(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に間隔を置いて配置された端面壁部を有するエンジンハウジングと、
燃焼用空気と燃料とを燃焼させて高温燃焼ガスを生成する燃焼部と、
前記エンジンハウジングにおいて前記端面壁部の間に形成されていて前記高温燃焼ガスを膨張して前記動力を発生する膨張室と、膨張ガスを排出する排気室とを有する環状作動室と、
前記環状作動室の軸心方向に延びていて前記環状作動室の中間部に配置されたクラッチ係合部を備えた出力軸と、
前記出力軸に回動可能に支持されていて前記環状作動室に回転可能に収納され、作動サイクルにおいてトルクを出力させる第１及び第２ピストンロータ本体であって、前記クラッチ係合部と径方向に整列する第１及び第２ボス部と、前記第１及び第２ボス部の径方向外側にそれぞれ延びていて前記環状作動室に回転可能に収納された第１及び第２ロータピストンと、前記第１及び第２ボス部からそれぞれ軸方向に延びる第１及び第２スリーブ部とを有する第１及び第２ピストンロータ本体と、
前記端面壁部と前記第１及び第２スリーブ部との間にそれぞれ配置されていて、前記各工程において、前記第１及び第２スリーブ部それぞれを第１及び第２回転方向との
間で前記端面壁部に対してロック状態とアンロック状態とに切り替える第１及び第２スリーブ部締結用クラッチと、
前記クラッチ係合部と前記第１及び第２ボス部との間にそれぞれ配置されていて、前記作動サイクルにおいて、前記第１及び第２ボス部それぞれを前記第２回転方向と前記第１回転方向との間で前記クラッチ係合部に対してロック状態とアンロック状態とに切り替える第１及び第２ボス部締結用クラッチとを備え、
前記第１及び第２スリーブ部締結用クラッチは前記第１及び第２スリーブ部を前記端面壁部に対してそれぞれロック及びアンロック状態にするスリーブ部締結用楔状カム空間部とスリーブ部締結用カムエレメントとを備え、一方、前記ボス部締結用クラッチは前記第１及び第２ボス部を同一回転方向において前記出力軸のクラッチ係合部に駆動連結させるボス部締結用カム空間部とボス部締結用カムエレメントとをそれぞれ備え、
前記燃焼部が、前記燃焼器を冷却して高温高圧水を生成する高温高圧水生成部と、前記燃焼器を冷却しながら前記高温高圧水から高温過熱蒸気を生成する高温過熱蒸気生成部と、前記燃焼室に前記高温高圧水を噴射して前記高温燃焼ガスと接触させて高圧水蒸気を発生させる高温高圧水噴射ノズルと、前記高温過熱蒸気を前記燃焼器に供給する高温過熱蒸気供給ラインとを備えることを特徴とするロータリー熱機関。
【請求項２】
前記第１及び第２スリーブ部締結用クラッチが、前記端面壁部とそれぞれ一体的な第１及び第２スリーブ部締結用アウターレース部と、前記第１及び第２スリーブ部とそれぞれ一体的な第１及び第２スリーブ部締結用インナレース部と、前記第１及び第２スリーブ部締結用アウターレース部と前記第１及び第２スリーブ部締結用インナレース部との間に形成されていて前記スリーブ部締結用カム空間部を構成する第１及び第２スリーブ部締結用楔状カム空間部と、前記第１及び第２スリーブ部締結用楔状カム空間部にそれぞれ配置されていて前記スリーブ部締結用カムエレメントを構成する第１及び第２スリーブ部締結用カムエレメントとを備え、
前記第１及び第２ボス部締結用クラッチが、前記第１及び第２ボス部とそれぞれ一体的な第１及び第２ボス部締結用アウターレース部と、前記クラッチ係合部とそれぞれ一体的な第１及び第２ボス部締結用インナレース部と、前記第１及び第２ボス部締結用アウターレース部と前記第１及び第２ボス部締結用インナレース部との間でそれぞれ設けられていて、前記ボス部締結用カム空間部を構成する第１及び第２ボス部締結用楔状カム空間部と、前記第１及び第２ボス部締結用楔状カム空間部にそれぞれ配置されていて前記ボス部締結用カムエレメントを構成する第１及び第２ボス部締結用カムエレメントとを備えることを特徴とする請求項１記載のロータリー熱機関。
【請求項３】
前記第１及び第２スリーブ部締結用クラッチ及び前記第１及び第２ボス部締結用クラッチが、それぞれ、前記第１及び第２スリーブ部締結用楔状カム空間部と前記第１及び第２ボス部締結用楔状カム空間部に収納されていて、前記スリーブ部締結用カムエレメントと前記ボス部締結用カムエレメントをそれぞれ支持するリテーナと、前記リテーナをアンチバックラッシュ位置にそれぞれ付勢するバネ手段とからなるアンチバックラッシュ機構を備えることを特徴とする請求項２記載のロータリー熱機関。
【請求項４】
前記出力軸の中心軸に沿って形成されたメイン潤滑油供給路と、前記メイン潤滑油供給路から径方向に延びていて前記第１及び第２スリーブ部締結用クラッチ及び前記第１及び第２ボス部締結用クラッチとにそれぞれ潤滑油を案内する複数の潤滑油案内路と、
前記メイン潤滑油供給路に前記潤滑油を供給する潤滑油ポンプとをさらに備え、
前記スリーブ部締結用楔状カム空間部と前記ボス部締結用楔状カム空間部が前記潤滑油案内路とそれぞれ連通していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロータリー熱機関。
【請求項５】
前記燃焼部が、燃焼部ケーシングと、前記燃焼部ケーシング内に形成されている燃焼室と、前記燃焼室において前記燃料と前記燃焼用空気との予混合気を生成する予混合気生成部と、前記予混合気を着火させて前記高温燃焼ガスを生成する着火部と、前記高温燃焼ガスを前記膨脹室に供給する燃焼ガス吐出ポートとを備えることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のロータリー熱機関。
【請求項６】
前記環状作動室が、前記排気室に隣接して形成されていて吸入工程において周囲空気を吸入する吸気室と、圧縮工程において吸入空気から圧縮空気を生成して前記燃焼用空気として前記燃焼器に供給する圧縮室とを備え、前記吸気室及び前記圧縮室と、前記膨張室及び前記排気室が、それぞれ、前記第１及び第２ピストンロータ本体と協同して前記吸入空気を圧縮するコンプレッサー機能と前記高温燃焼ガスを膨脹させるエキスパンダー機能を有するコンプレッサー兼エキスパンダーとして作動することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のロータリー熱機関。
【請求項７】
前記吸入空気に水を噴霧して前記吸入空気と前記加圧水との混合流体を前記吸入室及び前記圧縮室に導入して前記吸入及び圧縮工程において前記エンジンハウジング、前記端面壁部並びに前記第１及び第２ピストンロータ本体を含む高熱部品の排熱エネルギーを回収する吸気冷却兼排熱エネルギー回収噴霧装置をさらに備えることを特徴とする請求項６記載のロータリー熱機関。
【請求項８】
燃焼用空気と燃料とを燃焼させて高温燃焼ガスを生成する燃焼部と、吸入空気を圧縮して圧縮空気を前記燃焼用空気として生成するコンプレッサーとしての機能と前記高温燃焼ガスを膨脹させて動力を得る膨張機としての機能を有するコンプレッサー兼エキスパンダーと、
前記動力により駆動される発電機とを備え、
前記コンプレッサー兼エキスパンダーが、
軸方向に間隔を置いて配置された端面壁部を有するエンジンハウジングと、
前記エンジンハウジングにおいて前記端面壁部の間に形成されていて前記高温燃焼ガスを膨張して前記動力を発生する膨張室と、膨張ガスを排出する排気室と、前記排気室に隣接して形成されていて周囲空気を吸入する吸気室と、前記吸気室に隣接して形成されていて吸入空気から圧縮空気を生成する圧縮室とを有する環状作動室と、
前記環状作動室の軸心方向に延びていて前記環状作動室の中間部に配置されたクラッチ係合部を備えた出力軸と、
前記出力軸に回動可能に支持されていて前記吸気室と、前記圧縮室と、前記膨張室と、前記排気室で、それぞれ、吸入工程、圧縮工程と、膨張行程及び排出工程とを実行する第１及び第２ピストンロータ本体であって、前記クラッチ係合部と径方向に整列する第１及び第２ボス部と、前記第１及び第２ボス部の径方向外側にそれぞれ延びていて前記環状作動室に回転可能に収納された第１及び第２ロータピストンと、前記第１及び第２ボス部からそれぞれ軸方向に延びる第１及び第２スリーブ部とを有する第１及び第２ピストンロータ本体と、
前記端面壁部と前記第１及び第２スリーブ部との間にそれぞれ配置されていて、前記各工程において、前記第１及び第２スリーブ部それぞれを第１及び第２回転方向との間で前記端面壁部に対してロック状態とアンロック状態とに切り替える第１及び第２スリーブ部締結用クラッチと、
前記クラッチ係合部と前記第１及び第２ボス部との間にそれぞれ配置されていて、前記作動サイクルにおいて、前記第１及び第２ボス部それぞれを前記第２回転方向と前記第１回転方向との間で前記クラッチ係合部に対してロック状態とアンロック状態とに切り替える第１及び第２ボス部締結用クラッチと、
を備え、
前記燃焼部が、前記燃焼器を冷却して高温高圧水を生成する高温高圧水生成部と、前記燃焼器を冷却しながら前記高温高圧水から高温過熱蒸気を生成する高温過熱蒸気生成部と、前記燃焼室に前記高温高圧水を噴射して前記高温燃焼ガスと接触させて高圧水蒸気を発生させる高温高圧水噴射ノズルと、前記高温過熱蒸気を前記燃焼器に供給する高温過熱蒸気供給ラインとを備えることを特徴とするロータリー熱機関駆動発電装置。
【請求項９】
前記吸入空気に水を噴霧して前記吸入空気と前記加圧水との混合流体を前記吸入室及び前記圧縮室に導入して前記吸入及び圧縮工程において前記エンジンハウジング、前記端面壁部並びに前記第１及び第２ピストンロータ本体を含む高熱部品の排熱エネルギーを回収する吸気冷却兼排熱エネルギー回収噴霧装置をさらに備えることを特徴とする請求項８記載のロータリー熱機関駆動発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【技術分野】
