(57)【要約】【課題】  蒸気エンジンにおいて、運転時に容器の内部圧力が流体の飽和蒸気圧を越えて、加熱により気化した流体が液化するのを防止する。【解決手段】  作動流体２０が封入された流体容器１１に、加熱器１２及び冷却器１３を設け、加熱器１２による加熱によって作動流体を気化させ、その気化した作動流体を冷却器１３で冷却して液化することにより、流体容器１１内で周期的な圧力変動を発生させ、その圧力変動によってピストン１４を往復動させる蒸気エンジンにおいて、流体容器１１に、調整ねじ３２によって容積を調整可能な筒状の圧力調整部３０を設ける。そして、エンジン製造時には、流体容器１１内に作動流体２０を封入した後、圧力調整部３０を利用して流体容器１１の容積を増加させる。この結果、流体容器１１の圧力が低下して、エンジン運転時に内部圧力が飽和蒸気圧を越えるのを抑制できる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流動可能に封入された流体容器と、
該流体容器内の流体を加熱して気化させる加熱器と、
該加熱器にて加熱されて気化した蒸気を冷却して液化させる冷却器と、
を備え、前記加熱器及び冷却器の動作によって生じる前記流体容器内の圧力変化を機械的エネルギに変換して出力する蒸気エンジンであって、
前記流体容器には、常温・常圧時では前記流体容器の容積よりも小さい体積を有する量の液体が封入され、常温・常圧時に生じる前記流体容器の容積と前記液体の体積との差分の容積に占める部分には気体が封入されていることを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項２】
前記気体は空気であることを特徴とする請求項１に記載の蒸気エンジン。
【請求項３】
流体が流動可能に封入された流体容器と、
該流体容器内の流体を加熱して気化させる加熱器と、
該加熱器にて加熱されて気化した蒸気を冷却して液化させる冷却器と、
を備え、前記加熱器及び冷却器の動作によって生じる前記流体容器内の圧力変化を機械的エネルギに変換して出力する蒸気エンジンであって、
前記流体容器には、常温・常圧時では前記流体容器の容積よりも小さい体積を有する量の液体が封入され、常温・常圧時に生じる前記流体容器の容積と前記液体の体積との差分の容積に占める部分は、真空又は略真空にされていることを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項４】
前記流体容器の常温時の内部圧力は、機械的エネルギを出力する機構の状態にかかわらず常に大気圧以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の蒸気エンジン。
【請求項５】
流体が流動可能に封入された流体容器と、
該流体容器内の流体を加熱して気化させる加熱器と、
該加熱器にて加熱されて気化した蒸気を冷却して液化させる冷却器と、
を備え、前記加熱器及び冷却器の動作によって生じる前記流体容器内の圧力変化を機械的エネルギに変換して出力する蒸気エンジンであって、
前記流体容器には、ねじの螺合位置によって内部容積を調整可能な調整機構が設けられていることを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項６】
流体が流動可能に封入された流体容器と、
該流体容器内の流体を加熱して気化させる加熱器と、
該加熱器にて加熱されて気化した蒸気を冷却して液化させる冷却器と、
を備え、前記加熱器及び冷却器の動作によって生じる前記流体容器内の圧力変化を機械的エネルギに変換して出力する蒸気エンジンであって、
前記流体容器において、当該蒸気エンジンの運転時に温度が殆ど変化しない箇所には、当該流体容器内に封入された液体よりも沸点が低く且つ密度が低い第２の液体が封入された第２の流体容器が連通して設けられており、
該第２の流体容器は、外部からの加熱により第２の液体を気化させ、その蒸気の一部を大気中に排出した後、密封することにより、内部圧力が調整されていることを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項７】
流体が流動可能に封入された流体容器と、
該流体容器内の流体を加熱して気化させる加熱器と、
