特開 2025-21694 スターリングエンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025021694

(43)【公開日】2025-02-14

(54)【発明の名称】スターリングエンジン

(51)【国際特許分類】

   F02G 1/043 20060101AFI20250206BHJP

   F02G 1/055 20060101ALI20250206BHJP

   F02G 1/057 20060101ALI20250206BHJP

【ＦＩ】

F02G1/043 D

F02G1/055 G

F02G1/057 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023125598

(22)【出願日】2023-08-01

(71)【出願人】

【識別番号】720001060

【氏名又は名称】ヤンマーホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】甲田 和之

(72)【発明者】

【氏名】北崎 真人

(72)【発明者】

【氏名】坂本 修

(57)【要約】

【課題】膨張ピストンおよび圧縮ピストンの動作に寄与しない無効空間を低減することができ、これによって、エンジンを効率よく駆動して出力を上げる。
【解決手段】スターリングエンジンは、作動ガスを収容する本体と、本体内に配置され、熱源からの熱を作動ガスに付与するヒータと、を備える。スターリングエンジンは、本体内に配置され、作動ガスを冷却するクーラと、本体内に、ヒータと作動ガスの膨張空間を介して配置される膨張ピストンと、本体内に、クーラと作動ガスの圧縮空間を介して配置される圧縮ピストンと、をさらに備える。膨張ピストンとヒータとは、本体内で膨張ピストンの運動方向に一直線状に配置されている。クーラと圧縮ピストンとは、本体内で圧縮ピストンの運動方向に一直線状に配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動ガスを収容する本体と、
前記本体内に配置され、熱源からの熱を前記作動ガスに付与するヒータと、を備えたスターリングエンジンであって、
前記本体内に配置され、前記作動ガスを冷却するクーラと、
前記本体内に、前記ヒータと前記作動ガスの膨張空間を介して配置される膨張ピストンと、
前記本体内に、前記クーラと前記作動ガスの圧縮空間を介して配置される圧縮ピストンと、をさらに備え、
前記膨張ピストンと前記ヒータとは、前記本体内で前記膨張ピストンの運動方向に一直線状に配置されており、
前記クーラと前記圧縮ピストンとは、前記本体内で前記圧縮ピストンの運動方向に一直線状に配置されている、スターリングエンジン。

【請求項2】

前記熱源から前記熱を受領する熱媒を収容するサーモサイフォンをさらに備え、
前記サーモサイフォンが、前記熱を前記熱媒によって前記ヒータに伝達する、請求項１に記載のスターリングエンジン。

【請求項3】

前記膨張ピストン、前記ヒータ、前記クーラ、および前記圧縮ピストンは、前記本体内で一直線状に配置されている、請求項１に記載のスターリングエンジン。

【請求項4】

前記膨張空間と前記圧縮空間との間で前記作動ガスを流通させる再生器をさらに備え、
前記再生器は、前記ヒータと前記クーラとの間に配置される、請求項３に記載のスターリングエンジン。

【請求項5】

前記膨張ピストンに連結される膨張ピストン側クランク機構と、
前記圧縮ピストンに連結される圧縮ピストン側クランク機構と、をさらに備え、
前記膨張ピストン側クランク機構および前記圧縮ピストン側クランク機構は、動力伝達部を介して、動力伝達可能および／または調時可能に連結されている、請求項３に記載のスターリングエンジン。

【請求項6】

前記膨張空間と前記圧縮空間との間で前記作動ガスを流通させる再生器をさらに備え、
前記再生器は、一方向に延びて配置され、
前記膨張ピストンおよび前記ヒータは、前記一方向と交差する方向に一直線状に配置され、
前記クーラおよび前記圧縮ピストンは、前記一方向と交差する方向に一直線状に配置される、請求項１に記載のスターリングエンジン。

