(57)【要約】【課題】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、液体状態の作動媒体１２を分断する液分断構造を有している。【選択図】図３
2010185293.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、前記液体状態の前記作動媒体（１２）を分断する液分断構造を有していることを特徴とする外燃機関。
【請求項２】
前記液分断構造は、前記冷却部（１１ｂ）側から前記加熱部（１１ａ）に流入した前記液体状態の前記作動媒体（１２）が前記冷却部（１１ｂ）側へ戻るのを抑制する液戻り抑制構造を有してい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】
前記液戻り抑制構造は、前記加熱部（１１ａ）の内部空間における流路抵抗を増大させる流路抵抗体（２０、３２）を有し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】
前記流路抵抗体（２０、３２）は、焼結金属で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の外燃機関。
【請求項５】
前記流路抵抗体（２０、３２）は、貫通穴を有する金属体で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の外燃機関。
【請求項６】
前記液戻り抑制構造は、前記加熱部（１１ａ）の内部空間の中間部に形成された段差部（２１）を有し、
前記段差部（２１）は、前記内部空間のうち前記段差部（２１）よりも前記冷却部（１１ｂ）と反対側に位置する第１の部位が、前記内部空間のうち前記段差部（２１）よりも前記冷却部（１１ｂ）側に位置する第２の部位と比較して重力方向下方側に位置するように形成されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項７】
前記液戻り抑制構造は、前記液体状態の前記作動媒体（１２）によって閉塞されない寸法で形成された非閉塞空間（２２）を有していることを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項８】
前記液分断構造は、前記液体状態の前記作動媒体（１２）を捕捉する液捕捉構造を有していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項９】
前記液捕捉構造は、前記加熱部（１１ａ）の内表面に形成された溝部（２３）を有していることを特徴とする請求項８に記載の外燃機関。
【請求項１０】
前記液捕捉構造は、前記加熱部（１１ａ）の内表面に親水処理が施されることによって構成されていることを特徴とする請求項８または９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７（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の温度分布を示すグラフである。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り、検討例における加熱部１１ａ近傍部位の概略を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）は、加熱部１１ａの径方向（図７では左右方向）における温度分布を図７（ｂ）に対応して示している。
【０００９】
この検討例では、加熱部１１ａ内において、液体状態の作動媒体１２（以下、液と言う。）が連続体になっている。換言すれば、液は加熱部１１ａ内を一体的に移動する。このため、加熱部１１ａの内表面と液との接触時間は、加熱部１１ａの径方向内側（液体状態の作動媒体１２の入口側）から径方向外側に向かうにつれて短くなる。
【００１０】
換言すれば、加熱部１１ａの径方向内側部位（中心側部位）ほど液に晒されて液と熱交換する時間が長くなる。このため、図７（ａ）のごとく、加熱部１１ａの温度は径方向内側部位ほど低くなる。
【００１１】
図７（ｃ）は、検討例において、液が加熱部１１ａに入っている時間（以下、液の停留時間と言う。）を加熱部１１ａの径方向の分布で示したグラフである。図７（ｄ）は、検討例において、沸騰することなく熱輸送する液の割合（以下、熱輸送する液の割合と言う。）を加熱部１１ａの径方向の分布で示したグラフである。なお、図７（ｃ）、（ｄ）の横軸の「液体ピストンの位置」とは、液が上死点に達した時（加熱部１１ａに最大に入った時）における液の各部分を示すものである。
【００１２】
上述のごとく、この検討例では、加熱部１１ａ内において液が連続体になっている。このため、液のうち加熱部１１ａの径方向外側（上死点側）に到達した部分は加熱部１１ａ内に入っている時間が長くなるのに対し、液のうち加熱部１１ａの径方向内側（上死点側）までしか到達しなかった部分は加熱部１１ａ内に入っている時間が短くなる。したがって、図７（ｃ）のごとく、液の停留時間は加熱部１１ａの径方向内側ほど短くなる。
