JP2005330883A - Steam engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、管内に封入された液体の加熱による気化と冷却による液化とを繰り返し実行することによって、管内の液体に流動変位を生じさせるよう構成された蒸気エンジンに関する。 The present invention relates to a steam engine configured to cause flow displacement in a liquid in a pipe by repeatedly performing vaporization by heating and liquefaction by cooling of the liquid enclosed in the pipe.
従来より、蒸気エンジンの一つとして、容器内の流体を加熱によって気化させると共に、冷却によっ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の出力ができるようにされたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, as one of steam engines, fluid in a container is vaporized by heating and liquefied by cooling to change the pressure in the container, and mechanical pressure can be output by the pressure change. Are known (for example, see Patent Document 1).
一方、本出願人は、以下に示す構成を有する蒸気エンジンが開示された技術につき特許出願を行なった（特許文献２参照）。
この蒸気エンジン５００は、図９に示す構成を有している。
On the other hand, the present applicant has filed a patent application for a technique disclosing a steam engine having the following configuration (see Patent Document 2).
The steam engine 500 has a configuration shown in FIG.
すなわち、蒸気エンジン５００は、液体が封入され略Ｕ字状の流体通路を有する管５０２と、管５０２内の液体を加熱する加熱器５０４と、加熱器５０４における加熱により液体が気化してなる蒸気を冷却する冷却器５０６と、出力部５０８と、を備える。 That is, the steam engine 500 includes a pipe 502 having a substantially U-shaped fluid passage in which liquid is enclosed, a heater 504 that heats the liquid in the pipe 502, and steam that is vaporized by heating in the heater 504. A cooler 506 that cools the battery and an output unit 508.
出力部５０８は、シリンダ５１０と、シリンダ５１０内を往復運動できるよう構成されたピストン５１２と、ピストン５１２に一端が連結された可動部５１４と、可動部５１４の他端に配置されたばね材５１６と、を備える。ピストン５１２は、管５０２内の流体から受ける圧力に応じてシリンダ５１０内を往復運動するよう構成されている。 The output unit 508 includes a cylinder 510, a piston 512 configured to reciprocate within the cylinder 510, a movable unit 514 having one end connected to the piston 512, and a spring material 516 disposed at the other end of the movable unit 514. . The piston 512 is configured to reciprocate in the cylinder 510 in accordance with the pressure received from the fluid in the pipe 502.
この蒸気エンジン５００では、加熱器５０４にて管５０２内の液体が加熱されて沸騰・気化すると、管５０２内の流体に容積膨張が起きる。次に、加熱器５０４にて気化してなる蒸気は、下方に移動し、冷却器５０６にて冷却されて液化される。このとき、管５０２内の流体容積は収縮される。出力部５０８におけるピストン５１２と可動部５１４は、このようにして管５０２内に生ずる流体容積の膨張・収縮による液面変化（流動変位）を圧力変化として受け、往復運動を行う。 In the steam engine 500, when the liquid in the pipe 502 is heated by the heater 504 to boil and vaporize, volume expansion occurs in the fluid in the pipe 502. Next, the vapor | steam which vaporizes with the heater 504 moves below, is cooled with the cooler 506, and is liquefied. At this time, the fluid volume in the tube 502 is contracted. The piston 512 and the movable part 514 in the output part 508 perform a reciprocating motion by receiving a liquid level change (flow displacement) due to the expansion and contraction of the fluid volume generated in the pipe 502 in this way as a pressure change.
従って、例えば、可動部５１４に永久磁石を取り付けた上、当該永久磁石に対向するようコイルを配置すれば、ピストン５１２と可動部５１４の往復運動によってコイルに起電力が発生し、発電がなされることになる。
ところで、図９に示した蒸気エンジン５００において、加熱器５０４は、管５０２の周囲から管５０２内の液体を加熱するよう構成されている。
しかし、このような構成では熱効率が不十分であるという問題があった。
By the way, in the steam engine 500 shown in FIG. 9, the heater 504 is configured to heat the liquid in the pipe 502 from the periphery of the pipe 502.
However, such a configuration has a problem that the thermal efficiency is insufficient.
つまり、管５０２の周囲から管５０２内の液体を加熱するタイプの加熱器５０４を用いる場合、管５０２内の液体には、図１０に示すような温度勾配が生じる。すなわち、加熱器５０４近傍における管５０２内の液体の部分のうち、加熱器５０４に近い部分は温度が高くなり、加熱器５０４から遠い部分は温度が低くなる。 That is, when a heater 504 of the type that heats the liquid in the tube 502 from the periphery of the tube 502 is used, a temperature gradient as shown in FIG. 10 is generated in the liquid in the tube 502. That is, of the portion of the liquid in the tube 502 in the vicinity of the heater 504, the portion near the heater 504 has a high temperature, and the portion far from the heater 504 has a low temperature.
よって、加熱器５０４で加熱される液体は、「沸騰して蒸気になる液体」と「沸騰することなく冷却器５０６側に移動してしまう温められた液体」とに分かれる。
そして、この後者の液体は、管５０２内の液面変化に関与することなく冷却器５０６で冷却されることから、このような構成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ていた。
Therefore, the liquid heated by the heater 504 is divided into “a liquid that boils and becomes a vapor” and “a warmed liquid that moves to the cooler 506 without boiling”.
Since the latter liquid is cooled by the cooler 506 without being involved in the liquid level change in the pipe 502, in the steam engine having such a configuration, a large heat loss is caused by the liquid. .
そこで、本発明は、管内に封入された液体の加熱による気化と冷却による液化とを繰り返し実行することによって、管内の液体に流動変位を生じさせるよう構成された蒸気エンジンにおいて、熱効率を向上させることを目的とする。 Therefore, the present invention improves thermal efficiency in a steam engine configured to cause flow displacement in the liquid in the pipe by repeatedly performing vaporization by heating and liquefaction by cooling of the liquid sealed in the pipe. With the goal.
上記目的を達成するため、本発明の蒸気エンジンは、液体が封入された管と、該管内の液体を加熱する加熱器と、加熱器における加熱により液体が気化してなる蒸気を冷却する冷却器と、加熱器における加熱による液体の気化と冷却器における冷却による蒸気の液化とにより管内の液体に発生する流動変位を機械的エネルギとして取り出す出力部と、を有する。 In order to achieve the above object, a steam engine according to the present invention includes a tube in which a liquid is enclosed, a heater that heats the liquid in the tube, and a cooler that cools the vapor formed by vaporization of the liquid by heating in the heater. And an output section for taking out the fluid displacement generated in the liquid in the pipe as mechanical energy by the vaporization of the liquid by heating in the heater and the liquefaction of the vapor by cooling in the cooler.
この蒸気エンジンにおいては、加熱器は、管を介して管内の液体を加熱するよう構成されている。また、加熱器、冷却器、出力部は、管がなす管路上に、加熱器、冷却器、出力部の順に配置される。 In this steam engine, the heater is configured to heat the liquid in the pipe through the pipe. Moreover, a heater, a cooler, and an output part are arrange | positioned in order of a heater, a cooler, and an output part on the pipe line which a pipe | tube makes.
従って、この蒸気エンジンでは、加熱器における加熱により液体が気化されることで管内の流体に容積膨張が起きる一方、この気化されてなる蒸気が加熱器と出力部との間に配置された冷却器により冷却されて液化されることで管内の流体に容積収縮が起きる。出力部ではこの流体容積の膨張・収縮による流動変位を機械的エネルギとして取り出す。 Therefore, in this steam engine, liquid is vaporized by heating in the heater, and volume expansion occurs in the fluid in the pipe. On the other hand, the vaporized steam is disposed between the heater and the output unit. As a result of being cooled and liquefied by this, volume contraction occurs in the fluid in the tube. In the output part, the flow displacement due to the expansion / contraction of the fluid volume is taken out as mechanical energy.
そして、本発明の蒸気エンジンは、液体導入部を有する。液体導入部は、管の内部における加熱器近傍の箇所が液体で満たされず、液体が管内における出力部側の領域に位置している状態において、管の内壁面のうち液体で満たされていない加熱器近傍の箇所に対する液体の導入を促進させる。 And the steam engine of this invention has a liquid introducing | transducing part. The liquid introduction part is a heating that is not filled with the liquid on the inner wall surface of the pipe in a state where the position in the vicinity of the heater inside the pipe is not filled with the liquid and the liquid is positioned in the region on the output part side in the pipe. Promote the introduction of liquid into the vicinity of the vessel.
ここで、「管の内部における加熱器近傍の箇所が液体で満たされず、液体が管内における出力部側の領域に位置している状態」は、例えば、(1)管の内部のうち加熱器による熱供給を受ける領域には液体の液面が及ばず、液体が管内における出力部側の領域（管内における少なくとも出力部近傍の領域を含んだ領域。出力部近傍の領域の他、冷却器近傍の領域を含んだ領域であってもよい。以下において同じ。）に位置している状態、の他、(2)管の内部のうち加熱器による熱供給を受ける部分に液体の液面が及ばない領域が少なくとも部分的にあり、液体が管内における出力部側の領域に位置している状態、などを概念的に含む文言である。 Here, "the state where the vicinity of the heater inside the tube is not filled with the liquid and the liquid is located in the region on the output unit side in the tube" is, for example, (1) The liquid surface does not reach the area that receives the heat supply, and the liquid is the area on the output side in the pipe (the area including at least the area near the output section in the pipe. In addition to the area near the output section, (2) The liquid level does not reach the part that receives heat supply from the heater in the inside of the pipe. This is a term that conceptually includes a state in which the region is at least partially and the liquid is located in the region on the output portion side in the tube.
また、「管の内壁面のうち液体で満たされていない加熱器近傍の箇所に対する液体の導入」は、例えば、(1)管の内壁面のうち液体の液面が及んでいない加熱器近傍の箇所全てに対する液体の導入、の他、(2)管の内壁面のうち液体の液面が及んでいない加熱器近傍の箇所のうち少なくとも一部に対する液体の導入、などを概念的に含む文言である。 In addition, “introduction of liquid to a location near the heater that is not filled with liquid on the inner wall surface of the tube” is, for example, (1) on the inner wall surface of the tube, near the heater that does not reach the liquid level of the liquid. In addition to the introduction of liquid into all locations, (2) the introduction of liquid into at least some of the locations in the vicinity of the heater that do not reach the liquid level of the inner wall of the tube, etc. is there.
