(57)【要約】      （修正有）【課題】廃熱を熱源として駆動させる際、加熱部の過熱を抑制することができるスターリングエンジンを提供する。【解決手段】ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４と連結されるクランク軸１２を軸支するクランクケース１３と、熱源部に暴露されるヒータ８と、ヒータ８の温度を検出する温度センサと、エンジンの出力を検出する出力センサと、圧縮空間６とクランクケース１３とに連通する第１連通経路７１と、第１連通経路７１に設けられる第１開閉弁７２と、第１開閉弁７２の開閉を制御する制御部と、第１開閉弁７２と並列に設けられ、クランクケース１３から圧縮空間６に向かう方向を順方向とする逆止弁７３と、を備え、制御部は、温度センサの検出温度に基づくヒータ温度が上限温度未満、かつ出力センサの検出出力に基づく出力が定格出力より大きい上限出力以上となった場合に、出力が定格出力より小さい下限出力以下となるまで第１開閉弁７２を開く。【選択図】図１
2019206926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動するディスプレーサピストン及びパワーピストンと、
前記ディスプレーサピストン及びパワーピストンと連結されるクランク軸と、
前記クランク軸を軸支するクランクケースと、
熱源部に暴露される加熱部と、
前記加熱部の温度を検出する温度センサと、
エンジンの出力を検出する出力センサと、
前記パワーピストンの圧縮空間と前記クランクケースの内部とに連通する第１連通経路と、
前記第１連通経路に設けられる第１開閉弁と、
前記第１開閉弁の開閉を制御する制御部と、
前記第１開閉弁と並列に設けられ、前記クランクケースの内部から前記圧縮空間に向かう方向を順方向とする逆止弁と、を備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出温度に基づく加熱部温度が上限温度未満、かつ前記出力センサの検出出力に基づく出力が定格出力より大きい上限出力以上となった場合に、前記出力が前記定格出力より小さい下限出力以下となるまで前記第１開閉弁を開く、スターリングエンジン。
【請求項２】
往復動するディスプレーサピストン及びパワーピストンと、
前記ディスプレーサピストン及びパワーピストンと連結されるクランク軸と、
前記クランク軸を軸支するクランクケースと、
熱源部に暴露される加熱部と、
前記加熱部の温度を検出する温度センサと、
エンジンの出力を検出する出力センサと、
前記パワーピストンの圧縮空間と前記クランクケースの内部とに連通する第１連通経路と、
前記第１連通経路に設けられる比例弁と、
前記比例弁の開度を制御する制御部と、
前記比例弁と並列に設けられ、前記クランクケースの内部から前記圧縮空間に向かう方向を順方向とする逆止弁と、を備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出温度に基づく加熱部温度が上限温度未満、かつ前記出力センサの検出出力に基づく出力が定格出力より大きい上限出力未満の場合、前記出力が前記定格出力となるように前記比例弁の開度を制御する、スターリングエンジン。
【請求項３】
往復動するディスプレーサピストン及びパワーピストンと、
熱源部に暴露される加熱部と、
前記加熱部の温度を検出する温度センサと、
前記ディスプレーサピストンの膨張空間と外部とに連通する第２連通経路と、
前記第２連通経路に設けられ、前記膨張空間に送風する送風機と、
前記送風機よりも前記膨張空間側の前記第２連通経路に設けられる第２開閉弁と、
前記パワーピストンの圧縮空間を外部に連通させるか否かを切り替える第３開閉弁と、
前記送風機の運転、前記第２開閉弁の開閉、及び前記第３開閉弁の開閉を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出温度に基づく加熱部温度が上限温度以上の場合に、前記加熱部温度が所定温度以下となるまで前記第２開閉弁及び前記第３開閉弁を開くと共に前記送風機を運転する、スターリングエンジン。
【請求項４】
前記制御部は、前記温度センサの検出温度に基づく加熱部温度が上限温度以上の場合に、前記第３開閉弁を開き、前記圧縮空間内の圧力が所定圧以下となった後又は所定時間の経過後、前記第２開閉弁を開いて前記送風機を運転する、請求項３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】
本発明は、スターリングエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１は、焼却炉等の煙道にスターリングエンジンの加熱部を配置し、排ガスを熱源として駆動させるスターリングエンジンにおいて、煙道に暴露される加熱部としての加熱器チューブが異常に加熱し、破損するおそれがあるため、加熱器チューブの異常加熱対策の必要性を開示する。
