JP5315490B1 - Rotary heat engine and rotary heat engine driven generator - Google Patents

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JP5315490B1 JP2012147773A JP2012147773A JP5315490B1 JP 5315490 B1 JP5315490 B1 JP 5315490B1 JP 2012147773 A JP2012147773 A JP 2012147773A JP 2012147773 A JP2012147773 A JP 2012147773A JP 5315490 B1 JP5315490 B1 JP 5315490B1
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Abstract

【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
Provided are a rotary heat engine and a rotary heat engine-driven power generator having a simple structure, a small number of parts, and high reliability without using a complicated crank mechanism.
High temperature combustion gas is generated in a combustor 13 and first and second sleeves 158 and 160 are disposed between first and second piston rotor bodies 150 and 152, respectively. By the sleeve portion fastening clutches 170 and 172, the first and second sleeve portions are respectively brought into a locked state and an unlocked state between the first and second rotational directions in each step of suction, compression, expansion, and exhaust. By switching, the first and second boss portion fastening clutches cause the first and second boss portions 154 and 156 to be locked and unlocked with respect to the clutch engaging portion between the second rotation direction and the first rotation direction. By switching to the locked state, the structure of the rotary heat engine and the rotary heat engine driving power generator is simplified and the size and performance are improved.
[Selection] Figure 3

Description

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。  The present invention relates to a heat engine and a heat engine-driven power generator, and more particularly, to a rotary heat engine that can be operated with fossil fuels such as LNG, LPG, and shale oil derived from shale gas, and a power generator using the same.

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。  In recent years, global warming and climate change have become serious environmental problems due to a dramatic increase in demand for electric power and an increase in greenhouse gas emissions from vehicles such as automobiles, ships and airplanes. It has become. As an effective countermeasure, a high-efficiency rotary heat engine is expected to appear, and a high-efficiency rotary piston engine has been proposed in place of the conventional reciprocating engine.

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。  Patent Documents 1 to 3 disclose a crank / planet that is disposed between a first rotor and a first rotor, in which a first and second rotor having a pair of radially opposed pistons are rotatably housed in an engine housing. A rotary piston engine has been proposed in which the relative movement of the rotor piston is controlled by a gear mechanism.

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。  In Patent Document 4, a plurality of pairs of motor vanes opposed in the radial direction are supported by concentric inner and outer sleeves, and relative movement of the disk-type rotor connected to each of axial end portions of the motor vane is performed. A concentric rotor engine designed to be controlled has been proposed.

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。  Patent Documents 5 to 8 further describe a rotary piston engine in which a rotationally moving relationship of pistons is controlled by various piston timing control mechanisms in a structure in which a radially contrasting piston is rotatably housed in an engine housing. Has been proposed.

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。  In Patent Document 9, in an engine housing, a plurality of pairs of rotor pistons opposed in the radial direction are supported on an output shaft, an output gear is provided on the output shaft, and a plurality of planetary gears are engaged with the output gear. There has been proposed a rotary engine in which an eccentric protrusion is provided on each planetary gear and the relative movement of the rotor piston is controlled by sliding the eccentric protrusion in an arm groove of an arm member.

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。  Patent Document 10 proposes an integrated structure of an engine / generator in which a generator is connected concentrically to a rotary engine.

米国特許第3829257号U.S. Pat. No. 3,829,257 米国特許第5147191号US Pat. No. 5,147,191 米国特許第5527165号US Pat. No. 5,527,165 公開特許公報第H05−5401号Published Patent Publication No. H05-5401 米国特許第6305345号US Pat. No. 6,305,345 米国特許第65269307号US Pat. No. 6,526,307 米国特許第6886527号US Pat. No. 6,886,527 米国特許第75260869号US Pat. No. 7,560,869 公開特許公報第2000−303843号Published Patent Publication No. 2000-303843 公開特許公報第2005−214105号Published Patent Publication No. 2005-214105

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。  By the way, in the rotary engine disclosed in Patent Documents 1 to 3, the crank / planetary gear is arranged on the outer side in the axial direction of the main components of the rotary piston part for the purpose of controlling the lock / unlock state of the rotary piston part. The mechanism is adopted. These crank / planetary gear mechanisms are composed of a crank, a plurality of connecting rods, a large number of planetary gears, a planetary gear support disc, and the like. Therefore, not only the structure of the crank / planetary gear mechanism is complicated, but the number of parts is increased, and the axial dimension of the crank / planetary gear mechanism is extremely large. Therefore, the overall structure and total weight of the engine are inevitably large, and the production cost is high. In addition, since many gears and crank mechanisms used in the piston drive control mechanism have large backlash, even if high-temperature combustion gas acts on the rotary piston part, the pressure energy directly affects the mechanical energy. Was not converted, and after a certain amount of backlash, torque was generated on the output shaft. As a result, mechanical loss has increased and engine efficiency has deteriorated. In addition, in the crank / planetary gear mechanism, the vibration and noise of the engine increase as the crank moves at a higher speed. Due to such a special structure, it has been difficult to reduce engine vibration and noise. Furthermore, since these rotary engines are composed of a large number of sliding parts and moving parts, the maintenance and maintenance costs also increase, which has caused an increase in running costs.

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。  In the coaxial rotor engine disclosed in Patent Document 4, a plurality of motor vanes are respectively supported by disk-type rotors, and each of the disk-type rotors is provided with an inner sleeve and an outer sleeve, and a high pressure is provided inside the inner sleeve. A structure in which a fluid passage is formed is employed. In this structure, since the sleeve member, which is a component for generating torque, cannot be directly connected to the output shaft, each sleeve is connected to form an annular chamber on the outer side in the axial direction of the rotor plates on both sides. Each of the disk-type end plates is connected to each other, and the center portion of these disk-type end plates is connected to the end portion of the output shaft to transmit torque. Therefore, in the coaxial rotor engine, the effective operation area for extracting the output torque is extremely small with respect to the entire structure, and as a result, the structure of the coaxial rotor engine is increased. Moreover, these structures are extremely complicated, and not only the number of parts of the engine is inevitably increased, but also the axial and radial dimensions of the engine are remarkably increased. Therefore, it has been difficult to manufacture a rotary piston engine having a compact and lightweight structure at low cost.

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。  In the rotary engine disclosed in Patent Document 5, a crank timing mechanism including three cranks, three connecting rods, and a coupling unit connected to the connecting rods is employed. This kind of crank timing mechanism not only has a complicated structure, but also increases the number of parts including bearings and other parts arranged in the movable part, increases the overall structure and total weight of the engine, and increases the production cost. It was. Furthermore, since the vibration of the connecting rod increases during high-speed rotation of the rotary engine, it is difficult to achieve a quiet operation.

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。  The rotary engine disclosed in Patent Document 6 employs a structure in which a crank / planetary gear mechanism for controlling the drive timing of the piston is arranged in a wide range of space outside the axial direction of the piston assembly. In this rotary engine, the crank / planetary gear mechanism includes a plurality of sun gears, a plurality of planetary gears, a plurality of carriers, a plurality of cranks, a plurality of connecting rods, and the like. Therefore, not only the structure of the crank / planetary gear mechanism itself is complicated, but also the number of parts is increased, and the axial dimension of the crank / planetary gear mechanism is significantly larger than the structure of the rotary piston body. Therefore, the overall structure and total weight of the engine are increased, and the production cost is high. Furthermore, there is a large backlash between the large number of gears employed in the crank / planetary gear mechanism, the plurality of cranks, and the plurality of connecting rods. Therefore, in the explosion process, a time lag occurs when the piston moves, and mechanical loss is inevitably increased, resulting in poor engine efficiency. In addition, when the engine rotates at high speed, the vibrations of the crank and connecting rod increase, and the engine generates significant vibrations and noise.

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。  The rotary engine disclosed in Patent Document 7 employs a structure in which a planetary gear timing mechanism for driving timing control of a piston is provided in a space in a wide range outside the axial direction of the piston assembly. In this type of rotary heat engine, a drive gear having a large diameter is provided on the output shaft, a second rotating shaft is provided in parallel with the output shaft to support the driven gear, and the output is achieved by engaging the drive gear and the driven gear. The structure which drives a planetary gear timing mechanism using a part of torque is adopted. A large-diameter ring gear is arranged around the second rotation shaft, and is composed of a sun gear, a plurality of planet gears, a carrier and a crank, and a plurality of elliptical gears. The structure of the planetary gear timing mechanism itself is complicated. It was. For this reason, the number of parts has also increased significantly, and the axial and lateral dimensions of the rotary heat engine have become remarkably large. Therefore, the overall structure and total weight of the engine are increased, and the production cost is high.

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。  In the rotary engine disclosed in Patent Document 8, each piston is supported by first and second half ring-shaped case members provided with a plurality of spoke members extending in the radial direction, and the first and second half ring shapes are provided. A timing mechanism is employed in which planetary gear sets are arranged on the outer sides in the axial direction of the case members, eccentric pins are fixed to the planetary gears of the planetary gear sets, and the eccentric pins are moved in the spoke members. . In this timing mechanism, the axial dimension of the engine is increased, and the overall dimensions and weight of the rotary engine are remarkably increased, resulting in an increase in production cost. Further, the engine efficiency has been reduced due to the backlash of the planetary gear set structure and the friction between the spoke and the eccentric pin. Moreover, the operation mechanism of the intake and exhaust valves for intake and exhaust of the engine is complicated, and it is difficult to improve the engine performance.

特許文献9で開示されたロー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。  In the rotary engine disclosed in Patent Document 9, for the purpose of controlling the operation timing of a pair of rotary pistons, an arm is connected to the side surface of the rotary piston, and a central gear is attached to an output shaft. A crank / planetary gear mechanism is arranged in which a plurality of planetary gears are engaged with each other so that the crankpins of the planetary gears are slidably fitted into the arm grooves of the arms. Since this crank / planetary gear mechanism is composed of a plurality of crankpins, a plurality of planetary gears and a central gear, not only the structure of the crank / planetary gear mechanism is complicated, but also the increase in the number of parts increases the overall engine. The structure and total weight were large and the production cost was high. Furthermore, since this mechanism inevitably has a large backlash, the mechanical loss of the engine increases and the engine efficiency deteriorates. In addition, in the crank / planetary gear mechanism, the vibration and noise of the engine increase particularly as the engine speed increases. In addition, this type of rotary engine requires a large number of sliding parts and movable parts to control the operation timing of the rotary piston, so that maintenance / maintenance factors cannot be reduced, leading to an increase in running costs. It was.

