蒸気機関
【課題】熱エネルギーを利用して動力を得ることのできる蒸気機関を提供する。
【解決手段】シリンダ内にピストンを摺動自在に配置し、ピストンにクランクシャフトを連動連結して、ピストンの往復摺動にクランクシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたシリンダを配置するとともに、シリンダとシリンダ内で往復摺動するピストンを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、シリンダと上死点近傍にあるピストンで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストンを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させることを特徴とすることとした。
【解決手段】シリンダ内にピストンを摺動自在に配置し、ピストンにクランクシャフトを連動連結して、ピストンの往復摺動にクランクシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたシリンダを配置するとともに、シリンダとシリンダ内で往復摺動するピストンを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、シリンダと上死点近傍にあるピストンで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストンを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させることを特徴とすることとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃熱などを利用して動力を得ることのできる蒸気機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、動力源の一つである内燃機関は、様々な分野において広く用いられている。
【０００３】
特に近年では、環境への配慮や燃料の節約を目的として、種々の燃費向上手段が提案されている。
【０００４】
例えば、シリンダ内での燃料の燃焼を改善することにより、燃費の向上を図ったエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０３４９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまでに種々の改良がなされ、エンジンの燃費向上が図られてきたが、更なる燃費向上手段が求められている。
【０００７】
一方、燃焼に伴って発生する熱については、未だ利用検討の余地が残されていた。
【０００８】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、熱エネルギーを利用して動力を得ることのできる蒸気機関を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記従来の課題を解決するために、請求項１に記載の蒸気機関では、シリンダ内にピストンを摺動自在に配置し、ピストンにクランクシャフトを連動連結して、ピストンの往復摺動にクランクシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたシリンダを配置するとともに、シリンダとシリンダ内で往復摺動するピストンを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、シリンダと上死点近傍にあるピストンで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストンを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させることとした。
【００１０】
また、請求項２に記載の蒸気機関では、ローターハウジング内にローターを回動自在に配置し、ローターにエキセントリックシャフトを挿通して、ローターの回転運動にエキセントリックシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたローターハウジングを配置するとともに、ローターハウジングとローターハウジング内で回転運動するローターを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、ローターハウジングとローターとで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してローターを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してローターを発動させることとした。
【００１１】
また、請求項３に記載の蒸気機関では、請求項１又は請求項２に記載の蒸気機関において、前記高熱体は高熱流体であり、前記シリンダ又は前記ローターハウジングは、前記高熱流体が流動する高熱流路内に配置して受熱可能としたことに特徴を有する。
【００１２】
また、請求項４に記載の蒸気機関では、請求項１〜３いずれか１項に記載の蒸気機関において、フラッシュ空間内に発生した湿り飽和蒸気は外部に排出するとともに、液化装置を通して液化した作動流体となし、液化された作動流体は、加圧ポンプにより熱交換器を通して高圧かつ高温状態の過熱液となして、フラッシュ空間内にインジェクタを通して噴出させることに特徴を有する。
【００１３】
また、請求項５に記載の蒸気機関では、請求項４記載の蒸気機関において、高熱流体は廃熱流体であるとともに、この廃熱流体が流動する高熱流路内にはシリンダ又はローターハウジングと熱交換器とを配置していることに特徴を有する。
【００１４】
また、請求項６に記載の蒸気機関では、請求項１〜５のいずれか１項記載の蒸気機関において、作動流体は水であることに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る本発明によれば、シリンダ内にピストンを摺動自在に配置し、ピストンにクランクシャフトを連動連結して、ピストンの往復摺動にクランクシャフトの回転動作を連動させたピストン蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたシリンダを配置するとともに、シリンダとシリンダ内で往復摺動するピストンを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、シリンダと上死点近傍にあるピストンで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストンを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させることとしたため、熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるピストン型の蒸気機関を提供することができる。
【００１６】
また、請求項２に係る本発明によれば、ローターハウジング内にローターを回動自在に配置し、ローターにエキセントリックシャフトを挿通して、ローターの回転運動にエキセントリックシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたローターハウジングを配置するとともに、ローターハウジングとローターハウジング内で回転運動するローターを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、ローターハウジングとローターとで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してローターを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してローターを発動させることとしたため、熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるバンケル型のロータリー蒸気機関を提供することができる。
【００１７】
また、請求項３に係る本発明によれば、前記高熱体は高熱流体であり、前記シリンダ又は前記ローターハウジングは、前記高熱流体が流動する高熱流路内に配置して受熱可能としたため、伝熱面部を効率良く加熱することができる。
【００１８】
また、請求項４に係る本発明によれば、フラッシュ空間内に発生した湿り飽和蒸気は外部に排出するとともに、液化装置を通して液化した作動流体となし、液化された作動流体は、加圧ポンプにより熱交換器を通して高圧かつ高温状態の過熱液となして、フラッシュ空間内にインジェクタを通して噴出させることとしたため、作動流体を循環利用することができる。
【００１９】
また、請求項５に係る本発明によれば、高熱流体は廃熱流体であるとともに、この廃熱流体が流動する高熱流路内にはシリンダ又はローターハウジングと熱交換器とを配置したため、排熱を効率的にシリンダやローターハウジングと熱交換器とに受熱させることができ、有効利用することができる。
【００２０】
また、請求項６に係る本発明によれば、作動流体は水であることとしたため、安価に、且つ、万一漏出した場合であっても安全に蒸気機関を駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係るピストン蒸気機関の構成を示した概念図である。
【図２】第２実施形態に係るピストン蒸気機関の動きを示した説明図である。