該加熱器にて加熱されて気化した蒸気を冷却して液化させる冷却器と、
を備え、前記加熱器及び冷却器の動作によって生じる前記流体容器内の圧力変化を機械的エネルギに変換して出力する蒸気エンジンであって、
前記流体容器の内部を大気に連通させるためのバルブと、
前記流体容器の内部圧力を検出する圧力センサと、
蒸気エンジンの運転時に、前記圧力センサにて検出された内部圧力が前記加熱部の温度に基づき設定された飽和蒸気圧以上であるか否かを判定し、前記内部圧力が飽和蒸気圧以上である場合に前記バルブを一時的に開いて前記流体容器内の圧力を低下させ、前記内部圧力が飽和蒸気圧未満であれば前記バルブを閉状態に保持する制御手段と、
を備えたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項８】
前記加熱部の温度を検出する温度センサを備え、
前記制御手段は、該温度センサにて検出された加熱部の温度に基づき前記飽和蒸気圧を設定することを特徴とする請求項７に記載の蒸気エンジン。
【請求項９】
前記機械的エネルギを出力する機構の動作状態から前記流体容器の容積が最小となるタイミングを検出するタイミング検出手段を備え、
前記制御手段は、該タイミング検出手段による検出タイミングに同期して前記圧力センサから前記内部圧力を取り込むことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の蒸気エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギを機械的エネルギに変換する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、流体容器内に流体を封入し、加熱器を介して流体容器内の流体を気化させると共に、その気化した蒸気を冷却器を介して冷却し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流体容器内のピストンを変位させて機械的エネルギを出力するように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。
【特許文献１】特開昭５８−５７０１４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この種の蒸気エンジンにおいて、エンジン性能を高出力・高効率にするには、加熱により流体容器内で発生させる蒸気の高温・高圧化が必要であるが、エンジン性能を高めるために単に加熱温度を上げると、エンジン運転時に流体容器内の圧力が流体の飽和蒸気圧を越えてしまい、エンジン性能が却って低下してしまうことがあった。
【０００４】
つまり、従来の蒸気エンジンでは、流体容器に液体を充填して加熱温度を上げると、ピストンが下死点に位置して流体容器の容積が最大となっている状態でも、加熱部には高温の蒸気が存在し、その後、ピストンが上死点に達する前に装置内の圧力が最大になる。
【０００５】
そして、この圧力が増加すると、流体容器の内部圧力が、そのときの加熱条件下（つまり温度）での流体の飽和蒸気圧を越えてしまい、一部の蒸気が凝縮して液化して、流体容器の内部圧力が低下してしまうことがあるのである。
【０００６】
そして、このように流体容器の内部圧力が流体の飽和蒸気圧を越えて一部の蒸気が液化すると、エンジン出力・効率の目安となるＰＶ線図において、一部が逆向きになって、マイナスの仕事をしてしまい（後述の図２参照）、蒸気エンジンの高出力・高効率化の妨げになってしまうのである。
【０００７】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、流体容器内に封入した流体を加熱・冷却することにより機械的エネルギを出力する蒸気エンジンにおいて、エンジン運転時に容器の内部圧力が流体の飽和蒸気圧を越えるのを防止しつつ、エンジンの高出力・高効率化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
