(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で高出力が得られ、障害に強く、高いエネルギー変換効率を得ることができる外燃機関を提供する。【解決手段】外燃機関１Ａはランキンサイクル回路１１とスターリングエンジン１２とを備え、加熱器１３によってランキンサイクル回路１１の作動媒体とスターリングエンジン１２の高温側ピストンとを加熱する。スターリングエンジン１２の一体に形成されたハウジング２１にはクランク室２２、ジェネレータ室２３、膨張機収容室２４が設けられ、クランク室２２に収容された出力軸４３、膨張機収容室２４に収容された膨張機１５の出力軸４６、ジェネレータ室２３に収容されたジェネレータ４４の入力軸４５が接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体の膨張エネルギーを運動エネルギーに変換する膨張機を備えたランキンサイクル回路と、作動ガスを加熱膨張させる高温部及び前記作動ガスを冷却収縮させる低温部を備え熱エネルギーを運動エネルギーに変換するスターリングエンジンと、前記ランキンサイクル回路に設けられて前記作動媒体を加熱する加熱部及び前記スターリングエンジンの高温部のうち少なくとも何れか一方を加熱する加熱器と、ジェネレータ等の回転機及び冷凍空調サイクル回路を循環する第二作動媒体を圧縮するコンプレッサのうち少なくとも何れか一方とを備えた外燃機関であって、
前記スターリングエンジンの出力軸と、前記膨張機の出力軸と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方の入力軸とが接続されていることを特徴とする外燃機関。
【請求項２】
一体に形成された本体部の内部に、
前記スターリングエンジンの出力軸と、前記ランキンサイクル回路を構成する前記膨張機と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方とがそれぞれ収容されたことを特徴とする請求項１に記載の外燃機関。
【請求項３】
前記加熱器から出力された熱を通過させる排熱回収器が設けられ、
該排熱回収器の前記出力された熱が通過する排気側には、前記膨張機に供給される前記作動媒体が通過する、前記加熱部としての第一液媒ジャケットが配設され、
前記低温部には、前記膨張機を通過した前記作動媒体が通過する第二液媒ジャケットが配設されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の外燃機関。
【請求項４】
前記本体部には、前記スターリングエンジンの出力軸が収容される第一室と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方と前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機とがそれぞれ収容されると共に前記膨張機によって膨張された前記作動媒体が内部を通過する第二室とが設けられたことを特徴とする請求項２又は３に記載の外燃機関。
【請求項５】
前記本体部においては、前記スターリングエンジンの出力軸と、前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方とが同一室内にてそれぞれ収容されると共に、前記膨張機によって膨張された前記作動媒体が内部を通過する第三室が設けられたことを特徴とする請求項２又は３に記載の外燃機関。
【請求項６】
前記本体部においては、前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサが収容される第四室が設けられたことを特徴とする請求項２乃至５の何れか一つに記載の外燃機関。
【請求項７】
前記本体部においては、前記スターリングエンジンの出力軸及び前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサが収容される第五室と、前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機が収容される第六室とが設けられたことを特徴とする請求項２又は３に記載の外燃機関。
【請求項８】
前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体及び前記スターリングエンジンの作動ガスは二酸化炭素であることを特徴とする請求項７に記載の外燃機関。
【請求項９】
前記低温部には前記コンプレッサに供給される前記第二作動媒体が通過する第三液媒ジャケットが設けられると共に、前記排熱回収器の前記加熱器に空気を供給する吸気側には前記コンプレッサを通過した前記第二作動媒体が通過する第四液媒ジャケットが設けられたことを特徴とする請求項６乃至８の何れか一つに記載の外燃機関。
【請求項１０】
前記スターリングエンジンの動力を前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサの入力軸に伝達する動力伝達機構には、
前記スターリングエンジンの膨張室を形成するピストンの進退方向に該ピストンと一体となって進退する連結部と、
前記ピストンの進退方向に対して軸方向が平行に設けられた回転可能な回転主軸と、
中心部に前記回転主軸が接続されると共に周縁側に前記連結部が連結された、該回転主軸の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられて前記ピストンの進退方向の運動を前記回転主軸の回転運動に変換する斜板と、
前記入力軸及び前記回転主軸に接続されて前記回転主軸の軸方向回転運動を前記入力軸の軸方向回転運動に変換して伝達させる回転変換部とを備えたことを特徴とする請求項６乃至９の何れか一つに記載の外燃機関。
【請求項１１】
前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機及び前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方はスクロール型であることを特徴とする請求項６乃至１０の何れか一つに記載の外燃機関。
【請求項１２】
前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサは、シリンダとピストンとを備えたレシプロ型コンプレッサであって、前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機及び前記スターリングエンジンのうち少なくとも何れか一方の駆動力によって駆動される第二回転主軸と、中心部が前記第二回転主軸に接続されて該第二回転主軸の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられた第二斜板とを備え、前記コンプレッサの前記ピストンには前記第二斜板に連結する連結部を設けたことを特徴とする請求項６乃至１１の何れか一つに記載の外燃機関。
【請求項１３】
前記スターリングエンジンの膨張室を形成するピストンの進退方向が略水平方向に沿うように形成されたことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一つに記載の外燃機関。
【請求項１４】
前記本体部において、前記第二回転主軸及び前記出力軸のうち何れか一方は軸方向が前記スターリングエンジンの前記ピストンの進退方向に対して略直交方向に配設されると共に、他方は前記スターリングエンジンの前記ピストンの進退方向に対して略水平方向に配設されていることを特徴とする請求項２乃至１３の何れか一つに記載の外燃機関。
【請求項１５】
前記加熱器は前記高温部よりも上方に設置されて、前記排熱回収器は前記排気側が前記加熱器から前記高温部にかけて下方に向けて延設されたことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の外燃機関。
【請求項１６】
前記加熱器は前記高温部の頂部に対向して設置されて、前記排熱回収器は、前記排気側に、前記加熱器から前記高温部まで略水平方向に設けられた水平部と、該水平部の一部から上方に向けて延設された上方延設部とを有することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の外燃機関。
【請求項１７】
前記排熱回収器は前記高温部の位置において前記水平部が略直角に折曲し、前記上方延設部は前記水平部が折曲した前記高温部の位置から上方に向けて略垂直方向に延設されたことを特徴とする請求項１６に記載の外燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキンサイクル回路とスターリングエンジンとを複合した外燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源問題や環境問題が重視され、熱機関等のエネルギー変換効率の向上やエネルギーの有効活用が重要課題となっている。そして、従来スターリングエンジンと他のエネルギー変換機関とを複合させた外燃機関が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、図１８に示す模式図のように、ランキンサイクル回路２１０とスターリングエンジン２００とを複合させて発電を行う外燃機関（複合冷熱発電装置）３００が記載されている。
【０００４】
この外燃機関３００はランキンサイクル回路２１０内にエバポレータ（蒸発器）２１１で蒸発させられた作動媒体により駆動される膨張機（膨張タービン）２１２と膨張後の作動媒体を凝縮させるコンデンサ（凝縮器）２１３を備え、膨張機２１２には膨張機２１２の駆動によって発電するジェネレータ（発電機）２１４が取り付けられている。
【０００５】
スターリングエンジン２００は、高温側シリンダ（図示せず）を設けた高温部２０２と低温側シリンダ（図示せず）を設けた低温部２０４との間で作動ガスを往復させ、作動ガスが膨張と収縮とを繰り返すことで駆動される。スターリングエンジン２００にもジェネレータ（発電機）２０１が取り付けられている。ランキンサイクル回路２１０の作動媒体はコンデンサ２１３において第二の冷却媒体としての液化天然ガスと熱交換が行われて凝縮し、スターリングエンジン２００の冷却媒体（冷却用熱媒体）は、スターリングエンジン２００と気化器２０３との間で循環し、気化器２０３において第二の冷却媒体と熱交換が行われて冷却される。
【０００６】
一方、特許文献２には、図１９に示す模式図のように、スターリングエンジン４００の出力軸４０１に冷凍空調サイクル回路４０２のコンプレッサ４０３を接続し、スターリングエンジン４００の駆動によりコンプレッサ４０３を駆動させる外燃機関（冷暖房給湯システム）５００が記載されている。この外燃機関５００において、冷凍空調サイクル回路４０２には膨張弁４０４、屋内用熱交換器４０５、屋外用熱交換器４０６が設けられてこれらが第二作動媒体導通管で連結されて第二作動媒体の循環路が形成され、冷却媒体導通管（給水路）４０７は途中で分岐して、分岐した一方側はスターリングエンジン４００の低温部（冷却部）４０８に冷却媒体を供給して低温部４０８を冷却し、分岐した他方側は高温部（加熱部）４０９の周囲に冷却媒体を通過させて湯を生成する。
【特許文献１】特開２００６−３２９０５９号公報
