(57)【要約】【課題】加熱器又は冷却器の容積がエンジンの効率に関係せず、種々の条件下で設計、製作できる外燃式クローズドサイクル熱機関を提供することを課題とする。【解決手段】密閉された気室と加熱器及び冷却器を設け、該気室と該加熱器の入り口側及び出口側と導通する流路を設け、該気室と冷却器の入り口側及び出口側とを導通する流路を設け、それぞれ入り口側及び出口側の流路に開閉弁を設け、作動ガスを移動する手段を設け、該作動ガスの加熱器と冷却器への切り替えを該開閉弁で行い、作用体を駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された気室と加熱器及び冷却器を設け、該気室と該加熱器の入り口側及び出口側と導通する流路を設け、該気室と冷却器の入り口側及び出口側と導通する流路を設け、それぞれ入り口側及び出口側の流路に開閉弁を設け、作動ガスの移動手段を設け、冷却器入り口側及び出口側の開閉弁を閉として冷却器を密閉し、加熱器入り口側及び出口側の開閉弁は開として気室内の作動ガスを加熱器を通じて移動、循環させて、気室内の作動ガスを加熱し、また加熱器入り口側及び出口側の開閉弁を閉として加熱器を密閉し、一方、冷却器入り口側及び出口側の開閉弁は開として気室内の作動ガスを冷却器を通じて移動、循環させて気室内の作動ガスを冷却し、気室内の作動ガスを膨張、収縮させて作用体を駆動することを特徴とする外燃式クローズドサイクル熱機関。循環のため作動ガスを移動させる手段は問わない。
【請求項２】
上記開閉弁を三方弁としたことを特徴とする請求項１に記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項３】
上記気室からの加熱器入り口側流路及び上記気室への冷却器出口側流路の開閉弁を逆止弁としたことを特徴とする請求項１に記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項４】
上記作用体は、ピストンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項５】
上記作用体は、往復流型タービンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項６】
上記密閉された気室及び作用体を複数設け、加熱器および冷却器を共有することを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項７】
上記密閉された複数の気室にそれぞれ設けたピストンのクランク室を共有したことを特徴とする請求項１〜４、６いずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項８】
上記気室をピストンで仕切るＡ室とＢ室へ、加熱器の入り口側及び出口側とそれぞれ導通する流路と、冷却器の入り口側及び出口側とそれぞれ導通する流路とを設けたことを特徴とする請求項１〜４、６〜７いずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項９】
上記気室を１個または複数の往復流型タービンで仕切る各室へ、加熱器の入り口側及び出口側とそれぞれ導通する流路と、冷却器の入り口側及び出口側とそれぞれ導通する流路とを設けたことを特徴とする請求項１〜３、５〜６いずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡易構造にして操作、維持容易な外燃式クローズドサイクル熱機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スターリングエンジンは、熱源の種類を問わず、現在、無駄となっているエネルギーの有効利用が可能であり、静粛で低公害であるので、各種のタイプが研究開発され、重要な将来熱機関の一つと目されている外燃式熱機関である。
【０００３】
スターリングエンジンは、気室内に封入した作動ガスを加熱及び冷却して該ガスを膨張及び収縮させ、動力を得るものである。
従来のディスプレーサ型スターリングエンジンは、ディスプレーサの往復動により、該ガスを加熱部と冷却部との間で往復させて該ガスを加熱及び冷却し、膨張及び収縮させて、パワーピストンを作用させることにより動力を得るものである。ディスプレーサは、パワーピストンと位相をもって連動するように構成されている。
従来のスターリングエンジンは、ピストン、シリンダ等の配置によってα型、β型、γ型の３種類に分類される。それら３種類の動作の詳細については、特許文献１に記載されている。
【０００４】
