(57)【要約】【課題】高出力な外燃機関を提供すること。【解決手段】作動媒体１１が液体状態で流動可能に封入された第１、第２容器１２、１３と、作動媒体１１を加熱して蒸気を発生させる第１、第２加熱器１４、１５と、蒸気を冷却して液化させる第１、第２冷却器１６、１７と、蒸気の発生と冷却によって生じる第１、第２容器１２、１３内の作動媒体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１８とを備える。出力部１８は、第１、第２容器１２、１３のうち一方の容器側から得られた機械的エネルギの一部を、第１、第２容器１２、１３のうち他方の容器内の作動媒体１１の液体部分に与えるように構成される。作動媒体１１は、３種類の作動媒体から構成され、第１容器１２に第１作動媒体１１ｂが封入され、第２容器１３に第２作動媒体１１ｃが封入され、出力部１８に第３作動媒体１１ｄが封入される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体（１１）が液体状態で流動可能に封入された管状の第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）と、
前記第１容器（１２、３１２）の一端部側に配置され、前記第１容器（１２、３１２）内の前記作動媒体（１１）の一部を加熱沸騰させて蒸気を発生させる第１加熱器（１４、３１４）と、
前記第１容器（１２、３１２）の他端部と前記第１加熱器（１４、３１４）との間に配置され、前記第１容器（１２、３１２）内の前記蒸気を冷却して液化させる第１冷却器（１６、３１６）と、
前記第２容器（１３、３１３）の一端部側に配置され、前記第２容器（１３、３１３）内の前記作動媒体（１１）の一部を加熱沸騰させて蒸気を発生させる第２加熱器（１５、３１５）と、
前記第２容器（１３、３１３）の他端部と前記第２加熱器（１５、３１５）との間に配置され、前記第２容器（１３、３１３）内の前記蒸気を冷却して液化させる第２冷却器（１７、３１７）と、
前記第１容器（１２、３１２）の他端部と前記第２容器（１３、３１３）の他端部との間に接続され、前記第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）内における前記蒸気の発生と液化によって生じる前記第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）内の前記作動媒体（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（１８、２１８、３１８）とを備え、
前記出力部（１８、２１８、３１８）は、前記第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）のうち一方の容器側から得られた前記機械的エネルギの一部を、他方の容器内の前記作動媒体（１１）の液体部分に与えるように構成され、
前記作動媒体（１１）は、第１作動媒体（１１ｂ）と、前記第１作動媒体（１１）の沸点或いは凝縮点と異なる沸点、或いは凝縮点を有する第２作動媒体（１１ｃ）とを含み、
前記第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）、及び前記出力部（１８、２１８、３１８）の内部空間のうち、前記第１容器（１２、３１２）側の空間に前記第１作動媒体（１１ｂ）が液体状態で流動可能に封入され、
前記第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）、及び前記出力部（１８、２１８、３１８）の内部空間のうち、前記第２容器（１３、３１３）側の空間に前記第２作動媒体（１１ｃ）が液体状態で流動可能に封入されていることを特徴とする外燃機関。
【請求項２】
前記第１容器（１２、３１２）側から出力される前記機械的エネルギの一部と、前記第２容器（１３、３１３）側から出力される前記機械的エネルギの一部とは、略同等であることを特徴とする請求項１記載の外燃機関。
【請求項３】
前記第１作動媒体（１１ｂ）における最大圧力と最小圧力との差である第１圧力差ΔＰ１と、前記第２作動媒体（１１ｃ）における最大圧力と最小圧力との差である第２圧力差ΔＰ２とは、略同等であることを特徴とする請求項１又は２に記載の外燃機関。
【請求項４】
前記作動媒体（１１）は、前記第１作動媒体（１１ｂ）及び前記第２作動媒体（１１ｃ）よりも潤滑性能に優れた第３作動媒体（１１ｄ）を含み、
前記第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）、及び前記出力部（１８、２１８、３１８）の内部空間のうち、前記第１容器（１２、３１２）側の内部空間に前記第１作動媒体（１１ｂ）が液体状態で流動可能に封入され、前記第２容器（１３、３１３）側の内部空間に前記第２作動媒体（１１ｃ）が液体状態で流動可能に封入され、前記出力部（１８、２１８、３１８）側の内部空間に前記第３作動媒体（１１ｄ）が液体状態で充満していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項５】
前記第１作動媒体（１１ｂ）と前記第３作動媒体（１１ｄ）、及び前記第２作動媒体（１１ｃ）と前記第３作動媒体（１１ｄ）とのうち少なくとも一方は、互いに分離した状態で接触していることを特徴とする請求項４記載の外燃機関。
【請求項６】
前記第１作動媒体（１１ｂ）と前記第３作動媒体（１１ｄ）、及び前記第２作動媒体（１１ｃ）と前記第３作動媒体（１１ｄ）とのうち少なくとも一方は、前記第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）、及び前記出力部（１８、２１８、３１８）の内部空間を仕切る薄板状のダイアフラム（３２、３３）によって分離されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の外燃機関。
【請求項７】
前記第１加熱器（１４、３１４）における加熱温度と、前記第２加熱器（１５、３１５）における加熱温度とは、異なっていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項８】
前記第１加熱器（１４、３１４）は、前記第１作動媒体（１１ｂ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、
前記第２加熱器（１５、３１５）は、前記第２作動媒体（１１ｃ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、
前記第１加熱器（１４、３１４）と前記第２加熱器（１５、３１５）とは、前記流体の流れに対し直列に接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項９】
前記第１加熱器（１４、３１４）は、前記第１作動媒体（１１ｂ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、
前記第２加熱器（１５、３１５）は、前記第２作動媒体（１１ｃ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、
前記第１加熱器（１４、３１４）と前記第２加熱器（１５、３１５）とは、前記流体の流れに対し並列に接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項１０】
前記第１冷却器（１６、３１６）における冷却温度と、前記第２冷却器（１７、３１７）における冷却温度とは、異なっていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項１１】
前記第１冷却器（１６、３１６）は、前記第１作動媒体（１１ｂ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、
