(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、熱効率を向上させる。【解決手段】  蒸気エンジン１においては、ループ管１０がなす管路のうち、加熱器３０と出力部１００との間の管路の部分であって、冷却器３２を通らない管路の部分に下側バルブ４０が設けられる。また、ループ管１０がなす管路のうち、冷却器３２と出力部１００との間の管路の部分であって、加熱器３０を通らない管路の部分には上側バルブ４２が設けられる。そして、コントローラ１１０は、ピストン１０４の位置を検出するセンサ１１２による検出結果に基づき、下側バルブ４０と上側バルブ４２それぞれの開閉制御を実行する。【選択図】  図１
2005351105.tif 000002
【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、
前記管は循環管路を備えたループ管を有し、
前記加熱器、前記冷却器、前記出力部は、前記ループ管がなす管路上に、前記加熱器、前記冷却器、前記出力部の順に配置され、
前記加熱器は、前記冷却器よりも下方に位置し、
前記ループ管がなす管路のうち、前記加熱器と前記出力部との間の管路の部分であって、前記冷却器を通らない管路の部分に、管路の開閉を行なう第１の開閉手段を設け、
前記ループ管がなす管路のうち、前記冷却器と前記出力部との間の管路の部分であって、前記加熱器を通らない管路の部分に、管路の開閉を行なう第２の開閉手段を設け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有し、
前記ピストンの位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段の検出結果に基づき、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉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３】
請求項２に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記制御手段は、
前記位置検出手段の検出結果に基づき、前記ピストンが前記管内側の一端からストローク中心に移動する沸騰行程から、前記ピストンが前記ストローク中心から前記管内側とは反対側の他端に移動する膨張行程にかけての行程にあるときに、前記第１の開閉手段が開状態にされると共に前記第２の開閉手段が閉状態にされる時間があるよう、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉手段の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、
前記制御手段は、
前記位置検出手段の検出結果に基づき、前記沸騰行程に先立ち、前記ピストンが前記ストローク中心から前記管内側の一端に移動する圧縮行程であるときに、前記第１の開閉手段が開状態にされると共に前記第２の開閉手段が閉状態にされる時間があるよう、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉手段の制御を行なうことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項５】
請求項４に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記制御手段は、
前記圧縮行程における、前記第１の開閉手段が開状態にされると共に前記第２の開閉手段が閉状態にされる時間と、前記沸騰行程から前記膨張行程にかけての行程における、前記第１の開閉手段が開状態にされると共に前記第２の開閉手段が閉状態にされる時間と、  が連続的に継続するものとなるよう、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉手段の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３〜５のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記制御手段は、
前記位置検出手段の検出結果に基づき、前記沸騰行程であるときに、前記第１の開閉手段が閉状態にされると共に前記第２の開閉手段が開状態にされる時間があるよう、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉手段の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６に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記制御手段は、
前記沸騰行程における、前記第１の開閉手段が閉状態にされると共に前記第２の開閉手段が開状態にされる時間が、前記沸騰行程の終了直前の時期にあるよう、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉手段の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３〜７のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記制御手段は、
前記位置検出手段の検出結果に基づき、前記ピストンが前記ストローク中心から前記管内側とは反対側の他端に移動する膨張行程から、前記ピストンが前記管内側とは反対側の他端から前記ストローク中心に移動する凝縮行程にかけての行程にあるときに、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉手段が共に開状態にされる時間があるよう、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉手段の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３に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記制御手段は、
前記位置検出手段の検出結果に基づき、前記膨張行程後に、前記ピストンが前記管内側とは反対側の他端から前記ストローク中心に移動する凝縮行程であるときに、前記第１の開閉手段が閉状態にされると共に前記第２の開閉手段が開状態にされる時間があるよう、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉手段の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９に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記制御手段は、
前記位置検出手段の検出結果に基づき、前記膨張行程であるときに、前記第１の開閉手段が閉状態にされると共に前記第２の開閉手段が開状態にされる時間があるよう、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉手段の制御を行なう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、
前記制御手段は、
前記膨張行程における、前記第１の開閉手段が閉状態にされると共に前記第２の開閉手段が開状態にされる時間と、前記凝縮行程における、前記第１の開閉手段が閉状態にされると共に前記第２の開閉手段が開状態にされる時間と、が連続的に継続するものとなるよう、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉手段の制御を行なうことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１２】
請求項３、９〜１１のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記制御手段は、
前記位置検出手段の検出結果に基づき、前記沸騰行程に先立ち、前記ピストンが前記ストローク中心から前記管内側の一端に移動する圧縮行程であるときに、前記第１の開閉手段が閉状態にされると共に前記第２の開閉手段が開状態にされる時間があるよう、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉手段の制御を行なうことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１３】
