(57)【要約】【課題】構造が簡単で、比較的低圧の蒸気による動作が可能な往復動型蒸気機関を提供する。【解決手段】機関本体部２は、第１及び第２の本体シリンダ２１Ａ，２１Ｂと、第１及び第２の本体ピストン２２Ａ，２２Ｂと、ピストンロッド２３と、第１の本体吸気口２４Ａ及び本体排気口２５Ａと、第２の本体吸気口２４Ｂ及び本体排気口２５Ｂとを有する。運動変換部４は、ピストンロッド２３に付設された第１係合部４１と、出力回転軸８に偏心して付設され且つ第１係合部４１に係合する第２係合部４２とを有する。動作制御部６は、給排気切換バルブ機構により、出力回転軸８に付設されたカム部材６１との係合に基づき、第１本体吸気口２４Ａへの吸気及び第２本体排気口２５Ｂからの排気を同時に行わせる第１制御状態と、第２本体吸気口２４Ｂへの吸気及び第１本体排気口２５Ａからの排気を同時に行わせる第２制御状態とを交互に実現させる。【選択図】図７
2011111909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気の作用によりシリンダ内でのピストンの往復運動を発生させる機関本体部と、該機関本体部のピストンの往復運動を出力回転軸の回転運動へと変換させる運動変換部と、前記出力回転軸の回転位相に応じて前記シリンダに対する前記蒸気の供給及び排出を制御する動作制御部とを備えている往復動型蒸気機関であって、
前記機関本体部は、互いに対向するように配置された第１本体シリンダ及び第２本体シリンダと、該第１本体シリンダ及び第２本体シリンダにそれぞれ収容された第１本体ピストン及び第２本体ピストンと、前記第１本体ピストン及び第２本体ピストンを互いに接続するピストンロッドと、前記第１本体シリンダに付設された第１の本体吸気口及び第１の本体排気口と、前記第２本体シリンダに付設された第２の本体吸気口及び第２の本体排気口と、を有し、
前記運動変換部は、前記ピストンロッドに付設され前記往復運動の方向を横切る方向に延在する第１係合部と、前記出力回転軸に付設され該出力回転軸から偏心して位置し且つ前記第１係合部に対して該第１係合部が延在する方向に相対移動可能に係合する第２係合部と、を有し、
前記動作制御部は、前記出力回転軸に付設されたカム部材を備え、更に給排気切換バルブ機構を備えており、該給排気切換バルブ機構は、前記カム部材との係合に基づき、前記第１の本体吸気口への吸気及び前記第２の本体排気口からの排気を同時に行わせる第１制御状態と、前記第２の本体吸気口への吸気及び前記第１の本体排気口からの排気を同時に行わせる第２制御状態とを交互に実現させる、ことを特徴とする往復動型蒸気機関。
【請求項２】
前記給排気切換バルブ機構は、第１バルブシリンダ及び第２バルブシリンダと、該第１バルブシリンダ及び第２バルブシリンダにそれぞれ収容された第１バルブピストン及び第２バルブピストンと、前記第１バルブシリンダに付設された第１のバルブ外部吸気口及び第１のバルブ外部排気口並びに第１のバルブ内部吸気口及び第１のバルブ内部排気口と、前記第２バルブシリンダに付設された第２のバルブ外部吸気口及び第２のバルブ外部排気口並びに第２のバルブ内部吸気口及び第２のバルブ内部排気口と、を有し、
前記第１のバルブ内部吸気口及び第１のバルブ内部排気口はそれぞれ前記第１の本体吸気口及び第２の本体排気口と接続されており、前記第２のバルブ内部吸気口及び第２のバルブ内部排気口はそれぞれ前記第２の本体吸気口及び第１の本体排気口と接続されており、
前記第１バルブピストンの位置に応じて、前記第１のバルブ外部吸気口と前記第１のバルブ内部吸気口とが連通せしめられ、且つ、前記第１のバルブ外部排気口と前記第１のバルブ内部排気口とが連通せしめられ、
前記第２バルブピストンの位置に応じて、前記第２のバルブ外部吸気口と前記第２のバルブ内部吸気口とが連通せしめられ、且つ、前記第２のバルブ外部排気口と前記第２のバルブ内部排気口とが連通せしめられる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の往復動型蒸気機関。
