(57)【要約】【課題】  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、始動が好適になされるようにする。【解決手段】  蒸気エンジン１においては、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。蒸気エンジン１の始動時においては、出力部１００におけるピストン１０４が下死点側に配置されることにより、加熱器３０により加熱される管１０内の部分（上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の部分）に液体が存在するようにされる。【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、
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と、
を有する蒸気エンジンであって、
前記加熱器、前記冷却器、前記出力部は、前記管がなす管路上に、前記加熱器、前記冷却器、前記出力部の順に配置され、
前記出力部は、前記管内の液体に面した状態で前記管内側の一端と前記管内側とは反対側の他端との間で往復駆動されるピストンを備え、
当該蒸気エンジンの始動時において、前記ピストンが前記管内側の一端側に配置されることで、前記加熱器により加熱される前記管内の部分に液体が存在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２】
請求項１に記載の蒸気エンジンにおいて、
当該蒸気エンジンの起動時に前記ピストンの駆動制御を行なうことで、前記加熱器により加熱される前記管内の部分に液体を存在させるピストン制御手段を備えたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項３】
請求項２に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記ピストンの駆動力を発生する駆動力発生手段と、
前記駆動力発生手段からの駆動力の前記ピストンに対する伝達状態をオン状態にしたりオフ状態にしたりできるよう構成されたリンク機構と、
を備え、
前記ピストン制御手段は、
前記リンク機構のオン状態あるいはオフ状態への切り替え制御を行なうことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項４】
請求項３に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記駆動力発生手段は、駆動時に排熱処理を行なうよう構成され、
前記加熱器は、前記駆動力発生手段の排熱を用いて前記管内の液体の加熱を行なう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２〜４のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記加熱器と前記加熱器により加熱される前記管内の部分とのうち少なくとも一方の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記ピストン制御手段は、
前記温度検出手段にて検出された温度に基づき、前記ピストンの駆動制御を行なうことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項６】
請求項５に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記ピストン制御手段は、
前記温度検出手段にて検出された温度が、前記加熱器における加熱と前記冷却器における冷却とにより前記管内の液体に発生する流動変位によって前記ピストンに継続的な往復運動が起きる温度として予め定めた温度に達したことを検知した際に、前記ピストンを予め定めた時間だけ駆動させる制御を行なうことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項７】
請求項２〜４のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記管内の圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記ピストン制御手段は、
前記圧力検出手段にて検出された圧力に基づき、前記ピストンの駆動制御を行なうことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項８】
請求項７に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記ピストン制御手段は、
前記圧力検出手段にて検出された圧力が、前記加熱器における加熱と前記冷却器における冷却とにより前記管内の液体に発生する流動変位によって前記ピストンに継続的な往復運動が起きる圧力として予め定めた圧力に達したことを検知した際に、前記ピストンを予め定めた時間だけ駆動させる制御を行なうことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項９】
請求項２〜４のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記ピストン制御手段は、
前記加熱器の昇温制御が開始されてから予め定めた時間が経過したことを検知した際に、前記ピストンを予め定めた時間だけ駆動させる制御を行なうことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１０】
請求項１に記載の蒸気エンジンにおいて、
当該蒸気エンジンの停止時に前記ピストンを前記管内側の一端側に配置させることで、当該蒸気エンジンの始動時においては、前記加熱器により加熱される前記管内の部分に液体が存在するようにさせるピストン位置設定手段を備えたことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１１】
請求項１０に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記ピストン位置設定手段は、
当該蒸気エンジンの停止時に前記ピストンを前記管内側の一端側に配置させた後、前記ピストンの位置を保持する制御を行なうことで、当該蒸気エンジンの始動時においては、前記加熱器により加熱される前記管内の部分に液体が存在するようにさせることを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１２】
請求項１に記載の蒸気エンジンにおいて、
当該蒸気エンジンの停止時に前記ピストンが自重により前記管内側の一端側に配置されることで、当該蒸気エンジンの始動時においては、前記加熱器により加熱される前記管内の部分に液体が存在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１３】
請求項１０〜１２のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
少なくとも当該蒸気エンジンの始動時に前記ピストンが前記管内側の一端側に配置された状態を保持する制御を行なうピストン保持手段を備えた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、
前記加熱器と前記加熱器により加熱される前記管内の部分とのうち少なくとも一方の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記ピストン保持手段は、
前記温度検出手段にて検出された温度に基づき、前記ピストンの保持を解除する制御を行なう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、
前記ピストン保持手段は、
前記温度検出手段にて検出された温度が、前記加熱器における加熱と前記冷却器における冷却とにより前記管内の液体に発生する流動変位によって前記ピストンに継続的な往復運動が起きる温度として予め定めた温度に達したことを検知した際に、前記ピストンの保持を解除する制御を行なうことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１６】
請求項１３に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記管内の圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記ピストン保持手段は、
前記圧力検出手段にて検出された圧力に基づき、前記ピストンの保持を解除する制御を行なうことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１７】
請求項１６に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記ピストン保持手段は、