請求項３、９〜１２のいずれかに記載の蒸気エンジンにおいて、
前記制御手段は、
前記位置検出手段の検出結果に基づき、前記沸騰行程であるときに、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉手段が共に開状態にされる時間があるよう、前記第１の開閉手段と前記第２の開閉手段の制御を行なうことを特徴とする蒸気エンジン。
【請求項１４】
コンピュータを、請求項３〜１３のいずれかに記載の蒸気エンジンにおける制御手段として機能させるためのプログラム。
【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等に関する。
【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６に示す構成を有している。
【０００４】
すなわち、蒸気エンジン５００は、液体が封入され環状の循環管路を備えたループ管５０２と、ループ管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、ループ管５０２における管路部分の開閉を行なう１つのバルブ５２０（開閉手段）と、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にてループ管５０２内の液体が加熱されて沸騰・気化すると、ループ管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、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、ループ管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、このようにしてループ管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６に示した蒸気エンジン５００においては、上述したように、加熱器５０４における加熱により気化してなる蒸気（気泡）が上方に移動し、冷却器５０６における冷却により液化されるという現象が起きる。
【０００９】
よって、蒸気エンジン５００のループ管５０２内では、巨視的には、蒸気の移動方向に対応した一方向への流体の循環移動が起きる。
但し、蒸気エンジン５００では、バルブ５２０（開閉手段）の開閉を行なうことにより、ループ管５０２内で起きる流体の循環移動の流速制御を行なうことができる。このような流速制御は、ループ管５０２内の流体と加熱器５０４または冷却器５０６との熱交換時間を制御する上で利用できる。
【００１０】
しかし、このような１つのバルブ５２０を備えた蒸気エンジン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、例えば、バルブ５２０を閉状態にすることで加熱器５０４により加熱されるループ管５０２内の部分に位置する液体の流動が抑制されるようにすることができる。
【００１１】
この場合、加熱器５０４により加熱されるループ管５０２内の部分に位置する液体の気化が促進され、ループ管５０２内の加熱器５０４近傍領域には比較的大きな容積を持つ蒸気（気泡）が生じることになる。
【００１２】
しかし、その後、バルブ５２０を開状態にすると、浮力を受けた蒸気（気泡）がすぐさま上昇してしまい、冷却器５０６近傍にまで行ってしまう場合があった（図６参照）。
加熱器５０４における加熱により気化してなる蒸気がこのようにして上方に移動してしまうと、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、上方に流動してしまう（図６中の「沸騰することなく冷却器側に移動してしまう温められた液体」参照）。
【００１３】
加熱器５０４を通過する液体に加熱による温度上昇が起きても該液体が気化されるに至らなければ、液体状態のまま加熱器５０４を通過した液体に付与した熱エネルギが、ループ管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。
【００１４】
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、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】
【００１５】
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。
【００１６】
この蒸気エンジンにおいて、管は循環管路を備えたループ管を有する。また、加熱器、冷却器、出力部は、ループ管がなす管路上に、加熱器、冷却器、出力部の順に配置され、  加熱器は、冷却器よりも下方に位置している。
【００１７】
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ループ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ループ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を機械的エネルギとして取り出す。
【００１８】
また、このようにしてループ管内で流体容積の膨張・収縮が起きているとき、ループ管内では、巨視的には、加熱器における加熱により気化してなる蒸気（気泡）が上方に移動し、冷却器における冷却により液化されるという現象が起きる。
【００１９】
よって、本発明の蒸気エンジンでも、図６に示した従来の蒸気エンジン５００の場合と同様に、巨視的には、ループ管内で、蒸気（気泡）の移動方向に対応した一方向への流体の循環移動が起きる。
【００２０】
この場合、蒸気エンジンの熱効率を好適なものとするための手法としては、例えば、蒸気（気泡）の大きさ、位置、移動速度などを適切なものに制御することで、「沸騰することなく冷却器側に移動してしまう温められた液体」（図６参照）の発生を抑制するものが考えられる。
【００２１】
この点に関連して、本発明の蒸気エンジンは、ループ管がなす管路に管路の開閉を行なう２つの開閉手段（第１の開閉手段と第２の開閉手段）を備えている。
このうち、第１の開閉手段は、ループ管がなす管路のうち、加熱器と出力部との間の管路の部分であって、冷却器を通らない管路の部分に設けられる。また、第２の開閉手段は、ループ管がなす管路のうち、冷却器と出力部との間の管路の部分であって、加熱器を通らない管路の部分に設けられる。
【００２２】
本発明によれば、例えば、第１の開閉手段と第２の開閉手段の開閉状態を制御することで、加熱器による加熱により生成された蒸気（気泡）の大きさ、位置、移動速度などが、様々な態様を取るようにすることができる。
【００２３】
つまり、本発明によれば、２つの開閉手段を備えている分だけ、図６に示した従来の蒸気エンジン５００のように１つのバルブ５２０（開閉手段）しか備えていない場合に比べ、ループ管内の蒸気（気泡）の大きさ、位置、移動速度などの状態をバリエーション豊かに制御できる。
【００２４】
よって、本発明によれば、例えば、第１の開閉手段と第２の開閉手段の開閉状態を制御することにより、「沸騰することなく冷却器側に移動してしまう温められた液体」が発生してしまうことを従来よりも好適に抑制できる。従って、本発明によれば、このように抑制できる分だけ、従来に比べ、熱効率が向上される。
【００２５】
本発明において、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有するものであっても良い。
そして、この場合、蒸気エンジンは、ピストンの位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段の検出結果に基づき、第１の開閉手段と第２の開閉手段の制御を行なう制御手段と、を備えていても良い。
【００２６】
このようにすれば、第１の開閉手段と第２の開閉手段に対して、ピストンの位置検出結果に対応した制御がなされることになる分だけ、当該蒸気エンジンの熱効率が更に向上されうる。
【００２７】
つまり、ループ管内の蒸気（気泡）の大きさや移動速度は、第１の開閉手段や第２の開閉手段の開閉状態だけでなく、出力部におけるピストンの位置によっても変化しうる。
