(57)【要約】【課題】被加熱部の温度を直接検出することなく外燃機関の出力および効率の低下を抑制する。【解決手段】作動液体１２が流動可能に封入された容器１１と、容器１１内の作動液体１２を加熱して気化させる加熱手段１３、３０と、加熱手段１３、３０で加熱されて気化した作動液体１２の蒸気を冷却して液化させる冷却手段１４とを備え、蒸気の体積変動によって生じる作動液体１２の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関であって、容器１１の内部圧力Ｐｃを調整する圧力調整手段１６、６０、６３と、少なくとも容器１１のうち作動液体１２が気化する被加熱部１１ａの温度Ｔ１に基づいて圧力調整手段１６、６０、６３を制御する制御手段２１とを備え、制御手段２１が、温度Ｔ１を少なくとも加熱手段１３、３０から作動液体１２に与えられる熱量Ｑに基づいて算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動液体（１２）が流動可能に封入された容器（１１）と、
前記容器（１１）内の前記作動液体（１２）を加熱して気化させる加熱手段（１３、３０）と、
前記加熱手段（１３、３０）で加熱されて気化した前記作動液体（１２）の蒸気を冷却して液化させる冷却手段（１４）とを備え、
前記蒸気の体積変動によって生じる前記作動液体（１２）の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関であって、
前記容器（１１）の内部圧力（Ｐｃ）を調整する圧力調整手段（１６、６０、６３）と、
少なくとも前記容器（１１）のうち前記作動液体（１２）が気化する被加熱部（１１ａ）の温度（Ｔ１）に基づいて前記圧力調整手段（１６、６０、６３）を制御する制御手段（２１）とを備え、
前記制御手段（２１）が、前記温度（Ｔ１）を少なくとも前記加熱手段（１３、３０）から前記作動液体（１２）に与えられる熱量（Ｑ）に基づいて算出することを特徴とする外燃機関。
【請求項２】
前記制御手段（２１）が、前記温度（Ｔ１）と前記作動液体（１２）の蒸気圧曲線とに基づいて前記温度（Ｔ１）での前記作動液体（１２）の飽和蒸気圧（Ｐｓ１）を算出す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】
前記内部圧力（Ｐｃ）が前記飽和蒸気圧（Ｐｓ１）以上であるときには前記内部圧力（Ｐｃ）を低下させるように、前記制御手段（２１）が前記圧力調整手段（６３）を制御す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】
前記内部圧力（Ｐｃ）が前記飽和蒸気圧（Ｐｓ１）以上であるときには前記内部圧力（Ｐｃ）を低下させ、前記内部圧力（Ｐｃ）が前記飽和蒸気圧（Ｐｓ１）以下であるときには前記内部圧力（Ｐｃ）を上昇させるように、前記制御手段（２１）が前記圧力調整手段（１６、６０）を制御することを特徴とする請求項２に記載の外燃機関。
【請求項５】
前記内部圧力（Ｐｃ）の平均値（Ｐｃａ）が少なくとも前記飽和蒸気圧（Ｐｓ１）に基づいて算出される目標値（Ｐｃ０）以上であるときには前記内部圧力（Ｐｃ）を低下させ、前記平均値（Ｐｃａ）が前記目標値（Ｐｃ０）以下であるときには前記内部圧力（Ｐｃ）を上昇させるように、前記制御手段（２１）が前記圧力調整手段（１６）を制御することを特徴とする請求項２に記載の外燃機関。
【請求項６】
作動液体（１２）が流動可能に封入された容器（１１）と、前記容器（１１）内の前記作動液体（１２）を加熱して気化させる加熱手段（１３、３０）と、前記加熱手段（１３、３０）で加熱されて気化した前記作動液体（１２）の蒸気を冷却して液化させる冷却手段（１４）と備え、前記蒸気の体積変動によって生じる前記作動液体（１２）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用いられる温度算出装置であって、
前記容器（１１）のうち前記作動液体（１２）が気化する被加熱部（１１ａ）の温度（Ｔ１）を、少なくとも前記加熱手段（１３、３０）から前記作動液体（１２）に与えられる熱量（Ｑ）に基づいて算出することを特徴とする外燃機関の温度算出装置。
【請求項７】
前記制御手段（２１）が、前記温度（Ｔ１）を下記の数式１にて算出することを特徴とする請求項６に記載の外燃機関の温度算出装置。
（数１）
Ｔ１＝Ｑ／（ｍ・Ｃｐ）−Ｔ０
ただし、ｍは前記被加熱部（１１ａ）の質量、Ｃｐは前記被加熱部（１１ａ）の比熱、Ｔ０は前記加熱手段（１３、３０）によって加熱される前の前記被加熱部（１１ａ）の温度である。
【請求項８】
前記加熱手段が電気ヒータ（１３）であり、
前記電気ヒータ（１３）に入力される電力量（Ｑ１）を検出する電力量検出手段（２２）を備え、
前記制御手段（２１）が、前記熱量（Ｑ）の代わりに前記電力量（Ｑ１）を用いて前記温度（Ｔ１）を算出することを特徴とする請求項６または７に記載の外燃機関の温度算出装置。
【請求項９】
前記加熱手段が高温ガスと熱交換する加熱器（３０）であり、
前記被加熱部（１１ａ）と熱交換する前の前記高温ガスの温度（Ｔｇｉ）を検出する第１温度検出手段（３４）と、
前記被加熱部（１１ａ）と熱交換した後の前記高温ガスの温度（Ｔｇｏ）を検出する第２温度検出手段（３５）と、
前記高温ガスの流量（ｍｇ）を検出する流量検出手段（３３）とを備え、
前記制御手段（２１）が、少なくとも前記被加熱部（１１ａ）と熱交換する前の前記高温ガスの温度（Ｔｇｉ）、前記被加熱部（１１ａ）と熱交換した後の前記高温ガスの温度（Ｔｇｏ）および前記流量（ｍｇ）に基づいて前記熱量（Ｑ）を算出することを特徴とする請求項６または７に記載の外燃機関の温度算出装置。
【請求項１０】
前記制御手段（２１）が、前記熱量（Ｑ）を下記の数式２にて算出することを特徴とする請求項９に記載の外燃機関の温度算出装置。
（数２）
Ｑ＝ｍｇ・Ｃｇｐ・（Ｔｇｉ−Ｔｇｏ）
ただし、Ｃｇｐは前記高温ガスの比熱である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動液体の蒸気の体積変動によって生じる作動液体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、外燃機関の一つとして、容器内に作動液体を封入し、容器内の作動液体の一部を加熱器で加熱して気化させると共に、その気化した作動液体の蒸気を冷却器で冷却して液化させることで、作動液体の蒸気の体積変動によって生じる作動液体の変位を機械的エネルギに変換して出力するように構成されたものが特許文献１にて開示されている。
【０００３】
この従来技術では、容器の内部圧力を検出する圧力センサと、容器のうち作動液体が気化する被加熱部の温度を検出する温度センサと、容器内の作動液体を大気中に排出するバルブと、バルブの開閉制御をおこなう制御装置とを備えている。
【０００４】
そして、容器の内部圧力が被加熱部の温度での作動液体の飽和蒸気圧以上になったときに容器内の作動液体の一部を大気中に排出して作動液体の体積を減少させることにより、容器の内部圧力が作動液体の飽和蒸気圧を超えないように制御している。
【０００５】
これにより、容器の内部圧力が作動液体の飽和蒸気圧を超えて一部の蒸気が凝縮・液化することを抑制して、外燃機関の出力および効率の低下を抑制している。
【特許文献１】特開２００５−３３０９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この従来技術では、温度センサで被加熱部の温度を直接検出しているので、温度センサを被加熱部に接触させて配置しなければならない。このため、温度センサが被加熱部の高温で損傷しやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、被加熱部の温度を直接検出することなく、外燃機関の出力および効率の低下を抑制することを第１の目的とする。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、被加熱部の温度を直接検出することなく、被加熱部の温度を推定することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、作動液体（１２）が流動可能に封入された容器（１１）と、
容器（１１）内の作動液体（１２）を加熱して気化させる加熱手段（１３、３０）と、
加熱手段（１３、３０）で加熱されて気化した作動液体（１２）の蒸気を冷却して液化させる冷却手段（１４）とを備え、
