JP2008184993A - 外燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部を複数個形成した外燃機関において、出力向上を図る。
【解決手段】作動媒体１２が液体状態で流動可能に封入された容器１１を備え、容器１１には、作動媒体１２の一部を加熱して作動媒体１２の蒸気を発生させる加熱部１７と、蒸気を冷却して液化させる冷却部１９とが形成され、蒸気の発生と液化によって作動媒体１２が体積変動し、作動媒体１２の体積変動によって生じる作動媒体１２の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関であって、容器１１のうち少なくとも加熱部１７と連通する部位が複数本の管状部１１ｃに分岐し、加熱部１７は、複数本の管状部１１ｃとそれぞれ連通するように複数個形成され、作動媒体１２の蒸気を溜める蒸気溜め部２２が、複数個の加熱部１７とそれぞれ連通するように複数個形成され、複数個の蒸気溜め部２２同士が連通している。
【選択図】図１

Description

本発明は、作動媒体の蒸気の発生と液化に伴う作動媒体の体積変動によって生じる作動媒体の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関に関する。

従来、外燃機関の一つとして、作動媒体が液体状態で流動可能に封入された容器に、作動媒体の一部を加熱して作動媒体の蒸気を発生させる加熱部と、作動媒体の蒸気を冷却して液化させる冷却部を形成し、この作動媒体の蒸気の発生と液化によって作動媒体の体積を変動させ、作動媒体の体積変動によって生じる作動媒体の液体部分の変位を機械的エネルギとして取り出すように構成されたものが特許文献１にて開示されている。

この従来技術では、容器のうち加熱部及び冷却部と連通する部位を複数本の管状部に分岐するとともに、加熱部及び冷却部を複数本の管状部に対応して複数個形成することより、加熱部及び冷却部の伝熱面積を増大させている。これにより、作動媒体の加熱性能及び冷却性能を向上させて、外燃機関の出力を向上させるようになっている。

ここで、加熱部を複数本の管状部に対応して複数個形成すると、各管状部毎に作動媒体の蒸気発生タイミング（圧力上昇タイミング）がずれてしまう。そのため、蒸気発生タイミングの速い管状部の内部圧力が、蒸気発生タイミングの遅い管状部の内部圧力よりも高くなり、複数本の管状部間で圧力差が生じる。

このため、作動媒体の蒸気の体積が増加して作動媒体の液体部分が変位すると、作動媒体の液体部分の一部が蒸気発生タイミングの速い管状部から蒸気発生タイミングの遅い管状部側へ向かって変位してしまい、出力部に向かって変位しない。この結果、作動媒体の液体部分の変位の一部を機械的エネルギとして有効に取り出すことができず、外燃機関の効率が低下してしまうという問題が生じる。

この問題の対策として、従来技術では、複数個の加熱部同士を連通させている。これにより、複数本の管状部間で作動媒体の蒸気発生タイミングがずれても、複数本の管状部の内部圧力を同一圧力にすることができるので、複数本の管状部間で内部圧力差が生じることを回避できる。

このため、作動媒体の液体部分の一部が蒸気発生タイミングの速い管状部側から蒸気発生タイミングの遅い管状部側へ向かって変位してしまうことを防止できるので、外燃機関の効率の低下を抑制できる。
特開２００５−３３０８８５号公報

ところで、本発明者の詳細な検討によると、この従来技術では、以下の点において外燃機関の出力を一層向上できる余地があることがわかった。すなわち、この従来技術では、複数個の加熱部同士を連通させているので、蒸気発生タイミングの速い管状部から蒸気発生タイミングの遅い管状部へと作動媒体の蒸気が移動する。

すると、蒸気発生タイミングの遅い管状部へと移動した作動媒体の蒸気は、蒸気発生タイミングの遅い管状部内において作動媒体の液体部分と混在して気泡状になる。このように、作動媒体の蒸気が作動媒体の液体部分と混在して気泡状になると、作動媒体の蒸気が作動媒体の液体部分によって冷やされて液化してしまうので、その分、作動媒体の液体部分の変位量が減少してしまい、外燃機関の出力が低下してしまうことがわかった。

本発明は、上記点に鑑み、複数本の管状部に対応して加熱部を複数個形成した外燃機関において、出力向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、作動媒体（１２）が液体状態で流動可能に封入された容器（１１）を備え、
容器（１１）には、作動媒体（１２）の一部を加熱して作動媒体（１２）の蒸気を発生させる加熱部（１７）と、蒸気を冷却して液化させる冷却部（１９）とが形成され、
蒸気の発生と液化によって作動媒体（１２）が体積変動し、作動媒体（１２）の体積変動によって生じる作動媒体（１２）の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関であって、
容器（１１）のうち少なくとも加熱部（１７）と連通する部位が複数本の管状部（１１ｃ）に分岐し、
加熱部（１７）は、複数本の管状部（１１ｃ）とそれぞれ連通するように複数個形成され、
作動媒体（１２）の蒸気を溜める蒸気溜め部（２２）が、複数個の加熱部（１７）とそれぞれ連通するように複数個形成され、
複数個の蒸気溜め部（２２）同士が連通していることを第１の特徴とする。

