JPH07247902A - スターリングサイクル機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スターリングサイクル機器の熱力学的損失と
それによる効率低下を抑止をする。 【構成】 作動ガスＧを等温状態で圧縮する等温圧縮工
程と、圧縮した作動ガスＧを圧縮主体シリンダ室２の側
から膨張主体シリンダ室１の側へ等容積状態で移動させ
る等容変化工程と、作動ガスＧを等温状態で膨張させる
等温膨張工程と、膨張させた作動ガスＧを膨張主体シリ
ンダ室１の側から圧縮主体シリンダ室２の側へ等容積状
態で移動させる等容変化工程とを、その順で繰り返すス
ターリングサイクル機器において、膨張主体シリンダ室
１の内壁面を入熱器５の作動ガスＧに対する伝熱面５ｓ
とし、また、圧縮主体シリンダ室２の内壁面を出熱器６
の作動ガスＧに対する伝熱面６ｓとする。そして、好ま
しくは、それら伝熱面５ｓ，６ｓに伝熱用ひだ５ｑ，６
ｑを形成し、また、シリンダ室内の作動ガスＧを攪拌す
る攪拌手段１３，１４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スターリングサイクル
において熱入力により動力を取り出すスターリングサイ
クル・エンジンや、スターリングサイクル（厳密には逆
スターリングサイクル）において動力入力により熱の汲
み上げを行うスターリングサイクル・ヒートポンプ／冷
凍機等の種々のスターリングサイクル機器に関し、詳し
くは、膨張主体シリンダ室と圧縮主体シリンダ室とにわ
たって作動ガスを流通させるガス連通路に再生熱交換器
を介装し、その再生熱交換器よりも前記膨張主体シリン
ダ室の側で作動ガスに入熱する入熱器と、前記再生熱交
換器よりも前記圧縮主体シリンダ室の側で作動ガスから
出熱させる出熱器とを設け、前記の再生熱交換器、入熱
器、出熱器の作用下において、作動ガスを等温状態で圧
縮する等温圧縮工程と、圧縮した作動ガスを前記圧縮主
体シリンダ室の側から前記膨張主体シリンダ室の側へ等
容積状態で移動させる等容変化工程と、作動ガスを等温
状態で膨張させる等温膨張工程と、膨張させた作動ガス
を前記膨張主体シリンダ室の側から前記圧縮主体シリン
ダ室の側へ等容積状態で移動させる等容変化工程とを、
その順で繰り返すように動作するピストン機構を設けた
スターリングサイクル機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記の如きスターリングサイクル
機器において、入熱器５、及び、出熱器６の夫々は、図
１３に示すように、それらの間に位置させる再生熱交換
器４と同様、膨張主体シリンダ室１や圧縮主体シリンダ
室２とは別体の単体構成としてガス連通路３に介装して
いた。

【０００３】なお、熱入力により動力を取り出すスター
リングサイクル・エンジンでは、上記の入熱器５は高温
の温熱源により作動ガスＧを加熱する加熱器として機能
させ、一方、出熱器６は低温の冷熱源により作動ガスＧ
を冷却する冷却器として機能させ、これにより、図４の
Ｔ−ｓ線図に示す如く、低温レベルでの等温圧縮工程
（ニ→ハ）と、高温レベルへ移行する等容変化工程（ハ
→ロ）と、高温レベルでの等温膨張工程（ロ→イ）と、
低温レベルへ移行する等容変化工程（イ→ニ）とをその
順に繰り返す。

【０００４】また、動力入力により熱の汲み上げを行う
スターリングサイクル・ヒートポンプ／冷凍機では、上
記の出熱器６は高温放熱源に対し作動ガスＧを放熱させ
る放熱器として機能させ、一方、入熱器５は低温吸熱源
から作動ガスＧに吸熱させる吸熱器として機能させ、こ
れにより、図５のＴ−ｓ線図に示す如く、高温レベルで
の等温圧縮工程（イ→ロ）と、低温レベルへ移行する等
容変化工程（ロ→ハ）と、低温レベルでの等温膨張工程
（ハ→ニ）と、高温レベルへ移行する等容変化工程（ニ
→イ）とをその順に繰り返す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来構
成では、入熱器５が両シリンダ室間のガス連通路３に位
置するため、等温膨張工程の際に、作動ガスＧを等温に
保つに要する入熱が膨張主体シリンダ室内に存在する膨
張対象作動ガスＧについて良好に行われず、このため、
スターリングサイクルにおいて本来要求される等温膨張
変化が断熱膨張傾向となって熱力学的損失とそれによる
効率低下を生じていた。

【０００６】また同様に、出熱器６が両シリンダ室間の
ガス連通路３に位置するため、等温圧縮工程の際に、作
動ガスＧを等温に保つに要する出熱が圧縮主体シリンダ
室内に存在する圧縮対象作動ガスＧについて良好に行わ
れず、このため、スターリングサイクルにおいて本来要
求される等温圧縮変化が断熱圧縮傾向となって熱力学的
損失とそれによる効率低下を生じていた。

【０００７】つまり、図１４のＴ−ｓ線図においてイ→
ロ→ハ→ニは、スターリングサイクル・ヒートポンプ／
冷凍機における理想サイクル（逆スターリングサイク
ル）を示し、これに対し、イ→イ”→ロ→ハ→ハ”→ニ
は、等温圧縮工程イ→ロが断熱圧縮変化イ→イ”とな
り、かつ、等温膨張工程ハ→ニが断熱膨張変化ハ→ハ”
となった場合の変形サイクルを示すが、膨張変化に伴う
吸熱について比較すると、理想サイクルでは等温膨張変
化ハ→ニでの吸熱量が面積ハニニ’ハ’に相当するのに
対し、変形サイクルでは断熱膨張変化ハ→ハ”に伴う吸
熱がその断熱膨張に続く等容変化部分ハ”→ニにおいて
行われる形態となることから、その吸熱量は面積ハ”ニ
ニ’ハ’に相当するものとなって理想サイクルの場合よ
りも小さい吸熱量となり、この一例から、スターリング
サイクル・エンジン等も含めた一般のスターリングサイ
クル機器において等温膨張工程が断熱膨張傾向となるこ
とによる熱力学的損失、及び、それによる効率低下が理
解される。

【０００８】また、圧縮変化に要する仕事について比較
すると、理想サイクルでは等温圧縮変化イ→ロに要する
仕事量が面積イイ’ロ’ロに相当するのに対し、変形サ
イクルでは断熱圧縮変化イ→イ”及び等容変化イ”→ロ
を経て状態イから状態ロに至るので、その際の必要仕事
量は面積イ”イ’ロ’ロに相当するものとなって理想サ
イクルの場合よりも大きいものとなり、この一例から、
スターリングサイクル・エンジン等も含めたスターリン
グサイクルにおいて等温圧縮工程が断熱圧縮傾向となる
ことによる熱力学的損失、及び、それによる効率低下が
理解される。

【０００９】しかも、従来構成では入熱器５、及び、出
熱器６の夫々を各シリンダ室１，２とは別体で単体構成
してガス連通路３に介装するので、上記の如き熱力学的
損失、効率低下の問題のみならず、機器の全体構成が大
型化して必要スペースが嵩む問題もあった。

【００１０】本発明の目的は、スターリングサイクル機
器において等温工程が断熱変化傾向となることによる熱
力学的損失とそれによる効率低下を効果的に防止すると
ともに、合わせて、機器のコンパクト化を図る点にあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

〔第１特徴構成〕本発明の第１特徴構成は、前記膨張主
体シリンダ室の内壁面を、前記入熱器の作動ガスに対す
る伝熱面としてあることにある。

【００１２】〔第２特徴構成〕本発明の第２特徴構成
は、前記圧縮主体シリンダ室の内壁面を、前記出熱器の
作動ガスに対する伝熱面としてあることにある。

【００１３】〔第３特徴構成〕本発明の第３特徴構成
は、前記の第１又は第２特徴構成の実施において好適な
具体構成を特定するものであり、前記の伝熱面とするシ
リンダ室内壁面に多数の伝熱用ひだを形成してあること
にある。

