熱機関
【課題】凝縮した作動液を、外部エネルギーを極力用いずに高圧の蒸発部へ送還する。
【解決手段】蒸発室１５６、３０８は、液溜め室１５７ａ、３０９ａに対して隔てられていて液溜め室１５７ａ、３０９ａよりも高圧になっており、作動液導入用部材１７は、２σ／ｒ・ｃｏｓθ＞ＰＨ−ＰＬの関係を満たすように構成され、ボイラー部１１は、外部熱源３と熱的に接続され且つ作動液導入用部材１７に当接する伝熱部材１５２、２３、３０２を有し、作動液導入用部材１７は伝熱部材１５２、２３、３０２を介して外部熱源３から受熱し、伝熱部材１５２、２３、３０２のうち作動液導入用部材１７に当接する部位には、作動液導入用部材１７から発生した蒸気を作動液導入用部材１７の外部に排気するための排気通路２１が形成されている。
【解決手段】蒸発室１５６、３０８は、液溜め室１５７ａ、３０９ａに対して隔てられていて液溜め室１５７ａ、３０９ａよりも高圧になっており、作動液導入用部材１７は、２σ／ｒ・ｃｏｓθ＞ＰＨ−ＰＬの関係を満たすように構成され、ボイラー部１１は、外部熱源３と熱的に接続され且つ作動液導入用部材１７に当接する伝熱部材１５２、２３、３０２を有し、作動液導入用部材１７は伝熱部材１５２、２３、３０２を介して外部熱源３から受熱し、伝熱部材１５２、２３、３０２のうち作動液導入用部材１７に当接する部位には、作動液導入用部材１７から発生した蒸気を作動液導入用部材１７の外部に排気するための排気通路２１が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動液を加熱して蒸発させ、蒸発した蒸気のエネルギーを機械的エネルギーとして取り出した後に蒸気を凝縮させて送還する熱機関に関し、排熱回収装置に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱機関は、作動液を蒸発させる蒸発部（蒸発室）が高圧になるのに対し、蒸気を凝縮（復液）させる凝縮部が低圧になるので、凝縮部で凝縮した作動液を蒸発部に送還するためにポンプ等の装置を用いるのが一般的である（例えば特許文献１）。すなわち、ポンプ等の装置を外部エネルギーを用いて駆動することよって、凝縮部の作動液を圧送して蒸発部に送還する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３３８２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術のごとく、凝縮部で凝縮した作動液をポンプ等の機構で蒸発室に送還する熱機関においては、作動液を加熱して蒸発させる外部エネルギー（熱エネルギー）に加えてポンプ等の装置を駆動するための外部エネルギーも必要であるので、出力効率の向上に限界がある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて成されたものであり、外部エネルギーを極力用いることなく、凝縮部で凝縮した作動液を高圧の蒸発室へ送還することが可能な熱機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、外部熱源（３）から供給される熱で作動液（１４）を加熱して作動液（１４）の蒸気を発生させる蒸発室（１５６、３０８）、および蒸発室（１５６、３０８）に供給される作動液（１４）を溜める液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）が形成されたボイラー部（１１）と、
蒸発室（１５６、３０８）で発生した蒸気が流通し、蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換して取り出す出力部（１２）と、
出力部（１２）を通過した蒸気を凝縮させ、凝縮した作動液（１４）を液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）に還流させる凝縮部（１３）と、
ボイラー部（１１）内に配置され、液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）の作動液（１４）を毛管力で吸引して蒸発室（１５６、３０８）に供給する作動液導入用部材（１７）とを備え、
蒸発室（１５６、３０８）は、液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）に対して隔てられていて液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）よりも高圧になっており、
作動液導入用部材（１７）は、
（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ＞ＰＨ−ＰＬの関係を満たすように構成され、
ボイラー部（１１）は、外部熱源（３）と熱的に接続され且つ作動液導入用部材（１７）に当接する伝熱部材（１５２、２３、３０２）を有し、
作動液導入用部材（１７）は伝熱部材（１５２、２３、３０２）を介して外部熱源（３）から受熱し、
伝熱部材（１５２、２３、３０２）のうち作動液導入用部材（１７）に当接する部位には、作動液導入用部材（１７）から発生した蒸気を作動液導入用部材（１７）の外部に排気するための排気通路（２１）が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
但し、σは作動液（１４）の表面張力、ｒは作動液導入用部材（１７）内の空隙の円相当半径、θは作動液導入用部材（１７）に対する作動液（１４）の濡れ角、ＰＨは蒸発室（１５６、３０８）の圧力、ＰＬは液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）の圧力である。
【０００８】
これによると、上記数式の関係を満たすように作動液導入用部材（１７）を構成することにより、作動液導入用部材（１７）の毛管力による圧力が、高圧の蒸発室（１５６、３０８）と低圧の液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）との圧力差よりも大きくなるので、低圧の液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）から高圧の蒸発室（１５６、３０８）への作動液（１４）の供給を作動液導入用部材（１７）の毛管力を利用して行うことができる。したがって、外部エネルギーを極力用いることなく、凝縮部（１３）で凝縮した作動液（１４）を高圧の蒸発室（１５６、３０８）へ送還することができる。
【０００９】
さらに、伝熱部材（１５２、２３、３０２）のうち作動液導入用部材（１７）に当接する部位に、作動液導入用部材（１７）から発生した蒸気を作動液導入用部材（１７）の外部に排気するための排気通路（２１）が形成されているので、蒸気が作動液導入用部材（１７）の内部に滞留して作動液（１４）の吸引を妨げてしまうことを回避できる。
【００１０】
具体的には、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の熱機関において、排気通路（２１）は、伝熱部材（１５２）に形成された溝（２２）によって構成されていればよい。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１に記載の熱機関において、伝熱部材（１５２、２３）は、排気通路（２１）を形成する排気通路形成部材（２３）と、残余の部位を構成する部材（１５２）とに分割して成形され、
排気通路形成部材（２３）は、残余の部位を構成する部材（１５２）と作動液導入用部材（１７）との間に挟まれた網状部材または複数の玉状部材であり、
蒸気通路（２１）は、網状部材または複数の玉状部材が形成する空隙によって構成されていてもよい。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱機関において、伝熱部材（１５２、２３、３０２）は、水平方向に延びる上面部を有し、
作動液導入用部材（１７）は、平板状に形成されて伝熱部材（１５２、２３、３０２）の上面部に重ねられ、
作動液導入用部材（１７）は、伝熱部材（１５２、２３、３０２）を介して外部熱源（３）から受熱することを特徴とする。
【００１３】
これにより、作動液導入用部材（１７）の受熱面積を大きく確保することができるので、作動液導入用部材（１７）によって吸引された作動液（１４）を効果的に加熱することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の熱機関において、ボイラー部（１１）は、作動液導入用部材（１７）のうち伝熱部材（１５２、２３、３０２）と反対側の面に重ねられ、外部熱源（３）からの熱を作動液導入用部材（１７）に伝える伝熱板（１９）を有していることを特徴とする。
【００１５】
これにより、作動液導入用部材（１７）が上面側から加熱されることとなる。このため、作動液導入用部材（１７）の上面から作動液（１４）が蒸発するので、作動液（１４）の蒸気の放出が良くなり、ひいては出力を向上できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、請求項４または５に記載の熱機関において、作動液導入用部材（１７）のうち水平方向における端面（１７１）は、液溜め室（１５７ａ）の作動液（１４）が流入する流入口を構成していることを特徴とする。
【００１７】
これによると、作動液導入用部材（１７）が作動液（１４）を水平方向に吸引するので、作動液導入用部材（１７）が作動液（１４）を吸引する際に重力の影響を受けることを抑制できる。このため、作動液導入用部材（１７）によって、液溜め室（１５７ａ）の作動液（１４）を蒸発室（１５６）に確実に供給することができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱機関において、ボイラー部（１１）を収容するボイラー部ケース（３０）と、
出力部（１２）および凝縮部（１３）を収容する還流部ケース（３１）と、
ボイラー部（１１）の蒸発室（３０８）と出力部（１２）とを連通する蒸気通路（３２ａ）を形成する蒸気通路形成部（３２）と、
凝縮部（１３）とボイラー部（１１）の液溜め室（３０９ａ）とを連通する循環通路（３３ａ）を形成する循環通路形成部（３３）とを備え、
ボイラー部ケース（３０）および還流部ケース（３１）は、互いに離間して配置され且つ蒸気通路形成部（３２）および循環通路形成部（３３）を介して接続されていることを特徴とする。
【００１９】
これによると、出力部（１２）および凝縮部（１３）がボイラー部（１１）に対して離間して配置されているので、出力部（１２）および凝縮部（１３）にボイラー部（１１）の熱が伝わりにくく、出力部（１２）および凝縮部（１３）の温度上昇が抑えられる。このため、出力部（１２）から排出される蒸気の凝集・還流性能が向上する。
【００２０】
請求項８に記載の発明では、請求項４ないし６のいずれか１つに記載の熱機関において、作動液導入用部材（１７）のうち蒸発室（１５６）の内部に位置する部位には、その表裏を貫通する貫通孔（１７２）が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
これによると、伝熱部材（１５２、２３、３０２）で加熱されて蒸発した蒸気を貫通孔（１７２）から作動液導入用部材（１７）の上方側へ速やかに逃がすことができるので、蒸気が作動液導入用部材（１７）内に滞留して作動液（１４）の吸引を妨げてしまうことを抑制できる。
【００２２】
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の熱機関において、貫通孔（１７２）は、排気通路（２１）と連通していることを特徴とする。
【００２３】
これにより、伝熱部材（１５２、２３、３０２）で加熱されて蒸発した蒸気を排気通路（２１）および貫通孔（１７２）から作動液導入用部材（１７）の上方側へ速やかに逃がすことができるので、蒸気が作動液導入用部材（１７）内に滞留して作動液（１４）の吸引を妨げてしまうことを一層抑制できる。
【００２４】
具体的には、請求項１０に記載の発明のように、請求項８または９に記載の熱機関において、貫通孔（１７２）は、作動液導入用部材（１７）の板面方向に延びる溝状に形成されていればよい。
【００２５】
また、請求項１１に記載の発明のように、請求項８または９に記載の熱機関において、貫通孔（１７２）は多数個分散して形成されていてもよい。
【００２６】
請求項１２に記載の発明では、請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の熱機関において、ボイラー部（１１）は、貫通孔（１７２）の水平方向側に液溜め室（１５７ａ）を形成し、
伝熱部材（１５２）のうち貫通孔（１７２）よりも液溜め室（１５７ａ）側に位置する部位には、伝熱部材（１５２）の内部における熱伝導を抑制する断熱溝（１５２ａ）が形成され、
伝熱部材（１５２）は、断熱溝（１５２ａ）よりも貫通孔（１７２）側に位置する部位（１５２ｂ）が外部熱源（３）から受熱することを特徴とする。
【００２７】
これによると、作動液導入用部材（１７）のうち貫通孔（１７２）近傍部位では受熱が良好に行われるのに対し、作動液導入用部材（１７）のうち貫通孔（１７２）から離れた部位（液溜め室（１５７ａ）側の部位）の受熱が抑制される。このため、伝熱部材（１５２）で加熱されて蒸発した蒸気を貫通孔（１７２）から作動液導入用部材（１７）の上方側へより速やかに逃がすことができるので、蒸気が作動液導入用部材（１７）内に滞留して作動液（１４）の吸引を妨げてしまうことをより回避できる。
【００２８】
請求項１３に記載の発明では、請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の熱機関において、ボイラー部（１１）は、作動液導入用部材（１７）内の空隙が縮小するように作動液導入用部材（１７）に荷重を付与する荷重付与手段（１６１）を有し、
作動液導入用部材（１７）は、荷重付与手段（１６１）から荷重が付与された状態でボイラー部（１１）内に保持されていることを特徴とする。
【００２９】
これによると、荷重付与手段（１６１）が作動液導入用部材（１７）内の空隙を縮小させることにより作動液導入用部材（１７）内の空隙の円相当半径ｒを小さくすることができるので、上記数式の関係を満たす作動液導入用部材（１７）を容易に構成することができる。
【００３０】
請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の熱機関において、ボイラー部（１１）は、蒸発室（１５６）と液溜め室（１５７ａ）とを隔てる隔壁（１６）を有し、
隔壁（１６）は、作動液導入用部材（１７）に荷重を付与するようにボイラー部（１１）内に配置され、
荷重付与手段（１６１）は、隔壁（１６）で構成されていることを特徴とする。
【００３１】
これによると、蒸発室（１５６）と液溜め室（１５７ａ）とを隔てる隔壁（１６）が荷重付与手段としての役割をも果たすので、隔壁（１６）と別個に荷重付与手段を設ける場合と比較して構成を簡素化できる。
【００３２】
請求項１５に記載の発明では、請求項１４に記載の熱機関において、作動液導入用部材（１７）は、荷重付与手段（１６１）よりも蒸発室（１５６）側まで延びていることを特徴とする。
【００３３】
これにより、作動液導入用部材（１７）によって、液溜め室（１５７ａ）の作動液（１４）を蒸発室（１５６）に確実に供給することができる。
【００３４】
