JP5874528B2

JP5874528B2 - External combustion engine

Info

Publication number: JP5874528B2
Application number: JP2012112388A
Authority: JP
Inventors: 福田　健太郎; 健太郎福田; 泰徳新山; 和樹岩谷; 卓哉布施; 雅至井ノ上; 武内　康浩; 康浩武内
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: JP2013238183A

Description

本発明は、作動流体の体積変動によって生ずる作動流体の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関に関する。 The present invention relates to an external combustion engine that converts a displacement of a liquid portion of a working fluid caused by a volume variation of the working fluid into mechanical energy and outputs the mechanical energy.

従来、外燃機関の１つとして、容器内に封入した液体状態の作動流体の一部を加熱器にて加熱して気化させると共に、気化した作動流体の蒸気を冷却器にて冷却して液化させることで、作動流体の体積変動によって生ずる作動流体の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の外燃機関は、液体ピストン式蒸気エンジンと呼ばれている。 Conventionally, as one of external combustion engines, a part of the liquid working fluid sealed in a container is heated and vaporized by a heater, and the vaporized working fluid vapor is cooled by a cooler and liquefied. It is known that the displacement of the liquid portion of the working fluid caused by the volume fluctuation of the working fluid is converted into mechanical energy and output (for example, see Patent Document 1). This type of external combustion engine is called a liquid piston steam engine.

特許第４４１１８２９号公報Japanese Patent No. 4411829

ところで、作動流体を封入する容器は、密閉容器で構成されているが、時間経過とともに容器における接合部やシール部等を介して不凝縮ガスである空気（少なくともＮ_２、Ｏ_２、ＣＯ_２）が徐々に侵入することがある。このようにして容器内へ空気が混入すると、加熱器や冷却器と作動流体と間の熱交換等が妨げられることから、外燃機関の出力低下を招いてしまうといった問題がある。 Meanwhile, the container enclosing a working fluid is constituted by a closed container, the air is noncondensable gas through the joint and the seal portion or the like in the container over time (at least _{_{_{N 2, O 2, CO 2}}} ) May gradually invade. When air is mixed into the container in this manner, heat exchange between the heater or cooler and the working fluid is hindered, resulting in a problem that the output of the external combustion engine is reduced.

これに対して、特許文献１では、容器内への空気の混入に関して一切考慮されておらず、容器内への空気の混入状態を算出可能とする手段もないことから、容器内への空気の混入に起因する外燃機関の出力低下を把握することができない。 On the other hand, in Patent Document 1, no consideration is given to the mixing of air into the container, and there is no means that makes it possible to calculate the mixed state of air into the container. It is impossible to grasp the decrease in the output of the external combustion engine due to the mixing.

本発明は、上記点に鑑み、作動液体の蒸気の体積変動によって生じる作動液体の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関において、容器内への空気混入量を算出可能とすることを目的とする。 In view of the above points, the present invention makes it possible to calculate the amount of air mixed into a container in an external combustion engine that converts the displacement of the working liquid caused by the volume fluctuation of the working liquid into mechanical energy and outputs the mechanical energy. With the goal.

上記目的を達成するため、本発明者らは、容器内への空気混入の存否により、容器内に存する流体の圧縮率（容積変化と圧力変化との関係）が大きく変化することに着眼して、以下に示す発明を案出した。 In order to achieve the above object, the present inventors have focused on the fact that the compressibility (the relationship between the volume change and the pressure change) of the fluid in the container changes greatly depending on the presence or absence of air in the container. Invented the following invention.

すなわち、請求項１に記載の発明は、作動流体（１２）が液体状態で流動可能に封入された容器（１１）と、容器内の作動流体を加熱して気化させる加熱手段（１３）と、加熱手段で加熱されて気化した作動流体の蒸気を冷却して液化させる冷却手段（１４）と、を備え、作動流体の体積変動によって生ずる作動流体の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する外燃機関を対象としている。そして、容器内に液体状態の作動流体を充填する充填手段（１９）と、容器内の容積変化量を検出する容積変化検出手段（２３、２６）と、容器内の圧力変化量を検出する圧力変化検出手段（２２）と、容器における作動流体が気化する被加熱部（１１ａ）の温度を検出する温度検出手段（２１）と、容器内へ混入した空気の空気混入量を算出する混入量算出手段（２０ｄ）と、容器内の作動流体を圧縮する圧縮手段（４、１５、２５）と、加熱手段による作動流体の加熱を停止した際に、充填手段の作動を制御して、容器内に液体状態の作動流体を充填する充填制御処理を実行する充填制御手段（２０ｂ）と、充填制御手段による充填制御処理の実行が完了した際に、圧縮手段の作動を制御して、作動流体を圧縮する圧縮制御処理を実行する圧縮制御手段（２０ｃ）と、を備え、混入量算出手段は、圧縮制御処理の実行前後における容積変化検出手段にて検出した容積変化量、および圧力変化検出手段にて検出した圧力変化量と、温度検出手段にて検出した被加熱部の温度とから空気混入量を算出することを特徴としている。 That is, the invention described in claim 1 includes a container (11) in which the working fluid (12) is encapsulated so as to be flowable in a liquid state, and heating means (13) for heating and vaporizing the working fluid in the container, Cooling means (14) for cooling and liquefying the vapor of the working fluid heated and vaporized by the heating means, and converting the displacement of the liquid portion of the working fluid caused by the volume fluctuation of the working fluid into mechanical energy The target is an external combustion engine that outputs power. Then, filling means (19) for filling the working fluid in a liquid state in the container, volume change detection means (23, 26) for detecting the volume change amount in the container, and pressure for detecting the pressure change amount in the container Change detection means (22), temperature detection means (21) for detecting the temperature of the heated portion (11a) where the working fluid in the container is vaporized, and calculation of the amount of air mixed in the air that has entered the container When the heating of the working fluid by the means (20d), the compressing means (4, 15, 25) for compressing the working fluid in the container, and the heating means is stopped, the operation of the filling means is controlled, When the filling control means (20b) for executing the filling control process for filling the working fluid in the liquid state and the execution of the filling control process by the filling control means are completed, the operation of the compression means is controlled to compress the working fluid. Execute compression control processing Compression control means and (20c), comprising a mixing quantity calculating means, the volumetric change detected by the volume change detecting means before and after the execution of the compression control process, and the pressure change amount detected by the pressure change detection means and, The air mixing amount is calculated from the temperature of the heated portion detected by the temperature detecting means .

これによれば、容器内の作動流体を圧縮した際の容器内の圧力変化量および容積変化量と、被加熱部の温度とから容器内の空気混入量を算出することができる。特に、本発明では、容器内へ液体状態の作動流体を充填して容器内に占める液体状態の作動流体の割合を増加させた上で、容器内の作動流体を圧縮するようにしているので、容器内の圧力変化量または容積変化量を、容器内への空気混入が生じている場合と生じていない場合とで大きく変化させることができる。この結果、容器内の空気混入量を正確に検出することができる。
しかも、請求項１に記載の発明では、被加熱部（１１ａ）の温度を検出する温度検出手段（２１）を備えることで、容器（１１）内に存する流体の圧縮率の温度依存性を考慮して、容器（１１）内の空気混入量を算出するので、空気混入量をより一層精度よく算出することが可能となる。 According to this, the air mixing amount in the container can be calculated from the pressure change amount and the volume change amount in the container when the working fluid in the container is compressed, and the temperature of the heated portion . In particular, in the present invention, the working fluid in the container is compressed after increasing the proportion of the working fluid in the liquid state in the container by filling the container with the liquid working fluid. The amount of change in pressure or the amount of change in volume in the container can be greatly changed depending on whether or not air is mixed into the container. As a result, the amount of air mixed in the container can be accurately detected.
Moreover, in the invention described in claim 1, the temperature dependence of the compressibility of the fluid existing in the container (11) is taken into account by providing the temperature detecting means (21) for detecting the temperature of the heated part (11a). Then, since the air mixing amount in the container (11) is calculated, the air mixing amount can be calculated with higher accuracy.

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の一例を示すものである。 In addition, the code | symbol in the parenthesis of each means described in this column and the claim shows an example of a correspondence relationship with the specific means described in the embodiment described later.

