JP2015028333A

JP2015028333A - 航空機用ネットゼロエネルギー推進方法及びネットゼロエネルギー航空機

Info

Publication number: JP2015028333A
Application number: JP2013169010A
Authority: JP
Inventors: 畑中　武史; Takeshi Hatanaka; 武史畑中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2015-02-12

Abstract

【課題】航空機用ネットゼロエネルギー推進方法及びネットゼロエネルギー航空機を提供する。
【解決手段】胴体と、推進用ファン１８ｂを有する推進装置１８と、回転流体機械３０と、密閉動力サイクルＣＰＣと熱的に結合されるヒートポンプＨＰを有するエネルギー変換装置を備え、圧縮機と、蓄電電力を供給する蓄電ユニットと、蓄電電力を利用してパルス電力を生成するパルス電源と、パルス電力により通電して所定温度に発熱して高温高圧作動流体から高エンタルピー動力流体を生成する高エンタルピー変換器と、高エンタルピー変換器からナセルを経由して回転流体機械に延び高エンタルピー動力流体を回転流体機械に供給する供給管路部材２０ａと、リターン管路部材２０ｂと、回転式膨張機と、冷却器と、発電機とを備え、発電電力の一部を蓄電する航空機用ネットゼロエネルギー推進方法及びネットゼロエネルギー航空機。
【選択図】図２

Description

発明の詳細な説明

本発明は航空機用推進方法及び航空機に関し、特に、航空機用ネットゼロエネルギー推進方法及びネットゼロエネルギー航空機に関する。

近年、世界各地で、強い台風・ハリケーン・サイクロンや集中豪雨、干ばつ、熱波、干ばつなど、温暖化による異常気象が頻発し、多くの人命が失われ、生活基盤が破壊されている。そのため、航空機分野においても温室効果ガス（ＣＯ２）の排出削減が緊急課題となっている。さらに、航空機ではジェット燃料等の化石燃料を使用しているため、火災事故や燃料系統のトラブルが多発しており、その安全対策も急務となっている。

特許文献１には、航空機に太陽光パネルを設置することにより太陽光エネルギーで得た発電電力を機内電気設備及び推進用に利用した航空機が提案されている。

米国特許公開公報第２０１１／００７３７１７号

ところで、特許文献１で開示された太陽光エネルギー利用による航空機では、太陽光エネルギーから回収可能なエネルギー量（発電量）は極めて小さいため、その電力のみによって航空機を推進することは困難であった。しかも、夜間には太陽光発電装置が発電しないため、必然的に、外部電源から大容量バッテリに大量の電力を蓄電しなければならなかった。これらバッテリの採用によって航空機の重量は著しく増大し、航空機の推進効率やランニングコストを改善することができなかった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、化石燃料や電気エネルギー等の外部投入エネルギーを正味（ネット）ゼロにするとともにランニングコストも略ゼロにすることが可能であり、極めて高い安全性と信頼性を有する航空機用ネットゼロエネルギー推進方法及びネットゼロエネルギー航空機を提供することを目的とする。

請求項１に記載された第１発明によれば、航空機用ネットゼロエネルギー推進方法において、推進用ファンを有するナセルを備えた推進装置を胴体に装着し、該ナセルに回転流体機械を収納して該推進用ファンに駆動連結し、該回転流体機械を作動させるエネルギー変換装置を胴体に搭載し、該エネルギー変換装置において該回転流体機械を介在させた密閉動力サイクルと該密閉動力サイクルに熱的に結合するとともに該密閉動力サイクルと同期して作動するヒートポンプを準備し、該ヒートポンプにおいて該密閉動力サイクルで生成した機械エネルギーの一部を利用して冷媒から冷熱を発生させ、該エネルギー変換装置において該機械エネルギーの一部を利用して圧縮機を駆動することにより低温低圧作動流体を圧縮して高温高圧作動流体を生成し、該高温高圧作動流体を高エンタルピー変換器と接触させることにより高エンタルピー動力流体を生成し、該高エンタルピー動力流体を該ナセルを経由して該回転流体機械に供給することにより作動させて該推進用ファンを駆動し、該密閉動力サイクルにおいて該高エンタルピー動力流体で回転式膨張機を膨張させることで該機械エネルギーを発生させ、該回転流体機械及び該回転式膨張機の膨張ガスを該冷熱により冷却して該密閉動力サイクルに循環させ、該機械エネルギーにより発電機を駆動して発電電力を発生させ、該発電電力の一部を蓄電ユニットに蓄電し、該蓄電ユニットから供給された蓄電電力を利用して該高エンタルピー変換器を作動させることを特徴とする。

請求項２に記載された第２発明によれば、ネットゼロエネルギー航空機が、胴体と、該胴体に装着されたナセルに支持されていて推進用ファンを有する推進装置と、該推進用ファンに駆動連結されたピストンロータを有する回転流体機械と、該胴体に収納されていて該回転流体機械を作動させる密閉動力サイクルと熱的に結合されていて該密閉動力サイクルと同期して作動するヒートポンプとを有するエネルギー変換装置とを備え、該エネルギー変換装置が低温低圧作動流体を圧縮して高温高圧作動流体を生成する圧縮機と、蓄電電力を供給する蓄電ユニットと、該蓄電電力を利用してパルス電力を生成するパルス電源と、該パルス電力により通電して所定温度に発熱して該高温高圧作動流体から高エンタルピー動力流体を生成する高エンタルピー変換器と、該高エンタルピー変換器から該ナセルを経由して該回転流体機械に延びていて該高エンタルピー動力流体を該回転流体機械に供給する供給管路部材と、該ナセルを経由して延びていて該回転流体機械の膨張ガスを該密閉動力サイクルに還流させるリターン管路部材と、該高エンタルピー動力流体を膨張させて機械エネルギーを発生させる回転式膨張機と、該ヒートポンプが該機械エネルギーの一部を利用して冷熱を発生させ、該回転流体機械及び該回転式膨張機の膨張ガスを該冷熱により冷却して該低温低圧作動流体として該圧縮機に循環させる冷却器と、該機械エネルギーにより駆動されて発電電力を発生する発電機とを備え、該発電電力の一部を該蓄電ユニットに蓄電することを特徴とする。

請求項３に記載された発明によれば、請求項２記載の構成に加えて、好ましくは、該エネルギー変換装置が、さらに、該高温高圧作動流体を一時的に貯蔵する作動流体貯蔵装置と、該作動流体貯蔵装置を開放して該高温高圧作動流体を該高エンタルピー変換器に導入する制御弁とを備え、該高エンタルピー変換器が、ケーシングと、該ケーシングに形成されたエンタルピー増幅室と、該エンタルピー増幅室に収納された通電発熱体とを備え、該通電発熱体が該パルス電力により通電して該所定温度に昇温することを特徴とする。

