(57)【要約】【課題】特殊な材料や機材を必要とせず、より簡単な構成で、より簡単に保守できる。【解決手段】シリンダ、シリンダヘッドおよびピストンを備えるレシプロ式熱機関は、外部から供給されるエネルギーにより、シリンダ、シリンダヘッドおよびピストンで密閉されている水を加熱する、シリンダヘッドに設けられている加熱手段と、水が加熱手段により加熱されて気化した水蒸気をシリンダから排気する、シリンダヘッドに設けられている排気バルブと、排気された水蒸気からドレンを回収するドレン回収手段と、ドレン回収手段において回収されたドレンである水を加熱手段に吐出する吐出手段とを備える。排気バルブおよび吐出手段により、シリンダ内およびドレン回収手段の間で水が循環させられる。【選択図】図１
2020172867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ、シリンダヘッドおよびピストンを備えるレシプロ式熱機関において、
外部から供給されるエネルギーにより、前記シリンダ、前記シリンダヘッドおよび前記ピストンで密閉されている水を加熱する、前記シリンダヘッドに設けられている加熱手段と、
前記水が前記加熱手段により加熱されて気化した水蒸気を前記シリンダから排気する、前記シリンダヘッドに設けられている排気バルブと、
排気された前記水蒸気からドレンを回収するドレン回収手段と、
前記ドレン回収手段において回収されたドレンである前記水を前記加熱手段に吐出する吐出手段と
を備え、
前記排気バルブおよび前記吐出手段により、前記シリンダ内および前記ドレン回収手段の間で前記水が循環させられる
レシプロ式熱機関。
【請求項２】
請求項１に記載のレシプロ式熱機関において、
前記加熱手段には、液状の前記水を収納するための容器状の収納部が形成され、
前記収納部には、前記収納部から前記水または前記水蒸気を放出するための孔が形成されている
レシプロ式熱機関。
【請求項３】
請求項２に記載のレシプロ式熱機関において、
前記加熱手段は、前記シリンダヘッドの外側に露出し、
前記加熱手段の部分のうち、前記シリンダヘッドの外側に露出している部分には、外部からの光を熱に変換する光熱変換部が形成され、
前記光熱変換部で光から変換された熱は、前記シリンダヘッドの内側の前記水に伝達される
レシプロ式熱機関。
【請求項４】
請求項３に記載のレシプロ式熱機関において、
前記加熱手段の前記光熱変換部に太陽光を集光する集光手段をさらに備える
レシプロ式熱機関。
【請求項５】
請求項２に記載のレシプロ式熱機関において、
前記加熱手段は、電気である、外部から供給される前記エネルギーにより、前記水を加熱する
レシプロ式熱機関。
【請求項６】
請求項１に記載のレシプロ式熱機関において、
前記吐出手段は、前記ピストンが上死点近傍にある場合、前記水を前記加熱手段に吐出する
レシプロ式熱機関。
【請求項７】
請求項１に記載のレシプロ式熱機関において、
前記吐出手段により吐出される前記水の量を制御する制御手段をさらに備える
レシプロ式熱機関。
【請求項８】
請求項７に記載のレシプロ式熱機関において、
前記制御手段は、さらに、前記加熱手段による前記水への加熱を制御する
レシプロ式熱機関。
【請求項９】
請求項１に記載のレシプロ式熱機関において、
前記排気バルブは、底面が円形である円柱状であって、前記シリンダヘッドの排気ポートの径より大きい径の円柱状に外形が形成され、外形の円柱の直線状の中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ形状で開口して開口を連通している孔が設けられ、前記中心軸が前記排気ポートの延伸する向きに交差するように前記排気ポートに回転自在に設けられ、前記排気ポートに対する所定の角度位置で前記孔が前記排気ポートに開く
レシプロ式熱機関。
【請求項１０】
請求項９に記載のレシプロ式熱機関において、
円柱状の複数の前記排気バルブのそれぞれが、複数の前記排気ポートのそれぞれに設けられている
レシプロ式熱機関。
【請求項１１】
請求項１に記載のレシプロ式熱機関において、
前記排気バルブは、
底面が円形である円柱状であって、前記シリンダヘッドの排気ポートの径より大きい径の円柱状に外形が形成され、底面が円形の円柱状の空洞であって、外形の円柱の直線状の第１の中心軸と同軸の円柱状の空洞が内部に形成され、前記第１の中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ断面形状の第１の孔がそれぞれ設けられ、前記第１の中心軸が前記排気ポートの延伸する向きに交差するように前記排気ポートに回転自在に設けられ、前記排気ポートに対する所定の角度位置で前記第１の孔が前記排気ポートに開く中空円筒状の第１の弁と、
前記第１の弁の空洞の径に対応する径の円形の底面の円柱状に外形が形成され、外形の円柱の直線状の第２の中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ形状で開口して開口を連通している第２の孔が設けられ、前記第１の弁の空洞に回転自在に挿入され、前記第１の弁に対する所定の角度位置で第２の孔が前記第１の孔と連通する円柱状の第２の弁と
からなる
レシプロ式熱機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレシプロ式熱機関に関し、特に、水を用いたレシプロ式熱機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、既知の技術として確立され、実用化されている外燃機関として、コックムス社製４Ｖ−２７５Ｒ  ＭｋＩＩＩスターリングエンジンがある。しかし、内燃機関の様に、１サイクルだけシリンダ内に多くの燃料を送り込むといった操作ができず、負荷追従性に劣る。
【０００３】
また、機関の体積当たりの出力が低く、大出力を得ようとすると機関が大型化、大重量化する。機関の体積当たりの高出力化を得るため高圧ヘリウム等を用いる必要があるため、リーク問題がある。さらに、製造には高度なシーリング技術が要求され、保守の煩雑さを招いている。
【０００４】
従来、機関外部の熱源により加熱される加熱部と冷却媒体により冷却される冷却部とを有する密閉容器内に一定量の作動流体が封入されている外燃機関によって発電する外燃機関発電装置において、作動流体の膨張・収縮により電場応答性高分子が伸張収縮して電気を出力するようにしているものもある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１３８８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の熱機関では、複雑な構造が必要になるか、または特殊な材料が必要になる。また、高分子材料を用いる場合、ピストン等を採用するときに比較して、耐久性が低下する恐れがある。さらに、ヘリウムを用いる場合、保守のインターバルが短くなり、保守には、特殊な機材が必要になる。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特殊な材料や機材を必要とせず、より簡単な構成で、より簡単に保守できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面のレシプロ式熱機関は、シリンダ、シリンダヘッドおよびピストンを備えるレシプロ式熱機関であって、外部から供給されるエネルギーにより、シリンダ、シリンダヘッドおよびピストンで密閉されている水を加熱する、シリンダヘッドに設けられている加熱手段と、水が加熱手段により加熱されて気化した水蒸気をシリンダから排気する、シリンダヘッドに設けられている排気バルブと、排気された水蒸気からドレンを回収するドレン回収手段と、ドレン回収手段において回収されたドレンである水を加熱手段に吐出する吐出手段とを備え、排気バルブおよび吐出手段により、シリンダ内およびドレン回収手段の間で水が循環させられる。
【０００９】
シリンダ内およびドレン回収手段の間で水が循環させて、吐出手段がドレンである水を加熱手段に吐出し、シリンダヘッドに設けられている加熱手段が、水を加熱して気化させ、シリンダヘッドに設けられている排気バルブが、気化した水蒸気をシリンダから排気し、ドレン回収手段が排気された水蒸気からドレンを回収するようにしたので、特殊な材料や機材を必要とせず、より簡単な構成とすることができる。加熱手段が、外部から供給されるエネルギーにより、水を加熱し、ドレン回収手段が、排気された水蒸気からドレンを回収するので、より簡単に保守できる。このように、特殊な材料や機材を必要とせず、より簡単な構成で、より簡単に保守できる。
【００１０】
加熱手段に、液状の水を収納するための容器状の収納部を形成し、収納部に、収納部から水または水蒸気を放出するための孔を形成することができる。このようにすることで、水をより確実に加熱でき、水が、より容易に、液相の水が気相の水蒸気になることにより膨張でき、これにより、より効率的にピストンを駆動させることができる。
【００１１】
加熱手段を、シリンダヘッドの外側に露出させ、加熱手段の部分のうち、シリンダヘッドの外側に露出している部分に、外部からの光を熱に変換する光熱変換部を形成し、光熱変換部で光から変換された熱が、シリンダヘッドの内側の水に伝達されるようにすることができる。このようにすることで、水を加熱するための、外部から供給されるエネルギーとして、太陽光などの光のエネルギーを利用することができる。
【００１２】
加熱手段の光熱変換部に太陽光を集光する集光手段をさらに設けることができる。このようにすることで、水を加熱するための、外部から供給されるエネルギーとして、太陽光などの光のエネルギーをより効果的に利用することができる。
【００１３】
加熱手段を、電気である、外部から供給されるエネルギーにより、水を加熱するものとすることができる。このようにすることで、水を加熱するための、外部から供給されるエネルギーとして、電気のエネルギーを利用することができる。
【００１４】
吐出手段に、ピストンが上死点近傍にある場合、水を加熱手段に吐出させることができる。
【００１５】
吐出手段により吐出される水の量を制御する制御手段をさらに設けることができる。
【００１６】