【００１３】
ここで、加熱部１１ａと液との間の熱交換量は、次の数式で表される。
【００１４】
Ｑ＝Ｓ・ｈ・ΔＴ・ｔ
但し、Ｑは熱交換量、Ｓは伝熱面積、ｈは熱伝達係数、ΔＴは加熱部１１ａと液との温度差、ｔは加熱時間すなわち液の停留時間である。
【００１５】
検討例では、図７（ａ）のごとく加熱部１１ａは径方向内側部位ほど温度が低くなるので、加熱部１１ａと液との温度差ΔＴは加熱部１１ａの径方向内側ほど小さくなる。また、図７（ｃ）のごとく液の停留時間（加熱時間）ｔは加熱部１１ａの径方向内側ほど短くなる。
【００１６】
このため、上記数式から明らかなように、液は、加熱部１１ａの径方向内側部分ほど熱交換量Ｑが少なくなる。その結果、加熱部１１ａの径方向内側ほど液の蒸発に充分な熱交換量を確保できなくなるので、図７（ｄ）のごとく加熱部１１ａの径方向内側ほど、沸騰しきれずに熱輸送する液の割合が大きくなる。換言すれば、液のうち加熱部１１ａの径方向内側までしか到達しなかった部分ほど熱輸送する液の割合が大きくなる。その結果、検討例では熱輸送損失が多くなっている。
【００１７】
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。
【００１８】
要するに、上記特許文献１、２の従来技術では、加熱部内において液体状態の作動媒体が連続体になっているので、作動媒体の蒸発に充分な熱交換量を確保することができなくなってしまい、ひいては熱輸送損失が多くなってしまうのである。
【００１９】
本発明は上記点に鑑みて、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】
【００２０】
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、液体状態の作動媒体（１２）を分断する液分断構造を有していることを特徴とする。
【００２１】
これによると、加熱部（１１ａ）で液体状態の作動媒体（１２）が分断されるので、加熱部（１１ａ）において液体状態の作動媒体（１２）が連続体になっている場合と比較して、加熱部（１１ａ）における液体状態の作動媒体（１２）の停留時間を長くすることができる。
【００２２】
このため、加熱部（１１ａ）と液体状態の作動媒体（１２）との間の熱交換量を増加させて作動媒体（１２）の蒸発を促進す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。
【００２３】
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、液分断構造は、冷却部（１１ｂ）側から加熱部（１１ａ）に流入した液体状態の作動媒体（１２）が冷却部（１１ｂ）側へ戻るのを抑制する液戻り抑制構造を有していることを特徴とする。
【００２４】
これによると、液戻り抑制構造が冷却部（１１ｂ）側から加熱部（１１ａ）に流入した液体状態の作動媒体（１２）が冷却部（１１ｂ）側へ戻るのを抑制するので、加熱部（１１ａ）で液体状態の作動媒体（１２）を分断することができる。
【００２５】
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、液戻り抑制構造は、加熱部（１１ａ）の内部空間における流路抵抗を増大させる流路抵抗体（２０、３２）を有していることを特徴とする。
【００２６】
これによると、流路抵抗体（２０、３２）が加熱部（１１ａ）の内部空間における流路抵抗を増大させるので、冷却部（１１ｂ）側から加熱部（１１ａ）に流入した液体状態の作動媒体（１２）が冷却部（１１ｂ）側へ戻るのを抑制することができる。
【００２７】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の外燃機関において、流路抵抗体（２０、３２）は、焼結金属で形成されていることを特徴とする。
【００２８】
請求項５に記載の発明では、請求項３に記載の外燃機関において、流路抵抗体（２０、３２）は、貫通穴を有する金属体で形成されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項６に記載の発明では、請求項２ないし５のいずれか１つに記載の外燃機関において、液戻り抑制構造は、加熱部（１１ａ）の内部空間の中間部に形成された段差部（２１）を有し、
段差部（２１）は、加熱部（１１ａ）の内部空間のうち段差部（２１）よりも冷却部（１１ｂ）と反対側に位置する第１の部位が、加熱部（１１ａ）の内部空間のうち段差部（２１）よりも冷却部（１１ｂ）側に位置する第２の部位と比較して重力方向下方側に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００３０】
これによると、液体状態の作動媒体（１２）が冷却部（１１ｂ）と反対側から冷却部（１１ｂ）側に移動するのを段差部（２１）によって遮ることができるので、冷却部（１１ｂ）側から加熱部（１１ａ）に流入した液体状態の作動媒体（１２）が冷却部（１１ｂ）側へ戻るのを抑制することができる。
