JP2012211573A - 熱機関 - Google Patents

Abstract

【課題】液体ピストンの変位を機械的エネルギに変換する変換機構を良好に潤滑する。
【解決手段】作動室１０、１１を形成する作動室形成部材１２と、作動室１０、１１を第１作動室１０と第２作動室１１とに仕切る仕切り部材１７と、第１作動室１０に封入された第１作動液１４と、第２作動室１１に封入された第２作動液１５と、第１作動室１０および第２作動室１１の外部に設けられ、蒸気を発生させる蒸気発生手段１３と、蒸気発生手段１３で発生した蒸気を、第１作動室１０のうち第２作動室１１と反対側の部位に供給する蒸気供給手段１８、１９、１２１と、第２作動液１５の変位を機械的エネルギに変換する変換機構１６とを備え、第２作動液１５は、第１作動液１４と比較して潤滑性能に優れた液体であり、仕切り部材１７は、第１作動液１４と第２作動液１５との間で変位が伝達されるように変形可能な部材である。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気の膨張によって液体ピストンを変位させ、液体ピストンの変位を機械的エネルギに変換する熱機関に関する。

従来、この種の熱機関が特許文献１に記載されている。この従来技術は、水（作動流体の液）が流動可能に封入されたシリンダと、シリンダの外部に設けられた液相加熱室とを備え、液相加熱室で水を加熱して蒸発させ、液相加熱室で発生した水蒸気をシリンダの一端部に供給し、供給された水蒸気の膨張によってシリンダ内の水を変位させ、シリンダ内の水の変位を出力ピストン、連結ロッドおよびフライホイールによって回転駆動力として取り出すようになっている。

特開平１０−２５２５５６号公報

しかしながら、上記従来技術によると、出力ピストンとシリンダとの摺動部を潤滑する手段について全く言及されていない。

この点、シリンダ内に封入された作動流体の液によって出力ピストンとシリンダとの摺動部を潤滑させる手段が考えられるが、摺動部の潤滑性と、作動流体の蒸発・凝縮の効率性とを単一の作動流体で両立させることは現実的には困難である。

本発明は上記点に鑑みて、液体ピストンの変位を機械的エネルギに変換する変換機構を良好に潤滑できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、作動室（１０、１１）を形成する作動室形成部材（１２）と、
作動室（１０、１１）を第１作動室（１０）と第２作動室（１１）とに仕切る仕切り部材（１７）と、
第１作動室（１０）に封入された第１作動液（１４）と、
第２作動室（１１）に封入された第２作動液（１５）と、
第１作動室（１０）および第２作動室（１１）の外部に設けられ、蒸気を発生させる蒸気発生手段（１３）と、
蒸気発生手段（１３）で発生した蒸気を、第１作動室（１０）のうち第２作動室（１１）と反対側の部位に供給する蒸気供給手段（１８、１９、１２１）と、
第２作動液（１５）の変位を機械的エネルギに変換する変換機構（１６１、１６２、１６３）とを備え、
第２作動液（１５）は、第１作動液（１４）と比較して潤滑性能に優れた液体であり、
仕切り部材（１７）は、第１作動液（１４）と第２作動液（１５）との間で変位が伝達されるように変形可能な部材であることを特徴とする。

これによると、液体ピストンを第１作動液（１４）と第２作動液（１５）とで構成し、変換機構（１６１、１６２、１６３）側の第２作動室（１１）に封入される第２作動液（１５）を潤滑性能に優れたものにしているので、変換機構（１６１、１６２、１６３）を良好に潤滑することができる。

また、第１作動液（１４）が封入される第１作動室（１０）と、第２作動液（１５）が封入される第２作動室（１１）とを仕切り部材（１７）で仕切っているので、第１作動液（１４）と第２作動液（１５）との混濁を防止できる。

また、仕切り部材（１７）は、第１作動液（１４）と第２作動液（１５）との間で変位が伝達されるように変形可能な部材であるので、第１作動液（１４）と第２作動液（１５）とで液体ピストンの機能を発揮することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の熱機関において、変換機構（１６１、１６２、１６３）は、第２作動室（１１）の第２作動液（１５）の漏出が不可避である構造になっており、
第２作動室（１１）の外部から第２作動室（１１）に第２作動液（１５）を補給する補給手段（２５、２６、４１、４３）を備えることを特徴とする。

