JP2005248888A - 蒸気エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 流体を加熱・冷却することにより容器内の液体を流動させて機械的エネルギを出力する蒸気エンジンにおいて、加熱器による蒸気の生成効率を高め熱損失を低減する。
【解決手段】 流体容器１１の一部をループ状に形成し、ループ内で鉛直方向に配置されている直線部１１ｂに、冷却器１３、加熱器１２、ディスプレーサ３０を下から上方向に順に配置し、直線部１１ｂのディスプレーサ３０から加熱器１２に至る部分には、不活性ガス２２を封入する。そして、エンジン駆動時には、駆動回路３４によりディスプレーサ３０の可動子３０ａを一時的に上下動させて、加熱器１２の加熱面に作動流体の液膜を形成する。この結果、加熱器１２では、その液膜を全て蒸発させることができ、加熱器１２にて加熱された液体が気化されることなく冷却器１３に戻るのを防止できる。なお、加熱器１２における流体通路の径を、流体の熱浸透深さ程度にしてもよい。
【選択図】 図４

Description

本発明は、熱エネルギを機械的エネルギに変換する蒸気エンジンに関する。

従来より、蒸気エンジンの一つとして、容器内に流体を封入し、加熱器を介して容器内の流体を気化させると共に、その気化した蒸気を冷却器を介して冷却して液化させることで、容器内の圧力を変化させ、その圧力変化によって機械的エネルギを出力するように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。
特開昭５８−５７０１４号

ところで、こうした従来の蒸気エンジンにおいては、加熱により生成した蒸気で容器内のピストン等を移動させることで、機械的エネルギを出力するようにされていたため、その機械的エネルギを取り出すための部材（つまりピストン等）は、高温且つ高圧の蒸気に晒され、劣化し易くなるという問題があった。

そこで、本願発明者らは、容器内に封入した流体を加熱・冷却することにより機械的エネルギを出力する蒸気エンジンにおいて、従来のように、出力取出用の部材（ピストン等）を、容器内で生成した蒸気に晒すのではなく、生成した蒸気の膨張圧力によって容器内の液体を流動変位させ、その液体の変位によって出力取出用の部材（ピストン等）を駆動することを考えた。

つまり、蒸気エンジンをこのように構成すれば、出力取出用の部材（ピストン等）は、加熱していない液体から圧力を受けて変位することになるので、従来に比べて劣化し難くなり、延いては、蒸気エンジンの耐久性を向上することができる。

しかしながら、蒸気エンジンをこのように構成した場合、蒸気を生成するには、加熱器を用いて、容器内で流動変位（換言すれば往復動）する液体を加熱しなければならず、加熱器による熱損失が大きくなるという問題がある。

つまり、流動する液体を加熱する場合、液体が流動する通路の周囲に加熱器を配置することになるが、その流体通路内では、通常、加熱器に近いほど温度が高く、加熱器に遠いほど温度が低くなることから、加熱器で加熱される液体は、「沸騰して高圧の蒸気になる液体」と「沸騰することなく冷却器側に移動してしまう暖められた液体」とに別れる。そして、この後者の液体は、機械的エネルギの出力に関与することなく冷却器で冷却されることから、上記提案の蒸気エンジンにおいては、この液体によって大きな熱損失が生じるようになるのである。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、容器内に封入した流体を加熱・冷却することにより容器内の液体を流動させて機械的エネルギを出力する蒸気エンジンにおいて、加熱器による蒸気の生成効率を高め、熱損失を低減することを目的とする。

係る目的を達成するためになされた請求項１に記載の蒸気エンジンは、流体が流動可能に封入された流体容器と、この流体容器内の流体を加熱して気化させる加熱器と、この加熱器にて加熱されて気化した蒸気を冷却して液化させる冷却器とを備え、加熱器及び冷却器の動作によって液体を周期的に流動変位させて機械的エネルギを出力する。

そして、加熱器は、流動する流体を加熱するために、流体の流動方向に沿って穿設された貫通孔を備え、その貫通孔内の流体を周囲から加熱するよう構成されており、しかも、その貫通孔の孔径は、次式（１）で表される熱浸透深さδと略同じか、若しくは、この熱浸透深さδよりも小さくなるように形成されている。

