(57)【要約】  外部熱源を利用し、封入された作動気体が供給され加熱媒体と冷却媒体が交互に入り込む少なくとも３つの熱交換器からなる熱機関が開示されている。作動シリンダと通気に関連する各熱交換器における状態の熱力学的変化は、ａ）定容加熱、ｂ）等温膨張、ｃ）定容冷却及びｄ）等温圧縮である。また熱的分離（ディカップリング）を特徴とし、何個かの熱機関Ａによって発電されるパワープラントが開示されている。熱機関は直列に配置され、そこに冷却媒体及び加熱媒体を逆流方式で通す。最後の熱機関から排出された後の加熱された冷却媒体は燃焼用空気として利用される。一方、逆方向の最後に置かれた熱機関から排出された加熱媒体は引き続き加熱の目的のためまたは他の熱消費のために利用される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
密封された作動気体の２段階の温度レベルの間で起こる４つの状態変化、すなわち、１）定容加熱、２）等温膨張、３）定容冷却、４）等温圧縮によって仕事を行う熱機関であって、
少なくとも３個の熱交換器（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）を備え、熱機関は、各熱交換器毎に作動シリンダ（２）に連結する一つの連結部、特に一つの連結パイプ（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）を有し、各連結部はバルブ（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）を備え、熱交換器（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）は交互に加熱媒体流と冷却媒体流とによって封入されることを特徴とする熱機関。
【請求項２】
熱交換器（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）、連結パイプ（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）及び作動シリンダ（２）が作動気体で満たされ、作動シリンダ（２）内に位置する自由移動ピストン（３）が作動気体の膨張及び圧縮によって仕事を行う請求項１に記載の熱機関。
【請求項３】
作動気体は第１の熱交換器（１Ａ）内で外部熱源によって上限温度レベルまで加熱され、連携している第１のバルブ（５Ａ）を開くことによって、前記気体が作動シリンダ（２）まで膨張していき連続して熱供給する間、作動シリンダ内で仕事を行い、
膨張行程を終了した後に前記バルブ（５Ａ）を再び閉じて、バルブ（５Ａ）が閉じられている間、外部熱源によって第１熱交換器（１Ａ）は下限温度レベルまで引き続き冷却される請求項１または２に記載の熱機関。
【請求項４】
作動気体は、第１熱交換器の隣に系統的に配置された第２の別の熱交換器（１Ｂ）内で下限温度まで冷却され、
第２のバルブ（５Ｂ）を開いた後、熱交換器（１Ｂ）への熱移動を伴いながら作動気体は圧縮され、
膨張した作動気体は作動シリンダ（２）から第２の熱交換器（１Ｂ）へ流れ、再び作動ピストン（３）によって仕事を行い、
熱交換器（１Ｂ）内の圧縮行程の膨張の際に、熱交換器（１Ｂ）に割り当てられた第２のバルブ（５Ｂ）は閉じられ、第２のバルブ（５Ｂ）を閉じた状態で熱交換器（１Ｂ）は次のプロセスにおいて上限温度レベルまで加熱される請求項１から３のいずれか１項に記載の熱機関。
【請求項５】
第３の熱交換器（１Ｃ）内で作動気体が外部熱源により上限温度レベルまで加熱され、熱交換器（１Ｃ）に割り当てられた第３のバルブ（５Ｃ）を開いた後、作動気体は熱供給を同時に伴いながら膨張し、
圧縮された作動気体は第３の熱交換器（１Ｃ）から作動シリンダ（２）の方に流れ仕事を行い、第３の熱交換器（１Ｃ）は、第３のバルブ（５Ｃ）を閉じた状態で外部熱源によって下限温度レベルまで続いて冷却される請求項１から４のいずれか１項に記載の熱機関。
【請求項６】
第１の熱交換器（１Ａ）内に封入された作動気体は下限温度レベルまで冷却され、第１の熱交換器（１Ａ）に割り当てられた第１のバルブ（５Ａ）を開くことにより圧縮され、第１の熱交換器（１Ａ）の圧縮行程の間、熱は放出され、
圧縮により作動シリンダ（２）内で仕事がなされ、第１のバルブ（５Ａ）を閉じた後、第１の熱交換器（１Ａ）が再び加熱され、
第２のバルブ（５Ｂ）を同様に開くことにより、作動流体は、加熱された第２の熱交換器（１Ｂ）から外に膨張し、次にしばらく冷却された第３の熱交換器（１Ｃ）内の圧縮が続く請求項１から５のいずれか１項に記載の熱機関。
【請求項７】
作動流体を加熱しまた冷却するために、ある加熱媒体または冷却媒体に最適な熱交換器（１）が使用される請求項１に記載の熱機関。
【請求項８】
バルブ（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）は、カムシャフト（６）、電気的駆動またはこれと同等なバルブアクチュエータ（６）によって特定の順序で特定の周期運動で開いたり閉じたりする請求項１から７のいずれか１項に記載の熱機関。
【請求項９】
作動ピストン（３）は仕事を伝達するために永久磁石または励磁磁石（７）によって磁性化され、作動シリンダ（２）には、作動ピストン（３）の動きによって発電されるように、すなわちピストン（３）の仕事が直接的に電力に転換されるように、電気コイル（８）が取付けられる請求項２から８のいずれか１項に記載の熱機関。
【請求項１０】
圧力調整槽（９）が、作動シリンダ連結部とは反対側の作動シリンダ（２）に取付けられた請求項１から９のいずれか１項に記載の熱機関。
【請求項１１】
圧力調整槽（９）は、熱交換器（１）と同じ作動気体が充填される請求項１０に記載の熱機関。
【請求項１２】
圧力調整槽（９）の圧力は、熱交換器（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）の静圧を採用する請求項１０に記載の熱機関。
【請求項１３】
熱機関は大気圧とは独立して各作動気体に適切な圧力で作動することができる請求項１０に記載の熱機関。
【請求項１４】
奇数個からなる熱交換器を有し、これらの熱交換器は、連結パイプ（４）及びバルブ（５）によって共通の作動シリンダ（２）に連結する請求項１に記載の熱機関。
【請求項１５】
同数の奇数個の熱交換器（１）を有し、バルブ（５）及び連結部すなわち連結パイプ（４）が作動シリンダ（２）の両側に接続し、
作動シリンダの両側のサイクルの期間は同一であり、両側に配置されたバルブ（５）は一方側では圧縮が起こり、同時にもう一方側では膨張がおこるように起動する請求項１から１４のいずれか１項に記載の熱機関。
【請求項１６】
奇数個の熱交換器（１）と、連結部特に連結パイプ（４）とそれに対応するバルブ（５）とを有し、これらが同一の作動シリンダ（２）の両側に付いている請求項１５に記載の熱機関。
【請求項１７】
加熱媒体と冷却媒体は個別に、しかし同時に熱交換器（１）を流れ、作動シリンダ（２）の対向側に並ぶように配列された請求項１に記載の熱機関。
【請求項１８】
数個の作動シリンダ（２）、ピストン（３）、連結部（４）、バルブ（５）及びバルブアクチュエータ（６）が配列され、対応する数の熱交換器（１）に平行に連結している請求項１から１６のいずれか１項に記載の熱機関。
【請求項１９】
作動気体が使用され、選択圧力に応じて沸点が下限温度レベルと上限温度レベルの間にくるようにし、凝縮が定容放熱と圧縮の間に起こり、蒸発が定容加熱と膨張の間に起こる請求項１５に記載の熱機関。
【請求項２０】
全ての熱交換器１が作動シリンダ（２）の縦軸（長手軸）の回りに星形状に配置され、連結パイプ（４）は交互に作動シリンダ（２）の両側に接続し、
熱交換器（１）は、剛に作動シリンダ（２）に連結して作動シリンダと共に共通の縦軸（長手軸）の回りを回転し、各熱交換器（１）は回転の半分は冷却媒体にさらされ、残りの半分は加熱媒体にさらされる請求項１５に記載の熱機関。
【請求項２１】
熱交換器（１）は、平らな構造を有しディスクセグメントの形状であり、輻射熱アブソーバを提供し、ディスクを形成するように作動シリンダ（２）の縦軸（長手軸）の回りに配列されており、
輻射熱吸収面を備え、得られた熱を環境に再び戻す必要があるため、対流により冷却を行うように構成され、
熱交換器（１）、連結パイプ（４）及びバルブ（５）は、作動シリンダ（２）に剛に連結し、共通の中心軸の回りを作動シリンダとともに回転する請求項２０に記載の熱機関。
【請求項２２】
熱交換器（１）の半分は輻射熱にさらされ、一方熱交換器（１）の残りの半分は遮蔽されている請求項２１に記載の熱機関。
【請求項２３】
遮蔽要素は異なる層からなり、輻射源に面する部分は反射面（２３）（例えば、鏡）とカバー層（２４）の下側及び反対側にある灰色または暗色面の断熱層（２１）とを有し、カバー層は、遮蔽された後に熱交換器（１）の輻射熱を吸収し、対流による熱の除去に貢献する請求項２１に記載の熱機関。
【請求項２４】
輻射熱にさらされる熱交換器（１）は、対流と輻射による熱損失に対してカバーで保護され、
前記カバーは、正面側（輻射源に面する）にガラス（１９）と多層（２０から２２）になっている側壁及び後壁とから構成され、
層（２２）に面する熱交換器（１）に面するカバーの内部は、カーブして反射し、中間層（２１）は断熱層であり、外側層（２０）は囲み層である請求項２１に記載の熱機関。
【請求項２５】
熱交換器（１）は、アブソーバ環の中心の回りを回転し、それによって各熱交換器（１）は交互に遮蔽部とカバー部を通過し、