【００３１】
請求項７に記載の発明では、請求項２ないし６のいずれか１つに記載の外燃機関において、液戻り抑制構造は、液体状態の作動媒体（１２）によって閉塞されない寸法で形成された非閉塞空間（２２）を有していることを特徴とする。
【００３２】
これによると、作動媒体（１２）の蒸気が膨張する際に、作動媒体（１２）の蒸気が非閉塞空間（２２）のうち液体状態の作動媒体（１２）が存在しない部位を通過することとなるので、液体状態の作動媒体（１２）が作動媒体（１２）の蒸気の膨張によって冷却部（１１ｂ）側へ戻されることを抑制することができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の外燃機関において、液分断構造は、液体状態の作動媒体（１２）を捕捉する液捕捉構造を有していることを特徴とする。
【００３４】
これによると、液捕捉構造が液体状態の作動媒体（１２）を捕捉するので、冷却部（１１ｂ）側から加熱部（１１ａ）に流入した液体状態の作動媒体（１２）が冷却部（１１ｂ）側へ戻るのを抑制することができる。
【００３５】
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の外燃機関において、液捕捉構造は、加熱部（１１ａ）の内表面に形成された溝部（２３）を有していることを特徴とする。
【００３６】
これによると、液体状態の作動媒体（１２）がその表面張力によって溝部（２３）に付着するので、液体状態の作動媒体（１２）を溝部（２３）に捕捉することができる。
【００３７】
請求項１０に記載の発明では、請求項８または９に記載の外燃機関において、液捕捉構造は、加熱部（１１ａ）の内表面に親水処理が施されることによって構成されていることを特徴とする。
【００３８】
これによると、親水処理が施された加熱部（１１ａ）の内表面に液体状態の作動媒体（１２）が付着するので、作動媒体（１２）を加熱部（１１ａ）の内表面に捕捉することができる。
【００３９】
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】
【００４０】
【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】（ａ）は図２（ａ）の加熱部の要部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。
【図４】数式１における液滴厚さおよび接触角の説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態における加熱部の断面図である。
【図６】図５のＣ部拡大図である。
【図７】従来技術における加熱部温度分布、液の停留時間および熱輸送する液の割合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
（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は本発明に係る外燃機関１０及び発電機１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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。なお、図１では加熱部１１ａの形状を簡略化して示している。また、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。図３（ａ）は図２（ａ）の部分拡大図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ部拡大図である。
【００５３】
加熱部１１ａの内部空間のうち中心部の近傍部位には、加熱部１１ａの内部空間における流路抵抗を増大させる流路抵抗体２０が配置されている。この流路抵抗体２０は、冷却部１１ｂ側から加熱部１１ａに流入した液体状態の作動媒体１２が冷却部１１ｂ側へ戻るのを抑制する液戻り抑制構造としての役割を果たすものである。
【００５４】
流路抵抗体２０は、例えば焼結金属や、微細な貫通穴を有する金属体等にて形成することができる。本例では、流路抵抗体２０は、加熱部１１ａの中心部を囲む環状に形成されている。
【００５５】
加熱部１１ａの内部空間のうち流路抵抗体２０の径方向外側部位には段差部２１が形成されている。この段差部２１は、流路抵抗体２０と同様に液戻り抑制構造としての役割を果たすものである。
【００５６】
この段差部２１の形成により、加熱部１１ａの内部空間のうち段差部２１よりも径方向外側部位（第１の部位）は、段差部２１よりも径方向内側部位（第２の部位）と比較して重力方向（天地方向）下方側に位置している。
【００５７】
加熱部１１ａの内部空間のうち段差部２１の径方向外側に面する空間は、液体状態の作動媒体１２によって閉塞されない非閉塞空間２２を構成している。この非閉塞空間２２は、流路抵抗体２０および段差部２１と同様に液戻り抑制構造としての役割を果たすものである。
