(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相状態の作動媒体からなる液体ピストン（１５）が流動可能に封入された管状の容器（１１）と、
前記容器（１１）の一端側部位に設けられ、前記作動媒体の蒸気を膨張させる膨張部（１２１）と、
前記容器（１１）の他端側部位に設けられ、前記蒸気の膨張によって生じる前記液体ピストン（１５）の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部（１４）と、
前記容器（１１）の外部に設けられ、前記作動媒体の蒸気を発生させる外部蒸発器（２０）と、
前記容器（１１）の一端側部位に設けられ、前記外部蒸発器（２０）で発生した前記蒸気を前記膨張部（１２１）に吸気させる吸気通路（１２１ａ）と、
前記容器（１１）の一端側部位に設けられ、前記容器（１１）の内部において凝縮し切れなかった蒸気を前記膨張部（１２１）から排気させる排気通路（１２１ｂ）とを備え、
前記液体ピストン（１５）が最も前記膨張部（１２１）側にきたときの位置を上死点としたとき、
前記上死点の近傍で前記液体ピストン（１５）が衝突対象物（１２１ｃ）に衝突するようになっている熱機関であって、
前記膨張部（１２１）には、前記上死点に向かって変位する前記液体ピストン（１５）が対向衝突する衝突壁面（１２１ｃ）が形成されており、
前記衝突対象物は前記衝突壁面（１２１ｃ）であり、
前記排気通路（１２１ｂ）は、前記衝突壁面（１２１ｃ）の拡がる方向と平行な方向に延びていることを特徴とする熱機関。
【請求項２】
前記吸気通路（１２１ａ）は、前記衝突壁面（１２１ｃ）の拡がる方向と平行な方向に延び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】
前記衝突壁面（１２１ｃ）は、前記膨張部（１２１）の全断面にわたって形成され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】
液相状態の作動媒体からなる液体ピストン（１５）が流動可能に封入された管状の容器（１１）と、
前記容器（１１）の一端側部位に設けられ、前記作動媒体の蒸気を膨張させる膨張部（１２１）と、
前記容器（１１）の他端側部位に設けられ、前記蒸気の膨張によって生じる前記液体ピストン（１５）の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部（１４）とを備え、
前記液体ピストン（１５）が最も前記膨張部（１２１）側にきたときの位置を上死点としたとき、
前記上死点の近傍で前記液体ピストン（１５）が衝突対象物に衝突するようになっている熱機関であって、
前記容器（１１）は、前記膨張部（１２１）において前記液体ピストン（１５）が複数本に別れて変位し、前記複数本に別れた前記液体ピストン（１５１、１５２）同士が前記上死点の近傍で衝突するように構成されており、
前記複数本に別れた前記液体ピストン（１５１、１５２）が互いに前記衝突対象物の役割を果たすことを特徴とする熱機関。
【請求項５】
液相状態の作動媒体からなる液体ピストン（１５）が流動可能に封入された管状の容器（１１）と、
前記容器（１１）の一端側部位に設けられ、前記作動媒体の蒸気を膨張させる膨張部（１２１）と、
前記容器（１１）の他端側部位に設けられ、前記蒸気の膨張によって生じる前記液体ピストン（１５）の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部（１４）とを備え、
前記液体ピストン（１５）が最も前記膨張部（１２１）側にきたときの位置を上死点としたとき、
前記上死点の近傍で前記液体ピストン（１５）が衝突対象物に衝突するようになっている熱機関であって、
前記容器（１１）は、単一の前記液体ピストン（１５）を構成する前記作動媒体同士が前記上死点の近傍で衝突するように構成されており、
単一の前記液体ピストン（１５）を構成する前記作動媒体自身が前記衝突対象物の役割を果たすことを特徴とする熱機関。
【請求項６】
前記容器（１１）は、前記上死点の近傍で単一の前記液体ピストン（１５）の流れが剥離することによって、単一の前記液体ピストン（１５）を構成する前記作動媒体同士が衝突するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の熱機関。
【請求項７】