【請求項３】
前記第１のバルブ外部吸気口と第１のバルブ内部吸気口とが前記第１バルブシリンダの軸方向に関して互いに同一の位置に配置されており、前記第１のバルブ外部排気口と第１のバルブ内部排気口とが前記第１バルブシリンダの軸方向に関して互いに同一であって前記第１のバルブ外部吸気口及び第１のバルブ内部吸気口の位置から第１の距離隔てられた位置に配置されており、
前記第２のバルブ外部吸気口と第２のバルブ内部吸気口とが前記第２バルブシリンダの軸方向に関して互いに同一の位置に配置されており、前記第２のバルブ外部排気口と第２のバルブ内部排気口とが前記第２バルブシリンダの軸方向に関して互いに同一であって前記第２のバルブ外部吸気口及び第２のバルブ内部吸気口の位置から第２の距離隔てられた位置に配置されており、
前記第１バルブピストンには当該ピストンの軸方向に関して前記第１の距離隔てられた位置に第１吸気路及び第１排気路が形成されており、
前記第２バルブピストンには当該ピストンの軸方向に関して前記第２の距離隔てられた位置に第２吸気路及び第２排気路が形成されており、
前記第１のバルブ外部吸気口と前記第１のバルブ内部吸気口とが前記第１吸気路を介して連通せしめられ、且つ、前記第１のバルブ外部排気口と前記第１のバルブ内部排気口とが前記第１排気路を介して連通せしめられ、
前記第２のバルブ外部吸気口と前記第２のバルブ内部吸気口とが前記第２吸気路を介して連通せしめられ、且つ、前記第２のバルブ外部排気口と前記第２のバルブ内部排気口とが前記第２排気路を介して連通せしめられる、
ように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の往復動型蒸気機関。
【請求項４】
前記カム部材は外周面カムからなり、前記第１バルブピストン及び前記第２バルブピストンは、それらの先端が前記カム部材の外周面に当接するように前記カム部材の外周面に向けて付勢されていることを特徴とする、請求項２または３に記載の往復動型蒸気機関。
【請求項５】
前記第１のバルブ外部吸気口及び第２のバルブ外部吸気口は作動蒸気供給源に接続されることを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の往復動型蒸気機関。
【請求項６】
前記第２係合部は前記カム部材に付設されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の往復動型蒸気機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復動型蒸気機関に関するものであり、とくに蒸気の供給排出のための制御機構に特徴を有する往復動型蒸気機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー資源の有効利用が叫ばれており、各種の発熱部から得られる廃熱を利用して再生エネルギーを得る試みが広く行われている。
【０００３】
たとえば、船舶において推進機関で発生する廃熱を利用してボイラを運転することがなされている。この廃熱ボイラから得られる蒸気は、たとえば船舶内の各部に熱源として供給されている。従来、この蒸気は、圧力がたとえば０．５ＭＰａ程度である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、従来の蒸気機関では、専用の生成器で生成した比較的高い圧力（たとえば１０ＭＰａ程度）の高品質の蒸気を用いている。このため、大出力が可能ではあるが、構造が複雑で、大型で、従って装置の低価格化は困難であった。
【０００５】
本発明の第１の目的は、上記のような技術的課題に鑑みて、構造が簡単な往復動型蒸気機関を提供することにある。本発明の第２の目的は、廃熱ボイラ等から得られるような比較的低い圧力の蒸気による動作が可能な往復動型蒸気機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
