JP4434286B2 - 外燃機関 - Google Patents

Description

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

従来、この種の外燃機関は、液体ピストン蒸気エンジンとも呼ばれ、管状の主容器内に作動媒体を液体状態で流動可能に封入し、主容器の一端部に形成された加熱部にて液体状態の作動媒体の一部を加熱して蒸発させ、主容器の中間部に形成された冷却部にて作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させ、この作動媒体の蒸発と凝縮とを交互に繰り返すことによって作動媒体の液相部分を周期的に変位（いわゆる自励振動）させ、この作動媒体の液相部分の自励振動を、主容器の他端部と連通する出力部にて機械的エネルギとして取り出すように構成されている（例えば、特許文献１）。

この従来技術では、主容器とは別個の補助容器に作動媒体を液体状態で封入し、主容器と補助容器とを絞り部を介して連通させ、補助容器を用いて主容器の内部圧力を制御することによって、外燃機関の出力および効率を向上させることを狙っている。
特開２００７−２５５２５９号公報

図３は、本発明者が検討した外燃機関（以下、検討例と言う。）を示している。この検討例では、複数個（図３の例では３個）の主容器１２〜１４を１つの出力部２１で連結した、いわゆる複気筒型の液体ピストン蒸気エンジンを構成している。

この検討例では、出力部２１における振動軽減等を目的として、複数個の主容器１２〜１４における作動媒体の変位の位相を互いにずらしている。

また、この検討例では、出力部２１のケーシング２９内に作動媒体１１を封入し、ケーシング２９と主容器１２〜１４とを第１連通配管３３を介して連通させ、第１連通配管３３に絞り部３５を形成している。これにより、ケーシング２９が上記特許文献１における補助容器としての機能を発揮する。

また、ケーシング２９内に作動媒体１１を封入することで、ケーシング２９内の空気が出力部２１の出力取り出しピストン２２〜２４とシリンダ２５〜２７との間の微少隙間を通じて主容器１２〜１４内に流入することを防止している。

さらに、この検討例では、第１連通配管３３と並列配置された第２連通配管３４によってケーシング２９と主容器１２〜１４とを連通させ、第２連通配管３４をバルブ３８で開閉するようになっている。

図４は、この検討例における起動時の作動を示すタイミングチャートである。起動時の作動は、出力部２１の出力取り出しピストン２２〜２４を外部から駆動して１周期変位させるモータリング行程と、モータリング行程が終了してから出力（回転数）が所定出力（所定回転数）まで上昇する立ち上がり行程とに大別される。そして、立ち上がり行程が終了すると、所定出力を取り出すことが可能な定常状態になる。

モータリング行程においては、バルブ３８を開くことにより、主容器１２〜１４内の作動媒体１１の過剰分を第２連通配管３４を通じてケーシング２９へ抜く、いわゆる液抜きを行う。

この液抜きを行うと、主容器１２〜１４内の作動媒体１１がケーシング２９へ若干戻りすぎてしまうのであるが、液抜きを行った後にケーシング２９内の作動媒体１１が絞り部３５を通じて主容器１２〜１４内に徐々に流入することで主容器１２〜１４の作動媒体１１が適正量になる。そして、全ての主容器１２〜１４の作動媒体１１が適正量になると、立ち上がり行程が終了して定常状態になる。

しかしながら、図４からわかるように、この検討例によると、複数個の主容器１２〜１４の位相が互いにずれていることに起因して、立ち上がり行程に要する時間（立ち上がり時間）が長くなってしまう。その結果、立ち上がり行程における熱損失が大きくなってしまうという問題がある（詳細は後述）。

この問題の対策として、絞り部３５の流路面積を大きくすることが考えられるが、この対策では、位相の進んだ主容器において作動媒体１１が主容器内に戻りすぎてしまい、結局立ち上がり時間が長くなってしまう虞がある（詳細は後述）。

