JP2002130853A - スターリングエンジン - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/053—Component parts or details
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
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- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
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- F02G1/053—Component parts or details
- F02G1/0535—Seals or sealing arrangements
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- Thermal Sciences (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピストンの往復運動の中心位置を安定化し、
作動媒体の連通手段部分で発生するガス流動損失を低減
するようなスターリングエンジンを提供する。 【解決手段】 ピストン１に連通手段１０−ａ、１０−
ｂを、シリンダー３の壁面に穴１３を設ける。連通手段
１０−ｂと穴１３は、ピストン１が当初設定された往復
運動の中心に位置したときに結合して、第１の空間７−
ａと第２の空間８との圧力平衡を図る。穴１３を長円形
状にすることでピストン１の往復運動の中心位置の精度
を向上させる。また、連通手段１０−ａ、１０−ｂの断
面積を大小させることで、ガス流動損失を低減する。
作動媒体の連通手段部分で発生するガス流動損失を低減
するようなスターリングエンジンを提供する。 【解決手段】 ピストン１に連通手段１０−ａ、１０−
ｂを、シリンダー３の壁面に穴１３を設ける。連通手段
１０−ｂと穴１３は、ピストン１が当初設定された往復
運動の中心に位置したときに結合して、第１の空間７−
ａと第２の空間８との圧力平衡を図る。穴１３を長円形
状にすることでピストン１の往復運動の中心位置の精度
を向上させる。また、連通手段１０−ａ、１０−ｂの断
面積を大小させることで、ガス流動損失を低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷熱の発生に用い
られるスターリングエンジンに関し、詳細には、ピスト
ンの往復運動の中心位置を精密に保持できるスターリン
グエンジンに関するものである。
られるスターリングエンジンに関し、詳細には、ピスト
ンの往復運動の中心位置を精密に保持できるスターリン
グエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】冷熱の発生を目的としたフリーピストン
型スターリングエンジンは、熱サイクル的には、逆スタ
ーリングサイクルエンジンとも呼ばれている。図１０に
従来のスターリングエンジンの断面図を示す。一般的に
は、直線往復運動するピストン１とディスプレーサ２を
含むシリンダー３を有する。ピストン１及びディスプレ
ーサ２は同軸上に配置されており、ディスプレーサ２に
形成されたロッド２−ａはピストン１の中心部に設けた
摺動穴１−ａを貫通し、ピストン１、ディスプレーサ２
はシリンダー内周摺動面３−ａを滑らかに摺動可能であ
る。また、ピストン１はピストン支持バネ５、ディスプ
レーサ２はディスプレーサ支持バネ６によって、圧力容
器４に対して弾性支持されている。
型スターリングエンジンは、熱サイクル的には、逆スタ
ーリングサイクルエンジンとも呼ばれている。図１０に
従来のスターリングエンジンの断面図を示す。一般的に
は、直線往復運動するピストン１とディスプレーサ２を
含むシリンダー３を有する。ピストン１及びディスプレ
ーサ２は同軸上に配置されており、ディスプレーサ２に
形成されたロッド２−ａはピストン１の中心部に設けた
摺動穴１−ａを貫通し、ピストン１、ディスプレーサ２
はシリンダー内周摺動面３−ａを滑らかに摺動可能であ
る。また、ピストン１はピストン支持バネ５、ディスプ