前記容器（１１）は、前記上死点の近傍で単一の前記液体ピストン（１５）の流れがカーブすることによって、単一の前記液体ピストン（１５）を構成する前記作動媒体同士が衝突するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の熱機関。
【請求項８】
前記膨張部（１２１）のうち前記出力部（１４）と反対側の端部には、断面半円状の曲面部（１２１ｆ）が、その頂点が前記出力部（１４）と反対側を向くように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の熱機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気の膨張によって液体ピストンを変位させ、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熱機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱機関が特許文献１に記載されている。この従来技術では、管状の容器内に作動媒体を液相状態で封入し、容器の一端部に形成された加熱部で液相状態の作動媒体の一部を加熱して蒸発させるとともに、その作動媒体の蒸気を容器の中間部に形成された冷却部で冷却して凝縮させることで、作動媒体の蒸気の体積変動によって液相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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５５２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、液体ピストンが高い周波数で変位すると、液体ピストンの慣性力によって液体ピストンの液面が乱れやすくなる。液体ピストンの液面が乱れると液体ピストン中に蒸気が巻き込まれ、液体ピストン中に巻き込まれた蒸気が液体ピストンの変位に寄与することなく液体ピストンで冷やされて凝縮してしまう。
【０００５】
すなわち、蒸気が液体ピストン中に巻き込まれると、蒸気が液体ピストンの変位に寄与することなく凝縮してしまうので、出力の低下を招いてしまう。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、液体ピストン中に蒸気が巻き込まれるのを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１、４、５に記載の発明では、液相状態の作動媒体からなる液体ピストン（１５）が流動可能に封入された管状の容器（１１）と、
容器（１１）の一端側部位に設けられ、作動媒体の蒸気を膨張させる膨張部（１２１）と、
容器（１１）の他端側部位に設けられ、蒸気の膨張によって生じる液体ピストン（１５）の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部（１４）とを備え、
液体ピストン（１５）が最も膨張部（１２１）側にきたときの位置を上死点としたとき、
上死点の近傍で液体ピストン（１５）が衝突対象物（１２１ｃ、１５）に衝突することを特徴とする。
【０００８】
これによると、液体ピストン（１５）に大きな慣性力が働く上死点の近傍で液体ピストン（１５）が衝突対象物（１２１ｃ、１５）に衝突するので、液体ピストン（１５）に働く慣性力を効果的に低減することができる。
【０００９】
このため、液体ピストン（１５）の液面の乱れを抑制できるので、液体ピストン（１５）中に蒸気が巻き込まれるのを抑制できる。
【００１０】
また、請求項１に記載の発明では、膨張部（１２１）には、上死点に向かって変位する液体ピストン（１５）が対向衝突する衝突壁面（１２１ｃ）が形成されており、
衝突対象物は衝突壁面（１２１ｃ）であることを特徴とする。
【００１１】
これにより、容器（１１）における衝突対象物の位置を一定にできるので、上死点の近傍で液体ピストン（１５）を衝突対象物（１２１ｃ、１５）に確実に衝突させることができる。
【００１２】
さらに、請求項１に記載の発明では、容器（１１）の外部に設けられ、作動媒体の蒸気を発生させる外部蒸発器（２０）と、
容器（１１）の一端側部位に設けられ、外部蒸発器（２０）で発生した蒸気を膨張部（１２１）に吸気させる吸気通路（１２１ａ）と、
容器（１１）の一端側部位に設けられ、容器（１１）の内部において凝縮し切れなかった蒸気を膨張部（１２１）から排気させる排気通路（１２１ｂ）とを備え、
排気通路（１２１ｂ）は、衝突壁面（１２１ｃ）の拡がる方向と平行な方向に延びていることを特徴とする。
