(57)【要約】【課題】熱機関の廃熱を加熱源として利用し、熱機関の冷却用流体を冷却源として利用する外燃機関において、安定した冷却性を得る。【解決手段】容器１０内に液体状態で流動可能に封入された作動媒体１３を加熱して蒸発させる加熱器１６は、熱機関１の廃熱を加熱源として作動媒体１３を加熱して蒸発させるようになっており、加熱器１６によって蒸発した作動媒体１３の蒸気を冷却して凝縮させる冷却器２３は、熱機関１を冷却する冷却用流体の循環回路に接続され、冷却用流体を冷却源として作動媒体１３の蒸気を冷却して凝縮させるようになっており、冷却用流体が作動媒体１３の蒸気から回収した熱は、冷却用流体の循環回路中に配置された放熱器２で大気中に放熱されるようになっており、冷却器２３には、冷却用流体が作動媒体１３の蒸気から回収した熱の一部を大気中に放熱する放熱手段２９、３０が設けられている。【選択図】図１
2009013812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状に形成され、作動媒体（１３）が液体状態で流動可能に封入された容器（１０）と、
前記容器（１０）の一端側に配置され、前記作動媒体（１３）を加熱して蒸発させる加熱器（１６）と、
前記容器（１０）のうち前記加熱器（１６）の配置部位よりも他端側に配置され、前記加熱器（１６）によって蒸発した前記作動媒体（１３）の蒸気を冷却して凝縮させる冷却器（２３）と、
前記容器（１０）の他端部に連通し、前記作動媒体（１３）の蒸発と凝縮に伴う前記作動媒体（１３）の体積変動によって生じる前記作動媒体（１３）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（１１）とを備え、
前記加熱器（１６）は、熱機関（１）の廃熱を加熱源として前記作動媒体（１３）を加熱して蒸発させるようになっており、
前記冷却器（２３）は、前記熱機関（１）を冷却する冷却用流体の循環回路に接続され、前記冷却用流体を冷却源として前記作動媒体（１３）の蒸気を冷却して凝縮させるようになっており、
前記冷却用流体が前記作動媒体（１３）の蒸気から回収した熱は、前記冷却用流体の循環回路中に配置された放熱器（２）で大気中に放熱されるようになっており、
前記冷却器（２３）には、前記冷却用流体が前記作動媒体（１３）の蒸気から回収した熱の一部を大気中に放熱する放熱手段（２９、３０）が設けられていることを特徴とする外燃機関。
【請求項２】
前記冷却用流体の温度が低いときには、前記放熱手段（２９、３０）における放熱量を、前記冷却用流体の温度が高いときと比べて減少させる放熱量調整手段（３１、３２、４２、４３）を備え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】
前記放熱手段（２９、３０）への大気の導入を遮断する第１の位置と、前記放熱手段（２９、３０）に大気を導入させる第２の位置とに移動可能に支持された遮蔽板（３１）と、
前記冷却用流体の温度が低いときには前記遮蔽板（３１）を前記第１の位置に駆動し、前記冷却用流体の温度が高いときには前記遮蔽板（３１）を前記第２の位置に駆動する駆動手段（３２）とを備え、
前記放熱量調整手段が前記遮蔽板（３１）および前記駆動手段（３２）であ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】
前記駆動手段（３２）には、前記冷却用流体の温度変化に応じて熱膨張および熱収縮する流体が封入されており、
前記駆動手段（３２）は、前記流体が熱膨張すると前記遮蔽板（３１）を前記第１の位置に駆動し、前記流体が熱収縮すると前記遮蔽板（３１）を前記第２の位置に駆動するように構成されてい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】
前記駆動手段（３２）は、前記冷却用流体の温度が所定温度以下であるときには前記遮蔽板（３１）を前記第１の位置に駆動し、前記冷却用流体の温度が前記所定温度より高いときには前記遮蔽板（３１）を前記第２の位置に駆動する電気駆動手段（３８、３９）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６】
前記電気駆動手段（３８、３９）は、前記放熱器（２）に送風する送風ファン（３）が停止しているときには前記冷却用流体の温度が前記所定温度以下であると判断し、前記送風ファン（３）が作動しているときには前記冷却用流体の温度が前記所定温度より高いと判断す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】
前記出力部（１１）にて出力された機械的エネルギが発電に用いられるようになっており、
前記電気駆動手段（３８、３９）は、前記出力部（１１）にて出力された機械的エネルギによる発電量が所定値以下であるときには前記冷却用流体の温度が前記所定温度以下であると判断し、前記発電量が前記所定値より大きいときには前記冷却用流体の温度が前記所定温度より高いと判断す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】
前記放熱手段（２９、３０）は、前記冷却器（２３）の外面側に形成された空気通路（２９）および前記空気通路（２９）に配置された放熱フィン（３０）であり、