前記第２冷却器（１７、３１７）は、前記第２作動媒体（１１ｃ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、
前記第１冷却器（１６、３１６）と前記第２冷却器（１７、３１７）とは、前記流体の流れに対し直列に接続されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項１２】
前記第１冷却器（１６、３１６）は、前記第１作動媒体（１１ｂ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、
前記第２冷却器（１７、３１７）は、前記第２作動媒体（１１ｃ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、
前記第１冷却器（１６、３１６）と前記第２冷却器（１７、３１７）とは、前記流体の流れに対し並列に接続されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項１３】
前記第１冷却器（１６、３１６）は、前記第１作動媒体（１１ｂ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、
前記第２加熱器（１５、３１５）は、前記第２作動媒体（１１ｃ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、
前記第１冷却器（１６、３１６）と前記第２加熱器（１５、３１５）とは、前記流体の流れに対し直列に接続されていることを特徴とする請求項７記載の外燃機関。
【請求項１４】
車両に適用される請求項１３に記載の外燃機関であって、
前記第１加熱器（１４、３１４）は、内燃機関（６、４０６）にて燃焼した排気ガスが前記第１作動媒体（１１ｂ）と熱交換するように配設され、
前記第１冷却器（１６、３１６）及び前記第２加熱器（１５、３１５）は、前記内燃機関（６、４０６）を冷却する冷却水が前記第１作動媒体（１１ｂ）と熱交換した後、前記第２作動媒体（１１ｃ）と熱交換するように配設され、
前記第２冷却器（１７、３１７）は、走行風が前記第２作動媒体（１１ｃ）と熱交換するように配設されていることを特徴とする外燃機関。
【請求項１５】
前記第１作動媒体（１１ｂ）の液体部分の変位の位相と、前記第２作動媒体（１１ｃ）の液体部分の変位の位相とが１８０°ずれるようになっていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項１６】
前記第１容器（１２、３１２）の他端部と前記第２容器（１３、３１３）の他端部とが、前記出力部（１８、２１８、３１８）を挟んで対向配置されていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項１７】
前記出力部（１８、２１８、３１８）は、前記第１容器（１２、３１２）の他端部と連通する第１シリンダ（１９）と、
前記第１シリンダ（１９）に摺動可能に支持され、前記第１作動媒体（１１ｂ）の液体部分によって押圧される第１ピストン（２１）と、
前記第２容器（１３、３１３）の他端部と連通する第２シリンダ（２０）と、
前記第２シリンダ（２０）に摺動可能に支持され、前記第２作動媒体（１１ｃ）の液体部分によって押圧される第２ピストン（２２）と、
前記第１、第２ピストン（２１、２２）に連結され、前記第１、第２ピストン（２１、２２）の直線運動を回転運動に変換するクランク機構（２３）とを有していることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１つに記載の外燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動媒体の蒸気の発生と液化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。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の外燃機関が特許文献１にて開示されている。特許文献１に記載の外燃機関のように、作動媒体が流動可能に封入された容器と、作動媒体を加熱して蒸気を発生させる加熱器と、作動媒体を冷却して液化させる冷却器と、ピストンの変位を回転運動に変換するクランク機構を備える出力部とを有して構成される、いわゆる蒸気エンジンが知られている。
【特許文献１】特開２００４−８４５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１記載の外燃機関において、その出力部が有するピストンは、一端側からのみの押し出し力によって駆動されている。これに対し、高出力化を図る為に、ピストンを両端側から押し出す外燃機関が考えられる。つまり、作動媒体を流動可能に封入した容器を出力部を挟んで２つ用意し、各容器の片側端部を出力部に接続し、その反対側にそれぞれ加熱器、及び冷却器を配設し、作動媒体の液体部分が出力部のピストンを両端側から押し出すように構成された外燃機関が考えられる。
【０００４】
しかしながら、このように構成された外燃機関では、２つ（複数）の加熱器と、２つ（複数）の冷却器とを有する為、各加熱器、或いは各冷却器の温度帯、即ち各加熱器の加熱温度、或いは各冷却器の冷却温度が異なる場合がある。具体的には、上記構成の外燃機関が、熱量を多く有する流体である熱源を複数備える車両に用いられる場合が考えられる。その場合、例えば、２つの加熱器のうち１つは高温の排気ガスを熱源とし、他の１つは比較的低温の冷却水を熱源とすると、その２つの加熱器の温度帯は、大きく異なってしまう。この各加熱器の温度帯が異なる場合において、高温の熱源の排気ガスと熱交換することによって沸騰する作動媒体を各容器に封入すると、比較的低温の熱源の冷却水と熱交換して作動媒体を沸騰させる為には、作動媒体の封入圧を下げる必要がある。
【０００５】
一方、上記構成の外燃機関が、作動媒体を冷却する流体である冷却流体を複数備える車両に用いられる場合も考えられる。その場合、例えば、２つの冷却器のうち１つは冷却流体を冷却水とし、他の１つは冷却流体を走行風とすると、その２つの冷却器の温度帯も、大きく異なってしまう。この各冷却器の温度帯が異なる場合において、比較的高温の冷却水と熱交換することによって液化する作動媒体を各容器に封入しても、低温の走行風と熱交換して液化させる為には、作動媒体の封入圧を下げる必要がある。
【０００６】
これらの作動媒体の封入圧が低い容器においては、作動媒体の圧力が低い為、その容器内に封入された作動媒体が出力する仕事量が減少し、熱源から得られたエネルギを効率よく仕事量に変換できないといった問題点がある。ここで、仕事量とは、作動媒体の押圧力によって変位するピストンから得られる機械的エネルギのことである。つまり、上記構成の外燃機関では、いずれかの容器で熱源から得られる熱エネルギを効率よく機械的エネルギに変換することができないといった問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、複数の熱源、或いは複数の冷却流体を用いることで、各加熱器、或いは各冷却器の温度帯が異なる場合においても、高出力な外燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００９】