本発明は、上記点に鑑み、複数個の主容器を備える外燃機関において、立ち上がり時間を短縮することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、作動媒体（１１）が液体状態で流動可能に封入された複数個の管状の主容器（１２、１３、１４）と、
複数個の主容器（１２〜１４）のうち一端側の部位に形成され、主容器（１２〜１４）内の作動媒体（１１）の一部を加熱して作動媒体（１１）の蒸気を発生させる加熱部（１２ａ、１３ａ、１４ａ）と、
複数個の主容器（１２〜１４）のうち加熱部（１２ａ〜１４ａ）よりも他端側の部位に形成され、蒸気を冷却して凝縮させる冷却部（１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ）と、
複数個の主容器（１２〜１４）の他端部と連通し、蒸気の発生と凝縮とに伴う作動媒体（１１）の体積変動によって生じる作動媒体（１１）の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部（２１）と、
互いに並列配置された第１連通配管（３３）および第２連通配管（３４）を介して複数個の主容器（１２〜１４）と連通し、作動媒体（１１）が封入された補助容器（２９）と、
第１連通配管（３３）に設けられた絞り部（３５）とを備え、
複数個の主容器（１２〜１４）において、作動媒体（１１）の液体部分の変位の位相が互いにずれており、
さらに、定常作動時には第１連通配管（３３）を開き、起動時に少なくとも一度、第１連通配管（３３）を閉じる第１開閉手段（３７）と、
定常作動時には第２連通配管（３４）を閉じ、起動時には第２連通配管（３４）を開く第２開閉手段（３８）とを備えることを特徴とする。

これによると、起動時に少なくとも一度、第１連通配管（３３）が閉じられるので、絞り部（３５）の流路面積を大きくしても、位相の進んだ主容器において作動媒体（１１）が補助容器（２９）から戻りすぎることを抑制することができる。このため、立ち上がり時間を短縮することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の外燃機関において、起動時において、第１開閉手段（３７）が第１連通配管（３３）を閉じる時間は、第２開閉手段（３８）が第２連通配管（３４）を開く時間と同じであることを特徴とする。

これによると、位相の最も進んだ主容器において作動媒体（１１）が主容器内に戻りすぎることを効果的に抑制することができるので、立ち上がり時間を効果的に短縮することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の外燃機関において、第１連通配管（３３）および第２連通配管（３４）を開閉する三方弁を備え、
第１開閉手段および第２開閉手段が三方弁によって構成されていることを特徴とする。

これにより、第１、第２開閉手段を簡素化できる。

請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の外燃機関において、第１開閉手段（３７）は、複数個の主容器（１２〜１４）に対応して複数個設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の外燃機関において、出力部（２１）は、作動媒体（１１）の液体部分から圧力を受けて変位するピストン（２２〜２４）と、ピストン（２２〜２４）を摺動可能に保持するシリンダ（２５〜２７）と、シリンダ（２５〜２７）を介して主容器（１２〜１４）と連通するとともに作動媒体（１１）が封入されたケーシング（２９）とを有し、
補助容器がケーシング（２９）によって構成され、
ケーシング（２９）と主容器（１２〜１４）とが、第１連通配管（３３）および第２連通配管（２１、２２）を介して連通していることを特徴とする。

これによると、補助容器を出力部（２１）と一体化して構成を簡素化した外燃機関に対して、本発明を良好に適用することができる。

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

以下、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、本発明による外燃機関を発電装置の駆動源に適用したものであって、図１は本実施形態による外燃機関の概略構成を表す構成図である。本実施形態における図３の検討例との主な相違点は、第１連通配管３３に第１バルブ３７を配置している点である。

外燃機関（液体ピストン蒸気エンジン）１０は、作動媒体１１が液体状態で流動可能に封入された複数個（本例では、３個）の管状の主容器１２、１３、１４と、主容器１２〜１４内の作動媒体１１を加熱して気化させる加熱器１５、１６、１７と、加熱器１５〜１７にて加熱されて気化した作動媒体１１の蒸気を冷却する冷却器１８、１９、２０と、出力を取り出す出力部２１とを備える。なお、本例では、作動媒体１１として水を用いているが、冷媒等を用いてもよい。

主容器１２〜１４は略Ｕ字状に形成されており、屈曲部が最下部に位置し、両端部が上下方向に延びるように配置されている。主容器１２〜１４の一端側の部位には、加熱器１５〜１７が冷却器１８〜２０より上方側に位置するように、加熱器１５〜１７および冷却器１８〜２０が配置されている。

