(57)【要約】  本発明は、作動ガスの温度差が大きくとれない、低温の熱源を用いる場合に、高圧の作動ガスを封入したり、装置を大型化せずに、エンジン出力を高めることができるスターリングエンジンの提供を目的としており、高温空間１３と低温空間１４との間で作動ガスを往復させ、作動ガスの加熱冷却に伴う圧力変化を動力として取り出すスターリングエンジン１において、作動ガスが、作動条件の範囲内で非凝縮性気体である作動媒体Ａと、作動条件の範囲内で液相と気相とが共存する作動媒体Ｂの蒸気とを含み、低温空間１４から再生熱交換器１７を介して高温空間１３へ移動する作動ガスを加熱する蒸発式加熱器６が、外部熱源媒体ＨＭにより加熱された作動媒体Ｂの液体８と作動ガスを接触させて加熱する構成となっており、加熱された作動媒体Ｂの液温における作動媒体Ｂの飽和蒸気圧が、休止状態で最低作動温度とした時の作動ガスの全圧以下になるように設定されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に形成される高温空間と低温空間との間で作動ガスを往復させ、該作動ガスの加熱冷却に伴う圧力変化を動力として取り出すスターリングエンジンにおいて、
前記作動ガスが、作動条件の範囲内で非凝縮性気体である第１の作動媒体と、作動条件の範囲内で液相と気相とが共存する第２の作動媒体の蒸気とを含み、
前記低温空間から再生熱交換手段を介して前記高温空間へ移動する前記作動ガスを加熱する加熱手段が、外部熱源媒体により加熱された前記第２の作動媒体の液体と前記作動ガスを接触させて加熱する構成となっており、
前記外部熱源媒体により加熱された前記第２の作動媒体の液温における該第２の作動媒体の飽和蒸気圧が、休止状態で最低作動温度とした時の前記作動ガスの全圧以下となるように設定されていることを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項２】
前記加熱手段が、前記外部熱源媒体により加熱された前記第２の作動媒体の液体と前記作動ガスとの熱交換面積を広げるための熱交換手段を含んで構成されていることを特徴とする請求項１記載のスターリングエンジン。
【請求項３】
前記熱交換手段が、
前記外部熱源媒体の熱を伝える伝熱部と、
該伝熱部の前記作動ガスとの接触面に配設された毛細管作用を有する部材とを含んで構成されていることを特徴とする請求項２記載のスターリングエンジン。
【請求項４】
前記伝熱部が、前記第２の作動媒体の液体の受け部に所定間隔を設けて立設された複数の伝熱板から構成され、
前記毛細管作用を有する部材が、前記複数の伝熱板の側面に配設されていることを特徴とする請求項３記載のスターリングエンジン。
【請求項５】
前記伝熱部が、複数の伝熱管が収容された多管式加熱器から構成され、
前記毛細管作用を有する部材が、前記複数の伝熱管の内側面に配設され、
前記外部熱源媒体により前記第２の作動媒体の液体を加熱して、該加熱された液体を前記加熱手段に導入するための液体加熱導入手段を備えていることを特徴とする請求項３記載のスターリングエンジン。
【請求項６】
作動ガスを低温空間から少なくとも再生熱交換手段及び加熱手段を介して高温空間へ移動させる加熱過程と、
前記高温空間へ移動してきた作動ガスを膨張させる膨張過程と、
前記作動ガスを前記高温空間から少なくとも前記再生熱交換手段及び冷却手段を介して前記低温空間へ移動させる冷却過程と、
前記低温空間へ移動してきた作動ガスを圧縮させる圧縮過程との繰り返しにより前記作動ガスの圧力差を生成するスターリングエンジンの圧力差生成方法において、
前記作動ガスが、作動条件の範囲内で非凝縮性気体である第１の作動媒体と、作動条件の範囲内で液相と気相とが共存する第２の作動媒体の蒸気とを含み、
前記加熱過程において、前記低温空間から前記再生熱交換手段を通過してきた前記作動ガスを、外部熱源媒体により加熱された前記第２の作動媒体の液体と接触させて加熱することを特徴とするスターリングエンジンの圧力差生成方法。
【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、及びスターリングエンジンの圧力差生成方法に関し、より詳細には、比較的温度の低い熱源を利用した場合であってもエンジンの出力を高めることができるスターリングエンジン、及びスターリングエンジンの圧力差生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、容器内に形成された高温空間と低温空間との間で作動ガスを往復させ、該作動ガスの加熱冷却に伴う圧力変化を動力として取り出す装置として、スターリングエンジンが知られている。【０００３】
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が得られる点、外燃機関であり多種多様な熱源（バイオマスなどのあらゆる可燃物、地熱、太陽熱、温排水など）を利用できる点、内燃機関のような燃焼を伴わないため騒音が小さい点、排気有害成分が排出されずクリーンな排ガスを得ることができる点等に鑑み、従来から種々の型式のものが提案されている。【０００４】
図５は従来のディスプレーサ型のスターリングエンジンの要部を模式的に示した部分断面図である。図中１１は、ディスプレーサシリンダを示しており、ディスプレーサシリンダ１１内には、ディスプレーサピストン１２が摺動可能に配設され、ディスプレーサピストン１２によりディスプレーサシリンダ１１内に作動ガスが封入された高温空間１３と低温空間１４とが形成されるようになっている。【０００５】
ディスプレーサシリンダ１１内の高温空間１３と低温空間１４とは、ガス通路１５を介して互いに連通しており、ガス通路１５内には、高温空間１３側から順に加熱器１６、再生熱交換器１７、及び冷却器１８が配設されている。また、低温空間１４側のガス通路１５は分岐してパワーシリンダ１９にも連通しており、ガス通路１５が上端で連結されたパワーシリンダ１９内には、パワーピストン２０が摺動可能に配設されている。また、ディスプレーサピストン１２とパワーピストン２０とは、それぞれロッド１２ａ、２０ａを介してクランクシャフト（図示せず）に所定の位相差が設定されて連結されており、クランクシャフトには、フライホイール（図示せず）が連結されている。【０００６】