よって、上記のようにピストンの位置検出結果に基づいて第１の開閉手段や第２の開閉手段の開閉状態が制御されるようにすれば、「沸騰することなく冷却器側に移動してしまう温められた液体」の発生をより好適に抑制しうる。すなわち、蒸気エンジンの熱効率を更に向上させることが可能となる。
【００２８】
ここで、制御手段が行なう制御の具体的内容としては種々のものが考えられる。
なお、以下においては、ピストンが当該ピストンのストローク中心から管内側の一端に移動する行程を圧縮行程、ピストンが管内側の一端からストローク中心に移動する行程を沸騰行程、ピストンがストローク中心から管内側とは反対側の他端に移動する行程を膨張行程、ピストンが管内側とは反対側の他端からストローク中心に移動する行程を凝縮行程として説明を行なう。
【００２９】
例えば、制御手段は、位置検出手段の検出結果に基づき、沸騰行程から膨張行程にかけての行程にあるときに、第１の開閉手段が開状態にされると共に第２の開閉手段が閉状態にされる時間があるよう、第１の開閉手段と第２の開閉手段の制御を行なってもよい。
【００３０】
このような制御がなされた際には、加熱器により加熱されるループ管内の部分で発生した蒸気（気泡）が、ピストンの動きに対応して、ループ管内で下方（冷却器側とは反対側）に延びることが促進される。
【００３１】
よって、例えば、その後において、この蒸気（気泡）が上方の冷却器側に移動する際には、蒸気（気泡）が下方に延びていた分だけ、「沸騰することなく冷却器側に移動してしまう温められた液体」の発生量を抑制できる。つまり、このように抑制できる分だけ蒸気エンジンの熱効率が向上される。
【００３２】
また、制御手段は、更に、位置検出手段の検出結果に基づき、圧縮行程であるときに、第１の開閉手段が開状態にされると共に第２の開閉手段が閉状態にされる時間があるよう、第１の開閉手段と第２の開閉手段の制御を行なってもよい。
【００３３】
このような制御がなされた際には、例えば、加熱器により加熱されるループ管内の部分に気化前の液体が位置していた場合には、この液体がその位置から他の位置（例えば上方）に流動することが抑制される。
【００３４】
よって、加熱器により加熱されるループ管内の部分に位置する液体が加熱器より効率良く熱供給を受けることとなり、その分だけ蒸気エンジンの熱効率が向上される。
なお、制御手段は、圧縮行程と、沸騰行程から膨張行程にかけての行程と、の両方の行程において、第１の開閉手段が開状態にされると共に第２の開閉手段が閉状態にされる時間があるよう制御を行なう場合には、更に次の制御を行なうものであってもよい。
【００３５】
すなわち、制御手段は、圧縮行程における、第１の開閉手段が開状態にされると共に第２の開閉手段が閉状態にされる時間と、沸騰行程から膨張行程にかけての行程における、第１の開閉手段が開状態にされると共に第２の開閉手段が閉状態にされる時間と、が連続的に継続するものとなるよう、第１の開閉手段と第２の開閉手段の制御を行なってもよい。このようにすれば、制御手段が行なう制御が簡略化されうる。
【００３６】
また、制御手段は、圧縮行程と、沸騰行程から膨張行程にかけての行程と、のうち少なくとも一方の行程において、第１の開閉手段が開状態にされると共に第２の開閉手段が閉状態にされる時間があるよう制御を行なう場合には、更に次の制御を行なうものであってもよい。すなわち、制御手段は、位置検出手段の検出結果に基づき、沸騰行程であるときに、第１の開閉手段が閉状態にされると共に第２の開閉手段が開状態にされる時間があるよう、第１の開閉手段と第２の開閉手段の制御を行なってもよい。
【００３７】
このような制御がなされた際には、加熱器により加熱されるループ管内の部分で発生した蒸気（気泡）が、ピストンの動きに対応して、ループ管内で上方（冷却器側）に延びることが促進される。そして、このように上方に延びた蒸気（気泡）は冷却器により次々に液化されうる。
【００３８】
よって、このような制御を行なった際には、ループ管内での流体容積の変化速度を高速化でき、ピストンの往復駆動速度（応答性）を高めることができる。
この場合、制御手段は、沸騰行程における、第１の開閉手段が閉状態にされると共に第２の開閉手段が開状態にされる時間が、沸騰行程の終了直前の時期にあるよう、第１の開閉手段と第２の開閉手段の制御を行なうことが望ましい。
【００３９】
このようにすれば、加熱器により加熱されるループ管内の部分で発生した蒸気（気泡）の上方（冷却器側）への延びを沸騰行程の最後の時期で起こさせる分だけ、例えば、その時期より前の沸騰行程における比較的長い期間を他の処理に使用できるようになる。
【００４０】
例えば、この比較的長い期間を、加熱器により加熱されるループ管内の部分に位置する液体を加熱器によって加熱することに使用することができる。そして、この場合には、効率良く蒸気（気泡）が発生してから、この蒸気（気泡）の上方への延びが促進される処理が行なわれることになることから、その分だけ、蒸気エンジンの熱効率が向上される。
【００４１】
また、制御手段は、上述した制御手段の制御のうちのいずれかを行なう場合にあっては、位置検出手段の検出結果に基づき、膨張行程から凝縮行程にかけての行程にあるときに、第１の開閉手段と第２の開閉手段が共に開状態にされる時間があるよう、第１の開閉手段と第２の開閉手段の制御を行なってもよい。
【００４２】
このような制御がなされた際には、加熱器により加熱されるループ管内の部分で発生した蒸気（気泡）の上方（冷却器側）への移動と、冷却器による凝縮とが促進される。
一方、制御手段は、沸騰行程から膨張行程にかけての行程において、第１の開閉手段が開状態にされると共に第２の開閉手段が閉状態にされる時間があるよう制御を行なう場合には、更に次の制御を行なうものであってもよい。すなわち、制御手段は、位置検出手段の検出結果に基づき、凝縮行程であるときに、第１の開閉手段が閉状態にされると共に第２の開閉手段が開状態にされる時間があるよう、第１の開閉手段と第２の開閉手段の制御を行なってもよい。
【００４３】
このような制御がなされた際には、加熱器により加熱されるループ管内の部分に位置する気化前の液体が、その位置から他の位置（例えば上方）に流動することが抑制される。
よって、加熱器により加熱されるループ管内の部分に位置する液体が加熱器より効率良く熱供給を受けることとなる。
【００４４】
しかも、このときには、仮に、蒸気（気泡）が加熱器により加熱されるループ管内の部分に存在していたとしても、この蒸気（気泡）はピストンの動きに対応して下方（冷却器側とは反対側）に向かって収縮される。よって、このときには、蒸気（気泡）全体が浮力により上方に移動してしまって「沸騰することなく冷却器側に移動してしまう温められた液体」（図６参照）が発生してしまうことが好適に抑制できる。従って、この場合には、このように抑制できる分だけ、蒸気エンジンの熱効率が向上される。
【００４５】
また、この場合、制御手段は、更に、位置検出手段の検出結果に基づき、膨張行程であるときに、第１の開閉手段が閉状態にされると共に第２の開閉手段が開状態にされる時間があるよう、第１の開閉手段と第２の開閉手段の制御を行なってもよい。
【００４６】
このような制御がなされた際には、加熱器により加熱されるループ管内の部分で発生した蒸気（気泡）が、ピストンの動きに対応して、ループ管内で上方（冷却器側）に延びることが促進される。そして、このように上方に延びた蒸気（気泡）は冷却器により次々に液化されうる。
【００４７】
よって、このような制御を行なった際には、ループ管内での流体容積の変化速度を高速化でき、ピストンの往復駆動速度（応答性）を高めることができる。
なお、制御手段は、膨張行程と凝縮行程の両方の行程において、第１の開閉手段が閉状態にされると共に第２の開閉手段が開状態にされる時間があるよう制御を行なう場合には、更に次の制御を行なうものであってもよい。
【００４８】
すなわち、制御手段は、膨張行程における、第１の開閉手段が閉状態にされると共に第２の開閉手段が開状態にされる時間と、凝縮行程における、第１の開閉手段が閉状態にされると共に第２の開閉手段が開状態にされる時間と、が連続的に継続するものとなるよう、第１の開閉手段と第２の開閉手段の制御を行なってもよい。このようにすれば、制御手段が行なう制御が簡略化されうる。
【００４９】
また、制御手段は、上述した制御手段の制御のうちのいずれかを行なう場合にあっては、次の制御を行なうものであってもよい。すなわち、制御手段は、位置検出手段の検出結果に基づき、圧縮行程であるときに、第１の開閉手段が閉状態にされると共に第２の開閉手段が開状態にされる時間があるよう、第１の開閉手段と第２の開閉手段の制御を行なってもよい。
