(57)【要約】【課題】  容器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、容器内の液体に自励振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。【解決手段】  蒸気エンジン１は、液体が封入された容器１０と、加熱器３０と、冷却器３２と、加減圧部４０と、出力部１００と、を備える。容器１０は、外管１２と、内管２２とを有し、外管１２は、内部に内管２２が配置された上下方向延在管１４を有する。内管２２の上端部近傍の側面部分には、内管２２の内部と外部とを連通させる供給口２６が設けられる。加熱器３０は、上下方向延在管１４の上端部１６近傍の外面に設けられ、冷却器３２は、上下方向延在管１４の外面における加熱器３０よりも下方の箇所に設けられる。加減圧部４０は、内管２２内に位置する液体に圧力変化を付与する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が封入された容器と、
前記容器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、を有し、
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容器内の液体に自励振動変位を発生させる蒸気エンジンであって、
前記容器は、
上方に閉塞された上端部を有し、上下方向に延在する上下方向延在外管部を有する外管と、
前記上下方向延在外管部の内部に上下方向に延在するよう設けられ、前記外管内と連通する開口部を有する内管と、を有し、
前記加熱器は、前記上下方向延在外管部の上端部近傍における前記上下方向延在外管部の外面に設けられ、
前記冷却器は、前記加熱器よりも下方における前記外管の外面に設けられ、
前記内管内の液体に圧力変化を付与する加減圧手段が設けられ、
前記内管の上方における前記加熱器近傍の箇所には、前記加減圧手段によって前記内管内の液体に付与される圧力が増加された際に、前記内管内の液体が前記内管と前記上下方向延在外管部との間の領域に押し出されるよう供給口が設けら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、
前記内管の上方における前記加熱器近傍の箇所に前記供給口が複数設けられたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記内管の上端部は、前記上下方向延在外管部の上端部内壁面に設置され、
前記供給口は、前記内管の上下方向に延在する側面における上端部に設けられたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記上下方向延在外管部の内壁面のうち、少なくとも前記加熱器近傍の箇所は親水性を有するよう構成されたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記内管の外壁面のうち、少なくとも前記加熱器近傍の箇所は撥水性を有するよう構成されたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記内管は、断熱性を有するよう構成されたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記内管は、前記上下方向延在外管部よりも熱伝導率が低くなるよう構成されたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記加減圧手段によって前記内管内の液体に付与される圧力が比較的低くされたときに前記内管内の全体に液体が充填された状態となるよう構成されたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記加減圧手段によって前記内管内の液体に付与される圧力が比較的低くされ、前記供給口からの液体の押し出しがない状態では、前記内管と前記上下方向延在外管部との間の領域における液面が、前記加熱器よりも下方に位置するよう構成されたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記冷却器は、前記内管の下端部よりも上方における前記上下方向延在外管部の外面に設けられたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記加減圧手段は、
前記内管内で上下方向に往復運動することで前記内管内の液体に圧力変化を付与する可動子と、
前記可動子を前記内管内で上下方向に往復運動させる駆動手段と、
を備えたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１２】
請求項１１に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記可動子は、磁性体を備え、
前記駆動手段は、前記可動子を磁力によって往復運動させることを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１３】
請求項１２に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記駆動手段は、
前記上下方向延在外管部における上下方向に沿う側面を包囲する環状の励磁コイルを備え、該励磁コイルを用いて前記内管内に磁束を形成し、前記可動子を磁力によって往復運動させることを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１４】
請求項１３に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記可動子には、前記内管と前記上下方向延在外管部との間の領域に挿入配置される挿入部材が設けられ、該挿入部材は磁性体を備えることを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１５】
請求項１４に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記駆動手段は、
前記励磁コイル外周に覆設され、前記励磁コイルが通電された際に、前記上下方向延在外管部の外壁面に対向する部分に磁極が形成されるよう構成された固定子部材を更に備えたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１６】
請求項１４に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記挿入部材は、
前記磁性体として、永久磁石を備えることを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１７】
請求項１１〜１６のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記可動子には、当該可動子を予め定められた位置に保持するよう付勢するバネ材が取り付けられたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１８】
請求項１〜１０のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記加減圧手段は、
前記供給口より下方の前記内管内の液体を加熱することで、前記内管内の液体の圧力を上昇させ、前記供給口を介して前記内管内の液体を前記内管と前記上下方向延在外管部との間の領域に押し出させる加熱加圧部を備えたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記容器内の液体に発生する自励振動変位に応じて駆動されるエネルギ取り出し用駆動部を備えたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項２０】
請求項１９に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記エネルギ取り出し用駆動部は、
前記容器内の液体に発生する自励振動変位に応じて往復駆動されるエネルギ取り出し用可動部を有することを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項２１】
