(57)【要約】スターリング・サイクルを実行するスターリング・エンジンが、記載される。スターリング・エンジンは、９０°で滞留する陽の戻しカムおよびヨーク・システムによってカムシャフトに連結されるパワーピストン、および、主なディスプレーサを有する。スターリング・エンジンは、主なディスプレーサおよび共同ディスプレーサを用いて、ガスの作動流体の移動を達成する。共同ディスプレーサは、スターリング・サイクルの加熱位相の間よりも、スターリング・サイクルの冷却位相の間、主なディスプレーサが異なる容積のガスの作動流体を移動させるのを可能にして、主なディスプレーサとパワーピストンとの間で交互に係止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイクル毎に連続的にそのガスの作動流体を再利用するクローズドサイクル・エンジンであるスターリング・サイクルを実行するスターリング・エンジンであって；９０°で滞留する陽の戻しカムおよびヨーク・システムによってカムシャフトに連結されるパワーピストンおよび主なディスプレーサと；共同ディスプレーサであって、該スターリング・エンジンが、該主なディスプレーサと該パワーピストンとの間で該共同ディスプレーサが交互に係止するところで該主なディスプレーサおよび該共同ディスプレーサを用いてガスの作動流体の移動を達成し、該主なディスプレーサが、該スターリング・サイクルの加熱位相の間よりも該スターリング・サイクルの冷却位相の間で、異なる容積のガスの作動流体を移動させるのを可能にする共同ディスプレーサと；を含むスターリング・エンジン。
【請求項２】
前記共同ディスプレーサも、前記パワーピストンおよび前記主なディスプレーサを同じ容積において操作するのを可能にし、該共同ディスプレーサが前記ガスの作動流体のすべての容積に影響を及ぼす、請求項１のスターリング・エンジン。
【請求項３】
前記パワーピストンが前記主なディスプレーサに同心で整列配置され、それにより、該パワーピストンが動くことができるエンジン・シリンダを形成し、一方で前記共同ディスプレーサが、該共有シリンダ内部で容積を２つの範囲：１つが加熱用、１つが冷却用に分離するために該主なディスプレーサおよび該パワーピストンを覆う、請求項１のスターリング・エンジン。
【請求項４】
前記パワーピストンが、シリンダの前記共同ディスプレーサに同心で整列配置され、そこで該パワーピストンが動くことができ、一方で、該共同ディスプレーサが、前記共有シリンダ内部で容積を２つの範囲：１つが加熱用、１つが冷却用に分離するため、前記主なディスプレーサに第１のラッチを含み、該パワーピストンに第２のラッチを含むように２以上のラッチを有する、請求項１のスターリング・エンジン。
【請求項５】
再生器が導管内に位置し、該導管は１）前記ディスプレーサの範囲内、または２）前記シリンダの外側のいずれかに位置し、該導管は、前記主なディスプレーサのヒートシンク側上の容積を該主なディスプレーサの熱源側上の容積に連結する、請求項３のスターリング・エンジン。
【請求項６】
前記再生器導管が前記主なディスプレーサの本体に一体化され、該主なディスプレーサより上の容積と該主なディスプレーサより下の容積との間で通路を提供し、該導管内の該再生器は、高い熱伝達／吸収能力を有する多孔性の材料でできている、請求項４のスターリング・エンジン。
【請求項７】
前記パワーピストン、前記主なディスプレーサおよび前記共同ディスプレーサが、効率および出力密度を増加させるように前記スターリング・サイクルの４つの異なった位相を実行するために一緒に協働し、そこで該パワーピストンが該スターリング・エンジン内部の容積を管理し、該主なディスプレーサが、前記ガスの作動流体の温度を変えるために熱源とヒートシンクとの間で該ガスの作動流体を押し、該スターリング・サイクルの４つの異なった位相の該ガスの作動流体の分配は、該主なディスプレーサと該パワーピストンとの間の動きを管理する前記９０°で滞留する陽の戻しカムの形状によるものである、請求項１のスターリング・エンジン。
【請求項８】
前記パワーピストンおよび前記主なディスプレーサの動きが相互に排他的であり；一方が動く時に、もう一方は静止していなければならなく、その逆も同じであり、したがって、該パワーピストンおよび該主なディスプレーサの往復運動の動きは、他方が動く限りそのストロークの終わりで各々が滞留する休止により中断される、請求項７のスターリング・エンジン。
【請求項９】
前記９０°で滞留する陽の戻しカムは、その動作の一部として、それは２つの期間を有する一定の幅の形状のカム輪郭を有し、一定の幅の該カムの９０°の回転および形状のために固定されたままのヨークが、いかなる配向から測定されても同じ幅であり、したがって、平行した座面で一定の幅のぴったり合ったヨーク内部で自由に回転することができる、請求項１のスターリング・エンジン。
【請求項１０】
前記９０°で滞留する陽の戻しカムは、該カムの幾何中心を離れた回転点を有し、該カムの回転点を該カムの幾何中心を離れて、前記小さい滞留およびより大きい滞留の弧の共通の中央点で配置することによって、該９０°で滞留する陽の戻しカムを補い、このカムが、バネを必要とせずに前記カム−ヨークを前後に押し引きし、より重要なことには、該ヨークは該カム自体を後ろに押すことができ、回転の間、それを回転するのを強制する、請求項９のスターリング・エンジン。
【請求項１１】
前記９０°で滞留する陽の戻しカムは、測定すると合計３６０°になる円形の弧を用いて構成される一定の幅の形状を有し、そこで各々の弧は、該９０°で滞留する陽の戻しカムの特定の数の回転の度数のためにヨークの座面と接触する、請求項１のスターリング・エンジン。
【請求項１２】
前記９０°で滞留する陽の戻しカムの形状は、円形の弧を用いて構成される一定の幅の形状を有し、そこで該カムの輪郭のすべての構成要素カーブは円形の弧であり、すべての弧がそれと接触して該弧に接触する、請求項１のスターリング・エンジン。
【請求項１３】
前記９０°で滞留する陽の戻しカムはカム・フォロワを引っ張り、そこで該陽の戻しカムは、平行した平らな座面でヨーク内部に存在し、該カムが回転すると、それらが、該ヨークの一方の側で該座面を押し、そして前記戻りストロークにより該ヨークのもう一方の側で該座面を押して、その一方でサイクルの全体にわたって両方の座面と接触して、それにより、該戻り側の座面での該カムの押しによって該ヨークが戻り、該陽の戻しカムのための該カム・フォロワはヨークである、請求項１のスターリング・エンジン。
【請求項１４】
前記ガスの作動流体が、再生器を通過せずにヒートシンクと連結した前記エンジン・シリンダの第２の範囲へ熱源と接触して第１の範囲から通過することができないように、前記共同ディスプレーサおよび前記主なディスプレーサの少なくとも一部はエンジン・シリンダの幅全体にまたがって当接する、請求項１のスターリング・エンジン。
【請求項１５】
前記共同ディスプレーサは、前記ディスプレーサで該共同ディスプレーサの動作を係止する第１のラッチプレートと、前記パワーピストンで該共同ディスプレーサの動作を係止する第２のラッチプレートと、該第１および第２のラッチプレートに連結される本体とを有する、請求項１のスターリング・エンジン。
【請求項１６】
