(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が封入された管と、
前記管内の液体を加熱する加熱器と、
前記加熱器における加熱により液体が気化してなる蒸気を冷却する冷却器と、
を備え、
前記加熱器における加熱による液体の気化と前記冷却器における冷却による蒸気の液化とにより前記管内の液体に流動変位を発生させる蒸気エンジンであって、
前記加熱器と前記冷却器は、前記管がなす管路上に間隔をおいて配置され、
前記管における前記加熱器と前記冷却器との間の部分である接続管部の内壁面の全体が撥水処理面として構成されたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記撥水処理面は、
前記接続管部の内壁面を鏡面仕上げ処理してなるものであることを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項３】
請求項１に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記撥水処理面は、
前記接続管部の内壁面に予め定めた材料を被覆することによって形成されたものであることを特徴とする蒸気エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管内に封入された液体の加熱による気化と冷却による液化とを繰り返し実行することによって、管内の液体に流動変位を生じさせるよう構成された蒸気エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蒸気エンジンの一つとして、容器内の流体を加熱によって気化させると共に、冷却によって液化させることで、容器内の圧力を変化させ、その圧力変化によって機械的エネルギの出力ができるようにされたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、本出願人は、以下に示す構成を有する蒸気エンジンが開示された技術につき特許出願を行なった（特許文献２参照）。
この蒸気エンジン５００は、図５に示す構成を有している。
【０００４】
すなわち、蒸気エンジン５００は、液体が封入され略Ｕ字状の流体通路を有する管５０２と、管５０２内の液体を加熱する加熱器５０４と、加熱器５０４における加熱により液体が気化してなる蒸気を冷却する冷却器５０６と、出力部５０８と、を備える。
【０００５】
出力部５０８は、シリンダ５１０と、シリンダ５１０内を往復運動できるよう構成されたピストン５１２と、ピストン５１２に一端が連結された可動部５１４と、可動部５１４の他端に配置されたばね材５１６と、を備える。
【０００６】
ピストン５１２は、管５０２内の流体から受ける圧力に応じてシリンダ５１０内を往復運動するよう構成されている。具体的には、ピストン５１２は、管５０２内の液体に面した状態で、管５０２内側の一端である下端（下死点）と、管５０２内側とは反対側の他端である上端（上死点）と、の間で往復駆動する。
【０００７】
この蒸気エンジン５００では、加熱器５０４にて管５０２内の液体が加熱されて沸騰・気化すると、管５０２内の流体に容積膨張が起きる。次に、加熱器５０４にて気化してなる蒸気は、下方に移動し、冷却器５０６にて冷却されて液化される。このとき、管５０２内の流体容積は収縮される。出力部５０８におけるピストン５１２と可動部５１４は、このようにして管５０２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。
【０００８】
従って、例えば、可動部５１４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５１２と可動部５１４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。
【０００９】
また、本出願人は、蒸気エンジンに関しては特許文献３に示された技術についても特許出願を行なっている。
【特許文献１】特開昭５８−５７０１４号公報
【特許文献２】特開２００４−８４５２３号公報
【特許文献３】特開２００５−３３０９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、図５に示した蒸気エンジン５００においては、加熱器５０４と冷却器５０６とが、管５０２がなす管路上に間隔をおいて配置されている。以下では、この間隔に対応する管５０２の部分（管５０２における加熱器５０４と冷却器５０６との間の部分）を接続管部５１８と呼ぶ。
【００１１】
このような接続管部５１８を有する従来の蒸気エンジン５００では、熱効率が悪くなりうるという問題があった。
具体的には、まず、この蒸気エンジン５００では、図６に示すように、接続管部５１８内の圧力Ｐｍが時間経過と共に上昇・下降を繰り返す。このことは次のように説明することができる。
【００１２】
蒸気エンジン５００では、ピストン５１２が上死点から下死点に向かって移動されるにつれて、管５０２内の液体からなる液体ピストンの液面５２０（図６参照）が冷却器５０６近傍の位置から加熱器５０４近傍の位置（液面５２０の上死点Ｌｕ）に向かって上昇する。このようにピストン５１２が上死点から下死点に向かって移動される際には、管５０２内の流体容積が縮小されることから、液面５２０が上昇するにつれて接続管部５１８内の圧力Ｐｍは上昇する（図６中の時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の期間の圧力Ｐｍ参照）。
【００１３】
液面５２０が上昇して加熱器５０４の高さ（液面５２０の上死点Ｌｕ）にまで達し、加熱器５０４近傍の液体が加熱器５０４によって気化されると、管５０２内の流体容積が膨張に転じる。ピストン５１２は、この流体容積の膨張に伴い、下死点から上死点に向かって移動される。このとき液面５２０は、図６に示すように、加熱器５０４近傍の位置から冷却器５０６下端近傍の位置（液面５２０の下死点Ｌｂ）にまで下降する。このようにピストン５１２が下死点から上死点に向かって移動する際（液体ピストンが上死点Ｌｕから下死点Ｌｂに向かって移動する際）には、管５０２内の流体容積が拡大されることから、液面５２０が下降するにつれて接続管部５１８内の圧力Ｐｍは低下する（図６中の時刻ｔ２と時刻ｔ４との間の期間の圧力Ｐｍ参照）。