【００５８】
本例では、非閉塞空間２２の上下方向寸法は、次の数式１、２で求められる作動媒体１２の液滴厚さ以上の寸法に設定されている。すなわち、非閉塞空間２２は、液体状態の作動媒体１２の表面張力の作用によって閉塞されない寸法で形成されている。
【００５９】
【数１】
2010185293.tif 000003
【００６０】
【数２】
2010185293.tif 000004
但し、数式１においてｅは液滴厚さ、θE は接触角であり、具体的には図４に例示したとおりである。また、数式２においてγは表面張力、ρは密度、ｇは重力加速度である。
【００６１】
一般的には、作動媒体１２がどのような流体であっても、非閉塞空間２２の上下方向寸法を２ｍｍ以上に設定すれば十分である。この理由は、非閉塞空間２２の上下方向寸法が２ｍｍ以上あれば、作動媒体１２がその表面張力の作用によって流路を閉塞することはないからである。
【００６２】
図３に示すように、加熱部１１ａの内部空間のうち非閉塞空間２２の径方向外側部位における内表面には、溝部２３が形成されている。この溝部２３は、液体状態の作動媒体１２を捕捉する液捕捉構造としての役割を果たす。すなわち、液体状態の作動媒体１２は表面張力によって溝部２３に付着するので、液体状態の作動媒体１２が溝部２３に捕捉されることとなる。
【００６３】
本例では、溝部２３は、加熱部１１ａの下方側の内表面に、環状に多数本形成されている。なお、溝部２３は、加熱部１１ａの上方側の内表面に形成されていてもよい。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、図３（ａ）の矢印のように液体ピストン（液体状態の作動媒体１２）が加熱部１１ａ内に流入した状態において、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３（ｂ）の実線矢印のように液体状態の作動媒体１２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。
【００６８】
このとき、加熱部１１ａの内表面に溝部２３が形成されているので、図３（ｂ）のごとく液体状態の作動媒体１２は、その表面張力の作用によって溝部２３に捕捉される。これにより、液体状態の作動媒体１２は、溝部２３に捕捉された作動媒体１２と、残余の作動媒体１２とに分断されることとなる。
【００６９】
膨張する蒸気は、図３（ｂ）の実線矢印のように溝部２３以外の空間（図３（ｂ）では溝部２３の上側空間）を加熱部１１ａの径方向内側に向かって流れる。溝部２３に捕捉された液体状態の作動媒体１２は溝部２３で加熱されて図３（ｂ）の破線矢印のように気化することとなる。
【００７０】
一方、溝部２３に捕捉されなかった残余の液体状態の作動媒体１２は膨張する蒸気と同様に溝部２３以外の空間を加熱部１１ａの径方向内側に向かって流れて段差部２１に到達する。この段差部２１では、液体状態の作動媒体１２の径方向内側への移動がある程度遮られる。
【００７１】
換言すれば、段差部２１は、液体状態の作動媒体１２が冷却部１１ｂ側へ戻るのを抑制する。これにより、液体状態の作動媒体１２は、段差部２１によって移動を遮られた作動媒体１２と、残余の作動媒体１２とに分断されることとなる。
【００７２】
段差部２１によって移動を遮られた液体状態の作動媒体１２は段差部２１およびその近傍に滞留する。ここで、段差部２１の径方向外側に非閉塞空間２２が面しているので、膨張する蒸気は、非閉塞空間２２のうち液体状態の作動媒体１２が存在しない部位を通過して径方向内側に向かって流れることとなる。
【００７３】
このため、液体状態の作動媒体１２が蒸気の膨張によって冷却部１１ｂ側へ戻されることを抑制することができる。そして、段差部２１およびその近傍に滞留した液体状態の作動媒体１２は、段差部２１およびその近傍で加熱されて気化することとなる。
【００７４】
一方、段差部２１に移動を遮られなかった残余の液体状態の作動媒体１２はさらに径方向内側に向かって流れて流路抵抗体２０に到達する。この流路抵抗体２０では、液体状態の作動媒体１２の径方向内側への移動がある程度遮られる。換言すれば、流路抵抗体２０は、液体状態の作動媒体１２が冷却部１１ｂ側へ戻るのを抑制する。
【００７５】
これにより、液体状態の作動媒体１２は、流路抵抗体２０によって移動を遮られた作動媒体１２と、残余の液体状態の作動媒体１２とに分断されることとなる。そして、流路抵抗体２０によって移動を遮られた液体状態の作動媒体１２は、流路抵抗体２０で加熱されて気化することとなる。
【００７６】
以上のように本実施形態では、加熱部１１ａ内において、液体状態の作動媒体１２を流路抵抗体２０、段差部２１、非閉塞空間２２および溝部２３によって分断することができる。換言すれば、流路抵抗体２０、段差部２１、非閉塞空間２２および溝部２３は、冷却部１１ｂ側から加熱部１１ａに流入した液体状態の作動媒体１２を分断する液分断構造としての役割を果たす。
【００７７】