請求項１に係る外燃機関は、作動媒体（１１）が液体状態で流動可能に封入された管状の第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）と、第１容器（１２、３１２）の一端部側に配置され、第１容器（１２、３１２）内の作動媒体（１１）の一部を加熱沸騰させて蒸気を発生させる第１加熱器（１４、３１４）と、第１容器（１２、３１２）の他端部と第１加熱器（１４、３１４）との間に配置され、第１容器（１２、３１２）内の蒸気を冷却して液化させる第１冷却器（１６、３１６）と、第２容器（１３、３１３）の一端部側に配置され、第２容器（１３、３１３）内の作動媒体（１１）の一部を加熱沸騰させて蒸気を発生させる第２加熱器（１５、３１５）と、第２容器（１３、３１３）の他端部と第２加熱器（１５、３１５）との間に配置され、第２容器（１３、３１３）内の蒸気を冷却して液化させる第２冷却器（１７、３１７）と、第１容器（１２、３１２）の他端部と第２容器（１３、３１３）の他端部との間に接続され、第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）内における蒸気の発生と液化によって生じる第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）内の作動媒体（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（１８、２１８、３１８）とを備え、
出力部（１８、２１８、３１８）は、第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）のうち一方の容器側から得られた機械的エネルギの一部を、他方の容器内の作動媒体（１１）の液体部分に与えるように構成され、作動媒体（１１）は、第１作動媒体（１１ｂ）と、第１作動媒体（１１）の沸点或いは凝縮点と異なる沸点、或いは凝縮点を有する第２作動媒体（１１ｃ）とを含み、第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）、及び出力部（１８、２１８、３１８）の内部空間のうち、第１容器（１２、３１２）側の空間に第１作動媒体（１１ｂ）が液体状態で流動可能に封入され、第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）、及び出力部（１８、２１８、３１８）の内部空間のうち、第２容器（１３、３１３）側の空間に第２作動媒体（１１ｃ）が液体状態で流動可能に封入されていることを特徴とする。
【００１０】
これにより、複数の熱源、或いは複数の冷却流体を用いることで、各加熱器（１４、１５）、或いは各冷却器（１６、１７）の温度帯が異なる場合においても、各作動媒体（１１）の封入圧を下げることなく、各容器（１２、１３、３１２、３１３）に封入することが可能となる。その結果、各容器（１２、１３、３１２、３１３）内に封入された作動媒体（１１）は、熱源から得られたエネルギを効率よく仕事量に変換することができ、出力部（１８、２１８、３１８）の高出力化を図ることが可能となる。
【００１１】
請求項２に係る外燃機関は、第１容器（１２、３１２）側から出力される機械的エネルギの一部と、第２容器（１３、３１３）側から出力される機械的エネルギの一部とは、略同等であることを特徴とする。
【００１２】
これにより、出力部（１８、２１８、３１８）は、各容器（１２、１３、３１２、３１３）からバランスよく、機械的エネルギを得ることが可能となる。ここでいう略同等とは、第２作動媒体（１１ｃ）の機械的エネルギが、第１作動媒体（１１ｂ）の機械的エネルギの０．８倍〜１．２倍であればよい。更には、第２作動媒体（１１ｃ）の機械的エネルギは、第１作動媒体（１１ｂ）の機械的エネルギと略同一が好ましい。ここでいう略同一とは、完全同一に対し加工成形上、不可避な加工誤差が含まれている。
【００１３】
請求項３に係る外燃機関は、第１作動媒体（１１ｂ）における最大圧力と最小圧力との差である第１圧力差ΔＰ１と、第２作動媒体（１１ｃ）における最大圧力と最小圧力との差である第２圧力差ΔＰ２とが、略同等であることを特徴とする。
【００１４】
これにより、出力部（１８、２１８、３１８）は、各容器（１２、１３、３１２、３１３）からバランスよく、機械的エネルギを得ることが可能となる。ここでいう略同等とは、第２圧力差ΔＰ２が、第１圧力差ΔＰ１の０．８倍〜１．２倍であればよい。更には、第２作動媒体（１１ｃ）の機械的エネルギは、第１作動媒体（１１ｂ）の機械的エネルギと略同一が好ましい。ここでいう略同一とは、完全同一に対し加工成形上、不可避な加工誤差が含まれている。
【００１５】
請求項４に係る外燃機関は、作動媒体（１１）が、第１作動媒体（１１ｂ）及び第２作動媒体（１１ｃ）よりも潤滑性能に優れた第３作動媒体（１１ｄ）を含み、第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）、及び出力部（１８、２１８、３１８）の内部空間のうち、第１容器（１２、３１２）側の内部空間に第１作動媒体（１１ｂ）が液体状態で流動可能に封入され、第２容器（１３、３１３）側の内部空間に第２作動媒体（１１ｃ）が液体状態で流動可能に封入され、出力部（１８、２１８、３１８）側の内部空間に第３作動媒体（１１ｄ）が液体状態で充満していることを特徴とする。
【００１６】
これにより、第３作動媒体（１１ｄ）は、第１作動媒体（１１ｂ）及び第２作動媒体（１１ｃ）よりも潤滑性能に優れている為、出力部（１８）の潤滑性を向上させることが可能となる。
【００１７】
請求項５に係る外燃機関は、第１作動媒体（１１ｂ）と第３作動媒体（１１ｄ）、及び第２作動媒体（１１ｃ）と第３作動媒体（１１ｄ）とのうち少なくとも一方が、互いに分離した状態で接触していることを特徴とする。
【００１８】
これにより、第１作動媒体（１１ｂ）、第２作動媒体（１１ｃ）、及び第３作動媒体（１１ｄ）の混濁を回避することと、第１作動媒体（１１）と第３作動媒体（１１ｄ）との間、第２作動媒体（１１ｃ）と第３作動媒体（１１ｄ）との間で互いに変位を伝達可能にすることとを両立することが可能となる。その結果、外燃機関の基本的作動に支障を来すことなく、作動媒体（１１）を第１作動媒体（１１ｂ）、第２作動媒体（１１ｃ）、及び第３作動媒体（１１ｄ）で構成することが可能となる。
【００１９】
請求項６に係る外燃機関は、第１作動媒体（１１ｂ）と第３作動媒体（１１ｄ）、及び第２作動媒体（１１ｃ）と第３作動媒体（１１ｄ）とのうち少なくとも一方が、第１、第２容器（１２、１３、３１２、３１３）、及び出力部（１８、２１８、３１８）の内部空間を仕切る薄板状のダイアフラム（３２、３３）によって分離されていることを特徴とする。
【００２０】
これにより、第１、第２ダイアフラム（３２、３３）によって、第１作動媒体（１１ｂ）、第２作動媒体（１１ｃ）、及び第３作動媒体（１１ｄ）の混濁を回避することと、第１作動媒体（１１）と第３作動媒体（１１ｄ）との間、第２作動媒体（１１ｃ）と第３作動媒体（１１ｄ）との間で互いに変位を伝達可能にすることとを両立することが可能となる。その結果、外燃機関の基本的作動に支障を来すことなく、作動媒体（１１）を第１作動媒体（１１ｂ）、第２作動媒体（１１ｃ）、及び第３作動媒体（１１ｄ）で構成することが可能となる。
【００２１】
請求項７に係る外燃機関は、第１加熱器（１４、３１４）における加熱温度と、第２加熱器（１５、３１５）における加熱温度とが、異なる流体であることを特徴とする。
【００２２】
これにより、各加熱器（１４、３１４、１５、３１５）にて作動媒体（１１）と熱交換する流体、即ち熱量を多く有する流体である熱源を複数用いることが可能となる。
請求項８に係る外燃機関は、第１加熱器（１４、３１４）は、第１作動媒体（１１ｂ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、第２加熱器（１５、３１５）は、第２作動媒体（１１ｃ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、第１加熱器（１４、３１４）と第２加熱器（１５、３１５）とは、流体の流れに対し直列に接続されていることを特徴とする。
【００２３】
これにより、１つの熱源に対し、第１加熱器（１４、３１４）と第２加熱器（１５、３１５）との温度帯が異なるように用いることが可能となる。
【００２４】