制御手段に、さらに、加熱手段による水への加熱を制御させることができる。
【００１７】
排気バルブを、底面が円形である円柱状であって、シリンダヘッドの排気ポートの径より大きい径の円柱状に外形を形成し、外形の円柱の直線状の中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ形状で開口して開口を連通している孔を設け、中心軸が排気ポートの延伸する向きに交差するように排気ポートに回転自在に設け、排気ポートに対する所定の角度位置で孔が排気ポートに開くようにすることができる。
【００１８】
円柱状の複数の排気バルブのそれぞれを、複数の排気ポートのそれぞれに設けることができる。
【００１９】
排気バルブを、底面が円形である円柱状であって、シリンダヘッドの排気ポートの径より大きい径の円柱状に外形が形成され、底面が円形の円柱状の空洞であって、外形の円柱の直線状の第１の中心軸と同軸の円柱状の空洞が内部に形成され、第１の中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ断面形状の第１の孔がそれぞれ設けられ、第１の中心軸が排気ポートの延伸する向きに交差するように排気ポートに回転自在に設けられ、排気ポートに対する所定の角度位置で第１の孔が排気ポートに開く中空円筒状の第１の弁と、第１の弁の空洞の径に対応する径の円形の底面の円柱状に外形が形成され、外形の円柱の直線状の第２の中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ形状で開口して開口を連通している第２の孔が設けられ、第１の弁の空洞に回転自在に挿入され、第１の弁に対する所定の角度位置で第２の孔が第１の孔と連通する円柱状の第２の弁とから構成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明によれば、特殊な材料や機材を必要とせず、より簡単な構成で、より簡単に保守できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態のレシプロ式熱機関１１の構成の例を示す図である。
【図２】排気バルブ４３の構成の詳細を示す図である。
【図３】制御装置２３の機能の構成を示す図である。
【図４】レシプロ式熱機関１１の動作を説明する図である。
【図５】レシプロ式熱機関１１の動作を説明する図である。
【図６】制御装置２３による、循環水の吐出および加熱の制御の処理を説明するフローチャートである。
【図７】レシプロ式熱機関１１の動作を説明する図である。
【図８】レシプロ式熱機関１１の動作を説明する図である。
【図９】レシプロ式熱機関１１の動作を説明する図である。
【図１０】本発明の一実施の形態のレシプロ式熱機関１１の構成の他の例を示す図である。
【図１１】制御装置１１２の機能の構成を示す図である。
【図１２】制御装置１１２による、循環水の吐出および加熱の制御の処理を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明の一実施の形態のレシプロ式熱機関１１の構成のさらに他の例を示す図である。
【図１４】本発明の一実施の形態のレシプロ式熱機関１１の構成のさらに他の例を示す図である。
【図１５】本発明の一実施の形態のレシプロ式熱機関１１の構成のさらに他の例を示す図である。
【図１６】排気バルブ３０１の構成の詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、発明の詳細な説明に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、発明の詳細な説明に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の詳細な説明中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。
【００２３】
本発明の一側面の熱機関は、シリンダ、シリンダヘッドおよびピストンを備えるレシプロ式熱機関であって、外部から供給されるエネルギーにより、シリンダ、シリンダヘッドおよびピストンで密閉されている水を加熱する、シリンダヘッドに設けられている加熱手段（例えば、図１の加熱器４１）と、水が加熱手段により加熱されて気化した水蒸気をシリンダから排気する、シリンダヘッドに設けられている排気バルブ（例えば、図１の排気バルブ４３）と、排気された水蒸気からドレンを回収するドレン回収手段（例えば、図１のドレン回収装置２２）と、ドレン回収手段において回収されたドレンである水を加熱手段に吐出する吐出手段（例えば、図１の吐出装置５１）とを備え、排気バルブおよび吐出手段により、シリンダ内およびドレン回収手段の間で水が循環させられる。
【００２４】
加熱手段に、液状の水を収納するための容器状の収納部（例えば、図１の収納部７１）を形成し、収納部に、収納部から水または水蒸気を放出するための孔（例えば、図１の孔７２）を形成することができる。
【００２５】
加熱手段を、シリンダヘッドの外側に露出させ、加熱手段の部分のうち、シリンダヘッドの外側に露出している部分に、外部からの光を熱に変換する光熱変換部（例えば、図１０の光熱変換部１３３）を形成し、光熱変換部で光から変換された熱が、シリンダヘッドの内側の水に伝達されるようにすることができる。
【００２６】
加熱手段の光熱変換部に太陽光を集光する集光手段（例えば、図１０の凹面鏡１４１）をさらに設けることができる。
【００２７】
吐出手段により吐出される水の量を制御する制御手段（例えば、図１の制御部２３）をさらに設けることができる。
【００２８】
排気バルブ（例えば、図１５の排気バルブ３０１）を、底面が円形である円柱状であって、シリンダヘッドの排気ポートの径より大きい径の円柱状に外形が形成され、底面が円形の円柱状の空洞であって、外形の円柱の直線状の第１の中心軸と同軸の円柱状の空洞が内部に形成され、第１の中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ断面形状の第１の孔がそれぞれ設けられ、第１の中心軸が排気ポートの延伸する向きに交差するように排気ポートに回転自在に設けられ、排気ポートに対する所定の角度位置で第１の孔が排気ポートに開く中空円筒状の第１の弁（例えば、図１５の円筒状バルブ３１１）と、第１の弁の空洞の径に対応する径の円形の底面の円柱状に外形が形成され、外形の円柱の直線状の第２の中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ形状で開口して開口を連通している第２の孔が設けられ、第１の弁の空洞に回転自在に挿入され、第１の弁に対する所定の角度位置で第２の孔が第１の孔と連通する円柱状の第２の弁（例えば、図１５の円柱状バルブ３１２）とから構成することができる。
【００２９】
まず、本発明の一実施の形態のレシプロ式熱機関１１の概要について説明する。
【００３０】
本発明の一実施の形態のレシプロ式熱機関１１は、熱エネルギーを運動エネルギーに変換するレシプロ式熱機関である。レシプロ式熱機関１１では、シリンダ内およびドレン回収装置の間を水（以下、循環水と称する。）が循環させられる。例えば、レシプロ式熱機関１１は、加熱および潜熱の回収により、循環水を液体、気体の２態間で相転移させることで高い熱効率を実現出来る。
【００３１】
レシプロ式熱機関１１は、シリンダヘッドに設けられている加熱器により循環水が加熱、沸騰させられて、循環水を加熱して気化した水蒸気によりピストンが加圧され、水蒸気が排気バルブにより排気され、ドレン回収装置で排気された水蒸気からドレンが回収され、吐出部により回収されたドレンである循環水が加熱器に吐出させられる。レシプロ式熱機関１１は、循環水の気化による加圧で動力を得る。
【００３２】
レシプロ式熱機関１１において、循環水を加熱、沸騰させるには、可燃燃料の燃焼熱、電気抵抗での発熱、電磁誘導による誘導加熱、マイクロ波によるマイクロ波加熱、その他摩擦熱、地熱、太陽光による加熱等を採用することができる。レシプロ式熱機関１１において、ドレンの回収には、自然・強制空冷、水冷、冷媒による冷却、ボイラー水の予備加熱、LNG（Liquefied Natural Gas）等の液化ガスの気化熱等を利用することができる。
【００３３】
レシプロ式熱機関１１において、ピストンをシリンダの頂点より押し下げる力は加熱・沸騰した水蒸気（過熱水蒸気）の過圧力によるものである。
【００３４】
例えば、太陽光により循環水を加熱、沸騰させて、川、湖または海などの水である冷却水により、循環水を冷却するように、加熱・沸騰・加圧させるエネルギーは外部より無対価で供給され、冷却・凝結・減圧させるエネルギーも外部より無対価供給され、レシプロ式熱機関１１にて得た出力は全て利得となる。
【００３５】
すなわち、この場合、太陽光を集光装置（例えば、後述する凹面鏡１４１）で集光し、シリンダ上部の加熱器を加熱し、シリンダ内部の循環水を沸騰させ圧力を得て、シリンダ内のピストンを下死点に押し下げる事によりクランクシャフトに回転力を生じさせて、回転力を取り出す。
【００３６】
既存の外燃機関においては、空気、ガス等の気体の同一態の温度差による媒体の体積の増減により、シリンダ内に加圧・減圧を発生させ、シリンダ内部に設置されたピストンの移動によりクランクシャフトを回転させ動力を得る。この場合、気体の温度差による体積の増減は、式（１）で表される。
P1×V1/T1＝P2×V2/T2                              ・・・（１）
【００３７】
即ち、ヘリウムを常温摂氏２０度より４００度に加熱した場合でも体積比は2.29倍としかならないため高出力を得るためには機関の大型化を余儀なくされる。
【００３８】
しかしながら、レシプロ式熱機関１１においては、液体、気体の２態間を相転移する事により、体積の増減は、式（２）より、式（３）で表される。
PV＝nRT                                                ・・・（２）
1V=(1/18)0.082×373                                    ・・・（３）
【００３９】