これによると、第２作動室（１１）の第２作動液（１５）が変換機構（１６１、１６２、１６３）を通じて漏出しても、第２作動室（１１）の第２作動液（１５）の減少を抑制することができる。このため、仕切り部材（１７）の変形に偏りが生じることを抑制できる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の熱機関において、仕切り部材（１７）の変形状態を検出する検出手段（２７、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５）と、
検出手段の検出結果に基づいて補給手段の作動を制御する制御手段（２８）とを備えることを特徴とする。

これにより、仕切り部材（１７）の変形状態に応じて、第２作動室（１１）に第２作動液（１５）を適切に補給することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の熱機関において、補給手段（２５、２６、４１、４３）は、第２作動室（１１）から漏出した第２作動液（１５）を第２作動室（１１）へ戻すものであることを特徴とする。

これにより、第２作動室（１１）に第２作動液（１５）を効率良く補給することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項３に記載の熱機関において、第１作動室（１０）および第２作動室（１１）を構成する気筒と、仕切り部材（１７）とを複数組有し、
検出手段は、各々の仕切り部材（１７）に対して変形状態を検出するようになっており、
補給手段は、各々の気筒に対して別々に第２作動液（１５）を補給できるようにする補給調整手段（４１）を有し、
制御手段（２８）は、検出手段の検出結果に基づいて補給調整手段（４１）を制御することを特徴とする。

これによると、気筒を複数有している場合において、各気筒の第２作動室（１１）に第２作動液（１５）を適切に補給することができる。

請求項６に記載の発明では、請求項２に記載の熱機関において、補給手段（２５、２６、４１）による第２作動液（１５）の補給を定期的に断続する断続手段（４２）を備えることを特徴とする。

これにより、補給手段（２５、２６、４１）の制御を簡素化できる。

請求項７に記載の発明では、請求項２に記載の熱機関において、第２作動室（１１）から漏出した第２作動液（１５）を貯留する貯留部（１６４）を備え、
補給手段は、貯留部（１６４）と第２作動室（１１）とを連通する補給通路（２５）と、補給通路（２５）を開閉する弁機構（４３）とを有し、
弁機構（４３）は、第２作動室（１１）側の圧力が貯留部（１６４）側の圧力よりも低い場合に開弁するものであることを特徴とする。

これによると、電気的な制御を行うことなく第２作動室（１１）に第２作動液（１５）を補給することができるので、構成を簡素化できる。

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実施形態における熱機関の全体構成図である。 第２実施形態における熱機関の全体構成図である。 第３実施形態における熱機関の全体構成図である。 第３実施形態における制御処理を示すフローチャートである。 第３実施形態における熱機関の変形例を示す構成図である。 第３実施形態における熱機関の変形例を示す構成図である。 第３実施形態における熱機関の変形例を示す構成図である。 第４実施形態における熱機関の全体構成図である。 第４実施形態における制御処理を示すフローチャートである。 第５実施形態における熱機関の全体構成図である。 第６実施形態における熱機関の全体構成図である。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１に基づいて説明する。図１は本実施形態における熱機関の概略構成を表す構成図である。図１中の上下の矢印は、熱機関の設置状態における上下方向（鉛直方向）を示している。

本実施形態の熱機関は、液体ピストン式蒸気エンジンとも呼ばれるものであり、駆動対象機器（図示せず）を駆動する駆動源として用いられる。

熱機関は、作動室１０、１１を形成する管状の容器１２（作動室形成部材）と、容器１２の外部にて蒸気を発生させる外部蒸発器１３（蒸気発生手段）と、作動室１０、１１内の作動液１４、１５（液体ピストン）の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部１６とを備えている。

本例では、容器１２は、直管形状に形成され、上下方向（鉛直方向）に延びるように配置されている。出力部１６は、容器１２の下端部に接続されている。

作動室１０、１１は、上方側（容器１２の一端側）の第１作動室１０と、下方側（容器１２の他端側）の第２作動室１１とで構成されている。容器１２の内部には、第１作動室１０と第２作動室１１とを仕切る膜状のダイヤフラム１７（膜状部材）が設けられている。

