JP2014171363A - 直動発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気等の低温沸点媒体を用いてピストンを往復させ、この往復運動から直接発電を行う直動発電装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る直動発電装置８は、ピストン１２及びシリンダ１４を有するシリンダユニット１０と、ピストンロッド２０と、直動発電ユニット４０と、スプール３４及びバルブケース３２を有する１乃至複数のバルブユニット（３０Ｌ、３０Ｒ）とを備える。シリンダ１４は、ピストン１２を摺動可能に保持すると共に左空隙１７Ｌ及び右空隙１７Ｒを備える。ピストンロッド２０は、ピストン１２の往復運動をシリンダユニット１０の外部に伝達する。直動発電ユニット４０は、ピストンロッド２０の往復運動を電力に変換する。バルブケース３２内において摺動可能に配置されるスプール３４は、ピストンロッド２０の右駆動端ＤＲ及び左駆動端ＤＬにおいて、左空隙１７Ｌ及び右空隙１７Ｒに対する、作動媒体の供給及び排出を切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、気体又は液体を動力源に用いた直動型の発電装置に関する。

近年、電気エネルギーの確保は社会的問題となり、規模の大小を問わず、従来見過ごされていた廃熱の利用や、太陽熱の利用に関する関心が高まっている。

特に、工業施設から排出される膨大な廃熱の殆どは、利用されずに大気中に捨てられているために、未利用エネルギーとなっている。これらの未利用エネルギーは大きな損失であることから、その未利用エネルギーの回収とその有効活用は急務の課題とされている。

熱源の発熱量が多い場合には、熱源から熱を吸収して多量の水蒸気を発生させ、軸流式のタービンを駆動することにより、発電機を回転させて発電を行うことができる。しかし、このような構成は大規模となってしまうために、少量な未利用エネルギーの回収後の用途には適していない。また、間欠的に熱を発する熱源を用いて発電を行うような用途にも適していない。

特許文献１には、タービン式の発電機に代えて、スクリュー式の膨張機を原動機として発電機を回転させる、発電装置が開示されている。この発電装置は、水蒸気をフラッシュさせられないような低温の熱源に対しても用いることができ、バイナリー発電を行うことができるとしている。

しかし、特許文献１に記載されているスクリュー式の膨張機では、２つのスクリューロータ間の隙間や、スクリューロータとロータ室との間の隙間から高圧の気体が漏れるために、発電効率が低下する。また、これらの隙間を所定の範囲内に管理するためには、２つのスクリューロータの加工精度を向上させる必要があり、発電装置の価格が上昇してしまう。

更に小規模な未利用エネルギーの回収を行うためには、価格が安価で設置スペースが少ない原動機が必要となる。この用途に利用可能な原動機として、バンケル式ロータリーエンジン、ベーンポンプ式エンジン、スクロール式エンジン、回転式蒸気機関などが挙げられる。これらの原動機は、作動媒体の圧力で軸を回転させ、その回転動力を発電機に伝えている。

これらのバンケル式ロータリーエンジンや、ベーンポンプ式エンジン、スクロール式エンジンにおいては、作動媒体の圧力を回転運動に変換するための機構が必要となる。これらの機構を構成する部品を製造するに際しては、複雑な形状や加工精度が要求される。従って、製造コストが高くなるという不具合を生じている。また、ロータとロータ室間のシーリングの難しさや、その耐久性の克服に関する問題も残っている。バンケル式ロータリーエンジンや、ベーンポンプ式エンジンでは、機構が複雑であることに加えて、シーリング部材とロータ室との間に生ずる摩擦損失が多く、発電機に対して出力する動力の伝達効率が低くなってしまう。

一方、従来の回転式蒸気機関では、単純な形状である円柱形状のピストンを、円筒形状のシリンダ内で往復させる構造を用いている。この、ピストンとシリンダ間のシーリング機構は、現在では十分に確立されているために、市販品でも賄うことが可能である。またその機構の部品制作も、比較的安価に出来る。

しかしながら、ピストンの往復運動を、回転運動に変換させるためには、ピストンの直動運動を一旦コンロッドを介してクランクシャフトに伝達させるといった、オーソドックスな構造を採用する必要がある。これに加え、ピストンの上死点又は下死点においても、常に起動可能とするためには、位相を９０°変えた２組以上のピストンとシリンダとが必要になるなど、複雑かつコストの掛かる機構が必要であった。

特許文献２には、回転機構を必要としないリニア発電装置が開示されている。特許文献２に記載されているリニア発電装置は、起電コイルを備えるシリンダと、永久磁石を備えるピストンとから構成されている。この、リニア発電装置では、永久磁石を有するピストンを高圧気体により往復移動させて、シリンダに配置されている起電コイルを用いて、発電を行うことができるとしている。

特許文献２に記載されているリニア発電装置を駆動するためには、別途第１及び第２の高圧気体の発生装置や、４個の流路切替弁が必要となるなど、コンパクトで安価な構成を採用することができないという不具合がある。また、特許文献２には記載されていないが、ピストンとシリンダとの間のシーリングも、困難であると推測される。

特開２０１２−７７７０４号公報 特開２０１１−２２３６６２号公報

本発明の目的は、蒸気等の低温沸点媒体を用いてピストンを往復させ、この往復運動から直接発電を行う直動発電装置を提供することである。

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による直動発電装置（８）は、ピストン（１２）及びシリンダ（１４、２１４）を有するシリンダユニット（１０、１１０）と、ピストンロッド（２０）と、ドグ（３８Ｌ、３８Ｒ、１３８Ｌ、１３８Ｒ）と、直動発電ユニット（４０、１４０）と、スプール（３４、１３４、２３４）及びバルブケース（３２、１３２、２３２）を有する１乃至複数のバルブユニット（３０、１３０、２３０）とを備える。前記シリンダ（１４、２１４）は、前記ピストン（１２）を中心軸（ＣＬ）に沿って左右方向に摺動可能に保持する。前記ピストン（１２）は、左右の受圧面に作動媒体の圧力を交互に受けることにより、少なくとも右駆動端（ＤＲ）及び左駆動端（ＤＬ）の間の駆動領域（Ｄｔ）において往復運動を行う。また、前記シリンダユニット（１０、１１０）は、前記ピストン（１２）における受圧面を含んで左右に形成される左空隙（１７Ｌ）及び右空隙（１７Ｒ）と、前記左空隙（１７Ｌ）に連通する左空隙ポート（１９Ｌ、１９Ｌｅ、１９Ｌｐ）、及び前記右空隙（１７Ｒ）に連通する右空隙ポート（１９Ｒ、１９Ｒｅ、１９Ｒｐ）とを有する。前記ピストンロッド（２０）は、前記ピストン（１２）の往復運動を前記シリンダユニット（１０、１１０）の外部に伝達する。前記直動発電ユニット（４０、１４０）は、前記ピストンロッド（２０）の往復運動を電力に変換して出力する。前記バルブケース（３２、１３２、２３２）は、前記スプール（３４、１３４、２３４）を摺動可能に保持する。また、前記バルブケース（３２、１３２、２３２）は、前記左空隙ポート（１９Ｌ、１９Ｌｅ、１９Ｌｐ）に接続する左空隙用ポート（３９Ｌ、３９Ｌｅ、３９Ｌｐ）、及び前記右空隙ポートに接続する右空隙用ポート（３９Ｒ、３９Ｒｅ、３９Ｒｐ）を有する。前記スプール（３４、１３４、２３４）は、前記ピストンロッド（２０）に配される前記ドグ（３８Ｌ、３８Ｒ、１３８Ｌ、１３８Ｒ）と接触することにより摺動する。また、前記スプール（３４、１３４、２３４）は、前記ピストンロッド（２０）の前記右駆動端（ＤＲ）及び前記左駆動端（ＤＬ）において、前記左空隙用ポート（３９Ｌ、３９Ｌｅ、３９Ｌｐ）及び前記右空隙用ポート（３９Ｌ、３９Ｌｅ、３９Ｌｐ）に対する、前記作動媒体の供給及び排出の切り替えを行う。

