特表 2018-526565 エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2018-526565(P2018-526565A)

(43)【公表日】2018年9月13日

(54)【発明の名称】エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02C 1/10 20060101AFI20180817BHJP

   F01D 15/10 20060101ALI20180817BHJP

【ＦＩ】

   F02C1/10

   F01D15/10 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2018-506117(P2018-506117)

(86)(22)【出願日】2016年8月5日

(85)【翻訳文提出日】2018年2月26日

(86)【国際出願番号】GB2016052399

(87)【国際公開番号】WO2017021736

(87)【国際公開日】20170209

(31)【優先権主張番号】1513936.3

(32)【優先日】2015年8月6日

(33)【優先権主張国】GB

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US

(71)【出願人】

【識別番号】518035802

【氏名又は名称】ツリー アソシエイツ エルティーディー．

(74)【代理人】

【識別番号】110002343

【氏名又は名称】特許業務法人 東和なぎさ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キリングベック、 ベルナルド

(57)【要約】

エンジンは、コンプレッサと、前記コンプレッサの入口と出口に接続された閉じた流路であって、前記コンプレッサによって駆動される圧縮されたガスが内部を移動可能な閉じた流路とを備える。前記コンプレッサの前記出口は、使用中のエンジンの出力として作動する回転軸へと接続された少なくとも１組のタービンブレードを備えるタービン部に前記流路を通じて接続されている。コンデンサは、前記タービン部を通過して前記圧縮されたガスの温度と圧力を低下させるように構成された前記流路内の流路を受け取るコンデンサであって、前記コンデンサの出口は、前記コンプレッサの入口に接続されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンプレッサと、
前記コンプレッサの入口と出口に接続された閉じた流路であって前記コンプレッサによって駆動される圧縮されたガスが内部を移動可能な閉じた流路と、
前記コンプレッサの出口は使用中のエンジン出力として作動する回転軸に接続された少なくとも１組のタービンブレードを備えるタービン部に流路を通じて接続された出口であって前記タービン部を通過して前記圧縮されたガスの温度と圧力を低減するように構成されたガスを流路内で受け取るためのコンデンサとを備え、
前記コンプレッサの出口が、前記コンプレッサの入口に接続されているコンデンサであるエンジン。

【請求項2】

前記コンデンサの出口と前記コンプレッサの入口との間に配置されて前記ガスを前記コンデンサから前記コンプレッサへの方向のみに流す逆止弁を備えている、請求項１に記載のエンジン。

【請求項3】

前記タービン部に設けられた複数組のタービンブレードが、前記回転軸に取り付いている、請求項１または請求項２に記載のエンジン。

【請求項4】

前記圧縮されたガスが、二酸化炭素もしくはアンモニアの内の1つである、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のエンジン。

【請求項5】

前記回転軸に接続された発電機を備えている、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のエンジン。

【請求項6】

前記発電機によって生成された電気の内の少なくとも一部が、前記コンプレッサの起動に使用される、請求項５に記載のエンジン。

【請求項7】

前記コンデンサと関連して熱エネルギーを回復し、エンジンからの追加のエネルギー出力を供給するエネルギー回復手段を備えている、請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載のエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エネルギー出力を供給するためのタービンを駆動するために循環型圧縮ガスを使用するエンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンは、従来の内燃エンジンから圧縮空気、風、水力やその他の動力源により駆動されるエンジンまで、多様なエンジンがよく知られている。

【0003】

そのようなエンジンは、全て、エネルギー消費を最小化しつつエネルギー出力を供給する必要があり、また、環境に害を与え得る排気物を最小化する必要もある。
それ以上に、それらのエンジンは、多くの場合、可動部品の使用量を最少にして摩滅の少ない部品を提供することでメンテナンス要求を減らし、製品寿命を長期化させる要望があるのと同様に、簡単に出力を制御できる必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、高効率で、出力に関する制御性が良く、それでいて、単純でメンテナンスがしやすく、最小のメンテナンスで長い期間使用可能なエンジンを提供することを目的にする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明によると、コンプレッサと、前記コンプレッサの入口と出口に接続された流路であって、前記コンプレッサによって駆動される圧縮されたガスが内部を移動可能な閉じた流路と、前記コンプレッサの前記出口は使用中のエンジン出力として作動する回転軸に接続された少なくとも１組のタービンブレードを備えるタービン部に流路を通じて接続された出口であって前記タービン部を通過して前記圧縮されたガスの温度と圧力を低減するように構成されたガスを流路内で受け取るためのコンデンサとを備え、前記コンデンサの出口は前記コンプレッサの入口に接続されているコンデンサであるエンジンが提供されている。

【0006】

前記タービンは、共通の回転軸に沿って配置される複数組のブレードを備えていてもよく、各組内のブレードの数および相対的な位置関係は、タービン部を通る圧縮されたガスの流れを制御しエンジンの出力を制御するように構成されている。

【0007】

膨張した循環ガスのコンプレッサの入口への流れを制御することで、効率を高め、与えられた負荷に対するエンジン性能を最適化するために、逆止弁が、コンプレッサの入口に配置されていてもよい。

【0008】

前記エンジン内の循環ガスは、アンモニアでもよく、より好ましくは、安全性と動作効率の理由から、二酸化炭素であってもよい。

【0009】

前記コンデンサの構成部品は、コンプレッサを動かしエンジン効率を向上させるために、電気エネルギーへと変換可能な熱エネルギーを回復するためのエネルギー回復手段に取り付けられてもよい。