本発明の蒸気エンジンは、上記のような液体導入部を有するため、管の内部における加熱器近傍の箇所が液体で満たされなくても、液体導入部によって、液体で満たされていない加熱器近傍の箇所に位置する管の内壁面に液体を導入させることができる。 Since the steam engine of the present invention has the liquid introduction part as described above, even if the location in the vicinity of the heater inside the pipe is not filled with liquid, the vicinity of the heater not filled with liquid by the liquid introduction part The liquid can be introduced into the inner wall surface of the tube located at the location.
そして、本発明においては、加熱器は管を介して管内の液体を加熱するものであることから、液体導入部により液体で満たされていない加熱器近傍の箇所に位置する管の内壁面に導入された液体は、加熱器から好適に熱供給を受け、そのほとんど全てが気化される。 In the present invention, since the heater heats the liquid in the pipe through the pipe, it is introduced into the inner wall surface of the pipe located at a location near the heater that is not filled with the liquid by the liquid introduction section. The resulting liquid is suitably supplied with heat from a heater, and almost all of it is vaporized.
よって、本発明の蒸気エンジンによれば、例えば、液体導入部により加熱器近傍の箇所に位置する管の内壁面に液体を導入するものの、管の内部における加熱器近傍の箇所全体を液体で満たす操作は行なわないようにすることにより、加熱器により加熱されたものの沸騰するに至らない液体が冷却器側に移動する現象の発生を好適に抑制できる。 Therefore, according to the steam engine of the present invention, for example, the liquid is introduced into the inner wall surface of the tube located in the vicinity of the heater by the liquid introduction part, but the entire portion in the vicinity of the heater inside the tube is filled with the liquid. By not performing the operation, it is possible to suitably suppress the occurrence of a phenomenon in which the liquid that has been heated by the heater but does not boil moves to the cooler side.
そして、その結果、本発明では、このような現象の発生を抑制できる分だけ、従来に比べ、熱効率を向上できる。
本発明において、液体導入部は、加熱器近傍の箇所に至る管の内壁面に沿った液体の流れを促進させる内壁面流動促進部を管の内壁面に有していてもよい。このようにしても上記と同様の効果が得られる。
As a result, in the present invention, the thermal efficiency can be improved as compared with the prior art by the amount that can suppress the occurrence of such a phenomenon.
In the present invention, the liquid introduction part may have an inner wall surface flow promoting part for promoting the flow of the liquid along the inner wall surface of the pipe reaching the vicinity of the heater on the inner wall surface of the pipe. Even if it does in this way, the same effect as the above is acquired.
そして、内壁面流動促進部としては、管の内壁面に設けられたウイックを有するものであってもよい。
なお、ここで、「ウイック」とは、管内の液体による毛細管現象を生じさせて管の内壁面に沿った液体の流れを促進させるべく設けられる毛細管構造のことである。
And as an inner wall surface flow promotion part, you may have a wick provided in the inner wall surface of the pipe | tube.
Here, the “wick” is a capillary structure provided to cause capillary action by the liquid in the tube to promote the flow of the liquid along the inner wall surface of the tube.
このような毛細管構造は、例えば、金網状の金属材、繊維材、あるいは、焼結金属などの多孔質材を管の内壁面に配置したり、毛細管現象を生じさせるに足る細溝を管の内壁面に設けたりすることで、形成される。 Such a capillary structure has, for example, a metal material such as a metal mesh, a fiber material, or a porous material such as sintered metal disposed on the inner wall surface of the tube, or a narrow groove sufficient to cause a capillary phenomenon. It is formed by providing it on the inner wall surface.
また、内壁面流動促進部としては、管の内壁面に設けられた親水処理面を有するものであってもよい。
ここで、内壁面流動促進部としては、上記の「ウイック」と「親水処理面」のうち一方を有するものであってもよいのは勿論である。
Moreover, as an inner wall surface flow promotion part, you may have a hydrophilic treatment surface provided in the inner wall surface of a pipe | tube.
Here, as a matter of course, the inner wall surface flow promoting portion may have one of the “wick” and the “hydrophilic treatment surface”.
但し、内壁面流動促進部を介しての加熱器近傍の箇所への液体の供給を速やかに行なえるようにするためには、内壁面流動促進部は、上記の「ウイック」と「親水処理面」を組み合わせた構成であることが好ましい。 However, in order to be able to quickly supply the liquid to the vicinity of the heater through the inner wall surface flow promoting portion, the inner wall surface flow promoting portion is composed of the “wick” and the “hydrophilic treated surface”. Is preferably combined.
この場合には、両構成の組み合わせにより加熱器近傍の箇所への液体の供給が速やかにできる分だけ、当該蒸気エンジンの応答性を高めることができる。
なお、ここで述べた『「ウイック」と「親水処理面」を組み合わせた構成』には、例えば、毛細管現象を生じさせるに足る細溝として構成されたウイックの表面に親水処理を施した場合など、構成の異なる「ウイック」と「親水処理面」が組み合わされる場合の他、焼結金属材として構成されたウイック自体が親水処理面としても機能する場合など、「ウイック」と「親水処理面」が実質的に同一構成として形成される場合も含まれる。
In this case, the responsiveness of the steam engine can be improved by the amount that the liquid can be quickly supplied to the vicinity of the heater by the combination of both configurations.
In addition, the “combination of“ wick ”and“ hydrophilic treatment surface ”” described here includes, for example, a case where hydrophilic treatment is applied to the surface of a wick configured as a narrow groove sufficient to cause capillary action. "Wick" and "Hydrophilic treated surface", such as when the "wick" and "hydrophilic treated surface" with different configurations are combined, or when the wick itself configured as a sintered metal material also functions as a hydrophilic treated surface Are formed as substantially the same configuration.
本発明において、内壁面流動促進部は、管の内壁面のうち少なくとも加熱器近傍の箇所に設けられたものであっても良い。
但し、当該蒸気エンジンの熱効率を好適に向上させるためには、内壁面流動促進部は、管の内壁面のうち、加熱器近傍の箇所よりも出力部側の箇所から、加熱器近傍の箇所に至る部分、に設けられることが望ましい。
In the present invention, the inner wall surface flow promoting portion may be provided at least in the vicinity of the heater on the inner wall surface of the pipe.
However, in order to suitably improve the thermal efficiency of the steam engine, the inner wall surface flow promoting portion is disposed on the inner wall surface of the pipe from a location closer to the output portion than a location near the heater to a location near the heater. It is desirable to be provided in every part.
このようにすれば、管内において、加熱器による熱供給を受ける加熱器近傍の箇所に液体の液面を及ぼさなくても、内壁面流動促進部により、加熱器近傍における管の内壁面に液体を導入させることができる。 In this way, even if the liquid level of the liquid does not reach the location in the vicinity of the heater that receives the heat supply from the heater in the pipe, the inner wall flow promoting portion causes the liquid to flow on the inner wall surface of the pipe in the vicinity of the heater. Can be introduced.
つまり、この場合、内壁面流動促進部は、その出力部側の端部を加熱器近傍の領域外の位置に有している。よって、この端部に管内における液体の液面が及んでさえいれば、この端部から、内壁面流動促進部を介して、加熱器近傍における管の内壁面に液体を導入させることができる。 That is, in this case, the inner wall surface flow promoting portion has an end portion on the output portion side at a position outside the region near the heater. Therefore, as long as the liquid level of the liquid in the tube reaches this end, the liquid can be introduced from this end to the inner wall surface of the tube in the vicinity of the heater via the inner wall surface flow promoting portion.
従って、この場合には、加熱器から熱供給を受ける液体を加熱器近傍における管の内壁面に位置する液体だけにすることができ、その結果、加熱器近傍に導入される液体のほとんど全てを好適に気化させることができる。 Therefore, in this case, the liquid that receives heat supply from the heater can be only the liquid located on the inner wall surface of the tube in the vicinity of the heater, and as a result, almost all of the liquid introduced in the vicinity of the heater can be obtained. It can vaporize suitably.
すなわち、この場合には、加熱器近傍の管内中心部分に位置して熱損失を発生させてしまう液体、換言すれば、沸騰することなく冷却器側に移動してしまう温められた液体、の量を効果的に抑制できる分だけ、蒸気エンジンの熱効率が好適に向上される。 That is, in this case, the amount of liquid that is located in the central portion of the tube near the heater and causes heat loss, in other words, warmed liquid that moves to the cooler without boiling. The thermal efficiency of the steam engine is preferably improved by the amount that can be effectively suppressed.
本発明の蒸気エンジンが内壁面流動促進部を備える場合には、管の内壁面のうち、内壁面流動促進部の出力部側の端部領域に、撥水処理面が設けられていても良い。
このようにすれば、例えば、加熱器によって管内の液体が加熱されて沸騰・気化することで管内の流体に容積膨張が起き、管内における液体の液面が撥水処理面を介して出力部側の位置に移動した際に、内壁面流動促進部に残留する液体の量を効果的に低減できる。
When the steam engine of the present invention includes the inner wall surface flow promoting portion, a water repellent treatment surface may be provided in an end region on the output portion side of the inner wall surface flow promoting portion among the inner wall surfaces of the pipe. .
In this way, for example, the liquid in the pipe is heated and boiled / vaporized by the heater, and thus the volume of the liquid in the pipe undergoes volume expansion, and the liquid level of the liquid in the pipe passes through the water repellent treatment surface to the output unit side. The amount of liquid remaining in the inner wall surface flow promoting portion can be effectively reduced when moved to the position.
つまり、このような撥水処理面を設ければ、設けない場合に比べ、液体の液面が出力部側に移動する際に撥水処理面を通過することで内壁面流動促進部にその後においても液体供給が継続的になされることが効果的に防止される。 In other words, if such a water-repellent surface is provided, the liquid surface of the liquid moves to the output part side and passes through the water-repellent surface when the liquid surface moves to the output part side. Also, it is possible to effectively prevent the liquid from being continuously supplied.
よって、この場合には、液体の液面が出力部側に移動した後においても内壁面流動促進部を介して加熱器近傍の管内壁面に液体が継続的に供給されて液体の気化が継続的に発生してしまうことを好適に防止できる。 Therefore, in this case, even after the liquid level of the liquid moves to the output unit side, the liquid is continuously supplied to the inner wall surface of the tube near the heater through the inner wall surface flow promoting portion, and the liquid is continuously vaporized. Can be suitably prevented.
そして、このように液体の気化の継続的発生を防止できれば、管内の液体に振動的な流動変位（自励振動変位）を安定的に発生させることができる。そして、管内の液体に発生する振動的な流動変位（自励振動変位）の周波数を比較的高めに設定することも容易になる。 If the continuous vaporization of the liquid can be prevented in this way, an oscillating flow displacement (self-excited vibration displacement) can be stably generated in the liquid in the tube. And it becomes easy to set the frequency of the vibration flow displacement (self-excited vibration displacement) generated in the liquid in the tube to be relatively high.
