(57)【要約】【課題】冷却器における冷却水の沸騰を抑制する。【解決手段】加熱器１２は、熱機関１の廃熱を加熱源として作動媒体を加熱して蒸発させるようになっており、冷却器１３は、熱機関１を冷却する冷却用流体を冷却源として作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させるようになっており、冷却用流体から外部に放熱される熱量が作動媒体から冷却用流体に伝わる熱量よりも小さくなったときに加熱部１２ａの温度Ｔｈを低下させる加熱部温度低下手段を備える。これにより、冷却器１３における冷却用流体の温度Ｔｗの上昇を抑制することができるので、冷却器１３における冷却水の沸騰を抑制することができる。【選択図】図１
2009203903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体が液体状態で流動可能に封入された管状の容器（１１）と、
前記容器（１１）の一端部と連通する加熱部（１２ａ）を有し、前記加熱部（１２ａ）にて前記作動媒体を加熱して蒸発させる加熱器（１２）と、
前記容器（１１）の中間部に配置され、前記加熱器（１２）により発生した前記作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させる冷却器（１３）と、
前記容器（１１）の他端部と連通し、前記作動媒体の蒸発と凝縮に伴う前記作動媒体の体積変動によって生じる前記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出力部（１４）とを備え、
前記加熱器（１２）は、熱機関（１）の廃熱を加熱源として前記作動媒体を加熱して蒸発させるようになっており、
前記冷却器（１３）は、前記熱機関（１）を冷却する冷却用流体を冷却源として前記作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させるようになっており、
前記冷却用流体から外部に放熱される熱量が前記作動媒体から前記冷却用流体に伝わる熱量よりも小さくなったときに前記加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）を低下させる加熱部温度低下手段を備えることを特徴とする外燃機関。
【請求項２】
前記加熱部温度低下手段は、前記冷却器（１３）に前記冷却用流体を循環させるポンプ手段（２１、３１）を有してい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】
前記加熱部温度低下手段は、前記熱機関（１）の廃熱量、前記加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）および前記冷却用流体の温度（Ｔｗ）の少なくとも１つに基づいて前記ポンプ手段（２１、３１）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】
前記ポンプ手段（２１）は電力により駆動されることを特徴とする請求項２または３に記載の外燃機関。
【請求項５】
前記ポンプ手段（３１）は、前記出力部（１４）からの出力によって駆動されるように前記出力部（１４）に連結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６】
前記冷却用流体の流路長が短くなるように、前記熱機関（１）を迂回して前記冷却用流体を流通させるバイパス流路（２０）を備え、
前記バイパス流路（２０）には、前記ポンプ手段（２１、３１）と、前記冷却用流体の有する熱を外部に放出する放熱手段（２２）とが設けられていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項７】
前記放熱手段（２２）には、前記冷却用流体から放出された熱を蓄える蓄熱材が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の外燃機関。
【請求項８】
前記加熱部温度低下手段は、前記加熱器（１２）を外部から冷却することによって前記加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）を低下させる冷却手段（４０、４１）を有していることを特徴とする請求項１に記載の外燃機関。
【請求項９】
前記冷却手段（４０）は、前記加熱器（１２）に送風する手段であることを特徴とする請求項８に記載の外燃機関。
【請求項１０】
前記冷却手段（４１）は、前記加熱器（１２）に水をかける手段であることを特徴とする請求項８に記載の外燃機関。
【請求項１１】
前記加熱部温度低下手段は、前記冷却用流体から外部に放熱される熱量が前記作動媒体から前記冷却用流体に伝わる熱量よりも小さくなったことを、少なくとも前記加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）に基づいて判定する判定手段（Ｓ１００、Ｓ３００）を有していることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の外燃機関。
【請求項１２】
前記判定手段（Ｓ１００、Ｓ３００）は、前記熱機関（１）が停止した状態にあり、かつ、前記加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）が前記冷却用流体の沸点を超えているときに、前記冷却用流体から外部に放熱される熱量が前記作動媒体から前記冷却用流体に伝わる熱量よりも小さくなっているとみなすことを特徴とする請求項１１に記載の外燃機関。