【０００１】  本発明は熱機関及び熱機関駆動発電装置に関し、特に、シェールガス由来ＬＮＧ、ＬＰＧやシェールオイル等の化石燃料で作動可能なロータリー熱機関及びこれを利用した発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、飛躍的な電力需要の拡大や自動車、船舶、航空機等の車両による温暖化ガスの排出量増大に伴い、地球温暖化と気候変動が深刻な環境問題となっており、その対策が急務となっている。その有効な対策として、高い運転効率のロータリー熱機関の出現が期待され、従来のレシプロエンジンに代わって、高効率のロータリーピストンエンジンが提案されている。【０００３】  特許文献１〜３には、径方向に対向する一対のピストンを有する第１及び第２ロータをエンジンハウジングに回転可能に収納して、前記第１及び第２ロータの間に配置したクランク・遊星歯車機構により前記ロータピストンの相対移動を制御するようにしたロータリーピストンエンジンが提案されている。【０００４】  特許文献４には、径方向に対向する複数対のモーターベーンを同心的な内側スリーブ及び外側スリーブにより支持して、モーターベーンの軸方向端部のそれぞれに連結した円板型ロータの相対移動を制御するようにした共軸ロータエンジンが提案されている。【０００５】  特許文献５〜８には、さらに、径方向に対照的なピストンをエンジンハウジングに回転可能に収納した構造において、各種のピストンタイミング制御機構によりピストンの回転移動関係を制御するようにしたロータリーピストンエンジンが提案されている。【０００６】  特許文献９には、エンジンハウジングにおいて、径方向に対向する複数対のロータピストンを出力軸に支持し、出力軸に出力歯車を設けて、この出力歯車に複数の遊星歯車を係合させ、これら遊星歯車にそれぞれ偏心突起を設け、該偏心突起をアーム部材のアーム溝内で摺動させることによりロータピストンの相対移動を制御するようにした回転式エンジンが提案されている。【０００７】  特許文献１０には、ロータリーエンジンに、これと同心的に発電機を連結したエンジン・発電機の一体構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第３８２９２５７号
【特許文献２】米国特許第５１４７１９１号
【特許文献３】米国特許第５５２７１６５号
【特許文献４】公開特許公報第Ｈ０５−５４０１号
【特許文献５】米国特許第６３０５３４５号
【特許文献６】米国特許第６５２６９３０７号
【特許文献７】米国特許第６８８６５２７号
【特許文献８】米国特許第７５２６０８６９号
【特許文献９】公開特許公報第２０００−３０３８４３号
【特許文献１０】公開特許公報第２００５−２１４１０５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  ところで、特許文献１〜３に開示されたロータリーエンジンでは、ロータリーピストン部のロック・アンロック状態を制御することを目的として、前記ロータリーピストン部の主要な構成要素の軸方向外側においてクランク・遊星歯車機構が採用されている。これらクランク・遊星歯車機構は、クランクや複数のコネクティングロッド、多数の遊星歯車および遊星歯車支持円板等から構成される。そのため、クランク・遊星歯車機構の構造が複雑となるだけでなく、部品点数が増大し、クランク・遊星歯車機構の軸方向寸法が極めて大きくなっている。したがって、エンジンの全体構造と総重量が必然的に大きくなり、生産コストも高いものとなっていた。さらに、ピストン駆動制御機構に採用された多数の歯車やクランク機構には大きなバックラッシュが存在するため、前記ロータリーピストン部に対して高温燃焼ガスが作用しても、圧力エネルギーは機械エネルギーに直には変換されず、一定のバックラッシュを経過した後に、出力軸にトルクが発生していた。そのため、機械的ロスが大きくなってエンジン効率が悪くなっていた。しかも、前記クランク・遊星歯車機構において、特に、クランクが高速で運動すればする程、エンジンの振動・騒音も大きくなっていた。このような特殊構造により、エンジンの振動・騒音を低減することが困難であった。さらに、これらロータリーエンジンでは、何れも、多数の摺動部品や可動部品で構成されているため、保守・メンテ費用も増大し、ランニングコスト上昇の原因ともなっていた。【００１０】  特許文献４に開示された共軸ロータエンジンでは、複数のモータ−ベーンを円板型ロータによりそれぞれ支持し、これら円板型ロータにはそれぞれ内側スリーブと外側スリーブを設け、内側スリーブの内側に高圧流体の通路を形成した構造を採用している。この構造では、トルク発生用の構成部品であるスリーブ部材を出力軸に直結することができないため、両側のロータ板の軸方向外側に環状室を形成するようにそれぞれスリーブを接続し、これらスリーブにそれぞれ円板型端板を連結し、これら円板型端板の中央部を出力軸の端部に連結してトルクを伝達している。したがって、共軸ロータエンジンにおいて、出力トルクを取り出すための有効な作動領域が全体構造に対して、極めて少なくなり、結果として、共軸ロータエンジンの構造が大型化していた。しかも、これら構造は極めて複雑であり、必然的にエンジンの部品点数が大幅に増大するだけでなく、エンジンの軸方向寸法および径方向寸法が著しく増大していた。そのため、コンパクトで軽量な構造のロータリーピストンエンジンを低コストで製造することが困難であった。【００１１】  特許文献５で開示されたロータリーエンジンでは、３個のクランクや３個のコネクティングロッド及び該コネクティングロッドに連結されたカップリングユニットからなるクランク・タイミング機構が採用されている。この種のクランク・タイミング機構は、構造が複雑となるだけでなく、可動部分に配置されたベアリング等を含む部品点数が増大し、エンジンの全体構造と総重量が大きくなり、生産コストも高いものとなっていた。さらに、ロータリーエンジンの高速回転時において、コネクティングロッドの振動が大きくなるため、静寂な運転を達成することが困難であった。【００１２】  特許文献６で開示されたロータリーエンジンでは、ピストンアッセンブリの軸方向外側の広域範囲のスペースにピストンの駆動タイミング制御用のクランク・遊星歯車機構を配置した構造が採用されている。このロータリーエンジンでは、クランク・遊星歯車機構が複数の太陽歯車、複数の遊星歯車、複数のキャリアー、複数のクランクや複数のコネクティングロッド等を備えている。そのため、クランク・遊星歯車機構自体の構造が複雑となるだけでなく、部品点数が増大し、クランク・遊星歯車機構の軸方向寸法がロータリーピストン本体の構造に対して著しく大きなものとなっていた。従って、エンジンの全体構造と総重量が大きくなり、生産コストも高いものとなっていた。さらに、クランク・遊星歯車機構で採用された多数の歯車、複数のクランクや複数のコネクティングロッドの間にはそれぞれ、大きなバックラッシュが存在する。したがって、爆発工程において、ピストンの移動時にタイムラグが生じ、機械的ロスが必然的に大きくなってエンジン効率が悪くなっていた。しかも、エンジンの高速回転時において、クランクやコネクティングロッドの振動が大きくなり、エンジンには大きな振動と騒音が発生していた。【００１３】  特許文献７で開示されたロータリーエンジンでは、ピストンアッセンブリの軸方向外側の広域範囲のスペースにピストンの駆動タイミング制御用の遊星歯車タイミング機構を備えた構造が採用されている。この種のロータリー熱機関では、出力軸に径大のドライブギアを設け、出力軸と平行に第２回転軸を設けてドリブンギアを支持し、これらドライブギアとドリブンギアとの係合により、出力トルクの一部を利用して、遊星歯車タイミング機構を駆動する構造を採用している。第２回転軸の周囲には径大のリングギアが配置されて、その内部にサンギア、複数のプラネットギア、キャリアー及びクランク、ならびに複数の楕円歯車から構成され、遊星歯車タイミング機構自体の構造が複雑となっていた。そのため、部品点数も大幅に増大し、ロータリー熱機関の軸方向及び横方向の寸法が著しく大きなものとなっていた。従って、エンジンの全体構造と総重量が大きくなり、生産コストも高いものとなっていた。【００１４】  特許文献８で開示されたロータリーエンジンでは、径方向に延びる複数のスポーク部材を設けた第１及び第２半割リング状ケース部材にそれぞれのピストンを支持し、第１及び第２半割リング状ケース部材の軸方向外側に遊星歯車セットをそれぞれ配置し、これら遊星歯車セットの遊星歯車にそれぞれ偏心ピンを固定し、これら偏心ピンをスポーク部材内で移動させるようにしたタイミング機構が採用されている。このタイミング機構では、エンジンの軸方向寸法が増大することとなり、ロータリーエンジンの全体の寸法・重量が著しく増加し、生産コストの増加の原因となっていた。また、遊星歯車セット構造のバックラッシュやスポークと偏心ピンとの摩擦により、エンジン効率が低下していた。しかも、エンジンの吸気及び排気のための吸気弁及び排気弁の作動機構が複雑であり、エンジン性能を向上させることが困難であった。【００１５】  特許文献９で開示されたロ���タリーエンジンでは、一対の回転ピストンの作動タイミングを制御することを目的として、前記回転ピストンの側面にアームを接続するとともに、出力軸に中心歯車を装着し、該中心歯車に複数の遊星歯車を係合させて、該遊星歯車のクランクピンを前記アームのアーム溝に摺動可能に嵌合させるようにしたクランク・遊星歯車機構が配置されている。このクランク・遊星歯車機構は、複数のクランクピン、複数の遊星歯車および中心歯車から構成されるため、クランク・遊星歯車機構の構造が複雑となるだけでなく、部品点数の増大により、エンジンの全体構造と総重量が大きくなり、生産コストも高いものとなっていた。さらに、この機構には必然的に大きなバックラッシュが存在するため、エンジンの機械的ロスが大きくなってエンジン効率が悪くなっていた。しかも、前記クランク・遊星歯車機構において、特に、エンジン速度の上昇に連れてエンジンの振動・騒音も大きくなっていた。しかも、この種ロータリーエンジンでは、回転ピストンの作動タイミングを制御するために多数の摺動部品や可動部品を必要としているため、保守・メンテ要因を少なくすることができず、ランニングコスト上昇の原因ともなっていた。【００１６】  特許文献１０で開示されたロータリーエンジンでは、ロータに複数のピボット翼を配置して、出力軸に対して偏心して回転するロータ軸受けにより前記アクチェータを偏心移動させることにより、前記複数のピボット翼を径方向に揺動させて吸気、圧縮、燃焼、排気の各工程を完了するようにした構造となっている。この構造において、前記アクチェータには前記複数のピボット翼に対応して、それぞれ、クランクピンを有する複数の複動軸受けが周方向回転移動可能に支持されており、これらクランクピンを介してアクチェータの回転運動を前記複数のピボット翼に伝達している。そのため、エンジン構造が複雑とり、部品点数も増加するため、エンジンのコストアップ要因となっていた。この構造において、エンジンの振動が大きく、しかも、アクチェータとアクチェータとの間、並びにアクチェータと複動軸受けとの間は摺動摩擦が大きく、これら摺動面に対する潤滑油の供給も困難であった。そのため、エンジンの信頼性と長寿命化を向上させることはできなかった。