【特許文献２】特開昭５８−１２９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１に記載の発明は、ランキンサイクル回路とスターリングエンジンとが別個の装置として形成されているため、必然的に装置が大型化するという問題がある。また、引用文献２に記載の発明は空調装置としては使用できるものの、空調装置を高出力で駆動させるためにはスターリングエンジンの出力を大型化しなければならず、高性能化させるためにはやはり装置が大型化するという問題がある。更に引用文献２に記載の発明はスターリングエンジンの駆動が停止した場合システム全体が停止してしまい、障害に弱いという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、小型で高出力が得られ、障害に強く、高いエネルギー変換効率を得ることができる外燃機関を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、作動媒体の膨張エネルギーを運動エネルギーに変換する膨張機を備えたランキンサイクル回路と、作動ガスを加熱膨張させる高温部及び前記作動ガスを冷却収縮させる低温部を備え熱エネルギーを運動エネルギーに変換するスターリングエンジンと、前記ランキンサイクル回路に設けられて前記作動媒体を加熱する加熱部及び前記スターリングエンジンの高温部のうち少なくとも何れか一方を加熱する加熱器と、ジェネレータ等の回転機及び冷凍空調サイクル回路を循環する第二作動媒体を圧縮するコンプレッサのうち少なくとも何れか一方とを備えた外燃機関であって、前記スターリングエンジンの出力軸と、前記膨張機の出力軸と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方の入力軸とが接続されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、一体に形成された本体部の内部に、前記スターリングエンジンの出力軸と、前記ランキンサイクル回路を構成する前記膨張機と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方とがそれぞれ収容されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記加熱器から出力された熱を通過させる排熱回収器が設けられ、該排熱回収器の前記出力された熱が通過する排気側には、前記膨張機に供給される前記作動媒体が通過する、前記加熱部としての第一液媒ジャケットが配設され、前記低温部には、前記膨張機を通過した前記作動媒体が通過する第二液媒ジャケットが配設されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の構成に加え、前記本体部には、前記スターリングエンジンの出力軸が収容される第一室と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方と前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機とがそれぞれ収容されると共に前記膨張機によって膨張された前記作動媒体が内部を通過する第二室とが設けられたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項２又は３に記載の構成に加え、前記本体部においては、前記本体部においては、前記スターリングエンジンの出力軸と、前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方とが同一室内にてそれぞれ収容されると共に、前記膨張機によって膨張された前記作動媒体が内部を通過する第三室が設けられたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項２乃至５の何れか一つに記載の構成に加え、前記本体部においては、前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサが収容される第四室が設けられたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項２又は３に記載の構成に加え、前記本体部においては、前記スターリングエンジンの出力軸及び前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサが収容される第五室と、前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機が収容される第六室とが設けられたことを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の構成に加え、前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体及び前記スターリングエンジンの作動ガスは二酸化炭素であることを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項６乃至８の何れか一つに記載の構成に加え、前記低温部には前記コンプレッサに供給される前記第二作動媒体が通過する第三液媒ジャケットが設けられると共に、前記排熱回収器の前記加熱器に空気を供給する吸気側には前記コンプレッサを通過した前記第二作動媒体が通過する第四液媒ジャケットが設けられたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項６乃至９の何れか一つに記載の構成に加え、前記スターリングエンジンの動力を前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサの入力軸に伝達する動力伝達機構には、前記スターリングエンジンの膨張室を形成するピストンの進退方向に該ピストンと一体となって進退する連結部と、前記ピストンの進退方向に対して軸方向が平行に設けられた回転可能な回転主軸と、中心部に前記回転主軸が接続されると共に周縁側に前記連結部が連結された、該回転主軸の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられて前記ピストンの進退方向の運動を前記回転主軸の回転運動に変換する斜板と、前記入力軸及び前記回転主軸に接続されて前記回転主軸の軸方向回転運動を前記入力軸の軸方向回転運動に変換して伝達させる回転変換部とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、請求項６乃至１０の何れか一つに記載の構成に加え、前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機及び前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方はスクロール型であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、請求項６乃至１１の何れか一つに記載の構成に加え、前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサは、シリンダとピストンとを備えたレシプロ型コンプレッサであって、前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機及び前記スターリングエンジンのうち少なくとも何れか一方の駆動力によって駆動される第二回転主軸と、中心部が前記第二回転主軸に接続されて該第二回転主軸の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられた第二斜板とを備え、前記コンプレッサの前記ピストンには前記第二斜板に連結する連結部を設けたことを特徴とする。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１２の何れか一つに記載の構成に加え、前記スターリングエンジンの膨張室を形成するピストンの進退方向が略水平方向に沿うように形成されたことを特徴とする。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、請求項２乃至１３の何れか一つに記載の構成に加え、前記本体部において、前記第二回転主軸及び前記出力軸のうち何れか一方は軸方向が前記スターリングエンジンの前記ピストンの進退方向に対して略直交方向に配設されると共に、他方は前記スターリングエンジンの前記ピストンの進退方向に対して略水平方向に配設されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１５に記載の発明は、請求項１３又は１４に記載の構成に加え、前記加熱器は前記高温部よりも上方に設置されて、前記排熱回収器は前記排気側が前記加熱器から前記高温部にかけて下方に向けて延設されたことを特徴とする。
【００２４】
請求項１６に記載の発明は、請求項１３又は１４に記載の構成に加え、前記加熱器は前記高温部の頂部に対向して設置されて、前記排熱回収器は、前記排気側に、前記加熱器から前記高温部まで略水平方向に設けられた水平部と、該水平部の一部から上方に向けて延設された上方延設部とを有することを特徴とする。
【００２５】
請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の構成に加え、前記排熱回収器は前記高温部の位置において前記水平部が略直角に折曲し、前記上方延設部は前記水平部が折曲した前記高温部の位置から上方に向けて略垂直方向に延設されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１に記載の発明によれば、ランキンサイクル回路に設けられて作動媒体を加熱する加熱部及びスターリングエンジンの高温部のうち少なくとも何れか一方を加熱する加熱器を備えたことにより、一の加熱器から出力される熱エネルギーをランキンサイクル回路とスターリングエンジンとの加熱に使用できて、エネルギー変換効率を高めることができる。また、スターリングエンジンの出力軸と、膨張機の出力軸と、回転機及びコンプレッサのうち少なくとも何れか一方の入力軸とが接続されていることにより、一の入力軸をスターリングエンジンの駆動力と膨張機の駆動力との複合力によって作動させることができ、高出力を得ることができる。また、スターリングエンジンと膨張機とのうち何れか一方の駆動により一の出力軸の駆動を継続できるので、縮退運転等が容易になり障害に強くなる。これにより、小型で高出力が得られ、障害に強く、かつ高いエネルギー変換効率が得られる外燃機関を提供できる。
【００２７】
請求項２に記載の発明によれば、一体に形成された本体部の内部に、スターリングエンジンの出力軸と、ランキンサイクル回路を構成する膨張機と、回転機及びコンプレッサのうち少なくとも何れか一方とがそれぞれ収容されたことにより、スターリングエンジン及びランキンサイクル回路の駆動力が発生する部分と該駆動力により回転する部分とを一体に形成された本体部の内部に収容できる。これにより、外燃機関の主要部をコンパクトに形成し、装置全体の一層の小型化を図ることができる。
【００２８】
請求項３に記載の発明によれば、加熱器から出力された熱を通過させる排熱回収器が設けられたことにより、加熱器から出力された熱を集中的に回収し利用することが可能になる。また、排熱回収器の出力された熱が通過する排気側には、膨張機に供給される作動媒体が通過する、加熱部としての第一液媒ジャケットが配設されたことにより、作動媒体に加熱器が発生した熱を吸収させてランキンサイクル回路の等圧加熱工程を確実に行うことができる。また、低温部には、膨張機を通過した作動媒体が通過する第二液媒ジャケットが配設されたことにより、ランキンサイクル回路の膨張行程を経て温度が下がった作動媒体にスターリングエンジンの作動ガスの熱を吸収させて、低温部における作動ガスを冷却収縮させる工程の効率向上を図ることができる。これにより、外燃機関を一層コンパクトに形成しエネルギー変換効率を一層高めることができる。
【００２９】
請求項４に記載の発明によれば、スターリングエンジンの出力軸が収容される第一室と、回転機及びコンプレッサのうち少なくとも何れか一方とランキンサイクル回路を循環する作動媒体を膨張させる膨張機とがそれぞれ収容されると共に膨張機によって膨張された作動媒体が内部を通過する第二室とが設けられたことにより、膨張行程を経て温度が下がった作動媒体の通過により、回転機の冷却機構を特段設けることなく回転機及びコンプレッサのうち少なくとも何れか一方を冷却することができる。これにより、外燃機関を一層コンパクトに形成し回転機の加熱による耐久性、信頼性の低下を防止できる。
【００３０】