一方、本発明の蒸気エンジンにおいて、液体導入部は、管の部分のうち、加熱器が設けられた部分の内壁面と、加熱器よりも出力部側の部分と、を連結する接続管を有するものであっても良い。 On the other hand, in the steam engine of the present invention, the liquid introduction part has a connecting pipe that connects the inner wall surface of the part of the pipe provided with the heater and the part closer to the output part than the heater. It may be a thing.
この場合、この接続管の管内径は、管内に封入された液体による毛細管現象が誘発される管内径となるよう構成されたものであることが望ましい。
このようにすれば、管内において、加熱器による熱供給を受ける加熱器近傍の箇所に液体の液面を及ぼさなくても、加熱器よりも出力部側の部分に設けられた接続管の端部の領域まで液体の液面が及んでさえいれば、この端部から、接続管を介して、加熱器近傍における管の内壁面に液体を導入させることができる。
In this case, it is desirable that the pipe inner diameter of the connecting pipe is configured to be a pipe inner diameter that induces capillary action by the liquid sealed in the pipe.
In this way, the end portion of the connection pipe provided in the portion closer to the output portion than the heater, even if the liquid level does not reach the location near the heater that receives heat supply from the heater in the tube. As long as the liquid level reaches the region, the liquid can be introduced from this end portion to the inner wall surface of the tube in the vicinity of the heater via the connecting tube.
従って、この場合には、加熱器から熱供給を受ける液体を加熱器近傍における管の内壁面に位置する液体だけにすることができ、その結果、加熱器近傍に導入される液体のほとんど全てを好適に気化させることができる。 Therefore, in this case, the liquid that receives heat supply from the heater can be only the liquid located on the inner wall surface of the tube in the vicinity of the heater, and as a result, almost all of the liquid introduced in the vicinity of the heater can be obtained. It can vaporize suitably.
すなわち、この場合には、加熱器近傍の管内中心部分に位置して熱損失を発生させてしまう液体、換言すれば、沸騰することなく冷却器側に移動してしまう温められた液体、の量を効果的に抑制できる分だけ、蒸気エンジンの熱効率が好適に向上される。 That is, in this case, the amount of liquid that is located in the central portion of the tube near the heater and causes heat loss, in other words, warmed liquid that moves to the cooler without boiling. The thermal efficiency of the steam engine is preferably improved by the amount that can be effectively suppressed.
本発明の蒸気エンジンにおいて、加熱器が設けられた管の部分における内壁面は特定のものに限定されない。
但し、当該内壁面上での液体の移動、広がりを速やかにすることで、加熱器からの加熱による液体の気化が速やかになされるようにするためには、当該内壁面は略水平方向に延びている部分を有していることが望ましい。
In the steam engine of the present invention, the inner wall surface in the portion of the pipe provided with the heater is not limited to a specific one.
However, the inner wall surface extends in a substantially horizontal direction so that the liquid can be quickly vaporized by heating from the heater by quickly moving and spreading the liquid on the inner wall surface. It is desirable to have the part which is.
また、本発明の蒸気エンジンでは、加熱器は冷却器よりも上方に位置していても良い。
この場合は、例えば、管内の液体に作用する重力を利用すれば、管内における加熱器近傍の箇所よりも下方の領域までしか液体の液面が到達しないようにすること、すなわち、管内における加熱器近傍の箇所が液体で満たされないようにすること、が容易に可能となる。
In the steam engine of the present invention, the heater may be located above the cooler.
In this case, for example, if the gravity acting on the liquid in the tube is used, the liquid level of the liquid can reach only a region below the location in the vicinity of the heater in the tube, that is, the heater in the tube. It is possible to easily prevent the nearby portion from being filled with the liquid.
但し、本発明では、このように加熱器近傍の箇所よりも下方の領域までしか液体の液面が到達しないようにしつつも、液体導入部により、加熱器が設けられた管の部分における内壁面には液体が供給されるようにすることができる。 However, in the present invention, while the liquid level of the liquid reaches only the region below the location near the heater in this way, the inner wall surface in the portion of the tube provided with the heater by the liquid introduction portion The liquid may be supplied to the liquid.
その結果、この場合には、加熱器からの熱供給を受ける液体を加熱器近傍における管の内壁面に位置する液体だけにすることが容易に実現され、その結果、蒸気エンジンの熱効率が好適に向上される。 As a result, in this case, it is easily realized that the liquid that receives the heat supply from the heater is only the liquid located on the inner wall surface of the pipe in the vicinity of the heater, and as a result, the thermal efficiency of the steam engine is suitably Be improved.
なお、加熱器が冷却器よりも上方に位置する場合としては、加熱器が冷却器の鉛直上方に位置する場合の他、加熱器が冷却器の斜め上方に位置する場合などが考えられる。
また、本発明の蒸気エンジンでは、加熱器と冷却器とが略同一の高さに位置していても良い。
In addition, as a case where a heater is located above a cooler, the case where a heater is located diagonally above a cooler other than the case where a heater is located vertically above a cooler, etc. can be considered.
In the steam engine of the present invention, the heater and the cooler may be located at substantially the same height.
但し、この場合においては、蒸気エンジンの熱効率を好適に向上させるため、例えば、管内における冷却器近傍の箇所を液体で満たす場合においても、管内における加熱器近傍の箇所が液体で満たされ難い構成を採用することが望ましい。 However, in this case, in order to suitably improve the thermal efficiency of the steam engine, for example, even when the portion near the cooler in the tube is filled with liquid, the portion near the heater in the tube is not easily filled with liquid. It is desirable to adopt.
このような構成としては、例えば、次のようなものが考えられる。
すなわち、例えば、加熱器や冷却器が配置された管の部分が略水平方向を長手方向とする管の部分である場合は、管内の液体に作用する表面張力により管内の液面が略水平方向に延びる面ではなく略鉛直方向に延びる面となる程度に、この部分の管径を細く構成する。
As such a configuration, for example, the following can be considered.
That is, for example, when the portion of the tube in which the heater or the cooler is disposed is a portion of the tube whose longitudinal direction is substantially horizontal, the liquid level in the tube is substantially horizontal due to the surface tension acting on the liquid in the tube. The tube diameter of this portion is made thin so that it becomes a surface extending in a substantially vertical direction rather than a surface extending in the vertical direction.
このようにすれば、管内における加熱器近傍の箇所よりも出力部側の領域までしか液体の液面が到達しないようにすること、すなわち、例えば、管内における冷却器近傍の箇所を液体で満たす場合においても、管内における加熱器近傍の箇所が液体で満たされないようにすること、が容易に可能となる。 In this way, the liquid level of the liquid can reach only the region closer to the output unit than the location in the vicinity of the heater in the tube, that is, for example, when the location in the vicinity of the cooler in the tube is filled with liquid In this case, it is possible to easily prevent the vicinity of the heater in the tube from being filled with the liquid.
但し、本発明では、このように加熱器近傍の箇所よりも出力部側の領域までしか液体の液面が到達しないようにしつつも、液体導入部により、加熱器が設けられた管の部分における内壁面には液体が供給されるようにすることができる。 However, in the present invention, while the liquid level of the liquid reaches only the region closer to the output part than the part near the heater in this way, the liquid introduction part in the part of the tube provided with the heater. A liquid can be supplied to the inner wall surface.
その結果、この場合においても、加熱器からの熱供給を受ける液体を加熱器近傍における管の内壁面に位置する液体だけにすることが容易に実現され、その結果、蒸気エンジンの熱効率が好適に向上される。 As a result, even in this case, it is easily realized that the liquid that receives the heat supply from the heater is only the liquid located on the inner wall surface of the pipe in the vicinity of the heater, and as a result, the thermal efficiency of the steam engine is suitably Be improved.
以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態をとり得る。
［実施例１］
図１は、実施例１の蒸気エンジン１の概略構成を示す図である。
Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. The embodiments of the present invention are not limited to the following examples, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention.
[Example 1]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a steam engine 1 according to a first embodiment.
図１に示す如く、蒸気エンジン１は、水等の液体が予め定められた圧力状態で封入された管１０と、加熱器３０と、冷却器３２と、出力部１００と、を備えている。
管１０は、上下方向に延在する２つの上下方向延在管１２，１４と、２つの上下方向延在管１２，１４の下端部を連結する左右方向延在管１６と、からなる略Ｕ字状に形成されたパイプ状の容器である。本実施例では、加熱器３０、冷却器３２、出力部１００が、管１０がなす管路上に、加熱器３０、冷却器３２、出力部１００の順に配置されている。
As shown in FIG. 1, the steam engine 1 includes a pipe 10 in which a liquid such as water is sealed in a predetermined pressure state, a heater 30, a cooler 32, and an output unit 100.
The pipe 10 has a substantially U shape including two vertical extending pipes 12 and 14 extending in the vertical direction and a horizontal extending pipe 16 connecting the lower ends of the two vertical extending pipes 12 and 14. It is a pipe-shaped container formed in a letter shape. In this embodiment, the heater 30, the cooler 32, and the output unit 100 are arranged in the order of the heater 30, the cooler 32, and the output unit 100 on the pipe line formed by the pipe 10.
加熱器３０は、管１０内の液体を部分的に加熱して気化させるものであり、例えば、加熱用の熱交換器から構成される。また、冷却器３２は、加熱器３０の作用により液体が気化してなる蒸気を冷却して液化させるものであり、例えば、冷却用の熱交換器から構成される。加熱器３０は、上下方向延在管１２の上端部１８近傍における当該上下方向延在管１２の外面に設けられている。加熱器３０は、上下方向延在管１２を介して当該上下方向延在管１２内部の液体を加熱する。また、冷却器３２は、上下方向延在管１２の外面における加熱器３０よりも下方の箇所に設けられている。冷却器３２は、上下方向延在管１２を介して当該上下方向延在管１２内部を冷却する。 The heater 30 partially heats and vaporizes the liquid in the tube 10, and is composed of, for example, a heat exchanger for heating. Moreover, the cooler 32 cools and liquefies the vapor | steam which a liquid vaporizes by the effect | action of the heater 30, for example, is comprised from the heat exchanger for cooling. The heater 30 is provided on the outer surface of the vertical extending pipe 12 in the vicinity of the upper end portion 18 of the vertical extending pipe 12. The heater 30 heats the liquid inside the vertical extending tube 12 through the vertical extending tube 12. The cooler 32 is provided at a location below the heater 30 on the outer surface of the vertically extending pipe 12. The cooler 32 cools the inside of the vertically extending tube 12 through the vertically extending tube 12.
