水蒸気分離装置
【課題】 水蒸気を含む混合気体から水蒸気を分離することが可能な水蒸気分離装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る水蒸気分離装置５６０は、サイクロン式の水蒸気分離装置であって、導入通路５６６を通過してケース５６１の内部に達した混合気体が筒状空間５６３を旋回しつつ通過して水蒸気分離空間５６４に達するように構成されており、筒状空間５６３内を旋回する混合気体が水蒸気分離空間５６４に達すると、混合気体に含まれる水蒸気が水蒸気分離空間５６４の中央へ向けて分離され回収通路５７０を通過するとともに、水蒸気が分離された混合気体が水蒸気分離空間５６４の側方へ向かいつつ排出通路５６８を通過するように構成される。
【解決手段】 本発明に係る水蒸気分離装置５６０は、サイクロン式の水蒸気分離装置であって、導入通路５６６を通過してケース５６１の内部に達した混合気体が筒状空間５６３を旋回しつつ通過して水蒸気分離空間５６４に達するように構成されており、筒状空間５６３内を旋回する混合気体が水蒸気分離空間５６４に達すると、混合気体に含まれる水蒸気が水蒸気分離空間５６４の中央へ向けて分離され回収通路５７０を通過するとともに、水蒸気が分離された混合気体が水蒸気分離空間５６４の側方へ向かいつつ排出通路５６８を通過するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気を含む混合気体から水蒸気を分離することが可能な水蒸気分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンには、４サイクルガソリンエンジンや、２サイクルガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等がある。内燃機関である４サイクルガソリンエンジンにおける正味仕事は、図１３の熱勘定図で示すように、熱効率として２８％程度であり、冷却損失が２８．５％、排気損失が３４％、機械損失および輻射損失が９．５％程度となっている。
【０００３】
そこで、本出願の発明者は、エンジンの熱効率をさらに向上させるべく、内燃機関と、内燃機関から排出された排気ガスの熱を利用して水蒸気を発生させる水蒸気発生装置と、水蒸気発生装置により発生した水蒸気を利用して作動するスチーム機関とを備えたマルチハイブリッドエンジンを考案している。このようなマルチハイブリッドエンジンによれば、内燃機関から排出された排気ガス（排気熱）を有効利用することができるため、エンジンの熱効率をより向上させることが可能になる。
【０００４】
なお、水蒸気発生装置からスチーム機関に供給された水蒸気は、水蒸気発生装置のリザーブタンクに戻され、水蒸気発生装置により加熱されたのち再びスチーム機関に供給されるようになっている。すなわち、水蒸気が各装置間を循環するようになっており、これにより水蒸気の使用量の低減を図っている。
【特許文献１】特開平６−２０５９１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スチーム機関において水蒸気がいわゆるブローバイガスのような形で外部に漏れ出すため、定期的に水蒸気発生装置のリザーブタンクに水を補充する必要がある。一方、炭化水素の一種であるガソリンや天然ガスを燃料とする内燃機関から排出された排気ガスは水蒸気（水分）を多く含んでおり、この排気ガスから水蒸気を分離して水蒸気発生装置に供給することができれば、排気ガスを有効利用しつつこの問題を解決することが可能になる。そこで、本出願の発明者は、内燃機関から排出される排気ガス（混合気体）から水蒸気を分離することが可能な装置を開発した。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みて成されたものであり、水蒸気を含む混合気体から水蒸気を分離することが可能な水蒸気分離装置を提供することを目的とする。なお、このような水蒸気分離装置に関する先行特許文献は見つからなかったが、本発明に係る水蒸気分離装置に近い構造を有する気水分離器が特許文献１に開示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的達成のため、本発明に係る水蒸気分離装置は、水蒸気を含む混合気体から水蒸気を分離可能なサイクロン式の水蒸気分離装置であって、有底筒状のケースと、ケースの内部に繋がる導入通路を有し、ケースの一端側において、導入通路を通過した混合気体がケースの内部で旋回流を形成可能な位置に設けられた導入管と、ケースの他端側の側部に設けられ、ケースの内部に繋がる排出通路を有する排出管と、ケースの他端側の底部中央に設けられ、ケースの内部に繋がる回収通路を有する回収管と、ケースの内部に設けられ、ケースの側部との間に筒状空間を形成するとともに、ケースの他端側底部および側部との間に筒状空間に繋がる水蒸気分離空間を形成する水蒸気分離部材とを備えて構成される。
【０００８】
そして、導入通路を通過してケースの内部に達した混合気体が筒状空間を旋回しつつ通過して水蒸気分離空間に達するように構成されており、筒状空間内を旋回する混合気体が水蒸気分離空間に達すると、混合気体に含まれる水蒸気が水蒸気分離空間の中央へ向けて分離され回収通路を通過するとともに、水蒸気が分離された混合気体が水蒸気分離空間の側方へ向かいつつ排出通路を通過するように構成される。
【０００９】
また、上述の発明において、混合気体が内燃機関から排出された排気ガスであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、遠心力を利用して、混合気体に含まれる水蒸気が水蒸気分離空間の中央へ向けて分離され回収通路を通過するとともに、水蒸気が分離された混合気体が水蒸気分離空間の側方へ向かいつつ排出通路を通過するように構成されるため、簡便な構成で、水蒸気を含む混合気体から水蒸気を分離することが可能になる。
【００１１】
また、混合気体が内燃機関から排出された排気ガスであることが好ましく、これにより、排気ガスの有効利用を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明に係る水蒸気分離装置を備えたマルチハイブリッドエンジンＥＮＧを図１〜図２に示している。このマルチハイブリッドエンジンＥＮＧは、第１内燃機関１および第２内燃機関２と、この第１内燃機関１および第２内燃機関２と平行に並ぶ第１スチーム機関３および第２スチーム機関４とを主体に構成される。
【００１３】
第１内燃機関１は、天然ガス（水素ガスを用いてもよい）を燃料とする４サイクル内燃機関であり、燃焼ガスの圧力を利用して作動する第１ピストン機構１０を主体に構成される。第１ピストン機構１０は、図２に示すように、第１クランクシャフト１６０を挟むようにして左右一対の第１シリンダ１０１，１０２が対向配設されて構成されている。左第１シリンダ１０１および右第１シリンダ１０２は、それぞれ内端同士が対向して結合された左右の第１シリンダボディ１１０，１２０と、各シリンダボディ１１０，１２０の外端に取り付けられた左右の第１シリンダヘッド１１２，１２２とからなる。
【００１４】
左第１シリンダヘッド１１２には、左吸気ポート１１３および左排気ポート１１４が形成され、左吸気ポート１１３の端部に吸気側ロータリーバルブ１１７が回転自在に取り付けられるとともに、左排気ポート１１４の端部に排気側ロータリーバルブ１１８が回転自在に取り付けられている。吸気側ロータリーバルブ１１７は、直径方向に貫通する連通孔１１７ａを有するロータリー式のバルブであり、第１クランクシャフト１６０の１／４の回転数で回転することにより、左吸気ポート１１３を所定のタイミングで開閉するようになっている。排気側ロータリーバルブ１１８も、直径方向に貫通する連通孔１１８ａを有するロータリー式のバルブであり、第１クランクシャフト１６０の１／４の回転数で回転することにより、左排気ポート１１４を所定のタイミングで開閉するようになっている。また、左第１シリンダヘッド１１２の中央には、点火プラグ１１９が図示のように取り付けられている。
【００１５】
なお、第１内燃機関１（左側部分）の吸気行程においては、吸気側ロータリーバルブ１１７が連通孔１１７ａを介して左吸気ポート１１３を開放し、排気側ロータリーバルブ１１８が左排気ポート１１４を閉鎖する。また、圧縮行程においては、吸気側ロータリーバルブ１１７が左吸気ポート１１３を閉鎖し、排気側ロータリーバルブ１１８が左排気ポート１１４を閉鎖する。さらに、燃焼行程においては、吸気側ロータリーバルブ１１７が左吸気ポート１１３を閉鎖し、排気側ロータリーバルブ１１８が左排気ポート１１４を閉鎖する。そして、排気行程においては、吸気側ロータリーバルブ１１７が左吸気ポート１１３を閉鎖し、排気側ロータリーバルブ１１８が連通孔１１８ａを介して左排気ポート１１４を開放する。
【００１６】
右第１シリンダヘッド１２２には、右吸気ポート１２３および右排気ポート１２４が形成され、左第１シリンダヘッド１１２と同様に、右吸気ポート１２３の端部に連通孔１２７ａを有する吸気側ロータリーバルブ１２７が回転自在に取り付けられるとともに、右排気ポート１２４の端部に連通孔１２８ａを有する排気側ロータリーバルブ１２８が回転自在に取り付けられている。また、右第１シリンダヘッド１２２の中央には、点火プラグ１２９が図示のように取り付けられている。なお、各吸気ポート１１３，１２３および排気ポート１１４，１２４の内面にはセラミック（耐熱樹脂でもよい）が溶着されており、断熱効果を高めている。これにより、排気ガスの温度は上昇するが、この排気ガスは後述するスチーム機関４の水蒸気を発生させるための熱源として使用されるため、エンジンの熱効率の向上が期待できる。
【００１７】
左右の第１シリンダボディ１１０，１２０にはそれぞれ、第１クランクシャフト１６０の回転中心軸Ｃ１１（以下、第１クランク中心軸Ｃ１１と称する）に対して直角な方向に貫通する同一径の第１シリンダボア１１０ａ，１２０ａが形成されており、これら左右の第１シリンダボア１１０ａ，１２０ａが左右の第１シリンダヘッド１１２，１２２にそれぞれ覆われて、第１クランクシャフト１６０を挟んで対向する左第１シリンダ室１１５および右第１シリンダ室１２５が形成されている。これら左右の第１シリンダ室１１５，１２５は同軸上に位置して形成されている。
【００１８】
左右の第１シリンダ室１１５，１２５内に第１ピストンアセンブリ１０３が摺動自在に嵌合配設されている。この第１ピストンアセンブリ１０３は、第１連結体１３０と、この第１連結体１３０の左右端部にピン１５８により結合された左右一対の第１ピストン１５０，１５０と、第１連結体１３０内に回転自在に配設された第１ローターアセンブリ１４０とから構成される。左右一対の第１ピストン１５０，１５０はそれぞれ左右の第１シリンダボア１１０ａ，１２０ａに摺合して第１シリンダ室１１５，１２５内に挿入されており、第１連結体１３０に結合された状態で一体となって、第１シリンダ室１１５，１２５内をシリンダ中心軸方向に往復移動可能となっている。
【００１９】
左右一対の第１ピストン１５０，１５０は同一形状であり、図６に示すように形成されている。第１ピストン１５０は、各シリンダボア１１０ａ，１２０ａと摺合する円筒状のヘッド部１５１と、ヘッド部１５１の上下両側から後方に延びた円弧状の一対のスリッパ部１５２，１５２と、これら一対のスリッパ部１５２，１５２の間を結んでヘッド部１５１の後側に形成されたリブ１５３，１５３とから一体形成されている。ヘッド部１５１の外周面には３個のリング溝１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ（ピストンリング溝およびオイルリング溝）が形成されている。また、リブ１５３には上下に延びた挿入溝１５３ａが形成されるとともに、この挿入溝１５３ａを横切って上下一対の連結孔１５３ｂが形成されている。なお、ヘッド部１５１の外周面とスリッパ部１５２の外周面とは、各シリンダボア１１０ａ，１２０ａと摺合する円筒面を形成している。
【００２０】
第１連結体１３０（なお、連結体はピストンコネクターとも称される）は、図７〜図９に示すように、リング状リム部１３１と、リム部１３１から左右両側に延びた各一対の連結アーム壁１３３とを有する。リム部１３１は円筒状開口を有し、この円筒状開口の内周面１３１ａにおける厚さ方向片側には内周側に突出するショルダー部１３２が一体形成され、このショルダー部１３２の内面における上下二カ所にそれぞれ複数枚の歯からなる内歯ギヤ１３２ａが形成されている。また、各連結アーム壁１３３には上下一対の連結孔１３３ａが形成されている。さらに、リム部１３１の外周側における上下二カ所には、各シリンダボア１１０ａ，１２０ａに摺合する円弧状のガイド部１３５が形成されている。このガイド部１３５の一端には切り欠き１３５ａが設けられ、この切り欠き１３５ａとリム部１３１の内周面１３１ａとを連通する第１潤滑孔１３５ｂがそれぞれ形成されている。
【００２１】
ピストン１５０のリブ１５３に形成された挿入溝１５３ａに連結アーム壁１３３を挿入させるとともに、連結孔１３３ａ，１５３ｂにピン１５８を挿入して図２に示すように、第１ピストン１５０が第１連結体１３０の両側に結合される。このとき、各ピストン１５０のスリッパ部１５２が第１連結体１３０のガイド部１３５に当接する。この状態で、ピストンヘッド部１５１と、スリッパ部１５２と、ガイド部１３５の外周面とは同一円周上に並び、シリンダボア１１０ａ，１２０ａに摺合可能となっている。
