(57)【要約】【課題】緊急停止時に速やかに停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４を往復動させる。出力取り出し装置１１を内装するクランクケース１３のバッファ空間１７ｂとシリンダ２内の作動空間５，６とを連通させるバイパス流路に均圧弁２０を設けるとともに、作動空間５，６を大気開放させる作動空間開放弁２２を備える。【選択図】図３
2018066300.tif 000002
【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を内装するクランクケースのバッファ空間と前記シリンダ内の作動空間とを連通させるバイパス流路に均圧弁を設けるとともに、前記作動空間を大気開放させる作動空間開放弁を備えることを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項２】
エンジンの通常停止時には、前記均圧弁のみが開かれる一方、
エンジンの緊急停止時には、前記均圧弁が開かれた後に前記作動空間開放弁が開かれる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】
緊急停止時において前記バッファ空間を大気開放させるバッファ空間開放弁を更に備え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】
前記作動空間開放弁が設置された作動空間開放流路に、作動流体流量を制御する流量制御部が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスターリングエンジン。
【請求項５】
前記作動空間開放弁、前記バッファ空間開放弁、前記流量制御部、及び前記均圧弁の少なくとも一つを前記バッファ空間内に貯留させた潤滑油の油面より上方に配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスターリングエンジン。
【請求項６】
前記出力取り出し装置が、前記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おり、前記クランクボックス内に潤滑油が封入されてい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６３−２４６４５３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、クロスヘッド上下の作動空間及び反動室（バッファ空間）をつなぐバイパス流路に圧力制御用のバッファ室を設けて、圧力取り出し装置からの回転出力を制御している。しかしながら、排熱を熱源として利用するスターリングエンジンにおいて、回転動力を出力する発電機などに異常が生じ、緊急避難的に停止させる場合であっても、ピストンの往復動を速やかに停止させることが困難である。
【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を内装するクランクケースのバッファ空間と前記シリンダ内の作動空間とを連通させるバイパス流路に均圧弁を設けるとともに、前記作動空間を大気開放させる作動空間開放弁を備えるものである。
【０００８】
上記スターリングエンジンにおいて、エンジンの通常停止時には、前記均圧弁のみが開かれる一方、エンジンの緊急停止時には、前記均圧弁が開かれた後に前記作動空間開放弁が開かれるものとしてもよい。
【０００９】
上記スターリングエンジンにおいて、緊急停止時において前記バッファ空間を大気開放させるバッファ空間開放弁を更に備え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、前記作動空間開放弁が設置された作動空間開放流路に、作動流体流量を制御する流量制御部が設けられ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、前記作動空間開放弁、前記バッファ空間開放弁、前記流量制御部、及び前記均圧弁の少なくとも一つを前記バッファ空間内に貯留させた潤滑油の油面より上方に配置したものとしてもよい。
【００１２】
上記スターリングエンジンにおいて、前記出力取り出し装置が、前記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おり、前記クランクボックス内に潤滑油が封入されているものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明によると、作動空間開放弁によりシリンダにおける作動空間の圧力が大気圧となるため、シリンダ内のピストンの往復動作を早急に停止できる。また、スターリングエンジンからの動力を受ける発電機に接続されたインバータやシーケンサなどの故障によりスターリングエンジンの停止が困難な場合であっても、作動空間の圧力をバッファ空間の圧力と同圧とするとともに大気圧に開放するため、安全且つ早急にスターリングエンジンを停止できる。
【００１４】
本願発明によると、緊急停止時に作動空間開放弁を開く前に均圧弁を開くため、作動空間の圧力とバッファ空間の圧力の圧力差を小さくした状態で、ピストンを停止できる。従って、緊急停止時において、スターリングエンジンを構成する各部品にかかる負荷を抑制し、機械的な破損を防止できる。
【００１５】
本願発明によると、バッファ空間開放弁を更に備える構成とすることで、作動空間とバッファ空間の圧力差を小さくした状態で、スターリングエンジンを構成する各部品にかかる負荷を抑制しながら、ピストンの往復動作を早急に停止できる。従って、作動空間の圧力をバッファ空間の圧力と同圧しながら両空間を同時に大気圧に開放するため、安全且つ早急にスターリングエンジンを停止できる。
【００１６】
本願発明によると、作動空間開放流路に流量制御部を設けることで、作動空間開放流路を流れる作動流体の流量が制限されるため、作動空間及びバッファ空間が徐々に減圧されることとなる。従って、緊急停止時において、スターリングエンジンを構成する各部品にかかる負荷を抑制できるとともに、作動空間の圧力がバッファ空間の圧力よりも多少高くても、作動空間開放弁を開くことが可能となり、スターリングエンジンが停止するまでの時間を短縮できる。
【００１７】
