(57)【要約】【課題】作動空間への潤滑油の浸入を防止できるスターリングエンジンを提供することを目的とする。【解決手段】スターリングエンジン１は、シリンダ２内を往復動するピストン３，４と、シリンダ２内の作動流体の収縮及び膨張を促す熱交換器７と、ピストン３，４による往復動力を回転動力に変換する出力取り出し装置１１とを備える。熱交換器７によりシリンダ２内の作動流体が収縮と膨張を交互に繰り返してピストン３，４を往復動させる。出力取り出し装置１１が、クランクケース１３に内装されたクランクボックス５０内に設置されて、クランクボックス５０内に潤滑油が貯留されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダ内の作動流体の収縮及び膨張を促す熱交換器と、前記ピストンによる往復動力を回転動力に変換する出力取り出し装置とを備え、前記熱交換器により前記シリンダ内の作動流体の収縮と膨張を交互に繰り返して前記ピストンを往復動させるスターリングエンジンであって、
前記出力取り出し装置が、クランクケースに内装されたクランクボックス内に設置されて、前記クランクボックス内に潤滑油が貯留されていることを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項２】
前記クランクケースを貫通して前記クランクボックスに両端を接続する流路を設け、当該油路上の油面計を前記クランクケースの外側に設けたことを特徴とする請求項１に記載のスターリングエンジン。
【請求項３】
前記クランクボックス内の潤滑油の油面よりも低い位置で前記クランクボックスと連通する下側流路と、前記クランクボックス内の前記潤滑油の油面よりも高い位置で前記クランクボックスと連通する上側流路とが、前記油面計に接続されており、
前記クランクボックス内において、前記上側流路との連通部分に邪魔板が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のスターリングエンジン。
【請求項４】
前記クランクボックスから漏下した潤滑油を検知させる漏油検知部が、前記クランクケースの底部に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスターリングエンジン。
【請求項５】
前記漏油検知部が、前記クランクケースの最下部に設けられて前記クランクケース内の潤滑油を貯留する油貯留部で構成されていることを特徴とする請求項４に記載のスターリングエンジン。
【請求項６】
前記漏油検知部が、前記油貯留部に対する潤滑油の漏下を検知するセンサを備えることを特徴とする請求項５に記載のスターリングエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、外燃機関であるスターリングエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、外部からの熱による温度差に基づく作動流体の収縮・膨張により動力を出力する外燃機関として、スターリングエンジンなどが知られている。スターリングエンジンは、作動流体を圧縮空間と膨張空間との間を交互に移動させ、熱交換器による作動流体の膨張と収縮とを繰り返すことで、ピストンを駆動させて、外部からの熱を動力に変換している（特許文献１及び２参照）。このようなスターリングエンジンには、圧縮空間と膨張空間とを別シリンダに構成するアルファ型や、ディスプレーサピストン及びパワーピストンを共に同一シリンダに収容するベータ型や、ディスプレーサピストン及びパワーピストンを別シリンダに収容するガンマ型などが知られている。
【０００３】
また、スターリングエンジンは、パワーピストンの往復運動を回転運動に変換するクランク機構などの出力取り出し装置を備えており、外部に回転動力を出力している。特許文献１のスターリングエンジンは、ピストン下方にクロスヘッド機構による出力取り出し装置を設け、ディスプレーサピストンとパワーピストンが内設されるシリンダ（作動空間）と、クランク機構のクランク軸が軸支されるクランク室（バッファ空間）とを同一ケース内の上下で分室した構成となる。特許文献２のスターリングエンジンは、ディスプレーサピストンとパワーピストンが内設されるシリンダ（作動空間）下方のクランクケース（バッファ空間）内に、スコッチ・ヨーク機構による出力取り出し装置を配設している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２４３５７４号公報
【特許文献２】特許第４８７３６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のスターリングエンジンは、軸受などの摺動部分に潤滑油を供給する湿式潤滑方式を採用しており、特許文献２のスターリングエンジンは、摺動部分をグリース封入部品や油含侵部品などで構成する無給油潤滑方式を採用している。特許文献１における湿式潤滑方式の場合、バッファ空間内の潤滑油の飛沫が作動空間に侵入し、作動流体と熱交換する熱交換器での目詰まりなどが発生する恐れがある。一方、特許文献２における無給油潤滑方式の場合、高出力化したときに、軸受などの摺動部分における耐荷重を増加させる必要があり、摺動部分における面圧を下げるため、出力取り出し装置が大型化してしまい、エンジン全体の小型化が困難である。
【０００６】
本願発明は、上記のような現状を検討して改善を施したスターリングエンジンを提供することを技術的課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は、シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダ内の作動流体の収縮及び膨張を促す熱交換器と、前記ピストンによる往復動力を回転動力に変換する出力取り出し装置とを備え、前記熱交換器により前記シリンダ内の作動流体の収縮と膨張を交互に繰り返して前記ピストンを往復動させるスターリングエンジンであって、前記出力取り出し装置が、クランクケースに内装されたクランクボックス内に設置されて、前記クランクボックス内に潤滑油が貯留されているものである。
