(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、簡易構造にして、より効率が高く、操作、維持容易な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部及び出口部と導通する流路を設け、該気室と冷却器の入り口部及び出口部と導通する流路を設け、それぞれ入り口部側及び出口部側の流路に開閉弁を設け、作動ガスの移動手段を設け、加熱器と導通する流路と該流路に開閉弁を設け、冷却器と導通する流路と該流路に開閉弁を設けて、加熱器と冷却器それぞれと導通する作用体を設けた。【選択図】図１
2011117411.tif 000002
【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部及び出口部と導通する流路を設け、該気室と冷却器の入り口部及び出口部と導通する流路を設け、それぞれ入り口部側及び出口部側の流路に開閉弁を設け、作動ガスの移動手段を設け、加熱器と導通する流路と該流路に開閉弁を設け、冷却器と導通する流路と該流路に開閉弁を設けて、加熱器と冷却器それぞれと導通する作用体を設けた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】
上記開閉弁の内、冷却器の出口部、加熱器の入り口部が逆止弁である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】
開閉弁の流路が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４】
作用体が、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】
作用体が、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】
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７】
複数設けた作用体の駆動軸を共有することを特徴とする請求項１〜６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８】
複数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、７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９】
複数設けたピストンが、クランクを介して総和が３６０°となる位相差をもって共有する駆動軸に連接することを特徴とする請求項１〜４、６〜８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１０】
加熱器入り口部側及び冷却器入り口部側の流路間に熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１〜９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１１】
気室を加熱器と冷却器に並列して２個設けたことを特徴とする請求項１〜１０の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外燃式クローズドサイクル熱機関の一種であり、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。
【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作動ガスを膨張及び収縮させ、動力を得る外燃式熱機関である。
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、該作動ガスを加熱部と冷却部との間で往復させて該作動ガスを加熱及び冷却、即ち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（特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、従来のスターリングエンジンでは、気室、加熱器及び冷却器内の作動ガスが同時に加圧、減圧され、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又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。
【０００５】
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、伝熱面の肉厚を薄くし、また加熱温度を上げて面積当りの伝熱量を増やす手段があるが、精密な工作を要し、高価な耐熱金属を使用する必要があり、また高温により加熱器の腐蝕が促進されるといった弊害がある。
また、冷却期間中、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。
【０００６】
上述するような従来技術に鑑み、加熱器又は冷却器の容積がエンジンの効率に関係せず、多気筒化、大型化、高出力化が可能で、低温熱源を有効に利用することができ、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、本発明の発明者らは開発し、先に出願した（特許文献２）（以下、「本発明者の先願発明」という）。
【０００７】
即ち、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、収縮させて気室下部に連接した作用体を駆動する外燃式クローズドサイクル熱機関で、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提案した。
【０００８】
しかしながら、加熱過程終了時に気室及びピストンシリンダー内に存在する高温の作動ガスは、冷却過程開始とともに冷却器内に移動し冷却され、この過程において、高温の作動ガスの持っていた熱量は系外に運び去られることになり、熱効率低下の一因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２７５０１８号公報