図６は従来の２ピストン型のスターリングエンジンの要部を模式的に示した部分断面図である。図中２１は、上端にガス通路１５が連結された高温側シリンダを示しており、高温側シリンダ２１内には、高温側ピストン２２が摺動可能に配設され、高温側ピストン２２の上方に高温空間１３が形成されるようになっている。【０００７】
また、上端にガス通路１５が連結された低温側シリンダ２３が、高温側シリンダ２１と並設されており、低温側シリンダ２３内に低温側ピストン２４が摺動可能に配設され、低温側ピストン２４の上方に低温空間１４が形成されるようになっている。【０００８】
また、作動ガスが封入された高温側シリンダ２１の高温空間１３と低温側シリンダ２３の低温空間１４とが、ガス通路１５を介して互いに連通しており、ガス通路１５内には、高温空間１３側から順に加熱器１６、再生熱交換器１７、及び冷却器１８が配設されている。高温側ピストン２２と低温側ピストン２４とは、それぞれロッド２２ａ、２４ａを介してクランクシャフト（図示せず）に所定の位相差が設定されて連結されており、クランクシャフトには、フライホイール（図示せず）が連結されている。【０００９】
上記したディスプレーサ型や２ピストン型のいずれの型式のスターリングエンジンにおいても、封入された作動ガスを低温空間１４から再生熱交換器１７を介して高温空間１３へ移動させる加熱過程と、高温空間１３へ移動してきた作動ガスを膨張させる膨張過程と、作動ガスを高温空間１３から再生熱交換器１７を介して低温空間１４へ移動させる冷却過程と、低温空間１４へ移動してきた作動ガスを圧縮させる圧縮過程とを繰り返すことによって生じる作動ガスの圧力変化をパワーピストン２０や高温側ピストン２２により外部に動力として取り出すことができるようになっている。【００１０】
また近年では、スターリングエンジンの小型化や高出力化等の機能を向上させるための改良も種々提案されており（例えば、下記の特許文献１参照）、また、作動ガスを加熱する熱源温度が比較的低温（例えば１００℃以下）で、数十度程度の温度差でも作動する低温度差スターリングエンジンの提案もなされている。【００１１】
低温度差スターリングエンジンでは、作動ガスの加熱冷却に伴う温度差を大きくとることができないため、作動ガスの圧力差も小さくなる。そのため、エンジンを効率よく作動させるために、ピストンの行程容積（すなわち作動ガスの移動容積）を大きくするなどの工夫が行われていた。また、エンジン内に低圧の空気等が作動ガスとして封入されていたが、作動ガスの熱伝達率が非常に小さく、熱交換の効率を高めるために加熱器や冷却器を大型なものにしなければならなかった。そのため、従来の低温度差スターリングエンジンは、装置として出力に見合わない大型なものになってしまうといった課題があった。
【特許文献１】特開平９−４２０５５号公報
【発明の開示】
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、作動ガスの温度差を大きくとることができない、すなわち比較的温度の低い熱源を利用する場合に、高圧の作動ガスを封入したり、装置を大型化することなく、エンジンの出力を高めることができるスターリングエンジン、及びスターリングエンジンの圧力差生成方法を提供することを目的としている。
【００１３】
上記目的を達成するために本発明に係るスターリングエンジン（１）は、容器内に形成される高温空間と低温空間との間で作動ガスを往復させ、該作動ガスの加熱冷却に伴う圧力変化を動力として取り出すスターリングエンジンにおいて、前記作動ガスが、作動条件の範囲内で非凝縮性気体である第１の作動媒体と、作動条件の範囲内で液相と気相とが共存する第２の作動媒体の蒸気とを含み、前記低温空間から再生熱交換手段を介して前記高温空間へ移動する前記作動ガスを加熱する加熱手段が、外部熱源媒体により加熱された前記第２の作動媒体の液体と前記作動ガスを接触させて加熱する構成となっており、前記外部熱源媒体により加熱された前記第２の作動媒体の液温における該第２の作動媒体の飽和蒸気圧が、休止状態で最低作動温度とした時の前記作動ガスの全圧以下となるように設定されていることを特徴としている。
【００１４】
上記スターリングエンジン（１）によれば、前記低温空間から再生熱交換手段を介して前記高温空間へ移動する前記作動ガスを加熱する加熱手段が、外部熱源媒体により加熱された前記第２の作動媒体の液体と前記作動ガスを接触させて加熱する構成となっているので、加熱過程における、前記作動ガスが前記再生熱交換手段を通過する過程では、前記作動ガスが前記再生熱交換手段より熱（顕熱及び潜熱）を受け取ることで前記第２の作動媒体の蒸気分圧が上昇し、前記作動ガスが前記加熱手段を通過する過程では、前記作動ガスと前記加熱された第２の作動媒体の液体とが接触することで前記作動ガス中の前記第２の作動媒体の蒸気分圧をさらに上昇させることができる。したがって、前記作動ガスが非凝縮性気体である前記第１の作動媒体のみの場合と比較して、前記高温空間における全圧（すなわち、前記作動ガスに含まれる前記第１の作動媒体の分圧と前記第２の作動媒体の蒸気分圧との和）を高めることができる。一方、冷却過程では、冷却された作動ガス温度における前記第２の作動媒体の飽和蒸気圧まで作動ガス中の前記第２の作動媒体の蒸気分圧を一気に低下させることができる。したがって、前記作動ガスの加熱温度が比較的低温（例えば、数百℃以下）の場合であっても、前記作動ガスの加熱冷却に伴う圧力変化を大きくすることができ、エンジンの出力を高めることができ、低温度差での効率的な稼働が可能なスターリングエンジンを提供することができる。
【００１５】
また、前記高温空間と前記低温空間との間で、前記作動ガスの移動に伴う熱移動の大半は潜熱移動であり、前記第２の作動媒体の蒸発・凝縮による伝熱は、前記第２の作動媒体の蒸気が含まれていない場合の作動ガスと比較して、作動ガスの熱伝達率を高め、結果、加熱冷却のための熱交換効率が良くなることで、装置の小型化を図ることができる。さらに、冷却過程では、前記第２の作動媒体の蒸気が凝縮することにより作動ガス量が大幅に減少し、次の圧縮過程でのマイナス仕事が軽減される。これらの効果はスターリングエンジンのアイデアとして提案されている気液二相スターリングエンジンに挙げられているものであるが、この気液二相スターリングエンジンの欠点である、加熱器と冷却器との間に生じるヒートパイプ様の直接熱伝達ロスによる熱効率の低下という逆効果に対策を講じる必要がある。その対策手段として、本発明に係るスターリングエンジンでは、前記加熱手段において加熱された前記第２の作動媒体の液温における該第２の作動媒体の飽和蒸気圧が、休止（すなわち非加熱）状態で最低作動温度とした時の前記作動ガスの全圧以下となるように、前記第１の作動媒体や前記第２の作動媒体の選定、及び／又は前記第１の作動媒体の充填量の調整等の設定が行われる。