【０００８】
上記スターリングエンジンにおいて、前記クランクケースを貫通して前記クランクボックスに両端を接続する流路を設け、当該流路上の油面計を前記クランクケースの外側に設けたものとしてもよい。
【０００９】
上記スターリングエンジンにおいて、前記クランクボックス内の潤滑油の油面よりも低い位置で前記クランクボックスと連通する下側流路と、前記クランクボックス内の前記潤滑油の油面よりも高い位置で前記クランクボックスと連通する上側流路とが、前記油面計に接続されており、前記クランクボックス内において、前記上側流路との連通部分に邪魔板が設けられているものとしてもよい。
【００１０】
上記スターリングエンジンにおいて、前記クランクボックスから漏下した潤滑油を検知させる漏油検知部が、前記クランクケースの底部に設けられているものとしてもよい。
【００１１】
上記スターリングエンジンにおいて、前記漏油検知部が、前記クランクケースの最下部に設けられて前記クランクケース内の潤滑油を貯留する油貯留部で構成されているものとしてもよい。
【００１２】
上記スターリングエンジンにおいて、前記漏油検知部が、前記油貯留部に対する潤滑油の漏下を検知するセンサを備えるものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明によると、クランクケースをクランクボックスが内在する二重構造として、クランクボックス内に潤滑油を封入させることで、クランクケース内におけるクランクボックス外側のバッファ空間へ潤滑油が混入することを未然に防止できる。従って、シリンダ内の作動空間への潤滑油の浸入をより確実に防ぐことができ、シリンダにおける作動空間や熱交換器などへの潤滑油の付着などによる故障や駆動上の不具合を抑制できる。
【００１４】
本願発明によると、クランクケースの外側に油面計を配置しているので、油面計内の潤滑油の油面を視認することで、クランクボックス内の潤滑油の油面を確認することができる。従って、クランクボックス内の潤滑油の過不足を確認できるだけでなく、クランクボックスからクランクケースへの潤滑油の漏下を確認できる。
【００１５】
本願発明によると、邪魔板を設置することにより、スターリングエンジンの駆動中に攪拌された潤滑油が、上側流路を通じて油面計に侵入することを防止する。従って、油面計に上側流路を通じて潤滑油が逆流することを防止でき、油面計における計測異常を防ぐことができ、クランクボックス内の油面位置を正常に測定可能とする。
【００１６】
本願発明によると、クランクケースの底部に漏油検知部を設けることで、スターリングエンジンの駆動時において、漏油検知部に流入した潤滑油を検出して、クランクボックス内の潤滑油の一部がクランクケースに漏下していることを認識できる。
【００１７】
本願発明によると、油貯留部内の潤滑油量を確認することで、クランクボックスからの潤滑油の漏下を認識できる。従って、クランクボックス内の潤滑油不足だけでなく、オイルシールの劣化などを含むスターリングエンジンにおける各部品の異常を検知できるため、スターリングエンジンを停止させて、スターリングエンジンの破損を防止できる。
【００１８】
本願発明によると、クランクボックスからの潤滑油の漏下をセンサにより検出されるため、クランクボックス内の潤滑油不足だけでなく、オイルシールの劣化などを含むスターリングエンジンにおける各部品の異常を自動的に検知できる。従って、センサからの信号に基づいて、スターリングエンジンを自動的に停止させて、スターリングエンジンの破損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本願発明の実施形態におけるスターリングエンジンの側面断面を示す概略図である。
【図２】同スターリングエンジンの正面断面を示す概略図である。
【図３】同スターリングエンジンにおける出力取り出し装置の側面断面図である。
【図４】同出力取り出し装置におけるディスプレーサピストンとの接続構造を示す説明図である。
【図５】同出力取り出し装置におけるパワーピストンとの接続構造を示す説明図である。
【図６】同スターリングエンジンにおけるブリーザの第１例の構成を示す断面図である。
【図７】同ブリーザの第２例の構成を示す断面図である。
【図８】（ａ）（ｂ）ともに、同ブリーザの第２例の別構成を示す断面図である。
【図９】同ブリーザの第３例の構成を示す断面図である。
【図１０】同ブリーザの第４例の構成を示す断面図である。
【図１１】油面計の別構成を示す図である。
【図１２】漏油検知部の第２例を説明するための概略図である。
【図１３】同スターリングエンジンの停止時の制御フロー図である。
【図１４】漏油検知部の第３例を説明するための概略図である。
【図１５】本願発明の別実施形態におけるスターリングエンジンの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
１．スターリングエンジンの全体構成
以下に、本願発明を具備したスターリングエンジンの全体構成について、図面に基づいて説明する。図１は、スターリングエンジンの側面断面を示す概略図であり、図２は、スターリングエンジンの正面断面を示す概略図である。なお、以下では、ベータ型スターリングエンジンを例に挙げて説明する。
【００２１】
図１及び図２に示す如く、スターリングエンジン１は、空気、ヘリウムガス、又は水素などの作動流体が封入されたシリンダ２内に、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４を内装している。シリンダ２は、一端を開口する一方で他端を閉塞した構成で有り、閉塞端部側にディスプレーサピストン３を配置する一方、開口端部側にパワーピストン４を配置している。シリンダ２内には、膨張空間５が、閉塞端部とディスプレーサピストン３との間に、圧縮空間６が、ディスプレーサピストン３とパワーピストン４との間に、それぞれ形成されている。なお、シリンダ２内の膨張空間５と圧縮空間６とを合わせて、作動空間と呼ぶ。
【００２２】
