(57)【要約】【課題】エネルギ回収効率の低下を抑制すること。【解決手段】吸入した作動ガスを圧縮する圧縮機１０と、この圧縮機１０で圧縮された高圧の作動ガスに高温流体の熱を吸熱させる熱交換器２０と、その吸熱後の高圧の作動ガスの熱膨張によりシリンダ３１内のピストン３２を押動する膨張機３０とを備えた熱エネルギ回収装置において、膨張機３０の吸気弁として、アウターケース３６１と、このアウターケース３６１内での回転位置に応じて吸気通路３４とシリンダ３１内とを連通又は閉塞させるインナーロータ３６２と、吸気通路３４からの高圧の作動ガスを利用してインナーロータ３６２をアウターケース３６１に対して軸支する静圧軸受け３６９とを備えるロータリー弁３６を設けること。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入した作動ガスを圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された高圧の作動ガスに高温流体の熱を吸熱させる熱交換器と、吸気通路及び当該吸気通路上の吸気弁を介して供給された吸熱後の前記高圧の作動ガスの熱膨張によりシリンダ内のピストンを押動する膨張機とを備えた熱エネルギ回収装置において、
前記吸気弁として、アウターケースと、該アウターケース内での回転位置に応じて前記吸気通路と前記膨張機のシリンダ内とを連通又は閉塞させるインナーロータと、前記吸気通路からの高圧の作動ガスを利用して前記インナーロータを前記アウターケースに対して軸支する静圧軸受けとを備えるロータリー弁を設けたことを特徴とする熱エネルギ回収装置。
【請求項２】
前記静圧軸受けは、前記インナーロータの内方に設けた蓄圧室と、該蓄圧室に前記高圧の作動ガスを分流させる高圧作動ガス分流手段と、前記蓄圧室における高圧の作動ガスを前記インナーロータの外壁面と前記アウターケースの内壁面との間の微小隙間に噴出させる高圧作動ガス供給通路とで形成されることを特徴とした請求項１記載の熱エネルギ回収装置。
【請求項３】
前記高圧作動ガス分流手段に、前記吸気通路からの高圧の作動ガスを前記蓄圧室に流入させる一方、該蓄圧室における高圧の作動ガスの前記吸気通路側への逆流を抑止する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項２記載の熱エネルギ回収装置。
【請求項４】
前記逆止弁としてチェックバルブ又はリードバルブを用いたことを特徴とする請求項３記載の熱エネルギ回収装置。
【請求項５】
前記アウターケースの軸線方向における少なくとも一方の端部に、前記微小隙間と当該アウターケースの外部とを連通させ、且つ、前記軸線方向における夫々の微小隙間に発生している静圧を均等にする静圧逃がし孔を設けたことを特徴とする請求項２，３又は４に記載の熱エネルギ回収装置。
【請求項６】
前記インナーロータの回転軸を前記膨張機のピストンの往復運動により付勢されるクランクシャフトの回転に同期させて回転させるよう構成し、
前記アウターケースを前記膨張機に固定すると共に前記インナーロータの回転軸を前記膨張機に軸受けを介して固定し、該回転軸上にフレキシブルカップリングを設けたことを特徴とする請求項１から５の内の何れか１つに記載の熱エネルギ回収装置。
【請求項７】
前記ロータリー弁に、前記熱膨張後の作動ガスを前記膨張機から排出させる排気弁の機能も設けたことを特徴とする請求項１から６の内の何れか１つに記載の熱エネルギ回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器で吸熱した熱エネルギを機械エネルギに変換する熱エネルギ回収装置に係り、その熱エネルギ回収装置の膨張機における動弁系の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱エネルギを機械エネルギに変換する熱サイクル機関が存在する。
【０００３】
例えば、この種の熱サイクル機関としては、吸入した作動流体（作動ガス）をピストンで断熱圧縮する圧縮機と、この圧縮機で断熱圧縮された作動ガスに高温流体の熱を等圧力で吸熱させる熱交換器（熱源）と、この熱交換器で等圧受熱された作動ガスの断熱膨張によりピストンを押動させる膨張機とを備え、その膨張力を利用してクランクシャフトから出力を取り出すブレイトンサイクル機関があり、下記の特許文献１に開示されている。ここで、その膨張機の断熱膨張に伴って発生するクランクシャフトの回転力は、例えば、そのクランクシャフトに結合されたフライホイールを介して内燃機関の駆動力補助用として利用することができ、また、発電機を駆動させて蓄電池へ蓄電させることもできる。
