JPH08144931A

JPH08144931A - 発電システム

Info

Publication number: JPH08144931A
Application number: JP31898394A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hatanaka; 武史畑中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-11-17
Filing date: 1994-11-17
Publication date: 1996-06-04

Abstract

(57)【要約】【目的】石油系エネルギー等の燃料の使用を不要と
し、運転コストが極めて低く、しかも全く公害物質を排
出しない発電システムを提供することを目的とする。【構成】発電システムにおいて、プラズマ形成部２
０、１０５、１１８、１４２に放電用作動媒体を封入
し、ロータリハウジング１２、１０２、１１２、１３２
の作動室１６、１０２ａ、１１２ａ、１３３にロータ手
段１４、１０３、１１４、１３４を回転可能に収納して
作動室をプラズマ形成部に連通させ、放電手段１９、１
０５ａ、１２５、１５２により作動媒体にプラズマを発
生させて高圧の作動ガスを発生させてこれによりロータ
手段に駆動力を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発電システムに関し、と
くにクリーンな発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガソリンエンジンまたはディーゼ
ルエンジンまたは原子力により駆動される発電システム
においてはガソリン、軽油、重油、ＬＰガス等のエネル
ギーを大量に消費するだけでなく、大量の汚染物質によ
る公害を排出して地球環境を急速に破壊していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の石油系
エネルギーや原子力を不要とし、公害を全く発生しな
い、地球に優しい発電システムを提供することを目的と
する。

【０００４】

【本発明の構成】上記目的はプラズマエンジンと、プラ
ズマエンジンに放電信号を供給する放電電源と、プラズ
マエンジンにより駆動される発電機とを備え、プラズマ
エンジンが放電手段を有するプラズマ形成部と、ノズル
手段と、ノズル手段を介してプラズマ形成部に連通する
作動室を有するロータリハウジングと、作動室に回転可
能に収納されたロータ手段とを備え、プラズマ形成部と
作動室に放電用作動媒体が予め定められた気圧で封入さ
れていてプラズマ形成部が放電によるプラズマで高圧の
作動ガスを発生させ、この作動ガスでロータ手段を駆動
するように構成することによって達成される。

【０００５】

【作用】この発明の発電システムはプラズマエンジン
と、プラズマエンジンに放電信号を供給する放電電源
と、プラズマエンジンにより駆動される発電機とを備
え、プラズマエンジンがプラズマ形成部に放電用作動媒
体を封入して放電によるプラズマで高圧の作動ガスを発
生させ、高圧ガスによりロータ手段に駆動力を与え、そ
の駆動力により発電機を駆動するようにする。

【０００６】

【実施例】以下、本発明による発電システムの望ましい
実施例につき図面を参照しながら説明する。発電システ
ム１はバッテリー装置２と、直流電圧を変換して高電圧
パルスを発生するパルス放電電源３と、交流発電機４
と、交流電力により駆動される負荷５と、交流電力を適
当な電圧値に抑制してバッテリー装置２に直流電力を供
給してバッテリー装置２の過充電を防止するソリッド・
ステート整流器６と、放電パルスにより駆動されるプラ
ズマエンジン１０と、プラズマエンジン１０の出力を減
速して発電機４を駆動する減速機９とを備える。

【０００７】交流発電機４の出力電力は負荷５に供給さ
れるとともに、その一部はソリッド・ステート整流器６
を介してバッテリー装置２に供給される。メインスイッ
チ８はパルス放電電源３をオン・オフするためのもので
ある。本発明によれば、交流発電機４の出力電力の一部
が整流器６を介してバッテリー装置２に充電され、充電
された電力がパルス放電電源３で放電パルスに変換さ
れ、この放電パルスによりプラズマエンジン１０を駆動
することによりクリーンな発電を達成するものである。

【０００８】

【実施例】図２、３はプラズマエンジン１０の具体例を
示す。プラズマエンジン１０はロータリハウジング１２
とタービンロータ１４とを備える。ロータリハウジング
１２はセンタハウジング１２ａおよびサイドハウジング
１２ｂ、１２ｂ’からなる。実際の構造においてサイド
ハウジング１２ｂ、１２ｂ’はセンタハウジング１２ａ
から分離して、これらをコネクティングロッドにより締
め付けても良い。ロータリハウジング１２の中央部には
作動室１６が形成され、作動室１６内にタービンロータ
１４が回転可能に収納されている。ロータリハウジング
１２は作動室１６の外側にこれと同心的に形成された環
状放電室１８を有する。

【０００９】環状放電室１８はプラズマ形成部２０とし
て機能する。環状放電室１８および作動室１６にはロー
タリハウジング１２を排気真空後に放電用作動媒体が封
入してある。放電室１８は電極２２、２２’からなる放
電手段１９を備える。放電手段１９はパルス放電電源か
らなる放電電源２１に接続されて周期的に放電パルスか
らなる放電信号を供給される。ロータリハウジング１２
は作動室１６と放電室１８との間に環状のセパレータ２
３を備える。セパレータ２３は作動室１６と放電室１８
と同心的となるようにサイドハウジング１２ｂ、１２
ｂ’の環状溝２５に保持されていて、軸方向に延びる傾
斜スロットからなる複数のノズル手段２３ａを有する。
作動室１６はノズル手段２３ａを介して放電室１８と連
通していてタービンロータ１４は高圧の作動ガスにより
駆動される。

