JP2013204569A

JP2013204569A - 熱機関

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Publication number: JP2013204569A
Application number: JP2012077234A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Fukuda; 健太郎福田; Shinichi Yatsuka; 真一八束; Yasutoku Niiyama; 泰徳新山; Takuya Fuse; 卓哉布施; Yasuhiro Takeuchi; 康浩武内
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-07
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP5673589B2

Abstract

【課題】出力部で取り出せる仕事を増大させることが可能な熱機関を提供すること。
【解決手段】冷却部１１ｂは、上端部から下方へ向かうにしたがって作動媒体の通路断面積が漸次減少するテーパ管部１１１を有していることにより、上端部から下方へ向かうにしたがって作動媒体蒸気の単位容積あたりの冷却面積が徐々に大きくなっている。
【選択図】図１

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。

従来技術として、例えば下記特許文献１に開示された熱機関である蒸気エンジンがある。この蒸気エンジンは、液相状態の作動媒体が流動可能に封入された容器と、容器のうち一端側部位に形成され容器内の作動媒体の一部を加熱して蒸発させる加熱部と、容器のうち他端側部位に配設され蒸気の膨張によって生じる液相作動媒体の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部と、容器のうち加熱部と出力部の配設部位との間に形成され、加熱部で蒸発した作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させる冷却部とを備えている。

そして、容器の加熱部領域、冷却部領域、および、加熱部と冷却部との間の領域は、全て同一径の管により構成されている。

特許第４３６３２５４号公報

しかしながら、上記従来技術の熱機関では、思いの外、出力部において充分な仕事が取り出せない場合があるという問題がある。本発明者らは、この問題点について鋭意調査検討を行ったところ、作動媒体の蒸気が膨張して冷却部に進入した瞬間から蒸気の凝縮が開始されて、蒸気の進入の初期段階で比較的多量の蒸気が凝縮してしまうことが原因であることを見出した。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、出力部で取り出せる仕事を増大させることが可能な熱機関を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、
容器（１１）のうち一端側の加熱部（１１ａ）と他端側の出力部（２）の配設部位との間に形成される冷却管部（１１ｂ）は、一端側の端部から他端側へ向かうにしたがって作動媒体の通路断面積を漸次縮小するテーパ管部（１１１）を有することを特徴としている。

これによると、冷却管部は、一端側の端部から通路断面積の減少が始まるテーパ管部を有することにより、一端側の端部から他端側へ向かうにしたがって、作動媒体蒸気の単位容積あたりの冷却面積が徐々に大きくなっている。したがって、作動媒体の蒸気は、冷却管部の一端側端部付近では比較的凝縮し難く、他端側へ向かうほど凝縮し易くなる。これにより、作動媒体の蒸気が膨張して冷却管部に進入した初期段階での凝縮が抑制され、冷却管部内への膨張が進行した後に蒸気を多量に凝縮することができる。このようにして、出力部で取り出せる仕事を増大させることができる。

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。

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。第１の実施形態における熱機関の要部を示す要部拡大断面図である。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。第２の実施形態における熱機関の要部を模式的に示す要部斜視図である。第３の実施形態における熱機関の要部を模式的に示す要部斜視図である。第４の実施形態における熱機関の要部を模式的に示す要部斜視図である。他の実施形態における熱機関の要部を模式的に示す要部斜視図である。

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。

（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３を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態の熱機関１０は、永久磁石が埋設された可動子３を振動変位させることによって起電力を発生する発電機１を駆動するためのものである。熱機関１０は、容器１１、加熱器１３、冷却器１４、出力部２および液体ピストン１２等を備えている。熱機関１０は、液体ピストン蒸気エンジンとも呼ばれるものである。

容器１１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１２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１１は、最下部に位置する屈曲部１１ｄと、屈曲部１１ｄの両側に配置される第１、２直線部１１ｅ、１１ｆ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。