第１実施形態に係る発電装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electric power generating apparatus which concerns on 1st Embodiment. 液体状態の作動流体の圧縮率を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the compressibility of the working fluid of a liquid state. 空気の含有に伴う作動流体の圧縮率の変化を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the change of the compressibility of the working fluid accompanying the inclusion of air. 空気混入の存否による容器内の圧力および容積の変化を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the change of the pressure in a container and the volume by the presence or absence of air mixing. 第１実施形態に係る外燃機関の動作特性を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the operating characteristic of the external combustion engine which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る制御装置が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the control processing which the control apparatus which concerns on 1st Embodiment performs. 主容器内における圧力変化と容積変化との関係を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the relationship between the pressure change in a main container, and a volume change. 空気混入による圧力変化量と容積変化量との関係の変化を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the change of the relationship between the pressure change amount and volume change amount by air mixing. 第２実施形態に係る発電装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electric power generating apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

（第１実施形態）
本実施形態は、本発明による外燃機関１０を、発電装置を駆動する駆動源に適用している。発電装置は、外燃機関１０および発電機１で構成されている。発電機１は、永久磁石が埋設された可動子２が振動変位することで起電力を生じさせるものであり、外燃機関１０によって駆動される。 (First embodiment)
In the present embodiment, the external combustion engine 10 according to the present invention is applied to a drive source that drives a power generator. The power generation device includes an external combustion engine 10 and a generator 1. The generator 1 generates electromotive force when the mover 2 in which a permanent magnet is embedded is oscillated and displaced, and is driven by an external combustion engine 10.

外燃機関１０は、液体ピストン式蒸気エンジンと呼ばれるものであり、主たる構成として、作動流体１２が液体状態で流動可能に封入された主容器（容器）１１、主容器１１内の作動流体１２を加熱して気化させる加熱器１３、気化した作動流体１２の蒸気を冷却して液化させる冷却器１４、および制御装置２０を備える。本例では、作動流体１２として水を用いている。なお、作動流体１２としては、水以外の液体を用いてもよい。 The external combustion engine 10 is called a liquid piston steam engine. As a main configuration, the external combustion engine 10 includes a main container (container) 11 in which a working fluid 12 is sealed so as to be able to flow in a liquid state, and the working fluid 12 in the main container 11. A heater 13 for heating and vaporizing, a cooler 14 for cooling and liquefying vapor of the vaporized working fluid 12, and a control device 20 are provided. In this example, water is used as the working fluid 12. Note that a liquid other than water may be used as the working fluid 12.

本実施形態の主容器１１は、屈曲部１１ｄが最下部に位置し、第１、第２直線部１１ｅ、１１ｆが上下方向に延びるＵ字状に形成されたパイプ状の圧力容器である。主容器１１のうち、屈曲部１１ｄを挟んで水平方向の一端側（図１の右側）の第１直線部１１ｅには、加熱器１３および冷却器１４が配置されている。なお、加熱器１３は、第１直線部１１ｅにおける冷却器１４の上方側に位置している。 The main container 11 of the present embodiment is a pipe-shaped pressure container in which a bent portion 11d is located at the lowermost portion and first and second straight portions 11e and 11f are formed in a U shape extending in the vertical direction. Of the main container 11, a heater 13 and a cooler 14 are disposed on the first straight portion 11e on one end side (right side in FIG. 1) in the horizontal direction across the bent portion 11d. In addition, the heater 13 is located in the upper side of the cooler 14 in the 1st linear part 11e.

また、図示を省略しているが、第１直線部１１ｅは、その上端部に、作動流体１２が気化する空間を確保するために予め定めた量の気体（例えば、空気）が封入されている。 Although not shown, the first straight portion 11e is sealed at its upper end with a predetermined amount of gas (for example, air) in order to secure a space for the working fluid 12 to vaporize. .

一方、主容器１１のうち、屈曲部１１ｄを挟んで水平方向の他端側（図１の左側）の第２直線部１１ｆには、その上端部に発電機１が配置されている。発電機１のケーシング１ａ内には、作動流体１２の液体部分から圧力を受けて変位するピストン１５がシリンダ１５ａに摺動可能に配置されている。なお、本実施形態におけるピストン１５は、作動流体１２の液体部分の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力手段を構成している。 On the other hand, the generator 1 is arranged at the upper end of the second straight portion 11f on the other end side in the horizontal direction (left side in FIG. 1) across the bent portion 11d of the main container 11. In the casing 1a of the generator 1, a piston 15 that is displaced by receiving pressure from the liquid portion of the working fluid 12 is slidably disposed on the cylinder 15a. Note that the piston 15 in this embodiment constitutes output means for converting the displacement of the liquid portion of the working fluid 12 into mechanical energy and outputting the mechanical energy.

ピストン１５は、発電機１のケーシング１ａ内において、可動子２のシャフト２ａに連結されている。可動子２を挟んでピストン１５と反対側には、可動子２をピストン１５側に押圧する弾性力を発生させる弾性部材（例えば、バネ）３が設けられている。 The piston 15 is connected to the shaft 2 a of the mover 2 in the casing 1 a of the generator 1. An elastic member (for example, a spring) 3 that generates an elastic force that presses the movable element 2 toward the piston 15 is provided on the opposite side of the movable element 2 from the piston 15.

ここで、本実施形態の外燃機関１０は、ピストン１５を駆動するピストン駆動部４を有し、当該駆動部４の作動により、ピストン１５を下方側に変位させて主容器１１内の作動流体１２を圧縮可能な構成となっている。なお、本実施形態では、ピストン１５およびピストン駆動部４が、作動流体１２を圧縮する圧縮手段を構成しており、ピストン１５が圧縮手段における容積変更手段に相当し、ピストン駆動部４が圧縮手段における駆動手段に相当している。 Here, the external combustion engine 10 of the present embodiment has a piston drive unit 4 that drives the piston 15, and the operation of the drive unit 4 displaces the piston 15 downward to operate the working fluid in the main container 11. 12 can be compressed. In the present embodiment, the piston 15 and the piston drive unit 4 constitute a compression unit that compresses the working fluid 12, the piston 15 corresponds to a volume changing unit in the compression unit, and the piston drive unit 4 is the compression unit. This corresponds to the driving means.

本実施形態の加熱器１３は、高温ガス（例えば、自動車の排気ガス）と熱交換するものであるが、加熱器１３を電気ヒータで構成してもよい。本実施形態では、加熱器１３が作動流体１２を加熱する加熱手段を構成する。 The heater 13 of the present embodiment exchanges heat with a high-temperature gas (for example, automobile exhaust gas), but the heater 13 may be configured with an electric heater. In the present embodiment, the heater 13 constitutes a heating means for heating the working fluid 12.

また、本実施形態の冷却器１４には冷却水が循環するようになっている。図示を省略しているが、冷却水が作動流体１２の蒸気から奪った熱を放熱する放熱器が、冷却水の循環回路中に配置されている。本実施形態では、冷却器１４が作動流体１２を冷却する冷却手段を構成する。 In addition, cooling water circulates in the cooler 14 of the present embodiment. Although not shown, a radiator that dissipates the heat that the cooling water takes from the steam of the working fluid 12 is disposed in the circulation circuit of the cooling water. In the present embodiment, the cooler 14 constitutes a cooling means for cooling the working fluid 12.

ここで、主容器１１のうち、加熱器１３と接触する部位である被加熱部１１ａおよび冷却器１４と接触する部位である被冷却部１１ｂは熱伝導性に優れた材料とすることが望ましく、本例では、被加熱部１１ａおよび被冷却部１１ｂを銅又はアルミニウム製としている。なお、加熱器１３や冷却器１４は、主容器１１と別体でなく、主容器１１と一体に形成してもよい。 Here, in the main container 11, the heated portion 11 a that is a portion that contacts the heater 13 and the cooled portion 11 b that is a portion that contacts the cooler 14 are desirably made of materials having excellent thermal conductivity. In this example, the heated part 11a and the cooled part 11b are made of copper or aluminum. The heater 13 and the cooler 14 may be formed integrally with the main container 11 instead of being separated from the main container 11.

また、主容器１１のうち被加熱部１１ａと被冷却部１１ｂとの間の中間部１１ｃは、断熱性に優れた材料とすることが望ましく、本例では、中間部１１ｃを断熱性に優れたステンレス製としている。そして、主容器１１のうち、被冷却部１１ｂよりも発電機１側の部位は、中間部１１ｃと同様に、断熱性に優れたステンレス製としている。 Moreover, it is desirable that the intermediate portion 11c between the heated portion 11a and the cooled portion 11b in the main container 11 is made of a material having excellent heat insulation properties. In this example, the intermediate portion 11c has excellent heat insulation properties. It is made of stainless steel. And the site | part on the generator 1 side rather than the to-be-cooled part 11b among the main containers 11 is made into the product made from stainless steel excellent in heat insulation similarly to the intermediate part 11c.