【００１６】
なお、可逆変化でサイクルが成立しているスターリングエンジンは、加熱をしないでモータ等を用いて正方向に空転すると加熱器側から冷却器側へ熱を移送するようになり、ヒートポンプや冷凍機として機能することが知られている。本発明のスターリングエンジンも同様にヒートポンプや冷凍機として機能させることは可能であるが、従来のスターリングサイクル冷凍機と異なり、作動ガスへの熱の出入りは蒸発・凝縮による潜熱交換が大半を占め、膨張過程で前記第２の作動媒体の蒸発により作動ガスへ吸熱し、圧縮過程で前記第２の作動媒体の凝縮により作動ガスから放熱する。蒸発・凝縮を利用する実用冷凍サイクルとしての従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルでは、冷媒の蒸発温度における飽和蒸気圧（低圧）から、冷媒の凝縮温度における飽和蒸気圧（高圧）まで冷媒ガスを圧縮するための高圧縮比の圧縮機を使用しなければならないが、本発明に係るスターリングエンジンによるスターリング冷凍サイクルでは前記再生熱交換手段の働きにより冷媒（すなわち、前記第２の作動媒体）の蒸発・凝縮を低圧縮比で行わせることができるので、従来の蒸気圧縮式冷凍機に比べてより成績係数の高い、省エネルギーなヒートポンプや冷凍機を作ることができる。
【００１７】
また本発明に係るスターリングエンジン（２）は、上記スターリングエンジン（１）において、前記加熱手段が、前記外部熱源媒体により加熱された前記第２の作動媒体の液体と前記作動ガスとの熱交換面積を広げるための熱交換手段を含んで構成されていることを特徴としている。
【００１８】
上記スターリングエンジン（２）によれば、前記熱交換手段により、前記外部熱源媒体により加熱された前記第２の作動媒体の液体と前記作動ガスとの熱交換面積を広げることができ、熱交換効率を高めることができる。
【００１９】
また本発明に係るスターリングエンジン（３）は、上記スターリングエンジン（２）において、前記熱交換手段が、前記外部熱源媒体の熱を伝える伝熱部と、該伝熱部の前記作動ガスとの接触面に配設された毛細管作用を有する部材とを含んで構成されていることを特徴としている。
【００２０】
上記スターリングエンジン（３）によれば、前記熱交換手段が、前記外部熱源媒体の熱を伝える伝熱部と、該伝熱部の前記作動ガスとの接触面に配設された毛細管作用を有する部材とを含んで構成されているので、前記毛細管作用を有する部材の毛細管作用により前記第２の作動媒体の液体を前記伝熱部の前記作動ガスとの接触面に行き渡らせることができ、前記第２の作動媒体の液体と前記作動ガスとの熱交換面積を広げることができ、熱交換効率を高めることができる。
【００２１】
また本発明に係るスターリングエンジン（４）は、上記スターリングエンジン（３）において、前記伝熱部が、前記第２の作動媒体の液体の受け部に所定間隔を設けて立設された複数の伝熱板から構成され、前記毛細管作用を有する部材が、前記複数の伝熱板の側面に配設されていることを特徴としている。
【００２２】
上記スターリングエンジン（４）によれば、前記伝熱部が、前記第２の作動媒体の液体の受け部に所定間隔を設けて立設された複数の伝熱板から構成され、前記毛細管作用を有する部材が、前記複数の伝熱板の側面に配設されているので、前記毛細管作用を有する部材により前記第２の作動媒体の液体を前記複数の伝熱板の側面に行き渡らせることができ、前記第２の作動媒体の液体と前記作動ガスとの熱交換面積を前記複数の伝熱板の側面積分ほど広げることができ、熱交換効率を高めることができる。
【００２３】
また本発明に係るスターリングエンジン（５）は、上記スターリングエンジン（３）において、前記伝熱部が、複数の伝熱管が収容された多管式加熱器から構成され、前記毛細管作用を有する部材が、前記複数の伝熱管の内側面に配設され、前記外部熱源媒体により前記第２の作動媒体の液体を加熱して、該加熱された液体を前記加熱手段に導入するための液体加熱導入手段を備えていることを特徴としている。
【００２４】
上記スターリングエンジン（５）によれば、前記液体加熱導入手段により前記加熱手段に導入された前記第２の作動媒体の液体が、前記複数の伝熱管の内側面に配設された前記毛細管作用を有する部材に供給されるので、前記第２の作動媒体の液体を前記複数の伝熱管の内側面に行き渡らせることができ、また、前記液体加熱導入手段から前記加熱手段に、加熱された前記第２の作動媒体の液体が導入されるので、前記第２の作動媒体の液体と前記作動ガスとの熱交換面積を前記複数の伝熱管の内側面積、及び導入された液体の表面積とすることで熱交換面積をさらに広げることができ、熱交換効率を一層高めることができる。また、前記多管式加熱器を用いているので、前記加熱手段を大型化させる場合や、作動圧力が大気圧以上で耐圧性が要求される場合に特に有効となる。
【００２５】
また本発明に係るスターリングエンジンの圧力差生成方法（１）は、作動ガスを低温空間から少なくとも再生熱交換手段及び加熱手段を介して高温空間へ移動させる加熱過程と、前記高温空間へ移動してきた作動ガスを膨張させる膨張過程と、前記作動ガスを前記高温空間から少なくとも前記再生熱交換手段及び冷却手段を介して前記低温空間へ移動させる冷却過程と、前記低温空間へ移動してきた作動ガスを圧縮させる圧縮過程との繰り返しにより前記作動ガスの圧力差を生成するスターリングエンジンの圧力差生成方法において、前記作動ガスが、作動条件の範囲内で非凝縮性気体である第１の作動媒体と、作動条件の範囲内で液相と気相とが共存する第２の作動媒体の蒸気とを含み、前記加熱過程において、前記低温空間から前記再生熱交換手段を通過してきた前記作動ガスを、外部熱源媒体により加熱された前記第２の作動媒体の液体と接触させて加熱することを特徴としている。
【００２６】
