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、上記炭酸ガスエンジン１に高圧状態の炭酸ガス３５ａを供給する供給系経路３４Ａと、上記炭酸ガスエンジン１から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを回収する回収系経路３４Ｂとからなり、上記供給系経路３４Ａと回収系経路３４Ｂを接続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、上記炭酸ガスエンジン１に高圧状態の炭酸ガス３５ａを供給する供給系経路３４Ａと、上記炭酸ガスエンジン１から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを回収する回収系経路３４Ｂとからなり、上記供給系経路３４Ａと回収系経路３４Ｂを接続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。また原子力利用は公害乃至環境問題や安全性の点で懸念がある。
【０００６】
このようにエネルギー源の確保が重要である反面、炭酸ガスの増大による弊害とくに地球温暖化問題が指摘されている。日本の炭酸ガス排出量は全世界の５％を占めると言われ、毎年約３８１００万トンもの膨大な量の炭酸ガスが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文献である。
【特許文献１】特許第３９２９４７７号
【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、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ことである。
【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大気圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなり、上記供給系経路と回収系経路を接続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、高圧状態の炭酸ガスが炭酸ガスエンジンの内室に接せられる大気により大気圧にな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、高圧状態の炭酸ガスが圧力調整装置により大気圧にな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大気圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなり、上記供給系経路と回収系経路を接続して炭酸ガスが循環する循環回路を構成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４記載の発電システムにおいて、高圧状態の炭酸ガスが炭酸ガスエンジンの内室に接せられる大気により大気圧になることを特徴とする。
また、請求項４記載の発電システムにおいて、高圧状態の炭酸ガスが圧力調整装置により大気圧にな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。
【００１８】
（第１実施例）
図１及び図２は本願発明の第１実施例を示す。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１１、図１３及び図１５に例示するロータリ型炭酸ガスエンジン又は図１７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、１５５であり、後者の場合作動子はピストン７である。本実施例の場合炭酸ガスエンジン１はロータ軸１１６、１０６、１０２の軸受部を介して内室１０３に接せられる大気により大気圧となる。
【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、液体状態のバージン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の供給口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の排出口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次炭酸ガス圧縮部６９ａと、該１次炭酸ガス圧縮部６９ａにて加圧・圧縮される炭酸ガス３５ａ’が送給され、送給されてくる上記炭酸ガス３５ａ’を例えば−３０℃の排気の気化熱等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３５ａ’をさらに加圧・圧縮する２次炭酸ガス圧縮部６９ｂと、上記２次炭酸ガス圧縮部６９ｂから送給されてくる炭酸ガス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次炭酸ガス圧縮部６９ａとはパイプ３３ｈにより、上記１次炭酸ガス圧縮部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次炭酸ガス圧縮部６９ｂとはパイプ３３ｋにより、上記２次炭酸ガス圧縮部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。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には炭酸ガス３５ａの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炭酸ガス３５ａの純度を常に検知し、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。
【００２３】
炭酸ガスエンジン１から排出される炭酸ガスが冷却部５７に回収される際、炭酸ガスは気化熱等により−３０℃位に冷却される。この排出炭酸ガスは大気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ので、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次炭酸ガス圧縮部６９ａまで圧送される。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。
【００２４】
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等により例えば−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次炭酸ガス圧縮部６９ａにてすべての量を圧縮処理しきれなかった炭酸ガス３５ａ’が復路のパイプ３３ｊ中に流れてくる。よってかかる炭酸ガス３５ａ’を上記−３０℃の排出炭酸ガスの気化熱等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次炭酸ガス圧縮部６９ｂによる炭酸ガス３５ｂの圧縮のための負荷エネルギを小とすることが可能となる。
【００２５】
この点をもう少し詳しく説明する。炭酸ガス圧縮部を構成する１次炭酸ガス圧縮部６９ａ及び２次炭酸ガス圧縮部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。これが炭酸ガス圧縮部を複数とする実質的な理由である。
【００２６】
冷却部５７には、高圧の炭酸ガス３５ａが常圧の炭酸ガス３５ｂになって排出口１１９、１０９、１１よりパイプ３３ｅを経て回収されるのであるが、このとき当初冷却部５７内に混入している大気は計測ができない程の極く微量であるので、この大気が以降の炭酸ガス３５ａ、３５ｂの循環に混入していてもエンジン１の作動にとって実質上全く問題ないことが最近の実験で判明した。炭酸ガスは外界の大気より比重が大であり、かつ、この炭酸ガス３５ａが高圧状態で下方に移動し排出口１１９、１０９、１１より噴出する。このため排出口１１９、１０９、１１付近の圧力不均衡部Ｐ0で炭酸ガス３５ａが大気圧になっても、同圧の外界の大気は内室１０３、９内に流入してこない。よって冷却部５７に回収される大気圧となった炭酸ガス３５ｂには外界の大気が混入せず、以降の炭酸ガスの循環において大気が混入してこないためと考えられる。よって、大気の混入による実質上の弊害がないので、回収経路３４Ｂに大気を放出するための単離装置を設けなくともよいのである。
【００２７】
初期タンク３１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炭酸ガス３５ａの純度はセンサ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）、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次炭酸ガス圧縮部６９ａに伝動され、該１次炭酸ガス圧縮部６９ａの作動に寄与する。また上記動力はベルト５８ｂにより２次炭酸ガス圧縮部６９ｂに伝動され、該２次炭酸ガス圧縮部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は爆発的に膨張した後排出されるが、この排出時の噴出力により冷却部５７に送給される（Ｓ８）。冷却部５７から出た炭酸ガス３５ｂは分離部６８でオイルを分離されてから（Ｓ１０）、１次炭酸ガス圧縮部６９ａに圧送される（Ｓ９）。該１次炭酸ガス圧縮部６９ａにて圧縮された炭酸ガス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等により冷却される（Ｓ１１）。冷却された炭酸ガス３５ａ’は２次炭酸ガス圧縮部６９ｂに送られ、ここで加圧され炭酸ガス３５ａとされる（Ｓ１２）。次いでこの炭酸ガス３５ａはパイプ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（Ｓ１３）。
【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供給口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】
（第２実施例）
図３は本願発明の第２実施例を示す。第１実施例と異なるのは、次に述べるように炭酸ガスの常圧化の手段が異なることと、炭酸ガスの循環送給手段として回収経路３４Ｂ中に組み込んだポンプ６１を用いる点である。
【００３４】
回収経路３４Ｂは、具体的には、炭酸ガスエンジン１の排出口１１、１０９、１１９から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを回収する回収タンク６７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装置６８と、該分離装置６８による上記分離処理を経た上記排出炭酸ガス３５ｂをタンク６９に圧送するポンプ６１と、上記タンク６９から送給されてくる上記排出炭酸ガス３５ｂを例えば−３０℃の排気の気化熱等にて冷却する冷却装置５７と、上記冷却装置５７から送給されてくる上記排出炭酸ガス３５ｂを高圧（例えば４０気圧）に加圧・圧縮する炭酸ガス圧縮機５９と、上記炭酸ガス圧縮機５９から送給されてくる炭酸ガス３５ｂより空気成分を放出して炭酸ガス３５ａのみ単離する逆止弁７７を設けたタンクからなる単離装置７１と、該単離装置７１から送給されてくる炭酸ガス３５ａを貯溜する圧力容器からなる循環タンク７３とからなり、上記炭酸ガスエンジン１と上記回収タンク６７はパイプ３３ｆにより、上記回収タンク６７と上記分離装置６８とはパイプ３３ｇにより、上記分離装置６８と上記ポンプ６１とはパイプ３３ｈにより、上記ポンプ６１と上記タンク６９とはパイプ３３ｉにより、上記タンク６９と上記冷却装置５７とはパイプ３３ｊにより、上記冷却装置５７と上記炭酸ガス圧縮機５９とはパイプ３３ｌにより、上記炭酸ガス圧縮機５９と上記単離装置７１とはパイプ３３ｍにより、上記単離装置７１上記循環タンク７３とはパイプ３３ｐ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３３ｑにより、各連結されている。
【００３５】
炭酸ガスエンジン１から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂは上記ポンプ６１による吸引及び排出時の噴出力により、上記回収タンク６７内に回収される。上記回収タンク６７にはパイプ３３ｒ、３３ｓにより逆止弁６３及び大気乾燥装置６５が接続される。なお、上記冷却装置５７は、上記パイプ３３ｄと上記パイプ３３ｋとが相互に巻き着くような状態で内蔵され、パイプ３３ｄを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等によりパイプ３３ｋ内を流れる炭酸ガス３５ｂを冷却する。その余の構成は第１実施例と同一であるのでその説明を省略する。
【００３６】
図４に本願発明による循環式内圧機関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炭酸ガス３５ａの純度はセンサ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とパイプ３３ｂを「開」としパイプ３３ｂとパイプ３３ｑ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）、炭酸ガス３５ａはパイプ３３ｃより冷却装置５７のパイプ３３ｄ内を通って（Ｓ６）、パイプ３３ｅより炭酸ガスエンジン１内に供給される（Ｓ７）。
【００３７】
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（図示省略）。このとき同時に上記動力がベルト５８ａにより炭酸ガス圧縮機５９に伝動され、該炭酸ガス圧縮機５９を作動する（Ｓ８）。また上記動力はベルト５８ｂにより圧縮機４９に伝動され、該圧縮機４９を作動する（Ｓ９）。さらに上記動力はベルト５８ｃによりポンプ６１に伝動され、該ポンプ６１を作動する（Ｓ１０）。
【００３８】
上記ポンプ６１は、炭酸ガスエンジン１から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを吸引し、回収タンク６７内に回収する（Ｓ１３）。この回収の際大気乾燥装置６５により水分が除去される（Ｓ１１、Ｓ１２）。次いで炭酸ガス３５ｂよりオイルを分離した後（Ｓ１４）、上記排出炭酸ガス３５ｂをタンク６９に圧送する（Ｓ１５）。タンク６９に送給された排出炭酸ガス３５ｂは、パイプ３３ｊより上記冷却装置５７のパイプ３３ｋに送られ、ここでパイプ３３ｄを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等により冷却される（Ｓ１６）。冷却された炭酸ガス３５ｂは炭酸ガス圧縮機５９に送られ、ここで例えばステップ８で述べた駆動力により４０気圧に加圧された炭酸ガスとされる（Ｓ８）。次いでこの炭酸ガスは単離装置７１に送られ（Ｓ１７）、ここで炭酸ガス以外の空気成分を放出する（Ｓ１８）。かくして高純度となった炭酸ガス３５ａは循環タンク７３に送られ、該循環タンク７３に貯溜される（Ｓ１９）。
【００３９】
始動後においては、センサ５３はパイプ３３ｑ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３３ｑとパイプ３３ｂを「開」としパイプ３３ａとパイプ３３ｂ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。
【００４０】
ステップ９にて駆動される上記圧縮機４９は、炭酸ガスエンジン１が後述する加熱部を有する場合、熱風供給パイプ４５、熱風排出パイプ４７より炭酸ガスエンジン１に熱風４０ａ、４０ｂを循環供給し（Ｓ２０）、炭酸ガスエンジン１に供給される高圧状態の炭酸ガス３５ａの体積膨張を効率的に行わせる。
【００４１】
（第３実施例）
図５は本願発明の第３実施例を示す。第１実施例と異なるのは、次に述べるように、炭酸ガスの常圧化手段として圧力調整装置を用いる点である。
【００４２】
調整タンク７２は炭酸ガスエンジン１の排気口１１、１０９、１１９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４０気圧）に調整する。
【００４３】
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。その余の構成は第１実施例と同一であるのでその説明を省略する。
【００４４】
図６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炭酸ガス３５ａの純度はセンサ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）、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）。
【００４５】
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次炭酸ガス圧縮部６９ａに伝動され、該１次炭酸ガス圧縮部６９ａの作動に寄与する。また上記動力はベルト５８ｂにより２次炭酸ガス圧縮部６９ｂに伝動され、該２次炭酸ガス圧縮部６９ｂの作動に寄与する。
【００４６】
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）が冷却部５７を経て（Ｓ８〜Ｓ１０）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に送給される（Ｓ１０）。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次炭酸ガス圧縮部６９ａに圧送される（Ｓ１２）。該１次炭酸ガス圧縮部６９ａにて圧縮された炭酸ガス等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等により冷却される（Ｓ１３）。冷却された炭酸ガス等３５ａ’は２次炭酸ガス圧縮部６９ｂに送られ、ここで加圧され炭酸ガス３５ａとされる（Ｓ１４）。この炭酸ガス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次炭酸ガス圧縮部６９ｂと循環タンク７３との間に炭酸ガス単離タンク（図示省略）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。
【００４７】
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。
【００４８】
（第４実施例）
図７は本願発明の第４実施例を示す。第１実施例と異なるのは、次に述べるように炭酸ガスの常圧化の手段が異なることと、炭酸ガスの循環送給手段として回収経路３４Ｂ中に組み込んだポンプ６１を用いる点である。
【００４９】
回収経路３４Ｂは、具体的には、炭酸ガスエンジン１の排出口１１、１０９、１１９から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを回収する回収タンク６７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装置６８と、該分離装置６８による上記分離処理を経た上記排出炭酸ガス３５ｂをタンク６９に圧送するポンプ６１と、上記タンク６９から送給されてくる上記排出炭酸ガス３５ｂを例えば−３０℃の排気の気化熱等にて冷却する冷却装置５７と、上記冷却装置５７から送給されてくる上記排出炭酸ガス３５ｂを高圧（例えば４０気圧）に加圧・圧縮する炭酸ガス圧縮機５９と、上記炭酸ガス圧縮機５９から送給されてくる炭酸ガス３５ａを貯溜する圧力容器からなる循環タンク７３とからなり、上記炭酸ガスエンジン１と上記回収タンク６７はパイプ３３ｆにより、上記回収タンク６７と上記分離装置６８とはパイプ３３ｇにより、上記分離装置６８と上記ポンプ６１とはパイプ３３ｈにより、上記ポンプ６１と上記タンク６９とはパイプ３３ｉにより、上記タンク６９と上記冷却装置５７とはパイプ３３ｊにより、上記冷却装置５７と上記炭酸ガス圧縮機５９とはパイプ３３ｌにより、上記炭酸ガス圧縮機５９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３３ｑにより、各連結されている。
【００５０】
炭酸ガスエンジン１から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂは上記ポンプ６１による吸引及び排出時の噴出力により、上記回収タンク６７内に回収される。上記回収タンク６７にはパイプ３３ｒ、３３ｓにより逆止弁６３及び大気乾燥装置６５が接続される。なお、上記冷却装置５７は、上記パイプ３３ｄと上記パイプ３３ｋとが相互に巻き着くような状態で内蔵され、パイプ３３ｄを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等によりパイプ３３ｋ内を流れる炭酸ガス３５ｂを冷却する。その余の構成は第１実施例と同一であるのでその説明を省略する。
【００５１】
図８に本願発明による循環式内圧機関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炭酸ガス３５ａの純度はセンサ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とパイプ３３ｂを「開」としパイプ３３ｂとパイプ３３ｑ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）、炭酸ガス３５ａはパイプ３３ｃより冷却装置５７のパイプ３３ｄ内を通って（Ｓ６）、パイプ３３ｅより炭酸ガスエンジン１内に供給される（Ｓ７）。
【００５２】
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（図示省略）。このとき同時に上記動力がベルト５８ａにより炭酸ガス圧縮機５９に伝動され、該炭酸ガス圧縮機５９を作動する（Ｓ８）。また上記動力はベルト５８ｂにより圧縮機４９に伝動され、該圧縮機４９を作動する（Ｓ９）。さらに上記動力はベルト５８ｃによりポンプ６１に伝動され、該ポンプ６１を作動する（Ｓ１０）。
【００５３】
上記ポンプ６１は、炭酸ガスエンジン１から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを吸引し、回収タンク６７内に回収する（Ｓ１３）。この回収の際大気乾燥装置６５により水分が除去される（Ｓ１１、Ｓ１２）。次いで炭酸ガス３５ｂよりオイルを分離した後（Ｓ１４）、上記排出炭酸ガス３５ｂをタンク６９に圧送する（Ｓ１５）。タンク６９に送給された排出炭酸ガス３５ｂは、パイプ３３ｊより上記冷却装置５７のパイプ３３ｋに送られ、ここでパイプ３３ｄを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等により冷却される（Ｓ１６）。冷却された炭酸ガス３５ｂは炭酸ガス圧縮機５９に送られ、ここで例えばステップ８で述べた駆動力により４０気圧に加圧された炭酸ガスとされる（Ｓ８）。次いで高純度のこの炭酸ガスはパイプ３３ｍにより循環タンク７３に送られ、該循環タンク７３に貯溜される（Ｓ１７）。