【０００３】
しかし、特許文献１は、加熱器チューブの異常加熱の対策として、圧力制御装置による作動媒体の圧力を変更すると開示するものの、その具体的な構成については何ら開示していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−４５８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、廃熱を熱源として駆動させる際、加熱部の過熱を抑制することが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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のスターリングエンジンは、往復動するディスプレーサピストン及びパワーピストンと、
前記ディスプレーサピストン及びパワーピストンと連結されるクランク軸と、
前記クランク軸を軸支するクランクケースと、
熱源部に暴露される加熱部と、
前記加熱部の温度を検出する温度センサと、
エンジンの出力を検出する出力センサと、
前記パワーピストンの圧縮空間と前記クランクケースの内部とに連通する第１連通経路と、
前記第１連通経路に設けられる第１開閉弁と、
前記第１開閉弁の開閉を制御する制御部と、
前記第１開閉弁と並列に設けられ、前記クランクケースの内部から前記圧縮空間に向かう方向を順方向とする逆止弁と、を備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出温度に基づく加熱部温度が上限温度未満、かつ前記出力センサの検出出力に基づく出力が定格出力より大きい上限出力以上となった場合に、前記出力が前記定格出力より小さい下限出力以下となるまで前記第１開閉弁を開くものである。
【０００７】
本発明によれば、エンジンの出力を定格出力付近に調整することができる。常用最大出力である定格出力付近でエンジンを駆動させることで、加熱部から最大限の吸熱を行うことができるため、加熱部の冷却効果を最大限に維持できる。その結果、廃熱を熱源として駆動させる際、加熱部の過熱を抑制することができる。
【０００８】
また、本発明のスターリングエンジンは、往復動するディスプレーサピストン及びパワーピストンと、
前記ディスプレーサピストン及びパワーピストンと連結されるクランク軸と、
前記クランク軸を軸支するクランクケースと、
熱源部に暴露される加熱部と、
前記加熱部の温度を検出する温度センサと、
エンジンの出力を検出する出力センサと、
前記パワーピストンの圧縮空間と前記クランクケースの内部とに連通する第１連通経路と、
前記第１連通経路に設けられる比例弁と、
前記比例弁の開度を制御する制御部と、
前記比例弁と並列に設けられ、前記クランクケースの内部から前記圧縮空間に向かう方向を順方向とする逆止弁と、を備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出温度に基づく加熱部温度が上限温度未満、かつ前記出力センサの検出出力に基づく出力が定格出力より大きい上限出力未満の場合、前記出力が前記定格出力となるように前記比例弁の開度を制御するものである。
【０００９】
本発明によれば、エンジンの出力を定格出力付近に調整することができる。常用最大出力である定格出力付近でエンジンを駆動させることで、加熱部から最大限の吸熱を行うことができるため、加熱部の冷却効果を最大限に維持できる。その結果、廃熱を熱源として駆動させる際、加熱部の過熱を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明のスターリングエンジンは、往復動するディスプレーサピストン及びパワーピストンと、
熱源部に暴露される加熱部と、
前記加熱部の温度を検出する温度センサと、
前記ディスプレーサピストンの膨張空間と外部とに連通する第２連通経路と、
前記第２連通経路に設けられ、前記膨張空間に送風する送風機と、
前記送風機よりも前記膨張空間側の前記第２連通経路に設けられる第２開閉弁と、
前記パワーピストンの圧縮空間を外部に連通させるか否かを切り替える第３開閉弁と、
前記送風機の運転、前記第２開閉弁の開閉、及び前記第３開閉弁の開閉を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出温度に基づく加熱部温度が上限温度以上の場合に、前記加熱部温度が所定温度以下となるまで前記第２開閉弁及び前記第３開閉弁を開くと共に前記送風機を運転するものである。
【００１１】
本発明のスターリングエンジンにおいて、前記制御部は、前記温度センサの検出温度に基づく加熱部温度が上限温度以上の場合に、前記第３開閉弁を開き、前記圧縮空間内の圧力が所定圧以下となった後又は所定時間の経過後、前記第２開閉弁を開いて前記送風機を運転することが好ましい。
【００１２】