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。  In the rotary engine disclosed in Patent Document 10, a plurality of pivot blades are arranged on a rotor, and the actuator is moved eccentrically by a rotor bearing that rotates eccentrically with respect to an output shaft, thereby causing the plurality of pivot blades to have a diameter. The structure is such that each step of intake, compression, combustion, and exhaust is completed by swinging in the direction. In this structure, a plurality of double-acting bearings each having a crank pin are supported by the actuator so as to be capable of rotating in the circumferential direction, corresponding to the plurality of pivot blades, and the rotation of the actuator via the crank pins is supported. Motion is transmitted to the plurality of pivot wings. For this reason, the engine structure is complicated and the number of parts increases, which causes an increase in engine cost. In this structure, the vibration of the engine is large, and the sliding friction is large between the actuator and the actuator and between the actuator and the double-acting bearing, and it is difficult to supply the lubricating oil to these sliding surfaces. For this reason, it has not been possible to improve the reliability and longevity of the engine. Moreover, when this type of rotary engine is used as a power source for an automobile or the like, in order to recover the regenerative energy generated when the vehicle is decelerated, both the motor and the generator must be combined with the rotary engine. In addition, the overall structure of the rotary engine has increased, and the manufacturing cost has increased.

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。  The present invention has been made in view of such conventional problems, and has a simple structure with a small number of parts, high reliability and durability, low vibration and low noise, and low production cost. It is an object of the present invention to provide a rotary heat engine and a rotary heat engine drive power generator with high pressure ratio and high efficiency.

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。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a rotary heat engine includes an engine housing having end face wall portions spaced apart in the axial direction, combustion air, and fuel. A combustion part for generating a high-temperature combustion gas, an expansion chamber formed between the end face wall part in the engine housing and expanding the high-temperature combustion gas to generate the power, and discharging the expansion gas An annular working chamber having an exhaust chamber, an output shaft having a clutch engagement portion extending in an axial direction of the annular working chamber and disposed at an intermediate portion of the annular working chamber, and rotating to the output shaft First and second piston rotor bodies that are movably supported and rotatably accommodated in the annular working chamber and output torque in an operation cycle, the first and second piston rotor bodies are radially aligned with the clutch engaging portion. And A second boss portion; first and second rotor pistons extending radially outward of the first and second boss portions and rotatably accommodated in the annular working chamber; and the first and second bosses The first and second piston rotor bodies having first and second sleeve portions respectively extending in the axial direction from the portion, and disposed between the end face wall portion and the first and second sleeve portions, respectively. In each of the steps, the first and second sleeve portions are fastened so that the first and second sleeve portions are switched between a locked state and an unlocked state with respect to the end wall portion between the first and second rotational directions. And the clutch engaging portion and the first and second boss portions, respectively, and in the operation cycle, the first and second boss portions are arranged in the second rotational direction and the second rotation direction, respectively. 1st First and second boss portion fastening clutches that switch between a locked state and an unlocked state with respect to the clutch engagement portion between the first and second sleeve portion fastening clutches. A sleeve portion fastening wedge-shaped cam space portion and a sleeve portion fastening cam element for locking and unlocking the first and second sleeve portions with respect to the end face wall portion, respectively, A boss portion fastening cam space portion and a boss portion fastening cam element for drivingly connecting the first and second boss portions to the clutch engaging portion of the output shaft in the same rotational direction ,
A high-temperature and high-pressure water generator that generates high-temperature and high-pressure water by cooling the combustor; a high-temperature superheated steam generator that generates high-temperature superheated steam from the high-temperature and high-pressure water while cooling the combustor; A high-temperature high-pressure water injection nozzle for injecting the high-temperature high-pressure water into the combustion chamber and bringing the high-temperature steam into contact with the high-temperature combustion gas; and a high-temperature superheated steam supply line for supplying the high-temperature superheated steam to the combustor. with the gist of the Rukoto.

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。  According to the second aspect of the present invention, in addition to the structure of the first aspect, the first and second sleeve portion fastening clutches are integrated with the end face wall portion, respectively. Part fastening outer race part, first and second sleeve part fastening inner race parts integral with the first and second sleeve parts, respectively, the first and second sleeve part fastening outer race parts, and A wedge-shaped cam space portion for fastening the first and second sleeve portions formed between the first and second sleeve portion fastening inner race portions and constituting the sleeve portion fastening cam space portion; First and second boss portions, each of which is disposed in a wedge-shaped cam space portion for fastening a second sleeve portion, and includes first and second cam elements for fastening the sleeve portion that constitute the sleeve portion fastening cam element. First and second boss part fastening, each of the linking clutches being integral with the first and second boss parts, respectively, and first and second boss part fastening outer race parts, and the clutch engaging part, respectively. The boss portion fastening cam space is provided between the inner race portion, the outer lace portion for fastening the first and second boss portions, and the inner race portion for fastening the first and second boss portions. The first and second boss portion fastening wedge-shaped cam space portions constituting the portion and the first and second boss portion fastening wedge-shaped cam space portions are respectively arranged to constitute the boss portion fastening cam element. The gist is to include the first and second boss portion fastening cam elements.

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。  According to the invention described in claim 3, in addition to the structure of claim 2, the first and second sleeve portion fastening clutches and the first and second boss portion fastening clutches are respectively The sleeve portion fastening cam element and the boss portion fastening cam element are housed in the first and second sleeve portion fastening wedge cam space portions and the first and second boss portion fastening wedge cam space portions. The gist of the present invention is to provide an anti-backlash mechanism comprising a retainer for supporting each and a spring means for urging the retainer to an anti-backlash position.

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。According to the fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to third aspects, the main lubricating oil supply path formed along the central axis of the output shaft, and the main lubricating A plurality of lubricating oil guide passages extending in a radial direction from an oil supply passage and guiding lubricating oil to the first and second sleeve portion fastening clutches and the first and second boss portion fastening clutches; A lubricating oil pump for supplying the lubricating oil to a main lubricating oil supply passage, wherein the sleeve portion fastening wedge cam space portion and the boss portion fastening wedge cam space portion communicate with the lubricating oil guide passage, respectively. It is a summary.

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、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要旨とする。According to the invention described in claim 5, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 4, the combustion part is a combustion part casing and a combustion chamber formed in the combustion part casing. A premixed gas generating unit that generates a premixed gas of the fuel and the combustion air in the combustion chamber, an ignition unit that ignites the premixed gas to generate the high temperature combustion gas, and the high temperature combustion And a combustion gas discharge port for supplying gas to the expansion chamber.

請求項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。According to the invention described in claim 6 , in addition to the structure described in any one of claims 1 to 5 , the annular working chamber is formed adjacent to the exhaust chamber and sucks ambient air. An intake chamber, and a compression chamber that generates compressed air from the intake air and supplies the compressed air as the combustion air to the combustor, the intake chamber and the compression chamber, the expansion chamber, and the exhaust chamber, The gist is to operate as a compressor / expander having a compressor function for compressing the intake air and an expander function for expanding the high-temperature combustion gas in cooperation with the first and second piston rotor bodies.

請求項に記載された発明によれば、請求項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。According to the seventh aspect of the present invention, in addition to the configuration of the sixth aspect , the rotary heat engine further sprays water on the intake air to generate a mixed fluid of the intake air and the pressurized water. Intake air cooling / exhaust gas that is introduced into the intake chamber and the compression chamber and collects exhaust heat energy of high-temperature components including the engine housing, the end wall portion, and the first and second piston rotor bodies in the intake and compression processes. The gist is to further include a thermal energy recovery spray device.

請求項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要旨とする。According to the invention described in claim 8 , the rotary heat engine drive power generator includes a combustion section that generates high-temperature combustion gas by burning combustion air and fuel, and compresses intake air to compress the compressed air. A compressor / expander having a function as a compressor that generates as combustion air and a function as an expander that expands the high-temperature combustion gas to obtain power, and a generator driven by the power, the compressor / expander Is formed between the end face wall portions in the engine housing and expands the high-temperature combustion gas to generate the power. A chamber, an exhaust chamber that discharges expansion gas, an intake chamber that is formed adjacent to the exhaust chamber and sucks in ambient air, and An annular working chamber formed adjacent to the air chamber and having a compression chamber for generating compressed air from intake air, and extending in the axial direction of the annular working chamber and disposed in an intermediate portion of the annular working chamber An output shaft provided with a clutch engaging portion, and rotatably supported by the output shaft and in the intake chamber, the compression chamber, the expansion chamber, and the exhaust chamber, respectively, a suction process and a compression 1st and 2nd piston rotor main body which performs a process, an expansion process, and a discharge process, Comprising: The 1st and 2nd boss part which is aligned with the clutch engaging part in the diameter direction, The 1st and 2nd First and second rotor pistons extending radially outward of the boss portion and rotatably accommodated in the annular working chamber, and first and second extending axially from the first and second boss portions, respectively. First and second pistons having sleeve portions And the end face wall portion and the first and second sleeve portions, respectively, and in each step, the first and second sleeve portions are respectively arranged in the first and second rotational directions. Between the first and second sleeve portion fastening clutches for switching between the locked state and the unlocked state with respect to the end wall portion, and between the clutch engaging portion and the first and second boss portions Each of the first and second boss portions is locked and unlocked with respect to the clutch engaging portion between the second rotation direction and the first rotation direction in the operating cycle. The first and second boss portion fastening clutches, and the combustion portion cools the combustor and generates high-temperature and high-pressure water, while cooling the combustor. The high temperature / high pressure water A high-temperature superheated steam generating section for generating high-temperature superheated steam, a high-temperature high-pressure water injection nozzle for injecting the high-temperature high-pressure water into the combustion chamber and bringing it into contact with the high-temperature combustion gas to generate high-pressure steam, and the high-temperature superheated steam the the gist Rukoto a high temperature superheated steam supply line supplied to the combustor.

請求項に記載された発明によれば、請求項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。According to the ninth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the eighth aspect , intake air cooling and exhaust heat energy for generating a mixed fluid of the intake air and the pressurized water by adding pressurized water to the intake air. The gist is to further include a recovery spray device.