【００１３】
これにより、排気通路（１２１ｂ）が慣性力の低減の妨げになることを回避できるので、液体ピストン（１５）に働く慣性力をより効果的に低減することができる。
【００１４】
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、吸気通路（１２１ａ）は、衝突壁面（１２１ｃ）の拡がる方向と平行な方向に延びていることを特徴とする。
【００１５】
これにより、吸気通路（１２１ａ）からの蒸気が液体ピストン（１５）の液面と平行に膨張部（１２１）に吸気されるので、膨張部（１２１）に吸気された蒸気が液体ピストン１５の液面を乱すことを抑制できる。このため、液体ピストン（１５）中に蒸気が巻き込まれるのを一層抑制できる。
【００１６】
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、衝突壁面（１２１ｃ）は、膨張部（１２１）の全断面にわたって形成されていることを特徴とする。
【００１７】
これにより、膨張部（１２１）の全断面を利用して液体ピストン（１５）に働く慣性力を低減できるので、液体ピストン（１５）中に蒸気が巻き込まれるのをより効果的に抑制できる。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、容器（１１）は、膨張部（１２１）において液体ピストン（１５）が複数本に別れて変位し、複数本に別れた液体ピストン（１５１、１５２）同士が上死点の近傍で衝突するように構成されており、
複数本に別れた液体ピストン（１５１、１５２）が互いに衝突対象物の役割を果たすことを特徴とする。
【００１９】
これにより、液体ピストン（１５）が衝突対象物に衝突する際の衝撃が容器（１１）に加わることを抑制できるので、容器（１１）の破損を抑制できる。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、容器（１１）は、単一の液体ピストン（１５）を構成する作動媒体同士が上死点の近傍で衝突するように構成されており、
単一の液体ピストン（１５）を構成する作動媒体自身が衝突対象物の役割を果たすことを特徴とする。
【００２１】
これにより、上記した請求項４に記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００２２】
具体的には、請求項６に記載の発明にように、請求項５に記載の熱機関において、容器（１１）は、上死点の近傍で単一の液体ピストン（１５）の流れが剥離することによって、単一の液体ピストン（１５）を構成する作動媒体同士が衝突するように構成されている。
【００２３】
また、請求項７に記載の発明のように、請求項５に記載の熱機関において、容器（１１）は、上死点の近傍で単一の液体ピストン（１５）の流れがカーブすることによって、単一の液体ピストン（１５）を構成する作動媒体同士が衝突するように構成されていてもよい。
【００２４】
また、請求項８に記載の発明のように、請求項５に記載の熱機関において、膨張部（１２１）のうち出力部（１４）と反対側の端部には、断面半円状の曲面部（１２１ｆ）が、その頂点が出力部（１４）と反対側を向くように形成されていることを特徴とする。
【００２５】
これによると、曲面部（１２１ｆ）の頂点に向かって単一の液体ピストン（１５）の流れがカーブするので、単一の液体ピストン（１５）を構成する作動媒体同士を上死点の近傍で確実に衝突させることができる。
【００２６】
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】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態における熱機関を模式的に示す全体構成図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】第１実施形態における作動を示すＰＶ線図およびタイムチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態における熱機関の要部を示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態における熱機関の要部を示す断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態における熱機関の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（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は本実施形態における熱機関１０の概略構成を表す構成図である。図２は図１の要部拡大図である。図１、図２中の上矢印は鉛直方向の上方、下矢印は鉛直方向の下方を示している。