請求項１６に記載の発明では、請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の熱機関において、作動液導入用部材（１７）は、少なくとも樹脂繊維を編み込んだ素材で構成されていることを特徴とする。
【００３５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の前提となる形態における排熱回収装置の断面図である。
【図２】本発明の前提となる形態における排熱回収装置の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の前提となる形態における排熱回収装置の内部構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の前提となる形態における排熱回収装置のエンジンを示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるボイラー部の要部を示す断面図および平面図である。
【図６】本発明の第１実施形態における溝のパターン例を示す平面図である。
【図７】本発明の第２実施形態におけるボイラー部の要部を示す断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態におけるボイラー部の要部を示す平面図および断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態における排熱回収装置の断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態におけるボイラー部の要部を示す平面図および断面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態の変形例におけるボイラー部の要部を示す平面図および断面図である。
【図１２】本発明の第６実施形態におけるボイラー部の要部を示す断面図である。
【図１３】本発明の第７実施形態におけるボイラー部の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
（本発明の前提となる形態）
本発明の前提となる形態を図１〜図４に基づいて説明する。本形態では、熱機関を排熱回収装置に適用している。図１は、排熱回収装置の全体構成を示す断面図である。図２は、排熱回収装置の外観を示す斜視図である。図３は、排熱回収装置の内部構造を示す斜視図である。図１〜図４中、上下の矢印は、排熱回収装置の設置状態における上下方向（天地方向）を示している。
【００３８】
本形態の排熱回収装置１０は、ボイラー部１１、出力部１２、および凝縮部１３に大別される。図１の例では、排熱回収装置１０で取り出された機械的エネルギーを発電に用いるために、排熱回収装置１０に発電機１が取り付けられている。図２の例では、排熱回収装置１０で取り出された機械的エネルギーでファン２を回転駆動するようになっている。
【００３９】
ボイラー部１１は、外部熱源から供給される熱（排熱）で作動液１４（本例では、水）を加熱して蒸発させ、作動液１４の蒸気を出力部１２に供給する。出力部１２は、ボイラー部１１から供給された蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換して出力する。
【００４０】
凝縮部１３は、出力部１２通過後の蒸気を凝縮して作動液１４に復液させ、復液した作動液１４をボイラー部１１に還流する。したがって、凝縮部１３を還流部と表現することもできる。
【００４１】
ボイラー部１１および出力部１２はケース１５内に収容されている。本例では、ケース１５は、単一の容器で構成されている。ケース１５は、外部熱源をなす発熱体３の上に載せられている。本例では、発熱体３は、工場から出る排熱によって発熱するようになっている。
【００４２】
ケース１５は、水平方向に延びる２つの平板１５１、１５２と、２つの平板１５１、１５２の間で上下方向に延びる筒１５３とで構成されている。すなわち、平板１５１、１５２によってケース１５の上下壁部が構成され、筒１５３によってケース１５の側壁部が構成されている。
【００４３】
本例では、作動液１４として水を用いているので、平板１５１、１５２および筒１５３を、耐水性に優れたステンレスで形成するのが好ましい。また、本例では、平板１５１、１５２は矩形平板状に形成され、筒１５３は円筒状に形成されている。
【００４４】
平板１５１、１５２と筒１５３との固定は、液密性および気密性が確保されるようになされている。図１の例では、平板１５１、１５２と筒１５３との間にシール部材１５４が介在している。なお、図２、図３の例では、筒１５３の外周側に、平板１５１、１５２同士を繋ぐ支柱１５５が配置されている。
【００４５】
ケース１５の内部空間は、隔壁１６によって高圧室１５６と低圧室１５７とに隔てられている。隔壁１６は、ケース１５の下壁部１５２の上に配置された筒状壁部１６１と、筒状壁部１６１の上に被せられた板状壁部１６２とに分割形成されている。本例では、筒状壁部１６１は円筒状に形成され、板状壁部１６２は円板状に形成されている。
【００４６】
高圧室１５６は、筒状壁部１６１の内側かつ板状壁部１６２の下側に形成される空間であり、作動液１４が発熱体３の熱によって加熱されて蒸発する蒸発室を構成する。したがって、高圧室１５６は、作動液１４の蒸気によって高圧になる。
【００４７】
低圧室１５７は、筒状壁部１６１の外側および板状壁部１６２の上側に形成される空間である。低圧室１５７には、出力部１２を流通した蒸気と、凝縮部１３で凝縮された作動液１４とが流入する。したがって、低圧室１５７は高圧室１５６よりも低圧になる。
【００４８】
隔壁１６は、蒸発室（高圧室）１５６の蒸気が冷えて凝縮しないよう、例えば耐熱樹脂のような耐熱性のある断熱素材で形成されている。
【００４９】
低圧室１５７には出力部１２を構成するエンジン１２１が配置されている。本例では、エンジン１２１は、隔壁１６の板状壁部１６２の上側に固定されており、蒸発室１５６の蒸気をエンジン１２１に供給するための蒸気通路１６２ａが板状壁部１６２に形成されている。
【００５０】
低圧室１５７のうちケース１５の筒１５３と隔壁１６の筒状壁部１６１との間に位置する空間は、蒸発室１５６に供給される作動液１４を溜める液溜め室１５７ａを構成している。つまり、液溜め室１５７ａは、蒸発室１５６の水平方向側に配置されている。
【００５１】
ケース１５の底壁部（下壁部）１５２と隔壁１６の筒状壁部１６１との間には、作動液導入用部材に相当するウィック１７が挟み込まれている。
【００５２】
ここで、作動液導入用部材とは、液溜め室１５７の作動液１４を吸引する毛管力を発生する部材（毛管力発生部材）のことを定義しており、例えば多孔質セラミックや金属焼結体のような多孔質体や繊維を編み込んだ構造体である。
【００５３】
本例では、ウィック１７は、耐熱性を有するシート素材で形成されている。具体的には、ウィック１７は、ステンレスワイヤとアラミド繊維（樹脂繊維）の編み込み素材で形成されている。また、本例では、ウィック１７は平板状、より具体的には円板状に形成されている。
【００５４】
ウィック１７は、平面状の底壁部１５２のうち水平方向に延びる上面部に重ねられている。底壁部１５２は発熱体３と熱的に接続されており、発熱体３からウィック１７への伝熱を担う伝熱部材の役割を果たす。これにより、ウィック１７の下面部（底壁部１５２側の平面部）１７３は、底壁部１５２を介して発熱体３から受熱する。
【００５５】
ウィック１７の外周縁部は、ケース１５の底壁部１５２と隔壁１６の筒状壁部１６１との間に挟み込まれている。これにより、ウィック１７のうち水平方向における端面１７１は、液溜め室１５７の作動液１４が流入する流入口を構成することとなる。
【００５６】
ウィック１７の中心部（筒状壁部１６１よりも中心側の部位）は、蒸発室１５６内に位置している。換言すれば、ウィック１７は、筒状壁部１６１よりも蒸発室１５６側まで延びている。
【００５７】
本例では、筒状壁部１６１およびウィック１７は、ボルト１８によってケース１５の底壁部１５２に共締めされて固定されている。ボルト１８の締め込みによって、ウィック１７は、筒状壁部１６１から荷重を受けて圧縮された状態でケース１５内に保持されている。
【００５８】
ウィック１７が筒状壁部１６１から荷重を受けて圧縮されることによって、ウィック１７内の空隙は、荷重を受けていない状態（ウィック１７の単体状態）に比べて縮小されている。換言すれば、筒状壁部１６１は、ウィック１７内の空隙が縮小するようにウィック１７に荷重を付与する荷重付与手段を構成している。
【００５９】
ここで、ウィック１７の内部には、毛管現象によって圧力差が生じる。この毛管現象による圧力差を以下、ウィック１７の毛管力による圧力ΔＰと言う。ウィック１７の毛管力による圧力ΔＰは次の数式１で表される。
【００６０】
（数１）
ΔＰ＝（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ
但し、ｒはウィック１７内の空隙の円相当半径（細管半径）、σは表面張力、θは濡れ角である。円相当半径とは、対象とする断面と同じ面積を持つ円の半径のことである。
【００６１】
上述のごとく、ウィック１７は、筒状壁部１６１から荷重を受けて圧縮されてウィック１７内の空隙が縮小されている。これにより、上記数式１におけるウィック１７内の空隙の円相当半径ｒを小さくして、ウィック１７の毛管力による圧力ΔＰが、高圧室１５６の圧力ＰＨと低圧室１５７の圧力ＰＬとの圧力差（ＰＨ−ＰＬ）よりも大きくなるようにしている（ΔＰ＞ＰＨ−ＰＬ）。
【００６２】
換言すれば、ウィック１７は、次の数式２の関係を満たすように構成されている。
【００６３】
（数２）
（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ＞ＰＨ−ＰＬ
ウィック１７の中心部には、円板状のプレート１９が載せられている。プレート１９およびウィック１７は、ボルト２０によってケース１５の底壁部１５２に共締めされて固定されている。これにより、ウィック１７の中心部の浮き上がりが防止される。
【００６４】
ウィック１７およびプレート１９のうち蒸発室１５６内に位置する部位には、上下方向に延びて表裏を貫通する貫通孔１７２、１９１が所定形状で所定個数、形成されている。貫通孔１７２、１９１は、蒸発室１５６内で発生した蒸気がウィック１７およびプレート１９の上方側へ抜けるようにするための蒸気抜き孔としての役割を果たす。
【００６５】
換言すれば、蒸発室１５６内の作動液１４は、ケース１５の底壁部１５２からの伝熱によって蒸発すると、貫通孔１７２、１９１を通じてウィック１７およびプレート１９の上方側へ抜ける。
【００６６】
底壁部１５２のうち貫通孔１７２、１９１よりも液溜め室１５７ａ側に位置する部位には、底壁部１５２内における熱伝導を抑制する断熱溝１５２ａが周状、より具体的には円周状に形成されている。
【００６７】
底壁部１５２のうち断熱溝１５２ａの内側部位１５２ｂ、すなわち断熱溝１５２ａよりも貫通孔１７２、１９１側に位置する部位は、発熱体３上に載せられて発熱体３と接触している。これに対し、底壁部１５２のうち断熱溝１５２ａの外側部位１５２ｃは、発熱体３上に載せられておらず発熱体３と接触していない。
【００６８】
隔壁１６の筒状壁部１６１は、底壁部１５２のうち断熱溝１５２ａの外側部位１５２ｃの上に配置されている。
【００６９】
出力部１２のエンジン１２１は、本例では、ピストン１２２およびシリンダ１２３が振り子のように揺動する振り子式エンジンが用いられている。なお、エンジン１２１の代わりに蒸気タービン等を用いてもよい。
【００７０】
図４は、エンジン１２１を示す断面図である。シリンダ１２３は、隔壁１６の板状壁部１６２に固定されたベース１２４に対して、揺動軸１２５を中心に揺動可能に支持されている。
【００７１】
ベース１２４には、蒸気通路１６２ａと連通する吸気路１２４ａが形成されている。吸気路１２４ａは、シリンダ１２３に吸入される蒸気が流れる流路である。また、ベース１２４には、低圧室１５７と連通する排気路１２４ｂが形成されている。排気路１２４ｂは、シリンダ１２３から排出される蒸気が流れる流路である。吸気路１２４ａの出口部および排気路１２４ｂの入口部は、ベース１２４の上面に開口している。
【００７２】
本例では、ピストン１２２およびシリンダ１２３は水平方向に配置されており、揺動軸１２５は上下方向に配置されている。したがって、ピストン１２２およびシリンダ１２３は水平面内で揺動する。
【００７３】
シリンダ１２３の下面には、蒸気を吸入・排気するポート１２３ａが開口している。シリンダ１２３が揺動方向の一端側に位置している状態では、ポート１２３ａが吸気路１２４ａと連通する。シリンダ１２３が揺動方向の他端側に位置している状態では、ポート１２３ａが排気路１２４ｂと連通する。
【００７４】
シリンダ１２３が揺動方向の一端側に位置してポート１２３ａが吸気路１２４ａと連通していると、シリンダ１２３内に蒸発室１５６の蒸気が流入してピストン１２２が押し出されて往動する。
【００７５】
ピストン１２２の先端部は、ロッド１２６を介してホイールギア１２７に連結されている。図１に示すように、ホイールギア１２７は、センターギア１２８に連結されている。センターギア１２８の中心には、出力軸１２９が固定されている。これにより、ピストン１２２が押し出されるとホイールギア１２７およびセンターギア１２８を介して出力軸１２９が回転する。
【００７６】
また、ピストン１２２が押し出されてホイールギア１２７が回転することで、シリンダ１２３が揺動方向の他端側に向かって揺動してポート１２３ａがベース１２４の上面によって閉塞される。
【００７７】
ポート１２３ａが閉塞されると、ホイールギア１２７は慣性力によって回転を継続し、ホイールギア１２７の慣性力によってピストン１２２が押し戻されて復動する。この際もシリンダ１２３の揺動は継続される。そして、シリンダ１２３が揺動方向の他端側に位置してポート１２３ａが排気路１２４ｂと連通すると、シリンダ１２３内の蒸気が低圧室１５７に排出される。
【００７８】
図１、図３の例では、エンジン１２１は、シリンダ１２３が複数個設けられた複気筒エンジンを構成しているが、シリンダ１２３が１個のみ設けられた単気筒エンジンを構成していてもよい。
【００７９】
出力部１２の出力軸１２９と発電機１の回転軸１ａとの連結は、ケース１５の上壁部１５１を介して、マグネットカップリングによってなされている。回転軸１ａの回転によってロータ１ｂが回転し、ロータ１ｂの回転によってコイル１ｃで発電される。コイル１ｃで発電された電力は、発電機１に接続された任意の電気機器４に供給される。
【００８０】
図１の例では、ケース１５の上方側に凝縮部１３が配置されている。ケース１５の上壁部１５１には、出力部１２から排出された低圧室１５７の蒸気を凝縮部１３に流出させるための流出路１５１ａと、凝縮部１３で凝縮した作動液１４を低圧室１５７に還流させるための還流路１５１ｂとが形成されている。
【００８１】
凝縮部１３は、所定形状の容器で形成されており、凝縮部１３の内部空間は流出路１５１ａおよび還流路１５１ｂと連通している。流出路１５１ａを通じて凝縮部１３に流入した蒸気は、凝縮部１３にて大気中に放熱して凝縮する。つまり、凝縮部１３では、蒸気が作動液１４に復液する。凝縮部１３で復液した作動液１４は、還流路１５１ｂを通じて低圧室１５７に還流し、液溜め室１５７ａに溜まる。
【００８２】
図１の例では、凝縮部１３における蒸気の放熱量を増大させるべく、発電機１の回転軸１ａにファン１ｄを連結し、回転軸１ａによってファン１ｄを回転させ、ファン１ｄの回転によって発生する送風空気で凝縮部１３を冷却するようになっている。
