(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体（１１）が液相状態で流動可能に封入された主容器（１０）と、
前記主容器（１０）内の液相状態の前記作動媒体（１１）の一部を加熱して気化させる加熱器（１４）と、
前記加熱器（１４）で加熱されて気化した前記作動媒体（１１）の蒸気を冷却して液化させる冷却器（２０）と、
前記蒸気の体積変動によって生じる前記作動媒体（１１）の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部（２２）と、
絞り手段（３１）を介して前記主容器（１０）と連通し、液体（３３）が封入された補助容器（３０）と、
前記補助容器（３０）内の前記液体（３３）を加熱して気化させる補助加熱器（３５）と、
前記補助容器（３０）と連通し、前記液体（３３）を貯留する貯留容器（４０）と、
前記補助容器（３０）の内部圧力が第１所定圧力以上になると、前記補助容器（３０）内の前記液体（３３）を前記貯留容器（４０）に抜く液体抜き手段（４３）とを備え、
前記補助容器（３０）は、前記液体（３３）の沸点以下の温度になる低温部（３０ｂ）と、前記低温部（３０ｂ）の温度（Ｔｃ）よりも高く且つ前記加熱器（１４）の温度（Ｔｈ）よりも低い温度になる高温部（３０ａ）とを有し、
前記補助容器（３０）は、その内部圧力を前記高温部（３０ａ）の温度（Ｔｍ）での前記液体（３３）の飽和蒸気圧と同一圧力に維持するように構成され、
前記第１所定圧力として、前記高温部（３０ａ）の温度（Ｔｍ）が所定温度を超えて上昇したときにおける前記飽和蒸気圧が設定されていることを特徴とする外燃機関。
【請求項２】
前記補助容器（３０）と前記貯留容器（４０）とが第１の弁（４３）を介して連通し、
前記第１の弁（４３）は、前記補助容器（３０）の内部圧力が前記第１所定圧力以上になると開弁し、
前記液体抜き手段（４３）は前記第１の弁であることを特徴とする請求項１に記載の外燃機関。
【請求項３】
前記補助容器（３０）と前記貯留容器（４０）とが第１の配管（４１）を介して連通し、
前記第１の弁（４３）は前記第１の配管（４１）に配置され、
前記第１の配管（４１）の前記補助容器（３０）側における端部が、前記補助容器（３０）内の前記液体（３３）の液面よりも下方側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の外燃機関。
【請求項４】
前記補助容器（３０）の内部圧力が、前記第１所定圧力よりも小さい第２所定圧力以下になると、前記貯留容器（４０）内の前記液体（３３）を前記補助容器（３０）に戻す液体戻し手段（４４）を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項５】
前記補助容器（３０）と前記貯留容器（４０）とが第２の弁（４４）を介して連通し、
前記第２の弁（４４）は、前記補助容器（３０）の内部圧力が前記第２所定圧力以下になると開弁し、
前記液体戻し手段（４４）は前記第２の弁であることを特徴とする請求項４に記載の外燃機関。
【請求項６】
前記補助容器（３０）と前記貯留容器（４０）とが第２の配管（４２）を介して連通し、
前記第２の弁（４４）は前記第２の配管（４２）に配置され、
前記第２の配管（４１）の前記貯留容器（４０）側における端部が、前記貯留容器（４０）内の前記液体（３３）の液面よりも下方側に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の外燃機関。
【請求項７】
前記補助容器（３０）と前記貯留容器（４０）とが第２の配管（４２）を介して連通し、
前記第２の弁（４４）は前記第２の配管（４２）に配置され、
前記第２の配管（４１）の前記貯留容器（４０）側における端部が、前記貯留容器（４０）内の前記液体（３３）の液面よりも下方側に配置され、
前記第２の配管（４２）の全体が前記第１の配管（４１）よりも下方側に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の外燃機関。
【請求項８】
前記貯留容器（４０）が大気に開放されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項９】
前記貯留容器（４０）は密閉されており、
前記貯留容器（４０）内に気体（４５）が封入されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項１０】
