(57)【要約】【課題】加熱部内表面の液膜を効率良く減圧沸騰させて熱輸送損失を低減する。【解決手段】作動媒体１２が液体状態で流動可能に封入された管状の容器１１と、容器１１の一端側部位に形成され、液体状態の作動媒体１２の一部を加熱して気化させる加熱部１１ａと、容器１１のうち加熱部１１ａよりも他端側部位に形成され、加熱部１１ａで気化した作動媒体１２の蒸気を冷却して液化させる冷却部１１ｂと、容器１１の他端部と連通し、蒸気の体積変動によって生じる液体状態の作動媒体１２の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部１５とを備え、加熱部１１ａは、作動媒体１２が気化した後に残る液膜の厚さを調整する液膜厚さ調整構造を有し、液膜厚さ調整構造は、加熱部１１ａのうち冷却部１１ｂと反対側の部位における液膜の厚さを増加させるように液膜の厚さを調整する。【選択図】図２
2010174724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体（１２）が液体状態で流動可能に封入された管状の容器（１１）と、
前記容器（１１）の一端側部位に形成され、前記液体状態の前記作動媒体（１２）の一部を加熱して気化させる加熱部（１１ａ）と、
前記容器（１１）のうち前記加熱部（１１ａ）よりも他端側部位に形成され、前記加熱部（１１ａ）で気化した前記作動媒体（１２）の蒸気を冷却して液化させる冷却部（１１ｂ）と、
前記容器（１１）の他端部と連通し、前記蒸気の体積変動によって生じる前記液体状態の前記作動媒体（１２）の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部（１５）とを備え、
前記加熱部（１１ａ）は、前記作動媒体（１２）が気化した後に残る液膜の厚さを調整する液膜厚さ調整構造を有しており、
前記液膜厚さ調整構造は、前記加熱部（１１ａ）のうち前記冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における前記液膜の厚さを増加させるように前記液膜の厚さを調整することを特徴とする外燃機関。
【請求項２】
前記液膜厚さ調整構造は、前記加熱部（１１ａ）のうち前記冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における前記液膜の厚さが、前記加熱部（１１ａ）のうち前記冷却部（１１ｂ）側の部位における前記液膜の厚さと均一になるように、前記加熱部（１１ａ）のうち前記冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における前記液膜の厚さを増加させることを特徴とする請求項１に記載の外燃機関。
【請求項３】
前記加熱部（１１ａ）の内部空間の断面積が前記冷却部（１１ｂ）側から前記冷却部（１１ｂ）と反対側に向かうにつれて減少するように前記加熱部（１１ａ）が形成されていることによって、前記液膜厚さ調整構造が構成されていることを特徴とする請求項２に記載の外燃機関。
【請求項４】
前記液膜厚さ調整構造は、前記加熱部（１１ａ）のうち前記冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における前記液膜の厚さが、前記加熱部（１１ａ）のうち前記冷却部（１１ｂ）側の部位における前記液膜の厚さよりも厚くなるように、前記加熱部（１１ａ）のうち前記冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における前記液膜の厚さを増加させることを特徴とする請求項１に記載の外燃機関。
【請求項５】
前記加熱部（１１ａ）の内部空間の断面積が前記冷却部（１１ｂ）側から前記冷却部（１１ｂ）と反対側に向かうにつれて減少し、かつ、前記内部空間の厚さが前記冷却部（１１ｂ）側から前記冷却部（１１ｂ）と反対側に向かうにつれて増大するように前記加熱部（１１ａ）が形成されていることによって、前記液膜厚さ調整構造が構成されていることを特徴とする請求項４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、作動媒体の蒸気の体積変動によって生じる作動媒体の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の外燃機関が特許文献１、２に記載されている。この特許文献１、２の従来技術では、管状の容器内に作動媒体を液体状態で封入し、容器の加熱部で液体状態の作動媒体の一部を加熱して気化させるとともに、その気化した作動媒体の蒸気を容器の冷却部で冷却して液化させることで作動媒体の蒸気の体積変動によって液体状態の作動媒体を液体ピストンとして変位させ、この液体ピストンの変位を機械的エネルギに変換して出力する。