【００８３】
次に、上記構成における作動を説明する。発熱体３の熱は、ケース１５の底壁部１５２を介して蒸発室１５６内の作動液１４に伝わり、作動液１４が蒸発する。蒸発室１５６で発生した蒸気は、蒸気通路１６２ａを通じてエンジン１２１に供給される。
【００８４】
エンジン１２１に供給された蒸気はピストン１２２を駆動する。これにより、蒸気のエネルギーが機械的エネルギーに変換される。ピストン１２２の駆動により出力軸１２９が回転し、発電機１で発電が行われる。このようにして、発熱体３の排熱エネルギーが電気エネルギーとして回収される。
【００８５】
エンジン１２１内の蒸気はピストン１２２を駆動した後に排気路１２４ｂを通じて低圧室１５７に排出される。エンジン１２１から低圧室１５７に排出された蒸気は、流出路１５１ａを通じて凝縮部１３に流入し、凝縮部１３で凝縮されて作動液１４に復液する。凝縮部１３で復液した作動液１４は、還流路１５１ｂを通じて低圧室１５７に還流して液溜め室１５７ａに溜まる。
【００８６】
液溜め室１５７ａに溜まった作動液１４は、ウィック１７に吸引されて蒸発室１５６に供給されて蒸発する。すなわち、ウィック１７には、液溜め室１５７ａの作動液１４を吸引する毛管力が発生するので、この毛管力を利用して、低圧の液溜め室１５７ａから高圧の蒸発室１５６に作動液１４を供給する。
【００８７】
より具体的には、圧力隔壁１６のあるボイラー部１１において、低温低圧の液溜め室１５７ａの還流作動液１４をウィック１７の毛管力で高圧の蒸発室１５６へ引っ張り込み、ウィック１７端に到達した作動液１４のしずくを連続的に蒸発させる。
【００８８】
ここで、上述の数式２を満たすように、ウィック１７内の空隙を小さくしてウィック１７内の空隙の円相当半径ｒを十分に小さくしているので、ウィック１７の毛管力による圧力ΔＰが、高圧室１５６の圧力ＰＨと低圧室１５７の圧力ＰＬとの圧力差（ＰＨ−ＰＬ）よりも大きくなる（ΔＰ＞ＰＨ−ＰＬ）。
【００８９】
このため、ウィック１７の毛管力が高圧室１５６の圧力ＰＨと低圧室１５７の圧力ＰＬとの圧力差（ＰＨ−ＰＬ）に打ち勝って、低圧の液溜め室１５７ａに溜まった作動液１４を高圧の蒸発室１５６に良好に吸引することができる。
【００９０】
換言すれば、圧力隔壁１６によって液溜め室１５７ａと蒸発室１５６との間に圧力差が生じている状態において、ウィック１７を使って圧力差（ＰＨ−ＰＬ）に負けない毛管力を与えることにより低圧の液溜め室１５７ａから高圧の蒸発室１５６へ作動液１４を引っ張り込むことができる。したがって、液溜め室１５７ａの作動液１４を高圧の蒸発室１５６へ外部エネルギーを用いることなく送還することができる。
【００９１】
また、蒸発室１５６における作動液１４の蒸発量と液溜め室１５７ａからの作動液１４の移動量とが同一であるため、作動液１４の還流量制御は自律的になる。このため、作動液１４の還流量を制御するための制御機構が不要であるので、装置体格の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００９２】
また、ウィック１７内の空隙を小さくしているので、蒸発室１５６で発生した蒸気がウィック１７を通じて低圧室１５７に逆流してしまうことを防止できる。
【００９３】
上述のごとく、本形態では、ウィック１７の例として、ステンレスワイヤとアラミド繊維の編み込み素材を用いている。このようなウィック１７が単体状態（圧縮されていない状態）で内部の空隙が大きい場合、ウィック１７を圧縮して繊維を密にすることによってウィック１７内の空隙を小さくしてウィック１７内の空隙の円相当半径ｒを十分に小さくするのが好ましい。
【００９４】
本形態では、隔壁１６の筒状壁部１６１をケース１５の底壁部１５２に対してボルト１８で締め込むことによって、筒状壁部１６１と底壁部１５２との間でウィック１７を圧縮している。このため、上記数式２の関係を満たすウィック１７を容易に構成することができる。
【００９５】
このようなウィック１７の圧縮の一具体例を挙げると、素材厚みが５ｍｍで密度が２．５ｍ／ｃｍ3 、繊維径が８μｍのウィック１７を締め込んで１２％まで圧縮することで、ウィック１７の円相当半径ｒを１２μｍまで縮小させ、蒸発室１５６の圧力１０ｋＰａに打ち勝つ毛管力を起こすことができる。
【００９６】
また、本形態では、隔壁１６の一部である筒状壁部１６１によってウィック１７に荷重を作用させてウィック１７を圧縮しているので、ウィック１７に荷重を作用させてウィック１７を圧縮する荷重付与手段を隔壁１６と別個に設ける場合と比較して構成を簡素化できる。
【００９７】
なお、ウィック１７内の空隙がウィック１７の単体状態（圧縮されていない状態）でも既に十分小さい場合には、ウィック１７を圧縮せずに用いても十分な毛管力を得ることができる。このようなウィック１７としては、例えば多孔焼結金属プレートが挙げられる。
【００９８】
また、本形態では、ウィック１７が筒状壁部１６１よりも蒸発室１５６側まで延びているので、ウィック１７が筒状壁部１６１とケース１５の底壁部１５２との間にのみ配置されている場合と比較して、液溜め室１５７ａの作動液１４を蒸発室１５６に確実に供給することができる。
【００９９】
また、本形態では、ウィック１７のうち水平方向における端面１７１が、液溜め室１５７ａの作動液１４が流入する流入口を構成しているので、ウィック１７が作動液１４を水平方向に吸引することとなる。このため、ウィック１７が作動液１４を吸引する際に重力の影響を受けることを抑制できる。このため、ウィック１７によって、液溜め室１５７ａの作動液１４を蒸発室１５６に確実に供給することができる。
【０１００】
また、本形態では、ウィック１７を、水平方向に延びる平板状に形成し、かつ底壁部１５２上に配置しているので、ウィック１７のうち底壁部１５２側の平面部１７３が底壁部１５２を介して発熱体３から受熱することができる。このため、ウィック１７の受熱面積を大きく確保することができるので、ウィック１７によって吸引された作動液１４を効果的に加熱することができる。
【０１０１】
また、本形態では、ウィック１７のうち蒸発室１５６内に位置する部位に、上下方向に延びる貫通孔１７２を形成しているので、底壁部１５２で加熱されて蒸発した蒸気を貫通孔１７２からウィック１７の上方側へ速やかに逃がすことができる。このため、蒸気がウィック１７内に滞留してウィック１７の内部を加熱・乾燥させて作動液１４の吸引を妨げてしまうことを抑制できる。
【０１０２】
また、本形態では、底壁部１５２のうち貫通孔１７２よりも液溜め室１５７ａ側に位置する部位に、底壁部１５２内における熱伝導を抑制する周状の断熱溝１５２ａを形成し、底壁部１５２のうち周状の断熱溝１５２ａの内側部位１５２ｂを発熱体３と接触させている。
【０１０３】
このため、ウィック１７のうち貫通孔１７２近傍部位では受熱が良好に行われるのに対し、ウィック１７のうち貫通孔１７２から離れた部位（液溜め室１５７ａ側の部位）では受熱が抑制される。
【０１０４】
その結果、底壁部１５２で加熱されて蒸発した蒸気を貫通孔１７２からウィック１７の上方側へより速やかに逃がすことができるので、蒸気がウィック１７内に滞留してウィック１７の内部を加熱・乾燥させて作動液１４の吸引を妨げてしまうことをより回避できる。
【０１０５】
よって、ウィック１７内の作動液１４の流れが途切れないようにすることができるとともに、発熱体３の熱がケース１５に逃げるというロス（熱損失）を抑制することができる。
【０１０６】
因みに、本例では、ケース１５内を減圧することなく大気圧にし、外部熱源の温度を２３０℃にしており、作動時には、高圧室１５６の温度が１０２℃、低圧室１５７の温度が９７℃になるようにしている。
【０１０７】
ここで、作動液１４の沸点は作動液１４の材料とケース１５内の圧力で決まるため、例えば作動液１４にアルコールを用い、ケース１５内を真空にすれば外部熱源の温度が零度以下でも適用可能である。外部熱源の温度が低い場合には、ウィック１７やボイラー部１１の構造体（ケース１５等）に耐熱性を持たせる必要はないので、ウィック１７やボイラー部１１の材料として耐熱性の低い材料（樹脂等）を用いることができる。
【０１０８】
（第１実施形態）
本第１実施形態では、図５に示すように、上述の本発明の前提となる形態におけるケース１５の底壁部１５２に排気通路２１が形成されている。具体的には、排気通路２１は、底壁部１５２のうちウィック１７に当接する当接部に形成された溝２２によって構成されている。溝２２は、ウィック１７の貫通孔１７２と重合するように形成されている。したがって、ウィック１７の貫通孔１７２は、排気通路２１と連通している。
【０１０９】
図５の例では、溝２１は、同心円状の複数の円形溝と、この円形溝同士を放射状に繋ぐ複数の直線溝とで構成されている。
【０１１０】
これによると、ウィック１７の下面から蒸発した作動液１４の蒸気は排気通路２１を経てウィック１７の貫通孔１７２に到達し、ウィック１７の貫通孔１７２に到達した蒸気はウィック１７の上方側に排気される。
【０１１１】
このように、ケース１５の底壁部１５２に排気通路２１が形成されていることにより、ウィック１７の下面から蒸発した蒸気をウィック１７の上方側へ逃げ易くすることができる。このため、作動液１４の蒸気の放出が良くなり、ひいては出力を向上できる。
【０１１２】
また、蒸気は排気通路２１を通る間にさらに加熱されて過熱蒸気となり、蒸気圧力が増えるのでエンジン推力が増す。換言すれば、出力エネルギーが増加する。ただし、排気通路２１が増えると伝熱面積が減るので、排気性と伝熱性とはトレードオフの関係にある。
【０１１３】
なお、溝２２のパターンは、図６に示すように種々変形が可能である。例えば図６（ａ）に示すように、溝２２のパターンは、１つの円形溝と、円形溝と放射状に交差する長短２種類の複数の直線溝とを組み合わせたものにすることができる。
【０１１４】
例えば図６（ｂ）に示すように、溝２２のパターンは、複数の直線溝を互いに直交するように組み合わせたものにしてもよい。また、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、直線溝同士のピッチ等を適宜変形可能である。
【０１１５】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、排気通路２１が溝２２によって構成されているが、本第２実施形態では、図７に示すように、ケース１５の底壁部１５２とウィック１７との間に、排気通路を形成する排気通路形成部材２３を挟み込むことによって排気通路２１が構成されている。
【０１１６】
排気通路形成部材２３は、伝熱性に優れた金属等で形成されており、ケース１５の底壁部１５２からウィック１７への伝熱をも担うようになっている。換言すれば、本実施形態では、発熱体３からウィック１７への伝熱を担う伝熱部材が、底壁部１５２を構成する部材と排気通路形成部材２３とに分割して成形されている。
【０１１７】
図７では、排気通路形成部材２３として複数の玉状部材を用いた例を示している。玉状部材としては、例えば径φ３のベアリング玉を用いることができる。伝熱部材２３として複数の玉状部材を用いることによって、ケース１５の底壁部１５２とウィック１７との間に、蒸気が流通可能な空隙が形成され、この空隙が排気通路２１として機能することとなる。
【０１１８】
また、排気通路を形成する伝熱部材２３として網状部材を用いてもよい。網状部材としては織金網が好適であり、例えば線形０．５ｍｍのステンレスメッシュを用いることができる。
【０１１９】
織金網は、縦線と横線が一定の間隔を保ち、１本ずつ交互に交わって織られている金網である。織金網の縦線および横線は波状に屈曲している。したがって、織金網を伝熱部材２３として用いることによって、ケース１５の底壁部１５２とウィック１７との間に、蒸気が流通可能な空隙が形成され、この空隙が排気通路２１として機能することとなる。
【０１２０】
このように、本実施形態においても上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２１】
（第３実施形態）
上記各実施形態では、プレート１９がウィック１７の中心部の浮き上がりを防止する役割を果たしているが、本第３実施形態では、図８に示すように、プレート１９は、発熱体３からウィック１７への伝熱を担う伝熱板としての役割をも果たす。
【０１２２】
したがって、本実施形態のプレート１９は、熱伝導性に優れた材料にて形成されている。図８の例では、プレート１９が扇形に複数枚に分割され、扇形の分割プレート同士の間には所定間隔の隙間が設けられている。
【０１２３】
これによると、発熱体３→ケース１５の底壁部１５２→ボルト２０→プレート１９→ウィック１７という熱伝導経路が形成されるので、ウィック１７が上面側から加熱されることとなる。このため、ウィック１７の上面から作動液１４が蒸発するので、作動液１４の蒸気の放出が良くなり、ひいては出力を向上できる。
【０１２４】
（第４実施形態）
上記各実施形態では、ボイラー部１１および出力部１２が共通のケース１５内に収容されているが、本第４実施形態では、図９に示すように、ボイラー部１１がボイラー部ケース３０内に収容され、出力部１２および凝縮部１３が還流部ケース３１内に収容されている。
【０１２５】
ボイラー部ケース３０および還流部ケース３１は、互いに離間して配置され且つ蒸気通路形成部３２および循環通路形成部３３を介して接続されている。蒸気通路形成部３２は、ボイラー部１１と出力部１２とを連通する蒸気通路３２ａを形成するものである。循環通路形成部３３は、凝縮部１３とボイラー部１１とを連通する循環通路３３ａを形成するものである。
【０１２６】
これによると、出力部１２および凝縮部１３がボイラー部１１に対して分離配置されているので、出力部１２および凝縮部１３にボイラー部１１の熱が伝わりにくく、出力部１２および凝縮部１３の温度上昇が抑えられる。このため、出力部１２から排出される蒸気の凝集・還流性能が向上する。
【０１２７】
なお、図９の例では、ボイラー部ケース３０および還流部ケース３１は以下のように構成されている。
【０１２８】
ボイラー部ケース３０は、外部熱源をなす発熱体３の上に載せられている。ボイラー部ケース３０は、水平方向に延びる２つの平板３０１、３０２と、２つの平板１５１、１５２の間で上下方向に延びる筒３０３、３０４とで構成されている。すなわち、平板３０１、３０２によってボイラー部ケース３０の上下壁部が構成され、筒３０３、３０４によってボイラー部ケース３０の側壁部が構成されている。筒３０３は筒３０４の上方側に配置されている。
【０１２９】
本例では、作動液１４として水を用いているので、平板３０１、３０２および筒３０３、３０４を、耐水性に優れたステンレスで形成するのが好ましい。平板３０１、３０２および筒３０３、３０４の相互間には、シール部材３０５、３０６、３０７が介在している。平板３０２と筒３０４との間に介在しているシール部材３０７は、環板状に形成されており、筒３０４の上下方向位置を調整するスペーサとしての役割も果たす。
【０１３０】
ボイラー部ケース３０の内部空間は、隔壁３４によって高圧室３０８と低圧室３０９とに隔てられている。隔壁３４は、ボイラー部ケース３０の下壁部３０２の上に配置された筒状壁部３４１と、筒状壁部３４１の上に被せられた板状壁部３４２とに分割形成されている。本例では、筒状壁部３４１は有底円筒状に形成され、板状壁部３４２は円板状に形成されている。筒状壁部３４１の底面部は、ウィック１７の浮き上がりを防止するプレートとしての役割を果たす。
【０１３１】
隔壁３４は、高圧室（蒸発室）３０８の蒸気が冷えて凝縮しないよう、例えば耐熱樹脂のような耐熱性のある断熱素材で形成されている。