【請求項１３】
前記判定手段（Ｓ３００）は、前記加熱部（１２ａ）内部の圧力に基づいて前記加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）を算出することを特徴とする請求項１１または１２に記載の外燃機関。
【請求項１４】
前記判定手段（Ｓ３００）は、前記加熱器（１２）から放射される輻射熱に基づいて前記加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）を算出することを特徴とする請求項１１または１２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、作動媒体の蒸発と凝縮によって作動媒体の液体部分を変位させ、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、この種の外燃機関は、液体ピストン蒸気エンジンとも呼ばれ、管状の容器内に作動媒体を液相状態で流動可能に封入し、容器の一端部（加熱部）に配置された加熱器によって液相状態の作動媒体の一部を加熱して蒸発させ、容器の中間部（冷却部）に配置された冷却器によって作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させ、この作動媒体の蒸発と凝縮によって作動媒体の液体部分を周期的に変位（いわゆる自励振動）させ、容器の他端部と連通する出力部にて、この作動媒体の自励振動を機械的エネルギとして取り出すように構成されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】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】
【０００３】
ところで、特願２００７−１７４０６５号（以下、先願例と言う。）には、液体ピストン蒸気エンジンを、車両に搭載される発電装置に適用することが提案されている。この先願例では、車両の走行用エンジンである水冷式内燃機関（Ｅ／Ｇ）の排気ガスを加熱器の加熱源として利用して作動媒体を加熱することで、水冷式内燃機関の廃熱を回収して発電に利用する発電装置を構成している。
【０００４】
また、この先願例では、水冷式内燃機関の冷却水を液体ピストン蒸気エンジンの冷却器に循環させることで、水冷式内燃機関の冷却水循環回路と液体ピストン蒸気エンジンの冷却水循環回路とを共用化して構成の簡素化を図っている。
【０００５】
この先願例によると、車両のイグニッションスイッチ（Ｉ／Ｇ）がＯＦＦに操作されて水冷式内燃機関が停止すると、排気ガスが発生しなくなる。そのため、液体ピストン蒸気エンジンは、水冷式内燃機関の停止直後は加熱器に蓄えられた余熱によって加熱部が高温になっているが、その後徐々に加熱部の温度が低下して作動媒体を十分に加熱することができなくなり、液体ピストン蒸気エンジンの作動が停止するに至ることとなる。
【０００６】
しかしながら、一般的に、水冷式内燃機関の冷却水循環回路では、冷却水を循環させるウォーターポンプが水冷式内燃機関の動力によって駆動されるようになっているので、水冷式内燃機関が停止するとウォーターポンプも停止して冷却水の循環が止まってしまい、冷却水からの放熱量が極めて少なくなる。
【０００７】
そして、図７に示すように、水冷式内燃機関の停止後において、余熱をもった加熱器から冷却器内の冷却水に伝わる熱量が、冷却水からの放熱量よりも多い場合には、冷却器内の冷却水の温度が上昇してしまう。
【０００８】
その結果、冷却器内の冷却水の温度が沸点以上まで上昇するに至ってしまうと、冷却器内の冷却水が沸騰することによって冷却水循環回路の内圧が異常に上昇してしまい、最悪の場合、冷却水循環回路の各種配管および機器が破損して冷却水漏れを引き起こしてしまうという問題がある。
【０００９】
なお、この問題は、水冷式内燃機関の停止後のみならず、水冷式内燃機関が高負荷状態から急に低負荷状態になったときにも同様に発生する虞がある。すなわち、ウォーターポンプが水冷式内燃機関の動力により駆動されることから、水冷式内燃機関の廃熱量が多い高負荷状態から冷却水の循環量が少ない低負荷状態に急になると冷却水の循環量が不足して冷却器内の冷却水の温度が上昇してしまうためである。
【００１０】
また、この問題は、液体ピストン蒸気エンジンを車両に搭載される発電装置に適用した場合、すなわち、水冷式内燃機関（車両の走行用エンジン）の排気ガスを加熱源として作動媒体を加熱して蒸発させ、水冷式内燃機関を冷却する冷却水を冷却源として作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させる場合のみならず、種々の熱機関の廃熱を加熱源として作動媒体を加熱して蒸発させ、当該熱機関を冷却する冷却用流体を冷却源として作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させる場合にも同様に発生する虞がある。
【００１１】
本発明は、上記点に鑑み、冷却器における冷却水の沸騰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】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、作動媒体が液体状態で流動可能に封入された管状の容器（１１）と、