【００１４】
液面５２０が冷却器５０６下端近傍の位置（液面５２０の下死点Ｌｂ）にまで下降して、管５０２内における冷却器５０６近傍の領域に加熱器５０４によって気化された蒸気が存在するようになると、冷却器５０６近傍の領域に位置する当該蒸気が冷却器５０６によって冷却されて液化される。
【００１５】
ピストン５１２が、このように圧力Ｐｍが低下している際に下降に転じて上死点から下死点に向かって移動し始めると、接続管部５１８内の圧力Ｐｍは再び上昇に転じる。また、ピストン５１２の下降と冷却器５０６による蒸気の液化とにより、液面５２０は再び冷却器５０６近傍の位置（液面５２０の下死点Ｌｂ）から加熱器５０４近傍の位置（液面５２０の上死点Ｌｕ）に向かって上昇する（図６中の時刻ｔ４と時刻ｔ５との間の期間の圧力Ｐｍ参照）。
【００１６】
ここで、接続管部５１８は、上述したように、管５０２における加熱器５０４と冷却器５０６との間の部分である。従って、接続管部５１８の温度Ｔｍは、加熱器５０４と冷却器５０６の影響により、加熱器５０４の温度Ｔｈと冷却器５０６の温度Ｔｃとの間の温度となる。
【００１７】
この場合、上述した接続管部５１８内の圧力Ｐｍは、図６に示すように、接続管部５１８の温度Ｔｍにおける管５０２内の流体の飽和蒸気圧Ｐｍｓより高い圧力となったり低い圧力になったりという形式で変動しうる。
【００１８】
接続管部５１８内の圧力Ｐｍが下降するのは、上述したように液面５２０が下降する際である。ここで、例えば、液面５２０が冷却器５０６下端近傍の位置（液面５２０の下死点Ｌｂ）にまで下降した際に、接続管部５１８の内壁面５１８ａに液滴５２２が付着しており、このときに接続管部５１８内の圧力Ｐｍが温度Ｔｍにおける飽和蒸気圧Ｐｍｓを下回ると（図６中の時刻ｔ３と時刻ｔ４との間の期間における圧力Ｐｍの変動参照）、液滴５２２は気化される。
【００１９】
しかし、この液滴５２２の気化は、液面５２０の下死点Ｌｂから液面５２０が上昇し始める直前に起こったものであるため、液面５２０を更に押し下げる作用（管５０２内の流体容積を膨張させる作用）をほとんど奏さない。
【００２０】
それにも拘わらず、液滴５２２が気化してなる蒸気は、冷却器５０６近傍に運ばれ、冷却器５０６により冷却され液化される。このことは、液滴５２２が気化してなる蒸気が管５０２内の流体容積の膨張にほとんど寄与しない熱を冷却器５０６近傍に運搬し、冷却器５０６に無駄な冷却をさせていることを意味する。従って、蒸気エンジン５００では、この液滴５２２が気化してなる蒸気によって大きな熱損失が生じていた。
【００２１】
そこで、本発明は、管内に封入された液体の加熱による気化と冷却による液化とを繰り返し実行することによって、管内の液体に流動変位を生じさせるよう構成された蒸気エンジンにおいて、熱効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するため、本発明の蒸気エンジンは、液体が封入された管と、該管内の液体を加熱する加熱器と、加熱器における加熱により液体が気化してなる蒸気を冷却する冷却器と、を有する。
【００２３】
そして、本発明の蒸気エンジンは、加熱器における加熱による液体の気化と冷却器における冷却による蒸気の液化とにより管内の液体に流動変位を発生させるよう構成されている。
【００２４】
ここで、「流動変位」とは、加熱器における加熱による液体の気化と冷却器における冷却による蒸気の液化とにより生じる管内の流体の容積膨張・収縮による液面変化のことである。
【００２５】
本発明の蒸気エンジンにおいては、加熱器と冷却器は、管がなす管路上に間隔をおいて配置されている。
そして、本発明の蒸気エンジンにおいては、管における加熱器と冷却器との間の部分である接続管部の内壁面の全体が撥水処理面として構成されている（以下、このように接続管部の内壁面を撥水処理面として構成する態様を単に「撥水処理構成」とも称する。）。
【００２６】
この場合、本発明によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、まず、例えば、管内の冷却器近傍部分と接続管部内はもとより加熱器近傍部分に至るまでの領域が液体で満たされた状態を想定する。本発明の蒸気エンジンでは、このような場合、加熱器によって管内の液体が加熱されて沸騰・気化することで管内の流体に容積膨張が起き、管内の加熱器近傍の部位に位置していた液体の液面が接続管部内を介して冷却器側に移動する。
【００２７】
本発明において撥水処理構成を採用した場合には、このように液体の液面が接続管部内を介して冷却器側に移動した際に接続管部の内壁面に付着した状態となる液滴（以下、この液滴のことを単に「液面移動後の接続管部付着液滴」とも称する。）の量を、接続管部の内壁面全体が撥水処理面とされていない場合に比べて、低減できる。
【００２８】
そして、この場合の蒸気エンジンでは、このように液面移動後の接続管部付着液滴の量を低減した分だけ、管内における液体の液面が上記のように冷却器側に移動した後に、管内の圧力が接続管部の温度における飽和蒸気圧を下回ったときに気化する、液面移動後の接続管部付着液滴の量を低減できる。
【００２９】
よって、この場合の蒸気エンジンによれば、このように液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減できる分だけ、従来に比べ、管内の流体容積の膨張にほとんど寄与しない熱を冷却器近傍に運搬してしまう現象の発生を抑制できる。そして、この場合の蒸気エンジンによれば、この抑制分だけ熱効率を向上できる。
【００３０】
また、本発明においては、上記のように撥水処理構成を採用するに当たって、接続管部の内壁面の全体を、撥水処理面として構成していることから、接続管部の内壁面の一部だけが撥水処理面として構成された場合に比べ、液面移動後の接続管部付着液滴の量を更に低減できる。
