(57)【要約】【課題】出力および効率を維持しつつ、容器の破損を防止する。【解決手段】複数本の分岐管１３１〜１３４のうち集合管１２と反対側の端部に配置され、作動媒体１１を加熱して蒸発させる加熱器１５と、複数本の分岐管１３１〜１３４のうち加熱器１５の配置部位よりも集合管１２側に配置され、加熱器１５によって蒸発した作動媒体１１の蒸気を冷却して凝縮させる冷却器２３と、集合管１２のうち複数本の分岐管１３１〜１３４と反対側の端部に連通し、作動媒体１１の蒸発と凝縮に伴う作動媒体１１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２５とを備え、加熱器１５および冷却器２３の少なくとも１つに、加熱器１５と冷却器２３との熱膨張差に起因する分岐管１３１〜１３４の変形を緩和する変形緩和構造が設けられている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集合管（１２）と、前記集合管（１２）から分岐する複数本の分岐管（１３１〜１３４）とを有し、作動媒体（１１）が液体状態で流動可能に封入された容器（１０）と、
前記複数本の分岐管（１３１〜１３４）のうち前記集合管（１２）と反対側の端部に配置され、前記作動媒体（１１）を加熱して蒸発させる加熱器（１５）と、
前記複数本の分岐管（１３１〜１３４）のうち前記加熱器（１５）の配置部位よりも前記集合管（１２）側に配置され、前記加熱器（１５）によって蒸発した前記作動媒体（１１）の蒸気を冷却して凝縮させる冷却器（２３）と、
前記集合管（１２）のうち前記複数本の分岐管（１３１〜１３４）と反対側の端部に連通し、前記作動媒体（１１）の蒸発と凝縮に伴う前記作動媒体（１１）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（２５）とを備え、
前記加熱器（１５）および前記冷却器（２３）の少なくとも１つに、前記加熱器（１５）と前記冷却器（２３）との熱膨張差に起因する前記分岐管（１３１〜１３４）の変形を緩和する変形緩和構造が設けられていることを特徴とする外燃機関。
【請求項２】
前記冷却器（２３）には、前記分岐管（１３１〜１３４）を前記加熱器（１５）の熱膨張方向に変位可能に保持する保持部（２９）が設けられており、
前記変形緩和構造が前記保持部（２９）によって構成され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】
前記冷却器（２３）は、内部に冷却水が循環するようになっており、
前記分岐管（１３１〜１３４）と前記保持部（２９）は、前記冷却器（２３）内部の冷却水が前記冷却器（２３）外部に漏れ出すことを防止するシール構造を構成し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】
前記シール構造が面シール構造であることを特徴とする請求項３に記載の外燃機関。
【請求項５】
前記面シール構造がＯリング（３０）を有してい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】
前記面シール構造がゴムブッシュ（３１）を有していることを特徴とする請求項４に記載の外燃機関。
【請求項７】
前記冷却器（２３）が前記加熱器（１５）の熱膨張方向に弾性変形可能に形成されていることによって、前記変形緩和構造が構成され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８】
前記冷却器（２３）が複数個に分離されていることによって、前記変形緩和構造が構成され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】
前記加熱器（１５）が複数個に分離されていることによって、前記変形緩和構造が構成され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１０】
集合管（１２）と、前記集合管（１２）から分岐する複数本の分岐管（１３１〜１３４）とを有し、作動媒体（１１）が液体状態で流動可能に封入された容器（１０）と、
前記複数本の分岐管（１３１〜１３４）のうち前記集合管（１２）と反対側の端部に配置され、前記作動媒体（１１）を加熱して蒸発させる加熱器（１５）と、
前記複数本の分岐管（１３１〜１３４）のうち前記加熱器（１５）の配置部位よりも前記集合管（１２）側に配置され、前記加熱器（１５）によって蒸発した前記作動媒体（１１）の蒸気を冷却して凝縮させる冷却器（２３）と、
