JP2003003859A - サイクルタービンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タービンエンジンに有って、流体の昇圧手
段及び燃焼、膨張手段等の動作効果を高め低速回転域に
おける軸トルク或いは燃比を是正させ、更には小型軽量
化と製造コストの削減。 【解決手段】 流体の昇圧手段に放射状遠心昇圧手段
を用い、また容積式な昇圧手段を加えてタービンエンジ
ンの低速回転域における昇圧効果を是正させ、更には燃
焼流体の膨張手段に軸を直に回転動作させる放射状或い
は螺旋状の膨脹手段を備えタービンエンジンの低速回転
域における回転変換効果を高め得られる軸トルクと燃比
を是正させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はサイクルタービンエ
ンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】流体の昇圧、燃焼、膨脹など流体の動作
プロセスを連続させる従来のタービンエンジン構造は低
速回転域における流体の昇圧効果が得難く、低速回転域
での軸トルクを得る事が難しい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のタービンエンジ
ンは流体の圧縮、燃焼、膨張など流体の動作工程を連続
させて構成する構造のものが多く、得られる推進力およ
び軸出力は高速回転域を主とする内燃機関で有った。又
製造コストが需要を圧迫していることから低速回転域の
軸トルクを是正させ、更には小型軽量化と製造コストを
削減する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】流体を昇圧させる昇圧手
段に放射状の遠心式昇圧手段を備え、また芯円回転させ
る容積式昇圧手段を加えて低速回転域の流体昇圧効果を
高め、更には燃焼から得る膨脹流体のエネルギーを回転
力に変換する膨脹手段に放射状及び螺旋状の軸を直に回
転させる流体膨脹手段を備え、潤滑及び機密或いは冷却
要素を排除し構成させて低速回転域における軸トルクを
是正させる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明は、流体を放射状に昇圧さ
せる円盤状の昇圧手段に芯円回転の容積式昇圧手段を加
えて備え、また燃焼手段及び放射状に流体を膨脹させる
円盤状の膨脹手段を備え、更には螺旋状に流体を膨脹さ
せる螺旋状の膨脹手段を同一の軸上に備えて各々に対を
成すケーシングに収納面を隣接させて収納させそのケー
シングを一体化させて形成させたサイクルタービンエン
ジンである。

【０００６】軸を備えその軸に芯円な円盤状のローター
を備え、ローターの軸付近に複数な流体の分配口を設け
吸入する流体をローターの両側面に分配する。尚ロータ
ーの両側面に放射状且つ軸を芯とする環形状に流体をロ
ーターの回転に連れ遠心方向に昇圧させる溝を所定の間
隔領域を設けて配列させ、更に所定な輪形状の間隔領域
を持たせて遠心方向多段に配置させる。そしてローター
両側面の最外列段に配置される放射状且つ環形状に配列
させる溝の遠心方向端部に各々を連通させる輪溝を備え
昇圧流体の圧力調整を図る。また両側面に備える輪溝に
ローターを軸に平行させ貫通させて備える調圧口を設け
てローター両側面の流体昇圧圧力を均衡させる。更には
昇圧流体をローターの外周面に吐出させる供給口をロー
ター外周面に設け備える調圧口の何れかに連通させて備
える。

【０００７】一方ローターを収納するケーシングに軸受
を備え、収納するローターの収納側面に隣接させるケー
シングの収納両側面にローターの収納側面に備える同形
状の溝を同形態に備え、且つ隣接させる双方の対面に備
える各々の所定な輪形状の間隔領域を所定な間隔領域を
持たせ放射状且つ環形状に配置させる溝の環形状配置中
央部或いはその付近に位置させて配置し、隣接面の双方
に交互な溝の配列を配置させ流体を遠心方向交互に昇圧
させる放射状の流体昇圧手段を隣接面の双方に構成す
る。