【００１０】タービンロータ１４は接線方向Ｐに対して
予め定められた角度（望ましくは４５度）で軸方向に延
びる複数のブレード１４ａを有し、ブレード１４ａの間
には受圧面を有するキャビティ１４ａ’が形成されてい
る。セパレータ２３のノズル手段２３ａを構成する傾斜
スロットの各々はタービンロータ１４のキャビティ１４
ａ’の中心線に対して鋭角βをなすように傾斜してい
る。このことにより放電室１８で発生した高圧作動ガス
が複数のノズル手段２３ａから高速で噴出するときにタ
ービンロータ１４の複数のキャビティ１４ａ’の受圧面
に効率的に衝動力を与える。タービンロータ１４はうす
肉のラジアルウォール１４ｂと凹部２６、２６’を有
し、凹部２６、２６’はサイドハウジング１２ｂ、１２
ｂ’とともに低圧部を形成する。望ましくは低圧部２
６、２６’の容積は放電室１８の容積よりも大きくする
と良い。サイドハウジング１２ｂ、１２ｂ’にはタービ
ンロータ１４のキャビティ１４ａ’と低圧部２６、２
６’とを連通させるためのガス案内路２７、２７’が形
成してある。キャビティ１４ａ’に開口しているガス案
内路２７、２７’の端部はセパレータ２３の隣接したノ
ズル２３ａの中間部に位置している。このため、放電室
１８からノズル手段２３ａを介してタービンロータ１４
のキャビティ１４ａ’に噴出した高圧作動ガスはガス案
内路２７、２７’を介して低圧部２６、２６’に流入す
る。低圧部２６、２６’は連通孔１４ｃにより互いに連
通するとともにパイプ２９ａおよびブロワー２９ｂを介
して冷却部２９に連通している。低圧部２６、２６’と
冷却部２９の合計容積は作動室１６および放電室１８の
合計容積の５倍程に設定する。作動室１６から低圧部２
６、２６’へ導入されたガスは減圧され、さらにブロワ
ー２９ｂにより冷却部２９へ導入され、そこで水冷式の
冷却手段３１により冷却減圧される。タービンロータ１
４は出力軸２８に連結されていてベアリング３０、３２
により回転可能に支持されている。符号３４、３６は作
動室２０を密閉するためのカバー部材であり、これらは
ネジ３８、４０によりロータリハウジング１２の外壁に
適当なシール材を介して固定されている。カバー部材３
６は出力軸２８をシールするための密閉シール４２を保
持している。

【００１１】図２、３においてロータリハウジング１２
のサイドハウジング１２ｂ、１２ｂ’にはそれぞれ複数
の陽極２２と複数の陰極２２’とが放電室１８の両サイ
ドにおいて対向するように配置されている。図２におい
ては一対の電極２２、２２’のみが示され、他の電極は
簡略のため図示されていない。両電極２２、２２’はサ
イドハウジング１２ｂ、１２ｂ’に対してシールされた
後それぞれナット４４、４６で固定されていて放電電源
２１からプラズマ発生用の放電パルスが放電信号として
供給される。このように放電室１８はプラズマにより高
圧の作動ガスを発生させる。図２より明らかなように、
複数の陽極２２と複数の陰極２２’とはそれぞれロータ
リハウジング１２において対照的な位置に配置されてい
る。

【００１２】作動室１６、放電室１８、低圧部２６、２
６’および冷却部２９には排気真空後にバルブ手段３３
を介して放電用作動媒体が望ましくは１気圧±５％で封
入されている。放電室１８には作動媒体の初期イオン化
を促進して電流密度またはイオン密度を高めることによ
り放電用ガスの温度と圧力をより高めて効率を上げるた
めのトリチウムまたはポロニウムからなる放射線源ライ
ナー４８を有する。放電用作動媒体の電流密度またはイ
オン密度が増大すると、放電室１８の放電時の温度と圧
力が増加してプラズマエンジン１０の効率が上昇する。
トリチウム、ポロニウムの代わりに他の方法を用いても
良い。すなわち、放射線源は半減期が１０年を越え、放
射能量が１００Ｂｑ〜１０００Ｂｑでかつエネルギーが
０．７ＭｅＶ以下のβ線のみを放射する放射線源から構
成しても良い。Ｓｉ系のアルコキシド−アルコール溶
液、すなわちゾルゲル溶液に単体粉末のテクネシウム９
９を混合した溶液を放電室１８に塗布して乾燥したの
ち、６００℃において窒素中で１時間加熱すると、テク
ネシウム９９が放電室１８にむらなく分布する。次にテ
クネシウム９９を混合しないＳｉ系ゾルゲル溶液をテク
ネシウムの表面に塗布して真空中で６００℃において１
時間加熱することによって密封放射線源ライナー７２が
得られる。この密封放射線源をライナー４８を放電室１
８に形成することにより安定した瞬時放電特性が得られ
る。放射線源ライナー４８はセパレータ２３の外周に形
成しても良い。

【００１３】次にこの発明のプラズマエンジンで使用さ
れる放電用作動媒体を例示する。

【００１４】（１）作動媒体として水銀蒸気およびナト
リウム蒸気のうちのいずれか１つの金属蒸気と始動用ガ
スからなる放電用ガスが用いられる。始動用ガスはキセ
ノン、ヘリウムまたはアルゴンからなり、総封入圧に対
するヘリウムまたはアルゴンの封入圧は５０％以下であ
るのが望ましい。このようにすると、放電用ガスの始動
電圧を低下させるだけでなく、瞬時に高速で安定した作
動流体の放電を行わせることができる。