本例では、加熱器１５〜１７が高温ガス（例えば、自動車の排気ガス）と熱交換し、冷却器１８〜２０に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１１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。

主容器１２〜１４のうち加熱器１５〜１７と接触する部位である加熱部１２ａ、１３ａ、１４ａおよび冷却器１８〜２０と接触する部位である冷却部１２ｂ、１３ｂ、１４ｂは熱伝導率に優れた材料とすることが望ましく、本例では、加熱部１２ａ〜１４ａおよび冷却部１２ｂ〜１４ｂを銅又はアルミニウム製としている。

なお、加熱部１２ａ〜１４ａに加熱器１５〜１７を一体に形成してもよく、冷却部１２ｂ〜１４ｂに冷却器１８〜２０を一体に形成してもよい。

主容器１２〜１４のうち加熱部１２ａ〜１４ａおよび冷却部１２ｂ〜１４ｂ以外の部位は断熱性に優れた材料とすることが望ましく、本例では、作動媒体１１を水としていることから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１１が気化する空間を確保するために、加熱部１２ａ〜１４ａの上方部には所定体積の気体（例えば、空気）が封入されている。

主容器１２〜１４の他端部は出力部２１と連通している。出力部２１は、作動媒体１１の液体部分から圧力を受けて変位する出力取り出しピストン２２、２３、２４と、ピストン２２〜２４を摺動可能に保持するシリンダ２５、２６、２７と、ピストン２２〜２４と連結されたクランク２８と、クランク２８を回転可能に支持するとともに作動媒体１１が所定量封入されたケーシング２９と、クランク２８に固定されたフライホイール３０とを有している。

ケーシング２９は、主容器１２〜１４の内部圧力の平均値（以下、主容器内平均圧力と言う。）を調整するための補助容器を構成するものであり、シリンダ２５、２６、２７を介して主容器１２〜１４と連通している。ケーシング２９内の下方部には作動媒体１１が液体状態で充満し、ケーシング２９内の上方部には気体３１が充満している。

気体３１としては作動媒体１１に難溶性を示す気体を用いるのが好ましく、本例では気体３１として、水に難溶性を示すヘリウムを用いている。なお、ケーシング２９内を液体状態の作動媒体１１のみで充満させてもよい。

ケーシング２９は断熱性に優れた材料とすることが望ましく、本例では、作動媒体１１を水としていることからステンレス製としている。

図示を省略しているが、ケーシング２９には、ケーシング２９の内部圧力（以下、ケーシング内圧力と言う。）を調整する圧力調整機構が設けられている。この圧力調整機構は、例えば、ケーシング２９の容積を変化させる圧力調整ピストンと、圧力調整ピストンを駆動する電動アクチュエータとで構成することができる。

クランク２８にはモータージェネレータ３２が連結されている。モータージェネレータ３２は、後述する定常状態時には出力部２１からの出力（クランク２８の回転）によって発電する発電機として機能し、後述する起動時には、図示しない外部電源から供給される電力によって駆動されて起動用モーター（スタータモーター）として機能する。

主容器１２〜１４とケーシング２９は、互いに並列配置された第１、第２連通配管３３、３４を介して連通している。第１、第２連通配管３３、３４は、ケーシング２９側の部位が１本の集合管で構成され、主容器１２〜１４側の部位は集合管から分岐した分岐管で構成されている。第１、第２連通配管３３、３４は断熱性に優れた材料とすることが望ましく、本例では、作動媒体１１を水としていることからステンレス製としている。

第１連通配管３３のうち分岐管で構成された部位にはそれぞれ、絞り部３５が形成されている。絞り部３５は、ケーシング内圧力を主容器内平均圧力とほぼ等しい圧力で安定させる役割を果たす。本例では、絞り部３５として、通路径が縮小された固定絞りを用いている。なお、絞り部３５を、第１連通配管３３のうち集合管で構成された部位に１つのみ形成してもよい。

第２連通配管３４の流路面積は、絞り部３５の流路面積よりも大きくなっている。第２連通配管３４のうち分岐管で構成された部位にはそれぞれ、主容器１２〜１４側からケーシング２９側への作動媒体１１の流れを許容し、ケーシング２９側から主容器１２〜１４側への作動媒体１１の流れを阻止する逆止弁３６が配置されている。