しかしながら、上記の従来のスターリングエンジンでは気室、加熱器および冷却器内の作動ガスが同時に加圧、減圧される。このため加熱時において、気室を加圧するために冷却器内の作動ガスも加圧しなければならず、また冷却時において、気室を減圧するために加熱器内の作動ガスも減圧しなければならない。このため、気室容積に比して加熱器または冷却器の容積が大きくなるとエンジン効率が低下する。従って、エンジン効率を上げるために加熱器及び冷却器を小型化する必要がある。
しかし、エンジンを作動させるには必要な熱量を取り込み、また排出する必要があり、加熱器及び冷却器は十分な能力を持たなければならない。加熱器を小型かつ充分な能力を持たせるには、肉厚を薄くし、また加熱温度を上げて面積当りの伝熱量を増やす方法があるが、精密な工作を要し、高価な耐熱金属を採用する必要があり、また高温による加熱器の腐蝕が促進されるといった弊害がある。
また、冷却期間、加熱器は利用されず、全期間を通じた加熱器の効率は低下し、加熱器に加えられる外部熱量は無駄に消費され利用効率が低下している。加熱期間の冷却器も同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７５０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述するような従来技術に鑑み、本発明では、加熱器又は冷却器の容積がエンジンの効率に関係せず、種々の条件下で設計、製作できる、外燃式クローズドサイクル熱機関を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の構成を有する発明を完成するに至った。
請求項１の発明は、密閉された気室と加熱器及び冷却器を設け、該気室と該加熱器の入り口側及び出口側と導通する流路を設け、該気室と冷却器の入り口側及び出口側と導通する流路を設け、それぞれ入り口側及び出口側の流路に開閉弁を設け、作動ガスの移動手段を設け、冷却器入り口側及び出口側の開閉弁を閉として冷却器を密閉し、加熱器入り口側及び出口側の開閉弁は開として気室内の作動ガスを加熱器を通じて循環させ、気室内の作動ガスを加熱し、また加熱器入り口側及び出口側の開閉弁を閉として加熱器を密閉し、一方、冷却器入り口側及び出口側の開閉弁は開として気室内の作動ガスを冷却器を通じて循環させて気室内の作動ガスを冷却し、気室内の作動ガスを膨張、収縮させて作用体を駆動することを特徴とするもので、加熱器又は冷却器の容積がエンジンの効率に関係せず、種々の条件下で設計、製作できる外燃式クローズドサイクル熱機関を実現できることを見出した。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の外燃式クローズドサイクル熱機関であって、上記開閉弁を三方弁としたことを特徴とするものである。三方弁とは、流路が３分岐あり、１分岐から入り込む流体を、他の２分岐流路のいずれかを選択的に流路とする、又は２分岐流路のいずれかを選択し、他の１分岐を流路とする切り替え弁と定義する。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１に記載されている外燃式クローズドサイクル熱機関であって、上記気室からの加熱器入り口側流路及び上記気室への冷却器出口側流路の開閉弁を逆止弁としたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載されている外燃式クローズドサイクル熱機関であって、上記作用体は、ピストンであることを特徴とするものである。該作用体がピストンの場合、気室を気筒、複数の気室を多気筒と定義する。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載されている外燃式クローズドサイクル熱機関であって、上記作用体は、往復流型タービンであることを特徴とするものである。往復流型タービンは、作動ガスの流れの方向が逆転しても同一方向に回転トルクを発生する装置である。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載されている外燃式クローズドサイクル熱機関であって、上記密閉された気室及び作用体を複数設け、加熱器および冷却器を共有することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１〜４、６のいずれかに記載されている外燃式クローズドサイクル熱機関であって、上記密閉された複数の気室（多気筒）にそれぞれ設けたピストンのクランク室を共有したことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項１〜４、６〜７のいずれかに記載されている外燃式クローズドサイクル熱機関であって、上記気室をピストンで仕切るＡ室とＢ室へ、加熱器の入り口側及び出口側とそれぞれ導通する流路と、冷却器の入り口側及び出口側とそれぞれ導通する流路とを設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項１〜３、５〜６のいずれかに記載されている外燃式クローズドサイクル熱機関であって、上記気室を１個または複数の往復流型タービンで仕切る各室へ、加熱器の入り口側及び出口側とそれぞれ導通する流路と、冷却器の入り口側及び出口側とそれぞれ導通する流路とを設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関は、気室加熱時、冷却器は開閉弁により密閉されているので冷却器内の作動ガスは加圧されず、低温、低圧のままで、気室冷却時、加熱器は開閉弁により密閉されているので加熱器内の作動ガスは減圧されず、高温・高圧のままで、温度・圧力の変化は気室内の作動ガスにのみ生じ、従来生じていた加熱器、冷却器内の作動ガスを加圧、減圧するための無駄なエネルギー消費は加熱器、冷却器の大きさにかかわりなく生じない。このため加熱、冷却の効率が向上し、従来のスターリングエンジンに比し高いエンジン効率を得ることができる。また開閉弁を切り替えることにより、気室内の温度、圧力を急激に変化させることができ、エンジン出力を増加させることができる。
【００１７】
気室加熱時、冷却器は開閉弁により密閉されているので、冷却器内の作動ガスを有効に冷却し続けることができ、気室冷却時、加熱器は開閉弁により密閉されているので加熱器内の作動ガスを有効に加熱し続けることができ、加熱器・冷却器内を全期間有効に作用させることができるとともに、熱源、冷熱源の利用効率を高めることができる。
【００１８】
上記するように流路を含めた加熱器、冷却器の容積が効率に影響しなくなるために、加熱器、冷却器とエンジン本体間の流路を長くでき、加熱器、冷却器をエンジン本体と離れて設置することができるため機器配置にも自由度が生じ、エンジン本体の設置しにくい場所の既存廃熱源なども有効に利用できる。
【００１９】
また加熱器、冷却器を大きくできるため伝熱面積を大きくでき、温度差が小さくても十分な伝熱量が得られ、廃熱等の低温熱源も有効に利用できるとともに、加熱器の設計条件が緩やかになり、加熱器の材料、構造、工作等に関し、目的に合う最適なものを選択できる。
【００２０】
作動ガスとして稀少なヘリウムを使う必要がなく、作動ガスは窒素、空気等でよい。また二酸化炭素、キセノン等の重比重のガスを使用することにより往復流型タービンを小型化できる。
またディスプレーサを使用しないため気室内に断熱材を設けることができ、気室外郭を通じた熱放散を減じることができるため熱効率を向上でき、さらに気室外郭を低温に保つことができるため、高価な耐熱合金を使用する必要がなくなる。
【００２１】
開閉弁を三方弁形式とし、加熱器、冷却器それぞれの入り口側、出口側に設ければ気室への流路を４本から２本に減ずることができ、構造を簡単にすることができる。
また開閉弁の内、加熱器入り口側のものと冷却器出口側のものを圧力変化で自動的に動作する逆止弁とすれば人為的に操作する必要はなくなり、制御を簡易化できる。
【００２２】
本発明によれば作用体として、ピストンまたは往復流型タービンを採用した外燃式クローズドサイクル熱機関を提供することができる。
【００２３】
さらに本発明においては、全サイクルを通じ、加熱器内の作動ガスは高温、高圧のままであり、冷却器内の作動ガスは低温、低圧のままであるため、密閉された複数の気室、及び作用体を設けて多気筒とする場合、大型の加熱器、及び冷却器を設けて複数の気筒で共有できる。従って各々の気筒に対し各１個の加熱器、冷却器を必要とする従来の多気筒スターリングエンジンに比し加熱器、及び冷却器の構造が大幅に簡単化できる。
【００２４】
本発明において密閉された複数の気室を有し、作用体としてピストンを使用する多気筒の外燃式クローズドサイクル式熱機関とする場合、クランク室を共有し、各々の気筒ピストンが総和３６０°となる等位相差で動作するようにして、共有するクランク室、及び気筒室内ピストン下の総容積、及び圧力を一定とでき、ピストン裏側に働く力が変動しないことでピストンの作動を円滑とできる。
星形、水平対向型、Ｖ型等の配置も可能である。
【００２５】
気筒をピストンで仕切ったＡ室とＢ室へ加熱器の入り口側及び出口側を導通する流路と冷却器の入り口側及び出口側を導通する流路をそれぞれ設け、開閉弁の操作によりＡ室を高温、高圧とするときＢ室は低温、低圧となるようにし、逆にＡ室を低温、低圧とするときＢ室は高温、高圧となるようにして、ピストンに加わる圧力差を増加させることができ、小型で高出力とすることができる。