しかも、この種ロータリーエンジンを自動車等の動力源として採用した場合、車両の減速時に発生する回生エネルギーを回収するためには、ロータリーエンジンにモータと発電機の両方を組み合わせなければならず、必然的に、ロータリーエンジンの全体構造が大きくなり、製造コストも上昇していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】  本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、少ない部品点数で簡単構造であり、信頼性や耐久性が高く、しかも、低振動・低騒音であり、低生産コストであり、高圧力比・高効率のロータリー熱機関及びロータリー熱機関駆動発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】  上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ロータリ熱機関が、軸方向に間隔を置いて配置された端面壁部を有するエンジンハウジングと、燃焼用空気と燃料とを燃焼させて高温燃焼ガスを生成する燃焼部と、前記エンジンハウジングにおいて前記端面壁部の間に形成されていて前記高温燃焼ガスを膨張して前記動力を発生する膨張室と、膨張ガスを排出する排気室とを有する環状作動室と、前記環状作動室の軸心方向に延びていて前記環状作動室の中間部に配置されたクラッチ係合部を備えた出力軸と、前記出力軸に回動可能に支持されていて前記環状作動室に回転可能に収納され、作動サイクルにおいてトルクを出力させる第１及び第２ピストンロータ本体であって、前記クラッチ係合部と径方向に整列する第１及び第２ボス部と、前記第１及び第２ボス部の径方向外側にそれぞれ延びていて前記環状作動室に回転可能に収納された第１及び第２ロータピストンと、前記第１及び第２ボス部からそれぞれ軸方向に延びる第１及び第２スリーブ部とを有する第１及び第２ピストンロータ本体と、前記端面壁部と前記第１及び第２スリーブ部との間にそれぞれ配置されていて、前記各工程において、前記第１及び第２スリーブ部それぞれを第１及び第２回転方向との間で前記端面壁部に対してロック状態とアンロック状態とに切り替える第１及び第２スリーブ部締結用クラッチと、前記クラッチ係合部と前記第１及び第２ボス部との間にそれぞれ配置されていて、前記作動サイクルにおいて、前記第１及び第２ボス部それぞれを前記第２回転方向と前記第１回転方向との間で前記クラッチ係合部に対してロック状態とアンロック状態とに切り替える第１及び第２ボス部締結用クラッチとを備え、前記第１及び第２スリーブ部締結用クラッチは前記第１及び第２スリーブ部を前記端面壁部に対してそれぞれロック及びアンロック状態にするスリーブ部締結用楔状カム空間部とスリーブ部締結用カムエレメントとを備え、一方、前記ボス部締結用クラッチは前記第１及び第２ボス部を同一回転方向において前記出力軸のクラッチ係合部に駆動連結させるボス部締結用カム空間部とボス部締結用カムエレメントとをそれぞれ備え、
前記燃焼部が、前記燃焼器を冷却して高温高圧水を生成する高温高圧水生成部と、前記燃焼器を冷却しながら前記高温高圧水から高温過熱蒸気を生成する高温過熱蒸気生成部と、前記燃焼室に前記高温高圧水を噴射して前記高温燃焼ガスと接触させて高圧水蒸気を発生させる高温高圧水噴射ノズルと、前記高温過熱蒸気を前記燃焼器に供給する高温過熱蒸気供給ラインとを備えることを要旨とする。【００１９】  請求項２に記載された発明によれば、請求項１記載の構成に加えて、前記第１及び第２スリーブ部締結用クラッチが、前記端面壁部とそれぞれ一体的な第１及び第２スリーブ部締結用アウターレース部と、前記第１及び第２スリーブ部とそれぞれ一体的な第１及び第２スリーブ部締結用インナレース部と、前記第１及び第２スリーブ部締結用アウターレース部と前記第１及び第２スリーブ部締結用インナレース部との間に形成されていて前記スリーブ部締結用カム空間部を構成する第１及び第２スリーブ部締結用楔状カム空間部と、前記第１及び第２スリーブ部締結用楔状カム空間部にそれぞれ配置されていて前記スリーブ部締結用カムエレメントを構成する第１及び第２スリーブ部締結用カムエレメントとを備え、前記第１及び第２ボス部締結用クラッチが、前記第１及び第２ボス部とそれぞれ一体的な第１及び第２ボス部締結用アウターレース部と、前記クラッチ係合部とそれぞれ一体的な第１及び第２ボス部締結用インナレース部と、前記第１及び第２ボス部締結用アウターレース部と前記第１及び第２ボス部締結用インナレース部との間でそれぞれ設けられていて、前記ボス部締結用カム空間部を構成する第１及び第２ボス部締結用楔状カム空間部と、前記第１及び第２ボス部締結用楔状カム空間部にそれぞれ配置されていて前記ボス部締結用カムエレメントを構成する第１及び第２ボス部締結用カムエレメントとを備えることを要旨とする。【００２０】  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、前記第１及び第２スリーブ部締結用クラッチ及び前記第１及び第２ボス部締結用クラッチが、それぞれ、前記第１及び第２スリーブ部締結用楔状カム空間部と前記第１及び第２ボス部締結用楔状カム空間部に収納されていて、前記スリーブ部締結用カムエレメントと前記ボス部締結用カムエレメントをそれぞれ支持するリテーナと、前記リテーナをアンチバックラッシュ位置にそれぞれ付勢するバネ手段とからなるアンチバックラッシュ機構を備えることを要旨とする。【００２１】  請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加えて、前記出力軸の中心軸に沿って形成されたメイン潤滑油供給路と、前記メイン潤滑油供給路から径方向に延びていて前記第１及び第２スリーブ部締結用クラッチ及び前記第１及び第２ボス部締結用クラッチとにそれぞれ潤滑油を案内する複数の潤滑油案内路と、前記メイン潤滑油供給路に前記潤滑油を供給する潤滑油ポンプとをさらに備え、前記スリーブ部締結用楔状カム空間部と前記ボス部締結用楔状カム空間部が前記潤滑油案内路とそれぞれ連通していることを要旨とする。【００２２】  請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加えて、前記燃焼部が、燃焼部ケーシングと、���記燃焼部ケーシング内に形成されている燃焼室と、前記燃焼室において前記燃料と前記燃焼用空気との予混合気を生成する予混合気生成部と、前記予混合気を着火させて前記高温燃焼ガスを生成する着火部と、前記高温燃焼ガスを前記膨脹室に供給する燃焼ガス吐出ポートとを備えることを要旨とする。【００２４】  請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜５のいずれかに記載の構成に加えて、前記環状作動室が、前記排気室に隣接して形成されていて周囲空気を吸入する吸気室と、吸入空気から圧縮空気を生成して前記燃焼用空気として前記燃焼器に供給する圧縮室とを備え、前記吸気室及び前記圧縮室と、前記膨張室及び前記排気室が、それぞれ、前記第１及び第２ピストンロータ本体と協同して前記吸入空気を圧縮するコンプレッサー機能と前記高温燃焼ガスを膨脹させるエキスパンダー機能を有するコンプレッサー兼エキスパンダーとして作動することを要旨とする。【００２５】  請求項７に記載された発明によれば、請求項６記載の構成に加えて、前記ロータリー熱機関が、さらに、前記吸入空気に水を噴霧して前記吸入空気と前記加圧水との混合流体を前記吸入室及び前記圧縮室に導入して前記吸入及び圧縮工程において前記エンジンハウジング、前記端面壁部並びに前記第１及び第２ピストンロータ本体を含む高熱部品の排熱エネルギーを回収する吸気冷却兼排熱エネルギー回収噴霧装置をさらに備えることを要旨とする。【００２６】  請求項８に記載された発明によれば、ロータリー熱機関駆動発電装置が、燃焼用空気と燃料とを燃焼させて高温燃焼ガスを生成する燃焼部と、吸入空気を圧縮して圧縮空気を前記燃焼用空気として生成するコンプレッサーとしての機能と前記高温燃焼ガスを膨脹させて動力を得る膨張機としての機能を有するコンプレッサー兼エキスパンダーと、前記動力により駆動される発電機とを備え、前記コンプレッサー兼エキスパンダーが、軸方向に間隔を置いて配置された端面壁部を有するエンジンハウジングと、前記エンジンハウジングにおいて前記端面壁部の間に形成されていて前記高温燃焼ガスを膨張して前記動力を発生する膨張室と、膨張ガスを排出する排気室と、前記排気室に隣接して形成されていて周囲空気を吸入する吸気室と、前記吸気室に隣接して形成されていて吸入空気から圧縮空気を生成する圧縮室とを有する環状作動室と、前記環状作動室の軸心方向に延びていて前記環状作動室の中間部に配置されたクラッチ係合部を備えた出力軸と、前記出力軸に回動可能に支持されていて前記吸気室と、前記圧縮室と、前記膨張室と、前記排気室で、それぞれ、吸入工程、圧縮工程と、膨張行程及び排出工程とを実行する第１及び第２ピストンロータ本体であって、前記クラッチ係合部と径方向に整列する第１及び第２ボス部と、前記第１及び第２ボス部の径方向外側にそれぞれ延びていて前記環状作動室に回転可能に収納された第１及び第２ロータピストンと、前記第１及び第２ボス部からそれぞれ軸方向に延びる第１及び第２スリーブ部とを有する第１及び第２ピストンロータ本体と、前記端面壁部と前記第１及び第２スリーブ部との間にそれぞれ配置されていて、前記各工程において、前記第１及び第２スリーブ部それぞれを第１及び第２回転方向との間���前記端面壁部に対してロック状態とアンロック状態とに切り替える第１及び第２スリーブ部締結用クラッチと、前記クラッチ係合部と前記第１及び第２ボス部との間にそれぞれ配置されていて、前記作動サイクルにおいて、前記第１及び第２ボス部それぞれを前記第２回転方向と前記第１回転方向との間で前記クラッチ係合部に対してロック状態とアンロック状態とに切り替える第１及び第２ボス部締結用クラッチと、を備え、前記燃焼部が、前記燃焼器を冷却して高温高圧水を生成する高温高圧水生成部と、前記燃焼器を冷却しながら前記高温高圧水から高温過熱蒸気を生成する高温過熱蒸気生成部と、前記燃焼室に前記高温高圧水を噴射して前記高温燃焼ガスと接触させて高圧水蒸気を発生させる高温高圧水噴射ノズルと、前記高温過熱蒸気を前記燃焼器に供給する高温過熱蒸気供給ラインとを備えることを要旨とする。【００２７】  請求項９に記載された発明によれば、請求項８記載の構成に加えて、前記吸入空気に加圧水を添加して前記吸入空気と前記加圧水との混合流体を生成する吸気冷却兼排熱エネルギー回収噴霧装置をさらに備えることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２９】  請求項１記載のロータリー熱機関では、エンジンハウジングの端面壁部と第１及び第２スリーブ部との間に第１及び第２スリーブ部締結用クラッチが、それぞれ、配置されていて、前記第１及び第２スリーブ部それぞれを第１及び第２回転方向との間で前記端面壁部に対してロック状態とアンロック状態とに切り替え、クラッチ係合部と第１及び第２ボス部との間に第１及び第２ボス部締結用クラッチが、それぞれ、配置されていて、前記第１及び第２ボス部それぞれを前記第２回転方向と前記第１回転方向との間で前記クラッチ係合部に対してロック状態とアンロック状態とに切り替える構造を採用している。前記ロック状態とアンロック状態とは膨脹室に作用する高温燃焼ガスに応答して自動的に切り替わるようになっているため、従来必要としていた複雑な構造のクランク・遊星歯車機構やタイミング機構を不要とし、構造が簡単でコンパクトな構成の高圧力比・高効率のロータリー熱機関の提供が可能になる。