JP7828126B1 - 卓上型エンジン駆動発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンスフリーで携帯可能なサイズであり、且つ炎の燃焼を伴わず、小型電子機器の充電池及び充電用電池を充電する電力を発電する卓上型エンジン駆動発電装置を提供する。
【解決手段】卓上型エンジン駆動発電装置は、燃料カートリッジが収容する炭化水素を含む燃料を気化して燃料ガス雰囲気を生成し、発熱体を燃料ガス雰囲気に接して触媒燃焼により発熱させる。この発熱を外燃機関のエンジンに与えて、発熱により外部から第１のシリンダ内の気体を膨張させ、且つ放熱により第２のシリンダ内の気体を収縮させて、各シリンダに嵌入するピストンを駆動する。発電部がエンジンの駆動力を用いて発電し、発電された電力を電源回路が予め設定する出力値に変換して出力する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、エンジン駆動で発電し、小型電子機器が搭載する充電池や充電用電池の充電を行う卓上型エンジン駆動発電装置に関する。

従来、スマートフォンや携帯型パソコン等の小型電子機器の電源として、充電により繰り返し利用可能なリチウムイオン電池に代表される種々の充電池が用いられている。これらの充電池は、装着した機器本体や専用の充電器を、商用電力が供給されているコンセント（差込接続器）にプラグ接続して充電している。また、コンセントがない屋外などでは、充電用リチウムイオン電池等からなる携帯型の充電用電池が利用されている。以下の説明において、小型電子機器内に搭載されて駆動に用いられる電池を充電池と称し、その充電池を充電するための電池を充電用電池と称する。この充電用電池は、電子機器に搭載される充電池の充電に用いられた場合、電池容量が減少し、再度利用するためには、コンセントにプラグ接続して、充電することが必要となる。

特開２０１２－１２５７６５号公報

前述したように、電子機器に搭載される充電池を充電する充電用電池は、電池残容量が規定量以下に減少した場合には、プラグ接続により充電しなければ、再度、他の機器への充電に利用することができない。即ち、外出先や屋外でコンセントがない場合や停電等により商用電力が供給されていない場合には、電池残量のない充電池や充電用電池を充電することができない。震災や火災等の災害により避難した退避場所や避難所等においては、現在の状況を把握するために、特にスマートフォン等の通信機能を搭載する電子機器は有用であるが、災害や停電により充電する環境が整わない状況下では、長期に渡り電子機器を利用することに制限が掛かる。

一般に普及するソーラーパネル等の太陽発電機器は、発電するための光（太陽光等）を必要とし、外的要因、即ち、照明や外光がない場所（例えば、地下や窓のない部屋）、時間帯（例えば、夜間）及び天候（例えば、豪雨や降雪）等々により発電の可否や充電時間が大きく影響される。また、ソーラーパネルの発電する電力量は、受光面の面積に従うため、相応の電力を得るためには、比較的大きくなり、重量も重くなる。

また、ガソリンを燃料とする内燃機関のエンジンを搭載する発電機もあるが、発生する騒音が大きく、且つ中毒を引き起こす有害な排気ガスの排出量も多いため、基本的には屋外で使用することが前提となっている。よって、居室内で手軽に利用できるものではない。さらに、この発電機は、発電する電力が工作器機や家電等に電力を供給することが主たる用途であるため、エンジンのサイズも大きく重量も重いため、携帯するには不便であり、保管場所も限定される。特に、内燃機関のエンジンは、潤滑油の状態も駆動に影響を与えるため、定期的なメンテナンスを必須とする。

また、特許文献１には、発熱手段を内燃機関であるディーゼルエンジンの排気機構内に備える装置が提案されている。発熱手段は、排ガス中に炭化水素を注入し、触媒上で燃焼させて、排気機構部品を加熱するための熱を発生させる。特許文献１には、技術的特徴として、自動車の排ガス浄化触媒として利用されるパラジウム及び白金を特定の配置と割合で組み合わせて相乗作用を伴った触媒を用いることが記載されている。即ち、白金とパラジウムの組み合せで用いることで単独で使用するよりも、排気ガス処理に関わる器機の温度を高めることができ、触媒出口温度を約６００℃に上昇させて、活性がより高くなることが記載されている。

そこで本発明は、テーブル上で利用可能な携帯サイズであり、炎を伴わない触媒燃焼により安全性が高く、メンテナンスフリーな外燃機関エンジンを搭載し、携帯型の充電用電池及び小型電子機器の充電池を充電するための電力を発電する卓上型エンジン駆動発電装置を提供することを目的とする。

本発明に従う実施形態に係る卓上型エンジン駆動発電装置は、炭化水素を含む燃料を収容する着脱可能な燃料カートリッジと、前記燃料カートリッジから前記燃料の供給量をシャッタの開閉により調整して供給する供給部と、前記供給量の燃料を気化して空気を混合し、任意のエリア内に燃料ガス雰囲気を生成する燃料気化部と、前記燃料ガス雰囲気に接して触媒燃焼により発熱する発熱体と、それぞれにピストンが嵌入されて、シリンダ間が連通される第１のシリンダ及び第２のシリンダを対で備え、前記第１のシリンダの外側から前記発熱体の前記発熱が与えられて、当該第１のシリンダ内の気体を膨張させ、且つ外部への放熱による温度降下により前記第２のシリンダ内の気体を収縮させて、前記シリンダ間の温度差により前記ピストンを駆動させる外燃機関のエンジンと、前記エンジンが出力する駆動力を用いて発電する発電部と、前記発電部により発電された電力を予め設定する出力値に変換する電源回路と、前記電源回路から前記出力値の電力を出力する出力端子と、を具備する。

本発明の実施形態によれば、テーブル上で利用可能な携帯サイズであり、炎を伴わない触媒燃焼により安全性が高く、メンテナンスフリーな外燃機関のエンジンを搭載し、充電用電池及び小型電子機器の充電池を充電するための電力を発電する卓上型エンジン駆動発電装置を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る発電装置の第１の構成例を概念的に示すブロック図である。 図２（ａ）は、第１の実施形態に係る発電装置の一構造例を示す正面図である。図２（ｂ）は、発電装置の一構造例を示す背面図である。図２（ｃ）は、発電装置の一構造例を示す側面図である。 図３は、第１の実施形態に係る発電装置を収納する筐体の一例を図である。 図４（ａ）は、第１の実施形態に係る燃料カートリッジ及びキャップの外観構成を示す図である。図４（ｂ）は、燃料カートリッジの後面の構成例を示す図である。図４（ｃ）は、燃料カートリッジの断面構成を示す図である。 図５（ａ）は、第１の実施形態に係る発電装置の燃料気化部及びフード部に取り付けられた状態の供給部の概念的な構成例を示す図である。図５（ｂ）は、供給部の側面図である。図５（ｃ）は、供給部の断面構成を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係る触媒部の構成例を示す図である。 図７（ａ）は、第１の実施形態に係るエンジンの第１の構成例の断面を示す図、図７（ｂ）は、エンジンの第１の構成例の外観を示す図、図７（ｃ）は、エンジンの第１の構成例を側方から見た外観を示す図である。 図８（ａ）は、第１の実施形態に係る発電装置の発電部の構成例を示す図である。図８（ｂ）は、発電部の側面図である。図８（ｃ）は、発電部の断面構成を示す図である。 図９（ａ）は、第１の実施形態に係る手動スタータの外観構成を示す図、図９（ｂ）は、手動スタータを側方から見た外観構成を示す図、図９（ｃ）は、手動スタータの断面図である。 図１０（ａ）は、エンジンの斜め上から見た外観図、図１０（ｂ）は、エンジンを側方から見た外観図、図１０（ｃ）は、エンジンの正面から見た外観図、図１０（ｄ）は、図１０（ｂ）は、エンジンの断面図である。 図１１は、第２の実施形態に係る卓上型エンジン駆動発電装置の構成例を概念的に示す図である。

本発明は、テーブル等に載置してエンジン駆動で発電する小型の発電装置に係るものであり、ソーラー発電機と区別するために、卓上型エンジン駆動発電装置と称している。
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。
図１及び図２は、第１の実施形態に係る卓上型エンジン駆動発電装置の第１の構成例を概念的に示す図である。
図1は、発電装置１の構成を示すブロック図である。図２（ａ）は、発電装置１の具体的な一構造例を示す正面図、図２（ｂ）は、発電装置１の具体的な一構造例を示す背面図、及び図２（ｃ）は、発電装置１の具体的な一構造例を示す側面図である。図３は、発電装置１を収納する筐体の一例を図である。勿論、この構造例に限定されるものではない。
本実施形態の発電装置１は、燃料カートリッジ２、供給部３、燃料気化部４、発熱体５、エンジン６、スタートヒータ７、発電部８、電源回路９、制御部１０、表示部１１、慣性部１２、始動スイッチ１３、手動スタータ（手動発電機）１４、及び出力端子１５で構成される。