これによると、蒸気溜め部（２２）を介して複数本の管状部（１１ｃ）同士を連通させることができるので、複数本の管状部（１１ｃ）間で作動媒体（１２）の蒸気発生タイミングがずれても複数本の管状部（１１ｃ）間で内部圧力差が生じることを回避でき、外燃機関の効率の低下を抑制できる。

また、蒸気溜め部（２２）を介して複数本の管状部（１１ｃ）同士を連通するので、蒸気発生タイミングの速い管状部（１１ｃ）側の蒸気溜め部（２２）内の作動媒体（１２）の蒸気が蒸気発生タイミングの遅い管状部（１１ｃ）側の蒸気溜め部（２２）内へ移動する。

つまり、複数個の加熱部（１７）同士が直接連通しないので、蒸気発生タイミングの速い管状部（１１ｃ）側の作動媒体（１２）の蒸気が、蒸気発生タイミングの遅い管状部（１１ｃ）側の加熱部（１７）内へ移動することを回避できる。

このため、蒸気発生タイミングの速い管状部（１１ｃ）側から蒸気発生タイミングの遅い管状部（１１ｃ）側へ移動した作動媒体（１２）の蒸気が、作動媒体（１２）の液体部分と混在して気泡状になることを回避できる。この結果、作動媒体（１２）の蒸気が作動媒体（１２）の液体部分によって冷やされて液化してしまうことを抑制できるので、作動媒体（１２）の液体部分の変位量が減少してしまうことを抑制でき、外燃機関の出力を向上できる。

本発明は、具体的には、加熱部（１７）と蒸気溜め部（２２）とを１つのブロック体（１３）の内部に形成すれば、部品点数を削減でき、コストを低減できる。

また、本発明は、具体的には、複数個の加熱部（１７）が水平方向に配置され、
複数個の蒸気溜め部（２２）が複数個の加熱部（１７）の上方に配置され、
複数個の蒸気溜め部（２２）同士を連通する連通路（２６）が、複数個の蒸気溜め部（２２）同士の間において水平方向に延びている。

これにより、複数個の蒸気溜め部（２２）同士の間の空間を利用して複数個の蒸気溜め部（２２）同士を連通させることができるので、複数個の蒸気溜め部（２２）同士を連通させることに伴って外燃機関の体格が大型化してしまうことを回避できる。

ところで、本出願人は先に、特願２００６−７４３５１号（以下、先願例という。）において、加熱部から作動媒体への熱伝達率の向上を図った外燃機関を提案している。この先願例では、作動媒体の蒸気の体積が減少して作動媒体の液体部分が冷却部側から加熱部側に向かって変位したときに作動媒体の液体部分が加熱部の内壁面（衝突面）に衝突するように加熱部が形成されている。

より具体的には、先願例の図４に示すように、加熱部を冷却部に近い側にて円管状に延びる第１通路部と、第１通路部のうち冷却部から離れる側の端部から第１通路部と直交する方向に環状に突き出す第２通路部とで構成し、第１通路部のうち冷却部から離れる側の端面が作動媒体の液体部分の衝突面を構成している。

これによると、作動媒体の液体部分が衝突面に衝突することによって作動媒体の液体部分が撹拌されて乱流が生じるので、加熱部内に形成される温度境界層が破壊されて、加熱部から作動媒体への熱伝達率が向上する。

しかしながら、この先願例では、作動媒体の蒸気を溜める蒸気溜め部が、加熱部のうち衝突面から離れた部位に連通している。より具体的には、蒸気溜め部が加熱部のうち第２通路部の外周部と連通している。

このため、加熱部の衝突面で発生した作動媒体の蒸気は、第２通路部を通過しなければ蒸気溜め部に溜まることができない。つまり、加熱部の衝突面で発生した作動媒体の蒸気が蒸気溜め部にスムーズに導かれるようになっていない。

この結果、加熱部の衝突面で発生した作動媒体の蒸気が作動媒体の液体部分と混在して気泡状になってしまい、作動媒体の液体部分によって冷やされて液化してしまうので、その分、作動媒体の液体部分の変位量が減少して外燃機関の出力が低下してしまうことがわかった。

この点に鑑みて、本発明は、作動媒体（１２）が液体状態で流動可能に封入された容器（１１）を備え、
容器（１１）には、作動媒体（１２）の一部を加熱して作動媒体（１２）の蒸気を発生させる加熱部（１７）と、蒸気を冷却して液化させる冷却部（１９）とが形成され、
蒸気の発生と液化によって作動媒体（１２）が体積変動し、作動媒体（１２）の体積変動によって生じる作動媒体（１２）の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関であって、
加熱部（１７）には、蒸気を溜める蒸気溜め部（２２）が配置され、
加熱部（１７）には、蒸気の体積が減少して作動媒体（１２）の液体部分が冷却部（１９）側から加熱部（１７）側に向かって変位したときに作動媒体（１２）の液体部分が衝突する衝突面（２０ａ）が形成され、
蒸気溜め部（２２）が加熱部（１７）のうち衝突面（２０ａ）の形成部位と連通していることを第２の特徴とする。