【００１５】（２）放電用ガスはヘリウム、アルゴン、
キセノン、ネオンの中から選ばれた少なくとも一種の不
活性ガスの他にα線、β線、γ線、χ線等の放射線源ま
たはクリプトン８５からなる放射線源を含んでも良い。
クリプトン（Ｋｒ）８５は作動流体に放射線による電子
励起を生じさせて、始動特性、瞬時放電特性を改善して
プラズマエンジンの効率を改善する。クリプトン８５の
封入量は安全性の面から容積１ｃｍ^３当り０．２〜５０
マイクロキュリーの範囲が望ましい。

【００１６】（３）放電用ガスは望ましくは体積比でヘ
リウム３６％、ネオン２６％、アルゴン１７％、クリプ
トン１３％およびキセノン８％の希混合ガスからなり、
約１〜１０気圧で、好ましくは、１気圧±５％以内とな
るように封入しても良い。

【００１７】（４）放電用ガスは体積比で４０〜６０％
のアルゴンと、３０〜４０％のキセノンと、６〜８％の
ネオンとその他の希ガスから形成しても良い。

【００１８】（５）放電用ガスは所定量の水銀と希ガス
および水素ガスから構成しても良い。封入する水素量が
水銀と希ガスとの封入モル比で５×１０^−４までは放電
電圧が急激に上昇し、水素量をこれ以上増加しても放電
電圧の上昇はわずかである。つまり、水素量が５×１０
^−４で放電電圧が臨界的に変化する水素ガスはキセノン
ガスとともに作動室に直接封入しても良い。

【００１９】（６）放電用ガスは重水素、三重水素ある
いは水素ガスから選ばれた少なくとも一種または二種に
ヘリウム、ネオンの中から選ばれた少なくとも一種の希
ガスとの混合物から形成しても良い。この放電用ガス中
にヘリウムあるいはネオンが混入されていると、二個の
自由水素原子あるいは重水素原子とヘリウムあるいはネ
オン原子との間の三重衝突によって再結合が起こるの
で、重水素分子の密度が低下せず、高効率が得られる。

【００２０】（７）作動媒体として、単体でまたは上記
の希ガスから選ばれた少なくとも一種のガスに炭素原子
が６０〜２００の炭素格子構造体で、望ましくはＣ_６０
とＣ_７０との混合物を利用しても良い。Ｃ_６０のイオン
化電位は７．５ｅＶで、Ｘｅ（１２．１ｅＶ）のそれよ
りも大幅に低いため、１回のパルス放電当りのエネルギ
ーコストが大幅に低くなるメリットがある。

【００２１】（８）作動媒体はフッ素（Ｆ_２）とフッ素
化合物（ＮＦ_３、ＳＦ_６）およびＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋ
ｒ等の希ガスの混合ガスを使用しても良い。

【００２２】（９）作動媒体は塩素（Ｃｌ_２）ガスまた
は塩素化合物（ＨＣｌ、ＢＣｌ_２、ＣＣｌ_４）とＨｅ、
Ｎｅ、Ａｒ等の希ガスの混合ガスを使用しても良い。

【００２３】（１０）作動媒体は臭素（Ｂｒ_２）または
臭化水素（ＨＢｒ_２）とＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の希ガスの
混合ガスを使用しても良い。

【００２４】（１１）作動媒体は沃素（Ｉ_２）または沃
化水素（ＨＩ）とＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の希ガスの混合ガ
スを使用しても良い。

【００２５】陰極２２’は一例として作動媒体に電子励
起を生じさせてイオン化を促進させるためのトリウム含
有タングステンからなる。他の例として、陰極２２’は
タングステン材料の粉末と酸化バリウム、酸化ストロン
チウム、酸化カルシウムの中から選ばれた少なくとも一
種のアルカリ土類酸化物と、酸化ジルコニウム、酸化ス
カンジウムの中から選ばれた少なくとも一種の混合物を
含む熱電子放射物質との混合物の焼結電極体から形成さ
れても良い。酸化ジルコニウム、酸化スカンジウムは陰
極２２’が高温になったとき陰極２２’の電気伝導率上
昇の割合が良くなる。したがって図示されてはいないが
陰極２２’は放電を安定させるためにヒータで高温にな
るように加熱しても良い。他の例として陰極２２’は、
例えばニッケルからなる基体金属粉末にアルカリ土類金
属系、例えば酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化
カルシウムの熱電子放射物質からなるエミッターを混合
して焼成した焼結電極体から構成しても良い。このと
き、重量比で基体金属粉末１００に対してエミッター１
０の混合比が選ばれる。この焼結電極体は丈部でエミッ
ター含有量が多く、しかも、振動や衝撃に対して強い。
他の例として、陰極２２’は延性に富んだ材料であるタ
ンタルチップをリボン型熱陰極に加工した穴に埋め込む
ことにより、イオン衝撃に対してタングステンなどの脆
性材料に比較して表面の欠落量が小さい電極体が形成さ
れる。リボン型熱陰極に電流を流して２０００〜２５０
０°Ｋになった時点である一定方向に電位差を付加する
と、電位の低い方向に向かってタンタルチップから熱電
子が放出する。

【００２６】プラズマエンジン１０の放電電源３の１例
を図４に示し、図５は図４の各種波形を示す。図４にお
いて、パルス放電電源３は発電機４の出力に接続された
整流器６により充電されるバッテリ等の直流電源２と、
リアクトルＬを介して直流電源２に接続されたサイリス
タ等の第１スイッチ手段ＳＣＲ１と、スイッチ手段ＳＣ
Ｒ１の出力側に接続された第１コンデンサＣ１と、第２
スイッチ手段ＳＣＲ２と、高圧トリガトランス８４とを
備える。高圧トリガトランス８４の１次巻線の一端は第
２スイッチ手段ＳＣＲ２の出力側に接続され、他端は接
地されている。１次巻線の両端はダイオードＤ１により
接続されている。トランス８４の２次巻線の一端は接地
され、他端はダイオードＤ２を介して高電圧小電流の放
電トリガ電流がプラズマエンジン１０の陽極２２に供給
される。陽極２２に小電圧大電流のメイン放電電流を供
給するために、第２コンデンサＣ２がダイオードＤ４を
介して接続され、ダイオードＤ４とコンデンサＣ２との
接続点がダイオードＤ３を介してスイッチ手段ＳＣＲ１
とＳＣＲ２との間に接続されている。第２コンデンサＣ
２の一端は接地され、他端はダイオードＤ４を介して陽
極２２に接続されている。陰極２２’は接地されてい
る。