【００３１】
従って、本発明によれば、管内の液体の液面が上記のように冷却器側に移動した後に管内の圧力が接続管部の温度における飽和蒸気圧を下回ったときに気化する、液面移動後の接続管部付着液滴の量も、接続管部の内壁面の一部だけが撥水処理面として構成された場合に比べ、一層低減できる。
【００３２】
そして、このように液面移動後の接続管部付着液滴の気化量が一層低減できる分だけ、蒸気エンジンの熱効率を更に向上できる。
なお、上記の撥水処理面は、例えば、接続管部の内壁面を鏡面仕上げ処理してなるものであっても良いし、接続管部の内壁面に予め定めた材料を被覆することによって形成されたものであっても良い。
【００３３】
一方、本発明の蒸気エンジンにおいて、加熱器は、管の一部分に隣接して設けられ、当該管の一部分の内部の液体を加熱するよう構成されたものであっても良い。
そして、この場合の蒸気エンジンでは、加熱器に隣接する管の一部分（以下、この「加熱器に隣接する管の一部分」を「加熱器隣接管部」とも称する。）の管壁の厚さよりも接続管部の少なくとも一部分における管壁の厚さが薄くされていても良い（以下、このように加熱器隣接管部の管壁の厚さよりも接続管部の少なくとも一部分における管壁の厚さが薄くされる態様を単に「管壁薄化構成」とも称する。）。
【００３４】
この場合には、例えば、加熱器隣接管部の管壁の厚さと接続管部の管壁の厚さとを一致させた場合に比べ、加熱器から加熱器隣接管部あるいは外気を介して接続管部に伝達される熱量を低減できる。
【００３５】
これは、接続管部の少なくとも一部分の管壁の厚さが上記のように薄くされた分だけ、接続管部の体積（熱容量）が低下し、加熱器から加熱器隣接管部あるいは外気を介して接続管部に流入しうる総熱量が減少するからである。
【００３６】
そして、この場合の蒸気エンジンでは、このように加熱器から接続管部に伝達される総熱量を低減できる分だけ、接続管部から接続管部内の流体に伝達される総熱量を低減できる。その結果、このように総熱量を低減できる分だけ、液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減できる。
【００３７】
従って、この場合の蒸気エンジンでは、このように液滴の気化量を低減できる分だけ、従来に比べ、管内の流体容積の膨張にほとんど寄与しない熱を冷却器近傍に運搬してしまう現象の発生を抑制でき、この抑制分だけ熱効率を向上できる。
【００３８】
本発明において、上記のように管壁薄化構成を採用する場合には、接続管部の管壁全体の厚さが、加熱器隣接管部の管壁の厚さよりも薄くされていても良い。
このようにすれば、接続管部の管壁の一部分の厚さだけが加熱器隣接管部の管壁の厚さよりも薄くされた場合に比べ、加熱器から加熱器隣接管部あるいは外気を介して接続管部に伝達される総熱量を更に低減できる。
【００３９】
従って、この場合には、このように加熱器から接続管部に伝達される総熱量を更に低減できる分だけ、接続管部から接続管部内の流体に伝達される総熱量を更に低減できる。その結果、液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を更に低減できる。そして、この場合には、このように液面移動後の接続管部付着液滴の気化量が一層低減できる分だけ、蒸気エンジンの熱効率を更に向上できる。
【００４０】
一方、本発明の蒸気エンジンでは、加熱器が、加熱器隣接管部に隣接して設けられることで、加熱器隣接管部の内部の液体を加熱するよう構成されている場合には、接続管部が、加熱器隣接管部から分離した接続管部用部材を用いて構成されていても良い。
【００４１】
そして、この場合の蒸気エンジンでは、接続管部用部材と、加熱器隣接管部用の管部材とが、接続管部用部材と加熱器隣接管部用の管部材とを接合することにより、管における連続した部分として構成されていても良い（以下、このように分離された接続管部用部材と加熱器隣接管部用の管部材とを接合する態様を単に「分離管接合構成」とも称する。）。
【００４２】
この場合には、例えば、接続管部用部材と、加熱器隣接管部用の管部材とが、継ぎ目のない一体成形された管部材中の各部分として構成された場合に比べ、加熱器隣接管部を介して加熱器から接続管部に伝達される総熱量を低減できる。
【００４３】
接続管部用部材と、加熱器隣接管部用の管部材とを接合した際には、両部材間に継ぎ目ができる。このように両部材間に継ぎ目がある場合には、継ぎ目がない場合に比べ、加熱器隣接管部から接続管部用部材への熱伝達の効率が低下する。
【００４４】
この場合の蒸気エンジンでは、このように加熱器隣接管部から接続管部用部材への熱伝達の効率が低下する分だけ、加熱器（加熱器隣接管部）から接続管部用部材に伝達される総熱量を低減でき、接続管部から接続管部内の流体に伝達される総熱量を低減できる。その結果、このように総熱量を低減できる分だけ、液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減できる。
【００４５】
従って、この場合の蒸気エンジンでは、このように液滴の気化量を低減できる分だけ、管内の流体容積の膨張にほとんど寄与しない熱を冷却器近傍に運搬してしまう現象の発生を抑制でき、この抑制分だけ熱効率を向上できる。
【００４６】
本発明において、上記のように分離管接合構成を採用する場合には、接続管部用部材をなす材料の熱伝導率が、加熱器隣接管部用の管部材をなす材料の熱伝導率に比べて低くなるよう、接続管部用部材をなす材料と、加熱器隣接管部用の管部材をなす材料とが選択されていても良い。
【００４７】
このようにすれば、接続管部用部材をなす材料の熱伝導率が、加熱器隣接管部用の管部材をなす材料の熱伝導率と同じである場合（例えば、接続管部用部材をなす材料と加熱器隣接管部用の管部材をなす材料とが同じである場合）に比べ、加熱器（加熱器隣接管部）から接続管部に伝達される総熱量を更に低減できる。
【００４８】