【０００８】尚ローターの外周面に備える供給口の回転
方向前方付近に流体をローターの回転に連れ回転方向に
昇圧する昇圧突起部を設け、対を成すケーシングの収納
内周面を昇圧突起部の回転軌道上隣接させて備え流体を
回転方向に昇圧させる。また昇圧突起部の回転軌道上を
ケーシングの収納面及びローターの外周面に隣接させて
遮断し昇圧流体を更に昇圧させる逆止弁を備えた昇圧作
動弁を回転軌道上のケーシング側に設け、且つ昇圧作動
弁の動作支点を軸に連動させ作動させるカム手段に結合
させて回転軌道上に外接するケーシングの位置に備え
る。昇圧作動弁の反復円弧動作或いは時限を的確に調整
させるカム手段を軸に連結させて対を成すカム手段収納
ケーシングに流体の吸入口を設けて備える。更にロータ
ーを収納し対を成すケーシングに昇圧作動弁の反復円弧
動作を可能とさせるスペースを流体の昇圧チャンバーを
兼ね備えて設け、且つローターの分配口付近或いはカム
手段の収納ケーシングを兼ねるケーシングの軸付近に吸
気口を備える。そして昇圧チャンバーと燃焼室を連結さ
せる吐出口に逆流弁を設けて対を成すケーシングに備え
てサイクルタービンエンジンの昇圧手段を構成する。

【０００９】流体昇圧手段の同軸に円盤状の軸に芯円な
ローターを備え、そのローターの軸付近にローターを貫
通する複数の流通口を設け、その流通口各々に端末を接
続する溝或いは削り込まれた領域を所定の配列間隔を備
えてローターの両側面全域に軸を芯とする放射状或いは
渦巻状に配置させて備え、放射状な遠心方向の端末は開
放させる。尚備える溝或いは削り込まれた領域の各々を
軸芯に向け或いは軸を芯とする遠心方向に所定の間隔及
び領域に仕切る複数の仕切板を設け、且つ備える仕切板
或いは仕切られた領域に流体の流通抵抗部或いは流体に
抵抗を与える抵抗手段をローターの両面に備えて放射状
の膨脹ローターを構成する。それとローターの両側面に
備える溝或いは削り込まれた領域の流体膨脹容積は流体
の下流側、ローター両側面の流通口を介した下流側の側
面に備える方の容積を大きく設けることが好ましい。ま
た備える仕切板或いは仕切られた領域に流体の流通抵抗
部或いは流体に抵抗を与える抵抗手段を備えて、且つそ
れらを介すことで流体の膨脹圧力降下を順次或いは段階
的に経緯させる。流体の経路に順次備えられる流体の流
通抵抗部を介し順に降下する圧力差は流通抵抗部を備え
る膨脹ローターを軸回転方向に回転動作させ軸を高い効
率で回転させる。膨脹ローターを収納する膨脹ケーシン
グに燃焼室を備え、その燃焼室に燃料供給手段、点火手
段及び燃焼余熱手段を設け燃焼室に供給される昇圧流体
に燃料を供給させ点火手段或いは余熱手段を用いて燃焼
流体を発生させる。燃料は所定の熱量を所持する気体、
液体、粉体燃料を使用し何れかを混合する場合もある。
また燃焼室とケーシングを結ぶ或いは燃焼流体を膨脹ロ
ーターに作用させる燃焼流体の噴射口を燃焼室と膨脹ロ
ーターを接続させる位置のケーシングに備え、尚燃焼流
体を膨脹ローターの所持する膨脹領域の少ない方の側面
外周部から軸に向け噴射させ軸付近の流通口を介し膨張
ローターの反側面に備える流通抵抗部へと順次膨脹流体
を圧力降下させる。尚膨脹ローターの両側面を流通し備
える流通抵抗部を経て圧力を低下させる流体を再度螺旋
膨脹手段に供給させる噴出口を膨脹ケーシングに備えて
膨脹ローターの膨脹ケーシングを構成させる。膨脹ロー
ターを膨脹ケーシングにその収納面を隣接させて収納さ
せ流体の膨脹手段を構成させる。