【００２７】図４において、第１スイッチ手段ＳＣＲ１
がトリガ信号Ｔｒｇ１によりＯＮすると、バッテリ２の
電圧は第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２により３００Ｖ
程度まで充電される。このとき、第２スイッチ手段ＳＣ
Ｒ２をトリガ信号Ｔｒｇ２でＯＮさせると、第１コンデ
ンサＣ１に充電されていた電荷が高圧トリガトランス８
４の１次側に電流ｉ４となって流れる。図５において符
号Ｂは第２スイッチ手段ＳＣＲ２がＯＮして第１コンデ
ンサＣ１が放電開始するタイミングを示す。高圧トラン
ス８４の１次側にはピーク値３００Ｖの電圧がパルスと
して加わり、高圧トランス８４の２次側にはトランスの
巻数比により約４０ｋＶのパルス電圧υ３が発生して、
この高電圧パルスが陽極２２に供給される。図５におい
て符号Ｃは電極間に加わる高圧パルスυ３を示し、符号
Ｄは放電ピーク時の電圧レベルを示す。プラズマエンジ
ン１０内の気体がプラズマ化して導電率が急に上昇する
と電圧υ３は放電現象の負性抵抗により約１００Ｖ位ま
で急激に下降する。このとき、第２コンデンサＣ２に充
電されていた約３００Ｖの電圧υ２を放電電圧が下まわ
った時より第２コンデンサＣ２から大電流（ｉ５のピー
ク参照）が陽極２２に供給されてさらに放電電圧が下が
り、やがてＣ２の電荷が全て放出されると電流ｉ５は停
止して放電は終了する。図５において、符号Ｅはプラズ
マエンジン１０の気体がプラズマ化して第２コンデンサ
Ｃ２が大電流放電する状態を示し、符号Ｆは放電終了の
タイミングを示す。放電が終了した後、第１スイッチ手
段ＳＣＲ１をトリガ信号Ｔｒｇ１でＯＮさせる。このと
き、電流ｉ１が正弦波状に流れて第１、第２コンデンサ
Ｃ１、Ｃ２を充電する。リアクタＬのインダクタンスに
よるリアクション電圧により、第１、第２コンデンサＣ
１、Ｃ２は直流電源８２よりも高い電圧、すなわち、約
３００Ｖまで充電され、電流ｉ１が停止したとき、第
１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２の充電は終了して次の放
電トリガの待機状態となる。図４において符号Ｇは第１
スイッチ手段ＳＣＲ１がＯＮして電流ｉ１により、第
１、２コンデンサＣ１、Ｃ２を充電する状態を示す。こ
のように高圧トランス８４は高電圧小電流の放電トリガ
電源として作用し、第２コンデンサＣ２は低電圧大電流
のメイン放電電源として作用する。メイン放電電源は１
個の１２Ｖのバッテリで瞬間的に１０００〜３０００Ａ
までの大電流を流せるため、プラズマエンジン１０の気
体の膨張圧は高くなってプラズマエンジン１０の出力が
増大する。

【００２８】上記構成において、複数の陽極２２および
複数の陰極２２’間には図５の高電圧パルスυ３が印加
されて放電室１８の作動媒体が放電を開始する。このと
き作動媒体がプラズマ化して第２コンデンサＣ２（図４
参照）が大電流放電し、放電室１８での高圧の作動ガス
が生成される。このとき、高圧の作動ガスはセパレータ
２３の複数のノズル手段２３ａを介して高速でタービン
ロータ１４のキャビティ１４ａ’に噴出して衝動力によ
りタービンロータ１４をＲ方向に回転させる。キャビテ
ィ１４ａ’に噴出して高圧ガスはロータリハウジング１
２のガス案内路２７、２７’を介して低圧部２６、２
６’に流入し、さらにパイプ２９ａおよびブロワー２９
ｂを介して冷却部２９に導入されて冷却減圧される。こ
のように、放電室１８の作動ガスが周期的に膨張する毎
に高圧ガスはブレード１４ａに衝突したあと低圧部２
６、２６’に流入する。放電パルスが終了したあとは放
電室１８と低圧部２６、２６’とはガス案内路２７、２
７’を介して同一の気圧となる。放電のタイミングは所
望のプラズマエンジンの回転数を得るために１秒間に数
回から数１００回まで変化させても良い。プラズマエン
ジンの回転数が増えても放電時のガス圧は高いため、高
速回転時にも大きなトルクが得られる。

