(57)【要約】【課題】作動媒体の体積変動によって生じる作動媒体の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、シリンダ内におけるピストンが摺動する領域で磨耗を抑制することを目的とする。【解決手段】液体状態の作動媒体１２と作動媒体１２の液体と密度の異なる潤滑油１３が流動可能に封入された容器１１と、容器１１内の作動媒体１２を加熱して蒸気を発生させる加熱手段１４と、作動媒体１２の蒸気を冷却して液化させる冷却手段１５と、作動媒体１２の体積変動によって生じる作動媒体１２の液体の変位によりシリンダ１７内を摺動するピストン１６とを有し、潤滑油１３は、作動媒体１２とピストン１６との間に位置しており、シリンダ１７内においてピストン１６が摺動する領域に供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体状態の作動媒体（１２）と、前記作動媒体（１２）の液体と密度の異なる潤滑油（１３）が流動可能に封入された容器（１１）と、
前記作動媒体（１２）を加熱して蒸気を発生させる加熱手段（１４）と、
前記作動媒体（１２）の蒸気を冷却して液化させる冷却手段（１５）と、
前記作動媒体（１２）の体積変動によって生じる前記作動媒体（１２）の液体の変位によりシリンダ（１７）内を摺動するピストン（１６）を備え、
前記潤滑油（１３）は、前記作動媒体（１２）と前記ピストン（１６）との間に位置しており、前記シリンダ（１７）内における前記ピストン（１６）が摺動する領域に供給されることを特徴とする外燃機関。
【請求項２】
前記容器（１１）の内壁面における、少なくとも前記潤滑油（１３）が流動する領域に撥油処理されてい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】
前記容器（１１）における前記作動媒体（１２）の液体と前記潤滑油（１３）との界面が変位する範囲を含む部位は、他の部位よりも水平方向における断面積が拡大されている断面拡大部として構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の外燃機関。
【請求項４】
前記容器（１１）において前記断面拡大部を境とした上方の部位と下方の部位は、前記界面の変位方向において水平方向の断面が重なり合わないように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の外燃機関。
【請求項５】
前記容器（１１）内における前記潤滑油（１３）が流動する領域又は前記作動媒体（１２）の液体が流動する領域の少なくとも一方に、前記潤滑油（１３）又は前記作動媒体（１２）の液体の流れを整流させる整流板（１８、１９）が設けられ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つに記載の外燃機関。
【請求項６】
前記断面拡大部内における前記潤滑油（１３）が流動する領域又は前記作動媒体（１２）の液体が流動する領域の少なくとも一方に、前記潤滑油（１３）又は前記作動媒体（１２）の液体の流れを整流させる整流板（１８、１９）が設けられていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の外燃機関。
【請求項７】
前記潤滑油（１３）の体積は、前記シリンダ（１７）における前記ピストン（１６）が摺動する領域の容積よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項８】
前記ピストン（１６）と前記シリンダ（１７）との間の隙間（２０）を介して前記容器（１１）と連通し、前記潤滑油（１３）が封入されたケーシング（１ａ）と、
前記容器（１１）と前記ケーシング（１ａ）とを前記隙間（２０）をバイパスして連通させるバイパス流路（２４ａ）と、
通常運転時には前記バイパス流路（２４ａ）を閉じ、始動時には前記バイパス流路（２４ａ）を開く開閉手段（２５）とを備え、
前記容器（１１）のうち前記バイパス流路（２４ａ）に連通する連通部（１１ｇ）は、前記加熱手段（１４）の配置部位である被加熱部（１１ａ）よりも前記ピストン（１６）側の部位に位置しており、
前記容器（１１）内において、前記作動媒体（１２）の液体と前記潤滑油（１３）との界面（１３ａ）が前記連通部（１１ｇ）よりも前記被加熱部（１１ａ）側に位置していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の外燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動媒体の体積変動によって生じる作動媒体の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関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外燃機関の一つとして、容器内に作動媒体を液体状態で封入し、容器内の作動媒体の一部を加熱器で加熱して蒸気を発生させると共に、作動媒体の蒸気を冷却器で冷却して液化させることで、作動媒体の体積変動によって生じる作動媒体の液体の変位を機械的エネルギに変換して出力するように構成された外燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この従来技術では、作動媒体が封入され略Ｕ字状の流体通路を有する容器と、容器内の作動媒体の液体を加熱する加熱器と、加熱器における加熱により発生する作動媒体の蒸気を冷却する冷却器と、出力部とを備える。
【０００４】