【００１４】〔第４特徴構成〕本発明の第４特徴構成
は、前記の第１、第２又は第３特徴構成の実施において
好適な具体構成を特定するものであり、内壁面を前記の
伝熱面とするシリンダ室内の作動ガスを攪拌する攪拌手
段を設けたことにある。

【００１５】〔第５特徴構成〕本発明の第５特徴構成
は、前記の第４特徴構成の実施において好適な具体構成
を特定するものであり、前記攪拌手段は、前記ガス連通
路からシリンダ室内に流入する作動ガスを案内してシリ
ンダ室内で旋回流動させる流入ガス案内具で構成してあ
ることにある。

【００１６】〔第６特徴構成〕本発明の第６特徴構成
は、前記の第５特徴構成の実施において好適な具体構成
を特定するものであり、前記流入ガス案内具は、作動ガ
スをシリンダ室壁面に対しその接線向きで沿わせるよう
にシリンダ室内に噴入させるノズルで構成してあること
にある。

【００１７】〔第７特徴構成〕本発明の第７特徴構成
は、前記の第５特徴構成の実施において好適な具体構成
を特定するものであり、前記流入ガス案内具は、シリン
ダ室の端部流入口でその周方向に並設した傾斜案内板で
構成してあることにある。

【００１８】〔第８特徴構成〕本発明の第８特徴構成
は、前記の第４特徴構成の実施において好適な具体構成
を特定するものであり、前記攪拌手段は、シリンダ室内
において駆動回転する回転翼で構成してあることにあ
る。

【００１９】〔第９特徴構成〕本発明の第９特徴構成
は、前記の第８特徴構成の実施において好適な具体構成
を特定するものであり、前記回転翼はシリンダ室の固定
壁に支持装備してあることにある。

【００２０】〔第１０特徴構成〕本発明の第１０特徴構
成は、前記の第８特徴構成の実施において好適な具体構
成を特定するものであり、前記回転翼はシリンダ室に内
装のピストンに支持装備してあることにある。

【００２１】〔第１１特徴構成〕本発明の第１１特徴構
成は、前記の第４特徴構成の実施において好適な具体構
成を特定するものであり、前記攪拌手段は、シリンダ中
心軸芯に対し直交する軸芯を揺動軸芯としてピストン往
復動方向に限られた角度範囲だけ揺動自在な揺動翼をシ
リンダ室内においてシリンダ中心軸芯からシリンダ径方
向に離れた位置に配置し、かつ、この揺動翼をシリンダ
室周方向について固定の状態で、又は、シリンダ中心軸
芯周りで回転自在な状態でピストンに支持装備して構成
してある。

【００２２】

【作用】

〔第１特徴構成の作用〕第１特徴構成においては、膨張
主体シリンダ室の内壁面を、入熱器の作動ガスに対する
伝熱面とすることにより、等温膨張工程の際、膨張主体
シリンダ室内に存在する膨張対象作動ガスを等温に保つ
に要する入熱を、上記伝熱面としたシリンダ室内壁面に
おいて行わせる。

【００２３】〔第２特徴構成の作用〕第２特徴構成にお
いては、圧縮主体シリンダ室の内壁面を、出熱器の作動
ガスに対する伝熱面とすることにより、等温圧縮工程の
際、圧縮主体シリンダ室内に存在する圧縮対象作動ガス
を等温に保つに要する出熱を、上記伝熱面としたシリン
ダ室内壁面において行わせる。

【００２４】〔第３特徴構成の作用〕第３特徴構成にお
いては、前記の伝熱面とするシリンダ室内壁面に多数の
伝熱用ひだを形成することにより、その伝熱面とするシ
リンダ室内壁面の作動ガスに対する伝熱面積を大きく確
保し、これにより、その伝熱面とするシリンダ室内壁面
と作動ガスとの間での熱授受（すなわち、等温膨張工程
の際の膨張主体シリンダ室における作動ガスの入熱や、
等温圧縮工程の際の圧縮主体シリンダ室における作動ガ
スの出熱）を効率良く行わせる。

【００２５】〔第４特徴構成の作用〕第４特徴構成にお
いては、攪拌手段によりシリンダ室内の作動ガスを攪拌
することで、前記の伝熱面としたシリンダ室内壁面に対
しシリンダ室内の作動ガスを効率良く接触させて両者間
の熱伝達の効率を高く確保するとともに、シリンダ室内
における作動ガスの入熱ないし出熱を均一化する。

【００２６】〔第５特徴構成の作用〕第５特徴構成にお
いては、前記の攪拌の形態として、シリンダ室への流入
作動ガスに対する案内によりシリンダ室内で作動ガスを
旋回流動させることで、前記の伝熱面としたシリンダ室
内壁面とシリンダ室内の作動ガスとの接触において、両
者の相対速度を大きく安定的に確保する。

【００２７】〔第６特徴構成の作用〕第６特徴構成にお
いては、前記の流入ガス案内の形態として、ノズルによ
り作動ガスをシリンダ室内壁面に対しその接線向きで沿
わせるようにシリンダ室内に噴入させることで、その噴
入速度を初速とする旋回流速の大きな作動ガス旋回流を
シリンダ室内に形成する。

【００２８】〔第７特徴構成の作用〕第７特徴構成にお
いては、前記の流入ガス案内の形態として、シリンダ室
の端部流入口において、その周方向に並設した傾斜案内
板により流入作動ガスを流入口の周方向に案内すること
で、シリンダ室内の周方向について旋回状態が均等な作
動ガス旋回流をシリンダ室内に安定的に形成する。

【００２９】〔第８特徴構成の作用〕第８特徴構成にお
いては、前記の攪拌の形態として、シリンダ室内で回転
翼を駆動回転することにより、そのシリンダ室内の作動
ガスを攪拌する。

【００３０】〔第９特徴構成の作用〕第９特徴構成にお
いては、前記の回転翼をシリンダ室の固定壁に支持装備
することにより、その回転翼を静止支持状態で駆動回転
させて作動ガスに対し攪拌作用させる。

【００３１】〔第１０特徴構成の作用〕第１０特徴構成
においては、前記の回転翼をシリンダ室に内装のピスト
ンに支持装備することで、その回転翼をピストン動作に
伴いシリンダ室内で位置変化させながら作動ガスに対し
攪拌作用させる。

【００３２】〔第１１特徴構成の作用〕第１１特徴構成
においては、シリンダ中心軸芯からシリンダ径方向に離
れた位置に位置する揺動翼が、ピストンの往復動作に伴
いシリンダ室内の作動ガスを受けてピストンの往動作時
と復動作時とで異なる角度でシリンダ室内を往復動し、
これに伴いシリンダ室周方向への作動ガス流動が生じ、
シリンダ室内の作動ガスが攪拌される。

【００３３】なお、揺動翼をシリンダ室周方向について
固定の状態でピストンに支持装備する形態では、揺動翼
はピストン往復動方向で直線的にシリンダ室内を往復動
して上記の攪拌作用を奏し、一方、揺動翼をシリンダ中
心軸芯周りで回転自在な状態でピストンに支持装備する
形態では、揺動翼はシリンダ中心軸芯周りでの回転を伴
いながらシリンダ室内を往復動して上記の攪拌作用を奏
する。

【００３４】

【発明の効果】

〔第１特徴構成の効果〕本発明の第１特徴構成によれ
ば、等温膨張工程の際、膨張主体シリンダ室内に存在す
る膨張対象作動ガスを等温に保つに要する入熱を、入熱
器の伝熱面としたシリンダ室内壁面において効率よく良
好に行わせることができ、これにより、スターリングサ
イクル機器における膨張工程を理想の等温変化へ効果的
に近づけることができて、等温膨張工程が断熱膨張傾向
となることによる熱力学的損失、及び、それによる効率
低下を効果的に抑止できる。

【００３５】また、膨張主体シリンダ室の内壁面を入熱
器の伝熱面とすることに伴い、それら膨張主体シリンダ
室と入熱器とを一体化構成とすることができ、これによ
り、機器の全体構成をコンパクト化することもできる。