しかも、ロータリー熱機関は何等クランク運動を利用していないため、熱機関の振動・騒音が大幅に改善され、スムーズな運転が可能となる。さらに、ロータリー熱機関の部品点数が大幅に削減されるため、部品の組付け性も向上し、高信頼性と低コスト化も図ることができる。前記燃焼部が前記高温高圧水生成部を通過する高圧水によって冷却され、さらに、前記高温過熱蒸気生成部により冷却されるため、燃焼部ケーシング内の燃焼ガスの温度を、例えば、１５００〜１７００℃の高温領域にまで上昇させてエンジン出力を向上させることができる。また、前記燃焼部を冷却して得た前記高温高圧水を前記燃焼室に噴射して前記高温燃焼ガスと接触させているため、瞬時に大量の水蒸気を発生させて前記高温燃焼ガスと高圧水蒸気との混合流体からなる作動流体を生成することができる。また、前記高温過熱蒸気を前記燃焼部に供給しているため、高温燃焼ガスの圧力をさらに増加してエンジン効率を飛躍的に向上させることができる。また前記高温高圧水と前記高温過熱蒸気とを前記燃焼室内に噴射することによってＮＯｘの発生量も抑制することが可能になる。【００３０】  請求項２記載の構成では、前記第１及び第２スリーブ部締結用クラッチが、前記エンジンハウジングの端面壁部と前記第１及び第２ピストンロータ本体のスリーブ部で構成され、前記第１及び第２ボス部締結用クラッチが、前記第１及び第２ピストンロータ本体のボス部と出力軸に設けたクラッチ係合部で構成されているため、ロータリー熱機関の部品点数が少なく、構造が簡単で低コストでの生産が可能となる。【００３１】  請求項３記載の構成では、前記第１及び第２スリーブ部締結用クラッチ及び前記第１及び第２ボス部締結用クラッチの双方がアンチバックラッシュ機構を備えているため、ピストンに高温燃焼ガスが作用する時点で、バックラッシュによる作動遅れを抑制可能となる。したがって、前記第１及び第２スリーブ部締結用クラッチと前記第１及び第２ボス部締結用クラッチの締結作用が円滑に実行され、前記出力軸に対するトルク伝達が迅速に実行される。このように、カムローラのバックラッシュ（遊び）を最小にした分、高温燃焼ガスの動力への変換効率が高まり、ロータリー熱機関の運転効率が向上する。【００３２】  請求項４記載の構成では、前記出力軸に形成されたメイン潤滑油供給路及び複数のラジアル潤滑油供給路を介して前記第１及び第２スリーブ部締結用クラッチ及び前記第１及び第２ボス部締結用クラッチの双方に常時、潤滑油が供給される。このため、これらクラッチのスムーズな作動が保障されるとともに、各構成部材間の接触面の磨耗が低減される。その分、ロータリー熱機関の信頼性と低騒音化が向上し、さらには、ロータリー熱機関の長寿命化が図れる。しかも、各構成部材間の接触面の磨耗の低減により、ロータリー熱機関の保守・メンテの回数が大幅に少なくなり、ロータリー熱機関の長期運転とランニングコストの大幅なコストダウンが得られる。【００３３】  請求項５記載の構成では、前記燃焼器が、エンジンハウジングにおいて前記出力軸の軸心に対して垂直な平面に形成されたスパイラル燃焼室を備えているため、燃焼器の軸方向寸法が小さくなり、ロータリー熱機関の軸方向寸法が大幅に短縮され、小型高性能化が実現可能となる。また、スパイラル燃焼室は比較的に長い燃焼経路を形成するため、燃料と燃焼用空気との予混合気の燃焼時間が長くなる。そのため、炭素質燃料からなる燃料が採用された場合にも、燃料の完全燃焼が促進され、ＣＯ，ＨＣ等の未燃成分が減少し、排気ガスが清浄化される。しかも、前記燃焼器は予混合気生成部によって燃料と燃焼用空気とを均一に予混合して燃焼させるため、燃焼ガス中に局部的な高温部が発生しない。従って、後述の高温過熱蒸気添加の効果と相まって、ＮＯｘの排出量を大幅に抑制することが可能となる。【００３５】  請求項６記載の構成では、前記第１及び第２ピストンロータ本体を前記圧縮室と前記膨脹室の双方と協同させることで、コンプレッサー兼エキスパンダーとして機能させている。さらに、吸気冷却兼排熱エネルギー回収噴霧装置によって吸入空気に加圧水を添加して吸入空気と加圧水との混合流体を形成することによって、圧縮工程において吸入空気中の水分が蒸発して吸入空気を冷却するため、圧縮工程に要する動力が少なくなり、その分、出力動力が増加する。また、膨張行程においては高温燃焼ガスの熱エネルギーが第１及び第２ピストンロータ本体に伝達されて高温となる。本発明の構成では、圧縮工程において混合流体が第１及び第２ピストンロータ本体の表面に接触させて第１及び第２ピストンロータ本体の排熱エネルギーを効率的に回収するが、この時、混合流体に含有する水分が蒸発することによって第１及び第２ピストンロータ本体の表面及びエンジンハウジングの内周面をさらに効果的に冷却すると共にこれら構成部品の排熱エネルギオーを効率的に回収することができる。このことにより、エンジン効率をさらに向上させることが可能となる。しかも、この冷却方式及び廃熱エネルギー回収方式の採用によって、燃焼ガスの温度を１５００℃以上の高温領域にまで高めることができるため、エンジン効率を向上させることが可能と成る。さらに、エンジンの耐久性も向上させることが可能となり、小型高性能で耐久性の高いロータリー熱機関の実用化が容易となる。【００３６】  請求項７記載の構成では、高温燃焼ガスの膨張行程において高温となった前記エンジンハウジン���、前記端面壁部並びに前記第１及び第２ピストンロータ本体を含む高熱部品の排熱エネルギーを吸入空気と加圧水との混合流体を利用して吸入・圧縮工程において回収するようにしている。混合流体に含まれる加圧水は吸入・圧縮工程において蒸発するため、混合流体自体が冷却されるのみでなく、前記高熱部品の排熱エネルギーも回収して冷却することができる。従って、圧縮工程に要する動力を低減して出力軸から取り出せる正味動力を増加させることができる。さらに、混合流体は高熱部品の排熱エネルギーも回収するため、エンジン効率はさらに向上する。しかも、膨張行程において高温燃焼ガスにより高温となった高熱部品は吸入・圧縮工程毎に冷却されるため、燃焼ガスの温度を１７００℃まで上昇させてエンジン効率さらに増大させることもでき、小型高性能で長寿命のロータリー熱機関の実用化が可能となる。【００３７】  請求項８記載のロータリー熱機関駆動発電装置では、極めて簡単な構造のコンプレッサー兼エキスパンダーにより発電機を駆動する構成とすることにより、低振動・低騒音で高効率であり、部品点数が大幅に削減されて部品の組付け性も向上し、しかも、高信頼性と低コスト化を実現することが可能となる。前記燃焼部が前記高温高圧水生成部を通過する高圧水によって冷却され、さらに、前記高温過熱蒸気生成部により冷却されるため、燃焼部ケーシング内の燃焼ガスの温度を、例えば、１５００〜１７００℃の高温領域にまで上昇させてエンジン出力を向上させることができる。また、前記燃焼部を冷却して得た前記高温高圧水を前記燃焼室に噴射して前記高温燃焼ガスと接触させているため、瞬時に大量の水蒸気を発生させて前記高温燃焼ガスと高圧水蒸気との混合流体からなる作動流体をエキスパンダー部で膨脹させることができ、発電出力を増大させることが可能となる。また、前記高温過熱蒸気を前記燃焼部に供給しているため、高温燃焼ガスの圧力をさらに増加してエンジンの発電効率を飛躍的に向上させることができる。また前記高温高圧水と前記高温過熱蒸気とを前記燃焼室内に噴射することによってＮＯｘの発生量も抑制することが可能になる。【００３８】  請求項１０記載の構成では、高温燃焼ガスの膨張行程において高温となった前記エンジンハウジング、前記端面壁部並びに前記第１及び第２ピストンロータ本体を含む高熱部品の排熱エネルギーを吸入空気と加圧水との混合流体を利用して吸入・圧縮工程において回収するようにしている。混合流体に含まれる加圧水は吸入・圧縮工程において蒸発するため、混合流体自体が冷却されるのみでなく、前記高熱部品の排熱エネルギーも回収して冷却することができる。従って、圧縮工程に要する動力を低減して出力軸から取り出せる正味動力を増加させ、さらに、混合流体を介して高熱部品の排熱エネルギーを回収するため、エンジン効率はさらに向上する。しかも、膨張行程において高温燃焼ガスにより高温となった高熱部品は吸入・圧縮工程毎に冷却されるため、燃焼ガスの温度を１７００℃まで上昇させてエンジン効率さらに増大させることもでき、小型高性能で長寿命のロータリー熱機関駆動発電装置の実用化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例によるロータリー熱機関を利用したロータリー熱機関駆動発電装置のブロック図を示す。
【図２】図１のロータリー熱機関の燃焼器の断面図を示す。
【図３】図１のロータリー熱機関の断面図を示す。
【図４Ａ】図３のロータリー熱機関のＩＶＡ−ＩＶＡの断面図を示す。
【図４Ｂ】図３のロータリー熱機関のＩＶＢ−ＩＶＢ断面図を示す。
【図５】図３のロータリー熱機関の一部であるロータリーピストン部の斜視図を示す。
【図６Ａ】図３のロータリー熱機関のＶＩＡ−ＶＩＡ断面図を示す。
【図６Ｂ】図１のロータリー熱機関のＶＩＢ−ＶＩＢ断面図を示す。
【図７】図６Ａに示した第１スリーブ部締結用ワンウエイクラッチのリテーナの１例を示す。
【図８】図６Ａに示した第１スリーブ部締結用ワンウエイクラッチのバネ部材の１例を示す。
【図９】図３のロータリー熱機関の作用を説明するための模式図であり、第１ピストン及び第２ピストンの初期位置を示す。
【図１０】図３に示したロータリー熱機関の作用を説明するための模式図であり、第１ピストン及び第２ピストンの膨張行程における中間位置を示す。
【図１１】図３に示したロータリー熱機関の作用を説明するための模式図であり、第１ピストン及び第２ピストンの第１サイクルにおける最終位置近辺を示す。