発電装置１は、図３に示す筐体２００内に収納されている。筐体２００は、フレーム２０１と、フレーム２０１を覆う本体カバー２０２と、ハンドル２０７とで構成される。尚、ハンドル２０７は、携帯時に利用するものではあるが、構成部位としては必須ではなく、ここでは発電装置１のサイズ感を示すために記載している。フレーム２０１は、発電装置１を搭載する架台である。本体カバー２０２には、手動スタータ１４、及び表示部１１（表示画面）が設置されている。さらに、必要に応じて、本体カバー２０２に放熱用の複数の孔や放熱フィンを設けてもよい。また、筐体２００内において、後述する図２（ａ）に示す燃料気化部４（フード部３１）、発熱体５及びエンジン６は、フレーム２０１に形成された断熱部１６により他の構成部位（発電部８、電源回路９、制御部１０及び表示部１１等）と区分されており、発熱体５が発生する熱による影響が他の構成部位に及ばないように構成されている。本体カバー２０２の側面には、カートリッジ取り付け用穴２０３が開口され、後述する供給部３の挿入口２５が露呈する。

また、カートリッジ取り付け用穴２０３には、不使用時に異物が入り込まないように、取り外し可能なカバー（図示せず）を設けてもよい。さらに、カートリッジ取り付け用穴２０３の周囲の縁には、弾性部材による振動防止部材２０５が設けられている。振動防止部材２０５は、燃料カートリッジ２に対して発電時における本体カバー２０２からの振動による影響（接触音等）が少なくなるように、燃料カートリッジ２に加わる振動を打ち消している。また、振動防止部材２０５は、燃料カートリッジ２と供給部３の挿入口２５との螺合状態における緩みの発生の防止に寄与する。

発電装置１は、エンジン６の駆動により振動が発生するため、筐体２００の下面に防振ゴムやバネ等の弾性部材２０６を上下に挟んだ防振架台（枠体）２０４を取り付けて、その振動を吸収・減衰し、発電装置１の振動による移動（跳ねるように移動）を防止する。さらに、その移動と共に、振動による騒音を低減する。さらに、振動防止だけではなく、筐体２００の下面に防振架台２０４を取り付けたことで、筐体２００が載置面から浮くこととなり、載置面との間に空気の流れを作り、筐体２００の放熱に寄与する。

以下に、発電装置１の構成部位について詳細に説明する。
制御部１０は、中央演算処理回路（ＣＰＵ）を備え、コンピュータと同様に、プログラムに従った演算処理を行う演算処理部である。制御部１０は、少なくとも電源回路９及び表示部１１に関わる制御信号（エラー検出や出力値の管理）及び表示用信号を生成して出力する。また、制御部１０の駆動用電源は、手動スタータ１４又は電源回路９から供給される。制御部１０には、温度センサ２８からフード部３１内の温度を計測する温度信号が入力する。また、本実施形態には、記載していないが、スタートヒータ７の温度を検出する温度センサをスタートヒータ７上に配置してもよい。

［燃料カートリッジ］
図４は、燃料カートリッジ２の概念的な構成例を示す図である。
図４（ａ）は、燃料カートリッジ２及びキャップ２３の外観構成を示す図、図４（ｂ）は、燃料カートリッジ２の後面の構成例を示す図、図４（ｃ）は、燃料カートリッジ２の断面構成（図４（ｂ）に示す線分Ａ－Ａ）を示す図である。
燃料カートリッジ２は、例えば、スチール等の金属製又は、樹脂製であり、気密及び水密に形成されるボトルであり、後述する発電体５を化学的変化（触媒燃焼）により発熱させるための炭化水素を含む燃料を収容する容器２１である。尚、容器２１がスチール製の場合には、外面に防錆処理を施した方が望ましい。容器２１は、先端側には燃料を供給するための突出する口栓部２１ａが設けられる。口栓部２１ａは、開口頂部に平坦な縁が設けられ、その外側面には、筐体２００に固定するための雄ねじ２１ｂが設けられたスクリュー栓に形成されている。

雄ねじ２１ｂは、供給部３の挿入口２５の内側面に形成された雌ねじ２５ａ（図５（ｃ）参照）と螺合する。これらの雄ねじ２１ｂと雌ねじ２５ａとが螺合することで、容器２１が気密且つ水密に供給部３へ固定される。即ち、燃料カートリッジ２が発電装置１に装着される。燃料カートリッジ２の後端側には、雌ねじ２５ａを螺合させるための摘み部２１ｅが設けられている。

また、摘み部２１ｅに隣接した箇所に、小径の空気孔（ネジ穴）２１ｃが形成される。容器２１の未使用時は、燃料の蒸発や液漏れを防止するために空気孔２１ｃを塞ぐように、空気調整ネジ２１ｄが螺合されている。この空気調整ネジ２１ｄのネジ山には、ネジ先端からネジ頭部手前までネジ山を縦断するように、空気の通路となる縦溝（図示せず）が形成されている。燃料カートリッジ２を筐体２００に固定した後に、空気調整ネジ２１ｄを回して緩めることにより、縦溝を通じて空気孔２１ｃから空気を容器２１内に取り入れて、容器２１内を大気圧に維持することができる。容器２１内を常に大気圧にすることで、燃料をスムーズに流出させることができ、且つ室温上昇による容器２１内の圧力増加を防止することができる。また、使用途中で燃料が残った状態の燃料カートリッジ２を取り外す場合には、空気調整ネジ２１ｄを回して締め込むことで空気孔２１ｃを塞ぎ、容器２１からの燃料の流出を防止することができる。

口栓部２１ａの開口頂部には、ゴム等の弾性部材又は樹脂部材（軟性）を用いて、中央に小径の孔又は切り込みが形成された燃料供給栓２２が装着されている。燃料供給栓２２は、後述する挿入口２５内のフィルタ２５ｂへ燃料が滲み出る程度の流出量となるように、孔の径や切り込みの開口面積が設定されている。燃料供給栓２２は、他の例として、ガラス繊維や不織布等のフィルタ素材を整形して、口栓部２１ａの開口にはめ込む形状に形成して用いてもよい。さらに、スクリュー栓には、燃料供給栓２２を収容し、取り外し可能で不使用時に水密及び気密に密封できるキャップ２３が取り付けられている。

容器２１に収容される燃料は、炭化水素を含む燃料であり、発電体５が例えば、白金であれば、ベンジン、ホワイトガソリン、又はアルコール等である。本実施形態において、後述するエンジン６は、外燃機関のエンジンであるスターリングエンジンを一例としている。スターリングエンジンは、燃費効率が高いため、燃料カートリッジ２の燃料の容量は、少量であってもよい。発電時間に応じて、燃料カートリッジ２に収容する燃料の量を変更してもよい。また、種々の発電時間（利用時間）に応じた燃料の量を収容した燃料カートリッジ２を予め複数種、用意してもよい。

［供給部］
図５（ａ）乃至図５（ｃ）を参照して、供給部について詳細に説明する。図５（ａ）は、第１の実施形態に係る発電装置の燃料気化部及びフード部に取り付けられた状態の供給部の概念的な構成例を示す図である。図５（ｂ）は、供給部の側面図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す線分Ａ－Ａの供給部の断面構成を示す図である。
供給部３は、挿入口２５、シャッタ２６、シャッタ駆動部２７及び、温度センサ２８で構成される。

挿入口２５は、前述した筐体２００のカートリッジ取り付け用穴２０３と一致するように配置されている。挿入口２５は、内側面に雌ねじ２５ａが形成され、装着された燃料供給栓２２の先端が僅かに押し付けられる深さの位置に、外部からの異物の進入を防止する網メッシュ又は、ガラス繊維や不織布等により形成されたフィルタ２５ｂが設けられている。燃料カートリッジ２がカートリッジ取り付け用穴２０３から差し込まれて、挿入口２５と螺合して固定された際、挿入口２５のフィルタ２５ｂに燃料供給栓２２の先端が当接又は近接している。その時、燃料供給栓２２の先端部分に設けられた孔又は切り込みからフィルタ２５ｂに燃料が流れ出て、フィルタ２５ｂから燃料が滲み出る状態となり、燃料が燃料気化部４に供給される。

シャッタ２６は、挿入口２５のフィルタ２５ｂと燃料気化部４との間に設けられている。シャッタ駆動部２７は、シャッタ２６の開閉を行う駆動機構であり、手動で開閉動作を行うためのレバー２７ａ及び回動軸２７ｂにより構成される。レバー２７ａは、操作を行うために、先端部が図３に示すように、本体カバー２０２に形成したスリットから露呈するように設けられている。回動軸２７ｂは、フード部３１に回動可能に設けられている。レバー２７ａを移動させることで、シャッタ２６が回動軸２７ｂを中心に回動して、燃料気化部４の浸透部３２の面（浸透面）に対して開閉する。

シャッタ２６の開閉の度合いに応じて、浸透部３２への燃料の供給量を調整し又は、供給を停止させることができる。シャッタ２６により燃料の供給を停止することで浸透部３２から気化する燃料が減少し、十分な燃料ガス雰囲気が生成されず、触媒燃焼により発生する発熱温度が停止し、後述するエンジン６が停止する。シャッタ２６は、少なくとも発電装置１の駆動を開始する際に、シャッタ駆動部２７により全開状態にする。また、発電装置１を停止された際には、手動によりシャッタ２６を全閉状態にする。シャッタ２６は、スライド式シャッタを想定しているが、他の構造のシャッタでもよい。

