(57)【要約】【課題】構成が簡単で作製及び保守が容易な往復動型蒸気機関を提供する。【解決手段】シリンダ１と、ピストン２と、シリンダに結合されたクランクケース３と、クランク軸４と、ピストンとクランク軸とを連結するピストンロッド５と、シリンダヘッドに設けられた高圧蒸気供給口６と、高圧蒸気源から高圧蒸気供給口への高圧蒸気の供給を制御する高圧蒸気供給電磁弁７と、を有する往復動型蒸気機関。シリンダ１には、ピストン２が下死点及びその近傍に位置するときに、シリンダキャビティＣとクランクケース３の内部とを連通させるような蒸気出口８が形成されている。クランクケース３には蒸気出口８から流入する低圧蒸気を排出する蒸気排出口９が形成されている。クランク軸４に取り付けられた位相指示部材１０と、位相指示部材を検知するスイッチ１１とを用いて、クランク軸４の回転位相に対応して高圧蒸気供給電磁弁７の開閉を制御する。【選択図】図３
2011021531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、該シリンダ内に往復移動可能なように収容されたピストンと、前記シリンダに結合されたクランクケースと、該クランクケースに回転可能なように支持されたクランク軸と、前記ピストンの往復運動を前記クランク軸の回転運動に変換するように前記ピストンと前記クランク軸とを連結する連結手段と、前記シリンダのヘッドに設けられた高圧蒸気供給口と、高圧蒸気源から前記高圧蒸気供給口への高圧蒸気の供給を制御する高圧蒸気供給弁と、を有する往復動型蒸気機関であって、
前記シリンダには、前記ピストンが下死点及びその近傍に位置するときに、前記シリンダのキャビティと前記クランクケースの内部とを連通させるような蒸気出口が形成されており、
前記クランクケースには前記蒸気出口から流入する蒸気を排出する蒸気排出口が形成されており、
前記クランク軸の回転位相に対応して前記高圧蒸気供給弁の開閉を制御するように構成されていることを特徴とする蒸気機関。
【請求項２】
前記高圧蒸気供給弁は電磁弁であることを特徴とする、請求項１に記載の蒸気機関。
【請求項３】
前記クランク軸の回転位相に対応して前記高圧蒸気供給弁の開閉を制御するための手段は、前記クランク軸に取り付けられた位相指示部材と、該位相指示部材を検知する検知手段とを含んでなることを特徴とする、請求項１または２に記載の蒸気機関。
【請求項４】
前記クランクケースには、底部に水貯留部が形成されており、該水貯留部へと水を供給する水供給口が形成されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蒸気機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気機関に係るものであり、特に構成が簡単な往復動型蒸気機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
往復動型蒸気機関においては、シリンダ内にてピストンを往復移動可能なように配置し、高圧蒸気をシリンダキャビティ内に導入することでピストンの第１の向き（「往」の向き）の移動を駆動し、このピストンに連結されたクランク軸を回転させる。ピストンが第２の向き（「復」の向き）に移動する際には、シリンダキャビティと外気とを連通させ、往の向きのピストン駆動での使用後の低圧蒸気をシリンダキャビティから排出する。このような往復動型蒸気機関は、特に文献を挙げるまでもなく周知である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来の往復動型蒸気機関においては、上記のようにシリンダキャビティから低圧蒸気を排出させるためにシリンダヘッドに低圧蒸気排出口を設け、該排出口に低圧蒸気排出弁を設けている。この低圧蒸気排出弁は、シリンダ内でのピストンの往復移動と同期させて開閉する必要があるので、その制御のための手段が必要である。このような制御手段の必要な低圧蒸気排出のための弁機構を、高圧蒸気供給のための弁機構に加えて、シリンダに設けると、特にシリンダヘッドの構造が複雑化する。
【０００４】
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みて、特にシリンダに取り付ける構造部分を簡単化し、構成が簡単で作製及び保守が容易な往復動型蒸気機関を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