【００５０】
このような制御がなされた際には、例えば、加熱器により加熱されるループ管内の部分に気化前の液体が位置していた場合には、この液体がその位置から他の位置（例えば上方）に流動することが抑制される。
【００５１】
よって、加熱器により加熱されるループ管内の部分に位置する液体が加熱器より効率良く熱供給を受けることとなり、その分だけ蒸気エンジンの熱効率が向上される。
また、このような制御がなされた際に、例えば、加熱器により加熱されるループ管内の部分に蒸気（気泡）が位置していた場合には、この蒸気（気泡）がその位置から他の位置（例えば上方）に流動することが抑制される。つまり、この蒸気（気泡）はピストンの動きに対応した圧力を受けて収縮されうるが、その位置に変動が生じることは抑制される。
【００５２】
よって、このときには、例えば、蒸気（気泡）全体が上方に移動してしまって「沸騰することなく冷却器側に移動してしまう温められた液体」（図６参照）が発生してしまうことが好適に抑制できる。従って、この場合には、このように抑制できる分だけ、蒸気エンジンの熱効率が向上される。
【００５３】
また、制御手段は、上述した制御手段の制御のうちのいずれかを行なう場合にあっては、次の制御を行なうものであってもよい。すなわち、制御手段は、位置検出手段の検出結果に基づき、沸騰行程であるときに、第１の開閉手段と第２の開閉手段が共に開状態にされる時間があるよう、第１の開閉手段と第２の開閉手段の制御を行なってもよい。
【００５４】
このような制御がなされた際には、加熱器により加熱されるループ管内の部分で発生した蒸気（気泡）が、浮力によりループ管内で上方（冷却器側）に延びることが促進される。このとき、加熱器により加熱されるループ管内の部分には、液体の流入が促進され、加熱器による液体の沸騰・気化が促進される。
【００５５】
よって、このような制御がなされた際には、ループ管内での流体容器の膨張が促進され、それによるピストンへの駆動力付与を好適に行なうことが可能になる。
なお、上記のうちいずれかの制御手段は、例えば、コンピュータを機能させるプログラムとして実現できる。そして、このようなプログラムの場合、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録し、必要に応じてコンピュータにロードして起動することにより用いることができる。また、ネットワークを介してロードして起動することにより用いることもできる。
【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循環管路としてのループ管１０を備えた管８と、加熱器３０と、冷却器３２と、下側バルブ４０と、上側バルブ４２と、出力部１００と、を備えている。
【００５８】
加熱器３０、冷却器３２、出力部１００は、ループ管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、加熱器３０は、冷却器３２よりも下方に位置している。
【００５９】
加熱器３０は、ループ管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と冷却器３２は、共に、ループ管１０の外面に設けられている。加熱器３０は、ループ管１０を介して当該ループ管１０内部の液体を加熱する一方、冷却器３２は、ループ管１０を介して当該ループ管１０内部を冷却する。
【００６０】
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ループ管１０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８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。
【００６１】
本実施例の蒸気エンジン１では、加熱器３０にてループ管１０内の液体が加熱されて沸騰・気化すると、管８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（気泡）は、ループ管１０内における加熱器３０近傍領域より上方に移動し、冷却器３２にて冷却されて液化される。このとき、管８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８内に生ずる流体容積の膨張・収縮により、接続管１２（後述）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。
【００６２】
下側バルブ４０と上側バルブ４２は、共に、ループ管１０がなす管路の開閉を行なうバルブとして構成されている。
下側バルブ４０は、ループ管１０がなす管路のうち、加熱器３０と出力部１００との間の管路の部分であって、冷却器３２を通らない管路の部分に設けられている。また、上側バルブ４２は、ループ管１０がなす管路のうち、冷却器３２と出力部１００との間の管路の部分であって、加熱器３０を通らない管路の部分に設けられている。
【００６３】
出力部１００は、ループ管１０がなす管路のうち、下側バルブ４０と上側バルブ４２との間の管路の部分であって、加熱器３０と冷却器３２を通らない管路の部分に設けられている。本実施例では、出力部１００は、ループ管１０におけるこのような管路の部分に管８の構成要素である接続管１２を介して設けられている。出力部１００は、接続管１２内の液体に生じる液面変化（いわゆる自励振動変位）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、接続管１２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。
【００６５】
この出力部１００において、ピストン１０４は、接続管１２内の液体に面した状態で、接続管１２内側の一端である下端（下死点）と、接続管１２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。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（図示省略）が配置されている。ピストン１０４と可動部１０６は、接続管１２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。
【００６６】
また、本実施例では、下側バルブ４０と上側バルブ４２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には、ピストン１０４が下死点から上死点の間のどの位置にあるかを検出する位置検出センサ１１２が接続されている。コントローラ１１０は、センサ１１２にて検出された位置に基づき、下側バルブ４０と上側バルブ４２それぞれに制御信号を出力することで、下側バルブ４０と上側バルブ４２それぞれの開閉制御を実行できるよう構成されている。
【００６７】
次に、コントローラ１１０が実行するバルブ開閉処理について、図２のフローチャートと、図３のタイミングチャートを用いて説明する。図３は、センサ１１２による検出結果（ピストン位置）と、下側バルブ４０の開閉状態と、上側バルブ４２の開閉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。
【００６８】
なお、以下においては、ピストン１０４が当該ピストン１０４のストローク中心から下死点に移動する行程を圧縮行程、ピストン１０４が下死点からストローク中心に移動する行程を沸騰行程、ピストン１０４がストローク中心から上死点に移動する行程を膨張行程、ピストン１０４が上死点からストローク中心に移動する行程を凝縮行程として説明を行なう。図３には、圧縮、沸騰、膨張、凝縮の各行程につき「圧縮」、「沸騰」、「膨張」、「凝縮」と示してある。また、図３には、これらの各行程における、ループ管１０の加熱器３０と冷却器３２近傍部分内の蒸気（気泡）の概略的状態も示してある。図３において、蒸気（気泡）の状態として２つの状態が示されている行程に関しては、当該行程の前半（左側の図）と後半（右側の図）との間で蒸気（気泡）の状態が変化することを示している。
【００６９】
本実施例において、バルブ開閉処理は、蒸気エンジン１が駆動されている際にコントローラ１１０によって繰り返し実行される処理である。