作動液１４、１５は、水１４（第１作動液）と油１５（第２作動液）とで構成されている。水１４は第１作動室１０に流動可能に封入されている。油１５は、第２作動室１１に充満状態に封入されている。第２作動室１１の油１５は、第１作動室１０の水１４と比較して潤滑性能に優れた液体である。本例では、第１作動室１０の作動液が水であるので、容器１２をステンレス製とするのが好ましい。

ダイヤフラム１７は、図１の実線および二点鎖線に示すように上下方向に変形可能になっている。ダイヤフラム１７が上下方向に変形することによって、水１４と油１５との間で変位を伝達することができるようになっている。図１の実線は、ダイヤフラム１７が最も上方側に凸に変形した状態を示し、図１の二点鎖線は、ダイヤフラム１７が最も下方側に凸に変形した状態を示している。

外部蒸発器１３は、水（第１作動液と同種の液体）を加熱して蒸気を発生させる。本例では、外部蒸発器１３の熱源として排気ガス等の高温ガスを用いている。具体的には、外部蒸発器１３は、高温ガスと水とを熱交換して水を加熱する熱交換器（図示せず）と、熱交換器に水を圧送するポンプ（図示せず）とを有している。

外部蒸発器１３で発生した蒸気は、給気通路１８、給気バルブ１９および給気ポート１２１（蒸気供給手段）によって第１作動室１０に供給されるようになっている。給気ポート１２１は、容器１２の上端部（一端部）に形成されている。給気ポート１２１は、外部蒸発器１３で発生した蒸気が流通する給気通路１８と連通している。本例では、給気通路１８は配管部材で形成されている。給気バルブ１９は、給気通路１８を所定タイミングで開閉する。

第１作動室１０の蒸気は、排気ポート１２２、排気通路２０および排気バルブ２１（排気手段）によって第１作動室１０の外部に排出されるようになっている。排気ポート１２２は、容器１２の上端部に形成されている。排気ポート１２２は、大気に開放された排気通路２０と連通している。本例では、排気通路２０は配管部材で形成されている。排気バルブ２１は、排気通路２０を所定タイミングで開閉する。

排気通路２０は、必ずしも大気に開放されている必要はない。例えば第１作動室１０の蒸気が排気通路２０を通じて外部蒸発器１３に戻されるといった閉ループ系になっていてもよい。給気バルブ１９および排気バルブ２１は、例えばロータリー弁やポペット弁等で構成することができる。

第１作動室１０のうち上方側（第２作動室１１と反対側）の空間は、外部蒸発器１３から供給された蒸気が膨張する膨張部１０１を構成している。膨張部１０１も外部蒸発器１３と同様に高温ガスで加熱するようにすれば、膨張部１０１での蒸気の凝縮を抑制することができる。

第１作動室１０のうち膨張部１０１よりも下方側（第２作動室１１側）に位置する空間は、膨張部１０１で膨張した蒸気を冷却して凝縮させる冷却部１０２を構成している。容器１２のうち膨張部１０１および冷却部１０２を形成する部位は、複数本に分岐されていてもよい。

冷却部１０２には冷却器２２が設けられている。本例では、冷却器２２は容器１２の外部に設けられており、冷却器２２が容器１２を介して蒸気を冷却するようになっている。冷却器２２は容器１２の内部に設けられていてもよい。この場合、冷却器２２が蒸気を直接冷却することとなる。

冷却器２２には冷却水（冷却用流体）が循環するようになっている。冷却水の循環回路中には、冷却水が蒸気から奪った熱を放熱する放熱器（図示せず）が配置されている。冷却部１０２では、冷却器２２が蒸気と冷却水とを熱交換して蒸気を冷却することによって蒸気が凝縮する。

出力部１６は、固体ピストン１６１、クランクシャフト１６２、コネクティングロッド１６３およびクランクケース１６４を有している。固体ピストン１６１、クランクシャフト１６２およびコネクティングロッド１６３は、油１５の変位を機械的エネルギに変換する変換機構を構成している。

