(57)【要約】【課題】液体ピストンの液面の乱れを抑制する。【解決手段】熱機関４は、管路部材２１、２２、５１の内部に液体ピストンを形成する。液体ピストンは、蒸気の供給と凝縮とによって振動的に流動する。液体ピストンの変位は、出力部６０から機械的な運動に変換されて出力される。管路部材２１、２２の内部には、液体ピストンに浮かぶことができるフロート３１が配置されている。フロート３１は、液体ピストンが上死点に位置するときに座面２４と接触し、管路部材の内部を一端において閉塞する。これにより、液体ピストンの上端における流れが強制的に止められる。よって、液面の乱れが強制的に抑制される。フロート３１が座面２４に着座した後に、液体ピストン内における余剰の作動媒体は、排出部２５、８１から排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相状態の作動媒体によって提供される液体ピストン（ＣＬＭ）を流動可能に保持する管路部材であって、前記作動媒体の蒸気（ＳＴＭ）が供給される膨張部、および前記作動媒体の蒸気を冷却する冷却部を有する管路部材（２１、２２、５１）と、
前記管路部材に設けられ、前記液体ピストンの変位を機械的な運動エネルギに変換して出力する出力部（６０）と、
前記膨張部の内部に配置され、前記膨張部の内部に前記液体ピストンが位置するときに前記液体ピストンの液面（ＬＱＳ）に浮かぶことができるフロート（３１、２３１、３３１）と、
前記液体ピストンが上死点に位置するときに前記フロートと接触することにより前記管路部材の内部を一端において閉塞する座面（２４、６２４、７２４）と、
前記フロートが前記座面に着座した後に、前記液体ピストン内における余剰の前記作動媒体を排出する排出部（２５、８１）とを備えることを特徴とする熱機関。
【請求項２】
さらに、前記フロートの径方向への移動を規制し、前記フロートの上下方向への移動を許容することにより前記フロートを案内する案内機構（３０）を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱機関。
【請求項３】
前記案内機構（３０）は、前記フロートに形成された貫通穴（３２）の中に挿入して配置され前記管路部材に固定されたガイドロッド（３３）とを備えることを特徴とする請求項２に記載の熱機関。
【請求項４】
前記案内機構（３０）は、前記フロートに固定され、貫通穴（４３８）が形成されたガイドリング（４３６）と、前記貫通穴の中に挿入して配置されたガイドロッド（４３３）とを備えることを特徴とする請求項２に記載の熱機関。
【請求項５】
さらに、前記フロートを保温する保温部（８３３ｂ）を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱機関。
【請求項６】
さらに、前記フロートを間接的に、または直接的に加熱する加熱部（８４１、８４２、８４３、９４４、９４５）を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱機関。
【請求項７】
さらに、前記ガイドロッドを前記蒸気によって加熱し、前記ガイドロッドを経由して前記フロートを間接的に加熱する蒸気通路（８４１）と、前記蒸気通路に高温の蒸気を供給する供給通路（８４２）と、前記蒸気の流量を調節するために前記供給通路に設けられた絞り部（８４３）とを有する加熱部を備えることを特徴とする請求項３に記載の熱機関。
【請求項８】
前記加熱部は、前記フロートに設けられたコイル（９４５）と、前記コイルに鎖交する磁束を供給する永久磁石（９４４）とを備えることを特徴とする請求項６に記載の熱機関。
【請求項９】
前記座面はテーパ面（２４）、内側に凸の曲面（６２４）、または内側に凹の曲面（７２４）であることを特徴とする請求項１に記載の熱機関。
【請求項１０】
前記フロートは弾性体であることを特徴とする請求項１に記載の熱機関。
【請求項１１】
前記フロートは前記座面との接触部に球面、またはテーパ面を有することを特徴とする請求項１に記載の熱機関。
【請求項１２】
前記液体ピストンの上死点と下死点との間に設けられ、前記フロートの前記下死点方向への移動を制限するストッパ（２３、５３９）を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱機関。
【請求項１３】
前記ストッパ（５３９）は弾性体であることを特徴とする請求項１２に記載の熱機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気の膨張と凝縮とに伴う体積変化から機械的な運動エネルギを取り出す熱機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、蒸気の膨張と凝縮とに起因する体積変化を機械的な運動エネルギに変換する熱機関を開示する。この熱機関は、液面の乱れを抑制するために、液面に配置された浮体を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９６２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の構成では、液面から液の中への蒸気の巻き込みが浮体によって抑制される。しかし、浮体は、液面において自由に浮動する。このため、液面が乱れることがあった。例えば、液面が上昇する行程では、浮体が安定しない。このため、液の中へ蒸気が巻き込まれることがあった。また、液面が上死点およびその前後にあるときも、浮体が液面において浮動しやすい。このため、液の中へ蒸気が巻き込まれることがあった。