前記集合管（１２）のうち前記複数本の分岐管（１３１〜１３４）と反対側の端部に連通し、前記作動媒体（１１）の蒸発と凝縮に伴う前記作動媒体（１１）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（２５）とを備え、
前記加熱器（１５）が複数個に分離されていることを特徴とする外燃機関。
【請求項１１】
前記複数個の加熱器（１５１〜１５４）にはそれぞれ、前記作動媒体（１１）を蒸発させる加熱部（１８１〜１８４）と、前記加熱部（１８１〜１８４）で発生した前記作動媒体（１１）の蒸気を溜める蒸気溜め部（１９）とが形成されており、
前記複数個の加熱器（１５１〜１５４）同士を連結する連結部（３２）を備え、
前記連結部（３２）には、前記複数個の加熱器（１５１〜１５４）に形成された前記蒸気溜め部（１９）同士を連通する連通路（３２ａ）が形成され、
前記連結部（３２）が弾性変形可能に形成されていることを特徴とする請求項９または１０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体状態で流動可能に封入し、容器の一端部に配置された加熱器にて液体状態の作動媒体の一部を加熱して蒸発させ、容器の中間部に配置された冷却器に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とを交互に繰り返すことによって作動媒体の液相部分を周期的に変位（いわゆる自励振動）させ、この作動媒体の液相部分の自励振動を出力部にて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）。
【０００３】
この特許文献１の従来技術は、容器全体が１本の管状に形成された、いわゆる単気筒型の液体ピストン蒸気エンジンを構成している。
【０００４】
なお、特許文献２には、燃焼により発生する排気ガスと冷却流体との間で熱交換を行う排気ガス冷却用熱交換器において、排気ガス通路を構成するチューブに蛇腹状のベローズ部を形成することによって、チューブの熱膨張による熱応力をベローズ部の変形によって吸収するものが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、帯状体の被加熱材料を間接加熱するラジアントチューブ式加熱装置において、ラジアントチューブにＵ字形のベンドを５つ形成する等によって、ラジアントチューブ長手方向での温度勾配による高温クリープ変形や熱変形を抑制するものが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−８４５２３号公報
【特許文献２】特開２００５−２１４５８６号公報
【特許文献３】特開２００１−２８９４０４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、本出願人は、先に、特願２００７−７０２６７号（以下、先願例と言う。）において、容器のうち出力部側の部位を１本の集合管で構成し、容器のうち加熱部および冷却部側の部位を複数本の分岐管で構成した、いわゆる複気筒型の液体ピストン蒸気エンジンを提案している。
【０００７】
より具体的には、複数本の分岐管のうち集合管と反対側の端部に加熱器を配置し、複数本の分岐管の中間部に冷却器を配置している。加熱器および冷却器は、複数本の分岐管を跨ぐように１つのみ設けられている。
【０００８】
この先願例によると、複数本の分岐管内で作動媒体の加熱と冷却とを行うので、１本の管内で作動媒体の加熱と冷却とを行う上記従来技術に比べて作動媒体の加熱性能（蒸発性能）および冷却性能（凝縮性能）を向上させることができ、ひいては外燃機関の出力を向上させることができる。
【０００９】
ところで、この先願例では、加熱器が高温ガスと作動媒体とを熱交換することで作動媒体を加熱し、冷却器に冷却水が循環することによって作動媒体を冷却するようになっている。
【００１０】
このため、外燃機関の作動状態では、加熱器が高温（例えば、約３００℃）になって大きく熱膨張するが、冷却器は加熱器に比べて低温（例えば、約９０℃）であるので加熱器ほど熱膨張しない。したがって、加熱器と冷却器との間に熱膨張差が発生することとなる。
【００１１】
図８（ａ）は、この熱膨張差について本発明者が解析した結果を示す外燃機関の模式的な外形図であり、図中、実線は外燃機関の作動状態を示し、二点鎖線は外燃機関の停止状態を示している。また、図８（ｂ）は図８（ａ）のＺ部の拡大断面図であり、図中、一点鎖線は分岐管の中心線を示している。
【００１２】
図８（ａ）、（ｂ）からわかるように、加熱器５０および冷却器５１が複数本の分岐管５２１〜５２８に跨るように１つのみ設けられていることから、加熱器１５と冷却器２３との間の熱膨張差が発生すると、分岐管５２１〜５２８が加熱器５０の下端および冷却器５１の上端（図８（ｂ）中、破線で囲んだ部分）を支点として変形する。このため、分岐管５２１〜５２８が加熱器５０と冷却器５１との間で大きく変位して破損してしまう可能性がある。
