(57)【要約】  互いに位相差を持って動く２つのダブルピストンユニットにより、熱出力プロセスまたは熱力および冷却および加熱ポンピングプロセスを実行する４サイクルスターリングエンジンに関する。（選択図：図１）
2009504980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン１上方のシリンダー空間が、第１加熱器−蓄熱器−除熱器アセンブリを介して、ピストン７上方のシリンダー空間に連結され、ピストン１下方のシリンダー空間が、第２加熱器−蓄熱器−除熱器アセンブリを介して、ピストン７下方のシリンダー空間に連結され、加えて、ピストン６上方のシリンダー空間が、第３加熱器−蓄熱器−除熱器アセンブリを介して、ピストン２下方のシリンダー空間に連結され、ピストン６下方のシリンダー空間が、第４加熱器−蓄熱器−除熱器アセンブリを介して、ピストン２上方のシリンダー空間に連結されること、
を特徴とする２つのダブルピストンユニットを備えた４サイクルスターリングエンジン。
【請求項２】
２つのダブルピストンユニットが、位相シフトを有して互いに動き、ダブルピストンユニットは、それぞれ２つの膨張空間を動く膨張ピストン、連結ピストンロッドおよび２つの圧縮空間を動く圧縮ピストンとからなり、ピストンロッドの軸方向外側にピストンロッドエクステンション４および９を有するとともに、前記エクステンションがギアを介して互いに機械的に連結すること、
を特徴とする請求項１に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項３】
加熱器が２つの時計回り熱動力プロセスの加熱を前提とし、２つの時計回りプロセスにより機械的に駆動される、他の２サイクルの加熱領域は、２つの反時計回り冷却装置プロセスまたは加熱ポンププロセスを実現するために、外部熱源に適切に連結されること、
を特徴とする請求項１または２に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項４】
ピストン１上方のシリンダー空間が、第１加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン６上方のシリンダー空間に連結され、ピストン１下方のシリンダー空間が、第２加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン６下方のシリンダー空間に連結され、加えて、ピストン２上方のシリンダー空間が、第１熱源−蓄熱器−ヒートシンクアセンブリを介して、ピストン７上方のシリンダー空間に連結され、ピストン２下方のシリンダー空間が、第２熱源−蓄熱器−ヒートシンクアセンブリを介して、ピストン７下方のシリンダー空間に連結されること、
を特徴とする請求項１に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項５】
ピストン１上方のシリンダー空間が、第１加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン７下方のシリンダー空間に連結され、ピストン１下方のシリンダー空間が、第２加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン７上方のシリンダー空間に連結され、加えて、ピストン２上方のシリンダー空間が、第１熱源−蓄熱器−ヒートシンクアセンブリを介して、ピストン６下方のシリンダー空間に連結され、ピストン２下方のシリンダー空間が、第２熱源−蓄熱器−ヒートシンクアセンブリを介して、ピストン６上方のシリンダー空間に連結されること、
を特徴とする請求項３に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項６】
ピストン１、２、６、および７のシリンダーの直径が互いに異なること、
を特徴とする請求項１〜５に記載の４サイクルスターリングモータ。
【請求項７】
互いに背後に位置する４つの単管螺旋、または対で巻かれた４つの単管螺旋が、中空キャストベースボディ内に配置されるように、特別な加熱器１０が設計されていること、
を特徴とする請求項１または２に記載の４サイクルスターリングモータ。
【請求項８】
希釈作動ガス結合管の蓄熱マトリクス材を一定の流れとするマトリクス材前方に流れ体が設置され、前記流れ体は、ガスを均一に分配し、両側面の粘性が低く、好ましくは球体であること、
を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の４サイクルスターリングモータ。
【請求項９】
シリンダー中央部のシールが、ピストンロッドのピストンリングの形態で設計されていること、
を特徴とする請求項１〜８に記載の４サイクルスターリングモータ。
【請求項１０】