蒸気の体積変動によって生じる作動液体（１２）の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関であって、
容器（１１）の内部圧力（Ｐｃ）を調整する圧力調整手段（１６、６０、６３）と、
少なくとも容器（１１）のうち作動液体（１２）が気化する被加熱部（１１ａ）の温度（Ｔ１）に基づいて圧力調整手段（１６、６０、６３）を制御する制御手段（２１）とを備え、
制御手段（２１）が、温度（Ｔ１）を少なくとも加熱手段（１３、３０）から作動液体（１２）に与えられる熱量（Ｑ）に基づいて算出することを第１の特徴とする。
【００１０】
これによると、制御手段（２１）が被加熱部（１１ａ）の温度（Ｔ１）を少なくとも加熱手段（１３、３０）から作動液体（１２）に与えられる熱量（Ｑ）に基づいて算出するので、被加熱部（１１ａ）の温度（Ｔ１）を直接検出することなく、被加熱部（１１ａ）の温度（Ｔ１）を推定できる。
【００１１】
そして、推定された被加熱部（１１ａ）の温度（Ｔ１）に基づいて圧力調整手段（１６、６０、６３）を制御するので、外燃機関（１０）の出力および効率の低下を抑制できる。したがって、被加熱部（１１ａ）の温度（Ｔ１）を直接検出することなく、外燃機関（１０）の出力および効率の低下を抑制できる。
【００１２】
本発明は、具体的には、制御手段（２１）が、温度（Ｔ１）と作動液体（１２）の蒸気圧曲線とに基づいて温度（Ｔ１）での作動液体（１２）の飽和蒸気圧（Ｐｓ１）を算出する。
【００１３】
本発明は、より具体的には、内部圧力（Ｐｃ）が飽和蒸気圧（Ｐｓ１）以上であるときには内部圧力（Ｐｃ）を低下させるように、制御手段（２１）が圧力調整手段（６３）を制御すればよい。
【００１４】
また、本発明は、より具体的には、内部圧力（Ｐｃ）が飽和蒸気圧（Ｐｓ１）以上であるときには内部圧力（Ｐｃ）を低下させ、内部圧力（Ｐｃ）が飽和蒸気圧（Ｐｓ１）以下であるときには内部圧力（Ｐｃ）を上昇させるように、制御手段（２１）が圧力調整手段（１６、６０）を制御するようにしてもよい。
【００１５】
また、本発明は、より具体的には、内部圧力（Ｐｃ）の平均値（Ｐｃａ）が少なくとも飽和蒸気圧（Ｐｓ１）に基づいて算出される目標値（Ｐｃ０）以上であるときには内部圧力（Ｐｃ）を低下させ、平均値（Ｐｃａ）が目標値（Ｐｃ０）以下であるときには内部圧力（Ｐｃ）を上昇させるように、制御手段（２１）が圧力調整手段（１６）を制御するようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明は、作動液体（１２）が流動可能に封入された容器（１１）と、容器（１１）内の作動液体（１２）を加熱して気化させる加熱手段（１３、３０）と、加熱手段（１３、３０）で加熱されて気化した作動液体（１２）の蒸気を冷却して液化させる冷却手段（１４）と備え、蒸気の体積変動によって生じる作動液体（１２）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用いられる温度算出装置であって、
容器（１１）のうち作動液体（１２）が気化する被加熱部（１１ａ）の温度（Ｔ１）を、少なくとも加熱手段（１３、３０）から作動液体（１２）に与えられる熱量（Ｑ）に基づいて算出することを第２の特徴とする。
【００１７】
これにより、被加熱部の温度を直接検出することなく、被加熱部の温度を推定できる。
【００１８】
本発明は、具体的には、制御手段（２１）が、温度（Ｔ１）を下記の数式１にて算出することができる。
【００１９】
（数１）
Ｔ１＝Ｑ／（ｍ・Ｃｐ）−Ｔ０
ただし、ｍは被加熱部（１１ａ）の質量、Ｃｐは被加熱部（１１ａ）の比熱、Ｔ０は加熱手段（１３、３０）によって加熱される前の被加熱部（１１ａ）の温度である。
【００２０】
また、本発明は、具体的には、加熱手段が電気ヒータ（１３）であり、
電気ヒータ（１３）に入力される電力量（Ｑ１）を検出する電力量検出手段（２２）を備え、
制御手段（２１）が、熱量（Ｑ）の代わりに電力量（Ｑ１）を用いて温度（Ｔ１）を算出することができる。
【００２１】
また、本発明は、具体的には、加熱手段が高温ガスと熱交換する加熱器（３０）であり、であり、
被加熱部（１１ａ）と熱交換する前の高温ガスの温度（Ｔｇｉ）を検出する第１温度検出手段（３４）と、
被加熱部（１１ａ）と熱交換した後の高温ガスの温度（Ｔｇｏ）を検出する第２温度検出手段（３５）と、
高温ガスの流量（ｍｇ）を検出する流量検出手段（３３）とを備え、
制御手段（２１）が、少なくとも被加熱部（１１ａ）と熱交換する前の高温ガスの温度（Ｔｇｉ）、被加熱部（１１ａ）と熱交換した後の高温ガスの温度（Ｔｇｏ）および流量（ｍｇ）に基づいて熱量（Ｑ）を算出してもよい。
【００２２】
本発明は、より具体的には、制御手段（２１）が、熱量（Ｑ）を下記の数式２にて算出できる。
【００２３】
（数２）
Ｑ＝ｍｇ・Ｃｇｐ・（Ｔｇｉ−Ｔｇｏ）
ただし、Ｃｇｐは高温ガスの比熱である。
【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７に基づいて説明する。図１は本発明に係る外燃機関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。
【００２６】
図１に示す如く、本実施形態の外燃機関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と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、作動液体（本実施形態では水）１２が流動可能に封入された容器１１と、容器１１内の作動液体１２を加熱して気化する加熱手段をなす電気ヒータ１３と、電気ヒータ１３にて加熱されて気化した作動液体１２の蒸気を冷却する冷却手段をなす冷却器１４とを備える。
【００２７】
この電気ヒータ１３の温度は温度調整器１３ａによって調整されるようになっている。また、本実施形態の冷却器１４には冷却水が循環するようになっている。図示を省略しているが、冷却水が作動液体１２の蒸気から奪った熱を放熱する放熱器が、冷却水の循環回路中に配置されている。
【００２８】
本実施形態では、容器１１のうち電気ヒータ１３と接触する部位である被加熱部１１ａ及び冷却器１４と接触する部位である被冷却部１１ｂを熱伝導率に優れた銅又はアルミニウム製としている。
【００２９】
一方、容器１１のうち被加熱部１１ａと被冷却部１１ｂとの中間部１１ｃを断熱性に優れたステンレス製としている。なお、容器１１のうち被冷却部１１ｂよりも発電機１側の部位も断熱性に優れたステンレス製としている。
【００３０】
そして、容器１１は、屈曲部１１ｄが最下部に位置するように第１、２直線部１１ｅ、１１ｆを有する略Ｕ字状に形成されたパイプ状の圧力容器であり、容器１１のうち屈曲部１１ｄを挟んで水平方向一端側（紙面右側）の第１直線部１１ｅには、電気ヒータ１３が冷却器１４より上方側に位置するように電気ヒータ１３及び冷却器１４が設けられている。
【００３１】
図示を省略しているが、作動液体１２が気化する空間を確保するために、第１直線部１１ｅの上端部には所定体積の気体が封入されている。この気体は例えば空気であってもよいし、作動液体１２の純粋な蒸気でもよい。
【００３２】
一方、容器１１のうち屈曲部１１ｄを挟んで水平方向他端側（紙面左側）の第２直線部１１ｆの上端部には、作動液体から圧力を受けて変位するピストン１５がシリンダ部１５ａに摺動可能に配置されている。
【００３３】
なお、ピストン１５は可動子２のシャフト２ａに連結されており、可動子２を挟んでピストン１５と反対側には、可動子２をピストン１５側に押圧する弾性力を発生させる弾性手段をなすバネ３が設けられている。
【００３４】
容器１１のうち屈曲部１１ｄには、容器１１の内部圧力（以下、この圧力を容器内圧力と呼ぶ。）Ｐｃを調整する圧力調整手段１６が接続されている。この圧力調整手段１６は、圧力調整用容器１７とピストン機構１８とで構成されている。圧力調整用容器１７は連絡配管１９を介して屈曲部１１ｄと連通している。この圧力調整用容器１７内には圧力調整用液体２０が充満している。本実施形態では、圧力調整用容器１７を屈曲部１１ｄよりも上方に配置しており、圧力調整用液体２０を作動液体１２と同様に水としている。
【００３５】
この圧力調整用容器１７および連絡配管１９は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、圧力調整用液体２０を水としているので、圧力調整用容器１７および連絡配管１９をステンレス製としている。