【００１３】
本発明者は、この対策として、先願例に特許文献２の従来技術を適用し、複数本の分岐管のうち加熱器と冷却器との間の部位に蛇腹状のベローズ部を形成することによって、当該部位の変位を許容して破損を回避することを検討した（以下、第１の検討例と言う。）。
【００１４】
また、本発明者は、他の対策として、先願例に特許文献３の従来技術を適用し、複数本の分岐管のうち加熱器と冷却器との間の部位にＵ字形のベンドを形成することによって、当該部位の変位を許容して破損を回避することを検討した（以下、第２の検討例と言う。）。
【００１５】
しかしながら、上記第１の検討例では、作動媒体がベローズ部を流動する際に生じる圧力損失や、ベローズ部の変形による容器の容積変化により外燃機関の出力が低下してしまうという問題がある。
【００１６】
また、上記第２の検討例では、複数本の分岐管のうち加熱器と冷却器との間の部位にＵ字形のベンドを形成することで加熱部と冷却部との間の長さが大きくなってしまい、外燃機関の効率が低下してしまうという問題がある。
【００１７】
この第２の検討例の問題について図９に基づいて説明すると、図９は、先願例と第２の検討例とをＰＶ線図で比較して示したものであり、実線が先願例に相当し、二点鎖線が第２の検討例に相当している。
【００１８】
第２の検討例では、加熱部と冷却部との間の長さが長くなるので、容器のうち加熱部と冷却部との間の部位の容積が大きくなる。そのため、冷却部で作動媒体の蒸気を十分に凝縮させることができなくなるので、冷却部で作動媒体の蒸気を凝縮させて作動媒体の液相部分を加熱部側に変位させる際に作動媒体の蒸気を圧縮させるために必要な仕事量が増大してしまう。
【００１９】
その結果、図９に示すように、第２の検討例では、１サイクル当たりの仕事が先願例よりも減少してしまい、外燃機関の効率が低下してしまうこととなる。
【００２０】
要するに、上記第１、第２の検討例では、容器の破損を防止するために先願例に対して分岐管の構成を変更する結果、出力および効率が低下してしまうという問題がある。
【００２１】
なお、この問題は、加熱器が高温ガスと作動媒体とを熱交換し、冷却器に冷却水が循環するように構成された外燃機関のみならず、加熱器が高温になり、冷却器が加熱器に比べて低温になる外燃機関において同様に発生する。
【００２２】
本発明は上記点に鑑みて、出力および効率を維持しつつ、容器の破損を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、集合管（１２）と、集合管（１  ２）から分岐する複数本の分岐管（１３１〜１３４）とを有し、作動媒体（１１）が液  体状態で流動可能に封入された容器（１０）と、
複数本の分岐管（１３１〜１３４）のうち集合管（１２）と反対側の端部に配置され、作動媒体（１１）を加熱して蒸発させる加熱器（１５）と、
複数本の分岐管（１３１〜１３４）のうち加熱器（１５）の配置部位よりも集合管（１２）側に配置され、加熱器（１５）によって蒸発した作動媒体（１１）の蒸気を冷却して凝縮させる冷却器（２３）と、
集合管（１２）のうち複数本の分岐管（１３１〜１３４）と反対側の端部に連通し、作動媒体（１１）の蒸発と凝縮に伴う作動媒体（１１）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（２５）とを備え、
加熱器（１５）および冷却器（２３）の少なくとも１つに、加熱器（１５）と冷却器（２３）との熱膨張差に起因する分岐管（１３１〜１３４）の変形を緩和する変形緩和構造が設けられていることを特徴とする。
【００２４】
これによると、分岐管（１３１〜１３４）の基本構成を変更することなく分岐管（１３１〜１３４）の変形を緩和することができるので、出力および効率を維持しつつ、容器の破損を防止することができる。
【００２５】
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、冷却器（２３）には、分岐管（１３１〜１３４）を加熱器（１５）の熱膨張方向に変位可能に保持する保持部（２９）が設けられており、
変形緩和構造が保持部（２９）によって構成されていることを特徴とする。
【００２６】
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、冷却器（２３）は、内部に冷却水が循環するようになっており、