レーサ２はディスプレーサ支持バネ６によって、圧力容
器４に対して弾性支持されている。
【０００３】シリンダー３により形成される空間はピス
トン１によって２つの空間に分割される。１つはピスト
ン１のディスプレーサ２側である作動空間（第１及び第
３の空間）７であり、もう１つはピストン１のディスプ
レーサ２側と反対側である背面空間（第２の空間）８で
ある。これらの空間には高圧ヘリウムガス等の作動媒体
が充填されている。ピストン１はリニアモータ等の図示
しないピストン駆動体により所定周期で往復運動する。
これにより作動媒体は作動空間７内で圧縮又は膨張され
る。ディスプレーサ２は、作動空間７内で圧縮又は膨張
される作動媒体の圧力変化により直線的に往復運動され
る。このときピストン１とディスプレーサ２は、一般に
約９０度の位相差をもって同一周期にて往復運動するよ
う設定されている。
トン１によって２つの空間に分割される。１つはピスト
ン１のディスプレーサ２側である作動空間（第１及び第
３の空間）７であり、もう１つはピストン１のディスプ
レーサ２側と反対側である背面空間（第２の空間）８で
ある。これらの空間には高圧ヘリウムガス等の作動媒体
が充填されている。ピストン１はリニアモータ等の図示
しないピストン駆動体により所定周期で往復運動する。
これにより作動媒体は作動空間７内で圧縮又は膨張され
る。ディスプレーサ２は、作動空間７内で圧縮又は膨張
される作動媒体の圧力変化により直線的に往復運動され
る。このときピストン１とディスプレーサ２は、一般に
約９０度の位相差をもって同一周期にて往復運動するよ
う設定されている。
【０００４】また、作動空間７は、ディスプレーサ２に
よってさらに２つの空間に分割されている。一つはピス
トン１とディスプレーサ２に挟まれた第１の空間７−ａ
であり、もう一つはシリンダー３先端部の第３の空間７
−ｂである。この二つの空間は再生器９を介して連結さ
れ、再生器９は一般にメッシュ形状の銅材などにより形
成されている。第３の空間７−ｂにおける作動媒体によ
り、シリンダー３先端のコールドヘッドにおいて冷熱の
発生がなされる。この発生原理等の逆スターリング熱サ
イクルに関しては、一般によく知られているのでここで
は説明を省略する。
よってさらに２つの空間に分割されている。一つはピス
トン１とディスプレーサ２に挟まれた第１の空間７−ａ
であり、もう一つはシリンダー３先端部の第３の空間７
−ｂである。この二つの空間は再生器９を介して連結さ
れ、再生器９は一般にメッシュ形状の銅材などにより形
成されている。第３の空間７−ｂにおける作動媒体によ
り、シリンダー３先端のコールドヘッドにおいて冷熱の
発生がなされる。この発生原理等の逆スターリング熱サ
イクルに関しては、一般によく知られているのでここで
は説明を省略する。
【０００５】シリンダー摺動面３−ａとピストン摺動面
１−ｂとの間には、第１の空間７−ａと第２の空間８と
を遮断する、図示しないシール手段が設けられている。
シール手段は一般に、単純な構成で安価なシールリング
が用いられる。しかし、膨張熱の影響や、長期間の運転
によるシールリングの摩耗などから完全に遮断すること
はできず、シリンダー摺動面３−ａとピストン摺動面１
−ｂとの間には微小隙間が生じる。エンジン駆動時には
ピストン１の往復運動により第１の空間７−ａ、第２の
空間８とともに作動媒体の圧力変動が生じるため、両空
間の圧力差により作動媒体は前記微小隙間を通って、両
空間に流れる。従って、第１の空間７−ａの圧力が第２
の空間８の圧力より高い場合は、第１の空間７−ａから
第２の空間８に向かって作動媒体が漏れることになる。
また逆に第２の空間８の圧力が第１の空間７−ａの圧力
より高い場合は、第２の空間８から第１の空間７−ａに
向かって作動媒体が流れる。
１−ｂとの間には、第１の空間７−ａと第２の空間８と
を遮断する、図示しないシール手段が設けられている。
シール手段は一般に、単純な構成で安価なシールリング
が用いられる。しかし、膨張熱の影響や、長期間の運転
によるシールリングの摩耗などから完全に遮断すること
はできず、シリンダー摺動面３−ａとピストン摺動面１
−ｂとの間には微小隙間が生じる。エンジン駆動時には
ピストン１の往復運動により第１の空間７−ａ、第２の
空間８とともに作動媒体の圧力変動が生じるため、両空