前記主なディスプレーサが、それほど抵抗なくガスの通過を可能にし、前記主なディスプレーサの本体の一部に一体化するような非常に多孔性の材料の再生器と、前記共同ディスプレーサによって機械的に係止するラッチと、該主なディスプレーサの本体に連結される押し棒と、該押し棒に連結されるヨークとを有する、請求項１５のスターリング・エンジン。
【請求項１７】
前記共同ディスプレーサは、前記パワーピストンに連結し、狭いプレナムが該共同ディスプレーサの本体の上面と前記エンジン・シリンダ壁の上面の内部の壁との間で存在し、前記ガス作動流体は、該連結された共同ディスプレーサを経て該パワーピストンを押し下げて、その結果、該ガス作動流体は、前記スターリング・サイクルの膨張位相の間前記エンジン・シリンダの表面と交換するヒートシンクにさらされる必要がない、請求項１のスターリング・エンジン。
【請求項１８】
スターリング・サイクルを実行するスターリング・エンジンから作業を生成する方法であって：９０°で滞留する陽の戻しカムおよびヨーク・システムによって前記エンジンのための駆動軸であるカムシャフトに連結するパワーピストンおよび主なディスプレーサの動きの管理と；該主なディスプレーサおよび該共同ディスプレーサを用いてガスの作動流体の移動を達成するため、該主なディスプレーサと該パワーピストンとの間での共同ディスプレーサの交互の係止と；を含み、それにより、該主なディスプレーサが該スターリング・サイクルの加熱位相の間よりも該スターリング・サイクルの冷却位相の間、異なる容積のガスの作動流体を移動させるのを可能にし、そこにおいて、該パワーピストンおよび該主なディスプレーサの動きが相互に排他的であり；一方が動く時に、もう一方は静止していなければならなく、その逆も同じであり、したがって、該パワーピストンおよび該主なディスプレーサの往復運動の動きは、他方が動く限りそのストロークの終わりで各々が位置する休止により中断される方法。
【請求項１９】
前記スターリング・サイクルの位相の間、前記作動流体の有意な量が熱源にさらされることなく前記ピストンで低温、低圧の作動流体を圧縮することと；該スターリング・サイクルの他の位相の間、該作動流体を加熱室へ前記再生器を通じてほぼ完全に移動させ、該ガスの作動流体は早すぎる膨張により緩和されず圧力が増加する前記主なディスプレーサによる等容性の加熱のため、容積をほとんど一定で維持することと；をさらに含む、請求項１８の方法。
【請求項２０】
前記スターリング・サイクルの位相の間、前記ピストンに連結される前記共同ディスプレーサを動かし、一方で、該共同ディスプレーサおよび該主なディスプレーサが前記ヒートシンク表面を遮断することにより前記ガス作動流体がその膨張位相を通過する時、該ヒートシンク表面に触れずに前記ピストンに対する該ガス作動流体の膨張をさらに含む、請求項１８の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、「反対の流れ熱交換器を維持する勾配と同様にＬｉｕ−スターリング・エンジンおよびヒートポンプを含む様々な設計および特徴」という名称の２００８年６月１２日に出願の米国仮特許出願番号第６１／０６０，８７０号に対し利点および優先権を主張する。本出願はまた、「反対の流れ熱交換器を維持する勾配と同様にＬｉｕ−スターリング・エンジンおよびヒートポンプを含む様々な設計および特徴」という名称の米国仮特許出願番号第６１／０６０，８７０号の一部継続であり、参照により組み込まれたものとする。
【０００２】
本発明の態様は、より効率的なスターリング・エンジンを生成することである。
【背景技術】
【０００３】
図１は、いくつかの背景であるが必然的ではない従来の技術のベータ構成のスターリング・エンジン内の例のガス作動流体分配のグラフを示す。グラフは２つの機能を表す：エンジンの加熱および冷却室の間で作動流体を押すベータ構成のスターリング・エンジンのディスプレーサの動き、および、エンジン内部で作動流体の量を制御するピストンの動き。垂直軸は、ピストンの動作によって強化されるスターリング・エンジンの量を表す一番上のカーブを有する位置を表し、それの下のカーブは、エンジンの量を熱源によって加熱されるもの、および、ヒートシンクによって冷やされるものに分割するディスプレーサの位置を表す。水平軸は、エンジンの駆動軸の回転の位置を表す。
【０００４】
各々の位相は、多くの場合自己拮抗している混合プロセスを含むことが観察される。これは主に、ベータ構成のスターリング・エンジンは概してクランクにより駆動されるという事実のためである。ピストンおよびディスプレーサの正弦波の動作による部分的な加熱および部分的な冷却のこれらの混合プロセスの位相は、典型的なベータ構成のスターリング・エンジンのＰＶ線図が、スターリング・サイクルにより接近して適合させるよりはむしろ擬似のスターリング・サイクルに続く理由である。
【０００５】
位置Ａにおいて、量はおよそ安定したままであり（正確に等容性ではないが）、ディスプレーサは、冷却室にヒートシンクを通じて作動流体を移動させるが、不完全である。温度低下により圧力は降下する。
【０００６】
位置Ｂで、ディスプレーサは、あまり動かないことにより大部分の作動流体を冷却室に保ち、ピストンは低圧で作動流体に加圧する。作動流体の加熱された部分は、このプロセスに拮抗する。
【０００７】
位置Ｃで、量はおよそ安定したままであり、ディスプレーサは加熱室に熱源を通じて作動流体を移動させる。圧力は、大きな比率の移動により劇的に上昇する。
【０００８】
位置Ｄで、ディスプレーサは、大部分の作動流体を加熱室に保ち、熱い圧縮された作動流体は、ピストンを押すようにヒートシンクで膨張する。ヒートシンクによる膨張は、このプロセスに拮抗する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
スターリング・サイクルを実行するスターリング・エンジンが記載される。実施態様において、スターリング・エンジンは、サイクル毎にそのガスの作動流体を連続的に再利用するクローズドサイクルであるスターリング・サイクルを実行する。スターリング・エンジンは、９０°で滞留する陽の戻しカムおよびヨーク・システムによるエンジンのための駆動軸であるカムシャフトに連結されるパワーピストンおよび主なディスプレーサを有する。スターリング・エンジンは、主なディスプレーサおよび共同ディスプレーサ（co-displacer）を用いて、ガスの作動流体移動を達成する。共同ディスプレーサは、主なディスプレーサとパワーピストンとの間で交互に係止し、スターリング・サイクルの加熱位相の間よりも、スターリング・サイクルの冷却位相の間、主なディスプレーサが異なる量のガスの作動流体を移動させるのを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
複数の図面は、本発明の実施態様に関連する。
【図１】図１は、いくつかの背景であるが必然的ではない従来の技術のベータ構成のスターリング・エンジン内の例のガス作動流体分配のグラフを示す。
【図２】図２は、９０°で滞留する陽の戻しカムおよびヨーク・システムによるエンジンのための駆動軸であるカムシャフトに連結されるパワーピストンおよび主なディスプレーサを有するスターリング・エンジンのブロック図を示す。