【００２２】
第１ローターアセンブリ１４０は、図１０に示すように、メインローター部材１４１とサブローター部材１４２とを左右一対のボルト１４３により結合して構成され、円筒外周面１４５を有する円筒状に形成されている。この円筒外周面１４５の中心軸Ｃ１３（以下、第１ローター中心軸Ｃ１３と称する）から距離ｅ１だけ偏心した中心軸Ｃ１２（以下、第１ピン中心軸Ｃ１２と称する）を有する第１偏心孔１４４がこの第１ローターアセンブリ１４０（各ローター部材１４１，１４２）に形成されている。なお、メインローター部材１４１とサブローター部材１４２との結合面と第１ピン中心軸Ｃ１２とは重なる。サブローター部材１４２にはボルト１４３のヘッドのための座ぐり１４２ｂが形成されているが、この座ぐり１４２ｂから第１偏心孔１４４に貫通する小さな潤滑孔１４２ａがサブローター部材１４２に形成されている。また、円筒外周面１４５には全周にわたる潤滑溝１４５ａが形成されている。
【００２３】
メインローター部材１４１には片側側面に開口した左右一対のローラ配設空間１４１ａが左右対称形状に形成されている。各ローラ配設空間１４１ａ内には、支持ピン１４６ａにより回転自在に支持されたメインローラ１４６と、それぞれ支持ピン１４７ａにより回転自在に支持された一対のサブローラ１４７とが配設されている。これら左右一対のローラ配設空間１４１，１４１を覆ってメインローター部材１４１の側面にカバー１４９がボルト１４９ａにより固定されている。ここで、メインローラ１４６の支持ピン１４６ａはボルト１４６ｂによりメインローター部材１４１およびカバー１４９に固定されており、この支持ピン１４６ａの上にメインローラ１４６が回転自在に緩嵌合して取り付けられている。
【００２４】
また、カバー１４９の上においてボルト１４６ｂに捻りコイルバネ１４８が取り付けられており、両側脚部１４８ａ，１４８ａがカバー１４９の開口を通ってローラ配設空間１４１内に突出し、サブローラ１４７の支持ピン１４７ａと係合している。捻りコイルバネ１４８は脚部１４８ａ，１４８ａが閉じる方向、すなわち、図１０（Ａ）において矢印Ａで示す方向に付勢力が作用するバネであり、一対のサブローラ１４７，１４７を互いに近づけるように付勢する。なお、ローラ配設空間１４１には、メインローター部材１４１の第１偏心孔１４４に開口してメインローラ１４６の外周面を露出させるメイン開口１４１ａと、円筒外周面１４５に開口してサブローラ１４７の外周面を露出させるサブ開口１４１ｂ，１４１ｂとが形成されている。なお、各ローラ１４６，１４７および捻りコイルバネ１４８により、第１クランクピン１６１の回転に連動して第１ローターアセンブリ１４０を回転させる連動回転機構を構成している。
【００２５】
第１ローターアセンブリ１４０の円筒外周面１４５は第１連結体１３０のリム部１３１の内周面１３１ａに回転自在に摺合する寸法であり、第１偏心孔１４４は第１クランクシャフト１６０の第１クランクピン１６１を回転自在に摺合させる寸法である。このため、図２に示すように、第１偏心孔１４４内に第１クランクピン１６１を回転自在に摺合させるようにして第１ローターアセンブリ１４０が第１クランクピン１６１に取り付けられ、且つこの第１ローターアセンブリ１４０は第１連結体１３０のリム部１３１の内周面１３１ａに回転自在に摺合される。この結果、第１ピストンアセンブリ１０３は、第１連結体１３０および第１ローターアセンブリ１４０を介して第１クランクピン１６１に連結されるとともに、第１シリンダ室１１５，１２５内に軸方向に移動自在に挿入配設された状態となる。
【００２６】
なお、このように第１偏心孔１４４内に第１クランクピン１６１を回転自在に摺合させるとともに第１ローターアセンブリ１４０が第１連結体１３０の内周面１３１ａに回転自在に摺合されたとき、メインローラ１４６の外周面がメイン開口１４１ａを介して第１クランクピン１６１の外周面に当接し、サブローラ１４７，１４７の外周面がサブ開口１４１ｂ，１４１ｂを介して第１連結体１３０の内周面１３１ａと当接する。このとき、捻りコイルバネ１４８の付勢により、サブローラ１４７，１４７が互いに近づくように押され、メインローラ１４６の外周面と第１クランクピン１６１の外周面との当接およびサブローラ１４７，１４７の外周面と第１連結体１３０の内周面１３１ａとの当接状態が維持される。
【００２７】
このように捻りコイルバネ１４８によりサブローラ１４７，１４７を付勢することにより、第１クランクピン１６１に対する第１ローターアセンブリ１４０の位置を所望の位置に保持することができる。例えば、第１クランクピン１６１が回転駆動されると、支持ピン１４６ａとメインローラ１４６との隙間および支持ピン１４７ａとサブローラ１４７との隙間に対応する分だけ、第１クランクピン１６１の回転角と第１ローターアセンブリ１４０の回転角とに差（進角差）が生じるが、回転駆動力が解放された時点で捻りコイルバネ１４８の付勢力により両ローラ１４６，１４７が所定の位置に戻され、所望位置にリセットされる。また、第１クランクピン１６１から軸直角方向に作用する力は、各ローラ１４６，１４７を介して第１連結体１３０の内周面１３１ａにより受け止められる、すなわち、各ローラがベアリングとしての役割を果たすため、第１クランクピン１６１の強度、耐久性を向上することができる。
【００２８】
第１クランクシャフト１６０を図１１に詳細に示しており、この第１クランクシャフト１６０は第１クランク中心軸Ｃ１１を中心として回転自在となって左右の第１シリンダボディ１０１，１０２により支持されている。第１クランクピン１６１の中心軸である第１ピン中心軸Ｃ１２は第１クランク中心軸Ｃ１１から距離ｅ１だけ偏心しており、第１クランクピン１６１の片側には複数の歯を有する外歯ギヤ１６２が形成されている。なお、第１クランク中心軸Ｃ１１と第１ピン中心軸Ｃ１２との偏心距離ｅ１は、第１ローターアセンブリ１４０における第１ピン中心軸Ｃ１２と第１ローター中心軸Ｃ１３との偏心距離ｅ１と等しい。また、第１クランクピン１６１の径は第１連結体１３０における内周面１３１ａの径の１／２である。
【００２９】
以上のような構成の第１ピストン機構１０（第１内燃機関１）では、第１クランクシャフト１６０の回転が第１クランクピン１６１に取り付けられた第１ローターアセンブリ１４０を介して、第１連結体１３０、すなわち第１ピストンアセンブリ１０３を左右の第１シリンダ室１１５，１２５内で往復動させる運動に変換されるようになっている。なおこのとき、第１ローターアセンブリ１４０は第１クランクシャフト１６０と反対方向に相対回転するが、各ローラ１４６，１４７および捻りコイルバネ１４８からなる回転連動機構により、第１クランクシャフト１６０の回転駆動力が第１ローターアセンブリ１４０を反対方向へ回転するように伝達されるので、第１クランクシャフト１６０の回転が第１ピストンアセンブリ１０３を往復動させる運動にスムーズに変換される。なお、第１ピストンアセンブリ１０３の往復幅は、第１ローターアセンブリ１４０が第１クランクシャフト１６０と反対方向に相対回転するため、偏心距離ｅ１の４倍となる。
【００３０】
また、第１ピストン機構１０は、上述したように、第１クランクシャフト１６０を挟むようにして左第１シリンダ室１１５および右第１シリンダ室１２５が対向配設され、左右の第１シリンダ室１１５，１２５内に第１ピストンアセンブリ１０３、すなわち左右の第１ピストン１５０，１５０が摺動自在に嵌合配設された、いわゆるダブルアクティングピストン機構であり、これにより、同一排気量の従来の内燃機関（ピストン機構）と比較して１／５〜１／６程度の小型化が可能になる。
【００３１】
第２内燃機関２は、天然ガス（水素ガスを用いてもよい）を燃料とする４サイクル内燃機関であり、燃焼ガスの圧力を利用して作動する第２ピストン機構２０を主体に構成される。第２ピストン機構２０は、第１ピストン機構１０と同様の構成であり、詳細な図示および説明を省略する。
【００３２】
第１スチーム機関３は、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）からの排気ガスの熱を利用して発生させた水蒸気を利用して作動する機関であり、詳細は後述する水蒸気発生システム５（図４を参照）により発生した水蒸気の圧力を利用して作動する第３ピストン機構３０を主体に構成される。これにより、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）から排出された排気ガス（排気熱）を有効利用することができるため、エンジンの熱効率をより向上させることが可能になる。第３ピストン機構３０は、第１ピストン機構１０と同様の構成であり、図２に示すように、第３クランクシャフト３６０を挟むようにして左右一対の第３シリンダ３０１，３０２が対向配設されて構成されている。左第３シリンダ３０１および右第３シリンダ３０２は、それぞれ内端同士が対向して結合された左右の第３シリンダボディ３１０，３２０と、各シリンダボディ３１０，３２０の外端に取り付けられた左右の第３シリンダヘッド３１２，３２２とからなる。
【００３３】
左第３シリンダヘッド３１２には、左吸気ポート３１３や、互いに途中で繋がる上側左排気ポート３１４ａおよび下側左排気ポート３１４ｂが形成され、左吸気ポート３１３の端部にロータリースチームバルブ３１７が回転自在に取り付けられるとともに、上側左排気ポート３１４ａおよび下側左排気ポート３１４ｂの端部に排気側ロータリーバルブ３１８がそれぞれ回転自在に取り付けられている。左吸気ポート３１３は水蒸気発生システム５（図４を参照）に繋がっており、水蒸気発生システム５から液化された水蒸気（高温高圧の水）が供給されるようになっている。
【００３４】
ロータリースチームバルブ３１７は、直径方向に貫通する連通孔３１７ａおよび、この連通孔３１７ａに中央に形成された略球形の水溜めである空間部３１７ｂを有するロータリー式のバルブであり、第３クランクシャフト３６０の１／２の回転数で回転することにより、左吸気ポート３１３を所定のタイミングで開閉するようになっている。排気側ロータリーバルブ３１８は、直径方向に貫通する連通孔３１８ａを有するロータリー式のバルブであり、第３クランクシャフト３６０の１／２の回転数で回転することにより、上側左排気ポート３１４ａおよび下側左排気ポート３１４ｂを所定のタイミングで開閉するようになっている。
【００３５】
なお、第１スチーム機関３（左側部分）の膨張行程においては、ロータリースチームバルブ３１７が連通孔３１７ａを介して左吸気ポート３１３を開放し、各排気側ロータリーバルブ３１８，３１８が上下の左排気ポート３１４ａ，３１４ｂをそれぞれ閉鎖する。また、排気行程においては、ロータリースチームバルブ３１７が左吸気ポート３１３を閉鎖し、各排気側ロータリーバルブ３１８，３１８が連通孔３１８ａを介して上下の左排気ポート３１４ａ，３１４ｂをそれぞれ開放する。
【００３６】
右第３シリンダヘッド３２２には、右吸気ポート３２３や、互いに途中で繋がる上側右排気ポート３２４ａおよび下側右排気ポート３２４ｂが形成され、左第３シリンダヘッド３１２と同様に、右吸気ポート３２３の端部に連通孔３２７ａおよび略球形の水溜めである空間部３２７ｂを有するロータリースチームバルブ３２７が回転自在に取り付けられるとともに、上側右排気ポート３２４ａおよび下側右排気ポート３２４ｂの端部に連通孔３２８ａを有する排気側ロータリーバルブ３２８がそれぞれ回転自在に取り付けられている。また、右吸気ポート３２３は水蒸気発生システム５（図４を参照）に繋がっており、水蒸気発生システム５から液化された水蒸気（高温高圧の水）が供給されるようになっている。なお、各吸気ポートおよび排気ポートの内面にはセラミックが溶着されており、断熱効果を高めている。
【００３７】
左右の第３シリンダボディ３１０，３２０にはそれぞれ、第３クランクシャフト３６０の回転中心軸Ｃ３１（以下、第３クランク中心軸Ｃ３１と称する）に対して直角な方向に貫通する同一径の第３シリンダボア３１０ａ，３２０ａが形成されており、これら左右の第３シリンダボア３１０ａ，３２０ａが左右の第３シリンダヘッド３１２，３２２にそれぞれ覆われて、第３クランクシャフト３６０を挟んで対向する左第３シリンダ室３１５および右第３シリンダ室３２５が形成されている。これら左右の第３シリンダ室３１５，３２５は同軸上に位置して形成されている。
【００３８】
左右の第３シリンダ室３１５，３２５内に第３ピストンアセンブリ３０３が摺動自在に嵌合配設されている。この第３ピストンアセンブリ３０３は、第１ピストンアセンブリ１０３と同様に、第３連結体３３０と、この第３連結体３３０の左右端部にピン３５８により結合された左右一対の第３ピストン３５０，３５０と、第３連結体３３０内に回転自在に配設された第３ローターアセンブリ３４０とから構成される。
【００３９】
左右一対の第３ピストン３５０，３５０は、第１ピストン１５０，１５０と同様に、左右の第３シリンダボア３１０ａ，３２０ａにそれぞれ摺合して第３シリンダ室３１５，３２５内に挿入されており、第３連結体３３０に結合された状態で一体となって、第３シリンダ室３１５，３２５内をシリンダ中心軸方向に往復移動可能となっている。第３連結体３３０は第１連結体１３０と同様に形成され、第３連結体３３０に形成される円筒状開口の内周面３３１ａには、第３ローターアセンブリ３４０が第３ローター中心軸Ｃ３３を中心に回転自在に摺合されている。
【００４０】