【0010】

前記タービンの回転軸は、エンジンの全体性能を制御するために、コンプレッサを生成するのに必要なエネルギーの一部を供給する発電機に接続されてもよい。

【0011】

本発明の一実施例は、添付の図面を参照してここに説明されるだろう。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明にかかるエンジンの概略図である。

【図2】図１のエンジン内の循環ガスの流れを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１を参照すると、エンジン１は、圧縮されたガスを保持するためのガスの流路２を有している。
ガスは、二酸化炭素やアンモニアであってもよく、適切な圧縮圧で保持可能な他の適切なガスであってもよい。
圧縮圧は、エンジン１の要求出力の影響を受け、その他にも全体重量や、好適な動作圧力や、流路２およびエンジン１の他の部分を形成する部品の温度閾値といった要求の影響も受ける。

【0014】

コンプレッサ３は、使用中、流路２内のガスを圧縮し、そのガスをコンプレッサの出口４からタービン部５へと送るために設けられる。
本実施例におけるコンプレッサは、電気により動力を得ているが、その他の動力源を有していてもよい。
コンプレッサの出口４の直径の値により、圧縮されたガスがタービン部５に到着した際の圧力と流速が制御される。
流路２のこの部分でガスの圧力と温度が臨界点にあると、高効率が得られる。
圧縮されたガスを熱することでその助けとするために、コンプレッサ３に近接してヒーター（不図示）が組み込まれてもよい。
ガスは、コンプレッサの出口４からタービン部５の中へと通過する際、ブレード組６、７、８を通過する。
その動作中に、ガスは、膨張し、一連のブレード組およびブレード組６，７，８が取り付いている中央の回転軸９を動かす。
本実施例では、３組のブレード６，７，８が設けられているが、組数ならびに各組内ブレードの本数、およびそれらの角度は、タービン部５に存在するガスの圧力や流速によって選択されてもよい。
回転軸９は、出力として動作し、ギアボックスを通じて駆動機構へと接続されてもよい。

【0015】

本実施例では、制御部１１、１２に接続されている発電機１０が関連付けて示されている。
発電機１０の動作出力である回転軸９の出力負荷を制御し、また、発電機１０から生み出される電力のコンプレッサ３へのフィードバックを潜在制御し、エネルギー出力を最適化するためにエンジンの全体動作出力を再度制御するために、これらの制御部１１、１２は、発電機１０から電力を受け取ってもよい。
加えて、または代替手段として、発電機１０は、コンプレッサ３を起動するモーターとして働くように、コンプレッサ３に機械的に接続されていてもよい。
また、小サイズ化および２つの要素の接続に伴う機械的な損失の低減のために、発電機１０とタービン部５の部品は、１つのユニットに統合されていてもよい。

【0016】

一実施例では、高効率を提供するために、発電機は、４００Ｈｚの交流を生成する一方で、標準的な電気部品を使用するために５０Ｈｚへと降下させるステッピング部も有している。

【0017】

ガスは、タービンブレード組６，７，８を通過した後、とても低い圧力でコンデンサ１３を通ってタービン部５から出ていく。
本実施例においてコンデンサ１３は、一組のパイプであり、膨張後のガス内の残留熱を発散させる。
一実施例では、コンデンサ１３は、熱交換器として働いてもよく、エンジンの電気出力効率を向上させたり、制御部１１、１２やコンプレッサ３へ実際に供給したりするために、その場の熱エネルギーを回復させて、他の形態のエネルギーへ（電気エネルギーにさえも）潜在的に変換してもよい。
コンデンサ１３の出力は、オプションで追加する減圧部１４とオプションの逆止弁１５とを通って供給され、戻ってくると、コンプレッサ３に圧縮される。
逆止弁１５は、ガスの流れを確実に一方向に流れるようにし、(特に、起動中の)システム全体のガスが確実に正しく流れるようにしてもよく、ガスの流れを通じてエンジン出力を制御するのに用いられてもよい。
これにより、エンジン効率が最適化される。

【0018】

逆止弁１５は、コンプレッサ３の動作効率を最適化するために、コンプレッサ３内の圧力差を制御することにも用いられても良い。

【0019】

解放バルブ（不図示）は、蓄積された不要な圧力を、安全上の理由で必要な場合に開放するために、流路２内の適切な場所に設けられていてもよい。

【0020】

動作の一実施例において、駆動ガスとしての二酸化炭素は、コンプレッサ３内の圧力差がおよそ２２バールとなるように制御される（コンプレッサ３の入口で３０バール、出口で５２バールである）。

【0021】

図２は、関連要素内の閉じた流路２内のガスの位置を用いて、エンジン１中のガスの流れを、対応する符号を有する図１で概略が説明されているように、概略形態で示している。
これより、流路２内のガス損失は、確かに最小であることがわかる。
これは、エンジン全体での動作部品を最少にしつつ、流路２内で使用されるガスの消費が無いことから環境への損害を極めて少なくしながら、ガスを長期間循環することが可能であることを意味している。

【0022】

上述のように説明した通り、コンプレッサ３とコンプレッサの出口４からの出力を簡単に制御することにより、高効率に、かつ、メンテナンスを減らし動作を改善させるために動作部品数を最少にしながらエンジン１の出力を最適にするよう、発電機１０は、動力を得ることができる。
このような構成をとることで、エンジン動作時のノイズ出力が最小化される。
また、コンプレッサ３を適切に動作させ、発電された電気をコンプレッサ３へフィードバックし、逆止弁１５を適切に制御することに加えて交換器１３により適切にエネルギーを回復させることを通じてエンジン１への調節を最少化しながら幅広いパワーを出力するように制御することができる。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】