本例では、逆止弁３６として、バネ部を有するバネ式逆止弁を用いており、主容器内圧力がケーシング内圧力よりも大きいときに開弁するようになっている。

第１連通配管３３のうち集合管で構成された部位には、第１連通配管３３を開閉する第１開閉手段をなす第１バルブ３７が配置され、第２連通配管３４のうち集合管で構成された部位には、第２連通配管３４を開閉する第２開閉手段をなす第２バルブ３８が配置されている。

第１、第２バルブ３７、３８は、制御装置３９によって開閉制御される。制御装置３９はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータと、その周辺回路にて構成されるものである。

制御装置３９には、加熱部１２ａ〜１４ａの温度（以下、加熱部温度と言う。）を検出する加熱部温度センサ（図示せず）、冷却部１２ｂ〜１４ｂの温度（以下、冷却部温度と言う。）を検出する冷却部温度センサ（図示せず）、および、ケーシング内圧力を検出する圧力センサ（図示せず）から検出信号が入力される。制御装置３９はこの各センサからの検出信号に基づいて圧力調整機構の電動アクチュエータを駆動制御する。

次に、上記構成における作動を、定常状態時の作動と起動時の作動とに分けて説明する。まず、定常状態時の作動を説明する。加熱器１５〜１７および冷却器１８〜２０を動作させると、加熱器１５〜１７により各加熱部１２ａ〜１４ａ内の作動媒体（水）１１が加熱されて気化し、加熱部１２ａ〜１４ａ内に高温・高圧の作動媒体１１の蒸気が蓄積されて、作動媒体１１の液面を押し下げる。

すると、主容器１２〜１４内において、作動媒体１１の液体部分は、加熱部１２ａ〜１４ａ側から出力部２１側に変位して、出力部２１のピストン２２〜２４を押し上げる。これにより、クランク２８およびフライホイール３０が回転する。

作動媒体１１の液面が冷却部１２ｂ〜１４ｂまで下がり、冷却部１２ｂ〜１４ｂ内に作動媒体１１の蒸気が進入すると、この蒸気が冷却器１８〜２０により冷却されて液化されるため、作動媒体１１の液面を押し下げる力が消滅する。

この結果、作動媒体１１の蒸気の膨張によって一旦押し上げられた出力部２１のピストン２２〜２４がフライホイール３０の慣性力によって押し戻されて下降し、主容器１２〜１４内において作動媒体１１の液体部分が出力部２１側から加熱部１２ａ〜１４ａ側に変位して、作動媒体１１の液面が加熱部１２ａ〜１４ａまで上昇する。

そして、こうした動作は、加熱器１５〜１７および冷却器１８〜２０の作動を停止させるまで繰り返し実行され、その間、主容器１２〜１４内において作動媒体１１の液体部分は周期的に変位（いわゆる自励振動）して、ピストン２２〜２４を上下動させてクランク２８を回転させることになる。

後述する図２に示すように、作動媒体１１の自励振動の位相は、複数個の主容器１２〜１４で互いにずれている。これにより、出力部２１における振動軽減等を図っている。

上述のようにケーシング２９内に作動媒体１１を封入しているので、ピストン２２〜２４を上下動する際に、ケーシング２９内の空気がピストン１６とシリンダ１７との間の微少隙間を通じて主容器１２〜１４内に流入することを防止できる。

定常状態時において、制御装置３９は、主容器内平均圧力を調整する制御を行う。この主容器内平均圧力を調整する制御については上記特許文献１に詳細に記載されているので、その概要を簡単に説明する。制御装置３９は、まず、加熱部温度と、予め制御装置３９に記憶された作動媒体１１の蒸気圧曲線とに基づいて、加熱部温度での作動媒体１１の飽和蒸気圧を算出するとともに、冷却部温度と作動媒体１２の蒸気圧曲線とに基づいて、冷却部温度での作動媒体１２の飽和蒸気圧を算出する。。

次に、加熱部温度での作動媒体１１の飽和蒸気圧と冷却部温度での作動媒体１２の飽和蒸気圧との平均値を算出し、この平均値を主容器内平均圧力の目標値とする。なお、冷却部温度での作動媒体１２の飽和蒸気圧は大気圧（０．１ＭＰａ）とほぼ等しくなるので、加熱部温度での作動媒体１１の飽和蒸気圧と大気圧（０．１ＭＰａ）との平均値を主容器内平均圧力の目標値としてもよい。また、これらの平均値を適宜補正した値を目標値としてもよい。