請求項４に記載された発明によれば、請求項２又は３記載の構成に加えて、推進装置が、該ナセルの長手方向において該推進用ファンの下流側に伸びるコアエンジンと、該ナセルと該コアエンジンとの間に形成されていて該推進用ファンにより形成された空気噴流を後方に噴出させるファンダクトとを備え、該コアエンジンが該回転流体機械に駆動連結された中圧コンプレッサと、該中圧コンプレッサの下流側に配置されていて高圧圧縮空気を生成する高圧コンプレッサと、該パルス電力により通電して高温度領域に発熱して該高圧圧縮空気から高エンタルピー空気噴流を生成する高エンタルピー噴流発生装置と、該高エンタルピー空気噴流により作動して該高圧コンプレッサを駆動する高圧タービンと、該高エンタルピー空気噴流を噴出させるノズルとを備えることを特徴とする。

請求項５に記載された発明によれば、請求項２又は３記載の構成に加えて、該推進用ファンが該ナセルにより支持された二重反転プロペラ装置と、該ナセルに収納されていて該回転流体機械と該二重反転プロペラ装置との間に配置された二重反転用ギヤ装置とを備えることを特徴とする。

請求項６に記載された第３発明によれば、ネットゼロエネルギー航空機が、胴体と、該胴体に装着されたナセルを備えていて該ナセルにより支持された推進用ファンを有する推進装置と、該推進用ファンに駆動連結された回転流体機械と、該回転流体機械を介在させた密閉動力サイクルを有するエネルギー変換装置とを備え、該エネルギー変換装置が作動流体と冷媒とをそれぞれ循環させる密閉動力サイクル及びヒートポンプと、該ヒートポンプが該冷媒を圧縮して高温高圧冷媒を生成する冷媒圧縮機と、該高温高圧冷媒の熱を該密閉動力サイクルの該作動流体に放熱して低温高圧冷媒を生成する放熱器と、該低温高圧冷媒を減圧膨張させて第１機械エネルギーを回収しながら低温低圧冷媒を生成する冷媒用回転式膨張機と、該低温低圧冷媒を蒸発させて冷熱を生成する熱交換器とを備え、該密閉動力サイクルが該作動流体を圧縮して高温高圧作動流体を生成する流体圧縮機と、蓄電電力を供給する蓄電ユニットと、該蓄電電力を利用してパルス電力を生成するパルス電源と、該パルス電力により通電して所定温度に発熱して該高温高圧作動流体から高エンタルピー動力流体を生成する高エンタルピー変換器と、該冷媒用回転式膨張機と出力軸を介して連結されていて該高エンタルピー動力流体の一部を膨張させることにより第２機械エネルギーを回収する作動流体用回転式膨張機と、該ナセルを経由して延びていて該高エンタルピー動力流体を該回転流体機械に供給する第１管路部材と、該ナセルを経由して延びていて該回転流体機械の膨張ガスを該密閉動力サイクルに還流させる第２管路部材と、該回転流体機械の膨張ガスと該作動流体用回転式膨張機の膨張ガスを該冷熱により冷却して該作動流体として該密閉動力サイクルに循環させる冷却器と、該第１及び第２機械エネルギーにより駆動されて発電電力を発生する発電機とを備え、該発電電力の一部を蓄電用電力として該蓄電ユニットに循環させて蓄電することを特徴とする。

本発明による航空機用ネットゼロエネルギー推進方法及びネットゼロエネルギー航空機において、ピストンロータを有する回転流体機械を介在させた密閉動力サイクルを有するエネルギー変換装置を胴体に搭載し、該回転流体機械の出力軸を推進用ファンに駆動連結する。該回転流体機械にはナセルを経由して延びる供給用管路部材を介してエネルギー変換装置から高エンタルピー動力流体を供給する。この時、回転流体機械のピストンロータが作動して推進用ファンを駆動する。さらに、エネルギー変換装置により発電機を駆動して発電電力を発生させ、該発電電力の一部を蓄電ユニットに蓄電し、蓄電ユニットから供給された蓄電電力を利用して高エンタルピー変換器を作動させる。このようにして、ジェット燃料や外部からの大容量蓄電電力を利用することなく、所謂、外部投入エネルギーを正味（ネット）でゼロにして航空機を推進することができる。燃料タンクや大容量蓄電池を使用しないため、航空機の軽量化と信頼性及び安全性を向上させることができる。しかも、化石燃料を消費しないため、地球温暖化対策に貢献しながら、航空機のランニングコストを略ゼロにすることで航空機の低コストでの運用が促進される。

また、エネルギー変換装置において、密閉動力サイクルに介在した回転式膨張機により機械エネルギーを発生させて発電機を駆動する。したがって、航空機に対して推進力を発生させている期間中に電力を発生させることができる。この発生電力の一部は密閉動力サイクルの作動に利用するとともに機内電気設備用に利用することで大容量の蓄電装置が不要となる。

本発明の第１実施例による航空機用ネットゼロエネルギー推進方法を実施するためのネットゼロエネルギー航空機の概略図を示す。図１に示したダクトファンガスタービンエンジンの概略断面図を示す。図２に示したダクトファンガスタービンエンジンに組み込まれた回転流体機械の概略断面図を示す。図１に示したネットゼロエネルギー航空機に搭載されるエネルギー変換装置のブロック図を示す。図４に示したエネルギー変換装置の高エンタルピー変換器の概略断面図を示す。本発明の第２実施例によるネットゼロエネルギー航空機の概略図を示す。

以下、本発明の第１実施例による航空機用ネットゼロエネルギー推進方法を実施するためのネットゼロエネルギー航空機について図面に基づき詳細に説明する。以下の説明において、本発明はネットゼロエネルギー航空機を旅客機に適用したものとして記載するが、これは一例であり、本発明は図示された旅客機に限定されない。本発明による航空機用ネットゼロエネルギー推進方法は航空機の他に船舶や潜水艇にも適用可能であり、また、航空機としてはヘリコプター、戦闘機、飛行船、宇宙船及びロケット等の飛行体にも適用可能である。

図１の第１実施例において、ネットゼロエネルギー航空機１０は機尾１２ａを有する胴体１２と、主翼１４と、主翼１４にパイロン１６を介してそれぞれ支持された推進装置１８と、胴体１２に搭載されたエネルギー変換装置２０とを備える。推進装置１８の各々はダクトファンガスタービンエンジン（以下、「ガスタービンエンジン」と略称する）からなる。