請求項２０に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記エネルギ取り出し用可動部の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段による検出結果に基づき、前記加減圧手段の制御を行なう制御手段と、
を備えたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項２２】
請求項１〜１０のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記容器内の液体に発生する自励振動変位に応じて駆動されるエネルギ取り出し用駆動部を備え、
該エネルギ取り出し用駆動部は、前記容器内の液体に発生する自励振動変位に応じて往復駆動されるエネルギ取り出し用可動部を有し、
前記加減圧手段は、
前記内管内で上下方向に往復運動することで前記内管内の液体に圧力変化を付与する可動子と、
前記可動子と前記エネルギ取り出し用可動部とを連結するバネ材と、
を備えたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記加減圧手段は、
当該加減圧手段により前記内管内の液体に付与される圧力が比較的低くされたときには開状態とされ、前記内管外の液体の前記内管内への流入を許容する一方、当該加減圧手段により前記内管内の液体に付与される圧力が比較的高くされたときには閉状態とされ、前記内管外の液体の前記内管内への流入を妨げる一方向弁を備えたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項２４】
請求項１１〜１７，２２のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記可動子は、
上下方向に当該可動子を貫通してなる液体供給穴を備え、
該液体供給穴は、
前記可動子の下方への移動により前記内管内の液体に付与される圧力が比較的低くされたときには開状態とされ、前記内管外の液体の前記内管内への流入を許容する一方、前記可動子の上方への移動により前記内管内の液体に付与される圧力が比較的高くされたときには閉状態とされ、前記内管外の液体の前記内管内への流入を妨げる一方向弁を備えた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、容器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、容器内の液体に自励振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、例えば、特許文献１に開示されているように、流体の気化と液化を繰り返し発生させることでエネルギを取り出せるよう構成された装置があることが知られている。
この装置では、加熱室内に封入した揮発性流体を加熱して気化させ、気化した流体を上下方向に配置した導管を通して上昇させる。そして、上昇した箇所に設けられた冷却室では気化状態の流体を冷却して液化させる。液化した流体は導管を介して下降し加熱室内に戻る。この装置では、この様にして装置内で発生する流体循環中に磁性体等の物体を配置し、それにより、当該物体の移動を誘起させる。そして、それにより外部に配置したコイルに起電力を生じさせて電気エネルギの取り出しを行う。
【特許文献１】特開平７−１８０６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、本出願人は、容器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、容器内の液体に自励振動変位を生じさせ、その自励振動変位から例えば駆動力を取り出して発電等を行なえるよう構成された蒸気エンジンにつき特許出願を行なった（特願２００２−２４５１６５）。
【０００４】
この蒸気エンジン５００は、例えば、図７に示す構成を有している。
すなわち、蒸気エンジン５００は、環状の流体通路を有する流体容器５０２と、流体容器５０２内の流体を加熱する加熱器５０４と、加熱器５０４よりも上方に配置され、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。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。ピストン５１２は、流体容器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。
【０００５】
この蒸気エンジン５００では、加熱器５０４にて流体容器５０２内の液体が加熱されて沸騰・気化すると、流体容器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、上方に移動し、冷却器５０６にて冷却されて液化される。このとき、流体容器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、このようにして流体容器５０２内に生ずる流体容積の膨張・収縮による液面変化（自励振動変位）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。
【０００７】
しかし、このように構成された蒸気エンジン５００では、熱効率が不十分であるという問題があった。
つまり、この蒸気エンジン５００では、加熱器５０４における加熱により気化してなる蒸気が上方に移動すると、該蒸気の真下に位置していた液体状態の流体が、加熱器５０４によって加熱されながらも気化される程の加熱を受ける前の液体の状態で加熱器５０４を通過し、上方に流動する場合があった。
【０００８】
加熱器５０４を通過する流体に加熱による温度上昇が起きても該流体が気化されるに至らなければ、流体状態のまま加熱器５０４を通過した流体に付与した熱エネルギが、流体容器５０２内の流体容積の膨張に寄与することはなく、また、ピストン５１２と可動部５１４の上下運動に使われることもない。
【０００９】
従って、蒸気エンジン５００においては、このように無駄に消費される熱エネルギが存在する分だけ熱効率が不十分であるという問題があった。
そこで、本発明は、容器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、容器内の液体に自励振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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の蒸気エンジンは、液体が封入された容器と、該容器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。
【００１１】
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容器内の液体に自励振動変位を発生させるよう構成されている。
【００１２】
ここで、「自励振動変位」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容器内の流体の容積膨張・収縮による液面変化のことである。
【００１３】
この蒸気エンジンにおいて、容器は、上方に閉塞された上端部を有し、上下方向に延在する上下方向延在外管部を有する外管と、上下方向延在外管部の内部に上下方向に延在するよう設けられ、外管内と連通する開口部を有する内管と、を有する。
【００１４】
また、加熱器は、上下方向延在外管部の上端部近傍における上下方向延在外管部の外面に設けられ、冷却器は、加熱器よりも下方における外管の外面に設けられている。
更に、この蒸気エンジンには、内管内の液体に圧力変化を付与する加減圧手段が設けられている。また、内管の上方における加熱器近傍の箇所には、加減圧手段によって内管内の液体に付与される圧力が増加された際に、内管内の液体が内管と上下方向延在外管部との間の領域に押し出されるよう供給口が設けられている。
【００１５】
本発明の蒸気エンジンにおいては、加減圧手段によって内管内の液体に付与される圧力が増加されると、内管内の液体が供給口を介して内管と上下方向延在外管部との間の領域に押し出される。供給口は加熱器近傍に設けられているため、供給口から押し出された液体は加熱器により加熱され気化される。その結果、気化に伴う流体の容積膨張により、容器内の流体に容積膨張が起きる。
【００１６】