上記スターリングエンジンの圧力差生成方法（１）によれば、前記加熱過程において、前記作動ガスが前記再生熱交換手段を通過する過程では、前記作動ガスが前記再生熱交換手段より熱（顕熱及び潜熱）を受け取ることで前記第２の作動媒体の蒸気分圧が上昇し、前記加熱手段を通過する過程では前記作動ガスと、加熱された前記第２の作動媒体の液体とが接触することで前記作動ガス中の前記第２の作動媒体の液体の蒸気分圧をさらに上昇させることができる。したがって、前記作動ガスが非凝縮性気体である前記第１の作動媒体のみの場合と比較して、前記高温空間における全圧（すなわち、前記作動ガスに含まれる前記第１の作動媒体の分圧と前記第２の作動媒体の蒸気分圧との和）を高めることができ、前記作動ガスの加熱温度が比較的低温（例えば、数百℃以下）の場合であっても、前記作動ガスの加熱冷却に伴う圧力変化を大きくすることができ、エンジンの出力を高めることができ、低温度差での効率的な稼働が可能なスターリングエンジンを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態（１）に係るスターリングエンジンの要部を模式的に示した部分断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態（１）に係るスターリングエンジンの動作を説明するための図である。
【図３】実施の形態（２）に係るスターリングエンジンの要部を模式的に示した図であり、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】実施の形態（３）に係るスターリングエンジンの要部を模式的に示した図であり、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】従来のγ型ディスプレーサエンジンの要部を模式的に示した部分断面図である。
【図６】従来のα型ディスプレーサエンジンの要部を模式的に示した部分断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係るスターリングエンジン、及びスターリングエンジンの圧力差生成方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、実施の形態（１）に係るスターリングエンジンの要部を模式的に示した部分断面図である。但し、図５に示した従来のスターリングエンジンと同一機能を有する構成部品には、同一符号を付すこととする。【００２９】
図中１は、ディスプレーサ型のスターリングエンジンを示しており、密閉されたディスプレーサシリンダ１１内には、ディスプレーサピストン１２が摺動可能に配設され、ディスプレーサピストン１２によりディスプレーサシリンダ１１内に作動ガスが封入された高温空間１３と低温空間１４とが形成されるようになっている。【００３０】
ディスプレーサシリンダ１１内の高温空間１３と低温空間１４とは、ガス通路１５を介して互いに連通しており、ガス通路１５内には、高温空間１３側から順に蒸発式加熱器６、再生熱交換器１７、及び冷却器１８が配設されている。また、低温空間１４側のガス通路１５は分岐してパワーシリンダ１９に連通しており、ガス通路１５が上端で連結されたパワーシリンダ１９内には、パワーピストン２０が摺動可能に配設されている。【００３１】
ディスプレーサピストン１２とパワーピストン２０とは、それぞれロッド１２ａ、２０ａを介してクランクシャフト（図示せず）に連結されており、クランクシャフトには、フライホイール（図示せず）が連結されている。なお、ディスプレーサピストン１２とパワーピストン２０との位相関係は、ロッド１２ａ及びロッド２０ａのクランクシャフトへの連結角度によって決められており、本実施の形態では、ディスプレーサピストン１２が、パワーピストン２０に対して９０度進んでいるものとする。なお、この位相差は、９０度に限定されるものではない。【００３２】
蒸発式加熱器６は、作動条件（圧力、温度）の範囲内で液相と気相とが共存する第２の作動媒体（以下、作動媒体Ｂと記す）の液体８が、ガス通路１５を移動する作動ガスと直接接触するように入れられた液受け部７と、液受け部７に入れられた作動媒体Ｂの液体８を外部熱源媒体ＨＭにより加熱するための加熱部９とを含んで構成されている。外部熱源媒体ＨＭには、液体、気体、蒸気などの比較的低温（数百℃以下）の熱源媒体が利用されるようになっている。【００３３】
したがって、高温空間１３と低温空間１４とを含む作動空間内には、作動条件（圧力、温度）の範囲内で非凝縮性気体である第１の作動媒体（以下、作動媒体Ａと記す）、作動条件（圧力、温度）の範囲内で液相と気相とが共存する作動媒体Ｂの蒸気とを含む作動ガスが封入された状態になっている。【００３４】
再生熱交換器１７は、蓄熱機能を有するものであり、高温空間１３から低温空間１４へ移動する作動ガスから熱（顕熱及び潜熱）を奪う一方、低温空間１４から高温空間１３へ移動する作動ガスへ熱（顕熱及び潜熱）を渡す熱交換器から構成されている。また、冷却器１８は、再生熱交換器１７を通過してきた作動ガスを冷熱源により所定温度まで冷却する熱交換器から構成されている。【００３５】
次に実施の形態（１）に係るスターリングエンジン１の動作について説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、スターリングエンジン１の動作過程を示した図である。【００３６】
図２（ａ）は、低温空間１４内の作動ガスを冷却器１８、再生熱交換器１７、及び蒸発式加熱器６を介して高温空間１３へ移動させる加熱過程を示している。加熱過程では、ディスプレーサピストン１２が低温空間１４を狭める方向に移動することにより、低温空間１４内の作動ガスが、冷却器１８、再生熱交換器１７、及び蒸発式加熱器６を介して高温空間１３へ移動する。低温空間１４から移動してきた作動ガスは、再生熱交換器１７を通って熱（顕熱及び潜熱）を受け取った後、さらに蒸発式加熱器６で加熱される。【００３７】
蒸発式加熱器６では、液受け部７に入れられた作動媒体Ｂの液体８が外部熱源媒体ＨＭにより加熱されており、この加熱された液体８と、再生熱交換器１７を通過してきた作動ガスとが直接接触することで、再生熱交換器１７を通過してきた作動ガスが速やかに加熱され、作動ガス中の作動媒体Ａの分圧が上昇するとともに、蒸気８ａが生成されることで作動媒体Ｂの蒸気分圧が急激に上昇する。したがって、作動媒体Ａの分圧の上昇分に加え、作動媒体Ｂの蒸気分圧の上昇分が加算されるため、作動空間内のガス圧力が大幅に高められる。【００３８】