図２に示すように、ガスタービンエンジン１８は回転中心軸１８ｘを有する。エンジン１８はさらに吸気部１８ａと、吸入空気を加速して空気噴流を生成する推進用ファン１８ｂと、コアエンジン１９とを備える。コアエンジン１９は中圧コンプレッサ１８ｃと、高圧コンプレッサ１８ｄと、連結軸１８ｓを介して高圧コンプレッサ１８ｄに連結された高圧タービン１８ｅと、高エンタルピー空気噴流を生成する高エンタルピー噴流発生装置２２と、サブノズル１８ｆとを備える。ナセル１８ｇは、パイロン１６を介して主翼１４に連結されていて、推進用ファン１８ｂとコアエンジン１９とを包囲するとともに吸気部１８ａと、ファンダクト１８ｈと、メインノズル１８ｉとを画定する。ファンケーシング１８ｍがファン１８ｂの周囲を包囲するように支持し、周方向に均等配列されたガイドベーン１８ｎによってコアエンジン１９とファンケーシング１８ｍとを一体的に連結する。

図２に示すように、回転流体機械３０がファン１８ｂと中圧コンプレッサ１８ｃとの間に駆動連結されていて、これら２つの部材を回転駆動する。すなわち、高圧コンプレッサ１８ｄと高圧タービン１８ｅからなる高圧回転部とは独立して回転流体機械３０によってファン１８ｂと中圧コンプレッサ１８ｃとが駆動される。必要であれば、回転流体機械３０とファン１８ｂ及び中圧コンプレッサ１８ｃとの間には遊星歯車セット等の減速ギア装置をそれぞれ配置しても良い。回転流体機械３０はナセル１８ｇを経由して延びる作動流体供給管路部材２０ａ及びガスリターン管路部材２０ｂを介してエネルギー変換装置２０（図１参照）と接続される。ネルギー変換装置２０から高エンタルピー動力流体が供給管路部材２０ａを介して回転流体機械３０に供給された際に、ロータピストン３４が作動して出力軸３０ａによりファン１８ｂと中圧コンプレッサ１８ｃとを回転駆動する。回転流体機械３０の膨張ガスはリターン管路部材２０ｂを介してエネルギー変換装置２０に循環されて冷却された後に、後述の如く、再度、高エンタルピー動力流体に変換されて供給管路部材２０ａから回転流体機械３０に還流される。

高エンタルピー噴流発生装置２２は、絶縁性環状アウターケース２２ａと、絶縁性環状インナーケース２２ｂと、絶縁性環状アウターケース２２ａと絶縁性環状インナーケース２２ｂとの間で軸方向に所定間隔で離間して配置された銅タングステンからなるリング状多孔電極２２ｃと、リング状多孔電極２２ｃの間の環状高エンタルピー増幅室２２ｅに充填された銅タングステンパイプ（例えば、外径２０〜８０ｍｍで軸方向長さ２５〜１２０ｍｍ：融点（約３４１０℃））等のチューブ状通電体２２ｄと、ナセル１８ｇを経由して延びていてエネルギー変換装置２０からパルス電力をチューブ状通電体２２ｄに供給する配線２０ｃ，２０ｄとを有する。チューブ状通電体２２ｄにエネルギー変換装置２０からパルス電力が供給されると、チューブ状通電体２２ｄが通電発熱して高温度領域、例えば、１２００〜１８００℃の温度範囲に昇温する。したがって、高圧空気噴流から高温高圧の空気噴流を発生させることができる。即ち、高圧コンプレッサ１８ｄから供給された高圧空気噴流が超高温のチューブ状通電体２２ｄに接触すると高エンタルピー空気噴流が発生する。高エンタルピー空気噴流は高圧タービン１８ｅで膨張しながらトルクを発生させるとともにサブノズル１８ｆから噴出して推進力を発生する。

図２及び図３において、回転流体機械３０は、周方向に均等配置された支持用ガイドベーン１８ｏによってコアエンジン１９の前方（上流側）に固定支持された円筒状ハウジング３２と、円筒状ハウジング３２内に回転可能に収納されたピストンロータ３４とを備える。円筒状ハウジング３２はピストンロータ３４の接線方向に開口していて供給管路部材２０ａと連通するインレット３２ａと、インレット３２ａの周方向において略中間部に形成されていてリターン管路部材２０ｂに連通するアウトレット３２ｂとを有する。ピストンロータ３４は円筒状ロータ本体３４ａと、円筒状ロータ本体３４ａの周方向に均等間隔で形成された複数の断面Ｔ型高圧作動部３４ｂを有する。各高圧作動部３４ｂは円筒状ロータ本体３４ａの接線方向と平行に延びる軸心３４ｃに沿って外周壁部から延びる斜向圧力反応室３４ｄと斜向圧力反応室３４ｄの入口にて周方向に両側に延びるガイド通路３４ｅとを有する。ガイド通路３４ｅは斜向圧力反応室３４ｄに対してより長期間に亘って高エンタルピー動力流体を作用させ、ピストンロータ３４に対する高エンタルピー動力流体の作用領域を増大させる役目を有する。この構成において、高エンタルピー動力流体Ｅｆがインレット３２ａに供給されると、高エンタルピー動力流体Ｅｆはガイド通路３４ｅを経由して圧力反応室３４ｄに流入し、高圧で円筒状ロータ本体３４ａに対して半時計方向Ｃｃにトルクを発生させ、出力軸３０ａを介してファン１８ｂと中圧コンプレッサ１８ｃとを回転駆動する（図２参照）。図３において、圧力反応室３４ｄは円筒状ロータ本体３４ａに断面円形又は断面矩形を有するように形成する。インレット３２ａの数は図３に示した構造のものに限定されず、必要に合わせて選択される。

ガスタービンエンジン１８の作動において、吸気部１８ａから吸入された空気はファン１８ｂにより加速されて第１及び第２空気噴流に分かれる。第１空気噴流はファンダクト１８ｈを経由してメインノズル１８ｉから噴出して機体１２にメイン推進力を与える。一方、第２空気噴流は中圧コンプレッサ１８ｃで圧縮され、さらに、高圧コンプレッサ１８ｄで圧縮されて高圧空気噴流となる。次いで、この高圧空気噴流は高エンタルピー変換装置２２に供給されて超高温度領域に加熱されて高エンタルピー空気噴流が発生する。この高エンタルピー空気噴流は高圧タービン１８ｅで膨張して高圧コンプレッサ１８ｄを回転駆動した後にサブノズル１８ｆから噴出してさらに追加的な推進力を発生させる。