【００３６】〔第２特徴構成の効果〕本発明の第２特徴
構成によれば、等温圧縮工程の際、圧縮主体シリンダ室
内に存在する圧縮対象作動ガスを等温に保つに要する出
熱を、出熱器の伝熱面としたシリンダ室内壁面において
効率よく良好に行わせることができ、これにより、スタ
ーリングサイクル機器における圧縮工程を理想の等温変
化へ効果的に近づけることができて、等温圧縮工程が断
熱圧縮傾向となることによる熱力学的損失、及び、それ
による効率低下を効果的に抑止できる。

【００３７】また、圧縮主体シリンダ室の内壁面を出熱
器の伝熱面とすることに伴い、それら圧縮主体シリンダ
室と出熱器とを一体化構成とすることができ、これによ
り、機器の全体構成をコンパクト化することもできる。

【００３８】〔第３特徴構成の効果〕本発明の第３特徴
構成によれば、伝熱面とするシリンダ室内壁面の伝熱面
積を大きく確保して、その伝熱面とするシリンダ室内壁
面と作動ガスとの間での熱授受を効率良く行わせること
により、前記の第１ないし第２特徴構成の作用効果とし
ての熱力学的損失及び効率低下の抑止を効果的に達成で
きる。

【００３９】〔第４特徴構成の効果〕本発明の第４特徴
構成によれば、攪拌により、伝熱面としたシリンダ室内
壁面とシリンダ室内の作動ガスとの間での熱伝達を効率
良く行わせるとともに、シリンダ室内における作動ガス
の入熱ないし出熱を均一化することで、前記の第１ない
し第２特徴構成の作用効果としての熱力学的損失及び効
率低下の抑止を効果的に達成できる。

【００４０】〔第５特徴構成の効果〕本発明の第５特徴
構成によれば、前記の伝熱面としたシリンダ室内壁面と
作動ガスとの接触における相対速度を旋回流の形成によ
り大きく安定的に確保することで、両者間の熱伝達の効
率を効果的に向上でき、これにより、前記の第４特徴構
成の作用効果を効果的に達成できる。

【００４１】また、流入作動ガスを案内具により案内す
ることで旋回流動を生じさせるから、その旋回流動を発
生させるための専用の駆動源を必要せず、機器構成を簡
略なものとすることができる。

【００４２】〔第６特徴構成の効果〕本発明の第６特徴
構成によれば、ノズルからの噴入により旋回流速の大き
な旋回流を形成することで、前記の伝熱面としたシリン
ダ室内壁面と作動ガスとの接触において両者の相対速度
を大きく確保することを効果的に行え、これにより、前
記の第５特徴構成の作用効果を効果的に達成できる。

【００４３】〔第７特徴構成の効果〕本発明の第７特徴
構成によれば、シリンダ室内の周方向について旋回状態
が均等な作動ガス旋回流をシリンダ室内に安定的に形成
することで、前記の伝熱面としたシリンダ室内壁面と作
動ガスとの間での相対速度確保による熱伝達効率の向上
を、伝熱面としたシリンダ室内壁面の全体について均等
な状態で効果的に達成でき、これにより、前記の第５特
徴構成の作用効果を効果的に達成できる。

【００４４】〔第８特徴構成の効果〕本発明の第８特徴
構成によれば、回転翼の駆動回転により作動ガスを攪拌
（旋回流形成の形態を含む）するから、所望の強さの攪
拌を安定的に実施でき、これにより、前記の第４特徴構
成の作用効果を効果的に達成できる。

【００４５】また、駆動回転であるから、その回転出力
の調整により作動ガスの入出熱状態に応じて作動ガス攪
拌の強さを適宜調整するといったことも容易に行え、こ
れにより、高い運転調整機能を得ることができる。

【００４６】〔第９特徴構成の効果〕本発明の第９特徴
構成によれば、シリンダ室固定壁に回転翼を支持装備す
るから、その回転翼の装備構造が簡略となり、また、回
転翼を静止支持状態で駆動回転させるから、シリンダ室
におけるピストン動作等にかかわらず回転翼の運転トラ
ブルを生じ難い。

【００４７】〔第１０特徴構成の効果〕本発明の第１０
特徴構成によれば、回転翼をピストン動作に伴いシリン
ダ室内で位置変化させながら作動ガスに対し攪拌作用さ
せるから、シリンダ室内で均等に作動ガスを攪拌でき、
これにより、前記の第４特徴構成の作用効果を効果的に
達成できる。

【００４８】〔第１１特徴構成の効果〕本発明の第１１
特徴構成によれば、揺動翼をピストン動作に伴いシリン
ダ室内で位置変化させながら作動ガスに対し攪拌作用さ
せるから、シリンダ室内で均等に作動ガスを攪拌でき、
これにより、前記の第４特徴構成の作用効果を効果的に
達成できる。

【００４９】また、ピストン動作を利用して揺動翼を攪
拌作用させるから、攪拌のための専用の駆動源を必要せ
ず、機器構成を簡略なものとすることができる。

【００５０】

【実施例】次に実施例を説明する。 〔第１実施例〕図１は本発明を適用したスターリングサ
イクル・エンジンを示し、１は膨張主体シリンダ室とし
ての第１シリンダ室、２は圧縮主体シリンダ室としての
第２シリンダ室、３は第１シリンダ室１と第２シリンダ
室２とを連通するガス連通路であり、ガス連通路３には
蓄熱機能を有する再生熱交換器４を介装してある。

【００５１】５は作動ガス加熱器として機能させる入熱
器、６は作動ガス冷却器として機能させる出熱器であ
り、入熱器５は高温流体Ａを温熱源として第１シリンダ
室１で作動ガスＧを加熱し、また、出熱器６は低温流体
Ｂを冷熱源として第２シリンダ室２で作動ガスＧを冷却
する。

【００５２】なお、作動ガスＧには、例えばヘリウムガ
スや水素ガス等の種々の気体を採用できる。

【００５３】第１及び第２シリンダ室１，２に対するピ
ストン機構Ｐとして、７は第１シリンダ室１に対する第
１ピストン、８は第２シリンダ室２に対する第２ピスト
ン、、９は各ピストン７，８のピストンロッド１０，１
１に対しクランク機構１２を介して連係させる出力回転
軸であり、各ピストンロッド１０，１１のクランク側連
結点は出力回転軸９の軸芯周りで同位相位置に設定して
ある。

【００５４】また、各ピストンロッド１０，１１のクラ
ンク側連結点を出力回転軸９の軸芯周りで同位相位置と
するのに対し、第２シリンダ室２における第２ピストン
８の往復動作方向（すなわち、第２シリンダ室２の向
き）は、第１シリンダ室１における第１ピストン７の往
復動作方向（すなわち、第１シリンダ室１の向き）に対
し出力回転軸９の回転方向で下手側へ約９０°だけ傾け
てあり、これにより、各シリンダ室１，２の作動ガス吐
出・吸入動作として、両シリンダ室１，２は互いに等し
い周期で、かつ、第２シリンダ室２は第１シリンダ室１
に対し１／４周期分だけ位相が遅れた状態で、作動ガス
Ｇの吐出・吸入を繰り返す。

【００５５】つまり、前記の再生熱交換器４、入熱器
５、及び、出熱器６の作用下において、上記形態での作
動ガス吐出・吸入を行わせることにより、図４に示す如
く等温圧縮工程（ニ→ハ）と等容変化工程（ハ→ロ）と
等温膨張工程（ロ→イ）と等容変化工程（イ→ニ）とを
その順に繰り返すスターリングサイクルを実行させて、
出力回転軸９に回転動力を発生させる。

【００５６】すなわち、等温圧縮工程（ニ→ハ）では、
出熱器６での冷却で低温レベルの等温状態を維持しつつ
作動ガスＧを圧縮する。そして、この際の圧縮仕事がエ
ンジンの負の仕事となる。

【００５７】等温圧縮工程（ニ→ハ）に続く等容変化工
程（ハ→ロ）では、圧縮した作動ガスＧを第２シリンダ
室２の側から第１シリンダ室１の側へ等容積状態で移動
させ、この際、再生熱交換器４の蓄熱温熱により作動ガ
スＧを昇温させて高温レベルに移行させる。