【００３６】
ピストン機構１８は圧力調整用容器１７の内部圧力（以下、この圧力を調整容器内圧力と呼ぶ。）Ｐｔを調整するものであり、圧力調整ピストン１８ａと電動アクチュエータ１８ｂとで構成されている。
【００３７】
圧力調整ピストン１８ａは圧力調整用容器１７内の上端部に配置されており、この圧力調整ピストン１８ａは圧力調整用容器１７外部の電動アクチュエータ１８ｂによって上下方向に往復駆動されるようになっている。
【００３８】
次に、本実施形態における電子制御部の概要を説明すると、制御装置２１はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータと、その周辺回路にて構成されるものであり、本発明における制御手段に該当するものである。
【００３９】
制御装置２１には、圧力調整手段１６の制御のために、電気ヒータ１３に入力される電力量Ｑ１を検出する電力量センサ２２、被冷却部１１ｂの温度（以下、この温度を被冷却部温度と呼ぶ。）Ｔ２を検出する被冷却部温度センサ２３、および、調整容器内圧力Ｐｔを検出する調整容器内圧力センサ２４から検出信号が入力される。なお、電力量センサ２２は本発明における電力量検出手段に該当するものである。
【００４０】
制御装置２１はこの各センサ２２〜２４からの検出信号に基づいて電動アクチュエータ１８ｂを駆動制御するようになっている。
【００４１】
次に、上記構成における作動を図２に基づいて説明する。電気ヒータ１３及び冷却器１４を動作させると、まず電気ヒータ１３により被加熱部１１ａ内の作動液体（水）１２が加熱されて気化し、被加熱部１１ａ内に高温・高圧の作動液体１２の蒸気が蓄積されて、第１直線部１１ｅ内の作動液体１２の液面を押し下げる。すると、容器１１内に封入された作動液体１２は、第１直線部１１ｅから第２直線部１１ｆ側に変位して、発電機１側のピストン１５を押し上げる。
【００４２】
また、容器１１の第１直線部１１ｅ内の作動液体１２の液面が被冷却部１１ｂまで下がり、被冷却部１１ｂ内に作動液体１２の蒸気が進入すると、作動液体１２の蒸気が冷却器１４により冷却されて液化されるため、第１直線部１１ｅ内の作動液体１２の液面を押し下げる力が消滅し、第１直線部１１ｅ側の液面が上昇する。この結果、作動液体１２の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１５は下降する。
【００４３】
そして、こうした動作は、電気ヒータ１３及び冷却器１４の動作を停止させるまで繰り返し実行され、その間、容器１１内の作動液体１２は周期的に変位（いわゆる自励振動）して、発電機１の可動子２を上下動させることになる。
【００４４】
ところで、本発明者は実験および解析を通じて、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１と外燃機関１０の性能（出力および効率）との関係について次のような知見を得ている。
【００４５】
図３（ａ）は外燃機関１０の一状態におけるＰＶ線図を示すものである。このＰＶ線図の横軸は、容器１１とピストン１５とで囲まれた空間の容積（以下、この容積をピストン容積と呼ぶ。）であり、このピストン容積はピストン１５の往復運動に伴い変動する。後述する図３（ｂ）、（ｃ）に示すＰＶ線図の横軸も同様である。
【００４６】
図３（ａ）は、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１が被加熱部１１ａの温度（以下、この温度を被加熱部温度と呼ぶ。）Ｔ１での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも低く、かつ、飽和蒸気圧Ｐｓ１にできるだけ近くなっている状態におけるＰＶ線図である。このとき、外燃機関１０は１周期当たりの仕事量が最も大きくなって、外燃機関１０の性能（出力および効率）が最も高くなる理想的な状態になっている。
【００４７】
一方、図３（ｂ）は、ピーク値Ｐｃ１が飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも著しく低いときのＰＶ線図を示している。この状態では、１周期当たりの仕事量が小さくなるので、外燃機関１０の性能（出力および効率）が低下する。
【００４８】
また、図３（ｃ）は、ピーク値Ｐｃ１が飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも高いときのＰＶ線図を示している。つまり、被加熱部温度Ｔ１が高くなると、ピストン１５が下死点（図１では最上位置）に位置してピストン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。
【００４９】
このとき、ピストン１５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、ピストン容積が減少すると、作動液体１２の蒸気が圧縮されて容器内圧力Ｐｃが上昇し、また、作動液体１２が被加熱部１１ａに進入して加熱されて気化するので、容器内圧力Ｐｃがさらに上昇する。この結果、ピーク値Ｐｃ１が飽和蒸気圧Ｐｓ１を超えてしまう。
【００５０】
このようにピーク値Ｐｃ１が飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも高い状態では、ピーク値Ｐｃ１が飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも高くなるために作動液体１２の蒸気の一部が凝縮して液化してしまう。このため、ピストン１５を下降させる仕事、換言すれば、マイナスの仕事をしてしまうので、外燃機関１０の性能（出力および効率）が低下してしまう。
【００５１】
したがって、外燃機関１０の性能（出力および効率）を最も引き出すためには、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１を常に被加熱部温度Ｔ１での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも低く、かつ、飽和蒸気圧Ｐｓ１にできるだけ近くなっている状態に維持すればよいのである。
【００５２】
しかし、周知のように、被加熱部温度Ｔ１が変動すると作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１が変動する（後述の図７を参照）。また、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１は、被加熱部温度Ｔ１および被冷却部１１ｂの温度（以下、この温度を被冷却部温度と呼ぶ。）Ｔ２の変動や、容器１１からの作動液体１２の洩れに伴い変化する。
【００５３】
すなわち、電気ヒータ１３の温度および冷却器１４を循環する冷却水の温度の低下により被加熱部温度Ｔ１および被冷却部温度Ｔ２が低下して作動液体１２の温度が低下すると作動液体１２が熱収縮して作動液体１２の体積が減少する。また、容器１１から作動液体１２が少しずつ洩れることによっても作動液体１２の体積が減少する。
【００５４】
作動液体１２の体積が減少すると、図４（ａ）に示すように、ピストン１５が上死点（図１では最下位置）に位置してピストン容積が最小となっている状態でも、作動液体１２が被加熱部１１ａ内に十分に進入できなくなる。
【００５５】
このため、被加熱部１１ａ内における作動液体１２の気化が抑制されてしまうので、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１が低下する。
【００５６】
一方、被加熱部温度Ｔ１および被冷却部温度Ｔ２が上昇して作動液体１２の体積が増加すると、図４（ｂ）に示すように、ピストン１５が下死点（図１では最上位置）に位置してピストン容積が最大となっている状態でも、蒸気が被冷却部１１ｂ内に十分に進入できなくなる。
【００５７】
このため、被冷却部１１ｂ内における蒸気の液化が抑制されてしまうので、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１が上昇する。
【００５８】
図５は、作動液体１２の体積と外燃機関１０の効率との関係を示すグラフである。なお、図示を省略しているが、作動液体１２の体積と外燃機関１０の出力との関係も図５と同様である。
【００５９】