蒸気の作用によりシリンダ内でのピストンの往復運動を発生させる機関本体部と、該機関本体部のピストンの往復運動を出力回転軸の回転運動へと変換させる運動変換部と、前記出力回転軸の回転位相に応じて前記シリンダに対する前記蒸気の供給及び排出を制御する動作制御部とを備えている往復動型蒸気機関であって、
前記機関本体部は、互いに対向するように配置された第１本体シリンダ及び第２本体シリンダと、該第１本体シリンダ及び第２本体シリンダにそれぞれ収容された第１本体ピストン及び第２本体ピストンと、前記第１本体ピストン及び第２本体ピストンを互いに接続するピストンロッドと、前記第１本体シリンダに付設された第１の本体吸気口及び第１の本体排気口と、前記第２本体シリンダに付設された第２の本体吸気口及び第２の本体排気口と、を有し、
前記運動変換部は、前記ピストンロッドに付設され前記往復運動の方向を横切る方向に延在する第１係合部と、前記出力回転軸に付設され該出力回転軸から偏心して位置し且つ前記第１係合部に対して該第１係合部が延在する方向に相対移動可能に係合する第２係合部と、を有し、
前記動作制御部は、前記出力回転軸に付設されたカム部材を備え、更に給排気切換バルブ機構を備えており、該給排気切換バルブ機構は、前記カム部材との係合に基づき、前記第１の本体吸気口への吸気及び前記第２の本体排気口からの排気を同時に行わせる第１制御状態と、前記第２の本体吸気口への吸気及び前記第１の本体排気口からの排気を同時に行わせる第２制御状態とを交互に実現させる、ことを特徴とする往復動型蒸気機関、
が提供される。
【０００７】
本発明の一態様においては、
前記給排気切換バルブ機構は、第１バルブシリンダ及び第２バルブシリンダと、該第１バルブシリンダ及び第２バルブシリンダにそれぞれ収容された第１バルブピストン及び第２バルブピストンと、前記第１バルブシリンダに付設された第１のバルブ外部吸気口及び第１のバルブ外部排気口並びに第１のバルブ内部吸気口及び第１のバルブ内部排気口と、前記第２バルブシリンダに付設された第２のバルブ外部吸気口及び第２のバルブ外部排気口並びに第２のバルブ内部吸気口及び第２のバルブ内部排気口と、を有し、
前記第１のバルブ内部吸気口及び第１のバルブ内部排気口はそれぞれ前記第１の本体吸気口及び第２の本体排気口と接続されており、前記第２のバルブ内部吸気口及び第２のバルブ内部排気口はそれぞれ前記第２の本体吸気口及び第１の本体排気口と接続されており、
前記第１バルブピストンの位置に応じて、前記第１のバルブ外部吸気口と前記第１のバルブ内部吸気口とが連通せしめられ、且つ、前記第１のバルブ外部排気口と前記第１のバルブ内部排気口とが連通せしめられ、
前記第２バルブピストンの位置に応じて、前記第２のバルブ外部吸気口と前記第２のバルブ内部吸気口とが連通せしめられ、且つ、前記第２のバルブ外部排気口と前記第２のバルブ内部排気口とが連通せしめられる。
【０００８】
本発明の一態様においては、
前記第１のバルブ外部吸気口と第１のバルブ内部吸気口とが前記第１バルブシリンダの軸方向に関して互いに同一の位置に配置されており、前記第１のバルブ外部排気口と第１のバルブ内部排気口とが前記第１バルブシリンダの軸方向に関して互いに同一であって前記第１のバルブ外部吸気口及び第１のバルブ内部吸気口の位置から第１の距離隔てられた位置に配置されており、
前記第２のバルブ外部吸気口と第２のバルブ内部吸気口とが前記第２バルブシリンダの軸方向に関して互いに同一の位置に配置されており、前記第２のバルブ外部排気口と第２のバルブ内部排気口とが前記第２バルブシリンダの軸方向に関して互いに同一であって前記第２のバルブ外部吸気口及び第２のバルブ内部吸気口の位置から第２の距離隔てられた位置に配置されており、
前記第１バルブピストンには当該ピストンの軸方向に関して前記第１の距離隔てられた位置に第１吸気路及び第１排気路が形成されており、
前記第２バルブピストンには当該ピストンの軸方向に関して前記第２の距離隔てられた位置に第２吸気路及び第２排気路が形成されており、
前記第１のバルブ外部吸気口と前記第１のバルブ内部吸気口とが前記第１吸気路を介して連通せしめられ、且つ、前記第１のバルブ外部排気口と前記第１のバルブ内部排気口とが前記第１排気路を介して連通せしめられ、