本発明による直動発電装置（８）は、前記ピストンロッド（２０）の往復運動により駆動され、前記作動媒体を移送するポンプユニット（５０）を備える。

前記シリンダユニット（１０）は、前記駆動領域（Ｄｔ）の外側に、オーバーストローク領域（Ｏｓ）を有する。

前記ピストン（１２）、ピストンロッド（２０）、直動発電ユニット（４０、１４０）、及びスプール（３４、１３４、２３４）は、前記中心軸（ＣＬ）上に配置されている。

本発明によれば、蒸気等の低温沸点媒体を用いてピストンを往復運動させ、この往復運動から直接発電を行うことができる。この構成を用いることにより、発電装置における構造の簡素化と、部品点数の低減を図ることができる。そして、大幅なコスト低減を達成することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る、直動発電装置の概略構成を説明する斜視図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る、直動発電装置の側面断面図である。 図３は、ＰＩＳＴＯＮ位置と、駆動方向と、各配管の使用状況とを説明する図表である。 図４は、ＰＩＳＴＯＮ位置が左駆動端に存在している第１工程を説明する図である。 図５は、ＰＩＳＴＯＮ位置が中央部に存在している第２工程を説明する図である。 図６は、ＰＩＳＴＯＮ位置が右駆動端に存在している第３工程を説明する図である。 図７は、ＰＩＳＴＯＮ位置が中央部に存在している第４工程を説明する図である。 図８は、本発明の第２の実施形態に係る、バルブユニット及び直動発電ユニットの側面断面図である。 図９は、本発明の第３の実施形態に係る、バルブユニット及びシリンダユニットの側面断面図である。

添付図面を参照して、本発明による直動発電装置を実施するための形態を、以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る直動発電装置８は、シリンダユニット１０と、右バルブユニット３０Ｒ及び左バルブユニット３０Ｌ（バルブユニット）と、直動発電ユニット４０と、ポンプユニット５０とを有している。

シリンダユニット１０は、ピストンロッド２０を中心軸ＣＬに沿って、左右方向（図１に示すＬ−Ｒ方向）に往復駆動させる。ピストンロッド２０を駆動する作動媒体には、蒸気や代替フロン（例えば、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）類、又はハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）類。）等の低温沸点媒体を用いることができる。

右バルブユニット３０Ｒ及び左バルブユニット３０Ｌは、作動媒体（例えば気体）の流路を切り替えて、ピストンロッド２０の駆動方向を切り換える。

直動発電ユニット４０は、ピストンロッド２０の往復運動を電気エネルギーに変換して出力する。

ポンプユニット５０は、ピストンロッド２０の往復運動により駆動される。ポンプユニット５０は、液化した作動媒体を、熱交換機やボイラ等に移送する。

先ず、図１に示す直動発電装置８の動作について、概略説明を行う。駆動に使用する作動媒体（例えば気体）は、先ず右バルブユニット３０Ｒ及び左バルブユニット３０Ｌに供給された後に、シリンダユニット１０に供給される。例えば、作動媒体をシリンダユニット１０に供給して、ピストンロッド２０が右方向（図１に示すＲ方向。）に移動したとする。その後、ピストンロッド２０が右駆動端ＤＲ（後段にて説明する図２参照。）に到達すると、右バルブユニット３０Ｒ及び左バルブユニット３０Ｌ内で作動媒体の流路が切り替わり、ピストンロッド２０を左方向（図１に示すＬ方向。）に移動させる。

その後、ピストンロッド２０が左駆動端ＤＬ（後段にて説明する図２参照。）に到達すると、右バルブユニット３０Ｒ及び左バルブユニット３０Ｌ内で作動媒体の流路が再び切り替わり、ピストンロッド２０を右方向に移動させる。この動作を順次繰り返すことによって、ピストンロッド２０は往復運動を繰り返す。そして、直動発電ユニット４０において発電が継続的に行われる。なお、バルブユニットにおける作動媒体の流路の切り替え動作と、ピストンロッド２０の駆動動作との関係は、後段にて図３〜図７を用いて説明する。

（シリンダユニット１０の外観に基づく概略説明）
次に、シリンダユニット１０の外観に基づく概略説明を行う。シリンダユニット１０は、ロッドカバー１８と、ポート１９と、シリンダブラケット８２とを備える。

シリンダ１４は、筒内にピストンを収容している。

ロッドカバー１８は、シリンダ１４における両端部の開口を封止すると共に、ピストンロッド２０を摺動可能に保持している。ロッドカバー１８には、シリンダ１４内のピストンを往復させる作動媒体の給排用のポート１９が、複数配置されている。図１に示す実施形態では、ポート１９として管用継手を取り付けた実施例を示してある。なお、ポート１９に接続する配管の記載は省略してある。

シリンダブラケット８２は、ロッドカバー１８をベース部材８０に固定する。

（左バルブユニット３０Ｌ及び右バルブユニット３０Ｒの外観に基づく概略説明）
次に、左バルブユニット３０Ｌ及び右バルブユニット３０Ｒの外観に基づく概略説明を行う。左バルブユニット３０Ｌ及び右バルブユニット３０Ｒは、ピストンロッド２０の中心軸ＣＬと同軸に配置されている。左バルブユニット３０Ｌ及び右バルブユニット３０Ｒは、バルブケース３２と、ポート３９と、バルブブラケット８４とを備える。

バルブケース３２は、ピストンロッド２０の外周に配置される。バルブケース３２は、バルブブラケット８４を介してベース部材８０に取り付けられている。バルブケース３２の外周部には、シリンダ１４内に配置されているピストンを往復させるための、作動媒体の給排用のポート３９が、複数配置されている。なお、ポート３９に接続する配管の記載は省略してある。

（直動発電ユニット４０の外観に基づく概略説明）
次に、直動発電ユニット４０の外観に基づく概略説明を行う。直動発電ユニット４０は、ピストンロッド２０の中心軸ＣＬと同軸に配置されている。直動発電ユニット４０は、ベース部材８０に取り付けられている。

（ポンプユニット５０の外観に基づく概略説明）
ポンプユニット５０は、ポンプケース５２と、ポンプブラケット８６と、ポート５９とを備える。

ポンプケース５２は、ピストンロッド２０の外周に配置される。ポンプケース５２は、ポンプブラケット８６を介してベース部材８０に取り付けられている。ポンプケース５２の外周部には、液体時の作動媒体を給排するポート５９が、２つ配置されている。なお、ポート５９に接続する配管の記載は省略してある。

図１に示す実施形態では、液体時の作動媒体を圧送するポンプユニット５０を、ピストンロッド２０の中心軸ＣＬと同軸に配置した状態を示してある。ポンプユニット５０は、ピストンロッド２０の往復運動を利用して、間欠的に液体時の作動媒体を圧送する。ポンプユニット５０として、プランジャポンプを用いることができる。

また、本発明に係る直動発電装置８では、ピストンロッド２０の中心軸ＣＬ上に、シリンダユニット１０、右バルブユニット３０Ｒ、左バルブユニット３０Ｌ、直動発電ユニット４０及びポンプユニット５０を一列に配置してある。これにより、直動発電装置８の構造の簡略化と占有面積の縮小化を図ることができる。