【特許文献２】特願２００９−００８５７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、簡易構造にして、より効率が高く、操作、維持容易な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】
【００１１】
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部及び出口部と導通する流路を設け、該気室と冷却器の入り口部及び出口部と導通する流路を設け、それぞれ入り口部側及び出口部側の流路に開閉弁を設け、作動ガスの移動手段を設け、加熱器と導通する流路と該流路に開閉弁を設け、冷却器と導通する流路と該流路に開閉弁を設けて、加熱器と冷却器それぞれと導通する作用体を設けた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、簡易構造にして、より効率が高く、操作、維持容易な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。特に、特許文献２では、気室と作用体を一体で構成していたが、本発明は、気室と作用体を分離することにより、更なる熱効率の向上を図れ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ものである。
【００１２】
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、上記開閉弁の内、冷却器の出口部、加熱器の入り口部の開閉弁が逆止弁であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３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、開閉弁の流路が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分岐を流路とする三方弁としたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４の発明は、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であって、作用体が、ピストンであることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５の発明は、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であって、作用体がタービンであることを特徴とするものである。本方式では作用体を通過する流れは一方向であり通常型のタービンが使用でき、必ずしも、往復流型である必要はない。本エンジンでは発生圧力差が大きい反面、ガス流量が少ないため特殊なタービンが必要になる。重比重ガスの使用は、発生圧力差を運動量に効率よく変換することができる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関であって、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。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関であって、複数設けた作用体の駆動軸を共有することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項１〜４、６、７のいずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関であって、複数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。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項１〜４、６〜８のいずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関であって、複数設けたピストンが、クランクを介して総和が３６０°となる位相差をもって共有する駆動軸に連接することを特徴とするものである。ピストン下及びクランク室の容積、及び圧力を一定としている。
【００２０】
請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関であって、加熱器入り口部側及び冷却器入り口部側の流路間に熱交換器を設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１１の発明は、請求項１〜１０のいずれかに記載の外燃式クローズドサイクル熱機関であって、気室を加熱器と冷却器に並列して２個設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
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加熱器から密閉分離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冷却器から密閉分離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。即ち、気室加熱時、冷却器は開閉弁により加熱器から密閉分離されているので、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冷却器から密閉分離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。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、本発明者の先願発明に比し、本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関は、加熱器と冷却器と開閉弁を介してそれぞれと導通する作用体を設けたので、それぞれの作用体が気室を共有できるため構造を簡易にすることができ、また作用体に対する作動ガスの流れは一方向であるため各作用体に対する開閉弁は２個、または三方弁１個ですみ、作用体周りの構造を簡易にすることができ、多気筒の場合は弁の総数を少なくできる。また作用体の温度は一定となるため作用体の熱設計が容易になる。