【請求項7】

前記膨張ピストンおよび前記ヒータと、前記クーラおよび前記圧縮ピストンとは、並列に並んで配置される、請求項６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に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１では、排気を通すダクト内に、排気中の熱により水を水蒸気に変換する熱交換器を設け、該水蒸気を被加熱体に導き、該被加熱体を凝縮熱により加熱する装置が開示されている。熱交換を行う媒体（熱媒）として水を利用する上記熱交換器は、サーモサイフォンとも呼ばれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－１０１２９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、スターリングエンジンの内部に形成される膨張空間内をディスプレーサと呼ばれるピストンが上下動する。しかし、特許文献１の構成では、膨張空間のうち、ディスプレーサの上下動に寄与しない無効空間が存在する。例えば、膨張空間において、ディスプレーサが最上位置にあるときの内部空間は、ディスプレーサが上下動しても容積が変化しない空間であり、この空間がディスプレーサの上下動に寄与しない無効空間となる。このように無効空間が存在すると、エンジンを効率よく駆動することができず、エンジンの出力を上げることが困難となる。特に、α型のスターリングエンジンでは、ピストンが２つ（膨張ピストン、圧縮ピストン）存在するため、圧縮空間でも無効空間が存在し得る。

【0005】

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、膨張ピストンおよび圧縮ピストンの動作に寄与しない無効空間を低減することができ、これによって、エンジンを効率よく駆動して出力を上げることができるスターリングエンジンを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面に係るスターリングエンジンは、作動ガスを収容する本体と、前記本体内に配置され、熱源からの熱を前記作動ガスに付与するヒータと、を備えたスターリングエンジンであって、前記本体内に配置され、前記作動ガスを冷却するクーラと、前記本体内に、前記ヒータと前記作動ガスの膨張空間を介して配置される膨張ピストンと、前記本体内に、前記クーラと前記作動ガスの圧縮空間を介して配置される圧縮ピストンと、をさらに備え、前記膨張ピストンと前記ヒータとは、前記本体内で前記膨張ピストンの運動方向に一直線状に配置されており、前記クーラと前記圧縮ピストンとは、前記本体内で前記圧縮ピストンの運動方向に一直線状に配置されている。

【発明の効果】

【0007】

上記の構成によれば、膨張ピストンおよび圧縮ピストンの動作に寄与しない無効空間を低減することができる。これにより、エンジンを効率よく駆動して出力を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施の一形態に係るスターリングエンジンの概略の構成を示す説明図である。

【図2】上記スターリングエンジンの本体内の膨張空間での圧力と容積との変化を示す説明図である。

【図3】上記本体内の圧縮空間での圧力と容積との変化を示す説明図である。

【図4】上記スターリングエンジンの他の構成を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0010】

＜１．スターリングエンジンの基本構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るスターリングエンジン１００の基本構成を示す説明図である。スターリングエンジン１００は、サーモサイフォン１と、エンジン部２０と、を備える。

【0011】

（１－１．サーモサイフォン）
サーモサイフォン１は、熱源ＨＳから熱を受領する熱媒を収容する。熱源ＨＳとしては、例えば工場排熱を想定することができる。なお、熱源ＨＳは、太陽熱または地熱などであってもよい。熱源ＨＳは、流路ＦＰの中を移動する。流路ＦＰは、例えば排熱管で構成される。

【0012】

サーモサイフォン１は、熱媒が内部を流れる配管として、第１配管１ａと、第２配管１ｂと、第３配管１ｃと、を有する。第１配管１ａは、流路ＦＰの内部に位置する。第２配管１ｂおよび第３配管１ｃは、流路ＦＰの外部に位置する。したがって、サーモサイフォン１の一部は、流路ＦＰに配置される。

【0013】

第２配管１ｂは、第１配管１ａに対して熱媒が流れる方向の下流側に位置する。第１配管１ａと第２配管１ｂとは、第１接続部１１を介して接続される。第１接続部１１は、流路ＦＰの壁面に設けられる。第２配管１ｂにおいて、第１配管１ａとの接続側とは反対側の端部は、エンジン部２０の本体３０の上部に接続される。

【0014】

第３配管１ｃは、第１配管１ａに対して熱媒が流れる方向の上流側に位置する。第１配管１ａと第３配管１ｃとは、第２接続部１２を介して接続される。第２接続部１２は、流路ＦＰの壁面に設けられる。第３配管１ｃにおいて、第１配管１ａとの接続側とは反対側の端部は、本体３０の下部に接続される。