（図２を用いた内部構造の説明）
次に、図２を参照して、直動発電装置８及びその周辺機器の内部構造について説明する。図２には、シリンダユニット１０と、右バルブユニット３０Ｒ及び左バルブユニット３０Ｌと、直動発電ユニット４０と、ポンプユニット５０と、絞り６０と、廃熱交換機７０と、作動媒体タンク７２とを記載してある。

（方向及び用語の定義等）
なお、同図の中心軸ＣＬと平行な左右方向を、Ｌ−Ｒ方向と定義する。また、同図の紙面に平行で中心軸ＣＬに対して直角な方向のうち、紙面の上部に向けた方向を上方（ＵＰ方向）、紙面の下部に向けた方向を下方（ＤＮ方向）と定義する。

シリンダ１４の供給用右空隙ポート１９Ｒｐ（右空隙ポート）、及び右バルブユニット３０Ｒの右空隙用ポート３９Ｒｐを含む右供給用の配管をＲｐｒｅｓｓと定義する。そして、右バルブユニット３０Ｒの排出用右空隙ポート１９Ｒｅ（右空隙ポート）及び右バルブユニット３０Ｒの右空隙用ポート３９Ｒｅを含む右排出用の配管をＲｅｘｈと定義する。

また、シリンダ１４の供給用左空隙ポート１９Ｌｐ及び左バルブユニット３０Ｌの左空隙用ポート３９Ｌｐを含む右供給用の配管をＬｐｒｅｓｓと定義する。そして、シリンダ１４の排出用左空隙ポート１９Ｌｅ（左空隙ポート）及び左バルブユニット３０Ｌの左空隙用ポート３９Ｌｅを含む右排出用の配管をＬｅｘｈと定義する。

（シリンダユニット１０の説明）
先ず、シリンダユニット１０の構成とその機能について説明する。シリンダユニット１０の内部には、シリンダ１４と、ロッドカバー１８と、ピストン１２の受圧面とで囲まれた、円筒形状の左空隙１７Ｌ及び右空隙１７Ｒが形成されている。

シリンダ１４の左方（Ｌ方向）のロッドカバー１８には、左空隙１７Ｌに連通する排出用左空隙ポート１９Ｌｅ及び供給用左空隙ポート１９Ｌｐ（左空隙ポート）を開設してある。図２に示す実施形態では、排出用左空隙ポート１９Ｌｅは、左空隙１７Ｌから作動媒体を排出するポートである。供給用左空隙ポート１９Ｌｐは、左空隙１７Ｌに作動媒体を供給するポートである。

シリンダ１４の右方（Ｒ方向）のロッドカバー１８には、右空隙１７Ｒに連通する排出用右空隙ポート１９Ｒｅ及び供給用右空隙ポート１９Ｒｐを開設してある。図２に示す実施形態では、排出用右空隙ポート１９Ｒｅは、右空隙１７Ｒから作動媒体を排出するポートである。供給用右空隙ポート１９Ｒｐは、右空隙１７Ｒに作動媒体を供給するポートである。

シリンダ１４とロッドカバー１８との接合部や、ロッドカバー１８とピストンロッド２０との摺動部には、必要に応じてパッキンを配置することができる。これにより、左空隙１７Ｌ及び右空隙１７Ｒは、外部に対して密閉されることとなり、左空隙１７Ｌ及び右空隙１７Ｒの内部を高圧に維持することができる。

シリンダユニット１０内部のピストンロッド２０には、直径の大きな短円筒形状のピストン１２が形成されている。ピストン１２の外径は、シリンダ１４の内径に対して摺動可能な所定の隙間を形成するように、所定の寸法だけ小径に形成されている。ピストン１２の左右両端面には、作動媒体の圧力を受ける円形の受圧面が形成されており、作動媒体の圧力を駆動力に変換して、ピストンロッド２０に伝達する。

図２に示す実施形態では、ピストン１２の外周中央部に凹溝を形成して、当該凹溝の内部にパッキン１６を配置することにより、作動媒体の気密性を向上させている。この機密性により、右空隙１７Ｒと左空隙１７Ｌとの間で、圧力差を形成することができる。本発明では、駆動機構として直動形のシリンダユニット１０を用いている。直動形のシリンダユニット１０は、０．１ＭＰａ程度の低圧の作動媒体であっても動作させることが可能であるため、低損失で熱の利用効率が高い。従って、バイナリー発電の用途にも適している。

パッキン１６として、Ｏリングや、Ｖリング、Ｙリング等のシール材を単独で、又は背面合わせに組み合わせて用いることができる。シリンダ１４の内壁に対するピストン１２の摺動抵抗を、更に軽減する必要がある場合には、パッキン１６を用いることなく、シリンダ１４の内径とピストン１２の外径を管理することにより、ある程度の気密性を確保する構成を採用することもできる。また、作動媒体の温度が高温であること等により、パッキン１６に樹脂素材を用いることができない場合には、金属やカーボン素材のシール材を用いることができる。

（シリンダユニット１０におけるピストン１２のストロークに関する定義）
次に、シリンダユニット１０におけるピストン１２のストロークについて定義する。図２を参照して、左バルブユニット３０Ｌ又は右バルブユニット３０Ｒの内部で流路が切り替わる位置を、それぞれ右駆動端ＤＲ及び左駆動端ＤＬと定義する。そして、右駆動端ＤＲと左駆動端ＤＬとの間を駆動領域Ｄｔと定義する。

図２に示すシリンダユニット１０においては、駆動領域Ｄｔの外側に、オーバーストローク領域Ｏｓを確保してある。双方のオーバーストローク領域Ｏｓと駆動領域Ｄｔとを加算した値を、可動範囲Ｓｔと定義する。なお、図２に示す実施形態では、駆動領域Ｄｔ及び可動範囲Ｓｔには、ピストン１２の幅が含まれているが、ピストン１２の幅を差し引いた値を、駆動領域Ｄｔ及び可動範囲Ｓｔと定義してもよい。

（左バルブユニット３０Ｌの説明）
次に、左バルブユニット３０Ｌの構成とその機能について説明する。左バルブユニット３０Ｌは、バルブケース３２と、スプール３４と、ストッパ３７と、スプリング３５とを有している。また、ピストンロッド２０には、左固定ドグ３８Ｌ及び右固定ドグ３８Ｒ（ドグ）が固定されている。

バルブケース３２の内面には、左右方向（Ｌ−Ｒ方向）を長手方向とする円筒形状の開口を形成してある。バルブケース３２の円筒形状の開口の内周面には、外部に連通する４つのポートが開設されている。これらのポートのうち、左空隙用ポート３９Ｌｐは、作動媒体をシリンダユニット１０の左空隙１７Ｌに供給するポートであり、プライマリポート３９Ｐｒは、作動媒体の供給源（ｐｒｅｓｓ）と接続するポートである。左空隙用ポート３９Ｌｅは、作動媒体をシリンダユニット１０の左空隙１７Ｌから排出させるポートであり、パージポート３９Ｐｕは、作動媒体の回収部（ｅｘｈ）と接続するポートである。

バルブケース３２の円筒形状の開口内部には、バルブケース３２及びピストンロッド２０に対して左右方向（Ｌ−Ｒ方向）に摺動可能なスプール３４が配置されている。バルブケース３２は、スプール３４の外周を、摺動可能に保持している。また、スプール３４は、ピストンロッド２０に対しても、摺動可能に配置されている。

