JP2013185467A - Heat engine - Google Patents

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container
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Yasutoku Niiyama
泰徳 新山
Kentaro Fukuda
健太郎 福田
Takuya Fuse
卓哉 布施
Shinichi Yatsuka
真一 八束
Yasuhiro Takeuchi
康浩 武内
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Denso Corp
Soken Inc
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Denso Corp
Nippon Soken Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat engine capable of reducing energy loss by suppressing vapor condensation when a vapor is taken into a container.SOLUTION: Vapor streams respectively sucked from a plurality of suction ports 32 flow along an undersurface of a ceiling part 13, and collide with one another in the center of a first straight part 10a of a container 10. The collision of the vapor steams with one another makes vapor streams be mixed together to make a flow direction be changed downwards, and the vapor streams directed downwards are uniformized in a horizontal direction.

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して出力する熱機関に関する。   The present invention relates to a heat engine that displaces a liquid piston by expansion of steam, converts the displacement of the liquid piston into mechanical energy, and outputs the mechanical energy.

従来技術として、下記特許文献1に開示された熱機関がある。この熱機関は、液相状態の作動媒体からなる液体ピストンが流動可能に封入された管状の容器と、容器の外部で作動媒体の蒸気を発生させる外部蒸発器と、容器の一端側部位に配設されて外部蒸発器で発生した蒸気を容器に吸気させる吸気手段と、容器の他端側部位に配設されて容器の内部に吸気された蒸気の膨張によって生じる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と、を備えている。   As a prior art, there is a heat engine disclosed in Patent Document 1 below. This heat engine is arranged in a tubular container in which a liquid piston made of a liquid-phase working medium is flowably enclosed, an external evaporator that generates vapor of the working medium outside the container, and one end side portion of the container. An intake means for sucking the steam generated by the external evaporator into the container, and the displacement of the liquid piston, which is disposed at the other end portion of the container and caused by the expansion of the steam sucked into the container, And an output unit for converting the data into an output.

特開2011−208633号公報JP 2011-208633 A

しかしながら、上記従来技術の熱機関では、容器内に蒸気を取り込んだ際に、液体ピストンに吸熱されて蒸気の一部が凝縮してしまう。このような吸気時の蒸気の凝縮が多量に発生すると、入力する熱エネルギが増大したり、出力部で取り出せる機械的エネルギが減少したりして、エネルギ損失が大きくなるという問題がある。   However, in the conventional heat engine, when the steam is taken into the container, the liquid piston absorbs heat and part of the steam is condensed. When such a large amount of vapor condensation occurs during intake, there is a problem that the input heat energy increases or the mechanical energy that can be extracted at the output section decreases, resulting in a large energy loss.

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、容器内に蒸気を取り込んだ際の蒸気の凝縮を抑制して、エネルギ損失を低減することが可能な熱機関を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a heat engine capable of suppressing the condensation of steam when the steam is taken into the container and reducing energy loss. To do.

上記目的を達成するため、本発明では、容器(10)の一端側の部位(11)に配設された吸気手段(31)と容器内の液体ピストン(20)との間に設けられ、吸気手段により吸気された蒸気の容器軸線方向(XX)の速度成分の分布を容器軸線方向に直交する直交方向(YY)において均一化する速度均一化手段(30a、130a、80)を備えることを特徴としている。   In order to achieve the above object, in the present invention, an intake means (31) disposed in a portion (11) on one end side of the container (10) and the liquid piston (20) in the container are provided. Velocity equalizing means (30a, 130a, 80) for equalizing the distribution of the velocity component in the container axial direction (XX) of the steam sucked by the means in the orthogonal direction (YY) perpendicular to the container axial direction is provided. It is said.

これによると、速度均一化手段によって、吸気された蒸気の容器軸線方向の速度成分の分布を軸線に直交する直交方向において均一化することができる。したがって、容器内の一端側の液体ピストンの端面に作用する蒸気による動圧を端面内において均一化し、液面の乱れを抑制することができる。これにより、蒸気と液体ピストンとの接触面積の増大を抑制し、蒸気から液体ピストンへの熱伝達を抑制することができる。このようにして、容器内に取り込んだ蒸気の凝縮を抑制して、エネルギ損失を低減することができる。   According to this, the distribution of the velocity component of the inhaled steam in the container axial direction can be made uniform in the orthogonal direction orthogonal to the axis by the velocity uniformizing means. Therefore, the dynamic pressure due to the vapor acting on the end face of the liquid piston on one end side in the container can be made uniform in the end face, and the disturbance of the liquid level can be suppressed. Thereby, an increase in the contact area between the steam and the liquid piston can be suppressed, and heat transfer from the steam to the liquid piston can be suppressed. In this way, it is possible to suppress the condensation of the steam taken into the container and reduce the energy loss.

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the parenthesis attached | subjected to each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明を適用した第1の実施形態における熱機関の概略構成を示す模式構成図である。It is a schematic block diagram which shows schematic structure of the heat engine in 1st Embodiment to which this invention is applied. 第1の実施形態における容器の一端部の構成を示す要部構成図である。It is a principal part block diagram which shows the structure of the one end part of the container in 1st Embodiment. 容器内の容積変化、吸気バルブの開閉状態変化、排気バルブの開閉状態変化、および、容器内の圧力変化の関係を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the relationship between the volume change in a container, the opening-and-closing state change of an intake valve, the opening-and-closing state change of an exhaust valve, and the pressure change in a container. 熱機関の作動による容器内の変化を示すP−V線図である。It is a PV diagram which shows the change in the container by the action | operation of a heat engine. 第2の実施形態における容器の一端部の構成を示す要部構成図である。It is a principal part block diagram which shows the structure of the one end part of the container in 2nd Embodiment. 第3の実施形態における容器の一端部の構成を示す要部構成図である。It is a principal part block diagram which shows the structure of the one end part of the container in 3rd Embodiment. 第4の実施形態における容器の一端部の構成を示す要部構成図である。It is a principal part block diagram which shows the structure of the one end part of the container in 4th Embodiment. 第5の実施形態における容器の一端部の構成を示す要部構成図である。It is a principal part block diagram which shows the structure of the one end part of the container in 5th Embodiment. 他の実施形態における容器の一端部の構成を示す要部構成図である。It is a principal part block diagram which shows the structure of the one end part of the container in other embodiment.

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。   A plurality of modes for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In each embodiment, parts corresponding to the matters described in the preceding embodiment may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. In the case where only a part of the configuration is described in each embodiment, the other parts of the configuration are the same as those described previously. In addition to the combination of parts specifically described in each embodiment, the embodiments may be partially combined as long as the combination is not particularly troublesome.

(第1の実施形態)
本発明を適用した第1の実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
(First embodiment)
A first embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、本実施形態の熱機関1は、容器10、冷却器19、液体ピストン20、吸気配管30、排気配管40、出力部50および液体ピストン排出部60等を備えている。熱機関1は、液体ピストン式蒸気エンジンとも呼ばれるものである。   As shown in FIG. 1, the heat engine 1 of the present embodiment includes a container 10, a cooler 19, a liquid piston 20, an intake pipe 30, an exhaust pipe 40, an output unit 50, a liquid piston discharge unit 60, and the like. The heat engine 1 is also called a liquid piston steam engine.

容器10は、液体の状態の作動媒体(本例では水)からなる液体ピストン20が流動可能に封入されたシリンダをなす筒状のものである。容器10は、最下部に位置する屈曲部10bと、屈曲部10bの両側に配置される第1、2直線部10a、10cとを有し、略U字状に形成された円筒パイプ状の圧力容器である。   The container 10 has a cylindrical shape that forms a cylinder in which a liquid piston 20 made of a working medium (in this example, water) in a liquid state is sealed so as to be flowable. The container 10 has a bent portion 10b positioned at the lowermost portion, and first and second straight portions 10a and 10c disposed on both sides of the bent portion 10b, and has a cylindrical pipe-like pressure formed in a substantially U shape. It is a container.