容器（１１）の一端部と連通する加熱部（１２ａ）を有し、加熱部（１２ａ）にて作動媒体を加熱して蒸発させる加熱器（１２）と、
容器（１１）の中間部に配置され、加熱器（１２）により発生した作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させる冷却器（１３）と、
容器（１１）の他端部と連通し、作動媒体の蒸発と凝縮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出力部（１４）とを備え、
加熱器（１２）は、熱機関（１）の廃熱を加熱源として作動媒体を加熱して蒸発させるようになっており、
冷却器（１３）は、熱機関（１）を冷却する冷却用流体を冷却源として作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させるようになっており、
冷却用流体から外部に放熱される熱量が作動媒体から冷却用流体に伝わる熱量よりも小さくなったときに加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）を低下させる加熱部温度低下手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、冷却器（１３）における冷却用流体の温度（Ｔｗ）の上昇を抑制することができるので、冷却器（１３）における冷却水の沸騰を抑制することができる。
【００１４】
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、加熱部温度低下手段は、冷却器（１３）に冷却用流体を循環させるポンプ手段（２１、３１）を有していることを特徴とする。
【００１５】
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、加熱部温度低下手段は、熱機関（１）の廃熱量、加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）および冷却用流体の温度（Ｔｗ）の少なくとも１つに基づいてポンプ手段（２１、３１）を制御することを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の外燃機関において、ポンプ手段（２１）は電力により駆動されることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、請求項２に記載の外燃機関において、ポンプ手段（２１）は、出力部（１４）からの出力によって駆動されるように出力部（１４）に連結されてい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２ないし５のいずれか１つに記載の外燃機関において、冷却用流体の流路長が短くなるように、熱機関（１）を迂回して冷却用流体を流通させるバイパス流路（２０）を備え、
バイパス流路（２０）には、ポンプ手段（２１）と、冷却用流体の有する熱を外部に放出する放熱手段（２２）とが設けられていることを特徴とする。
【００１９】
これによると、冷却用流体の流路長が短くなるので、ポンプ手段（２１）の駆動動力を低減することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の外燃機関において、放熱手段（２２）には、冷却用流体から放出された熱を蓄える蓄熱材が設けられていることを特徴とする。これによると、蓄熱材により熱の有効利用を図ることができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明では、請求項１に記載の外燃機関において、加熱部温度低下手段は、加熱器（１２）を外部から冷却する冷却手段（４０、４１）を有していることを特徴とする。
【００２２】
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の外燃機関において、冷却手段（４０）は、加熱器（１２）に送風する手段であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０に記載の発明では、請求項８に記載の外燃機関において、冷却手段（４１）は、加熱器（１２）に水をかける手段であることを特徴とする。
【００２４】
請求項１１に記載の発明では、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の外燃機関において、加熱部温度低下手段は、冷却用流体から外部に放熱される熱量が作動媒体から冷却用流体に伝わる熱量よりも小さくなったことを、少なくとも加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）に基づいて判定する判定手段（Ｓ１００、Ｓ３００）を有していることを特徴とする。
【００２５】
請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の外燃機関において、判定手段（Ｓ１００、Ｓ３００）は、熱機関（１）が停止した状態にあり、かつ、加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）が冷却用流体の沸点を超えているときに、冷却用流体から外部に放熱される熱量が作動媒体から冷却用流体に伝わる熱量よりも小さくなっているとみなすことを特徴とする。