固体ピストン１６１は、容器１２の下端部（他端部）内を往復運動（往復摺動）する。換言すれば、容器１２の下端部は、固体ピストン１６１を収容するシリンダを構成している。

固体ピストン１６１にはピストンリング１６１ａが嵌められており、ピストンリング１６１ａによって固体ピストン１６１と容器１２の内壁面（シリンダ内面）との間の液密を確保するようになっている。

ピストンリング１６１ａは、所定の合い口隙間１６１ｂを持たせて固体ピストン１６１に嵌められている。合い口隙間１６１ｂが設けられる理由は、ピストンリング１６１ａを固体ピストン１６１に装着するため、およびピストンリング１６１ａにシリンダ内面へのバネ性を持たすためである。

クランクシャフト１６２およびコネクティングロッド１６３は、固体ピストン１６１の往復運動を回転運動に変換するクランク機構（動力変換機構）を構成しており、固体ピストン１６１の下方側（第１作動室１０と反対側）に配置されている。

クランクシャフト１６２には、フライホイール等の慣性力発生部材（図示せず）が取り付けられている。なお、クランクシャフト１６２およびコネクティングロッド１６３（クランク機構）の代わりに、種々の動力変換機構を用いてもよい。

クランクシャフト１６２およびコネクティングロッド１６３を収容するクランクケース１６４は、容器１２の下端部に取り付けられている。クランクケース１６４内に形成されているクランク室１６４ａには、油１５（第２作動液と同種の液体）が溜められている。すなわち、クランク室１６４ａは、クランク機構１６２、１６３を収容する役割と、油１５を貯留するタンク室（貯留部）の役割とを果たしている。

なお、クランクシャフト１６２を給気バルブ１９および排気バルブ２１に機械的に連結すれば、給気バルブ１９および排気バルブ２１をクランクシャフト１６２の回転位相と同期して駆動することができる。クランクシャフト１６２と給気バルブ１９および排気バルブ２１との機械的連結には、例えばプーリ、ベルト等を用いることができる。給気バルブ１９および排気バルブ２１を電気的に制御するようにしてもよい。

次に、上記構成における基本作動を説明する。以下では、第１作動室１０の水１４が最も上方側（膨張部１０１側）にきたときの位置を上死点と言い、第１作動室１０の水１４が最も下方側（第２作動室１１側）にきたときの位置を下死点と言う。

第１作動室１０の水１４が上死点にある状態において、給気バルブ１９が開かれると膨張部１０１に外部蒸発器１３からの蒸気が給気される。膨張部１０１に供給された高温・高圧の蒸気が膨張することによって第１作動室１０の水１４が下方側（第２作動室１１側）に押し出される。このときの水１４の変位方向を膨張方向と表現することができる。水１４が膨張方向に変位する行程を膨張行程と表現することができる。

水１４が下方側（第２作動室１１側）に変位すると、ダイヤフラム１７が下方側に凸となるように変形して第２作動室１１の油１５を下方側（固体ピストン１６１側）に押圧するので、第２作動室１１の油１５が下方側に変位する。換言すれば、第１作動室１０の水１４の変位は、ダイヤフラム１７を介して第２作動室１１の油１５に伝達される。

第２作動室１１の油１５が下方側に変位すると、固体ピストン１６１が下方側（クランクシャフト１６２側）に押し出されるので、クランクシャフト１６２が回転して機械的エネルギが出力される。クランクシャフト１６２が所定角度回転すると、給気バルブ１９が閉じられ、膨張部１０１への蒸気の給気が遮断される。

膨張部１０１で膨張した蒸気が冷却部１０２に進入して水１４の液面が冷却部１０２まで下がると、冷却部１０２に進入した蒸気は冷却器２２によって冷却されて凝縮する。これにより、水１４を下方側に押し出す力が消滅するので、固体ピストン１６１は慣性力発生部材（図示せず）の慣性力によって上方側に押し戻される。これにより、第２作動室１１の油１５も上方側（第１作動室１０側）に押し戻される。