前記放熱量調整手段（４２、４３）は、前記冷却用流体の温度に応じて前記冷却器（２３）内における冷却用流体の流れを制御するように構成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９】
前記放熱手段（２９、３０）は、前記冷却器（２３）に対して離間配置されており、
前記冷却器（２３）と前記放熱手段（２９、３０）との間で熱輸送を行うヒートパイプ（４４）を備え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】
前記ヒートパイプ（４４）内に封入された作動液（４５）の沸点（Ｔｂ）が、前記冷却用流体の最低温度（Ｔｗｍｉｎ）と前記冷却用流体の最高温度（Ｔｗｍａｘ）との間の温度に設定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、本発明者は、水冷式内燃機関（例えば、車両のエンジン）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を検討した。これによると、既存の水冷式内燃機関の廃熱を有効利用して機械的エネルギを取り出す液体ピストン蒸気エンジンを構成することができる。
【０００４】
さらに、本発明者は、当該水冷式内燃機関を冷却する冷却水を冷却器の冷却源として利用して作動媒体の蒸気を冷却することを検討した。これによると、冷却器にて作動媒体の蒸気から回収された熱を、当該水冷式内燃機関の冷却水循環回路中に配置された放熱器（ラジエータ）で大気中に放熱させることができる。
【０００５】
つまり、既存の水冷式内燃機関の冷却水循環回路を利用して冷却器の冷却水循環回路を構成することができるので、冷却器専用の冷却水循環回路を設ける場合と比べて構成を簡素化できる。
【０００６】
しかしながら、既存の水冷式内燃機関の冷却水循環回路を利用すると、冷却水が水冷式内燃機関に加えて冷却器においても熱を回収することとなるので、冷却水循環回路全体として回収熱量が増大することとなる。
【０００７】
そのため、水冷式内燃機関の負荷が大きくなって水冷式内燃機関の廃熱量が大きくなったときに放熱器の放熱能力が不足してしまう虞がある。そして、放熱器の放熱能力が不足すると冷却水の温度が上昇してしまい、冷却器によって作動媒体の蒸気を十分に冷却できなくなってしまう。
【０００８】
この対策として、放熱能力の大きい放熱器を採用することが考えられるが、この対策によると放熱器の体格の大型化およびコストの上昇を招いてしまうという問題がある。特に、液体ピストン蒸気エンジンを車両に搭載する場合には、搭載スペース上の制約が非常に大きいことから、放熱器の体格の大型化は実用上大きな問題となる。
【０００９】
なお、上記問題は、種々の熱機関の燃焼ガスを加熱器の加熱源として利用して作動媒体を加熱し、当該熱機関を冷却する冷却用流体を冷却器の冷却源に循環させて作動媒体の蒸気を冷却するようにした場合においても同様に発生する。
【００１０】
本発明は、上記点に鑑み、熱機関の廃熱を加熱源として利用し、熱機関の冷却用流体を冷却源として利用する外燃機関において、安定した冷却性を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、管状に形成され、作動媒体（１３）が液体状態で流動可能に封入された容器（１０）と、
容器（１０）の一端側に配置され、作動媒体（１３）を加熱して蒸発させる加熱器（１６）と、
容器（１０）のうち加熱器（１６）の配置部位よりも他端側に配置され、加熱器（１６）によって蒸発した作動媒体（１３）の蒸気を冷却して凝縮させる冷却器（２３）と、
容器（１０）の他端部に連通し、作動媒体（１３）の蒸発と凝縮に伴う作動媒体（１３）の体積変動によって生じる作動媒体（１３）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（１１）とを備え、
加熱器（１６）は、熱機関（１）の廃熱を加熱源として作動媒体（１３）を加熱して蒸発させるようになっており、
冷却器（２３）は、熱機関（１）を冷却する冷却用流体の循環回路に接続され、冷却用流体を冷却源として作動媒体（１３）の蒸気を冷却して凝縮させるようになっており、
冷却用流体が作動媒体（１３）の蒸気から回収した熱は、冷却用流体の循環回路中に配置された放熱器（２）で大気中に放熱されるようになっており、
冷却器（２３）には、冷却用流体が作動媒体（１３）の蒸気から回収した熱の一部を大気中に放熱する放熱手段（２９、３０）が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
これによると、加熱器（１６）は、熱機関（１）の廃熱を加熱源として作動媒体（１３）を加熱して蒸発させるので、熱機関（１）の廃熱を有効利用して機械的エネルギを取り出すことができる。
【００１３】
また、冷却器（２３）は、熱機関（１）を冷却する冷却用流体の循環回路に接続され、冷却用流体を冷却源として作動媒体（１３）の蒸気を冷却して凝縮させるようになっており、冷却用流体が作動媒体（１３）の蒸気から回収した熱は、冷却用流体の循環回路中に配置された放熱器（２）で大気中に放熱されるようになっているので、熱機関（１）の冷却用流体の循環回路を利用して構成を簡素化できる。
【００１４】