第1直線状部10aは、屈曲部10bよりも図示右方側で上下方向(図示XX方向)に延設されている。第1直線状部10aの上部は、容器10の一端側の部位に相当する一端部11である。一端部11には、吸気配管30および排気配管40が接続している。   The first linear portion 10a extends in the vertical direction (XX direction in the drawing) on the right side in the drawing with respect to the bent portion 10b. The upper part of the first linear part 10 a is an end part 11 corresponding to a part on one end side of the container 10. An intake pipe 30 and an exhaust pipe 40 are connected to the one end portion 11.

吸気配管30は、容器10の外部に設けられた蒸気供給源である蒸気発生器2から供給される作動媒体の蒸気を容器10内に吸気する吸気経路を形成する。蒸気発生器2は、例えば内燃機関の排ガス等の高温ガスの熱により蒸気を生成する。吸気配管30には、吸気経路を開閉する吸気バルブ31が設けられている。吸気バルブ31は、本実施形態における吸気手段に相当する。   The intake pipe 30 forms an intake path through which the vapor of the working medium supplied from the steam generator 2 which is a steam supply source provided outside the container 10 is sucked into the container 10. The steam generator 2 generates steam by the heat of high-temperature gas such as exhaust gas from an internal combustion engine. The intake pipe 30 is provided with an intake valve 31 that opens and closes an intake path. The intake valve 31 corresponds to the intake means in this embodiment.

排気配管40は、容器10内で凝縮しなかった蒸気を容器10の外部へ排出する排気経路を形成する。排気配管40には、排気経路を開閉する排気バルブ41が設けられている。排気バルブ41は、本実施形態における排気手段である。吸気バルブ31および排気バルブ41は、例えばロータリ弁やポペット弁等で構成することができる。   The exhaust pipe 40 forms an exhaust path for discharging the steam that has not been condensed in the container 10 to the outside of the container 10. The exhaust pipe 40 is provided with an exhaust valve 41 that opens and closes an exhaust path. The exhaust valve 41 is an exhaust means in the present embodiment. The intake valve 31 and the exhaust valve 41 can be constituted by, for example, a rotary valve or a poppet valve.

冷却器19は、第1直線状部10aのうち、吸気配管30および排気配管40の接続部位よりも下方に設けられている。冷却器19には、例えば冷却水が循環するようになっている。図示を省略しているが、冷却水が作動媒体の蒸気から奪った熱を放熱する放熱器が、冷却水の循環回路中に配置されている。   The cooler 19 is provided below the connection portion of the intake pipe 30 and the exhaust pipe 40 in the first linear portion 10a. For example, cooling water circulates in the cooler 19. Although not shown, a radiator that dissipates heat taken from the steam of the working medium by the cooling water is disposed in the circulation circuit of the cooling water.

容器10は、比較的断熱性に優れたステンレス製としている。容器10のうち冷却器19と接触して作動媒体を凝縮させる部位である冷却部18は熱伝導率に優れた材料とすることが望ましい。本例では、冷却部18を銅またはアルミニウム製としている。   The container 10 is made of stainless steel having relatively excellent heat insulation. It is desirable that the cooling unit 18 that is a part of the container 10 that is in contact with the cooler 19 to condense the working medium is made of a material having excellent thermal conductivity. In this example, the cooling unit 18 is made of copper or aluminum.

第2直線状部10cは、屈曲部10bよりも図示左方側で上下方向(図示XX方向)に延設されている。第2直線状部10cの上部は、容器10の他端側の部位に相当する他端部12である。他端部12には、出力部50が設けられている。出力部50は、容器10内の液体ピストン20の変位を機械的エネルギに変換して出力する。   The second linear portion 10c extends in the vertical direction (XX direction in the drawing) on the left side of the bending portion 10b in the drawing. The upper part of the second linear portion 10 c is the other end portion 12 corresponding to the other end portion of the container 10. An output unit 50 is provided at the other end portion 12. The output unit 50 converts the displacement of the liquid piston 20 in the container 10 into mechanical energy and outputs the mechanical energy.

出力部50は、第2直線状部10c内を往復動可能な固体ピストン51と、固体ピストン51に連結したコネクティングロッド52とを有している。コネクティングロッド52には、動力変換機構の一部をなす慣性力発生部材としてのフライホイール3が連結している。フライホイール3の回転軸には、図示を省略した駆動対象機器が接続している。駆動対象機器は、例えば発電機である。   The output unit 50 includes a solid piston 51 that can reciprocate within the second linear portion 10 c, and a connecting rod 52 that is coupled to the solid piston 51. Connected to the connecting rod 52 is a flywheel 3 as an inertial force generating member that forms part of the power conversion mechanism. A drive target device (not shown) is connected to the rotation shaft of the flywheel 3. The drive target device is, for example, a generator.

液体ピストン排出手段である液体ピストン排出部60は、容器10内から液体ピストン20の一部を排出することによって、容器10内の液体ピストン20の量を所定量に維持する。具体的には、液体ピストン排出部60は、容器10のうち冷却部18と出力部50との間の部位に接続された排出管61と、排出管61を開閉するリリーフ弁62とで構成されている。リリーフ弁62は、容器10の内部圧力が所定圧力以上になると開弁する。   The liquid piston discharge unit 60 that is a liquid piston discharge means discharges a part of the liquid piston 20 from the inside of the container 10, thereby maintaining the amount of the liquid piston 20 in the container 10 at a predetermined amount. Specifically, the liquid piston discharge unit 60 includes a discharge pipe 61 connected to a portion of the container 10 between the cooling unit 18 and the output unit 50, and a relief valve 62 that opens and closes the discharge pipe 61. ing. The relief valve 62 opens when the internal pressure of the container 10 exceeds a predetermined pressure.

次に、上記構成における基本的な作動を、図3も参照して説明する。   Next, the basic operation in the above configuration will be described with reference to FIG.

図3の(a)に示す容積Vは容器10の容積のことであり、固体ピストン51の変位に伴って変動する。図3の(d)に示す圧力Pは容器10の内部圧力のことである。図3に示す上死点とは、液体ピストン20が最も一端部11側にきた状態のことを意味している。図3に示す下死点とは、液体ピストン20が最も他端部12側にきた状態のことを意味している。   The volume V shown in FIG. 3A is the volume of the container 10 and varies with the displacement of the solid piston 51. The pressure P shown in FIG. 3D is the internal pressure of the container 10. The top dead center shown in FIG. 3 means that the liquid piston 20 is closest to the one end 11 side. The bottom dead center shown in FIG. 3 means that the liquid piston 20 is closest to the other end 12 side.

液体ピストン20が上死点に到達した直後の状態において、吸気バルブ31が開くと一端部11内に蒸気発生器2からの蒸気が吸気される。以下、吸気バルブ31を開いて蒸気を吸気する行程を、吸気行程という場合がある。   When the intake valve 31 is opened in a state immediately after the liquid piston 20 reaches the top dead center, the steam from the steam generator 2 is sucked into the one end portion 11. Hereinafter, the stroke in which the intake valve 31 is opened and the steam is sucked may be referred to as an intake stroke.