【０００５】
さらに、上記のような液面の乱れは、液面が下降する行程においても残留することがあった。すなわち液面の乱れが次の行程に持ち越されることがあった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、液面の乱れを抑制することができる熱機関を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、液面の乱れを初期化することができる熱機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として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って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００９】
開示された発明のひとつは、液相状態の作動媒体によって提供される液体ピストン（ＣＬＭ）を流動可能に保持する管路部材であって、作動媒体の蒸気（ＳＴＭ）が供給される膨張部、および作動媒体の蒸気を冷却する冷却部を有する管路部材（２１、２２、５１）と、管路部材に設けられ、液体ピストンの変位を機械的な運動エネルギに変換して出力する出力部（６０）と、膨張部の内部に配置され、膨張部の内部に液体ピストンが位置するときに液体ピストンの液面（ＬＱＳ）に浮かぶことができるフロート（３１、２３１、３３１）と、液体ピストンが上死点に位置するときにフロートと接触することにより管路部材の内部を一端において閉塞する座面（２４、６２４、７２４）と、フロートが座面に着座した後に、液体ピストン内における余剰の作動媒体を排出する排出部（２５、８１）とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、液体ピストンの変位が出力部によって機械的な運動エネルギに変換される。さらに、液体ピストンの液面には、フロートが浮かべられる。フロートは、膨張部の内部に液体ピストンが位置するときに液面に浮かぶ。フロートは、液面の面積を抑制する。よって、フロートは、膨張部において蒸気が膨張するときに液面の乱れを抑制する。さらに、フロートは、座面と接触することによって管路部材の内部を一端において閉塞する。これにより、液体ピストンの上端における流れが強制的に止められる。言い換えると、液面における液体の流れが拘束される。よって、液面の乱れが強制的に抑制される。しかも、フロートと座面とは、液体ピストンが上死点に位置するときに管路部材の内部を閉塞する。よって、上死点の前後における液面の変動の継続が抑制される。フロートが座面に着座した後に、液体ピストン内における余剰の作動媒体は、排出部から排出される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る熱機関の断面図である。
【図２】第１実施形態の作動状態を示す部分断面図である。
【図３】第１実施形態の作動状態を示す部分断面図である。
【図４】第１実施形態の作動状態を示す部分断面図である。
【図５】第１実施形態の作動状態を示す断面図である。
【図６】第１実施形態の作動状態を示す部分断面図である。
【図７】第１実施形態の作動状態を示す部分断面図である。
【図８】第１実施形態の作動を示すグラフである。
【図９】第１実施形態の作動を示すグラフである。
【図１０】本発明を適用した第２実施形態のフロートの側面図である。
【図１１】本発明を適用した第３実施形態のフロートの側面図である。
【図１２】本発明を適用した第４実施形態に係る熱機関の部分断面図である。
【図１３】第４実施形態のフロートの斜視図である。
【図１４】本発明を適用した第５実施形態に係る熱機関の部分断面図である。
【図１５】本発明を適用した第６実施形態に係る熱機関の部分断面図である。
【図１６】本発明を適用した第７実施形態に係る熱機関の部分断面図である。
【図１７】本発明を適用した第８実施形態に係る熱機関の部分断面図である。
【図１８】本発明を適用した第９実施形態に係る熱機関の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照しながら開示された発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１３】
（第１実施形態）
