(57)【要約】    【課題】スターリングエンジンのコンパクト性、静粛性、回転安定性を向上する。    【解決手段】高温側シリンダ２１のピストン２３上方の空間と、低温側シリンダ２２のピストン２４上方の空間とを、加熱器２７、再生熱交換器２８、冷却器２９を備えた作動ガス通路３０を介して連通接続し、ピストン２３、２４の下端部を、クランク機構を介して回転エネルギ変換装置である発電機３１の両側から突出させた回転軸３２にスターリングサイクルの回転位相差を持たせて連結した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スターリングサイクル機構の作動ガス圧力により往復動する部材に連結されて往復動を回転動に変換する一対の往復動／回転動変換部材の端部相互を、両軸型の回転エネルギ変換装置の回転軸を介して回転位相差を持たせて連結した構成としたことを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項２】
スターリングサイクル機構を複数設け、各スターリングサイクル機構の作動ガス圧力により往復動する部材に連結されて往復動を回転動に変換する各一対の往復動／回転動変換部材の端部相互を、回転エネルギ変換装置の回転軸を介して回転位相差を持たせて連結した構成としたことを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項３】
前記スターリングサイクル機構は、１対のシリンダ内にそれぞれ嵌挿されたピストンとの間に形成される容積可変な１対の空間同士を、加熱器、再生熱交換器、冷却器を介して流動する作動ガスにより各ピストンを、回転位相差を持たせて駆動するα型のスターリングサイクル機構であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスターリングエンジン。
【請求項４】
α型のスターリングサイクル機構を複数備え、それぞれの一対の往復動／回転動変換部材の端部相互を、回転エネルギ変換装置の回転軸を介して回転位相差を持たせて連結すると共に、スターリングサイクル機構として機能する前記容積可変な空間を各シリンダのピストンの両側に設けたダブルアクティング型とした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５】
前記スターリングサイクル機構は、ディスプレーサシリンダ内に嵌挿されたディスプレーサピストンを、その両側に形成される容積可変な１対の空間同士を、加熱器、再生熱交換器、冷却器を介して流動する作動ガスにより駆動すると共に、前記ディスプレーサシリンダ内の一方の空間からパワーシリンダ内に導かれた作動ガスにより該パワーシリンダに嵌挿されたパワーピストンを前記ディスプレーサピストンに対して位相差を持たせて駆動するγ型のスターリングサイクル機構であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスターリングエンジン。
【請求項６】
各スターリングサイクル機構のディスプレーサピストンからの往復動／回転動変換部材同士、パワーピストンからの往復動／回転動変換部材同士を前記回転エネルギ変換装置の回転軸の同一側に連結した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。
【請求項７】
各スターリングサイクル機構の回転エネルギ変換装置における回転軸の同一端側に連結される往復動／回転動変換部材相互を等間隔な回転位相差を有して連結したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のスターリングエンジン。
【請求項８】
２つのスターリングサイクル機構の回転エネルギ変換装置における回転軸の同一端側に連結される往復動／回転動変換部材相互の回転位相差を１８０°としたことを特徴とする請求項７に記載のスターリングエンジン。
【請求項９】
２つのスターリングサイクル機構の回転エネルギ変換装置における回転軸の同一端側に連結される往復動／回転動変換部材相互の回転位相差を０としたことを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１つに記載のスターリングエンジン。