【0015】

サーモサイフォン１が収容する熱媒は、例えば水である。水は常温で液体であるが、高温では沸騰して気体の蒸気となる。また、蒸気は凝縮して水（凝縮水）となる。したがって、蒸気および凝縮水も熱媒に含まれる。熱媒は、液体または気体のいずれかの状態で、サーモサイフォン１の配管の中を流れ、熱源ＨＳ（流路ＦＰ）とエンジン部２０との間で循環する。

【0016】

より詳しくは、熱源ＨＳ（例えば排熱）により、第１配管１ａ内の熱媒（ここでは水）が加熱されると、水は蒸発して蒸気となる。蒸気は、第１配管１ａから第２配管１ｂを通って、エンジン部２０の本体３０内に上部から導入される。蒸気が本体３０内の後述するヒータ４０に凝縮熱を放出することにより、ヒータ４０が加熱される。凝縮熱を放出した後の蒸気は、凝縮して水（凝縮水）となる。上記の水は、本体３０の下部から排出されて第３配管１ｃを通り、第１配管１ａに戻される。つまり、凝縮水は、熱源ＨＳの流路ＦＰに入る。以降は、上記の過程が繰り返し行われる。なお、サーモサイフォン１が収容する熱媒は、水以外の液体（例えばアルコール）であってもよい。

【0017】

このようにして、サーモサイフォン１は、熱源ＨＳから熱を受領してヒータ４０との間で熱交換を行う。このようなサーモサイフォン１は、１次熱交換器とも呼ばれる。

【0018】

（１－２．エンジン部の構成）
エンジン部２０は、本体３０を有する。本体３０は、作動ガスＧを収容するシリンダである。作動ガスＧは、例えばヘリウムである。ヘリウムは比熱容量が大きいため、高圧にして密度を高めることにより、体積あたりのエンジン出力を高めることができる。なお、作動ガスＧは、ヘリウム以外の気体（例えば空気、水素等）であってもよい。本体３０内には、ヒータ４０と、クーラ５０と、再生器６０と、が水平方向に直線状に配置される。

【0019】

ヒータ４０は、例えばシェルアンドチューブ型の熱交換機で構成される。１次熱交換器であるサーモサイフォン１に対して、ヒータ４０のことを２次熱交換器とも称する。ヒータ４０は、内部を作動ガスＧが流れるヒータ管４１を有する。ヒータ管４１は、例えば金属管である。ヒータ管４１を構成する金属は、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼など、熱伝導性に優れた金属の中から適宜選択されればよい。本実施形態では、ヒータ管４１は複数設けられるが、少なくとも１本設けられればよい。

【0020】

サーモサイフォン１から本体３０内に導入される蒸気は、各ヒータ管４１の周囲を流れる。これにより、各ヒータ管４１が加熱され、各ヒータ管４１の内部を流れる作動ガスＧが加熱される。つまり、ヒータ４０は、サーモサイフォン１の熱媒によって伝達される熱を作動ガスＧに付与する。

【0021】

ヒータ４０は、一端部が膨張空間ＥＳに連通し、他端部が再生器６０の一端部に連通している。すなわち、ヒータ４０は、本体３０内で、膨張空間ＥＳと再生器６０との間に位置する。膨張空間ＥＳは、ヒータ４０によって作動ガスＧが加熱されたときに膨張する空間である。

【0022】

クーラ５０も、ヒータ４０と同様のシェルアンドチューブ型の熱交換機で構成される。すなわち、クーラ５０は、内部を作動ガスＧが流れる複数の冷却管５１を有する。冷却管５１は、ヒータ管４１と同様の金属管である。本実施形態では、冷却管５１は複数設けられるが、少なくとも１本設けられればよい。

【0023】

本体３０の外部に設置される冷却設備７０から、冷媒配管７１を介して冷媒がクーラ５０に供給されると、冷媒が各冷却管５１の周囲を流れる。これにより、各冷却管５１が冷却され、各冷却管５１を流れる作動ガスＧが冷却される。つまり、クーラ５０は、作動ガスＧを冷媒によって冷却する。上記の冷媒は例えば水であるが、水以外の冷媒であってもよい。冷媒は、冷媒配管７１を流れてクーラ５０と冷却設備７０との間を循環する。