本願発明によると、作動空間開放弁や、バッファ空間開放弁や、流量制御部や、均圧弁などを潤滑油の油面より上方に配置することで、均圧弁及び作動空間開放弁などへの潤滑油付着による故障などを防げるだけでなく、シリンダの作動空間への潤滑油の浸入をも防止できる。
【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１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圧力調整配管を説明するための概略断面図である。
【図４】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５】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６】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７】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８】第１実施形態におけるスターリングエンジンの別構成例を示す概略断面図である。
【図９】第２実施形態となるスターリングエンジンの概略断面図である。
【図１０】第３実施形態となるスターリングエンジンの概略断面図である。
【図１１】同スターリングエンジンにおけるブリーザの別例の説明図であって、（ａ）〜（ｃ）が各別例におけるブリーザの概略断面図である。
【図１２】第４実施形態となるスターリングエンジンのブロック図である。
【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】第５実施形態とな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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜第１実施形態＞
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．運転停止用配管
図３に示す如く、スターリングエンジン１は、シリンダ２内における作動空間の圧力を制御して運転を停止させるべく、運転停止用配管１８を備える。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におけるバッファ空間１７ｂとを連通させている。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。
【００２７】
また、スターリングエンジン１は、回転速度センサ２４がフライホイール１４に取り付けられるとともに、膨張空間５、圧縮空間６、及びバッファ空間１７ａ，１７ｂそれぞれの圧力を測定する圧力センサ２５〜２８がシリンダ２及びクランクケース１３に取り付けられる。コントローラ２９は、回転速度センサ２４からの入力信号により、クランク軸１２の回転速度を認識するとともに、圧力センサ２５〜２８からの入力信号によって、膨張空間５、圧縮空間６、及びバッファ空間１７ａ，１７ｂそれぞれの圧力を認識する。これにより、コントローラ２９は、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４それぞれの挙動における異常の有無などを確認できる。
【００２８】
コントローラ２９は、発電機１５と接続されたインバータ３０を制御しており、インバータ３０からの電圧量又は電流量を検知することで、インバータ３０の異常を確認できる。また、コントローラ２９は、均圧弁２０及び作動空間開放弁２２それぞれに制御信号を与え、それぞれの開閉動作を制御する。
【００２９】
図４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。このとき、コントローラ２９は、圧力センサ２５〜２８で検出された圧力信号に基づき、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４による往復動作の停止を確認するとともに、回転速度センサ２４で検出された回転速度に基づき、クランク軸１２による回転動作の停止を確認する。
【００３０】
図４に示す如く、コントローラ２９は、インバータ３０の異常やクランク軸１２の過回転などを検知して、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とバッファ空間１７ｂとを連通させる。その後、コントローラ２９は、圧力センサ２５〜２８で検出された圧力信号に基づき、シリンダ２内の作動空間の圧力とバッファ空間１７の圧力との差圧ΔＰが所定圧力Ｐ１を下回ったことを確認すると、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る。
【００３１】
これにより、シリンダ２における作動空間の圧力が大気圧となるため、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４の往復動作を早急に停止できる。また、インバータ３０やシーケンサ（図示省略）などの故障によりスターリングエンジン１の停止が困難な場合であっても、シリンダ２内の作動空間圧力をバッファ空間１７と同圧とするとともに大気圧に開放するため、安全且つ早急にスターリングエンジン１を停止できる。このとき、作動空間開放弁２２を開く前に均圧弁２０を開くため、シリンダ２内の作動空間の圧力とバッファ空間１７の圧力の圧力差を小さくした状態で、各ピストン３，４を停止できる。従って、緊急停止時において、スターリングエンジン１を構成する各部品にかかる負荷を抑制し、機械的な破損を防止できる。
【００３２】
３．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５〜図７を参照して、以下に説明する。図５〜図７に示す如く、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。
【００３３】
図６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、クランクケース１３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。
【００３４】