本実施例では、加熱器３０による加熱や冷却器３２による冷却が効率良く実行できるよう上下方向延在管１２における少なくとも加熱器３０や冷却器３２が設置された箇所の外壁部分を熱伝導率に優れた素材（例えば、銅やアルミニウム等）を用いて構成している。なお、管１０におけるその他の部分は断熱性に優れた素材にて構成することが望ましい。 In the present embodiment, at least the outer wall portion of the vertically extending pipe 12 where the heater 30 and the cooler 32 are installed has a thermal conductivity so that the heating by the heater 30 and the cooling by the cooler 32 can be efficiently performed. It is configured using an excellent material (for example, copper or aluminum). In addition, it is desirable to comprise the other part in the pipe | tube 10 with the raw material excellent in heat insulation.
出力部１００は、開口部とされた上下方向延在管１４の上端部２０に設けられており、上下方向延在管１４の上端部２０内における液体に生じる液面変化（自励振動変位）に応動して発電を行なえるよう構成されている。 The output unit 100 is provided at the upper end 20 of the vertically extending tube 14 that is an opening, and the liquid level change (self-excited vibration displacement) that occurs in the liquid in the upper end 20 of the vertically extending tube 14. It is configured to generate electricity in response to
出力部１００は、上下方向延在管１４の上端部２０内に連通するよう配置されたシリンダ１０２と、シリンダ１０２内を往復運動できるよう構成されたピストン１０４と、ピストン１０４に一端が連結された可動部１０６と、可動部１０６の他端に配置されたばね材１０８と、を備える。この出力部１００において、可動部１０６には永久磁石（図示省略）が取り付けられている。また、該永久磁石に対向する位置には、コイル（図示省略）が配置されている。ピストン１０４と可動部１０６は、上下方向延在管１４の上端部２０内に生じる液面変化を圧力変化として受けることで、直線的に往復駆動される。そして、出力部１００では、この往復駆動に応じてコイルに起電力が発生し、その結果、発電がなされる。 The output unit 100 includes a cylinder 102 disposed so as to communicate with the upper end 20 of the vertically extending tube 14, a piston 104 configured to reciprocate within the cylinder 102, and one end coupled to the piston 104. A movable portion 106 and a spring material 108 disposed at the other end of the movable portion 106 are provided. In the output unit 100, a permanent magnet (not shown) is attached to the movable unit 106. Further, a coil (not shown) is disposed at a position facing the permanent magnet. The piston 104 and the movable portion 106 are linearly reciprocated by receiving a change in the liquid level generated in the upper end portion 20 of the vertically extending pipe 14 as a pressure change. And in the output part 100, an electromotive force generate | occur | produces in a coil according to this reciprocating drive, As a result, electric power generation is made | formed.
次に、図１に加えて図２（ａ），（ｂ）も用いて加熱器３０近傍における上下方向延在管１２の内部構成について説明する。なお、図２（ａ），（ｂ）は、上下方向延在管１２の上端部１８近傍部分の内部構成を示す部分拡大図である。 Next, the internal configuration of the vertically extending pipe 12 in the vicinity of the heater 30 will be described with reference to FIGS. 2A and 2B in addition to FIG. 2A and 2B are partially enlarged views showing the internal configuration of the vicinity of the upper end portion 18 of the vertically extending pipe 12.
上下方向延在管１２の内壁面のうち加熱器３０近傍の箇所よりも下方の冷却器３２側の箇所から加熱器３０近傍の箇所に至る部分には、上下方向延在管１２の長手方向（上下方向）に延在するウイックとしての複数の細溝４０（内壁面流動促進部に相当）が設けられている。細溝４０は、管１０内の液体による毛細管現象を生じさせるに足る構成のものである。また、上下方向延在管１２の内壁面における、細溝４０の冷却器３２側の端部領域（下端領域）には、撥水処理面４２が設けられている。 Of the inner wall surface of the vertically extending pipe 12, the longitudinal direction of the vertically extending pipe 12 (on the part extending from the cooler 32 side below the spot near the heater 30 to the spot near the heater 30 ( A plurality of narrow grooves 40 (corresponding to the inner wall surface flow promoting portion) are provided as wicks extending in the vertical direction. The narrow groove 40 has a configuration sufficient to cause a capillary phenomenon due to the liquid in the tube 10. Further, a water repellent treatment surface 42 is provided in an end region (lower end region) of the narrow groove 40 on the cooler 32 side on the inner wall surface of the vertically extending pipe 12.
次に、管１０内に充填される液体量につき言及した後、蒸気エンジン１の動作につき説明する。
本実施例の蒸気エンジン１は、上下方向延在管１２の内部における加熱器３０近傍の箇所が液体で満たされることはないよう構成されている。
Next, after referring to the amount of liquid filled in the pipe 10, the operation of the steam engine 1 will be described.
The steam engine 1 according to the present embodiment is configured such that a portion in the vicinity of the heater 30 inside the vertically extending pipe 12 is not filled with liquid.
つまり、管１０内の液体に面した状態で管１０内側の一端（下死点）と管内１０側とは反対側の他端（上死点）との間で往復駆動されるピストン１０４が下死点に位置したとき、上下方向延在管１２の内部における液体の液面は一番最高位となる。 That is, the piston 104 reciprocated between one end (bottom dead center) inside the tube 10 and the other end (top dead center) on the opposite side to the tube 10 side in a state facing the liquid in the tube 10 When located at the dead point, the liquid level inside the vertically extending pipe 12 is the highest.
しかし、本実施例では、このように一番最高位となる状態においても、上下方向延在管１２の内部における液体の液面は細溝４０の下端領域に至る程度となる（図２（ａ）参照）。 However, in the present embodiment, even in the state of the highest level in this way, the liquid level inside the vertically extending pipe 12 reaches the lower end region of the narrow groove 40 (FIG. 2A). )reference).
但し、この状態においては、毛細管現象により、液体が、細溝４０を介して加熱器３０近傍における上下方向延在管１２の内壁面まで導入される。
よって、本実施例の蒸気エンジン１では、このように細溝４０を介して加熱器３０近傍に導入された液体が加熱器３０からの加熱によって沸騰・気化される。その結果、気化に伴う流体の容積膨張により、管１０内の流体に容積膨張が起きる。
However, in this state, the liquid is introduced to the inner wall surface of the vertically extending tube 12 in the vicinity of the heater 30 through the narrow groove 40 by a capillary phenomenon.
Therefore, in the steam engine 1 of the present embodiment, the liquid introduced into the vicinity of the heater 30 through the narrow groove 40 in this way is boiled and vaporized by the heating from the heater 30. As a result, volume expansion of the fluid in the tube 10 occurs due to volume expansion of the fluid accompanying vaporization.
具体的には、気化されてなる蒸気により、上下方向延在管１２の内部における液体の液面は撥水処理面４２以下の高さまで押し下げられ（図２（ｂ）参照）、その結果、上下方向延在管１４の上端部２０内における液体の液面が上昇する。出力部１００におけるピストン１０４と可動部１０６は、この液面上昇を両者に付与される圧力の上昇として受け、その結果、ピストン１０４と可動部１０６は上昇する。 Specifically, the vaporized vapor pushes down the liquid level inside the vertically extending pipe 12 to a level below the water-repellent treatment surface 42 (see FIG. 2B). The liquid level of the liquid in the upper end portion 20 of the direction extending pipe 14 rises. The piston 104 and the movable part 106 in the output part 100 receive this liquid level rise as an increase in pressure applied to both, and as a result, the piston 104 and the movable part 106 rise.
次に、本実施例では、加熱器３０によって気化されてなる蒸気のうち下方に位置する部分が、気化による容積膨張に伴い、加熱器３０の配置箇所よりも下方に延びていく。そして、この蒸気の下方部分は冷却器３２の高さ位置に至る。 Next, in a present Example, the part located below among the vapor | steam vaporized by the heater 30 extends below rather than the arrangement | positioning location of the heater 30 with the volume expansion by vaporization. The lower part of the steam reaches the height position of the cooler 32.
このように冷却器３２の高さ位置に至った蒸気は、冷却器３２の作用により冷却され液化される。その結果、液化に伴う流体の容積収縮により、容器１０内の流体に容積収縮が起きる。 Thus, the steam reaching the height position of the cooler 32 is cooled and liquefied by the action of the cooler 32. As a result, volume contraction of the fluid in the container 10 occurs due to volume contraction of the fluid accompanying liquefaction.
具体的には、蒸気の液化により、上下方向延在管１２の内部における液体の液面は上昇し、その結果、上下方向延在管１４の上端部２０内における液体の液面が下降する。出力部１００におけるピストン１０４と可動部１０６は、この液面下降を両者に付与される圧力の減少として受け、その結果、ピストン１０４と可動部１０６は下降に転ずる。そして、ピストン１０４が下死点に達したときには、上下方向延在管１２の内部における液体の液面は細溝４０の下端領域に至る高さまで再び上昇する（図２（ａ）参照）。 Specifically, the liquid level of the liquid inside the vertically extending pipe 12 rises due to the liquefaction of the vapor, and as a result, the liquid level inside the upper end portion 20 of the vertically extending pipe 14 falls. The piston 104 and the movable part 106 in the output unit 100 receive this liquid level drop as a decrease in the pressure applied to both, and as a result, the piston 104 and the movable part 106 turn downward. When the piston 104 reaches the bottom dead center, the liquid level in the vertically extending pipe 12 rises again to a height that reaches the lower end region of the narrow groove 40 (see FIG. 2A).
本実施例の蒸気エンジン１では、上述した上下方向延在管１４の上端部２０内における液体の液面変化（自励振動変位）を繰り返し発生させることで、ピストン１０４と可動部１０６の往復運動を継続させ、それにより、発電を行なう。 In the steam engine 1 of the present embodiment, the reciprocating motion of the piston 104 and the movable portion 106 is generated by repeatedly generating the liquid level change (self-excited vibration displacement) in the upper end portion 20 of the above-described vertically extending pipe 14. And thereby generate electricity.