吸気バルブ31が所定時間開いた後に閉じられると、一端部11に供給された高温・高圧の蒸気が膨張して液体ピストン20が出力部50側に押し出される。このときの液体ピストン20の変位方向を以下、膨張方向という場合がある。また、液体ピストン20が膨張方向に変位する行程を以下、膨張行程という場合がある。膨張行程では、液体ピストン20が膨張方向に変位することによって出力部50から機械的エネルギが出力される。   When the intake valve 31 is opened for a predetermined time and then closed, the high-temperature and high-pressure steam supplied to the one end portion 11 expands and the liquid piston 20 is pushed out to the output portion 50 side. Hereinafter, the displacement direction of the liquid piston 20 may be referred to as an expansion direction. Further, the stroke in which the liquid piston 20 is displaced in the expansion direction may be hereinafter referred to as an expansion stroke. In the expansion stroke, mechanical energy is output from the output unit 50 as the liquid piston 20 is displaced in the expansion direction.

一端部11内で膨張した蒸気が冷却部18に進入して液体ピストン20の液面が冷却部18まで下がると、冷却部18にて蒸気が冷却されて凝縮し内部圧力が低下する。以下、蒸気が冷却部18で冷却され凝縮する行程を凝縮行程という場合がある。凝縮行程が行われると、液体ピストン20を出力部50側へ押し出す力が消滅するので、固体ピストン51はフライホイール3の慣性力によって上死点側へ戻る。このときの液体ピストン20の変位方向を以下、圧縮方向という場合がある。また、液体ピストン20が圧縮方向に変位する行程を以下、圧縮行程という場合がある。   When the vapor expanded in the one end portion 11 enters the cooling unit 18 and the liquid level of the liquid piston 20 falls to the cooling unit 18, the vapor is cooled and condensed in the cooling unit 18, and the internal pressure is reduced. Hereinafter, a process in which steam is cooled and condensed by the cooling unit 18 may be referred to as a condensation process. When the condensation stroke is performed, the force for pushing the liquid piston 20 toward the output unit 50 disappears, so that the solid piston 51 returns to the top dead center side by the inertial force of the flywheel 3. Hereinafter, the displacement direction of the liquid piston 20 may be referred to as a compression direction. In addition, the stroke in which the liquid piston 20 is displaced in the compression direction may be hereinafter referred to as a compression stroke.

圧縮行程では、排気バルブ41が所定タイミングで開き、冷却部18で凝縮し切れなかった蒸気や不凝縮ガス(例えば混入空気)が排気配管40を介して排気される。排気バルブ41は、例えば内部圧力が大気圧と同等となったところで開くように設定されている。排気バルブ41は、液体ピストン20が上死点に到達する少し前に閉じられる。以下、排気バルブ41を開いて蒸気を排気する行程を、排気行程という場合がある。凝縮しなかった蒸気や不凝縮ガスが少ない場合には、排気行程を省略することも可能である。   In the compression stroke, the exhaust valve 41 is opened at a predetermined timing, and steam and non-condensable gas (for example, mixed air) that has not been condensed in the cooling unit 18 are exhausted through the exhaust pipe 40. The exhaust valve 41 is set to open when the internal pressure becomes equal to the atmospheric pressure, for example. The exhaust valve 41 is closed shortly before the liquid piston 20 reaches top dead center. Hereinafter, the process of opening the exhaust valve 41 and exhausting the steam may be referred to as an exhaust process. When there is little steam or non-condensable gas that has not been condensed, the exhaust stroke can be omitted.

このような動作が繰り返し行われることで容器10内の液体ピストン20が周期的に往復変位(いわゆる自励振動)して、出力部50からの出力により駆動対象機器を連続的に駆動することになる。   By repeating such an operation, the liquid piston 20 in the container 10 is periodically reciprocated (so-called self-excited vibration), and the drive target device is continuously driven by the output from the output unit 50. Become.

ここで、凝縮行程において、蒸気発生器2から供給された蒸気が冷却部18で凝縮するので、その分、容器10内の液体ピストン20の量が増加することとなる。容器10内の液体ピストン20の量が増加すると液体ピストン20の液面位置が上昇するので、その分、容器10内の蒸気の容積が小さくなる。   Here, in the condensation process, the steam supplied from the steam generator 2 condenses in the cooling unit 18, and accordingly, the amount of the liquid piston 20 in the container 10 increases. When the amount of the liquid piston 20 in the container 10 increases, the liquid level position of the liquid piston 20 rises, so that the volume of the vapor in the container 10 decreases accordingly.

このため、排気バルブ41が閉じられてから上死点に到達するまでの蒸気の圧縮により圧力Pが上昇する場合がある。圧力Pが所定圧力以上になると、リリーフ弁62が開弁し、排出管61を介して液体ピストン20の一部が排出される。液体ピストン20の一部が排出されて圧力Pが所定圧未満になるとリリーフ弁62が閉弁する。このようにして液体ピストン20の量が所定量以下に維持される。   For this reason, the pressure P may increase due to the compression of the steam from when the exhaust valve 41 is closed until the top dead center is reached. When the pressure P becomes equal to or higher than a predetermined pressure, the relief valve 62 is opened, and a part of the liquid piston 20 is discharged through the discharge pipe 61. When a part of the liquid piston 20 is discharged and the pressure P becomes less than a predetermined pressure, the relief valve 62 is closed. In this way, the amount of the liquid piston 20 is maintained below a predetermined amount.

なお、作動サイクルにおける圧力Pの最低圧力が大気圧を下回るような場合には、リリーフ弁62は、排出管61における流体の逆流を防止する役割をも果たしている。   Note that when the minimum pressure P in the operation cycle is lower than the atmospheric pressure, the relief valve 62 also plays a role of preventing the backflow of fluid in the discharge pipe 61.

熱機関1では、液体ピストン20の位相と同期して吸気バルブ31および排気バルブ41の開閉を行うことによって、膨張行程と圧縮行程とを繰り返し行うという作動サイクルが成立する。   In the heat engine 1, an operation cycle of repeatedly performing an expansion stroke and a compression stroke is established by opening and closing the intake valve 31 and the exhaust valve 41 in synchronization with the phase of the liquid piston 20.

作動媒体を容器内に封入したまま加熱部で加熱して蒸気とする熱機関では、加熱部で沸騰しきれなかった作動媒体が冷却部へ熱輸送する損失が発生する。本実施形態の熱機関1では、外部から作動媒体の蒸気を取り込み作動するので、上記した熱輸送損失は発生し難く、熱動力変換効率を向上することができる。また、排気バルブ41を開くことによって、冷却部18で凝縮し切れなかった蒸気および不凝縮ガスを排気することができるので、熱動力変換効率を一層向上することができる。   In a heat engine in which the working medium is heated in the heating unit while being encapsulated in the container to be steamed, a loss occurs in which the working medium that cannot be boiled in the heating unit is transported to the cooling unit. In the heat engine 1 of the present embodiment, the operation is performed by taking in the steam of the working medium from the outside, so that the heat transport loss described above hardly occurs and the thermopower conversion efficiency can be improved. Further, by opening the exhaust valve 41, it is possible to exhaust the steam and the non-condensable gas that have not been condensed in the cooling unit 18, so that the thermal power conversion efficiency can be further improved.

次に、本実施形態の熱機関1の要部について、図2も参照して説明する。   Next, the principal part of the heat engine 1 of this embodiment is demonstrated with reference also to FIG.

図2に示すように、第1直線状部10aの天井部13は、ドーム形状をなしている。吸気配管30のうち、吸気バルブ31よりも容器10側に位置して一端部11への接続部位となる導入管部30aは、第1直線状部10aの中心に向かう方向、かつ、天井部13の接線方向に延びている。   As shown in FIG. 2, the ceiling portion 13 of the first linear portion 10a has a dome shape. In the intake pipe 30, the introduction pipe part 30 a that is located closer to the container 10 than the intake valve 31 and serves as a connection part to the one end part 11 has a direction toward the center of the first linear part 10 a and the ceiling part 13. Extending in the tangential direction.

