熱機関
【課題】ボイラー圧力の向上と蒸気量の向上とを両立でき、且つ動作開始が容易な熱機関を提供する。
【解決手段】作動液１４を熱源２から供給される熱で加熱して蒸発させるボイラー部１１と、ボイラー部１１で発生した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で使用された蒸気を凝縮させる凝縮部１３と、凝縮部１３の作動液１４をボイラー部１１に還流させる還流手段１５、１６とを備え、還流手段は、凝縮部１３の作動液１４を毛管力で吸引してボイラー部１１に導く作動液導入用部材１５と、出力部１２で取り出された機械的エネルギーによって駆動され、凝縮部１３の作動液１４をボイラー部１１に圧送する機械式ポンプ１６とを有している。
【解決手段】作動液１４を熱源２から供給される熱で加熱して蒸発させるボイラー部１１と、ボイラー部１１で発生した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で使用された蒸気を凝縮させる凝縮部１３と、凝縮部１３の作動液１４をボイラー部１１に還流させる還流手段１５、１６とを備え、還流手段は、凝縮部１３の作動液１４を毛管力で吸引してボイラー部１１に導く作動液導入用部材１５と、出力部１２で取り出された機械的エネルギーによって駆動され、凝縮部１３の作動液１４をボイラー部１１に圧送する機械式ポンプ１６とを有している。
【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ボイラー部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ボイラー部に送還するためにポンプ等の機械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ボイラー部に送還する。
【０００３】
また、従来、この種の熱機関として、蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換する蒸気エンジンと、それに連動する機械式ポンプとを有するものも公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
前者の従来技術（特許文献１）のごとく、凝縮部で凝縮した作動液をポンプ等の機械でボイラー部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機械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。
【０００６】
そこで、本発明者は、凝縮部で凝縮した作動液をウィック（作動液導入用部材）の毛管力で吸引してボイラー部に送還する熱機関を検討した。この検討例によると、外部エネルギーを極力用いることなく凝縮部の作動液をボイラー部に送還することができるので、前者の従来技術（特許文献１）に比べて出力効率を向上することができる。
【０００７】
この検討例では、出力向上を図るためにボイラー圧力を高めようとすれば、ウィックの毛管相当径を小さくして蒸気の逆流を防止する必要がある。
【０００８】
しかしながら、この検討例では、ボイラー圧力を高めるためにウィックの毛管相当径を小さくすると、作動液の供給路の面積が小さくなって作動液の供給速度が落ちる。作動液の供給速度が落ちれば時間当たりの蒸気量が減少するため、ボイラー圧力の向上と蒸気量の向上との両立が難しいという問題がある。
【０００９】
また、後者の従来技術では、蒸気エンジンが動かない限り機械式ポンプも作動しないので、他からの動力で蒸気エンジンを始動させるスタータが必要となる。そのため、例えば熱源が不安定で蒸気エンジンが時々停止するような使用条件の場合、蒸気エンジンを自動的に再始動させようとすれば熱源の状態に応じてスタータを起動する制御系が必要となる。
【００１０】
本発明は上記点に鑑みて、ボイラー圧力の向上と蒸気量の向上とを両立でき、且つ動作開始が容易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】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、熱源（２）から供給される熱で作動液（１４）を加熱して蒸発させるボイラー部（１１）と、
ボイラー部（１１）で発生した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）で使用された蒸気を凝縮させる凝縮部（１３）と、
凝縮部（１３）の作動液（１４）をボイラー部（１１）に還流させる還流手段（１５、１６）とを備え、
還流手段は、
凝縮部（１３）の作動液（１４）を毛管力で吸引してボイラー部（１１）に導く作動液導入用部材（１５）と、
出力部（１２）で取り出された機械的エネルギーによって駆動され、凝縮部（１３）の作動液（１４）をボイラー部（１１）に圧送する機械式ポンプ（１６）とを有していることを特徴とする。
【００１２】
これによると、出力部（１２）で取り出された機械的エネルギーによって駆動される機械式ポンプ（１６）を有しているので、作動液導入用部材（１５）による作動液（１４）の供給速度に極力影響されずボイラー部（１１）へ作動液（１４）を供給することができる。このため、ボイラー圧力の向上と蒸気量の向上とを両立できる。
【００１３】
また、機械式ポンプ（１６）が停止している場合であっても、作動液導入用部材（１５）によってボイラー部（１１）へ作動液（１４）を供給することができる。このため、動作開始が容易である。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の熱機関において、出力部（１２）における蒸気の使用流量と、機械式ポンプ（１６）による作動液（１４）の供給流量との比は、１より大きく且つ作動液（１４）が気化するときの体積膨張率以下になっていることを特徴とする。
【００１５】
これによると、ボイラー部（１１）への作動液（１４）の供給量の過不足を抑制できて好ましい。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の熱機関において、出力部（１２）は、蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換する蒸気エンジン（１２１）を有し、
蒸気エンジン（１２１）は、振り子のように揺動するピストン（１２１ａ）およびシリンダ（１２１ｂ）を有する振り子式エンジンであり、
機械式ポンプ（１６）は、振り子のように揺動するピストン（１６ａ）およびシリンダ（１６ｂ）を有する振り子式ポンプであり、
蒸気エンジン（１２１）および機械式ポンプ（１６）は、ボイラー部（１１）の上方側に配置され、水平方向に揺動するようになっていることを特徴とする。
【００１７】
これによると、ボイラー部（１１）から蒸気エンジン（１２１）への蒸気の供給を効率良く行うことができるとともに、蒸気エンジン（１２１）と機械式ポンプ（１６）とを連結する機構を簡素化できる。
【００１８】
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は、例えば請求項４に記載の発明のように、作動液導入用部材（１５）は筒状に形成され、
ボイラー部（１１）には、作動液（１４）が加熱されて蒸発する蒸気発生空間（１１４）が形成され、
凝縮部（１３）は、作動液（１４）が溜まる液溜め空間（１３１）が形成され、
蒸気発生空間（１１４）は、作動液導入用部材（１５）の内側および外側のうちいずれか一方側に形成され、
液溜め空間（１３１）は、作動液導入用部材（１５）の内側および外側のうち蒸気発生空間（１１４）が形成された側と反対の側に形成され、
機械式ポンプ（１６）は、液溜め空間（１３１）から作動液（１４）を吸入し、蒸気発生空間（１１４）に作動液（１４）を吐出するようにすればよい。
【００１９】
請求項５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、ボイラー部（１１）、出力部（１２）、凝縮部（１３）および機械式ポンプ（１６）を収容するケース（１０１）を備え、
ケース（１０１）の内部には、凝縮部（１３）で凝縮した作動液（１４）が溜まる液溜め空間（１３１）が形成され、
機械式ポンプ（１６）は、少なくとも作動液（１４）の流動する部分が液溜め空間（１３１）の作動液（１４）中に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
これによると、機械式ポンプ（１６）が作動液（１４）を吸い上げる必要がないので、ケース（１０１）内の圧力を低くしても機械式ポンプ（１６）を良好に動作させることができる。このため、より低温な熱源に対応することが可能となる。
【００２１】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の熱機関において、出力部（１２）は、ボイラー部（１１）の上方に配置されており、
機械式ポンプ（１６）は、出力部（１２）の上方に配置されており、
ケース（１０１）の内部には、出力部（１２）を液溜め空間（１３１）の作動液（１４）から隔てるための隔壁部材（２０）が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
これによると、ボイラー部（１１）、出力部（１２）および機械式ポンプ（１６）が上下方向に並んで配置されているので、ケース（１０１）の水平方向における体格を大型化させることなく機械式ポンプ（１６）を作動液（１４）中に配置することができる。
【００２３】
また、隔壁部材（２０）によって、出力部（１２）が液溜め空間（１３１）の作動液（１４）から隔てられているので、出力部（１２）に作動液（１４）が浸入するのを防止することができる。
【００２４】
また、隔壁部材（２０）の内部の空間が、液溜め空間（１３１）の作動液（１４）によって外気から断熱されるので、隔壁部材（２０）の内部に収容された出力部（１２）を高温に維持することができる。このため、出力部（１２）に入ったきた蒸気が冷えて蒸気圧が低下してしまうことを抑制することができ、ひいては効率を向上させることができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の熱機関において、隔壁部材（２０）には、出力部（１２）で使用された蒸気を凝縮部（１３）へ排気する排気筒（２０３）が、作動液（１４）の液面（１４ａ）の上方まで延びるように形成されていることを特徴とする。
【００２６】
これにより、隔壁部材（２０）の内部に作動液（１４）が浸入することを防止しつつ出力部（１２）から排出された蒸気を凝縮部（１３）に排出することができる。
【００２７】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の熱機関において、出力部（１２）で取り出された動力を機械式ポンプ（１６）に伝達する動力伝達機構（１２３、１２５、１６ｉ、１２１ｈ）を備え、
動力伝達機構は、出力部（１２）から、排気筒（２０３）の内部空間と、作動液（１４）の液面（１４ａ）よりも上方の空間（１３２）とを経由して機械式ポンプ（１６）に至るように構成されていることを特徴とする。
【００２８】
これにより、排気筒（２０３）の内部空間を活用して、動力伝達機構を効率的に配置することができる。
【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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態における排熱回収装置を示す縦断面図である。
【図２】第１実施形態における排熱回収装置を示す横断面図である。
【図３】第１実施形態における排熱回収装置の蒸気エンジンを示す断面図である。
【図４】第１実施形態におけるウィックの製造方法を説明する説明図である。
【図５】第２実施形態における排熱回収装置を示す縦断面図である。
【図６】第３実施形態における排熱回収装置を示す縦断面図である。
【図７】他の実施形態における蒸気エンジンを示す上面図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（第１実施形態）
第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。本実施形態は、熱機関を排熱回収装置に適用したものである。図１は、排熱回収装置の全体構成を示す縦断面図であり、図１中の上下の矢印は、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。
【００３２】
本実施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。本例では、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。
【００３３】
ボイラー部１１は、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る。出力部１２は、ボイラー部１１で発生し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。凝縮部１３は、出力部１２で使用された蒸気を凝縮して作動液１４に復液させる。
【００３４】
本例では、ボイラー部１１、出力部１２および凝縮部１３は、ケース１０１の内部に設けられている。本例では、作動液１４として水を用いているので、ケース１０１を、耐水性に優れたステンレスで形成するのが好ましい。ケース１０１は、上下方向に延びる筒状部１０１ａと、筒状部１０１ａの上下を塞ぐ蓋部１０１ｂ、１０１ｃとを有している。
【００３５】
ボイラー部１１は、伝熱部材１１１を有している。伝熱部材１１１は、熱伝導性に優れた材料（金属材料等）で形成されており、熱源をなす発熱体２の上に載せられている。
【００３６】
伝熱部材１１１は、上下方向に間隔を隔てて対向配置された板状伝熱部１１１ａ、１１１ｂと、板状伝熱部１１１ａ、１１１ｂの中心部同士を繋ぐ棒状伝熱部１１１ｃとを有している。本例では、発熱体２は、例えば工場の高温排気・高温排水のダクト表面などのような排熱によって発熱する部位を表している。
【００３７】
棒状伝熱部１１１ｃの外周側には、作動液導入用部材に相当するウィック１５が配置されている。ここで、作動液導入用部材とは、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、例えば繊維を編み込んだ構造体や、多孔質セラミックや金属焼結体、ガスケットシールのような多孔質体である。
【００３８】
ウィック１５は、凝縮部１３の作動液１４をボイラー部１１に還流させる還流手段を構成しており、本例では、ウィック１５は円筒状に形成されて上下方向に延びるように配置されている。ウィック１５の内側には棒状伝熱部１１１ｃが貫通している。
【００３９】
ウィック１５は、１つの円筒状の部材で構成されていてもよいし、複数個の円筒状の部材で構成されていてもよい。換言すれば、ウィック１５全体を一体成形してもよいし、ウィック１５を軸方向に分割して成形してもよい。