スターリングエンジン１は、シリンダ２内の作動空間における作動流体の温度を昇降させる熱交換器７が配設されている。熱交換器７は、膨張空間５と連通して外部からの入熱により作動流体を加熱するヒータ８と、圧縮空間６と連通して外部への放熱により作動流体を冷却するクーラ９とを、多孔質状の蓄熱材であるマトリクスを内蔵する再生器１０を介して連結した構成を有する。ディスプレーサピストン３がシリンダ２の開口端部側に向けて移動すると、ヒータ８で加熱された作動流体が膨張空間５に流入することで、作動流体の温度が上昇する。一方、ディスプレーサピストン３がシリンダ２の閉塞端部側に向けて移動すると、クーラ９で冷却された作動流体が圧縮空間６に流入することで、作動流体の温度が低下する。従って、熱交換器７とシリンダ２内の作動空間との間で作動流体が順逆に流れることで、シリンダ２の作動空間における内圧が変化し、パワーピストン４の往復動を促す。
【００２３】
ヒータ８は、外部の加熱媒体との伝熱面積を広くするべく、例えば、細管群や集熱フィンなどで構成されており、内部を通過する作動流体が加熱媒体からの熱を受けて昇温する。クーラ９も同様に、外部の冷却媒体との伝熱面積を広くするべく、例えば、細管群や放熱フィンなどで構成されており、内部を通過する作動流体が冷却媒体へ熱を放出して降温する。再生器１０は、例えば、金属繊維や金網を積層させたものや、作動流体の流路をハニカム形状などで配列させたものや、綿状金属繊維を内包させたものなどで構成されており、蓄熱式熱交換器として機能する。すなわち、再生器１０は、ヒータ８からクーラ９に高温の作動流体が流れる際には、作動流体の熱を蓄熱する一方で、クーラ９からヒータ８に低温の作動流体が流れる際には、蓄熱した熱を作動流体に放熱する。
【００２４】
スターリングエンジン１は、シリンダ２の開口端部側には、パワーピストン４の往復動作を回転動作に変換して回転動力を出力する出力取り出し装置１１を備える。出力取り出し装置１１は、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４それぞれと連結したクランク軸１２をクランクケース１３内に軸支させている。そして、クランク軸１２の一端側が出力軸となり、クランクケース１３内で、フライホイール１４を介して発電機１５の入力軸１６と連結されている。また、シリンダ２内におけるパワーピストン４より開口端部側の空間１７ａと、クランクケース１３内の空間１７ｂ，１７ｃとにより、バッファ空間（パワーピストン４の背面空間）１７を形成している。
【００２５】
ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４は、出力取り出し装置１１のクランク軸１２と接続することで、シリンダ２内を互いに所定の位相差で往復動する。なお、本実施形態では、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４の往復動作における位相差を９０°としている。
【００２６】
２．出力取り出し装置の構成例
スターリングエンジン１における出力取り出し装置１１の構成について、図１〜図５を参照して、以下に説明する。図１〜図５に示す如く、出力取り出し装置１１は、クランクケース１３内部に固定されたクランクボックス５０内に設けられている。出力取り出し装置１１は、ディスプレーサピストン３に合わせて往復動するディスプレーサヨーク（往復動部）５１のクランク軸案内溝（貫通溝）５１ａに固定されたプレート５１ｃと、パワーピストン４に合わせて往復動するパワーピストンヨーク（往復動部）５２，５３のクランク軸案内溝（貫通溝）５２ａ，５３ａに固定されたプレート５２ｃ，５３ｃのそれぞれに、軸受５７〜５９を介してクランク軸１２のクランクピン５４〜５６が嵌合わされたスコッチ・ヨーク機構で構成されている。
【００２７】
図１〜図５に示す如く、クランクボックス５０は、クランクケース１３内で連結支持されており、クランクケース１３に挿入されたシリンダ２と連結するとともに、クランク軸１２を軸支している。クランクケース１３は、シリンダ２の一部が挿入されるとともに、シリンダ２の挿入部分と連結して、クランクボックス５０全体を覆っている。すなわち、クランクケース１３とクランクボックス５０とにより二重構造とされたケーシング内部に、出力取り出し装置１１が設置されている。クランク軸１２は、クランクボックス５０を貫通して、クランクケース１３内のフライホイール１４と連結している。
【００２８】
図４に示す如く、ディスプレーサヨーク５１は、その中央部分に、クランク軸１２及びディスプレーサピストン３それぞれの軸方向に対して交差する方向（横方向）に長いクランク軸案内溝５１ａが設けられている。ディスプレーサヨーク５１におけるクランク軸案内溝５１ａを挟んだ両側部には、ディスプレーサピストン３の軸方向に沿う方向（縦方向）に、往復動案内穴（貫通穴）５１ｂが穿設されている。そして、ディスプレーサヨーク５１の往復動案内穴５１ｂには、ロータリブッシングなどの直動軸受６３を介して、クランクボックス５０に固定されたガイド軸６０が挿入されている。ディスプレーサヨーク５１は、一端がディスプレーサピストン３と連結したロッド６６の他端と連結しており、ディスプレーサピストン３の往復動に合わせて、ディスプレーサピストン３と同一方向（縦方向）で往復動する。
【００２９】
図５に示す如く、パワーピストンヨーク５２（５３）は、その中央部分に、横方向に長いクランク軸案内溝５２ａ（５３ａ）が設けられており、クランク軸案内溝５２ａ（５３ａ）を挟んだ両側部に、往復動案内穴（貫通穴）５２ｂ（５３ｂ）が縦方向に穿設されている。そして、パワーピストンヨーク５２（５３）の往復動案内穴５２ｂ（５３ｂ）には、直動軸受６４（６５）を介して、クランクボックス５０に固定されたガイド軸６１（６２）が挿入されている。パワーピストンヨーク５２（５３）は、一端がパワーピストン４と連結したブリッジ６７の他端と連結しており、パワーピストン４の往復動に合わせて縦方向で往復動する。
【００３０】