【００２６】
なお、本発明における「加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）が冷却用流体の沸点を超えているとき」とは、加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）が冷却用流体の沸点を厳密に超えているときのみを意味するものではなく、加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）が冷却用流体の沸点近傍の温度を超えているときをも含む意味のものである。
【００２７】
請求項１３に記載の発明では、請求項１１または１２に記載の外燃機関において、判定手段（Ｓ３００）は、加熱部（１２ａ）内部の圧力に基づいて加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）を算出することを特徴とする。
【００２８】
請求項１４に記載の発明では、請求項１１または１２に記載の外燃機関において、判定手段（Ｓ３００）は、加熱器（１２）から放射される輻射熱に基づいて加熱部（１２ａ）の温度（Ｔｈ）を算出することを特徴とする。
【００２９】
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】
【００３０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、本発明による外燃機関（液体ピストン蒸気エンジン）を、車両に搭載される発電装置に適用したものである。図１は本実施形態による車両用発電装置の模式的な全体構成図である。
【００３１】
まず、液体ピストン蒸気エンジン１０の概要を簡単に説明する。液体ピストン蒸気エンジン１０は、作動媒体（本例では、水）が液体状態で流動可能に封入された管状の容器１１と、作動媒体を加熱して蒸発させる加熱器１２と、加熱器１２によって蒸発した作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させる冷却器１３と、作動媒体の蒸発と凝縮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出力部１４とに大別される。
【００３２】
本例では、容器１１を複数本（図１の例では、３本）並列に配置し、いわゆる複気筒型の液体ピストン蒸気エンジンを構成しているが、容器１１を１本のみ配置して、いわゆる単気筒型の液体ピストン蒸気エンジンを構成するようにしてもよい。
【００３３】
加熱器１２は、車両の走行用エンジンである水冷式内燃機関（熱機関）１の排気ガスと熱交換する熱交換器であり、容器１１の一端部に配置されている。加熱器１２の内部には、容器１１と連通する空間が形成されており、この空間は水冷式内燃機関１の排気ガスを加熱源として作動媒体を加熱する加熱部１２ａを構成している。
【００３４】
冷却器１３は、水冷式内燃機関１を冷却する冷却水（冷却用流体）が内部を循環することで作動媒体の蒸気を冷却するものであり、容器１１の中間部が貫通するように配置されている。したがって、容器１１の中間部は、作動媒体を冷却する冷却部を構成している。
【００３５】
出力部１４は、作動媒体の液体部分の往復変位（直線運動）を回転運動に変換して出力軸１４ａから出力するものであり、例えば、ピストン、クランク軸等からなる膨張機で構成することができる。また、直線運動に切り替えるために、リニアモータも使用可能である。
【００３６】
出力部１４の出力軸１４ａには、モータージェネレータ１５が連結されている。このモータージェネレータ１５は、液体ピストン蒸気エンジン１０の作動時には出力部１４からの出力によって発電して蓄電池１６を充電することができ、液体ピストン蒸気エンジン１０の停止時には蓄電池１６から電力の供給を受けて出力部１４の出力軸１４ａを駆動することができる。
【００３７】
例えば、液体ピストン蒸気エンジン１０の始動時には、モータージェネレータ１５が、液体ピストン蒸気エンジン１０を始動するためのスタータとして機能する。本例では、蓄電池１６として、車両に搭載される既存のバッテリー（図示せず）を用いているが、既存のバッテリーとは別個の専用の蓄電池を用いてもよい。
【００３８】
次に、水冷式内燃機関１を冷却する冷却水の循環回路（以下、冷却水循環回路と言う。）について説明する。冷却水循環回路は、水冷式内燃機関１から流出した冷却水のもつ熱量を外部（外気）に放熱させるラジエータ回路２と、水冷式内燃機関１から流出した冷却水のもつ熱量によって車室内空調空気を加熱するヒータ回路３とに大別される。
【００３９】
ラジエータ回路２には、冷却水と外気との熱交換によって冷却水を冷却するラジエータ４が配置されている。ラジエータ４に送風する電動送風ファン５は、上述のバッテリーから供給される電力によって駆動される。
【００４０】
ヒータ回路３には、車両用空調装置のヒータコア６が配置されている。このヒータコア６は、冷却水と車室内空調空気との熱交換によって車室内空調空気を加熱する加熱用熱交換器である。ヒータ回路３は、水冷式内燃機関１の冷却水入口側にてラジエータ回路２と合流するようになっている。
【００４１】
水冷式内燃機関１の冷却水入口側には、ラジエータ回路２およびヒータ回路３に冷却水を循環させるウォーターポンプ７が配置されている。このウォーターポンプ７は水冷式内燃機関１の動力により駆動される。