前記圧力検出手段にて検出された圧力が、前記加熱器における加熱と前記冷却器における冷却とにより前記管内の液体に発生する流動変位によって前記ピストンに継続的な往復運動が起きる圧力として予め定めた圧力に達したことを検知した際に、前記ピストンの保持を解除する制御を行なうことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１８】
請求項１３に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記ピストン保持手段は、
前記加熱器の昇温制御が開始されてから予め定めた時間が経過したことを検知した際に、前記ピストンの保持を解除する制御を行なう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、
前記加熱器は、前記冷却器よりも上方に位置してい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、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。
【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９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。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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【特許文献１】特開平７−１８０６４９号公報
【特許文献２】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】
【０００８】
ところで、図９に示した蒸気エンジン５００においては、加熱器５０４は、冷却器５０６よりも上方に配置されている。
よって、蒸気エンジン５００においては、当該蒸気エンジン５００の停止時に、加熱器５０４や冷却器５０６が配置された管５０２の部分の内部において、液体の液面が、加熱器５０４からの熱供給が受けられる領域に存在しない場合があり得た（図９中の「液面」参照）。
【０００９】
しかし、液体の液面がこのような状態になっているときには、蒸気エンジン５００を好適に始動させることができない場合があった。
つまり、まず、蒸気エンジン５００の始動方法としては、例えば、加熱器５０４部分の温度上昇と冷却器５０６部分の温度低下を開始させて、加熱器５０４による管５０２内の液体の加熱と、冷却器５０６による管５０２内の蒸気の冷却とが開始されるようにするものが考えられる。
【００１０】
しかし、管５０２内における液体の液面が加熱器５０４からの熱供給が受けられる領域に存在しない状態において、加熱器５０４部分の温度上昇と冷却器５０６部分の温度低下を開始させても、管５０２内で液体の気化が好適に起きないことから、蒸気エンジン５００が好適に始動されることはない。
【００１１】
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、始動が好適になされるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、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と、を有する。
【００１３】
この蒸気エンジンにおいて、加熱器、冷却器、出力部は、管がなす管路上に、加熱器、冷却器、出力部の順に配置される。また、出力部は、管内の液体に面した状態で管内側の一端と管内側とは反対側の他端との間で往復駆動されるピストンを備える。
【００１４】
従って、この蒸気エンジンでは、加熱器における加熱により液体が気化されることで管内の流体に容積膨張が起きる一方、この気化されてなる蒸気が加熱器と出力部との間に配置された冷却器により冷却されて液化されることで管内の流体に容積収縮が起きる。出力部では、この流体容積の膨張・収縮による流動変位に応じてピストンが往復駆動されることで機械的エネルギの取り出しが行なわれる。
【００１５】
そして、本発明の蒸気エンジンは、当該蒸気エンジンの始動時において、ピストンが管内側の一端側に配置されることで、加熱器により加熱される管内の部分に液体が存在するよう構成されている。
【００１６】
従って、本発明の蒸気エンジンによれば、当該蒸気エンジンの始動が好適になされる。
つまり、まず、本発明の蒸気エンジンでは、上記のように、始動時に、加熱器により加熱される管内の部分に液体が存在するようにされる。
【００１７】
従って、例えば、蒸気エンジンを始動させるために、加熱器の温度上昇を開始させれば、加熱器により加熱される管内の部分に位置する液体を気化させることができる。そして、このように管内で蒸気が発生すれば、管内の流体に容積膨張が起きる。また、この蒸気が、温度低下が開始された冷却器により冷却されて液化することで、管内の流体に容積収縮が起きる。
【００１８】
つまり、本発明のように、加熱器からの熱供給によって管内の液体を好適に気化させられるようにすれば、管内で流体容積の膨張・収縮を発生させることができる。すなわち、蒸気エンジンの始動が好適になされる。
【００１９】
本発明の蒸気エンジンは、当該蒸気エンジンの起動時にピストンの駆動制御を行なうことで、加熱器により加熱される管内の部分に液体を存在させるピストン制御手段を備えていても良い。
【００２０】
ここで、ピストン制御手段が行なう制御の態様としては、例えば、(1) 管内側の一端と管内側とは反対側の他端との間でピストンを往復駆動させることで、加熱器により加熱される管内の部分に液体を存在させるものや、(2) 管内側の一端にピストンを配置させるべくピストンを駆動させることで、加熱器により加熱される管内の部分に液体を存在させるもの、などが考えられる。
【００２１】
また、このようにピストン制御手段を備える場合においては、ピストン制御手段がピストンの駆動力を直接的に発生し、それをピストンに伝達しても良い。また、ピストン制御手段とは別の部分にて発生された駆動力をピストンに伝達する制御をピストン制御手段が行なっても良い。このうち、後者の態様の例としては、例えば、以下のものがある。
【００２２】
すなわち、この場合、本発明の蒸気エンジンは、ピストンの駆動力を発生する駆動力発生手段と、駆動力発生手段からの駆動力のピストンに対する伝達状態をオン状態にしたりオフ状態にしたりできるよう構成されたリンク機構と、を備えていても良い。そして、この態様において、ピストン制御手段は、リンク機構のオン状態あるいはオフ状態への切り替え制御を行なっても良い。
【００２３】
ここで、駆動力発生手段はピストンの駆動力を発生する構成のものであれば特定のものに限定されないが、駆動力発生手段は、駆動時に排熱処理を行なうよう構成されたものであっても良い。
【００２４】
そして、駆動力発生手段がこのように排熱処理を行なうものである場合には、加熱器は、駆動力発生手段の排熱を用いて管内の液体の加熱を行なうよう構成されたものとすることが望ましい。
【００２５】
このようにすれば、例えば、加熱器自体で熱を発生させ、その発生した熱を管内の液体に供給する場合等に比べ、蒸気エンジンを熱効率良く駆動させることができる。
ところで、ピストン制御手段が行なうピストンの駆動制御のタイミングや内容は、特定のものに限定されない。
【００２６】
しかし、ピストン制御手段が行なう制御を一層好適にするためには、例えば、蒸気エンジンの状態を予測するのに好適なパラメータを利用してピストンの駆動制御を行なうものとして、ピストン制御手段を構成することが望ましい。
【００２７】
そのような例としては、例えば、本発明の蒸気エンジンに、加熱器と加熱器により加熱される管内の部分とのうち少なくとも一方の温度を検出する温度検出手段を設け、ピストン制御手段を、温度検出手段にて検出された温度に基づき、ピストンの駆動制御を行なうものとして構成するもの、が考えられる。
【００２８】
このようにすれば、ピストン制御手段が温度検出手段にて検出された温度を用いてピストンの駆動制御を実行する分だけ、ピストン制御手段により実行されるピストンの駆動制御が蒸気エンジンの状態に好適に対応したものとなりうる。
【００２９】
そして、この場合には、ピストン制御手段を更に次のように構成しても良い。すなわち、ピストン制御手段は、温度検出手段にて検出された温度が、加熱器における加熱と冷却器における冷却とにより管内の液体に発生する流動変位によってピストンに継続的な往復運動が起きる温度として予め定めた温度に達したことを検知した際に、ピストンを予め定めた時間だけ駆動させる制御を行なうものであっても良い。
【００３０】
このようにすれば、ピストン制御手段にてピストンの駆動制御が行なわれた後に、加熱器における加熱と冷却器における冷却とにより管内の液体に発生する流動変位によってピストンに継続的な往復運動が発生しうる。つまり、蒸気エンジンが更に好適に始動される。
【００３１】
また、蒸気エンジンの状態を予測するのに好適なパラメータを利用してピストン制御手段がピストンの駆動制御を行ない得る他の例としては、例えば、次のものが考えられる。
すなわち、例えば、本発明の蒸気エンジンに、管内の圧力を検出する圧力検出手段を設け、ピストン制御手段を、圧力検出手段にて検出された圧力に基づき、ピストンの駆動制御を行なうものとして構成するもの、が考えられる。