本発明の蒸気エンジンにおいて、加熱器によって気化されてなる蒸気のうち下方に位置する部分は、気化による容積膨張に伴い、加熱器の配置箇所よりも下方に延びていき、冷却器の配置された高さ位置に至る。そして、このように冷却器の高さ位置に至った蒸気の部分が冷却され液化されると、液化に伴う流体の容積収縮により、容器内の流体に容積収縮が起きる。
【００１７】
本発明の蒸気エンジンにおいては、このようにして容器内の液体に自励振動変位が起きる。
そして、本発明では、上記のように加熱器による液体の気化が内管と上下方向延在外管部との間の領域の上端部近傍の箇所で起きるため、加熱器によって気化されてなる蒸気が加熱器近傍の箇所を上方に通過していくことは防がれる。
【００１８】
よって、気化してなる蒸気の真下など該蒸気に隣接する箇所に位置する液体が加熱器によって加熱されながらも気化される程の加熱を受ける前の液体の状態で加熱器近傍の箇所を上方に通過していくといった現象の発生は抑制される。
【００１９】
従って、本発明の蒸気エンジンによれば、このような現象の発生が抑制される分だけ、従来に比べ、熱効率が向上される。
また、本発明では、加熱器が、内管と上下方向延在外管部との間の領域に位置する液体に熱付与を行ない、該液体の気化を行なう。
【００２０】
よって、本発明によれば、上下方向延在外管部内の中心部分など、上下方向延在外管部の外面に設けられた加熱器から比較的遠い箇所に位置する液体を加熱して気化させなければならなかった蒸気エンジン500の構成に比べ、加熱対象の液体の気化を効率良く行なえる。そして、その分だけ、当該蒸気エンジンの熱効率が向上される。
【００２１】
本発明においては、内管の上方における加熱器近傍の箇所に供給口が複数設けられていてもよい。
このようにすれば、供給口が１つの場合に比べ、複数の供給口を設けたことに伴う供給口断面積合計が増えた分だけ、比較的多量の液体が比較的短時間のうちに内管と上下方向延在外管部との間の領域に押し出されるようにすることができる。
【００２２】
そして、この場合には、比較的短時間のうちに比較的多量の液体を加熱器により気化できることから、供給口が１つの場合に比べ、当該蒸気エンジンにより引き起こされる自励振動変位の周波数を比較的高めにすることなども可能になる。
【００２３】
本発明の蒸気エンジンでは、内管の上端部は、上下方向延在外管部の上端部内壁面に設置され、供給口は、内管の上下方向に延在する側面における上端部に設けられていても良い。
【００２４】
このようにすれば、内管内から供給口を通って押し出される液体が上下方向延在外管部の内壁面を上端から伝って下方に流れて行くことになる。この場合においては、このように液体が流れていく分だけ、該液体が、比較的長い時間、上下方向延在外管部の上端部近傍に位置する加熱器により加熱されることになる。よって、この場合においては、供給口から押し出された液体がより確実に気化されることになり、その分だけ、当該蒸気エンジンの熱効率が向上される。
【００２５】
本発明においては、上下方向延在外管部の内壁面のうち、少なくとも加熱器近傍の箇所は親水性を有するよう構成されていても良い。
このようにすれば、このような構成を有さない場合に比べ、内管内から供給口を通って押し出される液体が上下方向延在外管部の内壁面上で広がり易くなる。よって、この場合においては、このように液体が広がり易くなる分だけ、供給口から押し出された液体が加熱器によって効率良く気化され、当該蒸気エンジンの熱効率が向上される。
【００２６】
本発明においては、内管の外壁面のうち、少なくとも加熱器近傍の箇所は撥水性を有するよう構成されていても良い。
このようにすれば、このような構成を有さない場合に比べ、供給口から押し出された液体のうち、内管の外壁面に付着してしまい、それにより加熱器により十分に加熱できなくなってしまう液体の量が低減されることから、その分だけ、当該蒸気エンジンの熱効率が向上される。
【００２７】
本発明においては、内管は、断熱性を有するよう構成されていても良い。
この場合には、加熱器が、内管内の液体でなく内管内から供給口を介して押し出された液体だけをより効率良く加熱できることから、その分だけ、当該蒸気エンジンの熱効率が向上される。
【００２８】
また、本発明においては、内管は、上下方向延在外管部よりも熱伝導率が低くなるよう構成されていても良い。
このようにすれば、加熱器からの熱が、内管内の液体よりも内管内から供給口を介して押し出された液体に効率良く伝達されることから、その分だけ、当該蒸気エンジンの熱効率が向上される。
【００２９】
本発明の蒸気エンジンは、加減圧手段によって内管内の液体に付与される圧力が比較的低くされたときに内管内の全体に液体が充填された状態となるよう構成されていても良い。
【００３０】
この場合には、内管内の液体に付与される圧力が比較的低くされたときに内管内の一部分にのみ液体が充填された状態になる場合に比べ、加減圧手段によって内管内の液体に付与される圧力が上昇されると、供給口からの液体の押し出しが速やかになされる。
【００３１】
よって、この場合には、このように液体の押し出しが速やかにできる分だけ、加減圧手段による制御を行なった際の当該蒸気エンジンの応答性を高めることができる。
本発明の蒸気エンジンにおいては、加減圧手段によって内管内の液体に付与される圧力が比較的低くされ、供給口からの液体の押し出しがない状態では、内管と上下方向延在外管部との間の領域における液面が、加熱器よりも下方に位置するよう構成されていても良い。
【００３２】
この場合には、内管内から供給口を介して液体が押し出されると、該押し出された液体以外に加熱対象の液体が加熱器近傍に存在しないことから、該押し出された液体に加熱器からの熱が効率良く伝達され、該押し出された液体の気化が促進される。
【００３３】
従って、この場合には、このように押し出された液体の気化が促進される分だけ、当該蒸気エンジンの熱効率が向上される。
本発明において、冷却器は、内管の下端部よりも上方における上下方向延在外管部の外面に設けられていても良い。
【００３４】
このようにすれば、冷却器による蒸気の冷却効率が比較的向上される。
つまり、冷却器は、内管の下端部よりも下方に設けられていても良いが、この場合には、蒸気が、外管内の中心部分など、外管の外面に設けられた冷却器から比較的遠い箇所に位置する場合には、蒸気の冷却・液化を効率良く実行するのが困難となりうる。
【００３５】
一方、冷却器が内管の下端部よりも上方における上下方向延在外管部の外面に設けられている場合は、冷却器による蒸気の冷却・液化は、蒸気が内管と上下方向延在外管部との間の領域に位置する際に実行される。この内管と上下方向延在外管部との間の領域は、外管の外面に設けられた冷却器から比較的近い箇所である。従って、この場合には、冷却器が内管の下端部よりも下方に設けられる場合に比べ、冷却器による蒸気の冷却効率が良くなり、その分だけ当該蒸気エンジンの熱効率が向上される。
【００３６】
一方、本発明の蒸気エンジンにおいて、加減圧手段は、内管内で上下方向に往復運動することで内管内の液体に圧力変化を付与する可動子と、可動子を内管内で上下方向に往復運動させる駆動手段と、を備えていても良い。
【００３７】
そして、この場合においては、可動子に磁性体を備えさせ、可動子を磁力によって往復運動させるよう駆動手段を構成してもよい。
この場合においては、例えば、上下方向延在外管部の外部に駆動手段を設け、その駆動手段により内管内などに磁界を形成することで、可動子を往復運動させる態様が考えられる。よって、この場合においては、例えば、上下方向延在外管部の内部に可動子の往復運動のための複雑な機構や電気的な構造を設けずに済み、その分だけ蒸気エンジンを安価に製造できるという効果が得られる。
【００３８】
また、上記駆動手段は、上下方向延在外管部における上下方向に沿う側面を包囲する環状の励磁コイルを備え、該励磁コイルを用いて内管内などに磁束を形成し、可動子を磁力によって往復運動させる構成にしてもよい。
【００３９】
そして、この場合においては、更に、次のような構成とすることが望ましい。
すなわち、可動子には、内管と上下方向延在外管部との間の領域に挿入配置される挿入部材を設け、該挿入部材には磁性体を備えさせると良い。
【００４０】
この場合には、内管と上下方向延在外管部との間の箇所という、上下方向延在外管部の外側に配置された励磁コイルから比較的近い箇所に磁性体である挿入部材が配置される。よって、励磁コイルによって形成される磁束により、挿入部材を備える可動子をより効率良く往復運動させることができる。