【０００３】
さらに特許文献２の従来技術では、管状の容器が加熱部において円盤状に拡径されている。このため、冷却部で作動媒体の蒸気が冷却されて液化すると、液体状態の作動媒体は加熱部の中心部に流入し、その後に加熱部の外周部に向かって広がって流れる。そして、加熱部内で液体状態の作動媒体が加熱されて再び気化する。
【０００４】
この特許文献２の従来技術によると、液体状態の作動媒体が加熱部に流入する際に液体状態の作動媒体が加熱部の内壁面に衝突することとなるので、液体状態の作動媒体が撹拌されて乱流が生じて加熱部の内壁面近傍の温度境界層が破壊される。その結果、加熱部における熱交換効率を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８４５２３号公報
【特許文献２】特開２００７−２４７５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように上記特許文献１、２の従来技術は、加熱部において作動媒体が気化することで出力が取り出されるものであるので、加熱部において作動媒体が気化することなく冷却部側へ移動した場合には、作動媒体は加熱部から与えられた熱量を冷却部側へ輸送するだけとなってしまい、加熱部から作動媒体に与えられた熱量が出力に寄与することなく熱損失となってしまう。以下、このような熱損失を熱輸送損失と言う。
【０００７】
本発明者の詳細な検討によると、上記特許文献１、２の従来技術には熱輸送損失が多くなる要因があることがわかった。このことを以下に説明する。
【０００８】
図６（ａ）は、本発明者が検討した外燃機関（以下、検討例と言う）における加熱部１１ａ近傍部位の概略を示すものであり、この検討例は上記特許文献２の従来技術に相当するものである。
【０００９】
図６（ｂ）は、検討例において、蒸気が膨張する行程で加熱部１１ａの内表面に残る作動媒体１２の液膜の厚さ分布を示すグラフであって、加熱部径方向における液膜厚さ分布を図６（ａ）に対応して示している。
【００１０】
図６（ｃ）は、検討例における加熱部１１ａの温度分布を示すグラフであって、加熱部径方向における加熱部温度分布を図６（ａ）に対応して示している。
【００１１】
図７（ａ）は、図６（ａ）のＺ部拡大図である。なお図７（ａ）中、破線のハッチングは、加熱部１１ａの内表面に残る作動媒体１２の液膜を模式的に示すものである。
【００１２】
図７（ｂ）は、図６（ａ）のＺ部における液膜厚さ分布を示すグラフであって、加熱部径方向における液膜厚さ分布を図７（ａ）に対応して示している。つまり、図７（ｂ）は図６（ｂ）のグラフの一部を拡大したものに相当する。
【００１３】
図７（ｃ）は、図６（ａ）のＺ部における液体ピストンの移動速度（流速）を示すグラフであって、加熱部径方向における液体ピストン移動速度の変化を図７（ａ）に対応して示している。
【００１４】
図８は、検討例の加熱部１１ａにおける液体ピストンの液面１２ａ（図６（ａ）および図７（ａ）を参照）の位置を示すグラフであって、加熱部径方向における液面位置の時間変化を示している。
【００１５】
検討例では、図８からわかるように、液体ピストンの液面位置は正弦波状に時間変化する。したがって、加熱部１１ａの径方向外側部位は液体ピストンとの接触時間が短くなり、加熱部１１ａの径方向内側部位は液体ピストンとの接触時間が長くなる。
【００１６】
換言すれば、加熱部１１ａの径方向外側部位は液体ピストンとの熱交換時間が短くなり、加熱部１１ａの径方向内側部位は液体ピストンとの熱交換時間が長くなる。このため、図６（ｃ）のごとく加熱部１１ａの温度は、径方向外側から径方向内側に向かうにつれて低くなる。
【００１７】
一方、検討例では、加熱部１１ａの内部空間が円盤状に拡がっていることから、図７（ｃ）のごとく液体ピストン移動速度は加熱部１１ａの径方向内側から径方向外側に向かうにつれて遅くなる。
【００１８】
このため、図６（ｂ）および図７（ａ）、（ｂ）のごとく加熱部１１ａの内表面に残る作動媒体１２の液膜の厚さは径方向内側から径方向外側に向かうにつれて薄くなる。この現象は、次の数式１、２および図９からも理解される。
【００１９】
