば図１２（Ａ）に示すように直列接続はもとより、例えば図１２（Ｂ）に示すように並列接続にすることもできる。
【０１０８】
また１次炭酸ガス液化部６９ａ及び２次炭酸ガス液化部６９ｂの駆動力は、その１として、上記実施態様で述べた大気圧に曝され連鎖膨張し排出される炭酸ガスの噴出力及びベルト５８ａ、５８ｂにより伝動される炭酸ガスエンジン１からの駆動力、その２として前者（炭酸ガスの噴出力）のみの駆動力、その３として後者（ベルト５８ａ、５８ｂにより伝動される炭酸ガスエンジン１からの駆動力）のみのの駆動力の３パターンがある。つまり、ベルト５８ａ、５８ｂにより伝動される炭酸ガスエンジン１からの駆動力は場合によりあってもなくてもよい。
【０１０９】
循環タンク７３を１次と２次に分けると、炭酸ガスエンジン１制御のための炭酸ガス３５ａの流量調整が円滑になることが期待され望ましい。
【０１１０】
初期始動を循環タンク７３の残溜分より取り出し、初期タンク３１を設けないこととしてもよい。
【０１１１】
炭酸ガスを液化するための炭酸ガス液化部による加圧は、温度等の外部環境によって適宜に選択され、例えば４０気圧位でも可能である。
【０１１２】
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。
【０１１３】
循環式内圧機関及び発電システムを構成する炭酸ガスエンジン１の種類は任意である。また炭酸ガスエンジン１を構成する素材も鉄その他適宜に選択することができる。
【０１１４】
レシプロ型炭酸ガスエンジンの場合、内室９に設ける給気弁１５は、図示例とは反対に、内室９を外側から給気弁１５の弁蓋により閉塞または開放するようにしてもよい。また給気弁１５の設置はシリンダ本体５の側壁であってもよい。さらにカム機構は他の公知のものも適用可能であり、例えばスプリングを要しないカム機構も考えられる。
【０１１５】
取り出したエネルギの適用は任意であり、発電機の駆動乃至発電はもちろん、例えば自動車、電車、航空機、船舶等の駆動、モータの駆動等をすることができる。
【０１１６】
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６０気圧である。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本願発明は例えば、発電、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。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本願発明による循環式内圧機関及び発電システムの回路構成図を示す。
【図２】本願発明による循環式内圧機関及び発電システムの動作ステップを示すフローチャートである。
【図３】本願発明に使用する内圧機関の実施例を示す。
【図４】ロータの実施例を示す概略斜視図である。
【図５】本願発明に使用する内圧機関の他の実施例を示す。
【図６】本願発明に使用する内圧機関のさらに他の実施例を示す。
【図７】ロータの他の実施例を示す概略斜視図である。
【図８】本願発明に使用する内圧機関のさらに他の実施例を示す。
【図９】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１０】炭酸ガスの熱力学的性質を示す表である。
【図１１】本願発明に使用する内圧機関のさらに他の実施例を示す。
【図１２】（Ａ）は本願発明に使用する炭酸ガス液化部の接続例、（Ｂ）は他の接続例を示す。
【符号の説明】
【０１１９】
１ 炭酸ガスエンジン
２ シリンダ
３ シリンダヘッド
５ シリンダ本体
７ ピストン
９ 内室
１１ 排気口
１３ 給気口
１５ 給気弁
１７ 弁軸
１９ スプリング
２０ スプリングカバー
２１ カム
２３ コネクティングロッド
２５ クランクシャフト
２６ バランスウェイト
２７ フライホイール
２９ａ 圧力リング
２９ｂ オイルリング
３１ 初期タンク
３３ パイプ
３４ 循環回路
３４Ａ 供給経路
３４Ｂ 回収経路
３５ 炭酸ガス
３５ａ 炭酸ガス
３５ｂ 炭酸ガス
５１ 切替弁
５３ センサ
５４ 三方切替弁
５５ 流量制御弁
５６ 加熱部
５７ 冷却部
５８ａ ベルト
５８ｂ ベルト
６３ 逆止弁
６５ 大気乾燥部
６８ 分離部
６９ａ １次炭酸ガス液化部
６９ｂ ２次炭酸ガス液化部
７１ 炭酸ガス単離部
７３ 循環タンク
７５ 逆止弁
７７ 逆止弁
１０１ ハウジング
１０２ 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 給気口
１０９ 排気口
１１１ １次作動室
１１２ ２次作動室
１１３ ３次作動室
１１５ ロータ
１１５ａ オイルシール兼用圧力シール
１１６ ロータ軸
１１７ 給気口
１１９ 排気口
１２１ １次作動室
１２２ ２次作動室
１２３ 内室
１２３ａ １次作動室
１２３ｂ ２次作動室
１２３ｃ ３次作動室
１２４ バルブ室
１２５ 給気弁
１２６ ロータ
１２６ａ ロータ孔
１２６ｂ ロータ軸
１２７ 弁軸
１２９ スプリング
１３０ スプリングカバー
１３１ カム
１３７ 加熱部
１３９ ハウジングカバー
１４１ 熱風供給口
１４３ 熱風排出口
１４５ 熱風供給パイプ
１４７ 熱風排出パイプ
１４９ 圧縮機
ａ 作動面
ｂ 作動面
ｃ 作動面
Ｇ 常圧炭酸ガス
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、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循環式内圧機関及びこれを使用した発電システムに関する。
【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】
しかしながら、石油資源の枯渇が懸念されており、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いる。
【０００４】
外燃機関も燃料を燃焼させるという点で、上記した問題、即ち、資源の枯渇や排気ガスによる公害問題を惹起する。
【０００５】
これらを解消すべく、クリーンエネルギとして水素の利用が注目されているが、取扱いが至難のため、開発に行き詰まっているのが現状である。
【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大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いでいる。とくに現代生活を支える電力エネルギは炭酸ガスを大量に発生させる石油等の化石燃料を燃焼する火力発電が中心であるため、上記憂慮は深刻である。
【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。強いて挙げるとすれば出願人の特許出願に係る次の特許文献である。
【特許文献１】特願２００６−２１３９４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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しい画期的な循環式内圧機関及び発電システムを提案する。
【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エネルギ源を確保することであり、従来の内燃機関によるのと同等程度以上のエネルギを効率よく取り出すことができる循環式内圧機関及び発電システムを供する。
【００１１】
また他の目的は、エネルギ発生機関乃至発電機関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、本願発明による循環式内圧機関は、高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動する炭酸ガスエンジンと、上記炭酸ガスエンジンの排気口側の炭酸ガスの圧力を大気圧にする炭酸ガス常圧化手段と、上記炭酸ガスエンジンに供給される高圧状態の炭酸ガスを加熱する加熱部と、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて液化する炭酸ガス液化部と、液化炭酸ガスを貯溜する循環タンクとからなり、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成することを特徴とする。
また、請求項１記載の循環式内圧機関において、上記循環回路が上記炭酸ガスエンジンに高圧状態の炭酸ガスを供給する供給系経路と、上記炭酸ガスエンジンから排出される常圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなることを特徴とする。
また、請求項２記載の循環式内圧機関において、上記加熱部が上記供給系経路に設けられることを特徴とする。
また、請求項２記載の循環式内圧機関において、上記加熱部が上記炭酸ガスエンジンに設けられることを特徴とする。
また、請求項１記載の循環式内圧機関において、上記炭酸ガス液化部が複数からなり、各炭酸ガス液化部が上記冷却部に接続されることを特徴とする。
また、請求項５記載の循環式内圧機関において、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に直列接続されることを特徴とする。