【０００４】
このように、熱サイクル機関は、熱を加えた作動ガスの膨張力を利用して出力を得るものであり、例えば、内燃機関の排気ガスの排気熱を用いることによって内燃機関の排気熱回収装置（熱エネルギ回収装置）として構築される。
【０００５】
尚、下記の特許文献２には、内燃機関の吸気弁と排気弁として夫々ロータリー弁を用いたものが開示されている。また、下記の特許文献３には、回転体を空気軸受けで支持する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２５７４６２号公報
【特許文献２】特開２０００−１８６５１４号公報
【特許文献３】特開２００３−２４７８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、この種の熱エネルギ回収装置においては、本来であれば捨てられてしまう内燃機関の排気熱等の廃棄熱を回収し、これを機械エネルギに変換して利用するので、僅かな摺動損失等の機械損失が発生しても大きなエネルギ損失になってしまう。これが為、その機械損失の大きさ如何では、熱エネルギから機械エネルギへの変換効率（正味効率）が低下し、有用な出力を得ることができなくなってしまう。
【０００８】
例えば、上記特許文献１に開示されたブレイトンサイクル機関においては、膨張機の吸気弁と排気弁とに夫々ポペット弁を用いているので、そのポペット弁を開閉駆動させる際の駆動損失や開閉時の摩擦損失等によりエネルギ損失が発生してしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、機械損失に伴うエネルギ回収効率の低下を抑制し得る熱エネルギ回収装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、吸入した作動ガスを圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された高圧の作動ガスに高温流体の熱を吸熱させる熱交換器と、吸気通路及び当該吸気通路上の吸気弁を介して供給された吸熱後の前記高圧の作動ガスの熱膨張によりシリンダ内のピストンを押動する膨張機とを備えた熱エネルギ回収装置において、その吸気弁として、アウターケースと、このアウターケース内での回転位置に応じて前記吸気通路と前記膨張機のシリンダ内とを連通又は閉塞させるインナーロータと、前記吸気通路からの高圧の作動ガスを利用してインナーロータをアウターケースに対して軸支する静圧軸受けとを備えるロータリー弁を設けている。
【００１１】
この請求項１記載の発明によれば、インナーロータが静圧軸受けを介して非接触でアウターケースに軸支されるので、そのインナーロータが回転する際の機械損失を大幅に低減することができる。
【００１２】
ここで、その静圧軸受けは、請求項２記載の発明の如く、インナーロータの内方に設けた蓄圧室と、この蓄圧室に前記高圧の作動ガスを分流させる高圧作動ガス分流手段と、その蓄圧室における高圧の作動ガスをインナーロータの外壁面とアウターケースの内壁面との間の微小隙間に噴出させる高圧作動ガス供給通路とで形成することができる。
【００１３】
また、その高圧作動ガス分流手段には、請求項３記載の発明の如く、吸気通路からの高圧の作動ガスを蓄圧室に流入させる一方、この蓄圧室における高圧の作動ガスの吸気通路側への逆流を抑止する逆止弁を設けることが望ましい。例えば、その逆止弁としては、請求項４記載の発明の如くチェックバルブやリードバルブを用いることができる。これによれば、例えば、蓄圧室の内圧が吸気通路側より低下してもその蓄圧室の圧力を保持することができるので、アウターケースとインナーロータとの間に発生している静圧を保ち、静圧軸受けを形成し続けることが可能になる。
【００１４】
また、請求項５記載の発明の如く、そのアウターケースの軸線方向における少なくとも一方の端部に、微小隙間とアウターケースの外部とを連通させ、且つ、前記軸線方向における夫々の微小隙間に発生している静圧を均等にする静圧逃がし孔を設けることが望ましい。これによれば、その軸線方向における夫々の微小隙間のクリアランスの均衡を図ることができるので、かかる部位においてアウターケースとインナーロータとが接触して機械損失を増大させる、という不都合を回避することができる。
【００１５】
また、請求項６記載の発明の如くインナーロータの回転軸を膨張機のピストンの往復運動により付勢されるクランクシャフトの回転に同期させて回転させるよう構成し、アウターケースを膨張機に固定すると共にインナーロータの回転軸を膨張機に軸受けを介して固定した場合には、その回転軸上にフレキシブルカップリングを設けることが望ましい。これによれば、そのフレキシブルカップリングによって、個々の部品の製造誤差や組み付け誤差を吸収し、クランクシャフトの回転によるトルクをインナーロータの回転軸に無駄なく伝達することができるので、インナーロータの回転時における駆動損失を低減することができる。