【請求項１０】
スターリングサイクル機構の一対の往復動／回転動変換部材が相互に逆向きに回転する回転軸に連結されることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載のスターリングエンジン。
【請求項１１】
前記回転エネルギ変換装置は発電機であり、各スターリングサイクル機構の一対の往復動／回転動変換部材のうち、一方の往復動／回転動変換部材を該発電機の固定子に連結し、他方の往復動／回転動変換部材を該発電機の回転子に連結したことを特徴とする請求項１０に記載のスターリングエンジン。
【請求項１２】
出力回転軸にフライホイールを連結したことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載のスターリングエンジン。
【請求項１３】
前記回転エネルギ変換装置が発電機であることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載のスターリングエンジン。
【請求項１４】
前記回転エネルギ変換装置が変速機であることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１つ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の小型化と出力性能向上を図った技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スターリングエンジンは、原理的にカルノーサイクルに相当する高い熱効率を得ることができる点、外燃機関であり多種多様の熱源｛特に、輸送（貯蔵）が困難な地熱等｝を利用できる点、また、内燃機関のような爆発的な燃焼を伴わないため騒音が小さい点、内燃機関に較べ不完全燃焼の発生が少なく排気有害成分の排出に対しても有利である点等に鑑み、新たな動力源として注目され、種々の型式のものが提案され、例えば、本願出願人も出力、燃費の向上を図ったスターリングエンジンを提案している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０-３１８０４２号（特許３１３４１１５号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、スターリングエンジンには、なお、コンパクト化、出力、低振動化の点等に改良の余地があった。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、よりコンパクトで高出力な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】
【０００４】
このため本発明は、スターリングサイクル機構の作動ガス圧力により往復動する部材に連結されて往復動を回転動に変換する一対の往復動／回転動変換部材の端部相互を、回転エネルギ変換装置の回転軸を介して回転位相差を持たせて連結した構成を基本とし、さらに、スターリングサイクル機構を複数設けるなどの応用により、コンパクト化、高出力化、低振動化による静粛性の向上、安定した回転性を得られるようにした。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の最も基本的な実施形態におけるスターリングエンジンの機構の断面図を示す。
図において、スターリングエンジン１の本体は、上部ケーシング１１と下部ケーシング１２とを連結して構成される。上部ケーシング１１には、高温側シリンダ２１と低温側シリンダ２２とが平行に直立して形成され、各シリンダ２１，２２内には上下方向摺動自由にピストン２３，２４が嵌挿されている。前記ピストン２３，２４の下端には往復動／回転動変換部材である出力ロッド２５，２６が連結され、該出力ロッド２５，２６の下端部は、各シリンダ２１，２２の底壁及び下部ケーシング１２の上壁を上下方向摺動自由に貫通して下方に伸びる。
【０００６】
ここで、図示しないが、各ピストン２３，２４とシリンダ２１，２２の周壁との間は、ピストン２３，２４に嵌挿したピストンリングを介して気密に保持される。