さらに、冷却器（２３）には、冷却用流体が作動媒体（１３）の蒸気から回収した熱の一部を大気中に放熱する放熱手段（２９、３０）が設けられているので、放熱器（２）における放熱量を低減することができる。
【００１５】
このため、熱機関（１）の廃熱量が大きくなったときに放熱器（２）の放熱能力が不足してしまうことを回避できるので、熱機関（１）の廃熱量の影響を受けることなく安定した冷却性を得ることができる。
【００１６】
その結果、熱機関（１）の廃熱を加熱源として利用し、熱機関（１）の冷却用流体を冷却源として利用する外燃機関において、安定した冷却性を得ることができる。
【００１７】
本発明は、具体的には、冷却用流体の温度が低いときには、放熱手段（２９、３０）における放熱量を、冷却用流体の温度が高いときと比べて減少させる放熱量調整手段（３１、３２、４２、４３）を備える。
【００１８】
これにより、冷却用流体の温度が低いときには作動媒体（１３）の蒸気から回収した熱によって冷却用流体の加熱が促進されるので、熱機関（１）の暖機運転時間を短縮することができる。
【００１９】
本発明は、より具体的には、放熱手段（２９、３０）への大気の導入を遮断する第１の位置と、放熱手段（２９、３０）に大気を導入させる第２の位置とに移動可能に支持された遮蔽板（３１）と、
冷却用流体の温度が低いときには遮蔽板（３１）を第１の位置に駆動し、冷却用流体の温度が高いときには遮蔽板（３１）を第２の位置に駆動する駆動手段（３２）とを備え、
放熱量調整手段が遮蔽板（３１）および駆動手段（３２）であればよい。
【００２０】
本発明は、より具体的には、駆動手段（３２）には、冷却用流体の温度変化に応じて熱膨張および熱収縮する流体が封入されており、
駆動手段（３２）は、流体が熱膨張すると遮蔽板（３１）を第１の位置に駆動し、流体が熱収縮すると遮蔽板（３１）を第２の位置に駆動するように構成されている。
【００２１】
これにより、駆動手段（３２）の構成を簡素化できる。
【００２２】
また、本発明は、より具体的には、駆動手段（３２）は、冷却用流体の温度が所定温度以下であるときには遮蔽板（３１）を第１の位置に駆動し、冷却用流体の温度が前記所定温度より高いときには遮蔽板（３１）を第２の位置に駆動する電気駆動手段（３８、３９）であってもよい。
【００２３】
これにより、遮蔽板（３１）を冷却用流体の温度に応じて精度良く制御することができる。
【００２４】
本発明は、より具体的には、電気駆動手段（３８、３９）は、放熱器（２）に送風する送風ファン（３）が停止しているときには冷却用流体の温度が前記所定温度以下であると判断し、送風ファン（３）が作動しているときには冷却用流体の温度が前記所定温度より高いと判断する。
【００２５】
これによると、遮蔽板（３１）を送風ファン（３）と連動して制御すればよいので、遮蔽板（３１）の制御を簡素化できる。
【００２６】
また、本発明は、より具体的には、出力部（１１）にて出力された機械的エネルギが発電に用いられるようになっており、
電気駆動手段（３８、３９）は、出力部（１１）にて出力された機械的エネルギによる発電量が所定値以下であるときには冷却用流体の温度が前記所定温度以下であると判断し、前記発電量が前記所定値より大きいときには冷却用流体の温度が前記所定温度より高いと判断してもよい。
【００２７】
これによると、遮蔽板（３１）を制御するために冷却用流体の温度を検出する必要がないので、構成を簡素化できる。
【００２８】
また、本発明は、具体的には、放熱手段（２９、３０）は、冷却器（２３）の外面側に形成された空気通路（２９）および空気通路（２９）に配置された放熱フィン（３０）であり、
放熱量調整手段（４２、４３）は、冷却用流体の温度に応じて前記冷却器（２３）内における冷却用流体の流れを制御するように構成されていてもよい。
【００２９】
また、本発明は、具体的には、放熱手段（２９、３０）は、冷却器（２３）に対して離間配置されており、
冷却器（２３）と放熱手段（２９、３０）との間で熱輸送を行うヒートパイプ（４４）を備える。
【００３０】
これによると、放熱手段（２９、３０）を冷却器（２３）に対して離間配置しているので、外燃機関の搭載の自由度を向上できる。
【００３１】
本発明は、より具体的には、ヒートパイプ（４４）内に封入された作動液（４５）の沸点（Ｔｂ）が、冷却用流体の最低温度（Ｔｗｍｉｎ）と冷却用流体の最高温度（Ｔｗｍａｘ）との間の温度に設定されている。
【００３２】
これによると、冷却用流体の温度（Ｔｗ）が作動液（４５）の沸点（Ｔｂ）よりも低いとき（Ｔｂ＞Ｔｗ）には、作動液（４５）の温度が沸点（Ｔｂ）よりも低くなることからヒートパイプ（４４）による熱輸送がほとんど行われない。このため、放熱手段（２９、３０）は放熱をほとんど行わない。
【００３３】
一方、冷却用流体の温度（Ｔｗ）が作動液（４５）の沸点（Ｔｂ）よりも高いとき（Ｔｂ＜Ｔｗ）には、作動液（４５）の温度が沸点（Ｔｂ）よりも高くなることからヒートパイプ（４４）による熱輸送が行われ、放熱手段（２９、３０）が放熱を行う。
【００３４】
このため、冷却用流体の温度（Ｔｗ）が低いときには作動媒体（１３）の蒸気から回収した熱によって冷却用流体を加熱することができるので、熱機関（１）の暖機運転時間を短縮することができる。
【００３５】
ここで、冷却用流体の最低温度（Ｔｗｍｉｎ）とは、通常の使用条件において想定される冷却用流体の最低温度のことを意味し、冷却用流体の最高温度（Ｔｗｍａｘ）とは、通常の使用条件において想定される冷却用流体の最高温度のことを意味するものである。