以上、本実施例の蒸気エンジン１につき説明を行なったが、本実施例の蒸気エンジン１においては、上下方向延在管１２の内部における液体の液面を最高位でも細溝４０の下端領域に至る程度とする。そして、加熱器３０からの熱供給を受ける液体を、細溝４０を介して加熱器３０近傍における上下方向延在管１２の内壁面に導入される液体だけとする。その結果、本実施例では、加熱器３０近傍に導入される液体のほとんど全てを好適に気化させることができる。 The steam engine 1 of the present embodiment has been described above. However, in the steam engine 1 of the present embodiment, the liquid level inside the vertically extending pipe 12 is at the lowermost region of the narrow groove 40 at the highest level. To the extent. And the liquid which receives the heat supply from the heater 30 is only the liquid introduced into the inner wall surface of the vertically extending pipe 12 in the vicinity of the heater 30 through the narrow groove 40. As a result, in the present embodiment, almost all of the liquid introduced in the vicinity of the heater 30 can be suitably vaporized.
すなわち、本実施例では、上下方向延在管１２の内部における加熱器３０近傍領域を液体で満たさない分だけ、加熱器３０近傍における上下方向延在管１２内中心部分に位置して熱損失を発生させてしまう液体、換言すれば、沸騰することなく冷却器３２側に移動してしまう温められた液体、の量を効果的に低減している。 That is, in this embodiment, the heat loss is located at the central portion in the vertical extension tube 12 in the vicinity of the heater 30 by the amount not filled with the liquid in the vicinity of the heater 30 in the vertical extension tube 12. The amount of the liquid that is generated, in other words, the warmed liquid that moves to the cooler 32 without boiling, is effectively reduced.
従って、本実施例の蒸気エンジン１によれば、このように熱損失を発生させる液体の量を低減した分だけ、従来に比べ、熱効率が好適に向上される。
また、本実施例では、上下方向延在管１２の内壁面における細溝４０の下端領域に撥水処理面４２が設けられているため、管１０内の液体に自励振動変位を安定的に発生させることができる。
Therefore, according to the steam engine 1 of the present embodiment, the thermal efficiency is suitably improved as compared with the conventional case by the amount of the liquid that generates heat loss.
Further, in this embodiment, since the water repellent treatment surface 42 is provided in the lower end region of the narrow groove 40 on the inner wall surface of the vertically extending tube 12, the self-excited vibration displacement is stably applied to the liquid in the tube 10. Can be generated.
つまり、まず、本実施例では、上下方向延在管１２内の加熱器３０近傍領域での液体の気化によって上下方向延在管１２の内部における液体の液面が押し下げられる際に、この液面は撥水処理面４２以下の高さまで押し下げられる（図２（ｂ）参照）。 That is, first, in this embodiment, when the liquid level in the vertical extending tube 12 is pushed down by the vaporization of the liquid in the region in the vicinity of the heater 30 in the vertical extending tube 12, the liquid level is reduced. Is pushed down to a height below the water repellent surface 42 (see FIG. 2B).
このように液面が押し下げられた際には、細溝４０と液体の液面の間には撥水処理面４２が介在することになるため、細溝４０への液体の供給は確実に停止される。
従って、本実施例では、上下方向延在管１２の内部における液体の液面が押し下げられた後においては、撥水処理面４２により、細溝４０に対する液体の供給が継続してしまうことが防止される。
When the liquid level is pushed down in this way, the water repellent treatment surface 42 is interposed between the narrow groove 40 and the liquid surface of the liquid, so that the supply of the liquid to the narrow groove 40 is surely stopped. Is done.
Therefore, in this embodiment, after the liquid level inside the vertically extending pipe 12 is pushed down, the water repellent surface 42 prevents the liquid supply to the narrow groove 40 from continuing. Is done.
そして、本実施例では、このように細溝４０に対する液体の継続的供給が防止されるため、上下方向延在管１２の内部における液体の液面が押し下げられた後においても細溝４０に残留する液体が加熱器３０により継続的に気化される現象の発生を効果的に防止できる。加熱器３０による液体の気化が細溝４０に残留する液体の存在により液面押し下げ後においても継続してしまうと、管１０内の液体に自励振動変位を安定的に発生させることが困難となる。本実施例では、撥水処理面４２を設けることで、このような継続的気化現象の発生を好適に防止している。 In this embodiment, since the continuous supply of the liquid to the narrow groove 40 is prevented in this way, the liquid remains in the narrow groove 40 even after the liquid level inside the vertically extending pipe 12 is pushed down. Occurrence of a phenomenon in which the liquid to be continuously vaporized by the heater 30 can be effectively prevented. If the vaporization of the liquid by the heater 30 continues even after the liquid level is pushed down due to the presence of the liquid remaining in the narrow groove 40, it is difficult to stably generate the self-excited vibration displacement in the liquid in the tube 10. Become. In the present embodiment, by providing the water repellent treatment surface 42, occurrence of such a continuous vaporization phenomenon is suitably prevented.
なお、上記においては、内壁面流動促進部としての細溝４０を上下方向に延在する構成のものとしたが、細溝４０は、加熱器３０近傍における上下方向延在管１２の内壁面まで毛細管現象により液体の運搬を行なうことが可能に構成されたものでさえあれば、このようなものに限定されない。 In the above description, the narrow groove 40 as the inner wall surface flow promoting portion is configured to extend in the vertical direction. However, the narrow groove 40 extends to the inner wall surface of the vertical extending tube 12 in the vicinity of the heater 30. The present invention is not limited to this as long as it is configured to be able to carry liquid by capillary action.
図３は、このような細溝の他の態様を示す図である。図３に示すウイックとしての細溝４０ａ（内壁面流動促進部に相当）は、細溝４０の場合と同様、上下方向延在管１２の内壁面のうち加熱器３０近傍の箇所よりも下方の冷却器３２側の箇所から加熱器３０近傍の箇所に至る部分に設けられている。 FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of such a narrow groove. As in the case of the narrow groove 40, the narrow groove 40a (corresponding to the inner wall flow promoting portion) shown in FIG. 3 is located below the location near the heater 30 on the inner wall surface of the vertically extending pipe 12. It is provided in the part from the location on the cooler 32 side to the location in the vicinity of the heater 30.
細溝４０ａは、例えば、上下方向に延在する複数の上下溝の他、これら上下方向に延在する上下溝から細かく枝分かれした微小溝からなる。
このように微小溝を有する細溝４０ａを用いれば、微小溝を緻密に構成して細溝４０ａの表面積を増大させることにより、細溝４０ａ部分にて比較的多量の液体を加熱器３０近傍領域に導入させることができる。
The narrow groove 40a includes, for example, a plurality of upper and lower grooves extending in the vertical direction and minute grooves finely branched from the upper and lower grooves extending in the vertical direction.
When the fine groove 40a having the minute groove is used as described above, the minute groove is densely formed to increase the surface area of the fine groove 40a. Can be introduced.
よって、比較的多量の液体を加熱器３０近傍領域に導入できる分だけ、加熱器３０からの加熱により発生させることができる蒸気の量を多くすることができ、その分だけ、蒸気エンジン１の出力を大きくすることができる。 Therefore, the amount of steam that can be generated by heating from the heater 30 can be increased by the amount that can introduce a relatively large amount of liquid into the vicinity of the heater 30, and the output of the steam engine 1 can be increased by that amount. Can be increased.
なお、細溝４０や、細溝４０ａにおける上下溝のように規則的形状を有する溝部分は、例えば、機械加工の他、エッチング等の化学的処理などにより形成することができる。
また、細溝４０ａにおける微小溝のように不規則形状を有する溝部分は、例えば、エッチング処理によって上下方向延在管１２の内壁面をランダムに粗くしたり、あるいは、電解液中に浸漬した上下方向延在管１２の内壁面に金属析出を起こさせることで表面に不規則で微細な凸面を形成したりすることで、設けられる。
The groove portion having a regular shape such as the narrow groove 40 and the upper and lower grooves in the narrow groove 40a can be formed by chemical processing such as etching or the like in addition to machining.
In addition, the groove portion having an irregular shape such as a minute groove in the narrow groove 40a may be formed by randomly roughing the inner wall surface of the vertically extending tube 12 by an etching process or by immersing it in an electrolyte solution. It is provided by forming irregular and fine convex surfaces on the surface by causing metal precipitation on the inner wall surface of the direction extending tube 12.
また、上記においては、加熱器３０近傍における上下方向延在管１２の内壁面まで液体の運搬を行なう構成として、上下方向延在管１２の内壁面に細溝４０を設けたが、細溝４０が設けられる領域を、図４に示すように親水処理面４３（内壁面流動促進部に相当）として構成しても良い。このようにしても上記の場合と略同様の効果が得られる。 In the above description, the narrow groove 40 is provided on the inner wall surface of the vertically extending tube 12 as a configuration for transporting the liquid to the inner wall surface of the vertically extending tube 12 in the vicinity of the heater 30. 4 may be configured as a hydrophilic treatment surface 43 (corresponding to an inner wall surface flow promoting portion) as shown in FIG. Even if it does in this way, the effect substantially the same as said case is acquired.
なお、親水処理面４３の具体的態様としては、例えば、下記のものが考えられる。
(1)ＣａＦ2、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＢｅＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、Ｃｕ2Ｏ、Ｎａ2Ｓ、Ｂ2Ｏ2、ＣａＳ、ＣｕＯ等の親水性セラミックを用いたコーティング層として親水処理面４３を形成する。なお、親水性セラミックのうちＳｉＯ2（ガラス）をコーティング層として用いる場合であって、上下方向延在管１２の内壁面のうち少なくともこのコーティング層の被覆を行なう箇所をアルミ材からなるものとする場合には、例えば、コーティング層の被覆を行なう部分を水ガラスで煮ることによって、コーティング層（親水処理面４３）の形成を行なうことができる。
(2)親水基である水酸基（−ＯＨ基）やカルボキシル基（−ＣＯＯＨ基）などが結合した構成を設けることで親水処理面４３とする。
(3)例えば、上下方向延在管１２が銅材などの金属材からなる場合においては、上下方向延在管１２の内壁面に焼結金属材や、発泡金属の拡散接合材を付着させることで親水処理面４３とする。これらの付着金属材は上下方向延在管１２と同一素材からなるものであることが望ましい。
(4)例えば、上下方向延在管１２がカーボンの焼結材からなるものである場合には、上下方向延在管１２の内壁面部分にシラノール基（−Ｓｉ−Ｏ−Ｈ）を結合させることで親水処理面４３とする。
In addition, as a specific aspect of the hydrophilic treatment surface 43, the following can be considered, for example.
(1) CaF 2, CaO, MgO, Al 2 O 3, BeO, ZnO, TiO 2, SiO 2, SnO 2, Cu 2 O, Na 2 S, B 2 O 2, CaS, hydrophilic ceramic such as CuO A hydrophilic treatment surface 43 is formed as the coating layer used. Among the hydrophilic ceramic SiO 2 (glass) in the case of using as a coating layer, and made of aluminum material a portion that performs a coating of at least the coating layer of the inner wall surfaces of the upper and lower direction extending tube 12 In some cases, for example, the coating layer (hydrophilic treatment surface 43) can be formed by simmering the portion to be coated with the coating layer with water glass.