係る目的を達成するためになされた請求項１に記載の蒸気エンジンは、上述した従来の蒸気エンジンと同様、流体が流動可能に封入された流体容器と、流体容器内の流体を加熱して気化させる加熱器と、加熱器にて加熱されて気化した蒸気を冷却して液化させる冷却器とを備え、加熱器及び冷却器の動作によって生じる流体容器内の圧力変化を機械的エネルギに変換して出力するが、流体容器には、常温・常圧時では流体容器の容積よりも小さい体積を有する量の液体が封入されており、しかも、常温・常圧時に生じる流体容器の容積と液体の体積との差分の容積に占める部分には気体が封入されている。
【０００９】
このため、加熱器により流体容器内の液体が加熱されて蒸気が発生し、その圧力が高圧状態になった際には、流体容器内に封入された気体が圧縮されることから、気体は、流体容器内の圧力の一部を吸収するバッファとして機能する。
【００１０】
従って、本発明によれば、蒸気エンジンの性能を高めるために、加熱器による加熱温度を上昇させた際に、流体容器内の圧力が液体の飽和蒸気圧を越えて蒸気が液化するのを防止することができるようになり、延いては、蒸気エンジンの高出力・高効率化を図ることができるようになる。
【００１１】
ここで、流体容器内に作動流体（液体）と共に封入する気体は、蒸気エンジンの運転に影響を与えることのない気体であればよいが、請求項２に記載のように、この気体として空気を利用するようにすれば、流体（液体）を流体容器内に封入する作業を、常温・常圧時に大気中で行えばよいことになり、蒸気エンジンの生産性を向上できる。
【００１２】
なお、本発明でいう常温・常圧とは、基本的には、気温：２０°Ｃ、気圧：１気圧のことを指しているが、人間の生活環境下であれば、この条件から外れていてもよい。
次に、本発明のように、常温・常圧時では流体容器の容積よりも小さい体積を有する量の液体を流体容器内に封入する場合、常温・常圧時に生じる流体容器の容積と液体の体積との差分の容積に占める部分には、必ずしも気体を封入する必要はなく、請求項３に記載のように、その差分の容積に占める部分は、真空又は略真空にするようにしてもよい。
【００１３】
つまり、このようにしても、蒸気エンジンの運転時に流体容器内の圧力が液体の飽和蒸気圧を越えるのを防止し、蒸気エンジンの高出力・高効率化を図ることができるようになる。
【００１４】
ところで、本発明（請求項１〜請求項３）のように、常温・常圧時では流体容器の容積よりも小さい体積を有する量の液体を流体容器内に封入し、常温・常圧時に生じる流体容器の容積と液体の体積との差分の容積に占める部分には気体を封入するか、若しくは、その部分を真空又は略真空にするようにすれば、流体容器内の常温時の内部圧力は大気圧以下になり、そのときの大気圧との差圧（負圧）若しくは流体容器内の気体を利用して、蒸気エンジンの運転時に流体容器内の圧力が液体の飽和蒸気圧を越えるのを抑制することができるようになる。
【００１５】
しかし、蒸気エンジンには、流体容器内の圧力変化を機械的エネルギに変換して出力するための機構（ピストン等）が設けられており、その機構によって流体容器の容積は変化することから、上記のように流体容器内に作動流体（液体）や気体を封入する際に、流体容器内の容積が最大となっている状態で行うと、流体容器内の容積が最小となったときの流体容器内の圧力が大気圧よりも高くなってしまうことも考えられる。
【００１６】
このため、本発明（請求項１〜請求項３）の蒸気エンジンは、更に、請求項４に記載のように、流体容器の常温時の内部圧力は、機械的エネルギを出力する機構の状態にかかわらず常に大気圧以下となるようにすることが望ましい。
【００１７】
一方、請求項５に記載の蒸気エンジンは、流体容器に、ねじの螺合位置によって内部容積を調整可能な調整機構を設けたことを特徴としている。
このため、請求項５に記載の蒸気エンジンによれば、常温・常圧時に流体容器内に液体を封入して蒸気エンジンを製造した後、調整機構のねじを回して流体容器の容積を増大させれば、その増大させた容積分だけ、流体容器内の流体の常温・常圧時での体積を流体容器の容積よりも小さくすることができる。
【００１８】
従って、本発明（請求項５）の蒸気エンジンによれば、流体容器に設けられた調整機構を利用して、上述した請求項１〜請求項４に記載の蒸気エンジンを極めて簡単に製造することができるようになる。
【００１９】
次に、請求項６に記載の蒸気エンジンは、流体容器において当該蒸気エンジンの運転時に温度が殆ど変化しない箇所に、流体容器内に封入された液体よりも沸点が低く且つ密度が低い第２の液体が封入された第２の流体容器を連通して設けたものである。