図2に示すように、導入管部30aは複数(本例では2つ)設けられている。複数の導入管部30aの下流端にそれぞれ形成された吸気口32は、第1直線状部10aの軸線をはさんで互いに対向する位置に開口している。   As shown in FIG. 2, a plurality of (two in this example) introduction pipe portions 30a are provided. The intake ports 32 respectively formed at the downstream ends of the plurality of introduction pipe portions 30a open at positions facing each other across the axis of the first linear portion 10a.

また、第1直線状部10a内には、液体ピストン20よりも上方となる部位に整流部材に相当する整流体90が配設されている。整流体90は、外形が平板状をなし、容器10を形成する材料よりも熱伝導率および比熱がいずれも小さい材料の多孔体、例えば樹脂材やセラミックス材等の多孔体により形成されている。   In the first linear portion 10a, a rectifying body 90 corresponding to a rectifying member is disposed at a position above the liquid piston 20. The rectifying body 90 has a flat outer shape, and is formed of a porous body made of a material having a smaller thermal conductivity and specific heat than the material forming the container 10, for example, a porous body such as a resin material or a ceramic material.

整流体90は、メッシュ状をなして上下方向にのみ蒸気を流通可能な多孔体、もしくは、連泡構造を有して、上下方向に流通する蒸気が分流および合流を繰り返す多孔体等からなる。整流体90は、第1直線状部10a内を横方向(水平方向)に横切るように全域に配設されている。これにより、整流体90の上面から内部へ進入した蒸気の第1直線状部10aの軸線方向(図示XX方向)の流れは、第1直線状部10aの軸線方向に直交する水平方向(図示YY方向)には大きく変化し難い。したがって、整流体90を通過する蒸気は、第1直線状部10aの軸線方向に整流される。   The rectifying body 90 is made of a porous body that has a mesh shape and allows steam to flow only in the up-and-down direction, or a porous body that has a continuous bubble structure and repeats splitting and merging of the steam that flows in the up-and-down direction. The rectifier 90 is disposed over the entire region so as to cross the first linear portion 10a in the lateral direction (horizontal direction). Thereby, the flow of the steam that has entered from the upper surface of the rectifier 90 in the axial direction (XX direction in the drawing) of the first linear portion 10a is horizontal (YY in the drawing) orthogonal to the axial direction of the first linear portion 10a. Direction) is difficult to change greatly. Therefore, the steam passing through the rectifying body 90 is rectified in the axial direction of the first linear portion 10a.

整流体90は、第1直線状部10a内において、吸気口32の開口位置と液体ピストン20との間に配設される。整流体90は、液体ピストン20の上死点位置に配設されることが好ましい。具体的には、整流体90の下面が液体ピストン20の上死点位置となるように配設されることが好ましい。   The rectifier 90 is disposed between the opening position of the intake port 32 and the liquid piston 20 in the first linear portion 10a. The rectifier 90 is preferably disposed at the top dead center position of the liquid piston 20. Specifically, it is preferable that the rectifier 90 be disposed so that the lower surface of the rectifier 90 is at the top dead center position of the liquid piston 20.

上述した要部構成によれば、吸気行程では、複数の吸気口32から一端部11内に蒸気が吸気される。図2に矢印で示すように、複数の吸気口32から吸気された蒸気は、それぞれ天井部13の下面に沿って流れ、第1直線状部10aの中心で互いに衝突する。蒸気同士が衝突することで、蒸気流れが混合されて流れ方向が下方に変更され、蒸気の下方に向かう流れが水平方向において均一化される。下方に向かう速度が均一化された蒸気は、整流体90内を通過し、液体ピストン20の上面(作動媒体の液相部と気相部との界面)を押し付ける。   According to the main configuration described above, steam is sucked into the one end portion 11 from the plurality of intake ports 32 in the intake stroke. As indicated by arrows in FIG. 2, the steam sucked from the plurality of air inlets 32 flows along the lower surface of the ceiling part 13 and collides with each other at the center of the first linear part 10a. When the steam collides, the steam flow is mixed and the flow direction is changed downward, and the flow toward the lower side of the steam is made uniform in the horizontal direction. The vapor having a uniform velocity toward the lower side passes through the rectifying body 90 and presses the upper surface of the liquid piston 20 (the interface between the liquid phase portion and the gas phase portion of the working medium).

本実施形態では、図2に示すように配設された導入管部30aが、容器の吸気手段と液体ピストンとの間に設けられ、吸気手段により吸気された蒸気の容器の軸線方向(XX方向)の速度成分の分布を軸線方向に直交する直交方向(YY方向)において均一化する速度均一化手段に相当する。   In the present embodiment, the introduction pipe portion 30a arranged as shown in FIG. 2 is provided between the suction means of the container and the liquid piston, and the axial direction (XX direction) of the container of the steam sucked by the suction means ) Corresponds to speed uniformizing means for uniformizing the distribution of speed components in the orthogonal direction (YY direction) orthogonal to the axial direction.

この導入管部30aの配置構成により、吸気された蒸気の容器10の(具体的には、第1直線状部10aの)軸線方向の速度成分の分布を軸線に直交する直交方向において均一化することができる。したがって、一端部11において液体ピストン20の端面に作用する蒸気による動圧を端面内において均一化し、液面が大きく乱れたり、蒸気が界面を突き抜けたりすること(蒸気の気泡が液体ピストン内に進入すること)を抑制することができる。   With the arrangement configuration of the introduction pipe portion 30a, the distribution of velocity components in the axial direction of the intake steam container 10 (specifically, in the first linear portion 10a) is made uniform in the orthogonal direction perpendicular to the axis. be able to. Therefore, the dynamic pressure due to the steam acting on the end face of the liquid piston 20 at the one end portion 11 is made uniform in the end face, and the liquid level is greatly disturbed or the steam penetrates the interface (vapor bubbles enter the liquid piston. Can be suppressed.

これにより、蒸気と液体ピストン20との接触面積の増大を抑制し、蒸気から液体ピストン20への熱伝達を抑制することができる。このようにして、容器10内に取り込んだ蒸気の凝縮を抑制して、エネルギ損失を低減することができる。   Thereby, an increase in the contact area between the steam and the liquid piston 20 can be suppressed, and heat transfer from the steam to the liquid piston 20 can be suppressed. In this way, the condensation of the steam taken into the container 10 can be suppressed, and the energy loss can be reduced.

本実施形態のような速度均一化手段を備えない熱機関では、吸気行程において、蒸気の供給能力に余裕がある場合には、蒸気から液体ピストン20への熱伝達により凝縮した分だけ過剰に蒸気を吸気させることになり、入力熱量の損失が大きくなってしまう。また、吸気行程において、蒸気の供給能力に余裕がなく、供給能力以上の凝縮損失が発生した場合には、図4に破線で示すように、サイクルの最大圧力が蒸気供給圧よりも低下してしまい出力部からの出力が低下する。本実施形態によれば、図4に実線で示すように、サイクルの最大圧力を蒸気供給圧とすることができる。   In a heat engine that does not include speed uniformizing means as in the present embodiment, if there is a surplus in steam supply capacity in the intake stroke, the steam is excessively increased by the amount condensed by heat transfer from the steam to the liquid piston 20. Will be sucked in, and the loss of input heat will increase. In addition, in the intake stroke, when there is no allowance for steam supply capacity and condensation loss exceeding the supply capacity occurs, the maximum cycle pressure decreases below the steam supply pressure as shown by the broken line in FIG. The output from the output unit is reduced. According to this embodiment, as shown by the solid line in FIG. 4, the maximum pressure of the cycle can be set as the steam supply pressure.