請求項９に係る外燃機関は、第１加熱器（１４、３１４）は、第１作動媒体（１１ｂ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、第２加熱器（１５、３１５）は、第２作動媒体（１１ｃ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、第１加熱器（１４、３１４）と第２加熱器（１５、３１５）とは、流体の流れに対し並列に接続されていることを特徴とする。
【００２５】
これにより、１つの熱源に対し、第１加熱器（１４、３１４）と第２加熱器（１５、３１５）との温度帯が同じになるように用いることが可能となる。
【００２６】
請求項１０に係る外燃機関は、第１冷却器（１６、３１６）における冷却温度と、第２冷却器（１７、３１７）における冷却温度とは、異なっていることを特徴とする。
【００２７】
これにより、各冷却器（１６、３１６、１７、３１７）にて作動媒体（１１）と熱交換する流体、即ち作動媒体（１１）を冷却する流体である冷却流体を複数用いることが可能となる。
【００２８】
請求項１１に係る外燃機関は、第１冷却器（１６、３１６）は、第１作動媒体（１１ｂ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、第２冷却器（１７、３１７）は、第２作動媒体（１１ｃ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、第１冷却器（１６、３１６）と第２冷却器（１７、３１７）とは、流体の流れに対し直列に接続されていることを特徴とする。
【００２９】
これにより、１つの冷却流体に対し、第１冷却器（１６、３１６）と第２冷却器（１７、３１７）との温度帯が異なるように用いることが可能となる。
【００３０】
請求項１２に係る外燃機関は、第１冷却器（１６、３１６）は、第１作動媒体（１１ｂ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、第２冷却器（１７、３１７）は、第２作動媒体（１１ｃ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、第１冷却器（１６、３１６）と第２冷却器（１７、３１７）とは、流体の流れに対し並列に接続されていることを特徴とする。
【００３１】
これにより、１つの冷却流体に対し、第１冷却器（１６、３１６）と第２冷却器（１７、３１７）との温度帯が同じになるように用いることが可能となる。
【００３２】
請求項１３に係る外燃機関は、第１冷却器（１６、３１６）は、第１作動媒体（１１ｂ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、第２加熱器（１５、３１５）は、第２作動媒体（１１ｃ）と流体とを熱交換させる熱交換器であり、第１冷却器（１６、３１６）と第２加熱器（１５、３１５）とは、流体の流れに対し直列に接続されていることを特徴とする。
【００３３】
これにより、第１作動媒体（１１ｂ）の熱量を、第１冷却器（１６、３１６）にて第１作動媒体（１１ｂ）と熱交換し、第２加熱器（１５、３１５）にて第２作動媒体（１１ｃ）と熱交換することで、第２作動媒体（１１ｃ）に与えることが可能となる。つまり、第１加熱器（１４、３１４）から得た熱量を、効率よく第１作動媒体（１１ｂ）、及び第２作動媒体（１１ｃ）に与えることが可能となる。
【００３４】
請求項１４に係る外燃機関は、車両に適用される請求項１３に記載の外燃機関であって、第１加熱器（１４、３１４）は、内燃機関（６、４０６）にて燃焼した排気ガスが第１作動媒体（１１ｂ）と熱交換するように配設され、第１冷却器（１６、３１６）及び第２加熱器（１５、３１５）は、内燃機関（６、４０６）を冷却する冷却水が第１作動媒体（１１ｂ）と熱交換した後、第２作動媒体（１１ｃ）と熱交換するように配設され、第２冷却器（１７、３１７）は、走行風が第２作動媒体（１１ｃ）と熱交換するように配設されていることを特徴とする。
【００３５】
これにより、車両が複数有する熱源から得たエネルギを、効率よく機械的エネルギに変換して出力することが可能となる。
【００３６】
請求項１５に係る外燃機関は、第１作動媒体（１１ｂ）の液体部分の変位の位相と、第２作動媒体（１１ｃ）の液体部分の変位の位相とが１８０°ずれるようになっていることを特徴とする。
【００３７】
これにより、一方の容器側から出力される機械的エネルギを効果的に利用して、他方の容器内の作動媒体（１１）の液体部分を押し戻すことが可能となる。ここで、「第１容器（１２、３１２）内の作動媒体（１１、３１）の変位の位相と、第２容器（１３、３１３）内の作動媒体（１１、３１）の変位の位相とが１８０度ずれている」とは、厳密に１８０度ずれていることのみを意味するものではなく、作動上の誤差も含む意味である。
【００３８】
請求項１６に係る外燃機関は、第１容器（１２、３１２）の他端部と第２容器（１３、３１３）の他端部とが、出力部（１８、２１８、３１８）を挟んで対向配置されていることを特徴とする。
【００３９】
これにより、一方の容器側から出力される機械的エネルギを効果的に利用して、他方の容器内の作動媒体（１１）の液体部分を押し戻すことが可能となる。
【００４０】
請求項１７に係る外燃機関は、出力部（１８、２１８、３１８）が、第１容器（１２、３１２）の他端部と連通する第１シリンダ（１９）と、第１シリンダ（１９）に摺動可能に支持され、第１作動媒体（１１ｂ）の液体部分によって押圧される第１ピストン（２１）と、第２容器（１３、３１３）の他端部と連通する第２シリンダ（２０）と、第２シリンダ（２０）に摺動可能に支持され、第２作動媒体（１１ｃ）の液体部分によって押圧される第２ピストン（２２）と、第１、第２ピストン（２１、２２）に連結され、第１、第２ピストン（２１、２２）の直線運動を回転運動に変換するクランク機構（２３）とを有していることを特徴とする。
【００４１】
これにより、出力部（１８、２１８、３１８）をいわゆるレシプロ形に構成できるので、出力部（１８、２１８、３１８）の構造を簡素化できる。
【００４２】
なお、この欄及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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における外燃機関１０の構成について、図１を用いて説明する。図１は、第１実施形態における外燃機関１０の概略構成を表す構成図である。本実施形態による外燃機関１０は、駆動対象機器、例えば、発電装置の駆動源として用いられるものであり、車両に搭載されるものである。
【００４４】
外燃機関１０は、作動媒体１１が液体状態で流動可能に封入された第１、第２容器１２、１３を備えている。第１容器１２には、第１容器１２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第１加熱器１４、及び第１容器１２内の作動媒体１１の蒸気を冷却する第１冷却器１６が配設されている。第２容器１３には、第２容器１３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第２加熱器１５、及び第２容器１３内の作動媒体１１の蒸気を冷却する第２冷却器１７が配設されている。
【００４５】
第１容器１２は、上下方向に延びる第１上下直線部１２ａと、第１上下直線部１２ａの下端部から水平方向に延びる第１水平直線部１２ｂとを有する略Ｌ字状に形成された管状の圧力容器である。第１上下直線部１２ａの上端部に第１加熱器１４が配置され、第１上下直線部１２ａの中間部、すなわち、第１加熱器１４、１５よりも下方に第１冷却器１６が配置されている。また、第１上下直線部１２ａの上端部には、作動媒体１１が気化する空間を確保するために、所定体積の気体が封入されている。
【００４６】
第２容器１３は、上下方向に延びる第２上下直線部１３ａと、第２上下直線部１３ａの下端部から水平方向に延びる第２水平直線部１３ｂとを有する略Ｌ字状に形成された管状の圧力容器である。第２上下直線部１３ａの上端部に第２加熱器１５が配置され、第２上下直線部１３ａの中間部、すなわち、第２加熱器１５よりも下方に第２冷却器１７が配置されている。また、第２上下直線部１３ａの上端部には、作動媒体１１が気化する空間を確保するために、所定体積の気体が封入されている。