部分負荷運転において関連するサイクルの閉ループ制御を可能とするために、サイクルバイパス弁２７および２８が設置されていること、
を特徴とする請求項１〜９に記載の４サイクルスターリングモータ。
【請求項１１】
位相シフトの実現とエネルギー変換のために、ギアが、線形発電機−線形モータシステムの形態で実現されていること、
を特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の４サイクルスターリングモータ。
【請求項１２】
ダブルピストンユニットの複動ピストンが、好ましくは外部の耐圧隔壁において両側が利用され得る、メンブレンまたはベローズとして設計されていること、
を特徴とする請求項１〜１１に記載の４サイクルスターリングモータ。
【請求項１３】
４サイクル冷却装置のさらなるダブルピストンユニットが、４サイクルモータの２つのダブルピストンユニットのクランクシャフトの二つのクランクに結合し、２つの４サイクルエンジンが組み合わされること、
を特徴とする請求項１〜１２に記載の４サイクルスターリングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルファタイプのダブルピストンユニットを２つ備えた４サイクルスターリングエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
複式スターリングモータは、シーメンス社の装置の異なるバリエーションにおいて知られている。このモータは、４つのシリンダーが隣り合って設定され、それぞれ膨張空間と圧縮空間を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
シーメンス社の複式スターリングモータは、４つのシリンダーが隣り合って設定され、それぞれ膨張空間と圧縮空間を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、ダブルピストンユニットを２つ備えたアルファタイプの４サイクルスターリングエンジン（４ＳＣ）について述べる。２つのダブルピストンユニットは互いに位相シフトをもって動く。それぞれは、ピストンロッド３、８で互いに結合された２つのピストンと、ギアを介して互いに機械的に結合されている延長ピストンロッド４、９からなる。
【０００５】
ダブルピストンユニットは、膨張ピストンと圧縮ピストン、２つの膨張ピストン、または２つの圧縮ピストンで構成されても良い。
【発明の効果】
【０００６】
４サイクルシーメンススターリングモータと比較した場合、下記の利点が得られる。
・よりシンプルなギアリングとより少ない機械的摩擦
・作動ガスの低い混合損失
・特にシリンダー壁の領域における、低い熱伝導損失
・よりコンパクトな構造
・圧縮空間に対する膨張空間の変化の可能性
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ダブルピストンユニットを２つ備えた４サイクルスターリングエンジンの構成図。
【符号の説明】
【０００８】
１  第１ダブルピストンユニットの膨張ピストン
２  第１ダブルピストンユニットの圧縮ピストン
３  第１ダブルピストンユニットのピストンロッド
４  第１ダブルピストンユニットのピストンロッドエクステンション
５  シリンダー筐体
６  第２ダブルピストンユニットの膨張ピストン
７  第２ダブルピストンユニットの圧縮ピストン
８  第２ダブルピストンユニットのピストンロッド
９  第２ダブルピストンユニットのピストンロッドエクステンション
１０  ４サイクル加熱器
１１  蓄熱器  サイクル１
１２  蓄熱器  サイクル２
１３  蓄熱器  サイクル３
１４  蓄熱器  サイクル４
１５  冷却器  サイクル１
１６  冷却器  サイクル２
１７  冷却器  サイクル３
１８  冷却器  サイクル４
１９  シーリング用ピストンロッドリング
２０  断熱材
２１  ピストンロッドシール
２２  線形ガイド
２３  コンロッド
２４  クランクシャフト
２５  発電機
２６  クランク筐体
２７  サイクル１からサイクル２へのサイクルバイパス弁
２８  サイクル３からサイクル４へのサイクルバイパス弁
Ｚ１  サイクル１
Ｚ２  サイクル２
Ｚ３  サイクル３
Ｚ４  サイクル４
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に従うサイクル結合は、各サイクルがスターリングモータプロセスを実行するように作られている。図１において、第１ダブルピストンユニットとそれに追従する第２ダブルピストンユニットの下方への動きを伴う膨張が第１周期において起こり、第２周期における圧縮、第３周期における熱の等積供給、第４周期における熱の等積除去が起こる。これにより、クランクシャフトのトルク力軌道は非常に安定し好ましい。