【００４１】
また、上記駆動手段は、固定子部材を更に備えていても良い。この場合、固定子部材は、励磁コイル外周に覆設され、励磁コイルが通電された際に、上下方向延在外管部の外壁面に対向する部分に磁極が形成されるよう構成される。
【００４２】
このようにすれば、固定子部材により内管内などに形成される磁束により、可動子を効率良く往復運動させることができる。
また、上記の挿入部材は、磁性体として永久磁石を備えていると良い。このようにすれば、一層高効率に可動子を往復運動させることができる。
【００４３】
また、可動子には、当該可動子を予め定められた位置に保持するよう付勢するバネ材が取り付けられているとよい。
このようにすれば、例えば、駆動手段からの駆動力が可動子に付与されていない状態において、可動子を予め定められた位置に安定して配置できる。
【００４４】
一方、本発明において、加減圧手段は、加熱加圧部を備えていても良い。加熱加圧部は、供給口より下方の内管内の液体を加熱することで、内管内の液体の圧力を上昇させ、それにより、供給口を介して内管内の液体を内管と上下方向延在外管部との間の領域に押し出させる。
【００４５】
このようにすれば、例えば、内管内を往復運動する可動子を設けなくても内管内の液体に圧力変化を付与できることから、構成を簡略化できるという効果が得られる。
本発明の蒸気エンジンは、容器内の液体に発生する自励振動変位に応じて駆動されるエネルギ取り出し用駆動部を備えていても良い。
【００４６】
そして、エネルギ取り出し用駆動部は、容器内の液体に発生する自励振動変位に応じて往復駆動されるエネルギ取り出し用可動部を有していると良い。
この場合においては、容器内の液体に発生する自励振動変位が容器内の流体の液面変化として発生することから、エネルギ取り出し用可動部の往復運動が好適に誘起され、所望のエネルギ取り出しが可能となる。
【００４７】
そして、このように構成する場合においては、更に、エネルギ取り出し用可動部の位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段による検出結果に基づき、加減圧手段の制御を行なう制御手段と、が設けられていると良い。
【００４８】
このようにすれば、例えば、エネルギ取り出し用可動部の往復運動を所望の状態で実行させるべく、加減圧手段の動作状態を適宜変化させる制御の実行が可能となる。
また、本発明の蒸気エンジンが上記のようなエネルギ取り出し用可動部を有するエネルギ取り出し用駆動部を備える場合においては、加減圧手段を次のように構成しても良い。
【００４９】
すなわち、加減圧手段を、内管内で上下方向に往復運動することで内管内の液体に圧力変化を付与する可動子と、該可動子とエネルギ取り出し用可動部とを連結するバネ材とを備えたものとして構成する。
【００５０】
この場合においては、可動子とエネルギ取り出し用可動部とを連結するバネ材のばね定数等のばね特性に応じて、可動子の運動状態とエネルギ取り出し用可動部の運動状態とを連動させることができる。
【００５１】
また、本発明において、加減圧手段は、次の一方向弁を備えていても良い。一方向弁は、加減圧手段により内管内の液体に付与される圧力が比較的低くされたときには開状態とされ、内管外の液体の内管内への流入を許容する一方、加減圧手段により内管内の液体に付与される圧力が比較的高くされたときには閉状態とされ、内管外の液体の内管内への流入を妨げる。
【００５２】
このようにすれば、内管内の液体の圧力上昇を効率良く実行でき、また、内管内の液体の圧力低下の際には内管内への液体流入を効率良く実行できる。
また、本発明の蒸気エンジンが可動子を備える場合においては、可動子に、上下方向に当該可動子を貫通してなる液体供給穴を設けると共に、該液体供給穴に一方向弁を設けても良い。
【００５３】
この場合、一方向弁は、可動子の下方への移動により内管内の液体に付与される圧力が比較的低くされたときには開状態とされ、内管外の液体が液体供給穴を介して内管内へ流入することを許容する一方、可動子の上方への移動により内管内の液体に付与される圧力が比較的高くされたときには閉状態とされ、内管外の液体が液体供給穴を介して内管内へ流入することを妨げるよう機能する。
【００５４】
そして、この場合においても、内管内の液体の圧力上昇を効率良く実行でき、また、内管内の液体の圧力低下の際には内管内への液体流入を効率良く実行できるという効果が得られる。
【００５５】
なお、上記においては、「上下方向に延在」という表現を用いたが、ここでいう「上下方向に延在」には、鉛直方向に延在する場合の他、上方部分と下方部分を有する限り鉛直方向から傾けられた斜め方向に延在する場合も含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
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］
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。
【００５７】
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容器１０と、加熱器３０と、冷却器３２と、加減圧手段としての加減圧部４０と、エネルギ取り出し用駆動部としての出力部１００と、を備えている。
【００５８】
容器１０は、外管１２と、外管１２内に配置された内管２２とを有する。
外管１２は、上下方向に延在する２つの上下方向延在管１４，１８と、２つの上下方向延在管１４，１８の下端部を連結する左右方向延在管２０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。
【００５９】
上下方向延在外管部としての上下方向延在管１４は、上方に当該管１４を閉塞する上端部１６を有する。また、上下方向延在管１４の内部には、上下方向に延在する内管２２が設けられている。内管２２の上端部は上下方向延在管１４の上端部１６内壁面に固定されている一方、内管２２の下端部は、外管１２内と連通する開口部２４とされている。内管２２の上端部近傍における側面部分には、内管２２の内部と外部とを連通させる複数の供給口２６が設けられている。
【００６０】
加熱器３０は、容器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。加熱器３０は、上下方向延在管１４の上端部１６近傍における当該上下方向延在管１４の外面に設けられている。よって、加熱器３０の設置箇所は、内管２２の上端部近傍に設けられた複数の供給口２６の設置箇所近傍である。また、冷却器３２は、上下方向延在管１４の外面における加熱器３０よりも下方の箇所に設けられている。但し、本実施例では、冷却器３２の配置位置は、内管２２の下端部よりも上方の位置とされている。
【００６１】
本実施例では、加熱器３０による加熱や冷却器３２による冷却が効率良く実行できるよう上下方向延在管１４における少なくとも加熱器３０や冷却器３２が設置された箇所を熱伝導率に優れた銅やアルミニウム等を用いて構成している。なお、外管１２におけるその他の部分は断熱性に優れた素材にて構成することが望ましい。一方、本実施例では、内管２２内に位置する液体が加熱器３０や冷却器３２と熱交換することができるだけ防がれるよう、内管２２が断熱性を有するよう構成されている。
【００６２】
加減圧部４０は、内管２２内に位置する液体に圧力変化を付与するよう構成されたものである。本実施例の蒸気エンジン１では、加減圧部４０の作用によって内管２２内の液体に付与される圧力が比較的高くなると、内管２２内の液体が、複数の供給口２６を介して内管２２と上下方向延在管１４との間の領域に噴射される。加減圧部４０の具体的構成については、後述する。
【００６３】
出力部１００は、開口部とされた上下方向延在管１８の上端部２０に設けられており、上下方向延在管１８の上端部２０内における液体に生じる液面変化（自励振動変位）に応動して発電を行なえるよう構成されている。
【００６４】
出力部１００は、上下方向延在管１８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エネルギ取り出し用可動部としての可動部１０６と、可動部１０６の他端に配置されたばね材１０８と、を備える。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１８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。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。