【数１】
2010174724.tif 000003
【００２０】
【数２】
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但し、数式１においてδ（ｘ）は液膜厚さ、ｄは流路径または流路幅であり、数式２においてμは粘性係数、Uは流速、σは表面張力である。図９は、上記数式１、２において、流路径ｄを一定としたときの流速と液膜厚さとの関係を示すグラフである。
【００２１】
なお、上記数式１、２は、ジオフレイ・イングラム・テイラー（Ｇｅｏｆｆｒｅｙ  Ｉｎｇｒａｍ  Ｔａｙｌｏｒ）著、「Ａ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｖｉｓｃｏｕｓ  Ｆｌｕｉｄｏｎ  ｔｈｅ  Ｗａｌｌ  ｏｆ  ａ  Ｔｕｂｅ」、ジャーナル・オブ・フルード・メカニックス（Ｊｏｕｒｎａｌ  Ｏｆ  Ｆｌｕｉｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ）、（米国）、Ｖｏｌ．１０、１９６１年、ｐ．１６１−１６５に記載されているものである。
【００２２】
ここで、加熱部１１ａ内表面に残る液膜は、蒸気が膨張する際の圧力低下によって減圧沸騰して出力に寄与する。そのため、加熱部１１ａ内表面に残る液膜を効率良く減圧沸騰させることができれば熱輸送損失を低減できることとなる。
【００２３】
しかしながら、この検討例では図６（ｂ）、（ｃ）からわかるように、加熱部温度の低い径方向内側部位ほど加熱部１１ａ内表面に残る液膜の厚さが厚くなり、加熱部温度の高い径方向外側部位ほど加熱部１１ａの内表面に残る液膜の厚さが薄くなるというように、加熱部温度分布と液膜厚さ分布とが相反しているので、加熱部１１ａの内表面に残る液膜を効率良く減圧沸騰させることができていない。その結果として、検討例では熱輸送損失が多くなっている。
【００２４】
このような理由により、上記特許文献２の従来技術では熱輸送損失が多くなってしまう。また、上記特許文献１の従来技術においても同様の理由により熱輸送損失が多くなってしまう。
【００２５】
要するに、上記特許文献１、２の従来技術では、加熱部のうち温度の低い部位、つまり冷却部側の部位ほど加熱部内表面に残る液膜の厚さが厚くなり、加熱部のうち温度の高い部位、つまり冷却部と反対側の部位ほど加熱部の内表面に残る液膜の厚さが薄くなるというように、加熱部温度分布と液膜厚さ分布とが相反することとなるため、熱輸送損失が多くなってしまうのである。
【００２６】
本発明は上記点に鑑みて、加熱部の内表面に残る液膜を効率良く減圧沸騰させることによって熱輸送損失を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、作動媒体（１２）が液体状態で流動可能に封入された管状の容器（１１）と、
容器（１１）の一端側部位に形成され、液体状態の作動媒体（１２）の一部を加熱して気化させる加熱部（１１ａ）と、
容器（１１）のうち加熱部（１１ａ）よりも他端側部位に形成され、加熱部（１１ａ）で気化した作動媒体（１２）の蒸気を冷却して液化させる冷却部（１１ｂ）と、
容器（１１）の他端部と連通し、蒸気の体積変動によって生じる液体状態の作動媒体（１２）の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部（１５）とを備え、
加熱部（１１ａ）は、作動媒体（１２）が気化した後に残る液膜の厚さを調整する液膜厚さ調整構造を有しており、
液膜厚さ調整構造は、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における液膜の厚さを増加させるように液膜の厚さを調整することを特徴とする。
【００２８】
これによると、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における液膜の厚さを増加させることができるので、加熱部（１１ａ）のうち加熱部温度の高い部位における液膜の厚さを増加させることができる。
【００２９】
このため、加熱部温度分布と液膜厚さ分布とを近づけて加熱部（１１ｂ）の内表面に残る液膜を効率良く減圧沸騰させることができる。その結果、熱輸送損失を低減することができる。