【００４７】
ここで、第１加熱器１４は、内燃機関（以下、エンジン６という）６の排気ガスと熱交換するものである。第１冷却器１６は、エンジン６を冷却する冷却水と熱交換するものである。第２加熱器１５は、第１冷却器１６によって加熱された冷却水と熱交換するものである。第２冷却器１７は、走行風と熱交換するものである。ここで、第１加熱器１４、及び第２加熱器１５を電気ヒータで構成してもよい。また、第１冷却器１６、及び第２加熱器１５には、冷却水が循環するようになっている。冷却水は、図１の実線で描かれた矢印で示すように、第１冷却器１６から第２加熱器１５へ流入した後、作動媒体１１の蒸気から奪った熱を放熱器７にて放熱し、冷却水を循環させるポンプ８へ流入し、再度、エンジン６を冷却するように循環している。また、エンジン６から排出された排気ガスは、図１の破線で描かれた矢印で示すように、第１加熱器１４に流入し、作動媒体１１と熱交換した後、マフラー９にて車外へ排気される。
【００４８】
第１容器１２、及び第２容器１３のうち第１加熱器１４、第２加熱器１５、第１冷却器１６、及び第２冷却器１７と接触する部位は、熱伝導率に優れた材料とすることが望ましく、本例では、当該部位を銅又はアルミニウム製としている。なお、当該部位に第１加熱器１４、第２加熱器１５、第１冷却器１６、及び第２冷却器１７を一体に形成してもよい。一方、第１容器１２、及び第２容器１３のうち第１加熱器１４、第２加熱器１５、第１冷却器１６、及び第２冷却器１７と接触しない部位は、断熱性に優れた材料とすることが望ましく、本例では、当該部位をステンレス製としている。
【００４９】
第１容器１２、及び第２容器１３のうち第１水平直線部１２ｂ、及び第２水平直線部１３ｂ側の端部同士の間には、作動媒体１１の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部１８が接続されている。出力部１８は、第１、第２シリンダ１９、２０、第１、第２ピストン２１、２２、クランク機構２３、及びクランクハウジング２４で構成されている。第１シリンダ１９は、第１水平直線部１２ｂと連通しており、第２シリンダ２０は、第２水平直線部１３ｂと連通している。第１シリンダ１９の内径と第２シリンダ２０の内径とは、略同一である。ここでいう略同一とは、完全同一に対し加工成形上、不可避な加工誤差が含まれている。第１ピストン２１は、第１シリンダ１９に摺動可能に支持されており、第２ピストン２２は、第２シリンダ２０に摺動可能に支持されている。第１ピストン２１の移動量と第２ピストン２２の移動量とは、略同一である。クランク機構２３は、第１、第２ピストン２１、２２に連結されており、クランクハウジング２４は、クランク機構２３を収納している。
【００５０】
クランクハウジング２４の内部空間は、第１、第２シリンダ１９、２０と連通している。また、クランクハウジング２４の内部空間には、作動媒体１１が液体状態で充満している。クランク機構２３は、第１、第２ピストン２１、２２と連結された第１、第２ロッド２５、２６と、回転軸２７とを有している。クランク機構２３の回転軸２７は、クランクハウジング２４に対して回転可能に支持されている。本例では、回転軸２７の端部をクランクハウジング２４の図示しない貫通孔からクランクハウジング２４外部に突出させており、回転軸２７の外周面とクランクハウジング２４の貫通孔の内周面との間に図示しないシール機構を設けている。回転軸２７は、駆動対象機器（例えば、発電装置）に連結されている。
【００５１】
次に、上記構成における外燃機関１０の基本的な作動を説明する。まず、第１容器１２においては、第１上下直線部１２ａ内の作動媒体１１の液面１１ａが最も上昇しており、第１上下直線部１２ａの上端部、すなわち、第１加熱器１４が配置された部位に位置している（以下、このときの作動媒体１１の液面１１ａの位置を上死点という）。また、第１ピストン２１は、クランク機構２３から最も離れた状態になっている。一方、第２容器１３においては、第２上下直線部１３ａ内の作動媒体１１の液面１１ａが最も下降しており、第２上下直線部１３ａの中間部、すなわち、第２冷却器１７が配置された部位に位置している（以下、このときの作動媒体１１の液面１１ａの位置を下死点という）。作動媒体１１の液面１１ａの上方には、作動媒体１１の蒸気が蓄積されている。また、第２ピストン２２は、クランク機構２３に最も近づいた状態になっている。
【００５２】
この状態において、第１容器１２において、第１加熱器１４が作動媒体１１を加熱して気化させると、第１上下直線部１２ａの上端部に高温、高圧の作動媒体１１の蒸気が蓄積されて、第１上下直線部１２ａ内の作動媒体１１の液面１１ａを押し下げる。すると、蒸気が第１上下直線部１２ａ内の作動媒体１１の液面１１ａを押し下げるので、作動媒体１１の液体部分が出力部１８側に押し出され、作動媒体１１の液体部分が第１ピストン２１をクランク機構２３側（図１の右方側）に押圧して押し出す。これにより、クランク機構２３が図１における時計回り方向に回転する。一方、第２容器１３においては、作動媒体１１の液面１１ａの上方に蓄積された蒸気が第２冷却器１７により冷却されて液化するとともに、クランク機構２３の回転によって第２ピストン２２は、クランク機構２３から遠ざかる方向（図１の右方側）に押し戻される。その結果、作動媒体１１の液体部分は、第２上下直線部１３ａの上端部側に押し戻される。
【００５３】
次に、第１容器１２において作動媒体１１の液面１１ａが下死点まで押し下げられるとともに、第２容器１３において作動媒体１１の液面１１ａが上死点まで押し上げられると、第１容器１２においては蒸気が第１冷却器１６により冷却されて液化する。このため、作動媒体１１の液体部分を出力部１８側に押し出す力が消滅する。これと同時に、第２容器１３においては、第２加熱器１５により作動媒体１１が加熱されて作動媒体１１の蒸気が発生し、作動媒体１１の液体部分が出力部１８側に押し出され、作動媒体１１の液体部分が第２ピストン２２をクランク機構２３側に押圧して押し出す。これにより、クランク機構２３が図１における時計回り方向に回転する。すると、クランク機構２３の回転によって第１ピストン２１がクランク機構２３から遠ざかる方向（図２の左方側）に押し戻され、作動媒体１１の液体部分が第１上下直線部１２ａの上端部側に押し戻される。そして、第１容器１２において作動媒体１１の液面１１ａが上死点まで押し上げられるとともに、第２容器１３において作動媒体１１の液面１１ａが下死点まで押し下げられる。
【００５４】
こうした動作は、第１加熱器１４、第２加熱器１５、第１冷却器１６、及び第２冷却器１７の作動を停止させるまで繰り返し実行され、その間、第１、第２容器１２、１３内の作動媒体１１の液体部分は、周期的に変位（いわゆる自励振動）して、第１、第２ピストン２１、２２を往復駆動させ、クランク機構２３の回転軸２７を連続的に回転させることになる。これにより、作動媒体１１の液体部分の自励振動を回転軸２７の回転運動として取り出すことができる。
【００５５】
上記の説明からわかるように、第１、第２容器１２、１３のうち一方の容器側から得られる機械的エネルギの一部を利用して、他方の容器内の作動媒体１１の液体部分を押し戻すことができる。また、第１、第２容器１２、１３間において、作動媒体１１の液体部分の自励振動の位相が１８０°ずれることとなる。すなわち、一方の容器で作動媒体１１の液面１１ａが上死点にあるとき、他方の容器では作動媒体１１の液面１１ａが下死点にある。このため、一方の容器側から出力される機械的エネルギを効果的に利用して、他方の容器内の作動媒体１１の液体部分を押し戻すことができる。
【００５６】