間の圧力差により作動媒体は前記微小隙間を通って、両
空間に流れる。従って、第１の空間７−ａの圧力が第２
の空間８の圧力より高い場合は、第１の空間７−ａから
第２の空間８に向かって作動媒体が漏れることになる。
また逆に第２の空間８の圧力が第１の空間７−ａの圧力
より高い場合は、第２の空間８から第１の空間７−ａに
向かって作動媒体が流れる。
【０００６】ところで、シリンダー摺動面３−ａとピス
トン摺動面１−ｂとの間に生じる微小隙間は常に一定量
ではなく、摺動部の表面状態やシールリングの接触状
態、摩耗状態等により変化するため、第１の空間７−ａ
からみた第２の空間８への作動媒体の流出量、流入量が
全く同量であることはない。このためエンジンを連続駆
動し、仮に第１の空間７−ａから第２の空間８へ少しず
つ作動媒体が漏れていった場合、当初第１の空間７−ａ
と第２の空間８との圧力が平衡するように設定したピス
トン１の往復運動の中心位置は、圧力が低下した第１の
空間７−ａ側に徐々に移動する。その結果、第１の空間
７−ａ内の作動媒体圧力低下にともなう冷却特性の低下
が生じたり、ピストン１の往復運動の中心位置が当初設
定した位置からずれることによりピストン１とディスプ
レーサ２が衝突を起こしたりするなどの問題を生じる。
トン摺動面１−ｂとの間に生じる微小隙間は常に一定量
ではなく、摺動部の表面状態やシールリングの接触状
態、摩耗状態等により変化するため、第１の空間７−ａ
からみた第２の空間８への作動媒体の流出量、流入量が
全く同量であることはない。このためエンジンを連続駆
動し、仮に第１の空間７−ａから第２の空間８へ少しず
つ作動媒体が漏れていった場合、当初第１の空間７−ａ
と第２の空間８との圧力が平衡するように設定したピス
トン１の往復運動の中心位置は、圧力が低下した第１の
空間７−ａ側に徐々に移動する。その結果、第１の空間
７−ａ内の作動媒体圧力低下にともなう冷却特性の低下
が生じたり、ピストン１の往復運動の中心位置が当初設
定した位置からずれることによりピストン１とディスプ
レーサ２が衝突を起こしたりするなどの問題を生じる。
【０００７】これに対し、ピストン支持バネ５のバネ定
数を大きくしてピストン１の支持力を増す方法が考えら
れるが、第１の空間７−ａ内からの作動媒体の漏洩には
効果がないのに加え、ピストン１駆動手段の必要駆動力
の増加は入力電力の増加となり、その結果、冷却効率が
落ちるという別の問題が生じる。
数を大きくしてピストン１の支持力を増す方法が考えら
れるが、第１の空間７−ａ内からの作動媒体の漏洩には
効果がないのに加え、ピストン１駆動手段の必要駆動力
の増加は入力電力の増加となり、その結果、冷却効率が
落ちるという別の問題が生じる。
【０００８】そこで、第１の空間と第２の空間との作動
媒体の圧力平衡を保ち、ピストンの往復運動の中心位置
の変動を抑える方法が、特開２０００−３９２２２に開
示されている。図１１（ａ）は、特開２０００−３９２
２２に記載のスターリングエンジンの断面図である。ピ
ストン１の一部の形状以外は図１０と同じ構成である。
ピストン１が当初設定した往復運動の中心位置にある場
合におけるピストン１周辺部の図を図１１（ｂ）に示
す。ピストン１には、第１の空間に繋がるピストンの往
復運動方向Ｘの流路１０−ａと、ピストンの往復運動方
向Ｘに対して傾き（図では９０度）をもつ連続した流路
１０−ｂが、シリンダー３には、流路１０−ｂから第２
の空間８に貫通する円形穴１２が設けられており、ピス
トン１動作時には流路１０−ｂと円形穴１２が一致した
瞬間に、第１の空間７と第２の空間８とが瞬間的に結合
して作動媒体が流れ、両空間の圧力が平衡して当初設定
した位置でピストン１が往復運動する。
媒体の圧力平衡を保ち、ピストンの往復運動の中心位置
の変動を抑える方法が、特開２０００−３９２２２に開
示されている。図１１（ａ）は、特開２０００−３９２
２２に記載のスターリングエンジンの断面図である。ピ
ストン１の一部の形状以外は図１０と同じ構成である。
ピストン１が当初設定した往復運動の中心位置にある場
合におけるピストン１周辺部の図を図１１（ｂ）に示
す。ピストン１には、第１の空間に繋がるピストンの往
復運動方向Ｘの流路１０−ａと、ピストンの往復運動方
向Ｘに対して傾き（図では９０度）をもつ連続した流路