図１において、この実施形態では、熱エネルギによって電力を供給する発電システム１が提供される。発電システム１は、熱源（ＨＳ）２によって供給される熱エネルギによって発電機（ＭＧ）３を駆動する。発電機３は、電動機としても作動することができる。発電機３は、発電システム１を起動するときに電動機として駆動されることがある。発電システム１は、熱エネルギを機械的な運動エネルギに変換するための熱機関４を備える。熱源２は、熱エネルギとして温熱と冷熱との両方を供給する。熱機関４は、作動媒体の相変化に伴う体積変化を機械的な運動として取り出す。熱機関４は、温熱によって蒸発し、膨張する作動媒体の体積増加と、冷熱によって凝縮し、収縮する作動媒体の体積減少とを利用する。
【００１４】
作動媒体は、可逆的に相変化する媒体である。例えば、作動媒体として、水、アルコール、アンモニア、またはフルオロカーボン等のフロン類を用いることができる。この実施形態では、作動媒体は、水である。水は、熱源２から供給される温熱と冷熱とによって液体と蒸気（水蒸気）との間で相変化する。水は、温熱によって蒸発して気相状態の水蒸気となる。水は、冷熱によって凝縮し、液相状態の液体水となる。
【００１５】
熱源２は、高温高圧の水蒸気によって温熱を供給する。熱源２は、水を加熱することにより水蒸気を発生する蒸気発生部を備える。熱源２は、低温の冷却水によって冷熱を供給する。熱源２は、冷却水を大気によって冷却する冷却部を備える。
【００１６】
熱機関４は、液体水を溜める管路部材を有する。管路部材の内部において、液体水は液柱を提供する。この液柱は、液体ピストンＣＬＭと呼ばれる。熱機関４は、水蒸気の膨張と、水蒸気の収縮とによって液体ピストンＣＬＭを振動的に移動させる。熱機関４は、液体ピストンＣＬＭの移動によって容積機械を駆動する。容積機械は、発電機３を駆動する。熱機関４は、弁部１０、液柱部２０、および変換部６０を備える。
【００１７】
弁部１０は、水蒸気の供給を断続する。弁部１０は、液体ピストンＣＬＭの移動サイクルに同期して水蒸気を間欠的に供給する。弁部１０は、蒸気バルブ、または蒸気供給部とも呼ぶことができる。
【００１８】
弁部１０は、回転駆動部１１と、シリンダ１２と、エンドプレート１３と、ロータリバルブ１４とを備える。回転駆動部１１は、ベアリングによって回転軸を回転可能に支持する。シリンダ１２、エンドプレート１３、およびロータリバルブ１４は、熱機関４の運転サイクルの所定期間において開弁し、残余の期間において閉弁する制御弁を提供する。
【００１９】
環状のシリンダ１２内にロータリバルブ１４が収容されている。環状のシリング１２の下端は、エンドプレート１３によって閉塞されている。シリンダ１２には、径方向に延び、一端が熱源２に接続され、他端がロータリバルブ１４の外周面に対向するようにシリンダ１２の内面に開口した通路１５が形成されている。エンドプレート１３には、一端がロータリバルブ１４の底端面に対向するようにエンドプレート１３の上面に開口し、他端が液柱部２０に連通する通路１６が形成されている。ロータリバルブ１４には、ロータリバルブ１４が所定の回転位置に位置するときに、通路１５と通路１６とを連通する連通通路１７が形成されている。
【００２０】
回転駆動部１１によってロータリバルブ１４が回転する。連通通路１７は、熱機関４の運転サイクルの所定期間においてだけ通路１５と通路１６とを連通する。この結果、通路１５と通路１６とが連通通路１７を介して連通される期間だけ、水蒸気が熱源２から液柱部２０へ供給される。
【００２１】
液柱部２０は、液体ピストンＣＬＭを形成するための管路部材を有する。液柱部２０は、弁部１０の下に配置されている。管路部材は、上部管２１と、中部管２２と、下部管５１と、複数のチューブ５４とを有する。中部管２２と下部管５１との間には、保持部材としてのサポートプレート２３が配置されている。
【００２２】
液柱部２０は、液体ピストンＣＬＭが上下方向に沿って振動的に移動すること、すなわち液面ＬＱＳが上下方向に移動することを許容する。さらに、液柱部２０は、水の相変化によって、液体ピストンＣＬＭの振動的な移動を発生させる。液柱部２０は、水蒸気の膨張によって液体ピストンＣＬＭを下方向に移動させる。液柱部２０は、水蒸気の凝縮によって液体ピストンＣＬＭを上方向に移動させる。
【００２３】
液柱部２０は、液体ピストンＣＬＭの移動方向の一端、すなわち上端に膨張端を有する。膨張端は、高温端、加熱端、または蒸発端とも呼ばれる。図示の例では、上部管２１によって膨張端が提供されている。液柱部２０は、液体ピストンＣＬＭの移動方向の他端、すなわち下端に収縮端を有する。収縮端は、低温端、冷却端、または凝縮端とも呼ばれる。図示の例では、下部管５１によって収縮端が提供されている。液面ＬＱＳは、膨張端から収縮端にわたって移動する。言い換えると、液体ピストンＣＬＭは、膨張端から収縮端までの全体を満たす状態と、収縮端以下に位置する状態との間を、振動的に移動する。
【００２４】