【００３０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の外燃機関において、液膜厚さ調整構造は、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における液膜の厚さが、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）側の部位における液膜の厚さと均一になるように、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における液膜の厚さを増加させることを特徴とする。
【００３１】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の外燃機関において、加熱部（１１ａ）の内部空間の断面積が冷却部（１１ｂ）側から冷却部（１１ｂ）と反対側に向かうにつれて減少するように加熱部（１１ａ）が形成されていることによって、液膜厚さ調整構造が構成されていることを特徴とする。
【００３２】
これによると、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における液体状態の作動媒体（１２）の流速を増加させることができるので、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における液膜の厚さを効果的に増加させることができる（上述の図９を参照）。
【００３３】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の外燃機関において、液膜厚さ調整構造は、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における液膜の厚さが、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）側の部位における液膜の厚さよりも厚くなるように、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における液膜の厚さを増加させることを特徴とする。
【００３４】
これによると、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における液膜の厚さが、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）側の部位における液膜の厚さと均一になる上記請求項２に記載の発明と比較して、加熱部１１ａの内表面に残る液膜を一層効率良く減圧沸騰させることができるので、熱輸送損失を一層低減することができる。
【００３５】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の外燃機関において、加熱部（１１ａ）の内部空間の断面積が冷却部（１１ｂ）側から冷却部（１１ｂ）と反対側に向かうにつれて減少し、かつ、内部空間の厚さが冷却部（１１ｂ）側から冷却部（１１ｂ）と反対側に向かうにつれて増大するように加熱部（１１ａ）が形成されていることによって、液膜厚さ調整構造が構成されていることを特徴とする。
【００３６】
これによると、加熱部（１１ａ）の内部空間の断面積が冷却部（１１ｂ）側から冷却部（１１ｂ）と反対側に向かうにつれて減少しているので、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における液膜の厚さを効果的に増加させることができる。
【００３７】
さらに、加熱部（１１ａ）の内部空間の厚さが冷却部（１１ｂ）側から冷却部（１１ｂ）と反対側に向かうにつれて増大しているので、加熱部（１１ａ）のうち冷却部（１１ｂ）と反対側の部位における液膜の厚さを一層増加させることができる（上述の数式１を参照）。
【００３８】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【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を表す構成図である。
【図２】（ａ）は図１の加熱部の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２の加熱部における加熱部断面積、液体ピストン移動速度、および液膜厚さを示すグラフである。
【図４】（ａ）は第２実施形態における加熱部の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図４の加熱部における液膜厚さを示すグラフである。
【図６】従来技術における加熱部温度分布および液膜厚さ分布を説明する説明図である。