請求項５に記載の発明によれば、本体部においては、スターリングエンジンの出力軸と、ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる膨張機と、回転機及びコンプレッサのうち少なくとも何れか一方とが同一室内にてそれぞれ収容されると共に、膨張機によって膨張された作動媒体が内部を通過する第三室が設けられたことにより、膨張行程を経て温度が下がった作動媒体の通過により、回転機の冷却機構を特段設けることなく回転機及びコンプレッサのうち少なくとも何れか一方を冷却することができ、外燃機関を一層コンパクトに形成し回転機の加熱による耐久性、信頼性の低下を防止できる。
【００３１】
また、請求項５に記載の発明によれば、膨張機から第三室の内部に作動媒体を通過させる際に第三室内部に存在する潤滑油を攪拌させることや、作動媒体自体が潤滑油が機能を有する場合には第三室の内部に作動媒体を通過させることのみにより潤滑油の機能を奏させることが可能になる。これにより、オイルパンに貯留された潤滑油を攪拌するための機構を設ける必要や、オイルパンに潤滑油を貯留させる必要がなくなり、外燃機関を一層コンパクトに形成することができる。また、第三室内で使用する潤滑油は一種類のみで済むので、メンテナンスを楽に行うことができる。
【００３２】
請求項６に記載の発明によれば、本体部においては、冷凍空調サイクル回路を循環する第二作動媒体を圧縮するコンプレッサが収容される第四室が設けられたことにより、スターリングエンジン及びランキンサイクル回路の駆動力が発生する部分と冷凍空調サイクル回路における駆動力の供給が必要な部分とを一体に形成された本体部の内部に収容できる。これにより、発電等と冷暖房とに併用される外燃機関の主要部をコンパクトに形成し、装置全体の一層の小型化を図ることができる。
【００３３】
請求項７に記載の発明によれば、本体部においては、スターリングエンジンの出力軸及び冷凍空調サイクル回路を循環する第二作動媒体を圧縮するコンプレッサが収容される第五室と、ランキンサイクル回路を循環する作動媒体を膨張させる膨張機が収容される第六室とが設けられたことにより、外燃機関の構造を簡素に形成できて、外燃機関の主要部をコンパクトに形成できる。また、スターリングエンジンの出力軸と冷凍空調サイクル回路のコンプレッサとを同室に収容したことにより、冷凍空調サイクル回路の第二作動媒体が充填される第五室がスターリングエンジンの作動ガスが充填される膨張室に隣接または近接して存在することになる。したがって、スターリングエンジンの作動ガスと冷凍空調サイクル回路の第二作動媒体とを共用しても第五室と膨張室との間でのガスの漏洩による支障が生ずることはなく、メンテナンスを楽に行うことができる。
【００３４】
請求項８に記載の発明は、冷凍空調サイクル回路を循環する第二作動媒体及びスターリングエンジンの作動ガスは二酸化炭素であることにより、スターリングエンジンの作動ガスと冷凍空調サイクル回路の第二作動媒体との共用を実現できる。
【００３５】
請求項９に記載の発明は、低温部にはコンプレッサに供給される第二作動媒体が通過する第三液媒ジャケットが設けられることにより、冷凍空調サイクル回路のコンプレッサにおける圧縮工程を経る前の低温の第二作動媒体と低温部に充填された作動ガスと熱交換させて、低温部における作動ガスを冷却収縮させる工程の効率向上を図ることができる。これにより、外燃機関を一層コンパクトに形成しエネルギー変換効率を一層高めることができる。また、排熱回収器の加熱器に空気を供給する吸気側にはコンプレッサを通過した第二作動媒体が通過する第四液媒ジャケットが設けられたことにより、コンプレッサによる圧縮工程を経た高温の第二作動媒体と加熱器に供給される前の空気とを熱交換させ、この熱交換によって暖めた空気を加熱器に供給することで加熱効率を向上させると共に、圧縮された高温高圧ガス（第二作動媒体）を冷却するために冷凍サイクルの効率も向上する。これにより、加熱器の効率を向上させて外燃機関の出力とエネルギー変換効率とを高めることができる。
【００３６】
請求項１０に記載の発明によれば、スターリングエンジンの膨張室を形成するピストンの進退方向にピストンと一体となって進退する連結部と、ピストンの進退方向に対して軸方向が平行に設けられた回転可能な回転主軸と、中心部に回転主軸が接続されると共に周縁側に連結部が連結された、回転主軸の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられてピストンの進退方向の運動を回転主軸の回転運動に変換する斜板と、入力軸及び回転主軸に接続されて回転主軸の軸方向回転運動を入力軸の軸方向回転運動に変換して伝達させる回転変換部とを備えたことにより、スターリングエンジンにおけるピストンの進退方向の長さを短くすることができて外燃機関の主要部をコンパクトに形成できる。また、動力伝達機構の動作を安定化させることができる。また、斜板の傾斜角を調整することで容易にピストンのストローク量を変化させ、ピストンの駆動状態を調節することが可能になる。
【００３７】
請求項１１に記載の発明によれば、ランキンサイクル回路を循環する作動媒体を膨張させる膨張機及び冷凍空調サイクル回路を循環する第二作動媒体を圧縮するコンプレッサのうち少なくとも何れか一方はスクロール型であることにより、可動スクロールを旋回させて膨張や圧縮を行えるので、出力軸から伝達された回転エネルギーの運動方向を変換するための機構を設ける必要がなく、従ってエネルギーの機械的損失が少なくなって、圧縮や膨張におけるエネルギー効率を良好にできる。
【００３８】
請求項１２に記載の発明によれば、冷凍空調サイクル回路を循環する第二作動媒体を圧縮するコンプレッサは、シリンダとピストンとを備えたレシプロ型コンプレッサであって、ランキンサイクル回路を循環する作動媒体を膨張させる膨張機及びスターリングエンジンのうち少なくとも何れか一方の駆動力によって駆動される第二回転主軸と、中心部が第二回転主軸に接続されて第二回転主軸の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられた第二斜板とを備え、コンプレッサのピストンには第二斜板に連結する連結部を設けたことにより、第二回転主軸の軸方向の長さを短くすることができて外燃機関の主要部をコンパクトに形成できる。また、コンプレッサの動作を安定化させることができ、斜板の傾斜角を調整することで容易にピストンのストローク量を変化させて圧縮状態を容易に調節することができる。
【００３９】
請求項１３に記載の発明によれば、スターリングエンジンの膨張室を形成するピストンの進退方向が略水平方向に沿うように形成されたことにより、膨張室の高さ方向大きさが大きくなることを抑止できる。これにより、高さ方向大きさが狭小なスペースに外燃機関を設置することが可能になる。
【００４０】
請求項１４に記載の発明によれば、本体部において、第二回転主軸及び出力軸のうち何れか一方は軸方向がスターリングエンジンのピストンの進退方向に対して略直交方向に配設されると共に、他方はスターリングエンジンのピストンの進退方向に対して略水平方向に配設されていることにより、本体部が水平方向のみに大きくなることを抑止できる。これにより、室内の隅等、狭小なスペースに外燃機関を設置できる。
【００４１】
請求項１５に記載の発明によれば、加熱器は高温部よりも上方に設置されて、排熱回収器は排気側が加熱器から高温部にかけて下方に向けて延設されたことにより、加熱器の加熱手段である燃焼等によって発生したゴミや酸化物等は熱の放出方向に沿って落下し排熱回収器の下方に蓄積されることになる。これにより、排熱回収器の内部の熱の伝導状態を良好に保ち、継続使用に伴うエネルギー変換効率の低下や排熱回収器の使用耐用期間の低下を抑止することができる。
【００４２】
請求項１６に記載の発明によれば、加熱器は高温部の頂部に対向して設置されて、排熱回収器は、排気側に、加熱器から高温部まで略水平方向に設けられた水平部と、水平部の一部から上方に向けて延設された上方延設部とを有することにより、加熱器の加熱手段である燃焼等によって発生したゴミや酸化物等は排熱回収器の水平部の下方に蓄積されることになる。これにより、排熱回収器の内部の熱の伝導状態を良好に保ち、継続使用に伴うエネルギー変換効率の低下や排熱回収器の使用耐用期間の低下を抑止することができる。また、高温部の加熱に使用されなかった排熱は排熱回収器の上方延設部に沿って上方に放出されることになる。即ち、排熱回収器が加熱器から放出された熱の移動方向に略一致して配設されているので、排熱回収器の内部の熱の伝導状態を良好に保ち、また、排熱回収器の内部が熱で損傷する事態を抑止し、排熱回収器の使用耐用期間の低下を抑止することができる。
【００４３】
請求項１７に記載の発明によれば、排熱回収器は高温部の位置において水平部が略直角に折曲し、上方延設部は水平部が折曲した高温部の位置から上方に向けて略垂直方向に延設されたことにより、高温部の加熱に用いられた熱をそのまま上方に放出させることができる。これにより、加熱器を高温部の加熱に適した状態に調整しつつ加熱後の排熱を効率よく排熱回収器の外部に排出し、排熱回収器の内部の熱の伝導状態を一層良好に保つと共に排熱回収器の使用耐用期間の低下を一層抑止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
〔発明の実施の形態１〕
図１乃至図６には、この発明の実施の形態を示す。
【００４５】
この実施の形態の外燃機関は、家庭用コジェネレーションシステムに用いられるものである。まず構成を説明すると、図１に示す通り、この実施の形態の外燃機関１Ａは、数百Ｗ程度（より具体的には３００Ｗ〜７００Ｗ程度）の出力を有するランキンサイクル回路１１と、数ｋＷ程度（より具体的には１ｋＷ〜３ｋＷ程度）の出力を有するスターリングエンジン１２と、加熱器１３と、排熱回収器１４とを備えている。
【００４６】
図４に示す通り、ランキンサイクル回路１１は、膨張機１５と、熱交換器１６と、ポンプ１７と、「加熱部」としての第一液媒ジャケット１８とを備え、更に第二液媒ジャケット１９を備えている。膨張機１５、第二液媒ジャケット１９、熱交換器１６、ポンプ１７、第一液媒ジャケット１８は作動媒体の導通路である作動媒体導通管２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅによってそれぞれ連結されて作動媒体の循環路が形成され、ポンプ１７の作動により作動媒体がこの循環路を循環する。
【００４７】
作動媒体は、例えばＲ２４５ｆａやＲ２４５ｃａ等のフロン類を用いるが、ブタン、ペンタンや二酸化炭素等、圧縮により容易に液化し、気化熱が大きい他の物質を作動媒体に用いてもよい。
【００４８】
加熱器１３はガスの燃焼によって放熱するバーナであり、図１に示す通り、排熱回収器１４の内部にスターリングエンジン１２の高温部に臨むように設けられている。加熱器１３はスターリングエンジン１２（外燃機関）の熱源として使用できるものであればどのようなものでもよく、例えば化石燃料を直接燃焼させるものや、工場の排熱、自動車の排熱、焼却炉の排熱等を利用するものであってもよい。
【００４９】
排熱回収器１４は耐熱性及び断熱性の高い部材によって略筒状に形成され、一方側（図１の右側）が空気を吸入する吸気側、他方側（図１の左側）が空気を排出する排気側に形成されている。図１に示す通り、加熱器１３は排熱回収器１４の吸気側に設けられ、加熱器１３から発生された熱は排熱回収器１４の内部を通過して排気側に放出される。
【００５０】
膨張機１５はスクロール型の膨張機であって、一対のうず巻き形をした固定スクロール１５ａと可動スクロール１５ｂとで構成され、流入した作動媒体の圧力によって２つのスクロール１５ａ，１５ｂで仕切られる空間の容積が変化して作動媒体を膨張させ、作動媒体の膨張エネルギーを回転運動エネルギーに変換する。
【００５１】
熱交換器１６はファンを備え、通過する作動媒体と周囲の空気との熱交換を行う。ポンプ１７は低温高圧用ポンプであり、熱交換器１６を通過した作動媒体を排熱回収器１４に送り出し、ランキンサイクル回路１１内において作動媒体を循環させるように構成されている。
【００５２】
第一液媒ジャケット１８は排熱回収器１４の排熱側の周囲の外壁面に配設されている。第二液媒ジャケット１９はスターリングエンジン１２の低温側シリンダ（後述）の外壁面に配設されている。
【００５３】