但し、上記（１）式において、「ａ」は流体の温度伝導率を表し、「ω」は流体が流動変位する際（換言すれば、液体が貫通孔内を周期的に移動する際）の角周波数を表す。
このように構成された本発明の蒸気エンジンによれば、加熱器の貫通孔内に入った液体の殆ど全てを気化させることができるようになり、加熱器の貫通孔内に入った液体が加熱器から熱を奪って冷却器側に移動するのを防止することができる。よって、本発明によれば、加熱器で気化することのできなかった液体によって生じる熱損失を低減して、効率の高い蒸気エンジンを実現することが可能となる。

ここで、加熱器は、液体を通過させるための貫通孔を一つだけ有する管状のものでもよいが、このようなものでは、液体を流動させるのに必要な蒸気を生成するのに時間がかかり、貫通孔の長さも長くする必要があることから、本発明の蒸気エンジンで使用する加熱器としては、請求項２に記載のように、孔径が熱浸透深さδと略同じか若しくは熱浸透深さδよりも小さい貫通孔を複数備え、その複数の貫通孔内の流体を周囲から加熱するよう構成することが望ましい。

なお、この場合、加熱器は、複数の管状部材を束ねることによって構成してもよく、或いは、熱伝導性の高い金属に複数の貫通孔を直接穿設することにより構成してもよい。
また、本発明の蒸気エンジンを、より効率よく動作させるには、請求項３に記載のように、加熱器を、冷却器よりも上方に配置するようにするとよい。

つまり、このようにすれば、加熱器の動作によって、冷却器の上方で蒸気を生成して流体容器内の液体の液面を低下させ、その液面低下によって冷却器内に流入してきた蒸気を、冷却器で冷却して液化させることにより、流体容器内の液体の液面を上昇させる、というように、流体容器内の流体を自励振動によって自動で流動させることができ、しかも、加熱器又は冷却器と流体との熱交換時間を長くすることができるので、蒸気エンジンの運転効率を高めることができる。

また、このように蒸気エンジンの運転効率を高めるには、更に、請求項４に記載のように、流体の加熱・冷却に伴い流体容器内の流体に周期的な加振力を作用させる加振手段を設けるとよい。

そして、この場合、特に、請求項５に記載のように、加振手段として、圧縮反力を加振力として流体容器内の流体に作用させる気体を、流体容器内に充填するようにすれば、流体容器内の流体を極めて簡単に加振することができる。

また次に、流体容器は、請求項６に記載のように、屈曲部が最下部に位置するように略Ｕ字パイプ状に形成し、加熱器及び冷却器については、この流体容器のＵ字の一方の直線状パイプ部分に配置することにより、流体容器内の液体が屈曲部を行き帰りするように流動変位するように構成するとよい。つまり、このようにすれば、流体容器を直線状のパイプ等で構成した場合に比べて、流体容器、延いては蒸気エンジンの小型化を図ることができる。

一方、請求項７に記載の蒸気エンジンにおいては、流体容器の少なくとも一部が環状に形成され、加熱器及び冷却器は、加熱器が冷却器よりも上方に位置するように、流体容器の環状部に取り付けられる。

また、流体容器の環状部において、加熱器の冷却器とは反対側には、ディスプレーサが設けられており、しかも、その環状部のディスプレーサから加熱器に至る部分には、加熱器と冷却器との間に液体の液面を位置させるための気体が封入されている。

そして、ディスプレーサは、駆動手段によって、液体の周期的流動変位に同期した所定タイミングで駆動されることにより、液体の液面を一時的に上昇変位させて、加熱器の加熱面に流体の液膜を形成する。

つまり、請求項７に記載の発明では、請求項１〜請求項６に記載の発明のように、液体を加熱するために加熱器に形成された貫通孔の大きさ（孔径）を流体の熱浸透深さδに従い規定するのではなく、加熱器の加熱面に周期的に液膜を形成することにより、加熱器にてその液膜を構成する液体を全て蒸発させて、加熱器から冷却器側に熱を運ぶ液体を無くすようにしているのである。