スプール３４は、円筒形状の部材であり、スプール３４の外径は、バルブケース３２の内径に対して摺動可能な所定の隙間を形成するように、所定の寸法だけ小径に形成されている。また、スプール３４の内径は、ピストンロッド２０の外径に対して摺動可能な所定の隙間を形成するように、所定の寸法だけ大径に形成されている。

スプール３４の外周部には、円環状の溝部３６を形成してある。スプール３４は、ピストンロッド２０に配される左固定ドグ３８Ｌ、及び右固定ドグ３８Ｒドグと接触して、押圧力を受けることにより、図２に示す左右方向（Ｌ−Ｒ方向）に摺動する。

ストッパ３７は、摺動するスプール３４を、所定の位置に係止させる部品である。ストッパ３７は、バルブケース３２における左右の両端部に配置される。右側のストッパ３７は、バルブケース３２の右端面から、更に右側に移動可能に形成されており、スプリング３５の付勢力によって、通常はバルブケース３２の右端面に押圧されている。

ピストン１２及びピストンロッド２０が右側のオーバーストローク領域Ｏｓに進入した場合には、スプール３４に押されてストッパ３７が右方向に移動する。しかし、ピストン１２及びピストンロッド２０が再び駆動領域Ｄｔに戻ると、スプリング３５の付勢力によって、右側のストッパ３７はバルブケース３２の右端面に当接する。そして、スプール３４も所定の右駆動端ＤＲの位置に戻る。

同様に、左側のストッパ３７は、バルブケース３２の左端面から、更に左側に移動可能に形成されており、スプリング３５の付勢力によって、通常はバルブケース３２の左端面に押圧されている。そして、ピストン１２及びピストンロッド２０が左側のオーバーストローク領域Ｏｓに進入した場合には、スプール３４に押されてストッパ３７が左方向に移動する。しかし、ピストン１２及びピストンロッド２０が再び駆動領域Ｄｔに戻ると、スプリング３５の付勢力によって、左側のストッパ３７はバルブケース３２の左端面に当接する。そして、スプール３４も所定の左駆動端ＤＬの位置に戻る。

次に、左バルブユニット３０Ｌの機能及び作用の説明を行う。左バルブユニット３０Ｌは、ピストンロッド２０の右駆動端ＤＲ及び左駆動端ＤＬにおいて、供給用左空隙ポート１９Ｌｐ及び排出用左空隙ポート１９Ｌｅに対する、作動媒体の供給及び排出の切り替えを行う。

図２は、ピストンロッド２０が左駆動端ＤＬに達した状態を示しており、スプール３４が、ピストンロッド２０に固定されている右固定ドグ３８Ｒに押されて、左方（Ｌ方向）に移動した状態を示してある。この状態では、スプール３４の溝部３６が、プライマリポート３９Ｐｒと左空隙用ポート３９Ｌｐとを連通させている。この場合においては、シリンダユニット１０における左空隙１７Ｌは、高圧の供給圧と等しくなっている。

ここで、シリンダユニット１０の右空隙１７Ｒは、右バルブユニット３０Ｒによって大気圧に開放されているので、右空隙１７Ｒに対して左空隙１７Ｌの方が高圧となり、ピストン１２が右方向（Ｒ方向）に付勢される。

一方、ピストンロッド２０が右駆動端ＤＲに移動すると、スプール３４は、ピストンロッド２０に固定されている左固定ドグ３８Ｌに押されて、右方（Ｒ方向）に移動する。すると、スプール３４の溝部３６が、左空隙用ポート３９Ｌｅとパージポート３９Ｐｕとを連通させることとなる。この場合においては、シリンダユニット１０における左空隙１７Ｌは、大気圧に開放されることとなる。仕事を終えた作動媒体は、作動媒体タンク７２（回収部の一形態）に向けて排出される。

ここで、シリンダユニット１０の左空隙１７Ｌは、右バルブユニット３０Ｒによって大気圧に開放されているので、左空隙１７Ｌに対して右空隙１７Ｒの方が高圧となり、ピストン１２が左方向（Ｌ方向）に付勢される。

（オーバーストローク領域Ｏｓに関する説明）
次に、オーバーストローク領域Ｏｓに関する説明を行う。図２に示すように、ピストンロッド２０が左方向に移動して、左駆動端ＤＬに到達した状態においては、既に左バルブユニット３０Ｌのスプール３４が左方（Ｌ方向）に移動しているために、左空隙１７Ｌは高圧となっている。従って、ピストン１２には、右方（Ｒ方向）に移動させる力が働いている。しかし、前工程においては、ピストン１２は左方（Ｌ方向）へ移動していたので、ピストンロッド２０の慣性力によって、急には反転しない。従って、左バルブユニット３０Ｌが切り替わっていても、更に左方（Ｌ方向）へオーバーシュートする場合がある。

図２に示す実施形態では、ピストン１２が左駆動端ＤＬに存在していても、更にピストン１２が左方（Ｌ方向）に向けてのオーバーシュートを可能とするために、シリンダ１４に所定のオーバーストローク領域Ｏｓを確保してある。

シリンダユニット１０に、このオーバーストローク領域Ｏｓを形成しておくことによって、ピストン１２が移動方向を反転する際のエアクッションの役割を果たすことができる。よって、ピストン１２の反転時において、ピストン１２がロッドカバー１８と衝突することにより発生する騒音や、振動を低減することができる。

（右バルブユニット３０Ｒの説明）
次に、右バルブユニット３０Ｒの内部構造について説明する。右バルブユニット３０Ｒは、左バルブユニット３０Ｌと同一の構造であるので、構造に関する説明は省略する。なお、右バルブユニット３０Ｒと左バルブユニット３０Ｌとでは、ポートの機能が異なるので、各ポートの名称とその機能について説明する。

バルブケース３２の内周面に開設されている４つのポートのうち、右空隙用ポート３９Ｒｐは、作動媒体をシリンダユニット１０の右空隙１７Ｒに供給するポートである。プライマリポート３９Ｐｒは、作動媒体の供給源と接続するポートである。右空隙用ポート３９Ｒｅは、作動媒体をシリンダユニット１０の右空隙１７Ｒから排出させるポートであり、パージポート３９Ｐｕは、作動媒体の回収部と接続するポートである。

次に、右バルブユニット３０Ｒの機能及び作用の説明を行う。右バルブユニット３０Ｒは、ピストンロッド２０の右駆動端ＤＲ及び左駆動端ＤＬにおいて、供給用右空隙ポート１９Ｒｐ及び排出用右空隙ポート１９Ｒｅに対する、作動媒体の供給及び排出の切り替えを行う。

図２は、ピストンロッド２０が左駆動端ＤＬに達した状態を示しており、スプール３４は、ピストンロッド２０に固定されている右固定ドグ３８Ｒに押されて、左方（Ｌ方向）に移動した状態を示してある。この状態では、スプール３４の溝部３６が、右空隙用ポート３９Ｒｅとパージポート３９Ｐｕとを連通させている。この場合においては、シリンダユニット１０における右空隙１７Ｒは、大気圧に開放されることとなる。仕事を終えた作動媒体は、作動媒体タンク７２（回収部の一形態）に向けて排出される。

ここでは、シリンダユニット１０の左空隙１７Ｌは、左バルブユニット３０Ｌによって高圧に切り替えられているので、右空隙１７Ｒに対して左空隙１７Ｌの方が高圧となり、ピストン１２が右方向（Ｒ方向）に付勢される。

一方、ピストンロッド２０が右駆動端ＤＲに移動すると、スプール３４は、ピストンロッド２０に固定されている左固定ドグ３８Ｌに押されて、右方（Ｒ方向）に移動する。すると、スプール３４の溝部３６が、プライマリポート３９Ｐｒと右空隙用ポート３９Ｒｐとを連通させることとなる。この場合においては、シリンダユニット１０における右空隙１７Ｒは、高圧の供給圧と等しくなる。

ここで、シリンダユニット１０の左空隙１７Ｌは、左バルブユニット３０Ｌによって低圧の大気圧に切り替えられているので、左空隙１７Ｌに対して右空隙１７Ｒの方が高圧となり、ピストン１２が左方向（Ｌ方向）に付勢される。

（直動発電ユニット４０の構造及び作用の説明）
次に、直動発電ユニット４０の構成について説明する。図２に示すように直動発電ユニット４０は、磁石４２と、コイル４４とを有している。

磁石４２は、ピストンロッド２０上において、中心軸ＣＬと同軸に配置されている。

コイル４４は、ベース部材８０側に固定されている。コイル４４の巻線の中心軸は、ピストンロッド２０の中心軸ＣＬと同軸に配置され、磁石４２がコイル４４内を移動する。

次に、直動発電ユニット４０の作用について説明する。ピストン１２が往復運動を行うことに伴って、磁石４２がコイル４４の内部を通過しながら、左右方向（Ｌ−Ｒ方向）に往復運動する。この往復運動によって、コイル４４に交流電流が流れる。この交流電流は、ダイオードブリッジ等を用いた整流器４６によって直流に変換した後に、コンデンサ４８に一時的に電荷として蓄えられる。コンデンサ４８に蓄えられた電荷は、蓄電池に蓄えたり、商用電源に変換して利用される。

なお、廃熱を利用して本発明に係る直動発電装置８を駆動させる場合には、得られる廃熱が不安定であることにより、発電する電圧が不揃いとなる場合がある。その場合には、昇圧器を介して発電した電圧を昇圧させてから、蓄電池に蓄える等の構成を用いることもできる。

（ポンプユニット５０に関する説明）
次に、ポンプユニット５０の構成について説明する。図２に示す実施形態におけるポンプユニット５０は、シリンダユニット１０において作動媒体（低沸点媒体、水蒸気等）を消費した分量を補充するための、プランジャーポンプである。

図２を参照してポンプユニット５０は、ポンプケース５２と、プランジャ５４と、リターンスプリング５３と、プランジャキャップ５８と、パッキン５６と、チェック弁６２、６４と、タペット５１とを有している。

ポンプケース５２は、ピストンロッド２０の中心軸ＣＬと同軸に配置されている。ポンプケース５２の中心部には、中心軸ＣＬと平行な円筒形を有するポンプ室５５が開設されている。

この円筒形のポンプ室５５は、プランジャ５４の外径に対して摺動可能な所定の隙間を形成するように、所定の寸法だけ大径に形成されている。

プランジャ５４は、円柱形状をしており、ピストンロッド２０の中心軸ＣＬと同軸に配置されている。プランジャ５４は、ポンプ室５５の内部を、図２に示す左右方向（Ｌ−Ｒ方向）に摺動することができる。

リターンスプリング５３は、プランジャ５４を図２に示す右方（Ｒ方向）に付勢する。

プランジャキャップ５８は、ポンプケース５２におけるポンプ室５５の右開口端に取り付けられる。プランジャキャップ５８は、プランジャ５４の脱落を防止する。

パッキン５６は、プランジャ５４の外周中央部に成形される凹溝の内部に配置されている。パッキン５６は、作動媒体の気密性を向上させている。このパッキン５６として、Ｏリングや、Ｖリング、Ｙリング等のシール材を用いることができる。ポンプケース５２の内壁に対するプランジャ５４の摺動抵抗を更に軽減する必要がある場合には、ポンプケース５２の内径とプランジャ５４の外径を管理することにより、パッキン５６を用いない構成を採用することもできる。また、作動媒体の温度が高温であること等により、パッキン５６に樹脂素材を用いることができない場合には、金属やカーボン素材のシール材を用いることができる。

ポンプケース５２におけるポンプ室５５の左端付近には、プランジャ５４が図２に示す右方（Ｒ方向）に摺動した際に、作動媒体を作動媒体タンク７２からポンプ室５５内に吸い上げる吸入ポート５９Ｐｉと、プランジャ５４が図２に示す左方（Ｌ方向）に摺動した際に、作動媒体をポンプ室５５内から外部に吐出させる排出ポート５９Ｐｏとを開設してある。

チェック弁６２、６４は、吸入ポート５９Ｐｉの上流側、及び排出ポート５９Ｐｏの下流側に配置される。チェック弁６２、６４は、それぞれ作動媒体の流れる方向を規定する。

ピストンロッド２０の左端部には、タペット５１が配置されている。ピストンロッド２０が往復運動を行うと、タペット５１がプランジャ５４の右端を押す動作と、離す動作とを断続的に繰り返す。これにより、作動媒体を作動媒体タンク７２からボイラ等の熱交換機に供給することができる。

タペット５１の突出長さは、プランジャ５４のストロークを決定するものである。ポンプユニット５０における吐出量は、プランジャ５４の接触時のストロークで決定される。従って、ポンプユニット５０における適正な吐出量の調節は、タペット５１の長さを調節することで行うことができる。

（絞り６０に関する説明）
次に、絞り６０に関する説明を行う。絞り６０は、高圧の作動媒体の流量を制限する機器であり、ピストン１２の移動速度を調節する機器である。ピストンロッド２０の移動速度は、ピストン１２の有効断面積と作動媒体の供給圧力、供給流量、発電量、及び摺動抵抗等で決定される。図２に示す実施形態では、作動媒体の供給源に絞り６０を配置して、作動媒体の流量調節を行っている。絞り６０は、直動発電ユニット４０にて発電される電圧に応じて自動で調節する構成を用いることもできる。

（廃熱交換機７０に関する説明）
次に、廃熱交換機７０に関する説明を行う。廃熱交換機７０は、シリンダ１４内部にてピストン１２を駆動するのに用いた高温の作動媒体から熱を回収して、ボイラ等の熱交換機に供給する作動媒体を加熱する機器である。

（直動発電装置８における動作の説明図）
次に、図３乃至図７を用いて、本発明に係る直動発電装置８の、動作の遷移状態について説明する。図３は、ＰＩＳＴＯＮ位置と、その時の駆動方向と、各配管の使用状況とを説明する図表である。図４は、ＰＩＳＴＯＮ位置がシリンダユニット１０の左駆動端ＤＬに到達した状態の、第１工程を説明する図である。図５は、ＰＩＳＴＯＮ位置がシリンダユニット１０の中央部にある場合であって、左から右に向かって移動している状態の、第２工程を説明する図である。図６は、ＰＩＳＴＯＮ位置がシリンダユニット１０の右駆動端ＤＲに到達した状態の、第３工程を説明する図である。図７は、ＰＩＳＴＯＮ位置がシリンダユニット１０の中央部にある場合であって、右から左に向かって移動している状態の、第４工程を説明する図である。なお、図４乃至図７に説明する実施例では、作動媒体として蒸気（Ｓｔｅａｍ）を用いた場合について説明している。なお、図１及び図２に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

（直動発電装置８における第１工程の動作の説明）
図４及び図３を参照して、直動発電装置８における第１工程について説明する。第１工程は、ＰＩＳＴＯＮ位置が左駆動端ＤＬに到達した状態である。配管Ｌｐｒｅｓｓ及びＲｅｘｈは、休止状態（閉）から使用状態（開）に遷移する。その一方で、前工程において使用状態（開）にあった配管Ｌｅｘｈ及びＲｐｒｅｓｓは、休止状態（閉）に遷移する。