【図３】図３は、効率および出力密度を増やすためにスターリング・サイクルの熱い圧縮された状態から始まる（およそ）等温の膨張位相を実行するため協働しているパワーピストン、主なディスプレーサおよび共同ディスプレーサのブロック図を示す。
【図４】図４は、スターリング・サイクルの熱い膨張された状態から始まる等容性（同じ量）の冷却位相を実行するために一緒に協働しているパワーピストン、主なディスプレーサおよび共同ディスプレーサのブロック図を示す。
【図５】図５は、スターリング・サイクルの冷却膨張状態から始まる（およそ）等温の圧縮位相を実行するために一緒に協働しているパワーピストン、主なディスプレーサおよび共同ディスプレーサ（４）のブロック図を示す。
【図６】図６は、スターリング・サイクルの冷却／冷やされ圧縮された状態から始まる等容性の加熱位相を実行するために一緒に協働しているパワーピストン、主なディスプレーサ、および、共同ディスプレーサの実施態様のブロック図を示す。
【図７】図７は、共同ディスプレーサの実施態様のブロック図を示す。
【図８】図８は、主なディスプレーサの実施態様のブロック図を示す。
【図９】図９は、パワーピストンの実施態様のブロック図を示す。
【図１０】図１０は、スターリング・エンジン内でのガス作動流体分配の実施態様のグラフを示す。
【図１１】図１１は、９０°で滞留する陽の戻しカムの実施態様の斜視図を示す。
【図１２】図１２は、同じカム挙動を維持する一方で丸コーナでのカムの輪郭を示す９０°で滞留する陽の戻しカムの実施態様の線図を示す。
【図１３】図１３は、９０°で滞留する陽の戻しカムの実施態様の連続した線図を示す。
【図１４】図１４は、一緒に協働しているパワーピストン、主なディスプレーサおよび共同ディスプレーサの実施態様の断面図を示す。
【図１５】図１５は、一緒に協働しているパワーピストン、主なディスプレーサ、および、共同ディスプレーサのエンジン・シリンダ壁の実施態様の断面図を示す。
【図１６】図１６は、図３から６に対応するスターリング・サイクル圧力容積位相および状態の線図の例を示す。
【００１１】
本発明が様々な修正および代わりの形態を受ける一方で、その特定の実施態様が一例として図面に示されて、ここで詳述される。本発明は、開示される特定の形態に限定されず、これに反して、本発明の精神と範囲に含まれる修正、同等物、および、変形例のすべてに適用される意図を有すると理解されるべきである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するため、例えば特定のピストン、挙げられた構成要素、連結の例、設計を用いた実際的な応用のタイプなどの多数の具体的な詳細が説明される。しかしながら、当業者には本発明がこれらの具体的な詳細なしで実践されることが明瞭である。他の例において、本発明を不必要に隠蔽するのを防ぐため、周知の構成要素または方法は詳述されないが、ブロック図で説明される。したがって、説明される具体的な詳細は、単に例示的な意図を有するのみである。具体的な詳細は変化する可能性があるが、本発明の範囲内であると考えられる。連結という語は、他の構成要素を通じて直接連結される、または、間接的に連結されることを意味する。
【００１３】
例えばＬｉｕ−スターリング・エンジンのようなスターリング・エンジンを提供するための例示的なプロセスおよび装置が記載される。
【００１４】
スターリング・エンジンは、９０°で滞留する陽の戻しカムおよびヨーク・システムによるエンジンのための駆動軸であるカムシャフトに連結されるパワーピストンおよび主なディスプレーサを有する。スターリング・エンジンは、主なディスプレーサおよび共同ディスプレーサを用いて、ガスの作動流体移動を達成する。共同ディスプレーサは、主なディスプレーサとパワーピストンとの間で交互に係止し、スターリング・サイクルの加熱位相の間よりも、スターリング・サイクルの冷却位相の間、主なディスプレーサが異なる量のガスの作動流体を移動させるのを可能にする。
【００１５】
スターリング・エンジンは、古典的な構成に基づいたスターリング・エンジンの従来の形態と比較して非常に高い出力密度およびかなり高い効率を達成するように設計される。これによりこのスターリング・エンジンは、スターリング・エンジンの利点、すなわち高効率、きれいな排気、静かな動作、燃料適応性、および、単純性のために内燃機関と競争することができるようになる。歴史的に、スターリング・エンジンは、現在内燃機関によって大部分が管理される用途において使用するには低すぎる出力密度を有していた。
【００１６】
このエンジンの特定のいくつかの利点は、以下を含む：
１．エンジンは別々の位相のスターリング・サイクルを構成するプロセスを実行し、従来のスターリング・エンジンのサイクルと比較して理想的なサイクルに非常に近い熱力学のサイクルを生じる。
２．このエンジンの構成は、従来のスターリング・エンジンを制限する限度なしで任意に高い固定した圧縮比で設計されるのを可能にする。高い圧縮比は、高い出力密度を生じる要因のうちの１つである；従来のスターリング・エンジンは、本質的に比較的低い圧縮比に限定される。
【００１７】
図２は、９０°で滞留する陽の戻しカムおよびヨーク・システムによるエンジンのための駆動軸であるカムシャフトに連結されるパワーピストンおよび主なディスプレーサを有するスターリング・エンジンのブロック図を示す。エンジン・シリンダ（９）は、多くの抵抗なしでガスの通過を可能にする非常に多孔性の材料の再生器（２）を有する主なディスプレーサ（１）を有し、ディスプレーサの本体の一部と、共同ディスプレーサ（４）によって機械的に係止するラッチと、パワーピストン（５）で共同ディスプレーサ（４）の動作を係止するための第２のラッチプレートと、共同ディスプレーサ（４）の本体の上面と熱源交換器表面が存在する（３）エンジン・シリンダ壁の上面の内部の壁との間に存在する狭いプレナム（１０）とに一体化する。
【００１８】
押し棒は、主なディスプレーサ（１）の本体に連結する。第１のヨークは、押し棒に連結する。カム（１１）およびカムシャフト（８）は、ヨーク内部にある。他の押し棒は、パワーピストンの本体（５）に連結する。第２のヨークは、この押し棒に連結する。パワーピストン（５）および主なディスプレーサ（１）は、９０°で滞留する陽の戻しカムおよびヨーク・システムによって、カムシャフト（８）に連結する。
【００１９】
熱源は、高い熱伝導率の材料が存在するエンジン・シリンダの上壁（３）に熱を供給する。側面のエンジン・シリンダ壁（６）は比較的低い熱伝導率材料を有し、実際的であるならば、おそらく断熱される。ヒートシンクは、高い熱伝導率の材料が存在するエンジン・シリンダの底の側壁（７）から熱を取り除く。
【００２０】
スターリング・エンジンは、サイクル毎に連続的にそのガスの作動流体を再利用するクローズドサイクル・エンジンであるスターリング・サイクルを実行する。スターリング・エンジンがガスの作動流体の移動を達成する共同ディスプレーサ（４）は、主なディスプレーサ（１）および共同ディスプレーサ（４）を用いる。共同ディスプレーサ（４）は、主なディスプレーサ（１） とパワーピストン（５）との間で交互に係止し、スターリング・サイクルの加熱位相の間よりも、スターリング・サイクルの冷却位相の間、主なディスプレーサ（１）が異なる量のガスの作動流体を移動させるのを可能にする。