図４において、エネルギー変換装置２０は所定圧で封入されていて低沸点で蒸発可能な作動流体と冷媒をそれぞれ循環させる密閉動力サイクルＣＰＣとヒートポンプＨＰを有する。密閉動力サイクルＣＰＣには回転流体機械３０が介在するように配置される。作動流体及び冷媒としては、本発明を限定するものではないが、自然界に存在する安全な物質であり、極めて安価に手に入れることができる理由から、オゾン層破壊係数がゼロで地球温暖化係数が１の自然冷媒である二酸化炭素（以下、ＣＯ２と略称する）が挙げられる。説明の便宜上、密閉動力サイクルＣＰＣの作動流体をＣＯ２作動流体、ヒートポンプＨＰの冷媒をＣＯ２冷媒と称する。このように、作動流体と冷媒とは共通の成分である二酸化炭素を利用するが、それぞれ異なる媒体を利用しても良い。密閉動力サイクルＣＰＣ及びヒートポンプＨＰでは、本発明を限定するものではないが、低圧側（流体圧経路）の圧力がＣＯ２の超臨界点以下の所定圧、例えば、３〜５．７ＭＰａとなるようにそれぞれの系統内に充填される。例えば、低圧側の圧力が３ＭＰａに設定されると、ＣＯ２冷媒は約−６℃で蒸発する。このようにシステム内の諸条件に合わせてＣＯ２冷媒の充填圧を自由に定めてよい。

密閉動力サイクルＣＰＣは、低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆを超臨界点（３１．１℃、７．４ＭＰａ）以上の圧力で圧縮する流体圧縮機３６Ａと、流体圧縮機３６Ａから吐出された高温高圧ＣＯ２作動流体（超臨界流体）Ｗｆｐを逆止弁３７を介して貯蔵する摺動ピストン及びバネ手段３８ａを内蔵した貯蔵室３８ｂを有するバッファアダンパー３８と、バッファアダンパー３８のアウトレット３８ｃから供給される超臨界流体Ｗｆｐの流通期間を制御する電磁弁（制御弁）４０と、バッファアダンパー３８から供給された超臨界流体Ｗｆｐをその超臨界点（３１．１℃）以上の温度（例えば、１２００〜１８００℃）に加熱して瞬時に超臨界流体からなる高エンタルピー動力流体を発生させる高エンタルピー変換器４２と、ヒートポンプＨＰの高圧冷媒Ｃｍｈと超臨界流体Ｅｆを作動室４５内に導入して膨張させてそれぞれ第１及び第２機械エネルギーを生成する第１及び第２回転式膨張機部４４Ａ，４４Ｂ（第１、第２回転機械部）からなる回転式膨張機４４と、該第１、第２機械エネルギーを取り出すとともにその一部を流体圧縮機３６Ａと冷媒圧縮機３６Ｂとに伝達する出力軸４６とを備える。

第１、第２回転機械部４４Ａ、４４Ｂは出力軸４６に支持されていて作動室４５に回転可能に収納された共通のロータリピストン本体４８を備え、作動室４５内に高圧冷媒Ｃｍｈと超臨界流体Ｅｆをそれぞれ供給するインレット４４ａ、４４ｂと、低温低圧冷媒Ｃｍｅと膨張ガスＥｇとをそれぞれ排出するアウトレット４４ｃ、４４ｄとを有する。

高エンタルピー変換器４２から吐出した高エンタルピー動力流体（超臨界流体）は三方切替制御弁５０を介して管路５２及び５４に振り分けられる。管路５２から供給用管路部材２０ａを介して高エンタルピー動力流体が回転流体機械３０のインレット３２ａに供給され、一方、管路５４から高エンタルピー動力流体は回転式膨張機４４の第１回転機械部（作動流体用回転式膨張機）４４Ａのインレット４４ｂに供給される。回転流体機械３０の膨張ガスＥｇｏの膨張ガスはリターン管路部材２０ｂを経由して三方切替制御弁５６で回転式膨張機４４の第１回転機械部４４Ａの膨張ガスと合流して再生器６０に流入する。これら膨張ガスの排熱エネルギーを低温低圧作動流体Ｗｆｏ及び低温低圧冷媒Ｃｍｏで回収された後に冷却器６２に導入される。冷却器６２は、後述のように、第２回転機械部（冷媒用回転式膨張機）４４Ｂから吐出した低温低圧冷媒Ｃｍｌを蒸発させて生成した冷熱によって膨張ガスＥＧｏ、Ｅｇを冷却する。

バッファアダンパー３８のバネ手段３０ａは、貯蔵室３０ｂの高圧ＣＯ２作動流体（超臨界流体）の圧力が、例えば、２０〜６０ＭＰａに維持されるように選択される。したがって、密閉動力サイクルＣＰＣにおいて、逆止弁３７と電磁弁（制御弁）４０との間の第１流体圧経路における圧力は２０〜６０ＭＰａに維持され、残部の第２流体圧経路（回転式膨張機４０の低圧側）は、例えば、３ＭＰａに維持されるようにＣ○２作動流体が密閉動力サイクルＣＰＣに充填される。流体圧縮機３６Ａ及び冷媒圧縮機３６Ｂは、それぞれ、例えば、２０〜６０ＭＰａの圧力で超臨界流体を吐出するので、密閉動力サイクルＣＰＣの作動中にはバッファアダンパー３８のバネ手段３８ａは常時、圧縮された状熊に維持されて超臨界流体Ｗｆｐを高圧下で貯蔵する。

電磁弁３２は、本願発明者と同一発明者による特許第５２７２２７８号「超臨界エンジン及び超臨界エンジン駆動発電装置並びにこれを具備した機械装置」に記載されたものと同一の構造を有するため、詳細な説明を省略する。

三方切替制御弁５０、５６は、例えば、日本国特許第３４１５８２４号（米国特許第７０４７７３７号）に開示された構造の三方切替制御弁と類似した構造の制御弁を採用しても良い。

ヒートポンプＨＰは、冷媒蒸気Ｃｍを超臨界点以上で圧縮して高温高圧超臨界ＣＯ２冷媒Ｃｍｐを生成する冷媒圧縮機３６Ｂと、密閉動力サイクルＣＰＣの低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆｏに高温高圧超臨界ＣＯ２冷媒Ｃｍｐの熱を放熱して低温高圧超臨界ＣＯ２冷媒Ｃｍｈを生成する放熱熱器６４と、低温高圧超臨界ＣＯ２冷媒Ｃｍｈを膨張させて機械エネルギーを発生させながら低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｌを生成する第２回転機械部４４Ｂとを備える。

図４において、流体圧縮機３６Ａ及び冷媒圧縮機３６Ｂは、好ましくは、所定圧（例えば、３ＭＰａ）のＣＯ２作動流体（過熱蒸気）Ｗｆ及びＣＯ２冷媒Ｃｍをそれぞれ超臨界点以上の圧力で圧縮してＣ○２超臨界作動流体Ｗｆｐ及び高温高圧冷媒Ｃｍｐを生成する回転流体機械から構成される。これら回転流体機械は本願発明者と同一発明者による日本国特許５２１８９２９号「ロータリ燃焼機関、ハイブリッドロータリ燃焼機関及びこれらを具備した機械装置」に記載されたロータリポンプと同一の構造を有するため、さらなる詳細な説明を省略する。流体圧縮機３６Ａ及び冷媒圧縮機３６Ｂは単一の圧縮機で共用しても良く、或いは、それぞれ独立した復数の圧縮機から構成してもよい。