熱交換器は、環境に熱を運ぶことによって、交互に、輻射によって加熱されたり、遮蔽されている間に冷却されたりする請求項２１に記載の熱機関。
【請求項２６】
バルブ（５）は、冷却されたり加熱されたりする熱交換器（１）が交互に作動シリンダ（２）に連結するように調整し、膨張または圧縮によって仕事をおこなう請求項２１に記載の熱機関。
【請求項２７】
作動シリンダ（２）の一方側と他方側にそれぞれ奇数個の熱交換器（１）が交互に接続している請求項１５から２１に記載の熱機関。
【請求項２８】
外部熱源を利用し、封入された作動気体を有し交互に冷却されたり加熱されたりする少なくとも３個の熱交換器（１）であって、
各熱交換器（１）における熱力学的状態変化は、作動シリンダ（２）、バルブアクチュエータ（５）（６）に関連し、ａ）定容加熱、ｂ）等温膨張、ｃ）定容冷却、ｄ）等温圧縮であり、
連続的に続く状態変化、膨張と圧縮が同一の作動気体では起こらず、
加熱された熱交換器（１）から作動シリンダ（２）の方向に膨張した後、冷却された別の熱交換器（１）内で圧縮が起こり、加熱行程／冷却行程に応じて、膨張と圧縮は、各熱交換器（１）と作動シリンダ（２）の間にあるバルブによって行われることを特徴とする熱機関。
【請求項２９】
少なくとも３個以上の閉熱交換器（１）を備え、かかる熱機関は作動シリンダ（２）及び作動ピストン（３）とともに仕事を行い、
作動シリンダ（２）及び作動ピストン（３）を備えた各熱交換器（１）内でスターリングサイクルが起こり、作動ピストン（３）は順次別の熱交換器（１）に向かって変位する熱機関。
【請求項３０】
各サイクルはバルブ（５）を使用することにより分離されている請求項２８に記載の熱機関。
【請求項３１】
熱交換器（１）は作動流体を提供する閉スペースを形成し、さらに閉スペースは作動流体と環境との間の熱交換を最適化するように設計され、断熱層（２５）が熱交換器（１）の一部とその他の部分の間に挿入されており、熱交換器（１）の一部は、断熱層（２５）によってその他の部分と熱的に分離（ディカップリング）され、
熱交換器（１）の一部は冷却され、熱交換器（１）のその他の部分は加熱され、
必要に応じて熱交換器（１）の密閉空間を２つの空間に分割するために冷却部分と加熱部分の間に機械的閉鎖装置（２６）を挿入し、
熱交換器（１）の加熱部分の壁部にある連結開口は、作動流体が中に入ったり外に出たりすることができる場所に存在する請求項２８に記載の熱機関。
【請求項３２】
星形状で作動シリンダ（２）の回りに対称的に配置され作動シリンダに剛に連結したいくつかの熱交換器（１）を有し、
作動ガスが熱交換器と作動シリンダとの間で交換されるように、熱交換器（１）の連結開口は作動シリンダ（２）と連結部または連結パイプ４によって接続し、
熱交換器（１）の半分は作動シリンダ（２）に面する側についており、残りの半分の熱交換器はその反対側についており、
常に一つの熱交換器（１）が交互に一方側に接続し、次の熱交換器（１）は他方側に接続しており、
バルブ（５）は熱交換器（１）と作動シリンダ（２）との連結部（４）にあり、
バルブは、請求項２にあるように、バルブアクチュエータ（６）によって開いたり閉じたりするように操作され、
作動シリンダ（２）、熱交換器（１）、連結パイプ（４）およびバルブ（５）は、作動シリンダ（２）の縦軸（長手軸）の回りを回転しロータを描く請求項３１に記載の熱機関。
【請求項３３】
定容冷却及び圧縮であるときに凝縮が起こり、定容加熱及び膨張であるときに蒸発が起こるように、選択圧力によって低い方の温度レベルと高い方の温度レベルとの間に沸点がくる作動気体を使用する請求項３２に記載の熱機関。
【請求項３４】
熱交換器（１）の冷却された部分は、外側であり、加熱された部分は内側（作動シリンダ（２）に向かって）であり、
（熱交換器（１）、作動シリンダ（２）、ピストン（３）、連結パイプ（４）及びバルブ（５）からなる）ロータが回転している間、半分幅の冷却部分は冷却媒体によって冷却され、残りの半分の加熱部分は加熱される請求項３２に記載の熱機関。
【請求項３５】
各熱交換器（１）と作動シリンダ（２）との間で、一度は冷却行程の間に、もう一度は加熱行程の間に、ロータの一回転の間に２回、開いたり閉じたりするバルブ（５）を有する請求項３２に記載の熱機関。
【請求項３６】
熱交換器（１）の冷却部と加熱部との間で閉じられた連結部を有し、加熱行程の間の閉鎖装置（２６）を有する請求項３２に記載の熱機関。
【請求項３７】
加熱行程が完了した直後の一区分内で熱交換器（１）の冷却部分を加熱するために、冷却行程が完了した直後の一区分内で加熱部分を加熱する間、冷却部分での凝縮を最小化するために、熱交換器（１）の加熱部分の材質の内部熱を加熱媒体及び冷却媒体の循環によって利用する請求項３１から３６のいずれか１項に記載の熱機関。
【請求項３８】
作動シリンダ（２）とピストン（３）は用いずに、
全熱交換器（１）のバルブ（５）が唯一のバルブアクチュエータ（６）で駆動され、
熱交換器に付いたバルブ（５）を開くことにより、仕事を行うためにガスの二つの圧力レベルの圧力の差を利用した回転原動機に熱交換器（１）を接続し、
回転原動機の高圧側の接続部内で膨張が起こり、低圧側の接続部内で圧縮が起こり、
回転原動機の回転エネルギーの一部は、本熱機関の駆動力として伝達することによって利用される請求項３１から３７のいずれか１項に記載の熱機関。
【請求項３９】
熱交換器（１）の加熱部分は輻射熱アブソーバとして設計され、
熱交換器（１）の加熱部分は平でディスク状セグメントであり、これによりディスクが形成される中心の回りに環状物を形成し、
輻射熱アブソーバ表面を備え、
これらの輻射熱アブソーバは、対流によるまたは輻射による損失から請求項２４に記載される適切な方法により保護される請求項３１から３７のいずれか１項に記載の熱機関。
【請求項４０】
少なくとも３以上の閉じた熱交換器（１）を有し、共通の作動シリンダ（２）及び作動ピストン（３）で共に仕事を行い、
クラウジウス−ランキンと同様のサイクルと複合した独自のスターリングサイクルが作動シリンダ（２）と作動ピストン（３）を備える各熱交換器（１）で起こり、他の熱交換器（１）に向かって変位する請求項３１から３６のいずれか１項に記載の熱機関。
【請求項４１】
サイクルの以下のような状態変化
１．定容冷却、
２．等圧凝縮
３．等温圧縮
４．定容加熱
５．等圧蒸発
６．等温膨張
に基づく衝撃力を有する請求項３１から３６のいずれか１項に記載の熱機関。
【請求項４２】
直列に配列した任意の数の熱機関（Ａ）を有し、
燃焼過程で生じる排ガス（３０）からなる加熱媒体（３０）は分離した熱機関（Ａ）をカスケードのように続いて通過し、
熱機関（ＡｎからＡ１）の熱交換器（１）を通過する間に加熱媒体（３０）の温度は減少し、
大気または他の空気からなる冷却媒体（２２）は、逆方向に逆の順序で同じ熱機関（Ａ１からＡｎ）をカスケードのように通過し、
熱機関（Ａ）の熱交換器（１）を通過する間に冷却媒体温度は増加し、
加熱媒体と冷却媒体の温度差はほぼ一定であり、各熱機関（Ａ）は仕事を行い、それによって発電を行い、
冷却媒体は、最後の熱機関（Ａ）のカスケードを出たあと燃焼過程における燃焼用空気（２２）として利用され、
加熱媒体（３０）は、加熱目的のためまたは他の熱消費のため最後の熱機関（Ａ）のカスケードを出たあと利用されることを特徴とする熱交換型パワープラント。
【請求項４３】
燃焼過程を有しない請求項４２に記載のパワープラントと熱プラントの熱・パワー複合プラントであって、他の過程からでた廃熱を利用する熱・パワー複合プラント。
【請求項４４】
請求項４２に記載のパワープラントと熱プラントの熱・パワー複合プラントであって、請求項１から請求項４１のいずれかに記載された種々の異なる熱機関（Ａ）が用いられる熱・パワー複合プラント。
【請求項４５】
本明細書で記載され図１から１８に示された任意の数の熱機関によって電力が生成され、
熱機関（Ａ）は直列に配置され、冷却媒体（２２）と加熱媒体（３０）が逆流式に熱機関を通り、
最後の熱機関を出たあと加熱された冷却媒体は燃焼用空気として利用され、
冷却媒体と逆方向で最後の熱機関（Ａ）を出た加熱媒体は、さらに加熱の目的のためにまたは他の熱消費で使用されることを特徴とする熱移動を伴うパワープラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、図１から図１８を参考にして以下に記載される熱機関を数個設置して、有効熱量を主に発電用としてまたは主に加熱等の他の用途のために利用するか、もしくは同時に発電用及び他の用途の両目的のために様々な比率で有効熱量を利用する熱交換型パワープラントに関する。
本発明において利用される熱機関は、外部熱源で作動し、スターリングサイクル（Stirling  cycle）にクラウジウス−ランキンサイクル（Clausius  Rankine  cycle）と同様のサイクルを複合させた原理にしたがって作動する。
各サイクルは６個の状態変化、すなわち、２個の等圧変化、２個の定容変化及び２個の等温変化からなる。
経時的に変わるが、上述したサイクルのいくつかは本熱機関で同時に起こる。状態変化すなわち各サイクルの膨張及び収縮により共通の作動シリンダが動く。
【０００２】