前記貯留容器（４０）は、その内部と外部の圧力差によって変形するような柔らかい袋で形成されていることを特徴とする請求項９に記載の外燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動媒体の蒸気の発生と液化に伴う作動媒体の体積変動によって生じる作動媒体の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の外燃機関が特許文献１に記載されている。この従来技術では、主容器の内部圧力の平均圧力を目標圧力に近づけることによって、外燃機関の出力および効率を向上させることを狙っている。
【０００３】
その概略を説明すると、作動媒体が封入された主容器とは別個の補助容器に液体を封入し、この補助容器と主容器とを絞り手段を介して連通させ、補助容器内の液体を補助加熱器によって加熱して気化させるようになっている。
【０００４】
そして、補助容器の内部圧力が上記目標圧力に近くなるように補助容器と補助加熱器とを構成している。これにより、主容器の内部圧力の平均圧力を補助容器の内部圧力に追従して変化させて、主容器の内部圧力の平均圧力を目標圧力に近づけるようにしている。
【０００５】
この従来技術によると、制御装置や各種センサ等を用いることなく主容器の内部圧力の平均圧力をほぼ目標圧力に維持することができるので、簡素な構成により外燃機関の出力および効率を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００７−２５５２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、本発明者は、エネルギー利用効率を高めるために、補助加熱器の熱源として他の熱機関（例えば、自動車用エンジン）の排気ガス（高温ガス）を利用することを検討した。
【０００７】
しかしながら、この検討例では、例えば、他の熱機関が最大出力状態で運転される場合等、排気ガスの温度が非常に高くなると、補助加熱器の温度が通常想定される温度を超えて過度に上昇するので、補助容器の内部圧力も通常想定される圧力を超えて過度に上昇してしまい、その結果、補助容器等の破損を招くおそれがあるという問題がある。
【０００８】
なお、この問題は、補助加熱器の熱源として他の熱機関の排気ガス以外のもの（例えば、発熱体等）を利用した場合においても、補助加熱器の熱源の温度が非常に高くなって補助加熱器の温度が過度に上昇すれば同様に発生する。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、補助加熱器の温度が過度に上昇した非常時において、補助容器の内部圧力の上昇を抑制す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、請求項１に記載の発明では、作動媒体（１１）が液相状態で
流動可能に封入された主容器（１０）と、
主容器（１０）内の液相状態の作動媒体（１１）の一部を加熱して気化させる加熱器（１４）と、
加熱器（１４）で加熱されて気化した作動媒体（１１）の蒸気を冷却して液化させる冷却器（２０）と、
蒸気の体積変動によって生じる作動媒体（１１）の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部（２２）と、
絞り手段（３１）を介して主容器（１０）と連通し、液体（３３）が封入された補助容器（３０）と、
補助容器（３０）内の液体（３３）を加熱して気化させる補助加熱器（３５）と、
補助容器（３０）と連通し、前記液体（３３）を貯留する貯留容器（４０）と、
補助容器（３０）の内部圧力が第１所定圧力以上になると、補助容器（３０）内の液体（３３）を貯留容器（４０）に抜く液体抜き手段（４３）とを備え、
補助容器（３０）は、液体（３３）の沸点以下の温度になる低温部（３０ｂ）と、低温部（３０ｂ）の温度（Ｔｃ）よりも高く且つ加熱器（１４）の温度（Ｔｈ）よりも低い温度になる高温部（３０ａ）とを有し、
補助容器（３０）は、その内部圧力を高温部（３０ａ）の温度（Ｔｍ）での液体（３３）の飽和蒸気圧と同一圧力に維持するように構成され、
第１所定圧力として、高温部（３０ａ）の温度（Ｔｍ）が所定温度を超えて上昇したときにおける、高温部（３０ａ）の温度（Ｔｍ）での液体（３３）の飽和蒸気圧が設定されていることを特徴とする。
【００１１】
これによると、補助容器（３０）内の液体（３３）を貯留容器（４０）に抜くことにより補助容器（３０）の内部圧力を低下させることができるので、補助加熱器（３５）の温度が上昇が過度に上昇した非常時において補助容器（３０）の内部圧力の上昇を抑制することができる。
【００１２】
なお、本発明における「補助容器（３０）の内部圧力が所定圧力以上になる」とは、補助容器（３０）の内部圧力と貯留容器（４０）の内部圧力との差圧が所定圧力以上になることをも含む意味のものである。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の外燃機関において、補助容器（３０）と貯留容器（４０）とが第１の弁（４３）を介して連通し、