【００２０】
そして、この第２の流体容器は、外部からの加熱により第２の液体を気化させ、その蒸気の一部を大気中に排出した後、密封することにより、内部圧力が調整されている。
このため、請求項６に記載の蒸気エンジンにおいても、第２の流体容器を含む流体容器全体の容積は、両流体容器内に封入された流体の常温・常圧時での体積よりも大きく、常温時の流体容器内の圧力は、大気圧よりも低くなる。
【００２１】
よって、本発明（請求項６）の蒸気エンジンによれば、流体容器に連通された第２の流体容器を利用して、請求項１〜請求項４に記載の蒸気エンジンを製造できるようになる。
また次に、請求項７に記載の蒸気エンジンにおいては、流体容器に、その内部を大気に連通させるためのバルブと、内部圧力を検出する圧力センサとが設けられており、蒸気エンジンの運転時には、制御手段が、圧力センサにて検出された流体容器内の圧力が加熱部の温度に基づき設定された飽和蒸気圧以上であるか否かを判定し、内部圧力が飽和蒸気圧以上である場合には、バルブを一時的に開いて流体容器内の圧力を低下させ、内部圧力が飽和蒸気圧未満であれば、バルブを閉状態に保持する。
【００２２】
この結果、請求項７に記載の蒸気エンジンによれば、制御手段の動作によって、流体容器内の圧力が流体の飽和蒸気圧を越えるのを防止することができ、上述した請求項１〜請求項４に記載の蒸気エンジンと同様の効果を得ることができる。
【００２３】
なお、流体の飽和蒸気圧は、流体（延いては加熱部）の温度に応じて変化し、その温度が高くなるほど、飽和蒸気圧も高くなる。
このため、請求項７に記載の蒸気エンジンにおいて、加熱部が常時一定の条件下で流体を加熱するように構成されている場合には、制御手段は、その加熱時の温度に基づき設定された飽和蒸気圧を用いて、流体容器内の圧力を判定するように構成すればよいが、加熱部による流体の加熱温度を任意に設定できる場合や、使用条件によって加熱部による流体の加熱温度が変化するような場合には、制御手段が圧力判定に用いる飽和蒸気圧を適宜設定できるようにする必要がある。
【００２４】
そして、このためには、例えば、請求項８に記載のように、加熱部の温度を検出する温度センサを設け、制御手段は、その温度センサにて検出された加熱部の温度に基づき飽和蒸気圧を設定するように構成すればよい。
【００２５】
また、請求項７、８に記載の蒸気エンジンのように、流体容器内の圧力を検出して、その圧力が飽和蒸気圧以上にならないようにバルブを開閉制御する場合、制御手段が圧力センサから流体容器の内部圧力を取り込むタイミングが、流体容器の容量が最小となるタイミングからずれると、バルブの開閉制御によって流体容器内の圧力を飽和蒸気圧未満に制限することができなくなってしまう。
【００２６】
このため、この問題を防止するには、請求項７、８に記載の蒸気エンジンに、更に、  機械的エネルギを出力する機構の動作状態から流体容器の容積が最小となるタイミングを検出するタイミング検出手段を設け、制御手段は、その検出タイミングに同期して圧力センサから内部圧力を取り込むように構成するとよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に本発明が適用された実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本実施形態に係る蒸気エンジン１０及び発電機１からなる発電装置の概略構成を表す構成図である。
【００２８】
図１に示す如く、本実施形態の蒸気エンジン１０は、永久磁石が埋設された可動子２を振動変位させるこ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、作動流体２０が流動可能に封入された流体容器１１と、流体容器１１内の作動流体２０を加熱する加熱器１２と、加熱器１２にて加熱されて気化した蒸気を冷却する冷却器１３とを備える。
【００２９】
ここで、流体容器１１は、加熱器１２及び冷却器１３に対応する部位を除き、断熱性に優れた材料とすることが望ましく、本実施形態では、作動流体２０を水としているので、流体容器１１をステンレス製とし、加熱器１２及び冷却器１３部分を流体容器１１（ステンレス）より熱伝導率に優れた銅又はアルミニウム製としている。