分岐管（１３１〜１３４）と保持部（２９）は、冷却器（２３）内部の冷却水が冷却器（２３）外部に漏れ出すことを防止するシール構造を構成していることを特徴とする。
【００２７】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の外燃機関において、シール構造が面シール構造であることを特徴とする。
【００２８】
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、面シール構造がＯリング（３０）を有していることを特徴とする。
【００２９】
請求項６に記載の発明では、請求項４に記載の外燃機関において、面シール構造がゴムブッシュ（３１）を有していることを特徴とする。
【００３０】
請求項７に記載の発明では、請求項１に記載の外燃機関において、冷却器（２３）が加熱器（１５）の熱膨張方向に弾性変形可能に形成されていることによって、変形緩和構造が構成されていることを特徴とする。
【００３１】
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、冷却器（２３）が複数個に分離されていることによって、変形緩和構造が構成されていることを特徴とする。
【００３２】
請求項９に記載の発明では、請求項１に記載の外燃機関において、加熱器（１５）が複数個に分離されていることによって、変形緩和構造が構成されていることを特徴とする。
【００３３】
請求項１０に記載の発明では、集合管（１２）と、集合管（１２）から分岐する複数本の分岐管（１３１〜１３４）とを有し、作動媒体（１１）が液体状態で流動可能に封入された容器（１０）と、
複数本の分岐管（１３１〜１３４）のうち集合管（１２）と反対側の端部に配置され、作動媒体（１１）を加熱して蒸発させる加熱器（１５）と、
複数本の分岐管（１３１〜１３４）のうち加熱器（１５）の配置部位よりも集合管（１２）側に配置され、加熱器（１５）によって蒸発した作動媒体（１１）の蒸気を冷却して凝縮させる冷却器（２３）と、
集合管（１２）のうち複数本の分岐管（１３１〜１３４）と反対側の端部に連通し、作動媒体（１１）の蒸発と凝縮に伴う作動媒体（１１）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（２５）とを備え、
加熱器（１５）が複数個に分離されていることを特徴とする。
【００３４】
これによると、分岐管（１３１〜１３４）の基本構成を変更することなく加熱器（１５）の熱膨張自体を低減して分岐管（１３１〜１３４）の変形を緩和することができるので、出力および効率を維持しつつ、容器の破損を防止することができる。
【００３５】
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の外燃機関において、複数個の加熱器（１５１〜１５４）にはそれぞれ、作動媒体（１１）を蒸発させる加熱部（１８１〜１８４）と、加熱部（１８１〜１８４）で発生した作動媒体（１１）の蒸気を溜める蒸気溜め部（１９）とが形成されており、
複数個の加熱器（１５１〜１５４）同士を連結する連結部（３２）を備え、
連結部（３２）には、複数個の加熱器（１５１〜１５４）に形成された蒸気溜め部（１９）同士を連通する連通路（３２ａ）が形成され、
連結部（３２）が弾性変形可能に形成されていることを特徴とする。
【００３６】
これによると、連結部（３２）によって加熱器（１５１〜１５４）の熱膨張を吸収することができるので、分岐管（１３１〜１３４）の変形を緩和することができ、ひいては分岐管（１３１〜１３４）の破損を一層防止することができる。
【００３７】
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】
【００３８】
（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４に基づいて説明する。本発明による外燃機関は、液体ピストン式蒸気エンジンとも呼ばれうるものであり、例えば、発電装置の駆動源等として用いられる。図１は本実施形態による外燃機関の概略構成を表す構成図であり、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。
【００３９】
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、容器１０の一端側に位置する１本の集合管１２と、容器１０の他端側に位置する複数本（本例では、４本）の分岐管１３１〜１３４と、１本の集合管１２と複数本の分岐管１３１〜１３４との間に位置する分岐部１４とを有している。本例では、集合管１２、分岐管１３１〜１３４および分岐部１４をステンレスによって成形している。