このため、この請求項７に記載の蒸気エンジンにおいても、請求項１〜請求項６に記載のものと同様、加熱器で気化することのできなかった液体によって生じる熱損失を低減して、効率の高い蒸気エンジンを実現することが可能となる。

なお、請求項７に記載の蒸気エンジンにおいて、加熱器の大きさ（換言すれば加熱面の面積）は、流体容器内の液体を流動させるのに要する蒸気の量に応じて適宜設定すればよいが、その加熱面を小さくして加熱器を小型化するには、請求項８に記載のように、加熱器を加熱器は焼結金属にて構成するとよい。

つまり、焼結金属は表面が多孔質となるため、ディスプレーサの駆動によって液膜を形成する際に、加熱器の加熱面により多くの液体を付着させることができるようになる。このため、加熱器を焼結金属にて構成すれば、より多くの蒸気を生成することができるようになり、加熱器、延いては蒸気エンジンの小型化を図ることができる。

また、ディスプレーサは、流体容器の環状部内の通路を遮断する可動子と、この可動子を環状部の内部通路に沿って変位させるアクチュエータとにより構成してもよいが、より好ましくは、請求項９に記載のように、こうした一般的なディスプレーサに対して、更に、可動子を加熱器方向に付勢する付勢部材を設けるようにするとよい。

そして、ディスプレーサをこのように構成すれば、駆動手段にてディスプレーサを駆動する際に、付勢手段のばね定数と可動子の重量とで決まる共振周波数にて、ディスプレーサの可動子を共振駆動することができるようになり、その駆動エネルギを小さくすることができる。

以下に本発明が適用された実施形態を図面を用いて説明する。
（第１実施形態）
本実施形態は、発電機１内の可動子２を振動変位させるリニアモータに本発明（特に請求項１〜請求項６）に係る蒸気エンジンを適用したものであり、図１は本実施形態に係る蒸気エンジン１０及び発電機１からなる発電装置の概略構成図を表す。

なお、本実施形態に係る発電機１は、永久磁石が埋設された可動子２を振動変位させるこにより起電力を発生するリニア振動電機である。
図１に示すように、蒸気エンジン１０は、作動流体２０が流動可能に封入された流体容器１１と、流体容器１１内の作動流体２０を加熱する加熱器１２と、加熱器１２にて加熱されて気化した蒸気を冷却する冷却器１３とを備える。

ここで、流体容器１１は、加熱器１２及び冷却器１３に対応する部位を除き、断熱性に優れた材料とすることが望ましく、本実施形態では、作動流体２０を水としているので、流体容器１１をステンレス製とし、加熱器１２及び冷却器１３部分を流体容器１１（ステンレス）より熱伝導率に優れた銅又はアルミニウム製としている。

そして、流体容器１１は、例えば、ステンレスからなるパイプをＵ字状に屈曲させることにより、略Ｕ字パイプ状に形成されており、その屈曲部１１ａが最下部に位置し、屈曲部１１ａより延びた２つの直線部１１ｂ、１１ｃが鉛直線上に位置するように配置されている。

また、流体容器１１を構成している２つの直線部１１ｂ、１１ｃの内、一方の直線部１１ｂには、加熱器１２及び冷却器１３が、加熱器１２が冷却器１３よりも上方側に位置するように設けられている。また、この直線部１１ｂの上端はガス室１５にて閉塞されており、その内部には、加振手段として、窒素やヘリウム等の作動流体２０と反応しない不活性ガス２２が封入されている。

一方、流体容器１１を構成している他方の直線部１１ｃの上端部には、作動流体２０から圧力を受けて変位するピストン１４が摺動可能に設けられている。
なお、このピストン１４は、発電機１の可動子２のシャフト２ａに連結されている。また、発電機１において、可動子２を挟んでピストン１４とは反対側には、可動子２をピストン１４側に押圧付勢するバネ３が設けられている。