第１直線状部１１ｅは、屈曲部１１ｄよりも図示右方側で上下方向に延設されている。第１直線状部１１ｅの上部は、容器１１の一端側の部位に相当する一端部である。この一端部には、容器１１内の作動媒体を加熱して蒸気を発生させる加熱器１３が配設されている。本実施形態の加熱器１３は、高温ガス（例えば、自動車の排気ガス）との熱交換により作動媒体を加熱するものである。加熱器はこれに限定されるものではなく、電気ヒータ等で構成してもよい。

容器１１のうち、加熱器１３と接触して作動媒体１２を蒸発させる部位が加熱部１１ａとなっている。第１直線状部１１ｅの加熱部１１ａよりも下方には、作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させる部位として円管状の冷却部１１ｂが設けられている。冷却部１１ｂは、本実施形態における冷却管部に相当する。冷却部１１ｂの周囲には冷却器１４が配設されている。

本実施形態の冷却器１４は、作動媒体を冷却する冷媒である冷却水が流通する冷却水通路１４１を有している。冷却水通路１４１には、冷却部１１ｂの軸線方向（上下方向）に直交する方向に冷却水が流通するようになっている。冷却水通路１４１は、本実施形態における冷媒通路部に相当する。冷媒は冷却水に限定されるものではない。

冷却水通路１４１は、冷却水を循環する循環回路の一部を構成している。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。

容器１１は、断熱性に優れたステンレス製としている。容器１１のうち、加熱部１１ａ、および、冷却器１４と接触する冷却部１１ｂは、熱伝導率が比較的高い材料で形成することが望ましい。本例では、加熱部１１ａおよび冷却部１１ｂを銅またはアルミニウム製としている。また、容器１１のうち加熱部１１ａと冷却部１１ｂとの間の中間部１１ｃは、ステンレス製としている。

図示を省略しているが、作動媒体が気化する空間を確保するために、第１直線部１１ｅの上端部には所定体積の気体が封入されている。この気体は例えば空気であってもよいし、作動媒体の蒸気であってもよい。

第２直線状部１１ｆは、屈曲部１１ｄよりも図示左方側で上下方向に延設されている。第２直線状部１１ｆの上部は、容器１１の他端側の部位に相当する他端部ある。この他端部には、出力部２が設けられている。出力部２は、容器１１内の液体ピストン１２の変位を機械的エネルギに変換して出力する。出力部２は、第２直線部１１ｆの上端部における液体ピストン１２の液面変化（自励振動変位）に応動して発電を行えるように構成されている。

出力部２は、シリンダ１５、固定ピストンであるピストン１６、可動子３およびバネ４等を備えている。シリンダ１５は、第２直線部１１ｆの上端部内に連通するように配置されている。ピストン１６は、シリンダ１５内を往復運動できるように構成されている。可動子３は、ピストン１６に連結されている。バネ４は、可動子３のピストン１６連結部位とは反対側の端部に設けられ、可動子３をピストン１６側に押圧する弾性力を発生させる弾性手段をなしている。シリンダ１５内でピストン１６が往復運動する際には、ピストン１６の外周面とシリンダ１５の内周面が、常時接触状態となっておりピストン１６は、シリンダ１５内を摺動する。

出力部２において、ピストン１６は、シリンダ１５内の第２直線部１１ｆ側の一端である下端（下死点）と、第２直線部１１ｆ側とは反対の他端である上端（上死点）の間を往復運動することができる。また、この出力部２において、可動子３は、永久磁石が埋設されているため、発電機１を構成する部材としても機能している。

本実施形態の冷却部１１ｂは、上部のテーパ管部１１１と下部の直管部１１２とにより構成されている。本例では、テーパ管部１１１と直管部１１２とが冷却部１１ｂの軸線方向において約半分ずつを占めている。テーパ管部１１１は、冷却部１１ｂの上端から下方に向かうにしたがって内径が徐々に減少するように形成されている。すなわち、テーパ管部１１１は、冷却部１１ｂの容器１１一端側にある端部（冷却部１１ｂの上端部）から他端側に向かうにしたがって作動媒体の通路断面積が漸次縮小するように形成されている。