【図３】第３実施形態に係るバンケル型ロータリー蒸気機関の動きを示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、シリンダ内にピストンを摺動自在に配置し、ピストンにクランクシャフトを連動連結して、ピストンの往復摺動にクランクシャフトの回転動作を連動させたピストン蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたシリンダを配置するとともに、シリンダとシリンダ内で往復摺動するピストンを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、シリンダと上死点近傍にあるピストンで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストンを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させることを特徴とする蒸気機関を提供するものである。なお、本明細書において、このような蒸気機関を「ピストン蒸気機関」とも言う。
【００２３】
また、本発明は、ローターハウジング内にローターを回動自在に配置し、ローターにエキセントリックシャフトを挿通して、ローターの回転運動にエキセントリックシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたローターハウジングを配置するとともに、ローターハウジングとローターハウジング内で回転運動するローターを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、ローターハウジングとローターとで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してローターを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してローターを発動させることを特徴とする蒸気機関を提供するものでもある。なお、本明細書において、このような蒸気機関を「バンケル型ロータリー蒸気機関」とも言う。
【００２４】
すなわち、換言するならば、高熱体の熱によって加熱されたシリンダやローターハウジング内に、高温・高圧の作動流体である過熱液インジェクションし、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気とするフラッシュワークと、フラッシュワークにて蒸気化しなかった過熱液が伝熱面部に付着し、瞬時に沸騰して蒸気化されるボイリングワークとを生起させてピストンやローターを発動させることにより動力を得る蒸気機関であるとも言える。
【００２５】
ここで高熱体は、シリンダやローターハウジング内にインジェクションした過熱液でフラッシュワークとボイリングワークとを生起させることが可能な熱エネルギーを有するものであれば特に限定されるものではない。
【００２６】
付言すれば、フラッシュワークが行われたシリンダやローターハウジング内の圧力下で、後述の気化膨張行程の間に液滴として飛散した過熱液の全てを、ボイリングワークにて蒸気化可能な熱量を伝熱面部に持たせることが可能なものであれば良い。
【００２７】
このような高熱体としては、例えば、高温のガスや液体などの流体や、高熱を発する装置類とすることができる。
【００２８】
高温の流体を高熱体とする場合には、ピストン蒸気機関を構成するシリンダや、バンケル型ロータリー蒸気機関を構成するローターハウジングを、高熱流体が流動する高熱流路内に配置することで受熱可能としても良い。またこのとき、シリンダやローターハウジングの表面積を大きくすることで、高熱流体との接触面積を拡大し、受熱効率を向上させるようにしても良い。
【００２９】
また、この高熱流体は、廃熱流体を用いることとしても良い。廃熱流体を利用することにより、廃熱を動力に変換することができ、廃熱の有効利用を行うことができる。
【００３０】
また、高熱を発する装置類を高熱体とする場合、具体的な一例を挙げると、内燃機関を高熱体とする場合には、内燃機関とピストン蒸気機関とを一つのシリンダブロックで一体的に構成したり、バンケル型の内燃機関とバンケル型ロータリー蒸気機関とをサイドハウジングを介して一体的に並設することで、内燃機関にて発せられた熱をシリンダブロックやサイドハウジングで伝搬させて、蒸気機関に受熱させることもできる。
【００３１】
シリンダ内やローターハウジング内へインジェクションする作動流体は、インジェクション後に回収して、再びインジェクションに供するようにしても良い。
【００３２】
すなわち、フラッシュワークやボイリングワークによりフラッシュ空間内に発生した湿り蒸気は、ピストンやローターの発動後にシリンダやローターハウジング外へ排出し、液化装置を通して液化して、再び作動流体としてインジェクションしても良い。このような構成とすることにより、作動流体を循環利用することができる。
【００３３】
また、インジェクションに供する作動流体は、気液間で相転移してフラッシュワークやボイリングワークを生起することが可能な流体であれば特に限定されるものではなく、利用する高熱体の温度に応じて適宜選択することができる。
【００３４】
特に、作動流体を水とした場合には、安価に、且つ、万一漏出した場合であっても安全にピストン蒸気機関を駆動させることができる。
【００３５】
〔第１実施形態〕
以下、第１実施形態に係る蒸気機関としてのピストン蒸気機関Ａについて、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係るピストン蒸気機関Ａの構成を示した概念図である。
【００３６】
第１実施形態に係るピストン蒸気機関Ａは、高熱体として、内燃機関１からの排出される高温の廃熱流体としての排ガスを利用するものである。また、作動流体には水を用いている。
【００３７】
内燃機関１より排出された排ガスは、作動流体を加熱する第１ガス流路２と、発動機部３を加熱する第２ガス流路４とに分岐される。第１ガス流路２と第２ガス流路４は、いずれも廃熱流体が流動する高熱流路の一部として機能するものである。
【００３８】
第１ガス流路２の中途部には、熱交換器５が配設された作動流体加熱室６が設けられている。
【００３９】
熱交換器５には、ポンプ７によって加圧された水（作動流体）が供給されており、排ガスと水との間で熱交換を行って、高温高圧の水である過熱液を生成する。熱交換器５によって生成された過熱液は、後述の発動機部３に配設されたインジェクタ８に供給される。
【００４０】
作動流体加熱室６を経た排ガスは、その後大気中へ放出される。
【００４１】
一方、第２ガス流路４へ分岐された排ガスは、発動機部３に至る。発動機部３は、発動機本体部９と、同発動機本体部９の上部を気密状に覆う排ガス案内ケース１０とで構成している。
【００４２】
発動機本体部９は、クランクケース１１と、シリンダ１２と、シリンダヘッド１３を備えている。
【００４３】
クランクケース１１には、クランクシャフト１４が納められており、同クランクシャフト１４の端部はクランクケース１１外へ突出させて、動力を取出す出力軸（図示せず）としている。
【００４４】
また、クランクシャフト１４には、コネクティングロッド１５を介してピストン１６が連動連結されており、シリンダ１２内でのピストン１６の上下動により、クランクシャフト１４が回動されるよう構成している。
【００４５】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１２の上部開口に対向して形成された凹部１７が形成されている。この凹部１７は、シリンダ１２内で摺動するピストン１６が上死点近傍に到達した際にフラッシュ空間として機能する部位である。
【００４６】
また凹部１７の内周面には、過熱液をフラッシュ空間内にインジェクションするためのインジェクタ８が設けられている。
【００４７】
インジェクタ８の上部にはソレノイド８ａが配設されており、図示しない制御部によって電力が供給されることにより、ソレノイド８ａが励磁されて、フラッシュ空間内への過熱液のインジェクションが行われる。
【００４８】
また、シリンダヘッド１３の上部には、フラッシュ空間内で生じた湿り飽和蒸気を排出するための蒸気排出流路１９が形成されており、同蒸気排出流路１９のフラッシュ空間側の開口部には、この開口部を開閉自在に閉塞するバルブ２０が配置されている。
【００４９】
このバルブ２０は、同バルブ２０の基部に配設されているバルブスプリング２１によって閉塞側に付勢されており、同じくバルブ２０の基部側に配置されたカム２２により、所定のタイミングで付勢力に抗して押圧されて蒸気排出流路１９の開口部を開放する。
【００５０】
蒸気排出流路１９より発動機部３の外部へ排出された湿り飽和蒸気は、液化装置としての凝縮器３０に至る。凝縮器３０では、所定の冷媒（本第１実施形態では外気）と熱交換が行われ、蒸気を凝集させて液化して作動流体とする。
【００５１】
凝縮器３０にて得られた作動流体は、所定量の作動流体を貯留する貯留タンク３１に送られる。なお、貯留タンク３１に貯留されている作動流体は、再びポンプ７によって熱交換器５へ加圧しながら送給され過熱液となる。
【００５２】
すなわち、作動流体は、貯留タンク３１→ポンプ７→熱交換器５→インジェクタ８→フラッシュ空間→蒸気排出流路１９→凝縮器３０→貯留タンク３１のように循環させるようにしている。
【００５３】
発動機部３の説明に戻り、シリンダ１２とシリンダヘッド１３の側面部にはフィン２３が設けられており、排ガスの熱を効率良く受熱可能としている。
【００５４】
排ガス案内ケース１０は第２ガス流路４の一部を構成するシリンダヘッド１３及びシリンダ１２の上部を気密状に収容する箱状の部材であり、内燃機関１から排出された排ガスを流入させる導入口１０ａと、排出する排出口１０ｂとを備えている。
【００５５】
排ガス案内ケース１０は、発動機本体部９のシリンダヘッド１３及びシリンダ１２の上部を覆っており、同排ガス案内ケース１０内に導入された排ガスは、シリンダ１２及びシリンダヘッド１３に設けられたフィン２３によって熱交換が行われることとなり、熱が奪われた排ガスは排出口１０ｂを介して大気中へ放出される。
【００５６】
次に、上述の構成を備えるピストン蒸気機関Ａの動きについて説明する。
【００５７】
貯留タンク３１に貯留されている水は、まずポンプ７によって所定圧力に加圧しながら熱交換器５へ送給される。
【００５８】
熱交換器５では、内燃機関１より排出された排ガスとの熱交換が行われ、高温高圧（例えば、350℃、170bar）の過熱液としてインジェクタ８へ送給される。
