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公開番号2025067740
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2023187196
出願日2023-10-13
発明の名称揮発性液体を利用する回分式外燃機関
出願人個人
代理人
主分類F01K 25/00 20060101AFI20250417BHJP(機械または機関一般;機関設備一般;蒸気機関)
要約【課題】水飲み鳥の原理で位置エネルギーを生み出す際、動作切替時に装置全体の傾斜を必要としない構造の提供。
【解決手段】高温熱源による加熱室1と低温熱源による冷却室2を通気管3と通液管6で接続し、通気管の内部に揮発性液体8と揮発性液体の蒸気が入り込むことができ、加熱室の内部において、加熱室と冷却室の蒸気圧の平衡時の液面の位置に1個の開放端を持ち、冷却室の内部は液面よりも高い位置に1個の開放端を持ち、2個ある開放端の中間部分は、2個の開放端よりも低く、通気管の最低位置から加熱室に延びた排液管4の先端にフロートバルブ5を設置し、加熱室の液面高さが最低時にフロートバルブが開き、加熱室の断面積a、冷却室の断面積b、通気管の加熱室側の開放端から最下部までの部分の水平方向の断面積c、通気管の冷却室側の開放端から最下部までの部分の水平方向の断面積dに関し、bc-da>0であり、通液管の途中に水車7を設ける。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
次の構造をすべて備えた装置。
・加熱室と冷却室を設ける。
・加熱室と冷却室を、通気管と通液管で接続する。
・通気管の構造は、以下のとおりである。
・通気管の内部に、揮発性液体と揮発性液体の蒸気が入り込むことができる。
・加熱室の内部において、加熱室と冷却室の蒸気圧が平衡している時の液面の位置に、１個の開放端を持つ。
・冷却室の内部において、冷却室の液面よりも常に高い位置に、１個の開放端を持つ。
・２個ある開放端の中間部分は、２個の開放端よりも低い位置にある。
・通気管の最低位置は、加熱室の液面高さが最低となるときに、揮発性液体の蒸気が入り込まない高さとする。
・通気管の最低位置から加熱室に延びた排液管の先端に、フロートバルブを設置する。加熱室の液面高さが最低となるときに、フロートバルブが開く。
・加熱室の水平方向の断面積をａ、冷却室の水平方向の断面積をｂ、通気管の加熱室側の開放端から最下部までの部分の水平方向の断面積をｃ、通気管の冷却室側の開放端から最下部までの部分の水平方向の断面積をｄとすると、ｂｃ－ｄａ＞０の関係である。
・装置内には、揮発性液体を入れる。
・揮発性液体の蒸気以外の気体を、装置内からなるべく排除する。
・加熱室を高温熱源で加熱し、冷却室を低温熱源で冷却する。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性液体を利用する外燃機関に関するものである。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
「水飲み鳥」の名称で知られる科学模型（以下、「水飲み鳥」と記載）は、室温付近の微小な温度差から力学的な仕事を取り出すことができる外燃機関である。
「水飲み鳥」は、閉鎖空間の中で揮発性液体の蒸発による体積膨張を行っているため、微小な温度差を利用して液面の高低差（位置エネルギー）を発生できるという利点を持つ。
【０００３】
しかし、「水飲み鳥」は、動作を切り替える際に、冷却室内の液体を加熱室へ移送し、加熱室内の蒸気を冷却室へ移送するために、装置全体を傾斜させている。その結果、次のような問題点が生じるため、傾斜動作は望ましくない動作である。
・発生した位置エネルギーの一部が装置の傾斜運動で消費されるため、エネルギーの回収効率が低下する。
・加熱室と冷却室を床に固定できないため、加熱源と冷却源の設置が困難である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
クリフォード・ピックオーバー、ビジュアル物理全史、岩波書店、２０１９年３月２６日第１刷発行、ｐ１８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
「水飲み鳥」の原理で位置エネルギーを生み出す際に、動作を切り替えるために装置全体を傾斜させる必要のない構造を提示することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の構造を備えた装置を用意する（図１参照）。