下部ケーシング１２は、略円筒状に形成され、エンジンで駆動される負荷である発電機３１が中央部に収納保持されている。該発電機３１はハウジングの両側に回転軸３２の両端部３２ａ，３２ｂが突出して設けられ、これら両端部３２ａ，３２ｂに円形プレート３４，３５を介して回転軸３２に対し、相互に回転位相差を持たせて偏心する偏心軸３６，３７が連結され、該偏心軸３６，３７に軸受ローラ３８，３９が回転自由に嵌挿保持されている。
【０００７】
前記２本の出力ロッド２５，２６の下端には、該出力ロッド２５，２６の作動する方向と直交する方向（図示のように出力ロッドを上下動させるように配置した場合は水平方向）に長い長円形状の長孔２７ａ，２８ａを開口した係合部材２７，２８が連結されている。
そして、前記長孔２７ａ，２８ａに前記軸受ローラ３８，３９を介して偏心軸３６，３７を係合する。
【０００８】
ここで、前記回転位相差θは、偏心軸３６の方が偏心軸３７より、回転軸３２回転方向に対し約９０°進角するように設定されている。
一方、前記シリンダ２１のピストン２３上方の空間とシリンダ２２のピストン２４上方の空間は、加熱器（ヒーター；Ｈ）２７，再生熱交換器（ＲＧ）２８，冷却器（クーラー；Ｃ）２９を介装した作動ガス通路３０を介して、作動ガスがほとんど抵抗なく流動自由に連通接続されている。
【０００９】
図２は、上記α型スターリングエンジンの作動を説明する。
上記のように、作動ガスの移動には流動抵抗がなく、２つのシリンダ２２，２４の上部空間と、加熱器２７，再生熱交換器２８，冷却器２９，作動ガス通路３０の内部空間と、の合計である密閉された全空間（以下作動空間という）における圧力は一様とし、ピストン２３がピストン２４に対し回転位相差９０°進角した状態で回転軸３２が図示の方向に回転するものとする。
【００１０】
ａ（ピストン２３が上死点）〜ｂ（ピストン２４が上死点）
ピストン２３は下降し、ピストン２４は上昇する。この間は、作動空間全体の容積は一定に近い状態であるが（正確にはその中間位置で容積最小となる）、ピストン２４側の空間容積が減少し、冷却器２７で冷却されていた作動ガスが再生熱交換器２６で熱交換された後、加熱器２５を通って加熱されてピストン２３側の空間に流れ込むので、作動ガスの熱量が増大して圧力が増大する。すなわち、等容加熱に近い行程である。
【００１１】
ｂ〜ｃ（ピストン２３が下死点）
ピストン２３，２４共に下降する。作動空間が増大し圧力が減少する。
ｃ〜ｄ（ピストン２４が下死点）
ピストン２３は上昇し、ピストン２４は下降する。この間は、作動空間容積が一定に近い状態であるが（正確にはその中間位置で容積最大となる）、ピストン２３側の高温側空間容積が減少し、高温な作動ガスが再生熱交換器２６で熱交換された後、冷却器２７を通って冷却されてピストン２４側に流れ込むので、作動ガスの熱量が減少して圧力が減少する。すなわち、等容冷却（排熱）に近い行程である。
【００１２】
ｄ〜ａ
ピストン２３，２４共に上昇する。作動空間が減少し圧力が増大する。
上記のように、発電機の回転軸３２が一回転するときの圧力−全容積（ｐ−Ｖ）線図は、図３のようになるため、正の仕事が行なわれることになる。
そして、本発明によれば、スターリングエンジンの出力軸が、スターリングエンジンによって駆動される負荷としての発電機の回転軸３２で構成されることとなる。換言すれば、負荷である発電機を一体に組み込んでスターリングエンジンを構成しているのであり、従来のスターリングエンジンの出力軸（クランク軸）の外側に負荷（発電機等）の回転軸を連結して駆動するものに比較して、スターリングエンジンで発電機を駆動する使用形態として大幅なコンパクト化を図ることができる。
【００１３】
また、従来、エンジン出力軸と負荷である発電機の回転軸とを、それぞれ軸受で支持するのに対し、本発明ではエンジン出力軸を兼ねる発電機の回転軸のみを軸受で支持すればよいので、軸受の数を大きく減らすことができ、機械損失も減少し、性能も向上する。
また、エンジン出力軸を発電機の回転軸で構成することにより、上記軸受の数を大きく減らせることとも相まって製造コストを低減でき、駆動伝達経路の短縮により運転効率、したがって、ランニングコストも向上する。