出力部は、シリンダと、シリンダ内を往復運動できるよう構成されたピストンと、ピストンに一端が連結された可動部と、可動部の他端に配置されたばね材とを備える。ピストンは、容器内の作動媒体の液体から受ける圧力に応じてシリンダ内を往復運動するよう構成されている。
【０００５】
この外燃機関では、加熱器にて容器内の作動媒体の液体が加熱されて蒸気が発生すると、容器内の作動媒体に容積膨張が起きる。次に、加熱器にて発生する作動媒体の蒸気は、下方に移動し、冷却器にて冷却されて液化される。このとき、容器内の流体容積は収縮される。出力部におけるピストンと可動部は、このようにして容器内に生ずる流体容積の膨張・収縮による液面変化（流動変位）を圧力変化として受け、往復運動を行う。
【０００６】
従って、例えば、可動部に永久磁石を取り付けた上、当該永久磁石に対向するようコイルを配置すれば、ピストンと可動部の往復運動によってコイルに起電力が発生し、発電がなされることになる。
【特許文献１】特開２００４−８４５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、この従来技術では、作動媒体の液体の潤滑性が乏しく、出力部におけるピストンがシリンダ内を往復運動する際に、シリンダ内におけるピストンが摺動する領域で磨耗するといった問題がある。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、作動媒体の体積変動によって生じる作動媒体の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、ピストンがシリンダ内を往復運動する際に、シリンダ内におけるピストンが摺動する領域で磨耗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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、液体の状態の作動媒体（１２）と、作動媒体（１２）の液体と密度の異なる潤滑油（１３）が流動可能に封入された容器（１１）と、作動媒体（１２）を加熱して蒸気を発生させる加熱手段（１４）と、作動媒体（１２）の蒸気を冷却して液化させる冷却手段（１５）と、作動媒体（１２）の体積変動によって生じる作動媒体（１２）の液体の変位によりシリンダ（１７）内を摺動するピストン（１６）を備え、潤滑油（１３）は、作動媒体（１２）の液体とピストン（１６）との間に位置しており、シリンダ（１７）内におけるピストン（１６）が摺動する領域に供給されることを特徴とする。
【００１０】
このように、作動媒体（１２）とピストン（１６）の間に作動媒体（１２）の液体と密度の異なる潤滑油（１３）を封入することで、シリンダ（１７）内におけるピストン（１６）が摺動する領域に潤滑油（１３）を供給することができるため、シリンダ（１７）内におけるピストン（１６）が摺動する領域で磨耗を抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の外燃機関において、容器（１１）の内壁面における、少なくとも潤滑油（１３）が流動する領域に撥油処理されていることを特徴とする。
【００１２】
これによると、容器（１１）の内壁面に撥油処理することで容器（１１）内を流動する潤滑油（１３）の流速分布を小さくすることができ、安定して潤滑油（１３）を供給することができるため、シリンダ（１７）内におけるピストン（１６）が摺動する領域の磨耗を抑制することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の外燃機関において、容器（１１）における作動媒体（１２）の液体と潤滑油（１３）との界面が変位する範囲を含む部位は、他の部位よりも水平方向における断面積が拡大されている断面拡大部として構成されていることを特徴とする。
【００１４】
これによると、作動媒体（１２）の液体と潤滑油（１３）との界面の変位を小さくさせることで、潤滑油（１３）と作動媒体（１２）の液体の混濁を抑制することができ、安定してシリンダ（１７）内におけるピストン（１６）が摺動する領域に潤滑油（１３）を供給することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の外燃機関において、容器（１１）において、断面拡大部を境とした上方の部位と下方の部位は、界面の変位方向において、水平方向の断面が重なり合わないように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
これによると、作動媒体（１２）の液体と潤滑油（１３）との界面の変位方向において、断面拡大部より上方の部位と下方の部位の水平方向の断面がずれているため、作動媒体（１２）の液体と潤滑油（１３）の混濁を抑制することができ、安定してシリンダ（１７）内におけるピストン（１６）が摺動する領域に潤滑油（１３）を供給することができる。
【００１７】
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つに記載の外燃機関において、容器（１１）内における潤滑油（１３）が流動する領域又は作動媒体（１２）の液体が流動する領域の少なくとも一方に、潤滑油（１３）又は作動媒体（１２）の液体の流れを整流させる整流板（１８、１９）が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
これによると、容器（１１）内を流動する作動媒体（１２）の液体又は潤滑油（１３）の流速分布を小さくすることができ、作動媒体（１２）の液体と潤滑油（１３）の混濁を抑制することができるため、安定してシリンダ（１７）内におけるピストン（１６）が摺動する領域に潤滑油（１３）を供給することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、請求項３又は４に記載の外燃機関において、断面拡大部内における潤滑油（１３）が流動する領域又は作動媒体（１２）の液体が流動する領域の少なくとも一方に、潤滑油（１３）又は前記作動媒体（１２）の液体の流れを整流させる整流板（１８、１９）が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