【0024】

クーラ５０は、一端部が圧縮空間ＣＳに連通し、他端部が再生器６０の他端部に連通している。すなわち、クーラ５０は、本体３０内で、再生器６０と圧縮空間ＣＳとの間に位置する。圧縮空間ＣＳは、作動ガスＧが後述する圧縮ピストンＣＰによって圧縮される空間である。

【0025】

再生器６０は、ヒータ４０とクーラ５０との間に配置される。再生器６０は、例えばメッシュ状の流路で形成される。これにより、本体３０内の作動ガスＧが、再生器６０を介して膨張空間ＥＳ側と圧縮空間ＣＳ側との間で流通することができる。つまり、再生器６０は、膨張空間ＥＳと圧縮空間ＣＳとの間で作動ガスＧを流通させる。なお、再生器６０は、メッシュ状の流路には限定されない。例えば、積層金網、流れに沿った薄板、多孔質体などの蓄熱材で再生器６０を構成することも可能である。

【0026】

本体３０内において、膨張空間ＥＳに対してヒータ４０とは反対側には、パワーピストンＰＰとしての膨張ピストンＥＰが配置される。また、本体３０内において、圧縮空間ＣＳに対してクーラ５０とは反対側には、パワーピストンＰＰとしての圧縮ピストンＣＰが配置される。つまり、本体３０内には、ヒータ４０と作動ガスＧの膨張空間ＥＳを介して膨張ピストンＥＰが配置され、クーラ５０と作動ガスＧの圧縮空間ＣＳを介して圧縮ピストンＣＰが配置される。このように、パワーピストンＰＰとして２つのピストン（膨張ピストンＥＰ、圧縮ピストンＣＰ）を有する２ピストン型のスターリングエンジン１００は、α型のスターリングエンジンとも呼ばれる。

【0027】

膨張ピストンＥＰおよび圧縮ピストンＣＰの外周部には、ピストンリングＰＲが嵌められている。ピストンリングＰＲはガスシールの役目を果たす。つまり、ピストンリングＰＲにより、膨張ピストンＥＰと本体３０との隙間、および圧縮ピストンＣＰと本体３０との隙間からの作動ガスＧの漏れ（ガスリーク）が抑えられる。

【0028】

膨張ピストンＥＰの膨張側ピストンロッド８１は、膨張側クロスヘッドピストン８２に連結されている。膨張側クロスヘッドピストン８２は、膨張側コンロッド８３を介して膨張側クランクシャフト８４に連結されている。膨張側ピストンロッド８１は、本体３０の一端面３０ａを貫通して設けられる。したがって、膨張側クロスヘッドピストン８２、膨張側コンロッド８３、および膨張側クランクシャフト８４は、本体３０の外部に位置する。

【0029】

膨張側クロスヘッドピストン８２、膨張側コンロッド８３、および膨張側クランクシャフト８４は、膨張ピストン側クランク機構８５を構成している。膨張ピストンＥＰは、膨張側ピストンロッド８１を介して、膨張ピストン側クランク機構８５に連結されている。本体３０の一端面３０ａにおいて、膨張側ピストンロッド８１が貫通する貫通孔の周囲には、膨張側ガスシール部３１ａが設けられている。

【0030】

圧縮ピストンＣＰの圧縮側ピストンロッド８６は、圧縮側クロスヘッドピストン８７に連結されている。圧縮側クロスヘッドピストン８７は、圧縮側コンロッド８８を介して圧縮側クランクシャフト８９に連結されている。圧縮側ピストンロッド８６は、本体３０の他端面３０ｂを貫通して設けられる。したがって、圧縮側クロスヘッドピストン８７、圧縮側コンロッド８８、および圧縮側クランクシャフト８９は、本体３０の外部に位置する。

【0031】

圧縮側クロスヘッドピストン８７、圧縮側コンロッド８８、および圧縮側クランクシャフト８９は、圧縮ピストン側クランク機構９０を構成している。圧縮ピストンＣＰは、圧縮側ピストンロッド８６を介して、圧縮ピストン側クランク機構９０に連結されている。本体３０の他端面３０ｂにおいて、圧縮側ピストンロッド８６が貫通する貫通孔の周囲には、圧縮側ガスシール部３１ｂが設けられている。