直線状部１１２は、テーパ管部１１１の下端に接続している。直線状部１１２は、テーパ管部１１１の下端の内径と同一の内径が軸線方向に連続するように形成されている。すなわち、冷却部１１ｂのテーパ管部１１１以外の部分を構成する直管部１１２は、同一の通路断面積が連続するように形成されている。

図１から明らかなように、冷却水通路１４１は、テーパ管部１１１の周囲に形成される上部通路１４１ａをなす領域と、直管部１１２の周囲に形成される下部通路１４１ｂをなす領域とを有する。本実施形態の冷却器１４は、冷却水流通方向から見たときの幅が冷却部１１ｂの軸線方向（上下方向）において均一となっている。これに伴い、上部通路１４１ａは、テーパ管部１１１の外形に対応して、上方から下方に向かうにしたがって冷却水の流路幅が徐々に拡大するように形成されている。また、下部通路１４１ｂは、直管部１１２の外形に対応して、上方から下方まで冷却水の流路幅が同一となるように形成されている。

次に、上記構成に基づき熱機関１０の作動について説明する。

加熱器１３および冷却器１４を動作させると、まず、作動媒体の液相部分を発電機１側に向かって変位させる膨張行程が行われる。この膨張行程では、加熱器１３により液相状態の作動媒体（液体ピストン１２の一部）が加熱されて蒸発し、高温・高圧の作動媒体の蒸気が液体ピストン１２の液面を押し下げる。

すると、容器１１内に封入された液体ピストン１２は、加熱部１１ａ側から発電機１側へ変位して、発電機１のピストン１６を押し上げる。このとき、バネ４は弾性圧縮される。

押し下げられた液体ピストン１２の液面が冷却部１１ｂまで到達し、冷却部１１ｂ内に作動媒体の蒸気が進入すると、蒸気は冷却器１４により冷却されて凝縮する（凝縮行程）。そして、液体ピストン１２を加熱部１１ａ側に向かって変位させる圧縮行程が行われる。

この圧縮行程では、冷却部１１ｂ内へ進入した作動媒体の蒸気が冷却器１４により冷却されて凝縮するため、蒸気が液体ピストン１２の液面を押し下げる力が消滅する。すると、作動媒体の蒸気の膨張によって一旦押し上げられたピストン１６はバネ４の弾性復元力により下降する。

このため、液体ピストン１２が発電機１側から加熱部１１ａ側へ変位して、作動媒体の液面が加熱部１１ａまで上昇する。加熱部１１ａに流入した液体ピストン１２（作動媒体の液相部分）は、再び加熱部１１ａにて加熱されて蒸発することとなる。

そして、膨張行程および圧縮行程は、加熱器１３および冷却器１４の動作を停止させるまで繰り返し行われ、その間、容器１１内の液体ピストン１２は周期的に変位（いわゆる自励振動）して、発電機１の可動子３を上下動させることになる。

すなわち、作動媒体の蒸発と凝縮とが交互に繰り返し行われることによって、作動媒体の液相部分が液体ピストン１２として自励振動し、この液体ピストン１２の自励振動が出力として取り出される。

上述の構成および作動によれば、冷却部１１ｂは、上端部から下方に向かうにしたがって作動媒体の通路断面積が漸次減少するテーパ管部１１１を有していることにより、上端部から下方に向かうにしたがって作動媒体蒸気の単位容積あたりの冷却面積が徐々に大きくなっている。したがって、作動媒体の蒸気は、冷却部１１ｂの上端部付近では比較的凝縮し難く、下方に向かうほど凝縮し易くなる。これにより、作動媒体の蒸気が膨張して冷却部１１ｂへ進入した初期段階での凝縮が抑制され、冷却部１１ｂ内への膨張が進行した後に蒸気を多量に凝縮することができる。このようにして、出力部２で取り出せる仕事を増大させることができる。