また、請求項５記載の循環式内圧機関において、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に並列接続されることを特徴とする。
また、請求項１記載の循環式内圧機関において、上記循環回路の供給系経路と回収系経路との接点に三方切替弁を設け、該三方切替弁を介して初期タンクを連結し、供給系のパイプ及び回収系のパイプに送給されてくる液化炭酸ガスの液化純度を検知するセンサを設け、該センサは上記液化純度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発することを特徴とする。
また、請求項１記載の循環式内圧機関において、上記炭酸ガスエンジンがロータリー型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする。
また、請求項１記載の循環式内圧機関において、上記炭酸ガスエンジンがレシプロ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする。
また、本願発明による発電システムは、高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動する炭酸ガスエンジンと、上記炭酸ガスエンジンの排気口側の炭酸ガスの圧力を大気圧にする炭酸ガス常圧化手段と、上記炭酸ガスエンジンに供給される高圧状態の炭酸ガスを加熱する加熱部と、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて液化する炭酸ガス液化装置と、液化炭酸ガスを貯溜する循環タンクとからなり、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成し、上記炭酸ガスエンジンにより発電することを特徴とする。
また、請求項１１記載の発電システムにおいて、上記循環回路が上記炭酸ガスエンジンに高圧状態の炭酸ガスを供給する供給系経路と、上記炭酸ガスエンジンから排出される常圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなることを特徴とする。
また、請求項１２記載の発電システムにおいて、上記加熱部が上記供給系経路に設けられることを特徴とする。
また、請求項１２記載の発電システムにおいて、上記加熱部が上記炭酸ガスエンジンに設けられることを特徴とする。
また、請求項１１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス液化部が複数からなり、各炭酸ガス液化部が上記冷却部に接続されることを特徴とする。
また、請求項１５記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に直列接続されることを特徴とする。
また、請求項１５記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に並列接続されることを特徴とする。
また、請求項１１記載の発電システムにおいて、上記循環回路の供給系経路と回収系経路との接点に三方切替弁を設け、該三方切替弁を介して初期タンクを連結し、供給系のパイプ及び回収系のパイプに送給されてくる液化炭酸ガスの液化純度を検知するセンサを設け、該センサは上記液化純度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発することを特徴とする。
また、請求項１１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがロータリー型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする。
また、請求項１１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがレシプロ型炭酸ガスエンジン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作動子を駆動させ、これにより発生するエネルギを取り出す。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、資源の枯渇や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ルギである。
【００１４】
上記エネルギの取出しにおいて、循環回路を構成することにより排出された炭酸ガスを回収して再利用するから、エネルギ効率を非常に増大することができる。
【００１５】
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。
【００１６】
エネルギ源は資源枯渇のおそれがない炭酸ガスであり、しかも取り出されるエ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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、実施の形態を示す図面に基づき本願発明による循環式内圧機関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。また「大気圧」と「常圧」とは同義として使用する。
【００１８】
１は炭酸ガスエンジンであり、気化後の高圧状態で供給される炭酸ガス３５ａの体積膨張による力により作動子を駆動せしめる。炭酸ガスエンジン１は具体的には、図３、図５及び図６に例示するロータリー型炭酸ガスエンジン又は図８に例示するレシプロ型炭酸ガスエンジンである。前者の場合作動子はロータ１０５であり、後者の場合作動子はピストン７である。
【００１９】
炭酸ガスエンジン１の詳細は後述する。上記炭酸ガスエンジン１に圧料となる炭酸ガス３５ａを供給する供給経路３４Ａと、炭酸ガス３５ｂを回収する回収経路３４Ｂを閉回路に接続し、循環回路３４を構成する。
【００２０】
上記供給経路３４Ａは、具体的には、バージン液化炭酸ガスを貯溜する圧力容器からなる初期タンク３１と、該初期タンク３１に切替弁５１、三方切替弁５４及び流量制御弁５５を介してパイプ３３ａ、３３ｂ、３３ｃにより連結される加熱部５６と、該加熱部５６に連結された炭酸ガスエンジン１の給気口１３、１０７、１１７に接続されるパイプ３３ｄとからなる。
【００２１】
上記回収経路３４Ｂは、具体的には、炭酸ガスエンジン１の排気口１１、１０９、１１９から噴出状態で排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを回収する冷却部５７と、大気圧の排出炭酸ガス３５ｂよりエンジンオイル成分を分離するフィルタからなる分離部６８と、圧縮機からなり該分離部６８による上記分離処理を経た上記排出炭酸ガス３５ｂが圧送される１次炭酸ガス液化部６９ａと、該１次炭酸ガス液化部６９ａにて加圧・圧縮され一部が液化した炭酸ガス等３５ａ’が送給され、送給されてくる上記炭酸ガス等３５ａ’を例えば−３０℃の排気の気化熱にて冷却する上記冷却部５７と、圧縮機からなり上記冷却部５７から送給されてくる上記炭酸ガス等３５ａ’をさらに加圧・圧縮して液化する２次炭酸ガス液化部６９ｂと、上記２次炭酸ガス液化部６９ｂから送給されてくる液化炭酸ガス３５ａを貯溜する圧力容器からなる循環タンク７３と、上記冷却部５７及び上記循環タンク７３に夫々圧力調整弁７０ａ、７０ｂを介して連結され炭酸ガスを貯溜する調整タンク７２とからなる。上記炭酸ガスエンジン１と上記冷却部５７とはパイプ３３ｅにより、上記冷却部５７と上記分離部６８とはパイプ３３ｇにより、上記分離部６８と上記１次炭酸ガス液化部６９ａとはパイプ３３ｈにより、上記１次炭酸ガス液化部６９ａと上記冷却部５７とはパイプ３３ｉにより、上記冷却部５７と上記２次炭酸ガス液化部６９ｂとはパイプ３３ｋにより、上記２次炭酸ガス液化部６９ｂと上記循環タンク７３とはパイプ３３ｍにより、さらに上記循環タンク７３と上記三方切替弁５４とはパイプ３３ｎにより、各連結されている。また上記調整タンク７２と上記冷却部５７とはパイプ３３ｔにより、上記調整タンク７２と上記パイプ３３ｍとはパイプ３３ｕにより、各連結されている。なお、上記パイプを総称するときは「パイプ３３」と表わす。
【００２２】
上記供給経路３４Ａと上記回収経路３４Ｂとの接点には上記した三方切替弁５４を設けてあり、上記炭酸ガスエンジン１及び上記三方切替弁５４を介して両経路３４Ａ、３４Ｂが閉回路に接続され、循環回路３４を構成する。また、供給経路３４Ａのパイプ３３ａと回収経路３４Ｂのパイプ３３ｎには液化炭酸ガス３５ａの液化純度を検知するセンサ５３が接続されている。該センサ５３はパイプ３３ａ及びパイプ３３ｎ内を送給されてくる液化炭酸ガス３５ａの液化純度を常に検知し、上記純度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発する。また上記分離部６８には逆止弁７５が設けられ、分離されたエンジンオイルが該逆止弁７５を介して炭酸ガスエンジン１に戻される。
【００２３】