【００３６】
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】
【００３７】
（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５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蒸気エンジンとも呼ばれうるものであり、本実施形態は、本発明による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。
【００３８】
図１は本実施形態による液体ピストン蒸気エンジンの概略構成を表す構成図であり、図１中の上下の矢印は液体ピストン蒸気エンジンの設置状態における上下方向を示している。図２は図１のＡ矢視図であり、図３は図２のＢ−Ｂ断面図である。
【００３９】
本実施形態による液体ピストン蒸気エンジンは主容器１０と、出力部をなす発電機１１とを有している。発電機１１は、ケーシング１２内に永久磁石が埋設された可動子（図示せず）を収納しており、可動子が振動変位することによって起電力を発生する。
【００４０】
主容器１０は、主として管状に形成され、作動媒体（本例では水）１３が液体状態で流動可能に封入された圧力容器であり、発電機１１に接続された１本の集合管１４と、集合管１４より分岐する多数本の分岐管１５とを有している。
【００４１】
集合管１４は、発電機１１から下方に向かって延び、中間部で水平方向に向かって屈曲するＬ字状に形成されている。多数本の分岐管１５はそれぞれ下方から上方に向かって延び、図１の左右方向および紙面垂直方向の２方向に配列されている。
【００４２】
多数本の分岐管１５の上端部同士は、高温流体（本例では排気ガス）を加熱源として作動媒体１４を加熱する加熱器１６によって連結されている。加熱器１６は、直方体状のブロック体１７と、ブロック体１７を収納するケース１８とで構成されている。
【００４３】
ブロック体１７は容器１０の一部を構成しており、熱伝導率に優れた銅又はアルミニウム等によって形成されている。
【００４４】
図示を省略しているが、成形上の都合により、ブロック体１７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。
【００４５】
ブロック体１７の内部には、多数本の分岐管１５に対応して多数個の中空部が形成されており、この多数個の中空部は液相状態の作動媒体１４の一部を加熱して蒸発させる蒸発部１９を構成している。本例では、蒸発部１９を分岐管１５と同軸状に形成された円板状の空間で構成している。
【００４６】
ケース１８のうち図１の左右方向両端部には、車両のエンジン（内燃機関）１から排出される排気ガス（矢印ａ）が流れるガス配管（図示せず）が接続されている。ブロック体１７の外面とケース１８の内壁面との間には、排気ガスが流れる空間２０が形成されている。
【００４７】
本例では、排気ガスが発電機１１と反対側（図１の左方側）から発電機１１側（図１の右方側）に向かって流れるようになっている。ケース１８内部の空間２０には、ブロック体１７と排気ガスとの伝熱面積を増大させるための波状の伝熱フィン２１（図２）が配置されている。
【００４８】
分岐管１５の中間部における内部空間は、蒸発部１９で蒸発した作動媒体１４を冷却して凝縮させる凝縮部２２を構成している。この凝縮部２２における分岐管１５の外周面には、冷却水（冷却用流体）が循環する冷却器２３が熱伝導可能に接触配置されている。
【００４９】
冷却器２３の冷却水入口２３ａおよび冷却水出口２３ｂは車両のエンジン１を冷却する冷却水の循環回路に接続され、この冷却水循環回路中にはラジエータ（放熱器）２が配置されている。冷却器２３に車両のエンジン１の冷却水が循環することによって、分岐管１５の中間部が冷却され、その結果、凝縮部２２で作動媒体１４の蒸気が冷却される。
【００５０】
冷却水が作動媒体１４の蒸気から回収した熱はラジエータ２によって大気中に放熱されるようになっている。つまり、ラジエータ２は、車両のエンジン１から回収した熱と、作動媒体１４の蒸気から回収した熱の両方を大気中に放熱するようになっている。
【００５１】
ラジエータ２には、ラジエータファン（電動送風ファン）３から空気が送風されるようになっている。ラジエータファン３の作動は、図示しない制御装置によって冷却水の温度等に応じて制御されるようになっている。
【００５２】
発電機１１のケーシング１２内には、作動媒体１４の液体部分から圧力を受けて変位するピストン２４がシリンダ部２５に摺動可能に配置されている。なお、ピストン２４はシャフト２６に連結されており、シャフト２６のうちピストン２４と反対側の端部には、一旦押し出されたピストン２４を押し戻すように弾性力を発生させるコイルばね２７が設けられている。なお、シャフト２６には上述の可動子（図示せず）が連結され、シャフト２６が振動変位することによって可動子も振動変位するようになっている。
【００５３】
次に、冷却器２３について詳しく説明する。図３に示すように、冷却器２３は、多数個の冷却水流通部２８を所定間隔だけ隔てて積層し、冷却水流通部２８同士の間に空気通路２９を形成した構成になっている。
【００５４】