前記第２のバルブ外部吸気口と前記第２のバルブ内部吸気口とが前記第２吸気路を介して連通せしめられ、且つ、前記第２のバルブ外部排気口と前記第２のバルブ内部排気口とが前記第２排気路を介して連通せしめられる。
【０００９】
本発明の一態様においては、前記カム部材は外周面カムからなり、前記第１バルブピストン及び前記第２バルブピストンは、それらの先端が前記カム部材の外周面に当接するように前記カム部材の外周面に向けて付勢されている。本発明の一態様においては、前記第１のバルブ外部吸気口及び第２のバルブ外部吸気口は作動蒸気供給源に接続される。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記第２係合部は前記カム部材に付設されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、構造が簡単な往復動型蒸気機関が提供され、廃熱ボイラ等から得られる比較的低い圧力の蒸気による動作が可能な往復動型蒸気機関が提供され、これにより低価格でのエネルギー資源の有効利用が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による往復動型蒸気機関の一実施形態を示す模式的斜視図である。
【図２】図１の実施形態の模式的部分分解斜視図である。
【図３】図１の実施形態の模式的部分分解斜視図である。
【図４】図１の実施形態の変形例を示す模式的部分分解斜視図である。
【図５】図１の実施形態の模式的部分断面図である。
【図６】図１の実施形態の模式的部分断面図である。
【図７】図１の実施形態の動作説明のための模式的部分断面図である。
【図８】図１の実施形態の動作説明のための模式的部分断面図である。
【図９】図１の実施形態の動作説明のための模式的部分断面図である。
【図１０】図１の実施形態の動作説明のための模式的部分断面図である。
【図１１】本発明による往復動型蒸気機関の他の実施形態を示す模式的斜視図である。
【図１２】図１１の本実施形態の模式的部分分解斜視図である。
【図１３】図１１の本実施形態の模式的部分分解斜視図である。
【図１４】図１１の本実施形態の模式的部分分解斜視図である。
【図１５】図１１の本実施形態の模式的部分断面図である。
【図１６】図１１の本実施形態の模式的部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明による往復動型蒸気機関の一実施形態を示す模式的斜視図であり、図２及び図３はいずれも本実施形態の模式的部分分解斜視図であり、図４は本実施形態の変形例を示す模式的部分分解斜視図であり、図５及び図６はいずれも本実施形態の模式的部分断面図である。また、図７、図８、図９及び図１０はいずれも本実施形態の動作説明のための模式的部分断面図である。
【００１５】
本実施形態の往復動型蒸気機関は、作動蒸気の作用によりシリンダ内でのピストンの往復運動を発生させる機関本体部２と、該機関本体部２のピストンの往復運動を出力回転軸８の回転運動へと変換させる運動変換部４と、前記出力回転軸の回転位相に応じて前記シリンダに対する前記蒸気の供給及び排出を制御する動作制御部６とを備えている。
【００１６】
機関本体部２は、上下方向の第１本体シリンダ２１Ａ及び上下方向の第２本体シリンダ２１Ｂと、第１本体シリンダ２１Ａ及び第２本体シリンダ２１Ｂにそれぞれ上下方向に移動可能に収容された第１本体ピストン２２Ａ及び第２本体ピストン２２Ｂと、第１本体ピストン２２Ａ及び第２本体ピストン２２Ｂを互いに接続（連結）する上下方向のピストンロッド２３と、第１本体シリンダ２１Ａのヘッド部に付設された第１の本体吸気口２４Ａ及び第１の本体排気口２５Ａと、第２本体シリンダ２１Ｂのヘッド部に付設された第２の本体吸気口２４Ｂ及び第２の本体排気口２５Ｂと、を有する。第１本体シリンダ２１Ａ及び第２本体シリンダ２１Ｂは、ベース部材２６の上下に固着されており、上下方向に予め定められた距離隔てられて互いに対向するように同軸にて整列配置されている。