【００４０】
本例では、集合管１２は略Ｌ字状に形成されており、出力部２５側の端部が上方側を向き、他端部が分岐管１３１〜１３４の配列方向（図１の左右方向）を向くように配置されている。分岐部１４は直線状に形成されており、長手方向が分岐管１３１〜１３４の配列方向（図１の左右方向）と平行になるように配置されている。
【００４１】
なお、集合管１２のうち出力部２５側の端部が下方側を向いていてもよいし、集合管１２の全体を水平方向に真っ直ぐに形成して出力部２５を集合管１２の真横に配置してもよい。また、本例では、集合管１２、分岐管１３１〜１３４および分岐部１４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。
【００４２】
分岐管１３１〜１３４の上端部同士は、作動媒体１１と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１５によって連結されている。加熱器１５は、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。図示を省略しているが、加熱器１５は、熱源としての高温ガス（高温流体）が流れるガス流路中に配置されている。
【００４３】
加熱器１５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４つの加熱部１８１〜１８４を構成している。
【００４４】
４つの加熱部１８１〜１８４は、４つの分岐管１３１〜１３４に対応して設けられた円板状の空間であり、加熱部１８１〜１８４と分岐管１３１〜１３４は互いに同軸状に配置されている。
【００４５】
加熱器１５内部の中空部のうち加熱部１８１〜１８４よりも上方側に位置する部位は、加熱部１８１〜１８４で発生した作動媒体１１の蒸気を溜める蒸気溜め部１９を構成している。
【００４６】
この蒸気溜め部１９は、加熱部１８１〜１８４の配列方向（図１の左右方向）と平行に延びており、連通路２０、２１を介して４つの加熱部１８１〜１８４と連通している。連通路２０は、円板状の加熱部１８１〜１８４の中心部から上方に向かって延びており、連通路２１は、円板状の加熱部１８１〜１８４の外周部から上方に向かって延びている。
【００４７】
蒸気溜め部１９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。
【００４８】
図示を省略しているが、成形上の都合により、加熱器１５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。
【００４９】
分岐管１３１〜１３４は、冷却水が循環する冷却器２３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２３内に位置する部位の内部空間は、加熱部１８１〜１８４で蒸発した作動媒体１１を冷却して凝縮させる冷却部２４１〜２４４を構成している。
【００５０】
冷却器２３に冷却水が循環することによって、分岐管１３１〜１３４のうち冷却器２３内に位置する部位が冷却され、これにより冷却部２４１〜２４４で作動媒体１１が冷却されることとなる。
【００５１】
冷却器２３の冷却水入口２３ａおよび冷却水出口２３ｂ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。
【００５２】
外燃機関を車両に搭載する場合には、冷却水が作動媒体１１の蒸気から奪った熱を走行用エンジン（内燃機関）の暖機に利用したり、車両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のうち冷却器２３内に位置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。
【００５３】
集合管１２の他端部（分岐部１４と反対側の端部）は出力部２５に連通している。出力部２５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２６と、ピストン２６を摺動可能に支持するシリンダ２７と、ピストン２６を集合管１２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。
【００５４】
図２（ａ）、（ｂ）は図１のＡ部拡大図であり、図２（ａ）は加熱器１５が熱膨張する前の状態を示し、図２（ｂ）は加熱器１５が熱膨張した状態を示している。なお、図示の都合上、図２（ａ）、（ｂ）では加熱部１８１〜１８４を省略している。図２（ａ）、（ｂ）中、一点鎖線は、熱膨張前の状態における分岐管１３１〜１３４の中心線を示している。
【００５５】