【００６５】
次に、図２（ａ），（ｂ）を用いて加減圧部４０の具体的構成について説明する。なお、図２（ａ）は、図１中に破線で示された部分の部分拡大図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。但し、図２（ｂ）では励磁コイル５０（後述）の図示を省略している。
【００６６】
加減圧部４０は、可動子４２と、励磁コイル５０と、固定子部材５２と、管内磁性体片５４ａ，５４ｂと、バネ材５６と、を備える。加減圧部４０は、可動子４２が内管２２内で上下方向に往復摺動運動することで内管２２内の液体に圧力変化を付与できるよう構成されたものである。
【００６７】
可動子４２の中心部には、上下方向に当該可動子４２を貫通してなる液体供給穴４４が設けられている。
また、液体供給穴４４には、一方向弁４６が設けられている。一方向弁４６は、可動子４２の下方への移動により内管２２内の液体に付与される圧力が比較的低くされたときには開状態とされ、内管２２外の液体が液体供給穴４４を介して内管２２内へ流入することを許容する一方、可動子４２の上方への移動により内管２２内の液体に付与される圧力が比較的高くされたときには閉状態とされ、内管２２外の液体が液体供給穴４４を介して内管２２内へ流入することを妨げるよう機能する。
【００６８】
また、可動子４２には、当該可動子４２の下端部を介して当該可動子４２に連結された挿入部材４８が設けられている。挿入部材４８は、磁性体を備えたものであり、可動子４２が上方に移動した際には内管２２と上下方向延在管１４との間の領域に挿入配置されるよう構成されている。但し、挿入部材４８が内管２２と上下方向延在管１４との間の領域に挿入された際に挿入部材４８が内管２２と上下方向延在管１４との間の領域の下端部全体を塞いでしまうことがないよう、本実施例では、挿入部材４８は、内管２２と上下方向延在管１４との間の領域の下端部のうちの一部にだけ挿入される一対の挿入片４８ａ，４８ｂより構成されている（図２（ｂ）参照）。
【００６９】
励磁コイル５０は、上下方向延在管１４の軸線方向に沿う側面の周囲のうち内部に可動子４２が位置する高さ位置近傍の箇所を包囲するよう構成された中空円筒状の励磁用ソレノイドコイルである。
【００７０】
固定子部材５２は、一対の固定子片５２ａ，５２ｂより構成されている（図２（ｂ）参照）。一対の固定子片５２ａ，５２ｂは、一対の挿入片４８ａ，４８ｂ近傍の上下方向延在管１４外の箇所において、励磁コイル５０の外周を包囲するよう設けられる。一対の固定子片５２ａ，５２ｂは、夫々、励磁コイル５０に通電がなされた際に、その上下方向延在管１４の外壁面に対向する上下端部分（例えば、図２（ａ）の５３ａ，５３ｂ）に磁極が形成されるよう構成されている。
【００７１】
管内磁性体片５４ａ，５４ｂは、一対の固定子片５２ａ，５２ｂにおける上下方向延在管１４の外壁面に対向する下端部分（５３ｂ）に対応する上下方向延在管１４の内壁面部分に夫々設けられた磁性体片である。
【００７２】
バネ材５６は、可動子４２の下端と上下方向延在管１４の下端部内壁面とにその両端部を固定させた弾性部材である。バネ材５６は、励磁コイル５０に通電がなされていない状態においては、可動子４２を最上位位置（図２（ａ）に示された位置）に保持するよう可動子４２に対して付勢を行なう。
【００７３】
また、上記のうち励磁コイル５０には、ドライバ６０を介してコントローラ６２（通常のコンピュータなどから構成される。制御手段に相当。）が接続されている。また、本実施例では、出力部１００におけるピストン１０４の位置を検出可能な位置センサ６４（位置検出手段に相当。）が設けられており、位置センサ６４による検出信号がコントローラ６２に入力されるよう構成されている。コントローラ６２は、位置センサ６４からの検出信号に基づき、励磁コイル５０に対する通電制御を実行する。
【００７４】
この様に構成された加減圧部４０においては、コントローラ６２により励磁コイル５０に対する通電が実行されると、励磁コイル５０により生成される磁界により、一対の固定子片５２ａ，５２ｂにおける上下方向延在管１４の外壁面に対向する上下端部分（５３ａ，５３ｂ）に磁極が形成され、また、それにより管内磁性体片５４ａ，５４ｂにも磁極が形成される。そして、このように形成された磁極に磁性体を備えた一対の挿入片４８ａ，４８ｂが引き寄せられ、その結果、可動子４２はバネ材５６による付勢力に抗して下方に移動される。
【００７５】
なお、本実施例では、コントローラ６２により励磁コイル５０に対する通電が実行され、可動子４２が下方に移動された状態、すなわち、加減圧部４０によって内管２２内の液体に付与される圧力が比較的低くされた状態、において、内管２２内の全体が液体で満たされた状態となるよう構成されている。
【００７６】
また、本実施例では、このように内管２２内の液体に付与される圧力が比較的低くされた状態において、内管２２と上下方向延在管１４との間の領域における液体の液面が、加熱器３０よりも下方に位置するよう構成されている。具体的には、例えば、加熱器３０の高さ位置と冷却器３２の高さ位置との間の位置に液面が位置するようにされる（図１参照）。
【００７７】
次に、本実施例の蒸気エンジン１の動作につき説明する。
本実施例の蒸気エンジン１では、励磁コイル５０に対する通電が実行されることで可動子４２が下方に移動され、内管２２内の液体に付与される圧力が比較的低くされた状態において、コントローラ６２により励磁コイル５０に対する通電が停止されると、バネ材５６の付勢力により可動子４２が最上位位置（図２（ａ）参照）に向かって上昇する。
【００７８】
この場合においては、一方向弁４６が閉状態とされ、内管２２外の液体が液体供給穴４４を介して内管２２内へ流入することが妨げられることから、可動子４２の上昇に伴い、内管２２内の液体に付与される圧力は急速に上昇する。
【００７９】
そして、このように内管２２内の圧力が上昇すると、内管２２内の液体が、複数の供給口２６を介して内管２２と上下方向延在管１４との間の領域に噴射される。
このように噴射がなされる箇所は加熱部３０近傍の箇所であるため、複数の供給口２６から噴射された液体は加熱器３０により加熱され気化される。その結果、気化に伴う流体の容積膨張により、容器１０内の流体に容積膨張が起きる。
【００８０】
具体的には、気化されてなる蒸気により内管２２と上下方向延在管１４との間の領域に位置する液体の液面が押し下げられ、その結果、上下方向延在管１８の上端部２０内における液体の液面が上昇する。出力部１００におけるピストン１０４と可動部１０６は、この液面上昇を両者に付与される圧力の上昇として受け、その結果、ピストン１０４と可動部１０６は上昇する。
【００８１】
次に、本実施例では、加熱器３０によって気化されてなる蒸気のうち下方に位置する部分が、気化による容積膨張に伴い、加熱器３０の配置箇所よりも下方に延びていく。そして、この蒸気の下方部分は、内管２２と上下方向延在管１４との間の領域における冷却器３２の高さ位置に至る。
【００８２】
このように冷却器３２の高さ位置に至った蒸気は、冷却器３２の作用により冷却され液化される。その結果、液化に伴う流体の容積収縮により、容器１０内の流体に容積収縮が起きる。
【００８３】
具体的には、蒸気の液化により、内管２２と上下方向延在管１４との間の領域に位置する液体の液面が押し上げられ、その結果、上下方向延在管１８の上端部２０内における液体の液面が下降する。出力部１００におけるピストン１０４と可動部１０６は、この液面下降を両者に付与される圧力の減少として受け、その結果、ピストン１０４と可動部１０６は下降に転ずる。
【００８４】
本実施例の蒸気エンジン１では、上述した上下方向延在管１８の上端部２０内における液体の液面変化（自励振動変位）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、それにより、発電を行なう。
【００８５】