【００２９】
熱機関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、駆動対象機器１を駆動する駆動源として用いられる。
【００３０】
熱機関１０は、作動媒体（具体的には水）が液相状態で流動可能に封入された容器１１と、作動媒体の蒸気（具体的には水蒸気）を容器１１内に供給する外部蒸発器２０とを備えている。
【００３１】
外部蒸発器２０は、作動媒体である水を加熱して蒸気を発生させる。本例では、外部蒸発器２０の熱源として排気ガス等の高温ガスを用いている。具体的には、外部蒸発器２０が高温ガスの流れ中に配置され、外部蒸発器２０が高温ガスで加熱されることによって外部蒸発器２０内部の水が加熱されて蒸発する。
【００３２】
容器１１は、水が往復変位する管状の液体ピストン変位部１２と、液体ピストン変位部１２の一端側に設けられる蒸気バルブ１３と、液体ピストン変位部１２の他端側に設けられる出力部１４とに大別される。以下では、液体ピストン変位部１２で変位する水を液体ピストン１５という。
【００３３】
蒸気バルブ１３は、外部蒸発器２０からの蒸気を液体ピストン変位部１２内に吸気するための吸気ポート１３１と、液体ピストン変位部１２から蒸気を排気するための排気ポート１３２とを有し、吸気ポート１３１および排気ポート１３２を所定タイミングで開閉する。吸気ポート１３１は、外部蒸発器２０で発生した蒸気を容器１１に吸気させる吸気手段をなす。排気ポート１３２は、容器１１から蒸気を排気させる排気手段をなす。
【００３４】
液体ピストン変位部１２の一端部は、外部蒸発器２０から供給された蒸気が膨張する膨張部１２１を構成している。図２に示すように、膨張部１２１には、吸気ポート１３１と連通する吸気通路１２１ａ、および排気ポート１３２と連通する排気ポート１２１ｂが形成されている。
【００３５】
吸気ポート１３１および排気ポート１３２は、膨張部１２１と所定のタイミングで連通する。このような蒸気バルブ１３は、例えばロータリー弁やポペット弁等で構成することができる。
【００３６】
膨張部１２１は鉛直方向に延びており、吸気通路１２１ａおよび排気通路１２１ｂは水平方向に延びている。したがって、吸気ポート１３１および排気ポート１３２は、膨張部１２１の水平方向側に配置されている。
【００３７】
膨張部１２１の上端には、液体ピストン１５が対向衝突する衝突壁面（衝突対象物）１２１ｃが水平方向に拡がって形成されている。衝突壁面１２１ｃは、膨張部１２１の全断面にわたって形成されている。
【００３８】
なお、膨張部１２１も外部蒸発器２０と同様に高温ガスで加熱するようにすれば、膨張部１２１での蒸気の凝縮を抑制することができる。
【００３９】
図１に示すように、液体ピストン変位部１２の中間部は、膨張部１２１で膨張した蒸気を冷却して凝縮させる冷却部１２２を構成している。冷却部１２２は冷却器１６内に挿入されている。冷却器１６には、冷却水（冷却用流体）の入口１６１および出口１６２が形成されており、冷却水が循環するようになっている。
【００４０】
膨張部１２１で膨張した蒸気は冷却部１２２にて冷却水と熱交換することによって冷却されて凝縮する。冷却水の循環回路中には、冷却水が蒸気から奪った熱を放熱する放熱器（図示せず）が配置されている。
【００４１】
出力部１４は、液体ピストン変位部１２内の液体ピストン１５の変位を機械的エネルギに変換して出力する。具体的には、出力部１４は、液体ピストン１５の変位を出力軸１４１の回転運動に変換して出力する。出力軸１４１は駆動対象機器である発電機１に連結されており、出力軸１４１の回転により発電機１が駆動される。出力軸１４４には、フライホイール等の慣性力発生部材（図示せず）が連結されている。
【００４２】
同期手段１７は、出力軸１４１の回転位相と同期して蒸気バルブ１３を駆動する。本実施形態では、同期手段１７は、蒸気バルブ１３を出力軸１４１と機械的に連結して同期させている。図１の例では、同期手段１７は、プーリ１７１、１７２とベルト１７３とで構成されている。
【００４３】