【００５４】
始動後においては、センサ５３はパイプ３３ｑ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３３ｑとパイプ３３ｂを「開」としパイプ３３ａとパイプ３３ｂ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。
【００５５】
ステップ９にて駆動される上記圧縮機４９は、炭酸ガスエンジン１が後述する加熱部を有する場合、熱風供給パイプ４５、熱風排出パイプ４７より炭酸ガスエンジン１に熱風４０ａ、４０ｂを循環供給し（Ｓ１８）、炭酸ガスエンジン１に供給される高圧状態の炭酸ガス３５ａの体積膨張を効率的に行わせる。
【００５６】
（上記実施例の組合せ例）
図９は第１実施例と第４実施例との適宜組合せ例を示す。第１実施例と異なるのは、次に述べるように、炭酸ガスの常圧化手段としてポンプ６１及び圧力調整装置を設置する点である。
【００５７】
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から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを回収する回収タンク６７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装置６８と、該分離装置６８による上記分離処理を経た排出炭酸ガス３５ｂを圧送するポンプ６１と、上記ポンプ６１により送給されてくる上記排出炭酸ガス３５ｂを例えば−３０℃の排気の気化熱等にて冷却する冷却装置５７と、上記冷却装置５７から送給されてくる上記排出炭酸ガス３５ｂを高圧（例えば４０気圧）に加圧・圧縮して炭酸ガス３５ａを製造する炭酸ガス圧縮機５９と、上記炭酸ガス圧縮機５９から送給されてくる炭酸ガス３５ａを貯溜する圧力容器からなる循環タンク７３と、上記回収タンク６７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と上記回収タンク６７はパイプ３３ｆにより、上記回収タンク６７と上記分離装置６８とはパイプ３３ｇにより、上記分離装置６８と上記ポンプ６１とはパイプ３３ｈにより、上記ポンプ６１と上記冷却装置５７とはパイプ３３ｊにより、上記冷却装置５７と上記炭酸ガス圧縮機５９とはパイプ３３ｌにより、上記炭酸ガス圧縮機５９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３３ｑにより、各連結されている。
【００５８】
上記調整タンク７２は炭酸ガスエンジン１の排気口１１、１０９、１１９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４０気圧）に調整する。
【００５９】
上記冷却装置５７は、上記パイプ３３ｄと上記パイプ３３ｋとが相互に巻き着くような状態で内蔵され、パイプ３３ｄを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等によりパイプ３３ｋ内を流れる炭酸ガス３５ｂを冷却する。その余の構成は第１実施例と同一であるのでその説明を省略する。
【００６０】
図１０に本願発明による循環式内圧機関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炭酸ガス３５ａの純度はセンサ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とパイプ３３ｂを「開」としパイプ３３ｂとパイプ３３ｑ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）、炭酸ガス３５ａはパイプ３３ｃより冷却装置５７のパイプ３３ｄ内を通って（Ｓ６）、パイプ３３ｅより炭酸ガスエンジン１内に供給される（Ｓ７）。
【００６１】
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（図示省略）。このとき同時に上記動力がベルト５８ａにより炭酸ガス製造機５９に伝動され、該炭酸ガス製造機５９を作動する（Ｓ８）。また上記動力はベルト５８ｂにより圧縮機４９に伝動され、該圧縮機４９を作動する（Ｓ９）。さらに上記動力はベルト５８ｃによりポンプ６１に伝動され、該ポンプ６１を作動する（Ｓ１０）。
【００６２】
上記ポンプ６１は、炭酸ガスエンジン１から排出される大気圧となった、つまり圧力調整弁７０ａにより常圧に調整された状態の炭酸ガス３５ｂを吸引し、回収タンク６７内に回収する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。次いで炭酸ガス３５ｂよりオイルを分離した後（Ｓ１４）、上記排出炭酸ガス３５ｂを冷却装置５７に圧送する（Ｓ１５）。炭酸ガス３５ｂは、ここでパイプ３３ｄを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等により冷却される（Ｓ１６）。冷却された炭酸ガス３５ｂは炭酸ガス製造機５９に送られ、ここで例えばステップ８で述べた駆動力により４０気圧に加圧され炭酸ガス３５ａとされる（Ｓ８）。この炭酸ガス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（Ｓ１７）。
【００６３】
始動後においては、センサ５３はパイプ３３ｑ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３３ｑとパイプ３３ｂを「開」としパイプ３３ａとパイプ３３ｂ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。
【００６４】
ステップ９にて駆動される上記圧縮機４９は、熱風供給パイプ４５、熱風排出パイプ４７より炭酸ガスエンジン１に熱風４０ａ、４０ｂを循環供給し（Ｓ１８）、炭酸ガスエンジン１に供給される高圧状態の炭酸ガス３５ａの体積膨張を効率的に行わせる。
【００６５】
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１１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はアルミニウム合金製の密閉された円筒からなるハウジング１０１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１５５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に通ずる供給口１１７を設け、対向する側の周壁に排出口１１９を開口する。排出口１１９の設置位置は高圧の炭酸ガス３５ａが常圧の炭酸ガス３５ｂとなる圧力の均衡点の直前とする。本実施例の場合、該排出口１１９は上記供給口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てあり、直径線ｆに対し角度αが約１５°程度としてある。上記排出口１１９は上記供給口１１７より大に形成される。
【００６６】
上記ロータ１５５は図１２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られる。上記ハウジング１０１及び上記ロータ１５５はロータ軸１１６に複数個位相をずらせて通常２個固設されている。上記ロータ１５５の輪郭には、図１２に示すように、圧力保持のための圧力シール１５５ａを設ける。該圧力シール１５５ａはオイルシールも兼ねる。上記ハウジング１０１の上部周壁には供給口１１７を被覆するバルブ室１２４を設け、該バルブ室１２４に上下動自在の供給弁１２５を設ける。該供給弁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１５５に連動するカムであり、該カム１３１により上記供給弁１２５を開閉する。１３０はスプリングカバーである。
【００６７】
上記内室１０３には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１５５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１５５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１５５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。
【００６８】
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１５５のいずれかの作動面ａ又はｂを押圧する行程で、このとき供給口１１７は「開」、排出口１１９は「閉」となっている（図１１（Ａ））。膨張排出行程はロータ１５５の回転に与り大気圧状態となった炭酸ガス３５ｂが排出口１１９より外部に排出される行程で、このとき供給口１１７は「閉」、排出口１１９は「開」となっている（図１１（Ｂ））。大気圧保持行程は、供給口１１７が「閉」、排出口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１５５の回転に円滑性を付与する（図１１（Ｃ））。
【００６９】
図１３のロータリ型炭酸ガスエンジンはロータが図１４で示すような三面ロータの場合である。図１３において、炭酸ガスエンジン１はアルミニウム合金製の密閉された円筒からなるハウジング１０１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は周壁に供給口１０７を設け、対向する側の周壁に排出口１０９を開口する。該排出口１０９は上記供給口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」とは供給口１０７と排出口１０９のこのような位置関係のある設置も含むものとする。上記排出口１０９は上記供給口１０７より大に形成される。
【００７０】
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られる。上記ハウジング１０１及び上記ロータ１０５はロータ軸１０６に複数個位相をずらせて通常２個固設されている。上記ロータ１０５の輪郭には、図１４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。
【００７１】
上記内室１０３には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。
【００７２】
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（図１３（Ａ）では「ａ面」）を押圧する。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が排出口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１３（Ｂ））。大気圧保持行程は、供給口１０７及び排出口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（図１３（Ｃ）では３次作動室１１３）は大気圧（１気圧）となる（図１３（Ｃ））。
【００７３】
図１５及び図１６はロータリ型炭酸ガスエンジンが五面ロータの場合であり、この場合炭酸ガスの膨張エネルギを２回取り出す。図１５及び図１６において、炭酸ガスエンジン１はアルミニウム合金製の密閉された円筒からなるハウジング１０１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。上記ハウジング１０１の周壁を４等分した部位に第１供給口１０７ａ、第１排出口１０９ａ、第２供給口１０７ｂ及び第２排出口１０９ｂを順次設ける（総称するときは便宜上供給口「１０７」、排出口「１０９」の如く表記する）。これにより、第１排出口１０９ａ、第２排出口１０９ｂは、第１供給口１０７ａ、第２供給口１０７ｂより供給される高圧の炭酸ガス３５ａが常圧の炭酸ガス３５ｂとなる圧力の均衡点の直前となるよう配設される。上記第１排出口１０９ａ、第２排出口１０９ｂは上記第１供給口１０７ａ、第２供給口１０７ｂより大に形成される。
【００７４】
上記ロータ１０５は矢示する回転方向に沿って周面を５等分して作動面ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを形成する。各作動面ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは凹弧状に形成され、対応するハウジング１０１の内周面の弧と略線対称に形成される。上記ロータ１０５の各頂点部は弯曲に形成され、また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。
【００７５】
本実施例の場合、上記構成のハウジング１０１及びロータ１０５が２個連結される。なお、図１５及び図１６ではハウジング及びロータを「ハウジング１０１Ａ」、「ハウジング１０１Ｂ」、「ロータ１０５Ａ」、「ロータ１０５Ｂ」と示すが、以下の説明で区別する必要がないとき及び総称するときは便宜上「ハウジング１０１」及び「ロータ１０５」と表記する。１０２は上記２個のロータ１０５が固着されるロータ軸であり、該ロータ軸１０２により２個のロータ１０５が２個のハウジング１０１内の中央部に回転可能に取り付けられる。この際各ロータ１０５は出力の円滑性を確保するため、作動面の位相が重ならないようずらせて設ける。１１０は上記ロータ軸１０２の一端に設けるフライホイールである。
【００７６】
上記各ハウジング１０１の各内室１０３には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各ロータ１０５がロータ軸１０２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、第１室１１１、第２室１１２、第３室１１３、第４室１１４、第５室１１５に区画・形成される。上記各室１１１、１１２、１１３、１１４、１１５は上記ロータ１０５の作動面ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ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。第１室１１１はある作動面（図２０Ａ及び図２０Ｂの場合はａ面）が第１供給口１０７ａを「開」とする位置にきたときから第１排出口１０９ａを「開」に至らしめないまでの位置とし、このとき第１室１１１に隣接する各室を回転方向に順次第２室１１２、第３室１１３、第４室１１４及び第５室１１５とする。
【００７７】
吸入膨張行程は炭酸ガス３５ａが第１室１１１内に供給され、上記ロータ１０５のいずれかの作動面ａ〜ｅを押圧する行程で、このとき供給口１０７ａ、１０７ｂは「開」、排出口１０９ａ、１０９ｂは「閉」となっている（図２０ＡのＡ１〜Ａ２、図２０ＢのＢ１〜Ｂ２）。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が排出口１０９ａ、１０９ｂより外部に排出される行程で、このとき供給口１０７ａ、１０７ｂは「閉」、排出口１０９ａ、１０９ｂは「開」となっている（図２０ＡのＡ３〜Ａ４、図２０ＢのＢ３〜Ｂ４）。大気圧保持行程は、供給口１０７ａ、１０７ｂが「閉」、排出口１０９ａ、１０９ｂが「開」であり、図２０ＡのＡ５の場合作動室１１１、１１２が、図２０ＢのＢ５の場合作動室１１３、１１４がいずれも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１０５の回転に円滑性を付与する（図２０ＡのＡ５、図２０ＢのＢ５）。
【００７８】
図２２Ａ乃至図２２Ｃはロータ１０５の作動面ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを７個とした七面ロータの場合を示す。七面ロータのロータリ型炭酸ガスエンジンは炭酸ガスの膨張エネルギを３回取り出す。ハウジング１０１は、周壁を６等分にした部位に第１供給口１０７ａ、第１排出口１０９ａ、第２供給口１０７ｂ、第２排出口１０９ｂ及び第３供給口１０７ｃ、第３排出口１０９ｃを順次設ける。（総称するときは便宜上供給口「１０７」、排出口「１０９」の如く表記する）。これにより第１排出口１０９ａ、第２排出口１０９ｂ、第３排出口１０９ｃは第１供給口１０７ａ、第２供給口１０７ｂ、第３供給口１０７ｃより供給される高圧の炭酸ガス３５ａが常圧の炭酸ガス３５ｂとなる圧力の均衡点の直前となるよう配設される。上記第１排出口１０９ａ、第２排出口１０９ｂ、第３排出口１０９ｃは上記第１供給口１０７ａ、第２供給口１０７ｂ、第３供給口１０７ｃより大に形成される。
【００７９】
ロータ１０５は矢示する回転方向に沿って周面を７等分して作動面ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを形成する。各作動面ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは凹弧状に形成され、対応するハウジング１０１の内周面の弧と略線対称に形成される。五面ロータと同様にこの七面ロータ１０５の各頂点部は弯曲に形成され、また圧力保持のための圧力シールを設ける。該圧力シール１０５ａはオイルシールも兼ねる（図示省略）。
【００８０】
図１７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時に開口する排出口１１が設けられる。上記シリンダヘッド３には供給口１３が開口され、該供給口１３に上下動自在の供給弁１５を設ける。該供給弁１５の弁軸１７には上記供給口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により上記供給弁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。
【００８１】
次に図１８に基づき二面ロータのロータリ型炭酸ガスエンジンの作動原理を説明する。図１８はロータ１５５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１８（Ａ１）（図１１（Ａ））及び図１８（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１８（Ｂ１）及び図１８（Ｂ２）（図１１（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１８（Ｃ）は大気圧保持行程を示し、図１１（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１８（Ｄ）はロータ１５５が１回転し他の面（ｂ面）が作動面となった状態を示す。
【００８２】
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１８に基づいて説明してみる。
【００８３】
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１５５を強制回転させる。ロータ１５５が図１８（Ａ１）の位置即ち供給口１１７の直前の位置にくると供給弁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１５５が図１８（Ａ２）に示すように供給口１１７を通過する位置にくると供給弁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１５５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１８（Ａ１）及び図１８（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。
【００８４】
図１８（Ｂ１）及び図１８（Ｂ２）の膨張排出行程において、ロータ１５５の回転により排出口１１９が「開」となった瞬間、即ち排出口１１９がピンホール状態となると炭酸ガス３５ａは大気圧になるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス３５ａの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス３５ａはロータ１５５の表面に沿って動き「開」となった排出口１１９に向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス３５ａの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１５５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１５５の排出口１１９側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口１１９は益々大きく開口し、これにより炭酸ガス３５ａが益々排出口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１５５の排出口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１５５の排出口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１５５は回転する。この膨張排出行程における各面の圧力は、図１８（Ｂ１）では他面（ｂ面）側の圧力が大気圧であり、図１８（Ｂ２）（図１１（Ｂ））ではａ、ｂ両面側とも大気圧である。
【００８５】
この点を図１９（Ａ）乃至図１９（Ｄ）に基づきもう少し詳しく説明する。図１９（Ａ）に示すように膨張排出行程の直前の状態では炭酸ガス３５ａの膨張（亜膨張）の力は１次作動室１２１及びロータ１５５のすべての面にかかっている。しかし、排出口１１９が「開」となった瞬間、炭酸ガス３５ａは高圧の１次作動室１２１から低圧（大気圧）の開口部分１１９に向けて急激に流れ噴出する（図１９（Ｂ））。このとき１次作動室１２１内をみると、排出口１１９付近は大気圧に曝されるので圧力が不均衡となる圧力不均衡部Ｐ0が形成され、この圧力不均衡部Ｐ0は、炭酸ガス３５ａが噴出すると低圧となるので、隣接する層Ｐ1の炭酸ガス３５ａが移動してくる。これにより、１次作動室１２１内の上部Ｌには比較的に低圧の部分が形成される（図１９（Ｂ））。このような炭酸ガス３５ａの移動は図１９（Ｃ）及び図１９（Ｄ）に示すように次々に連鎖的になされる。よって１次作動室１２１の上部には炭酸ガス３５ａが抜けた低圧空間Ｌが形成されこの低圧空間Ｌは徐々に大となり、他方、排出口１１９付近の圧力不均衡部Ｐ0には次々に新たな炭酸ガス３５ａが爆発的に移動してくるので、圧力不均衡部Ｐ0は大気圧より常に高圧となっている。そして圧力不均衡部Ｐ0から次々に排出される炭酸ガス３５ａは排出口１１９より排出されるとき、即ちロータ１５５が「１」の位置から「ｎ」の位置に至るまで爆発的に膨張するから、排出される炭酸ガス３５ａはロータ１０５の第１排出口１０９ａ側の半面を押圧し、ロータ１０５はハウジング１０１に枢着されているため、上記した炭酸ガス３５ａの膨張力により回転するのである。つまり、排出される炭酸ガス３５ａは圧力不均衡部Ｐ0での爆発的膨張と該圧力不均衡部Ｐ0への補給が連続的になされるため爆発的な膨張が持続的になされ、これによりロータ１０５が回転する。