温度センサ２８は、フード部３１内又は発熱体５上のスタートヒータ７の近傍に配置され、発熱体５の温度を間接的に検出する。本実施形態においては、温度センサ２８をフード部３１側に配置した例を示している。温度センサ２８は、例えば、熱電対温度センサである。温度センサ２８の検出信号は、制御部１０へ出力される。制御部１０は、入力した検出信号に基づく演算処理を行い、表示用信号を生成する。また、シャッタ駆動部２７を電動の部位で構成した場合には、制御部１０は、温度センサ２８の検出信号に基づく制御信号（駆動信号）等を生成し、シャッタ２６の開閉動作を制御する。

本実施形態の表示部１１は、本体カバー２０２上に配置されている。表示部１１は、例えば、液晶ディスプレイにより構成され、制御部１０からの表示用信号に基づき、発熱体５の発熱温度等の発電装置１の駆動に必要となる種々の情報を文字や数字により表示する。又は、簡易な表示手法として、複数の発光ダイオードによるインジケータ表示であってもよい。このインジケータ表示の場合は、発熱温度を発光数で表示したり、触媒が行われる適正温度範囲を「緑」、適正温度以外を「赤」で示す簡易な色別表示したりしてもよい。

［燃料気化部］
図１及び図５（ａ）乃至図５（ｃ）を参照して、燃料気化部４について説明する。燃料気化部４は、フード部３１と、浸透部３２で構成される。燃料気化部４は、供給された燃料を気化し、燃料ガスの雰囲気を形成する。以下の説明において、気化した燃料を燃料ガスと称し、燃料ガスがフード部３１内に充満する雰囲気を燃料ガス雰囲気と称する。
フード部３１は、後述するエンジン６の高温シリンダ４１の外面側を任意の隙間を空けて覆うことが可能な有底の筒形状（キャップ形状）に形成される。このフード部３１は、断熱性が高い部材が好適し、例えば、セラミックスや耐熱ガラス等を用いることができる。

フード部３１は、耐熱及び不燃材料であり、フード部３１から周囲に発生する熱が他の構成部位に影響が及ばないように断熱性を有するように形成されている。フード部３１は、気密、及び熱伝導の放出遮断を目的とするものであり、その材料として、例えば、セラミックス部材、又はセルロースファイバー及びグラスウールの繊維を固形化した部材等により任意の形状に形成することができる。また、発熱温度にもよるが、チタン、チタン合金及び７、オーステナイト系ステンレス鋼等も用いることは可能である。勿論、フード部３１は、他にも耐熱材料（セラミック繊維）及び不燃材料（多孔質材料、積層板等）を組み合わせて多層に構成してもよい。他の手法として、フード部３１を覆うように、別体の断熱部位を設けてもよい。

フード部３１の内径及び深さは、高温シリンダ４１の外面との間に、所定の隙間が生じるように内径値及び深さが設定されている。即ち、この隙間は、フード部３１の内面と高温シリンダ４１の外面との間に筒状の空間を作り、この空間は、燃料ガス雰囲気が生成され、触媒燃焼（又は、触媒作用）が行われる触媒燃焼エリア（任意のエリア）となる。この触媒燃焼エリアは、フード部３１の内面と高温シリンダ４１の外面との間の隙間が、例えば、１ｃｍ以下で数ｍｍ程度を想定する。勿論、隙間の距離は、限定されたものではなく、燃料ガス雰囲気の濃度等の設計値に従い、適宜、適正な数値に設定される。また、フード部３１の内面と高温シリンダ４１の外面との隙間の距離は、均一である必要はなく、フード部３１の内側の断面形状と高温シリンダ４１の外側の断面形状とは異なっていてもよい。

さらに、フード部３１は、必ずしも高温シリンダ４１の全外表面を覆う必要なく、所望する発熱温度や発熱体５の形状に応じて、高温シリンダ４１を部分的に覆うように－形成してもよい。さらに、フード部３１の内面に鏡面処理を施して、発生した輻射熱を高温シリンダ４１へ反射してもよい。

この構成において、フード部３１の内面には、浸透部３２の浸透面が露出しており、この浸透面から触媒燃焼エリア内に気化した燃料ガスが供給される。さらに、フード部３１には、外部に繋がる複数のスリット（又は、孔）２９が設けられており、空気（酸素）を取り込むと共に、反応後の排気ガスをフード内から排出し、フード内の触媒燃焼を実施させる。これらのスリット２９の一例として、浸透面の近傍に空気取り入れ口２９ａ及び、浸透面から最も遠い位置に排気口２９ｂをそれぞれ設けてもよい。

さらに、筐体２００の底面側又は側面側に窓（開口）を設けて、前述したフード部３１の空気取り入れ口及び排気口に繋がる配管で連結するように構成してもよい。このように空気取り入れ口及び排気口から筐体２００の窓までの配管を断熱部材で形成することにより、触媒燃焼の発熱時に想定外な炎が発生したとしても配管内に炎が納められて、筐体２００内に漏れ出ることを防止できる。また、筐体２００の窓には、断熱性を有する材質で形成されたカバーを取り付けて、直接、手が触れないような構造としてもよい。

浸透部３２は、燃料カートリッジ２から供給された燃料を浸透させて保持し、フード部３１内面に露出する面（放出面）から液体の燃料を気化させた燃料ガスを放出し、フード部３１の触媒燃焼エリア内で空気と混合して燃料ガス雰囲気を生成する。浸透部３２は、多孔質な構造を有し、且つ耐熱性の高いものが好適し、例えば、吸水石、麦飯石（耐熱加工品）、ゼオライト（耐熱処理品）等の部材を利用でき、液体を透過しつつ保持する部材がよい。勿論、耐熱性を有し、液体を透過し保持するものであれば、上記の部材に限定されるものではない。例えば、鉱物繊維等のロックウールやスラグウールを押し固めたものであっても利用することができる。

［発熱体、スタートヒータ］
図６は、高温シリンダ４１の外面側に形成される触媒部１１０の構成例を示す図である。触媒部１１０は、発熱体５とスタートヒータ７で構成される。本実施形態において、図６に示す発熱体５は、図１に示すように、フード部３１内であり、後述するエンジン６の高温シリンダ４１の外面側における、シリンダ先端の位置から膨張した気体により高温ピストン４６が最も下がった位置（下死点）まで覆うように形成されている。尚、この例においては、発熱体５が高温シリンダ４１の外面上（先端面を含む）に薄膜として形成された例を示しているが、これに限定されるものではなく、フード部３１（燃料気化部）の内面上に薄膜として形成することも可能である。他にも、高温シリンダ４１の外面上及びフード部３１の内面上の両面に形成してもよい。

また、本実施形態において、スタートヒータ７は、高温シリンダ４１の先端面の発熱体５上にリング形状に形成される。勿論、スタートヒータ７のリング形状は、一例であって限定されるものではなく、他の形状であってもよい。スタートヒータ７は、図示しない配線により手動スタータ１４に接続され、手動スタータにより発電された電力が供給されて発熱し、発熱体５による後述する触媒燃焼を開始させる。
発熱体５は、例えば、白金（Pt）又は白金を含む合金（白金合金）を用いる。白金の触媒燃焼を利用し、燃料に含まれる炭化水素を酸化分解させることで発熱させる。白金が触媒として発熱する化学変化は周知であり、例えば、白金触媒式懐炉として用いられ、優れた触媒活性と高い耐久性を有している。本実施形態における白金合金は、白金族金属（PGM）が適用可能であり、例えば、白金、ロジウム及び、パラジウムを適宜、組み合わせた合金である。発熱体５の膜厚は、所望する発熱温度が得られ、少なくとも熱ストレスによる損傷、例えば、ひび割れや剥離などの機械的特性の劣化、熱伝導率の低下、及び触媒燃焼による変質等が生じないのであれば、特に限定されるものではない。

発熱体５を形成する白金を高温シリンダ４１の所望位置に固定化するために、担持物質を用いることができる。例えば、高温シリンダ４１をアルミニウムにより形成し、その表面を酸化することで、酸化アルミニウム（Al2O3）を形成する。酸化アルミニウム（又は、アルミナ）を触媒担体として用いて、白金を固着する。酸化アルミニウムの他にも触媒担体として、酸化シリコン（SiO2)、セラミックス等の公知な触媒担体を用いてもよい。ここでは、触媒担体は、触媒となる発熱体５を付着させるための土台となる物質であるものとする。

発熱体５を高温シリンダ４１の外面上に薄膜として形成するために用いる技術としては、メッキ技術、真空蒸着技術、スパッタリング技術等を用いることができる。例えば、高温シリンダ４１を銅（Cu）により形成し、その表面上に真空蒸着技術を用いて、酸化アルミニウムや酸化シリコンの薄膜を形成し、これらを触媒担体として用いて、その上層に白金膜を積層形成してもよい。又は、アルミニウムやシリコンの薄膜を形成し、アルマイト処理や熱酸化処理により酸化処理を行ってもよい。スパッタリング技術等を用いれば、高温シリンダ４１上の触媒担体の上層に白金膜を形成することも可能である。また、触媒担体を筒形状に形成して、その表面に白金膜を積層形成した後、高温シリンダ４１の外面側に嵌め入れる構成であってもよい。