【０１３２】
蒸発室３０８には蒸気通路３２ａが連通している。蒸気通路３２ａを形成する蒸気通路形成部３２は、ボイラー部ケース３０の上壁部３０１を貫通し、隔壁３４の板状壁部３４２に接続されている。蒸気通路形成部３２には、蒸気圧を測定するためのセンサ３５が配置されている。
【０１３３】
低圧室３０９には循環通路３３ａが連通している。循環通路３３ａを形成する循環通路形成部３３は、ボイラー部ケース３０の上壁部３０１に接続されている。
【０１３４】
低圧室３０９のうちボイラー部ケース３０の筒３０３、３０４と隔壁３４の筒状壁部３４１との間に位置する空間は、蒸発室３０８に供給される作動液１４を溜める液溜め室３０９ａを構成している。つまり、液溜め室３０９ａは、蒸発室３０８の水平方向側に配置されている。
【０１３５】
ボイラー部ケース３０の底壁部（下壁部）３０２と隔壁３４の筒状壁部３４１との間には、ウィック１７が挟み込まれている。ウィック１７は、筒状壁部３０１から荷重を受けて圧縮された状態でボイラー部ケース３０内に保持されている。
【０１３６】
ボイラー部ケース３０の底壁部３０２は発熱体３と熱的に接続されているので、ウィック１７はボイラー部ケース３０の底壁部３０２を介して発熱体３から受熱することとなる。したがって、ボイラー部ケース３０の底壁部３０２は、伝熱部材の役割を果たす。
【０１３７】
還流部ケース３１は、ボイラー部ケース３０の上方側に配置されている。出力部１２は、還流部ケース３１の下面中央部に取り付けられている。還流部ケース３１の下面外周側部位には、循環通路３３ａを形成する循環通路形成部３３が接続されている。凝縮部１３は、ボイラー部ケース３０の内部空間のうち出力部１２の周囲の空間によって構成されている。
【０１３８】
ボイラー部ケース３０には、ファン１ｄの回転数を測定するためのセンサ３６が固定されている。
【０１３９】
上記構成によると、発熱体３の熱は、ボイラー部ケース３０の底壁部３０２を介して蒸発室３０８内の作動液１４に伝わり、作動液１４が蒸発する。蒸発室３０８で発生した蒸気は、蒸気通路３２ａを通じて出力部１２に供給される。これにより、蒸気のエネルギーが機械的エネルギーに変換される。
【０１４０】
出力部１２から排出された蒸気は凝縮部１３にて大気中に放熱して凝縮し、凝縮部１３で凝縮した作動液１４は循環通路３３ａを通じて低圧室３０９に還流して液溜め室３０９ａに溜まる。液溜め室３０９ａに溜まった作動液１４は、ウィック１７に吸引されて蒸発室３０８に供給されて蒸発する。
【０１４１】
このように、本実施形態においても、液溜め室３０９ａの作動液１４を高圧の蒸発室３０８へ外部エネルギーを用いることなく送還することができる。
【０１４２】
図示を省略しているが、本実施形態においても、上記第１、第２実施形態と同様の排気通路２１をボイラー部ケース３０の底壁部３０２に形成することができる。これにより、ウィック１７の下面から蒸発した蒸気をウィック１７の上方側へ逃げ易くすることができ、ひいては出力を向上できる。
【０１４３】
（第５実施形態）
本第５実施形態は、上記各実施形態におけるウィック１７の貫通孔１７２の具体的構成例を示すものである。
【０１４４】
図１０の例では、ウィック１７の表裏を貫通する貫通孔１７２は、ウィック１７の板面方向に延びる溝状に形成されている。より具体的には、貫通孔１７２は、ウィック１７の中心から四方に放射状に延びる十字溝状に形成されている。
【０１４５】
図１１の変形例では、貫通孔１７２は、多数個分散して形成されている。より具体的には、貫通孔１７２は多数個の円形孔で構成されており、多数個の円形孔はウィック１７の板面に分散配置されている。
【０１４６】
これによると、貫通孔１７２の縁（界面）から蒸気が発生するので、蒸気量を向上することができ、ひいては出力を向上できる。特に図１０、図１１の例では、貫通孔１７２の縁（界面）の全長を長くすることができる。このため、蒸気量をより向上することができ、ひいては出力をより向上できる。
【０１４７】
なお、図１０、図１１の例では、プレート１９が網板で構成されている。これにより、貫通孔１７２が広範囲にわたって形成されていても、貫通孔１７２の縁（界面）からの蒸気の放出を妨げることなく、ウィック１７の浮き上がりを防止できる。
【０１４８】
（第６実施形態）
上記各実施形態では、ウィック１７が１枚の平板状ウィックで構成されているが、本第６実施形態では、図１２に示すように、ウィック１７は、複数枚の平板状ウィック（平板状作動液導入用部材）４０、４１が積層されて構成されている。本例では、平板状ウィック４０、４１の各々は、ステンレスワイヤとアラミド繊維（樹脂繊維）の編み込み素材で形成されている。平板状ウィック４０、４１の各々は、ＲＡＢ（アラミドの繊維とロックウール粒子の混合体）で形成されていてもよい。
【０１４９】
本実施形態では、平板状ウィック４０、４１は、互いに外径が同一になっていて、外周縁部が隔壁１６の筒状壁部１６１の外周面に揃えられて積層されている。
【０１５０】
これによると、液溜め室１５７ａの作動液１４は各平板状ウィック４０、４１に吸引されて各平板状ウィック４０、４１の中心側へと流れる。平板状ウィック４０、４１のうちケース１５の底壁部１５２に隣接する平板状ウィック４０の中心部では、作動液１４が底壁部１５２から加熱されて蒸発する。
【０１５１】
すると、平板状ウィック４０の中心部には、平板状ウィック４０の径方向外側から水平方向に作動液１４が供給されるのみならず、他の平板状ウィック４１の中心部から上下方向にも作動液１４が供給される。このため、作動液１４の供給性が向上し、ひいては出力を向上できる。
【０１５２】
（第７実施形態）
上記第６実施形態では、平板状ウィック４０、４１の外周縁部が隔壁１６の筒状壁部１６１の外周面に揃えられているが、本第７実施形態では、図１３に示すように、平板状ウィック４０、４１、４２のうちケース１５の底壁部１５２に隣接する平板状ウィック４０の外周側部位４０ａが筒１５３の内周面まで拡大されている。
【０１５３】
これによると、平板状ウィック４０の外周側部位４０ａは、底壁部１５２のうち液溜め室１５７ａに面する部位に重ねられて液溜め室１５７ａを断熱することとなるので、液溜め室１５７ａで作動液１４が蒸発することを抑制できる。このため、液溜め室１５７ａの作動液１４を蒸発室１５６に確実に供給することができ、ひいては出力を向上できる。
【０１５４】
なお、本実施形態に対して、上記第１、第２実施形態と同様に排気通路２１を設ければ、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。
【０１５５】
（他の実施形態）
なお、上記第１〜第３実施形態では、凝縮部１３をケース１５の上方側に配置しているが、これに限定されることなく、例えば凝縮部１３をケース１５の側方側に配置してもよい。また、低圧室１５７の蒸気を凝縮部１３に流出させるための流出路１５１ａ、および凝縮部１３で凝縮した作動液１４を低圧室１５７に還流させるための還流路１５１ｂの具体的構成は、凝縮部１３の配置位置に応じて適宜変更可能である。
【０１５６】
また、上記各実施形態では、ボイラー部１１が単一のケース内に収容されているが、ボイラー部１１を複数のケース内に分割して収容し、複数のケース同士を適宜配管で接続するようにしてもよい。例えば、ボイラー部１１の液溜め室１５７ａを別個のケース内に収容し、液溜め室１５７ａと蒸発室１５６とを配管で接続してもよい。この場合には、液溜め室１５７ａと蒸発室１５６とを接続する配管内にウィック１７を配置することができる。
【符号の説明】
【０１５７】
３ 発熱体（外部熱源）
１１ ボイラー部
１２ 出力部
１３ 凝縮部
１４ 作動液
１５ ケース
１６ 隔壁
１７ ウィック（作動液導入用部材）
１９ プレート（伝熱板）
２１ 排気通路
２３ 排気通路形成部材
１５２ 底壁部（伝熱部材）
１５２ａ 断熱溝
１５６ 蒸発室
１５７ａ 液溜め室
１６１ 円筒状壁部（荷重付与手段）
１７２ 貫通孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動液を加熱して蒸発させ、蒸発した蒸気のエネルギーを機械的エネルギーとして取り出した後に蒸気を凝縮させて送還する熱機関に関し、排熱回収装置に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱機関は、作動液を蒸発させる蒸発部（蒸発室）が高圧になるのに対し、蒸気を凝縮（復液）させる凝縮部が低圧になるので、凝縮部で凝縮した作動液を蒸発部に送還するためにポンプ等の装置を用いるのが一般的である（例えば特許文献１）。すなわち、ポンプ等の装置を外部エネルギーを用いて駆動することよって、凝縮部の作動液を圧送して蒸発部に送還する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３３８２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術のごとく、凝縮部で凝縮した作動液をポンプ等の機構で蒸発室に送還する熱機関においては、作動液を加熱して蒸発させる外部エネルギー（熱エネルギー）に加えてポンプ等の装置を駆動するための外部エネルギーも必要であるので、出力効率の向上に限界がある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて成されたものであり、外部エネルギーを極力用いることなく、凝縮部で凝縮した作動液を高圧の蒸発室へ送還することが可能な熱機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、外部熱源（３）から供給される熱で作動液（１４）を加熱して作動液（１４）の蒸気を発生させる蒸発室（１５６、３０８）、および蒸発室（１５６、３０８）に供給される作動液（１４）を溜める液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）が形成されたボイラー部（１１）と、
蒸発室（１５６、３０８）で発生した蒸気が流通し、蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換して取り出す出力部（１２）と、
出力部（１２）を通過した蒸気を凝縮させ、凝縮した作動液（１４）を液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）に還流させる凝縮部（１３）と、
ボイラー部（１１）内に配置され、液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）の作動液（１４）を毛管力で吸引して蒸発室（１５６、３０８）に供給する作動液導入用部材（１７）とを備え、
蒸発室（１５６、３０８）は、液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）に対して隔てられていて液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）よりも高圧になっており、
作動液導入用部材（１７）は、
（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ＞ＰＨ−ＰＬの関係を満たすように構成され、
ボイラー部（１１）は、外部熱源（３）と熱的に接続され且つ作動液導入用部材（１７）に当接する伝熱部材（１５２、２３、３０２）を有し、
作動液導入用部材（１７）は伝熱部材（１５２、２３、３０２）を介して外部熱源（３）から受熱し、
伝熱部材（１５２、２３、３０２）のうち作動液導入用部材（１７）に当接する部位には、作動液導入用部材（１７）から発生した蒸気を作動液導入用部材（１７）の外部に排気するための排気通路（２１）が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
但し、σは作動液（１４）の表面張力、ｒは作動液導入用部材（１７）内の空隙の円相当半径、θは作動液導入用部材（１７）に対する作動液（１４）の濡れ角、ＰＨは蒸発室（１５６、３０８）の圧力、ＰＬは液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）の圧力である。
【０００８】
これによると、上記数式の関係を満たすように作動液導入用部材（１７）を構成することにより、作動液導入用部材（１７）の毛管力による圧力が、高圧の蒸発室（１５６、３０８）と低圧の液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）との圧力差よりも大きくなるので、低圧の液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）から高圧の蒸発室（１５６、３０８）への作動液（１４）の供給を作動液導入用部材（１７）の毛管力を利用して行うことができる。したがって、外部エネルギーを極力用いることなく、凝縮部（１３）で凝縮した作動液（１４）を高圧の蒸発室（１５６、３０８）へ送還することができる。
【０００９】
さらに、伝熱部材（１５２、２３、３０２）のうち作動液導入用部材（１７）に当接する部位に、作動液導入用部材（１７）から発生した蒸気を作動液導入用部材（１７）の外部に排気するための排気通路（２１）が形成されているので、蒸気が作動液導入用部材（１７）の内部に滞留して作動液（１４）の吸引を妨げてしまうことを回避できる。
【００１０】
具体的には、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の熱機関において、排気通路（２１）は、伝熱部材（１５２）に形成された溝（２２）によって構成されていればよい。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１に記載の熱機関において、伝熱部材（１５２、２３）は、排気通路（２１）を形成する排気通路形成部材（２３）と、残余の部位を構成する部材（１５２）とに分割して成形され、
排気通路形成部材（２３）は、残余の部位を構成する部材（１５２）と作動液導入用部材（１７）との間に挟まれた網状部材または複数の玉状部材であり、
蒸気通路（２１）は、網状部材または複数の玉状部材が形成する空隙によって構成されていてもよい。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱機関において、伝熱部材（１５２、２３、３０２）は、水平方向に延びる上面部を有し、
作動液導入用部材（１７）は、平板状に形成されて伝熱部材（１５２、２３、３０２）の上面部に重ねられ、
作動液導入用部材（１７）は、伝熱部材（１５２、２３、３０２）を介して外部熱源（３）から受熱することを特徴とする。
【００１３】
これにより、作動液導入用部材（１７）の受熱面積を大きく確保することができるので、作動液導入用部材（１７）によって吸引された作動液（１４）を効果的に加熱することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の熱機関において、ボイラー部（１１）は、作動液導入用部材（１７）のうち伝熱部材（１５２、２３、３０２）と反対側の面に重ねられ、外部熱源（３）からの熱を作動液導入用部材（１７）に伝える伝熱板（１９）を有していることを特徴とする。
【００１５】