従って、この場合には、このように加熱器（加熱器隣接管部）から接続管部に伝達される総熱量を更に低減できる分だけ、液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を更に低減できる。
【００４９】
そして、この場合には、このように液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を一層低減できる分だけ、蒸気エンジンの熱効率を更に向上できる。
一方、本発明の蒸気エンジンでは、接続管部の内部における液体の流動方向（以下、単に「接続管部流動方向」とも称する。）と、加熱器が設けられた管の部分の内部における液体の流動方向（以下、単に「加熱器管部流動方向」とも称する。）とが異なるよう構成されていても良い。
【００５０】
そして、この場合の蒸気エンジンは、加熱器と接続管部との間に空隙が存在するよう構成されていても良い（以下、このように接続管部流動方向と加熱器管部流動方向とが異なる場合に加熱器と接続管部との間に空隙が存在するよう構成する態様を単に「空隙配置構成」とも称する。）。
【００５１】
このようにすれば、接続管部流動方向と加熱器管部流動方向とが異なるよう構成されたこと（例えば、管における加熱器が設けられている部位と接続管部との間の箇所で管が屈曲していること）に対応して接続管部に加熱器が接した状態になる場合に比べ、加熱器と接続管部とが離れている分だけ、加熱器から接続管部への熱伝達の効率が低下する。
【００５２】
この場合の蒸気エンジンでは、このように加熱器から接続管部への熱伝達の効率が低下する分だけ、加熱器から接続管部に伝達される総熱量を低減でき、接続管部から接続管部内の流体に伝達される総熱量を低減できる。その結果、液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減できる。
【００５３】
従って、この場合の蒸気エンジンでは、接続管部流動方向と加熱器管部流動方向とが異なるよう構成された場合において、このように液滴の気化量を低減できる分だけ、管内の流体容積の膨張にほとんど寄与しない熱を冷却器近傍に運搬してしまう現象の発生を抑制でき、この抑制分だけ熱効率を向上できる。
【００５４】
本発明において、上記のように空隙配置構成を採用する場合には、加熱器と接続管部との間の空隙に断熱材が配置されていても良い。
このようにすれば、接続管部流動方向と加熱器管部流動方向とが異なるよう構成されたことに対応して接続管部に加熱器が接した状態になる場合に比べ、加熱器と接続管部との間に断熱材が介在している分だけ、加熱器から接続管部への熱伝達の効率が低下する。
【００５５】
そして、この場合には、このように熱伝達の効率が低下する分だけ、液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減できる。
従って、この場合には、このように液面移動後の接続管部付着液滴の気化量が低減できる分だけ、蒸気エンジンの熱効率を向上できる。
【００５６】
なお、上述した加熱器と接続管部との間の空隙に関しては、種々の態様が考えられるが、例えば、加熱器の一部分に凹部を形成することにより当該空隙が設けられるよう構成しても良い。
【００５７】
一方、本発明の蒸気エンジンは、上述した構成に加え、加熱器における加熱による液体の気化と冷却器における冷却による蒸気の液化とにより管内の液体に発生する流動変位を機械的エネルギとして取り出す出力部を更に備えていても良い。
【００５８】
このようにすれば、管内で発生する流動変位を種々の機械的エネルギとして好適に利用できる。
また、本発明の蒸気エンジンでは、加熱器は冷却器よりも上方に位置していても良い。
【００５９】
この場合は、例えば、管内の液体に作用する重力を利用すれば、上述した液面変化が好適に促進されるという効果が得られる。
ここで、加熱器が冷却器よりも上方に位置する場合としては、加熱器が冷却器の鉛直上方に位置する場合の他、加熱器が冷却器の斜め上方に位置する場合などが考えられる。
【００６０】
なお、本発明の蒸気エンジンでは、上述した液面の移動（流動変位）が起きるよう構成されている限り、加熱器と冷却器の位置関係は、上述したもの以外の位置関係であってもよい。例えば、加熱器と冷却器とは略同一の高さに位置していても良い。
【００６１】
また、本発明の蒸気エンジンは、上述した撥水処理構成を備えていればよく、撥水処理構成に加えて、上述した管壁薄化構成と分離管接合構成と空隙配置構成とのうちの１つ或いは２つ以上の構成を同時に備えていても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態をとり得る。
［実施例１］
［蒸気エンジン１の構成説明］
図１は、実施例１の蒸気エンジン１の概略構成を示す図である。
【００６３】
図１に示す如く、蒸気エンジン１は、水等の液体が予め定められた圧力状態で封入された管１０と、加熱器３０と、冷却器３２と、出力部１００と、を備えている。
管１０は、上下方向に延在する２つの上下方向延在管１２，１４と、２つの上下方向延在管１２，１４の下端部を連結する左右方向延在管１６と、からなる略Ｕ字状に形成されたパイプ状の容器である。
【００６４】
本実施例では、加熱器３０、冷却器３２、出力部１００が、管１０がなす管路上に、加熱器３０、冷却器３２、出力部１００の順に配置されている。加熱器３０と冷却器３２は、管１０がなす管路上に間隔をおいて配置されており、以下では、この間隔に対応する管１０の部分（管１０における加熱器３０と冷却器３２との間の部分）を接続管部２２と呼ぶ。
【００６５】
加熱器３０は、管１０内の液体を部分的に加熱して気化させるものであり、例えば、加熱用の熱交換器から構成される。また、冷却器３２は、加熱器３０の作用により液体が気化してなる蒸気を冷却して液化させるものであり、例えば、冷却用の熱交換器から構成される。
【００６６】
加熱器３０は、上下方向延在管１２の上端部１８近傍における当該上下方向延在管１２の外面に隣接して設けられている。加熱器３０は、上下方向延在管１２を介して当該上下方向延在管１２内部の液体を加熱する。なお、加熱器３０に隣接する上下方向延在管１２の一部分を以下、加熱器隣接管部２６とも称する。