【００４２】
ラジエータ回路２のうちヒータ回路３との合流部よりも上流側には、ラジエータ回路２を流通する冷却水の流量とヒータ回路３を流通する冷却水の流量との流量割合を調節するサーモスタット８が配置されている。
【００４３】
ヒータ回路３において、水冷式内燃機関１とヒータコア６との間に、液体ピストン蒸気エンジン１０の冷却器１３が配置されている。また、ヒータ回路３において、冷却器１３の冷却水入口側と冷却水出口側との間には、バイパス流路２０が設けられている。
【００４４】
このバイパス流路２０は、冷却器１３の冷却水出口部から流出した冷却水を、水冷式内燃機関１およびヒータコア６等を迂回させて冷却器１３の冷却水入口部に向かって流通させる迂回路であり、ヒータ回路３における冷却水流路長を短縮するように設けられている。
【００４５】
バイパス流路２０には、バイパス流路２０に冷却水を流通させる補助ウォーターポンプ（ポンプ手段）２１と、冷却水と外気との熱交換によってバイパス流路２０を流れる冷却水を冷却する補助ラジエータ（放熱手段）２２とが配置されている。
【００４６】
補助ウォーターポンプ２１は、蓄電池１６から供給される電力によって駆動される電動ウォーターポンプである。補助ラジエータ２２に送風する電動送風ファン２３も蓄電池１６から供給される電力によって駆動される。補助ウォーターポンプ２１および補助ラジエータ２２の電動送風ファン２３は、図示しない電子制御装置によって制御される。
【００４７】
詳細は後述するが、これらバイパス流路２０、補助ウォーターポンプ２１、補助ラジエータ２２、電動送風ファン２３および電子制御装置は、冷却水から外部（外気）に放熱される熱量が作動媒体から冷却水に伝わる熱量よりも小さくなったときに加熱部１２ａの温度（以下、加熱部温度と言う。）Ｔｈを低下させる加熱部温度低下手段を構成する。なお、加熱部温度低下手段の具体的構成は、これに限定されるものではなく、後述するように種々変形が可能である。
【００４８】
ヒータ回路３には、冷却水流路を開閉する電気式の開閉弁２４〜２７が配置されている。具体的には、バイパス流路２０の分岐部３ａとヒータコア６との間、バイパス流路２０の合流部３ｂと水冷式内燃機関１との間、バイパス流路２０の入口部およびバイパス流路２０の出口部に配置されている。
【００４９】
これら開閉弁２４〜２７の作動も電子制御装置によって制御される。本例では、上述したウォーターポンプ７およびラジエータ４の電動送風ファン５も電子制御装置によって制御される。
【００５０】
電子制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種機器の作動を制御する。
【００５１】
この電子制御装置の入力側には、加熱部温度Ｔｈを検出する加熱部温度センサ２８、水冷式内燃機関１の冷却水出口側における冷却水温度Ｔｗを検出する冷却水温センサ２９、および水冷式内燃機関１の冷却水出口側における冷却水流量Ｆｗを検出する冷却水流量センサ３０からの検出信号が入力される。
【００５２】
加熱部温度センサ２８は、加熱部１２ａに配置されている。冷却水温センサ２９および冷却水流量センサ３０は、ヒータ回路３において水冷式内燃機関１の冷却水出口側に配置されている。
【００５３】
加熱部温度センサ２８としては熱電対を用いることができる。加熱部温度センサ２８で加熱部温度Ｔｈを検出する代わりに、加熱部１２ａの内圧を検出する圧力センサを設け、電子制御装置が加熱部１２ａの内圧に基づいて加熱部温度Ｔｈを算出するようにしてもよい。また、加熱器１２から放射される輻射熱を検出する輻射熱センサを設け、電子制御装置が加熱器１２から放射される輻射熱に基づいて加熱部温度Ｔｈを算出するようにしてもよい。
【００５４】
次に、上記構成における本実施形態の作動を説明する。車両用発電装置の作動は、水冷式内燃機関１の作動時に行われる通常運転モードと、水冷式内燃機関１の停止後に行われる冷却モードとに大別される。
【００５５】
通常運転モードは、水冷式内燃機関１の排気ガスのもつ廃熱を回収して発電を行うものであり、第１、第２冷却モードは、水冷式内燃機関１の停止後に液体ピストン蒸気エンジン１０を冷却するものである。
【００５６】
通常運転モードでは、液体ピストン蒸気エンジン１０において、加熱器１２が水冷式内燃機関１の排気ガスを加熱源として作動媒体を加熱して蒸発させる。これにより、容器１１の一端側に高温・高圧の作動媒体の蒸気が蓄積され、作動媒体の液体部分が容器１１の他端側（出力部１４側）に押し出されて変位する。
【００５７】
ここで、水冷式内燃機関１の作動時には、ウォーターポンプ７が駆動されてヒータ回路３に冷却水が循環している。このため、容器１１の一端側に蓄積された作動媒体１４の蒸気が容器１１の中間部（冷却器１３の配置部位）まで到達すると、冷却器１３内を循環する冷却水によって作動媒体の蒸気が冷却されて凝縮される。これにより、作動媒体の蒸気によって出力部１４側に押し出されていた作動媒体の液体部分が加熱器１２側に押し戻される。
【００５８】
こうした動作は、加熱器１２及び冷却器１３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内の作動媒体は周期的に変位（いわゆる自励振動）する。作動媒体の自励振動（直線運動）は、出力部１４において出力軸１４ａの回転運動に変換されて出力され、これによりモータージェネレータ１５にて発電が行われて蓄電池１６が充電される。
