(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動液（１４）を溜める液溜め部（１１１）、および前記液溜め部（１１１）から供給される前記作動液（１４）を外部熱源（３）から供給される熱で蒸発させる蒸発部（１１２）を有するボイラー部（１１）と、
前記蒸発部（１１２）で発生した蒸気が流通し、前記蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換して取り出す出力部（１２）と、
前記出力部（１２）を通過した前記蒸気を凝縮させ、凝縮した前記作動液（１４）を前記液溜め部（１１１）に還流させる凝縮部（１３）とを備え、
前記ボイラー部（１１）は、前記液溜め部（１１１）の前記作動液（１４）を毛管力で吸引して前記蒸発部（１１２）に導く作動液導入用部材（１６）を有し、
前記作動液導入用部材（１６）は筒状に形成され、
前記液溜め部（１１１）は、前記作動液導入用部材（１６）の内側および外側のうちいずれか一方側に形成され、
前記蒸発部（１１２）は、前記作動液導入用部材（１６）の内周面および外周面のうち前記液溜め部（１１１）と反対側の面の近傍に形成されており、
前記ボイラー部（１１）は、前記作動液導入用部材（１６）の前記内周面および前記外周面のうち前記液溜め部（１１１）と反対側の面に到達した前記作動液（１４）を、前記作動液導入用部材（１６）の毛管力よりも弱い毛管力で吸引して、前記外部熱源（３）から供給される熱で蒸発させる作動液蒸発用部材（２０）を有していることを特徴とする熱機関。
【請求項２】
前記作動液導入用部材（１６）は繊維集合体からなるウィックであり、
前記作動液導入用部材（１６）は、前記ボイラー部（１１）への組み付け状態では、前記ボイラー部（１１）への組み付けに伴う荷重を受けて圧縮され、前記作動液導入用部材（１６）の空隙が前記ボイラー部（１１）への組み付け前の状態よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の熱機関。
【請求項３】
前記作動液蒸発用部材（２０）の内部の空隙率は、前記作動液導入用部材（１６）の内部の空隙率よりも高くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱機関。
【請求項４】
前記作動液蒸発用部材（２０）の熱伝導率は、前記作動液導入用部材（１６）の熱伝導率よりも高くなっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項５】
前記ボイラー部（１１）は、前記外部熱源（３）の熱を前記作動液蒸発用部材（２０）に伝える伝熱部材（１１５）を有し、
前記作動液蒸発用部材（２０）は、前記作動液導入用部材（１６）および前記伝熱部材（１１５）の両方に接触していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項６】
前記作動液導入用部材（１６）は、前記外部熱源（３）から前記液溜め部（１１１）の前記作動液（１４）への伝熱を抑制する断熱素材で形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動液を加熱して蒸発させ、蒸発した蒸気のエネルギーを機械的エネルギーとして取り出した後に蒸気を凝縮させて送還する熱機関に関し、排熱回収装置に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱機関は、作動液を蒸発させる蒸発部（蒸発室）が高圧になるのに対し、蒸気を凝縮（復液）させる凝縮部が低圧になるので、凝縮部で凝縮した作動液を蒸発部に送還するためにポンプ等の装置を用いるのが一般的である（例えば特許文献１）。すなわち、ポンプ等の装置を外部エネルギーを用いて駆動することよって、凝縮部の作動液を圧送して蒸発部に送還する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３３８２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術のごとく、凝縮部で凝縮した作動液をポンプ等の機構で蒸発部に送還する熱機関においては、作動液を加熱して蒸発させる外部エネルギー（熱エネルギー）に加えてポンプ等の装置を駆動するための外部エネルギーも必要であるので、出力効率の向上に限界がある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて成されたものであり、出力効率に優れた熱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】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、作動液（１４）を溜める液溜め部（１１１）、および液溜め部（１１１）から供給される作動液（１４）を外部熱源（３）から供給される熱で蒸発させる蒸発部（１１２）を有するボイラー部（１１）と、
蒸発部（１１２）で発生した蒸気が流通し、蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換して取り出す出力部（１２）と、
出力部（１２）を通過した蒸気を凝縮させ、凝縮した作動液（１４）を液溜め部（１１１）に還流させる凝縮部（１３）とを備え、
ボイラー部（１１）は、液溜め部（１１１）の作動液（１４）を毛管力で吸引して蒸発部（１１２）に導く作動液導入用部材（１６）を有し、