第１の弁（４３）は、補助容器（３０）の内部圧力が第１所定圧力以上になると開弁し、
液体抜き手段（４３）は第１の弁であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の外燃機関において、補助容器（３０）と貯留容器（４０）とが第１の配管（４１）を介して連通し、
第１の弁（４３）は第１の配管（４１）に配置され、
第１の配管（４１）の補助容器（３０）側における端部が、補助容器（３０）内の液体（３３）の液面よりも下方側に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の外燃機関において、補助容器（３０）の内部圧力が、第１所定圧力よりも小さい第２所定圧力以下になると、貯留容器（４０）内の液体（３３）を補助容器（３０）に戻す液体戻し手段（４４）を備えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、液体抜き手段（４３）が液体（３３）を補助容器（３０）から貯留容器（４０）に抜いた後に、液体（３３）を貯留容器（４０）から補助容器（３０）に容易に戻すことができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の外燃機関において、補助容器（３０）と貯留容器（４０）とが第２の弁（４４）を介して連通し、
第２の弁（４４）は、補助容器（３０）の内部圧力が第２所定圧力以下になると開弁し、
液体戻し手段（４４）は第２の弁であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の外燃機関において、補助容器（３０）と貯留容器（４０）とが第２の配管（４２）を介して連通し、
第２の弁（４４）は第２の配管（４２）に配置され、
第２の配管（４１）の貯留容器（４０）側における端部が、貯留容器（４０）内の液体（３３）の液面よりも下方側に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明では、請求項５に記載の外燃機関において、補助容器（３０）と貯留容器（４０）とが第２の配管（４２）を介して連通し、
第２の弁（４４）は第２の配管（４２）に配置され、
第２の配管（４１）の貯留容器（４０）側における端部が、貯留容器（４０）内の液体（３３）の液面よりも下方側に配置され、
第２の配管（４２）の全体が第１の配管（４１）よりも下方側に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の外燃機関において、貯留容器（４０）が大気に開放されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の外燃機関において、貯留容器（４０）は密閉されており、
貯留容器（４０）内に気体（４５）が封入されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の外燃機関において、貯留容器（４０）は、その内部と外部の圧力差によって変形するような柔らかい袋で形成されていることを特徴とする。
【００２３】
これにより、貯留容器（４０）内における液体（３３）の液量が変動すると、その液量変動に対応して貯留容器（４０）の内容積が変化するので、貯留容器（４０）内における液体（３３）の液量変動に伴う貯留容器（４０）の内部圧力の変動を抑制することができる。しかも、貯留容器（４０）を柔らかい袋で形成することによって貯留容器（４０）の内容積を変化可能にしているので構成を簡素化できる。
【００２４】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。本発明の外燃機関は、液体ピストン式蒸気エンジンとも呼ばれうるものである。本実施形態は、本発明の外燃機関を自動車に搭載される発電装置の駆動源に適用したものであって、図１は本実施形態における外燃機関の概略構成を表す構成図である。図１中の上下の矢印は外燃機関の設置状態における上下方向を示している。
【００２６】
主容器１０は、作動媒体（本例では、水）１１が液相状態で流動可能に封入された管状の圧力容器であり、主容器１０の一端側に位置する１本の集合管１２と、主容器１０の他端側にて集合管１２から分岐する複数本（本例では、４本）の分岐管１３１〜１３４とを有している。
【００２７】
本例では、集合管１２および分岐管１３１〜１３４がステンレスによって成形されている。また、本例では、集合管１２および分岐管１３１〜１３４の流路断面形状が円形になっているが、必ずしも円形に限られるものではなく、非円形であってもよい。