図２に示すように、バルブ開閉処理が開始されると、まず、Ｓ２１０（「Ｓ」は「ステップ」を表す。）にて、現在時刻ｔが圧縮行程中の予め定めた設定期間Ｐａ１内にあるか否かを判断する。本実施例では、設定期間Ｐａ１は、圧縮行程をなす期間全体を対象期間とするものとして設定されている（図３中の「Ｐａ１」参照）。
【００７０】
Ｓ２１０にて設定期間Ｐａ１内にあると判断された場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）には、Ｓ２２０に移行する。一方、Ｓ２１０にて設定期間Ｐａ１内にないと判断された場合（Ｓ２１０：ＮＯ）には、Ｓ２３０に移行する。
【００７１】
Ｓ２２０では、下側バルブ４０と上側バルブ４２に制御信号を出力すること等により、下側バルブ４０が開状態にされると共に上側バルブ４２が閉状態にされるよう、下側バルブ４０と上側バルブ４２の制御を行なう。Ｓ２２０の処理は、現在時刻ｔが設定期間Ｐａ１内にある限り継続的に実行される（図２中のＳ２１０とＳ２２０、図３中の「Ｐａ１」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【００７２】
次に、Ｓ２３０では、現在時刻ｔが沸騰行程から膨張行程にかけての行程中の予め定めた設定期間Ｐａ２内にあるか否かを判断する。本実施例では、設定期間Ｐａ２は、沸騰行程の始期より開始され、沸騰行程中の予め定めたタイミングで終了する期間として設定されている（図３中の「Ｐａ２」参照）。
【００７３】
Ｓ２３０にて設定期間Ｐａ２内にあると判断された場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）には、Ｓ２４０に移行する。一方、Ｓ２３０にて設定期間Ｐａ２内にないと判断された場合（Ｓ２３０：ＮＯ）には、Ｓ２５０に移行する。
【００７４】
Ｓ２４０では、下側バルブ４０と上側バルブ４２に制御信号を出力すること等により、下側バルブ４０が開状態にされると共に上側バルブ４２が閉状態にされるよう、下側バルブ４０と上側バルブ４２の制御を行なう。Ｓ２３０の処理は、現在時刻ｔが設定期間Ｐａ２内にある限り継続的に実行される（図２中のＳ２３０とＳ２４０、図３中の「Ｐａ２」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【００７５】
本実施例では、設定期間Ｐａ１とＰａ２は連続的なものとして設定されている（図３参照）。よって、下側バルブ４０が開状態にされると共に上側バルブ４２が閉状態にされる状態が設定期間Ｐａ１と設定期間Ｐａ２に亘って連続的に継続する（図２中のＳ２１０〜Ｓ２４０）。
【００７６】
次に、Ｓ２５０では、現在時刻ｔが沸騰行程中の予め定めた設定期間Ｐａ３内にあるか否かを判断する。本実施例では、設定期間Ｐａ３は、設定期間Ｐａ２に続く沸騰行程の終了直前の時期を含む期間として設定されている（図３中の「Ｐａ３」参照）。
【００７７】
Ｓ２５０にて設定期間Ｐａ３内にあると判断された場合（Ｓ２５０：ＹＥＳ）には、Ｓ２６０に移行する。一方、Ｓ２５０にて設定期間Ｐａ３内にないと判断された場合（Ｓ２５０：ＮＯ）には、Ｓ２７０に移行する。
【００７８】
Ｓ２６０では、下側バルブ４０と上側バルブ４２に制御信号を出力すること等により、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされるよう、下側バルブ４０と上側バルブ４２の制御を行なう。Ｓ２６０の処理は、現在時刻ｔが設定期間Ｐａ３内にある限り継続的に実行される（図２中のＳ２５０とＳ２６０、図３中の「Ｐａ３」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【００７９】
次に、Ｓ２７０では、現在時刻ｔが膨張行程から凝縮行程にかけての行程中の予め定めた設定期間Ｐａ４内にあるか否かを判断する。本実施例では、設定期間Ｐａ４は、膨張行程と凝縮行程とをなす期間全体を対象期間とするものとして設定されている（図３中の「Ｐａ４」参照）。
【００８０】
Ｓ２７０にて設定期間Ｐａ４内にあると判断された場合（Ｓ２７０：ＹＥＳ）には、Ｓ２８０に移行する。一方、Ｓ２７０にて設定期間Ｐａ４内にないと判断された場合（Ｓ２７０：ＮＯ）には、当該バルブ開閉処理を一旦終了する。そして、蒸気エンジン１が駆動状態にある限り、再びＳ２１０より当該バルブ開閉処理を実行する。
【００８１】
Ｓ２８０では、下側バルブ４０と上側バルブ４２に制御信号を出力すること等により、下側バルブ４０と上側バルブ４２の両方が開状態にされるよう、下側バルブ４０と上側バルブ４２の制御を行なう。Ｓ２８０の処理は、現在時刻ｔが設定期間Ｐａ４内にある限り継続的に実行される（図２中のＳ２７０とＳ２８０、図３中の「Ｐａ４」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【００８２】
上述したように、本実施例では、圧縮行程中の設定期間Ｐａ１において、下側バルブ４０が開状態にされると共に上側バルブ４２が閉状態にされる（図３中の「Ｐａ１」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【００８３】
このとき、加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分に位置する気化前の液体は、ストローク中心から下死点に移動中のピストン１０４から圧力を受けつつも、上側バルブ４２が閉状態であるため、上方の冷却器３２側に流動することが抑制される。
【００８４】
よって、設定期間Ｐａ１においては、加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分に位置する液体が、上方への流動を抑制される分だけ、加熱器３０より効率良く熱供給を受ける。つまり、蒸気エンジン１の熱効率が向上される。
【００８５】
また、本実施例では、沸騰行程中の設定期間Ｐａ２において、下側バルブ４０が開状態にされると共に上側バルブ４２が閉状態にされる（図３中の「Ｐａ２」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【００８６】
このとき、加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分で発生した蒸気（気泡）は、下死点から上死点に向かって移動中のピストン１０４の動きに対応して、ループ管１０内で下方（冷却器３２側とは反対側）に延びることが促進される（図３に示された、沸騰行程の前半から後半にかけてのループ管１０内における蒸気（気泡）の大きさ・位置の変化参照）。
【００８７】
ここで、本実施例では、後述のように、膨張行程から凝縮行程にかけての時期に、ループ管１０内の蒸気（気泡）の上方（冷却器３２側）への移動が促進される。
但し、本実施例では、このように蒸気（気泡）の上方への移動が促進される前の時期である設定期間Ｐａ２において、蒸気（気泡）が下方に延ばされる。
【００８８】
よって、その後の膨張行程から凝縮行程にかけての時期に蒸気（気泡）の上方への移動が促進される際には、蒸気（気泡）が下方に延びている分だけ、「沸騰することなく冷却器３２側に移動してしまう温められた液体」の発生量を抑制できる。つまり、このように抑制できる分だけ蒸気エンジン１の熱効率が向上される。
【００８９】
更に、本実施例では、設定期間Ｐａ１と設定期間Ｐａ２が連続的な期間とされているため、下側バルブ４０が開状態にされると共に上側バルブ４２が閉状態にされる状態が設定期間Ｐａ１とＰａ２に亘って連続的に継続する（図３中の「Ｐａ１」と「Ｐａ２」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【００９０】
よって、本実施例によれば、例えば、設定期間Ｐａ１と設定期間Ｐａ２とが分断された期間とされ、設定期間Ｐａ１と設定期間Ｐａ２との間に下側バルブ４０と上側バルブ４２の状態が他の状態にされる期間がある場合に比べ、制御が簡略化される。
【００９１】
また、本実施例では、沸騰行程の終了直前の時期を含む設定期間Ｐａ３において、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされる（図３中の「Ｐａ３」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【００９２】