上記調整タンク７２は炭酸ガスエンジン１の排気口１１、１０９、１１１側の内室の圧力を常圧にする圧力調整弁７０ａを設けるとともに、炭酸ガスエンジン１の給気口１３、１０７、１１７側の圧力を高圧にする圧力調整弁７０ｂを設ける。圧力調整弁７０ａは図示しないコンピュータによる自動制御により調整タンク７２内の炭酸ガスの圧力を設定された圧力（例えば１気圧）に調整する。また圧力調整弁７０ｂは炭酸ガスの圧力を設定された圧力（例えば６０気圧）に調整する。
【００２４】
上記冷却部５７内には、上記圧力調整弁７０ａにより圧力調整された調整タンク７２内の炭酸ガスが設定された圧力（例えば１気圧）にて流入され上記冷却部５７内が常圧となっているため、該冷却部５７に連通する炭酸ガスエンジン１の内室内に排出された炭酸ガスは常圧になる際爆発的に膨張する。この膨張した炭酸ガスは、排気される際噴出状態で排出される。よってこの噴出力により、上記排出炭酸ガス３５ｂは上記冷却部５７内に回収され、該冷却部５７を介して１次炭酸ガス液化部６９ａまで圧送される。
【００２５】
上記冷却部５７は、ケーシング５７ａと該ケーシング５７ａ内に幾重にも重なるように内蔵される復路のパイプ３３ｊとからなる。該パイプ３３ｊは前記パイプ３３ｉと前記パイプ３３ｋと連結される。往路のパイプ３３ｅより流れてくる排出炭酸ガス３５ｂは大気圧下に曝されると気化熱により例えば−３０℃と低温になるため、ケーシング５７ａには−３０℃の排出炭酸ガス３５ｂが充満している。ここに１次炭酸ガス液化部６９ａにて液化しきれなかった炭酸ガス等３５ａ’がその温度を上昇させた状態で復路のパイプ３３ｊ中に流れてくる。よって炭酸ガス等３５ａ’の温度上昇を上記−３０℃の排出炭酸ガスの気化熱により冷却するのである。この一次冷却ステップを経ることにより、次の２次炭酸ガス液化部６９ｂによる炭酸ガス３５ｂの液化のためのエネルギを小とすることが可能となる。ちなみに、例えば水素ガスの場合、常温液化性を有しないから、この程度の冷却では液化しない。しかしながら、本願発明においては炭酸ガスの有する常温液化性を活用するため、この冷却と次の加圧・圧縮により、回収された炭酸ガス３５ｂの液化を容易にするのである。
【００２６】
この点をもう少し詳しく説明する。炭酸ガス液化部を構成する１次炭酸ガス液化部６９ａ及び２次炭酸ガス液化部６９ｂの構造はいずれも同様の圧縮機からなり、その羽根構造（図示省略）により流入する炭酸ガスの引張り込み（吸引）と流出する炭酸ガスの排出（圧送）をする。よって前機６９ａによる吸引と後機６９ｂによる圧送とがセットとなって作用するので、両者の相乗作用により炭酸ガスの圧縮液化の処理能力を炭酸ガスの量に応じて容易に増大させることができる。これが炭酸ガス液化部を複数とする実質的な理由である。
【００２７】
初期タンク３１及び循環タンク７３内に貯蔵されている炭酸ガス３５ａは大部分液体状態であるが、一部がタンク内において気体状態となっている場合がある。この場合は液体の炭酸ガス３５ａはタンクの下部に、また気体の炭酸ガス３５ａはタンクの上部に存在する。
【００２８】
図２に本願発明による循環式内圧機関及び発電システムの動作のステップを示す。初期始動は、まず切替弁５１を「開」とし、初期タンク３１よりバージン液化炭酸ガス３５ａをパイプ３３ａに流す（Ｓ１）。パイプ３３ａを流れてくるバージン液化炭酸ガス３５ａの液化純度はセンサ５３により検知され（Ｓ２）、初期切替信号が発せられる（Ｓ３）。これにより三方切替弁５４が作動し、パイプ３３ａ・パイプ３３ｂ間を「開」としパイプ３３ｂ・パイプ３３ｎ間を「閉」とする「第１開」の状態にする（Ｓ４）。次いでエンジンスロットル用の流量制御弁５５が「開」とされ（Ｓ５）、液化炭酸ガス３５ａは加熱部５６により熱せられ圧力を一層大にした状態でパイプ３３ｄ内より（Ｓ６）、炭酸ガスエンジン１内に供給される（Ｓ７）。
【００２９】
炭酸ガスエンジン１が炭酸ガス３５ａの体積膨張による力により駆動されると、その動力により例えば自動車が駆動される（Ａ）。このとき同時に上記動力がベルト５８ａにより１次炭酸ガス液化部６９ａに伝動され、該１次炭酸ガス液化部６９ａの作動に寄与する。また上記動力はベルト５８ｂにより２次炭酸ガス液化部６９ｂに伝動され、該２次炭酸ガス液化部６９ｂの作動に寄与する。
【００３０】
炭酸ガスエンジン１から排出された炭酸ガス３５ｂは、調整タンク７２由来の圧力調整用炭酸ガスＧ（図１示す）が排気口から内室内に流入するため大気圧になるので爆発的に膨張し排出される。この排出時の噴出力により、炭酸ガス３５ｂは冷却部５７内を通って（Ｓ８〜Ｓ１０）、１次炭酸ガス液化部６９ａに圧送される（Ｓ１２）。冷却部５７から出た炭酸ガス３５ｂはオイルを分離されてから（Ｓ１１）、１次炭酸ガス液化部６９ａに圧送される（Ｓ１２）。該１次炭酸ガス液化部６９ａにて圧縮液化された炭酸ガス等３５ａ’は再び冷却部５７に送給され、ここでケーシング５７ａ内の排出炭酸ガス３５ｂの低温と接触しその気化熱により冷却される（Ｓ１３）。冷却された炭酸ガス等３５ａ’は２次炭酸ガス液化部６９ｂに送られ、ここで加圧され液化炭酸ガス３５ａとされる（Ｓ１４）。この液化炭酸ガス３５ａは高純度でありパイプ３３ｍより循環タンク７３に送られ、該循環タンク７３に貯溜される（Ｓ１５）。なお、予期しない空気漏れに対応するため、２次炭酸ガス液化部６９ｂと循環タンク７３との間に炭酸ガス単離タンクを設けることができる。この場合は該炭酸ガス単離タンクに逆止弁を設け、比重差により比重の大なる液化炭酸ガスをタンクの下部へ、比重の小なる大気をタンクの上部に分け、逆止弁を「開」とすることにより大気を放出する。
【００３１】
始動後においては、センサ５３はパイプ３３ｎとパイプ３３ａを流れる炭酸ガス３５ａの濃度を検知している（Ｓ２）。この炭酸ガス３５ａの濃度が設定範囲内であるときは、循環切替信号を発する（Ｓ３）。この循環切替信号により三方切替弁５４が作動し、パイプ３３ｎ・パイプ３３ｂ間を「開」としパイプ３３ａ・パイプ３３ｂを間を「閉」とする「第２開」の状態にする（Ｓ４）。以降は上記した一連のステップが繰返され、エンジンが連続的に作動する。
【００３２】
炭酸ガスはパイプ３３を通って開弁された給気口１３、１０７、１１７より密室内に高圧状態３５ａで供給され、常圧状態で排出・回収される。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。
【００３３】
次に本願発明に用いられる炭酸ガスエンジン１について説明する。図３は炭酸ガスエンジン１をロータリ型炭酸ガスエンジンとする場合である。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１１５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。上記ハウジング１０１の上部周壁に上記内室１０３に通ずる給気口１１７を設け、対向する側の周壁に排気口１１９を開口する。本実施例の場合、該排気口１１９は上記給気口１１７を通る直径線ｆよりやや２次作動室１２２側に位置するように設ける。図示例では直径線ｆに対し角度αが約１５°程度としてある。
【００３４】
上記ロータ１１５は図４に示すような略楕円形状の板体からなり、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１１６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１１５の輪郭には、図４に示すように、圧力保持のための圧力シール１１５ａを設ける。該圧力シール１１５ａはオイルシールも兼ねる。上記ハウジング１０１の上部周壁には給気口１１７を被覆するバルブ室１２４を設け、該バルブ室１２４に上下動自在の給気弁１２５を設ける。該給気弁１２５の弁軸１２７には上記バルブ室１２４を閉塞する方向に付勢されるスプリング１２９を巻着する。１３１は上記ロータ１１５に連動するカムであり、該カム１３１により上記給気弁１２５を開閉する。１３０はスプリングカバーである。
【００３５】
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１１５がロータ軸１１６を中心にして矢示する一方向に回転する。上記内室１０３は上記ロータ１１５の回転に伴ない、１次作動室１２１、２次作動室１２２に区画・形成される。上記各作動室１２１、１２２は上記ロータ１１５の作動面ａ，ｂ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。
【００３６】
吸入膨張行程は炭酸ガス３５ａが１次作動室１２１内に供給され、上記ロータ１１５のいずれかの作動面ａ又はｂを押圧する行程で、このとき給気口１１７は「開」、排気口１１９は「閉」となっている（図３Ａ）。膨張排出行程はロータ１１５の回転に与り大気圧状態となった炭酸ガス３５ｂが排気口１１９より外部に排出される行程で、このとき給気口１１７は「閉」、排気口１１９は「開」となっている（図３Ｂ）。大気圧保持行程は、給気口１１７が「閉」、排気口１１９が「開」であり、内室１０３内が作動室１２１、１２２ともに大気圧となった炭酸ガス３５ｂを大気圧状態に保持する行程であり、これによりロータ１１５の回転に円滑性を付与する（図３Ｃ）。
【００３７】
図５及び図６のロータリ型炭酸ガスエンジンはロータが図７で示すような三面ロータの場合である。図５はハウジングが正円形の場合、図６は楕円形の場合である。図５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１０９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。