なお、この膨張排出行程において炭酸ガス３５ｂは排出口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。
【００８６】
次いで図１８（Ｂ２）に示す膨張排出行程の終了時から図１８（Ｃ）及び図１１（Ｃ）に示す大気圧保持行程において、ロータ１５５のａ、ｂ両面とも大気圧となるため、ロータ１５５は慣性力により回転し図１８（Ｄ）（図１１（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１５５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。
【００８７】
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。
【００８８】
図１３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１１に示す二面ロータの場合と異なるのは供給弁１２５がないことであるが、この供給弁１２５の機能即ち供給口１１７の開閉はロータ１０５の回転位置によって行なうのである。
【００８９】
図１３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１３（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、高圧状態（例えば４０気圧）の炭酸ガス３５ａ（気体）が供給口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。
【００９０】
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１３（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、排出口１０９が「開」となるため膨張排出行程となる。ロータ１０５の回転により排出口１０９が「開」となった瞬間、即ち排出口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１０５の表面に沿って動き「開」となった排出口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、この排出口１０９より噴出する。
【００９１】
さらにロータ１０５が図１３（Ｃ）に示す位置に回転すると、供給口１０７と排出口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。
【００９２】
ロータ１０５はさらに回転し図１３（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。
【００９３】
次に図２０Ａ及び図２０Ｂに基づき五面ロータのロータリ型炭酸ガスエンジンの作動原理を説明する。図２０Ａ及び図２０Ｂはロータ１０５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２０ＡのＡ１乃至Ａ５は作動面ａにおける１回目の膨張エネルギー取出工程を示し、図２０ＢのＢ１乃至Ｂ５は作動面ａにおける２回目の膨張エネルギー取出工程を示す。図２０ＡのＡ１及び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２０ＡのＡ３及びＡ４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２０ＡのＡ５は大気圧保持行程を示し、このときの作動室１１１、１１２は大気圧（１気圧）となる。また図２０ＢのＢ１及びＢ２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２０ＢのＢ３及びＢ４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２０ＢのＢ５は大気圧保持行程を示し、このときの作動室１１３、１１４は大気圧（１気圧）となる。これによりロータ１０５が１回転し他の面（ｂ面）が作動面となる。
【００９４】
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３３を経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２０Ａ及び図２０Ｂに基づいて説明してみる。
【００９５】
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１０５を強制回転させる。ロータ１０５が図２０ＡのＡ１の位置即ち供給口１０７ａが「開」のときは、高圧状態の炭酸ガス３５ａが第１室１１１に流入してくる。この炭酸ガス３５ａは第１室１１１に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ１０５が図２０ＡのＡ２に示すように排出口１０９ａの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス３５ａの膨張が第１室１１１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１０５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２０ＡのＡ１及び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。
【００９６】
図２０ＡのＡ３及びＡ４の膨張排出行程において、ロータ１０５の回転により排出口１０９ａが「開」となった瞬間、即ち排出口１０９ａがピンホール状態となると炭酸ガス３５ａは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス３５ａの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス３５ａはロータ１０５の表面に沿って動き「開」となった排出口１０９ａに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス３５ａの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１０５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１０５の排出口１０９ａ側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口１０９ａは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス３５ａが益々排出口１０９ａ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１０５の排出口１０９ａ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１０５の排出口１０９ａ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１０５は回転する。
【００９７】
この点を図２１Ａ（Ａ）乃至（Ｄ）に基づきもう少し詳しく説明する。図２１Ａ（Ａ）は図２０Ａの行程Ａ２のＡ部拡大図、図２１Ａ（Ｂ）は図２０Ａの行程Ａ３のＢ部拡大図、図２１Ａ（Ｃ）は図２０Ａの行程Ａ３と行程Ａ４の中間状態を示す拡大図、図２１Ａ（Ｄ）は図２０Ａの行程Ａ４のＤ部拡大図である。図２１Ａ（Ａ）に示すように膨張排出行程の直前の状態では炭酸ガス３５ａの膨張（亜膨張）の力は第１室１１１及びロータ１０５のすべての面にかかっている。しかし、排出口１０９ａが「開」となった瞬間、炭酸ガス３５ａは高圧の第１室１１１から低圧（大気圧）の開口部分１０９ａに向けて急激に流れ噴出する（図２１Ａ（Ｂ））。このとき第１室１１１内をみると、排出口１０９ａ付近は大気圧に曝されるので圧力が不均衡となる圧力不均衡部Ｐ0が形成され、この圧力不均衡部Ｐ0は、炭酸ガス３５ａが噴出すると低圧となるので、隣接する層Ｐ1の炭酸ガス３５ａが移動してくる。これにより、第１室１１１内の排出口１０９ａの反対側には比較的に低圧の部分Ｌ（図２０ＡのＡ３に示す）が形成される。このような炭酸ガス３５ａの移動は図２１Ａ（Ｃ）及び図２１Ａ（Ｄ）に示すように次々に連鎖的になされる。よって第１室１１１には炭酸ガス３５ａが抜けた低圧空間Ｌが形成されこの低圧空間Ｌは徐々に大となり、他方、排出口１０９ａ付近の圧力不均衡部Ｐ0には次々に新たな炭酸ガス３５ａが爆発的に移動してくるので、圧力不均衡部Ｐ0は大気圧より常に高圧となっている。そして圧力不均衡部Ｐ0から次々に排出される炭酸ガス３５ａは排出口１０９ａより排出されるとき、即ちロータ１０５が「１」の位置から「ｎ」の位置に至るまで爆発的に膨張するから、排出される炭酸ガス３５ａはロータ１０５の第１排出口１０９ａ側の半面を押圧し、ロータ１０５はハウジング１０１に枢着されているため、上記した炭酸ガス３５ａの膨張力により回転するのである。つまり、排出される炭酸ガス３５ａは圧力不均衡部Ｐ0での爆発的膨張と該圧力不均衡部Ｐ0への補給が連続的になされるため爆発的な膨張が持続的になされ、これによりロータ１０５が回転する。
なお、ロータ１０５の回転に伴ない各室の区画が変化しているから、正確に言えば、図２０Ａの行程Ａ３以降の行程において「１１１」で示す区画は第１室ではないかもしれないが、便宜上図２０Ａの行程Ａ３乃至行程Ａ５及び図２０Ｂの行程Ｂ１乃至行程Ｂ５のいずれも図２０Ａの行程Ａ１で示した各室の符号を用いることとする。
【００９８】
次いで図２０ＡのＡ４に示す膨張排出行程の終了時から図２０ＡのＡ５に示す大気圧保持行程においてロータ１０５は慣性力により回転し、ａ面が大気圧の第２室１１２に移行し、さらに、図２０ＢのＢ１に示す位置まで回転する。これにより、ａ面における２回目の膨張エネルギー取出工程となる。
【００９９】
即ち、ロータ１０５が慣性モーメントにより回転しａ面が図２０ＢのＢ１に示す位置のときは供給口１０７ｂが「開」であり、高圧状態の炭酸ガス３５ａが第３室１１３に流入してくる。この炭酸ガス３５ａは第３室１１３に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ１０５が図２０ＢのＢ２に示すように排出口１０９ｂの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス３５ａの膨張が第３室１１３の容積の限度内で行われる「亜膨張」のためである。亜膨張時にロータ１０５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２０ＢのＢ１及びＢ２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。
【０１００】
図２０ＢのＢ３及びＢ４の膨張排出行程において、ロータ１０５の回転により排出口１０９ｂが「開」となった瞬間、即ち排出口１０９ｂがピンホール状態となると炭酸ガス３５ａは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス３５ａの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス３５ａはロータ１０５の表面に沿って動き「開」となった排出口１０９ｂに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス３５ａの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１０５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１０５の排出口１０９ｂ側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口１０９ｂは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス３５ａが益々排出口１０９ｂ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（膨張力）は一層ロータ１０５の排出口１０９ｂ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１０５の排出口１０９ｂ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１０５は回転する。
【０１０１】
この点を図２１Ｂ（Ｅ）乃至図２１Ｂ（Ｈ）に基づきもう少し詳しく説明する。図２１Ｂ（Ｅ）は図２０Ｂの行程Ｂ２のＥ部拡大図、図２１Ｂ（Ｆ）は図２０Ｂの行程Ｂ３のＦ部拡大図、図２１Ｂ（Ｇ）は図２０Ｂの行程Ｂ３と行程Ｂ４の中間状態を示す拡大図、図２１Ｂ（Ｈ）は図２０Ｂの行程Ｂ４のＨ部拡大図である。図２１Ｂ（Ｅ）に示すように膨張排出行程の直前の状態では炭酸ガス３５ａの膨張（亜膨張）の力は第３室１１３及びロータ１０５のすべての面にかかっている。しかし、排出口１０９ｂが「開」となった瞬間、炭酸ガス３５ａは高圧の第３室１１３から低圧（大気圧）の開口部分１０９ｂに向けて急激に流れ噴出する（図２１Ｂ（Ｆ））。このとき第３室１１３内をみると、排出口１０９ｂ付近は大気圧に曝されるので圧力が不均衡となる圧力不均衡部Ｐ0が形成され、この圧力不均衡部Ｐ0は、炭酸ガス３５ａが噴出すると低圧となるので、隣接する層Ｐ1の炭酸ガス３５ａが移動してくる。これにより、第３室１１３内の排出口１０９ｂの反対側は比較的に低圧の部分Ｌ（図２０ＢのＢ３に示す）が形成される。このような炭酸ガス３５ａの移動は図２１Ｂ（Ｇ）及び図２１Ｂ（Ｈ）に示すように次々に連鎖的になされる。よって第３室１１３には炭酸ガス３５ａが抜けた低圧空間Ｌが形成されこの低圧空間Ｌは徐々に大となり、他方、排出口１０９ｂ付近の圧力不均衡部Ｐ0には次々に新たな炭酸ガス３５ａが爆発的に移動してくるので、圧力不均衡部Ｐ0は大気圧より常に高圧となっている。そして圧力不均衡部Ｐ0から次々に排出される炭酸ガス３５ａは排出口１０９ｂより排出されるとき、即ちロータ１０５が「１」の位置から「ｎ」の位置に至るまで爆発的に膨張するから、排出される炭酸ガス３５ａはロータ１０５の第２排出口１０９ｂ側の半面を押圧し、ロータ１０５はハウジング１０１に枢着されているため、上記した炭酸ガス３５ａの膨張力により回転するのである。つまり、排出される炭酸ガス３５ａは圧力不均衡部Ｐ0での爆発的膨張と該圧力不均衡部Ｐ0への補給が連続的になされるため爆発的な膨張が持続的になされ、これによりロータ１０５が回転する。
【０１０２】
次いで図２０ＢのＢ４に示す膨張排出行程の終了時から図２０ＢのＢ５に示す大気圧保持行程においてロータ１０５は慣性力により回転し、ａ面が大気圧の第４室１１４に移行する。これにより、他面（ｂ面）が第１供給口１０７ａ「開」の位置となり作動面となるので、今度はロータ１０５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。
【０１０３】
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作動することになるのである。
【０１０４】
そしてｂ面においても上記したと同様の行程を経て炭酸ガスによる２回の膨張エネルギーを取り出す。さらにロータ１０５が回転し、ｃ面乃至ｅ面においても上記したと同様の行程を経て炭酸ガスによる２回の膨張エネルギーを取り出す。また本実施例においてはロータ１０５は位相をずらせて２個連接されているため、作動面ａ〜ｅにおける上記行程はロータ１０５Ａの作動面ａ〜ｅとロータ１０５Ｂの作動面ａ〜ｅがそれぞれ連続して行われる。よってエンジン出力が増大するとともに、出力の円滑性が確保される。
【０１０５】
次に七面ロータのロータリ型炭酸ガスエンジンの作動原理を図２２Ａ乃至図２２Ｃに基づき説明する。図２２Ａ乃至図２２Ｃはロータ１０５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２２ＡのＡ１乃至Ａ５は作動面ａにおける１回目の膨張エネルギー取出工程を示し、図２２ＢのＢ１乃至Ｂ５は作動面ａにおける２回目の膨張エネルギー取出工程を示し、図２２ＣのＣ１乃至Ｃ５は作動面ａにおける３回目の膨張エネルギー取出工程を示す。図２２ＡのＡ１及び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２２ＡのＡ３及びＡ４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２２ＡのＡ５は大気圧保持行程を示し、このときの作動室１１１、１１２は大気圧（１気圧）となる。また図２２ＢのＢ１及びＢ２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２２ＢのＢ３及びＢ４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２２ＢのＢ５は大気圧保持行程を示し、このときの作動室１１３、１１４は大気圧（１気圧）となる。さらに図２２ＣのＣ１及びＣ２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２２ＣのＣ３及びＣ４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２２ＣのＣ５は大気圧保持行程を示し、このときの作動室１１５、１１６は大気圧（１気圧）となる。これによりロータ１０５が１回転し他の面（ｂ面）が作動面となる。
【０１０６】
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３３を経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２２Ａ乃至図２２Ｃに基づいて説明してみる。
【０１０７】
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１０５を強制回転させる。ロータ１０５が図２２ＡのＡ１の位置即ち供給口１０７ａが「開」のときは、高圧状態の炭酸ガス３５ａが第１室１１１に流入してくる。この炭酸ガス３５ａは第１室１１１に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ１０５が図２２ＡのＡ２に示すように排出口１０９ａの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス３５ａの膨張が第１室１１１の容積の限度内で行われる「亜膨張」のためである。亜膨張時にロータ１０５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２２ＡのＡ１及び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。
【０１０８】
図２２ＡのＡ３及びＡ４の膨張排出行程において、ロータ１０５の回転により排出口１０９ａが「開」となった瞬間、即ち排出口１０９ａがピンホール状態となると炭酸ガス３５ａは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス３５ａの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス３５ａはロータ１０５の表面に沿って動き「開」となった排出口１０９ａに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス３５ａの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１０５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１０５の排出口１０９ａ側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口１０９ａは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス３５ａが益々排出口１０９ａ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（膨張力）は一層ロータ１０５の排出口１０９ａ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１０５の排出口１０９ａ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１０５は回転する。詳細については五面ロータで述べた通りであるので省略する。
【０１０９】
なお、ロータ１０５の回転に伴ない各室の区画が変化しているから、五面ロータで述べたように正確に言えば、図２２Ａの行程Ａ３以降の行程において「１１１」で示す区画は第１室ではないかもしれないが、便宜上図２２Ａの行程Ａ３乃至行程Ａ５、図２２Ｂの行程Ｂ１乃至行程Ｂ５及び図２２Ｃの行程Ｃ１乃至行程Ｃ５のいずれも図２２Ａの行程Ａ１で示した各室の符号を用いることとする。
【０１１０】
次いで図２２ＡのＡ４に示す膨張排出行程の終了時から図２２ＡのＡ５に示す大気圧保持行程においてロータ１０５は慣性力により回転し、ａ面が大気圧の第２室１１２に移行し、さらに、図２２ＢのＢ１に示す位置まで回転する。これにより、ａ面における２回目の膨張エネルギー取出工程となる。
【０１１１】
即ち、ロータ１０５が慣性モーメントにより回転しａ面が図２２ＢのＢ１に示す位置のときは供給口１０７ｂが「開」であり、高圧状態の炭酸ガス３５ａが第３室１１３に流入してくる。この炭酸ガス３５ａは第３室１１３に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ１０５が図２２ＢのＢ２に示すように排出口１０９ｂの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス３５ａの膨張が第３室１１３の容積の限度内で行われる「亜膨張」のためである。亜膨張時にロータ１０５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２２ＢのＢ１及びＢ２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。
