(57)【要約】【課題】  スターリングサイクル機関において、高圧の作動ガスの注入による内部の損傷を未然に防止することが可能な技術を提供する。【解決手段】  本発明はピストンによって区画された内部空間に作動ガスが充填されたスターリングサイクル機関として具現化される。そのスターリングサイクル機関では、内部空間に作動ガスを導入する作動ガス導入経路に、作動ガスの流量を制限するオリフィスが設けられている。【選択図】  図１
2010106665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンによって区画された内部空間に作動ガスが充填されたスターリングサイクル機関であって、
内部空間に作動ガスを導入する作動ガス導入経路に、作動ガスの流量を制限するオリフィスが設けられているスターリングサイクル機関。
【請求項２】
オリフィスを通過する作動ガスの流量が、ピストンを挟んで隣接する内部空間の間を流れる作動ガスの流量よりも小さく設定されている請求項１のスターリングサイクル機関。
【請求項３】
作動ガス導入経路を遮蔽する遮蔽位置と、作動ガス導入経路を開放する開放位置の間で移動可能に設けられた可動部材と、
開放位置に向けて可動部材を付勢する付勢手段をさらに備えており、
オリフィスが可動部材に形成された貫通孔であり、
可動部材が遮蔽位置にある場合に、可動部材の貫通孔が作動ガスの流量を制限する請求項１または２のスターリングサイクル機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスターリングサイクル機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の原動機に代わるものとして、各種のスターリングサイクル機関が提案されている。スターリングサイクル機関は、理論的な効率が高く、連続燃焼であるために燃料の種類に制限がなく、静粛性が高く、環境負荷が低い等の利点を備えている。最近では、家庭用コージェネレーションシステムの発電装置にスターリングサイクル機関を組み込んだものについても開発が行われている。
【０００３】
また、原動機として使用する場合とは逆のサイクル、すなわち、逆スターリングサイクルを利用し、スターリングサイクル機関をヒートポンプとして利用することも提案されている。この場合、モータ等の駆動源によってスターリングサイクル機関を駆動し、作動ガスを圧縮及び膨張させて吸熱及び放熱を行わせる。
【０００４】
一般的なスターリングサイクル機関では、理想気体に近い特性を有するヘリウムガスを作動ガスとして用いる。スターリングサイクル機関を動作させるためには、作動ガスであるヘリウムガスを３０ｂａｒ程度の高圧で封入する必要がある。特許文献１には、スターリングサイクル機関にヘリウムガスを注入する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１４３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スターリングサイクル機関に注入された作動ガスは、作動ガス導入経路を介して内部空間に導入される。スターリングサイクル機関の内部空間は、ディスプレーサピストンや出力ピストンによって区画されているが、これらのピストンの外周のクリアランス等を介して隣接する内部空間の間で作動ガスが行き来するので、内部空間の一箇所にのみ作動ガス導入経路を連通させておけば、作動ガスは内部空間全体に行き渡っていく。
【０００７】
ヘリウムガスを注入する際に、いきなり高圧で注入してしまうと、内部空間において作動ガス導入経路と連通する箇所に急激にヘリウムガスが流入する。このような場合、ピストンを挟んで隣接する内部空間の間に大きな差圧が生じて、ピストンが急激に動き出し、ピストンの周囲の部材を損傷してしまうおそれがある。スターリングサイクル機関の内部の部材が損傷してしまうと、せっかく注入したヘリウムガスを抜いて、スターリングサイクル機関を分解して整備する必要が生じる。誤って高圧のヘリウムガスを注入してしまった場合でも、スターリングサイクル機関の内部の部材を損傷しない技術が待望されている。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決する。本発明は、スターリングサイクル機関において、高圧の作動ガスの注入による内部の部材の損傷を未然に防止することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はピストンによって区画された内部空間に作動ガスが充填されたスターリングサイクル機関として具現化される。そのスターリングサイクル機関では、内部空間に作動ガスを導入する作動ガス導入経路に、作動ガスの流量を制限するオリフィスが設けられている。
