JPH03246302A - 機関本体が回転する蒸気原動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、流体、とくに圧力蒸気を利用して往復しつ
つ回転するピストンの回転で機関本体を回転させるとと
もに、その排気で機関本体とタービン翼車を回転させ、
さらにタービン翼車の回転を機関本体へ歯車により伝達
して１機関本体を回転させるようにした原動機に関する
ものである。

〔従来の技術〕

これまでのピストンを用いた蒸気機関は、ピストンの往
復運動をクランク機構によって回転運動に変えるもの、
であった。従ってクランク機構の運動によるエネルギの
損失が大きいうえ９重量と外形が大きいという欠点があ
った。

又９通常の蒸気タービンは、高圧の最も大きなエネルギ
をもった蒸気を、最も小さいタービン翼に作用さして回
転力を得る構成になるため、高圧段における蒸気の漏洩
エネルギ損失が大きくなる欠点がある。即ち、タービン
翼の長さが２０分の１に近づいても隙間は２０分の１に
できないし、蒸気容積を含めるとその損失が桁外れに大
きくなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこでこの発明は、クランク機構に換えて曲溝機構を採
用することにより、クランク機構の運動によるエネルギ
損失を解消し９機関本体を回転さすことにより小型軽量
とし、しかも蒸気タービンを構成さすことにより高圧の
蒸気を１滴も漏らすことなくピストンで利用して回転力
に変換し、その排気でタービンを運転して、飛躍的に熱
効率の高い機関本体が回転する蒸気原動機を得ることを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、以下の構成を要旨とする。

対向して収容したピストン２間とその後部にそれぞれ高
圧室３を形成した機関本体１には、高圧室３ａ、３ｂ、
３ｃへ開口して回転弁４ａ、４ｂ４Ｃにより通断される
給気口５ａ、５ｂ、５ｃを対向にそれぞれ設け、中央の
給気口５ｂ寄に対向して、中央の高圧室３ｂに通じ両側
の高圧室３ａ、３ｃにピストンの排気穴７を介してそれ
ぞれ通じる排気孔６と、排気孔へ連通するノズル８との
多数組と、各ノズルへ臨むタービン翼９の多数とを配設
し１機関本体１が回転自在に機関本体に外嵌して固定し
た曲溝筒１０には１曲溝筒に転支された多数の小歯車１
１に支持されて、ノズル８からの排気により回転するタ
ービン翼車１２を配設するとともに、ピストンから突設
したピストンピン１３を９機関本体に対向して貫設した
長軸方向のピストン案内穴１４を貫通して、ピストン２
が対向して２往復しつつ１回転可能に、それぞれの曲溝
筒１０の内周面に対向して形成された曲溝２２に転動自
在に嵌め込み、かつタービン翼車１２ａの回転を機関本
体へ伝達する歯車装置を設ける。

〔作　　　用〕

第１図及び第２図に示す実施例で説明すると。

始動は、第１図に於てピストン２が下死点を過ぎた位置
にしておき９図外復水器の真空を上昇さし、図外主塞止
弁を開き始めると、一般的蒸気タービンと同様に９図外
加減弁を通じて蒸気管により回転弁４ａ、４ｂ、４ｃに
高圧蒸気が流入する。

この場合、中央高圧室３ｂは排気孔６が全開より閉方向
に移動を始めており９回転弁４ｂが全開のため高圧室３
ｂは真空の状態であり９回転弁４ａ４Ｃは開き始めてお
るため高圧室３ａ、３ｃ内に高圧蒸気が流入する。

ピストン２はそれぞれ機関本体１と共に回転しなから上
死点側に移動を続け、排気孔６が閉じると高圧室３ｂで
は圧縮が始まり高圧室３ａ、３ｃでは高圧蒸気の流入が
続く、上死点側に移動が続き排気孔６にピストンの排気
穴７が近づくと回転弁４ａ、４ｃが閉じ高圧室３ａ、３
ｃへの高圧蒸気の流入は遮断され、上死点側への移動が
続き排気孔６に排気穴７が重なり高圧室３ａ、３ｃの排
気が始まり、蒸気は排気穴７．排気孔６．ノズル８を通
って対向に設けた多段のタービン翼９を通って図外復水
器に至るのであるが、その過程でピストンが高圧蒸気の
大きな圧力により上死点側に移動するときは、ピストン
２のピストンピン１３が固定された曲溝筒１０の曲溝２
２に転動自在に嵌め込まれているので９曲溝に案内され
てピストンは回転し機関本体も回転し１機関本体に固着
された内側タービン翼車１２ｂも回転さし、又、ノズル
８から噴射する中圧の蒸気は多段に設けたタービン翼に
作用して、外側タービン翼車１２ａを加速して歯車装置
により機関本体を加速さし１次に内側タービン翼車１２
ｂを加速して直接機関本体を加速さすというように外側
タービン翼車と内側タービン翼車を交互に加速さして間
接と直接機関本体を回転加速して復水器に流入する。