【００５９】
一方、第２ガス流路４に分岐された排ガスは、排ガス案内ケース１０内でフィン２３により熱交換が行われ、シリンダヘッド１３やシリンダ１２、ピストン１６を所定温度（例えば、350℃）に加熱する。
【００６０】
このような状態において、まず、インジェクタ８から過熱液がフラッシュ空間内にインジェクションされると、圧力差によって過熱液の一部が瞬時に膨張してフラッシュワークが行われる。
【００６１】
また、これとほぼ同時に、飛散した過熱液の微細な液滴が、加熱されたシリンダ１２の内壁面やピストン１６の上面（以下、これらの面を総称して伝熱面部という。）に衝突して沸騰されボイリングワークが行われる。
【００６２】
これらフラッシュワークとボイリングワークが生起されることにより、フラッシュ空間内が高圧状態となってピストン１６は押し下げられ、コネクティングロッド１５を介してクランクシャフト１４の回動が行われ駆動力が発生する（気化膨張行程）。
【００６３】
次に、クランクシャフト１４に設けられたカウンターウェイト１４ａの慣性力により、コネクティングロッド１５を介してピストン１６の押し上げ動作が行われる。このとき、バルブ２０は開放され、フラッシュ空間内の湿り飽和蒸気は、蒸気排出流路１９を介して発動機部３外へ排出される（蒸気排出行程）。
【００６４】
ピストン１６が上死点近傍に達するとバルブ２０は蒸気排出流路１９を閉塞し、再びフラッシュ空間内へ過熱液のインジェクションが行われることとなる。
【００６５】
このように、気化膨張行程と蒸気排出行程とが繰り返し行われることで、排ガスの熱を利用した動力変換が行われることとなる。
【００６６】
また、蒸気排出行程にて排出された湿り飽和蒸気は凝縮器３０に送られ、液体に相転移させて貯留タンク３１にて貯留される。
【００６７】
このように、本第１実施形態に係るピストン蒸気機関Ａによれば、排ガスの熱を受熱可能としたシリンダ１２を配置するとともに、シリンダ１２とシリンダ１２内で往復摺動するピストン１６を熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を排ガスにより加熱し、シリンダ１２と上死点近傍にあるピストン１６で閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタ８を通して高圧かつ高温状態の過熱液となした水を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストン１６を発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させることとしたため、熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるピストン蒸気機関を提供することができる。
【００６８】
ピストン蒸気機関Ａによって得られた動力は、内燃機関１の補助動力として使用しても良く、また、独立した動力源として使用しても良い。
【００６９】
例えば前者であれば、ピストン蒸気機関Ａのクランクシャフト１４より伸延する出力軸からの動力を、内燃機関１の出力軸からの動力に足し併せることで、ピストン蒸気機関Ａを内燃機関１の補助動力機関として利用することができる。また後者であれば、発電機等を駆動させるための動力としての利用が考えられる。
【００７０】
〔第２実施形態〕
次に、第２の実施形態に係る蒸気機関としてのピストン蒸気機関Ｂについて図２を参照しながら説明する。本第２の実施形態に係るピストン蒸気機関Ｂは、前述のピストン蒸気機関Ａと略同様の構成を備えているが、燃料混合気の供給管路４０と点火プラグ４２とを設け、内燃機関の発動サイクルに引き続き、前述の気化膨張行程及び蒸気排出行程を行うようにした点で構造を異にしている。
【００７１】
換言すれば、通常の内燃機関において、前述の気化膨張行程及び蒸気排出行程を行えるようにしてピストン蒸気機関としての機能を持たせた点に特徴を有している。なお、図２では、前述の発動機部３に該当する発動機部４３での動きを中心に説明し、作動流体の循環機構については、前述の実施形態と同様であるため説明を省略する。また、本第２実施形態では、４ストロークエンジンをベースとした６ストロークのピストン蒸気機関Ｂについて説明する。すなわち、内燃機関としての４行程と、ピストン蒸気機関としての２行程とが行われる。
【００７２】
ピストン蒸気機関Ｂでは、まず図２（ａ）に示すように、燃料供給バルブ４１を開放し、供給管路４０からガソリン等の気化燃料と空気とを所定の割合で混合した燃料混合気をシリンダ５２内に取り込む吸入行程を行う。
【００７３】
次に、図２（ｂ）に示すように、シリンダ５２内でピストン５６を上昇させて、吸入した燃料混合気を圧縮する圧縮行程を行う。
【００７４】
次いで、図２（ｃ）に示すように、シリンダヘッド５３に配設した点火プラグ４２をスパークさせて、圧縮した燃料混合気に点火し、爆発力によってピストン５６を押し下げる燃焼膨張行程を行う。
【００７５】
本燃焼膨張行程が行われることにより、クランクシャフト５４が回動し、駆動力が発生することとなる。また、この燃焼膨張行程によって、シリンダ５２の内壁及びピストン５６の上壁が加熱されて高熱体として機能することとなる。
【００７６】
次に、慣性によってピストン５６を上昇させ、排気バルブ６０を開放して、燃焼ガスをシリンダ５２外に押し出す排気行程を行う。
【００７７】
次に、燃焼ガスが排出された後のフラッシュ空間内にインジェクタ８から過熱液をインジェクションし、フラッシュワークとボイリングワークとを生起させ、フラッシュ空間内を高圧状態としてピストン５６を押し下げる気化膨張行程を行う。
【００７８】
すなわち、高熱体としてのシリンダ５２の内壁及びピストン５６の上壁が、伝熱面部としても機能することにより、ボイリングワークが生起される。
【００７９】
この気化膨張行程が行われることにより、クランクシャフト５４が回動し、駆動力が更に発生することとなる。
【００８０】
そして、慣性によってピストン５６が上昇し、排気バルブ６０を開放して、湿り飽和蒸気は外部に排出されることとなる（蒸気排出行程）。なお、この時の湿り飽和蒸気は、前述の実施形態と同様に凝縮させて回収しても良く、また、そのまま大気中に排出しても良い。
【００８１】
このように、上述の吸入行程→圧縮行程→燃焼膨張行程→排気行程→気化膨張行程→蒸気排出行程が行われることにより、内燃機関の機能を備えながらも、同内燃機関にて発生した熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるピストン蒸気機関として機能させることができる。
【００８２】
〔第３実施形態〕
次に、第３の実施形態に係る蒸気機関としてのバンケル型ロータリー蒸気機関Ｃについて図３を参照しながら説明する。なお、図３では、第１実施形態における発動機部３に該当する発動機部６３での動きを中心に説明し、作動流体の循環機構については、前述の実施形態と同様であるため説明を省略する。また、前述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００８３】
バンケル型ロータリー蒸気機関Ｃの発動機部６３は、発動機本体部６９と、同発動機本体部６９の周囲を気密状に覆う排ガス案内ケース（図示省略）とで構成しており、内燃機関より排出された排ガスを発動機本体部６９の周囲に案内して発動機本体部６９を加熱可能に構成している。
【００８４】
発動機本体部６９は、内周面がまゆ型のトロコイド曲線状に形成されたローターハウジング７２を備えている。
【００８５】
ローターハウジング７２の中心部には、エキセントリックシャフト７４が納められており、同エキセントリックシャフト７４の端部（紙面奥行き方向端部）は図示しないサイドハウジング外へ突出させて、動力を取出す出力軸（図示せず）としている。
【００８６】
また、エキセントリックシャフト７４には、略三角形状のローター７６が回動自在に配設されており、ローターハウジング７２内でのローター７６の回動により、エキセントリックシャフト７４が回動されるよう構成している。
【００８７】
ローター７６には、三角形の辺にあたる部位に凹部７７がそれぞれ形成されている。この凹部７７は、ローター７６が図３（ｄ）で示す位置（位相）に到達した際にフラッシュ空間として機能する部位である。
【００８８】
また、ローター７６が図３（ｄ）で示す位置（位相）の凹部７７のに対向するローターハウジング７２の内周面には、過熱液をフラッシュ空間内にインジェクションするためのインジェクタ８が、先端を内部に露出させた状態で設けられている。
【００８９】
また、ローターハウジング７２には、フラッシュ空間の内圧を調整する空気を吸入させるための吸入流路７１と、フラッシュ空間内で生じた湿り飽和蒸気を排出するための蒸気排出流路７９とが形成されている。
【００９０】
蒸気排出流路７９より発動機部６３の外部へ排出された湿り飽和蒸気は、前述の液化装置としての凝縮器３０に送られ、蒸気を凝集させて液化して再び作動流体として利用される。
【００９１】
ローターハウジング７２の外周面部にはフィン８３が設けられており、内燃機関から排出された排ガスの熱を効率良く受熱可能としている。
【００９２】
次に、上述の構成を備えるバンケル型ロータリー蒸気機関Ｃの動きについて説明する。なお、ここでは説明の便宜上、ローター７６の各辺に設けられた各凹部７７のうちの１つに着目して説明するが、既知のロータリー内燃機関と同様、以下に説明する動作等はローター７６の各辺において位相を異ならせて行われる。
【００９３】
バンケル型ロータリー蒸気機関Ｃでは、まず図３（ａ）に示すように、吸入流路７１から空気をローターハウジング７２内に取り込む吸入行程を行う。
【００９４】
次に、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、ローター７６がリーディング方向に回動すると、ローターハウジング７２の内周面とローター７６の一辺とで囲まれる空間が徐々に狭隘となり、吸入した空気を圧縮する圧縮行程が行われる。