(2) A hydrophilic treatment surface 43 is formed by providing a structure in which a hydroxyl group (—OH group) or a carboxyl group (—COOH group), which is a hydrophilic group, is bonded.
(3) For example, when the vertically extending tube 12 is made of a metal material such as a copper material, a sintered metal material or a foamed metal diffusion bonding material is adhered to the inner wall surface of the vertically extending tube 12 The hydrophilic treatment surface 43 is used. These attached metal materials are preferably made of the same material as the vertically extending pipe 12.
(4) For example, when the vertically extending tube 12 is made of a sintered material of carbon, a silanol group (—Si—O—H) is bonded to the inner wall surface portion of the vertically extending tube 12. Thus, the hydrophilic treatment surface 43 is obtained.
但し、細溝４０，４０ａや親水処理面４３などとして実現される内壁面流動促進部を介して加熱器３０近傍の箇所に液体の供給を速やかに行なえるようにするためには、例えば、ウイックとしての細溝４０，４０ａの表面を親水処理面４３として構成すると良い。 However, in order to be able to quickly supply liquid to a location in the vicinity of the heater 30 via the inner wall surface flow promoting portion realized as the narrow grooves 40, 40a, the hydrophilic treatment surface 43, etc., for example, a wick The surfaces of the narrow grooves 40 and 40a as the hydrophilic treatment surface 43 may be configured.
この場合には、加熱器３０近傍の箇所への液体の供給が速やかにできる分だけ、蒸気エンジン１の応答性を高めることができる（換言すれば、管１０内の液体に生じる自励振動変位の高周波数化を図ることができる。）。 In this case, the responsiveness of the steam engine 1 can be improved by the amount that the liquid can be quickly supplied to the vicinity of the heater 30 (in other words, the self-excited vibration displacement generated in the liquid in the pipe 10). The frequency can be increased.)
また、一方、上記蒸気エンジン１においては、内壁面流動促進部を介しての加熱器３０近傍の箇所への液体の供給を速やかに行なえるようにするため、管１０内に封入する液体をエタノールなど水に比べて表面張力が小さい液体にしても良い。また、管１０内に封入する液体を水にする場合においても、表面張力を小さくするため、この水に界面活性剤を入れておいても良い。
［実施例２］
次に、実施例２について図５〜図７を用いて説明する。
On the other hand, in the steam engine 1, the liquid sealed in the tube 10 is made of ethanol so that the liquid can be quickly supplied to the vicinity of the heater 30 through the inner wall surface flow promoting portion. For example, the liquid may have a surface tension smaller than that of water. Even when the liquid to be sealed in the tube 10 is water, a surfactant may be added to the water in order to reduce the surface tension.
[Example 2]
Next, Example 2 will be described with reference to FIGS.
本実施例（実施例２）は、上記実施例１に示した態様の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図５（ａ）は、本実施例の蒸気エンジン１Ａの概略構成を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）中の破線円部の部分分解拡大図である。また、図６（ａ）、（ｂ）は、後述する水平延在管２２の内壁面の構成を示す横断面図である。
The present embodiment (embodiment 2) can be said to be a modification of the aspect shown in the above embodiment 1, and in this embodiment, the description of the same parts as the above embodiment 1 will be omitted or simplified.
Fig.5 (a) is a figure which shows schematic structure of 1 A of steam engines of a present Example, FIG.5 (b) is the partially exploded enlarged view of the broken-line circle | round | yen part in Fig.5 (a). 6 (a) and 6 (b) are cross-sectional views showing the configuration of the inner wall surface of the horizontal extension tube 22 described later.
本実施例が上記実施例１に示した態様と異なるのは、次に述べる点である。
すなわち、本実施例の蒸気エンジン１Ａは、上下方向延在管１２の上端に略水平方向に延びる内壁面２４を有する水平延在管２２を有する点で、実施例１の蒸気エンジン１と異なる。
This embodiment is different from the embodiment shown in the first embodiment in the following points.
That is, the steam engine 1A according to the present embodiment is different from the steam engine 1 according to the first embodiment in that the steam engine 1A according to the present embodiment includes a horizontal extending tube 22 having an inner wall surface 24 extending in a substantially horizontal direction at the upper end of the vertically extending tube 12.
本実施例では、水平延在管２２は、略円形の横断面を有する円筒状部分である。そして、水平延在管２２の外面部は、水平延在管２２内の液体を水平延在管２２を介して加熱して気化させるための加熱器３０Ａとして構成されている。 In the present embodiment, the horizontal extending tube 22 is a cylindrical portion having a substantially circular cross section. And the outer surface part of the horizontal extension pipe | tube 22 is comprised as the heater 30A for heating and vaporizing the liquid in the horizontal extension pipe | tube 22 via the horizontal extension pipe | tube 22. As shown in FIG.
本実施例では、加熱器３０Ａで気化させる液体の量を最小限にして蒸気エンジン１Ａの熱効率の向上を図るため、水平延在管２２の上下方向の厚さＴ１を小さくしている。例えば、厚さＴ１は、上下方向延在管１２の管径Ｔ２以下とされる（図５（ａ）参照）。 In this embodiment, in order to improve the thermal efficiency of the steam engine 1A by minimizing the amount of liquid vaporized by the heater 30A, the vertical thickness T1 of the horizontal extending pipe 22 is reduced. For example, the thickness T1 is not more than the tube diameter T2 of the vertically extending tube 12 (see FIG. 5A).
水平延在管２２の内壁面２４には、図６（ａ）に示すように、冷却器３２側に通じる中心部開口２６から放射状に外側に延びる複数の主溝２７ａと、これらの主溝２７ａから細かく枝分かれした微小溝２７ｂとからなるウイックとしての細溝２７（内壁面流動促進部に相当）が設けられている。細溝２７は、管１０内の液体による毛細管現象を生じさせるに足る構成のものである。細溝２７における主溝２７ａ（規則的形状部分）は、例えば、機械加工の他、エッチング等の化学的処理などにより形成することができる。一方、微小溝２７ｂ（不規則形状部分）は、例えば、エッチング処理によって水平延在管２２の内壁面２４をランダムに粗くしたり、あるいは、電解液中に浸漬した水平延在管２２の内壁面２４に金属析出を起こさせることで内壁面２４に不規則で微細な凸面を形成したりすることで、設けられる。 As shown in FIG. 6A, the inner wall surface 24 of the horizontally extending pipe 22 has a plurality of main grooves 27a extending radially outward from a central opening 26 leading to the cooler 32 side, and these main grooves 27a. A narrow groove 27 (corresponding to an inner wall surface flow promoting portion) is provided as a wick composed of minute grooves 27b that are finely branched. The narrow groove 27 has a structure sufficient to cause a capillary phenomenon due to the liquid in the tube 10. The main groove 27a (regularly shaped portion) in the narrow groove 27 can be formed by, for example, chemical processing such as etching in addition to machining. On the other hand, the minute groove 27b (irregular shape portion) is formed by, for example, randomly roughing the inner wall surface 24 of the horizontal extension tube 22 by an etching process, or the inner wall surface of the horizontal extension tube 22 immersed in the electrolytic solution. It is provided by forming irregular and fine convex surfaces on the inner wall surface 24 by causing metal precipitation in 24.
なお、内壁面流動促進部としての細溝２７は、水平延在管２２の内壁面２４上で毛細管現象により管１０内の液体の運搬を行なうことが可能に構成されたものでさえあれば、図６（ａ）に示すものに限定されない。このような細溝は、例えば、図６（ｂ）に示すように、規則的形状のみからなる細溝２８として構成されたものであってもよい。細溝２８は、中心部開口２６から放射状に外側に延びる複数の線状溝２８ａと、中心部開口２６の中心位置を中心とする半径の異なる複数の同心円溝２８ｂと、からなる。細溝２８をなす溝は、例えば、機械加工の他、エッチング等の化学的処理などにより形成することができる。 The narrow groove 27 as the inner wall surface flow promoting portion is only required to be able to transport the liquid in the tube 10 by capillary action on the inner wall surface 24 of the horizontal extending tube 22. It is not limited to what is shown to Fig.6 (a). For example, as shown in FIG. 6B, such a narrow groove may be configured as a narrow groove 28 having only a regular shape. The narrow groove 28 includes a plurality of linear grooves 28 a extending radially outward from the center opening 26, and a plurality of concentric circular grooves 28 b having different radii centering on the center position of the center opening 26. The groove forming the narrow groove 28 can be formed by, for example, chemical processing such as etching in addition to machining.
次に、管１０内に充填される液体量につき言及した後、蒸気エンジン１Ａの動作につき説明する。
本実施例の蒸気エンジン１Ａは、水平延在管２２の内部全体が液体で満たされることはないよう構成されている。
Next, after referring to the amount of liquid filled in the pipe 10, the operation of the steam engine 1A will be described.
The steam engine 1A of the present embodiment is configured such that the entire interior of the horizontal extension pipe 22 is not filled with liquid.
つまり、出力部１００におけるピストン１０４が下死点に位置し、上下方向延在管１２の内部における液体の液面が一番最高位となるとき、上下方向延在管１２の内部における液体の液面は細溝２７（２８）の中心部開口２６近傍の部分を液体で浸す程度の高さに至る。 That is, when the piston 104 in the output unit 100 is located at the bottom dead center and the liquid level of the liquid in the vertical extending pipe 12 is the highest, the liquid liquid in the vertical extending pipe 12 is the highest. The surface reaches a height sufficient to immerse the portion near the central opening 26 of the narrow groove 27 (28) with liquid.
但し、この状態においては、毛細管現象により、液体が、細溝２７（２８）を介して水平延在管２２の内壁面２４全体に広がる。
よって、本実施例の蒸気エンジン１Ａでは、このように細溝２７（２８）を介して加熱器３０Ａ近傍の内壁面２４に導入された液体が加熱器３０Ａからの加熱によって沸騰・気化される。その結果、気化に伴う流体の容積膨張により、管１０内の流体に容積膨張が起きる。
However, in this state, the liquid spreads over the entire inner wall surface 24 of the horizontal extending tube 22 through the narrow groove 27 (28) due to the capillary phenomenon.
