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、従来の発電システムによるのと同等程度以上の電力エネルギを効率よく取り出すこと
【解決手段】炭酸ガス産出装置８１と、非燃焼型発電装置８２と、炭酸ガス産出装置より排出された炭酸ガス３５を液化する１次炭酸ガス製造装置８３と、２次炭酸ガス製造装置９０と、１次炭酸ガス製造装置と２次炭酸ガス製造装置とが接続された炭酸ガスエンジン１とからなり、２次炭酸ガス製造装置９０は、冷却部５７と、炭酸ガス圧縮部６９ａ，６９ｂと、炭酸ガス貯溜タンク７３とからなり、上記各部を連結して炭酸ガスが循環する循環回路３４を構成し、非燃焼型発電装置８２は電力を１次炭酸ガス製造装置及び２次炭酸ガス製造装置に供給し、炭酸ガスエンジン１は高圧状態で供給される炭酸ガス３５ａの体積膨張により作動するエンジンからなり、これにより発電する。
【解決手段】炭酸ガス産出装置８１と、非燃焼型発電装置８２と、炭酸ガス産出装置より排出された炭酸ガス３５を液化する１次炭酸ガス製造装置８３と、２次炭酸ガス製造装置９０と、１次炭酸ガス製造装置と２次炭酸ガス製造装置とが接続された炭酸ガスエンジン１とからなり、２次炭酸ガス製造装置９０は、冷却部５７と、炭酸ガス圧縮部６９ａ，６９ｂと、炭酸ガス貯溜タンク７３とからなり、上記各部を連結して炭酸ガスが循環する循環回路３４を構成し、非燃焼型発電装置８２は電力を１次炭酸ガス製造装置及び２次炭酸ガス製造装置に供給し、炭酸ガスエンジン１は高圧状態で供給される炭酸ガス３５ａの体積膨張により作動するエンジンからなり、これにより発電する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は発電システムに関し、とくに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炭酸ガスエンジンを用いた発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力エネルギは現代生活を支えており、その消費電力量は増加する一方である。現代における発電は主として石油等の化石燃料を燃焼する火力発電が中心である。
【０００３】
このため、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や炭酸ガスの増大による地球温暖化問題を惹起している。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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発電システムである。
【０００７】
本願発明に関し、先行技術文献の調査をしたが、有効な特許文献を発見することができなかった。強いて挙げるとすれば出願人の特許出願に係る次の特許文献である。
【特許文献１】特許第３９２９４７７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願発明は燃料の燃焼を可及的に減少し発電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発電システムを提案する。
【０００９】
つまり本願発明の目的は、燃料資源に起因する問題を可及的に減少させてエネルギ源を確保することであり、従来の発電システムによるのと同等程度以上の電力エネルギを効率よく取り出すことができる発電システムを供することである。また電力エネルギの確保と両立が困難であった炭酸ガスの増加を防止することであり、かかる両立が困難な問題を一挙に解決し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】
【００１０】
上記目的達成のため、本願発明による発電システムは、１次炭酸ガスを製造する１次炭酸ガス製造装置と、２次炭酸ガスを製造する２次炭酸ガス製造装置と、炭酸ガスエンジンと、炭酸ガスを副産物として排出する炭酸ガス産出装置と、非燃焼型発電装置とからなり、１次炭酸ガス製造装置と２次炭酸ガス製造装置とが炭酸ガスエンジンに接続され、
上記１次炭酸ガス製造装置は、炭酸ガス産出装置より排出された燃焼排出ガスを精製して取り出された炭酸ガスを液化する炭酸ガス液化プラントからなり、
上記２次炭酸ガス製造装置は、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて圧縮する炭酸ガス圧縮部と、上記炭酸ガス圧縮部より送給される炭酸ガスを貯溜するタンクとからなり、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成し、
非燃焼型発電装置は炭酸ガスを圧縮するための電力を上記１次炭酸ガス製造装置及び上記２次炭酸ガス製造装置に供給し、
上記炭酸ガスエンジン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作動するエンジンからなり、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１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス圧縮部が複数からなり、各炭酸ガス圧縮部が上記冷却部に接続されることを特徴とする。
また、請求項２記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス圧縮部は上記冷却部に直列接続されることを特徴とする。
また、請求項２記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス圧縮部は上記冷却部に並列接続されることを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンを作動させる炭酸ガスの供給は上記１次炭酸ガス製造装置又は上記２次炭酸ガス製造装置のいずれかよりなされることを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス産出装置が火力発電所であることを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス産出装置と上記１次炭酸ガス製造装置とはパイプラインにて接続することを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記非燃焼型発電装置は上記１次炭酸ガス製造装置及び上記２次炭酸ガス製造装置に送電線にて接続することを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがロータリ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがレシプロ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記１次炭酸ガス製造装置及び上記２次炭酸ガス製造装置が上記炭酸ガスエンジンに炭酸ガス備蓄工程部を介し接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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には従来の発電システムによるの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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、実施の形態を示す図面に基づき本願発明による発電システム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。
【００１６】
１は出力の大なる大規模の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４、図６及び図７に例示するロータリ型炭酸ガスエンジン又は図９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、１２６であり、後者の場合作動子はピストン７である。
【００１７】
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には圧料となる炭酸ガス３５ａが１次炭酸ガス製造装置８３又は２次炭酸ガス製造装置９０から供給される。
【００１８】
８１は、炭酸ガスを副産物として大量に排出する炭酸ガス産出装置、８２は排出された炭酸ガスを圧縮乃至液化するための電力を供給する非燃焼型発電装置である。１次炭酸ガス製造装置８３は１次炭酸ガスを製造する炭酸ガス液化プラントからなる。該１次炭酸ガス製造装置８３は炭酸ガス産出装置８１にパイプライン８４にて接続され、また非燃焼型発電装置８２に送電線８５ａにて接続される。炭酸ガス産出装置８１としては、例えば図示の如き火力発電所、あるいは製鉄所等がある。非燃焼型発電装置８２としては、例えば図示の如き原子力発電所、あるいは水力発電所がある。いずれも炭酸ガスを排出せず、かつ石油等の化石燃料を費消しない発電所である。上記１次炭酸ガス製造装置８３としての炭酸ガス液化プラントは、炭酸ガス産出装置８１より排出された炭酸ガスを含む燃焼排出ガスを精製して水素、酸素、窒素その他の不純物を除去し９９．９９％以上の高純度の炭酸ガスとする精製工程部８３ａと、該精製工程部から送給された精製炭酸ガスを高圧圧縮機により圧縮し凝縮水の分離をしさらに脱湿器を通して十分に水分を除去し乾燥後液化器により液化する圧縮液化工程部８３ｂと、該炭酸ガスを低温、高圧にて貯蔵する貯蔵工程部８３ｃとを具備する。なお、液化された１次炭酸ガスはタンク内において一部が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はタンクの下部に、また気体の炭酸ガスはタンクの上部に存在する。炭酸ガスの圧縮液化に当たっては非燃焼型発電装置８２で生産される電力を用いる。上記１次炭酸ガス製造装置８３は上記炭酸ガスエンジン１にパイプ３３ａにより接続・供給される。
【００１９】
なお、火力発電所８１から排出される副産物としての炭酸ガスのコストは現在実質上「０」円である。むしろ京都議定書の規制上、炭酸ガス処理のためのコスト、例えば地中貯留コスト、排出権取引コストの方がかかる時世となっている。
【００２０】
９０は２次炭酸ガス製造装置であり、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。該２次炭酸ガス製造装置９０は上記非燃焼型発電装置８２に送電線８５ｂにて接続され、後述の各部はその電力により作動する。
【００２１】
上記供給経路３４Ａは、具体的には、備蓄タンク３１よりエンジンスロットル用の流量制御弁５５を介してパイプ３３ｂ、３３ｃにより炭酸ガスエンジン１の供給口１３、１０７、１１７に接続される。
【００２２】
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と備蓄タンク３１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。
【００２３】
上記供給経路３４Ａと上記回収経路３４Ｂとの接合部には上記した備蓄タンク３１を設け、備蓄タンク３１を介して両経路３４Ａ、３４Ｂが上記炭酸ガスエンジン１に閉回路に接続され、循環回路３４を構成する。また、上記備蓄タンク３１には上記１次炭酸ガス製造装置８３がパイプ３３ａにより接続されている。