作動液導入用部材（１６）は筒状に形成され、
液溜め部（１１１）は、作動液導入用部材（１６）の内側および外側のうちいずれか一方側に形成され、
蒸発部（１１２）は、作動液導入用部材（１６）の内周面および外周面のうち液溜め部（１１１）と反対側の面の近傍に形成されており、
ボイラー部（１１）は、作動液導入用部材（１６）の内周面および外周面のうち液溜め部（１１１）と反対側の面に到達した作動液（１４）を、作動液導入用部材（１６）の毛管力よりも弱い毛管力で吸引して、外部熱源（３）から供給される熱で蒸発させる作動液蒸発用部材（２０）を有していることを特徴とする。
【０００７】
これによると、作動液導入用部材（１６）が、液溜め部（１１１）の作動液（１４）を毛管力で吸引して蒸発部（１１２）に導くので、外部エネルギーを極力用いることなく、凝縮部（１３）で凝縮した作動液（１４）を高圧の蒸発部（１１２）へ送還することができる。
【０００８】
さらに、作動液導入用部材（１６）は筒状に形成され、作動液導入用部材（１６）の内周面および外周面のうち液溜め部（１１１）と反対側の面の近傍に蒸発部（１１２）が形成されているので、蒸発部（１１２）を広く確保して伝熱性を向上でき、ひいては作動液（１４）の蒸発を促進できる。
【０００９】
しかも、請求項１に記載の発明では、作動液導入用部材（１６）の内周面および外周面のうち液溜め部（１１１）と反対側の面に到達した作動液（１４）を、作動液導入用部材（１６）の毛管力よりも弱い毛管力で吸引して、外部熱源（３）から供給される熱で蒸発させる作動液蒸発用部材（２０）を有しているから、作動液（１４）の蒸発を作動液蒸発用部材（２０）により一層促進させて出力効率を一層向上させることができる。
【００１０】
以上のことから、出力効率に優れた熱機関を実現することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の熱機関において、作動液導入用部材（１６）は繊維集合体からなるウィックであり、
前記作動液導入用部材（１６）は、前記ボイラー部（１１）への組み付け状態では、前記ボイラー部（１１）への組み付けに伴う荷重を受けて圧縮され、前記作動液導入用部材（１６）の空隙が前記ボイラー部（１１）への組み付け前の状態よりも小さくなっていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、作動液導入用部材（１６）の空隙を極小化することができるので、蒸発部（１１２）で発生した蒸気が作動液導入用部材（１６）の空隙を通じて液溜め部（１１１）に逆流してしまうことを防止できる。つまり、請求項２に記載の発明によれば、蒸気の封止性を確保できる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の熱機関において、作動液蒸発用部材（２０）の内部の空隙率は、作動液導入用部材（１６）の内部の空隙率よりも高くなっていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱機関において、作動液蒸発用部材（２０）の熱伝導率は、作動液導入用部材（１６）の熱伝導率よりも高くなっていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱機関において、ボイラー部（１１）は、外部熱源（３）の熱を作動液蒸発用部材（２０）に伝える伝熱部材（１１５）を有し、
作動液蒸発用部材（２０）は、作動液導入用部材（１６）および伝熱部材（１１５）の両方に接触していることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱機関において、作動液導入用部材（１６）は、外部熱源（３）から液溜め部（１１１）の作動液（１４）への伝熱を抑制する断熱素材で形成されていることを特徴とする。
【００１７】
これにより、液溜め部（１１１）の作動液（１４）が外部熱源（３）からの熱によって蒸発して出力効率の低下を招くことを抑制できる。
【００１８】
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】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態における排熱回収装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における排熱回収装置を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における排熱回収装置のエンジンを示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるウィックの製造方法を説明する説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態における排熱回収装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。本実施形態では、本発明の熱機関を排熱回収装置に適用している。図１、図２は、排熱回収装置の全体構成を示す断面図であり、図１、図２中の上下の矢印は、排熱回収装置の設置状態における上下方向（天地方向）を示している。なお、図１と図２とでは切断面が９０度異なっている。
【００２１】