【００１０】
上記のスターリングサイクル機関では、誤って高圧の作動ガスがいきなり注入された場合でも、作動ガス導入経路に設けられたオリフィスによって作動ガスの流量が制限されているので、内部空間に作動ガスが急激に流れ込むことがない。従って、ピストンを挟んで隣接する内部空間の間に大きな差圧を生じることがなく、ピストンの急激な動作による内部の部材の損傷を未然に防ぐことができる。
【００１１】
上記のスターリングサイクル機関は、オリフィスを通過する作動ガスの流量が、ピストンを挟んで隣接する内部空間の間を流れる作動ガスの流量よりも小さく設定されていることが好ましい。
【００１２】
上記のスターリングサイクル機関では、作動ガス導入経路から内部空間に流れ込む作動ガスの流量が、ピストンを挟んで隣接する内部空間の間で行き来する作動ガスの流量よりも小さく制限される。従って、作動ガスを注入する際にピストンに大きな差圧がかかる事態を確実に防ぐことができる。
【００１３】
上記のスターリングサイクル機関は、作動ガス導入経路を遮蔽する遮蔽位置と、作動ガス導入経路を開放する開放位置の間で移動可能に設けられた可動部材と、開放位置に向けて可動部材を付勢する付勢手段をさらに備えており、オリフィスが可動部材に形成された貫通孔であり、可動部材が遮蔽位置にある場合に、可動部材の貫通孔が作動ガスの流量を制限することが好ましい。
【００１４】
上記のスターリングサイクル機関では、作動ガスが高圧で注入される場合には、可動部材が作動ガス導入経路を遮蔽し、貫通孔によって作動ガスの流量が制限される。従って、高圧の作動ガスを注入されても、ピストンを挟んで隣接する内部空間の間に大きな差圧を生じることがなく、スターリングサイクル機関の内部の部材の損傷を未然に防ぐことができる。また、上記のスターリングサイクル機関では、作動ガスの注入に先立って内部を真空引きする際に、作動ガス導入経路を用いて空気を吸引することができる。作動ガスを高圧で注入する場合とは異なり、真空引きの際には付勢手段によって可動部材が開放位置に維持されるので、作動ガス導入経路を通って外部へ吸引される空気の流量が制限されることがない。作動ガスの注入に先立つ内部の真空引きを短時間で行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のスターリングサイクル機関によれば、高圧の作動ガスの注入による内部の部材の損傷を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１）スターリングサイクル機関はフリーピストン形スターリングエンジンである。
【実施例１】
【００１７】
図面を参照しながら、本発明のスターリングサイクル機関を具現化した実施例を説明する。図１は本実施例のスターリングサイクル機関１００の構成を示している。本実施例のスターリングサイクル機関１００は、家庭用の発電装置に組み込まれており、燃焼加熱器１２４による加熱と冷却器１３０による冷却を受けて、交流電力を発電する。燃焼加熱器１２４はスターリングサイクル機関１００を囲うように配置されたリングバーナである。冷却器１３０はスターリングサイクル機関１００の外面に沿って冷却水を流す冷却水配管である。
【００１８】
スターリングサイクル機関１００は、外形が略円柱形状をしているハウジング１０２と、ハウジング１０２内で膨張空間１０４と圧縮空間１０６を区画するディスプレーサ１０８と、圧縮空間１０６とバウンス空間１１０を区画する出力ピストン１１２を備えている。膨張空間１０４、圧縮空間１０６、バウンス空間１１０には、作動ガスであるヘリウムガスが充填されている。
【００１９】
ディスプレーサ１０８は、ハウジング１０２内に設けられたシリンダ１１４に収容されているとともに、ハウジング１０２に固定されているシャフト１１６に摺動可能に支持されている。ディスプレーサ１０８とシャフト１１６は２つの板ばね１１８を介して接続されており、ディスプレーサ１０８はシリンダ１１４の内面に沿って往復運動する。ディスプレーサ１０８の固有振動数は、ディスプレーサ１０８の重量と板ばね１１８のバネ定数によって調整される。シャフト１１６は固定プレート１２０を介してハウジング１０２に固定されており、固定プレート１２０には複数の孔１２０ａが形成されている。