【００２６】
気筒を１個または複数の往復流型タービンで仕切り各室へ加熱器の入り口側及び出口側を導通する流路と冷却器の入り口側及び出口側を導通する流路をそれぞれ設け、開閉弁の操作により隣接する各室の加熱、冷却の過程を逆になるようにすれば、往復流型タービン数の増加とともに各往復流型タービンに加わる圧力差を増加させることができ、小型で高出力とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関の実施例を示す概略断面図
【図２】本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関の他の実施例を示す概略断面図
【図３】本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関の他の実施例を示す要部側断面図
【図４】本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関の他の実施例を示す概略断面図
【図５】本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関の他の実施例を示す概略平面図
【図６】図５の複数配置した気室（１）〜（４）部の概略断面図
【図７】本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関の他の実施例を示す要部断面図
【図８】本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関の他の実施例を示す要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための具体的な形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関１００の実施例を示す概略断面図である。
同図において、気室１０１の下部に隔壁１１０およびシリンダ１１１が設けられ、該シリンダ１１１内側へピストン１１２が設けられている。１１３はクランク、１１４は回転軸、１１５はフライホイールで構成されている。クランク１１３、回転軸１１４、フライホイール１１５は密閉されたクランク室１１６内に収められている。これらは、従来公知であるので詳細について言及しない。気室１０１上端にはファン１２０を設け、該ファン１２０下流にはチャンバー１３０が形成されている。ファン１２０を駆動する電動機（図示せず）は、気室１０１上部に設けられ、該ファン１２０は駆動軸１２１に固設されている。１４０は加熱器で、一端がチャンバー１３０と熱気入り口側流路１４１を介して導通し、他端が気室の下部と熱気出口側流路１４２を介して導通している。１５０は冷却器で、一端がチャンバー１３０と冷気入り口側流路１５１を介して導通し、他端が気室１０１の下部と冷気出口側流路１５２を介して導通している。１４３は、熱気入り口側流路１４１に設けられた開閉弁、１４４は、熱気出口側流路１４２に設けられた開閉弁、１５３は冷気入り口側流路１５１に設けられた開閉弁、１５４は冷気出口側流路１５２に設けられた開閉弁である。
図１の実線で示す開閉弁１４３、１４４、１５３、１５４の位置は加熱過程で、破線は冷却過程を示している。
【００３０】
上記作用は、まずファン１２０により気室内の窒素ガス等の作動ガスの流れが矢印方向に生じ、チャンバー１３０へ送り込まれ、開閉弁１４３、１４４開、開閉弁１５３、１５４閉と制御されているので、作動ガス流が矢印で示すように熱気入り口側流路１４１へ導かれ、加熱器１４０を通過して熱気出口側流路１４２から気室下部へ矢印で示すように流れ込むことにより、気室内の作動ガスが加熱されて高温・高圧となり膨張し、ピストン１１２を下方へ押し下げ、クランク１１３を介して回転軸１１４が回転される。この気室が加熱過程にある時、開閉弁１５３、１５４は閉じられた状態で、冷却器１５０内の作動ガスは冷却され続けている。次に、熱気出口側流路１４２の開閉弁１４４と熱気入り口側流路１４１の開閉弁１４３を破線で示す閉の位置とし、冷気出口側流路１５２の開閉弁１５４と冷気入り口側流路１５１の開閉弁１５３を破線で示す開の位置とすれば、気室内の高温・高圧の作動ガスは冷却器１５０内に流入して、気室内の圧力は急激に低下する。冷却器１５０内と気室内の圧力がほぼ均等になった時点で、気室、ファン１２０、冷気入り口側流路１５１、冷却器１５０、冷気出口側流路１５２、気室と作動ガスの循環が作動し、気室内の作動ガスが冷却・減圧され収縮するので、ピストン１１２はクランク室１１６内のガスの圧力で押し上げられ、（気室内は高圧であるので冷却時においても圧力は大気圧よりはるかに高い。）クランク１１３を介して回転軸１１４が回転される。この気室が冷却過程にある時、開閉弁１４３、１４４は閉じられた状態で、加熱器１４０内の作動ガスは加熱され続けている。従って、気室が加熱過程開始時、冷却過程が終了後の低温・低圧の気室を開閉弁１４３、１４４、１５３、１５４の切り替えで、急激に上昇させることができる。このように開閉弁１４３、１４４、１５３、１５４の開閉切り替えを繰り返すことにより、気室内の作動ガスは繰り返して加熱・冷却され、加圧・減圧される。