このとき、左空隙１７Ｌは高圧の供給圧と等しく、右空隙１７Ｒは大気圧に等しい。従って、ピストン１２には、右方（Ｒ方向）に移動させる力が働く。これにより、従前左（Ｌ方向）に向かって移動していたピストンロッド２０は、右（Ｒ方向）に向かって移動する。

ポンプユニット５０においては、左方向（Ｌ方向）に向かって押し込まれていたプランジャ５４の動作方向が反転し、右方向（Ｒ方向）に向かって移動を開始する。

直動発電ユニット４０においては、磁石４２とコイル４４とが、相対的に移動することによって行われていた発電が一旦停止し、反対方向に移動し始めることにより、再び発電を開始する。

（直動発電装置８における第２工程の動作の説明）
図５及び図３を参照して、直動発電装置８における第２工程について説明する。第２工程は、ＰＩＳＴＯＮ位置が左側から中央部に到達している状態である。配管Ｌｐｒｅｓｓ及びＲｅｘｈは、第１工程と同様に使用状態（開）である。一方の配管Ｌｅｘｈ及びＲｐｒｅｓｓも、第１工程と同様に、休止状態（閉）である。従って、ピストンロッド２０は、右方（Ｒ方向）に向かって移動を継続する。

ポンプユニット５０においては、プランジャ５４が右方向（Ｒ方向）に向かって移動を継続するので、作動媒体タンク７２からチェック弁６２を介して、ポンプ室５５内に作動媒体（水）を吸い込むことができる。

直動発電ユニット４０においては、磁石４２とコイル４４とが、相対的に移動することによって、発電を行う。

（直動発電装置８における第３工程の動作の説明）
図６及び図３を参照して、直動発電装置８における第３工程について説明する。第３工程は、ＰＩＳＴＯＮ位置が右駆動端ＤＲに到達した状態である。配管Ｒｐｒｅｓｓ及びＬｅｘｈは、休止状態（閉）から使用状態（開）に遷移する。その一方で、前工程において使用状態（開）にあった配管Ｒｅｘｈ及びＬｐｒｅｓｓは、休止状態（閉）に遷移する。

このとき、右空隙１７Ｒは高圧の供給圧と等しく、左空隙１７Ｌは大気圧に等しい。従って、ピストン１２には、左方（Ｌ方向）に移動させる力が働く。従って、右（Ｒ方向）に向かって移動していたピストンロッド２０は、左方（Ｌ方向）に向かって移動を開始する。なお、仕事を終えた作動媒体は、Ｌｅｘｈを経由して排出される。

ポンプユニット５０においては、右方向（Ｒ方向）に向かって押し込まれていたプランジャ５４が反転し、左方向（Ｌ方向）に向かって移動を開始する。

直動発電ユニット４０においては、磁石４２とコイル４４とが、相対的に移動することによって行われていた発電が一旦停止した後に、反対方向に移動し始め、再び発電を開始する。

（直動発電装置８における第４工程の動作の説明）
図７及び図３を参照して、直動発電装置８における第４工程について説明する。第４工程は、ＰＩＳＴＯＮ位置が右側から中央部に到達している状態である。配管Ｒｐｒｅｓｓ及びＬｅｘｈは、第３工程と同様に使用状態（開）である。一方の配管Ｒｅｘｈ及びＬｐｒｅｓｓも、第３工程と同様に、休止状態（閉）である。従って、ピストンロッド２０は、左方（Ｌ方向）に向かって移動を継続する。

ポンプユニット５０においては、プランジャ５４が左方向（Ｌ方向）に向かって移動を継続する。これにより、ポンプ室５５内の作動媒体（水）を、チェック弁６４と廃熱交換機７０とを介して、ボイラに供給することができる。

直動発電ユニット４０においては、磁石４２とコイル４４とが、相対的に移動することによって、発電を行う。

（直動発電装置８における作用、効果の説明）
次に、直動発電装置８における作用及び効果について説明する。上記の第１工程〜第４工程を繰り返し実行することによって、往復運動による発電を行うことができる。本発明に係る直動発電装置８は、専用の駆動制御機器等を別途必要とせずに、直動発電装置８単体で発電を行うことができる。また、本発明に係る直動発電装置８では、スプール３４を駆動するためのドグの位置は、設計上決定するものであるため、組立後や設置後においても調節の必要が無い。従って、直動発電装置８の取付作業や保守作業、管理作業も容易であるために、多くの場所に配置しても、維持管理は容易である。よって、散逸している少量の廃熱を、電力に変換することが容易となる。

直動発電装置８において、ピストン１２、ピストンロッド２０、直動発電ユニット４０、及びスプール３４を、中心軸ＣＬ上に配置することによって、直動発電装置８の幅を狭くすることができ、省スペース化を実現することができる。従って、焼却炉や加熱炉等の熱源の近くの僅かなスペースに対して設置をすることが容易となる。また、廃熱の熱量に応じて、直動発電装置８を複数並べて設置することも容易となる。

上述の説明のように、本発明に係る直動発電装置８は、ピストンロッド２０の往復運動を直接電力に変換するものであるため、回転式の外燃機関のように、位相を９０°変えた２組以上のシリンダユニット等は不要である。また、上記の説明のように、本発明に係る直動発電装置８は、一組のシリンダユニット１０のみで、いつでも起動と停止とが可能である。また、直動発電装置８の起動と停止は、作動媒体の供給のみで制御することもできる。従って、間欠的に熱を発する小規模な熱源に対しても、本発明に係る直動発電装置８を適用して、発電を行うことが可能である。

（第２の実施形態）
次に、図８を参照して、６ポートのバルブユニット１３０（バルブユニット）を用いた実施形態について説明する。なお、図８においては、バルブユニット１３０と直動発電ユニット１４０のみを記載してあり、シリンダユニット１０、ポンプユニット５０等の記載は省略してある。なお、図１及び図２に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

（バルブユニット１３０等の構造の説明）
次に、バルブユニット１３０等の構造についての説明を行う。バルブユニット１３０は、バルブケース１３２と、スプール１３４とを有している。また、ピストンロッド２０には、左可動ドグ１３８Ｌ及び右可動ドグ１３８Ｒ（ドグ）と、左右２つのスプリング１３５が配置されている。

バルブケース１３２の内面には、左右方向（Ｌ−Ｒ方向）を長手方向とする円筒形状の開口を形成してある。当該円筒形状の開口内部には、バルブケース１３２及びピストンロッド２０に対して左右方向（Ｌ−Ｒ方向）に摺動可能なスプール１３４が配置されている。

バルブケース１３２の円筒形状の開口の内周面には、外部に連通する６つのポートが開設されている。シリンダユニット１０に接続するポートは、配管Ｌｅｘｈに対して接続する左空隙用ポート３９Ｌｅと、配管Ｒｅｘｈに対して接続する右空隙用ポート３９Ｒｅと、配管Ｌｐｒｅｓｓに対して接続する左空隙用ポート３９Ｌｐと、配管Ｒｐｒｅｓｓに対して接続する右空隙用ポート３９Ｒｐの、４つのポートである。

右空隙用ポート３９Ｒｅと左空隙用ポート３９Ｌｅとの中間位置には、パージ用の配管ｅｘｈを接続するパージポート３９Ｐｕを成形してある。また、左空隙用ポート３９Ｌｐと右空隙用ポート３９Ｒｐとの中間位置には、供給用の配管ｐｒｅｓｓを接続するプライマリポート３９Ｐｒを形成してある。