【００２０】
シリンダ１１４の外面とハウジング１０２の内面の間には、膨張空間１０４と圧縮空間１０６を連通する内部ガス経路１２２が形成される。この内部ガス経路１２２には、通過するヘリウムガスをハウジング１０２の外部の燃焼加熱器１２４によって加熱する加熱部１２６と、蓄熱体が敷設された再生部１２８と、通過するヘリウムガスをハウジング１０２の外部の冷却器１３０によって冷却する冷却部１３２が形成されている。加熱部１２６には内部ガス経路１２２に沿ったヘリウムガスの移動を妨げない形状の加熱部フィン１２７が設けられている。冷却部１３２には内部ガス経路１２２に沿ったヘリウムガスの移動を妨げない形状の冷却部フィン１３３が設けられている。再生部１２８は蓄熱体の吸熱／放熱によって、ヘリウムガスが通過する際に予冷／予熱を行う。膨張空間１０４の高温のヘリウムガスが圧縮空間１０６へ移動する際には、ヘリウムガスは再生部１２８で蓄熱体の吸熱により予冷された後、冷却部１３２で冷却される。圧縮空間１０６の低温のヘリウムガスが膨張空間１０４へ移動する際には、ヘリウムガスは再生部１２８で蓄熱体の放熱により予熱された後、加熱部１２６で加熱される。
【００２１】
出力ピストン１１２にはムーバーロッド１３４が固定されており、出力ピストン１１２とムーバーロッド１３４は一体的に運動する。ムーバーロッド１３４は２つの板ばね１３６を介してハウジング１０２に支持されており、出力ピストン１１２とムーバーロッド１３４は、ハウジング１０２の内面に形成されたガイド１３８に沿って往復運動する。出力ピストン１１２の固有振動数は、出力ピストン１１２とムーバーロッド１３４と磁石１４０等の重量と、板ばね１３６のバネ定数によって調整される。本実施例では、ディスプレーサ１０８の固有振動数を出力ピストン１１２の固有振動数よりも幾分大きくして、両者に位相差を持たせている。
【００２２】
ムーバーロッド１３４には複数の磁石１４０が配設されている。また、ハウジング１０２側には、複数の磁石１４０と対向する位置に鉄心１４２とコイル１４４が設けられている。ムーバーロッド１３４が往復運動することによって、コイル１４４に誘導起電圧が発生し、交流電力を生成することができる。このときに発電される交流電力の周波数は、出力ピストン１１２の往復運動の周波数に等しい。この場合、ムーバーロッド１３４の磁石１４０とハウジング１０２の鉄心１４２およびコイル１４４は、リニア発電機として機能する。
【００２３】
またムーバーロッド１３４が停止しているときに、コイル１４４に交流電圧を印加することで、ムーバーロッド１３４が加振され、ムーバーロッド１３４を往復運動させることができる。この場合、ムーバーロッド１３４の磁石１４０とハウジング１０２の鉄心１４２およびコイル１４４は、リニア電動機として機能する。
【００２４】
スターリングサイクル機関１００では、ディスプレーサ１０８が往復運動すると、膨張空間１０４の容積と圧縮空間１０６の容積の割合が変化する。例えばディスプレーサ１０８が膨張空間１０４側に移動すると、膨張空間１０４の容積が減少するとともに圧縮空間１０６の容積が増大する。このとき、膨張空間１０４内のヘリウムガスは、内部ガス経路１２２を通って圧縮空間１０６へと移動する。逆に、ディスプレーサ１０８が圧縮空間１０６側に移動すると、圧縮空間１０６の容積が減少するとともに膨張空間１０４の容積が増大する。このとき、圧縮空間１０６内のヘリウムガスが内部ガス経路１２２を通って膨張空間１０４へと移動する。膨張空間１０４の容積と圧縮空間１０６の容積の割合が変化すると、高温状態のヘリウムガスと低温状態のヘリウムガスの割合が変化し、膨張空間１０４と圧縮空間１０６の圧力が変化する。圧縮空間１０６の圧力変化によってバウンス空間１１０との間に圧力差が生じ、出力ピストン１１２が加振される。
【００２５】
出力ピストン１１２は、圧縮空間１０６に生じる圧力変化によって加振されつつ、往復運動する。このときのディスプレーサ１０８の往復運動の周波数は出力ピストン１１２の往復運動の周波数よりも幾分大きくなるように設定されているので、両者の間に位相差が生じて熱力学的仕事を生成する。