【００２８】
集合管１２のうち分岐管１３１〜１３４との接続部位は水平方向に延びている。分岐管１３１〜１３４は集合管１２から上方側に向かって延びている。分岐管１３１〜１３４の上端部同士は、作動媒体１１を他の熱機関（本例では、自動車の走行用エンジン）の排気ガス（高温ガス）とを熱交換させて作動媒体１１を加熱する加熱器１４によって連結されている。加熱器１４は、主容器１０の一部を構成しており、本例では熱伝導率に優れた銅によって形成されている。
【００２９】
加熱器１４は、排気ガスが流れるガス配管１５中に配置されている。加熱器１４内部には、４つの分岐管１３１〜１３４に連通する中空部が形成されており、この中空部の一部は、液相状態の作動媒体１１の一部を加熱して蒸発させる加熱部１６１〜１６４を構成している。この加熱部１６１〜１６４は、各分岐管１３１〜１３４に対応して設けられた４つの円盤形状の空間であり、分岐管１３１〜１３４と同軸状に配置されている。
【００３０】
加熱器１４内部の中空部のうち加熱部１６１〜１６４よりも上方側に位置する部位は、加熱部１６１〜１６４で発生した作動媒体１１の蒸気を溜める蒸気溜め部１７を構成している。
【００３１】
この蒸気溜め部１７は、加熱部１６１〜１６４の配列方向（図１の左右方向）と平行に延びており、連通路１８、１９を介して加熱部１６１〜１６４と連通している。連通路１８は、円板状の加熱部１６１〜１６４の中心部から上方側に向かって延びており、連通路１９は、円板状の加熱部１６１〜１６４の外周部から上方側に向かって延びている。
【００３２】
蒸気溜め部１７には、付加媒体としての気体が所定体積だけ封入されている。付加媒体としては、外燃機関の作動条件下において気相状態を維持する媒体を選定することができる。したがって、付加媒体としての気体は、例えば、取り扱いのしやすい空気であってもよいし、作動媒体１１の純粋な蒸気でもよい。
【００３３】
図示を省略しているが、成形上の都合により、加熱器１４は、複数個の分割体に分割して成形した後に、複数個の分割体をネジ等の締結手段によって一体に締結することにより形成されている。このとき、複数個の分割体同士の間にシール部材を配置しておくことでシール性を確保している。なお、複数個の分割体を溶接、ろう付け等の接合手段によって一体に接合してもよい。
【００３４】
分岐管１３１〜１３４は、冷却水が循環する冷却器２０の内部を貫通するように配置されている。分岐管１３１〜１３４のうち冷却器２０内に位置する部位は、加熱部１６１〜１６４で蒸発した作動媒体１１を冷却して凝縮させる冷却部２１１〜２１４を構成する。冷却器２０に冷却水が循環することによって冷却部２１１〜２１４が冷却され、ひいては冷却部２１１〜２１４で作動媒体１１が冷却されることとなる。
【００３５】
冷却器２０の冷却水入口２０ａおよび冷却水出口２０ｂは冷却水の循環回路に接続され、冷却水の循環回路中には放熱器（図示せず）が配置されている。これにより、冷却水が作動媒体１１の蒸気から奪った熱を放熱器によって大気中に放熱するようになっている。
【００３６】
本例では、外燃機関を自動車に搭載するので、冷却水が作動媒体１１の蒸気から奪った熱を自動車の走行用エンジンの暖機に利用したり、自動車用空調装置のヒータコアの熱源として利用することができる。なお、分岐管１３１〜１３４のうち冷却部２１１〜２１４を構成する部位を熱伝導率に優れた銅によって形成してもよい。
【００３７】
主容器１０の集合管１２側における端部は出力部２２に連通している。本例では、主容器１０が集合管１２の中間部でＬ字状に屈曲しており、主容器１０の集合管１２側における端部が下方向を向いている。なお、主容器１０の集合管１２側における端部が上方側または水平方向を向いてもよい。
【００３８】
出力部２２は、作動媒体１１の液相部分から圧力を受けて変位するピストン２２ａと、ピストン２２ａを摺動可能に支持するシリンダ２２ｂと、ピストン２２ａを主容器１０側（図１の上方側）に押圧する弾性力を発生させるコイルばね（図示せず）とを有している。なお、コイルばねの代わりにクランクおよびフライホイールを用いてもよい。
【００３９】
次に、上記基本構成における作動を簡単に説明する。まず加熱部１６１〜１６４内の作動媒体（水）１１が加熱されて蒸発（気化）すると、蒸気溜め部１７内および加熱部１６１〜１６４内に高温・高圧の作動媒体１１の蒸気が蓄積されて、分岐管１３１〜１３４内の作動媒体１１の液面を押し下げる。
【００４０】
すると、作動媒体１１の液相部分が加熱部１６１〜１６４側から出力部２２側に向かって押し出され、出力部２２のピストン２２ａを押し上げる（第１行程）。このとき、ピストン２２ａは図示しないコイルばねを弾性圧縮する。