これによると、加熱部（１７）と蒸気溜め部（２２）とが蒸気通路（２３）によって連通し、かつ、蒸気通路（２３）のうち加熱部（１７）側の端部が衝突面（２０ａ）に配置されているので、衝突面（２０ａ）で発生した作動媒体（１２）の蒸気を蒸気通路（２３）を通じて速やかに蒸気溜め部（２２）へと逃がすことができる。

このため、衝突面（２０ａ）で発生した作動媒体（１２）の蒸気が作動媒体（１２）の液体部分と混在して液化してしまうことを抑制できるので、作動媒体（１２）の液体部分の変位量が減少してしまうことを抑制でき、外燃機関の出力を向上することができる。

本発明は、具体的には、加熱部（１７）と蒸気溜め部（２２）を、蒸気通路（２３）によって連通させることができる。

また、本発明は、具体的には、加熱部（１７）が、冷却部（１９）側を向いて延びる第１通路部（２０）と、第１通路部（２０）のうち冷却部（１９）と反対側の端部から第１通路部（２０）が延びる方向と交差する方向に延びる第２通路部（２１）とで形成され、
衝突面（２０ａ）が、第１通路部（２０）のうち冷却部（１９）と反対側の端部に形成され、
蒸気溜め部（２２）は、第１通路部（２０）に対して冷却部（１９）と反対側に配置され、
加熱部（１７）と蒸気溜め部（２２）とを連通する通路（２３）が、衝突面（２０ａ）と蒸気溜め部（２２）との間において、第１通路部（２０）が延びる方向と平行に延びている。

これにより、衝突面（２０ａ）への作動媒体（１２）の液体部分の衝突方向と、蒸気通路（２３）の延びる方向とを同一方向にできるので、作動媒体（１２）の蒸気を蒸気通路（２３）を通じてより速やかに蒸気溜め部（２２）へと逃がすことができる。この結果、衝突面（２０ａ）で発生した作動媒体（１２）の蒸気が作動媒体（１２）の液体部分と混在してしまうことをより抑制できるので、外燃機関の出力をより向上することができる。

また、本発明は、具体的には、加熱部（１７）と蒸気溜め部（２２）とを連通する通路（２３）の内径（ｄ１）が第１通路部（２０）の内径（Ｄ）よりも小さく設定されている。

これによると、蒸気通路（２３）のうち加熱部（１７）側の端部を衝突面（２０ａ）に配置しても、衝突面（２０ａ）を所定面積だけ確保することができるので、衝突面（２０ａ）によって加熱部（１７）から作動媒体（１２）への熱伝達率を向上させる効果を問題なく発揮することができる。

また、本発明は、具体的には、加熱部（１７）と蒸気溜め部（２２）とを連通する通路（２３）を多数個の細管で構成してもよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１および図２に基づいて説明する。本実施形態は、本発明による外燃機関を発電装置に適用したものである。

図１は本実施形態による発電装置の概略構成を表す構成図であり、図１中の上下の矢印は外燃機関の設置状態における上下方向を示している。

本実施形態による発電装置は外燃機関１０及び発電機１からなる。発電機１は、永久磁石が埋設された可動子２が振動変位することによって起電力を発生するものであり、外燃機関１０によって駆動される。

外燃機関１０は、作動媒体（本例では水）１２が液体状態で流動可能に封入された容器１１を備えている。容器１１は主として管状に形成された圧力容器であり、発電機１から下方に向かって延びる第１管状部１１ａ、第１管状部１１ａの下端部から水平方向に延びる第２管状部１１ｂ、及び、第２管状部１１ｂから分岐して上方に向かって延びる２本の第３管状部１１ｃを有している。なお、２本の第３管状部１１ｃは、本発明における複数本の管状部に該当するものである。

２本の第３管状部１１ｃの上端部同士は、薄型直方体状のブロック体１３によって連結されている。このブロック体１３は容器１１の一部を構成しており、熱伝導率に優れた銅又はアルミニウム等によって成形されている。本例では、成形上の都合により、ブロック体１３を矩形平板状の第１〜第３分割体１４〜１６に分割して成形している。そして、これら第１〜第３分割体１４〜１６を積層した状態でネジ等の締結手段によって一体に締結するようになっている。

第１〜第３分割体１４〜１６のうち第３管状部１１ｃの上端部に隣接配置される第１分割体１４の外周部には、第２、第３分割体１５、１６の外周端面に当接する枠状部１４ａが形成されている。

ブロック体１３の内部には、２本の第３管状部１１ｃとそれぞれ連通する２つの中空部が形成されており、この中空部によって加熱部１７が構成されている。加熱部１７は、外部熱源により作動媒体１２を加熱して作動媒体１２の蒸気を発生させる役割を果たすものであり、詳細は後述する。

２本の第３管状部１１ｃの長手方向の中間部１８はそれぞれ、熱伝導率に優れた銅又はアルミニウムによって形成されており、この中間部１８内空間によって冷却部１９が構成されている。冷却部１９は、加熱部１７で発生した作動媒体１２の蒸気を冷却して液化させる役割を果たすものである。

本例では、第３管状部１１ｃの中間部１８に冷却水が循環することによって、冷却部１９にて作動媒体１２の蒸気が冷却されるようになっている。冷却水の循環回路中には放熱器（図示せず）が配置されており、冷却水が作動媒体１２の蒸気から奪った熱を放熱器によって大気中に放熱するようになっている。