第２作動室１１の油１５が上方側に押し戻されると、ダイヤフラム１７が上方側（第１作動室１０側）に凸となるように変形して第１作動室１０の水１４を上方側（膨張部１０１側）に押圧するので、第１作動室１０の水１４が上方側に変位する。換言すれば、第２作動室１１の油１５の変位は、ダイヤフラム１７を介して第１作動室１０の水１４に伝達される。このときの水１４の変位方向を圧縮方向と表現することができる。水１４が圧縮方向に変位する行程を圧縮行程と表現することができる。

圧縮行程では、排気バルブ２１が開かれて、冷却部１０２で凝縮し切れなかった蒸気、あるいは吸入時に取込まれた蒸気に含まれる不凝縮気体、また凝縮した水の一部が排気ポート１２２および排気通路２０から大気中に排気される。なお、排気通路２０が大気に開放されておらず閉ループ系になっている場合には、冷却部１０２で凝縮し切れなかった蒸気が排気ポート１２２および排気通路２０を通じて外部蒸発器１３に戻されることとなる。

排気バルブ２１が開かれてからクランクシャフト１６２が所定角度回転すると、排気バルブ２１が閉じられる。排気バルブ２１は、第１作動室１０の水１４が上死点に到達する少し前に閉じられるのが好ましい。クランクシャフト１６２がさらに所定角度回転して第１作動室１０の水１４が上死点に到達すると、給気バルブ１９が再び開かれて膨張部１０１に蒸気が給気される。

このような動作が繰り返し行われることで、作動室１０、１１の水１４および油１５（液体ピストン）が周期的に変位（いわゆる自励振動）して固体ピストン１６１を連続的に往復運動させる。このとき、摺動部（固体ピストン１６１の外周面および容器１２の内壁面）は、第２作動室１１の油１５によって潤滑される。

固体ピストン１６１が連続的に往復運動することによってクランクシャフト１６２が連続的に回転するので、出力を連続的に得ることができる。

本実施形態によると、液体ピストンのうち出力部１６側の部分を油１５で構成しているので、固体ピストン１６１の摺動部の潤滑性を確保して摩耗を抑制でき、ひいては耐久性を向上させることができる。

また、容器１２の内部空間をダイヤフラム１７によって第１作動室１０と第２作動室１１とに仕切り、出力部１６と反対側の第１作動室１０に水１４を封入し、出力部１６側の第２作動室１１に油１５を封入しているので、水１４と油１５との混濁を防止できるとともに、水１４と油１５との間で変位を伝達して液体ピストンの機能を支障なく発揮することができる。

（第２実施形態）
本第２実施形態では、図２に示すように、上記第１実施形態に対して、給油通路２５（補給通路）およびポンプ２６（圧送手段）を追加している。給油通路２５およびポンプ２６は、第２作動室１１に第２作動液１５を補給する補給手段を構成している。本例では、給油通路２５は配管部材で形成されている。

給油通路２５の一端部は、クランクケース１６４に形成された油流出口１６４ｂ（第２作動液流出口）を介してクランク室１６４ａと連通している。クランクケース１６４の油流出口１６４ｂは、できるだけ下方にてクランク室１６４ａに開口しているのが好ましい。本例では、油流出口１６４ｂは、クランクケース１６４の底面に設けられている。

給油通路２５の他端部は、容器１２に形成された給油口１２３（供給口）を介して第２作動室１１と連通している。容器１２の給油口１２３は、固体ピストン１６１の上死点よりも上方側にて第２作動室１１に開口しているのが好ましい。

ポンプ２６は、給油通路２５に設けられており、クランク室１６４ａの油１５を第２作動室１１へ圧送する。

上記構成における作動を説明する。上記構成においては、ピストンリング１６１ａは、合い口隙間１６１ｂを持たせて固体ピストン１６１に嵌められているので、第２作動室１１の油１５が合い口隙間１６１ｂを通じて少しずつクランク室１６４ａに漏れ出すという現象が生じる。換言すれば、出力部１６は、第２作動室１１からの第２作動液１５の漏出が不可避である構造になっている。

第２作動室１１の油１５が漏れ出して少なくなるとダイヤフラム１７の上下の変形が所期の変形よりも出力部１６側へ偏り、ダイヤフラム１７の作動に支障をきたす虞がある。

この点に鑑みて、本実施形態では、給油通路２５およびポンプ２６によってクランク室１６４ａの油１５を第２作動室１１へ供給する。このため、第２作動室１１の油１５が合い口隙間１６１ｂを通じて少しずつクランク室１６４ａに漏れ出しても、第２作動室１１の油１５の量を許容量に維持することができるので、ダイヤフラム１７の変形の偏りを許容範囲内に押さえることができる。