一方、スターリングエンジン１２は図１に示す通り２ピストン形スターリングエンジンであり、鋳造等により一体に形成された「本体部」としてのハウジング２１と、連通管３５によって連通された高温側シリンダ２７と低温側シリンダ２８とを備えている。
【００５４】
ハウジング２１には、一側側（図１の右側）にクランク室２２とジェネレータ室２３とが連通して設けられ、他側側（図１の左側）には隔壁部２５によって隔離され内部に膨張機１５が収容された膨張機収容室２４が設けられている。
【００５５】
クランク室２２の内部下側には皿状に形成されたオイルパン２６が設けられている。オイルパン２６の内部にはクランク軸（後述）の回動を円滑化させる潤滑油が貯留されている。
【００５６】
クランク室２２の上側には「高温部」としての高温側シリンダ２７及び「低温部」としての低温側シリンダ２８を備えている。高温側シリンダ２７及び低温側シリンダ２８は略円筒形であって、縦置き、即ち各シリンダ２７，２８の略円筒形状の軸方向が略鉛直方向になるように形成されている。高温側シリンダ２７とクランク室２２の間、及び低温側シリンダ２８とクランク室２２の間にはそれぞれ隔壁部３１，３２が設けられ、高温側シリンダ２７とクランク室２２と、及び低温側シリンダ２８とクランク室２２は半気密状態に形成されている。
【００５７】
高温側シリンダ２７の内部には高温側ピストン２９、低温側シリンダ２８の内部には低温側ピストン３０がそれぞれ設けられており、高温側シリンダ２７の内部と高温側ピストン２９との間に形成された空間は膨張室３３に、低温側シリンダ２８と低温側ピストン３０との間に形成された空間は収縮室３４に形成されている。膨張室３３と収縮室３４とは連通管３５によって連通されている。膨張室３３及び収縮室３４には作動ガスが封入されている。作動ガスは連通管３５を介して膨張室３３と収縮室３４とを移動し、膨張室３３において加熱膨張し、収縮室３４において冷却収縮する。作動ガスはヘリウムや水素、二酸化炭素、窒素、空気等の非凝縮性ガスが用いられる。なお、作動ガスと同じガスはクランク室２２とジェネレータ室２３にも充填されており、クランク室２２から高温側シリンダ２７や低温側シリンダ２８の内部にはガスが漏洩してもスターリングエンジン１２の機能が低下しないように構成されている。
【００５８】
高温側ピストン２９と低温側ピストン３０とは隔壁部３１，３２に形成された開口部３６，３７を貫通し、クランク室２２に配設された一の出力軸４３に連結されている。開口部３６，３７にはリング状のシール部材３８，３９が嵌合されている。シール部材３８，３９は高温側ピストン２９とクランク室２２との間、低温側ピストン３０とクランク室２２との間の半気密性を確保できる部材によって形成されている。
【００５９】
出力軸４３はクランク軸であって、各ピストン２９，３０の上下運動を回転運動に変換する「出力伝達機構」として形成されている。具体的には、高温側ピストン２９のコンロッド４０が連結された第一クランク部４３ａと、低温側ピストン３０のコンロッド４１が連結された第二クランク部４３ｂとが、それぞれ所定角度（例えば約９０度）の位相差を付けて設けられている。図示しないが、出力軸４３にはスターリングエンジン１２を始動させるためのスタータモータが接続されている。
【００６０】
なお、第一クランク部４３ａ及び第二クランク部４３ｂの高さは、出力軸４３が回転したときにオイルパン２６に貯留された潤滑油を攪拌できる程度に形成されていることが望ましい。
【００６１】
出力軸４３の一端側は、ジェネレータ室２３の内部に配設された「回転機」としてのジェネレータ４４の入力軸４５に接続されており、他端側は膨張機１５の出力軸４６に接続されている。また、出力軸４３の一端側は隔壁部２５に、略中央部はクランク室２２とジェネレータ室２３の略境界位置に突設された支柱部４７に、他端側はハウジング２１の他側側壁面に回動可能に軸支されている。ジェネレータ４４は、ランキンサイクル回路１１の膨張器１５やスターリングエンジン１２から駆動力の供給を受けて発電を行うが、スターリングエンジン１２を始動させる際のスタータモータとしても機能する。但し、ジェネレータ４４とは別にスタータモータを設け、ジェネレータ４４に発電のみを行わせる構成としてもよい。
【００６２】
スターリングエンジン１２の出力軸４３と膨張機１５の出力軸４６との接続部分には、それぞれの出力軸４３，４６の回転数を機構的に調節する回転調節部４８が設けられている。この回転調節部４８は例えば遊星歯車機構等の変速機構によって形成されており、隔壁部２５に設けられている。なお、回転調節部４８は、遊星歯車機構以外のギア機構、トルクコンバータ、無段変速機等によって形成してもよく、また、ギア機構、トルクコンバータ、無段変速機等の一部又は全部を組み合わせて形成してもよい。
【００６３】
高温側シリンダ２７は、排熱回収器１４の内部における加熱器１３よりも排気側に収容されており、加熱器１３から放出された熱によって加熱される。低温側シリンダ２８の外壁面には、上述した通り第二液媒ジャケット１９が配設されている。
【００６４】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
【００６５】
スターリングエンジン１２においては、高温側シリンダ２７が加熱器１３から放出された熱で加熱されると膨張室３３内の作動ガスが加熱されて膨張し、連通管３５を経て収縮室３４に送られる。収縮室３４においては低温側シリンダ２８の壁面を介して作動ガスと第二液媒ジャケット１９内部の作動媒体との熱交換が行われ、作動ガスは冷却されて収縮し、連通管３５を経て膨張室３３に送られ、以下同様の工程が繰り返される。この作動ガスの膨張と収縮によって高温側ピストン２９と低温側ピストン３０とをそれぞれ上下方向に動かす運動エネルギーが発生し、この運動エネルギーによりコンロッド４０，４１が上下動すると、第一クランク部４３ａと第二クランク部４３ｂとが協働してこの上下動のエネルギーを回転運動に変換して出力軸４３が回転する。
【００６６】
一方、ランキンサイクル回路１１においてポンプ１７が作動すると作動媒体が循環路内を循環する。ポンプ１７によって加圧され圧縮された作動媒体は作動媒体導通管２０ｄを経て第一液媒ジャケット１８に供給される。第一液媒ジャケット１８において、作動媒体は排熱回収器１４の内部を通過する排熱と熱交換が行われて加熱され、作動媒体導通管２０ｅを経て膨張機１５に供給される。膨張機１５においては、供給された作動媒体の圧力によって固定スクロール１５ａと可動スクロール１５ｂで仕切られる空間の容積が変化する。これにより作動媒体が膨張し、また、作動媒体の膨張によって可動スクロール１５ｂが旋回運動して出力軸４６が回転する。
【００６７】
これらランキンサイクル回路１１とスターリングエンジン１２の動作により、両出力軸４３，４６がそれぞれ回転すると、出力軸４３に接続された入力軸４５が両出力軸４３，４６の回転運動エネルギーの合力によって回転し、ジェネレータ４４が駆動して発電を行う。
【００６８】
膨張機１５にて膨張した作動媒体は作動媒体導通管２０ａを経て第二液媒ジャケット１９に送出され、低温側シリンダ２８の壁面を介し作動ガスと熱交換が行われて再度加熱される。なお、収縮室３４内部の作動ガスの温度は一般に第一液媒ジャケット１８において作動媒体が熱交換する排熱回収器１４内部の空気より低いので、この第二液媒ジャケット１９における熱交換を行ってもランキンサイクル回路の効率を著しく低下させることはない。
【００６９】
再度加熱された作動媒体は作動媒体導通管２０ｂを経て熱交換器１６に供給されて冷却され、作動媒体導通管２０ｃを経てポンプ１７に供給されて再び加圧・圧縮され、以下同様の作動媒体の循環が繰り返される。
【００７０】
出力軸４６の回転は回転調節部４８を経て出力軸４３に伝達されるが、回転調節部４８はそれぞれの出力軸４６，４３の回転数の相違を調節する。これにより、スターリングエンジン１２とランキンサイクル回路１１との駆動状態の相違等によりそれぞれの出力軸４３，４６の回転数が相違しても回転調節部４８によって回転数の相違を調節でき、ジェネレータ４４へのエネルギーの伝達ロスの発生を抑止できる。
【００７１】
この実施の形態においては、ランキンサイクル回路１１に設けられてランキンサイクル作動媒体を加熱する第一液媒ジャケット１８及びスターリングエンジンの高温側シリンダ２７を加熱する加熱器１３を備えたことにより、一の加熱器１３から出力される熱エネルギーをランキンサイクル回路１１とスターリングエンジン１２との加熱に使用できて、エネルギー変換効率を高めることができる。また、スターリングエンジン１２の出力軸４３と、ランキンサイクル回路１１の膨張機１５の出力軸４６と、ジェネレータ４４の入力軸４５とが接続されていることにより、ジェネレータ４４の入力軸４５をスターリングエンジン１２の駆動力と膨張機１５の駆動力との複合力によって作動させることができ、高出力を得ることができる。また、スターリングエンジン１２と膨張機１５とのうち何れか一方の駆動によりジェネレータ４４の入力軸４５の駆動を継続できるので、縮退運転等が容易になり障害に強くなる。
【００７２】
この実施の形態においては、一体に形成されたハウジング２１の内部に、スターリングエンジン１２の出力軸４３と、膨張機１５と、ジェネレータ４４とがそれぞれ収容されたことにより、スターリングエンジン１２及びランキンサイクル回路１１の駆動力が発生する部分と駆動力により回転する部分とを一体に形成されたハウジング２１の内部に収容できる。これにより、外燃機関１Ａの主要部をコンパクトに形成できる。
【００７３】
この実施の形態においては、加熱器１３から出力された熱を通過させる排熱回収器１４が設けられたことにより、加熱器１３から出力された熱を集中的に回収し利用することが可能になる。また、加熱器１３から出力された熱が通過する排熱回収器１４の排気側には、膨張機１５に供給される作動媒体が通過する第一液媒ジャケット１８が配設されたことにより、作動媒体に加熱器１３が発生した熱を吸収させてランキンサイクル回路の等圧加熱工程を確実に行うことができる。また、低温側シリンダ２８の周囲には、膨張機１５を通過した作動媒体が通過する第二液媒ジャケット１９が配設されたことにより、ランキンサイクル回路１１の膨張行程を経て温度が下がった作動媒体にスターリングエンジン１２の作動ガスの熱を吸収させて、低温側シリンダ２８における作動ガスを冷却収縮させる工程の効率向上を図ることができる。
【００７４】
この実施の形態においては、膨張機１５はスクロール型であることにより、可動スクロール１５ｂを旋回させて作動媒体の膨張を行えるので、出力軸４３，４６から伝達された回転エネルギーの運動方向を変換するための機構を設ける必要がなく、従ってエネルギーの機械的損失が少なくなって、作動媒体の膨張行程におけるエネルギー効率を良好にできる。
【００７５】
なお、この実施の形態の外燃機関１Ａは、図２又は図３のような態様で実現することもできる。
【００７６】
図２に示す外燃機関１Ａ２は、１シリンダ型のスターリングエンジン１２を備えたものである。このスターリングエンジン１２においては、一のコンロッド５０に上側に第一ピストン５１、下側に第二ピストン５２が間隔を空けて設置され、両ピストン５１，５２が一のシリンダ５３の内部に設けられている。シリンダ５３の内部は、第一ピストン５１の上側が膨張室３３、第一ピストン５１と第二ピストン５２との間が収縮室３４として形成されている。収縮室３４側のシリンダ５３の周囲を囲繞して第二液媒ジャケット５４が設けられている。その他の構成は図１の外燃機関１Ａと同じである。この実施の形態の外燃機関１Ａ２においては、収縮室３４側のシリンダ５３の周囲を囲繞して第二液媒ジャケット５４が設けられているので、収縮室３４における作動ガスの収縮効率が良好になり、スターリングエンジン１２の効率を高めることができる。
【００７７】
図３の外燃機関１Ａ３は、図１の外燃機関１Ａと同様に２ピストン型のスターリングエンジン１２を設けているが、このスターリングエンジン１２は高温側シリンダ５５と低温側シリンダ５６とが間隔を空けて設けられ、低温側シリンダ５６の周囲を囲繞して第二液媒ジャケット５７が設けられている。その他の構成は図１の外燃機関１Ａと同じである。この実施の形態の外燃機関１Ａ３においても、低温側シリンダ５６の周囲を囲繞して第二液媒ジャケット５７が設けられているので、収縮室３４における作動ガスの収縮効率が良好になり、スターリングエンジン１２の効率を高めることができる。