また、図２に示すように、テーパ管部１１１内で形成される液膜厚さ（蒸気が進入した際に管壁に残される液相作動媒体の厚さ）は入口部（上端部）で厚く、奥ほど（下方ほど）薄くなる。凝縮熱の熱伝達率は液膜厚さに反比例するため、入口付近では熱伝達率が小さく、奥では熱伝達率が大きくなる。

一般的に、細管内の液膜厚さは管径に比例し、流速が増加するほど厚くなる。しかし、流速が一定以上大きくなると流れが乱流化し、液膜厚さは流速に依らず管径により決まる値になる。本実施形態の熱機関１０では、膨張行程における蒸気の流速が比較的大きく、蒸気流は乱流となり易い。このため、管径が大きいテーパ管部１１１の上部ほど液膜厚さが大きくなる。

このようにテーパ管部１１１内に形成される液膜によっても、作動媒体の蒸気が膨張してテーパ管部１１１へ進入した初期段階での凝縮が抑制され、テーパ管部１１１内への膨張が進行した後に蒸気を多量に凝縮することができる。

また、テーパ管部１１１は、冷却部１１ｂのうち上部の一部に形成され、下方の残部は、直管部１１２となっている。これによると、作動媒体の蒸気が膨張してテーパ管部１１１へ進入した初期段階での凝縮を抑制し、テーパ管部１１１内への膨張が進行した後に蒸気を多量に凝縮することができる。テーパ管部１１１よりも下方側は、通路断面積が変化しない直管部１１２となっているので、圧力損失が発生し難いとともに、多量の蒸気を確実に凝縮することができる。したがって、出力部２で取り出せる仕事を確実に増大させることができる。

また、冷却器１４は、冷却部１１ｂの周囲に設けられた冷却水通路１４１を有しており、冷却水通路１４１には冷却部１１ｂの軸線に直交する方向に冷却水が流通するようになっている。そして、冷却水通路１４１の上部通路１４１ａは、テーパ管部１１１の配設位置に対応して、上方から下方に向かうにしたがって冷却水の流路幅（冷媒流通方向に直交する方向の幅、例えば図２図示左右方向の幅）が漸次拡大している。

これによると、上部通路１４１ａは、冷却部１１ｂの上端部付近（上端側部位）の周囲において流路幅が比較的狭く、冷却水の圧損が大きくなる。したがって、冷却部１１ｂの上端部付近の周囲では、冷却水の流量が比較的小さくなってよどみやすく、冷却水が昇温し易い。これにより、テーパ管部１１１へ進入した初期段階での蒸気の凝縮を確実に抑制し、テーパ管部１１１内への蒸気の膨張が進行した後に確実に凝縮することができる。

また、下部通路１４１ｂは、レイノルズ数を求める際の代表長さである流路幅が比較的大きく、レイノルズ数も比較的大きくなる。そのため、下部通路１４１ｂにおける冷却水流は乱流となり易く、直管部１１２において冷却水から作動媒体蒸気への熱伝達率を高くすることができる。

上述したように、本実施形態の熱機関１０によると、作動媒体の蒸気が膨張して冷却部１１ｂへ進入した初期段階での凝縮が抑制され、冷却部１１ｂ内への膨張が進行した後に蒸気を多量に凝縮することができる。これによると、図３に示すように、冷却部１１ｂへ作動媒体蒸気と液相作動媒体との界面が進入した直後は、断熱膨張を継続したときに近似した状態変化を呈し、界面の進入が下部まで進行した後に、速やかに圧力を低下させることができる。これにより、出力部２で取り出せる仕事を増大させることができる。図３に示した比較例は、冷却部の内径が上端から下端まで同一径である場合を示している。また、図３に記した膨張部は、中間部１１ｃに相当する。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図４に基づいて説明する。

第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、冷却部を複数の冷却管で構成した点が異なる。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。また、図４では、構造を理解しやすくするために、冷却部を実線で示し、冷却器を二点鎖線で示すとともに、両者の肉厚の図示を省略している。