続いて、主容器１１のうち、屈曲部１１ｄの上方側には、主容器１１の内部圧力（以下、主容器内圧力と称する。）を調整するための補助容器１６が配置されている。 Subsequently, in the main container 11, an auxiliary container 16 for adjusting the internal pressure of the main container 11 (hereinafter referred to as main container internal pressure) is disposed above the bent portion 11 d.

この補助容器１６は、上下方向に直交する方向の断面積が一定で上下方向に延びる密閉容器であり、その底部が、連絡配管１７を介して、主容器１１の屈曲部１１ｄ内と連通している。 The auxiliary container 16 is a hermetically sealed container having a constant cross-sectional area in the direction perpendicular to the vertical direction and extending in the vertical direction. The bottom of the auxiliary container 16 communicates with the inside of the bent portion 11d of the main container 11 via the communication pipe 17. Yes.

補助容器１６は、その内部における下方側に液体状態の作動流体１２が充填され、上方側に気体１８が充填されている。補助容器１６内に充填する気体１８としては、作動流体１２に難溶性を示す気体を用いることが好ましく、本例では、作動流体１２である水に難溶性を示すヘリウムを用いている。 The auxiliary container 16 is filled with the working fluid 12 in a liquid state on the lower side and filled with a gas 18 on the upper side. As the gas 18 filled in the auxiliary container 16, it is preferable to use a gas that is hardly soluble in the working fluid 12. In this example, helium that is hardly soluble in water as the working fluid 12 is used.

また、連絡配管１７は、補助容器１６内における作動流体１２の液体部分が存在する部位、および主容器１１内の作動流体１２の液体部分が存在する部位を連通させる連通部を構成している。この連絡配管１７は、補助容器１６の内部圧力（以下、補助容器内圧力と称する。）を主容器内圧力と同等の圧力に安定させるために、その断面積が、主容器１１の断面積よりも小さい断面積となるように構成されている。なお、連絡配管１７は、補助容器１６の断面積よりも小さい断面積となるように構成されている。 Further, the communication pipe 17 constitutes a communication portion that communicates a portion where the liquid portion of the working fluid 12 exists in the auxiliary container 16 and a portion where the liquid portion of the working fluid 12 exists in the main container 11. In order to stabilize the internal pressure of the auxiliary container 16 (hereinafter referred to as auxiliary container internal pressure) at a pressure equivalent to the main container internal pressure, the communication pipe 17 has a cross-sectional area that is greater than the cross-sectional area of the main container 11. Is also configured to have a small cross-sectional area. Note that the communication pipe 17 is configured to have a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the auxiliary container 16.

連絡配管１７には、主容器１１内と補助容器１６内とを連通状態、および非連通状態に切り替える電動式の開閉弁１７ａが設けられている。なお、補助容器１６および連絡配管１７は、断熱性に優れた材料とすることが望ましく、本例では補助容器１６および連絡配管１７をステンレス製としている。 The connection pipe 17 is provided with an electrically operated on-off valve 17a for switching the inside of the main container 11 and the inside of the auxiliary container 16 between a communication state and a non-communication state. The auxiliary container 16 and the communication pipe 17 are desirably made of materials having excellent heat insulation properties. In this example, the auxiliary container 16 and the communication pipe 17 are made of stainless steel.

また、本実施形態の補助容器１６には、その上部に補助容器内圧力を調整する圧力調整機構をなすピストン機構１９が配置されている。このピストン機構１９は、圧力調整ピストン１９ａと、電動アクチュエータ１９ｂとで構成されている。圧力調整ピストン１９ａは補助容器１６内の上端部に配置され、補助容器１６外部の電動アクチュエータ１９ｂによって上下方向に往復駆動されるようになっている。なお、本実施形態では、電動アクチュエータ１９ｂが圧力調整ピストン１９ａを駆動する駆動手段を構成する。 Further, the auxiliary container 16 of the present embodiment is provided with a piston mechanism 19 serving as a pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure in the auxiliary container at the upper part thereof. The piston mechanism 19 includes a pressure adjusting piston 19a and an electric actuator 19b. The pressure adjusting piston 19a is disposed at the upper end portion in the auxiliary container 16, and is reciprocated in the vertical direction by an electric actuator 19b outside the auxiliary container 16. In the present embodiment, the electric actuator 19b constitutes drive means for driving the pressure adjusting piston 19a.

本実施形態のピストン機構１９は、電動アクチュエータ１９ｂを駆動して圧力調整ピストン１９ａを下方側へ変位させることで、補助容器１６内に封入された液体状態の作動流体１２を主容器１１内へ充填可能に構成されている。なお、本実施形態では、ピストン機構１９が液体状態の作動流体１２を主容器１１内へ充填する充填手段を構成している。 The piston mechanism 19 of the present embodiment fills the main container 11 with the working fluid 12 in a liquid state sealed in the auxiliary container 16 by driving the electric actuator 19b to displace the pressure adjusting piston 19a downward. It is configured to be possible. In the present embodiment, the piston mechanism 19 constitutes a filling means for filling the main container 11 with the working fluid 12 in a liquid state.

次に、本実施形態における電子制御部の概要を説明すると、制御装置２０はＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭといった記憶手段２０ａ等からなる周知のマイクロコンピュータと、その周辺回路にて構成され、記憶手段２０ａに記憶された制御プログラムに基づいて各種演算・処理を行い出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する制御手段である。 Next, the outline of the electronic control unit in the present embodiment will be described. The control device 20 includes a well-known microcomputer including a storage unit 20a such as a CPU, a ROM, and a RAM, and peripheral circuits thereof. It is a control means for controlling the operation of various devices to be controlled connected to the output side by performing various calculations and processes based on a stored control program.

制御装置２０の出力側には、制御対象機器として加熱器１３、冷却器１４、ピストン機構１９の電動アクチュエータ１９ｂ、開閉弁１７ａを駆動するアクチュエータ（図示略）等が接続されている。これら制御対象機器は、制御装置２０から出力される制御信号に応じて、その作動が制御される。 On the output side of the control device 20, a heater 13, a cooler 14, an electric actuator 19 b of the piston mechanism 19, an actuator (not shown) for driving the on-off valve 17 a and the like are connected as control target devices. The operation of these control target devices is controlled in accordance with a control signal output from the control device 20.

制御装置２０の入力側には、主容器１１における作動流体１２が気化する被加熱部１１ａの温度（以下、被加熱部温度と言う。）を検出する被加熱部温度センサ（温度検出手段）２１、主容器内圧力を検出する圧力センサ２２、ピストン１５の変位量（移動量）を検出する変位量センサ２３等が接続されている。 On the input side of the control device 20, a heated portion temperature sensor (temperature detection means) 21 that detects the temperature of the heated portion 11 a (hereinafter referred to as the heated portion temperature) at which the working fluid 12 in the main container 11 is vaporized. A pressure sensor 22 for detecting the pressure inside the main container, a displacement amount sensor 23 for detecting the displacement amount (movement amount) of the piston 15 and the like are connected.

本実施形態の圧力センサ２２は、作動流体１２の圧縮前後における圧力変化量を、検出値の差分として検出可能となっている。本実施形態では、圧力センサ２２が主容器１１内の圧力変化量を検出する圧力変化検出手段を構成している。 The pressure sensor 22 of the present embodiment can detect the pressure change amount before and after the compression of the working fluid 12 as a difference between detection values. In the present embodiment, the pressure sensor 22 constitutes a pressure change detection means for detecting the amount of pressure change in the main container 11.

また、本実施形態の変位量センサ２３は、作動流体１２の圧縮前後における主容器１１内の容積変化量をピストン１５の変位量として検出可能となっている。本実施形態では、変位量センサ２３が主容器１１内の容積変化量を検出する容積変化検出手段を構成している。 Further, the displacement sensor 23 of the present embodiment can detect the amount of volume change in the main container 11 before and after compression of the working fluid 12 as the displacement of the piston 15. In the present embodiment, the displacement sensor 23 constitutes a volume change detecting means for detecting the volume change in the main container 11.

本実施形態の制御装置２０は、外燃機関１０の運転中に、主容器内圧力を調整する圧力調整処理を実行すると共に、外燃機関１０の運転停止中に、主容器１１内への空気混入を検査する検査処理を実行する。 The control device 20 of the present embodiment executes a pressure adjustment process for adjusting the pressure in the main container during operation of the external combustion engine 10, and air to the main container 11 during operation stop of the external combustion engine 10. An inspection process for inspecting contamination is executed.