上記するように流路を含めた加熱器、冷却器及び気室の容積が効率に影響しなくなるために、加熱器、冷却器及び気室と作用体間の流路を長くでき、加熱器、冷却器及び気室を作用体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、作用体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。
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。
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。
【００２３】
開閉弁を三方弁形式とすれば、開閉弁数を二分の一に減ずることができて構造を簡易にすることができると同時に、作動ガス切り替え同期をタイミング良く行え、また開閉弁の制御装置を簡易化することができる。
【００２４】
作用体を公知のピストンやタービンとすれば、膨張・収縮する作動ガスから容易に動力として利用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ができる。
【００２５】
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、加熱器、冷却器及び気室各１台に複数の作用体を設けることができ、各々の作用体に対し各１個の加熱器、冷却器及び気室を必要とする従来の外燃式クローズドサイクル熱機関に比し加熱器、冷却器及び気室の構造が大幅に簡単化できる。
【００２６】
複数の作用体の駆動軸を共有すれば、大きな動力を得ることができ、また、作用体をコンパクトにすることができ、複数の作用体を複数の群に分割し、それぞれの分割された群が駆動軸を共有すれば複数の動力を得ることができ、利用できる熱源や設備する場所、用途の諸条件により種々の設計に対応することができる。
【００２７】
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（背圧）が変動しないことでピストンの作動を円滑にできる。
【００２８】
作用体から冷却器に向かう流路、および気室から冷却器に向かう流路を高温部とし、気室から加熱器に向かう流路を低温部として、高温部と低温部の間に熱交換器を設けて加熱器に流入する作動ガスを加熱することにより冷却器から本来外部に流出する熱量の一部を効率よく回収し、再利用できるために、熱効率を向上することができる。
【００２９】
気室を加熱器と冷却器に並列して２個設け、開閉弁によりどちらかの気室が必ず加熱過程にあり、また、どちらかの気室が必ず冷却過程にあるようにすることにより加熱器に向かう低温部には低温ガスが常時流れ、冷却器に向かう高温部には高温ガスが常時流れるため、更なる熱エネルギー回収の効率を向上させることができる。
【００３０】
上記するように、本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関は、多くの効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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念図
【図２】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念図
【図３】本発明の異なる種類の作用体を用いた要部説明図
【図４】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念図
【図５】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念図
【図６】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念図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための具体的な形態について、図１〜７を参照しながら詳細に説明する。図１以降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。
【００３３】
図１は、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念図である。
同図において、加熱器１０、冷却器２０、密閉された気室３０、ファン１、作用体４０を設け、該気室３０の出口部３２及び入り口部３１と該加熱器１０の入り口部１１及び出口部１２と導通する流路１３、１４をそれぞれ設け、該気室３０の出口部３２及び入り口部３１と冷却器２０の入り口部２１及び出口部２２と導通する流路２３、２４をそれぞれ設け、それぞれの流路１３、１４、２３、２４に開閉弁１５、１６、２５、２６を設け、気室３０の出口部３２流路へ作動ガスの移動手段１を設けている。該移動手段１は、気室３０の入り口部３１への流路に設けてもよい。移動手段１は、ファン１やポンプ等であり、作動ガスを強制的に移動できるものであればよい。尚、図中で電動機を図示せず、以下移動手段１をファン１と表記する。
作用体４０は、４１はピストンシリンダー、４２は該ピストンシリンダー４１内を摺動するピストン、４３は駆動軸４４に固設されたフライホイール、４５はピストン４２とフライホイール４３を連接するクランク、クランク室４６で構成されている。駆動軸４４は、クランク室４６外へ軸封装置（図示せず）を介して外部へ出力する。ピストンシリンダー４１トップへ入り口部兼出口部４７を設け、加熱器１０の出口部１７及び冷却器２０入り口部２７と導通する流路１８、２８をそれぞれ設け、該流路１８、２８にそれぞれ開閉弁１９、２９が設けられている。
作動ガスは、窒素ガス等が封入されている。
【００３４】
上記作用について詳述する。