具体的には、コントローラ６２は、位置センサ６４からの検出信号に基づき、ピストン１０４と可動部１０６が上死点から下降を開始したことを検出した際に、励磁コイル５０に対する通電を停止して、可動子４２を上昇させ、供給口２６から液体を噴射させる。そして、ピストン１０４と可動部１０６が下死点に達した際に、噴射された液体の加熱器３０による気化に伴う容器１０内の流体の容積膨張を起こさせ、それにより、ピストン１０４と可動部１０６に上昇力が付与されるようにする。励磁コイル５０に対する通電の停止時間は、供給口２６からの液体噴射量が適切に確保されるよう、コントローラ６２により予め定められた時間に制御される。ピストン１０４と可動部１０６が下死点より上昇しているときには、コントローラ６２の制御により励磁コイル５０に対する通電が実行される。このときには、可動子４２が下方に移動され、内管２２内の液体に付与される圧力が比較的低くされる。よって、このときには、一方向弁４６は開状態とされ、内管２２外の液体が液体供給穴４４を介して内管２２内へ流入する。そして、上述のように冷却器３２の作用により蒸気の一部が液化され、容器１０内の流体に容積収縮が起きることにより、ピストン１０４と可動部１０６が再び下降し始めると、コントローラ６２は、位置センサ６４からの検出信号に基づき、再び励磁コイル５０に対する通電を停止する。本実施例では、以上のような制御を行なうことで、ピストン１０４と可動部１０６の往復運動を継続させ、それにより、発電が行なわれる。
【００８６】
以上、本実施例の蒸気エンジン１につき説明を行なったが、本実施例の蒸気エンジン１においては、加熱器３０による液体の気化が内管２２と上下方向延在管１４との間の領域の閉塞された上端部近傍の箇所で起きるため、加熱器３０によって気化されてなる蒸気全てが加熱器３０近傍の箇所を上方に通過していくことは防がれる。
【００８７】
よって、本実施例では、気化してなる蒸気の真下など該蒸気に隣接する箇所に位置する液体が加熱器３０によって加熱されながらも気化される程の加熱を受ける前の液体の状態で加熱器３０近傍の箇所を上方に通過していくといった現象の発生は抑制される。
【００８８】
従って、本実施例によれば、このような現象の発生が抑制される分だけ、従来に比べ、熱効率が向上される。
また、本実施例では、内管２２が断熱性を有するよう構成され、加熱器３０が、内管２２と上下方向延在管１４との間の領域という加熱器３０より比較的近い箇所に位置する液体だけに熱付与を行なう。
【００８９】
よって、本実施例では、このように近い箇所に位置する液体だけに効率良く熱付与でき、該液体を効率良く気化させることができるため、その分だけ、従来に比べ、熱効率が向上される。
【００９０】
また、本実施例では、可動子４２が下方に移動され、加減圧部４０によって内管２２内の液体に付与される圧力が比較的低くされた状態において、内管２２内の全体が液体で満たされた状態となっている。よって、可動子４２が上方に移動され、内管２２内の圧力が上昇した際には、内管２２内の液体が、複数の供給口２６を介して内管２２と上下方向延在管１４との間の領域に速やかに噴射される。
【００９１】
従って、本実施例では、このように液体の噴射が速やかになされる分だけ、コントローラ６２の制御により可動子４２を上方に移動させた際の蒸気エンジン１の応答性を高めることができる。
【００９２】
なお、本実施例では、可動子４２の下方への移動により内管２２内の液体に付与される圧力が比較的低くされたときには開状態とされる一方、可動子４２の上方への移動により内管２２内の液体に付与される圧力が比較的高くされたときには閉状態とされる一方向弁４６が可動子４２における液体供給穴４４に設けられている。
【００９３】
よって、本実施例では、一方向弁４６の動作により、可動子４２の下方への移動の際には内管２２内への液体流入が効率良く実行され、可動子４２の上方への移動の際には内管２２内の液体に付与される圧力が効率良く上昇される。
【００９４】
また、本実施例では、可動子４２が下方に移動され、加減圧部４０によって内管２２内の液体に付与される圧力が比較的低くされた状態において、内管２２と上下方向延在管１４との間の領域における液体の液面が、加熱器３０よりも下方に位置するよう構成されている。
【００９５】
よって、本実施例では、供給口２６から液体が噴射されると、該噴射された液体以外に加熱対象の液体が加熱器３０近傍に存在しない状態となることから、該噴射された液体に加熱器３０からの熱が効率良く伝達され、該噴射された液体の気化が促進される。
【００９６】
従って、本実施例では、このように噴射された液体の気化が促進される分だけ、従来に比べ、蒸気エンジンの熱効率が向上される。
また、本実施例では、冷却器３２の配置位置は、内管２２の下端部よりも上方の位置とされているため、例えば、冷却器３２が内管２２の下端部よりも下方の位置とされている場合に比べ、冷却器３２による蒸気の冷却効率が向上される。
【００９７】
つまり、例えば、冷却器３２が内管２２の下端部よりも下方の位置とされている場合には、蒸気が、上下方向延在管１４の中心部分など、上下方向延在管１４の外面に設けられた冷却器３２から比較的遠い箇所に位置することもありうることから、蒸気の冷却・液化を効率良く行なうのが困難となりうる。
【００９８】
一方、本実施例のように、冷却器３２が内管２２の下端部よりも上方の位置とされている場合は、冷却器３２による蒸気の冷却・液化は、蒸気が内管２２と上下方向延在管１４との間の領域に位置する際に実行される。この内管２２と上下方向延在管１４との間の領域は、上下方向延在管１４の外面に設けられた冷却器３２から比較的近い箇所である。
【００９９】
従って、本実施例によれば、冷却器３２が内管２２の下端部よりも下方に設けられる場合に比べ、冷却器３２による蒸気の冷却効率が良くなり、その分だけ蒸気エンジン１の熱効率が向上される。
【０１００】
また、本実施例では、供給口２６の数が複数とされている。
よって、本実施例によれば、供給口２６が１つの場合に比べ、複数の供給口２６を設けたことに伴う供給口２６の断面積合計が増えた分だけ、比較的多量の液体が比較的短時間のうちに内管２２と上下方向延在管１４との間の領域に噴射されるようにすることができる。
【０１０１】
そして、その結果、本実施例においては、比較的短時間のうちに比較的多量の液体を加熱器３０により気化することも可能となることから、供給口２６が１つの場合に比べ、蒸気エンジン１により引き起こされる自励振動変位の周波数を比較的高めにすることなども可能になる。
【０１０２】
また、本実施例では、可動子４２が、主として励磁コイル５０と固定子部材５２の作用により下方に移動するが、本実施例では、可動子４２に磁性体を備えた挿入部材４８が設けられているため、挿入部材４８が設けられていない場合に比べ、可動子４２の下方移動を効率良く実行できる。
【０１０３】
つまり、まず、挿入部材４８を設けなくても可動子４２が磁性体を含む構成を有していれば、励磁コイル５０や固定子部材５２により生成される磁界により可動子４２の下方移動を誘起させることは可能である。
【０１０４】
しかし、本実施例では、励磁コイル５０や固定子部材５２が上下方向延在管１４の外側面に設けられている。従って、励磁コイル５０や固定子部材５２により生成される磁界の影響を効率良く可動子４２に与えるためには、本実施例のようにするとよい。すなわち、内管２２と上下方向延在管１４との間の箇所という、上下方向延在管１４の外側に配置された励磁コイル５０や固定子部材５２から比較的近い箇所に挿入配置される挿入部材４８を可動子４２に設け、可動子４２が励磁コイル５０や固定子部材５２により生成される磁界の影響を受け易くする。
【０１０５】
よって、本実施例では、このように挿入部材４８を設けた分だけ、励磁コイル５０や固定子部材５２により生成される磁界による可動子４２の下方移動を効率良く実行できるという効果が得られる。また、本実施例では、上下方向延在管１４の内壁面に励磁コイル５０や固定子部材５２により生成される磁界の影響を直接的に受け、表面に磁極を発生させる管内磁性体片５４ａ，５４ｂも設けられている。従って、本実施例では、この管内磁性体片５４ａ，５４ｂの作用によっても可動子４２の下方移動を効率良く実行できる。
【０１０６】
また、本実施例では、可動子４２の上昇がバネ材５６の付勢力により実行されるよう構成されている。可動子４２の上昇の際には励磁コイル５０に対する通電は停止される。
よって、本実施例によれば、可動子４２の上昇の際に励磁コイル５０に対する通電が不要となる分だけ、常時通電が必要な態様等に比べ、エネルギ効率が向上されるという効果が得られる。
【０１０７】