【図７】図６（ａ）のＺ部における液膜厚さ、液体ピストン移動速度、および液膜付着状態を説明する説明図である。
【図８】従来技術における液体ピストンの液面位置の時間変化を示すグラフである。
【図９】数式１、２において、流路径を一定としたときの流速と液膜厚さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。図１は本発明における外燃機関及び発電機からなる発電装置の概略構成を表す構成図である。図１中の上矢印は天地方向の上方、下矢印は天地方向の下方を示している。
【００４１】
外燃機関１０は、液体ピストン式蒸気エンジンとも呼ばれるものであり、管状の圧力容器である容器１１を備えている。容器１１内には、作動媒体（本実施形態では水）１２が液体状態で流動可能に封入されている。
【００４２】
また、外燃機関１０は、容器１１内の作動媒体１２の一部を加熱して作動媒体１２の蒸気を発生させる加熱器１３と、加熱器１３によって発生した作動媒体１２の蒸気を冷却する冷却器１４とを備えている。
【００４３】
本実施形態では、加熱器１３の熱源として排気ガス等の高温ガスを用いている。また、本実施形態の冷却器１４には冷却水が循環するようになっている。図示を省略しているが冷却水の循環回路中には、冷却水が作動媒体１２の蒸気から奪った熱を放熱する放熱器が配置されている。
【００４４】
容器１１は全体として略Ｕ字形状を有しており、屈曲部が天地方向の最下部に位置し、両端部が天地方向の上方側に向かって延びるように配置されている。この容器１１の一端部に加熱器１３が配置されている。また、容器１１の一端側の部位であって、加熱器１３よりも下方側の部位に冷却器１４が配置されている。
【００４５】
本例では、作動媒体１２を水としていることから、容器１１をステンレス製としている。容器１１のうち加熱器１３と接触する加熱部１１ａおよび冷却器１４と接触する冷却部１１ｂを熱伝導率に優れた銅又はアルミニウム製としてもよい。
【００４６】
容器１１の他端部（加熱部１１ａと反対側の端部）には、液体状態の作動媒体１２の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部１５が配置されている。出力部１５は、液体状態の作動媒体１２（液体ピストン）から圧力を受けて変位するピストン（固体ピストン）１６と、ピストン１６を摺動可能に支持するシリンダ部１７を有している。
【００４７】
ピストン１６は、発電機１の可動子２のシャフト２ａに連結されており、可動子２を挟んでピストン１６と反対側には、可動子２をピストン１６側に押圧する弾性力を発生させる弾性手段をなすバネ１８が設けられている。
【００４８】
可動子２には永久磁石が埋設されており、ピストン１６が可動子２を振動変位させることによって発電機１を駆動して起電力を発生させる。
【００４９】
容器１１は加熱部１１ａにおいて水平方向に拡径されている。これに伴い、加熱部１１ａの内部空間も水平方向に拡がる形状になっている。本例では、加熱部１１ａの外形が水平方向に拡がる円盤状になっており、加熱部１１ａの内部空間も水平方向に拡がる円盤形状になっている。図示を省略しているが、本例では加熱部１１ａを適宜分割して形成している。
【００５０】
加熱部１１ａの内部空間のうち径方向最外側部位は、加熱部１１ａで気化した蒸気を溜める蒸気溜め部１９を構成している。
【００５１】
図２（ａ）は図１の加熱部１１ａの拡大図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、作動媒体１２の液面１２ａが容器１１のうち加熱部１１ａの入口部、換言すれば加熱部１１ａの中心部に位置している状態を示している。
【００５２】
図２（ｂ）に示すように、加熱部１１ａの内部空間の平面形状は星状になっている。すなわち、加熱部１１ａの内部空間は、加熱部１１ａの中心部から水平方向に放射状に延びる形状を有しており、図３（ａ）のごとく加熱部１１ａの内部空間の断面積は径方向内側から径方向外側に向かうにつれて縮小している。
【００５３】
なお、加熱部１１ａの内部空間の断面積とは、加熱部１１ａの入口部から所定距離だけ離れた面で加熱部１１ａの内部空間を切断したときの断面の面積を意味するものである。本例では、加熱部１１ａの内部空間を同心の円筒面で切断したときの断面の面積が加熱部１１ａの内部空間の断面積となる。
【００５４】