【００２１】
パワーピストン（５）は、シリンダにおいて共同ディスプレーサ（４）に同心で整列配置され、そこでパワーピストン（５）は動き、一方で共同ディスプレーサ（４）は、共有エンジン・シリンダ（９）内部でその容積を２つの範囲、すなわち１つが加熱用、１つが冷却用に分離するため、主なディスプレーサ（１）に対して第１のラッチ、および、パワーピストン（５）に対して第２のラッチを含むように２またはそれ以上のラッチを有する。
【００２２】
スターリング・サイクルは、ガソリンから太陽エネルギー、植物の腐敗によって生じる熱などの何でもよい外部の熱源を使用する。エンジンのシリンダ内部で燃焼は起こらない。熱源は８００°Ｋ、華氏９８０°Ｆのような高温であり、ヒートシンクは華氏２００°Ｆ以下のような低温である。
【００２３】
次に、スターリング・サイクルの４つの異なった位相におけるガスの作動流体の状態間のスターリング・エンジンの作動および移行が記載される。スターリング・サイクルの各々の４つの位相は、位相につき１つの理想的なプロセスを支持することになっている。これらのプロセスは、２つのタイプの動作に分類することができる：常温に近い温度での純粋な体積変化（等温膨張および圧縮）、および、一定に近い容積での純粋な温度変化（等容性加熱および冷却）。スターリング・エンジン内部の２つの可動部品がこれらの位相を管理する：パワーピストン（５）はエンジン内部の容積を管理し、主なディスプレーサ（１）はその温度を変えるため、熱源とヒートシンクとの間で作動流体を押す。図３から６のスターリング・エンジンにおいて、スターリング・サイクルの位相を経た次の状態へのエンジンの移行の各々の状態は以下に詳述する。図１６は、図３から６に対応する例の位相および状態の線図を示す。最後の状態から第１の状態へ移行し、プロセスを繰り返す。
【００２４】
スターリング・エンジンの基本原理は、一定量のガス作動流体がエンジン内部で密封されるということである。スターリング・サイクルは、エンジン内部でガスの圧力を変えて、エンジンに作業を実行させる一連のイベントを含む。
【００２５】
スターリング・エンジンの作動にとって重要であるいくつかのガスの特性が存在する：
・一定の容積の空間に一定量のガスを有し、熱を加えることによりそのガスの温度を上げる場合、圧力は増加する。容積を変化させる機会が与えられた場合、その圧力がそのコンテナの外側の圧力と平衡するまで、圧縮されたガスは膨張する。
・一定の容積の空間に一定量のガスを有し、熱を除くことによりそのガスの温度を下げる場合、圧力は減少する。容積を変化させる機会が与えられた場合、その圧力がそのコンテナの外側に圧力と平衡するまで、減圧されたガスは収縮する。
・断熱された容器において一定量のガスを有し、ガスに加圧する（その空間の容積を減少させる）場合、そのガスの温度は増加する。同じ一定量のガスが伝導性の容器において圧縮される場合、伝導性の容器は熱を奪い、ガスの温度の増加を防ぐ。
・断熱された容器において一定量のガスを有し、ガスを減圧する（その空間の容積を増加させる）場合、そのガスの温度は減少する。同じ一定量のガスが伝導性の容器において圧縮される場合、伝導性の容器によりガスが容器の環境から熱を吸収し、ガスの温度の減少を防ぐ。
【００２６】
スターリング・エンジンのガスの作動流体（１３）は、いくらかの容積の空気と潜在的に結合したヘリウム、水素である。
【００２７】
図３は、効率および出力密度を増やすためにスターリング・サイクルの熱い圧縮された状態から始まる（およそ）等温の膨張位相を実行するため協働しているパワーピストン、主なディスプレーサおよび共同ディスプレーサのブロック図を示す。矢印は、作動流体を次の状態に移行させる位相（プロセス、この場合、膨張）を示す。
【００２８】
主なディスプレーサ（１）は、ガス室が暖められ、冷却される時の制御に役に立つ。動かすため、エンジンは、エンジン・シリンダの上壁（３）および底側の壁（７）間の温度差を必要とする。主なディスプレーサ（１）は、エンジンのガス作動流体（１３）の加熱または冷却を制御するために上下に動く。
【００２９】
この状態で、ディスプレーサ（１）はヒートシンク（７）が作動流体（１３）に接触するのを防ぐように遮断する／塞ぎ、一方で作動流体（１３）の大半が熱源（３）に接触したままにするので、ガス作動流体（１３）は熱い。ピストン（５）がその一番奥の位置にあるので、ガス作動流体（１３）もまた圧縮される。
【００３０】
共同ディスプレーサ（４）はディスプレーサ（１）からラッチを外し、この状態で、ピストン（５）にラッチ係合し、膨張位相の全体にわたってラッチ係合されたままになる。
【００３１】
主なディスプレーサ（１）がエンジン・シリンダの底に近い場合、エンジン内部のガスのほぼすべては熱源によって加熱され、ガス作動流体（１３）は膨張する。圧力がエンジン内部で高まり、パワーピストン（５）を押し下げる。
位相：膨張
【００３２】
ピストンおよび共同ディスプレーサを押す被加熱ガスの圧力が作業を実行させ、サイクルのこの部分の間、圧力を増加させ、エンジン動力の出力を増やす。圧力を増やす１つの方法は、ガスの温度を増加させることによるものである。
【００３３】
熱い圧縮されたガス作動流体（１３）は、ピストン（５）および共同ディスプレーサ（４）を下方に押すことによって膨張する。共同ディスプレーサ（４）は、パワーピストン（５）に連結する。狭いプレナム（１０）が共同ディスプレーサの本体の上面とエンジン・シリンダ壁の上面の内部の壁との間に存在し、ガス作動流体は、連結された共同ディスプレーサ（４）を経てパワーピストン（５）を押し下げるので、ガス作動流体（１３）は、膨張位相の間、ピストンを押し下げるためにヒートシンク（７）にさらされる必要はない。
【００３４】
ディスプレーサ（１）がこの位相の間、動かないことに留意されたい。機械的に言うと、この位相は体積変化だけを含む。熱が、熱源（３）と接触して熱源（３）およびガス作動流体（１３）からエンジンに入ることにより、熱源（３）から流れている熱が自然にガス膨張を伴う温度低下に反作用することができるのは、膨張の間である。エンジンは、温度低下を最小化し、このことにより膨張を伴ういかなる圧力降下も最小化し、したがってこの位相の間、作業出力を最大にしようとする。理想的なサイクルは、等温膨張を必要とするが、作動中、等温膨張が不可能な場合、温度低下を最小化することがベストである。
位相：冷却
【００３５】
図４は、スターリング・サイクルの熱い膨張された状態から始まる等容性（同じ量）の冷却位相を実行するために一緒に協働しているパワーピストン、主なディスプレーサおよび共同ディスプレーサのブロック図を示す。パワーピストン（５）、主なディスプレーサ（１）、および、共同ディスプレーサ（４）は、作動流体が熱く、膨張した位置にある。
【００３６】
この状態において、ヒートシンク（７）がまだ塞がれ、作動流体がまだ熱源（３）と接触したままであるので、作動流体は熱い。ピストン（５）が、ちょうど膨張位相を通過してその最も外部の位置にあるので、ガス作動流体は膨張される。
【００３７】
ディスプレーサ（１）および共同ディスプレーサ（４）がエンジン・シリンダ壁の底の近くで押される時、ガス作動流体は熱く、完全に膨張される。共同ディスプレーサ（４）に連結されるパワーピストン（５）およびヨークは、下に押される。