本実施形態の排熱回収装置１０は、ボイラー部１１、出力部１２、および凝縮部１３に大別される。本例では、排熱回収装置１０で取り出された機械的エネルギーを発電に用いるために、排熱回収装置１０に発電機１が取り付けられている。なお、図２では発電機１の図示を省略している。
【００２２】
ボイラー部１１は、外部熱源から供給される熱（排熱）で作動液１４（本例では、水）を加熱して蒸発させ、作動液１４の蒸気を出力部１２に供給する。出力部１２は、ボイラー部１１から供給された蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換して出力する。
【００２３】
凝縮部１３は、出力部１２通過後の蒸気を凝縮して作動液１４に復液させ、復液した作動液１４をボイラー部１１に還流する。したがって、凝縮部１３を還流部と表現することもできる。
【００２４】
ボイラー部１１は、ブロック状に形成されたケース１１０を有している。本例では、作動液１４として水を用いているので、ケース１１０を、耐水性に優れたステンレスで形成するのが好ましい。
【００２５】
ケース１１０は、外部熱源をなす発熱体３の上に載せられている。本例では、発熱体３は、工場から出る排熱によって発熱するようになっている。ケース１１０の側壁部は、断熱材１５によって覆われている。
【００２６】
ケース１１０は、複数の部材を締結固定することによって構成されており、その内部には、作動液導入用部材に相当するウィック１６が収容されている。具体的には、ケース１１０の内部に、３つのウィック収容穴が、水平方向に延びる柱状に形成され、この３つのウィック収容穴のそれぞれに筒状のウィック１６が収容されている。
【００２７】
ここで、作動液導入用部材とは、作動液１４を吸引する毛管力を発生する部材（毛管力発生部材）のことを定義しており、例えば繊維を編み込んだ構造体や、多孔質セラミックや金属焼結体のような多孔質体である。
【００２８】
本例では、ウィック収容穴が円柱状に形成され、ウィック１６が円筒状に形成されている。ウィック１６は、１つの円筒状の部材で構成されていてもよいし、複数個の円筒状の部材で構成されていてもよい。換言すれば、ウィック１６全体を一体成形してもよいし、ウィック１６を軸方向に分割して成形してもよい。
【００２９】
ウィック１６は、互いに積層された複数の繊維層を有する繊維集合体（繊維層積層体）であり、本例では熱可塑性樹脂繊維であるアラミド繊維とロックウール粒子の混合体になっている。また、ウィック１６は、アラミド繊維とグラスウール粒子の混合体になっていてもよい。ここで、アラミド繊維とロックウール粒子の混合体や、アラミド繊維とグラスウール粒子の混合体は、断熱素材としても用いることのできるものである。
【００３０】
ウィック１６は、積層された多数の環板状素材が一体的に接合されることによって形成されている。図２では、図示の都合上、環板状素材同士の界面部を実線で示している。また、ウィック１６の環板状素材同士の界面部は、ウィック１６の径方向（軸方向と直交する方向）に延びている。
【００３１】
図示を省略しているが、ウィック１６の各繊維層は、環板状素材同士の界面部と平行に延びている。したがって、ウィック１６の各繊維層も、ウィック１６の径方向（軸方向と直交する方向）に延びている。
【００３２】
ウィック１６の内側空間は、作動液１４を溜める液溜め部１１１を構成している。液溜め部１１１の作動液１４は、ウィック１６の毛管力によってウィック１６の内周面から吸引される。
【００３３】
図２に示すように、ウィック１６の軸方向両端側には断熱材１７が配置されている。本例では、断熱材１７は、ケース１１０に締結固定されるようになっており、断熱材１７によってケース１１０のウィック収容穴が塞がれる構造になっている。すなわち、ケース１１０と断熱材１７とで、ウィック１６を収容する収容部材が構成されるようになっている。
【００３４】
断熱材１７およびウィック１６は、発熱体３から液溜め部１１１の作動液１４への伝熱を遮断する役割を果たす。すなわち、本例のウィック１６は断熱性に優れた断熱素材で形成されているので、ウィック１６が断熱材としても機能する。
【００３５】
ウィック１６の外周面とケース１１０のウィック収容穴の内壁面との間には排気通路形成部材１８が挟み込まれている。排気通路形成部材１８は、作動液１４の蒸気を排気するための排気通路１８ａを形成している。
【００３６】
排気通路形成部材１８は、伝熱性に優れた金属等で形成されており、ケース１１０からウィック１６の外周面への伝熱をも担う。すなわち、ウィック１６の外周面（液溜め部１１１と反対側の面）では、発熱体３からの熱がケース１１０および排気通路形成部材１８を介して受熱される。そして、ウィック１６の外周面近傍では、ウィック１６に吸引された作動液１４が加熱されて蒸発する。したがって、ウィック１６の外周面近傍は、作動液１４を蒸発させる蒸発部１１２を構成している。
【００３７】
図１、図２の例では、排気通路形成部材１８として複数の玉状部材が用いられている。玉状部材としては、例えば径φ３のベアリング玉を用いることができる。排気通路形成部材１８として複数の玉状部材を用いることによって、ウィック１６の外周面とケース１１０のウィック収容穴の内壁面との間に、蒸気が流通可能な空隙が形成され、この空隙が排気通路１８ａとして機能することとなる。
【００３８】