【図１２】図３に示したロータリー熱機関の作用を説明するための模式図であり、第１ピストン及び第２ピストンの第２サイクルの開始位置を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００４１】  以下、本発明の実施例によるロータリー熱機関を組み込んだ発電装置（以下、「ロータリー熱機関駆動発電装置」と称する）について図面に基づき詳細に説明する。ロータリー熱機関駆動発電装置１０において、ロータリー熱機関１００は、吸入、圧縮、膨脹及び排気の各工程を実行するコンプレッサー兼エキスパンダー１１を備える。コンプレッサー兼エキスパンダー１１は、後述のように、コンプレッサー部とエキスパンダー（膨張機）部とを有する。コンプレッサー部は吸気ポート１２６と圧縮空気吐出ポート１３０とを有する。吸気ポート１２６は、大気取り入れ口にエアーフィルター（図示せず）を装着したエアーダクト５００に接続される。エアーダクト５００には給水管５０２及び加圧ポンプ５０４を介して給水タンク５０６に接続された吸気冷却兼排熱エネルギー回収噴霧装置（以下、「噴霧装置」と称する）５０８が配置される。噴霧装置５０８は、多数の噴霧ノズル５０８ａを介してエアーダクト５００内で加圧水Ｐｗｔを噴霧して吸入空気と混合させて吸気混合流体ＡＷＦを形成して吸気ポート１２６からコンプレッサー部に供給し、コンプレッサー部で生成された圧縮空気ＣＡは圧縮空気吐出ポート１３０から排出される。エキスパンダー部は、高温高圧の燃焼ガスを膨張させて出力軸１３２に動力を発生させる。コンプレッサー兼エキスパンダー１１には、スペーサーとして機能するガス案内路部材１２を介して燃焼器１３が接続され、発電機１４はガス案内路部材１２及び燃焼器１３を介してコンプレッサー兼エキスパンダー１１にボルト及びナット等の連結部材（図示せず）により連結される。図１において、コンプレッサー兼エキスパンダー１１は模式的に図示されている。【００４２】  コンプレッサー兼エキスパンダー１１のコンプレッサー部の圧縮空気吐出ポート１３０は三方切替弁からなるインレットバルブ５１２を介してスタータ用アキュムレータ５１４のインレット側に接続される。スタータ用アキュムレータ５１４のアウトレット側はアウトレットバルブ５１６に接続されている。アウトレットバルブ５１６は圧縮空気供給ライン５１８に接続される。圧縮空気供給ライン５１８にはインレットバルブ５１２も接続されるとともに、吸気流量制御弁５１９を介して燃焼器１３の空気供給部５０に接続される。スタータ用アキュムレータ５１４は、圧縮空気供給ライン５１８における圧力が予め定められた値を越えた時に、吸気流量制御弁５１９の吸気流量が絞られ一方、アウトレットバルブ５１６が閉弁されると同時にインレットバルブ５１２の流路が切り替えられて圧縮空気ＣＡを貯蔵する。圧縮空気供給ライン５１８の圧力が所定値以下になると、吸気流量制御弁５１９は最大流量となるように制御されると共にインレットバルブ５１２の流路が切り替わって、圧縮空気吐出ポート１３０から吐出した圧縮空気ＣＡの全量が燃焼器１３の空気供給部５０に供給される。スタータ用アキュムレータ５１４は、ロータリー熱機関１００の起動時にアウトレットバルブ５１６を開弁して燃焼器１３に貯蔵していた圧縮空気ＣＡを燃焼用空気として供給する。【００４３】  燃焼器１３は、燃焼用空気と燃料との予混合気を生成する予混合気生成部４０を備える。予混合気生成部４０は燃料流量制御弁５２４及び燃料ポンプ５２２を介して燃料タンク５２０から燃料が供給される。燃料としては、ＯＬ，重油、灯油等の化石燃料或いは廃食用油等のバイオマス液体燃料等の炭素質燃料が使用される。なお、近年、注目度が高いシェールガスやシェールオイルが好適に利用されるが、ここでは、炭素質燃料としてシェールオイルを利用した場合について説明する。燃料タンク５２０のシェールオイルＯＬは、燃料ポンプ５２２及び燃料流量制御弁５２４を介して予混合気生成部４０の燃料供給部６０に供給される。燃料ＯＬは、後述の高温過熱蒸気の存在下で圧縮空気ＣＡと予混合され、この予混合気は着火部４２により着火されて高温燃焼ガスＨＰＧが生成される。この時、燃料ＯＬは高温過熱蒸気と接触するため、シェールオイルは完全に気化され、均一な予混合気が生成される。高温燃焼ガスＨＰＧがコンプレッサー兼エキスパンダー１１のエキスパンダー部の高温ガス導入ポート１２４に供給されて膨張し、出力軸１３２に動力を伝達する。排ガスは排気ポート１２８から外部に排気される。【００４４】  ロータリー熱機関１００の起動時には、前述のように、スタータ用アキュムレータ５１４からアウトレットバルブ５１６を介して吐出した圧縮空気ＣＡが燃焼器１３の空気供給部５０に供給され、燃焼器１３で燃料ＯＬと予混合されて燃焼し、高温燃焼ガスＨＰＧが生成されてコンプレッサー兼エキスパンダー１１に供給されて膨張・排気行程が実行される。コンプレッサー兼エキスパンダー１１の膨脹・排気工程において、コンプレッサー部とエキスパンダー部とは同期して作動する。即ち、膨張・排気行程と同時に吸入・圧縮工程が実行される。従って、エキスパンダー部の膨脹・排気工程において、コンプレッサー部はエアーダクト５００から供給された周囲空気と加圧水と吸気混合流体ＡＷＦを圧縮して圧縮空気ＣＡが生成される。このとき、コンプレッサー部で吸入・圧縮工程の進行に伴って、圧縮空気ＣＡ中の水分は蒸発する。コンプレッサー部内で水分の蒸発により、混合流体は冷却されるため、圧縮工程に要する動力が低減され、コンプレッサー兼エキスパンダー１１の正味の動力出力は増大する。さらに、吸気混合流体はコンプレッサー兼エキスパンダー１１の排熱エネルギーを回収する役割を果たすが、この点については後述する。【００４５】  図２に示すように、燃焼器１３は、円筒状燃焼部ケーシング３６を備える。燃焼部ケーシング３６の径方向内側にスパイラル壁部３７が形成され、スパイラル壁部３７は外周側から中心部方向にスパイラル状に延びていて、ロータリー熱機関１００の出力軸１３２の外形よりも大きな内径の内周壁３７ａを有するインナースリーブ３７Ｓを備える。燃焼部ケーシング３６とスパイラル壁部３７との空間には、出力軸１３２の中心軸に対して垂直な平面領域においてスパイラル状にインナースリーブ３７Ｓまで延びるようにスパイラル燃焼室３８が形成される。スパイラル燃焼室３８は燃料と空気との接触時間と滞留時間を延長させることにより予混合気の完全燃焼を促進する効果がある。【００４６】スパイラル燃焼室３８の上流側に圧縮空気ＣＡと燃料ＯＬとの予混合気を生成する予混合気生成部４０が配置されている。点��プラグ又はセラミックヒータ等から成る着火部４２が予混合気生成部４０に隣接して配置される。予混合気生成部４０は燃焼部ケーシング３６の接線方向に支持された円筒状アウターチューブからなる空気供給部５０と、燃料供給部６０とを備える。円筒状アウターチューブ５０の内部にはこれと同心的に延びる円筒状インナーチューブ５２が配置されている。空気供給部５０は、圧縮空気ＣＡの高速旋回流を発生させながら、燃料ＯＬと混合して予混合気を生成する旋回流衝突部５４とを備える。空気供給部５０は、圧縮空気流通路として機能する環状圧縮空気噴流チャンバ５５と、環状圧縮空気噴流チャンバ５５内に圧縮空気ＣＡを案内するための圧縮空気導入ポート５６と、環状圧縮空気噴流チャンバ５５の先端部に形成された円錐状の高速流発生部５８とを備える。環状圧縮空気噴流チャンバ５５の高速流発生部５８には圧縮空気の旋回流を発生させる複数の旋回流発生ブレード６２が形成され、これら旋回流発生ブレード６２によって旋回流発生部５９が形成される。【００４７】  円筒状インナーチューブ５２の後端部は、燃料供給部６０に接続される。円筒状インナーチューブ５２の先端部は燃料噴射ノズル５２ａを備え、燃料噴射ノズル５２ａは複数の旋回流発生ブレード６２にそれぞれ隣接して円錐状高速流発生部５８に開口する第１燃料噴射口６４と、旋回流衝突部５４に開口する第２燃料噴射口６５と、円筒状インナーチューブ５２の中間部に配置されていて燃料に対して旋回流Ｖｓを発生させる旋回流発生部材６６とを備える。旋回流発生ブレード６２により生じた圧縮空気ＣＡの旋回流に対して第１燃料噴射口６４及び第２燃料噴射口６５から燃料が噴射されると、圧縮空気ＣＡの旋回流との衝突によって圧縮空気ＣＡと燃料とは均一に混合されて予混合気ＡＦＭが生成される。予混合気では、燃料と空気が均一に混合され、火炎の内部に局所的な高温部が発生しないため、ＮＯｘの発生量を大幅に抑制することができる。【００４８】  スパイラル燃焼室３８には、旋回流衝突部５４から所定間隔で離れた位置に配置された乱流発生バッフル部材６７が配置され、乱流発生バッフル部材６７と予混合気生成部４０とのスペースには高温燃焼部５４０が形成される。高温燃焼部５４０には高温高圧水噴射ノズル５４２が装着され、高温燃焼部５４０において高温高圧水噴射ノズル５４２からスパイラル壁部３７に向かって高温高圧水が噴射される。乱流発生バッフル部材６７は燃焼ガス噴出開口部６７ａが形成された中央部を有する。高温燃焼ガスＨＰＧの一部は乱流発生バッフル部材６７の壁面に衝突して、旋回流衝突部５４側に反転して反転流となり、旋回流衝突部５４から噴出する予混合気と接触混合して燃焼促進が行われるとともに、高温燃焼部５４０に噴射された高温高圧水と衝突して大量に高圧水蒸気を発生させる。【００４９】  給水タンク５０６から加圧ポンプ５０４を介して供給された高圧水Ｐｗｔは、給水管５０２を介して噴霧装置５０８に供給される一方、高圧水流量制御弁５４４を介して高温高圧水生成部５５０の高圧水噴射ノズル５２８に供給される。高温高圧水生成部５５０は燃焼部ケーシング３６に沿って周方向に円弧状に延びていて、燃焼部ケーシング３６を冷却しなが��高圧水Ｐｗｔから高温高圧水ＨＴＰｗｔを生成して高温高圧水ポート５５４から吐出させる。高温高圧水ポート５５４は高温高圧水供給ライン５５６を介して高温高圧水噴射ノズル５４２に接続される。同様に、高温過熱蒸気生成部５６０は、高温高圧水生成部５５０に隣接した位置において、燃焼部ケーシング３６に沿って周方向に円弧状に延びている。高温過熱蒸気生成部５６０は、高温高圧水供給ライン５５６を介して高温高圧水吐出ポート５５４に接続された高温高圧水噴射ノズル５６２を備え、高温高圧水を飽和蒸気に変換して燃焼部ケーシング３６を冷却しながら高温過熱蒸気ＳｐＳｐｓｔを生成して、高温過熱蒸気アウトレット５６４から吐出する。高温過熱蒸気Ｓｐｓｔは高温過熱蒸気供給ライン５６６を介して燃焼器１３の圧縮空気供給部５０に供給される。【００５０】  図２において、高温高圧水生成部５５０及び高温過熱蒸気生成部５６０は、円筒状燃焼部ケーシング３６の径方向内側においてスパイラル燃焼室３８の燃焼ゾーン３８ａに沿って配置されている共通の円弧状冷却用伝熱部材５７０を備える。円弧状冷却用伝熱部材５７０はＮｉ基超高温耐熱合金やセラミック等の高温耐熱材料から製造されていて、乱流発生バッフル部材６７に隣接した位置において燃焼部ケーシング３６と円弧状冷却用伝熱部材５７０との間に形成されていて、高圧水噴射ノズル５５２から高圧水Ｐｗｔが噴射される高圧水導入部５７２と、高圧水導入部５７２の下流側において形成されていて複数の開口部５７４ａを有するラジアル仕切壁５７４と、高温高圧水生成室５７６と、高温高圧水生成室５７６に充填された市販の直径１ｍｍ〜２５ｍｍのステンレスボール、タングステンボール又はセラミックボール等からなり、複数の乱流発生経路５７８ａを有する複数の伝熱球体５７８と、高温高圧水生成部５５０の後縁側端部に形成されたラジアル仕切壁５７４とを有する。【００５１】  高温過熱蒸気生成部５６０は、高圧水噴射ノズル５６２から高温高圧水ＨＴＰｗｔが噴射される温高圧水噴射部５９０と、温高圧水噴射部５９０の下流側において形成されていて流量制限部材として機能する複数のオリフィス５９２ａを有するラジアル仕切壁５９２と、高温過熱蒸気生成室５９４と、高温過熱蒸気生成室５９４に充填された市販の直径１ｍｍ〜２５ｍｍのステンレスボール、タングステンボール又はセラミックボール等からなり、複数の乱流発生経路５９６ａを有する複数の伝熱球体５９６と、高温過熱蒸気生成部５６０の後縁側端部に形成されたラジアル仕切壁５７４とを有する。