(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体（１２）が液体状態で流動可能に封入された容器（１１）と、
前記容器内の前記作動流体を加熱して気化させる加熱手段（１３）と、
前記加熱手段で加熱されて気化した前記作動流体の蒸気を冷却して液化させる冷却手段（１４）と、を備え、
前記作動流体の体積変動によって生ずる前記作動流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であって、
前記容器内に液体状態の前記作動流体を充填する充填手段（１９）と、
前記容器内の容積変化量を検出する容積変化検出手段（２３、２６）と、
前記容器内の圧力変化量を検出する圧力変化検出手段（２２）と、
前記容器における前記作動流体が気化する被加熱部（１１ａ）の温度を検出する温度検出手段（２１）と、
前記容器内へ混入した空気の空気混入量を算出する混入量算出手段（２０ｄ）と、
前記容器内の前記作動流体を圧縮する圧縮手段（４、１５、２５）と、
前記加熱手段による前記作動流体の加熱を停止した際に、前記充填手段の作動を制御して、前記容器内に液体状態の前記作動流体を充填する充填制御処理を実行する充填制御手段（２０ｂ）と、
前記充填制御手段による前記充填制御処理の実行が完了した際に、前記圧縮手段の作動を制御して、前記作動流体を圧縮する圧縮制御処理を実行する圧縮制御手段（２０ｃ）と、を備え、
前記混入量算出手段は、前記圧縮制御処理の実行前後における前記容積変化検出手段にて検出した前記容積変化量、および前記圧力変化検出手段にて検出した前記圧力変化量と、前記温度検出手段にて検出した前記被加熱部の温度とから前記空気混入量を算出することを特徴とする外燃機関。
【請求項２】
少なくとも前記圧力変化量、前記容積変化量、前記被加熱部の温度、および前記空気混入量の相関関係を規定した相関データを記憶する記憶手段（２０ａ）を備え、
前記混入量算出手段は、少なくとも前記容積変化検出手段にて検出した前記容積変化量、前記圧力変化検出手段にて検出した前記圧力変化量、前記温度検出手段にて検出した前記被加熱部の温度、および前記相関データを用いて、前記空気混入量を算出す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】
前記圧縮手段は、前記容器内の容積を変更する容積変更手段（１５、２５ｃ）、および前記容積変更手段を駆動する駆動手段（４、２５ｄ）を有し、前記容積変更手段にて前記容器内の容積を変更することで前記作動流体を圧縮するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の外燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動流体の体積変動によって生ずる作動流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、外燃機関の１つとして、容器内に封入した液体状態の作動流体の一部を加熱器にて加熱して気化させると共に、気化した作動流体の蒸気を冷却器にて冷却して液化させることで、作動流体の体積変動によって生ずる作動流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ものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の外燃機関は、液体ピストン式蒸気エンジンと呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４１１８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、作動流体を封入する容器は、密閉容器で構成されているが、時間経過とともに容器における接合部やシール部等を介して不凝縮ガスである空気（少なくともＮ２、Ｏ２、ＣＯ２）が徐々に侵入することがある。このようにして容器内へ空気が混入すると、加熱器や冷却器と作動流体と間の熱交換等が妨げられることから、外燃機関の出力低下を招いてしまうといった問題がある。
【０００５】
これに対して、特許文献１では、容器内への空気の混入に関して一切考慮されておらず、容器内への空気の混入状態を算出可能とする手段もないことから、容器内への空気の混入に起因する外燃機関の出力低下を把握することができない。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、作動液体の蒸気の体積変動によって生じる作動液体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おいて、容器内への空気混入量を算出可能と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、本発明者らは、容器内への空気混入の存否により、容器内に存する流体の圧縮率（容積変化と圧力変化との関係）が大きく変化することに着眼して、以下に示す発明を案出した。