図３〜図５に示す如く、パワーピストン４及びブリッジ６７の中心には、パワーピストン４の軸方向に沿う方向（縦方向）に貫通穴４ａ，６７ａが設けられており、ディスプレーサピストン３と連結したロッド６６が貫装されている。ロッド６６は、パワーピストン４及びブリッジ６７と相対的に移動可能であるとともに、パワーピストン４におけるロッド６６の挿入部分にメカニカルシールなどによる動的シール機構（図示省略）が構成されている。
【００３１】
図２〜図５に示す如く、クランク軸１２は、ブリッジ６７とパワーピストンヨーク５２，５３を介して連結したクランクピン５５，５６の間に、ロッド６６とディスプレーサヨーク５１を介して連結したクランクピン５４を設けており、同位相のクランクピン５５，５６に対して所定の位相差（例えば、９０°）でクランクピン５４が取り付けられている。クランクボックス５０におけるシリンダ２との連結部分には、ブリッジ６７が嵌挿されるブリッジ挿入穴６８が設けられている。クランクボックス５０のブリッジ挿入穴６８は、シリンダ２とクランクボックス５０との連結部分に構成されており、ブリッジ６７のシリンダ２側部分がブリッジ挿入穴６８に対して挿脱するようにして、ブリッジ６７がパワーピストン４に合わせて往復動する。シリンダ２内におけるパワーピストン４より開口端部側の第３バッファ空間１７ａにおける、パワーピストン４の往復動に伴う容積変化による内圧の変動を低減する為に、第３バッファ空間１７ａと第１バッファ空間１７ｂとの間に連通口１７ｄを設けている。
【００３２】
ディスプレーサピストン３は、クランク軸１２の回転動力で往復動し、作動流体が膨張空間５と圧縮空間６の間を行き来して、作動空間の内圧が変化する。この圧力変化によりパワーピストン４が往復動し、その往復動力がブリッジ６７を介してパワーピストンヨーク５２，５３に伝達される。これにより、パワーピストンヨーク５２，５３がそれぞれ、ガイド軸６１，６２のそれぞれに沿って縦方向に往復動する。そして、パワーピストンヨーク５２，５３それぞれの往復動により、クランク軸案内溝５２ａ，５３ａそれぞれをクランクピン５５，５６それぞれが回転しながら横方向に往復することで、クランク軸１２が回転する。従って、パワーピストン４の往復動力を受けた出力取り出し装置１１は、スコッチ・ヨーク機構により回転動力に変換してクランク軸１２より出力し、フライホイール１４及び入力軸１６を介して発電機１５を回転させる。
【００３３】
図１〜図５に示す如く、本実施形態のスターリングエンジン１は、出力取り出し装置１１における摺動部分に潤滑油を供給させる湿式潤滑方式を採用している。クランクボックス５０は、潤滑油を貯留するオイルタンクとして構成されており、クランク軸１２の貫通部分だけでなく、シリンダ２とクランクボックス５０との連結部分における、ブリッジ挿入穴６８へのブリッジ６７の挿入部分や貫通穴６７ａへのロッド６６の挿入部分などに、オイルシール（図示省略）が設けられている。すなわち、クランクボックス５０は、貯留させた潤滑油を外部に漏出しないように密封構造を有し、クランクケース１３内には、クランクボックス５０外側の第１バッファ空間１７ｂと、クランクボックス５０内側の第２バッファ空間１７ｃとが形成されている。
【００３４】
すなわち、クランクケース１３がクランクボックス５０を内在させた二重構造を有し、クランクボックス５０内に潤滑油を封入させることで、クランクケース１３内における第１バッファ空間１７ｂへ潤滑油が混入することを未然に防止できる。従って、第１バッファ空間１７ｂから連通口１７ｄを経由して、第３バッファ空間１７ａすなわちシリンダ２内部への潤滑油の浸入をより確実に防ぐことができ、シリンダ２における作動空間や熱交換器７などへの潤滑油の付着などによる故障や駆動上の不具合を抑制できる。
【００３５】
図１及び図３に示す如く、クランクケース１３内の第１バッファ空間１７ｂは、ブリーザ３２を介してクランクボックス５０内の第２バッファ空間１７ｃと連通している。ブリーザ３２は、クランクボックス５０内に貯留された潤滑油の油面より上方となる位置でクランクケース１３に固定されている。また、ブリーザ３２は、第２バッファ空間１７ｃと連通する第１分室３５と、第１バッファ空間１７ｂと連通する第２分室３６とで分室されており、第１分室３５及び第２分室３６が連通口３７により連通している。
【００３６】
このように構成することで、ブリーザ３２内に侵入した潤滑油が第１分室３５で作動流体から分離され、作動流体のみが第２分室３６を通じてクランクケース１３の第１バッファ空間１７ｂに流れ込む。従って、第１バッファ空間１７ｂへの潤滑油の浸入を確実に防止でき、シリンダ２における作動空間や熱交換器７などへの潤滑油の付着による目詰まりなどに基づく駆動上の不具合や機械的な破損を未然に防げる。また、ブリーザ３２は、クランクボックス５０と連結するボックス連結部４４の開口面積を小さくすることでオリフィスを形成し、クランクボックス５０からの潤滑油の侵入を抑制できる構成を有している。更に、第１分室３５と第２分室３６との連通口３７についても、開口面積の小さいオリフィスによって構成する。
【００３７】
ブリーザ３２は、オリフィスを構成するボックス連結部４４によりクランクボックス５０と連結した内側ケース７１を、ボックス連結部４４の外周側で開口したケース連結部３８によりクランクケース１３と連結した外側ケース７２で覆う二重管構造を有する。ブリーザ３２は、ケース連結部３８及びボックス連結部４４による二重の開口部を最下部に設けており、クランクケース１３及びクランクボックス５０と連結される。ボックス連結部４４は、ケース連結部３８とクランクケース１３との連結部分からクランクケース１３内部に突設されて、クランクボックス５０と連結されている。内側ケース７１は、ボックス連結部４４と逆側の最上部に連通口３７を有しており、内側ケース７１内部の第１分室３５と、内側ケース７１と外側ケース７２の間の第２分室３６と連通させる。
【００３８】