シリンダと、該シリンダ内に往復移動可能なように収容されたピストンと、前記シリンダに結合されたクランクケースと、該クランクケースに回転可能なように支持されたクランク軸と、前記ピストンの往復運動を前記クランク軸の回転運動に変換するように前記ピストンと前記クランク軸とを連結する連結手段と、前記シリンダのヘッドに設けられた高圧蒸気供給口と、高圧蒸気源から前記高圧蒸気供給口への高圧蒸気の供給を制御する高圧蒸気供給弁と、を有する往復動型蒸気機関であって、
前記シリンダには、前記ピストンが下死点及びその近傍に位置するときに、前記シリンダのキャビティと前記クランクケースの内部とを連通させるような蒸気出口が形成されており、
前記クランクケースには前記蒸気出口から流入する蒸気を排出する蒸気排出口が形成されており、
前記クランク軸の回転位相に対応して前記高圧蒸気供給弁の開閉を制御するように構成されていることを特徴とする蒸気機関、
が提供される。
【０００６】
本発明の一態様においては、前記高圧蒸気供給弁は電磁弁である。本発明の一態様においては、前記クランク軸の回転位相に対応して前記高圧蒸気供給弁の開閉を制御するための手段は、前記クランク軸に取り付けられた位相指示部材と、該位相指示部材を検知する検知手段とを含んでなる。本発明の一態様においては、前記クランクケースには、底部に水貯留部が形成されており、該水貯留部へと水を供給する水供給口が形成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、構成が簡単で作製及び保守が容易な蒸気機関が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による往復動型蒸気機関の一実施形態における第１の状態を示す第１の模式的断面図である。
【図２】図１の往復動型蒸気機関における第１の状態を示す第２の模式的断面図である。
【図３】図１の往復動型蒸気機関における第２の状態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施の形態を説明する。
【００１０】
図１及び図２は、それぞれ、本発明による往復動型蒸気機関の一実施形態における第１の状態を示す第１及び第２の模式的断面図である。また、図３は、本実施形態における第２の状態を示す模式的断面図である。
【００１１】
本実施形態の往復動型蒸気機関は、上下方向を向くように配置されたシリンダ１と、シリンダ１内に上下方向に往復移動可能なように収容されたピストン２と、シリンダ１に結合された大略円筒状のクランクケース３と、クランクケース３にベアリングを介して回転可能なように支持されたクランク軸４と、ピストン２の往復運動をクランク軸４の回転運動に変換するようにピストン１とクランク軸４とを連結する連結手段としてのピストンロッド５と、シリンダ１のヘッド（頂部）に設けられた高圧蒸気供給口６と、不図示の高圧蒸気源から高圧蒸気供給口６への高圧蒸気の供給を制御する高圧蒸気供給弁としての電磁弁７と、を有する。
【００１２】
シリンダ１の下端部は、開放されている。クランクケース３の上端縁は、シリンダ１に上下方向に関して大略中央に形成されたフランジ部に固定されている。ピストンロッド５の上端は、ピストン２に固定されたピストンピン２１に対して回動可能なように接続されている。ピストンロッド５の下端は、クランク軸４のクランクピン４１に対して回転可能なように接続されている。ピストンピン２１とクランクピン４１とは、互いに平行に配列されている。
【００１３】
図１及び図２はシリンダ１内においてピストン２が最上位置（上死点）にある状態を示し、図３はシリンダ１内においてピストン２が最下位置（下死点）にある状態を示す。シリンダ１の側部には、フランジ部より下の所要の高さ位置にて、クランクケース３の内部との連通のための複数の蒸気出口８が形成されている。蒸気出口８は、図１及び図２においてはピストン２の遙か下方に位置し、図３においてはピストン２の直ぐ上方に位置する。即ち、蒸気出口８は、ピストン２が下死点及びその近傍に位置するときに、シリンダキャビティ（即ち、シリンダ１の内部空間であってピストン２の上面より上方の部分）Ｃとクランクケース３の内部とを連通させるように、形成されている。
【００１４】
クランクケース３には、蒸気出口８から流入するピストン駆動での使用後の低圧の蒸気を、場合により余剰の水と共に、排出する蒸気排出口９が形成されている。
【００１５】
電磁弁７の開閉は、クランク軸４の回転位相に対応して制御される。この電磁弁７の開閉を制御するための手段は、クランクケース３外においてクランク軸３に取り付けられた位相指示部材１０と、位相指示部材１０を検知する検知手段としての空間固定配置のスイッチ１１とを含んでなる。位相指示部材１０は例えば図示されるようにクランク軸３と直交するように該クランク軸に取り付けられた扇形状板状部材からなるものとすることができ、スイッチ１１は例えば機械的な接触スイッチまたは光学式等の非接触スイッチからなるものとすることができる。