第２図、ピストンが上死点に達すると排気孔６は全開の
状態となり、ノズル８から蒸気の噴射が続き９両側高圧
室３ａ、３ｃの減圧も続き、ピストンと機関本体の回転
も続く。

中央回転弁４ｂは開き始め中央高圧室３ｂ内は高圧とな
り、ピストンは下死点側に移動を始めるピストンが下死
点に近づくと回転弁４ｂは全閉となり、排気孔６が開き
始めやがて全開となり。

ピストンは下死点を過ぎて上死点側に移動を始める。

即ち、ピストンと機関本体が１回転する間に。

ピストンは２往復し、タービン翼車は回転加速を続は機
関本体を回転加速し続ける。

機関本体が規定の回転数に到達したら、高圧室蓋２０の
軸に設けた図外調速機により加減弁を操作して規定回転
数を維持し、運転状態となる。

〔効　　果〕

この発明の効果を列挙すれば、以下のとおりである。

１）通常の軸流蒸気タービンは、高圧の最も大きなエネ
ルギをもった蒸気を、最も小さいタービン翼に作用さし
て回転力を得る構成になるため、高圧段に於ける蒸気の
漏洩エネルギ損失が大きくなる欠点がある。即ち、ター
ビン翼の長さが２０分の１に近づいても動翼の先端隙間
を２０分の１にはできない。又、蒸気の容積から考えた
場合、４０気圧の蒸気を０．０５気圧まで膨張さすと５
００倍ぐらいになる。即ち、５００分の１の容積の蒸気
が９桁外れに大きな隙間から漏洩するのであるから、そ
の損失は非常に大きい。

そこでこの発明は、高圧の蒸気をピストンにより１滴の
漏洩もな（有効利用し、比較的大きな容積になってから
タービンにより有効利用して飛躍的に熱効率の高い機関
本体が回転する蒸気原動機を得る効果が大きい。

２）これまでの蒸気機関は、ピストンの往復運動をクラ
ンク機構によって回転運動に変えるものであった。従っ
てクランク機構の運動によるエネルギ損失が大きいため
熱効率が低（、シかも重量と外径が大きいという欠点が
あった。

そこでこの発明は、クランク機構に換えて曲溝機構を採
用することにより、クランク機構の運動によるエネルギ
損失を解消し１機関本体を回転さすことにより小型軽量
とし、しかも蒸気タービンを構成さすことにより、低圧
の蒸気を有効利用すると共に、超高圧の蒸気をピストン
により有効利用して、飛躍的に熱効率の高い蒸気原動機
を得る効果が大きい。

３）機関本体の中央と両端に高圧室を形成さすことによ
り、容積当りの出力を飛躍的に増大できる効果が大きく
、排気エネルギを倍増することにより、排気タービンの
熱効率と出力を倍増する効果が大きく、高圧室蓋２０を
ピストン内にそれぞれ延長したことにより９両側高圧室
に於けるピストン頂部の隙を任意に選択できる効果が大
きく、熱効率を上昇できる効果も大きい。

４）外側タービン翼車１２ａの内歯車１６の両側に内歯
車のピッチ内径に近い内径の転動内軌道１７を設け、小
歯車１１の内歯車に噛合う歯車に歯車の円 ピッチ内径に近い外径の転動輪１８を固着して。

曲溝筒１０に転支した３箇以上の小歯車によりタービン
翼車１２ａをそれぞれ支持することにより、構造を簡単
にできる効果があり、支持する部品を省略する効果に加
えて、摩擦損失を低減する効果も大きい。

