(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、管内の液体を加熱するための熱媒体と管内の液体との間の熱交換効率を向上させる。【解決手段】  蒸気エンジン１において、加熱器３０は、エンジン２００から排出される排気ガスが流れる排気管２１０を備えている。排気管２１０を流れる排気ガスは、第１加熱部３２の外面（熱交換用フィン３４）に触れて熱エネルギの付与を行なった上でこの第１加熱部３２を通過した後、第２加熱部３６の外面（熱交換用フィン３８）に触れて熱エネルギの付与を行なった上でこの第２加熱部３６を通過する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が封入された管と、
前記管内の液体を加熱する加熱器と、
前記加熱器における加熱により液体が気化してなる蒸気を冷却する冷却器と、を有し、
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管内の液体に流動変位を発生させる蒸気エンジンであって、
前記加熱器は、
熱媒体が流れる熱媒体流路を備え、
前記熱媒体流路は、
この熱媒体流路を流れる熱媒体が、前記管における第１の部分に触れて熱エネルギの付与を行なった上でこの第１の部分を通過した後、前記管における第２の部分であって、前記第１の部分内に到達する前の液体が内部に位置する第２の部分に触れて熱エネルギの付与を行なった上でこの第２の部分を通過でき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、
前記管内の液体のうち前記第２の部分の内部に位置する液体が、前記熱媒体流路を流れる熱媒体から付与される熱エネルギにより、その温度が昇温されて沸点以下の温度の液体とされ、
前記管内の液体のうち前記第１の部分の内部に位置する液体が、前記熱媒体流路を流れる熱媒体から付与される熱エネルギにより、気化され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３】
請求項１又は２に記載の蒸気エンジンにおいて、
前記第１の部分と前記第２の部分は、前記管において隣接した部分である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、
前記第１の部分と前記第２の部分とのうち少なくとも一方は、前記熱媒体流路を流れる熱媒体との熱交換を促進させるための表面積拡大部を備える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を備え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、
前記熱媒体流路は、内燃機関の排気管であり、前記熱媒体は、前記内燃機関から排出される排気ガスであることを特徴とする蒸気エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管内に封入された液体の加熱による気化と冷却による液化とを繰り返し実行することによって、管内の液体に流動変位を生じさせるよう構成された蒸気エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、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３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、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、ループ管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、本願発明者らは、図３に示した蒸気エンジン５００における加熱器５０４の構成として、例えば、図４に示すものが想定されると考えている。
この加熱器５０４は、図４に示すように、自動車の内燃機関等から排出される排気ガス等の熱媒体が流れる流路５５０を備えている。加熱器５０４は、流路５５０を流れる熱媒体が有する熱エネルギを用いてループ管５０２内の液体を加熱する。具体的には、流路５５０を流れる熱媒体が、加熱器５０４により加熱されるループ管５０２の部分に触れて熱エネルギの付与を行なった上で当該ループ管５０２の部分を通過するよう、流路５５０を構成する。
【０００９】
この場合には、熱媒体からループ管５０２の部分に付与された熱エネルギの量（熱交換量）に応じて、熱エネルギの付与を受けたループ管５０２の部分内に位置する液体が熱供給を受けることになる。