ブリーザ３２における内側ケース７１（第１分室３５）は、その容積が、パワーピストン４の往復動によるバッファ空間１７における容積変化量よりも大きくなるように構成されている。そして、連通口３７を設ける内側ケース７１最上部が、ボックス連結部４４に対して十分に高い位置となるように、内側ケース７１が構成されている。これにより、潤滑油を含む作動流体が、クランクボックス５０内の第２バッファ空間１７ｃからボックス連結部４４を通じて第１分室３５内に流入すると、潤滑油が連通口３７まで到達することなく作動流体から分離されるため、第２分室３６及びケース連結部３８を通じて、作動流体のみをクランクケース１３内の第１バッファ空間１７ｂに流入できる。
【００３９】
図１〜図３に示す如く、クランクボックス５０における潤滑油量を確認すべく、油面計４６がクランクケース１３外側に設置されている。従って、スターリングエンジン１の停止時において、油面計４６内における潤滑油の油面位置を確認することで、クランクケース１３内部のクランクボックス５０内の潤滑油量を確認できる。このとき、油面計４６の油面位置が所定位置より低い場合、クランクボックス５０内の潤滑油量が必要最低量から不足していることだけでなく、クランクボックス５０内の潤滑油の一部がクランクケース１３に漏下していることを認識できる。
【００４０】
また、図１〜図３に示す如く、クランクボックス５０からクランクケース１３に漏下した潤滑油を検知するべく、クランクケース１３における底部４５の最下部に、漏油検知部４７が設けられている。クランクケース１３の底部４５は、クランクボックス５０から漏下した潤滑油が漏油検知部４７の設置箇所に向かって流れるように、漏油検知部４７の設置箇所を最下部として傾斜させた形状を有する。これにより、スターリングエンジン１の駆動時において、漏油検知部４７に流入した潤滑油を検出して、クランクボックス５０内の潤滑油の一部がクランクケース１３に漏下していることを認識できる。
【００４１】
図１〜図３に示す如く、パワーピストンヨーク５２，５３及びブリッジ６７それぞれの変形を防止する変形防止部材９１が、パワーピストンヨーク５２，５３とブリッジ６７との連結部分に設置されている。ディスプレーサピストン３、パワーピストン４、ディスプレーサヨーク５１、パワーピストンヨーク５２，５３、ロッド６６、及びブリッジ６７などは、その往復運動に基づく慣性力によるスターリングエンジン１各部への荷重を低減させるべく、比重の軽いアルミなどの軽金属材料又は軽金属合金材料で構成されている。これに対して、変形防止部材９１は、パワーピストンヨーク５２，５３やブリッジ６７を構成する金属材料と比べて比重の大きい鉄などによる金属材料で構成される。
【００４２】
上記変形防止部材９１を設けることで、シリンダ２における圧縮空間６が高圧となり、パワーピストン４を通じてブリッジ６７及びパワーピストンヨーク５２，５３それぞれへの荷重が大きくなったとしても、高剛性材料で構成された変形防止部材９１によりブリッジ６７及びパワーピストンヨーク５２，５３などの変形を抑制できる。従って、パワーピストンヨーク５２，５３のクランク軸案内溝５２ａ、５３ａに摺接している軸受５８，５９における異常摩耗や剥離（フレーキング）を防止できる。
【００４３】
また、ガイド軸６１，６２に対する直動軸受６４，６５の相対位置の位置ずれも抑制されるため、ガイド軸６１，６２と直動軸受６４，６５との間隙（クリアランス）を適正に維持でき、ガイド軸６１，６２及び直動軸受６４，６５における異常摩耗や剥離を防止できる。更に、変形防止部材９１を軽金属材料又は軽金属合金材料と比べて線膨張係数（熱膨張係数）の小さい金属材料で構成することで、ブリッジ６７及びパワーピストンヨーク５２，５３における熱変形をも抑制できる。
【００４４】
３−１．ブリーザの第１例
出力取り出し装置１１に設置されたブリーザ３２の第１例について、図６を参照して、以下に説明する。図６に示す如く、本例のブリーザ３２は、第２バッファ空間１７ｃと連通する第１分室３５と、第１バッファ空間１７ｂと連通する第２分室３６とで分室されるとともに、第１及び第２分室３５，３６がオリフィスを形成する連通口３７で連通している。ブリーザ３２は、ボックス連結部４４が最下部に設けられて、クランクボックス５０内に封入された潤滑油の油面より高い位置に設置されるとともに、第１分室３５がピストンの往復動による容積変化量よりも大きい容積量を有する。
【００４５】
潤滑油の油面より高い位置に設置されるブリーザ３２において、第１分室３５がピストンの往復動による容積変化量よりも大きい容積量を有するため、第１分室３５内に流入する作動流体から潤滑油を分離して第２分室３６へ送ることができる。従って、第２分室３６に連通した第１バッファ空間１７ｂへの潤滑油の浸入を抑制して、シリンダ２内の作動空間や熱交換器７への潤滑油の浸入を確実に防いで、スターリングエンジン１における駆動上の不具合や機械的な破損を未然に防止できる。
【００４６】
ブリーザ３２は、ボックス連結部４４によりクランクボックス５０と連結した内側ケース７１を、ボックス連結部４４の外周側で開口したケース連結部３８によりクランクケース１３と連結した外側ケース７２で覆う二重管構造を有している。ボックス連結部４４が、ケース連結部３８とクランクケース１３との連結部分からクランクケース１３内部に突設されて、クランクボックス５０と連結されている。内側ケース７１が、ボックス連結部４４と逆側の最上部に第１及び第２分室３５，３６の連通口３７を有している。
【００４７】
このように構成することで、内側ケース７１内の第１分室３５が、第２バッファ空間１７ｃから流入する作動流体とともに混入するミスト状の潤滑油を分離させる潤滑油分離室として機能する。そして、連通口３７をボックス連結部４４から離れた位置に設けることにより、第１分室３５に流入した潤滑油が連通口３７に到達しにくくなり、第２分室３６へ流れる作動流体に対する潤滑油の混入を抑制できる。
【００４８】
内側ケース７１内に形成される第１分室３５が、連通穴７４を備えた仕切り板７３により処理室４１，４２に分室されている。そして、第２バッファ空間１７ｃと連通する初期処理室４２の容積が、パワーピストン４の往復動による容積変化量以上である。パワーピストン４がクランクケース１３側に移動し、クランクボックス５０内の第２バッファ空間１７ｃにおける作動流体が掃気されると、ブリーザ３２の第１分室３５の初期処理室４２が作動流体の掃気量以上であるため、第２バッファ空間１７ｃからの作動流体が初期処理室４２内に滞留しやすくなる。