【００２９】図６は本発明によるプラズマエンジン１
０’の変形例とパルス放電電源９２とを示す。変形例に
おいて、プラズマエンジン１０’はタービンロータ（図
示せず）を内蔵するロータリハウジング１２’を備え、
ロータリハウジング１２’は主電極手段２２”、２
２’’’の中間において高圧室（図示せず）に設けられ
たトリガ電極手段９０を有する。トリガ電極手段９０の
先端はロータリハウジングの放電室に露出して高圧室の
作動媒体のイオン化を促進する。トリガ電極手段９０は
プラズマエンジンのセンタハウジングを非磁性材料より
構成したものにおいてセンタハウジングの周囲にコイル
状に巻きつけて高周波電圧を供給しても良い。パルス放
電電源９２は整流器６を介して発電機４により充電され
るバッテリ装置９４と、電源電圧を３００Ｖに昇圧する
昇圧コンバータ９６と、トリガ信号Ｔｒｇ３によりＯＮ
されて電流ｉ５を流す第１スイッチ手段ＳＣＲ３と、リ
アクタＬと、第１スイッチ手段ＳＣＲ３がＯＮしたとき
に電圧υ４で充電される第１コンデンサＣ３とを備え
る。第１コンデンサＣ３の一端は接地され、他端は電極
手段２２’’’に接続されている。直流電源９４の正極
側はリアクトルＬ２と第２、第３スイッチ手段ＳＣＲ
４、ＳＣＲ５を介して高圧トランス９８の１次側に接続
される。第２、第３スイッチ手段ＳＣＲ４、ＳＣＲ５の
間にはトリガ用放電パルスを発生させる第２コンデンサ
Ｃ４が２０Ｖ程度の電圧υ５で充電される。高圧トラン
ス９８の２次巻線はトリガ電極９０に接続されていてト
リガ電極９０に約４０ｋＶの電圧υ６をトリガ信号とし
て供給し、放電室の作動媒体のイオン化を促進する。

【００３０】図６、図７において、昇圧コンバータ９６
からの直流電圧により第１コンデンサＣ３が約３００Ｖ
の電圧υ４に充電され、バッテリ装置９４からの電圧に
より第２コンデンサＣ４が２０Ｖ程度の電圧υ５に充電
される。第３スイツチ手段ＳＣＲ５がトリガ信号Ｔｒｇ
５によりＯＮされると第２コンデンサＣ４に充電されて
いた電荷により電流ｉ８が高圧トランス９８の１次巻線
を流れる。このとき高圧トランス９８の２次側にはトラ
ンス巻数比により約４０ｋＶのパルス電圧υ６が発生す
る。図７において、符号Ｈは第１スイッチ手段ＳＣＲ３
がＯＮして高圧パルスがプラズマエンジン１０’の電極
２２”、２２’’’間に加わる状態を示す。したがっ
て、エンジン１０’内の気体はイオン化し、ロータリハ
ウジング１２’のガスの導電率が上昇し、第１コンデン
サＣ３が放電を開始し、放電の負性抵抗により第１コン
デンサＣ３は大電流放電をし、電流ｉ６が流れる。図７
において符号Ｊは気体がイオン化（プラズマ化）して第
１コンデンサＣ３が放電するタイミングを示す。電流ｉ
６が停止して放電が完全に停止したときに、第１、第２
スイッチ手段ＳＣＲ３、ＳＣＲ４をトリガ信号Ｔｒｇ
３、Ｔｒｇ４にてＯＮさせる。リアクタＬ１、Ｌ２のリ
アクションによリ、昇圧コンバータの電圧２００Ｖによ
り第１コンデンサＣ３は３００Ｖ、第２コンデンサＣ４
は２０Ｖに充電されて次の放電トリガの待機状態とな
る。図７において、符号Ｋは第１スイツチ手段ＳＣＲ３
をＯＮして第１コンデンサＣ３が充電されるタイミング
を示し、符号Ｍは第２スイッチ手段ＳＣＲ４をＯＮして
第２コンデンサＣ４が充電されるタイミングを示す。こ
のように、第２コンデンサＣ４および高圧トランス９８
は大電圧小電流の放電トリガ電源として作用し、第１コ
ンデンサＣ３は小電圧大電流のメイン放電電源として作
用する。なお、放電室のほぼ中央部においてロータリハ
ウジング１２’に支持されたトリガ電極９０に高電圧パ
ルスが印加されることにより作動媒体のイオン化が促進
されて放電が発生しやすくなる。

【００３１】図８、９はプラズマエンジン１０１の変形
例を示す。プラズマエンジン１０１は作動室１０２ａを
有するロータリハウジング１０２と、作動室１０２ａに
回転可能に収納されたロータ１０３とを備える。ロータ
１０３は外周に複数の受圧面１０３ａと凹部１０３ｂと
を有し、回転軸１０４により支持されている。ロータ１
０３は連通孔１０３ｃを有する。ロータ１０３の外周に
は適宜間隔で複数のキャビティ１０３ｄが形成され、こ
れらのキャビティ１０３ｄは仕切壁１０３ｅにより分離
されている。ロータリハウジング１０２の側壁にはロー
タ１０３の外周の高圧ガスを低圧部１０３ｂに導入して
減圧するためのガス案内路１０２ｂを有する。ハウジン
グ１０２は作動室１０２ａの接線方向に延びていてロー
タ１０３の受圧面１０３ａに対向して開口する第１、第
２ノズル手段１０２ｃ、１０２ｃ’を有する。ノズル手
段１０２ｃ、１０２ｃ’の入口側には作動室１０２ａ内
の高圧ガスの脈動を防止するためのバッフルプレート１
０２ｄ、１０２ｄ’が配置されている。ロータリハウジ
ング１０２には第１、第２ノズル手段１０２ｃ、１０２
ｃ’の入口側にプラズマ形成部１０５、１０５’が設け
られている。プラズマ形成部１０５、１０５’はプラズ
マ発生用主電極手段１０５ａ、１０５ａ’およびトリガ
電極手段１０５ｂ、１０５ｂ’を有する放電室１０５
ｃ、１０５ｃ’を備える。これら電極手段は放電電源１
０６により、図６の回路例と同様に駆動される。放電室
１０５ｃ、１０５ｃ’は絶縁コーティング後に作動媒体
のイオン化を促すための放射線源ライナー１０５ｄ、１
０５ｄ’がコーティングされている。低圧部１０３ｂは
パイプ１０８ａおよびブロワー１０８ｂを介して冷却部
１０８に連通しており、冷却部１０８は水冷式の冷却手
段１０９を有する。冷却部１０８は注入バルブ１０７お
よびブロワー１０８ｂを有し、このバルブはプラズマ形
成部１０５、１０５’、ノズル手段１０３ｄ、１０３
ｄ’、作動室１０２ａ、低圧部１０３ｂおよび冷却部１
０８を排気真空後に大気圧±５％で望ましくはクリプト
ン８５を少量含む放電用作動媒体が封入される。図８に
おいて、ベアリングおよびロータリハウジング１０２を
密封するためのシール手段およびカバー部材は簡略化の
ために省略されている。