【０１１２】
図２２ＢのＢ３及びＢ４の膨張排出行程において、ロータ１０５の回転により排出口１０９ｂが「開」となった瞬間、即ち排出口１０９ｂがピンホール状態となると炭酸ガス３５ａは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス３５ａの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス３５ａはロータ１０５の表面に沿って動き「開」となった排出口１０９ｂに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス３５ａの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１０５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１０５の排出口１０９ｂ側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口１０９ｂは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス３５ａが益々排出口１０９ｂ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（膨張力）は一層ロータ１０５の排出口１０９ｂ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１０５の排出口１０９ｂ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１０５は回転する。この点についての詳細も前述の通りであるので省略する。
【０１１３】
次いで図２２ＢのＢ４に示す膨張排出行程の終了時から図２２ＢのＢ５に示す大気圧保持行程においてロータ１０５は慣性力により回転し、ａ面が大気圧の第４室１１４に移行し、さらに、図２２ＣのＣ１に示す位置まで回転する。これにより、ａ面における３回目の膨張エネルギー取出工程となる。
【０１１４】
即ち、ロータ１０５が慣性モーメントにより回転しａ面が図２２ＣのＣ１に示す位置のときは供給口１０７ｃが「開」であり、高圧状態の炭酸ガス３５ａが第３室１１３に流入してくる。この炭酸ガス３５ａは第５室１１５に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ１０５が図２２ＣのＣ２に示すように排出口１０９ｃの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス３５ａの膨張が第５室１１５の容積の限度内で行われる「亜膨張」のためである。亜膨張時にロータ１０５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２２ＣのＣ１及びＣ２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。
【０１１５】
図２２ＣのＣ３及びＣ４の膨張排出行程において、ロータ１０５の回転により排出口１０９ｃが「開」となった瞬間、即ち排出口１０９ｃがピンホール状態となると炭酸ガス３５ａは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス３５ａの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス３５ａはロータ１０５の表面に沿って動き「開」となった排出口１０９ｃに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス３５ａの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１０５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１０５の排出口１０９ｃ側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口１０９ｃは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス３５ａが益々排出口１０９ｃ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（膨張力）は一層ロータ１０５の排出口１０９ｃ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１０５の排出口１０９ｃ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１０５は回転する。この点についての詳細も上記と同様であるので省略する。
【０１１６】
次いで図２２ＣのＣ４に示す膨張排出行程の終了時から図２２ＣのＣ５に示す大気圧保持行程においてロータ１０５は慣性力により回転し、ａ面が大気圧の第６室１１６に移行する。これにより、他面（ｂ面）が第１供給口１０７ａ「開」の位置となり作動面となるので、今度はロータ１０５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。
【０１１７】
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作動することになるのである。
【０１１８】
そしてｂ面においても上記したと同様の行程を経て炭酸ガスによる３回の膨張エネルギーを取り出す。さらにロータ１０５が回転し、ｃ面乃至ｇ面においても上記したと同様の行程を経て炭酸ガスによる３回の膨張エネルギーを取り出す。また本実施例においてはロータ１０５は位相をずらせて２個連接されているため、作動面ａ〜ｇにおける上記行程はロータ１０５Ａの作動面ａ〜ｇとロータ１０５Ｂの作動面ａ〜ｇがそれぞれ連続して行われる。よってエンジン出力が増大するとともに、出力の円滑性が確保される。
【０１１９】
図１７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。続いて排出口１１の「開」の開始から図１７（Ｃ）に示す「全開」を経て排出口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出口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。
【０１２０】
図１７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１７（Ａ）に示すように下降するとともに、カム２１により供給弁１５が押圧される。すると図１７（Ｂ）に示すように、スプリング１９の付勢力に抗して供給弁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、回転後すぐに供給弁１５の押圧が解除されるから、供給弁１５はスプリング１９の付勢力により「閉」となる。図１７（Ｃ）はピストン７が下死点Ｄまで下降した状態を示す。
【０１２１】
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。供給弁１５が「閉」となると、密室内では高圧状態（例えば４０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。
【０１２２】
図１７（Ｃ）に示すように下死点Ｄ時において内室９の排出口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、大気圧となるとき爆発的に膨張する「連鎖膨張」となり、排出口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時においては大気圧となったすべての炭酸ガス３５ｂが排気される。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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、図示実施例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、ロータの先端が排出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、排出口１１９、１０９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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。また炭酸ガス圧縮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。
【０１２８】
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２３の通り
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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２３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、１５５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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
（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
【０１３４】
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。
【０１３５】
（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。
【０１３６】
（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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
（２）式より爆発温度Ｔ1は
【数４】
従って
【数５】
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
（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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
（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】
【０１４５】
（４）式より爆発温度Ｔ1は
【数１０】
従って、
【数１１】
【０１４６】
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。
【０１４７】
（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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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】
【０１５３】
（４’）より燃焼温度Ｔ1は
【数１３】
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
この点につき、図２３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。
【０１６５】
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】
【０１６６】
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】
【０１６７】
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。
【０１６８】
本願発明は上記した実施例に限定されない。例えば、「膨張力」を得るために炭酸ガスを常圧化する手段として前記のように種々あり、第１実施例のような軸受部からの大気接触による、いわばエンジンの内部からの常圧化タイプ、第２乃至第４実施例のようないわばエンジンの外部からの常圧化タイプがある。さらにはこれら実施例の組み合わせ、例えば図９示のような実施例等がある。本願発明に係る炭酸ガスエンジンは高圧状態で供給される炭酸ガスが「亜膨張」、「連鎖膨張」及び「大気圧保持」の３行程を連続的に経ることにより炭酸ガスの膨張エネルギを取り出し、排出される大気圧の炭酸ガスを回収する循環回路を有することに特徴があるのであり、いわば従来のガソリンエンジンで用いられる燃料に相当する圧料（炭酸ガス）の再生利用が可能であればよいからである。
【０１６９】
また、炭酸ガスエンジン１から排出される炭酸ガス３５ｂの回収経路３４Ｂ内での送出は第１実施例のように炭酸ガス自体の噴出力を利用するタイプ、第３実施例のようにポンプ６１を利用するタイプ、第４実施例のように両者の併用タイプがある。
【０１７０】
加熱部（５６）の設置は任意であるが、設置する場合その設置部位は、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２４はそのような場合を例示したものである。
【０１７１】
図２４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。
【０１７２】
また、図１の回路において炭酸ガスエンジン１を図２４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。
【０１７３】
炭酸ガス圧縮部の多段化は、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２５（Ａ）、（Ｂ）に示すように炭酸ガス圧縮部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。
【０１７４】
また複数個の炭酸ガス圧縮部の相互の接続は、例えば図２５（Ａ）に示すように直列接続はもとより、例えば図２５（Ｂ）に示すように並列接続にすることもできる。
【０１７５】
また１次炭酸ガス圧縮部６９ａ及び２次炭酸ガス圧縮部６９ｂの駆動力は、その１として、上記実施例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。
【０１７６】
炭酸ガス圧縮部６９ｂと循環タンク７３の間に他の循環タンク（図示せず）を設け、循環タンクを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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
炭酸ガス圧縮部による加圧は、温度等の外部環境によって適宜に選択され、必ずしも常温で液化しない程度の圧力、例えば２０気圧位乃至４０気圧位でも可能である。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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
レシプロ型炭酸ガスエンジンの場合、内室９に設ける供給弁１５は、図示例とは反対に、内室９を外側から供給弁１５の弁蓋により閉塞または開放するようにしてもよい。また供給弁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。
【０１８２】
回収経路３４Ｂ中の冷却部５７の構成は任意であり、図１のような構成であっても図３のような構成であってもよい。
【０１８３】
ポンプ６１の設置は任意的である。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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、常温で液化する７０気圧位はもちろん、それより低い例えば２０気圧程度乃至４０気圧程度とか６０気圧程度も含む。また「大気圧」と「常圧」とは同義で用いている。
【産業上の利用可能性】
【０１８６】
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】
【０１８７】
【図１】本願発明の第１実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。
【図２】第１実施例の動作ステップを示すフローチャートである。
【図３】本願発明の第２実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。
【図４】第２実施例の動作ステップを示すフローチャートである。
【図５】本願発明の第３実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。
【図６】第３実施例の動作ステップを示すフローチャートである。
【図７】本願発明の第４実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。
【図８】第４実施例の動作ステップを示すフローチャートである。
【図９】本願発明のさらに他の実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。
【図１０】図９の実施例の動作ステップを示すフローチャートである。
【図１１】本願発明に使用する内圧機関の実施例を示す。
【図１２】ロータの実施例を示す概略斜視図である。
【図１３】本願発明に使用する内圧機関の他の実施例を示す。
【図１４】ロータの他の実施例を示す概略斜視図である。
【図１５】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１６】図１５の分解斜視図である。
【図１７】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１８】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１９】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２０Ａ】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２０Ｂ】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２１Ａ】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２１Ｂ】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２２Ａ】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２２Ｂ】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２２Ｃ】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２３】炭酸ガスの熱力学的性質を示す表である。
【図２４】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２５】（Ａ）は本願発明に使用する炭酸ガス圧縮部の接続例、（Ｂ）は他の接続例を示す。
【符号の説明】
【０１８８】
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 排出口
１３ 供給口
１５ 供給弁
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
３７ 加熱部
３９ シリンダカバー
４０ 熱風
４１ 熱風供給口
４３ 熱風排出口
４５ 熱風供給パイプ
４７ 熱風排出パイプ
４９ 圧縮機
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
５８ｃ ベルト
５９ 炭酸ガス圧縮機
６１ ポンプ
６３ 逆止弁
６５ 大気乾燥部
６７ 回収タンク
６８ 分離部
６９ 混合タンク
６９ａ １次炭酸ガス圧縮部
６９ｂ ２次炭酸ガス圧縮部
７１ 単離部
７３ 循環タンク
７５ 逆止弁
７７ 逆止弁
１０１ ハウジング
１０２ ロータ軸
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 供給口
１０７ａ 第１供給口
１０７ｂ 第２供給口
１０７ｃ 第３供給口
１０９ 排出口
１０９ａ 第１排出口
１０９ｂ 第２排出口
１０９ｃ 第３排出口
１１０ フライホイール
１１１ １次作動室（第１室）
１１２ ２次作動室（第２室）
１１３ ３次作動室（第３室）
１１４ 第４室
１１５ 第５室
１１５ａ オイルシール兼用圧力シール
１１７ 供給口
１１９ 排出口
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 供給弁
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
１５５ ロータ
ａ 作動面
ｂ 作動面
ｃ 作動面
ｄ 作動面
ｅ 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。また原子力利用は公害乃至環境問題や安全性の点で懸念がある。
【０００６】
このようにエネルギー源の確保が重要である反面、炭酸ガスの増大による弊害とくに地球温暖化問題が指摘されている。日本の炭酸ガス排出量は全世界の５％を占めると言われ、毎年約３８１００万トンもの膨大な量の炭酸ガスが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文献である。
【特許文献１】特許第３９２９４７７号
【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、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ことである。
【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大気圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなり、上記供給系経路と回収系経路を接続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、高圧状態の炭酸ガスが炭酸ガスエンジンの内室に接せられる大気により大気圧にな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、高圧状態の炭酸ガスが圧力調整装置により大気圧にな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大気圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなり、上記供給系経路と回収系経路を接続して炭酸ガスが循環する循環回路を構成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４記載の発電システムにおいて、高圧状態の炭酸ガスが炭酸ガスエンジンの内室に接せられる大気により大気圧になることを特徴とする。