図４に示すように、本実施形態では、複数の冷却部１１ｂを横方向（冷却部１１ｂの軸線に直交する方向）に並設している。そして、冷却水通路１４１は、冷却器１４を構成する筐体と冷却部１１ｂとの間ばかりでなく、隣り合う冷却部１１ｂ同士の間にも形成されている。すなわち、複数の冷却部１１ｂの間においても、複数のテーパ管部１１１の配設位置に対応して上方から下方に向かうにしたがって流路幅が漸次拡大する上部通路１４１ａが形成されている。

なお、図示を省略しているが、第１の実施形態で説明した第１直線状部１１ｅのうち、複数の冷却部１１ｂよりも上方および下方では、作動媒体通路は複数に分割されることなく１つの通路を形成している。

本実施形態の構成によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、並設された複数の冷却部１１ｂの間において、冷却管部の上端側部位の周囲の冷却水通路１４１の流路幅を、下方側部位よりも容易に狭くすることができる。これにより、テーパ管部１１１へ進入した初期段階での蒸気の凝縮を一層確実に抑制し、テーパ管部１１１内への蒸気の膨張が進行した後に一層確実に凝縮することができる。

なお、冷却部１１ｂの並設数は、図４に図示した数に限定されるものではない。また、複数の冷却部１１ｂの配置関係も、図４に図示した位置関係に限定されるものではない。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について図５に基づいて説明する。

第３の実施形態は、前述の第２の実施形態と比較して、冷却水通路を複数に区画した点が異なる。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。また、図５では、構造を理解しやすくするために、冷却部を実線で示し、冷却器を二点鎖線で示すとともに、両者の肉厚の図示を省略している。

図５に示すように、本実施形態では、冷却器１４は、冷却水通路１４１を冷却部１１ｂの軸線の方向（上下方向）に複数に（図示例では３つに）仕切る仕切板１４ａを有している。仕切板１４ａは、本実施形態における区画部材に相当する。

本実施形態の構成によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、冷却水通路１４１は、冷却部１１ｂの軸線方向において仕切板１４ａで３つに区画される。したがって、区画された３つの冷却水通路を流通する冷却水同士が混合することを抑止することができる。これにより、３つに区画された冷却水通路の冷却水の流量差を確実に形成して、区画された各冷却水通路を流通する冷却水の温度差を確実に設けることができる。このようにして、テーパ管部１１１へ進入した初期段階での蒸気の凝縮をより一層確実に抑制し、テーパ管部１１１の下方部位や直管部１１２内への蒸気の膨張が進行した後により一層確実に凝縮することができる。

なお、冷却水通路１４１を仕切る仕切板１４ａの数は２つに限定されるものではない。１つもしくは３つ以上であってもかまわない。冷却水通路１４１を、冷却部１１ｂの軸線方向において仕切板１４ａで複数に区画すれば、冷却部１１ｂの上端側部位の周囲を流通する冷却水と冷却部１１ｂの下端側部位の周囲を流通する冷却水との混合を抑制することができる。これにより、上端側部位と他端側部位との冷却水の流量差を確実に形成して、冷却水の温度差を確実に設けることができる。また、冷却部１１ｂを複数並設せず１つとしてもかまわない。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について図６に基づいて説明する。

第４の実施形態は、前述の第２の実施形態と比較して、冷却部の下部のみにフィンを設けた点が異なる。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。また、図６では、構造を理解しやすくするために、冷却部を実線で示し、冷却器を二点鎖線で示すとともに、両者の肉厚の図示を省略している。

図６に示すように、本実施形態では、複数の冷却部１１ｂの直管部１１２に、それぞれ板状のフィン１１２ａを設けている。

本実施形態の構成によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、フィン１１２ａにより伝熱面積を増大させることで、作動媒体蒸気から冷却水への伝熱を促進することができる。これにより、テーパ管部１１１内から直管部１１２へ蒸気の膨張が進行した後に一層確実に蒸気を凝縮することができる。