【００９５】
次いで、図３（ｄ）に示すように、ローター７６の凹部７７がインジェクタ８の対向位置近傍となった際に形成されるフラッシュ空間内に、インジェクタ８から過熱液をインジェクションし、フラッシュワークとボイリングワークとを生起させ、フラッシュ空間内を高圧状態としてローター７６をリーディング方向に回転させる気化膨張行程を行う。
【００９６】
すなわち、ローターハウジング７２の内壁やローター７６が、伝熱面部として機能することにより、ボイリングワークが生起される。
【００９７】
この気化膨張行程が行われることにより、図３（ｅ）に示すように、エキセントリックシャフト７４が回動し、駆動力が発生することとなる。
【００９８】
そして、ローター７６が更に回動し、ローターハウジング７２の内周面とローター７６の一辺とで囲まれる空間が蒸気排出流路７９の位置に至ると、図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示すように、湿り飽和蒸気は蒸気排出流路７９を介して外部に排出されることとなる（蒸気排出行程）。なお、本第３実施形態では、この時の湿り飽和蒸気を凝縮させて回収することとしたが、そのまま大気中に排出しても良い。
【００９９】
このように、上述の吸入行程→圧縮行程→気化膨張行程→蒸気排出行程が行われることにより、内燃機関より排出された排ガスの熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるバンケル型ロータリー蒸気機関として機能させることができる。
【０１００】
また、本第３実施形態に係るバンケル型ロータリー蒸気機関Ｃは、次のような利点が挙げられる。
【０１０１】
すなわち、実際にバンケル型ロータリー蒸気機関Ｃを駆動させるにあたり、エキセントリックシャフト７４の潤滑と、フラッシュ空間の潤滑とを分離することができるため、第１及び第２実施形態にて示したピストン方式よりも潤滑に有利である。
【０１０２】
また、フラッシュ空間の表面積がピストン方式に比して大きいため、ローターハウジング７２表面のフィン８３から得た熱で駆動する蒸気機関の場合、バンケル型ロータリー蒸気機関の方が有利であるものと考えられる。
【０１０３】
また、インジェクションした過熱液を回収するに際し、ローターハウジング７２は、特にバルブ等を設ける必要なく穿孔するだけで良いため、機構的に極めて簡便とすることができる。また、このときローターハウジング７２の下側に、排出するためのドレイン孔を形成することができれば、排出がより容易となる。
【０１０４】
さらに、過熱液を噴射するインジェクタとは別個に、潤滑用のオイルを吸入行程中に噴射するインジェクタを容易に配置することができ、潤滑性能をより向上させることができる。
【０１０５】
このように、上述した各ポイントにおいて、バンケル型ロータリー蒸気機関は、レシプロ型蒸気機関に比して有利であるものと考えられる。
【０１０６】
なお、バンケル型ロータリー蒸気機関Ｃによって得られた動力は、前述のピストン蒸気機関Ａと同様、内燃機関の補助動力として使用しても良く、また、独立した動力源として使用しても良いのは勿論である。
【０１０７】
上述してきたように、本実施形態に係るピストン蒸気機関Ａ及びピストン蒸気機関Ｂでは、シリンダ（例えばシリンダ１２,５２）内にピストン（例えばピストン１６,５６）を摺動自在に配置し、ピストンにクランクシャフト（例えばクランクシャフト１４,５４）を連動連結して、ピストンの往復摺動にクランクシャフトの回転動作を連動させたピストン蒸気機関であって、高熱体（例えば、排ガスやシリンダ５２やピストン５６）の熱を受熱可能としたシリンダを配置するとともに、シリンダとシリンダ内で往復摺動するピストンを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、シリンダと上死点近傍にあるピストンで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタ（例えば、インジェクタ８）を通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体（例えば、水）を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストンを発動させ（例えば、フラッシュワーク）、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させる（例えば、ボイリングワーク）こととしたため、熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるピストン型の蒸気機関を提供することができる。
【０１０８】
また、本実施形態に係るバンケル型ロータリー蒸気機関Ｃでは、ローターハウジング（例えば、ローターハウジング７２）内にローター（例えば、ローター７６）を回動自在に配置し、ローターにエキセントリックシャフト（例えば、エキセントリックシャフト７４）を挿通して、ローターの回転運動にエキセントリックシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、高熱体（例えば、内燃機関から排出された排ガス）の熱を受熱可能としたローターハウジングを配置（例えば、排ガス案内ケース内に配設された発動機本体部６９）するとともに、ローターハウジングとローターハウジング内で回転運動するローターを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、ローターハウジングとローターとで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタ（例えば、インジェクタ８）を通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してローターを発動させ（例えば、フラッシュワーク）、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してローターを発動させる（例えば、ボイリングワーク）こととしたため、熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるバンケル型ロータリー蒸気機関を提供することができる。
【０１０９】
最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【０１１０】
例えば、第１実施形態では、内燃機関１の高温排ガスを高熱体として利用したが、これに限定されるものではなく、工場の高温排気ダクトにピストン蒸気機関を取り付けて動力を得るようにしても良い。また、このことは第３実施形態におけるバンケル型ロータリー蒸気機関Ｃについても同様である。
【符号の説明】
【０１１１】
１ 内燃機関
２ 第１ガス流路
４ 第２ガス流路
８ インジェクタ
１０ 排ガス案内ケース
１２ シリンダ
１３ シリンダヘッド
１４ クランクシャフト
１５ コネクティングロッド
１６ ピストン
１７ 凹部
１９ 蒸気排出流路
２０ バルブ
２１ バルブスプリング
２３ フィン
３０ 凝縮器
３１ 貯留タンク
６３ 発動機部
６９ 発動機本体部
７１ 吸入流路
７２ ローターハウジング
７４ エキセントリックシャフト
７６ ローター
７７ 凹部
７９ 蒸気排出流路
８３ フィン
Ａ ピストン蒸気機関
Ｂ ピストン蒸気機関
Ｃ バンケル型ロータリー蒸気機関
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃熱などを利用して動力を得ることのできる蒸気機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、動力源の一つである内燃機関は、様々な分野において広く用いられている。
【０００３】
特に近年では、環境への配慮や燃料の節約を目的として、種々の燃費向上手段が提案されている。
【０００４】
例えば、シリンダ内での燃料の燃焼を改善することにより、燃費の向上を図ったエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０３４９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまでに種々の改良がなされ、エンジンの燃費向上が図られてきたが、更なる燃費向上手段が求められている。
【０００７】
一方、燃焼に伴って発生する熱については、未だ利用検討の余地が残されていた。
【０００８】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、熱エネルギーを利用して動力を得ることのできる蒸気機関を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記従来の課題を解決するために、請求項１に記載の蒸気機関では、シリンダ内にピストンを摺動自在に配置し、ピストンにクランクシャフトを連動連結して、ピストンの往復摺動にクランクシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたシリンダを配置するとともに、シリンダとシリンダ内で往復摺動するピストンを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、シリンダと上死点近傍にあるピストンで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストンを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させることとした。
【００１０】