【００１０】また同軸上に軸を芯とする芯円な所定の螺
旋配列間隔を持ち軸周方向に所定な間隔を持たせて多重
に配置する螺旋状且つ円筒形に近似する螺旋膨脹ロータ
ーを構成させて備える。軸周方向多重に配列させ複数の
螺旋状な溝或いは形成される領域に所定の間隔或いは領
域を備えさせて軸方向に直角な且つ螺旋角度に直角な仕
切板を複数に備えさせる。尚その仕切板に膨脹流体の圧
力降下を促す流通開口部或いは流体の流通抵抗部を各々
の仕切板或いは仕切板に仕切られた領域に備え流体の圧
力を順次降下させて各々の流通抵抗部を介し圧力差を生
じさせて螺旋膨脹ローターを回転させる螺旋膨脹ロータ
ーを構成させる。また螺旋膨脹ローターの両端部は螺旋
構造を構成させる螺旋板を軸に直角を成す角度に揃えて
螺旋膨脹ローターの両側面を形成させる。螺旋膨脹ケー
シングの螺旋膨脹ローターを収納させる収納面を収納さ
せる螺旋膨脹ローターの収納面に隣接させて備えさせ
る。螺旋膨脹ローターの軸回転方向と螺旋形成角度に従
い流体の流通する方向の上流側に位置させる螺旋膨脹ケ
ーシングの収納側面に流体の噴流口を備える。また対面
の収納側面に排気口を備え、そして螺旋膨脹ケーシング
に軸受を備え螺旋膨張ローターを隣接させて収納し螺旋
膨脹手段を構成させる

【００１１】軸を同一とする昇圧手段、カム手段、膨脹
手段、膨脹螺旋手段を各々の対を成す其々のケーシング
に収納させそのケーシングを一体化させて低速回転域で
の流体昇圧効率を高め、更に軸回転方向を真とする燃焼
流体の多段な圧力降下をローターに作動させトルクの強
い軸回転力を取り出すことのできるサイクルタービンエ
ンジンを形成する。

【００１２】

【実施例】実施例について図面を参照し説明すると同一
軸（１）に昇圧手段を構成するローター（２）を備え、
ケーシング（１２）に軸受（２１）、吸気口（１３）を
備え、また逆止弁（１５）を設けた昇圧作動弁（１
４）、更に逆流弁（１７）を設ける吐出口（１７）を昇
圧チャンバー（１６）に連結させてケーシングに備え、
ローターの収納面をケーシングの収納面に隣接させて収
納させ流体の昇圧手段を構成させる。また昇圧作動弁
（１４）を作動させるカム手段（２４、２６）を軸に連
結させ吸入口（２８）を設ける収納ケーシング（２３）
を備え収納させる。そしてローターを収納させるケーシ
ングにカム手段を収納するケーシングを組付けて一体化
させ流体の昇圧手段を構成させる。

【００１３】同一軸（１）に膨脹ローター（３０）を備
え、膨脹ローターを収納させる膨脹ケーシング（４０）
に燃焼室（４５、４６）、またその燃焼室に噴入口（１
７）噴射口（１７）、燃焼手段（４５、４６）を備え、
また膨脹ケーシングに燃焼室に備える噴射口（１７）を
接続させ、尚膨脹ケーシングに膨脹流体の噴出口（４
２）を備え、収納する膨脹ローターの収納面を膨脹ケー
シングの収納面に隣接させて収納させ膨脹手段を構成さ
せる。

【００１４】同一軸（１）に螺旋膨脹ローター（５０）
を備え、螺旋膨脹ローターを収納させる螺旋膨脹ケーシ
ング（５５）に軸受（２１）、噴流口（５９）、排気口
（５６）を備え、螺旋膨脹ローターの収納面を螺旋膨脹
ケーシングの収納面に隣接させて収納させ螺旋膨脹手段
を構成させる。