【００３８】
サイクルのこの部分で、ピストンはすでに完全に外にあり、可能なすべての作業を実行した。エンジンはその圧力を下げるために作動流体を冷却するところであるので、ガス作動流体は、容易に圧縮されることができる。
【００３９】
この点で、共同ディスプレーサ（４）がピストンからラッチを外し、ディスプレーサ（１）にラッチをかけ、続く位相全体にわたってラッチ係合したままになる。
【００４０】
再生器導管（２）は、主なディスプレーサ（１）の本体に一体化されて、主なディスプレーサ（１）より上の容積と主なディスプレーサ（１）の下の容積との間に通路を提供する。再生器（２）は、高い熱伝達/吸収能力を有する多孔性の材料でできている。主なディスプレーサ（１）は、ガスの作動流体の温度を変えるため、ヒートシンクへ再生器を通じて熱源からガスの作動流体を押す。
【００４１】
スターリング・サイクルの４つの異なった位相におけるガスの作動流体分配は、主なディスプレーサ（１）およびパワーピストン（５）の動きを管理する９０°で滞留する陽の戻しカム（１１）の形状のためである。パワーピストン（５）および主なディスプレーサ（１）の動きは、相互に排他的である；片方が動く場合、他方は静止したままであり、その逆も同じである。パワーピストン（５）および主なディスプレーサ（１）の往復運動している動きは、各々の他方が動いている限りそのストロークの終わりで各々停止する場所での休止によって中断される。
【００４２】
陽の戻しカム（１１）はカム・フォロワを引っ張り、そこで陽の戻しカム（１１）が平行で平らな座面を有してヨーク内部に位置し、カムが回転すると、それらは、ヨーク一方の側の座面を押し、戻りストロークでヨークのもう一方の側の座面を押して、一方で、サイクルの全体にわたる両方の座面と接触し、それによって、戻り側の座面でのカムの押しによりヨークの戻りを生じる。
【００４３】
図５は、スターリング・サイクルの冷却膨張状態から始まる等温圧縮の位相を実行するために一緒に協働しているパワーピストン、主なディスプレーサおよび共同ディスプレーサ（４）のブロック図を示す。
【００４４】
共同ディスプレーサ（４）にラッチ係合されるディスプレーサ（１）は、熱源の表面（３）の方へ動き、再生器（２）を通じてヒートシンク表面（７）の方へ作動流体のすべてを移動させる。再生器導管（２）は冷え始めて、それを通過する作動流体から熱を吸収し、ガス作動流体がヒートシンク表面（７）と接触する前にガスの作動流体を冷やす。ピストン（５）は、この位相の間、動かない。ディスプレーサ（１）に連結されるヨークは、引っ張り上げられる。
【００４５】
エンジンに入るディスプレーサの押し棒による容積の軽微な変化以外で、この位相は本質的に温度変化であることに留意されたい。
【００４６】
この位相の間の冷却効果は、主に作動流体を冷やしているヒートシンク表面（７）よりむしろ、作動流体から熱を吸収している再生器（２）によるものである。理想的には、ヒートシンクがそれ以上作動流体を冷やす必要がないように、再生器（２）は、ヒートシンクの温度まで作動流体を冷やす；作動流体とヒートシンク表面（７）との間のいかなる残余の温度差も、再生器（２）の部品における非効率性を示す。
【００４７】
したがって、大部分のガスの作動流体は、再生器（２）を通じて熱源の熱交換表面（３）によって加熱範囲からヒートシンク熱交換表面（７）によって冷却範囲に動かされる。再生器（２）は、一時的に熱を貯蔵することができ、加熱されたガス作動流体が通過するワイヤのメッシュまたは高い熱吸収能力を有する多孔性の材料で構成される装置である。ワイヤメッシュ／多孔性の材料の大きい表面領域は、急速に大部分の熱を吸収する。これは、クーリングフィン／ヒートシンクによって取り除かれるより少ない熱を残す。実施態様において、エンジンの再生器は、導管内に存在する。導管は、１）主なディスプレーサ（１）の範囲内、または２）シリンダ、および、ディスプレーサのヒートシンク側上の容積をディスプレーサの熱源側上の容積に連結している導管の外側で位置する、または３）エンジンの内部の構成要素のいずれかを通過する。
【００４８】
共同ディスプレーサ（４）および主なディスプレーサ（１）の少なくとも一部、および、可能であれば共同ディスプレーサ（４）の本体と主なディスプレーサ（１）と間の封止は、ガスの作動流体が、熱源と接触して第１の範囲（３）から、再生器導管（２）を通過することなくヒートシンクと連絡してエンジン・シリンダの第２の範囲（７）に通過することができないように、エンジン・シリンダの幅を横切ってまたがるように当接する。
【００４９】
この状態において、作動流体はヒートシンク（７）と接触し、一方でディスプレーサ（１）および共同ディスプレーサ（４）が熱源（３）をふさぐので、冷たい。ピストン（５）がその最も外側の位置にあるので、作動流体はまた膨張されている。共同ディスプレーサ（４）およびディスプレーサは、この位相の全体にわたってラッチ係合されたままである。
位相：圧縮
【００５０】
図５の大きい矢印は、作動流体を次の状態にするためにピストンが上に動くことを示す。
【００５１】
ピストン（５）はエンジンへ動き、冷たい作動流体に加圧する。パワーピストン（５）は、スターリング・エンジン内部の容積を管理する。ストロークの最上位で、ピストン（５）は共同ディスプレーサ（４）にラッチ係合し、それによりディスプレーサ（１）から同時にラッチを外す。
【００５２】
ディスプレーサ（１）がこの位相の間、動かないので、この位相は体積変化のみを含むことに留意されたい。熱がヒートシンク（７）へ作動流体から発するのは圧縮中であり；圧縮される場合にガスは自然に加熱するので、ヒートシンク表面（７）との作動流体の接触により、ヒートシンクはいかなる加熱にも反作用することができる。圧縮の加熱の減少により、圧縮位相の間、エンジンによって実行されるより少ない作業につながり、それにより正味の作業出力が増加する。ヒートシンクは、水ジャケットまたはクーリングフィンによってエンジン・シリンダ壁を冷やす。
【００５３】
ピストン・ストロークの終わりで、作動流体は、ディスプレーサ（１）の現在の位置により、ガス作動流体がヒートシンク（７）と接触したままであるのでまだ冷たく、ピストン（５）がエンジンへの最も深い位置にあるので圧縮される。共同ディスプレーサ（４）およびピストンはラッチ係合し、続く位相の間、一緒にラッチ係合されたままである。
位相：加熱
【００５４】
図６は、スターリング・サイクルの冷却／冷やされて圧縮された状態から始まる等容性の加熱位相を実行するために一緒に協働しているパワーピストン、主なディスプレーサ、および、共同ディスプレーサの実施態様のブロック図を示す。
【００５５】
ディスプレーサ（１）はヒートシンク（７）の方へ動き、図３に示すように、再生器（２）を通じて作動流体を熱源（３）の方へ移動させる。まだ冷却位相の間吸収される熱に満ちている再生器（２）は、図６で示すように作動流体を暖める。
【００５６】
ピストン（５）はこの加熱位相の間動かないことに留意されたい。ディスプレーサの押し棒がエンジンに入ることによる容積の軽微な変化以外、この加熱位相は、本質的に温度変化である。この位相の間の加熱効果は主に熱源よりもむしろ再生器（２）によるものであると留意することは重要である。理想的には、熱源がそれ以上作動流体を加熱する必要がないように、再生器（２）が熱源の温度まで作動流体を加熱し；作動流体と熱源との間のいかなる残余の温度差も、再生器（２）の部分上の非効率性を示す。