【００５９】
冷却モードは、さらに、第１冷却モードと第２冷却モードとに大別される。第１冷却モードでは、加熱器１２に蓄えられた余熱で液体ピストン蒸気エンジン１０を作動させて出力部１４から出力を取り出し、この出力を用いてモータージェネレータ１５で発電を行う。このとき、冷却水がバイパス流路２０のみを流通して水冷式内燃機関１およびヒータコア６側へは流通しないように、電子制御装置が開閉弁２４〜２７を作動させる。
【００６０】
そして、モータージェネレータ１５で発電された電力によって補助ウォーターポンプ２１を駆動して、冷却器１３に冷却水を循環させる。これと同時に、補助ラジエータ２２の電動送風ファン２３も、モータージェネレータ１５で発電された電力によって駆動される。これにより、冷却器１３で作動媒体が冷却され、加熱器１２の余熱が徐々に奪われて加熱部温度Ｔｈが徐々に低下する。
【００６１】
第２冷却モードでは、蓄電池１６から供給される電力によってモータージェネレータ１５を駆動することにより、出力部１４の出力軸１４ａを駆動して容器１１内の作動媒体を強制的に変位させる。これと同時に、補助ウォーターポンプ２１および補助ラジエータ２２の電動送風ファン２３も蓄電池１６から供給される電力によって駆動する。
【００６２】
これにより、冷却器１３で作動媒体が冷却され、冷却された作動媒体が加熱部１２ａに進入することで加熱器１２を冷却するので、加熱器１２の余熱がさらに奪われて加熱部温度Ｔｈがさらに低下する。
【００６３】
これら通常運転モード、第１、第２冷却モードの切替制御を図２、図３に基づいて説明する。図２は、電子制御装置が実行する制御処理の概要を示すフローチャートであり、この制御処理は、図示しない車両始動スイッチ（イグニッションスイッチ）が投入（ＯＮ）されるとスタートする。
【００６４】
まず、ステップＳ１００では水冷式内燃機関１が作動しているか否かを判定する。なお、ステップＳ１００および後述するステップＳ３００は、本発明における判定手段に該当するものである。
【００６５】
ステップＳ１００において、水冷式内燃機関１が作動している（ＯＮ）と判定した場合には、ステップＳ２００へ進み、上述した通常運転モードを実行する。ステップＳ１００において、水冷式内燃機関１が停止している（ＯＦＦ）と判定した場合には、ステップＳ３００へ進み、加熱部温度Ｔｈが第１の所定温度Ｔｂを超えているか否かを判定する。
【００６６】
ここで、第１の所定温度Ｔｂとしては、例えば、冷却水の沸点または沸点近傍の温度を設定することができる。冷却水の沸点近傍の温度としては、冷却水循環回路の内圧が耐圧性能上の上限圧力になるときの温度を設定することができる。
【００６７】
ステップＳ３００において、加熱部温度Ｔｈが第１の所定温度Ｔｂを超えていると判定した場合には、ステップＳ４００へ進み、上述した冷却モードに移行する。ステップＳ３００において加熱部温度Ｔｈが第１の所定温度Ｔｂ以下であると判定した場合には、冷却モードを行うことなく制御処理を終了する。
【００６８】
図３は、冷却モード時に電子制御装置が実行する制御処理の概要を示すフローチャートである。冷却モードでは、まず、ステップＳ４１０にて、加熱部温度Ｔｈが第２の所定温度Ｔｏを超えているか否かを判定する。ここで、第２の所定温度Ｔｏとしては、液体ピストン蒸気エンジン１０から出力を取り出すことが可能な下限温度を設定する。
【００６９】
すなわち、液体ピストン蒸気エンジン１０は、加熱部温度Ｔｈがある温度未満になると作動媒体の自励振動を維持することができなくなり、出力を取り出すことができなくなる。そこで、作動媒体の自励振動を維持でき、出力を取り出すことができる加熱部温度Ｔｈの下限値を第２の所定温度Ｔｏとして設定する。なお、第２の所定温度Ｔｏは、第１の所定温度Ｔｂよりも高い温度である（Ｔｏ＞Ｔｂ）。
【００７０】
ステップＳ４１０において、加熱部温度Ｔｈが第２の所定温度Ｔｏを超えていると判定した場合には、ステップＳ４２０へ進み、上述した第１冷却モードを行う。第１冷却モードは、ステップＳ４１０において加熱部温度Ｔｈが第２の所定温度Ｔｏ以下と判定されるまで行われる。
【００７１】
ステップＳ４１０において、加熱部温度Ｔｈが第２の所定温度Ｔｏ以下であると判定した場合には、ステップＳ４３０へ進み、上述した第２冷却モードに移行する。第２冷却モードは、ステップＳ４４０において、加熱部温度Ｔｈが第１の所定温度Ｔｂ以下であると判定と判定されるまで行われる。
【００７２】
そして、ステップＳ４４０において加熱部温度Ｔｈが第１の所定温度Ｔｂ以下であると判定されると第２冷却モードを終了し、冷却モード自体を終了する。
【００７３】
図４は、本実施形態における制御の一例を示すタイミングチャートである。なお、図４における放熱量は、加熱器１２から回収して外部（外気）に放熱された熱量を意味している。また、図４における冷却水温度は、冷却器１３内の冷却水の温度を意味している。
【００７４】
図４からわかるように、本実施形態によると、水冷式内燃機関１が停止したときに加熱部温度Ｔｈが第１の所定温度Ｔｂ（例えば、冷却水の沸点）を超えていると第１、第２冷却モードを行うので、水冷式内燃機関１が停止しても加熱部温度Ｔｈが第１の所定温度Ｔｂ以下になるまで液体ピストン蒸気エンジン１０の冷却器１３に冷却水が循環し続けることとなる。
【００７５】