第３ローターアセンブリ３４０は、第１ローターアセンブリ１４０と同様に円筒外周面（図示せず）を有する円筒状に形成され、この第３ローターアセンブリ３４０には、円筒外周面の中心軸となる第３ローター中心軸Ｃ３３から距離ｅ３だけ偏心した中心軸Ｃ３２（すなわち、第３ピン中心軸Ｃ３２）を有する第３偏心孔３４４が形成されている。そして、第３偏心孔３４４内に第３クランクピン３６１を回転自在に摺合させるようにして第３ローターアセンブリ３４０を第３クランクピン３６１に取り付けることで、第３ピストンアセンブリ３０３が第３連結体３３０および第３ローターアセンブリ３４０を介して第３クランクピン３６１に連結されるようになっている。
【００４１】
第３クランクシャフト３６０は第１クランクシャフト１６０と同様に形成され、第３クランク中心軸Ｃ３１を中心として回転自在となって左右の第３シリンダボディ３０１，３０２により支持されている。第３クランクピン３６１の中心軸である第３ピン中心軸Ｃ３２は第３クランク中心軸Ｃ３１から距離ｅ３だけ偏心しており、この第３クランク中心軸Ｃ３１と第３ピン中心軸Ｃ３２との偏心距離ｅ３は、第３ローターアセンブリ３４０における第３ピン中心軸Ｃ３２と第３ローター中心軸Ｃ３３との偏心距離ｅ３と等しくなっている。
【００４２】
そして、以上のような構成の第３ピストン機構３０（第１スチーム機関３）では、第１ピストン機構１０と同様に、第３クランクシャフト３６０の回転が第３クランクピン３６１に取り付けられた第３ローターアセンブリ３４０を介して、第３連結体３３０、すなわち第３ピストンアセンブリ３０３を左右の第３シリンダ室３１５，３２５内で往復動させる運動にスムーズに変換されるようになっている。また、第３ピストンアセンブリ３０３の往復幅は、第３ローターアセンブリ３４０が第３クランクシャフト３６０と反対方向に相対回転するため、偏心距離ｅ３の４倍となる。なお、本実施形態において、第３ピストン３５０の面積（径）は、第１ピストン１５０の面積（径）と等しくなっているが、必要に応じて変えるようにしてもよい。
【００４３】
また、第３ピストン機構３０は、上述したように、第３クランクシャフト３６０を挟むようにして左第３シリンダ室３１５および右第３シリンダ室３２５が対向配設され、左右の第３シリンダ室３１５，３２５内に第３ピストンアセンブリ３０３、すなわち左右の第３ピストン３５０，３５０が摺動自在に嵌合配設された、いわゆるダブルアクティングピストン機構であり、これにより、同一排気量の従来の内燃機関（ピストン機構）と比較して１／５〜１／６程度の小型化が可能になる。
【００４４】
第２スチーム機関４は、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）からの排気ガスの熱を利用して発生させた水蒸気を利用して作動する機関であり、詳細は後述する水蒸気発生システム５（図４を参照）により発生した水蒸気の圧力を利用して作動する第４ピストン機構４０を主体に構成される。これにより、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）から排出された排気ガス（排気熱）を有効利用することができるため、エンジンの熱効率をより向上させることが可能になる。第４ピストン機構４０は、第３ピストン機構３０と同様の構成であり、詳細な図示および説明を省略する。
【００４５】
ところで、図３に示すように、第１クランクシャフト１６０は、第１クランク中心軸Ｃ１１と第２ピストン機構２０の第２クランク中心軸Ｃ２１とが同軸となるように、第２ピストン機構２０を構成する第２クランクシャフト２６０と連結されるように構成されており、第１クランクシャフト１６０と第２クランクシャフト２６０とが同軸上で連結されて第１クランクシャフトアセンブリ６０が形成されるようになっている。これにより、図１に示すように、第１クランクシャフトアセンブリ６０の軸線上（すなわち、第１および第２クランク中心軸Ｃ１１，Ｃ２１上）で第１ピストン機構１０（第１内燃機関１）と第２ピストン機構２０（第２内燃機関２）とが並んで配置される。なお、図３に示すように、第１ピン中心軸Ｃ１２（第１クランクピン１６１）が第２ピストン機構２０の第２ピン中心軸Ｃ２２（第２クランクピン２６１）に対して第１クランク中心軸Ｃ１１（第２クランク中心軸Ｃ２１）を中心に１８０度だけ相対回転した位置に位置するように、第１クランクシャフト１６０と第２クランクシャフト２６０とが連結される。
【００４６】
また、図３に示すように、第３クランクシャフト３６０は、第３クランク中心軸Ｃ３１と第４ピストン機構４０の第４クランク中心軸Ｃ４１とが同軸となるように、第４ピストン機構４０を構成する第４クランクシャフト４６０と連結されるように構成されており、第３クランクシャフト３６０と第４クランクシャフト４６０とが同軸上で連結されて第２クランクシャフトアセンブリ６５が形成されるようになっている。これにより、図１に示すように、第２クランクシャフトアセンブリ６５の軸線上（すなわち、第３および第４クランク中心軸Ｃ３１，Ｃ４１上）で第３ピストン機構３０（第１スチーム機関３）と第４ピストン機構４０（第２スチーム機関４）とが並んで配置される。なお、図３に示すように、第３ピン中心軸Ｃ３２（第３クランクピン３６１）が第４ピストン機構４０の第４ピン中心軸Ｃ４２（第４クランクピン４６１）に対して第３クランク中心軸Ｃ３１（第４クランク中心軸Ｃ４１）を中心に１８０度だけ相対回転した位置に位置するように、第３クランクシャフト３６０と第４クランクシャフト４６０とが連結される。
【００４７】
そして、図１に示すように、第１クランクシャフトアセンブリ６０の軸線（第１および第２クランク中心軸Ｃ１１，Ｃ２１）が第２クランクシャフトアセンブリ６５の軸線（第３および第４クランク中心軸Ｃ３１，Ｃ４１）に対して平行となり、且つ、第１ピストン機構１０が第３ピストン機構３０に対して第２クランクシャフトアセンブリ６５の軸線と直角な方向に並んで配置されるとともに、第２ピストン機構２０が第４ピストン機構４０に対して第２クランクシャフトアセンブリ６５の軸線と直角な方向に並んで配置されるように構成されている。これにより、エンジンの重心Ｇ（図１を参照）をエンジンの中央に位置させることができるため、バランサー等が不要となり、エンジンの小型化が可能になる。
【００４８】
なお、各ピストン機構に構成される第１シリンダ１０１，１０２（第１ピストン機構１０）、第２シリンダ２０１，２０２（第２ピストン機構２０）、第３シリンダ３０１，３０２（第３ピストン機構３０）、そして第４シリンダ４０１，４０２（第４ピストン機構４０）は、互いに一体的に形成されてシリンダアッセンブリ７０を構成する。また、シリンダアッセンブリ７０の外部に突出する第１および第３クランクシャフト１６０，３６０の端部には、第１および第２クランクシャフトアセンブリ６０，６５を同期回転させることが可能なシンクロドライブギヤ（図示せず）等がそれぞれ取り付けられる。
【００４９】
続いて、第１スチーム機関３および第２スチーム機関４に水蒸気を供給するための水蒸気発生システム５について図４を参照しながら説明する。なお、図４において、説明容易化のため、第１内燃機関１および第１スチーム機関３が上下方向に反転して記載されている。水蒸気発生システム５は、水が貯留されたリザーブタンク５０１と、リザーブタンク５０１から供給される水を加熱するための一次熱交換器５１０および二次熱交換器５２０とを主体に構成される。
【００５０】
一次熱交換器５１０は、後述するタービンユニット５５０から排出された排気ガスが通過する排気管５１１の肉厚部に、螺旋状に形成されたステンレス製の第１熱交換パイプ５１２が鋳込まれた構成となっており、リザーブタンク５０１からの水が第１熱交換パイプ５１２を通過するときに、排気管５１１を通過する排気ガスの熱を利用して第１熱交換パイプ５１２を通過する水を加熱することで、一次熱交換器５１０によりリザーブタンク５０１からの水が加熱されるようになっている。そして、一次熱交換器５１０を用いて加熱された水は、第１加圧ポンプ５０２を用いて二次熱交換器５２０に送られるようになっている。このとき、第１加圧ポンプ５０２を用いて二次熱交換器５２０に送られる水の圧力は、例えば、６〜１６ｋｇｆ／ｃｍ２程度に設定される。なお、排気管５１１の肉厚部に螺旋状の第１熱交換パイプ５１２を鋳込むことにより、第１熱交換パイプ５１２の破裂を防止している。また、第１加圧ポンプ５０２は図示しないモーターで駆動されるギアポンプであり、例えば、第１スチーム機関３の第３ピストンアセンブリ３０３が一往復する間に０．０５〜０．２ｍｌ程度の（高圧の）水を送るようになっている。
【００５１】
二次熱交換器５２０は、第１内燃機関１の左排気ポート１１４および右排気ポート１２４（並びに、第２内燃機関２の排気ポート）から排出された排気ガスが通過するエキゾーストマニホールド５２１の肉厚部に、螺旋状に形成されたステンレス製の第２熱交換パイプ５２２が鋳込まれた構成となっており、一次熱交換器５１０（第１加圧ポンプ５０２）からの高圧の水が第２熱交換パイプ５２２を通過するときに、エキゾーストマニホールド５２１を通過する排気ガスの熱を利用して第２熱交換パイプ５２２を通過する水を加熱することで、二次熱交換器５２０により一次熱交換器５１０からの水が加熱されるようになっている。そして、二次熱交換器５２０を用いて加熱された高温高圧の水は、第１スチーム機関３の左吸気ポート３１３および右吸気ポート３２３（並びに、第２スチーム機関４の吸気ポート）に送られるようになっている。このようにして、左吸気ポート３１３および右吸気ポート３２３に送られた高温高圧の水は、相対的に圧力が低下する左右の第３シリンダ室３１５，３２５（並びに、第２スチーム機関４の各シリンダ室）で水蒸気に気化するようになっている。なお、エキゾーストマニホールド５２１の肉厚部に螺旋状の第２熱交換パイプ５２２を鋳込むことにより、第２熱交換パイプ５２２の破裂を防止している。
【００５２】
ところで、タービンユニット５５０は、タービンシャフト５５２の一端側に設けられた排気タービン５５１と、タービンシャフト５５２の他端側に設けられたインペラ５５３と、排気タービン５５１を回転駆動した排気ガスから水蒸気を分離する水蒸気分離装置５６０とを主体に構成される。排気タービン５５１は、第１内燃機関１（および、第２内燃機関２）の各排気ポートから排出された排気ガスを利用して回転駆動されるように構成されており、この排気タービン５５１の回転力を利用してタービンシャフト５５２およびインペラ５５３が回転するようになっている。なお、第１内燃機関１（および、第２内燃機関２）の各排気ポートから排出された排気ガスは、前述の二次熱交換器５２０および排気ガスを浄化するキャタライザー５０８を通過したのち排気タービン５５１に達するようになっている。
【００５３】
タービンシャフト５５２は、図示しない歯車機構等を利用して第１または第２クランクシャフトアセンブリ６０，６５と連結されており、排気タービン５５１の回転力を利用して各クランクシャフトアセンブリ６０，６５を（補助的に）駆動可能に構成される。これにより、エンジンの出力向上が期待できる。
【００５４】
インペラ５５３は、前述したように、排気タービン５５１により回転駆動され、第１および第２スチーム機関３，４（第３および第４ピストン機構３０，４０）における各シリンダ室内の気体をシリンダ室の外部へ向けて吸引可能に構成される。そして、例えば、第１スチーム機関３（第３ピストン機構３０）の上側右排気ポート３２４ａおよび下側右排気ポート３２４ｂが開放されたときに、第１スチーム機関３における右シリンダ室３２５内の気体（水蒸気）がこのインペラ５５３に吸引されて、上側右排気ポート３２４ａおよび下側右排気ポート３２４ｂからリザーブタンク５０１へ送られるようになっている。
【００５５】
これにより、第１および第２スチーム機関３，４（第３および第４ピストン機構３０，４０）における排気行程において、インペラ５５３によりシリンダ室内の気体（水蒸気）を効率よくシリンダ室の外部へ排出させることができるため、第１および第２内燃機関１，２（第１および第２ピストン機構１０，２０）から排出された排気ガスを有効利用しつつ、第１および第２スチーム機関３，４（第３および第４ピストン機構３０，４０）の出力を向上させることが可能になる。なお、リザーブタンク５０１内の圧力は２〜３ｋｇｆ／ｃｍ２程度に設定され、インペラ５５３を利用してリザーブタンク５０１へ送られた水蒸気は、水に液化した状態でリザーブタンク５０１内に貯留される。
【００５６】
さて、水蒸気分離装置５６０は、いわゆるサイクロン方式の分離装置であり、図５に示すように、有底筒状のケース５６１と、ケース５６１の一端側（図５における左側）の側部に設けられた導入管５６５と、ケース５６１の他端側（図５における右側）の側部に設けられた排出管５６７と、ケース５６１の他端側（図５における右側）の底部中央に設けられた回収管５６９と、ケース５６１の内部中央に設けられた水蒸気分離部材５７１とを有して構成される。
【００５７】
ケース５６１は金属材料を用いて有底筒状に形成され、内部を排気ガスが通過するようになっている。ケース５６１の内部における一端側には、タービン収容空間５６２が形成され、このタービン収容空間５６２に排気タービン５５１が回転自在に収容されるようになっている。導入管５６５はケース５６１と一体に形成され、導入管５６５の内部には、図４に示すように、一方がケース５６１のタービン収容空間５６２に繋がるとともに、他方がキャタライザー５０８（第１および第２内燃機関１，２側）に繋がる導入通路５６６が形成される。そして、導入管５６５の導入通路５６６を通過してケース５６１のタービン収容空間５６２に達した排気ガスは、排気タービン５５１を回転駆動したのち旋回流となって、ケース５６１の筒状空間５６３（詳細は後述）を通過するようになっている。