【００５８】続いて等温膨張工程（ロ→イ）では、入熱
器５での加熱で高温レベルの等温状態を維持しつつ作動
ガスＧを膨張させる。そして、この際の膨張仕事がエン
ジンの正の仕事（すなわち、この正の仕事−前記の負の
仕事＝エンジンの有効発生仕事）となる。

【００５９】等温膨張工程（ロ→イ）に続く等容変化工
程（イ→ニ）では、膨張させた作動ガスＧを第１シリン
ダ室１の側から第２シリンダ室２の側へ等容積状態で移
動させ、この際、再生熱交換器４に対し作動ガス保有温
熱を蓄熱させることにより作動ガスＧを降温させて低温
レベルに移行させる。

【００６０】作動ガス加熱器として機能させる上記入熱
器５は、図１及び図２に示す如く、第１シリンダ室１の
シリンダ周壁１ｗに、その全周にわたる熱交換流体ジャ
ケット５ｊを形成することで構成し、これにより、その
シリンダ周壁１ｗの内周面（すなわち、第１シリンダ室
１の内壁面）を作動ガスＧに対する入熱器５の伝熱面５
ｓとしてある。

【００６１】つまり、このように第１シリンダ室１の内
壁面を入熱器５の伝熱面５ｓとすることで、等温膨張工
程において第１シリンダ室内に存在する膨張対象作動ガ
スＧを高温レベルの等温状態に保つに要する加熱が効率
よく良好に行なわれるようにし、これにより、等温膨張
工程における作動ガス変化が断熱膨張傾向となることを
抑止する。

【００６２】一方、作動ガス冷却器として機能させる出
熱器６は、図１及び図３に示す如く、上記入熱器５と同
様に、第２シリンダ室２のシリンダ周壁２ｗに、その全
周にわたる熱交換流体ジャケット６ｊを形成することで
構成し、これにより、そのシリンダ周壁２ｗの内周面
（すなわち、第２シリンダ室２の内壁面）を作動ガスＧ
に対する出熱器６の伝熱面６ｓとしてある。

【００６３】つまり、このように第２シリンダ室２の内
壁面を出熱器６の伝熱面６ｓとすることで、等温圧縮工
程において第２シリンダ室内に存在する圧縮対象作動ガ
スＧを低温レベルの等温状態に保つに要する冷却が効率
よく良好に行なわれるようにし、これにより、等温圧縮
工程における作動ガス変化が断熱圧縮傾向となることを
抑止する。

【００６４】なお、５ｉは入熱器５の熱交換流体ジャケ
ット５ｊに対し高温流体Ａを供給する流体供給路、５ｏ
は作動ガスＧと熱交換させた高温流体Ａを入熱器５の熱
交換流体ジャケット５ｊから排出する流体排出路であ
り、また、６ｉは出熱器６の熱交換流体ジャケット６ｊ
に対し低温流体Ｂを供給する流体供給路、６ｏは作動ガ
スＧと熱交換させた低温流体Ｂを出熱器６の熱交換流体
ジャケット６ｊから排出する流体排出路である。

【００６５】入熱器５の伝熱面５ｓとする第１シリンダ
室１の内壁面、及び、出熱器６の伝熱面６ｓとする第２
シリンダ室２の内壁面の夫々には、多数の伝熱用ひだ５
ｑ，６ｑを形成し、これにより、入熱器５及び出熱器６
夫々の作動ガスＧに対する伝熱面積を大きく確保してい
る。

【００６６】また、第１シリンダ室１及び第２シリンダ
室２の夫々には、それらシリンダ室内の作動ガスＧを攪
拌する攪拌手段を設け、この攪拌により上記伝熱面５
ｓ，６ｓと作動ガスＧとを効率良く接触させて両者間の
熱伝達を効率良く行わせるとともに、シリンダ室内にお
ける作動ガスＧの入出熱を均一化し、これにより、前記
の加熱及び冷却の効率向上を一層効果的に達成する。

【００６７】上記攪拌の形態として本例においては、ガ
ス連通路３から各シリンダ室内に流入する作動ガスＧを
流入ガス案内具により案内することで、シリンダ室内に
おいて作動ガスＧの旋回流を形成する形態を採用してお
り、第１シリンダ室１に対する上記の流入ガス案内具と
しては、図１及び図２に示すように、等温圧縮工程に続
く等容変化工程でガス連通路３から第１シリンダ室１に
流入する作動ガスＧを第１シリンダ室１の内壁面に対し
その接線向きで沿わせるように第１シリンダ室１内に高
速噴入させるノズル１３を設け、この噴入により第１シ
リンダ室１において作動ガスＧの強い旋回流を形成す
る。

【００６８】一方、第２シリンダ室２については、図１
及び図３に示すように、ガス連通路３と第２シリンダ室
２との接続において第２シリンダ室２における端面部の
全体をガス流出入口とし、そして、上記の流入ガス案内
具として、この端部流出入口の周部で多数の傾斜案内板
１４を周方向に並設し、等温膨張工程に続く等容変化工
程でガス連通路３から第２シリンダ室２に流入する作動
ガスＧをこれら傾斜案内板１４によりシリンダ室周方向
に案内することで、第２シリンダ室２において作動ガス
Ｇの旋回流を形成する。

【００６９】上記傾斜案内板１４の装備構造において、
１４ａは第２シリンダ室２における端部流出入口の中央
に位置させる中央分散具、１４ｂは端部流出入口の周縁
に嵌装する案内板保持枠であり、傾斜案内板１４の夫々
は中央分散具１４ａの支持脚とする形態で中央分散具１
４ａと案内板保持枠１４ｂとにわたらせた支持構造とし
てある。

【００７０】なお、本例においては、旋回流形成のため
の流入ガス案内具として、第１シリンダ室１に対しては
ノズル１３を採用し、また、第２シリンダ室２に対して
は傾斜案内板１４を採用したが、これに代え、第１及び
第２シリンダ室１，２の両方に対しノズル１３を採用す
る構成、あるいは、第１及び第２シリンダ室１，２の両
方に対し傾斜案内板１４を採用する構成としてもよい。

【００７１】〔第２実施例〕次に本発明を適用したスタ
ーリングサイクル・ヒートポンプ／冷凍機を、前述第１
実施例で用いた図１ないし図３に基づき説明する。

【００７２】図１ないし図３に示す装置構成をスターリ
ングサイクル・ヒートポンプ／冷凍機として機能させる
場合、回転軸９は動力入力軸とし、この回転軸９からの
動力入力により第１及び第２ピストン７、８を往復動作
させることで、膨張主体シリンダ室としての第１シリン
ダ室１、及び、圧縮主体シリンダ室としての第２シリン
ダ室２の夫々において作動ガスＧの吐出・吸入を行わせ
る。

【００７３】各シリンダ室１，２の作動ガス吐出・吸入
動作については、前述の第１実施例と同様、両シリンダ
室１，２は互いに等しい周期で、かつ、第２シリンダ室
２は第１シリンダ室１に対し１／４周期分だけ位相が遅
れた状態で、作動ガスＧの吐出・吸入を繰り返し、ま
た、作動ガスＧについても前述の第１実施例と同様、ヘ
リウムガスや水素ガス等の種々の気体を採用できる。

【００７４】入熱器５は、その熱交換流体ジャケット５
ｊに吸熱源としての低温流体Ａを供給することで、その
低温流体Ａから作動ガスＧに吸熱させる吸熱器として機
能させ、一方、出熱器６は、その熱交換流体ジャケット
６ｊに放熱源としての高温流体Ｂを供給することで、そ
の高温流体Ｂに対し作動ガスＧを放熱させる放熱器とし
て機能させる。