これにより、作動液導入用部材（１７）が上面側から加熱されることとなる。このため、作動液導入用部材（１７）の上面から作動液（１４）が蒸発するので、作動液（１４）の蒸気の放出が良くなり、ひいては出力を向上できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、請求項４または５に記載の熱機関において、作動液導入用部材（１７）のうち水平方向における端面（１７１）は、液溜め室（１５７ａ）の作動液（１４）が流入する流入口を構成していることを特徴とする。
【００１７】
これによると、作動液導入用部材（１７）が作動液（１４）を水平方向に吸引するので、作動液導入用部材（１７）が作動液（１４）を吸引する際に重力の影響を受けることを抑制できる。このため、作動液導入用部材（１７）によって、液溜め室（１５７ａ）の作動液（１４）を蒸発室（１５６）に確実に供給することができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱機関において、ボイラー部（１１）を収容するボイラー部ケース（３０）と、
出力部（１２）および凝縮部（１３）を収容する還流部ケース（３１）と、
ボイラー部（１１）の蒸発室（３０８）と出力部（１２）とを連通する蒸気通路（３２ａ）を形成する蒸気通路形成部（３２）と、
凝縮部（１３）とボイラー部（１１）の液溜め室（３０９ａ）とを連通する循環通路（３３ａ）を形成する循環通路形成部（３３）とを備え、
ボイラー部ケース（３０）および還流部ケース（３１）は、互いに離間して配置され且つ蒸気通路形成部（３２）および循環通路形成部（３３）を介して接続されていることを特徴とする。
【００１９】
これによると、出力部（１２）および凝縮部（１３）がボイラー部（１１）に対して離間して配置されているので、出力部（１２）および凝縮部（１３）にボイラー部（１１）の熱が伝わりにくく、出力部（１２）および凝縮部（１３）の温度上昇が抑えられる。このため、出力部（１２）から排出される蒸気の凝集・還流性能が向上する。
【００２０】
請求項８に記載の発明では、請求項４ないし６のいずれか１つに記載の熱機関において、作動液導入用部材（１７）のうち蒸発室（１５６）の内部に位置する部位には、その表裏を貫通する貫通孔（１７２）が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
これによると、伝熱部材（１５２、２３、３０２）で加熱されて蒸発した蒸気を貫通孔（１７２）から作動液導入用部材（１７）の上方側へ速やかに逃がすことができるので、蒸気が作動液導入用部材（１７）内に滞留して作動液（１４）の吸引を妨げてしまうことを抑制できる。
【００２２】
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の熱機関において、貫通孔（１７２）は、排気通路（２１）と連通していることを特徴とする。
【００２３】
これにより、伝熱部材（１５２、２３、３０２）で加熱されて蒸発した蒸気を排気通路（２１）および貫通孔（１７２）から作動液導入用部材（１７）の上方側へ速やかに逃がすことができるので、蒸気が作動液導入用部材（１７）内に滞留して作動液（１４）の吸引を妨げてしまうことを一層抑制できる。
【００２４】
具体的には、請求項１０に記載の発明のように、請求項８または９に記載の熱機関において、貫通孔（１７２）は、作動液導入用部材（１７）の板面方向に延びる溝状に形成されていればよい。
【００２５】
また、請求項１１に記載の発明のように、請求項８または９に記載の熱機関において、貫通孔（１７２）は多数個分散して形成されていてもよい。
【００２６】
請求項１２に記載の発明では、請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の熱機関において、ボイラー部（１１）は、貫通孔（１７２）の水平方向側に液溜め室（１５７ａ）を形成し、
伝熱部材（１５２）のうち貫通孔（１７２）よりも液溜め室（１５７ａ）側に位置する部位には、伝熱部材（１５２）の内部における熱伝導を抑制する断熱溝（１５２ａ）が形成され、
伝熱部材（１５２）は、断熱溝（１５２ａ）よりも貫通孔（１７２）側に位置する部位（１５２ｂ）が外部熱源（３）から受熱することを特徴とする。
【００２７】
これによると、作動液導入用部材（１７）のうち貫通孔（１７２）近傍部位では受熱が良好に行われるのに対し、作動液導入用部材（１７）のうち貫通孔（１７２）から離れた部位（液溜め室（１５７ａ）側の部位）の受熱が抑制される。このため、伝熱部材（１５２）で加熱されて蒸発した蒸気を貫通孔（１７２）から作動液導入用部材（１７）の上方側へより速やかに逃がすことができるので、蒸気が作動液導入用部材（１７）内に滞留して作動液（１４）の吸引を妨げてしまうことをより回避できる。
【００２８】
請求項１３に記載の発明では、請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の熱機関において、ボイラー部（１１）は、作動液導入用部材（１７）内の空隙が縮小するように作動液導入用部材（１７）に荷重を付与する荷重付与手段（１６１）を有し、
作動液導入用部材（１７）は、荷重付与手段（１６１）から荷重が付与された状態でボイラー部（１１）内に保持されていることを特徴とする。
【００２９】
これによると、荷重付与手段（１６１）が作動液導入用部材（１７）内の空隙を縮小させることにより作動液導入用部材（１７）内の空隙の円相当半径ｒを小さくすることができるので、上記数式の関係を満たす作動液導入用部材（１７）を容易に構成することができる。
【００３０】
請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の熱機関において、ボイラー部（１１）は、蒸発室（１５６）と液溜め室（１５７ａ）とを隔てる隔壁（１６）を有し、
隔壁（１６）は、作動液導入用部材（１７）に荷重を付与するようにボイラー部（１１）内に配置され、
荷重付与手段（１６１）は、隔壁（１６）で構成されていることを特徴とする。
【００３１】
これによると、蒸発室（１５６）と液溜め室（１５７ａ）とを隔てる隔壁（１６）が荷重付与手段としての役割をも果たすので、隔壁（１６）と別個に荷重付与手段を設ける場合と比較して構成を簡素化できる。
【００３２】
請求項１５に記載の発明では、請求項１４に記載の熱機関において、作動液導入用部材（１７）は、荷重付与手段（１６１）よりも蒸発室（１５６）側まで延びていることを特徴とする。
【００３３】
これにより、作動液導入用部材（１７）によって、液溜め室（１５７ａ）の作動液（１４）を蒸発室（１５６）に確実に供給することができる。
【００３４】
請求項１６に記載の発明では、請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の熱機関において、作動液導入用部材（１７）は、少なくとも樹脂繊維を編み込んだ素材で構成されていることを特徴とする。
【００３５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の前提となる形態における排熱回収装置の断面図である。
【図２】本発明の前提となる形態における排熱回収装置の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の前提となる形態における排熱回収装置の内部構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の前提となる形態における排熱回収装置のエンジンを示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるボイラー部の要部を示す断面図および平面図である。
【図６】本発明の第１実施形態における溝のパターン例を示す平面図である。
【図７】本発明の第２実施形態におけるボイラー部の要部を示す断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態におけるボイラー部の要部を示す平面図および断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態における排熱回収装置の断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態におけるボイラー部の要部を示す平面図および断面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態の変形例におけるボイラー部の要部を示す平面図および断面図である。
【図１２】本発明の第６実施形態におけるボイラー部の要部を示す断面図である。
【図１３】本発明の第７実施形態におけるボイラー部の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
（本発明の前提となる形態）
本発明の前提となる形態を図１〜図４に基づいて説明する。本形態では、熱機関を排熱回収装置に適用している。図１は、排熱回収装置の全体構成を示す断面図である。図２は、排熱回収装置の外観を示す斜視図である。図３は、排熱回収装置の内部構造を示す斜視図である。図１〜図４中、上下の矢印は、排熱回収装置の設置状態における上下方向（天地方向）を示している。
【００３８】
本形態の排熱回収装置１０は、ボイラー部１１、出力部１２、および凝縮部１３に大別される。図１の例では、排熱回収装置１０で取り出された機械的エネルギーを発電に用いるために、排熱回収装置１０に発電機１が取り付けられている。図２の例では、排熱回収装置１０で取り出された機械的エネルギーでファン２を回転駆動するようになっている。
【００３９】
ボイラー部１１は、外部熱源から供給される熱（排熱）で作動液１４（本例では、水）を加熱して蒸発させ、作動液１４の蒸気を出力部１２に供給する。出力部１２は、ボイラー部１１から供給された蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換して出力する。
【００４０】
凝縮部１３は、出力部１２通過後の蒸気を凝縮して作動液１４に復液させ、復液した作動液１４をボイラー部１１に還流する。したがって、凝縮部１３を還流部と表現することもできる。
【００４１】
ボイラー部１１および出力部１２はケース１５内に収容されている。本例では、ケース１５は、単一の容器で構成されている。ケース１５は、外部熱源をなす発熱体３の上に載せられている。本例では、発熱体３は、工場から出る排熱によって発熱するようになっている。
【００４２】
ケース１５は、水平方向に延びる２つの平板１５１、１５２と、２つの平板１５１、１５２の間で上下方向に延びる筒１５３とで構成されている。すなわち、平板１５１、１５２によってケース１５の上下壁部が構成され、筒１５３によってケース１５の側壁部が構成されている。
【００４３】
本例では、作動液１４として水を用いているので、平板１５１、１５２および筒１５３を、耐水性に優れたステンレスで形成するのが好ましい。また、本例では、平板１５１、１５２は矩形平板状に形成され、筒１５３は円筒状に形成されている。
【００４４】
平板１５１、１５２と筒１５３との固定は、液密性および気密性が確保されるようになされている。図１の例では、平板１５１、１５２と筒１５３との間にシール部材１５４が介在している。なお、図２、図３の例では、筒１５３の外周側に、平板１５１、１５２同士を繋ぐ支柱１５５が配置されている。
【００４５】
ケース１５の内部空間は、隔壁１６によって高圧室１５６と低圧室１５７とに隔てられている。隔壁１６は、ケース１５の下壁部１５２の上に配置された筒状壁部１６１と、筒状壁部１６１の上に被せられた板状壁部１６２とに分割形成されている。本例では、筒状壁部１６１は円筒状に形成され、板状壁部１６２は円板状に形成されている。
【００４６】
高圧室１５６は、筒状壁部１６１の内側かつ板状壁部１６２の下側に形成される空間であり、作動液１４が発熱体３の熱によって加熱されて蒸発する蒸発室を構成する。したがって、高圧室１５６は、作動液１４の蒸気によって高圧になる。
【００４７】
低圧室１５７は、筒状壁部１６１の外側および板状壁部１６２の上側に形成される空間である。低圧室１５７には、出力部１２を流通した蒸気と、凝縮部１３で凝縮された作動液１４とが流入する。したがって、低圧室１５７は高圧室１５６よりも低圧になる。
【００４８】
隔壁１６は、蒸発室（高圧室）１５６の蒸気が冷えて凝縮しないよう、例えば耐熱樹脂のような耐熱性のある断熱素材で形成されている。
【００４９】
低圧室１５７には出力部１２を構成するエンジン１２１が配置されている。本例では、エンジン１２１は、隔壁１６の板状壁部１６２の上側に固定されており、蒸発室１５６の蒸気をエンジン１２１に供給するための蒸気通路１６２ａが板状壁部１６２に形成されている。
【００５０】
低圧室１５７のうちケース１５の筒１５３と隔壁１６の筒状壁部１６１との間に位置する空間は、蒸発室１５６に供給される作動液１４を溜める液溜め室１５７ａを構成している。つまり、液溜め室１５７ａは、蒸発室１５６の水平方向側に配置されている。
【００５１】
ケース１５の底壁部（下壁部）１５２と隔壁１６の筒状壁部１６１との間には、作動液導入用部材に相当するウィック１７が挟み込まれている。
【００５２】
ここで、作動液導入用部材とは、液溜め室１５７の作動液１４を吸引する毛管力を発生する部材（毛管力発生部材）のことを定義しており、例えば多孔質セラミックや金属焼結体のような多孔質体や繊維を編み込んだ構造体である。
【００５３】
本例では、ウィック１７は、耐熱性を有するシート素材で形成されている。具体的には、ウィック１７は、ステンレスワイヤとアラミド繊維（樹脂繊維）の編み込み素材で形成されている。また、本例では、ウィック１７は平板状、より具体的には円板状に形成されている。
【００５４】
ウィック１７は、平面状の底壁部１５２のうち水平方向に延びる上面部に重ねられている。底壁部１５２は発熱体３と熱的に接続されており、発熱体３からウィック１７への伝熱を担う伝熱部材の役割を果たす。これにより、ウィック１７の下面部（底壁部１５２側の平面部）１７３は、底壁部１５２を介して発熱体３から受熱する。
【００５５】
ウィック１７の外周縁部は、ケース１５の底壁部１５２と隔壁１６の筒状壁部１６１との間に挟み込まれている。これにより、ウィック１７のうち水平方向における端面１７１は、液溜め室１５７の作動液１４が流入する流入口を構成することとなる。
【００５６】
ウィック１７の中心部（筒状壁部１６１よりも中心側の部位）は、蒸発室１５６内に位置している。換言すれば、ウィック１７は、筒状壁部１６１よりも蒸発室１５６側まで延びている。
【００５７】
本例では、筒状壁部１６１およびウィック１７は、ボルト１８によってケース１５の底壁部１５２に共締めされて固定されている。ボルト１８の締め込みによって、ウィック１７は、筒状壁部１６１から荷重を受けて圧縮された状態でケース１５内に保持されている。
【００５８】
ウィック１７が筒状壁部１６１から荷重を受けて圧縮されることによって、ウィック１７内の空隙は、荷重を受けていない状態（ウィック１７の単体状態）に比べて縮小されている。換言すれば、筒状壁部１６１は、ウィック１７内の空隙が縮小するようにウィック１７に荷重を付与する荷重付与手段を構成している。
【００５９】
ここで、ウィック１７の内部には、毛管現象によって圧力差が生じる。この毛管現象による圧力差を以下、ウィック１７の毛管力による圧力ΔＰと言う。ウィック１７の毛管力による圧力ΔＰは次の数式１で表される。
【００６０】
（数１）
ΔＰ＝（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ
但し、ｒはウィック１７内の空隙の円相当半径（細管半径）、σは表面張力、θは濡れ角である。円相当半径とは、対象とする断面と同じ面積を持つ円の半径のことである。