このとき、加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分で発生した蒸気（気泡）が、下死点からストローク中心に向かって移動中のピストン１０４の動きに対応して、ループ管１０内で上方（冷却器３２側）に延びることが促進される（図３に示された、沸騰行程の後半から膨張行程の前半にかけてのループ管１０内における蒸気（気泡）の大きさ・位置の変化参照）。そして、このように上方に延びた蒸気（気泡）は冷却器３２により次々に液化される。
【００９３】
よって、本実施例では、設定期間Ｐａ３で、このように蒸気（気泡）の上方への延びが促進される分だけ、ループ管１０内での流体容積の変化速度が高速化され、ピストン１０４の往復駆動速度（応答性）が高められる。
【００９４】
更に、本実施例では、設定期間Ｐａ３が沸騰行程の終了直前の期間として設定される。
つまり、本実施例では、例えば、設定期間Ｐａ３が沸騰行程の終了直前の時期を含まない沸騰行程の中程に位置する期間とされる場合に比べ、設定期間Ｐａ３直前の沸騰行程における期間全体を対象期間とする設定期間Ｐａ２が比較的長い期間として設定される。
【００９５】
よって、本実施例によれば、この比較的長い期間Ｐａ２を蒸気（気泡）の下方への延びが促進される期間として使用した後に、蒸気（気泡）の上方への延びが促進される設定期間Ｐａ３での処理が行なわれる分だけ、「沸騰することなく冷却器３２側に移動してしまう温められた液体」の発生量を抑制できる。つまり、蒸気エンジン１の熱効率が向上される。
【００９６】
また、本実施例では、膨張行程から凝縮行程にかけての行程中の設定期間Ｐａ４において、下側バルブ４０と上側バルブ４２の両方が開状態にされる（図３中の「Ｐａ４」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【００９７】
よって、本実施例では、膨張行程から凝縮行程にかけての期間である設定期間Ｐａ４において、ループ管１０内の蒸気（気泡）の浮力による上方（冷却器３２側）への移動が促進される（図３に示された、膨張行程の後半から凝縮行程の後半にかけてのループ管１０内における蒸気（気泡）の大きさ・位置の変化参照）。
【００９８】
ここで、本実施例においては、下側バルブ４０が第１の開閉手段に相当し、上側バルブ４２が第２の開閉手段に相当する。また、コントローラ１１０が制御手段に相当し、位置検出センサ１１２が位置検出手段に相当する。
【００９９】
なお、本実施例では、下側バルブ４０が開状態にされると共に上側バルブ４２が閉状態にされる設定期間Ｐａ１が、圧縮行程をなす期間全体を対象期間とするものとされたが、設定期間Ｐａ１は、圧縮行程をなす期間の一部を対象期間とするものであっても良い。
【０１００】
この場合においても、設定期間Ｐａ１においては、加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分に位置する液体が加熱器３０より効率良く熱供給を受けることになるという効果が得られる。
【０１０１】
また、本実施例では、下側バルブ４０が開状態にされると共に上側バルブ４２が閉状態にされる設定期間Ｐａ２が、沸騰行程中の予め定めた期間とされたが（図３中の「Ｐａ２」参照）、設定期間Ｐａ２は、膨張行程中の予め定めた期間を対象期間とするものであっても良い。また、設定期間Ｐａ２は、沸騰行程中の予め定めた期間と、膨張行程中の予め定めた期間との両方を対象期間とするものであっても良い。
【０１０２】
これらのうちのいずれの場合においても、設定期間Ｐａ２においては、加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分で発生した蒸気（気泡）がループ管１０内で下方（冷却器３２側とは反対側）に延びることが促進される。そして、このように促進される分だけ、「沸騰することなく冷却器３２側に移動してしまう温められた液体」の発生量を抑制でき、蒸気エンジン１の熱効率が向上されるという効果が得られる。
【０１０３】
なお、上述したように、設定期間Ｐａ２は、ループ管１０内の蒸気（気泡）を下方（冷却器３２側とは反対側）に延ばす処理が実行される期間である一方、設定期間Ｐａ３は、ループ管１０内の蒸気（気泡）を上方（冷却器３２側）に延ばす処理が実行される期間である。
【０１０４】
よって、ループ管１０内の蒸気（気泡）の上下方向の中心位置は、設定期間Ｐａ２の時間的長さと設定期間Ｐａ３の時間的長さの比（Ｐａ２／Ｐａ３）を変化させることによって、自在に変化させることができる。
【０１０５】
従って、例えば、実験等を通じて個々の蒸気エンジン１の特性に応じた所望の比（Ｐａ２／Ｐａ３）を決定しておき、この決定された比（Ｐａ２／Ｐａ３）に応じた制御をコントローラ１１０が実行するよう構成しても良い。
【０１０６】
また、あるいは、以下のような構成を採用しても良い。すなわち、例えば、コントローラ１１０を、ループ管１０内の蒸気（気泡）の上下方向の中心位置を検出する中心位置検出装置（中心位置検出手段）を有するものとして構成し、この中心位置検出装置による検出結果に基づき、比（Ｐａ２／Ｐａ３）の制御を行なうものとして構成しても良い。
【０１０７】
具体的には、例えば、コントローラ１１０は、中心位置検出装置による検出結果に基づき、比（Ｐａ２／Ｐａ３）を変化させることで、ループ管１０内の蒸気（気泡）の上下方向の中心位置が、冷却器３２の下端部の高さ位置以下の位置などの予め定めた位置に維持されるよう制御を行なっても良い。
【０１０８】
このようにすれば、「沸騰することなく冷却器３２側に移動してしまう温められた液体」の発生量を好適に抑制でき、その分だけ、蒸気エンジン１の熱効率が向上されるという効果が得られる。
［実施例２］
次に、実施例２について説明する。
【０１０９】
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。
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。
【０１１０】
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に示したバルブ開閉処理の代わりに図４に示したバルブ開閉処理を実行する点で、実施例１の場合と異なる。
【０１１１】
本実施例においてコントローラ１１０が実行するバルブ開閉処理について、図４のフローチャートと、図５のタイミングチャートを用いて説明する。
図５は、センサ１１２による検出結果（ピストン位置）と、下側バルブ４０の開閉状態と、上側バルブ４２の開閉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。なお、図５には、図３の場合と同様に、圧縮、沸騰、膨張、凝縮の各行程につき「圧縮」、「沸騰」、「膨張」、「凝縮」と示してある。また、図５には、これらの各行程における、ループ管１０の加熱器３０と冷却器３２近傍部分内の蒸気（気泡）の概略的状態も示してある。図５では、各行程につき、蒸気（気泡）の状態として２つの状態が示されているが、各行程において左側の図は当該行程の前半の状態を示し、右側の図は当該行程の後半の状態を示している。
【０１１２】
本実施例において、バルブ開閉処理は、蒸気エンジン１が駆動されている際にコントローラ１１０によって繰り返し実行される処理である。
図４に示すように、バルブ開閉処理が開始されると、まず、Ｓ３１０にて、現在時刻ｔが圧縮行程中の予め定めた設定期間Ｐｂ１内にあるか否かを判断する。本実施例では、設定期間Ｐｂ１は、圧縮行程をなす期間全体を対象期間とするものとして設定されている（図５中の「Ｐｂ１」参照）。
【０１１３】
Ｓ３１０にて設定期間Ｐｂ１内にあると判断された場合（Ｓ３１０：ＹＥＳ）には、Ｓ３２０に移行する。一方、Ｓ３１０にて設定期間Ｐｂ１内にないと判断された場合（Ｓ３１０：ＮＯ）には、Ｓ３３０に移行する。
【０１１４】
Ｓ３２０では、下側バルブ４０と上側バルブ４２に制御信号を出力すること等により、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされるよう、下側バルブ４０と上側バルブ４２の制御を行なう。Ｓ３２０の処理は、現在時刻ｔが設定期間Ｐｂ１内にある限り継続的に実行される（図４中のＳ３１０とＳ３２０、図５中の「Ｐｂ１」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【０１１５】