【００１０】
図１に従う発明装置では、ピストン１下方のシリンダー空間は、第１加熱器蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン７下方のシリンダー空間に連結し、ピストン１上方のシリンダー空間は、第２加熱器蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン７上方のシリンダー空間に連結している。加えて、ピストン６上方のシリンダー空間は、第３加熱器蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン２下方のシリンダー空間に連結し、ピストン６下方のシリンダー空間は、第４加熱器蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン２上方のシリンダー空間に連結している。
【００１１】
各場合において、ダブルピストンユニットの第１ピストンは第２ピストンのガイドとして利用されるため、規定の環状間隙を有するピストンリングなしの動作の可能性が存在する。
【００１２】
個別の温度レベルと圧力レベルが考慮されたダブルピストンユニットの複動ピストンは、好ましくは外部の耐圧隔壁において両側が利用され得る、メンブレンまたはベローズと見なされ得る。
【００１３】
ピストン１、２、６、７のシリンダーの直径は互いに異なっている。これにより、例えば、膨張空間は圧縮空間よりも大きくデザインされ得る。さらに、シリンダーの直径を変化させることにより、時計回りまたは反時計回りに稼動するプロセスの同時実現を用いてシステムの最適化を実行し得る（説明は下記参照）。
【００１４】
次々に横たわる４つの単管螺旋、または、対で巻かれた４つの単管螺旋が、中空のキャストベースボディに配置された加熱器を適用しても良い。燃焼器はキャストベースボディ内に位置しても良い。
【００１５】
４−ＳＣの希釈作動ガス結合管の蓄熱器マトリクス材を均一の流れとするために、両側面の粘性が低く、ガスを一手に分配し、好ましくは球体の、流れ体が、マトリクス材の前方に設置されても良い。
【００１６】
個々のシリンダー中央におけるシールの簡単な変更を許容するため、ピストンロッド３と８にはピストンリング１９の形でシールが設計されている。
【００１７】
サイクルバイパス弁２７、２８は、部分負荷運転において関連するサイクルの閉ループ制御に用いても良い。
【００１８】
４サイクルシーメンススターリングモータと比較した場合、下記の利点が得られる。
・よりシンプルなギアリングとより少ない機械的摩擦
・作動ガスの低い混合損失
・特にシリンダー壁の領域における、低い熱伝導損失
・よりコンパクトな構造
・圧縮空間に対する膨張空間の変化の可能性
【００１９】
本発明に従う他の装置は、互いに位相シフトをもって動き、２サイクルが機械的エネルギーを準備するために使われ、残りの２サイクルが熱源の冷却とヒートシンクの加熱に使われる、２つのダブルピストンユニットを備えた４サイクルユニバーサルエンジンである。
【００２０】
このために、図１の加熱器の４つの作動ガス領域が、２つ、特にサイクル１の作動ガス領域とサイクル２の作動ガス領域に縮小される。もはや加熱器内にはない（局所的熱的に分離された）、サイクル３とサイクル４の残りの加熱作動ガス領域は、一つまたは二つの熱源に熱的に結合されている。サイクル３とサイクル４の除熱領域（冷却領域）は、一つまたは二つのヒートシンクに結合されても良い。従って、例えば、サイクル１とサイクル２の機械的エネルギーの余剰分を用いて、２つの他のサイクルにおいて冷却を実現する、冷却装置を構築しても良い。もちろん、他の方法として、サイクル３とサイクル４が機械的エネルギーの供給に用いられ、サイクル１とサイクル２が冷却プロセス用に用いられても良い。冷却装置に代わるヒートポンプの代替アプリケーションも、言うまでもなく、利用される。例えば、サイクル１とサイクル２を熱パワープロセスとして利用し、サイクル３を冷却装置として利用し、サイクル４をヒートポンプとして利用する装置を構築しても良い。このために、サイクル３とサイクル４の加熱作動ガス領域は、異なる温度レベルのため熱的に分離される必要がある。
【００２１】
装置は、ピストン１上方のシリンダー空間が、第１加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン６上方のシリンダー空間に連結され、ピストン１下方のシリンダー空間が、第２加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン６下方のシリンダー空間に連結されるように構築されても良い。加えて、ピストン２上方のシリンダー空間が、第１熱源−蓄熱器−ヒートシンクアセンブリを介して、ピストン７上方のシリンダー空間に連結され、ピストン２下方のシリンダー空間が、第２熱源−蓄熱器−ヒートシンクアセンブリを介して、ピストン７下方のシリンダー空間に連結される。