【００２４】
上記冷却部５７にはパイプ３３ｒ、３３ｓにより逆止弁６３及び大気乾燥装置６５が接続されており、排出口１１、１０９、１１９が「開」となったとき炭酸ガス３５ａが大気に触れることができるような構造となっている。炭酸ガスエンジン１から排出される炭酸ガス３５ｂは大気圧になる際爆発的に膨張し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、分離部６８を介して１次炭酸ガス圧縮部６９ａまで圧送される。なお、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。
【００２５】
上記冷却部５７は、ケーシング５７ａと該ケーシング５７ａ内に幾重にも重なるように内蔵される復路のパイプ３３ｊとからなる。該パイプ３３ｊは前記パイプ３３ｉと前記パイプ３３ｋと連結される。往路のパイプ３３ｅより流れてくる排出炭酸ガス３５ｂは大気圧下に曝されると気化熱等により例えば−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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、このとき冷却部５７内に混入している大気は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。炭酸ガスは外界の空気より比重が大であり、かつ、この炭酸ガス３５ａが高圧状態で移動し排出口１１９より噴出する。このため膨張排出行程のとき排出口１１９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、同圧の外界の空気は内室１０３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には冷却部５７を経由した外界の空気が混入せず、以降の炭酸ガスの循環において空気が混入してこないためと考えられる。よって、空気の混入による実質上の弊害がないので、回収経路３４Ｂに空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。
【００２８】
図３に本願発明による発電システムの２次炭酸ガス製造装置９０の動作のステップを示す。エンジンスロットル用の流量制御弁５５が「開」にされると（Ｓ１）、炭酸ガス３５ａはパイプ３３ｃ内より炭酸ガスエンジン１内に供給され、炭酸ガス３５ａの体積膨張による力により、炭酸ガスエンジン１が作動される（Ｓ２）。これにより発電機９９（図１に示す）が作動する。
【００２９】
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、冷却部５７に回収される。冷却部５７内には大気乾燥部６５により水分が除去された大気が流入しており（Ｓ３〜Ｓ５）、これにより炭酸ガスエンジン１の排出口１１、１０９、１１９が「開」となったとき炭酸ガス３５ａが大気に触れることができるようになっている。炭酸ガス３５ｂは排出時の噴出力により冷却部５７内を通って（Ｓ５）、１次炭酸ガス圧縮部６９ａに圧送される（Ｓ６）。なお、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（Ｓ１１）１次炭酸ガス圧縮部６９ａに圧送され、分離されたオイルは炭酸ガスエンジン１に戻される。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（Ｓ７）。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（Ｓ８）。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（Ｓ９）、さらに備蓄タンク３１を経て（Ｓ１０）、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。
【００３０】
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。
【００３１】
上記１次炭酸ガス製造装置８３は、炭酸ガスエンジン１を作動させるのに必要な炭酸ガスを効率的に獲得するため、火力発電所８１に隣接して設ける。火力による発電１kwで発生する炭酸ガスの量は火力発電での排出量／火力発電量＝３５３５２万t／６８１８億kw＝０．５１８５gであるから、例えば、１５０万kwhの火力発電所８１では、０．５１８５g×１５０万kwh＝７７８トンhの排出炭酸ガスが産出される。なお、上記数値「３５３５２万t」は、平成１８年８月環境省発表２００４年の日本の炭酸ガス排出量中「エネルギー転換部門」の数値３８２百万トンより「事業用発電」の炭酸ガス排出量を推定したものであり、また「６８１８億kw」は平成１８年の我が国の年間販売電力量であり、「１５０万kwh」は気体炭酸ガス１トンを圧縮液化する電力量である（日本産業ガス協会インタビュー）。
【００３２】
「７７８トンh」の炭酸ガスを非燃焼型発電装置８２により圧縮液化するには、１５０万kwh×７７８トンh＝１１６７００kwhの電力を要する。この「７７８トンh」の炭酸ガスは２次炭酸ガス製造装置９０の循環サイクルにのったとき回収率を９７％とすると、７７８トンh×９７％≒７５４トンhであるので、炭酸ガス産出装置（８１）１基分の発電に必要な炭酸ガスの量約１０，０００トンhを毎年の余剰炭酸ガスの量７５４トンhで補うとすれば、１０，０００トンh／７５４トンh≒１３．２年となる。上記数値「１０，０００トンh」は気体炭酸ガス１トンを圧縮液化する電力量が「１５０万kwh」であることより得られる。
【００３３】
よって、２次炭酸ガス製造装置９０の循環サイクル中に失われるロス分を考慮しても１４年位で炭酸ガス産出装置（８１）１基分の発電に必要な炭酸ガスの量約１０，０００トンhを得ることができる。したがって、１４年目以降は、２次炭酸ガス製造装置９０の循環サイクル中に失われるロス分（３％程度）のみを補充していけば、火力による発電を上記炭酸ガスエンジン１により賄うことができ、炭酸ガスの増加を防止する。なお、１４年目以降は炭酸ガスの産出抑制が全世界的に期待できるが、発電量を上回る炭酸ガスの産出がある場合は、その余剰炭酸ガスは緊急時のエネルギ備蓄分とすることができる。
【００３４】
１次炭酸ガス製造装置８３により得られる電力量は約「１５０万kwh」であり、２次炭酸ガス製造装置９０により得られる電力量は約「１４７万kwh」であり、両者は略等しい数値である。よって若干のロスは生ずるが、インプットした電力をそのままアウトプットすることができる。
上記数値「１５０万kwh」は気体炭酸ガス１トンを圧縮液化する電力量である（日本産業ガス協会インタビュー）。また上記数値「１４７kw」は実験結果より炭酸ガス１トンを利用して得られる電力量である。この実験は本願発明による炭酸ガスエンジン１を炭酸ガス１０kg×２分間作動させたとき得られた６０馬力を１馬力＝７３５wで換算し、さらにこれを１時間当たりに換算すると１０kg×６０／２分＝４４kwhとなるので、炭酸ガス１トン当たりでは上記数値「１４７kwh」が得られる。
【００３５】
上記した「エネルギー転換部門」の数値３８２百万トンは２００４年の日本の炭酸ガス排出量の２９．７％であるから（前記環境省発表）、炭酸ガスの他の排出源、例えば産業部門３８９百万トン（３０．３％）、運輸部門２５４百万トン（１９．８％）、業務その他部門１０６百万トン（８．２％）、家庭部門６５百万トン（５．０％）、工業プロセス５３百万トン（４．１％）、廃棄物３６百万トン（２．８％）を効率良く集収して利用することができれば、上記「１４年」の数値を短縮することができる。
なお、この炭酸ガスを備蓄する１４年の間、上記炭酸ガスエンジン１は、１４７kw×７７８トンh＝１１４３６６kwhの発電をすることになる。
【００３６】
我が国は石油資源がないため、現在エネルギの輸入依存度は８３．６％であるが、上記各部門から産出される炭酸ガスを用いる本願発明による発電システムによれば、エネルギ自給率を一変させる効果がある。
【００３７】
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４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１１５とからなる。上記ハウジング１０１は密閉に形成された円筒が横設され、内部に断面円形に形成される内室１０３を有する。上記ハウジング１０１の上部周壁に上記内室１０３に通ずる供給口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る。図示例では直径線ｆに対し角度αが約１５°程度としてある。上記排出口１１９は上記供給口１１７より大に形成される。
【００３８】
上記ロータ１１５は図５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１１５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１１５の輪郭には、図５に示すように、圧力保持のための圧力シール１１５ａを設ける。該圧力シール１１５ａはオイルシールも兼ねる。上記ハウジング１０１の上部周壁には供給口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１１５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。
【００３９】
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１１５がロータ軸１１６を中心にして矢示する一方向に回転する。上記内室１０３は上記ロータ１１５の回転に伴ない、１次作動室１２１、２次作動室１２２に区画・形成される。上記各作動室１２１、１２２は上記ロータ１１５の作動面ａ，ｂとの関係で、吸入膨張行程、膨張排出行程又は大気圧保持行程のいずれかを担う。
【００４０】
吸入膨張行程は炭酸ガス３５ａが１次作動室１２１内に供給され、上記ロータ１１５のいずれかの作動面ａ又はｂを押圧する行程で、このとき供給口１１７は「開」、排出口１１９は「閉」となっている（図４（Ａ））。膨張排出行程はロータ１１５の回転に与り大気圧状態となった炭酸ガス３５ｂが排出口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４（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１１５の回転に円滑性を付与する（図４（Ｃ））。
【００４１】
図６及び図７のロータリ型炭酸ガスエンジンはロータが図８で示すような三面ロータの場合である。図６はハウジングが正円形の場合、図７は楕円形の場合である。図６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。
【００４２】
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８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。
【００４３】