また、本実施形態における導入管部30aの配置構成は、吸気手段により吸気された蒸気を被衝突物に衝突させる衝突手段に相当する。一端部11内へ吸気した蒸気を衝突させて流れ方向を変更することで、容易に、吸気された蒸気の第1直線状部10aの軸線方向の速度成分の分布を軸線に直交する直交方向において均一化することができる。   In addition, the arrangement configuration of the introduction pipe portion 30a in the present embodiment corresponds to a collision unit that causes the steam sucked by the suction unit to collide with a collision object. By changing the flow direction by colliding the sucked steam into the one end portion 11, the distribution of the velocity component of the sucked steam in the axial direction of the first linear portion 10a can be easily made in the orthogonal direction perpendicular to the axis. It can be made uniform.

そして、一方の導入管部30aから吸気される蒸気にとっては、他方の導入管部30bから吸気される蒸気が被衝突物に相当する。蒸気同士が衝突するように複数の導入管部30aを配設するだけで、一端部11内へ吸気した蒸気を衝突させ流れ方向を容易に変更することができる。   For the steam sucked from one introduction pipe portion 30a, the steam sucked from the other introduction pipe portion 30b corresponds to the collision object. By simply arranging a plurality of introduction pipe portions 30a so that the steam collides with each other, the steam sucked into the one end portion 11 can be collided to easily change the flow direction.

また、吸気口32と液体ピストン20との間には、整流体90が配設されている。これによると、第1直線状部10aの軸線方向の速度成分の分布を軸線に直交する水平方向において均一化された蒸気流れは、整流体90により軸線方向の速度分布が均一化された状態を維持しつつ、液体ピストン20の端面に押し付けられる。したがって、一端部11において液体ピストン20の端面に作用する蒸気による動圧を端面内において確実に均一化することができる。   Further, a rectifying body 90 is disposed between the intake port 32 and the liquid piston 20. According to this, the flow of the velocity component in the axial direction of the first linear portion 10a is made uniform in the horizontal direction orthogonal to the axis, and the flow velocity in the axial direction is made uniform by the rectifier 90. It is pressed against the end face of the liquid piston 20 while maintaining. Therefore, the dynamic pressure due to the steam acting on the end surface of the liquid piston 20 at the one end portion 11 can be reliably made uniform in the end surface.

また、整流体90は、容器10を構成する金属材料よりも熱伝導率が小さい材料により形成されている。したがって、整流体90を通過する蒸気から整流体90を介して容器10に吸熱され難く、蒸気の凝縮を抑制することができる。また、整流体90は、容器10を構成する金属材料よりも比熱が小さい材料からなるとともに、平板状で比較的薄い。したがって、整流体90は比較的熱容量が小さい。これにより、整流体90を通過する蒸気から整流体90に吸熱され難く、蒸気の凝縮を確実に抑制することができる。   The rectifying body 90 is made of a material having a lower thermal conductivity than the metal material constituting the container 10. Therefore, it is difficult for the container 10 to absorb heat from the steam passing through the rectifying body 90, and condensation of the steam can be suppressed. The rectifier 90 is made of a material having a specific heat smaller than that of the metal material constituting the container 10 and is flat and relatively thin. Therefore, the rectifier 90 has a relatively small heat capacity. Thereby, it is difficult for the rectifier 90 to absorb heat from the steam passing through the rectifier 90, and the condensation of the steam can be reliably suppressed.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について図5に基づいて説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described based on FIG.

第2の実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、導入管部30aの配置構成が異なる。なお、第1の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。   The second embodiment differs from the first embodiment in the arrangement configuration of the introduction pipe portion 30a. In addition, about the part similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図5に示すように、本実施形態では、多数の導入管部30aが、天井部13の内側の曲面の中心に向かうように延設されている。本実施形態では、図5に示すように配設された導入管部30aが、速度均一化手段および衝突手段に相当する。多数の吸気口32から吸気された蒸気は一端部11の中心部で互いに衝突し、第1直線状部10aの軸線方向の速度成分の分布を軸線に直交する直交方向において均一化することができる。これにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。   As shown in FIG. 5, in the present embodiment, a large number of introduction pipe portions 30 a are extended toward the center of the curved surface inside the ceiling portion 13. In the present embodiment, the introduction pipe portion 30a arranged as shown in FIG. 5 corresponds to the speed uniformizing means and the collision means. Vapors sucked from a large number of intake ports 32 collide with each other at the central portion of the one end portion 11, and the distribution of velocity components in the axial direction of the first linear portion 10a can be made uniform in the orthogonal direction perpendicular to the axis. . Thereby, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について図6に基づいて説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.

第3の実施形態は、前述の第1、第2の実施形態と比較して、導入管部30aの配置構成が異なるとともに、吸気した蒸気を衝突させる対象物が異なる。なお、第1、第2の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。   The third embodiment differs from the first and second embodiments described above in the arrangement configuration of the introduction pipe portion 30a and in the object to which the inhaled steam collides. In addition, about the part similar to 1st, 2nd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図6に示すように、本実施形態では、複数の(本例では2つの)導入管部30aが、天井部13の側方において上下方向に延設されている。導入管部30a下端の吸気口32の下方には、排ガス配管70が配設されている。排ガス配管70は、容器10と一体的に接合されている。排ガス配管70の上面部は、容器10を構成する壁面部のうち吸気口32に対向する対向壁面部14となっている。   As shown in FIG. 6, in the present embodiment, a plurality of (two in this example) introduction pipe portions 30 a are extended in the vertical direction on the side of the ceiling portion 13. An exhaust gas pipe 70 is disposed below the inlet 32 at the lower end of the introduction pipe portion 30a. The exhaust gas pipe 70 is integrally joined to the container 10. The upper surface portion of the exhaust gas pipe 70 is an opposing wall surface portion 14 that faces the air inlet 32 among the wall surface portions constituting the container 10.

排ガス配管70内には、例えば内燃機関の高温の排ガスが流通し、対向壁面部14を加熱できるようになっている。排ガス配管70は、対向壁面部14を加熱する加熱手段に相当する。   In the exhaust gas pipe 70, for example, high-temperature exhaust gas from an internal combustion engine circulates so that the opposing wall surface portion 14 can be heated. The exhaust gas pipe 70 corresponds to a heating means for heating the opposing wall surface portion 14.

上述した要部構成によれば、吸気行程では、複数の吸気口32から一端部11内に蒸気が吸気される。図6に矢印で示すように、複数の吸気口32から吸気された蒸気は、一旦対向壁面部14に衝突して流れの向きを変え、天井部13の下面に沿って流れた後に一端部11内を下方へ向かって流れる。   According to the main configuration described above, steam is sucked into the one end portion 11 from the plurality of intake ports 32 in the intake stroke. As indicated by arrows in FIG. 6, the steam sucked from the plurality of air inlets 32 once collides with the opposing wall surface part 14 to change the direction of flow, and flows along the lower surface of the ceiling part 13, and then the one end part 11. Flows downward in the interior.

蒸気が対向壁面部14に一旦衝突して流れの向きを変更することで、蒸気の下方へ向かう速度成分は大きく減少する。これにより、蒸気の下方に向かう流れが水平方向において均一化される。   When the steam once collides with the opposing wall surface portion 14 and changes the direction of the flow, the velocity component toward the lower side of the steam is greatly reduced. Thereby, the flow toward the lower side of the steam is made uniform in the horizontal direction.

本実施形態では、図6に示すように配設された導入管部30aと対向壁面部14とが、容器の吸気手段と液体ピストンとの間に設けられ、吸気手段により吸気された蒸気の容器の軸線方向(XX方向)の速度成分の分布を軸線方向に直交する直交方向(YY方向)において均一化する速度均一化手段に相当する。   In the present embodiment, the introduction pipe portion 30a and the opposing wall surface portion 14 arranged as shown in FIG. 6 are provided between the intake means of the container and the liquid piston, and the container of the steam sucked by the intake means This corresponds to speed uniformizing means for uniformizing the velocity component distribution in the axial direction (XX direction) in the orthogonal direction (YY direction) orthogonal to the axial direction.