そして、ケーシング内圧力が目標値よりも低いときには、圧力調整機構の電動アクチュエータが圧力調整ピストンを押し出してケーシング２９の容積を減少させる。これによりケーシング２９内の作動媒体１１が圧縮されてケーシング内圧力が上昇する。

一方、ケーシング内圧力が目標値よりも高いときには、圧力調整機構の圧力調整ピストンを引き込んでケーシング２９の容積を減少させる。これによりケーシング２９内の作動媒体１１が膨張してケーシング内圧力が低下する。

すると、主容器内平均圧力が、ケーシング内圧力に追従して変化して目標値に近づく。これにより、加熱部温度が変動しても、主容器内平均圧力をほぼ目標値に維持することができるので、加熱部温度の変動による性能（出力および効率）の低下を防止できる。

次に、起動時の作動を図２に基づいて説明する。図２は、起動時の作動を示すタイミングチャートである。起動時の作動は、出力取り出しピストン２２〜２４を外部から駆動して１周期変位させるモータリング行程と、モータリング行程が終了してから出力（回転数Ｎ）が所定出力（所定回転数）まで上昇する立ち上がり行程とに大別される。なお、立ち上がり行程が終了すると、上述した定常状態になって、所定出力を取り出すことが可能になる。

起動時には、主容器１２〜１４内の作動媒体１１の液量（以下、主容器内液量と言う。）が過剰になっているので、モータリング行程において、主容器内液量の過剰分をケーシング２９へ抜く、いわゆる液抜きを行う。

ここで、起動時に主容器内液量が過剰になっている理由を簡単に説明する。外燃機関１０を停止させると、加熱部温度の低下に伴って作動媒体１１の蒸気が凝縮して液化して、主容器１２〜１４の内部圧力（以下、主容器内圧力と言う。）が低下するので、ケーシング２９内の液体状態の作動媒体１１が絞り部３５を通じて主容器１２〜１４へと流入する。

また、ケーシング２９内の作動媒体１１は、ピストン１６とシリンダ１７との間の微小隙間をも通じて徐々に主容器１２〜１４内に流入する。そのため、起動時には主容器内液量が過剰になっているのである。

モータリング行程では、モータージェネレータ３２を外部電源によって駆動し、出力取り出しピストン２２〜２４を１周期変位させる。したがって、モータリング行程において、ピストン２２〜２４が下死点を１回通過することとなる。なお、モータリング行程では、制御装置３９が第１バルブ３７を閉じるとともに、第２バルブ３８を開く。

ピストン２２〜２４が上死点から下死点に向かって移動すると、主容器１２〜１４内の作動媒体１１が圧縮され、主容器内圧力が上昇する。このとき、圧力調整ピストン１９ａをケーシング２９の容積を最大にする位置に操作し、ケーシング内圧力を最小圧力にしておく。

このため、主容器内圧力がケーシング内圧力よりも大きくなって第２連通配管３４の逆止弁３６が開弁するので、主容器１２〜１４内の液体状態の作動媒体１１が逆止弁３６および第２バルブ３８を通過してケーシング２９に流入する。これにより、主容器内液量の過剰分がケーシング２９へ抜かれることとなる。

ちなみに、モータリング行程では、モータージェネレータ３２の外部負荷を大きくすることによって、モータージェネレータ３２の駆動周波数を定常状態時よりも小さくしている。

このため、モータリング行程では、ピストン２２〜２４の変位速度が遅くなって第２連通配管３４を流れる作動媒体１１の流速が遅くなるので、第２連通配管３４の流路圧損（圧力損失）を低減することができる。

本例では、第２連通配管３４の流路圧損が、加熱部温度での飽和蒸気圧よりも小さくなるようにしている。その結果、主容器１２〜１４内の作動媒体１１の過剰分をケーシング２９へ速やかに抜くことができる。なお、第２連通配管３４の流路面積および流路長を大きくすることによって、第２連通配管３４の流路圧損を加熱部温度での飽和蒸気圧よりも小さくしてもよい。