この検査処理は、主容器１１内に存する流体の圧縮率（容積変化と圧力変化との関係）の変化に基づいて、主容器１１内への空気混入の存否を検査する処理である。 This inspection process is a process for inspecting the presence or absence of air mixing in the main container 11 based on the change in the compressibility of the fluid existing in the main container 11 (the relationship between the volume change and the pressure change).

ここで、主容器１１内への空気混入の存否による主容器１１内に存する流体の圧縮率の変化について説明する。本実施形態の如く作動流体１２として水を用いる場合の圧縮率βは、図２に示す通りであり、温度が高いほど低下し、温度が高い程上昇するといった温度依存性を有する。なお、図中に示す体積弾性係数Ｅは、圧縮率βの逆数（β＝１／Ｅ）である。 Here, the change of the compressibility of the fluid existing in the main container 11 due to the presence or absence of air mixing in the main container 11 will be described. The compression rate β when water is used as the working fluid 12 as in the present embodiment is as shown in FIG. 2 and has a temperature dependency such that it decreases as the temperature increases and increases as the temperature increases. The bulk modulus E shown in the figure is the reciprocal of the compressibility β (β = 1 / E).

図３は、空気を含有する水の見かけの体積弾性係数Ｅｍに対する空気を含有していない水の体積弾性係数Ｅｏの比（＝Ｅｍ／Ｅｏ）と、空気の含有率との関係を示すグラフである。図３に示すように、水に空気が含まれていると、体積弾性係数の比（Ｅｍ／Ｅｏ）が著しく低下することが判る。 FIG. 3 is a graph showing a relationship between the ratio of the volume elastic modulus Eo of water not containing air to the apparent volume elastic modulus Em of water containing air (= Em / Eo) and the air content. is there. As shown in FIG. 3, it can be seen that the volume elastic modulus ratio (Em / Eo) is significantly lowered when air is contained in water.

この点について、図４に示す模式的図を用いて説明する。図４に示すように、例えば、容器内の全容積が１００［ｃｃ］（容器断面の径φ１０［ｍｍ］、Ｌ＝１２７３［ｍｍ］）、空気を含有しない水の圧縮率βが４．５７×１０^−１０［Ｐａ^−１］としたとき、容器断面と同径のピストンにて容器内の水を圧縮して容器内の圧力をΔＰ（＝１ＭＰａ）上昇させると、数式Ｆ１で示すように、ピストンの押し込み量ΔＹが０．５８［ｍｍ］となる（図４の右上図参照）。
ΔＹ＝β×ΔＰ×Ｌ＝０．５８…Ｆ１
これに対して、容器内に空気を含有する水（例えば、圧縮率β´：４．５７×１０^−９［Ｐａ^−１］）が封入されている場合、容器内の水を圧縮して容器内の圧力をΔＰ（＝１ＭＰａ）上昇させると、数式Ｆ２で示すように、ピストンの押し込み量ΔＹ´が、５．８［ｍｍ］となる（図４の右下図参照）。
ΔＹ´＝β´×ΔＰ×Ｌ＝５．８…Ｆ２
このように、容器内へ空気が混入すると、容器内へ空気が混入していない場合に比べて、容器内に存する流体の容積変化に対する圧力変化量が著しく小さくなる（容器内に存する流体の圧力変化に対する容積変化量が著しく大きくなる）。 This point will be described with reference to a schematic diagram shown in FIG. As shown in FIG. 4, for example, the total volume in the container is 100 [cc] (container section diameter φ10 [mm], L = 1273 [mm]), and the compressibility β of water containing no air is 4.57. When × 10 ⁻¹⁰ [Pa ⁻¹ ], the water in the container is compressed by a piston having the same diameter as the cross section of the container to increase the pressure in the container by ΔP (= 1 MPa). The piston push-in amount ΔY is 0.58 [mm] (see the upper right diagram in FIG. 4).
ΔY = β × ΔP × L = 0.58 F1
On the other hand, when water containing air (for example, compressibility β ′: 4.57 × 10 ⁻⁹ [Pa ⁻¹ ]) is enclosed in the container, the water in the container is compressed and the container When the inner pressure is increased by ΔP (= 1 MPa), the piston push-in amount ΔY ′ becomes 5.8 [mm] as shown in Formula F2 (see the lower right diagram in FIG. 4).
ΔY ′ = β ′ × ΔP × L = 5.8... F2
As described above, when air is mixed into the container, the amount of change in pressure with respect to the volume change of the fluid existing in the container is significantly smaller than when no air is mixed into the container (the pressure of the fluid existing in the container). The volume change with respect to the change is significantly increased).

そこで、本実施形態の検査処理は、主容器１１内に存する流体を圧縮し、圧縮前後の容積変化量および圧力変化量の関係等から主容器１１内への空気混入量を算出し、算出した空気混入量に基づいて、主容器１１内への空気混入の存否を検査する。 Therefore, in the inspection process of the present embodiment, the fluid existing in the main container 11 is compressed, the amount of air mixed into the main container 11 is calculated from the relationship between the volume change amount and the pressure change amount before and after compression, and the like. Based on the air mixing amount, the presence or absence of air mixing in the main container 11 is inspected.

具体的には、本実施形態の検査処理では、ピストン機構１９の作動を制御して主容器１１内へ作動流体１２を充填する充填制御処理の実行後、ピストン駆動部４の作動を制御して主容器１１内の作動流体１２を圧縮する圧縮制御処理を実行し、この圧縮制御処理前後の主容器１１内の圧力変化量、容積変化量等により空気混入量の算出処理を行う。 Specifically, in the inspection process of the present embodiment, the operation of the piston drive unit 4 is controlled after the execution of the filling control process of controlling the operation of the piston mechanism 19 to fill the working fluid 12 into the main container 11. A compression control process for compressing the working fluid 12 in the main container 11 is executed, and an air mixing amount calculation process is performed based on a pressure change amount, a volume change amount, and the like in the main container 11 before and after the compression control process.

なお、本実施形態では、制御装置２０における充填制御処理を実行する構成が充填制御手段２０ｂを構成し、圧縮制御処理を実行する構成が圧縮制御手段２０ｃを構成し、空気混入量を算出する構成が混入量算出手段２０ｄを構成している。 In the present embodiment, the configuration for executing the filling control process in the control device 20 constitutes the filling control means 20b, the configuration for executing the compression control process constitutes the compression control means 20c, and a structure for calculating the air mixing amount. Constitutes the mixing amount calculation means 20d.

次に、上記構成に係る外燃機関１０の作動を説明する。まず、外燃機関１０の駆動原理について図５に基づいて説明する。 Next, the operation of the external combustion engine 10 according to the above configuration will be described. First, the driving principle of the external combustion engine 10 will be described with reference to FIG.

外燃機関１０の運転が開始されると、加熱器１３により被加熱部１１ａ内における液体状態の作動流体１２が加熱される。これにより、作動流体１２の一部が気化し、被加熱部１１ａ内に高温・高圧の作動流体１２の蒸気が蓄積されて、主容器１１の第１直線部１１ｅ内の作動流体１２の液面を押し下げる。これに伴って主容器１１内に封入された作動流体１２の液体部分は、第１直線部１１ｅ側から第２直線部１１ｆ側に変位して、発電機１側のピストン１５を押し上げる。このとき、ピストン１５によって弾性部材３が押圧されて弾性変形する。 When the operation of the external combustion engine 10 is started, the working fluid 12 in a liquid state in the heated portion 11 a is heated by the heater 13. Thereby, a part of the working fluid 12 is vaporized, the vapor of the high temperature / high pressure working fluid 12 is accumulated in the heated portion 11a, and the liquid level of the working fluid 12 in the first straight portion 11e of the main container 11 is accumulated. Press down. Along with this, the liquid portion of the working fluid 12 sealed in the main container 11 is displaced from the first linear portion 11e side to the second linear portion 11f side, and pushes up the piston 15 on the generator 1 side. At this time, the elastic member 3 is pressed by the piston 15 to be elastically deformed.