（第３実施形態）
本第３実施形態では、図３に示すように、上記第２実施形態に対して、差圧計２７（検出手段）および制御装置２８（制御手段）を追加している。

差圧計２７は、第１作動室１０と第２作動室１１の差圧ΔＰを検出するものである。差圧計２７の検出信号は、制御装置２８に入力される。制御装置２８は、差圧計２７の検出結果に基づいてポンプ２６の作動を制御する。

本例では、固体ピストン１６１の上死点でダイヤフラム１７が上側に張るように第２作動室１１に油１５が満たされている。つまり、固体ピストン１６１の上死点では油圧＞水圧になっている。

第２作動室１１の油１５が合い口隙間１６１ｂを通じて少しずつクランク室１６４ａに漏れ出してくると、上死点での差圧ΔＰ＝油圧−水圧が０に近づくこととなる。その結果、上死点でのダイヤフラム１７の上側への張りが弱くなり、ダイヤフラム１７の変形が所期の状態よりも下側へ偏ることとなる。

そのため、差圧計２７が検出する差圧ΔＰに基づいてダイヤフラム１７の変形状態を検知することができる。

図４は、制御装置２８が行う制御処理の要部を示すフローチャートである。運転を開始するとまずステップＳ１００にて定常運転を行う。定常運転とは、ポンプ２６を停止させた状態で熱機関を運転させることである。

次いでステップＳ１１０へ進み、差圧ΔＰが設定圧Ｐ以上であるか否かを判定する。差圧ΔＰが設定圧Ｐ以上であると判定した場合、第２作動室１１の油１５の量が不足しておらず、ダイヤフラム１７の変形が許容範囲内になっていると判断して、ステップＳ１００へ戻り、定常運転を継続する。

一方、差圧ΔＰが設定圧Ｐ未満であると判定した場合、第２作動室１１の油１５の量が不足していて、ダイヤフラム１７の変形が許容範囲を超えていると判断して、ステップＳ１２０へ進み、ポンプ２６を起動する（ポンプＯＮ）。次いでステップＳ１１０へ戻る。

このルーティンを、運転が停止するまで繰り返す。

本実施形態によると、ダイヤフラム１７の位置（変形状態）を検出し、その検出結果に基づいてポンプ２６の作動を制御するので、第２作動室１１への油１５の供給を適切に行うことができる。このため、第２作動室１１の油１５の量をより適切な量に維持することができるので、ダイヤフラム１７の変形の偏りをより適切な範囲内に押さえることができる。

なお、図５に示すように、差圧計２７の代わりに水圧計２９および油圧計３０を用いてダイヤフラム１７の位置（変形状態）を検出するようにしてもよい。水圧計２９は第１作動室１０の水圧を検出し、油圧計３０は第２作動室１１の油圧を検出し、制御装置２８は、水圧計２９および油圧計３０の検出結果に基づいて差圧ΔＰを演算する。

また、図６に示すように、ダイヤフラム１７の位置（変形状態）を光で検出するようにしてもよい。具体的には、容器１２に２組の投光部３１、３２および受光部３３、３４を配置する。一方の投光部３１および受光部３３は、第１作動室１０側に変形したダイヤフラム１７の位置を検出し、他方の投光部３２および受光部３４は、第２作動室１１側に変形したダイヤフラム１７の位置を検出する。

また、図７に示すように、ダイヤフラム１７の位置（変形状態）を張力センサ３５で検出するようにしてもよい。具体的には、ダイヤフラム１７に張力センサ３５を貼り付け、張力センサ３５の検出信号を検出回路３６で処理するようにすればよい。

（第４実施形態）
本第４実施形態では、図８に示すように、熱機関が気筒を複数有している場合において、油１５を戻す（補給する）必要がある気筒だけを検出し、選択的に油１５を戻すようにしている。