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。
【００４４】
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６（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６（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６（Ｃ）では３次作動室１１３）は大気圧（１気圧）となる（図６（Ｃ））。
【００４５】
ロータリ型炭酸ガスエンジンの場合、ハウジングの形状は必ずしも断面正円形にする必要がなく、楕円形であってもよい。後者の場合例えば図７に示すように構成することができる。この場合、ハウジング１０２の内室１２３が同一径の２個の円が対称に交差して描かれる軌跡に沿って形成されている。ロータ１２６は丸みを帯びた正三角形状の板体からなり、上記内室１２３内を中心を移動させながら回転する。上記ロータ１２６の中央部には、円形のロータ孔１２６ａが設けられ、ここにロータ軸１２６ｂが挿通される。該ロータ軸１２６ｂは外周にギヤ（図示省略）を設け、ロータ孔１２６ａの内周に設けるギヤ（図示省略）と噛合する。１２３ａは１次作動室、１２３ｂは２次作動室、１２３ｃは３次作動室である。エネルギは上記ロータ軸１２６ｂより適宜手段を介して取り出す。なお、上記ロータ１２６の輪郭にも、図８と同様、オイルシール兼用の圧力シール（図示省略）を設けてある。
【００４６】
図９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。
【００４７】
次に図１０に基づき本願発明の作動原理を説明する。図１０はロータ１１５が内室１０３内で回転するときの位置と炭酸ガスの膨張の様子を模式化した図である。図１０（Ａ１）（図４（Ａ））及び図１０（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１０（Ｂ１）及び図１０（Ｂ２）（図４（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１０（Ｃ）は大気圧保持行程を示し、図４（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１０（Ｄ）はロータ１１５が１回転し他の面（ｂ面）が作動面となった状態を示す。
【００４８】
炭酸ガス３５ａは循環タンク７３よりパイプ３３ｃを経、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１０に基づいて説明してみる。
【００４９】
ロータ１１５が図１０（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１１５が図１０（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１１５が受ける圧力エネルギーは、ガソリンエンジンにおける場合と同様、ａ面全体で圧力を受けることになる。つまり図１０（Ａ１）及び図１０（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。
【００５０】
図１０（Ｂ１）及び図１０（Ｂ２）の膨張排出行程において、ロータ１１５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１１５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１１５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１１５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１１５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１１５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１１５は回転する。この膨張排出行程における各面の圧力は、図１０（Ｂ１）では他面（ｂ面）側の圧力が大気圧であり、図１０（Ｂ２）（図４（Ｂ））ではａ、ｂ両面側とも大気圧である。
【００５１】
この点を図１１（Ａ）乃至図１１（Ｄ）に基づきもう少し詳しく説明する。図１１（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１１５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１１（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１１（Ｂ））。このような炭酸ガス３５ａの移動は図１１（Ｃ）及び図１１（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１１５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１１５の排出口１１９側の半面を押圧する。ロータ１１５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。
【００５２】
次いで図１０（Ｂ２）に示す膨張排出行程の終了時から図１０（Ｃ）及び図４（Ｃ）に示す大気圧保持行程において、ロータ１１５のａ、ｂ両面とも大気圧となるため、ロータ１１５は慣性力により回転し図１０（Ｄ）（図４（Ｄ））に示す位置となる。これにより、他面（ｂ面）が作動面となり、今度はロータ１１５のｂ面において上記した一連の行程が繰り返されることになる。
【００５３】
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。
【００５４】
図６及び図７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４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、１２６の回転位置によって行なうのである。
【００５５】
図６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６（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。
【００５６】
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６（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１１５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。
【００５７】
さらにロータ１０５が図６（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。
【００５８】
ロータ１０５はさらに回転し図６（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。
【００５９】
図９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９（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。
【００６０】
図９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９（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９（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９（Ｃ）はピストン７が下死点Ｄまで下降した状態を示す。
【００６１】
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。
【００６２】
図９（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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
上記の点をもう少し具体的に見てみる。ガソリンエンジンは爆発燃焼時の瞬間エネルギを利用するため、ロータ面にかかる均等圧力をロータの結合部分を中心軸より偏心させて楕円に回転方向性を与えている。空気と燃料の圧縮行程は必ず必要であり、ロータを偏心させ内室の容積変化を起こさせるためにシリンダを楕円構成とするのである。
これに対し、本願発明による炭酸ガスエンジンにおいては圧縮行程は必ずしも必要でなく、図示実施態様に示すようになくてもよいのである。これは、本願発明においてはガソリンエンジンのように燃焼のための空気と燃料との圧縮行程が不要であるので、大気圧保持行程より吸入膨張行程に移行するとすぐに「亜膨張」となり、ロータの先端が排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。
【００６６】
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。
【００６７】
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１２の通り
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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１２より６．４３２MPa（６４．３２気圧）であるから、大気圧（１気圧）の内室９、１次作動室１１１、１２１内にあるピストン７、ロータ１０５、１１５には６４．３２倍の圧力がかかる。よって理論上約６４倍の運動エネルギを取り出すことが可能となる。
【００７１】
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。
【００７２】
（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
【００７３】
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。
【００７４】
（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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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。
【００７７】
（２）式より爆発温度Ｔ1は
【数４】
従って
【数５】
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
（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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
（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】
【００８４】
（４）式より爆発温度Ｔ1は
【数１０】