【００１０】
しかし、このように加熱器５０４を構成したのでは、流路５５０を流れる熱媒体からループ管５０２内の液体に付与される熱エネルギの量（熱交換量）が比較的少なく、熱交換効率が不十分であるという問題がある。
【００１１】
この問題については、図４に加え、図５も用いて説明する。なお、図５は、流路５５０を流れる熱媒体の位置変化と温度変化との関係を示した図である。
まず、図４に示すように、流路５５０を流れる熱媒体がループ管５０２の部分に最初に触れる位置をＡとし、この熱媒体がループ管５０２の部分を通過する位置をＢとする。
【００１２】
そして、位置Ａにおける熱媒体の温度をＴＡ（入口温度）とし、位置Ｂにおける熱媒体の温度をＴＢ（出口温度）とすれば、熱媒体は位置Ａから位置Ｂに流動する間にループ管５０２の部分に熱供給を行なうことから、ＴＡとＴＢとの関係は、ＴＡ＞ＴＢとなる（図５参照）。
【００１３】
よって、流路５５０を流れる熱媒体の流量をｍ、この熱媒体の比熱をＣｐとすれば、熱媒体からループ管５０２の部分に付与される熱量Ｑは、図５に示すように、最大でｍＣｐ（ＴＡ−ＴＢ）と表記されるものであるといえる。
【００１４】
なお、図５には、ループ管５０２内に封入された液体の沸騰温度Ｔｈや凝縮温度Ｔｃの他、大気温Ｔａも示されている。
ここで、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を熱媒体の熱エネルギによって好適に気化させるためには、図５に示すように、出口温度ＴＢが沸騰温度Ｔｈよりも高い温度であること（ＴＢ＞Ｔｈ）が必要である。
【００１５】
しかし、図４に示すように加熱器５０４を構成したのでは、出口温度ＴＢの熱媒体がそのまま排出されてしまう。つまり、沸騰温度Ｔｈよりも高い温度ＴＢの熱媒体が有する熱エネルギが使用されないことになり、その分だけ、熱交換効率が不十分となる。
【００１６】
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、管内の液体を加熱するための熱媒体と管内の液体との間の熱交換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】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の蒸気エンジンは、液体が封入された管と、該管内の液体を加熱する加熱器と、加熱器における加熱により液体が気化してなる蒸気を冷却する冷却器と、を有する。
【００１８】
そして、本発明の蒸気エンジンは、加熱器における加熱による液体の気化と冷却器における冷却による蒸気の液化とにより管内の液体に流動変位を発生させる。
つまり、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。管内では、この流体容積の膨張・収縮に応じた流動変位が起きる。
【００１９】
この蒸気エンジンにおいて、加熱器は、熱媒体が流れる熱媒体流路を備える。この熱媒体流路は、この熱媒体流路を流れる熱媒体が管における２つの異なる部分を通過できるよう構成されている。
【００２０】
具体的には、この熱媒体流路は、この熱媒体流路を流れる熱媒体が、管における第１の部分に触れて熱エネルギの付与を行なった上でこの第１の部分を通過した後、管における第２の部分であって、第１の部分内に到達する前の液体が内部に位置する第２の部分に触れて熱エネルギの付与を行なった上でこの第２の部分を通過できるよう、構成されている。
【００２１】
よって、本発明の蒸気エンジンでは、管における第１の部分内に位置する液体と、管における第２の部分内に位置する液体とが、熱媒体からの熱エネルギの付与により加熱されうる。
【００２２】
具体的には、この蒸気エンジンにおいては、熱媒体が第１の部分を通過するときに、熱媒体から第１の部分に熱エネルギの付与がなされることに対応して、熱媒体流路を流れる熱媒体の温度が、第１の部分の通過後においては、通過前に比べて、低下する。熱媒体から第２の部分への熱エネルギの付与は、この温度低下後の熱媒体からなされる。
【００２３】
但し、本発明では、第２の部分が、第１の部分内に到達する前の液体が内部に位置する部分とされている。よって、第２の部分内に位置する液体の温度は、熱媒体流路を流れる熱媒体から先に熱エネルギの付与を受ける第１の部分内に位置する液体の温度よりも低い。
【００２４】
従って、例えば、管における上流側の部分内から第２の部分内に到達した液体の温度が、第２の部分を通過する際の熱媒体の温度よりも低い場合には、この液体は、第２の部分内を通過する間に、第２の部分を通過する熱媒体から熱エネルギの付与を好適に受けることができる。
