熱機関
流体入口及び流体出口を有する少なくとも１つの液封式回転ケーシング圧縮機（ＬＲＲＣＣ）と、ＬＲＲＣＣの出口と流体連通する燃焼室と、流体入口及び流体出口を有し流体入口が燃焼室と連通する少なくとも１つの膨張機とを備える熱機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は熱機関に関し、より詳細には液封式回転ケーシング圧縮機（ＬＲＲＣＣ）熱機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
熱機関は通常、ピストン駆動装置及びクランクシャフトを使用して直線運動を回転運動に変換する。航空機産業に普及しているガスタービンを自動車用小型エンジンに変換する試みが多数なされてきた。これらの試みでは、小型タービンは６０，０００ｒｐｍ程度で回転するため、高額な変速機又は発電機が必要となり、このことは軸の稼動効率を下げる。
【０００３】
液封式機械は、単純で信頼性が高く低騒音の圧縮機及び真空ポンプであり、ピストン及びクランクシャフトを用いずに軸の動作を径方向圧縮に変換する。液封式圧縮機における軸の動作の種々の成分の分析によれば、約５０％近くが液封式−ケーシングの境界で消散することが示されている。ＬＲＲＣＣを用いると、境界摩擦は、摩擦軸受に置き換えられ、摩擦軸受は液封式の消散の１０％未満である。これにより、ＬＲＲＣＣは圧縮機及び膨張機における競争相手となる。
【０００４】
効率の高いＬＲＲＣＣ圧縮機／タービンは、欧州特許第０，８０４，６８７号から既知である。この引用により、この文献の教示内容を本明細書に組み込む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ＬＲＲＣＣ圧縮機／膨張機に基づく非常に効率の高い熱機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、流体入口及び流体出口を有する少なくとも１つの液封式回転ケーシング圧縮機（ＬＲＲＣＣ）と、ＬＲＲＣＣの出口と流体連通する燃焼室と、流体入口及び流体出口を有し流体入口が燃焼室と連通する少なくとも１つの膨張機とを備えた熱機関が提供される。
【０００７】
次に、本発明をより完全に理解できるように、以下の例示的な図を参照しながらいくつかの特定の好適な実施例とともに本発明を説明する。
【０００８】
ここで、図を詳細に具体的に参照するが、これらの詳細は、例示として、本発明の好適な実施例の例示的な説明のためのみに示されているにすぎないこと、また、最も有用であると思われるために提示されており、本発明の原理及び概念的態様の説明を容易に理解されるためのものであることを強調しておく。この点に関して、本発明を、本発明の根本的な理解に必要である以上には本発明の構造的細部を詳細に示すことはせず、図面とともに説明を読めば、本発明のいくつかの形態がどのように実際に具現され得るかは当業者には明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［好適な実施例の詳細な説明］
図１には、ＬＲＲＣＣ４及び膨張機６（例えばタービン）を備えた本発明による熱機関２が示されている。ＬＲＲＣＣ４及び膨張機６は、この実施例に図示されるように同じ軸８に、又は別の軸に機械的に取り付けられる。膨張機６が様々な異なる速度で回転する場合には、変速機１０（例えば、機械式変速機（ギア）又は電動変速機）が軸８に結合される。熱力学的に、ＬＲＲＣＣ４からの出力１２が導管１４を介して熱交換器１６を通って燃焼室２０の入力１８に至り、それにより、例えば液体又はガス燃料による燃焼が生じる。燃焼室２０からの出力２２は膨張機６の入力２４に至る。膨張機６からの出力２６は導管２８を介して熱交換器１６を通って大気に至る。また、ＬＲＲＣＣ４を冷却するさらなる熱交換器３０と、導管３４を介して燃焼室２０へ供給する燃料槽３２とが設けられる。
【００１０】
欧州特許第０，８０４，６８７号が教示するように、圧縮機４及び／又は膨張機６はロータコアとジャケットとを有し、当該ロータコアに取り付けられた上記ジャケットの偏心率はｅ≦（１−ｃ）／３（式中、ｃは、コアの半径Ｃとジャケットの半径Ｒとの比、すなわちｃ＝Ｃ／Ｒである）によって得られる。
【００１１】
熱機関の操作は次ぎの通りである。流体をＬＲＲＣＣ４に導入し（矢印Ａを参照）、その内部で圧縮し、燃焼室２０に通し、そこで加熱し、膨張機６に通す。膨張機の出力２６から排出された被加熱残留流体を任意選択的に熱交換器１６に通し、ＬＲＲＣＣ４の出力流体を加熱するのに有効に用いてから、ＬＲＲＣＣ４の出力流体を燃焼室２０に流入させてさらに加熱する。図２に見られるように、従来のガスタービンによって達成される有効仕事が領域Ｗで示され、本発明による熱機関を用いることによって達成される有効仕事はＷ＋Ｗ＊である。