図５からわかるように、作動液体１２の体積が所定の体積Ｖ１になっているとき、外燃機関１０の性能（出力および効率）が最も高くなる。なお、このときのＰＶ線図は図３（ａ）のようになる。
【００６０】
一方、作動液体１２の体積が所定の体積Ｖ１より小さい体積Ｖ２になっているときにはＰＶ線図が図３（ｂ）のようになり、外燃機関１０の性能（出力および効率）が低下する。また、作動液体１２の体積が所定の体積Ｖ１より大きい体積Ｖ３になっているときにはＰＶ線図が図３（ｃ）のようになり、外燃機関１０の性能（出力および効率）が低下する。
【００６１】
そこで、本実施形態では、外燃機関１０の運転時に、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１が被加熱部温度Ｔ１での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも低く、かつ、飽和蒸気圧Ｐｓ１にできるだけ近くなるように容器内圧力Ｐｃを調整することによって、飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能（出力および効率）の低下を抑制する。
【００６２】
図６は、本実施形態における制御の概要を示すブロック線図である。まず、被加熱部温度Ｔ１を次の数式（１）により算出する。
【００６３】
Ｔ１＝Ｑ／（ｍ・Ｃｐ）−Ｔ０…（１）
ここで、Ｑは加熱手段（本例では電気ヒータ１３）から作動液体１２に与えられる熱量（ｋＪ）、ｍは被加熱部１１ａの質量（ｋｇ）、Ｃｐは被加熱部１１ａの比熱（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）、Ｔ０は加熱手段によって加熱される前の被加熱部１１ａの温度（Ｋ）である。
【００６４】
本実施形態では、電気ヒータ１３から作動液体１２に与えられる熱量Ｑは電気ヒータ１３に入力される電力量Ｑ１とほぼ等しく、加熱前の被加熱部１１ａの温度Ｔ０が被冷却部温度Ｔ２とほぼ等しい。
【００６５】
そこで、本実施形態では、数式（１）において、電気ヒータ１３から作動液体１２に与えられる熱量Ｑの代わりに電気ヒータ１３に入力される電力量Ｑ１を用い、加熱前の被加熱部１１ａの温度Ｔ０の代わりに被冷却部温度Ｔ２を用いることによって被加熱部温度Ｔ１を算出する。
【００６６】
なお、加熱前の被加熱部１１ａの温度Ｔ０の代わりに、必ずしも被冷却部温度Ｔ２を用いる必要はなく、容器１１のうち被加熱部１１ａおよび被冷却部１１ｂ以外の部位の温度や、被加熱部１１ａ近傍の雰囲気温度等、加熱前の被加熱部１１ａの温度Ｔ０に近似する温度を加熱前の被加熱部１１ａの温度Ｔ０の代わりに用いてもよい。
【００６７】
次に、数式（１）で算出された被加熱部温度Ｔ１と図７に示す作動液体１２の蒸気圧曲線とに基づいて、被加熱部温度Ｔ１での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１を算出する。
【００６８】
そして、調整容器内圧力Ｐｔのピーク値Ｐｔ１が飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも低いときには、電動アクチュエータ１８ｂが圧力調整ピストン１８ａを押し出して圧力調整用容器１７の容積を減少させる。これにより圧力調整用液体２０が圧縮されて調整容器内圧力Ｐｔが上昇するので、調整容器内圧力Ｐｔのピーク値Ｐｔ１も上昇する。
【００６９】
一方、調整容器内圧力Ｐｔのピーク値Ｐｔ１が飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも高いときには、電動アクチュエータ１８ｂが圧力調整ピストン１８ａを引き込んで圧力調整用容器１７の容積を増加させる。これにより圧力調整用液体２０が膨張して調整容器内圧力Ｐｔが低下するので、ピーク値Ｐｔ１も低下する。
【００７０】
ここで、容器１１は圧力調整用容器１７と連絡配管１９を介して連通しているので、容器内圧力Ｐｃが調整容器内圧力Ｐｔに追従する。このため、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１を被加熱部温度Ｔ１での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１に近づけることができる。
【００７１】
この結果、外燃機関１０の運転状態を常に理想的な状態に近づけることができるので、飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能（出力および効率）の低下を抑制できる。
【００７２】
本実施形態では、電気ヒータ１３に入力される電力量Ｑ１等から被加熱部温度Ｔ１を算出している。このため、被加熱部温度Ｔ１を直接検出することなく、被加熱部温度Ｔ１を推定できるので、被加熱部温度Ｔ１を直接検出することなく、外燃機関１０の性能の低下を抑制できる。
【００７３】
そして、本実施形態で用いられる各センサ２２〜２４は、いずれも被加熱部１１ａ以外の部位に配置できるものである。このため、被加熱部１１ａの高熱によって各センサ２２〜２４が損傷するという不具合を回避できる。
【００７４】
なお、本実施形態では、圧力調整用容器１７内の圧力調整用液体２０を作動液体１２と同一液体にしているが、圧力調整用液体２０として作動液体１２よりも圧縮率が高い液体、例えば液体金属等を用いてもよい。これにより、圧力調整用液体２０を作動液体１２と同一液体にする場合よりも圧力調整ピストン１８ａの変位量を小さくできるので、外燃機関１０の体格を小型化できる。
【００７５】
ちなみに、圧力調整用液体２０として液体金属を用いる場合には、液体金属の比重が作動液体１２の比重よりも重いので、圧力調整用容器１７を屈曲部１１ｄよりも下方に配置することによって圧力調整用液体２０が作動液体１２と混合してしまうことを回避するのがよい。
【００７６】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、電気ヒータ１３によって作動液体１２を加熱しているが、本第２実施形態では、図８に示すように、高温ガス（例えば、自動車の排気ガス）よって作動液体１２を加熱する。
【００７７】
図８は本実施形態による発電装置の概略構成を表す構成図である。本実施形態では、上記第１実施形態に対して電気ヒータ１３、温度調整器１３ａおよび電力量センサ２２を廃止している。一方、本実施形態では、高温ガスと熱交換する加熱器３０が被加熱部１１ａを覆うように配置されている。この加熱器３０は本発明における加熱手段に該当するものである。
【００７８】
加熱器３０は内部に高温ガスが流れるガス配管３１内に挿入されている。ガス配管３１のうち被加熱部１１ａよりも高温ガス流れ上流側部位には、ガス配管３１から分岐するバイパス配管３１ａが設けられている。
【００７９】
このバイパス配管３１ａの分岐部には、被加熱部１１ａ側に流れる高温ガスとバイパス配管３１ａを流れる高温ガスとの流量割合を調整する調整弁３２が配置されている。この調整弁３２の開度は制御装置２１によって制御されるようになっている。
【００８０】
また、本実施形態では、被加熱部温度Ｔ１の算出のために、被加熱部１１ａ側を流れる高温ガス流量（質量流量）ｍｇを検出する流量センサ３３、被加熱部１１ａを加熱する前の高温ガス温度Ｔｇｉを検出する加熱前ガス温度センサ３４、および、被加熱部１１ａを加熱した後の高温ガス温度Ｔｇｏを検出する加熱後ガス温度センサ３５からの検出信号が制御装置２１に入力される。
【００８１】
なお、流量センサ３３は本発明における流量検出手段に該当するものであり、加熱前ガス温度センサ３４は本発明における第１温度検出手段に該当するものであり、加熱後ガス温度センサ３５は本発明における第２温度検出手段に該当するものである。
【００８２】
本実施形態では、加熱手段（本実施形態では加熱器３０）から作動液体１２に与えられる熱量Ｑを次の数式（２）により算出する。
【００８３】
Ｑ＝ｍｇ・Ｃｇｐ・（Ｔｇｉ−Ｔｇｏ）…（２）
ここで、Ｃｇｐは高温ガスの比熱（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）である。そして、被加熱部温度Ｔ１をこの熱量Ｑと上述の数式（１）とにより算出する。
【００８４】
これにより、上記第１実施形態と同様に、被加熱部温度Ｔ１を直接検出することなく、被加熱部温度Ｔ１を推定できる。
【００８５】
（第３実施形態）