【００３８】
上記ロータ１０５は丸みを帯びた正三角形状の板体からなり、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７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。
【００３９】
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を中心にして矢示する一方向に回転する。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。
【００４０】
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５Ａ）。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５Ｂ）。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、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５Ｃ）。
【００４１】
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く、楕円形であってもよい。後者の場合例えば図６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１２６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が挿通される。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）と噛合する。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７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。
【００４２】
図８は炭酸ガスエンジン１たるレシプロ型炭酸ガスエンジンを示す。炭酸ガスエンジン１を構成するシリンダ２はアルミニウム合金製のシリンダヘッド３とアルミニウム合金製のシリンダ本体５とからなり、シリンダヘッド３がシリンダ本体５に分解可能に固着される。該シリンダ本体５内にはアルミニウム合金製ピストン７が往復動可能に摺接される。上記シリンダ本体５の上部には上記シリンダヘッド３と上記ピストン７とによって密閉構造とされる内室９が形成される。上記シリンダ本体５の側壁にはピストン７の下死点Ｄ時に開口する排気口１１が設けられる。上記シリンダヘッド３には給気口１３が開口され、該給気口１３に上下動自在の給気弁１５を設ける。該給気弁１５の弁軸１７には上記給気口１３を閉塞する方向に付勢されるスプリング１９を巻着する。２１は上記ピストン７に連動するカムであり、該カム２１により上記給気弁１５の開閉をする。２３はコネクティングロッドであり、上記ピストン７とクランクシャフト２５とを連結する。該クランクシャフト２５の一端にはフライホイール２７が取り付けられている。２６は該クランクシャフト２５のバランスウェイトを示す。２０はスプリングカバーである。２９ａは圧力リングであり、上記内室９を密閉するため上記ピストン７の上部に取り付けられる。２９ｂはオイルリングである。
【００４３】
次に図９に基づき本願発明の作動原理を説明する。図９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化した図である。図９のＡ１（図３（Ａ））及び図９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９のＢ１及び図９のＢ２（図３（Ｂ））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９のＣは大気圧保持行程を示し、図３（Ｃ）の直前の状態であり、このときの内室１０３は大気圧（１気圧）となる。図９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。
【００４４】
炭酸ガス３５ａは初期タンク３１又は循環タンク７３よりパイプ３３ａ〜３３ｃを経、加熱部５６により加熱されて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が、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９に基づいて説明してみる。
【００４５】
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９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が、ロータ１１５が図９のＡ２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」となるため膨張が一旦終了する。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９のＡ１及び図９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。
【００４６】
図９のＢ１及び図９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調整タンク７２由来の圧力調整用炭酸ガスＧ（図２示す）が排気口から内室内に流入するため大気圧になるので炭酸ガス３５ａは爆発的に膨張する。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面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１１５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に向かっ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９のＢ１では他面（ｂ面）側の圧力が大気圧であり、図９のＢ２（図３（Ｂ））ではａ、ｂ両面側とも大気圧である。
なお、この膨張排出行程において炭酸ガス３５ｂは排気口１１９より噴出状態で排出されるので、この排出時の噴出力によりパイプ内を圧送される。
【００４７】
次いで図９のＢ２に示す膨張排出行程の終了時から図９のＣ及び図３（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９のＤ（図３（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、今度はロータ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。
【００４８】
かく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。
【００４９】
図５及び図６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３５ａ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。図３に示す二面ロータの場合と異なるのは給気弁１２５がないことであるが、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。
【００５０】
図５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５（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。
【００５１】
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５（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１０９に向かって急激に移動する。よっ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の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１０９より噴出する。
【００５２】
さらにロータ１０５が図５（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。
【００５３】
ロータ１０５はさらに回転し図５（Ａ）に示す位置となる。かくして炭酸ガス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、これによるエネルギを適宜手段により取り出す。
【００５４】
図８に示すレシプロ型炭酸ガスエンジンの場合の作動原理も上記と同様であり、炭酸ガス３５ａ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。ピストン７の下降により吸入膨張行程となり、内室９内は「亜膨張」となる。続いて排気口１１の「開」の開始から図８（Ｃ）に示す「全開」を経て排気口１１の「開」の終了まで膨張排出行程が続き、高圧状態の炭酸ガス３５ａが大気圧に曝され爆発的に膨張する「連鎖膨張」となる。続いてピストンの上昇による排気口１１の「閉」となるまで大気圧保持行程となる。この連鎖膨張の膨張力によりピストン７が作動する。