本発明によれば、第２開閉弁及び第３開閉弁を開くと共に送風機を運転することで、外気が膨張空間に供給され、膨張空間と連通する加熱部を冷却することができる。その結果、廃熱を熱源として駆動させる際、加熱部の過熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係るスターリングエンジンの側面断面を示す概略図ある。
【図２】第１実施形態に係る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】第１実施形態に係るエンジン出力の制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態に係るエンジン出力の制御の一例を示すグラフである。
【図５】第２実施形態に係るエンジン出力の制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態に係るエンジン出力の制御の一例を示すグラフである。
【図７】第３実施形態に係るスターリングエンジンの側面断面を示す概略図ある。
【図８】第３実施形態に係るヒータ冷却処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
［第１実施形態］
図１は、スターリングエンジン１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１の正面断面を示す概略図である。なお、以下では、β型のスターリングエンジン１を例に挙げて説明する。
【００１６】
図１及び図２に示すように、スターリングエンジン１は、空気、ヘリウムガス、水素等の作動ガスが封入されたシリンダ２の内部に、ディスプレーサピストン３及びパワーピストン４がそれぞれ往復動可能に収容されている。
【００１７】
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、閉塞端部とディスプレーサピストン３との間に膨張空間５が形成され、ディスプレーサピストン３とパワーピストン４との間に圧縮空間６が形成されている。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。
【００１８】
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ガス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ガスを加熱するヒータ８（加熱部に相当する）と、圧縮空間６と連通して外部への放熱により作動ガスを冷却するクーラ９と、ヒータ８とクーラ９とを連結する再生器１０とを備えている。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で加熱された作動ガスが膨張空間５に流入することで、作動ガスの温度が上昇する。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で冷却された作動ガスが圧縮空間６に流入することで、作動ガスの温度が低下する。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ガス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。
【００１９】
ヒータ８は、一端部が膨張空間５に連通し、他端部が再生器１０の一端部に連通している。ヒータ８は、焼却炉等で発生する排ガスの熱を受けることで、内部を通過する作動ガスを加熱する。図１及び図２では、管状のヒータ８を２個のみ示しているが、実際には多数（３個以上）のヒータ８が設けられている。ヒータ８には、不図示の温度センサが設けられており、温度センサによりヒータ８の温度を検出することができる。温度センサとしては、例えば熱電対が用いられる。温度センサで検出されたヒータ８の温度は、不図示の制御部に入力される。
【００２０】
再生器１０の他端部はクーラ９に連通している。また、クーラ９は圧縮空間６に連通している。クーラ９内には作動ガスと熱交換可能に冷却水が流れており、この熱交換によって作動ガスを冷却する。
【００２１】
再生器１０及びクーラ９は、シリンダ２の外周部に配置されている。なお、図１では再生器１０及びクーラ９の一部が省略されている。再生器１０は、例えば、金属繊維や金網を積層させたものや、作動ガス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に高温の作動ガスが流れる際には、作動ガスの熱を蓄熱する一方で、クーラ９からヒータ８に低温の作動ガスが流れる際には、蓄熱した熱を作動ガスに放熱する。
【００２２】
スターリングエンジン１は、シリンダ２の開口端部側に、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１７を形成している。