【００２２】
本発明に従うさらなる装置は、ピストン１上方のシリンダー空間を、第１加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン７下方のシリンダー空間に連結し、ピストン１下方のシリンダー空間を、第２加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン７上方のシリンダー空間に連結する状態にある。加えて、ピストン２上方のシリンダー空間が、第１熱源−蓄熱器−ヒートシンクアセンブリを介して、ピストン６下方のシリンダー空間に連結され、ピストン２下方のシリンダー空間が、第２熱源−蓄熱器−ヒートシンクアセンブリを介して、ピストン６上方のシリンダー空間に連結される。
【００２３】
４サイクル冷却装置のさらなるダブルピストンユニットが、４サイクルモータの２つのダブルピストンユニット用のクランクシャフトの２つのクランクに連結された場合に、２つの４サイクルエンジンの有利な組み合わせが達成される。大出力、異なる温度レベルの良好な分離、シンプルなギアを備えた、滑らかに動く装置が、これにより達成される。
【００２４】
［利点］
・前述した装置により、１回転方向で４つのプロセスを操作することができる。４つの時計回りの熱動力プロセスまたは４つの反時計回り冷却装置プロセスまたはヒートポンププロセス、または２つの時計回り及び２つの反時計回りプロセス。
・例えば、太陽光を利用しまたは植物油で動く、比較的に高効率のシンプルな冷却装置が、部分負荷領域において構築されても良い。熱的に作動される従来型のシステムのＣＯＰは、０．５と１．１の間に位置する（３．５−４．５ＣＯＰ領域の圧縮装置と比較）。
・装置は、冷却と同様に、械的、電気的または熱的エネルギーを供給し得る。設計変更により、あるエネルギー形態の要素が、利用方法に適合されても良い。
【００２５】
位相シフトの実現とエネルギー変換のためのギア装置は、線形発電機―線形モータの形態で実現されても良い。このために、外部の固定されたコイル体または磁石体と相互に作用する磁石体またはコイル体が、ピストンロッドエクステンションに固定される。１つのダブルピストンユニットのエネルギー剰余分は、他のダブルピストンユニットを駆動するために、このようにして利用されても良い。その結果、線形発電機―線形モータシステムは、永久に、発電機作用とモータ作用を繰り返す。
【００２６】
ボクサー形態の２つのダブルピストンユニット装置と組み合わせた線形発電機―線形モータシステムは、有利である。２つのダブルピストンユニットの可動および固定コイル体と磁石体は、部分的にまたは完全に一体化されても良い。単一のクランクシャフトクランクに連結されたＶ配置は、図１およびボクサー形態に従い、ダブルピストンユニット装置とは切り離されて実現されても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
大出力、異なる温度レベルの良好な分離、シンプルなギアを備えた、滑らかに動く装置が、達成される。
【図１】
2009504980.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月17日(2008.4.17)
【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】
ピストンロッド3、8で互いに結合された２つのピストンと、ギアを介して機械的に連結されたピストンロッドエクステンション４、９からなる、２つのダブルピストンユニットが、位相シフトを有して互いに動く、アルファ型の４サイクルスターリングエンジンであって、
ピストン１上方のシリンダー空間が、第１加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン７上方のシリンダー空間に連結され、ピストン１下方のシリンダー空間が、第２加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン７下方のシリンダー空間に連結され、加えて、ピストン６上方のシリンダー空間が、第３加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン２下方のシリンダー空間に連結され、ピストン６下方のシリンダー空間が、第４加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン２上方のシリンダー空間に連結されること、
を特徴とする４サイクルスターリングエンジン。
【請求項２】
ダブルピストンユニットが、一つの膨張ピストンまたは一つの圧縮ピストン、２つの膨張ピストンまたは２つの圧縮ピストンから構成され得ること、