・加熱室１と冷却室２を設ける。
・加熱室１と冷却室２を、通気管３と通液管６で接続する。
・通気管３の構造は、以下のとおりである。
・通気管３の内部に、揮発性液体８と揮発性液体８の蒸気が入り込むことができる。
・加熱室１の内部において、加熱室１と冷却室２の蒸気圧が平衡している時の液面の位置に、１個の開放端を持つ。
・冷却室２の内部において、冷却室２の液面よりも常に高い位置に、１個の開放端を持つ。
・２個ある開放端の中間部分は、２個の開放端よりも低い位置にある。
・通気管３の最低位置は、加熱室１の液面高さが最低となるときに、揮発性液体８の蒸気が入り込まない高さとする。
・通気管３の最低位置から加熱室１に延びた排液管４の先端に、フロートバルブ５を設置する。加熱室１の液面高さが最低となるときに、フロートバルブ５が開く。
・加熱室１の水平方向の断面積をａ、冷却室２の水平方向の断面積をｂ、通気管３の加熱室側の開放端から最下部までの部分の水平方向の断面積をｃ、通気管３の冷却室側の開放端から最下部までの部分の水平方向の断面積をｄとすると、
ｂｃ－ｄａ＞０の関係である。
・装置内には、揮発性液体８を入れる。
・揮発性液体８の蒸気以外の気体を、装置内からなるべく排除する。
・加熱室１を高温熱源で加熱し、冷却室２を低温熱源で冷却する。
・通液管６の途中に、水車７を設ける。
【０００７】
本装置の動作を示す。加熱室は継続的に加熱され、冷却室は継続的に冷却されているとする。
・状態１（図２）：加熱室と冷却室の蒸気圧が釣り合っている。加熱室１、冷却室２、通気管３の内部の液面の高さは等しい。
・状態１→状態２（図３）：加熱室１は加熱され、冷却室２は冷却されるため、両室内の蒸気圧が変化し、両室の液面位置に差が生じる。加熱室１から押し出された液体は、通液管６を通って冷却室２へ入り込む。このとき、通気管３の加熱室側の液面は、加熱室１の液面よりも高くなる。通気管３の冷却室側の液面は、冷却室２の液面よりも高くなる。
・状態２（図４）：加熱室１の液面が、フロートバルブ５が開く位置まで低下する。
・状態２→状態３（図５）：フロートバルブ５が開き、通気管３の内部の液体が加熱室１へ排出される。
・状態３（図６）：通気管３から、加熱室１と冷却室２の蒸気部分を分離していた液体がなくなる。加熱室１の内部の蒸気が、通気管３を通って冷却室１へ流入する。加熱室１と冷却室２の蒸気圧が等しくなる。
・状態３→状態１（前半）（図７）：加熱室１の内部の蒸気が、通気管３を通って冷却室１へ流入する。フロートバルブ５が閉塞する。冷却室２の内部の液体が、通液管６を通り加熱室１へ流入する。この時、通液管６を通る液体が水車７を回す。
・状態３→状態１（後半）（図８）：加熱室１に流入した液体が、通気管３に入り込む。加熱室１と冷却室２の蒸気部分が、通気管３に入り込んだ液体によって分離される。
さらに加熱を続けると、状態１（図２）へ戻る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の外燃機関は、「水飲み鳥」とは異なり、本体の傾斜動作を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の外燃機関の模式図である。
本発明の外燃機関の動作図（状態１）である。
本発明の外燃機関の動作図（状態１→状態２）である。図２から、さらに加熱と冷却をおこなった状態である。
本発明の外燃機関の動作図（状態２）である。図３から、さらに加熱と冷却をおこなった状態である。
本発明の外燃機関の動作図（状態２→状態３）である。図４から、さらに加熱と冷却をおこなった状態である。
本発明の外燃機関の動作図（状態３）である。図５から、さらに加熱と冷却をおこなった状態である。
本発明の外燃機関の動作図（状態３→状態１）（前半）である。図６から、さらに加熱と冷却をおこなった状態である。
本発明の外燃機関の動作図（状態３→状態１）（後半）である。図７から、さらに加熱と冷却をおこなった状態である。図８から、さらに加熱と冷却を行うと、図２に戻る。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１において、水車７に発電機を取り付ければ、電力を発生することができる。なお、水車７は連続回転しないため、用途によっては充電池等を用いて出力を平準化する必要がある。
【産業上の利用可能性】
（【００１１】以降は省略されています）

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