これによると、断面拡大部内の作動媒体（１２）の液体又は潤滑油（１３）の流速分布を小さくすることができ、さらに潤滑油（１３）と作動媒体（１２）の液体の混濁を抑制することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の外燃機関において、潤滑油（１３）の体積は、シリンダ（１７）におけるピストン（１６）が摺動する領域の容積よりも大きいことを特徴とする。
【００２２】
これにより、常時、シリンダ（１７）内におけるピストン（１６）が摺動する領域に潤滑油（１３）を供給することができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の外燃機関において、ピストン（１６）とシリンダ（１７）との間の隙間（２０）を介して容器（１１）と連通し、潤滑油（１３）が封入されたケーシング（１ａ）と、
容器（１１）とケーシング（１ａ）とを隙間（２０）をバイパスして連通させるバイパス流路（２４ａ）と、
通常運転時にはバイパス流路（２４ａ）を閉じ、始動時にはバイパス流路（２４ａ）を開く開閉手段（２５）とを備え、
容器（１１）のうちバイパス流路（２４ａ）に連通する連通部（１１ｇ）は、加熱手段（１４）の配置部位である被加熱部（１１ａ）よりもピストン（１６）側に位置しており、
容器（１１）内において、作動媒体（１２）の液体と潤滑油（１３）との界面（１３ａ）が連通部（１１ｇ）よりも被加熱部（１１ａ）側に位置していることを特徴とする。
【００２４】
これによると、バイパス流路（２４ａ）および開閉手段（２５）によって始動時間を短縮する外燃機関に対して請求項１ないし７に記載の発明を適用した場合において、容器（１１）内の作動媒体（１２）がケーシング（１ａ）内に流入して潤滑油（１３）と混濁してしまうことを回避できる。
【００２５】
なお、特許請求の範囲およびこの欄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一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（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２に基づいて説明する。図１は本発明に係る外燃機関１０の出力を発電機１で取り出す発電装置の概略構成を表す構成図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態の外燃機関１０は、永久磁石が埋設された可動子３を振動変位させることによって起電力を発生する発電機１を駆動するためのものであり、液体の状態の作動媒体１２（本実施形態では水）と作動媒体１２の液体と密度の異なる潤滑油１３が流動可能に封入された容器１１と、容器１１内の作動媒体１２を加熱して蒸気を発生させる加熱器１４と、作動媒体１２の蒸気を冷却する冷却器１５と出力部２とを備える。
【００２８】
本実施形態の加熱器１４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１４を電気ヒータで構成してもよい。加熱器１４は、本発明における作動媒体１２の加熱手段に相当している。
【００２９】
また、本実施形態の冷却器１５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、冷却水が作動媒体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。冷却器１５は、本発明における作動媒体１２の冷却手段に相当している。
【００３０】
容器１１は、断熱性に優れたステンレス製としているが、容器１１のうち加熱器１４と接触する部位である被加熱部１１ａ及び冷却器１５と接触する部位である被冷却部１１ｂは熱伝導率に優れた材料とすることが望ましく、本実施形態では、被加熱部１１ａ及び被冷却部１１ｂを銅又はアルミニウム製としている。また、容器１１のうち被加熱部１１ａと被冷却部１１ｂとの中間部１１ｃをステンレス製としている。
【００３１】
そして、容器１１は、屈曲部１１ｄが最下部に位置するように第１、２直線部１１ｅ、１１ｆを有する略Ｕ字状に形成されたパイプ状の圧力容器であり、容器１１のうち屈曲部１１ｄを挟んで水平方向一端側（紙面右側）の第１直線部１１ｅには、加熱器１４が冷却器１５より上方側に位置するように加熱器１４及び冷却器１５が設けられている。
【００３２】
図示を省略しているが、作動媒体１２が気化する空間を確保するために、第１直線部１１ｅの上端部には所定体積の気体が封入されている。この気体は例えば空気であってもよいし、作動媒体１２の純粋な蒸気でもよい。
【００３３】
一方、容器１１のうち屈曲部１１ｄを挟んで水平方向他端側（紙面左側）の第２直線部１１ｆの上端部には、出力部２が設けられており、上端部内における潤滑油１３の液面変化（自励振動変位）に応動して発電を行えるように構成されている。
【００３４】
出力部２は、第２直線部１１ｆの上端部内に連通するように配置されたシリンダ１７と、シリンダ１７内を往復運動できるように構成されたピストン１６と、ピストン１６に連結された可動子３と、可動子３を挟んでピストン１６と反対側には、可動子３をピストン１６側に押圧する弾性力を発生させる弾性手段をなすバネ４とを備える。シリンダ１７内でピストン１６が往復運動する際に、ピストン１６の外周面とシリンダ１７の内周面が、常時接触状態となっておりピストン１６は、シリンダ１７内を摺動する。