を特徴とする請求項１に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項３】
加熱領域の部分的および熱的な分離により、２サイクル（Ｚ１およびＺ２）または代替サイクル（Ｚ３およびＺ４）をもって、２つの時計回りの熱動力プロセスを実現することができ、２サイクル（Ｚ３およびＺ４）または代替サイクル（Ｚ１およびＺ２、Ｚ３およびＺ４が熱動力プロセスの場合のみ）をもって、２つの反時計回り冷却装置プロセスまたはヒートポンププロセスを実現することができること、
を特徴とする請求項１または２に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項４】
ピストン１、２、６、および７のシリンダーの直径が互いに異なること、
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項５】
ピストン１上方のシリンダー空間が、第１加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン７下方のシリンダー空間に連結され、ピストン１下方のシリンダー空間が、第２加熱器−蓄熱器−冷却器アセンブリを介して、ピストン７上方のシリンダー空間に連結され、加えて、ピストン２上方のシリンダー空間が、第１熱源−蓄熱器−ヒートシンクアセンブリを介して、ピストン６下方のシリンダー空間に連結され、ピストン２下方のシリンダー空間が、第２熱源−蓄熱器−ヒートシンクアセンブリを介して、ピストン６上方のシリンダー空間に連結されること、
を特徴とする請求項１または２に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項６】
互いに背後に位置する４つの単管螺旋、または対で巻かれた４つの単管螺旋が、中空キャストベースボディ内に配置されるように、特別な加熱器１０が設計されていること、
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項７】
希釈作動ガス結合管の蓄熱マトリクス材を一定の流れとするマトリクス材前方に流れ体が設置され、前記流れ体は、ガスを均一に分配し、両側面の粘性が低く、好ましくは球体であること、
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項８】
シリンダー中央部のシールが、ピストンロッドのピストンリングの形態で設計されていること、
を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項９】
部分負荷運転において関連するサイクルの閉ループ制御を可能とするために、サイクルバイパス弁２７および２８が設置されていること、
を特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項１０】
位相シフトの実現とエネルギー変換のために、ギアが、線形発電機ー線形モータシステムの形態で実現されていること、
を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項１１】
２つのダブルピストンユニットが、ボクサー形態またはＶ形態で配置されていること、
を特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項１２】
ダブルピストンユニットの複動ピストンが、好ましくは外部の耐圧隔壁において両側が利用され得る、メンブレンまたはベローズとして設計されていること、
を特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項１３】
４サイクル冷却装置のさらなるダブルピストンユニットが、４サイクルモータの２つのダブルピストンユニットのクランクシャフトの二つのクランクに結合し、２つの４サイクルエンジンが組み合わされること、
を特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の４サイクルスターリングエンジン。
【請求項１４】
位相シフトを有して互いに動く２つのダブルピストンユニットを備えた４サイクルスターリングモータであって、
ダブルピストンユニットは、ピストンロッド（３、８）を介して圧縮ピストン（２、７）に強固に連結された膨張ピストン（１、６）と、ダブルピストンユニットのピストンロッドエクステンション（４、９）とからなり、圧縮ピストン（２、７）の膨張ピストンから隔たれた側がギアに機械的に連結していること、
を特徴とする４サイクルスターリングモータ。
【国際調査報告】
2009504980.tif 000004
2009504980.tif 000005
2009504980.tif 000006
2009504980.tif 000007