また、請求項４記載の発電システムにおいて、高圧状態の炭酸ガスが圧力調整装置により大気圧にな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。
【００１８】
（第１実施例）
図１及び図２は本願発明の第１実施例を示す。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１１、図１３及び図１５に例示するロータリ型炭酸ガスエンジン又は図１７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、１５５であり、後者の場合作動子はピストン７である。本実施例の場合炭酸ガスエンジン１はロータ軸１１６、１０６、１０２の軸受部を介して内室１０３に接せられる大気により大気圧となる。
【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、液体状態のバージン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の供給口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の排出口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次炭酸ガス圧縮部６９ａと、該１次炭酸ガス圧縮部６９ａにて加圧・圧縮される炭酸ガス３５ａ’が送給され、送給されてくる上記炭酸ガス３５ａ’を例えば−３０℃の排気の気化熱等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３５ａ’をさらに加圧・圧縮する２次炭酸ガス圧縮部６９ｂと、上記２次炭酸ガス圧縮部６９ｂから送給されてくる炭酸ガス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次炭酸ガス圧縮部６９ａとはパイプ３３ｈにより、上記１次炭酸ガス圧縮部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次炭酸ガス圧縮部６９ｂとはパイプ３３ｋにより、上記２次炭酸ガス圧縮部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。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には炭酸ガス３５ａの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炭酸ガス３５ａの純度を常に検知し、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。
【００２３】
炭酸ガスエンジン１から排出される炭酸ガスが冷却部５７に回収される際、炭酸ガスは気化熱等により−３０℃位に冷却される。この排出炭酸ガスは大気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ので、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次炭酸ガス圧縮部６９ａまで圧送される。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。
【００２４】
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等により例えば−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次炭酸ガス圧縮部６９ａにてすべての量を圧縮処理しきれなかった炭酸ガス３５ａ’が復路のパイプ３３ｊ中に流れてくる。よってかかる炭酸ガス３５ａ’を上記−３０℃の排出炭酸ガスの気化熱等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次炭酸ガス圧縮部６９ｂによる炭酸ガス３５ｂの圧縮のための負荷エネルギを小とすることが可能となる。
【００２５】
この点をもう少し詳しく説明する。炭酸ガス圧縮部を構成する１次炭酸ガス圧縮部６９ａ及び２次炭酸ガス圧縮部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。これが炭酸ガス圧縮部を複数とする実質的な理由である。
【００２６】
冷却部５７には、高圧の炭酸ガス３５ａが常圧の炭酸ガス３５ｂになって排出口１１９、１０９、１１よりパイプ３３ｅを経て回収されるのであるが、このとき当初冷却部５７内に混入している大気は計測ができない程の極く微量であるので、この大気が以降の炭酸ガス３５ａ、３５ｂの循環に混入していてもエンジン１の作動にとって実質上全く問題ないことが最近の実験で判明した。炭酸ガスは外界の大気より比重が大であり、かつ、この炭酸ガス３５ａが高圧状態で下方に移動し排出口１１９、１０９、１１より噴出する。このため排出口１１９、１０９、１１付近の圧力不均衡部Ｐ0で炭酸ガス３５ａが大気圧になっても、同圧の外界の大気は内室１０３、９内に流入してこない。よって冷却部５７に回収される大気圧となった炭酸ガス３５ｂには外界の大気が混入せず、以降の炭酸ガスの循環において大気が混入してこないためと考えられる。よって、大気の混入による実質上の弊害がないので、回収経路３４Ｂに大気を放出するための単離装置を設けなくともよいのである。
【００２７】
初期タンク３１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炭酸ガス３５ａの純度はセンサ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）、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次炭酸ガス圧縮部６９ａに伝動され、該１次炭酸ガス圧縮部６９ａの作動に寄与する。また上記動力はベルト５８ｂにより２次炭酸ガス圧縮部６９ｂに伝動され、該２次炭酸ガス圧縮部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は爆発的に膨張した後排出されるが、この排出時の噴出力により冷却部５７に送給される（Ｓ８）。冷却部５７から出た炭酸ガス３５ｂは分離部６８でオイルを分離されてから（Ｓ１０）、１次炭酸ガス圧縮部６９ａに圧送される（Ｓ９）。該１次炭酸ガス圧縮部６９ａにて圧縮された炭酸ガス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等により冷却される（Ｓ１１）。冷却された炭酸ガス３５ａ’は２次炭酸ガス圧縮部６９ｂに送られ、ここで加圧され炭酸ガス３５ａとされる（Ｓ１２）。次いでこの炭酸ガス３５ａはパイプ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（Ｓ１３）。
【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供給口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】
（第２実施例）
図３は本願発明の第２実施例を示す。第１実施例と異なるのは、次に述べるように炭酸ガスの常圧化の手段が異なることと、炭酸ガスの循環送給手段として回収経路３４Ｂ中に組み込んだポンプ６１を用いる点である。
【００３４】
回収経路３４Ｂは、具体的には、炭酸ガスエンジン１の排出口１１、１０９、１１９から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを回収する回収タンク６７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装置６８と、該分離装置６８による上記分離処理を経た上記排出炭酸ガス３５ｂをタンク６９に圧送するポンプ６１と、上記タンク６９から送給されてくる上記排出炭酸ガス３５ｂを例えば−３０℃の排気の気化熱等にて冷却する冷却装置５７と、上記冷却装置５７から送給されてくる上記排出炭酸ガス３５ｂを高圧（例えば４０気圧）に加圧・圧縮する炭酸ガス圧縮機５９と、上記炭酸ガス圧縮機５９から送給されてくる炭酸ガス３５ｂより空気成分を放出して炭酸ガス３５ａのみ単離する逆止弁７７を設けたタンクからなる単離装置７１と、該単離装置７１から送給されてくる炭酸ガス３５ａを貯溜する圧力容器からなる循環タンク７３とからなり、上記炭酸ガスエンジン１と上記回収タンク６７はパイプ３３ｆにより、上記回収タンク６７と上記分離装置６８とはパイプ３３ｇにより、上記分離装置６８と上記ポンプ６１とはパイプ３３ｈにより、上記ポンプ６１と上記タンク６９とはパイプ３３ｉにより、上記タンク６９と上記冷却装置５７とはパイプ３３ｊにより、上記冷却装置５７と上記炭酸ガス圧縮機５９とはパイプ３３ｌにより、上記炭酸ガス圧縮機５９と上記単離装置７１とはパイプ３３ｍにより、上記単離装置７１上記循環タンク７３とはパイプ３３ｐ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３３ｑにより、各連結されている。
【００３５】
炭酸ガスエンジン１から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂは上記ポンプ６１による吸引及び排出時の噴出力により、上記回収タンク６７内に回収される。上記回収タンク６７にはパイプ３３ｒ、３３ｓにより逆止弁６３及び大気乾燥装置６５が接続される。なお、上記冷却装置５７は、上記パイプ３３ｄと上記パイプ３３ｋとが相互に巻き着くような状態で内蔵され、パイプ３３ｄを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等によりパイプ３３ｋ内を流れる炭酸ガス３５ｂを冷却する。その余の構成は第１実施例と同一であるのでその説明を省略する。
【００３６】
図４に本願発明による循環式内圧機関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炭酸ガス３５ａの純度はセンサ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とパイプ３３ｂを「開」としパイプ３３ｂとパイプ３３ｑ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）、炭酸ガス３５ａはパイプ３３ｃより冷却装置５７のパイプ３３ｄ内を通って（Ｓ６）、パイプ３３ｅより炭酸ガスエンジン１内に供給される（Ｓ７）。
【００３７】
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（図示省略）。このとき同時に上記動力がベルト５８ａにより炭酸ガス圧縮機５９に伝動され、該炭酸ガス圧縮機５９を作動する（Ｓ８）。また上記動力はベルト５８ｂにより圧縮機４９に伝動され、該圧縮機４９を作動する（Ｓ９）。さらに上記動力はベルト５８ｃによりポンプ６１に伝動され、該ポンプ６１を作動する（Ｓ１０）。
【００３８】
上記ポンプ６１は、炭酸ガスエンジン１から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを吸引し、回収タンク６７内に回収する（Ｓ１３）。この回収の際大気乾燥装置６５により水分が除去される（Ｓ１１、Ｓ１２）。次いで炭酸ガス３５ｂよりオイルを分離した後（Ｓ１４）、上記排出炭酸ガス３５ｂをタンク６９に圧送する（Ｓ１５）。タンク６９に送給された排出炭酸ガス３５ｂは、パイプ３３ｊより上記冷却装置５７のパイプ３３ｋに送られ、ここでパイプ３３ｄを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等により冷却される（Ｓ１６）。冷却された炭酸ガス３５ｂは炭酸ガス圧縮機５９に送られ、ここで例えばステップ８で述べた駆動力により４０気圧に加圧された炭酸ガスとされる（Ｓ８）。次いでこの炭酸ガスは単離装置７１に送られ（Ｓ１７）、ここで炭酸ガス以外の空気成分を放出する（Ｓ１８）。かくして高純度となった炭酸ガス３５ａは循環タンク７３に送られ、該循環タンク７３に貯溜される（Ｓ１９）。
【００３９】
始動後においては、センサ５３はパイプ３３ｑ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３３ｑとパイプ３３ｂを「開」としパイプ３３ａとパイプ３３ｂ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。
【００４０】
ステップ９にて駆動される上記圧縮機４９は、炭酸ガスエンジン１が後述する加熱部を有する場合、熱風供給パイプ４５、熱風排出パイプ４７より炭酸ガスエンジン１に熱風４０ａ、４０ｂを循環供給し（Ｓ２０）、炭酸ガスエンジン１に供給される高圧状態の炭酸ガス３５ａの体積膨張を効率的に行わせる。
【００４１】
（第３実施例）
図５は本願発明の第３実施例を示す。第１実施例と異なるのは、次に述べるように、炭酸ガスの常圧化手段として圧力調整装置を用いる点である。
【００４２】
調整タンク７２は炭酸ガスエンジン１の排気口１１、１０９、１１９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４０気圧）に調整する。
【００４３】
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。その余の構成は第１実施例と同一であるのでその説明を省略する。
【００４４】
図６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炭酸ガス３５ａの純度はセンサ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）、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）。
【００４５】
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次炭酸ガス圧縮部６９ａに伝動され、該１次炭酸ガス圧縮部６９ａの作動に寄与する。また上記動力はベルト５８ｂにより２次炭酸ガス圧縮部６９ｂに伝動され、該２次炭酸ガス圧縮部６９ｂの作動に寄与する。
【００４６】
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）が冷却部５７を経て（Ｓ８〜Ｓ１０）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に送給される（Ｓ１０）。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次炭酸ガス圧縮部６９ａに圧送される（Ｓ１２）。該１次炭酸ガス圧縮部６９ａにて圧縮された炭酸ガス等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等により冷却される（Ｓ１３）。冷却された炭酸ガス等３５ａ’は２次炭酸ガス圧縮部６９ｂに送られ、ここで加圧され炭酸ガス３５ａとされる（Ｓ１４）。この炭酸ガス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次炭酸ガス圧縮部６９ｂと循環タンク７３との間に炭酸ガス単離タンク（図示省略）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。
【００４７】
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。
【００４８】
（第４実施例）
図７は本願発明の第４実施例を示す。第１実施例と異なるのは、次に述べるように炭酸ガスの常圧化の手段が異なることと、炭酸ガスの循環送給手段として回収経路３４Ｂ中に組み込んだポンプ６１を用いる点である。
【００４９】
回収経路３４Ｂは、具体的には、炭酸ガスエンジン１の排出口１１、１０９、１１９から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを回収する回収タンク６７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装置６８と、該分離装置６８による上記分離処理を経た上記排出炭酸ガス３５ｂをタンク６９に圧送するポンプ６１と、上記タンク６９から送給されてくる上記排出炭酸ガス３５ｂを例えば−３０℃の排気の気化熱等にて冷却する冷却装置５７と、上記冷却装置５７から送給されてくる上記排出炭酸ガス３５ｂを高圧（例えば４０気圧）に加圧・圧縮する炭酸ガス圧縮機５９と、上記炭酸ガス圧縮機５９から送給されてくる炭酸ガス３５ａを貯溜する圧力容器からなる循環タンク７３とからなり、上記炭酸ガスエンジン１と上記回収タンク６７はパイプ３３ｆにより、上記回収タンク６７と上記分離装置６８とはパイプ３３ｇにより、上記分離装置６８と上記ポンプ６１とはパイプ３３ｈにより、上記ポンプ６１と上記タンク６９とはパイプ３３ｉにより、上記タンク６９と上記冷却装置５７とはパイプ３３ｊにより、上記冷却装置５７と上記炭酸ガス圧縮機５９とはパイプ３３ｌにより、上記炭酸ガス圧縮機５９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３３ｑにより、各連結されている。
【００５０】
炭酸ガスエンジン１から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂは上記ポンプ６１による吸引及び排出時の噴出力により、上記回収タンク６７内に回収される。上記回収タンク６７にはパイプ３３ｒ、３３ｓにより逆止弁６３及び大気乾燥装置６５が接続される。なお、上記冷却装置５７は、上記パイプ３３ｄと上記パイプ３３ｋとが相互に巻き着くような状態で内蔵され、パイプ３３ｄを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等によりパイプ３３ｋ内を流れる炭酸ガス３５ｂを冷却する。その余の構成は第１実施例と同一であるのでその説明を省略する。
【００５１】
図８に本願発明による循環式内圧機関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炭酸ガス３５ａの純度はセンサ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とパイプ３３ｂを「開」としパイプ３３ｂとパイプ３３ｑ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）、炭酸ガス３５ａはパイプ３３ｃより冷却装置５７のパイプ３３ｄ内を通って（Ｓ６）、パイプ３３ｅより炭酸ガスエンジン１内に供給される（Ｓ７）。
【００５２】
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（図示省略）。このとき同時に上記動力がベルト５８ａにより炭酸ガス圧縮機５９に伝動され、該炭酸ガス圧縮機５９を作動する（Ｓ８）。また上記動力はベルト５８ｂにより圧縮機４９に伝動され、該圧縮機４９を作動する（Ｓ９）。さらに上記動力はベルト５８ｃによりポンプ６１に伝動され、該ポンプ６１を作動する（Ｓ１０）。
【００５３】
上記ポンプ６１は、炭酸ガスエンジン１から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを吸引し、回収タンク６７内に回収する（Ｓ１３）。この回収の際大気乾燥装置６５により水分が除去される（Ｓ１１、Ｓ１２）。次いで炭酸ガス３５ｂよりオイルを分離した後（Ｓ１４）、上記排出炭酸ガス３５ｂをタンク６９に圧送する（Ｓ１５）。タンク６９に送給された排出炭酸ガス３５ｂは、パイプ３３ｊより上記冷却装置５７のパイプ３３ｋに送られ、ここでパイプ３３ｄを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等により冷却される（Ｓ１６）。冷却された炭酸ガス３５ｂは炭酸ガス圧縮機５９に送られ、ここで例えばステップ８で述べた駆動力により４０気圧に加圧された炭酸ガスとされる（Ｓ８）。次いで高純度のこの炭酸ガスはパイプ３３ｍにより循環タンク７３に送られ、該循環タンク７３に貯溜される（Ｓ１７）。
【００５４】
始動後においては、センサ５３はパイプ３３ｑ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３３ｑとパイプ３３ｂを「開」としパイプ３３ａとパイプ３３ｂ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。
【００５５】
ステップ９にて駆動される上記圧縮機４９は、炭酸ガスエンジン１が後述する加熱部を有する場合、熱風供給パイプ４５、熱風排出パイプ４７より炭酸ガスエンジン１に熱風４０ａ、４０ｂを循環供給し（Ｓ１８）、炭酸ガスエンジン１に供給される高圧状態の炭酸ガス３５ａの体積膨張を効率的に行わせる。
【００５６】
（上記実施例の組合せ例）
図９は第１実施例と第４実施例との適宜組合せ例を示す。第１実施例と異なるのは、次に述べるように、炭酸ガスの常圧化手段としてポンプ６１及び圧力調整装置を設置する点である。
【００５７】
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から排出される大気圧の炭酸ガス３５ｂを回収する回収タンク６７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装置６８と、該分離装置６８による上記分離処理を経た排出炭酸ガス３５ｂを圧送するポンプ６１と、上記ポンプ６１により送給されてくる上記排出炭酸ガス３５ｂを例えば−３０℃の排気の気化熱等にて冷却する冷却装置５７と、上記冷却装置５７から送給されてくる上記排出炭酸ガス３５ｂを高圧（例えば４０気圧）に加圧・圧縮して炭酸ガス３５ａを製造する炭酸ガス圧縮機５９と、上記炭酸ガス圧縮機５９から送給されてくる炭酸ガス３５ａを貯溜する圧力容器からなる循環タンク７３と、上記回収タンク６７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と上記回収タンク６７はパイプ３３ｆにより、上記回収タンク６７と上記分離装置６８とはパイプ３３ｇにより、上記分離装置６８と上記ポンプ６１とはパイプ３３ｈにより、上記ポンプ６１と上記冷却装置５７とはパイプ３３ｊにより、上記冷却装置５７と上記炭酸ガス圧縮機５９とはパイプ３３ｌにより、上記炭酸ガス圧縮機５９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３３ｑにより、各連結されている。