この導入管部30aおよび対向壁面部14の配置構成により、吸気された蒸気の第1直線状部10aの軸線方向の速度成分の分布を軸線に直交する直交方向において均一化することができる。これにより、第1、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。   With the arrangement configuration of the introduction pipe portion 30a and the opposed wall surface portion 14, the distribution of the velocity component in the axial direction of the first linear portion 10a of the inhaled steam can be made uniform in the orthogonal direction perpendicular to the axis. Thereby, the effect similar to 1st, 2nd embodiment can be acquired.

また、本実施形態における導入管部30aおよび対向壁面部14の配置構成は、吸気手段により吸気された蒸気を被衝突物に衝突させる衝突手段に相当する。一端部11内へ吸気した蒸気を衝突させて流れ方向を変更することで、容易に、吸気された蒸気の第1直線状部10aの軸線方向の速度成分の分布を軸線に直交する直交方向において均一化することができる。   In addition, the arrangement configuration of the introduction pipe portion 30a and the opposing wall surface portion 14 in the present embodiment corresponds to a collision unit that causes the steam sucked by the suction unit to collide with a collision object. By changing the flow direction by colliding the sucked steam into the one end portion 11, the distribution of the velocity component of the sucked steam in the axial direction of the first linear portion 10a can be easily made in the orthogonal direction perpendicular to the axis. It can be made uniform.

そして、導入管部30aから吸気される蒸気にとって、対向壁面部14が被衝突物に相当する。吸気口32から吸気される蒸気が衝突するように対向壁面部14を配設するだけで、一端部11内へ吸気した蒸気を衝突させて流れ方向を容易に変更することができる。   And for the vapor | steam inhaled from the introductory pipe part 30a, the opposing wall surface part 14 is equivalent to a to-be-collised object. The flow direction can be easily changed by causing the steam sucked into the one end portion 11 to collide only by disposing the opposing wall surface portion 14 so that the steam sucked from the suction port 32 collides.

また、対向壁面部14を加熱する排ガス配管70を備え、対向壁面部14を比較的高温に保つことで、蒸気が対向壁面部14に衝突する際に凝縮することを抑止することができる。   Further, the exhaust gas pipe 70 that heats the opposing wall surface portion 14 is provided, and by keeping the opposing wall surface portion 14 at a relatively high temperature, it is possible to prevent the vapor from condensing when colliding with the opposing wall surface portion 14.

なお、導入配管30aは、複数設けられていたが、これに限定されるものではなく、1つであってもかまわない。   In addition, although the introduction piping 30a was provided with two or more, it is not limited to this, One may be sufficient.

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について図7に基づいて説明する。図7は、容器10の一端部11の内部構成を透視状態で示している。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the internal configuration of the one end 11 of the container 10 in a transparent state.

第4の実施形態は、前述の第1〜第3の実施形態と比較して、導入管部の配置構成が異なる。なお、第1〜第3の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。   4th Embodiment differs in the arrangement configuration of an introductory pipe part compared with the above-mentioned 1st-3rd embodiment. In addition, about the part similar to the 1st-3rd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図7に示すように、本実施形態では、複数の(本例では2つの)導入管部130aが、一端部11の側壁面部の軸直交断面における接線方向に延設されている。   As shown in FIG. 7, in the present embodiment, a plurality of (two in this example) introduction pipe portions 130 a are extended in the tangential direction in the axial orthogonal cross section of the side wall surface portion of the one end portion 11.

上述した要部構成によれば、吸気行程では、複数の吸気口32から一端部11内に蒸気が吸気される。図7に矢印で示すように、複数の吸気口32から吸気された蒸気は、一端部11の側壁面部に沿って流れ、一端部11の内部に旋回流を形成する。そして、この蒸気の旋回流が徐々に下方へ移動していく。   According to the main configuration described above, steam is sucked into the one end portion 11 from the plurality of intake ports 32 in the intake stroke. As indicated by arrows in FIG. 7, the steam sucked from the plurality of air inlets 32 flows along the side wall surface portion of the one end portion 11 and forms a swirl flow inside the one end portion 11. Then, the swirl flow of the steam gradually moves downward.

蒸気が第1直線状部10aの軸線周りに旋回流を形成することで、蒸気の移動速度のうち、下方に向かう速度成分は極めて小さくなり、水平方向の速度成分が極めて大きくなる。したがって、蒸気の第1直線状部10a軸線方向の速度成分が比較的小さくなり、これに伴い、蒸気の軸線方向の速度成分が水平方向において均一化される。   As the steam forms a swirl flow around the axis of the first linear portion 10a, the downward speed component of the moving speed of the steam is extremely small, and the horizontal speed component is extremely large. Therefore, the velocity component in the axial direction of the first linear portion 10a of the steam becomes relatively small, and accordingly, the velocity component in the axial direction of the steam is made uniform in the horizontal direction.

本実施形態では、図7に示すように配設された導入管部130aが、容器の吸気手段と液体ピストンとの間に設けられ、吸気手段により吸気された蒸気の容器の軸線方向(XX方向)の速度成分の分布を軸線方向に直交する直交方向(YY方向)において均一化する速度均一化手段に相当する。   In the present embodiment, the introduction pipe portion 130a arranged as shown in FIG. 7 is provided between the intake means of the container and the liquid piston, and the axial direction (XX direction) of the container of the steam sucked by the intake means ) Corresponds to speed uniformizing means for uniformizing the distribution of speed components in the orthogonal direction (YY direction) orthogonal to the axial direction.

この導入管部130aの配置構成により、吸気された蒸気の第1直線状部10aの軸線方向の速度成分の分布を軸線に直交する直交方向において均一化することができる。したがって、第1〜第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。   With the arrangement configuration of the introduction pipe portion 130a, the distribution of velocity components in the axial direction of the first linear portion 10a of the inhaled steam can be made uniform in the orthogonal direction perpendicular to the axis. Therefore, the same effect as in the first to third embodiments can be obtained.

また、本実施形態における導入管部130aの配置構成は、吸気手段により吸気された蒸気の容器軸線方向に直交する直交方向の速度成分が容器軸線方向の速度成分よりも大きくなるような蒸気の流れを形成する蒸気流形成手段に相当する。蒸気の第1直線状部10a軸線方向に直交する直交方向の速度成分が第1直線状部10a軸線方向の速度成分よりも大きくなるような蒸気の流れを形成することで、軸線方向の速度成分を抑制することができる。これにより、容易に、吸気された蒸気の第1直線状部10aの軸線方向の速度成分の分布を軸線に直交する直交方向において均一化することができる。   Further, the arrangement configuration of the introduction pipe portion 130a in the present embodiment is such that the steam flow in which the velocity component in the orthogonal direction perpendicular to the container axial direction of the steam sucked by the intake means is larger than the velocity component in the container axial direction. It corresponds to the vapor flow forming means for forming By forming a steam flow such that the velocity component in the orthogonal direction perpendicular to the axial direction of the first linear portion 10a of the steam is larger than the velocity component in the axial direction of the first linear portion 10a, the velocity component in the axial direction is formed. Can be suppressed. Thereby, the distribution of the velocity component in the axial direction of the first linear portion 10a of the inhaled steam can be easily made uniform in the orthogonal direction orthogonal to the axis.