【００１７】
運動変換部４は、ピストンロッド２３に付設され、第１本体ピストン２２Ａ及び第２本体ピストン２２Ｂの往復運動の方向（上下方向）を横切る方向（図では水平方向）に延在する第１係合部４１を有しており、更に、出力回転軸８に付設され出力回転軸８から偏心して位置し（すなわち、出力回転軸８の回転中心８Ｘからずれた中心を持ち）且つ第１係合部４１に対してその延在方向（図では水平方向）に相対移動可能に係合する第２係合部４２を有する。第１係合部４１は長孔からなり、該長孔内に第２係合部４２が相対的往復移動可能に挿入されている。第２係合部４２は、出力回転軸８の端部に取り付けられた円板状部材８１に付設された突起８２に付されたベアリングからなる。第２係合部４２は、第１係合部４１に対して、上下方向には相対移動できず、第１係合部４１の延在方向（長孔の長手方向）には相対移動可能である。
【００１８】
運動変換部４は、図４に示すような変形例のものでもよい。この変形例では、第１係合部４１’がチャンネル部材からなり、第２係合部４２’がベアリング付きのブロックからなる。
【００１９】
動作制御部６は、出力回転軸８に付設されたカム部材６１を備えている。動作制御部６は、また、給排気切換バルブ機構６２を有する。この給排気切換バルブ機構６２は、カム部材６１との係合に基づき、第１の本体吸気口２４Ａへの吸気及び第２の本体排気口２５Ｂからの排気を同時に行わせる第１制御状態と、第２の本体吸気口２４Ｂへの吸気及び第１の本体排気口２５Ａからの排気を同時に行わせる第２制御状態とを交互に実現させる。
【００２０】
給排気切換バルブ機構６２は、第１バルブシリンダ６２１Ａ及び第２バルブシリンダ６２１Ｂと、第１バルブシリンダ６２１Ａ及び第２バルブシリンダ６２１Ｂにそれぞれ収容された第１バルブピストン６２２Ａ及び第２バルブピストン６２２Ｂと、第１バルブシリンダ６２１Ａに付設された第１のバルブ外部吸気口６２３Ａ及び第１のバルブ外部排気口６２４Ａ並びに第１のバルブ内部吸気口６２３Ａ’及び第１のバルブ内部排気口６２４Ａ’と、第２バルブシリンダ６２１Ｂに付設された第２のバルブ外部吸気口６２３Ｂ及び第２のバルブ外部排気口６２４Ｂ並びに第２のバルブ内部吸気口６２３Ｂ’及び第２のバルブ内部排気口６２４Ｂ’と、を有する。第１バルブシリンダ６２１Ａ及び第２バルブシリンダ６２１Ｂは、ベース部材２７の上下に固着されており、上下方向に予め定められた距離隔てられて互いに対向するように同軸にて整列配置されている。尚、図５及び図６では、第１のバルブ内部吸気口６２３Ａ’、第１のバルブ内部排気口６２４Ａ’、第２のバルブ内部吸気口６２３Ｂ’及び第２のバルブ内部排気口６２４Ｂ’の図示は省略されている。
【００２１】
第１のバルブ内部吸気口６２３Ａ’及び第１のバルブ内部排気口６２４Ａ’はそれぞれパイプ６２５Ａ，６２６Ａを介して第１の本体吸気口２４Ａ及び第２の本体排気口２５Ｂと接続されており、第２のバルブ内部吸気口６２３Ｂ’及び第２のバルブ内部排気口６２４Ｂ’はそれぞれパイプ６２５Ｂ，６２６Ｂを介して第２の本体吸気口２４Ｂ及び第１の本体排気口２４Ａと接続されている。
【００２２】
第１のバルブ外部吸気口６２３Ａ及び第２のバルブ外部吸気口６２３Ｂは、吸気マニホールドパイプ６２７を介して不図示の作動蒸気供給源に接続される。また、第１のバルブ外部排気口６２４Ａ及び第２のバルブ外部排気口６２４Ｂは排気マニホールドパイプ６２８を介して不図示の排気装置に接続される。
【００２３】
給排気切換バルブ機構６２において、第１のバルブ外部吸気口６２３Ａと第１のバルブ内部吸気口６２３Ａ’とは、第１バルブシリンダ６２１Ａの軸方向に関して互いに同一の位置に配置されている。また、第１のバルブ外部排気口６２４Ａと第１のバルブ内部排気口６２４Ａ’とは、第１バルブシリンダ６２１Ａの軸方向に関して互いに同一の位置に配置されており、この位置は第１バルブシリンダ６２１Ａの軸方向に関して第１のバルブ外部吸気口６２３Ａ及び第１のバルブ内部吸気口６２３Ａ’の位置から第１の距離隔てられている。