その後、第１直線部１１ｅ内の作動流体１２の液面が被冷却部１１ｂまで下がり、被冷却部１１ｂ内に作動流体１２の蒸気が進入すると、この蒸気が冷却器１４により冷却されて液化される。 After that, when the liquid level of the working fluid 12 in the first linear portion 11e is lowered to the cooled portion 11b and the vapor of the working fluid 12 enters the cooled portion 11b, the vapor is cooled and liquefied by the cooler 14. The

これにより、第１直線部１１ｅ内の作動流体１２の液面を押し下げる力が消失し、作動流体１２の蒸気の膨張によって一旦押し上げられた発電機１側のピストン１５が弾性部材３の弾性復元力によって下降し、主容器１１内に封入された作動流体１２の液体部分が第２直線部１１ｆ側から第１直線部１１ｅ側に変位して、第１直線部１１ｅ側の液面が上昇する。 As a result, the force that pushes down the liquid level of the working fluid 12 in the first linear portion 11 e disappears, and the piston 15 on the generator 1 side that is once pushed up by the expansion of the vapor of the working fluid 12 causes the elastic restoring force of the elastic member 3 to move. The liquid portion of the working fluid 12 sealed in the main container 11 is displaced from the second straight portion 11f side to the first straight portion 11e side, and the liquid level on the first straight portion 11e side rises.

このような動作（体積変動）が、加熱器１３および冷却器１４の作動を停止させるまで繰り返し実行され、その間、主容器１１内の作動流体１２の液体部分が周期的に往復動（いわゆる自励振動）して、発電機１の可動子２を上下動させることになる。そして、発電機１では、可動子２の振動に伴って誘起される電力を発電電力として出力する。 Such an operation (volume change) is repeatedly performed until the operation of the heater 13 and the cooler 14 is stopped, and during that time, the liquid portion of the working fluid 12 in the main container 11 periodically reciprocates (so-called self-excitation). Vibrate) to move the mover 2 of the generator 1 up and down. And in the generator 1, the electric power induced with the vibration of the needle | mover 2 is output as generated electric power.

続いて、本実施形態の制御装置２０が実行する圧力調整処理について説明する。なお、圧力調整処理の実行時には、開閉弁１７ａが開放されて主容器１１内と補助容器１６内とを連通状態に切り替える。 Subsequently, a pressure adjustment process executed by the control device 20 of the present embodiment will be described. When the pressure adjustment process is executed, the on-off valve 17a is opened to switch the inside of the main container 11 and the auxiliary container 16 to the communication state.

本例のような外燃機関１０は、主容器内圧力のピーク値が、作動流体１２の飽和蒸気圧よりも低く、且つ、作動流体１２の飽和蒸気圧にできるだけ近いときに、外燃機関１０の性能（出力および効率）が高くなることが判っている。 In the external combustion engine 10 as in this example, when the peak value of the main container internal pressure is lower than the saturated vapor pressure of the working fluid 12 and as close as possible to the saturated vapor pressure of the working fluid 12, the external combustion engine 10 Has been found to increase performance (power and efficiency).

このため、本実施形態の制御装置２０は、外燃機関１０の運転時に、主容器内圧力のピーク値が作動流体１２の飽和蒸気圧よりも低く、且つ、作動流体１２の飽和蒸気圧にできるだけ近くなるように、ピストン機構１９の作動を制御する圧力調整処理を実行する。 For this reason, the control device 20 of the present embodiment allows the peak value of the pressure in the main container to be lower than the saturated vapor pressure of the working fluid 12 and the saturated vapor pressure of the working fluid 12 as much as possible when the external combustion engine 10 is operated. A pressure adjustment process for controlling the operation of the piston mechanism 19 is executed so as to be close.

具体的には、圧力調整処理では、まず、被加熱部温度センサ２１の検出値、および予め記憶手段２０ａに記憶した作動流体１２の蒸気圧曲線に基づいて、被加熱部温度における作動流体１２の飽和蒸気圧を算出する。 Specifically, in the pressure adjustment process, first, based on the detected value of the heated part temperature sensor 21 and the vapor pressure curve of the working fluid 12 stored in advance in the storage unit 20a, the working fluid 12 at the heated part temperature is measured. Calculate the saturated vapor pressure.

そして、補助容器内圧力のピーク値が飽和蒸気圧よりも低いときには、電動アクチュエータ１９ｂにて圧力調整ピストン１９ａを押し出して、補助容器１６内の容積を減少させる。これにより、補助容器１６内の作動流体１２が圧縮されて補助容器内圧力が上昇する。 When the peak value of the auxiliary container internal pressure is lower than the saturated vapor pressure, the electric actuator 19b pushes out the pressure adjusting piston 19a to reduce the volume in the auxiliary container 16. Thereby, the working fluid 12 in the auxiliary container 16 is compressed and the pressure in the auxiliary container increases.

一方、補助容器内圧力のピーク値が飽和蒸気圧よりも高いときには、電動アクチュエータ１９ｂにて圧力調整ピストン１９ａを引き込んで、補助容器１６内の容積を増加させる。これにより、補助容器１６内の作動流体１２が膨張して補助容器内圧力が低下する。 On the other hand, when the peak value of the auxiliary container internal pressure is higher than the saturated vapor pressure, the electric actuator 19b pulls the pressure adjustment piston 19a to increase the volume in the auxiliary container 16. Thereby, the working fluid 12 in the auxiliary container 16 expands and the pressure in the auxiliary container decreases.

ここで、主容器１１および補助容器１６は、連絡配管１７を介して連通しており、主容器内圧力が補助容器内圧力に追従する。このため、補助容器内圧力をピストン機構１９にて調整することで、主容器内圧力を被加熱部温度における飽和蒸気圧に近づけることができ、外燃機関１０の性能の向上を図ることできる。 Here, the main container 11 and the auxiliary container 16 communicate with each other via the communication pipe 17, and the main container internal pressure follows the auxiliary container internal pressure. For this reason, by adjusting the auxiliary container internal pressure with the piston mechanism 19, the main container internal pressure can be brought close to the saturated vapor pressure at the heated portion temperature, and the performance of the external combustion engine 10 can be improved.

次に、本実施形態の制御装置２０が実行する主容器１１内への空気混入を検査する検査処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。なお、図６に示す制御ルーチンは、外部からの要求信号に基づくか、若しくは、周期的に実行される。 Next, an inspection process for inspecting air mixing into the main container 11 executed by the control device 20 of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The control routine shown in FIG. 6 is based on a request signal from the outside or is executed periodically.

まず、空気混入量の算出が必要であるか否かを判定する（Ｓ１０）。この判定処理では、主容器１１内への空気混入が生ずる際に外燃機関１０の運転中における主容器内圧力のピーク値が低下することに鑑みて、主容器内圧力のピーク値に基づいて空気混入量の算出の要否を判定する。例えば、主容器内圧力のピーク値が予め定めた基準圧力値を下回った際に空気混入量の算出が必要と判定するようにすればよい。 First, it is determined whether it is necessary to calculate the air mixing amount (S10). In this determination processing, based on the peak value of the main container internal pressure in view of the fact that the peak value of the main container internal pressure during operation of the external combustion engine 10 decreases when air mixing into the main container 11 occurs. The necessity of calculating the amount of air mixing is determined. For example, when the peak value of the main container internal pressure falls below a predetermined reference pressure value, it may be determined that the calculation of the air mixing amount is necessary.

ステップＳ１０の判定処理にて、空気混入量の算出が必要ないと判定された場合、主容器１１内への空気混入を検査することなく処理を終了する。 If it is determined in step S10 that it is not necessary to calculate the amount of air mixing, the processing ends without checking the air mixing into the main container 11.

一方、ステップＳ１０の判定処理にて、空気混入量の算出が必要と判定された場合、外燃機関１０の作動を停止する（Ｓ２０）。具体的には、ステップＳ２０では、加熱器１３による作動流体１２の加熱を停止する。 On the other hand, when it is determined in step S10 that the calculation of the air mixing amount is necessary, the operation of the external combustion engine 10 is stopped (S20). Specifically, in step S20, heating of the working fluid 12 by the heater 13 is stopped.

続いて、外燃機関１０の作動が停止した後、ピストン機構１９の作動を制御して、主容器１１内へ液体状態の作動流体１２を充填する充填制御処理を実行する（Ｓ３０）。本実施形態の充填制御処理では、電動アクチュエータ１９ｂにて圧力調整ピストン１９ａを押し出して、補助容器１６内に存する液体状態の作動流体１２を主容器１１内へ充填する。なお、ステップＳ３０では、主容器１１内への作動流体１２の充填の完了時に、開閉弁１７ａを閉じて主容器１１内と補助容器１６内とを連通状態から非連通状態に切り替える。 Subsequently, after the operation of the external combustion engine 10 is stopped, the operation of the piston mechanism 19 is controlled, and a filling control process for filling the working fluid 12 in a liquid state into the main container 11 is executed (S30). In the filling control process of the present embodiment, the pressure adjusting piston 19a is pushed out by the electric actuator 19b, and the working fluid 12 in a liquid state existing in the auxiliary container 16 is filled into the main container 11. In step S30, when the filling of the working fluid 12 into the main container 11 is completed, the on-off valve 17a is closed to switch the inside of the main container 11 and the auxiliary container 16 from the communication state to the non-communication state.