温高圧水噴射部５９０に噴霧された噴霧状の高温高圧水ＨＴＰｗｔは、冷却用伝熱部材５７０と複数の伝熱球体５９６と接触して飽和蒸気となり、飽和蒸気は伝熱球体５９６の乱流発生経路５９６ａを通過しながら燃焼部ケーシング３６を効率的に冷却すると共に、冷却用伝熱部材５７０と複数の伝熱球体５９６から受熱して高温過熱蒸気Ｓｐｓｔを形成し、高温過熱蒸気Ｓｐｓｔは高温過熱蒸気吐出ポート５６４から高温過熱蒸気供給ライン５６６を介して圧縮空気供給部５０に供給された後、燃焼器１３の予混合気生成部４０に還流される。【００５２】  図１に戻って、ロータリー熱機関１００は、アキュムレータ５１４の圧��を検出して圧力信号を出力する圧力センサーＳ１と、燃焼器１３の高温燃焼ガスＨＰＧの圧力を検出して圧力信号を出力する圧力センサーＳ２と、燃焼器１３の作動温度を検出して温度信号を出力する温度センサＳ３と、吸気温度を検出するための吸気温度センサＳ４と、排ガス中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサＳ４と、圧縮空気供給ライン５１８の圧力を検出する圧力センサＳ５と、ロータリー熱機関１００のカレンダーデータ、燃焼器１３の制御作動温度、高温燃焼ガスＨＰＧの制御圧力、圧縮空気供給ライン５１８の制御圧力等の設定入力データ等の入力パラメータを入力するための入力装置１７と、各種制御プログラムを記憶したメモリー等を有するコントローラ１９とを備える。【００５３】  次に、図３〜図１２を参照して、コンプレッサー兼エキスパンダー１１について説明する。図３〜図８において、コンプレッサー兼エキスパンダー１１は、軸方向に間隔を置いて配置された側壁部１０２，１０４と、前記側壁部の間に形成された環状作動室１１４とを有するエンジンハウジング１８を備え、これら側壁部１０２，１０４からそれぞれ軸方向に延びる内周壁部１０８，１１０を備える。側壁部１０２，１０４の間にはセンターハウジング１１２が配置され、側壁部１０２，１０４とセンターハウジング１１２とはボルトその他の固定手段（図示せず）によって所定位置にて固定支持される。なお、センターハウジング１１２は薄肉円筒ケースからなるものとして示されているが、センターハウジング１１２には、その内部の複数個所にクーラント通路が必要に応じて形成され、前述の、高温過熱蒸気Ｓｐｓｔを吸入ポート１２６に導入する前にエンジンハウジング１１２のクーランと通路に供給してエンジンハウジング１１２を高温過熱蒸気Ｓｐｓｔによって冷却しても良い。【００５４】  コンプレッサー兼エキスパンダー１１において、センターハウジング１１２には高温燃焼ガスＨＰＧを導入する高温ガス導入ポート１２４と、排気ポート１２８と、吸気ポート１２６と、圧縮空気吐出ポート１３０とが形成され、高温ガス導入ポート１２４と吸気ポート１２６及び排気ポート１２８と圧縮空気吐出ポート１３０とは径方向において対向する位置にそれぞれ配置されている。高温ガス導入ポート１２４と圧縮空気吐出ポート１３０及び排気ポート１２８と吸気ポート１２６とは、センターハウジング１１２においてそれぞれ隣接した位置に形成される。高温ガス導入ポート１２４と吸気ポート１２６及び排気ポート１２８と圧縮空気吐出ポート１３０とは径方向において対向する位置にそれぞれ配置されている。環状作動室１１４は、高温ガス導入ポート１２４に連通する膨張室１１６と、排気ポート１２８に連通する排気室１２０と、吸気ポート１２６に連通する吸気室１１８と、圧縮空気吐出ポート１３０に連通する圧縮室１２２が区画される。図３及び図４Ａ，図４Ｂに示されるように、コンプレッサー兼エキスパングー１１の出力軸１３２が環状作動室１１４の軸心方向に延びていて環状作動室１１４の中央部に配置されたクラッチ係合部１３２ａ，１３２ｂを備える。出力軸１３２のクラッチ係合部１３２ａ，１３２ｂには、径方向で対称的に配置された一対のピストンをそれぞれ有する���１及び第２ロータピストン１５０５０４５２ｐからなる第１及び第２ピストンロータ本体１５０，１５２を備える。このように、第１及び第２ピストンロータ本体１５０，１５２は高温燃焼ガスを膨張するエキスパンダー部と吸入空気を圧縮するためのコンプレッサー部としての機能を備え、吸入、圧縮、膨脹及び排気工程を順次、実行する。【００５５】  第１及び第２ロータピストン１５０５０４５２ｐの外周端縁には高温燃焼ガスＨＰＧを案内するための流体ガイド部１５０ｇ、１５２ｇが形成されている。第１及び第２ピストンロータ本体１５０，１５２は、第１及び第２ロータピストン１５０５０４５２ｐをそれぞれ支持する第１及び第２ボス部１５４、１５６と、第１及び第２第１及び第２ボス部１５４、１５６からそれぞれ軸方向外側に延びる第１及び第２スリーブ部１５８，１６０を有する。第１及び第２ボス部１５４、１５６はそれぞれ内壁部１５４ａ、１５６ａを有する。なお、ピストン１５０５０４５２ｐの外周面及び両側面には複数のシール部材が配置されるが、図面の簡略化のため、これらシール部材は図面において省略されている。【００５６】  エンジンハウジング１８内において、出力軸１３２は環状作動室１１４の中心軸に沿って軸方向に延びていて、エンジンハウジング１８の側壁部１０２，１０４に装着されたベアリング１３４，１３６によって回転可能に支持されている。環状作動室１１４内には、ロータリーピストン部２００が回転可能に収納され、ロータリーピストン部２００はニードルベアリング１４２，１４４を介して出力軸１３２に周方向回転移動可能に支持される。【００５７】  エンジンハウジング１８の側壁部１０２，１０４の内周壁部１０８，１１０と第１、第２ロータピストン本体１５０，１５２との間にはそれぞれ第１、第２スリーブ部締結用クラッチ１７０，１７２が配置される。図６Ａにおいて、第１スリーブ部締結用クラッチ１７０は、内周壁部１０８と一体的なスリーブ部締結用アウターレース部１０８ａと、第１ロータピストン本体１５０のボス部１５４のスリーブ部１５８と一体的なスリーブ部締結用インナーレース部１５８ａとを備える。スリーブ部締結用アウターレース部１０８ａは、六角形状のカム面１０８ｂを有する。スリーブ部締結用アウターレース部１０８ａとスリーブ部締結用インナーレース部１５８ａとの間には周方向に間隔をおいて複数のスリーブ部締結用楔状カム空間部１７４が形成され、スリーブ部締結用楔状カム空間部１７４には複数のカムエレメントとしてのスリーブ部締結用カムローラ１７６が収納される。【００５８】  さらに、内周壁部１０８とスリーブ部１５８との間には環状リテーナ１７８が収納される。環状リテーナ１７８はスリーブ部締結用カムローラ１７６を収納するために周方向に間隔をおいて形成された複数の開口部１７８ａを有するリテーナ本体１７８ｂを備え、リテーナ本体１７８ｂの内周部１７８ｃの直径はスリーブ部１５８の外周よりわずかに大きめに設定されて後述の潤滑油導入空間を形成している。第１、第２スリーブ部締結用クラッチ１７０，１７２は、それぞれ、アンチバックラッシュ機構１８０，１８２を備える。【００５９】  図６Ａに示されるように、アンチバックラッシュ機構１８０は、内周壁部１０８において径方向に対向する位置に形成されたアンチバックラッシュ抑制溝部１８０ａと、リテーナ１７８の外周から径方向外側に突出するように延びていて、アンチバックラッシュ抑制溝部１８０ａに収納された作動突起部１７８ｄとを備える。Ｓ−字状バネ部材１８４（図６参照）が作動突起部１７８ｄをアンチバックラッシュ抑制溝部１８２ａにおいてアンチバックラッシュ位置に付勢してスリーブ部締結用カムローラ１７６のバックラッシュ（遊び）を最小化する。そのため、ピストン１５０ｐのスリーブ部１５８が、図４Ａにおいて、反時計方向の作用を受けたときに静止側インナーレース部１０８を介して側壁部１０２に迅速にロック状態とされ、スリーブ部締結用カムローラ１７６の遊びが少ない分、機械変換効率が向上する。【００６０】  一方、図６Ｂに示すように、第２スリーブ部締結用クラッチ１７２は、内周壁部１１０と一体的なスリーブ部締結用アウターレース部１１０ａと、第２ロータピストン本体１５２のボス部１５６から延びるスリーブ部１６０と一体的なインナーレース部１６０ａとを備える。スリーブ部締結用アウターレース部１１０ａは、六角形状のカム面１１０ｂを有する。スリーブ部締結用アウターレース部１１０ａとインナーレース部１６０ａとの間には周方向に間隔をおいて複数のスリーブ部締結用楔状カム空間部１７４Ａが形成され、スリーブ部締結用楔状カム空間部１７４Ａには複数のカムエレメントとしてのスリーブ部締結用カムローラ１７６Ａが収納される。【００６１】さらに、内周壁部１１０とスリーブ部１６０との間には環状リテーナ１７８Ａが収納される。環状リテーナ１７８Ａはスリーブ部締結用カムローラ１７６Ａを収納するために周方向に間隔をおいて形成された複数の開口部１７８ａを有するリテーナ本体１７８ｂを備え、リテーナ本体１７８ｂの内周部１７８ｃの直径はスリーブ部１５８の外周よりわずかに大きめに設定される。第２スリーブ部締結用クラッチ１７２はアンチバックラッシュ機構１８２を備える。図６Ｂに示されるように、アンチバックラッシュ機構１８２は、内周壁部１１０において径方向に対向する位置に形成されたアンチバックラッシュ抑制溝部１８２ａと、リテーナ１７８Ａの外周から径方向外側に突出するように延びていて、アンチバックラッシュ抑制溝部１８２ａに収納された作動突起部１７８ｄとを備える。Ｓ−字状バネ部材１８４（図６参照）が作動突起部１７８ｄをアンチバックラッシュ抑制溝部１８２ａにおいてアンチバックラッシュ位置に付勢し、スリーブ部締結用カムローラ１７６Ａのバックラッシュ（遊び）を最小化する。そのため、ピストン１５２ｐのスリーブ部１６０が、図４Ｂにおいて、反時計方向の作用を受けたときに静止側インナーレース部１１０ａを介して側壁部１１０に迅速にロック状態とされる。リテーナ１７８Ａはリテーナ１７８と同様な構造を有するため、図示が省略されている。【００６２】  図３及び図４Ａ、図４Ｂに戻って、出力軸１３２のクラッチ係合部１３２ａ、１３２ｂと第１、第２ロータピストン本体１５０，１５２との間にはそれぞれ、第１、第２ボス部締結用クラッチ１８６，１８８が配置される。第１、第２ボス部締結用クラッチ１８６，��８８は、第１及び第２ボス部１５４、１５６とそれぞれ一体的なボス部締結用アウタレース部１８６ａ，１８８ａと、出力軸１３２のクラッチ係合部１３２ａ、１３２ｂとそれぞれ一体的なボス部締結用インナーレース部１８６ｂ、１８８ｂとを備える。【００６３】  図４Ａに示されるように、ボス部締結用アウタレース部１８６ａは六角形状のカム面１８６ｃを有する。環状内壁部１５４ａと出力軸１３２のクラッチ係合部１３２ｂとの間には周方向に間隔をおいてボス部締結用楔状カム空間部１８６ｄが形成され、ボス部締結用楔状カム空間部１８６ｄには複数のカムエレメントとしてのボス部締結用カムローラ１８６ｅが収納される。