【００２３】
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。
【００２４】
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ピストンヨーク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。
【００２５】
図２に示すように、ディスプレーサピストンヨーク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。ディスプレーサピストンヨーク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、ディスプレーサピストンヨーク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。ディスプレーサピストンヨーク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。
【００２６】
図２に示すように、パワーピストンヨーク５２は、その中央部分に、横方向に長いクランク軸案内溝５２ａが設けられており、クランク軸案内溝５２ａを挟んだ両側部に、往復動案内穴（貫通穴）５２ｂ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の往復動案内穴５２ｂには、直動軸受６４を介して、クランクケース１３に固定されたガイド軸６１が挿入されている。パワーピストンヨーク５２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。パワーピストンヨーク５３は、パワーピストンヨーク５２と同様の形状をしているため、詳細な説明は省略する。
【００２７】
図１及び図２に示すように、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。
【００２８】
図１に示すように、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とディスプレーサピストンヨーク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。
【００２９】
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、作動ガスが膨張空間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。
【００３０】
スターリングエンジン１は、エンジンの出力を検出する不図示の出力センサを備えている。出力センサとしては、クランク軸１２又は入力軸１６の回転数を測定するセンサ、発電機１５の発電量を測定するセンサなど、エンジンの出力に相当する物理量を測定可能なセンサであればよい。出力センサで検出されたスターリングエンジン１の出力は、不図示の制御部に入力される。
【００３１】
スターリングエンジン１は、圧縮空間６とクランクケース１３の内部とに連通する第１連通経路７１を備えている。第１連通経路７１は、一端がシリンダ２に接続され、他端がクランクケース１３に接続されている。また、第１連絡経路７１の他端は、クランクケース１３内の潤滑油の液面よりも鉛直方向上部に接続される。第１連通経路７１を設けることで、圧縮空間６とクランクケース１３の内部との間で作動ガスが行き来することができる。
【００３２】
第１連通経路７１には、第１開閉弁７２及び逆止弁７３が設けられている。第１開閉弁７２と逆止弁７３は、並列に配設されている。第１開閉弁７２は、第１連通経路７１を連通又は遮断することができる。逆止弁７３は、クランクケース１３の内部から圧縮空間６に向かう方向が順方向となるように配置されている。
【００３３】
第１開閉弁７２及び逆止弁７３を設けることで、第１開閉弁７２を開くと、作動空間（膨張空間５と圧縮空間６）内の作動ガスが第１連通経路７１を介してクランクケース１３内へ移動するため、エンジンの出力を低下させることができる。一方、第１開閉弁７２を閉じると、逆止弁７３によってクランクケース１３内から作動空間への作動ガスの移動のみが許可されるため、エンジンの出力を徐々に増加させることができる。このように、第１開閉弁７２を開閉することで、エンジンの出力を調整することができる。
【００３４】
次に、上記のスターリングエンジン１の制御方法について説明する。図３は、エンジン出力の制御の手順を示すフローチャートである。図４は、エンジン出力の制御の一例を示すグラフである。
【００３５】
まず、ステップＳ１１において、エンジンの出力Ｐとヒータ８の温度Ｔｈを検出する。エンジンの出力Ｐは、上記の出力センサで検出され、ヒータ８の温度Ｔｈは、上記の温度センサで検出される。出力センサで検出された出力Ｐ、及び温度センサで検出された温度Ｔｈは、制御部に入力される。