Therefore, in the steam engine 1A of the present embodiment, the liquid thus introduced into the inner wall surface 24 in the vicinity of the heater 30A via the narrow groove 27 (28) is boiled and vaporized by heating from the heater 30A. As a result, volume expansion of the fluid in the tube 10 occurs due to volume expansion of the fluid accompanying vaporization.
具体的には、気化されてなる蒸気により、上下方向延在管１２の内部における液体の液面は撥水処理面４２以下の高さまで押し下げられ、その結果、上下方向延在管１４の上端部２０内における液体の液面が上昇する。出力部１００におけるピストン１０４と可動部１０６は、この液面上昇を両者に付与される圧力の上昇として受け、その結果、ピストン１０４と可動部１０６は上昇する。 More specifically, the vaporized vapor pushes down the liquid level inside the vertically extending pipe 12 to a level below the water repellent surface 42, and as a result, the upper end of the vertically extending pipe 14. The liquid level of the liquid in 20 rises. The piston 104 and the movable part 106 in the output part 100 receive this liquid level rise as an increase in pressure applied to both, and as a result, the piston 104 and the movable part 106 rise.
次に、本実施例では、加熱器３０Ａによって気化されてなる蒸気が下方に延びていき、冷却器３２の高さ位置に至る。
このように冷却器３２の高さ位置に至った蒸気は、冷却器３２の作用により冷却され液化される。その結果、液化に伴う流体の容積収縮により、容器１０内の流体に容積収縮が起きる。
Next, in the present embodiment, the vapor that is vaporized by the heater 30 </ b> A extends downward and reaches the height position of the cooler 32.
Thus, the steam reaching the height position of the cooler 32 is cooled and liquefied by the action of the cooler 32. As a result, volume contraction of the fluid in the container 10 occurs due to volume contraction of the fluid accompanying liquefaction.
具体的には、蒸気の液化により、上下方向延在管１２の内部における液体の液面は上昇し、その結果、上下方向延在管１４の上端部２０内における液体の液面が下降する。出力部１００におけるピストン１０４と可動部１０６は、この液面下降を両者に付与される圧力の減少として受け、その結果、ピストン１０４と可動部１０６は下降に転ずる。そして、ピストン１０４が下死点に達したときには、上下方向延在管１２の内部における液体の液面は細溝２７（２８）の中心部開口２６近傍の部分を液体で浸す程度の高さまで再び上昇する。 Specifically, the liquid level of the liquid inside the vertically extending pipe 12 rises due to the liquefaction of the vapor, and as a result, the liquid level inside the upper end portion 20 of the vertically extending pipe 14 falls. The piston 104 and the movable part 106 in the output unit 100 receive this liquid level drop as a decrease in the pressure applied to both, and as a result, the piston 104 and the movable part 106 turn downward. When the piston 104 reaches the bottom dead center, the liquid level in the vertically extending pipe 12 is again high enough to immerse the portion near the central opening 26 of the narrow groove 27 (28) with the liquid. Rise.
本実施例の蒸気エンジン１Ａでは、上述した上下方向延在管１４の上端部２０内における液体の液面変化（自励振動変位）を繰り返し発生させることで、ピストン１０４と可動部１０６の往復運動を継続させ、それにより、発電を行なう。 In the steam engine 1A of the present embodiment, the liquid level change (self-excited vibration displacement) of the liquid in the upper end portion 20 of the vertically extending pipe 14 described above is repeatedly generated, so that the piston 104 and the movable portion 106 are reciprocated. And thereby generate electricity.
そして、本実施例によれば、実施例１の効果に加え、次の効果が得られる。
すなわち、本実施例では、実施例１において上下方向に延びる部分として構成された細溝４０（４０ａ）と異なり、細溝２７（２８）が略水平方向に延びる部分として構成されている。
And according to the present Example, in addition to the effect of Example 1, the following effect is acquired.
That is, in this embodiment, unlike the narrow groove 40 (40a) configured as a portion extending in the vertical direction in the first embodiment, the narrow groove 27 (28) is configured as a portion extending in a substantially horizontal direction.
従って、液体が重力の影響を受けない分だけ、細溝４０（４０ａ）の場合よりも、細溝２７（２８）の場合の方が、液体の運搬速度が速くなる。
よって、本実施例によれば、細溝２７（２８）によって、液体が加熱器３０Ａからの熱供給を受ける内壁面２４上で高速に広がる分だけ、蒸気エンジン１Ａの応答性の向上が可能となる。
Therefore, the liquid transport speed is faster in the case of the narrow groove 27 (28) than in the case of the narrow groove 40 (40a) as much as the liquid is not affected by gravity.
Therefore, according to the present embodiment, the narrow groove 27 (28) can improve the response of the steam engine 1A by the amount that the liquid spreads at high speed on the inner wall surface 24 that receives the heat supply from the heater 30A. Become.
なお、本実施例では、水平延在管２２の内壁面２４に細溝２７（２８）を設けたが、その代わりに、内壁面２４を親水処理面２９（内壁面流動促進部に相当）として構成しても良い（図７参照）。 In this embodiment, the narrow groove 27 (28) is provided in the inner wall surface 24 of the horizontal extending tube 22, but instead, the inner wall surface 24 is used as a hydrophilic treatment surface 29 (corresponding to the inner wall surface flow promoting portion). You may comprise (refer FIG. 7).
このようにしても親水処理面２９を介して内壁面２４上での液体の広がり（液体導入）が促進されることから、細溝２７（２８）を設ける場合と略同様の効果が得られる。なお、親水処理面２９の態様としては、実施例１の親水処理面４３の場合と同様に、種々の態様が考えられる。 Even in this case, since the spread of the liquid (liquid introduction) on the inner wall surface 24 is promoted through the hydrophilic treatment surface 29, substantially the same effect as the case of providing the narrow groove 27 (28) can be obtained. In addition, as the aspect of the hydrophilic treatment surface 29, various aspects can be considered like the case of the hydrophilic treatment surface 43 of Example 1. FIG.
但し、水平延在管２２の内壁面２４への液体の供給をより速やかに行なえるようにすることで、蒸気エンジン１Ａの応答性の更なる向上を図るためには、例えば、ウイックとしての細溝２７（２８）の表面を親水処理面２９として構成するとよい。
［実施例３］
次に、実施例３について図８を用いて説明する。
However, in order to further improve the responsiveness of the steam engine 1A by allowing the liquid to be supplied to the inner wall surface 24 of the horizontal extension pipe 22 more quickly, for example, a fine wick is used. The surface of the groove 27 (28) may be configured as the hydrophilic treatment surface 29.
[Example 3]
Next, Example 3 will be described with reference to FIG.
本実施例（実施例３）は、上記実施例１に示した態様の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図８は、本実施例の蒸気エンジンにおける上下方向延在管１２の上端部１８近傍部分の内部構成を示す部分拡大図である。
The present embodiment (embodiment 3) can be said to be a modification of the aspect shown in the above embodiment 1, and in this embodiment, the description of the same parts as the above embodiment 1 is omitted or simplified.
FIG. 8 is a partially enlarged view showing the internal configuration of the vicinity of the upper end 18 of the vertically extending pipe 12 in the steam engine of this embodiment.
本実施例が上記実施例１に示した態様と異なるのは、次に述べる点である。
すなわち、本実施例の蒸気エンジンは、細溝４０（４０ａ）の代わりに、上下方向延在管１２の部分のうち、加熱器３０が設けられた部分の内壁面（上端部Ａ）と、加熱器３０よりも下方の出力部１００側の部分（下端部Ｂ）と、を連結する接続管５０を有する点で、実施例１の蒸気エンジン１と異なる。接続管５０の管内径は、管１０内に封入された液体による毛細管現象が誘発される管内径となるよう構成されている。
This embodiment is different from the embodiment shown in the first embodiment in the following points.
That is, in the steam engine of the present embodiment, instead of the narrow groove 40 (40a), the inner wall surface (upper end portion A) of the portion where the heater 30 is provided in the portion of the vertically extending pipe 12, and the heating It differs from the steam engine 1 of Example 1 by the point which has the connecting pipe 50 which connects the part (lower end part B) of the output part 100 side lower than the container 30. FIG. The pipe inner diameter of the connecting pipe 50 is configured to be a pipe inner diameter that induces capillary action due to the liquid sealed in the pipe 10.
次に、管１０内に充填される液体量につき言及した後、本実施例の蒸気エンジンの動作につき説明する。
本実施例の蒸気エンジンは、上下方向延在管１２の内部における加熱器３０近傍の箇所が液体で満たされることはないよう構成されている。
Next, after referring to the amount of liquid filled in the pipe 10, the operation of the steam engine of this embodiment will be described.
The steam engine according to the present embodiment is configured such that a portion in the vicinity of the heater 30 inside the vertically extending pipe 12 is not filled with liquid.
つまり、出力部１００におけるピストン１０４が下死点に位置し、上下方向延在管１２の内部における液体の液面が一番最高位となるとき、上下方向延在管１２の内部における液体の液面は接続管５０の下端部Ｂを液体で浸す程度の高さに至る（図８参照）。 That is, when the piston 104 in the output unit 100 is located at the bottom dead center and the liquid level of the liquid in the vertical extending pipe 12 is the highest, the liquid liquid in the vertical extending pipe 12 is the highest. The surface reaches a height enough to immerse the lower end B of the connecting pipe 50 with a liquid (see FIG. 8).
但し、この状態においては、毛細管現象により、液体が、接続管５０を介して加熱器３０近傍における上下方向延在管１２の内壁面（上端部Ａ）まで導入される。
よって、本実施例の蒸気エンジンでは、このように接続管５０を介して加熱器３０近傍に導入された液体が加熱器３０からの加熱によって沸騰・気化される。その結果、気化に伴う流体の容積膨張により、管１０内の流体に容積膨張が起きる。
However, in this state, the liquid is introduced to the inner wall surface (upper end portion A) of the vertically extending tube 12 in the vicinity of the heater 30 through the connecting tube 50 due to the capillary phenomenon.
Therefore, in the steam engine of the present embodiment, the liquid introduced in the vicinity of the heater 30 through the connection pipe 50 in this way is boiled and vaporized by the heating from the heater 30. As a result, volume expansion of the fluid in the tube 10 occurs due to volume expansion of the fluid accompanying vaporization.
具体的には、気化されてなる蒸気により、上下方向延在管１２の内部における液体の液面は押し下げられ、その結果、上下方向延在管１４の上端部２０内における液体の液面が上昇する。出力部１００におけるピストン１０４と可動部１０６は、この液面上昇を両者に付与される圧力の上昇として受け、その結果、ピストン１０４と可動部１０６は上昇する。 Specifically, the liquid level in the vertical extending pipe 12 is pushed down by the vaporized vapor, and as a result, the liquid level in the upper end portion 20 of the vertical extending pipe 14 rises. To do. The piston 104 and the movable part 106 in the output part 100 receive this liquid level rise as an increase in pressure applied to both, and as a result, the piston 104 and the movable part 106 rise.