〔実　施　例〕

以下図示する実施例に基づいてこの発明を詳細に説明す
る。

この発明の機関本体が回転する蒸気原動機は。

機関本体、ピストン、曲溝筒、タービンから主として構
成されている。

第１図、第２図により機関本体について説明すると、１
は機関本体で円筒状に形成されており。

対向して長軸方向にピストン案内穴１４が貫設されてお
り、中央高圧室３ｂの両側には高圧室３ａ。

３ｂ、３ｃから排気を噴射する多数の排気孔６が貫設さ
れており、その外側には、各排気孔６へそれぞれ連通す
るノズル８を有するノズル環が内側タービン翼車１２ｂ
と共に対向して固着されている。タービン翼車１２ｂに
は多数のタービン翼９がそれぞれのノズル８へ臨んで多
段に配設され、ノズル環の端部には大歯車１５が固着さ
れている。

５ａ、５ｂ、５ｃは高圧室３ａ、３ｂ、３ｃにそれぞれ
対向して開口する給気口で、外径部でそれぞれ回転弁４
ａ、４ｂ、４ｃを構成しており。

両端高圧室３ａ、３ｃの外側には、高圧室蓋２０がそれ
ぞれ固着してあり、その外側はそれぞれ軸を構成さし０
片方を動力軸その他として使用し、他方により補機類そ
の他を駆動する。その内側はそれぞれピストン２内にピ
ストンが往復自在に延長する。

第１図第２図によりピストン２について説明すると、形
状はほぼ通常のピストンに近い形状で。

前部と後部から高圧を受け、特に後部側においてピスト
ン頂部の隙を調整するため、内径を小さくしたり、楕円
その他にし、高圧室蓋２０をピストンが往復自在にピス
トン内に延長する穴を設け、その穴から排気を噴射する
排気穴７を、ピストンが上死点にて機関本体１の排気孔
６に臨みそれぞれ全開となるよう貫設し１機関本体１内
に対向して収容したピストンから、それぞれ直径方向に
対向して突設されて、ピストン案内穴１４を貫通したピ
ストンピン１３の先端部には、転動輪２３ａ　、　　２
３ｂ　。

２３ｃが回転自在に取付けられている。

ピストンの外径部には、前部に排気穴７をはさんで２箇
所と最後部に１箇所、計３箇所に気密部をそれぞれ設け
、高圧室３ａ、３ｂ、３ｃをそれぞれ構成さす。

第１図及び第２図により１曲溝筒１０について説明する
と、外径が３段に拡大された円筒状に形成されて９機関
本体１が回転自在に機関本体に外嵌されて固定した左右
一対の曲溝筒１０で、その内周面′に曲溝２２がそれぞ
れ凹設されている。

曲溝２２を実用化するために最も重要なことは。

内側軌道と外側軌道を使い分けることである。即ち、内
側軌道又は、外側軌道を図の如く２段にするだけで簡単
に解決できる。

このＩｉ［２２はピストンピン１３の２段に設けた転動
輪２３ｂ、　　２３ｃを転動自在に嵌め込む溝であるか
ら、外側軌道を図の如く２段とし、ピストンピン１３の
先端の外径の大きい方の転動輪２３ｃが内側軌道を転動
し、中間の外径のやや小さい転動輪２３ｂが外側軌道を
転動する構成とする。即ち、一方の軌道を２段とし、外
径の大きい転動輪を溝幅の広い所を転動さすことにより
容易に軌道を使い分けることができる。

曲溝２２は転動輪２３ｂ、　　２３Ｃが曲溝２２の内外
軌道に沿って転動し、ピストン２が対向して２往復する
間に１回転するよう形成される。

曲溝筒１０の両端には０曲溝筒蓋２４をそれぞれ固着し
、高圧室蓋２０の軸にそれぞれ回転自在に外嵌し９機関
本体ｌを回転自在に支持する。

曲溝筒の両端近くに９回転弁４ａ、４ｃをそれぞれ対向
に設ける。回転弁は回転方向に長穴を設け、弁座筒１９
を摺動自在に内嵌して、バネ２１により機関本体に押付
け、蒸気管２５に連結する。

曲溝筒の中側には、２段に歯車を設けた小歯車１１を３
個以上左右それぞれに転支して、小径の歯車を機関本体
の大歯車１５にそれぞれ噛合わせ、大径の歯車をタービ
ン翼車１２ａの内歯車１６に転動自在にそれぞれ噛合わ
せて、タービン翼車１２ａをそれぞれ回転自在に支持す
る。