【００７８】
なお、上述の通り、この実施の形態外燃機関１Ａ〜１Ａ３は家庭用コジェネレーションシステムに用いられる（なお、後述する実施の形態２，３の外燃機関も同様のコジェネレーションシステムにおいて用いられるものである。）。
【００７９】
図４は、この実施の形態の外燃機関１Ａ（又は外燃機関１Ａ２，１Ａ３）を適用したコジェネレーションシステムのシステム構成の一例を示す図である。このコジェネレーションシステム１０Ａは、スターリングエンジン１２の低温側シリンダ（図４に図示せず）に冷却媒体（ここでは水）を供給する貯水槽である冷却媒体貯蔵槽５８を設け、この冷却媒体貯蔵槽５８と低温側シリンダの外壁面に設けた冷却媒体用ウォータージャケット５９との間で冷却媒体を循環させる冷却媒体循環回路６０を形成している。冷却媒体循環回路６０は、冷却媒体貯蔵槽５８から供給された冷却媒体を熱交換器６２に送り出す第２ポンプ６１と、図１乃至図３に示す熱交換器１６に代えて設けられた熱交換器６２と、冷却媒体用ウォータージャケット５９と、排熱回収部６３ｅとを備えている。第２ポンプ６１、熱交換器６２、冷却媒体用ウォータージャケット５９は冷却媒体の導通路として設けられた冷却媒体導通管６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄによってそれぞれ連結され、また排熱回収部６３ｅは冷却媒体導通管６３ｄの途中に設けられて、冷却媒体の循環路が形成されている。
【００８０】
熱交換器６２には、膨張機１５と第二液媒ジャケット１９を通過した作動媒体と冷却媒体用ウォータージャケット５９に供給される前の冷却媒体とが供給され、作動媒体と冷却媒体との間で熱交換が行われるように構成されている。
【００８１】
冷却媒体用ウォータージャケット５９と冷却媒体貯蔵槽５８とを連結する冷却媒体導通管６３ｄの一部は、排熱回収器１４の内部における加熱器１３よりも排気側に、この排熱回収器１４の内周面に沿って螺旋状に配設されている。
【００８２】
冷却媒体貯蔵槽５８には、貯蔵された冷却媒体を外部に流出させるための流出管５８ａと外部から冷却媒体を注入するための流入管５８ｂとが設けられている。その他の構成は図１に示す外燃機関１Ａと同じである。
【００８３】
図４のコジェネレーションシステム１０Ａにおいて、冷却媒体は、冷却媒体貯蔵槽５８から第２ポンプ６１を経て熱交換器６２に供給されて作動媒体と熱交換し、冷却媒体用ウォータージャケット５９において収縮室（図４に図示せず）内の作動ガスと熱交換し、冷却媒体導通管６３ｄにおいて排熱回収器１４の内部の空気と熱交換を行って、冷却媒体貯蔵槽５８に貯蔵される工程を繰り返す。これにより、熱交換器６２、冷却媒体用ウォータージャケット５９、冷却媒体導通管６３ｄにおいて冷却媒体は熱交換によって加熱され、この加熱によって回収された熱が冷却媒体貯蔵槽５８に貯蔵されていく。この回収された熱は流出管５８ａから冷却媒体を外部に流出させることで様々に利用できる。
【００８４】
ここで、本発明の計算の一例として示す、この実施の形態におけるエネルギー効率について考える。図５はこの実施の形態に係るコジェネレーションシステム１０Ａにおける発電時のエネルギーフロー図であり、図６はこの実施の形態のコジェネレーションシステム１０Ａにおけるランキンサイクル回路１１を駆動させた場合のモリエル線図である。両図は、ランキンサイクル１１の作動媒体がＲ２４５ｃａ、スターリングエンジン１２の作動ガスがヘリウム（Ｈｅ）である場合を考えたものである。
【００８５】
例えばコジェネレーションシステム１０Ａにおいて、加熱器１３の加熱によって第一液媒ジャケット１８を流れる作動媒体が約１７５℃に加熱され（図４，図５のｈ１）、この作動媒体が膨張機１５において膨張すると、膨張機１５から送り出されるときの作動媒体の温度は約６０℃になって（図４，図５のｈ２）、第二液媒ジャケット１９を経て熱交換器６２に供給される。熱交換器６２から送り出されるときの作動媒体の温度は約３０℃となり（図４，図５のｈ３）、第１ポンプ１７に供給される（図４，図５のｈ４）。この結果、図６に示す通り、膨張機の理論軸出力は２２．５％となり、更にランキン効率を７０％とすると、膨張機１５の軸出力（即ちランキンサイクル回路１１の出力）は１６％となる。
【００８６】
一方、膨張室３３内部の作動ガスが約８００℃に加熱される場合を考える。ウォータージャケット５９に供給される冷却媒体の温度が約１５℃とすると、スターリングエンジン１２の膨張室３３で膨張した作動ガスが収縮室３４に送られたとき、作動ガスは約７０℃まで冷却される。ウォータージャケット５９に供給された冷却媒体はスターリングエンジン１２の収縮室３４で熱交換されて、約５０℃に加熱される。この冷却媒体は排熱回収部６３ｅで更に加熱されて沸点に近い温度となり、冷却媒体貯蔵層５８に送られる。
【００８７】
ここで、スターリングエンジン１２がカルノーサイクルとして駆動している場合、スターリングエンジン１２の出力軸４３からは
ηＴＨ＝１−ＴＣ／ＴＨ・・・（式Ａ）
但しηＴＨ：カルノー効率、ＴＣ：低温側ガス温度、ＴＨ：高温側ガス温度である。
そして上記（式Ａ）においてＴＣ＝７０＋２７３．１５（Ｋ）、ＴＨ＝８００＋２７３．１５（Ｋ）とすると、ηＴＨ≒６８％となる。更に再生器効率を６１％、熱伝達効率を７２％とすると、このスターリングエンジン１２の効率は約３０％（０．６８×０．６１×０．７２≒０．３０）となる。
【００８８】
そして、図６に示す通り、この実施の形態のコジェネレーションシステム１０Ａの加熱器１３が４ｋＷの発熱量で加熱した場合を考えると、上記により、スターリングエンジン１２の出力軸４３が０．７３ｋＷ（即ち、スターリングエンジン１２の高温側シリンダ２７に入熱された熱エネルギー（２．４２ｋＷ）のうちの３０％）の出力で駆動され、ランキンサイクル回路１１の膨張機１５の出力軸１９が０．１５ｋＷ（即ち、ランキンサイクル回路１１の第一液媒ジャケット１８に入熱された熱エネルギー（１．３８ｋＷ）の１６％（０．２２ｋＷ）からランキンサイクル回路１１の出力ロス３２％（０．２２ｋＷ×０．３２＝０．０７（ｋＷ））を引いた値）の出力で駆動される。ここで、ジェネレータ２２，２０の発電効率を８０％とすると、ジェネレータ２２の発電端出力は０．５８ｋＷ（０．７３（ｋＷ）×０．８≒０．６６（ｋＷ））、ジェネレータ２０の発電端出力は０．１２ｋＷ（０．１５（ｋＷ）×０．８＝０．１２（ｋＷ））となり、合計約０．７ｋＷの発電が行われる。更に、このコジェネレーションシステム１０Ａにおいて、スターリングエンジン１２と膨張機１５の駆動に使用されなかったエネルギーのうち９０％が冷却媒体によって回収され、冷却媒体貯蔵槽５８に蓄積されるとすると、２．１ｋＷの熱エネルギーが冷却媒体貯蔵槽５８に蓄積される。ゆえに、コジェネレーションシステム１０Ａにて取得される総エネルギー量は２．８ｋＷ（０．７（ｋＷ）＋２．１（ｋＷ）＝２．８（ｋＷ））となり、このコジェネレーションシステム１０Ａの総合効率（加熱器１３にて使用された燃料（又は「エネルギー」）に対する取得されたエネルギーの比率のこと。本明細書において同じ。）は７０．０％となる。
【００８９】
即ち、この実施の形態においては、一の加熱器１３でランキンサイクル回路１１とスターリングエンジン１２を駆動させてジェネレータ４４が駆動されるようにし、ランキンサイクル回路１１の作動媒体やスターリングエンジン１２の作動ガスの冷却、排熱回収器１４内部の排熱をスターリングエンジン１２の冷却媒体で回収し冷却媒体貯蔵槽５８に蓄積することにより、高いエネルギー変換効率を得ることができる。更に、この実施の形態においては、熱交換器６２において冷却媒体と作動媒体との間で直接熱交換を行うこと等により、図６に示すスターリングエンジン１２におけるエネルギーロス（ａ）とランキンサイクル回路１１におけるエネルギーロス（ｂ）とを更に小さくすることができ、一層高いエネルギー変換効率を得ることができる。
【００９０】
〔発明の実施の形態２〕
図７に、この発明の第２の実施の形態を示す。
【００９１】
この実施の形態の外燃機関１Ｂは、ハウジング２１の内部に「第一室」としてのクランク室６５と「第二室」としての膨張機収容室６６とが設けられている。クランク室６５と膨張機収容室６６との間は隔壁部６７によって遮断され、両室６５，６６の間は気密状態となっている。クランク室６５には、第一クランク部４３ａ、第二クランク部４３ｂを含むスターリングエンジン１２の出力軸４３が収容されている。膨張機収容室６６には、ランキンサイクル回路１１を循環する作動媒体を膨張させる膨張機１５と、ジェネレータ４４とが収容されている。膨張機１５の出力軸４６とジェネレータ４４の入力軸４５とは、膨張機収容室６６の内部においてそれぞれ回転調節部４８に接続されている。入力軸４５の他方の端部はスターリングエンジン１２の出力軸４３に接続されている。膨張機１５によって膨張された作動媒体は膨張機収容室６６の内部に排出されるように構成されており、膨張機収容室６６の内部には熱交換器（図７に図示せず）に連結された作動媒体導通管２０ａの端部が臨むように構成されている。
【００９２】
なお、この実施の形態のランキンサイクル回路１１は、図１に示すランキンサイクル回路１１と同様に作動媒体を加熱する構成（例えば実施の形態１の第一液媒ジャケット１８）、作動媒体を冷却する構成（例えば実施の形態１の熱交換器６２）、作動媒体を加圧し圧縮する構成（例えば実施の形態１のポンプ１７）、スターリングエンジン１２において低温側シリンダ２８を冷却する構成（例えば実施の形態１の第二液媒ジャケット１９）を有するが、それらは図７において記載を省略している（なお、この実施の形態よりも後の実施の形態においても、かかる構成の記載は同様に省略されている。）。それ以外の構成は実施の形態１と同じである。
【００９３】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
【００９４】
ランキンサイクル回路１１において作動媒体が作動媒体導通管２０ｅから膨張機１５に供給されて膨張すると、膨張後の作動媒体は膨張機収容室６６の内部に放出される。そして、作動媒体は膨張機収容室６６の内部を通過するときにジェネレータ４４と熱交換を行い、ジェネレータ４４の熱を吸収したのち作動媒体導通管２０ａを経て第二液媒ジャケット１９に送出される。
【００９５】
この実施の形態においては、スターリングエンジン１２の出力軸４３が収容されるクランク室６５と、ジェネレータ４４及びランキンサイクル回路１１を循環する作動媒体を膨張させる膨張機１５が収容されると共に膨張機１５によって膨張された作動媒体が内部を通過する膨張機収容室６６とが設けられたことにより、膨張行程を経て温度が下がった作動媒体の通過により、ジェネレータ４４の冷却機構を特段設けることなくジェネレータ４４を冷却することができる。
【００９６】
〔発明の実施の形態３〕
図８に、この発明の第３の実施の形態を示す。なお、同図に示す実施の形態は、ランキンサイクル回路１１の構成を一部省略してある。
【００９７】
この実施の形態の外燃機関１Ｃは、ハウジング２１の内部に「第三室」としてのクランク室６８が設けられている。このクランク室６８にはスターリングエンジン１２の出力軸４３と、ランキンサイクル回路１１を循環する作動媒体を膨張させる膨張機１５と、ジェネレータ４４とがそれぞれ収容されている。クランク室６８の内部にはランキンサイクル回路１１の作動媒体、例えばＲ２４５ｆａやＲ２４５ｃａが充填される。膨張機１５は、膨張した作動媒体をクランク室６８内に放出する際、オイルパン２６内の潤滑油を攪拌する程度に高い圧力で放出されることが望ましい。また、この作動媒体にはクランク機構の潤滑油が混合してあれば望ましい。この実施の形態では、クランク室６８の内部に充填されたガスと高温側シリンダ２７や低温側シリンダ２８の内部に充填された作動ガス（ヘリウムや水素等）の種類が異なることになるので、シール部材３８，３９は高い機密性を有することが望ましい。その他の構成は実施の形態２と同じである。