【００３２】
このようにすれば、ピストン制御手段が圧力検出手段にて検出された圧力を用いてピストンの駆動制御を実行する分だけ、ピストン制御手段により実行されるピストンの駆動制御が蒸気エンジンの状態に好適に対応したものとなりうる。
【００３３】
そして、この場合には、ピストン制御手段を更に次のように構成しても良い。すなわち、ピストン制御手段は、圧力検出手段にて検出された圧力が、加熱器における加熱と冷却器における冷却とにより管内の液体に発生する流動変位によってピストンに継続的な往復運動が起きる圧力として予め定めた圧力に達したことを検知した際に、ピストンを予め定めた時間だけ駆動させる制御を行なうものであっても良い。
【００３４】
このようにすれば、ピストン制御手段にてピストンの駆動制御が行なわれた後に、加熱器における加熱と冷却器における冷却とにより管内の液体に発生する流動変位によってピストンに継続的な往復運動が発生しうる。つまり、蒸気エンジンが更に好適に始動される。
【００３５】
また、蒸気エンジンの状態を予測するのに好適なパラメータを利用してピストン制御手段がピストンの駆動制御を行ない得る他の例としては、例えば、次のものも考えられる。
すなわち、例えば、ピストン制御手段は、加熱器の昇温制御が開始されてから予め定めた時間が経過したことを検知した際に、ピストンを予め定めた時間だけ駆動させる制御を行なうものであっても良い。
【００３６】
このようにすれば、例えば、上記のピストン制御手段の検知対象たる「予め定めた時間」を、蒸気エンジンの始動を好適に行なうのに適した時間とすることで、蒸気エンジンが好適に始動されることになる。つまり、ピストン制御手段により実行されるピストンの駆動制御が蒸気エンジンの状態に好適に対応したものとなりうる。
【００３７】
この場合には、上記のピストン制御手段の検知対象たる「予め定めた時間」を、例えば、加熱器の昇温制御が開始されてからの経過時間であって、加熱器における加熱と冷却器における冷却とにより管内の液体に発生する流動変位によってピストンに継続的な往復運動が起きる程度に、加熱器の温度を上昇させる経過時間、として予め定めたもの、として設定しても良い。
【００３８】
このようにすれば、ピストン制御手段にてピストンの駆動制御が行なわれた後に、加熱器における加熱と冷却器における冷却とにより管内の液体に発生する流動変位によってピストンに継続的な往復運動が発生しうる。つまり、蒸気エンジンが更に好適に始動される。
【００３９】
一方、本発明の蒸気エンジンは、当該蒸気エンジンの停止時にピストンを管内側の一端側に配置させることで、当該蒸気エンジンの始動時においては、加熱器により加熱される管内の部分に液体が存在するようにさせるピストン位置設定手段を備えていても良い。
【００４０】
このようにすれば、蒸気エンジンの始動時においては、加熱器により加熱される管内の部分に液体が存在することになる。そのため、例えば、蒸気エンジンを始動させるために、加熱器の温度上昇を開始させれば、加熱器により加熱される管内の部分に位置する液体を気化させることができる。そして、このように管内で蒸気が発生すれば、管内の流体に容積膨張が起きる。また、この蒸気が、温度低下が開始された冷却器により冷却されて液化することで、管内の流体に容積収縮が起きる。
【００４１】
つまり、この場合においては、管内で流体容積の膨張・収縮を好適に発生させることができる。すなわち、蒸気エンジンの始動が好適になされる。
本発明において、ピストン位置設定手段は、当該蒸気エンジンの停止時にピストンを管内側の一端側に配置させた後、ピストンの位置を保持する制御を行なうことで、当該蒸気エンジンの始動時においては、加熱器により加熱される管内の部分に液体が存在するようにさせるものであることが好ましい。
【００４２】
このようにすれば、蒸気エンジンの始動時において、加熱器により加熱される管内の部分に液体がより確実に存在することになる。従って、この場合には、例えば、蒸気エンジンを始動させるために、加熱器の温度上昇を開始させる制御等を行なうことで、蒸気エンジンがより好適に始動される。
【００４３】
また、一方、本発明の蒸気エンジンは、当該蒸気エンジンの停止時にピストンが自重により管内側の一端側に配置されることで、当該蒸気エンジンの始動時においては、加熱器により加熱される管内の部分に液体が存在するよう構成されていても良い。
【００４４】
この場合には、何ら特別な制御処理を行なわなくても、蒸気エンジンの始動時においては、加熱器により加熱される管内の部分に液体が存在することになる。そのため、例えば、蒸気エンジンを始動させるために、加熱器の温度上昇を開始させれば、加熱器により加熱される管内の部分に位置する液体を気化させることができる。そして、このように管内で蒸気が発生すれば、管内の流体に容積膨張が起きる。また、この蒸気が、温度低下が開始された冷却器により冷却されて液化することで、管内の流体に容積収縮が起きる。
【００４５】
つまり、この場合においては、管内で流体容積の膨張・収縮を好適に発生させることができる。すなわち、蒸気エンジンの始動が好適になされる。
ここで、上記のように、ピストン位置設定手段を備える場合や、当該蒸気エンジンの停止時にピストンが自重により管内側の一端側に配置される場合には、更に次のような態様を取っても良い。
【００４６】
すなわち、本発明の蒸気エンジンは、更に、少なくとも当該蒸気エンジンの始動時にピストンが管内側の一端側に配置された状態を保持する制御を行なうピストン保持手段を備えていても良い。
【００４７】
このようにすれば、ピストン保持手段を備えない場合に比べ、蒸気エンジンの始動時においては、加熱器により加熱される管内の部分に液体が比較的長時間に亘って存在することになる。そのため、例えば、蒸気エンジンを始動させるために、加熱器の温度上昇を開始させれば、加熱器により加熱される管内の部分に位置する液体をより確実に気化させることができる。そして、このように管内で蒸気が発生して管内の流体に容積膨張が起きた後、管内の蒸気が冷却器により冷却されて液化することで、管内の流体に容積収縮が起きる。
【００４８】
つまり、この場合においては、管内で流体容積の膨張・収縮をより確実に発生させることができる。すなわち、蒸気エンジンの始動が更に好適になされる。
ところで、ピストン保持手段が行なうピストンの保持制御の後、例えば、どのような手法にてピストンの保持を解除する制御を行なうかについては、特定の態様に限定されない。
【００４９】
しかし、蒸気エンジンの始動が一層好適になされるようにするためには、例えば、蒸気エンジンの状態を予測するのに好適なパラメータを利用してピストン保持の解除制御を行なうことが望ましい。
【００５０】
そのような例としては、例えば、本発明の蒸気エンジンに、加熱器と加熱器により加熱される管内の部分とのうち少なくとも一方の温度を検出する温度検出手段を設け、ピストン保持手段を、温度検出手段にて検出された温度に基づき、ピストンの保持を解除する制御を行なうものとして構成するもの、が考えられる。
【００５１】
このようにすれば、ピストン保持手段が温度検出手段にて検出された温度を用いてピストン保持の解除制御を実行する分だけ、ピストン保持手段により実行されるピストンの保持制御および保持解除制御が蒸気エンジンの状態に好適に対応したものとなりうる。
【００５２】
そして、この場合には、ピストン保持手段を更に次のように構成しても良い。すなわち、ピストン保持手段は、温度検出手段にて検出された温度が、加熱器における加熱と冷却器における冷却とにより管内の液体に発生する流動変位によってピストンに継続的な往復運動が起きる温度として予め定めた温度に達したことを検知した際に、ピストンの保持を解除する制御を行なうものであっても良い。
【００５３】
このようにすれば、ピストン保持手段にてピストン保持の解除制御が行なわれた後に、加熱器における加熱と冷却器における冷却とにより管内の液体に発生する流動変位によってピストンに継続的な往復運動が発生しうる。つまり、蒸気エンジンが更に好適に始動される。
【００５４】
また、蒸気エンジンの状態を予測するのに好適なパラメータを利用してピストン保持の解除制御を行なう他の例としては、例えば、次のものが考えられる。
すなわち、例えば、本発明の蒸気エンジンに、管内の圧力を検出する圧力検出手段を設け、ピストン保持手段を、圧力検出手段にて検出された圧力に基づき、ピストンの保持を解除する制御を行なうものとして構成するもの、が考えられる。
【００５５】
このようにすれば、ピストン保持手段が圧力検出手段にて検出された圧力を用いてピストン保持の解除制御を実行する分だけ、ピストン保持手段により実行されるピストンの保持制御および保持解除制御が蒸気エンジンの状態に好適に対応したものとなりうる。
【００５６】
そして、この場合には、ピストン保持手段を更に次のように構成しても良い。すなわち、ピストン保持手段は、圧力検出手段にて検出された圧力が、加熱器における加熱と冷却器における冷却とにより管内の液体に発生する流動変位によってピストンに継続的な往復運動が起きる圧力として予め定めた圧力に達したことを検知した際に、ピストンの保持を解除する制御を行なうものであっても良い。
【００５７】