化石燃料から得る一次エネルギーは費用がかさむため、かかる一次エネルギーのより効率的な利用に貢献しうる解決策が望まれている。地球温暖化は、化石燃料使用を回避すること及び再生エネルギーの利用の必要性を意味している。ディーゼル機関や内燃機関（オットー機関）のような最も一般的に利用されている熱機関は、道路交通、海路交通、空路交通に利用され二酸化炭素（ＣＯ２）放出によって環境を著しく汚染している。経済的な理由から、これらの熱機関は、一般的にガソリン、ディーゼル油、灯油または天然ガス等の化石に由来する燃料によって作動する。これらの化石燃料を再生燃料に置き換える研究が増加してきている。特に、例えば水素、菜種油、発酵ガスまたは他のバイオマスの再生エネルギー（例えばフィッシャー−トロプシュ  プロセスによる）の燃料を使用するための研究がなされている。
【０００３】
主に蒸気タービン及びガスタービン、熱・電力複合（ＣＨＰ）機及びディーゼル機関または内燃機関を有した発電機が、現在発電用に使用されている熱機関である。蒸気タービン用の蒸気発生を除いて、これらの発電機が再生燃料によって作動する程度は少ない。
これらすべての熱機関には一つの共通点がある、すなわちこれらは単に利用エネルギーの比較的少量、およそ３０―４０％のみを電力と等価な機械的仕事に転換できるという点である。一次エネルギーの残りの６０−７０％は、熱的加熱に利用されないならば、熱エネルギーとして失われる。
【０００４】
熱の必要性にしたがって、この余剰エネルギーを利用するために、低温度で効率性もよく稼働する様々な熱機関が発展してきた。これらの発展してきたものの一つが、オーガニック−ランキンサイクル（ＯＲＣ）であり、作動物質として水や蒸気を使用する代わりに有機化合物が採用され、有機化合物の蒸発温度や蒸気圧によって低温度での稼働が可能になる。近年ではＯＲＣシステムのいくつかが稼働している。ＯＲＣシステムを使用することによって、地熱のような再生エネルギーが仕事に転換される。
【０００５】
化石燃料を節約するために、スターリング機関が盛んに試みられている、なぜなら本熱機関において燃料の選択は重要でないからである。熱生成は発電と独立して起こる。スターリング機関は、すでにいくつかの会社によって連続して異なるタイプで製造されている。他の機関のなかで、スターリング機関は、小型の熱・発電複合ステーション（ＣＨＰ）において使用されている。
太陽熱を電気に転換するという要求は、スターリング機関の発展の促進と深く結びついている。
【０００６】
スターリング熱機関において、密閉された気体の固まりは時間毎に加熱されたり冷却されたりする。これに伴う圧力変化は、作動ピストンによる機械的仕事に転換される。理想的な熱力学的プロセスは、４つの状態変化からなる、すなわち、等温圧縮（等温変化）、定容加熱（定容変化）、等温膨張（等温変化）及び定容冷却（定容変化）である。高圧下で、作動気体は高温空間と低温空間との間を押したり押し戻されたりする。効率を上げるために、再生器がこれらの両空間の間でスイッチ動作する。低温空間側へ気体が流れる時には再生器に熱を供給し、逆の流れの場合には熱を吸収する。
【０００７】
低温での熱・発電プラントとしては、スターリング機関は経済的な面からはほとんど使用することができない、なぜならこの場合には熱力学的効率が非常に低いからである。機械的なロスのために、利用可能な出力は主に内部で使用される。
高温ガス機関としてのスターリング機関及びクラウジウス−ランキンサイクルによる蒸気プラント（ＯＲＣを含む）は、一般的に使用されている外部への熱生成を伴う唯一の熱機関である。
【０００８】
クラウジウス−ランキンサイクルにおいて、水または他の物質が高圧下（等圧）で蒸発する。蒸気はタービン内で等エントロピー的に膨張し低圧レベルになり、等圧状態を維持しながら（等圧変化）、凝縮により再度液体となる。ポンプを使用し、凝縮物は再び高圧レベルにおかれる（等エントロピー変化）。この段階で、サイクルが再び開始する。クラウジウス−ランキンサイクルは２つの等圧変化と２つの等エントロピー変化からなる。
【０００９】
従来技術によると、ＵＳ４，１３８，８４７公報「熱再生機関」及びＤＥ２６４９９４１Ａ１公報「スターリング機関及びその使用方法」について述べられており、熱交換器を有した熱機関が記載されている。しかるに、２つの温度レベル間の状態変化としての等温膨張及び等温圧縮と同様に、作動気体は定容加熱と定容冷却を達成する。ここでの発明の目的は、多くのプロセス中から、すなわち状態の定容変化の利用を進めることによって廃熱を利用することであり、また同時に、より小型の複合構造を得ることである。
【００１０】
本発明は熱機関であり、低温における操作条件であっても比較的高い効率を有する。他に多々ある中で、本発明の主な目的は、通常は高温排気中に失われてしまう工業的過程または発電所の廃熱の一部を回収することである。また、冷却塔やこれと同様のプロセスによって通常は環境に放出される廃熱の一部が液体からも回収される。
現在では、低温度レベルなため経済的な観点から利用されていないが、熱機関を使用することによって、失った熱の大部分は電力に転換される。
【００１１】
原則的には、本発明は二つのサイクル（スターリングサイクル及びクラウジウス−ランキンサイクル）が基本となり、この二つのサイクルは同時に作動し、お互いの長所を呈示している。クラウジウス−ランキンサイクルは、事実上スターリングサイクル内で起こり、クラウジウス−ランキンサイクルの等エントロピー変化は、スターリングサイクルの等温変化に置き換えられる。クラウジウス−ランキンサイクルは二つの等圧変化及び二つの等温変化からなり、これらの等温変化は両サイクルの要素となる（図中、図１６から図１８参照）。
【００１２】
蒸発や凝縮を可能にするために、熱機関の操作で必要とされる温度レベル内で、適切な選択圧力において沸点を有する作動流体を選択する。
使用される熱交換器（広い伝熱面を備えた密閉された容器）は、二つの半分体に分けられている。この二つの半分体は、一方の半分体から他の半分体への熱の流れが最小になるような方法で、半分体の間に断熱層を介して一緒に接合されている。しかしながら、作動流体は液体や気体のように妨げられずに一方の半分体から他方の半分体に流れることができる。
【００１３】
作動流体の状態変化は、自由移動ピストン（フリ−ピストン）を備えた作動シリンダで仕事に転換される。熱交換器はバルブと一体化した連結パイプによって作動シリンダと連結し、連結パイプを通って、熱交換器と作動シリンダの間の作動流体が交換される。自由移動ピストン（すなわち、ピストンが連結ロッドによってクランクシャフトに連結していない）であるため、熱交換器はピストンの両側でシリンダに連結されうる。
【００１４】
本発明においては、数個のサイクルが同時に作動するので数個の熱交換器が必要となる。作動シリンダの一方側に連結されねばならない熱交換器が最低でも３個必要である。作動シリンダの両側に交互に連結する、すなわち３個がそれぞれの側に連結する少なくとも６個の熱交換器が必要である。熱交換器の数は制限されない。奇数個の熱交換器のみを作動シリンダのそれぞれの側に付けることができる。両側の熱交換器の数は対応しなくてはならない。
【００１５】
バルブは各連結パイプに位置しており、バルブは、所定期間オープン機構（例えば、カムディスクまたは電動アクチュエータによる）によって開かれる。一つのサイクルにおいて、バルブは２回開いて閉じる、一度は圧縮の時でありもう一度は膨張の時である。
熱交換器は星型形状で作動シリンダの回りに設置され、作動シリンダにしっかりと連結している。作動シリンダとともに熱交換器はロータを形成し、ロータは定常的に縦軸（長手軸）の回りを回転する。各一回転の間に、完全なサイクルが各熱交換器において形成される。
【００１６】
作動シリンダのピストンは自由に動く。ピストンの両側で異なるサイクルが作動する。一方側では凝縮が起こり、同時にもう一方側では膨張が起こる。
状態の６変化が順序通りに起こる（図１７のＰ−ｖ線図または図１８のｔ−ｓ線図を参照）。
【００１７】
１．定容冷却
作動流体は一定容積のもとで熱交換器内で冷却される。熱交換器は、断熱層によって中央部で熱的に区分けされた二つの部分からなっている。熱交換器のその一つの部分のみが、作動流体の凝縮温度まで冷却される。
【００１８】
２．等圧圧縮
凝縮温度に到達すると、作動流体の蒸気は一定圧力、一定温度のもとで凝縮し始める。作動シリンダと熱交換器の間にあるバルブが開き、圧縮によりさらなる作動流体の蒸気が流れこみ、熱交換器への流れができる。これは、一つは同一の熱交換器における負の圧力により、また作動シリンダにおいてピストンにかかる外的圧力によるものである。連続的冷却により、さらに一層の作動流体の蒸気が凝縮される。
【００１９】
３．等温圧縮
作動シリンダから作動気体が熱交換器に流れ込む間、熱は熱交換器から放出される。作動流体の蒸気は完全には凝縮せず、放熱を伴い密度が高くなる。バルブは閉じる。
【００２０】
４．定容加熱
等温圧縮により大量の作動流体が熱交換器に入り込んだ状態にある。連続したローテーション（回転）の間、作動流体の凝縮物は熱交換器の冷却部の半分体からもう一方の半分体に流れ込み、加熱媒体により高温レベルまで加熱される。この温度は作動流体の沸点より高温である。作動流体の一部は蒸発する。熱交換器の冷却部の半分体において凝縮が同時に起こるのを避けるために、両部分間の連結部は機械的に閉じられるか、または熱交換器の冷却部は再生プロセスで加熱される。
【００２１】
５．等圧蒸発
熱交換器を高い温度レベルに加熱すると作動流体は蒸発する。流体の凝縮物は、熱交換器内の圧力が作動流体の蒸気圧に達するまで蒸発する。バルブは再び開けられる。すると圧力により作動流体は熱交換器から作動シリンダに移動し、一方、より多くの熱が熱交換器に移動する。圧力低下と連続的熱供給によりさらに凝縮物が蒸発する。
【００２２】
６．等温膨張
凝縮物が残らず蒸発した後、作動流体の蒸気は熱供給されながら作動シリンダ内に膨張し続ける。バルブは閉じられる。