【００５８】
排出管５６７はケース５６１と一体に形成され、排出管５６７の内部には、図４に示すように、一方がケース５６１の水蒸気分離空間５６４（詳細は後述）に繋がるとともに、他方が一次熱交換器５１０の排気管５１１に繋がる排出通路５６８が形成される。また、回収管５６９はケース５６１と一体に形成され、回収管５６９の内部には、図４に示すように、一方がケース５６１の水蒸気分離空間５６４（詳細は後述）に繋がるとともに、他方が冷却装置５０４に繋がる回収通路５７０が形成される。
【００５９】
水蒸気分離部材５７１は、金属材料を用いて開口部５７２を有する有底筒状に形成され、この開口部５６２がケース５６１の他端側底部（図５における右側の底部）に対向するように、ケース５６１の内部中央に取り付けられる。そして、水蒸気分離部材５７１の側部とケース５６１の中央側部との間に、筒状空間５６３がタービン収容空間５６２に繋がって形成されるとともに、水蒸気分離部材５７１の底部および側部とケース５６１の他端側底部および側部との間に、筒状空間５６３より断面積の大きい水蒸気分離空間５６４が筒状空間５６３に繋がって形成されるようになっている。
【００６０】
なお、水蒸気分離部材５７１の径は、ケース５６１の一端側から他端側（図５における左側から右側）へ向かうにつれて大きくなるように構成されており、これにより、筒状空間５６３の断面積がケース５６１の一端側から他端側へ向かうにつれて小さくなるようになっている。また、回収管５６９の一方の端部は、ケース５６１の他端側（図５における右側）の底部から水蒸気分離空間５６４内に突出し、水蒸気分離部材５７１の内側に位置するようになっている。
【００６１】
このように構成される水蒸気分離装置５６０において、図５に示すように、導入管５６５の導入通路５６６を通過してケース５６１のタービン収容空間５６２に達した排気ガス（矢印Ａ）は、排気タービン５５１を回転駆動したのち旋回流となって、ケース５６１の筒状空間５６３を通過する（矢印Ｂ）。筒状空間５６３を通過する排気ガスは、筒状空間５６３内を旋回しながら筒状空間５６３の一端側（タービン収容空間５６２側）から他端側（水蒸気分離空間５６４側）へ向かい、旋回しながら水蒸気分離空間５６４に達する。
【００６２】
排気ガスが筒状空間５６３より断面積の大きい水蒸気分離空間５６４に達すると、排気ガス中の比重が相対的に大きい炭酸ガス等は遠心力により水蒸気分離空間５６４の側方（外方）へ向かい、排気ガス中の比重が相対的に小さい水蒸気は水蒸気分離空間５６４の中央へ向かう。すなわち、水蒸気分離空間５６４において、排気ガスから水蒸気が分離される。なお、例えば、圧力１ｋｇｆ／ｃｍ２、温度２００℃における水蒸気の比重が０．４５２ｋｇ／ｍ３であるのに対し、炭酸ガスの比重が１．１０３ｋｇ／ｍ３であり、さらに、窒素ガスを多く含む空気の比重が０．７２２ｋｇ／ｍ３であることから（機械工学便覧による）、第１内燃機関１（および第２内燃機関２）から排出された排気ガスでは水蒸気の比重が一番小さく、水蒸気分離空間５６４において比重が相対的に小さい水蒸気は水蒸気分離空間５６４の中央へ向かう。
【００６３】
そして、水蒸気分離空間５６４の中央へ向けて分離された水蒸気は、ケース５６１内の圧力が大気圧より高いため、押し出されるように水蒸気分離部材５７１の開口部５７２を通過して水蒸気分離部材５７１の内側に達し（矢印Ｃ）、回収管５６９の回収通路５７０を通過してケース５６１の外部（冷却装置５０４へ）に排出される。一方、水蒸気が分離されて水蒸気分離空間５６４の側方へ向かう排気ガス（矢印Ｄ）は、排出管５６７の排出通路５６８を通過してケース５６１の外部に（一次熱交換器５１０へ）排出される。これにより、簡便な構成で、水蒸気を含む排気ガスから水蒸気を分離することが可能になる。
【００６４】
なお、筒状空間５６３の断面積をケース５６１の一端側（タービン収容空間５６２側）から他端側（水蒸気分離空間５６４側）へ向かうにつれて小さくすることで、筒状空間５６３を通過する排気ガスの速度が水蒸気分離空間５６４に向かうにつれて速くなり、水蒸気分離空間５６４において排気ガスから水蒸気を分離する効果（遠心力の効果）を高めることができる。
【００６５】
このようにして、水蒸気分離装置５６０により排気ガスから分離された水蒸気は、図５に示すように、冷却装置５０４を通過して水になり集水タンク５０５へ送られる。そして、集水タンク５０５に貯留された水は、リザーブタンク５０１内の水量が所定値以下となった場合に、モーターで駆動される第２加圧ポンプ５０６を用いてリザーブタンク５０１に送られる。これにより、水蒸気分離装置５６０を用いて外部（排気ガス）からリザーブタンク５０１に水が供給されるため、リザーブタンク５０１に水を補充する手間を省くことができ、メンテナンス性が向上する。さらに、リザーブタンク５０１に水を補充するための大型の装置を別途設ける必要がなく、エンジンの小型化が可能になる。特に、移動を伴う自動車や航空機用エンジンに有効である。また、第１内燃機関１（および第２内燃機関２）から排出された排気ガスから水蒸気を分離するため、排気ガスの有効利用を図ることができる。
【００６６】
なお、水蒸気分離装置５６０の排出通路５６８を通過した排気ガスは、図５に示すように、一次熱交換器５１０の排気管５１１を通過したのち外部に排出される。これからわかるように、水蒸気発生システム５の一次熱交換器５１０および二次熱交換器５２０は、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）から排出された排気ガスの熱を利用して水を加熱する構成となっており、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）から排出された排気ガス（排気熱）が有効利用される。
【００６７】
そして、以上のような構成の水蒸気分離装置５６０によれば、遠心力を利用して、排気ガスに含まれる水蒸気が水蒸気分離空間５６４の中央へ向けて分離され回収通路５７０を通過するとともに、水蒸気が分離された排気ガスが水蒸気分離空間６５４の側方へ向かいつつ排出通路５６８を通過するように構成されるため、簡便な構成で、水蒸気を含む排気ガスから水蒸気を分離することが可能になる。
【００６８】
また、第１内燃機関１（および第２内燃機関２）から排出された排気ガスから水蒸気を分離するため、排気ガスの有効利用を図ることができる。
【００６９】
なお、上述の実施形態において、水蒸気分離装置５６０により排気ガスから分離された水蒸気が水蒸気発生システム５のリザーブタンク５０１に送られるように構成されているが、これに限られるものではない。例えば、水蒸気分離装置５６０により排気ガスから分離された水蒸気を水に液化してエンジンの冷却水として用いるようにしてもよい。
【００７０】
また、上述の実施形態において、第１内燃機関１に加えて第２内燃機関２が設けられているが、これに限られるものではなく、内燃機関が１つだけ設けられるようにしてもよく、内燃機関が３つ以上設けられるようにしてもよい。さらに、第１スチーム機関３に加えて第２スチーム機関４が設けられているが、これに限られるものではなく、スチーム機関が１つだけ設けられるようにしてもよく、スチーム機関が３つ以上設けられるようにしてもよい。
【００７１】
さらに、上述の実施形態において、ケース５６１内のタービン収容空間５６２に排気タービン５５１が回転自在に設けられているが、これに限られるものではなく、ケース５６１の内部に排気タービン５５１が設けられなくてもよい。すなわち、導入通路５６６を通過した排気ガスがケース５６１の内部で旋回流を形成可能な構成であればよい。
【００７２】
また、上述の実施形態において、図１２に示すように水蒸気分離部材５７１を設けなくてもよい。このようにしても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。なおこのとき、排気タービン５５１が本発明に係る水蒸気分離部材として機能し、排気タービン５５１の胴部５５１ａとケース５６１の一端側部との間に筒状空間６６３が形成されるとともに、排気タービン５５１の先端とケース５６１の他端側底部および側部との間に、筒状空間６６３より断面積の大きい水蒸気分離空間６６４が筒状空間６６３に繋がって形成される。
【００７３】
そして、導入管５６５の導入通路５６６を通過してケース５６１の内部に達した排気ガス（矢印Ａ′）は、排気タービン５５１の胴部５５１ａから筒状空間６６３内に突出する羽根部５５１ｂを押圧して排気タービン５５１を回転駆動しつつ、筒状空間６６３内を旋回する旋回流（矢印Ｂ′）となり、旋回しながら筒状空間６６３を通過して水蒸気分離空間６６４に達する。排気ガスが水蒸気分離空間６６４に達すると、上述の実施形態の場合と同様にして排気ガスから水蒸気が分離され、水蒸気（矢印Ｃ′）が回収管５６９の回収通路５７０を通過してケース５６１の外部に排出されるとともに、水蒸気が分離された排気ガス（矢印Ｄ′）が排出管５６７の排出通路５６８を通過してケース５６１の外部に排出される。なお、図１２において、ケース５６１の内部に（水蒸気分離部材５７１に加えて）排気タービン５５１を設けなくてもよく、導入通路５６６を通過した排気ガスがケース５６１の内部で旋回流を形成可能な構成であればよい。このようにしても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
さらに、上述の実施形態において、水蒸気分離装置５６０により第１内燃機関１（および第２内燃機関２）から排出された排気ガスから水蒸気を分離するように構成されているが、これに限られるものではない。例えば、外燃機関の排気ガスから水蒸気を分離するようにしてもよく、水蒸気を含む混合気体に対して、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る水蒸気分離装置を備えたマルチハイブリッドエンジンのシリンダヘッドを取り外した状態を示す側面図である。
【図２】上記マルチハイブリッドエンジンを構成する第１内燃機関および第１スチーム機関を示す断面図である。
【図３】上記マルチハイブリッドエンジンを構成する第１および第２クランクシャフトアセンブリを示す側面図である。
【図４】上記マルチハイブリッドエンジンを構成する水蒸気発生システムの概要を示す構成図である。
【図５】本発明に係る水蒸気分離装置の断面図である。
【図６】第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１ピストンの部分断面側面図および部分断面背面図である。
【図７】第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１連結体の部分断面正面図である。
【図８】第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１連結体の部分断面側面図である。
【図９】第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１連結体の部分断面平面図である。
【図１０】第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１ローターアセンブリの部分断面正面図および側面図である。
【図１１】第１内燃機関を構成する第１クランクシャフトの正面図、側面図および断面図である。
【図１２】水蒸気分離装置の変形例を示す断面図である。
【図１３】従来の４サイクルガソリンエンジンにおける熱勘定図である。
【符号の説明】
【００７６】
ＥＮＧ マルチハイブリッドエンジン
１ 第１内燃機関
２ 第２内燃機関
３ 第１スチーム機関
４ 第２スチーム機関
５ 水蒸気発生システム
５５０ タービンユニット
５６０ 水蒸気分離装置
５６１ ケース
５６３ 筒状空間
５６４ 水蒸気分離空間
５６５ 導入管
５６６ 導入通路
５６７ 排出管
５６８ 排出通路
５６９ 回収管
５７０ 回収通路
５７１ 水蒸気分離部材
６６３ 筒状空間（変形例）
６６４ 水蒸気分離空間（変形例）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気を含む混合気体から水蒸気を分離することが可能な水蒸気分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンには、４サイクルガソリンエンジンや、２サイクルガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等がある。内燃機関である４サイクルガソリンエンジンにおける正味仕事は、図１３の熱勘定図で示すように、熱効率として２８％程度であり、冷却損失が２８．５％、排気損失が３４％、機械損失および輻射損失が９．５％程度となっている。
【０００３】
そこで、本出願の発明者は、エンジンの熱効率をさらに向上させるべく、内燃機関と、内燃機関から排出された排気ガスの熱を利用して水蒸気を発生させる水蒸気発生装置と、水蒸気発生装置により発生した水蒸気を利用して作動するスチーム機関とを備えたマルチハイブリッドエンジンを考案している。このようなマルチハイブリッドエンジンによれば、内燃機関から排出された排気ガス（排気熱）を有効利用することができるため、エンジンの熱効率をより向上させることが可能になる。