【００３０】
そして、流体容器１１は、例えば、ステンレスからなるパイプをＵ字状に屈曲させることにより、略Ｕ字パイプ状に形成されており、その屈曲部１１ａが最下部に位置し、屈曲部１１ａより延びた２つの直線部１１ｂ、１１ｃが鉛直線上に位置するように配置されている。
【００３１】
流体容器１１を構成している２つの直線部１１ｂ、１１ｃの内、一方の直線部１１ｂの上端部には、作動流体２０を周囲から加熱して気化させるための加熱器１２が設けられており、その加熱器１２の下方には、加熱器１２により気化された蒸気を冷却して液化させるための冷却器１３が設けられている。また、流体容器１１を構成している他方の直線部１１ｃの上端部には、作動流体２０から圧力を受けて変位するピストン１４が摺動可能に設けられている。
【００３２】
なお、このピストン１４は、発電機１の可動子２のシャフト２ａに連結されている。また、発電機１において、可動子２を挟んでピストン１４とは反対側には、可動子２をピストン１４側に押圧付勢するバネ３が設けられている。
【００３３】
このように構成された本実施形態の蒸気エンジン１０においては、加熱器１２及び冷却器１３を動作させると、まず加熱器１２により流体容器１１内の液体（水）が加熱されて気化し、直線部１１ｂの上部に高温・高圧の蒸気が蓄積されて、直線部１１ｂ内の液体の液面を押し下げる。すると、流体容器１１内に封入された作動流体２０の液体部分は、直線部１１ｂから直線部１１ｃ側に流動変位して、発電機１側のピストン１４を押し上げる。
【００３４】
また、流体容器１１の直線部１１ｂ内の液体の液面が冷却器１３まで下がり、冷却器１３内に蒸気が進入すると、蒸気が冷却器１３により冷却されて液化されるため、直線部１１ｂ内の液体の液面を押し下げる力が消滅し、直線部１１ｂ側の液面が上昇する。この結果、蒸気の膨張によって一旦押し上げられた発電機１側のピストン１４は下降する。
【００３５】
そして、こうした動作は、加熱器１２及び冷却器１３の動作を停止させるまで繰り返し実行され、その間、流体容器１１内の作動流体２０は周期的に流動変位（所謂自励振動）して、発電機１の可動子２を上下動させることになる。
【００３６】
ところで、本実施形態の蒸気エンジン１０においては、流体容器１１内に作動流体２０としての水を充填して、密封しただけでは、エンジン運転中に、流体容器１１内の圧力が作動流体２０の飽和蒸気圧を越えてしまい、流体容器の内部圧力を充分上昇させることができないことがある。
【００３７】
つまり、蒸気エンジン１０のエンジン性能を高めるために、加熱器１２による加熱温度を上げると、ピストン１４が下死点（図１では最上位置）に位置して流体容器１１の容積が最大となっている状態でも、加熱器１２内には高温の蒸気が存在するようになる（図２の「１」参照）。また、その後、ピストン１４が下死点から上死点（図１では最下位置）に向かって移動し、流体容器１１の容積が減少すると、蒸気が圧縮されて、加熱器１２による加熱領域に液体が侵入し、その液体が加熱されて気化するので、流体容器１１の内部圧力が更に上昇する（図２の「２」、「３」参照）。そして、この圧力の上昇によって、流体容器１１の内部圧力が、そのときの加熱条件下（つまり温度）での流体の飽和蒸気圧を越えて、一部の蒸気が凝縮して液化してしまうことがある（図２「４」参照）。そして、このように、流体容器１１の内部圧力が作動流体２０の飽和蒸気圧を越えて、蒸気の一部が液化すると、図２に示すＰＶ線図に記載のように、仕事の一部が逆向きになって、マイナスの仕事をしてしまい、エンジン性能が却って低下してしまう。
【００３８】
そこで、本実施形態では、図３に示すように、蒸気エンジン１０の運転時に、流体容器１１内の圧力が、蒸気の温度Ｔｏで決まる作動流体２０の飽和蒸気圧Ｐｏを越えることがなく、エンジン運転時の流体容器１１の内部圧力と容積との関係を表すＰＶ線図が、図に実線で示す正規の特性（つまり、マイナスの仕事が生じることのない特性）となるように、流体容器１１内に封入する作動流体２０の量を制限している。
【００３９】
具体的には、本実施形態の流体容器１１には、図４に示す如く、調整ねじ３２が螺合され、この調整ねじの螺合位置によって内部容積を調整可能な筒状の圧力調整部３０が設けられている。なお、この圧力調整部３０は、請求項５に記載の調整機構に相当する。