【００２６】
スターリングサイクル機関１００は、燃焼加熱器１２４による連続的な加熱と冷却器１３０による連続的な冷却によって、ディスプレーサ１０８と出力ピストン１１２を振動させ続けて、交流電力を発電する。スターリングサイクル機関１００が発電した電力は、図示しないパワーコンディショナによって調整されて、家庭用の電力系統へと供給される。
【００２７】
スターリングサイクル機関１００のハウジング１０２の中央付近に、ヘリウムガスを注入するためのガス注入部１５０が設けられている。ヘリウムガスは、ガス注入部１５０を介してハウジング１０２の内部の膨張空間１０４、圧縮空間１０６、バウンス空間１１０に導入される。ガス注入部１５０は、ヘリウムガスの注入に先立ってスターリングサイクル機関１００の内部から空気を吸引する際にも用いられる。
【００２８】
図２を参照しながら、ガス注入部１５０の詳細について説明する。ガス注入部１５０には、ガス注入管２０２と、接続部材２０４が設けられている。ガス注入管２０２は接続部材２０４にはんだ付されている。ヘリウムガスを注入する際には、ガス注入管２０２は、ヘリウムガスを供給する図示しないガスボンベに接続される。ヘリウムガスの注入が完了すると、図１に示すように、ガス注入管２０２の一部を押し潰して切断し、切断面をろう付することで、ガス注入管２０２は封止される。図２に示すように、接続部材２０４の内部にはヘリウムガスが通過するガス導入経路２０８が設けられており、そのガス導入経路２０８上にオリフィス２０６が設けられている。オリフィス２０６は、ガス注入部１５０を通過するヘリウムガスの流量を制限する。オリフィス２０６の径は、オリフィス２０６を流れるヘリウムガスの流量が、出力ピストン１１２の外周のクリアランスを介してバウンス空間１１０から圧縮空間１０６へ流れるヘリウムガスの流量よりも小さくなるように設定されている。
【００２９】
スターリングサイクル機関１００の内部にヘリウムガスを注入する際には、ガス注入部１５０からヘリウムガスを注入する。ガス注入部１５０に注入されたヘリウムガスは、ガス注入管２０２、接続部材２０４を経由して、バウンス空間１１０に流入する。バウンス空間１１０に流入したヘリウムガスは、出力ピストン１１２の外周のクリアランスを介して、圧縮空間１０６にも流入する。圧縮空間１０６に流入したヘリウムガスは、内部ガス経路１２２を介して膨張空間１０４にも流入する。このようにして、スターリングサイクル機関１００の内部空間全体にヘリウムガスが行き渡る。
【００３０】
ヘリウムガスを注入する際に、誤って高圧のヘリウムガスをいきなり注入してしまう場合がある。このような場合に、オリフィス２０６が設けられていないと、バウンス空間１１０に高圧のヘリウムガスが急激に流れ込む。バウンス空間１１０から圧縮空間１０６へは、出力ピストン１１２のクリアランスを介してヘリウムガスが徐々に流れ込むが、その流量は僅かなものである。その結果、バウンス空間１１０と圧縮空間１０６の間に大きな差圧が生じ、出力ピストン１１２に大きな荷重が作用する。出力ピストン１１２が板ばね１３６に抗して急激に動作し、周辺部材と衝突したり、板ばね１３６が損傷してしまうおそれがある。しかしながら、本実施例のスターリングサイクル機関１００では、オリフィス２０６によってガス導入経路２０８を流れるヘリウムガスの流量が制限されているから、高圧のヘリウムガスが注入された場合でも、ヘリウムガスがバウンス空間１１０に急激に流れ込むことがない。スターリングサイクル機関１００の内部の部材の損傷を未然に防止することができる。
【００３１】
またスターリングサイクル機関１００の内部からヘリウムガスを放出する場合にも、オリフィス２０６が設けられていないと、同様の問題が生じる。封止されたガス注入管２０２を接続部材２０４から取り外してヘリウムガスを外部に放出する際に、オリフィス２０６が設けられていないと、バウンス空間１１０の圧力が急激に低下し、バウンス空間１１０と圧縮空間１０６の差圧によって出力ピストン１１２が急激に動作し、周辺部材と衝突したり、板ばね１３６が損傷してしまうおそれがある。しかしながら、本実施例のスターリングサイクル機関１００では、オリフィス２０６によってガス導入経路２０８を流れるヘリウムガスの流量が制限されているから、内部からヘリウムガスを放出する場合でも、バウンス空間１１０の圧力が急激に低下してしまうことがない。スターリングサイクル機関１００の内部の部材の損傷を未然に防止することができる。