上記第１実施形態では、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１を飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも低く、かつ、飽和蒸気圧Ｐｓ１にできるだけ近くすることにより飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能の低下を防止しているが、本第３実施形態では、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａを目標値Ｐｃ０に近づけることにより飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能の低下を抑制する。
【００８６】
ここで、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａとは、作動液体１２が１周期、自励振動する間における容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａのことを言い、目標値Ｐｃ０とは、外燃機関１０の性能（出力および効率）が最も高くなる理想的な状態における容器内圧力Ｐｃの平均値（図３（ａ）を参照。以下、この平均値を理想平均値と呼ぶ。）Ｐｃｉに近似した値のことを言う。
【００８７】
図９は本実施形態による発電装置の概略構成を表す構成図である。本実施形態では、上記第１実施形態に対して、容器内圧力Ｐｃが圧力調整用容器１７内に伝播することを抑制する絞り部３６を連絡配管１９に形成している。この絞り部３６では連絡配管１９の流路径が縮小されている。このため、調整容器内圧力Ｐｔが容器内圧力Ｐｃの周期的な変動に追従して変動することが抑制されるので、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａとほぼ等しい圧力で安定する。
【００８８】
図１０は、本実施形態における容器内圧力Ｐｃの制御の概要を示すブロック線図である。まず、上記第１実施形態と同様に、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）により算出する。次に、本実施形態では、被冷却部温度Ｔ２と図７に示す作動液体１２の蒸気圧曲線とに基づいて、被冷却部温度Ｔ２での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ２を算出する。なお、被冷却部温度Ｔ２での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ２は、容器内圧力Ｐｃの１周期中の最低値Ｐｃ２（図３（ａ）〜（ｃ）を参照）と同一値である。
【００８９】
次に、被加熱部温度Ｔ１での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１と被冷却部温度Ｔ２での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ２とに基づいて目標値Ｐｃ０を算出する。本実施形態では、目標値Ｐｃ０を被加熱部温度Ｔ１での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１と被冷却部温度Ｔ２での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ２との中間値、より具体的には略平均値としている。
【００９０】
そして、調整容器内圧力Ｐｔが目標値Ｐｃ０よりも低いときには、電動アクチュエータ１８ｂが圧力調整ピストン１８ａを押し出して圧力調整用容器１７の容積を減少させる。これにより圧力調整用液体２０が圧縮されて調整容器内圧力Ｐｔが上昇する。
【００９１】
一方、調整容器内圧力Ｐｔが目標値Ｐｃ０よりも高いときには、圧力調整ピストン１８ａを引き込んで圧力調整用容器１７の容積を減少させる。これにより圧力調整用液体２０が膨張して調整容器内圧力Ｐｔが低下する。
【００９２】
すると、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａも調整容器内圧力Ｐｔに追従するので、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａが目標値Ｐｃ０に近づく。換言すれば、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａが理想平均値Ｐｃｉに近づく。
【００９３】
この結果、外燃機関１０の運転状態を常に理想的な状態に近づけることができるので、飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能（出力および効率）の低下を防止できる。
【００９４】
ところで、上記第１実施形態では、調整容器内圧力Ｐｔのピーク値Ｐｔ１を検出しているが、調整容器内圧力Ｐｔがピーク値Ｐｔ１になる時間はごく短時間である。このため、調整容器内圧力Ｐｔを検出する調整容器内圧力センサ２４のセンシング周期が非常に短くなってしまう。
【００９５】
これに対して、本実施形態では、上述のように調整容器内圧力Ｐｔが容器内圧力Ｐｃに追従して変動することなく、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａとほぼ等しい圧力で安定するようになっている。このため、調整容器内圧力Ｐｔを検出する調整容器内圧力センサ２４のセンシング周期を上記第１実施形態と比較して長くすることができる。
【００９６】
この結果、調整容器内圧力Ｐｔの検出を上記第１実施形態と比較して容易化できるので、外燃機関１０の性能（出力および効率）を上記第１実施形態と比較して容易に向上できる。
【００９７】
なお、本実施形態では、作動液体１２を加熱して気化させる加熱手段として電気ヒータ１３を用いているので、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）により算出しているが、上記第２実施形態と同様に、加熱手段として高温ガスと熱交換する加熱器３０を用いて、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）、（２）により算出してもよい。
【００９８】
（第４実施形態）
上記第３実施形態では、圧力調整手段１６を圧力調整用容器１７とピストン機構１８とで構成しているが、本第４実施形態では、図１１に示すように、圧力調整手段１６を圧力調整用容器１７とポンプ機構３７とで構成している。
【００９９】
図１０は本実施形態による発電装置の概略構成を表す構成図である。ポンプ機構３７はポンプ３８、吸入側配管３９、吐出側配管４０、吸入側開閉弁４１および吐出側開閉弁４２で構成されている。
【０１００】
圧力調整用容器１７内の圧力調整用液体２０を吸入して内部に貯留するとともに、内部に貯留した圧力調整用液体２０を圧力調整用容器１７へ吐出するポンプ３８は、吸入側配管３９および吐出側配管４０を介して圧力調整用容器１７に接続されている。
【０１０１】
吸入側配管３９には吸入側開閉弁４１が配置されており、吸入側開閉弁４１が開くと圧力調整用容器１７内の圧力調整用液体２０がポンプ３８によって吸入されポンプ３８内部に貯留されるようになっている。
【０１０２】
吐出側配管４０には吐出側開閉弁４２が配置されており、吐出側開閉弁４２が開くとポンプ３８内部に貯留された圧力調整用液体２０が圧力調整用容器１７へ吐出されるようになっている。この両開閉弁４１、４２の開閉制御は制御装置２１によって行われる。
【０１０３】
図１２は、本実施形態における容器内圧力Ｐｃの制御の概要を示すブロック線図である。本実施形態では、調整容器内圧力Ｐｔが目標値Ｐｃ０よりも低いときには、吸入側開閉弁４１を閉じるとともに吐出側開閉弁４２を開いて作動液体１２の体積を増加させる。これにより調整容器内圧力Ｐｔが上昇する。
【０１０４】
一方、調整容器内圧力Ｐｔが目標値Ｐｃ０よりも高いときには、吸入側開閉弁４１を開くとともに吐出側開閉弁４２を閉じて圧力調整用容器１７内の圧力調整用液体２０の体積を減少させる。これにより調整容器内圧力Ｐｔが低下する。
【０１０５】
すると、上記第２実施形態と同様に、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａが目標値Ｐｃ０に近づく。この結果、外燃機関１０の運転状態を常に理想的な状態に近づけることができるので、飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能（出力および効率）の低下を防止できる。