【００７５】つまり、吸熱器として機能させる入熱器
５、放熱器として機能させる出熱器６、並びに、蓄熱機
能を有する再生熱交換器４の作用下において、回転軸９
からの動力入力により上記形態で作動ガスＧの吐出・吸
入を行わせることにより、図５に示す如く等温圧縮工程
（イ→ロ）と等容変化工程（ロ→ハ）と等温膨張工程
（ハ→ニ）と等容変化工程（ニ→イ）とをその順に繰り
返す逆スターリングサイクルを実行させ、これにより、
低温吸熱源Ａから高温放熱源Ｂへの熱の汲み上げを行わ
せる。

【００７６】すなわち、等温圧縮工程（イ→ロ）では、
出熱器６での放熱で高温レベルの等温状態を維持しつつ
作動ガスＧを圧縮する。

【００７７】等温圧縮工程（イ→ロ）に続く等容変化工
程（ロ→ハ）では、圧縮した作動ガスＧを第２シリンダ
室２の側から第１シリンダ室１の側へ等容積状態で移動
させ、この際、再生熱交換器４の蓄熱冷熱により作動ガ
スＧを降温させて低温レベルに移行させる。

【００７８】続いて等温膨張工程（ハ→ニ）では、入熱
器５での吸熱で低温レベルの等温状態を維持しつつ作動
ガスＧを膨張させる。

【００７９】等温膨張工程（ハ→ニ）に続く等容変化工
程（ニ→イ）では、膨張させた作動ガスＧを第１シリン
ダ室１の側から第２シリンダ室２の側へ等容積状態で移
動させ、この際、再生熱交換器４に対し作動ガス保有冷
熱を蓄熱させることにより作動ガスＧを昇温させて高温
レベルに移行させる。

【００８０】そして、このように逆スターリングサイク
ルを実行させるにあたり、上記入熱器５の構成として、
その熱交換流体ジャケット５ｊを第１シリンダ室１の周
壁１ｗの全周にわたらせる状態に形成して、第１シリン
ダ室１の内壁面を作動ガスＧに対する入熱器５の伝熱面
５ｓとすることにより、等温膨張工程において第１シリ
ンダ室内に存在する膨張対象作動ガスＧを低温レベルの
等温状態に保つに要する吸熱が効率よく良好に行なわれ
るようにし、これにより、等温膨張工程における作動ガ
ス変化が断熱膨張傾向となることを抑止する。

【００８１】また、出熱器６の構成として、入熱器５と
同様、その熱交換流体ジャケット６ｊを第２シリンダ室
２の周壁２ｗの全周にわたらせる状態に形成して、第２
シリンダ室２の内壁面を作動ガスＧに対する出熱器６の
伝熱面６ｓとすることにより、等温圧縮工程において第
２シリンダ室内に存在する圧縮対象作動ガスＧを高温レ
ベルの等温状態に保つに要する放熱が効率よく良好に行
なわれるようにし、これにより、等温圧縮工程における
作動ガス変化が断熱圧縮傾向となることを抑止する。

【００８２】入熱器５の伝熱面５ｓとする第１シリンダ
室１の内壁面、及び、出熱器６の伝熱面６ｓとする第２
シリンダ室２の内壁面に形成した多数の伝熱用ひだ５
ｑ，６ｑは、前述の第１実施例と同様、入熱器５及び出
熱器６夫々の作動ガスＧに対する伝熱面積を大きくして
吸熱及び放熱を効率良く行わせることに寄与し、また、
流入ガス案内具として第１シリンダ室１に対し設けたノ
ズル１３、及び、第２シリンダ室２に対し設けた傾斜案
内板１４も、前述の第１実施例と同様、各シリンダ室
１，２内で作動ガス旋回流を形成して作動ガスＧと上記
の伝熱面５ｓ，６ｓとの間での熱伝達を効率良く行わせ
ることに寄与する。

【００８３】〔第３実施例〕次に本発明を適用したスタ
ーリングサイクル利用のエンジン駆動ヒートポンプ／冷
凍機を図６ないし図８に基づき説明する。

【００８４】図６は装置の全体構成を示し、２０は内燃
式のエンジンであり、このエンジン２０において、２１
はエンジン出力軸、２２は燃料路、２３は吸気路、２４
はエンジン排ガスＥの排気路、２５はエンジン冷却水Ｗ
の循環路である。

【００８５】３０はエンジン２０に連動させる熱機器部
であり、この熱機器部３０において、１’は高温側膨張
主体シリンダ室としての高温シリンダ室、１”は低温側
膨張主体シリンダ室としての低温シリンダ室、２’は圧
縮主体シリンダ室としての中温シリンダ室である。

【００８６】図６及び図７に示すように、高温シリンダ
１’と中温シリンダ室２’とは高温ガス連通路３’によ
り連通させ、また、低温シリンダ室１”と中温シリンダ
室２’とは低温ガス連通路３”により連通させ、そし
て、高温ガス連通路３’には蓄熱機能を有する高温再生
熱交換器４’を、また、低温ガス連通路３”には高温再
生熱交換器４’と同様の蓄熱機能を有する低温再生熱交
換器４”を夫々介装してある。

【００８７】５’は加熱器として機能させる高温入熱器
であり、この高温入熱器５’は、排気路２４により導か
れる高温のエンジン排ガスＥを温熱源として高温シリン
ダ室１’で作動ガスＧを加熱する。

【００８８】５”は吸熱器として機能させる低温入熱器
であり、この低温入熱器５”は、低温流体Ｃを吸熱源と
して、その低温流体Ｃから作動ガスＧに吸熱させる。

【００８９】６’は中温シリンダ室２’において作動ガ
スＧと中温流体Ｍとを熱交換させる中温出熱器であり、
換言すれば、この中温出熱器６’は上記高温入熱器５’
での高温加熱との対比においては中温流体Ｍを冷熱源と
して中温シリンダ室２’で作動ガスＧを冷却する機能を
有し、また、上記低温入熱器５”での低温吸熱との対比
においては中温流体Ｍを放熱源として中温シリンダ室
２’で作動ガスＧを中温流体Ｍに対し放熱させる機能を
有する。

【００９０】なお、熱機器部３０において各シリンダ室
間で流通させる作動ガスＧには、例えばヘリウムガスや
水素ガス等の種々の気体を採用できる。

【００９１】また、図６において、高温入熱器５’，低
温入熱器５”、中温出熱器６’の夫々は記号的に示して
ある。

【００９２】ピストン機構Ｐ’として、３１は高温シリ
ンダ室１’に対する高温ピストン、３２は中温シリンダ
室２’に対する中温ピストン、３３は低温シリンダ室
１”に対する低温ピストン、３４は各ピストン３１〜３
３のピストンロッド３１ｐ〜３３ｐをエンジン出力軸２
１に連動させるクランク機構であり、各ピストンロッド
３１ｐ〜３３ｐのクランク側連結点はエンジン出力軸２
１の軸芯周りで同位相位置に設定してある。

【００９３】また、各ピストンロッド３１ｐ〜３３ｐの
クランク側連結点をエンジン出力軸２１の軸芯周りで同
位相位置とするのに対し、高温ピストン３１と低温ピス
トン３３の往復動作方向（すなわち、高温シリンダ室
１’と低温シリンダ室１”の向き）は互いに同一にする
とともに、中温ピストン３２の往復動作方向（すなわ
ち、中温シリンダ室２’の向き）は、高温及び低温ピス
トン３１，３３の往復動作方向に対してエンジン出力軸
２１の回転方向で下手側へ約９０°だけ傾けてある。

【００９４】つまり、ピストン機構Ｐ’を上記の如く構
成することで、エンジン出力軸２１の回転に伴い、高温
シリンダ室１’と低温シリンダ室１”とは、互いに等し
い周期で、かつ、等しい位相で作動ガスＧの吐出・吸入
を行わせ、これに対し、中温シリンダ室２’は、高温シ
リンダ室１’及び低温シリンダ室１”の吐出吸入周期と
等しい周期で、かつ、高温シリンダ室１’及び低温シリ
ンダ室１”の吐出吸入位相よりも１／４周期分だけ位相
が遅れた状態で、作動ガスＧの吐出・吸入を行わせる。