【００２４】
同様に、第２のバルブ外部吸気口６２３Ｂと第２のバルブ内部吸気口６２３Ｂ’とは、第２バルブシリンダ６２１Ｂの軸方向に関して互いに同一の位置に配置されている。また、第２のバルブ外部排気口６２４Ｂと第２のバルブ内部排気口６２４Ｂ’とは、第２バルブシリンダ６２１Ｂの軸方向に関して互いに同一の位置に配置されており、この位置は第２バルブシリンダ６２１Ｂの軸方向に関して第２のバルブ外部吸気口６２３Ｂ及び第２のバルブ内部吸気口６２３Ｂ’の位置から第２の距離隔てられている。該第２の距離は、上記第１の距離と同等である。
【００２５】
第１バルブピストン６２２Ａには、当該ピストンの軸方向に関して上記第１の距離隔てられた位置に第１吸気路６２９Ａ及び第１排気路６２０Ａが形成されている。これらの第１吸気路６２９Ａ及び第１排気路６２０Ａは、第１バルブピストン６２２Ａの外周面に、周方向に形成された溝からなる。
【００２６】
同様に、第２バルブピストン６２２Ｂには、当該ピストンの軸方向に関して上記第２の距離隔てられた位置に第２吸気路６２９Ｂ及び第２排気路６２０Ｂが形成されている。これらの第２吸気路６２９Ｂ及び第２排気路６２０Ｂは、第２バルブピストン６２２Ｂの外周面に、周方向に形成された溝からなる。
【００２７】
第１バルブシリンダ６２１Ａ内での第１バルブピストン６２２Ａの位置に応じて、第１のバルブ外部吸気口６２３Ａと第１のバルブ内部吸気口６２３Ａ’とが第１吸気路６２９Ａを介して連通せしめられ、且つ、第１のバルブ外部排気口６２４Ａと第１のバルブ内部排気口６２４Ａ’とが第１排気路６２０Ａを介して連通せしめられる。
【００２８】
同様に、第２バルブシリンダ６２１Ｂ内での第２バルブピストン６２２Ｂの位置に応じて、第２のバルブ外部吸気口６２３Ｂと第２のバルブ内部吸気口６２３Ｂ’とが第２吸気路６２９Ｂを介して連通せしめられ、且つ、第２のバルブ外部排気口６２４Ｂと第２のバルブ内部排気口６２４Ｂ’とが第２排気路６２０Ｂを介して連通せしめられる。
【００２９】
上記カム部材６１は外周面カムからなり、第１バルブピストン６２２Ａの先端（下端）及び第２バルブピストン６２２Ｂの先端（上端）は、カム部材６１の外周面に当接する。第１バルブピストン６２２Ａ及び第２バルブピストン６２２Ｂは、それぞれ圧縮コイルバネ６３Ａ，６３Ｂにより、カム部材６１の外周面に向けて付勢されている。
【００３０】
図５他に示されているように、カム部材６１の外周面カムの形状は、出力回転軸８の回転中心８Ｘの周りでの角度に関して、範囲１８０度の第１の領域内では円弧状であり、範囲１８０度の第２の領域内では突出する大略楕円弧状である。
【００３１】
以下、とくに図７、図８、図９及び図１０を参照して、本実施形態の往復動型蒸気機関の動作を説明する。
【００３２】
図７に示される状態では、出力回転軸８の回転位相すなわちカム部材６１の出力回転軸回転中心８Ｘの周りの回転位相は０度であるとする。この状態では、第１バルブシリンダ６２１Ａ内での第１バルブピストン６２２Ａの位置は、第１吸気路６２９Ａを介しての第１のバルブ外部吸気口６２３Ａと第１のバルブ内部吸気口６２３Ａ’との連通が阻止され、且つ、第１排気路６２０Ａを介しての第１のバルブ外部排気口６２４Ａと第１のバルブ内部排気口６２４Ａ’との連通が阻止されるようなものである。また、第２バルブシリンダ６２１Ｂでの第２バルブピストン６２２Ｂの位置は、第２吸気路６２９Ｂを介しての第２のバルブ外部吸気口６２３Ｂと第２のバルブ内部吸気口６２３Ｂ’との連通が阻止され、且つ、第２排気路６２０Ｂを介しての第２のバルブ外部排気口６２４Ｂと第２のバルブ内部排気口６２４Ｂ’との連通が阻止されるようなものである。
【００３３】