図２（ａ）、（ｂ）は４本の分岐管１３１〜１３４のうち分岐管１３１の近傍部位のみを示しており、他の分岐管１３２〜１３４の近傍部位については図２（ａ）、（ｂ）と同様であるので図示を省略している。
【００５６】
分岐管１３１〜１３４のうち冷却器２３の上端に位置する部位には、分岐管１３１〜１３４の径方向外側に向かって突出する鍔状部２８が設けられている。冷却器２３の上端部には、分岐管１３１〜１３４の鍔状部２８を上下方向に挟むように保持する断面コの字状の保持部２９が設けられている。
【００５７】
鍔状部２８を含む分岐管１３１〜１３４と保持部２９との間には水平方向に隙間が設けられている。これにより、図２（ｂ）に示すように、分岐管１３１〜１３４が冷却器２３に対して水平方向（加熱器１５の熱膨張方向）に変位可能になっている。
【００５８】
鍔状部２８および保持部２９は、熱伝導率の高い材料（例えば、銅）で形成されている。また、保持部２９は、鍔状部２８を下方から受けるように断面Ｌ字状に形成された本体部２９ａと、鍔状部２８を上方から押し付けるようにプレート状に形成された押し付け部２９ｂとに分割して形成されており、本体部２９ａと押し付け部２９ｂは、それらの間に鍔状部２８を配置した状態でねじ締結等の手段によって一体に結合される。
【００５９】
鍔状部２８および保持部２９は、冷却器２３内の冷却水が鍔状部２８と保持部２９との間を通じて冷却器２３外部に漏れ出すことを防止するシール構造を構成している。具体的には、鍔状部２８の下面に形成されたＯリング溝２８ａにＯリング３０を配置し、Ｏリング３０を保持部２９に圧接させることで面シール構造を構成している。
【００６０】
なお、Ｏリング３０を鍔状部２８の下面ではなく鍔状部２８の上面に配置してもよいし、Ｏリング溝を鍔状部２８ではなく保持部２９に形成してもよいことはもちろんである。また、シール性を考慮すると、Ｏリング３０を鍔状部２８の上下面両方に配置するのが好ましい。
【００６１】
次に、上記構成における作動を簡単に説明する。まず加熱部１８１〜１８４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１９内および加熱部１８１〜１８４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。
【００６２】
すると、作動媒体１１の液相部分が加熱部１８１〜１８４側から出力部２５側に向かって押し出され、出力部２５のピストン２６を押し上げる（第１行程）。このとき、ピストン２６は図示しないコイルばねを弾性圧縮する。
【００６３】
次に、分岐管１３１〜１３４内の作動媒体１１の液面が冷却部２４１〜２４４まで下がり、冷却部２４１〜２４４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２４１〜２４４により冷却されて凝縮（液化）する。
【００６４】
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２６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２５側のピストン２６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２５側から加熱部１８１〜１８４側に向かって押し戻され、作動媒体１１の液面が加熱部１８１〜１８４まで上昇する（第２行程）。
【００６５】
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２５側のピストン２６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２５側から加熱部１８１〜１８４側に向かって押し戻され、作動媒体１１の液面が加熱部１８１〜１８４まで上昇することとなる。
【００６６】
このような動作が繰り返し行われることによって、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２５のピストン２６を周期的に上下動させる。
【００６７】
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２５で機械的エネルギに変換されて出力される。
【００６８】
本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、分岐管１３１〜１３４が加熱器１５の熱膨張方向に変位することが可能になっている。このため、加熱器１５と冷却器２３との間に熱膨張差が発生しても、分岐管１３１〜１３４が冷却器２３の上端を支点として変形することがない。
【００６９】