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。 In the rotary heat engine according to claim 1, first and second sleeve portion fastening clutches are respectively disposed between the end wall portion of the engine housing and the first and second sleeve portions, and the first And the second sleeve portion between the first and second boss portions between the clutch engaging portion and the first and second boss portions, respectively, between the first and second rotational directions. The first and second boss portion fastening clutches are respectively disposed, and the first and second boss portions are respectively disposed between the second rotational direction and the first rotational direction. On the other hand, a structure that switches between a locked state and an unlocked state is adopted. The locked and unlocked states are automatically switched in response to the high-temperature combustion gas acting on the expansion chamber, eliminating the need for complex crank / planetary gear mechanisms and timing mechanisms that were previously required. It is possible to provide a rotary heat engine with a high pressure ratio and high efficiency with a simple structure and a compact configuration. Moreover, since the rotary heat engine does not use any crank motion, vibration and noise of the heat engine are greatly improved, and smooth operation is possible. Furthermore, since the number of parts of the rotary heat engine is greatly reduced, the assembling property of the parts can be improved, and high reliability and cost reduction can be achieved. Since the combustion part is cooled by the high-pressure water passing through the high-temperature high-pressure water generation part and further cooled by the high-temperature superheated steam generation part, the temperature of the combustion gas in the combustion part casing is, for example, 1500-1700 ° C. The engine output can be improved by raising the temperature to a high temperature range. In addition, since the high-temperature high-pressure water obtained by cooling the combustion section is injected into the combustion chamber and brought into contact with the high-temperature combustion gas, a large amount of water vapor is instantaneously generated to generate the high-temperature combustion gas and the high-pressure water vapor. It is possible to generate a working fluid composed of a mixed fluid. Moreover, because it is providing the high-temperature superheated steam into the combustion unit, it is possible to remarkably improve the engine efficiency and further increase the pressure of the hot combustion gases. In addition, the amount of NOx generated can be suppressed by injecting the high-temperature high-pressure water and the high-temperature superheated steam into the combustion chamber.

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。  According to a second aspect of the present invention, the first and second sleeve portion fastening clutches are constituted by end surface wall portions of the engine housing and sleeve portions of the first and second piston rotor bodies, and the first and second clutch portions. 2 Since the boss part fastening clutch is composed of the boss parts of the first and second piston rotor bodies and the clutch engaging part provided on the output shaft, the number of parts of the rotary heat engine is small and the structure is simple. Production at low cost is possible.

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。  In the configuration according to claim 3, since both the first and second sleeve portion fastening clutches and the first and second boss portion fastening clutches are provided with an anti-backlash mechanism, high-temperature combustion gas is generated in the piston. At the time of action, the operation delay due to backlash can be suppressed. Accordingly, the fastening action of the first and second sleeve portion fastening clutches and the first and second boss portion fastening clutches are smoothly executed, and torque transmission to the output shaft is quickly executed. As described above, the conversion efficiency of the high-temperature combustion gas into power is increased by minimizing the backlash (play) of the cam roller, and the operation efficiency of the rotary heat engine is improved.

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。  According to a fourth aspect of the present invention, the first and second sleeve portion fastening clutches and the first and second bosses via a main lubricating oil supply passage and a plurality of radial lubricating oil supply passages formed on the output shaft. Lubricating oil is always supplied to both the part fastening clutches. For this reason, the smooth operation of these clutches is ensured, and wear of the contact surfaces between the constituent members is reduced. As a result, the reliability and noise reduction of the rotary heat engine are improved, and further, the life of the rotary heat engine can be extended. In addition, the reduction in the wear of the contact surfaces between the constituent members significantly reduces the number of times of maintenance and maintenance of the rotary heat engine, and the long-term operation and running cost of the rotary heat engine can be greatly reduced.

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。  In the configuration according to claim 5, since the combustor includes a spiral combustion chamber formed in a plane perpendicular to the axis of the output shaft in the engine housing, the axial dimension of the combustor is reduced. As a result, the axial dimension of the rotary heat engine is greatly shortened, and a small size and high performance can be realized. Further, since the spiral combustion chamber forms a relatively long combustion path, the combustion time of the premixed gas of fuel and combustion air becomes long. Therefore, even when a fuel made of carbonaceous fuel is employed, complete combustion of the fuel is promoted, unburned components such as CO and HC are reduced, and exhaust gas is purified. In addition, since the combustor premixes the fuel and the combustion air uniformly and combusts them with the premixed gas generating section, no local high temperature section is generated in the combustion gas. Therefore, combined with the effect of the addition of high-temperature superheated steam, which will be described later, it becomes possible to greatly suppress the NOx emission.

請求項記載の構成では、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。In the structure of Claim 6 , the said 1st and 2nd piston rotor main body is made to function as a compressor and an expander by cooperating with both the said compression chamber and the said expansion chamber. Furthermore, by adding pressurized water to the intake air by the intake air cooling / exhaust heat energy recovery spray device to form a mixed fluid of the intake air and the pressurized water, moisture in the intake air evaporates in the compression process to cool the intake air Therefore, the power required for the compression process is reduced, and the output power is increased accordingly. Further, in the expansion stroke, the thermal energy of the high-temperature combustion gas is transmitted to the first and second piston rotor bodies and becomes high temperature. In the configuration of the present invention, in the compression step, the mixed fluid is brought into contact with the surfaces of the first and second piston rotor bodies, and the exhaust heat energy of the first and second piston rotor bodies is efficiently recovered. As the water contained in the fluid evaporates, the surfaces of the first and second piston rotor bodies and the inner peripheral surface of the engine housing are further effectively cooled, and the exhaust heat energy oh of these components is efficiently recovered. Can do. This makes it possible to further improve the engine efficiency. In addition, by adopting this cooling method and the waste heat energy recovery method, the temperature of the combustion gas can be increased to a high temperature region of 1500 ° C. or higher, so that the engine efficiency can be improved. Furthermore, the durability of the engine can be improved, and the practical use of a small, high-performance and highly durable rotary heat engine is facilitated.

請求項記載の構成では、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。In the configuration according to claim 7, the exhaust heat energy of the high-heat components including the engine housing, the end wall portion, and the first and second piston rotor bodies that have become high temperature in the expansion stroke of the high-temperature combustion gas is used as intake air and pressurized water. It is made to collect | recover in a suction | inhalation / compression process using the mixed fluid. Since the pressurized water contained in the mixed fluid evaporates in the suction / compression process, not only the mixed fluid itself is cooled, but also the exhaust heat energy of the high heat component can be recovered and cooled. Therefore, it is possible to reduce the power required for the compression process and increase the net power that can be extracted from the output shaft. Furthermore, the engine efficiency is further improved because the mixed fluid also recovers the exhaust heat energy of the hot components. In addition, high-temperature components that have become hot due to high-temperature combustion gas during the expansion stroke are cooled in each intake and compression process, so the temperature of the combustion gas can be raised to 1700 ° C, further increasing engine efficiency, This makes it possible to put a long-life rotary heat engine into practical use.

請求項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。 In the rotary heat engine drive power generator according to claim 8, the generator is driven by a compressor / expander having an extremely simple structure, so that the vibration and noise are high and the efficiency is high, and the number of parts is greatly reduced. As a result, the assembling property of the parts is improved, and high reliability and cost reduction can be realized. Since the combustion part is cooled by the high-pressure water passing through the high-temperature high-pressure water generation part and further cooled by the high-temperature superheated steam generation part, the temperature of the combustion gas in the combustion part casing is, for example, 1500-1700 ° C. The engine output can be improved by raising the temperature to a high temperature range. In addition, since the high-temperature high-pressure water obtained by cooling the combustion section is injected into the combustion chamber and brought into contact with the high-temperature combustion gas, a large amount of water vapor is instantaneously generated to generate the high-temperature combustion gas and the high-pressure water vapor. It is possible to expand the working fluid composed of the mixed fluid with the expander unit and increase the power generation output. In addition, since the high-temperature superheated steam is supplied to the combustion section, the pressure of the high-temperature combustion gas can be further increased, and the power generation efficiency of the engine can be dramatically improved. In addition, the amount of NOx generated can be suppressed by injecting the high-temperature high-pressure water and the high-temperature superheated steam into the combustion chamber.

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。  In the configuration according to claim 10, the exhaust heat energy of the high heat parts including the engine housing, the end face wall portion, and the first and second piston rotor bodies that have become high temperature in the expansion stroke of the high-temperature combustion gas is used as intake air and pressurized water. It is made to collect | recover in a suction | inhalation / compression process using the mixed fluid. Since the pressurized water contained in the mixed fluid evaporates in the suction / compression process, not only the mixed fluid itself is cooled, but also the exhaust heat energy of the high heat component can be recovered and cooled. Therefore, the power required for the compression process is reduced, the net power that can be extracted from the output shaft is increased, and the exhaust heat energy of the high heat components is recovered via the mixed fluid, so that the engine efficiency is further improved. In addition, high-temperature components that have become hot due to high-temperature combustion gas during the expansion stroke are cooled in each intake and compression process, so the temperature of the combustion gas can be raised to 1700 ° C, further increasing engine efficiency, This makes it possible to put to practical use a long-life rotary heat engine drive power generator.

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。The block diagram of the rotary heat engine drive electric power generating apparatus using the rotary heat engine by the Example of this invention is shown. 図1のロータリー熱機関の燃焼器の断面図を示す。2 shows a cross-sectional view of the combustor of the rotary heat engine of FIG. 図1のロータリー熱機関の断面図を示す。2 shows a cross-sectional view of the rotary heat engine of FIG. 図3のロータリー熱機関のIVA−IVAの断面図を示す。FIG. 4 shows a cross-sectional view of IVA-IVA of the rotary heat engine of FIG. 3. 図3のロータリー熱機関のIVB−IVB断面図を示す。FIG. 4 shows a cross-sectional view of the rotary heat engine of FIG. 3 taken along IVB-IVB. 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。The perspective view of the rotary piston part which is a part of rotary heat engine of FIG. 3 is shown. 図3のロータリー熱機関のVIA−VIA断面図を示す。FIG. 4 shows a VIA-VIA cross-sectional view of the rotary heat engine of FIG. 3. 図1のロータリー熱機関のVIB−VIB断面図を示す。FIG. 4 shows a VIB-VIB cross-sectional view of the rotary heat engine of FIG. 1. 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。An example of the retainer of the one-way clutch for a 1st sleeve part fastening shown to FIG. 6A is shown. 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。An example of the spring member of the one-way clutch for fastening the first sleeve shown in FIG. 6A is shown. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the effect | action of the rotary heat engine of FIG. 3, and shows the initial position of a 1st piston and a 2nd piston. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the effect | action of the rotary heat engine shown in FIG. 3, and shows the intermediate position in the expansion stroke of a 1st piston and a 2nd piston. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the effect | action of the rotary heat engine shown in FIG. 3, and shows the vicinity of the last position in the 1st cycle of a 1st piston and a 2nd piston. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the effect | action of the rotary heat engine shown in FIG. 3, and shows the start position of the 2nd cycle of a 1st piston and a 2nd piston.