【００９５】そして、高温再生熱交換器４’、低温再生
熱交換器４”、高温入熱器５’、低温入熱器５”、中温
出熱器６’の作用下において、上記形態での作動ガス吐
出・吸入を行わせることにより、図８に示す如く、高温
シリンダ室１’と中温シリンダ室２’との間では、等温
圧縮工程（Ｈニ→Ｈハ）と等容変化工程（Ｈハ→Ｈロ）
と等温膨張工程（Ｈロ→Ｈイ）と等容変化工程（Ｈイ→
Ｈニ）とをその順に繰り返すスターリングサイクルを実
行させ、これにより、内燃式エンジン２０のエンジン排
熱を入力としてエンジン出力軸２１に対し動力を付加す
るスターリングサイクル・エンジンの機能を熱機器部３
０において発揮させる。

【００９６】また、それに並行して、低温シリンダ室
１”と中温シリンダ室２’との間では、等温圧縮工程
（Ｌイ→Ｌロ）と等容変化工程（Ｌロ→Ｌハ）と等温膨
張工程（Ｌハ→Ｌニ）と等容変化工程（Ｌニ→Ｌイ）と
をその順に繰り返す逆スターリングサイクルを実行さ
せ、これにより、上記スターリングサイクル・エンジン
の発生動力が付加されたエンジン出力軸２１の回転動力
を入力として、低温吸熱源Ｃから中温放熱源Ｍへの熱の
汲み上げを効率的に行うスターリングサイクル・ヒート
ポンプ／冷凍機の機能を熱機器部３０において発揮させ
る。

【００９７】すなわち、高温シリンダ室１’と中温シリ
ンダ室２’との間で行う上記スターリングサイクルにつ
いて、その等温圧縮工程（Ｈニ→Ｈハ）では、中温出熱
器６’での冷却で中温レベルの等温状態を維持しつつ作
動ガスＧを圧縮する。なお、この際の圧縮仕事はスター
リングサイクル・エンジンの負の仕事となる。

【００９８】等温圧縮工程（Ｈニ→Ｈハ）に続く等容変
化工程（Ｈハ→Ｈロ）では、圧縮した作動ガスＧを中温
シリンダ室２’の側から高温シリンダ室１’の側へ等容
積状態で移動させ、この際、高温再生熱交換器４’の蓄
熱温熱により作動ガスＧを昇温させて高温レベルに移行
させる。

【００９９】続いて等温膨張工程（Ｈロ→Ｈイ）では、
高温入熱器５’での加熱で高温レベルの等温状態を維持
しつつ作動ガスＧを膨張させる。なお、この際の膨張仕
事がスターリングサイクル・エンジンの正の仕事（すな
わち、この正の仕事−前記の負の仕事＝スターリングサ
イクル・エンジンの有効発生仕事）となる。

【０１００】等温膨張工程（Ｈロ→Ｈイ）に続く等容冷
却工程（Ｈイ→Ｈニ）では、膨張させた作動ガスＧを高
温シリンダ室１’の側から中温シリンダ室２’の側へ等
容積状態で移動させ、この際、高温再生熱交換器４’に
対し作動ガス保有温熱を蓄熱させることにより作動ガス
Ｇを降温させて中温レベルに移行させる。

【０１０１】一方、低温シリンダ室１”と中温シリンダ
室２’との間で行う前記の逆スターリングサイクルにつ
いて、その等温圧縮工程（Ｌイ→Ｌロ）では、中温出熱
器６’での放熱で中温レベルの等温状態を維持しつつ作
動ガスＧを圧縮する。

【０１０２】なお、本例において、この逆スターリング
サイクルにおける等温圧縮工程（Ｌイ→Ｌロ）と前記の
スターリングサイクルにおける等温圧縮工程（Ｈニ→Ｌ
ハ）とは、中温シリンダ２’の吐出工程前半において実
施される同一工程であり、この等温圧縮工程に続く両サ
イクルの等容変化工程で作動ガスＧが高温シリンダ室
１’の側と低温シリンダ室１”の側とに分流される。

【０１０３】等温圧縮工程（Ｌイ→Ｌロ）に続く等容変
化工程（Ｌロ→Ｌハ）では、圧縮した作動ガスＧを中温
シリンダ室２’の側から低温シリンダ室１”の側へ等容
積状態で移動させ、この際、低温再生熱交換器４”の蓄
熱冷熱により作動ガスＧを降温させて低温レベルに移行
させる。

【０１０４】続いて等温膨張工程（Ｌハ→Ｌニ）では、
低温入熱器５”での吸熱で低温レベルの等温状態を維持
しつつ作動ガスＧを膨張させる。

【０１０５】等温膨張工程（Ｌハ→Ｌニ）に続く等容変
化工程（Ｌニ→Ｌイ）では、膨張させた作動ガスＧを低
温シリンダ室１”の側から中温シリンダ室２’の側へ等
容積状態で移動させ、この際、低温再生熱交換器４”に
対し作動ガス保有冷熱を蓄熱させることにより作動ガス
Ｇを昇温させて中温レベルに移行させる。

【０１０６】加熱器として機能させる高温入熱器５’、
吸熱器として機能させる低温入熱器５”、並びに、冷却
・放熱器として機能させる中温出熱器６’の夫々は、対
象シリンダ室１’，１”，２’のシリンダ周壁１ｗ’，
１ｗ”，２ｗ’に、その全周にわたる熱交換流体ジャケ
ット５ｊ’，５ｊ”，６ｊ’を形成することで構成し、
これにより、それらシリンダ周壁１ｗ’，１ｗ”，２
ｗ’の内周面（すなわち、各シリンダ室１’，１”，
２’の内壁面）を上記高温入熱器５’、低温入熱器
５”、及び、中温出熱器６’夫々の作動ガスＧに対する
伝熱面５ｓ’，５ｓ”，６ｓ’としてある。

【０１０７】つまり、このように各シリンダ室１’，
１”，２’の内壁面を、高温入熱器５’、低温入熱器
５”、中温出熱器６’夫々の作動ガスＧに対する伝熱面
５ｓ’，５ｓ”，６ｓ’とすることにより、前記のスタ
ーリングサイクルにおける等温膨張工程（Ｈロ→Ｈイ）
で高温シリンダ室１’内に存在する膨張対象作動ガスＧ
を高温レベルの等温状態に保つに要する加熱、並びに、
前記の逆スターリングサイクルにおける等温膨張工程
（Ｌハ→Ｌニ）で低温シリンダ室１”内に存在する膨張
対象作動ガスＧを低温レベルの等温状態に保つに要する
吸熱、また、両サイクルの等温圧縮工程（Ｈニ→Ｈハ，
Ｌイ→Ｌロ）で中温シリンダ室２’内に存在する圧縮対
象作動ガスＧを中温レベルの等温状態に保つに要する冷
却・放熱の夫々が効率よく良好に行なわれるようにし、
これにより、各等温工程における作動ガス変化が断熱変
化傾向となることを抑止する。

【０１０８】上記の伝熱面５ｓ’，５ｓ”，６ｓ’とす
る各シリンダ室１’，１”，２’の内壁面には、多数の
伝熱用ひだ５ｑ’，５ｑ”，６ｑ’を形成し、これによ
り、高温入熱器５’、低温入熱器５”、中温出熱器６’
夫々の作動ガスＧに対する伝熱面積を大きく確保してい
る。

【０１０９】また、各シリンダ室１’，１”，２’の夫
々には、それらシリンダ室内の作動ガスＧを攪拌する攪
拌手段を設け、この攪拌により上記伝熱面５ｓ’，５
ｓ”，６ｓ’と作動ガスＧとを効率良く接触させて両者
間の熱伝達を効率良く行わせるとともに、シリンダ室内
における作動ガスＧの入出熱を均一化し、これにより、
前記の加熱、吸熱、並びに、冷却・放熱の効率向上を一
層効果的に達成する。

【０１１０】上記攪拌の形態として本例においては、モ
ータｍ１〜ｍ３による回転翼ｖ１〜ｖ３の駆動回転によ
り各シリンダ室１’，１”，２’で作動ガスＧの旋回流
を形成する形態を採用しており、中温シリンダ室２’に
ついては、モータｍ２及び回転翼ｖ２を中温ピストン３
２に支持装備し、その中温ピストン３２の往復動作に伴
い回転翼ｖ２をシリンダ室内で位置変化させながら作動
ガスＧに対し攪拌作用させるようにしてある。