従来のスターリングエンジンの加熱器、冷却器が一部の期間動作するのに比し、上記したように加熱器１４０及び冷却器１５０は、全期間有効に作用しているため、性能は向上する。また加熱するための熱量、冷却するための冷熱量は全期間を通じて有効に利用され、従来のスターリングエンジンのように熱量、冷熱量の一部が無駄に消費されることがないため、システムの熱効率は向上する。
【００３１】
図２は、本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関２００の他の実施例を示す概略断面図である。
同図において、図１と共通する構成部品に同一符号を付与し、詳述を省略する。気室１０１は、隔壁１１０へ往復流型タービン２１０が設けられて、気室Ａと気室Ｂに分割されている。往復流型タービン２１０には駆動軸２１１が設けられ、気室１０１下部壁に設けた耐圧貫通部２１２を貫通して、気室１０１下部外部に設けた発電機２２０と連接されている。
【００３２】
上記作用は、図１とほぼ同様であるが、異なる点について述べる。加熱過程の作動ガスが、気室Ａ下部へ矢印で示すように流れ込むことにより、気室Ａ内の作動ガスが加熱されて高温・高圧となり膨張し、往復流型タービン２１０を通過して気室Ｂへ流入し、往復流型タービン２１０を回転させ、回転軸２１１を介して発電機２２０が駆動され発電を行う。次に、冷却過程の作動ガスが、気室Ａ下部へ流れ込むことにより、気室Ａ内の高温・高圧の作動ガスは冷却器１５０内に流入して、気室Ａ内の圧力は急激に低下し、気室Ａ内の作動ガスが収縮するので、気室Ｂ内から往復流型タービン２１０を通過して気室Ａへ逆流し、往復流型タービン２１０を先の過程と同じ方向に回転させ、回転軸２１１を介して発電機２２０が駆動され発電を行う。発電機２２０を運転し電気として動力を得ることができるとしたが、直接回転トルクとして動力を取り出すこともできる。生じる作動ガス気流方向は図で示すように加熱過程と冷却過程で逆方向であるが、往復流型タービン２１０は同一方向に回転トルクを発生する。
【００３３】
図３は、本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関１００、２００の他の実施例を示す外燃式クローズドサイクル熱機関３００の要部側断面図である。図１、２と共通するものには同じ符号を付与している。
同図において、気室１０１上部のチャンバー１３０に１つの開口３１０が設けられ、流路３１１と導通し、流路３１１終端に設けた三方弁３２０で分岐し、熱気入り口側流路１４１又は冷気入り口側流路１５１へ選択的に導通されている。加熱器１４０の熱気出口側流路１４２又は冷却器１５０の冷気出口側流路１５２は、三方弁３２１を介して選択的に流路３３１と導通され、該流路３３１は、気室１０１下部に設けた開口３３０と導通している。流路３１１と３３１を短く形成、又は設けないで、三方弁３２０と３２１を開口３１０部と３３０部に設けることもできる。
上記は、図１と２で述べた開閉弁１４３と１５３を一つの三方弁３２０、開閉弁１４４と１５４を一つの三方弁３２１にしたものである。
【００３４】
図３の実線で示す三方弁３２０と３２１は、過熱過程の状態で、破線は冷却過程の状態で、切り替えを繰り返すことにより、気室内の作動ガスは繰り返して加熱・冷却され、加圧・減圧される。その作用は、図１と２と同じであるので記述を省略する。
【００３５】
図４は、本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関１００の他の実施例を示す概略断面図である。
同図において、１４５と１５５は逆止弁で、実施例図１と２の熱気入り口側流路１４１に設けられた開閉弁１４３を逆止弁１４５に、冷気出口側流路１５２に設けられた開閉弁１５４を逆止弁１５５としたものである。
加熱過程にある時、気室内圧力と加熱器１４０内の圧力がほぼ等しくなった時点で、ファン１２０の圧力で逆止弁１４５が自動的に開く。この時気室は高圧であるので、冷気出口側流路１５２に設けられた逆止弁１５５から、作動ガスは冷却器１５０へ浸入しない。冷却過程にある時、気室内圧力と冷却器１５０内の圧力がほぼ等しくなった時点で、ファン１２０の圧力で逆止弁１５５が自動的に開く。この時気室は低圧であるので、熱気入り口側流路１４１に設けられた逆止弁１４５から、作動ガスは加熱器１４０へ浸入しない。