図５に示すように、高エンタルピ−変換器４２は、流体圧縮機３６Ａ，冷媒圧縮機３６Ｂ及び回転式膨張機４４に同心的に連結された円筒状ケーシング１１００を備える。円筒状ケーシング１１００には、円筒状ケージング１１００の内側とケーシング１１００の中央内周部１１１４の径方向外側に形成されたセラミック等の絶縁耐熱層１１１６と、絶縁耐熱層１１１６の内側に形成されているエンタルピー増幅室１１１８が形成されている。円筒状ケーシング１１００の中央内周部１１１４は回転式膨張機４４の出力軸４６を通過可能にするための直径を有する内周壁部１１１４を備える。

高エンタルピー変換器４２の吸入ポート１１０２は、径方向壁部１１２０に延びていて電磁弁４０が装着されるとともに、径方向壁部１１２０には周方向に延びる複数の開口部１１２２を有する。エンタルピー増幅室１１１８のコーナー部１１１８ｘ、１１１８ｂには対抗電極１１２４，１１２６がそれぞれ配置される。一対の電極１１２４，１１２６はパルス電源７０に接続される。ケーシング１１００には温度センサＳ２が装着され、温度信号Ｔがコントローラ１００に供給され、パルス電力のパルス幅の制御用に利用される。

エンタルピー増幅室１１１８には、対抗電極１１２４、１１２６の間に介在していて多数の通電発熱パイプ１１３４が充填されている。パルス電力に応答して、多数の通電発熱パイプ１１３４は銅タングステンパイプ（例えば、外径２５〜８０ｍｍで長さ３０〜１２０ｍｍ：融点（約３４１０℃））などからなり、通電発熱して１２００〜１８００℃の超臨界領域に維持される。この温度領域は、パルス電源７０によってパルス電力のデューティサイクルを所定値となるように自由に可変制御することができる。ＣＯ２超臨界作動流体は、通電発熱パイプ１１３４の隙間及び通電発熱パイプ１１３４の穴部を通過しながら、これら通電発熱パイプ１１３４の各部位と衝突しながら加熱されて瞬時に高エンタルピー動力流体が発生する。一対の電極１１２４，１１２６は棒状形状を有するものとして示されているが、エンタルピー増幅室１１１８の軸方向端面に配置された円弧状電極で構成しても良い。

上述の通電発熱パイプは作動流体の流通抵抗を大幅に低下させる点で有利であるが、導電性高融点加熱手段としてはその他の材料から構成しても良い。例えば、銅タングステンボール、カーボンボール、作動流体を通過させるための溝を形成した銅タングステン製バルク状導電性金属体、バルク状導電性カーボン、多孔性高融点金属体や高融点ハニカム金属体等を利用しても良い。エンタルピー増幅室１１１８に隣接してフイルタ部１１０６が配置され、フイルタ部１１０６には耐熱金属ワイヤー等から形成されたフイルタ１１１０が充填される。電磁弁３２が所定周期で開弁されると、フイルタ１１１０を通過した高エンタルピー動力流体Ｅｆはフィルタ１１４２で濾過された後、アウトレット１１４０から高エンタルピー動力流体が吐出される。

回転式膨張機４４としては、好ましくは、本願発明者と同一発明者による日本特許第５１０３５７０（発明の名称：回転式膨張機）及び日本特許第５２１８９２９号（発明の名称：ロータリ燃焼機関、ハイブリッドロータリ燃焼機関及びこれらを具備した機械装置）に開示された回転式膨張機と同一構造のものが挙げられる。他の例としては本願発明者と同一発明者による特願２０１２−２５９０９０号（発明の名称：回転式膨張機）に記載された構造のものを利用してもよい。

図４にいて、出力軸４６はクラッチ７２等の締結手段を介して発電機７４に駆動連結され、発電機７４が発電電力を発生する。発電機７４から出力された発電電力（交流電力）はパワーラインＰＬを介してネットゼロエネルギー航空機１０の空調機器その他の各種電気機器（図示せず）に供給されて利用される。パワーラインＰＬにはリレー等から構成される遮断器７６を介して変圧器７８が接続され、この変圧器７８により交流電力を例えば、１２〜２４ボルトの低圧電圧に降圧する。低圧電圧は充電器８０で交直変換され、平滑された後に蓄電ユニット（蓄電システム）８２に蓄電される。蓄電ユニット８２は第１蓄電装置８４と、第２蓄電装置８６と、第１、第２蓄電装置８４，８６を充電器８０に交互に接続する第１切替制御器８８と、第１、第２蓄電装置８４，８６をパルス電源７０に交互に接続する第２切替制御器９０とを備える。第１、第２蓄電装置８４，８６にはそれぞれ電圧及び電流を検出するための電圧センサ及び電流センサ（いずれも図示せず）が接続される。これら電圧センサ及び電流センサの電圧検出値Ｖ１、Ｖ２及び電流検出値Ｉ、Ｉ２はコントローラ１００に出力され、第１、第２蓄電装置８４，８６のそれぞれの残蓄電容量（ＳＯＣ値：Ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ）を演算し、それぞれのＳＯＣ値に基づいて遮断器７６や第１、第２切替制御器８８，９０の指令信号を出力するために用いられる。パルス電源７０はリレー等からなる遮断器９２を介して高エンタルピー変換器４２及びガスタービンエンジン１８の高エンタルピー空気噴流発生装置２２に接続され、コントローラ１００からの指令信号によりオン／オフ制御される。

コントローラ１００は、例えば、所定の演算処理を実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（ＲｅａｄｏｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）と、例えばＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅａｎｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄｏｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）を用いて構成される。コントローラ１００は入力装置１０２から各種制御対象の制御パラメータが入力され、また、図示しない装置始動用スイッチ等に接続されている。

第１、第２蓄電装置８４，８６としては、望ましくは、パルス充放電サイクル用途に対応可能な市販のウルトラキャパシタモジュールを利用したエンジン起動用バッテリ（部品番号：ＥＳＭ１２３０００−３１）（米国”ＭａｘｗｅｌｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ“社製）が挙げられる。このバッテリは１５分間での短時間充電が可能であり、出力電圧が１２ボルトで出力電流が１５００〜１７００Ａであるため適している。これらバッテリの接続関係を調整することにより所望の出力電圧が得られる。その他の蓄電装置としては、例えば、急速充放電型蓄電池（古河電池社製：商標名「ウルトラバッテリ」）、大容量電気二重層コンデンサからなるスーパーキャパシタ（トーキン製）、ナトリウムイオン電池、リチウムイオン電池やＮｉ−ＭＨ電池（ニッケルー水素電池）やこれら電池と大容量電気二重層コンデンサを組み合わせたものから構成しても良い。第１蓄電装置８４及び第２蓄電装置８６から交互に出力電力がパルス電源７０に供給される。