即ち、1699.22の倍率となり、機関の大きさに対する出力は著しく増加する。
【００４０】
ここで、レシプロ式熱機関１１は、航空機、船舶、車両、などの運搬、移動手段に搭載される機関、および発電機、圧縮機など、産業用動力源として使用される機関として用いることができる。
【００４１】
以下、シリンダ、ピストン、クランク機構を採用した内燃機関・外燃機関・熱機関において一般的な機械的機構の説明および図示は、適宜省略する。
【００４２】
以下、図１乃至図１６を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００４３】
図１は、本発明の一実施の形態のレシプロ式熱機関１１の構成の例を示す図である。図１に示されるレシプロ式熱機関１１は、電気により循環水を加熱、沸騰させる。
【００４４】
レシプロ式熱機関１１は、熱機関部２１、ドレン回収装置２２および制御装置２３を含み構成される。熱機関部２１は、循環水を加熱して、水蒸気による加圧により動力を発生させる。ドレン回収装置２２は、熱機関部２１から排気された水蒸気からドレンを回収する。制御装置２３は、レシプロ式熱機関１１の各部の状態を検出し、レシプロ式熱機関１１の各部を制御する。
【００４５】
熱機関部２１は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３、コネクティングロッド３４、クランクシャフト３５、ピストンピン３６およびクランクピン３７を含み構成される。シリンダ３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３、コネクティングロッド３４、クランクシャフト３５、ピストンピン３６およびクランクピン３７は、鉄またはアルミニウム合金などの金属、セラミックス、または繊維強化プラスチックなどの複合素材などから形成される。
【００４６】
シリンダ３１の内部には、円柱状の空間が形成されている。例えば、シリンダ３１は、円筒状に形成されている。シリンダヘッド３２は、シリンダ３１の一方の端部に設けられ、シリンダ３１の内部の円柱状の空間をシリンダ３１の一方の端部側で閉じる。
【００４７】
ピストン３３は、円柱状に形成され、シリンダ３１の内部の空間に、上下動可能に格納されている。ピストン３３は、ピストンリングなどにより、気密性を維持して、シリンダ３１の内部の円柱状の空間をシリンダヘッド３２と対向して閉じる。
【００４８】
コネクティングロッド３４の一端（スモールエンド）は、ピストンピン３６によりピストン３３に揺動自在に接続されている。コネクティングロッド３４の他端（ビックエンド）は、クランクピン３７によりクランクシャフト３５に揺動自在に接続されている。ピストン３３がシリンダ３１の内部を変位すると、コネクティングロッド３４によりクランクシャフト３５が回転させられる。
【００４９】
シリンダヘッド３２の中央であって、ピストン３３に対向する部分の中央には、加熱器４１が設けられている。加熱器４１は、循環水を加熱して、沸騰させる。加熱器４１は、制御装置２３に制御され、制御装置２３から供給される電力により、循環水を加熱して、沸騰させる。
【００５０】
シリンダヘッド３２には、循環水が加熱されて気化した水蒸気を熱機関部２１から排気するための排気ポート４２が形成されている。排気ポート４２には、循環水が加熱器４１により加熱されて気化した水蒸気をシリンダ３１の内部の空間に密閉するか、またはシリンダ３１の内部の空間から排気ポート４２に排気する排気バルブ４３が設けられている。排気ポート４２は、排気ポート４２から排気された水蒸気をドレン回収装置２２に流すための排気管４４に接続されている。排気管４４は、排気ポート４２とドレン回収装置２２とを接続する。
【００５１】
ドレン管４５は、ドレン回収装置２２において回収されたドレンである循環水を熱機関部２１のシリンダヘッド３２の加熱器４１に流す。
【００５２】
ドレン管４５の端部のうち、加熱器４１側の端部には、吐出装置５１が設けられている。吐出装置５１は、ドレン回収装置２２において回収されたドレンである循環水を加熱器４１に吐出する。例えば、吐出装置５１は、ニードルバルブなどのバルブまたはインジェクターなどからなる。吐出装置５１は、制御装置２３からの指令により、開閉して、循環水を止めるか、または循環水を加熱器４１に吐出する。
【００５３】
また、ドレン管４５の端部のうち、加熱器４１側の端部には、温度センサ５２、圧力センサ５３および流量センサ５４が設けられている。温度センサ５２は、ドレン管４５内の循環水の温度を検出する。例えば、温度センサ５２は、測温抵抗体、サーミスタまたは熱電対を利用した電気式のセンサとすることができる。圧力センサ５３は、ドレン管４５内の循環水の圧力を検出する。例えば、圧力センサ５３は、半導体圧力センサや静電容量型圧力センサなど、静電容量の変化やひずみゲージによって、隔膜の変形を検出して、圧力を測定するセンサなどを用いることができる。流量センサ５４は、ドレン管４５内の循環水の流量を検出する。流量センサ５４は、羽根車式センサ、タービン式センサ、ギア式センサまたは静電容量式センサなどを用いることができる。
【００５４】
温度センサ５２、圧力センサ５３および流量センサ５４は、それぞれ、検出の結果を示す信号（データ）を制御装置２３に送信する。
【００５５】
温度センサ５５は、加熱器４１に設けられている。温度センサ５５は、加熱器４１の温度を検出する。例えば、温度センサ５５は、測温抵抗体、サーミスタまたは熱電対を利用した電気式のセンサとすることができる。温度センサ５５は、加熱器４１の温度を示す信号（データ）を制御装置２３に送信する。
【００５６】
ここで、シリンダヘッド３２の内面側、すなわちピストン３３の頭頂部に対向する側に形成されている空間を、以下、膨張室と称する。
【００５７】
シリンダヘッド３２の膨張室側の部分であって、ピストン３３の頭頂部に対向する部分には、温度センサ５６および圧力センサ５７が設けられている。温度センサ５６は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２およびピストン３３で密閉されている循環水、すなわち、この場合、水蒸気の温度を検出する。例えば、温度センサ５６は、測温抵抗体、サーミスタまたは熱電対を利用した電気式のセンサとすることができる。圧力センサ５７は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２およびピストン３３で密閉されている水蒸気（気化した循環水）の圧力を検出する。例えば、圧力センサ５７は、半導体圧力センサや静電容量型圧力センサなど、静電容量の変化やひずみゲージによって、隔膜の変形を検出して、圧力を測定するセンサを用いることができる。温度センサ５６および圧力センサ５７は、それぞれ、検出の結果を示す信号（データ）を制御装置２３に送信する。
【００５８】
排気ポート４２には、排気バルブ４３が設けられている。排気バルブ４３は、排気ポート４２を閉じるか、または開く。排気バルブ４３が開いている場合、排気ポート４２を通じて、水蒸気がシリンダ３１内から排気管４４に流れる。排気バルブ４３は、円柱状に形成され、排気ポート４２に回転自在に設けられている。排気バルブ４３の外形径は、排気ポート４２の径より大きくされている。排気バルブ４３は、ギア、チェーンまたはベルトなどによりクランクシャフト３５の回転と同期して回転させられるか、または、電気モータなどにより回転させられる。例えば、排気バルブ４３は、クランクシャフト３５が２回転すると、１回転させられる。排気バルブ４３は、クランクシャフト３５が１回転すると、半回転させられる。
【００５９】
例えば、排気バルブ４３は、ピストン３３が上死点から下死点までに変位する期間において、閉じられ、ピストン３３が下死点から上死点までに変位する期間の全部または一部において、開かれる。
【００６０】
排気バルブ４３には、対向する側面を連通するバルブ孔６１が形成されている。排気ポート４２と排気バルブ４３のバルブ孔６１とが連通した場合、排気ポート４２は開き、排気ポート４２と排気バルブ４３のバルブ孔６１とが連通しない場合、排気ポート４２は閉じられるとも言える。
【００６１】
図２は、排気バルブ４３の構成の詳細を示す図である。図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は、それぞれ、排気バルブ４３の形状を示す側面図、上面図および正面図である。
【００６２】
排気バルブ４３の外形は、排気ポート４２に形成されている円柱状の空洞の径に対応する径の円形の底面の円柱状に形成されている。排気バルブ４３には、外形の円柱の直線状の中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ形状で開口して開口を連通しているバルブ孔６１が設けられている。例えば、バルブ孔６１は、中心線と交差するように形成されている。例えば、バルブ孔６１の断面であって、排気バルブ４３の側面に沿った向き（中心線と平行の向き）の断面の形状は、四角とされている。例えば、バルブ孔６１の断面であって、排気バルブ４３の側面に沿った向き（中心線と平行の向き）の断面の形状は、中心線から側面に向かうに従って、より大きな四角となる形状とされている。すなわち、バルブ孔６１は、中心線から側面に向かうに従って、ラッパ状に開いている形状とされている。
【００６３】
図１に戻り、加熱器４１は、金属またはカーボンなど、耐熱性が高く、圧力に耐える強度を有し、熱伝導率の高い素材から形成されている。加熱器４１は、外部から加えられた電気のエネルギーを熱に変換して、加えられた熱を循環水に伝達させて、循環水を加熱し、循環水を沸騰させる。例えば、加熱器４１は、循環水を加熱し、循環水を過熱水蒸気にする。
【００６４】
例えば、加熱器４１には、ヒーターである電気抵抗が設けられ、外部から電圧が加えられると電流が流れ、電気抵抗は、抵抗加熱により、循環水を加熱して沸騰させる。例えば、加熱器４１は、ピストン３３が上死点にある場合、シリンダ３１内の圧力により循環水が液相を維持し、ピストン３３が上死点から下死点に移動して、シリンダ３１内の圧力が下がった場合、循環水が水蒸気爆発を起こして気相に変化するように加熱器４１は、循環水を加熱する。
【００６５】