ステップ３０の充填制御処理の実行が完了すると、各センサ２１〜２３のセンサ信号（検出信号）を読み込む（Ｓ４０）。具体的には、被加熱部温度センサ２１のセンサ信号である被加熱部温度、圧力センサ２２のセンサ信号である主容器内圧力、および変位量センサ２３のセンサ信号であるピストン１５の変位量を読み込む。 When the execution of the filling control process in step 30 is completed, the sensor signals (detection signals) of the sensors 21 to 23 are read (S40). Specifically, the heated portion temperature, which is a sensor signal of the heated portion temperature sensor 21, the main container internal pressure, which is a sensor signal of the pressure sensor 22, and the displacement amount of the piston 15, which is a sensor signal of the displacement amount sensor 23. Read.

続いて、ピストン駆動部４にてピストン１５を下方側に変位させて主容器１１内の作動流体１２を圧縮する圧縮制御処理を実行する（Ｓ５０）。本実施形態の圧縮制御処理では、主容器１１内の容積が予め定めた基準容積となるようにピストン駆動部４にてピストン１５を下方側に変位させることで、主容器１１内の作動流体１２を圧縮する。これにより、図７に示すように、主容器１１内の容積Ｖが減少し、当該容積Ｖの減少に伴って主容器内圧力Ｐが増加する。 Subsequently, a compression control process for compressing the working fluid 12 in the main container 11 by displacing the piston 15 downward by the piston drive unit 4 is executed (S50). In the compression control process of the present embodiment, the working fluid 12 in the main container 11 is displaced by moving the piston 15 downward by the piston drive unit 4 so that the volume in the main container 11 becomes a predetermined reference volume. Compress. Thereby, as shown in FIG. 7, the volume V in the main container 11 decreases, and the main container internal pressure P increases as the volume V decreases.

ステップＳ５０の圧縮制御処理の実行が完了すると、圧縮制御処理の実行前後における主容器１１内の圧力変化量ΔＰ、および主容器１１内の容積変化量ΔＶを検出する（Ｓ６０）。このステップＳ６０では、圧縮制御処理の実行後に読み込んだ主容器内圧力、およびピストン１５の変位量をステップＳ４０にて読み込んだセンサ信号を用いて圧力変化量ΔＰおよび容積変化量ΔＶを検出する。 When the execution of the compression control process in step S50 is completed, the pressure change amount ΔP in the main container 11 and the volume change amount ΔV in the main container 11 before and after the execution of the compression control process are detected (S60). In step S60, the pressure change amount ΔP and the volume change amount ΔV are detected using the sensor signal read in step S40 for the main container internal pressure read after the execution of the compression control process and the displacement amount of the piston 15.

続いて、主容器１１内へ混入した空気混入量Ｘを算出する（Ｓ７０）。図８に示すように、空気混入量Ｘは、圧縮制御処理前後の圧力変化量ΔＰおよび容積変化量ΔＶに相関関係を有しており、圧力変化量ΔＰおよび容積変化量ΔＶから空気混入量Ｘを算出することが可能である。なお、本実施形態では、主容器１１の全容積Ｖ（＝空気の体積Ｖｇ＋作動流体１２の体積Ｖｌ）における空気の体積混合比（＝Ｖｇ／（Ｖｇ＋Ｖｌ））を空気混入量Ｘとして算出する。勿論、空気の体積混合比から実際の空気の混入量を算出するようにしてもよい。 Subsequently, an air mixing amount X mixed into the main container 11 is calculated (S70). As shown in FIG. 8, the air mixing amount X has a correlation with the pressure change amount ΔP and the volume change amount ΔV before and after the compression control process, and the air mixing amount X is calculated from the pressure change amount ΔP and the volume change amount ΔV. Can be calculated. In this embodiment, the volume mixing ratio of air (= Vg / (Vg + Vl)) in the total volume V of the main container 11 (= volume Vg of air + volume Vl of the working fluid 12) is calculated as the air mixing amount X. Of course, the actual air mixing amount may be calculated from the air volume mixing ratio.

具体的には、ステップ７０では、ステップＳ４０にて読み込んだ被加熱部温度Ｔ、ステップＳ６０で検出した圧力変化量ΔＰおよび容積変化量ΔＶ、予め制御装置２０の記憶手段２０ａに記憶された被加熱部温度Ｔ、圧力変化量ΔＰ、容積変化量ΔＶ、および空気混入量Ｘの相関関係を規定した相関データを用いて空気混入量Ｘを算出する。 Specifically, in step 70, the heated portion temperature T read in step S40, the pressure change amount ΔP and the volume change amount ΔV detected in step S60, and the heated portion stored in advance in the storage means 20a of the control device 20. The air mixing amount X is calculated using correlation data that defines the correlation among the temperature T, the pressure variation ΔP, the volume variation ΔV, and the air mixing amount X.

本実施形態では、記憶手段２０ａに記憶する相関データとして、被加熱部温度Ｔ、圧力変化量ΔＰ、容積変化量ΔＶ、および空気混入量Ｘの相関関係を規定した関数データ（以下に示す数式Ｆ３）を用いている。
Ｘ＝｛（ΔＶ／ΔＰ）×（１／Ｖ）−βｌ（Ｔ）｝／（βｇ（Ｔ）−βｌ（Ｔ））…Ｆ３
但し、Ｖが主容器１１内の全容積、βｌ（Ｔ）が温度Ｔにおける液体状態の作動流体１２の圧縮率、βｇ（Ｔ）が温度Ｔにおける空気の圧縮率を示している。なお、作動流体１２の圧縮率βｌ（Ｔ）、および空気の圧縮率βｇ（Ｔ）は、温度依存性を考慮して決定される値であり、ステップ７０にて被加熱部温度Ｔの低下に伴って増加するように決定される。 In the present embodiment, as correlation data stored in the storage unit 20a, function data that defines the correlation among the heated portion temperature T, the pressure change amount ΔP, the volume change amount ΔV, and the air mixing amount X (formula F3 shown below) ) Is used.
X = {(ΔV / ΔP) × (1 / V) −βl (T)} / (βg (T) −βl (T))... F3
However, V is the total volume in the main container 11, βl (T) is the compressibility of the working fluid 12 in the liquid state at the temperature T, and βg (T) is the compressibility of the air at the temperature T. Note that the compression ratio βl (T) of the working fluid 12 and the air compression ratio βg (T) are values determined in consideration of temperature dependence. In step 70, the temperature T of the heated portion is decreased. It is determined to increase with this.

ここで、前述の数式Ｆ３は、空気が混入した作動流体１２の見かけの体積弾性係数Ｅｍを示す数式Ｆ４、および空気が混入した作動流体１２の圧縮率βｍ（＝１／Ｅｍ）を示す数式Ｆ５を式変形して導出したものである。
Ｅｍ＝Ｅｌ［１＋Ｘ｛（Ｅｌ／Ｅｇ）−１｝］…Ｆ４
βｍ＝（ΔＶ／ΔＰ）×（１／Ｖ）…Ｆ５
但し、数式Ｆ４におけるＥｌが作動流体１２の体積弾性係数（＝１／βｌ（Ｔ））、Ｅｇが空気の体積弾性係数（＝１／βｇ（Ｔ））を示している。 Here, the above-described mathematical formula F3 is a mathematical formula F4 indicating the apparent bulk elastic modulus Em of the working fluid 12 mixed with air, and a mathematical formula F5 indicating the compressibility βm (= 1 / Em) of the working fluid 12 mixed with air. Is derived by transforming the equation.
Em = El [1 + X {(El / Eg) -1}] ... F4
βm = (ΔV / ΔP) × (1 / V)... F5
However, El in Formula F4 indicates the bulk elastic modulus (= 1 / βl (T)) of the working fluid 12, and Eg indicates the bulk elastic modulus (= 1 / βg (T)) of air.