【００１４】
一方、負荷である発電機３１の側から見ると、２つのピストン２３，２４の中央部に回転質量となる発電機３１を配置し、回転軸３２を両側で駆動する対称的な駆動形態となるから、従来のエンジン外部に発電機回転軸の一端部を連結して駆動する形態に比較して、回転性が大幅に安定する。
なお、発電機を一体に組み込んであるとはいえ、発電機を容易に交換できるものであり、故障時の交換の他、使用状況に応じて出力の異なる発電機を選択して交換することも容易に行える。
【００１５】
上記実施形態は、単一のスターリングサイクル機構で構成した本発明の最も基本的な形態であるが、独立したスターリングサイクル機構を複数備えて、以下のような各種形態とすることができる。
図４は、複数のスターリングサイクル機構を備えた本発明の実施形態の基本形を示す。（Ａ）は、機能構成、（Ｂ）は外観を示す。
【００１６】
発電機Ｇの回転軸の一端部にピストン出力端を連結したシリンダＡと、同じく発電機Ｇの回転軸の他端部にピストン出力端を連結したシリンダＢと、これらの間に配設される第１の熱交換部（加熱器，再生熱交換器，冷却器の総称とする）Ｘとで第１のスターリングサイクル機構が構成される。同様に、発電機Ｇの回転軸の一端部にピストン出力端を連結したシリンダＣと、同じく発電機Ｇの回転軸の他端部にピストン出力端を連結したシリンダＤと、これらの間に配設される第２の熱交換部（加熱器，再生熱交換器，冷却器を合わせたものの総称とする）Ｙとで第２のスターリングサイクル機構が構成される。ここで、発電機Ｇを挟んで同一スターリングサイクル機構同士の両側のシリンダＡ，Ｂ間、シリンダＣ，Ｄ間にはそれぞれ同一の回転位相差θ（高温側シリンダＡ，Ｃが低温側シリンダＢ，Ｄに対して例えば９０°進角している）を有するが、第１のスターリングサイクル機構と第２のスターリングサイクル機構との間のシリンダＡ，Ｃ間、シリンダＢ，Ｄ間の回転位相差δ（両スターリングサイクル機構相互の位相差）は任意に設定できる。
【００１７】
このように、２個のスターリングサイクル機構を設けることで、負荷（回転エネルギ変換装置）である発電機Ｇの駆動出力を倍増することができる。なお、従来方式で、独立した２個のスターリングエンジンにより、発電機を挟んで回転軸の両側を駆動することは考えられるが、上記のように本発明で複数のスターリングサイクル機構を設ける場合は、かかる従来方式とは根本的に異なるものである。すなわち、従来方式では、個々のスターリングエンジンの中で回転位相差を有する出力軸（クランク軸）を備え、それとは別に負荷（発電機等）の回転軸が存在するのであり、これに対し、本願発明では全てのスターリングエンジンの出力軸と負荷の回転軸とが、負荷の回転軸１本で共用できるのであり、また、従来方式では各スターリングエンジンの熱交換部を負荷のスペースと関係なく、エンジン内部に組み込む必要があったのを、本願発明では熱交換部をエンジンの一部に組み込まれる負荷と並列して設置することができ、この点でもコンパクト化が促進される。
【００１８】
さらに、従来方式の場合、両側のエンジンに出力差（製造バラツキや運転中の位相バラツキによる）が生じると、負荷の回転軸に捻りトルクが生じるようなこともあるが、本願発明では、負荷を挟んで両側で１個のスターリングエンジンを構成するので、回転力に差を生じるようなことがない点を大きな特徴とする。
図５以下は、上記図４の複数のスターリングサイクル機構を備えたスターリングエンジンの基本的な形態を変形発展させた各種態様を示す。
【００１９】
図５に示す実施形態では、２個のスターリングサイクル機構を負荷である発電機Ｇを挟んで線対称的に対向させて配置し、各スターリングサイクル機構のシリンダＡ，Ｃの出力ロッドを発電機Ｇの回転軸の一端部に、シリンダＢ，Ｄの出力ロッドを発電機Ｇの回転軸Ｇｒの他端部に、相互にスターリングサイクルの回転位相差、例えば略９０°を持たせて連結する。両スターリングサイクル機構のシリンダＡ，Ｃ間及びシリンダＢ，Ｄ間は、それぞれ各ピストンに連結される出力ロッドの端部が、回転軸Ｇｒ中心に対しては１８０°離して連結されるが、両スターリングサイクル機構は対称に動作するので、スターリングサイクル相互間の回転位相差は０である。なお、図では、機能を判りやすくするため、内燃機関と同様にピストンに対して揺動する出力ロッド端部を屈曲したクランク軸に連結したものを示しており、かかる形態としてもよいことは勿論であるが、図１に示したものと同様にピストンに連結して直進動する出力ロッドに長孔と偏心軸を係合させて直進動を回転動に変換するスコッチヨーク形式を用いることもできる。