【０１０６】
なお、本実施形態では、上記第２実施形態と同様に、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａを目標値Ｐｃ０に近づけることにより飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能（出力および効率）の低下を防止しているが、上記第１実施形態と同様に、絞り部３６を廃止して、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１を飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも低く、かつ、飽和蒸気圧Ｐｓ１にできるだけ近くすることにより飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能（出力および効率）の低下を防止してもよい。
【０１０７】
なお、本実施形態では、作動液体１２を加熱して気化させる加熱手段として電気ヒータ１３を用いているので、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）により算出しているが、上記第２実施形態と同様に、加熱手段として高温ガスと熱交換する加熱器３０を用いて、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）、（２）により算出してもよい。
【０１０８】
（第５実施形態）
上記第４実施形態では、１つの圧力調整用容器１７を用いて容器内圧力Ｐｃを調整しているが、本第５実施形態では、図１３に示すように、２つの調整容器４３、４４を用いて容器内圧力Ｐｃを制御する。
【０１０９】
図１２は本実施形態による発電装置の概略構成を表す構成図である。本実施形態では、圧力調整手段１６を２つの調整容器４３、４４、２つのポンプ４５、４６および２つの開閉弁４７、４８等によって構成している。
【０１１０】
２つの調整容器４３、４４はそれぞれ連絡配管４９、５０を介して屈曲部１１ｄと連通している。２つの調整容器４３、４４内はポンプ４５、４６によってそれぞれ異なる圧力に加圧されている。２つの開閉弁４７、４８は２つの連絡配管４９、５０にそれぞれが配置されており、この２つの開閉弁４７、４８の開閉制御は制御装置２１によって独立して行われる。
【０１１１】
また、本実施形態では、調整容器内圧力Ｐｔを検出する調整容器内圧力センサ２４が廃止されており、その代わりに、容器内圧力Ｐｃを検出する容器内圧力センサ５１からの検出信号が制御装置２１に入力されるようになっている。
【０１１２】
２つの調整容器４３、４４のうち一方の調整容器４３の内部圧力は、ポンプ４５によって常に目標値Ｐｃ０よりも高い圧力まで加圧されており、他方の調整容器４４の内部圧力は、ポンプ４６によって常に目標値Ｐｃ０よりも低い圧力まで加圧されている。
【０１１３】
図１４は、本実施形態における容器内圧力Ｐｃの制御の概要を示すブロック線図である。本実施形態では、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａが目標値Ｐｃ０よりも低いときには、一方の調整容器４３側の開閉弁４７を開くとともに他方の調整容器４４側の開閉弁４８を閉じる。これにより容器内圧力Ｐｃが上昇する。
【０１１４】
一方、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａが目標値Ｐｃ０よりも高いときには、一方の調整容器４３側の開閉弁４７を閉じるとともに他方の調整容器４４側の開閉弁４８を開く。これにより容器内圧力Ｐｃが低下する。
【０１１５】
すると、上記第３実施形態と同様に、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａが目標値Ｐｃ０に近づく。この結果、外燃機関１０の運転状態を常に理想的な状態に近づけることができるので、飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能（出力および効率）の低下を防止できる。
【０１１６】
なお、本実施形態では２つの調整容器４３、４４内を別個のポンプ４５、４６によってそれぞれ異なる圧力に加圧しているが、２つの調整容器４３、４４内を同一のポンプによってそれぞれ異なる圧力に加圧するようにしてもよい。
【０１１７】
また、本実施形態ではそれぞれ異なる圧力に加圧された２つの調整容器４３、４４を用いているが、それぞれ異なる圧力に加圧された３つ以上の調整容器を用いてもよい。
【０１１８】
この場合には、３つ以上の調整容器にそれぞれ開閉弁を設け、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａが目標値Ｐｃ０よりも低いときには３つ以上の調整容器のうち調整容器内圧力が目標値Ｐｃ０よりも低くかつ目標値Ｐｃ０に最も近い調整容器の開閉弁のみを開け、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａが目標値Ｐｃ０よりも低いときには３つ以上の調整容器のうち調整容器内圧力が目標値Ｐｃ０よりも高くかつ目標値Ｐｃ０に最も近い調整容器の開閉弁のみを開けるようにすればよい。
【０１１９】
なお、本実施形態では、作動液体１２を加熱して気化させる加熱手段として電気ヒータ１３を用いているので、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）により算出しているが、上記第２実施形態と同様に、加熱手段として高温ガスと熱交換する加熱器３０を用いて、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）、（２）により算出してもよい。
【０１２０】
（第６実施形態）
上記第３実施形態では、圧力調整手段１６を圧力調整用容器１７とピストン機構１８とで構成しており、上記第４実施形態では、圧力調整手段１６を圧力調整用容器１７とポンプ機構３７とで構成しているが、本第６実施形態では、図１５に示すように、圧力調整手段１６を圧力調整用容器１７と圧力調整用加熱装置５２とで構成している。
【０１２１】
図１４は本実施形態による発電装置の概略構成を表す構成図である。圧力調整用加熱装置５２は、圧力調整用容器１７のうち連絡配管１９から離れる側（図１１では上端側）の部位に密着配置された圧力調整用電気ヒータ５３と、この圧力調整用電気ヒータ５３の温度を調整する圧力調整用温度調整器５４とで構成されている。
【０１２２】
そして、制御装置２１が圧力調整用温度調整器５４を制御することにより、圧力調整用電気ヒータ５３から圧力調整用容器１７に供給される熱量が調整される。
【０１２３】
図１５は、圧力調整用電気ヒータ５３によって圧力調整用容器１７が加熱されているときの圧力調整用容器１７の温度勾配を示すグラフである。図１２に示すように、圧力調整用容器１７は、連絡配管１９から離れる側の高温部５５が、温度勾配が無視できるほど小さく、連絡配管１９に近い側の低温部５６が高温部５５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。なお、図１２において、温度Ｔｈは高温部５５の温度（以下、この温度を高温部温度と呼ぶ。）である。
【０１２４】
また、温度Ｔｃは低温部５６の連絡配管１９側端部における温度（以下、この温度を低温部温度と呼ぶ。）であり、被冷却部温度Ｔ２とほぼ同一温度（正確には、被冷却部温度Ｔ２よりもわずかに高い温度）になっている。したがって、被冷却部温度Ｔ２は圧力調整用液体２０の沸点以下になっている。
【０１２５】
圧力調整用電気ヒータ５３により高温部５５内の圧力調整用液体２０が加熱されて気化し、高温部５５内に高温・高圧の蒸気５７が蓄積されて、高温部５５内の圧力調整用液体２０の液面を押し下げる。
【０１２６】
一方、低温部５６では高温部５５から離れるにつれて温度が低下するので、圧力調整用液体２０の液面が低温部５６まで押し下げられることなく、常に高温部５５内に位置している。これにより、圧力調整用液体２０が常に高温部５５に接触するので、圧力調整用容器１７が常に沸騰状態に保たれる。このため、調整容器内圧力Ｐｔを常に圧力調整用容器１７の高温部温度Ｔｈでの圧力調整用液体２０の飽和蒸気圧と同一圧力にできる。
【０１２７】