従って、
【数１１】
【００８５】
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。
【００８６】
（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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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】
【００９２】
（４’）より燃焼温度Ｔ1は
【数１３】
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
本願発明による発電システムによれば、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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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３７、１３７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。
【０１０３】
この点につき、図１２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。
【０１０４】
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】
【０１０５】
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】
【０１０６】
よって内室９、１０３、１２３、１次作動室１１１、１２１が加熱部３７、１３７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。
【０１０７】
本願発明は上記した実施の形態に限定されない。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は圧力調整弁により圧力の調整をされた炭酸ガスを炭酸ガスエンジン１に供給してもよく、かかる場合も本文中で述べたような炭酸ガスの膨張による「亜膨張」、「連鎖膨張」を惹起せしめ「膨張力」を得ることができる。なお、この場合は、冷却部５７に大気乾燥部６５及び逆止弁６３を接続しないでよい。
【０１０８】
ハウジング１０１は、エネルギの取出効率を向上せしめるため、図１３のように、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を設けることとしてもよい。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４５、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４７が連結される。上記熱風供給パイプ４５、上記熱風排出パイプ４７は別に設ける圧縮機４９に循環可能に連結される。なお、図１３において、（Ａ）はａ面での吸入膨張行程、（Ｂ）は同膨張排出行程、（Ｃ）は同大気圧保持行程、（Ｄ）はｂ面での吸入膨張行程を示し、（Ａ）の吸入膨張行程において高圧状態の炭酸ガスは「亜膨張」となり、（Ｂ）の膨張排出行程において高圧状態の炭酸ガスは「連鎖膨張」となることは前記した実施態様と同様である。
【０１０９】
２次炭酸ガス製造装置９０の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１４（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。
【０１１０】
また複数個の炭酸ガス圧縮部の相互の接続は、例えば図１４（Ａ）に示すように直列接続はもとより、例えば図１４（Ｂ）に示すように並列接続にすることもできる。
【０１１１】
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、大気圧に曝されて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。
【０１１２】
備蓄タンク３１の設置は任意的であるが、図２に示すように、これを設置すれば、循環用のタンク７３、３１が１次と２次となり、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。
【０１１３】
炭酸ガス３５ａを供給するパイプ３３ｃに加熱部を接続し、該加熱装置により炭酸ガス３５ａを加熱した状態で炭酸ガスエンジン１に供給することとしてもよい。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
発電システムを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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
取り出したエネルギの適用は任意であり、例えば自動車、電車、航空機、船舶等への適用、モータの駆動、発電機の駆動等をすることができる。
【０１１９】
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】
【０１２０】
本願発明は例えば自動車、電車、航空機、船舶等への適用、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】
【０１２１】
【図１】本願発明による発電システムのブロック図を示す。
【図２】本願発明による発電システムの回路構成図を示す。
【図３】本願発明による発電システムの動作ステップを示すフローチャートである。
【図４】本願発明に使用する炭酸ガスエンジンの実施例を示す。
【図５】ロータの実施例を示す概略斜視図である。
【図６】本願発明に使用する炭酸ガスエンジンの他の実施例を示す。
【図７】本願発明に使用する炭酸ガスエンジンのさらに他の実施例を示す。
【図８】ロータの他の実施例を示す概略斜視図である。
【図９】本願発明に使用する炭酸ガスエンジンのさらに他の実施例を示す。
【図１０】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１１】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１２】炭酸ガスの熱力学的性質を示す表である。
【図１３】本願発明に使用する炭酸ガスエンジンのさらに他の実施例を示す。
【図１４】（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】
【０１２２】
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 備蓄タンク
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
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
５７ 冷却部
６３ 逆止弁
６５ 大気乾燥部
６８ 分離部
６９ａ １次炭酸ガス圧縮部
６９ｂ ２次炭酸ガス圧縮部
７３ 循環タンク
７５ 逆止弁
８１ 火力発電所
８２ 原子力発電所
８３ １次炭酸ガス製造装置
８４ パイプライン
８５ａ 送電線
８５ｂ 送電線
９０ ２次炭酸ガス製造装置
９９ 発電機
１０１ ハウジング
１０２ ハウジング
１０３ 内室
１０５ ロータ
１０５ａ オイルシール兼用圧力シール
１０６ ロータ軸
１０７ 供給口
１０９ 排出口
１１１ １次作動室
１１２ ２次作動室
１１３ ３次作動室
１１５ ロータ
１１５ａ オイルシール兼用圧力シール
１１６ ロータ軸
１１７ 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
ａ 作動面
ｂ 作動面
ｃ 作動面
【技術分野】
【０００１】
本願発明は発電システムに関し、とくに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炭酸ガスエンジンを用いた発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力エネルギは現代生活を支えており、その消費電力量は増加する一方である。現代における発電は主として石油等の化石燃料を燃焼する火力発電が中心である。
【０００３】
このため、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や炭酸ガスの増大による地球温暖化問題を惹起している。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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発電システムである。
【０００７】
本願発明に関し、先行技術文献の調査をしたが、有効な特許文献を発見することができなかった。強いて挙げるとすれば出願人の特許出願に係る次の特許文献である。
【特許文献１】特許第３９２９４７７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願発明は燃料の燃焼を可及的に減少し発電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発電システムを提案する。
【０００９】
つまり本願発明の目的は、燃料資源に起因する問題を可及的に減少させてエネルギ源を確保することであり、従来の発電システムによるのと同等程度以上の電力エネルギを効率よく取り出すことができる発電システムを供することである。また電力エネルギの確保と両立が困難であった炭酸ガスの増加を防止することであり、かかる両立が困難な問題を一挙に解決し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】
【００１０】
上記目的達成のため、本願発明による発電システムは、１次炭酸ガスを製造する１次炭酸ガス製造装置と、２次炭酸ガスを製造する２次炭酸ガス製造装置と、炭酸ガスエンジンと、炭酸ガスを副産物として排出する炭酸ガス産出装置と、非燃焼型発電装置とからなり、１次炭酸ガス製造装置と２次炭酸ガス製造装置とが炭酸ガスエンジンに接続され、
上記１次炭酸ガス製造装置は、炭酸ガス産出装置より排出された燃焼排出ガスを精製して取り出された炭酸ガスを液化する炭酸ガス液化プラントからなり、
上記２次炭酸ガス製造装置は、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて圧縮する炭酸ガス圧縮部と、上記炭酸ガス圧縮部より送給される炭酸ガスを貯溜するタンクとからなり、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成し、
非燃焼型発電装置は炭酸ガスを圧縮するための電力を上記１次炭酸ガス製造装置及び上記２次炭酸ガス製造装置に供給し、
上記炭酸ガスエンジン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作動するエンジンからなり、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１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス圧縮部が複数からなり、各炭酸ガス圧縮部が上記冷却部に接続されることを特徴とする。