このようにすれば、ピストン保持手段にてピストン保持の解除制御が行なわれた後に、加熱器における加熱と冷却器における冷却とにより管内の液体に発生する流動変位によってピストンに継続的な往復運動が発生しうる。つまり、蒸気エンジンが更に好適に始動される。
【００５８】
また、蒸気エンジンの状態を予測するのに好適なパラメータを利用してピストン保持の解除制御を行なう他の例としては、例えば、次のものも考えられる。
すなわち、例えば、ピストン保持手段は、加熱器の昇温制御が開始されてから予め定めた時間が経過したことを検知した際に、ピストンの保持を解除する制御を行なうものであっても良い。
【００５９】
このようにすれば、例えば、上記のピストン保持手段の検知対象たる「予め定めた時間」を、蒸気エンジンの始動を好適に行なうのに適した時間とすることで、蒸気エンジンが好適に始動されることになる。つまり、ピストン保持手段により実行されるピストンの保持制御および保持解除制御が蒸気エンジンの状態に好適に対応したものとなりうる。
【００６０】
この場合には、上記のピストン保持手段の検知対象たる「予め定めた時間」を、例えば、加熱器の昇温制御が開始されてからの経過時間であって、加熱器における加熱と冷却器における冷却とにより管内の液体に発生する流動変位によってピストンに継続的な往復運動が起きる程度に、加熱器の温度を上昇させる経過時間、として予め定めたもの、として設定しても良い。
【００６１】
このようにすれば、ピストン保持手段にてピストン保持の解除制御が行なわれた後に、加熱器における加熱と冷却器における冷却とにより管内の液体に発生する流動変位によってピストンに継続的な往復運動が発生しうる。つまり、蒸気エンジンが更に好適に始動される。
【００６２】
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。この場合においても、好適に上述の効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
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。
【００６４】
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。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。
【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。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。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。
【００６６】
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１２における少なくとも加熱器３０や冷却器３２が設置された箇所の外壁部分を熱伝導率に優れた素材（例えば、銅やアルミニウム等）を用いて構成している。なお、管１０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。
【００６７】
本実施例の蒸気エンジン１では、加熱器３０にて管１０内の液体が加熱されて沸騰・気化すると、管１０内の流体に容積膨張が起きる。次に、加熱器３０にて気化してなる蒸気は、管１０内における加熱器３０近傍領域より下方に移動し、冷却器３２にて冷却されて液化される。このとき、管１０内の流体容積は収縮される。蒸気エンジン１では、このようにして管１０内に生ずる流体容積の膨張・収縮により、上下方向延在管１４の上端部２０内における液体に液面変化（流動変位。いわゆる自励振動変位）が起きる。
【００６８】
出力部１００は、開口部とされた上下方向延在管１４の上端部２０に設けられており、上下方向延在管１４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。
【００６９】
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、を備える。
【００７０】
この出力部１００において、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、管内１０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。また、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１０８ａを有するステータ１０８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。そして、出力部１００では、この往復駆動に応じてステータ１０８におけるコイル１０８ａに起電力が発生し、その結果、発電がなされる。
【００７１】
また、本実施例では、コイル１０８ａにコントローラ１１０（通常のコンピュータなどから構成される。）が接続されている。コントローラ１１０は、コイル１０８ａに対する通電制御を実行できるよう構成されている。具体的には、例えば、コントローラ１１０は、コイル１０８ａに交流電流を供給することで、出力部１００をスタータとして機能させる。この場合には、コイル１０８ａと、可動部１０６に設けられた永久磁石との相互作用により、可動部１０６とピストン１０４がその交流電流の周波数で往復移動することになる。そして、例えば、このコントローラ１１０からの交流電流の供給が停止された後に、上下方向延在管１４の上端部２０内における液体に液面変化（自励振動変位）が生じ、その液面変化に応じてピストン１０４と可動部１０６が往復駆動されれば、上述のようにコイル１０８ａに起電力が発生する。このとき、出力部１００は発電機として機能する。
【００７２】
ここで、上下方向延在管１４の上端部２０内における液体に上記の自励振動変位を生じさせて、蒸気エンジン１が始動されるようにするには、加熱器３０により加熱される管１０内の部分に液体を存在させて、その液体が加熱器３０より熱供給を受けうる状態にすることが最低限必要である。管１０内で液体が熱供給を受けて気化することがなければ、蒸気エンジン１が始動されることはないからである。
【００７３】
更に、上下方向延在管１４の上端部２０内における液体に上記の自励振動変位を継続的に生じさせ、蒸気エンジン１が好適に始動されるようにするには、例えば、上記の自励振動変位に先立って、コントローラ１１０からの制御により、ピストン１０４と可動部１０６を適切な態様で駆動させるとよい。
【００７４】
そこで、ここでは、蒸気エンジン１が好適に始動されるようにするため、コントローラ１１０が実行する始動処理について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
本処理は、加熱器３０における昇温（加熱）制御が開始されたり、冷却器３２における冷却制御が開始されるなどの、蒸気エンジン１の駆動準備処理が開始されたときに実行される。
【００７５】
図２に示すように、始動処理が開始されると、まず、Ｓ２１０（「Ｓ」は「ステップ」を表す。）にて、駆動条件が成立したか否かを判断する。ここで、駆動条件とは、コイル１０８ａに対して通電を行なうことで可動部１０６とピストン１０４を駆動させる条件のことである。
【００７６】
本実施例では、Ｓ２１０にて、加熱器３０における昇温制御が開始されてから予め定めた設定時間ｔｓが経過したか否かを判断する。そして、設定時間ｔｓが経過したと判断した場合を駆動条件が成立した場合とする。
【００７７】
本実施例では、設定時間ｔｓは、加熱器３０の昇温制御が開始されてからの経過時間であって、加熱器３０における加熱と冷却器３２における冷却とにより管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起きる程度に、加熱器３０の温度を上昇させる経過時間、として予め定めた時間とされる。設定時間ｔｓは実験等を通じて個々の蒸気エンジン１の特性に対応した時間として予め定められる。
【００７８】
本実施例では、設定時間ｔｓの経過後に、後述のＳ２２０で、コイル１０８ａに通電を行ない、それにより、ピストン１０４を予め定めた時間だけ往復駆動させる。その後においては、このコイル１０８ａへの通電に基づくピストン１０４の往復駆動が、管１０内の液体に自励振動変位を好適に発生させ、この自励振動変位により可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動をさせるきっかけとなる。
【００７９】
本実施例では、駆動条件をなす設定時間ｔｓは、このようなコイル１０８ａへの通電に基づくピストン１０４の往復駆動の機能も考慮したものとして予め設定される。
Ｓ２１０にて駆動条件が成立したと判断された場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）には、Ｓ２２０に移行する。一方、Ｓ２１０にて駆動条件が成立していないと判断された場合（Ｓ２１０：ＮＯ）には、駆動条件が成立したとの判断を行なうまでＳ２１０の処理を引き続き行なう。
【００８０】