次に、Ｓ３３０では、現在時刻ｔが沸騰行程中の予め定めた設定期間Ｐｂ２またはＰｂ５内にあるか否かを判断する。本実施例では、設定期間Ｐｂ２は、沸騰行程の始期より開始され、沸騰行程中の予め定めたタイミングで終了する期間として設定されている（図５中の「Ｐｂ２」参照）。また、設定期間Ｐｂ５は、沸騰行程中の予め定めたタイミングより開始され、沸騰行程の終期にて終了する期間として設定されている（図５中の「Ｐｂ５」参照）。
【０１１６】
Ｓ３３０にて設定期間Ｐｂ２またはＰｂ５内にあると判断された場合（Ｓ３３０：ＹＥＳ）には、Ｓ３４０に移行する。一方、Ｓ３３０にて設定期間Ｐｂ２またはＰｂ５内にないと判断された場合（Ｓ３３０：ＮＯ）には、Ｓ３５０に移行する。
【０１１７】
Ｓ３４０では、下側バルブ４０と上側バルブ４２に制御信号を出力すること等により、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされるよう、下側バルブ４０と上側バルブ４２の制御を行なう。Ｓ３４０の処理は、現在時刻ｔが設定期間Ｐｂ２またはＰｂ５内にある限り継続的に実行される（図４中のＳ３３０とＳ３４０、図５中の「Ｐｂ２」と「Ｐｂ５」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【０１１８】
次に、Ｓ３５０では、現在時刻ｔが沸騰行程中の予め定めた設定期間Ｐｂ３内にあるか否かを判断する。本実施例では、設定期間Ｐｂ３は、設定期間Ｐｂ２の終期より開始され、沸騰行程中の予め定めたタイミングで終了する期間として設定されている（図５中の「Ｐｂ３」参照）。
【０１１９】
Ｓ３５０にて設定期間Ｐｂ３内にあると判断された場合（Ｓ３５０：ＹＥＳ）には、Ｓ３６０に移行する。一方、Ｓ３５０にて設定期間Ｐｂ３内にないと判断された場合（Ｓ３５０：ＮＯ）には、Ｓ３７０に移行する。
【０１２０】
Ｓ３６０では、下側バルブ４０と上側バルブ４２に制御信号を出力すること等により、下側バルブ４０と上側バルブ４２の両方が開状態にされるよう、下側バルブ４０と上側バルブ４２の制御を行なう。Ｓ３６０の処理は、現在時刻ｔが設定期間Ｐｂ３内にある限り継続的に実行される（図４中のＳ３５０とＳ３６０、図５中の「Ｐｂ３」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【０１２１】
次に、Ｓ３７０では、現在時刻ｔが沸騰行程から膨張行程にかけての行程中の予め定めた設定期間Ｐｂ４内にあるか否かを判断する。本実施例では、設定期間Ｐｂ４は、設定期間Ｐｂ３の終期より開始され、設定期間Ｐｂ５の直前のタイミングで終了する期間として設定されている（図５中の「Ｐｂ４」参照）。
【０１２２】
Ｓ３７０にて設定期間Ｐｂ４内にあると判断された場合（Ｓ３７０：ＹＥＳ）には、Ｓ３８０に移行する。一方、Ｓ３７０にて設定期間Ｐｂ４内にないと判断された場合（Ｓ３７０：ＮＯ）には、Ｓ３９０に移行する。
【０１２３】
Ｓ３８０では、下側バルブ４０と上側バルブ４２に制御信号を出力すること等により、下側バルブ４０が開状態にされると共に上側バルブ４２が閉状態にされるよう、下側バルブ４０と上側バルブ４２の制御を行なう。Ｓ３８０の処理は、現在時刻ｔが設定期間Ｐｂ４内にある限り継続的に実行される（図４中のＳ３７０とＳ３８０、図５中の「Ｐｂ４」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【０１２４】
次に、Ｓ３９０では、現在時刻ｔが膨張行程中の予め定めた設定期間Ｐｂ６内にあるか否かを判断する。本実施例では、設定期間Ｐｂ６は、膨張行程をなす期間全体を対象期間とするものとして設定されている（図５中の「Ｐｂ６」参照）。
【０１２５】
Ｓ３９０にて設定期間Ｐｂ６内にあると判断された場合（Ｓ３９０：ＹＥＳ）には、Ｓ４００に移行する。一方、Ｓ３９０にて設定期間Ｐｂ６内にないと判断された場合（Ｓ３９０：ＮＯ）には、Ｓ４１０に移行する。
【０１２６】
Ｓ４００では、下側バルブ４０と上側バルブ４２に制御信号を出力すること等により、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされるよう、下側バルブ４０と上側バルブ４２の制御を行なう。Ｓ４００の処理は、現在時刻ｔが設定期間Ｐｂ６内にある限り継続的に実行される（図４中のＳ３９０とＳ４００、図５中の「Ｐｂ６」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【０１２７】
次に、Ｓ４１０では、現在時刻ｔが凝縮行程中の予め定めた設定期間Ｐｂ７内にあるか否かを判断する。本実施例では、設定期間Ｐｂ７は、凝縮行程をなす期間全体を対象期間とするものとして設定されている（図５中の「Ｐｂ７」参照）。
【０１２８】
Ｓ４１０にて設定期間Ｐｂ７内にあると判断された場合（Ｓ４１０：ＹＥＳ）には、Ｓ４２０に移行する。一方、Ｓ４１０にて設定期間Ｐｂ７内にないと判断された場合（Ｓ４１０：ＮＯ）には、当該バルブ開閉処理を一旦終了する。そして、蒸気エンジン１が駆動状態にある限り、再びＳ３１０より当該バルブ開閉処理を実行する。
【０１２９】
Ｓ４２０では、下側バルブ４０と上側バルブ４２に制御信号を出力すること等により、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされるよう、下側バルブ４０と上側バルブ４２の制御を行なう。Ｓ４２０の処理は、現在時刻ｔが設定期間Ｐｂ７内にある限り継続的に実行される（図４中のＳ４１０とＳ４２０、図５中の「Ｐｂ７」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【０１３０】
なお、本実施例では、設定期間Ｐｂ６、Ｐｂ７、Ｐｂ１は連続的なものとして設定されている（図５参照）。よって、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされる状態が設定期間Ｐｂ６、Ｐｂ７、Ｐｂ１に亘って連続的に継続する（図４中のＳ３９０〜Ｓ４２０、Ｓ３１０、Ｓ３２０）。
【０１３１】
上述したように、本実施例では、圧縮行程中の設定期間Ｐｂ１において、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされる（図５中の「Ｐｂ１」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【０１３２】
本実施例では、このとき、加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分に位置する蒸気（気泡）が、ストローク中心から下死点に移動中のピストン１０４から圧力を受けて収縮されつつも、下側バルブ４０が閉状態であるため、その位置に大幅な変動が生じることが抑制される（図５に示された、圧縮行程の前半から後半にかけてのループ管１０内における蒸気（気泡）の大きさ・位置の変化参照）。
【０１３３】
また、本実施例では、沸騰行程中の設定期間Ｐｂ３において、下側バルブ４０と上側バルブ４２の両方が開状態にされる（図５中の「Ｐｂ３」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【０１３４】
このとき、加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分で発生した蒸気（気泡）が、浮力によりループ管１０内で上方（冷却器３２側）に延びることが促進される。その結果、加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分には、液体の流入が促進され、加熱器３０による液体の沸騰・気化が促進される。
【０１３５】
よって、本実施例では、設定期間Ｐｂ３において、このように液体の沸騰・気化が促進される分だけ、ループ管１０内での流体容器の膨張が促進され、その結果、ピストン１０４への駆動力付与を好適に行なうことが可能になる。
【０１３６】
また、本実施例では、沸騰行程中の設定期間Ｐｂ４において、下側バルブ４０が開状態にされると共に上側バルブ４２が閉状態にされる（図５中の「Ｐｂ４」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【０１３７】
このとき、加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分で発生した蒸気（気泡）は、下死点から上死点に向かって移動中のピストン１０４の動きに対応して、ループ管１０内で下方（冷却器３２側とは反対側）に延びることが促進される（図５に示された、沸騰行程の後半から膨張行程の前半にかけてのループ管１０内における蒸気（気泡）の大きさ・位置の変化参照）。