また、請求項２記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス圧縮部は上記冷却部に直列接続されることを特徴とする。
また、請求項２記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス圧縮部は上記冷却部に並列接続されることを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンを作動させる炭酸ガスの供給は上記１次炭酸ガス製造装置又は上記２次炭酸ガス製造装置のいずれかよりなされることを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス産出装置が火力発電所であることを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス産出装置と上記１次炭酸ガス製造装置とはパイプラインにて接続することを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記非燃焼型発電装置は上記１次炭酸ガス製造装置及び上記２次炭酸ガス製造装置に送電線にて接続することを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがロータリ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがレシプロ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする。
また、請求項１記載の発電システムにおいて、上記１次炭酸ガス製造装置及び上記２次炭酸ガス製造装置が上記炭酸ガスエンジンに炭酸ガス備蓄工程部を介し接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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には従来の発電システムによるの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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、実施の形態を示す図面に基づき本願発明による発電システム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。
【００１６】
１は出力の大なる大規模の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４、図６及び図７に例示するロータリ型炭酸ガスエンジン又は図９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、１２６であり、後者の場合作動子はピストン７である。
【００１７】
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には圧料となる炭酸ガス３５ａが１次炭酸ガス製造装置８３又は２次炭酸ガス製造装置９０から供給される。
【００１８】
８１は、炭酸ガスを副産物として大量に排出する炭酸ガス産出装置、８２は排出された炭酸ガスを圧縮乃至液化するための電力を供給する非燃焼型発電装置である。１次炭酸ガス製造装置８３は１次炭酸ガスを製造する炭酸ガス液化プラントからなる。該１次炭酸ガス製造装置８３は炭酸ガス産出装置８１にパイプライン８４にて接続され、また非燃焼型発電装置８２に送電線８５ａにて接続される。炭酸ガス産出装置８１としては、例えば図示の如き火力発電所、あるいは製鉄所等がある。非燃焼型発電装置８２としては、例えば図示の如き原子力発電所、あるいは水力発電所がある。いずれも炭酸ガスを排出せず、かつ石油等の化石燃料を費消しない発電所である。上記１次炭酸ガス製造装置８３としての炭酸ガス液化プラントは、炭酸ガス産出装置８１より排出された炭酸ガスを含む燃焼排出ガスを精製して水素、酸素、窒素その他の不純物を除去し９９．９９％以上の高純度の炭酸ガスとする精製工程部８３ａと、該精製工程部から送給された精製炭酸ガスを高圧圧縮機により圧縮し凝縮水の分離をしさらに脱湿器を通して十分に水分を除去し乾燥後液化器により液化する圧縮液化工程部８３ｂと、該炭酸ガスを低温、高圧にて貯蔵する貯蔵工程部８３ｃとを具備する。なお、液化された１次炭酸ガスはタンク内において一部が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はタンクの下部に、また気体の炭酸ガスはタンクの上部に存在する。炭酸ガスの圧縮液化に当たっては非燃焼型発電装置８２で生産される電力を用いる。上記１次炭酸ガス製造装置８３は上記炭酸ガスエンジン１にパイプ３３ａにより接続・供給される。
【００１９】
なお、火力発電所８１から排出される副産物としての炭酸ガスのコストは現在実質上「０」円である。むしろ京都議定書の規制上、炭酸ガス処理のためのコスト、例えば地中貯留コスト、排出権取引コストの方がかかる時世となっている。
【００２０】
９０は２次炭酸ガス製造装置であり、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。該２次炭酸ガス製造装置９０は上記非燃焼型発電装置８２に送電線８５ｂにて接続され、後述の各部はその電力により作動する。
【００２１】
上記供給経路３４Ａは、具体的には、備蓄タンク３１よりエンジンスロットル用の流量制御弁５５を介してパイプ３３ｂ、３３ｃにより炭酸ガスエンジン１の供給口１３、１０７、１１７に接続される。
【００２２】
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と備蓄タンク３１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。
【００２３】
上記供給経路３４Ａと上記回収経路３４Ｂとの接合部には上記した備蓄タンク３１を設け、備蓄タンク３１を介して両経路３４Ａ、３４Ｂが上記炭酸ガスエンジン１に閉回路に接続され、循環回路３４を構成する。また、上記備蓄タンク３１には上記１次炭酸ガス製造装置８３がパイプ３３ａにより接続されている。
【００２４】
上記冷却部５７にはパイプ３３ｒ、３３ｓにより逆止弁６３及び大気乾燥装置６５が接続されており、排出口１１、１０９、１１９が「開」となったとき炭酸ガス３５ａが大気に触れることができるような構造となっている。炭酸ガスエンジン１から排出される炭酸ガス３５ｂは大気圧になる際爆発的に膨張し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、分離部６８を介して１次炭酸ガス圧縮部６９ａまで圧送される。なお、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。
【００２５】
上記冷却部５７は、ケーシング５７ａと該ケーシング５７ａ内に幾重にも重なるように内蔵される復路のパイプ３３ｊとからなる。該パイプ３３ｊは前記パイプ３３ｉと前記パイプ３３ｋと連結される。往路のパイプ３３ｅより流れてくる排出炭酸ガス３５ｂは大気圧下に曝されると気化熱等により例えば−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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、このとき冷却部５７内に混入している大気は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。炭酸ガスは外界の空気より比重が大であり、かつ、この炭酸ガス３５ａが高圧状態で移動し排出口１１９より噴出する。このため膨張排出行程のとき排出口１１９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、同圧の外界の空気は内室１０３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には冷却部５７を経由した外界の空気が混入せず、以降の炭酸ガスの循環において空気が混入してこないためと考えられる。よって、空気の混入による実質上の弊害がないので、回収経路３４Ｂに空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。
【００２８】
図３に本願発明による発電システムの２次炭酸ガス製造装置９０の動作のステップを示す。エンジンスロットル用の流量制御弁５５が「開」にされると（Ｓ１）、炭酸ガス３５ａはパイプ３３ｃ内より炭酸ガスエンジン１内に供給され、炭酸ガス３５ａの体積膨張による力により、炭酸ガスエンジン１が作動される（Ｓ２）。これにより発電機９９（図１に示す）が作動する。
【００２９】
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、冷却部５７に回収される。冷却部５７内には大気乾燥部６５により水分が除去された大気が流入しており（Ｓ３〜Ｓ５）、これにより炭酸ガスエンジン１の排出口１１、１０９、１１９が「開」となったとき炭酸ガス３５ａが大気に触れることができるようになっている。炭酸ガス３５ｂは排出時の噴出力により冷却部５７内を通って（Ｓ５）、１次炭酸ガス圧縮部６９ａに圧送される（Ｓ６）。なお、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（Ｓ１１）１次炭酸ガス圧縮部６９ａに圧送され、分離されたオイルは炭酸ガスエンジン１に戻される。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（Ｓ７）。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（Ｓ８）。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（Ｓ９）、さらに備蓄タンク３１を経て（Ｓ１０）、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。
【００３０】
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。
【００３１】
上記１次炭酸ガス製造装置８３は、炭酸ガスエンジン１を作動させるのに必要な炭酸ガスを効率的に獲得するため、火力発電所８１に隣接して設ける。火力による発電１kwで発生する炭酸ガスの量は火力発電での排出量／火力発電量＝３５３５２万t／６８１８億kw＝０．５１８５gであるから、例えば、１５０万kwhの火力発電所８１では、０．５１８５g×１５０万kwh＝７７８トンhの排出炭酸ガスが産出される。なお、上記数値「３５３５２万t」は、平成１８年８月環境省発表２００４年の日本の炭酸ガス排出量中「エネルギー転換部門」の数値３８２百万トンより「事業用発電」の炭酸ガス排出量を推定したものであり、また「６８１８億kw」は平成１８年の我が国の年間販売電力量であり、「１５０万kwh」は気体炭酸ガス１トンを圧縮液化する電力量である（日本産業ガス協会インタビュー）。