上部管２１の内部には、座面２４が設けられている。座面２４は、後述するフロート３１と接触することにより管路を閉じる弁を提供する。座面２４は、上部内径が下部内径より小さい。座面２４は、上から下に向けて広がる下向きの末広がり面である。座面２４は、上部から下部に向けて内径が直線状に増加するテーパ面である。上部管２１の上端開口には、通路１６が連通している。上部管２１の内部は、水蒸気ＳＴＭが膨張するための膨張部を提供する。
【００２５】
中部管２２は、直管によって形成されている。中部管２２には、排出孔２５が開設されている。排出孔２５は、後述するフロート３１が最も上昇した位置より下に位置している。中部管２２の内部は、水蒸気ＳＴＭが膨張するための膨張部を提供する。
【００２６】
上部管２１と中部管２２との中には、フロート３１が配置されている。フロート３１の比重は、液体水の比重よりも小さい。よって、フロート３１は、液体ピストンＣＬＭの液面ＬＱＳに浮く。フロート３１は、そのほぼ半部が液体ピストンＣＬＭの中に没し、そのほぼ半部が水蒸気ＳＴＭの中に位置するような浮力を発揮する。フロート３１は、通路１６から水蒸気ＳＴＭが供給されるときでも、フロート３１のほぼ１／３以上が液面ＬＱＳより上に出る程度の浮力を発揮する。また、フロート３１は、液体ピストンＣＬＭが上昇する行程においても、フロート３１のほぼ１／３以上が液面ＬＱＳより上に出る程度の浮力を発揮する。フロート３１は、膨張部の内部に配置されている。フロート３１は、膨張部の内部に液体ピストンＣＬＭが位置するときに液体ピストンＣＬＭの液面ＬＱＳに浮かぶことができるように配置されている。
【００２７】
フロート３１は、球形である。フロート３１が液面ＬＱＳに浮いているとき、液面ＬＱＳの上に出ている部分は、蒸気の流れを径方向外側に流すための案内面を提供する。球面は、上部管２１および中部管２２の軸中心から径方向外側に広がる斜面を提供する。この斜面が案内面として機能する。
【００２８】
フロート３１の直径は、中部管２２の内径よりも小さい。フロート３１の直径は、上部管２１の下部の内径よりも小さい。フロート３１の直径は、上部管２１の上部の内径よりも大きい。よって、フロート３１が上昇すると、フロート３１の表面は、座面２４に接触する。さらに、フロート３１の表面は、テーパ状の座面２４の全周にわたって接触する。この結果、フロート３１は、上部管２１の内部を閉塞する。上部管２１とフロート３１とは、管路内の上部において管路を閉塞する弁を提供している。
【００２９】
座面２４は、液体ピストンＣＬＭが上死点に位置するときにフロート３１と接触することにより管路部材の内部を一端において閉塞するように配置されている。フロート３１は座面２４との接触部に球面を有する。この構成によると、簡単な形状で確実な閉塞を提供できる。
【００３０】
フロート３１は、所定の浮力を発揮するように発泡材、または中空の部材によって提供することができる。さらに、フロート３１は、座面２４に密着するように、所定の弾力性を有する弾性部材によって提供することが望ましい。例えば、フロート３１は、発泡樹脂によって形成することができる。
【００３１】
熱機関４は、フロート３１の径方向への移動を規制し、フロート３１の移動を案内する案内機構３０を備える。案内機構３０は、貫通穴３２と、ガイドロッド３３とによって提供される。貫通穴３２は、フロート３１のひとつの軸に沿ってフロート３１内を貫通して形成されている。ガイドロッド３３は、円柱状の棒である。ガイドロッド３３は、上部管２１と中部管２２との軸線上に配置されている。ガイドロッド３３の上端は、エンドプレート１３に固定されている。ガイドロッド３３の下端は、サポートプレート２３に固定されている。ガイドロッド３３は、管路部材２１、２２、２３に固定されている。ガイドロッド３３は、フロート３１に形成された貫通穴３２の中に隙間をもって挿入され配置されている。
【００３２】
案内機構３０は、フロート３１の上下方向の自由な移動を許容する。案内機構３０は、フロート３１の横方向、すなわち管路の径方向への移動を制限する。案内機構３０は、フロート３１を管路の中央に維持する。案内機構３０は、上部管２１と中部管２２との軸線上にフロート３１の中心軸を保持する。この結果、フロート３１は、最も上の閉弁位置においてのみ上部管２１と接触する。フロート３１は、閉弁位置以外においては、上部管２１からも、中部管２２からも、離れて位置付けられる。言い換えると、フロート３１が閉弁位置以外の位置にあるとき、フロート３１の周囲には環状の隙間が確保される。案内機構３０は、貫通穴３２とガイドロッド３３との摩擦によってフロート３１の急激な移動を制限する。よって、案内機構３０は、フロート３１の過剰な動きを抑制するダンパ機構とも呼ぶことができる。
【００３３】
下部管５１は、液体ピストンＣＬＭのための管路を提供するとともに、冷却水の通路も提供する。中部管２２の内部は、水蒸気ＳＴＭが膨張するための膨張部を提供する。さらに、下部管５１は、水蒸気ＳＴＭを冷却水によって冷却する冷却部として機能する熱交換器を提供する。下部管５１の内部において、水蒸気ＳＴＭは凝縮する。よって、下部管５１は、水蒸気ＳＴＭが収縮するための収縮部も提供する。この実施形態では、主として上部管２１、中部管２２、および下部管５１によって、液相状態の作動媒体によって提供される液体ピストンＣＬＭを流動可能に保持する管路部材が提供される。この管路部材２１、２２、５１の内部には、作動媒体の蒸気ＳＴＭが供給される膨張部、および作動媒体の蒸気ＳＴＭを冷却する冷却部が設けられている。