【００４１】
次に、分岐管１３１〜１３４内の作動媒体１１の液面が冷却部２１１〜２１４まで下がり、冷却部２１１〜２１４内に作動媒体１１の蒸気が進入すると、作動媒体１１の蒸気が冷却部２１１〜２１４により冷却されて凝縮（液化）する。
【００４２】
このため、作動媒体１１の液面を押し下げる力が消滅し、ピストン２２ａを押し上げる力も消滅するので、一旦押し上げられた出力部２２側のピストン２２ａが図示しないコイルばねの弾性復元力によって下降し、作動媒体１１の液相部分が出力部２２側から加熱部１６１〜１６４側に向かって押し戻され、作動媒体１１の液面が加熱部１６１〜１６４まで上昇する（第２行程）。
【００４３】
なお、コイルばねの代わりにクランクおよびフライホイールを用いた場合には、一旦押し上げられた出力部２２側のピストン２２ａがフライホイールの慣性力によって下降し、作動媒体１１の液相部分が出力部２２側から加熱部１６１〜１６４側に向かって押し戻され、作動媒体１１の液面が加熱部１６１〜１６４まで上昇することとなる。
【００４４】
このような動作（第１行程および第２行程）が繰り返し行われることによって、主容器１０内の作動媒体１１の液相部分が周期的に変位（いわゆる自励振動）して、出力部２２のピストン２２ａを周期的に上下動させる。
【００４５】
つまり、作動媒体１１の蒸発と凝縮とが交互に繰り返し行われて作動媒体１１の蒸気の体積が変動することによって、作動媒体１１の液相部分があたかもピストンのように変位し、この作動媒体１１の液相部分の変位が出力部２２で機械的エネルギに変換されて出力される。
【００４６】
次に、主容器１１の内部圧力を調整するための構成について説明する。補助容器３０は絞り手段３１を介して主容器１１と連通している。本例では、補助容器３０が集合管１２の上方側に配置され、補助容器３０の底部と集合管１２とが配管３２で接続され、絞り手段３１が配管３２に形成されている。
【００４７】
絞り手段３１は、補助容器３０の内部圧力（以下、補助容器内圧力と言う。）が、主容器１１の内部圧力に追従して周期的に変動することなく、主容器１１の内部圧力の平均値（以下、主容器内平均圧力と言う。）とほぼ等しい圧力で安定するようにさせる役割を果たす。本例では、絞り手段３１として、通路径が縮小された固定絞りを用いている。
【００４８】
本例では、補助容器３０および配管３２がステンレス製になっている。補助容器３０の内容積は主容器１１の内容積よりも小さくなっている。補助容器３０内には液体３３と気体３４とが封入されている。なお、補助容器３０内を液体３３のみで充満させてもよい。
【００４９】
本例では、液体３３として作動媒体１２と同じ液体（本例では、水）を用いている。液体３３として作動媒体１２と異なる液体を用いる場合には、本例では補助容器３０を集合管１２の上方側に配置している関係上、作動媒体１２よりも比重の小さい液体を用いるのが好ましい。
【００５０】
気体３４としては作動媒体１２に難溶性を示す気体を用いるのが好ましく、本例では気体３４として、水に難溶性を示すヘリウムを用いている。
【００５１】
補助容器３０内の液体３３を加熱して気化させる補助加熱器３５は、補助容器３０の上部を被うように配置されている。この補助加熱器３５は加熱器１４と熱的に接続されている。具体的には、補助加熱器３５と加熱器１４とが、熱伝導率に優れた材料（例えば、銅）にて形成された接続部材３６を介して接続されている。
【００５２】
これにより、補助加熱器３５が加熱器１４からの熱伝導によって加熱されるので、補助加熱器３５が補助容器３０を加熱することができ、ひいては補助容器３０内の液体３３を加熱することができる。
【００５３】
図２は、補助容器３０が加熱されているときの補助容器３０の温度勾配を示すグラフである。図２に示すように、補助容器３０は、上部の高温部３０ａでは温度勾配が無視できるほど小さく、下部の低温部３０ｂでは高温部３０ａから離れるにつれて温度が低下するような温度勾配が生じる熱伝導構造を有している。
【００５４】
なお、図２において、温度Ｔｍは高温部３０ａの温度（以下、この温度を高温部温度と呼ぶ。）である。温度Ｔｃは低温部３０ｂの下端部における温度（以下、この温度を低温部温度と呼ぶ。）である。この低温部温度Ｔｃは、冷却部２１１〜２１４の温度とほぼ同じ温度（正確には、冷却部２１１〜２１４の温度よりもわずかに高い温度）になっている。したがって、低温部温度Ｔｃは液体３３の沸点以下の温度になる。
【００５５】
図３は補助容器３０における熱抵抗モデルを示している。図３において、Ｔｈは加熱器１４の温度、Ｒｈは加熱器１４と補助容器３０の高温部３０ａとの間の熱抵抗、Ｒｍは補助容器３０の高温部３０ａと低温部３０ｂの下端部（補助容器３０の出口部）との間の熱抵抗を示している。