【００４０】
ウィック１５は、互いに積層された複数の繊維層を有する繊維集合体（繊維層積層体）であり、本例では熱可塑性樹脂繊維であるアラミド繊維とロックウール粒子の混合体になっている。また、ウィック１５は、アラミド繊維とグラスウール粒子の混合体になっていてもよい。ここで、アラミド繊維とロックウール粒子の混合体や、アラミド繊維とグラスウール粒子の混合体は、断熱素材としても用いることのできるものである。
【００４１】
ウィック１５は、積層された多数の環板状素材が一体的に接合されることによって形成されている。図１では、図示の都合上、環板状素材同士の界面部を実線で示している。また、ウィック１５の環板状素材同士の界面部は、ウィック１５の径方向（軸方向と直交する方向）に延びている。
【００４２】
図示を省略しているが、ウィック１５の各繊維層は、環板状素材同士の界面部と平行に延びている。したがって、ウィック１５の各繊維層も、ウィック１５の径方向（軸方向と直交する方向）に延びている。
【００４３】
棒状伝熱部１１１ｃは、ケース１０１の下方側の蓋部１０１ｃの中心を貫通している。蓋部１０１ｃとウィック１５の下端面との間には環板状の介在部材１１２が配置されている。ウィック１５の上端面と上方側の板状伝熱部１１１ｂとの間にも環板状の介在部材１１３が配置されている。環板状の介在部材１１２、１１３は、筒状のウィック１５とほぼ同じ外径および内径を有している。
【００４４】
筒状のウィック１５の内周面と棒状伝熱部１１１ｃの外周面との間には、蒸気発生空間１１４が形成されている。蒸気発生空間１１４は、作動液１４の蒸気が発生する空間である。
【００４５】
上方側の板状伝熱部１１１ｂには、蒸気発生空間１１４と連通する蒸気通路１１５が形成されている。蒸気通路１１５は、蒸気発生空間１１４の蒸気を出力部１２へと導く通路である。
【００４６】
筒状のウィック１５の外周面とケース１０１の筒状部１０１ａの内壁面との間には、液溜め空間１３１が形成されている。液溜め空間１３１には作動液１４が溜められる。
【００４７】
ウィック１５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１５の毛管力による圧力ΔＰと言う。ウィック１５の毛管力による圧力ΔＰは次の数式（１）で表される。
【００４８】
ΔＰ＝（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ …（１）
但し、ｒはウィック１５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。
【００４９】
ウィック１５の毛管力による圧力ΔＰが生じることにより、液溜め空間１３１の作動液１４がウィック１５の外周面から吸引される。
【００５０】
ウィック１５は、ケース１０１内に組み付けられた状態では介在部材１１２、１１３から軸方向に荷重を受けて圧縮されている。また、ウィック１５は作動液１４によって膨潤する。これにより、ウィック１５内の空隙が一層縮められる。
【００５１】
ウィック１５内の空隙が縮められることによって、上記数式１におけるウィック１５内の空隙の円相当半径ｒが小さくなり、ウィック１５の毛管力による圧力ΔＰも大きくなる。本例では、ウィック１５の毛管力による圧力ΔＰが、蒸気発生空間１１４での圧力ＰＨと液溜め空間１３１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）。
【００５２】
換言すれば、ウィック１５は、次の数式（２）の関係を満たすように構成されている。
【００５３】
（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ＞ＰＨ−ＰＬ …（２）
本例では、ウィック１５は、断熱性に優れた断熱素材で形成されている。そのため、ウィック１５は、棒状伝熱部１１１ｃから液溜め空間１３１の作動液１４への伝熱を遮断する断熱材としても機能する。
【００５４】
ウィック１５の外周面から吸収された作動液１４はウィック１５の毛管力により蒸気発生空間１１４に達し、棒状伝熱部１１１ｃにより加熱され蒸発し、蒸気となって蒸気発生空間１１４および蒸気通路１１５を通じて出力部１２の蒸気エンジン１２１に流れる。
【００５５】
出力部１２の蒸気エンジン１２１は、ボイラー部１１で発生した蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換する流体機械である。本例では、蒸気エンジン１２１として、ピストンおよびシリンダ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、蒸気エンジン１２１の代わりに蒸気タービン等を用いてもよい。
【００５６】
蒸気エンジン１２１は、板状伝熱部１１１ｂの上方側に配置されている。本例では、蒸気エンジン１２１は、板状のベース部材１０２を介して板状伝熱部１１１ｂの上面に固定されている。
【００５７】
板状のベース部材１０２の上面には、機械式ポンプ１６も固定されている。機械式ポンプ１６は、機械的エネルギーを作動液１４のエネルギーに変換する流体機械であり、凝縮部１３の作動液１４をボイラー部１１に還流させる還流手段を構成している。
【００５８】
本例では、機械式ポンプ１６の構成は、蒸気エンジン１２１の構成と同様になっている。すなわち、機械式ポンプ１６として、ピストンおよびシリンダが振り子のように揺動する振り子式ポンプが用いられている。なお、機械式ポンプ１６として容積ポンプ等を用いてもよい。
【００５９】
図２は、図１の排熱回収装置の横断面図である。図２の例では、蒸気エンジン１２１が３個（３気筒）設けられ、機械式ポンプ１６が１個（１気筒）設けられているが、蒸気エンジン１２１および機械式ポンプ１６の個数（気筒数）を適宜変更してもよい。
【００６０】
図３は、図２の蒸気エンジン１２１を示す断面図である。機械式ポンプ１６の構成も図３と同様であるので、図３の括弧内に機械式ポンプ１６に対応する符号を付し、機械式ポンプ１６の詳細図を省略する。
【００６１】
蒸気エンジン１２１は、ピストン１２１ａおよびシリンダ１２１ｂを有している。シリンダ１２１ｂは、ベース部材１０２に固定されたシリンダベース１２１ｃに対して、揺動軸１２１ｄを中心に揺動可能に支持されている。
【００６２】
ベース部材１０２およびシリンダベース１２１ｃには、ボイラー部１１の蒸気通路１１５と連通する吸気路１０２ａ、１２１ｅが形成されている。吸気路１０２ａ、１２１ｅは、シリンダ１２１ｂに吸入される蒸気が流れる流路である。また、シリンダベース１２１ｃには排気路１２１ｆが形成されている。排気路１２１ｆは、シリンダ１２１ｂから排出された蒸気が流れる流路である。吸気路１２１ｅの出口部および排気路１２１ｆの入口部は、シリンダベース１２１ｃの上面に開口している。排気路１２１ｆの出口部は、ケース１０１の内部空間に開放されている。本例では、排気路１２１ｆの出口部は、図１に示す凝縮部１３の凝縮空間１３２に開放されている。
【００６３】
本例では、ピストン１２１ａおよびシリンダ１２１ｂは水平方向に配置されており、揺動軸１２１ｄは上下方向に配置されている。したがって、ピストン１２１ａおよびシリンダ１２１ｂは水平方向に揺動する。
【００６４】
シリンダ１２１ｂの下面には、蒸気を吸入・排気するポート１２１ｇが開口している。シリンダ１２１ｂが揺動方向の一端側に位置している状態では、ポート１２１ｇが吸気路１０２ａ、１２１ｅと連通する。シリンダ１２１ｂが揺動方向の他端側に位置している状態では、ポート１２１ｇが排気路１２１ｆと連通する。
【００６５】
シリンダ１２１ｂが揺動方向の一端側に位置してポート１２１ｇが吸気路１０２ａ、１２１ｅと連通していると、ボイラー部１１の蒸気発生空間１１４の蒸気が蒸気通路１１５、吸気路１０２ａ、１２１ｅおよびポート１２１ｇを通じてシリンダ１２１ｂ内に流入してピストン１２１ａが押し出されて往動する。
【００６６】
ピストン１２１ａの先端部は、ロッド１２１ｈを介してホイールギア１２１ｉに連結されている。図２に示すように、ホイールギア１２１ｉは、センターギア１２２に連結されている。センターギア１２２の中心には、出力軸１２３が固定されている。これにより、ピストン１２１ａが押し出されるとホイールギア１２１ｉおよびセンターギア１２２を介して出力軸１２３が回転する。
【００６７】
また、ピストン１２１ａが押し出されてホイールギア１２１ｉが回転することで、シリンダ１２１ｂが揺動方向の他端側に向かって揺動してポート１２１ｇがシリンダベース１２１ｃの上面によって閉塞される。
【００６８】
ポート１２１ｇが閉塞されると、ホイールギア１２１ｉは慣性力によって回転を継続し、ホイールギア１２１ｉの慣性力によってピストン１２１ａが押し戻されて復動する。この際もシリンダ１２１ｂの揺動は継続される。そして、シリンダ１２１ｂが揺動方向の他端側に位置してポート１２１ｇが排気路１２１ｆと連通すると、シリンダ１２１ｂ内の蒸気がケース１０１の内部空間（凝縮部１３の凝縮空間１３２）に排出される。
【００６９】
図１に示すように、出力部１２の出力軸１２３と発電機１の回転軸１ａとの連結は、ケース１０１の上方側の蓋部１０１ｂ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の回転によって発電機１で発電される。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（図示せず）に供給される。
【００７０】
凝縮部１３は、上述した液溜め空間１３１および凝縮空間１３２を有している。凝縮空間１３２は、蒸気エンジン１２１から排気された蒸気が凝縮されて作動液１４に復液する空間であり、本例では、ケース１０１の内部空間のうち上方側の空間で構成されている。
【００７１】
液溜め空間１３１は、凝縮空間１３２で復液した作動液１４を溜める空間であり、ケース１０１内において凝縮空間１３２の下方側に形成されている。液溜め空間１３１と凝縮空間１３２とを連通させるために、ケース１０１の筒状部１０１ａとベース部材１０２との間、および筒状部１０１ａと板状伝熱部１１１ｂとの間には間隙が設けられている。
【００７２】
図３の括弧内に符号を付したように、機械式ポンプ１６は、ピストン１６ａおよびシリンダ１６ｂを有している。シリンダ１６ｂは、ベース部材１０２に固定されたシリンダベース１６ｃに対して、揺動軸１６ｄを中心に揺動可能に支持されている。
【００７３】
シリンダベース１６ｃには吸液路１６ｅが形成されている。吸液路１６ｅは、シリンダ１６ｂに吸入される作動液１４が流れる流路である。吸液路１６ｅの出口部は、シリンダベース１２１ｃの上面に開口している。吸液路１６ｅの入口部は、図１に示す吸液パイプ１７の出口部と連通している。
【００７４】
図１の例では、吸液路１６ｅの入口部は、ベース部材１０２に形成された作動液通路を介して吸液パイプ１７の出口部と連通している。吸液パイプ１７の入口部は液溜め空間１３１に配置されている。
【００７５】
図３に示すように、シリンダベース１６ｃには吐液路１６ｆが形成されている。吐液路１６ｆは、シリンダ１６ｂから吐出された作動液１４が流れる流路である。図３では図示を省略しているが、吐液路１６ｆはシリンダベース１２１ｃ内を貫通しており、吐液路１６ｆの入口部はシリンダベース１２１ｃの上面に開口し、吐液路１６ｆの出口部は図１に示す吐液パイプ１８の入口部と連通している。
【００７６】
図１の例では、吐液路１６ｆの出口部は、ベース部材１０２に形成された作動液通路を介して吐液パイプ１８の入口部と連通している。
【００７７】
吐液パイプ１８の出口部は、ボイラー部１１の蒸気発生空間１１４と連通している。図１の例では、吐液パイプ１８の出口部は、ボイラー部１１の介在部材１１２に形成された作動液通路を介して蒸気発生空間１１４と連通している。
【００７８】
本例では、ピストン１６ａおよびシリンダ１６ｂは水平方向に配置されており、揺動軸１６ｄは上下方向に配置されている。したがって、ピストン１６ａおよびシリンダ１６ｂは水平方向に揺動する。
【００７９】
シリンダ１６ｂの下面には、作動液１４を吸入・吐出するポート１６ｇが開口している。シリンダ１６ｂが揺動方向の一端側に位置している状態では、ポート１６ｇが吸液路１６ｅと連通する。シリンダ１６ｂが揺動方向の他端側に位置している状態では、ポート１６ｇが吐液路１６ｆと連通する。
【００８０】
ピストン１６ａの先端部は、ロッド１６ｈを介してホイールギア１６ｉに連結されている。図２に示すように、ホイールギア１６ｉは、センターギア１２２に連結されている。これにより、蒸気エンジン１２１がセンターギア１２２を回転させると、ホイールギア１６ｉも回転してシリンダ１６ｂが揺動するとともにピストン１６ａが往復動する。
【００８１】
図２の例では、ホイールギア１６ｉの回転は、蒸気エンジン１２１のホイールギア１２１ｉの回転に対して減速されるようになっている。
【００８２】
ピストン１６ａがシリンダ１６ｂから引き出されて往動している状態では、シリンダ１６ｂが揺動方向の一端側に位置してポート１６ｇが吸液路１６ｅと連通する。これにより、液溜め空間１３１の作動液１４が吸液パイプ１７および吸気路１６ｅ等を介してシリンダ１６ｂ内に吸入される。
【００８３】
ピストン１６ａがシリンダ１６ｂ側に押し戻されて復動している状態では、シリンダ１６ｂが揺動方向の他端側に機械式ポンプ１６をボイラー部１１の側方に配置している。位置してポート１６ｇが吐液路１６ｆと連通する。これにより、シリンダ１６ｂ内の作動液１４が吐液路１６ｆおよび吐液パイプ１８等を介してボイラー部１１の蒸気発生空間１１４に吐出される。
【００８４】
次に、ウィック１５の製造方法の概要を図４に基づいて説明する。まず図４（ａ）に示すように板状素材Ｗ１を用意する。
【００８５】
板状素材Ｗ１は、互いに積層された複数の繊維層を有する繊維集合体（繊維層積層体）であり、紙すきの手法を繰り返すことで所定の厚さに形成されている。本例では、板状素材Ｗ１は、熱可塑性樹脂繊維であるアラミド繊維とロックウール粒子の混合体になっている。また、本例では、板状素材Ｗ１として厚さ４ｍｍ程度の薄いものを用いている。
【００８６】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ部拡大図である。図４（ｂ）では、図示の都合上、繊維層相互間の界面を実線で示している。図４（ｂ）に示すように、板状素材Ｗ１を構成する複数の繊維層は、板状素材Ｗ１の厚さ方向に積層されている。換言すれば、板状素材Ｗ１を構成する複数の繊維層は板状素材Ｗ１の板面と平行に延びている。
【００８７】
次いで、図４（ｃ）に示すように、板状素材Ｗ１を切断して多数の環板状素材Ｗ２を得る。このとき、多数の環板状素材Ｗ２の内径寸法および外径寸法を同一寸法に揃えるようにする。
【００８８】
次いで、図４（ｄ）に示すように、多数の環板状素材Ｗ２を、その厚さ方向に積層して筒状の配列体Ｗ３を得る。このようにして得られた筒状の配列体Ｗ３では、その径方向（軸方向と直交する方向）に繊維層が延びることとなる。