また、例えば、加熱器４１には、コイルおよび金属などの導体が設けられ、コイルに外部から交流の電流が流されると、金属が誘導加熱により加熱されて、金属の熱が循環水に伝達されて、循環水が加熱される。すなわち、例えば、加熱器４１は、誘導加熱により、循環水を加熱する。
【００６６】
さらに、例えば、加熱器４１には、マグネトロンまたはジャイロトロンなどの発振用素子が設けられ、発振用素子に電圧が印加されると、マイクロ波を射出して循環水が加熱される。すなわち、例えば、加熱器４１は、マイクロ波加熱により、循環水を加熱する。加熱器４１は、誘電加熱により、循環水を加熱すると言うこともできる。
【００６７】
加熱器４１には、収納部７１および孔７２が形成されている。収納部７１は、シリンダヘッド３２の内側に、液状の循環水を収納するための容器状に形成されている。孔７２は、液状の循環水または水蒸気となった循環水を収納部７１から放出するための孔であり、収納部７１に設けられている。孔７２は、１つまたは複数収納部７１に設けられている。また、シリンダヘッド３２の内側で液状になった循環水は、孔７２を通じて、収納部７１内に流れ込み、収納部７１に収納される。
【００６８】
ドレン回収装置２２は、熱機関部２１から排気管４４を通じて流されてくる水蒸気からドレンを回収する。例えば、ドレン回収装置２２は、熱交換器を内蔵し、川、湖または海などの水である冷却水または冷風等により水蒸気を冷却して、液状の循環水であるドレンを回収する。例えば、ドレン回収装置２２は、クローズド回収方式とすることができる。例えば、ドレン回収装置２２は、熱交換し、１００度を超える熱水をドレンとして生成する。また、例えば、ドレン回収装置２２は、水蒸気を加圧することで、１００度を超える熱水をドレンとして生成する。ドレン回収装置２２は、ドレン管４５を通じて、回収されたドレンである循環水を熱機関部２１に戻す。
【００６９】
ドレン回収装置２２は、ポンピングトラップ環水方式などいずれの方式であってもよい。
【００７０】
制御装置２３は、汎用のコンピュータ、専用のコンピュータまたはいわゆる組込み制御装置など専用の制御装置などからなる。例えば、制御装置２３が、汎用のコンピュータである場合、制御装置２３は、CPU（Central Processing Unit），ROM（Read Only Memory），RAM（Random Access Memory）などからなり、CPU，ROMおよびRAMは、バスにより相互に接続されている。バスには、さらに、入出力インタフェースが接続されている。入出力インタフェースには、温度センサ５２、圧力センサ５３、流量センサ５４、温度センサ５５、温度センサ５６および圧力センサ５７からの信号を読み取るための入力部、並びに吐出装置５１および加熱器４１を制御および駆動する出力部が接続されている。
【００７１】
図３は、制御装置２３の機能の構成を示す図である。例えば、汎用のコンピュータまたは専用のコンピュータである制御装置２３は、プログラムを実行することにより、以下に説明する各種の機能を実現する。
【００７２】
制御装置２３は、センサ値読取部８１、吐出水量計算部８２、吐出装置駆動部８３、加熱熱量計算部８４および加熱器加熱制御部８５の機能を備える。センサ値読取部８１は、温度センサ５２、圧力センサ５３、流量センサ５４、温度センサ５５、温度センサ５６および圧力センサ５７で検知された熱機関部２１の各部の温度、圧力、または流量を示す値を、入出力インタフェースの入力部により、温度センサ５２、圧力センサ５３、流量センサ５４、温度センサ５５、温度センサ５６および圧力センサ５７からの信号から読み取る。
【００７３】
センサ値読取部８１は、水蒸気温度センサ値読取部９１、水蒸気圧力センサ値読取部９２、水温度センサ値読取部９３、水圧力センサ値読取部９４、水流量センサ値読取部９５および加熱器温度センサ値読取部９６を含む。水蒸気温度センサ値読取部９１は、入出力インタフェースの入力部で取得された温度センサ５６からの信号から、シリンダ３１、シリンダヘッド３２およびピストン３３で密閉されている水蒸気の温度を示す値を読み取る。水蒸気圧力センサ値読取部９２は、入出力インタフェースの入力部で取得された圧力センサ５７からの信号から、シリンダ３１、シリンダヘッド３２およびピストン３３で密閉されている水蒸気の圧力を示す値を読み取る。
【００７４】
水温度センサ値読取部９３は、入出力インタフェースの入力部で取得された温度センサ５２からの信号から、ドレン管４５内の循環水の温度を示す値を読み取る。水圧力センサ値読取部９４は、入出力インタフェースの入力部で取得された圧力センサ５３からの信号から、ドレン管４５内の循環水の圧力を示す値を読み取る。水流量センサ値読取部９５は、入出力インタフェースの入力部で取得された流量センサ５４からの信号から、ドレン管４５内の循環水の流量を示す値を読み取る。
【００７５】
加熱器温度センサ値読取部９６は、入出力インタフェースの入力部で取得された温度センサ５５からの信号から、加熱器４１の温度を示す値を読み取る。
【００７６】
吐出水量計算部８２は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２およびピストン３３で密閉されている水蒸気の温度の値および圧力の値並びにドレン管４５内の循環水の温度および圧力の値から、吐出装置５１によって加熱器４１に吐出する循環水の量を計算する。吐出装置駆動部８３は、吐出装置５１を制御し、駆動して、吐出水量計算部８２で計算された量の循環水を吐出装置５１に吐出させる。吐出装置５１は、循環水を加熱器４１に吐出する。
【００７７】
加熱熱量計算部８４は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２およびピストン３３で密閉されている水蒸気の温度の値および圧力の値、ドレン管４５から吐出装置５１で吐出された循環水の温度およびドレン管４５から吐出装置５１で吐出された循環水の圧力の値、ドレン管４５から吐出装置５１で吐出された循環水の量並びに加熱器４１の温度の値から、加熱器４１で循環水に加える熱量を計算する。加熱器加熱制御部８５は、加熱器４１を制御し、駆動して、加熱熱量計算部８４で計算された熱量の熱を加熱器４１に生じさせる。すなわち、加熱器４１は、循環水を加熱する。
【００７８】
次に、図４乃至図９を参照して、レシプロ式熱機関１１の動作を説明する。図４および図５並びに図７乃至図９において、クランクシャフト３５は、反時計方向に回転し、排気バルブ４３は、時計方向に回転する。図４は、ピストン３３が上死点に到達寸前の位置にあるときのレシプロ式熱機関１１を示す図である。
【００７９】
ピストン３３が上死点に到達寸前の位置に到達すると、排気バルブ４３は、排気ポート４２を閉じる。シリンダ３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３および排気バルブ４３で密閉された空間が形成される。すなわち、シリンダヘッド３２の膨張室は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３および排気バルブ４３で密閉される。ピストン３３が上死点に到達寸前の位置または上死点にあるとき、吐出装置５１から循環水が加熱器４１に吐出される。すなわち、ピストン３３が上死点の近傍にあるとき、吐出装置５１から循環水が加熱器４１に吐出される。
【００８０】
排気バルブ４３が排気ポート４２を閉じると、シリンダ３１がシリンダヘッド３２およびピストン３３により密閉され、ピストン３３が上死点に向かって移動するので、残留水蒸気である循環水の圧縮が開始される。シリンダ３１内の加圧に伴い残留水蒸気である循環水は、加圧凝縮され液化する。
【００８１】
残留水蒸気から液化した循環水と吐出装置５１で吐出された循環水とが加熱器４１内に封入されて加熱される。
【００８２】
例えば、加圧、温度および加熱水量の決定は、
１）残留水蒸気の温度
２）加熱器４１の放出エネルギー量
３）ドレン水（ドレンである循環水）温度
等を示す温度センサ５２、圧力センサ５３および流量センサ５４並びに温度センサ５６および圧力センサ５７よりの信号（データ）を基に制御装置２３にて演算を行い、アントワン式に基づき、
１）液化高温水（シリンダ３１内の循環水）の総量
２）高温水（シリンダ３１内の循環水）を液状に保つ圧力
を算出し、その算出結果に基づき
１）排気バルブ４３の排気ポートを閉じるタイミングを算出
２）吐出装置５１の加熱器４１への吐出量の算出
より排気ポート４２の連通を解除し、圧縮を開始する指令、吐出装置５１への吐出量の指令を実行する。
【００８３】
図５は、ピストン３３が上死点にあるときのレシプロ式熱機関１１を示す図である。
【００８４】
ピストン３３が上死点に達した時点で、シリンダヘッド３２の膨張室内は、アントワン式で示されるように、最大圧および最高温度で高温水である循環水を液状に保っている。
【００８５】
ピストン３３が上死点から下死点に移動を開始すると同時にシリンダ３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３および排気バルブ４３で密閉されていたシリンダヘッド３２の膨張室の圧力が低下し始める。これよりシリンダヘッド３２の膨張室内の循環水の水蒸気爆発が喚起され、加熱器４１内、及びシリンダ３１内の高温水である循環水の相転移が行われる。循環水の体積が1699.222倍に膨張し、ピストン３３を押し下げる事により、コネクティングロッド３４を介しクランクシャフト３５に回転力を発生させる。
【００８６】
即ち、ピストン３３が上死点に到達した時点で
１）より高温
２）より高圧
３）より大量の高温水
が保持されれば、より大きな出力を得る事が可能である。
【００８７】
ここで、図６のフローチャートを参照して、制御装置２３による、循環水の吐出および加熱の制御の処理を説明する。循環水の吐出および加熱の制御の処理は、ピストン３３が上死点近傍にあるとき、実行される。
【００８８】
ステップＳ１１において、センサ値読取部８１は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３および排気バルブ４３で密閉されている水蒸気の温度の値と圧力の値とを取得する。すなわち、水蒸気温度センサ値読取部９１は、温度センサ５６の信号から、密閉されている膨張室の水蒸気の温度を示す値を取得する。水蒸気圧力センサ値読取部９２は、圧力センサ５７の信号から、密閉されている膨張室の水蒸気の圧力を示す値を取得する。