冷却器２０入り口部２１及び出口部２２の開閉弁２５、２６を実線で示すように閉として冷却器２０を加熱器から密閉分離し、加熱器１０入り口部１１側及び出口部１２側の開閉弁１５、１６を実線で示すように開として、気室３０内の作動ガスを加熱器１０→開閉弁１６→気室３０→ファン１→開閉弁１５→加熱器１０と図中実線矢印で示すように循環させて加熱する。このため気室３０内の温度・圧力は加熱器１０内の温度・圧力と等しくなる。この時の気室３０内のガス量をｍHとする。
つぎに加熱器１０入り口部１１側及び出口部１２側の開閉弁１５、１６を破線で示すように閉として加熱器１０を冷却器２０から密閉分離する一方、冷却器２０入り口部２１側及び出口部２２側の開閉弁２５、２６を破線で示すように開として、気室３０内の作動ガスを冷却器２０→開閉弁２６→気室３０→ファン１→開閉弁２５→冷却器２０と図中破線矢印で示すように循環させて冷却する。このため気室３０内の温度・圧力は冷却器２０内の温度・圧力と等しくなる。この時の気室３０内のガス量をｍLとする。
この過程において冷却器２０はｍHのガス量を取り込みｍLのガス量を放出する。従ってｍL＞ｍHであれば冷却器２０内のガス量は減少し圧力は低下する。一方、加熱器１０はｍHのガス量を放出し、ｍLのガス量を取り込む。従って加熱器１０内のガス量は増加し圧力は上昇する。この過程においてサイクルあたり「ｍL−ｍH」のガス量が冷却器２０から加熱器１０に移動する。
この過程はｍL＝ｍHとなった時点で平衡に達するが、ボイル・シャルルの法則によれば平衡条件は「加熱器１０内圧力／冷却器２０内圧力＝加熱内温度／冷却内温度」である。
一方、加熱器１０の出口部１７と作用体４０の入り口部兼出口部４７と導通する流路１８に設けた開閉弁１９を実線で示すように閉とし、冷却器２０の入り口部２７と作用体４０の入り口部兼出口部４７と導通する流路２８に設けた開閉弁２９を実線で示すように開とすれば、シリンダー４１は冷却器２０と連結されて低温・低圧になりピストン４２は上昇する。尚、図中ピストン４２は、上死点に位置しており加熱器１０の加熱過程終了状態にある。
また、冷却器２０の入り口部２７と作用体４０の入り口部兼出口部４７と導通する流路２８に設けた開閉弁２９を破線で示すように閉とし、加熱器１０の出口部１７と作用体４０の入り口部兼出口部４７と導通する流路１８に設けた開閉弁１９を破線で示すように開とすれば、シリンダー４１は、加熱器１０と連結されて高温・高圧になりピストン４２は下降する。
この過程において、ピストン４２を介し、ガス量が加熱器１０から冷却器２０に移動する。従って、気室３０を介した冷却器２０から加熱器１０への作動ガス量が、ピストン４２を介した加熱器１０から冷却器２０への移動に等しい圧力差で、本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関は作動する。
周知の如く内燃式エンジン（内燃式熱機関）は、シリンダー内で霧化したガソリン等に点火爆発させてピストンの上下駆動をさせて動力を発生させているが、本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関は、気室３０を介してのサイクル過程において、加熱器１０は自動的に高圧になり、冷却器２０は自動的に低圧になることを特徴とするものである。
【００３５】
図２は、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念図である。
同図において、５０、５１、５２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分岐を流路とする三方弁である。即ち、図１における開閉弁１６と２６を三方弁５０に置き換え、開閉弁１５と２５を三方弁５１に置き換え、開閉弁１９と２９を三方弁５２に置き換えたものである。
【００３６】
上記図２の作用について詳述する。
加熱器１０出口部１２及び入り口部１１と導通する三方弁５０と５１を実線で示すように閉として加熱器１０を冷却器２０から密閉分離し、冷却器２０入り口部２１及び出口部２２と導通する三方弁５１と５０を実線で示すように開として、気室３０内の作動ガスを冷却器２０→三方弁５０→気室３０→ファン１→三方弁５１→冷却器２０と図中実線矢印で示すように循環させて冷却し、同時に冷却器２０の入り口部２７と作用体４０の入り口部兼出口部４７と導通する流路２８に設けた三方弁５２を実線で示すように閉とし、シリンダー４１の作動ガスを流路１８実線矢印で示すように流す。この際、三方弁５１を三方弁５０より早く開とし、気室３０内の高温・高圧ガスを冷却器２０内に導くことによりファン１に対する逆流を防ぐ。図中ピストン４２は、下死点に位置しており冷却器２０の冷却過程終了状態にある。
冷却器２０出口部２２及び入り口部２１と導通する三方弁５０と５１を破線で示すように閉として冷却器２０を加熱器１０から密閉分離する一方、加熱器１０出口部１２及び入り口部１１と導通する三方弁５０、５１を破線で示すように開として、気室３０内の作動ガスを加熱器１０→三方弁５０→気室３０→ファン１→三方弁５１→加熱器１０と図中破線矢印で示すように循環させて加熱し、同時に加熱器１０の出口部１７と作用体４０の入り口部兼出口部４７と導通する流路１８に設けた三方弁５２を破線で示すように閉とし、冷却器２０の入り口部２７と作用体４０の入り口部兼出口部４７と導通する流路２８に設けた三方弁５２を破線で示すように開として、冷却器２０へ作動ガスを流路２８破線矢印で示すように流す。この際、三方弁５０を三方弁５１より早く開とし、加熱器１０内の高温・高圧ガスを気室３０内に導くことによりファン１に対する逆流を防ぐ。
【００３７】
三方弁５０と５１は連動して動作することが望ましいが、三方弁５２はピストン４２が上死点または下死点を過ぎてから切り替わることが望ましく、三方弁５０、５１と連動して動作する必要はない。
【００３８】
図３は、要部断面図を示し、図３（ａ）は、作用体４０を往復流型タービン６０とし、高圧の加熱器１０と低圧の冷却器２０間に生じる作動ガス流により回転トルクを発生させ、軸封装置６４を介して回転軸６３を外部に出し、回転動力を得るように構成したものである。
図３（ｂ）は、作用体４０を通常型タービン５９とし、高圧の加熱器１０と低圧の冷却器２０間に生じる作動ガス流により回転トルクを発生させ、軸封装置６４を介して回転軸６３を外部に出し、回転動力を得るように構成したものである。作動ガス流の流れ方向は、一方向である。