【００２３】
数個の熱交換器がそれぞれ作動シリンダに連結パイプ４によって連結している。各熱交換器において同じプロセスが起こる。それぞれの熱交換器における各プロセス（スターリングサイクルとして示す）は経時的に入れ変わる。図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃにおいて様々なプロセスの順序とそれらのお互いの関係を模式的に示す。
【００２４】
本発明における熱機関として実施されるモデル、それはスターリングサイクルとクラウジウス−ランキンサイクルが両方一緒に実行されるタイプであるが、かかるモデルを図１２に模式的に示す。
本発明は熱機関に関するものであるが、図１９から図２１にあるように特に熱移動を伴うパワープラントに関する。
【背景技術】
【００２５】
エネルギ熱変換が多くの大小のパワープラントより盛んに利用されている。クラウジウス−ランキンサイクルに従って作動するパワープラントにおいて、蒸気は部分的にまたは完全に熱交換器において凝縮し、残った蒸気は、冷却塔または空気冷却コンデンサまたは他のプロセスにおいて凝縮する。熱交換器で回収された熱は、加熱、地域暖房または他の用途に用いられる。
【００２６】
オーガニックランキンサイクルにおいて、燃焼プロセスで生成する熱の一部は、熱オイル循環に取り込まれ、今度はオーガニックランキンサイクルの作動流体が熱オイル循環によって蒸発し、クラウジウス−ランキンサイクルにおける蒸気タービン及び発電機を駆動する。作動流体の凝縮によって蓄熱した熱は、水を加熱するのに利用されるかまたは空気冷却コンデンサによって大気中に放出される。
【００２７】
内燃機関を有する熱・発電複合プラント（ＣＨＰ）において、冷却水、油冷却器及び燃焼ガスからの廃熱は、加熱及び他の目的のために利用される。
先行技術においては、スターリングエンジンによって生成熱の一部が電力に転換されるヒーティングプラントに関して言及されている。
【００２８】
もしも上述のプラントが熱を目的として操作されるならば、すなわち熱の必要性に応じて操作される場合には、年間効率は高いが、しかし利用率は乏しいものになる。もし熱・発電複合プラント（ＣＨＰ）が、発電を目的として操作される場合には、廃熱は完全に利用されずに冷却塔または空気冷却器によって大気中に放散される間に熱損失が生じるであろう。これらの損失が年間効率及び利用率を低減させる。
【００２９】
本発明に関しては、発電または熱または発電と熱の両方が実質上同一の効率で生成されるため、年間を通して全負荷をかけて熱・発電複合プラントを操作することができる。こうして高い年間効率と利用率が達成される。本発明によって廃熱プロセスからも電力に転換することができる。
【００３０】
（用語の定義）
以下の記載において、低温の媒体を“冷却媒体”と称し、高温の媒体を“加熱媒体”と称する。
以下の記載において、“加熱する”という表現は、加熱する工程と加温する工程に関しても使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（スターリング比較サイクルに対応するサイクルに関して）
熱力学的プロセスは、対応するスターリングサイクルの順序を有する状態の４変化からなる。
広い熱交換表面を有する閉空間（以下、熱交換器１という）において、作動気体は、閉空間の回りを流れる（液体または気体の）媒体によって周期的に加熱または冷却される。また放射エネルギー（例えば太陽エネルギー）によって作動流体の温度を上げることも可能である。熱交換器１の閉空間とシリンダの行程容積との間にあるバルブ５が開かれた後、加熱または冷却によって生じる圧力差は、作動ピストン３上に転換される。
作動流体の状態の４変化は、以下の通りである。
１．一定体積の下で（定容）の熱供給−バルブ５が閉じる
２．一定温度の下で（等温）の膨張（吸熱あり）−バルブ５は開く
３．一定体積の下で（定容）の熱供給−バルブ５が閉じる
４．一定温度の下で（等温）の圧縮（放熱あり）−バルブ５は開く
【００３２】
スターリング機関と本発明との主な違いは、ピストン３の膨張ストロークの後の圧縮ストロークが同一の熱交換器１に起因するのではないということである。少なくとも３個の熱交換器１が必要であり、これらが交互に周期的に暖めたり冷やしたりする。
共通の作動シリンダ２とピストン３と協働して一つ一つの熱交換器１において、個別のサイクル的プロセスが起こるが、このプロセスは経時的に全ての他の熱交換器１に入れ替わる。
共通の作動シリンダ２において、個々のスターリングサイクルプロセスは、ある熱交換器１の等温膨張のあとに別の熱交換器１の等温圧縮が続くように調整されている。この圧縮の後にさらなる熱交換器１の等温膨張が再び続く。
【００３３】
スターリング機関と同様に、内的燃焼は起こらない。熱と電力は別々に発生する。このことは本熱機関が専ら外的熱源によって作用し、自給自足プラントを代表するということを意味する。熱を発生するものであれば、一次エネルギーとして使用することができる。
圧縮と膨張は主にピストン変位スペースの外部で起こるため、フライホイールまたはその同等物は不要である。機器の効率を損なう摩擦損失に煩わされる機械的リンク機構が不要である。従来の熱機関と反対にピストン３の動きは直接電気に転換される。このため、非金属製作動シリンダ２の回りの電気巻線及び磁性ピストン３が必要となる。
【００３４】
（基本モジュールの構成）
熱機関を図１、図２及び図８に模式的に示す。
基本的に図示される熱機関は以下のものからなる。
１．熱交換器１Ａ，１Ｂ及び１Ｃは、作動シリンダ２の回りに星形状に配置されたロータの形をなし、縦軸（長手軸）の回りを作動シリンダと共に回転する。熱交換器１Ａ，１Ｂ，１Ｃその他は全て１で示される。回転動作をするため個別の熱交換器１は一回転のうち半分は冷却媒体（冷却セクション）を通り、また一回転の半分は加熱媒体（加熱セクション）を通る、したがって熱交換器は交互に冷却媒体と加熱媒体にさらされる。
【００３５】
熱交換器１は、作動シリンダ２への単一連結部を有する密閉空間である。熱交換器１はパイプ内に位置し、パイプは熱交換器を外部から被覆し外部カバー１３（図１０）を形成している。同様に、内部側に位置するパイプが熱交換器１と作動シリンダ２との間に設けられ内部カバー１４を形成する。これらのカバー１３，１４は熱交換器１の長さと同じである。これらのカバーは熱交換器１が収まる環状のダクトを形成する。外部カバーから内部カバーに達する分離仕切り１５が、各熱交換器１の間に設けられている。その結果、各熱交換器１は、加熱・冷却媒体が導入され各熱交換器１の周囲を囲むダクト内に位置している。
各熱交換器１は、一カ所の開口部以外は完全に密封されている。開口部はパイプ４とバルブ５で作動シリンダに連結し、パイプ４とバルブ５を介して作動気体が流出入する。
熱交換器１は熱伝導性が高い（例えば、銀、銅、アルミニウム）材料により製造される。
【００３６】
２．ピストン３は作動シリンダ２内で自由に往復運動する。効率性を高めるために、作動シリンダの内部表面は、熱容量が低く熱伝導性は低くまた滑り性は良好（例えばテフロン（登録商標））であることが必要である（作動気体から作動シリンダ２に移る熱をできるだけ少なくし、また逆に、作動シリンダから作動気体に移動する熱もできるだけ少なくしなければならない）。
発電用に電気コイル８を作動シリンダ２の回りに設置する。作動シリンダ２それ自体は、非金属性材料（ガラス、セラミックス、プラスチックまたはこれと同様の材料）から製造されている。作動シリンダの片側または両側に開口部が設けられ、開口部に連結パイプ４が接続され作動シリンダ２の内部にスペースを構成する。
【００３７】
３．ピストンロッドまたは他の機械的連結部を備えない自由移動ピストン３は、作動シリンダ２内を自由に往復移動することができる。ガソリン機関と同様に、ピストン３は作動シリンダ２の壁に対してシールしている。
効率性を高めるために、作動気体に接触するピストン３の表面は、熱容量が低く熱伝導性が悪い表面からなっている。加速的仕事を最小にするため、ピストン３の質量をできるだけ小さくすることは有用である。
ピストンの動きから直接的に電力を得ることができるようにするために、ピストン３は磁性を帯びていなくてはならない。この磁性体を符号７で示している。
【００３８】
４．連結部、特に連結パイプ４Ａ，４Ｂ，４Ｃは各熱交換器１Ａ，１Ｂ，１Ｃの内部スペースと作動シリンダ２の内部スペースを接続する連結部である。連結部４Ａ，４Ｂ，４Ｃ等を全体として符号４で示す。これらの連結パイプ４は不要なデッドスペースを避けるためできるだけ短く保たれる。可能ならば連結部４は熱容量及び熱伝導性が低くあるべきである。これらの連結部４の周囲が冷却媒体／加熱媒体によって覆われないところは、熱交換器とは離れて外界に接している。コントロールバルブ５は、作動シリンダ２に一体化されていない限り、これらの連結パイプ４に設けられている。
【００３９】
５．個々のバルブ５からなるコントロールバルブ５は、それぞれ熱交換器１と作動シリンダ２との間の連結パイプ４に設けられ、実際のプロセスを統制している。これらのバルブ５の構成ではなくバルブの適用が本発明の実質的な特徴である。
各熱交換器１Ａ，１Ｂ，１Ｃについて、バルブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃが設けられている。バルブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃなどを全体として符号５で示す。各熱交換器１の内部と作動シリンダ２の内部とを接続したり分離するために、バルブ５は交互に開いたり閉じたりする。バルブ５が開かれたときに、各熱交換器１の空間は直接作動シリンダ２の空間と接続する。バルブ５は気密密閉され熱交換器１と作動シリンダ２との間の最大圧力差に対応できるように設計されている。