また、排気通路形成部材１８として網状部材を用いてもよい。網状部材としては織金網が好適であり、例えば線形０．５ｍｍのステンレスメッシュを用いることができる。織金網とは、縦線と横線が一定の間隔を保ち、１本ずつ交互に交わって織られている金網のことである。織金網の縦線および横線は波状に屈曲している。したがって、織金網をウィック１６の外周面に巻くことによって、ウィック１６の外周面とケース１１０のウィック収容穴の内壁面との間に、蒸気が流通可能な空隙が形成され、この空隙が排気通路として機能することとなる。
【００３９】
ウィック１６は、ボイラー部１１に組み付けられた状態では断熱材１７から軸方向に荷重を受けて圧縮されている。また、ウィック１６は作動液１４によって膨潤する。これにより、ウィック１６の空隙が一層縮められる。
【００４０】
ウィック１６の内部には、毛管現象によって圧力差が生じる。この毛管現象による圧力差を以下、ウィック１６の毛管力による圧力ΔＰと言う。ウィック１６の毛管力による圧力ΔＰは次の数式（１）で表される。
【００４１】
ΔＰ＝（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ  …（１）
但し、ｒはウィック１６内の空隙の円相当半径（細管半径）、σは表面張力、θは濡れ角である。円相当半径とは、対象とする断面と同じ面積を持つ円の半径のことである。
【００４２】
上述のごとくウィック１６の空隙が縮められることによって、上記数式１におけるウィック１６内の空隙の円相当半径ｒを小さくして、ウィック１６の毛管力による圧力ΔＰが、蒸発部１１２（ウィック１６の外周面近傍部位）での圧力ＰＨと液溜め部１１１の圧力ＰＬとの圧力差（ＰＨ−ＰＬ）よりも大きくなるようにしている（ΔＰ＞ＰＨ−ＰＬ）。
【００４３】
換言すれば、ウィック１６は、次の数式（２）の関係を満たすように構成されている。
【００４４】
（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ＞ＰＨ−ＰＬ  …（２）
図１に示すように、ボイラー部ケース１１０の内部には、蒸気通路１１０ａ、１１０ｂが形成されている。蒸気通路１１０ａ、１１０ｂは、排気通路１８ａの蒸気を出力部１２へと導くためのものである。
【００４５】
蒸気通路１１０ａは、３つのウィック収容穴の上部同士を繋ぐように水平方向に延びている。蒸気通路１１０ｂは、一端が蒸気通路１１０ａと連通し、他端が鉛直方向上方側に向かって延びてケース１１０の上面に開口している。
【００４６】
ボイラー部ケース１１０の上には、出力部１２のケース１２０が載せられている。これにより、発熱体３からの熱がボイラー部１１を介して出力部１２に伝えられることとなる。本例では、作動液１４として水を用いているので、出力部ケース１２０を、耐水性に優れたステンレスで形成するのが好ましい。
【００４７】
本例では、出力部ケース１２０の下面が、ボイラー部ケース１１０の上壁部によって塞がれるように構造になっている。出力部ケース１２０とボイラー部ケース１１０との固定には、図示しないシール部材等が用いられている。これにより、出力部ケース１２０の内部空間の気密性が確保されるようになっている。出力部ケース１２０の側壁部および上壁部は、断熱材１５によって覆われている。
【００４８】
出力部ケース１２０の内部空間にはエンジン１２１が配置されている。本例では、エンジン１２１は、板状のベース部材１９を介してボイラー部ケース１１０の上壁部に固定されている。
【００４９】
出力部１２のエンジン１２１は、本例では、ピストンおよびシリンダが振り子のように揺動する振り子式エンジンが用いられている。なお、エンジン１２１の代わりに蒸気タービン等を用いてもよい。
【００５０】
図３は、エンジン１２１を示す断面図である。エンジン１２１は、ピストン１２２およびシリンダ１２３を有している。シリンダ１２３は、ベース部材１９に固定されたシリンダベース１２４に対して、揺動軸１２５を中心に揺動可能に支持されている。
【００５１】
ベース部材１９およびシリンダベース１２４には、ボイラー部１１の蒸気通路１１０ａ、１１０ｂと連通する吸気路１９ａ、１２４ａが形成されている。吸気路１９ａ、１２４ａは、シリンダ１２３に吸入される蒸気が流れる流路である。また、シリンダベース１２４には排気路１２４ｂが形成されている。排気路１２４ｂは、シリンダ１２３から排出される蒸気が流れる流路である。吸気路１９ａ、１２４ａの出口部および排気路１２４ｂの入口部は、シリンダベース１２４の上面に開口している。排気路１２４ｂの出口部は、出力部ケース１２０の内部空間に開放されている。
【００５２】
本例では、ピストン１２２およびシリンダ１２３は水平方向に配置されており、揺動軸１２５は上下方向に配置されている。したがって、ピストン１２２およびシリンダ１２３は水平面内で揺動する。
【００５３】
シリンダ１２３の下面には、蒸気を吸入・排気するポート１２３ａが開口している。シリンダ１２３が揺動方向の一端側に位置している状態では、ポート１２３ａが吸気路１９ａ、１２４ａと連通する。シリンダ１２３が揺動方向の他端側に位置している状態では、ポート１２３ａが排気路１２４ｂと連通する。
【００５４】
シリンダ１２３が揺動方向の一端側に位置してポート１２３ａが吸気路１９ａ、１２４ａと連通していると、ボイラー部１１の蒸気通路１１０ａ、１１０ｂの蒸気がシリンダ１２３内に流入してピストン１２２が押し出されて往動する。
【００５５】
ピストン１２２の先端部は、ロッド１２６を介してホイールギア１２７に連結されている。図１、図２に示すように、ホイールギア１２７は、センターギア１２８に連結されている。センターギア１２８の中心には、出力軸１２９が固定されている。これにより、ピストン１２２が押し出されるとホイールギア１２７およびセンターギア１２８を介して出力軸１２９が回転する。