続くＳ２２０では、コイル１０８ａに対して通電を行なうことで、可動部１０６とピストン１０４を駆動させる。具体的には、例えば、コイル１０８ａに交流電流を予め定めた時間だけ供給することで、ピストン１０４を下死点と上死点との間で所定時間だけ往復駆動させた上、当該始動処理を一旦終了する。
【００８１】
本実施例では、ピストン１０４が下死点に配置されると、上下方向延在管１２内の液面（図１中の「液面」参照）が加熱器３０の配置箇所の高さまで上昇する。そして、加熱器３０により加熱される管１０内の部分（上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の部分）に液体が存在することになる。
【００８２】
従って、Ｓ２２０の処理が行なわれた際には、加熱器３０から管１０内の液体への熱供給が確実に開始される。
しかも、本実施例では、Ｓ２２０の処理は、管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起きる程度に、加熱器３０の温度を上昇させるに足る経過時間としての設定時間ｔｓの経過後に実行される。
【００８３】
従って、Ｓ２２０の処理の完了後においては、管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起き、出力部１００では発電が実行される。つまり、蒸気エンジン１が好適に始動される。
【００８４】
なお、本実施例において、コントローラ１１０は、ピストン制御手段に相当する。
［実施例２］
次に、実施例２について説明する。
【００８５】
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。
【００８６】
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は、回転駆動力を発生する回転体１２０と、回転体１２０からの駆動力を可動部１０６とピストン１０４の駆動力たる往復運動用の駆動力に変換した上で可動部１０６とピストン１０４に伝達するリンク機構１３０と、を更に備える点で、実施例１の蒸気エンジン１と異なる。
【００８７】
ここで、回転体１２０は、例えば、駆動時に排熱処理を行なうものとして構成される。この場合、加熱器３０は、回転体１２０からの排熱を用いて管１０内の液体の加熱を行なうものとして構成される。具体的には、例えば、回転体１２０は、自動車のエンジン等の内燃機関として構成され、排気ガスを排出することにより排熱処理を行なう。この場合、加熱器３０は排気ガス中の熱エネルギを用いて管１０内の液体の加熱を行なう。このようにすれば、例えば、加熱器３０自体で熱を発生させ、その発生した熱を管１０内の液体に供給する場合等に比べ、蒸気エンジン１Ａを熱効率良く駆動させることができる。
【００８８】
また、リンク機構１３０は、回転体１２０からの駆動力の可動部１０６やピストン１０４に対する伝達状態をオン状態（接続状態）にしたりオフ状態（非接続状態）にしたりできるよう構成される。
【００８９】
また、本実施例では、コントローラ１１０Ａが、実施例１におけるコントローラ１１０と異なり、リンク機構１３０に制御信号を出力することにより、回転体１２０からの駆動力の可動部１０６やピストン１０４に対する伝達状態をオン状態にしたりオフ状態にしたりする制御を行なうべく構成されている点でも、実施例１の場合と異なる。
【００９０】
本実施例では、コントローラ１１０Ａが、図２に示した始動処理と実質的に同様の処理を行なうことにより、蒸気エンジン１Ａを始動させる。
具体的には、Ｓ２１０では、実施例１の場合と同様に、駆動条件が成立したか否かが判断される。そして、駆動条件が成立したと判断された場合、すなわち、設定時間ｔｓが経過したと判断された場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）には、Ｓ２２０にて、実施例１の場合と同様に、可動部１０６とピストン１０４の駆動がなされる。
【００９１】
但し、本実施例では、Ｓ２１０で駆動条件が成立していないと判断されている間（Ｓ２１０：ＮＯ）は、回転体１２０からの駆動力の可動部１０６やピストン１０４に対する伝達状態をオフ状態にすべく、コントローラ１１０Ａからリンク機構１３０に制御信号の出力等がなされる。
【００９２】
また、Ｓ２２０では、回転体１２０からの駆動力の可動部１０６やピストン１０４に対する伝達状態を予め定めた時間だけオン状態にすべく、コントローラ１１０Ａからリンク機構１３０に制御信号の出力等がなされる。
【００９３】
本実施例では、蒸気エンジン１Ａの始動が実施例１の場合と同様の態様で行われる。よって、本実施例によれば、実施例１の場合と略同様の効果が得られる。
なお、本実施例において、コントローラ１１０Ａはピストン制御手段に相当し、回転体１２０は駆動力発生手段に相当する。
［実施例３］
次に、実施例３について説明する。
【００９４】
本実施例（実施例３）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４は、本実施例の蒸気エンジン１Ｂの概略構成を示す図である。
【００９５】
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１Ｂは、加熱器３０の温度と、加熱器３０により加熱される上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の温度とのうち少なくとも一方を検出するセンサ１４０を備える点で、実施例１の蒸気エンジン１と異なる。
【００９６】
また、本実施例では、コントローラ１１０Ｂが、実施例１におけるコントローラ１１０と異なり、センサ１４０と接続されている。コントローラ１１０Ｂは、センサ１４０にて検出された温度に基づき、図２に示した始動処理と実質的に同様の処理を行なうことにより、蒸気エンジン１Ｂを始動させる。
【００９７】
具体的には、Ｓ２１０では、実施例１の場合と同様に、駆動条件が成立したか否かが判断される。そして、駆動条件が成立したと判断された場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）には、Ｓ２２０にて、実施例１の場合と同様に、可動部１０６とピストン１０４の駆動がなされる。
【００９８】
但し、本実施例では、Ｓ２１０において、駆動条件成立の有無が、センサ１４０からの検出信号に基づいて判断される。
具体的には、例えば、コントローラ１１０Ｂは、センサ１４０からの検出信号に基づき、センサ１４０にて検出された温度が予め定めた設定温度Ｔｘに達したか否かを判断する。そして、設定温度Ｔｘに達したと判断した場合を駆動条件が成立した場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）とする。
【００９９】
本実施例では、この設定温度Ｔｘは、加熱器３０における加熱と冷却器３２における冷却とにより管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起きるに足る温度として予め定めた温度とされる。この設定温度Ｔｘは実験等を通じて個々の蒸気エンジン１Ｂの特性に対応した温度として予め定められる。
【０１００】
なお、実施例１に関する説明で述べたように、続くＳ２２０で実行されるコイル１０８ａへの通電に基づくピストン１０４の往復駆動は、その後において、可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動を引き起こすきっかけとなる。従って、駆動条件をなす設定温度Ｔｘは、例えば、このような側面をも考慮したものとして予め設定される。
【０１０１】
ここで、センサ１４０が、加熱器３０の温度と、加熱器３０により加熱される上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の温度とのうちの一方を検出するものである場合には、設定温度Ｔｘは、この一方の温度に対応するものとして設定されうる。
【０１０２】
また、センサ１４０が、加熱器３０の温度と、加熱器３０により加熱される上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の温度との両方を検出するものである場合には、設定温度Ｔｘは、例えば、自励振動変位が起きるときの両方の温度の組み合わせＴｘ（Ｔｘ１、Ｔｘ２）として設定される。
【０１０３】
次に、Ｓ２２０では、コントローラ１１０Ｂからコイル１０８ａに対して通電が行なわれることにより、実施例１の場合と同様に、可動部１０６とピストン１０４が駆動される。
【０１０４】
従って、本実施例においても、Ｓ２２０の処理が行なわれた際には、加熱器３０から管１０内の液体への熱供給が確実に開始される。
しかも、本実施例では、Ｓ２２０の処理は、管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起きる程度に、加熱器３０の温度や、加熱器３０により加熱される上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の温度が上昇してから実行される。
【０１０５】