【０００４】
なお、水蒸気発生装置からスチーム機関に供給された水蒸気は、水蒸気発生装置のリザーブタンクに戻され、水蒸気発生装置により加熱されたのち再びスチーム機関に供給されるようになっている。すなわち、水蒸気が各装置間を循環するようになっており、これにより水蒸気の使用量の低減を図っている。
【特許文献１】特開平６−２０５９１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スチーム機関において水蒸気がいわゆるブローバイガスのような形で外部に漏れ出すため、定期的に水蒸気発生装置のリザーブタンクに水を補充する必要がある。一方、炭化水素の一種であるガソリンや天然ガスを燃料とする内燃機関から排出された排気ガスは水蒸気（水分）を多く含んでおり、この排気ガスから水蒸気を分離して水蒸気発生装置に供給することができれば、排気ガスを有効利用しつつこの問題を解決することが可能になる。そこで、本出願の発明者は、内燃機関から排出される排気ガス（混合気体）から水蒸気を分離することが可能な装置を開発した。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みて成されたものであり、水蒸気を含む混合気体から水蒸気を分離することが可能な水蒸気分離装置を提供することを目的とする。なお、このような水蒸気分離装置に関する先行特許文献は見つからなかったが、本発明に係る水蒸気分離装置に近い構造を有する気水分離器が特許文献１に開示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的達成のため、本発明に係る水蒸気分離装置は、水蒸気を含む混合気体から水蒸気を分離可能なサイクロン式の水蒸気分離装置であって、有底筒状のケースと、ケースの内部に繋がる導入通路を有し、ケースの一端側において、導入通路を通過した混合気体がケースの内部で旋回流を形成可能な位置に設けられた導入管と、ケースの他端側の側部に設けられ、ケースの内部に繋がる排出通路を有する排出管と、ケースの他端側の底部中央に設けられ、ケースの内部に繋がる回収通路を有する回収管と、ケースの内部に設けられ、ケースの側部との間に筒状空間を形成するとともに、ケースの他端側底部および側部との間に筒状空間に繋がる水蒸気分離空間を形成する水蒸気分離部材とを備えて構成される。
【０００８】
そして、導入通路を通過してケースの内部に達した混合気体が筒状空間を旋回しつつ通過して水蒸気分離空間に達するように構成されており、筒状空間内を旋回する混合気体が水蒸気分離空間に達すると、混合気体に含まれる水蒸気が水蒸気分離空間の中央へ向けて分離され回収通路を通過するとともに、水蒸気が分離された混合気体が水蒸気分離空間の側方へ向かいつつ排出通路を通過するように構成される。
【０００９】
また、上述の発明において、混合気体が内燃機関から排出された排気ガスであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、遠心力を利用して、混合気体に含まれる水蒸気が水蒸気分離空間の中央へ向けて分離され回収通路を通過するとともに、水蒸気が分離された混合気体が水蒸気分離空間の側方へ向かいつつ排出通路を通過するように構成されるため、簡便な構成で、水蒸気を含む混合気体から水蒸気を分離することが可能になる。
【００１１】
また、混合気体が内燃機関から排出された排気ガスであることが好ましく、これにより、排気ガスの有効利用を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明に係る水蒸気分離装置を備えたマルチハイブリッドエンジンＥＮＧを図１〜図２に示している。このマルチハイブリッドエンジンＥＮＧは、第１内燃機関１および第２内燃機関２と、この第１内燃機関１および第２内燃機関２と平行に並ぶ第１スチーム機関３および第２スチーム機関４とを主体に構成される。
【００１３】
第１内燃機関１は、天然ガス（水素ガスを用いてもよい）を燃料とする４サイクル内燃機関であり、燃焼ガスの圧力を利用して作動する第１ピストン機構１０を主体に構成される。第１ピストン機構１０は、図２に示すように、第１クランクシャフト１６０を挟むようにして左右一対の第１シリンダ１０１，１０２が対向配設されて構成されている。左第１シリンダ１０１および右第１シリンダ１０２は、それぞれ内端同士が対向して結合された左右の第１シリンダボディ１１０，１２０と、各シリンダボディ１１０，１２０の外端に取り付けられた左右の第１シリンダヘッド１１２，１２２とからなる。
【００１４】
左第１シリンダヘッド１１２には、左吸気ポート１１３および左排気ポート１１４が形成され、左吸気ポート１１３の端部に吸気側ロータリーバルブ１１７が回転自在に取り付けられるとともに、左排気ポート１１４の端部に排気側ロータリーバルブ１１８が回転自在に取り付けられている。吸気側ロータリーバルブ１１７は、直径方向に貫通する連通孔１１７ａを有するロータリー式のバルブであり、第１クランクシャフト１６０の１／４の回転数で回転することにより、左吸気ポート１１３を所定のタイミングで開閉するようになっている。排気側ロータリーバルブ１１８も、直径方向に貫通する連通孔１１８ａを有するロータリー式のバルブであり、第１クランクシャフト１６０の１／４の回転数で回転することにより、左排気ポート１１４を所定のタイミングで開閉するようになっている。また、左第１シリンダヘッド１１２の中央には、点火プラグ１１９が図示のように取り付けられている。
【００１５】
なお、第１内燃機関１（左側部分）の吸気行程においては、吸気側ロータリーバルブ１１７が連通孔１１７ａを介して左吸気ポート１１３を開放し、排気側ロータリーバルブ１１８が左排気ポート１１４を閉鎖する。また、圧縮行程においては、吸気側ロータリーバルブ１１７が左吸気ポート１１３を閉鎖し、排気側ロータリーバルブ１１８が左排気ポート１１４を閉鎖する。さらに、燃焼行程においては、吸気側ロータリーバルブ１１７が左吸気ポート１１３を閉鎖し、排気側ロータリーバルブ１１８が左排気ポート１１４を閉鎖する。そして、排気行程においては、吸気側ロータリーバルブ１１７が左吸気ポート１１３を閉鎖し、排気側ロータリーバルブ１１８が連通孔１１８ａを介して左排気ポート１１４を開放する。
【００１６】
右第１シリンダヘッド１２２には、右吸気ポート１２３および右排気ポート１２４が形成され、左第１シリンダヘッド１１２と同様に、右吸気ポート１２３の端部に連通孔１２７ａを有する吸気側ロータリーバルブ１２７が回転自在に取り付けられるとともに、右排気ポート１２４の端部に連通孔１２８ａを有する排気側ロータリーバルブ１２８が回転自在に取り付けられている。また、右第１シリンダヘッド１２２の中央には、点火プラグ１２９が図示のように取り付けられている。なお、各吸気ポート１１３，１２３および排気ポート１１４，１２４の内面にはセラミック（耐熱樹脂でもよい）が溶着されており、断熱効果を高めている。これにより、排気ガスの温度は上昇するが、この排気ガスは後述するスチーム機関４の水蒸気を発生させるための熱源として使用されるため、エンジンの熱効率の向上が期待できる。
【００１７】
左右の第１シリンダボディ１１０，１２０にはそれぞれ、第１クランクシャフト１６０の回転中心軸Ｃ１１（以下、第１クランク中心軸Ｃ１１と称する）に対して直角な方向に貫通する同一径の第１シリンダボア１１０ａ，１２０ａが形成されており、これら左右の第１シリンダボア１１０ａ，１２０ａが左右の第１シリンダヘッド１１２，１２２にそれぞれ覆われて、第１クランクシャフト１６０を挟んで対向する左第１シリンダ室１１５および右第１シリンダ室１２５が形成されている。これら左右の第１シリンダ室１１５，１２５は同軸上に位置して形成されている。
【００１８】
左右の第１シリンダ室１１５，１２５内に第１ピストンアセンブリ１０３が摺動自在に嵌合配設されている。この第１ピストンアセンブリ１０３は、第１連結体１３０と、この第１連結体１３０の左右端部にピン１５８により結合された左右一対の第１ピストン１５０，１５０と、第１連結体１３０内に回転自在に配設された第１ローターアセンブリ１４０とから構成される。左右一対の第１ピストン１５０，１５０はそれぞれ左右の第１シリンダボア１１０ａ，１２０ａに摺合して第１シリンダ室１１５，１２５内に挿入されており、第１連結体１３０に結合された状態で一体となって、第１シリンダ室１１５，１２５内をシリンダ中心軸方向に往復移動可能となっている。
【００１９】
左右一対の第１ピストン１５０，１５０は同一形状であり、図６に示すように形成されている。第１ピストン１５０は、各シリンダボア１１０ａ，１２０ａと摺合する円筒状のヘッド部１５１と、ヘッド部１５１の上下両側から後方に延びた円弧状の一対のスリッパ部１５２，１５２と、これら一対のスリッパ部１５２，１５２の間を結んでヘッド部１５１の後側に形成されたリブ１５３，１５３とから一体形成されている。ヘッド部１５１の外周面には３個のリング溝１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ（ピストンリング溝およびオイルリング溝）が形成されている。また、リブ１５３には上下に延びた挿入溝１５３ａが形成されるとともに、この挿入溝１５３ａを横切って上下一対の連結孔１５３ｂが形成されている。なお、ヘッド部１５１の外周面とスリッパ部１５２の外周面とは、各シリンダボア１１０ａ，１２０ａと摺合する円筒面を形成している。
【００２０】
第１連結体１３０（なお、連結体はピストンコネクターとも称される）は、図７〜図９に示すように、リング状リム部１３１と、リム部１３１から左右両側に延びた各一対の連結アーム壁１３３とを有する。リム部１３１は円筒状開口を有し、この円筒状開口の内周面１３１ａにおける厚さ方向片側には内周側に突出するショルダー部１３２が一体形成され、このショルダー部１３２の内面における上下二カ所にそれぞれ複数枚の歯からなる内歯ギヤ１３２ａが形成されている。また、各連結アーム壁１３３には上下一対の連結孔１３３ａが形成されている。さらに、リム部１３１の外周側における上下二カ所には、各シリンダボア１１０ａ，１２０ａに摺合する円弧状のガイド部１３５が形成されている。このガイド部１３５の一端には切り欠き１３５ａが設けられ、この切り欠き１３５ａとリム部１３１の内周面１３１ａとを連通する第１潤滑孔１３５ｂがそれぞれ形成されている。
【００２１】
ピストン１５０のリブ１５３に形成された挿入溝１５３ａに連結アーム壁１３３を挿入させるとともに、連結孔１３３ａ，１５３ｂにピン１５８を挿入して図２に示すように、第１ピストン１５０が第１連結体１３０の両側に結合される。このとき、各ピストン１５０のスリッパ部１５２が第１連結体１３０のガイド部１３５に当接する。この状態で、ピストンヘッド部１５１と、スリッパ部１５２と、ガイド部１３５の外周面とは同一円周上に並び、シリンダボア１１０ａ，１２０ａに摺合可能となっている。
【００２２】
第１ローターアセンブリ１４０は、図１０に示すように、メインローター部材１４１とサブローター部材１４２とを左右一対のボルト１４３により結合して構成され、円筒外周面１４５を有する円筒状に形成されている。この円筒外周面１４５の中心軸Ｃ１３（以下、第１ローター中心軸Ｃ１３と称する）から距離ｅ１だけ偏心した中心軸Ｃ１２（以下、第１ピン中心軸Ｃ１２と称する）を有する第１偏心孔１４４がこの第１ローターアセンブリ１４０（各ローター部材１４１，１４２）に形成されている。なお、メインローター部材１４１とサブローター部材１４２との結合面と第１ピン中心軸Ｃ１２とは重なる。サブローター部材１４２にはボルト１４３のヘッドのための座ぐり１４２ｂが形成されているが、この座ぐり１４２ｂから第１偏心孔１４４に貫通する小さな潤滑孔１４２ａがサブローター部材１４２に形成されている。また、円筒外周面１４５には全周にわたる潤滑溝１４５ａが形成されている。
【００２３】
メインローター部材１４１には片側側面に開口した左右一対のローラ配設空間１４１ａが左右対称形状に形成されている。各ローラ配設空間１４１ａ内には、支持ピン１４６ａにより回転自在に支持されたメインローラ１４６と、それぞれ支持ピン１４７ａにより回転自在に支持された一対のサブローラ１４７とが配設されている。これら左右一対のローラ配設空間１４１，１４１を覆ってメインローター部材１４１の側面にカバー１４９がボルト１４９ａにより固定されている。ここで、メインローラ１４６の支持ピン１４６ａはボルト１４６ｂによりメインローター部材１４１およびカバー１４９に固定されており、この支持ピン１４６ａの上にメインローラ１４６が回転自在に緩嵌合して取り付けられている。
【００２４】
また、カバー１４９の上においてボルト１４６ｂに捻りコイルバネ１４８が取り付けられており、両側脚部１４８ａ，１４８ａがカバー１４９の開口を通ってローラ配設空間１４１内に突出し、サブローラ１４７の支持ピン１４７ａと係合している。捻りコイルバネ１４８は脚部１４８ａ，１４８ａが閉じる方向、すなわち、図１０（Ａ）において矢印Ａで示す方向に付勢力が作用するバネであり、一対のサブローラ１４７，１４７を互いに近づけるように付勢する。なお、ローラ配設空間１４１には、メインローター部材１４１の第１偏心孔１４４に開口してメインローラ１４６の外周面を露出させるメイン開口１４１ａと、円筒外周面１４５に開口してサブローラ１４７の外周面を露出させるサブ開口１４１ｂ，１４１ｂとが形成されている。なお、各ローラ１４６，１４７および捻りコイルバネ１４８により、第１クランクピン１６１の回転に連動して第１ローターアセンブリ１４０を回転させる連動回転機構を構成している。