【００６１】
上述のごとく、ウィック１７は、筒状壁部１６１から荷重を受けて圧縮されてウィック１７内の空隙が縮小されている。これにより、上記数式１におけるウィック１７内の空隙の円相当半径ｒを小さくして、ウィック１７の毛管力による圧力ΔＰが、高圧室１５６の圧力ＰＨと低圧室１５７の圧力ＰＬとの圧力差（ＰＨ−ＰＬ）よりも大きくなるようにしている（ΔＰ＞ＰＨ−ＰＬ）。
【００６２】
換言すれば、ウィック１７は、次の数式２の関係を満たすように構成されている。
【００６３】
（数２）
（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ＞ＰＨ−ＰＬ
ウィック１７の中心部には、円板状のプレート１９が載せられている。プレート１９およびウィック１７は、ボルト２０によってケース１５の底壁部１５２に共締めされて固定されている。これにより、ウィック１７の中心部の浮き上がりが防止される。
【００６４】
ウィック１７およびプレート１９のうち蒸発室１５６内に位置する部位には、上下方向に延びて表裏を貫通する貫通孔１７２、１９１が所定形状で所定個数、形成されている。貫通孔１７２、１９１は、蒸発室１５６内で発生した蒸気がウィック１７およびプレート１９の上方側へ抜けるようにするための蒸気抜き孔としての役割を果たす。
【００６５】
換言すれば、蒸発室１５６内の作動液１４は、ケース１５の底壁部１５２からの伝熱によって蒸発すると、貫通孔１７２、１９１を通じてウィック１７およびプレート１９の上方側へ抜ける。
【００６６】
底壁部１５２のうち貫通孔１７２、１９１よりも液溜め室１５７ａ側に位置する部位には、底壁部１５２内における熱伝導を抑制する断熱溝１５２ａが周状、より具体的には円周状に形成されている。
【００６７】
底壁部１５２のうち断熱溝１５２ａの内側部位１５２ｂ、すなわち断熱溝１５２ａよりも貫通孔１７２、１９１側に位置する部位は、発熱体３上に載せられて発熱体３と接触している。これに対し、底壁部１５２のうち断熱溝１５２ａの外側部位１５２ｃは、発熱体３上に載せられておらず発熱体３と接触していない。
【００６８】
隔壁１６の筒状壁部１６１は、底壁部１５２のうち断熱溝１５２ａの外側部位１５２ｃの上に配置されている。
【００６９】
出力部１２のエンジン１２１は、本例では、ピストン１２２およびシリンダ１２３が振り子のように揺動する振り子式エンジンが用いられている。なお、エンジン１２１の代わりに蒸気タービン等を用いてもよい。
【００７０】
図４は、エンジン１２１を示す断面図である。シリンダ１２３は、隔壁１６の板状壁部１６２に固定されたベース１２４に対して、揺動軸１２５を中心に揺動可能に支持されている。
【００７１】
ベース１２４には、蒸気通路１６２ａと連通する吸気路１２４ａが形成されている。吸気路１２４ａは、シリンダ１２３に吸入される蒸気が流れる流路である。また、ベース１２４には、低圧室１５７と連通する排気路１２４ｂが形成されている。排気路１２４ｂは、シリンダ１２３から排出される蒸気が流れる流路である。吸気路１２４ａの出口部および排気路１２４ｂの入口部は、ベース１２４の上面に開口している。
【００７２】
本例では、ピストン１２２およびシリンダ１２３は水平方向に配置されており、揺動軸１２５は上下方向に配置されている。したがって、ピストン１２２およびシリンダ１２３は水平面内で揺動する。
【００７３】
シリンダ１２３の下面には、蒸気を吸入・排気するポート１２３ａが開口している。シリンダ１２３が揺動方向の一端側に位置している状態では、ポート１２３ａが吸気路１２４ａと連通する。シリンダ１２３が揺動方向の他端側に位置している状態では、ポート１２３ａが排気路１２４ｂと連通する。
【００７４】
シリンダ１２３が揺動方向の一端側に位置してポート１２３ａが吸気路１２４ａと連通していると、シリンダ１２３内に蒸発室１５６の蒸気が流入してピストン１２２が押し出されて往動する。
【００７５】
ピストン１２２の先端部は、ロッド１２６を介してホイールギア１２７に連結されている。図１に示すように、ホイールギア１２７は、センターギア１２８に連結されている。センターギア１２８の中心には、出力軸１２９が固定されている。これにより、ピストン１２２が押し出されるとホイールギア１２７およびセンターギア１２８を介して出力軸１２９が回転する。
【００７６】
また、ピストン１２２が押し出されてホイールギア１２７が回転することで、シリンダ１２３が揺動方向の他端側に向かって揺動してポート１２３ａがベース１２４の上面によって閉塞される。
【００７７】
ポート１２３ａが閉塞されると、ホイールギア１２７は慣性力によって回転を継続し、ホイールギア１２７の慣性力によってピストン１２２が押し戻されて復動する。この際もシリンダ１２３の揺動は継続される。そして、シリンダ１２３が揺動方向の他端側に位置してポート１２３ａが排気路１２４ｂと連通すると、シリンダ１２３内の蒸気が低圧室１５７に排出される。
【００７８】
図１、図３の例では、エンジン１２１は、シリンダ１２３が複数個設けられた複気筒エンジンを構成しているが、シリンダ１２３が１個のみ設けられた単気筒エンジンを構成していてもよい。
【００７９】
出力部１２の出力軸１２９と発電機１の回転軸１ａとの連結は、ケース１５の上壁部１５１を介して、マグネットカップリングによってなされている。回転軸１ａの回転によってロータ１ｂが回転し、ロータ１ｂの回転によってコイル１ｃで発電される。コイル１ｃで発電された電力は、発電機１に接続された任意の電気機器４に供給される。
【００８０】
図１の例では、ケース１５の上方側に凝縮部１３が配置されている。ケース１５の上壁部１５１には、出力部１２から排出された低圧室１５７の蒸気を凝縮部１３に流出させるための流出路１５１ａと、凝縮部１３で凝縮した作動液１４を低圧室１５７に還流させるための還流路１５１ｂとが形成されている。
【００８１】
凝縮部１３は、所定形状の容器で形成されており、凝縮部１３の内部空間は流出路１５１ａおよび還流路１５１ｂと連通している。流出路１５１ａを通じて凝縮部１３に流入した蒸気は、凝縮部１３にて大気中に放熱して凝縮する。つまり、凝縮部１３では、蒸気が作動液１４に復液する。凝縮部１３で復液した作動液１４は、還流路１５１ｂを通じて低圧室１５７に還流し、液溜め室１５７ａに溜まる。
【００８２】
図１の例では、凝縮部１３における蒸気の放熱量を増大させるべく、発電機１の回転軸１ａにファン１ｄを連結し、回転軸１ａによってファン１ｄを回転させ、ファン１ｄの回転によって発生する送風空気で凝縮部１３を冷却するようになっている。
【００８３】
次に、上記構成における作動を説明する。発熱体３の熱は、ケース１５の底壁部１５２を介して蒸発室１５６内の作動液１４に伝わり、作動液１４が蒸発する。蒸発室１５６で発生した蒸気は、蒸気通路１６２ａを通じてエンジン１２１に供給される。
【００８４】
エンジン１２１に供給された蒸気はピストン１２２を駆動する。これにより、蒸気のエネルギーが機械的エネルギーに変換される。ピストン１２２の駆動により出力軸１２９が回転し、発電機１で発電が行われる。このようにして、発熱体３の排熱エネルギーが電気エネルギーとして回収される。
【００８５】
エンジン１２１内の蒸気はピストン１２２を駆動した後に排気路１２４ｂを通じて低圧室１５７に排出される。エンジン１２１から低圧室１５７に排出された蒸気は、流出路１５１ａを通じて凝縮部１３に流入し、凝縮部１３で凝縮されて作動液１４に復液する。凝縮部１３で復液した作動液１４は、還流路１５１ｂを通じて低圧室１５７に還流して液溜め室１５７ａに溜まる。
【００８６】
液溜め室１５７ａに溜まった作動液１４は、ウィック１７に吸引されて蒸発室１５６に供給されて蒸発する。すなわち、ウィック１７には、液溜め室１５７ａの作動液１４を吸引する毛管力が発生するので、この毛管力を利用して、低圧の液溜め室１５７ａから高圧の蒸発室１５６に作動液１４を供給する。
【００８７】
より具体的には、圧力隔壁１６のあるボイラー部１１において、低温低圧の液溜め室１５７ａの還流作動液１４をウィック１７の毛管力で高圧の蒸発室１５６へ引っ張り込み、ウィック１７端に到達した作動液１４のしずくを連続的に蒸発させる。
【００８８】
ここで、上述の数式２を満たすように、ウィック１７内の空隙を小さくしてウィック１７内の空隙の円相当半径ｒを十分に小さくしているので、ウィック１７の毛管力による圧力ΔＰが、高圧室１５６の圧力ＰＨと低圧室１５７の圧力ＰＬとの圧力差（ＰＨ−ＰＬ）よりも大きくなる（ΔＰ＞ＰＨ−ＰＬ）。
【００８９】
このため、ウィック１７の毛管力が高圧室１５６の圧力ＰＨと低圧室１５７の圧力ＰＬとの圧力差（ＰＨ−ＰＬ）に打ち勝って、低圧の液溜め室１５７ａに溜まった作動液１４を高圧の蒸発室１５６に良好に吸引することができる。
【００９０】
換言すれば、圧力隔壁１６によって液溜め室１５７ａと蒸発室１５６との間に圧力差が生じている状態において、ウィック１７を使って圧力差（ＰＨ−ＰＬ）に負けない毛管力を与えることにより低圧の液溜め室１５７ａから高圧の蒸発室１５６へ作動液１４を引っ張り込むことができる。したがって、液溜め室１５７ａの作動液１４を高圧の蒸発室１５６へ外部エネルギーを用いることなく送還することができる。
【００９１】
また、蒸発室１５６における作動液１４の蒸発量と液溜め室１５７ａからの作動液１４の移動量とが同一であるため、作動液１４の還流量制御は自律的になる。このため、作動液１４の還流量を制御するための制御機構が不要であるので、装置体格の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００９２】
また、ウィック１７内の空隙を小さくしているので、蒸発室１５６で発生した蒸気がウィック１７を通じて低圧室１５７に逆流してしまうことを防止できる。
【００９３】
上述のごとく、本形態では、ウィック１７の例として、ステンレスワイヤとアラミド繊維の編み込み素材を用いている。このようなウィック１７が単体状態（圧縮されていない状態）で内部の空隙が大きい場合、ウィック１７を圧縮して繊維を密にすることによってウィック１７内の空隙を小さくしてウィック１７内の空隙の円相当半径ｒを十分に小さくするのが好ましい。
【００９４】
本形態では、隔壁１６の筒状壁部１６１をケース１５の底壁部１５２に対してボルト１８で締め込むことによって、筒状壁部１６１と底壁部１５２との間でウィック１７を圧縮している。このため、上記数式２の関係を満たすウィック１７を容易に構成することができる。
【００９５】
このようなウィック１７の圧縮の一具体例を挙げると、素材厚みが５ｍｍで密度が２．５ｍ／ｃｍ3 、繊維径が８μｍのウィック１７を締め込んで１２％まで圧縮することで、ウィック１７の円相当半径ｒを１２μｍまで縮小させ、蒸発室１５６の圧力１０ｋＰａに打ち勝つ毛管力を起こすことができる。
【００９６】
また、本形態では、隔壁１６の一部である筒状壁部１６１によってウィック１７に荷重を作用させてウィック１７を圧縮しているので、ウィック１７に荷重を作用させてウィック１７を圧縮する荷重付与手段を隔壁１６と別個に設ける場合と比較して構成を簡素化できる。
【００９７】
なお、ウィック１７内の空隙がウィック１７の単体状態（圧縮されていない状態）でも既に十分小さい場合には、ウィック１７を圧縮せずに用いても十分な毛管力を得ることができる。このようなウィック１７としては、例えば多孔焼結金属プレートが挙げられる。
【００９８】
また、本形態では、ウィック１７が筒状壁部１６１よりも蒸発室１５６側まで延びているので、ウィック１７が筒状壁部１６１とケース１５の底壁部１５２との間にのみ配置されている場合と比較して、液溜め室１５７ａの作動液１４を蒸発室１５６に確実に供給することができる。
【００９９】
また、本形態では、ウィック１７のうち水平方向における端面１７１が、液溜め室１５７ａの作動液１４が流入する流入口を構成しているので、ウィック１７が作動液１４を水平方向に吸引することとなる。このため、ウィック１７が作動液１４を吸引する際に重力の影響を受けることを抑制できる。このため、ウィック１７によって、液溜め室１５７ａの作動液１４を蒸発室１５６に確実に供給することができる。
【０１００】
また、本形態では、ウィック１７を、水平方向に延びる平板状に形成し、かつ底壁部１５２上に配置しているので、ウィック１７のうち底壁部１５２側の平面部１７３が底壁部１５２を介して発熱体３から受熱することができる。このため、ウィック１７の受熱面積を大きく確保することができるので、ウィック１７によって吸引された作動液１４を効果的に加熱することができる。
【０１０１】
また、本形態では、ウィック１７のうち蒸発室１５６内に位置する部位に、上下方向に延びる貫通孔１７２を形成しているので、底壁部１５２で加熱されて蒸発した蒸気を貫通孔１７２からウィック１７の上方側へ速やかに逃がすことができる。このため、蒸気がウィック１７内に滞留してウィック１７の内部を加熱・乾燥させて作動液１４の吸引を妨げてしまうことを抑制できる。
【０１０２】
また、本形態では、底壁部１５２のうち貫通孔１７２よりも液溜め室１５７ａ側に位置する部位に、底壁部１５２内における熱伝導を抑制する周状の断熱溝１５２ａを形成し、底壁部１５２のうち周状の断熱溝１５２ａの内側部位１５２ｂを発熱体３と接触させている。
【０１０３】
このため、ウィック１７のうち貫通孔１７２近傍部位では受熱が良好に行われるのに対し、ウィック１７のうち貫通孔１７２から離れた部位（液溜め室１５７ａ側の部位）では受熱が抑制される。
【０１０４】
その結果、底壁部１５２で加熱されて蒸発した蒸気を貫通孔１７２からウィック１７の上方側へより速やかに逃がすことができるので、蒸気がウィック１７内に滞留してウィック１７の内部を加熱・乾燥させて作動液１４の吸引を妨げてしまうことをより回避できる。
【０１０５】
よって、ウィック１７内の作動液１４の流れが途切れないようにすることができるとともに、発熱体３の熱がケース１５に逃げるというロス（熱損失）を抑制することができる。
【０１０６】
因みに、本例では、ケース１５内を減圧することなく大気圧にし、外部熱源の温度を２３０℃にしており、作動時には、高圧室１５６の温度が１０２℃、低圧室１５７の温度が９７℃になるようにしている。
【０１０７】
ここで、作動液１４の沸点は作動液１４の材料とケース１５内の圧力で決まるため、例えば作動液１４にアルコールを用い、ケース１５内を真空にすれば外部熱源の温度が零度以下でも適用可能である。外部熱源の温度が低い場合には、ウィック１７やボイラー部１１の構造体（ケース１５等）に耐熱性を持たせる必要はないので、ウィック１７やボイラー部１１の材料として耐熱性の低い材料（樹脂等）を用いることができる。
【０１０８】
（第１実施形態）
本第１実施形態では、図５に示すように、上述の本発明の前提となる形態におけるケース１５の底壁部１５２に排気通路２１が形成されている。具体的には、排気通路２１は、底壁部１５２のうちウィック１７に当接する当接部に形成された溝２２によって構成されている。溝２２は、ウィック１７の貫通孔１７２と重合するように形成されている。したがって、ウィック１７の貫通孔１７２は、排気通路２１と連通している。
【０１０９】
図５の例では、溝２１は、同心円状の複数の円形溝と、この円形溝同士を放射状に繋ぐ複数の直線溝とで構成されている。
【０１１０】
これによると、ウィック１７の下面から蒸発した作動液１４の蒸気は排気通路２１を経てウィック１７の貫通孔１７２に到達し、ウィック１７の貫通孔１７２に到達した蒸気はウィック１７の上方側に排気される。
【０１１１】