【００３５】
この出力部２において、ピストン１６は、シリンダ１７内の第２直線部１１ｆ側の一端である下端（下死点）と、第２直線部１１ｆ側とは反対の他端である上端（上死点）の間を往復運動することができる。また、この出力部２において、可動子３は、永久磁石が埋設されているため、発電機１を構成する部材としても機能している。
【００３６】
シリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域に生じる磨耗を抑制するために、容器１１内の作動媒体１２の液体とピストン１６との間に作動媒体１２の液体と密度の異なる潤滑油１３を封入し、シリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域に潤滑油１３を供給する。
【００３７】
本実施形態で用いる潤滑油１３は、作動媒体１２とピストン１６の間に封入し、作動媒体１２の液体と潤滑油１３を分離するため、作動媒体１２の液体に対し難溶性を示す潤滑油１３であって作動媒体１２の液体よりも密度が低い潤滑油１３を用いている。具体的には、本実施形態では作動媒体１２に水を用いているため、比重が０．８程度の潤滑油１３を用いている。
【００３８】
また、常時、シリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域に潤滑油１３を供給するため、潤滑油１３の体積は、シリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域の容積よりも大きくしている。
【００３９】
次に、上記構成における作動を図２に基づいて説明する。加熱器１４及び冷却器１５を動作させると、まず加熱器１４により被加熱部１１ａ内の作動媒体１２の液体（水）が加熱されて蒸気が発生し、被加熱部１１ａ内に高温・高圧の作動媒体１２の蒸気が蓄積されて、この蒸気の体積が増大し、第１直線部１１ｅ内の作動媒体１２の液面を押し下げる。すると、容器１１内に封入された作動媒体１２の液体は、第１直線部１１ｅから第２直線部１１ｆ側に変位して、第２直線部１１ｆ内であって作動媒体１２の液体の上部に封入された潤滑油１３を介して発電機１側のピストン１６を押し上げる。
【００４０】
これにより、ピストン１６は、作動媒体１２とピストン１６の間に封入された潤滑油１３を介して押し上げられるため、シリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域には、潤滑油１３が供給されることになる。
【００４１】
また、容器１１の第１直線部１１ｅ内の作動媒体１２の液面が被冷却部１１ｂまで下がり、被冷却部１１ｂ内に作動媒体１２の蒸気が進入すると、この蒸気が冷却器１５により冷却されて液化され、蒸気の体積が減少するため、第１直線部１１ｅ内の作動媒体１２の液面を押し下げる力が減少し、第１直線部１１ｅ側の液面が上昇する。この結果、作動媒体１２の蒸気の膨張によって、潤滑油１３を介して一旦押し上げられた発電機１側のピストン１６は下降する。
【００４２】
これにより、ピストン１６は、作動媒体１２とピストン１６の間に封入された潤滑油１３を介して下降するため、シリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域には、潤滑油１３が供給されることになる。
【００４３】
そして、こうした動作は、加熱器１４及び冷却器１５の動作を停止させるまで繰り返し実行され、その間、容器１１内の作動媒体１２の液体は周期的に変位（いわゆる自励振動）して、ピストン１６を往復運動させ、発電機１の可動子３を上下動させることになる。
【００４４】
以上のように、作動媒体１２とピストン１６の間に潤滑油１３を封入することで、シリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域で磨耗を抑制することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図３に基づいて説明する。本実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図３は、本発明の第２実施形態を示す発電機の概略構成図である。
【００４６】
第１実施形態では、作動媒体１２とピストン１６の間に潤滑油１３を封入することで、シリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域に潤滑油１３を供給している。しかし、潤滑油１３が変位する際の第２直線部１１ｆを流動する潤滑油１３の流速は、潤滑油１３の粘性により、第２直線部１１ｆ内壁面で潤滑油の流速が遅くなる。作動媒体１２の液体の変位の往復運動がなされると、第２直線部１１ｆ内壁面で潤滑油１３の流速分布が不均一となるため、作動媒体１２の液体と潤滑油１３が混濁し、作動媒体１２の液体がシリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域に供給される場合がある。
【００４７】
そのため、本実施形態では、図３に示すように潤滑油１３が流動する領域の容器１１内の第２直線部１１ｆの内壁面（太線部）には撥油処理が施されている。撥油処理として、例えばフッ素コーティング等が施されている。
【００４８】
作動媒体１２の体積変動によって、第２直線部１１ｆの潤滑油１３が変位する際に、潤滑油１３が流動する領域に撥油処理することで、第２直線部１１ｆの壁面で潤滑油１３の流速が遅くなりにくいため、流速分布を小さくすることができる。
【００４９】