【００８９】
次いで、図４（ｅ）に示すように、筒状の配列体Ｗ３を治具Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３にセットして熱プレスすることにより、配列体Ｗ３の環板状素材Ｗ２同士を接合させて筒状のウィック１５を得ることができる。
【００９０】
このようにして得られたウィック１５では、その径方向（軸方向と直交する方向）に繊維層が延びることとなる。そして、ウィック１５の繊維層同士の界面部では、残余の部位（繊維層を構成する部位）よりも空隙の連続性が高くなる。このため、ウィック１５は、空隙の連続性が高い部位が径方向（軸方向と直交する方向）に延びる構造を有することとなる。
【００９１】
本例では、治具Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３は、ステンレス製のリングＪ１、ステンレス製の円形プレートＪ２およびステンレス製の円柱Ｊ３で構成されている。熱プレスの加工条件としては、例えば温度：３００℃、加圧力：５０トン、プレス時間：２０分が好ましい。すなわち、各環板状素材Ｗ２のアラミド繊維（熱可塑性樹脂）が軟化する温度で熱プレスすることによって、環板状素材Ｗ２同士を接合させることができる。
【００９２】
プレス時間経過後、加圧力を加えて圧縮したまま冷却することによって、繊維間の空隙を縮めることができる。また、加圧力を加えて圧縮したまま冷却することによって、繊維同士の密着力を高めることができるので、ウィック１５の強度を高めることができる。
【００９３】
次に、上記構成における作動を説明する。まず、定常状態における作動を説明する。ボイラー部１１において、発熱体２の熱は伝熱部材１１１を介して蒸気発生空間１１４の作動液１４に伝わり、蒸気発生空間１１４で作動液１４が加熱されて蒸発する。蒸気発生空間１１４で発生した蒸気は、蒸気通路１１５を通じて出力部１２の蒸気エンジン１２１に供給される。
【００９４】
蒸気エンジン１２１に供給された蒸気はピストン１２１ａ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１２１ａの駆動により出力軸１２３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２の排熱エネルギーが電気エネルギーとして回収される。
【００９５】
蒸気エンジン１２１内の蒸気はピストン１２１ａを駆動した後に排気路１２１ｆを通じて凝縮部１３の凝縮空間１３２に排出される。蒸気エンジン１２１から凝縮空間１３２に排出された蒸気は、凝縮空間１３２で凝縮されて作動液１４に復液する。凝縮空間１３２で復液した作動液１４は液溜め空間１３１に溜められる。
【００９６】
蒸気エンジン１２１のピストン１２１ａの駆動により出力軸１２３が回転すると、機械式ポンプ１６のピストン１６ａが駆動され、液溜め空間１３１の作動液１４がボイラー部１１の蒸気発生空間１１４に圧送される。
【００９７】
そして、機械式ポンプ１６によって蒸気発生空間１１４に圧送された作動液１４が蒸気発生空間１１４で加熱されて蒸発する。上記作動が繰り返されることで定常的に動作する。
【００９８】
なお、出力部１２１における蒸気の使用流量（体積流量）と機械式ポンプ１６による作動液１４の供給流量（体積流量）との比（出力部１２１における蒸気の使用流量／機械式ポンプ１６による作動液１４の供給流量）は、１より大きく且つ作動液１４が気化するときの体積膨張率以下にされることが好ましい。
【００９９】
より具体的には、蒸気エンジン１２１の吸気流量（体積流量）と機械式ポンプ１６の吐出流量（体積流量）との比（蒸気エンジン１２１の吸気流量／機械式ポンプ１６の吐出流量）が、作動液１４が気化するときの体積膨張率に極力等しくされることが好ましい。蒸気発生空間１１４への作動液１４の供給量の過不足が抑制されて、動作が安定するからである。
【０１００】
蒸気エンジン１２１の吸気流量と機械式ポンプ１６の吐出流量との比は、総容積比×減速比で求めることができる。総容積比とは、蒸気エンジン１２１の総容積と機械式ポンプ１６の総容積との比（蒸気エンジン１２１の総容積／機械式ポンプ１６の総容積）のことである。総容積とは、シリンダ容積を気筒の数だけ足したものである。シリンダ容積とは、シリンダの内部において、ピストンの上死点と下死点との間にできる容積のことである。
【０１０１】
減速比とは、蒸気エンジン１２１のホイールギア１２１ｉの回転数と機械式ポンプ１６のホイールギア１６ｉの回転数との比（蒸気エンジン１２１のホイールギア１２１ｉの回転数／機械式ポンプ１６のホイールギア１６ｉの回転数）のことである。
【０１０２】
上述のごとく、本例では発熱体２が工場から出る排熱によって発熱するようになっている。このため、排熱源が不安定であると、蒸気発生空間１１４での作動液１４の蒸発が不安定になって動作が時々停止することが起こり得る。
【０１０３】
動作が停止した場合には機械式ポンプ１６も停止することとなるが、上記構成によれば、機械式ポンプ１６が停止しても蒸気発生空間１１４への作動液１４の供給をウィック１５によって行うことができる。
【０１０４】
具体的には、ウィック１５には、液溜め空間１３１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液溜め空間１３１から蒸気発生空間１１４に作動液１４を供給する。
【０１０５】
このため、発熱体２の発熱が再開されれば蒸気発生空間１１４での作動液１４の蒸発も再開されるので、自動的に動作を再開することができる。したがって、蒸気エンジン１２１を始動させるスタータや、スタータを制御する制御系が不要である。
【０１０６】
すなわち、本実施形態によると、機械式ポンプ１６を有しているので、ウィック１５による作動液１４の供給速度に極力影響されずボイラー部１１へ作動液１４を供給することができる。このため、ウィック１５の毛管相当径を小さくしてボイラー圧力を高めても時間当たりの蒸気量を確保できる。よって、ボイラー圧力の向上と蒸気量の向上とを両立できる。
【０１０７】
また、機械式ポンプ１６が停止している場合であっても、ウィック１５によってボイラー部１１へ作動液１４を供給することができる。このため、発熱体２が十分に発熱すれば、蒸気エンジン１２１を始動させるスタータを用いることなく蒸気を発生させることができる。よって、動作開始が容易である。
【０１０８】
本例では、上述の数式２を満たすように、ウィック１５内の空隙を小さくしてウィック１５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１５の毛管力による圧力ΔＰが、蒸気発生空間１１４の圧力ＰＨと液溜め空間１３１の圧力ＰＬとの圧力差（ＰＨ−ＰＬ）よりも大きくなる（ΔＰ＞ＰＨ−ＰＬ）。
【０１０９】
このため、ウィック１５の毛管力が蒸気発生空間１１４の圧力ＰＨと液溜め空間１３１の圧力ＰＬとの圧力差（ＰＨ−ＰＬ）に打ち勝って、低圧の液溜め空間１３１に溜まった作動液１４を高圧の蒸気発生空間１１４に良好に吸引することができる。
【０１１０】
換言すれば、液溜め空間１３１と蒸気発生空間１１４との間に圧力差が生じている状態において、ウィック１５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空間１３１から高圧の蒸気発生空間１１４へ作動液１４を引っ張り込むことができる。したがって、液溜め空間１３１の作動液１４を高圧の蒸気発生空間１１４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。
【０１１１】
また、ウィック１５内の空隙を小さくしているので、蒸気発生空間１１４で発生した蒸気がウィック１５を通じて液溜め空間１３１に逆流してしまうことを防止できる。
【０１１２】
具体的には、ウィック１５は、製造過程において圧縮（熱プレス）され、ボイラー部１１に組み付けられた状態ではボイラー部ケース１０１から荷重を受けてさらに圧縮されている。さらに、ウィック１５は作動液１４によって膨潤する。それらの結果、ウィック１５の空隙が極小化されることとなるので、蒸気発生空間１１４で発生した蒸気がウィック１５の空隙を通じて液溜め空間１３１に逆流してしまうことを防止できる。つまり、蒸気の封止性を確保できる。
【０１１３】
蒸気発生空間１１４の圧力が異常上昇した場合には、蒸気発生空間１１４の蒸気を、ウィック１５を通じて蒸気発生空間１１４の外部に逃がすことができる。すなわち、ウィック１５はリミッタの役割を果たすことができる。
【０１１４】
ここで、作動液１４の沸点は作動液１４の材料とケース１０１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１０１内を真空にすれば熱源の温度が零度以下でも適用可能である。熱源の温度が低い場合には、ウィック１５やボイラー部１１の構造体に耐熱性を持たせる必要はないので、ウィック１５やボイラー部１１の構造体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。
【０１１５】
本例では、ウィック１５の繊維層が外周面側から内周面側に向かって径方向に延びているので、繊維層相互間に、内周面側から外周面側に向かって連続的に延びる空隙が形成されることとなる。このため、内周面から外周面への作動液１４の流通性を向上できるので、液溜め空間１３１から蒸気発生空間１１４への作動液１４の供給性を向上できる。
【０１１６】
特に本例では、ウィック１５は、繊維層の延びる方向を径方向とする筒状に形成されているので、ウィック１５内における作動液１４の流路長を極力短くすることができる。このため、外周面から内周面への作動液１４の流通性をより向上できるので、液溜め空間１３１から蒸気発生空間１１４への作動液１４の供給性をより向上できる。
【０１１７】
また、ウィック１５は円筒状に形成されているので、液溜め空間１３１から蒸気発生空間１１４の各部位へ作動液１４を均等に供給できる。
【０１１８】
また、ウィック１５が、断熱素材で形成され且つ伝熱部材１１１の棒状伝熱部１１１ｃから液溜め空間１３１に至る熱伝達経路中に介在しているので、発熱体２から液溜め空間１３１の作動液１４への伝熱をウィック１５によって抑制することができる。このため、液溜め空間１３１の断熱性を向上できるので、液溜め空間１３１の作動液１４が蒸発して出力効率の低下を招くことを抑制できる。
【０１１９】
また、ウィック１５は筒状に形成されているので、蒸気発生空間１１４を広く確保できる。このため、伝熱性を向上できるので、出力を向上できる。また、伝熱性が向上されることで、加熱の低温化が可能になる。加熱の低温化を図ることでウィック１５の熱変質を抑制できる。
【０１２０】
また、上下方向に延びる筒状のウィック１５の内側に蒸気発生空間１１４が形成されているので、蒸気発生空間１１４が上下方向に延びることになる。このため、蒸気発生空間１１４で発生した蒸気を蒸気通路１１５へ逃げ易くすることができるので、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。
【０１２１】
しかも、蒸気通路１１５は伝熱部材１１１の板状伝熱部１１１ｂに形成されているので、蒸気は蒸気通路１１５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。
【０１２２】
また、本例では、伝熱部材１１１が発熱体２から出力部１２の蒸気エンジン１２１への伝熱を担うようになっているので、蒸気エンジン１２１での蒸気温度（蒸気圧力）を高めることができ、ひいては出力の向上を図ることができる。
【０１２３】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、機械式ポンプ１６が作動液１４の液面よりも上方に配置されているが、本第２実施形態では、図５に示すように、機械式ポンプ１６が作動液１４中に配置されている。
【０１２４】
具体的には、機械式ポンプ１６は、蒸気エンジン１２１の上方側に配置されており、作動液１４は、機械式ポンプ１６よりも上方側まで封入されている。したがって、本実施形態では、ケース１０１の内部空間のうち作動液１４の液面よりも下方側の空間が液溜め空間１３１になっており、それよりも上方側の空間が凝縮空間１３２になっている。
【０１２５】
本実施形態では、機械式ポンプ１６が作動液１４中に配置されているので、上記第１実施形態の吸液パイプ１７が設けられていない。
【０１２６】
蒸気エンジン１２１に作動液１４が浸入するのを防止するために、蒸気エンジン１２１の側方側および上方側には隔壁部材２０が配置されており、隔壁部材２０の上面部に機械式ポンプ１６が固定されている。
【０１２７】
隔壁部材２０は、蒸気エンジン１２１を側方側および上方側から囲むように板状伝熱部１１１ｂに固定されている。これにより、蒸気エンジン１２１は、液溜め空間１３１の作動液１４から隔てられている。
【０１２８】
図５の例では、隔壁部材２０は、板状伝熱部１１１ｂに固定された筒状部材２０１と、筒状部材２０１の上端部に固定された板状のベース部材２０２とで構成されており、板状伝熱部１１１ｂ、筒状部材２０１およびベース部材２０２に囲まれて形成される空間は、蒸気エンジン１２１を収容するエンジン収容空間を構成している。
【０１２９】
ベース部材２０２には、出力軸１２３が貫通する貫通孔が形成され、貫通孔の外縁部には、ベース部材２０２から上方に向かって延びる排気筒２０３が設けられている。排気筒２０３の上端は、作動液１４の液面１４ａよりも上方まで延びている。これにより、隔壁部材２０内部のエンジン収容空間が、凝縮空間１３２と連通している。
【０１３０】
出力軸１２３には、ホイールギア１６ｉと噛み合うセンターギア１２５が設けられている。上記第１実施形態と同様に、ホイールギア１６ｉは、ロッド１２１ｈ等を介してピストン１２１ａに連結されている。図５の例では、センターギア１２５およびホイールギア１６ｉは、排気筒２０３よりも上方側に配置されている。
【０１３１】
出力部１２で取り出された動力は、出力軸１２３、センターギア１２５、ホイールギア１６ｉおよびロッド１２１ｈ等を介して機械式ポンプ１６に伝達される。換言すれば、出力軸１２３、センターギア１２５、ホイールギア１６ｉおよびロッド１２１ｈは、出力部１２で取り出された動力を機械式ポンプ１６に伝達する動力伝達機構を構成している。この動力伝達機構は、減速比が適切に設定されるように設計されている。
【０１３２】
なお、減速比の設定の都合や部品レイアウトの都合等により、センターギア１２５とホイールギア１６ｉとの間に他のギアが介在していてもよい。また、動力伝達機構は、本例の構成に限定されるものではなく、出力部１２で取り出された動力を機械式ポンプ１６に伝達可能な種々の機構を用いることができる。
【０１３３】
上記第１実施形態では、機械式ポンプ１６が作動液１４の液面よりも上方に配置されているので、機械式ポンプ１６は作動液１４を吸い上げる必要がある。具体的には、ポンプ中の圧力を下げることで、外気圧と差圧を生み、その差圧で作動液１４を吸い上げて流動させる必要がある。