【００３２】実際の使用において、放電電源１０６は図
６、７の実施態様と同様で、放電パルスが主電極手段１
０５ａ、１０５ａ’に供給される。このとき、トリガパ
ルスがトリガ電極１０５ｂ、１０５ｂ’に印加されて、
プラズマ形成部１０５、１０５’でアーク放電によるプ
ラズマが発生して、放電室１０５ｃ、１０５ｃ’の作動
媒体は高圧ガスとなって膨張する。高圧ガスの衝撃波は
バッフルプレート１０２ｄ、１０２ｄ’により緩和さ
れ、次いでノズル手段１０２ｃ、１０２ｃ’から高圧ガ
スの噴流はロータ１０３の受圧面１０３ａに激突し、ロ
ータ１０３を回転して出力軸１０４を駆動する。キャビ
ティ１０３ｄに流入した高圧ガスはガス案内路１０２ｂ
を介して低圧部１０３ｂに流入する。低圧部１０３ｂの
ガスは冷却部１０８に導入されて冷却減圧される。ロー
タ１０３の回転方向Ｒにおいてガス案内路１０２ｂを通
過してキャビティ１０３ｄのガス圧は減圧されて低圧と
なる。そのため、放電終了後には放電室１０５ｃ、１０
５ｃ’の作動媒体は低圧に維持されている。この状態で
放電パルスが主電極手段１０５ａ、１０５ａ’とトリガ
電極１０５ｂ、１０５ｂ’に供給されると放電室１０５
ｃ、１０５ｃ’でアーク放電によるプラズマが発生す
る。

【００３３】図１０〜１２はプラズマエンジン１１０の
他の変形例を示す。プラズマエンジン１１０は作動室１
１２ａを有するロータリハウジング１１２と、作動室１
１２ａ内に偏心的に回転可能に配置されたロータ１１４
とを有する。ロータ１１４は出力軸１１６を駆動する。
ロータ１１４は複数の可動ベーン１１４ａを有し、可動
ベーン１１４ａはロータ１１４のスリット１１４ｂ内に
て擢動し、作動室１１２ａの内面に係合する。ロータリ
ハウジング１１２は作動室１１２ａに対して同軸上にお
いて反対側に形成されたプラズマ形成部１１８と低圧部
１２０とを備える。ロータリハウジング１１２はラジア
ル・パーティション１１２ｂを備え、ラジアル・パーテ
ィション１１２ｂは導入口１１２ｃと排出口１１２ｄを
有する。ロータリハウジング１１２はラジアル・パーテ
ィション１１２ｂから軸方向に延びるアキシャル・パー
ティション１１２ｅを有する。アキシャル・パーティシ
ョン１１２ｅはプラズマ形成部１１８と低圧部１２０と
を分離し、チェックバルブ１２２を備えた連通口１１２
ｆを有する。低圧部１２０は半円状の低圧室１２０ａを
有する。図示していないが、低圧部１２０にウォータジ
ャケットその他の適切な冷却手段を設けて高圧ガスを冷
却しても良い。プラズマ形成部１１８は半円状の放電室
１１８ａと、放電電源（図示せず）に接続された主電極
手段１２４、１２６およびトリガ電極手段１２８からな
る放電手段１２５とを備える。

【００３４】上記構成において、作動室１１２ａ、放電
室１１８ａおよび低圧室１２０ａは排気真空後に１気圧
±５％で前述したような作動媒体が封入される。この状
態において、主電極手段１２４、１２６に放電パルスが
供給され、同時にトリガ電極１２８に高電圧のトリガパ
ルスが印加されると、放電室１１８ａの作動媒体がイオ
ン化されると同時に放電によりプラズマが発生して高圧
の作動ガスが発生する。高圧の作動ガスは導入口１１２
ｃを介して作動室１１２ａに流入する。作動ガスは隣接
する可動ベーン１１４ａ間で膨張しながらロータ１１４
を図１１において時計方向に回転させる。この間に放電
室１１８ａのチェックバルブ１２２は連通口１１２ｆを
密閉する（図１０、１２参照）。仕事を完了した後、作
動ガスは排出口１１２ｄを介して低圧室１２０ａに排出
される。放電室１１８ａの放電が終了すると、チェック
バルブ１２２が開いて低圧室１２０ａの作動ガスは放電
室１１８ａに流入する。この後最初の工程に移行する。
このようにプラズマ形成部１１８の放電室１１８ａにお
いて放電電源からの放電パルスにより周期的にプラズマ
が発生して、高圧ガスがロータ１１４の可動ベーン１１
４ａに作用してロータ１１４を回転させる。高圧ガスは
連通口１１２ｆを介して低圧室１２０ａから放電室１１
８ａに循環されて次の工程におけるプラズマ発生用に利
用される。ロータリハウジング１１２は作動室１１２ａ
と同軸状にプラズマ形成部１１８と低圧部１２０とを備
えているためエンジンの構造が簡単となり、大幅な製造
コストダウンが図れる。