【0032】

膨張ピストン側クランク機構８５および圧縮ピストン側クランク機構９０は、動力伝達部９１を介して動力伝達可能に連結されている。より詳しくは、膨張ピストン側クランク機構８５の膨張側クランクシャフト８４は、第１ベルト９２を介して出力軸ＳＨと動力伝達可能に連結されている。また、圧縮ピストン側クランク機構９０の圧縮側クランクシャフト８９は、第２ベルト９３を介して出力軸ＳＨと動力伝達可能に連結されている。つまり、第１ベルト９２、出力軸ＳＨ、および第２ベルト９３が、上記の動力伝達部９１を構成する。なお、動力伝達部９１は、ベルトのほかに、またはベルトに加えて、チェーン、歯車等を有する構成であってもよい。

【0033】

出力軸ＳＨは、例えば作業機Ｍの回転軸である。作業機Ｍは、例えば発電機およびモータで構成される。例えば、作業機Ｍは、起動時のみモータとして作動し、自立運転後、発電機として作動する。

【0034】

（１－３．エンジン部の動作）
上記の構成において、サーモサイフォン１の第１配管１ａおよび第２配管１ｂを流れる蒸気が、エンジン部２０の本体３０内に導入されると、蒸気の凝縮熱がヒータ４０に付与されてヒータ４０が加熱される。ヒータ４０の加熱により、ヒータ管４１内の作動ガスＧが加熱される。この結果、作動ガスＧが膨張して膨張空間ＥＳの圧力が増大し、膨張ピストンＥＰを押圧する。ここで、膨張空間ＥＳの圧力をＰ_E（Ｐａ）とし、膨張空間ＥＳの容積をＶ_E（ｍ³）としたとき、膨張工程における仕事量Ｗ_E（Ｊ）は、Ｗ_E＝∫Ｐ_E・ｄＶ_Eで表される。

【0035】

膨張ピストンＥＰの押圧、移動により、膨張側ピストンロッド８１および膨張側クロスヘッドピストン８２が、膨張側コンロッド８３を介して膨張側クランクシャフト８４を正の方向に回転させる。膨張側クランクシャフト８４の回転により、第１ベルト９２が回り、出力軸ＳＨが正の方向に回転する。出力軸ＳＨが回転すると、第２ベルト９３が回り、圧縮側クランクシャフト８９が正の方向に回転する。

【0036】

圧縮側クランクシャフト８９の回転により、圧縮側コンロッド８８が圧縮側クロスヘッドピストン８７および圧縮側ピストンロッド８６を押圧し、圧縮ピストンＣＰを本体３０内に押し込む。これにより、圧縮空間ＣＳが圧縮されるとともに、圧縮空間ＣＳ内の作動ガスＧがクーラ５０内に入り込み、作動ガスＧがクーラ５０によって冷却される。ここで、圧縮空間ＣＳの圧力をＰ_C（Ｐａ）とし、圧縮空間ＣＳの容積をＶ_C（ｍ³）としたとき、圧縮工程における仕事量Ｗ_C（Ｊ）は、Ｗ_C＝－∫Ｐ_C・ｄＶ_Cで表される。

【0037】

したがって、出力軸ＳＨを回す仕事量（例えば発電仕事）をＷ（Ｊ）としたとき、仕事量Ｗは、膨張工程における仕事量Ｗ_Eと、圧縮工程における仕事量Ｗ_Cと、予め定められたエンジン部２０の機械効率ηと、を用いて、以下の式で表される。
Ｗ＝（Ｗ_E＋Ｗ_C）・η＝（∫Ｐ_E・ｄＶ_E－∫Ｐ_C・ｄＶ_C）・η

【0038】

膨張ピストンＥＰおよび圧縮ピストンＣＰの往復移動により、上記の膨張工程と圧縮工程とが繰り返し行われる。このとき、膨張空間ＥＳでは、圧力Ｐ_Eと容積Ｖ_Eとは、図２に示すように変化する。圧縮空間ＣＳでは、圧力Ｐ_Cと容積Ｖ_Cとは、図３に示すように変化する。