なお、容器１１のうちブロック体１３及び第３管状部１１ｃの中間部１８以外の部位は、断熱性に優れたステンレスによって成形されている。

一方、容器１１のうち第３管状部１１ｃの上端部には、作動媒体１２の液体部分から圧力を受けて変位するピストン３がシリンダ部３ａに摺動可能に配置されている。なお、ピストン３は可動子２のシャフト２ａに連結されており、可動子２を挟んでピストン３と反対側には、可動子２をピストン３側に押圧する弾性力を発生させる弾性手段をなすバネ４が設けられている。

次に、加熱部１７の詳細について説明する。本例における２つの加熱部１７は、高温ガスによって加熱されるようになっており、それぞれの内部に第１、第２通路部２０、２１を有している。

この第１、第２通路部２０、２１のうち冷却部１９に近い側に配置される第１通路部２０は、第３管状部１１ｃと同軸上の円筒形状を有している。また、第１、第２通路部２０、２１のうち冷却部１９から離れた側に配置される第２通路部２１は、第１通路部２０のうち冷却部１９と反対側の端部（図１の上端部）から第１通路部２０の径方向外側に環状に突き出す形状を有している。

これにより、第１通路部２０の上端面２０ａは、作動媒体１２の蒸気の体積が減少して作動媒体１２の液体部分が冷却部１９側（図１の下方側）から加熱部１７側（図１の上方側）に向かって変位したときに作動媒体１２の液体部分が衝突する衝突面を構成する。

本例では、第２通路部２１の厚み寸法（図１の上下方向寸法）ｔは、第１通路部２０の内径Ｄよりも小さく設定されている（ｔ＜Ｄ）。また、第２通路部２１の厚み寸法ｔを熱浸透深さσ以下（ｔ≦σ）に設定することによって、第２通路部２１において作動媒体１２を良好に加熱できるようにしている。

ここで、熱浸透深さσは、第２通路部２１内の作動媒体１２が周期的に温度変化する場合に、その温度変化が何処まで伝わるかを表す指標である。具体的には、熱浸透深さσは第２通路部２１の厚み方向のエントロピー変動の分布を熱拡散率ａ（ｍ／ｓ）と角振動数ω（ｒａｄ／ｓ）で決定する指標であり、次の数式（１）で表される。

σ＝√（２・ａ／ω）…（１）
なお、熱拡散率ａは、作動媒体１２の熱伝導率を作動媒体１２の比熱と密度で除した値である。

ブロック体１３の内部であって加熱部１７よりも上方側には、加熱部１７で発生した作動媒体１２の蒸気を溜めるための空間である蒸気溜め部２２が形成されており、この蒸気溜め部２２と加熱部１７は第１、第２蒸気通路２３、２４によって連通している。なお、第１蒸気通路２３は、本発明における通路に該当するものである。

本例では、蒸気溜め部２２は、加熱部１７のうち第２通路部２１と所定間隔だけ離れて対向する円板状の空間で構成されており、第２通路部２１と同軸上に配置されている。また、蒸気溜め部２２には、所定体積の付加媒体の気体２５が封入されている。付加媒体としては、外燃機関の作動条件下では気体の状態を維持する媒体を選定することができる。気体２５は、例えば、取り扱いのしやすい空気であってもよいし、作動媒体１２の純粋な蒸気でもよい。

第１蒸気通路２３は、加熱部１７のうち第１通路部２０の上端面２０ａに配置された１つの円形穴で構成されており、加熱部１７のうち上端面２０ａの形成部位と蒸気溜め部２２の中心部とを連通する。第１蒸気通路２３の内径ｄ１は、第１通路部２０の内径Ｄ未満に設定されている（ｄ１＜Ｄ）。本例では、第１蒸気通路２３を第１通路部２０と同軸上に配置している。

第２蒸気通路２４は、加熱部１７のうち第２通路部２１の外周部と蒸気溜め部２２の外周部とを連通する複数個の円形穴である。本例では、複数個の第２蒸気通路２４を第２通路部２１及び蒸気溜め部２２の円周方向に等間隔に配置している。

本例では、作動媒体１２の蒸気の体積が最も減少して、作動媒体１２の液面が最も上昇した場合においても、蒸気溜め部２２に作動媒体１２の液体部分が進入しないように、容器１１に対する作動媒体１２の封入体積が設定されている。

より具体的には、作動媒体１２の液面は、最も上昇したときに第１通路部２０の上端面２０ａまで到達するようになっている。このため、加熱部１７内において作動媒体１２の蒸気が発生すると、作動媒体１２の蒸気が第１、第２蒸気通路２３、２４を通じて蒸気溜め部２２に流入することができる。

蒸気溜め部２２は加熱部１７と同様にブロック体１３の内部に形成されているので、蒸気溜め部２２内の気体２５は作動媒体１２の蒸気の温度とほぼ同じ温度に加熱される。これにより、作動媒体１２の蒸気が蒸気溜め部２２に進入したときに、作動媒体１２の蒸気が蒸気溜め部２２内で冷やされて液化してしまうことを回避するようになっている。