【０１３４】
しかしながら、上記第１実施形態の構成では、排熱回収装置１０を低温熱源に対応させる場合、ケース１０１内の圧力を下げて沸点を低くするため、機械式ポンプ１６にとっての外気圧が低くなり、作動液１４を吸い上げる差圧が小さくなる。その結果、機械式ポンプ１６が動作しづらくなってしまう。
【０１３５】
この点に鑑みて、本実施形態では、機械式ポンプ１６が作動液１４中に沈められているので、機械式ポンプ１６が作動液１４を吸い上げる必要がない。そのため、ケース１０１内の圧力を低くしても機械式ポンプ１６は動作可能となるので、より低温な熱源に対応することが可能である。
【０１３６】
なお、以上の説明からわかるように、機械式ポンプ１６の全体が作動液１４中に沈んでいる必要はなく、機械式ポンプ１６のうち作動液１４の流動する部分が作動液１４中に沈んでいればよい。
【０１３７】
また、ボイラー部１１、出力部１２および機械式ポンプ１６が上下方向に並んで配置されているので、排熱回収装置１０の水平方向における体格を大型化させることなく機械式ポンプ１６を作動液１４中に沈めることができる。
【０１３８】
また、エンジン収容空間を形成している隔壁部材２０（筒状部材２０１およびベース部材２０２）も作動液１４中に沈められているので、エンジン収容空間が外気から断熱され、ひいては蒸気エンジン１２１が高温のまま維持される。このため、蒸気エンジン１２１に入ったきた蒸気が冷えて蒸気圧が低下してしまうことを抑制することができ、ひいては効率を向上させることができる。
【０１３９】
ここで、隔壁部材２０（ベース部材２０２）には、作動液１４の液面よりも上方まで延びる排気筒２０３が形成されているので、エンジン収容空間に作動液１４が浸入することを防止しつつ蒸気エンジン１２１から排出された蒸気を凝縮空間１３２に排出することができる。
【０１４０】
また、出力部１２で取り出された動力を機械式ポンプ１６に伝達する動力伝達機構（出力軸１２３、センターギア１２５、ホイールギア１６ｉおよびロッド１２１ｈは、蒸気エンジン１２１から、排気筒２０３の内部空間と、作動液１４の液面１４ａよりも上方の空間１３２とを経由して機械式ポンプ１６に至るように構成されているので、排気筒２０３の内部空間を活用して、動力伝達機構を効率的に配置することができる。
【０１４１】
（第３実施形態）
上記第２実施形態では、機械式ポンプ１６を出力部１２の上方に配置しているが、本第３実施形態では、図６に示すように、機械式ポンプ１６をボイラー部１１の側方に配置している。
【０１４２】
具体的には、機械式ポンプ１６のピストン１６ａおよびシリンダ１６ｂは、ウィック１５の外周面とケース１０１の筒状部１０１ａの内壁面との間の液溜め空間１３１に配置されている。ピストン１６ａおよびシリンダ１６ｂは、その軸方向（往復運動方向）が上下方向を向くように配置されている。シリンダ１６ｂには吐液パイプ１８が接続されている。
【０１４３】
ピストン１６ａは、一対の傘歯車２１１、２１２とクランク機構２２とを介して出力軸１２３に連結されている。出力軸１２３、一対の傘歯車２１１、２１２およびクランク機構２２は、出力部１２で取り出された動力を機械式ポンプ１６に伝達する動力伝達機構を構成している。
【０１４４】
一対の傘歯車２１１、２１２は、出力軸１２３の水平方向の回転を、鉛直方向の回転に変換してクランク機構２２に伝達し、クランク機構２２は、出力軸１２３から伝達された回転運動を直線運動に変換してピストン１６ａに伝達する。
【０１４５】
換言すれば、一対の傘歯車２１１、２１２は、回転運動の方向を９０°変換する運動変換機構２１を構成し、クランク機構２２は、回転運動を直線運動に変換する運動変換機構を構成している。
【０１４６】
図６の例では、一対の傘歯車２１１、２１２は、蒸気エンジン１２１の上方側に配置されており、クランク機構２２は、蒸気エンジン１２１を迂回するようにＬ字状に構成されている。
【０１４７】
なお、減速比の設定の都合や部品レイアウトの都合等により、出力軸１２３と傘歯車２１１との間に他のギアが介在していてもよい。また、動力伝達機構は、本例の構成に限定されるものではなく、出力軸１２３の回転動力を直線運動に変換してピストン１６ａに伝達可能な種々の機構を用いることができる。
【０１４８】
作動液１４の液面は、ウィック１５よりも上方かつ出力部１２よりも下方に位置している。したがって、本実施形態では、上記第２実施形態の隔壁部材２０が設けられていない。
【０１４９】
本実施形態においても、上記第２実施形態と同様に、機械式ポンプ１６を作動液１４中に沈めているので、より低温な熱源に対応することが可能である。
【０１５０】
また、本実施形態では、機械式ポンプ１６をボイラー部１１の側方に配置しているので、上記第２実施形態に比べて、排熱回収装置１０の上下方向における体格を小型化できる。
【０１５１】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、蒸気エンジン１２１と機械式ポンプ１６とをセンターギア１２２で連結しているが、タイミングベルトやカム等を用いて蒸気エンジン１２１と機械式ポンプ１６とを連結するようにしてもよい。
【０１５２】
また、上記各実施形態では、機械式ポンプ１６がケース１０１の内部に設けられているが、機械式ポンプ１６がケース１０１の外部に設けられていてもよい。
【０１５３】
また、上記各実施形態では、ケース１０１内に１組のウィック１５、蒸気発生空間１１４および液溜め空間１３１が設けられているが、ウィック１５、蒸気発生空間１１４および液溜め空間１３１が複数組設けられていてもよい。
【０１５４】
また、上記各実施形態では、筒状のウィック１５が上下方向に延びるように配置されているが、これに限定されるものではなく、例えば筒状のウィック１５が水平方向に延びるように配置されていてもよい。
【０１５５】
また、上記各実施形態では、筒状のウィック１５の内側に蒸気発生空間１１４が形成され、筒状のウィック１５の外側（蒸気発生空間１１４の反対側）に液溜め空間１３１が形成されているが、これとは逆に、筒状のウィック１５の外側に蒸気発生空間１１４が形成され、筒状のウィック１５の内側に液溜め空間１３１が形成されていてもよい。
【０１５６】
また、上記各実施形態では、ウィック１５の繊維層がウィック１５の径方向に延びているが、これに限定されるものではなく、例えばウィック１５の繊維層がウィック１５の軸方向に延びていてもよい。
【０１５７】
また、上記各実施形態では、ウィック１５が筒状に形成されていて、液溜め空間１３１の作動液がウィック１５の外周面から吸引されるようになっているが、これに限定されるものではなく、例えばウィック１５が平板状に形成されていて、液溜め空間１３１の作動液がウィック１５の側端面から吸引されるようになっていてもよい。
【０１５８】
また、上記各実施形態では、凝縮空間１３２がケース１０１の内部に形成されているが、凝縮空間１３２がケース１０１の外部に形成されていてもよい。すなわち、ケース１０１の外部に、凝縮空間１３２を形成する容器を設けてもよい。
【０１５９】
また、上記各実施形態では、蒸気エンジン１２１として振り子式エンジンが用いられているが、図７に示すロータリー式エンジン２０を蒸気エンジンとして用いることが可能である。ロータリー式エンジン２０は、本出願人が先に出願した特願２０１０−２６７１２６号に記載されているものであり、その構成および作動を以下に簡単に説明する。
【０１６０】
ロータリー式エンジン２０は、ピストン形成部材２１、ローター２２、カムブロック２３、カムフォロア２４および給排気ブロック２５等を備えている。
【０１６１】
ピストン形成部材２１は、往復運動をするピストン２１１と、カムフォロア２４が組み付けられるブラケット２１２とを有している。
【０１６２】
ローター２２は、ピストン２１１が往復摺動するシリンダ穴２２１と、シリンダ穴２２１に流体を供給・排出するための供給排出路２２２とを有し、シリンダ穴２２１の軸線Ａ２と直交する回転軸Ａ１を中心として回転運動をする。
【０１６３】
カムブロック２３は、ローター２２の外周側に配置されている。本例では、カムブロック２３は、略三角形状（非円形状）のカム２３１を有する筒状に形成されており、カム２３１は、内周カム面２３１ａと外周カム面２３１ｂとを有する溝カムになっている。なお、カム２３１は、内周カム面２３１ａのみで構成されていてもよい。
【０１６４】
カムフォロア２４は、ピストン２１１と一体的に往復運動し、且つカム２３１上を摺動する。
【０１６５】
給排気ブロック２５には、シリンダ穴２２１に供給される流体が流通する供給路２５１と、シリンダ穴２２１から排出された流体が流通する排出路２５２とが形成されている。供給路２５１および排出路２５２は、ローター２２の回転運動に伴ってローター２２の供給排出路２２２と交互に連通するように形成されている。
【０１６６】
ローター２２の供給排出路２２２が給排気ブロック２５の供給路２５１と連通している状態において、供給路２５１に高温高圧の蒸気が供給されると、供給路２５１の蒸気が供給排出路２２２を通じてローター２２のシリンダ穴２２１に流入する。
【０１６７】
すると、シリンダ穴２２１に流入した蒸気の圧力によってピストン２１１がローター２２の外方側に押し出されるので、ピストン２１１に組み付けられたカムフォロア２４がカムブロック２３のカム２３１を押圧する。このとき、カム２３１の形状によって、ローター２２を回転させる回転駆動力が発生する（第１行程）。
【０１６８】
この回転駆動力によってローター２２が所定角度回転すると、ローター２２の供給排出路２２２は給排気ブロック２５の供給路２５１と非連通状態になり、代わって給排気ブロック２５の排出路２５２と連通する。このとき、カム２３１の形状によって、カムフォロア２４がカム２３１から押圧されてピストン２１１がローター２２の内方側に押し戻される。これにより、シリンダ穴２２１の蒸気が供給排出路２２２および排出路２５２を通じて排出される（第２行程）。
【０１６９】
ローター２２がさらに所定角度回転することで、ローター２２の供給排出路２２２が給排気ブロック２５の排出路２５２と非連通状態になり、代わって給排気ブロック２５の供給路２５１と連通するので、上記作動（第１行程および第２行程）が繰り返される。
【０１７０】
このように、ロータリー式エンジン２０は、高温高圧の蒸気が供給されるとローター２２が連続的に回転するので、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ことができる。よって、ロータリー式エンジン２０を蒸気エンジンとして用いることが可能である。
【符号の説明】
【０１７１】
２ 発熱体（熱源）
１１ ボイラー部
１２ 出力部
１３ 凝縮部
１４ 作動液
１５ ウィック（作動液導入用部材）
１６ 機械式ポンプ
１１４ 蒸気発生空間
１３１ 液溜め空間
【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ボイラー部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ボイラー部に送還するためにポンプ等の機械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ボイラー部に送還する。
【０００３】
また、従来、この種の熱機関として、蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換する蒸気エンジンと、それに連動する機械式ポンプとを有するものも公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
前者の従来技術（特許文献１）のごとく、凝縮部で凝縮した作動液をポンプ等の機械でボイラー部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機械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。
【０００６】
そこで、本発明者は、凝縮部で凝縮した作動液をウィック（作動液導入用部材）の毛管力で吸引してボイラー部に送還する熱機関を検討した。この検討例によると、外部エネルギーを極力用いることなく凝縮部の作動液をボイラー部に送還することができるので、前者の従来技術（特許文献１）に比べて出力効率を向上することができる。
【０００７】
この検討例では、出力向上を図るためにボイラー圧力を高めようとすれば、ウィックの毛管相当径を小さくして蒸気の逆流を防止する必要がある。
【０００８】
しかしながら、この検討例では、ボイラー圧力を高めるためにウィックの毛管相当径を小さくすると、作動液の供給路の面積が小さくなって作動液の供給速度が落ちる。作動液の供給速度が落ちれば時間当たりの蒸気量が減少するため、ボイラー圧力の向上と蒸気量の向上との両立が難しいという問題がある。
【０００９】
また、後者の従来技術では、蒸気エンジンが動かない限り機械式ポンプも作動しないので、他からの動力で蒸気エンジンを始動させるスタータが必要となる。そのため、例えば熱源が不安定で蒸気エンジンが時々停止するような使用条件の場合、蒸気エンジンを自動的に再始動させようとすれば熱源の状態に応じてスタータを起動する制御系が必要となる。
【００１０】
本発明は上記点に鑑みて、ボイラー圧力の向上と蒸気量の向上とを両立でき、且つ動作開始が容易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】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、熱源（２）から供給される熱で作動液（１４）を加熱して蒸発させるボイラー部（１１）と、
ボイラー部（１１）で発生した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）で使用された蒸気を凝縮させる凝縮部（１３）と、
凝縮部（１３）の作動液（１４）をボイラー部（１１）に還流させる還流手段（１５、１６）とを備え、
還流手段は、
凝縮部（１３）の作動液（１４）を毛管力で吸引してボイラー部（１１）に導く作動液導入用部材（１５）と、
出力部（１２）で取り出された機械的エネルギーによって駆動され、凝縮部（１３）の作動液（１４）をボイラー部（１１）に圧送する機械式ポンプ（１６）とを有していることを特徴とする。
【００１２】
これによると、出力部（１２）で取り出された機械的エネルギーによって駆動される機械式ポンプ（１６）を有しているので、作動液導入用部材（１５）による作動液（１４）の供給速度に極力影響されずボイラー部（１１）へ作動液（１４）を供給することができる。このため、ボイラー圧力の向上と蒸気量の向上とを両立できる。
【００１３】