スプール１３４は、円筒形状の部材である。スプール１３４の外周部には、作動媒体を供給するための円環状の供給溝部１３６ｐと、作動媒体を排出させるための排出溝部１３６ｅとを形成してある。スプール１３４は、ピストンロッド２０に配される右可動ドグ１３８Ｒ及び左可動ドグ１３８Ｌと接触して、押圧力を受けることにより、図８に示す左右方向（Ｌ−Ｒ方向）に摺動する。

右可動ドグ１３８Ｒ及び左可動ドグ１３８Ｌは、ピストンロッド２０の中心軸ＣＬに沿って摺動可能に配置されている。右可動ドグ１３８Ｒは、スプリング１３５によって図８に示す左方向（Ｌ方向）に付勢されている。一方の左可動ドグ１３８Ｌは、スプリング１３５によって図８に示す右方向（Ｒ方向）に付勢されている。

（バルブユニット１３０の作用の説明）
次に、バルブユニット１３０の作用について説明する。

図８は、ピストンロッド２０が左駆動端ＤＬ（図２参照）に達した状態を示している。この状態においてスプール１３４は、右可動ドグ１３８Ｒによって、左端（Ｌ方向）に押し付けられている。

図８に示す状態では、スプール１３４の排出溝部１３６ｅが、配管ｅｘｈと、配管Ｒｅｘｈとを連通させている。その一方、スプール１３４の供給溝部１３６ｐは、配管ｐｒｅｓｓと、配管Ｌｐｒｅｓｓとを連通させている。この場合においては、シリンダユニット１０における左空隙１７Ｌ（図２参照）は、高圧の供給圧と等しくなっており、右空隙１７Ｒは、大気圧に等しい。従って、ピストン１２には、右方（Ｒ方向）に移動させる力が働く。

ピストンロッド２０が右駆動端ＤＲ（図２参照）に達した場合には、スプール１３４は、左可動ドグ１３８Ｌによって、右端（Ｒ方向）に移動して押し付けられる。そして、スプール１３４の排出溝部１３６ｅが、配管ｅｘｈと、配管Ｌｅｘｈとを連通させる。その一方、スプール１３４の供給溝部１３６ｐは、配管ｐｒｅｓｓと、配管Ｒｐｒｅｓｓとを連通させる。この場合においては、シリンダユニット１０における右空隙１７Ｒは、高圧の供給圧と等しくなっており、左空隙１７Ｌは、大気圧と等しい。従って、ピストン１２には、左方（Ｌ方向）に移動させる力が働く。

（オーバーストローク領域Ｏｓに関する説明）
次に、ピストンロッド２０がオーバーシュートを生じた場合における、バルブユニット１３０周辺の動作状況について説明する。

図８に示すように、ピストンロッド２０が左方向に移動して、左駆動端ＤＬに到達した状態では、既にバルブユニット１３０のスプール１３４は左端（Ｌ方向）に移動している。この場合には、シリンダユニット１０の左空隙１７Ｌには、高圧の供給圧が働いている（図２参照）。しかし、前工程において、ピストン１２は左方（Ｌ方向）へ移動していたので、ピストンロッド２０の慣性力によって急には反転できず、更に左方（Ｌ方向）へオーバーシュートする場合がある。

図８に示す実施形態では、ピストンロッド２０が左駆動端ＤＬに存在していても、更にピストンロッド２０が左方（Ｌ方向）に移動可能なように、右可動ドグ１３８Ｒの摺動部には、オーバートラベルＯｔを確保してある。

この、オーバートラベルＯｔを確保しておくことによって、ピストン１２が移動方向を反転する際における、エアクッションの機能を付加することができる。なお、図８に示す左可動ドグ１３８Ｌとスプール１３４の左端面との間の距離は、プリトラベルＰｔである。

（直動発電ユニット１４０における構造と機能との説明）
次に、図８を参照して、ボイスコイル式の直動発電ユニット１４０の構成と、その機能について説明する。直動発電ユニット１４０は、磁石１４２と、コイル１４４とを有している。

磁石１４２は内外二重の円柱形状をしている。磁石１４２の中央部には、中心軸ＣＬと平行な第一極（例えばＳ極）に磁化された円柱部を有する。磁石１４２における円柱部の外周方向には、所定の隙間を介して配置される第二極（例えばＮ極）に磁化された円筒部を有している。前記円柱部と円筒部とは、図８に示す左端において一体に結合してある。

コイル１４４は、磁石１４２における円柱部の外周と、円筒部の内周との間に形成される円筒状の隙間に配置される。円筒状の隙間には、放射状の磁界が形成されている。ピストンロッド２０が往復運動を行うことに伴って、磁石１４２内部に形成されている円筒形状の隙間内を、コイル１４４が左右方向（Ｌ−Ｒ方向）に往復運動する。この往復運動によって、コイル１４４に交流電流が流れ、発電を行う。

上述のように、６ポートのバルブユニット１３０を用いることによっても、シリンダユニット１０を制御してピストンロッド２０の往復運動を行い、発電を行うことができる。

（第３の実施形態）
次に、図９を参照して、５ポートのバルブユニット２３０（バルブユニット）を用いた実施形態について説明する。なお、図９においては、バルブユニット２３０とシリンダユニット２１０のみを記載してあり、直動発電ユニット４０、ポンプユニット５０等の記載は省略してある。なお、図１及び図２に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

（シリンダユニット２１０の構造の概略説明）
次に、シリンダユニット２１０の構造について概略説明を行う。シリンダユニット２１０は、シリンダ２１４と、ピストン１２と、ピストンロッド２０とを有している。シリンダ２１４の内部におけるピストン１２の左受圧面側には、円筒形状の左空隙１７Ｌが形成されている。また、シリンダ２１４の内部におけるピストン１２の右受圧面側には、右空隙１７Ｒが形成されている。

左空隙１７Ｌには、作動媒体の供給及び排出を行うための、左空隙ポート１９Ｌが形成されている。また、右空隙１７Ｒには、右空隙ポート１９Ｒが形成されている。

（バルブユニット２３０等の構造の説明）
次に、バルブユニット２３０等についての構造に関する説明を行う。バルブユニット２３０は、バルブケース２３２と、スプール２３４とを有している。また、ピストンロッド２０には、左可動ドグ１３８Ｌと、右可動ドグ１３８Ｒ（図９では、記載を省略してある。）と、スプリング１３５が配置されている。

バルブケース２３２の内面には、左右方向（Ｌ−Ｒ方向）を長手方向とする円筒形状の開口を形成してある。当該円筒形状の開口内部には、バルブケース２３２及びピストンロッド２０に対して左右方向（Ｌ−Ｒ方向）に摺動可能なスプール２３４が配置されている。

バルブケース２３２の円筒形状の開口の内周面には、外部に連通する５つのポートが開設されている。シリンダユニット２１０に接続するポートは、左空隙１７Ｌに対して接続する左空隙用ポート３９Ｌと、右空隙１７Ｒに対して接続する右空隙用ポート３９Ｒの２つのポートである。

右空隙用ポート３９Ｒと左空隙用ポート３９Ｌとの中間位置には、供給用の配管ｐｒｅｓｓを接続するプライマリポート３９Ｐｒを形成してある。右空隙用ポート３９Ｒの右側、及び左空隙用ポート３９Ｌの左側には、パージ用の配管ｅｘｈを接続するパージポート３９Ｐｕを成形してある。

スプール２３４は、円筒形状の部材であり、スプール２３４の外周部には、作動媒体を供給するための円環状の供給溝部１３６ｐと、作動媒体を排出させるための円環状の排出溝部１３６ｅを形成してある。スプール１３４は、ピストンロッド２０に配される右可動ドグ１３８Ｒ（図示省略）及び左可動ドグ１３８Ｌと接触して、押圧力を受けることにより、図９に示す左右方向（Ｌ−Ｒ方向）に摺動する。