【００４０】
６．バルブアクチュエータ６は、適時にバルブ５を開いたり閉じたりするように設計されている。バルブアクチュエータ６は機械的動作（例えばカムシャフト／カムディスクに関して）または電気的／電子的な作用をもたらす。バルブ５は、熱交換器１の加熱・冷却と同じリズムで開いたり閉じたりする。熱交換器１の加熱プロセスまたは冷却プロセスの最後に、熱交換器１に通じているバルブ５が開き、バルブが開くことによって膨張や圧縮が起こる。膨張または圧縮の後で熱交換器１が加熱媒体から冷却媒体へ変わる前、またはこの逆の場合に、バルブ５は閉じる。
【００４１】
７．作動ピストン３の磁性化は、永久磁石７または励磁コイルによってなされる。励磁力はシリンダ２からピストン３への滑り接触によって伝達される。
【００４２】
８．電気コイル８が作動シリンダ２の回りに配置され、ここで電磁性ピストン３の運動の結果として、電力が生成される。
【００４３】
９．熱交換器１が作動シリンダ２の一方側のみについている作動シリンダ２の場合にのみ、圧力調整槽９を使用する。作動気体で満たされた圧力槽は、熱交換器１における静圧が大気圧からそれた場合に圧力調整を行う。
【００４４】
１０．循環空気ファン１０または循環ポンプ１０は、膨張行程の直後（バルブ５を閉じた後）の加熱された熱交換器１から、圧縮段階の最後（バルブ５を閉じた後）の冷却された熱交換器１へ媒体を循環させる。この循環によって、熱交換器の壁に蓄熱された熱の一部が、冷却された熱交換器１を暖め加熱された熱交換器を冷却するために熱交換される。この再生プロセスによって、加熱媒体のより多くの熱量が作動気体を加熱するのに利用できる。
【００４５】
１１．循環ダクトすなわち循環パイプ１１は、熱交換器１の加熱／冷却媒体を冷却された熱交換器１に導入し、冷却された熱交換器１からファン／ポンプ１０に導入し、そして加熱された熱交換器１に戻す（図１１参照）。
【００４６】
１２．加熱部分と冷却部分（図１２参照）との間に個別に設けられているパイプ形状の分離壁１２は、ロータ内で加熱媒体と冷却媒体を分離する。
【００４７】
１３．熱交換器１の回りの外部カバー１３とダクトの一部が熱交換器１の回りに加熱／冷却媒体を導く。内部カバー１４と分離仕切り１５とともに外部カバー１３は各熱交換器１の回りに環状ダクトを形成する。
【００４８】
１４．内部カバー１４は、作動シリンダ２に向かって媒体ダクトのパイプ状の境界が構成されるように設置されている。外部カバー１３と分離仕切り１５とともに内部カバー１４は各熱交換器１の回りに環状ダクトを形成する。
【００４９】
１５．分離仕切り１５は各熱交換器１の間の区切りであり、内部カバー１４と外部カバー１３とともに各熱交換器１の回りを回転する間加熱／冷却媒体を導く。
【００５０】
（基本モジュールを基にしたプロセスの説明）
エネルギー源として温空気を用いるモデルに基づいて、プロセスサイクルを説明する。本モデルを模式的に図８に示す。プロセスの順序を模式的に図９Ａ，９Ｂ，９Ｃに示す。
【００５１】
本モデルは、作動シリンダ２の回りに星形状に配列されている３個の熱交換器１からなる。隣接する熱交換器１との間の角度はそれぞれ１２０°である。熱交換器１は作動シリンダ２と固定して連結しており、外部カバー１３及び内部カバー１４と同様に、熱交換器と作動シリンダはともに一緒に縦軸（長手軸）の回りを回転する。熱交換器１は交互に加熱または冷却媒体が流れているスペース内に移動する。図８において、かかるスペースは加熱ゾーンまたは冷却ゾーンと称されている。冷却媒体及び加熱媒体を導くダクトは熱交換器の環状ダクトの流入及び流出部に連結している。熱交換器１が位置している環の半分の部分に２種類の媒体のそれぞれが導入される。
【００５２】
このモデルにおいて、バルブアクチュエータ６は、カムディスクとして示され、ロータが回転することよってバルブ５のタペットがカムディスク６の輪郭をたどるように配列されている。カムディスクそれ自体は固定されている。カムディスクは２個の対向するカムを有している。対応する熱交換器１が冷却ゾーンまたは加熱ゾーンの約２／３をカバーするときにバルブ５が開くようにカムが配置されている。冷却媒体にある熱交換器１が加熱媒体に変わる直前にバルブ５は閉じる（逆の場合も同様である、すなわち加熱媒体にある熱交換器１が冷却媒体に変わる直前にバルブ５は閉じる）。
【００５３】
各熱交換器１におけるプロセスは、図９Ａから図９Ｃに順を追って示すように進行する。このモデルでは、熱交換器１と作動シリンダ２は外的駆動によって回転すると仮定している。
【００５４】
（ストローク１）
熱交換器１Ａはすでに熱空気流中に存在し、封入されている作動気体はすでに暖められている。制限されたスペース内で加熱されることによって熱交換器１Ａ内の圧力は一定容積で（定容変化）増大する。カムプレート６が回転することによってバルブ５Ａを開く。圧力がかかった作動気体は、作動シリンダ２の方向に膨張してピストン３を動かすことで仕事をする。膨張している間、熱交換器１Ａは依然として熱空気中に存在している。その結果、等温膨張が起こる。
【００５５】
（ストローク２）
ピストン３がバルブ５Ａから離れた方に移動する間、作動シリンダ２及び熱交換器１は回転を続けバルブ５Ａが閉じる。それと同時に別のバルブ５Ｂが開き、バルブ５Ｂは作動シリンダ２のスペースを熱交換器１Ｂのスペースに接続する。熱交換器１Ｂは冷却媒体に曝されている。熱交換器１Ｂに関しては、密封気体は一定容積のもとで冷却され結果として負圧になっている。バルブ５Ｂを開くことによって作動シリンダ２からの気体が熱交換器１Ｂ側で圧縮され、差圧によりピストン３はバルブ５Ｂ側に戻るように移動する。熱交換器１Ｂは定常的に冷却媒体の流れ中に存在するので圧縮行程の間、作動気体は熱を奪われ、等温圧縮する。
このとき熱交換器１Ａは既に一部冷空気の流れの中に存在している。
【００５６】
（ストローク３）
熱交換器が回転しピストン３が往復運動する間に、３番目の熱交換器１Ｃが加熱媒体中に存在する。一定容積のもとで熱交換器１Ｃ内の作動気体の圧力は増大する。バルブ５Ｃを開くことによって、作動気体は熱交換器１Ｃから作動シリンダ２内へ等温的に膨張しピストン３をバルブ５から離れた方向に押す。
【００５７】
（ストローク４）
ピストン３が移動し熱交換器が回転している間、熱交換器１Ａは冷却媒体中に存在する。バルブ５Ａが閉じているので、一定容積のもとで（定容変化）作動気体から熱が取られる。したがって、熱交換器１Ａ内で作動気体の負圧度が増大する。更なる回転の後に、バルブ５Ａが開き、作動気体が負圧のためピストン３は再び元に戻る。
【００５８】
（ストローク５）
加熱媒体によって熱交換器１Ｂ内の作動気体に熱が供給され、一定容積であるため、熱交換器１Ｂ内の圧力（正圧）が増大し、バルブ５Ｂを開くことによって作動シリンダ２の方向に膨張する。ピストン３は、この（等温）膨張によって再び押し離される。
【００５９】
（ストローク６）
冷却媒体によって熱交換器１Ｃ内の作動気体から熱が取られ、熱交換器１Ｃ内は一定容積であり、負圧が増大する。バルブ５Ｃを開くと、作動シリンダ２内から作動気体が熱交換器１Ｃ内に入り圧縮される。ピストン３は、この（等温）圧縮のために再び元に戻る。
【００６０】
ストローク６の後に、ストローク１から始まり行程が繰り返される。ロータが完全に一回転する間に、各熱交換器１はバルブ５によって作動シリンダ２に２回接続される、一度は膨張のために、もう一度は圧縮段階のために接続される。
様々なサイクルの効率を最大にするために、外的作用によって、例えば加熱媒体または冷却媒体のパラメータを変えることによって、ロータの速度を調整することが可能である。
【００６１】
（基本モジュールの変形例１）
（図３参照）
基本モジュールに関して述べたように、熱機関は作動シリンダ２とともに非金属性の材料（ガラス、セラミックス、プラスチックまたはこれらと同様の物）からなる。ワイヤコイル８が、発電のために作動シリンダ２の回りに付けられている。
自由移動ピストン３は永久磁石７または電気的によって励磁される。ピストン３を往復運動することによって、作動シリンダ２の回りのコイル８に電気が生成される。
【００６２】
（基本モジュールの変形例２）
（図４参照）
作動シリンダ２が大気圧に通じている場合には、作動気体の静圧が大気圧と相違すると、ピストン３の一方側荷重は、作動気体によって影響を受ける。作動気体の選択がこれによってかなり制限される。もし大気圧以外の圧力で作動させる必要がある場合には圧力調整槽がピストン３の“開いた”側に付けられ、必要なカウンタ−圧力を供給する。
【００６３】
（基本モジュールの変形例３）
（図５及び図１３参照）
上述した圧力調整槽９の代わりに、作動シリンダ２の両側に対称的に熱交換器１，連結パイプ４，バルブ５を配列する。
この場合には、ピストン３の両側にあるバルブ５の連続操作はピストン３の一方側で膨張し、同時にもう一方側で圧縮するように共働している。
かかるダブル作用集合体のプロセスを図１３に示すが、作動シリンダ２の両側に５個の熱交換器が存在している。
【００６４】
（基本モジュールの変形例４）
（図６及び図１３参照）
この変形例は、主に変形例３に対応しており、作動シリンダ２の後側にある熱交換器１は、直接作動シリンダの前側にある熱交換器の裏に直接イン−ラインでつながれ、加熱媒体／冷却媒体が、後側の熱交換器と同様に前側にある熱交換器１を通過するようにしている点が異なっている。このようにすることにより、加熱媒体及び冷却媒体は、連続して位置している熱交換器１を常に同時に通過する（図１３）。