【００１２】
図３を参照すると、多段熱機関２の実際の構成を概略的に示す断面が描かれている。第１の段ＬＲＲＣＣ４と、第１の段ＬＲＲＣＣ４に接続されている第２の段ＬＲＲＣＣ４’と、第１の段ＬＲＲＣＣ４を冷却する熱交換器３０とが示されている。第２の段ＬＲＲＣＣ４’からの出力は熱交換器１６の第１の部分１６’と流体連通し、熱交換器１６の出力は膨張機６に至る。ＬＲＲＣＣ４の構成と同様に、第１の膨張機の後に第２の膨張機（不図示）を設けてもよい。熱交換機１６の第２の部分１６’’が膨張機６の出力に接続されている。燃焼室２０は概略的に示されている。また、軸受３６であって、これを中心として圧縮機４、４’、膨張機６、及び他の関連部材（熱交換器等）が回転するそれ自体既知の軸受３６と、圧縮機４、４’及び膨張機６のケーシングを回転させるギア３８、４０とが示されている。ギア３８、４０は熱機関２の上側では分離しているように示されており、当然のことながら、下側では圧縮機及び膨張機の偏心により係合している。
【００１３】
本発明は上記に例示した実施例の詳細に限定されず、また、本発明の精神又は本質的属性から逸脱しない限り他の特定の形態に具現されてもよいことは、当業者には明らかであろう。ゆえに、本発明の実施例は、全ての点において例示的として見なされるべきであり、限定的と見なされるべきではなく、本発明の範囲は上記の説明によるのではなく添付の特許請求の範囲によって示されるため、特許請求の範囲の均等物の意味及びその均等物の範囲に入る変更はすべて、本明細書に含まれると意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による熱機関の概略図である。
【図２】通常設計及び本発明によるＬＲＲＣＣ熱機関の熱力学的グラフである。
【図３】図１の熱機関の好適な実施例の断面図である。
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は熱機関に関し、より詳細には液封式回転ケーシング圧縮機（ＬＲＲＣＣ）熱機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
熱機関は通常、ピストン駆動装置及びクランクシャフトを使用して直線運動を回転運動に変換する。航空機産業に普及しているガスタービンを自動車用小型エンジンに変換する試みが多数なされてきた。これらの試みでは、小型タービンは６０，０００ｒｐｍ程度で回転するため、高額な変速機又は発電機が必要となり、このことは軸の稼動効率を下げる。
【０００３】
液封式機械は、単純で信頼性が高く低騒音の圧縮機及び真空ポンプであり、ピストン及びクランクシャフトを用いずに軸の動作を径方向圧縮に変換する。液封式圧縮機における軸の動作の種々の成分の分析によれば、約５０％近くが液封式−ケーシングの境界で消散することが示されている。ＬＲＲＣＣを用いると、境界摩擦は、摩擦軸受に置き換えられ、摩擦軸受は液封式の消散の１０％未満である。これにより、ＬＲＲＣＣは圧縮機及び膨張機における競争相手となる。
【０００４】
効率の高いＬＲＲＣＣ圧縮機／タービンは、欧州特許第０，８０４，６８７号から既知である。この引用により、この文献の教示内容を本明細書に組み込む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ＬＲＲＣＣ圧縮機／膨張機に基づく非常に効率の高い熱機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、流体入口及び流体出口を有する少なくとも１つの液封式回転ケーシング圧縮機（ＬＲＲＣＣ）と、ＬＲＲＣＣの出口と流体連通する燃焼室と、流体入口及び流体出口を有し流体入口が燃焼室と連通する少なくとも１つの膨張機とを備えた熱機関が提供される。
【０００７】
次に、本発明をより完全に理解できるように、以下の例示的な図を参照しながらいくつかの特定の好適な実施例とともに本発明を説明する。
【０００８】
ここで、図を詳細に具体的に参照するが、これらの詳細は、例示として、本発明の好適な実施例の例示的な説明のためのみに示されているにすぎないこと、また、最も有用であると思われるために提示されており、本発明の原理及び概念的態様の説明を容易に理解されるためのものであることを強調しておく。この点に関して、本発明を、本発明の根本的な理解に必要である以上には本発明の構造的細部を詳細に示すことはせず、図面とともに説明を読めば、本発明のいくつかの形態がどのように実際に具現され得るかは当業者には明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［好適な実施例の詳細な説明］