ボス部１５４と出力軸１３２のクラッチ係合部１３２ａとの間には環状リテーナ１８６ｆが収納され、環状リテーナ１８６ｆの周方向に分離した位置には複数の開口部１８６ｇが形成され、これら開口部１８６ｇにボス部締結用カムローラ１８６ｅがそれぞれ収納されて複数のボス部締結用楔状カム空間部１８６ｄにそれぞれ保持される。【００６４】  図３及び図４Ｂにおいて、第２ボス部締結用クラッチ１８８は、第２ロータピストン本体１５２のボス部１５６と一体的なボス部締結用アウタレース部１８８ａと、出力軸１３２のクラッチ係合部１３２ｂと一体的なボス部締結用インナーレース部１８８ｂとを備える。図４Ｂに示されるように、ボス部締結用アウタレース部１８８ａは六角形状のカム面１８８ｃを有する。ボス部１５６と出力軸１３２のクラッチ係合部１３２ｂとの間には周方向に間隔をおいて複数のボス部締結用楔状カム空間部１８８ｄが形成され、ボス部締結用楔状カム空間部１８８ｄには複数のカムエレメントとしてのボス部締結用カムローラ１８８ｅが収納される。ボス部１５６と出力軸１３２のクラッチ係合部１３２ｂとの間には環状リテーナ１８８ｆが収納され、環状リテーナ１８８ｆの周方向に分離した位置には複数の開口部１８８ｇが形成され、これら開口部１８８ｇにボス部締結用カムローラ１８８ｅがそれぞれ収納されて複数のボス部締結用楔状カム空間部１８８ｄにそれぞれ保持される。【００６５】  図４Ａ，図４Ｂに示されるように、ボス部締結用ワンウエイクラッチ１８６，１８８は、それぞれ、アンチバックラッシュ機構１９０，１９２を備える。図４Ａにおいて、アンチバックラッシュ機構１９０は、ボス部１５４の環状内壁部１５４ａにおいて径方向に対向するように形成されたアンチバックラッシュ抑制溝部１９０ａと、環状リテーナ１８６ｆの外周に設けられていてアンチバックラッシュ抑制溝部１９０ａに収納された作動部材１８６ｈとを備える。環状リテーナ１８６ｆは図７のリテーナ１７８と類似構造を有する。Ｓ−字状バネ部材１９４が作動部材１８６ｈをアンチバックラッシュ抑制溝部１９０ａにおいてアンチバックラッシュ位置に付勢する。Ｓ−字状バネ部材１９４は図８のものと類似構造を有する。図４Ｂにおいて、アンチバックラッシュ機構１９２は、ボス部１５６の環状内壁部１５６ａにおいて径方向に対向するように形成されたアンチバックラッシュ抑制溝部１９２ａと、リテーナ１８８ｆの外周に設けられていてアンチバックラッシュ抑制溝部１９２ａに収納された作動部材１８８ｈとを備える。リテー��１８８ｆは図５のリテーナ１７８と類似構造を有する。Ｓ−字状バネ部材１９４が作動部材１８８ｈをアンチバックラッシュ抑制溝部１９２ａにおいてアンチバックラッシュ位置に付勢する。Ｓ−字状バネ部材１９４は図８のものと類似構造を有する。【００６６】  図３に戻って、出力軸１３２の中心軸に沿ってメイン潤滑油供給路１３２Ｌと、メイン潤滑油供給路１３２Ｌから径方向に延びるように複数の潤滑油案内路１３２Ｌ１、１３２Ｌ２及び１３２Ｌ３が形成され、第１及び第２スリーブ部締結用クラッチ１７０，１７２及び第１及び第２ボス部締結用クラッチ１８６，１８８に後述の潤滑油ポンプ２５０から潤滑油が供給される。即ち、図３において、潤滑油案内路１３２Ｌ１及び潤滑油案内路１３２Ｌ２は第１及び第２スリーブ部締結用クラッチ１７０、１７２の楔状カム空間部１７４、１７４Ａと連通していて、これら楔状カム空間部を経由してリテーナとカムローラとの接触面、カムローラと出力軸との接触面、カムローラとピストンのボス部との接触面及びアンチバックラッシュ機構１８０、１８２に潤滑油を供給する。同様に、図３及び図４Ａから明らかなように、潤滑油案内路１３２Ｌ１は、第１及び第２ボス部締結用クラッチ１８６、１８８のボス部締結用楔状カム空間部１８６ｄ、１８８ｄと連通していて、これら楔状カム空間部を経由して第１及び第２ボス部締結用クラッチ１８６、１８８のリテーナとカムローラとの接触面、カムローラと出力軸との接触面、カムローラとピストンのボス部との接触面及びアンチバックラッシュ機構１９０、１９２に潤滑油を供給する。このように、第１及び第２スリーブ部締結用クラッチ１７０、１７２並びに第１及び第２ボス部締結用クラッチ１８６、１８８には潤滑油が効果的に供給されるため、ロータリー熱機関の円滑な運転、低騒音化及び長寿命化が図れる。【００６７】  図３において、潤滑油ポンプ２５０はコンプレッサー兼エキスパンダー１１の側壁部１０４の一部に収納されていて出力軸１３２の後方端部付近に連結されることにより駆動され、メイン潤滑油供給路１３２Ｌに潤滑油を供給する。より詳細には、潤滑油ポンプ２５０は所謂、トロコイドポンプ（例えば、米国特許第４００８０１８号に開示された内接歯車ポンプ）に構造的に類似するもので、側壁部１０４の背面に支持されたポンプケーシング２５２を備える。ポンプケーシング２５２はカバー部材２５４を介して側壁部１０４の背面に固定支持され、側壁部１０４の背面と、ポンプケーシング２５２及びカバー部材２５４の下部にオイルサンプ２５６が形成され、オイルサンプ２５６に潤滑油が貯留されている。このオイルサンプ２５６は必要によっては、コンプレッサー兼エキスパンダー１１の外部に取り出して、潤滑油タンクとしても良い。【００６８】  ポンプケーシング２５２にはポンプ本体２５８が収納されていて、ポンプ本体２５８はポンプ作動室２６０と、ポンプ作動室２６０に潤滑油を導くインレット２６２と、ポンプ作動室２６０から吐出された潤滑油をメイン潤滑油供給路１３２Ｌに導くアウトレットポート２６４とを有する。ポンプ作動室２６０にはリング状のアウタロータ２６６が周方向回転移動可能に収納され、アウタロータ２６６内にはインナー��ータ２６８が内接状態で収納され、インナーロータ２６８は出力軸１３２に連結されて駆動され、インナーロータ２６８の外歯がアウタロータ２６６の内歯に内接して噛み合うように収納される。インナーロータ２６８の中心軸に対してポンプ作動室２６０の中心軸とアウタロータ２６６の中心軸が偏心する状態で収容される。インナーロータ２６８が回転すると、インナーロータ２６８の外歯がアウタロータ２６６の内歯に内接しながら、アウタロータ２６６をポンプ作動室２６０内で周方向回転移動させる。インナーロータ２６８とアウタロータ２６６との間における容積が増大することにより負圧となって吸入圧が生じ、オイルサンプ２５６から潤滑油を吸入する。２つのローターがさらに回転すると、容積が減少して吐出する吐出側容積室において高圧となり、吸入された潤滑油は出力軸１３２の後方端部付近に形成されたオイルポート２７０を介してメイン潤滑油供給路１３２Ｌに供給される。【００６９】  次に、図１〜図１２に基づいて、ロータリー熱機関１００の作用について説明する。図９〜図１２はロータリー熱機関の模式図であり、理解しやすくするため、ハッチングを施したピストンがロック状態にあり、ホワイト（ノーハッチング部分）部分のピストンがアンロック状態、即ち、自由回転状態にあることを示す。【００７０】  図１において、コントローラ１９から起動指令が出力されると、アウトンレットバルブ５１６と吸気流量制御弁５１９が開弁する。このとき、始動用アキュムレータ５１４内の圧縮空気ＣＡが圧縮空気供給ライン５１８を経て予混合気生成部４０に供給される。一方、燃料ポンプ５２２が起動され、燃料流量制御弁５２４が開弁して、燃料タンク５２０からシェールオイルＯＬが予混合気生成部４０の燃料噴霧ノズル５２ａに供給される。この時、燃料ＯＬと圧縮空気ＣＡとは予混合気生成部４０の旋回流衝突部５４で混合攪拌されて予混合気ＡＦＭとなり、予混合気ＡＦＭは着火部４２により着火されて高温燃焼部５４０で燃焼して高温燃焼ガスＨＰＧが生成される。高温燃焼ガスＨＰＧは燃焼器１３の高圧ガス吐出ポート４４から吐出した後、ガス案内路部材１２の流路４４ａを経てガス導入ポート１２４からコンプレッサー兼エキスパンダー１１に供給され、ここで膨張して得た動力を出力軸１３２に伝達し、発電機１４を駆動して発電出力が得られる。【００７１】  燃焼器の温度センサＳ３からの温度信号が予め定められた温度、例えば１２００℃に達すると、コントローラ１９から給水指令が出力されて加圧ポンプ５０４が起動されるとともに高圧水流量制御弁５２６が開弁する。このとき、加圧水Ｐｗｔは吸気冷却兼廃熱エネルギー回収装置５０８の噴霧ノズル５０８ａからエアーダクト５００の内部に噴霧されて吸入空気と噴霧水との吸気混合流体ＡＷＦが生成される。この吸気混合流体ＡＷＦは吸気ポート１２６からコンプレッサー部に供給される。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、吸気混合流体ＡＷＦは第１、第２ロータピストン１５０ｐ、１５２ｐの表面に接触してこれらピストンを冷却する。圧縮工程において生じる発熱によって混合流体ＡＷＦの水分は蒸発するので、混合流体自体が冷却されるため、圧縮工程に要する動力が低減され、出力軸１３２の正��動力は増加する。また、混合流体ＡＷＦは膨張行程において高温燃焼ガスにより加熱されたエンジンハウジング１８と第１、第２ロータピストン１５０ｐ、１５２ｐの排熱エネルギーを回収するので出力軸１３２の正味出力動力がさらに増加する。このように、エンジンハウジング１８と第１、第２ロータピストン１５０ｐ、１５２ｐは効果的に冷却されるとともに、これら構成部品の廃熱エネルギーが回収され、エンジン効率が向上する。【００７２】  一方、加圧水Ｐｗｔは、高温高圧水生成部５５０に供給され、燃焼部ケーシング３６を冷却しながら高温高圧水ＨＴＰｗｔを生成して高温高圧水吐出ポート５５６から吐出する。高温高圧水ＨＴＰｗｔは高温高圧水供給ライン５５６を介して高温高圧水噴射ノズル５４２に供給され、高温燃焼部５４０の内部に噴射される。この時、高温高圧水は燃焼器１３のスパイラル壁部３７に衝突してこれを冷却すると同時に高温燃焼ガスと接触する。その結果、高温高圧水は高温燃焼部５４０において瞬時に大量の高圧水蒸気となり、高温燃焼ガスと混合して高温高圧作動流体ＨＰＧとなる。さらに、高温高圧水ＨＴＰｗｔは高温高圧水供給ライン５５６を介して高温高圧水噴射ノズル５６２に供給され、高温高圧水噴射部５９０で飽和蒸気になった後、伝熱球体５９６の乱流発生経路５９６ａを通過しながら燃焼部ケーシング３６を冷却すると共に高温過熱蒸気Ｓｐｓｔに転化され、高温過熱蒸気アウトレット５６４から吐出する。高温過熱蒸気Ｓｐｓｔは高温過熱蒸気供給ライン５６６を介して空気供給部５０から予混合気生成部４０の旋回流発生部５９で燃料噴射ノズル５２ａから噴射された燃料と衝突・攪拌・混合される。このとき、燃料は高温過熱蒸気によって完全に気化され、均一な予混合気が生成される。また、燃焼器１３への高温過熱蒸気の導入によってエンジン効率が向上する。【００７３】  つぎに、図４Ａ及び図４Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂ並びに図９〜図１２を参照しながらコンプレッサー兼エキスパンダー１１の作動サイクルについて説明する。