【００６７】
また、冷却器３２は、上下方向延在管１２の外面における加熱器３０よりも下方の箇所に隣接して設けられている。冷却器３２は、上下方向延在管１２を介して当該上下方向延在管１２内部を冷却する。
【００６８】
出力部１００は、上下方向延在管１４の上端部２０内に連通するよう配置されたシリンダ１０２と、シリンダ１０２内を往復運動できるよう構成されたピストン１０４と、ピストン１０４に一端が連結された可動部１０６と、可動部１０６の他端に配置されたばね材１０８と、を備える。
【００６９】
この出力部１００において、可動部１０６には永久磁石（図示省略）が取り付けられている。また、該永久磁石に対向する位置には、コイル（図示省略）が配置されている。
ピストン１０４と可動部１０６は、上下方向延在管１４の上端部２０内に生じる液面変化を圧力変化として受けることで、直線的に往復駆動される。この往復駆動の際に、ピストン１０４は、管１０内の液体に面した状態で、管１０内側の一端である下端（下死点）と、管１０内側とは反対側の他端である上端（上死点）と、の間で往復駆動される。
【００７０】
そして、出力部１００では、この往復駆動に応じてコイルに起電力が発生し、その結果、発電がなされる。
また、本実施例では、接続管部２２の内壁面２２ａの全体が撥水処理面２２ｂとして構成されている。撥水処理面２２ｂの具体的態様としては、例えば、以下のものが考えられる。
（１）接続管部２２の内壁面２２ａに鏡面仕上げ処理を施すことで撥水処理面２２ｂを得る。
（２）接続管部２２の内壁面２２ａに予め定めた材料を被覆することによって撥水処理面２２ｂを得る。具体的には、例えば、金属製等の管として構成される接続管部２２の内壁面２２ａにＰＴＦＥ：ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標）等）などのフッ素系コーティング剤あるいはシリコーン樹脂を被覆することで撥水処理面２２ｂを形成しても良い。この場合には、接続管部２２の内壁面２２ａに対して陽極酸化やサンドブラストなどの手法により微細な凹凸を付けた後で、内壁面２２ａにフッ素系コーティング剤あるいはシリコーン樹脂を被覆することにより撥水処理面２２ｂを形成しても良い。また、接続管部２２の内壁面２２ａにフッ素化した微粒子（ＰＴＦＥ：ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標）等）など）を分散メッキ法にて付着させることで撥水処理面２２ｂを形成しても良い。
（３）接続管部２２の内壁面２２ａの表面積密度を比較的大きくすべく、当該内壁面２２ａを凹凸が形成された凹凸表面とすることで撥水処理面２２ｂを得る。この場合は、接続管部２２の内壁面２２ａの表面積密度が加熱器隣接管部２６の内壁面の表面積密度より大きくなるよう、内壁面２２ａを凹凸表面とすることが望ましい。なお、ここでいう表面積密度とは、接続管部２２（あるいは加熱器隣接管部２６）の単位体積に含まれる内壁面表面積のことをいう。換言すれば、接続管部２２の内壁面２２ａの表面積密度は、接続管部２２の内壁面２２ａ全体の表面積を接続管部２２全体の体積で除して得られる値であり、加熱器隣接管部２６の内壁面の表面積密度は、加熱器隣接管部２６の内壁面全体の表面積を加熱器隣接管部２６全体の体積で除して得られる値である。
（４）接続管部２２の内壁面２２ａに針状の先端が尖った凸部を多数形成して当該内壁面２２ａを凹凸表面とすることで撥水処理面２２ｂを得る。この場合、内壁面２２ｂ表面の凸部の突出長さのオーダーは、数十ｎｍ〜数百μｍであることが望ましい。
【００７１】
［蒸気エンジン１の作動説明］
このように構成された本実施例の蒸気エンジン１は、加熱器３０と冷却器３２を動作させることにより駆動される。
【００７２】
具体的には、上下方向延在管１２内の液体が、上下方向延在管１２内の冷却器３２近傍部分と接続管部２２内はもとより加熱器３０近傍部分に至るまでの領域を満たし、当該液体の液面が上下方向延在管１２内の加熱器３０近傍の上死点Ｌｕに位置していると、加熱器３０によって上下方向延在管３０内の加熱器３０近傍の部位に位置する液体が加熱されて沸騰・気化する。
【００７３】
管１０内の流体には、この沸騰・気化により容積膨張が起きる。具体的には、この沸騰・気化により上下方向延在管１２内の上部に高温・高圧の蒸気が蓄積されて、上下方向延在管１２内の液体の液面が冷却器３２近傍の下死点Ｌｂにまで押し下げられる。
【００７４】
すると、管１０内の液体からなる液体ピストンは上下方向延在管１２内側から上下方向延在管１４内側へと流動変位して、出力部１００のピストン１０４を上死点側へと押し上げる。
【００７５】
次に、上下方向延在管１２内の液体の液面が下死点Ｌｂに位置し、上下方向延在管１２内における冷却器３２近傍の領域に加熱器３０によって気化された蒸気が存在するようになると、冷却器３２近傍の領域に位置する当該蒸気が冷却器３２によって冷却されて液化される。
【００７６】
管１０内の流体には、このとき容積収縮が起きる。具体的には、上下方向延在管１２内の上部に蓄積されていた蒸気が液化することに伴い、管１０内の液体からなる液体ピストンは上下方向延在管１４内側から上下方向延在管１２内側へと流動変位して、出力部１００のピストン１０４が下死点側へと下降される。
【００７７】
本実施例の蒸気エンジン１では、上述した流動変位を繰り返し発生させることで、ピストン１０４と可動部１０６の往復運動を継続させ、これにより、発電を行う。
［蒸気エンジン１による作用・効果の説明］
本実施例の蒸気エンジン１では、上述したように、接続管部２２の内壁面２２ａの全体が撥水処理面２２ｂとして構成されている。
【００７８】
従って、本実施例によれば、上記のように、上下方向延在管１２内の加熱器３０近傍の部位に位置する液体が加熱されて沸騰・気化することに伴い、上下方向延在管１２内の液体の液面が上死点Ｌｕから下死点Ｌｂまで押し下げられた際に接続管部２２の内壁面２２ａに付着した状態になる液滴（以下、単に「液面移動後の接続管部付着液滴」とも称する。）の量を、接続管部２２の内壁面２２ａ全体が撥水処理面２２ｂとされていない場合に比べて、低減できる。