１０−ｂが、シリンダー３には、流路１０−ｂから第２
の空間８に貫通する円形穴１２が設けられており、ピス
トン１動作時には流路１０−ｂと円形穴１２が一致した
瞬間に、第１の空間７と第２の空間８とが瞬間的に結合
して作動媒体が流れ、両空間の圧力が平衡して当初設定
した位置でピストン１が往復運動する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ピストンの往復運動の
中心位置を当初の設定位置に保つために、ピストンが設
定された中心位置で第１の空間と第２の空間とを微小流
路で結ぶ手法が有効であることは上述した。しかし、よ
り冷却性能を向上させるためにはピストンの往復運動の
回数を増加させるか、或いはピストンの往復運動の振幅
を増加させる必要がある。その場合、第１の空間と第２
の空間との作動媒体の流出入も増加するために、作動媒
体の連通手段の断面積を大きくする必要がある。そのと
き、単純に連通手段の寸法や断面積を増加させると、ピ
ストンの動作範囲に対して前記連通手段が連通する範囲
が広くなり、該連通している時間が長く、第１の空間と
第２の空間との圧力平衡を図ることはできるが、ピスト
ンの往復運動の中心位置を当初の設定位置に精度良く保
つことができず、更には、連通手段部分でガス流動損失
が発生し、ピストンを動作させる入力も増加し、スター
リングエンジンの性能は期待したほど向上しない。
中心位置を当初の設定位置に保つために、ピストンが設
定された中心位置で第１の空間と第２の空間とを微小流
路で結ぶ手法が有効であることは上述した。しかし、よ
り冷却性能を向上させるためにはピストンの往復運動の
回数を増加させるか、或いはピストンの往復運動の振幅
を増加させる必要がある。その場合、第１の空間と第２
の空間との作動媒体の流出入も増加するために、作動媒
体の連通手段の断面積を大きくする必要がある。そのと
き、単純に連通手段の寸法や断面積を増加させると、ピ
ストンの動作範囲に対して前記連通手段が連通する範囲
が広くなり、該連通している時間が長く、第１の空間と
第２の空間との圧力平衡を図ることはできるが、ピスト
ンの往復運動の中心位置を当初の設定位置に精度良く保
つことができず、更には、連通手段部分でガス流動損失
が発生し、ピストンを動作させる入力も増加し、スター
リングエンジンの性能は期待したほど向上しない。
【００１０】本発明は、上記の問題点に鑑み、容易な加
工で安価に連通手段を形成してピストンの往復運動の中
心位置を安定化するようなスターリングエンジンを提供
することを目的とする。また本発明は、作動媒体の連通
手段部分で発生するガス流動損失を低減するようなスタ
ーリングエンジンを提供することを目的とする。さらに
本発明は、連通手段を通じて作動媒体が流出入し、気体
軸受けの効果が損なわれることを低減するようなスター
リングエンジンを提供することを目的とする。
工で安価に連通手段を形成してピストンの往復運動の中
心位置を安定化するようなスターリングエンジンを提供
することを目的とする。また本発明は、作動媒体の連通
手段部分で発生するガス流動損失を低減するようなスタ
ーリングエンジンを提供することを目的とする。さらに
本発明は、連通手段を通じて作動媒体が流出入し、気体
軸受けの効果が損なわれることを低減するようなスター
リングエンジンを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】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においては、 （１）シリンダーと、前記シリンダーの内側を往復運動
するピストンと、前記ピストンの往復運動によって作動
媒体の圧縮又は膨張を行う第１の空間と、前記作動媒体
が充填された第２の空間と、前記ピストンに設けられ第
１の空間と連通する第１の連通手段と、前記シリンダー
に設けられ第２の空間と連通する第２の連通手段とを備
え、前記ピストンが往復運動の中心位置にあるとき、第
１の連通手段と第２の連通手段とが連通し、第１の空間
と第２の空間との圧力の平衡が図られる構成を有するス
ターリングエンジンにおいて、第１及び第２の連通手段
を、第１の空間と第２の空間との圧力の平衡を図るため
に必要な断面積を保ちつつ、前記ピストンの運転動作時