【００１６】
スイッチ１１によるクランク軸４の回転位相の検知は、位相指示部材１０の外周面がスイッチ１１に近接せずに位置する第１の位相範囲に属する（第１状態にあるものとする）か、位相指示部材１０の外周面がスイッチ１１に近接して位置する第２の位相範囲に属する（第２状態にあるものとする）か、の２つを峻別することで行うことができる。これらの２つの状態のいずれに属するかを示す信号がスイッチ１１から電磁弁７へと送られ、これに基づき、電磁弁７の開閉が制御される。
【００１７】
尚、クランクケース３には、底部に水貯留部３１が形成されており、側部には水貯留部３１へと水Ｗを供給する水供給口３２が形成されている。水貯留部３１内の水は、蒸気排出口９の高さに応じて決まる所定の水位を維持する。
【００１８】
以下、本実施形態の往復動型蒸気機関の動作を説明する。
【００１９】
図１及び図２では、スイッチ１１により検知されるクランク軸４の回転位相は、位相指示部材１０の外周面がスイッチ１１に近接して位置する第２の状態にある。ここからクランク軸４が図１中で反時計回りに回転すると、程なく、スイッチ１１により検知されるクランク軸４の回転位相は、位相指示部材１０の外周面がスイッチ１１に近接せずに位置する第１の状態にあるようになる。この第１の状態に至ったことが検知されると、スイッチ１１から電磁弁７に対して送られる信号に基づき、電磁弁７が開状態となり、高圧蒸気が高圧蒸気供給口６からシリンダキャビティＣ内へと供給される。この高圧蒸気の圧力により、ピストン２の下向き移動が駆動せしめられる。
【００２０】
やがて、図３の状態に至るが、その前に、蒸気出口８により、シリンダキャビティＣとクランクケース３の内部とが連通され、この時点以後は、ピストン２に対する高圧蒸気の押圧力は急激に低下する。図３の状態から、クランク軸４が図３中で反時計回りに回転すると、程なく、スイッチ１１により検知されるクランク軸４の回転位相は、位相指示部材１０の外周面がスイッチ１１に近接して位置する第２の状態となる。この第２の状態に至ったことが検知されると、スイッチ１１から電磁弁７に対して送られる信号に基づき、電磁弁７が閉状態となり、高圧蒸気供給口６からのシリンダキャビティＣ内への高圧蒸気の供給が停止する。
【００２１】
以後は、クランク軸４に取り付けられている不図示のフライホイールの慣性回転力によりピストン２が上向きに移動せしめられる。蒸気出口８を介してクランクケース３の内部との連通により、シリンダキャビティＣ内部の圧力は十分に低下しているので、ピストン２が蒸気出口８を通過して更に上方へと移動する際に、シリンダキャビティＣの圧縮による圧力上昇は、それほど大きくはなく、負荷はそれほど大きくはない。
【００２２】
尚、蒸気排出口９は不図示の復水器に接続されており、クランクケース３の内部に存在する余剰の蒸気及び水は蒸気排出口９から排出される。図１及び図２の状態から図３の状態へと移行する際には、この余剰の蒸気及び水の蒸気排出口９からの排出が行われる。一方、図図３の状態から図１及び図２の状態へと移行する際には、蒸気出口８を介するシリンダキャビティＣとクランクケース３の内部との連通が絶たれた後は、シリンダキャビティＣの圧縮に伴いクランクケース３の内部が減圧される。この場合には、水供給口３２から適宜水が供給され、圧力低下が抑制される。供給された水は、蒸気排出口９から排出され、不図示の復水器へと至る。
【００２３】
クランクケース３の内部では、蒸気の液化及び水の気化が生ずるが、水位が低下しようとすると、水供給口３２から適宜水が供給される。
【００２４】
やがて、図１及び図２の状態に至る。以下、同様にして繰り返す。
【００２５】
以上のような本実施形態によれば、シリンダヘッドに低圧蒸気排出のための機構を付する必要がなく、しかも、低圧蒸気は蒸気出口８及びクランクケース３の内部、及び蒸気排出口９を介して復水器へと戻されるので、構成が簡単で作製及び保守が容易である。
【符号の説明】
【００２６】
１  シリンダ
２  ピストン
２１  ピストンピン
３  クランクケース
３１  水貯留部
３２  水供給口
４  クランク軸
４１  クランクピン
５  ピストンロッド
６  高圧蒸気供給口
７  電磁弁
８  蒸気出口
９  低圧蒸気排出口
１０  位相指示部材
１１  スイッチ
Ｃ  シリンダキャビティ
Ｗ  水
【図１】
2011021531.tif 000003
【図２】
2011021531.tif 000004
【図３】
2011021531.tif 000005