図２（ｂ）は、高温空間１３へ移動してきた作動ガスを膨張させる膨張過程を示している。加熱過程から膨張過程において作動ガスの圧力が最大となるときにパワーピストン２０が押し下げられ、エンジンは外部に仕事を行う。なお、クランクシャフトは、フライホイールに蓄積された回転エネルギーを利用して同じ方向に回転を続け、ディスプレーサピストン１２が押し上げられる。【００３９】
図２（ｃ）は、高温空間１３内の作動ガスを蒸発式加熱器６、再生熱交換器１７、及び冷却器１８を介して低温空間１４へ移動させる冷却過程を示している。冷却過程では、ディスプレーサピストン１２が、高温空間１３を狭める方向に移動することにより、高温空間１３内の作動ガスが、蒸発式加熱器６、再生熱交換器１７、及び冷却器１８を介して低温空間１４へ移動する。【００４０】
高温空間１３から移動してきた作動ガスは、再生熱交換器１７を通って熱（顕熱及び潜熱）を奪われた後、さらに冷却器１８で冷却される。冷却により作動ガス中の作動媒体Ａの分圧が低下するとともに、作動媒体Ｂの液体８の蒸気分圧も急激に低下し、作動空間内のガス圧力が最低作動圧力まで一気に低下する。なお、作動ガスの冷却により凝縮した作動媒体Ｂの液体は液受け部７に戻されるようになっている。【００４１】
図２（ｄ）は、低温空間１４へ移動してきた作動ガスを圧縮させる圧縮過程を示している。圧縮過程では、パワーピストン２０がパワーシリンダ１９との空間を狭めるように押し上げられる。そして、上記動作が繰り返されることにより、クランクシャフトが回転し続け、低温度差でも効率よく動力が取り出されるようになっている。【００４２】
上記実施の形態（１）に係るスターリングエンジン１によれば、低温空間１４から再生熱交換器１７を介して高温空間１３へ移動する作動ガスを加熱する加熱手段（蒸発式加熱器６）が、外部熱源媒体ＨＭにより加熱された作動媒体Ｂの液体８と作動ガスを接触させて加熱する構成となっているので、加熱過程において、作動ガスが再生熱交換器１７を通過する過程では、作動ガスが再生熱交換器１７より熱（顕熱及び潜熱）を受け取ることで作動媒体Ｂの蒸気分圧が上昇し、作動ガスが蒸発式加熱器６を通過する過程では、作動ガスと高温の作動媒体Ｂの液体８とが接触することで作動ガス中の作動媒体Ｂの蒸気分圧をさらに上昇させることができる。【００４３】
したがって、作動ガスが非凝縮性気体である作動媒体Ａのみの場合と比較して、高温空間１３における全圧（すなわち、作動ガスに含まれる作動媒体Ａの分圧と作動媒体Ｂの蒸気分圧との和）を高めることができる。一方、冷却過程では、冷却された作動ガス温度における作動媒体Ｂの飽和蒸気圧まで作動ガス中の作動媒体Ｂの蒸気分圧を一気に低下させることができる。したがって、作動ガスの加熱温度が比較的低温（例えば、数百℃以下）の場合であっても、作動ガスの加熱冷却に伴う圧力変化を大きくすることができ、エンジンの出力を高めることができ、低温度差での効率的な稼働が可能なスターリングエンジンを提供することができる。【００４４】
また、高温空間１３と低温空間１４との間で、作動ガスの移動に伴う熱移動の大半は潜熱移動であり、作動媒体Ｂの蒸発・凝縮による伝熱は、作動媒体Ｂの蒸気が含まれていない場合の作動ガスと比較して、作動ガスの熱伝達率を高め、結果、加熱冷却のための熱交換効率が良くなることで、装置の小型化を図ることができる。【００４５】
図３は実施の形態（２）に係るスターリングエンジンの要部を模式的に示した図であり、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。但し実施の形態（２）に係るスターリングエンジンの構成については、蒸発式加熱器６Ａを除いて図１に示したスターリングエンジン１と略同様であるため、異なる機能を有する蒸発式加熱器６Ａには、異なる符号を付し、その他の同一機能を有する構成部品については、同一符号を付して、その説明を省略することとする。【００４６】
蒸発式加熱器６Ａは、下部に加熱部９と液受け部７とが一体的に形成され、液受け部７の上部に作動ガス通流部３０となる空間を備えた加熱器本体３１と、液受け部７に作動ガスの流通方向に平行に所定間隔を設けて立設された平板状の複数の伝熱板（伝熱部）３２と、各伝熱板３２の両側面に貼着された毛細管作用を有するフェルト等から構成されたウィック（毛細管作用を有する部材）３３とを含んで構成されている。なお、ウィック３３の下端部は液受け部７の作動媒体Ｂの液体８に浸漬されており、ウィック３３は、外部熱源媒体ＨＭにより加熱された作動媒体Ｂの液体８を毛細管力で吸い上げて、作動媒体Ｂの液体８を伝熱板３２の表面に行き渡らせる作用を有している。また、ウィック３３に吸収された作動媒体Ｂの液体８は伝熱板３２からの熱により加熱されるようになっている。【００４７】
外部熱源媒体ＨＭの熱を伝える複数の伝熱板３２と、これら伝熱板３２の両側面に貼着されたウィック３３とを含んで、外部熱源媒体ＨＭにより加熱された作動媒体Ｂの液体８と作動ガスとの熱交換面積を広げるための熱交換手段３４が構成されている。なお、伝熱部にヒートパイプを採用することもできる。【００４８】
実施の形態（２）に係るスターリングエンジン１Ａの動作は、実施の形態（１）に係るスターリングエンジン１の動作（図２（ａ）〜（ｄ）参照）と略同様であるので、ここでは相違点のみ説明することとする。【００４９】
加熱過程において、蒸発式加熱器６Ａでは、液受け部７に入れられた作動媒体Ｂの液体８が外部熱源媒体ＨＭにより加熱されており、さらにこの加熱された作動媒体Ｂの液体８はウィック３３の毛細管作用により吸い上げられ、伝熱板３２の表面に行き渡った状態になっている。この加熱された液受け部７の液体８及びウィック３３に吸収された液体と、再生熱交換器１７を通過してきた作動ガスとが直接接触することで、再生熱交換器１７を通過してきた作動ガスが、より一層速やかに加熱され、作動ガス中の作動媒体Ａの分圧が急激に上昇するとともに、液受け部７の液体８及びウィック３３に吸収された液体から蒸気が生成され、作動媒体Ｂの蒸気分圧が急激に上昇する。すなわち、熱交換効率が向上し、作動空間内のガス圧力が大幅かつ急激に高められるようになっている。【００５０】