【００５７】
全体として、これらの４つの位相の間、エンジンは、繰り返しガスを加熱して冷却し、ガスの膨張および圧縮からエネルギーを引き出す。共同ディスプレーサ（４）も、パワーピストン（５）および主なディスプレーサ（１）を同じ容積において操作するのを可能にして、一方で、ガスの作動流体のすべての容積に対して影響を及ぼす。
【００５８】
図７は、共同ディスプレーサの実施態様のブロック図を示す。
【００５９】
共同ディスプレーサ（４）は、ディスプレーサで共同ディスプレーサ（４）の動作を係止するための第１のラッチプレート（７１）と、パワーピストン（５）で共同ディスプレーサ（４）の動作を係止するための第２のラッチプレート（７２）と、第１のラッチプレート（７１）および第２のラッチプレート（７２）に連結される本体（７４）と、封止（７３）とを有する。
【００６０】
共同ディスプレーサ（４）の動作は、主なディスプレーサおよびパワーピストンで機械的に係止される、または、スターリング・サイクルの特定の位相の間それらの２つの構成要素の動作を単に追跡する、模倣するおよび強化するために構成されることに留意されたい。ラッチ（７１、７２）はまた、磁気ロックを生成する。
【００６１】
図８は、主なディスプレーサの実施態様のブロック図を示す。
【００６２】
主なディスプレーサ（１）は、ディスプレーサの本体（８４）の一部に一体化されるそれほど抵抗のないガスの通過を可能にする非常に多孔性の材料の再生器（２）と、共同ディスプレーサで機械的に係止するラッチ（８３）と、ディスプレーサの本体（８４）に連結される押し棒（８５）と、押し棒（８５）に連結されるヨーク（８６）と、封止（８１）とを有する。
【００６３】
図８はまた、９０°で滞留する拘束戻りカム（１１）およびカムシャフト（８）がヨーク（８６）内部で適合する場所を示す破線の輪郭でヨーク（８６）の側面の図を示す。
【００６４】
図９は、パワーピストンの実施態様のブロック図を示す。ピストン（５）は、ラッチ（機械的または磁気的な）（９１）と、パワーピストン（５）および共同ディスプレーサ間の接触を保護するバンパー（９２）と、ピストン本体（９３）と、封止（９４）と、押し棒（９５）と、ヨーク（９６）とを有する。
【００６５】
図９はまた、９０°で滞留する拘束戻りカム（１１）およびカムシャフトがヨーク（９６）内部で適合する場所を示す破線の輪郭でヨーク（９６）の側面の図を示す。
【００６６】
図１０は、スターリング・サイクルの４つの別々の位相を実行するスターリング・エンジン内でのガス作動流体分配の実施態様のグラフを示す。垂直軸は、ピストンの動作によって強化されたスターリング・エンジンの容積を表す一番上のカーブの位置を表し、それの下のカーブは、熱源によって加熱される容積とヒートシンクによって冷やされる容積とにエンジンの容積を分割するディスプレーサの位置を表す。水平軸は、エンジンの駆動軸の回転の位置を表す。議論されるように、ピストンおよびディスプレーサ／共同ディスプレーサは、エンジンの作業サイクルに影響する。グラフは、２つの機能を表す：１）エンジンの加熱および冷却室の間に作動流体を押すディスプレーサおよび共同ディスプレーサの動き；および、２）エンジン内部で作動流体の容積を制御するピストンの動き。再生器の容積は、明確にするために省かれた；それは、エンジンの全体の容積と比較して小さく、一定のままである。
【００６７】
スターリング・サイクルは、熱が熱源およびヒートシンクで移される２つの等温体積変化と、再生器が作動流体の加熱および冷却の原因となる２つの等容性（一定の容積）温度変化とで構成される。
【００６８】
位置Ａで、容積は、正確な等容性の冷却のため一定のままである。ディスプレーサおよび共同ディスプレーサは、冷却室にほぼ完全に作動流体を移動させる。温度の低下は、早すぎる圧縮により緩和されずに圧力降下につながる。
【００６９】
位置Ｂで、ピストンは、作動流体の有意な部分が熱源にさらされる拮抗効果なしで冷却した、低圧の作動流体を圧縮する。圧縮は完全かつ維持された移動によりほとんど等温である；本当の等温状況は達成するのが不可能である。
【００７０】
位置Ｃで、容積は、ほぼ正確な等容性加熱のため一定のままである。ディスプレーサは、加熱室にほぼ完全に作動流体を移動させる。温度増加は、早すぎる膨張により緩和されずに圧力の急激な増加につながる。
【００７１】
位置Ｄで、熱い加圧された作動流体は、ヒートシンクで膨張することなくピストンに対して膨張する。冷やされている作動流体の拮抗する部分がないので、膨張の全体にわたって圧力は高いままである。膨張は、維持されかつ完全な移動でほとんど等温である。
【００７２】
拘束戻りカムは、ストロークおよび滞留の間のこの切り替えを完全に実行し、位相間の滑らかな移行でさえ提供する。各々の位相の全体にわたって、一方の関数の傾斜はゼロであり、他方のものはゼロではない。各々の４つの位相ＡからＤの中央で、他の変化と一致せずに１つの関数の最大変化がある所において範囲があることに注意するべきである。変位関数は、カムシャフト／駆動軸で実行される作業の形で有効エネルギーのずっと完全な抽出のスターリング・エンジンのＰＶ線図を生じる。
【００７３】
図１０を図１に示されるクランクの動作と比較すると；グラフは、スターリング・サイクルの４つの位相が図１とあまり近くないことを示す。例のベータ・スターリング・エンジンのクランクは、単になんとか各々の位相の中央で理想的な状況に適合することができるだけである。他のあらゆる所で、正弦波の動作は有意に理想から逸れる。
【００７４】
図１１は、９０°で滞留する陽の戻しカムの実施態様の斜視図を示す。エンジンの動作を支配する陽の戻しカム（１１）は、９０°により位相変移される。時計回りの回転を与えられ、前のカムはピストンを管理し、その後ろのカムは主なディスプレーサを管理する。軸の回転の全体にわたって、一方のカムの滞留期間は、他方のストローク期間に対応する。陽の戻しカム（１１）はそれらの間で正確に９０°の位相差を有し、それは駆動軸の全ての回転の全体にわたって、他方のストローク期間に一方のカムの滞留期間を設定する。
【００７５】
陽の戻しカム（１１）およびカムシャフト（８）の組立は、時計回りに回転する。スターリング・エンジンにおいて、ディスプレーサの動作が必然的にピストンの動作に先行するので、ディスプレーサを管理するカムは、ピストンを管理するカムに９０°先行する。圧力変化の完成に続くピストンの動作は、次のサイクルに備えるため、それから膨張を経た熱い加圧されたガスから抽出、または、冷却した低圧のガスを圧縮する。
【００７６】
図１２は、９０°で滞留する陽の戻しカムの実施態様の線図を示す。カムの幾何中心を離れて、９０°で滞留する陽の戻しカムを占める小さい滞留（１２２）および大きい滞留（１２３）の弧の共通の中央点にカム（１１）の回転（１２１）位置を配置することによって、このカム（１１）は、バネの必要なくカム・ヨークを前後に押し引きし、より重要なことに、ヨークはカム自体で押し返すことができ、その回転の間、回転させることができる。
【００７７】