【００５６】
また、ピストン１２２が押し出されてホイールギア１２７が回転することで、シリンダ１２３が揺動方向の他端側に向かって揺動してポート１２３ａがシリンダベース１２４の上面によって閉塞される。
【００５７】
ポート１２３ａが閉塞されると、ホイールギア１２７は慣性力によって回転を継続し、ホイールギア１２７の慣性力によってピストン１２２が押し戻されて復動する。この際もシリンダ１２３の揺動は継続される。そして、シリンダ１２３が揺動方向の他端側に位置してポート１２３ａが排気路１２４ｂと連通すると、シリンダ１２３内の蒸気が出力部ケース１２０の内部空間に排出される。
【００５８】
図１、図２の例では、エンジン１２１は、シリンダ１２３が複数個設けられた複気筒エンジンを構成しているが、シリンダ１２３が１個のみ設けられた単気筒エンジンを構成していてもよい。
【００５９】
出力部１２の出力軸１２９と発電機１の回転軸１ａとの連結は、出力部ケース１２０の上壁部を介して、マグネットカップリングによってなされている。回転軸１ａの回転によって発電機１で発電される。発電された電力は、発電機１に接続された任意の電気機器（図示せず）に供給される。
【００６０】
図２に示すように、凝縮部１３は、ボイラー部ケース１１０および出力部ケース１２０の外部に配置された凝縮容器１３０を有している。凝縮容器１３０は、縦長の容器で構成され、ボイラー部ケース１１０および出力部ケース１２０の側方側に配置されている。本例では、作動液１４として水を用いているので、凝縮容器１３０を、耐水性に優れたステンレスで形成するのが好ましい。
【００６１】
凝縮容器１３０の上部には、出力部１２を通過した蒸気の入口部１３０ａが形成されている。この入口部１３０ａは、出力部ケース１２０の上部に形成された蒸気出口部１２０ａに、入口側配管１３１を介して接続されている。これにより、エンジン１２１から出力部ケース１２０の内部空間に排出された蒸気を凝縮容器１３０に流入させることができる。凝縮容器１３０では、流入した蒸気が大気中に放熱して凝縮（復液）する。
【００６２】
凝縮容器１３０の下部には、凝縮した作動液１４の出口部１３０ｂが形成されている。この出口部１３０ｂは、ボイラー部１１の断熱材１７に形成された導入路１１３に、出口側配管１３２を介して接続されている。導入路１１３は、液溜め部１１１と連通しているので、凝縮容器１３０で凝縮した作動液１４を、出口側配管１３２および導入路１１３を介して液溜め部１１１に導入することができる。
【００６３】
本例では、導入路１１３は、断熱材１７のうち液溜め部１１１の水平方向延長上の部位に、液溜め部１１１から水平方向に延びるように形成されており、凝縮容器１３０の出口部１３０ｂは、導入路１１３の延長上に配置されており、出口側配管１３２は、出口部１３０ｂと導入路１１３との間で水平方向に延びている。これにより、液溜め部１１１と凝縮容器１３０の出口部１３０ｂとが直線状に連通することとなる。
【００６４】
入口側配管１３１および出口側配管１３２には蒸気抜き配管１３３が接続されている。蒸気抜き配管１３３は、液溜め部１１１で生じた蒸気を出口側配管１３２へ抜くために設けられている。
【００６５】
凝縮容器１３０の上端部には、真空引き配管１３４が接続されている。排熱回収装置の起動前に真空引き配管１３４を通じて真空引きをすることによって排熱回収装置の内圧を減圧することができる。排熱回収装置の作動時には真空引き配管１３４が閉じられて減圧状態が維持される。
【００６６】
次に、ウィック１６の製造方法の概要を図４に基づいて説明する。まず図４（ａ）に示すように板状素材Ｗ１を用意する。
【００６７】
板状素材Ｗ１は、互いに積層された複数の繊維層を有する繊維集合体（繊維層積層体）であり、紙すきの手法を繰り返すことで所定の厚さに形成されている。本例では、板状素材Ｗ１は、熱可塑性樹脂繊維であるアラミド繊維とロックウール粒子の混合体になっている。また、本例では、板状素材Ｗ１として厚さ４ｍｍ程度の薄いものを用いている。
【００６８】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ部拡大図である。図４（ｂ）では、図示の都合上、繊維層相互間の界面を細実線で示している。図４（ｂ）に示すように、板状素材Ｗ１を構成する複数の繊維層は、板状素材Ｗ１の厚さ方向に積層されている。換言すれば、板状素材Ｗ１を構成する複数の繊維層は板状素材Ｗ１の板面と平行に延びている。
【００６９】
次いで、図４（ｃ）に示すように、板状素材Ｗ１を切断して多数の環板状素材Ｗ２を得る。このとき、多数の環板状素材Ｗ２の内径寸法および外径寸法を同一寸法に揃えるようにする。
【００７０】
次いで、図４（ｄ）に示すように、多数の環板状素材Ｗ２を、その厚さ方向に積層して筒状の配列体Ｗ３を得る。このようにして得られた筒状の配列体Ｗ３では、その径方向（軸方向と直交する方向）に繊維層が延びることとなる。
【００７１】
次いで、図４（ｅ）に示すように、筒状の配列体Ｗ３を治具Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３にセットして熱プレスすることにより、配列体Ｗ３の環板状素材Ｗ２同士を接合させて筒状のウィック１６を得ることができる。
【００７２】