【００８９】
ステップＳ１２において、センサ値読取部８１は、加熱器４１に吐出する循環水の温度の値と圧力の値とを取得する。すなわち、水温度センサ値読取部９３は、温度センサ５２の信号から、ドレン管４５内の循環水の温度を示す値を取得する。水圧力センサ値読取部９４は、圧力センサ５３の信号から、ドレン管４５内の循環水の圧力を示す値を取得する。
【００９０】
ステップＳ１３において、センサ値読取部８１は、加熱器４１の温度の値を取得する。すなわち、加熱器温度センサ値読取部９６は、温度センサ５５の信号から、加熱器４１の温度を示す値を取得する。
【００９１】
ステップＳ１４において、吐出水量計算部８２は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３および排気バルブ４３で密閉されている水蒸気の温度の値および水蒸気の圧力の値並びに加熱器４１に吐出する循環水（ドレン管４５内の循環水）の温度の値および加熱器４１に吐出する循環水（ドレン管４５内の循環水）の圧力の値から、吐出装置５１によって加熱器４１に吐出する循環水の量を計算する。
【００９２】
ステップＳ１５において、吐出装置駆動部８３は、吐出装置５１を駆動して、ステップＳ１４で計算された量の循環水を吐出装置５１に吐出させる。このとき、吐出装置５１は、循環水を加熱器４１に吐出する。例えば、ステップＳ１５において、吐出装置駆動部８３は、ニードルバルブである吐出装置５１を駆動して、所定の期間開かせることで、ステップＳ１４で計算された量の循環水を吐出装置５１に吐出させる。
【００９３】
ステップＳ１６において、センサ値読取部８１は、吐出装置５１で加熱器４１に吐出した循環水の量の値を取得する。より詳細には、水流量センサ値読取部９５は、ドレン管４５の循環水の流量を示す流量センサ５４の信号から、吐出装置５１が吐出した循環水の量を示す値を取得する。なお、ステップＳ１５の手続きおよびステップＳ１６の手続きは、並列に行うことができる。
【００９４】
ステップＳ１７において、加熱熱量計算部８４は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３および排気バルブ４３で密閉されている水蒸気の温度の値および水蒸気の圧力の値、加熱器４１に吐出した循環水の温度の値、加熱器４１に吐出した循環水の圧力の値および加熱器４１に吐出した循環水の量の値並びに加熱器４１の温度の値から、加熱器４１で循環水に加える熱量を計算する。
【００９５】
ステップＳ１８において、加熱器加熱制御部８５は、加熱器４１を駆動して、ステップＳ１７で計算された熱量の熱を加熱器４１に生じさせ、加熱器４１に、生じさせた熱を吐出装置５１が吐出した循環水に加えさせ、沸騰させる。
【００９６】
ステップＳ１８の手続きの後、ステップＳ１１に戻り、次に、ピストン３３が上死点近傍にきたとき、上述した処理が繰り返される。
【００９７】
なお、レシプロ式熱機関１１が動作している場合、ピストン３３が上死点近傍にないとき、ステップＳ１４乃至ステップＳ１８の手続きをスキップして、ステップＳ１１乃至ステップＳ１３の手続きを、継続して繰り返し行うようにすることができる。
【００９８】
循環水の吐出および加熱の制御の処理が実行され、吐出装置５１から循環水が加熱器４１に吐出され、加熱器４１が、吐出装置５１から吐出された循環水を加熱させ、沸騰させると、循環水は気化して水蒸気となる。膨張室は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３および排気バルブ４３で密閉されているので、水蒸気の圧力により、ピストン３３が上死点から押し下げられて、クランクシャフト３５が回転させられる。
【００９９】
図７は、図５に示されるピストン３３が上死点にある状態からクランクシャフト３５が９０度回転させられたときのレシプロ式熱機関１１を示す図である。ピストン３３が上死点にある状態からクランクシャフト３５が９０度回転させられたとき、シリンダヘッド３２の膨張室は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３および排気バルブ４３で密閉されている。膨張室は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３および排気バルブ４３で密閉されているので、水蒸気の圧力により、ピストン３３がさらに押し下げられて、クランクシャフト３５が回転させられる。
【０１００】
図８は、ピストン３３が上死点にある状態からクランクシャフト３５が１８０度回転させられたとき、すなわち、ピストン３３が下死点にある状態のレシプロ式熱機関１１を示す図である。ピストン３３が下死点近傍にきた場合、排気ポート４２と排気バルブ４３のバルブ孔６１とが連通し、排気バルブ４３は、排気ポート４２を開く。このとき、膨張室およびシリンダ３１内の水蒸気は、排気ポート４２を通じて排気される。排気ポート４２から排気された水蒸気は、排気管４４を通じてドレン回収装置２２に送られる。クランクシャフト３５は、クランクシャフト３５の軸回りの慣性モーメントにより回転し続ける。
【０１０１】
ドレン回収装置２２は、熱機関部２１から排気管４４を通じて流されてくる水蒸気からドレンを回収する。ドレン回収装置２２は、ドレン管４５を通じて、回収されたドレンである循環水を熱機関部２１に供給する。
【０１０２】
図９は、図８に示されるピストン３３が下死点にある状態からクランクシャフト３５が９０度回転させられたときのレシプロ式熱機関１１を示す図である。ピストン３３が下死点にあるときからクランクシャフト３５がさらに９０度回転させられたときまで、排気ポート４２と排気バルブ４３のバルブ孔６１とは連通し、排気バルブ４３は、排気ポート４２を継続して開いている。膨張室およびシリンダ３１内の水蒸気は、排気ポート４２を通じて排気され続ける。
【０１０３】
図９に示される状態からクランクシャフト３５が９０度回転させられると、図６に示される状態に戻り、上述の動作が繰り返される。
【０１０４】
このように、ピストン３３が上下して、コネクティングロッド３４によりクランクシャフト３５が回転させられる。
【０１０５】
次に、太陽光を熱源とするレシプロ式熱機関１１について説明する。
【０１０６】
図１０は、本発明の一実施の形態のレシプロ式熱機関１１の構成の他の例を示す図である。図１０に構成の例を示すレシプロ式熱機関１１は、太陽光を熱源として循環水を加熱、沸騰させる。
【０１０７】
図１０に示されるレシプロ式熱機関１１は、熱機関部１１１、ドレン回収装置２２および制御装置１１２を含み構成される。熱機関部１１１は、循環水を加熱して、水蒸気による加圧により動力を発生させる。図１０において、図１に示される部分と同様に部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【０１０８】
熱機関部１１１は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３、コネクティングロッド３４、クランクシャフト３５、ピストンピン３６およびクランクピン３７を含み構成される。
【０１０９】
図１０に示されるレシプロ式熱機関１１において、シリンダヘッド３２の中央であって、ピストン３３に対向する部分の中央には、加熱器１２１が設けられている。加熱器１２１は、循環水を加熱する。循環水は、加熱により沸騰する。加熱器１２１は、金属またはカーボンなど、耐熱性が高く、圧力に耐える強度を有し、熱伝導率の高い素材から形成されている。加熱器１２１は、集光された太陽光を受けて熱を生じさせ、生じた熱を循環水に伝達させて、沸騰させる。例えば、加熱器１２１は、循環水を過熱水蒸気にする。
【０１１０】
加熱器１２１には、収納部１３１、孔１３２および光熱変換部１３３が形成されている。収納部１３１は、シリンダヘッド３２の内側に、液状の循環水を収納するための容器状に形成されている。孔１３２は、液状の循環水または水蒸気となった循環水を収納部１３１から放出するための孔であり、収納部１３１に設けられている。孔１３２は、１つまたは複数収納部１３１に設けられている。また、シリンダヘッド３２の内側で液状になった循環水は、孔１３２を通じて、収納部１３１内に流れ込み、収納部１３１に収納される。
【０１１１】
光熱変換部１３３は、加熱器１２１の部分のうち、シリンダヘッド３２の外側に露出している部分に形成されている。光熱変換部１３３は、外部からの光を熱に変換する。光熱変換部１３３は、窒化チタンなどの金属粒子またはカーボンや高分子材料などからなり、光を熱に変換する。
【０１１２】
このように、加熱器１２１は、シリンダヘッド３２の外側に露出している。加熱器１２１の部分のうち、シリンダヘッド３２の外側に露出している部分には、外部からの光を熱に変換する光熱変換部１３３が形成されている。光熱変換部１３３で光から変換された熱は、シリンダヘッド３２の内側の循環水に伝達される。
【０１１３】
また、図１０に示されるレシプロ式熱機関１１には、凹面鏡１４１が設けられている。凹面鏡１４１は、湾曲した曲面の内側を鏡面とした鏡であり、平行に入射した光を焦点に集める。凹面鏡１４１の焦点は、光熱変換部１３３に合わせられている。凹面鏡１４１は、太陽光が入射されると、加熱器１２１の光熱変換部１３３に太陽光を集光する。
【０１１４】
なお、凹面鏡１４１は、複数であってもよく、凹面鏡１４１に代えて、凸レンズやプリズムなどの集光機能を有する光学素子を採用することができる。また、凹面鏡１４１や凸レンズやプリズムなどの太陽光を集光する光学素子は、１つまたは複数設けることができる。
【０１１５】
制御装置１１２は、レシプロ式熱機関１１の各部の状態を検出し、レシプロ式熱機関１１の各部を制御する。
【０１１６】
図１０に示される吐出装置５１は、制御装置１１２からの指令により、開閉して、循環水を止めるか、または循環水を加熱器１２１に吐出する。図１０に示される温度センサ５２、圧力センサ５３、流量センサ５４、温度センサ５５、温度センサ５６および圧力センサ５７は、それぞれ、検出の結果を示す信号（データ）を制御装置１１２に送信する。