【００１６】
ここで、そのロータリー弁には、請求項７記載の発明の如く、熱膨張後の作動ガスを膨張機から排出させる排気弁の機能を設けてもよい。これによれば、上述した機械損失の低減という効果を奏するだけでなく、膨張機の吸気弁と排気弁とが単一のロータリー弁で構成されるので、その吸気弁と排気弁の構成の簡素化が図れると共に部品点数の削減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る熱エネルギ回収装置は、ロータリー弁が駆動する際の機械損失を低減させることができるので、熱エネルギの回収効率を向上させることができる。特に、インナーロータの駆動力をクランクシャフトから取り出す場合には、そのインナーロータを回転させる為に利用されるクランクシャフトの出力の配分が大幅に低下するので、その残りを熱エネルギ回収装置の本来の目的（内燃機関の駆動力補助等）に利用することができ、熱エネルギの回収効率を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る熱エネルギ回収装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
本発明に係る熱エネルギ回収装置の実施例１を図１から図６−２に基づいて説明する。
【００２０】
本実施例１の熱エネルギ回収装置は、高温流体の熱を利用して作動流体を断熱圧縮→等圧受熱→断熱膨張→等圧放熱させることで駆動力を得るブレイトンサイクル機関であって、図１に示す如く、吸入した作動流体を断熱圧縮する圧縮機１０と、この圧縮機１０にて断熱圧縮された作動流体に高温流体の熱を等圧力で吸熱させる熱交換器２０と、この熱交換器２０で等圧受熱された作動流体を断熱膨張させる膨張機３０とを備えている。
【００２１】
ここでは、その高温流体として内燃機関（図示略）から排出された排気ガスを使用し、その排気ガスの排気熱を回収して機械エネルギへと変換させる。即ち、ここで例示する熱エネルギ回収装置は、内燃機関の排気熱を回収する排気熱回収装置である。また、本実施例１にあっては、圧縮機１０へと吸入される作動流体として空気等の気体（以下「作動ガス」という。）を例示する。ここでは、大気圧の空気が圧縮機１０に吸入されるものとして例示する。
【００２２】
先ず、本実施例１の熱交換器２０について説明する。
【００２３】
この熱交換器２０は、高温流体が流れる第１流路２１と、圧縮機１０で断熱圧縮された作動ガスが流れる第２流路２２とを備えている。ここで、その第１及び第２の流路２１，２２は、作動ガスへの吸熱効率（熱交換器効率）を高める為に、本実施例１の如く高温流体の流動方向と作動ガスの流動方向とが逆になるよう配置することが好ましい。
【００２４】
ここでは内燃機関の排気ガスを高温流体として利用するので、本実施例１の熱交換器２０は、その排気ガスが第１流路２１に流入されるよう内燃機関の排気流路６１上に配置されている。ここで、その排気ガスの排気熱を有効利用する為には、熱交換器２０が可能な限り内燃機関の燃焼室に近い位置（排気流路６１の上流側）へ配置されることが好ましい。そこで、本実施例１の熱交換器２０は、例えば排気マニホルドの集合部分に配置する。
【００２５】
続いて、本実施例１の圧縮機１０について説明する。
【００２６】
この圧縮機１０は、容積Ｖcompが一定のシリンダ１１と、このシリンダ１１内を往復運動するピストン１２とを備えている。このピストン１２は、コネクティングロッド１３を介してクランクシャフト４０に連結される。尚、そのクランクシャフト４０には、フライホイール５０が配設されている。
【００２７】
また、この圧縮機１０には、大気圧の作動ガスをシリンダ１１内に導く吸気通路１４と、そのシリンダ１１内でピストン１２により断熱圧縮された高圧の作動ガスを熱交換器２０の第２流路２２へと導く排気通路１５とが設けられている。
【００２８】
ここで、その吸気通路１４と排気通路１５には、夫々に吸気側開閉弁１６と排気側開閉弁１７が配備されている。例えば、本実施例１の吸気側開閉弁１６としては、吸気通路１４とシリンダ１１内との間の圧力差により作動ガスをシリンダ１１内に流入させる一方、その作動ガスの吸気通路１４への逆流を防ぐ逆止弁（吸気側リード弁）を用いる。また、本実施例１の排気側開閉弁１７としては、排気通路１５とシリンダ１１内との間の圧力差により断熱圧縮後の作動ガスを熱交換器２０の第２流路２２に流入させる一方、シリンダ１１内への逆流を防ぐ逆止弁（排気側リード弁）を用いる。