【００７９】
そして、本実施例の蒸気エンジン１では、このように液面移動後の接続管部付着液滴の量を低減した分だけ、上下方向延在管１２内の液体の液面が上死点Ｌｕから下死点Ｌｂまで押し下げられた後に、管１０内の圧力が接続管部２２の温度における飽和蒸気圧を下回ったときに気化する液面移動後の接続管部付着液滴の量を低減できる。
【００８０】
よって、本実施例の蒸気エンジン１によれば、このように液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減できる分だけ、従来に比べ、管１０内の流体容積の膨張にほとんど寄与しない熱を冷却器３２近傍に運搬してしまう現象の発生を抑制できる。そして、本実施例の蒸気エンジン１によれば、この抑制分だけ熱効率を向上できる。
【００８３】
［実施例２］
次に、実施例２について説明する。
【００８４】
尚、上記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図２は、実施例２の蒸気エンジン１Ａの概略構成を示す図である。
本実施例（実施例２）が上記実施例１と異なるのは、接続管部２２が接続管部２４に置き換えられた点だけである。なお、接続管部２４の内壁面は、実施例１における接続管部２２の内壁面２２ａと同様の撥水処理面として構成されている。
【００８５】
本実施例では、加熱器３０に隣接する上下方向延在管１２の一部分（加熱器隣接管部）２６の管壁厚さに比べて、接続管部２４の管壁全体の厚さが薄くなるよう構成されている。
【００８６】
従って、実施例２の蒸気エンジン１Ａによれば、加熱器隣接管部２６の管壁厚さと接続管部２４の管壁厚さとを一致させた場合に比べ、加熱器３０から加熱器隣接管部２６あるいは外気を介して接続管部２４に伝達される総熱量を低減できる。
【００８７】
そして、本実施例では、このように加熱器３０から接続管部２４に伝達される総熱量を低減できる分だけ、接続管部２４から接続管部２４内の流体に伝達される総熱量を低減でき、液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減できる。
【００８８】
従って、この場合の蒸気エンジンでは、このように液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減できる分だけ、従来に比べ、管１０内の流体容積の膨張にほとんど寄与しない熱を冷却器３２近傍に運搬してしまう現象の発生を抑制でき、この抑制分だけ熱効率を向上できる。
【００８９】
なお、本実施例では、接続管部２４の管壁全体の厚さが加熱器隣接管部２６の管壁厚さに比べて薄くなるよう構成されたが、接続管部２４の一部分の管壁厚さが加熱器隣接管部２６の管壁厚さに比べて薄くなるよう構成されても良い。
【００９０】
この場合においても、接続管部２４の一部分の管壁厚さを加熱器隣接管部２６の管壁厚さに比べて薄くした分だけ、加熱器３０から加熱器隣接管部２６あるいは外気を介して接続管部２４に伝達される総熱量を低減できる。
【００９１】
そして、このように総熱量を低減できる分だけ、接続管部２４から接続管部２４内の流体に伝達される総熱量を低減でき、この低減分だけ蒸気エンジン１Ａの熱効率を向上できる。
［実施例３］
次に、実施例３について説明する。
【００９２】
尚、上記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図３は、実施例３の蒸気エンジン１Ｂの概略構成を示す図である。
本実施例（実施例３）が上記実施例１と異なるのは、次に述べる点である。
【００９３】
すなわち、本実施例の蒸気エンジン１Ｂの管１０Ｂは、上下方向延在管１２の上端に上下方向延在管１２の延在方向とは異なる一方向に延びる内壁面４２を有する異方向延在管４０を有する点で、実施例１の蒸気エンジン１と異なる。本実施例において、異方向延在管４０の外面部は、異方向延在管４０内の液体を異方向延在管４０を介して加熱して気化させるための加熱器３０Ｂとして構成されている。
【００９４】
また、本実施例と実施例１とでは、接続管部２２が接続管部２８に置き換えられた点でも異なる。接続管部２８の内壁面は、実施例１における接続管部２２の内壁面２２ａと同様の撥水処理面として構成されている。
【００９５】
異方向延在管４０の内壁面４２の延在方向は特定のものに限定されないが、本実施例では、上下方向に延在する上下方向延在管１２の内壁面に対して異方向延在管４０の内壁面４２は側方（図３では左方向）に延びている。
【００９６】
従って、本実施例の蒸気エンジン１Ｂでは、接続管部２６の内部における液体の流動方向（以下、単に「接続管部流動方向」とも称する。）Ｆａと、加熱器３０Ｂが設けられた管１０Ｂの部分（異方向延在管４０）の内部における液体の流動方向（以下、単に「加熱器管部流動方向」とも称する。）Ｆｂとが異なる。なお、本実施例では、実施例１の上死点Ｌｕに対応する部位が異方向延在管４０内の上死点ＬｕＢとなるよう構成されている。
【００９７】
更に、加熱器３０Ｂとしても機能する異方向延在管４０の接続管部２８側の端部には凹部４４が設けられている。よって、加熱器３０Ｂ（異方向延在管４０）と接続管部２８との間には凹部４４による空隙４６が存在するようになっている。
【００９８】
つまり、接続管部流動方向と加熱器管部流動方向とが本実施例のように異なっている場合には、通常は、特に、管１０Ｂの屈曲部位の屈曲方向側縁部（本実施例では、加熱器３０Ｂ（異方向延在管４０）と接続管部２８との境界部の左側縁部）４８において、加熱器３０Ｂ（異方向延在管４０）と接続管部２８とが接した状態になりうる。
【００９９】
しかし、本実施例では、屈曲方向側縁部４８に相当する部位を含む、加熱器３０Ｂ（異方向延在管４０）の接続管部２８側の端部と接続管部２８との間に空隙４６が存在している。
【０１００】