スターリング・エンジンの異なった作動流体分布関数は、そのディスプレーサおよびピストンの動きを管理する９０°で滞留する拘束戻りカム（１１）の形状による。
【００７８】
すべての弧は、点線の構造線の交差の１つでその中心を有する。回転中心を通過する２つの構造線は、９０°の角度を形成する。議論されるように、停留期間の弧すなわち９０°の弧は、カムの回転中心（１２１）と同心である。
【００７９】
図１３は、９０°で滞留する陽の戻しカムの実施態様の連続した線図を示す。９０°で滞留する拘束戻りカム（１１）は、測定すると合計３６０°になる円形の弧を使用して構成される一定の幅の状態を有し、そこで、各々の弧は、特定数のカムの回転の程度のためヨークの座面に接触する。例えば、第１の弧は１８０°から２１０°まで接触する。第２の弧は、２１０°から２４０°まで接触するなど。９０°で滞留する拘束戻りカム（１１）は、その動作の一部として、２つの期間を有する一定の幅の形状であるカム輪郭を有し、そこで、ヨークがカムの９０°の回転のために固定されたままであり、一定の幅の形状はいかなる配向から測定されても同じ幅であり、したがって、平行の座面でぴったり適合したヨーク（９６）の一定の幅内部で自由に回転することができる。
【００８０】
９０°で滞留する拘束戻りカム（１１）は、Ｌｉｕ−スターリング・エンジンのＰＶサイクルをスターリング・サイクルに適合させることができる要因の１つである。陽の戻しカム（１１）は、一定の幅の形状である輪郭を有する；これにより、カム（１１）が一定の幅ヨーク（９６）の範囲内で自由に回転することができ、ヨークを押し引きするのに対し、従来のカムは、カム・フォロワの戻りストロークを提供するためにバネを必要とする。拘束戻りカムは、カム輪郭によって決定される所望の関数に従う動きを実施することができ、一方で、ヨークがカムを回転させるピストンによって押される位相の間、作業を引き出す。ヨーク（９６）がカム（１１）の回転の４分の１固定されたままであるこの図における図表から観察すると；カム（１１）は、ヨーク（９６）が固定されたままである、サイクルにつき２つの９０°の期間を有する。スターリング・サイクルによって必要とされるので、結果として生じる動作は、一連の４つの別々の位相である。
【００８１】
９０°で滞留する拘束戻りカム（１１）の形状は、円形の弧を用いて構成される一定の幅の形状を有し、そこでカム輪郭におけるすべての構成要素のカーブは円形の弧であり、すべての弧はそれと接触して弧に接触する。
【００８２】
図１４は、一緒に協働するパワーピストン、主なディスプレーサ、および、共同ディスプレーサの実施態様の断面図を示す。
【００８３】
パワーピストン（５）は、パワーピストン（５）が動くことができるシリンダを形成する主なディスプレーサ（１）に同心でまたは同心でなく整列配置される。一方で共同ディスプレーサ（４）は、２つの範囲：１つが加熱用もう１つが冷却用に共有シリンダ内部の容積を分離するため、主なディスプレーサ（４）およびパワーピストン（５）を覆う。共同ディスプレーサは、ディスプレーサより上のいかなる作動流体も再生器を通過しなければならないように主なディスプレーサの範囲をカバーすることによって主なディスプレーサを覆う。本実施態様において、パワーピストン（５）は、主なディスプレーサと同じ軸に整列配置される。
【００８４】
主なディスプレーサ（１）は環状であり、ピストン（５）周辺に位置し、再生器（２）を収容するそれを通る通路を含む。共同ディスプレーサはピストン（５）より上に位置し、ピストン（５）での係止、および、ディスプレーサ（１）での係止の間を交互で行う。共同ディスプレーサは主なディスプレーサ内部で適合し、高容積の移動の間、主なディスプレーサの上の室を下の室から封止して、その２つによって押されるいかなる作動流体も再生器（２）を流れるように押す。低容積の移動の間、共同ディスプレーサは、ディスプレーサではなく、ピストンに係止される。
【００８５】
パワーピストン（５）は、主なディスプレーサ（１）で前後に摺動する。スターリング・エンジンを通じた再生器導管（２）はエンジン・シリンダの外に位置することができ、主なディスプレーサ（１）より上の容積と主なディスプレーサ（１）の下の容積との間で通路を提供する。再生器導管（２）は、再生器を占める銅またはスチールウールで包むことができる。同心のピストン（５）、ディスプレーサ（１）および共同ディスプレーサ（４）と一緒に動いているカムは、ヒートシンクによる作動流体の膨張の問題を解決し、より高い圧縮比を有するエンジンを生じる。
【００８６】
図１５は、一緒に協働しているパワーピストン、主なディスプレーサおよび共同ディスプレーサのためのエンジン・シリンダ壁の実施態様の断面図を示す。エンジン・シリンダ（９）は、熱源表面（３）およびヒートシンク表面（７）を有する。
【００８７】
スターリング・エンジンは、スターリング・エンジンのベータ構成と比較されてもよい。ベータ・スターリング・エンジンのように、実施態様において、このスターリング・エンジンのピストンはディスプレーサと同軸であってもよいが、それは、（ピストンが動くことができるシリンダを形成する）ディスプレーサに同心のパワーピストンを有することによって標準のベータ・スターリング・エンジンと異なり、一方で共同ディスプレーサは、２つの範囲：１つが加熱用、１つが冷却用に共有シリンダ内部で容積を分離するため、ディスプレーサおよびピストンを覆う。他のいかなるスターリング・エンジンも、共同ディスプレーサを使用せず、またディスプレーサで前後に動くピストン・スライドを有しない。
【００８８】
スターリング・エンジンはまた、そのピストンが拘束戻りカムを経て駆動軸に必然的に連結する一方で、ほとんどのスターリング・エンジンがクランク・システムまたはスコッチ・ヨークを使用することにおいて、従来のスターリング・エンジンと異なる。
【００８９】
一定の幅の形状は、測定すると合計３６０°になる円形の弧を用いて構成される。各々の弧は、特定度数のカムの回転の程度のためにヨークの座面と接触する。
【００９０】
連続したもの４つの図である図３〜６は、図１６の線図の角のエンジン状態を示す。その状態は一瞬だけ持続し、ＰＶ線図の角を連結している側に対応するプロセスの結果である。位相は、プロセスを実行するサイクルの間の期間である。
【００９１】
スターリング・エンジンは、以下の例の製品に電力を供給するために応用することができる：ハイブリッドカーおよびトラック、機関車、船、レクリエーション用航空機、プロペラ機、圧縮した太陽エネルギー発電機、自家動力の収穫機、トラクタ、フォークリフト、バックアップ電力発生器、携帯型電力発生器、家庭用および商業用の組み合わされた熱および動力の燃焼加熱炉、熱駆動ヒートポンプ、地熱発電所、廃棄物からの熱回収発電機、あるいは可能であれば原子力発電所および原子力船。
【００９２】
スターリング・エンジンは、非常に容易にまたは、内燃機関と反応してその出力を調整しない。出力を調整するための解決法は、電気モーターおよび電池またはコンデンサが出力調整を処理し、一方でエンジンはモーターのための電気を生成するハイブリッド・システムのエンジンを通常使用することである。
【００９３】
