(57)【要約】【課題】単純な構造で構成されるスターリングエンジンの熱交換器の提供を目的とする。【解決手段】スターリングエンジン１の熱交換器である高温側熱交換器１３、再生熱交換器１４及び低温側熱交換器１５であって、単一の伝熱管９又は複数の伝熱管９が直列に接続されて形成され、伝熱管９は一組の高温側気筒２と低温側気筒４とを連通するように設けられ、高温側気筒２の近傍に高温熱源と熱交換を行う高温側熱交換部である高温側熱交換器１３が構成され、低温側気筒４の近傍に低温熱源と熱交換を行う低温側熱交換部である低温側熱交換器１５が構成され、高温側熱交換器１３と低温側熱交換器１５との間に外部と熱交換を行わない部分である再生熱交換器１４を有する。【選択図】図６
2013194662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スターリングエンジンの熱交換器であって、
単一の伝熱管又は複数の伝熱管が直列に接続されて形成され、該伝熱管は一組の高温側気筒と低温側気筒とを連通するように設けられ、前記高温側気筒の近傍に高温熱源と熱交換を行う高温側熱交換部が構成され、前記低温側気筒の近傍に低温熱源と熱交換を行う低温側熱交換部が構成され、前記高温側熱交換部と前記低温側熱交換部との間に外部と熱交換を行わない部分を有するスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項２】
前記熱交換器は、
複数積層されて熱交換面が構成され、当該熱交換面が前記高温熱源及び前記低温熱源の流れに交差するように配置される請求項１に記載のスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項３】
前記積層された熱交換器は、
前記熱交換面が対向するように複数並んで配置される請求項２に記載のスターリングエンジンの熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
スターリングエンジンの熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高温室と低温室とを往復流動する作動媒体を途中部で熱交換器を介して加熱又は冷却し、高温室と低温室とにおいて発生する圧力変動を動力として取り出すスターリングエンジンが公知となっている。スターリングエンジンは、高温室、高温側熱交換器、再生熱交換器、低温側熱交換器、低温室の順に接続されて構成される。低温室内の作動媒体は、低温側ピストンにより圧縮されると高温室に向かって流動する。この結果、作動媒体は、低温側熱交換器、再生熱交換器、高温側熱交換器の順に流動して高温室に到達する。高温室内で膨張した作動媒体は、高温側ピストンにより圧縮されると低温室に向かって流動する。この結果、作動媒体は、高温側熱交換器、再生熱交換器、低温側熱交換器順に流動して低温室に到達する。例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００３】
特許文献１に記載の再生熱交換器は、金属細線を編み込んだメッシュを筒状に巻回して押し潰したものを金属性の容器に挿入して構成される。そして、高温側熱交換器及び低温側熱交換器にそれぞれ接続される。このため、スターリングエンジンにおける高温側熱交換器、再生熱交換器及び低温側熱交換器の構成が複雑になる問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２７２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、単純な構造で構成されるスターリングエンジンの熱交換器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち、請求項１においては、スターリングエンジンの熱交換器であって、単一の伝熱管又は複数の伝熱管が直列に接続されて形成され、該伝熱管は一組の高温側気筒と低温側気筒とを連通するように設けられ、前記高温側気筒の近傍に高温熱源と熱交換を行う高温側熱交換部が構成され、前記低温側気筒の近傍に低温熱源と熱交換を行う低温側熱交換部が構成され、前記高温側熱交換部と前記低温側熱交換部との間に外部と熱交換を行わない部分を有するものである。