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の発明は、作動流体（１２）が液体状態で流動可能に封入された容器（１１）と、容器内の作動流体を加熱して気化させる加熱手段（１３）と、加熱手段で加熱されて気化した作動流体の蒸気を冷却して液化させる冷却手段（１４）と、を備え、作動流体の体積変動によって生ずる作動流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を対象としている。そして、容器内に液体状態の作動流体を充填する充填手段（１９）と、容器内の容積変化量を検出する容積変化検出手段（２３、２６）と、容器内の圧力変化量を検出する圧力変化検出手段（２２）と、容器における作動流体が気化する被加熱部（１１ａ）の温度を検出する温度検出手段（２１）と、容器内へ混入した空気の空気混入量を算出する混入量算出手段（２０ｄ）と、容器内の作動流体を圧縮する圧縮手段（４、１５、２５）と、加熱手段による作動流体の加熱を停止した際に、充填手段の作動を制御して、容器内に液体状態の作動流体を充填する充填制御処理を実行する充填制御手段（２０ｂ）と、充填制御手段による充填制御処理の実行が完了した際に、圧縮手段の作動を制御して、作動流体を圧縮する圧縮制御処理を実行する圧縮制御手段（２０ｃ）と、を備え、混入量算出手段は、圧縮制御処理の実行前後における容積変化検出手段にて検出した容積変化量、および圧力変化検出手段にて検出した圧力変化量と、温度検出手段にて検出した被加熱部の温度とから空気混入量を算出することを特徴としている。
【０００９】
これによれば、容器内の作動流体を圧縮した際の容器内の圧力変化量および容積変化量と、被加熱部の温度とから容器内の空気混入量を算出することができる。特に、本発明では、容器内へ液体状態の作動流体を充填して容器内に占める液体状態の作動流体の割合を増加させた上で、容器内の作動流体を圧縮するようにしているので、容器内の圧力変化量または容積変化量を、容器内への空気混入が生じている場合と生じていない場合とで大きく変化させることができる。この結果、容器内の空気混入量を正確に検出することができる。
しかも、請求項１に記載の発明では、被加熱部（１１ａ）の温度を検出する温度検出手段（２１）を備えることで、容器（１１）内に存する流体の圧縮率の温度依存性を考慮して、容器（１１）内の空気混入量を算出するので、空気混入量をより一層精度よく算出することが可能となる。
【００１０】
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の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る発電装置の概略構成図である。
【図２】液体状態の作動流体の圧縮率を説明するための説明図である。
【図３】空気の含有に伴う作動流体の圧縮率の変化を説明する説明図である。
【図４】空気混入の存否による容器内の圧力および容積の変化を説明する説明図である。
【図５】第１実施形態に係る外燃機関の動作特性を説明する説明図である。
【図６】第１実施形態に係る制御装置が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】主容器内における圧力変化と容積変化との関係を説明する説明図である。
【図８】空気混入による圧力変化量と容積変化量との関係の変化を説明する説明図である。
【図９】第２実施形態に係る発電装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１３】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明による外燃機関１０を、発電装置を駆動する駆動源に適用している。発電装置は、外燃機関１０および発電機１で構成されている。発電機１は、永久磁石が埋設された可動子２が振動変位することで起電力を生じさせるものであり、外燃機関１０によって駆動される。
【００１４】
外燃機関１０は、液体ピストン式蒸気エンジンと呼ばれるものであり、主たる構成として、作動流体１２が液体状態で流動可能に封入された主容器（容器）１１、主容器１１内の作動流体１２を加熱して気化させる加熱器１３、気化した作動流体１２の蒸気を冷却して液化させる冷却器１４、および制御装置２０を備える。本例では、作動流体１２として水を用いている。なお、作動流体１２としては、水以外の液体を用いてもよい。