【０１３８】
ここで、本実施例では、後述のように、膨張行程において、ループ管１０内の蒸気（気泡）の上方（冷却器３２側）への延びが促進される。
但し、本実施例では、このように蒸気（気泡）の上方への延びが促進される前の時期である設定期間Ｐｂ４において、蒸気（気泡）が下方に延ばされる。
【０１３９】
よって、その後の膨張行程において蒸気（気泡）の上方への延びが促進される際には、蒸気（気泡）が下方に延びている分だけ、「沸騰することなく冷却器３２側に移動してしまう温められた液体」の発生量を抑制できる。つまり、このように抑制できる分だけ蒸気エンジン１の熱効率が向上される。
【０１４０】
また、本実施例では、膨張行程中の設定期間Ｐｂ６において、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされる（図５中の「Ｐｂ６」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【０１４１】
このとき、加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分で発生した蒸気（気泡）が、ストローク中心から上死点に向かって移動中のピストン１０４の動きに対応して、ループ管１０内で上方（冷却器３２側）に延びることが促進される（図５に示された、膨張行程の前半から後半にかけてのループ管１０内における蒸気（気泡）の大きさ・位置の変化参照）。そして、このように上方に延びた蒸気（気泡）は冷却器３２により次々に液化されうる。
【０１４２】
よって、本実施例では、設定期間Ｐｂ６で、このように蒸気（気泡）の上方への延びが促進される分だけ、ループ管１０内での流体容積の変化速度が高速化され、ピストン１０４の往復駆動速度（応答性）が高められる。
【０１４３】
また、本実施例では、凝縮行程中の設定期間Ｐｂ７において、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされる（図５中の「Ｐｂ７」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【０１４４】
本実施例では、このとき、蒸気（気泡）が加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分に存在している。この蒸気（気泡）は、下側バルブ４０が閉状態であるため、浮力によって上昇することが抑制され、上死点からストローク中心に向かって移動中のピストンの動きに対応して下方（冷却器３２側とは反対側）に向かって収縮される。
【０１４５】
よって、本実施例では、設定期間Ｐｂ７において、「沸騰することなく冷却器３２側に移動してしまう温められた液体」の発生量を好適に抑制できる。つまり、このように抑制できる分だけ蒸気エンジン１の熱効率が向上される。
【０１４６】
更に、本実施例では、設定期間Ｐｂ６、Ｐｂ７、Ｐｂ１が連続的な期間とされているため、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされる状態が設定期間Ｐｂ６、Ｐｂ７、Ｐｂ１に亘って連続的に継続する（図５中の「Ｐｂ６」、「Ｐｂ７」、「Ｐｂ１」における上側下側両バルブの開閉状態参照）。
【０１４７】
よって、本実施例によれば、例えば、設定期間Ｐｂ６、Ｐｂ７、Ｐｂ１が分断された期間とされ、設定期間Ｐｂ６、Ｐｂ７、Ｐｂ１の間に下側バルブ４０と上側バルブ４２の状態が他の状態にされる期間がある場合に比べ、制御が簡略化される。
【０１４８】
ここで、本実施例においては、下側バルブ４０が第１の開閉手段に相当し、上側バルブ４２が第２の開閉手段に相当する。また、コントローラ１１０が制御手段に相当し、位置検出センサ１１２が位置検出手段に相当する。
【０１４９】
なお、本実施例では、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされる設定期間Ｐｂ１が、圧縮行程をなす期間全体を対象期間とするものとされたが、設定期間Ｐｂ１は、圧縮行程をなす期間の一部を対象期間とするものであっても良い。
【０１５０】
この場合においても、設定期間Ｐｂ１においては、加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分に位置する蒸気（気泡）の位置に大幅な変動が生じることが抑制される。
また、下側バルブ４０と上側バルブ４２の両方が開状態にされる設定期間Ｐｂ３は、沸騰行程中の期間である限り、本実施例とは異なる態様で構成された期間であっても良い。そして、このように異なる態様で構成した場合においても、設定期間Ｐｂ３においては、加熱器３０による液体の沸騰・気化が促進されるという効果が得られる。
【０１５１】
また、本実施例では、下側バルブ４０が開状態にされると共に上側バルブ４２が閉状態にされる設定期間Ｐｂ４が、沸騰行程中の予め定めた期間とされたが（図５中の「Ｐｂ４」参照）、設定期間Ｐｂ４は、膨張行程中の予め定めた期間を対象期間とするものであっても良い。また、設定期間Ｐｂ４は、沸騰行程中の予め定めた期間と、膨張行程中の予め定めた期間との両方を対象期間とするものであっても良い。
【０１５２】
これらのうちのいずれの場合においても、設定期間Ｐｂ４においては、加熱器３０により加熱されるループ管１０内の部分で発生した蒸気（気泡）がループ管１０内で下方（冷却器３２側とは反対側）に延びることが促進される。そして、このように促進される分だけ、「沸騰することなく冷却器３２側に移動してしまう温められた液体」の発生量を抑制でき、蒸気エンジン１の熱効率が向上されるという効果が得られる。
【０１５３】
また、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされる設定期間Ｐｂ６は、膨張行程中の期間である限り、本実施例とは異なる態様で構成された期間であっても良い。そして、このように異なる態様で構成した場合においても、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされる設定期間Ｐｂ６を設けた分だけ、ピストン１０４の往復駆動速度（応答性）が高められるという効果が得られる。
【０１５４】
更に、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされる設定期間Ｐｂ７は、凝縮行程中の期間である限り、本実施例とは異なる態様で構成された期間であっても良い。そして、このように異なる態様で構成した場合においても、下側バルブ４０が閉状態にされると共に上側バルブ４２が開状態にされる設定期間Ｐｂ７を設けた分だけ、「沸騰することなく冷却器３２側に移動してしまう温められた液体」の発生量を好適に抑制できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】実施例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のバルブ開閉処理を表すフローチャートである。
【図３】実施例１に関して、位置検出センサによる検出結果と、下側バルブの開閉状態と、上側バルブの開閉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４】実施例２のバルブ開閉処理を表すフローチャートである。
【図５】実施例２に関して、位置検出センサによる検出結果と、下側バルブの開閉状態と、上側バルブの開閉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６】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】
【０１５６】
１…蒸気エンジン、８…管、１０…ループ管、１２…接続管、３０…加熱器、３２…冷却器、４０…下側バルブ、４２…上側バルブ、１００…出力部、１０２…シリンダ、１０４…ピストン、１０６…可動部、１０８…ばね材、１１０…コントローラ、１１２…位置検出センサ
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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