【００３５】図１３〜１５はプラズマエンジン１３０の
他の変形例を示す。プラズマエンジン１３０は作動室１
３３を有するロータリハウジング１３２と、作動室１３
３内に回転可能に配置されたタービンロータ１３４とを
有する。タービンロータ１３４は低圧部１３５を形成す
るための凹部１３４ｂを有し、低圧部１３５は連通口１
３４ｃを介して互いに連通する。タービンロータ１３４
は出力軸１３６を駆動する。タービンロータ１３４は接
線方向に対して予め定められた角度で軸方向に延びる複
数のブレード１３４ａを有し、ブレード１３４ａは受圧
面を有するキャビティ１３４ａ’が形成されている。ロ
ータリハウジング１３２はセンタハウジング１３２ａお
よびサイドハウジング１３２ｂ，１３２ｃを有し、セン
タハウジング１３２ａの中央部にはセントラルウォール
１３２ｄを有する。作動室１３３はサイドハウジング１
３２ｂとセントラルウォール１３２ｄ間に形成されてい
る。カバー部材１３７とサイドハウジング１３２ｂとの
間には作動室１３３を密閉するためのシールが配置され
る。サイドハウジング１３２ｂとセントラルウォール１
３２ｄにはタービンロータ１３４のキャビティ１３４
ａ’と低圧部１３５とを連通させるためのガス案内路１
３８、１４０がそれぞれ形成されている。ロータリハウ
ジング１３２は作動室１３３と放電室１４４との間で出
力軸１３６と平行に延びる複数のガス供給路１３２ｅを
有し、ガス供給路１３２ｅはそれぞれノズル１３２ｅ’
を有する。ガス供給路１３２ｅは断面が円形または楕円
形その他の適当な形状を有し、ノズル１３２ｅ’の断面
積よりも大きくすると良い。ガス案内路１３８、１４０
の一端はノズル１３２ｅ’の中間部に開口する。ロータ
リハウジング１３２は作動室１３３と反対側に形成され
たプラズマ形成部１４２を備える。プラズマ形成部１４
２はセントラルウォール１３２ｄとサイドハウジング１
３２ｃ間に形成された放電室１４４と、主電極１４６、
１４８およびトリガ電極１５０からなる放電手段１５２
とを備える。前述したように、主電極には３００〜５０
０ＶＤＣの放電パルスが供給され、トリガ電極１５０に
は約４０ｋＶＤＣのトリガパルスが供給される。セント
ラルウォール１３２ｄは低圧部１３５と放電室１４４と
を選択的に開閉するためのチェックバルブ１５６を備え
た連通口１５４を有する。チェックバルブ１５６はネジ
１５８によりセントラルウオール１３２ｄに固定され
る。図示していないが、低圧部１３５の一部にウォータ
ジャケット、ヒートパイプその他の適切な冷却手段を設
けて高圧ガスを冷却しても良い。

【００３６】上記構成において、作動室１３３、低圧部
１３５および放電室１４４は排気真空後に１気圧±５％
で前述したような作動媒体が封入される。この状態にお
いて、主電極手段１４６、１４８に放電電源から３００
〜５００ＶＤＣの放電パルスが供給され、同時にトリガ
電極１５０に４０ＫＶＤＣの高電圧のトリガパルスが印
加されると、放電室１４４の作動媒体がイオン化される
と同時に放電によりプラズマが発生して高圧の作動ガス
が発生する。高圧の作動ガスは複数のノズル１３２ｅ’
を介して作動室１３３に噴出する。このとき、ノズルか
ら噴出する作動ガスはタービンロータ１３４のキャビテ
ィ１３４ａ’の受圧面に衝動力を与え、タービンロータ
１３４を図１３において反時計方向に回転させる。この
間に放電室１４４のチェックバルブ１５６は連通口１５
４を密閉する（図１２、１４参照）。仕事を完了した
後、チェックバルブ１５６が開いて低圧部１３５の作動
ガスは連通口１５４を介して放電室１４４に流入する。
この後最初の工程に移行する。このようにプラズマ形成
部１４２の放電室１４４において放電電源からの放電パ
ルスにより周期的にプラズマが発生して、高圧ガスがタ
ービンロータ１３４の受圧面に衝突してタービンロータ
１３４を回転させる。高圧ガスは連通口１５４を介して
低圧部１３５から放電室１４４に循環されて次の工程に
おけるプラズマ発生用に利用される。ロータリハウジン
グ１３２は作動室１３３と同軸上にプラズマ形成部１４
２を備えているためエンジンの構造が簡単となり、大幅
な製造コストダウンが図れる。

【００３７】以上の実施例において、発電システムのプ
ラズマエンジンのプラズマ形成部および低圧部はロータ
リハウジングに一体的に形成されたものとして説明され
たが、これらはロータリハウジングから分離独立して形
成しても良い。プラズマ形成部およびロータリハウジン
グの外周には図示してないが空冷フィンまたは冷却水ジ
ャケットを設けても良い。なお、放電手段は高周波方式
またはマイクロ波方式を採用しても良い。実施例におい
て、ロータリハウジングおよびセパレータは磁器、強化
ガラスまたはセラミック等の絶縁材から構成しても良い
が、これら部材は金属から形成しても良い。この場合、
これら部材において、電極手段を絶縁材によって金属部
材に支持し、さらに電極手段の近辺および放電方向に沿
って金属表面に溶射によるガラスまたはセラミック等の
絶縁コーティングをすると良い。こうすることによっ
て、電極手段の放電時に電流が金属部材に流れることを
防いで作動媒体の放電を効果的に行わせることができ
る。