ここで、本実施形態では、作動媒体１１を複数の作動媒体で構成しており、具体的には、３種類の作動媒体１１ｂ、１１ｃ、１１ｄで構成している。３種類の作動媒体は、第１作動媒体１１ｂ、第１作動媒体１１より同じ圧力において沸点及び凝縮点が低い第２作動媒体１１ｃ、及び第１、第２作動媒体１１ｂ、１１ｃよりも潤滑性能に優れた第３作動媒体１１ｄである。本実施形態では、第１作動媒体１１ｂとして水を用い、第２作動媒体１１ｃとして冷媒（Ｒ１３４ａ）を用い、第３作動媒体１１ｄとして油を用いている。
【００５７】
外燃機関１０は、第１作動媒体１１ｂと第３作動媒体１１ｄとを分離する為に、第１容器１２の第１水平直線部１２ｂに第１ダイアフラム３２を配設している。また、第２作動媒体１１ｃと第３作動媒体１１ｄとを分離する為に、第２容器１３の第２水平直線部１３ｂに第２ダイアフラム３３を配設している。第１ダイアフラム３２は、第１ダイアフラムケース３４に収納され、第２ダイアフラム３３は、第２ダイアフラムケース３５に収納されている。
【００５８】
第１ダイアフラム３２によって第１容器１２の内部空間は、第１加熱器１４及び第１冷却器１６側の空間と、出力部１８側の空間とに区画されている。同様に、第２ダイアフラム３３によって第２容器１３の内部空間は、第２加熱器１５及び第２冷却器１７側の空間と、出力部１８側の空間とに区画されている。すなわち、外燃機関１０の内部空間は、第１ダイアフラム３２よりも第１加熱器１４及び第１冷却器１６側の空間と、第２ダイアフラム３３よりも第２加熱器１５及び第２冷却器１７側の空間と、第１、第２ダイアフラム３２、３３間の空間の３つの空間に区画されている。
【００５９】
この３つの空間のうち、第１ダイアフラム３２よりも第１加熱器１４及び第１冷却器１６側の空間には、第１作動媒体１１ｂが液体状態で流動可能に封入されている。一方、第２ダイアフラム３３よりも第２加熱器１５及び第２冷却器１７側の空間には、第２作動媒体１１ｃが液体状態で流動可能に封入されている。そして、この３つの空間のうち残余の空間、すなわち、第１、第２ダイアフラム３２、３３間の空間には、第３作動媒体１１ｄが液体状態で充満されている。
【００６０】
これによると、第１作動媒体１１ｂの変位を、第１ダイアフラム３２を介して第３作動媒体１１ｄに伝達することができる。また、第２作動媒体１１ｃの変位を、第２ダイアフラム３３を介して第３作動媒体１１ｄに伝達することができる。同様に、第３作動媒体１１ｄの変位を、第１ダイアフラム３２を介して第１作動媒体１１ｂに伝達することができ、第２ダイアフラム３３を介して第２作動媒体１１ｃに伝達することができる。
【００６１】
このため、各作動媒体１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが自励振動するので、各作動媒体１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの自励振動を回転軸２７の回転運動として取り出すことができる。換言すれば、外燃機関１０の基本的作動に支障を来すことなく、作動媒体１１を、第１作動媒体１１ｂ、第２作動媒体１１ｃ、及び第３作動媒体１１ｄで構成することができる。そして、出力部１８内に、第１、第２作動媒体１１ｂ、１１ｃよりも潤滑性能に優れた第３作動媒体１１ｄが封入されるので、出力部１８の潤滑や圧力シールを良好に行うことができる。
【００６２】
さらに、本実施形態では、第１作動媒体１１ｂの機械的エネルギと第２作動媒体１１ｃの機械的エネルギとは、略等しい。ここで、図２は、作動媒体１１の状態変化を示すグラフである。図２において、縦軸を作動媒体１１の圧力とし、横軸を作動媒体１１の体積とする。沸騰温度２７０度、及び凝縮温度１００度となるような圧力で容器１２に封入された水（本実施形態における第１作動媒体１１ｂ）の状態変化を実線のサイクルＡで示している。また、沸騰温度１１０度、及び凝縮温度４０度となるような圧力で容器１３に封入された冷媒（本実施形態における第２作動媒体１１ｃ）の状態変化を一点鎖線のサイクルＢで示している。そして、比較例として、沸騰温度１１０度、及び凝縮温度４０度となるような圧力で容器１３に封入された水の状態変化を破線のサイクルＣで示している。
【００６３】
各サイクルＡ、Ｂ、Ｃについて説明すると、図２における各サイクルＡ、Ｂ、Ｃの左上方側の頂点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１は、作動媒体１１の液面１１ａが上死点の位置にあり、作動媒体１１が圧力を一定に保ちながら沸騰し始める状態である。図２における右上方側の頂点Ａ２、Ｂ２、Ｃ２は、液面１１ａが下死点側へ移動し、作動媒体１１が沸騰をやめ膨張し始める状態である。図２における右下方側の頂点Ａ３、Ｂ３、Ｃ３は、作動媒体１１の液面１１ａが下死点の位置にあり、作動媒体１１が圧力を一定に保ちながら凝縮し始める状態である。図２における左下方側の頂点Ａ４、Ｂ４、Ｃ４は、液面１１ａが上死点側へ移動し、作動媒体１１が凝縮をやめ圧縮し始める状態である。また、各サイクルＡ、Ｂ、Ｃに囲まれた面積は、各サイクルＡ、Ｂ、Ｃの仕事量であり、作動媒体１１が出力する機械的エネルギである。
【００６４】
ここで、熱源及び冷却流体の温度が高く、第１作動媒体１１ｂとして水が用いられているサイクルＡの機械的エネルギと、熱源及び冷却流体の温度が低く、作動媒体として同じく水が用いられているサイクルＣの機械的エネルギとを比較すると、極端に異なっている。具体的には、サイクルＣの機械的エネルギは、サイクルＡの機械的エネルギの１／１０以下であり、非常に小さい。出力部１８は、第１、第２容器１２、１３のうち一方の容器側から得られた機械的エネルギの一部を、第１、第２容器１２、１３のうち他方の容器内の作動媒体１１の液体部分に与えるように構成されている為、サイクルＡの機械的エネルギとサイクルＣの機械的エネルギとでは、バランスを欠いてしまう。バランスを欠いた出力部１８では、高出力化を図り難い。
【００６５】
一方、熱源及び冷却流体の温度が高く、第１作動媒体１１ｂとして水が用いられているサイクルＡの機械的エネルギと、熱源及び冷却流体の温度が低く、作動媒体１１ｃとして冷媒（Ｒ１３４ａ）が用いられているサイクルＢの機械的エネルギとを比較すると、略同等である。ここでいう略同等とは、サイクルＢの機械的エネルギが、サイクルＡの機械的エネルギの０．８倍〜１．２倍であればよい。更には、サイクルＢの機械的エネルギは、サイクルＡの機械的エネルギと略同一が好ましい。
【００６６】
ここで、第１シリンダ１９の内径と第２シリンダ２０の内径とは略同一であり、第１ピストン２１の移動量と第２ピストン２２の移動量とに関しても略同一である。つまり、サイクルＢの機械的エネルギが、サイクルＡの機械的エネルギと略同等である為、サイクルＢの上死点における圧力と下死点における圧力との圧力差ΔＰ２が、サイクルＡの上死点における圧力と下死点における圧力との圧力差ΔＰ１の０．８倍〜１．２倍であり、略同等であることが分かる。不等式で示すと、０．８ΔＰ１≦ΔＰ２≦１．２ΔＰ１である。
【００６７】
要するに、水という同じ作動媒体１１ｂを、熱源、或いは冷却流体に応じて、沸点、或いは凝縮点の異なる状態で封入すると、各々の作動媒体１１が出力する機械的エネルギのバランスを欠いてしまう。つまり、沸点、或いは凝縮点を低下させる為に、封入圧を低くして各容器１２、１３に封入してしまうと、その作動媒体１１の出力である機械的エネルギも低下してしまう。しかし、本実施形態において、第１作動媒体１１ｂとして水を用い、第２作動媒体１１ｃとして冷媒（Ｒ１３４ａ）を用いることで、各々の作動媒体１１の圧力差ΔＰ１、ΔＰ２を略同等にできる。また、第１作動媒体１１ｂが出力する機械的エネルギと、第２作動媒体１１ｃが出力する機械的エネルギとを略同等にすることができる。その結果、作動媒体１１は、各熱源から得られたエネルギを効率よく、かつバランスよく仕事量に変換することができる為、出力部１８の高出力化を図ることが可能となる。