本例では、冷却水流通部２８を分岐管１５の配列方向（図３の左右方向）に積層しており、冷却水流通部２８内に分岐管１５が上下方向に延びるように配置されている。
【００５５】
本例では、上述した冷却器２３の冷却水入口２３ａおよび冷却水出口２３ｂを多数個の冷却水流通部２８のそれぞれに配置している。より具体的には、冷却水入口２３ａは冷却水流通部２８の下方部に配置され、冷却水出口２３ｂは冷却水流通部２８の上方部に配置されている。
【００５６】
図示を省略しているが、下方側に位置する冷却水入口２３ａから冷却水流通部２８内に流入した冷却水は、冷却水流通部２８を図１の左右方向に蛇行しながら上昇し、上方側に位置する冷却水出口２３ｂから流出するようになっている。
【００５７】
本例では、図１に示すように、車両の走行風（矢印ｂ）を、発電機１１の反対側（図１の左方側）に位置する空気通路２９の入口部２９ａに導入し、発電機１１側（図１の右方側）に位置する空気通路２９の出口部２９ｂから車両の走行風を流出させるようになっている。
【００５８】
図２に示すように、空気通路２９には波状の放熱フィン３０が配置されている。これら空気通路２９および放熱フィン３０は、冷却水が作動媒体１４の蒸気から回収した熱の一部を大気中に放熱する放熱手段を構成する。
【００５９】
冷却器２３の走行風流れ上流側には、空気通路２９への走行風の導入を断続する遮蔽板３１が配置されている。遮蔽板３１は、図２の左右方向にスライド移動可能に支持されている。また、遮蔽板３１には、空気通路２９に対応した開口部３１ａが遮蔽板３１のスライド方向（図２の左右方向）に多数個形成されている。
【００６０】
図２、図３は、遮蔽板３１が空気通路２９の入口部２９ａを塞ぐ全閉位置（第１の位置）に操作された状態を示している。この全閉位置では、遮蔽板３１の板面が空気通路２９の入口部２９ａと重合するので、空気通路２９への走行風の導入が遮断される。
【００６１】
なお、図３では、図示の都合上、遮蔽板３１と空気通路２９の入口部２９ａとが図３の上下方向に離れているが、遮蔽板３１と空気通路２９の入口部２９ａとが図３の上下方向に接近しているほど、走行風の導入を遮断する効果が高いことはもちろんである。
【００６２】
一方、図４は、図２において遮蔽板３１が空気通路２９の入口部２９ａを開放する全開位置（第２の位置）に操作された状態を示す図であり、図５は図４のＣ−Ｃ断面図である。この全開位置では、遮蔽板３１の開口部３１ａが空気通路２９の入口部２９ａと重合するので、空気通路２９に走行風が導入される。
【００６３】
冷却水入口２３ａおよび冷却水出口２３ｂと遮蔽板３１との干渉を回避するため、開口部３１ａは上下両端部が遮蔽板３１のスライド方向（図２、図４の左右方向）に延びるコの字状に形成されている。
【００６４】
遮蔽板３１をスライド駆動する駆動手段３２は、遮蔽板３１のスライド方向一方側（図２、図４の右方側）に配置されて遮蔽板３１を全開位置側に向かって押し付ける押圧機構３３と、遮蔽板３１のスライド方向他方側（図２、図４の左方側）に配置されて遮蔽板３１を全閉位置側に向かって押し戻すばね機構３４とを有している。
【００６５】
押圧機構３３は、流体（例えば、Ｒ１３４ａやフロリナート等の冷媒のような１００℃より低い温度に沸点を持つ流体、または、サーモスタットに用いるワックス等）が封入された流体封入部３５と、流体封入部３５から突出して遮蔽板３１に連結されたシャフト３６と、シャフト３６の外周側に配置されて流体封入部３５内の流体が外部に洩れ出すのを防止するＯリング３７とを有している。
【００６６】
図示を省略しているが、流体封入部３５の周囲には冷却水の一部が導入され、冷却水の温度変化に応じて流体封入部３５内の流体が熱膨張および熱収縮するようになっている。
【００６７】
冷却水の温度が上昇して流体封入部３５内の流体が熱膨張すると、シャフト３６がばね機構３４のばね力に抗して遮蔽板３１を全開位置側に向かって押し付けるので、遮蔽板３１が全開位置に操作される。
【００６８】
冷却水の温度が低下して流体封入部３５内の流体が熱収縮すると、遮蔽板３１を押し付ける力が消滅するので、ばね機構３４のばね力によって遮蔽板３１が全閉位置側に向かって押し戻され、遮蔽板３１が全閉位置に操作される。
【００６９】
次に、上記構成における作動を説明する。加熱器１６および冷却器２３を動作させると、まず加熱器１６により蒸発部１９内の液相状態の作動媒体１４が加熱されて蒸発し、蒸発部１９内に高温・高圧の作動媒体１４の蒸気が蓄積されて、多数本の分岐管１５内の作動媒体１４の液面を押し下げる。すると、作動媒体１４の液体部分は、ピストン２４側に変位して、ピストン２４を押し上げる。このとき、コイルばね２７は弾性圧縮される。
【００７０】
また、多数本の分岐管１５内の作動媒体１４の液面が凝縮部２２まで下がり、凝縮部２２内に作動媒体１４の蒸気が進入すると、この作動媒体１４の蒸気が冷却器２３により冷却されて凝縮されるため、多数本の分岐管１５内の作動媒体１４の液面を押し下げる力が消滅する。
【００７１】
すると、作動媒体１４の蒸気の膨張によって一旦押し上げられた発電機１１側のピストン２４はコイルばね２７の弾性復元力により下降し、作動媒体１４の液体部分が蒸発部１９側に変位する。そして、多数本の分岐管１５内の作動媒体１４の液面が蒸発部１９まで上昇する。
【００７２】