液体ピストン排出手段１８は、容器１１から液体ピストン１５の一部を排出することによって、容器１１内の液体ピストン１５の量を所定量に維持する。具体的には、液体ピストン排出手段１８は、容器１１のうち冷却部１２２と出力部１４との間の部位に接続された排出管１８１と、液体ピストン排出管１８１を開閉するリリーフ弁１８２とで構成されている。リリーフ弁１８２は、容器１１の内部圧力が所定圧力以上になると開弁する。
【００４４】
なお、本例では、作動媒体として水を用いていることから、容器１１を基本的にステンレス製としているが、容器１１のうち膨張部１２１および冷却部１２２を熱伝導率に優れた銅またはアルミニウムで形成してもよい。
【００４５】
次に、上記構成における作動を図３に示すＰＶ線図およびタイムチャートに基づいて説明する。
【００４６】
図３に示す容積Ｖは容器１１の容積のことであり、液体ピストン１５の変位に伴って変動する。図３に示す圧力Ｐは容器１１の内部圧力のことである。図３（ｂ）に示す上死点とは、液体ピストン１５が最も膨張部１２１側にきた状態のことを意味している。図３（ｂ）に示す下死点とは、液体ピストン１５が最も出力部１４側にきた状態のことを意味している。
【００４７】
液体ピストン１５が上死点に到達した直後の状態において、蒸気バルブ１３の作動によって吸気ポート１３１が開くと膨張部１２１に外部蒸発器２０からの蒸気が吸気される。図３（ｂ）に示す蒸気圧力は、膨張部１２１に吸気された蒸気の圧力のことである。
【００４８】
吸気ポート１３１が所定時間開いた後に閉じられると、膨張部１２１に供給された高温・高圧の蒸気が膨張して液体ピストン１５が出力部１４側に押し出される。このときの液体ピストン１５の変位方向を以下、膨張方向という。また、液体ピストン１５が膨張方向に変位する行程を以下、膨張行程という。
【００４９】
膨張行程では、液体ピストン１５が膨張方向に変位することによって出力部１４の出力軸１４１が回転して機械的エネルギが出力される。
【００５０】
膨張部１２１で膨張した蒸気が冷却部１２２に進入して液体ピストン１５の液面が冷却部１２２まで下がると冷却部１２２にて蒸気が冷却されて凝縮する。これにより、液体ピストン１５を出力部１４側へ押し出す力が消滅するので、液体ピストン１５は出力部１４の慣性力発生部材（図示せず）の慣性力によって上死点側へ戻る。このときの液体ピストン１５の変位方向を以下、圧縮方向という。また、液体ピストン１５が圧縮方向に変位する行程を以下、圧縮行程という。
【００５１】
圧縮行程では、蒸気バルブ１３の作動によって排気ポート１３２が所定タイミングで開き、冷却部１２２で凝縮し切れなかった蒸気が排気ポート１３２から排気される。排気ポート１３２は、液体ピストン１５が上死点に到達する少し前に閉じられる。
【００５２】
このような動作が繰り返し行われることで液体ピストン変位部１２内の液体ピストン１５が周期的に変位（いわゆる自励振動）して、出力部１４の出力軸１４１を連続的に回転させることになる。
【００５３】
ここで、本実施形態では、液体ピストン１５が上死点に到達したときのデッドボリューム（死容積）を限りなく０に近づけている。
【００５４】
すなわち、液体ピストン１５の代わりに固体ピストンを用いた場合には、デッドボリュームを限りなく０に近づけると固体ピストンが容器１１の端部壁面に衝突して容器１１が破損する虞があるので、デッドボリュームを限りなく０に近づけることができないのであるが、本実施形態では液体ピストン１５を用いているのでデッドボリュームを限りなく０に近づけることができる。
【００５５】
このようにデッドボリュームを限りなく０に近づけることで、液体ピストン１５は上死点の近傍で膨張部１２１の衝突壁面１２１ｃに衝突することとなる。すると、図２に示すように液体ピストン１５に働く慣性力Ｆｉが、液体ピストン１５が衝突壁面１２１ｃに衝突することによって働く力Ｆｃで打ち消される。
【００５６】
このため、液体ピストン１５の慣性力によって液体ピストン１５の液面が乱れることを抑制できるので、液体ピストン１５中に蒸気が巻き込まれるのを抑制できる。その結果、液体ピストン１５中に巻き込まれた蒸気が液体ピストン１５で冷やされて凝縮して出力の低下を招くことを抑制できる。
【００５７】
因みに、本実施形態では、液体ピストン１５に最も大きな慣性力が働く上死点の近傍で液体ピストン１５が衝突壁面１２１ｃに衝突するため、液体ピストン１５の慣性力を効果的に打ち消すことができる。
【００５８】
また、衝突壁面１２１ｃは容器１１に形成されており、容器１１における衝突壁面１２１ｃの位置は一定であるので、上死点の近傍で液体ピストン１５を衝突壁面１２１ｃに確実に衝突させることができる。