【００３２】
「７７８トンh」の炭酸ガスを非燃焼型発電装置８２により圧縮液化するには、１５０万kwh×７７８トンh＝１１６７００kwhの電力を要する。この「７７８トンh」の炭酸ガスは２次炭酸ガス製造装置９０の循環サイクルにのったとき回収率を９７％とすると、７７８トンh×９７％≒７５４トンhであるので、炭酸ガス産出装置（８１）１基分の発電に必要な炭酸ガスの量約１０，０００トンhを毎年の余剰炭酸ガスの量７５４トンhで補うとすれば、１０，０００トンh／７５４トンh≒１３．２年となる。上記数値「１０，０００トンh」は気体炭酸ガス１トンを圧縮液化する電力量が「１５０万kwh」であることより得られる。
【００３３】
よって、２次炭酸ガス製造装置９０の循環サイクル中に失われるロス分を考慮しても１４年位で炭酸ガス産出装置（８１）１基分の発電に必要な炭酸ガスの量約１０，０００トンhを得ることができる。したがって、１４年目以降は、２次炭酸ガス製造装置９０の循環サイクル中に失われるロス分（３％程度）のみを補充していけば、火力による発電を上記炭酸ガスエンジン１により賄うことができ、炭酸ガスの増加を防止する。なお、１４年目以降は炭酸ガスの産出抑制が全世界的に期待できるが、発電量を上回る炭酸ガスの産出がある場合は、その余剰炭酸ガスは緊急時のエネルギ備蓄分とすることができる。
【００３４】
１次炭酸ガス製造装置８３により得られる電力量は約「１５０万kwh」であり、２次炭酸ガス製造装置９０により得られる電力量は約「１４７万kwh」であり、両者は略等しい数値である。よって若干のロスは生ずるが、インプットした電力をそのままアウトプットすることができる。
上記数値「１５０万kwh」は気体炭酸ガス１トンを圧縮液化する電力量である（日本産業ガス協会インタビュー）。また上記数値「１４７kw」は実験結果より炭酸ガス１トンを利用して得られる電力量である。この実験は本願発明による炭酸ガスエンジン１を炭酸ガス１０kg×２分間作動させたとき得られた６０馬力を１馬力＝７３５wで換算し、さらにこれを１時間当たりに換算すると１０kg×６０／２分＝４４kwhとなるので、炭酸ガス１トン当たりでは上記数値「１４７kwh」が得られる。
【００３５】
上記した「エネルギー転換部門」の数値３８２百万トンは２００４年の日本の炭酸ガス排出量の２９．７％であるから（前記環境省発表）、炭酸ガスの他の排出源、例えば産業部門３８９百万トン（３０．３％）、運輸部門２５４百万トン（１９．８％）、業務その他部門１０６百万トン（８．２％）、家庭部門６５百万トン（５．０％）、工業プロセス５３百万トン（４．１％）、廃棄物３６百万トン（２．８％）を効率良く集収して利用することができれば、上記「１４年」の数値を短縮することができる。
なお、この炭酸ガスを備蓄する１４年の間、上記炭酸ガスエンジン１は、１４７kw×７７８トンh＝１１４３６６kwhの発電をすることになる。
【００３６】
我が国は石油資源がないため、現在エネルギの輸入依存度は８３．６％であるが、上記各部門から産出される炭酸ガスを用いる本願発明による発電システムによれば、エネルギ自給率を一変させる効果がある。
【００３７】
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４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１１５とからなる。上記ハウジング１０１は密閉に形成された円筒が横設され、内部に断面円形に形成される内室１０３を有する。上記ハウジング１０１の上部周壁に上記内室１０３に通ずる供給口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る。図示例では直径線ｆに対し角度αが約１５°程度としてある。上記排出口１１９は上記供給口１１７より大に形成される。
【００３８】
上記ロータ１１５は図５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１１５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１１５の輪郭には、図５に示すように、圧力保持のための圧力シール１１５ａを設ける。該圧力シール１１５ａはオイルシールも兼ねる。上記ハウジング１０１の上部周壁には供給口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１１５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。
【００３９】
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１１５がロータ軸１１６を中心にして矢示する一方向に回転する。上記内室１０３は上記ロータ１１５の回転に伴ない、１次作動室１２１、２次作動室１２２に区画・形成される。上記各作動室１２１、１２２は上記ロータ１１５の作動面ａ，ｂとの関係で、吸入膨張行程、膨張排出行程又は大気圧保持行程のいずれかを担う。
【００４０】
吸入膨張行程は炭酸ガス３５ａが１次作動室１２１内に供給され、上記ロータ１１５のいずれかの作動面ａ又はｂを押圧する行程で、このとき供給口１１７は「開」、排出口１１９は「閉」となっている（図４（Ａ））。膨張排出行程はロータ１１５の回転に与り大気圧状態となった炭酸ガス３５ｂが排出口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４（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１１５の回転に円滑性を付与する（図４（Ｃ））。
【００４１】
図６及び図７のロータリ型炭酸ガスエンジンはロータが図８で示すような三面ロータの場合である。図６はハウジングが正円形の場合、図７は楕円形の場合である。図６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。
【００４２】
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８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。
【００４３】
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。
【００４４】
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６（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６（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６（Ｃ）では３次作動室１１３）は大気圧（１気圧）となる（図６（Ｃ））。
【００４５】
ロータリ型炭酸ガスエンジンの場合、ハウジングの形状は必ずしも断面正円形にする必要がなく、楕円形であってもよい。後者の場合例えば図７に示すように構成することができる。この場合、ハウジング１０２の内室１２３が同一径の２個の円が対称に交差して描かれる軌跡に沿って形成されている。ロータ１２６は丸みを帯びた正三角形状の板体からなり、上記内室１２３内を中心を移動させながら回転する。上記ロータ１２６の中央部には、円形のロータ孔１２６ａが設けられ、ここにロータ軸１２６ｂが挿通される。該ロータ軸１２６ｂは外周にギヤ（図示省略）を設け、ロータ孔１２６ａの内周に設けるギヤ（図示省略）と噛合する。１２３ａは１次作動室、１２３ｂは２次作動室、１２３ｃは３次作動室である。エネルギは上記ロータ軸１２６ｂより適宜手段を介して取り出す。なお、上記ロータ１２６の輪郭にも、図８と同様、オイルシール兼用の圧力シール（図示省略）を設けてある。
【００４６】
図９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。
【００４７】
次に図１０に基づき本願発明の作動原理を説明する。図１０はロータ１１５が内室１０３内で回転するときの位置と炭酸ガスの膨張の様子を模式化した図である。図１０（Ａ１）（図４（Ａ））及び図１０（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１０（Ｂ１）及び図１０（Ｂ２）（図４（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１０（Ｃ）は大気圧保持行程を示し、図４（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１０（Ｄ）はロータ１１５が１回転し他の面（ｂ面）が作動面となった状態を示す。
【００４８】
炭酸ガス３５ａは循環タンク７３よりパイプ３３ｃを経、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１０に基づいて説明してみる。
【００４９】
ロータ１１５が図１０（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１１５が図１０（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１１５が受ける圧力エネルギーは、ガソリンエンジンにおける場合と同様、ａ面全体で圧力を受けることになる。つまり図１０（Ａ１）及び図１０（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。
【００５０】
図１０（Ｂ１）及び図１０（Ｂ２）の膨張排出行程において、ロータ１１５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１１５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１１５のａ面全体に均等にかかるのではなく、ロータ１１５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１１５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１１５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１１５は回転する。この膨張排出行程における各面の圧力は、図１０（Ｂ１）では他面（ｂ面）側の圧力が大気圧であり、図１０（Ｂ２）（図４（Ｂ））ではａ、ｂ両面側とも大気圧である。
【００５１】
この点を図１１（Ａ）乃至図１１（Ｄ）に基づきもう少し詳しく説明する。図１１（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１１５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１１（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１１（Ｂ））。このような炭酸ガス３５ａの移動は図１１（Ｃ）及び図１１（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１１５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１１５の排出口１１９側の半面を押圧する。ロータ１１５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。