図９において、コンプレッサー兼エキスパンダー１１の膨張室１１６に高温燃焼ガスＨＰＧが導入されると、第１ピストン１５０ｐに反時計方向の押圧力が作用し、第２ピストン１５２ｐには時計方向ＣＷの押圧力が作用する。すると、図６Ａに示すように、第１ピストン１５０ｐのボス部１５４と一体のスリーブ部１５８は、スリーブ部締結用カムローラ１７６に対して反時計方向に作用する。このとき、スリーブ部締結用カムローラ１７６がカム面１０８ｂと係合して、第１ピストン１５０ｐはエンジンハウジング１１２に対してロック状態となる。一方、図６Ｂに示すように、第２ピストン１５２ｐのスリーブ部１６０には、時計方向の力ＣＷが作用しているため、スリーブ部締結用カムローラ１７６Ａがカム面１１０ｂから離脱して、第２ピストン１５２ｐはエンジンハウジング１１２に対してアンロック状態、即ち、自由回転状態となる。【００７４】  第１ピストン１５０ｐのスリーブ部１５８はスリーブ部締結用カムローラ１７６によって側壁部１０４にロック状態に保持されていても、出力軸１３２の左側端部部分（図３参照）は出力軸１３２と第１ピストン１５０ｐのスリーブ部１５８との間に配置��れたニードルベアリング１４４により自由回転可能に支持されている。また、出力軸１３２が時計方向に回転しようとすると、第１ボス部締結用クラッチ１５０のカムローラ１８６ｅがカム面１８６ｃから離脱する。したがって、第１ボス部締結用クラッチ１５０はアンロック状態とされ、出力軸１３２が時計方向ＣＷに対して自由回転状態となる。このとき、第２ピストン１５２ｐのボス部１５６における時計方向の作用によって、第２ボス部締結用クラッチ１８８のボス部締結用カムローラ１８８ｅがカム面１８８ｃに係合して出力軸１３２のクラッチ係合部１３２ｂとロック状態となる。したがって、図９において、第２ピストン１５２ｐが高温燃焼ガスを膨張させながら出力軸１３２と一体的に回転し、膨張行程で発生した出力トルクが出力軸１３２を介して発電機１４（図１参照）に伝達される。この膨張行程において、第２ピストン１５２の時計方向回転によって、排気室１２０の排気ガスは排気ポート１２８から排出される。【００７５】  図９に示すように、コンプレッサー兼エキスパンダー１１の膨張行程において、第２ピストン１５２ｐが時計方向に回転移動すると、これと同期して、吸気室１１８の容量が拡大するので、混合流体ＡＷＦが吸気室１１８に吸入され、一方、圧縮室１２２の混合流体ＡＷＦは、ロック状態にある第１ピストン１５０ｐに対する第２ピストン１５２ｐの時計方向の移動によって圧縮される。圧縮空気ＣＡは吐出ポート１３０から吐出されて逆止弁５１２及びインレットバルブ５１２を介して流れる。この時、圧縮空気ＣＡの流量は流量制御弁５１９によって制御され、燃焼器１３の予混合気生成部４０に供給される。【００７６】  図１０はコンプレッサー兼エキスパンダー１１の膨張・排気行程と吸入・圧縮工程の中開位置における第２ピストン１５２ｐの位置関係を示す。図１０から明らかなように、膨張・排気行程において高温高圧の燃焼ガスＨＰＧは膨張室１１６及び排気室１２０において第１、第２ピストンロータ本体１５０、１５２の第１、第２ロータピストン及び第１、第２ボス部及びエンジンハウジング１８と接触して熱エネルギーの一部がこれら構成部品に吸収されて高温となる。一方、膨張・排気行程と同期して実行される吸入・圧縮工程において、混合流体ＡＷＦには飽和状態若しくは過飽和状態の噴霧状の水分が含まれており、この噴霧状の水は第１、第２ピストンロータ本体１５０、１５２の第１、第２ロータピストン及び第１、第２ボス部及びエンジンハウジング１８と接触して蒸発し、排熱エネルギーを回収しながら冷却する。そして、圧縮空気ＣＡはこの排熱エネルギーを回収した作動流体となり、上述したような様々利点をもたらす。【００７７】  膨張室１１６に導入された高温燃焼ガスＨＰＧにより、図１０に示す中間位置から、第２ピストン１５２ｐがさらに時計方向ＣＷに回転すると、第２ピストン１５２ｐが第１ピストン１５０ｐの背面に当接する。このとき、第１ピストン１５０ｐは第２ピストン１５２ｐによって時計方向の押圧力を受ける。したがって、図６Ａから明らかなように、第１スリーブ部締結用クラッチ１７０がアンロック（解放）状態となり、スリーブ部締結用カムローラ１７６がカム面１０８ｂから離脱して、第��ロータピストン本体１５０のスリーブ部１５８をアンロック状態にする。そのため、図１１において、第１ピストン１５０ｐが第２ピストン１５２ｐと一体となって時計方向ＣＷに回転移動し、図１２に示す位置に両ピストンは到達する。【００７８】  図１２に示した第１ピストン１５０ｐ及び第２ピストン１５２ｐの回転位置において、第１ピストン１５０ｐと第２ピストン１５２ｐとの当接部のスペースが膨張室１１６と吸気室１１８とにそれぞれ連通する。この時、図１２において、第１ピストン１５０ｐには時計方向ＣＷの力が作用し、第２ピストン１５２ｐには反時計方向の力が作用する。そのため、図６Ｂにおいて、第２ピストン１５２ｐのスリーブ部１６０には、反時計方向の力が作用して、スリーブ部締結用カムローラ１７６Ａがカム面１１０ｂに係合して、第２ピストン１５２ｐはエンジンハウジング１１２に対してロック状態となる。したがって、図１２に示した作動サイクルにおいては、第２ピストン１５２ｐが静止する（ロック状態）のに対して、第１ピストン１５０が時計方向ＣＷの作用を受ける。この時、図４Ａにおいて、第１ピストン１５０の第１ボス部締結用クラッチ１８６が係合して、第１ピストン１５０のボス部１５４が出力軸１３２のクラッチ係合部１３２ａとロック状態となる。したがって、第１ピストン１５０のボス部１５４を介して出力軸１３２が時計方向に駆動されて出力トルクが得られる。このように、第１、第２ロータピストン本体１５０、１５２は、交互にロック状態とアンロック状態を繰り返しながら、出力軸１３２から連続的に出力トルクが出力される。以後、上述の膨張行程と圧縮工程が順次繰り返され、発電機１４（図１参照）が駆動されて発電出力が得られる。【００７９】  以上、本発明の各実施例を図面に基づいて説明したが、これ等はあくまでも一実施形態を示すものであり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが出来る。【００８０】  例えば、発電機はガス案内路部材及び燃焼器を介してコンプレッサー兼エキスパンターに連結したものとして記載されたが、発電機を燃焼器の位置とは反対側でコンプレッサー兼エキスパンダーに連結しても良い。【００８１】  本実施例のロータリー熱機関において、第１及び第２ロータピストン本体は１段式のものとして示したが、第１及び第２ロータピストン本体と環状作動室とを出力軸上で縦列（タンデム状）接続しても良い。また、第１及び第２ロータピストン本体は、それぞれ、径方向に対向する一対のピストを有するものとして示したが、周方向に均等間隔で配置された３個又は３個以上のロータピストンを備えた構造でも良い。また、スリーブ部締結用クラッチとボス部締結用クラッチはそれぞれローラー型ワンウエイクラッチからなるものと説明したが、スプラグ型ワンウエイクラッチで構成しても良い。【００８２】  さらに、スリーブ部締結用クラッチのスリーブ部締結用アウターレース部とインナーレース部がそれぞれ端面壁部の静止側内壁部及びピストンロータ本体のスリーブ部と一体に形成されたものとして図示されているが、ここで、「一体的」とは、前記スリーブ部締結用アウターレース部と前記インナーレース部自体をそれぞれ独立部品に���り構成して、これら独立部品を前記静止側内壁部と前記スリーブ部とにそれぞれ装着した構成も含まれることを意味する。同様に、ボス部締結用クラッチにおいて、ボス部締結用アウタレース部とボス部締結用インナーレース部とをそれぞれ独立部品により形成して、これら独立部品をピストンロータ本体のボス部と出力軸のクラッチ係合部にそれぞれ装着した構成も同様である。【００８３】  本実施例において、高温高圧水生成部と高温渦熱蒸気生成部は燃焼部ケーシングの内側に形成したものとして説明したが、これら構成部品を燃焼部ケーシングの外側に形成しても良い。【００８４】  本実施例において、ロータリー熱機関の排ガスは大気中に放出されるものとして記載したが、排気系に排熱回収熱交換器を設置し、上述のコンプレッサ兼エキスパンダーと同一構造のポンプ兼エキスパンダーを配置し、ポンプ兼エキスパンダーのポンプ機能により給水を加圧して排熱回収熱交換器で排熱エネルギーにより高圧蒸気を生成し、この高圧蒸気をポンプ兼エキスパンダーの膨張機機能により出力動力を増加させる、所謂、コンバインドサイクル方式にしても良い。この場合、コンプレッサ兼エキスパンダーとポンプ兼エキスパンダーの出力動力は共通の出力軸から取り出しても良いし、或いは、それぞれ独立した出力軸から取り出しても良い。
【符号の説明】
【００８５】  １０．．．ロータリー熱機関駆動発電装置；１１．．．コンプレッサ兼エキスパンダー；ガス案内路部材；１３．．．燃焼器；１４．．．発電機；１７．．．入力装置；１８．．．エンジンハウジング；１９．．．コントローラ；３６．．．燃焼部ケーシング；３８．．．スパイラル燃焼室；４０．．．予混合気生成部；４４．．．燃焼ガス吐出ポート；１３２．．．出力軸；１５０，１５２．．．第１、第２ロータピストン本体；１７０，１７２．．．第１、第２スリーブ部締結用クラッチ；１８０，１８２．．．アンチバックラッシュ機構；１８６，１８８．．．第１、第２ボス部締結用クラッチ；１９０，１９２．．．アンチバックラッシュ機構；５０６．．．給水タンク；５０８．．．吸気冷却兼排熱エネルギー回収噴霧装置；５２０．．．燃料タンク；５４２．．．高温高圧水噴射ノズル；５５０．．．高温高圧水生成部；５６０．．．高温過熱蒸気生成部；５６２．．．高温高圧水噴射ノズル；５５２．．．高圧噴射ノズル
【要約】      （修正有）【課題】複雑なクランク機構を用いることなく、簡単な構造で、部品点数も少なく、且つ、信頼性が高いロータリー熱機関及びロータリー熱機関駆動発電装置を提供する。【解決手段】燃焼器１３で高温燃焼ガスを生成し、第１及び第２ピストンロータ本体１５０，１５２それぞれの第１及び第２スリーブ部１５８，１６０との間に配置された第１及び第２スリーブ部締結用クラッチ１７０，１７２によって、吸入・圧縮・膨脹・排気の各工程において、第１及び第２スリーブ部それぞれを第１及び第２回転方向との間でロック状態とアンロック状態とに切り替え、第１及び第２ボス部締結用クラッチによって、第１及び第２ボス部１５４，１５６それぞれを第２回転方向と第１回転方向との間でクラッチ係合部に対してロック状態とアンロック状態とに切り替え、ロータリー熱機関及びロータリー熱機関駆動発電装置の構造簡略化と小型高性能化を図る。【選択図】図３【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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