因みに、本例では、分岐管１３１〜１３４が冷却器２３の下端（例えば、図１中、破線で囲んだ部分）を支点として変形することとなる。このため、分岐管１３１〜１３４の局所的な変形量を低減することができる。
【００７０】
換言すれば、本実施形態では、加熱器１５と冷却器２３との熱膨張差に起因する分岐管１３１〜１３４の変形を緩和する変形緩和構造が設けられている。そのため、分岐管１３１〜１３４の破損を防止することができる。
【００７１】
本実施形態では、冷却器２３に保持部２９を設け、分岐管１３１〜１３４の外側に鍔状部２８を設けることで変形緩和構造を構成しているので、変形緩和構造を設けることによって加熱部１８１〜１８４と冷却部２４１〜２４４との間の長さが長くなる。
【００７２】
このように加熱部１８１〜１８４と冷却部２４１〜２４４との間の長さが長くなると、上記した第２の検討例と同様に、外燃機関の効率の低下を招いてしまうのであるが（図９参照）、この対策として、本実施形態では、鍔状部２８および保持部２９を熱伝導率の高い材料（例えば、銅）で形成することによって、鍔状部２８および保持部２９の温度を冷却水の温度と同等にし、鍔状部２８および保持部２９に作動媒体１１の蒸気を冷却する機能を発揮させている。
【００７３】
すなわち、鍔状部２８および保持部２９が冷却器２３の一部として機能するので、加熱部１８１〜１８４と冷却部２４１〜２４４との間の長さが長くなることを実質的に回避できる。
【００７４】
したがって、本実施形態では、分岐管１３１〜１３４の基本構成（分岐管１３１〜１３４本来の機能を発揮するための構成）を変更することなく分岐管１３１〜１３４の破損を防止することができるので、外燃機関の出力および効率を維持しつつ、分岐管１３１〜１３４の破損を防止することができる。
【００７５】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、鍔状部２８に形成されたＯリング溝２８ａにＯリング３０を配置することで面シール構造を形成しているが、本第２実施形態では、図３に示すように、鍔状部３１をゴムブッシュにすることで面シール構造を形成している。
【００７６】
したがって、鍔状部（ゴムブッシュ）３１が保持部２９内で左右方向に弾性圧縮することによって、分岐管１３１〜１３４が加熱器１５の熱膨張方向に変位することが可能になっている。
【００７７】
また、鍔状部３１が上下方向に弾性圧縮することによって面シール構造としての機能が発揮され、冷却器２３内の冷却水が鍔状部３１と保持部２９との間を通じて冷却器２３外部に漏れ出すことが防止される。
【００７８】
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。
【００７９】
（第３実施形態）
上記第１、第２実施形態では、冷却器２３が分岐管１３１〜１３４を加熱器１５の熱膨張方向に変位可能に保持することによって分岐管１３１〜１３４の変形緩和構造を構成しているが、本第３実施形態では、図４に示すように、冷却器２３を加熱器１５の熱膨張に合わせて弾性変形可能に形成することによって、分岐管１３１〜１３８の変形緩和構造を構成している。
【００８０】
なお、図４（ａ）は熱膨張前の状態を示し、図４（ｂ）は熱膨張した状態を示している。また、図４（ａ）、（ｂ）の例では、分岐管１３１〜１３８の本数を８本にしている。
【００８１】
本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、加熱器１５と冷却器２３との間に熱膨張差が発生しても、分岐管１３１〜１３８が冷却器２３の上端を支点として変形することがなく、分岐管１３１〜１３８の根元部（例えば、図４（ｂ）中、破線で囲んだ部分）を支点として変形するので、上記第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
なお、図５（ａ）、（ｂ）に示す変形例のように分岐部１４を枝分かれ状に形成すれば、例えば、図５（ａ）、（ｂ）中、破線で囲んだ部分のように、分岐管１３１〜１３８の根元部のみならず分岐部１４をも変形の支点にすることができるので、分岐管１３１〜１３８の局所的な変形量を一層低減することができ、ひいては分岐管１３１〜１３８の破損を一層防止することができる。
【００８３】
（第４実施形態）
上記第３実施形態では、冷却器２３を弾性変形可能に形成することによって分岐管１３１〜１３８の変形緩和構造を構成しているが、本第４実施形態では、図６に示すように、冷却器２３を複数個に分離することによって分岐管１３１〜１３８の変形緩和構造を構成している。
【００８４】
本例では、複数本（本例では、８本）の分岐管１３１〜１３８に対応して、冷却器２３を複数個（本例では、８個）の冷却器２３１〜２３８に分離している。