【００５２】
次いで図１０（Ｂ２）に示す膨張排出行程の終了時から図１０（Ｃ）及び図４（Ｃ）に示す大気圧保持行程において、ロータ１１５のａ、ｂ両面とも大気圧となるため、ロータ１１５は慣性力により回転し図１０（Ｄ）（図４（Ｄ））に示す位置となる。これにより、他面（ｂ面）が作動面となり、今度はロータ１１５のｂ面において上記した一連の行程が繰り返されることになる。
【００５３】
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。
【００５４】
図６及び図７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４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、１２６の回転位置によって行なうのである。
【００５５】
図６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６（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。
【００５６】
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６（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１１５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。
【００５７】
さらにロータ１０５が図６（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。
【００５８】
ロータ１０５はさらに回転し図６（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。
【００５９】
図９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９（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。
【００６０】
図９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９（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９（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９（Ｃ）はピストン７が下死点Ｄまで下降した状態を示す。
【００６１】
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。
【００６２】
図９（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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
上記の点をもう少し具体的に見てみる。ガソリンエンジンは爆発燃焼時の瞬間エネルギを利用するため、ロータ面にかかる均等圧力をロータの結合部分を中心軸より偏心させて楕円に回転方向性を与えている。空気と燃料の圧縮行程は必ず必要であり、ロータを偏心させ内室の容積変化を起こさせるためにシリンダを楕円構成とするのである。
これに対し、本願発明による炭酸ガスエンジンにおいては圧縮行程は必ずしも必要でなく、図示実施態様に示すようになくてもよいのである。これは、本願発明においてはガソリンエンジンのように燃焼のための空気と燃料との圧縮行程が不要であるので、大気圧保持行程より吸入膨張行程に移行するとすぐに「亜膨張」となり、ロータの先端が排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。
【００６６】
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。
【００６７】
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１２の通り
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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１２より６．４３２MPa（６４．３２気圧）であるから、大気圧（１気圧）の内室９、１次作動室１１１、１２１内にあるピストン７、ロータ１０５、１１５には６４．３２倍の圧力がかかる。よって理論上約６４倍の運動エネルギを取り出すことが可能となる。
【００７１】
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。
【００７２】
（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
【００７３】
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。
【００７４】
（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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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。
【００７７】
（２）式より爆発温度Ｔ1は
【数４】
従って
【数５】
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
（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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
（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】
【００８４】
（４）式より爆発温度Ｔ1は
【数１０】
従って、
【数１１】
【００８５】
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。
【００８６】
（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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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】
【００９２】
（４’）より燃焼温度Ｔ1は
【数１３】
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
本願発明による発電システムによれば、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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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３７、１３７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。
【０１０３】
この点につき、図１２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。
【０１０４】
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】
【０１０５】
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】
【０１０６】
よって内室９、１０３、１２３、１次作動室１１１、１２１が加熱部３７、１３７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。
【０１０７】
本願発明は上記した実施の形態に限定されない。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は圧力調整弁により圧力の調整をされた炭酸ガスを炭酸ガスエンジン１に供給してもよく、かかる場合も本文中で述べたような炭酸ガスの膨張による「亜膨張」、「連鎖膨張」を惹起せしめ「膨張力」を得ることができる。なお、この場合は、冷却部５７に大気乾燥部６５及び逆止弁６３を接続しないでよい。
【０１０８】
ハウジング１０１は、エネルギの取出効率を向上せしめるため、図１３のように、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を設けることとしてもよい。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４５、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４７が連結される。上記熱風供給パイプ４５、上記熱風排出パイプ４７は別に設ける圧縮機４９に循環可能に連結される。なお、図１３において、（Ａ）はａ面での吸入膨張行程、（Ｂ）は同膨張排出行程、（Ｃ）は同大気圧保持行程、（Ｄ）はｂ面での吸入膨張行程を示し、（Ａ）の吸入膨張行程において高圧状態の炭酸ガスは「亜膨張」となり、（Ｂ）の膨張排出行程において高圧状態の炭酸ガスは「連鎖膨張」となることは前記した実施態様と同様である。
【０１０９】
２次炭酸ガス製造装置９０の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１４（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。
【０１１０】
また複数個の炭酸ガス圧縮部の相互の接続は、例えば図１４（Ａ）に示すように直列接続はもとより、例えば図１４（Ｂ）に示すように並列接続にすることもできる。
【０１１１】
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、大気圧に曝されて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。
【０１１２】
備蓄タンク３１の設置は任意的であるが、図２に示すように、これを設置すれば、循環用のタンク７３、３１が１次と２次となり、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。
【０１１３】
炭酸ガス３５ａを供給するパイプ３３ｃに加熱部を接続し、該加熱装置により炭酸ガス３５ａを加熱した状態で炭酸ガスエンジン１に供給することとしてもよい。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
発電システムを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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