このように、ケース１５の底壁部１５２に排気通路２１が形成されていることにより、ウィック１７の下面から蒸発した蒸気をウィック１７の上方側へ逃げ易くすることができる。このため、作動液１４の蒸気の放出が良くなり、ひいては出力を向上できる。
【０１１２】
また、蒸気は排気通路２１を通る間にさらに加熱されて過熱蒸気となり、蒸気圧力が増えるのでエンジン推力が増す。換言すれば、出力エネルギーが増加する。ただし、排気通路２１が増えると伝熱面積が減るので、排気性と伝熱性とはトレードオフの関係にある。
【０１１３】
なお、溝２２のパターンは、図６に示すように種々変形が可能である。例えば図６（ａ）に示すように、溝２２のパターンは、１つの円形溝と、円形溝と放射状に交差する長短２種類の複数の直線溝とを組み合わせたものにすることができる。
【０１１４】
例えば図６（ｂ）に示すように、溝２２のパターンは、複数の直線溝を互いに直交するように組み合わせたものにしてもよい。また、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、直線溝同士のピッチ等を適宜変形可能である。
【０１１５】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、排気通路２１が溝２２によって構成されているが、本第２実施形態では、図７に示すように、ケース１５の底壁部１５２とウィック１７との間に、排気通路を形成する排気通路形成部材２３を挟み込むことによって排気通路２１が構成されている。
【０１１６】
排気通路形成部材２３は、伝熱性に優れた金属等で形成されており、ケース１５の底壁部１５２からウィック１７への伝熱をも担うようになっている。換言すれば、本実施形態では、発熱体３からウィック１７への伝熱を担う伝熱部材が、底壁部１５２を構成する部材と排気通路形成部材２３とに分割して成形されている。
【０１１７】
図７では、排気通路形成部材２３として複数の玉状部材を用いた例を示している。玉状部材としては、例えば径φ３のベアリング玉を用いることができる。伝熱部材２３として複数の玉状部材を用いることによって、ケース１５の底壁部１５２とウィック１７との間に、蒸気が流通可能な空隙が形成され、この空隙が排気通路２１として機能することとなる。
【０１１８】
また、排気通路を形成する伝熱部材２３として網状部材を用いてもよい。網状部材としては織金網が好適であり、例えば線形０．５ｍｍのステンレスメッシュを用いることができる。
【０１１９】
織金網は、縦線と横線が一定の間隔を保ち、１本ずつ交互に交わって織られている金網である。織金網の縦線および横線は波状に屈曲している。したがって、織金網を伝熱部材２３として用いることによって、ケース１５の底壁部１５２とウィック１７との間に、蒸気が流通可能な空隙が形成され、この空隙が排気通路２１として機能することとなる。
【０１２０】
このように、本実施形態においても上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２１】
（第３実施形態）
上記各実施形態では、プレート１９がウィック１７の中心部の浮き上がりを防止する役割を果たしているが、本第３実施形態では、図８に示すように、プレート１９は、発熱体３からウィック１７への伝熱を担う伝熱板としての役割をも果たす。
【０１２２】
したがって、本実施形態のプレート１９は、熱伝導性に優れた材料にて形成されている。図８の例では、プレート１９が扇形に複数枚に分割され、扇形の分割プレート同士の間には所定間隔の隙間が設けられている。
【０１２３】
これによると、発熱体３→ケース１５の底壁部１５２→ボルト２０→プレート１９→ウィック１７という熱伝導経路が形成されるので、ウィック１７が上面側から加熱されることとなる。このため、ウィック１７の上面から作動液１４が蒸発するので、作動液１４の蒸気の放出が良くなり、ひいては出力を向上できる。
【０１２４】
（第４実施形態）
上記各実施形態では、ボイラー部１１および出力部１２が共通のケース１５内に収容されているが、本第４実施形態では、図９に示すように、ボイラー部１１がボイラー部ケース３０内に収容され、出力部１２および凝縮部１３が還流部ケース３１内に収容されている。
【０１２５】
ボイラー部ケース３０および還流部ケース３１は、互いに離間して配置され且つ蒸気通路形成部３２および循環通路形成部３３を介して接続されている。蒸気通路形成部３２は、ボイラー部１１と出力部１２とを連通する蒸気通路３２ａを形成するものである。循環通路形成部３３は、凝縮部１３とボイラー部１１とを連通する循環通路３３ａを形成するものである。
【０１２６】
これによると、出力部１２および凝縮部１３がボイラー部１１に対して分離配置されているので、出力部１２および凝縮部１３にボイラー部１１の熱が伝わりにくく、出力部１２および凝縮部１３の温度上昇が抑えられる。このため、出力部１２から排出される蒸気の凝集・還流性能が向上する。
【０１２７】
なお、図９の例では、ボイラー部ケース３０および還流部ケース３１は以下のように構成されている。
【０１２８】
ボイラー部ケース３０は、外部熱源をなす発熱体３の上に載せられている。ボイラー部ケース３０は、水平方向に延びる２つの平板３０１、３０２と、２つの平板１５１、１５２の間で上下方向に延びる筒３０３、３０４とで構成されている。すなわち、平板３０１、３０２によってボイラー部ケース３０の上下壁部が構成され、筒３０３、３０４によってボイラー部ケース３０の側壁部が構成されている。筒３０３は筒３０４の上方側に配置されている。
【０１２９】
本例では、作動液１４として水を用いているので、平板３０１、３０２および筒３０３、３０４を、耐水性に優れたステンレスで形成するのが好ましい。平板３０１、３０２および筒３０３、３０４の相互間には、シール部材３０５、３０６、３０７が介在している。平板３０２と筒３０４との間に介在しているシール部材３０７は、環板状に形成されており、筒３０４の上下方向位置を調整するスペーサとしての役割も果たす。
【０１３０】
ボイラー部ケース３０の内部空間は、隔壁３４によって高圧室３０８と低圧室３０９とに隔てられている。隔壁３４は、ボイラー部ケース３０の下壁部３０２の上に配置された筒状壁部３４１と、筒状壁部３４１の上に被せられた板状壁部３４２とに分割形成されている。本例では、筒状壁部３４１は有底円筒状に形成され、板状壁部３４２は円板状に形成されている。筒状壁部３４１の底面部は、ウィック１７の浮き上がりを防止するプレートとしての役割を果たす。
【０１３１】
隔壁３４は、高圧室（蒸発室）３０８の蒸気が冷えて凝縮しないよう、例えば耐熱樹脂のような耐熱性のある断熱素材で形成されている。
【０１３２】
蒸発室３０８には蒸気通路３２ａが連通している。蒸気通路３２ａを形成する蒸気通路形成部３２は、ボイラー部ケース３０の上壁部３０１を貫通し、隔壁３４の板状壁部３４２に接続されている。蒸気通路形成部３２には、蒸気圧を測定するためのセンサ３５が配置されている。
【０１３３】
低圧室３０９には循環通路３３ａが連通している。循環通路３３ａを形成する循環通路形成部３３は、ボイラー部ケース３０の上壁部３０１に接続されている。
【０１３４】
低圧室３０９のうちボイラー部ケース３０の筒３０３、３０４と隔壁３４の筒状壁部３４１との間に位置する空間は、蒸発室３０８に供給される作動液１４を溜める液溜め室３０９ａを構成している。つまり、液溜め室３０９ａは、蒸発室３０８の水平方向側に配置されている。
【０１３５】
ボイラー部ケース３０の底壁部（下壁部）３０２と隔壁３４の筒状壁部３４１との間には、ウィック１７が挟み込まれている。ウィック１７は、筒状壁部３０１から荷重を受けて圧縮された状態でボイラー部ケース３０内に保持されている。
【０１３６】
ボイラー部ケース３０の底壁部３０２は発熱体３と熱的に接続されているので、ウィック１７はボイラー部ケース３０の底壁部３０２を介して発熱体３から受熱することとなる。したがって、ボイラー部ケース３０の底壁部３０２は、伝熱部材の役割を果たす。
【０１３７】
還流部ケース３１は、ボイラー部ケース３０の上方側に配置されている。出力部１２は、還流部ケース３１の下面中央部に取り付けられている。還流部ケース３１の下面外周側部位には、循環通路３３ａを形成する循環通路形成部３３が接続されている。凝縮部１３は、ボイラー部ケース３０の内部空間のうち出力部１２の周囲の空間によって構成されている。
【０１３８】
ボイラー部ケース３０には、ファン１ｄの回転数を測定するためのセンサ３６が固定されている。
【０１３９】
上記構成によると、発熱体３の熱は、ボイラー部ケース３０の底壁部３０２を介して蒸発室３０８内の作動液１４に伝わり、作動液１４が蒸発する。蒸発室３０８で発生した蒸気は、蒸気通路３２ａを通じて出力部１２に供給される。これにより、蒸気のエネルギーが機械的エネルギーに変換される。
【０１４０】
出力部１２から排出された蒸気は凝縮部１３にて大気中に放熱して凝縮し、凝縮部１３で凝縮した作動液１４は循環通路３３ａを通じて低圧室３０９に還流して液溜め室３０９ａに溜まる。液溜め室３０９ａに溜まった作動液１４は、ウィック１７に吸引されて蒸発室３０８に供給されて蒸発する。
【０１４１】
このように、本実施形態においても、液溜め室３０９ａの作動液１４を高圧の蒸発室３０８へ外部エネルギーを用いることなく送還することができる。
【０１４２】
図示を省略しているが、本実施形態においても、上記第１、第２実施形態と同様の排気通路２１をボイラー部ケース３０の底壁部３０２に形成することができる。これにより、ウィック１７の下面から蒸発した蒸気をウィック１７の上方側へ逃げ易くすることができ、ひいては出力を向上できる。
【０１４３】
（第５実施形態）
本第５実施形態は、上記各実施形態におけるウィック１７の貫通孔１７２の具体的構成例を示すものである。
【０１４４】
図１０の例では、ウィック１７の表裏を貫通する貫通孔１７２は、ウィック１７の板面方向に延びる溝状に形成されている。より具体的には、貫通孔１７２は、ウィック１７の中心から四方に放射状に延びる十字溝状に形成されている。
【０１４５】
図１１の変形例では、貫通孔１７２は、多数個分散して形成されている。より具体的には、貫通孔１７２は多数個の円形孔で構成されており、多数個の円形孔はウィック１７の板面に分散配置されている。
【０１４６】
これによると、貫通孔１７２の縁（界面）から蒸気が発生するので、蒸気量を向上することができ、ひいては出力を向上できる。特に図１０、図１１の例では、貫通孔１７２の縁（界面）の全長を長くすることができる。このため、蒸気量をより向上することができ、ひいては出力をより向上できる。
【０１４７】
なお、図１０、図１１の例では、プレート１９が網板で構成されている。これにより、貫通孔１７２が広範囲にわたって形成されていても、貫通孔１７２の縁（界面）からの蒸気の放出を妨げることなく、ウィック１７の浮き上がりを防止できる。
【０１４８】
（第６実施形態）
上記各実施形態では、ウィック１７が１枚の平板状ウィックで構成されているが、本第６実施形態では、図１２に示すように、ウィック１７は、複数枚の平板状ウィック（平板状作動液導入用部材）４０、４１が積層されて構成されている。本例では、平板状ウィック４０、４１の各々は、ステンレスワイヤとアラミド繊維（樹脂繊維）の編み込み素材で形成されている。平板状ウィック４０、４１の各々は、ＲＡＢ（アラミドの繊維とロックウール粒子の混合体）で形成されていてもよい。
【０１４９】
本実施形態では、平板状ウィック４０、４１は、互いに外径が同一になっていて、外周縁部が隔壁１６の筒状壁部１６１の外周面に揃えられて積層されている。
【０１５０】
これによると、液溜め室１５７ａの作動液１４は各平板状ウィック４０、４１に吸引されて各平板状ウィック４０、４１の中心側へと流れる。平板状ウィック４０、４１のうちケース１５の底壁部１５２に隣接する平板状ウィック４０の中心部では、作動液１４が底壁部１５２から加熱されて蒸発する。
【０１５１】
すると、平板状ウィック４０の中心部には、平板状ウィック４０の径方向外側から水平方向に作動液１４が供給されるのみならず、他の平板状ウィック４１の中心部から上下方向にも作動液１４が供給される。このため、作動液１４の供給性が向上し、ひいては出力を向上できる。
【０１５２】
（第７実施形態）
上記第６実施形態では、平板状ウィック４０、４１の外周縁部が隔壁１６の筒状壁部１６１の外周面に揃えられているが、本第７実施形態では、図１３に示すように、平板状ウィック４０、４１、４２のうちケース１５の底壁部１５２に隣接する平板状ウィック４０の外周側部位４０ａが筒１５３の内周面まで拡大されている。
【０１５３】
これによると、平板状ウィック４０の外周側部位４０ａは、底壁部１５２のうち液溜め室１５７ａに面する部位に重ねられて液溜め室１５７ａを断熱することとなるので、液溜め室１５７ａで作動液１４が蒸発することを抑制できる。このため、液溜め室１５７ａの作動液１４を蒸発室１５６に確実に供給することができ、ひいては出力を向上できる。
【０１５４】
なお、本実施形態に対して、上記第１、第２実施形態と同様に排気通路２１を設ければ、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。
【０１５５】
（他の実施形態）
なお、上記第１〜第３実施形態では、凝縮部１３をケース１５の上方側に配置しているが、これに限定されることなく、例えば凝縮部１３をケース１５の側方側に配置してもよい。また、低圧室１５７の蒸気を凝縮部１３に流出させるための流出路１５１ａ、および凝縮部１３で凝縮した作動液１４を低圧室１５７に還流させるための還流路１５１ｂの具体的構成は、凝縮部１３の配置位置に応じて適宜変更可能である。
【０１５６】
また、上記各実施形態では、ボイラー部１１が単一のケース内に収容されているが、ボイラー部１１を複数のケース内に分割して収容し、複数のケース同士を適宜配管で接続するようにしてもよい。例えば、ボイラー部１１の液溜め室１５７ａを別個のケース内に収容し、液溜め室１５７ａと蒸発室１５６とを配管で接続してもよい。この場合には、液溜め室１５７ａと蒸発室１５６とを接続する配管内にウィック１７を配置することができる。
【符号の説明】
【０１５７】
３ 発熱体（外部熱源）
１１ ボイラー部
１２ 出力部
１３ 凝縮部
１４ 作動液
１５ ケース
１６ 隔壁
１７ ウィック（作動液導入用部材）
１９ プレート（伝熱板）
２１ 排気通路
２３ 排気通路形成部材
１５２ 底壁部（伝熱部材）
１５２ａ 断熱溝
１５６ 蒸発室
１５７ａ 液溜め室
１６１ 円筒状壁部（荷重付与手段）
１７２ 貫通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部熱源（３）から供給される熱で作動液（１４）を加熱して前記作動液（１４）の蒸気を発生させる蒸発室（１５６、３０８）、および前記蒸発室（１５６、３０８）に供給される前記作動液（１４）を溜める液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）が形成されたボイラー部（１１）と、
前記蒸発室（１５６、３０８）で発生した前記蒸気が流通し、前記蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換して取り出す出力部（１２）と、
前記出力部（１２）を通過した前記蒸気を凝縮させ、凝縮した前記作動液（１４）を前記液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）に還流させる凝縮部（１３）と、