【００２５】
すなわち、本発明によれば、熱媒体流路を流れる熱媒体が第１の部分内の液体に熱エネルギの付与を行なった直後に排出されるのではなく、その後において、第２の部分内の液体にも熱エネルギの付与を行ないうる分だけ、図４に示した態様よりも、熱媒体と管内の液体との間の熱交換効率が向上されうる。
【００２６】
一方、管内の液体のうち第２の部分の内部に位置する液体が、熱媒体流路を流れる熱媒体から付与される熱エネルギにより、その温度が昇温されて沸点以下の温度の液体とされるよう、本発明の蒸気エンジンは構成されていても良い。
【００２７】
また、この場合には、管内の液体のうち第１の部分の内部に位置する液体が、熱媒体流路を流れる熱媒体から付与される熱エネルギにより、気化されるよう、本発明の蒸気エンジンは構成されていることが望ましい。
【００２８】
このようにすれば、管内の液体が、第２の部分内に位置する段階で温度を昇温された液体とされる分だけ、第１の部分内では、短時間のうちに気化される。
よって、この場合には、このように管内の液体が短時間のうちに気化される分だけ、管内の液体に発生する流動変位（いわゆる自励振動変位）の高周波数化を図ることができる。
【００２９】
また、この場合のように、管内の液体のうち第２の部分の内部に位置する液体の温度が熱媒体流路を流れる熱媒体から付与される熱エネルギにより沸点以下の温度にまで昇温される場合、熱媒体の温度は、第２の部分を通過した後においては、管内の液体の沸点よりも低い温度にまで低下されうる。
【００３０】
この場合は、管内の液体の沸点以下の温度の熱媒体が有する熱エネルギも管内の液体の加熱に有効に使用されることになる。
よって、この場合には、このように熱エネルギが有効に使用されることになる分だけ、熱媒体と管内の液体との間の熱交換効率が向上される。
【００３１】
なお、上記のように、管内の液体が、第２の部分内に位置する段階で昇温されて沸点以下の温度の液体とされる一方、第１の部分内で気化されるよう蒸気エンジンを構成する手法としては種々のものが考えられる。
【００３２】
例えば、管内に封入される液体の種類、管内の圧力、管における第１の部分や第２の部分をなす材料の材質や表面積、管における第１の部分内や第２の部分内における液体の流量、熱媒体流路を流れる熱媒体の種類・温度・流量などを、実験等を通じて個々の蒸気エンジンの特性に応じて調整することにより、管内の液体が、第２の部分内に位置する段階で昇温されて沸点以下の温度の液体とされる一方、第１の部分内で気化されるようにしても良い。
【００３３】
一方、本発明において、第１の部分と第２の部分は、管において隣接した部分であってもよい。
このようにすれば、第２の部分内に位置する液体が、熱媒体流路を流れる熱媒体から熱エネルギの付与を受けた後、再度熱媒体から熱エネルギの付与を受けられる第１の部分内に到達するまでの間に管の壁面等に奪われる熱エネルギの量（熱損失）を最小限に抑えることができる。
【００３４】
よって、この場合には、このように熱損失を最小限に抑えることができる分だけ、蒸気エンジンの熱効率が向上される。
また、本発明の蒸気エンジンにおいて、第１の部分と第２の部分とのうち少なくとも一方は、熱媒体流路を流れる熱媒体との熱交換を促進させるための表面積拡大部を備えていてもよい。
【００３５】
このようにすれば、表面積拡大部を備えている分だけ、備えていない場合よりも、熱媒体流路を流れる熱媒体と管内の液体との間の熱交換効率が向上される。
なお、表面積拡大部は、熱媒体流路を流れる熱媒体との熱交換を促進させるため第１の部分と第２の部分とのうち少なくとも一方の表面積を拡大させる構成のものであれば、いかなる態様のものであってもよい。
【００３６】
表面積拡大部の具体的態様としては、例えば、複数の熱交換用フィンからなる構成などが考えられる。
一方、本発明の蒸気エンジンは、加熱器における加熱による液体の気化と冷却器における冷却による蒸気の液化とにより管内の液体に発生する流動変位を機械的エネルギとして取り出す出力部を備えていてもよい。
【００３７】
そして、出力部は、特定のものに限定されないが、例えば、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たものであってもよい。
【００３８】
この場合においては、管内の液体に発生する流動変位が管内の液体の液面変化として発生することから、ピストンの往復運動が好適に誘起され、それに応じた所望の機械的エネルギの取り出しが可能となる。