このように構成された本実施形態の蒸気エンジン１０においては、加熱器１２及び冷却器１３を作動させると、図２（ａ）に示すように、まず、加熱器１２により、流体容器１１の直線部１１ｂ内の不活性ガス２２付近の液体（水）が加熱されて気化し（等温膨張）、その気化した蒸気が更に膨張して（断熱膨張）、直線部１１ｂ内の液体の液面を押し下げる。このため、流体容器１１内に封入された作動流体２０の液体部分は、直線部１１ｂから直線部１１ｃ側に流動変位して、発電機１側のピストン１４を押し上げる。

また、流体容器１１の直線部１１ｂ内の液体の液面が冷却器１３まで下がり、冷却器１３内に蒸気が進入すると、蒸気が冷却器１３により冷却されて液化されるため、直線部１１ｂ内の液体の液面を押し下げる力が消滅し（等温圧縮→断熱圧縮）、直線部１１ｂ側の液面が上昇する。この結果、蒸気の膨張によって一旦押し上げられた発電機１側のピストン１４は下降する。

そして、こうした動作は、加熱器１２及び冷却器１３の作動を停止させるまで繰り返し実行され、その間、流体容器１１内の作動流体２０は周期的に流動変位（所謂自励振動）して、発電機１の可動子２を上下動させることになる。

よって、本実施形態の蒸気エンジン１０によれば、ピストン１４を高温・高圧の蒸気に晒すことなく、発電機１を駆動できるようになり、その耐久性を向上できる。
ところで、作動流体２０を加熱するに当たって、加熱器１２を、流体容器１１の周囲に配置して、流体容器１１の外から作動流体２０を加熱するように構成すると、流体容器１１内では、図２（ｂ）に示すように作動流体２０に温度勾配ができ、図２（ｃ）に示すように、作動流体２０の温度は、加熱器１２の加熱面からの距離（離間長さ）が長くなるほど低くなるため、流体容器１１の径によっては、加熱器１２内に入った流体を全て沸騰（つまり気化）させることができず、加熱器１２内で暖められた作動流体２０が気化されることなく冷却器１３側に移動してしまうことがある。

そこで、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、加熱器１２に、作動流体２０の流動方向に沿って多数の貫通孔１２ａを形成し、これら各貫通孔１２ａを作動流体２０が流動できるように、加熱器１２を流体容器１１の直線部１１ｂとガス室１５との間に配置することにより、加熱器１２により液状の作動流体２０を効率よく加熱できるようにしている。

また、本実施形態では、加熱器１２内で暖められた作動流体２０が気化されることなく冷却器１３側に移動するのを防止するために、加熱器１２の各貫通孔１２ａの孔径ｄを、上述した（１）式で表される熱浸透深さδに設定している。

この結果、本実施形態の蒸気エンジン１０によれば、加熱器１２において、各貫通孔１２ａ内に入った液状の作動流体２０の略全てを気化することができるようになり、加熱器１２の加熱部に入った液状の作動流体２０が加熱器１２から熱を奪って冷却器１３側に移動するのを防止することができる。

従って、本実施形態によれば、加熱器１２で気化することのできなかった作動流体２０によって生じる熱損失を低減して、効率の高い蒸気エンジンを実現することが可能となる。

なお、熱浸透深さδは、上述した（１）式から明らかなように、作動流体２０（ここでは水）の温度伝導率［ｍ² ／ｓｅｃ．］と、流体容器１１内での作動流体２０の流動変位の特性（換言すれば、ピストン１４の往復動の特性）を表す角周波数ω［ｒａｄ／ｓｅｃ．］とで決まる値であり、貫通孔１２ａの孔径ｄをこの熱浸透深さδに一致させれば、加熱器１２により作動流体２０を最も効率よく気化させることができる。

しかし、図３（ｂ）に示す毎く、貫通孔１２ａの孔径ｄは熱浸透深さδよりも少し大きくなっても、作動流体２０を充分気化させることができ、逆に、貫通孔１２ａの孔径ｄが熱浸透深さδよりも小さくても、作動流体２０を１００％（図に示す効率「１」）気化させることができることから、貫通孔１２ａの孔径ｄは、必ずしも熱浸透深さδに一致させる必要はなく、熱浸透深さδと略同じか、若しくは、この熱浸透深さδよりも小さくなるように形成すればよい。
（第２実施形態）
次に、図４は、本発明が適用された第２実施形態の発電装置全体の構成を表す概略構成図である。