また、請求項２に記載の蒸気機関では、ローターハウジング内にローターを回動自在に配置し、ローターにエキセントリックシャフトを挿通して、ローターの回転運動にエキセントリックシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたローターハウジングを配置するとともに、ローターハウジングとローターハウジング内で回転運動するローターを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、ローターハウジングとローターとで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してローターを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してローターを発動させることとした。
【００１１】
また、請求項３に記載の蒸気機関では、請求項１又は請求項２に記載の蒸気機関において、前記高熱体は高熱流体であり、前記シリンダ又は前記ローターハウジングは、前記高熱流体が流動する高熱流路内に配置して受熱可能としたことに特徴を有する。
【００１２】
また、請求項４に記載の蒸気機関では、請求項１〜３いずれか１項に記載の蒸気機関において、フラッシュ空間内に発生した湿り飽和蒸気は外部に排出するとともに、液化装置を通して液化した作動流体となし、液化された作動流体は、加圧ポンプにより熱交換器を通して高圧かつ高温状態の過熱液となして、フラッシュ空間内にインジェクタを通して噴出させることに特徴を有する。
【００１３】
また、請求項５に記載の蒸気機関では、請求項４記載の蒸気機関において、高熱流体は廃熱流体であるとともに、この廃熱流体が流動する高熱流路内にはシリンダ又はローターハウジングと熱交換器とを配置していることに特徴を有する。
【００１４】
また、請求項６に記載の蒸気機関では、請求項１〜５のいずれか１項記載の蒸気機関において、作動流体は水であることに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る本発明によれば、シリンダ内にピストンを摺動自在に配置し、ピストンにクランクシャフトを連動連結して、ピストンの往復摺動にクランクシャフトの回転動作を連動させたピストン蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたシリンダを配置するとともに、シリンダとシリンダ内で往復摺動するピストンを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、シリンダと上死点近傍にあるピストンで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストンを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させることとしたため、熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるピストン型の蒸気機関を提供することができる。
【００１６】
また、請求項２に係る本発明によれば、ローターハウジング内にローターを回動自在に配置し、ローターにエキセントリックシャフトを挿通して、ローターの回転運動にエキセントリックシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたローターハウジングを配置するとともに、ローターハウジングとローターハウジング内で回転運動するローターを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、ローターハウジングとローターとで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してローターを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してローターを発動させることとしたため、熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるバンケル型のロータリー蒸気機関を提供することができる。
【００１７】
また、請求項３に係る本発明によれば、前記高熱体は高熱流体であり、前記シリンダ又は前記ローターハウジングは、前記高熱流体が流動する高熱流路内に配置して受熱可能としたため、伝熱面部を効率良く加熱することができる。
【００１８】
また、請求項４に係る本発明によれば、フラッシュ空間内に発生した湿り飽和蒸気は外部に排出するとともに、液化装置を通して液化した作動流体となし、液化された作動流体は、加圧ポンプにより熱交換器を通して高圧かつ高温状態の過熱液となして、フラッシュ空間内にインジェクタを通して噴出させることとしたため、作動流体を循環利用することができる。
【００１９】
また、請求項５に係る本発明によれば、高熱流体は廃熱流体であるとともに、この廃熱流体が流動する高熱流路内にはシリンダ又はローターハウジングと熱交換器とを配置したため、排熱を効率的にシリンダやローターハウジングと熱交換器とに受熱させることができ、有効利用することができる。
【００２０】
また、請求項６に係る本発明によれば、作動流体は水であることとしたため、安価に、且つ、万一漏出した場合であっても安全に蒸気機関を駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係るピストン蒸気機関の構成を示した概念図である。
【図２】第２実施形態に係るピストン蒸気機関の動きを示した説明図である。
【図３】第３実施形態に係るバンケル型ロータリー蒸気機関の動きを示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、シリンダ内にピストンを摺動自在に配置し、ピストンにクランクシャフトを連動連結して、ピストンの往復摺動にクランクシャフトの回転動作を連動させたピストン蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたシリンダを配置するとともに、シリンダとシリンダ内で往復摺動するピストンを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、シリンダと上死点近傍にあるピストンで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストンを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させることを特徴とする蒸気機関を提供するものである。なお、本明細書において、このような蒸気機関を「ピストン蒸気機関」とも言う。
【００２３】
また、本発明は、ローターハウジング内にローターを回動自在に配置し、ローターにエキセントリックシャフトを挿通して、ローターの回転運動にエキセントリックシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、高熱体の熱を受熱可能としたローターハウジングを配置するとともに、ローターハウジングとローターハウジング内で回転運動するローターを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、ローターハウジングとローターとで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してローターを発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してローターを発動させることを特徴とする蒸気機関を提供するものでもある。なお、本明細書において、このような蒸気機関を「バンケル型ロータリー蒸気機関」とも言う。
【００２４】
すなわち、換言するならば、高熱体の熱によって加熱されたシリンダやローターハウジング内に、高温・高圧の作動流体である過熱液インジェクションし、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気とするフラッシュワークと、フラッシュワークにて蒸気化しなかった過熱液が伝熱面部に付着し、瞬時に沸騰して蒸気化されるボイリングワークとを生起させてピストンやローターを発動させることにより動力を得る蒸気機関であるとも言える。
【００２５】
ここで高熱体は、シリンダやローターハウジング内にインジェクションした過熱液でフラッシュワークとボイリングワークとを生起させることが可能な熱エネルギーを有するものであれば特に限定されるものではない。
【００２６】
付言すれば、フラッシュワークが行われたシリンダやローターハウジング内の圧力下で、後述の気化膨張行程の間に液滴として飛散した過熱液の全てを、ボイリングワークにて蒸気化可能な熱量を伝熱面部に持たせることが可能なものであれば良い。
【００２７】
このような高熱体としては、例えば、高温のガスや液体などの流体や、高熱を発する装置類とすることができる。
【００２８】
高温の流体を高熱体とする場合には、ピストン蒸気機関を構成するシリンダや、バンケル型ロータリー蒸気機関を構成するローターハウジングを、高熱流体が流動する高熱流路内に配置することで受熱可能としても良い。またこのとき、シリンダやローターハウジングの表面積を大きくすることで、高熱流体との接触面積を拡大し、受熱効率を向上させるようにしても良い。
【００２９】
また、この高熱流体は、廃熱流体を用いることとしても良い。廃熱流体を利用することにより、廃熱を動力に変換することができ、廃熱の有効利用を行うことができる。
【００３０】
また、高熱を発する装置類を高熱体とする場合、具体的な一例を挙げると、内燃機関を高熱体とする場合には、内燃機関とピストン蒸気機関とを一つのシリンダブロックで一体的に構成したり、バンケル型の内燃機関とバンケル型ロータリー蒸気機関とをサイドハウジングを介して一体的に並設することで、内燃機関にて発せられた熱をシリンダブロックやサイドハウジングで伝搬させて、蒸気機関に受熱させることもできる。
【００３１】
シリンダ内やローターハウジング内へインジェクションする作動流体は、インジェクション後に回収して、再びインジェクションに供するようにしても良い。
【００３２】