【００５６】
図３からわかるように、補助容器３０は、補助加熱器３５によって加熱されると高温部温度Ｔｍが加熱器１４の温度Ｔｈより低く、かつ低温部温度Ｔｃより高くなる（Ｔｃ＜Ｔｍ＜Ｔｈ）ような熱抵抗を持つ構造を持っている。
【００５７】
さらに、補助容器３０を加熱器１４からの熱伝導によって加熱しているので、高温部温度Ｔｍが主容器１１の加熱部１６１〜１６４の温度（以下、加熱部温度と言う。）Ｔ１より小さくなる。一方、上述したように、低温部温度Ｔｃは冷却部２１１〜２１４の温度（以下、冷却部温度と言う。）Ｔ２よりもわずかに高い温度になっている。このため、高温部温度Ｔｍは加熱部温度Ｔ１より低く、かつ冷却部温度Ｔ２より高くなる（Ｔ２＜Ｔｍ＜Ｔ１）。
【００５８】
図１に示すように、液体３３を貯留する貯留容器４０は、第１、第２の配管４１、４２を介して補助容器３０と連通している。貯留容器４０は、ある程度の剛性を有する容器（例えば、ポリ容器等）であり、貯留容器４０の内部圧力は大気圧程度になっている。本例では、貯留容器４０を大気開放しているので、貯留容器４０の内部圧力が大気圧と同じになっている。
【００５９】
第１、第２の配管４１、４２は並列配置されている。本例では、第２の配管４２の全体が第１の配管４１よりも下方側に配置されている。第１の配管４１は、補助容器３０内の液体３３を貯留容器４０に抜くための配管である。第１の配管４１には第１の弁（液体抜き手段）４３が配置されている。
【００６０】
第２の配管４２は、補助容器３０から第１の配管４１を通じて貯留容器４０に抜かれた液体３３を補助容器３０に戻すための配管である。第２の配管４２には第２の弁（液体戻し手段）４４が配置されている。本例では、第１、第２の弁４３、４４として、一方向弁を用いている。
【００６１】
第１の弁４３は、補助容器内圧力と貯留容器４０の内部圧力との差圧が第１所定圧力ΔＰ１以上になると開弁する。ここで、第１所定圧力ΔＰ１は、後述する目標圧力よりも大きい圧力である。第２の弁４４は、補助容器内圧力と貯留容器４０の内部圧力との差圧が、第１所定圧力ΔＰ１よりも小さい第２所定圧力ΔＰ２以下になると開弁する。
【００６２】
第１、第２の配管４１、４２の補助容器３０側における端部は、補助容器３０内の液体３３の液面よりも下方側に配置されている。本例では、第１、第２の配管４１、４２の補助容器３０側における端部が、補助容器３０の底部と集合管１２とを接続する配管３２に配置されている。
【００６３】
第１、第２の配管４１、４２の貯留容器４０側における端部は、貯留容器４０内の液体３３の液面よりも下方側に配置されている。本例では、第１、第２の配管４１、４２の貯留容器４０側における端部が貯留容器４０の下部に配置されている。
【００６４】
次に、上記構成による主容器１１の内部圧力を調整する作動を説明する。加熱器１４からの熱伝導により高温部３０ａ内の液体３３が加熱されて気化し、高温部３０ａ内に高温・高圧の蒸気が蓄積される。このとき液体３３の液面が低温部３０ｂまで押し下げられることなく高温部３０ａ内に位置するように、補助容器３０が構成されている。
【００６５】
これにより、液体３３が高温部３０ａに接触し続けるので、補助容器３０内の液体３３が沸騰状態に維持される。このため、補助容器内圧力を高温部温度Ｔｍでの液体３３の飽和蒸気圧と同一圧力に維持できる。
【００６６】
ここで、液体３３の飽和蒸気圧が主容器内平均圧力の目標値（以下、目標圧力と言う。）と等しくなるときの液体３３の温度（以下、目標温度と言う。）としたとき、高温部温度Ｔｍが目標温度とほぼ等しくなるように上述した熱抵抗Ｒｈおよび熱抵抗Ｒｍを設定しているので、補助容器内圧力が目標圧力とほぼ等しくなる。換言すれば、補助容器３０の内部圧力がほぼ目標圧力になるように補助容器３０、補助加熱器３５および接続部材３６が構成されている。
【００６７】
これにより、補助容器３０の内部圧力がほぼ目標圧力に維持されるので、主容器内平均圧力が補助容器内圧力に追従して変化して目標圧力に近づく。その結果、加熱部温度Ｔ１が変動しても、主容器内平均圧力をほぼ目標圧力に維持することができるので、加熱部温度Ｔ１の変動による性能（出力および効率）の低下を防止できる。
【００６８】
ここで述べた主容器１１の内部圧力を調整する作動は、補助加熱器３５の温度が通常想定される温度になっている状態（通常時）での作動を説明したものである。しかしながら、例えば、自動車の走行用エンジンが最大出力状態で運転される場合等、排気ガスの温度が非常に高くなった場合等には、補助加熱器３５の温度が通常想定される温度を超えて過度に上昇するので、補助容器３０の高温部温度Ｔｍおよび低温部温度Ｔｃも通常想定される温度を超えて過度に上昇してしまい、ひいては補助容器内圧力も通常想定される圧力を超えて過度に上昇してしまう。