【０１１７】
制御装置１１２は、汎用のコンピュータ、専用のコンピュータまたはいわゆる組込み制御装置など専用の制御装置などからなる。例えば、制御装置１１２が、汎用のコンピュータである場合、制御装置１１２は、CPU，ROM，RAMなどからなり、CPU，ROMおよびRAMは、バスにより相互に接続されている。バスには、さらに、入出力インタフェースが接続されている。入出力インタフェースには、温度センサ５２、圧力センサ５３、流量センサ５４、温度センサ５５、温度センサ５６および圧力センサ５７からの信号を読み取るための入力部、並びに吐出装置５１を制御および駆動する出力部が接続されている。
【０１１８】
図１１は、制御装置１１２の機能の構成を示す図である。例えば、汎用のコンピュータまたは専用のコンピュータである制御装置１１２は、プログラムを実行することにより、以下に説明する各種の機能を実現する。図１１において、図３に示される部分と同様に部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【０１１９】
制御装置１１２は、センサ値読取部８１、吐出水量計算部１５１および吐出装置駆動部１５２の機能を備える。センサ値読取部８１は、温度センサ５２、圧力センサ５３、流量センサ５４、温度センサ５５、温度センサ５６および圧力センサ５７で検知された熱機関部２１の各部の温度、圧力、または流量を示す値を、入出力インタフェースの入力部により、温度センサ５２、圧力センサ５３、流量センサ５４、温度センサ５５、温度センサ５６および圧力センサ５７からの信号から読み取る。
【０１２０】
図１１に示す加熱器温度センサ値読取部９６は、入出力インタフェースの入力部で取得された温度センサ５５からの信号から、加熱器１２１の温度を示す値を読み取る。
【０１２１】
吐出水量計算部１５１は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２およびピストン３３で密閉されている水蒸気の温度の値および圧力の値、ドレン管４５内の循環水の温度および圧力の値並びに加熱器１２１の温度の値から吐出装置５１によって加熱器１２１に吐出する循環水の量を計算する。吐出装置駆動部１５２は、吐出装置５１を制御し、駆動して、吐出水量計算部１５１で計算された量の循環水を吐出装置５１に吐出させる。吐出装置５１は、循環水を加熱器１２１に吐出する。
【０１２２】
次に、図１２のフローチャートを参照して、制御装置１１２による、循環水の吐出および加熱の制御の処理を説明する。循環水の吐出および加熱の制御の処理は、ピストン３３が上死点近傍にあるとき、実行される。
【０１２３】
ステップＳ３１およびステップＳ３２の手続きは、それぞれ、図５のステップＳ１１およびステップＳ１２の手続きのそれぞれと同様なので、その説明は省略する。
【０１２４】
ステップＳ３３において、センサ値読取部８１は、加熱器１２１の温度の値を取得する。すなわち、加熱器温度センサ値読取部９６は、温度センサ５５の信号から、加熱器１２１の温度を示す値を取得する。
【０１２５】
ステップＳ３４において、吐出水量計算部１５１は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３および排気バルブ４３で密閉されている水蒸気の温度の値および水蒸気の圧力の値、加熱器１２１に吐出する循環水（ドレン管４５内の循環水）の温度の値および加熱器１２１に吐出する循環水（ドレン管４５内の循環水）の圧力の値並びに加熱器１２１の温度の値から、吐出装置５１によって加熱器１２１に吐出する循環水の量を計算する。
【０１２６】
ステップＳ３５において、吐出装置駆動部１５２は、吐出装置５１を駆動して、ステップＳ３４で計算された量の循環水を吐出装置５１に吐出させる。このとき、吐出装置５１は、循環水を加熱器１２１に吐出する。加熱器１２１は、太陽光で加熱されているので、吐出装置５１が吐出した循環水を加熱させ、沸騰させる。例えば、ステップＳ３５において、吐出装置駆動部１５２は、ニードルバルブである吐出装置５１を駆動して、所定の期間開かせることで、ステップＳ３４で計算された量の循環水を吐出装置５１に吐出させる。
【０１２７】
ステップＳ３５の手続きの後、ステップＳ３１に戻り、次に、ピストン３３が上死点近傍にきたとき、上述した処理が繰り返される。
【０１２８】
なお、レシプロ式熱機関１１が動作している場合、ピストン３３が上死点近傍にないとき、ステップＳ３４およびステップＳ３５の手続きをスキップして、ステップＳ３１乃至ステップＳ３３の手続きを、継続して繰り返し行うようにすることができる。
【０１２９】
次に、複数の排気バルブを備えるレシプロ式熱機関１１について説明する。
【０１３０】
図１３は、本発明の一実施の形態のレシプロ式熱機関１１の構成のさらに他の例を示す図である。図１３に構成の例を示すレシプロ式熱機関１１は、複数の排気バルブを備える。
【０１３１】
図１３に示されるレシプロ式熱機関１１は、熱機関部１６１、ドレン回収装置２２および制御装置２３を含み構成される。熱機関部１６１は、循環水を加熱して、水蒸気による加圧により動力を発生させる。図１３において、図１に示される部分と同様に部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【０１３２】
熱機関部１６１は、シリンダ３１、シリンダヘッド１７１、ピストン３３、コネクティングロッド３４、クランクシャフト３５、ピストンピン３６およびクランクピン３７を含み構成される。シリンダヘッド１７１は、鉄またはアルミニウム合金などの金属、セラミックス、または繊維強化プラスチックなどの複合素材などから形成される。
【０１３３】
シリンダヘッド１７１の中央であって、ピストン３３に対向する部分の中央には、加熱器４１が設けられている。
【０１３４】
シリンダヘッド１７１には、循環水が加熱されて気化した水蒸気を熱機関部１６１から排気するための排気ポート１８１−１および１８１−２が形成されている。排気ポート１８１−１および１８１−２は、シリンダヘッド１７１の中央に設けられている加熱器４１を挟むように配置されている。排気ポート１８１−１には、循環水が加熱器４１により加熱されて気化した水蒸気をシリンダ３１の内部の空間に密閉するか、またはシリンダ３１の内部の空間から排気ポート１８１−１に排気する排気バルブ１８２−１が設けられている。排気ポート１８１−１は、排気ポート１８１−１から排気された水蒸気をドレン回収装置２２に流すための排気管１８３に接続されている。
【０１３５】
排気ポート１８１−２には、循環水が加熱器４１により加熱されて気化した水蒸気をシリンダ３１の内部の空間に密閉するか、またはシリンダ３１の内部の空間から排気ポート１８１−２に排気する排気バルブ１８２−２が設けられている。排気ポート１８１−２は、排気ポート１８１−２から排気された水蒸気をドレン回収装置２２に流すための排気管１８３に接続されている。排気管１８３は、排気ポート１８１−１および１８１−２とドレン回収装置２２とを接続する。
【０１３６】
このように、排気ポート１８１−１および１８１−２には、それぞれ、排気バルブ１８２−１および１８２−２のそれぞれが設けられている。排気バルブ１８２−１は、排気ポート１８１−１を閉じるか、または開く。排気バルブ１８２−１が開いている場合、排気ポート１８１−１を通じて、水蒸気がシリンダ３１内から排気管１８３に流れる。排気バルブ１８２−１は、円柱状に形成され、排気ポート１８１−１に回転自在に設けられている。排気バルブ１８２−１の外形径は、排気ポート１８１−１の径より大きくされている。排気バルブ１８２−１は、ギア、チェーンまたはベルトなどによりクランクシャフト３５の回転と同期して回転させられるか、または、電気モータなどにより回転させられる。例えば、排気バルブ１８２−１は、クランクシャフト３５が１回転すると、半回転させられる。
【０１３７】
排気バルブ１８２−２は、排気ポート１８１−２を閉じるか、または開く。排気バルブ１８２−２が開いている場合、排気ポート１８１−２を通じて、水蒸気がシリンダ３１内から排気管１８３に流れる。排気バルブ１８２−２は、円柱状に形成され、排気ポート１８１−２に回転自在に設けられている。排気バルブ１８２−２の外形径は、排気ポート１８１−２の径より大きくされている。排気バルブ１８２−２は、ギア、チェーンまたはベルトなどによりクランクシャフト３５の回転と同期して回転させられるか、または、電気モータなどにより回転させられる。例えば、排気バルブ１８２−２は、クランクシャフト３５が１回転すると、半回転させられる。
【０１３８】
例えば、排気バルブ１８２−１および１８２−２のそれぞれは、ピストン３３が上死点から下死点までに変位する期間において、閉じられ、ピストン３３が下死点から上死点までに変位する期間の全部または一部において、開かれる。
【０１３９】
排気バルブ１８２−１には、対向する側面を連通するバルブ孔１９１−１が形成されている。排気ポート１８１−１と排気バルブ１８２−１のバルブ孔１９１−１とが連通した場合、排気ポート１８１−１は開き、排気ポート１８１−１２と排気バルブ１８２−１のバルブ孔１９１−１とが連通しない場合、排気ポート１８１−１は閉じられるとも言える。
【０１４０】
排気バルブ１８２−２には、対向する側面を連通するバルブ孔１９１−２が形成されている。排気ポート１８１−２と排気バルブ１８２−２のバルブ孔１９１−２とが連通した場合、排気ポート１８１−２は開き、排気ポート１８１−２２と排気バルブ１８２−２のバルブ孔１９１−２とが連通しない場合、排気ポート１８１−２は閉じられるとも言える。
【０１４１】
このように、排気バルブ１８２−１が排気ポート１８１−１を閉じて、排気バルブ１８２−２が排気ポート１８１−２を閉じている場合、シリンダ３１、シリンダヘッド１７１、ピストン３３、並びに排気バルブ１８２−１および排気バルブ１８２−２により、膨張室が密閉され、排気バルブ１８２−１が排気ポート１８１−１を開くか、または排気バルブ１８２−２が排気ポート１８１−２を開いている場合、膨張室は、排気ポート１８１−１または排気ポート１８１−２を介して、排気管１８３と連通する。