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。  Hereinafter, a power generator incorporating a rotary heat engine according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as a “rotary heat engine drive power generator”) will be described in detail with reference to the drawings. In the rotary heat engine drive power generation device 10, the rotary heat engine 100 includes a compressor / expander 11 that performs the steps of suction, compression, expansion, and exhaust. The compressor and expander 11 has a compressor part and an expander (expander) part, as will be described later. The compressor section has an intake port 126 and a compressed air discharge port 130. The intake port 126 is connected to an air duct 500 having an air filter (not shown) attached to the air intake port. In the air duct 500, an intake air cooling / exhaust heat energy recovery spraying device (hereinafter referred to as “spraying device”) 508 connected to a water supply tank 506 through a water supply pipe 502 and a pressure pump 504 is disposed. The spraying device 508 sprays the pressurized water Pwt in the air duct 500 through a number of spray nozzles 508a and mixes it with the intake air to form the intake mixed fluid AWF, and supplies it to the compressor unit from the intake port 126. The compressor unit Compressed air CA generated in step 1 is discharged from the compressed air discharge port 130. The expander unit expands the high-temperature and high-pressure combustion gas to generate power on the output shaft 132. A combustor 13 is connected to the compressor / expander 11 via a gas guide path member 12 that functions as a spacer. The generator 14 is connected to the compressor / expander 11 via a gas guide path member 12 and the combustor 13 with bolts and nuts. It connects by connection members (not shown), such as. In FIG. 1, the compressor / expander 11 is schematically illustrated.

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。  The compressed air discharge port 130 of the compressor portion of the compressor / expander 11 is connected to the inlet side of the starter accumulator 514 via an inlet valve 512 formed of a three-way switching valve. The outlet side of the starter accumulator 514 is connected to an outlet valve 516. Outlet valve 516 is connected to compressed air supply line 518. An inlet valve 512 is also connected to the compressed air supply line 518, and is connected to the air supply unit 50 of the combustor 13 via an intake flow rate control valve 519. The starter accumulator 514 is configured such that when the pressure in the compressed air supply line 518 exceeds a predetermined value, the intake flow rate of the intake flow rate control valve 519 is reduced, while the outlet valve 516 is closed and the inlet valve 512 is closed at the same time. Is switched to store the compressed air CA. When the pressure of the compressed air supply line 518 becomes equal to or lower than a predetermined value, the intake flow rate control valve 519 is controlled so as to reach the maximum flow rate, and the flow path of the inlet valve 512 is switched so that the compressed air discharged from the compressed air discharge port 130 is discharged. The entire amount of CA is supplied to the air supply unit 50 of the combustor 13. The starter accumulator 514 opens the outlet valve 516 when the rotary heat engine 100 is started, and supplies the compressed air CA stored in the combustor 13 as combustion air.

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。  The combustor 13 includes a premixed gas generation unit 40 that generates a premixed gas of combustion air and fuel. The premixed gas generator 40 is supplied with fuel from a fuel tank 520 via a fuel flow rate control valve 524 and a fuel pump 522. As the fuel, a fossil fuel such as OL, heavy oil, kerosene, or a carbonaceous fuel such as biomass liquid fuel such as waste cooking oil is used. In recent years, shale gas and shale oil, which have a high degree of attention, are preferably used. Here, a case where shale oil is used as a carbonaceous fuel will be described. The shale oil OL in the fuel tank 520 is supplied to the fuel supply unit 60 of the premixed gas generation unit 40 via the fuel pump 522 and the fuel flow rate control valve 524. The fuel OL is premixed with compressed air CA in the presence of high-temperature superheated steam, which will be described later, and this premixed gas is ignited by the ignition unit 42 to generate high-temperature combustion gas HPG. At this time, since the fuel OL comes into contact with the high-temperature superheated steam, the shale oil is completely vaporized and a uniform premixed gas is generated. The high-temperature combustion gas HPG is supplied to the high-temperature gas introduction port 124 of the expander section of the compressor / expander 11 to expand and transmit power to the output shaft 132. The exhaust gas is exhausted from the exhaust port 128 to the outside.

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。  When the rotary heat engine 100 is started, as described above, the compressed air CA discharged from the starter accumulator 514 through the outlet valve 516 is supplied to the air supply unit 50 of the combustor 13, and the fuel OL and the preheated fuel are preliminarily stored in the combustor 13. After being mixed and combusted, high-temperature combustion gas HPG is generated and supplied to the compressor / expander 11 to perform an expansion / exhaust stroke. In the expansion / exhaust process of the compressor / expander 11, the compressor unit and the expander unit operate in synchronization. That is, the suction / compression process is executed simultaneously with the expansion / exhaust stroke. Therefore, in the expansion / exhaust process of the expander unit, the compressor unit compresses the ambient air, the pressurized water, and the intake mixed fluid AWF supplied from the air duct 500 to generate compressed air CA. At this time, the moisture in the compressed air CA evaporates as the suction / compression process proceeds in the compressor section. Since the mixed fluid is cooled by evaporation of moisture in the compressor section, the power required for the compression process is reduced, and the net power output of the compressor / expander 11 is increased. Further, the intake mixed fluid plays a role of recovering the exhaust heat energy of the compressor / expander 11, which will be described later.

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。  As shown in FIG. 2, the combustor 13 includes a cylindrical combustion section casing 36. A spiral wall portion 37 is formed on the radially inner side of the combustion portion casing 36, and the spiral wall portion 37 extends in a spiral shape from the outer peripheral side toward the center portion, and has an inner diameter larger than the outer shape of the output shaft 132 of the rotary heat engine 100. An inner sleeve 37S having an inner peripheral wall 37a is provided. A spiral combustion chamber 38 is formed in the space between the combustion section casing 36 and the spiral wall section 37 so as to extend spirally to the inner sleeve 37 </ b> S in a planar region perpendicular to the center axis of the output shaft 132. The spiral combustion chamber 38 has an effect of promoting complete combustion of the premixed gas by extending the contact time and residence time between the fuel and air.

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。点火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。A premixed gas generation unit 40 that generates a premixed gas of compressed air CA and fuel OL is disposed upstream of the spiral combustion chamber 38. An ignition unit 42 made of a spark plug or a ceramic heater is disposed adjacent to the premixed gas generation unit 40. The premixed gas generation unit 40 includes an air supply unit 50 including a cylindrical outer tube supported in a tangential direction of the combustion unit casing 36, and a fuel supply unit 60. A cylindrical inner tube 52 extending concentrically therewith is disposed inside the cylindrical outer tube 50. The air supply unit 50 includes a swirl flow collision unit 54 that generates a premixed gas by mixing with the fuel OL while generating a high-speed swirl flow of the compressed air CA. The air supply unit 50 includes an annular compressed air jet chamber 55 that functions as a compressed air flow passage, a compressed air introduction port 56 for guiding the compressed air CA into the annular compressed air jet chamber 55, and an annular compressed air jet chamber 55. And a conical high-speed flow generating portion 58 formed at the tip portion. A plurality of swirl flow generating blades 62 for generating a swirl flow of compressed air are formed in the high-speed flow generating unit 58 of the annular compressed air jet chamber 55, and a swirl flow generating unit 59 is formed by the swirl flow generating blades 62.

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。  The rear end portion of the cylindrical inner tube 52 is connected to the fuel supply unit 60. The tip of the cylindrical inner tube 52 includes a fuel injection nozzle 52a, and the fuel injection nozzle 52a is adjacent to each of the plurality of swirl flow generation blades 62 and has a first fuel injection port 64 that opens to the conical high-speed flow generation unit 58. The second fuel injection port 65 that opens to the swirl flow collision portion 54 and the swirl flow generation member 66 that is disposed at an intermediate portion of the cylindrical inner tube 52 and generates the swirl flow Vs with respect to the fuel. When fuel is injected from the first fuel injection port 64 and the second fuel injection port 65 with respect to the swirling flow of the compressed air CA generated by the swirling flow generating blade 62, the compressed air is caused by collision with the swirling flow of the compressed air CA. CA and fuel are uniformly mixed to produce a premixed gas AFM. In the premixed gas, fuel and air are uniformly mixed, and a local high temperature portion is not generated inside the flame, so that the amount of NOx generated can be greatly suppressed.

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。  In the spiral combustion chamber 38, a turbulent flow generation baffle member 67 disposed at a predetermined distance from the swirling flow collision unit 54 is disposed, and the space between the turbulent flow generation baffle member 67 and the premixed gas generation unit 40 is disposed. A high temperature combustion section 540 is formed. A high-temperature high-pressure water injection nozzle 542 is attached to the high-temperature combustion unit 540, and high-temperature high-pressure water is injected from the high-temperature high-pressure water injection nozzle 542 toward the spiral wall portion 37 in the high-temperature combustion unit 540. The turbulent flow generation baffle member 67 has a central portion in which a combustion gas ejection opening 67a is formed. Part of the high-temperature combustion gas HPG collides with the wall surface of the turbulent flow generation baffle member 67, reverses to the swirl flow collision portion 54 side, becomes a reversal flow, and contacts and mixes with the premixed gas ejected from the swirl flow collision portion 54. Combustion is promoted, and high-pressure steam is generated in a large amount by colliding with high-temperature high-pressure water injected into the high-temperature combustion unit 540.

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を冷却しながら高圧水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。  The high-pressure water Pwt supplied from the water supply tank 506 via the pressure pump 504 is supplied to the spraying device 508 via the water supply pipe 502, while the high-temperature high-pressure water generator 550 via the high-pressure water flow rate control valve 544. It is supplied to the high pressure water injection nozzle 528. The high-temperature and high-pressure water generating unit 550 extends in an arc shape in the circumferential direction along the combustion unit casing 36, and generates high-temperature and high-pressure water HTPwt from the high-pressure water Pwt while cooling the combustion unit casing 36. Discharge. The high temperature / high pressure water port 554 is connected to the high temperature / high pressure water injection nozzle 542 via a high temperature / high pressure water supply line 556. Similarly, the high-temperature superheated steam generation unit 560 extends in an arc shape in the circumferential direction along the combustion unit casing 36 at a position adjacent to the high-temperature high-pressure water generation unit 550. The high-temperature superheated steam generation unit 560 includes a high-temperature / high-pressure water injection nozzle 562 connected to the high-temperature / high-pressure water discharge port 554 via a high-temperature / high-pressure water supply line 556, and converts the high-temperature / high-pressure water into saturated steam to combust the combustion section casing 36 The high-temperature superheated steam SpSpst is generated while cooling, and discharged from the high-temperature superheated steam outlet 564. The high temperature superheated steam Spst is supplied to the compressed air supply unit 50 of the combustor 13 through the high temperature superheated steam supply line 566.