このため、水冷式内燃機関１の停止後において、余熱をもった加熱器１２が速やかに冷却されて加熱部温度Ｔｈが速やかに低下することとなる。その結果、水冷式内燃機関１の停止後において、液体ピストン蒸気エンジン１０の加熱器１２に蓄えられた余熱によって冷却器１３内の冷却水の温度が上昇してしまうことを抑制できる。
【００７６】
すなわち、本実施形態は、水冷式内燃機関１が停止した状態にあり、かつ、加熱部温度Ｔｈが第１の所定温度Ｔｂ（例えば、冷却水の沸点）を超えているときに、冷却水から外部（外気）に放熱される熱量が作動媒体から冷却水に伝わる熱量よりも小さくなっているとみなし、上述した加熱部温度低下手段で加熱部１２ａの温度Ｔｈを低下させている。
【００７７】
このため、冷却器１３内の冷却水の温度が沸点以上まで上昇して冷却水が沸騰してしまうことを抑制することができる。その結果、冷却水の沸騰により冷却水循環回路の内圧が異常に上昇して冷却水循環回路の各種配管および機器が破損し、冷却水漏れに至るという不具合を防止することができる。
【００７８】
また、第１冷却モードでは、加熱器１２の余熱によって液体ピストン蒸気エンジン１０から出力を取り出すので、第１、第２冷却モードにおける補助ウォーターポンプ２１および補助ラジエータ２２の電動送風ファン２３の駆動動力の一部または全部を液体ピストン蒸気エンジン１０から出力によって賄うことができる。このため、第１、第２冷却モードにおいて蓄電池１６から供給される電力量を低減することができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００７９】
しかも、第１、第２冷却モードでは、冷却水が水冷式内燃機関１およびヒータコア６等を迂回してバイパス流路２０を流通することによって冷却水の流路長が短縮されるので、補助ウォーターポンプ２１の駆動動力を低減することができ、より省エネルギー化を図ることができる。
【００８０】
また、図４に示すように、第１、第２冷却モードにおいて、加熱部温度Ｔｈが低下するにつれて補助ウォーターポンプ２１の駆動動力を低減するようにすれば、一層省エネルギー化を図ることができる。このことは、補助ウォーターポンプ２１の駆動動力のみならず、補助ラジエータ２２の電動送風ファン２３の駆動動力についても同様である。
【００８１】
なお、本実施形態では、第１冷却モードにおいて、出力部１４から取り出された出力でモータージェネレータ１５による発電を行うようになっているが、変形例として、第１冷却モードにおいて、出力部１４から出力を取り出してもモータージェネレータ１５による発電を行わないようにしてもよい。
【００８２】
すなわち、出力部１４から出力を取り出しているにも関わらずモータージェネレータ１５による発電を行わない場合には、出力部１４が無負荷になるので、液体ピストン蒸気エンジン１０の作動周波数が高くなる。
【００８３】
そのため、この変形例では、第１冷却モードにおける液体ピストン蒸気エンジン１０の作動周波数を高くすることができるので、加熱部１２ａから作動媒体が奪う熱量が増大し冷却器１３における作動媒体の冷却が促進されて、加熱部温度Ｔｈを短時間で低下させることができる。その結果、冷却モードを行う時間を短縮することができる。
【００８４】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、補助ウォーターポンプ２１および補助ラジエータ２２の電動送風ファン２３が蓄電池１６から供給される電力によって駆動されるようになっているが、本第２実施形態では、図５に示すように、補助ウォーターポンプ３１および補助ラジエータ２２の電動送風ファン３２が出力部１４の出力軸１４ａに連結されている。
【００８５】
これにより、補助ウォーターポンプ３１および補助ラジエータ２２の電動送風ファン３２が出力部１４からの出力によって直接駆動される。
【００８６】
本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
（第３実施形態）
上記各実施形態では、水冷式内燃機関１の停止後において、冷却器１３に冷却水を循環させることによって冷却器１３における冷却水の沸騰を抑制しているが、本第３実施形態では、図６に示すように、水冷式内燃機関１の停止後において、加熱器１２を外部から冷却することによって冷却器１３における冷却水の沸騰を抑制している。
【００８８】
図６は、本実施形態における車両用発電装置の概略構成図である。液体ピストン蒸気エンジン１０の加熱器１２は、水冷式内燃機関１の排気ガスが流れる排気パイプ４０の途中に配置されている。
【００８９】
本実施形態では、加熱器１２を外部から冷却する冷却手段として、ラジエータ４の電動送風ファン５による送風空気を加熱器１２に導入する導風路（図示せず）と、加熱器１２に直接送風する電動送風ファン４０と、加熱器１２に水をかける放水機構４１とが設けられている。
【００９０】
本例では、電動送風ファン４０は、蓄電池１６から供給される電力によって駆動されるようになっている。放水機構８２は、図示しない水タンクと、水タンク内の水を加熱器１２へ向けて噴射するインジェクタ４１ａとを有している。電動送風ファン４０およびインジェクタ４１ａは上述した電子制御装置によって制御される。
【００９１】
これらの手段による加熱器１２の冷却は、水冷式内燃機関１が停止したときに加熱部温度Ｔｈが第１の所定温度Ｔｂを超えていると開始され、加熱部温度Ｔｈが第１の所定温度Ｔｂ以下に低下すると停止する。これにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