ここで、熱機関の気筒とは、一対の第１作動室１０および第２作動室１１を構成する部分のことであり、図８の例では、管状の容器１２を複数個設けることによって気筒を複数個形成している。また、図８の例では、気筒が２つ示されているが、気筒を３つ以上有していてもよい。

各気筒の第１作動室１０には水１４が封入され、各気筒の第２作動室１１には油１５が封入されている。気筒が複数個あるので、ダイヤフラム１７、給気通路１８、給気バルブ１９、給気ポート１２１、排気ポート１２２、排気通路２０、排気バルブ２１、冷却器２２、固体ピストン１６１、コネクティングロッド１６３および差圧計２７も各気筒に対応して気筒数と同数個ずつ設けられている。

換言すれば、図８の例では、気筒、ダイヤフラム１７、給気通路１８、給気バルブ１９、給気ポート１２１、排気ポート１２２、排気通路２０、排気バルブ２１、冷却器２２、固体ピストン１６１、コネクティングロッド１６３および差圧計２７を複数組有している。

本例では、各気筒の給気通路１８が共通の外部蒸発器１３に接続されている。各気筒のコネクティングロッド１６３は、共通のクランクシャフト１６２に連結されている。各気筒のコネクティングロッド１６３および共通のクランクシャフト１６２は、共通のクランクケース１６４に収容されている。したがって、各気筒の第２作動室１１からピストンリング１６１ａの合い口隙間１６１ｂを通じて漏出した油１５は、共通のクランク室１６４ａに貯留される。各気筒の差圧計２７の検出信号は、共通の制御装置２８に入力される。

給油通路２５のうちポンプ２６よりも下流側の通路は、ディストリビュータ４０を用いて複数本の通路に分岐されており、分岐された各通路には電磁バルブ４１（補給調整手段）が設けられている。各電磁バルブ４１は、共通の制御装置２８によって個別に制御される。各電磁バルブ４１を個別に制御することにより、各々の気筒の第２作動室１１に対して油１５の補給を独立して行うことができる。

図９は、制御装置２８が実行する制御処理の概要を示すフローチャートを示している。運転を開始するとまずステップＳ２００にて定常運転を行う。次いでステップＳ２１０へ進み、各気筒の差圧計２７の検出結果に基づいて、各気筒の差圧ΔＰが設定圧Ｐ以上であるか否かを判定する。

差圧ΔＰが設定圧Ｐ以上であると判定した場合、いずれの気筒においても油戻し（油１５の補給）が不要であると判断して、ステップＳ２００へ戻り、定常運転を継続する。

差圧ΔＰが設定圧Ｐ未満であると判定した場合、ステップＳ１２０へ進み、油戻しが必要な気筒を特定する。次いで、ポンプ２６を起動する（ポンプＯＮ）とともに、油戻しが必要な気筒の電磁バルブ４１を開ける（電磁バルブ開）。次いでステップＳ２１０へ戻る。このルーティンを、運転が停止するまで繰り返す。

本実施形態によると、油戻しが必要な気筒に対して油戻しを行い、油戻しが不要な気筒に対して油戻しを行わないので、各気筒に対して適切に油戻しを行うことができる。

（第５実施形態）
本第５実施形態では、図１０に示すように、制御装置２８の代わりにタイマー４２（断続手段）を設けている。タイマー４２は、熱機関の運転時間を計測し、ポンプ２６の入り切り（ＯＮ／ＯＦＦ）を定期的に実施する。これにより、第２作動室１１への第２作動液１５の補給が定期的に断続される。

本実施形態によれば、制御装置２８を用いてポンプ２６を制御する場合と比較してポンプ２６の制御を簡素化できる。

（第６実施形態）
本第６実施形態では、図１１に示すように、ポンプ２６の代わりに一方向弁４３（弁機構）を設けている。一方向弁４３は、弁体とバネとを有する機械式の弁機構（逆止め弁）であり、第２作動室１１側の圧力がクランク室１６４ａ側の圧力よりも低くなると開弁し、第２作動室１１側の圧力がクランク室１６４ａ側の圧力よりも高くなると閉弁する。