【００４９】
従って、作動流体に混入する潤滑油が初期処理室４２内で作動流体と分離されやすくなり、最終処理室４１への潤滑油の流入量が抑制され、ブリーザ３２から第１バッファ空間１７ｂへ流入する作動流体に対する潤滑油の混入を防げる。このとき、第２分室３６と連通する最終処理室４１の容積が、パワーピストン４の往復動による容積変化量の半分以上とすることで、第２分室３６への潤滑油の流入量を更に低減できる。
【００５０】
クランクボックス５０と連結するボックス連結部４４の開口面積を小さくすることでオリフィスを形成するとともに、第１分室３５と第２分室３６との連通口３７、及び仕切り板７３の連通穴７４についても、開口面積の小さいオリフィスによって構成する。このとき、ケース連結部３８の開口部と連通穴７４とが互いにオフセットした位置に配置されるとともに、連通口３７と連通穴７４とが互いにオフセットした位置に配置されることで、第２分室３６への潤滑油の浸入が防がれる。
【００５１】
すなわち、連通穴７４及び連通口３７がオリフィスを構成しており、作動流体の流れに沿って千鳥状（オフセット配置）に配置されることで、仕切り板７３及び内側ケース７１が、第１分室３５から第２分室３６へ流れる作動流体の遮蔽壁となり、混入された潤滑油の分離を促進させる。従って、第１バッファ空間１７ｂには、潤滑油の混入のない作動流体を、ブリーザ３２を介して流入させることができる。
【００５２】
３−２．ブリーザの第２例
次いで、出力取り出し装置１１に設置されたブリーザ３２の第２例について、図７を参照して、以下に説明する。図７に示す如く、本例のブリーザ３２は、第１分室３５が、連通穴７４を備えた仕切り板７３により、第２分室３６と連通する最終処理室４１を含む３室の処理室４１〜４３で分室されている。最終処理室４１以外の処理室４２，４３の総容積が、パワーピストン４の往復動による容積変化量以上である。このように構成することで、最終処理室４１までの処理室４２，４３を構成する仕切り板７３が邪魔板として作用し、最終処理室４１へ到達する潤滑油量を低減できる。
【００５３】
すなわち、第１分室３５が、連通穴７４を備えた仕切り板７３により、ボックス連結部４４と連通する初期処理室４２と、第２分室３６と連通する最終処理室４１と、初期処理室４２と最終処理室４１の間の中間処理室４３とで分室されている。そして、初期処理室４２、中間処理室４３、及び最終処理室４１それぞれの容積が、パワーピストン４の往復動による容積変化量の半分以上である。
【００５４】
これにより、第２バッファ空間１７ｃから第１分室３５に作動流体が流入されたとき、作動流体の掃気量以上の容積を有する初期処理室４２及び中間処理室４３を通過することで、仕切り板７３で潤滑油を遮断して、最終処理室４１への潤滑油の流入量を十分に低減できる。更に、初期処理室４２、中間処理室４３、及び最終処理室４１それぞれを同等の容積で構成するものとすることで、各処理室４１〜４３を構成する部品を共通化できるとともに、各処理室４１〜４３を積層するようにして簡単に組み付けられる。
【００５５】
本例においても、連通穴７４及び連通口３７がオリフィスを構成しており、作動流体の流れに沿って千鳥状（オフセット配置）に配置されることで、仕切り板７３及び内側ケース７１が、第１分室３５から第２分室３６へ流れる作動流体の遮蔽壁となり、混入された潤滑油の分離を促進させる。すなわち、ケース連結部３８の開口部と連通穴７４とがオフセット配置されるとともに、最終処理室４１における連通口３７と連通穴７４とがオフセット配置された上で、更に、中間処理室４３の初期処理室４２側及び最終処理室４１側（上下）に設けた２枚の仕切り板７３の連通穴７４がオフセット配置される。
【００５６】
なお、本例のブリーザ３２は、第１分室３５内の各処理室４１〜４３の容積が同等とすることに限るものではなく、図８（ａ）のように、第２バッファ空間１７ｃから第１バッファ空間１７ｂに向かう作動流体の流れに沿って、仕切り板７３の間隔を狭め、初期処理室４２、中間処理室４３、最終処理室４１の順番に容積が小さくなるものとしてもよい。このとき、初期処理室４２と中間処理室４３との総容積を、パワーピストン４の往復動による容積変化量以上とすることで、最終処理室４１へ流入する作動流体に対する潤滑油の混入量を十分に低減できる。
【００５７】
また、本例のブリーザ３２は、第１分室３５を３室に分離する構成で限定されるものではなく、図８（ｂ）に示す如く、中間処理室４３を２室以上として、第１分室３５を４室以上で分室するものしても構わない。このとき、初期処理室４２と複数の中間処理室４３との総容積を、パワーピストン４の往復動による容積変化量以上とすることで、各処理室４１〜４３を仕切る仕切り板７３の枚数が多くなるため、最終処理室４１に潤滑油が到達し難くなる。そのため、最終処理室４１へ流入する作動流体に対する潤滑油の混入量を十分に低減でき、最終処理室４１の容積を小さくしたとしても、第１バッファ空間１７ｂへの潤滑油の流入を防止でき、ブリーザ３２を小型化できる。
【００５８】
３−３．ブリーザの第３例
次いで、出力取り出し装置１１に設置されたブリーザ３２の第３例について、図９を参照して、以下に説明する。図９に示す如く、本例のブリーザ３２は、ボックス連結部４４の開口部や仕切り板７３の連通穴７４に、潤滑油の流入を遮断させる邪魔板７６（潤滑油トラップ）を設ける。これにより、第２バッファ空間１７ｃからの作動流体がブリーザ３２に流入したとき、第２バッファ空間１７ｃから初期処理室４２への流入時、初期処理室４２から中間処理室４３への流入時、及び中間処理室４３から最終処理室４１への流入時のそれぞれにおいて、邪魔板７６により潤滑油の通過が遮断される。
【００５９】
従って、邪魔板７６の設置によってより確実に潤滑油の分離を促進できるため、第１分室３５の容積を上記第１例及び第２例に比べて小さくすることができ、ブリーザ３２をコンパクトに構成することができる。なお、本例では、上記第２例と同様、中間処理室４３を設けた構成としたが、上記第１例のように、中間処理室４３のない構成としても構わない。