【００１５】各々の手段を構成し収納するケーシング
（１２、２３、４０、５５）を同一軸（１）と軸受を介
し組付けて一体化させることでサイクルタービンエンジ
ンを形成させる。

【００１６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され以下に記載されるような効果を生む。

【００１７】流体の昇圧手段に回転容積式の昇圧手段を
加え備えることにより低速回転域の流体昇圧効果を増し
低速回転領域の強い軸トルクが得られる。

【００１８】燃焼流体の膨脹手段に放射状或いは螺旋状
の膨脹手段を備えることで軸回転動作効率を向上させ燃
比を改善できる。

【００１９】構造が簡素なこと或いは部品数を減じ軸受
を除き冷却を不要とさせ更に回転摺動部の機密、潤滑を
排除することで軽量、小型、低コスト化を実現できる。

【００２０】出力単位の装置重量が軽量であることから
空中昇降機の分野に活用でき原動機としての対応範囲を
広げる。

【００２１】従来の軸出力を目的とする内燃機関に代替
が可能、汎用性、用途範囲を拡充させることができる。

【００２２】

【図面の簡単な説明】

【図１】 サイクルタービンエンジン構成概要図

【図２】 昇圧手段のローター図

【図３】 昇圧手段のケーシング図

【図４】 昇圧手段構成図

【図５】 昇圧手段、昇圧弁作動カム構成図

【図６】 膨脹手段のローター図

【図６−２】 膨脹手段のケーシング図

【図７】 膨脹手段構成図

【図８】 螺旋膨脹手段構成図

【図９】 螺旋膨脹手段のケーシング図

【図１０】 螺旋膨脹手段のローター図

【符号の説明】

１． 軸（同一軸） ２． ローター（放射状の昇圧手段を構成するロータ
ー） ３． 分配口（ローターの両側面に流体を分配供給す
る） ４． 溝或いは削り込まれた領域（ローター側面に備わ
る流体昇圧手段） ５． 所定の間隔領域（ローター側面の環状配置間隔） ６． 輪形状の間隔領域（ローター側面の環状多段配置
間隔） ７． 輪溝（溝各々の昇圧圧力を均等に調整する） ８． 調圧口（ローター両面の昇圧圧力を調圧する） ９． チャンバー（空洞）（昇圧流体の圧力脈動を吸収
する） １０． 供給口（昇圧流体の供給口） １１． 昇圧突起部（ローターの回転に連れ領域の流体
を容積的に圧縮する） １２． ケーシング（放射状の昇圧手段を構成するケー
シング） １３． 吸気口（分配口付近の） １４． 昇圧作動弁（カム手段２４に連結）＝動作支点 １５． 逆止弁（昇圧作動弁１４に設ける） １６． 昇圧チャンバー １７． 逆流弁を備える吐出口 １８． 溝或いは削り込まれた領域（ケーシングの収納
側面の流体昇圧手段） １９． 所定の間隔領域（ケーシング側面の環状配置間
隔） ２０． 輪形状の間隔領域（ケーシング側面の環状多段
配置間隔） ２１． 軸受 ２２． 昇圧突起部の昇圧軌道、回転昇圧領域 ２３． カム手段収納ケーシング ２４． カム手段（動作アーム） ２５． カム手段（ガイドローラー） ２６． カム手段（カムローター） ２７． カム手段（ガイドチャンネル） ２８． 吸入口（外気、流体の導入口） ２９． 間隙或いは領域 ３０． 膨脹ローター（放射状の膨脹手段を構成する） ３１． 流通口 （膨脹流体を移流させる開口部） ３２． 溝或いは削り込まれた領域（膨脹ローターの側
面に備わる膨脹手段） ３３． 所定の配列間隔 ３４． 仕切板（膨脹流体の差圧発生手段、回転力発生
手段） ３５． 流通抵抗部或いは流体に抵抗を与える抵抗手段
＝開口部 ４０． 膨張ケーシング（放射状の膨脹手段を構成させ
る） ４１． 燃焼室 ４２． 噴射口（燃焼流体） ４３． 噴出口（膨脹流体） ４４． 螺旋膨張ケーシング ４６． 燃焼手段（点火手段、余熱手段） ４７． 燃料供給手段 ５０． 螺旋膨脹ローター（螺旋状の膨脹手段を構成す
る） ５１． 配列間隔或いは領域＝所定の間隔 ５２． 仕切板 ５４． 軸受 ５５． 排気口 ５６． 螺旋板 ５７． 開口部或いは流通抵抗手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 繁 神奈川県横浜市港南区丸山台２丁目16番16 Ｆターム(参考） 3G002 BA00