このため、加熱部１１ａ内において液体状態の作動媒体１２が連続体になっている上記従来技術と比較して、加熱部１１ａ内における液体状態の作動媒体１２の停留時間を長くすることができる。
【００７８】
その結果、加熱部１１ａと液体状態の作動媒体１２との間の熱交換量を増加させて作動媒体１２の蒸発を促進す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。
【００７９】
（第２実施形態）
本第２実施形態では、図５、図６に示すように、加熱部１１ａの内部空間が、流路部３０と蒸気溜め部３１とに仕切られており、流路部３０と蒸気溜め部３１とを仕切る仕切り部が流路抵抗体３２で構成されている。
【００８０】
加熱部１１ａの内部空間は、全体として水平方向に拡がる円盤形状になっている。流路部３０は加熱部１１ａの中心部から径方向外側に放射状に延びるように形成されており、加熱部１１ａの内部空間のうち流路部３０を除く残余の空間によって蒸気溜め部３１が構成されている。
【００８１】
流路抵抗体３２は、液戻り抑制構造、すなわち液分断構造としての役割を果たすものであり、例えば焼結金属や微細な貫通穴を有する金属体等にて形成することができる。本例では、流路抵抗体３２は、流路部３０を外側から囲むように形成されている。
【００８２】
図６の矢印に示すように、冷却部１１ｂ側から加熱部１１ａに流入した液体状態の作動媒体１２は流路部３０の終端まで達した後に流路抵抗体３２内の微細流路に押し出される。そして、液体状態の作動媒体１２は流路抵抗体３２内の微細流路を通過する際に流路抵抗体３２によって加熱されて気化する。このようにして発生した作動媒体１２の蒸気は蒸気溜め部３１に溜められることとなる。
【００８３】
ここで、液体状態の作動媒体１２は、流路抵抗体３２内の微細流路を通過する際に必ずしも全てが気化するわけではなく、液体状態の作動媒体１２の一部が気化することなく液体状態のままで蒸気溜め部３１に流入することもあり得る。
【００８４】
この場合には、蒸気溜め部３１に流入した液体状態の作動媒体１２は、液体状態のままで再び流路部３０に戻るのを流路抵抗体３２によって遮られる。したがって、液体状態の作動媒体１２は、流路部３０内の作動媒体１２と蒸気溜め部３１内の作動媒体１２とに分断されることとなる。そして、蒸気溜め部３１内の液体状態の作動媒体１２は蒸気溜め部３１で加熱されて気化する。
【００８５】
本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、加熱部１１ａ内において液体状態の作動媒体１２を分断することができるので、加熱部１１ａ内における液体状態の作動媒体１２の停留時間を長くすることができ、ひいては熱輸送損失を低減することができる。
【００８６】
さらに、本例では、放射状の流路部３０を外側から囲むように流路抵抗体３２を形成しているので、上記第１実施形態と比較して流路抵抗体３２の表面積を大きくして流路抵抗体３２から作動媒体１２への伝熱性を向上させることができ、ひいては熱輸送損失を一層低減することができる。
【００８７】
（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。
【００８８】
（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。
【００８９】
（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。
【００９０】
（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。
【００９１】
（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。
【００９２】
（６）上記第１実施形態では、液分断構造として流路抵抗体２０、段差部２１、非閉塞空間２２および溝部２３を有しているが、必ずしもこれらの全てを有している必要はなく、これらのうち少なくとも１つを有していればよい。
【００９３】
（７）上記第１実施形態では、加熱部１１ａ内表面に溝部２３を形成することによって液捕捉構造を構成しているが、加熱部１１ａ内表面に親水処理を施すことによって液捕捉構造を構成してもよい。また、加熱部１１ａ内表面に溝部２３の形成および親水処理の両方を施すようにしてもよい。
【００９４】
（８）上記第２実施形態では、液分断構造として、流路抵抗体３２で構成される液戻り抑制構造のみを有しているが、液戻り抑制構造に加えて、例えば上記第１実施形態の溝部２３のような液捕捉構造を有するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１１    容器
１１ａ  加熱部
１２    作動媒体
２０    流路抵抗体
２１    段差部
２２    非閉塞空間
２３    溝部
【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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