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。  In FIG. 2, the high-temperature and high-pressure water generation unit 550 and the high-temperature superheated steam generation unit 560 are arranged in a common arcuate cooling disposed along the combustion zone 38 a of the spiral combustion chamber 38 on the radial inner side of the cylindrical combustion unit casing 36. A heat transfer member 570 is provided. The arc-shaped cooling heat transfer member 570 is manufactured from a high-temperature heat-resistant material such as a Ni-based ultra-high temperature heat-resistant alloy or ceramic, and in the position adjacent to the turbulent flow generation baffle member 67 and the arc-shaped cooling heat transfer member. A high pressure water introduction portion 572 formed between the member 570 and the high pressure water injection nozzle 552 to inject high pressure water Pwt, and a plurality of openings 574a formed on the downstream side of the high pressure water introduction portion 572. A plurality of turbulent flow paths comprising a radial partition wall 574, a high-temperature and high-pressure water generation chamber 576, and a commercially available stainless steel ball, tungsten ball, or ceramic ball having a diameter of 1 to 25 mm filled in the high-temperature and high-pressure water generation chamber 576. A plurality of heat transfer spheres 578 having 578a and a radial partition wall 574 formed at the rear edge side end of the high-temperature and high-pressure water generator 550 Having.

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。  The high-temperature superheated steam generation unit 560 is formed on the downstream side of the high-temperature and high-pressure water injection unit 590, and functions as a flow rate limiting member. It consists of a radial partition wall 592 having a plurality of orifices 592a, a high-temperature superheated steam generation chamber 594, a commercially available stainless steel ball, tungsten ball, ceramic ball or the like having a diameter of 1 to 25 mm filled in the high-temperature superheated steam generation chamber 594. And a plurality of heat transfer spheres 596 having a turbulent flow generation path 596a, and a radial partition wall 574 formed at the rear edge side end of the high-temperature superheated steam generator 560. The spray-like high-temperature and high-pressure water HTPwt sprayed on the hot / high-pressure water injection unit 590 comes into contact with the cooling heat transfer member 570 and the plurality of heat transfer spheres 596 to become saturated steam, and the saturated steam is turbulent in the heat transfer sphere 596. The combustion section casing 36 is efficiently cooled while passing through the generation path 596a, and heat is received from the cooling heat transfer member 570 and the plurality of heat transfer spheres 596 to form the high temperature superheated steam Spst. After being supplied from the superheated steam discharge port 564 to the compressed air supply unit 50 via the high temperature superheated steam supply line 566, it is returned to the premixed gas generation unit 40 of the combustor 13.

図1に戻って、ロータリー熱機関100は、アキュムレータ514の圧力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。  Returning to FIG. 1, the rotary heat engine 100 detects the pressure of the accumulator 514 and outputs a pressure signal, and detects the pressure of the high-temperature combustion gas HPG in the combustor 13 and outputs the pressure signal. A sensor S2, a temperature sensor S3 for detecting the operating temperature of the combustor 13 and outputting a temperature signal, an intake air temperature sensor S4 for detecting the intake air temperature, and a NOx sensor S4 for detecting the concentration of NOx in the exhaust gas The pressure sensor S5 for detecting the pressure of the compressed air supply line 518, the calendar data of the rotary heat engine 100, the control operating temperature of the combustor 13, the control pressure of the high-temperature combustion gas HPG, the control pressure of the compressed air supply line 518, etc. It has an input device 17 for inputting input parameters such as setting input data and a memory storing various control programs. And a controller 19.

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。  Next, the compressor / expander 11 will be described with reference to FIGS. 3 to 8, the compressor / expander 11 includes an engine housing 18 having side wall portions 102 and 104 that are spaced apart in the axial direction and an annular working chamber 114 formed between the side wall portions. And inner peripheral wall portions 108 and 110 extending in the axial direction from the side wall portions 102 and 104, respectively. A center housing 112 is disposed between the side walls 102 and 104, and the side walls 102 and 104 and the center housing 112 are fixedly supported at predetermined positions by bolts or other fixing means (not shown). Although the center housing 112 is shown as being formed of a thin cylindrical case, the center housing 112 is formed with coolant passages at a plurality of locations inside the center housing 112 as necessary, and sucks the above-described high-temperature superheated steam Spst. Before being introduced into the port 126, the engine housing 112 may be cooled by the high-temperature superheated steam Spst by supplying it to the coolant and passage of the engine housing 112.

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第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。  In the compressor / expander 11, a high temperature gas introduction port 124 for introducing a high temperature combustion gas HPG, an exhaust port 128, an intake port 126, and a compressed air discharge port 130 are formed in the center housing 112. The intake port 126, the exhaust port 128, and the compressed air discharge port 130 are arranged at positions facing each other in the radial direction. The hot gas introduction port 124, the compressed air discharge port 130, the exhaust port 128, and the intake port 126 are formed at positions adjacent to each other in the center housing 112. The hot gas introduction port 124, the intake port 126, the exhaust port 128, and the compressed air discharge port 130 are arranged at positions facing each other in the radial direction. The annular working chamber 114 includes an expansion chamber 116 that communicates with the hot gas introduction port 124, an exhaust chamber 120 that communicates with the exhaust port 128, an intake chamber 118 that communicates with the intake port 126, and a compression that communicates with the compressed air discharge port 130. A chamber 122 is defined. As shown in FIGS. 3, 4 </ b> A, and 4 </ b> B, an output shaft 132 of the compressor / expander 11 extends in the axial direction of the annular working chamber 114 and is disposed at the center of the annular working chamber 114. Joint portions 132a and 132b are provided. The clutch engaging portions 132a and 132b of the output shaft 132 have first and second piston rotor main bodies 150 and 152 comprising first and second rotor pistons 15050452p each having a pair of pistons arranged symmetrically in the radial direction. Is provided. As described above, the first and second piston rotor bodies 150 and 152 have functions as an expander section for expanding the high-temperature combustion gas and a compressor section for compressing the intake air, and sequentially perform the suction, compression, expansion, and exhaust processes. ,Run.

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。  Fluid guide portions 150g and 152g for guiding the high-temperature combustion gas HPG are formed on the outer peripheral edges of the first and second rotor pistons 15050452p. The first and second piston rotor bodies 150 and 152 include first and second boss portions 154 and 156 that respectively support the first and second rotor pistons 15050452p, and first and second first and second boss portions 154. 156 have first and second sleeve portions 158 and 160 extending outward in the axial direction. The first and second boss portions 154 and 156 have inner wall portions 154a and 156a, respectively. Note that a plurality of seal members are disposed on the outer peripheral surface and both side surfaces of the piston 15050452p, but these seal members are omitted in the drawings for the sake of simplification of the drawings.

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。  In the engine housing 18, the output shaft 132 extends in the axial direction along the central axis of the annular working chamber 114, and is rotatably supported by bearings 134 and 136 mounted on the side walls 102 and 104 of the engine housing 18. ing. A rotary piston part 200 is rotatably accommodated in the annular working chamber 114, and the rotary piston part 200 is supported by the output shaft 132 through the needle bearings 142 and 144 so as to be rotatable in the circumferential direction.

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。  First and second sleeve portion fastening clutches 170 and 172 are disposed between the inner peripheral wall portions 108 and 110 of the side wall portions 102 and 104 of the engine housing 18 and the first and second rotor piston main bodies 150 and 152, respectively. The In FIG. 6A, the first sleeve portion fastening clutch 170 is integral with the sleeve portion fastening outer race portion 108a integral with the inner peripheral wall portion 108 and the sleeve portion 158 of the boss portion 154 of the first rotor piston body 150. And an inner race portion 158a for fastening the sleeve portion. The sleeve portion fastening outer race portion 108a has a hexagonal cam surface 108b. Between the sleeve portion fastening outer race portion 108a and the sleeve portion fastening inner race portion 158a, a plurality of sleeve portion fastening wedge cam spaces 174 are formed at intervals in the circumferential direction. The space portion 174 houses sleeve portion fastening cam rollers 176 as a plurality of cam elements.

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。  Further, an annular retainer 178 is accommodated between the inner peripheral wall portion 108 and the sleeve portion 158. The annular retainer 178 includes a retainer body 178b having a plurality of openings 178a formed at intervals in the circumferential direction to accommodate the sleeve portion fastening cam roller 176. The diameter of the inner periphery 178c of the retainer body 178b is the sleeve. It is set slightly larger than the outer periphery of the portion 158 to form a later-described lubricating oil introduction space. The first and second sleeve portion fastening clutches 170 and 172 include anti-backlash mechanisms 180 and 182, respectively.

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。  As shown in FIG. 6A, the anti-backlash mechanism 180 protrudes radially outward from the outer periphery of the anti-backlash suppression groove 180a formed on the inner peripheral wall 108 at a position facing the radial direction and the retainer 178. And an operating protrusion 178d accommodated in the anti-backlash suppressing groove 180a. The S-shaped spring member 184 (see FIG. 6) urges the operating protrusion 178d to the anti-backlash position in the anti-backlash suppressing groove 182a to minimize backlash (play) of the sleeve portion fastening cam roller 176. . Therefore, when the sleeve portion 158 of the piston 150p is counterclockwise in FIG. 4A, the sleeve portion 158 is quickly locked to the side wall portion 102 via the stationary inner race portion 108, and the sleeve portion fastening cam roller 176 The machine conversion efficiency is improved because of less play.

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。  On the other hand, as shown in FIG. 6B, the second sleeve portion fastening clutch 172 includes a sleeve portion fastening outer race portion 110a integral with the inner peripheral wall portion 110 and a sleeve extending from the boss portion 156 of the second rotor piston main body 152. An inner race portion 160a integrated with the portion 160 is provided. The outer race portion 110a for fastening the sleeve portion has a hexagonal cam surface 110b. A plurality of sleeve portion fastening wedge-shaped cam space portions 174A are formed between the sleeve portion fastening outer race portion 110a and the inner race portion 160a at intervals in the circumferential direction. Accommodates a sleeve portion fastening cam roller 176A as a plurality of cam elements.