【０００７】
請求項２においては、前記熱交換器は、複数積層されて熱交換面が構成され、当該熱交換面が前記高温熱源及び前記低温熱源の流れに交差するように配置されるものである。
【０００８】
請求項３においては、前記積層された熱交換器は、前記熱交換面が対向するように複数並んで配置されるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
即ち、請求項１に係る発明によれば、熱交換器の主な構成部材が伝熱管のみから構成される。これにより、スターリングエンジンの熱交換器が単純な構造で構成される。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、熱交換効率を低下させることがない。これにより、スターリングエンジンの熱交換器が単純な構造で構成される。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、複数の熱交換器で重畳的に熱交換が行われ、熱交換効率を低下させることがない。これにより、スターリングエンジンの熱交換器が単純な構造で構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るスターリングエンジンの一実施形態における構成を示した正面図。
【図２】本発明に係るスターリングエンジンの一実施形態における構成を示した側面図。
【図３】本発明に係るスターリングエンジンのクランク機構の構成を示した概略図。
【図４】本発明に係るスターリングエンジンの熱交換器の構成を示した斜視図。
【図５】図４におけるＢ矢視断面図。
【図６】本発明に係るスターリングエンジンの熱交換器の配置と外部熱源の流れを示した上面図。
【図７】本発明に係るスターリングエンジンのマニホールドにおける第一開口部の径と作動媒体の流量との関係を示す図。
【図８】本発明に係るスターリングエンジンの高温側気筒から低温側気筒に作動媒体が流動する状態を示す模式図。
【図９】本発明に係るスターリングエンジンの低温側気筒から高温側気筒に作動媒体が流動する状態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明に係るスターリングエンジン１の実施形態であるスターリングエンジン１の構成について図１から図４を用いて説明する。なお、本発明には、各実施形態に示す構成を相互に組み合わせた構成も含まれる。
【００１５】
図１及び図２に示すように、スターリングエンジン１は、作動媒体の圧力変動を動力として取り出す。スターリングエンジン１は、２気筒α型のスターリングエンジンを４組連結して構成される。スターリングエンジン１は、主に高温側気筒２、低温側気筒４、クランクケース６、クランク機構７（図３）、及び熱交換器群１０を具備する。なお、本実施形態において、スターリングエンジン１は、２気筒α型のスターリングエンジン１を４組連結して構成されるがこれに限定されるものではない。また、作動媒体をヘリウムとするが、これに限定されるものではない。
【００１６】
高温側気筒２は、高温の作動媒体を加圧したり、作動媒体の圧力を仕事に変換したりする。図３に示すように、高温側気筒２は、高温側シリンダ２ａと高温側ピストン２ｂとを具備する。高温側シリンダ２ａは、有底略円筒状に形成され、その内部に高温側ピストン２ｂが隙間無く摺動自在に挿入される。高温側気筒２は、高温側シリンダ２ａと高温側ピストン２ｂとから高温室３が構成される。
【００１７】
低温側気筒４は、低温の作動媒体を加圧したり、作動媒体の圧力を仕事に変換したりする。低温側気筒４は、低温側シリンダ４ａと低温側ピストン４ｂとを具備する。低温側シリンダ４ａは、有底略円筒状に形成され、その内部に低温側ピストン４ｂが隙間無く摺動自在に挿入される。低温側気筒４は、低温側シリンダ４ａと低温側ピストン４ｂとから低温室５が構成される。
【００１８】