取り出したエネルギの適用は任意であり、例えば自動車、電車、航空機、船舶等への適用、モータの駆動、発電機の駆動等をすることができる。
【０１１９】
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】
【０１２０】
本願発明は例えば自動車、電車、航空機、船舶等への適用、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】
【０１２１】
【図１】本願発明による発電システムのブロック図を示す。
【図２】本願発明による発電システムの回路構成図を示す。
【図３】本願発明による発電システムの動作ステップを示すフローチャートである。
【図４】本願発明に使用する炭酸ガスエンジンの実施例を示す。
【図５】ロータの実施例を示す概略斜視図である。
【図６】本願発明に使用する炭酸ガスエンジンの他の実施例を示す。
【図７】本願発明に使用する炭酸ガスエンジンのさらに他の実施例を示す。
【図８】ロータの他の実施例を示す概略斜視図である。
【図９】本願発明に使用する炭酸ガスエンジンのさらに他の実施例を示す。
【図１０】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１１】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１２】炭酸ガスの熱力学的性質を示す表である。
【図１３】本願発明に使用する炭酸ガスエンジンのさらに他の実施例を示す。
【図１４】（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】
【０１２２】
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 備蓄タンク
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
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
５７ 冷却部
６３ 逆止弁
６５ 大気乾燥部
６８ 分離部
６９ａ １次炭酸ガス圧縮部
６９ｂ ２次炭酸ガス圧縮部
７３ 循環タンク
７５ 逆止弁
８１ 火力発電所
８２ 原子力発電所
８３ １次炭酸ガス製造装置
８４ パイプライン
８５ａ 送電線
８５ｂ 送電線
９０ ２次炭酸ガス製造装置
９９ 発電機
１０１ ハウジング
１０２ ハウジング
１０３ 内室
１０５ ロータ
１０５ａ オイルシール兼用圧力シール
１０６ ロータ軸
１０７ 供給口
１０９ 排出口
１１１ １次作動室
１１２ ２次作動室
１１３ ３次作動室
１１５ ロータ
１１５ａ オイルシール兼用圧力シール
１１６ ロータ軸
１１７ 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
ａ 作動面
ｂ 作動面
ｃ 作動面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次炭酸ガスを製造する１次炭酸ガス製造装置と、２次炭酸ガスを製造する２次炭酸ガス製造装置と、炭酸ガスエンジンと、炭酸ガスを副産物として排出する炭酸ガス産出装置と、非燃焼型発電装置とからなり、１次炭酸ガス製造装置と２次炭酸ガス製造装置とが炭酸ガスエンジンに接続され、
上記１次炭酸ガス製造装置は、炭酸ガス産出装置より排出された燃焼排出ガスを精製して取り出された炭酸ガスを液化する炭酸ガス液化プラントからなり、
上記２次炭酸ガス製造装置は、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて圧縮する炭酸ガス圧縮部と、上記炭酸ガス圧縮部より送給される炭酸ガスを貯溜するタンクとからなり、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成し、
非燃焼型発電装置は炭酸ガスを圧縮するための電力を上記１次炭酸ガス製造装置及び上記２次炭酸ガス製造装置に供給し、
上記炭酸ガスエンジン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作動するエンジンからなり、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２】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス圧縮部が複数からなり、各炭酸ガス圧縮部が上記冷却部に接続されることを特徴とする発電システム。
【請求項３】
請求項２記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス圧縮部は上記冷却部に直列接続されることを特徴とする発電システム。
【請求項４】
請求項２記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス圧縮部は上記冷却部に並列接続されることを特徴とする発電システム。
【請求項５】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンを作動させる炭酸ガスの供給は上記１次炭酸ガス製造装置又は上記２次炭酸ガス製造装置のいずれかよりなされることを特徴とする発電システム。
【請求項６】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス産出装置が火力発電所であることを特徴とする発電システム。
【請求項７】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス産出装置と上記１次炭酸ガス製造装置とはパイプラインにて接続することを特徴とする発電システム。
【請求項８】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記非燃焼型発電装置は上記１次炭酸ガス製造装置及び上記２次炭酸ガス製造装置に送電線にて接続することを特徴とする発電システム。
【請求項９】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがロータリ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする発電システム。
【請求項１０】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがレシプロ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする発電システム。
【請求項１１】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記１次炭酸ガス製造装置及び上記２次炭酸ガス製造装置が上記炭酸ガスエンジンに炭酸ガス備蓄工程部を介し接続されることを特徴とする発電システム。
【請求項１】
１次炭酸ガスを製造する１次炭酸ガス製造装置と、２次炭酸ガスを製造する２次炭酸ガス製造装置と、炭酸ガスエンジンと、炭酸ガスを副産物として排出する炭酸ガス産出装置と、非燃焼型発電装置とからなり、１次炭酸ガス製造装置と２次炭酸ガス製造装置とが炭酸ガスエンジンに接続され、
上記１次炭酸ガス製造装置は、炭酸ガス産出装置より排出された燃焼排出ガスを精製して取り出された炭酸ガスを液化する炭酸ガス液化プラントからなり、
上記２次炭酸ガス製造装置は、上記炭酸ガスエンジンから排出される炭酸ガスを回収しかつ冷却する冷却部と、上記冷却部より圧送される冷却された炭酸ガスを高圧にて圧縮する炭酸ガス圧縮部と、上記炭酸ガス圧縮部より送給される炭酸ガスを貯溜するタンクとからなり、上記各部をパイプにより連結して炭酸ガスが循環する循環回路を構成し、
非燃焼型発電装置は炭酸ガスを圧縮するための電力を上記１次炭酸ガス製造装置及び上記２次炭酸ガス製造装置に供給し、
上記炭酸ガスエンジン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作動するエンジンからなり、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２】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス圧縮部が複数からなり、各炭酸ガス圧縮部が上記冷却部に接続されることを特徴とする発電システム。
【請求項３】
請求項２記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス圧縮部は上記冷却部に直列接続されることを特徴とする発電システム。
【請求項４】
請求項２記載の発電システムにおいて、上記各炭酸ガス圧縮部は上記冷却部に並列接続されることを特徴とする発電システム。
【請求項５】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンを作動させる炭酸ガスの供給は上記１次炭酸ガス製造装置又は上記２次炭酸ガス製造装置のいずれかよりなされることを特徴とする発電システム。
【請求項６】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス産出装置が火力発電所であることを特徴とする発電システム。
【請求項７】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガス産出装置と上記１次炭酸ガス製造装置とはパイプラインにて接続することを特徴とする発電システム。
【請求項８】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記非燃焼型発電装置は上記１次炭酸ガス製造装置及び上記２次炭酸ガス製造装置に送電線にて接続することを特徴とする発電システム。
【請求項９】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがロータリ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする発電システム。
【請求項１０】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記炭酸ガスエンジンがレシプロ型炭酸ガスエンジンであることを特徴とする発電システム。
【請求項１１】
請求項１記載の発電システムにおいて、上記１次炭酸ガス製造装置及び上記２次炭酸ガス製造装置が上記炭酸ガスエンジンに炭酸ガス備蓄工程部を介し接続され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】
【公開番号】特開２００８−２９７９５８（Ｐ２００８−２９７９５８Ａ）
【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２００７−１４４０７９（Ｐ２００７−１４４０７９）
【出願日】平成１９年５月３０日（２００７．５．３０）
【特許番号】特許第４１４７５６２号（Ｐ４１４７５６２）
【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４１４７５６２号（Ｐ４１４７５６２）
【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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