すなわち、フラッシュワークやボイリングワークによりフラッシュ空間内に発生した湿り蒸気は、ピストンやローターの発動後にシリンダやローターハウジング外へ排出し、液化装置を通して液化して、再び作動流体としてインジェクションしても良い。このような構成とすることにより、作動流体を循環利用することができる。
【００３３】
また、インジェクションに供する作動流体は、気液間で相転移してフラッシュワークやボイリングワークを生起することが可能な流体であれば特に限定されるものではなく、利用する高熱体の温度に応じて適宜選択することができる。
【００３４】
特に、作動流体を水とした場合には、安価に、且つ、万一漏出した場合であっても安全にピストン蒸気機関を駆動させることができる。
【００３５】
〔第１実施形態〕
以下、第１実施形態に係る蒸気機関としてのピストン蒸気機関Ａについて、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係るピストン蒸気機関Ａの構成を示した概念図である。
【００３６】
第１実施形態に係るピストン蒸気機関Ａは、高熱体として、内燃機関１からの排出される高温の廃熱流体としての排ガスを利用するものである。また、作動流体には水を用いている。
【００３７】
内燃機関１より排出された排ガスは、作動流体を加熱する第１ガス流路２と、発動機部３を加熱する第２ガス流路４とに分岐される。第１ガス流路２と第２ガス流路４は、いずれも廃熱流体が流動する高熱流路の一部として機能するものである。
【００３８】
第１ガス流路２の中途部には、熱交換器５が配設された作動流体加熱室６が設けられている。
【００３９】
熱交換器５には、ポンプ７によって加圧された水（作動流体）が供給されており、排ガスと水との間で熱交換を行って、高温高圧の水である過熱液を生成する。熱交換器５によって生成された過熱液は、後述の発動機部３に配設されたインジェクタ８に供給される。
【００４０】
作動流体加熱室６を経た排ガスは、その後大気中へ放出される。
【００４１】
一方、第２ガス流路４へ分岐された排ガスは、発動機部３に至る。発動機部３は、発動機本体部９と、同発動機本体部９の上部を気密状に覆う排ガス案内ケース１０とで構成している。
【００４２】
発動機本体部９は、クランクケース１１と、シリンダ１２と、シリンダヘッド１３を備えている。
【００４３】
クランクケース１１には、クランクシャフト１４が納められており、同クランクシャフト１４の端部はクランクケース１１外へ突出させて、動力を取出す出力軸（図示せず）としている。
【００４４】
また、クランクシャフト１４には、コネクティングロッド１５を介してピストン１６が連動連結されており、シリンダ１２内でのピストン１６の上下動により、クランクシャフト１４が回動されるよう構成している。
【００４５】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１２の上部開口に対向して形成された凹部１７が形成されている。この凹部１７は、シリンダ１２内で摺動するピストン１６が上死点近傍に到達した際にフラッシュ空間として機能する部位である。
【００４６】
また凹部１７の内周面には、過熱液をフラッシュ空間内にインジェクションするためのインジェクタ８が設けられている。
【００４７】
インジェクタ８の上部にはソレノイド８ａが配設されており、図示しない制御部によって電力が供給されることにより、ソレノイド８ａが励磁されて、フラッシュ空間内への過熱液のインジェクションが行われる。
【００４８】
また、シリンダヘッド１３の上部には、フラッシュ空間内で生じた湿り飽和蒸気を排出するための蒸気排出流路１９が形成されており、同蒸気排出流路１９のフラッシュ空間側の開口部には、この開口部を開閉自在に閉塞するバルブ２０が配置されている。
【００４９】
このバルブ２０は、同バルブ２０の基部に配設されているバルブスプリング２１によって閉塞側に付勢されており、同じくバルブ２０の基部側に配置されたカム２２により、所定のタイミングで付勢力に抗して押圧されて蒸気排出流路１９の開口部を開放する。
【００５０】
蒸気排出流路１９より発動機部３の外部へ排出された湿り飽和蒸気は、液化装置としての凝縮器３０に至る。凝縮器３０では、所定の冷媒（本第１実施形態では外気）と熱交換が行われ、蒸気を凝集させて液化して作動流体とする。
【００５１】
凝縮器３０にて得られた作動流体は、所定量の作動流体を貯留する貯留タンク３１に送られる。なお、貯留タンク３１に貯留されている作動流体は、再びポンプ７によって熱交換器５へ加圧しながら送給され過熱液となる。
【００５２】
すなわち、作動流体は、貯留タンク３１→ポンプ７→熱交換器５→インジェクタ８→フラッシュ空間→蒸気排出流路１９→凝縮器３０→貯留タンク３１のように循環させるようにしている。
【００５３】
発動機部３の説明に戻り、シリンダ１２とシリンダヘッド１３の側面部にはフィン２３が設けられており、排ガスの熱を効率良く受熱可能としている。
【００５４】
排ガス案内ケース１０は第２ガス流路４の一部を構成するシリンダヘッド１３及びシリンダ１２の上部を気密状に収容する箱状の部材であり、内燃機関１から排出された排ガスを流入させる導入口１０ａと、排出する排出口１０ｂとを備えている。
【００５５】
排ガス案内ケース１０は、発動機本体部９のシリンダヘッド１３及びシリンダ１２の上部を覆っており、同排ガス案内ケース１０内に導入された排ガスは、シリンダ１２及びシリンダヘッド１３に設けられたフィン２３によって熱交換が行われることとなり、熱が奪われた排ガスは排出口１０ｂを介して大気中へ放出される。
【００５６】
次に、上述の構成を備えるピストン蒸気機関Ａの動きについて説明する。
【００５７】
貯留タンク３１に貯留されている水は、まずポンプ７によって所定圧力に加圧しながら熱交換器５へ送給される。
【００５８】
熱交換器５では、内燃機関１より排出された排ガスとの熱交換が行われ、高温高圧（例えば、350℃、170bar）の過熱液としてインジェクタ８へ送給される。
【００５９】
一方、第２ガス流路４に分岐された排ガスは、排ガス案内ケース１０内でフィン２３により熱交換が行われ、シリンダヘッド１３やシリンダ１２、ピストン１６を所定温度（例えば、350℃）に加熱する。
【００６０】
このような状態において、まず、インジェクタ８から過熱液がフラッシュ空間内にインジェクションされると、圧力差によって過熱液の一部が瞬時に膨張してフラッシュワークが行われる。
【００６１】
また、これとほぼ同時に、飛散した過熱液の微細な液滴が、加熱されたシリンダ１２の内壁面やピストン１６の上面（以下、これらの面を総称して伝熱面部という。）に衝突して沸騰されボイリングワークが行われる。
【００６２】
これらフラッシュワークとボイリングワークが生起されることにより、フラッシュ空間内が高圧状態となってピストン１６は押し下げられ、コネクティングロッド１５を介してクランクシャフト１４の回動が行われ駆動力が発生する（気化膨張行程）。
【００６３】
次に、クランクシャフト１４に設けられたカウンターウェイト１４ａの慣性力により、コネクティングロッド１５を介してピストン１６の押し上げ動作が行われる。このとき、バルブ２０は開放され、フラッシュ空間内の湿り飽和蒸気は、蒸気排出流路１９を介して発動機部３外へ排出される（蒸気排出行程）。
【００６４】
ピストン１６が上死点近傍に達するとバルブ２０は蒸気排出流路１９を閉塞し、再びフラッシュ空間内へ過熱液のインジェクションが行われることとなる。
【００６５】
このように、気化膨張行程と蒸気排出行程とが繰り返し行われることで、排ガスの熱を利用した動力変換が行われることとなる。
【００６６】
また、蒸気排出行程にて排出された湿り飽和蒸気は凝縮器３０に送られ、液体に相転移させて貯留タンク３１にて貯留される。
【００６７】
このように、本第１実施形態に係るピストン蒸気機関Ａによれば、排ガスの熱を受熱可能としたシリンダ１２を配置するとともに、シリンダ１２とシリンダ１２内で往復摺動するピストン１６を熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を排ガスにより加熱し、シリンダ１２と上死点近傍にあるピストン１６で閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタ８を通して高圧かつ高温状態の過熱液となした水を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストン１６を発動させ、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させることとしたため、熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるピストン蒸気機関を提供することができる。
【００６８】
ピストン蒸気機関Ａによって得られた動力は、内燃機関１の補助動力として使用しても良く、また、独立した動力源として使用しても良い。
【００６９】
例えば前者であれば、ピストン蒸気機関Ａのクランクシャフト１４より伸延する出力軸からの動力を、内燃機関１の出力軸からの動力に足し併せることで、ピストン蒸気機関Ａを内燃機関１の補助動力機関として利用することができる。また後者であれば、発電機等を駆動させるための動力としての利用が考えられる。
【００７０】
〔第２実施形態〕
次に、第２の実施形態に係る蒸気機関としてのピストン蒸気機関Ｂについて図２を参照しながら説明する。本第２の実施形態に係るピストン蒸気機関Ｂは、前述のピストン蒸気機関Ａと略同様の構成を備えているが、燃料混合気の供給管路４０と点火プラグ４２とを設け、内燃機関の発動サイクルに引き続き、前述の気化膨張行程及び蒸気排出行程を行うようにした点で構造を異にしている。
【００７１】
換言すれば、通常の内燃機関において、前述の気化膨張行程及び蒸気排出行程を行えるようにしてピストン蒸気機関としての機能を持たせた点に特徴を有している。なお、図２では、前述の発動機部３に該当する発動機部４３での動きを中心に説明し、作動流体の循環機構については、前述の実施形態と同様であるため説明を省略する。また、本第２実施形態では、４ストロークエンジンをベースとした６ストロークのピストン蒸気機関Ｂについて説明する。すなわち、内燃機関としての４行程と、ピストン蒸気機関としての２行程とが行われる。