さらに、発熱体５の触媒燃焼が行われる面積を大きくするために、高温シリンダ４１の外面及びフード部３１の内面は、平坦な面ではなく、凹凸を付けて、表面の面積を増加させる形状であってもよい。即ち、高温シリンダ４１の外面、フード部３１の内面及び、触媒担体の表面に凹凸パターンを形成し、白金膜の表面積を増加することができる。形成される凹凸パターンは、段差を有する模様、例えば、網目状パターン、ストライプ状パターン、螺旋状パターン、及びドット状の凹凸パターンを描画する。これらのパターンは、一手法として電子ビームで描画させてエッチングすることで実現可能である。勿論、発熱体５の触媒燃焼により十分な発熱温度が得られればよく、前述した種々の凹凸パターンを形成することは必須ではない。

発熱体５は、触媒燃焼により気化したベンジン等の炭化水素を含む燃料を二酸化炭素と水へ緩慢に酸化分解し、その反応熱として、４００℃程度までの発熱が得られる。この温度は、燃料ガスの発生量や触媒燃焼が行われるエリアのガス濃度等を調整することで温度調整が可能である。即ち、シャッタ２６や燃料カートリッジ２の口栓部２１ａの開口の大きさによって燃料の供給量を調整すること及び、空気取り入れ口からの空気の取り込み量を調整することで、もっと低温になるように温度調整可能である。

スタートヒータ７は、エンジン始動時に、発熱体５を加熱して、触媒燃焼を開始させると共に、浸透部３２から滲み出る燃料の気化を促進する。スタートヒータ７は、フード部３１の触媒燃焼エリア内に形成されていればよい。発熱体５が白金（Pt）又は白金を含む合金（白金合金）である場合には、触媒燃焼を開始させる加熱温度は、略１３０℃～３００℃程度である。

スタートヒータ７は、例えば、ニクロム線等の電熱線ヒータ、カーボンヒータ又はグラファイトヒータ等であり、小電力の電流を流すことで発熱する。またスタートヒータ７は、気化された燃料による劣化や腐食等の化学的影響を受けないように、ヒータを被膜してもよいし、化学的影響を受けない材料を用いてヒータを製作してもよい。本実施形態では、後述する手回しで発電するコイル式の手動スタータ１４を備えている。手動スタータ１４から供給された電力により、スタートヒータ７は発熱する。尚、後述するバッテリー１７を搭載する構成であって、バッテリー１７が充電されていた場合には、バッテリー出力を用いて、スタートヒータ７を発熱させてもよい。

本願実施形態における発熱温度は、高温シリンダ４１の材料の融点以下の温度であり、且つ燃料が炎を出して燃焼しない触媒燃焼が可能であり、ベンジンを燃料と想定した場合には、自然発火温度（２８０℃：職場のあんぜんサイト 石油ベンジン［厚生労働省］）以下が望ましい。よって、発熱体５の発熱温度は、発電装置全体の高温化を考慮すれば、２８０℃以下が想定される。但し、スリット２９にカバー等を追加し、触媒燃焼エリアで発生した炎が漏れにくい構造、その炎が筐体２００から外部に漏れ出ない構造及び、断熱性をより強化することで筐体２００の表面温度が操作者に熱いと感じさせない温度以下、且つ搭載する構成部の冷却に対応できる構成であれば、２８０℃以上であってもよい。

前述した特許文献１における白金とパラジウムからなる発熱手段は、約６００℃に上昇させている。本実施形態の構成には、発熱温度が約６００℃であることは、断熱したとしても、小型の筐体２００では、冷却が難しく、筐体温度が高温化する虞があるため、好ましい温度ではない。また、特許文献１に記載される発熱手段は、排気ガスの流れに対して、上流側から白金とパラジウムからなる触媒部材が配置されており、触媒燃焼が排気ガスの温度により開始されている。この発熱手段は、技術的特徴として、内燃機関のエンジンが排出した高温の排気ガスが流れる中で、基材モノリスの上流側にパラジウム（Pd）を含まない白金（Pt）を配置し、基材モノリスの下流側にパラジウムを配置し、これらの白金及びパラジウムを特定な重量比で組み合せ、且つ担体材料が特定された構成であって、パラジウム及び白金の相乗作用を伴う触媒であることが提示されている。

この特許文献１に対して、本実施形態の発熱体５は、白金（又は、白金合金）の配置と重量比等に関わりなく構成される。発熱体５は、触媒燃焼の開始時が常温であるため、スタートヒータ１４を用いて加熱し、触媒燃焼を開始させるものである。さらに、特許文献１に記載される発熱手段は、本願発明のようにシャッタ２６による燃料の供給量を調整する機構を備え、発熱の開始及び停止、発熱温度を調整するという機能を有していない。

また、前述した白金触媒式懐炉における白金の触媒燃焼は、白金をマット状のガラス繊維に粒子として付着させ、発熱温度が人体に影響を与えない低温（６０℃程度）に発熱するように特化された構造であり、本願発明とは目的や構成が異なっている。
また、発熱体５の触媒燃焼は、一般的な炎の燃焼に比べて、発熱温度が比較的低温な反応であるため、窒素酸化物を微量しか生成しない特徴がある。尚、本実施形態において、発熱体として、白金又は白金合金を例として説明したが、これらの金属に限定されるものではない。即ち、任意の燃料に対して、触媒燃焼による化学変化おいて、エンジンを駆動することが可能な温度を発熱する金属であれば、本実施形態の発熱体として適用することは容易である。

［エンジン］
図７は、本実施形態に係るエンジン６の第１の構成例を概念的に示す図である。図７（ａ）は、図７（ｃ）に示す線分Ａ－Ａのエンジンの断面図、図７（ｂ）は、エンジン６の外観図、図７（ｃ）は、エンジン６を側方から見た外観図である。
このエンジン６は、対を成すシリンダを備える外燃機関であるスターリングエンジンを一例として適用している。このスターリングエンジンは、並設される対を成す２つのシリンダを備える。ここでいうシリンダは、内部にピストンがクリアランスを有して嵌入され、そのピストンが往復運動を行うための円筒形の部位である。尚、本実施形態においては、対となる２つのシリンダ（高温シリンダ４１、低温シリンダ４２）を一例として説明しているが、一対一の対である必要はない。高温シリンダ４１と低温シリンダ４２は、シリンダ間の空間を繋ぐ連通路が接続する構成である。

第１の構成例においては、ベース部４３を中央に介在させて、シリンダの長手方向（円筒の中心軸方向）に沿って、対を成す２つのシリンダ（高温シリンダ４１、低温シリンダ４２）を直列配置した構成例を示している。これらのうちの一方の高温シリンダ４１を外部から加熱する。高温シリンダ４１内で体積が膨張した気体により高温ピストン４６を移動させて、他方の低温シリンダ４２に高温シリンダ４１内の気体を流入する。低温シリンダ４２は、流入した気体を冷却部材や外気で冷却し、気体の体積を収縮した後、その気体を後述する慣性力（弾性力）が作用する低温ピストン４８により高温シリンダ４１内に戻すことで、各シリンダ内のピストンを往復移動させて駆動する。即ち、本実施形態のエンジン６は、発熱体５による発熱温度（第１の温度）と、第１の温度が冷却された第２の温度との温度差により、シリンダ内の気体を膨張及び収縮させることでピストンを往復移動させて駆動する。第２の温度は、発熱温度よりも低温の部材（放熱フィン）又は、外気温度の気体（空気）により冷却された低温シリンダ４２内の気体の温度である。

以下、エンジン６について詳細に説明する。
図７（ｂ）に示すように、エンジン６は、主たる構成部位として、高温シリンダ４１と、ベース部４３と、低温シリンダ４２と、慣性部１２と、始動スイッチ１３とを備え、これらが直線的に配置される。前述したように、ベース部４３は、高温シリンダ４１と低温シリンダ４２との間に配置され、これらは直線的に連結するように配置される。スターリングエンジンを構成する高温シリンダ４１と低温シリンダ４２は、それぞれ１つが対を成す一対一の構成で説明しているが、これに限定されない。例えば、高温シリンダ４１と低温シリンダ４２がそれぞれ２つのシリンダが対を成す構成であってもよいし、１つの高温シリンダ４１と２つの低温シリンダ４２で対を成す構成であってもよい。但し、高温シリンダ４１と低温シリンダ４２とは、後述するシリンダ間の空間を繋ぐ連通路で連結されている。

｛ベース部｝
ベース部４３は、円柱形状又は角柱形状であって、対向する２つの底面（第１底面４３ａ及び第２底面４３ｂ）を有し、アルミニウム又は銅等の熱伝導率が高い金属により形成される。以下の説明では、ベース部４３において、高温シリンダ４１に接続する底面を第１底面４３ａとし、低温シリンダ４２に接続する底面を第２底面４３ｂと称する。また、第１底面４３ａと第２底面４３ｂを接続する外面を側面と称する。

ベース部４３は、フレーム２０１の底面から立ち上げたベース部架台５０に固定される。図示してないが、ベース部架台５０は、フレーム２０１に固定する際、フレーム２０１との間に防振部材（弾性部材）を挟み込むことにより、エンジン６から筐体２００に伝搬する振動を吸収・減衰させ、さらに振動による騒音を低減することができる。

ベース部４３の第１底面４３ａの中心から先端が高温シリンダ４１内の中程まで達する直線状に延伸するガイド軸４７が立設されている。このガイド軸４７は、断面形状が円形、楕円又は、矩形形状のいずれかであり、ベース部４３に接する側を基部と称し、反対側を先端と称する。ガイド軸４７の先端側は、軸径に段差を付けるように太径化したストッパ部４７ａが一体的に設けられている。ガイド軸４７は、高温ピストン４６の内部に差し込まれるように取り付けられて一体化している。高温ピストン４６のストロークの範囲は、ガイド軸４７におけるストッパ部４７ａとベース部４３の第１底面４３ａとの間である。