なお、冷却部１１ｂの並設数は、図６に図示した数に限定されるものではない。冷却部１１ｂを複数並設せず１つとしてもかまわない。また、複数の冷却部１１ｂの配置関係も、図６に図示した位置関係に限定されるものではない。

さらに、フィン１１２ａは、それぞれの直管部１１２に配設されるものに限定されるものではない。例えば、複数の直管部１１２に亘って配設されたプレートフィンを用いてもかまわない。また、例えば、隣り合う直管部１１２間にコルゲートタイプのフィンを設けてもかまわない。

また、直管部１１２ばかりでなく、テーパ管部１１１の下部にもフィンを設けてもかまわない。

（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。

上記各実施形態では、冷却部１１ｂは、円管により構成されていたが（軸線に直交する断面形状が円形であったが）、これに限定されるものではない。例えば図７に示すように、上部が断面矩形状のテーパ管部２１１１であり、下部が断面矩形状の直管部２１１２である、冷却部２１１ｂであってもかまわない。図７に例示する構成は、例えば冷却部を形成する筐体内に、上部にテーパ構造部を有する冷却水流通用の偏平チューブを横方向に挿通することにより形成することが可能である。

上述したように、冷却部は矩形管により構成するものであってもよい。また、冷却部は、軸線に直交する断面形状が、楕円形、正方形、三角形、台形等である管により構成されるものであってもよい。

また、上記各実施形態では、冷却部１１ｂの一部をテーパ管部１１１としていたが、これに限定されるものではない。例えば、冷却部の全てをテーパ管部としてもかまわない。

また、上記各実施形態では、冷却水通路１４１を流通する冷却水は、冷却部１１ｂの軸線に直交する方向に流れるようになっていたが、これに限定されるものではない。冷却水は、冷却部１１ｂの軸線に交差する方向に流れるものであればよい。

また、上記各実施形態では、容器１１の一端部内で作動媒体を加熱して蒸気を生成していたが、外部で生成した作動媒体の蒸気を容器の一端部内へ吸気するものであってもかまわない。

２出力部
１０熱機関
１１容器
１１ａ加熱部
１１ｂ冷却部（冷却管部）
１２液体ピストン（液相状態の作動媒体）
１１１テーパ管部

Claims

液相状態の作動媒体からなる液体ピストン（１２）が往復流動可能に封入されたシリンダをなす容器（１１）と、
前記容器のうち一端側の部位に設けられ、前記容器内の前記作動媒体の一部を加熱して蒸発させる加熱部（１１ａ）と、
前記容器のうち他端側の部位に設けられ、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（２）と、
前記容器のうち前記加熱部と前記出力部の配設部位との間に設けられ、前記作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させる冷却管部（１１ｂ）と、を備え、
前記冷却管部は、前記一端側の端部から前記他端側へ向かうにしたがって前記作動媒体の通路断面積を漸次縮小するテーパ管部（１１１）を有することを特徴とする熱機関。
前記テーパ管部は、前記冷却管部のうち一部に形成され、
前記冷却管部のうち前記テーパ管部を除く残部は、同一の通路断面積が連続する直管部（１１２）であることを特徴とする請求項１に記載の熱機関。
前記冷却管部の周囲に設けられ、前記冷却管部内の前記作動媒体を冷却するための冷媒が前記冷却管部の軸線に交差する方向に流通する冷媒通路部（１４１）を備え、
前記冷媒通路部は、前記テーパ管部の配設位置に対応して、前記一端側から前記他端側へ向かうにしたがって、前記冷媒の前記流通する方向に直交する流路幅が漸次拡大していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱機関。
前記冷却管部は、前記軸線に直交する方向に複数が互いに並設されており、
前記冷媒通路部は、前記複数の前記冷却管部の間において、前記複数の前記テーパ管部の配設位置に対応して前記一端側から前記他端側へ向かうにしたがって前記流路幅が漸次拡大していることを特徴とする請求項３に記載の熱機関。
前記冷媒通路部は、前記軸線の方向において前記冷媒の通路を複数に区画する区画部材（１４ａ）を有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の熱機関。