続いて、ステップＳ７０にて空気混入量Ｘを算出した後、当該空気混入量Ｘを用いて主容器１１内への空気混入が生じている否かを判定する（Ｓ８０）。このステップＳ８０では、ステップＳ７０にて算出した空気混入量Ｘと予め定めた基準混入量とを比較して、空気混入量が基準混入量を上回った際に主容器１１内への空気混入が生じていると判定する。そして、空気混入が生じていると判定された場合には、その旨をユーザに報知して処理を終了する。なお、基準混入量としては、主容器１１内への空気混入が生じていない状態下において圧縮制御処理を実行した際の空気混入量に、誤差を考慮した余裕代を加算した値に設定すればよい。 Subsequently, after calculating the air mixing amount X in step S70, it is determined using the air mixing amount X whether air mixing into the main container 11 has occurred (S80). In this step S80, the air mixing amount X calculated in step S70 is compared with a predetermined reference mixing amount, and when the air mixing amount exceeds the reference mixing amount, air mixing into the main container 11 occurs. It is determined that And when it determines with air mixing having arisen, that is alert | reported to a user and a process is complete | finished. Note that the reference mixing amount is set to a value obtained by adding an allowance in consideration of an error to the mixing amount of air when the compression control process is executed in a state where the mixing of air into the main container 11 has not occurred. Good.

以上説明した本実施形態では、主容器１１内の作動流体１２を圧縮した際の主容器１１内の圧力変化量および容積変化量から主容器１１内の空気混入量を算出することができる。 In the present embodiment described above, the air mixing amount in the main container 11 can be calculated from the pressure change amount and the volume change amount in the main container 11 when the working fluid 12 in the main container 11 is compressed.

特に、主容器１１内へ液体状態の作動流体１２を充填して容器１１内に占める液体状態の作動流体１２の割合を増加させた上で、主容器１１内の作動流体１２を圧縮するようにしているので、主容器１１内の圧力変化量または容積変化量を、主容器１１内の空気混入が生じている場合と空気混入が生じていない場合とで大きく変化させることができる。この結果、主容器１１内の空気混入量を正確に検出することができる。 In particular, the working fluid 12 in the main container 11 is compressed after filling the main container 11 with the working fluid 12 in the liquid state and increasing the ratio of the working fluid 12 in the liquid state in the container 11. Therefore, the pressure change amount or the volume change amount in the main container 11 can be largely changed between the case where air mixing in the main container 11 occurs and the case where air mixing does not occur. As a result, the air mixing amount in the main container 11 can be accurately detected.

さらに、本実施形態では、主容器１１内に存する流体の圧縮率の温度依存性を考慮して、主容器１１内の空気混入量を算出するので、空気混入量を精度よく算出することが可能となる。 Furthermore, in the present embodiment, the air mixing amount in the main container 11 is calculated in consideration of the temperature dependence of the compressibility of the fluid existing in the main container 11, so that the air mixing amount can be calculated with high accuracy. It becomes.

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first embodiment will be omitted or simplified.

本実施形態では、図９に示すように、ピストン１５を駆動するピストン駆動部４を廃し、主容器１１内の作動流体１２を圧縮する圧縮機構２５を追加している。この圧縮機構２５は、圧縮制御処理（図６：Ｓ５０参照）において、主容器１１内の作動流体１２を圧縮する圧縮手段であり、制御装置２０の出力側に接続されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the piston drive unit 4 that drives the piston 15 is eliminated, and a compression mechanism 25 that compresses the working fluid 12 in the main container 11 is added. The compression mechanism 25 is a compression unit that compresses the working fluid 12 in the main container 11 in the compression control process (see FIG. 6: S50), and is connected to the output side of the control device 20.

具体的には、圧縮機構２５は、液体状態の作動流体１２が封入されると共に主容器１１に連通する圧縮容器２５ａ、圧縮容器２５ａに形成されたシリンダ２５ｂ内を往復駆動する圧縮用ピストン２５ｃ、圧縮用ピストン２５ｃを駆動する圧縮用アクチュエータ２５ｄを備える。この圧縮機構２５は、圧縮用アクチュエータ２５ｄの駆動により、圧縮用ピストン２５ｃを押し込んで圧縮容器２５ａ内の容積を減少させることで、主容器１１内の作動流体１２を圧縮可能となっている。 Specifically, the compression mechanism 25 is filled with the working fluid 12 in a liquid state and communicates with the main container 11, and a compression piston 25c that reciprocates in a cylinder 25b formed in the compression container 25a. A compression actuator 2 5 d for driving the compression piston 25 c is provided. The compression mechanism 25 is driven by the compression actuator 2 5 d, to reduce the volume of the compression chamber 25a pushes the compression piston 25c, and has a compressible working fluid 12 in the main container 11 .

ここで、本実施形態では、主容器１１内と圧縮容器２５ａ内とが連通しており、主容器１１および圧縮容器２５ａそれぞれが特許請求の範囲に記載の「容器」を構成している。このため、圧縮用ピストン２５ｃの押し込みによって、主容器１１内の容積および圧縮容器２５ａ内の容積を合わせた全体の容積が縮小する。なお、本実施形態では、圧縮用ピストン２５ｃが圧縮手段における容積変更手段に相当し、圧縮用アクチュエータ２５ｄが圧縮手段における駆動手段に相当している。 Here, in the present embodiment, the inside of the main container 11 and the inside of the compression container 25a communicate with each other, and each of the main container 11 and the compression container 25a constitutes a “container” described in the claims. For this reason, by pushing the compression piston 25c, the total volume of the volume in the main container 11 and the volume in the compression container 25a is reduced. In the present embodiment, the compression piston 25c corresponds to the volume changing unit at the compression means, the compression actuator 2 5 d is equivalent to the drive means in the compression means.

また、本実施形態の制御装置２０の入力側には、圧縮用ピストン２５ｃの変位量（移動量）を検出する変位量センサ２６が接続されている。この変位量センサ２６は、作動流体１２の圧縮前後における主容器１１および圧縮容器２５ａで構成される容器の容積変化量を圧縮用ピストン２５ｃの変位量として検出可能となっている。本実施形態では、変位量センサ２６が主容器１１および圧縮容器２５ａで構成される容器内の容積変化量を検出する容積変化検出手段を構成している。 Further, a displacement amount sensor 26 for detecting a displacement amount (movement amount) of the compression piston 25c is connected to the input side of the control device 20 of the present embodiment. The displacement sensor 26 can detect the volume change amount of the container constituted by the main container 11 and the compression container 25a before and after the compression of the working fluid 12 as the displacement amount of the compression piston 25c. In the present embodiment, the displacement sensor 26 constitutes a volume change detecting means for detecting the volume change amount in the container constituted by the main container 11 and the compression container 25a.

また、本実施形態では、充填制御処理後に各センサ２１、２２、２６のセンサ信号の読込みが完了すると、圧縮制御処理において、圧縮用アクチュエータ２５ｄにて圧縮用ピストン２５ｃを押し込むことで主容器１１内の作動流体１２を圧縮する。本実施形態の圧縮制御処理では、主容器１１内の容積および圧縮容器２５ａ内の容積の全容積が予め定めた基準容積となるように圧縮用アクチュエータ２５ｄにて圧縮用ピストン２５ｃを押し込む。 Further, in this embodiment, when reading of the sensor signals of the sensors 21, 22, and 26 is completed after the filling control process, the compression piston 25c is pushed by the compression actuator 25d in the compression control process so that the inside of the main container 11 The working fluid 12 is compressed. In the compression control process of the present embodiment, the compression piston 25c is pushed in by the compression actuator 25d so that the total volume of the volume in the main container 11 and the volume in the compression container 25a becomes a predetermined reference volume.

続いて、圧縮制御処理の実行が完了すると、圧縮制御処理の実行前後における主容器１１内の圧力変化量ΔＰ、および主容器１１内の容積および圧縮容器２５ａ内の容積の全容積における容積変化量ΔＶを検出し、各検出値から主容器１１内へ混入した空気混入量Ｘを算出する。 Subsequently, when the execution of the compression control process is completed, the pressure change amount ΔP in the main container 11 before and after the execution of the compression control process, and the volume change quantity in the total volume of the volume in the main container 11 and the volume in the compression container 25a. ΔV is detected, and the air mixing amount X mixed into the main container 11 is calculated from each detected value.

その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様に、主容器１１内の空気混入量を正確に検出することができる。 Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. Therefore, according to the configuration of the present embodiment, the air mixing amount in the main container 11 can be accurately detected as in the first embodiment.

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、適宜変更することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。 (Other embodiments)
The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the scope described in each claim. For example, various modifications are possible as follows.