また、機械式ポンプ（１６）が停止している場合であっても、作動液導入用部材（１５）によってボイラー部（１１）へ作動液（１４）を供給することができる。このため、動作開始が容易である。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の熱機関において、出力部（１２）における蒸気の使用流量と、機械式ポンプ（１６）による作動液（１４）の供給流量との比は、１より大きく且つ作動液（１４）が気化するときの体積膨張率以下になっていることを特徴とする。
【００１５】
これによると、ボイラー部（１１）への作動液（１４）の供給量の過不足を抑制できて好ましい。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の熱機関において、出力部（１２）は、蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換する蒸気エンジン（１２１）を有し、
蒸気エンジン（１２１）は、振り子のように揺動するピストン（１２１ａ）およびシリンダ（１２１ｂ）を有する振り子式エンジンであり、
機械式ポンプ（１６）は、振り子のように揺動するピストン（１６ａ）およびシリンダ（１６ｂ）を有する振り子式ポンプであり、
蒸気エンジン（１２１）および機械式ポンプ（１６）は、ボイラー部（１１）の上方側に配置され、水平方向に揺動するようになっていることを特徴とする。
【００１７】
これによると、ボイラー部（１１）から蒸気エンジン（１２１）への蒸気の供給を効率良く行うことができるとともに、蒸気エンジン（１２１）と機械式ポンプ（１６）とを連結する機構を簡素化できる。
【００１８】
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は、例えば請求項４に記載の発明のように、作動液導入用部材（１５）は筒状に形成され、
ボイラー部（１１）には、作動液（１４）が加熱されて蒸発する蒸気発生空間（１１４）が形成され、
凝縮部（１３）は、作動液（１４）が溜まる液溜め空間（１３１）が形成され、
蒸気発生空間（１１４）は、作動液導入用部材（１５）の内側および外側のうちいずれか一方側に形成され、
液溜め空間（１３１）は、作動液導入用部材（１５）の内側および外側のうち蒸気発生空間（１１４）が形成された側と反対の側に形成され、
機械式ポンプ（１６）は、液溜め空間（１３１）から作動液（１４）を吸入し、蒸気発生空間（１１４）に作動液（１４）を吐出するようにすればよい。
【００１９】
請求項５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、ボイラー部（１１）、出力部（１２）、凝縮部（１３）および機械式ポンプ（１６）を収容するケース（１０１）を備え、
ケース（１０１）の内部には、凝縮部（１３）で凝縮した作動液（１４）が溜まる液溜め空間（１３１）が形成され、
機械式ポンプ（１６）は、少なくとも作動液（１４）の流動する部分が液溜め空間（１３１）の作動液（１４）中に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
これによると、機械式ポンプ（１６）が作動液（１４）を吸い上げる必要がないので、ケース（１０１）内の圧力を低くしても機械式ポンプ（１６）を良好に動作させることができる。このため、より低温な熱源に対応することが可能となる。
【００２１】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の熱機関において、出力部（１２）は、ボイラー部（１１）の上方に配置されており、
機械式ポンプ（１６）は、出力部（１２）の上方に配置されており、
ケース（１０１）の内部には、出力部（１２）を液溜め空間（１３１）の作動液（１４）から隔てるための隔壁部材（２０）が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
これによると、ボイラー部（１１）、出力部（１２）および機械式ポンプ（１６）が上下方向に並んで配置されているので、ケース（１０１）の水平方向における体格を大型化させることなく機械式ポンプ（１６）を作動液（１４）中に配置することができる。
【００２３】
また、隔壁部材（２０）によって、出力部（１２）が液溜め空間（１３１）の作動液（１４）から隔てられているので、出力部（１２）に作動液（１４）が浸入するのを防止することができる。
【００２４】
また、隔壁部材（２０）の内部の空間が、液溜め空間（１３１）の作動液（１４）によって外気から断熱されるので、隔壁部材（２０）の内部に収容された出力部（１２）を高温に維持することができる。このため、出力部（１２）に入ったきた蒸気が冷えて蒸気圧が低下してしまうことを抑制することができ、ひいては効率を向上させることができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の熱機関において、隔壁部材（２０）には、出力部（１２）で使用された蒸気を凝縮部（１３）へ排気する排気筒（２０３）が、作動液（１４）の液面（１４ａ）の上方まで延びるように形成されていることを特徴とする。
【００２６】
これにより、隔壁部材（２０）の内部に作動液（１４）が浸入することを防止しつつ出力部（１２）から排出された蒸気を凝縮部（１３）に排出することができる。
【００２７】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の熱機関において、出力部（１２）で取り出された動力を機械式ポンプ（１６）に伝達する動力伝達機構（１２３、１２５、１６ｉ、１２１ｈ）を備え、
動力伝達機構は、出力部（１２）から、排気筒（２０３）の内部空間と、作動液（１４）の液面（１４ａ）よりも上方の空間（１３２）とを経由して機械式ポンプ（１６）に至るように構成されていることを特徴とする。
【００２８】
これにより、排気筒（２０３）の内部空間を活用して、動力伝達機構を効率的に配置することができる。
【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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態における排熱回収装置を示す縦断面図である。
【図２】第１実施形態における排熱回収装置を示す横断面図である。
【図３】第１実施形態における排熱回収装置の蒸気エンジンを示す断面図である。
【図４】第１実施形態におけるウィックの製造方法を説明する説明図である。
【図５】第２実施形態における排熱回収装置を示す縦断面図である。
【図６】第３実施形態における排熱回収装置を示す縦断面図である。
【図７】他の実施形態における蒸気エンジンを示す上面図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（第１実施形態）
第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。本実施形態は、熱機関を排熱回収装置に適用したものである。図１は、排熱回収装置の全体構成を示す縦断面図であり、図１中の上下の矢印は、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。
【００３２】
本実施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。本例では、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。
【００３３】
ボイラー部１１は、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る。出力部１２は、ボイラー部１１で発生し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。凝縮部１３は、出力部１２で使用された蒸気を凝縮して作動液１４に復液させる。
【００３４】
本例では、ボイラー部１１、出力部１２および凝縮部１３は、ケース１０１の内部に設けられている。本例では、作動液１４として水を用いているので、ケース１０１を、耐水性に優れたステンレスで形成するのが好ましい。ケース１０１は、上下方向に延びる筒状部１０１ａと、筒状部１０１ａの上下を塞ぐ蓋部１０１ｂ、１０１ｃとを有している。
【００３５】
ボイラー部１１は、伝熱部材１１１を有している。伝熱部材１１１は、熱伝導性に優れた材料（金属材料等）で形成されており、熱源をなす発熱体２の上に載せられている。
【００３６】
伝熱部材１１１は、上下方向に間隔を隔てて対向配置された板状伝熱部１１１ａ、１１１ｂと、板状伝熱部１１１ａ、１１１ｂの中心部同士を繋ぐ棒状伝熱部１１１ｃとを有している。本例では、発熱体２は、例えば工場の高温排気・高温排水のダクト表面などのような排熱によって発熱する部位を表している。
【００３７】
棒状伝熱部１１１ｃの外周側には、作動液導入用部材に相当するウィック１５が配置されている。ここで、作動液導入用部材とは、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、例えば繊維を編み込んだ構造体や、多孔質セラミックや金属焼結体、ガスケットシールのような多孔質体である。
【００３８】
ウィック１５は、凝縮部１３の作動液１４をボイラー部１１に還流させる還流手段を構成しており、本例では、ウィック１５は円筒状に形成されて上下方向に延びるように配置されている。ウィック１５の内側には棒状伝熱部１１１ｃが貫通している。
【００３９】
ウィック１５は、１つの円筒状の部材で構成されていてもよいし、複数個の円筒状の部材で構成されていてもよい。換言すれば、ウィック１５全体を一体成形してもよいし、ウィック１５を軸方向に分割して成形してもよい。
【００４０】
ウィック１５は、互いに積層された複数の繊維層を有する繊維集合体（繊維層積層体）であり、本例では熱可塑性樹脂繊維であるアラミド繊維とロックウール粒子の混合体になっている。また、ウィック１５は、アラミド繊維とグラスウール粒子の混合体になっていてもよい。ここで、アラミド繊維とロックウール粒子の混合体や、アラミド繊維とグラスウール粒子の混合体は、断熱素材としても用いることのできるものである。
【００４１】
ウィック１５は、積層された多数の環板状素材が一体的に接合されることによって形成されている。図１では、図示の都合上、環板状素材同士の界面部を実線で示している。また、ウィック１５の環板状素材同士の界面部は、ウィック１５の径方向（軸方向と直交する方向）に延びている。
【００４２】
図示を省略しているが、ウィック１５の各繊維層は、環板状素材同士の界面部と平行に延びている。したがって、ウィック１５の各繊維層も、ウィック１５の径方向（軸方向と直交する方向）に延びている。
【００４３】
棒状伝熱部１１１ｃは、ケース１０１の下方側の蓋部１０１ｃの中心を貫通している。蓋部１０１ｃとウィック１５の下端面との間には環板状の介在部材１１２が配置されている。ウィック１５の上端面と上方側の板状伝熱部１１１ｂとの間にも環板状の介在部材１１３が配置されている。環板状の介在部材１１２、１１３は、筒状のウィック１５とほぼ同じ外径および内径を有している。
【００４４】
筒状のウィック１５の内周面と棒状伝熱部１１１ｃの外周面との間には、蒸気発生空間１１４が形成されている。蒸気発生空間１１４は、作動液１４の蒸気が発生する空間である。
【００４５】
上方側の板状伝熱部１１１ｂには、蒸気発生空間１１４と連通する蒸気通路１１５が形成されている。蒸気通路１１５は、蒸気発生空間１１４の蒸気を出力部１２へと導く通路である。
【００４６】
筒状のウィック１５の外周面とケース１０１の筒状部１０１ａの内壁面との間には、液溜め空間１３１が形成されている。液溜め空間１３１には作動液１４が溜められる。
【００４７】
ウィック１５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１５の毛管力による圧力ΔＰと言う。ウィック１５の毛管力による圧力ΔＰは次の数式（１）で表される。
【００４８】
ΔＰ＝（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ …（１）
但し、ｒはウィック１５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。
【００４９】
ウィック１５の毛管力による圧力ΔＰが生じることにより、液溜め空間１３１の作動液１４がウィック１５の外周面から吸引される。
【００５０】
ウィック１５は、ケース１０１内に組み付けられた状態では介在部材１１２、１１３から軸方向に荷重を受けて圧縮されている。また、ウィック１５は作動液１４によって膨潤する。これにより、ウィック１５内の空隙が一層縮められる。
【００５１】
ウィック１５内の空隙が縮められることによって、上記数式１におけるウィック１５内の空隙の円相当半径ｒが小さくなり、ウィック１５の毛管力による圧力ΔＰも大きくなる。本例では、ウィック１５の毛管力による圧力ΔＰが、蒸気発生空間１１４での圧力ＰＨと液溜め空間１３１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）。
【００５２】
換言すれば、ウィック１５は、次の数式（２）の関係を満たすように構成されている。
【００５３】
（２σ／ｒ）・ｃｏｓθ＞ＰＨ−ＰＬ …（２）
本例では、ウィック１５は、断熱性に優れた断熱素材で形成されている。そのため、ウィック１５は、棒状伝熱部１１１ｃから液溜め空間１３１の作動液１４への伝熱を遮断する断熱材としても機能する。
【００５４】
ウィック１５の外周面から吸収された作動液１４はウィック１５の毛管力により蒸気発生空間１１４に達し、棒状伝熱部１１１ｃにより加熱され蒸発し、蒸気となって蒸気発生空間１１４および蒸気通路１１５を通じて出力部１２の蒸気エンジン１２１に流れる。
【００５５】
出力部１２の蒸気エンジン１２１は、ボイラー部１１で発生した蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換する流体機械である。本例では、蒸気エンジン１２１として、ピストンおよびシリンダ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、蒸気エンジン１２１の代わりに蒸気タービン等を用いてもよい。
【００５６】
蒸気エンジン１２１は、板状伝熱部１１１ｂの上方側に配置されている。本例では、蒸気エンジン１２１は、板状のベース部材１０２を介して板状伝熱部１１１ｂの上面に固定されている。
【００５７】
板状のベース部材１０２の上面には、機械式ポンプ１６も固定されている。機械式ポンプ１６は、機械的エネルギーを作動液１４のエネルギーに変換する流体機械であり、凝縮部１３の作動液１４をボイラー部１１に還流させる還流手段を構成している。
【００５８】
本例では、機械式ポンプ１６の構成は、蒸気エンジン１２１の構成と同様になっている。すなわち、機械式ポンプ１６として、ピストンおよびシリンダが振り子のように揺動する振り子式ポンプが用いられている。なお、機械式ポンプ１６として容積ポンプ等を用いてもよい。
【００５９】