【００３２】
上記のスターリングサイクル機関１００では、オリフィス２０６を通過するヘリウムガスの流量が、出力ピストン１１２を挟んで隣接するバウンス空間１１０と圧縮空間１０６の間を流れるヘリウムガスの流量よりも小さく設定されている。このような構成とすることによって、スターリングサイクル機関１００にヘリウムガスを注入する際に、出力ピストン１１２に大きな差圧がかかる事態を確実に防ぐことができる。
【００３３】
なお上記のスターリングサイクル機関１００では、出力ピストン１１２に多少の差圧がかかっても、板ばね１３６が出力ピストン１１２の動作を抑制する。このため、オリフィス２０６を通過するヘリウムガスの流量が、出力ピストン１１２を挟んで隣接するバウンス空間１１０と圧縮空間１０６の間を流れるヘリウムガスの流量よりもわずかに大きく設定されていても、出力ピストン１１２の急激な動作による内部の部材の損傷を防止することができる。
【実施例２】
【００３４】
本実施例のスターリングサイクル機関３００について、図３から図５を参照しながら説明する。本実施例のスターリングサイクル機関３００は、図１に示す実施例１のスターリングサイクル機関１００と、ガス注入部１５０の構成のみが異なっている。
【００３５】
図３に示すように、スターリングサイクル機関３００のガス注入部３０２は、ガス注入管２０２と、接続部材３０４を備えている。接続部材３０４の内部にはヘリウムガスが通過するガス導入経路３１４が設けられており、そのガス導入経路３１４上に可動部材３０６と、コイルばね３０８、３１０が設けられている。可動部材３０６は、ガス導入経路３１４に沿って移動可能にコイルばね３０８、３１０に支持されている。可動部材３０６が最も内側に（図３の右方向に）移動すると、ガス導入経路３１４は可動部材３０６によって遮蔽される。また、可動部材３０６が最も外側に（図３の左側に）移動すると、ガス導入経路３１４は可動部材３０６によって遮蔽される。以下では可動部材３０６が最も内側に移動したときの位置を内側遮蔽位置とよび、可動部材３０６が最も外側に移動したときの位置を外側遮蔽位置とよぶ。また、可動部材３０６が内側遮蔽位置と外側遮蔽位置の間に位置しているときは、ガス導入経路３１４は可動部材３０６によって遮蔽されていない。このような可動部材３０６の位置を開放位置とよぶ。可動部材３０６の中央には細孔３１２が設けられており、可動部材３０６が内側遮蔽位置や外側遮蔽位置にあるときは、細孔３１２を介してヘリウムガスが通過する。細孔３１２の径は、細孔３１２を流れるヘリウムガスの流量が、出力ピストン１１２のクリアランスを介して流れるヘリウムガスの流量よりも小さくなるように設定されている。コイルばね３０８、３１０は、可動部材３０６を内側遮蔽位置と外側遮蔽位置の間の中立位置に向けて付勢している。コイルばね３０８、３１０は、可動部材３０６の両側に１ｂａｒの差圧がかかっても、可動部材３０６が内側遮蔽位置や外側遮蔽位置まで到達せず、それ以上の差圧がかかった場合に、可動部材３０６が内側遮蔽位置や外側遮蔽位置に到達するように、その剛性を調整されている。
【００３６】
ヘリウムガスの注入に先立って、スターリングサイクル機関３００の内部を真空引きする際には、ガス注入部３０２を介して空気を吸引する。この場合には、可動部材３０６の両側にかかる差圧は１ｂａｒ程度であり、コイルばね３０８、３１０によって付勢された可動部材３０６は外側遮蔽位置まで到達することなく、開放位置に留まっている。従って、ガス注入部３０２を流れるヘリウムガスの流量は細孔３１２に制限されることがなく、スターリングサイクル機関３００の内部から速やかに空気を吸引することができる。
【００３７】
真空引きの終了後、スターリングサイクル機関３００の内部にヘリウムガスを注入する際には、ガス注入部３０２からヘリウムガスが注入される。この際に高圧のヘリウムガスが注入されると、図４に示すように、差圧によって可動部材３０６が内側遮蔽位置に到達して、ガス注入部３０２を流れるヘリウムガスの流量が細孔３１２によって制限される。バウンス空間１１０にヘリウムガスが急激に流れ込むことがなく、出力ピストン１１２の急激な動作によるスターリングサイクル機関３００の内部の部材の損傷を未然に防止することができる。
【００３８】