【００３４】
下部管５１は、熱交換器を形成するためのヘッダプレート５２、５３と、複数の熱交換用チューブ５４とを有する。ヘッダプレート５２、５３は、下部管５１内を作動媒体のためのチャンバと、冷却水のためのチャンバとに区画する。ヘッダプレート５２は、作動媒体のための上部チャンバを区画する。ヘッダプレート５３は、作動媒体のための下部チャンバを区画する。
【００３５】
複数のチューブ５４は、上部チャンバと下部チャンバとを連通し、かつ、冷却水のチャンバを横切るように配置される。複数のチューブ５４は、作動媒体としての水と、冷却水との間の熱交換を提供する。複数のチューブ５４の内部が主として収縮部を提供する。
【００３６】
下部管５１には、冷却水を導入するための入口５５と、冷却水を排出するための出口５６とが形成されている。下部管５１を含む複数の部材５１−５６は、作動媒体を冷却するための熱交換部、または冷却部とも呼ばれる。
【００３７】
変換部６０は、下部管５１の下側に配置されている。変換部６０は、下部管５１の下部チャンバから作動媒体を導入する。変換部６０は、液体ピストンＣＬＭの変位を機械的な運動エネルギに変換して出力する出力部を提供する。変換部６０は、レシプロエンジンのような容積機械、または水車のような非容積機械によって提供することができる。図示の例では、変換部６０は、レシプロエンジンによって提供されている。
【００３８】
変換部６０は、シリンダ６１と、シリンダ６１内を往復移動可能なピストン６２とを備える。ピストン６２は、コネクティングロッド６３を介してクランク軸６４に連結さえている。変換部６０は、液体ピストンＣＬＭの振動的な移動を、クランク軸６４の回転運動に変換する。クランク軸６４は、発電機３に作動的に連結されている。クランク軸６４によって発電機３が駆動されると、発電機３は、電力を出力する。
【００３９】
クランク軸６４は、連動機構７１を経由して弁部１０と連動的に連結されている。この結果、クランク軸６４の回転、すなわち液体ピストンＣＬＭの振動的な移動に同期して弁部１０が駆動される。
【００４０】
通路１５は、熱源２と連結されている。通路１５は、熱源２から水蒸気を受け入れ可能である。さらに、通路１５は、熱源２に向けて水蒸気の一部を戻すことができる。排出孔２５は、熱源２と連結されている。排出孔２５は、液体水を熱源２に戻すことができる。排出孔２５から戻された液体水は、熱源２のリザーバに戻される。排出孔２５と熱源２との間には、逆止弁８１が設けられている。逆止弁８１は、排出孔２５の圧力が開弁圧を超えると開く。逆止弁８１は、排出孔２５から熱源２への流れを許容し、熱源２から排出孔２５への流れを阻止する。排出孔２５と逆止弁８１とは、フロート３１が座面２４に着座した後に、液体ピストンＣＬＭ内における余剰の作動媒体を排出する排出部を提供する。
【００４１】
図２に図示されるように、液体ピストンＣＬＭが最も高い位置にあるとき、フロート３１は、座面２４に接触する。この結果、管路は、その上部において閉塞される。液体ピストンＣＬＭの液面ＬＱＳは、フロート３１と座面２４との接触部に一致している。フロート３１と座面２４との接触部より上の部屋は、水蒸気ＳＴＭで満たされている。なお、フロート３１と座面２４との接触部より上の部屋に液体水の一部が残される場合がある。
【００４２】
図３に図示されるように、弁部１０から水蒸気ＳＴＭが供給される。水蒸気ＳＴＭは膨張し、液体ピストンＣＬＭを押し下げる。液体水は、下部管５１へ向けて流出する。このとき、ピストン６２は下降する。液体ピストンＣＬＭの低下とともに、フロート３１も低下する。フロート３１が座面２４から離れると、フロート３１の周囲には液面ＬＱＳが現れる。水蒸気ＳＴＭの流れは、そのほとんどがフロート３１の表面に衝突する。この結果、液面ＬＱＳを直接に叩く水蒸気ＳＴＭの流れは弱められる。よって、液面ＬＱＳの乱れが抑制される。
【００４３】
図４に図示されるように、水蒸気ＳＴＭはさらに膨張する。液体水は、下部管５１へ向けてさらに流出する。この結果、液体ピストンＣＬＭはさらに低下する。やがて、フロート３１がサポートプレート２３に到達すると、フロート３１の低下が止まる。液体ピストンＣＬＭは、さらに低下してゆく。
【００４４】
この実施形態では、サポートプレート２３は、液体ピストンの上死点と下死点との間に設けられ、フロートの下死点方向への移動を制限するストッパを提供する。サポートプレート２３によりフロート３１の過剰な移動が抑制される。
【００４５】