図４に示すように、本実施形態の発電装置は、第１実施形態で説明した発電装置と同様、発電機１と蒸気エンジン１０とで構成されており、第１実施形態と異なる点は、蒸気エンジン１０を構成する流体容器１１の直線部１１ｂの上下両端を連結することにより環状部１１ｄを形成し、その環状部１１ｄにおける加熱器１２の上方には、ディスプレーサ３０を配置し、このディスプレーサ３０の加熱器１２側には、不活性ガス２２を封入し、更に、ディスプレーサ３０の加熱器１２とは反対側には、作動流体２０を充填して、ディスプレーサ３０を、駆動手段としての駆動回路３４を介して駆動するようにした点である。

そこで、以下の説明では、この点について詳しく説明し、第１実施形態と同様の部分については、詳細な説明は省略する。
図４に示すように、ディスプレーサ３０は、加熱器１２の上方で環状部１１ｄの内部通路を遮断する可動子３０ａと、この可動子３０ａを環状部１１ｄの内部通路に沿って変位させるアクチュエータ３０ｂとから構成されている。

そして、可動子３０ａは、通常時には、作動流体２０が不活性ガス２２と接する液面の高さを、加熱器１２と冷却器１３との間に制御可能な位置に配置されており（図５（ｂ）に示す時点ｔ１の図参照）、駆動回路３４を介してアクチュエータ３０ｂが通電されたときにだけ、上方に変位して、作動流体２０の液面を加熱器１２まで上昇させるようにされている（図５（ｂ）に示す時点ｔ２の図参照）。

このため、本実施形態の蒸気エンジン１０においては、加熱器１２及び冷却器１３を動作させた状態で、駆動回路３４を介して、ディスプレーサ３０を一時的に駆動して、可動子３０ａを上下動させれば、液状の作動流体２０が加熱器１２まで一時的に上昇して、加熱器１２の内面（つまり加熱面）に作動流体２０の液膜が形成されることになる（図５（ｂ）に示す時点ｔ３の図参照）。

そして、このように加熱器１２の加熱面に作動流体２０の液膜が形成されると、その液膜が瞬時に加熱されて気化し（図５（ｂ）に示す時点ｔ４の図参照）、気化した蒸気の膨張により、作動流体２０の液面が冷却器１３まで低下し、その低下した分だけ発電機１側のピストン１４を押し上げる（図５（ｂ）に示す時点ｔ５，ｔ６の図参照）。

また、このように作動流体の液面が冷却器１３まで低下すると、蒸気が冷却されて液化するので（図５（ｂ）に示す時点ｔ７の図参照）、ピストン１４は低下し、不活性ガス２２に接した作動流体２０の液面は、最初の位置に戻る（図５（ｂ）に示す時点ｔ１の図参照）。

一方、駆動回路３４は、こうした一連の動作を繰り返し効率よく実行させて、ピストン１４を周期的に上下動させるために、図５（ａ）に示すように、発電機１の可動子２の位置（換言すればピストン１４の位置）を検出する位置センサ３２からの検出信号に基づき、ピストン１４の上下動を監視し、図４においてピストン１４が最も下がる下死点（時点ｔ３）の手前で、ディスプレーサ３０にパルス状の駆動信号を出力する（時点ｔ２）ことで、加熱器１２の加熱面に作動流体２０の液膜を形成させる。

この結果、ピストン１４が下死点に位置する間に加熱器１２により蒸気が生成されて作動流体２０の圧力が上昇し、発電機１側のピストン１４は、この圧力上昇に伴い速やかに上方に移動する。よって、本実施形態の蒸気エンジン１０においても、発電機１側のピストン１４を効率よく上下動させ、発電機１から電力を出力させることができる。