【００３８】本発明では発電システムのプラズマエンジ
ンにおいてロータリハウジングの作動室にロータ手段を
回転可能に収納し、プラズマ形成部に放電用作動媒体を
封入して放電によるプラズマで高圧の作動ガスを発生さ
せ、これによりロータ手段を駆動するようにしたので、
ランニングコストの低いクリーンな発電システムを提供
することができる。プラズマエンジンは小型で高出力が
得られ、構造が簡単で部品点数が少なく、軽量で騒音の
発生も少なく、１回転毎に大きなトルクが発生し、振動
が少なく、製造コストとメンテコストが著しく低い。し
かも、作動流体は永久的に使用可能なためロータリハウ
ジング内に作動流体を一旦封じ込めると外部から全く追
加燃料を供給せずにプラズマエンジンを長時間駆動する
ことができる。プラズマエンジンからは排ガス等の公害
が全くないため、発電システムによる地球環境破壊を完
全に防止でき、実用上の効果が極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の望ましい実施例によるプラズマエン
ジン駆動乗り物のブロック図である。

【図２】図１のプラズマエンジンの一例の断面図であ
る。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。

【図４】図２のプラズマエンジンのためのパルス放電
電源の一例を示す回路図である。

【図５】図４の回路の各種波形図である。

【図６】プラズマエンジンの変形例と、そのためのパ
ルス放電電源の例を示す回路図である。

【図７】図６の回路の各種波形図である。

【図８】プラズマエンジンの他の望ましい例の断面図
である。

【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿って示した断面図で
ある。

【図１０】プラズマエンジン他の変形例の断面図であ
る。

【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線の断面図である。

【図１２】図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線の断面図であ
る。

【図１３】本発明の他の望ましい実施例によるプラズ
マエンジンの断面図である。

【図１４】図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線の断面図であ
る。

【図１５】図１２のＸＶ−ＸＶ線の断面図である。

【符号の説明】

２バッテリ装置３放電電源４発電機６整流器１０プラズマエンジン１２ロータリハウジング１４タービンロータ１６作動室１８放電室１９放電手段２０プラズマ形成部２２、２２’ 電極手段２３セパレータ２６、２６’ ガス案内路２７、２７’ 低圧部２８出力軸２９冷却部３４カバー部材３６カバー部材４８放射源ライナー９２パルス放電電源１０２ロータリハウジング１０３ロータ１０４出力軸１０５プラズマ形成部１０６放電電源１１２ロータリハウジング１１２ａ作動室１１４ロータ１１８プラズマ形成部１２０低圧部１３０プラズマエンジン１３２ロータリハウジング１３４タービンロータ１４２プラズマ形成部１４４放電室１５２放電手段１５６チェックバルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマエンジンと、プラズマエンジン
に放電信号を供給する放電電源と、プラズマエンジンに
より駆動される発電機とからなり、プラズマエンジンが
周期的にアーク放電を生じさせる放電手段を有するプラ
ズマ形成部と、プラズマ形成部に連通するノズル手段と
ノズル手段に連通する作動室を有するロータリハウジン
グと、作動室に回転可能に収納されたロータ手段とを備
え、プラズマ形成部と作動室に放電用作動媒体が予め定
められた気圧で封入されていてプラズマ形成部が周期的
な放電によるプラズマで高圧の作動ガスを周期的に発生
させ、この作動ガスを周期的にノズル手段からロータ手
段に作用させる発電システム。
【請求項２】請求項１において、ロータリハウジング
がさらに低圧部と、作動室の一部と低圧部とを連通させ
るガス案内手段とを有し、高圧ガスがノズル手段からロ
ータ手段に作用しながら低圧部に排出される発電システ
ム。
【請求項３】請求項１において、ノズル手段が作動室
の接線方向に対して予め定められた角度で延びるように
ロータリハウジングに形成されていて、ノズル手段の入
口側にプラズマ形成部が配置されている発電システム。
【請求項４】請求項３において、ロータリハウジング
が作動室と反対側に形成されたプラズマ形成部を備えて
おり、ロータ手段が作動室に偏心的に配置されていて、
ロータ手段が複数の可動ベーンを有する発電システム。
【請求項５】請求項３において、ロータリハウジング
が同軸上において作動室と反対側に形成されたプラズマ
形成部とプラズマ形成部から作動室に連通するノズル手
段を備え、ロータ手段が複数の受圧面を有するタービン
ロータからなる発電システム。
【請求項６】請求項１において、放電手段が放電電源
に接続された電極手段からなり、放電電源が高電圧小電
流の放電電流を電極手段に供給する第１電源と低電圧大
電流のメイン放電電流を電極手段に供給する第２電源と
を備えたパルス放電電源からなる発電システム。
【請求項７】請求項６において、放電手段が作動媒体
のイオン化を促すトリガ手段を備え、パルス放電電源が
トリガ手段にトリガ信号を供給するためのトリガ信号発
生手段を備えている発電システム。
【請求項８】請求項１において、放電用の作動媒体が
ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノンおよびクリプト
ンのうち少なくとも１種の希ガスを含む放電用ガスから
なる発電システム。
【請求項９】請求項１において、プラズマエンジンが
さらに、発電機により充電されるバッテリ手段を備え、
放電電源がバッテリ手段に接続されている発電システ
ム。