【０１１１】また、中温シリンダ室２’においてガス流
出入口の形成側端とは反対側のシリンダ室底端に相当す
るピストン端面の近傍に回転翼ｖ２が位置することか
ら、その回転翼ｖ２には遠心型の回転翼を採用してあ
る。

【０１１２】一方、高温シリンダ室１’及び低温シリン
ダ室１”については、モータｍ１，ｍ３及び回転翼ｖ
１，ｖ３を固定壁であるシリンダ端壁１ｅ’，１ｅ”に
支持装備し、これら回転翼ｖ１，ｖ３を静止支持状態で
作動ガスＧに対し攪拌作用させるようにしてある。

【０１１３】そして、高温シリンダ室１’及び低温シリ
ンダ室１”においてガス流出入口とシリンダ室内との間
に回転翼ｖ１，ｖ３が位置することから、それら回転翼
ｖ１，ｖ３にはプロペラ型（軸流型）の回転翼を採用し
てある。

【０１１４】なお、本例においては、作動ガス攪拌のた
めの回転翼ｖ１〜ｖ３を、中温シリンダ室２’について
はピストンに支持装備し、また、高温シリンダ室１’及
び低温シリンダ室１”についてはシリンダ壁に支持装備
する構成を採用したが、これに代え、全てのシリンダ室
１’，２’，１”について回転翼ｖ１〜ｖ３をピストン
に支持装備する構成や、全てのシリンダ室１’，２’，
１”について回転翼ｖ１〜ｖ３をシリンダ壁に支持装備
する構成を採用するなど、回転翼ｖ１〜ｖ３の支持装備
構造は種々の構成変更が可能である。

【０１１５】〔別実施例〕次に別実施例を列記する。

【０１１６】（１）前述の各実施例においては、シリン
ダ室内壁面のうち側周面部分を入熱器５，５’，５”の
伝熱面５ｓ，５ｓ’，５ｓ”、あるいは、出熱器６，
６’の伝熱面６ｓ，６ｓ’としたが、シリンダ室内壁面
のうち端面部分や、シリンダ内壁面に相当するピストン
面等をそれら伝熱面とする構成としてよい。

【０１１７】また、シリンダ室内壁面を入熱器伝熱面５
ｓ，５ｓ’，５ｓ”や出熱器伝熱面６ｓ，６ｓ’とする
本発明の実施において、ガス連通路３，３’，３”に入
出熱器を介装する従来構成を並行実施してもよい。

【０１１８】（２）入熱器５，５’，５”、及び、出熱
器６，６’の熱交換器として具体的構造は種々の構成変
更が可能であり、シリンダ周壁に熱交換流体ジャケット
を形成する形態に限定されるものではない。

【０１１９】また、加熱器として作用させる入熱器につ
いては、電熱ヒータの如き発熱手段を採用してもよい。

【０１２０】（３）攪拌手段として、シリンダ室内に流
入する作動ガスＧを案内して旋回流を形成する流入ガス
案内具を採用する場合、第１実施例の如きノズル１３や
傾斜案内板１４に限らず種々の案内構造を採用できる。

【０１２１】（４）攪拌手段は、前記の流入ガス案内具
１３，１４や駆動回転翼ｖ１，ｖ２，ｖ３に限定される
ものではなく、図９及び図１０、あるいは、図１１及び
図１２に示す如く、シリンダ中心軸芯ｍに対し直交する
軸芯を揺動軸芯としてピストン往復動方向に限られた角
度範囲θだけ揺動自在な揺動翼ｖ４を、シリンダ室（膨
張主体シリンダ室１ないし圧縮主体シリンダ室２）内に
おいてシリンダ中心軸芯ｍからシリンダ径方向に離れた
位置に配置し、かつ、この揺動翼ｖ４をシリンダ室周方
向について固定の状態で、あるいは、シリンダ中心軸芯
ｍ周りで回転自在な状態でピストン３５に支持装備する
構成を採用してもよい。

【０１２２】すなわち、上記揺動翼ｖ４を、ピストン３
５の往復動作に伴い、作動ガスＧを受けさせてピストン
往動時と復動時とで異なる角度でシリンダ室内を往復動
させ、これにより、シリンダ室周方向の作動ガス流動を
生じさせて作動ガスＧを攪拌する。

【０１２３】具体例として、上記の図９及び図１０に示
す構成では、シリンダ中心軸芯ｍに対し直交する姿勢の
４本の軸３６を十字状に配置してピストン３５に連設す
るとともに、それら軸３６の夫々に揺動翼ｖ４をシリン
ダ室周方向で同じ側に位置させた状態で枢支し、そし
て、これら揺動翼ｖ４の自由揺動範囲を、シリンダ中心
軸芯ｍに対し垂直な仮想面ｎを範囲中心とする所定角度
範囲θ（例えばθ＝３０°〜７０°）に規制するストッ
パ３７を設け、もって、ピストン３５の往動作時には図
１０の（イ）に示す如き傾斜姿勢で、また、ピストン３
５の復動作時には図１０の（ロ）に示す如き傾斜姿勢
で、各揺動翼ｖ４を作用させてシリンダ室周方向の作動
ガス流動を生じさせるようにしてある。

【０１２４】上記の図９及び図１０に示す構成におい
て、揺動翼ｖ４をシリンダ室周方向について固定とする
形態を採る場合、４本の軸３６は十字状配置でピストン
３５に固定的に連設し、一方、揺動翼ｖ４をシリンダ中
心軸芯ｍ周りで回転自在とする形態を採る場合、４本の
軸３６は十字状配置で一体化した状態でシリンダ中心軸
芯ｍ周りで回転自在にピストン３５に連設する。

【０１２５】一方、図１１及び図１２に示す構成では、
揺動翼形成材そのものの可撓性をもって揺動翼ｖ４を限
られた角度範囲内で揺動させるようにしてあり、この例
についても、揺動翼ｖ４をシリンダ室周方向について固
定の状態でピストン３５に支持装備する形態、あるい
は、揺動翼ｖ４をシリンダ中心軸芯ｍ周りで回転自在な
状態でピストン３５に支持装備する形態のいずれを採用
してもよい。

【０１２６】なお、揺動翼ｖ４をシリンダ中心軸芯ｍ周
りで回転自在とする場合、その回転に所定の抵抗を付与
する構成を採用してもよい。

【０１２７】（５）攪拌手段として前記の流入ガス案内
具１３，１４、駆動回転翼ｖ１，ｖ２，ｖ３、揺動翼ｖ
４のいずれかを採用するにあたり、一方のシリンダ室で
採用するものと他方のシリンダ室で採用するものとを互
いに異ならせてもよく、また、一つのシリンダ室におい
て複数種を組み合わせ使用してもよい。

【０１２８】（６）等温圧縮工程と等容変化工程と等温
膨張工程と等容変化工程とをその順に繰り返すように動
作するピストン機構Ｐ，Ｐ’の具体的構成は種々の構成
変更が可能であり、また、作動ガス吐出吸入における膨
張主体シリンダ室と圧縮主体シリンダ室との位相差は必
ずしも９０°近傍値に限定されるものではない。

【０１２９】（７）本発明は、スターリングサイクルや
逆スターリングサイクル、あるいは、それらに類似のサ
イクルを使用する、各種分野における種々の用途の機器
に適用できる。

【０１３０】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするため符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１ないし第２実施例の機器構成を示す縦断面
図