曲溝筒の外径部には１輪状の油溜２６を取付けて外側ケ
ース２７に固着する。外側ケース２７は通常の電動機の
外側ケースの形状に近い形状で水平接手により２分割す
る構成とし、下部は殆んど角筒に近い形状にし、それぞ
れ強度を加える。

第１図により、タービン翼車１２ａについて説明すると
、タービン翼車１２ａの反翼側に内歯車１６のピッチ円
直径に近い内径の転動内軌道１７を左右それぞれに設け
、それに内歯車１６をそれぞれ固着しそのうえに内歯車
１６のピッチ円直径に近い内径の転動内軌道１７を有す
る油切２８を固着し、内歯車１６に噛合う小歯車１１の
歯車の両側に、歯車のピッチ円直径に近い外径の転動輪
１８を固着して、小歯車１１によりタービン翼車１２ａ
を回転自在に支持し、小歯車１１によりタービン翼車１
２ａの回転を減速して機関本体１を反対方向に回転加速
さす。

中央の回転弁４ｂは４ａと同様に構成する。

【図面の簡単な説明】

第１図はピストンが下死点にあるときを断面で示す説明
図であり、第２図はピストンが上死点にあるときを断面
で示す説明図である。 ｌ・・・機関本体　　　　２・・・ピストン３・・・高
圧室　　　　　４・・・回転弁５・・・給気口　　　　
　６・・・排気孔７・・・排気穴　　　　　８・・・ノ
ズル９・・・タービン翼 １１・・・小歯車 １３・・・ピストンピン １５・・・大歯車 １７・・・転動内軌道 １９・・・弁座筒 ２１・・・バネ ２３・・・転動輪 ２５・・・蒸気管 ２７・・・外側ケース ２９・・・水平接手 １０・・・曲溝筒 １２・・・タービン翼車 １４・・・ピストン案内穴 １６・・・内歯車 １８・・・転動輪 ２０・・・高圧室蓋 ２２・・・曲溝 ２４・・・曲溝筒蓋 ２６・・・油溜 ２８・・油切

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）対向して収容したピストン間とその後部にそれぞれ
   高圧室を形成した機関本体には、高圧室へ開口して回転
   弁により通断される給気口を対向にそれぞれ設け、中央
   の給気口寄に対向して、中央の高圧室に通じ両側の高圧
   室にピストンの排気穴を介してそれぞれ通じる排気孔と
   、排気孔へ連通するノズルとの多数組と、各ノズルへ臨
   むタービン翼の多数とを配設し、機関本体が回転自在に
   機関本体に外嵌して固定した曲溝筒には、曲溝筒に転支
   された小歯車に支持されて、ノズルからの排気により回
   転するタービン翼車を配設するとともに、ピストンから
   突設したピストンピンを、機関本体に対向して貫設した
   長軸方向のピストン案内穴を貫通して、ピストンが対向
   して２往復しつつ１回転可能に、それぞれの曲溝筒の内
   周面に対向して形成された曲溝に嵌め込み、かつタービ
   ン翼車の回転を機関本体へ伝達する歯車装置を設けたこ
   とを特徴とする機関本体が回転する蒸気原動機。 ２）歯車装置は、機関本体に設けられた大歯車と、ター
   ビン翼車に設けられた内歯車と、曲溝筒に回転自在に支
   持されて大歯車と内歯車に噛合う多数の小歯車からなり
   、タービン翼車に設けられた内歯車の両側に、内歯車の
   ピッチ円径に近い内径の転動内軌道１７を設け、内歯車
   に噛合う小歯車の両側に、小歯車のピッチ円径に近い外
   径の転動輪１８を固着した特許請求の範囲第１項記載の
   機関本体が回転する蒸気原動機。 ３）両側の高圧室は、機関本体の両端に高圧室蓋２０を
   対向して固着し、その外側にはそれぞれ軸を設け、内側
   はそれぞれのピストンが往復自在にピストン内に延長し
   、高圧室に給気する回転弁は、曲溝筒と中央回転弁にそ
   れぞれ対向に回転方向に長穴を貫設し、弁座筒１９を摺
   動自在に嵌め込み、バネで押付ける構造とした特許請求
   の範囲第１項記載の機関本体が回転する蒸気原動機。