図５に図示されるように、上部管２１内と中部管２２内とが水蒸気ＳＴＭで満たされる。水蒸気ＳＴＭはさらに膨張する。この結果、複数のチューブ５４内にまで水蒸気ＳＴＭが到達する。液体ピストンＣＬＭは複数のチューブ５４以下にまで低下する。複数のチューブ５４においては、水蒸気ＳＴＭが冷却され、収縮する。水蒸気ＳＴＭの少なくとも一部は、複数のチューブ５４の内部において凝縮する。この結果、水蒸気ＳＴＭの体積は急激に収縮する。水蒸気ＳＴＭの体積の減少は、液体ピストンＣＬＭを吸い上げる。このとき、ピストン６２も上昇行程に入る。水蒸気ＳＴＭの収縮とピストン６２の上昇との両方によって液体ピストンＣＬＭは上昇する。液体ピストンＣＬＭは、複数のチューブ５４を満たした後に、中部管２２内にまで上昇する。
【００４６】
図６に図示されるように、液体ピストンＣＬＭが中部管２２に到達すると、再びフロート３１が浮かび上がる。フロート３１は、液体ピストンＣＬＭの上昇に従って上昇する。液体ピストンＣＬＭが上昇する過程では、フロート３１が浮き沈みを繰り返す。このため、液面ＬＱＳは乱れながら上昇する。
【００４７】
図７に図示されるように、液体ピストンＣＬＭの上昇によって、フロート３１は再び座面２４に接触する。フロート３１が座面２４に接触した状態では、液体ピストンＣＬＭの上昇は停止する。フロート３１が座面２４に接触しているとき、液面ＬＱＳはほとんどない。このとき、液面ＬＱＳが残されていても、液面ＬＱＳは停止している。よって、フロート３１が座面２４に接触しているときは、液面ＬＱＳの乱れは減衰する。この結果、液面ＬＱＳの乱れが抑制される。
【００４８】
さらにピストン６２が上昇すると、液体水は、逆止弁８１を開いて熱源２へ流出する。ピストン６２が上昇行程にある間中、液体水は排出孔２５から流出する。ピストン６２が上死点を過ぎると、再び上述のサイクルが繰り返される。フロート３１が座面２４に接触している間に液面ＬＱＳの乱れが抑制されているから、液体ピストンＣＬＭが再び低下した時には、静かな液面ＬＱＳが形成される。よって、液面ＬＱＳの乱れが、上死点の前後にわたって継続することが阻止される。言い換えると、フロート３１が座面２４に接触し、管路の上端を閉じることによって、液面ＬＱＳの乱れが複数のサイクルにわたって継続することが阻止される。
【００４９】
図８に図示されるように、熱機関４における水蒸気ＳＴＭの容積Ｖと、水蒸気ＳＴＭの圧力Ｐは、環状のサイクルを描いて変化する。時期ＶＣにおいて、熱機関４への水蒸気ＳＴＭの供給が完了する。水蒸気ＳＴＭの圧力は流入圧Ｐｓｔである。このとき、ピストン６２は、上死点ＴＤＣ後の下降行程にある。ピストン６２の下降と液体ピストンＣＬＭの下降とによって、点Ｐ１から容積Ｖが増加し、圧力Ｐが低下する。点Ｐ１から、水蒸気ＳＴＭは膨張する。
【００５０】
点Ｐ２において、ピストン６２が下死点ＢＤＣに到達する。図中には、大気圧Ｐｎｍが例示されている。点Ｐ２を通過すると、ピストン６２は上昇行程に入る。よって、水蒸気ＳＴＭの容積Ｖが低下する。点Ｐ２を通過した後も、下部管５１における水蒸気ＳＴＭの凝縮によって圧力Ｐはさらに低下する。よって、圧力Ｐは、下死点ＢＤＣの後に、最低圧Ｐｍｎに到達する。水蒸気ＳＴＭの凝縮が少なくなると、圧力Ｐは徐々に上昇する。ピストン６２が上死点ＴＤＣの近傍に到達すると、フロート３１は座面２４に接触する。この結果、圧力Ｐは急激に上昇する。
【００５１】
点Ｐ３において、圧力Ｐが逆止弁８１の開弁圧Ｐ８１を上回ると、逆止弁８１が開く。この結果、余剰分の液体水が熱源２に戻され、圧力Ｐの上昇は抑制される。圧力Ｐは、点Ｐ４において最高圧Ｐｍｘに到達する。ピストン６２が上死点ＴＤＣに到達する前後の所定の時期において水蒸気ＳＴＭの供給が開始される。この結果、圧力Ｐは、流入圧Ｐｓｔに収束する。水蒸気ＳＴＭの流入が完了すると、熱機関４は、再び点Ｐ１に戻る。
【００５２】
図９において、横軸は、熱機関４、すなわちクランク軸６４の回転位相ＰＨを示す。縦軸は、液面ＬＱＳの位置ＬＱＶと、フロート３１の位置ＦＬＶとを示す。図示されるように、液面位置ＬＱＶは、位相ＰＨに応じて変化する。一方、フロート位置ＦＬＶは、サポートプレート２３によって制限されているから、最下点Ｌｍｎにおいて制限される。よって、フロート３１は、上死点ＴＤＣの前後の所定期間においては、液面ＬＱＳの移動と同期的に移動する。一方、フロート３１は、下死点ＢＤＣの前後の残り期間においては、液面ＬＱＳと同期することなく、定位置に位置付けられる。これにより、フロート３１の過剰な移動を伴うことなく、上死点ＴＤＣの前後において液面ＬＱＳの乱れが抑制される。
【００５３】
（第２実施形態）
上記実施形態では、球形のフロート３１を採用した。これに代えて、種々の形状のフロートを採用することができる。例えば、図１０に図示されるように、砲弾型のフロート２３１を採用してもよい。
【００５４】
（第３実施形態）
さらに、図１１に図示されるように、円錐台状の頂部をもつフロート３３１を採用してもよい。フロート３３１は座面２４との接触部にテーパ面を有する。この構成によると、簡単な形状で確実な閉塞を提供できる。
【００５５】
（第４実施形態）
上記実施形態では、貫通穴３２とガイドロッド３３とによって案内機構３０を提供した。これに代えて、種々の形状、または構造の案内機構３０を採用することができる。例えば、図１２および図１３に図示される案内機構３０を採用してもよい。