【0039】

（１－４．調時について）
上記のように、図１に示した膨張ピストンＥＰの移動によって膨張ピストン側クランク機構８５に与えられる動力は、第１ベルト９２、出力軸ＳＨ、および第２ベルト９３を介して圧縮ピストン側クランク機構９０に伝達される。

【0040】

ここで、膨張ピストンＥＰと圧縮ピストンＣＰとは、本体３０内を所定の位相差で往復移動する。上記位相差は、膨張ピストン側クランク機構８５のクランク角度、および圧縮ピストン側クランク機構９０のクランク角度の差に相当する。したがって、例えば、膨張側クランクシャフト８４の基準位置からの回転角度（クランク角度）をθ（°）としたとき、圧縮側クランクシャフト８９の基準位置からの回転角度（クランク角度）は、位相遅れをβ（°）として、（θ－β）で表される。位相遅れβは、例えば９０°であるが、９０°には限定されない。

【0041】

膨張ピストン側クランク機構８５および圧縮ピストン側クランク機構９０は、上記位相差を実現するように予め調時される。このような調時は、例えば膨張側クランクシャフト８４を所定の回転位置で第１ベルト９２を介して出力軸ＳＨと連結し、圧縮側クランクシャフト８９を所定の回転位置で第２ベルト９３を介して出力軸ＳＨと連結することによって行うことができる。

【0042】

具体的には、膨張側クランクシャフト８４および第１ベルト９２には、位置合わせ用のマークがそれぞれ付されている。また、圧縮側クランクシャフト８９および第２ベルト９３にも、位置合わせ用のマークがそれぞれ付されている。したがって、膨張側クランクシャフト８４および第１ベルト９２の各マークを合わせてこれらを連結し、圧縮側クランクシャフト８９および第２ベルト９３の各マークを合わせてこれらを連結することにより、膨張側クランクシャフト８４を所定の回転位置で第１ベルト９２を介して出力軸ＳＨと連結し、圧縮側クランクシャフト８９を所定の回転位置で第２ベルト９３を介して出力軸ＳＨと連結することができる。このときに用いられる第１ベルト９２および第２ベルト９３は、歯付きのベルト、すなわちタイミングベルトであることが好ましい。このようにして、調時が行われる。つまり、膨張ピストン側クランク機構８５および圧縮ピストン側クランク機構９０は、動力伝達部９１を介して調時可能に連結される。

【0043】

本実施形態では、膨張ピストン側クランク機構８５および圧縮ピストン側クランク機構９０は、動力伝達部９１を介して、動力伝達可能で、かつ。調時可能に連結されているが、動力伝達および調時の少なくとも一方が可能となるように連結されればよい。

【0044】

＜２．本体内での配置の詳細について＞
図１に示すように、膨張ピストンＥＰとヒータ４０とは、本体３０内で膨張ピストンＥＰの運動方向に一直線状に配置されている。また、クーラ５０と圧縮ピストンＣＰとは、本体３０内で圧縮ピストンＣＰの運動方向に一直線状に配置されている。ここで、「一直線状に配置される」とは、２つの部材が、一方向に沿って（並んで）配置されることを意味する。また、膨張ピストンＥＰの運動方向とは、本体３０内での作動ガスＧの膨張、および膨張側クランクシャフト８４の回転により、本体３０内で膨張ピストンＥＰが往復移動する方向を指す。一方、圧縮ピストンＣＰの運動方向とは、本体３０内での作動ガスＧの圧縮、および圧縮側クランクシャフト８９の回転により、本体３０内で圧縮ピストンＣＰが往復移動する方向を指す。

【0045】

このような一直線状の配置により、膨張ピストンＥＰとヒータ４０との間の膨張空間ＥＳを全て、膨張ピストンＥＰの押圧に寄与させることができる。また、クーラ５０と圧縮ピストンＣＰとの間の圧縮空間ＣＳを全て、圧縮ピストンＣＰの引き込みに寄与させることができる。したがって、膨張空間ＥＳに、膨張ピストンＥＰの押圧に寄与しない無効空間は存在しない。また、圧縮空間ＣＳにも、圧縮ピストンＣＰの引き込みに寄与しない無効空間は存在しない。その結果、ヒータ４０による作動ガスＧの加熱およびクーラ５０による作動ガスＧの冷却により、スターリングエンジン１００（特にエンジン部２０）を効率よく駆動して、エンジン部２０の出力（具体的に出力軸ＳＨの回転数）を上げることができる。