図２は、図１の排熱回収装置の横断面図である。図２の例では、蒸気エンジン１２１が３個（３気筒）設けられ、機械式ポンプ１６が１個（１気筒）設けられているが、蒸気エンジン１２１および機械式ポンプ１６の個数（気筒数）を適宜変更してもよい。
【００６０】
図３は、図２の蒸気エンジン１２１を示す断面図である。機械式ポンプ１６の構成も図３と同様であるので、図３の括弧内に機械式ポンプ１６に対応する符号を付し、機械式ポンプ１６の詳細図を省略する。
【００６１】
蒸気エンジン１２１は、ピストン１２１ａおよびシリンダ１２１ｂを有している。シリンダ１２１ｂは、ベース部材１０２に固定されたシリンダベース１２１ｃに対して、揺動軸１２１ｄを中心に揺動可能に支持されている。
【００６２】
ベース部材１０２およびシリンダベース１２１ｃには、ボイラー部１１の蒸気通路１１５と連通する吸気路１０２ａ、１２１ｅが形成されている。吸気路１０２ａ、１２１ｅは、シリンダ１２１ｂに吸入される蒸気が流れる流路である。また、シリンダベース１２１ｃには排気路１２１ｆが形成されている。排気路１２１ｆは、シリンダ１２１ｂから排出された蒸気が流れる流路である。吸気路１２１ｅの出口部および排気路１２１ｆの入口部は、シリンダベース１２１ｃの上面に開口している。排気路１２１ｆの出口部は、ケース１０１の内部空間に開放されている。本例では、排気路１２１ｆの出口部は、図１に示す凝縮部１３の凝縮空間１３２に開放されている。
【００６３】
本例では、ピストン１２１ａおよびシリンダ１２１ｂは水平方向に配置されており、揺動軸１２１ｄは上下方向に配置されている。したがって、ピストン１２１ａおよびシリンダ１２１ｂは水平方向に揺動する。
【００６４】
シリンダ１２１ｂの下面には、蒸気を吸入・排気するポート１２１ｇが開口している。シリンダ１２１ｂが揺動方向の一端側に位置している状態では、ポート１２１ｇが吸気路１０２ａ、１２１ｅと連通する。シリンダ１２１ｂが揺動方向の他端側に位置している状態では、ポート１２１ｇが排気路１２１ｆと連通する。
【００６５】
シリンダ１２１ｂが揺動方向の一端側に位置してポート１２１ｇが吸気路１０２ａ、１２１ｅと連通していると、ボイラー部１１の蒸気発生空間１１４の蒸気が蒸気通路１１５、吸気路１０２ａ、１２１ｅおよびポート１２１ｇを通じてシリンダ１２１ｂ内に流入してピストン１２１ａが押し出されて往動する。
【００６６】
ピストン１２１ａの先端部は、ロッド１２１ｈを介してホイールギア１２１ｉに連結されている。図２に示すように、ホイールギア１２１ｉは、センターギア１２２に連結されている。センターギア１２２の中心には、出力軸１２３が固定されている。これにより、ピストン１２１ａが押し出されるとホイールギア１２１ｉおよびセンターギア１２２を介して出力軸１２３が回転する。
【００６７】
また、ピストン１２１ａが押し出されてホイールギア１２１ｉが回転することで、シリンダ１２１ｂが揺動方向の他端側に向かって揺動してポート１２１ｇがシリンダベース１２１ｃの上面によって閉塞される。
【００６８】
ポート１２１ｇが閉塞されると、ホイールギア１２１ｉは慣性力によって回転を継続し、ホイールギア１２１ｉの慣性力によってピストン１２１ａが押し戻されて復動する。この際もシリンダ１２１ｂの揺動は継続される。そして、シリンダ１２１ｂが揺動方向の他端側に位置してポート１２１ｇが排気路１２１ｆと連通すると、シリンダ１２１ｂ内の蒸気がケース１０１の内部空間（凝縮部１３の凝縮空間１３２）に排出される。
【００６９】
図１に示すように、出力部１２の出力軸１２３と発電機１の回転軸１ａとの連結は、ケース１０１の上方側の蓋部１０１ｂ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の回転によって発電機１で発電される。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（図示せず）に供給される。
【００７０】
凝縮部１３は、上述した液溜め空間１３１および凝縮空間１３２を有している。凝縮空間１３２は、蒸気エンジン１２１から排気された蒸気が凝縮されて作動液１４に復液する空間であり、本例では、ケース１０１の内部空間のうち上方側の空間で構成されている。
【００７１】
液溜め空間１３１は、凝縮空間１３２で復液した作動液１４を溜める空間であり、ケース１０１内において凝縮空間１３２の下方側に形成されている。液溜め空間１３１と凝縮空間１３２とを連通させるために、ケース１０１の筒状部１０１ａとベース部材１０２との間、および筒状部１０１ａと板状伝熱部１１１ｂとの間には間隙が設けられている。
【００７２】
図３の括弧内に符号を付したように、機械式ポンプ１６は、ピストン１６ａおよびシリンダ１６ｂを有している。シリンダ１６ｂは、ベース部材１０２に固定されたシリンダベース１６ｃに対して、揺動軸１６ｄを中心に揺動可能に支持されている。
【００７３】
シリンダベース１６ｃには吸液路１６ｅが形成されている。吸液路１６ｅは、シリンダ１６ｂに吸入される作動液１４が流れる流路である。吸液路１６ｅの出口部は、シリンダベース１２１ｃの上面に開口している。吸液路１６ｅの入口部は、図１に示す吸液パイプ１７の出口部と連通している。
【００７４】
図１の例では、吸液路１６ｅの入口部は、ベース部材１０２に形成された作動液通路を介して吸液パイプ１７の出口部と連通している。吸液パイプ１７の入口部は液溜め空間１３１に配置されている。
【００７５】
図３に示すように、シリンダベース１６ｃには吐液路１６ｆが形成されている。吐液路１６ｆは、シリンダ１６ｂから吐出された作動液１４が流れる流路である。図３では図示を省略しているが、吐液路１６ｆはシリンダベース１２１ｃ内を貫通しており、吐液路１６ｆの入口部はシリンダベース１２１ｃの上面に開口し、吐液路１６ｆの出口部は図１に示す吐液パイプ１８の入口部と連通している。
【００７６】
図１の例では、吐液路１６ｆの出口部は、ベース部材１０２に形成された作動液通路を介して吐液パイプ１８の入口部と連通している。
【００７７】
吐液パイプ１８の出口部は、ボイラー部１１の蒸気発生空間１１４と連通している。図１の例では、吐液パイプ１８の出口部は、ボイラー部１１の介在部材１１２に形成された作動液通路を介して蒸気発生空間１１４と連通している。
【００７８】
本例では、ピストン１６ａおよびシリンダ１６ｂは水平方向に配置されており、揺動軸１６ｄは上下方向に配置されている。したがって、ピストン１６ａおよびシリンダ１６ｂは水平方向に揺動する。
【００７９】
シリンダ１６ｂの下面には、作動液１４を吸入・吐出するポート１６ｇが開口している。シリンダ１６ｂが揺動方向の一端側に位置している状態では、ポート１６ｇが吸液路１６ｅと連通する。シリンダ１６ｂが揺動方向の他端側に位置している状態では、ポート１６ｇが吐液路１６ｆと連通する。
【００８０】
ピストン１６ａの先端部は、ロッド１６ｈを介してホイールギア１６ｉに連結されている。図２に示すように、ホイールギア１６ｉは、センターギア１２２に連結されている。これにより、蒸気エンジン１２１がセンターギア１２２を回転させると、ホイールギア１６ｉも回転してシリンダ１６ｂが揺動するとともにピストン１６ａが往復動する。
【００８１】
図２の例では、ホイールギア１６ｉの回転は、蒸気エンジン１２１のホイールギア１２１ｉの回転に対して減速されるようになっている。
【００８２】
ピストン１６ａがシリンダ１６ｂから引き出されて往動している状態では、シリンダ１６ｂが揺動方向の一端側に位置してポート１６ｇが吸液路１６ｅと連通する。これにより、液溜め空間１３１の作動液１４が吸液パイプ１７および吸気路１６ｅ等を介してシリンダ１６ｂ内に吸入される。
【００８３】
ピストン１６ａがシリンダ１６ｂ側に押し戻されて復動している状態では、シリンダ１６ｂが揺動方向の他端側に機械式ポンプ１６をボイラー部１１の側方に配置している。位置してポート１６ｇが吐液路１６ｆと連通する。これにより、シリンダ１６ｂ内の作動液１４が吐液路１６ｆおよび吐液パイプ１８等を介してボイラー部１１の蒸気発生空間１１４に吐出される。
【００８４】
次に、ウィック１５の製造方法の概要を図４に基づいて説明する。まず図４（ａ）に示すように板状素材Ｗ１を用意する。
【００８５】
板状素材Ｗ１は、互いに積層された複数の繊維層を有する繊維集合体（繊維層積層体）であり、紙すきの手法を繰り返すことで所定の厚さに形成されている。本例では、板状素材Ｗ１は、熱可塑性樹脂繊維であるアラミド繊維とロックウール粒子の混合体になっている。また、本例では、板状素材Ｗ１として厚さ４ｍｍ程度の薄いものを用いている。
【００８６】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ部拡大図である。図４（ｂ）では、図示の都合上、繊維層相互間の界面を実線で示している。図４（ｂ）に示すように、板状素材Ｗ１を構成する複数の繊維層は、板状素材Ｗ１の厚さ方向に積層されている。換言すれば、板状素材Ｗ１を構成する複数の繊維層は板状素材Ｗ１の板面と平行に延びている。
【００８７】
次いで、図４（ｃ）に示すように、板状素材Ｗ１を切断して多数の環板状素材Ｗ２を得る。このとき、多数の環板状素材Ｗ２の内径寸法および外径寸法を同一寸法に揃えるようにする。
【００８８】
次いで、図４（ｄ）に示すように、多数の環板状素材Ｗ２を、その厚さ方向に積層して筒状の配列体Ｗ３を得る。このようにして得られた筒状の配列体Ｗ３では、その径方向（軸方向と直交する方向）に繊維層が延びることとなる。
【００８９】
次いで、図４（ｅ）に示すように、筒状の配列体Ｗ３を治具Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３にセットして熱プレスすることにより、配列体Ｗ３の環板状素材Ｗ２同士を接合させて筒状のウィック１５を得ることができる。
【００９０】
このようにして得られたウィック１５では、その径方向（軸方向と直交する方向）に繊維層が延びることとなる。そして、ウィック１５の繊維層同士の界面部では、残余の部位（繊維層を構成する部位）よりも空隙の連続性が高くなる。このため、ウィック１５は、空隙の連続性が高い部位が径方向（軸方向と直交する方向）に延びる構造を有することとなる。
【００９１】
本例では、治具Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３は、ステンレス製のリングＪ１、ステンレス製の円形プレートＪ２およびステンレス製の円柱Ｊ３で構成されている。熱プレスの加工条件としては、例えば温度：３００℃、加圧力：５０トン、プレス時間：２０分が好ましい。すなわち、各環板状素材Ｗ２のアラミド繊維（熱可塑性樹脂）が軟化する温度で熱プレスすることによって、環板状素材Ｗ２同士を接合させることができる。
【００９２】
プレス時間経過後、加圧力を加えて圧縮したまま冷却することによって、繊維間の空隙を縮めることができる。また、加圧力を加えて圧縮したまま冷却することによって、繊維同士の密着力を高めることができるので、ウィック１５の強度を高めることができる。
【００９３】
次に、上記構成における作動を説明する。まず、定常状態における作動を説明する。ボイラー部１１において、発熱体２の熱は伝熱部材１１１を介して蒸気発生空間１１４の作動液１４に伝わり、蒸気発生空間１１４で作動液１４が加熱されて蒸発する。蒸気発生空間１１４で発生した蒸気は、蒸気通路１１５を通じて出力部１２の蒸気エンジン１２１に供給される。
【００９４】
蒸気エンジン１２１に供給された蒸気はピストン１２１ａ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１２１ａの駆動により出力軸１２３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２の排熱エネルギーが電気エネルギーとして回収される。
【００９５】
蒸気エンジン１２１内の蒸気はピストン１２１ａを駆動した後に排気路１２１ｆを通じて凝縮部１３の凝縮空間１３２に排出される。蒸気エンジン１２１から凝縮空間１３２に排出された蒸気は、凝縮空間１３２で凝縮されて作動液１４に復液する。凝縮空間１３２で復液した作動液１４は液溜め空間１３１に溜められる。
【００９６】
蒸気エンジン１２１のピストン１２１ａの駆動により出力軸１２３が回転すると、機械式ポンプ１６のピストン１６ａが駆動され、液溜め空間１３１の作動液１４がボイラー部１１の蒸気発生空間１１４に圧送される。
【００９７】
そして、機械式ポンプ１６によって蒸気発生空間１１４に圧送された作動液１４が蒸気発生空間１１４で加熱されて蒸発する。上記作動が繰り返されることで定常的に動作する。
【００９８】
なお、出力部１２１における蒸気の使用流量（体積流量）と機械式ポンプ１６による作動液１４の供給流量（体積流量）との比（出力部１２１における蒸気の使用流量／機械式ポンプ１６による作動液１４の供給流量）は、１より大きく且つ作動液１４が気化するときの体積膨張率以下にされることが好ましい。
【００９９】
より具体的には、蒸気エンジン１２１の吸気流量（体積流量）と機械式ポンプ１６の吐出流量（体積流量）との比（蒸気エンジン１２１の吸気流量／機械式ポンプ１６の吐出流量）が、作動液１４が気化するときの体積膨張率に極力等しくされることが好ましい。蒸気発生空間１１４への作動液１４の供給量の過不足が抑制されて、動作が安定するからである。
【０１００】
蒸気エンジン１２１の吸気流量と機械式ポンプ１６の吐出流量との比は、総容積比×減速比で求めることができる。総容積比とは、蒸気エンジン１２１の総容積と機械式ポンプ１６の総容積との比（蒸気エンジン１２１の総容積／機械式ポンプ１６の総容積）のことである。総容積とは、シリンダ容積を気筒の数だけ足したものである。シリンダ容積とは、シリンダの内部において、ピストンの上死点と下死点との間にできる容積のことである。
【０１０１】
減速比とは、蒸気エンジン１２１のホイールギア１２１ｉの回転数と機械式ポンプ１６のホイールギア１６ｉの回転数との比（蒸気エンジン１２１のホイールギア１２１ｉの回転数／機械式ポンプ１６のホイールギア１６ｉの回転数）のことである。
【０１０２】
上述のごとく、本例では発熱体２が工場から出る排熱によって発熱するようになっている。このため、排熱源が不安定であると、蒸気発生空間１１４での作動液１４の蒸発が不安定になって動作が時々停止することが起こり得る。
【０１０３】
動作が停止した場合には機械式ポンプ１６も停止することとなるが、上記構成によれば、機械式ポンプ１６が停止しても蒸気発生空間１１４への作動液１４の供給をウィック１５によって行うことができる。
【０１０４】
具体的には、ウィック１５には、液溜め空間１３１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液溜め空間１３１から蒸気発生空間１１４に作動液１４を供給する。
【０１０５】
このため、発熱体２の発熱が再開されれば蒸気発生空間１１４での作動液１４の蒸発も再開されるので、自動的に動作を再開することができる。したがって、蒸気エンジン１２１を始動させるスタータや、スタータを制御する制御系が不要である。