【００８５】
これにより、分岐管１３１〜１３８の変形の支点を冷却器２３の上端ではなく冷却器２３の下端にすることができるので、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図６（ｂ）中、破線で囲んだ部分は、本実施形態における変形の支点を例示するものである。
【００８６】
（第５実施形態）
上記各実施形態では、分岐管の変形緩和構造を冷却器２３に設けているが、本第５実施形態では、図７に示すように、分岐管の変形緩和構造を加熱器１５に設けている。
【００８７】
図７（ａ）は、加熱器１５近傍部位を水平面で切断したときの断面図であり、図７（ｂ）は、加熱器１５近傍部位を鉛直面で切断したときの断面図である。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、加熱器１５は複数個の加熱器１５１〜１５４に分離されている。
【００８８】
本例では、分岐管を２方向（図２（ａ）の上下方向および左右方向）に多数個配置している。図示の都合上、図２では多数個の分岐管のうち一部の分岐管１３１〜１３４のみを示している。また、本例では、分岐管１本に対して加熱器を１つ配置している。
【００８９】
分離された加熱器１５１〜１５４同士を連結する連結部３２は、例えばベローズ等の弾性部材等で形成されており、加熱器１５１〜１５４の熱膨張を連結部３２によって吸収するようになっている。
【００９０】
加熱器１５を複数個の加熱器１５１〜１５４に分離することに伴い、蒸気溜め部１９も複数個の蒸気溜め部１９１〜１９４に分離されることとなる。したがって、連結部３２内に、各蒸気溜め部１９１〜１９４同士を連通する連通路３２ａを形成している。
【００９１】
これによると、連結部３２によって加熱器１５１〜１５４の熱膨張を吸収することができるので、分岐管１３１〜１３４の変形を緩和することができ、ひいては分岐管１３１〜１３４の破損を防止することができる。
【００９２】
しかも、加熱器１５を複数個に分離しているので、加熱器１５の熱膨張自体を低減できる。このため、分岐管１３１〜１３４の変形を抑制でき、ひいては分岐管１３１〜１３４の破損を防止することができる。
【００９３】
（他の実施形態）
（１）上記各実施形態では、加熱部１８１〜１８４の熱源として高温ガスを用いているが、加熱部１８１〜１８４の熱源として種々の高温流体を用いてもよい。
【００９４】
また、加熱部１８１〜１８４の熱源として発熱体を用いてもよい。この場合には、発熱体を加熱器１５に対して熱伝導可能に接触させてもよいし、発熱体を加熱器１５に対して所定の間隔で近接配置してもよい。
【００９５】
（２）本発明による外燃機関は、発電装置の駆動源のみならず、その他の種々の装置の駆動源にも適用することができることはもちろんである。
【００９６】
（３）上記各実施形態を適宜組み合わせることが可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１実施形態における外燃機関の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】本発明の第２実施形態における外燃機関の要部を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態における外燃機関の概略外形図であり、（ａ）は熱膨張前の状態を示し、（ｂ）は熱膨張した状態を示している。
【図５】（ａ）は第３実施形態の第１変形例における外燃機関の概略外形図であり、（ｂ）は第３実施形態の第２変形例における外燃機関の概略外形図である。
【図６】本発明の第４実施形態における外燃機関の概略外形図であり、（ａ）は熱膨張前の状態を示し、（ｂ）は熱膨張した状態を示している。
【図７】本発明の第５実施形態における外燃機関の概略構成を示す断面図であり、（ａ）は加熱器近傍部位を水平面で切断したときの断面図であり、（ｂ）は加熱器近傍部位を鉛直面で切断したときの断面図である。
【図８】（ａ）は本発明者が解析した外燃機関の模式的な外形図であり、（ｂ）は（ａ）のＺ部詳細図である。
【図９】先願例および検討例におけるＰＶ線図である。
【符号の説明】
【００９８】
１３１〜１３８  分岐管
１５            加熱器
２３            冷却器
【図１】
2009203905.tif 000003
【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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