【0046】

ところで、例えば、本体に収容された作動ガスを本体の外部に引き出して、熱源との熱交換に利用する別の構成を考えたとき、上記構成では、本体の外部に、膨張ピストンまたは圧縮ピストンの動作に全く寄与しない作動ガスが存在することになる。つまり、本体の外部で上記作動ガスが流れる空間は全て、膨張ピストン等の動作に寄与しない無駄な空間（無効空間）となる。

【0047】

本実施形態では、サーモサイフォン１が、熱源ＨＳから受領した熱を、熱媒によってヒータ４０に伝達する。この構成では、熱源ＨＳからヒータ４０への熱伝達が、サーモサイフォン１の熱媒によって行われるため、作動ガスＧを本体３０内に収容して（閉じ込めて）、本体３０内の作動ガスＧ全体を、膨張ピストンＥＰまたは圧縮ピストンＣＰの動作に寄与させることができる。したがって、本実施形態のように、サーモサイフォン１を用いて熱伝達を行う構成は、無効空間を低減するという、ヒータ４０等の直線状の配置と共通する効果が得られる点で、非常に有効となる。

【0048】

図１に示すように、本実施形態では特に、膨張ピストンＥＰ、ヒータ４０、クーラ５０、および圧縮ピストンＣＰが、本体３０内で一直線状に配置されている。この構成では、本体３０内に流路の曲がり部が存在しないため、上記曲がり部によって生じる圧力損失も生じない。したがって、この場合、上記圧力損失に起因するエンジン部２０の出力低下を回避できることが期待される。この点では、図１に示す直線状の配置が望ましい。

【0049】

特に、図１に示すように、再生器６０が、ヒータ４０とクーラ５０との間に配置される構成では、ヒータ４０、再生器６０およびクーラ５０が相互に一直線状となり、再生器６０での流路の折り曲げが生じない。このため、再生器６０での圧力損失を低減する点で有効である。

【0050】

流路の折り曲げによる圧力損失の低減よりも、本体３０をコンパクトに構成することを重視する場合は、本体３０を曲げてもよい。以下、本体３０を曲げた構成について説明する。

【0051】

図４は、スターリングエンジン１００の他の構成を示す説明図である。なお、図４では、便宜的に、図１で示した膨張側コンロッド８３から圧縮側コンロッド８８までの動力伝達機構の図示を省略している。図４に示すように、本体３０は、逆Ｕ字状に折れ曲がって形成されていてもよい。この結果、本体３０内で、ヒータ４０等の各部材は、以下のように配置されている。

【0052】

本体３０内で、再生器６０は、一方向に延びて配置されている。ここでは、上記一方向を便宜的にＡ方向とする。一方、膨張ピストンＥＰおよびヒータ４０は、Ｂ方向に一直線状に配置されている。ここで、Ｂ方向とは、Ａ方向と交差する方向であり、例えばＡ方向と垂直な方向である。ヒータ４０は、再生器６０のＡ方向の中央Ｃ０よりも一方側で、再生器６０の下部と連結されている。また、クーラ５０および圧縮ピストンＣＰも、Ｂ方向に一直線状に配置されている。クーラ５０は、再生器６０のＡ方向の中央Ｃ０よりも他方側で、再生器６０の下部と連結されている。なお、上記のＢ方向は、膨張ピストンＥＰおよび圧縮ピストンＣＰの運動方向に対応する。

【0053】

本体３０内で、ヒータ４０、再生器６０、およびクーラ５０が上記のように配置される構成では、膨張ピストンＥＰおよびヒータ４０と、クーラ５０および圧縮ピストンＣＰとが並列に並ぶレイアウトとなる。この場合、膨張空間ＥＳと圧縮空間ＣＳとの間での作動ガスＧの流路は、再生器６０で１８０°折り曲げられる。