【００３６】
次のステップＳ１２において、制御部は、エンジンの出力Ｐが上限出力Ｐ１以上であるか否かを判定する。上限出力Ｐ１は、エンジンの定格出力Ｐ２に基づいて設定され、例えば定格出力Ｐ２の１０５〜１１０％に設定される。図４に示すように、熱源としての排ガス（熱源ガス）の温度が何らかの異常で過熱されて上昇すると、これに合わせてヒータ８の温度Ｔｈ及びエンジンの出力Ｐも上昇する。そして、図４に示すように、エンジンの出力Ｐが上限出力Ｐ１以上となった場合（ステップＳ１２のＹｅｓ）、次のステップＳ１３に進む。
【００３７】
次のステップＳ１３において、制御部は、ヒータ８の温度Ｔｈが許容温度Ｔ１以上となる期間がｔ２秒継続しているか否かを判定する。許容温度Ｔ１は、ヒータ８が熱劣化を起こす温度に基づいて設定される。本発明において、ヒータ８の温度Ｔｈが上限温度以上とは、ヒータ８の温度Ｔｈが許容温度Ｔ１以上となる期間がｔ２秒継続する状態を意味する。ヒータ８の温度Ｔｈが上限温度以上となると熱劣化のおそれがある。ステップＳ１３において、ヒータ８の温度Ｔｈが許容温度Ｔ１以上となる期間がｔ２秒継続していると判定された場合（ステップＳ１３のＹｅｓ）、熱劣化を抑制するために後述するヒータ８を冷却する処理を行う。一方、ヒータ８の温度Ｔｈが許容温度Ｔ１以上となる期間がｔ２秒継続していないと判定された場合（ステップＳ１３のＮｏ）、次のステップＳ１４に進む。
【００３８】
次のステップＳ１４において、制御部は、第１開閉弁７２に開くように指示する。第１開閉弁７２を開いた後、ステップＳ１１に戻る。
【００３９】
ステップＳ１４で第１開閉弁７２を開くと、図４に示すようにエンジンの出力Ｐは低下していき、エンジンの出力Ｐは上限出力Ｐ１未満となり（ステップＳ１２のＮｏ）、ステップＳ１５に進む。
【００４０】
次のステップＳ１５において、制御部は、エンジンの出力Ｐが下限出力Ｐ３以下であるか否かを判定する。下限出力Ｐ３は、エンジンの定格出力Ｐ２に基づいて設定され、例えば定格出力Ｐ２の９０〜９５％に設定される。エンジンの出力Ｐが下限出力Ｐ３以下であれば（ステップＳ１５のＹｅｓ）、次のステップＳ１６に進む。
【００４１】
次のステップＳ１６において、制御部は、第１開閉弁７２に閉じるように指示する。第１開閉弁７２を閉じると、逆止弁７３によって図４に示すようにエンジンの出力Ｐは上昇する。ステップＳ１６で第１開閉弁７２を閉じた後、ステップＳ１１に戻り、エンジンの出力Ｐとヒータ８の温度Ｔｈを検出する。
【００４２】
一方、ステップＳ１５でエンジンの出力Ｐが下限出力Ｐ３より大きい場合（ステップＳ１５のＮｏ）、ステップＳ１１に戻り、エンジンの出力Ｐが下限出力Ｐ３以下となるまで第１開閉弁７２の開状態を維持する。以上の制御により、エンジンの出力Ｐを安全な定格出力Ｐ２の付近に調整することができる。
【００４３】
なお、ステップＳ１２において、エンジンの出力Ｐが定格出力Ｐ２以上となる期間がｔ１秒継続しているか否かを判定するようにしてもよい。これにより、図４に示すように、エンジンの出力Ｐが定格出力Ｐ２を超えて上限出力Ｐ１に達する前に、第１開閉弁７２を開いてエンジンの出力Ｐを低下させることができる。
【００４４】
［第２実施形態］
第２実施形態のスターリングエンジン１は、第１実施形態のスターリングエンジン１の第１開閉弁７２を比例弁に替えたものである。比例弁は、開度を連続的に変更可能な電磁弁である。
【００４５】
第２実施形態のスターリングエンジン１の制御方法について説明する。図５は、エンジン出力の制御の手順を示すフローチャートである。図６は、エンジン出力の制御の一例を示すグラフである。
【００４６】
まず、ステップＳ２１において、エンジンの出力Ｐとヒータ８の温度Ｔｈを検出する。エンジンの出力Ｐは、上記の出力センサで検出され、ヒータ８の温度Ｔｈは、上記の温度センサで検出される。出力センサで検出された出力Ｐ、及び温度センサで検出された温度Ｔｈは、制御部に入力される。
【００４７】
次のステップＳ２２において、制御部は、エンジンの出力Ｐが上限出力Ｐ１以上であるか否かを判定する。上限出力Ｐ１は、エンジンの定格出力Ｐ２に基づいて設定され、例えば定格出力Ｐ２の１０５〜１１０％に設定される。エンジンの出力Ｐが上限出力Ｐ１未満の場合（ステップＳ２２のＮｏ）、次のステップＳ２３に進む。
【００４８】
一方、エンジンの出力Ｐが上限出力Ｐ１以上の場合（ステップＳ２２のＹｅｓ）、次のステップＳ２５において、制御部は、比例弁に全開とするように指示する。これにより、エンジンの出力Ｐは大きく低下するため、スターリングエンジン１が破損することを防止できる。
【００４９】
ステップＳ２３において、制御部は、出力Ｐが定格出力Ｐ２となるように比例弁の開度の制御を開始する。図６に示すように比例弁の開度を大きくすると、エンジンの出力Ｐは低下していき、比例弁の開度を小さくすると、エンジンの出力Ｐは上昇する。比例弁の開閉により、エンジンの出力Ｐを調整することができる。比例弁を用いることで、エンジンの出力Ｐを精度よく定格出力Ｐ２付近に調整することができるため、ヒータ８の冷却効果を最大限に発揮できる。