【００９８】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
【００９９】
ランキンサイクル回路１１において作動媒体が作動媒体導通管２０ｅから膨張機１５に供給されて膨張すると、膨張後の作動媒体はクランク室６８の内部に放出される。そして、作動媒体はクランク室６８の内部を通過するときにジェネレータ４４と熱交換を行い、ジェネレータ４４の熱を吸収したのち作動媒体導通管２０ａを経て第二液媒ジャケット１９に送出される。作動媒体がクランク室６８内に放出される際、オイルパン２６に貯留された潤滑油を攪拌し、出力軸４３の第一クランク部４３ａや第二クランク部４３ｂに潤滑油を付着させる。また、作動媒体にクランク機構の潤滑油が混合してある場合には、作動媒体はクランク室６８を通過するときにクランク機構の駆動を良好にする作用を奏する。
【０１００】
この実施の形態においては、ハウジング２１においては、スターリングエンジン１２の出力軸４３と、ランキンサイクル回路１１を循環する作動媒体を膨張させる膨張機１５と、ジェネレータ４４とが同一室内にてそれぞれ収容されると共に膨張機１５によって膨張された作動媒体が内部を通過するクランク室６８が設けられたことにより、膨張行程を経て温度が下がった作動媒体の通過により、ジェネレータ４４の冷却機構を特段設けることなくジェネレータ４４を冷却することができる。
【０１０１】
また、この実施の形態においては、膨張機１５からクランク室６８の内部に作動媒体を通過させる際にクランク室６８内部に存在する潤滑油を攪拌させることや、作動媒体自体が潤滑油の機能を有する場合にはクランク室６８の内部に作動媒体を通過させることのみにより潤滑油の機能を奏させることが可能になる。これにより、オイルパン２６に貯留された潤滑油を攪拌するための機構を設ける必要（例えば、出力軸４３が回動した際に第一クランク部４３ａや第二クランク部４３ｂがオイルパン２６の内部の潤滑油をはね上げる大きさと位置関係とになるような、出力軸４３とオイルパン２６とのバランス設計の必要）や、オイルパン２６に潤滑油を貯留させる必要がなくなり、外燃機関１Ｃを一層コンパクトに形成することができる。また、クランク室６８内で使用する潤滑油は一種類のみで済むので、メンテナンスを楽に行うことができる。
【０１０２】
〔発明の実施の形態４〕
【０１０３】
図９及び図１０に、この発明の実施の形態を示す。
【０１０４】
この実施の形態の外燃機関は、図９にシステム構成図を示すようなコジェネレーションシステムにおいて用いられる（なお、後述する実施の形態５〜１１の外燃機関も全て同様のコジェネレーションシステムにおいて用いられるものである。）。このコジェネレーションシステム１０Ｂにおいては、ランキンサイクル回路１１とスターリングエンジン１２とに加え、第二作動媒体を循環させる冷凍空調サイクル回路７０を備えている。
【０１０５】
この冷凍空調サイクル回路７０は、コンプレッサ７１、第三熱交換器７２、膨張弁７３、第二熱交換器７４を備え、更に四方弁７６を備え、それらは第二作動媒体導通管７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ，７５ｅ，７５ｆによって連結されて第二作動媒体の循環路を形成している。第二作動媒体は、例えばＲ１３４ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａや二酸化炭素を用いるが、圧縮により容易に液化し、気化熱が大きい他の物質を作動媒体に用いてもよい。
【０１０６】
コンプレッサ７１は、実施の形態１の膨張機１５と同様のスクロール型であり（詳しくは後述する。）、回転運動エネルギーに基づいて第二作動媒体を圧縮する。
【０１０７】
第三熱交換器７２は屋外用熱交換器であり、送風用ファンを備え、第二作動媒体と周囲の空気との間で熱交換を行う。
【０１０８】
膨張弁７３は、液状態の第二作動媒体を膨張させて気液混合状態の第二作動媒体を放出する。但し、同様の機能を奏するものであれば、膨張弁７３に代えてキャピラリ（毛細管）等を用いてもよい。
【０１０９】
第二熱交換器７４は屋内用熱交換器であり、送風用ファンを備え、通過する第二作動媒体と屋内の空気とを強制的に熱交換させる。
【０１１０】
四方弁７６は、冷凍空調サイクル回路７０における第二作動媒体の流路を切り替える。即ち、四方弁７６は、冷凍空調サイクル回路７０は、図９に示す第一位置においては、第二熱交換器７４をエバポレータとして使用するための第一循環路を形成し、図示せぬ第二位置（図９中点線で示した導通関係）においては、第二熱交換器７４をコンデンサとして使用するための第二循環路を形成する。なお図示しないが、コジェネレーションシステム１０Ｂ中に図４に示すコジェレネーションシステム１０Ａの場合と同様の冷却媒体循環回路６０を設けてもよい。
【０１１１】
図１０にこの実施の形態の外燃機関１Ｄの主要部の概略図を示す。なお、同図はランキンサイクル回路１１及び冷凍空調サイクル回路７０の構成を一部省略してある。
【０１１２】
この実施の形態においては、実施の形態２におけるジェネレータ４４に代えてコンプレッサ７１の入力軸７７がスターリングエンジン１２の出力軸４３に接続されている。このコンプレッサ７１は一対のうず巻き形をした固定スクロール７１ａと可動スクロール７１ｂとで構成され、入力軸７７から供給された回転方向の運動エネルギーによって２つのスクロール７１ａ，７１ｂで仕切られる空間の容積が変化して第二作動媒体を圧縮させる。
【０１１３】
また、ハウジング２１には、膨張機１５が収容される膨張機収容室２４、クランク機構が収容されるクランク室７８、コンプレッサ７１が収容される「第四室」としてのコンプレッサ収容室７９が設けられ、膨張機収容室２４とクランク室７８との間、クランク室７８と膨張機収容室２４との間には隔壁部２５、８０が設けられて各部屋２４，７８，７９同士は気密状態に形成されている。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【０１１４】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
【０１１５】
図９に示す、冷凍空調サイクル回路７０の第二熱交換器７４をエバポレータとして使用する場合（つまり屋内を冷房する場合）を例にとって説明する。スターリングエンジン１２や膨張機１５が駆動すると、出力軸４３から入力軸７７に供給された運動エネルギーによりコンプレッサ７１が駆動し、第二作動媒体を圧縮する。コンプレッサ７１で圧縮された高温高圧の第二作動媒体は第二作動媒体導通管７５ａ，７５ｂを経て第三熱交換器７２に供給され、冷却媒体との熱交換により冷却される。熱交換によって冷却された液状態の第二作動媒体は第二作動媒体導通管７５ｃを経て膨張弁７３に供給されて膨張する。膨張した低温低圧の第二作動媒体は気液混合の状態で第二作動媒体導通管７５ｄを経て第二熱交換器７４に供給され、屋内の空気と熱交換が行われる。これにより屋内に冷気が供給されると共に第二作動媒体は気化が進行し温度が上昇する。屋内の空気と熱交換を行った第二作動媒体は第二熱交換器７４から第二作動媒体導通管７５ｅを経て再びコンプレッサ７１に供給されて圧縮され、以下同様の第二作動媒体の循環が行なわれる。
【０１１６】
この実施の形態においては、第二作動媒体を圧縮するコンプレッサ７１と、屋内の空気と第二作動媒体との間で熱交換を行う第二熱交換器７４とを備えた冷凍空調サイクル回路７０が設けられ、コンプレッサ７１の入力軸７７がスターリングエンジン１２の出力軸４３に接続されたことにより、スターリングエンジン１２及び膨張機１５のうち少なくとも何れか一つの出力で冷凍空調サイクル回路７０に駆動力を供給して、第二熱交換器７４によって屋内の空気の暖房や冷房などを行う温度調節機構を実現できる。
【０１１７】
また、この実施の形態においては、ハウジング２１において、第二作動媒体を圧縮するコンプレッサ７１が収容されるコンプレッサ収容室７９が設けられたことにより、スターリングエンジン１２及びランキンサイクル回路１１の駆動力が発生する部分と冷凍空調サイクル回路７０における駆動力の供給が必要な部分とを一体に形成されたハウジング２１の内部に収容できる。これにより、発電等と冷暖房とに併用される外燃機関１Ｄの主要部をコンパクトに形成できる。
【０１１８】
〔発明の実施の形態５〕
図１１に、この発明の実施の形態を示す。なお、同図はランキンサイクル回路１１及び冷凍空調サイクル回路７０の構成を一部省略してある（以下の図面は全て同じ。）。
【０１１９】
図１１に示す通り、この実施の形態の外燃機関１Ｅにおけるハウジング２１には、スターリングエンジン１２の出力軸４３及び冷凍空調サイクル回路７０を循環する第二作動媒体を圧縮するコンプレッサ７１が収容されている「第五室」としてのクランク室８１と、膨張機１５が収容される「第六室」としての膨張機収容室２４とが設けられている。クランク室８１と膨張機収容室２４との間は隔壁部２５によって区画されている。この実施の形態において、第二作動媒体と、膨張室３３内及び収縮室３４内に充填される作動ガスとは二酸化炭素が用いられる。その他の構成は実施の形態４と同じである。
【０１２０】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
【０１２１】
コンプレッサ７１に供給された第二作動媒体は、圧縮されて第二作動媒体導通管７５ａに供給される。第二作動媒体導通管７５ｆからクランク室８１の内部に第二作動媒体が流入し、クランク室８１の内部にも第二作動媒体が充填される。
【０１２２】
この実施の形態においては、ハウジング２１にスターリングエンジン１２の出力軸４３及びコンプレッサ７１が収容されるクランク室８１と、ランキンサイクル回路１１を循環する作動媒体を膨張させる膨張機１５が収容される膨張機収容室２４とが一体に設けられたことにより、外燃機関１Ｅの構造を簡素に形成できて、外燃機関１Ｅの主要部をコンパクトに形成できる。また、スターリングエンジン１２の出力軸４３と冷凍空調サイクル回路７０のコンプレッサ７１とを同室に収容したことにより、スターリングエンジン１２の膨張室３３及び収縮室３４に充填される作動ガスと冷凍空調サイクル回路７０の第二作動媒体とを共用することが可能になり、メンテナンスを楽に行うことができる。
【０１２３】
また、この実施の形態においては、冷凍空調サイクル回路７０を循環する第二作動媒体及びスターリングエンジン１２の作動ガスは二酸化炭素であることにより、スターリングエンジン１２の作動ガスと冷凍空調サイクル回路７０の第二作動媒体との共用を実現できる。
【０１２４】
〔発明の実施の形態６〕
図１２に、この発明の実施の形態を示す。
【０１２５】
図１２に示す通り、この実施の形態の外燃機関１Ｆにおいては、低温側シリンダ２８の外壁面に第三液媒ジャケット８２が設けられ、排熱回収器１４の加熱器１３よりも吸気側には第四液媒ジャケット８３が設けられている。第三液媒ジャケット８２はコンプレッサ７１に供給される冷凍空調サイクル回路７０の第二作動媒体が通過する。第四液媒ジャケット８３はコンプレッサ７１を通過した第二作動媒体が通過する。第三液媒ジャケット８２、コンプレッサ７１、第四液媒ジャケット８３は、それぞれ第二作動媒体導通管７５ｇ，７５ｈによって連結されている。それ以外の構成は実施の形態４と同じである。
【０１２６】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
【０１２７】
エバポレータとしての第三熱交換器７２又は第二熱交換器７４において空気を冷却すると共に加熱された第二作動媒体が第二冷却媒体導通管７５ｆを経て第三液媒ジャケット８２に供給されると、第三液媒ジャケット８２においては低温側シリンダ２８の壁面を介して作動ガスと第二作動媒体との熱交換が行われ、作動ガスが冷却されると共に第二作動媒体は加熱される。熱交換が行われた第二作動媒体は第二作動媒体導通管７５ｇを経てコンプレッサ７１に供給されて圧縮され、圧縮された第二作動媒体は第二作動媒体導通管７５ｈを経て第四液媒ジャケット８３に供給される。第四液媒ジャケット８３においては排熱回収器１４の壁面を介して加熱器１３に供給される前の空気と第二作動媒体との熱交換が行われ、空気が加熱されると共に第二作動媒体は冷却される。熱交換が行われた第二作動媒体はコンデンサとしての第二熱交換器７４又は第三熱交換器７２に供給される。