【００１５】
本実施形態の主容器１１は、屈曲部１１ｄが最下部に位置し、第１、第２直線部１１ｅ、１１ｆが上下方向に延びるＵ字状に形成されたパイプ状の圧力容器である。主容器１１のうち、屈曲部１１ｄを挟んで水平方向の一端側（図１の右側）の第１直線部１１ｅには、加熱器１３および冷却器１４が配置されている。なお、加熱器１３は、第１直線部１１ｅにおける冷却器１４の上方側に位置している。
【００１６】
また、図示を省略しているが、第１直線部１１ｅは、その上端部に、作動流体１２が気化する空間を確保するために予め定めた量の気体（例えば、空気）が封入されている。
【００１７】
一方、主容器１１のうち、屈曲部１１ｄを挟んで水平方向の他端側（図１の左側）の第２直線部１１ｆには、その上端部に発電機１が配置されている。発電機１のケーシング１ａ内には、作動流体１２の液体部分から圧力を受けて変位するピストン１５がシリンダ１５ａに摺動可能に配置されている。なお、本実施形態におけるピストン１５は、作動流体１２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手段を構成している。
【００１８】
ピストン１５は、発電機１のケーシング１ａ内において、可動子２のシャフト２ａに連結されている。可動子２を挟んでピストン１５と反対側には、可動子２をピストン１５側に押圧する弾性力を発生させる弾性部材（例えば、バネ）３が設けられている。
【００１９】
ここで、本実施形態の外燃機関１０は、ピストン１５を駆動するピストン駆動部４を有し、当該駆動部４の作動により、ピストン１５を下方側に変位させて主容器１１内の作動流体１２を圧縮可能な構成となっている。なお、本実施形態では、ピストン１５およびピストン駆動部４が、作動流体１２を圧縮する圧縮手段を構成しており、ピストン１５が圧縮手段における容積変更手段に相当し、ピストン駆動部４が圧縮手段における駆動手段に相当している。
【００２０】
本実施形態の加熱器１３は、高温ガス（例えば、自動車の排気ガス）と熱交換するものであるが、加熱器１３を電気ヒータで構成してもよい。本実施形態では、加熱器１３が作動流体１２を加熱する加熱手段を構成する。
【００２１】
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、冷却水が作動流体１２の蒸気から奪った熱を放熱する放熱器が、冷却水の循環回路中に配置されている。本実施形態では、冷却器１４が作動流体１２を冷却する冷却手段を構成する。
【００２２】
ここで、主容器１１のうち、加熱器１３と接触する部位である被加熱部１１ａおよび冷却器１４と接触する部位である被冷却部１１ｂは熱伝導性に優れた材料とすることが望ましく、本例では、被加熱部１１ａおよび被冷却部１１ｂを銅又はアルミニウム製としている。なお、加熱器１３や冷却器１４は、主容器１１と別体でなく、主容器１１と一体に形成してもよい。
【００２３】
また、主容器１１のうち被加熱部１１ａと被冷却部１１ｂとの間の中間部１１ｃは、断熱性に優れた材料とすることが望ましく、本例では、中間部１１ｃを断熱性に優れたステンレス製としている。そして、主容器１１のうち、被冷却部１１ｂよりも発電機１側の部位は、中間部１１ｃと同様に、断熱性に優れたステンレス製としている。
【００２４】
続いて、主容器１１のうち、屈曲部１１ｄの上方側には、主容器１１の内部圧力（以下、主容器内圧力と称する。）を調整するための補助容器１６が配置されている。
【００２５】
この補助容器１６は、上下方向に直交する方向の断面積が一定で上下方向に延びる密閉容器であり、その底部が、連絡配管１７を介して、主容器１１の屈曲部１１ｄ内と連通している。
【００２６】
補助容器１６は、その内部における下方側に液体状態の作動流体１２が充填され、上方側に気体１８が充填されている。補助容器１６内に充填する気体１８としては、作動流体１２に難溶性を示す気体を用いることが好ましく、本例では、作動流体１２である水に難溶性を示すヘリウムを用いている。
【００２７】
また、連絡配管１７は、補助容器１６内における作動流体１２の液体部分が存在する部位、および主容器１１内の作動流体１２の液体部分が存在する部位を連通させる連通部を構成している。この連絡配管１７は、補助容器１６の内部圧力（以下、補助容器内圧力と称する。）を主容器内圧力と同等の圧力に安定させるために、その断面積が、主容器１１の断面積よりも小さい断面積となるように構成されている。なお、連絡配管１７は、補助容器１６の断面積よりも小さい断面積となるように構成されている。
【００２８】