従って、Ｓ２２０の処理の完了後においては、管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起き、出力部１００では発電が実行される。つまり、蒸気エンジン１Ｂが好適に始動される。
【０１０６】
ここで、本実施例においては、コントローラ１１０Ｂがピストン制御手段に相当し、センサ１４０が温度検出手段に相当する。
なお、本実施例では、センサ１４０を温度検出用のセンサとして構成したが、センサ１４０は他の態様のものであっても良い。
【０１０７】
例えば、センサ１４０は、管１０内の圧力を検出するセンサであっても良い。この場合には、コントローラ１１０Ｂは、例えば、Ｓ２１０において、センサ１４０からの検出信号に基づき、センサ１４０にて検出された圧力が予め定めた設定圧力Ｐｘに達したか否かを判断し、設定圧力Ｐｘに達したと判断した場合を駆動条件が成立した場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）とする。
【０１０８】
この設定圧力Ｐｘは、例えば、加熱器３０における加熱と冷却器３２における冷却とにより管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起きるに足る圧力として予め定めた圧力とされる。この設定圧力Ｐｘは実験等を通じて個々の蒸気エンジン１Ｂの特性に対応した圧力として予め定められる。
【０１０９】
なお、実施例１に関する説明で述べたように、続くＳ２２０で実行されるコイル１０８ａへの通電に基づくピストン１０４の往復駆動は、その後において、可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動を引き起こすきっかけとなる。従って、駆動条件をなす設定圧力Ｐｘは、例えば、このような側面をも考慮したものとして予め設定される。
【０１１０】
そして、この場合においても、可動部１０６とピストン１０４が駆動されるＳ２２０の処理が行なわれた際には、加熱器３０から管１０内の液体への熱供給が確実に開始される。
【０１１１】
しかも、この場合において、Ｓ２２０の処理は、管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起きる程度に、管１０内の圧力が上昇してから実行される。
【０１１２】
従って、Ｓ２２０の処理の完了後においては、管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起き、出力部１００では発電が実行される。つまり、蒸気エンジン１Ｂが好適に始動される。
【０１１３】
なお、この場合においては、センサ１４０は圧力検出手段に相当する。
また、一方、本実施例のコントローラ１１０Ｂは、実施例２におけるコントローラ１１０Ａと同様の機能を備えたものであっても良い。
【０１１４】
すなわち、本実施例の蒸気エンジン１Ｂを、図３に示した回転体１２０とリンク機構１３０とを更に備えてなるものとして構成する。そして、コントローラ１１０Ｂを、コントローラ１１０Ａと同様に、リンク機構１３０に制御信号を出力することにより、回転体１２０からの駆動力の可動部１０６やピストン１０４に対する伝達状態をオン状態にしたりオフ状態にしたりする制御を行なうものとして構成する。
【０１１５】
この場合、Ｓ２１０では、否定判断されている間（Ｓ２１０：ＮＯ）、すなわち、センサ１４０にて検出された温度が設定温度Ｔｘに達するまでの間（あるいは、センサ１４０にて検出された圧力が設定圧力Ｐｘに達するまでの間）、回転体１２０からの駆動力の可動部１０６やピストン１０４に対する伝達状態をオフ状態にすべく、コントローラ１１０Ｂからリンク機構１３０に制御信号の出力等がなされる。
【０１１６】
また、Ｓ２２０では、実施例２の場合と同様、回転体１２０からの駆動力の可動部１０６やピストン１０４に対する伝達状態を予め定めた時間だけオン状態にすべく、コントローラ１１０Ｂからリンク機構１３０に制御信号の出力等がなされる。
【０１１７】
そして、この場合においても、Ｓ２２０の処理の完了後においては、管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起き、出力部１００では発電が実行される。つまり、蒸気エンジン１Ｂは好適に始動される。
［実施例４］
次に、実施例４について説明する。
【０１１８】
本実施例（実施例４）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。
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。
【０１１９】
すなわち、本実施例の蒸気エンジンでは、コントローラ１１０が図２に示した始動処理の代わりに図５に示した駆動処理を実行する点で、実施例１の場合と異なる。
また、本実施例では、コントローラ１１０と出力部１００は、コントローラ１１０から出力部１００への制御信号の送出により、ピストン１０４と可動部１０６の位置を一定位置に保持する制御（ブレーキ制御）も行なえるよう構成されている。
【０１２０】
また、本実施例では、蒸気エンジンの停止時に出力部１００におけるピストン１０４が自重により下死点側に配置される。そして、それにより、本実施例では、蒸気エンジンの停止時には、加熱器３０により加熱される管１０内の部分（上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の部分）に液体が存在することになる。
【０１２１】
ここで、蒸気エンジンが好適に駆動されるよう、コントローラ１１０が実行する駆動処理につき、図５のフローチャートを用いて説明する。
本処理は、加熱器３０における昇温（加熱）制御が開始されたり、冷却器３２における冷却制御が開始されるなどの、蒸気エンジンの駆動準備処理が開始されたときに実行される。
【０１２２】
図５に示すように、駆動処理が開始されると、まず、Ｓ３１０にて、ピストン１０４が下死点側に配置された状態を保持する制御を行なう。
具体的には、蒸気エンジンの停止時に自重により下死点側に配置されたピストン１０４の位置をブレーキ制御により保持すべく、コントローラ１１０から出力部１００に制御信号の出力等がなされる。
【０１２３】
従って、Ｓ３１０の処理が行なわれたときには、加熱器３０により加熱される上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の部分にまで液体液面が到達し、この部分に液体が確実に存在する状態になる。そして、加熱器３０により加熱される上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の液体が、昇温中の加熱器３０より安定的に熱供給を受けることになる。
【０１２４】
次に、Ｓ３２０では、保持解除条件が成立したか否かを判断する。ここで、保持解除条件とは、Ｓ３１０で行なったブレーキ制御を解除する条件のことである。
本実施例では、Ｓ３２０にて、加熱器３０における昇温制御が開始されてから予め定めた設定時間ｔｃが経過したか否かを判断する。そして、設定時間ｔｃが経過したと判断した場合を保持解除条件が成立した場合とする。
【０１２５】
本実施例では、設定時間ｔｃは、加熱器３０の昇温制御が開始されてからの経過時間であって、加熱器３０における加熱と冷却器３２における冷却とにより管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起きる程度に、加熱器３０の温度を上昇させる経過時間、として予め定めた時間とされる。設定時間ｔｃは実験等を通じて個々の蒸気エンジンの特性に対応した時間として予め定められる。
【０１２６】
本実施例では、Ｓ３１０にてピストン１０４に対するブレーキ制御が実行されるため、保持解除条件が成立するまでの間、加熱器３０により加熱される上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の液体が、加熱器３０により効率良く加熱され、次々に気化されていく。
【０１２７】
つまり、本実施例では、ピストン１０４に対するブレーキ制御が実行されピストン１０４の位置が保持される分だけ、このようなブレーキ制御が実行されない場合に比べ、保持解除条件が成立するまでの間に、管１０内に比較的多量の高圧蒸気が発生することになる。
【０１２８】
そして、後述のＳ３３０にてピストン１０４に対するブレーキ制御が解除された際には、加熱器３０により気化された比較的多量の高圧蒸気からの圧力が可動部１０６とピストン１０４の継続的な往復運動を誘発させる駆動力として機能する。
【０１２９】
本実施例では、保持解除条件をなす設定時間ｔｃは、例えば、このような高圧蒸気による駆動力も考慮したものとして予め設定される。
Ｓ３２０にて保持解除条件が成立したと判断された場合（Ｓ３２０：ＹＥＳ）には、Ｓ３３０に移行する。一方、Ｓ３２０にて保持解除条件が成立していないと判断された場合（Ｓ３２０：ＮＯ）には、保持解除条件が成立したとの判断を行なうまでＳ３２０の処理を引き続き行なう。
【０１３０】
続くＳ３３０では、出力部１００に制御信号を出力すること等により、Ｓ３１０で実行したピストン１０４に対するブレーキ制御を解除した上、当該駆動処理を一旦終了する。