上記構造にすることによって、制御と構造を簡易化することができる。
【００３６】
図５は、本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関４００の他の実施例を示す概略平面図である。
同図において、複数の気室（１）〜（４）を配列して多気筒とし、それぞれの気室（気筒）に導通する熱気入り口側流路１４１と熱気出口側流路１４２が、一つの加熱器１４０を共有し、それぞれの気室に導通する冷気入り口側流路１５１と冷気出口側流路１５２が、一つの冷却器１５０を共有している。４１０は加熱器ヘッダーで、それぞれの気室（気筒）に導通する熱気入り口側流路１４１を分岐し、４２０は加熱器ヘッダーで、それぞれの気室（気筒）に導通する熱気出口側流路１４２を集合している。４３０は冷却器ヘッダーで、それぞれの気室（気筒）に導通する冷気入り口側流路１５１を分岐し、４４０は冷却器ヘッダーで、それぞれの気室（気筒）に導通する冷気出口側流路１５２を集合している。４５０は、加熱器１４０と加熱器ヘッダー４２０間流路４２１に設けたファン、４６０は、冷却器１５０と冷却器ヘッダー４４０間流路４６１に設けたファンである。
【００３７】
加熱器１４０は、常に高温・高圧、冷却器１５０は常に低温・低圧に保たれているので、半数の気室（気筒）を冷却過程、他の半数の気室（気筒）を加熱過程となるように開閉弁１４３、１４４、１５３、１５４を切り替えれば、図１で詳述した作用を得ることができる。
【００３８】
図６は、図５で複数配置した気室（１）〜（４）部の断面図である。
同図において、気室（１）〜（４）にそれぞれ設けられているクランク室１１６は導通し、一つのクランク室４７０を形成している。各クランク１１３に連接する回転軸１１４は、中心軸を共有している。同図で示すように、ピストン１１２は各々の気筒ピストンが総和３６０°となる等位相差で動作し、気室（気筒）のピストン下部の容積を含む、クランク室４７０の空間容積が一定となる動作をする。
【００３９】
図７は、本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関５００の他の実施例を示す要部断面図である。
同図において、ピストン１１２で気室１０１を気室Ａと気室Ｂに仕切り、各気室に開口３１０と３３０がそれぞれ設けられ、三方弁３２０、３２１を介して熱気入り口側流路１４１、熱気出口側流路１４２、冷気入り口側流路１５１、冷気出口側流路１５２と導通し、さらに加熱器ヘッダー４１０、４２０、冷却器ヘッダー４３０、４４０と導通して、加熱器１４０、冷却器１５０と導通する作動ガスのクローズドサイクル回路を構成している。ファン４５０は、加熱器ヘッダー４２０端部に設けられ、高温・高圧の作動ガスを常時循環させ、ファン４６０は、冷却器ヘッダー４４０端部に設けられ、低温・低圧の作動ガスを常時循環させている。  
図７の実線で示す三方弁３２１、３２０は、気室Ａが冷却過程、気室Ｂが加熱過程にあり、気室ＡとＢの間のピストン１１２は、気室Ａが収縮、気室Ｂが膨張するので矢印方向に作用し、三方弁３２１，３２０を破線の位置に切り替えると矢印逆方向に作用し、ピストン１１２に連接されたクランク１１３部を介して回転軸１１４を回転させて、高出力の動力が得られる。  
【００４０】
図８は、本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関６００の他の実施例を示す要部断面図である。
同図において、気室１０１を１個または複数の往復流型タービン２１０で仕切り、図では気室Ａ、気室Ｂ、気室Ｃを設け、上記図７と同様の作動ガス流路で構成されている。
図８の実線で示す三方弁３２１、３２０は、気室ＡとＣが加熱過程、気室Ｂが冷却過程にあり、気室間に設けられた往復流型タービン２１０は、気室ＡとＣが膨張、気室Ｂが収縮するので作動ガスは矢印方向に移動し、三方弁３２１，３２０を破線の位置に切り替えると矢印逆方向に作用し、往復流型タービン２１０に作用して、駆動軸２１１が回転し、該駆動軸２１１一端に連接した発電機２２０で高出力の動力が得られる。気室Ｂには、気室Ａ、Ｃ双方から作動ガスが流入・流出するので、加熱器、冷却器は、気室Ｂに対する加熱・冷却能力が、気室Ａ、Ｃに対する加熱、冷却能力の合計と等しくなるように気室容積が設計されている。
【符号の説明】
【００４１】
１００  外燃式クローズドサイクル熱機関
１０１  気室
１１０  隔壁
１１１  シリンダ