一構成例として、ガイド軸４７は、ベース部４３とは別体として形成される。高温ピストン４６を組み立てる際にガイド軸４７を嵌装し、ガイド軸４７をベース部４３に固定する。その固定方法として、例えば、ベース部４３の底面中央に貫通する雌ねじ穴を形成する。ガイド軸４７の接続側（基部）に、所定長の雄ねじを形成し、ねじ先端面にリセス（駆動部）を形成する。高温ピストン４６に嵌装したガイド軸４７の雄ねじを第１底面４３ａから雌ねじ穴に差し入れ、第２底面４３ｂ側からドライバ先端を差し込んでリセスに宛がい、ドライバを回すことでネジ止めする。

さらに、ベース部４３において、ガイド軸４７の基部周囲には、第１底面４３ａから第２底面４３ｂに貫通する弧状の孔４３ｃが複数の形成されている。これらの孔４３ｃは、高温シリンダ４１と低温シリンダ４２との空間を繋ぐ連通路であり、加熱により膨張し高温ピストン４６に押し出された気体と、冷却されて収縮し低温ピストン４８に押し出された気体と、を交互に通過（以下、「流通」と称している）させている。また、これらの孔４３ｃは、ガイド軸４７の周囲で高温ピストン４６の外径よりも内側（中心軸側）の位置に形成されている。これらの孔４３ｃの開口面積は、高温ピストン４６及び低温ピストン４８のピストンヘッドの円面積に対して、開口率が高い方がよい。

さらに、ベース部４３は、その側面上に、複数の放熱用フィン４４からなるヒートシンクが設けられている。ヒートシンクは、ベース部４３の側面上に直接、放熱用フィン４４を立設する構成する。他にも、ベース部４３の外周面に嵌め入れ可能な環状のリング基部を形成し、そのリング基部の周囲に放熱用フィン４４を立設したベース部４３とは別体の放熱用リングを用いてもよい。

［高温シリンダ］
高温シリンダ４１は、円筒の一方（先端側又はヘッド側）に底面を設けた中空のキャップ形状に形成される。高温シリンダ４１の他方の開口端（開口側又は後端側）は、高温に対応可能なシール部材（ガスケット部材）を用いてベース部４３の第１底面４３ａに気密になるように、密着固定されている。以下の説明において、シリンダは、嵌入されているピストンの位置において、上死点側をシリンダの先端側又はヘッド側と称し、下死点側をシリンダの後端側又は開口側と称する。前述したように、高温シリンダ４１の外面には、発熱体５が形成され、シリンダ内部の気体を加熱する。

この高温シリンダ４１は、例えば、アルミニウム又は銅等の熱伝導率が高い金属等により形成される。高温シリンダ４１の材質は、外面に形成される発熱体５の発熱温度により融点が高く、熱伝導率が高い金属であれば、特に限定されるものではない。尚、高温シリンダ４１は、熱伝導率が低いが耐熱ガラス等により形成することも可能である。

また、高温シリンダ４１のシリンダ内には、高温ピストン４６がクリアランス（隙間）を設けて往復移動可能に嵌入される。この隙間は、高温シリンダ４１内で高温ピストン４６が移動した際に、膨張したシリンダ内の気体を通気させるための気体流路にも利用される。
本実施形態の高温ピストン４６においては、ピストンリングは、必ずしも取り付ける必要はないが、必要に応じて取り付けてもよい。ピストンリングは、高温シリンダ４１の高温時の温度に基づき、樹脂（ＰＢＩ，ＰＥＥＫ，ＰＩ，ＰＡＩ，ＰＴＦＥ等）製や金属製が選択して用いられる。

高温ピストン４６は、コンロッドに相当する軸は設けられていない構成であり、キャップ部位４６ａと底面部位４６ｂにより構成される。高温ピストン４６は、熱膨張等が生じない又は、熱膨張等が少ない材料により形成される。底面部位４６ｂには、ガイド軸４７が貫通する孔４６ｃが形成され、後述するスライド移動するための厚みを有している。高温ピストン４６は、ガイド軸４７に沿ってスライド移動する。スライド移動する距離は、高温ピストン４６のストローク長を規定する。

さらに、高温ピストン４６は、ガイド軸４７の先端から抜け出ないようにストッパ４７ａで停止し、且つストローク長（移動範囲）がキャップ部位４６ａの深さにより規定される。また、孔４６ｃは、高温ピストン４６をスライド方向にキャップ部位４６ａと底面部位４６ｂを貫通する貫通孔であってもよい。この高温シリンダ４１内の気体が加熱により膨張すると、高温ピストン４６が後方へスライド移動（膨張移動）し、孔４３ｃ（連通路）を通じて、押された気体が低温シリンダ４２内に流入する。その気体の流入により低温ピストン４８が後方に押し下げられる。

［低温シリンダ］
低温シリンダ４２は、低温ピストン４８が最下位置（下死点）まで下がった際に、少なくとも高温シリンダ４１から流入する気体を収容する容積を有している。この低温シリンダ４２は、中空の円筒形状を成し、一方の開口部４２ａ（先端側）がシール部材を用いてベース部４３の第２底面４３ｂに気密になるように、密着固定されている。低温シリンダ４２の他方の開口部４２ｂ（開口側）は、大気に解放されている。この低温シリンダ４２の材質は、例えば、アルミニウム又は銅等の熱伝導率が高い金属等により形成される。低温シリンダ４２の材質は、効率よく放熱できるものであれば、特に限定されるものではない。尚、低温シリンダ４２は、熱伝導率が低いが耐熱ガラス等により形成することも可能である。

また、低温シリンダ４２のシリンダ内には、往復移動可能なクリアランス（隙間）を設けて低温ピストン４８が往復移動可能に嵌入される。このクリアランスは、高温シリンダ４１から低温シリンダ４２の下死点を超える膨張しすぎた気体がシリンダ内に流入した場合には、その気体を外部に排出するための気体流路にも利用される。本実施形態においては、ピストンリングは、必ずしも取り付ける必要はないが、必要に応じて取り付けてもよい。低温ピストン４８に用いられるピストンリングは、低温シリンダ４２の高温時の温度に基づき、樹脂（ＰＥＥＫ，ＰＩ，ＰＡＩ，ＰＴＦＥ等）製や金属製が選択して用いられる。低温シリンダ４２の開口部４２ｂ側において、低温ピストン４８のコンロッド４８ａの先端が連結されている。コンロッド４８ａの後端は、後述する発電部８の直線状のスライド軸５１の一端に連結する。

［慣性部］
図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して、慣性部１２及び始動スイッチ１３について説明する。
慣性部１２は、スライド軸５１を介して低温ピストン４８のコンロッド４８ａ（ピストン軸）に連結される。一般的に、スターリングエンジンにおいて、コンロッド（ピストン軸）には、フライホイール（弾み車）が連結されているが、第１の構成例では、コイルバネ等からなる弾性部材を用いて、圧縮及び引張によりフライホイールと同等な慣性力を与えている。即ち、フライホイールをホイール面と直行する方向から見るとコンロッドの端部は回転しているが、フライホイールを側方（ホイール面と平行する方向）から見るとコンロッドは、前後に直線移動している。ここでは、この直線移動をコイルバネの伸縮に置き換え、伸縮する際に発生する力を慣性力として考えている。

本構成例において、慣性部１２は、弾性部材１２ａと支持パイプ１２ｂにより構成される。弾性部材１２ａは、例えば、ゴム、コイルバネ等の弾性を有する部材を適用できるが、本実施形態では、コイルバネを弾性部材１２ａの一例として説明する。スライド軸５１の他端は、コイルバネ１２ａの一端に連結する。コイルバネ１２ａは、自然長から引張及び圧縮の双方に振動するかのように伸び縮みする。支持パイプ１２ｂは、フレーム２０１に立設する支持部４９によって固定される。コイルバネ１２ａは、水平方向に配置されるため、支持パイプ１２ｂに嵌入されてガイドされている。さらに、コイルバネ１２ａの他端は、始動スイッチ１３の連結部１３ａの一端に連結されている。

［始動スイッチ］
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す始動スイッチ１３は、連結部１３ａ、ノブ１３ｂ、及びストッパ１３ｃにより構成される。連結部１３ａは、バー形状であり、一端は、慣性部１２であるコイルバネ１２ａに連結し、他端はノブ１３ｂに連結する。ノブ１３ｂは、筐体２００に設けられた窓から露出する位置に配置される。ストッパ１３ｃは、連結部１３ａの一端側に設けられており、コイルバネ１２ａの伸び縮みのゆれがノブ１３ｂに伝番されないように作用する。