図９に示される状態では、出力回転軸８の回転位相すなわちカム部材６１の出力回転軸回転中心８Ｘの周りの回転位相は１８０度である。この状態でも、図７に示される状態と同様に、第１バルブシリンダ６２１Ａ内での第１バルブピストン６２２Ａの位置は、第１吸気路６２９Ａを介しての第１のバルブ外部吸気口６２３Ａと第１のバルブ内部吸気口６２３Ａ’との連通が阻止され、且つ、第１排気路６２０Ａを介しての第１のバルブ外部排気口６２４Ａと第１のバルブ内部排気口６２４Ａ’との連通が阻止されるようなものである。また、第２バルブシリンダ６２１Ｂでの第２バルブピストン６２２Ｂの位置は、第２吸気路６２９Ｂを介しての第２のバルブ外部吸気口６２３Ｂと第２のバルブ内部吸気口６２３Ｂ’との連通が阻止され、且つ、第２排気路６２０Ｂを介しての第２のバルブ外部排気口６２４Ｂと第２のバルブ内部排気口６２４Ｂ’との連通が阻止されるようなものである。
【００３４】
図８に示される状態では、出力回転軸８の回転位相すなわちカム部材６１の出力回転軸回転中心８Ｘの周りの回転位相は９０度である。この状態は、図７に示される状態から図９に示される状態への移行過程で発生する。この移行に際しては、不図示の適宜のスタータにより出力回転軸８の回転を起動することで、カム部材６１により第１バルブピストン６２２Ａが上方へと押し上げられて、第１吸気路６２９Ａを介しての第１のバルブ外部吸気口６２３Ａと第１のバルブ内部吸気口６２３Ａ’との連通及び第１排気路６２０Ａを介しての第１のバルブ外部排気口６２４Ａと第１のバルブ内部排気口６２４Ａ’との連通が開始され、これにより、第１の本体吸気口２４Ａへの吸気及び第２の本体排気口２５Ｂからの排気を同時に行わせる第１制御状態が実現する。図８では、以上のような第１の本体吸気口２４Ａへの吸気の経路及び第２の本体排気口２５Ｂからの排気の経路が矢印で示されている。かくして、第１本体シリンダ２１Ａのキャビティの容積が増加し且つ第２本体シリンダ２１Ｂのキャビティの容積が減少して、第１本体ピストン２２Ａ、第２本体ピストン２２Ｂ及びピストンロッド２３が一体となって下向きに移動する。この移動の際には、運動変換部４の第１係合部４１と第２係合部４２との係合関係に基づき出力回転軸８が回転せしめられ、これに基づき、給排気切換バルブ機構６２が動作せしめられる。
【００３５】
図１０に示される状態では、出力回転軸８の回転位相すなわちカム部材６１の出力回転軸回転中心８Ｘの周りの回転位相は２７０度である。この状態は、図９に示される状態から図７に示される状態への移行過程で発生する。この移行に際しては、慣性力により出力回転軸８が回転を継続することで、カム部材６１により第２バルブピストン６２２Ｂが下方へと押し下げられて、第２吸気路６２９Ｂを介しての第２のバルブ外部吸気口６２３Ｂと第２のバルブ内部吸気口６２３Ｂ’との連通及び第２排気路６２０Ｂを介しての第２のバルブ外部排気口６２４Ｂと第２のバルブ内部排気口６２４Ｂ’との連通が開始され、これにより、第２の本体吸気口２４Ｂへの吸気及び第１の本体排気口２５Ａからの排気を同時に行わせる第２制御状態が実現する。図１０では、以上のような第２の本体吸気口２４Ｂへの吸気の経路及び第１の本体排気口２５Ａからの排気の経路が矢印で示されている。かくして、第１本体シリンダ２１Ａのキャビティの容積が減少し且つ第２本体シリンダ２１Ｂのキャビティの容積が増加して、第１本体ピストン２２Ａ、第２本体ピストン２２Ｂ及びピストンロッド２３が一体となって上向きに移動する。この移動の際にも、運動変換部４の第１係合部４１と第２係合部４２との係合関係に基づき出力回転軸８が回転せしめられ、これに基づき、給排気切換バルブ機構６２が動作せしめられる。
【００３６】
以上の実施形態は、特徴的な給排気切換バルブ機構６２を有する動作制御部６を使用しているので、構造が簡単で小型化が可能であり、廃熱ボイラ等から得られる比較的低い圧力の蒸気による動作が可能であり、更に、４００ｒｐｍ程度の高速回転の出力が可能である。これにより、増速装置などを用いることなしに発電機を駆動することが可能となる。また、本実施形態では、運動変換部において高価なクランク軸を用いた機構を使用しないので、装置の低価格化が容易であり、エネルギー資源の有効利用の促進が可能となる。
【００３７】