【０１０６】
すなわち、本実施形態によると、機械式ポンプ１６を有しているので、ウィック１５による作動液１４の供給速度に極力影響されずボイラー部１１へ作動液１４を供給することができる。このため、ウィック１５の毛管相当径を小さくしてボイラー圧力を高めても時間当たりの蒸気量を確保できる。よって、ボイラー圧力の向上と蒸気量の向上とを両立できる。
【０１０７】
また、機械式ポンプ１６が停止している場合であっても、ウィック１５によってボイラー部１１へ作動液１４を供給することができる。このため、発熱体２が十分に発熱すれば、蒸気エンジン１２１を始動させるスタータを用いることなく蒸気を発生させることができる。よって、動作開始が容易である。
【０１０８】
本例では、上述の数式２を満たすように、ウィック１５内の空隙を小さくしてウィック１５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１５の毛管力による圧力ΔＰが、蒸気発生空間１１４の圧力ＰＨと液溜め空間１３１の圧力ＰＬとの圧力差（ＰＨ−ＰＬ）よりも大きくなる（ΔＰ＞ＰＨ−ＰＬ）。
【０１０９】
このため、ウィック１５の毛管力が蒸気発生空間１１４の圧力ＰＨと液溜め空間１３１の圧力ＰＬとの圧力差（ＰＨ−ＰＬ）に打ち勝って、低圧の液溜め空間１３１に溜まった作動液１４を高圧の蒸気発生空間１１４に良好に吸引することができる。
【０１１０】
換言すれば、液溜め空間１３１と蒸気発生空間１１４との間に圧力差が生じている状態において、ウィック１５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空間１３１から高圧の蒸気発生空間１１４へ作動液１４を引っ張り込むことができる。したがって、液溜め空間１３１の作動液１４を高圧の蒸気発生空間１１４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。
【０１１１】
また、ウィック１５内の空隙を小さくしているので、蒸気発生空間１１４で発生した蒸気がウィック１５を通じて液溜め空間１３１に逆流してしまうことを防止できる。
【０１１２】
具体的には、ウィック１５は、製造過程において圧縮（熱プレス）され、ボイラー部１１に組み付けられた状態ではボイラー部ケース１０１から荷重を受けてさらに圧縮されている。さらに、ウィック１５は作動液１４によって膨潤する。それらの結果、ウィック１５の空隙が極小化されることとなるので、蒸気発生空間１１４で発生した蒸気がウィック１５の空隙を通じて液溜め空間１３１に逆流してしまうことを防止できる。つまり、蒸気の封止性を確保できる。
【０１１３】
蒸気発生空間１１４の圧力が異常上昇した場合には、蒸気発生空間１１４の蒸気を、ウィック１５を通じて蒸気発生空間１１４の外部に逃がすことができる。すなわち、ウィック１５はリミッタの役割を果たすことができる。
【０１１４】
ここで、作動液１４の沸点は作動液１４の材料とケース１０１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１０１内を真空にすれば熱源の温度が零度以下でも適用可能である。熱源の温度が低い場合には、ウィック１５やボイラー部１１の構造体に耐熱性を持たせる必要はないので、ウィック１５やボイラー部１１の構造体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。
【０１１５】
本例では、ウィック１５の繊維層が外周面側から内周面側に向かって径方向に延びているので、繊維層相互間に、内周面側から外周面側に向かって連続的に延びる空隙が形成されることとなる。このため、内周面から外周面への作動液１４の流通性を向上できるので、液溜め空間１３１から蒸気発生空間１１４への作動液１４の供給性を向上できる。
【０１１６】
特に本例では、ウィック１５は、繊維層の延びる方向を径方向とする筒状に形成されているので、ウィック１５内における作動液１４の流路長を極力短くすることができる。このため、外周面から内周面への作動液１４の流通性をより向上できるので、液溜め空間１３１から蒸気発生空間１１４への作動液１４の供給性をより向上できる。
【０１１７】
また、ウィック１５は円筒状に形成されているので、液溜め空間１３１から蒸気発生空間１１４の各部位へ作動液１４を均等に供給できる。
【０１１８】
また、ウィック１５が、断熱素材で形成され且つ伝熱部材１１１の棒状伝熱部１１１ｃから液溜め空間１３１に至る熱伝達経路中に介在しているので、発熱体２から液溜め空間１３１の作動液１４への伝熱をウィック１５によって抑制することができる。このため、液溜め空間１３１の断熱性を向上できるので、液溜め空間１３１の作動液１４が蒸発して出力効率の低下を招くことを抑制できる。
【０１１９】
また、ウィック１５は筒状に形成されているので、蒸気発生空間１１４を広く確保できる。このため、伝熱性を向上できるので、出力を向上できる。また、伝熱性が向上されることで、加熱の低温化が可能になる。加熱の低温化を図ることでウィック１５の熱変質を抑制できる。
【０１２０】
また、上下方向に延びる筒状のウィック１５の内側に蒸気発生空間１１４が形成されているので、蒸気発生空間１１４が上下方向に延びることになる。このため、蒸気発生空間１１４で発生した蒸気を蒸気通路１１５へ逃げ易くすることができるので、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。
【０１２１】
しかも、蒸気通路１１５は伝熱部材１１１の板状伝熱部１１１ｂに形成されているので、蒸気は蒸気通路１１５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。
【０１２２】
また、本例では、伝熱部材１１１が発熱体２から出力部１２の蒸気エンジン１２１への伝熱を担うようになっているので、蒸気エンジン１２１での蒸気温度（蒸気圧力）を高めることができ、ひいては出力の向上を図ることができる。
【０１２３】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、機械式ポンプ１６が作動液１４の液面よりも上方に配置されているが、本第２実施形態では、図５に示すように、機械式ポンプ１６が作動液１４中に配置されている。
【０１２４】
具体的には、機械式ポンプ１６は、蒸気エンジン１２１の上方側に配置されており、作動液１４は、機械式ポンプ１６よりも上方側まで封入されている。したがって、本実施形態では、ケース１０１の内部空間のうち作動液１４の液面よりも下方側の空間が液溜め空間１３１になっており、それよりも上方側の空間が凝縮空間１３２になっている。
【０１２５】
本実施形態では、機械式ポンプ１６が作動液１４中に配置されているので、上記第１実施形態の吸液パイプ１７が設けられていない。
【０１２６】
蒸気エンジン１２１に作動液１４が浸入するのを防止するために、蒸気エンジン１２１の側方側および上方側には隔壁部材２０が配置されており、隔壁部材２０の上面部に機械式ポンプ１６が固定されている。
【０１２７】
隔壁部材２０は、蒸気エンジン１２１を側方側および上方側から囲むように板状伝熱部１１１ｂに固定されている。これにより、蒸気エンジン１２１は、液溜め空間１３１の作動液１４から隔てられている。
【０１２８】
図５の例では、隔壁部材２０は、板状伝熱部１１１ｂに固定された筒状部材２０１と、筒状部材２０１の上端部に固定された板状のベース部材２０２とで構成されており、板状伝熱部１１１ｂ、筒状部材２０１およびベース部材２０２に囲まれて形成される空間は、蒸気エンジン１２１を収容するエンジン収容空間を構成している。
【０１２９】
ベース部材２０２には、出力軸１２３が貫通する貫通孔が形成され、貫通孔の外縁部には、ベース部材２０２から上方に向かって延びる排気筒２０３が設けられている。排気筒２０３の上端は、作動液１４の液面１４ａよりも上方まで延びている。これにより、隔壁部材２０内部のエンジン収容空間が、凝縮空間１３２と連通している。
【０１３０】
出力軸１２３には、ホイールギア１６ｉと噛み合うセンターギア１２５が設けられている。上記第１実施形態と同様に、ホイールギア１６ｉは、ロッド１２１ｈ等を介してピストン１２１ａに連結されている。図５の例では、センターギア１２５およびホイールギア１６ｉは、排気筒２０３よりも上方側に配置されている。
【０１３１】
出力部１２で取り出された動力は、出力軸１２３、センターギア１２５、ホイールギア１６ｉおよびロッド１２１ｈ等を介して機械式ポンプ１６に伝達される。換言すれば、出力軸１２３、センターギア１２５、ホイールギア１６ｉおよびロッド１２１ｈは、出力部１２で取り出された動力を機械式ポンプ１６に伝達する動力伝達機構を構成している。この動力伝達機構は、減速比が適切に設定されるように設計されている。
【０１３２】
なお、減速比の設定の都合や部品レイアウトの都合等により、センターギア１２５とホイールギア１６ｉとの間に他のギアが介在していてもよい。また、動力伝達機構は、本例の構成に限定されるものではなく、出力部１２で取り出された動力を機械式ポンプ１６に伝達可能な種々の機構を用いることができる。
【０１３３】
上記第１実施形態では、機械式ポンプ１６が作動液１４の液面よりも上方に配置されているので、機械式ポンプ１６は作動液１４を吸い上げる必要がある。具体的には、ポンプ中の圧力を下げることで、外気圧と差圧を生み、その差圧で作動液１４を吸い上げて流動させる必要がある。
【０１３４】
しかしながら、上記第１実施形態の構成では、排熱回収装置１０を低温熱源に対応させる場合、ケース１０１内の圧力を下げて沸点を低くするため、機械式ポンプ１６にとっての外気圧が低くなり、作動液１４を吸い上げる差圧が小さくなる。その結果、機械式ポンプ１６が動作しづらくなってしまう。
【０１３５】
この点に鑑みて、本実施形態では、機械式ポンプ１６が作動液１４中に沈められているので、機械式ポンプ１６が作動液１４を吸い上げる必要がない。そのため、ケース１０１内の圧力を低くしても機械式ポンプ１６は動作可能となるので、より低温な熱源に対応することが可能である。
【０１３６】
なお、以上の説明からわかるように、機械式ポンプ１６の全体が作動液１４中に沈んでいる必要はなく、機械式ポンプ１６のうち作動液１４の流動する部分が作動液１４中に沈んでいればよい。
【０１３７】
また、ボイラー部１１、出力部１２および機械式ポンプ１６が上下方向に並んで配置されているので、排熱回収装置１０の水平方向における体格を大型化させることなく機械式ポンプ１６を作動液１４中に沈めることができる。
【０１３８】
また、エンジン収容空間を形成している隔壁部材２０（筒状部材２０１およびベース部材２０２）も作動液１４中に沈められているので、エンジン収容空間が外気から断熱され、ひいては蒸気エンジン１２１が高温のまま維持される。このため、蒸気エンジン１２１に入ったきた蒸気が冷えて蒸気圧が低下してしまうことを抑制することができ、ひいては効率を向上させることができる。
【０１３９】
ここで、隔壁部材２０（ベース部材２０２）には、作動液１４の液面よりも上方まで延びる排気筒２０３が形成されているので、エンジン収容空間に作動液１４が浸入することを防止しつつ蒸気エンジン１２１から排出された蒸気を凝縮空間１３２に排出することができる。
【０１４０】
また、出力部１２で取り出された動力を機械式ポンプ１６に伝達する動力伝達機構（出力軸１２３、センターギア１２５、ホイールギア１６ｉおよびロッド１２１ｈは、蒸気エンジン１２１から、排気筒２０３の内部空間と、作動液１４の液面１４ａよりも上方の空間１３２とを経由して機械式ポンプ１６に至るように構成されているので、排気筒２０３の内部空間を活用して、動力伝達機構を効率的に配置することができる。
【０１４１】
（第３実施形態）
上記第２実施形態では、機械式ポンプ１６を出力部１２の上方に配置しているが、本第３実施形態では、図６に示すように、機械式ポンプ１６をボイラー部１１の側方に配置している。
【０１４２】
具体的には、機械式ポンプ１６のピストン１６ａおよびシリンダ１６ｂは、ウィック１５の外周面とケース１０１の筒状部１０１ａの内壁面との間の液溜め空間１３１に配置されている。ピストン１６ａおよびシリンダ１６ｂは、その軸方向（往復運動方向）が上下方向を向くように配置されている。シリンダ１６ｂには吐液パイプ１８が接続されている。
【０１４３】
ピストン１６ａは、一対の傘歯車２１１、２１２とクランク機構２２とを介して出力軸１２３に連結されている。出力軸１２３、一対の傘歯車２１１、２１２およびクランク機構２２は、出力部１２で取り出された動力を機械式ポンプ１６に伝達する動力伝達機構を構成している。
【０１４４】
一対の傘歯車２１１、２１２は、出力軸１２３の水平方向の回転を、鉛直方向の回転に変換してクランク機構２２に伝達し、クランク機構２２は、出力軸１２３から伝達された回転運動を直線運動に変換してピストン１６ａに伝達する。
【０１４５】
換言すれば、一対の傘歯車２１１、２１２は、回転運動の方向を９０°変換する運動変換機構２１を構成し、クランク機構２２は、回転運動を直線運動に変換する運動変換機構を構成している。
【０１４６】
図６の例では、一対の傘歯車２１１、２１２は、蒸気エンジン１２１の上方側に配置されており、クランク機構２２は、蒸気エンジン１２１を迂回するようにＬ字状に構成されている。
【０１４７】
なお、減速比の設定の都合や部品レイアウトの都合等により、出力軸１２３と傘歯車２１１との間に他のギアが介在していてもよい。また、動力伝達機構は、本例の構成に限定されるものではなく、出力軸１２３の回転動力を直線運動に変換してピストン１６ａに伝達可能な種々の機構を用いることができる。
【０１４８】
作動液１４の液面は、ウィック１５よりも上方かつ出力部１２よりも下方に位置している。したがって、本実施形態では、上記第２実施形態の隔壁部材２０が設けられていない。
【０１４９】
本実施形態においても、上記第２実施形態と同様に、機械式ポンプ１６を作動液１４中に沈めているので、より低温な熱源に対応することが可能である。
【０１５０】
また、本実施形態では、機械式ポンプ１６をボイラー部１１の側方に配置しているので、上記第２実施形態に比べて、排熱回収装置１０の上下方向における体格を小型化できる。
【０１５１】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、蒸気エンジン１２１と機械式ポンプ１６とをセンターギア１２２で連結しているが、タイミングベルトやカム等を用いて蒸気エンジン１２１と機械式ポンプ１６とを連結するようにしてもよい。
【０１５２】
また、上記各実施形態では、機械式ポンプ１６がケース１０１の内部に設けられているが、機械式ポンプ１６がケース１０１の外部に設けられていてもよい。
【０１５３】
また、上記各実施形態では、ケース１０１内に１組のウィック１５、蒸気発生空間１１４および液溜め空間１３１が設けられているが、ウィック１５、蒸気発生空間１１４および液溜め空間１３１が複数組設けられていてもよい。