次に、本実施例では、加熱器３０によって気化されてなる蒸気が下方に延びていき、冷却器３２の高さ位置に至る。
このように冷却器３２の高さ位置に至った蒸気は、冷却器３２の作用により冷却され液化される。その結果、液化に伴う流体の容積収縮により、容器１０内の流体に容積収縮が起きる。
Next, in the present embodiment, the vapor evaporated by the heater 30 extends downward and reaches the height position of the cooler 32.
Thus, the steam reaching the height position of the cooler 32 is cooled and liquefied by the action of the cooler 32. As a result, volume contraction of the fluid in the container 10 occurs due to volume contraction of the fluid accompanying liquefaction.
具体的には、蒸気の液化により、上下方向延在管１２の内部における液体の液面は上昇し、その結果、上下方向延在管１４の上端部２０内における液体の液面が下降する。出力部１００におけるピストン１０４と可動部１０６は、この液面下降を両者に付与される圧力の減少として受け、その結果、ピストン１０４と可動部１０６は下降に転ずる。そして、ピストン１０４が下死点に達したときには、上下方向延在管１２の内部における液体の液面は接続管５０の下端部Ｂを液体で浸す程度の高さまで再び上昇する。 Specifically, the liquid level of the liquid in the vertically extending pipe 12 rises due to the liquefaction of the vapor, and as a result, the liquid level in the upper end portion 20 of the vertically extending pipe 14 drops. The piston 104 and the movable part 106 in the output unit 100 receive this liquid level drop as a decrease in the pressure applied to both, and as a result, the piston 104 and the movable part 106 turn downward. When the piston 104 reaches the bottom dead center, the liquid level inside the vertically extending pipe 12 rises again to such a level that the lower end B of the connecting pipe 50 is immersed in the liquid.
本実施例の蒸気エンジンでは、上述した上下方向延在管１４の上端部２０内における液体の液面変化（自励振動変位）を繰り返し発生させることで、ピストン１０４と可動部１０６の往復運動を継続させ、それにより、発電を行なう。 In the steam engine of the present embodiment, the liquid level change (self-excited vibration displacement) of the liquid in the upper end portion 20 of the vertically extending pipe 14 described above is repeatedly generated, whereby the piston 104 and the movable portion 106 are reciprocated. Continue to generate electricity.
本実施例では、加熱器３０から熱供給を受ける液体を、接続管５０を介して加熱器３０近傍における上下方向延在管１２の内壁面（上端部Ａ）に導入される液体だけとする。その結果、本実施例では、加熱器３０近傍に導入される液体のほとんど全てを好適に気化させることができる。 In the present embodiment, the liquid supplied with heat from the heater 30 is only the liquid introduced into the inner wall surface (upper end portion A) of the vertically extending pipe 12 in the vicinity of the heater 30 via the connection pipe 50. As a result, in the present embodiment, almost all of the liquid introduced in the vicinity of the heater 30 can be suitably vaporized.
すなわち、本実施例では、上下方向延在管１２の内部における加熱器３０近傍領域を液体で満たさない分だけ、加熱器３０近傍における上下方向延在管１２内中心部分に位置して熱損失を発生させてしまう液体、換言すれば、沸騰することなく冷却器３２側に移動してしまう温められた液体、の量を効果的に低減している。 That is, in this embodiment, the heat loss is located at the central portion in the vertical extension tube 12 in the vicinity of the heater 30 by the amount not filled with the liquid in the vicinity of the heater 30 in the vertical extension tube 12. The amount of the liquid that is generated, in other words, the warmed liquid that moves to the cooler 32 without boiling, is effectively reduced.
従って、本実施例の蒸気エンジンにおいても、このように熱損失を発生させる液体の量を低減した分だけ、従来に比べ、熱効率が好適に向上される。
なお、本実施例においては、接続管５０に加え、上記実施例１で述べた細溝４０（４０ａ）や、撥水処理面４２を設けても良いのは勿論である。
Therefore, also in the steam engine of the present embodiment, the thermal efficiency is suitably improved as compared with the conventional one by the amount of the liquid that generates heat loss.
In this embodiment, in addition to the connecting pipe 50, it is needless to say that the narrow groove 40 (40a) described in the first embodiment and the water repellent surface 42 may be provided.
１，１Ａ…蒸気エンジン、１０…管、１２，１４…上下方向延在管、１６…左右方向延在管、１８…上端部、２０…上端部、２２…水平延在管、２４…内壁面、２７，２８…細溝、２９…親水処理面、３０，３０Ａ…加熱器、３２…冷却器、４０，４０ａ…細溝、４２…撥水処理面、４３…親水処理面、５０…接続管、１００…出力部、１０２…シリンダ、１０４…ピストン、１０６…可動部、１０８…ばね材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A ... Steam engine, 10 ... Pipe, 12, 14 ... Vertical extension pipe, 16 ... Left-right extension pipe, 18 ... Upper end part, 20 ... Upper end part, 22 ... Horizontal extension pipe, 24 ... Inner wall surface 27, 28 ... fine groove, 29 ... hydrophilic treatment surface, 30, 30A ... heater, 32 ... cooler, 40, 40a ... fine groove, 42 ... water repellent treatment surface, 43 ... hydrophilic treatment surface, 50 ... connecting tube DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Output part 102 ... Cylinder 104 ... Piston 106 ... Movable part 108 ... Spring material
Claims (10)
前記管内の液体を加熱する加熱器と、
前記加熱器における加熱により液体が気化してなる蒸気を冷却する冷却器と、
前記加熱器における加熱による液体の気化と前記冷却器における冷却による蒸気の液化とにより前記管内の液体に発生する流動変位を機械的エネルギとして取り出す出力部と、
を有する蒸気エンジンであって、
前記加熱器は、前記管を介して前記管内の液体を加熱するよう構成され、
前記加熱器、前記冷却器、前記出力部は、前記管がなす管路上に、前記加熱器、前記冷却器、前記出力部の順に配置され、
前記管の内部における前記加熱器近傍の箇所が前記液体で満たされず、前記液体が前記管内における前記出力部側の領域に位置している状態において、前記管の内壁面のうち前記液体で満たされていない前記加熱器近傍の箇所に対する前記液体の導入を促進させる液体導入部を設けたことを特徴とする蒸気エンジン。 A tube filled with liquid;
A heater for heating the liquid in the tube;
A cooler that cools the vapor formed by vaporizing the liquid by heating in the heater;
An output unit for taking out the fluid displacement generated in the liquid in the pipe as mechanical energy by vaporizing the liquid by heating in the heater and liquefying the vapor by cooling in the cooler;
A steam engine having
The heater is configured to heat the liquid in the tube via the tube;
The heater, the cooler, and the output unit are arranged in the order of the heater, the cooler, and the output unit on a pipeline formed by the pipe,
In the state where the vicinity of the heater inside the tube is not filled with the liquid, and the liquid is located in the region on the output unit side in the tube, the tube is filled with the liquid. A steam engine characterized by comprising a liquid introduction part that promotes introduction of the liquid into a location near the heater that is not.
前記液体導入部は、
前記加熱器近傍の箇所に至る前記管の内壁面に沿った前記液体の流れを促進させる内壁面流動促進部を前記管の内壁面に有することを特徴とする蒸気エンジン。 The steam engine according to claim 1.
The liquid introduction part is
A steam engine having an inner wall surface flow promoting portion for promoting the flow of the liquid along the inner wall surface of the pipe reaching a location near the heater on the inner wall surface of the pipe.
前記内壁面流動促進部は、
前記管の内壁面に設けられたウイックを有することを特徴とする蒸気エンジン。 The steam engine according to claim 2,
The inner wall surface flow promoting part is
A steam engine comprising a wick provided on an inner wall surface of the pipe.
前記内壁面流動促進部は、
前記管の内壁面に設けられた親水処理面を有することを特徴とする蒸気エンジン。 The steam engine according to claim 2 or 3,
The inner wall surface flow promoting part is
A steam engine having a hydrophilic treatment surface provided on an inner wall surface of the tube.
前記内壁面流動促進部は、
前記管の内壁面のうち少なくとも前記加熱器近傍の箇所に設けられたことを特徴とする蒸気エンジン。 The steam engine according to any one of claims 2 to 4,
The inner wall surface flow promoting part is
A steam engine provided in at least a location near the heater on the inner wall surface of the pipe.
前記内壁面流動促進部は、
前記管の内壁面のうち、前記加熱器近傍の箇所よりも前記出力部側の箇所から、前記加熱器近傍の箇所に至る部分、に設けられたことを特徴とする蒸気エンジン。 The steam engine according to any one of claims 2 to 4,
The inner wall surface flow promoting part is
The steam engine provided in the part which reaches the location near the said heater from the location of the said output part side rather than the location near the said heater among the inner wall surfaces of the said pipe | tube.
前記管の内壁面のうち、前記内壁面流動促進部の前記出力部側の端部領域に、撥水処理面が設けられたことを特徴とする蒸気エンジン。 The steam engine according to any one of claims 2 to 6,
A steam engine, wherein a water repellent treatment surface is provided in an end region on the output portion side of the inner wall surface flow promoting portion of the inner wall surface of the pipe.
前記液体導入部は、
前記管の部分のうち、前記加熱器が設けられた部分の内壁面と、前記加熱器よりも前記出力部側の部分と、を連結する接続管を有し、
該接続管の管内径は、前記管内に封入された液体による毛細管現象が誘発される管内径となるよう構成されたことを特徴とする蒸気エンジン。 The steam engine according to any one of claims 1 to 7,
The liquid introduction part is
Among the pipe parts, a connecting pipe that connects the inner wall surface of the part provided with the heater and the part on the output part side of the heater,
A steam engine characterized in that a pipe inner diameter of the connection pipe is configured to be a pipe inner diameter in which capillary action is induced by a liquid sealed in the pipe.
前記加熱器が設けられた前記管の部分における内壁面は略水平方向に延びている部分を有していることを特徴とする蒸気エンジン。 The steam engine according to any one of claims 1 to 8,
A steam engine characterized in that an inner wall surface of a portion of the tube provided with the heater has a portion extending in a substantially horizontal direction.
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蒸気エンジン。 The steam engine according to any one of claims 1 to 9,
The steam engine, wherein the heater is located above the cooler.
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