このように、ピストン２２〜２４が下死点を通過することで液抜きが行われるのであるが、図２に示すように、液抜きを行うと、主容器１２〜１４内の作動媒体１１がケーシング２９へ若干流出しすぎてしまい、主容器内液量が若干不足してしまう。

ここで、上記検討例のように、第１連通配管３３に第１バルブ３７を配置していない場合には、ケーシング２９内の作動媒体１１が絞り部３５を通じて主容器１２〜１４内へ徐々に流入することによって、主容器内液量の不足分が主容器１２〜１４内へ戻り、主容器液量が適正量になる。

しかしながら、図４からわかるように、上記検討例では、主容器１２〜１４間で位相が互いにずれていることに起因して、主容器液量が適正量になるタイミングが主容器１２〜１４毎に異なることとなる。

そのため、主容器１２〜１４のうち位相が最も進んだ主容器では、モータリング行程の終了とほぼ同時に主容器液量が適正量になるのに対し、位相が最も遅れた主容器では、モータリング行程が終了してから主容器液量が適正量になるまでに時間がかかる。

その結果、上記検討例では、立ち上がり行程に要する時間（以下、立ち上がり時間と言う。）が長くなってしまい、立ち上がり行程における熱損失が大きくなってしまうという問題がある。

この問題の対策として、絞り部３５の流路面積を大きくすることが考えられる。この対策によると、ケーシング２９から絞り部３５を通じて主容器１２〜１４内に流入する流量を増加させることができるので、主容器液量を速やかに適正量にすることができる。

しかしながら、この対策では、位相が最も進んだ主容器では作動媒体１１がケーシング２９から戻りすぎてしまい、主容器内液量が再び過剰になってしまう虞がある。そして、主容器内液量が過剰になってしまうと所定出力を取り出すことができないので、結局立ち上がり時間が長くなってしまう。

この点に鑑みて、本実施形態では、絞り部３５の流路面積を大きくするとともに、第１連通配管３３に第１バルブ３７を配置することによって、立ち上がり時間を短縮している。

具体的には、モータリング行程時に第１バルブ３７を閉じるので、絞り部３５の流路面積を大きくしても、位相が最も進んだ主容器において作動媒体１１がケーシング２９から戻りすぎることを防止することができる。

そして、モータリング行程が終了すると第１バルブ３７を開くので、ケーシング２９内の作動媒体１１を絞り部３５を通じて主容器１２〜１４内に速やかに流入させて主容器液量を速やかに適正量にすることができる。

その結果、立ち上がり時間を短縮することができるので、立ち上がり行程における熱損失を低減することができる。

なお、第２バルブ３８はモータリング行程が終了すると閉じられるので、立ち上がり行程時および定常状態時に逆止弁３６が開弁しても、作動媒体１１が第２連通配管３４を通じてケーシング２９へと流入することがない。

このため、定常状態時に主容器１２〜１４内の作動媒体１１が第２連通配管３４を通じてケーシング２９に流入して主容器内液量が適正量より少なくなってしまい、外燃機関１０の性能が低下してしまうという不具合を防止できる。

（他の実施形態）
なお、上記一実施形態は、第１、第２バルブ３７、３８の開閉タイミングの一例を示したものに過ぎず、第１、第２バルブ３７、３８の開閉タイミングを多少前後に変更することが可能である。

また、上記一実施形態では、第１連通配管３３に第１バルブ３７を配置し、第２連通配管３４に第２バルブ３８を配置しているが、第１、第２バルブ３７、３８の代わりに、第１、第２連通配管２１に三方弁を配置してもよい。これにより、第１、第２連通配管３３、３４を開閉する第１、第２開閉手段の構成を簡素化できる。

また、上記一実施形態では、第１連通配管３３を開閉する第１開閉手段を第１バルブ３７によって構成しているが、絞り部３５として電気式の可変絞りを用いれば、第１開閉手段を絞り部３５によって構成することができる。

また、上記一実施形態では、ケーシング２９に上記特許文献１の補助容器としての機能を発揮させることによって、上記特許文献１の補助容器を出力部２１と一体化しているが、上記特許文献１と同様に、補助容器を出力部２１と別体化してもよい。