２つの蒸気溜め部２２、すなわち一方の加熱部１７に対応する蒸気溜め部２２と他方の加熱部１７に対応する蒸気溜め部２２同士は、ブロック体１３内部に形成された連通路２６によって連通している。本例では、２つの連通路２６を、ブロック体１３の長辺（図２の左右方向に延びる辺）と平行に、かつ、蒸気溜め部２２の円板形状と接するように形成している。

次に、本実施形態の加熱部１７、蒸気溜め部２２、第１、第２蒸気通路２３、２４及び連通路２６の成形方法について簡単に説明すると、ブロック体１３の第１〜第３分割体１４〜１６に、加熱部１７、蒸気溜め部２２、第１、第２蒸気通路２３、２４及び連通路２６に対応する形状を切削加工したのちに、第１〜第３分割体１４〜１６を一体に締結することによって、ブロック体１３の内部に加熱部１７、蒸気溜め部２２、第１、第２蒸気通路２３、２４及び連通路２６を成形することができる。

より具体的には、第１分割体１４には、加熱部１７の第１通路部２０に対応する貫通穴を加工する。第２分割体１５には、加熱部１７の第２通路部２１に対応する円形の窪み形状と、第１、第２蒸気通路２３、２４に対応する貫通穴とを加工する。第３分割体１６には、蒸気溜め部２２に対応する円形の窪み形状と、連通路２６に対応する溝形状を加工したのちに、第１〜第３分割体１４〜１６を一体に締結する。

次に、上記構成における作動を簡単に説明する。まず加熱部１７内の作動媒体（水）１２が加熱されて気化すると、蒸気溜め部２２内及び加熱部１７内に高温・高圧の作動媒体１２の蒸気が蓄積されて、第３管状部１１ｃ内の作動媒体１２の液面を押し下げる。すると、作動媒体１２の液体部分が第１管状部１１ａ側に変位して、発電機１側のピストン３を押し上げる。

次に、第３管状部１１ｃ内の作動媒体１２の液面が冷却部１９まで下がり、冷却部１９内に作動媒体１２の蒸気が進入すると、作動媒体１２の蒸気が冷却部１９により冷却されて液化する。このため、作動媒体１２の液面を押し下げる力が消滅し、作動媒体１２の液面が上昇し、作動媒体１２の液体部分も上昇する。この結果、作動媒体１２の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３は下降する。

このような動作が繰り返し実行されることによって、容器１１内の作動媒体１２の液体部分が周期的に変位（いわゆる自励振動）して、発電機１の可動子２を周期的に上下動させる。

つまり、作動媒体１２の蒸気の発生と液化によって作動媒体１２が体積変動し、作動媒体１２の体積変動によって生じる作動媒体１２の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力することができる。なお、ここでいう「作動媒体１２の体積」とは、作動媒体１２の液体部分の体積と作動媒体１２の蒸気の体積の合計のことを意味している。

本実施形態では、第３管状部１１ｃを２本の管状部で構成し、２本の第３管状部１１ｃに対応して加熱部１７及び冷却部１９を２個ずつ形成しているので、加熱部１７及び冷却部１９の伝熱面積を増大させることができる。これにより、作動媒体１２の加熱性能及び冷却性能を向上させて、外燃機関の出力を向上させることができる。

また、２つの加熱部１７同士を第１、第２蒸気通路２３、２４、蒸気溜め部２２及び連通路２６を介して連通させているので、２つの加熱部１７間、換言すれば２つの第３管状部１１ｃ間で作動媒体１２の蒸気発生タイミングがずれても、２つの第３管状部１１ｃの内部圧力を同一圧力にすることができるので、２つの第３管状部１１ｃ間で圧力差が生じることを回避できる。

このため、２つの第３管状部１１ｃ間で作動媒体１２の蒸気発生タイミングがずれたときに、作動媒体１２の液体部分の一部が蒸気発生タイミングの速い第３管状部１１ｃ側から蒸気発生タイミングの遅い第３管状部１１ｃ側へ向かって変位してしまうことを防止できるので、外燃機関の効率の低下を抑制できる。

ここで、本実施形態では、２つの加熱部１７同士を直接連通させず、第１、第２蒸気通路２３、２４、蒸気溜め部２２及び連通路２６を介して連通させている。このため、２つの第３管状部１１ｃ間で作動媒体１２の蒸気発生タイミングがずれると、蒸気発生タイミングの速い第３管状部１１ｃ側の蒸気溜め部２２から蒸気発生タイミングの遅い第３管状部１１ｃ側の蒸気溜め部２２へと作動媒体１２の蒸気が移動する。

すると、蒸気発生タイミングの速い第３管状部１１ｃ側の蒸気溜め部２２から蒸気発生タイミングの遅い第３管状部１１ｃ側の蒸気溜め部２２へと移動した作動媒体１２の蒸気は、蒸気発生タイミングの遅い第３管状部１１ｃ側の蒸気溜め部２２内に封入された気体２５と混在する。

換言すれば、蒸気発生タイミングの速い第３管状部１１ｃ側の蒸気溜め部２２から蒸気発生タイミングの遅い第３管状部１１ｃ側の蒸気溜め部２２へと移動した作動媒体１２の蒸気が、蒸気発生タイミングの遅い第３管状部１１ｃ側の蒸気溜め部２２内において作動媒体１２の液体部分と混在して気泡状になることを抑制できる。