そして、こうした動作は、加熱器１６及び冷却器２３の動作を停止させるまで繰り返し実行され、その間、主容器１０内の作動媒体１４は周期的に変位（いわゆる自励振動）して、発電機１１の図示しない可動子を上下動させることになる。
【００７３】
つまり、作動媒体１４の蒸気の発生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１４の液体部分が液体ピストンとして自励振動し、この液体ピストンの自励振動変位が出力として取り出される。このため、本発明による外燃機関は、液体ピストン蒸気エンジンとも呼ばれうる。
【００７４】
本実施形態では、加熱器１６は、車両のエンジン１の廃熱を加熱源として作動媒体１３を加熱して蒸発させるので、車両のエンジン１の廃熱を有効利用して機械的エネルギを取り出すことができる。
【００７５】
また、冷却器２３は、車両のエンジン１の冷却水の循環回路に接続され、冷却水を冷却源として作動媒体１３の蒸気を冷却して凝縮させるようになっており、冷却水が作動媒体１４の蒸気から回収した熱は、冷却水の循環回路中に配置された既存のラジエータ２によって大気中に放熱されるようになっている。
【００７６】
このため、既存の車両のエンジン１の冷却水循環回路を利用して冷却器２３の冷却水循環回路を構成することができ、冷却器２３専用の冷却水循環回路を設ける場合と比べて構成を簡素化できる。
【００７７】
さらに、本実施形態では、冷却水が作動媒体１４の蒸気から回収した熱の一部が、冷却器２３に設けられた放熱手段、すなわち空気通路２９および放熱フィン３０からなる放熱手段（以下、冷却器側放熱手段と言う。）によって大気中に放熱されるので、ラジエータ２における放熱量を低減することができる。
【００７８】
このため、車両のエンジン１の負荷が大きくなって車両のエンジン１の廃熱量が大きくなったときにラジエータ２の放熱能力が不足してしまうことを回避できるので、エンジン１の廃熱量の影響を受けることなく安定した冷却性を得ることができる。
【００７９】
しかも、冷却水の温度が低いときには遮蔽板３１が空気通路２９の全閉位置に操作されて空気通路２９への走行風の導入を遮断する。その結果、冷却器側放熱手段２９、３０による放熱が停止されるので、エンジン１の始動時におけるエンジン１の暖機を促進することができる。
【００８０】
また、本実施形態では、流体封入部３５内の流体の熱膨張および熱収縮を利用して遮蔽板３１を駆動するので、電気的な制御手段を用いることなく遮蔽板３１を駆動できる。このため、構成を簡素化でき、コストを低減できる。
【００８１】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、駆動手段３２が流体封入部３５内の流体の熱膨張および熱収縮を利用して遮蔽板３１を駆動しているが、本第２実施形態では、図６に示すように、駆動手段３２が電気駆動手段をなすソレノイド３８および制御装置３９によって構成されている。
【００８２】
本例の制御装置３９は、ソレノイド３８のみならずラジエータファン３も制御するようになっており、ソレノイド３８をラジエータファン３と連動して作動させる。具体的には、ラジエータファン３が停止しているときは遮蔽板３１が全閉位置に操作され、ラジエータファン３が作動しているときは遮蔽板３１が全開位置に操作されるようにソレノイド３８を制御する。
【００８３】
つまり、上述のように、ラジエータファン３は冷却水の温度等に応じて制御されることから、ラジエータファン３が停止しているときには冷却水の温度が所定温度以下であると判断して遮蔽板３１を全閉位置に操作する。一方、ラジエータファン３が作動しているときには冷却水の温度が所定温度より高いと判断して遮蔽板３１を全開位置に操作する。これにより、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。
【００８４】
また、本実施形態によると、電気的な制御手段を用いて遮蔽板３１を駆動するので、遮蔽板３１を冷却水の温度に応じて精度良く制御することができる。
【００８５】
ここで、冷却水の温度を温度センサ等によって直接検出し、検出した冷却水の温度が所定温度以下のときに遮蔽板３１を全閉位置に操作し、検出した冷却水の温度が所定温度より高いときに遮蔽板３１を全開位置に操作することもできるのはもちろんであるが、本実施形態では、ソレノイド３８をラジエータファン３と連動して制御することによって、ソレノイド３８の制御を簡素化し、コストの低減を図っている。
【００８６】
なお、本実施形態では、ソレノイド３８をラジエータファン３と連動して制御しているが、ソレノイド３８を発電機１１の発電量に応じて制御してもよい。具体的には、発電機１１の発電量が所定値以下のときには冷却水の温度が所定温度以下であると判断して遮蔽板３１が全閉位置に操作され、発電機１１の発電量が所定値よりも大きいときには冷却水の温度が所定温度より高いと判断して遮蔽板３１が全開位置に操作されるようにソレノイド３８を制御してもよい。
【００８７】
すなわち、排気ガスの温度が低いと蒸発部１９の温度が低くなるので、液体ピストン蒸気エンジンの出力、ひいては発電機１１の発電量が小さくなる。ここで、排気ガスの温度が低いときは車両のエンジン１の負荷および廃熱量が小さいときであり、車両のエンジン１の負荷および廃熱量が小さいときは冷却水の温度が低くなる。
【００８８】