【００６５】
（基本モジュールの変形例５）
（図１０及び図１４参照）
作動シリンダ２及びピストン３また熱交換器１の連結部４に関しては、この変形例は変形例３及び変形例４のものに対応している。この変形例では、全ての熱交換器１は作動シリンダ２の回りに星形状に配列されている。バルブアクチュエータ６は作動シリンダ２の両側で必要である。熱交換器１は、作動シリンダ２の前側と後側に交互に付いている。すべての熱交換器１の総数の半分が奇数である場合には、ロータの各回転角度毎に、一方の熱交換器１は常に作動シリンダ２の一方側に連結し、別の熱交換器１は作動シリンダ２の対向側に連結している。図１４に示すように、バルブ５により常に異なる状態の作動気体を有する熱交換器１が作動シリンダ２に連結している。図１４に示すようにプロセスが進行する。
【００６６】
（基本モジュールの変形例６）
（図１１参照）
作動気体の実際の容器である熱交換器１それ自体を交互に加熱し冷却するには、作動気体そのものを加熱し冷却するよりも、実質的により多くのエネルギーを必要とする。それゆえ、実際に回復しなければならない多くの熱量が損なわれている。このエネルギーの無駄を減らすために、変形例５として示されるモジュールのための再生器が必要となる。
【００６７】
再生器は循環システムであり、加熱された熱交換器１の熱量が、冷却／加熱媒体を循環させることによって冷却された熱交換器１を加熱するのに使用され、また同時に、冷却媒体を通過した熱交換器１によって冷やされた媒体によって熱交換器それ自体が冷えるのに使用される。
再生器は、気体状の加熱／冷却媒体の場合にはファン１０からなり、液体状の媒体の場合にはポンプ１０と、再循環ダクトまたはパイプ１１とからなる。再循環ダクトまたはパイプ１１は、加熱セクションを通過するロータの一つの区分から冷却セクションを通過する別の区分に媒体を戻し、再び元に戻す。
【００６８】
（基本モジュールの変形例７）
（図１５参照）
基本モジュールの原理はそのまま維持される。加熱媒体及び冷却媒体のダクトの代わりに熱交換器１が輻射アブソーバとして設計されている。作動シリンダ２、ピストン３及びバルブ５の機能は基本モジュールで記述されたものと変わらない。
【００６９】
熱交換器１（アブソーバとして）は、利用可能な輻射熱が適切に吸収されるように位置合わせされている。熱交換器は平らな形状で吸収剤コーティングがなされている。吸収熱を再び環境に移動しなければならないため、最適な熱対流が得られるように構成されている。
【００７０】
基本モジュールと同様に、熱交換器１の吸収面の半分のみが輻射に対して露出している。残りの半分は遮られている。輻射に対して露出している熱交換器１の半分はできるだけ多くの熱を吸収しなければならず、このようにして熱対流による熱損失を防がなければならない。熱交換器１は、基本モジュールで述べられたように作動シリンダ２、連結チューブ４及びバルブ５とともに作動シリンダ２の縦軸の回りを回転する。このようにすることにより、熱交換器１は輻射によって交互に加熱され、環境に熱を放出することにより再度冷却される。基本モジュールで述べたように、膨張または圧縮によって仕事を行うために冷却された熱交換器１と加熱された熱交換器１が交互に作動シリンダ２に接続されるようにバルブ５が作動する。
【００７１】
（基本モジュールの変形例８）
（図１４及び図１５参照）
変形例７で述べた例とは、熱交換器１の半分側が作動シリンダの片方側に付けられ熱交換器１の残り半分側が作動シリンダ２の他方側に付いている点がさらに変更されている熱機関である。熱交換器１は全て作動シリンダ２の同一側にあり、シリンダの回りにディスク形状を形成しながら星形状に配列されている。プロセスの流れは変更例５で述べたもの及び図１４に示すものに対応している。
【００７２】
（基本モジュールの変形例９）
クラウジウス−ランキンサイクル
作動流体そのものを加熱・冷却するのと比較して、作動流体の実際の入れ物である熱交換器を冷却したり加熱するのに必要な熱量がかなり膨大な量であるため、作動流体の熱容量の倍数で表される蒸発潜熱が使用される。単に作動流体を加熱・冷却する場合よりも、熱交換器の壁部で作動流体を凝縮したり蒸発させたりするのに、より多大な量のエネルギーの流れが要求される。
【００７３】
気体状の集合体に比較して比容積がかなり小さい凝縮物を冷ゾーンから温ゾーンに移動することは可能である（凝縮物が高圧力ゾーンに圧送されるクラウジウス−ランキンサイクルに比較して）。高圧力ゾーンでは、蒸発によって起こる容積の増加を利用して仕事がなされる。
【００７４】
クラウジウス−ランキンサイクルと既に述べたスターリングサイクルとを一体化するために、熱交換器１においていくつかの変更がなされなければならない。各熱交換器１は、２個の半分体に分けられている（図１２参照）。中央部で、２つの半分体は中間断熱層と接続している。断熱層は２つの半分体が熱的に分離するようにし、熱交換器の金属製の壁部によって熱が一方の半分体から他方の半分体に移らないようにしている。
【００７５】
変更例６で述べたように、熱交換器１は作動シリンダ２の回りに星形状に配列され、作動シリンダ２の前側と後側に交互に接続している。またこの変形例では、熱交換器１は作動シリンダ２と一緒に縦軸の回りを回転し、それによっていわゆるロータを構成する。変形例６でまさに述べたように、バルブアクチュエータ６によって両側で交互に圧縮と膨張が起こる。シリンダの裏側で膨張が起こると同時にシリンダの前側で圧縮が起こる、また逆のことも同様に起こる。
【００７６】
この変形例に使用される分離された熱交換器１は、熱交換器１の分離した外側の半分体が冷却媒体にさらされ、一方内側の半分体（作動シリンダ２に近い方）は加熱媒体にさらされるように設計される。分離した熱交換器１の間のスペースにはシリンダ状の区分け１２が位置しており、この区分けによってロータ内で加熱媒体は冷却媒体と分離される。内側（熱交換器１と作動シリンダ２との間）と同様に熱交換器１の外側には同心状に“パイプ”１３と１４が配置され、シリンダ状の仕切り１２とともに熱交換器の中央部で、それぞれ熱交換器の冷却された半分体と加熱された半分体を収容する２つの環状ダクトを形成している。図中、これらのパイプを外部カバー１３と内部カバー１４とで表す。
【００７７】
さらに、各熱交換器１は隣接する熱交換器１とは分離仕切り１５によって分離しており、分離仕切りは外部カバー１３から内部カバー１４に延びている。これらの分離仕切り１５に沿って、加熱媒体及び冷却媒体はロータ内を通過する。２枚の分離仕切り１５の間には、ちょうど１つの熱交換器１が各区切り毎に存在する。
【００７８】
加熱媒体及び冷却媒体を運ぶダクトは、ロータの両面に付いている。加熱媒体のダクトはチャンネル形状の内部環の上部半円部に付いており、冷却媒体のパイプは外部環のチャンネルの下部半円部に付いている。加熱と冷却が交互に起こるため、個々の環の半分のみが加熱媒体または冷却媒体に接続している。
【００７９】
冷却プロセスは、加熱ゾーン内で膨張状態が終わりバルブ５が閉じられた後に始まる。加熱プロセスは、冷却ゾーン内で圧縮状態が終わりバルブ５が閉じられた後に始まる。
【００８０】
閉じた熱交換器１における作動流体は、作動流体の露点よりも低い温度の熱交換器の壁表面で凝縮する。閉じた熱交換器１内の圧力が作動流体の蒸気圧に相当するまで凝縮が続く。この場合には、熱交換器１の半分体の冷却媒体が凝縮熱を定常的に奪うので、熱交換器の“冷却された”半分体の壁部全体がこの温度を有する。
【００８１】
熱交換器１の加熱された半分体は、冷却された半分体に連結するように接続しているので、それに沿って媒体が流れるならば、この冷却された半分体での凝縮物は気化する。熱交換器１の（既に）加熱された部分は、冷却プロセスの間、冷却される半分体の上に位置しているので物理的に不可能である。
熱交換器１の加熱された部分に関しては、事情が異なる。もし作動流体が定常的な熱供給によって蒸発するならば、（上述したように）冷却部分に連結するように接続しているので蒸気は再び凝縮するであろう。この行程は、熱交換器（ここでは放熱なし）の壁部が作動流体の蒸気圧温度に到達するまで続く。このことを避けるために、次の３つの可能性が考えられる。
【００８２】
１．加熱された半分体と冷却された半分体の間の開口部の接続を機械的に閉ざす。
２．“変更例６”で既に述べたように再生器のようなものが考えられる。ここでは “膨張バルブ”５を閉じた後の加熱セクションの内部環間にある冷却／加熱媒体が、ファン１０またはポンプ１０によって、“圧縮バルブ”５に連なる冷却セクションで熱交換される。これによって、熱交換器壁の加熱部分の熱量は、冷却された熱交換器壁を加熱するのに利用される。この再生の効率次第では、凝縮する作動流体の量を減らすことができる。
３．上記の２つの方法の組み合わせ。
【００８３】
上述の設計上の特徴を考慮してクラウジウス−ランキンサイクルは説明できる。スターリング、クラウジウス−ランキン熱機関の設計上の特徴を表す図１２及びスターリング−クラウジウス−ランキン熱機関の熱力学的比較サイクルを示す図１６から図１８について述べる。ジクロロジフルオロメタン（Cl２Fl２CH）、フレオンＲ１２を作動流体として使用した。ここでの基準温度は、上限温度６０度とし下限温度２０度とした。
【００８４】