【００３９】
また、本発明において、熱媒体流路は、内燃機関の排気管であると共に、熱媒体は、内燃機関から排出される排気ガスであってもよい。
このようにすれば、例えば、内燃機関を備えた車両への蒸気エンジンの搭載が好適に実現されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
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。
【００４１】
図１は、実施例の蒸気エンジン１の概略構成を示す図である。
本実施例の蒸気エンジン１は、エンジン２００（内燃機関に相当）を備えた車両に搭載されるべく構成されたものである。
【００４２】
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４０と、出力部１００と、を備えている。
【００４３】
加熱器３０、冷却器４０、出力部１００は、ループ管１０がなす管路上に、加熱器３０、冷却器４０、出力部１００の順に配置され、加熱器３０は、冷却器４０よりも下方に位置している。
【００４４】
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、加熱用の熱交換器を備えたものとして構成される。また、冷却器４０は、加熱器３０の作用により液体が気化してなる蒸気（気体）を冷却して液化させるものであり、例えば、冷却用の熱交換器を備えたものとして構成される。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４０は、ループ管１０を介して当該ループ管１０内部を冷却する。
【００４５】
本実施例では、加熱器３０による加熱や冷却器４０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４０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。
【００４６】
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（気体）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４０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。
【００４７】
出力部１００は、ループ管１０がなす管路の部分に管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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。出力部１００で実行された発電により得られた電力は、例えば、蒸気エンジン１が搭載された車両に設けられた車載バッテリ（図示省略）の充電等に使用される。
【００５０】
本実施例の蒸気エンジン１において、加熱器３０は、第１加熱部３２と、第２加熱部３６（プレヒータ）とを備えたものとして構成されている。
第１加熱部３２は、ループ管１０の部分（第１の部分に相当）として構成されたものであり、当該部分の外面には、銅やアルミニウム等の熱伝導率に優れた素材からなる複数の熱交換用フィン３４（表面積拡大部に相当）が設けられている。
【００５１】
第２加熱部３６は、第１加熱部３２としてのループ管１０における部分よりも下側（上流側）のループ管１０における部分（第２の部分に相当）として構成されたものである。
つまり、蒸気エンジン１においては、上述したように、加熱器３０における加熱により気化してなる蒸気（気体）が上方に移動し、冷却器４０における冷却により液化されるという現象が起きる。
【００５２】
よって、本実施例では、ループ管１０内の液体は、少なくとも巨視的には、蒸気の移動方向に対応するよう、第２加熱部３６内を通過した後、第１加熱部３２内を通過するという挙動を示す。
【００５３】
なお、第２加熱部３６としてのループ管１０の部分の外面にも、第１加熱部３２としてのループ管１０の部分の外面と同様に、複数の熱交換用フィン３８（表面積拡大部に相当）が設けられている。
【００５４】
また、本実施例では、第１加熱部３２と、第２加熱部３６とが、ループ管１０における隣接した部分として構成されている。
また、加熱器３０は、エンジン２００から排出される排気ガス（熱媒体に相当）が流れる排気管２１０（熱媒体流路に相当）も備えている。
【００５５】