連絡配管１７には、主容器１１内と補助容器１６内とを連通状態、および非連通状態に切り替える電動式の開閉弁１７ａが設けられている。なお、補助容器１６および連絡配管１７は、断熱性に優れた材料とすることが望ましく、本例では補助容器１６および連絡配管１７をステンレス製としている。
【００２９】
また、本実施形態の補助容器１６には、その上部に補助容器内圧力を調整する圧力調整機構をなすピストン機構１９が配置されている。このピストン機構１９は、圧力調整ピストン１９ａと、電動アクチュエータ１９ｂとで構成されている。圧力調整ピストン１９ａは補助容器１６内の上端部に配置され、補助容器１６外部の電動アクチュエータ１９ｂによって上下方向に往復駆動されるようになっている。なお、本実施形態では、電動アクチュエータ１９ｂが圧力調整ピストン１９ａを駆動する駆動手段を構成する。
【００３０】
本実施形態のピストン機構１９は、電動アクチュエータ１９ｂを駆動して圧力調整ピストン１９ａを下方側へ変位させることで、補助容器１６内に封入された液体状態の作動流体１２を主容器１１内へ充填可能に構成されている。なお、本実施形態では、ピストン機構１９が液体状態の作動流体１２を主容器１１内へ充填する充填手段を構成している。
【００３１】
次に、本実施形態における電子制御部の概要を説明すると、制御装置２０はＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭといった記憶手段２０ａ等からなる周知のマイクロコンピュータと、その周辺回路にて構成され、記憶手段２０ａに記憶された制御プログラムに基づいて各種演算・処理を行い出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する制御手段である。
【００３２】
制御装置２０の出力側には、制御対象機器として加熱器１３、冷却器１４、ピストン機構１９の電動アクチュエータ１９ｂ、開閉弁１７ａを駆動するアクチュエータ（図示略）等が接続されている。これら制御対象機器は、制御装置２０から出力される制御信号に応じて、その作動が制御される。
【００３３】
制御装置２０の入力側には、主容器１１における作動流体１２が気化する被加熱部１１ａの温度（以下、被加熱部温度と言う。）を検出する被加熱部温度センサ（温度検出手段）２１、主容器内圧力を検出する圧力センサ２２、ピストン１５の変位量（移動量）を検出する変位量センサ２３等が接続されている。
【００３４】
本実施形態の圧力センサ２２は、作動流体１２の圧縮前後における圧力変化量を、検出値の差分として検出可能となっている。本実施形態では、圧力センサ２２が主容器１１内の圧力変化量を検出する圧力変化検出手段を構成している。
【００３５】
また、本実施形態の変位量センサ２３は、作動流体１２の圧縮前後における主容器１１内の容積変化量をピストン１５の変位量として検出可能となっている。本実施形態では、変位量センサ２３が主容器１１内の容積変化量を検出する容積変化検出手段を構成している。
【００３６】
本実施形態の制御装置２０は、外燃機関１０の運転中に、主容器内圧力を調整する圧力調整処理を実行すると共に、外燃機関１０の運転停止中に、主容器１１内への空気混入を検査する検査処理を実行する。
【００３７】
この検査処理は、主容器１１内に存する流体の圧縮率（容積変化と圧力変化との関係）の変化に基づいて、主容器１１内への空気混入の存否を検査する処理である。
【００３８】
ここで、主容器１１内への空気混入の存否による主容器１１内に存する流体の圧縮率の変化について説明する。本実施形態の如く作動流体１２として水を用いる場合の圧縮率βは、図２に示す通りであり、温度が高いほど低下し、温度が高い程上昇するといった温度依存性を有する。なお、図中に示す体積弾性係数Ｅは、圧縮率βの逆数（β＝１／Ｅ）である。
【００３９】
図３は、空気を含有する水の見かけの体積弾性係数Ｅｍに対する空気を含有していない水の体積弾性係数Ｅｏの比（＝Ｅｍ／Ｅｏ）と、空気の含有率との関係を示すグラフである。図３に示すように、水に空気が含まれていると、体積弾性係数の比（Ｅｍ／Ｅｏ）が著しく低下することが判る。
【００４０】
この点について、図４に示す模式的図を用いて説明する。図４に示すように、例えば、容器内の全容積が１００［ｃｃ］（容器断面の径φ１０［ｍｍ］、Ｌ＝１２７３［ｍｍ］）、空気を含有しない水の圧縮率βが４．５７×１０−１０［Ｐａ−１］としたとき、容器断面と同径のピストンにて容器内の水を圧縮して容器内の圧力をΔＰ（＝１ＭＰａ）上昇させると、数式Ｆ１で示すように、ピストンの押し込み量ΔＹが０．５８［ｍｍ］となる（図４の右上図参照）。
ΔＹ＝β×ΔＰ×Ｌ＝０．５８…Ｆ１
これに対して、容器内に空気を含有する水（例えば、圧縮率β´：４．５７×１０−９［Ｐａ−１］）が封入されている場合、容器内の水を圧縮して容器内の圧力をΔＰ（＝１ＭＰａ）上昇させると、数式Ｆ２で示すように、ピストンの押し込み量ΔＹ´が、５．８［ｍｍ］となる（図４の右下図参照）。