またスターリングサイクル機関３００の内部からヘリウムガスを放出する場合には、図５に示すように、差圧によって可動部材３０６が外側遮蔽位置に到達して、ガス注入部３０２を流れるヘリウムガスの流量が細孔３１２によって制限される。その結果、バウンス空間１１０からガス注入部３０２を介して外部に流れ出すヘリウムガスの流量が制限されて、バウンス空間１１０の圧力の急激な低下を防ぐことができる。出力ピストン１１２の急激な動作によるスターリングサイクル機関３００の内部の部材の損傷を未然に防止することができる。
【００３９】
以上のように、本実施例のスターリングサイクル機関３００によれば、ヘリウムガスを注入したり放出したりする際には、可動部材３０６の細孔３１２によってガス注入部３０２を通過するヘリウムガスの流量が制限されるので、バウンス空間１１０の急激な圧力変動を抑制し、出力ピストン１１２の急激な動作によるスターリングサイクル機関３００の内部の部材の損傷を防止することができる。また、ヘリウムガスの注入に先立つ真空引きの際には、可動部材３０６が開放位置に維持されるので、ガス注入部３０２を通過する空気の流量は制限されない。スターリングサイクル機関３００の内部の空気を速やかに吸引することができる。
【実施例３】
【００４０】
本実施例のスターリングサイクル機関６００について、図６から図８を参照しながら説明する。本実施例のスターリングサイクル機関６００は、図１に示す実施例１のスターリングサイクル機関１００と、ガス注入部１５０の構成のみが異なっている。
【００４１】
図６に示すように、スターリングサイクル機関６００のガス注入部６０２は、ガス注入管２０２と、接続部材６０４を備えている。接続部材６０４の内部にはヘリウムガスが通過するガス導入経路６０６が設けられており、そのガス導入経路６０６上に剛性を有する板状の可動部材６０８が設けられている。可動部材６０８はガス導入経路６０６内で差圧に応じて撓むように接続部材６０４に片持ち支持されている。可動部材６０８が最も内側に（図６の右側に）撓むと、ガス導入経路６０６は可動部材６０８によって遮蔽される。また、可動部材６０８が最も外側に（図６の左側に）撓むと、ガス導入経路６０６は可動部材６０８によって遮蔽される。以下では可動部材６０８が最も内側に撓んだときの位置を内側遮蔽位置とよび、可動部材６０８が最も外側に撓んだときの位置を外側遮蔽位置とよぶ。また、可動部材６０８が内側遮蔽位置と外側遮蔽位置の間に位置しているときは、ガス導入経路６０６は可動部材６０８によって遮蔽されていない。このような可動部材６０８の位置を開放位置とよぶ。可動部材６０８の中央には細孔６１０が設けられており、可動部材６０８が内側遮蔽位置や外側遮蔽位置まで撓んでいるときは、細孔６１０を介してヘリウムガスが通過する。細孔６１０の径は、細孔６１０を流れるヘリウムガスの流量が、出力ピストン１１２のクリアランスを介して流れるヘリウムガスの流量よりも小さくなるように設定されている。可動部材６０８は、両側に１ｂａｒの差圧がかかっても、内側遮蔽位置や外側遮蔽位置まで撓まず、それ以上の差圧がかかった場合に、内側遮蔽位置や外側遮蔽位置にまで撓むように、その剛性を調整されている。
【００４２】
ヘリウムガスの注入に先立って、スターリングサイクル機関６００の内部を真空引きする際には、ガス注入部６０２を介して空気を吸引する。この場合には、可動部材６０８の両側にかかる差圧は１ｂａｒ程度であり、可動部材６０８は外側遮蔽位置まで撓むことがなく、開放位置に留まっている。従って、ガス注入部６０２を流れるヘリウムガスの流量は細孔６１０に制限されることがなく、スターリングサイクル機関６００の内部から速やかに空気を吸引することができる。
【００４３】
真空引きの終了後、スターリングサイクル機関６００の内部にヘリウムガスを注入する際には、ガス注入部６０２からヘリウムガスが注入される。この際に高圧のヘリウムガスが注入されると、図７に示すように、差圧によって可動部材６０８が内側遮蔽位置にまで撓んで、ガス注入部６０２を流れるヘリウムガスの流量が細孔６１０によって制限される。バウンス空間１１０にヘリウムガスが急激に流れ込むことがなく、出力ピストン１１２の急激な動作によるスターリングサイクル機関６００の内部の部材の損傷を未然に防止することができる。
【００４４】