また、導入管部130aは、第1直線状部10aの軸線方向に対してねじれの位置関係にある方向の1つである側壁面部の接線方向から、一端部11の内部に蒸気を吸気する吸気経路部に相当する。導入配管130aを介して吸気された蒸気が第1直線状部10aの軸線周りに旋回流を形成することで、容易に、第1直線状部10aの軸線方向に直交する直交方向の蒸気の速度成分を軸線方向の蒸気の速度成分よりも大きくすることができる。   Further, the introduction pipe portion 130a takes in the steam from the tangential direction of the side wall surface portion, which is one of the directions having a twisted positional relationship with respect to the axial direction of the first linear portion 10a, into the inside of the one end portion 11. It corresponds to the route part. The steam sucked through the introduction pipe 130a forms a swirling flow around the axis of the first linear portion 10a, so that the velocity of the steam in the orthogonal direction perpendicular to the axial direction of the first linear portion 10a can be easily obtained. The component can be greater than the velocity component of the steam in the axial direction.

なお、導入配管130aは、一端部11の側壁面部の接線方向に延設されていたが、これに限定されるものではない。導入配管は、第1直線状部10aの軸線方向(一端部11の軸線方向でもある)に対してねじれの位置関係にある方向に延設されていればよく、これにより、一端部11内に旋回流を形成することができる。   In addition, although the introduction piping 130a was extended in the tangential direction of the side wall surface part of the one end part 11, it is not limited to this. The introduction pipe only needs to be extended in a direction having a twisted positional relationship with respect to the axial direction of the first linear portion 10 a (also the axial direction of the one end portion 11). A swirling flow can be formed.

(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態について図8に基づいて説明する。図8は、容器10の一端部11の内部構成を透視状態で示している。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows the internal configuration of the one end 11 of the container 10 in a transparent state.

第5の実施形態は、前述の第4の実施形態と比較して、旋回流の形成手段が異なる。なお、第1〜第4の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。   The fifth embodiment is different from the fourth embodiment described above in the means for forming the swirling flow. In addition, about the part similar to 1st-4th embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図8に示すように、本実施形態では、導入管部30aが、第1直線状部10aの中心に向かう水平方向に延設されている。一端部11内において吸気口32と液体ピストン20との間には、ガイド部材に相当するガイド板80が配設されている。ガイド板80は、例えば螺旋形状をなす薄板材からなり、一端部11内を上方から下方へ流れる蒸気を、螺旋状に案内するようになっている。   As shown in FIG. 8, in this embodiment, the introduction pipe part 30a is extended in the horizontal direction toward the center of the 1st linear part 10a. A guide plate 80 corresponding to a guide member is disposed between the intake port 32 and the liquid piston 20 in the one end portion 11. The guide plate 80 is made of a thin plate material having a spiral shape, for example, and guides the steam flowing from the upper side to the lower side in the one end portion 11 in a spiral shape.

ガイド板80は、容器10を形成する材料よりも熱伝導率および比熱がいずれも小さい材料、例えば樹脂材やセラミックス材等により形成されている。なお、ガイド板80は、螺旋形状をなすものに限定されず、蒸気の流れを螺旋状に案内するものであればよい。例えば、ガイド板を周方向に複数に分割形成した複数の羽根部材により構成してもかまわない。   The guide plate 80 is formed of a material having a smaller thermal conductivity and specific heat than the material forming the container 10, such as a resin material or a ceramic material. The guide plate 80 is not limited to a spiral shape, and any guide plate may be used as long as it guides the flow of steam in a spiral shape. For example, the guide plate may be constituted by a plurality of blade members formed by dividing the guide plate into a plurality in the circumferential direction.

上述した要部構成によれば、吸気行程では、吸気口32から一端部11内に蒸気が吸気される。図8に矢印で示すように、吸気口32から吸気された蒸気は、ガイド板80の両面に沿って螺旋状に流れ、一端部11内に旋回流を形成する。   According to the main configuration described above, steam is sucked into the one end portion 11 from the intake port 32 in the intake stroke. As indicated by arrows in FIG. 8, the steam sucked from the suction port 32 flows spirally along both surfaces of the guide plate 80, and forms a swirl flow in the one end portion 11.

本実施形態では、ガイド板80が、速度均一化手段に相当し、吸気手段により吸気された蒸気の容器軸線方向に直交する直交方向の速度成分が容器軸線方向の速度成分よりも大きくなるような蒸気の流れを形成する蒸気流形成手段に相当する。このガイド板80により、吸気された蒸気の第1直線状部10aの軸線方向の速度成分の分布を軸線に直交する直交方向において均一化することができる。したがって、第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the present embodiment, the guide plate 80 corresponds to the speed uniformizing means, and the speed component in the orthogonal direction perpendicular to the container axial direction of the steam sucked by the suction means is larger than the speed component in the container axial direction. It corresponds to a steam flow forming means for forming a steam flow. With this guide plate 80, the distribution of velocity components in the axial direction of the first linear portion 10a of the inhaled steam can be made uniform in the orthogonal direction orthogonal to the axis. Therefore, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained.

また、ガイド板80は、容器10を構成する金属材料よりも熱伝導率が小さい材料により形成されている。したがって、ガイド板80に沿って流れる蒸気からガイド板80を介して容器10に吸熱され難く、蒸気の凝縮を抑制することができる。また、ガイド板80は、容器10を構成する金属材料よりも比熱が小さい材料からなるとともに、薄板状で比較的体積が小さい。したがって、ガイド板80は比較的熱容量が小さい。これにより、ガイド板80に沿って流れる蒸気からガイド板80に吸熱され難く、蒸気の凝縮を確実に抑制することができる。   Further, the guide plate 80 is formed of a material having a lower thermal conductivity than the metal material constituting the container 10. Therefore, it is difficult for the container 10 to absorb heat from the steam flowing along the guide plate 80 and the condensation of the steam can be suppressed. The guide plate 80 is made of a material having a specific heat smaller than that of the metal material constituting the container 10 and is thin and relatively small in volume. Therefore, the guide plate 80 has a relatively small heat capacity. Thereby, it is difficult for the guide plate 80 to absorb heat from the steam flowing along the guide plate 80, and the condensation of the steam can be reliably suppressed.

(他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

上記各実施形態では、容器10の一端部11内において吸気口32の開口位置と液体ピストン20との間に整流体90を配設していたが、整流体90は設けなくてもかまわない。例えば、図9に示すように、第1の実施形態の構成に対して整流体を廃止した熱機関であってもかまわない。なお、図2、図5〜図9では、排気配管40の図示を省略している。   In each of the above-described embodiments, the rectifier 90 is disposed between the opening position of the intake port 32 and the liquid piston 20 in the one end portion 11 of the container 10, but the rectifier 90 may not be provided. For example, as shown in FIG. 9, a heat engine in which the rectifier is eliminated from the configuration of the first embodiment may be used. In addition, illustration of the exhaust piping 40 is abbreviate | omitted in FIG. 2, FIG.

また、上記各実施形態では、容器10は略U字形状をなしていたが、これに限定されるものではない。例えば、容器の全体がL字形状や一直線形状であってもかまわない。液体ピストン20の一端部11側の端面が往復動する領域、すなわち、上記各実施形態における第1直線状部10aに相当する部分が、上下方向に延設されていることが好ましい。また、第1直線状部10aは、軸線方向が完全に上下方向に一致しているものに限定されず、例えば、第1直線状部10aの軸線方向が上下方向から若干傾斜していてもかまわない。   In each of the above embodiments, the container 10 has a substantially U shape. However, the present invention is not limited to this. For example, the entire container may be L-shaped or straight. It is preferable that a region in which the end surface on the one end portion 11 side of the liquid piston 20 reciprocates, that is, a portion corresponding to the first linear portion 10a in each of the above embodiments extends in the vertical direction. Further, the first linear portion 10a is not limited to the one in which the axial direction completely coincides with the vertical direction. For example, the axial direction of the first linear portion 10a may be slightly inclined from the vertical direction. Absent.