クランクケース６は、クランク機構７を保持する。クランクケース６は、密閉可能な筐体から構成される。クランクケース６は、内部にクランク機構７及び出力軸８が配置される。また、クランクケース６には、低温側気筒４と高温側気筒２と一組として、４組の低温側気筒４と高温側気筒２とが配置される。この際、４組の低温側気筒４と高温側気筒２とは、出力軸８の軸方向に低温側気筒４同士及び高温側気筒２同士が並ぶように配置される。また、一組の低温側気筒４と高温側気筒２とは、出力軸８の軸方向と垂直になるように出力軸８をはさんで配置される。
【００１９】
図３に示すように、クランク機構７は、低温側気筒４の低温側ピストン４ｂと高温側気筒２の高温側ピストン２ｂとを連動連結するとともに、低温側気筒４と高温側気筒２とからの仕事を出力軸８に伝達する。クランク機構７は、Ｔ型クランク機構から構成される。クランク機構７は、Ｔ字型リンク７ａ、クランクディスク７ｂを具備する。Ｔ字型リンク７ａは、長辺部の中央に短辺部が形成される。長辺部の両端には、低温側ピストン４ｂと高温側ピストン２ｂとがロッド７ｃを介して連結される。短辺部の端部は、クランクディスク７ｂの外縁近傍に連結される。クランクディスク７ｂは、ギヤ等を介して出力軸８と連動連結される。クランク機構７は、各組の低温側気筒４と高温側気筒２とにそれぞれ設けられる。これにより、各組の低温側気筒４と高温側気筒２とが連動されて各気筒の仕事が出力軸８に伝達される。なお、本実施形態において、クランク機構７はＴ字型クランク機構７から構成されるがこれに限定されるものではない。
【００２０】
図１、図２及び図４に示すように熱交換器群１０は、外部熱源から作動媒体への熱の供給および作動媒体から外部への熱の放出、または自身への作動媒体からの熱の回収および作動媒体への熱の供給をするものである。熱交換器群１０は、高温側マニホールド１１、低温側マニホールド１２、高温側熱交換器１３、再生熱交換器１４、低温側熱交換器１５を具備する。
【００２１】
高温側マニホールド１１は、高温側熱交換器１３、再生熱交換器１４、高温側気筒２を接続するものである。高温側マニホールド１１は、角パイプ状部材から構成される。高温側マニホールド１１の一側端部は、高温側気筒２に接続される。高温側マニホールド１１は、高温側ピストン２ｂの摺動方向と高温側マニホールド１１の軸方向が一致するように各高温側気筒２の端部に配置される。なお、高温側マニホールド１１の形状、取り付け方向、取り付け位置等は、本実施形態に限定されるものではなく、高温側熱交換器１３、再生熱交換器１４、高温側気筒２がそれぞれ接続されていればよい。
【００２２】
低温側マニホールド１２は、低温側熱交換器１５、再生熱交換器１４、低温側気筒４を接続するものである。低温側マニホールド１２は、角パイプ状部材から構成される。低温側マニホールド１２の一側端部は、低温側気筒４に接続される。低温側マニホールド１２は、低温側ピストン４ｂの摺動方向と低温側マニホールド１２の軸方向が一致するように各低温側気筒４の端部に配置される。従って、低温側マニホールド１２と高温側マニホールド１１とは、軸方向が一致するように隣接して各気筒に配置される。なお、低温側マニホールド１２の形状、取り付け方向、取り付け位置は、本実施形態に限定されるものではなく、低温側熱交換器１５、再生熱交換器１４、低温側気筒４がそれぞれ接続されていればよい。
【００２３】
高温側熱交換器１３は、外部熱源によって加熱されることで、その内部を流動する作動媒体に熱を供給する。高温側熱交換器１３は、熱交換器群１０において高温側熱交換部を構成する。高温側熱交換器１３は、屈曲された中空の伝熱管９から構成される。低温側熱交換器１５は、伝熱管９を略Ｕ字状に屈曲させて構成される。高温側熱交換器１３の両端部は、高温側マニホールド１１の低温側気筒４と反対側の側面に接続される。高温側熱交換器１３は、その両端部が高温側マニホールド１１の軸方向と垂直な方向に並ぶように配置される。つまり、高温側熱交換器１３は、高温側マニホールド１１の軸方向視でＵ字状になるように高温側マニホールド１１に接続され、高温側マニホールド１１の軸方向に対して高さが抑制される。高温側熱交換器１３は、各高温側マニホールド１１に複数接続される。なお、高温側熱交換器１３の形状、取り付け方向、位置等は、本実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