【００３９】
図４は、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念図である。
同図は、図２の作用体４０を流路１８と２８に並列に２台設けたもので、図に示さない複数の作用体４０を設け、一台の加熱器１０及び冷却器２０を共有する構成である。
上部側の作用体４０（１）のピストン４２は下死点に位置し、下部側の作用体４０（２）のピストン４２は上死点に位置し、ピストントップ４８が上下死点中間の二点鎖線で示す位置になるように更に２台の作用体を設けた多気筒とすれば、スムーズに稼動させることができる。尚、気筒は偶数でなくてもピストンシリンダー４１容積を勘案すれば奇数でもよい。
図４で示す作用体４０の駆動軸４４とクランク室４６を複数の作用体４０で共有することは、図４で示す作用体４０上下を重ね合わせてみれば想像に難くないので図示せず。駆動軸４４を共有することにより、大きな動力をえることができ、作用体４０を複数台の群に分けて複数の動力を得ることもできる。また、クランク室４６を複数の作用体４０が共有し、ピストン４２がクランク４５を介して総和が３６０°となる位相差をもって駆動軸４４と連接することにより、ピストン４２の背圧を一定としてピストン４２の作動を円滑にすることができる。
【００４０】
図５は、本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関の熱回収に関する実施例を示す概念図である。
同図は、図４で示す冷却器２０の入り口部２１と三方弁５１を導通する流路２３を、冷却器２０の入り口部２１と切り離し、図５で示すように流路２８と導通させ、該流路合流点７０と冷却器２０の入り口部２７を導通する流路７１を高温部７２とし、加熱器１０
入り口部１１と三方弁５１を導通する流路１３を低温部７３として、図示しない熱交換器７４を設けたものである。
【００４１】
図５において、三方弁５０、５１が実線の位置にある時、冷却器２０→三方弁５０→気室３０→ファン１→三方弁５１→冷却器２０と作動ガスが循環している。次に三方弁５０、５１が、三方弁５０、５１の破線の位置へ切り替わった瞬間、気室３０容積分の冷却された作動ガスが流路１３を流れて加熱器１０へ向かう。従って、この時流路１３は、低温部７３を呈する。同時に図で示す上部側の作用体４０（１）の三方弁５２は、実線の位置から破線の位置に切り替わり、作用体４０（１）に示すピストンシリンダー４１内の高温作動ガスが流路２８へ流れ、流路７１を経て冷却器２０へ向かう。従って、この時流路７１において高温部７２を呈し、また同時に、図で示す下部側の作用体４０（２）の三方弁５２は実線の位置で、ピストンシリンダー４１内の高温作動ガスを流路２８へ流し切り、三方弁５２は破線の位置となり流路２８への高温作動ガスの流れは停止される。
三方弁５０、５１が破線の位置にある時、加熱器１０→三方弁５０→気室３０→ファン１→三方弁５１→加熱器１０と作動ガスが循環している。次に三方弁５０、５１が、三方弁５０、５１の実線の位置へ切り替わった瞬間、気室３０容積分の加熱された作動ガスが流路２３を流れて、流路７１を経て冷却器２０へ向かう。従って、この時流路７１は高温部７２を呈する。
従って低温部７３は、常時低温に保たれ、高温部７２は、常時高温に保たれるので、低温部７３と高温部７２間に熱交換器７４（図示せず）を設けて、高温部７２から低温部７３へ熱移動を行うことができ、系外へ廃棄される熱を効率的に回収することができる。
【００４２】
図６は、本発明の外燃式クローズドサイクル熱機関の熱回収に関する実施例を示す概念図である。
同図は、図５の気室３０を２個３０（１）、３０（２）とし、加熱器１０と冷却器２０に並列して設けて構成したものである。共通する構成部品に同一符号を付与し、さらに（１）、（２）を付与した。
図６において、三方弁５０（１）（２）と５１（１）（２）が図示の実線の位置から破線の位置に変った瞬間、気室３０（１）から低温の作動ガスが流路１３（１）を流れ、低温部７３を呈し、気室３０（２）から高温の作動ガスが流路７１に流れ、高温部７２を呈し、三方弁５０（１）（２）と５１（１）（２）が図示の破線の位置から実線の位置に変った瞬間、気室３０（１）から高温の作動ガスが流路７１に流れ、高温部７２を呈し、気室３０（２）から低温の作動ガスが流路１３（２）を流れ、低温部７３を呈する。即ち加熱及び冷却過程全過程で、低温の作動ガスが流路１３を流れ、低温部７３を呈し、高温の作動ガスが流路７１を流れて高温部７２を呈する。言い換えると、どちらかの気室３０が必ず加熱過程にあり、従って低温部には常時、加熱器に向かう低温ガスが流れ、また、どちらかの気室３０が必ず冷却過程にあり、従って高温部には常時、冷却器に向かう高温ガスが流れているため熱エネルギー回収の効率を向上できる。
また、気室３０（１）及び３０（２）出口部３４（１）及び３４（２）側にそれぞれファン１を設けているので、加熱器１０及び冷却器（２）内の作動ガスを全過程において停滞させることが無く、加熱器１０及び冷却器２０での熱交換効率の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  移動手段（ファン、ポンプ等）
１０  加熱器
１１、２１、２７、３１  入り口部
１２、１７、２２、３２  出口部
１３、１４、１８、２３、２４、２８  流路
１５、１６、１９、２５、２６、２９  開閉弁
２０  冷却器
３０  気室
４０  作用体
４１  ピストンシリンダー
４２  ピストン
４３  フライホイール
４４  駆動軸
４５  クランク
４６  クランク室
４７  入り口部兼出口部
４８  ピストントップ
５０、５１、５２  三方弁
５９  タービン
６０  往復流型タービン
６１  上部気室
６２  下部気室
６３  回転軸
６４  軸封装置
７０  流路合流点
７１  流路
７２  高温部
７３  低温部
７４  熱交換器（図示せず）
【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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