【００５９】
なお、衝突壁面１２１ｃを弾性材で形成すれば、衝突壁面１２１ｃで液体ピストン１５の慣性力Ｆｉを吸収できるので、液体ピストン１５が衝突壁面１２１ｃに衝突した際の衝撃によって衝突壁面１２１ｃが破損することを抑制できる。
【００６０】
ここで、慣性力Ｆｉの働くベクトル線上に排気通路１２１ｂおよび排気ポート１３２が配置されていると、排気通路１２１ｂおよび排気ポート１３２の配置では衝突壁面１２１ｃが形成されず慣性力Ｆｉを打ち消すことができないので、液体ピストン１５がちぎれて蒸気を巻込みやすくなる。
【００６１】
この点に鑑みて、本実施形態では、排気通路１２１ｂおよび排気ポート１３２を、慣性力Ｆｉの働くベクトル線に対して直交する方向に延びるように形成している。換言すれば、排気通路１２１ｂおよび排気ポート１３２を、衝突壁面１２１ｃの拡がる方向と平行な方向に延びるように形成している。これにより、排気通路１２１ｂおよび排気ポート１３２が慣性力の低減の妨げになることを回避できるので、液体ピストン１５中に蒸気が巻き込まれるのをより効果的に抑制できる。
【００６２】
また、排気ポート１３２は液体ピストン１５の液圧縮による圧力上昇を緩和する安全装置の役割をも果たすことができる。
【００６３】
また、本実施形態では、吸気ポート１３１および吸気通路１２１ａも、衝突壁面１２１ｃの拡がる方向と平行な方向に延びるように形成している。これにより、吸気ポート１３１および吸気通路１２１ａからの蒸気が液体ピストン１５の液面と平行に膨張部１２１に吸気されるので、膨張部１２１に吸気された蒸気が液体ピストン１５の液面を乱すことを抑制できる。このため、液体ピストン１５中に蒸気が巻き込まれるのを一層抑制できる。
【００６４】
また、本実施形態によると、膨張部１２１に整流器を配置して液体ピストン１５の液面の乱れを抑制する場合と比較して出力を向上できる。すなわち、膨張部１２１に整流器を配置することによって、整流器を通過する液体ピストン１５に粘性抵抗を発生させて液体ピストン１５の液面の乱れを抑制することもできるが、この手段を採用した場合には、蒸気が整流器を通過する際に圧力損失が発生するとともに、蒸気が整流器で冷やされて凝縮するので出力の低下を招く。
【００６５】
これに対して、本実施形態では、このような圧力損失や凝縮損失が発生しないので、圧力損失や凝縮損失による出力の低下を招くことがない。
【００６６】
また、本実施形態によると、上死点の近傍で慣性力が減少するように出力部１４を制御して液体ピストン１５の液面の乱れを抑制する場合と比較しても出力を向上できる。すなわち、出力部１４の出力軸１４１の回転速度が上死点の近傍で減少するように出力軸１４１の回転を制御することによって、上死点の近傍で慣性力を減少させて液体ピストン１５の液面の乱れを抑制することもできるが、この手段を採用した場合には、出力軸１４１の回転を制御するための仕事が損失となるので出力の低下を招く。
【００６７】
これに対して、本実施形態では、このような制御を行わないので、このような制御の損失による出力の低下を招くことがない。
【００６８】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、液体ピストン１５を衝突壁面１２１ｃに衝突させることによって液体ピストン１５の慣性力を打ち消すが、本第２実施形態では図４に示すように、複数本の液体ピストン１５１、１５２同士を衝突させることによって液体ピストン１５の慣性力を打ち消す。
【００６９】
具体的には、液体ピストン１５の流路が膨張部１２１で２本に分岐しているとともに、２本に分岐した流路同士が、膨張部１２１の上端部に形成された逆Ｕ字状の流路１２１ｄによって繋げられている。
【００７０】
これにより、膨張部１２１において液体ピストン１５が２本に別れて変位し、２本の液体ピストン１５１、１５２の各々が上死点に向かって変位するときに、２本の液体ピストン１５１、１５２同士が上死点の近傍で衝突する。
【００７１】
このため、２本の液体ピストン１５１、１５２に働く慣性力Ｆｉ１、Ｆｉ２が互いに打ち消し合うこととなるので、上記第１実施形態と同様に、液体ピストン１５の慣性力によって液体ピストン１５の液面が乱れることを抑制でき、ひいては液体ピストン１５中に蒸気が巻き込まれるのを抑制できる。
【００７２】
また、液体ピストン１５１、１５２同士が衝突する際の衝撃は、基本的に容器１１に加わらないので、液体ピストン１５１、１５２同士が衝突することによる容器１１の破損の虞が少ない。