図１には、ＬＲＲＣＣ４及び膨張機６（例えばタービン）を備えた本発明による熱機関２が示されている。ＬＲＲＣＣ４及び膨張機６は、この実施例に図示されるように同じ軸８に、又は別の軸に機械的に取り付けられる。膨張機６が様々な異なる速度で回転する場合には、変速機１０（例えば、機械式変速機（ギア）又は電動変速機）が軸８に結合される。熱力学的に、ＬＲＲＣＣ４からの出力１２が導管１４を介して熱交換器１６を通って燃焼室２０の入力１８に至り、それにより、例えば液体又はガス燃料による燃焼が生じる。燃焼室２０からの出力２２は膨張機６の入力２４に至る。膨張機６からの出力２６は導管２８を介して熱交換器１６を通って大気に至る。また、ＬＲＲＣＣ４を冷却するさらなる熱交換器３０と、導管３４を介して燃焼室２０へ供給する燃料槽３２とが設けられる。
【００１０】
欧州特許第０，８０４，６８７号が教示するように、圧縮機４及び／又は膨張機６はロータコアとジャケットとを有し、当該ロータコアに取り付けられた上記ジャケットの偏心率はｅ≦（１−ｃ）／３（式中、ｃは、コアの半径Ｃとジャケットの半径Ｒとの比、すなわちｃ＝Ｃ／Ｒである）によって得られる。
【００１１】
熱機関の操作は次ぎの通りである。流体をＬＲＲＣＣ４に導入し（矢印Ａを参照）、その内部で圧縮し、燃焼室２０に通し、そこで加熱し、膨張機６に通す。膨張機の出力２６から排出された被加熱残留流体を任意選択的に熱交換器１６に通し、ＬＲＲＣＣ４の出力流体を加熱するのに有効に用いてから、ＬＲＲＣＣ４の出力流体を燃焼室２０に流入させてさらに加熱する。図２に見られるように、従来のガスタービンによって達成される有効仕事が領域Ｗで示され、本発明による熱機関を用いることによって達成される有効仕事はＷ＋Ｗ＊である。
【００１２】
図３を参照すると、多段熱機関２の実際の構成を概略的に示す断面が描かれている。第１の段ＬＲＲＣＣ４と、第１の段ＬＲＲＣＣ４に接続されている第２の段ＬＲＲＣＣ４’と、第１の段ＬＲＲＣＣ４を冷却する熱交換器３０とが示されている。第２の段ＬＲＲＣＣ４’からの出力は熱交換器１６の第１の部分１６’と流体連通し、熱交換器１６の出力は膨張機６に至る。ＬＲＲＣＣ４の構成と同様に、第１の膨張機の後に第２の膨張機（不図示）を設けてもよい。熱交換機１６の第２の部分１６’’が膨張機６の出力に接続されている。燃焼室２０は概略的に示されている。また、軸受３６であって、これを中心として圧縮機４、４’、膨張機６、及び他の関連部材（熱交換器等）が回転するそれ自体既知の軸受３６と、圧縮機４、４’及び膨張機６のケーシングを回転させるギア３８、４０とが示されている。ギア３８、４０は熱機関２の上側では分離しているように示されており、当然のことながら、下側では圧縮機及び膨張機の偏心により係合している。
【００１３】
本発明は上記に例示した実施例の詳細に限定されず、また、本発明の精神又は本質的属性から逸脱しない限り他の特定の形態に具現されてもよいことは、当業者には明らかであろう。ゆえに、本発明の実施例は、全ての点において例示的として見なされるべきであり、限定的と見なされるべきではなく、本発明の範囲は上記の説明によるのではなく添付の特許請求の範囲によって示されるため、特許請求の範囲の均等物の意味及びその均等物の範囲に入る変更はすべて、本明細書に含まれると意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による熱機関の概略図である。
【図２】通常設計及び本発明によるＬＲＲＣＣ熱機関の熱力学的グラフである。
【図３】図１の熱機関の好適な実施例の断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口及び流体出口を有する少なくとも１つの液封式回転ケーシング圧縮機（ＬＲＲＣＣ）と、
前記ＬＲＲＣＣの該出口と流体連通する燃焼室と、
流体入口及び流体出口を有し前記流体入口が前記燃焼室と連通した少なくとも１つの膨張機とを備えた熱機関。
【請求項２】
前記膨張機はタービンである請求項１に記載の熱機関。
【請求項３】
前記膨張機は液封式タービンである請求項１に記載の熱機関。
【請求項４】
前記タービンは液封式回転式ケーシングタービンである請求項３に記載の熱機関。
【請求項５】
流体を前記燃焼室中へ推進させる前に加熱するために該流体を該燃焼室へ向ける前記ＬＲＲＣＣの前記出口と、前記膨張機から排出された該流体の残留熱を受け取るために該膨張機の出口との間に熱力学的に位置する熱交換器をさらに備えた請求項１に記載の熱機関。