したがって、発電機１１の発電量が所定値以下のときには冷却水の温度が所定温度以下であると判断し、発電機１１の発電量が所定値よりも大きいときには冷却水の温度が所定温度より高いと判断するようにしても、同様の作用効果を得ることができる。
【００８９】
なお、発電機１１の発電量の検出は、周知のごとく電流センサおよび電圧センサによって行うことができるが、発電機１１の電圧がほぼ一定に制御されるものであれば電流センサのみによって行うことができる。
【００９０】
（第３実施形態）
上記第１実施形態では、冷却水の温度に応じて遮蔽板３１を駆動させているが、本第３実施形態では、図７に示すように、車両走行動圧（ラム圧）によって遮蔽板３１を駆動させている。なお、図７は図示の都合上、冷却水入口２３ａおよび冷却水出口２３ｂを省略している。
【００９１】
冷却器２３の走行風流れ上流側には遮蔽板３１を支持する支持板４０が対向配置されており、支持板４０には空気通路２９の入口部２９ａと重合する開口部４０ａが多数個形成されている。
【００９２】
本実施形態における遮蔽板３１は、開口部４０ａに対応して多数個設けられており、開口部４０ａを開閉する回転ドアを構成している。より具体的には遮蔽板３１は、支持板４０のうち空気通路２９側（図７の上方側）の板面にコイルばね４１を介して回転可能に支持されている。
【００９３】
図７は、遮蔽板３１が開口部４０ａを開けた状態を示している。なお、図７中には遮蔽板３１の回転軌跡を破線で示している。
【００９４】
車両走行動圧が高いときには、車両走行動圧を受けた遮蔽板３１がコイルばね４１のばね力に抗して開口部４０ａを開ける。このため、空気通路２９に走行風が導入される。一方、車両走行動圧が低いときにはコイルばね４１のばね力によって遮蔽板３１が開口部４０ａを閉じるので、空気通路２９への走行風の導入が遮断される。
【００９５】
つまり、車両走行動圧が低いときは一般的に車両のエンジン１の負荷および廃熱量が小さく、冷却水の温度が低くなっていることから、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られることとなる。
【００９６】
また、本実施形態によると、遮蔽板３１を駆動するための構成をより簡素化でき、コストをより低減できる。
【００９７】
（第４実施形態）
上記第１実施形態では、遮蔽板３１が冷却水温度に応じて空気通路２９への走行風の導入を断続することによって冷却器側放熱手段２９、３０における放熱量を調整しているが、本第４実施形態では、図８に示すように、遮蔽板３１を廃止し、冷却水温度に応じて冷却器２３内における冷却水流れを制御することによって冷却器側放熱手段２９、３０における放熱量を調整する。
【００９８】
具体的には、上述の冷却水流通部（本実施形態では、第１の冷却水流通部と言う。）２８と空気通路２９との間に、第２の冷却水流通部４２を形成している。第２の冷却水流通部４２には、第１の冷却水流通部２８と同様に、冷却水入口４２ａおよび冷却水出口（図示せず）が設けられており、冷却水入口４２ａには、第２の冷却水流通部４２への冷却水の流通を断続するバルブ４３が配置されている。
【００９９】
本実施形態では、遮蔽板３１を廃止しているので空気通路２９に常に走行風が導入される。そして、冷却水の温度が低いときには、バルブ４３を閉じて第２の冷却水流通部４２への冷却水の流通を遮断するので、第１の冷却水流通部２８から冷却器側放熱手段２９、３０への伝熱が抑制され、ひいては冷却器側放熱手段２９、３０による放熱が抑制される。
【０１００】
一方、冷却水の温度が高いときには、バルブ４３を開けて第２の冷却水流通部４２へ冷却水を流通させるので、第１の冷却水流通部２８から冷却器側放熱手段２９、３０への伝熱が促進され、ひいては冷却器側放熱手段２９、３０による放熱が促進される。
【０１０１】
これにより、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。
【０１０２】
（第５実施形態）
上記第１実施形態では、冷却器側放熱手段２９、３０、すなわち空気通路２９および放熱フィン３０を冷却器２３に直接配置しているが、本第５実施形態では、図９、図１０に示すように、冷却器側放熱手段２９、３０を冷却器２３に対して離間配置する。
【０１０３】
空気通路２９は、所定間隔だけ隔てて積層配置された平板状の放熱フィン３０同士の間に形成されている。冷却器２３内では、上記第１実施形態における多数個の冷却水流通部２８が空気通路２９によって分断されず、互いに連通している。
【０１０４】
そして、冷却器２３と冷却器側放熱手段２９、３０との間で熱輸送を行うヒートパイプ４４は、一端部が冷却器２３内の冷却水流通部２８に挿入され、他端部が放熱フィン３０を串刺し状に貫通している。
【０１０５】
図１１は、ヒートパイプ４４の断面図である。ヒートパイプ４４内には作動液４５（例えば、水、メタノール、ＨＦＣ１３４ａ）および不凝縮性ガス４６（例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素、キセノン等）が封入されている。
【０１０６】
不凝縮性ガス４６の封入圧力は作動液４５の種類によって変更する必要があり、作動液４５の沸点Ｔｂでの飽和蒸気圧力に設定するのがよい。例えば、作動液４５が水の場合において、作動液４５の沸点Ｔｂを９０℃に設定したい場合、水は９０℃での飽和蒸気圧がおよそ０．０７ＭＰａであるので、不凝縮性ガス４６の温度が９０℃のときに不凝縮性ガス４６の圧力が０．０７ＭＰａになるように、不凝縮性ガス４６の初期封入圧力を設定しておくとよい。