（１）上述の各実施形態では、空気混入量の算出の要否（Ｓ１０）を外燃機関１０の出力値に基づいて判定する例を説明したが、これに限らず、例えば、前回の検査処理からの経過時間が基準時間を超えた場合に、空気混入量の算出が必要と判定するようにしてもよい。 (1) In each of the above-described embodiments, the example in which the necessity of calculating the air mixing amount (S10) is determined based on the output value of the external combustion engine 10 is described. When the elapsed time from the processing exceeds the reference time, it may be determined that the calculation of the air mixing amount is necessary.

（２）上述の各実施形態では、数式Ｆ３に示す関係データ（相関データ）を用いて空気混入量を算出する例を説明したが、これに限らず、例えば、被加熱部温度Ｔ、圧力変化量ΔＰ、容積変化量ΔＶ、および空気混入量Ｘの相関関係を規定した制御マップ（相関データ）を参照して算出するようにしてもよい。 (2) In each of the above-described embodiments, the example in which the air mixing amount is calculated using the relational data (correlation data) shown in Formula F3 is described. However, the present invention is not limited to this. The calculation may be performed with reference to a control map (correlation data) that defines the correlation among the amount ΔP, the volume change amount ΔV, and the air mixing amount X.

（３）上述の各実施形態では、作動流体１２を圧縮する圧縮制御処理において、容器内の容積を基準容積となるように圧縮手段の作動を制御する例を説明したが、これに限らず、例えば、主容器内圧力が予め定められた基準圧力となるように圧縮手段の作動を制御するようにしてもよい。 (3) In each of the above-described embodiments, in the compression control process for compressing the working fluid 12, the example of controlling the operation of the compression means so that the volume in the container becomes the reference volume has been described. For example, the operation of the compression means may be controlled so that the main container internal pressure becomes a predetermined reference pressure.

（４）上述の第１実施形態では、ピストン機構１９を充填手段として機能させると共に、ピストン１５およびピストン駆動部４を圧縮手段として機能させる例を説明したが、これに限らず、例えば、ピストン１５およびピストン駆動部４を充填手段として機能させると共に、ピストン機構１９を圧縮手段として機能させるようにしてもよい。 (4) In the above-described first embodiment, the example in which the piston mechanism 19 functions as the filling unit and the piston 15 and the piston driving unit 4 function as the compression unit has been described. In addition, the piston drive unit 4 may function as a filling unit, and the piston mechanism 19 may function as a compression unit.

また、上述の第２実施形態では、ピストン機構１９を充填手段として機能させると共に、圧縮用ピストン２５ｃおよび圧縮用アクチュエータ２５ｄを圧縮手段として機能させる例を説明したが、これに限らず、例えば、圧縮用ピストン２５ｃおよび圧縮用アクチュエータ２５ｄを充填手段として機能させると共に、ピストン機構１９を圧縮手段として機能させるようにしてもよい。 In the above-described second embodiment, the piston mechanism 19 is functioned as the filling means, and the compression piston 25c and the compression actuator 25d are functioned as the compression means. However, the present invention is not limited thereto. The piston 25c and the compression actuator 25d may function as filling means, and the piston mechanism 19 may function as compression means.

（５）上述の各実施形態の如く、空気混入量を算出する際に、作動流体１２および空気の各圧縮率を被加熱器温度に応じて可変させることが望ましいが、これに限らず、各圧縮率を一定値としてもよい。 (5) As in the above-described embodiments, when calculating the air mixing amount, it is desirable to vary the compressibility of the working fluid 12 and air in accordance with the temperature of the heated device. The compression rate may be a constant value.

（６）上述の各実施形態では、主容器１１をＵ字状の容器で構成する例を説明したが、これに限らず、例えば、主容器１１を上下方向に延びる直線状の容器で構成してもよい。この場合、加熱器１３、冷却器１４、および発電機１を上方から下方に加熱器１３、冷却器１４、発電機１の順に配置すればよい。なお、補助容器１６に関しては、連絡配管１７を介して、主容器１１のうち、冷却器１４よりも発電機１側の部位と連通させればよい。 (6) In the above-described embodiments, the example in which the main container 11 is configured by a U-shaped container has been described. However, the present invention is not limited thereto, and for example, the main container 11 is configured by a linear container extending in the vertical direction. May be. In this case, the heater 13, the cooler 14, and the generator 1 may be arranged in the order of the heater 13, the cooler 14, and the generator 1 from above to below. The auxiliary container 16 may be communicated with a portion of the main container 11 that is closer to the generator 1 than the cooler 14 through the communication pipe 17.

また、加熱器１３によって生じた蒸気が発電機１まで流動しない構成であれば、例えば、加熱器１３、冷却器１４、および発電機１を上下方向に対して傾斜した方向、又は水平方向に配置してもよい。 If the steam generated by the heater 13 does not flow to the generator 1, for example, the heater 13, the cooler 14, and the generator 1 are arranged in a direction inclined with respect to the vertical direction or in the horizontal direction. May be.

（７）上述の各実施形態では、外燃機関１０を発電装置の駆動源に適用する例を説明したが、これに限らず、発電装置以外の他の駆動源としても利用することができる。 (7) In each of the above-described embodiments, the example in which the external combustion engine 10 is applied to the drive source of the power generation device has been described.

４ピストン駆動部（圧縮手段、駆動手段）
１１主容器
１２作動流体
１３加熱器（加熱手段）
１４冷却器（冷却手段）
２０ｂ充填制御手段
２０ｃ圧縮制御手段
２０ｄ混入量算出手段
２１被加熱部温度センサ（温度検出手段）
２２圧力センサ（圧力変化検出手段）
２３変位量センサ（容積変化検出手段）
１５ピストン（圧縮手段、容積変更手段）
１９ピストン機構（充填手段）
２５圧縮機構（圧縮手段）
２６変位量センサ（容積変化検出手段） 4 Piston drive part (compression means, drive means)
11 Main container 12 Working fluid 13 Heater (heating means)
14 Cooler (cooling means)
20b Filling control means 20c Compression control means 20d Inclusion amount calculation means 21 Heated part temperature sensor (temperature detection means)
22 Pressure sensor (pressure change detection means)
23 Displacement sensor (volume change detection means)
15 piston (compression means, volume changing means)
19 Piston mechanism (filling means)
25 Compression mechanism (compression means)
26 Displacement sensor (volume change detection means)

Claims

A container (11) in which a working fluid (12) is encapsulated so as to be able to flow in a liquid state;
Heating means (13) for heating and evaporating the working fluid in the container;
Cooling means (14) for cooling and liquefying the vapor of the working fluid heated and vaporized by the heating means,
An external combustion engine that converts a displacement of a liquid portion of the working fluid caused by a volume variation of the working fluid into mechanical energy and outputs the mechanical energy;
Filling means (19) for filling the working fluid in a liquid state in the container;
Volume change detecting means (23, 26) for detecting a volume change amount in the container;
Pressure change detecting means (22) for detecting the amount of pressure change in the container;
Temperature detecting means (21) for detecting the temperature of the heated portion (11a) at which the working fluid in the container is vaporized;
A mixing amount calculating means (20d) for calculating an air mixing amount of the air mixed into the container;
Compression means (4, 15, 25) for compressing the working fluid in the container;
When the heating of the working fluid by the heating means is stopped, a filling control means (20b) for controlling the operation of the filling means and filling the container with the working fluid in a liquid state. When,
Compression control means (20c) for controlling the operation of the compression means and compressing the working fluid when the execution of the filling control process by the filling control means is completed,
The mixing amount calculation means includes the volume change amount detected by the volume change detection means before and after execution of the compression control process, the pressure change amount detected by the pressure change detection means, and the temperature detection means. An external combustion engine characterized in that the amount of mixed air is calculated from the temperature of the heated part detected in step ( b).

A storage unit (20a) for storing correlation data defining a correlation between at least the pressure change amount, the volume change amount, the temperature of the heated portion, and the air mixing amount;
The mixing amount calculating means includes at least the volume change detected by the volume change detecting means, the pressure change detected by the pressure change detecting means , and the temperature of the heated part detected by the temperature detecting means. , and external combustion engine according to claim 1, wherein using the correlation data, and calculates the aeration amount.

The compression means includes volume changing means (15, 25c) for changing the volume in the container, and drive means (4, 25d) for driving the volume changing means. The external combustion engine according to claim 1, wherein the working fluid is compressed by changing a volume of the external combustion engine.