このようにして得られたウィック１６では、その径方向（軸方向と直交する方向）に繊維層が延びることとなる。そして、ウィック１６の繊維層同士の界面部では、残余の部位（繊維層を構成する部位）よりも空隙の連続性が高くなる。このため、ウィック１６は、空隙の連続性が高い部位が径方向（軸方向と直交する方向）に延びる構造を有することとなる。
【００７３】
本例では、治具Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３は、ステンレス製のリングＪ１、ステンレス製の円形プレートＪ２およびステンレス製の円柱Ｊ３で構成されている。熱プレスの加工条件としては、例えば温度：３００℃、加圧力：５０トン、プレス時間：２０分が好ましい。すなわち、各環板状素材Ｗ２のアラミド繊維（熱可塑性樹脂）が軟化する温度で熱プレスすることによって、環板状素材Ｗ２同士を接合させることができる。
【００７４】
プレス時間経過後、加圧力を加えて圧縮したまま冷却することによって、繊維間の空隙を縮めることができる。また、加圧力を加えて圧縮したまま冷却することによって、繊維同士の密着力を高めることができるので、ウィック１６の強度を高めることができる。
【００７５】
次に、上記構成における作動を説明する。ボイラー部１１において、発熱体３の熱は、ボイラー部ケース１１０および排気通路形成部材１８を介してウィック１６の外周面に伝わり、液溜め部１１１の作動液１４は、ウィック１６の内周面から吸引されてウィック１６の外周面に向かって浸透する。
【００７６】
このため、ウィック１６の外周面近傍にて作動液１４が加熱されて蒸発する。ウィック１６の外周面近傍で発生した蒸気は、排気通路１８ａおよび蒸気通路１１０ａ、１１０ｂを通じて出力部１２のエンジン１２１に供給される。
【００７７】
エンジン１２１に供給された蒸気はピストン１２２を駆動する。これにより、蒸気のエネルギーが機械的エネルギーに変換される。ピストン１２２の駆動により出力軸１２９が回転し、発電機１で発電が行われる。このようにして、発熱体３の排熱エネルギーが電気エネルギーとして回収される。
【００７８】
エンジン１２１内の蒸気はピストン１２２を駆動した後に排気路１２４ｂを通じて出力部ケース１２０の内部空間に排出される。エンジン１２１から出力部ケース１２０の内部空間に排出された蒸気は、入口側配管１３１を通じて凝縮部１３の凝縮容器１３０に流入し、凝縮容器１３０で凝縮されて作動液１４に復液する。凝縮容器１３０で復液した作動液１４は、出口側配管１３２を通じてボイラー部１１の液溜め部１１１に還流する。
【００７９】
上述のごとく、液溜め部１１１に溜まった作動液１４は、ウィック１６の内周面から吸引されてウィック１６の外周面近傍（蒸発部１１２）に供給されて蒸発する。すなわち、ウィック１６には、液溜め部１１１の作動液１４を吸引する毛管力が発生するので、この毛管力を利用して、低圧の液溜め部１１１から高圧の蒸発部１１２に作動液１４を供給する。
【００８０】
より具体的には、ボイラー部１１において、低温低圧の液溜め部１１１の還流作動液１４をウィック１６の毛管力で高圧の蒸発部１１２へ引っ張り込み、蒸発部１１２に到達した作動液１４のしずくを連続的に蒸発させる。
【００８１】
ここで、上述の数式２を満たすように、ウィック１６内の空隙を小さくしてウィック１６内の空隙の円相当半径ｒを十分に小さくしているので、ウィック１６の毛管力による圧力ΔＰが、蒸発部１１２の圧力ＰＨと液溜め部１１１の圧力ＰＬとの圧力差（ＰＨ−ＰＬ）よりも大きくなる（ΔＰ＞ＰＨ−ＰＬ）。
【００８２】
このため、ウィック１６の毛管力が蒸発部１１２の圧力ＰＨと液溜め部１１１の圧力ＰＬとの圧力差（ＰＨ−ＰＬ）に打ち勝って、低圧の液溜め部１１１に溜まった作動液１４を高圧の蒸発部１１２に良好に吸引することができる。
【００８３】
換言すれば、液溜め部１１１と蒸発部１１２との間に圧力差が生じている状態において、ウィック１６を使って圧力差（ＰＨ−ＰＬ）に負けない毛管力を与えることにより低圧の液溜め部１１１から高圧の蒸発部１１２へ作動液１４を引っ張り込むことができる。したがって、液溜め部１１１の作動液１４を高圧の蒸発部１１２へ外部エネルギーを用いることなく送還することができる。
【００８４】
また、蒸発部１１２における作動液１４の蒸発量と液溜め部１１１からの作動液１４の移動量とが同一であるため、作動液１４の還流量制御は自律的になる。このため、作動液１４の還流量を制御するための制御機構が不要であるので、装置体格の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００８５】
また、ウィック１６内の空隙を小さくしているので、蒸発部１１２で発生した蒸気がウィック１６を通じて液溜め部１１１に逆流してしまうことを防止できる。
【００８６】
ここで、作動液１４の沸点は作動液１４の材料と出力部ケース１２０内の圧力で決まるため、例えば作動液１４にアルコールを用い、出力部ケース１２０内を真空にすれば外部熱源の温度が零度以下でも適用可能である。外部熱源の温度が低い場合には、ウィック１６やボイラー部１１の構造体（出力部ケース１２０等）に耐熱性を持たせる必要はないので、ウィック１６やボイラー部１１の材料として耐熱性の低い材料（樹脂等）を用いることができる。
【００８７】
本実施形態によると、ウィック１６の繊維層が内周面側から外周面側に向かって径方向に延びているので、繊維層相互間に、内周面側から外周面側に向かって連続的に延びる空隙が形成されることとなる。このため、内周面から外周面への作動液１４の流通性を向上できるので、液溜め部１１１から蒸発部１１２への作動液１４の供給性を向上できる。