ΔＹ´＝β´×ΔＰ×Ｌ＝５．８…Ｆ２
このように、容器内へ空気が混入すると、容器内へ空気が混入していない場合に比べて、容器内に存する流体の容積変化に対する圧力変化量が著しく小さくなる（容器内に存する流体の圧力変化に対する容積変化量が著しく大きくなる）。
【００４１】
そこで、本実施形態の検査処理は、主容器１１内に存する流体を圧縮し、圧縮前後の容積変化量および圧力変化量の関係等から主容器１１内への空気混入量を算出し、算出した空気混入量に基づいて、主容器１１内への空気混入の存否を検査する。
【００４２】
具体的には、本実施形態の検査処理では、ピストン機構１９の作動を制御して主容器１１内へ作動流体１２を充填する充填制御処理の実行後、ピストン駆動部４の作動を制御して主容器１１内の作動流体１２を圧縮する圧縮制御処理を実行し、この圧縮制御処理前後の主容器１１内の圧力変化量、容積変化量等により空気混入量の算出処理を行う。
【００４３】
なお、本実施形態では、制御装置２０における充填制御処理を実行する構成が充填制御手段２０ｂを構成し、圧縮制御処理を実行する構成が圧縮制御手段２０ｃを構成し、空気混入量を算出する構成が混入量算出手段２０ｄを構成している。
【００４４】
次に、上記構成に係る外燃機関１０の作動を説明する。まず、外燃機関１０の駆動原理について図５に基づいて説明する。
【００４５】
外燃機関１０の運転が開始されると、加熱器１３により被加熱部１１ａ内における液体状態の作動流体１２が加熱される。これにより、作動流体１２の一部が気化し、被加熱部１１ａ内に高温・高圧の作動流体１２の蒸気が蓄積されて、主容器１１の第１直線部１１ｅ内の作動流体１２の液面を押し下げる。これに伴って主容器１１内に封入された作動流体１２の液体部分は、第１直線部１１ｅ側から第２直線部１１ｆ側に変位して、発電機１側のピストン１５を押し上げる。このとき、ピストン１５によって弾性部材３が押圧されて弾性変形する。
【００４６】
その後、第１直線部１１ｅ内の作動流体１２の液面が被冷却部１１ｂまで下がり、被冷却部１１ｂ内に作動流体１２の蒸気が進入すると、この蒸気が冷却器１４により冷却されて液化される。
【００４７】
これにより、第１直線部１１ｅ内の作動流体１２の液面を押し下げる力が消失し、作動流体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１５が弾性部材３の弾性復元力によって下降し、主容器１１内に封入された作動流体１２の液体部分が第２直線部１１ｆ側から第１直線部１１ｅ側に変位して、第１直線部１１ｅ側の液面が上昇する。
【００４８】
このような動作（体積変動）が、加熱器１３および冷却器１４の作動を停止させるまで繰り返し実行され、その間、主容器１１内の作動流体１２の液体部分が周期的に往復動（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。そして、発電機１では、可動子２の振動に伴って誘起される電力を発電電力として出力する。
【００４９】
続いて、本実施形態の制御装置２０が実行する圧力調整処理について説明する。なお、圧力調整処理の実行時には、開閉弁１７ａが開放されて主容器１１内と補助容器１６内とを連通状態に切り替える。
【００５０】
本例のような外燃機関１０は、主容器内圧力のピーク値が、作動流体１２の飽和蒸気圧よりも低く、且つ、作動流体１２の飽和蒸気圧にできるだけ近いときに、外燃機関１０の性能（出力および効率）が高くなることが判っている。
【００５１】
このため、本実施形態の制御装置２０は、外燃機関１０の運転時に、主容器内圧力のピーク値が作動流体１２の飽和蒸気圧よりも低く、且つ、作動流体１２の飽和蒸気圧にできるだけ近くなるように、ピストン機構１９の作動を制御する圧力調整処理を実行する。
【００５２】
具体的には、圧力調整処理では、まず、被加熱部温度センサ２１の検出値、および予め記憶手段２０ａに記憶した作動流体１２の蒸気圧曲線に基づいて、被加熱部温度における作動流体１２の飽和蒸気圧を算出する。
【００５３】
そして、補助容器内圧力のピーク値が飽和蒸気圧よりも低いときには、電動アクチュエータ１９ｂにて圧力調整ピストン１９ａを押し出して、補助容器１６内の容積を減少させる。これにより、補助容器１６内の作動流体１２が圧縮されて補助容器内圧力が上昇する。
【００５４】
一方、補助容器内圧力のピーク値が飽和蒸気圧よりも高いときには、電動アクチュエータ１９ｂにて圧力調整ピストン１９ａを引き込んで、補助容器１６内の容積を増加させる。これにより、補助容器１６内の作動流体１２が膨張して補助容器内圧力が低下する。
【００５５】