また、上記一実施形態では、ケーシング２９に圧力調整機構を設けることによって主容器内平均圧力を調整可能にしているが、圧力調整機構を廃止して主容器内平均圧力を調整しないようにしてもよい。

また、上記一実施形態では、各主容器１２〜１４を一本の管状に形成しているが、各主容器１２〜１４のうち加熱部１２ａ〜１４ａ側の部分を複数本の分岐管で構成し、各主容器１２〜１４のうち残余の部分を一本の集合管で構成するようにしてもよい。

また、上記一実施形態では、本発明を発電装置の駆動源に適用した場合について説明したが、本発明の外燃機関は、発電装置以外の駆動源としても利用することができる。

本発明の一実施形態における外燃機関の概略構成を示す構成図である。 一実施形態における起動時の作動を示すタイミングチャートである。 検討例における外燃機関の概略構成を示す構成図である。 検討例における起動時の作動を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１１ 作動媒体
１２、１３、１４ 主容器
１２ａ、１３ａ、１４ａ 加熱部
１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ 冷却部
２１ 出力部
２９ ケーシング（補助容器）
３３ 第１連通配管
３４ 第２連通配管
３５ 絞り部
３７ 第１バルブ（第１開閉手段）
３８ 第２バルブ（第２開閉手段）

Claims (5)

1. 作動媒体（１１）が液体状態で流動可能に封入された複数個の管状の主容器（１２、１３、１４）と、
   前記複数個の主容器（１２〜１４）のうち一端側の部位に形成され、前記主容器（１２〜１４）内の前記作動媒体（１１）の一部を加熱して前記作動媒体（１１）の蒸気を発生させる加熱部（１２ａ、１３ａ、１４ａ）と、
   前記複数個の主容器（１２〜１４）のうち前記加熱部（１２ａ〜１４ａ）よりも他端側の部位に形成され、前記蒸気を冷却して凝縮させる冷却部（１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ）と、
   前記複数個の主容器（１２〜１４）の他端部と連通し、前記蒸気の発生と凝縮とに伴う前記作動媒体（１１）の体積変動によって生じる前記作動媒体（１１）の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部（２１）と、
   互いに並列配置された第１連通配管（３３）および第２連通配管（３４）を介して前記複数個の主容器（１２〜１４）と連通し、前記作動媒体（１１）が封入された補助容器（２９）と、
   前記第１連通配管（３３）に設けられた絞り部（３５）とを備え、
   前記複数個の主容器（１２〜１４）において、前記作動媒体（１１）の液体部分の変位の位相が互いにずれており、
   さらに、定常作動時には前記第１連通配管（３３）を開き、起動時に少なくとも一度、前記第１連通配管（３３）を閉じる第１開閉手段（３７）と、
   前記定常作動時には前記第２連通配管（３４）を閉じ、前記起動時には前記第２連通配管（３４）を開く第２開閉手段（３８）とを備えることを特徴とする外燃機関。
2. 前記起動時において、前記第１開閉手段（３７）が前記第１連通配管（３３）を閉じる時間は、前記第２開閉手段（３８）が前記第２連通配管（３４）を開く時間と同じであることを特徴とする請求項１に記載の外燃機関。
3. 前記第１連通配管（３３）および前記第２連通配管（３４）を開閉する三方弁を備え、
   前記第１開閉手段および前記第２開閉手段が前記三方弁によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の外燃機関。
4. 前記第１開閉手段（３７）は、前記複数個の主容器（１２〜１４）に対応して複数個設けられていることを特徴とする請求項１に記載の外燃機関。
5. 前記出力部（２１）は、前記作動媒体（１１）の液体部分から圧力を受けて変位するピストン（２２〜２４）と、前記ピストン（２２〜２４）を摺動可能に保持するシリンダ（２５〜２７）と、前記シリンダ（２５〜２７）を介して前記主容器（１２〜１４）と連通するとともに前記作動媒体（１１）が封入されたケーシング（２９）とを有し、
   前記補助容器が前記ケーシング（２９）によって構成され、
   前記ケーシング（２９）と前記主容器（１２〜１４）とが、前記第１連通配管（３３）および前記第２連通配管（２１、２２）を介して連通していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の外燃機関。

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