パルス電源２８は第１、第２蓄電装置８４，８６からの供給電力から所定周期（例えば、５０〜２０００ヘルツ）のパルス電力を供給する。パルス電力において、パルス電圧は、好ましくは、１２〜２４ボルトの間で設定される。高エンタルピー空気噴流発生装置２２及び高エンタルピー変換器４２にはこれらパルス電力が供給されて通電することにより高温度領域、例えば、１２００〜１８００℃の温度に昇温する。この温度は、ガスタービンエンジン１８や高エンタルピー変換器４２の作動条件に合わせて自由に選択される。

パルス電源２８は、好ましくは、ピーク電流とベース電流とからなるパルス電流を発生させるものであれば、直流パルス電源又は交流パルス電源のいずれでも良い。直流パルス電源としては、例えば、日本国特許第２５８７３４３号に開示されたようなパルスアーク溶接用電源装置に使用されるような回路構成が挙げられる。必要であれば、パルス電圧の波形を制御することにより、高エンタルピー空気噴流発生装置２２及び高エンタルピー変換器４２の内部において通電発熱パイプの間でそれぞれアーク放電を発生させるようにしても良い。

図４において、バッファアダンパーの圧力センサＳ１からの圧力信号Ｐｉ、高エンタルピー変換器４２の温度センサＳ２からの温度信号Ｔ（図５参照）と、出力軸４６の回転数センサＳ３からの回転数信号ＳＰがコントローラ１００に送信される。図示していないが、ガスタービンエンジン１８の高エンタルピー空気噴流発生装置２２に温度センサを装着してその温度信号をコントローラ１００に送信することにより作動温度を監視しても良い。入力装置１０２からはカレンダー信号や、温度や圧力等のパラメータ設定信号が基準信号としてコントローラ１００に入力される。コントローラ１００には、第１、第２蓄電器８４，８６のそれぞれの電圧信号Ｖ１、Ｖ２と電流信号Ｉ１、Ｉ２とが送信され、コントロー１００はこれら入力信号に応答して第１、第２蓄電器８４，８６の蓄電状態（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）を判別して第２切替制御器９０を介して第１、第２蓄電装置８４，８６の一方をパルス電源７０に接続するとともに第１切替制御器８８を介して第１、第２蓄電装置８４，８６の他方を充電器８０により充電する。さらに、コントローラ１００は、センサＳ１〜Ｓ３からの入力信号Ｐｉ，Ｔ，ＳＰに応答して電磁弁４０を制御する。一方，コントローラ１００は、ネットゼロエネルギー航空機１０の運転条件に合わせてクラッチＣＬを締結・離脱させるための制御信号Ｃｃを出力する。

次に、本発明の本実施例によるネットゼロエネルギー航空機１０のエネルギー変換装置２０の作動について説明する。装置始動用スイッチ（図示せず）が投入されると、コントローラ１００によってパルス電源７０が起動され、周期的なパルス電力がガスタービンエンジン１８の高エンタルピー空気噴流発生装置２２とエネルギー変換装置２０の高エンタルピー変換器４２に供給される。このとき、高エンタルピー空気噴流発生装置２２と高エンタルピー変換器４２が通電して所望の設定温度（例えば、１６００℃）に発熱する。高エンタルピー変換器４２の温度信号Ｔがこの設定温度に達したときに、コントローラ１００から電磁弁４０に指令信号が出力され、電磁弁４０は通電して開弁する。このとき、バッファアダンパー３８に貯蔵されていたＣＯ２作動流体Ｗｆｐが高エンタルピー変換器４２に供給される。高エンタルピー変換器４２では超臨界流体Ｗｆｐが通電発熱パイプ１１３４の外表面に順次接触して撹拌されながら均一に昇温し、さらに、これら通電発熱パイプ１１３４の隙間や穴部を通過しながらさらに加温されて超臨界流体Ｅｆからなる高エンタルピー動力流体が発生する。この高エンタルピー動力流体Ｅｆは三方切替制御弁５０を介してガスタービンエンジン１８の回転流体機械３０と回転式膨張機４４の第１回転機械部４０Ａに供給される。回転流体機械３０では高エンタルピー動力流体Ｅｆによってピストンロータ３４が回転し、その結果、推進用ファン１８ｂ及び中圧コンプレッサ１８ｃを同時に回転させ、ファンダクト１８ｈ及びコアエンジン１９内に第１、第２空気噴流を発生させる。この時、推進用ファン１８ｂで生成した第１空気噴流はファンダクト１８ｈを経由してメインノズル１８ｉから噴出して第１推進力を発生させる。コアエンジン１９では、第２空気噴流が中圧コンプレッサ１８ｃにより圧縮されて高圧コンプレッサ１８を経由して高エンタルピー空気噴流発生装置２２に導入される。このとき、高圧の空気噴流は高エンタルピー空気噴流発生装置２２の内部で超高温状態に加熱されて高エンタルピー空気噴流が生成され、高圧タービン１８ｅで膨張して高圧コンプレッサ１８を駆動しなからサブノズル１８ｆから噴出して第２推進力を発生する。一方、高エンタルピー動力流体Ｅｆが第１回転機械部４０Ａに供給されると、ロータリピストン本体４８が回転して出力軸４６に機械エネルギーを発生させる。出力軸４６は流体圧縮機３６Ａ及び冷媒圧縮機３６Ｂに直結されているため、流体圧縮機３６Ａ及び冷媒圧縮機３６Ｂは第１回転機械部４０Ａの起動に同期して起動し、密閉動力サイクルＣＰＣ及びヒートポンプＨＰも同時に起動する。この時、ＣＯ２作動流体ＷｆとＣＯ２冷媒Ｃｍが流体圧縮機３６Ａ及び冷媒圧縮機３６Ｂによってそれぞれ圧縮されて密閉動力サイクルＣＰＣ及びヒートポンプＨＰが同期運転を開始する。

一方、コントローラ１００から指令信号がクラッチ７２に出力されて作動し、発電機７４が駆動されることにより発電電力が発生する。発電電力の一部はパワーラインＰＬを介して機内の各種電気設備に供給される。また、発電電力の残部はコントローラ１００からの指令信号が出力された際に、遮断器７６及び変圧器７８を介して充電器８０に送られ、蓄電用電力として蓄電ユニット８２に蓄電される。したがって、蓄電ユニット８２には常時、発電電力の一部が蓄電用電力として補充されるため、パルス電源７０への供給電力が途絶えることはない。