従って、本実施例の蒸気エンジン１Ｂによれば、加熱器３０Ｂ（異方向延在管４０）と接続管部２８とが接した状態になる場合に比べ、加熱器３０Ｂ（異方向延在管４０）と接続管部２８とが離れている分だけ、加熱器３０Ｂ（異方向延在管４０）から接続管部２８への熱伝達の効率が低下する。
【０１０１】
蒸気エンジン１Ｂでは、このように加熱器３０Ｂ（異方向延在管４０）から接続管部２８への熱伝達の効率が低下する分だけ、加熱器３０Ｂ（異方向延在管４０）から接続管部２８に伝達される総熱量を低減でき、接続管部２８から接続管部２８内の流体に伝達される総熱量を低減できる。
【０１０２】
その結果、蒸気エンジン１Ｂによれば、加熱器３０Ｂ（異方向延在管４０）と接続管部２８とが接した状態になる場合に比べ、液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減できる。
【０１０３】
従って、本実施例の蒸気エンジン１Ｂでは、このように液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減できる分だけ、管１０Ｂ内の流体容積の膨張にほとんど寄与しない熱を冷却器３２近傍に運搬してしまう現象の発生を抑制でき、この抑制分だけ熱効率を向上できる。
【０１０４】
なお、実施例３では、異方向延在管４０の内壁面の延在方向を、上下方向延在管１２の延在方向とは異なる一方向としたが、上下方向延在管１２の延在方向とは異なる複数方向としても良い。
【０１０５】
例えば、異方向延在管４０としては、図４に示す異方向延在管５０を用いても良い。
異方向延在管５０は、略円形の横断面を持つ円筒状の部分である。具体的には、異方向延在管５０は、下側管部５２と、中央介在板５４と、上側管部５６とを有する。
【０１０６】
下側管部５２は、当該下側管部５２の上面に設けられた略円形の窪み部５２ａと、窪み部５２ａの中央に窪み部５２内と接続管部２６内とを連通させる上下方向貫通孔として設けられた貫通孔５２ｂとを有する。
【０１０７】
中央介在板５４は、下側管部５２の上面に窪み部５２ａを塞ぐように積層される板状部材であり、当該中央介在板５４の周縁部近傍の複数個所に当該中央介在板５４を上下方向に貫通する貫通孔５４ａを備えている。
【０１０８】
上側管部５６は、中央介在板５４の上面に貫通孔５４ａを覆うように積層される部材であり、当該上側管部５６の下面には窪み部５６ａが設けられている。
異方向延在管５０の外面部は、異方向延在管４０の場合と同様に、異方向延在管５０内の液体を異方向延在管５０を介して加熱して気化させるための加熱器３０Ｃとして構成されている。
【０１０９】
異方向延在管５０を用いた場合、異方向延在管５０内に流入する液体は、下側管部５２と中央介在板５４との間の空間を略水平の種々の方向に流動する。この場合も、接続管部流動方向Ｆａ（上下方向）と、加熱器３０Ｃが設けられた管１０Ｂの部分（異方向延在管５０）の内部における液体の流動方向（略水平の種々の方向；加熱器管部流動方向）とが異なる。異方向延在管５０を用いる場合、実施例１の上死点Ｌｕに対応する部位は、例えば、異方向延在管５０内の上死点ＬｕＣとなる。
【０１１０】
この場合の蒸気エンジン１Ｂでも、加熱器３０Ｃ（異方向延在管５０）の接続管部２８側の端部には、凹部４４と同様の機能を有する凹部５２ｃが設けられている。よって、加熱器３０Ｃ（異方向延在管５０）と接続管部２８との間には凹部５２ｃによる空隙５２ｄが存在するようになっている。
【０１１１】
従って、この場合の蒸気エンジン１Ｂにおいては、加熱器３０Ｃ（異方向延在管５０）と接続管部２８とが接した状態になる場合に比べ、加熱器３０Ｃ（異方向延在管５０）と接続管部２８とが離れている分だけ、加熱器３０Ｃ（異方向延在管５０）から接続管部２８に伝達される総熱量を低減できる。
【０１１２】
その結果、この場合の蒸気エンジン１Ｂにおいても、加熱器３０Ｃ（異方向延在管５０）と接続管部２８とが接した状態になる場合に比べ、接続管部付着液滴の気化量を低減でき、この低減分だけ、熱効率を向上できる。
【０１１３】
なお、実施例３では、加熱器３０Ｂ，３０Ｃ（異方向延在管４０，５０）の接続管部２８側の端部と接続管部２８との間に空隙４６，５２ｄが存在するよう蒸気エンジン１Ｂを構成したが、空隙４６，５２ｄには空気と同様の熱伝導率を有する空気以外の介在物（熱伝導率が0.025W/m・K程度の介在物）を介在させても良い。この場合も、実施例３と同様の作用効果が得られる。
【０１１４】
また、蒸気エンジン１Ｂの構成上、空隙４６，５２ｄに断熱材６０を介在させる必要がある場合には、このように断熱材６０を介在させる構成を採用しても良い。
この場合には、加熱器３０Ｂ，３０Ｃ（異方向延在管４０，５０）と接続管部２６との間に断熱材６０が介在している分だけ、加熱器３０Ｂ，３０Ｃ（異方向延在管４０，５０）と接続管部２６とが直接接した状態になる場合に比べ、加熱器３０Ｂ，３０Ｃ（異方向延在管４０，５０）から接続管部２６に伝達される総熱量を低減できる。
【０１１５】
従って、この場合においても、加熱器３０Ｂ，３０Ｃ（異方向延在管４０，５０）と接続管部２６とが直接接した状態になる場合に比べ、液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減でき、この低減分だけ、熱効率を向上できる。
【０１１６】
なお、断熱材６０としては、種々の態様のものが考えられる。例えば、フッ素樹脂（４フッ化エチレン等）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂を用いて構成された樹脂製断熱材、グラスウール、あるいはセラミックス（アルミナ等）を用いて構成された断熱材などが断熱材６０として採用しうる。断熱材６０の熱伝導率は、例えば、0.5W/m・K以下であることが望ましい。
［その他］
実施例１の蒸気エンジン１においては、接続管部２２の管壁厚さが、実施例２の場合と同様に、加熱器隣接管部２６の管壁厚さに比べて薄くなるよう構成されていても良い。
【０１１７】
この場合には、実施例１に関して上述した作用効果と実施例２に関して上述した作用効果との相乗的作用効果により、蒸気エンジン１の熱効率が更に向上される。