１１２  パワーピストン
１１３  クランク
１１４  回転軸
１１５  フライホイール
１１６  クランク室
１２０  ファン
１２１  駆動軸
１３０  チャンバー
１４０  加熱器
１４１  熱気入り口側流路
１４２  熱気出口側流路
１４３、１４４、１５３、１５４  開閉弁
１４５、１５５  逆止弁
１５０  冷却器
１５１  冷気入り口側流路
１５２  冷気出口側流路
２００  外燃式クローズドサイクル熱機関
２１０  往復流型タービン
２１１  駆動軸
２１２  耐圧貫通部
２２０  発電機
３００  外燃式クローズドサイクル熱機関
３１０  開口
３１１  流路
３２０、３２１  三方弁
３３０  開口
３３１  流路
４００  外燃式クローズドサイクル熱機関
４１０、４２０  加熱器ヘッダー
４３０、４４０  冷却器ヘッダー
４５０、４６０  ファン
４２１、４６１  流路
４７０  クランク室
５００  外燃式クローズドサイクル熱機関
６００  外燃式クローズドサイクル熱機関
【図１】
2010164019.tif 000003
【図２】
2010164019.tif 000004
【図３】
2010164019.tif 000005
【図４】
2010164019.tif 000006
【図５】
2010164019.tif 000007
【図６】
2010164019.tif 000008
【図７】
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【図８】
2010164019.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月15日(2009.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された気室と加熱器及び冷却器を設け、該気室と該加熱器の入り口側及び出口側と導通する流路を設け、該気室と冷却器の入り口側及び出口側と導通する流路を設け、それぞれ入り口側及び出口側の流路に開閉弁を設け、作動ガスの移動手段を設け、冷却器入り口側及び出口側の開閉弁を閉として冷却器を密閉し、加熱器入り口側及び出口側の開閉弁は開として気室内の作動ガスを加熱器を通じて移動、循環させて、気室内の作動ガスを加熱し、また加熱器入り口側及び出口側の開閉弁を閉として加熱器を密閉し、一方、冷却器入り口側及び出口側の開閉弁は開として気室内の作動ガスを冷却器を通じて移動、循環させて気室内の作動ガスを冷却し、気室内の作動ガスを膨張、収縮させて作用体を駆動することを特徴とする外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項２】
上記開閉弁を三方弁としたことを特徴とする請求項１に記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項３】
上記気室からの加熱器入り口側流路及び上記気室への冷却器出口側流路の開閉弁を逆止弁としたことを特徴とする請求項１に記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項４】
上記作用体は、ピストンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項５】
上記作用体は、往復流型タービンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項６】
上記密閉された気室及び作用体を複数設け、加熱器および冷却器を共有することを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項７】
上記密閉された複数の気室にそれぞれ設けたピストンのクランク室を共有したことを特徴とする請求項１〜４、６いずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項８】
上記気室をピストンで仕切るＡ室とＢ室へ、加熱器の入り口側及び出口側とそれぞれ導通する流路と、冷却器の入り口側及び出口側とそれぞれ導通する流路とを設けたことを特徴とする請求項１〜４、６〜７いずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。
【請求項９】
上記気室を１個または複数の往復流型タービンで仕切る各室へ、加熱器の入り口側及び出口側とそれぞれ導通する流路と、冷却器の入り口側及び出口側とそれぞれ導通する流路とを設けたことを特徴とする請求項１〜３、５〜６いずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関。