このため、作動媒体１２の蒸気が作動媒体１２の液体部分によって冷やされて液化してしまうことを抑制できるので、上記従来技術のように作動媒体の蒸気が液化する分だけ作動媒体の変位量が減少して外燃機関の出力が低下してしまうことを抑制できる。つまり、上記従来技術と比較して、外燃機関の出力を向上できる。

なお、本例では、２つの加熱部１７が水平方向に配置され、２つの蒸気溜め部２２が２つの加熱部１７の上方に配置され、連通路２６が２つの蒸気溜め部２２同士の間において水平方向に延びているので、２つの蒸気溜め部２２同士の間の空間を利用して２つの蒸気溜め部２２同士を連通させることができる。

これにより、２つの蒸気溜め部２２同士を連通させることに伴って外燃機関の体格が大型化してしまうことを抑制できる。

ところで、本実施形態では、加熱部１７を、第３管状部１１ｃと同軸状の第１通路部２０と、第１通路部２０の径方向外側に環状に突き出す第２通路部２１とで構成している。

このため、作動媒体１２の蒸気が冷却部１９により冷却されて液化されて作動媒体１２の液面が上昇すると、まず作動媒体１２の液体部分が加熱部１７のうち第１通路部２０に真っ直ぐに進入し、第１通路部２０の上端面２０ａに衝突したのちに、変位方向を水平方向に変化させて第２通路部２１に進入する。

このように、作動媒体１２の液体部分が第１通路部２０の上端面２０ａに衝突すると、作動媒体１２の液体部分が撹拌されて乱流が生じる。この結果、加熱部１７内に形成される温度境界層を破壊することができるので、加熱部１７から作動媒体１２への熱伝達率を向上できる。

また、本実施形態では、第２通路部２１が水平方向に延びているので、撹拌された作動媒体１２の液体部分が重力に逆らうことなく第２通路部２１に進入できる。このため、作動媒体１２の液体部分が撹拌された状態を維持しつつ第２通路部２１に進入することが容易になるので、加熱部１７から作動媒体１２への熱伝達率をより効果的に向上できる。

ここで、加熱部１７と蒸気溜め部２２とを第２蒸気通路２４のみによって連通させる場合、つまり、第１蒸気通路２３を設けない場合には、第２蒸気通路２４が第２通路部２１の外周部に配置されている関係上、第１通路部２０の上端面２０ａ近傍で発生した作動媒体１２の蒸気は第２通路部２１を通過しなければ蒸気溜め部２２に溜まることができない。つまり、第１通路部２０の上端面２０ａ近傍で発生した作動媒体１２の蒸気を蒸気溜め部２２にスムーズに導くことができない。

このため、作動媒体１２の蒸気が第２通路部２１を通過する際に第２通路部２１内の作動媒体１２の液体部分と混在して気泡状になり、作動媒体１２の液体部分によって冷やされて液化してしまうので、その分、作動媒体１２の変位量が減少して外燃機関の出力が低下してしまう。

この点に鑑み、本実施形態では、加熱部１７と蒸気溜め部２２とを第２蒸気通路２４のみならず、第１通路部２０の上端面２０ａに配置した第１蒸気通路２３によっても連通させているので、図１の矢印ｂのように第１通路部２０の上端面２０ａ近傍で発生した作動媒体１２の蒸気を第１蒸気通路２３を通じて速やかに蒸気溜め部２２へと逃がすことができる。

このため、作動媒体１２の蒸気が作動媒体１２の液体部分と混在して気泡状になってしまうことを抑制できるので、外燃機関の出力を向上できる。

さらに、本実施形態では、第１蒸気通路２３を第１通路部２０と同軸上に配置しており、第１蒸気通路２３が第１通路部２０の延びる方向と平行になるので、上端面２０ａへの作動媒体１２の衝突方向と第１蒸気通路２３の延びる方向とを同一方向にすることができる。

このため、第１通路部２０の上端面２０ａ近傍で発生した作動媒体１２の蒸気を蒸気通路２３を通じてより速やかに蒸気溜め部２２へと逃がすことができる。この結果、衝突面２０ａで発生した作動媒体１２の蒸気が作動媒体１２の液体部分と混在して気泡状になってしまうことをより抑制できるので、外燃機関の出力をより向上することができる。

なお、本実施形態では、第１蒸気通路２３の内径ｄ１を第１通路部２０の内径Ｄ未満に設定しているので（ｄ１＜Ｄ）、第１通路部２０の上端面に第１蒸気通路２３を設けても、作動媒体１２を第１通路部２０の上端面に良好に衝突させることができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、第１蒸気通路２３を１つの円形穴で構成しているが、本第２実施形態では、図３に示すように、第１蒸気通路２３を多数個の細孔で構成している。

この多数個の細孔の内径ｄ２は、第２通路部２１の厚み寸法ｔより大きく設定されている（ｄ２＞ｔ）。これにより、多数個の細孔における流路抵抗を第２通路部２１における流路抵抗よりも小さくできるので、第１通路部２０の上端面近傍で発生した作動媒体１２の蒸気は、第２通路部２１側よりも第１蒸気通路２３側に導かれるようになる。