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。Further, an annular retainer 178 </ b> A is accommodated between the inner peripheral wall portion 110 and the sleeve portion 160. The annular retainer 178A includes a retainer body 178b having a plurality of openings 178a formed at intervals in the circumferential direction to accommodate the sleeve portion fastening cam roller 176A, and the diameter of the inner periphery 178c of the retainer body 178b is the sleeve It is set slightly larger than the outer periphery of the portion 158. The second sleeve portion fastening clutch 172 includes an anti-backlash mechanism 182. As shown in FIG. 6B, the anti-backlash mechanism 182 protrudes radially outward from the outer periphery of the anti-backlash suppression groove 182a formed in the radially opposing position on the inner peripheral wall 110 and the retainer 178A. And an actuating protrusion 178d accommodated in the anti-backlash suppressing groove 182a. The S-shaped spring member 184 (see FIG. 6) biases the operating protrusion 178d to the anti-backlash position in the anti-backlash suppression groove 182a, thereby minimizing backlash (play) of the sleeve portion fastening cam roller 176A. . Therefore, when the sleeve portion 160 of the piston 152p is counterclockwise in FIG. 4B, the sleeve portion 160 is quickly locked to the side wall portion 110 via the stationary inner race portion 110a. Since the retainer 178A has the same structure as the retainer 178, the illustration is omitted.

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186,188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。  3, 4A, and 4B, the first and second boss portions are fastened between the clutch engaging portions 132a and 132b of the output shaft 132 and the first and second rotor piston bodies 150 and 152, respectively. Clutches 186 and 188 are arranged. The first and second boss portion fastening clutches 186 and 188 include boss portion fastening outer race portions 186a and 188a that are integral with the first and second boss portions 154 and 156, respectively, and a clutch engaging portion 132a of the output shaft 132. , 132b and boss portion fastening inner race portions 186b, 188b, respectively.

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。  As shown in FIG. 4A, the outer race portion 186a for fastening the boss portion has a hexagonal cam surface 186c. A boss portion fastening wedge-shaped cam space portion 186d is formed between the annular inner wall portion 154a and the clutch engaging portion 132b of the output shaft 132 at a circumferential interval, and the boss portion fastening wedge-shaped cam space portion 186d includes Boss portion fastening cam rollers 186e as a plurality of cam elements are housed. An annular retainer 186f is housed between the boss portion 154 and the clutch engaging portion 132a of the output shaft 132, and a plurality of openings 186g are formed at positions separated in the circumferential direction of the annular retainer 186f. These openings 186g The boss portion fastening cam rollers 186e are respectively stored in the plurality of boss portion fastening wedge-shaped cam spaces 186d.

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。  3 and 4B, the second boss portion fastening clutch 188 includes a boss portion fastening outer race portion 188a integral with the boss portion 156 of the second rotor piston main body 152, and a clutch engaging portion 132b of the output shaft 132. And an integrated boss portion fastening inner race portion 188b. As shown in FIG. 4B, the outer race portion 188a for fastening the boss portion has a hexagonal cam surface 188c. A plurality of wedge-shaped cam space portions 188d for fastening the boss portion are formed between the boss portion 156 and the clutch engaging portion 132b of the output shaft 132 at intervals in the circumferential direction, and the wedge-shaped cam space portion 188d for fastening the boss portion is formed. Accommodates a boss portion fastening cam roller 188e as a plurality of cam elements. An annular retainer 188f is housed between the boss portion 156 and the clutch engaging portion 132b of the output shaft 132, and a plurality of openings 188g are formed at positions separated in the circumferential direction of the annular retainer 188f, and these openings 188g. The boss portion fastening cam rollers 188e are respectively stored in the plurality of boss portion fastening wedge cam space portions 188d.

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。リテーナ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。  As shown in FIGS. 4A and 4B, the boss portion fastening one-way clutches 186 and 188 include anti-backlash mechanisms 190 and 192, respectively. In FIG. 4A, the anti-backlash mechanism 190 is provided on the outer periphery of the anti-backlash suppressing groove 190a formed in the annular inner wall portion 154a of the boss portion 154 so as to face the radial direction, and the annular retainer 186f. And an actuating member 186h housed in the lash suppressing groove 190a. The annular retainer 186f has a similar structure to the retainer 178 of FIG. The S-shaped spring member 194 biases the actuating member 186h to the anti-backlash position in the anti-backlash suppression groove 190a. The S-shaped spring member 194 has a similar structure to that of FIG. 4B, the anti-backlash mechanism 192 is provided on the outer periphery of the anti-backlash suppression groove 192a formed in the annular inner wall portion 156a of the boss portion 156 so as to face the radial direction, and the retainer 188f. And an actuating member 188h housed in the suppression groove 192a. The retainer 188f has a similar structure to the retainer 178 of FIG. The S-shaped spring member 194 biases the actuating member 188h to the anti-backlash position in the anti-backlash suppression groove 192a. The S-shaped spring member 194 has a similar structure to that of FIG.

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。  Returning to FIG. 3, a main lubricating oil supply path 132L is formed along the central axis of the output shaft 132, and a plurality of lubricating oil guide paths 132L1, 132L2, and 132L3 are formed so as to extend in the radial direction from the main lubricating oil supply path 132L. The first and second sleeve portion fastening clutches 170 and 172 and the first and second boss portion fastening clutches 186 and 188 are supplied with lubricating oil from a lubricating oil pump 250 described later. That is, in FIG. 3, the lubricating oil guide path 132L1 and the lubricating oil guide path 132L2 communicate with the wedge-shaped cam space portions 174 and 174A of the first and second sleeve portion fastening clutches 170 and 172, and these wedge-shaped cam space portions. The lubricant is supplied to the contact surface between the retainer and the cam roller, the contact surface between the cam roller and the output shaft, the contact surface between the cam roller and the boss portion of the piston, and the anti-backlash mechanisms 180 and 182. Similarly, as is apparent from FIGS. 3 and 4A, the lubricating oil guide path 132L1 communicates with the boss portion fastening wedge-shaped cam spaces 186d and 188d of the first and second boss portion fastening clutches 186 and 188, respectively. The contact surfaces of the retainers and the cam rollers of the first and second boss portion fastening clutches 186 and 188, the contact surfaces of the cam rollers and the output shaft, the cam rollers and the boss portions of the pistons via the wedge-shaped cam space portions. Lubricating oil is supplied to the contact surface and anti-backlash mechanism 190, 192. As described above, since the lubricating oil is effectively supplied to the first and second sleeve portion fastening clutches 170 and 172 and the first and second boss portion fastening clutches 186 and 188, smooth rotation of the rotary heat engine is facilitated. Operation, low noise and long life can be achieved.

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。  In FIG. 3, the lubricating oil pump 250 is housed in a part of the side wall portion 104 of the compressor / expander 11 and is driven by being connected to the vicinity of the rear end portion of the output shaft 132 to lubricate the main lubricating oil supply passage 132L. Supply oil. More specifically, the lubricating oil pump 250 is structurally similar to a so-called trochoid pump (eg, an internal gear pump disclosed in US Pat. No. 4,080,018), and is a pump supported on the back surface of the side wall 104. A casing 252 is provided. The pump casing 252 is fixedly supported on the back surface of the side wall portion 104 via the cover member 254, and an oil sump 256 is formed on the back surface of the side wall portion 104 and below the pump casing 252 and the cover member 254. Is stored. If necessary, the oil sump 256 may be taken out of the compressor / expander 11 and used as a lubricating oil tank.

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内にはインナーロータ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。  A pump main body 258 is accommodated in the pump casing 252. The pump main body 258 is a main lubricant for the pump working chamber 260, an inlet 262 for guiding the lubricating oil to the pump working chamber 260, and the lubricating oil discharged from the pump working chamber 260. And an outlet port 264 leading to the oil supply path 132L. A ring-shaped outer rotor 266 is accommodated in the pump working chamber 260 so as to be rotatable in the circumferential direction. An inner rotor 268 is accommodated in the outer rotor 266 in an inscribed state, and the inner rotor 268 is connected to the output shaft 132 and driven. The outer teeth of the inner rotor 268 are housed so as to be in contact with the inner teeth of the outer rotor 266. The central axis of the pump working chamber 260 and the central axis of the outer rotor 266 are accommodated with respect to the central axis of the inner rotor 268. When the inner rotor 268 rotates, the outer rotor 266 is rotated in the circumferential direction in the pump working chamber 260 while the outer teeth of the inner rotor 268 are inscribed in the inner teeth of the outer rotor 266. When the volume between the inner rotor 268 and the outer rotor 266 increases, a negative pressure is generated to generate a suction pressure, and the lubricating oil is sucked from the oil sump 256. When the two rotors further rotate, the volume decreases and the discharge side volume chamber discharges high pressure, and the sucked lubricating oil passes through the oil port 270 formed in the vicinity of the rear end portion of the output shaft 132, and the main lubricating oil. It is supplied to the supply path 132L.

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。  Next, the operation of the rotary heat engine 100 will be described based on FIGS. 9 to 12 are schematic diagrams of a rotary heat engine. For easy understanding, a hatched piston is in a locked state, and a white (no hatched portion) piston is in an unlocked state, that is, free rotation. Indicates that it is in a state.

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。  In FIG. 1, when a start command is output from the controller 19, the outlet valve 516 and the intake flow control valve 519 are opened. At this time, the compressed air CA in the start-up accumulator 514 is supplied to the premixed gas generator 40 via the compressed air supply line 518. On the other hand, the fuel pump 522 is activated, the fuel flow control valve 524 is opened, and the shale oil OL is supplied from the fuel tank 520 to the fuel spray nozzle 52 a of the premixed gas generation unit 40. At this time, the fuel OL and the compressed air CA are mixed and agitated by the swirl flow collision unit 54 of the premixed gas generation unit 40 to become the premixed gas AFM, and the premixed gas AFM is ignited by the ignition unit 42 to be ignited by the high temperature combustion unit 540. To generate high-temperature combustion gas HPG. The high-temperature combustion gas HPG is discharged from the high-pressure gas discharge port 44 of the combustor 13 and then supplied to the compressor / expander 11 from the gas introduction port 124 through the flow path 44a of the gas guide path member 12, and obtained by expanding here. The power is transmitted to the output shaft 132, and the generator 14 is driven to obtain a power generation output.