再生熱交換器１４は、作動媒体から熱を回収し、又は作動媒体に熱を供給する。再生熱交換器１４は、熱交換器群１０において外部と熱交換を行わない部分を構成する。再生熱交換器１４は、屈曲された中空の伝熱管９から構成される。再生熱交換器１４は、伝熱管９を略Ｓ字状に屈曲させて構成される。再生熱交換器１４の一側端部は、低温側マニホールド１２の高温側気筒２と同じ側の側面に接続される。また、再生熱交換器１４の他側端部は、高温側マニホールド１１の高温側気筒２と同じ側の側面に接続される。すなわち、再生熱交換器１４は、高温側マニホールド１１と低温側マニホールド１２とを接続するように、高温側マニホールド１１と低温側マニホールド１２との間に配置される。また、再生熱交換器１４は、高温側マニホールド１１又は低温側マニホールド１２の軸方向視でＳ字状になるように高温側マニホールド１１及び低温側マニホールド１２に接続され、高温側マニホールド１１及び低温側マニホールド１２の軸方向に対して高さが抑制される。高温側マニホールド１１と低温側マニホールド１２との間に複数の再生熱交換器１４が接続される。つまり、高温側熱交換器１３と再生熱交換器１４と低温側熱交換器１５が１組として、複数組が低温側マニホールド１２及び高温側マニホールド１１に接続される。なお、再生熱交換器１４の形状、取り付け方向、位置等は、本実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
低温側熱交換器１５は、冷却水等によって冷却されることで、その内部を流動する作動媒体から熱を回収する。低温側熱交換器１５は、熱交換器群１０において低温側熱交換部を構成する。作動媒体から熱を回収する。低温側熱交換器１５は、屈曲された中空の伝熱管９から構成される。低温側熱交換器１５は、伝熱管９を略Ｕ字状に屈曲させて構成される。低温側熱交換器１５の両端部は、低温側マニホールド１２の高温側気筒２と反対側の側面に接続される。低温側熱交換器１５は、その両端部が低温側マニホールド１２の軸方向と垂直な方向に並ぶように配置される。つまり、低温側熱交換器１５は、低温側マニホールド１２の軸方向視でＵ字状になるように低温側マニホールド１２に接続され、低温側マニホールド１２の軸方向に対して高さが抑制される。低温側熱交換器１５は、各低温側マニホールド１２に複数接続される。なお、低温側熱交換器１５の形状、取り付け方向、位置等は、本実施形態に限定されるものではない。
【００２６】
このように構成されるスターリングエンジン１において、作動媒体は、再生熱交換器１４及び高温側熱交換器１３において熱を供給された後、高温側マニホールド１１を介して高温側気筒２の高温室３に流入される。高温室３内における作動媒体の圧力変動により、高温側ピストン２ｂが摺動され、仕事として出力される。また、作動媒体は、再生熱交換器１４及び低温側熱交換器１５において熱を回収された後、低温側マニホールド１２を介して低温側気筒４の低温室５に流入される。低温室５内における作動媒体の圧力変動により、低温側ピストン４ｂが摺動され、仕事として出力される。
【００２７】
以下では、図４から図６を用いて、高温側マニホールド１１及び低温側マニホールド１２の構成について具体的に説明する。
【００２８】
図４に示すように、高温側マニホールド１１は、複数の再生熱交換器１４、複数の高温側熱交換器１３、及び高温側気筒２が接続される。
図５に示すように、高温側マニホールド１１の所定の軸方向位置において、高温側マニホールド１１の低温側気筒４と同じ側の側面には、再生熱交換器１４が接続される第一開口部１１ａが形成される。高温側マニホールド１１の低温側気筒４と反対側の側面には、高温側熱交換器１３の入口が接続される第二開口部１１ｂ及び高温側熱交換器１３の出口が接続される第三開口部１１ｃが形成される。高温側マニホールド１１の一側端部には、高温側気筒２が接続される第四開口部１１ｄが形成される。高温側マニホールド１１の内部には、第一開口部１１ａ、第二開口部１１ｂ、第三開口部１１ｃ及び第四開口部１１ｄをそれぞれ連通するための空間１１ｅが形成される。つまり、再生熱交換器１４、高温側熱交換器１３、及び高温側気筒２は、空間１１ｅを介して互いに連通されている。