【００６９】
そこで、本実施形態では、補助加熱器３５の温度が過度に上昇した非常時において、補助容器内圧力と貯留容器４０の内部圧力との差圧が第１所定圧力ΔＰ１以上になると第１の弁４３が開弁するので、補助容器３０内の液体３３が貯留容器４０へと抜ける。このため、補助容器内圧力を低下させることができる。
【００７０】
そして、補助容器内圧力と貯留容器４０の内部圧力との差圧が、第１所定圧力ΔＰ１よりも小さい第２所定圧力ΔＰ２以下になると第２の弁４４が開弁するので、補助容器３０から貯留容器４０に抜けた液体３３を補助容器３０に戻すことができる。
【００７１】
以上のことから、補助加熱器３５の温度が過度に上昇した非常時において、補助容器内圧力の上昇を抑制できる。その結果、補助容器内圧力の上昇による補助容器３０等の破損を防止することができる。
【００７２】
ちなみに第１、第２所定圧力ΔＰ１、ΔＰ２の一設定例を示すと、本設定例では、補助容器内圧力が通常１ＭＰａ程度であるので、第１所定圧力ΔＰ１を１．５ＭＰａに設定している（ΔＰ１＝１．５ＭＰａ）。つまり、第１の弁４３は、補助容器内圧力が貯留容器４０の内部圧力よりも１．５ＭＰａ以上高くなると開弁する。
【００７３】
また、第２所定圧力ΔＰ２を−０．０５ＭＰａに設定している（ΔＰ２＝−０．０５ＭＰａ）。つまり、第２の弁４４は、補助容器内圧力が貯留容器４０の内部圧力よりも０．０５ＭＰａ以上低くなると開弁する。
【００７４】
したがって、本設定例では、補助容器３０の温度が非常に高くなって第１の弁４３が開弁して補助容器３０内の液体３３が貯留容器４０へと抜かれた場合には、一旦補助加熱器３５による補助容器３０の加熱を停止させて（具体的には、自動車の走行用エンジンを停止させて）補助容器内圧力が貯留容器４０の内部圧力以下まで低下するに至ると第２の弁４４が開弁して貯留容器４０内の液体３３が補助容器３０に戻されることとなる。
【００７５】
なお、他の設定例として、第２所定圧力ΔＰ２を１ＭＰａ程度に設定してもよいことはもちろんである（ΔＰ２＝１ＭＰａ）。
【００７６】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、第１、第２の配管４１、４２の貯留容器４０側における端部が貯留容器４０内の液体３３の液面よりも下方側に配置されているが、本第２実施形態では、図４に示すように、第１の配管４１の貯留容器４０側における端部が貯留容器４０内の液体３３の液面よりも上方側に配置されている。
【００７７】
本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、本実施形態によると、第１の配管４１の貯留容器４０側における端部を貯留容器４０の上部に配置することができるので、配管レイアウトの都合上、第１の配管４１の貯留容器４０側における端部を貯留容器４０の下部に配置することができない場合であっても第１の配管４１を支障なく配置することができる。
【００７８】
また、本実施形態の変形例として、第２の配管４２の補助容器３０側における端部を、補助容器３０内の液体３３の液面よりも上方側に配置してもよい。本変形例によると、第２の配管４２の補助容器３０側における端部を補助容器３０に配置することができるので、配管レイアウトの都合上、第２の配管４２の貯留容器４０側における端部を補助容器３０と集合管１２との間の配管３２に配置することができない場合であっても第２の配管４２を支障なく配置することができる。
【００７９】
（第３実施形態）
上記第１実施形態では、貯留容器４０を大気開放して貯留容器４０の内部圧力を大気圧と同じにしているが、本第３実施形態では、図５に示すように、貯留容器４０を密閉し、貯留容器４０内に液体３３と気体４５とを封入している。
【００８０】
本実施形態によると、液体３３および気体４５の封入体積の設定により貯留容器４０の内部圧力を任意に設定することができる。このため、例えば、貯留容器４０の内部圧力を大気圧よりも若干高く設定することにより、第２の弁４４が開弁したときに貯留容器４０内から補助容器３０に戻る液体３３の流量を多くして、液体３３を戻すのに要する時間を短縮することができる。
【００８１】
（第４実施形態）
上記第３実施形態では、貯留容器４０をある程度の剛性を有するポリ容器等で形成しているので貯留容器４０の内容積が一定であるが、本第４実施形態では、図６に示すように、貯留容器４０をその内部と外部の圧力差によって変形するような柔らかい袋（例えば、ポリ袋等）で形成することにより、貯留容器４０の内容積が変化するようにしている。
【００８２】