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の正味動力は増加する。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。  When the temperature signal from the combustor temperature sensor S3 reaches a predetermined temperature, for example, 1200 ° C., a water supply command is output from the controller 19, the pressurizing pump 504 is activated, and the high-pressure water flow rate control valve 526 is opened. I speak. At this time, the pressurized water Pwt is sprayed from the spray nozzle 508a of the intake air cooling / waste heat energy recovery device 508 into the air duct 500 to generate an intake mixed fluid AWF of intake air and spray water. The intake mixed fluid AWF is supplied from the intake port 126 to the compressor unit. 4A and 4B, the intake mixed fluid AWF contacts the surfaces of the first and second rotor pistons 150p, 152p to cool the pistons. Since the water in the mixed fluid AWF evaporates due to heat generated in the compression process, the mixed fluid itself is cooled, so that the power required for the compression process is reduced and the net power of the output shaft 132 is increased. Further, since the mixed fluid AWF recovers exhaust heat energy of the engine housing 18 and the first and second rotor pistons 150p and 152p heated by the high-temperature combustion gas in the expansion stroke, the net output power of the output shaft 132 further increases. As described above, the engine housing 18 and the first and second rotor pistons 150p and 152p are effectively cooled, and the waste heat energy of these components is recovered to improve the engine efficiency.

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。  On the other hand, the pressurized water Pwt is supplied to the high-temperature / high-pressure water generation unit 550, generates high-temperature / high-pressure water HTPwt while cooling the combustion unit casing 36, and discharges it from the high-temperature / high-pressure water discharge port 556. The high-temperature and high-pressure water HTPwt is supplied to the high-temperature and high-pressure water injection nozzle 542 via the high-temperature and high-pressure water supply line 556 and is injected into the high-temperature combustion unit 540. At this time, the high-temperature high-pressure water collides with the spiral wall portion 37 of the combustor 13 and cools it, and at the same time, comes into contact with the high-temperature combustion gas. As a result, the high-temperature and high-pressure water instantaneously becomes a large amount of high-pressure steam in the high-temperature combustion unit 540 and is mixed with the high-temperature combustion gas to become a high-temperature and high-pressure working fluid HPG. Further, the high-temperature and high-pressure water HTPwt is supplied to the high-temperature and high-pressure water injection nozzle 562 via the high-temperature and high-pressure water supply line 556 and becomes saturated steam at the high-temperature and high-pressure water injection unit 590, and then the turbulent flow generation path 596a of the heat transfer sphere 596. The combustion section casing 36 is cooled while passing through and is converted into high-temperature superheated steam Spst and discharged from the high-temperature superheated steam outlet 564. The high-temperature superheated steam Spst is collided, stirred, and mixed with the fuel injected from the fuel injection nozzle 52a by the swirl flow generation unit 59 of the premixed gas generation unit 40 from the air supply unit 50 via the high-temperature superheated steam supply line 566. At this time, the fuel is completely vaporized by the high-temperature superheated steam, and a uniform premixed gas is generated. In addition, the engine efficiency is improved by introducing high-temperature superheated steam into the combustor 13.

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。  Next, the operation cycle of the compressor / expander 11 will be described with reference to FIGS. 4A and 4B, FIGS. 6A and 6B, and FIGS. In FIG. 9, when high-temperature combustion gas HPG is introduced into the expansion chamber 116 of the compressor / expander 11, a counterclockwise pressing force acts on the first piston 150p, and a clockwise CW pressing force acts on the second piston 152p. Act. Then, as shown in FIG. 6A, the sleeve portion 158 integrated with the boss portion 154 of the first piston 150p acts counterclockwise with respect to the sleeve portion fastening cam roller 176. At this time, the sleeve portion fastening cam roller 176 is engaged with the cam surface 108 b, and the first piston 150 p is locked with respect to the engine housing 112. On the other hand, as shown in FIG. 6B, since the clockwise force CW is applied to the sleeve portion 160 of the second piston 152p, the sleeve portion fastening cam roller 176A is separated from the cam surface 110b, and the second piston 152p is unlocked with respect to the engine housing 112, that is, in a free rotation state.

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との間に配置さ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。  Even if the sleeve portion 158 of the first piston 150p is held locked to the side wall portion 104 by the cam roller 176 for fastening the sleeve portion, the left end portion (see FIG. 3) of the output shaft 132 is the output shaft 132 and the first piston. A needle bearing 144 disposed between the sleeve portion 158 of 150p is supported so as to be freely rotatable. Further, when the output shaft 132 tries to rotate clockwise, the cam roller 186e of the first boss portion fastening clutch 150 is detached from the cam surface 186c. Therefore, the first boss portion fastening clutch 150 is unlocked, and the output shaft 132 is freely rotated with respect to the clockwise direction CW. At this time, the boss portion fastening cam roller 188e of the second boss portion fastening clutch 188 is engaged with the cam surface 188c by the clockwise action of the boss portion 156 of the second piston 152p, and the clutch engaging portion of the output shaft 132 is engaged. 132b is locked. Accordingly, in FIG. 9, the second piston 152p rotates integrally with the output shaft 132 while expanding the high-temperature combustion gas, and the output torque generated in the expansion stroke is generated via the output shaft 132 by the generator 14 (see FIG. 1). Is transmitted to. In this expansion stroke, the exhaust gas in the exhaust chamber 120 is discharged from the exhaust port 128 by the clockwise rotation of the second piston 152.

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。  As shown in FIG. 9, in the expansion stroke of the compressor / expander 11, when the second piston 152p rotates and moves in the clockwise direction, the capacity of the intake chamber 118 increases in synchronization with this, so that the mixed fluid AWF becomes the intake chamber. The mixed fluid AWF in the compression chamber 122 is compressed by the clockwise movement of the second piston 152p with respect to the first piston 150p in the locked state. The compressed air CA is discharged from the discharge port 130 and flows through the check valve 512 and the inlet valve 512. At this time, the flow rate of the compressed air CA is controlled by the flow rate control valve 519 and supplied to the premixed gas generator 40 of the combustor 13.

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。  FIG. 10 shows the positional relationship of the second piston 152p in the expansion / exhaust stroke of the compressor / expander 11 and the middle open position of the intake / compression process. As is apparent from FIG. 10, the high-temperature and high-pressure combustion gas HPG in the expansion / exhaust strokes in the expansion chamber 116 and the exhaust chamber 120 is the first, second rotor piston, and first of the first and second piston rotor bodies 150 and 152. In contact with the second boss portion and the engine housing 18, a part of the heat energy is absorbed by these components and becomes high temperature. On the other hand, in the suction / compression process performed in synchronization with the expansion / exhaust stroke, the mixed fluid AWF contains sprayed water in a saturated state or a supersaturated state. The first and second rotor pistons of the two-piston rotor main bodies 150 and 152, the first and second boss portions, and the engine housing 18 evaporate in contact with each other to cool the exhaust heat energy while collecting it. The compressed air CA becomes a working fluid that recovers the exhaust heat energy, and brings various advantages as described above.

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1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。  When the second piston 152p further rotates clockwise CW from the intermediate position shown in FIG. 10 by the high-temperature combustion gas HPG introduced into the expansion chamber 116, the second piston 152p comes into contact with the back surface of the first piston 150p. At this time, the first piston 150p receives a clockwise pressing force by the second piston 152p. Therefore, as apparent from FIG. 6A, the first sleeve portion fastening clutch 170 is unlocked (released), the sleeve portion fastening cam roller 176 is detached from the cam surface 108b, and the sleeve of the first rotor piston main body 150 is removed. The unit 158 is unlocked. Therefore, in FIG. 11, the first piston 150p and the second piston 152p are integrally rotated in the clockwise direction CW, and both pistons reach the position shown in FIG.

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。  In the rotational positions of the first piston 150p and the second piston 152p shown in FIG. 12, the space of the contact portion between the first piston 150p and the second piston 152p communicates with the expansion chamber 116 and the intake chamber 118, respectively. At this time, in FIG. 12, a clockwise CW force acts on the first piston 150p, and a counterclockwise force acts on the second piston 152p. Therefore, in FIG. 6B, a counterclockwise force is applied to the sleeve portion 160 of the second piston 152p, the sleeve portion fastening cam roller 176A engages with the cam surface 110b, and the second piston 152p is connected to the engine housing. 112 is locked. Accordingly, in the operation cycle shown in FIG. 12, the second piston 152p is stationary (locked state), whereas the first piston 150 is subjected to the action in the clockwise direction CW. At this time, in FIG. 4A, the first boss portion fastening clutch 186 of the first piston 150 is engaged, and the boss portion 154 of the first piston 150 is locked with the clutch engaging portion 132 a of the output shaft 132. Therefore, the output shaft 132 is driven clockwise through the boss portion 154 of the first piston 150, and an output torque is obtained. As described above, the first and second rotor piston main bodies 150 and 152 continuously output the output torque from the output shaft 132 while alternately repeating the locked state and the unlocked state. Thereafter, the expansion process and the compression process described above are sequentially repeated, and the generator 14 (see FIG. 1) is driven to obtain a power generation output.

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。  As mentioned above, although each Example of this invention was described based on drawing, these show only one embodiment to the last, and this invention is the aspect which added the various change and improvement based on the knowledge of those skilled in the art. Can be implemented.

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。  For example, the generator is described as being connected to a compressor / expander via a gas guideway member and a combustor, but the generator may be connected to the compressor / expander on the opposite side of the combustor position. .

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。  In the rotary heat engine of the present embodiment, the first and second rotor piston bodies are shown as one-stage type, but the first and second rotor piston bodies and the annular working chamber are arranged in tandem (tandem shape) on the output shaft. ) You may connect. In addition, the first and second rotor piston bodies are shown as having a pair of radially opposed pistons, but include three or three or more rotor pistons arranged at equal intervals in the circumferential direction. The structure may be sufficient. Further, although the sleeve portion fastening clutch and the boss portion fastening clutch are each constituted by a roller type one-way clutch, they may be constituted by a sprag type one-way clutch.

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より構成して、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。  Further, the outer race part and the inner race part for fastening the sleeve part of the clutch for fastening the sleeve part are illustrated as being integrally formed with the stationary inner wall part of the end face wall part and the sleeve part of the piston rotor body, respectively. Here, the term “integrated” means that the outer race part for fastening the sleeve part and the inner race part itself are configured by independent parts, and these independent parts are respectively attached to the stationary inner wall part and the sleeve part. It is meant that the above configuration is also included. Similarly, in the boss portion fastening clutch, the boss portion fastening outer race portion and the boss portion fastening inner race portion are formed of independent parts, respectively, and these independent parts are connected to the piston rotor body boss part and the output shaft clutch. The same applies to the configuration mounted on each joint.

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。  In the present embodiment, the high-temperature and high-pressure water generator and the high-temperature eddy heat steam generator are described as being formed inside the combustion section casing, but these components may be formed outside the combustion section casing.