これにより、作動媒体１２の液体と潤滑油１３の混濁を抑制することができ、シリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域で磨耗を抑制することができる。
【００５０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について図４に基づいて説明する。本実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図４は、本発明の第３実施形態を示す発電機の概略構成図である。
【００５１】
本実施形態では、図４に示すように、容器１１内における潤滑油１３と作動媒体１２の液体との界面が変位する範囲を含む部位は、他の部位よりも水平方向における断面積が拡大されている断面拡大部を設けている。
【００５２】
具体的に、断面拡大部は、第２直線部１１ｆの潤滑油１３と作動媒体１２の液体との界面から上下方向の所定距離の区間を含む部位において、水平方向における断面積を拡大するように構成された部位である。ここで、所定距離の区間は、潤滑油１３と作動媒体１２の液体との界面が上昇する最上位置から下降する最下位置までの区間を意味している。
【００５３】
作動媒体１２の体積変動によって、第２直線部１１ｆにおける作動媒体１２の液体と潤滑油１３との界面が変位する際に、第２直線部１１ｆの流体経路に断面拡大部を設けることで、作動媒体１２の液体と潤滑油１３との界面が変位する変位量を、第２直線部１１ｆにおける断面拡大部以外の部位と比べて少なくすることができる。
【００５４】
作動媒体１２の液体と潤滑油１３との界面が変位する変位量を小さくすることで、界面での作動媒体１２の液体および潤滑油１３の流速分布を小さくすることができる。そのため、作動媒体１２の液体の変位に伴う作動媒体１２の液体と潤滑油１３の混濁を抑制することができる。
【００５５】
これにより、作動媒体１２の液体と潤滑油１３の混濁を抑制することができ、安定して潤滑油１３を供給することができるため、シリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域で磨耗を抑制することができる。
【００５６】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について図５に基づいて説明する。本実施形態では、上記第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図５は、本発明の第４実施形態を示す発電機の概略構成図である。
【００５７】
上記第３実施形態では、第２直線部１１ｆにおける断面拡大部よりも上方の部位（潤滑油１３が流動する部位）と下方の部位（作動媒体１２の液体が流動する部位）は、作動媒体１２の液体と潤滑油１３との界面の変位方向において水平方向の断面が重なり合っている。すなわち、第２直線部１１ｆにおける断面拡大部を境に作動媒体１２の液体と潤滑油１３の変位方向は同一直線上にある。
【００５８】
本実施形態では、図５に示すように第２直線部１１ｆにおける、第２直線部１１ｆにおける断面拡大部を境に上方の部位と下方の部位は、作動媒体１２の液体と潤滑油１３との界面の変位方向において水平方向の断面が重なり合わないように構成している。すなわち、第２直線部１１ｆにおける断面拡大部を境に作動媒体１２の液体と潤滑油１３の変位方向は同一直線上にない状態としている。
【００５９】
第２直線部１１ｆの構造は、第２直線部１１ｆにおける作動媒体１２の液体と潤滑油１３との界面が変位する領域において、第２直線部１１ｆは、垂直方向における断面がクランク状になるように２箇所で曲げられている。そして、クランク状に曲げられた部位は、第３実施形態に示す断面拡大部を構成するように曲げられる。ここで、クランク状とは、直角若しくはそれに近い角度で複数回曲げられた状態を意味している。
【００６０】
具体的には、断面拡大部の下端の右側（第１直線部１１ｅに近い側）に断面拡大部よりも下方の部位である第２直線部１１ｆが配置され、断面拡大部の上端の左側（第１直線部１１ｅに遠い側）に断面拡大部よりも上方の部位である第２直線部１１ｆが配置されている。
【００６１】
また、断面拡大部よりも上方の部位と下方の部位の水平方向の断面が重なり合わないように、上方の部位と下方の部位は、水平方向にずらして配置されている。ここで、少なくとも上方の部位の断面拡大部との境の水平方向における断面が、下方の部位と断面拡大部との境界の水平方向における断面が重なり合わないように構成すればよい。
【００６２】
作動媒体１２の体積変動によって、第２直線部１１ｆにおける作動媒体１２の液体と潤滑油１３との界面が変位する際に、断面拡大部よりも下方の部位である第２直線部１１ｆは断面拡大部の下端の右側に配置されているため、作動媒体１２の液体と潤滑油１３との界面における流速分布は、断面拡大部の右側で流速が高くなりため、不均一となる。そのため、作動媒体１２の液体と潤滑油１３の混濁が発生する。
【００６３】
しかし、本実施形態では、断面拡大部よりも上方の部位である第２直線部１１ｆが左側に配置されており、上方の部位と下方の部位の水平方向の断面が重なり合っていない。そのため、断面拡大部の右側で作動媒体１２の液体と潤滑油１３が混濁したとしても、断面拡大部の左側では作動媒体１２の液体と潤滑油１３が混濁した状態とならない。したがって、作動媒体１２の液体と混濁した潤滑油１３が、シリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域に供給されにくくなる。
【００６４】
これにより、安定して潤滑油１３を供給することができ、シリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域で磨耗を抑制することができる。