【００２０】
したがって、シリンダＡ，Ｃ間と、シリンダＢ，Ｄ間には、それぞれ対向するピストンから同一の加速度を逆向きに生じて、直線方向の慣性力がそれぞれ相殺されるので、慣性力による振動が十分に抑制されて静粛性が大きく向上する。
また、このように、シリンダ対向型とすることでエンジン全体を薄型とすることができる。
【００２１】
図６は、同様に、２個のスターリングサイクル機構を、発電機Ｇを挟んで対向させて配置するが、各スターリングサイクル機構のシリンダＡ，Ｃの（ピストンに連結された）出力ロッドとシリンダＢ，Ｄの出力ロッドがそれぞれ１本に連結され、それらの中間部が発電機Ｇの回転軸Ｇｒ両端の偏心軸部に係合する（詳細は図１のスコッチヨーク方式とする）。シリンダＡ，Ｃの出力ロッドとシリンダＢ，Ｄの出力ロッドとを、相互にスターリングサイクルの回転位相差、例えば略９０°を持たせて連結することは同様である。この実施形態では、シリンダＡ，Ｃの出力ロッド及びシリンダＢ，Ｄの出力ロッドは、それぞれ回転軸Ｇｒ中心に対して同一回転位置つまり位相差０で連結されるが、各シリンダに対する出力ロッドの動きは逆向きとなるので、両スターリングサイクル機構のスターリングサイクル間の回転位相差は１８０°である。この実施形態では、慣性力の打ち消しはないが、機構が簡素化されコストダウンを図れる。
【００２２】
また、両スターリングサイクル機構のスターリングサイクルの回転位相差が１８０°であるため、一方のスターリングサイクル機構が正の仕事をしているとき（膨張行程）、他方のスターリングサイクル機構は負の仕事をすることとなり（圧縮行程）、合成された回転力が平滑化して回転変動が抑制される。図５の実施形態では、両スターリングサイクル機構のスターリングサイクルが同一位相であって同時に正の仕事をし、同時に負の仕事をして回転変動が大きくなるので、回転軸両端部にフライホイールを取り付けて回転変動を抑制するのが望ましいが、本実施形態ではフライホイールを省略できる。
【００２３】
図７は、２個のスターリングサイクル機構を発電機Ｇを挟んで対向させて配置し、各スターリングサイクル機構のシリンダＡ，Ｃの出力ロッドは、図５同様に発電機Ｇの回転軸Ｇｒの一端部に１８０°の回転位相差を持たせて連結するが、シリンダＢ，Ｄの出力端は発電機Ｇの回転軸Ｇｒとは逆向きに回転するように補助回転軸Ｈｒに１８０°の回転位相差を持たせて連結する（具体的には、スコッチヨーク機構において長孔に係合させる偏心軸を図５の場合とは左右反対側に係合させる）。そして、前記補助回転軸Ｈｒと発電機Ｇの回転軸Ｇｒの他端部とを逆転ギア機構Ｒｇを介して連結する。
【００２４】
前記逆転ギア機構Ｒｇは、対向する２個の傘歯車gf,grの間に１個の中間傘歯車gcを介在させて２個の傘歯車gf,grを等速で逆転させるように構成されている。このように構成すれば、図５と同じくシリンダＡ，Ｃ間と、シリンダＢ，Ｄ間では、それぞれ逆向きの慣性力が生じて相殺されるので、直線方向の振動を十分に抑制できると共に、発電機ＧのケースＧｃに生じる回転軸Ｇｒの回転反力と、補助回転軸Ｈｒの軸受部材Ｈｂに生じる補助回転軸Ｈｒの回転反力とが逆向きに生じ、ケースＧｃと軸受部材Ｈｂとは同一基体に支持されるので、回転反力同士が相殺され、回転振動も抑制できる。
【００２５】