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。  In this embodiment, the exhaust gas of the rotary heat engine is described as being released into the atmosphere, but the exhaust heat recovery heat exchanger is installed in the exhaust system, and the pump and expander having the same structure as the above compressor and expander is arranged. The high pressure steam is generated by exhaust heat energy in the exhaust heat recovery heat exchanger by pressurizing the feed water by the pump function of the pump and expander, and the output power is increased by the expander function of the pump and expander. Alternatively, a combined cycle method may be used. In this case, the output power of the compressor / expander and the pump / expander may be taken out from a common output shaft, or may be taken out from independent output shafts.

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  10. . . 10. Rotary heat engine drive power generator; . . 12. Compressor and expander; gas guideway member; . . Combustor; 14. . . Generator; 17. . . Input device; 18. . . Engine housing; 19. . . Controller; 36. . . Combustion section casing; 38. . . Spiral combustion chamber; 40. . . Premixed gas generator; 44. . . 132. Combustion gas discharge port; . . Output shaft; 150, 152. . . First and second rotor piston bodies; 170, 172. . . Clutches for fastening first and second sleeve portions; 180, 182. . . Anti-backlash mechanism; 186, 188. . . Clutches for fastening the first and second boss parts; 190,192. . . Anti-backlash mechanism; 506. . . Water supply tank; 508. . . 520. Intake air cooling and exhaust heat energy recovery spray device; . . Fuel tank; 542. . . High temperature high pressure water jet nozzle; 550. . . High-temperature high-pressure water generator; 560. . . High-temperature superheated steam generator; 562. . . High temperature high pressure water injection nozzle; 552. . . High pressure injection nozzle

Claims (9)

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。
An engine housing having axially spaced end wall portions;
A combustion section for combusting combustion air and fuel to generate high-temperature combustion gas;
An annular working chamber that is formed between the end wall portions in the engine housing and expands the high-temperature combustion gas to generate the power; and an exhaust chamber that discharges the expansion gas;
An output shaft including a clutch engaging portion that extends in the axial direction of the annular working chamber and is disposed at an intermediate portion of the annular working chamber;
The first and second piston rotor bodies that are rotatably supported by the output shaft and are rotatably accommodated in the annular working chamber, and output torque in an operation cycle, wherein the clutch engaging portion and the radial direction First and second boss parts aligned with each other, first and second rotor pistons extending radially outward of the first and second boss parts and rotatably accommodated in the annular working chamber, First and second piston rotor bodies having first and second sleeve portions extending axially from the first and second boss portions, respectively.
The first and second sleeve portions are disposed between the end face wall portion and the first and second sleeve portions, respectively, and the first and second sleeve portions are respectively disposed between the first and second rotational directions in the respective steps. First and second sleeve portion fastening clutches that switch between a locked state and an unlocked state with respect to the end wall portion;
The clutch engaging portion is disposed between the first and second boss portions, and the first and second boss portions are respectively disposed in the second rotation direction and the first rotation direction in the operation cycle. A first and second boss portion fastening clutch that switches between a locked state and an unlocked state with respect to the clutch engaging portion between
The first and second sleeve portion fastening clutches include a sleeve portion fastening wedge-shaped cam space portion and a sleeve portion fastening cam for locking and unlocking the first and second sleeve portions with respect to the end face wall portion, respectively. On the other hand, the boss portion fastening clutch includes a boss portion fastening cam space portion and a boss portion fastening for drivingly connecting the first and second boss portions to the clutch engaging portion of the output shaft in the same rotational direction. For each cam element ,
A high-temperature and high-pressure water generator that generates high-temperature and high-pressure water by cooling the combustor; a high-temperature superheated steam generator that generates high-temperature superheated steam from the high-temperature and high-pressure water while cooling the combustor; A high-temperature high-pressure water injection nozzle for injecting the high-temperature high-pressure water into the combustion chamber and bringing the high-temperature steam into contact with the high-temperature combustion gas; and a high-temperature superheated steam supply line for supplying the high-temperature superheated steam to the combustor. rotary heat engine, characterized in Rukoto provided.
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。
The first and second sleeve portion fastening clutches include first and second sleeve portion fastening outer race portions that are integral with the end surface wall portion, respectively, and first and second sleeve portions that are integral with the first and second sleeve portions, respectively. The sleeve formed between the inner race portion for fastening the first and second sleeve portions, the outer race portion for fastening the first and second sleeve portions, and the inner race portion for fastening the first and second sleeve portions. A sleeve-fastening cam disposed in the first and second sleeve-fastening wedge-shaped cam spaces, and the first and second sleeve-fastening wedge-shaped cam spaces. Comprising first and second sleeve portion fastening cam elements constituting the element,
The first and second boss portion fastening clutches are integral with the first and second boss portions, respectively. The first and second boss portion fastening outer race portions, and the clutch engaging portion are integral with each other. The inner lace part for fastening the first and second boss parts, the outer race part for fastening the first and second boss parts, and the inner race part for fastening the first and second boss parts, respectively. The first and second boss portion fastening wedge-shaped cam space portions constituting the boss portion fastening cam space portion, and the first and second boss portion fastening wedge-shaped cam space portions, respectively. The rotary heat engine according to claim 1, further comprising first and second boss portion fastening cam elements constituting the fastening cam element.
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。  The first and second sleeve portion fastening clutches and the first and second boss portion fastening clutches are respectively connected to the first and second sleeve portion fastening wedge-shaped cam spaces and the first and second boss portions. A retainer that is housed in a fastening wedge-shaped cam space and supports the sleeve portion fastening cam element and the boss portion fastening cam element; and a spring means that urges the retainer to an anti-backlash position. The rotary heat engine according to claim 2, further comprising an anti-backlash mechanism. 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。
A main lubricating oil supply passage formed along a central axis of the output shaft; a first and second sleeve portion fastening clutch; and the first and second clutches extending in a radial direction from the main lubricating oil supply passage. A plurality of lubricating oil guide paths for guiding the lubricating oil to the boss portion fastening clutch,
A lubricating oil pump for supplying the lubricating oil to the main lubricating oil supply path;
The rotary heat engine according to any one of claims 1 to 3 , wherein the sleeve portion fastening wedge-shaped cam space portion and the boss portion fastening wedge-shaped cam space portion communicate with the lubricating oil guide path, respectively. .
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。The combustion section includes a combustion section casing, a combustion chamber formed in the combustion section casing, a premixed gas generation section that generates a premixed gas of the fuel and the combustion air in the combustion chamber; and ignition unit for generating the hot combustion gases by igniting the premixed gas, the hot combustion gases to claim 1 or characterized in that it comprises a combustion gas discharge port to be supplied to the expansion chamber The described rotary heat engine. 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。The annular working chamber is formed adjacent to the exhaust chamber and sucks ambient air in the suction process, and generates compressed air from the suction air in the compression process to produce the combustion air in the combustor. A compressor function for compressing the intake air in cooperation with the first and second piston rotor bodies, respectively, the compression chamber for supplying, and the intake chamber and the compression chamber, the expansion chamber and the exhaust chamber, respectively. The rotary heat engine according to claim 1 , wherein the rotary heat engine operates as a compressor / expander having an expander function for expanding the high-temperature combustion gas. 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記載のロータリー熱機関。Water is sprayed on the intake air, and a mixed fluid of the intake air and the pressurized water is introduced into the suction chamber and the compression chamber, and the engine housing, the end wall portion, and the first and The rotary heat engine according to claim 6 , further comprising an intake air cooling and exhaust heat energy recovery spraying device that recovers exhaust heat energy of a high heat component including the second piston rotor body. 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。
Combustion section for combusting combustion air and fuel to generate high-temperature combustion gas, function as a compressor for compressing intake air and generating compressed air as the combustion air, and power by expanding the high-temperature combustion gas A compressor and expander having a function as an expander;
A generator driven by the power,
The compressor and expander
An engine housing having axially spaced end wall portions;
An expansion chamber formed between the end wall portions in the engine housing for expanding the high-temperature combustion gas to generate the power, an exhaust chamber for discharging the expansion gas, and an adjacent to the exhaust chamber. An annular working chamber having an intake chamber that sucks in ambient air, and a compression chamber that is formed adjacent to the intake chamber and generates compressed air from the intake air;
An output shaft including a clutch engaging portion that extends in the axial direction of the annular working chamber and is disposed at an intermediate portion of the annular working chamber;
The suction chamber, the compression chamber, the expansion chamber, and the exhaust chamber are supported by the output shaft so as to be rotatable, and a suction process, a compression process, an expansion stroke, and a discharge process are executed, respectively. 1st and 2nd piston rotor main body, Comprising: The 1st and 2nd boss | hub part which aligns with the said clutch engaging part at radial direction, It extends to the radial direction outer side of the said 1st and 2nd boss | hub part, respectively, First and second piston rotors having first and second rotor pistons rotatably accommodated in an annular working chamber, and first and second sleeve portions extending in the axial direction from the first and second boss portions, respectively. The body,
The first and second sleeve portions are disposed between the end face wall portion and the first and second sleeve portions, respectively, and the first and second sleeve portions are respectively disposed between the first and second rotational directions in the respective steps. First and second sleeve portion fastening clutches that switch between a locked state and an unlocked state with respect to the end wall portion;
The clutch engaging portion is disposed between the first and second boss portions, and the first and second boss portions are respectively disposed in the second rotation direction and the first rotation direction in the operation cycle. A first and second boss portion fastening clutch that switches between a locked state and an unlocked state with respect to the clutch engaging portion between
Equipped with a,
A high-temperature and high-pressure water generator that generates high-temperature and high-pressure water by cooling the combustor; a high-temperature superheated steam generator that generates high-temperature superheated steam from the high-temperature and high-pressure water while cooling the combustor; A high-temperature high-pressure water injection nozzle for injecting the high-temperature high-pressure water into the combustion chamber and bringing the high-temperature steam into contact with the high-temperature combustion gas; and a high-temperature superheated steam supply line for supplying the high-temperature superheated steam to the combustor. rotary heat engine-driven power device, characterized in Rukoto provided.
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記載のロータリー熱機関駆動発電装置。Water is sprayed on the intake air, and a mixed fluid of the intake air and the pressurized water is introduced into the suction chamber and the compression chamber, and the engine housing, the end wall portion, and the first and The rotary heat engine drive power generator according to claim 8 , further comprising an intake air cooling / exhaust heat energy recovery spraying device for recovering exhaust heat energy of a high heat component including the second piston rotor body.
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