【００５５】
図８に基づき炭酸ガスエンジン１の動きを詳しくみてみる。まず、図示しないスタータモータにより、カム２１を回転させる。するとカム２１に連動してピストン７が図８（Ａ）に示すように下降するとともに、カム２１により給気弁１５が押圧される。すると図８（Ｂ）に示すように、スプリング１９の付勢力に抗して給気弁１５が「開」となる。このときピストン７は上死点Ｕに位置している。次いでカム２１がさらに回転すると、回転後すぐに給気弁１５の押圧が解除されるから、給気弁１５はスプリング１９の付勢力により「閉」となる。図８（Ｃ）はピストン７が下死点Ｄまで下降した状態を示す。
【００５６】
この上死点Ｕから下死点Ｄに移行する過程を詳しくみる。給気弁１５が「閉」となると、密室内では高圧状態（例えば６０気圧）で供給された炭酸ガス３５ａ（気体）は、内室９という限られた空間内において１気圧の大気圧下に曝されるからその体積を膨張させる。この膨張は「亜膨張」である。この体積膨張による力はピストン７に伝動され、ピストン７を下降させるとともに、この力はクランクシャフト２５の一端に固着されているフライホイール２７にも伝動する。ピストン７が下死点Ｄに達すると、フライホイール２７に伝動している上記力に起因する慣性力によりピストン７は上昇過程に移行する。
【００５７】
図８（Ｃ）に示すように下死点Ｄ時において内室９の排気口１１は「開」となるので、ピストン７の押下げに与った炭酸ガス３５ａは、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、排気口１１より噴出する。この連鎖膨張の膨張力によりピストン７が作動する。次いで上昇過程に移行したピストン７の上死点Ｕ時においてはすべての炭酸ガス３５ｂが排気される。
【００５８】
かくして、炭酸ガス３５ａの体積膨張力と上記慣性力とにより、ピストン７は上記した下降過程及び上昇過程を連続的に繰り返す。よって、炭酸ガスエンジンのピストン７は連続的に往復動するから、これによるエネルギを適宜手段により取り出す。
【００５９】
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が、本願発明による炭酸ガスエンジンの各行程は連続している。
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エンジンに適用することはできないのである。
【００６０】
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、ロータ面にか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いては圧縮行程は必ずしも必要でなく、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」を起こすからである。この結果、排気口１１９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。
【００６１】
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、ロータ面にか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からであり、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く、いずれでもロータは回転するのである。
【００６２】
本願発明による発電システムは上記した循環式内圧機関により発電機を作動し発電するシステムである。この場合、炭酸ガスエンジン１は出力の大なる大規模のものが用いられる。また炭酸ガス液化部も大量の炭酸ガスを容易迅速に処理できるよう３段以上の多段にするのが望ましい。
【００６３】
ここで炭酸ガス３５について詳しく説明する。炭酸ガス（二酸化炭素 ＣＯ2）は次のような物理的性状を有する。
空気との比重 １．５２９
毒性 無
臭 無臭
性状 不燃性
分子量 ４４．０１
三重点（０．５３ＭＰａ） −５６．６℃
沸点（昇華） −７８．５℃
臨界温度 ３１．１℃
臨界圧 ７．３８ＭＰａ
熱力学的性質 図１０の通り
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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９、１次作動室１１１、１２１内に供給される炭酸ガス３５ａが常温（２５℃）の場合、該炭酸ガス３５ａの圧力は図１０より６．４３２MPa（６４．３２気圧）であるから、大気圧（１気圧）の内室９、１次作動室１１１、１２１内にあるピストン７、ロータ１０５、１１５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。
【００６７】
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。
【００６８】
（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（Ｃ8Ｈ18）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次の通りである。
化学式 Ｃ8Ｈ18
比重 ｄ＝0.7
分子量 Ｍ＝114.0
燃焼熱 10200kcal/kg＝10200×114/1000×4.186≒4868kJ/mol
【００６９】
オクタンの燃焼反応式は（１）式の通りである。
【数１】
（１）式よりオクタン１mol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。
【００７０】
（ガス比容Ｖ0の計算）
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１molの占める容積は２２．４lとなる。従って、ガス比容Ｖ0は（１）式から
【数２】
となる。
【００７１】
（燃焼温度Ｔ1の計算）
爆発温度Ｔ1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要となる。ここでは、定容比熱のみ不明であるが、ＴＮＴのような火薬類と同じとしてみる。
【００７２】
爆発温度Ｔ1は（２）式によって求めることができる。
【数３】
なお、生成ガスの平均定容比熱が約４０J/℃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。
【００７３】
（２）式より爆発温度Ｔ1は
【数４】
従って
【数５】
【００７４】
つまり、１kgのオクタンは、爆発すると７４３０(K)（約７１００℃）で、９０９００(l)を占める。反応前の容積は１０００／０．７＝１４３０(ml)であるから、反応前の温度を０℃とした場合の膨張率は
【数６】
となる。
【００７５】
しかしながら上記値は、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っている。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いのである。
【００７６】
（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×（７９／２１）＝４７．０mol
となる。したがって、燃焼反応式は
【数７】
となる。
【００７７】
オクタン１mol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４７．０molが存在する。
【００７８】
生成ガスを理想気体と仮定しているので、標準状態で１molの占める容積は２２．４lとなる。したがって、ガス比容Ｖ0は（３）式から、
【数８】
となる。
【００７９】
（空気を考慮した燃焼温度Ｔ1の計算）
燃焼温度Ｔ1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要となる。ここでは、定容比熱のみ不明であるが、ＴＮＴのような火薬類と同じとしてみる。燃焼温度Ｔ1は次式によって求めることができる。
【数９】
【００８０】
（４）式より爆発温度Ｔ1は
【数１０】
従って、
【数１１】
【００８１】
つまり１kg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、２１７５（K）（約１９００℃）で１００１８５(l)を占める。反応前の容積は
（１２．５＋４７）×２２．４＋１／０．７＝１３３４(l)であるから、反応前の温度を０℃とした場合の膨張率は１００１８５／１３３４≒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筈である。
【００８２】
（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(l)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、２０００×２×６０（ストローク／h）となる。また、上記エンジンのボアストロークが直径８６mm、ストローク８６mmよりシリンダ室内の容積は