【０１２８】
この実施の形態においては、低温側シリンダ２８にはコンプレッサ７１に供給される第二作動媒体が通過する第三液媒ジャケット８２が設けられることにより、冷凍空調サイクル回路７０のコンプレッサ７１における圧縮工程を経る前の低温の第二作動媒体と低温側シリンダ２８内部の収縮室３４に充填された作動ガスと熱交換させて、低温側シリンダ２８内部における作動ガスを冷却収縮させる工程の効率向上を図ることができる。また、この実施の形態においては、排熱回収器１４の吸気側にはコンプレッサ７１を通過した第二作動媒体が通過する第四液媒ジャケット８３が設けられたことにより、コンプレッサ７１による圧縮工程を経た高温の第二作動媒体と加熱器１３に供給される前の空気とを熱交換させ、この熱交換によって暖めた空気を加熱器に供給することで加熱効率を向上させると共に、圧縮された高温高圧ガス（第二作動媒体）を冷却するために冷凍サイクルの効率も向上する。これにより、加熱器１３の効率を向上させることができる。
【０１２９】
〔発明の実施の形態７〕
図１３に、この発明の実施の形態を示す。
【０１３０】
図１３に示す通り、この実施の形態の外燃機関１Ｇにおいては、ハウジング２１に第一動力伝達室８４、第一動力伝達室８４の一側側（図１３の左側）に膨張機収容室２４、第一動力伝達室８４の他側側（図１３の右側）にコンプレッサ収容室７９、第一動力伝達室８４の上側に第二動力伝達室８５が設けられている。第一動力伝達室８４と膨張機収容室２４との間、第一動力伝達室８４とコンプレッサ収容室７９との間、第一動力伝達室８４と第二動力伝達室８５との間、第二動力伝達室８５とその上側に設けられた高温側シリンダ２７及び低温側シリンダ２８との間はそれぞれ隔壁部２５，８０，８６によって区画されている。隔壁部８６の両シリンダ２７，２８の境界位置の下側には、リング状のシール部材８７が設けられている。この実施の形態のシール部材８７は気密性の高いメカニカルシールによって形成するが、グランドパッキン等、気密性の高い他の部材で形成してもよい。膨張機１５に接続された出力軸４６、及びコンプレッサ７１に接続された入力軸７７は、それぞれ隔壁部２５，８０を貫通して先端部側が第一動力伝達室８４の内部に配設されている。
【０１３１】
この外燃機関１Ｇにおいては、スターリングエンジン１２の動力をコンプレッサ７１の入力軸７７に伝達する「動力伝達機構」として斜板機構が用いられる。具体的には、この傾板機構は、シール部材８７に回転可能に挿通された回転主軸８８と、回転主軸８８の上端部に設けられた斜板８９と、「連結部」としての第一係合部９０と、「連結部」としての第二係合部９１と、「回転変換部」としての交差軸フェースギヤ９２とからなる。
【０１３２】
回転主軸８８の軸方向は、コンロッド４０，４１の軸方向と平行になるように設けられている。
【０１３３】
斜板８９は剛性の高い材質によって略円板状に形成され、中心部が回転主軸８８の上端部に接続されている。斜板８９は回転主軸８８の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられている。なお、回転主軸８８に対する板面方向の傾斜角は図示しない角度調節機構によって変更可能である。
【０１３４】
第一係合部９０は高温側ピストン２９のコンロッド４０の下端部に設けられ、第二係合部９１は低温側ピストン３０のコンロッド４１の下端部に設けられている。第一係合部９０、第二係合部９１はいずれも側面視略コの字型に形成されて斜板８９の外縁部を挟持して連結されている。交差軸フェースギヤ９２は回転主軸８８の下端部に設けられた歯車９２ａ、膨張機１５に接続された出力軸４６の端部に設けられた歯車９２ｂ、コンプレッサ７１に接続された入力軸７７の端部に設けられた歯車９２ｃが互いに噛みあって形成されている。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【０１３５】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
【０１３６】
スターリングエンジン１２が駆動して高温側ピストン２９、低温側ピストン３０が上下方向に進退すると、コンロッド４０及びコンロッド４１が両ピストン２９，３０と一体となって上下方向に進退し、この進退方向の運動エネルギーが第一係合部９０、第二係合部９１を介して斜板８９に伝わり、斜板８９において両ピストン２９，３０の進退方向の運動が斜板８９の回転主軸８８を中心とした回転運動に変換される。これにより回転主軸８８が回転し、この回転は歯車９２ａから歯車９２ｃに伝わり、入力軸７７の軸方向回転運動に変換されて、入力軸７７の回転によりコンプレッサ７１が駆動される。一方、膨張機１５の駆動による出力軸４６の回転は、回転調節部４８により調節されたのち歯車９２ｂ，９２ａ，９２ｃを介して入力軸７７に伝わりコンプレッサ７１を駆動させる。
【０１３７】
この実施の形態においては、スターリングエンジン１２の動力を冷凍空調サイクル回路７０のコンプレッサ７１の入力軸７７に伝達する動力伝達機構には、スターリングエンジン１２の高温側ピストン２９、低温側ピストン３０に連結されて両ピストン２９，３０の進退方向に両ピストン２９，３０と一体となって進退する第一係合部９０、第二係合部９１と、両ピストン２９，３０の進退方向に対して軸方向が平行に設けられた回転可能な回転主軸８８と、中心部に回転主軸８８が接続されると共に周縁側に第一係合部９０、第二係合部９１が配設された、回転主軸８８の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられて両ピストン２９，３０の進退方向の運動を回転主軸８８の回転運動に変換する斜板８９と、入力軸７７及び回転主軸８８に接続されて回転主軸８８の回転運動を入力軸７７の軸方向回転運動に変換して伝達させる交差軸フェースギヤ９２とを備えたことにより、コンロッド４０，４１の長さ、そして、スターリングエンジン１２の各ピストン２９，３０の進退方向の長さを短くすることができて、外燃機関１Ｇの主要部をコンパクトに形成できる。また、動力伝達機構の動作を安定化させることができる。また、斜板８９の傾斜角を調整することで容易に高温側ピストン２９、低温側ピストン３０のストローク量を変化させ、高温側ピストン２９、低温側ピストン３０の駆動状態を調節することができる。
【０１３８】
〔発明の実施の形態８〕
図１４に、この発明の実施の形態を示す。
【０１３９】
図１４に示す通り、この実施の形態の外燃機関１Ｈの本体部には、ハウジング２１に第一動力伝達室８４、第二動力伝達室８５、膨張機収容室２４を備えている。第一動力伝達室８４の一側側（図１４の左側）に第二動力伝達室８５が設けられ、第一動力伝達室８４の上側に膨張機収容室２４が設けられている。第二動力伝達室８５の一側側には高温側シリンダ２７及び低温側シリンダ２８が設けられている。第一動力伝達室８４と膨張機収容室２４との間、第一動力伝達室８４と第二動力伝達室８５との間はそれぞれ隔壁部８６，６９によって区画され、第二動力伝達室８５の側方に設けられた高温側シリンダ２７及び低温側シリンダ２８は第二動力伝達室８５を介して連通している。
【０１４０】
この実施の形態におけるスターリングエンジン１２は高温側シリンダ２７、低温側シリンダ２８共横置き、即ち両ピストン２９，３０の進退方向が略水平方向に形成されている。高温側ピストン２９に連結されたコンロッド４０、及び低温側ピストン３０に連結されたコンロッド４１の軸方向は略平行方向に設けられている。
【０１４１】
高温側シリンダ２７、低温側シリンダ２８からの動力をコンプレッサ９４の入力軸１００に伝達させる「動力伝達機構」は実施の形態７と同様の斜板機構であるが、回転主軸８８は軸方向が両ピストン２９，３０の進退方向に対して略平行方向（つまり水平方向）に設けられている。
【０１４２】
膨張機１５に接続された出力軸４６の軸方向は両ピストン２９，３０の進退方向に対して略直交方向（つまり略鉛直方向）となるように配設され、この出力軸４６の先端部側は隔壁部６９を貫通して第一動力伝達室８４の内部に配設されている。
【０１４３】
回転主軸８８の右端部に設けられた歯車９２ａと膨張機１５に接続された出力軸４６の先端部に設けられた歯車９２ｂとは互いに噛み合って交差軸フェースギヤ９３が形成されている。
【０１４４】
第一動力伝達室８４にはコンプレッサ９４が収容されている。このコンプレッサ９４はレシプロ型コンプレッサであり、複数例えば二つのシリンダ９５ａ，９５ｂが横置き、即ち両シリンダ９５ａ，９５ｂの軸方向が略水平方向に形成されており、これらシリンダ９５ａ，９５ｂの内部にピストン９６ａ，９６ｂが水平方向に進退可能に設けられている。シリンダ９５ａ，９５ｂの内壁とピストン９６ａ，９６ｂの先端部（図１４の右側）で囲まれた空間には第二作動媒体を圧縮するための圧縮室９９ａ，９９ｂが形成される。
【０１４５】
ピストン９６ａ，９６ｂの基端部側（図１４の左側）は側面視略凹状の「連結部」としての挟持凹部９７ａ，９７ｂが設けられている。シリンダ９５ａ，９５ｂの先端部側には第二作動媒体導通管７５ｆ，７５ａとシリンダ９５ａ，９５ｂとの吸排気状態を調節する複数例えば２つの弁９８ａ，９８ｂが設けられている。
【０１４６】
一方、歯車９２ａには、回転主軸８８との接続面の裏面に「入力軸」としての第二回転主軸１００が接続されている。第二回転主軸１００の軸方向はスターリングエンジン１２の両ピストン２９，３０の進退方向に対して略平行方向（つまり水平方向）となるように設けられている。
第二回転主軸１００の先端部には第二斜板１０１が設けられている。第二斜板１０１は中心部が第二回転主軸１００に接続されており、第二回転主軸１００の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられている。なお、第二回転主軸１００に対する第二斜板１０１の板面方向の傾斜角は図示しない角度調節機構によって変更可能である。
【０１４７】
シリンダ９５ａ，９５ｂの挟持凹部９７ａ，９７ｂは第二斜板１０１の外縁部を挟持して連結されている。
【０１４８】
この実施の形態の加熱器１３は高温側シリンダ２７の近傍に、高温側シリンダ２７よりも上方に設置されている。また、排熱回収器１０２は空気の流通路が略Ｌ字状となるように形成されている。具体的には、排熱回収器１０２の吸気側は加熱器１３よりも上方側に位置し、排気側は、加熱器１３から高温側シリンダ２７にかけては上方から下方に向けて延設され、高温側シリンダ２７より下方で略直角に折曲して側方に延設されている。なお、実施の形態１に存在するオイルパン２６は、この実施の形態には存在しない。それ以外の構成は実施の形態１と同じである。
【０１４９】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
【０１５０】
加熱器１３から放出された熱は、排熱回収器１０２を通って上側から下側に放出されて、高温側シリンダ２７を加熱する。加熱器１３の加熱手段である燃焼等によって発生したゴミや酸化物等は排熱回収器１０２の下方に蓄積される。排熱は排熱回収器１０２に沿って上方から下方、更に略直角に折曲し側方に排出される。
【０１５１】
一方、加熱器１３の加熱によってスターリングエンジン１２が駆動して高温側ピストン２９、低温側ピストン３０が水平方向に進退すると、斜板８９が回転して回転主軸８８を回転させる。また、膨張機１５が回転すると出力軸４６を回転させ、回転エネルギーは歯車９２ｂから歯車９２ａに伝わり、回転主軸８８に回転エネルギーを加える。回転主軸８８の回転により第二回転主軸１００が回転し、第二斜板１０１が回転すると、ピストン９６ａ，９６ｂが水平方向に進退する。これに伴い、弁９８ａ，９８ｂが開閉して第二作動媒体導通管７５ｆから圧縮室９９ａ，９９ｂ内部に第二作動媒体を流入させて圧縮し、弁９８ａ，９８ｂの開閉によって圧縮された第二作動媒体が第二作動媒体導通管７５ａに放出される。
【０１５２】