以上の説明からわかるように、本実施形態では、上述した加熱部温度低下手段が、加熱器１２を外部から冷却する冷却手段によって構成されている。なお、加熱器１２を外部から冷却する冷却手段として、必ずしも上記した導風路、電動送風ファン４０および放水機構４１の全てを設ける必要はなく、これらのうち少なくとも１つを設ければよい。
【００９３】
（他の実施形態）
なお、上記第１、第２実施形態では、補助ラジエータ２２に送風する電動送風ファン２３を配置しているが、電動送風ファン２３を廃止してもよい。この場合には、蓄熱材を補助ラジエータ２２に配置してもよい。これにより、電動送風ファン２３の廃止に伴う放熱性能の低下を回避できるとともに、冷却水で回収した熱を有効利用することができる。
【００９４】
また、上記各実施形態では、バイパス流路２０に補助ウォーターポンプ２１を補助ラジエータ２２を配置しているが、バイパス流路２０を廃止して、ヒータ回路３の主回路に補助ウォーターポンプ２１を補助ラジエータ２２を配置するようにしてもよい。
【００９５】
また、上記各実施形態では、ヒータ回路３に液体ピストン蒸気エンジン１０の冷却器１３を配置しているが、ラジエータ回路２に液体ピストン蒸気エンジン１０の冷却器１３を配置してもよい。この場合には、第１、第２冷却モードにおいて、冷却水からの放熱ヒータ回路３のラジエータ４によって行うことができるので、補助ラジエータ２２を廃止することができる。
【００９６】
また、上記各実施形態では、水冷式内燃機関１の停止後のみ加熱部温度Ｔｈを低下させて冷却器１３における冷却水の沸騰を抑制しているが、水冷式内燃機関１が高負荷状態から急に低負荷状態になったときにも上記各実施形態と同様に加熱部温度Ｔｈを低下させて冷却器１３における冷却水の沸騰を抑制するようにしてもよい。
【００９７】
すなわち、上記各実施形態ではウォーターポンプ７が水冷式内燃機関１の動力により駆動されるので、水冷式内燃機関１の廃熱量が多い高負荷状態から冷却水の循環量が少ない低負荷状態に急になると冷却水の循環量が不足して冷却器１３で冷却水が沸騰してしまう虞があるためである。
【００９８】
また、上記各実施形態では、ウォーターポンプ７が水冷式内燃機関１の動力により駆動されるようになっているが、ウォーターポンプ７として電動ウォーターポンプを採用し、水冷式内燃機関１の停止後に蓄電池１６から供給される電力によってこのウォーターポンプ７を駆動するようにすれば、上記各実施形態と同様に、冷却器１３における冷却水の沸騰を抑制することができる。
【００９９】
この場合には、上記各実施形態におけるバイパス流路２０、補助ウォーターポンプ２１、補助ラジエータ２２、電動送風ファン４０および放水機構４１等を廃止することができる。
【０１００】
また、上記各実施形態は、車両の走行用エンジンである水冷式内燃機関１の排気ガスを加熱源として作動媒体を加熱して蒸発させ、水冷式内燃機関１の冷却水を冷却源として作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させるように外燃機関が構成されているが、これに限定されることなく、種々の熱機関の廃熱を加熱源として作動媒体を加熱して蒸発させ、当該熱機関を冷却する種々の冷却用流体（例えば、オイル等）を冷却源として作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させるように外燃機関を構成してもよい。
【０１０１】
また、上記各実施形態は、液体ピストン蒸気エンジン１０の構成の一例を示したものに過ぎず、例えば上記特許文献１に示すように、液体ピストン蒸気エンジン１０の構成を種々変更可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１実施形態における車両用発電装置の模式的な全体構成図である。
【図２】第１実施形態の電子制御装置が実行する制御処理の概要を示すフローチャートである。
【図３】図２の冷却モード時に電子制御装置が実行する制御処理の概要を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態における制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図５】第２実施形態における車両用発電装置の模式的な全体構成図である。
【図６】第３実施形態における車両用発電装置の概略構成図である。
【図７】先願例の問題点を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０３】
１      水冷式内燃機関（熱機関）
１１    容器
１２    加熱器
１２ａ  加熱部
１３    冷却器
１４    出力部
２０    バイパス流路
２１    補助ウォーターポンプ（ポンプ手段）
２２    補助ラジエータ（放熱手段）
【図１】
2009203903.tif 000003
【図２】
2009203903.tif 000004
【図３】
2009203903.tif 000005
【図４】
2009203903.tif 000006
【図５】
2009203903.tif 000007
【図６】
2009203903.tif 000008
【図７】
2009203903.tif 000009