Ｓ＝（８．６）×（４．３）2×π＝５００（cm3）
となる。
【００８３】
これは１ストロークあたりでは
４０００(ml)／（２０００×２×６０）＝１／６０(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。
【００８４】
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）／Ｖｂであるので、９Ｖｂ＝Ｖｂ＋５００となり、これを解くと
Ｖｂ＝６２．５(ml)となる。
【００８５】
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１／６０(ml)（＝１６．７×１０-3(ml)＝１．０２５×１０-4(mol)のガソリンが空気約５６０(ml)（酸素５．２５×１０-3(mol)と窒素１９．７５×１０-3(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
1.025×10-4×12.5＝1.281×10-3
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）×１０-3＝１．９７×１０-3(mol)、１９．７５×１０-3(mol)
となる。
【００８６】
また、発生するガスと熱量は、
Ｈ2Ｏ：1.025×10-4×9＝9.225×10-4(mol)
ＣＯ2：1.025×10-4×8＝8.200×10-4(mol)
Ｑ＝1.025×10-4×4868＝0.499kJ
である。
【００８７】
燃焼温度Ｔ1を求めるには、前記のように生成ガスのモル数、発熱量、生成ガスの定容比熱が必要となる。ここでは、定容比熱のみ不明であるが、ＴＮＴのような火薬類と同じとしてみる。燃焼温度Ｔ1は前記のように次式によって求めることができる。
【数１２】
【００８８】
（４’）より燃焼温度Ｔ1は
【数１３】
【００８９】
つまり、２０００ccのエンジンでは瞬間的に燃焼したとして、８０５(K)（約５３２℃）で２３．５×１０-3(mol)（＝９．２２５×１０-4＋８．２００×１０-4＋１９．７×１０-4＋１９７．５×１０-4）のガスが、６２．５(ml)を占める。
【００９０】
このときの、圧力Ｐ1を計算してみると、理想気体として状態方程式から
【数１４】
である。
【００９１】
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、
Ｐ1Ｖ0＝一定であるから、９倍に膨張したときの圧力Ｐ2は
Ｐ2＝Ｐ1/9＝24.8/9＝2.7(atm)
となる。
【００９２】
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。
【００９３】
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℃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。
【００９４】
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いから、燃料資源に起因する資源の枯渇や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。しか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。
【００９５】
本願発明による循環式内圧機関によれば、密室（内室９、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℃）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１molま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。
【００９６】
上記エネルギの取出しにおいて、循環回路を構成することにより排出された炭酸ガスを回収して再利用するから、エネルギ効率を非常に増大することができる。
【００９７】
また、炭酸ガス３５ａの常温液化性及び高度の体積膨張性により、密室（内室９、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く、制御性が大である。よって高度の実用性を有する。
【００９８】
炭酸ガス３５の体積膨張率と温度とは相関関係にあり、内室９、１０３、１２３、１次作動室１１１、１２１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５６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。
【００９９】
この点につき、図１０及びボイル・シャルルの法則により内室９、１０３、１２３、１次作動室１１１、１２１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。
【０１００】
ボイル・シャルルの法則は一定量の気体ではＰＶ／Tは常に一定の値となるという法則で、
【数１５】
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を経由して大気圧（２５℃）・気体状態にて上記内室９、１０３、１２３に供給されるから、内室９、１０３、１２３の内圧は内室９、１０３、１２３が５０℃に加熱される場合次の如く算出される。ただし、内室９、１０３、１２３の容量を２０ccとする。
【数１６】
【０１０１】
また内室９、１０３、１２３、１次作動室１１１、１２１が１００℃に加熱される場合、内室９、１０３、１２３、１次作動室１１１、１２１の内圧は次の算出値となる。
【数１７】
【０１０２】
よって内室９、１０３、１２３、１次作動室１１１、１２１が加熱部５６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。
【０１０３】
本願発明は上記した実施の形態に限定されない。例えば、加熱部（５６）の設置部位は、高圧状態の炭酸ガス３５ａが炭酸ガスエンジン１に供給される前に加熱される部位であれば、必ずしも供給系経路３４Ａのパイプ接続の中に設けられなくてもよい。例えば、炭酸ガスエンジン１自体に加熱部（１３７）を設けてもよい。図１１はそのような場合を例示したものである。
【０１０４】
図１１において、ハウジング１０１はアルミニウ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からなる加熱部１３７を設ける。上記ハウジングカバー１３９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１４５、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１４７が連結される。上記熱風供給パイプ１４５、上記熱風排出パイプ１４７は別に設ける圧縮機１４９に循環可能に連結される。なお、図１１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い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い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。
【０１０５】
また、図１の回路において炭酸ガスエンジン１を図１１に示すような加熱部１３７を有するエンジン１に置換することも可能である。かかる場合、エンジンシリンダを構成する金属製の各部やエンジンオイルへの低温による悪影響を排除する利益がある。
【０１０６】
炭酸ガス液化部の多段化は、前機による吸引と後機による圧送とのセットとし、両者の相乗作用により炭酸ガスの圧縮液化の処理能力を炭酸ガスの量に応じて容易に増大させる趣旨であるから、所望の出力に応じて、例えば図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように炭酸ガス液化部６９ａ、６９ｂ、６９ｃを３個以上の多段にすることができる。もちろん所望の大出力を得られるのであれば、単一機であることを妨げない。
【０１０７】
また複数個の炭酸ガス液化部の相互の接続は、例えば図１２（Ａ）に示すように直列接続はもとより、例えば図１２（Ｂ）に示すように並列接続にすることもできる。
【０１０８】
また１次炭酸ガス液化部６９ａ及び２次炭酸ガス液化部６９ｂの駆動力は、その１として、上記実施態様で述べた大気圧に曝され連鎖膨張し排出される炭酸ガスの噴出力及びベルト５８ａ、５８ｂにより伝動される炭酸ガスエンジン１からの駆動力、その２として前者（炭酸ガスの噴出力）のみの駆動力、その３として後者（ベルト５８ａ、５８ｂにより伝動される炭酸ガスエンジン１からの駆動力）のみのの駆動力の３パターンがある。つまり、ベルト５８ａ、５８ｂにより伝動される炭酸ガスエンジン１からの駆動力は場合によりあってもなくてもよい。
【０１０９】
循環タンク７３を１次と２次に分けると、炭酸ガスエンジン１制御のための炭酸ガス３５ａの流量調整が円滑になることが期待され望ましい。
【０１１０】
初期始動を循環タンク７３の残溜分より取り出し、初期タンク３１を設けないこととしてもよい。
【０１１１】