の連通時間を短くする形状としたことを特徴とするもの
である。 （２）第１のシリンダーの内側を往復運動するピストン
と、前記ピストンの往復運動によって圧縮又は膨張する
作動媒体の働きにより第２のシリンダーの内側を往復運
動するディスプレーサとを備え、前記ディスプレーサと
前記ピストンとの間に第１の空間を、前記ピストンの前
記ディスプレーサとは反対側に第２の空間を、前記ディ
スプレーサの前記ピストンとは反対側に第３の空間を有
するように密閉して形成されたフリーピストン型のスタ
ーリングエンジンにおいて、前記第２の空間は、前記ピ
ストンの往復運動の方向に垂直な方向において、第１の
シリンダーの側壁の少なくとも一部と隣接する部分にま
で延びて形成されており、圧縮空間と結ばれるように前
記ピストン表面に設けた溝状の第１の連通手段と、第１
のシリンダーの側壁を貫通して第１のシリンダーに隣接
する部分の前記第２の空間と結ばれる第２の連通手段と
を有し、前記ピストンがその往復運動の中心位置にある
ときに、第１の連通手段と第２の連通手段とが結合し
て、第１の空間と前記第２の空間とを結ぶように形成さ
れてなるスターリングエンジンであって、第２の連通手
段の口形状を長円形状または長方形状にしたことを特徴
とするものである。 （３）１本の第１の連通手段に対して複数の第２の連通
手段を設け、第２の連通手段の口形状を円形状、長円形
状、または長方形状にしたことを特徴とするものであ
る。 （４）前記ピストンの円周方向の回転を拘束する手段を
備え、第２の連通手段と前記ピストンの往復運動方向の
第１の連通手段とを最短に連通する部分のみに前記ピス
トンの円周方向の第１の連通手段を設けたことを特徴と
するものである。 （５）第１の連通手段の端部を複数に枝分けし、それぞ
れの端部に１以上の第２の連通手段を設け、第２の連通
手段の口形状を円形状、長円形状、または長方形状にし
たことを特徴とするものである。 （６）前記ピストンの円周方向の第１の連通手段の断面
形状を、幅よりも深さ寸法を大きくしたことを特徴とす
るものである。 （７）前記ピストンの往復運動方向の第１の連通手段の
断面形状を、幅よりも深さ寸法を大きくしたことを特徴
とするものである。 （８）前記ピストンの往復運動方向の第１の連通手段に
おいて、前記ピストンの円周方向の第１の連通手段と会
する部分から、第１の空間と会する部分に向けて、その
断面積を順次大きくしたことを特徴とするものである。 （９）前記ピストンの往復運動方向の第１の連通手段に
おいて、第１の空間から離れた連通手段の合流部分か
ら、第１の空間近くで分岐された連通手段の合流部分ま
での断面積よりも、第１の空間近くで分岐された連通手
段の合流部分から第１の空間と会する部分までの断面積
を、大きくしたことを特徴とするものである。
に、本発明に係るスターリングエンジンにおいては、 （１）シリンダーと、前記シリンダーの内側を往復運動
するピストンと、前記ピストンの往復運動によって作動
媒体の圧縮又は膨張を行う第１の空間と、前記作動媒体
が充填された第２の空間と、前記ピストンに設けられ第
１の空間と連通する第１の連通手段と、前記シリンダー
に設けられ第２の空間と連通する第２の連通手段とを備
え、前記ピストンが往復運動の中心位置にあるとき、第
１の連通手段と第２の連通手段とが連通し、第１の空間
と第２の空間との圧力の平衡が図られる構成を有するス
ターリングエンジンにおいて、第１及び第２の連通手段
を、第１の空間と第２の空間との圧力の平衡を図るため
に必要な断面積を保ちつつ、前記ピストンの運転動作時
の連通時間を短くする形状としたことを特徴とするもの
である。 （２）第１のシリンダーの内側を往復運動するピストン
と、前記ピストンの往復運動によって圧縮又は膨張する
作動媒体の働きにより第２のシリンダーの内側を往復運
動するディスプレーサとを備え、前記ディスプレーサと
前記ピストンとの間に第１の空間を、前記ピストンの前
記ディスプレーサとは反対側に第２の空間を、前記ディ
スプレーサの前記ピストンとは反対側に第３の空間を有
するように密閉して形成されたフリーピストン型のスタ
ーリングエンジンにおいて、前記第２の空間は、前記ピ
ストンの往復運動の方向に垂直な方向において、第１の
シリンダーの側壁の少なくとも一部と隣接する部分にま