この結果、第１通路部２０の上端面近傍で発生した作動媒体１２の蒸気を第１蒸気通路２３を通じて速やかに蒸気溜め部２２へと逃がすことができるので、上記第１実施形態と同様の効果を発揮できる。

（第３実施形態）
本第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、蒸気溜め部２２の形状を変更している。図４（ａ）は本実施形態における加熱部１７の縦断面図を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図を示している。

本実施形態では、蒸気溜め部２２を、第１蒸気通路２３の上方にブロック体１３の長辺方向と平行に延びる帯状に形成された帯状蒸気溜め部２２ａと、加熱部１７の第２通路部２１の外周側に環状に形成された環状蒸気溜め部２２ｂとで構成している。

帯状蒸気溜め部２２ａは第１蒸気通路２３を介して加熱部１７と連通しており、帯状蒸気溜め部２２ａは、２つの第１通路部２０の中心同士を結ぶ方向（図４（ｂ）の左右方向）と平行に配置されている。

本実施形態では、第２蒸気通路２４を帯状蒸気溜め部２２ａと環状蒸気溜め部２２ｂとの間に２つ配置し、第２蒸気通路２４によって帯状蒸気溜め部２２ａと環状蒸気溜め部２２ｂとを連通させている。

また、本実施形態では、連通路２６が２つの帯状蒸気溜め部２２ａの隣り合う端部同士を連通するように１つのみ配置されている。これにより、２つの帯状蒸気溜め部２２ａ及び連通路２６は、全体として１つの帯状になっている。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果を発揮できる。

さらに、本実施形態によると、帯状蒸気溜め部２２ａは上方から見たときに第２通路部２１の一部のみと重合している。このため、上記各実施形態のように蒸気溜め部２２が上方から見たときに第２通路部２１の全体と重合する場合と比較して、熱源（高温ガス）のもつ熱を上方から第２通路部２１へと伝達しやすい。このため、第２通路部２１にて作動媒体１２を効果的に加熱できる。

また、本実施形態では、２つの帯状蒸気溜め部２２ａ及び連通路２６は、全体として１つの帯状になっているので、ブロック体１３を第１、第２分割体２１、２２の２分割によって成形することができる。

より具体的には、第２分割体１５にその長辺方向と平行に延びる矩形貫通穴を成形することによって２つの帯状蒸気溜め部２２ａ及び連通路２６を構成することができ、また、第２分割体１５に、環状蒸気溜め部２２ｂに対応する環状の窪み形状と、第２蒸気通路２４に対応する穴を加工すれば、ブロック体１３内部に加熱部１７及び蒸気溜め部２２等を成形することができる。

このため、ブロック体１３の構造を簡素化でき、コストを低減できる。

（第４実施形態）
上記各実施形態では、第２通路部２１を第１通路部２０の径方向外側に突き出す環状に形成し、蒸気溜め部２２を第１通路部２０と対向する円板状に形成しているが、本第４実施形態では、図５に示すように、第２通路部２１を第１通路部２０の軸方向と直交する方向に延びる帯状に形成し、蒸気溜め部２２を第１通路部２０と対向する帯状に形成している。

本実施形態においても、第２通路部２１の厚み寸法ｔを、第１通路部２０の内径Ｄよりも小さく、かつ、熱浸透深さσ以下に設定し（ｔ＜Ｄかつｔ≦σ）、これにより、第２通路部２１において作動媒体１２を良好に加熱できるようにしている。

第２蒸気通路２４は、第２通路部２１のうち第１通路部２０と反対側の端部と蒸気溜め部２２のうち第１通路部２０と反対側の端部とを連通するように、１つのみ形成されている。

連通路２６は、２つの蒸気溜め部２２のうち隣り合う端部同士を連通するように、１つのみ配置されている。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果を発揮できる。

（他の実施形態）
（１）上記各実施形態では、第１通路部２０の軸方向と第２通路部２１の突き出す方向とが直交しているが、これに限定されるものではなく、第１通路部２０の軸方向と第２通路部２１の突き出す方向とが交差するようにすればよい。

（２）上記各実施形態では、第１通路部２０を円筒面によって構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、角筒状の面によって構成してもよい。

（３）上記各実施形態における第２通路部２１の形状（環状、帯状）は一例を示したものであり、種々変形が可能である。例えば、第１通路部２０から多数本放射状に突き出す形状にしてもよい。また、第１通路部２０から断面円形状に突き出す形状してもよい。

（４）上記各実施形態では、２本の第３管状部１１ｃを第２管状部１１ｂから上方に向かって延びるように形成し、加熱部１７を冷却部１９よりも上方に配置しているが、２本の第３管状部１１ｃを第２管状部１１ｂから下方に向かって延びるように形成し、加熱部１７を冷却部１９よりも下方に配置してもよい。

（５）上記各実施形態では、第３管状部１１ｃを２本配置し、２本の第３管状部１１ｃに対応して加熱部１７及び冷却部１９を２つずつ形成しているが、第３管状部１１ｃを３本以上配置し、３本以上の第３管状部１１ｃに対応して加熱部１７及び冷却部１９を３つ以上ずつ形成するようにしてもよい。