図１１は本発明による往復動型蒸気機関の他の実施形態を示す模式的斜視図であり、図１２、図１３及び図１４はいずれも本実施形態の模式的部分分解斜視図であり、図１５及び図１６はいずれも本実施形態の模式的部分断面図である。これらの図において、上記図１〜図１０におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００３８】
上記図１〜図１０の実施形態では、機関本体部２の第１本体シリンダ２１Ａ及び第２本体シリンダ２１Ｂと、動作制御部６の給排気切換バルブ機構６２の第１バルブシリンダ６２１Ａ及び第２バルブシリンダ６２１Ｂとが、いずれも上下方向を向いて互いに平行に配置されている。これに対して、図１１〜図１６の実施形態では、機関本体部２の第１本体シリンダ２１Ａ及び第２本体シリンダ２１Ｂは水平方向を向いて配置され、動作制御部６の給排気切換バルブ機構６２の第１バルブシリンダ６２１Ａ及び第２バルブシリンダ６２１Ｂは上下方向を向いて配置されている。
【００３９】
また、この図１１〜図１６の実施形態では、運動変換部４を構成する第２係合部４２はカム部材６１に付設されている。すなわち、本実施形態では、上記図１〜図１０の実施形態における円板状部材８１をカム部材６１として利用している。これにより、部品点数が削減され、更に共通のベース部材２６に第１本体シリンダ２１Ａ及び第２本体シリンダ２１Ｂ並びに第１バルブシリンダ６２１Ａ及び第２バルブシリンダ６２１Ｂを取り付けることができ、一層の小型化が可能になる。
【００４０】
本実施形態の往復動型蒸気機関は、原理的には上記図１〜図１０の実施形態の往復動型蒸気機関と同様の動作をなし同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４１】
２  機関本体部
２１Ａ  第１本体シリンダ
２１Ｂ  第２本体シリンダ
２２Ａ  第１本体ピストン
２２Ｂ  第２本体ピストン
２３  ピストンロッド
２４Ａ  第１の本体吸気口
２４Ｂ  第２の本体吸気口
２５Ａ  第１の本体排気口
２５Ｂ  第２の本体排気口
２６，２７  ベース部材
４  運動変換部
４１  第１係合部
４２  第２係合部
６  動作制御部
６１  カム部材
６２  給排気切換バルブ機構
６２１Ａ  第１バルブシリンダ
６２１Ｂ  第２バルブシリンダ
６２２Ａ  第１バルブピストン
６２２Ｂ  第２バルブピストン
６２３Ａ  第１のバルブ外部吸気口
６２３Ａ’  第１のバルブ内部吸気口
６２３Ｂ  第２のバルブ外部吸気口
６２３Ｂ’  第２のバルブ内部吸気口
６２４Ａ  第１のバルブ外部排気口
６２４Ａ’  第１のバルブ内部排気口
６２４Ｂ  第２のバルブ外部排気口
６２４Ｂ’  第２のバルブ内部排気口
６２５Ａ，６２６Ａ  パイプ
６２５Ｂ，６２６Ｂ  パイプ
６２７  吸気マニホールドパイプ
６２８  排気マニホールドパイプ
６２９Ａ  第１吸気路
６２０Ａ  第１排気路
６２９Ｂ  第２吸気路
６２０Ｂ  第２排気路
６３Ａ，６３Ｂ  圧縮コイルバネ
８  出力回転軸
８Ｘ  出力回転軸の回転中心
８１  円板状部材
８２  突起
【図１】
2011111909.tif 000003
【図２】
2011111909.tif 000004
【図３】
2011111909.tif 000005
【図４】
2011111909.tif 000006
【図５】
2011111909.tif 000007
【図６】
2011111909.tif 000008
【図７】
2011111909.tif 000009
【図８】
2011111909.tif 000010
【図９】
2011111909.tif 000011
【図１０】
2011111909.tif 000012
【図１１】
2011111909.tif 000013
【図１２】
2011111909.tif 000014
【図１３】
2011111909.tif 000015
【図１４】
2011111909.tif 000016
【図１５】
2011111909.tif 000017
【図１６】
2011111909.tif 000018