【００２５】
第１ローターアセンブリ１４０の円筒外周面１４５は第１連結体１３０のリム部１３１の内周面１３１ａに回転自在に摺合する寸法であり、第１偏心孔１４４は第１クランクシャフト１６０の第１クランクピン１６１を回転自在に摺合させる寸法である。このため、図２に示すように、第１偏心孔１４４内に第１クランクピン１６１を回転自在に摺合させるようにして第１ローターアセンブリ１４０が第１クランクピン１６１に取り付けられ、且つこの第１ローターアセンブリ１４０は第１連結体１３０のリム部１３１の内周面１３１ａに回転自在に摺合される。この結果、第１ピストンアセンブリ１０３は、第１連結体１３０および第１ローターアセンブリ１４０を介して第１クランクピン１６１に連結されるとともに、第１シリンダ室１１５，１２５内に軸方向に移動自在に挿入配設された状態となる。
【００２６】
なお、このように第１偏心孔１４４内に第１クランクピン１６１を回転自在に摺合させるとともに第１ローターアセンブリ１４０が第１連結体１３０の内周面１３１ａに回転自在に摺合されたとき、メインローラ１４６の外周面がメイン開口１４１ａを介して第１クランクピン１６１の外周面に当接し、サブローラ１４７，１４７の外周面がサブ開口１４１ｂ，１４１ｂを介して第１連結体１３０の内周面１３１ａと当接する。このとき、捻りコイルバネ１４８の付勢により、サブローラ１４７，１４７が互いに近づくように押され、メインローラ１４６の外周面と第１クランクピン１６１の外周面との当接およびサブローラ１４７，１４７の外周面と第１連結体１３０の内周面１３１ａとの当接状態が維持される。
【００２７】
このように捻りコイルバネ１４８によりサブローラ１４７，１４７を付勢することにより、第１クランクピン１６１に対する第１ローターアセンブリ１４０の位置を所望の位置に保持することができる。例えば、第１クランクピン１６１が回転駆動されると、支持ピン１４６ａとメインローラ１４６との隙間および支持ピン１４７ａとサブローラ１４７との隙間に対応する分だけ、第１クランクピン１６１の回転角と第１ローターアセンブリ１４０の回転角とに差（進角差）が生じるが、回転駆動力が解放された時点で捻りコイルバネ１４８の付勢力により両ローラ１４６，１４７が所定の位置に戻され、所望位置にリセットされる。また、第１クランクピン１６１から軸直角方向に作用する力は、各ローラ１４６，１４７を介して第１連結体１３０の内周面１３１ａにより受け止められる、すなわち、各ローラがベアリングとしての役割を果たすため、第１クランクピン１６１の強度、耐久性を向上することができる。
【００２８】
第１クランクシャフト１６０を図１１に詳細に示しており、この第１クランクシャフト１６０は第１クランク中心軸Ｃ１１を中心として回転自在となって左右の第１シリンダボディ１０１，１０２により支持されている。第１クランクピン１６１の中心軸である第１ピン中心軸Ｃ１２は第１クランク中心軸Ｃ１１から距離ｅ１だけ偏心しており、第１クランクピン１６１の片側には複数の歯を有する外歯ギヤ１６２が形成されている。なお、第１クランク中心軸Ｃ１１と第１ピン中心軸Ｃ１２との偏心距離ｅ１は、第１ローターアセンブリ１４０における第１ピン中心軸Ｃ１２と第１ローター中心軸Ｃ１３との偏心距離ｅ１と等しい。また、第１クランクピン１６１の径は第１連結体１３０における内周面１３１ａの径の１／２である。
【００２９】
以上のような構成の第１ピストン機構１０（第１内燃機関１）では、第１クランクシャフト１６０の回転が第１クランクピン１６１に取り付けられた第１ローターアセンブリ１４０を介して、第１連結体１３０、すなわち第１ピストンアセンブリ１０３を左右の第１シリンダ室１１５，１２５内で往復動させる運動に変換されるようになっている。なおこのとき、第１ローターアセンブリ１４０は第１クランクシャフト１６０と反対方向に相対回転するが、各ローラ１４６，１４７および捻りコイルバネ１４８からなる回転連動機構により、第１クランクシャフト１６０の回転駆動力が第１ローターアセンブリ１４０を反対方向へ回転するように伝達されるので、第１クランクシャフト１６０の回転が第１ピストンアセンブリ１０３を往復動させる運動にスムーズに変換される。なお、第１ピストンアセンブリ１０３の往復幅は、第１ローターアセンブリ１４０が第１クランクシャフト１６０と反対方向に相対回転するため、偏心距離ｅ１の４倍となる。
【００３０】
また、第１ピストン機構１０は、上述したように、第１クランクシャフト１６０を挟むようにして左第１シリンダ室１１５および右第１シリンダ室１２５が対向配設され、左右の第１シリンダ室１１５，１２５内に第１ピストンアセンブリ１０３、すなわち左右の第１ピストン１５０，１５０が摺動自在に嵌合配設された、いわゆるダブルアクティングピストン機構であり、これにより、同一排気量の従来の内燃機関（ピストン機構）と比較して１／５〜１／６程度の小型化が可能になる。
【００３１】
第２内燃機関２は、天然ガス（水素ガスを用いてもよい）を燃料とする４サイクル内燃機関であり、燃焼ガスの圧力を利用して作動する第２ピストン機構２０を主体に構成される。第２ピストン機構２０は、第１ピストン機構１０と同様の構成であり、詳細な図示および説明を省略する。
【００３２】
第１スチーム機関３は、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）からの排気ガスの熱を利用して発生させた水蒸気を利用して作動する機関であり、詳細は後述する水蒸気発生システム５（図４を参照）により発生した水蒸気の圧力を利用して作動する第３ピストン機構３０を主体に構成される。これにより、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）から排出された排気ガス（排気熱）を有効利用することができるため、エンジンの熱効率をより向上させることが可能になる。第３ピストン機構３０は、第１ピストン機構１０と同様の構成であり、図２に示すように、第３クランクシャフト３６０を挟むようにして左右一対の第３シリンダ３０１，３０２が対向配設されて構成されている。左第３シリンダ３０１および右第３シリンダ３０２は、それぞれ内端同士が対向して結合された左右の第３シリンダボディ３１０，３２０と、各シリンダボディ３１０，３２０の外端に取り付けられた左右の第３シリンダヘッド３１２，３２２とからなる。
【００３３】
左第３シリンダヘッド３１２には、左吸気ポート３１３や、互いに途中で繋がる上側左排気ポート３１４ａおよび下側左排気ポート３１４ｂが形成され、左吸気ポート３１３の端部にロータリースチームバルブ３１７が回転自在に取り付けられるとともに、上側左排気ポート３１４ａおよび下側左排気ポート３１４ｂの端部に排気側ロータリーバルブ３１８がそれぞれ回転自在に取り付けられている。左吸気ポート３１３は水蒸気発生システム５（図４を参照）に繋がっており、水蒸気発生システム５から液化された水蒸気（高温高圧の水）が供給されるようになっている。
【００３４】
ロータリースチームバルブ３１７は、直径方向に貫通する連通孔３１７ａおよび、この連通孔３１７ａに中央に形成された略球形の水溜めである空間部３１７ｂを有するロータリー式のバルブであり、第３クランクシャフト３６０の１／２の回転数で回転することにより、左吸気ポート３１３を所定のタイミングで開閉するようになっている。排気側ロータリーバルブ３１８は、直径方向に貫通する連通孔３１８ａを有するロータリー式のバルブであり、第３クランクシャフト３６０の１／２の回転数で回転することにより、上側左排気ポート３１４ａおよび下側左排気ポート３１４ｂを所定のタイミングで開閉するようになっている。
【００３５】
なお、第１スチーム機関３（左側部分）の膨張行程においては、ロータリースチームバルブ３１７が連通孔３１７ａを介して左吸気ポート３１３を開放し、各排気側ロータリーバルブ３１８，３１８が上下の左排気ポート３１４ａ，３１４ｂをそれぞれ閉鎖する。また、排気行程においては、ロータリースチームバルブ３１７が左吸気ポート３１３を閉鎖し、各排気側ロータリーバルブ３１８，３１８が連通孔３１８ａを介して上下の左排気ポート３１４ａ，３１４ｂをそれぞれ開放する。
【００３６】
右第３シリンダヘッド３２２には、右吸気ポート３２３や、互いに途中で繋がる上側右排気ポート３２４ａおよび下側右排気ポート３２４ｂが形成され、左第３シリンダヘッド３１２と同様に、右吸気ポート３２３の端部に連通孔３２７ａおよび略球形の水溜めである空間部３２７ｂを有するロータリースチームバルブ３２７が回転自在に取り付けられるとともに、上側右排気ポート３２４ａおよび下側右排気ポート３２４ｂの端部に連通孔３２８ａを有する排気側ロータリーバルブ３２８がそれぞれ回転自在に取り付けられている。また、右吸気ポート３２３は水蒸気発生システム５（図４を参照）に繋がっており、水蒸気発生システム５から液化された水蒸気（高温高圧の水）が供給されるようになっている。なお、各吸気ポートおよび排気ポートの内面にはセラミックが溶着されており、断熱効果を高めている。
【００３７】
左右の第３シリンダボディ３１０，３２０にはそれぞれ、第３クランクシャフト３６０の回転中心軸Ｃ３１（以下、第３クランク中心軸Ｃ３１と称する）に対して直角な方向に貫通する同一径の第３シリンダボア３１０ａ，３２０ａが形成されており、これら左右の第３シリンダボア３１０ａ，３２０ａが左右の第３シリンダヘッド３１２，３２２にそれぞれ覆われて、第３クランクシャフト３６０を挟んで対向する左第３シリンダ室３１５および右第３シリンダ室３２５が形成されている。これら左右の第３シリンダ室３１５，３２５は同軸上に位置して形成されている。
【００３８】
左右の第３シリンダ室３１５，３２５内に第３ピストンアセンブリ３０３が摺動自在に嵌合配設されている。この第３ピストンアセンブリ３０３は、第１ピストンアセンブリ１０３と同様に、第３連結体３３０と、この第３連結体３３０の左右端部にピン３５８により結合された左右一対の第３ピストン３５０，３５０と、第３連結体３３０内に回転自在に配設された第３ローターアセンブリ３４０とから構成される。
【００３９】
左右一対の第３ピストン３５０，３５０は、第１ピストン１５０，１５０と同様に、左右の第３シリンダボア３１０ａ，３２０ａにそれぞれ摺合して第３シリンダ室３１５，３２５内に挿入されており、第３連結体３３０に結合された状態で一体となって、第３シリンダ室３１５，３２５内をシリンダ中心軸方向に往復移動可能となっている。第３連結体３３０は第１連結体１３０と同様に形成され、第３連結体３３０に形成される円筒状開口の内周面３３１ａには、第３ローターアセンブリ３４０が第３ローター中心軸Ｃ３３を中心に回転自在に摺合されている。
【００４０】
第３ローターアセンブリ３４０は、第１ローターアセンブリ１４０と同様に円筒外周面（図示せず）を有する円筒状に形成され、この第３ローターアセンブリ３４０には、円筒外周面の中心軸となる第３ローター中心軸Ｃ３３から距離ｅ３だけ偏心した中心軸Ｃ３２（すなわち、第３ピン中心軸Ｃ３２）を有する第３偏心孔３４４が形成されている。そして、第３偏心孔３４４内に第３クランクピン３６１を回転自在に摺合させるようにして第３ローターアセンブリ３４０を第３クランクピン３６１に取り付けることで、第３ピストンアセンブリ３０３が第３連結体３３０および第３ローターアセンブリ３４０を介して第３クランクピン３６１に連結されるようになっている。
【００４１】
第３クランクシャフト３６０は第１クランクシャフト１６０と同様に形成され、第３クランク中心軸Ｃ３１を中心として回転自在となって左右の第３シリンダボディ３０１，３０２により支持されている。第３クランクピン３６１の中心軸である第３ピン中心軸Ｃ３２は第３クランク中心軸Ｃ３１から距離ｅ３だけ偏心しており、この第３クランク中心軸Ｃ３１と第３ピン中心軸Ｃ３２との偏心距離ｅ３は、第３ローターアセンブリ３４０における第３ピン中心軸Ｃ３２と第３ローター中心軸Ｃ３３との偏心距離ｅ３と等しくなっている。
【００４２】
そして、以上のような構成の第３ピストン機構３０（第１スチーム機関３）では、第１ピストン機構１０と同様に、第３クランクシャフト３６０の回転が第３クランクピン３６１に取り付けられた第３ローターアセンブリ３４０を介して、第３連結体３３０、すなわち第３ピストンアセンブリ３０３を左右の第３シリンダ室３１５，３２５内で往復動させる運動にスムーズに変換されるようになっている。また、第３ピストンアセンブリ３０３の往復幅は、第３ローターアセンブリ３４０が第３クランクシャフト３６０と反対方向に相対回転するため、偏心距離ｅ３の４倍となる。なお、本実施形態において、第３ピストン３５０の面積（径）は、第１ピストン１５０の面積（径）と等しくなっているが、必要に応じて変えるようにしてもよい。
【００４３】
また、第３ピストン機構３０は、上述したように、第３クランクシャフト３６０を挟むようにして左第３シリンダ室３１５および右第３シリンダ室３２５が対向配設され、左右の第３シリンダ室３１５，３２５内に第３ピストンアセンブリ３０３、すなわち左右の第３ピストン３５０，３５０が摺動自在に嵌合配設された、いわゆるダブルアクティングピストン機構であり、これにより、同一排気量の従来の内燃機関（ピストン機構）と比較して１／５〜１／６程度の小型化が可能になる。