ここで、主容器１１および補助容器１６は、連絡配管１７を介して連通しており、主容器内圧力が補助容器内圧力に追従する。このため、補助容器内圧力をピストン機構１９にて調整することで、主容器内圧力を被加熱部温度における飽和蒸気圧に近づけることができ、外燃機関１０の性能の向上を図ることできる。
【００５６】
次に、本実施形態の制御装置２０が実行する主容器１１内への空気混入を検査する検査処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。なお、図６に示す制御ルーチンは、外部からの要求信号に基づくか、若しくは、周期的に実行される。
【００５７】
まず、空気混入量の算出が必要であるか否かを判定する（Ｓ１０）。この判定処理では、主容器１１内への空気混入が生ずる際に外燃機関１０の運転中における主容器内圧力のピーク値が低下することに鑑みて、主容器内圧力のピーク値に基づいて空気混入量の算出の要否を判定する。例えば、主容器内圧力のピーク値が予め定めた基準圧力値を下回った際に空気混入量の算出が必要と判定するようにすればよい。
【００５８】
ステップＳ１０の判定処理にて、空気混入量の算出が必要ないと判定された場合、主容器１１内への空気混入を検査することなく処理を終了する。
【００５９】
一方、ステップＳ１０の判定処理にて、空気混入量の算出が必要と判定された場合、外燃機関１０の作動を停止する（Ｓ２０）。具体的には、ステップＳ２０では、加熱器１３による作動流体１２の加熱を停止する。
【００６０】
続いて、外燃機関１０の作動が停止した後、ピストン機構１９の作動を制御して、主容器１１内へ液体状態の作動流体１２を充填する充填制御処理を実行する（Ｓ３０）。本実施形態の充填制御処理では、電動アクチュエータ１９ｂにて圧力調整ピストン１９ａを押し出して、補助容器１６内に存する液体状態の作動流体１２を主容器１１内へ充填する。なお、ステップＳ３０では、主容器１１内への作動流体１２の充填の完了時に、開閉弁１７ａを閉じて主容器１１内と補助容器１６内とを連通状態から非連通状態に切り替える。
【００６１】
ステップ３０の充填制御処理の実行が完了すると、各センサ２１〜２３のセンサ信号（検出信号）を読み込む（Ｓ４０）。具体的には、被加熱部温度センサ２１のセンサ信号である被加熱部温度、圧力センサ２２のセンサ信号である主容器内圧力、および変位量センサ２３のセンサ信号であるピストン１５の変位量を読み込む。
【００６２】
続いて、ピストン駆動部４にてピストン１５を下方側に変位させて主容器１１内の作動流体１２を圧縮する圧縮制御処理を実行する（Ｓ５０）。本実施形態の圧縮制御処理では、主容器１１内の容積が予め定めた基準容積となるようにピストン駆動部４にてピストン１５を下方側に変位させることで、主容器１１内の作動流体１２を圧縮する。これにより、図７に示すように、主容器１１内の容積Ｖが減少し、当該容積Ｖの減少に伴って主容器内圧力Ｐが増加する。
【００６３】
ステップＳ５０の圧縮制御処理の実行が完了すると、圧縮制御処理の実行前後における主容器１１内の圧力変化量ΔＰ、および主容器１１内の容積変化量ΔＶを検出する（Ｓ６０）。このステップＳ６０では、圧縮制御処理の実行後に読み込んだ主容器内圧力、およびピストン１５の変位量をステップＳ４０にて読み込んだセンサ信号を用いて圧力変化量ΔＰおよび容積変化量ΔＶを検出する。
【００６４】
続いて、主容器１１内へ混入した空気混入量Ｘを算出する（Ｓ７０）。図８に示すように、空気混入量Ｘは、圧縮制御処理前後の圧力変化量ΔＰおよび容積変化量ΔＶに相関関係を有しており、圧力変化量ΔＰおよび容積変化量ΔＶから空気混入量Ｘを算出することが可能である。なお、本実施形態では、主容器１１の全容積Ｖ（＝空気の体積Ｖｇ＋作動流体１２の体積Ｖｌ）における空気の体積混合比（＝Ｖｇ／（Ｖｇ＋Ｖｌ））を空気混入量Ｘとして算出する。勿論、空気の体積混合比から実際の空気の混入量を算出するようにしてもよい。
【００６５】
具体的には、ステップ７０では、ステップＳ４０にて読み込んだ被加熱部温度Ｔ、ステップＳ６０で検出した圧力変化量ΔＰおよび容積変化量ΔＶ、予め制御装置２０の記憶手段２０ａに記憶された被加熱部温度Ｔ、圧力変化量ΔＰ、容積変化量ΔＶ、および空気混入量Ｘの相関関係を規定した相関データを用いて空気混入量Ｘを算出する。
【００６６】
本実施形態では、記憶手段２０ａに記憶する相関データとして、被加熱部温度Ｔ、圧力変化量ΔＰ、容積変化量ΔＶ、および空気混入量Ｘの相関関係を規定した関数データ（以下に示す数式Ｆ３）を用いている。
Ｘ＝｛（ΔＶ／ΔＰ）×（１／Ｖ）−βｌ（Ｔ）｝／（βｇ（Ｔ）−βｌ（Ｔ））…Ｆ３