【0054】

Ａ方向とＢ方向との交差角度を任意に設定することにより、作動ガスＧの流路として、１８０°以外の任意の角度で折り曲げた流路を実現することもできる。したがって、膨張ピストンＥＰおよびヒータ４０と、クーラ５０および圧縮ピストンＣＰの配置の自由度を増大させる観点では、膨張ピストンＥＰおよびヒータ４０と、クーラ５０および圧縮ピストンＣＰは、再生器６０が延びる方向と交差して配置されてもよい。

【0055】

特に、流路を折り曲げてコンパクトなレイアウトを実現する観点では、膨張ピストンＥＰおよびヒータ４０と、クーラ５０および圧縮ピストンＣＰとは、並列に並んで配置されることが望ましい。

【0056】

＜３．付記＞
本実施形態で説明したスターリングエンジンは、以下のように表現することもできる。

【0057】

付記（１）のスターリングエンジンは、
作動ガスを収容する本体と、
前記本体内に配置され、熱源からの熱を前記作動ガスに付与するヒータと、を備えたスターリングエンジンであって、
前記本体内に配置され、前記作動ガスを冷却するクーラと、
前記本体内に、前記ヒータと前記作動ガスの膨張空間を介して配置される膨張ピストンと、
前記本体内に、前記クーラと前記作動ガスの圧縮空間を介して配置される圧縮ピストンと、をさらに備え、
前記膨張ピストンと前記ヒータとは、前記本体内で前記膨張ピストンの運動方向に一直線状に配置されており、
前記クーラと前記圧縮ピストンとは、前記本体内で前記圧縮ピストンの運動方向に一直線状に配置されている。

【0058】

付記（２）のスターリングエンジンは、付記（１）に記載のスターリングエンジンにおいて、
前記熱源から前記熱を受領する熱媒を収容するサーモサイフォンをさらに備え、
前記サーモサイフォンが、前記熱を前記熱媒によって前記ヒータに伝達する。

【0059】

付記（３）のスターリングエンジンは、付記（１）または（２）に記載のスターリングエンジンにおいて、
前記膨張ピストン、前記ヒータ、前記クーラ、および前記圧縮ピストンは、前記本体内で一直線状に配置されている。

【0060】

付記（４）のスターリングエンジンは、付記（３）に記載のスターリングエンジンにおいて、
前記膨張空間と前記圧縮空間との間で前記作動ガスを流通させる再生器をさらに備え、
前記再生器は、前記ヒータと前記クーラとの間に配置される。

【0061】

付記（５）のスターリングエンジンは、付記（３）または（４）に記載のスターリングエンジンにおいて、
前記膨張ピストンに連結される膨張ピストン側クランク機構と、
前記圧縮ピストンに連結される圧縮ピストン側クランク機構と、をさらに備え、
前記膨張ピストン側クランク機構および前記圧縮ピストン側クランク機構は、動力伝達部を介して、動力伝達可能および／または調時可能に連結されている。

【0062】

付記（６）のスターリングエンジンは、付記（１）または（２）に記載のスターリングエンジンにおいて、
前記膨張空間と前記圧縮空間との間で前記作動ガスを流通させる再生器をさらに備え、
前記再生器は、一方向に延びて配置され、
前記膨張ピストンおよび前記ヒータは、前記一方向と交差する方向に一直線状に配置され、
前記クーラおよび前記圧縮ピストンは、前記一方向と交差する方向に一直線状に配置される。

【0063】

付記（７）のスターリングエンジンは、付記（６）に記載のスターリングエンジンにおいて、
前記膨張ピストンおよび前記ヒータと、前記クーラおよび前記圧縮ピストンとは、並列に並んで配置される。

【0064】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で拡張または変更して実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明は、例えば例排熱などの熱源の熱を利用し、熱交換を行ってエンジン部を駆動するスターリングエンジンに利用可能である。

【符号の説明】

【0066】

１ サーモサイフォン
３０ 本体
４０ ヒータ
５０ クーラ
６０ 再生器
８５ 膨張ピストン側クランク機構
９０ 圧縮ピストン側クランク機構
９１ 動力伝達部
１００ スターリングエンジン
ＣＰ 圧縮ピストン
ＣＳ 圧縮空間
ＥＰ 膨張ピストン
ＥＳ 膨張空間
Ｇ 作動ガス
ＨＳ 熱源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】