追加の利点を提供するスターリング・エンジンのより多くの態様は、内燃機関と比較した高効率、燃料適応性、きれいな排気であり、他のスターリング・エンジンと比較した高い出力密度である。特に、温室効果ガス排出、地球温暖化およびピーク・オイルへの一般の懸念が与えられ、高効率で、バイオディーゼル−燃焼ディーゼル・エンジンに利点を与える様々なバイオ燃料を利用することができる利点をスターリング・エンジンが有すると考えられる。このスターリング・エンジンの残りの態様は、エンジンの静かな作動および単純性である。
【００９４】
スターリング・エンジンは、傾斜を維持する逆流熱交換器のような異方性の逆流熱交換器と協働する。スターリング・エンジンは燃料を燃焼し、エンジンとしてその能力が使われる場合に排気を生じる。
【００９５】
燃料を燃焼するスターリング・エンジンの熱源の動作温度を維持するように消費燃料の量を最小化するため、バーナーに供給される空気は、バーナー自体の排気から取り戻される熱を用いて、可能な限り前もって加熱されるべきである。熱交換器はこのために使用されてもよいが、１つのガスの媒体から他のもの（この場合排気から新鮮な空気へ）への熱の取り戻し効率を最適化するため、異方性の逆流熱交換器が提供される。異方性の逆流熱交換器は、エンジンで使われるスターリング・エンジンから分かれた装置である。
【００９６】
異方性の逆流熱交換器は、それらの長さ全体にわたってその中を流れている流体間の温度差を最小化するので、他のタイプの熱交換器と比較してより高い交換効率を示す。伝導の長さ全体にわたって温度差を最小化することにより、流体が交換器を出る時までに交換されないままの熱は最小化される。熱交換器の熱伝導本体を異方性に作成する−すなわち、他の方向に十分に熱を伝えない一方で熱交換器本体を一方向へよく熱を伝えるようにすることによって、この品質はさらに高められる。異方性の熱交換器の本体を作成するため、熱交換器の本体は、伝導性の断熱材料の交互の積層体で構成されることになる。これにより、交換器の本体内の流体溝の間でよく熱伝導することにつながり、一方で、交換器の長さに沿って十分に伝導しない。
【００９７】
これが温度差を最小化するのを助ける理由は、断熱する積層体がより低い伝導率の物質に導電材料に沿って優先して伝導する熱の傾向と干渉することである。この傾向により、交換器の全体にわたって流れている２つの流体間の温度差が増加し、交換効率を減弱する。この熱交換器の適用が１つのガスの媒体からガスの他の媒体に熱を取り戻し、ガスが熱交換器において使用される材料よりはるかに低い伝導率を有するので、この効率を奪う効果は特に顕著であり、交換効率を最大にするように対処される必要がある。伝導性および断熱材料の交互の積層体から交換器を構成することで交換器の長さに沿って熱伝導と干渉することによって、熱は、交換器内の流体溝の間で優先して伝導し、溝の間の温度差を最小化して、このことにより、交換効率を最適化する。交換効率を最適化することにより、スターリング・エンジンの排気から、熱を取り戻す効率が結果的に最適化され、それがスターリング・エンジンのバーナーによって消費される燃料の量を最小化する。
【００９８】
スターリング・サイクル装置は、熱の流れを作業に変換する場合（例えば、駆動軸を回すように）、エンジンとして機能するが、それらが強制的に動かされ（強制的にそれらの駆動軸を回され）熱を流す場合、ヒートポンプ／冷蔵庫として機能する。この熱の流れは、それが流れてきた場所を冷却し、それが流れていく場所を暖める。エンジンとして使われる場合とは異なって、ヒートポンプとして使われる場合、熱源は冷たく（それから吸い込まれる熱を有しているので）、熱源から取られる熱のすべてがそれを通じて放出されるので、ヒートシンクは暖かい。作業サイクルとしておよびヒートポンプ・サイクルとしてスターリング・サイクルが効率的であるので、これと同じ装置はとても効率的な冷蔵装置である。
【００９９】
スターリング・エンジンは、逆にスターリング・サイクルを実行するスターリング・エンジンを用いた冷蔵のための方法でヒートポンプとして使われる。
【０１００】
カムシャフトに連結されるパワーピストンおよび主なディスプレーサの動きは、９０°で滞留する陽の戻しカムおよびヨーク・システムによって管理される。カムシャフトは、エンジンのための駆動軸である。
【０１０１】
共同ディスプレーサは、主なディスプレーサとパワーピストンとの間で交互に係止される。ヒートポンプは、主なディスプレーサおよび共同ディスプレーサを用いてガスの作動流体の移動を達成し、主なディスプレーサが、スターリング・サイクルの熱放出位相の間よりも、逆転したスターリング・サイクルの熱吸収位相の間、異なる容積のガスの作動流体を移動させるのを可能にする。パワーピストンおよび主なディスプレーサの動きは、相互に排他的である。片方が動く時、他方は静止したままであり、その逆も同じである。したがって、パワーピストンおよび主なディスプレーサの往復運動の動きは、他方が動いている限り、そのストロークの終わりで各々静止する休止により中断される。
【０１０２】
逆転したスターリング・サイクルの位相の間、作動流体は、ヒートシンクから熱を放出するため、ピストンでの高圧下において高温で圧縮される。熱い作動流体の有意な部分は、冷やされている熱源にさらされない。
【０１０３】
逆転したスターリング・サイクルの他の位相の間、容積は、共同ディスプレーサに連結される主なディスプレーサによって等容性の冷却のためにほとんど一定に保たれる。共同ディスプレーサに連結される主なディスプレーサは、熱源と接触して作動流体を室へ再生器を通じてほぼ完全に移動させ、それで再生器は、それが冷やされている熱源と接触する前に、ほぼすべての作動流体の前もって冷却し、作動流体のいかなる減圧によっても、熱源から熱を吸収させる。
【０１０４】
逆転したスターリング・サイクルの他の位相の間、ガス作動流体は、ガス作動流体が、ピストンに連結される共同ディスプレーサを動かすことによってその熱吸収位相に入る時、ヒートシンク表面に作動流体のいずれかをさらすことなくピストンを使用して減圧され、一方で共同ディスプレーサおよび主なディスプレーサは、ヒートシンク表面を遮断する。
【０１０５】
逆転したスターリング・サイクルの他の位相の間、容積は、共同ディスプレーサに連結される主なディスプレーサによって等容性の加熱のためにほとんど一定に保たれる。主なディスプレーサは、ヒートシンクと接触して室へ再生器を通じて作動流体をほぼ完全に移動させ、それで、それがヒートシンクと接触する前に、それを通じて放出される熱により熱い再生器は作動流体のほぼすべてを予め暖め、作動流体のいかなる圧縮によっても、熱源から熱を放出させる。
【０１０６】
本発明の特定のいくつかの実施態様が示された一方で、本発明はこれらの実施態様に限定されない。本発明は、ここで記載される特定の実施態様により限定されるものではなく、添付の請求の範囲のみにより限定されると理解される。
【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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【図１６】
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【国際調査報告】
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