【００２９】
続いて、上記膨張機３０について説明する。
【００３０】
この膨張機３０は、容積Ｖexp（ここではＶexp≧Ｖcomp）が一定のシリンダ３１と、このシリンダ３１内を往復運動するピストン３２とを備えている。このピストン３２は、コネクティングロッド３３を介して圧縮機１０と同一のクランクシャフト４０に連結される。
【００３１】
また、この膨張機３０には、熱交換器２０で等圧受熱された高圧の作動ガスをシリンダ３１内に導く吸気通路３４と、断熱膨張後の作動ガスをシリンダ３１の外に導く排気通路３５とが設けられている。
【００３２】
ここで、その吸気通路３４と排気通路３５には、例えばチェーン又はコグドベルトやスプロケット等を介することによりクランクシャフト４０の回転に同期させてその夫々の通路を開閉させる回転同期弁が配備されている。例えば、本実施例１にあっては、その回転同期弁として図１に示すロータリー弁３６を用いる。以下、本実施例１のロータリー弁３６について図２に基づき詳述する。
【００３３】
このロータリー弁３６は、円柱状の内部空間を有するアウターケース３６１と、このアウターケース３６１の内部空間にて軸線を中心に回転する両端が閉塞された円筒状のインナーロータ３６２とを備えたものであり、そのインナーロータ３６２を弁体として動作させるものである。本実施例１にあっては、その１つのロータリー弁３６を用いて膨張機３０の吸気弁と排気弁を構成する。
【００３４】
先ず、このロータリー弁３６のアウターケース３６１には、その内部空間と膨張機３０の吸気通路３４とを連通させる第１吸気孔３６１ａと、その内部空間と膨張機３０のシリンダ３１内とを連通させる第２吸気孔３６１ｂと、その内部空間と膨張機３０のシリンダ３１内とを連通させる第１排気孔３６１ｃと、その内部空間と膨張機３０の排気通路３５とを連通させる第２排気孔３６１ｄとが形成されている。これら第１及び第２の吸気孔３６１ａ，３６１ｂ並びに第１及び第２の排気孔３６１ｃ，３６１ｄは、アウターケース３６１の軸線に対して直交方向に穿設されている。また、第１吸気孔３６１ａと第２吸気孔３６１ｂはアウターケース３６１の軸線を中心にして夫々が対向する位置関係に配置されており、第１排気孔３６１ｃと第２排気孔３６１ｄとについても同様にアウターケース３６１の軸線を中心にして夫々が対向する位置関係に配置されている。
【００３５】
ここで、このアウターケース３６１の内部空間には上述したが如くインナーロータ３６２が配備されており、そのアウターケース３６１の内壁面とインナーロータ３６２の外壁面との間には後述する静圧軸受け３６９を形成し得る程度の僅かな間隙（以下、「微小隙間」という。）ｇが設けられている。これが為、その内部空間と第１及び第２の吸気孔３６１ａ，３６１ｂ並びに第１及び第２の排気孔３６１ｃ，３６１ｄとは、そのインナーロータ３６２の外周面によって事実上閉塞状態にされる。
【００３６】
一方、このロータリー弁３６のインナーロータ３６２には、その軸線に対して直交する第１及び第２の筒状体３６２ａ，３６２ｂが埋設されている。これら第１及び第２の筒状体３６２ａ，３６２ｂは、その夫々の両端がインナーロータ３６２の外周面側へと開口しており、更に、インナーロータ３６２の軸線方向から見て夫々の軸線が略直交する位置関係にある。また、第１筒状体３６２ａは、その両端がインナーロータ３６２の回転位置に応じてアウターケース３６１における第１及び第２の吸気孔３６１ａ，３６１ｂと対向する位置関係に配置され、その両端の開口形状が第１及び第２の吸気孔３６１ａ，３６１ｂと略同形状に形成されている。また、第２筒状体３６２ｂについては、その両端がインナーロータ３６２の回転位置に応じてアウターケース３６１における第１及び第２の排気孔３６１ｃ，３６１ｄと対向する位置関係に配置され、その両端の開口形状が第１及び第２の排気孔３６１ｃ，３６１ｄと略同形状に形成されている。
【００３７】
これが為、このインナーロータ３６２は、その回転位置に応じて、第１筒状体３６２ａの内方が第１吸気孔３６１ａと第２吸気孔３６１ｂとを連通させて吸気通路３４と膨張機３０のシリンダ３１内とを連通状態にし、第２筒状体３６２ｂの内方が第１排気孔３６１ｃと第２排気孔３６１ｄとを連通させて膨張機３０のシリンダ３１内と排気通路３５とを連通状態にする。以下、その第１筒状体３６２ａの内方を「吸気流路３６２ａ1」といい、その第２筒状体３６２ｂの内方を「排気流路３６２ｂ1」という。
【００３８】