また、本実施例では、コントローラ６２による可動子４２の往復運動制御が、出力部１００のピストン１０４の位置検出信号に基づき実行される。
よって、本実施例によれば、出力部１００による発電を効率良く実行できるよう、出力部１００のピストン１０４の動きと可動子４２の動きとを連動させることができる。
【０１０８】
なお、上記においては、内管２２が断熱性を有するとして説明したが、内管２２を上下方向延在管１４よりも熱伝導率が低くなるよう構成してもよい。
この場合においては、加熱器３０からの熱が、内管２２内の液体よりも内管２２内から供給口２６を介して噴射された液体に効率良く伝達されることから、内管２２が断熱性を有するよう構成された場合と略同様の効果が得られる。
【０１０９】
また、上記においては、励磁コイル５０への通電を停止した際に可動子４２が上方移動を行ない、励磁コイル５０への通電を行なった際に可動子４２が下方移動を行なうとして説明したが、逆の構成であっても良い。
【０１１０】
すなわち、励磁コイル５０への通電を停止した際に、バネ材５６の付勢力により可動子４２が下方に移動され、励磁コイル５０への通電を行なった際に、励磁コイル５０や固定子部材５２などにより生成される磁界により、可動子４２の上方への移動が誘起されるようにしても良い。
【０１１１】
また、上記においては、挿入部材４８が磁性体を備える部材であるとして説明したが、挿入部材４８は磁性体として永久磁石を備えたものであっても良い。
この場合においては、挿入部材４８が備える永久磁石が有する磁極と固定子部材５２や管内磁性体片５４ａ，５４ｂの表面に形成される磁極との間の吸引力や反発力によって、可動子４２の往復運動が実現される。
【０１１２】
そして、この場合においては、磁極間の吸引力や反発力だけによって可動子４２の往復運動を実現することも可能であることから、バネ材５６を省略してもよい。このようにバネ材５６を省略した場合には、励磁コイル５０への通電が停止されることで、可動子４２が上下方向延在管１４の下端部内壁面まで落下することを防ぐため、管内磁性体片５４ａ，５４ｂのように上下方向延在管１４の内部に配置される突出片を可動子４２を支持する部材として機能させても良い。
［実施例２］
次に、実施例２について図３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
【０１１３】
本実施例（実施例２）は、上記実施例１に示した態様の変形例といえるものであり、本実施例において、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（ａ）は、本実施例の蒸気エンジン１Ａの概略構成を示す図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）中の破線円部の部分拡大図である。
【０１１４】
本実施例が上記実施例１に示した態様と異なるのは、次に述べる点である。
すなわち、本実施例の蒸気エンジン１Ａでは、内管２２Ａの上端部は、実施例１の内管２２の場合と同様に、上下方向延在外管部としての上下方向延在管１４Ａの上端部１６内壁面に固定されているが、内管２２Ａの内部と外部とを連通させる複数の供給口２６Ａが、内管２２Ａの上下方向に延在する側面における上端部に設けられている点で、実施例１の場合と異なる。
【０１１５】
また、本実施例の蒸気エンジン１Ａでは、上下方向延在管１４Ａの内壁面のうち加熱器３０近傍の箇所１５Ａ（図３（ｂ）参照）が親水性を有するよう構成されている。更に、本実施例では、内管２２Ａの外壁面のうち加熱器３０近傍の箇所２３Ａ（図３（ｂ）参照）が撥水性を有するよう構成されている。本実施例は、これらの点においても、実施例１と異なる。
【０１１６】
なお、上記のように親水性や撥水性を有するよう構成する手法としては、このような性質を持つ素材で上下方向延在管１４Ａや内管２２Ａを構成したり、上下方向延在管１４Ａの所定箇所１５Ａや内管２２Ａの所定箇所２３Ａに所定の塗料の塗布を行なったり、これらの箇所１５Ａ，２３Ａの表面粗度の調整を行なうことなどが考えられる。
【０１１７】
そして、本実施例によれば、実施例１の効果に加え、以下に述べる効果が得られる。
すなわち、本実施例では、複数の供給口２６Ａが内管２２Ａの上下方向に延在する側面における上端部に設けられているので、複数の供給口２６Ａから押し出される液体が上下方向延在管１４Ａの内壁面を上端から伝って下方に流れていく。
【０１１８】
従って、本実施例では、このように押し出された液体が流れていく分だけ、該液体が、比較的長い時間、上下方向延在管１４Ａの上端部近傍に位置する加熱器３０により加熱されることになり、その結果、該液体が確実に気化される。
【０１１９】
しかも、本実施例では、上下方向延在管１４Ａの内壁面のうち加熱器３０近傍の箇所１５Ａが親水性を有するよう構成されているため、複数の供給口２６Ａから押し出される液体は、毛細管力によって加熱器３０近傍の上下方向延在管１４Ａの内壁面上で広がって浸透していく。
【０１２０】
よって、本実施例では、このように液体が広がっていく分だけ、供給口２６Ａから押し出される液体が加熱器３０より効率良く熱付与を受けて気化される。
更に、本実施例では、内管２２Ａの外壁面のうち加熱器３０近傍の箇所２３Ａは撥水性を有するよう構成されている。よって、供給口２６Ａから押し出される液体のうち、この箇所２３Ａに付着してしまい、それにより加熱器３０により十分な熱付与を受けることができなくなってしまう液体の量が確実に低減される。
【０１２１】
従って、本実施例によれば、以上の特徴点を有することから、蒸気エンジン１の熱効率が一層向上されるという効果が得られる。
なお、内管２２Ａや上下方向延在管１４Ａは、図４に示す構造を有する内管２２Ｂや上下方向延在管１４Ｂとして構成されたものであっても良い。なお、図４は、内管２２Ｂや上下方向延在管１４Ｂの構成を図３（ｂ）に対応する部分拡大図で示した説明図である。
【０１２２】
図４において、内管２２Ｂは、上方に当該内管２２Ｂ自体を閉塞する上端部２５を有し、内管２２Ｂの内部と外部とを連通させる供給口２６Ｂは、この上端部２５に設けられている。なお、この場合、内管２２Ｂは、例えば、当該内管２２Ｂの上下方向に延びる側面に設けられた所定の連結片（図示省略）を介して、上下方向延在管１４Ｂの内壁面に固定される。
【０１２３】
図４に示した態様においては、上下方向延在管１４Ｂの内壁面のうち上端部１６の内壁面や加熱器３０近傍の箇所を含んだ箇所１５Ｂが親水性を有するよう構成される。また、内管２２Ｂの外壁面のうち上端部２５の外壁面や加熱器３０近傍の箇所を含んだ箇所２３Ｂが撥水性を有するよう構成される。
【０１２４】
そして、この態様においては、供給口２６Ｂから押し出された液体は、まず、上端部２５の外壁面が有する撥水性により、上端部２５の外壁面上で球面上に盛り上がっていく。そして、盛り上がった液面が親水性を有する上端部１６の内壁面に接すると、接した部分の液体は、毛細管力によって、上端部１６の内壁面や加熱器３０近傍の上下方向延在管１４Ｂの内壁面の部分に広がって浸透していく。よって、この場合も、このように液体が広がっていく分だけ、供給口２６Ｂから押し出される液体が加熱器３０より効率良く熱付与を受けて気化される。また、この場合も、内管２２Ｂの外壁面における箇所２３Ｂは撥水性を有しているため、この箇所２３Ｂに液体が長時間付着することは防がれる。
【０１２５】
従って、この場合においても、図３（ａ），（ｂ）に示した態様と略同様の効果が得られる。
［実施例３］
次に、実施例３について図５を用いて説明する。
【０１２６】
本実施例（実施例３）は、上記実施例１，２に示した態様の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例１，２と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図５は、本実施例の蒸気エンジンにおける加減圧手段としての加減圧部４０Ａの構成を示す説明図である。なお、図５では、外管１２があたかも上下方向に延びる直線状の管として描かれているが、外管１２は、上記実施例１，２の場合のように略Ｕ字状のものであっても良いのは勿論である。
【０１２７】
本実施例が上記実施例１，２に示した態様と異なるのは、本実施例では、加減圧部４０Ａの構成が、実施例１，２に示した加減圧部４０の構成と異なる点だけである。