また、本実施形態の蒸気エンジン１０では、加熱器１２で蒸気を発生すべきタイミングでディスプレーサ３０を駆動することにより、加熱器１２の加熱面に作動流体２０の液膜を形成して、加熱器１２にはその液膜を加熱させるようにしているので、第１実施形態の蒸気エンジン１０のように、加熱器１２において作動流体２０が流入する孔の大きさを作動流体２０の熱浸透深さδに従い規定することなく、加熱器１２にて加熱面に付着した液膜の全てを蒸発させて、加熱器１２から冷却器１３側に熱を運ぶ液体を無くすことができる。

よって、本実施形態の蒸気エンジン１０においても、第１実施形態と同様、加熱器１２で気化することのできなかった作動流体２０によって生じる熱損失を低減して、効率の高い蒸気エンジンを実現することが可能となる。

なお、図５において、（ａ）は、駆動回路３４によって駆動されるディスプレーサ３０とピストン１４との位置関係、並びに、作動流体２０の圧力変化を表すタイムチャートであり、（ｂ）は、（ａ）に示す各時点ｔ１〜ｔ７での加熱器１２付近での作動流体の状態を表す状態遷移図である。

また、図５（ａ）において、ピストン位置及びディスプレーサ位置に付与した「＋」は、図４に示したピストン１４及びディスプレーサ３０（詳しくは可動子３０ａ）の変位を表す矢印に付与した＋印に対応しており、ピストン位置の「＋」は、ピストン１４の下方への移動方向を表し、ディスプレーサ位置の「＋」は、可動子３０ａの上方への移動方向を表している。
（その他の実施形態）
以上本発明が適用された２つの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術範囲内にて、種々の態様を採ることができる。

例えば、第２実施形態において、加熱器１２は、第１実施形態と同様、熱伝導率に優れた銅、アルミニウム等の金属材料にて構成することができるが、特に、第２実施形態では、加熱器１２の加熱面に作動流体２０の液膜を形成することにより蒸気を発生させることから、加熱器１２の加熱面には、より多くの作動流体２０を付着できるようにすると良く、そのためには、加熱器１２を銅等からなる焼結金属にて構成するとよい。つまり、焼結金属は、表面が多孔質となるため、ディスプレーサ３０の駆動によって液膜を形成する際に、加熱器１２の加熱面により多くの液体を付着させて、蒸気を生成することができるようになり、加熱器１２、延いては蒸気エンジン１０の小型化を図ることができる。

また、第２実施形態では、ピストン１４の上下動に連動して、ディスプレーサ３０を効率よく駆動できるようにするために、駆動回路３４には、発電機１の可動子２の位置（換言すればピストン１４の位置）を検出する位置センサ３２からの検出信号を入力するものとして説明したが、位置センサ３２の代わりに流体容器１１内の作動流体２０の圧力を検出する圧力センサを設けて、この圧力センサからの検出信号を駆動回路３４に入力するようにしても、ピストン１４の上下動に連動して、ディスプレーサ３０を効率よく駆動することができる。

つまり、図５（ａ）に示すように、ピストン位置の変化と作動流体２０の圧力変化とには相関があるので、作動流体２０の圧力変化に応じてディスプレーサ３０の駆動タイミングを設定するようにしても、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

また次に、第２実施形態では、ディスプレーサ３０は、可動子３０ａと可動子３０ａを変位させるアクチュエータ３０ｂとから構成されるものとして説明したが、図６に示すように、ディスプレーサ３０には、付勢部材として、可動子３０ａを加熱器１２側に押圧付勢するバネ３６を設けるようにしてもよい。

そして、このように、ディスプレーサ３０にバネ３６を設ければ、駆動回路３４にてディスプレーサ３０を駆動する際に、バネ３６のばね定数と可動子の重量とで決まる共振周波数にて、ディスプレーサ３０の可動子を共振駆動することができるようになり、その駆動エネルギを小さくすることができる。

また更に、上記各実施形態では、本発明を発電装置の駆動源に適用した場合について説明したが、本発明の蒸気エンジンは、発電装置以外の駆動源としても利用することができる。

第１実施形態の発電装置の構成を表す概略構成図である。 第１実施形態の蒸気エンジンの動作及び従来の加熱器で生じる問題を説明する説明図である。 第１実施形態の蒸気エンジンで使用される加熱器の構成を説明する説明図である。 第２実施形態の発電装置の構成を表す概略構成図である。 第２実施形態の蒸気エンジンの動作を説明する説明図である。 第２実施形態の蒸気エンジンの変形例を説明する説明図である。