【００４０】
そして、蒸気エンジン１０の製造時には、流体容器１１内に作動流体２０を充填して、流体容器１１を密封し（図４（ａ）参照）、その後、圧力調整部３０の調整ねじ３２を回して、圧力調整部３０を含む流体容器１１全体の容積を増加させることにより（図４（ｂ）参照）、常温・常圧時で流体容器１１には圧力調整部３０を含む流体容器の全体の容積よりも小さい体積を有する量の液体が封入されるようにする。
【００４１】
この結果、流体容器１１には、常温・常圧時では流体容器の容積よりも小さい体積を有する量の液体が封入され、しかも、常温・常圧時に生じる流体容器の容積と液体の体積との差分の容積に占める部分は略真空にされることになる。
【００４２】
そして、このように構成された本実施形態の蒸気エンジン１０によれば、加熱器１２により作動流体２０が加熱されて蒸気が発生し、流体容器１１の内部圧力が上昇しても、常温時の真空の分だけ、流体容器１１内の圧力上昇が抑えられることになる。
【００４３】
よって、本実施形態の蒸気エンジン１０によれば、エンジンの性能を高めるために、加熱器１２による加熱温度を上昇させた際に、流体容器１１内の圧力が作動流体２０の飽和蒸気圧を越えて蒸気が液化するのを抑制することができるようになり、延いては、蒸気エンジン１０の高出力・高効率化を図ることができるようになる。
【００４４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術範囲内にて、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施形態では、圧力調整部３０の調整ねじ３２を回して流体容器１１の容積を増加させることによって、流体容器１１内に真空の空間を形成するものとして説明したが、調整ねじ３２を回して流体容器１１の容積を拡大させた際には、その領域内に大気を流入させるようにしてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、調整ねじ３２の螺合位置によって容積を調整可能な圧力調整部３０を設け、流体容器１１内への作動流体の封入後に、その圧力調整部３０を介して流体容器１１の容積を拡大することで、流体容器１１内に封入される作動流体２０の量を制限するようにしたが、例えば、図５に示すように、流体容器１１において、蒸気エンジン１０の運転時に温度が殆ど変化しない箇所に、流体容器３４を連通して設け、この流体容器３４を利用して、流体容器１１内に封入される作動流体２０の量を制限するようにしてもよい。
【００４６】
すなわち、図５に示す流体容器３４は、Ｕ字状の流体容器１１の屈曲部１１ａの上方に連通孔を介して連通された第１室と、この第１室の上方に連通孔を介して連通された第２室とから構成されている。
【００４７】
そして、蒸気エンジン１０の製造時には、流体容器１１内に作動流体２０を充填し、流体容器３４内には、作動流体２０である水よりも沸点が低く且つ密度が低い液体３３を充填する（図５（ａ）参照）。
【００４８】
そして、その後は、流体容器３４を周囲から加熱して（図５（ａ−１）参照）、内部の液体３３を気化させ、その後、流体容器３４の上部を開放することにより、液体３３の一部を大気中に排出させて（図５（ａ−２）参照）、第１室と第２室との連通部分を、抵抗溶接法等を利用して溶接することにより、流体容器１１側の第１室を密封し（図５（ａ−３）参照）、最後に、不要な第２室を切断することにより（図５（ａ−４）参照）、常温・常圧時で流体容器１１には第１室を含む流体容器の全体の容積よりも小さい体積を有する量の液体が封入されるようにする。
【００４９】
この結果、図５（ｂ）に示すように、流体容器３４が常温に戻ると、流体容器３４の内部圧力が大気圧よりも低下して、作動流体２０が流体容器３４側に吸引されることになり、上記実施形態の蒸気エンジン１０と同様、流体容器１１には、常温・常圧時では流体容器の容積よりも小さい体積を有する量の液体が封入され、しかも、常温・常圧時に生じる流体容器の容積と液体の体積との差分の容積に占める部分は略真空にされることになる。
【００５０】