本実施例において、加減圧部４０Ａは、可動子４２Ａと、該可動子４２Ａと出力部１００Ａの可動部１０６とをピストン１０４を介して連結するバネ材５８とを備え、可動子４２Ａが内管２２（２２Ａ，２２Ｂ）内で上下方向に往復摺動運動することで内管２２（２２Ａ，２２Ｂ）内の液体に圧力変化を付与できるよう構成されたものである。
【０１２８】
可動子４２Ａには、上記実施例１，２に示した液体供給穴４４や一方向弁４６と同様の機能構成を有する液体供給穴４４Ａや一方向弁４６Ａが設けられている。但し、本実施例の可動子４２Ａには、挿入部材４８は設けられていない。また、本実施例の加減圧部４０Ａには、励磁コイル５０、固定子部材５２、管内磁性体片５４ａ，５４ｂ、バネ材５６に対応する構成は設けられていない。
【０１２９】
本実施例においては、バネ材５８のばね定数等のばね特性に応じて、可動子４２Ａの運動状態と、ピストン１０４や可動部１０６の運動状態とを連動させることができる。
つまり、本実施例によれば、励磁コイル５０、固定子部材５２、管内磁性体片５４ａ，５４ｂ、バネ材５６に対応する構成を有さない比較的簡易な構成であるにも拘らず、バネ材５８のばね特性を調整することで、例えば、可動子４２Ａの運動状態と、ピストン１０４や可動部１０６の運動状態とを、好適な発電が行なえるよう連動させることができる。
【０１３０】
その他、本実施例においては、実施例１，２における加減圧部４０の具体的構成に基づく効果以外の他の効果と同様の効果が奏される。
なお、本実施例においては、当該蒸気エンジンの起動を好適に行なえるようにするため、出力部１００Ａが有するコイルに対し起動時に所定時間だけ通電を行ない、それにより、ピストン１０４と可動部１０６の往復運動を自発的に発生させるスタータ機能を出力部１００Ａに備えさせても良い。このようにすれば、ピストン１０４と可動部１０６の自発的な往復運動に応じて、可動子４２Ａの往復運動も開始され、それ以後、継続的に発電を行なうことが可能となる。
［実施例４］
次に、実施例４について図６を用いて説明する。
【０１３１】
本実施例（実施例４）は、上記実施例１，２に示した態様の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例１，２と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図６は、本実施例の蒸気エンジンにおける加減圧手段としての加減圧部４０Ｂの構成を示す部分拡大図である。
【０１３２】
本実施例が上記実施例１，２に示した態様と異なるのは、本実施例では、加減圧部４０Ｂの構成が、実施例１，２に示した加減圧部４０と異なる点だけである。
本実施例において、加減圧部４０Ｂは、内管２２（２２Ａ，２２Ｂ）の下端部近傍の箇所に配置された部材であり、上記実施例１，２に示した液体供給穴４４と同様の機能構成を有する液体供給穴４４Ｂを備えている。また、該液体供給穴４４Ｂの下方部分には、上記実施例１，２に示した一方向弁４６と同様の機能構成を有する一方向弁４６Ｂが設けられている。更に、液体供給穴４４Ｂ内における一方向弁４６Ｂよりも上方の箇所には、液体供給穴４４Ｂ内に位置する液体を加熱して気化させ、それにより、内管２２（２２Ａ，２２Ｂ）内の液体に付与される圧力を上昇させる加熱加圧部４７が設けられている。但し、本実施例では、加熱加圧部４７の作用により生じた蒸気は、内管２２（２２Ａ，２２Ｂ）内の上方に上昇していく際に、該上方部分に位置する液体に冷却され、その後、液化される。
【０１３３】
加熱加圧部４７には、コントローラ６２Ａ（通常のコンピュータなどから構成される。制御手段に相当。）が接続されている。コントローラ６２Ａには、出力部１００におけるピストン１０４の位置を検出可能な位置センサ６４からの検出信号が入力される。コントローラ６２Ａは、位置センサ６４からの検出信号に基づき、加熱加圧部４７に制御信号を出力し、加熱加圧部４７を動作させる。
【０１３４】
具体的には、コントローラ６２Ａは、位置センサ６４からの検出信号に基づき、ピストン１０４と可動部１０６が上死点から下降を開始したことを検出した際に、加熱加圧部４７による液体供給穴４４Ｂ内の液体の加熱を開始させる。この場合には、内管２２（２２Ａ，２２Ｂ）内の液体圧力が上昇し、一方向弁４６Ｂが閉状態とされて、供給口２６（２６Ａ，２６Ｂ）から液体が押し出される。そして、このようなタイミングで液体の押し出しを実行することで、ピストン１０４と可動部１０６が下死点に達した際に、噴射された液体の加熱器３０による気化に伴う容器１０内の流体の容積膨張を起こさせ、それにより、ピストン１０４と可動部１０６に上昇力が付与されるようにする。加熱加圧部４７による液体供給穴４４Ｂ内の液体の加熱時間は、供給口２６（２６Ａ，２６Ｂ）からの液体の押し出し量が適切に確保されるよう、コントローラ６２Ａにより予め定められた時間に制御される。ピストン１０４と可動部１０６が下死点より上昇しているときには、コントローラ６２Ａの制御により加熱加圧部４７による液体供給穴４４Ｂ内の液体の加熱が停止される。このときには、内管２２（２２Ａ，２２Ｂ）内の液体に付与される圧力が比較的低くされる。よって、このときには、一方向弁４６は開状態とされ、内管２２（２２Ａ，２２Ｂ）外の液体が液体供給穴４４Ｂを介して内管２２（２２Ａ，２２Ｂ）内へ流入する。そして、加熱器３０の作用により生成された蒸気の一部が冷却器３２の作用により液化され、容器１０内の流体に容積収縮が起きることにより、ピストン１０４と可動部１０６が再び下降し始めると、コントローラ６２Ａは、位置センサ６４からの検出信号に基づき、再び加熱加圧部４７による液体供給穴４４Ｂ内の液体の加熱を開始させる。本実施例では、以上のような制御を行なうことで、ピストン１０４と可動部１０６の往復運動を継続させ、それにより、発電が行なわれる。
【０１３５】
以上において説明したように、本実施例においては、加熱加圧部４７の作用により内管２２（２２Ａ，２２Ｂ）内の液体に圧力変化を付与できる。
よって、本実施例によれば、内管２２（２２Ａ，２２Ｂ）内を往復運動する可動子４２，４２Ａを設けなくても済む分だけ、構成を簡略化できるという効果が得られる。
【０１３６】
その他、本実施例においては、実施例１，２における加減圧部４０の具体的構成に基づく効果以外の他の効果と同様の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【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１における加減圧部の具体的構成を示す説明図であり、（ａ）は、図１中に破線で示された部分の部分拡大図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】（ａ）は、実施例２の蒸気エンジンの概略構成を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）中の破線円部の部分拡大図である。
【図４】実施例２の蒸気エンジンの変形例の構成を示す部分拡大図である。
【図５】実施例３の蒸気エンジンにおける加減圧部の構成を示す説明図である。
【図６】実施例４の蒸気エンジンにおける加減圧部の構成を示す部分拡大図である。
【図７】従来の蒸気エンジンの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１３８】
１，１Ａ…蒸気エンジン、１０…容器、１２…外管、１４，１４Ａ，１４Ｂ…上下方向延在管、１５Ａ，１５Ｂ…箇所、１６…上端部、１８…上下方向延在管、２０…左右方向延在管、２０…上端部、２２，２２Ａ，２２Ｂ…内管、２３Ａ，２３Ｂ…箇所、２４…開口部、２５…上端部、２６，２６Ａ，２６Ｂ…供給口、３０…加熱器、３２…冷却器、４０，４０Ａ，４０Ｂ…加減圧部、４２，４２Ａ…可動子、４４，４４Ａ，４４Ｂ…液体供給穴、４６，４６Ａ，４６Ｂ…一方向弁、４７…加熱加圧部、４８…挿入部材、４８ａ，４８ｂ…挿入片、５０…励磁コイル、５２…固定子部材、５２ａ，５２ｂ…固定子片、５４ａ，５４ｂ…管内磁性体片、５６…バネ材、５８…バネ材、６０…ドライバ、６２，６２Ａ…コントローラ、６４…位置センサ、１００，１００Ａ…出力部、１０２…シリンダ、１０４…ピストン、１０６…可動部、１０８…ばね材
【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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