符号の説明

１…発電機、２…可動子、２ａ…シャフト、３…バネ、１０…蒸気エンジン、１１…流体容器、１１ａ…屈曲部、１１ｂ，１１ｃ…直線部、１１ｄ…環状部、１２…加熱器、１２ａ…貫通孔、１３…冷却器、１４…ピストン、１５…ガス室、２０…作動流体、２２…不活性ガス、３０…ディスプレーサ、３０ａ…可動子、３０ｂ…アクチュエータ、３２…位置センサ、３４…駆動回路、３６…バネ。

Claims (9)

1. 流体が流動可能に封入された流体容器と、
   該流体容器内の流体を加熱して気化させる加熱器と、
   該加熱器にて加熱されて気化した蒸気を冷却して液化させる冷却器と、
   を備え、前記加熱器及び冷却器の動作によって液体を周期的に流動変位させて機械的エネルギを出力する蒸気エンジンであって、
   前記加熱器は、前記流体の流動方向に沿って穿設された貫通孔を備え、該貫通孔内の流体を周囲から加熱するよう構成され、しかも、前記貫通孔の孔径は、前記流体の温度伝導率を「ａ」、前記流体の流動変位の角周波数を「ω」としたとき、次式（１）
   にて表される熱浸透深さδと略同じか若しくは該熱浸透深さδよりも小さいことを特徴とする蒸気エンジン。
2. 前記加熱器は、前記孔径が前記熱浸透深さδと略同じか若しくは該熱浸透深さδよりも小さい貫通孔を複数備え、該複数の貫通孔内の流体を周囲から加熱するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気エンジン。
3. 前記加熱器は、前記冷却器よりも上方に位置していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蒸気エンジン。
4. 前記流体の加熱及び冷却に伴い前記流体容器内の流体に周期的な加振力を作用させる加振手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の蒸気エンジン。
5. 前記加振手段は、前記流体容器内に充填され、圧縮反力を前記加振力として前記流体容器内の流体に作用させる気体であることを特徴とする請求項４に記載の蒸気エンジン。
6. 前記流体容器は、屈曲部が最下部に位置するように略Ｕ字パイプ状に形成されており、
   前記加熱器及び冷却器は、前記流体容器のＵ字の一方の直線状パイプ部分に配置され、
   前記液体は前記加熱器及び冷却器の動作によって前記屈曲部を行き帰りするように流動変位することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の蒸気エンジン。
7. 流体が流動可能に封入された流体容器と、
   該流体容器内の流体を加熱して気化させる加熱器と、
   該加熱器にて加熱されて気化した蒸気を冷却して液化させる冷却器と、
   を備え、前記加熱器及び冷却器の動作によって液体を周期的に流動変位させて機械的エネルギを出力する蒸気エンジンであって、
   前記流体容器の少なくとも一部は環状に形成され、
   前記加熱器及び冷却器は、前記加熱器が前記冷却器よりも上方に位置するように、前記流体容器の環状部に取り付けられ、
   前記流体容器の環状部において、前記加熱器の前記冷却器とは反対側には、ディスプレーサが設けられ、しかも、当該環状部の前記ディスプレーサから前記加熱器に至る部分には、前記加熱器と前記冷却器との間に前記液体の液面を位置させるための気体が封入され、
   更に、前記液体の周期的流動変位に同期した所定タイミングで前記ディスプレーサを駆動することにより、前記液体の液面を一時的に上昇変位させて、前記加熱器の加熱面に前記流体の液膜を形成する駆動手段を備えたことを特徴とする蒸気エンジン。
8. 前記加熱器は焼結金属からなることを特徴とする請求項７に記載の蒸気エンジン。
9. 前記ディスプレーサは、
   前記流体容器の環状部内の通路を遮断する可動子と、
   該可動子を前記環状部の内部通路に沿って変位させるアクチュエータと、
   前記可動子を前記加熱器方向に付勢する付勢部材と、
   を備えたことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の蒸気エンジン。