炭酸ガスを液化するための炭酸ガス液化部による加圧は、温度等の外部環境によって適宜に選択され、例えば４０気圧位でも可能である。
【０１１２】
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。
【０１１３】
循環式内圧機関及び発電システムを構成する炭酸ガスエンジン１の種類は任意である。また炭酸ガスエンジン１を構成する素材も鉄その他適宜に選択することができる。
【０１１４】
レシプロ型炭酸ガスエンジンの場合、内室９に設ける給気弁１５は、図示例とは反対に、内室９を外側から給気弁１５の弁蓋により閉塞または開放するようにしてもよい。また給気弁１５の設置はシリンダ本体５の側壁であってもよい。さらにカム機構は他の公知のものも適用可能であり、例えばスプリングを要しないカム機構も考えられる。
【０１１５】
取り出したエネルギの適用は任意であり、発電機の駆動乃至発電はもちろん、例えば自動車、電車、航空機、船舶等の駆動、モータの駆動等をすることができる。
【０１１６】
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６０気圧である。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本願発明は例えば、発電、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。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本願発明による循環式内圧機関及び発電システムの回路構成図を示す。
【図２】本願発明による循環式内圧機関及び発電システムの動作ステップを示すフローチャートである。
【図３】本願発明に使用する内圧機関の実施例を示す。
【図４】ロータの実施例を示す概略斜視図である。
【図５】本願発明に使用する内圧機関の他の実施例を示す。
【図６】本願発明に使用する内圧機関のさらに他の実施例を示す。
【図７】ロータの他の実施例を示す概略斜視図である。
【図８】本願発明に使用する内圧機関のさらに他の実施例を示す。
【図９】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１０】炭酸ガスの熱力学的性質を示す表である。
【図１１】本願発明に使用する内圧機関のさらに他の実施例を示す。
【図１２】（Ａ）は本願発明に使用する炭酸ガス液化部の接続例、（Ｂ）は他の接続例を示す。
【符号の説明】
【０１１９】
１ 炭酸ガスエンジン
２ シリンダ
３ シリンダヘッド
５ シリンダ本体
７ ピストン
９ 内室
１１ 排気口
１３ 給気口
１５ 給気弁
１７ 弁軸
１９ スプリング
２０ スプリングカバー
２１ カム
２３ コネクティングロッド
２５ クランクシャフト
２６ バランスウェイト
２７ フライホイール
２９ａ 圧力リング
２９ｂ オイルリング
３１ 初期タンク
３３ パイプ
３４ 循環回路
３４Ａ 供給経路
３４Ｂ 回収経路
３５ 炭酸ガス
３５ａ 炭酸ガス
３５ｂ 炭酸ガス
５１ 切替弁
５３ センサ
５４ 三方切替弁
５５ 流量制御弁
５６ 加熱部
５７ 冷却部
５８ａ ベルト
５８ｂ ベルト
６３ 逆止弁
６５ 大気乾燥部
６８ 分離部
６９ａ １次炭酸ガス液化部
６９ｂ ２次炭酸ガス液化部
７１ 炭酸ガス単離部
７３ 循環タンク
７５ 逆止弁
７７ 逆止弁
１０１ ハウジング
１０２ 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 給気口
１０９ 排気口
１１１ １次作動室
１１２ ２次作動室
１１３ ３次作動室
１１５ ロータ
１１５ａ オイルシール兼用圧力シール
１１６ ロータ軸
１１７ 給気口
１１９ 排気口
１２１ １次作動室
１２２ ２次作動室
１２３ 内室
１２３ａ １次作動室
１２３ｂ ２次作動室
１２３ｃ ３次作動室
１２４ バルブ室
１２５ 給気弁
１２６ ロータ
１２６ａ ロータ孔
１２６ｂ ロータ軸
１２７ 弁軸
１２９ スプリング
１３０ スプリングカバー
１３１ カム
１３７ 加熱部
１３９ ハウジングカバー
１４１ 熱風供給口
１４３ 熱風排出口
１４５ 熱風供給パイプ
１４７ 熱風排出パイプ
１４９ 圧縮機
ａ 作動面
ｂ 作動面
ｃ 作動面
Ｇ 常圧炭酸ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動する炭酸ガスエンジンと、上記炭酸ガスエンジンの排気口側の炭酸ガスの圧力を大気圧にする炭酸ガス常圧化手段と、上記炭酸ガスエンジンに供給される高圧状態の炭酸ガスを加熱する加熱部と、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて液化する炭酸ガス液化部と、液化炭酸ガスを貯溜する循環タンクとからなり、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成することを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項２】
請求項１記載の循環式内圧機関において、上記循環回路が上記炭酸ガスエンジンに高圧状態の炭酸ガスを供給する供給系経路と、上記炭酸ガスエンジンから排出される常圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項３】
請求項２記載の循環式内圧機関において、上記加熱部が上記供給系経路に設けられることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項４】
請求項２記載の循環式内圧機関において、上記加熱部が上記炭酸ガスエンジンに設けられることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項５】
請求項１記載の循環式内圧機関において、上記炭酸ガス液化部が複数からなり、各炭酸ガス液化部が上記冷却部に接続されることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項６】
請求項５記載の循環式内圧機関において、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に直列接続されることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項７】
請求項５記載の循環式内圧機関において、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に並列接続されることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項８】
請求項１記載の循環式内圧機関において、上記循環回路の供給系経路と回収系経路との接点に三方切替弁を設け、該三方切替弁を介して初期タンクを連結し、供給系のパイプ及び回収系のパイプに送給されてくる液化炭酸ガスの液化純度を検知するセンサを設け、該センサは上記液化純度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発することを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項９】
請求項１記載の循環式内圧機関において、上記炭酸ガスエンジンがロータリー型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項１０】
請求項１記載の循環式内圧機関において、上記炭酸ガスエンジンがレシプロ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項１１】
高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動する炭酸ガスエンジンと、上記炭酸ガスエンジンの排気口側の炭酸ガスの圧力を大気圧にする炭酸ガス常圧化手段と、上記炭酸ガスエンジンに供給される高圧状態の炭酸ガスを加熱する加熱部と、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて液化する炭酸ガス液化装置と、液化炭酸ガスを貯溜する循環タンクとからなり、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成し、上記炭酸ガスエンジンにより発電することを特徴とする発電システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の発電システムにおいて、上記循環回路が上記炭酸ガスエンジンに高圧状態の炭酸ガスを供給する供給系経路と、上記炭酸ガスエンジンから排出される常圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなることを特徴とする発電システム。
【請求項１３】
請求項１２記載の発電システムにおいて、上記加熱部が上記供給系経路に設けられることを特徴とする発電システム。
【請求項１４】
請求項１２記載の発電システムにおいて、上記加熱部が上記炭酸ガスエンジンに設けられることを特徴とする発電システム。
【請求項１５】
請求項１１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス液化部が複数からなり、各炭酸ガス液化部が上記冷却部に接続されることを特徴とする発電システム。