詳細は後述するが、このように加熱部１１ａを構成することにより、加熱部１１ａは、作動媒体１２が気化した後に残る液膜の厚さを調整する液膜厚さ調整構造を有することとなる。
【００５５】
因みに、本例では、図３（ｂ）のごとく作動媒体１２の流速が径方向内側から径方向外側にかけてほぼ一定になるように、加熱部１１ａの内部空間の断面積が設定されている。また、本例では、加熱部１１ａの内部空間の厚さ（図２（ａ）の上下方向における加熱部１１ａの内部空間の寸法）は、加熱部径方向に一定になっている。
【００５６】
次に、上記構成における基本作動を簡単に説明する。加熱器１３及び冷却器１４を動作させると、まず加熱器１３により加熱部１１ａ内の作動媒体（水）１２が加熱されて気化し、加熱部１１ａ内に高温・高圧の作動媒体１２の蒸気が蓄積されて、容器１１の一端側（加熱部１１ａ側）における作動媒体１２の液面１２ａを押し下げる。すると、容器１１内に封入された液体状態の作動媒体１２は、容器１１の一端側から他端側に変位して、発電機１側のピストン１６を押し上げるとともにバネ１８を圧縮する。
【００５７】
容器１１の一端側における作動媒体１２の液面１２ａが冷却部１１ｂまで下がり、冷却部１１ｂ内に作動媒体１２の蒸気が進入すると、作動媒体１２の蒸気が冷却器１４により冷却されて液化されるため、作動媒体１２の液面１２ａを押し下げる力が消滅し、容器１１の一端側において作動媒体１２の液面１２ａが上昇する。この結果、作動媒体１２の蒸気の膨張によって一旦押し上げられた発電機１側のピストン１６はバネ１８の弾性力によって下降する。
【００５８】
そして、こうした動作は、加熱器１３及び冷却器１４の動作を停止させるまで繰り返し実行され、その間、容器１１内の液体状態の作動媒体１２は液体ピストンとして周期的に変位（いわゆる自励振動）して、発電機１の可動子２を上下動させることになる。
【００５９】
次に、加熱部１１ａ内における作動媒体１２の挙動を詳細に説明する。いま、液体ピストン（液体状態の作動媒体１２）が最も加熱部１１ａ側に押し戻された状態において、加熱部１１ａ内で作動媒体１２が気化して作動媒体１２の蒸気が膨張すると、図２（ａ）、（ｂ）の矢印のように液体ピストンが加熱部１１ａの内部空間を径方向外側から径方向内側に向かって移動する。
【００６０】
このとき、加熱部１１ａの内部空間の断面積が径方向内側から径方向外側に向かうにつれて縮小されているので、加熱部１１ａの内部空間の断面積が径方向内側から径方向外側に向かうにつれて拡大されている場合および加熱部１１ａの内部空間の断面積が径方向内側から径方向外側まで一定になっている場合と比較して、加熱部１１ａの径方向外側部位における液体ピストン移動速度（流速）を速めることができる。
【００６１】
ここで、上述した数式１、２および図９からわかるように、作動媒体１２の蒸気が膨張した後に加熱部１１ａ内表面に残る作動媒体１２の液膜の厚さは、液体ピストン移動速度が大きいほど厚くなる。このため、図３（ｃ）のごとく加熱部１１ａの径方向外側部位における作動媒体１２の液膜の厚さを厚くすることができる。
【００６２】
ここで、上述した図６（ｃ）のように、加熱部１１ａの径方向外側部位は径方向外側部位と比較して温度が高くなっている。このため、加熱部１１ａの径方向外側部位における作動媒体１２の液膜の厚さを厚くすることによって液膜を効率良く減圧沸騰させることができるので、熱輸送損失を低減することができる。
【００６３】
換言すれば、加熱部１１ａは、作動媒体１２が気化した後に残る液膜の厚さを調整する液膜厚さ調整構造を有しており、この液膜厚さ調整構造は、加熱部１１ａのうち冷却部１１ｂと反対側の部位における液膜の厚さを増加させるように液膜の厚さを調整するので、加熱部１１ｂの内表面に残る液膜を効率良く減圧沸騰させることができ、ひいては熱輸送損失を低減することができるのである。
【００６４】
本実施形態における液膜厚さ調整構造は、具体的には、加熱部１１ａの内部空間の断面積が冷却部１１ｂ側から冷却部１１ｂと反対側に向かうにつれて減少するように加熱部１１ａが形成されていることによって構成されている。
【００６５】
なお、本例では、図３（ｂ）のごとく液体ピストン移動速度を径方向内側から径方向外側にかけてほぼ一定にしているので、図３（ｃ）のごとく液膜厚さも径方向内側から径方向外側にかけてほぼ一定になる。
【００６６】