【００５６】
この実施形態では、案内機構３０は、ガイドリング４３６と、ガイドロッド４３３とを備える。ガイドリング４３６は、環状の板である。球形のフロート３１とガイドリング４３６とは、複数の連結ロッド４３７によって連結されている。ガイドリング４３６はフロート３１に固定されている。ガイドリング４３６と複数の連結ロッド４３７とは、フロート３１から延び出す脚部を提供する。ガイドリング４３６には、複数の貫通穴４３８が形成されている。
【００５７】
ガイドロッド４３３は、サポートプレート２３に固定されている。ガイドロッド４３３は、貫通穴４３８の中に挿入して配置されている。
【００５８】
この構成によると、フロート３１とガイドリング４３６と連結ロッド４３７とが一体となって上下に移動する。３本のガイドロッド４３３と３つの貫通穴４３８とは、フロート３１を上部管２１と中部間２２との軸線上に維持し、フロート３１が軸線上に沿って上下に移動することを許容する。
【００５９】
（第５実施形態）
この実施形態では、図１４に図示されるように、他の実施形態の構成に加えて、フロート３１とサポートプレート２３との間に緩衝部材５３９を備える。緩衝部材５３９は、ゴム、ウレタン、バネなどの弾力性をもつ弾性部材によって提供することができる。緩衝部材５３９は、ガイドロッド３３の下端部に設置される。緩衝部材５３９は、フロート３１が下端に到達したときの衝撃を緩和する。これによりフロート３１は柔らかく下端に着座する。
【００６０】
この実施形態では、緩衝部材５３９によって、液体ピストンの上死点と下死点との間に設けられ、フロート３１の下死点方向への移動を制限するストッパが提供される。しかも、この実施形態のストッパ５３９は、弾性体である。
【００６１】
（第６実施形態）
他の実施形態の座面２４に代えて、図１５に図示される座面６２４を採用してもよい。座面６２４は、内側に向けて凸の曲面となっている。座面６２４は、円環体の一部の表面によって提供することができる。この構成によると、フロート３１と座面６２４との間に、細い環状の接触部を形成することができる。
【００６２】
（第７実施形態）
他の実施形態の座面２４に代えて、図１６に図示される座面７２４を採用してもよい。座面７２４は、内側に向けて凹の曲面となっている。この構成によると、フロート３１と座面７２４との間に太い環状の接触部を形成することができる。
【００６３】
（第８実施形態）
他の実施形態に加えて、フロート３１の温度低下を抑制する温度調節部を設けることができる。温度調節部は、フロート３１を保温する受動的な温度調節部、またはフロート３１を間接的に、または直接的に加熱する能動的な温度調節部を採用することができる。
【００６４】
フロート３１は、下部に位置するときに、熱交換部でもある下部管５１の近くに位置する。このため、フロート３１の温度は低下しやすい。また、液体ピストンＣＬＭが上昇するとき、液体ピストンＣＬＭの上部には、下部管５１内において冷却された液体水がある。このため、液面ＬＱＳに浮かぶフロート３１の温度は低下しやすい。一方、フロート３１は、上部に位置するとき、高温の水蒸気ＳＴＭと直接的に接触する。このとき、水蒸気ＳＴＭは膨張することを求められるから、高温状態を維持することが望ましい。水蒸気ＳＴＭの熱のフロート３１への移動を抑制するために、フロート３１が保温されるか、または加熱されることが望ましい。
【００６５】
図１７において、この実施形態では、フロート３１を保温するための保温部と、フロート３１の温度を高めるための加熱部との両方が設けられている。
【００６６】
保温部は、ガイドロッド８３３によって提供されている。ガイドロッド８３３は、高い熱伝達性をもつ上部８３３ａと、上部８３３ａより低い熱伝達性をもつ下部８３３ｂとを有する。上部８３３ａは、金属などによって提供することができる。下部８３３ｂは、中空の管、または樹脂製の棒によって提供することができる。この構成によると、ガイドロッド８３３からサポートプレート２３への熱伝達が抑制される。このため、ガイドロッド８３３を経由してフロート３１の熱がサポートプレート２３に逃げることによるフロート３１の温度低下が抑制される。
【００６７】
加熱部は、熱源２から供給される高温の水蒸気ＳＴＭによってガイドロッド８３３を加熱する蒸気通路８４１によって提供される。蒸気通路８４１は、ガイドロッド８３３の上部８３３ａの外周面の一部を囲むように配置されている。蒸気通路８４１は、上部管２１より上に位置するガイドロッド８３３の部分の外側に配置されている。蒸気通路８４１は、ガイドロッド８３３を蒸気によって加熱し、ガイドロッド８３３を経由してフロート３１を間接的に加熱する。
【００６８】
熱源２と蒸気通路８４１との間には、高温の水蒸気を蒸気通路８４１に流すための供給通路８４２が設けられている。供給通路８４２には、水蒸気の流量を調節するためのオリフィス８４３が設けられている。オリフィス８４３は、水蒸気の流量を調節するための可変の絞り部を提供する。
【００６９】