上記実施の形態（２）に係るスターリングエンジン１Ａによれば、蒸発式加熱器６Ａが、外部熱源媒体ＨＭの熱を伝える複数の伝熱板３２と、これら伝熱板３２の両側面に張着されたウィック３３と含んで構成されている熱交換手段３４を含んで構成されているので、毛細管作用を有するウィック３３により作動媒体Ｂの液体８を複数の伝熱板３２の両側面に行き渡らせることができ、作動媒体Ｂの液体８と作動ガスとの熱交換面積を複数の伝熱板３２の両側面の面積分ほど広げることができ、熱交換効率を高めることができる。【００５１】
図４は実施の形態（３）に係るスターリングエンジンの要部を模式的に示した図であり、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。但し実施の形態（３）に係るスターリングエンジンの構成については、蒸発式加熱器６Ｂと液体加熱導入手段６０とを除いて図１に示したスターリングエンジン１と略同様であるため、異なる機能を有する蒸発式加熱器６Ｂと液体加熱導入手段６０とには、異なる符号を付し、その他の同一機能を有する構成部品については、同一符号を付して、その説明を省略することとする。【００５２】
蒸発式加熱器６Ｂは、高温空間１３側のガス通路１５と再生熱交換器１７との間に介装された多管式加熱器（いわゆる、シェルアンドチューブ式加熱器）４０を含んで構成されている。多管式加熱器４０は、角筒形状をした胴体部４１と、胴体部４１内に収容された複数の伝熱管４２と、これら伝熱管４２と連通するように伝熱管４２の両端で連結され、胴体部４１の両側開口面に取り付けられる管板４３と、胴体部４１内に外部熱源媒体ＨＭを導入する導入口４４と、胴体部４１内の外部熱源媒体ＨＭを排出する排出口４５と、胴体部４１の両端部に管板４３を介して連結された胴体カバー４６、４７とを含んで構成されており、胴体カバー４６の他端側にはガス通路１５が連結され、胴体カバー４７の他端側には再生熱交換器１７が連結されている。また、胴体カバー４６、４７にはそれぞれドレン４８、４９が設けられている。また、複数の伝熱管４２の内側面には、毛細管作用を有するフェルト等から構成されたウィック（毛細管作用を有する部材）５０が貼着されている。【００５３】
外部熱源媒体ＨＭの熱を伝える多管式加熱器４０と、多管式加熱器４０の伝熱管４２の内側面に貼着されたウィック５０とを含んで、外部熱源媒体ＨＭにより加熱された作動媒体Ｂの液体８と作動ガスとの熱交換面積を広げるための熱交換手段５１が構成されており、伝熱管４２の内側が作動ガス通流部５２となっている。【００５４】
また、図中６０は、外部熱源媒体ＨＭにより作動媒体Ｂの液体８を加熱して、該加熱された液体８を蒸発式加熱器６Ｂに導入するための液体加熱導入手段を示している。液体加熱導入手段６０は、外部熱源媒体ＨＭにより作動媒体Ｂの液体８を加熱する液体加熱器６１と、ドレイン溜６８内の液体８を吸い上げるポンプ（吸引手段）６２及び液体加熱器６１を介して多管式加熱器４０の胴体カバー４７に連結された液体導入ノズル６３とを含んで構成されており、ポンプ６２で吸い上げられた液体８が液体導入ノズル６３の先端部から噴霧されるように構成されている。液体導入ノズル６３の先端部から噴霧される作動媒体Ｂの液体８は、低温空間１４から再生熱交換器１７を介して高温空間１３へ移動する作動ガスの気流に乗せて、伝熱管４２の内側に貼着されたウィック５０に供給され、ウィック５０は、供給された作動媒体Ｂの液体８を毛細管力で吸収して、作動媒体Ｂの液体８を伝熱管４２の内側面に行き渡らせる作用を有している。なお、液体導入ノズル６３によるドレイン溜６８内の液体８の噴霧方式には、例えば、ガソリンエンジンのキャブレタ方式を採用することもできる。【００５５】
また、多管式加熱器４０のドレン４８、４９とドレイン溜６８とは、逆止弁６４が介装されているドレイン管６５で連結されており、蒸発式加熱器６Ｂ内の液体８がドレイン溜６８に回収されるようになっており、また、再生熱交換器１７及び冷却器１８とドレイン溜６８とは、逆止弁６６が介装されているドレイン管６７で連結されており、再生熱交換器１７内及び冷却器１８内の液体８がドレイン溜６８に回収されるようになっている。【００５６】
なお、蒸発式加熱器６Ｂでは、作動ガスが再生熱交換器１７を出て高温空間１３へ至る過程で蒸気として受け取る作動媒体Ｂの質量は極僅かなものであるので、それに必要な量の液体を液体導入ノズル６３から供給するのであれば、多管式加熱器４０が作動ガスを加熱する役割の殆どを担うこととなる。また、液体導入ノズル６３から供給する液体８の噴霧量を増量すると、多管式加熱器４０と噴霧された液体８とで作動ガスの加熱を分担させることが可能となっている。【００５７】
実施の形態（３）に係るスターリングエンジン１Ｂの動作は、実施の形態（１）に係るスターリングエンジン１の動作（図２（ａ）〜（ｄ）参照）と略同様であるので、ここでは相違点のみ説明することとする。【００５８】
蒸発式加熱器６Ｂでは、液体加熱導入手段６０から導入された作動媒体Ｂの液体８が、ウィック５０に吸収されて、伝熱管４２の内側面に行き渡った状態になっている。加熱過程では、液体加熱導入手段６０の液体導入ノズル６３から噴霧された作動媒体Ｂの液体８が作動ガスの気流に乗って蒸発式加熱器６Ｂに供給され、また、多管式加熱器４０の伝熱管４２の内側面に貼着されたウィック５０に吸収されている作動媒体Ｂの液体８が、伝熱管４２からの熱により加熱された状態になっている。【００５９】
したがって、加熱過程においては、液体加熱導入手段６０から導入された液体８及びウィック５０に吸収された液体と、再生熱交換器１７を通過してきた作動ガスとが直接接触することで、再生熱交換器１７を通過してきた作動ガスが、より一層速やかに加熱され、、作動ガス中の作動媒体Ａの分圧が急激に上昇するとともに、液体加熱導入手段６０から導入された液体８及びウィック５０に吸収された液体から蒸気が生成され、作動媒体Ｂの蒸気分圧が急激に上昇する。すなわち、作動ガスの熱交換効率が向上し、作動空間内のガス圧力が大幅かつ急激に高められるようになっている。【００６０】