【００６５】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について図６に基づいて説明する。本実施形態では、上記第３実施形態および第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図６は、本発明の第５実施形態を示す発電機の概略構成図である。図６（ａ）は、第３実施形態に示す構成に本実施形態を適用した図を示しており、図６（ｂ）は、第４実施形態に示す本実施形態を適用した図を示している。
【００６６】
本第５実施形態では、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、第２直線部１１ｆ内の断面拡大部であって、潤滑油１３が流動する領域と作動媒体１２の液体が流動する領域に、整流板１８、１９が、流動する潤滑油１３および作動媒体１２の液体に対向するように設けられている。ここで、潤滑油１３が流動する領域は、第２直線部１１ｆ内であって、作動媒体１２の液体の変位に伴って、潤滑油１３が上下動する際に流動する領域のことを示している。また、作動媒体１２の液体が流動する領域は、第２直線部１１ｆ内であって、作動媒体１２の液体の変位に伴って、作動媒体１２の液体が上下動する際に流動する領域のことを示している。
【００６７】
整流板１８、１９は、潤滑油１３および作動媒体１２の液体の流速分布を小さくするものであり、例えば、断面がメッシュ状に形成された板部材等を用いることができる。
【００６８】
作動媒体１２の体積変動によって、第２直線部１１ｆにおける作動媒体１２の液体と潤滑油１３との界面が変位する際に、潤滑油１３および作動媒体１２の液体が整流板１８、１９を通過する。そのため、作動媒体１２の液体と潤滑油１３との界面における流速分布を小さくすることができ、作動媒体１２の液体と潤滑油１３との界面で作動媒体１２の液体と潤滑油１３の混濁を抑制することができる。
【００６９】
これにより、作動媒体１２の液体と潤滑油１３の混濁を抑制することができ、安定して潤滑油１３を供給することができ、シリンダ１７内におけるピストン１６が摺動する領域で磨耗を抑制することができる。
【００７０】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について図７に基づいて説明する。本実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図７は、本発明の第６実施形態を示す発電機の概略構成図である。
【００７１】
本実施形態は、上記第１実施形態に対して、容器１１内の圧力（以下、容器内圧力Ｐｃという。）を調整して外燃機関１０の性能（出力および効率）を向上する機構を設けるとともに、外燃機関１０の始動時間を短縮する機構を設けたものである。
【００７２】
発電機１のケーシング１ａは、ピストン１６とシリンダ１７との間の微少隙間（クリアランス）２０を介して容器１１のうち第２直線部１１ｆの上端部と連通している。このケーシング１ａ内には、潤滑油１３と気体２１とが封入されている。
【００７３】
気体２１としては作動媒体１２に難溶性を示す気体を用いるのが好ましく、本例では気体２１として、水に難溶性を示すヘリウムを用いている。なお、ケーシング１ａ内を潤滑油１３のみで充満させてもよい。
【００７４】
ケーシング１ａ内の上端部には、ケーシング１ａ内の圧力（以下、ケーシング内圧力という。）Ｐｔを調整する圧力調整ピストン２２が配置されている。この圧力調整ピストン２２は、ケーシング１ａの上方側に配置された電動アクチュエータ２３によって上下方向に往復駆動されるようになっている。
【００７５】
さらに、ケーシング１ａは、ピストン１６とシリンダ１７との微少隙間２０をバイパスするバイパス流路２４ａを介して、容器１１と連通している。より具体的には、バイパス流路２４ａは、容器１１のうち加熱器１４の配置部位である被加熱部１１ａよりもピストン１６側の部位とケーシング１ａとを連通させている。
【００７６】
本例では、ケーシング１ａの底面と容器１１のうち第２直線部１１ｆの中間部とをバイパス配管２４で繋ぎ、バイパス配管２４内の空間によってバイパス流路２４ａを形成している。
【００７７】
容器１１内において、潤滑油１３と作動媒体１２の液体との界面１３ａは、容器１１のうちバイパス流路２４ａとの連通部（以下、バイパス流路連通部という。）１１ｇよりも被加熱部１１ａ側に位置している。
【００７８】
換言すれば、潤滑油１３はバイパス流路連通部１１ｇよりも下方側まで封入されており、界面１３ａが最も上昇した位置に変位した場合であってもバイパス流路連通部１１ｇに到達しないようになっている。
【００７９】
ケーシング１ａ及びバイパス流路２４ａは断熱性に優れた材料とすることが望ましく、本例ではケーシング１ａ及びバイパス流路２４ａをステンレス製としている。
【００８０】
バイパス流路２４ａ内には、容器１１からケーシング１ａへの潤滑油１３の流れを許容し、ケーシング１ａから容器１１への潤滑油１３の逆流を防止する逆止弁２５が配置されている。
【００８１】
この逆止弁２５は、通常運転時にはバイパス流路２４ａを閉じ、始動時にはバイパス流路２４ａを開く開閉手段をなすものであり、本例では、バネ部２５ａを有するバネ式逆止弁を用いている。より具体的には、逆止弁２５は、容器内圧力Ｐｃとケーシング内圧力Ｐｔとの差圧が所定圧力（以下、作動圧力と言う。）ΔＰ以上のときのみ開弁するようになっている。
【００８２】
本例では、作動圧力ΔＰを、容器内圧力Ｐｃの運転時における最大圧力（以下、運転最大圧力と言う。）Ｐｃｍａｘとケーシング内圧力Ｐｔの最小圧力Ｐｔｍｉｎとの差よりも大きく設定している（ΔＰ＞Ｐｃｍａｘ−Ｐｔｍｉｎ）。