【００５８】
上記調整タンク７２は炭酸ガスエンジン１の排気口１１、１０９、１１９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４０気圧）に調整する。
【００５９】
上記冷却装置５７は、上記パイプ３３ｄと上記パイプ３３ｋとが相互に巻き着くような状態で内蔵され、パイプ３３ｄを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等によりパイプ３３ｋ内を流れる炭酸ガス３５ｂを冷却する。その余の構成は第１実施例と同一であるのでその説明を省略する。
【００６０】
図１０に本願発明による循環式内圧機関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炭酸ガス３５ａの純度はセンサ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とパイプ３３ｂを「開」としパイプ３３ｂとパイプ３３ｑ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）、炭酸ガス３５ａはパイプ３３ｃより冷却装置５７のパイプ３３ｄ内を通って（Ｓ６）、パイプ３３ｅより炭酸ガスエンジン１内に供給される（Ｓ７）。
【００６１】
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（図示省略）。このとき同時に上記動力がベルト５８ａにより炭酸ガス製造機５９に伝動され、該炭酸ガス製造機５９を作動する（Ｓ８）。また上記動力はベルト５８ｂにより圧縮機４９に伝動され、該圧縮機４９を作動する（Ｓ９）。さらに上記動力はベルト５８ｃによりポンプ６１に伝動され、該ポンプ６１を作動する（Ｓ１０）。
【００６２】
上記ポンプ６１は、炭酸ガスエンジン１から排出される大気圧となった、つまり圧力調整弁７０ａにより常圧に調整された状態の炭酸ガス３５ｂを吸引し、回収タンク６７内に回収する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。次いで炭酸ガス３５ｂよりオイルを分離した後（Ｓ１４）、上記排出炭酸ガス３５ｂを冷却装置５７に圧送する（Ｓ１５）。炭酸ガス３５ｂは、ここでパイプ３３ｄを流れてくる大気圧に曝された炭酸ガスの気化熱等により冷却される（Ｓ１６）。冷却された炭酸ガス３５ｂは炭酸ガス製造機５９に送られ、ここで例えばステップ８で述べた駆動力により４０気圧に加圧され炭酸ガス３５ａとされる（Ｓ８）。この炭酸ガス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（Ｓ１７）。
【００６３】
始動後においては、センサ５３はパイプ３３ｑ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３３ｑとパイプ３３ｂを「開」としパイプ３３ａとパイプ３３ｂ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。
【００６４】
ステップ９にて駆動される上記圧縮機４９は、熱風供給パイプ４５、熱風排出パイプ４７より炭酸ガスエンジン１に熱風４０ａ、４０ｂを循環供給し（Ｓ１８）、炭酸ガスエンジン１に供給される高圧状態の炭酸ガス３５ａの体積膨張を効率的に行わせる。
【００６５】
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１１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はアルミニウム合金製の密閉された円筒からなるハウジング１０１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１５５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に通ずる供給口１１７を設け、対向する側の周壁に排出口１１９を開口する。排出口１１９の設置位置は高圧の炭酸ガス３５ａが常圧の炭酸ガス３５ｂとなる圧力の均衡点の直前とする。本実施例の場合、該排出口１１９は上記供給口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てあり、直径線ｆに対し角度αが約１５°程度としてある。上記排出口１１９は上記供給口１１７より大に形成される。
【００６６】
上記ロータ１５５は図１２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られる。上記ハウジング１０１及び上記ロータ１５５はロータ軸１１６に複数個位相をずらせて通常２個固設されている。上記ロータ１５５の輪郭には、図１２に示すように、圧力保持のための圧力シール１５５ａを設ける。該圧力シール１５５ａはオイルシールも兼ねる。上記ハウジング１０１の上部周壁には供給口１１７を被覆するバルブ室１２４を設け、該バルブ室１２４に上下動自在の供給弁１２５を設ける。該供給弁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１５５に連動するカムであり、該カム１３１により上記供給弁１２５を開閉する。１３０はスプリングカバーである。
【００６７】
上記内室１０３には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１５５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１５５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１５５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。
【００６８】
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１５５のいずれかの作動面ａ又はｂを押圧する行程で、このとき供給口１１７は「開」、排出口１１９は「閉」となっている（図１１（Ａ））。膨張排出行程はロータ１５５の回転に与り大気圧状態となった炭酸ガス３５ｂが排出口１１９より外部に排出される行程で、このとき供給口１１７は「閉」、排出口１１９は「開」となっている（図１１（Ｂ））。大気圧保持行程は、供給口１１７が「閉」、排出口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１５５の回転に円滑性を付与する（図１１（Ｃ））。
【００６９】
図１３のロータリ型炭酸ガスエンジンはロータが図１４で示すような三面ロータの場合である。図１３において、炭酸ガスエンジン１はアルミニウム合金製の密閉された円筒からなるハウジング１０１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は周壁に供給口１０７を設け、対向する側の周壁に排出口１０９を開口する。該排出口１０９は上記供給口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」とは供給口１０７と排出口１０９のこのような位置関係のある設置も含むものとする。上記排出口１０９は上記供給口１０７より大に形成される。
【００７０】
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られる。上記ハウジング１０１及び上記ロータ１０５はロータ軸１０６に複数個位相をずらせて通常２個固設されている。上記ロータ１０５の輪郭には、図１４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。
【００７１】
上記内室１０３には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。
【００７２】
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（図１３（Ａ）では「ａ面」）を押圧する。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が排出口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１３（Ｂ））。大気圧保持行程は、供給口１０７及び排出口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（図１３（Ｃ）では３次作動室１１３）は大気圧（１気圧）となる（図１３（Ｃ））。
【００７３】
図１５及び図１６はロータリ型炭酸ガスエンジンが五面ロータの場合であり、この場合炭酸ガスの膨張エネルギを２回取り出す。図１５及び図１６において、炭酸ガスエンジン１はアルミニウム合金製の密閉された円筒からなるハウジング１０１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。上記ハウジング１０１の周壁を４等分した部位に第１供給口１０７ａ、第１排出口１０９ａ、第２供給口１０７ｂ及び第２排出口１０９ｂを順次設ける（総称するときは便宜上供給口「１０７」、排出口「１０９」の如く表記する）。これにより、第１排出口１０９ａ、第２排出口１０９ｂは、第１供給口１０７ａ、第２供給口１０７ｂより供給される高圧の炭酸ガス３５ａが常圧の炭酸ガス３５ｂとなる圧力の均衡点の直前となるよう配設される。上記第１排出口１０９ａ、第２排出口１０９ｂは上記第１供給口１０７ａ、第２供給口１０７ｂより大に形成される。
【００７４】
上記ロータ１０５は矢示する回転方向に沿って周面を５等分して作動面ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを形成する。各作動面ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは凹弧状に形成され、対応するハウジング１０１の内周面の弧と略線対称に形成される。上記ロータ１０５の各頂点部は弯曲に形成され、また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。
【００７５】
本実施例の場合、上記構成のハウジング１０１及びロータ１０５が２個連結される。なお、図１５及び図１６ではハウジング及びロータを「ハウジング１０１Ａ」、「ハウジング１０１Ｂ」、「ロータ１０５Ａ」、「ロータ１０５Ｂ」と示すが、以下の説明で区別する必要がないとき及び総称するときは便宜上「ハウジング１０１」及び「ロータ１０５」と表記する。１０２は上記２個のロータ１０５が固着されるロータ軸であり、該ロータ軸１０２により２個のロータ１０５が２個のハウジング１０１内の中央部に回転可能に取り付けられる。この際各ロータ１０５は出力の円滑性を確保するため、作動面の位相が重ならないようずらせて設ける。１１０は上記ロータ軸１０２の一端に設けるフライホイールである。
【００７６】
上記各ハウジング１０１の各内室１０３には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各ロータ１０５がロータ軸１０２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、第１室１１１、第２室１１２、第３室１１３、第４室１１４、第５室１１５に区画・形成される。上記各室１１１、１１２、１１３、１１４、１１５は上記ロータ１０５の作動面ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ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。第１室１１１はある作動面（図２０Ａ及び図２０Ｂの場合はａ面）が第１供給口１０７ａを「開」とする位置にきたときから第１排出口１０９ａを「開」に至らしめないまでの位置とし、このとき第１室１１１に隣接する各室を回転方向に順次第２室１１２、第３室１１３、第４室１１４及び第５室１１５とする。
【００７７】
吸入膨張行程は炭酸ガス３５ａが第１室１１１内に供給され、上記ロータ１０５のいずれかの作動面ａ〜ｅを押圧する行程で、このとき供給口１０７ａ、１０７ｂは「開」、排出口１０９ａ、１０９ｂは「閉」となっている（図２０ＡのＡ１〜Ａ２、図２０ＢのＢ１〜Ｂ２）。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が排出口１０９ａ、１０９ｂより外部に排出される行程で、このとき供給口１０７ａ、１０７ｂは「閉」、排出口１０９ａ、１０９ｂは「開」となっている（図２０ＡのＡ３〜Ａ４、図２０ＢのＢ３〜Ｂ４）。大気圧保持行程は、供給口１０７ａ、１０７ｂが「閉」、排出口１０９ａ、１０９ｂが「開」であり、図２０ＡのＡ５の場合作動室１１１、１１２が、図２０ＢのＢ５の場合作動室１１３、１１４がいずれも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１０５の回転に円滑性を付与する（図２０ＡのＡ５、図２０ＢのＢ５）。
【００７８】
図２２Ａ乃至図２２Ｃはロータ１０５の作動面ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを７個とした七面ロータの場合を示す。七面ロータのロータリ型炭酸ガスエンジンは炭酸ガスの膨張エネルギを３回取り出す。ハウジング１０１は、周壁を６等分にした部位に第１供給口１０７ａ、第１排出口１０９ａ、第２供給口１０７ｂ、第２排出口１０９ｂ及び第３供給口１０７ｃ、第３排出口１０９ｃを順次設ける。（総称するときは便宜上供給口「１０７」、排出口「１０９」の如く表記する）。これにより第１排出口１０９ａ、第２排出口１０９ｂ、第３排出口１０９ｃは第１供給口１０７ａ、第２供給口１０７ｂ、第３供給口１０７ｃより供給される高圧の炭酸ガス３５ａが常圧の炭酸ガス３５ｂとなる圧力の均衡点の直前となるよう配設される。上記第１排出口１０９ａ、第２排出口１０９ｂ、第３排出口１０９ｃは上記第１供給口１０７ａ、第２供給口１０７ｂ、第３供給口１０７ｃより大に形成される。
【００７９】
ロータ１０５は矢示する回転方向に沿って周面を７等分して作動面ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを形成する。各作動面ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは凹弧状に形成され、対応するハウジング１０１の内周面の弧と略線対称に形成される。五面ロータと同様にこの七面ロータ１０５の各頂点部は弯曲に形成され、また圧力保持のための圧力シールを設ける。該圧力シール１０５ａはオイルシールも兼ねる（図示省略）。
【００８０】
図１７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時に開口する排出口１１が設けられる。上記シリンダヘッド３には供給口１３が開口され、該供給口１３に上下動自在の供給弁１５を設ける。該供給弁１５の弁軸１７には上記供給口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により上記供給弁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。
【００８１】
次に図１８に基づき二面ロータのロータリ型炭酸ガスエンジンの作動原理を説明する。図１８はロータ１５５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１８（Ａ１）（図１１（Ａ））及び図１８（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１８（Ｂ１）及び図１８（Ｂ２）（図１１（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１８（Ｃ）は大気圧保持行程を示し、図１１（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１８（Ｄ）はロータ１５５が１回転し他の面（ｂ面）が作動面となった状態を示す。
【００８２】
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１８に基づいて説明してみる。
【００８３】
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１５５を強制回転させる。ロータ１５５が図１８（Ａ１）の位置即ち供給口１１７の直前の位置にくると供給弁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１５５が図１８（Ａ２）に示すように供給口１１７を通過する位置にくると供給弁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１５５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１８（Ａ１）及び図１８（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。
【００８４】
図１８（Ｂ１）及び図１８（Ｂ２）の膨張排出行程において、ロータ１５５の回転により排出口１１９が「開」となった瞬間、即ち排出口１１９がピンホール状態となると炭酸ガス３５ａは大気圧になるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス３５ａの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス３５ａはロータ１５５の表面に沿って動き「開」となった排出口１１９に向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス３５ａの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１５５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１５５の排出口１１９側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口１１９は益々大きく開口し、これにより炭酸ガス３５ａが益々排出口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１５５の排出口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１５５の排出口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１５５は回転する。この膨張排出行程における各面の圧力は、図１８（Ｂ１）では他面（ｂ面）側の圧力が大気圧であり、図１８（Ｂ２）（図１１（Ｂ））ではａ、ｂ両面側とも大気圧である。
【００８５】
この点を図１９（Ａ）乃至図１９（Ｄ）に基づきもう少し詳しく説明する。図１９（Ａ）に示すように膨張排出行程の直前の状態では炭酸ガス３５ａの膨張（亜膨張）の力は１次作動室１２１及びロータ１５５のすべての面にかかっている。しかし、排出口１１９が「開」となった瞬間、炭酸ガス３５ａは高圧の１次作動室１２１から低圧（大気圧）の開口部分１１９に向けて急激に流れ噴出する（図１９（Ｂ））。このとき１次作動室１２１内をみると、排出口１１９付近は大気圧に曝されるので圧力が不均衡となる圧力不均衡部Ｐ0が形成され、この圧力不均衡部Ｐ0は、炭酸ガス３５ａが噴出すると低圧となるので、隣接する層Ｐ1の炭酸ガス３５ａが移動してくる。これにより、１次作動室１２１内の上部Ｌには比較的に低圧の部分が形成される（図１９（Ｂ））。このような炭酸ガス３５ａの移動は図１９（Ｃ）及び図１９（Ｄ）に示すように次々に連鎖的になされる。よって１次作動室１２１の上部には炭酸ガス３５ａが抜けた低圧空間Ｌが形成されこの低圧空間Ｌは徐々に大となり、他方、排出口１１９付近の圧力不均衡部Ｐ0には次々に新たな炭酸ガス３５ａが爆発的に移動してくるので、圧力不均衡部Ｐ0は大気圧より常に高圧となっている。そして圧力不均衡部Ｐ0から次々に排出される炭酸ガス３５ａは排出口１１９より排出されるとき、即ちロータ１５５が「１」の位置から「ｎ」の位置に至るまで爆発的に膨張するから、排出される炭酸ガス３５ａはロータ１０５の第１排出口１０９ａ側の半面を押圧し、ロータ１０５はハウジング１０１に枢着されているため、上記した炭酸ガス３５ａの膨張力により回転するのである。つまり、排出される炭酸ガス３５ａは圧力不均衡部Ｐ0での爆発的膨張と該圧力不均衡部Ｐ0への補給が連続的になされるため爆発的な膨張が持続的になされ、これによりロータ１０５が回転する。
なお、この膨張排出行程において炭酸ガス３５ｂは排出口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。
【００８６】
次いで図１８（Ｂ２）に示す膨張排出行程の終了時から図１８（Ｃ）及び図１１（Ｃ）に示す大気圧保持行程において、ロータ１５５のａ、ｂ両面とも大気圧となるため、ロータ１５５は慣性力により回転し図１８（Ｄ）（図１１（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１５５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。
【００８７】
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。
【００８８】
図１３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１１に示す二面ロータの場合と異なるのは供給弁１２５がないことであるが、この供給弁１２５の機能即ち供給口１１７の開閉はロータ１０５の回転位置によって行なうのである。
【００８９】
図１３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１３（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、高圧状態（例えば４０気圧）の炭酸ガス３５ａ（気体）が供給口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。
【００９０】