ロータが回転するため、熱交換器１の外側の冷却された半分体はときには加熱された半分体の下側になり、ときには加熱された半分体の上側になる。したがって、冷却行程の間、熱交換器１の冷却された半分体が底部に位置するように、冷却ゾーンを選択することは理にかなっている。生成された凝縮物は下部に、すなわち熱交換器１の外側に収集される。回転により、冷却された半分体は加熱された半分体の上に移動する。ある位置で、凝縮物は冷却された半分体から加熱された半分体に流れ込む。（古典的なクラウジウス−ランキンプロセスでは、この行程は供給ポンプに置き変わる。）次にかなりの容量の作動媒体が熱交換器１の加熱側に存在することになる。蒸発プロセスが開始する。熱交換器の冷却された半分体で同時に凝縮が起こらないように、加熱半分体と冷却半分体との間の連結部は機械的に閉じられる。
【００８５】
図１２を参考にしてサイクルの流れを示すと、プロセスは定容冷却から始まる。膨張バルブ５を閉じた後、着目する熱交換器１は冷却ゾーンに位置している。このゾーンにおいて熱交換器１から熱が一定的に奪われる。（作動流体の）蒸気圧が冷却媒体の温度に達するまで作動媒体は凝縮する。この変化の間バルブ５は閉じているので、熱交換器１内の全容積は一定に保たれる。
【００８６】
回転するにつれて、バルブ５が作動シリンダ２に対して開く位置に達する。ここでバルブ５は開き、熱交換器１内のスペースと作動シリンダ２のスペースとが接続する。熱交換器１内は負圧であるため、また作動ピストン３のもう一方側で膨張プロセスが同時に起こるため、作動気体は作動シリンダ２から熱交換器１へ流入する。この行程の間、また（圧縮）バルブ５を閉じた後の時間、作動流体は、その温度に対応する蒸気圧に達するまで凝縮する（図１７中、２から３）。さらに作動気体が圧縮する間、冷却媒体によって熱交換器１から定常的に熱が奪われる。すなわち等温圧縮が起こる（図１７中、３から４）。この状態変化は、ここで述べるクラウジウス−ランキンサイクルと同様に先に述べたスターリングサイクルでも同様に起こる。作動気体が等温、非−等エントロピー圧縮することにより、ここで述べるクラウジウス−ランキンサイクルは従来のサイクルとは異なっている。
【００８７】
バルブ５を閉じて、熱を熱交換器１に一定的に供給する（図１７中、４から５）。
【００８８】
ロータが回転し、熱交換器１の冷却された半分体が加熱された半分体の上に移動し、作動流体の凝縮物が加熱された半分体へ流れ込む点に到達する。冷却された半分体と加熱された半分体の間の連結部は機械的に閉じられる。加熱された半分体中の加熱媒体によって熱が定常的に供給される間、凝縮物は気化する。作動流体の蒸気圧がここでは上限の温度レベルに達するまで、気化が起こる（図１７中、５から５’）。
【００８９】
さらに回転し、サイクル中バルブ５が作動シリンダ２に対して開くのが２度目となる点に達する。バルブ５が開き、熱交換器１内のスペースと作動シリンダ２のスペースとを接続する。熱交換器１内が正圧であり、また作動シリンダ３の他方側で圧縮が同時に起こるので、気体状の作動流体が熱交換器１から作動シリンダ２へ移動する。この膨張行程の間、熱は加熱媒体によって一定的に熱交換器１に供給される。最初は蒸発プロセスが続き、続いて等温膨張が起こる。この状態変化は、ここで述べるクラウジウス−ランキンサイクルと同様に先に述べたスターリングサイクルでも同様に起こる。作動気体が等温、非−等エントロピー膨張することにより、ここで述べるクラウジウス−ランキンサイクルは従来のサイクルとは異なっている。
加熱された半分体と冷却された半分体の間の連結部は再び機械的に開けられる。
バルブ５を閉じた後にプロセスは初めから開始する。
【００９０】
（基本モジュールの変形例１０）
変形例９において述べられた熱機関とは、熱交換器１の加熱された部分が熱交換器としてではなく輻射エネルギーのアブソーバとして設計されている点で異なる。冷却された部分は熱伝達体のいかなる形態としても設計することができる、例えば自由対流、水冷却、気体状または液体状の冷却媒体などの熱交換器などである。作動シリンダ２、ピストン３、連結パイプ４、バルブ５、バルブアクチュエータ６などは、変形例９で述べられた機能と同じ機能を有している、すなわち熱交換器１とともに共通の軸の回りを回転する。この変形例では、熱交換器１の加熱された部分と冷却された部分との間の連結部は、加熱プロセスの間、閉じている。
【００９１】
変形例７の説明によると、輻射にさらされる熱交換器１の吸収面は、対流損失から保護されている。このために正面側にガラスカバー体１９を、反射面を有するエンクロージャ２０、２２をアブソーバの後側に備えている。変形例７で述べられたようにアナログ的に、熱交換器１の冷却された部分は輻射エネルギーに対して遮られている。
【００９２】
（変形例１１）
この変形例では、熱交換器１と一体のロータ、連結パイプ４，バルブ５、バルブアクチュエータ６が変形例９で述べられたように使用されるが、作動シリンダ２及びピストン３は使用されない。これは、（作動シリンダ２の両側に配列されている）２個ではなくただ１個のバルブアクチュエータ６が必要であるが、全ての熱交換器１の圧縮と膨張は同一のバルブアクチュエータ６で起こる。
【００９３】
作動ピストン３のかわりに、作動気体が膨張することができる回転機械、例えばロータリピストンエンジン、逆ロータリスクリュー圧縮機、逆マルチプルセル圧縮機、タービンなどが使用される。熱交換器１を構成する上述のロータのバルブ５、連結パイプ４，作動シリンダ２、その他は、常に同じ場所で膨張のために開いており、膨張する作動気体は適切なバルブ構成によって固定パイプに導入される。このようにして作動気体を回転機械の高圧側に導入する。圧縮に関しては、再びアナログ的に回転機械の低圧側から、圧縮行程のためにバルブ５が開く所まで通るパイプによって作動気体は熱交換器１に戻される。かかる装置において回転軸を利用することができ、回転軸により発電機または他の装置を駆動することができる。
【００９４】
回転機械は熱交換器のロータを駆動するのにも利用することができる。ロータの回転速度を慎重に調整することにより、ロータリ機械に利用できる作動気体の正確な量が保証される。
【００９５】
この変形例においては、等エントロピー膨張が起こる。したがって、他の変形例に比べて熱力学的効率は小さい。
【００９６】
（本発明の技術水準との相違）
本発明の熱機関は外的熱源によって作動する、したがって、内的燃焼を伴うあらゆる内燃機関とは異なっている。
本熱機関の変更点は、スターリングサイクルとクラウジウス−ランキンサイクルとが組み合わさり、状態変化が６つ存在する。したがって、本発明は、スターリングサイクルのみかまたはクラウジウス−ランキンサイクルのみかで稼働する従来のものとは異なっている。
【００９７】
従来の技術と異なる最も顕著な点は、コンバインされた作動シリンダ２における異なるサイクルの相互作用という点である。この熱機関の完全なサイクルによって、作動気体または作動流体は、各熱交換器１内で４つの状態変化の完全なスターリングサイクルをたどるかまたは、６つの状態変化の完全なスターリング−クラウジウス−ランキンサイクルをたどる、すなわち各熱交換器１及びコンバインされた作動シリンダ２内で状態変化する。各バルブ５は２回開いたり閉じたりする、このことは、ロータが一回転する間に各熱交換器１で１回の膨張と１回の圧縮が起こることを意味する。
【００９８】
他の熱機関と比較して、いくつかの移動する部材を備え、ほとんどデッドスペースがなく、ほとんど内部損失がないような熱機関である。ここでの移動する部材は、作動シリンダ２内の自由移動作動ピストン３と、熱交換器１、連結パイプ４，バルブ５、内部カバー１４、外部カバー１３及び分離仕切り１５からなる回転ロータである。
【００９９】
バルブ５を用いる点も、本発明が古典的なスターリング機関と異なる点である。なぜなら、状態変化がほとんど完全に利用されるからである。構成要素を慎重に設計することにより実際に達成される効率は理論上の効率に限りなく近づく。バルブ５は加熱プロセスまたは冷却プロセスが完了した後のみ開かれる。作動気体２は、最短ルートにより作動シリンダの方向に膨張し、また作動シリンダ２から圧縮される。
【０１００】
この熱機関が従来のパワープラントと異なる点の一つは、従来のプラントにおいては、例えば蒸気発電プラントでは、作動気体または作動流体は、高温の熱交換器１から低温の熱交換器１へ移動し再び元に戻るが、本熱機関では作動気体の大部分はそのまま同じ熱交換器１にとどまり交互に加熱されたり冷却されたりするという点である。
【０１０１】
この自由移動ピストン装置のピストン３は、永久磁石７または電気的励起電流によって磁性化され、回りに電気的コイル８が装着されている非金属性の作動シリンダ２内を走行する。それゆえ、機械的仕事が回り道せず直接に電気的パワーに変換される。自由移動ピストン３の摩擦損失は別として、発電中にさらなる機械的損失が生じることはない。
【０１０２】
熱機関例えばＯＲＣプラントに使用されるアンモニアや冷媒剤などの有機化合物も、本発明において、集合の状態を変えることによって同様に充分に使用することができる。この熱機関は、従来のＯＲＣプラントと相違して、凝縮及び蒸発が交互に一つの熱交換器１内で起こるということである。
【０１０３】
本発明は、上述したタイプの熱機関について述べているが、本発明は特に以下に述べるような熱移動を伴うパワープラントに関する。
【０１０４】
本発明に基づく熱・電力複合プラントの構成を図１９に示す。ここで適切な数の熱機関Ａ、例えばＡ１，Ａ２，Ａ３．．．Ａｎが直列に配列されている。燃焼のために供給される空気２２は、冷却媒体として、異なる熱機関Ａ１，Ａ２，Ａ３．．．Ａｎの冷却部分を連続的に通過し、最後の熱機関Ａｎを離れた後、燃焼用空気として燃焼チャンバ２５内の燃焼プロセスに導かれる。