即ち、このロータリー弁３６においては、インナーロータ３６２の回転位置に応じて、その吸気流路３６２ａ1又は外周面で吸気通路３４と膨張機３０のシリンダ３１内との間を連通又は閉塞させる膨張機３０の吸気弁として動作する一方、その排気流路３６２ｂ1又は外周面で膨張機３０のシリンダ３１内と排気通路３５との間を連通又は閉塞させる膨張機３０の排気弁として動作する。
【００３９】
尚、そのインナーロータ３６２と第１及び第２の筒状体３６２ａ，３６２ｂとは、夫々に別体の筒状体を一体化したものであってもよく、一体成型したものであってもよい。
【００４０】
ここで、本実施例１のロータリー弁３６においては、そのインナーロータ３６２の軸線方向における一端に当該軸線方向へと延設された回転軸３６３を設け、この回転軸３６３の延設端側にスプロケット３６４Ａを嵌合させている。更に、クランクシャフト４０にも図１に示す如くスプロケット３６４Ｂを嵌合させており、夫々のスプロケット３６４Ａ，３６４Ｂにコグドベルト３６５を巻き掛けている。これが為、このロータリー弁３６においては、そのインナーロータ３６２がクランクシャフト４０の回転に同期して回転動作を行う。
【００４１】
更に、本実施例１のロータリー弁３６においては、そのアウターケース３６１は膨張機３０のシリンダ３１に固定され、そのインナーロータ３６２は回転軸３６３上の軸受け３６６と当該軸受け３６６を保持するブラケット３６７を介して膨張機３０のシリンダ３１に固定される。これが為、その各々の部品の製造誤差や取り付け誤差によってインナーロータ３６２がアウターケース３６１に対して傾倒する虞がある。そして、そのような状況になった場合には、アウターケース３６１の内壁面とインナーロータ３６２の外壁面とが接触して無用な摩擦損失を発生させてしまう可能性があり、また、回転軸３６３の回転中心にずれが生じてクランクシャフト４０と回転軸３６３との間で駆動損失を発生させてしまう可能性もある。
【００４２】
一方、かかる不都合は設計公差を厳しくすることによって製造誤差等が小さくなるので解消できる可能性はあるが、必ずしも解消できるとは限らず、また、僅かな範囲しか無い設計公差を厳密に管理すると部品一つ一つの原価が高騰してしまい好ましくない。
【００４３】
そこで、本実施例１の回転軸３６３上には、そのような誤差を吸収すると共にクランクシャフト４０の回転によるトルクを回転軸３６３に無駄なく伝達するフレキシブルカップリング３６８が設けられている。これにより、そのクランクシャフト４０のトルクを受けた回転軸３６３がインナーロータ３６２を効率良く回転させることができるので、インナーロータ３６２の回転時における駆動損失を低減することができる。例えば、このフレキシブルカップリング３６８としては、ベローズやオルダム等が考えられる。
【００４４】
ところで、本実施例１にあっては、上述したが如くインナーロータ３６２を回転軸３６３側で軸受け３６６を介して支持しているが、そのような１点支持のみでは仮に製造誤差等が生じていない場合であっても、そのアウターケース３６１の内壁面とインナーロータ３６２の外壁面との接触を確実に回避することは難しい。
【００４５】
そこで、本実施例１にあっては、そのアウターケース３６１の内壁面とインナーロータ３６２の外壁面との間の微小隙間ｇに静圧軸受け３６９を形成し、これを以て摩擦損失を大幅に低減しつつそれらの接触を回避させる。以下、その静圧軸受け３６９について詳述する。
【００４６】
本実施例１の静圧軸受け３６９とは、吸気通路３４から流入してきたインナーロータ３６２の吸気流路３６２ａ1における高圧の作動ガスの一部を微小隙間ｇに供給し、この微小隙間ｇにおいて発生した静圧でインナーロータ３６２をアウターケース３６１に対して浮上させるものである。即ち、この静圧軸受け３６９は、その微小隙間ｇに供給された高圧の作動ガスで流体潤滑膜を形成し、これにより、インナーロータ３６２をアウターケース３６１に非接触状態で軸支させてそのインナーロータ３６２が回転する際の摩擦抵抗を低減させるものである。
【００４７】
先ず、本実施例１のインナーロータ３６２の内部には、吸気流路３６２ａ1における高圧の作動ガスの一部が供給され、これを蓄えておく空間（以下、「蓄圧室」という。）３６９ａが形成されている。この蓄圧室３６９ａは、インナーロータ３６２の内壁面と第１及び第２の筒状体３６２ａ，３６２ｂの外壁面とで囲まれた空間により形成される。
【００４８】
本実施例１においては、その蓄圧室３６９ａを介して吸気流路３６２ａ1の高圧の作動ガスを微小隙間ｇへと供給させる。これが為、本実施例１にあっては、その吸気流路３６２ａ1の高圧の作動ガスの一部を蓄圧室３６９ａへと分流させる高圧作動ガス分流手段が設けられている。
【００４９】