【００７３】
なお、液体ピストン１５が２本の液体ピストン１５１、１５２に別れて変位する範囲は、膨張部１２１のみであってもよいし、液体ピストン変位部１２の全範囲にわたっていてもよい。
【００７４】
（第３実施形態）
上記第２実施形態では、複数の液体ピストン１５１、１５２同士を衝突させることによって液体ピストン１５の慣性力を打ち消すが、本第３実施形態では図５に示すように、単一の液体ピストン１５の内部で水同士を衝突させることによって液体ピストン１５の慣性力を打ち消す。
【００７５】
具体的には、膨張部１２１の上端部に、上方側から下方側に向かって広がる広がり形状部１２１ｅが形成されている。広がり形状部１２１ｅの広がり角度θは１５°以上が好ましい。
【００７６】
本実施形態によると、膨張部１２１の広がり形状部１２１ｅで液体ピストン１５の流れが剥離して液体ピストン１５を構成する水（作動媒体）同士が衝突するので、液体ピストン１５に働く慣性力が打ち消されることとなる。
【００７７】
このため、上記第２実施形態と同様に、液体ピストン１５の慣性力によって液体ピストン１５の液面が乱れることを抑制できるので、液体ピストン１５中に蒸気が巻き込まれるのを抑制できる。
【００７８】
（第４実施形態）
上記第１実施形態では、膨張部１２１の上端部で液体ピストン１５の流れが剥離することによって液体ピストン１５の内部で水同士が衝突するが、本第４実施形態では、図６に示すように、膨張部１２１の上端部で液体ピストン１５の流れがカーブすることによって液体ピストン１５の内部で水同士が衝突する。
【００７９】
具体的には、膨張部１２１の上端部に、半球状（断面半円状）の曲面部１２１ｆが、その頂点が上方側を向くように形成されている。図６の例では、曲面部１２１ｆの頂点における接線Ｌ１は水平方向に延びている。したがって、曲面部１２１ｆの頂点における接線Ｌ１は、図６中の一点鎖線で示す液体ピストン１５の基本的な進行方向（換言すれば膨張部１２１の延びる方向）に対して直交している。
【００８０】
吸気通路１２１ａは、曲面部１２１ｆの頂点から吸気ポート１３１側に向かって延びている。
【００８１】
本実施形態によると、液体ピストン１５は上死点の近傍で曲面部１２１ｆの頂点に向かってカーブして流れるので、単一の液体ピストン１５を構成する水（作動媒体）同士が衝突する。このため、液体ピストン１５に働く慣性力が打ち消されることとなるので、上記第２実施形態と同様に、液体ピストン１５の慣性力によって液体ピストン１５の液面が乱れることを抑制でき、ひいては液体ピストン１５中に蒸気が巻き込まれるのを抑制できる。
【００８２】
（他の実施形態）
（１）上記各実施形態では、作動媒体として水を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば作動媒体として冷媒を用いてもよい。
【００８３】
（２）上記各実施形態では、冷却部１２２で蒸気を冷却・凝縮させるとともに慣性力発生部材（図示せず）の慣性力によって液体ピストン１５を膨張部１２１側へ押し戻すようになっているが、冷却部１２２で蒸気を冷却・凝縮させることなく、慣性力発生部材（図示せず）の慣性力のみによって液体ピストン１５を膨張部１２１側へ押し戻すようにしてもよい。
【００８４】
因みに、この場合においても液体ピストン排出手段１８は必要である。すなわち、上記各実施形態の熱機関では、膨張行程において蒸気が膨張すると蒸気の一部が凝縮するからである。
【００８５】
（３）上記各実施形態では、外部蒸発器２０で発生した蒸気を膨張部１２１に供給するが、外部蒸発器２０を用いることなく、膨張部１２１の上部を加熱して液体ピストン１５の一部を蒸発させることによって膨張部１２１に蒸気を発生させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１１      容器
１４      出力部
１５      液体ピストン
２０      外部蒸発器
１２１    膨張部
１２１ｃ  衝突壁面（衝突対象物）
１２１ａ  吸気通路
１２１ｂ  排気通路
【図１】
0005494050.tif 000002
【図２】
0005494050.tif 000003
【図３】
0005494050.tif 000004
【図４】
0005494050.tif 000005
【図５】
0005494050.tif 000006
【図６】
0005494050.tif 000007