【００８３】
なお、ケーシング内圧力Ｐｔの最小圧力Ｐｔｍｉｎとは、圧力調整ピストン２２が図７の最上端位置に操作されているときのケーシング内圧力Ｐｔである。
【００８４】
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２６はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ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るものであり、本発明における制御手段に該当するものである。
【００８５】
制御装置２６には、電動アクチュエータ２３の制御のために、被加熱部１１ａの温度（以下、被加熱部温度と言う。）Ｔ１を検出する被加熱部温度センサ２７、被冷却部１１ｂの温度（以下、被冷却部温度と言う。）Ｔ２を検出する被冷却部温度センサ２８、及び、ケーシング内圧力Ｐｔを検出する圧力センサ２９から検出信号が入力される。制御装置２６はこの各センサ２７〜２９からの検出信号に基づいて電動アクチュエータ２３を駆動制御するようになっている。
【００８６】
次に、上記構成における作動を説明する。まず、容器内圧力Ｐｃを調整する作動については、特開２００７−２５５２５９号公報に詳細に記載されているので、以下、簡単に説明する。
【００８７】
制御装置２６は、被加熱部温度Ｔ１と予め記憶された作動媒体１２の蒸気圧曲線とに基づいて被加熱部温度Ｔ１での作動媒体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１を算出し、被冷却部温度Ｔ２と作動媒体１２の蒸気圧曲線とに基づいて被冷却部温度Ｔ２での作動媒体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ２を算出する。
【００８８】
次に、制御装置２６は、被加熱部温度Ｔ１での作動媒体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１と被冷却部温度Ｔ２での作動媒体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ２とに基づいて容器内圧力Ｐｃの目標値Ｐｃ０を算出する。本例では、目標値Ｐｃ０を被加熱部温度Ｔ１での作動媒体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１と被冷却部温度Ｔ２での作動媒体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ２との中間値、より具体的には略平均値としている。
【００８９】
ここで、ケーシング１ａは、ピストン１６とシリンダ１７との微少隙間２０を介して容器１１と連通しているので、ケーシング内圧力Ｐｔは容器内圧力Ｐｃの周期的な変動に追従することなく、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａとほぼ等しい圧力で安定している。
【００９０】
したがって、ケーシング内圧力Ｐｔを容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａとみなすことができるので、ケーシング内圧力Ｐｔが目標値Ｐｃ０よりも低いときにはケーシング内圧力Ｐｔを上昇させ、ケーシング内圧力Ｐｔが目標値Ｐｃ０よりも高いときにはケーシング内圧力Ｐｔを低下させることによって、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａを目標値Ｐｃ０に近づける。
【００９１】
具体的には、電動アクチュエータ２３が圧力調整ピストン２２を押し出してケーシング１ａの容積を減少させることによって液体状態の作動媒体１２が圧縮されてケーシング内圧力Ｐｔが上昇し、これに伴って容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａも上昇することとなる。
【００９２】
一方、圧力調整ピストン２２を引き込んでケーシング１ａの容積を増加させることによって、液体状態の作動媒体１２が膨張してケーシング内圧力Ｐｔが低下し、これに伴って容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａも低下することとなる。
【００９３】
このようにケーシング内圧力Ｐｔを調整することによって、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａが目標値Ｐｃ０に近づく。この結果、外燃機関１０の運転状態を常に理想的な状態に近づけることができるので、外燃機関１０の性能を向上できる。
【００９４】
次に、外燃機関１０の始動時間を短縮する作動について説明する。ピストン１６が下死点以外の位置にあるときに外燃機関１０が停止した場合を考えると、この場合には、容器１１の第１直線部１１ｅ内に作動媒体１２の蒸気が存在している状態で加熱器１４による作動媒体１２の加熱が停止されることとなる。
【００９５】
すると、被加熱部温度Ｔ１が雰囲気温度まで徐々に低下して飽和蒸気圧Ｐｓ１が低下するのに伴い、作動媒体１２の蒸気が凝縮して液化して、容器内圧力Ｐｃが低下する。そして、容器内圧力Ｐｃがケーシング内圧力Ｐｔよりも低下してしまうと、ケーシング１ａ内の潤滑油１３がピストン１６とシリンダ１７との微少隙間２０を通じて容器１１に流入し、その分、容器１１内における作動媒体１２および潤滑油１３の合計体積が過剰となる。この現象は、特に雰囲気温度の低い冬季に起こりやすい。
【００９６】
このように、ピストン１６が下死点以外の位置にあるときに外燃機関１０を停止させた場合には、停止から再始動までの間に容器１１内の作動媒体１２の体積が過剰になってしまうので、再始動時に所定の出力を発揮することができない。