蒸気通路８４１に水蒸気が流されると、水蒸気はガイドロッド８３３の上部８３３ａを加熱する。上部８３３ａの熱は、フロート３１に伝熱し、フロート３１を加熱する。また、下部８３３ｂは、上部８３３ａからサポートプレート２３への熱の逃げを抑制する。
【００７０】
この構成によると、フロート３１の温度低下が抑制される。よって、水蒸気からフロート３１への熱伝達が抑制される。
【００７１】
（第９実施形態）
上記実施形態では、熱源２から供給される水蒸気を加熱部の熱源として利用した。これに代えて、フロート３１の運動エネルギを熱エネルギに変換することによってフロート３１を加熱する加熱部を採用してもよい。例えば、フロート３１の移動によって摩擦熱を生成する摩擦式の加熱部を採用することができる。また、フロート３１の移動を電磁的な作用によって熱に変換することによってフロート３１を加熱する電磁式の加熱部を採用することができる。
【００７２】
図１８は、電磁式の加熱部を示している。加熱部は、永久磁石９４４と、コイル９４５とによって提供される。永久磁石９４４は、ガイドロッド３３内に設けられている。永久磁石９４４は、ガイドロッド３３の外側に磁束を供給する磁束供給部として機能する。コイル９４５は、フロート３１内に埋設されている。コイル９４５は、貫通穴３２の外側に同軸上に配置されている。コイル９４５は、閉回路を形成している。コイル９４５は、そこに流れる電流によってジュール熱を発生するための所定の抵抗値を有している。コイル９４５は、永久磁石９４４から供給される磁束と鎖交するように配置されている。
【００７３】
フロート３１が上下に移動すると、コイル９４５に鎖交する磁束が変化する。この結果、コイル９４５には起電力が生じ、コイル９４５には電流が流れる。コイル９４５に流れる電流はコイル９４５それ自身を発熱させる。コイル９４５の熱はフロート３１に伝熱し、フロート３１を加熱する。フロート３１に設けられたコイル９４５と、コイル９４５に鎖交する磁束を供給する永久磁石９４４とによって電磁的な加熱部が提供される。
【００７４】
この構成によると、フロート３１の温度低下が抑制される。よって、水蒸気からフロート３１への熱伝達が抑制される。また、フロート３１の上下方向への移動を利用してフロート３１の温度低下を抑制することができる。
【００７５】
（他の実施形態）
以上、開示された発明の好ましい実施形態について説明したが、開示された発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、開示された発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。開示された発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００７６】
例えば、図示の例では、上部管２１内に上から高温高圧の水蒸気ＳＴＭが供給された。これに代えて、上部管２１に加熱器を設け、上部管２１内において水蒸気を加熱してもよい。
【００７７】
図示の例では、フロート３１を案内する案内機構３０を設けた。これに代えて、案内機構３０を設けることなくフロート３１を上部管２１と中部管２２との内部に配置してもよい。
【００７８】
図示の例では、永久磁石９４４をガイドロッド３３内に設けた。これに代えて、永久磁石９４４を、上部管２１または中部管２２の内部または外部に設けてもよい。かかる構成においても、フロート３１内のコイル９４５に鎖交する磁束を供給することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１  発電システム、  ２  熱源、  ３  発電機、  ４  熱機関、
１０  弁部、  ２０  液柱部、３０  案内機構、  ６０  変換部、
２１  上部管、  ２２  中部管、  ２４  座面、  ２５  排出孔、
３１  フロート、  ３２  貫通穴、  ３３  ガイドロッド、
５１  下部管、  ６１  シリンダ、  ６２  ピストン、
２３１  フロート、  ３３１  フロート、
４３３  ガイドロッド、  ４３６  ガイドリング、  ５３９  緩衝部材、
６２４  座面、  ７２４  座面、  ８３３  ガイドロッド、  ８４１  蒸気通路、
９４４  永久磁石、  ９４５  コイル。
【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】
2013217280.tif 000012
【図１１】
2013217280.tif 000013
【図１２】
2013217280.tif 000014
【図１３】
2013217280.tif 000015
【図１４】
2013217280.tif 000016
【図１５】
2013217280.tif 000017
【図１６】
2013217280.tif 000018
【図１７】
2013217280.tif 000019
【図１８】
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