（６）上記各実施形態では、冷却部１９を第３管状部１１ｃの中間部１８に形成しているが、冷却部１９を第２管状部１１ｂに形成してもよい。

（７）上記各実施形態では、加熱部１７が高温ガスによって加熱されるようになっているが、加熱部１７を電気ヒータで加熱するようにしてもよい。

（８）上記各実施形態は、本発明を発電装置の駆動源に適用した例を示しているが、これに限定されるものではなく、本発明の外燃機関を発電装置以外の駆動源に適用できることはもちろんである。

本発明の第１実施形態を示す発電装置の概略構成図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態を示す発電装置の概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態を示す発電装置の概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態を示す発電装置の概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。

符号の説明

１１…容器、１１ｃ…第３管状部（複数本の管状部）、１２…作動媒体、
１３…ブロック体、１７…加熱部、１９…冷却部、２２…蒸気溜め部、
２３…第１蒸気通路（通路）、２６…連通路。

Claims (8)

1. 作動媒体（１２）が液体状態で流動可能に封入された容器（１１）を備え、
   前記容器（１１）には、前記作動媒体（１２）の一部を加熱して前記作動媒体（１２）の蒸気を発生させる加熱部（１７）と、前記蒸気を冷却して液化させる冷却部（１９）とが形成され、
   前記蒸気の発生と液化によって前記作動媒体（１２）が体積変動し、前記作動媒体（１２）の体積変動によって生じる前記作動媒体（１２）の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関であって、
   前記容器（１１）のうち少なくとも前記加熱部（１７）と連通する部位が複数本の管状部（１１ｃ）に分岐し、
   前記加熱部（１７）は、前記複数本の管状部（１１ｃ）とそれぞれ連通するように複数個形成され、
   前記作動媒体（１２）の蒸気を溜める蒸気溜め部（２２）が、前記複数個の加熱部（１７）とそれぞれ連通するように複数個形成され、
   前記複数個の蒸気溜め部（２２）同士が連通していることを特徴とする外燃機関。
2. 前記加熱部（１７）と前記蒸気溜め部（２２）とが１つのブロック体（１３）の内部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の外燃機関。
3. 前記複数個の加熱部（１７）が水平方向に配置され、
   前記複数個の蒸気溜め部（２２）が前記複数個の加熱部（１７）の上方に配置され、
   前記複数個の蒸気溜め部（２２）同士を連通する連通路（２６）が、前記複数個の蒸気溜め部（２２）同士の間において水平方向に延びていることを特徴とする請求項１または２に記載の外燃機関。
4. 前記加熱部（１７）には、前記蒸気の体積が減少して前記作動媒体（１２）の液体部分が前記冷却部（１９）側から前記加熱部（１７）側に向かって変位したときに前記作動媒体（１２）の液体部分が衝突する衝突面（２０ａ）が形成され、
   前記蒸気溜め部（２２）が前記加熱部（１７）のうち前記衝突面（２０ａ）の形成部位と連通していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の外燃機関。
5. 作動媒体（１２）が液体状態で流動可能に封入された容器（１１）を備え、
   前記容器（１１）には、前記作動媒体（１２）の一部を加熱して前記作動媒体（１２）の蒸気を発生させる加熱部（１７）と、前記蒸気を冷却して液化させる冷却部（１９）とが形成され、
   前記蒸気の発生と液化によって前記作動媒体（１２）が体積変動し、前記作動媒体（１２）の体積変動によって生じる前記作動媒体（１２）の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関であって、
   前記加熱部（１７）には、前記蒸気を溜める蒸気溜め部（２２）が配置され、
   前記加熱部（１７）には、前記蒸気の体積が減少して前記作動媒体（１２）の液体部分が前記冷却部（１９）側から前記加熱部（１７）側に向かって変位したときに前記作動媒体（１２）の液体部分が衝突する衝突面（２０ａ）が形成され、
   前記蒸気溜め部（２２）が前記加熱部（１７）のうち前記衝突面（２０ａ）の形成部位と連通していることを特徴とする外燃機関。
6. 前記加熱部（１７）が、前記冷却部（１９）側を向いて延びる第１通路部（２０）と、前記第１通路部（２０）のうち前記冷却部（１９）と反対側の端部から前記第１通路部（２０）が延びる方向と交差する方向に延びる第２通路部（２１）とで形成され、
   前記衝突面（２０ａ）が、前記第１通路部（２０）のうち前記冷却部（１９）と反対側の端部に形成され、
   前記蒸気溜め部（２２）は、前記第１通路部（２０）に対して前記冷却部（１９）と反対側に配置され、
   前記加熱部（１７）と前記蒸気溜め部（２２）とを連通する通路（２３）が、前記衝突面（２０ａ）と前記蒸気溜め部（２２）との間において、前記第１通路部（２０）が延びる方向と平行に延びていることを特徴とする請求項４または５に記載の外燃機関。
7. 前記加熱部（１７）と前記蒸気溜め部（２２）とを連通する通路（２３）の内径（ｄ１）が前記第１通路部（２０）の内径（Ｄ）よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項４または５に記載の外燃機関。
8. 前記加熱部（１７）と前記蒸気溜め部（２２）とを連通する通路（２３）が多数個の細管で構成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の外燃機関。

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