【０１４２】
なお、排気ポート１８１−１の径と排気ポート１８１−２の径とを同じにしてもよく、異なるものとしてもよい。また、排気バルブ１８２−１および１８２−２は、クランクシャフト３５の回転の角度位置に対して、同じタイミングで開閉するようにしても、異なるタイミングで開閉するようにしてもよい。
【０１４３】
また、排気バルブは、ポペットバルブとすることもできる。
【０１４４】
図１４は、本発明の一実施の形態のレシプロ式熱機関１１の構成のさらに他の例を示す図である。図１４に構成の例を示すレシプロ式熱機関１１の排気バルブは、ポペットバルブである。
【０１４５】
図１４に示されるレシプロ式熱機関１１は、熱機関部２０１、ドレン回収装置２２および制御装置２３を含み構成される。熱機関部２０１は、循環水を加熱して、水蒸気による加圧により動力を発生させる。図１４において、図１に示される部分と同様に部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【０１４６】
熱機関部２０１は、シリンダ３１、シリンダヘッド２１１、ピストン３３、コネクティングロッド３４、クランクシャフト３５、ピストンピン３６およびクランクピン３７を含み構成される。シリンダヘッド２１１は、鉄またはアルミニウム合金などの金属、セラミックス、または繊維強化プラスチックなどの複合素材などから形成される。
【０１４７】
シリンダヘッド２１１の中央であって、ピストン３３に対向する部分の中央には、加熱器４１が設けられている。
【０１４８】
シリンダヘッド２１１には、循環水が加熱されて気化した水蒸気を熱機関部２０１から排気するための排気ポート２２１が形成されている。排気ポート２２１には、循環水が加熱器４１により加熱されて気化した水蒸気をシリンダ３１の内部の空間に密閉するか、またはシリンダ３１の内部の空間から排気ポート２２１に排気する排気バルブ２２２が設けられている。排気ポート２２１は、排気ポート２２１から排気された水蒸気をドレン回収装置２２に流すための排気管２２３に接続されている。排気管２２３は、排気ポート２２１とドレン回収装置２２とを接続する。
【０１４９】
排気バルブ２２２は、いわゆるポペットバルブである。排気バルブ２２２は、ステムと称される棒状の部分と、円形または楕円形の傘型（キノコ型）の弁部とから構成される。排気バルブ２２２は、排気ポート２２１を閉じるか、または開く。すなわち、排気バルブ２２２は、ステムの長さ方向に摺動し、排気ポート２２１のシリンダヘッド２１１側の開口に形成されている弁座（バルブシート）と弁部とが密着して閉じることにより、排気ポート２２１を閉じるか、または、弁部と弁座とが離れることにより開く。
【０１５０】
排気バルブ２２２が開いている場合、排気ポート２２１を通じて、水蒸気がシリンダ３１内から排気管２２３に流れる。排気バルブ２２２は、ギア、チェーンまたはベルトおよびカムシャフトなどによりクランクシャフト３５の回転と同期して図１４中の上下方向（ステムの長さ方向）に変位させられる。排気バルブ２２２は、クランクシャフト３５の１回転中に、１回開かれる。なお、排気バルブ２２２を、電動またはエア圧などにより変位させるようにしてもよい。
【０１５１】
さらに、排気バルブは、円筒状のバルブと円柱状のバルブとを組み合わせて構成することもできる。
【０１５２】
図１５は、本発明の一実施の形態のレシプロ式熱機関１１の構成のさらに他の例を示す図である。
【０１５３】
図１５に示されるレシプロ式熱機関１１は、熱機関部２５１、ドレン回収装置２２および制御装置２３を含み構成される。熱機関部２５１は、循環水を加熱して、水蒸気による加圧により動力を発生させる。図１５において、図１に示される部分と同様に部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【０１５４】
熱機関部２５１は、シリンダ３１、シリンダヘッド２６１、ピストン３３、コネクティングロッド３４、クランクシャフト３５、ピストンピン３６およびクランクピン３７を含み構成される。シリンダヘッド２６１は、鉄またはアルミニウム合金などの金属、セラミックス、または繊維強化プラスチックなどの複合素材などから形成される。
【０１５５】
シリンダヘッド２６１の中央であって、ピストン３３に対向する部分の中央には、加熱器４１が設けられている。
【０１５６】
シリンダヘッド２６１には、循環水が加熱されて気化した水蒸気を熱機関部２５１から排気するための排気ポート２８１が形成されている。排気ポート２８１には、循環水が加熱器４１により加熱されて気化した水蒸気をシリンダ３１の内部の空間に密閉するか、またはシリンダ３１の内部の空間から排気ポート２８１に排気する排気バルブ３０１が設けられている。排気ポート２８１は、排気ポート２８１から排気された水蒸気をドレン回収装置２２に流すための排気管４４に接続されている。排気管４４は、排気ポート２８１とドレン回収装置２２とを接続する。
【０１５７】
排気バルブ３０１は、排気ポート２８１を閉じるか、または開く。排気バルブ３０１が開いている場合、排気ポート２８１を通じて、水蒸気がシリンダ３１内から排気管４４に流れる。排気バルブ３０１は、円柱状に形成され、排気ポート２８１に回転自在に設けられている。排気バルブ３０１の外形径は、排気ポート２８１の径より大きくされている。
【０１５８】
図１６は、排気バルブ３０１の構成の詳細を示す図である。図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）および図１６（Ｃ）は、それぞれ、排気バルブ３０１の形状を示す側面図、上面図および正面図である。
【０１５９】
排気バルブ３０１は、円筒状バルブ３１１および円柱状バルブ３１２とからなる。円筒状バルブ３１１は、中空の円筒状に形成されている。円筒状バルブ３１１は、排気ポート２８１に回転自在に装着されている。円筒状バルブ３１１の側面には、バルブ孔３２１−１および３２１−２が形成されている。バルブ孔３２１−１および３２１−２は、円筒状バルブ３１１の側面の外側と内側の中空部分とをつなげるように開口されている。
【０１６０】
円柱状バルブ３１２は、円柱状に形成されている。円柱状バルブ３１２は、円筒状バルブ３１１の内側に回転自在に装着されている。円柱状バルブ３１２には、対向する側面を連通するバルブ孔３２２が形成されている。言い換えると、バルブ孔３２２は、円柱状バルブ３１２の対向する側面をつなげるように開けられている。
【０１６１】
排気ポート２８１と、円筒状バルブ３１１のバルブ孔３２１−１および３２１−２と、円柱状バルブ３１２のバルブ孔３２２とが連通した場合、排気ポート２８１は開き、排気ポート２８１と、円筒状バルブ３１１のバルブ孔３２１−１および３２１−２と、円柱状バルブ３１２のバルブ孔３２２とが連通しない場合、排気ポート２８１は閉じられる。
【０１６２】
より詳細には、円筒状バルブ３１１の外形は、底面が円形である円柱状であって、シリンダヘッド２６１の排気ポート２８１の径より大きい径の円柱状に形成されている。円筒状バルブ３１１の内部には、底面が円形の円柱状の空洞であって、外形の円柱の直線状の中心軸と同軸の円柱状の空洞が形成されている。円筒状バルブ３１１には、中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ断面形状のバルブ孔３２１−１および３２１−２がそれぞれ設けられている。例えば、バルブ孔３２１−１およびバルブ孔３２１−２を結ぶ線が中心軸を通る円筒状バルブ３１１の側面上の位置に、同じ断面形状のバルブ孔３２１−１および３２１−２がそれぞれ設けられている。例えば、バルブ孔３２１−１および３２１−２の断面であって、円筒状バルブ３１１の側面に沿った向き（中心線と平行の向き）の断面の形状は、四角とされている。例えば、バルブ孔３２１−１および３２１−２の断面であって、中心線と交差する向きの断面の形状は、四角とされている。
【０１６３】
円筒状バルブ３１１は、中心軸が排気ポート２８１の延伸する向きに交差するように排気ポート２８１に回転自在に設けられている。円筒状バルブ３１１のバルブ孔３２１−１および３２１−２は、円筒状バルブ３１１が排気ポート２８１に対し所定の角度位置になると排気ポート２８１に開く。
【０１６４】
円柱状バルブ３１２の外形は、円筒状バルブ３１１の空洞の径に対応する径の円形の底面の円柱状に形成されている。円柱状バルブ３１２には、外形の円柱の直線状の中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ形状で開口して開口を連通しているバルブ孔３２２が設けられている。例えば、バルブ孔３２２は、直線状に中心線と交差するように形成されている。例えば、バルブ孔３２２の断面であって、円柱状バルブ３１２の側面に沿った向き（中心線と平行の向き）の断面の形状は、四角とされている。バルブ孔３２２の断面であって、円柱状バルブ３１２の側面に沿った向き（中心線と平行の向き）の断面の形状は、円柱状バルブ３１２の側面において、バルブ孔３２１−１および３２１−２の断面であって、円筒状バルブ３１１の側面に沿った向き（中心線と平行の向き）の断面の形状とほぼ同じ形状とされている。円柱状バルブ３１２の側面に沿った向き（中心線と平行の向き）の断面の形状と、バルブ孔３２１−１および３２１−２の断面であって、円筒状バルブ３１１の側面に沿った向き（中心線と平行の向き）の断面の形状とは、円柱状バルブ３１２の側面において、対応する形状であるともいえる。例えば、バルブ孔３２２の断面であって、中心線と交差する向きの断面の形状は、四角とされている。
【０１６５】
例えば、バルブ孔３２２の断面であって、円柱状バルブ３１２の側面に沿った向き（中心線と平行の向き）の断面の形状は、中心線から側面に向かうに従って、より大きな四角となる形状とされている。すなわち、バルブ孔３２２は、中心線から側面に向かうに従って、ラッパ状に開いている形状とされている。
【０１６６】
円柱状バルブ３１２は、円筒状バルブ３１１の空洞に回転自在に挿入されている。円柱状バルブ３１２のバルブ孔３２２は、円柱状バルブ３１２が円筒状バルブ３１１に対し所定の角度位置になると、バルブ孔３２１−１およびバルブ孔３２１−２と連通する。
【０１６７】