【００２９】
第一開口部１１ａの軸心と第二開口部１１ｂの軸心とは、同一軸心上に形成される。つまり、第一開口部１１ａと第二開口部１１ｂとは、互いに対向するように配置される。さらに、第一開口部１１ａの径は、高温側熱交換器１３における最小断面の径よりも小さくなるように設定される。すなわち、第一開口部１１ａの開口断面積は、高温側熱交換器１３における最小断面積よりも小さい。
【００３０】
第二開口部１１ｂと第三開口部１１ｃとは、高温側マニホールド１１の軸方向に垂直な方向に並んで配置される。また、第四開口部１１ｄは、第二開口部１１ｂ及び第三開口部１１ｃと略垂直な方向に形成される。すなわち、第四開口部１１ｄは、第二開口部１１ｂ及び第三開口部１１ｃと同一直線上でない位置に配置される。高温側マニホールド１１の空間ｅを構成する内側面のうち、第二開口部１１ｂが形成される部分は、第一開口部１１ａが形成される内側面に近接する方向に突出して形成されている。
【００３１】
第一開口部１１ａ、第二開口部１１ｂ、及び第三開口部１１ｃは、高温側マニホールド１１に設定される複数の所定の軸方向位置にそれぞれ形成される。つまり、第一開口部１１ａは、高温側マニホールド１１の低温側気筒４と同じ側の側面に軸方向に並んで複数形成される。これにより、第二開口部１１ｂ及び第三開口部１１ｃは、高温側マニホールド１１の低温側気筒４と反対側の側面に軸方向に並んで複数形成される。
【００３２】
低温側マニホールド１２は、複数の再生熱交換器１４、複数の低温側熱交換器１５、及び低温側気筒４が接続される。低温側マニホールド１２の構成は、高温側マニホールド１１ほぼ同様である。従って、既に説明した構成と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。
【００３３】
低温側マニホールド１２は、低温側マニホールド１２の高温側気筒２と同じ側の側面に再生熱交換器１４が接続される第一開口部１２ａが形成される。低温側マニホールド１２の高温側気筒２と反対側の側面には、低温側熱交換器１５の入口が接続される第二開口部１２ｂ、及び低温側熱交換器１５の出口が接続される第三開口部１２ｃが形成される。低温側マニホールド１２の一側端部には、低温側気筒４が接続される第四開口部１２ｄが形成される。第一開口部１２ａは、高温側マニホールド１１の低温側気筒４と同じ側の側面に軸方向に並んで複数形成される。第二開口部１２ｂ及び第三開口部１２ｃは、低温側マニホールド１２の高温側気筒２と反対側の側面に軸方向に並んで複数形成される。低温側マニホールド１２の内部には、第一開口部１２ａ、第二開口部１２ｂ、第三開口部１２ｃ及び第四開口部１２ｄをそれぞれ連通するための空間１２ｅが形成される。つまり、再生熱交換器１４、低温側熱交換器１５、及び低温側気筒４は、空間１２ｅを介して互いに連通されている。なお、本実施形態において、高温側マニホールド１１及び低温側マニホールド１２は、棒状部材から構成されるがこれに限定するものではなく、各開口部が上述の位置関係になる構成であればパイプ等で構成してもよい。
【００３４】
図４に示すように、上述の高温側マニホールド１１及び低温側マニホールド１２の構成により、高温側熱交換器１３と再生熱交換器１４とは、高温側マニホールド１１を介して直列に接続される。低温側熱交換器１５と再生熱交換器１４とは、低温側マニホールド１２を介して直列に接続される。すなわち、高温側熱交換器１３、再生熱交換器１４及び低温側熱交換器１５は、高温側マニホールド１１及び低温側マニホールド１２を介して直列に接続される。高温側熱交換器１３、再生熱交換器１４及び低温側熱交換器１５は、高温側マニホールド１１及び低温側マニホールド１２の軸方向に複数接続されて積層された状態に配置される。これにより、積層された高温側熱交換器１３、再生熱交換器１４及び低温側熱交換器１５からなる熱交換器群１０には熱交換面Ｓが構成される。
【００３５】