【００７２】
ピストン蒸気機関Ｂでは、まず図２（ａ）に示すように、燃料供給バルブ４１を開放し、供給管路４０からガソリン等の気化燃料と空気とを所定の割合で混合した燃料混合気をシリンダ５２内に取り込む吸入行程を行う。
【００７３】
次に、図２（ｂ）に示すように、シリンダ５２内でピストン５６を上昇させて、吸入した燃料混合気を圧縮する圧縮行程を行う。
【００７４】
次いで、図２（ｃ）に示すように、シリンダヘッド５３に配設した点火プラグ４２をスパークさせて、圧縮した燃料混合気に点火し、爆発力によってピストン５６を押し下げる燃焼膨張行程を行う。
【００７５】
本燃焼膨張行程が行われることにより、クランクシャフト５４が回動し、駆動力が発生することとなる。また、この燃焼膨張行程によって、シリンダ５２の内壁及びピストン５６の上壁が加熱されて高熱体として機能することとなる。
【００７６】
次に、慣性によってピストン５６を上昇させ、排気バルブ６０を開放して、燃焼ガスをシリンダ５２外に押し出す排気行程を行う。
【００７７】
次に、燃焼ガスが排出された後のフラッシュ空間内にインジェクタ８から過熱液をインジェクションし、フラッシュワークとボイリングワークとを生起させ、フラッシュ空間内を高圧状態としてピストン５６を押し下げる気化膨張行程を行う。
【００７８】
すなわち、高熱体としてのシリンダ５２の内壁及びピストン５６の上壁が、伝熱面部としても機能することにより、ボイリングワークが生起される。
【００７９】
この気化膨張行程が行われることにより、クランクシャフト５４が回動し、駆動力が更に発生することとなる。
【００８０】
そして、慣性によってピストン５６が上昇し、排気バルブ６０を開放して、湿り飽和蒸気は外部に排出されることとなる（蒸気排出行程）。なお、この時の湿り飽和蒸気は、前述の実施形態と同様に凝縮させて回収しても良く、また、そのまま大気中に排出しても良い。
【００８１】
このように、上述の吸入行程→圧縮行程→燃焼膨張行程→排気行程→気化膨張行程→蒸気排出行程が行われることにより、内燃機関の機能を備えながらも、同内燃機関にて発生した熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるピストン蒸気機関として機能させることができる。
【００８２】
〔第３実施形態〕
次に、第３の実施形態に係る蒸気機関としてのバンケル型ロータリー蒸気機関Ｃについて図３を参照しながら説明する。なお、図３では、第１実施形態における発動機部３に該当する発動機部６３での動きを中心に説明し、作動流体の循環機構については、前述の実施形態と同様であるため説明を省略する。また、前述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００８３】
バンケル型ロータリー蒸気機関Ｃの発動機部６３は、発動機本体部６９と、同発動機本体部６９の周囲を気密状に覆う排ガス案内ケース（図示省略）とで構成しており、内燃機関より排出された排ガスを発動機本体部６９の周囲に案内して発動機本体部６９を加熱可能に構成している。
【００８４】
発動機本体部６９は、内周面がまゆ型のトロコイド曲線状に形成されたローターハウジング７２を備えている。
【００８５】
ローターハウジング７２の中心部には、エキセントリックシャフト７４が納められており、同エキセントリックシャフト７４の端部（紙面奥行き方向端部）は図示しないサイドハウジング外へ突出させて、動力を取出す出力軸（図示せず）としている。
【００８６】
また、エキセントリックシャフト７４には、略三角形状のローター７６が回動自在に配設されており、ローターハウジング７２内でのローター７６の回動により、エキセントリックシャフト７４が回動されるよう構成している。
【００８７】
ローター７６には、三角形の辺にあたる部位に凹部７７がそれぞれ形成されている。この凹部７７は、ローター７６が図３（ｄ）で示す位置（位相）に到達した際にフラッシュ空間として機能する部位である。
【００８８】
また、ローター７６が図３（ｄ）で示す位置（位相）の凹部７７のに対向するローターハウジング７２の内周面には、過熱液をフラッシュ空間内にインジェクションするためのインジェクタ８が、先端を内部に露出させた状態で設けられている。
【００８９】
また、ローターハウジング７２には、フラッシュ空間の内圧を調整する空気を吸入させるための吸入流路７１と、フラッシュ空間内で生じた湿り飽和蒸気を排出するための蒸気排出流路７９とが形成されている。
【００９０】
蒸気排出流路７９より発動機部６３の外部へ排出された湿り飽和蒸気は、前述の液化装置としての凝縮器３０に送られ、蒸気を凝集させて液化して再び作動流体として利用される。
【００９１】
ローターハウジング７２の外周面部にはフィン８３が設けられており、内燃機関から排出された排ガスの熱を効率良く受熱可能としている。
【００９２】
次に、上述の構成を備えるバンケル型ロータリー蒸気機関Ｃの動きについて説明する。なお、ここでは説明の便宜上、ローター７６の各辺に設けられた各凹部７７のうちの１つに着目して説明するが、既知のロータリー内燃機関と同様、以下に説明する動作等はローター７６の各辺において位相を異ならせて行われる。
【００９３】
バンケル型ロータリー蒸気機関Ｃでは、まず図３（ａ）に示すように、吸入流路７１から空気をローターハウジング７２内に取り込む吸入行程を行う。
【００９４】
次に、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、ローター７６がリーディング方向に回動すると、ローターハウジング７２の内周面とローター７６の一辺とで囲まれる空間が徐々に狭隘となり、吸入した空気を圧縮する圧縮行程が行われる。
【００９５】
次いで、図３（ｄ）に示すように、ローター７６の凹部７７がインジェクタ８の対向位置近傍となった際に形成されるフラッシュ空間内に、インジェクタ８から過熱液をインジェクションし、フラッシュワークとボイリングワークとを生起させ、フラッシュ空間内を高圧状態としてローター７６をリーディング方向に回転させる気化膨張行程を行う。
【００９６】
すなわち、ローターハウジング７２の内壁やローター７６が、伝熱面部として機能することにより、ボイリングワークが生起される。
【００９７】
この気化膨張行程が行われることにより、図３（ｅ）に示すように、エキセントリックシャフト７４が回動し、駆動力が発生することとなる。
【００９８】
そして、ローター７６が更に回動し、ローターハウジング７２の内周面とローター７６の一辺とで囲まれる空間が蒸気排出流路７９の位置に至ると、図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示すように、湿り飽和蒸気は蒸気排出流路７９を介して外部に排出されることとなる（蒸気排出行程）。なお、本第３実施形態では、この時の湿り飽和蒸気を凝縮させて回収することとしたが、そのまま大気中に排出しても良い。
【００９９】
このように、上述の吸入行程→圧縮行程→気化膨張行程→蒸気排出行程が行われることにより、内燃機関より排出された排ガスの熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるバンケル型ロータリー蒸気機関として機能させることができる。
【０１００】
また、本第３実施形態に係るバンケル型ロータリー蒸気機関Ｃは、次のような利点が挙げられる。
【０１０１】
すなわち、実際にバンケル型ロータリー蒸気機関Ｃを駆動させるにあたり、エキセントリックシャフト７４の潤滑と、フラッシュ空間の潤滑とを分離することができるため、第１及び第２実施形態にて示したピストン方式よりも潤滑に有利である。
【０１０２】
また、フラッシュ空間の表面積がピストン方式に比して大きいため、ローターハウジング７２表面のフィン８３から得た熱で駆動する蒸気機関の場合、バンケル型ロータリー蒸気機関の方が有利であるものと考えられる。
【０１０３】
また、インジェクションした過熱液を回収するに際し、ローターハウジング７２は、特にバルブ等を設ける必要なく穿孔するだけで良いため、機構的に極めて簡便とすることができる。また、このときローターハウジング７２の下側に、排出するためのドレイン孔を形成することができれば、排出がより容易となる。
【０１０４】
さらに、過熱液を噴射するインジェクタとは別個に、潤滑用のオイルを吸入行程中に噴射するインジェクタを容易に配置することができ、潤滑性能をより向上させることができる。
【０１０５】
このように、上述した各ポイントにおいて、バンケル型ロータリー蒸気機関は、レシプロ型蒸気機関に比して有利であるものと考えられる。
【０１０６】
なお、バンケル型ロータリー蒸気機関Ｃによって得られた動力は、前述のピストン蒸気機関Ａと同様、内燃機関の補助動力として使用しても良く、また、独立した動力源として使用しても良いのは勿論である。
【０１０７】
上述してきたように、本実施形態に係るピストン蒸気機関Ａ及びピストン蒸気機関Ｂでは、シリンダ（例えばシリンダ１２,５２）内にピストン（例えばピストン１６,５６）を摺動自在に配置し、ピストンにクランクシャフト（例えばクランクシャフト１４,５４）を連動連結して、ピストンの往復摺動にクランクシャフトの回転動作を連動させたピストン蒸気機関であって、高熱体（例えば、排ガスやシリンダ５２やピストン５６）の熱を受熱可能としたシリンダを配置するとともに、シリンダとシリンダ内で往復摺動するピストンを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、シリンダと上死点近傍にあるピストンで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタ（例えば、インジェクタ８）を通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体（例えば、水）を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストンを発動させ（例えば、フラッシュワーク）、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させる（例えば、ボイリングワーク）こととしたため、熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるピストン型の蒸気機関を提供することができる。