（バルブユニット２３０の作用の説明）
次に、バルブユニット２３０の作用について説明する。

図９は、ピストンロッド２０が右駆動端ＤＲ（図２参照）に達した状態を示している。この状態においてスプール２３４は、左可動ドグ１３８Ｌによって、右端（Ｒ方向）に押し付けられている。

図９に示す状態では、スプール２３４における左側の排出溝部１３６ｅが、左空隙１７Ｌと配管ｅｘｈとを連通させて、左空隙１７Ｌを大気圧に開放している。その一方、スプール２３４における供給溝部１３６ｐは、配管ｐｒｅｓｓと右空隙１７Ｒとを連通させている。この場合においては、シリンダユニット２１０における右空隙１７Ｒ（図２参照）は、高圧の供給圧と等しくなっている。従って、ピストン１２には、左方（Ｌ方向）に移動させる力が働く。

ピストンロッド２０が左駆動端ＤＬ（図２参照）に達した場合には、スプール２３４は、右可動ドグ１３８Ｒ（図示省略）によって、左端（Ｌ方向）に移動して押し付けられる。そして、スプール２３４における右側の排出溝部１３６ｅが、右空隙１７Ｒと配管ｅｘｈとを連通させる。その一方、スプール２３４の供給溝部１３６ｐは、配管ｐｒｅｓｓと左空隙１７Ｌとを連通させる。この場合においては、シリンダユニット２１０における右空隙１７Ｒは、大気圧と等しくなっており、左空隙１７Ｌは、供給圧と等しくなっている。従って、ピストン１２には、右方（Ｒ方向）に移動させる力が働く。

（オーバーストローク領域Ｏｓに関する説明）
図９に示す実施形態におけるオーバーストローク時の動作は、図８にて説明した動作と同様であるので、その説明は省略する。

以上、実施の形態を参照して本発明による直動発電装置を説明したが、本は発明による直動発電装置は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に様々の変更を行うことが可能である。上記実施形態に記載された事項と上記他の実施形態に記載された事項とを組み合わせることが可能である。

本発明に係る直動発電装置は、水蒸気を用いた発電、バイナリー発電、地熱発電、その他の小規模な発電の用途に用いることができる。また、焼却炉を冷却した蒸気や、加熱炉を冷却した際に生ずる蒸気、その他の廃熱を利用した発電の用途に用いることができる。

地熱を用いたバイナリー発電では、地下から取り出した蒸気又は熱水を用いて、水より沸点の低い液体（ペンタンなど）を加熱・蒸発させ、その蒸気を本発明に係る直動発電装置８に供給して、発電を行うことができる。バイナリー発電では、低沸点媒体を利用することにより、低温の蒸気・熱水を利用して、発電を行うことができる。

また、温泉地などにおいて、直接入浴に利用するには高温すぎる温泉の熱を、５０℃程度の温度に下げる際にも、余剰の熱エネルギーを直動発電装置８に供給して、発電することも可能である。このようなバイナリー発電用に、直動発電装置８を適用することにより、一つでの発電能力は小さいものの、占有面積が比較的小規模で済むことから、多くの場所に設置して発電を行うことができるという利点がある。

８...直動発電装置
１０、２１０...シリンダユニット
１２...ピストン
１４、２１４...シリンダ
１６...パッキン
１７Ｌ...左空隙
１７Ｒ...右空隙
１８...ロッドカバー
１９...ポート
１９Ｌ...左空隙ポート（ポート）
１９Ｒ...右空隙ポート（ポート）
１９Ｌｅ...排出用左空隙ポート（左空隙ポート、ポート）
１９Ｌｐ...供給用左空隙ポート（左空隙ポート、ポート）
１９Ｒｅ...排出用右空隙ポート（右空隙ポート、ポート）
１９Ｒｐ...排出用右空隙ポート（右空隙ポート、ポート）
２０...ピストンロッド
３０Ｌ...左バルブユニット（バルブユニット）
３０Ｒ...右バルブユニット（バルブユニット）
３２、１３２、２３２...バルブケース
３４、１３４、２３４...スプール
３５、１３５...スプリング
３６...溝部
３７...ストッパ
３８Ｌ...左固定ドグ（ドグ）
３８Ｒ...右固定ドグ（ドグ）
３９...ポート
３９Ｌ、３９Ｌｅ、３９Ｌｐ...左空隙用ポート（ポート）
３９Ｐｒ...プライマリポート（ポート）
３９Ｐｕ...パージポート（ポート）
３９Ｒ、３９Ｒｅ、３９Ｒｐ...右空隙用ポート（ポート）
４０、１４０...直動発電ユニット
４２、１４２...磁石
４４、１４４...コイル
５０...ポンプユニット
５１...タペット
５２...ポンプケース
５３...リターンスプリング
５４...プランジャ
５５...ポンプ室
５６...パッキン
５８...プランジャキャップ
５９...ポート
５９Ｐｉ...吸入ポート（ポート）
５９Ｐｏ...排出ポート（ポート）
６０...絞り
６２、６４...チェック弁
７０...廃熱交換機
７２...作動媒体タンク（回収部）
８０...ベース部材
８２...シリンダブラケット
８４...バルブブラケット
８６...ポンプブラケット
１３０、２３０...バルブユニット
１３６ｅ...排出溝部
１３６ｐ...供給溝部
１３８Ｒ...右可動ドグ（ドグ）
１３８Ｌ...左可動ドグ（ドグ）
ＣＬ...中心軸
Ｏｓ...オーバーストローク領域
Ｏｔ...オーバートラベル
Ｐｔ...プリトラベル
ＤＬ...左駆動端
ＤＲ...右駆動端
Ｄｔ...駆動領域
Ｓｔ...可動範囲

Claims (4)

1. ピストン及びシリンダを有するシリンダユニットと、ピストンロッドと、ドグと、直動発電ユニットと、バルブケース及びスプールを有するバルブユニットとを備え、
   前記シリンダは、前記ピストンを中心軸に沿って左右方向に摺動可能に保持し、
   前記ピストンは、左右の受圧面に作動媒体の圧力を交互に受けることにより、少なくとも右駆動端及び左駆動端の間の駆動領域において往復運動を行い、
   前記シリンダユニットは、前記ピストンにおける受圧面を含んで左右に形成される左空隙及び右空隙と、前記左空隙に連通する左空隙ポート、及び前記右空隙に連通する右空隙ポートとを有し、
   前記ピストンロッドは、前記ピストンの往復運動を前記シリンダユニットの外部に伝達し、
   前記直動発電ユニットは、前記ピストンロッドの往復運動を電力に変換して出力し、
   前記バルブケースは、前記スプールを摺動可能に保持すると共に、前記左空隙ポートに接続する左空隙用ポート、及び前記右空隙ポートに接続する右空隙用ポートを有し、
   前記スプールは、前記ピストンロッドに配される前記ドグと接触することにより摺動し、
   前記スプールは、前記ピストンロッドの前記右駆動端及び前記左駆動端において、前記左空隙用ポート及び前記右空隙用ポートに対する、前記作動媒体の供給及び排出を切り替える
   直動発電装置。
2. 前記ピストンロッドの往復運動により駆動され、前記作動媒体を移送するポンプユニットを備える請求項１に記載の直動発電装置。
3. 前記シリンダユニットは、前記駆動領域の外側に、オーバーストローク領域を有する請求項１又は２に記載の直動発電装置。
4. 前記ピストン、ピストンロッド、直動発電ユニット、及びスプールは、中心軸上に配置されている請求項１乃至３のいずれかに記載の直動発電装置。

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