【０１０７】
換言すれば、作動液４５の沸点Ｔｂは、不凝縮性ガス４６の封入圧力によって決定される。本例では、作動液４５の沸点Ｔｂは、冷却水温度Ｔｗの最低温度（以下、最低冷却水温度と言う。）Ｔｗｍｉｎと最高温度（以下、最高冷却水温度と言う。）Ｔｗｍａｘとの間の温度に設定されている（Ｔｗｍｉｎ＜Ｔｂ＜Ｔｗｍａｘ）。
【０１０８】
ここで、最低冷却水温度Ｔｗｍｉｎとは、通常の使用条件において想定される冷却水の温度の最低温度のことを意味し、最高冷却水温度Ｔｗｍａｘとは、通常の使用条件において想定される冷却水の温度の最高温度のことを意味するものである。
【０１０９】
図１２は、冷却水温度Ｔｗに対するヒートパイプ４４の熱輸送量Ｑの特性を示すグラフである。図１１からわかるように、冷却水温度Ｔｗが作動液４５の沸点Ｔｂよりも低いとき（Ｔｂ＞Ｔｗ）には、作動液４５の温度が沸点Ｔｂよりも低くなることからヒートパイプ４４による熱輸送がほとんど行われない。このため、冷却器側放熱手段２９、３０は放熱をほとんど行わない。
【０１１０】
一方、冷却水温度Ｔｗが作動液４５の沸点Ｔｂよりも高いとき（Ｔｂ＜Ｔｗ）には、作動液４５の温度が沸点Ｔｂよりも高くなることからヒートパイプ４４による熱輸送が行われ、冷却器側放熱手段２９、３０が放熱を行う。
【０１１１】
これにより、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。
【０１１２】
また、本実施形態によると、冷却器側放熱手段２９、３０を冷却器２３に対して離間配置することができるので、冷却器２３を小型化できるとともに、冷却器側放熱手段２９、３０の搭載位置の自由度を高くすることができる。
【０１１３】
これにより、冷却器２３の搭載スペースに制約を受ける場合においても冷却器２３の搭載が容易であり、しかも、冷却器側放熱手段２９、３０を搭載スペースの制約が小さい所に自由に搭載することができるので、実用上極めて有利である。
【０１１４】
（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態では、冷却水の温度に応じて流体封入部３５内の流体が熱膨張および熱収縮することによって遮蔽板３１を駆動しているが、冷却水の温度に応じて形状記憶合金またはサーモスタット等が熱変形することによって遮蔽板３１を駆動してもよい。
【０１１５】
また、上記各実施形態では、車両のエンジン１の排気ガスおよび冷却水を利用して作動媒体１４を加熱および冷却しているが、これに限定されることなく種々の熱機関の廃熱および冷却水を利用して作動媒体１４を加熱および冷却してもよい。
【０１１６】
また、冷却水に限定されることなく、種々の冷却用流体を用いることができることはもちろんである。
【０１１７】
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】
【０１１８】
【図１】本発明の第１実施形態を示す液体ピストン蒸気エンジンの概略構成図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図２において遮蔽板が全開位置に操作された状態を示す図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示す液体ピストン蒸気エンジンの要部正面図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示す液体ピストン蒸気エンジンの要部断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態を示す液体ピストン蒸気エンジンの要部断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態を示す液体ピストン蒸気エンジンの要部正面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】第５実施形態のヒートパイプの断面図である。
【図１２】冷却水温度に対するヒートパイプの熱輸送量特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１９】
１…エンジン（熱機関）、２…ラジエータ（放熱器）、１０…容器、
１１…発電機（出力部）、１６…加熱器、２３…冷却器、２９…空気通路（放熱手段）、
３０…放熱フィン（放熱手段）。
【図１】
2009013812.tif 000003
【図２】
2009013812.tif 000004
【図３】
2009013812.tif 000005
【図４】
2009013812.tif 000006
【図５】
2009013812.tif 000007
【図６】
2009013812.tif 000008
【図７】
2009013812.tif 000009
【図８】
2009013812.tif 000010
【図９】
2009013812.tif 000011
【図１０】
2009013812.tif 000012
【図１１】
2009013812.tif 000013
【図１２】
2009013812.tif 000014