図６に示すように、高温側熱交換器１３、再生熱交換器１４及び低温側熱交換器１５が積層配置された熱交換器群１０が、４組の高温側気筒２及び低温側気筒４にそれぞれ設けられる。つまり、熱交換器群１０の熱交換面Ｓ（図４参照）が対向するようにして各熱交換器群１０が並んで配置される。さらに、各熱交換器群１０の熱交換面Ｓは、高温熱源及び低温熱源の流れに交差するように配置される。従って、本実施形態に係るスターリングエンジン１の熱交換器は、高温熱源又は低温熱源に対して最も上流側に配置される熱交換器群１０において各熱源と熱交換が行われた後に、その下流側に隣接して配置される熱交換器群１０において各熱源と熱交換が行われる。このようにして、本実施形態に係るスターリングエンジン１の熱交換器は、複数の熱交換器群１０が連なって重畳的に熱源と熱交換を行う。
【００３６】
次に、図５及び図７を用いて、第一開口部１１ａ・１２ａの開口断面積と第二開口部１１ｂ・１２ｂを通過する作動媒体との関係について説明する。
【００３７】
図７の流量割合Ｆは第一開口部１１ａ・１２ａを通過する作動媒体の流量に対する第二開口部１１ｂ・１２ｂを通過する作動媒体の流量の割合を示す。径Ｄは、第一開口部１１ａ・１２ａの直径を示す。径Ｄと第一開口部１１ａ・１２ａを通過する際に発生する作動媒体の動圧は比例する。換言すると、図は、第一開口部１１ａ・１２ａを通過する作動媒体の動圧と流量割合Ｆとの関係を示している。作動媒体が所定量以上の熱量の回収、又は供給を受けることができる流量割合Ｆを流量割合Ｆ０とする。
【００３８】
図７に示すように、第一開口部１１ａ・１２ａの径Ｄが第二開口部１１ｂ・１２ｂに接続される高温側熱交換器１３又は低温側熱交換器１５の伝熱管９における最小断面部分の径と同一である径Ｄ１の場合（図５参照）、すなわち、第一開口部１１ａ・１２ａの開口断面積が高温側熱交換器１３、又は低温側熱交換器１５の伝熱管９における最小断面積と同一である場合、流量割合Ｆは、流量割合Ｆ０を大きく下回る流量割合Ｆ１である。従って、径Ｄ１の第一開口部１１ａ・１２ａを通過する作動媒体の動圧では、高温側熱交換器１３又は低温側熱交換器１５において作動媒体が所定量以上の熱量の回収、又は供給を受けることができない。
【００３９】
第一開口部１１ａ・１２ａの径Ｄを小さくするにつれて流量割合Ｆは増加する。第一開口部１１ａ・１２ａの径Ｄが第二開口部１１ｂ・１２ｂに接続される高温側熱交換器１３又は低温側熱交換器１５の最小断面部分の径と同一である径Ｄ２の場合（図５参照）、すなわち、第一開口部１１ａ・１２ａの開口断面積が高温側熱交換器１３又は低温側熱交換器１５の最小断面積より充分小さい場合、流量割合Ｆは、流量割合Ｆ０をこえる流量割合Ｆ２に到達する。従って、径Ｄ２よりも小さい第一開口部１１ａ・１２ａを通過する作動媒体の動圧において、高温側熱交換器１３又は低温側熱交換器１５において作動媒体が所定量以上の熱量の回収、又は供給を受けることができる。同時に、高温側マニホールド１１の空間１１ｅ又は低温側マニホールド１２の空間１２ｅを介して第一開口部１１ａ・１２ａを通過した作動媒体が第三開口部１１ｃ・１２ｃ又は第四開口部１１ｄ・１２ｄに流入する流量を抑制することができる。
【００４０】
次に、作動媒体の流動について、図５、図８及び図９を参照して説明する。
【００４１】
図５及び図８に示すように、高温室３で膨張した作動媒体は、慣性によって高温室３の体積を縮小する方向に高温側ピストン２ｂが摺動することで低温気筒に向かって流動される（図７灰色矢印参照）。作動媒体は、高温側気筒２が接続されている第四開口部１１ｄを介して高温側マニホールド１１の空間１１ｅに流入される。作動媒体は、高温側ピストン２ｂからの力によって再生熱交換器１４が接続されている第一開口部１１ａに向かって流動される。ここで、第二開口部１１ｂ及び第三開口部１１ｃには、連続した伝熱管９から構成される高温側熱交換器１３が接続されている。さらに、第二開口部１１ｂ及び第三開口部１１ｃには、作動媒体の動圧が等しく同時に加わる。つまり、第四開口部１１ｄから空間１１ｅに流入された作動媒体は、空間１１ｅを介して連通されている第二開口部１１ｂ及び第三開口部１１ｃに流入されない。従って、作動媒体は、第四開口部１１ｄから空間１１ｅを介して第一開口部１１ａに接続される再生熱交換器１４に流入される。