図８は、図７をさらに発展させた実施形態を示す。この実施形態では、回転エネルギ変換装置である発電機Ｇのケースを除去し、外側の固定子Ｇｓに連結した軸に、発電機Ｇを挟んで対向させて配置した２個のスターリングサイクル機構のシリンダＡ，Ｃの出力ロッドを、１８０°の回転位相差を持たせて連結する。そして、前記固定子Ｇｓが逆転ギア機構Ｒｇ’を介して発電機Ｇの（回転子に連結された）回転軸Ｇｒに連結されている。具体的には、逆転ギア機構Ｒｇ’は、前記実施形態のものと同様に２個の傘歯車gf,grとその間の中間傘歯車gcで構成され、中空軸に形成された傘歯車gfが前記固定子Ｇｓに連結され、傘歯車grは、図７と同様にシリンダＢ，Ｄの出力ロッドが連結された補助回転軸Ｈｒに連結されている。そして、前記傘歯車gfの中空部を、傘歯車grの補助回転軸Ｈｒと反対側に連結された軸が貫通して発電機Ｇの回転軸Ｇｒに連結されている。
【００２６】
本実施形態では、前記逆転ギア機構Ｒｇ’を介して発電機Ｇの回転軸Ｇｒと固定子Ｇｓとが、互いに逆向きに等速回転する。つまり、図７の実施形態に比較して発電機Ｇの回転速度（発電周波数）は実質的に２倍となる。また、本発明では、速度比変換器（増速器，減速器）を介在させて、発電機Ｇの回転速度を調節することも可能であるが、他の実施形態では、回転軸Ｇｒの両側に速度変換器を設ける必要があるのに対し、本実施形態では、速度比変換器を一対の出力ロッド連結部間における駆動力伝達経路の１箇所に設ければ済む。
【００２７】
本実施形態では、図５，図７の実施形態と同じくシリンダＡ，Ｃ間と、シリンダＢ，Ｄ間では、それぞれ逆向きの慣性力が生じて相殺されるので、直線方向の振動を十分に抑制できると共に、発電機Ｇがフリーな状態で支持されるので、ケースが固定支持されることによる回転反力を受けることがない。
また、上記複数のスターリングサイクル機構を回転位相差０で動作させる実施形態においては、加熱器，再生熱交換器，冷却器で構成される熱交換部を共通に用いることもできる。すなわち、図９に示すように、１個の熱交換部を設け、各スターリングサイクル機構の高温側シリンダＡ，Ｃに連結した通路を合流させて加熱器に接続し、低温側シリンダＢ，Ｄに連結した通路を合流させて冷却器に接続するようにしてもよい。このようにすれば、コンパクト化を促進できると共に、複数のスターリングサイクル機構の性能バラツキも解消できる。すなわち、熱交換部を共通化したことで、全てのシリンダが連通するので圧力差をほぼ完全に無くすことができ、より安定した動作が得られる。
【００２８】
さらに、図１０に示すように、各シリンダのピストンの裏側にも作動ガスを封入した可変容積室を設け、熱交換部を介して連結したいわゆるダブルアクティングスターリングエンジンとすることもできる。ダブルアクティングスターリングエンジンでは、１対の出力ロッドと一本の出力軸で構成される１個のスターリングエンジンに対し、２倍の出力をコンパクトに得ることができる。さらに、ピストン両側で動作する２つのスターリングサイクルは１８０°の回転位相差を有するので、図５の実施形態で説明したように、一方のスターリングサイクルが正の仕事をし、他方のスターリングサイクルは負の仕事をして回転変動を抑制できると同時に、対向するシリンダＡ，Ｃ間、シリンダＢ，Ｄ間の慣性力も相殺して直線方向の振動も防止できる。図８，９のように逆転する構成に適用すれば、回転振動も防止でき、静粛，回転安定性を完璧に近いものとすることができる。
【００２９】
また、回転エネルギ変換装置として発電機の他、コンプレッサ、ポンプ等であってもよく、特に、これら回転エネルギ変換装置のように周期的に負荷が変動する場合は、例えば、負荷が大きいときに、スターリングサイクルの正の仕事をさせ、負荷が小さいときにスターリングサイクルの負の仕事をさせるように、位相設定することによって、トルク変動、回転変動を抑制することも可能である。
【００３０】
また、図４以下では１対の出力ロッドを有するスターリングサイクル機構を２個設けたものを示したが、図１１に概要を示すように、３個以上設ける構成とすることもでき、各スターリングサイクル機構の出力ロッド相互を等間隔な回転位相差を有して回転エネルギ変換装置の回転軸に連結することで星型構造となり、大出力で安定した回転性が得られる。
【００３１】