ここで、排気管２１０は、エンジン２００から排出される排気ガス全てが流れる流路として構成されたものであってもよいが、エンジン２００から排出される排気ガスの一部が流れる分岐流路として構成されたものであってもよい。
【００５６】
本実施例では、排気管２１０は、排気管２１０を流れる排気ガスが第１加熱部３２の外面と第２加熱部３６の外面の両方に触れつつ通過できるよう、構成されている。
具体的には、排気管２１０を流れる排気ガスが、第１加熱部３２の外面（熱交換用フィン３４）に触れて熱エネルギの付与を行なった上でこの第１加熱部３２を通過した後、第２加熱部３６の外面（熱交換用フィン３８）に触れて熱エネルギの付与を行なった上でこの第２加熱部３６を通過できるよう、排気管２１０は構成されている。
【００５７】
そして、本実施例では、第２加熱部３６内に位置する液体が、排気管２１０を流れる排気ガスから付与される熱エネルギにより、その温度をＴ１からＴ２に昇温される。Ｔ２は、管８内に封入された液体の沸騰温度Ｔｈ以下の温度である。但し、Ｔ２は沸騰温度Ｔｈ直前の温度であることが好ましい。つまり、Ｔ２は沸騰温度Ｔｈ以下の温度ではあるものの、沸騰温度Ｔｈに近い温度であればある程良い。
【００５８】
また、本実施例では、第１加熱部３２内に位置する液体が、排気管２１０を流れる排気ガスから付与される熱エネルギにより、気化される。
なお、本実施例の蒸気エンジン１では、ループ管１０内でこのような温度変化や気化が適切に起きるよう、管８内に封入される液体の種類、管８内の圧力、第１加熱部３２や第２加熱部３６をなす材料の材質、熱交換用フィン３４や熱交換用フィン３８の材質や表面積、第１加熱部３２内や第２加熱部３６内における液体の流量、排気管２１０を流れる排気ガスの温度・流量などが、実験等を通じて個々の蒸気エンジン１の特性に応じて予め調整される。
【００５９】
ここで、本実施例の蒸気エンジン１において実行される、排気管２１０を流れる排気ガスからループ管１０内の液体への熱エネルギの付与、につき、図１に加えて、図２も用いて説明する。なお、図２は、排気管２１０を流れる排気ガスの位置変化と温度変化との関係を示した図である。
【００６０】
まず、図１に示すように、排気管２１０を流れる排気ガスが第１加熱部３２の外面に最初に触れる位置をＰ１とし、この排気ガスが第１加熱部３２の外面を通過する位置をＰ２とする。また、その後においてこの排気ガスが第２加熱部３６の外面に最初に触れる位置をＰ３とし、この排気ガスが第２加熱部３６の外面を通過する位置をＰ４とする。
【００６１】
そして、位置Ｐ１における排気ガスの温度をＴｇ（入口温度）とし、位置Ｐ２における排気ガスの温度をＴｇ１（中間温度）とする。
この場合、排気ガスは位置Ｐ１から位置Ｐ２に流動する間に第１加熱部３２の外面に熱供給を行ない、それにより第１加熱部３２内に位置する液体が気化されることから、ＴｇとＴｇ１との関係は、Ｔｇ＞Ｔｇ１となる（図２参照）。
【００６２】
本実施例では、第１加熱部３２内に位置する液体の気化を好適に実現するため、ＴｇとＴｇ１は、管８内に封入された液体の沸騰温度Ｔｈとの関係が、Ｔｇ＞Ｔｇ１＞Ｔｈとなるようにされている（図２参照）。
【００６３】
よって、排気管２１０を流れる排気ガスの流量をｍ、この排気ガスの比熱をＣｐとすれば、排気ガスが位置Ｐ１から位置Ｐ２に流動する間に第１加熱部３２の外面に供給される熱量Ｑａ１は、図２に示すように、最大でｍＣｐ（Ｔｇ−Ｔｇ１）と表記されるものとなる。
【００６４】
一方、位置Ｐ３における排気ガスの温度は、位置Ｐ２から位置Ｐ３に排気ガスが流動する間に排気ガスから比較的多量の熱エネルギが奪われる要因がないことを考慮して、位置Ｐ２における温度Ｔｇ１と略同じであると仮定する。また、位置Ｐ４における排気ガスの温度をＴｇ２（出口温度）とする。
【００６５】
この場合、排気ガスは位置Ｐ３から位置Ｐ４に流動する間に第２加熱部３６の外面に熱供給を行ない、それにより第２加熱部３６内に位置する液体の温度がＴ１からＴ２に昇温されることから、Ｔｇ１とＴｇ２との関係は、Ｔｇ１＞Ｔｇ２となる（図２参照）。
【００６６】
本実施例では、第２加熱部３６内に位置する液体の温度がＴ１から沸騰温度Ｔｈ以下の温度Ｔ２に昇温されることから、Ｔｇ１とＴｇ２は、Ｔ１，Ｔ２および沸騰温度Ｔｈとの関係が、Ｔｇ１＞Ｔｈ≧Ｔｇ２＞Ｔ２＞Ｔ１となるようにされる（図２参照）。
【００６７】
よって、排気ガスが位置Ｐ３から位置Ｐ４に流動する間に第２加熱部３６の外面に供給される熱量Ｑａ２は、図２に示すように、最大でｍＣｐ（Ｔｇ１−Ｔｇ２）と表記されるものとなる。
【００６８】