【００４２】
再生熱交換器１４において熱を回収された作動媒体は、再生熱交換器１４が接続されている第一開口部１２ａを介して低温側マニホールド１２の空間１２ｅに流入される。作動媒体は、第一開口部１２ａを通過する際に発生する動圧によって低温側熱交換器１５の入口が接続されている第二開口部１２ｂに向かって流動される。ここで、作動流体に発生している動圧は、低温側熱交換器１５を通過する場合に発生する圧力損失よりも大きい（図６参照）。さらに、作動流体に発生している動圧が第二開口部１２ｂのみに加わる。つまり、作動媒体は、第一開口部１２ａから空間１２ｅを介して第二開口部１２ｂに接続される低温側熱交換器１５に流入される。従って、第一開口部１２ａから空間１２ｅに流入した作動媒体は、空間１２ｅを介して連通されている第三開口部１２ｃ及び第四開口部１２ｄにほとんど直接流入されない。
【００４３】
低温側熱交換器１５においてさらに熱を回収された作動媒体は、低温側熱交換器１５の出口が接続されている第三開口部１２ｃを介して空間１２ｅ内に再び流入される。ここで、第一開口部１２ａを通過する際に発生する圧力損失は、第四開口部１２ｄを通過する際に発生する圧力損失よりも大きい。つまり、作動媒体は、第三開口部１２ｃから空間１２ｅを介して第四開口部１２ｄに接続されている低温側気筒４の低温室５に流入される。従って、低温側熱交換器１５から空間１２ｅに流入した作動媒体は、空間１２ｅを介して連通されている第一開口部１２ａにほとんど流入されない。
【００４４】
図５及び図９に示すように、低温室５に流入した作動媒体は、低温室５の体積を縮小する方向に低温側ピストン４ｂが摺動することで高温気筒に向かって流動される（図８灰色矢印参照）。作動媒体は、低温側気筒４が接続されている第四開口部１２ｄを介して低温側マニホールド１２の空間１２ｅに流入される。作動媒体は、低温側ピストン４ｂからの力によって再生熱交換器１４が接続されている第一開口部１２ａに向かって流動される。ここで、作動媒体は、高温側マニホールド１１の場合と同様に、第二開口部１２ｂ及び第三開口部１１ｃにほとんど流入されない。従って、作動媒体は、第四開口部１２ｄから空間１２ｅを介して第一開口部１２ａに接続される再生熱交換器１４に流入される。
【００４５】
再生熱交換器１４において熱の供給を受けた作動媒体は、再生熱交換器１４が接続されている第一開口部１１ａを介して高温側マニホールド１１の空間１１ｅに流入される。作動媒体は、第一開口部１１ａを通過する際に発生する動圧によって高温側熱交換器１３の入口が接続されている第二開口部１１ｂに向かって流動される。ここで、作動媒体は、低温側マニホールド１２の場合と同様に、第三開口部１１ｃ及び第四開口部１１ｄにほとんど流入されない。従って、作動媒体は、第四開口部１１ｄから空間１１ｅを介して第一開口部１１ａに接続される再生熱交換器１４に流入される。
【００４６】
高温側熱交換器１３においてさらに熱の供給を受けた作動媒体は、高温側熱交換器１３の出口が接続されている第三開口部１１ｃを介して高温側マニホールド１１の空間１１ｅ内に流入される。ここで、作動媒体は、低温側マニホールド１２の場合と同様に、第三開口部１１ｃから空間１１ｅを介して第四開口部１１ｄに接続されている高温側気筒２の高温室３に流入される。従って、高温側熱交換器１３から空間１１ｅに流入した作動媒体は、空間１１ｅを介して連通されている第一開口部１１ａにほとんど流入されない。
【００４７】
上述の通り、作動媒体が高温側気筒２から再生熱交換器１４に流動される場合、作動媒体は、高温側マニホールド１１の作用により、高温側熱交換器１３に流入されることなく再生熱交換器１４に流入される。すなわち、作動媒体が高温側気筒２から低温側気筒４に流動される場合、作動媒体は、高温側熱交換器１３において不必要な熱の供給がされない。このため、再生熱交換器１４を高性能化する必要がなく、高温側熱交換器１３と直列に接続された伝熱管９によって再生熱交換器１４を構成することができる。
【００４８】