上記実施の形態（３）に係るスターリングエンジン１Ｂによれば、蒸発式加熱器６Ｂが、外部熱源媒体ＨＭの熱を伝える多管式加熱器４０と、多管式加熱器４０の伝熱管４２の内側面に貼設されたウィック５０と含んで構成された熱交換手段５１を含んで構成されているので、毛細管作用を有するウィック５０により作動媒体Ｂの液体８を多管式加熱器４０の伝熱管４２の内側面に行き渡らせることができ、また、液体加熱導入手段６０から蒸発式加熱器６Ｂに、加熱された作動媒体Ｂの液体８が噴霧状で導入されるので、作動媒体Ｂの液体８と作動ガスとの熱交換面積を複数の伝熱管４２の内側面積、及び噴霧状の液体８の表面積とすることで熱交換面積をさらに広げることができ、熱交換効率を一層高めることができる。また、多管式加熱器４０を用いているので、蒸発式加熱器６Ｂを大型化する場合や、作動圧力が大気圧以上で耐圧性が要求される場合に特に有効となる。【００６１】
なお、実施の形態（３）に係るスターリングエンジン１Ｂにおける蒸発式加熱器６Ｂを構成する多管式加熱器４０の代わりに、気水分離器を設け、液体加熱導入手段６０による液体８の噴霧による加熱のみを行う構成とすることもできる。係る構成をスターリング冷凍サイクルに応用すれば、冷媒（作動媒体Ｂ）の冷却液を効率よく作ることができる。【００６２】
また、上記実施の形態（１）〜（３）では、スターリングエンジンの型式としてディスプレーサ型のスターリングエンジンに適用した場合について説明したが、２ピストン型（α型）、β型、又はこれらの変形タイプのスターリングエンジンにも適用することができ、いずれのエンジンにおいても、高温空間１３と再生熱交換器１７との間に蒸発式加熱器６、６Ａ、６Ｂを設ける構成とすればよい。【００６３】
さらに、ディスプレーサピストン内に再生熱交換器を設けた型式など、ディスプレーサピストンと再生熱交換器とを一体的に摺動させる構造のスターリングエンジンにも適用することができ、この場合は、高温空間を加熱する加熱手段として蒸発式加熱器６を設ける構成とすればよい。
【実施例及び比較例】
【００６４】
以下、実施例、比較例に係るスターリングエンジンを用いて、以下の条件でエンジンの動作過程における作動空間内の圧力変化を求めた結果について説明する。なお、以下の実施例には、実施の形態（１）に係るスターリングエンジン１を適用し、比較例に係るスターリングエンジンには、蒸発式加熱器６を有していない従来のγ型スターリングエンジン（図５参照）を適用した。ただし、いずれのエンジンもパワーシリンダ１９を取り外し、ディスプレーサピストン１２の移動に伴う等容加熱冷却による作動空間内の圧力変化として求めたものである。したがって、実際のスターリングエンジンにおいては、パワーピストン１９による仕事や死空間の存在により、実際の最高作動圧（高温状態II）は、実施例及び比較例のいずれにおいても表に示した値より小さな値となる。
【００６５】
下記の表１は、実施例１〜５、比較例１〜５に係るスターリングエンジンにおける低温状態Ｉと、高温状態IIとにおける作動ガスの状態量を求めたものであり、ディスプレーサシリンダ１１以外の容積が圧力変化に影響を与えないものとして、低温状態Ｉにおいて温度Ｔ１、圧力１ａｔｍ（101325Ｐａ）の作動ガスが、高温状態IIにおいて温度Ｔ２に加熱されたときの圧力を示している。
【００６６】
実施例１〜５は、蒸発式加熱器６の液受け部７に作動媒体Ｂの液体８として十分量の水を入れ、作動空間内に作動媒体Ａとして空気が封入された場合、すなわち、空気が液体（水）の蒸気（水蒸気）で飽和されている場合を示しており、作動ガスの全圧は、空気分圧と水蒸気分圧との和で表せる。この場合、水蒸気分圧は、温度Ｔ１、Ｔ２における飽和蒸気圧に相当する値をとる、すなわち相対湿度１００％であるとしたときの圧力を示している。一方、比較例１〜５は、作動空間内に空気のみ封入された場合の状態変化を示している。なお、表中ＰＡは、空気（作動媒体Ａ）の分圧を、ＰＢは、水（作動媒体Ｂ）の水蒸気分圧を示している。
【００６７】
【表１】
2006126241.tif 000002
実施例１〜５と比較例１〜５との高温状態IIにおける全圧をそれぞれ比較すると、実施例１〜５では、加熱により圧力が高まった空気分圧ＰＡに水蒸気分圧ＰＢが加算されることで、温度Ｔ１、Ｔ２の温度差が数十度程度の低温度差であっても、同一加熱条件の比較例１〜５と比べて圧力を高めることができた。特に、液体（水）８の高温時における蒸気圧が、最低作動圧力（この場合、１ａｔｍ）以下で、且つ最低作動圧力に近い場合（実施例１）に大きな圧力上昇を示した。
【００６８】
また、下記の表２は、実施例６、比較例６に係るスターリングエンジンにおける低温状態Ｉと、高温状態IIとにおける作動ガスの状態量を求めたものであり、ディスプレーサシリンダ１１以外の容積が圧力変化に影響を与えないものとして、低温状態Ｉにおいて温度Ｔ１、圧力１ａｔｍ（101325Ｐａ）の作動ガスが、高温状態IIにおいて温度Ｔ２ に加熱されたときの圧力を示している。
【００６９】
なお、実施例６は、蒸発式加熱器６の液受け部７に入れる液体８として、フッ素系不活性液体（フロリナートＦＣ−８４（３Ｍ社製）：沸点８０℃）を採用し、作動空間内に空気が封入された場合、すなわち、空気がフッ素系不活性液体の蒸気で飽和されている場合を示しており、作動ガスの全圧は、空気分圧とフッ素系不活性液体の蒸気分圧との和で表せる。この場合、フッ素系不活性液体の蒸気分圧は、温度Ｔ１、Ｔ２における飽和蒸気圧に相当する値をとる。一方、比較例６は、作動空間内に空気のみ封入された場合の状態変化を示している。なお、表中ＰＡは、空気（作動媒体Ａ）の分圧を、ＰＢは、フロリナートＦＣ−８４（作動媒体Ｂ）の蒸気分圧を示している。
【００７０】
【表２】
2006126241.tif 000003
また、下記の表３は、実施例７、比較例７に係るスターリングエンジンにおける低温状態Ｉと、高温状態IIとにおける作動ガスの状態量を求めたものであり、ディスプレーサシリンダ１１以外の容積が圧力変化に影響を与えないものとして、低温状態Ｉにおいて温度Ｔ１、圧力１ａｔｍ（101325Ｐａ）の作動ガスが、高温状態IIにおいて温度Ｔ２に加熱されたときの圧力を示している。
【００７１】
なお、実施例７は、蒸発式加熱器６の液受け部７に入れる液体８として、フッ素系不活性液体（フロリナートＦＣ−７２（３Ｍ社製）：沸点５６℃）を採用し、作動空間内に空気が封入された場合、すなわち、空気がフッ素系不活性液体の蒸気で飽和されている場合を示しており、作動ガスの全圧は、空気分圧とフッ素系不活性液体の蒸気分圧との和で表せる。この場合、フッ素系不活性液体の蒸気分圧は、温度Ｔ１、Ｔ２における飽和蒸気圧に相当する値をとる。一方、比較例７は、作動空間内に空気のみ封入された場合の状態変化を示している。なお、表中ＰＡは、空気（作動媒体Ａ）の分圧を、ＰＢは、フロリナートＦＣ−７２（作動媒体Ｂ）の蒸気分圧を示している。