円筒状バルブ３１１および円柱状バルブ３１２は、それぞれ、直動式の電動機若しくはエアモータまたは減速機および電動機若しくはエアモータなどの駆動部（図示せず）により回転させられる。
【０１６８】
例えば、円柱状バルブ３１２は、クランクシャフト３５が２回転すると、１回転させられる。例えば、円筒状バルブ３１１の角度位置は、レシプロ式熱機関１１の運転状態に応じて、排気ポート２８１に対して所定の角度位置になるように、変位させられる。
【０１６９】
このようにすることで、クランクシャフト３５の回転の角度位置などに応じて、排気ポート２８１を開くまたは閉じるタイミングおよび開口の面積を簡単に調整することができる。
【０１７０】
なお、円筒状バルブ３１１を、円筒状バルブ３１１の長手方向に変位可能に排気ポート２８１に装着し、排気ポート２８１内で円筒状バルブ３１１を長手方向に変位させるようにしてもよい。また、円柱状バルブ３１２を、円柱状バルブ３１２の長手方向に変位可能に円筒状バルブ５６に装着し、円筒状バルブ５６内で円柱状バルブ３１２を長手方向に変位させるようにしてもよい。
【０１７１】
レシプロ式熱機関１１によれば、内燃機関の様な燃焼爆発が無いので作動が静粛である。また、レシプロ式熱機関１１によれば、可燃燃料による燃焼が無いため爆発の危険性が低く、保守が容易である。
【０１７２】
また、レシプロ式熱機関１１においては、スパークプラグが無いので電波ノイズが発生しない。
【０１７３】
なお、レシプロ式熱機関１１は、２気筒や４気筒など、いわゆる複数気筒の構成とすることもできる。
【０１７４】
また、加熱器４１または加熱器１２１は、１つのシリンダヘッド３２、シリンダヘッド１７１、シリンダヘッド２１１、またはシリンダヘッド２６１に複数設けるようにしてもよい。さらに、１つのシリンダヘッド３２、シリンダヘッド１７１、シリンダヘッド２１１、またはシリンダヘッド２６１に、加熱器４１および加熱器１２１を設けるようにしてもよい。さらにまた、１つのレシプロ式熱機関１１に、シリンダ３１、シリンダヘッド３２およびピストン３３からなる気筒と、シリンダ３１、シリンダヘッド１７１、ピストン３３からなる気筒とを設けるようにしてもよい。同様に、１つのレシプロ式熱機関１１に、図１、図１０、図１３、図１４または図１５に示される構成のいずれかを気筒ごとに採用するようにしてもよい。
【０１７５】
また、加熱器４１は、温泉のお湯や高温の岩体により得られた蒸気や熱水などの地熱により、循環水を加熱するようにしてもよい。
【０１７６】
このように、レシプロ式熱機関１１は、シリンダ３１、シリンダヘッド３２およびピストン３３を備える。加熱器４１は、シリンダヘッド３２に設けられ、外部から供給されるエネルギーにより、シリンダ３１、シリンダヘッド３２およびピストン３３で密閉されている水を加熱する。排気バルブ４３は、シリンダヘッド３２に設けられ、水が加熱器４１により加熱されて気化した水蒸気をシリンダ３１から排気する。ドレン回収装置２２は、排気された水蒸気からドレンを回収する。吐出装置５１は、ドレン回収装置２２において回収されたドレンである水を加熱器４１に吐出する。レシプロ式熱機関１１において、排気バルブ４３および吐出装置５１により、シリンダ３１内およびドレン回収装置２２の間で水が循環させられる。
【０１７７】
シリンダ３１内およびドレン回収装置２２の間で水が循環させて、吐出装置５１がドレンである水を加熱器４１に吐出し、シリンダヘッドに設けられている加熱器４１が、水を加熱して気化させ、シリンダヘッド３２に設けられている排気バルブ４３が、気化した水蒸気をシリンダ３１から排気し、ドレン回収装置２２が排気された水蒸気からドレンを回収するようにしたので、特殊な材料や機材を必要とせず、より簡単な構成とすることができる。加熱器４１が、外部から供給されるエネルギーにより、水を加熱し、ドレン回収装置２２が、排気された水蒸気からドレンを回収するので、より簡単に保守できる。このように、特殊な材料や機材を必要とせず、より簡単な構成で、より簡単に保守できる。
【０１７８】
加熱器４１には、液状の水を収納するための容器状の収納部７１を形成し、収納部７１には、収納部７１から水または水蒸気を放出するための孔７２を形成することができる。このようにすることで、水をより確実に加熱でき、水が、より容易に、液相の水が気相の水蒸気になることにより膨張でき、これにより、より効率的にピストン３３を駆動させることができる。
【０１７９】
加熱器１２１を、シリンダヘッド３２の外側に露出させ、加熱器１２１の部分のうち、シリンダヘッド３２の外側に露出している部分に、外部からの光を熱に変換する光熱変換部１３３を形成し、光熱変換部１３３で光から変換された熱を、シリンダヘッド３２の内側の水に伝達されるようにすることができる。このようにすることで、水を加熱するための、外部から供給されるエネルギーとして、太陽光などの光のエネルギーを利用することができる。
【０１８０】
加熱器１２１の光熱変換部１３３に太陽光を集光する凹面鏡１４１をさらに設けることができる。このようにすることで、水を加熱するための、外部から供給されるエネルギーとして、太陽光などの光のエネルギーをより効果的に利用することができる。
【０１８１】
加熱器４１は、電気である、外部から供給されるエネルギーにより、水を加熱する。このようにすることで、水を加熱するための、外部から供給されるエネルギーとして、電気のエネルギーを利用することができる。
【０１８２】
吐出装置５１は、ピストンが上死点近傍にある場合、水を加熱器４１に吐出する。
【０１８３】
吐出装置５１により吐出される水の量を制御する制御装置１１２をさらに設けることができる。
【０１８４】
制御装置１１２は、さらに、加熱器４１による水への加熱を制御するようにすることができる。
【０１８５】
排気バルブ４３の外形は、底面が円形である円柱状であって、シリンダヘッドの排気ポートの径より大きい径の円柱状に形成される。排気バルブ４３には、外形の円柱の直線状の中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ形状で開口して開口を連通しているバルブ孔６１が設けられる。排気バルブ４３は、中心軸が排気ポート４２の延伸する向きに交差するように排気ポート４２に回転自在に設けられる。排気ポート４２に対する排気バルブ４３の所定の角度位置で排気バルブ４３のバルブ孔６１が排気ポート４２に開く。
【０１８６】
円柱状の複数の排気バルブである排気バルブ１８２−１および１８２−２のそれぞれを、複数の排気ポートである排気ポート１８１−１および１８１−２のそれぞれに設けることができる。
【０１８７】
排気バルブ３０１を、底面が円形である円柱状であって、シリンダヘッド２６１の排気ポート２８１の径より大きい径の円柱状に外形が形成され、底面が円形の円柱状の空洞であって、外形の円柱の直線状の第１の中心軸と同軸の円柱状の空洞が内部に形成され、第１の中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ断面形状のバルブ孔３２１−１および３２１−２がそれぞれ設けられ、第１の中心軸が排気ポート２８１の延伸する向きに交差するように排気ポート２８１に回転自在に設けられ、排気ポート２８１に対する所定の角度位置でバルブ孔３２１−１および３２１−２が排気ポート２８１に開く中空円筒状の円筒状バルブ３１１と、円筒状バルブ３１１の空洞の径に対応する径の円形の底面の円柱状に外形が形成され、外形の円柱の直線状の第２の中心軸に対して線対称となる側面上の２つの位置に同じ形状で開口して開口を連通しているバルブ孔３２２が設けられ、円筒状バルブ３１１の空洞に回転自在に挿入され、円筒状バルブ３１１に対する所定の角度位置でバルブ孔３２２がバルブ孔３２１−１および３２１−２と連通する円柱状の円柱状バルブ３１２とから構成することができる。
【０１８８】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１８９】
１１  レシプロ式熱機関，  ２１  熱機関部，  ２２  ドレン回収装置，  ２３  制御装置，  ３１  シリンダ，  ３２  シリンダヘッド，  ３３  ピストン，  ３４  コネクティングロッド，  ３５  クランクシャフト，  ３６  ピストンピン，  ３７  クランクピン，  ４１  加熱器，  ４２  排気ポート，  ４３  排気バルブ，  ４４  排気管，  ４５  ドレン管，  ５１  吐出装置，  ５２  温度センサ，  ５３  圧力センサ，  ５４  流量センサ，  ５５  温度センサ，  ５６  温度センサ，  ５７  圧力センサ，  ６１  バルブ孔，  ７１  収納部，  ７２  孔，  ８１  センサ値読取部，  ８２  吐出水量計算部，  ８３  吐出装置駆動部，  ８４  加熱熱量計算部，  ８５  加熱器加熱制御部，  ９１  水蒸気温度センサ値読取部，  ９２  水蒸気圧力センサ値読取部，  ９３  水温度センサ値読取部，  ９４  水圧力センサ値読取部，  ９５  水流量センサ値読取部，  ９６  加熱器温度センサ値読取部，  １１１  熱機関部，  １１２  制御装置，  １２１  加熱器，  １３１  収納部，  １３２  孔，  １３３  光熱変換部，  １４１  凹面鏡，  １５１  吐出水量計算部，  １５２  吐出装置駆動部，  １６１  熱機関部，  １７１  シリンダヘッド，  １８１−１および１８１−２  排気ポート，  １８２−１および１８２−２  排気バルブ，  １８３  排気管，  １９１−１および１９１−２  バルブ孔，  ２０１  熱機関部，  ２１１  シリンダヘッド，  ２２１  排気ポート，  ２２２  排気バルブ，  ２２３  排気管，  ２５１  熱機関部，  ２６１  シリンダヘッド，  ２８１  排気ポート，  ３０１  排気バルブ，  ３１１  円筒状バルブ，  ３１２  円柱状バルブ，  ３２１−１および３２１−２  バルブ孔，  ３２２  バルブ孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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