図１３は、本実施形態における容器内圧力Ｐｃの制御の概要を示すブロック線図である。本実施形態では、調整容器内圧力Ｐｔが目標値Ｐｃ０よりも低いときには、圧力調整用温度調整器５４が圧力調整用電気ヒータ５３の温度を上昇させて圧力調整用容器１７の高温部温度Ｔｈを上昇させる。これにより圧力調整用液体２０の飽和蒸気圧が上昇するので調整容器内圧力Ｐｔが上昇する。
【０１２８】
一方、調整容器内圧力Ｐｔが目標値Ｐｃ０よりも高いときには、圧力調整用温度調整器５４が圧力調整用電気ヒータ５３の温度を低下させて圧力調整用容器１７の高温部温度Ｔｈを低下させる。これにより圧力調整用液体２０の飽和蒸気圧が低下するので調整容器内圧力Ｐｔが低下する。
【０１２９】
すると、上記第２、第３実施形態と同様に、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａが目標値Ｐｃ０に近づく。この結果、外燃機関１０の運転状態を常に理想的な状態に近づけることができるので、飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能（出力および効率）の低下を防止できる。
【０１３０】
なお、高温部５５内の蒸気５７は純粋な圧力調整用液体２０の蒸気であってもよいし、圧力調整用液体２０の蒸気と別の気体（例えば空気）とが混在した蒸気であってもよい。
【０１３１】
また、本実施形態では、作動液体１２を加熱して気化させる加熱手段として電気ヒータ１３を用いているので、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）により算出しているが、上記第２実施形態と同様に、加熱手段として高温ガスと熱交換する加熱器３０を用いて、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）、（２）により算出してもよい。
【０１３２】
また、本実施形態では、圧力調整用電気ヒータ５３によって圧力調整用容器１７内の圧力調整用液体２０を気化させているが、高温ガスを熱源として圧力調整用容器１７内の圧力調整用液体２０を気化させてもよい。
【０１３３】
（第７実施形態）
上記第３、第４、第６実施形態では、圧力調整用容器１７を配置して、調整容器内圧力Ｐｔを調整することによって容器内圧力Ｐｃを調整しているが、本第７実施形態では、図１８に示すように、圧力調整用容器１７を廃止して、容器１１の容積を調整することによって容器内圧力Ｐｃを調整する。
【０１３４】
図１８は本実施形態による発電装置の概略構成を表す構成図である。本実施形態では、圧力調整手段１６を容器１１の伸縮部５８と電動アクチュエータ５９とで構成している。伸縮部５８は、容器１１のうち屈曲部１１ｄにおいて水平方向に伸縮可能な蛇腹状に形成されている。この伸縮部５８を伸縮させる電動アクチュエータ５９は容器１１に連結されている。
【０１３５】
電動アクチュエータ５９の制御は、上述の数式（１）によって算出される被加熱部温度Ｔ１、被冷却部温度センサ２３が検出する被冷却部温度Ｔ２および容器内圧力センサ５１が検出する容器内圧力Ｐｃに基づいて制御装置２１によって行われるようになっている。
【０１３６】
図１９は、本実施形態における容器内圧力Ｐｃの制御の概要を示すブロック線図である。まず、上記第３実施形態と同様に、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）により算出したのち、被加熱部温度Ｔ１での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１と被冷却部温度Ｔ２での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ２とに基づいて目標値Ｐｃ０を算出する。
【０１３７】
そして、本実施形態では、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａが目標値Ｐｃ０よりも低いときには、伸縮部５８が縮むように電動アクチュエータ５９を制御することにより容器内圧力Ｐｃを上昇させる。
【０１３８】
一方、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａが目標値Ｐｃ０よりも高いときには、伸縮部５８が伸びるように電動アクチュエータ５９を制御することにより容器内圧力Ｐｃを低下させる。
【０１３９】
これにより、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａが目標値Ｐｃ０に近づく。この結果、外燃機関１０の運転状態を常に理想的な状態に近づけることができるので、飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能（出力および効率）の低下を防止できる。
【０１４０】
なお、本実施形態では、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａを目標値Ｐｃ０に近づけているが、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１を飽和蒸気圧Ｐｓ１に近づけてもよい。
【０１４１】
また、本実施形態では、作動液体１２を加熱して気化させる加熱手段として電気ヒータ１３を用いているので、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）により算出しているが、上記第２実施形態と同様に、加熱手段として高温ガスと熱交換する加熱器３０を用いて、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）、（２）により算出してもよい。
【０１４２】
（第８実施形態）
上記第７実施形態では、容器１１の容積を調整することによって容器内圧力Ｐｃを調整しているが、本第８実施形態では、図３４に示すように、作動液体１２の温度を調整することによって容器内圧力Ｐｃを調整する。
【０１４３】
図２０は本実施形態による発電装置の概略構成を表す構成図である。本実施形態の圧力調整手段６０は、作動液体１２の温度を一定に維持する温度調整器で構成されている。
【０１４４】
この温度調整器６０は、容器１１のうち被加熱部１１ａおよび被冷却部１１ｂ以外の部位に配置されており、作動液体１２を加熱するヒータ部６１と、作動液体１２を冷却するクーラ部６２とを有している。
【０１４５】
温度調整器６０のヒータ部６１とクーラ部６２のオンオフ制御は、上述の数式（１）によって算出される被加熱部温度Ｔ１と容器内圧力センサ５１が検出する容器内圧力Ｐｃとに基づいて制御装置２１によって行われる。
【０１４６】
図２１は、本実施形態における容器内圧力Ｐｃの制御の概要を示すブロック線図である。本実施形態では、上述の数式（１）によって算出される被加熱部温度Ｔ１と図７に示す作動液体１２の蒸気圧曲線とに基づいて、被加熱部温度Ｔ１での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１を算出する。
【０１４７】
そして、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１が飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも高いときには、クーラ部６２が作動して作動液体１２を冷却する。これにより作動液体１２が熱収縮するので容器内圧力Ｐｃが低下して容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１も低下する。
【０１４８】
一方、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１が飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも低いときには、ヒータ部６１が作動して作動液体１２を加熱する。これにより作動液体１２が熱膨張するので容器内圧力Ｐｃが上昇して容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１も上昇する。
【０１４９】
これにより、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１が被加熱部温度Ｔ１での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１に近づく。この結果、外燃機関１０の運転状態を常に理想的な状態に近づけることができるので、飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能（出力および効率）の低下を防止できる。