上記第３実施形態によると、貯留容器４０の内容積が一定であるので、補助容器３０と貯留容器４０との間で液体３３が移動することにより貯留容器４０の内部圧力が変動する。つまり、補助容器３０内の液体３３が貯留容器４０へと抜けると貯留容器４０の内部圧力が上昇し、液体３３が貯留容器４０から補助容器３０に戻ると貯留容器４０の内部圧力が低下する。
【００８３】
このため、貯留容器４０内の液体３３の液量によって補助容器内圧力と貯留容器４０の内部圧力との差圧が変化することとなるので、第１、第２の弁４３、４４の作動の確実性が若干劣る。
【００８４】
これに対し、本実施形態によると、補助容器３０内の液体３３が貯留容器４０へと抜けると柔らかい袋で形成された貯留容器４０が膨らんで貯留容器４０の内容積が増加することによって貯留容器４０の内部圧力の上昇が抑制される。また、液体３３が貯留容器４０から補助容器３０に戻ると貯留容器４０が萎んで貯留容器４０の内容積が減少することによって貯留容器４０の内部圧力の低下が抑制される。
【００８５】
このため、貯留容器４０内における液体３３の液量変動に伴う貯留容器４０の内部圧力の変動を抑制することができるので、補助容器内圧力と貯留容器４０の内部圧力との差圧によって第１、第２の弁４３、４４を確実に作動させることができる。
【００８６】
また、本実施形態によると、貯留容器４０を柔らかい袋で形成しているので、大気圧を利用して貯留容器４０の内容積を変化させることができる。このため、機械的機構により貯留容器４０の内容積を変化させる場合に比べて構成を簡素化できる。
【００８７】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、第１、第２の弁４３、４４として一方向弁を用い、補助容器内圧力と貯留容器４０の内部圧力との差圧によって第１、第２の弁４３、４４を開弁させているが、第１、第２の弁４３、４４として電磁弁を用い、補助容器３０に補助容器内圧力を検出する圧力センサを設け、圧力センサで検出した補助容器内圧力が第１所定圧力以上になると第１の弁４３が開弁し、圧力センサで検出した補助容器内圧力が第２所定圧力以下になると第２の弁４４が開弁するようにしてもよい。また、第１、第２の弁４３、４４の代わりに電動ポンプ等を用いて液体３３の抜きと戻しとを行うようにしてもよい。
【００８８】
また、上記各実施形態では、貯留容器４０と補助容器３０とを第１、第２の配管４１、４２を介して接続しているが、第１、第２の配管４１、４２を廃止して、貯留容器４０と補助容器３０とを隣接配置して接続してもよい。
【００８９】
また、上記各実施形態では、加熱器１４および補助加熱器３５の熱源として他の熱機関の排気ガスを利用しているが、加熱器１４および補助加熱器３５の熱源として他の熱機関の排気ガス以外のもの（例えば、発熱体等）を利用してもよいことはもちろんである。
【００９０】
また、上記各実施形態における外燃機関の基本構成は一例を示したものに過ぎず、これに限定されることなく、本発明の外燃機関の基本構成を、例えば上記特許文献１の図１４〜図２５のように種々変形することが可能である。
【００９１】
また、上記各実施形態では、本発明を自動車に搭載される発電装置の駆動源に適用した場合について説明したが、本発明の外燃機関は、自動車に搭載される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】
【００９２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【図２】図１の補助容器の温度勾配を示すグラフである。
【図３】図１の補助容器の熱抵抗モデル図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第４実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０            容器
１１            作動媒体
１４            加熱器
１６１〜１６４  加熱部
２０            冷却器
２１１〜２１４  冷却部
２２            出力部
３０            補助容器
３１            絞り手段
３３            液体
３５            補助加熱器
４０            貯留容器
４１            第１の配管
４２            第２の配管
４３            第１の弁（液体抜き手段）
４４            第２の弁（液体戻し手段）
【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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