Ｓ３３０の処理の完了時においては、管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起き、出力部１００では発電が実行される。つまり、蒸気エンジンが好適に始動される。
【０１３１】
具体的には、Ｓ３３０のブレーキ制御解除処理は、管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起きる程度に、加熱器３０の温度を上昇させるに足る経過時間としての設定時間ｔｃの経過後に実行される。
【０１３２】
従って、Ｓ３３０の処理の完了時においては、管１０内の液体に発生した自励振動変位によって、蒸気エンジンが好適に始動される。
そして、Ｓ３３０の処理の後は、蒸気エンジンによる発電処理が所望の時間だけ継続された上、例えば、加熱器３０における加熱処理や冷却器３２における冷却処理が停止されることで、当該蒸気エンジンは停止される。
【０１３３】
つまり、管１０内で自励振動変位が発生しなくなり、可動部１０６とピストン１０４の駆動が停止する。その際、ピストン１０４は、自重により下死点側に配置された状態で停止する。
【０１３４】
ここで、本実施例においては、コントローラ１１０がピストン保持手段に相当する。
なお、本実施例におけるコントローラ１１０は、図４に示したコントローラ１１０Ｂのように、センサ１４０と接続されたものであっても良い。そして、センサ１４０は、例えば、加熱器３０の温度と、加熱器３０により加熱される上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の温度とのうち少なくとも一方を検出するものであっても良い。
【０１３５】
この場合には、コントローラ１１０は、センサ１４０にて検出された温度に基づき、図５に示した駆動処理と実質的に同様の処理を行なうことにより、蒸気エンジンを始動させる。
【０１３６】
この場合の駆動処理につき、図５のフローチャートに加え、図６のタイミングチャートを用いて説明する。なお、図６は、センサ１４０による検出値と、ピストン１０４に対するブレーキ制御の実行状態とを時間との関係で示したタイミングチャートである。
【０１３７】
この場合においては、図５に示したＳ３１０〜Ｓ３３０と実質的に同様の処理が行なわれる。但し、Ｓ３２０における保持解除条件成立の有無判断に関しては、センサ１４０からの検出信号に基づいて実行される。
【０１３８】
具体的には、図６に示すように、Ｓ３１０の処理が開始される時刻ｔａ１において、ピストン１０４に対するブレーキ制御が開始されると（ブレーキ制御：ＯＮ）、センサ１４０にて検出された温度が予め定めた設定温度Ｔｙに達する時刻ｔａ２まで、このブレーキ制御を継続する。そして、時刻ｔａ２において、このブレーキ制御を解除する（ブレーキ制御：ＯＦＦ）。
【０１３９】
つまり、Ｓ３２０では、センサ１４０にて検出された温度が設定温度Ｔｙに達したと判断した場合を保持解除条件が成立した場合（Ｓ３２０：ＹＥＳ）とする。
ここで、設定温度Ｔｙは、例えば、加熱器３０における加熱と冷却器３２における冷却とにより管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起きるに足る温度として予め定めた温度とされる。この設定温度Ｔｙは実験等を通じて個々の蒸気エンジンの特性に対応した温度として予め定められる。
【０１４０】
なお、上述したように、ピストン１０４に対するブレーキ制御が実行されている間は、管１０内に比較的多量の高圧蒸気が発生することになる。そして、Ｓ３３０にてピストン１０４に対するブレーキ制御が解除された際には、この比較的多量の高圧蒸気からの圧力が可動部１０６とピストン１０４の継続的な往復運動を誘発させる駆動力として機能する。従って、保持解除条件をなす設定温度Ｔｙは、例えば、このような高圧蒸気による駆動力も考慮したものとして予め設定される。
【０１４１】
ここで、センサ１４０が、加熱器３０の温度と、加熱器３０により加熱される上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の温度とのうちの一方を検出するものである場合には、設定温度Ｔｙは、この一方の温度に対応するものとして設定されうる。
【０１４２】
また、センサ１４０が、加熱器３０の温度と、加熱器３０により加熱される上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の温度との両方を検出するものである場合には、設定温度Ｔｙは、例えば、自励振動変位が起きるときの両方の温度の組み合わせＴｙ（Ｔｙ１、Ｔｙ２）として設定される。
【０１４３】
そして、このようにセンサ１４０にて検出された温度に基づき処理を行なう場合においても、Ｓ３３０の処理の完了時においては、管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起き、出力部１００では発電が実行される。つまり、蒸気エンジンが好適に始動される。
【０１４４】
そして、Ｓ３３０の処理の後は、蒸気エンジンによる発電処理が所望の時間だけ継続された上、例えば、加熱器３０における加熱処理や冷却器３２における冷却処理が停止されることで、当該蒸気エンジンは停止される。
【０１４５】
つまり、例えば、センサ１４０にて検出された温度が設定温度Ｔｙ（なおTyに限定されない）を下回る時刻ｔａ３（図６参照）以降は、管１０内で自励振動変位が発生しなくなり、可動部１０６とピストン１０４の駆動が停止する。その際、ピストン１０４は、自重により下死点側に配置された状態で停止する。
【０１４６】
ここで、この場合においては、コントローラ１１０がピストン保持手段に相当し、センサ１４０が温度検出手段に相当する。
なお、センサ１４０は温度検出用のセンサに限らず、他の態様のものであっても良い。
【０１４７】
例えば、センサ１４０は、管１０内の圧力を検出するセンサであっても良い。この場合においても、図５に示したＳ３１０〜Ｓ３３０と実質的に同様の処理が行なわれる。
但し、この場合、Ｓ３２０では、センサ１４０からの検出信号に基づき、センサ１４０にて検出された圧力が設定圧力Ｐｙに達したと判断した場合を保持解除条件が成立した場合（Ｓ３２０：ＹＥＳ）として、処理を行なう。
【０１４８】
具体的には、図６に示すように、Ｓ３１０の処理が開始される時刻ｔａ１において、ピストン１０４に対するブレーキ制御が開始されると（ブレーキ制御：ＯＮ）、センサ１４０にて検出された圧力が予め定めた設定圧力Ｐｙに達する時刻ｔａ２まで、このブレーキ制御を継続する。そして、時刻ｔａ２において、このブレーキ制御を解除する（ブレーキ制御：ＯＦＦ）。
【０１４９】
ここで、設定圧力Ｐｙは、例えば、加熱器３０における加熱と冷却器３２における冷却とにより管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起きるに足る圧力として予め定めた圧力とされる。この設定圧力Ｐｙは実験等を通じて個々の蒸気エンジンの特性に対応した圧力として予め定められる。
【０１５０】
なお、上述したように、ピストン１０４に対するブレーキ制御が実行されている間は、管１０内に比較的多量の高圧蒸気が発生することになる。そして、Ｓ３３０にてピストン１０４に対するブレーキ制御が解除された際には、この比較的多量の高圧蒸気からの圧力が可動部１０６とピストン１０４の継続的な往復運動を誘発させる駆動力として機能する。従って、保持解除条件をなす設定圧力Ｐｙは、例えば、このような高圧蒸気による駆動力も考慮したものとして予め設定される。
【０１５１】
そして、このようにセンサ１４０にて検出された圧力に基づき処理を行なう場合においても、Ｓ３３０の処理の完了時においては、管１０内の液体に発生する自励振動変位によって可動部１０６とピストン１０４に継続的な往復運動が起き、出力部１００では発電が実行される。つまり、蒸気エンジンが好適に始動される。
【０１５２】
そして、Ｓ３３０の処理の後は、蒸気エンジンによる発電処理が所望の時間だけ継続された上、例えば、加熱器３０における加熱処理や冷却器３２における冷却処理が停止されることで、当該蒸気エンジンは停止される。
【０１５３】
つまり、例えば、センサ１４０にて検出された圧力が設定圧力Ｐｙ（なおPyに限定されない）を下回る時刻ｔａ３（図６参照）以降は、管１０内で自励振動変位が発生しなくなり、可動部１０６とピストン１０４の駆動が停止する。その際、ピストン１０４は、自重により下死点側に配置された状態で停止する。
【０１５４】
ここで、この場合においては、コントローラ１１０がピストン保持手段に相当し、センサ１４０が圧力検出手段に相当する。
［実施例５］
次に、実施例５について説明する。
【０１５５】
本実施例（実施例５）は、上記実施例４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４と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
本実施例が上記実施例４に示した態様と異なるのは、次に述べる点である。
【０１５６】