【請求項１６】
請求項１５記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に直列接続されることを特徴とする発電システム。
【請求項１７】
請求項１５記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に並列接続されることを特徴とする発電システム。
【請求項１８】
請求項１１記載の発電システムにおいて、上記循環回路の供給系経路と回収系経路との接点に三方切替弁を設け、該三方切替弁を介して初期タンクを連結し、供給系のパイプ及び回収系のパイプに送給されてくる液化炭酸ガスの液化純度を検知するセンサを設け、該センサは上記液化純度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発することを特徴とする発電システム。
【請求項１９】
請求項１１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがロータリー型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする発電システム。
【請求項２０】
請求項１１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがレシプロ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする発電システム。
【請求項１】
高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動する炭酸ガスエンジンと、上記炭酸ガスエンジンの排気口側の炭酸ガスの圧力を大気圧にする炭酸ガス常圧化手段と、上記炭酸ガスエンジンに供給される高圧状態の炭酸ガスを加熱する加熱部と、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて液化する炭酸ガス液化部と、液化炭酸ガスを貯溜する循環タンクとからなり、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成することを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項２】
請求項１記載の循環式内圧機関において、上記循環回路が上記炭酸ガスエンジンに高圧状態の炭酸ガスを供給する供給系経路と、上記炭酸ガスエンジンから排出される常圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項３】
請求項２記載の循環式内圧機関において、上記加熱部が上記供給系経路に設けられることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項４】
請求項２記載の循環式内圧機関において、上記加熱部が上記炭酸ガスエンジンに設けられることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項５】
請求項１記載の循環式内圧機関において、上記炭酸ガス液化部が複数からなり、各炭酸ガス液化部が上記冷却部に接続されることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項６】
請求項５記載の循環式内圧機関において、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に直列接続されることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項７】
請求項５記載の循環式内圧機関において、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に並列接続されることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項８】
請求項１記載の循環式内圧機関において、上記循環回路の供給系経路と回収系経路との接点に三方切替弁を設け、該三方切替弁を介して初期タンクを連結し、供給系のパイプ及び回収系のパイプに送給されてくる液化炭酸ガスの液化純度を検知するセンサを設け、該センサは上記液化純度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発することを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項９】
請求項１記載の循環式内圧機関において、上記炭酸ガスエンジンがロータリー型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項１０】
請求項１記載の循環式内圧機関において、上記炭酸ガスエンジンがレシプロ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項１１】
高圧状態で供給される炭酸ガスが大気圧になるときの体積膨張による力により作動子を駆動する炭酸ガスエンジンと、上記炭酸ガスエンジンの排気口側の炭酸ガスの圧力を大気圧にする炭酸ガス常圧化手段と、上記炭酸ガスエンジンに供給される高圧状態の炭酸ガスを加熱する加熱部と、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて液化する炭酸ガス液化装置と、液化炭酸ガスを貯溜する循環タンクとからなり、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成し、上記炭酸ガスエンジンにより発電することを特徴とする発電システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の発電システムにおいて、上記循環回路が上記炭酸ガスエンジンに高圧状態の炭酸ガスを供給する供給系経路と、上記炭酸ガスエンジンから排出される常圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなることを特徴とする発電システム。
【請求項１３】
請求項１２記載の発電システムにおいて、上記加熱部が上記供給系経路に設けられることを特徴とする発電システム。
【請求項１４】
請求項１２記載の発電システムにおいて、上記加熱部が上記炭酸ガスエンジンに設けられることを特徴とする発電システム。
【請求項１５】
請求項１１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス液化部が複数からなり、各炭酸ガス液化部が上記冷却部に接続されることを特徴とする発電システム。
【請求項１６】
請求項１５記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に直列接続されることを特徴とする発電システム。
【請求項１７】
請求項１５記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス液化部は上記冷却部に並列接続されることを特徴とする発電システム。
【請求項１８】
請求項１１記載の発電システムにおいて、上記循環回路の供給系経路と回収系経路との接点に三方切替弁を設け、該三方切替弁を介して初期タンクを連結し、供給系のパイプ及び回収系のパイプに送給されてくる液化炭酸ガスの液化純度を検知するセンサを設け、該センサは上記液化純度が設定範囲内に満たないときは初期切替信号を発し、設定範囲内であるときは循環切替信号を発することを特徴とする発電システム。
【請求項１９】
請求項１１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがロータリー型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする発電システム。
【請求項２０】
請求項１１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがレシプロ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２１５２７１（Ｐ２００８−２１５２７１Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５６２５８（Ｐ２００７−５６２５８）
【出願日】平成１９年３月６日（２００７．３．６）
【特許番号】特許第４０４２８２３号（Ｐ４０４２８２３）
【特許公報発行日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（３０００４５２４８）有限会社新科学開発研究所 (18)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月６日（２００７．３．６）
【特許番号】特許第４０４２８２３号（Ｐ４０４２８２３）
【特許公報発行日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（３０００４５２４８）有限会社新科学開発研究所 (18)
【Ｆターム（参考）】
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