【００５０】
次のステップＳ２４において、制御部は、ヒータ８の温度Ｔｈが許容温度Ｔ１以上となる期間がｔ２秒継続しているか否かを判定する。ステップＳ２４において、ヒータ８の温度Ｔｈが許容温度Ｔ１以上となる期間がｔ２秒継続していると判定された場合（ステップＳ２４のＹｅｓ）、熱劣化を抑制するために後述するヒータ８を冷却する処理を行う。一方、ヒータ８の温度Ｔｈが許容温度Ｔ１以上となる期間がｔ２秒継続していないと判定された場合（ステップＳ２４のＮｏ）、ステップＳ２１に戻る。
【００５１】
［第３実施形態］
図７は、第３実施形態に係るスターリングエンジン１の側面断面を示す概略図である。このスターリングエンジン１は、ディスプレーサピストン３の膨張空間５と外部とに連通する第２連通経路８１と、第２連通経路８１に設けられ、膨張空間５に送風するブロア８２（送風機に相当）と、ブロア８２よりも膨張空間５側の第２連通経路８１に設けられる第２開閉弁８３と、パワーピストン４の圧縮空間６を外部に連通させるか否かを切り替える第３開閉弁８４と、ブロア８２の運転、第２開閉弁８３の開閉、及び第３開閉弁８４の開閉を制御する制御部（不図示）と、を備えている。
【００５２】
制御部は、ヒータ８の温度Ｔｈが上限温度以上の場合に、ヒータ冷却処理を実行する。ヒータ８を冷却する方法を、図８を用いて説明する。
【００５３】
まず、ステップＳ３１において、制御部は、第３開閉弁８４に開くように指示する。これにより、圧縮空間６から作動ガスが外部に排出され、エンジンは停止される。
【００５４】
次のステップＳ３２において、制御部は、圧縮空間６内の圧力がＰ０以下であるか否かを判定する。圧縮空間６内の圧力は、不図示の圧力センサで検出され、検出された圧力は制御部に入力される。ここでのＰ０は、大気圧よりも高い圧力に設定される。圧縮空間６内の圧力がＰ０以下であれば（ステップＳ３２のＹｅｓ）、次のステップＳ３３に進む。一方、圧縮空間６内の圧力がＰ０より大きければ（ステップＳ３２のＮｏ）、ステップＳ３１に戻る。
【００５５】
次のステップＳ３３において、制御部は、第２開閉弁８３に開くように指示する。これにより、第２連通経路８１は、外部と連通される。
【００５６】
次のステップＳ３４において、制御部は、ブロア８２を起動して運転を開始する。これにより、外気が膨張空間５に供給され、膨張空間５と連通するヒータ８が冷却される。ヒータ８の冷却に使用されて温度が上昇したエアは、再生器１０及びクーラ９を通って冷却された後、圧縮空間６に設けた第３開閉弁８４を介して外部へ排出される。
【００５７】
なお、ステップＳ３２において、制御部は、第３開閉弁８４を開いてから所定時間経過したか否かを判定するようにしてもよい。第３開閉弁８４を開いてから所定時間経過していれば（ステップＳ３２のＹｅｓ）、次のステップＳ３３に進み、第３開閉弁８４を開いてから所定時間経過していなければ（ステップＳ３２のＮｏ）、ステップＳ３１に戻る。
【００５８】
［他の実施形態］
前述の第３実施形態において、第３開閉弁８４の代わりに、再生器１０を外部に連通させるか否かを切り替える第４開閉弁（不図示）を設けてもよい。第４開閉弁を開くことで、作動空間から作動ガスが外部に排出される。また、ヒータ８の冷却に使用されて温度が上昇したエアは、再生器１０を通って第４開閉弁から外部へ排出される。これにより、エアがクーラ９を介さずに外部へ排出されるため、圧損が低減でき、ブロア８２によって大量の外気を膨張空間５に供給してヒータ８の冷却を効率的に行うことができる。
【００５９】
前述の実施形態では、β型のスターリングエンジン１に基づいて説明したが、α型やγ型等の他の形式のスターリングエンジンであっても構わない。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１    スターリングエンジン
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
８    ヒータ
９    クーラ
１２    クランク軸
１３    クランクケース
７１    第１連通経路
７２    第１開閉弁
７３    逆止弁
８１    第２連通経路
８２    ブロア
８３    第２開閉弁
８４    第３開閉弁
【図１】
2019206926.tif 000003
【図２】
2019206926.tif 000004
【図３】
2019206926.tif 000005
【図４】
2019206926.tif 000006
【図５】
2019206926.tif 000007
【図６】
2019206926.tif 000008
【図７】
2019206926.tif 000009
【図８】
2019206926.tif 000010