さらに、本願発明は、スターリングエンジンとして上記α型のものに限らず、ディスプレーサシリンダとパワーシリンダとを備えたいわゆるγ型のものも適用できる。図１２は、回転エネルギ変換装置回転軸の一端部側に２個のスターリングサイクル機構の各ディスプレーサシリンダＤＣ１，ＤＣ２からの出力ロッドを連結し、他端部側に同じくパワーシリンダＰＣ１，ＰＣ２からの出力ロッドを連結したものを示す。図１３は、回転エネルギ変換装置回転軸の一端部側に一方のスターリングサイクル機構のディスプレーサシリンダからの出力ロッドと、他方のスターリングサイクル機構のパワーシリンダからの出力ロッドを連結し、回転エネルギ変換装置回転軸の他端部側に一方のスターリングサイクル機構のパワーシリンダからの出力ロッドと、他方のスターリングサイクル機構のディスプレーサシリンダからの出力ロッドを連結したものを示す。
【００３２】
さらに、図１４に示すように、回転エネルギ変換装置として変速機（無段変速機を含む）ＴＭを用いる構成とすることもでき、車両のパワートレインとして使用することもできる。図１４は、図４に対応する基本的な形態を示すが、発電機で示した他の実施形態でも回転エネルギ変換装置として変速機ＴＭを用いることができることは勿論である。
なお、以上の実施形態で示したようにスターリングサイクルの回転位相差を９０°付近に設定することで理論的に最大の効率が得られるが、熱源の温度差が十分に確保できない場合は、回転位相差を大きめにしないと出力を取り出すことができないことが明らかにされている。内燃機関による排熱量が小さく熱交換部の温度差を大きく確保することができないときは、回転位相差を大きめに設定すればよく、出力ロッド端部の連結位置を変更可能として、調整するようなこともできる。
【００３３】
なお、スターリングエンジンは、可逆機構であり、回転エネルギ変換装置を電動機として逆にスターリングエンジンを駆動することで、スターリングエンジンをヒートポンプとして作動して熱出力を得られることが知られているが、このように、スターリングエンジンをヒートポンプとして使用する場合も本発明が有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の最も基本的な第１の実施形態にかかるスターリングエンジンの断面図。
【図２】同上実施形態のスターリングサイクル動作を示す図。
【図３】同上実施形態のスターリングサイクルのＰ−Ｖ線図。
【図４】複数のスターリングサイクル機構を備えた基本的な第２の実施形態にかかるスターリングエンジンの概略構成図。
【図５】第３の実施形態にかかるスターリングエンジンの概略構成図。
【図６】第４の実施形態にかかるスターリングエンジンの概略構成図。
【図７】第５の実施形態にかかるスターリングエンジンの概略構成図。
【図８】第６の実施形態にかかるスターリングエンジンの概略構成図。
【図９】第７の実施形態にかかるスターリングエンジンの概略構成図。
【図１０】第８の実施形態にかかるスターリングエンジンの概略構成図。
【図１１】第９の実施形態にかかるスターリングエンジンの概略構成図。
【図１２】第１０の実施形態にかかるスターリングエンジンの概略構成図。
【図１３】第１１の実施形態にかかるスターリングエンジンの概略構成図。
【図１４】第１２の実施形態にかかるスターリングエンジンの概略構成図。
【符号の説明】
【００３５】
１    スターリングエンジン
２１    高温側シリンダ
２２    低温側シリンダ
２３，２４  ピストン
２５，２６  出力ロッド
３１    発電機
３２    回転軸
２５，２６  出力ロッド
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ  シリンダ
Ｇ    発電機
Ｇｒ  回転軸
Ｒｇ，Ｒｇ’  逆転ギア機構
Ｘ，Ｙ，Ｚ  熱交換部
ＤＣ１，ＤＣ２  ディスプレーサピストン
ＰＣ１，ＰＣ２  パワーピストン
ＴＭ    変速機
【図１】
2005054640.tif 000003
【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】
2005054640.tif 000012
【図１１】
2005054640.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2005054640.tif 000015
【図１４】
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