本実施形態によると、電気的な制御を行うことなく油戻しを行うことができるので、構成を簡素化できる。なお、一方向弁４３の開弁圧を適宜調整することで、油戻しをより適切に行うことが可能になる。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態を可能な範囲で適宜組み合わせても良いことはもちろんである。

また、上記各実施形態では、第２作動室１１から漏出した油１５を第２作動室１１に戻しているが、第２作動室１１から漏出した油１５を第２作動室１１に戻さずに、未使用の新しい油１５を第２作動室１１に補給するようにしても良い。

１０ 第１作動室（作動室）
１１ 第２作動室（作動室）
１２ 容器（作動室形成部材）
１３ 外部蒸発器（蒸気発生手段）
１４ 水（第１作動液）
１５ 油（第２作動液）
１７ ダイヤフラム（仕切り部材）
１８ 給気通路（吸気手段）
１９ 給気バルブ（吸気手段）
２５ 給油通路（補給手段）
２６ ポンプ（補給手段）
２８ 制御装置（制御手段）
１６１ 固体ピストン（変換機構）
１６２ クランクシャフト（変換機構）
１６３ コネクティングロッド（変換機構）

Claims (7)

1. 作動室（１０、１１）を形成する作動室形成部材（１２）と、
   前記作動室（１０、１１）を第１作動室（１０）と第２作動室（１１）とに仕切る仕切り部材（１７）と、
   前記第１作動室（１０）に封入された第１作動液（１４）と、
   前記第２作動室（１１）に封入された第２作動液（１５）と、
   前記第１作動室（１０）および前記第２作動室（１１）の外部に設けられ、蒸気を発生させる蒸気発生手段（１３）と、
   前記蒸気発生手段（１３）で発生した前記蒸気を、前記第１作動室（１０）のうち前記第２作動室（１１）と反対側の部位に供給する蒸気供給手段（１８、１９、１２１）と、
   前記第２作動液（１５）の変位を機械的エネルギに変換する変換機構（１６１、１６２、１６３）とを備え、
   前記第２作動液（１５）は、前記第１作動液（１４）と比較して潤滑性能に優れた液体であり、
   前記仕切り部材（１７）は、前記第１作動液（１４）と前記第２作動液（１５）との間で変位が伝達されるように変形可能な部材であることを特徴とする熱機関。
2. 前記変換機構（１６１、１６２、１６３）は、前記第２作動室（１１）の前記第２作動液（１５）の漏出が不可避である構造になっており、
   前記第２作動室（１１）の外部から前記第２作動室（１１）に前記第２作動液（１５）を補給する補給手段（２５、２６、４１、４３）を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱機関。
3. 前記仕切り部材（１７）の変形状態を検出する検出手段（２７、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５）と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて前記補給手段の作動を制御する制御手段（２８）とを備えることを特徴とする請求項２に記載の熱機関。
4. 前記補給手段（２５、２６、４１、４３）は、前記第２作動室（１１）から漏出した前記第２作動液（１５）を前記第２作動室（１１）へ戻すものであることを特徴とする請求項２または３に記載の熱機関。
5. 前記第１作動室（１０）および前記第２作動室（１１）を構成する気筒と、前記仕切り部材（１７）とを複数組有し、
   前記検出手段は、各々の前記仕切り部材（１７）に対して変形状態を検出するようになっており、
   前記補給手段は、各々の前記気筒に対して別々に前記第２作動液（１５）を補給できるようにする補給調整手段（４１）を有し、
   前記制御手段（２８）は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記補給調整手段（４１）を制御することを特徴とする請求項３に記載の熱機関。
6. 前記補給手段（２５、２６、４１）による前記第２作動液（１５）の補給を定期的に断続する断続手段（４２）を備えることを特徴とする請求項２に記載の熱機関。
7. 前記第２作動室（１１）から漏出した前記第２作動液（１５）を貯留する貯留部（１６４）を備え、
   前記補給手段は、前記貯留部（１６４）と前記第２作動室（１１）とを連通する補給通路（２５）と、前記補給通路（２５）を開閉する弁機構（４３）とを有し、
   前記弁機構（４３）は、前記第２作動室（１１）側の圧力が前記貯留部（１６４）側の圧力よりも低い場合に開弁するものであることを特徴とする請求項２に記載の熱機関。

Images