で延びて形成されており、圧縮空間と結ばれるように前
記ピストン表面に設けた溝状の第１の連通手段と、第１
のシリンダーの側壁を貫通して第１のシリンダーに隣接
する部分の前記第２の空間と結ばれる第２の連通手段と
を有し、前記ピストンがその往復運動の中心位置にある
ときに、第１の連通手段と第２の連通手段とが結合し
て、第１の空間と前記第２の空間とを結ぶように形成さ
れてなるスターリングエンジンであって、第２の連通手
段の口形状を長円形状または長方形状にしたことを特徴
とするものである。 （３）１本の第１の連通手段に対して複数の第２の連通
手段を設け、第２の連通手段の口形状を円形状、長円形
状、または長方形状にしたことを特徴とするものであ
る。 （４）前記ピストンの円周方向の回転を拘束する手段を
備え、第２の連通手段と前記ピストンの往復運動方向の
第１の連通手段とを最短に連通する部分のみに前記ピス
トンの円周方向の第１の連通手段を設けたことを特徴と
するものである。 （５）第１の連通手段の端部を複数に枝分けし、それぞ
れの端部に１以上の第２の連通手段を設け、第２の連通
手段の口形状を円形状、長円形状、または長方形状にし
たことを特徴とするものである。 （６）前記ピストンの円周方向の第１の連通手段の断面
形状を、幅よりも深さ寸法を大きくしたことを特徴とす
るものである。 （７）前記ピストンの往復運動方向の第１の連通手段の
断面形状を、幅よりも深さ寸法を大きくしたことを特徴
とするものである。 （８）前記ピストンの往復運動方向の第１の連通手段に
おいて、前記ピストンの円周方向の第１の連通手段と会
する部分から、第１の空間と会する部分に向けて、その
断面積を順次大きくしたことを特徴とするものである。 （９）前記ピストンの往復運動方向の第１の連通手段に
おいて、第１の空間から離れた連通手段の合流部分か
ら、第１の空間近くで分岐された連通手段の合流部分ま
での断面積よりも、第１の空間近くで分岐された連通手
段の合流部分から第１の空間と会する部分までの断面積
を、大きくしたことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に示す実施の形態は、ピスト
ンとシリンダー以外の構成は従来の技術で説明した構成
と同様であるため説明は省略し、ピストン及びシリンダ
ーの構成のみを図を用いて説明する。なお以下では、ピ
ストンを備えたシリンダー（第１のシリンダー）とディ
スプレーサを備えたシリンダー（第２のシリンダー）と
が、１つのシリンダー１で兼用されているが、第１のシ
リンダーと第２のシリンダーとの配置には特に限定はな
く、第１のシリンダー内のピストンの往復運動によって
圧縮又は膨張する作動媒体の働きにより第２のシリンダ
ー内をディスプレーサが往復運動する構成であればよ
い。
ンとシリンダー以外の構成は従来の技術で説明した構成
と同様であるため説明は省略し、ピストン及びシリンダ
ーの構成のみを図を用いて説明する。なお以下では、ピ
ストンを備えたシリンダー（第１のシリンダー）とディ
スプレーサを備えたシリンダー（第２のシリンダー）と
が、１つのシリンダー１で兼用されているが、第１のシ
リンダーと第２のシリンダーとの配置には特に限定はな
く、第１のシリンダー内のピストンの往復運動によって
圧縮又は膨張する作動媒体の働きにより第２のシリンダ
ー内をディスプレーサが往復運動する構成であればよ
い。
【００１３】図１は、本発明の第１の実施形態のピスト
ン及びシリンダーの斜視図である。ピストン１は、当初
第１の空間７−ａと第２の空間８との圧力が平衡するよ
うに設定した往復運動の中心位置にある。ピストン摺動
面１−ｂ上には、第１の空間７−ａ側のピストン端面１
−ｃから往復運動方向Ｘに連通手段１０−ａと、連通手
段１０−ａに連続するピストン１の円周方向の全周に連
通手段１０−ｂとが形成されている。また、シリンダー
３には、連通手段１０−ｂから第２の空間８に貫通する
穴１３が形成されている。そして、ピストン１の往復運
動により連通手段１０−ｂと穴１３が連通する瞬間だけ
第１の空間７−ａと第２の空間８とが連通し、第１の空
間７−ａと第２の空間８との圧力平衡が図られる。連通
手段１０−ｂはピストン１の全周に形成されているた
め、ピストン１が動作中に円周方向に回転した場合で
も、連通手段１０−ｂと穴１３とは連通可能となる。