【００７２】
【表３】
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実施例６、７と比較例６、７との高温状態IIにおける全圧をそれぞれ比較すると、実施例６、７では、加熱により圧力が高まった空気分圧ＰＡ にフッ素系不活性液体の蒸気分圧ＰＢ が加算されることで、温度Ｔ１、Ｔ２の温度差が数十度程度の低温度差であっても、同一加熱条件の比較例６、７と比べて圧力を高めることができた。
【００７３】
さらに、実施例６、７で使用したフッ素系不活性液体は、その沸点が水の沸点よりも低く、水と比べて、より低温側で蒸気圧が上昇する性質を有している。そのため、実施例６、７では、同一加熱条件の実施例４、５と比べてより高温時における圧力を高めることができ、加熱温度が低い場合に、圧力を高める効果を一層高めることができた。
【００７４】
また、下記の表４は、実施例８、比較例８に係るスターリングエンジンにおける低温状態Ｉと、高温状態IIとにおける作動ガスの状態量を求めたものであり、ディスプレーサシリンダ１１以外の容積が圧力変化に影響を与えないものとして、低温状態Ｉにおいて温度Ｔ１、圧力１ａｔｍ（101325Ｐａ）の作動ガスが、高温状態IIにおいて温度Ｔ２に加熱されたときの圧力を示しており、大気圧スターリングエンジンとしながら、高温状態IIにおける温度Ｔ２が１００℃を越える場合の例である。
【００７５】
実施例８では、高温状態IIにおける温度Ｔ２（＞１００℃）の液温における作動媒体Ｂの飽和蒸気圧が、低温状態Ｉ（休止状態で最低作動温度）としたときの作動ガスの全圧（この場合１ａｔｍ）以下となるように、作動媒体Ｂとして、沸点２１５℃のフッ素系不活性液体（フロリナートＦＣ−７０（３Ｍ社製））を採用した場合の例である。
【００７６】
実施例８は、作動媒体Ａとしての空気がフッ素系不活性液体（ＦＣ−７０）の蒸気で飽和されている場合を示しており、作動ガスの全圧は、空気分圧とフッ素系不活性液体（ＦＣ−７０）の蒸気分圧との和で表せる。この場合、フッ素系不活性液体（ＦＣ−７０）の蒸気分圧は、温度Ｔ１、Ｔ２における飽和蒸気圧に相当する値をとる。一方、比較例８は、作動空間内に空気のみ封入された場合の状態変化を示している。なお、表中ＰＡは、空気（作動媒体Ａ）の分圧を、ＰＢは、フロリナートＦＣ−７０（作動媒体Ｂ）の蒸気分圧を示している。
【００７７】
【表４】
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実施例８と比較例８との高温状態IIにおける全圧をそれぞれ比較すると、実施例８では、加熱により圧力が高まった空気分圧ＰＡ にＦＣ−７０の蒸気分圧ＰＢが加算されることで、同一加熱条件の比較例８と比べて圧力を高めることができた。
【００７８】
また、高温状態IIにおける温度Ｔ２（＞１００℃）の液温における作動媒体Ｂの飽和蒸気圧が、低温状態Ｉにおける温度Ｔ１（休止状態で最低作動温度）としたときの作動ガスの全圧（この場合１ａｔｍ）以下となるように、作動媒体Ｂを適切に選択することにより、高温状態IIにおける温度Ｔ２が１００℃を越える場合でも、大気圧スターリングエンジンとすることができ、実施例１と比較してさらに大きな圧力上昇をもたらすことができた。
【００７９】
また、下記の表５は、実施例９、比較例９に係るスターリングエンジンにおける低温状態Ｉと、高温状態IIとにおける作動ガスの状態量を求めたものである。実施例９、比較例９では、高温状態IIにおける温度Ｔ２ を１５０℃とし、実施例９では、作動媒体Ｂの液体８として水を使用した場合の例を示している。なお、高温状態IIにおける液温（１５０℃）における水の蒸気圧は、４．６７ａｔｍ（475720Ｐａ）であるので、加熱された作動媒体Ｂの液温における作動媒体Ｂの飽和蒸気圧が、休止状態で最低作動温度とした時の作動ガスの全圧以下となるように、ここでは低温状態Ｉ（温度Ｔ１＝５０℃）における作動ガスの全圧が５ａｔｍに設定されている。
【００８０】
実施例９は、作動媒体Ａとしての空気が液体（水）の蒸気（水蒸気）で飽和されている場合を示しており、作動ガスの全圧は、空気分圧と水蒸気分圧との和で表せる。この場合、水蒸気分圧は、温度Ｔ１、Ｔ２における飽和蒸気圧に相当する値をとる、すなわち相対湿度１００％であるとしたときの圧力を示している。一方、比較例９は、作動空間内に空気のみ封入された場合の状態変化を示している。なお、表中ＰＡは、空気（作動媒体Ａ）の分圧を、ＰＢは、水（作動媒体Ｂ）の水蒸気分圧を示している。
【００８１】
【表５】
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実施例９と比較例９との高温状態IIにおける全圧をそれぞれ比較すると、実施例９では、加熱により圧力が高まった空気分圧ＰＡに水の蒸気分圧ＰＢが加算されることで、同一加熱条件の比較例９と比べて圧力を高めることができた。
【００８２】
また、高温状態IIにおける温度Ｔ２の液温における作動媒体Ｂの飽和蒸気圧が高くなるように温度Ｔ２ と作動媒体Ｂとを選定し、高温状態IIにおける温度Ｔ２の液温における作動媒体Ｂの飽和蒸気圧が、低温状態Ｉにおける温度Ｔ１（休止状態で最低作動温度）としたときの作動ガスの全圧以下となるように、低温状態Ｉ（温度Ｔ１）における作動ガスの全圧を高くする（充填量を増やす）ことにより、最低作動圧を高めて、エンジン出力を一層大きくすることができた。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係るスターリングエンジンは、従来、動力変換の難しかった温泉熱や排熱などの比較的温度の低い熱源を利用して動力変換を実現できる実用的なスターリングエンジンとして各種産業への利用が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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