この実施の形態においては、スターリングエンジン１２の両ピストン２９，３０の進退方向が略水平方向に沿うように形成されたことにより、膨張室３３及び収縮室３４の高さ方向大きさが大きくなることを抑止できる。これにより、高さ方向大きさが狭小なスペースに外燃機関１Ｈを設置することが可能になる。
【０１５３】
また、この実施の形態においては、ハウジング２１において、出力軸４６は軸方向がスターリングエンジン１２の両ピストン２９，３０の進退方向に対して略直交方向に配設されると共に、第二回転主軸１００はスターリングエンジン１２の両ピストン２９，３０の進退方向に対して略平行方向に配設されていることにより、ハウジング２１が水平方向のみに大きくなることを抑止できる。これにより、室内の隅等、狭小なスペースに外燃機関１Ｈを設置できる。
【０１５４】
この実施の形態においては、加熱器１３は高温側シリンダ２７よりも上方に設置されて、排熱回収器１０２は排気側が加熱器１３から高温側シリンダ２７にかけて下方に向けて延設されたことにより、加熱器１３の加熱手段である燃焼等によって発生したゴミや酸化物等は熱の放出方向に沿って落下し排熱回収器１０２の下方に蓄積されることになる。これにより、排熱回収器１０２の内部の熱の伝導状態を良好に保ち、継続使用に伴うエネルギー変換効率の低下や排熱回収器１０２の使用耐用期間の低下を抑止することができる。
【０１５５】
なお、この実施の形態においては、第一動力伝達室８４にコンプレッサ９４が設けられ、第一動力伝達室８４の上側に膨張機収容室２４が設けられ、出力軸４６は軸方向がスターリングエンジン１２の両ピストン２９，３０の進退方向に対して略直交方向に配設されると共に、第二回転主軸１００はスターリングエンジン１２の両ピストン２９，３０の進退方向に対して略平行方向に配設されている構成としたが、逆に、第一動力伝達室８４に膨張機収容室２４が設けられ、第一動力伝達室８４の上側にコンプレッサ９４が設けられ、出力軸４６は軸方向がスターリングエンジン１２の両ピストン２９，３０の進退方向に対して略平行方向に配設されると共に、第二回転主軸１００はスターリングエンジン１２の両ピストン２９，３０の進退方向に対して略直交方向に配設されている構成とすることもできる。また、この実施の形態ではコンプレッサ９４をレシプロ型コンプレッサとしたが、これに代えてスクロール型コンプレッサとすることもできる。
【０１５６】
〔発明の実施の形態９〕
図１５に、この発明の実施の形態を示す。
【０１５７】
図１５に示す通り、この実施の形態の外燃機関１Ｉの本体部には、実施の形態８に存在する隔壁部８６が存在せず、実施の形態８における第一動力伝達室８４、第二動力伝達室８５に代えて一のクランク室１０３が形成され、クランク室１０３と高温側シリンダ２７及び低温側シリンダ２８との間には外燃機関１Ｈの隔壁部８６（図１４参照）に相当する構成は存在せず、従ってクランク室１０３と高温側シリンダ２７及び低温側シリンダ２８とは連通した構成となっている。第二作動媒体及びスターリングエンジンの作動ガスは二酸化炭素によって形成し、クランク室１０３及び高温側シリンダ２７、低温側シリンダ２８の内部には第二作動媒体及び作動ガスとしての二酸化炭素が充填されている。それ以外の構成は、実施の形態８と同じである。
【０１５８】
この実施の形態においては、外燃機関１Ｉの構造を簡素に形成できて、外燃機関１Ｉの主要部をコンパクトに形成できる。また、クランク室１０３と高温側シリンダ２７及び低温側シリンダ２８との間に隔壁部８６（図１３，図１４参照）が存在せず、従ってクランク室１０３と高温側シリンダ２７及び低温側シリンダ２８とが連通した構成となっていることにより、スターリングエンジン１２の作動ガスと冷凍空調サイクル回路７０の第二作動媒体とを共用することが可能になり、メンテナンスを楽に行うことができる。
【０１５９】
〔実施の形態１０〕
図１６に、この発明の実施の形態を示す。
【０１６０】
図１６に示す通り、この実施の形態の外燃機関１Ｊは、実施の形態９に存在するレシプロ型コンプレッサであるコンプレッサ９４に代えて、コンプレッサ収容室７９に収容されたスクロール型のコンプレッサ７１が設けられている。コンプレッサ収容部７９とクランク室１０３とは隔壁部８０によって区画されている。それ以外の構成は実施の形態９と同じである。
【０１６１】
この実施の形態においては、スクロール型のコンプレッサ７１が設けられたことにより、高さ方向大きさが狭小なスペースに本体部を設置できる外燃機関１Ｊを、簡易な構成により形成できる。
【０１６２】
〔発明の実施の形態１１〕
図１７に、この発明の実施の形態を示す。
【０１６３】
図１７に示す通り、この実施の形態の外燃機関１Ｋにおいては、実施の形態８における排熱回収器１０２に代えて、排熱回収器１０４が設けられている。この排熱回収器１０４の内部に設置された加熱器１３は、高温側シリンダ２７の頂部（図１７における左端部）に対し略水平方向に対向して設置されている。排熱回収器１０４は排気側に水平部１０４ａと水平部１０４ａの一部から上方に向けて延設された上方延設部１０４ｂとを有する。具体的には、排熱回収器１０４は、加熱器１３から高温側シリンダ２７までの排気側は略水平方向に設けられた水平部１０４ａを形成し、高温側シリンダ２７の位置で水平部１０４ａが略直角に折曲し、上方延設部１０４ｂは水平部１０４ａが折曲した高温側シリンダ２７の位置から上方に向けて略垂直方向に延設されており、空気の流通路が略Ｌ字状となるように形成されている。それ以外の構成は実施の形態８と同じである。
【０１６４】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
【０１６５】
加熱器１３は高温側シリンダ２７の頂部に対向して設置されて、排熱回収器１０４は排気側に加熱器１３から高温側シリンダ２７まで略水平方向に設けられた水平部１０４ａと、水平部１０４ａの一部から上方に向けて延設された上方延設部１０４ｂとを有することにより、加熱器１３の加熱手段である燃焼等によって発生したゴミや酸化物等は排熱回収器１０４の水平部１０４ａの下方に蓄積されることになる。これにより、排熱回収器１０４の内部の熱の伝導状態を良好に保ち、継続使用に伴うエネルギー変換効率の低下や排熱回収器の使用耐用期間の低下を抑止することができる。
【０１６６】
この実施の形態においては、高温側シリンダ２７の加熱に使用されなかった排熱は排熱回収器１０４の上方延設部１０４ｂに沿って上方に放出されることになる。即ち、排熱回収器１０４が加熱器１３から放出された熱の移動方向に略一致して配設されているので、排熱回収器１０４の内部の熱の伝導状態を良好に保ち、また、排熱回収器１０４の内部が熱で損傷する事態を抑止し、排熱回収器１０４の使用耐用期間の低下を抑止することができる。
【０１６７】
また、この実施の形態においては、排熱回収器１０４は高温側シリンダ２７の位置において水平部１０４ａが略直角に折曲し、上方延設部１０４ｂは水平部１０４ａが折曲した高温側シリンダ２７の位置から上方に向けて略垂直方向に延設されたことにより、高温側シリンダ２７の加熱に用いられた熱をそのまま上方に放出させることができる。これにより、加熱器１３を高温側シリンダ２７の加熱に適した状態に調整しつつ加熱後の排熱を効率よく排熱回収器１０４の外部に排出し、排熱回収器１０４の内部の熱の伝導状態を一層良好に保つと共に排熱回収器１０４の使用耐用期間の低下を一層抑止できる。
【０１６８】
なお、この実施の形態においては排熱回収器１０４の上方延設部１０４ｂは高温側シリンダ２７の位置から上方に向けて略垂直方向に延設されたものとしたが、これに限らず、水平部１０４ａの任意の位置から排熱回収器１０４の上方延設部１０４が上方に向けて略垂直方向に延設される構成とし、排熱回収器１０４の設置状態や加熱器１３の状態に応じた形で、排熱回収器１０４の内部の熱の伝導状態や排熱回収器１０４の使用耐用期間を適宜良好に保つことができる。
【０１６９】
上記各実施の形態の外燃機関１Ａ〜１Ｋは家庭用コジェネレーションシステムとして形成したが、これに限定されず、工場用や発電所用のコジェネレーションシステムにも適用できる。また、上記各実施の形態における「回転機」はコジェネレーションシステムのジェネレータ４４として形成したが、これに限定されず、例えばモータやファン等、出力軸４６，４３（実施の形態７乃至１１においては、これらに加えて回転主軸８８）の回転エネルギーによって回転駆動されるものであればどのようなものを「回転機」として適用してもよい。
【０１７０】
上記各実施の形態は例示であり、本発明が上記実施の形態のみに限定されることを意味するものではないことは、いうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る外燃機関の構成の概略図である。
【図２】同実施の形態に係る外燃機関の一部変形した構成を示す概略図である。
【図３】同実施の形態に係る外燃機関の一部変形した構成の概略図である。
【図４】同実施の形態に係る外燃機関を適用したコジェネレーションシステムのシステム構成を示す図である。
【図５】同実施の形態に係るコジェネレーションシステムにおける発電時のエネルギーフロー図である。
【図６】同実施の形態に係るコジェネレーションシステムにおけるランキンサイクル回路が作動した場合のモリエル線図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る外燃機関の主要部の構成の概略図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る外燃機関の主要部の構成の概略図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る外燃機関を適用したコジェネレーションシステムのシステム構成を示す図である。
【図１０】同実施の形態に係る外燃機関の主要部の構成の概略図である。
【図１１】この発明の実施の形態５に係る外燃機関の主要部の構成の概略図である。
【図１２】この発明の実施の形態６に係る外燃機関の主要部の構成の概略図である。
【図１３】この発明の実施の形態７に係る外燃機関の主要部の構成の概略図である。
【図１４】この発明の実施の形態８に係る外燃機関の主要部の構成の概略図である。
【図１５】この発明の実施の形態９に係る外燃機関の主要部の構成の概略図である。
【図１６】この発明の実施の形態１０に係る外燃機関の主要部の構成の概略図である。
【図１７】この発明の実施の形態１１に係る外燃機関の主要部の構成の概略図である。
【図１８】従来例に係る外燃機関のシステム構成図である。
【図１９】従来例に係る外燃機関のシステム構成図である。
【符号の説明】
【０１７２】
1A,1A2,1A3,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H,1I,1J,1K  外燃機関
11  ランキンサイクル回路
12  スターリングエンジン
13  加熱器
14,102,104  排熱回収器
15  膨張機
18  第一液媒ジャケット（加熱部）
19  第二液媒ジャケット
21  ハウジング（本体部）
24  膨張機収容室（第六室）
27  高温側シリンダ（高温部）
28  低温側シリンダ（低温部）
29  高温側ピストン
30  低温側ピストン
33  膨張室
34  収縮室
40,41  コンロッド
43,46  出力軸
44  ジェネレータ（回転機）
45  入力軸
70  冷凍空調サイクル回路
71,94  コンプレッサ
79  コンプレッサ収容室（第四室）
81  クランク室（第五室）
82  第三液媒ジャケット
83  第四液媒ジャケット
88  回転主軸
89  斜板
90  第一係合部（連結部）
91  第二係合部（連結部）
92,93  交差軸フェースギヤ（回転変換部）
95a,95b  シリンダ
96a,96b  ピストン
97a,97b  把持凹部（連結部）
100  第二回転主軸
101  第二斜板
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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