すなわち、本実施例の蒸気エンジンでは、コントローラ１１０が図５に示した駆動処理の代わりに図７に示した駆動処理を実行する点で、実施例４の場合と異なる。
また、本実施例では、蒸気エンジンの停止時に出力部１００におけるピストン１０４が自重により下死点側に配置されるのではない。蒸気エンジンの停止時には、ピストン１０４は、コントローラ１１０からの制御信号に基づき、下死点側に配置された上でその位置を保持される（図７のＳ３５０（後述））。本実施例は、この点においても実施例４と異なる。
【０１５７】
ここで、コントローラ１１０が実行する駆動処理につき、図７のフローチャートを用いて説明する。
図７に示した駆動処理のうち、Ｓ３１０〜Ｓ３３０は、図５に示したＳ３１０〜Ｓ３３０と同様の処理である。
【０１５８】
続くＳ３４０では、蒸気エンジンによる発電を一旦停止させる条件である停止条件が成立したか否かを判断する。
停止条件は、蒸気エンジンを停止させるため管１０内で自励振動変位が好適に発生しない状態にされた時点において、成立したものと判断される。
【０１５９】
具体的には、例えば、コントローラ１１０を出力部１００にてなされる発電量を検知できるよう構成しておく。そして、この場合には、例えば、加熱器３０における加熱処理や冷却器３２における冷却処理が停止され、管１０内で自励振動変位が好適に発生しなくなることに伴い、出力部１００での発電量が予め定めた閾値よりも低下したことをコントローラ１１０が検知した時点を停止条件が成立した時点とする。
【０１６０】
Ｓ３４０にて停止条件が成立したと判断された場合（Ｓ３４０：ＹＥＳ）には、Ｓ３５０に移行する。一方、Ｓ３４０にて停止条件が成立していないと判断された場合（Ｓ３４０：ＮＯ）には、停止条件が成立したとの判断を行なうまでＳ３４０の処理を引き続き行なう。
【０１６１】
Ｓ３５０では、出力部１００に制御信号を出力することにより、ピストン１０４を下死点側に配置させる。次いで、ピストン１０４の位置をブレーキ制御により保持する。そして、ピストン１０４に対するブレーキ制御を維持したまま当該駆動処理を一旦終了する。次回フローでＳ３１０の処理が実行されるときは、前回フローのＳ３５０で開始されたピストン１０４の保持処理が解除されることなく継続的に実行される。
【０１６２】
本実施例では、Ｓ３５０にてピストン１０４が下死点側に配置された上でその位置を保持されることから、蒸気エンジンの停止時には、加熱器３０により加熱される管１０内の部分（上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の部分）に液体が確実に存在することになる。そして、この状態が蒸気エンジンを再度始動させるときまで保持される。
【０１６３】
よって、本実施例によれば、蒸気エンジンの始動時（Ｓ３１０）において、加熱器３０により加熱される上下方向延在管１２の上端部１８近傍の箇所内の部分に液体が確実に存在することになる。従って、保持解除条件（Ｓ３２０）が成立するまでの間に、管１０内には比較的多量の高圧蒸気が発生し、Ｓ３３０にてピストン１０４に対するブレーキ制御が解除された際には、蒸気エンジンが好適に始動される。
【０１６４】
ここで、本実施例においては、コントローラ１１０がピストン保持手段およびピストン位置設定手段に相当する。具体的には、Ｓ３１０〜Ｓ３３０がピストン保持手段としての処理に相当し、Ｓ３５０がピストン位置設定手段としての処理に相当する。
【０１６５】
なお、本実施例におけるコントローラ１１０も、実施例４に関する説明で述べたのと同様に、センサ１４０と接続されたものであっても良い。
この場合には、コントローラ１１０は、センサ１４０にて検出された温度または圧力に基づき、図７に示した駆動処理と実質的に同様の処理を行なうことにより、蒸気エンジンを駆動させる。
【０１６６】
この場合の駆動処理につき、図７のフローチャートに加え、図８のタイミングチャートを用いて説明する。なお、図８は、センサ１４０による検出値と、ピストン１０４に対するブレーキ制御の実行状態とを時間との関係で示したタイミングチャートである。
【０１６７】
この場合においては、図７に示したＳ３１０〜Ｓ３５０と実質的に同様の処理が行なわれる。但し、Ｓ３２０における保持解除条件成立の有無判断や、Ｓ３４０における停止条件成立の有無判断に関しては、センサ１４０からの検出信号に基づいて実行される。
【０１６８】
具体的には、図８に示すように、Ｓ３１０の処理が開始される時刻ｔｂ１においては、前回フローのＳ３５０で開始されたピストン１０４のブレーキ制御が解除されることなく継続的に実行される（ブレーキ制御：ＯＮ）。
【０１６９】
このブレーキ制御は、保持解除条件（Ｓ３２０）が成立するまで、すなわち、例えば、センサ１４０にて検出された温度が保持解除条件をなす設定温度Ｔｙに達する時刻ｔｂ２まで（あるいは、センサ１４０にて検出された圧力が保持解除条件をなす設定圧力Ｐｙに達する時刻ｔｂ２まで）、継続される。
【０１７０】
そして、保持解除条件が成立する時刻ｔｂ２において（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、このブレーキ制御は解除される（ブレーキ制御：ＯＦＦ、Ｓ３３０）。
時刻ｔｂ２の経過後は、例えば、加熱器３０における加熱処理や冷却器３２における冷却処理が停止され、管１０内の液体に自励振動変位が好適に発生しなくなる時刻である時刻ｔｂ３まで、ピストン１０４に対するブレーキ制御が解除された状態が維持され、蒸気エンジンでの発電が継続される。
【０１７１】
具体的には、このブレーキ制御の解除状態は、停止条件（Ｓ３４０）が成立するまで、すなわち、例えば、センサ１４０にて検出された温度が停止条件をなす設定温度Ｔｙ（なおTyに限定されない）を下回る時刻ｔｂ３まで（あるいは、センサ１４０にて検出された圧力が停止条件をなす設定圧力Ｐｙ（なおPyに限定されない）を下回る時刻ｔｂ３まで）、継続される。
【０１７２】
そして、停止条件が成立する時刻ｔｂ３においては（Ｓ３４０：ＹＥＳ）、ピストン１０４は下死点側に配置され、この状態で、ピストン１０４に対するブレーキ制御が再び開始される（ブレーキ制御：ＯＮ、Ｓ３５０）。そして、ピストン１０４に対するブレーキ制御を維持したまま処理が一旦終了される。
【０１７３】
なお、この場合において、設定温度Ｔｙや設定圧力Ｐｙは、実施例４に関する説明で述べた設定温度Ｔｙや設定圧力Ｐｙと同様に設定される。
このようにセンサ１４０にて検出された温度または圧力に基づき図７の駆動処理を行なう場合においても、蒸気エンジンの始動時（Ｓ３１０）においては、ピストン１０４が下死点側に保持されることから、保持解除条件（Ｓ３２０）が成立するまでの間に、管１０内には比較的多量の高圧蒸気が発生する。そして、Ｓ３３０にてピストン１０４に対するブレーキ制御が解除された際には、蒸気エンジンが好適に始動される。
【０１７４】
なお、この場合においては、コントローラ１１０はピストン保持手段およびピストン位置設定手段に相当し、センサ１４０が温度検出手段あるいは圧力検出手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【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】実施例の始動処理を表すフローチャートである。
【図３】実施例２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の蒸気エンジンの概略構成を示す図である。
【図５】実施例４の駆動処理を表すフローチャートである。
【図６】実施例４に関して、センサによる検出値と、ピストンに対するブレーキ制御の実行状態とを時間との関係で示したタイミングチャートである。
【図７】実施例５の駆動処理を表すフローチャートである。
【図８】実施例５に関して、センサによる検出値と、ピストンに対するブレーキ制御の実行状態とを時間との関係で示したタイミングチャートである。
【図９】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】
【０１７６】
１，１Ａ，１Ｂ…蒸気エンジン、１０…管、１２，１４…上下方向延在管、１６…左右方向延在管、１８，２０…上端部、３０…加熱器、３２…冷却器、１００…出力部、１０２…シリンダ、１０４…ピストン、１０６…可動部、１０８…ステータ、１０８ａ…コイル、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ…コントローラ、１２０…回転体、１３０…リンク機構、１４０…センサ
【図２】
2005330882.tif 000003
【図５】
2005330882.tif 000004
【図６】
2005330882.tif 000005
【図７】
2005330882.tif 000006
【図８】
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【図１】
2005330882.tif 000008
【図３】
2005330882.tif 000009
【図４】
2005330882.tif 000010
【図９】
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