前記ボイラー部（１１）内に配置され、前記液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）の前記作動液（１４）を毛管力で吸引して前記蒸発室（１５６、３０８）に供給する作動液導入用部材（１７）とを備え、
前記蒸発室（１５６、３０８）は、前記液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）に対して隔てられていて前記液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）よりも高圧になっており、
前記作動液導入用部材（１７）は、
（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ＞ＰＨ−ＰＬの関係を満たすように構成され、
前記ボイラー部（１１）は、前記外部熱源（３）と熱的に接続され且つ前記作動液導入用部材（１７）に当接する伝熱部材（１５２、２３、３０２）を有し、
前記作動液導入用部材（１７）は前記伝熱部材（１５２、２３、３０２）を介して前記外部熱源（３）から受熱し、
前記伝熱部材（１５２、２３、３０２）のうち前記作動液導入用部材（１７）に当接する部位には、前記作動液導入用部材（１７）から発生した前記蒸気を前記作動液導入用部材（１７）の外部に排気するための排気通路（２１）が形成されていることを特徴とする熱機関。
但し、σは前記作動液（１４）の表面張力、ｒは前記作動液導入用部材（１７）内の空隙の円相当半径、θは前記作動液導入用部材（１７）に対する前記作動液（１４）の濡れ角、ＰＨは前記蒸発室（１５６、３０８）の圧力、ＰＬは前記液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）の圧力である。
【請求項２】
前記排気通路（２１）は、前記伝熱部材（１５２）に形成された溝（２２）によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱機関。
【請求項３】
前記伝熱部材（１５２、２３）は、前記排気通路（２１）を形成する排気通路形成部材（２３）と、残余の部位を構成する部材（１５２）とに分割して成形され、
前記排気通路形成部材（２３）は、前記残余の部位を構成する部材（１５２）と前記作動液導入用部材（１７）との間に挟まれた網状部材または複数の玉状部材であり、
前記蒸気通路（２１）は、前記網状部材または前記複数の玉状部材が形成する空隙によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱機関。
【請求項４】
前記伝熱部材（１５２、２３、３０２）は、水平方向に延びる上面部を有し、
前記作動液導入用部材（１７）は、平板状に形成されて前記伝熱部材（１５２、２３、３０２）の上面部に重ねられ、
前記作動液導入用部材（１７）は、前記伝熱部材（１５２、２３、３０２）を介して前記外部熱源（３）から受熱することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項５】
前記ボイラー部（１１）は、前記作動液導入用部材（１７）のうち前記伝熱部材（１５２、２３、３０２）と反対側の面に重ねられ、前記外部熱源（３）からの熱を前記作動液導入用部材（１７）に伝える伝熱板（１９）を有していることを特徴とする請求項４に記載の熱機関。
【請求項６】
前記作動液導入用部材（１７）のうち前記水平方向における端面（１７１）は、前記液溜め室（１５７ａ）の前記作動液（１４）が流入する流入口を構成していることを特徴とする請求項４または５に記載の熱機関。
【請求項７】
前記ボイラー部（１１）を収容するボイラー部ケース（３０）と、
前記出力部（１２）および前記凝縮部（１３）を収容する還流部ケース（３１）と、
前記ボイラー部（１１）の前記蒸発室（３０８）と前記出力部（１２）とを連通する蒸気通路（３２ａ）を形成する蒸気通路形成部（３２）と、
前記凝縮部（１３）と前記ボイラー部（１１）の前記液溜め室（３０９ａ）とを連通する循環通路（３３ａ）を形成する循環通路形成部（３３）とを備え、
前記ボイラー部ケース（３０）および前記還流部ケース（３１）は、互いに離間して配置され且つ蒸気通路形成部（３２）および循環通路形成部（３３）を介して接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項８】
前記作動液導入用部材（１７）のうち前記蒸発室（１５６）の内部に位置する部位には、その表裏を貫通する貫通孔（１７２）が形成されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項９】
前記貫通孔（１７２）は、前記排気通路（２１）と連通していることを特徴とする請求項８に記載の熱機関。
【請求項１０】
前記貫通孔（１７２）は、前記作動液導入用部材（１７）の板面方向に延びる溝状に形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の熱機関。
【請求項１１】
前記貫通孔（１７２）は多数個分散して形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の熱機関。
【請求項１２】
前記ボイラー部（１１）は、前記貫通孔（１７２）の水平方向側に前記液溜め室（１５７ａ）を形成し、
前記伝熱部材（１５２）のうち前記貫通孔（１７２）よりも前記液溜め室（１５７ａ）側に位置する部位には、前記伝熱部材（１５２）の内部における熱伝導を抑制する断熱溝（１５２ａ）が形成され、
前記伝熱部材（１５２）は、前記断熱溝（１５２ａ）よりも前記貫通孔（１７２）側に位置する部位（１５２ｂ）が前記外部熱源（３）から受熱することを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項１３】
前記ボイラー部（１１）は、前記作動液導入用部材（１７）内の空隙が縮小するように前記作動液導入用部材（１７）に荷重を付与する荷重付与手段（１６１）を有し、
前記作動液導入用部材（１７）は、前記荷重付与手段（１６１）から前記荷重が付与された状態で前記ボイラー部（１１）内に保持されていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項１４】
前記ボイラー部（１１）は、前記蒸発室（１５６）と前記液溜め室（１５７ａ）とを隔てる隔壁（１６）を有し、
前記隔壁（１６）は、前記作動液導入用部材（１７）に前記荷重を付与するように前記ボイラー部（１１）内に配置され、
前記荷重付与手段（１６１）は、前記隔壁（１６）で構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の熱機関。
【請求項１５】
前記作動液導入用部材（１７）は、前記荷重付与手段（１６１）よりも前記蒸発室（１５６）側まで延びていることを特徴とする請求項１４に記載の熱機関。
【請求項１６】
前記作動液導入用部材（１７）は、少なくとも樹脂繊維を編み込んだ素材で構成されていることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項１】
外部熱源（３）から供給される熱で作動液（１４）を加熱して前記作動液（１４）の蒸気を発生させる蒸発室（１５６、３０８）、および前記蒸発室（１５６、３０８）に供給される前記作動液（１４）を溜める液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）が形成されたボイラー部（１１）と、
前記蒸発室（１５６、３０８）で発生した前記蒸気が流通し、前記蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換して取り出す出力部（１２）と、
前記出力部（１２）を通過した前記蒸気を凝縮させ、凝縮した前記作動液（１４）を前記液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）に還流させる凝縮部（１３）と、
前記ボイラー部（１１）内に配置され、前記液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）の前記作動液（１４）を毛管力で吸引して前記蒸発室（１５６、３０８）に供給する作動液導入用部材（１７）とを備え、
前記蒸発室（１５６、３０８）は、前記液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）に対して隔てられていて前記液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）よりも高圧になっており、
前記作動液導入用部材（１７）は、
（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ＞ＰＨ−ＰＬの関係を満たすように構成され、
前記ボイラー部（１１）は、前記外部熱源（３）と熱的に接続され且つ前記作動液導入用部材（１７）に当接する伝熱部材（１５２、２３、３０２）を有し、
前記作動液導入用部材（１７）は前記伝熱部材（１５２、２３、３０２）を介して前記外部熱源（３）から受熱し、
前記伝熱部材（１５２、２３、３０２）のうち前記作動液導入用部材（１７）に当接する部位には、前記作動液導入用部材（１７）から発生した前記蒸気を前記作動液導入用部材（１７）の外部に排気するための排気通路（２１）が形成されていることを特徴とする熱機関。
但し、σは前記作動液（１４）の表面張力、ｒは前記作動液導入用部材（１７）内の空隙の円相当半径、θは前記作動液導入用部材（１７）に対する前記作動液（１４）の濡れ角、ＰＨは前記蒸発室（１５６、３０８）の圧力、ＰＬは前記液溜め室（１５７ａ、３０９ａ）の圧力である。
【請求項２】
前記排気通路（２１）は、前記伝熱部材（１５２）に形成された溝（２２）によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱機関。
【請求項３】
前記伝熱部材（１５２、２３）は、前記排気通路（２１）を形成する排気通路形成部材（２３）と、残余の部位を構成する部材（１５２）とに分割して成形され、
前記排気通路形成部材（２３）は、前記残余の部位を構成する部材（１５２）と前記作動液導入用部材（１７）との間に挟まれた網状部材または複数の玉状部材であり、
前記蒸気通路（２１）は、前記網状部材または前記複数の玉状部材が形成する空隙によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱機関。
【請求項４】
前記伝熱部材（１５２、２３、３０２）は、水平方向に延びる上面部を有し、
前記作動液導入用部材（１７）は、平板状に形成されて前記伝熱部材（１５２、２３、３０２）の上面部に重ねられ、
前記作動液導入用部材（１７）は、前記伝熱部材（１５２、２３、３０２）を介して前記外部熱源（３）から受熱することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項５】
前記ボイラー部（１１）は、前記作動液導入用部材（１７）のうち前記伝熱部材（１５２、２３、３０２）と反対側の面に重ねられ、前記外部熱源（３）からの熱を前記作動液導入用部材（１７）に伝える伝熱板（１９）を有していることを特徴とする請求項４に記載の熱機関。
【請求項６】
前記作動液導入用部材（１７）のうち前記水平方向における端面（１７１）は、前記液溜め室（１５７ａ）の前記作動液（１４）が流入する流入口を構成していることを特徴とする請求項４または５に記載の熱機関。
【請求項７】
前記ボイラー部（１１）を収容するボイラー部ケース（３０）と、
前記出力部（１２）および前記凝縮部（１３）を収容する還流部ケース（３１）と、
前記ボイラー部（１１）の前記蒸発室（３０８）と前記出力部（１２）とを連通する蒸気通路（３２ａ）を形成する蒸気通路形成部（３２）と、
前記凝縮部（１３）と前記ボイラー部（１１）の前記液溜め室（３０９ａ）とを連通する循環通路（３３ａ）を形成する循環通路形成部（３３）とを備え、
前記ボイラー部ケース（３０）および前記還流部ケース（３１）は、互いに離間して配置され且つ蒸気通路形成部（３２）および循環通路形成部（３３）を介して接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項８】
前記作動液導入用部材（１７）のうち前記蒸発室（１５６）の内部に位置する部位には、その表裏を貫通する貫通孔（１７２）が形成されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項９】
前記貫通孔（１７２）は、前記排気通路（２１）と連通していることを特徴とする請求項８に記載の熱機関。
【請求項１０】
前記貫通孔（１７２）は、前記作動液導入用部材（１７）の板面方向に延びる溝状に形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の熱機関。
【請求項１１】
前記貫通孔（１７２）は多数個分散して形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の熱機関。
【請求項１２】
前記ボイラー部（１１）は、前記貫通孔（１７２）の水平方向側に前記液溜め室（１５７ａ）を形成し、
前記伝熱部材（１５２）のうち前記貫通孔（１７２）よりも前記液溜め室（１５７ａ）側に位置する部位には、前記伝熱部材（１５２）の内部における熱伝導を抑制する断熱溝（１５２ａ）が形成され、
前記伝熱部材（１５２）は、前記断熱溝（１５２ａ）よりも前記貫通孔（１７２）側に位置する部位（１５２ｂ）が前記外部熱源（３）から受熱することを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項１３】
前記ボイラー部（１１）は、前記作動液導入用部材（１７）内の空隙が縮小するように前記作動液導入用部材（１７）に荷重を付与する荷重付与手段（１６１）を有し、
前記作動液導入用部材（１７）は、前記荷重付与手段（１６１）から前記荷重が付与された状態で前記ボイラー部（１１）内に保持されていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項１４】
前記ボイラー部（１１）は、前記蒸発室（１５６）と前記液溜め室（１５７ａ）とを隔てる隔壁（１６）を有し、
前記隔壁（１６）は、前記作動液導入用部材（１７）に前記荷重を付与するように前記ボイラー部（１１）内に配置され、
前記荷重付与手段（１６１）は、前記隔壁（１６）で構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の熱機関。
【請求項１５】
前記作動液導入用部材（１７）は、前記荷重付与手段（１６１）よりも前記蒸発室（１５６）側まで延びていることを特徴とする請求項１４に記載の熱機関。
【請求項１６】
前記作動液導入用部材（１７）は、少なくとも樹脂繊維を編み込んだ素材で構成されていることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の熱機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−９９６６２（Ｐ２０１１−９９６６２Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４５０１８（Ｐ２０１０−１４５０１８）
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
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