その高圧作動ガス分流手段は、吸気流路３６２ａ1と蓄圧室３６９ａとを連通させる高圧作動ガス分流路３６９ｂと、その吸気流路３６２ａ1における高圧の作動ガスを蓄圧室３６９ａに流入させる一方、その蓄圧室３６９ａにおける高圧の作動ガスの吸気流路３６２ａ1への逆流を抑止する逆止弁３６９ｃとを備えている。
【００５０】
この高圧作動ガス分流手段を構成する高圧作動ガス分流路３６９ｂは、インナーロータ３６２の第１筒状体３６２ａに形成される。ここで、吸気通路３４から高圧の作動ガスが流入しているときの吸気流路３６２ａ1は蓄圧室３６９ａよりも相対的に高圧になっているので、その吸気流路３６２ａ1における高圧の作動ガスの一部は高圧作動ガス分流路３６９ｂを介して蓄圧室３６９ａへと流入する。
【００５１】
一方、その吸気通路３４から吸気流路３６２ａ1へと高圧の作動ガスが流入していないときには蓄圧室３６９ａの方が吸気流路３６２ａ1よりも高圧になる場合があり、かかる場合には、その蓄圧室３６９ａから吸気流路３６２ａ1に作動ガスが逆流するので、その蓄圧室３６９ａの圧力が低下して微小隙間ｇの静圧を保つことができず、静圧軸受け３６９を形成し続けることができなくなってしまう。これが為、かかる場合には、上述した逆止弁３６９ｃによってその作動ガスの逆流を抑止し、微小隙間ｇの静圧を保たせる。
【００５２】
本実施例１の逆止弁３６９ｃとしては、吸気流路３６２ａ1と蓄圧室３６９ａとの間の圧力差に応じて、その吸気流路３６２ａ1から蓄圧室３６９ａへと高圧の作動ガスを流入させる一方、その蓄圧室３６９ａから吸気流路３６２ａ1への作動ガスの逆流を抑止するものを用いる。
【００５３】
例えば、本実施例１にあっては、高圧作動ガス分流路３６９ｂにおける蓄圧室３６９ａ側が末広がり形状に延設された末広がり部３６９ｂ1を形成し、その末広がり部３６９ｂ1に配置した球状の弁体３６９ｃ1と当該弁体３６９ｃ1を吸気流路３６２ａ1側に押圧する弾性部材３６９ｃ2とで構成された逆止弁（所謂チェックバルブ）３６９ｃを用いる。
【００５４】
これにより、吸気通路３４と吸気流路３６２ａ1が連通状態になった膨張機３０の吸気行程においては、その吸気流路３６２ａ1における高圧の作動ガスの一部が逆止弁３６９ｃの弁体３６９ｃ1を押動し、高圧作動ガス分流路３６９ｂを介して蓄圧室３６９ａに供給される。
【００５５】
また、本実施例１のインナーロータ３６２の外周壁には、上述した蓄圧室３６９ａと微小隙間ｇとを連通させ、その微小隙間ｇへと蓄圧室３６９ａにおける高圧の作動ガスを供給する複数の高圧作動ガス供給通路３６９ｄが設けられている。本実施例１の高圧作動ガス供給通路３６９ｄとしては、図２及び図３に示す円柱状のオリフィスを用いる。例えば、本実施例１にあっては、アウターケース３６１とインナーロータ３６２との間の周方向の微小隙間ｇにおいて静圧を均等に発生させる為に、図４に示す如くインナーロータ３６２の軸線を中心にして周方向に略均等な間隔で４つの高圧作動ガス供給通路３６９ｄを配置し、この４つの高圧作動ガス供給通路３６９ｄからなる組をその軸線方向にて４箇所に設けている。
【００５６】
ここで、その高圧作動ガス供給通路３６９ｄの直径は、インナーロータ３６２の大きさや重量等のロータリー弁３６の仕様に応じて微小隙間ｇに静圧を発生させ得る適宜最適な値を設定する。また、微小隙間ｇのクリアランスについても同様に適宜最適な値（例えば、１５μｍ〜３０μｍ程度）を設定する。
【００５７】
これにより、蓄圧室３６９ａにおける高圧の作動ガスが夫々の高圧作動ガス供給通路３６９ｄから微小隙間ｇに噴出され、その微小隙間ｇに静圧を発生させてインナーロータ３６２をアウターケース３６１に対して浮上させる。これが為、この静圧軸受け３６９は、そのインナーロータ３６２を上述した軸受け３６６と共に軸支し、更に、そのインナーロータ３６２が回転する際の摩擦抵抗を大幅に低減する。
【００５８】
ところで、本実施例１のロータリー弁３６においては、アウターケース３６１の軸線方向における一端（回転軸３６３とは反対側）に微小隙間ｇと外部とを連通させ、軸線方向における夫々の微小隙間ｇの静圧を均等にする貫通孔（以下、「静圧逃がし孔」という。）３６９ｅが設けられている。これが為、この静圧逃がし孔３６９ｅを設けた側の軸線方向における微小隙間ｇの静圧が回転軸３６３側の軸線方向における微小隙間ｇの静圧よりも高くなった場合に、その静圧逃がし孔３６９ｅから微小隙間ｇの作動ガスを外部に逃がし、その軸線方向における夫々の微小隙間ｇのクリアランスＣＬの均衡を図ることができる。そして、これにより、軸線方向におけるアウターケース３６１とインナーロータ３６２との接触を回避することができるので、機械損失の増大の抑制が可能になる。