以上において説明したように、本実施例の蒸気エンジン１では、排気管２１０を流れる排気ガスが、第１加熱部３２の外面に触れて熱エネルギの付与を行なった上でこの第１加熱部３２を通過した後、第２加熱部３６の外面に触れて熱エネルギの付与を行なった上でこの第２加熱部３６を通過できるよう、排気管２１０が構成されている。
【００６９】
従って、本実施例では、第１加熱部３２内の液体と、第２加熱部３６内の液体との両方が、排気ガスからの熱エネルギの付与により加熱される。
特に、本実施例では、排気管２１０を流れる排気ガスの温度が、第１加熱部３２の外面に触れて通過する間にＴｇからＴｇ１に下がるものの、Ｔｇ１が、その後において排気ガスが触れる第２加熱部３６内の液体の温度Ｔ１よりも高くなるよう構成されている。
【００７０】
よって、本実施例によれば、第１加熱部３２内の液体のみならず、第２加熱部３６内の液体も、排気管２１０を流れる排気ガスから熱エネルギの付与を好適に受けることができる。
【００７１】
つまり、本実施例によれば、排気管２１０を流れる排気ガスが第１加熱部３２内の液体に熱エネルギの付与を行なった直後に排出されるのではなく、その後において、第２加熱部３６内の液体にも熱エネルギの付与を行なう分だけ、図４に示した態様よりも、排気ガスと管８内の液体との間の熱交換効率が向上される。そして、このように熱交換効率が向上される分だけ、蒸気エンジン１の出力（換言すれば、ピストン１０４の駆動力）が向上される。
【００７２】
更に、本実施例では、図２に示したように、第２加熱部３６の外面通過後の排気ガスの温度がＴｇ１からＴｈよりも低いＴｇ２にまで低下する。このことは、管８内の液体の沸騰温度Ｔｈ以下の温度の排気ガスの熱エネルギもループ管１０内の液体の加熱に使用されることを示している。
【００７３】
よって、本実施例によれば、管８内の液体の沸騰温度Ｔｈ以下の温度の排気ガスの熱エネルギもループ管１０内の液体の加熱（延いては、蒸気エンジン１の駆動）に使用される分だけ、排気ガスと管８内の液体との間の熱交換効率が向上される。そして、このように熱交換効率が向上される分だけ、蒸気エンジン１の出力（換言すれば、ピストン１０４の駆動力）が向上される。
【００７４】
また、本実施例では、第１加熱部３２と、第２加熱部３６とが、ループ管１０における隣接した部分として構成されている。
よって、本実施例によれば、第２加熱部３６内に位置する液体が、排気管２１０を流れる排気ガスから熱エネルギの付与を受けた後、再度排気ガスから熱エネルギの付与を受けられる第１加熱部３２内に到達するまでの間にループ管１０の壁面等に奪われる熱エネルギの量（熱損失）を最小限に抑えることができる。
【００７５】
つまり、本実施例によれば、このように熱損失を最小限に抑えることができる分だけ、蒸気エンジン１の熱効率が向上される。
なお、上記実施例では、排気管２１０を流れる排気ガスが管８における２つの異なる部分（第１加熱部３２の外面と第２加熱部３６の外面）を通過できるよう排気管２１０を構成した。しかし、排気管２１０を流れる排気ガスが管８における更に別の部分を通過できるよう排気管２１０を構成しても良い。
【００７６】
また、上記実施例では、排気管２１０をエンジン２００からの排気ガスが流れる管としたが、排気管２１０は、上記実施例のような熱エネルギの付与ができる熱媒体が流れるものであれば、他の態様のものであってもよい。例えば、排気管２１０は、焼却炉で発生した熱媒体が流れる排熱管として構成されたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【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】実施例に関して、排気管を流れる排気ガスの位置変化と温度変化との関係を示した図である。
【図３】従来の蒸気エンジンの概略構成を示す図である。
【図４】蒸気エンジンの加熱器の構成として想定される態様を説明する説明図である。
【図５】図４に示した態様の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…蒸気エンジン、８…管、１０…ループ管、１２…接続管、３０…加熱器、３２…第１加熱部、３４…熱交換用フィン、３６…第２加熱部、３８…熱交換用フィン、４０…冷却器、１００…出力部、１０２…シリンダ、１０４…ピストン、１０６…可動部、１０８…ばね材、２００…エンジン、２１０…排気管
【図３】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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