【００４４】
第２スチーム機関４は、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）からの排気ガスの熱を利用して発生させた水蒸気を利用して作動する機関であり、詳細は後述する水蒸気発生システム５（図４を参照）により発生した水蒸気の圧力を利用して作動する第４ピストン機構４０を主体に構成される。これにより、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）から排出された排気ガス（排気熱）を有効利用することができるため、エンジンの熱効率をより向上させることが可能になる。第４ピストン機構４０は、第３ピストン機構３０と同様の構成であり、詳細な図示および説明を省略する。
【００４５】
ところで、図３に示すように、第１クランクシャフト１６０は、第１クランク中心軸Ｃ１１と第２ピストン機構２０の第２クランク中心軸Ｃ２１とが同軸となるように、第２ピストン機構２０を構成する第２クランクシャフト２６０と連結されるように構成されており、第１クランクシャフト１６０と第２クランクシャフト２６０とが同軸上で連結されて第１クランクシャフトアセンブリ６０が形成されるようになっている。これにより、図１に示すように、第１クランクシャフトアセンブリ６０の軸線上（すなわち、第１および第２クランク中心軸Ｃ１１，Ｃ２１上）で第１ピストン機構１０（第１内燃機関１）と第２ピストン機構２０（第２内燃機関２）とが並んで配置される。なお、図３に示すように、第１ピン中心軸Ｃ１２（第１クランクピン１６１）が第２ピストン機構２０の第２ピン中心軸Ｃ２２（第２クランクピン２６１）に対して第１クランク中心軸Ｃ１１（第２クランク中心軸Ｃ２１）を中心に１８０度だけ相対回転した位置に位置するように、第１クランクシャフト１６０と第２クランクシャフト２６０とが連結される。
【００４６】
また、図３に示すように、第３クランクシャフト３６０は、第３クランク中心軸Ｃ３１と第４ピストン機構４０の第４クランク中心軸Ｃ４１とが同軸となるように、第４ピストン機構４０を構成する第４クランクシャフト４６０と連結されるように構成されており、第３クランクシャフト３６０と第４クランクシャフト４６０とが同軸上で連結されて第２クランクシャフトアセンブリ６５が形成されるようになっている。これにより、図１に示すように、第２クランクシャフトアセンブリ６５の軸線上（すなわち、第３および第４クランク中心軸Ｃ３１，Ｃ４１上）で第３ピストン機構３０（第１スチーム機関３）と第４ピストン機構４０（第２スチーム機関４）とが並んで配置される。なお、図３に示すように、第３ピン中心軸Ｃ３２（第３クランクピン３６１）が第４ピストン機構４０の第４ピン中心軸Ｃ４２（第４クランクピン４６１）に対して第３クランク中心軸Ｃ３１（第４クランク中心軸Ｃ４１）を中心に１８０度だけ相対回転した位置に位置するように、第３クランクシャフト３６０と第４クランクシャフト４６０とが連結される。
【００４７】
そして、図１に示すように、第１クランクシャフトアセンブリ６０の軸線（第１および第２クランク中心軸Ｃ１１，Ｃ２１）が第２クランクシャフトアセンブリ６５の軸線（第３および第４クランク中心軸Ｃ３１，Ｃ４１）に対して平行となり、且つ、第１ピストン機構１０が第３ピストン機構３０に対して第２クランクシャフトアセンブリ６５の軸線と直角な方向に並んで配置されるとともに、第２ピストン機構２０が第４ピストン機構４０に対して第２クランクシャフトアセンブリ６５の軸線と直角な方向に並んで配置されるように構成されている。これにより、エンジンの重心Ｇ（図１を参照）をエンジンの中央に位置させることができるため、バランサー等が不要となり、エンジンの小型化が可能になる。
【００４８】
なお、各ピストン機構に構成される第１シリンダ１０１，１０２（第１ピストン機構１０）、第２シリンダ２０１，２０２（第２ピストン機構２０）、第３シリンダ３０１，３０２（第３ピストン機構３０）、そして第４シリンダ４０１，４０２（第４ピストン機構４０）は、互いに一体的に形成されてシリンダアッセンブリ７０を構成する。また、シリンダアッセンブリ７０の外部に突出する第１および第３クランクシャフト１６０，３６０の端部には、第１および第２クランクシャフトアセンブリ６０，６５を同期回転させることが可能なシンクロドライブギヤ（図示せず）等がそれぞれ取り付けられる。
【００４９】
続いて、第１スチーム機関３および第２スチーム機関４に水蒸気を供給するための水蒸気発生システム５について図４を参照しながら説明する。なお、図４において、説明容易化のため、第１内燃機関１および第１スチーム機関３が上下方向に反転して記載されている。水蒸気発生システム５は、水が貯留されたリザーブタンク５０１と、リザーブタンク５０１から供給される水を加熱するための一次熱交換器５１０および二次熱交換器５２０とを主体に構成される。
【００５０】
一次熱交換器５１０は、後述するタービンユニット５５０から排出された排気ガスが通過する排気管５１１の肉厚部に、螺旋状に形成されたステンレス製の第１熱交換パイプ５１２が鋳込まれた構成となっており、リザーブタンク５０１からの水が第１熱交換パイプ５１２を通過するときに、排気管５１１を通過する排気ガスの熱を利用して第１熱交換パイプ５１２を通過する水を加熱することで、一次熱交換器５１０によりリザーブタンク５０１からの水が加熱されるようになっている。そして、一次熱交換器５１０を用いて加熱された水は、第１加圧ポンプ５０２を用いて二次熱交換器５２０に送られるようになっている。このとき、第１加圧ポンプ５０２を用いて二次熱交換器５２０に送られる水の圧力は、例えば、６〜１６ｋｇｆ／ｃｍ２程度に設定される。なお、排気管５１１の肉厚部に螺旋状の第１熱交換パイプ５１２を鋳込むことにより、第１熱交換パイプ５１２の破裂を防止している。また、第１加圧ポンプ５０２は図示しないモーターで駆動されるギアポンプであり、例えば、第１スチーム機関３の第３ピストンアセンブリ３０３が一往復する間に０．０５〜０．２ｍｌ程度の（高圧の）水を送るようになっている。
【００５１】
二次熱交換器５２０は、第１内燃機関１の左排気ポート１１４および右排気ポート１２４（並びに、第２内燃機関２の排気ポート）から排出された排気ガスが通過するエキゾーストマニホールド５２１の肉厚部に、螺旋状に形成されたステンレス製の第２熱交換パイプ５２２が鋳込まれた構成となっており、一次熱交換器５１０（第１加圧ポンプ５０２）からの高圧の水が第２熱交換パイプ５２２を通過するときに、エキゾーストマニホールド５２１を通過する排気ガスの熱を利用して第２熱交換パイプ５２２を通過する水を加熱することで、二次熱交換器５２０により一次熱交換器５１０からの水が加熱されるようになっている。そして、二次熱交換器５２０を用いて加熱された高温高圧の水は、第１スチーム機関３の左吸気ポート３１３および右吸気ポート３２３（並びに、第２スチーム機関４の吸気ポート）に送られるようになっている。このようにして、左吸気ポート３１３および右吸気ポート３２３に送られた高温高圧の水は、相対的に圧力が低下する左右の第３シリンダ室３１５，３２５（並びに、第２スチーム機関４の各シリンダ室）で水蒸気に気化するようになっている。なお、エキゾーストマニホールド５２１の肉厚部に螺旋状の第２熱交換パイプ５２２を鋳込むことにより、第２熱交換パイプ５２２の破裂を防止している。
【００５２】
ところで、タービンユニット５５０は、タービンシャフト５５２の一端側に設けられた排気タービン５５１と、タービンシャフト５５２の他端側に設けられたインペラ５５３と、排気タービン５５１を回転駆動した排気ガスから水蒸気を分離する水蒸気分離装置５６０とを主体に構成される。排気タービン５５１は、第１内燃機関１（および、第２内燃機関２）の各排気ポートから排出された排気ガスを利用して回転駆動されるように構成されており、この排気タービン５５１の回転力を利用してタービンシャフト５５２およびインペラ５５３が回転するようになっている。なお、第１内燃機関１（および、第２内燃機関２）の各排気ポートから排出された排気ガスは、前述の二次熱交換器５２０および排気ガスを浄化するキャタライザー５０８を通過したのち排気タービン５５１に達するようになっている。
【００５３】
タービンシャフト５５２は、図示しない歯車機構等を利用して第１または第２クランクシャフトアセンブリ６０，６５と連結されており、排気タービン５５１の回転力を利用して各クランクシャフトアセンブリ６０，６５を（補助的に）駆動可能に構成される。これにより、エンジンの出力向上が期待できる。
【００５４】
インペラ５５３は、前述したように、排気タービン５５１により回転駆動され、第１および第２スチーム機関３，４（第３および第４ピストン機構３０，４０）における各シリンダ室内の気体をシリンダ室の外部へ向けて吸引可能に構成される。そして、例えば、第１スチーム機関３（第３ピストン機構３０）の上側右排気ポート３２４ａおよび下側右排気ポート３２４ｂが開放されたときに、第１スチーム機関３における右シリンダ室３２５内の気体（水蒸気）がこのインペラ５５３に吸引されて、上側右排気ポート３２４ａおよび下側右排気ポート３２４ｂからリザーブタンク５０１へ送られるようになっている。
【００５５】
これにより、第１および第２スチーム機関３，４（第３および第４ピストン機構３０，４０）における排気行程において、インペラ５５３によりシリンダ室内の気体（水蒸気）を効率よくシリンダ室の外部へ排出させることができるため、第１および第２内燃機関１，２（第１および第２ピストン機構１０，２０）から排出された排気ガスを有効利用しつつ、第１および第２スチーム機関３，４（第３および第４ピストン機構３０，４０）の出力を向上させることが可能になる。なお、リザーブタンク５０１内の圧力は２〜３ｋｇｆ／ｃｍ２程度に設定され、インペラ５５３を利用してリザーブタンク５０１へ送られた水蒸気は、水に液化した状態でリザーブタンク５０１内に貯留される。
【００５６】
さて、水蒸気分離装置５６０は、いわゆるサイクロン方式の分離装置であり、図５に示すように、有底筒状のケース５６１と、ケース５６１の一端側（図５における左側）の側部に設けられた導入管５６５と、ケース５６１の他端側（図５における右側）の側部に設けられた排出管５６７と、ケース５６１の他端側（図５における右側）の底部中央に設けられた回収管５６９と、ケース５６１の内部中央に設けられた水蒸気分離部材５７１とを有して構成される。
【００５７】
ケース５６１は金属材料を用いて有底筒状に形成され、内部を排気ガスが通過するようになっている。ケース５６１の内部における一端側には、タービン収容空間５６２が形成され、このタービン収容空間５６２に排気タービン５５１が回転自在に収容されるようになっている。導入管５６５はケース５６１と一体に形成され、導入管５６５の内部には、図４に示すように、一方がケース５６１のタービン収容空間５６２に繋がるとともに、他方がキャタライザー５０８（第１および第２内燃機関１，２側）に繋がる導入通路５６６が形成される。そして、導入管５６５の導入通路５６６を通過してケース５６１のタービン収容空間５６２に達した排気ガスは、排気タービン５５１を回転駆動したのち旋回流となって、ケース５６１の筒状空間５６３（詳細は後述）を通過するようになっている。
【００５８】
排出管５６７はケース５６１と一体に形成され、排出管５６７の内部には、図４に示すように、一方がケース５６１の水蒸気分離空間５６４（詳細は後述）に繋がるとともに、他方が一次熱交換器５１０の排気管５１１に繋がる排出通路５６８が形成される。また、回収管５６９はケース５６１と一体に形成され、回収管５６９の内部には、図４に示すように、一方がケース５６１の水蒸気分離空間５６４（詳細は後述）に繋がるとともに、他方が冷却装置５０４に繋がる回収通路５７０が形成される。
【００５９】
水蒸気分離部材５７１は、金属材料を用いて開口部５７２を有する有底筒状に形成され、この開口部５６２がケース５６１の他端側底部（図５における右側の底部）に対向するように、ケース５６１の内部中央に取り付けられる。そして、水蒸気分離部材５７１の側部とケース５６１の中央側部との間に、筒状空間５６３がタービン収容空間５６２に繋がって形成されるとともに、水蒸気分離部材５７１の底部および側部とケース５６１の他端側底部および側部との間に、筒状空間５６３より断面積の大きい水蒸気分離空間５６４が筒状空間５６３に繋がって形成されるようになっている。
【００６０】
なお、水蒸気分離部材５７１の径は、ケース５６１の一端側から他端側（図５における左側から右側）へ向かうにつれて大きくなるように構成されており、これにより、筒状空間５６３の断面積がケース５６１の一端側から他端側へ向かうにつれて小さくなるようになっている。また、回収管５６９の一方の端部は、ケース５６１の他端側（図５における右側）の底部から水蒸気分離空間５６４内に突出し、水蒸気分離部材５７１の内側に位置するようになっている。
【００６１】
このように構成される水蒸気分離装置５６０において、図５に示すように、導入管５６５の導入通路５６６を通過してケース５６１のタービン収容空間５６２に達した排気ガス（矢印Ａ）は、排気タービン５５１を回転駆動したのち旋回流となって、ケース５６１の筒状空間５６３を通過する（矢印Ｂ）。筒状空間５６３を通過する排気ガスは、筒状空間５６３内を旋回しながら筒状空間５６３の一端側（タービン収容空間５６２側）から他端側（水蒸気分離空間５６４側）へ向かい、旋回しながら水蒸気分離空間５６４に達する。