【００８８】
特に、本実施形態では、ウィック１６は、繊維層の延びる方向を径方向とする筒状に形成されているので、ウィック１６内における作動液１４の流路長を極力短くすることができる。このため、内周面から外周面への作動液１４の流通性をより向上できるので、液溜め部１１１から蒸発部１１２への作動液１４の供給性をより向上できる。
【００８９】
また、ウィック１６は、円筒状に形成されているので、液溜め部１１１から蒸発部１１２の各部位へ作動液１４を均等に供給できる。
【００９０】
また、ウィック１６が、断熱素材で形成され且つ発熱体３から液溜め部１１１に至る熱伝達経路中に介在しており、さらにウィック１６の軸方向両端側に断熱材１７が配置されているので、発熱体３から液溜め部１１１の作動液１４への伝熱をウィック１６によって抑制することができる。このため、液溜め部１１１の断熱性を向上できるので、液溜め部１１１の作動液１４が蒸発して出力効率の低下を招くことを抑制できる。
【００９１】
また、ウィック１６および断熱材１７が、液溜め部１１１からエンジン１２１に至る熱伝達経路中に介在しているので、液溜め部１１１の作動液１４によってエンジン１２１の温度が低下してしまうことを抑制できる。このため、エンジン１２１における蒸気圧力が低下して出力効率の低下を招くことを抑制できる。
【００９２】
また、ウィック１６は筒状に形成され、その外周面で受熱するので、ウィック１６の受熱面積を大きく確保できる。換言すれば、蒸発部１１２を広く確保できる。このため、伝熱性を向上できるので、出力を向上できる。また、伝熱性が向上されることで、加熱の低温化が可能になる。加熱の低温化を図ることでウィック１６の熱変質を抑制できる。
【００９３】
また、ウィック１６は、製造過程において圧縮（熱プレス）され、ボイラー部１１に組み付けられた状態ではボイラー部ケース１１０から荷重を受けてさらに圧縮されている。さらに、ウィック１６は作動液１４によって膨潤する。それらの結果、ウィック１６の空隙が極小化されることとなるので、蒸発部１１２で発生した蒸気がウィック１６の空隙を通じて液溜め部１１１に逆流してしまうことを防止できる。つまり、蒸気の封止性を確保できる。
【００９４】
また、本実施形態では、ウィック１６の外周側に排気通路１８ａが形成されているので、ウィック１６の外周部で蒸発した作動液１４の蒸気は排気通路１８ａを経て蒸気通路１１０ａ、１１０ｂに排気される。
【００９５】
このため、ウィック１６の外周部で蒸発した蒸気を蒸気通路１１０ａ、１１０ｂへ逃げ易くすることができるので、作動液１４の蒸気の放出が良くなり、ひいては出力を向上できる。
【００９６】
しかも、蒸気は排気通路１８ａを通る間にさらに加熱されて過熱蒸気となり、蒸気圧力が増えるのでエンジン推力が増す。換言すれば、出力エネルギーが増加する。ただし、排気通路１８ａが増えると伝熱面積が減るので、排気性と伝熱性とはトレードオフの関係にある。
【００９７】
また、本実施形態では、凝縮部１３の凝縮容器１３０がボイラー部ケース１１０および出力部ケース１２０の外部に配置されているので、ボイラー部ケース１１０および出力部ケース１２０を断熱材１５で覆うことができる。
【００９８】
すなわち、凝縮容器１３０については、断熱材で覆うことなく大気への放熱性を確保することで作動液１４を良好に凝縮できるようにするとともに、ボイラー部１１および出力部１２については断熱材１５で覆うことによって大気への放熱を抑制することができる。
【００９９】
このため、発熱体３からボイラー部１１および出力部１２への伝熱によって、ボイラー部１１で作動液１４を効率的に蒸発させることができ、且つエンジン１２１での蒸気温度（蒸気圧力）を高めることができるので、出力の向上を図ることができる。
【０１００】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、筒状のウィック１６が水平方向に延びるように配置され、液溜め部１１１がウィック１６の内側に形成され、蒸発部１１２がウィック１６の外周面近傍に形成されているが、本第２実施形態では図５に示すように、筒状のウィック１６が鉛直方向に延びるように配置され、液溜め部１１１がウィック１６の外側に形成され、蒸発部１１２がウィック１６の内周面近傍に形成されている。
【０１０１】
具体的には、ボイラー部ケース１１０が、複数の部材を締結固定することによって中空円筒状に形成され、その軸方向が上下方向になるように配置されている。ボイラー部ケース１１０の内部空間には、円筒状のウィック１６が同軸状に収容されている。
【０１０２】
ボイラー部ケース１１０の内径は、ウィック１６の外径よりも大きくされている。これにより、ボイラー部ケース１１０の内周面とウィック１６の外周面との間に、液溜め部１１１をなす環状空間が形成されている。
【０１０３】
本例では、凝縮部１３で凝縮した作動液１４を液溜め部１１１に導入するための導入路１１３が、ボイラー部ケース１１０の底壁部に形成されている。
【０１０４】
ウィック１６の中心孔には、伝熱部材としての芯棒１１５が挿入されている。芯棒１１５は、鉛直方向に延びる円柱状の部材であり、熱伝導性に優れた材料（金属材料等）で形成されている。芯棒１１５の下端部はボイラー部ケース１１０の底壁部を貫通しており、発熱体３から伝熱されるようになっている。芯棒１１５の上端部はボイラー部ケース１１０の上壁部を貫通して、出力部１２のベース部材１９に接触するように配置されている。