エネルギー変換装置１２の始動時及び始動完了後において、出力軸４６に発生したトルクで流体圧縮機３６Ａ及び冷媒アシュク器３６Ｂが同時に起動し、密閉動力サイクルＣＰＣとヒートポンプＨＰが互いに同期して起動する。この時、ヒートポンプＨＰにおいて、冷媒圧縮機３６Ｂから吐出した高温高圧ＣＯ２超臨界冷媒Ｃｍｐは、放熱器６４を介して密閉動力サイクルＣＰＣの低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆｏと熱交換して放熱することにより低温高圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｈを生成する。低温高圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｈは第２回転機械部４４Ｂで減圧膨張して機械エネルギーを回収するとともに低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｌを生成する。この低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｌは冷却器６２で蒸発して冷熱（例えば、−１０℃：３ＭＰａ）を発生して膨張ガスＥｇ、Ｅｇｏを冷却する。冷却器６２から吐出した低温低圧冷媒Ｃｍｏは再生器６０で膨張ガスＥｇ、Ｅｇｏを予冷しながら排熱エネルギーを回収してＣＯ２冷媒蒸気（過熱蒸気）Ｃｍを生成する。この時、加温された低温低圧作動流体Ｗｆｏは再生器６０で排熱エネルギーを回収して低温低圧作動流体Ｗｆとして流体圧縮機３６Ａに循環されて密閉動力サイクルＣＰＣが繰り返される。一方、冷媒蒸気Ｃｍは冷媒圧縮機３６Ｂに循環されてヒートポンプサイクルが繰り返される。再熱器６０で一次冷却された膨張ガスＥｇ，Ｅｇｏはさらに冷却器６２で冷熱により冷却されて、低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆｏを生成する。この低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆｏは放熱器６４で超臨界冷媒Ｃｍｐから受熱して過熱蒸気からなる加温された低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆｏを生成する。

上述のように、エネルギー変換装置２０では、密閉動力サイクルＣＰＣとヒートポンプＨＰが互いに同期しながら繰り返し実行されて、超臨界状態の高エンタルピー動力流体Ｅｆを発生させてガスタービンエンジン１８の回転流体機械３０とエネルギー変換装置２０の回転式膨張機４４に供給される。この際、三方切替制御弁５０、５６をコンロローラ１００の指令信号により制御して、高エンタルピー動力流体Ｅｆの配分比を定めることができる。即ち、航空機１０の推進中にはガスタービンエンジン１８の回転流体機械３０への高エンタルピー動力流体Ｅｆの供給量を増加させるようにコントローラ１００の制御プログラムが設計される。このように、航空機１０の離着陸に伴って、推進用ファン１８ｂの回転速度を調整することで推進力を制御することができる。また、コントローラ１００は、航空機１０の運転パラメータに応じてガスタービンエンジン１８の高エンタルピー空気噴流発生装置２２をエネルギー変換装置２０の高エンタルピー変換器４２に供給される周期的なパルス電力のデューティ比を制御することで作動温度を自由に制御することができる。エネルギー変換装置２０は自立型構造を備えているため、ネットゼロエネルギー（外部投入エネルギーゼロ）で航空機１０の航行を数週間〜数ヶ月間に亘って連続的に達成することができる。このとき、温暖化排出ガスはゼロとなるため、地球温暖化対策に多大の貢献がある。

図６は本発明の第２実施例による航空機１０Ａの概略図を示し、第１実施例の航空機と同一又は類似部品については同一の符号を用いる。図６の第２実施例において、胴体１２の機尾１２ａには第１、第２パイロン１６Ａを介してそれぞれ第１、第２推進装置１８Ａが装着されている（図６では、それぞれ片方の構成部品のみが図示される）。パイロン１６Ａはナセル１８ｇを備え、ナセル１８ｇは二重反転プロペラ装置１１０を支持する。第２実施例では、プロペラ装置１１０は前方プロペラ１１２及び後方プロペラ１１４を備えたものとして図示される。前方プロペラ１１２及び後方プロペラ１１４にはそれぞれ前方ハブ１１２ａ及び後方ハブ１１４ａが連結されている。ナセル１８ｇ内には回転流体機械３０が内蔵されており、回転流体機械３０は遊星歯車セット等の減速ギア装置１１６を介して前方プロペラ１１２及び後方プロペラ１１４に駆動連結されて二重反転機構を構成する。第１実施例と同様にエネルギー変換装置２０が機尾１２ａ付近に収納されていて、エネルギー変換装置２０はナセル１８ｇを経由して延びる作動流体供給管路部材２０ａ及びリターン管路部材２０ｂを介して回転流体機械３０に接続される。作動流体供給管路部材２０ａ及びガスリターン管路部材２０ｂ等の管路部材はパイロン１６Ａの内部を通ってナセル１８ｇの内部に延びていて回転流体機械３０に接続される。したがって、エネルギー変換装置２０により第１実施例と同様に回転流体機械３０が駆動され、減速ギア装置１６を介してプロペラ１１２、１１４を二重反転させて航空機１０Ａを推進する。

以上、本発明の実施例によるネットゼロエネルギー航空機が記載されたが、本発明はこの実施例に示された構成に限定されず、様々な変更が可能である。例えば、回転流体機械はファンやプロペラに同心的に直結された構造のものをして示されたが、回転流体機械を独立した位置に配置してその出力軸からギヤ等の動力伝達手段を介して推進装置に接続してもよい。本発明の実施例において、共通のエネルギー変換装置から回転流体機械と回転式膨張機に高エンタルピー動力流体を供給するものとして説明したが、エネルギー変換装置はそれぞれ個別に構成しても良い。流体圧縮機及び冷媒圧縮機は独立した構造のものとして示したが、作動流体及び冷媒を同時に圧縮可能な複合型圧縮機で構成しても良い。なお。回転式膨張機も第１、第２回転機械部を備えたものとして示したが、それぞれ、独立した回転式流体機械により構成しても良い。さらに、本発明の実施例では、発電機から得た発電電力の一部を蓄電ユニットに蓄電しているが、回転式膨張機の出力軸に低圧の交流電力を発生させるオルタネータを駆動連結してこの電力を充電器を介して蓄電ユニットに蓄電するように変形しても良い。

１０、１０Ａネットゼロエネルギー航空機；１８推進装置；２０エネルギー変換装置；２２高エンタルピー空気噴流発生装置；３０回転流体機械；３６Ａ流体圧縮；３６Ｂ冷媒圧縮機；４０電磁弁；４２高エンタルピー変換器；４４回転式膨張機；４４Ａ作動流体用回転機械部；４４Ｂ冷媒用回転機械部；７０パルス電源；７４発電機；８２蓄電ユニット；６０再生器；６２冷却器；６４放熱器；１００コントローラ；１０２入力装置；ＣＰＣ密閉動力サイクル；ＨＰヒートポンプ