また、上記第4、第5の実施形態では、一端部11内に蒸気の螺旋流を形成することで、蒸気の第1直線状部10aに軸線方向の速度成分を直交方向の速度成分よりも小さくしていたが、これに限定されるものではない。螺旋流以外の流れの形成により、蒸気の第1直線状部10aに軸線方向の速度成分を直交方向の速度成分よりも小さくするものであってもよい。   Further, in the fourth and fifth embodiments, by forming a spiral flow of steam in the one end portion 11, the velocity component in the axial direction of the first linear portion 10a of the steam is made higher than the velocity component in the orthogonal direction. Although it was made small, it is not limited to this. By forming a flow other than the spiral flow, the velocity component in the axial direction may be made smaller than the velocity component in the orthogonal direction in the first linear portion 10a of the steam.

1 熱機関
10 容器
11 一端部(容器の一端側の部位)
12 他端部(容器の他端側の部位)
20 液体ピストン
30a、130a 導入配管部
50 出力部
80 ガイド板
1 heat engine 10 container 11 one end (part on one end side of container)
12 Other end (part on the other end of the container)
20 Liquid Pistons 30a, 130a Introduction Piping Portion 50 Output Portion 80 Guide Plate

Claims (11)

液相状態の作動媒体からなる液体ピストン(20)が往復流動可能に封入されたシリンダをなす容器(10)と、
前記容器のうち一端側の部位(11)に配設され、前記容器の外部で発生した前記作動媒体の蒸気を前記容器の内部に吸気させる吸気手段(31)と、
前記容器のうち他端側の部位(12)に配設され、前記容器の内部に吸気された前記蒸気の膨張によって生じる前記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(50)と、
前記容器の前記吸気手段と前記液体ピストンとの間に設けられ、前記吸気手段により吸気された前記蒸気の前記容器の軸線方向(XX)の速度成分の分布を前記軸線方向に直交する直交方向(YY)において均一化する速度均一化手段(30a、130a、80)と、を備えることを特徴とする熱機関。
A container (10) that forms a cylinder in which a liquid piston (20) made of a working medium in a liquid phase is enclosed in a reciprocating manner;
An intake means (31) disposed at one end portion (11) of the container, and sucking the vapor of the working medium generated outside the container into the container;
An output unit (50) disposed in the other end portion (12) of the container and converting the displacement of the liquid piston caused by the expansion of the vapor sucked into the container into mechanical energy and outputting the mechanical energy. )When,
A distribution of velocity components in the axial direction (XX) of the vapor of the vapor, which is provided between the intake means and the liquid piston of the container and is sucked by the intake means, is orthogonal to the axial direction ( YY), a heat equalizing means (30a, 130a, 80) for equalizing.
前記速度均一化手段は、前記吸気手段により吸気された前記蒸気を被衝突物(14)に衝突させる衝突手段(30a)を有し、
前記被衝突物に前記蒸気を衝突させて前記吸気手段による前記蒸気の吸気流れ方向を変更することで、前記蒸気の前記軸線方向の速度成分の分布を前記直交方向において均一化することを特徴とする請求項1に記載の熱機関。
The speed uniformizing means has a collision means (30a) for causing the steam sucked by the suction means to collide with a colliding object (14),
The steam is made to collide with the colliding object and the direction of the intake air flow of the steam by the intake means is changed to make the distribution of the velocity component of the steam in the axial direction uniform in the orthogonal direction. The heat engine according to claim 1.
前記衝突手段は、複数の吸気口(32)を備え、
前記被衝突物は、前記複数の吸気口のそれぞれから吸気される前記蒸気において他の前記吸気口から吸気される前記蒸気であることを特徴とする請求項2に記載の熱機関。
The collision means includes a plurality of air inlets (32),
The heat engine according to claim 2, wherein the collision object is the steam sucked from each of the plurality of air intake ports, and the steam sucked from the other air intake ports.
前記衝突手段は、吸気口(32)を備え、
前記被衝突物は、前記容器を構成する壁面部のうち前記吸気口に対向する対向壁面部(14)であることを特徴とする請求項2に記載の熱機関。
The collision means includes an air inlet (32),
3. The heat engine according to claim 2, wherein the colliding object is an opposing wall surface portion (14) facing the intake port among wall surface portions constituting the container.
前記速度均一化手段は、前記対向壁面部を加熱する加熱手段(70)を有することを特徴とする請求項4に記載の熱機関。   The heat engine according to claim 4, wherein the speed uniformizing means includes a heating means (70) for heating the opposing wall surface portion. 前記速度均一化手段は、前記吸気手段により吸気された前記蒸気の前記直交方向の速度成分が前記軸線方向の速度成分よりも大きくなるような前記蒸気の流れを形成する蒸気流形成手段(130a、80)を有し、
前記蒸気流形成手段によって前記蒸気の前記軸線方向の速度成分を抑制して、前記蒸気の前記軸線方向の速度成分の分布を前記直交方向において均一化することを特徴とする請求項1に記載の熱機関。
The speed uniformizing means is a steam flow forming means (130a, 130a, 130b) for forming the steam flow such that a speed component in the orthogonal direction of the steam sucked by the suction means is larger than a speed component in the axial direction. 80)
The velocity component in the axial direction of the steam is suppressed by the steam flow forming means, and the distribution of the velocity component in the axial direction of the steam is made uniform in the orthogonal direction. Heat engine.
前記蒸気流形成手段は、前記軸線方向に対してねじれの位置関係にある方向から前記容器の内部に前記蒸気を吸気する吸気経路部(130a)を有し、
前記吸気経路部を介して吸気された前記蒸気が前記容器の軸線周りに旋回流を形成することで、前記蒸気の前記直交方向の速度成分を前記軸線方向の速度成分よりも大きくすることを特徴とする請求項6に記載の熱機関。
The steam flow forming means has an intake passage part (130a) for sucking the steam into the container from a direction in a twisted positional relationship with respect to the axial direction,
The steam sucked through the suction passage portion forms a swirling flow around the axis of the container, thereby making the velocity component in the orthogonal direction of the steam larger than the velocity component in the axis direction. The heat engine according to claim 6.
前記蒸気流形成手段は、前記容器の内部に配設されて前記蒸気の流れを螺旋状に案内するガイド部材(80)を有し、
前記ガイド部材によって前記蒸気が前記容器の軸線周りに旋回流を形成することで、前記蒸気の前記直交方向の速度成分を前記軸線方向の速度成分よりも大きくすることを特徴とする請求項6に記載の熱機関。
The steam flow forming means has a guide member (80) disposed inside the container and guiding the steam flow in a spiral shape,
7. The steam component according to claim 6, wherein the steam forms a swirling flow around the axis of the container by the guide member, whereby the velocity component in the orthogonal direction of the steam is larger than the velocity component in the axis direction. The listed heat engine.
前記ガイド部材は、前記容器を形成する材料よりも熱伝導率および比熱が小さい材料により形成されていることを特徴とする請求項8に記載の熱交換器。   The heat exchanger according to claim 8, wherein the guide member is formed of a material having lower thermal conductivity and specific heat than a material forming the container. 前記速度均一化手段と前記液体ピストンとの間に設けられ、前記蒸気の流れを前記軸線方向に整流する整流部材(90)を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載の熱機関。   The rectifying member (90) provided between the speed equalizing means and the liquid piston and rectifying the flow of the vapor in the axial direction is provided. Heat engine described in one. 前記整流部材は、前記容器を形成する材料よりも熱伝導率および比熱が小さい材料の多孔体からなることを特徴とする請求項10に記載の熱交換器。   11. The heat exchanger according to claim 10, wherein the rectifying member is made of a porous body made of a material having a smaller thermal conductivity and specific heat than a material forming the container.
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