よって蒸気エンジン１０を図５に示すように製造しても、上記実施形態と同様、蒸気エンジン１０の運転時に、流体容器１１内の圧力が作動流体２０の飽和蒸気圧を越えるのを防止し、蒸気エンジン１０の高出力・高効率化を図ることができるようになる。
【００５１】
またこのように、蒸気エンジン１０の運転時に流体容器１１内の圧力が作動流体２０の飽和蒸気圧を越えるのを防止するには、蒸気エンジン１０を実際に運転させて、そのとき飽和蒸気圧を越えた分だけ作動流体２０を外部に排出するようにしてもよい。
【００５２】
そして、このためには、図６に例示するように、図１に示した蒸気エンジン１０に対して、流体容器１１の内部圧力を検出する圧力センサ３６と、加熱器１２による作動流体２０の加熱温度を検出する温度センサ３７と、流体容器１１の内部を大気に連通させるためのバルブ３８と、このバルブ３８を圧力センサ３６及び温度センサ３７から検出信号に基づき開閉する制御回路４０とを設け、この制御回路４０において、下記の手順でバルブ開閉制御を実行するようにすればよい。
【００５３】
すなわち、制御回路４０では、まず、温度センサ３７にて検出された加熱器１２の温度に基づき、その温度条件下での作動流体２０の飽和蒸気圧を設定し、次に、圧力センサ３６にて検出された流体容器１１内の圧力を取り込み、その圧力と飽和蒸気圧とを比較して、図７に示すように、流体容器１１内の圧力が飽和蒸気圧以上であれば、バルブ３８を開いて、流体容器１１内の作動流体２０を大気中に排出し、流体容器１１内の圧力が飽和蒸気圧未満であれば、バルブ３８を閉じるようにすればよい。
【００５４】
そして、このようなバルブ開閉制御を制御回路４０で実行するようにすれば、蒸気エンジン１０の運転時に、流体容器１１内の圧力が作動流体２０の飽和蒸気圧を越えてしまうのをより確実に防止することができるようになる。
【００５５】
なお、蒸気エンジン１０の運転時に流体容器１１内の圧力が最も高くなるのは、ピストン１４が上死点（図１では最下位置）に位置して、流体容器１１の容積が最も小さくなったときであることから、図６に点線で示すように、そのピストン１４の位置を検出する位置センサ３９を設け、この位置センサ３９を介してピストン１４が下死点となるタイミングを検出して、その検出タイミングに同期して、バルブ３８の開閉制御を実行するようにしてもよい。
【００５６】
そして、この場合、バルブ３８の開閉制御は、ピストン１４の下死点位置で圧力センサ３６から取り込んだ流体容器１１の内部圧力が飽和蒸気圧以上になると、ピストン１４の往復周期よりも短い所定時間だけバルブ３８を開く、といった手順で行うことにより、流体容器１１内の作動流体を段階的に排出させるようにすればよい。
【００５７】
また次に、上記各実施形態では、本発明を発電装置の駆動源に適用した場合について説明したが、本発明の蒸気エンジンは、発電装置以外の駆動源としても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施形態の蒸気エンジンを備えた発電装置の構成を表す概略構成図である。
【図２】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。
【図３】実施形態の蒸気エンジンの動作特性を説明する説明図である。
【図４】図３に示した動作特性を実現するための蒸気エンジンの詳細構成を表す説明図である。
【図５】図３に示した動作特性を実現するための蒸気エンジンの他の構成例を説明する説明図である。
【図６】図３に示した動作特性を実現するための蒸気エンジンの制御系の構成例を説明する説明図である。
【図７】図６に示した制御回路の動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１…発電機、２…可動子、３…バネ、１０…蒸気エンジン、１１…流体容器、１１ａ…屈曲部、１１ｂ…直線部、１１ｃ…直線部、１２…加熱器、１３…冷却器、１４…ピストン、２０…作動流体、３０…圧力調整部、３２…調整ねじ、３３…液体、３４…流体容器、３６…圧力センサ、３７…温度センサ、３８…バルブ、３９…位置センサ、４０…制御回路。
【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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