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１３（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、排出口１０９が「開」となるため膨張排出行程となる。ロータ１０５の回転により排出口１０９が「開」となった瞬間、即ち排出口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１０５の表面に沿って動き「開」となった排出口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、この排出口１０９より噴出する。
【００９１】
さらにロータ１０５が図１３（Ｃ）に示す位置に回転すると、供給口１０７と排出口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。
【００９２】
ロータ１０５はさらに回転し図１３（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。
【００９３】
次に図２０Ａ及び図２０Ｂに基づき五面ロータのロータリ型炭酸ガスエンジンの作動原理を説明する。図２０Ａ及び図２０Ｂはロータ１０５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２０ＡのＡ１乃至Ａ５は作動面ａにおける１回目の膨張エネルギー取出工程を示し、図２０ＢのＢ１乃至Ｂ５は作動面ａにおける２回目の膨張エネルギー取出工程を示す。図２０ＡのＡ１及び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２０ＡのＡ３及びＡ４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２０ＡのＡ５は大気圧保持行程を示し、このときの作動室１１１、１１２は大気圧（１気圧）となる。また図２０ＢのＢ１及びＢ２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２０ＢのＢ３及びＢ４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２０ＢのＢ５は大気圧保持行程を示し、このときの作動室１１３、１１４は大気圧（１気圧）となる。これによりロータ１０５が１回転し他の面（ｂ面）が作動面となる。
【００９４】
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３３を経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２０Ａ及び図２０Ｂに基づいて説明してみる。
【００９５】
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１０５を強制回転させる。ロータ１０５が図２０ＡのＡ１の位置即ち供給口１０７ａが「開」のときは、高圧状態の炭酸ガス３５ａが第１室１１１に流入してくる。この炭酸ガス３５ａは第１室１１１に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ１０５が図２０ＡのＡ２に示すように排出口１０９ａの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス３５ａの膨張が第１室１１１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１０５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２０ＡのＡ１及び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。
【００９６】
図２０ＡのＡ３及びＡ４の膨張排出行程において、ロータ１０５の回転により排出口１０９ａが「開」となった瞬間、即ち排出口１０９ａがピンホール状態となると炭酸ガス３５ａは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス３５ａの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス３５ａはロータ１０５の表面に沿って動き「開」となった排出口１０９ａに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス３５ａの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１０５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１０５の排出口１０９ａ側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口１０９ａは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス３５ａが益々排出口１０９ａ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１０５の排出口１０９ａ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１０５の排出口１０９ａ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１０５は回転する。
【００９７】
この点を図２１Ａ（Ａ）乃至（Ｄ）に基づきもう少し詳しく説明する。図２１Ａ（Ａ）は図２０Ａの行程Ａ２のＡ部拡大図、図２１Ａ（Ｂ）は図２０Ａの行程Ａ３のＢ部拡大図、図２１Ａ（Ｃ）は図２０Ａの行程Ａ３と行程Ａ４の中間状態を示す拡大図、図２１Ａ（Ｄ）は図２０Ａの行程Ａ４のＤ部拡大図である。図２１Ａ（Ａ）に示すように膨張排出行程の直前の状態では炭酸ガス３５ａの膨張（亜膨張）の力は第１室１１１及びロータ１０５のすべての面にかかっている。しかし、排出口１０９ａが「開」となった瞬間、炭酸ガス３５ａは高圧の第１室１１１から低圧（大気圧）の開口部分１０９ａに向けて急激に流れ噴出する（図２１Ａ（Ｂ））。このとき第１室１１１内をみると、排出口１０９ａ付近は大気圧に曝されるので圧力が不均衡となる圧力不均衡部Ｐ0が形成され、この圧力不均衡部Ｐ0は、炭酸ガス３５ａが噴出すると低圧となるので、隣接する層Ｐ1の炭酸ガス３５ａが移動してくる。これにより、第１室１１１内の排出口１０９ａの反対側には比較的に低圧の部分Ｌ（図２０ＡのＡ３に示す）が形成される。このような炭酸ガス３５ａの移動は図２１Ａ（Ｃ）及び図２１Ａ（Ｄ）に示すように次々に連鎖的になされる。よって第１室１１１には炭酸ガス３５ａが抜けた低圧空間Ｌが形成されこの低圧空間Ｌは徐々に大となり、他方、排出口１０９ａ付近の圧力不均衡部Ｐ0には次々に新たな炭酸ガス３５ａが爆発的に移動してくるので、圧力不均衡部Ｐ0は大気圧より常に高圧となっている。そして圧力不均衡部Ｐ0から次々に排出される炭酸ガス３５ａは排出口１０９ａより排出されるとき、即ちロータ１０５が「１」の位置から「ｎ」の位置に至るまで爆発的に膨張するから、排出される炭酸ガス３５ａはロータ１０５の第１排出口１０９ａ側の半面を押圧し、ロータ１０５はハウジング１０１に枢着されているため、上記した炭酸ガス３５ａの膨張力により回転するのである。つまり、排出される炭酸ガス３５ａは圧力不均衡部Ｐ0での爆発的膨張と該圧力不均衡部Ｐ0への補給が連続的になされるため爆発的な膨張が持続的になされ、これによりロータ１０５が回転する。
なお、ロータ１０５の回転に伴ない各室の区画が変化しているから、正確に言えば、図２０Ａの行程Ａ３以降の行程において「１１１」で示す区画は第１室ではないかもしれないが、便宜上図２０Ａの行程Ａ３乃至行程Ａ５及び図２０Ｂの行程Ｂ１乃至行程Ｂ５のいずれも図２０Ａの行程Ａ１で示した各室の符号を用いることとする。
【００９８】
次いで図２０ＡのＡ４に示す膨張排出行程の終了時から図２０ＡのＡ５に示す大気圧保持行程においてロータ１０５は慣性力により回転し、ａ面が大気圧の第２室１１２に移行し、さらに、図２０ＢのＢ１に示す位置まで回転する。これにより、ａ面における２回目の膨張エネルギー取出工程となる。
【００９９】
即ち、ロータ１０５が慣性モーメントにより回転しａ面が図２０ＢのＢ１に示す位置のときは供給口１０７ｂが「開」であり、高圧状態の炭酸ガス３５ａが第３室１１３に流入してくる。この炭酸ガス３５ａは第３室１１３に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ１０５が図２０ＢのＢ２に示すように排出口１０９ｂの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス３５ａの膨張が第３室１１３の容積の限度内で行われる「亜膨張」のためである。亜膨張時にロータ１０５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２０ＢのＢ１及びＢ２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。
【０１００】
図２０ＢのＢ３及びＢ４の膨張排出行程において、ロータ１０５の回転により排出口１０９ｂが「開」となった瞬間、即ち排出口１０９ｂがピンホール状態となると炭酸ガス３５ａは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス３５ａの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス３５ａはロータ１０５の表面に沿って動き「開」となった排出口１０９ｂに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス３５ａの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１０５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１０５の排出口１０９ｂ側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口１０９ｂは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス３５ａが益々排出口１０９ｂ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（膨張力）は一層ロータ１０５の排出口１０９ｂ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１０５の排出口１０９ｂ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１０５は回転する。
【０１０１】
この点を図２１Ｂ（Ｅ）乃至図２１Ｂ（Ｈ）に基づきもう少し詳しく説明する。図２１Ｂ（Ｅ）は図２０Ｂの行程Ｂ２のＥ部拡大図、図２１Ｂ（Ｆ）は図２０Ｂの行程Ｂ３のＦ部拡大図、図２１Ｂ（Ｇ）は図２０Ｂの行程Ｂ３と行程Ｂ４の中間状態を示す拡大図、図２１Ｂ（Ｈ）は図２０Ｂの行程Ｂ４のＨ部拡大図である。図２１Ｂ（Ｅ）に示すように膨張排出行程の直前の状態では炭酸ガス３５ａの膨張（亜膨張）の力は第３室１１３及びロータ１０５のすべての面にかかっている。しかし、排出口１０９ｂが「開」となった瞬間、炭酸ガス３５ａは高圧の第３室１１３から低圧（大気圧）の開口部分１０９ｂに向けて急激に流れ噴出する（図２１Ｂ（Ｆ））。このとき第３室１１３内をみると、排出口１０９ｂ付近は大気圧に曝されるので圧力が不均衡となる圧力不均衡部Ｐ0が形成され、この圧力不均衡部Ｐ0は、炭酸ガス３５ａが噴出すると低圧となるので、隣接する層Ｐ1の炭酸ガス３５ａが移動してくる。これにより、第３室１１３内の排出口１０９ｂの反対側は比較的に低圧の部分Ｌ（図２０ＢのＢ３に示す）が形成される。このような炭酸ガス３５ａの移動は図２１Ｂ（Ｇ）及び図２１Ｂ（Ｈ）に示すように次々に連鎖的になされる。よって第３室１１３には炭酸ガス３５ａが抜けた低圧空間Ｌが形成されこの低圧空間Ｌは徐々に大となり、他方、排出口１０９ｂ付近の圧力不均衡部Ｐ0には次々に新たな炭酸ガス３５ａが爆発的に移動してくるので、圧力不均衡部Ｐ0は大気圧より常に高圧となっている。そして圧力不均衡部Ｐ0から次々に排出される炭酸ガス３５ａは排出口１０９ｂより排出されるとき、即ちロータ１０５が「１」の位置から「ｎ」の位置に至るまで爆発的に膨張するから、排出される炭酸ガス３５ａはロータ１０５の第２排出口１０９ｂ側の半面を押圧し、ロータ１０５はハウジング１０１に枢着されているため、上記した炭酸ガス３５ａの膨張力により回転するのである。つまり、排出される炭酸ガス３５ａは圧力不均衡部Ｐ0での爆発的膨張と該圧力不均衡部Ｐ0への補給が連続的になされるため爆発的な膨張が持続的になされ、これによりロータ１０５が回転する。
【０１０２】
次いで図２０ＢのＢ４に示す膨張排出行程の終了時から図２０ＢのＢ５に示す大気圧保持行程においてロータ１０５は慣性力により回転し、ａ面が大気圧の第４室１１４に移行する。これにより、他面（ｂ面）が第１供給口１０７ａ「開」の位置となり作動面となるので、今度はロータ１０５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。
【０１０３】
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作動することになるのである。
【０１０４】
そしてｂ面においても上記したと同様の行程を経て炭酸ガスによる２回の膨張エネルギーを取り出す。さらにロータ１０５が回転し、ｃ面乃至ｅ面においても上記したと同様の行程を経て炭酸ガスによる２回の膨張エネルギーを取り出す。また本実施例においてはロータ１０５は位相をずらせて２個連接されているため、作動面ａ〜ｅにおける上記行程はロータ１０５Ａの作動面ａ〜ｅとロータ１０５Ｂの作動面ａ〜ｅがそれぞれ連続して行われる。よってエンジン出力が増大するとともに、出力の円滑性が確保される。
【０１０５】
次に七面ロータのロータリ型炭酸ガスエンジンの作動原理を図２２Ａ乃至図２２Ｃに基づき説明する。図２２Ａ乃至図２２Ｃはロータ１０５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２２ＡのＡ１乃至Ａ５は作動面ａにおける１回目の膨張エネルギー取出工程を示し、図２２ＢのＢ１乃至Ｂ５は作動面ａにおける２回目の膨張エネルギー取出工程を示し、図２２ＣのＣ１乃至Ｃ５は作動面ａにおける３回目の膨張エネルギー取出工程を示す。図２２ＡのＡ１及び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２２ＡのＡ３及びＡ４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２２ＡのＡ５は大気圧保持行程を示し、このときの作動室１１１、１１２は大気圧（１気圧）となる。また図２２ＢのＢ１及びＢ２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２２ＢのＢ３及びＢ４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２２ＢのＢ５は大気圧保持行程を示し、このときの作動室１１３、１１４は大気圧（１気圧）となる。さらに図２２ＣのＣ１及びＣ２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２２ＣのＣ３及びＣ４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２２ＣのＣ５は大気圧保持行程を示し、このときの作動室１１５、１１６は大気圧（１気圧）となる。これによりロータ１０５が１回転し他の面（ｂ面）が作動面となる。
【０１０６】
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３３を経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２２Ａ乃至図２２Ｃに基づいて説明してみる。
【０１０７】
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１０５を強制回転させる。ロータ１０５が図２２ＡのＡ１の位置即ち供給口１０７ａが「開」のときは、高圧状態の炭酸ガス３５ａが第１室１１１に流入してくる。この炭酸ガス３５ａは第１室１１１に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ１０５が図２２ＡのＡ２に示すように排出口１０９ａの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス３５ａの膨張が第１室１１１の容積の限度内で行われる「亜膨張」のためである。亜膨張時にロータ１０５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２２ＡのＡ１及び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。
【０１０８】
図２２ＡのＡ３及びＡ４の膨張排出行程において、ロータ１０５の回転により排出口１０９ａが「開」となった瞬間、即ち排出口１０９ａがピンホール状態となると炭酸ガス３５ａは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス３５ａの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス３５ａはロータ１０５の表面に沿って動き「開」となった排出口１０９ａに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス３５ａの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１０５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１０５の排出口１０９ａ側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口１０９ａは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス３５ａが益々排出口１０９ａ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（膨張力）は一層ロータ１０５の排出口１０９ａ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１０５の排出口１０９ａ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１０５は回転する。詳細については五面ロータで述べた通りであるので省略する。
【０１０９】
なお、ロータ１０５の回転に伴ない各室の区画が変化しているから、五面ロータで述べたように正確に言えば、図２２Ａの行程Ａ３以降の行程において「１１１」で示す区画は第１室ではないかもしれないが、便宜上図２２Ａの行程Ａ３乃至行程Ａ５、図２２Ｂの行程Ｂ１乃至行程Ｂ５及び図２２Ｃの行程Ｃ１乃至行程Ｃ５のいずれも図２２Ａの行程Ａ１で示した各室の符号を用いることとする。
【０１１０】
次いで図２２ＡのＡ４に示す膨張排出行程の終了時から図２２ＡのＡ５に示す大気圧保持行程においてロータ１０５は慣性力により回転し、ａ面が大気圧の第２室１１２に移行し、さらに、図２２ＢのＢ１に示す位置まで回転する。これにより、ａ面における２回目の膨張エネルギー取出工程となる。
【０１１１】
即ち、ロータ１０５が慣性モーメントにより回転しａ面が図２２ＢのＢ１に示す位置のときは供給口１０７ｂが「開」であり、高圧状態の炭酸ガス３５ａが第３室１１３に流入してくる。この炭酸ガス３５ａは第３室１１３に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ１０５が図２２ＢのＢ２に示すように排出口１０９ｂの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス３５ａの膨張が第３室１１３の容積の限度内で行われる「亜膨張」のためである。亜膨張時にロータ１０５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２２ＢのＢ１及びＢ２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。
【０１１２】
図２２ＢのＢ３及びＢ４の膨張排出行程において、ロータ１０５の回転により排出口１０９ｂが「開」となった瞬間、即ち排出口１０９ｂがピンホール状態となると炭酸ガス３５ａは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス３５ａの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス３５ａはロータ１０５の表面に沿って動き「開」となった排出口１０９ｂに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス３５ａの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１０５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１０５の排出口１０９ｂ側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口１０９ｂは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス３５ａが益々排出口１０９ｂ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（膨張力）は一層ロータ１０５の排出口１０９ｂ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１０５の排出口１０９ｂ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１０５は回転する。この点についての詳細も前述の通りであるので省略する。
【０１１３】
次いで図２２ＢのＢ４に示す膨張排出行程の終了時から図２２ＢのＢ５に示す大気圧保持行程においてロータ１０５は慣性力により回転し、ａ面が大気圧の第４室１１４に移行し、さらに、図２２ＣのＣ１に示す位置まで回転する。これにより、ａ面における３回目の膨張エネルギー取出工程となる。
【０１１４】
即ち、ロータ１０５が慣性モーメントにより回転しａ面が図２２ＣのＣ１に示す位置のときは供給口１０７ｃが「開」であり、高圧状態の炭酸ガス３５ａが第３室１１３に流入してくる。この炭酸ガス３５ａは第５室１１５に流入するとすぐに膨張を開始するが、この膨張はロータ１０５が図２２ＣのＣ２に示すように排出口１０９ｃの位置にくると一旦終了する。これは炭酸ガス３５ａの膨張が第５室１１５の容積の限度内で行われる「亜膨張」のためである。亜膨張時にロータ１０５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２２ＣのＣ１及びＣ２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。