【００６２】
排気ガスが筒状空間５６３より断面積の大きい水蒸気分離空間５６４に達すると、排気ガス中の比重が相対的に大きい炭酸ガス等は遠心力により水蒸気分離空間５６４の側方（外方）へ向かい、排気ガス中の比重が相対的に小さい水蒸気は水蒸気分離空間５６４の中央へ向かう。すなわち、水蒸気分離空間５６４において、排気ガスから水蒸気が分離される。なお、例えば、圧力１ｋｇｆ／ｃｍ２、温度２００℃における水蒸気の比重が０．４５２ｋｇ／ｍ３であるのに対し、炭酸ガスの比重が１．１０３ｋｇ／ｍ３であり、さらに、窒素ガスを多く含む空気の比重が０．７２２ｋｇ／ｍ３であることから（機械工学便覧による）、第１内燃機関１（および第２内燃機関２）から排出された排気ガスでは水蒸気の比重が一番小さく、水蒸気分離空間５６４において比重が相対的に小さい水蒸気は水蒸気分離空間５６４の中央へ向かう。
【００６３】
そして、水蒸気分離空間５６４の中央へ向けて分離された水蒸気は、ケース５６１内の圧力が大気圧より高いため、押し出されるように水蒸気分離部材５７１の開口部５７２を通過して水蒸気分離部材５７１の内側に達し（矢印Ｃ）、回収管５６９の回収通路５７０を通過してケース５６１の外部（冷却装置５０４へ）に排出される。一方、水蒸気が分離されて水蒸気分離空間５６４の側方へ向かう排気ガス（矢印Ｄ）は、排出管５６７の排出通路５６８を通過してケース５６１の外部に（一次熱交換器５１０へ）排出される。これにより、簡便な構成で、水蒸気を含む排気ガスから水蒸気を分離することが可能になる。
【００６４】
なお、筒状空間５６３の断面積をケース５６１の一端側（タービン収容空間５６２側）から他端側（水蒸気分離空間５６４側）へ向かうにつれて小さくすることで、筒状空間５６３を通過する排気ガスの速度が水蒸気分離空間５６４に向かうにつれて速くなり、水蒸気分離空間５６４において排気ガスから水蒸気を分離する効果（遠心力の効果）を高めることができる。
【００６５】
このようにして、水蒸気分離装置５６０により排気ガスから分離された水蒸気は、図５に示すように、冷却装置５０４を通過して水になり集水タンク５０５へ送られる。そして、集水タンク５０５に貯留された水は、リザーブタンク５０１内の水量が所定値以下となった場合に、モーターで駆動される第２加圧ポンプ５０６を用いてリザーブタンク５０１に送られる。これにより、水蒸気分離装置５６０を用いて外部（排気ガス）からリザーブタンク５０１に水が供給されるため、リザーブタンク５０１に水を補充する手間を省くことができ、メンテナンス性が向上する。さらに、リザーブタンク５０１に水を補充するための大型の装置を別途設ける必要がなく、エンジンの小型化が可能になる。特に、移動を伴う自動車や航空機用エンジンに有効である。また、第１内燃機関１（および第２内燃機関２）から排出された排気ガスから水蒸気を分離するため、排気ガスの有効利用を図ることができる。
【００６６】
なお、水蒸気分離装置５６０の排出通路５６８を通過した排気ガスは、図５に示すように、一次熱交換器５１０の排気管５１１を通過したのち外部に排出される。これからわかるように、水蒸気発生システム５の一次熱交換器５１０および二次熱交換器５２０は、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）から排出された排気ガスの熱を利用して水を加熱する構成となっており、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）から排出された排気ガス（排気熱）が有効利用される。
【００６７】
そして、以上のような構成の水蒸気分離装置５６０によれば、遠心力を利用して、排気ガスに含まれる水蒸気が水蒸気分離空間５６４の中央へ向けて分離され回収通路５７０を通過するとともに、水蒸気が分離された排気ガスが水蒸気分離空間６５４の側方へ向かいつつ排出通路５６８を通過するように構成されるため、簡便な構成で、水蒸気を含む排気ガスから水蒸気を分離することが可能になる。
【００６８】
また、第１内燃機関１（および第２内燃機関２）から排出された排気ガスから水蒸気を分離するため、排気ガスの有効利用を図ることができる。
【００６９】
なお、上述の実施形態において、水蒸気分離装置５６０により排気ガスから分離された水蒸気が水蒸気発生システム５のリザーブタンク５０１に送られるように構成されているが、これに限られるものではない。例えば、水蒸気分離装置５６０により排気ガスから分離された水蒸気を水に液化してエンジンの冷却水として用いるようにしてもよい。
【００７０】
また、上述の実施形態において、第１内燃機関１に加えて第２内燃機関２が設けられているが、これに限られるものではなく、内燃機関が１つだけ設けられるようにしてもよく、内燃機関が３つ以上設けられるようにしてもよい。さらに、第１スチーム機関３に加えて第２スチーム機関４が設けられているが、これに限られるものではなく、スチーム機関が１つだけ設けられるようにしてもよく、スチーム機関が３つ以上設けられるようにしてもよい。
【００７１】
さらに、上述の実施形態において、ケース５６１内のタービン収容空間５６２に排気タービン５５１が回転自在に設けられているが、これに限られるものではなく、ケース５６１の内部に排気タービン５５１が設けられなくてもよい。すなわち、導入通路５６６を通過した排気ガスがケース５６１の内部で旋回流を形成可能な構成であればよい。
【００７２】
また、上述の実施形態において、図１２に示すように水蒸気分離部材５７１を設けなくてもよい。このようにしても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。なおこのとき、排気タービン５５１が本発明に係る水蒸気分離部材として機能し、排気タービン５５１の胴部５５１ａとケース５６１の一端側部との間に筒状空間６６３が形成されるとともに、排気タービン５５１の先端とケース５６１の他端側底部および側部との間に、筒状空間６６３より断面積の大きい水蒸気分離空間６６４が筒状空間６６３に繋がって形成される。
【００７３】
そして、導入管５６５の導入通路５６６を通過してケース５６１の内部に達した排気ガス（矢印Ａ′）は、排気タービン５５１の胴部５５１ａから筒状空間６６３内に突出する羽根部５５１ｂを押圧して排気タービン５５１を回転駆動しつつ、筒状空間６６３内を旋回する旋回流（矢印Ｂ′）となり、旋回しながら筒状空間６６３を通過して水蒸気分離空間６６４に達する。排気ガスが水蒸気分離空間６６４に達すると、上述の実施形態の場合と同様にして排気ガスから水蒸気が分離され、水蒸気（矢印Ｃ′）が回収管５６９の回収通路５７０を通過してケース５６１の外部に排出されるとともに、水蒸気が分離された排気ガス（矢印Ｄ′）が排出管５６７の排出通路５６８を通過してケース５６１の外部に排出される。なお、図１２において、ケース５６１の内部に（水蒸気分離部材５７１に加えて）排気タービン５５１を設けなくてもよく、導入通路５６６を通過した排気ガスがケース５６１の内部で旋回流を形成可能な構成であればよい。このようにしても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
さらに、上述の実施形態において、水蒸気分離装置５６０により第１内燃機関１（および第２内燃機関２）から排出された排気ガスから水蒸気を分離するように構成されているが、これに限られるものではない。例えば、外燃機関の排気ガスから水蒸気を分離するようにしてもよく、水蒸気を含む混合気体に対して、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る水蒸気分離装置を備えたマルチハイブリッドエンジンのシリンダヘッドを取り外した状態を示す側面図である。
【図２】上記マルチハイブリッドエンジンを構成する第１内燃機関および第１スチーム機関を示す断面図である。
【図３】上記マルチハイブリッドエンジンを構成する第１および第２クランクシャフトアセンブリを示す側面図である。
【図４】上記マルチハイブリッドエンジンを構成する水蒸気発生システムの概要を示す構成図である。
【図５】本発明に係る水蒸気分離装置の断面図である。
【図６】第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１ピストンの部分断面側面図および部分断面背面図である。
【図７】第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１連結体の部分断面正面図である。
【図８】第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１連結体の部分断面側面図である。
【図９】第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１連結体の部分断面平面図である。
【図１０】第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１ローターアセンブリの部分断面正面図および側面図である。
【図１１】第１内燃機関を構成する第１クランクシャフトの正面図、側面図および断面図である。
【図１２】水蒸気分離装置の変形例を示す断面図である。
【図１３】従来の４サイクルガソリンエンジンにおける熱勘定図である。
【符号の説明】
【００７６】
ＥＮＧ マルチハイブリッドエンジン
１ 第１内燃機関
２ 第２内燃機関
３ 第１スチーム機関
４ 第２スチーム機関
５ 水蒸気発生システム
５５０ タービンユニット
５６０ 水蒸気分離装置
５６１ ケース
５６３ 筒状空間
５６４ 水蒸気分離空間
５６５ 導入管
５６６ 導入通路
５６７ 排出管
５６８ 排出通路
５６９ 回収管
５７０ 回収通路
５７１ 水蒸気分離部材
６６３ 筒状空間（変形例）
６６４ 水蒸気分離空間（変形例）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気を含む混合気体から水蒸気を分離可能なサイクロン式の水蒸気分離装置であって、
有底筒状のケースと、
前記ケースの内部に繋がる導入通路を有し、前記ケースの一端側において、前記導入通路を通過した混合気体が前記ケースの内部で旋回流を形成可能な位置に設けられた導入管と、
前記ケースの他端側の側部に設けられ、前記ケースの内部に繋がる排出通路を有する排出管と、
前記ケースの他端側の底部中央に設けられ、前記ケースの内部に繋がる回収通路を有する回収管と、
前記ケースの内部に設けられ、前記ケースの側部との間に筒状空間を形成するとともに、前記ケースの他端側底部および側部との間に前記筒状空間に繋がる水蒸気分離空間を形成する水蒸気分離部材とを備え、
前記導入通路を通過して前記ケースの内部に達した混合気体が前記筒状空間を旋回しつつ通過して前記水蒸気分離空間に達するように構成されており、
前記筒状空間内を旋回する混合気体が前記水蒸気分離空間に達すると、混合気体に含まれる水蒸気が前記水蒸気分離空間の中央へ向けて分離され前記回収通路を通過するとともに、水蒸気が分離された混合気体が前記水蒸気分離空間の側方へ向かいつつ前記排出通路を通過するように構成されることを特徴とする水蒸気分離装置。
【請求項２】
前記混合気体が内燃機関から排出された排気ガスであることを特徴とする請求項１に記載の水蒸気分離装置。
【請求項１】
水蒸気を含む混合気体から水蒸気を分離可能なサイクロン式の水蒸気分離装置であって、
有底筒状のケースと、
前記ケースの内部に繋がる導入通路を有し、前記ケースの一端側において、前記導入通路を通過した混合気体が前記ケースの内部で旋回流を形成可能な位置に設けられた導入管と、
前記ケースの他端側の側部に設けられ、前記ケースの内部に繋がる排出通路を有する排出管と、
前記ケースの他端側の底部中央に設けられ、前記ケースの内部に繋がる回収通路を有する回収管と、
前記ケースの内部に設けられ、前記ケースの側部との間に筒状空間を形成するとともに、前記ケースの他端側底部および側部との間に前記筒状空間に繋がる水蒸気分離空間を形成する水蒸気分離部材とを備え、
前記導入通路を通過して前記ケースの内部に達した混合気体が前記筒状空間を旋回しつつ通過して前記水蒸気分離空間に達するように構成されており、
前記筒状空間内を旋回する混合気体が前記水蒸気分離空間に達すると、混合気体に含まれる水蒸気が前記水蒸気分離空間の中央へ向けて分離され前記回収通路を通過するとともに、水蒸気が分離された混合気体が前記水蒸気分離空間の側方へ向かいつつ前記排出通路を通過するように構成されることを特徴とする水蒸気分離装置。
【請求項２】
前記混合気体が内燃機関から排出された排気ガスであることを特徴とする請求項１に記載の水蒸気分離装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−１９２３４８（Ｐ２００６−１９２３４８Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５２９４（Ｐ２００５−５２９４）
【出願日】平成１７年１月１２日（２００５．１．１２）
【出願人】（３０２０００９７７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１２日（２００５．１．１２）
【出願人】（３０２０００９７７）
【Ｆターム（参考）】
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