【０１０８】
また、本実施形態に係るバンケル型ロータリー蒸気機関Ｃでは、ローターハウジング（例えば、ローターハウジング７２）内にローター（例えば、ローター７６）を回動自在に配置し、ローターにエキセントリックシャフト（例えば、エキセントリックシャフト７４）を挿通して、ローターの回転運動にエキセントリックシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、高熱体（例えば、内燃機関から排出された排ガス）の熱を受熱可能としたローターハウジングを配置（例えば、排ガス案内ケース内に配設された発動機本体部６９）するとともに、ローターハウジングとローターハウジング内で回転運動するローターを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、ローターハウジングとローターとで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタ（例えば、インジェクタ８）を通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してローターを発動させ（例えば、フラッシュワーク）、蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してローターを発動させる（例えば、ボイリングワーク）こととしたため、熱エネルギーを利用して動力を得ることのできるバンケル型ロータリー蒸気機関を提供することができる。
【０１０９】
最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【０１１０】
例えば、第１実施形態では、内燃機関１の高温排ガスを高熱体として利用したが、これに限定されるものではなく、工場の高温排気ダクトにピストン蒸気機関を取り付けて動力を得るようにしても良い。また、このことは第３実施形態におけるバンケル型ロータリー蒸気機関Ｃについても同様である。
【符号の説明】
【０１１１】
１ 内燃機関
２ 第１ガス流路
４ 第２ガス流路
８ インジェクタ
１０ 排ガス案内ケース
１２ シリンダ
１３ シリンダヘッド
１４ クランクシャフト
１５ コネクティングロッド
１６ ピストン
１７ 凹部
１９ 蒸気排出流路
２０ バルブ
２１ バルブスプリング
２３ フィン
３０ 凝縮器
３１ 貯留タンク
６３ 発動機部
６９ 発動機本体部
７１ 吸入流路
７２ ローターハウジング
７４ エキセントリックシャフト
７６ ローター
７７ 凹部
７９ 蒸気排出流路
８３ フィン
Ａ ピストン蒸気機関
Ｂ ピストン蒸気機関
Ｃ バンケル型ロータリー蒸気機関
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内にピストンを摺動自在に配置し、ピストンにクランクシャフトを連動連結して、ピストンの往復摺動にクランクシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、
高熱体の熱を受熱可能としたシリンダを配置するとともに、シリンダとシリンダ内で往復摺動するピストンを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、
シリンダと上死点近傍にあるピストンで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストンを発動させ、
蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させることを特徴とする蒸気機関。
【請求項２】
ローターハウジング内にローターを回動自在に配置し、ローターにエキセントリックシャフトを挿通して、ローターの回転運動にエキセントリックシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、
高熱体の熱を受熱可能としたローターハウジングを配置するとともに、ローターハウジングとローターハウジング内で回転運動するローターを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、
ローターハウジングとローターとで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してローターを発動させ、
蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してローターを発動させることを特徴とする蒸気機関。
【請求項３】
前記高熱体は高熱流体であり、前記シリンダ又は前記ローターハウジングは、前記高熱流体が流動する高熱流路内に配置して受熱可能としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蒸気機関。
【請求項４】
フラッシュ空間内に発生した湿り飽和蒸気は外部に排出するとともに、液化装置を通して液化した作動流体となし、
液化された作動流体は、加圧ポンプにより熱交換器を通して高圧かつ高温状態の過熱液となして、フラッシュ空間内にインジェクタを通して噴出させることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の蒸気機関。
【請求項５】
高熱流体は廃熱流体であるとともに、この廃熱流体が流動する高熱流路内にはシリンダ又はローターハウジングと熱交換器とを配置していることを特徴とする請求項４記載の蒸気機関。
【請求項６】
作動流体は水であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の蒸気機関。
【請求項１】
シリンダ内にピストンを摺動自在に配置し、ピストンにクランクシャフトを連動連結して、ピストンの往復摺動にクランクシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、
高熱体の熱を受熱可能としたシリンダを配置するとともに、シリンダとシリンダ内で往復摺動するピストンを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、
シリンダと上死点近傍にあるピストンで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してピストンを発動させ、
蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してピストンを発動させることを特徴とする蒸気機関。
【請求項２】
ローターハウジング内にローターを回動自在に配置し、ローターにエキセントリックシャフトを挿通して、ローターの回転運動にエキセントリックシャフトの回転動作を連動させた蒸気機関であって、
高熱体の熱を受熱可能としたローターハウジングを配置するとともに、ローターハウジングとローターハウジング内で回転運動するローターを熱交換機能を有する伝熱面部となして、これら伝熱面部を高熱体により加熱し、
ローターハウジングとローターとで閉塞されるフラッシュ空間内にインジェクタを通して高圧かつ高温状態の過熱液となした作動流体を噴出することで、過熱液の飽和圧力よりも低圧である空間内において一定割合の過熱水を蒸気となすとともに、蒸気が膨張してローターを発動させ、
蒸気化しない過熱液は、液滴状にてフラッシュ空間を形成する伝熱面部の内面に衝突して沸騰されるとともに蒸気になり、蒸気が膨張してローターを発動させることを特徴とする蒸気機関。
【請求項３】
前記高熱体は高熱流体であり、前記シリンダ又は前記ローターハウジングは、前記高熱流体が流動する高熱流路内に配置して受熱可能としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蒸気機関。
【請求項４】
フラッシュ空間内に発生した湿り飽和蒸気は外部に排出するとともに、液化装置を通して液化した作動流体となし、
液化された作動流体は、加圧ポンプにより熱交換器を通して高圧かつ高温状態の過熱液となして、フラッシュ空間内にインジェクタを通して噴出させることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の蒸気機関。
【請求項５】
高熱流体は廃熱流体であるとともに、この廃熱流体が流動する高熱流路内にはシリンダ又はローターハウジングと熱交換器とを配置していることを特徴とする請求項４記載の蒸気機関。
【請求項６】
作動流体は水であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の蒸気機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−６０８９６（Ｐ２０１３−６０８９６Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００１２０（Ｐ２０１１−２００１２０）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（８０２００００３１）公益財団法人北九州産業学術推進機構 (187)
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（８０２００００３１）公益財団法人北九州産業学術推進機構 (187)
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