【図２】第１シリンダ室の横断面図

【図３】第２シリンダ室の横断面図

【図４】第１実施例の実施サイクル（スターリングサイ
クル）を示すＴ−ｓ線図

【図５】第２実施例の実施サイクル（逆スターリングサ
イクル）を示すＴ−ｓ線図

【図６】第３実施例の機器構成を示す外観斜視図

【図７】第３実施例の機器構成を示す縦断面図

【図８】第３実施例の実施サイクルを示すＴ−ｓ線図

【図９】別実施例を示す断面図

【図１０】別実施例を示す拡大断面図

【図１１】他の別実施例を示す断面図

【図１２】他の別実施例を示す拡大断面図

【図１３】従来の機器構成を示す縦断面図

【図１４】等温変化と断熱変化とを比較するＴ−ｓ線図

【符号の説明】

１，１’，１” 膨張主体シリンダ室 ２，２’ 圧縮主体シリンダ室 Ｇ 作動ガス ３，３’，３” ガス連通路 ４，４’，４” 再生熱交換器 ５，５’，５” 入熱器 ６，６’ 出熱器 Ｐ，Ｐ’ ピストン機構 ５ｓ，５ｓ’，５ｓ” 入熱器伝熱面 ６ｓ，６ｓ’ 出熱器伝熱面 ５ｑ，５ｑ’，５ｑ” 入熱器伝熱用ひだ ６ｑ，６ｑ’ 出熱器伝熱用ひだ １３ ノズル（流入ガス案内
具、攪拌手段） １４ 傾斜案内板（流入ガス案
内具、攪拌手段） ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４ 回転翼（攪拌手段） １ｅ’，１ｅ” 固定壁 ３２，３５ ピストン ｍ シリンダ中心軸芯 θ 揺動角度範囲

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤島 一郎 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ基盤技術研究所内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膨張主体シリンダ室（１），（１’），
   （１”）と圧縮主体シリンダ室（２），（２’）とにわ
   たって作動ガス（Ｇ）を流通させるガス連通路（３），
   （３’），（３”）に再生熱交換器（４），（４’），
   （４”）を介装し、 その再生熱交換器（４），（４’），（４”）よりも前
   記膨張主体シリンダ室（１），（１’），（１”）の側
   で作動ガス（Ｇ）に入熱する入熱器（５），（５’），
   （５”）と、前記再生熱交換器（４），（４’），
   （４”）よりも前記圧縮主体シリンダ室（２），
   （２’）の側で作動ガス（Ｇ）から出熱させる出熱器
   （６），（６’）とを設け、 前記の再生熱交換器（４），（４’），（４”）、入熱
   器（５），（５’），（５”）、出熱器（６），
   （６’）の作用下において、作動ガス（Ｇ）を等温状態
   で圧縮する等温圧縮工程と、圧縮した作動ガス（Ｇ）を
   前記圧縮主体シリンダ室（２），（２’）の側から前記
   膨張主体シリンダ室（１），（１’），（１”）の側へ
   等容積状態で移動させる等容変化工程と、作動ガス
   （Ｇ）を等温状態で膨張させる等温膨張工程と、膨張さ
   せた作動ガス（Ｇ）を前記膨張主体シリンダ室（１），
   （１’），（１”）の側から前記圧縮主体シリンダ室
   （２），（２’）の側へ等容積状態で移動させる等容変
   化工程とを、その順で繰り返すように動作するピストン
   機構（Ｐ），（Ｐ’）を設けたスターリングサイクル機
   器であって、 前記膨張主体シリンダ室（１），（１’），（１”）の
   内壁面を、前記入熱器（５），（５’），（５”）の作
   動ガス（Ｇ）に対する伝熱面（５ｓ），（５ｓ’），
   （５ｓ”）としてあるスターリングサイクル機器。
2. 【請求項２】 膨張主体シリンダ室（１），（１’），
   （１”）と圧縮主体シリンダ室（２），（２’）とにわ
   たって作動ガス（Ｇ）を流通させるガス連通路（３），
   （３’），（３”）に再生熱交換器（４），（４’），
   （４”）を介装し、 その再生熱交換器（４），（４’），（４”）よりも前
   記膨張主体シリンダ室（１），（１’），（１”）の側
   で作動ガス（Ｇ）に入熱する入熱器（５），（５’），
   （５”）と、前記再生熱交換器（４），（４’），
   （４”）よりも前記圧縮主体シリンダ室（２），
   （２’）の側で作動ガス（Ｇ）から出熱させる出熱器
   （６），（６’）とを設け、 前記の再生熱交換器（４），（４’），（４”）、入熱
   器（５），（５’），（５”）、出熱器（６），
   （６’）の作用下において、作動ガス（Ｇ）を等温状態
   で圧縮する等温圧縮工程と、圧縮した作動ガス（Ｇ）を
   前記圧縮主体シリンダ室（２），（２’）の側から前記
   膨張主体シリンダ室（１），（１’），（１”）の側へ
   等容積状態で移動させる等容変化工程と、作動ガス
   （Ｇ）を等温状態で膨張させる等温膨張工程と、膨張さ
   せた作動ガス（Ｇ）を前記膨張主体シリンダ室（１），
   （１’），（１”）の側から前記圧縮主体シリンダ室
   （２），（２’）の側へ等容積状態で移動させる等容変
   化工程とを、その順で繰り返すように動作するピストン
   機構（Ｐ），（Ｐ’）を設けたスターリングサイクル機
   器であって、 前記圧縮主体シリンダ室（２），（２’）の内壁面を、
   前記出熱器（６），（６’）の作動ガス（Ｇ）に対する
   伝熱面（６ｓ），（６ｓ’）としてあるスターリングサ
   イクル機器。
3. 【請求項３】 前記の伝熱面（５ｓ），（５ｓ’），
   （５ｓ”），（６ｓ），（６ｓ’）とするシリンダ室内
   壁面に多数の伝熱用ひだ（５ｑ），（５ｑ’），（５
   ｑ”），（６ｑ），（６ｑ’）を形成してある請求項１
   又は２記載のスターリングサイクル機器。
4. 【請求項４】 内壁面を前記の伝熱面（５ｓ），（５
   ｓ’），（５ｓ”），（６ｓ），（６ｓ’）とするシリ
   ンダ室内の作動ガス（Ｇ）を攪拌する攪拌手段（１
   ３），（１４），（ｖ１），（ｖ２），（ｖ３），（ｖ
   ４）を設けた請求項１、２又は３に記載のスターリング
   サイクル機器。
5. 【請求項５】 前記攪拌手段は、前記ガス連通路（３）
   からシリンダ室内に流入する作動ガス（Ｇ）を案内して
   シリンダ室内で旋回流動させる流入ガス案内具（１
   ３），（１４）で構成してある請求項４記載のスターリ
   ングサイクル機器。
6. 【請求項６】 前記流入ガス案内具は、作動ガス（Ｇ）
   をシリンダ室内壁面に対しその接線向きで沿わせるよう
   にシリンダ室（１）内に噴入させるノズル（１３）で構
   成してある請求項５記載のスターリングサイクル機器。
7. 【請求項７】 前記流入ガス案内具は、シリンダ室
   （２）の端部流入口でその周方向に並設した傾斜案内板
   （１４）で構成してある請求項５記載のスターリングサ
   イクル機器。
8. 【請求項８】 前記攪拌手段は、シリンダ室内において
   駆動回転する回転翼（ｖ１），（ｖ２），（ｖ３）で構
   成してある請求項４記載のスターリングサイクル機器。
9. 【請求項９】 前記回転翼（ｖ１），（ｖ３）はシリン
   ダ室（１’），（１”）の固定壁（１ｅ’），（１
   ｅ”）に支持装備してある請求項８記載のスターリング
   サイクル機器。
10. 【請求項１０】 前記回転翼（ｖ２）はシリンダ室
    （２’）に内装のピストン（３２）に支持装備してある
    請求項８記載のスターリングサイクル機器。
11. 【請求項１１】 前記攪拌手段は、シリンダ中心軸芯
    （ｍ）に対し直交する軸芯を揺動軸芯としてピストン往
    復動方向に限られた角度範囲（θ）だけ揺動自在な揺動
    翼（ｖ４）をシリンダ室内においてシリンダ中心軸芯
    （ｍ）からシリンダ径方向に離れた位置に配置し、か
    つ、この揺動翼（ｖ４）をシリンダ室周方向について固
    定の状態で、又は、シリンダ中心軸芯（ｍ）周りで回転
    自在な状態でピストン（３５）に支持装備して構成して
    ある請求項４記載のスターリングサイクル機器。