また、実施例１の接続管部２２（上記のように、加熱器隣接管部２６の管壁厚さに比べて接続管部２２の管壁厚さが薄くなるよう構成した場合も含む。）、あるいは、実施例２の接続管部２４は、加熱器隣接管部２６から分離した接続管部２２，２４用部材を用いて構成されていても良い。
【０１１８】
この場合には、接続管部２２，２４用部材と、加熱器隣接管部２６用の管部材とが、例えば、溶接、ねじ止め用治具を用いること等により接合されることにより、管１０における連続した部分として構成される。
【０１１９】
このように蒸気エンジン１，１Ａを構成した場合には、接続管部２２，２４用部材と、加熱器隣接管部２６用の管部材との間に継ぎ目ができる。このように継ぎ目ができる場合には、継ぎ目ができない場合（接続管部２２，２４用部材と、加熱器隣接管部２６用の管部材とが、継ぎ目のない一体成形された管部材中の各部分として構成された場合）に比べ、加熱器隣接管部２６から接続管部２２，２４用部材への熱伝達の効率が低下する。
【０１２０】
この場合には、このように熱伝達の効率が低下する分だけ、加熱器３０（加熱器隣接管部２６）から接続管部２２，２４用部材に伝達される総熱量を低減でき、接続管部２２，２４から接続管部２２，２４内の流体に伝達される総熱量を低減できる。その結果、このように総熱量を低減できる分だけ、液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減できる。
【０１２１】
従って、この場合の蒸気エンジン１，１Ａでは、このように液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減できる分だけ、管１０内の流体容積の膨張にほとんど寄与しない熱を冷却器３２近傍に運搬してしまう現象の発生を抑制でき、この抑制分だけ熱効率を向上できる。
【０１２２】
なお、この場合、接続管部２２，２４用部材をなす材料の熱伝導率は、加熱器隣接管部２６用の管部材をなす材料の熱伝導率に比べて低くなるよう、接続管部２２，２４用部材をなす材料と、加熱器隣接管部２６用の管部材をなす材料とが選択されていることが望ましい。
【０１２３】
このようにすれば、加熱器３０（加熱器隣接管部２６）から接続管部２２，２４用部材に伝達される総熱量を一層低減できるため、液面移動後の接続管部付着液滴の気化量も一層低減できる。従って、この場合には、このように液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を一層低減できる分だけ、蒸気エンジン１，１Ａの熱効率を更に向上できる。
【０１２４】
また、実施例１，２の蒸気エンジン１，１Ａ（実施例１の蒸気エンジン１においては、加熱器隣接管部２６の管壁厚さに比べて接続管部２２の管壁厚さを薄くする態様も含む。）においては、加熱器隣接管部２６内と接続管部２２，２４内とで液体の流動方向が異なるよう、上下方向延在管１２が、加熱器隣接管部２６と接続管部２２，２４との間の部位で屈曲していても良い。
【０１２５】
この場合、加熱器３０の接続管部２２，２４側の端部と接続管部２２，２４との間に空隙が存在するよう、上下方向延在管１２が屈曲されていれば、実施例３と同様の作用効果により、加熱器３０の接続管部２２，２４側の端部と接続管部２２，２４とが接している場合に比べ、蒸気エンジン１，１Ａの熱効率が向上されることになる。
【０１２６】
また、実施例１，２の蒸気エンジン１，１Ａ（実施例１の蒸気エンジン１においては、加熱器隣接管部２６の管壁厚さに比べて接続管部２２の管壁厚さを薄くする態様も含む。）においては、加熱器隣接管部２６用の管部材をなす材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する低熱伝導率材６２（図１、２参照）を接続管部２２，２４の外周面に配置しても良い。
【０１２７】
このようにすれば、低熱伝導率材６２を配置しない場合に比べ、加熱器３０から外気等を介して接続管部２２，２４に流入する総熱量を低減でき、液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を低減できる。従って、この場合には、このように液面移動後の接続管部付着液滴の気化量を一層低減できる分だけ、蒸気エンジン１，１Ａの熱効率を向上できる。
【０１２８】
なお、低熱伝導率材６２は、接続管部２２，２４の外周面の他、接続管部２２，２４の内壁面、あるいは接続管部２２，２４の内部に設けても良く、この場合においても、低熱伝導率材６２を接続管部２２，２４の外周面に設ける場合と略同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】実施例１の蒸気エンジンの概略構成を示す図である。
【図２】実施例２の蒸気エンジンの概略構成を示す図である。
【図３】実施例３の蒸気エンジンの概略構成を示す図である。
【図４】実施例３の変形例にかかる蒸気エンジンの異方向延在管周辺の概略構成を示す図である。
【図５】従来の蒸気エンジンの概略構成を示す図である。
【図６】図５中の破線楕円部の部分拡大図を用いて従来の蒸気エンジンで生じる問題を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１，１Ａ，１Ｂ…蒸気エンジン、１０，１０Ｂ…管、１２，１４…上下方向延在管、１６…左右方向延在管、１８…上端部、２０…上端部、２２，２４，２８…接続管部、２２ａ…内壁面、２２ｂ…撥水処理面、２６…加熱器隣接管部、３０，３０Ｂ，３０Ｃ…加熱器、３２…冷却器、４０，５０…異方向延在管、４４，５２ｃ…凹部、４６，５２ｄ…空隙、６０…断熱材、６２…低熱伝導率材、１００…出力部、１０２…シリンダ、１０４…ピストン、１０６…可動部、１０８…ばね材
【図１】
0004706522.tif 000002
【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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