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、出力部１８をいわゆるレシプロ形に構成しているが、第２実施形態は、図３に示すように、出力部２１８をいわゆるロータリー形に構成している。図３は、第２実施形態における外燃機関２１０の概略構成図である。第２実施形態を含む以下の各実施形態において、既に説明した実施形態と同一、又は相当する構成については、同一符号を付し、その重複説明を省略する。
【００６８】
具体的には、出力部２１８は、偏心回転するルーローの三角形を用いたローター３６と、ローター３６に適合するペリトロコイド曲線を用いたローターハウジング３７とを有している。すなわち、ローター３６はローターハウジング３７に収納され、ローターハウジング３７の内部空間はローター３６によって３つの可変容積室に区画される。この３つの可変容積室には、油である第３作動媒体１１ｄが液体状態で充満している。
【００６９】
ローターハウジング３７の内壁面のうち図３の紙面に対して垂直な内壁面は、第１、第２窪み部３７ａ、３７ｂを有する繭形状を形成しており、第１窪み部３７ａには第１ポート３８が開口し、第２窪み部３７ｂには第２ポート３９が開口している。ここで、第１窪み部３７ａに第１ポート３８が開口しているとは、厳密に第１窪み部３７ａに第１ポート３８が開口していることのみを意味するものではなく、第１窪み部３７ａの近傍部位に第１ポート３８が開口していることをも含む意味のものである。同様に、第２窪み部３８ａに第２ポート３９が開口しているとは、厳密に第２窪み部３８ａに第２ポート３９が開口していることのみを意味するものではなく、第２窪み部３８ａの近傍部位に第２ポート３９が開口していることをも含む意味のものである。
【００７０】
第１、第２ポート３８、３９はそれぞれローターハウジング３７を貫通する穴によって構成されており、第１ポート３８は第１容器１２の第１水平直線部１２ｂ側の端部と連通し、第２ポート３９は第２容器１３の第２水平直線部１３ｂ側の端部と連通している。
【００７１】
第１、第２ポート３８、３９は、ローターハウジング３７の内壁面において、第１、第２窪み部３７ａ、３７ｂを起点としてローターハウジング３７の内壁面の繭形状に沿う方向の両方向（図３では上下方向）に延びる形状で開口しており、本実施形態では、ローター３６の回転角にして約６０°の範囲にわたって開口している。ここで、図示を省略しているが、第１、第２ポート３８、３９は、ローターハウジング３７の内壁面であって図３の紙面に対して垂直な内壁面のうち、図３の紙面垂直方向における中央部のみに開口している。
【００７２】
ローター３６の３つ頂点部にはそれぞれアペックスシール４０が配置されており、ローター３６はアペックスシール４０を介してローターハウジング３７の内壁面に摺動する。ローター３６の中心には貫通穴３６ａが形成されている。この貫通穴３６ａには、エキセントリックシャフト４１の偏心部４１ａが図示しないベアリング機構を介して組み付けられている。また、貫通穴３６ａには、ローターハウジング３７に固定された固定ギヤ４２と噛み合うインターナルギヤ３６ｂが形成されている。
【００７３】
固定ギヤ４２は、ローター３６をローターハウジング３７のペリトロコイド曲線に沿って回転させるためのものであり、エキセントリックシャフト４１の回転軸４１ｂと同軸上に配置されている。インターナルギヤ３６ｂと固定ギヤ４２は３：２の比で噛み合っている。これにより、エキセントリックシャフト４１の回転数とローター３６の回転数との比は３：１となる。エキセントリックシャフト４１の回転軸４１ｂはローターハウジング３７に対して回転可能に支持されている。本例では、エキセントリックシャフト４１の回転軸４１ｂの端部をローターハウジング３７の図示しない貫通孔からクランクハウジング２４外部に突出させ、回転軸４１ｂの外周面とローターハウジング３７の貫通孔の内周面との間に図示しないシール機構を設けている。ここで、周知のマグネットカップリング方式によってエキセントリックシャフト４１の回転軸４１ｂをローターハウジング３７に対して回転可能に支持してもよい。また、エキセントリックシャフト４１の回転軸４１ｂは、駆動対象機器（例えば、発電装置）に連結されている。ここで、本例では、エキセントリックシャフト４１の回転軸４１ｂが水平方向と平行になるように出力部２１８を配置しているが、エキセントリックシャフト４１の回転軸４１ｂが上下方向と平行になるように出力部２１８を配置してもよい。
【００７４】
本実施形態における外燃機関２１０の作動については、第１容器１２内に封入された水である第１作動媒体１１ｂ、及び第２容器１３内に封入された冷媒（Ｒ１３４ａ）である第２作動媒体１１ｃの液体部分が、周期的に変位（いわゆる自励振動）して、ローター３６を回転駆動させ、エキセントリックシャフト４１を回転させている。これにより、作動媒体１１の自励振動をエキセントリックシャフト４１の回転軸４１ｂの回転運動として取り出すことができる。
【００７５】
上記の説明からわかるように、本実施形態では、出力部１８をいわゆるロータリー形に構成しているので、上記第１実施形態のように出力部１８をレシプロ形に構成する場合と比較して、出力部１８の構造を簡素化できるとともに、出力部１８の体格を小型化できる。
（第３実施形態）
上記第１実施形態では、出力部１８のクランク機構２３に、第１、第２ピストン２１、２２に連結された第１、第２ロッド２５、２６と、回転軸２７とを用いて、第１、第２ピストン２１、２２の往復運動を回転運動に変換して出力している。しかし、第３実施形態は、図４に示すように、出力部３１８いわゆる斜板型の膨張器が用いられている。図４は、第３実施形態における外燃機関３１０の概略構成図である。
【００７６】
外燃機関３１０は、車両に搭載されている。外燃機関３１０は、作動媒体１１が封入された容器を複数備えている。複数の容器のうち、図４に示す第１容器３１２ａ、第２容器３１２ｂ、第３容器３１３ａ、及び第４容器３１３ｂについて説明する。第１容器３１２ａの一端側には、熱源を排気ガスとする第１加熱器３１４ａと、冷却流体をエンジン６を冷却する冷却水とする第１冷却器３１６ａとが配設され、他端側は、第１シリンダ３１９ａの一端側に接続されている。第１シリンダ３１９ａの内部には、第１ダイアフラム３３２ａが設けられている。
【００７７】
第２容器３１２ｂの一端側には、熱源を第１加熱器３１４ａを通過した排気ガスとする第２加熱器３１４ｂと、冷却流体を第１冷却器３１６ａを通過した冷却水とする第２冷却器３１６ｂとが配設され、他端側は、第２シリンダ３１９ｂの一端側に接続されている。第２シリンダ３１９ｂの内部には、第２ダイアフラム３３２ｂが設けられている。
【００７８】
第３容器３１３ａの一端側には、熱源を第２冷却器３１６ｂを通過した冷却水とする第３加熱器３１５ａと、冷却流体を走行風とする第３冷却器３１７ａとが配設され、他端側は、第３シリンダ３２０ａの一端側に接続されている。第３シリンダ３２０ａの内部には、第２ダイアフラム３３３ａが設けられている。
【００７９】
第４容器３１３ｂの一端側には、熱源を第３加熱器３１５ａを通過した冷却水とする第４加熱器３１５ｂと、冷却流体を走行風とする第４冷却器３１７ｂとが配設され、他端側は、第４シリンダ３２０ｂの一端側に接続されている。第４シリンダ３２０ｂの内部には、第４ダイアフラム３３３ｂが設けられている。
【００８０】
第１シリンダ３１９ａと第４シリンダ３２０ｂとは連通しており、内部に第１ピストン３２１を摺動可能に支持している。第２シリンダ３１９ｂと第３シリンダ３２０ａとは連通しており、内部に第２ピストン３２２を摺動可能に支持している。
【００８１】
第１容器３１２ａ、及び第２容器３１２ｂ内には、第１作動媒体１１ｂとして水が封入されており、第３容器３１３ａ、及び第４容器３１３ｂ内には、第２作動媒体１１ｃとして冷媒（Ｒ１３４ａ）が封入されており、残余の空間には、油が封入されている。
【００８２】