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングにローターを収納させ双方の
   収納面を隣接させて流体の昇圧手段を構成させるロータ
   ーに有って、軸を備え軸に芯円な円盤状ローターの片側
   面或いは両側面に軸を芯とする放射形状或いは渦巻形状
   の所定な領域を有する溝或いは削り込まれた領域を複数
   に所定の間隔領域を備えて軸に芯円な環形状に配列さ
   せ、尚軸を芯とする所定な輪形状の間隔領域を設けて遠
   心方向複数段に配置させて形成するローター。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のローターに有って、環
   形状複数段に配置する溝或いは削り込まれた領域の遠心
   方向端部に各々を連通させる輪溝を最外周配置段に備
   え、尚ローターの両側面に備える輪溝にローターを貫通
   し軸に平行させて備える所定の調圧口を複数に設け、且
   つ備える複数な調圧口の何れかに所定な供給口を設けロ
   ーター外周面を貫通させて備え形成するローター。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のローターに有って、ロ
   ーターの回転外周面に備える供給口の回転方向付近に流
   体を回転方向に昇圧させる昇圧突起部を設け昇圧突起部
   の外周収納面を収納するケーシングの収納面に隣接させ
   て備え、尚ローターの外周域に軸を芯とする所定な輪形
   状の空洞に設けるチャンバーを供給口に貫通させて備
   え、且つローターの軸付近にローターの両側面を貫通す
   る流体の分配口を複数に備え形成するローター。
4. 【請求項４】 ケーシングの収納面に請求項２に記載す
   るローターの収納面を隣接させて収納させ流体の昇圧手
   段を構成させるケーシングに有って、ケーシングに軸
   受、昇圧チャンバー、逆流弁を備える吐出口及び収納す
   るローターの分配口付近に流体の吸気口を設けて収納す
   るローターの収納両側面に対面し隣接させるケーシング
   の収納側面に収納軸を芯とする放射形状或いは渦巻形状
   の所定な領域を有する溝或いは削り込まれた領域を複数
   に所定の間隔領域を備えて収納軸に芯円な環形状に配列
   させ、尚軸を芯とする所定な輪形状の間隔領域を設けて
   遠心方向複数段に配置させて備え、且つ隣接させる双方
   の収納面に備える収納軸を芯とする所定な輪形状の間隔
   領域を相互に備える所定な領域を有する溝或いは削り込
   まれた領域の収納軸に芯円な環形状に配列される中央部
   或いはその付近に組み合わせて配置し双方に備える溝或
   いは削り込まれた領域に流体を遠心方向交互に流通させ
   る対面上の配置或いは組み合わせを持たせて備え、更に
   収納するローターの回転外周面とケーシング収納週面の
   間に所定の間隙或いは領域を備えて形成するケーシン
   グ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のケーシング有って、収
   納するローターに備える昇圧突起部の外周収納面に回転
   軌道上隣接させるケーシングの収納周面を備え、尚昇圧
   突起部の昇圧軌道或いは回転昇圧領域を遮断する昇圧作
   動弁に流体の逆止弁を設けてケーシングに備え、且つ昇
   圧作動弁の動作支点を軸に連動させ所定な円弧反復動作
   を作動させるカム手段収納ケーシングに吸入口を設けて