図７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、クランクケース１３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。
【００３５】
図５〜図７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に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。
【００３６】
図５〜図７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。クランクケース１３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。クランクケース１３のブリッジ挿入穴６８は、シリンダ２とクランクケース１３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、シリンダ２内のバッファ空間１７ａとクランクケース１３内のバッファ空間１７ｂとの間に連通口１７ｄを設けている。
【００３７】
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。
【００３８】
図３及び図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。クランクケース１３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、シリンダ２とクランクケース１３との連結部分において、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の挿入部分に、オイルシール（図示省略）が設けられている。
【００３９】
クランクケース１３内のバッファ空間１７ｂに潤滑油を貯留する場合、均圧弁２０及び作動空間開放弁２２をバッファ空間１７ｂ内に貯留させた潤滑油の油面より上方に配置する。これにより、バッファ空間１７ｂ内の潤滑油が均圧弁２０及び作動空間開放弁２２に侵入することを防げる。従って、均圧弁２０及び作動空間開放弁２２への潤滑油付着による故障などを防げるだけでなく、シリンダ２の作動空間への潤滑油の浸入をも防止できる。そのため、バッファ空間１７内の潤滑油の飛沫がシリンダ２の作動空間へ侵入することなく、作動流体と熱交換する熱交換器７での目詰まりなどといった故障や破損を抑制できる。
【００４０】
なお、本実施形態では、クランクケース１３上方にシリンダ２を設置した構成としたが、本実施形態を含める各実施形態において、図８に示す如く、クランクケース１３側方にシリンダ２を設置した構成としても構わない。また、本実施形態を含める各実施形態において、出力取り出し装置１１における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するものとしても構わない。
【００４１】
＜第２実施形態＞
次いで、図９を参照して、第２実施形態となるスターリングエンジン１における運転停止用配管１８ａについて、以下に説明する。図９に示す如く、本実施形態における運転停止用配管１８ａは、第１実施形態における運転停止用配管１８に対して、バイパス流路１９から分岐した作動空間開放流路２１に流量制御部３１を設置した構成となる。本実施形態の例では、流量制御部３１は、バイパス流路１９から作動空間開放流路２１への分岐部分と作動空間開放弁２２との間に設置されたオリフィスで構成され、シリンダ２の作動空間（圧縮空間６）から大気開放される作動流体の流量が制限される。
【００４２】
このように構成することで、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を開いて、圧縮空間６の圧力をバッファ空間１７ｂの圧力に近づける。その後、コントローラ２９は、圧力センサ２５〜２８で検出された圧力信号に基づき、シリンダ２内の作動空間の圧力とバッファ空間１７の圧力との差圧ΔＰが所定圧力Ｐ１を下回ると、作動空間開放弁２２を開く。このとき、作動空間開放流路２１を流れる作動流体の流量が制限されるため、圧縮空間６及びバッファ空間１７が徐々に減圧されることとなる。従って、緊急停止時において、スターリングエンジン１を構成する各部品にかかる負荷を抑制できるとともに、シリンダ２内の作動空間の圧力がバッファ空間１７の圧力よりも多少高くても、作動空間開放弁２２を開くことが可能となり、スターリングエンジン１が停止するまでの時間を短縮できる。
【００４３】
なお、本実施形態において、流量制御部３１としてオリフィス３１が設けられる構成としたが、作動空間開放弁２２を、弁開度が制御される流量制御弁により構成されるものとしても構わない。このように構成した場合、圧縮空間６の圧力とバッファ空間１７ｂの圧力との差圧ΔＰが小さくなるにつれ、作動空間開放弁２２の開度を開くものとすることで、緊急停止時において、圧力変化による機械的な破損を防止しながら、スターリングエンジン１が停止するまでの時間を短縮できる。
【００４４】
＜第３実施形態＞
次いで、図１０を参照して、第３実施形態となるスターリングエンジン１における運転停止用配管１８ｂについて、以下に説明する。図１０に示す如く、本実施形態における運転停止用配管１８ｂは、第１実施形態における運転停止用配管１８に対して、クランクケース１３とバイパス流路１９とがブリーザ３２を介して接続された構成となる。ブリーザ３２は、外側ケース７２内において、クランクケース１３と連通する内側ケース７１内側の第１分室３５と、バイパス流路１９と連通する内側ケース７１外側の第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。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を通じてバイパス流路１９に流れ込む。従って、バイパス流路１９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などによる故障や駆動上の不具合を未然に防げる。
【００４５】