出力部３１８は、第１ピストン３２１及び第２ピストン３２２に連結されたクランク機構３２３が有する回転軸３２７を回転させて、複数の熱源から得られた機械的エネルギを出力している。このように、外燃機関３１０は、複数の容器を用いて構成されていてもよい。また、複数のピストンを用いて構成されていてもよい。また、複数のダイアフラムは、各容器ではなく、各シリンダ内に設けられていてもよい。これによって、外燃機関の更なる高出力化を図ることが可能となる。本実施形態の第１、第２容器３１２は、第１実施形態の第１容器１２に相当する。本実施形態の第３、第４器３１３は、第１実施形態の第２容器１３に相当する。本実施形態の第１、第２加熱器３１４は、第１実施形態の第１加熱器１４に相当する。本実施形態の第３、第４加熱器３１５は、第１実施形態の第２加熱器１５に相当する。本実施形態の第１、第２冷却器３１６は、第１実施形態の第１冷却器１６に相当する。本実施形態の第３、第４冷却器３１７は、第１実施形態の第２冷却器１７に相当する。
（他の実施形態）
上記各実施形態では、第１、第２容器１２、１３を１本の管状に形成しているが、第１、第２容器１２、１３を複数本の分岐管状に形成してもよい。例えば、第１、第２容器１２、１３の第１、第２上下直線部１２ａ、１３ａを複数本に分岐させてもよい。
【００８３】
また、上記各実施形態では、第１、第２容器１２、１３の第１、第２上下直線部１２ａ、１３ａが上下方向に延びているが、第１加熱器１４、１５によって発生した作動媒体１１の蒸気が出力部１８まで流動しない構成であればよく、例えば、第１、第２上下直線部１２ａ、１３ａが上下方向に対して傾斜した方向または水平方向に延びていてもよい。
【００８４】
また、上記第２実施形態では、第１、第２ポート３８、３９が、ローターハウジング３７の内壁面のうち図３の紙面に対して垂直な内壁面に開口しているが、第１、第２ポート３８、３９の開口部位は第１、第２窪み部３７ａ、３８ａの近傍部位であればよく、例えば、ローターハウジング３７の内壁面のうち図３の紙面と平行な内壁面であって、第１、第２窪み部３７ａ、３８ａの近傍部位に開口するようにしてもよい。
【００８５】
また、上記第１実施形態では、第１、第２ピストン２１、２２にクランク機構２３を連結して、第１、第２ピストン２１、２２の往復運動をクランク機構２３によって回転運動に変換して出力するようになっているが、第１、第２ピストン２１、２２同士を直接連結して、第１、第２ピストン２１、２２の往復運動を回転運動に変換することなく、往復運動のままで出力するようにしてもよい。
【００８６】
また、上記各実施形態では、外燃機関１０、２１０、３１０は、車両用として用いられている。しかし、図５に示すような設置式のものでもよい。図５は、他の実施形態におけるコジェネシステム４０５に適用された外燃機関４１０の概略構成図である。コジェネシステム４０５とは、いわゆる熱伝併給システムであり、内燃機関４０６などで発電した電気を供給した上で、その廃熱を利用して熱を供給するシステムである。図５における外燃機関４１０は、ガスタービン式のコジェネシステム４０５に用いられ、発電用ガスタービンエンジン４０６で発電し、排出される排気を第１加熱器１４へ流入させ、作動媒体１１を蒸発させる。そして、第１加熱器１４から流出した排気を、蒸気吸収冷凍機４０９にて冷熱の生成や、暖房の利用などに用いている。第１冷却器１６の冷却流体は水であり、第１冷却器１６から流出した水は、第２加熱器１５へ流入する。そして、第２加熱器１５から流出した水は、ポンプ８へ流入して、再度、第１冷却器１６へ向かって流出されている。外燃機関４１０は、このような構成を具備することによって、設置式のコジェネシステム４０５にも適用することができ、上記第１実施形態の外燃機関１０と同様の効果を得ることが可能となる。
【００８７】
また、上記各実施形態では、第１作動媒体１１ｂが出力する機械的エネルギと、第２作動媒体１１ｃが出力する機械的エネルギが略同等である。しかし、これらが出力する機械的エネルギは、略同等でなくてもよい。例えば、駆動周波数を調整させて、各出力のバランスをとればよい。
【００８８】
また、上記第１実施形態では、第１作動媒体１１ｂにおける最大圧力と最小圧力との差である第１圧力差ΔＰ１と、第２作動媒体１１ｃにおける最大圧力と最小圧力との差である第２圧力差ΔＰ２とは、略同等である。しかし、これらの圧力差は、略同等でなくてもよい。例えば、各シリンダ１９、２０の内径を調整して、各機械的エネルギのバランスをとればよい。また、例えば、各ピストン２１、２２の移動量を調整して、各機械的エネルギのバランスをとればよい。
【００８９】
また、上記第１実施形態では、各作動媒体１１を仕切るダイアフラム３２、３３を備えている。しかし、ダイアフラム３２、３３は、必ずしも備えている必要はない。また、作動媒体１１を２種類の作動媒体で構成していてもよい。例えば、各作動媒体１１の重さを利用して仕切る構成を用いてもよい。具体的には、第１作動媒体１１ｂとして水を、第２作動媒体１１ｃとして油を用いて構成する。その場合においても、水と油とは、混濁を回避し分離した状態で接触し、互いに変位を伝達することが可能である。
【００９０】
また、上記第１、第２実施形態では、第２加熱器１５にて第２作動媒体１１ｃと熱交換する流体が、第１冷却器１６にて第１作動媒体１１ｂと熱交換した流体である。しかし、第２加熱器１５にて第２作動媒体１１ｃと熱交換する流体は、第１冷却器１６にて第１作動媒体１１ｂと熱交換する流体と別の流体でもよい。また、第２加熱器１５にて第２作動媒体１１ｃと熱交換する流体は、第１加熱器１４にて第１作動媒体１１ｂと熱交換した流体であってもよい。また、第１冷却器１６にて第１作動媒体１１ｂと熱交換する流体は、第２冷却器１７にて第２作動媒体１１ｃと熱交換した流体であってもよい。
【００９１】
また、上記第１実施形態は、第１加熱器１４にて第１作動媒体１１ｂと熱交換する流体は、内燃機関６にて燃焼した排気ガスであり、第１冷却器１６にて第１作動媒体１１ｂと熱交換し、第２加熱器１５にて第２作動媒体１１ｃと熱交換する流体は、内燃機関６を冷却する冷却水であり、第２冷却器１７にて第２作動媒体１１ｃと熱交換する流体は、走行風である。しかし、例えば、第１加熱器１４にて第１作動媒体１１ｂと熱交換し、第２加熱器１５にて第２作動媒体１１ｃと熱交換する流体は、内燃機関６にて燃焼した排気ガスであり、第２冷却器１７にて第２作動媒体１１ｃと熱交換し、第１冷却器１６にて第１作動媒体１１ｂと熱交換する流体は、内燃機関６を冷却する冷却水であってもよい。また、例えば、第１加熱器１４にて第１作動媒体１１ｂと熱交換し、第２加熱器１５にて第２作動媒体１１ｃと熱交換する流体は、内燃機関６にて燃焼した排気ガスであり、第１冷却器１６にて第１作動媒体１１ｂと熱交換する流体は、内燃機関６を冷却する冷却水であり、第２冷却器１７にて第２作動媒体１１ｃと熱交換する流体は、走行風であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１実施形態における外燃機関の概略構成図である。
【図２】作動媒体の状態変化を示すグラフである。
【図３】第２実施形態における外燃機関の概略構成図である。
【図４】第３実施形態における外燃機関の概略構成図である。
【図５】他の実施形態における外燃機関の概略構成図である。
【符号の説明】
【００９３】
６…内燃機関、１１…作動媒体、１１ｂ…第１作動媒体、１１ｃ…第２作動媒体、１１ｄ…第３作動媒体、１２…第１容器、１３…第２容器、１４…第１加熱器、１５…第２加熱器、１６…第１冷却器、１７…第２冷却器、１８…出力部、１９…第１シリンダ、２０…第２シリンダ、２１…第１ピストン、２２…第２ピストン、２３…クランク機構、２４…クランクハウジング、３２…第１ダイアフラム、３３…第２ダイアフラム、２１８…出力部、３１２…第１容器、３１３…第２容器、３１４…第１加熱器、３１５…第２加熱器、３１６…第１冷却器、３１７…第２冷却器、３１８…出力部、４０６…内燃機関。
【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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