Claims

推進用ファンを有するナセルを備えた推進装置を胴体に装着し、該ナセルに回転流体機械を収納して該推進用ファンに駆動連結し、該回転流体機械を作動させるエネルギー変換装置を胴体に搭載し、該エネルギー変換装置において該回転流体機械を介在させた密閉動力サイクルと該密閉動力サイクルに熱的に結合するとともに該密閉動力サイクルと同期して作動するヒートポンプを準備し、該ヒートポンプにおいて該密閉動力サイクルで生成した機械エネルギーの一部を利用して冷媒から冷熱を発生させ、該エネルギー変換装置において該機械エネルギーの一部を利用して圧縮機を駆動することにより低温低圧作動流体を圧縮して高温高圧作動流体を生成し、該高温高圧作動流体を高エンタルピー変換器と接触させることにより高エンタルピー動力流体を生成し、該高エンタルピー動力流体を該ナセルを経由して該回転流体機械に供給することにより作動させて該推進用ファンを駆動し、該密閉動力サイクルにおいて該高エンタルピー動力流体で回転式膨張機を膨張させることで該機械エネルギーを発生させ、該回転流体機械及び該回転式膨張機の膨張ガスを該冷熱により冷却して該密閉動力サイクルに循環させ、該機械エネルギーにより発電機を駆動して発電電力を発生させ、該発電電力の一部を蓄電ユニットに蓄電し、該蓄電ユニットから供給された蓄電電力を利用して該高エンタルピー変換器を作動させることを特徴とする航空機用ネットゼロエネルギー推進方法。
胴体と、該胴体に装着されたナセルに支持されていて推進用ファンを有する推進装置と、該推進用ファンに駆動連結されたピストンロータを有する回転流体機械と、該胴体に収納されていて該回転流体機械を作動させる密閉動力サイクルと熱的に結合されていて該密閉動力サイクルと同期して作動するヒートポンプとを有するエネルギー変換装置とを備え、該エネルギー変換装置が低温低圧作動流体を圧縮して高温高圧作動流体を生成する圧縮機と、蓄電電力を供給する蓄電ユニットと、該蓄電電力を利用してパルス電力を生成するパルス電源と、該パルス電力により通電して所定温度に発熱して該高温高圧作動流体から高エンタルピー動力流体を生成する高エンタルピー変換器と、該高エンタルピー変換器から該ナセルを経由して該回転流体機械に延びていて該高エンタルピー動力流体を該回転流体機械に供給する供給管路部材と、該ナセルを経由して延びていて該回転流体機械の膨張ガスを該密閉動力サイクルに還流させるリターン管路部材と、該高エンタルピー動力流体を膨張させて機械エネルギーを発生させる回転式膨張機と、該ヒートポンプが該機械エネルギーの一部を利用して冷熱を発生させ、該回転流体機械及び該回転式膨張機の膨張ガスを該冷熱により冷却して該低温低圧作動流体として該圧縮機に循環させる冷却器と、該機械エネルギーにより駆動されて発電電力を発生する発電機とを備え、該発電電力の一部を該蓄電ユニットに蓄電することを特徴とするネットゼロエネルギー航空機。
該エネルギー変換装置が、さらに、該高温高圧作動流体を一時的に貯蔵する作動流体貯蔵装置と、該作動流体貯蔵装置を開放して該高温高圧作動流体を該高エンタルピー変換器に導入する制御弁とを備え、該高エンタルピー変換器が、ケーシングと、該ケーシングに形成されたエンタルピー増幅室と、該エンタルピー増幅室に収納された通電発熱体とを備え、該通電発熱体が該パルス電力により通電して該所定温度に昇温することを特徴とする請求項２記載のネットゼロエネルギー航空機。
該推進装置が、該ナセルの長手方向において該推進用ファンの下流側に伸びるコアエンジンと、該ナセルと該コアエンジンとの間に形成されていて該推進用ファンにより形成された空気噴流を後方に噴出させるファンダクトとを備え、該コアエンジンが該回転流体機械に駆動連結された中圧コンプレッサと、該中圧コンプレッサの下流側に配置されていて高圧圧縮空気を生成する高圧コンプレッサと、該パルス電力により通電して高温度領域に発熱して該高圧圧縮空気から高エンタルピー空気噴流を生成する高エンタルピー噴流発生装置と、該高エンタルピー空気噴流により作動して該高圧コンプレッサを駆動する高圧タービンと、該高エンタルピー空気噴流を噴出させるノズルとを備えることを特徴とする請求項２又は３記載のネットゼロエネルギー航空機。
該推進用ファンが該ナセルにより支持された二重反転プロペラ装置と、該ナセルに収納されていて該回転流体機械と該二重反転プロペラ装置との間に配置された二重反転用ギヤ装置とを備えることを特徴とする請求項２又は３記載のネットゼロエネルギー航空機。
胴体と、該胴体に装着されたナセルを備えていて該ナセルにより支持された推進用ファンを有する推進装置と、該推進用ファンに駆動連結された回転流体機械と、該回転流体機械を介在させた密閉動力サイクルを有するエネルギー変換装置とを備え、該エネルギー変換装置が作動流体と冷媒とをそれぞれ循環させる密閉動力サイクル及びヒートポンプと、該ヒートポンプが該冷媒を圧縮して高温高圧冷媒を生成する冷媒圧縮機と、該高温高圧冷媒の熱を該密閉動力サイクルの該作動流体に放熱して低温高圧冷媒を生成する放熱器と、該低温高圧冷媒を減圧膨張させて第１機械エネルギーを回収しながら低温低圧冷媒を生成する冷媒用回転式膨張機と、該低温低圧冷媒を蒸発させて冷熱を生成する熱交換器とを備え、該密閉動力サイクルが該作動流体を圧縮して高温高圧作動流体を生成する流体圧縮機と、蓄電電力を供給する蓄電ユニットと、該蓄電電力を利用してパルス電力を生成するパルス電源と、該パルス電力により通電して所定温度に発熱して該高温高圧作動流体から高エンタルピー動力流体を生成する高エンタルピー変換器と、該冷媒用回転式膨張機と出力軸を介して連結されていて該高エンタルピー動力流体の一部を膨張させることにより第２機械エネルギーを回収する作動流体用回転式膨張機と、該ナセルを経由して延びていて該高エンタルピー動力流体を該回転流体機械に供給する第１管路部材と、該ナセルを経由して延びていて該回転流体機械の膨張ガスを該密閉動力サイクルに還流させる第２管路部材と、該回転流体機械の膨張ガスと該作動流体用回転式膨張機の膨張ガスを該冷熱により冷却して該作動流体として該密閉動力サイクルに循環させる冷却器と、該第１及び第２機械エネルギーにより駆動されて発電電力を発生する発電機とを備え、該発電電力の一部を蓄電用電力として該蓄電ユニットに循環させて蓄電することを特徴とするネットゼロエネルギー航空機。