【００５９】
尚、その静圧逃がし孔３６９ｅは、アウターケース３６１における反対側の他端に設けてもよく、両端に設けてもよい。
【００６０】
ここで、本実施例１の高圧作動ガス供給通路３６９ｄとしては、例えば、図５に示す如く、蓄圧室３６９ａ側のオリフィス３６９ｄ1と、このオリフィス３６９ｄ1よりも大径の微小隙間ｇ側の拡大部３６９ｄ2とで構成されたものを用いてもよい。
【００６１】
かかる高圧作動ガス供給通路３６９ｄにおいては、その拡大部３６９ｄ2が微小隙間ｇにおける高圧の作動ガスを溜めて蓄圧する機能を有している。これが為、インナーロータ３６２の回転動作開始時には受圧面積が大きくなり、より大きな力で安定してインナーロータ３６２を浮上させることができる。
【００６２】
また、インナーロータ３６２が回転し始めた後に周方向における微小隙間ｇのクリアランスが変化した場合には、オリフィス３６９ｄ1によって作動ガスの流量が調整されるので、その微小隙間ｇのクリアランスを略一定に保つことができる。
【００６３】
この図５に示す高圧作動ガス供給通路３６９ｄを用いた場合には、蓄圧室３６９ａにおける高圧の作動ガスがオリフィス３６９ｄ1を通って拡大部３６９ｄ2で拡がり、微小隙間ｇに噴出されてインナーロータ３６２をアウターケース３６１に対して浮上させる。
【００６４】
次に、この熱エネルギ回収装置の動作について図６−１のＰ−Ｖ線図や図６−２のＴ−ｓ線図を用いて説明する。
【００６５】
先ず、この熱エネルギ回収装置においては、圧力Ｐ１（＝大気圧）の作動ガスが吸気通路１４から圧縮機１０のシリンダ１１内に吸入され、この圧縮機１０にて圧力Ｐ１，体積Ｖ１（＝Ｖcomp），温度Ｔ１，エントロピｓ１の作動ガスをピストン１２が断熱圧縮する。しかる後、この断熱圧縮された圧力Ｐ２，体積Ｖ２，温度Ｔ２，エントロピｓ１の作動ガスが排気通路１５から排出され、熱交換器２０で排気ガスの排気熱と等圧受熱される。
【００６６】
そして、その等圧受熱された圧力Ｐ２，体積Ｖ３，温度Ｔ３，エントロピｓ２の作動ガスは、吸気通路３４を介してロータリー弁３６の吸気流路３６２ａ1へと流入する。ここで、その吸気流路３６２ａ1における高圧（Ｐ２）の作動ガスは、その一部が高圧作動ガス分流路３６９ｂへと分流した後に逆止弁３６９ｃを開弁させて蓄圧室３６９ａに流入する一方、その残りが膨張機３０のシリンダ３１内へと流入する。
【００６７】
そのシリンダ３１内に流入した作動ガスは、断熱膨張しながらピストン３２を下降させる。そして、その断熱膨張後の圧力Ｐ１，体積Ｖ４，温度Ｔ４，エントロピｓ２の作動ガスが排気通路３５を介して膨張機３０から排出（等圧放熱）される。この排気熱回収装置においては、そのようにして排気ガスの排気熱を回収し、膨張機３０の断熱膨張行程においてクランクシャフト４０を回転させる。
【００６８】
一方、その蓄圧室３６９ａへと流入した高圧の作動ガスは、各高圧作動ガス供給通路３６９ｄから微小隙間ｇに噴出し、その微小隙間ｇに静圧を発生させて静圧軸受け３６９を形成する。これにより、ロータリー弁３６のインナーロータ３６２は、アウターケース３６１に対して浮上し、クランクシャフト４０の回転に同期して非接触状態でアウターケース３６１に対する回転を行う。
【００６９】
以上示した如く、本実施例１の熱エネルギ回収装置によれば、静圧軸受け３６９等によってインナーロータ３６２が回転する際の機械損失を大幅に低減することができる。ここで、本実施例１の熱エネルギ回収装置においては、そのインナーロータ３６２を回転させる為の駆動力をクランクシャフト４０から取り出している。これが為、その機械損失の低減に伴って、インナーロータ３６２を回転させる為に利用されるクランクシャフト４０の出力の配分が大幅に低下するので、この熱エネルギ回収装置の本来の目的（内燃機関の駆動力補助等）に利用可能なクランクシャフト４０の出力の配分を大幅に高めることができ、熱エネルギの回収効率を大幅に向上させることができる。
【００７０】
また、本実施例１にあっては、膨張機３０の吸気弁と排気弁とを単一のロータリー弁３６で構成しているので、その吸気弁と排気弁の構成の簡素化が図れると共に部品点数の削減を図ることができる。
【００７１】
尚、本実施例１においては、そのように単一のロータリー弁３６で膨張機３０の吸気弁と排気弁を構成しているが、その吸気弁と排気弁とを上述した静圧軸受けを有する別個のロータリー弁で夫々に構成してもよい。
【実施例２】
【００７２】
本発明に係る熱エネルギ回収装置の実施例２を図７に基づいて説明する。
【００７３】
本実施例２の熱エネルギ回収装置は、前述した実施例１のロータリー弁３６の静圧軸受け３６９を形成する為の一要素を変更したものであり、それ以外については実施例１と同様に構成されている。