【０１０５】
芯棒１１５の外周面とウィック１６の内周面との間には、作動液蒸発用部材に相当する蒸発用ウィック２０が挟み込まれている。
【０１０６】
ここで、作動液蒸発用部材とは、ウィック１６の毛管力よりも弱い毛管力を発生し且つ熱伝導性に優れた部材のことを定義しており、例えば金属繊維を編み込んだ構造体や、金属焼結体のような多孔質体である。本例では、蒸発用ウィック２０として平編金属線を用いている。
【０１０７】
換言すれば、本実施形態では、作動液１４を導入するための導入用ウィック１６と、作動液１４を蒸発させるための蒸発用ウィック２０とで、２重構造ウィックを構成している。本例では、蒸発用ウィック２０の内部の空隙率をウィック１６の内部の空隙率よりも大きくすることで、蒸発用ウィック２０の毛管力をウィック１６の毛管力よりも弱くしているとともに、蒸発用ウィック２０の内部表面積を拡大している。また、蒸発用ウィック２０の熱伝導率をウィック１６の熱伝導率よりも高くしている。
【０１０８】
蒸発用ウィック２０は、ウィック１６の内周面に接触しているので、ウィック１６の内周面に到達した作動液１４は、蒸発用ウィック２０に吸引されて蒸発用ウィック２０内の空隙に拡散浸透する。また、蒸発用ウィック２０は、芯棒１１５の外周面に接触しているので、発熱体３の熱が芯棒１１５を介して蒸発用ウィック２０に伝えられる。
【０１０９】
蒸発用ウィック２０が挟み込まれている空間（環状空間）は、ボイラー部ケース１１０の上壁部に形成された蒸気通路１１０ｂを介して出力部１２の吸気路１９ａ、１２４ａ（図３を参照）に連通している。
【０１１０】
本実施形態によると、ボイラー部１１において、発熱体３の熱は、芯棒１１５を介して蒸発用ウィック２０に伝わり、液溜め部１１１の作動液１４は、導入用ウィック１６の外周面から吸引されて導入用ウィック１６の内周面に到達し、さらに蒸発用ウィック２０に吸引されて蒸発する。
【０１１１】
蒸発用ウィック２０で発生した蒸気は、ボイラー部ケース１１０の蒸気通路１１０ｂおよび出力部１２の吸気路１９ａ、１２４ａを通じてエンジン１２１に供給される。
【０１１２】
エンジン１２１に供給された蒸気はピストン１２２を駆動する。これにより、蒸気のエネルギーが機械的エネルギーに変換される。ピストン１２２の駆動により出力軸１２９が回転し、発電機１で発電が行われる。
【０１１３】
このように、本実施形態においても、上記第１、第２実施形態と同様に、発熱体３の排熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。
【０１１４】
ここで、蒸発用ウィック２０による作用効果について説明する。導入用ウィック１６の外周面から吸引されて導入用ウィック１６の内周面に到達した作動液１４は、蒸発用ウィック２０に吸引されて蒸発用ウィック２０内の空隙に拡散浸透する。蒸発用ウィック２０には、発熱体３の熱が芯棒１１５を介して伝えられるので、蒸発用ウィック２０内の空隙に拡散浸透した作動液１４が加熱されて蒸発する。
【０１１５】
すなわち、蒸発用ウィック２０は、伝熱表面積を拡大させて作動液１４の蒸発を促進させる役割を果たす。このため、出力の向上を図ることができる。
【０１１６】
また、蒸発用ウィック２０は、導入用ウィック１６の外周面に満遍なく当たるので、導入用ウィック１６が膨潤しても導入用ウィック１６の外周面に局所的な潰れが生じることを防止できる。
【０１１７】
なお、本実施形態では、芯棒１１５の上端部が出力部１２のベース部材１９に接触しているので、発熱体３から出力部１２への熱伝導によってエンジン１２１での蒸気温度（蒸気圧力）を高めることができ、ひいては出力の向上を図ることができる。
【０１１８】
なお、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、導入用ウィック１６の軸方向両端側（上方側および下方側）に、発熱体３から液溜め部１１１への伝熱を抑制する断熱材を配置することで、発熱体３からの熱で液溜め部１１１の作動液１４が加熱されて蒸発してしまうことを抑制できる。
【０１１９】
（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態では、ウィック１６の外周面とボイラー部ケース１１０のウィック収容穴の内壁面との間に、複数の玉状部材１８（排気通路形成部材）が配置されているが、複数の玉状部材１８（排気通路形成部材）に代えて、上記第２実施形態で用いた蒸発用ウィック２０（作動液蒸発用部材）が配置されていてもよい。
【０１２０】
また、上記各実施形態では、凝縮部１３（凝縮容器１３０）が出力部ケース１２０の外部に設けられているが、凝縮部１３が出力部ケース１２０の内部に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【０１２１】
３      外部熱源
１１    ボイラー部
１２    出力部
１３    凝縮部
１４    作動液
１５    断熱材
１６    ウィック（作動液導入用部材）
１７    断熱材（収容部材）
２０    蒸発用ウィック（作動液蒸発用部材）
１１０  ボイラー部ケース（収容部材）
１１１  液溜め部
１１２  蒸発部
１１３  導入路
１３０  凝縮容器
【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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