【０１１５】
図２２ＣのＣ３及びＣ４の膨張排出行程において、ロータ１０５の回転により排出口１０９ｃが「開」となった瞬間、即ち排出口１０９ｃがピンホール状態となると炭酸ガス３５ａは大気圧となるため爆発的に膨張する。このとき炭酸ガス３５ａの動きを中心にみると、膨張した炭酸ガス３５ａはロータ１０５の表面に沿って動き「開」となった排出口１０９ｃに向かって急激に移動する。このときの炭酸ガス３５ａの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１０５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１０５の排出口１０９ｃ側の半面にだけ集中してかかる。よって排出口１０９ｃは益々大きく開口し、これにより炭酸ガス３５ａが益々排出口１０９ｃ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（膨張力）は一層ロータ１０５の排出口１０９ｃ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１０５の排出口１０９ｃ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１０５は回転する。この点についての詳細も上記と同様であるので省略する。
【０１１６】
次いで図２２ＣのＣ４に示す膨張排出行程の終了時から図２２ＣのＣ５に示す大気圧保持行程においてロータ１０５は慣性力により回転し、ａ面が大気圧の第６室１１６に移行する。これにより、他面（ｂ面）が第１供給口１０７ａ「開」の位置となり作動面となるので、今度はロータ１０５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。
【０１１７】
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作動することになるのである。
【０１１８】
そしてｂ面においても上記したと同様の行程を経て炭酸ガスによる３回の膨張エネルギーを取り出す。さらにロータ１０５が回転し、ｃ面乃至ｇ面においても上記したと同様の行程を経て炭酸ガスによる３回の膨張エネルギーを取り出す。また本実施例においてはロータ１０５は位相をずらせて２個連接されているため、作動面ａ〜ｇにおける上記行程はロータ１０５Ａの作動面ａ〜ｇとロータ１０５Ｂの作動面ａ〜ｇがそれぞれ連続して行われる。よってエンジン出力が増大するとともに、出力の円滑性が確保される。
【０１１９】
図１７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。続いて排出口１１の「開」の開始から図１７（Ｃ）に示す「全開」を経て排出口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出口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。
【０１２０】
図１７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１７（Ａ）に示すように下降するとともに、カム２１により供給弁１５が押圧される。すると図１７（Ｂ）に示すように、スプリング１９の付勢力に抗して供給弁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、回転後すぐに供給弁１５の押圧が解除されるから、供給弁１５はスプリング１９の付勢力により「閉」となる。図１７（Ｃ）はピストン７が下死点Ｄまで下降した状態を示す。
【０１２１】
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。供給弁１５が「閉」となると、密室内では高圧状態（例えば４０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。
【０１２２】
図１７（Ｃ）に示すように下死点Ｄ時において内室９の排出口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、大気圧となるとき爆発的に膨張する「連鎖膨張」となり、排出口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時においては大気圧となったすべての炭酸ガス３５ｂが排気される。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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、図示実施例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、ロータの先端が排出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、排出口１１９、１０９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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。また炭酸ガス圧縮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。
【０１２８】
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２３の通り
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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２３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、１５５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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
（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
【０１３４】
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。
【０１３５】
（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。
【０１３６】
（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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
（２）式より爆発温度Ｔ1は
【数４】
従って
【数５】
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
（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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
（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】
【０１４５】
（４）式より爆発温度Ｔ1は
【数１０】
従って、
【数１１】
【０１４６】
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。
【０１４７】
（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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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】
【０１５３】
（４’）より燃焼温度Ｔ1は
【数１３】
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
この点につき、図２３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。
【０１６５】
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】
【０１６６】
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】
【０１６７】
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。
【０１６８】
本願発明は上記した実施例に限定されない。例えば、「膨張力」を得るために炭酸ガスを常圧化する手段として前記のように種々あり、第１実施例のような軸受部からの大気接触による、いわばエンジンの内部からの常圧化タイプ、第２乃至第４実施例のようないわばエンジンの外部からの常圧化タイプがある。さらにはこれら実施例の組み合わせ、例えば図９示のような実施例等がある。本願発明に係る炭酸ガスエンジンは高圧状態で供給される炭酸ガスが「亜膨張」、「連鎖膨張」及び「大気圧保持」の３行程を連続的に経ることにより炭酸ガスの膨張エネルギを取り出し、排出される大気圧の炭酸ガスを回収する循環回路を有することに特徴があるのであり、いわば従来のガソリンエンジンで用いられる燃料に相当する圧料（炭酸ガス）の再生利用が可能であればよいからである。
【０１６９】
また、炭酸ガスエンジン１から排出される炭酸ガス３５ｂの回収経路３４Ｂ内での送出は第１実施例のように炭酸ガス自体の噴出力を利用するタイプ、第３実施例のようにポンプ６１を利用するタイプ、第４実施例のように両者の併用タイプがある。
【０１７０】
加熱部（５６）の設置は任意であるが、設置する場合その設置部位は、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２４はそのような場合を例示したものである。
【０１７１】
図２４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。
【０１７２】
また、図１の回路において炭酸ガスエンジン１を図２４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。
【０１７３】
炭酸ガス圧縮部の多段化は、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２５（Ａ）、（Ｂ）に示すように炭酸ガス圧縮部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。
【０１７４】
また複数個の炭酸ガス圧縮部の相互の接続は、例えば図２５（Ａ）に示すように直列接続はもとより、例えば図２５（Ｂ）に示すように並列接続にすることもできる。
【０１７５】
また１次炭酸ガス圧縮部６９ａ及び２次炭酸ガス圧縮部６９ｂの駆動力は、その１として、上記実施例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。
【０１７６】
炭酸ガス圧縮部６９ｂと循環タンク７３の間に他の循環タンク（図示せず）を設け、循環タンクを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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
炭酸ガス圧縮部による加圧は、温度等の外部環境によって適宜に選択され、必ずしも常温で液化しない程度の圧力、例えば２０気圧位乃至４０気圧位でも可能である。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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
レシプロ型炭酸ガスエンジンの場合、内室９に設ける供給弁１５は、図示例とは反対に、内室９を外側から供給弁１５の弁蓋により閉塞または開放するようにしてもよい。また供給弁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。
【０１８２】
回収経路３４Ｂ中の冷却部５７の構成は任意であり、図１のような構成であっても図３のような構成であってもよい。
【０１８３】
ポンプ６１の設置は任意的である。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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、常温で液化する７０気圧位はもちろん、それより低い例えば２０気圧程度乃至４０気圧程度とか６０気圧程度も含む。また「大気圧」と「常圧」とは同義で用いている。
【産業上の利用可能性】
【０１８６】
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】
【０１８７】
【図１】本願発明の第１実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。
【図２】第１実施例の動作ステップを示すフローチャートである。
【図３】本願発明の第２実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。
【図４】第２実施例の動作ステップを示すフローチャートである。
【図５】本願発明の第３実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。
【図６】第３実施例の動作ステップを示すフローチャートである。
【図７】本願発明の第４実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。
【図８】第４実施例の動作ステップを示すフローチャートである。
【図９】本願発明のさらに他の実施例による循環式内圧機関の回路構成図を示す。
【図１０】図９の実施例の動作ステップを示すフローチャートである。
【図１１】本願発明に使用する内圧機関の実施例を示す。
【図１２】ロータの実施例を示す概略斜視図である。
【図１３】本願発明に使用する内圧機関の他の実施例を示す。
【図１４】ロータの他の実施例を示す概略斜視図である。
【図１５】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１６】図１５の分解斜視図である。
【図１７】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１８】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１９】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２０Ａ】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２０Ｂ】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２１Ａ】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２１Ｂ】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２２Ａ】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２２Ｂ】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２２Ｃ】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２３】炭酸ガスの熱力学的性質を示す表である。
【図２４】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２５】（Ａ）は本願発明に使用する炭酸ガス圧縮部の接続例、（Ｂ）は他の接続例を示す。
【符号の説明】
【０１８８】
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 排出口
１３ 供給口
１５ 供給弁
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
３７ 加熱部
３９ シリンダカバー
４０ 熱風
４１ 熱風供給口
４３ 熱風排出口
４５ 熱風供給パイプ
４７ 熱風排出パイプ
４９ 圧縮機
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
５８ｃ ベルト
５９ 炭酸ガス圧縮機
６１ ポンプ
６３ 逆止弁
６５ 大気乾燥部
６７ 回収タンク
６８ 分離部
６９ 混合タンク
６９ａ １次炭酸ガス圧縮部
６９ｂ ２次炭酸ガス圧縮部
７１ 単離部
７３ 循環タンク
７５ 逆止弁
７７ 逆止弁
１０１ ハウジング
１０２ ロータ軸
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 供給口
１０７ａ 第１供給口
１０７ｂ 第２供給口
１０７ｃ 第３供給口
１０９ 排出口
１０９ａ 第１排出口
１０９ｂ 第２排出口
１０９ｃ 第３排出口
１１０ フライホイール
１１１ １次作動室（第１室）
１１２ ２次作動室（第２室）
１１３ ３次作動室（第３室）
１１４ 第４室
１１５ 第５室
１１５ａ オイルシール兼用圧力シール
１１７ 供給口
１１９ 排出口
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 供給弁
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
１５５ ロータ
ａ 作動面
ｂ 作動面
ｃ 作動面
ｄ 作動面
ｅ 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大気圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなり、上記供給系経路と回収系経路を接続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、高圧状態の炭酸ガスが炭酸ガスエンジンの内室に接せられる大気により大気圧になることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項３】
請求項１記載の循環式内圧機関において、高圧状態の炭酸ガスが圧力調整装置により大気圧になることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項４】
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大気圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなり、上記供給系経路と回収系経路を接続して炭酸ガスが循環する循環回路を構成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５】
請求項４記載の発電システムにおいて、高圧状態の炭酸ガスが炭酸ガスエンジンの内室に接せられる大気により大気圧になることを特徴とする発電システム。
【請求項６】
請求項４記載の発電システムにおいて、高圧状態の炭酸ガスが圧力調整装置により大気圧にな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大気圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなり、上記供給系経路と回収系経路を接続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、高圧状態の炭酸ガスが炭酸ガスエンジンの内室に接せられる大気により大気圧になることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項３】
請求項１記載の循環式内圧機関において、高圧状態の炭酸ガスが圧力調整装置により大気圧になることを特徴とする循環式内圧機関。
【請求項４】
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大気圧の炭酸ガスを回収する回収系経路とからなり、上記供給系経路と回収系経路を接続して炭酸ガスが循環する循環回路を構成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５】
請求項４記載の発電システムにおいて、高圧状態の炭酸ガスが炭酸ガスエンジンの内室に接せられる大気により大気圧になることを特徴とする発電システム。
【請求項６】
請求項４記載の発電システムにおいて、高圧状態の炭酸ガスが圧力調整装置により大気圧にな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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２２Ｃ】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２２Ｃ】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００８−２９７９５９（Ｐ２００８−２９７９５９Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４４０８０（Ｐ２００７−１４４０８０）
【出願日】平成１９年５月３０日（２００７．５．３０）
【特許番号】特許第４１４７５６３号（Ｐ４１４７５６３）
【特許公報発行日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【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１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月３０日（２００７．５．３０）
【特許番号】特許第４１４７５６３号（Ｐ４１４７５６３）
【特許公報発行日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【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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