但し、Ｖが主容器１１内の全容積、βｌ（Ｔ）が温度Ｔにおける液体状態の作動流体１２の圧縮率、βｇ（Ｔ）が温度Ｔにおける空気の圧縮率を示している。なお、作動流体１２の圧縮率βｌ（Ｔ）、および空気の圧縮率βｇ（Ｔ）は、温度依存性を考慮して決定される値であり、ステップ７０にて被加熱部温度Ｔの低下に伴って増加するように決定される。
【００６７】
ここで、前述の数式Ｆ３は、空気が混入した作動流体１２の見かけの体積弾性係数Ｅｍを示す数式Ｆ４、および空気が混入した作動流体１２の圧縮率βｍ（＝１／Ｅｍ）を示す数式Ｆ５を式変形して導出したものである。
Ｅｍ＝Ｅｌ［１＋Ｘ｛（Ｅｌ／Ｅｇ）−１｝］…Ｆ４
βｍ＝（ΔＶ／ΔＰ）×（１／Ｖ）…Ｆ５
但し、数式Ｆ４におけるＥｌが作動流体１２の体積弾性係数（＝１／βｌ（Ｔ））、Ｅｇが空気の体積弾性係数（＝１／βｇ（Ｔ））を示している。
【００６８】
続いて、ステップＳ７０にて空気混入量Ｘを算出した後、当該空気混入量Ｘを用いて主容器１１内への空気混入が生じている否かを判定する（Ｓ８０）。このステップＳ８０では、ステップＳ７０にて算出した空気混入量Ｘと予め定めた基準混入量とを比較して、空気混入量が基準混入量を上回った際に主容器１１内への空気混入が生じていると判定する。そして、空気混入が生じていると判定された場合には、その旨をユーザに報知して処理を終了する。なお、基準混入量としては、主容器１１内への空気混入が生じていない状態下において圧縮制御処理を実行した際の空気混入量に、誤差を考慮した余裕代を加算した値に設定すればよい。
【００６９】
以上説明した本実施形態では、主容器１１内の作動流体１２を圧縮した際の主容器１１内の圧力変化量および容積変化量から主容器１１内の空気混入量を算出することができる。
【００７０】
特に、主容器１１内へ液体状態の作動流体１２を充填して容器１１内に占める液体状態の作動流体１２の割合を増加させた上で、主容器１１内の作動流体１２を圧縮するようにしているので、主容器１１内の圧力変化量または容積変化量を、主容器１１内の空気混入が生じている場合と空気混入が生じていない場合とで大きく変化させることができる。この結果、主容器１１内の空気混入量を正確に検出することができる。
【００７１】
さらに、本実施形態では、主容器１１内に存する流体の圧縮率の温度依存性を考慮して、主容器１１内の空気混入量を算出するので、空気混入量を精度よく算出することが可能となる。
【００７２】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【００７３】
本実施形態では、図９に示すように、ピストン１５を駆動するピストン駆動部４を廃し、主容器１１内の作動流体１２を圧縮する圧縮機構２５を追加している。この圧縮機構２５は、圧縮制御処理（図６：Ｓ５０参照）において、主容器１１内の作動流体１２を圧縮する圧縮手段であり、制御装置２０の出力側に接続されている。
【００７４】
具体的には、圧縮機構２５は、液体状態の作動流体１２が封入されると共に主容器１１に連通する圧縮容器２５ａ、圧縮容器２５ａに形成されたシリンダ２５ｂ内を往復駆動する圧縮用ピストン２５ｃ、圧縮用ピストン２５ｃを駆動する圧縮用アクチュエータ２５ｄを備える。この圧縮機構２５は、圧縮用アクチュエータ２５ｄの駆動により、圧縮用ピストン２５ｃを押し込んで圧縮容器２５ａ内の容積を減少させることで、主容器１１内の作動流体１２を圧縮可能となっている。
【００７５】
ここで、本実施形態では、主容器１１内と圧縮容器２５ａ内とが連通しており、主容器１１および圧縮容器２５ａそれぞれが特許請求の範囲に記載の「容器」を構成している。このため、圧縮用ピストン２５ｃの押し込みによって、主容器１１内の容積および圧縮容器２５ａ内の容積を合わせた全体の容積が縮小する。なお、本実施形態では、圧縮用ピストン２５ｃが圧縮手段における容積変更手段に相当し、圧縮用アクチュエータ２５ｄが圧縮手段における駆動手段に相当している。
【００７６】
また、本実施形態の制御装置２０の入力側には、圧縮用ピストン２５ｃの変位量（移動量）を検出する変位量センサ２６が接続されている。この変位量センサ２６は、作動流体１２の圧縮前後における主容器１１および圧縮容器２５ａで構成される容器の容積変化量を圧縮用ピストン２５ｃの変位量として検出可能となっている。本実施形態では、変位量センサ２６が主容器１１および圧縮容器２５ａで構成される容器内の容積変化量を検出する容積変化検出手段を構成している。
【００７７】
また、本実施形態では、充填制御処理後に各センサ２１、２２、２６のセンサ信号の読込みが完了すると、圧縮制御処理において、圧縮用アクチュエータ２５ｄにて圧縮用ピストン２５ｃを押し込むことで主容器１１内の作動流体１２を圧縮する。本実施形態の圧縮制御処理では、主容器１１内の容積および圧縮容器２５ａ内の容積の全容積が予め定めた基準容積となるように圧縮用アクチュエータ２５ｄにて圧縮用ピストン２５ｃを押し込む。