【０１５０】
なお、本実施形態では、作動液体１２を加熱して気化させる加熱手段として電気ヒータ１３を用いているので、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）により算出しているが、上記第２実施形態と同様に、加熱手段として高温ガスと熱交換する加熱器３０を用いて、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）、（２）により算出してもよい。
【０１５１】
（第９実施形態）
上記第１、第２、第８実施形態では、容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１を飽和蒸気圧Ｐｓ１よりも低く、かつ、飽和蒸気圧Ｐｓ１にできるだけ近くすることにより飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能（出力および効率）の低下を防止している。また、上記第３〜第７実施形態では、容器内圧力Ｐｃの平均値Ｐｃａを目標値Ｐｃ０に近づけることにより飽和蒸気圧Ｐｓ１の変動や容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能（出力および効率）の低下を抑制している。
【０１５２】
これに対して、本第９実施形態では、容器内圧力Ｐｃが飽和蒸気圧Ｐｓ１を越えた分だけ作動液体１２を外部に排出することにより容器内圧力Ｐｃのピーク値Ｐｃ１の変動に伴う外燃機関１０の性能（出力および効率）の低下を抑制している。
【０１５３】
図２２は本実施形態による発電装置の概略構成を表す構成図である。本実施形態は、上述した従来技術（上記特許文献１）に本発明を適用したものである。すなわち、上述した従来技術では、被加熱部温度Ｔ１を直接検出しているが、本実施形態では、電気ヒータ１３に入力される電力量Ｑ１等に基づいて被加熱部温度Ｔ１を算出している。それ以外の本実施形態の構成は上述した従来技術と同様である。
【０１５４】
本実施形態の圧力調整手段６３は、容器１１の内部を大気に連通させるためのバルブ６３で構成されている。
【０１５５】
このバルブ６３の開閉制御は上述した数式（１）によって算出される被加熱部温度Ｔ１と容器内圧力センサ５１が検出する容器内圧力Ｐｃとに基づいて制御装置２１によって行われる。
【０１５６】
すなわち、数式（１）で算出された被加熱部温度Ｔ１と図７に示す作動液体１２の蒸気圧曲線とに基づいて、被加熱部温度Ｔ１での作動液体１２の飽和蒸気圧Ｐｓ１を算出する。
【０１５７】
次に、図２３に示すように、容器内圧力Ｐｃが飽和蒸気圧Ｐｓ１以上であれば、バルブ６３を開いて、容器１１内の作動液体１２を大気中に排出し、容器内圧力Ｐｃが飽和蒸気圧Ｐｓ１未満であれば、バルブ６３を閉じる。
【０１５８】
これにより、外燃機関１０の運転時に、容器１１内の圧力が作動液体１２の飽和蒸気圧を越えてしまうのを防止することができる。
【０１５９】
なお、外燃機関１０の運転時に容器１１内の圧力が最も高くなるのは、ピストン１５が上死点（図１では最下位置）に位置して、ピストン容積が最も小さくなったときである。したがって、図６に２点鎖線で示すように、そのピストン１５の位置を検出する位置センサ６４を設け、この位置センサ６４を介してピストン１５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６３の開閉制御を実行するようにしてもよい。
【０１６０】
そして、この場合、バルブ６３の開閉制御は、ピストン１５の下死点位置で圧力センサ３６から取り込んだ容器１１の内部圧力が飽和蒸気圧以上になると、ピストン１５の往復周期よりも短い所定時間だけバルブ６３を開く、といった手順で行うことにより、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。
【０１６１】
なお、本実施形態では、作動液体１２を加熱して気化させる加熱手段として電気ヒータ１３を用いているので、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）により算出しているが、上記第２実施形態と同様に、加熱手段として高温ガスと熱交換する加熱器３０を用いて、被加熱部温度Ｔ１を上述の数式（１）、（２）により算出してもよい。
【０１６２】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、被加熱部温度Ｔ１を数式（１）により算出しているが、適宜係数を用いて数式（１）を補正して被加熱部温度Ｔ１を算出してもよい。
【０１６３】
また、上記第２実施形態では、高温ガスから電気ヒータ１３に与えられる熱量Ｑを数式（２）により算出しているが、適宜係数を用いて数式（２）を補正して被加熱部温度Ｔ１を算出してもよい。
【０１６４】
また、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、本発明の外燃機関は、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】
【０１６５】
【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】第１実施形態による外燃機関の動作特性を説明する説明図である。
【図３】第１実施形態による外燃機関のＰＶ線図であり、（ａ）は理想的な状態を示し、（ｂ）は容器内圧力のピーク値が飽和蒸気圧よりも低い状態を示し、（ｃ）は容器内圧力のピーク値が飽和蒸気圧よりも高い状態を示している。
【図４】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り、（ａ）は作動液体１２の体積が減少した状態を示し、（ｂ）は作動液体１２の体積が増加した状態を示している。
【図５】作動液体の体積と外燃機関の効率との関係を示すグラフである。
【図６】第１実施形態における制御の概要を示すブロック線図である。
【図７】作動液体の蒸気圧曲線を示すグラフである。
【図８】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９】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１０】第３実施形態における制御の概要を示すブロック線図である。
【図１１】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。
【図１２】第４実施形態における制御の概要を示すブロック線図である。
【図１３】本発明の第５実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【図１４】第５実施形態における制御の概要を示すブロック線図である。
【図１５】本発明の第６実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【図１６】本発明の第６実施形態による調整容器の温度勾配を示すグラフである。
【図１７】第６実施形態における制御の概要を示すブロック線図である。
【図１８】本発明の第７実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【図１９】第７実施形態における制御の概要を示すブロック線図である。
【図２０】本発明の第８実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【図２１】第８実施形態における制御の概要を示すブロック線図である。
【図２２】本発明の第９実施形態を示す発電装置の概略構成図である。
【図２３】本発明の第９実施形態による制御装置の動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１６６】
１１…容器、１１ａ…被加熱部、１２…作動液体、１３…電気ヒータ（加熱手段）、
１４…冷却器（冷却手段）、１６…圧力調整手段、２１…制御装置（制御手段）、
２２…電力量センサ（電力量検出手段）、Ｑ１…電力量。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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