【００９７】
この点に鑑みて、本実施形態では、ケーシング１ａから容器１１に流入した潤滑油１３を外燃機関１０の再始動時にケーシング１ａに速やかに戻し、再始動開始後、速やかに所定の出力を発揮できるようにしている。
【００９８】
具体的には、まず、外燃機関１０の始動時に、発電機１に外部から電力を供給して発電機１を駆動し、ピストン１６が少なくとも１回以上、下死点を通過するようにする。ピストン１６が上死点から下死点に向かって移動すると、容器１１内の潤滑油１３及び作動媒体１２が圧縮され、容器内圧力Ｐｃが運転最大圧力Ｐｃｍａｘ以上に上昇する。
【００９９】
ちなみに、本例では、外燃機関１０の停止時に圧力調整ピストン２２を図７の最上端位置に操作して、ケーシング内圧力Ｐｔが最小圧力Ｐｔｍｉｎになるようにしている。このため、容器内圧力Ｐｃがケーシング内圧力Ｐｔよりも大きくなる。
【０１００】
そして、容器内圧力Ｐｃがケーシング内圧力Ｐｔよりも大きくなると、バイパス流路２４ａに配置された逆止弁２５が開弁するので、容器１１内の潤滑油１３を、ピストン１６とシリンダ１７との微少隙間２０のみならず、バイパス流路２４ａをも通じてケーシング１ａへ戻すことができる。
【０１０１】
要するに、本実施形態では、通常運転時には、容器１１とケーシング１ａとが連通面積の小さい微少隙間２０のみを介して連通しているが、始動時には、容器１１とケーシング１ａとが微少隙間２０のみならず、微少隙間２０よりも連通面積の大きいバイパス流路２４ａをも介して連通する。このため、始動時に潤滑油１３を容器１１からケーシング１ａに速やかに戻すことができるので、再始動開始後、速やかに所定の出力を発揮できる。
【０１０２】
ここで、逆止弁２５が通常運転時にも開弁してしまうようであると、通常運転時に容器１１内の潤滑油１３がバイパス流路２４ａを通じてケーシング１ａへ流出してしまう。そのため、容器１１内における作動媒体１２および潤滑油１３の合計体積が減少してしまい、外燃機関１０の性能が低下してしまう。
【０１０３】
そこで、本実施形態では、逆止弁２５の作動圧力ΔＰを、容器内圧力Ｐｃの運転最大圧力Ｐｃｍａｘとケーシング内圧力Ｐｔの最小圧力Ｐｔｍｉｎとの差よりも大きく設定しているので、通常運転時に逆止弁２５が開弁して容器１１内の作動媒体１２がバイパス流路２４ａを通じてケーシング１ａへ流出してしまうことを防止できる。
【０１０４】
ここで、潤滑油１３と作動媒体１２の液体との界面１３ａが最も上昇したときに界面１３ａが容器１１のバイパス流路連通部１１ｇよりも上方側まで到達してしまうようであると、容器１１内の潤滑油１３のみならず作動媒体１２の液体もバイパス流路２４ａを通じてケーシング１ａに流入してしまい、ケーシング１ａ内で潤滑油１３と作動媒体１２の液体とが混濁してしまうという不具合が生じる。
【０１０５】
この点に鑑みて、本実施形態では、潤滑油１３と作動媒体１２の液体との界面１３ａが最も上昇した場合であっても界面１３ａがバイパス流路連通部１１ｇに到達しないようになっているので、ケーシング１ａ内における潤滑油１３と作動媒体１２の液体との混濁を回避できる。
【０１０６】
なお、本実施形態は、上記第２〜第５実施形態の外燃機関１０に対しても適用が可能であることはもちろんである。
【０１０７】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、発電装置の駆動源に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、その他の駆動源にも適用することができる。
【０１０８】
また、上記各実施形態では、容器１１を略Ｕ字状として、容器１１のうち第２直線部１１ｆの上部に出力部２を設ける構成としているが、これに限らず、例えば容器１１が直線状であって、出力部２を容器１１の下部に設ける構成としてもよい。ただし、この場合は、潤滑油１３をピストン１６と作動媒体１２の間に封入するため、潤滑油１３は、密度が作動媒体１２の液体よりも高いものを使用する必要がある。
【０１０９】
また、上記第５実施形態は、第３実施形態および第４実施形態に示す第２直線部１１ｆに断面拡大部を有している構成に適用しているが、これに限らず、第１実施形態に示す構成に適用してもよい。
【０１１０】
また、上記第５実施形態は、潤滑油１３が流動する領域と作動媒体１２の液体が流動する領域にそれぞれ整流板１８、１９を設ける構成としているが、これに限らず、潤滑油１３が流動する領域又は作動媒体１２の液体が流動する領域の一方に整流板１８、１９を設ける構成としてもよい。
【０１１１】
また、上記第６実施形態は、容器内圧力Ｐｃの調整を行うために圧力調整ピストン２２、電動アクチュエータ２３等を備えているが、圧力調整ピストン２２、電動アクチュエータ２３等を廃止して容器内圧力Ｐｃの調整を行わないようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態による外燃機関の動作特性を説明する説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【図７】本発明の第６実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１１  容器
１２  作動媒体
１３  潤滑油
１４  加熱器（加熱手段）
１５  冷却器（冷却手段）
１６  ピストン
１７  シリンダ
【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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