【００６０】
３−４．ブリーザの第４例
次いで、出力取り出し装置１１に設置されたブリーザ３２の第４例について、図１０を参照して、以下に説明する。図１０に示す如く、本例のブリーザ３２は、第１分室３５と第２分室３６との連通口３７に濾網７７を有する。これにより、連通口３７を通過する作動流体が濾網７７を通過することで、作動流体に混入しているミスト状の潤滑油が濾網７７に付着して作動流体から分離されるため、作動流体のみを第２分室３６へ流入させることができる。なお、本例における濾網７７は、ボックス連結部４４の開口部や仕切り板７３の連通穴７４に設けるものであってもよい。
【００６１】
４．油面計の構成
出力取り出し装置１１に設置された油面計４６について、図３を参照して、以下に説明する。図３に示す如く、クランクボックス５０に両端を接続する流路８１，８２上の油面計４６が、クランクケース１３外側に設けられている。クランクボックス５０内の潤滑油の油面よりも低い位置でクランクボックス５０と連通する下側流路８１と、クランクボックス５０内の潤滑油の油面よりも高い位置でクランクボックス５０と連通する上側流路８２とに、油面計４６が接続されている。
【００６２】
クランクボックス５０の底面に、下側流路８１と連通する下部口８３を設けるとともに、クランクボックス５０の底面より立設された側壁の内、潤滑油の油面より高い位置に、上側流路８２と連通する上部口８４を設けている。下側流路８１及び上側流路８２は、クランクケース１３を貫通してクランクケース１３の外側に導出され、クランクボックス５０内の潤滑油の油面（スターリングエンジン１停止時の油面）を視認可能とする油面計４６に接続される。これにより、油面計４６内の潤滑油の油面を視認することで、クランクボックス５０内の潤滑油の油面を確認することができる。従って、クランクボックス５０内の潤滑油の過不足を確認できるだけでなく、クランクボックス５０からクランクケース１３への潤滑油の漏下を確認できる。
【００６３】
クランクボックス５０内において、上側流路８２との連通部分に邪魔板８５が設けられている。すなわち、邪魔板８５が、上部口８４下方から上部口８４を覆うようにして、クランクボックス５０の側壁より延設されている。これにより、スターリングエンジン１の駆動中に攪拌された潤滑油が、上側流路８２を通じて油面計４６に侵入することを防止する。従って、油面計４６に上側流路８２を通じて潤滑油が逆流することを防止でき、例えば、上側流路８２における潤滑油付着による管路詰まりなどによる、油面計４６の計測異常を防ぐことができ、クランクボックス５０内の油面位置を正常に測定可能とする。
【００６４】
なお、本実施形態では、クランクボックス５０内に邪魔板８５を設けることで、ミスト状となる潤滑油が上側流路８２へ侵入することを防止するものとしたが、図１１に示す如く、ブリーザ３２に上側流路８２を連通させる構造としても構わない。すなわち、上側流路８２をブリーザ３２の第２分室３６と連通させることにより、潤滑油の混入がない作動流体が上側流路８２に流れることとなり、上側流路８２への潤滑油の侵入による油面計４６の計測異常を防ぐことができる。
【００６５】
５−１．漏油検知部の第１例
出力取り出し装置１１に設置された漏油検知部４７の第１例について、図３を参照して、以下に説明する。図３に示す如く、本例の漏油検知部４７は、クランクケース１３内の潤滑油を貯留する油貯留部８６で構成されており、クランクケース１３の底部４５の最下部に設けられている。油貯留部８６は外部から目視可能に構成されており、油貯留部８６内の潤滑油量を確認することで、クランクボックス５０からの潤滑油の漏下を認識できる。従って、クランクボックス５０内の潤滑油不足だけでなく、オイルシールの劣化などを含むスターリングエンジン１における各部品の異常を検知できるため、スターリングエンジン１を停止させて、スターリングエンジン１の破損を防止できる。
【００６６】
５−２．漏油検知部の第２例
次いで、出力取り出し装置１１に設置された漏油検知部４７の第２例について、図１２及び図１３を参照して、以下に説明する。図１２に示す如く、本例の漏油検知部４７は、油貯留部８６に対する潤滑油の漏下を検知する漏油量センサ８７を有しており、コントローラ２９が、漏油量センサ８７からの信号に基づいて、運転停止用配管１８における均圧弁２０及び作動空間開放弁２２の開閉を制御する。漏油量センサ８７は、光学センサなどで構成されており、油貯留部８６内の潤滑油の油面を測定するなどして、油貯留部８６内の潤滑油量を測定する。
【００６７】
運転停止用配管１８は、シリンダ２内の作動空間とバッファ空間１７とを連通させるバイパス流路１９に均圧弁２０を設置するとともに、シリンダ２内の作動空間と連通して大気開放させる作動空間開放流路２１に作動空間開放弁２２を設置している。バイパス流路１９は、シリンダ２内の圧縮空間６とクランクケース１３における第１バッファ空間１７ｂとを連通させている。このとき、バイパス流路１９は、ブリーザ３２の外側ケース７２と接続することで、第２分室３６を通じて第１バッファ空間１７ｂと連通している。そして、作動空間開放流路２１は、バイパス流路１９における均圧弁２０と圧縮空間６との間から分岐するようにして設けられている。
【００６８】
図１３に示す如く、コントローラ２９は、スターリングエンジン１を通常停止させる場合は、均圧弁２０を開くことにより、バイパス流路１９により圧縮空間６と第１バッファ空間１７ｂとを連通させる。これにより、シリンダ２内の作動空間の圧力とバッファ空間１７の圧力が同圧となるようにして、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４の往復動作を停止させる。また、コントローラ２９は、スターリングエンジン１を緊急停止させる場合、まず、均圧弁２０を開くことにより、バイパス流路１９により圧縮空間６と第１バッファ空間１７ｂとを連通させる。その後、圧縮空間６と第１バッファ空間１７ｂの圧力が近づくと、コントローラ２９は、作動空間開放弁２２を開き、作動空間開放流路２１を通じて、圧縮空間６内の作動流体を外部に放出させて、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４の往復動作を停止させる。