始動スイッチ１３は、ノブ１３ｂの押し込みによるスライドを行うと、コイルバネ１２ａが縮み、その後、コイルバネ１２が伸びてスライド軸５１を介して低温シリンダ４２のコンロッド４８ａを押す。即ち、この時のコイルバネ１２ａの伸び縮みは、スライド軸５１を介して低温シリンダ４２のコンロッド４８ａに伝搬される。この伸び縮みの伝搬により、コンロッド４８ａに連結する低温ピストン４８が低温シリンダ４２内で押し引きされる。即ち、低温ピストン４８が押されると、低温シリンダ４２内の気体がベース部４３の孔４３ｃを通じて高温シリンダ４１内に流れ込み、高温ピストン４６がシリンダ先端に押される。反対に、低温ピストン４８が引かれると、高温シリンダ４１内の気体がベース部４３の孔４３ｃを通じて低温シリンダ４２内に流れ込み、高温ピストン４６がベース部４３側に引かれる。この時、エンジン６は、すでに発熱体５の触媒燃焼が開始されており、この発熱で高温シリンダ４１内の気体が膨張している状態である。このような高温ピストン４６の押し引きを弾みとして、エンジンの駆動が開始される。

［発電部］
図８（ａ）は、第１の実施形態に係る発電装置の発電部の構成例を示す図である。図８（ｂ）は、発電部の側面図である。図８（ｃ）は、図８（ｂ）に示す線分Ａ－Ａにおける発電部の断面構成を示す図である。
発電部８は、スライド軸５１とコイル５２と磁石５３により構成され、電磁誘導を用いた発電である。

コイル５２は、導線をリング状に巻回した複数の小コイル５２ａにより構成される。
磁石５３は、それぞれに小コイル５２ａと同等の厚みを有するリング状の永久磁石５３ａである。磁石５３は、複数の永久磁石５３ａがスライド軸５１に嵌合されて一体的に形成される。コイル５２は、複数の小コイル５２ａ間を電気的に絶縁し、永久磁石５３ａの極（Ｎ極、Ｓ極）の反復移動する位置（範囲）に合わせて、スライド軸５１の軸方向に直線に配置した中空な筒形状に形成される。これらの永久磁石５３ｂの極及び小コイル５２ａの厚みは、前述した低温ピストン４８のストローク長（往路又は復路の距離）により適宜、設定される。

シリンダ間を流通する気体の体積を同等とすると、高温シリンダ４１の内径よりも低温シリンダ４２の内径を小径化すると、低温ピストン４８のストローク長は長くなる。このため、コイル５２と磁石５３の配置数やそれぞれの幅に応じて、高温シリンダ４１の内径及び低温シリンダ４２の内径の比を適宜設定することは可能である。それぞれのコイル５２の巻き線は、発電出力端子（図示せず）に接続される。
発電部８は、低温ピストン４８のストロークによりスライド軸５１が往復移動する。スライド軸５１の往復移動は、環状のコイル５２内を磁石５３が往復移動し、誘導起電力を発生させて、その電力を発電出力端子から電源回路９に出力する。

［電源回路］
図１及び図２（ｂ）に示す電源回路９は、入力した電力を整流して所定の直流電圧に変換し、発電電力として出力する。電源回路９は、所謂、コンバータであり、例えば半導体回路を用いた、整流回路とＬＣフィルタと電流電圧変換回路とにより構成される。また、電流電圧変換回路は、複数の電圧値を出力する構成であってもよい。

［制御部］
図１及び図２（ｂ）に示す制御部１０は、ＣＰＵ（central processing unit）を含み構成され、予め設定されたプログラムやアプリケーションソフトに従い、各構成部を制御する。制御部１０は、電源回路９又は手動スタータ１４から供給された電力により駆動する。駆動開始時は、手動スタータ１４から供給された電力の一部を制御部１０に供給し、装置起動後に電源回路９へ切り替え、電源回路９が出力する電力の一部を利用して駆動する。制御部１０は、少なくとも、発熱温度、出力のON/OFF、出力電圧、時間表示（充電時間［充電時間（分）＝バッテリー容量/充電電流×６０等］）、操作手順、エラー内容等に関わる処理を行う。

［手動スタータ]
図１及び図９（ａ）乃至図９（ｃ）を参照して、手動スタータについて説明する。図９（ａ）は、第１の実施形態に係る手動スタータの外観構成を示す図、図９（ｂ）は、手動スタータを側方から見た外観構成を示す図、図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示す線分Ａ－Ａにおける手動スタータの断面図である。
本実施形態の手動スタータ１４は、手回しで発電する所謂、手動発電機である。この手動スタータ１４は、発電した出力電圧を発熱体５のスタートヒータ７に印加する。スタートヒータ７は、出力電圧を受けて触媒燃焼が開始される約１３０℃～３００℃まで加熱する。本実施形態においては、図３に示すように、手動スタータ１４が手動スタータ１４に設置されている例を示している。勿論、手動スタータ１４を配置する位置は、限定されるものではなく、手動スタータ１４の形状により適宜、変更される。

手動スタータ１４は、モータと同等の構造を有する発電機６１と、ハンドル６２とで構成される。発電機６１は、発電部６３と、ハンドル６２に対してギヤ比を設けた図示しない連結機構と、電源回路６４ａと、キャパシタ（又は少容量の蓄電池）６４ｂと、表示部位６５とを備えている。ハンドル６２は、不使用時には、折りたたみ式の構造が好適する。連結機構は、複数のギヤを備えてハンドル６２の回転数に対して発電部６３の軸に伝達される回転数が増加するギヤ比に設定される。

電源回路６４ａは、発電部６３から出力された電力を整流し任意の直流電圧に変換する回路である。表示部位６５は、例えば、発光ダイオード等の発光部品であり、電源回路６４ａの出力側に接続されて、出力が設定された出力電圧以上か否かを表示するものである。発光ダイオードは、２色の光を発光するものが好適する。出力が設定された出力電圧の場合には、例えば、緑色に発光し、出力が設定された出力電圧に満たない場合には、例えば、赤色で発光する。この赤色の発光時には、ハンドル６２をより速く回して、時間当たりの回転数を増加させる。尚、発電機６１から出力された電力の一部を分岐して表示部１１に入力させて、表示部位６５の表示内容を表示部１１に表示させることが可能であれば、表示部位６５の設置を省略することもできる。

［表示部]
図１に示す表示部１１は、前述した本体カバー２０２の上面（図３参照）に配置される。この表示部１１は、液晶パネル等で構成され、制御部１０から指示された表示情報、例えば、発熱温度、出力のON/OFF、出力電圧、時間表示（充電時間［充電時間（分）＝バッテリー容量/充電電流×６０等］）、操作手順、エラー内容等を表示する。さらに、表示部１１にタッチパネルを追加して、操作用アイコンを表示してもよい。

［出力端子］
図１及び図２（ｂ）に示す出力端子１５は、接続対象となる電源ケーブルの端子に対応するコネクタがフレーム２０１上に設置され、筐体２００の側面に窓が開口されている。本実施形態では、複数のUSBコネクタが設けている。接続されるコネクタとして、例えば、USB Type-B、USB Type-C、Lightning（ライトニング）、micro USB等のコネクタケーブルが接続可能である。勿論、電力供給を行う接続対象物の電源ケーブルの端子によって異なり、前述したUSBコネクタは、一例であり、特に限定されたものではない。

［操作手順及び動作］
次に、第１の実施形態に係る卓上型エンジン駆動発電装置１の操作手順及び動作について説明する。
１．レバー２７ａの位置からシャッタ２６の閉塞状態を確認し、必要であれば、レバー２７ａを操作してシャッタ２６の閉塞状態にする。
２．燃料カートリッジ２を筐体２００へ差し込み、螺合させて筐体２００に固定する。
３．レバー２７ａを操作してシャッタ２６を任意の開状態まで開放し、所定時間（燃料が浸透部３２に浸透し、燃料ガス雰囲気が生成するまでの待機時間）を待機する。このシャッタ開放により浸透部３２へ浸透した燃料は、気化して空気と混合した燃料ガスとなり、触媒燃焼エリアに燃料ガス雰囲気を生成する。尚、このタイミングで手動スタータ１４を手回し、スタートヒータ７の加熱により、燃料の気化を促進させてもよい。

４．待機後に手動スタータ１４を手回しにより発電してスタートヒータ７（制御部１０及び表示部１１）に電力を供給する。スタートヒータ７は、発熱体５の触媒燃焼が開始される温度まで加熱する。ここでは、触媒燃焼が開始される温度は、略１３０℃～３００℃とする。この加熱により、発熱体５の触媒燃焼が開始されて発熱し、フード部３１と高温シリンダ４１の間の触媒燃焼エリアの温度を上昇させる。
５．発熱体５の触媒燃焼による発熱は、触媒燃焼エリアの温度を上昇させて、エンジン６（スターリングエンジン）の高温シリンダ４１が駆動開始温度に到達すると、表示部位６５又は、表示部１１には駆動開始可能を示す、例えば、［START］が表示される。