一方、作動媒体が再生熱交換器１４から高温側気筒２に流動される場合、作動媒体は、高温側マニホールド１１の作用により、高温側熱交換器１３に流入された後に高温側気筒２の高温室３に流入される。また、略Ｕ字状に形成される高温側熱交換器１３において、作動媒体は、高温側熱交換器１３の入口から出口に向かってしか流動しない（図４、図９における灰色矢印参照）。これにより、高温側熱交換器１３の出口側から入口側に向かって外部熱源による加熱を行うことで擬似対向流型の熱交換器を構成することができる（図４、図９における白色矢印参照）。
【００４９】
同様に、作動媒体が低温側気筒４から再生熱交換器１４に流動される場合、作動媒体は、低温側マニホールド１２の作用により、低温側熱交換器１５に流入されることなく再生熱交換器１４に流入される。すなわち、作動媒体が低温側気筒４から高温側気筒２に流動される場合、作動媒体は、再生熱交換器１４で熱の回収が行われ、低温側熱交換器１５において不必要な熱の回収（放出）がされない。このため、再生熱交換器１４を高性能化する必要がなく、低温側熱交換器１５と直列に接続された伝熱管９によって再生熱交換器１４を構成することができる。
【００５０】
一方、作動媒体が再生熱交換器１４から低温側気筒４に流動される場合、作動媒体は、低温側マニホールド１２の作用により、低温側熱交換器１５に流入された後に低温側気筒４の低温室５に流入され、熱の放出がなされる。また、略Ｕ字状に形成される低温側熱交換器１５において、擬似対向流型の熱交換器を構成することができる（図４、図８における灰色矢印、白矢印、参照）。なお、本実施形態において、スターリングエンジン１は、当該作用を奏する高温側マニホールド１１と低温側マニホールド１２とを具備しているがこれに限定されるものではなく、高温側マニホールド１１又は低温側マニホールド１２のどちらか一方のみ具備する構成でもよい。
【００５１】
以上の如く、本発明の第一実施形態に係るスターリングエンジン１の熱交換器である高温側熱交換器１３、再生熱交換器１４及び低温側熱交換器１５であって、単一の伝熱管９又は複数の伝熱管９が直列に接続されて形成され、伝熱管９は一組の高温側気筒２と低温側気筒４とを連通するように設けられ、高温側気筒２の近傍に高温熱源と熱交換を行う高温側熱交換部である高温側熱交換器１３が構成され、低温側気筒４の近傍に低温熱源と熱交換を行う低温側熱交換部である低温側熱交換器１５が構成され、高温側熱交換器１３と低温側熱交換器１５との間に外部と熱交換を行わない部分である再生熱交換器１４を有するものである。
【００５２】
このように構成することにより、高温側熱交換器１３、再生熱交換器１４及び低温側熱交換器１５の主な構成部材が伝熱管９のみから構成される。これにより、スターリングエンジンの高温側熱交換器１３、再生熱交換器１４及び低温側熱交換器１５が単純な構造で構成される。
【００５３】
また、高温側熱交換器１３、再生熱交換器１４及び低温側熱交換器１５からなる熱交換器群１０は、複数積層されて熱交換面Ｓが構成され、熱交換面Ｓが前記高温熱源及び前記低温熱源の流れに交差するように配置されるものである。
このように構成することにより、熱交換効率を低下させることがない。これにより、スターリングエンジン１の熱交換器群１０が単純な構造で構成される。
【００５４】
また、積層された高温側熱交換器１３、再生熱交換器１４及び低温側熱交換器１５から構成される熱交換器群１０は、熱交換面Ｓが対向するように複数並んで配置されるものである。
このように構成することにより、複数の熱交換器群１０で重畳的に熱交換が行われ、熱交換効率を低下させることがない。これにより、スターリングエンジン１の熱交換面Ｓが単純な構造で構成される。
【符号の説明】
【００５５】
１    スターリングエンジン
２    高温側気筒
４    低温側気筒
９    伝熱管
１３    高温側熱交換器
１４    再生熱交換器
１５    低温側熱交換器
【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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