本実施形態では、ブリーザ３２において、より確実に潤滑油を分離させるべく、ブリーザ３２は、クランクケース１３内の潤滑油の油面より上方で、クランクケース１３と連通するとともに、バイパス流路１９と連結させる流路連結部３９を外側ケース７２に設けている。また、ブリーザ３２は、クランクケース１３と連結するケース連結部３８の開口面積を小さくすることで、オリフィスを形成し、クランクケース１３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。このとき、連通口３７とケース連結部３８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と流路連結部３９とが互いにオフセットした位置に配置されるようにしても構わない。
【００４６】
なお、本実施形態において、第２の実施形態と同様、作動空間開放流路２１に流量制御部３１を設置した構成としても構わない。また、本実施形態において、ブリーザ３２は、より確実に潤滑油を作動流体から分離するべく、例えば、図１１（ａ）に示す如く、第１分室３５を開口面積の小さい連通穴７４を有した複数の仕切り板７３により更に分室したものとしてもよく、図１１（ｂ）に示す如く、ケース連結部３８に邪魔板７６を設けたものとしてもよく、図１１（ｃ）に示す如く、第１分室３５と第２分室３６との連通口３７に濾網７７を設けたものとしても構わない。
【００４７】
＜第４実施形態＞
次いで、図１２及び図１３を参照して、第４実施形態となるスターリングエンジン１における運転停止用配管１８ｃについて、以下に説明する。図１２に示す如く、本実施形態における運転停止用配管１８ｃは、第１実施形態における運転停止用配管１８に対して、クランクケース１３のバッファ空間１７ｂと連通して大気開放させるバッファ空間開放流路３３にバッファ空間開放弁３４を設置したものである。バッファ空間開放流路３３は、バイパス流路１９における均圧弁２０とバッファ空間１７ｂとの間から分岐するようにして設けられている。
【００４８】
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を緊急停止させる際、均圧弁２０を開いて、バイパス流路１９により圧縮空間６とバッファ空間１７ｂとを連通させる。そして、コントローラ２９は、圧力センサ２５〜２８で検出された圧力信号に基づき、シリンダ２内の作動空間とバッファ空間１７との差圧ΔＰが所定圧力Ｐ１を下回ったか否かを確認する。
【００４９】
このとき、コントローラ２９は、所定時間Ｔ１内に圧縮空間６とバッファ空間１７の差圧ΔＰが所定圧力Ｐ１を下回り、圧縮空間６及びバッファ空間１７の圧力が近づいたものと判断すると、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る。次に、コントローラ２９は、バッファ空間開放弁３４を開き、バッファ空間開放流路３３を通じて、バッファ空間１７を外気に開放させる。
【００５０】
これにより、作動空間とバッファ空間の圧力差を小さくした状態で、スターリングエンジン１を構成する各部品にかかる負荷を抑制しながら、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４の往復動作を早急に停止できる。なお、本実施形態において、第２の実施形態と同様、作動空間開放流路２１に流量制御部３１を設置した構成としても構わないし、第３の実施形態と同様、クランクケース１３とバイパス流路１９とがブリーザ３２を介して接続される構成としても構わない。
【００５１】
＜第５の実施形態＞
次いで、図１４を参照して、第５実施形態となるスターリングエンジン１について、以下に説明する。図１４に示す如く、本実施形態におけるスターリングエンジン１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内に出力取り出し装置１１を設けた構成を有している。
【００５２】
図１４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。
【００５３】
図１４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。
【００５４】
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、シリンダ２内のバッファ空間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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、作動流体のみを第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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
図１４に示す如く、本実施形態の運転停止用配管１８ｄは、第４実施形態における運転停止用配管１８ｃに対して、バイパス流路１９から分岐した作動空間開放流路２１に流量制御部３１を設置するとともにクランクケース１３とバイパス流路１９とがブリーザ３２を介して接続された構成となる。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。これにより、ブリーザ３２を通じてバイパス流路１９とバッファ空間１７とが連通することとなり、バイパス流路１９への潤滑油の流入を防止できる。
【００６０】
なお、本実施形態では、第４実施形態と同様の運転停止用配管１８ｃに、第２実施形態における流量制御部３１を採用した運転停止用配管１８ｄとしたが、第１〜第４実施形態における運転停止用配管１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃと同様の構成としても構わないし、各構成を組み合わせたものとしても構わない。
【００６１】
また、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】
【００６２】
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
１８  運転停止用配管
１９  バイパス流路
２０  均圧弁
２１  作動空間開放流路
２２  作動空間開放弁
３１  流量制御部
３２  ブリーザ
３３  バッファ空間開放流路
３４  バッファ空間開放弁
【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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