【請求項６】
前記ＬＲＲＣＣの少なくとも１つ又は前記膨張機は等温である請求項１に記載の熱機関。
【請求項７】
前記ＬＲＲＣＣを冷却する熱交換器をさらに備えた請求項１に記載の熱機関。
【請求項８】
前記熱交換器は回転式熱交換器である請求項６に記載の熱機関。
【請求項９】
少なくとも１つの液体／ガス及び／又は少なくとも１つの液体／空気回転式熱交換器をさらに備えた請求項１に記載の熱機関。
【請求項１０】
前記ＬＲＲＣＣ及び前記膨張機はそれぞれ、ロータコアとジャケットとを有し、該ロータコアに取り付けられたジャケットの偏心は以下の式：
ｅ≦（１−ｃ）／３
（式中、ｃは前記コアの半径Ｃとジャケットの半径Ｒとの比、すなわちｃ＝Ｃ／Ｒである）によって得られる請求項１に記載の熱機関。
【請求項１１】
前記圧縮機に動作可能に結合されて多段ＬＲＲＣＣ熱機関を形成する少なくとも１つのさらなるＬＲＲＣＣを備えた請求項１に記載の熱機関。
【請求項１２】
前記ＬＲＲＣＣ及び前記膨張機は、機械式変速機又は電動変速機に結合される１つ又は複数の軸に取り付けられている請求項１０に記載の熱機関。
【請求項１】
流体入口及び流体出口を有する少なくとも１つの液封式回転ケーシング圧縮機（ＬＲＲＣＣ）と、
前記ＬＲＲＣＣの該出口と流体連通する燃焼室と、
流体入口及び流体出口を有し前記流体入口が前記燃焼室と連通した少なくとも１つの膨張機とを備えた熱機関。
【請求項２】
前記膨張機はタービンである請求項１に記載の熱機関。
【請求項３】
前記膨張機は液封式タービンである請求項１に記載の熱機関。
【請求項４】
前記タービンは液封式回転式ケーシングタービンである請求項３に記載の熱機関。
【請求項５】
流体を前記燃焼室中へ推進させる前に加熱するために該流体を該燃焼室へ向ける前記ＬＲＲＣＣの前記出口と、前記膨張機から排出された該流体の残留熱を受け取るために該膨張機の出口との間に熱力学的に位置する熱交換器をさらに備えた請求項１に記載の熱機関。
【請求項６】
前記ＬＲＲＣＣの少なくとも１つ又は前記膨張機は等温である請求項１に記載の熱機関。
【請求項７】
前記ＬＲＲＣＣを冷却する熱交換器をさらに備えた請求項１に記載の熱機関。
【請求項８】
前記熱交換器は回転式熱交換器である請求項６に記載の熱機関。
【請求項９】
少なくとも１つの液体／ガス及び／又は少なくとも１つの液体／空気回転式熱交換器をさらに備えた請求項１に記載の熱機関。
【請求項１０】
前記ＬＲＲＣＣ及び前記膨張機はそれぞれ、ロータコアとジャケットとを有し、該ロータコアに取り付けられたジャケットの偏心は以下の式：
ｅ≦（１−ｃ）／３
（式中、ｃは前記コアの半径Ｃとジャケットの半径Ｒとの比、すなわちｃ＝Ｃ／Ｒである）によって得られる請求項１に記載の熱機関。
【請求項１１】
前記圧縮機に動作可能に結合されて多段ＬＲＲＣＣ熱機関を形成する少なくとも１つのさらなるＬＲＲＣＣを備えた請求項１に記載の熱機関。
【請求項１２】
前記ＬＲＲＣＣ及び前記膨張機は、機械式変速機又は電動変速機に結合される１つ又は複数の軸に取り付けられている請求項１０に記載の熱機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００８−５０８４６３（Ｐ２００８−５０８４６３Ａ）
【公表日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２３２３８（Ｐ２００７−５２３２３８）
【出願日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００８０７
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０１１１５０
【国際公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（５００１９９２６２）アガム エナージィ システムズ リミテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００８０７
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０１１１５０
【国際公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（５００１９９２６２）アガム エナージィ システムズ リミテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
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