【００６９】
漏油量センサ８７は、油貯留部８６における潤滑油の貯留量を検出し、コントローラ２９に検出信号を送信する。従って、コントローラ２９は、クランクボックス５０内の潤滑油不足だけでなく、オイルシールの劣化などを含むスターリングエンジンにおける各部品の異常を自動的に検知できる。また、コントローラ２９は、漏油量センサ８７の検出信号に基づいて、油貯留部８６の潤滑油量が所定量を超えたことを確認すると、スターリングエンジン１を緊急停止させる。従って、漏油量センサ８７からの信号に基づいて、クランクボックス５０からの潤滑油の漏下量が多量であると判断した場合に、スターリングエンジン１を自動的に停止でき、スターリングエンジンの破損を防止できる。
【００７０】
５−３．漏油検知部の第３例
次いで、出力取り出し装置１１に設置された漏油検知部４７の第３例について、図１４を参照して、以下に説明する。図１４に示す如く、本例の漏油検知部４７は、クランクケース１３から油貯留部８６への潤滑油の漏油速度を検知する漏油速度センサ８８を有して、コントローラ２９が、漏油速度センサ８８からの信号に基づいて、運転停止用配管１８における均圧弁２０及び作動空間開放弁２２の開閉を制御する。漏油速度センサ８８は、光学センサなどによる複数の漏油検出センサ８９ａ，８９ｂを異なる高さ位置に設置して構成されており、漏油検出センサ８９ａ，８９ｂにおける潤滑油の測定タイミングにより油貯留部８６への潤滑油の漏油速度を測定する。
【００７１】
本例のコントローラ２９は、漏油速度センサ８８の検出信号に基づいて、油貯留部８６の潤滑油の漏油速度が所定速度より速くなったことを確認すると、まず、均圧弁２０を開くことにより、バイパス流路１９により圧縮空間６と第１バッファ空間１７ｂとを連通させる。その後、圧縮空間６と第１バッファ空間１７ｂの圧力が近づくと、コントローラ２９は、作動空間開放弁２２を開き、作動空間開放流路２１を通じて、圧縮空間６内の作動流体を外部に放出させて、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４の往復動作を停止させる。従って、漏油速度センサ８８からの信号に基づいて、クランクボックス５０からの潤滑油の漏下量が多量であると判断した場合に、スターリングエンジン１を自動的に緊急停止して、スターリングエンジンの破損を防止できる。
【００７２】
（別実施形態）
上述の実施形態におけるスターリングエンジン１は、シリンダ２の下方に出力取り出し装置１１を設けた構成とし、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４を始めとする往復運動部が鉛直方向（縦方向）に往復動するものとしたが、シリンダ２側方に出力取り出し装置１１を設けて、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４を始めとする往復運動部が水平方向（横方向）に往復動するものとしてもよい。以下では、シリンダ２側方に出力取り出し装置１１を設けた別実施形態のスターリングエンジン１について、図１５を参照して説明する。
【００７３】
図１５に示す如く、本実施形態のスターリングエンジン１は、出力取り出し装置１１を内装するクランクボックス５０をクランクケース１３で内装しており、クランクケース１３の底部４５が、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４のピストン軸と平行な面となる。本実施形態においても、クランクボックス５０内の潤滑油の油面より高い位置にブリーザ３２が設置されるとともに、クランクケース１３の底部４５に漏油検知部４７が設置される。また、クランクケース１３外側に油面計４６が設けられており、下側流路８１がクランクケース１３の底部４５を貫通してクランクボックス５０の底面の下部口８３に連通し、上側流路８２がクランクケース１３の側壁を貫通してクランクボックス５０の側壁の上部口８４に連通している。
【００７４】
なお、本願発明における各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願
発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば、上記実施形態では、ベータ型のスターリングエンジンに基づいて説明したが、アルファ型やガンマ型などといった他の形式のスターリングエンジンであっても構わない。また、出力取り出し装置においても、上記実施形態におけるスコッチ・ヨーク機構に限定されるものではなく、クロスヘッド機構など別の構成であっても構わない。
【符号の説明】
【００７５】
１  スターリングエンジン
２  シリンダ
３  ディスプレーサピストン
４  パワーピストン
５  膨張空間
６  圧縮空間
７  熱交換器
１１  出力取り出し装置
１２  クランク軸
１３  クランクケース
１７  バッファ空間
１７ｂ  第１バッファ空間
１７ｃ  第２バッファ空間
３２  ブリーザ
３５  第１分室
３６  第２分室
３７  連通口
３８  ケース連結部
４１  最終処理室
４２  初期処理室
４３  中間処理室
４４  ボックス連結部
４５  底部
４６  油面計
４７  漏油検知部
５０  クランクボックス
７１  内側ケース
７２  外側ケース
７３  仕切り板
７４  連通穴
７６  邪魔板
７７  濾網
８１  下側流路
８２  上側流路
８３  下部口
８４  上部口
８５  邪魔板
８６  漏油貯留部
８７  漏油量センサ
８８  漏油速度センサ
８９ａ  漏油検出センサ
８９ｂ  漏油検出センサ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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