【００７８】
続いて、圧縮制御処理の実行が完了すると、圧縮制御処理の実行前後における主容器１１内の圧力変化量ΔＰ、および主容器１１内の容積および圧縮容器２５ａ内の容積の全容積における容積変化量ΔＶを検出し、各検出値から主容器１１内へ混入した空気混入量Ｘを算出する。
【００７９】
その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様に、主容器１１内の空気混入量を正確に検出することができる。
【００８０】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、適宜変更することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
【００８１】
（１）上述の各実施形態では、空気混入量の算出の要否（Ｓ１０）を外燃機関１０の出力値に基づいて判定する例を説明したが、これに限らず、例えば、前回の検査処理からの経過時間が基準時間を超えた場合に、空気混入量の算出が必要と判定するようにしてもよい。
【００８２】
（２）上述の各実施形態では、数式Ｆ３に示す関係データ（相関データ）を用いて空気混入量を算出する例を説明したが、これに限らず、例えば、被加熱部温度Ｔ、圧力変化量ΔＰ、容積変化量ΔＶ、および空気混入量Ｘの相関関係を規定した制御マップ（相関データ）を参照して算出するようにしてもよい。
【００８３】
（３）上述の各実施形態では、作動流体１２を圧縮する圧縮制御処理において、容器内の容積を基準容積となるように圧縮手段の作動を制御する例を説明したが、これに限らず、例えば、主容器内圧力が予め定められた基準圧力となるように圧縮手段の作動を制御するようにしてもよい。
【００８４】
（４）上述の第１実施形態では、ピストン機構１９を充填手段として機能させると共に、ピストン１５およびピストン駆動部４を圧縮手段として機能させる例を説明したが、これに限らず、例えば、ピストン１５およびピストン駆動部４を充填手段として機能させると共に、ピストン機構１９を圧縮手段として機能させるようにしてもよい。
【００８５】
また、上述の第２実施形態では、ピストン機構１９を充填手段として機能させると共に、圧縮用ピストン２５ｃおよび圧縮用アクチュエータ２５ｄを圧縮手段として機能させる例を説明したが、これに限らず、例えば、圧縮用ピストン２５ｃおよび圧縮用アクチュエータ２５ｄを充填手段として機能させると共に、ピストン機構１９を圧縮手段として機能させるようにしてもよい。
【００８６】
（５）上述の各実施形態の如く、空気混入量を算出する際に、作動流体１２および空気の各圧縮率を被加熱器温度に応じて可変させることが望ましいが、これに限らず、各圧縮率を一定値としてもよい。
【００８７】
（６）上述の各実施形態では、主容器１１をＵ字状の容器で構成する例を説明したが、これに限らず、例えば、主容器１１を上下方向に延びる直線状の容器で構成してもよい。この場合、加熱器１３、冷却器１４、および発電機１を上方から下方に加熱器１３、冷却器１４、発電機１の順に配置すればよい。なお、補助容器１６に関しては、連絡配管１７を介して、主容器１１のうち、冷却器１４よりも発電機１側の部位と連通させればよい。
【００８８】
また、加熱器１３によって生じた蒸気が発電機１まで流動しない構成であれば、例えば、加熱器１３、冷却器１４、および発電機１を上下方向に対して傾斜した方向、又は水平方向に配置してもよい。
【００８９】
（７）上述の各実施形態では、外燃機関１０を発電装置の駆動源に適用する例を説明したが、これに限らず、発電装置以外の他の駆動源としても利用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
４        ピストン駆動部（圧縮手段、駆動手段）
１１      主容器
１２      作動流体
１３      加熱器（加熱手段）
１４      冷却器（冷却手段）
２０ｂ    充填制御手段
２０ｃ    圧縮制御手段
２０ｄ    混入量算出手段
２１      被加熱部温度センサ（温度検出手段）
２２      圧力センサ（圧力変化検出手段）
２３      変位量センサ（容積変化検出手段）
１５      ピストン（圧縮手段、容積変更手段）
１９      ピストン機構（充填手段）
２５      圧縮機構（圧縮手段）
２６      変位量センサ（容積変化検出手段）
【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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