因みに、図３（ｂ）、（ｃ）中の破線について説明すると、液体ピストンは加熱部１１ａの径方向に往復変位することから、液体ピストン移動速度は図３（ｂ）の破線のごとく加熱部の径方向最外側部位においてほぼ零になる。そうすると、液膜厚さも図３（ｃ）の破線のごとく加熱部の径方向最外側部位近傍ではほぼ零になる。図３（ｂ）、（ｃ）中の破線はこのことを意味するものである。
【００６７】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、加熱部１１ａの内部空間の厚さを加熱部径方向に一定にしているが、本第２実施形態では、図４（ａ）に示すように、加熱部１１ａの内部空間の厚さ（図４（ａ）の上下方向における加熱部１１ａの内部空間の寸法）を径方向内側から径方向外側に向かうにつれて増大させている。
【００６８】
一方、本例では、加熱部１１ａの内部空間の断面積は上記第１実施形態の図３（ａ）と同様に設定されている。このため、図４（ｂ）のごとく加熱部１１ａの内部空間の平面形状は、上記第１実施形態の図２（ｂ）と比較して径方向内側が太く、かつ径方向外側が細い星状になっている。
【００６９】
本実施形態では、加熱部１１ａの内部空間の断面積を上記第１実施形態と同様に設定しているので、上記第１実施形態と同様に加熱部１１ａの径方向外側部位における液体ピストン移動速度を速めて、径方向外側部位と径方向内側部位とで液体ピストン移動速度を均一化することができ、ひいては加熱部１１ａの径方向外側部位における作動媒体１２の液膜の厚さを厚くすることができる。
【００７０】
さらに本実施形態では、加熱部１１ａの内部空間の厚さを径方向内側から外側に向かうにつれて増大させているので、図５のごとく作動媒体１２の液膜の厚さを径方向内側から径方向外側に向かうにつれて増大させることができる。
【００７１】
この現象は、上述した数式１によって理解することができる。すなわち、数式１によると、流路幅ｄの増大に伴い液膜厚さδ（ｘ）も増大することとなるところ、加熱部１１ａの内部空間の厚さを径方向内側から径方向外側に向かうにつれて増大させることは、上述した数式１において流路幅ｄを大きくすることに相当するからである。
【００７２】
以上のように、本実施形態では、径方向外側における作動媒体１２の液膜の厚さを上記第１実施形態よりも増大させることができるので、加熱部１１ａの内表面に残る液膜を一層効率良く減圧沸騰させることができ、熱輸送損失を一層低減することができる。
【００７３】
すなわち、本実施形態における液膜厚さ調整構造は、加熱部１１ａの内部空間の断面積が冷却部１１ｂ側から冷却部１１ｂと反対側に向かうにつれて減少し、かつ、加熱部１１ａの内部空間の厚さが冷却部１１ｂ側から冷却部１１ｂと反対側に向かうにつれて増大するように加熱部１１ａが形成されていることによって構成されている。
【００７４】
因みに、図５中の破線の意味は、上記第１実施形態における図３（ｂ）、（ｃ）中の破線の意味と同様である。
【００７５】
（他の実施形態）
（１）上記各実施形態は、加熱部１１ａの内部空間の平面形状の一例を示したものに過ぎず、これに限定されることなく、加熱部１１ａの内部空間の平面形状を種々変更可能である。
【００７６】
（２）上記各実施形態では、加熱器１３と容器１１とを別体に形成しているが、加熱器１３と容器１１のうち加熱部１１ａとを一体に形成してもよい。
【００７７】
（３）上記各実施形態では、加熱器１３の熱源として高温ガスを用いているが、加熱器１３を電気ヒータで構成してもよい。
【００７８】
（４）上記各実施形態では、本発明を発電装置の駆動源に適用した場合について説明したが、本発明の外燃機関は、発電装置以外の駆動源としても利用することができる。
【００７９】
（５）上記各実施形態では、容器１１が加熱部１１ａにおいて水平方向に拡径されており、加熱部１１ａが水平方向に拡がる円盤状になっているが、これに限定されるものではなく、例えば容器１１が水平方向に拡径されておらず、加熱部１１ａが上下方向に直線状に延びる管状になっていてもよい。
【００８０】
なお、加熱部１１ａが上下方向に直線状に延びる管状になっている場合においては、加熱部１１ａの内部空間の断面積は、加熱部１１ａをその軸方向と直交する平面、つまり水平面で切断した断面の面積のことを意味することになる。
【符号の説明】
【００８１】
１１    容器
１１ａ  加熱部（液膜厚さ調整構造）
１２    作動媒体
【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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