   収納されるカム手段に結合させ昇圧突起部の回転軌道上
   に外接するケーシングに備え、更に昇圧突起部の回転昇
   圧領域を遮断する昇圧作動弁を昇圧突起部の回転に合わ
   せ解除或いは位置の交換をさせるカム手段を備え、また
   昇圧作動弁の円弧反復作動スペースを兼ね逆流弁を備え
   る吐出口を接続する昇圧チャンバーを備えて形成するケ
   ーシング。
6. 【請求項６】 膨張ケーシングに膨張ローターを収納さ
   せ双方の収納面を隣接させて膨張流体の膨張手段を構成
   させる膨張ローターに有って、軸或いは請求項１に記載
   の軸に芯円な円盤状の膨張ローターを設け、膨張ロータ
   ーの軸付近に膨張ローターの両側面を貫通する所定の流
   通口を複数に設け、その流通口各々に末端を接続する溝
   或いは削り込まれた領域を所定の配列間隔を備えて膨張
   ローターの両側面全域に軸を芯とする放射状或いは渦巻
   状に配置させて備え、尚備える溝或いは削り込まれた領
   域の各々を軸芯に向け或いは軸を芯とする遠心方向に所
   定の間隔及び領域に仕切る複数の仕切板を設け、且つ備
   える仕切板或いは仕切られた領域に流体の流通抵抗部或
   いは流体に抵抗を与える抵抗手段を備え、更には備える
   溝或いは削り込まれた領域の全域或いは部分に流体の流
   通抵抗手段を備えて形成する膨張ローター。
7. 【請求項７】 膨張ケーシングに請求項６に記載の膨張
   ローターを収納させ双方の周側面或いは収納面を隣接さ
   せて膨張流体の膨張手段を構成させる膨張ケーシングに
   有って、軸受、燃焼室、燃焼室に燃料供給手段及び点火
   手段また余熱手段更に昇圧流体の噴入口を備え、また燃
   焼流体の噴射口を燃焼室及びケーシングに接続させケー
   シングに膨張流体の噴出口を備えて構成する膨張ケーシ
   ング。
8. 【請求項８】 螺旋膨張ケーシングに螺旋膨張ローター
   を収納させ双方の収納周側面或いは収納面を隣接させて
   膨張流体の膨張手段を構成する螺旋膨張ローターに有っ
   て、軸或いは請求項１に記載の軸を備え、軸に芯円な所
   定の螺旋配列間隔或いは領域を軸方向に備える螺旋板を
   軸回転方向に所定の間隔を設け複数に配列させて備え、
   尚複数に配列される螺旋板の所定の間隔或いは領域を螺
   旋角度に直角を成し且つ軸を芯とする放射状の軸に平行
   し直角を成す仕切板を螺旋全領域に所定の間隔或いは領
   域を設けて複数に備え、更に備える仕切板に流通する膨
   張流体の流通抵抗を与える開口部或いは流通抵抗手段を
   備え、また仕切られた領域の全て或いは部分に流体の流
   通抵抗手段を備え構成する螺旋膨張ローター。
9. 【請求項９】 螺旋膨張ケーシングに請求項８に記載の
   螺旋膨張ローターを収納させ双方の収納周面或いは収納
   面を隣接させて膨張流体の膨張手段を構成させる膨張螺
   旋ケーシングに有って、軸受、膨張流体の噴流口、膨張
   流体の排気口を螺旋膨張ケーシングの側面に備え、尚収
   納する螺旋膨張ローターの軸に芯円な外周面に隣接させ
   る収納面を備えて形成する螺旋膨張ケーシング。
10. 【請求項１０】 請求項２、４、６、７、８、９に記載
    の手段を構成し形成させるサイクルタービンエンジン。
11. 【請求項１１】 請求項３、５、６、７、８、９に記載
    の手段を構成し形成させるサイクルタービンエンジン。
12. 【請求項１２】 請求項１０、１１に記載の手段構成か
    ら請求項８、９を除外し形成させるサイクルタービンエ
    ンジン。