【０１５４】
また、上記各実施形態では、筒状のウィック１５が上下方向に延びるように配置されているが、これに限定されるものではなく、例えば筒状のウィック１５が水平方向に延びるように配置されていてもよい。
【０１５５】
また、上記各実施形態では、筒状のウィック１５の内側に蒸気発生空間１１４が形成され、筒状のウィック１５の外側（蒸気発生空間１１４の反対側）に液溜め空間１３１が形成されているが、これとは逆に、筒状のウィック１５の外側に蒸気発生空間１１４が形成され、筒状のウィック１５の内側に液溜め空間１３１が形成されていてもよい。
【０１５６】
また、上記各実施形態では、ウィック１５の繊維層がウィック１５の径方向に延びているが、これに限定されるものではなく、例えばウィック１５の繊維層がウィック１５の軸方向に延びていてもよい。
【０１５７】
また、上記各実施形態では、ウィック１５が筒状に形成されていて、液溜め空間１３１の作動液がウィック１５の外周面から吸引されるようになっているが、これに限定されるものではなく、例えばウィック１５が平板状に形成されていて、液溜め空間１３１の作動液がウィック１５の側端面から吸引されるようになっていてもよい。
【０１５８】
また、上記各実施形態では、凝縮空間１３２がケース１０１の内部に形成されているが、凝縮空間１３２がケース１０１の外部に形成されていてもよい。すなわち、ケース１０１の外部に、凝縮空間１３２を形成する容器を設けてもよい。
【０１５９】
また、上記各実施形態では、蒸気エンジン１２１として振り子式エンジンが用いられているが、図７に示すロータリー式エンジン２０を蒸気エンジンとして用いることが可能である。ロータリー式エンジン２０は、本出願人が先に出願した特願２０１０−２６７１２６号に記載されているものであり、その構成および作動を以下に簡単に説明する。
【０１６０】
ロータリー式エンジン２０は、ピストン形成部材２１、ローター２２、カムブロック２３、カムフォロア２４および給排気ブロック２５等を備えている。
【０１６１】
ピストン形成部材２１は、往復運動をするピストン２１１と、カムフォロア２４が組み付けられるブラケット２１２とを有している。
【０１６２】
ローター２２は、ピストン２１１が往復摺動するシリンダ穴２２１と、シリンダ穴２２１に流体を供給・排出するための供給排出路２２２とを有し、シリンダ穴２２１の軸線Ａ２と直交する回転軸Ａ１を中心として回転運動をする。
【０１６３】
カムブロック２３は、ローター２２の外周側に配置されている。本例では、カムブロック２３は、略三角形状（非円形状）のカム２３１を有する筒状に形成されており、カム２３１は、内周カム面２３１ａと外周カム面２３１ｂとを有する溝カムになっている。なお、カム２３１は、内周カム面２３１ａのみで構成されていてもよい。
【０１６４】
カムフォロア２４は、ピストン２１１と一体的に往復運動し、且つカム２３１上を摺動する。
【０１６５】
給排気ブロック２５には、シリンダ穴２２１に供給される流体が流通する供給路２５１と、シリンダ穴２２１から排出された流体が流通する排出路２５２とが形成されている。供給路２５１および排出路２５２は、ローター２２の回転運動に伴ってローター２２の供給排出路２２２と交互に連通するように形成されている。
【０１６６】
ローター２２の供給排出路２２２が給排気ブロック２５の供給路２５１と連通している状態において、供給路２５１に高温高圧の蒸気が供給されると、供給路２５１の蒸気が供給排出路２２２を通じてローター２２のシリンダ穴２２１に流入する。
【０１６７】
すると、シリンダ穴２２１に流入した蒸気の圧力によってピストン２１１がローター２２の外方側に押し出されるので、ピストン２１１に組み付けられたカムフォロア２４がカムブロック２３のカム２３１を押圧する。このとき、カム２３１の形状によって、ローター２２を回転させる回転駆動力が発生する（第１行程）。
【０１６８】
この回転駆動力によってローター２２が所定角度回転すると、ローター２２の供給排出路２２２は給排気ブロック２５の供給路２５１と非連通状態になり、代わって給排気ブロック２５の排出路２５２と連通する。このとき、カム２３１の形状によって、カムフォロア２４がカム２３１から押圧されてピストン２１１がローター２２の内方側に押し戻される。これにより、シリンダ穴２２１の蒸気が供給排出路２２２および排出路２５２を通じて排出される（第２行程）。
【０１６９】
ローター２２がさらに所定角度回転することで、ローター２２の供給排出路２２２が給排気ブロック２５の排出路２５２と非連通状態になり、代わって給排気ブロック２５の供給路２５１と連通するので、上記作動（第１行程および第２行程）が繰り返される。
【０１７０】
このように、ロータリー式エンジン２０は、高温高圧の蒸気が供給されるとローター２２が連続的に回転するので、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ことができる。よって、ロータリー式エンジン２０を蒸気エンジンとして用いることが可能である。
【符号の説明】
【０１７１】
２ 発熱体（熱源）
１１ ボイラー部
１２ 出力部
１３ 凝縮部
１４ 作動液
１５ ウィック（作動液導入用部材）
１６ 機械式ポンプ
１１４ 蒸気発生空間
１３１ 液溜め空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源（２）から供給される熱で作動液（１４）を加熱して蒸発させるボイラー部（１１）と、
前記ボイラー部（１１）で発生した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）で使用された前記蒸気を凝縮させる凝縮部（１３）と、
前記凝縮部（１３）の前記作動液（１４）を前記ボイラー部（１１）に還流させる還流手段（１５、１６）とを備え、
前記還流手段は、
前記凝縮部（１３）の前記作動液（１４）を毛管力で吸引して前記ボイラー部（１１）に導く作動液導入用部材（１５）と、
前記出力部（１２）で取り出された機械的エネルギーによって駆動され、前記凝縮部（１３）の前記作動液（１４）を前記ボイラー部（１１）に圧送する機械式ポンプ（１６）とを有していることを特徴とする熱機関。
【請求項２】
前記出力部（１２）における前記蒸気の使用流量と、前記機械式ポンプ（１６）による前記作動液（１４）の供給流量との比は、１より大きく且つ前記作動液（１４）が気化するときの体積膨張率以下になっ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】
前記出力部（１２）は、蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換する蒸気エンジン（１２１）を有し、
前記蒸気エンジン（１２１）は、振り子のように揺動するピストン（１２１ａ）およびシリンダ（１２１ｂ）を有する振り子式エンジンであり、
前記機械式ポンプ（１６）は、振り子のように揺動するピストン（１６ａ）およびシリンダ（１６ｂ）を有する振り子式ポンプであり、
前記蒸気エンジン（１２１）および前記機械式ポンプ（１６）は、前記ボイラー部（１１）の上方側に配置され、水平方向に揺動するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱機関。
【請求項４】
前記作動液導入用部材（１５）は筒状に形成され、
前記ボイラー部（１１）には、前記作動液（１４）が加熱されて蒸発する蒸気発生空間（１１４）が形成され、
前記凝縮部（１３）には、前記作動液（１４）が溜まる液溜め空間（１３１）が形成され、
前記蒸気発生空間（１１４）は、前記作動液導入用部材（１５）の内側および外側のうちいずれか一方側に形成され、
前記液溜め空間（１３１）は、前記作動液導入用部材（１５）の内側および外側のうち前記蒸気発生空間（１１４）が形成された側と反対の側に形成され、
前記機械式ポンプ（１６）は、前記液溜め空間（１３１）から前記作動液（１４）を吸入し、前記蒸気発生空間（１１４）に前記作動液（１４）を吐出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）、前記出力部（１２）、前記凝縮部（１３）および前記機械式ポンプ（１６）を収容するケース（１０１）を備え、
前記ケース（１０１）の内部には、前記凝縮部（１３）で凝縮した前記作動液（１４）が溜まる液溜め空間（１３１）が形成され、
前記機械式ポンプ（１６）は、少なくとも前記作動液（１４）の流動する部分が前記液溜め空間（１３１）の前記作動液（１４）中に配置されてい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６】
前記出力部（１２）は、前記ボイラー部（１１）の上方に配置されており、
前記機械式ポンプ（１６）は、前記出力部（１２）の上方に配置されており、
前記ケース（１０１）の内部には、前記出力部（１２）を前記液溜め空間（１３１）の前記作動液（１４）から隔てるための隔壁部材（２０）が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の熱機関。
【請求項７】
前記隔壁部材（２０）には、前記出力部（１２）で使用された蒸気を前記凝縮部（１３）へ排気する排気筒（２０３）が、前記作動液（１４）の液面（１４ａ）の上方まで延びるように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の熱機関。
【請求項８】
前記出力部（１２）で取り出された動力を前記機械式ポンプ（１６）に伝達する動力伝達機構（１２３、１２５、１６ｉ、１２１ｈ）を備え、
前記動力伝達機構は、前記出力部（１２）から、前記排気筒（２０３）の内部空間と、前記作動液（１４）の液面（１４ａ）よりも上方の空間（１３２）とを経由して前記機械式ポンプ（１６）に至るように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の熱機関。
【請求項１】
熱源（２）から供給される熱で作動液（１４）を加熱して蒸発させるボイラー部（１１）と、
前記ボイラー部（１１）で発生した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）で使用された前記蒸気を凝縮させる凝縮部（１３）と、
前記凝縮部（１３）の前記作動液（１４）を前記ボイラー部（１１）に還流させる還流手段（１５、１６）とを備え、
前記還流手段は、
前記凝縮部（１３）の前記作動液（１４）を毛管力で吸引して前記ボイラー部（１１）に導く作動液導入用部材（１５）と、
前記出力部（１２）で取り出された機械的エネルギーによって駆動され、前記凝縮部（１３）の前記作動液（１４）を前記ボイラー部（１１）に圧送する機械式ポンプ（１６）とを有していることを特徴とする熱機関。
【請求項２】
前記出力部（１２）における前記蒸気の使用流量と、前記機械式ポンプ（１６）による前記作動液（１４）の供給流量との比は、１より大きく且つ前記作動液（１４）が気化するときの体積膨張率以下になっ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】
前記出力部（１２）は、蒸気のエネルギーを機械的エネルギーに変換する蒸気エンジン（１２１）を有し、
前記蒸気エンジン（１２１）は、振り子のように揺動するピストン（１２１ａ）およびシリンダ（１２１ｂ）を有する振り子式エンジンであり、
前記機械式ポンプ（１６）は、振り子のように揺動するピストン（１６ａ）およびシリンダ（１６ｂ）を有する振り子式ポンプであり、
前記蒸気エンジン（１２１）および前記機械式ポンプ（１６）は、前記ボイラー部（１１）の上方側に配置され、水平方向に揺動するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱機関。
【請求項４】
前記作動液導入用部材（１５）は筒状に形成され、
前記ボイラー部（１１）には、前記作動液（１４）が加熱されて蒸発する蒸気発生空間（１１４）が形成され、
前記凝縮部（１３）には、前記作動液（１４）が溜まる液溜め空間（１３１）が形成され、
前記蒸気発生空間（１１４）は、前記作動液導入用部材（１５）の内側および外側のうちいずれか一方側に形成され、
前記液溜め空間（１３１）は、前記作動液導入用部材（１５）の内側および外側のうち前記蒸気発生空間（１１４）が形成された側と反対の側に形成され、
前記機械式ポンプ（１６）は、前記液溜め空間（１３１）から前記作動液（１４）を吸入し、前記蒸気発生空間（１１４）に前記作動液（１４）を吐出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）、前記出力部（１２）、前記凝縮部（１３）および前記機械式ポンプ（１６）を収容するケース（１０１）を備え、
前記ケース（１０１）の内部には、前記凝縮部（１３）で凝縮した前記作動液（１４）が溜まる液溜め空間（１３１）が形成され、
前記機械式ポンプ（１６）は、少なくとも前記作動液（１４）の流動する部分が前記液溜め空間（１３１）の前記作動液（１４）中に配置されてい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６】
前記出力部（１２）は、前記ボイラー部（１１）の上方に配置されており、
前記機械式ポンプ（１６）は、前記出力部（１２）の上方に配置されており、
前記ケース（１０１）の内部には、前記出力部（１２）を前記液溜め空間（１３１）の前記作動液（１４）から隔てるための隔壁部材（２０）が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の熱機関。
【請求項７】
前記隔壁部材（２０）には、前記出力部（１２）で使用された蒸気を前記凝縮部（１３）へ排気する排気筒（２０３）が、前記作動液（１４）の液面（１４ａ）の上方まで延びるように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の熱機関。
【請求項８】
前記出力部（１２）で取り出された動力を前記機械式ポンプ（１６）に伝達する動力伝達機構（１２３、１２５、１６ｉ、１２１ｈ）を備え、
前記動力伝達機構は、前記出力部（１２）から、前記排気筒（２０３）の内部空間と、前記作動液（１４）の液面（１４ａ）よりも上方の空間（１３２）とを経由して前記機械式ポンプ（１６）に至るように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の熱機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１９７７８１（Ｐ２０１２−１９７７８１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１４７７（Ｐ２０１１−１８１４７７）
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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