【００７４】
具体的に、本実施例２にあっては、図７に示す如く、インナーロータ３６２の吸気流路３６２ａ1と蓄圧室３６９ａとを連通させる第１筒状体３６２ａの高圧作動ガス分流孔３６９ｆを実施例１の高圧作動ガス分流路３６９ｂに替えて設ける。尚、本実施例２にあっては実施例１との差別化の為に高圧作動ガス分流孔３６９ｆとして説明しているが、この高圧作動ガス分流孔３６９ｆは、形状の差異こそあれ、吸気流路３６２ａ1から蓄圧室３６９ａへと高圧の作動ガスを分流させる通路，即ち高圧作動ガス分流路であることに変わりはない。
【００７５】
また、これに伴い、その吸気流路３６２ａ1と蓄圧室３６９ａとの間の圧力差に応じて、その吸気流路３６２ａ1から蓄圧室３６９ａへと高圧の作動ガスを流入させる一方、その蓄圧室３６９ａから吸気流路３６２ａ1への作動ガスの逆流を抑止する図７に示す逆止弁３６９ｇを実施例１の逆止弁（チェックバルブ）３６９ｃに替えて設ける。本実施例２の逆止弁３６９ｇは、吸気流路３６２ａ1の圧力が蓄圧室３６９ａよりも所定値だけ大きい条件のときにその吸気流路３６２ａ1と蓄圧室３６９ａとを連通させ、それ以外の条件のときにはその吸気流路３６２ａ1と蓄圧室３６９ａとを遮断させる所謂リードバルブである。
【００７６】
本実施例２の膨張機３０の吸気行程においても、吸気流路３６２ａ1における高圧の作動ガスの一部が逆止弁３６９ｇを開弁させ、高圧作動ガス分流孔３６９ｆを介して蓄圧室３６９ａに供給される。これが為、その蓄圧室３６９ａにおける高圧の作動ガスが夫々の高圧作動ガス供給通路３６９ｄから微小隙間ｇに噴出され、その微小隙間ｇに静圧を発生させてインナーロータ３６２をアウターケース３６１に対して浮上させる。
【００７７】
このように、本実施例２の熱エネルギ回収装置にあっても、ロータリー弁３６のインナーロータ３６２が静圧軸受け３６９を介してアウターケース３６１に軸支されるので、そのインナーロータ３６２が回転する際の機械損失を大幅に低減することができる。これが為、この熱エネルギ回収装置においても、実施例１と同様に熱エネルギの回収効率が大幅に向上される。
【００７８】
また、実施例１と同様に膨張機３０の吸気弁と排気弁とを単一のロータリー弁３６で構成しているので、その吸気弁と排気弁の構成の簡素化が図れると共に部品点数の削減を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のように、本発明に係る熱エネルギ回収装置は、機械損失を低減させて熱エネルギの回収効率を向上させる技術に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係る熱エネルギ回収装置の実施例１の構成を示す図である。
【図２】実施例１の熱エネルギ回収装置の膨張機に設けたロータリー弁の構成を示す図である。
【図３】実施例１のロータリー弁におけるインナーロータを示す図である。
【図４】図３のＸ１−Ｘ１線，Ｘ２−Ｘ２線，Ｘ３−Ｘ３線及びＸ４−Ｘ４線で切ったインナーロータの断面図である。
【図５】実施例１のロータリー弁におけるインナーロータに形成された高圧作動ガス供給通路の他の例を示す図である。
【図６−１】ブレイトンサイクル機関について説明するＰ−Ｖ線図である。
【図６−２】ブレイトンサイクル機関について説明するＴ−ｓ線図である。
【図７】実施例２の熱エネルギ回収装置の膨張機に設けたロータリー弁の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０  圧縮機
２０  熱交換器
３０  膨張機
３１  シリンダ
３２  ピストン
３４  吸気通路
３５  排気通路
３６  ロータリー弁
４０  クランクシャフト
３６１  アウターケース
３６１ａ  第１吸気孔
３６１ｂ  第２吸気孔
３６１ｃ  第１排気孔
３６１ｄ  第２排気孔
３６２  インナーロータ
３６２ａ1  吸気流路
３６２ｂ1  排気流路
３６３  回転軸
３６４Ａ，３６４Ｂ  スプロケット
３６５  コグドベルト
３６７  ブラケット
３６８  フレキシブルカップリング
３６９  静圧軸受け
３６９ａ  蓄圧室
３６９ｂ  高圧作動ガス分流路
３６９ｃ，３６９ｇ  逆止弁
３６９ｄ  高圧作動ガス供給通路
３６９ｅ  静圧逃がし孔
３６９ｆ  高圧作動ガス分流孔
ｇ  微小隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７】
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