またスターリングサイクル機関６００の内部からヘリウムガスを放出する場合には、図８に示すように、差圧によって可動部材６０８が外側遮蔽位置まで撓んで、ガス注入部６０２を流れるヘリウムガスの流量が細孔６１０によって制限される。その結果、バウンス空間１１０からガス注入部６０２を介して外部に流れ出すヘリウムガスの流量が制限されて、バウンス空間１１０の圧力の急激な低下を防ぐことができる。出力ピストン１１２の急激な動作によるスターリングサイクル機関６００の内部の部材の損傷を未然に防止することができる。
【００４５】
以上のように、本実施例のスターリングサイクル機関６００によれば、ヘリウムガスを注入したり放出したりする際には、可動部材６０８の細孔６１０によってガス注入部６０２を通過するヘリウムガスの流量が制限されるので、バウンス空間１１０の急激な圧力変動を抑制し、出力ピストン１１２の急激な動作によるスターリングサイクル機関６００の内部の部材の損傷を防止することができる。また、ヘリウムガスの注入に先立つ真空引きの際には、可動部材６０８が開放位置に維持されるので、ガス注入部６０２を通過する空気の流量は制限されない。スターリングサイクル機関６００の内部の空気を速やかに吸引することができる。
【００４６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記の実施例では、スターリングサイクル機関が家庭用の発電装置に組み込まれている場合について説明した。これとは異なり、スターリングサイクル機関のコイルに交流電力を供給し、スターリングサイクル機関を逆スターリングサイクルで動作させて、スターリングサイクル機関を冷凍装置に組み込まれるヒートポンプとして使用することもできる。
また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は実施例１のスターリングサイクル機関１００の構成を示す図である。
【図２】図２は実施例１のガス注入部１５０の構成を示す図である。
【図３】図３は実施例２のガス注入部３０２の構成を示す図である。
【図４】図４は実施例２のガス注入部３０２において、可動部材３０６が内側遮蔽位置まで到達した状態を示す図である。
【図５】図５は実施例２のガス注入部３０２において、可動部材３０６が外側遮蔽位置まで到達した状態を示す図である。
【図６】図６は実施例３のガス注入部６０２の構成を示す図である。
【図７】図７は実施例３のガス注入部６０２において、可動部材６０８が内側遮蔽位置まで撓んだ状態を示す図である。
【図８】図８は実施例３のガス注入部６０２において、可動部材６０８が外側遮蔽位置まで撓んだ状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００        スターリングサイクル機関
１０２        ハウジング
１０４        膨張空間
１０６        圧縮空間
１０８        ディスプレーサ
１１０        バウンス空間
１１２        出力ピストン
１１４        シリンダ
１１６        シャフト
１２０        固定プレート
１２０ａ             孔
１２２        内部ガス経路
１２４        燃焼加熱器
１２６        加熱部
１２７        加熱部フィン
１２８        再生部
１３０        冷却器
１３２        冷却部
１３３        冷却部フィン
１３４        ムーバーロッド
１３８        ガイド
１４０        磁石
１４２        鉄心
１４４        コイル
１５０        ガス注入部
２０２        ガス注入管
２０４        接続部材
２０６        オリフィス
２０８        ガス導入経路
３００        スターリングサイクル機関
３０２        ガス注入部
３０４        接続部材
３０６        可動部材
３１２        細孔
３１４        ガス導入経路
６００        スターリングサイクル機関
６０２        ガス注入部
６０４        接続部材
６０６        ガス導入経路
６０８        可動部材
６１０        細孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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