６．始動スイッチ１３のノブ１３ｂを押すと、コイルバネ１２ａを通じて低温ピストン４８及び高温シリンダ４１が押し引きされる。高温ピストン４６の押し引きを起因として、エンジンの駆動が開始される。
７．エンジン６の駆動により、低温ピストン４８が発電部８のスライド軸５１を軸方向（コイル５２の巻回方向と直交する方向）に反復移動させる。スライド軸５１は、磁石５３を備えており、発電部８のコイル５２の中で軸方向に反復移動する。この反復移動により、磁石５３とコイル５２との間で電磁誘導が生じて、電力が発生する。
８．電源回路９は、発電した電力を整流して所定の直流電圧に変換し、発電電力として、出力端子１５へ出力する。
９．エンジン６の停止は、シャッタ２６を閉じて燃料の供給を停止することで浸透部３２から気化する燃料を減少させる。これにより、十分な燃料ガス雰囲気が生成されず、触媒燃焼により発生する発熱温度が降下して、エンジンが自然に停止する。また、シャッタ２６を閉じた後、所定時間後に始動スイッチのノブを押し続けることにより、低温ピストン４８の駆動を妨げることで強制的にエンジン６を停止させることも可能である。尚、フード部３１内に残った燃料（浸透部３２に浸透した燃料、及び燃料ガス）は、フード部３１のスリット２９から外へ蒸発（排気）されて消滅する。また、排気される燃料ガスは少量であるが、エンジン６の停止後は、火気厳禁とする。

以上のように構成された第１の実施形態における発電装置１は、以下の作用効果を有している。
・発電装置は、携帯に便利な小型軽量であり、有害な排気ガスの排出量が少なく、居室内の食卓等の卓上で携帯型電子機器に内蔵される充電池や充電用電池の充電に使用することができる。
・エンジンにスターリングエンジンを使用しているため、小型、軽量で且つ発生する騒音が小さい。
・発熱体の触媒燃焼を利用して発電を行うため、周囲の外的要因（照明がない場所、時間帯及び天候等）に影響されない。
・発電装置は、長時間に渡って発電が可能であるため、充電用電池のように電池容量により充電可能な電子機器の個数が限定されない。
・エンジンの駆動方式が外燃機関を用いているため、内燃機関におけるエンジンオイルが不要であり、定期的なメンテナンスを必須とせず、メンテナンスフリーである。
・エンジンを駆動するための熱は、発熱体の触媒燃焼による発熱を用いているため、安全であり、内燃機関よりも低温で駆動させることができる。

・ガソリンを燃料とする内燃機関のエンジンに比べて、有害な排気ガスの排出量が少なく、屋内であっても、発電装置を駆動させることができる。このため、避難所等の屋内であっても発電して、電子機器を充電させることができる。
・燃料は、小型で小容量の燃料を収容する金属製又は樹脂製のキャップ付の燃料カートリッジを用いるため、携帯が容易であり、衝撃に対して安全である。
・使用後に燃料カートリッジ内に燃料が残っていたとしても、取り外し可能であり、キャップで密封することで、繰り返し、利用することができる。
・利用時間（発電時間）に応じて、収容する燃料を調整した燃料カートリッジを提供できる。

・使用開始時に手回しの手動スタータを用いて、発熱体の触媒燃焼を開始させるため、駆動開始のための電源や電池が不要である。
・弾性部材を上下に挟んだ防振架台を筐体の下面に取り付けているため、発生する振動を吸収及び減衰し、振動による移動や騒音を低減する。また、慣性部は、直線のコイルバネにより構成され、エンジンのピストンのストローク方向とコイルバネの伸縮方向が同一であるため、一方向の振動のみが発生している。これに対して、フライホイールを慣性部に用いて、遠心力が作用する振動に比べて、筐体が上下左右の方向に跳ねるように移動させる振動が抑制される。

以上のように、第１の実施形態における発電装置は、充電不可の災害時の状況下や電力供給がない場所や夜間等の時間帯であっても、長時間に渡り発電することができるため、充電可能な個数の制限がなく、スマートフォン等の携帯型電子機器に内蔵される充電池を充電することができる。従来の内燃機関の発電装置に対して、片手で手軽に持てるほど小型軽量で携帯が容易であり、不使用時の収納スペースをとらない。また、本実施形態の発電装置は、発生する騒音が小さく、且つ有害な排気ガスの排出量が少ないため、室内の卓上であっても発電を行うことができる。尚、本実施形態の第１の構成例の発電装置は、大容量の充電用電池を搭載する充電装置内に内蔵して、充電用電池と発電機を搭載したハイブリッド構成として用いることも可能である。

［第１の実施形態の第２の構成例］
図１０は、本実施形態に係るエンジンの第２の構成例を概念的に示す図である。図１０（ａ）は、エンジン８０の斜め上から見た外観図、図１０（ｂ）は、エンジン８０を側方から見た外観図、図１０（ｃ）は、エンジン８０の正面から見た外観図、図１０（ｄ）は、図１０（ｂ）に示す線分Ａ－Ａのエンジンの断面図である。
本実施形態の第２の構成例は、前述した第１の構成例に記載したエンジン６、発電部８、慣性部１２、始動スイッチ１３を変形した一例である。以下の説明において、第２の構成例の発電装置の構成部が、前述した第１の構成例と同等のものは、同じ参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。さらに、シリンダは、嵌入されているピストンの位置において、上死点側をシリンダの先端側又はヘッド側と称し、下死点側をシリンダの後端側又は開口側と称する。

第２の構成例のエンジン８０は、前述したエンジン６と同様な外燃機関のスターリングエンジンである。このエンジン８０は、上下に配置される２つのシリンダ（高温シリンダ８１、低温シリンダ８２）を対で備え、それぞれのシリンダは、パイプからなる連結通路８６で連結され、シリンダ間の気体を流通する。それぞれ高温シリンダ８１内には、高温ピストン８７が嵌入され、低温シリンダ８２内には、低温ピストン８８が嵌入されている。低温シリンダ８２の外周面には、冷却フィン９２が設けられている。また、冷却フィン９２は、連結通路８６の周囲にも設けてもよい。

ベース部８３は、フレーム２０１の底面から立ち上げたベース部架台９３に固定される。高温シリンダ８１内の高温ピストン８７のピストン軸が高温シリンダベース部８３ａの底面を気密に貫通して露出し、高温コンロッド８９の一端に連結される。同様に、低温シリンダ８２内の低温ピストン８８のピストン軸が低温シリンダベース部８３ｂの底面を気密に貫通して露出し、低温コンロッド９０の一端に連結される。

［フライホイール］
第２の構成例においては、前述した慣性部１２として、垂直方向に接続される２つの円盤形状のフライホイール９１及び９４を用いる構成である。フライホイール９１及び９４は、それぞれのホイール中心がロッド９５の両端で連結されている。ロッド９５は、後述する発電部８の側面に設けられた支持部８５に回転可能に支持されている。

高温コンロッド８９及び低温コンロッド９０の各他端は、それぞれフライホイール９１及び９４のディスク面の中程（半径における中心寄りの位置）に回転可能に連結している。これらの連結位置は、設計に従いディスク面上の適宜の位置に設けられている。フライホイール９１及び９４は、慣性部１２に相当するものであり、駆動した際に回転により高温ピストン８７及び低温ピストン８８に慣性力を与えるものである。高温コンロッド８９の他端と低温コンロッド９０の他端は、各ホイールの面方向で、９０℃の角度差を設けて取り付けられている。通常は、低温コンロッド９０は、高温コンロッド８９よりも９０度を遅れて回転する。

フライホイール９１の外周面にはギヤ９１ａが形成されており、発電部８の回転軸に嵌合するギヤ９６に歯合している。ギヤ９１ａとギヤ９６のギヤ比を調整することで、発電部８の回転軸の回転数の設定することができる。他にも、フライホイール９１の中心軸に発電部８の回転軸を直接的に連結してもよいし、フライホイール９１の中心軸に主ギヤを嵌装し、この主ギヤに、複数のギヤ等により任意のギヤ比（回転比）に構成された連結機構を係合して連結してもよい。ギヤ比（回転比）は、エンジン８０のトルクや回転数により適宜設定される。

連結通路８６は、パイプで構成され、高温シリンダ８１と低温シリンダ８２との各シリンダ内の気体を流通する構成であり、高温シリンダ８１における上死点側のエリアと、低温シリンダ８２における上死点側のエリアとを連結する。このような構成において、発熱体５の発熱により昇温した高温シリンダ８１内の気体は、膨張して高温ピストン８７を下死点側に押し下げる。高温ピストン８７の押し下げに高温コンロッド８９も連動し、フライホイール９１を回転させる。

この時のフライホイール９１の回転によりフライホイール９４も回転し、９０度の位相差を有して低温ピストン８８を上点側に押し上げる。この低温ピストン８８の押し上げにより、低温シリンダ８２の上死点側のエリアの冷却された気体が高温シリンダ８１の上死点側のエリアに流れ込む。次に、高温ピストン８７の押し下げにより、フライホイール９１，９４が回転し、慣性力を伴い、下点側の高温ピストン８７が押し上げられる。この高温ピストン８７の押し上げにより、高温シリンダ８１の上死点側のエリア内の気体は、連結通路８６を流通して、低温シリンダ８２の上死点側のエリア内に流れ始める。これにより、低温ピストン８８が押し下げられる。以降、フライホイール９１，９４の回転による慣性力と共に、シリンダ内の気体の温度差によりピストンの押し上げ及び押し下げが連続的に行われて、エンジン８０が駆動する。

［発電部］
発電部８は、一般的なブラシ付モータ又は、ブラシレスモータと同等な構成である。例えば、発電部８は、図示していないが、少なくともコイルが巻回された回転子（ロータ）と永久磁石で構成される固定子（ステータ）と、整流子と、ブラシにより構成されている。発電部８は、本体上面に出力端を備えている。発電部８は、フレーム２０１に固定される支柱２１０に固定されている。
発電部８は、回転子の回転軸にギヤ９６がはめ込まれ、フライホイール９１の外周面のギヤ９１ａに歯合している。フライホイール９１の回転に従動して、発電部８の回転軸が回転し、発電した電力を電源回路５に出力する。