【０１０５】
燃焼室２５における燃焼プロセスからの排ガス３０は、異なる熱機関Ａｎ．．．Ａ２，Ａ１の加熱ゾーンを冷却媒体２２とは逆の流れで反対方向に向かって通過する、一方、各熱機関で異なる温度ではあるが、ほとんど同じ温度差を概略、図２１のグラフに示す。この温度が採用できるように、各熱機関Ａの作動流体を選択する。
【０１０６】
燃料は、燃料容器２６に蓄えられる。燃料容器２６は、ファンネル（漏斗状）のように固形燃料（例えば、木片チップ）に適するものとすることもできるし、またタンク（槽）のように設計された液体燃料または気体燃料に適合するものであってもよい。燃料はコンベア２７（ロータリ弁またはスクリューコンベア）によって固形燃料の状態で燃焼室２５に運ばれる。固形燃料に対しては燃焼格子（グリッド）２８が設けられ、この燃焼格子２８は、燃料が格子（グリッド）表面に最適に分配されるように構成されている。
【０１０７】
冷却空気及び燃焼用空気は、使用する燃料を燃焼するのに適した空気であれば、清浄な大気または冷却された空気または他のプロセスで発生した空気であってよい。空気は、ファンによって個々の熱機関Ａの各熱交換器１を通って燃焼室に送られる。
【０１０８】
それぞれの熱機関Ａの熱交換器１を通過する間、熱交換器からの熱によって空気の温度は上昇する。
【０１０９】
最後の熱機関Ａｎを通った後、加熱された空気は燃焼用空気として使用される。冷却空気の一部はダンパーを使用して一部燃焼室２５に導かれ、一部は脇にそれる。燃焼後、両空気流は一緒に混合される。燃焼ガス３０の温度が一定になるように、温度センサ３１、コントローラ、作動モータ２４を備える温度調節回路によって、ダンパー２３が調節される。燃焼ガス３０は続いて加熱媒体として特定される（使用される）。
【０１１０】
次に加熱媒体３０は熱機関Ａｎの熱交換器１に導かれ、冷却媒体は最終的には熱機関Ａｎの熱交換器１を通過する。続いて加熱媒体は、他のすべての熱機関Ａを冷却媒体とは逆の順序で逆方向に通過していく。熱交換器１に熱が消失するので各熱交換器１の温度が下がる。冷却空気の温度が上昇するにつれて、逆に（熱交換器の）温度は減少する。各熱機関Ａにおいて熱を仕事に転換するのに必要な温度差がほとんど同じ量生じる。
【０１１１】
加熱媒体の最終温度は、選択された熱機関Ａの数、特に最終段階での作動流体及び熱機関Ａの設計に応じて変わる。この温度は、復水ボイラの温度とほぼ同等に約５０度とすることができる。このことは、燃焼排ガス３０内の蒸発した水分の潜熱も発電に貢献するということを意味している。発熱量がより高い燃料が使用される。また湿潤な燃料内の水分を蒸発させるのに使用される潜熱は消失しない。
【０１１２】
熱機関Ａで生成した凝縮物のための中和装置３９が設けられる。
【０１１３】
最終の熱機関Ａ１を離れた後の排ガス中に残っている熱を、加熱の目的で利用するために、熱交換器３５に導かれる。地域暖房のための水は、熱交換器の二次側を通して循環させる。加熱の目的のために、最終熱機関Ａ１を通った後の排ガス３０中の利用可能な残存熱量のように、もしより多くの熱量が必要な場合には、最終の熱機関は稼働を停止し熱量がそこで使用されずに通過するようにすることができる。これでも、熱量が不足する場合には、最後から二番目の熱機関が停止される。熱機関Ａｎが停止して総熱量が加熱の目的のために用いられるまで、これは継続される。
【０１１４】
特に排ガスが通過する最初の熱機関において、高温状態では熱交換器１の構造を損傷しかねないまで作動流体の蒸気圧が高くなる、そのため、熱機関を停止して排ガスが熱交換器を通過しないようにして、モータ付きのバイパスダンパー３４によって熱機関を迂回するようにし、直接的に熱交換器３５に熱を供給する。モータ付きのバイパスダンパー３４は各熱機関Ａの前に位置しており、排ガスは異なる目的に利用されるように、連続して続く熱機関を通り分けられる。排ガスは最終的には煙突３８に導かれる。必要な限りＣＨＰと煙突３８の間に排ガス処理器３７を設置してもよい。
【０１１５】
図２０に示すような個々の熱機関Ａは、磁性化ピストン３及びシリンダ２を有し、ピストン３によって起電するための電気コイル８を付着している。したがって、各機関Ａはそれぞれ異なる周波数の交流電流のタイプの電流を生成する。この電流は整流器４０によって直流電流に変換されバッテリ４２に蓄電される、また同時に直流電流はインバータ４３によって商用周波数をもつ交流電流に変換される。各機関Ａには、それぞれ分岐した電線４１が引かれている。
【０１１６】
上述したように熱機関Ａは様々な態様で設計されており、熱機関Ａの種々の態様は、ＣＨＰのタイプに使用することができる。それゆえ、非常に高温である熱機関ではスターリングサイクルで作動する熱機関を使用し、低温においてはスターリング−クラウジウス−ランキン複合サイクルを使用することができるという点で好都合である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】図１は、基本モジュールの模式図であり、スターリングサイクルの実行を表すために実質的な構成部品と構成部品同士の関係を示している。
【図２】図２は、バルブアクチュエータ５，６の詳細図を示す。
【図３】図３は、直接発電用の電気コイル８及び磁石７を追加した図１の基本モジュールを示している。
【図４】図４は、作動流体の不定動作圧力に対応する均圧管９を追加した図１の基本モジュールを示している。
【図５】図５は、基本モジュールの他の設計を示しており、熱交換器１、連結パイプ４、バルブ５及びバルブアクチュエータ６を作動シリンダ２の両側に配置した基本モジュールの他の設計を示している。
【図６】図６は、図５に示すような模式図であり、対向して配置された熱交換器１を通って媒体が同時に流れる状態を表している。
【図７】図７は、本発明の概略図であり、連結管４、バルブ５、作動シリンダ２及び作動ピストン３を有する数個のモジュールが所定の熱交換器１に取付けられている。
【図８】図８は、熱交換器１とともにデザインされた基本モジュールの図解モデルを示しており、熱交換器１は作動シリンダ２の回りに星形状に配置され結果としてロータを形成している。熱交換器と作動シリンダはともに共通の縦軸の回りを回転する。図において、連結管４、バルブ５及びバルブアクチュエータ６の配列及び作用を強調して示している。熱交換器１の加熱セクション及び冷却セクションが表示されている。
【図９】図９Ａは、各符号を明示しており、続く図９Ｂはストローク１からストローク４を示し、図９Ｃはストローク５からストローク６を示しており、図８に示すモデルに基づく連続プロセスを図示している。スターリング比較サイクルにおける各ピストンの動き、バルブの位置、個々の熱交換器の経過を模式的に図示している。
【図１０】図１０は、作動シリンダ２のどちらか一方側に３個の熱交換器１が設置されるようにデザインされた基本モジュールの図解モデルを示しており、このモデルにおいても、熱交換器１は作動シリンダ２の回りに星形状に配置され結果としてロータを形成している。熱交換器と作動シリンダはともに共通の縦軸の回りを回転する。熱交換器１の加熱セクション及び冷却セクションが特定されている。
【図１１】図１１は、図１０に示すモデルであり、本モデルは、循環空気ダクト１１または循環（液体）パイプ１１とともに循環ファン１０または循環ポンプ１０を有する再生器を備えている。
【図１２】図１２は、１０個の熱交換器１を有するスターリング−クラウジウス−ランキン複合サイクルにおけるロータの概略図であり、熱交換器１は作動シリンダ２の回りに星形状に配置されている。熱交換器１の半数は作動シリンダ２の前側に設置され、残りの半数は作動シリンダ２の後側に設置されている。加熱セクション、冷却セクション及び再生セクション（循環空気）が特定されている。
【図１３】図１３Ａは、各符号を明示しており、続く図１３Ｂはストローク１からストローク４を示し、図１３Ｃはストローク５からストローク７を示し、図６に示すモデルに基づくプロセスの１０ストロークのうち最初から７個のストロークの図であるが、熱交換器１の５ピースずつが作動シリンダ２の両側に設置されている。
【図１４】図１４Ａは、各符号を明示しており、続く図１４Ｂはストローク１からストローク４を示し、図１４Ｃはストローク５からストローク７を示すプロセスの概略図である。すべての熱交換器１は中心線の回りに星形状に配置されているが、作動シリンダ２の一方側と他方側に交互に設置されている。
【図１５】図１５は、熱交換器１が放射熱吸収装置として形成された基本モジュールの概略図を示し、放射熱吸収装置表面の遮蔽要素や被覆の構成を概略的に示している。
【図１６】図１６は、作動流体としてジクロロジフルオロメタン（ＣＣｌ２Ｆｌ２）、フレオンＲ１２を使用した圧力−エンタルピー図を示す。
【図１７】図１７は、図１６に表されるＰ−ｈ図に関連したＰ−ｖ図を示す。
【図１８】図１８は、図１６に表されるＰ−ｈ図に関連したＴ−ｓ図を示す。
【図１９】図１９は、系統的に示された本発明のＣＨＰプラントの構成を示す。
【図２０】図２０は、図１から図１８に系統的に示され詳細が上述された熱機関を示す。
【図２１】図２１は、冷却媒体と加熱媒体の概略温度プロファイルを示す図である。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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2008528863.tif 000035
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