［始動スイッチ]
始動スイッチ１３は、内燃機関であるガソリンエンジンの始動に使用される公知なリコイルスタータ構造である。図１０（ａ）及び図１０（ｃ）に示すように、フライホイール９１の回転軸に連結するリコイルスタータ本体１０１と牽引具１０２とで構成される。牽引具１０２を引くことで、フライホイール９１，９４が回転し、高温ピストン８７及び低温ピストン８８が移動して、エンジン８０の駆動が開始される。
上述したエンジン８０において、本実施形態に利用可能なスターリングエンジンとして、一般的に知られているα形スターリングエンジン、β形スターリングエンジン及び、γ形スターリングエンジン等がある。
以上説明した第２の構成例は、前述した第１の構成例と同等の作用効果が得られる。さらに、第２の構成例は、第１の構成例のフレームに比べて、長さが短くなり、さらなるコンパクト化が実現できる。

［第２の実施形態］
図１１は、第２の実施形態に係る卓上型エンジン駆動発電装置の構成例を概念的に示す図である。以下の説明において、本実施形態の発電装置７１の構成部と、前述した発電装置１の構成部が同等のものは、同じ参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
発電装置７１は、燃料カートリッジ２、供給部３、燃料気化部４、発熱体５、エンジン６、スタートヒータ７、発電部８、電源回路９、制御部１０、表示部１１、慣性部１２、始動スイッチ１３、手動スタータ１４、出力端子１５、断熱部材１６、出力切換回路１７、バッテリー１８、スタータ切換回路１９及び、電池出力端子２０により構成される。この発電装置７１は、前述した第１の実施形態の発電装置１の構成部に加えて、出力切換回路１７、バッテリー１８、スタータ切換回路１９及び、電池出力端子２０が追加された構成である。

［バッテリー］
バッテリー１８は、充電可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池が好適する。前述した第１の構成例の発電装置１は、発電部８が発電した電力を蓄電するバッテリーを搭載せず、直に充電用電力として使用している。このため、発電する電力量に対して、充電対象になる充電池の電池容量によっては、充電時間が長くなり、緊急時の短時間充電に対応できない場合がある。そこで、本実施形態は、スマートフォンの１台分乃至２台分又は、モバイルパソコンの充電率５０％程度を急速充電する電池容量を有するバッテリー１８を搭載する。勿論、電池容量は、限定されるものではないが、この例では携帯性を重視するため、大型で大容量の充電用電池は搭載していない。

［電池出力端子］
電池出力端子２０は、出力端子１５のコネクタと同等なコネクタが設けられている。本実施形態において、電池出力端子２０と出力端子１５とを設けたのは、発電した電力による充電と、バッテリー１８による充電を並列して行うことで、緊急に充電する必要がある電子器機と、発電した電力で充電する電子器機とを同時に充電させることができる。バッテリー１８の出力端は、電池出力端子２０に接続する。

［出力切換回路］
図１１に示す出力切換回路１７は、電源回路９の出力端と出力端子１５との間に設けられる。出力切換回路１７は、一次側（入力端）が１端子、二次側（出力端）が２切換端子の切り替えスイッチである。出力切換回路１７は、入力端が電源回路９の出力端に接続され、第１切換端が出力端子１５に接続し、第２切換端がバッテリー１８の入力端に接続している。この出力切換回路１７は、電源回路９から入力された出力電力を出力端子１５又はバッテリー１８のいずれかに切り替えて出力するものである。

また、発電部１０の発電能力にもよるが、出力切換回路１７は、電源回路９が出力する電力の一部でバッテリー１８に充電しながら、出力端子１５に電源回路９の残りの電力を出力することも可能である。一方、バッテリー１８は、充電しながら使用する（放電する）ことはバッテリー１８の寿命を短くするため、ここでは、電源回路９が出力する電力（一部）でバッテリー１８に充電のみを行う。これを実現するために、出力切換回路１７は、電池出力端子２０に電子器機の電源ケーブルが接続されていた場合には、バッテリー１８側への充電の切り替えを電気的又は機械的に行えないようにする。出力切換回路１７は、電気部品でスイッチング回路として構成してもよいし、手動スイッチで構成してもよい。

［スタータ切換回路］
スタータ切換回路１９は、手動スイッチの構成が好適する。このスタータ切換回路１９は、一次側（入力端）が２端子、二次側（出力端）が１端子の切り替えスイッチである。スタータ切換回路１９は、２つの入力端のうち、第１入力端が手動スタータ１４の出力端に接続され、第２入力端がバッテリー１８の出力端に接続され、出力端がスタートヒータ７の入力端に接続する。バッテリー１８がスタートヒータ７へ出力可能な状態（非充電時及び充電対象が未接続時）であった場合には、スタータ切換回路１９は、発熱体５の触媒燃焼の開始時に、２つの入力端のうちのいずれかの入力端を選択する。スタータ切換回路１９でバッテリー１８を選択した場合には、バッテリー１８の電池出力をスタートヒータ７へ供給する。

以上のように、第２の実施形態における発電装置７１は、前述した第１の実施形態に加えて、発電部８が発電した電力を蓄電するバッテリー１８を備えることにより、発電する電力量では充電時間が長くなる事態に対して、バッテリー出力により急速充電することで、緊急時に対応することができる。

発電装置７１は、充電対象となる電子器機に対して、発電部８が発電した電力と、バッテリー１８による充電出力とを、それぞれ独立して出力することができるため、２台の充電池及び充電用電池を同時に充電することが可能である。
第２の実施形態では、手動スタータ１４の出力に代わって、バッテリー１８による充電出力でスタートヒータ７を加熱することができる。

以上説明した本発明の実施形態及び構成例は、実施段階において、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能であり、限定されるものではない。さらに、上述した実施形態及び構成例には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合せにより種々の発明が抽出される。また、実施形態及び構成例に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出される。

１…発電装置、２…燃料カートリッジ、３…供給部、４…燃料気化部、５…発熱体、６…エンジン、７…スタートヒータ、８…発電部、９…電源回路、１０…制御部、１１…表示部、１２…慣性部、１３…始動スイッチ、１４…手動スタータ、１５…出力端子、１６…断熱部、１７…出力切換回路、１８…バッテリー、１９…スタータ切換回路、２０…電池出力端子、２１…容器、２１ａ…口栓部、２１ｂ…雄ねじ、２１ｃ…空気孔、２１ｄ…空気調整ネジ、２２…燃料供給栓、２３…キャップ、２５…挿入口、２５ａ…雌ねじ、２５ｂ…フィルタ、２６…シャッタ、２７ａ…レバー、２７…シャッタ駆動部、２８…温度センサ、３１…フード部、３２…浸透部、４１…高温シリンダ、４２…低温シリンダ、４３…ベース部、４６…高温ピストン、４８…低温ピストン、４９…支持台、２００…筐体、２０１…フレーム、２０２…本体カバー、２０３…カートリッジ取り付け用穴、２０４…防振架台、２０５…振動防止部材。

Claims (3)

1. 炭化水素を含む燃料を収容する着脱可能な燃料カートリッジと、
   前記燃料カートリッジから前記燃料の供給量をシャッタの開閉により調整して供給する供給部と、
   前記供給量の燃料を気化して空気を混合し、任意のエリア内に燃料ガス雰囲気を生成する燃料気化部と、
   前記燃料ガス雰囲気に接して触媒燃焼により発熱する発熱体と、
   それぞれにピストンが嵌入されて、シリンダ間が連通される第１のシリンダ及び第２のシリンダを対で備え、前記第１のシリンダの外側から前記発熱体の前記発熱が与えられて、当該第１のシリンダ内の気体を膨張させ、且つ外部への放熱による温度降下により前記第２のシリンダ内の気体を収縮させて、前記シリンダ間の温度差により前記ピストンを駆動させる外燃機関のエンジンと、
   前記エンジンが出力する駆動力を用いて発電する発電部と、
   前記発電部により発電された電力を予め設定する出力値に変換する電源回路と、
   前記電源回路から前記出力値の電力を出力する出力端子と、
   を具備する卓上型エンジン駆動発電装置。
2. 前記卓上型エンジン駆動発電装置において、
   前記発熱体は、白金又は白金合金のいずれかの金属材料を用いて、前記エリアに接する前記第１のシリンダの外面上、及び前記エリアを形成する壁面上の少なくとも一方の面上に形成され、
   さらに、
   前記発熱体を加熱し、前記触媒燃焼を開始させるスタートヒータと、
   電力供給し、前記スタートヒータを発熱させる手動発電機と、
   を具備する請求項１に記載の卓上型エンジン駆動発電装置。
3. 前記電源回路の出力により充電するバッテリーと、
   前記電源回路の出力を前記バッテリーの入力端又は前記出力端子のいずれかに切り換える出力切換回路と、
   前記バッテリーに充電された電力を出力するバッテリー出力端子と、
   前記バッテリーから供給される前記電力又は、前記手動発電機から供給される電力のいずれか一方の電力を前記スタートヒータに通電し、当該スタートヒータの発熱を開始させるスタータ切換回路と、
   を備える請求項２に記載の卓上型エンジン駆動発電装置。