ン及びシリンダーの斜視図である。ピストン１は、当初
第１の空間７−ａと第２の空間８との圧力が平衡するよ
うに設定した往復運動の中心位置にある。ピストン摺動
面１−ｂ上には、第１の空間７−ａ側のピストン端面１
−ｃから往復運動方向Ｘに連通手段１０−ａと、連通手
段１０−ａに連続するピストン１の円周方向の全周に連
通手段１０−ｂとが形成されている。また、シリンダー
３には、連通手段１０−ｂから第２の空間８に貫通する
穴１３が形成されている。そして、ピストン１の往復運
動により連通手段１０−ｂと穴１３が連通する瞬間だけ
第１の空間７−ａと第２の空間８とが連通し、第１の空
間７−ａと第２の空間８との圧力平衡が図られる。連通
手段１０−ｂはピストン１の全周に形成されているた
め、ピストン１が動作中に円周方向に回転した場合で
も、連通手段１０−ｂと穴１３とは連通可能となる。
【００１４】ここで、穴１３の口形状は、第１の空間７
−ａと第２の空間８との圧力の平衡を図るために必要な
断面積を保ちつつ、ピストン１の運転動作時の連通時間
を短くする形状の１つとして、往復運動方向Ｘを短径と
する長円形状とする。これにより、ピストン１の運転動
作時に連通手段１０−ｂと穴１３とが連通する時間が短
くなるため、ピストン１の動作中心位置の精度を向上さ
せることができる。なお、穴１３の口形状はピストン１
の運転動作時に連通手段１０−ｂと穴１３とが連通する
時間を短くする形状であれば特に限定はなく、長方形状
でもよい。
−ａと第２の空間８との圧力の平衡を図るために必要な
断面積を保ちつつ、ピストン１の運転動作時の連通時間
を短くする形状の１つとして、往復運動方向Ｘを短径と
する長円形状とする。これにより、ピストン１の運転動
作時に連通手段１０−ｂと穴１３とが連通する時間が短
くなるため、ピストン１の動作中心位置の精度を向上さ
せることができる。なお、穴１３の口形状はピストン１
の運転動作時に連通手段１０−ｂと穴１３とが連通する
時間を短くする形状であれば特に限定はなく、長方形状
でもよい。
【００１５】図２は、本発明の第２の実施形態のピスト
ン及びシリンダーの斜視図である。ピストン１は当初設
定した往復運動の中心位置にある。ピストン摺動面１−
ｂ上には、第１の空間７−ａ側のピストン端面１−ｃか
ら往復運動方向Ｘに連通手段１０−ａと、連通手段１０
−ａに連続するピストン１の円周方向の全周に連通手段
１０−ｂとが形成されている。また、シリンダー３に
は、連通手段１０−ｂから第２の空間８に貫通する穴１
４が複数個（図２では２個）形成されている。連通手段
１０−ｂはピストン１の全周に形成されているため、ピ
ストン１が動作中に円周方向に回転した場合でも、連通
手段１０−ｂと穴１４とは連通可能となる。
ン及びシリンダーの斜視図である。ピストン１は当初設
定した往復運動の中心位置にある。ピストン摺動面１−
ｂ上には、第１の空間７−ａ側のピストン端面１−ｃか
ら往復運動方向Ｘに連通手段１０−ａと、連通手段１０
−ａに連続するピストン１の円周方向の全周に連通手段
１０−ｂとが形成されている。また、シリンダー３に
は、連通手段１０−ｂから第２の空間８に貫通する穴１
４が複数個（図２では２個）形成されている。連通手段
１０−ｂはピストン１の全周に形成されているため、ピ
ストン１が動作中に円周方向に回転した場合でも、連通
手段１０−ｂと穴１４とは連通可能となる。
【００１６】ここで、穴１４の口径方向の断面積の合計
が、穴１４を１個形成した場合と同等とすると、穴１４
を複数個形成した場合の方がそれぞれの穴１４の大きさ
を小さくでき、同時に連通手段１０−ｂの断面積も小さ
くできる。その結果、ピストン１の運転動作時に連通手
段１０−ｂと穴１４とが連通する時間が短くなるため、
ピストン１の動作中心位置の精度を向上させることがで
きる。なお、穴１４の口形状は、円形状、長円形状、ま
たは長方形状であればよい。
が、穴１４を１個形成した場合と同等とすると、穴１４
を複数個形成した場合の方がそれぞれの穴１４の大きさ
を小さくでき、同時に連通手段１０−ｂの断面積も小さ
くできる。その結果、ピストン１の運転動作時に連通手
段１０−ｂと穴１４とが連通する時間が短くなるため、
ピストン１の動作中心位置の精度を向上させることがで
きる。なお、穴１４の口形状は、円形状、長円形状、ま
たは長方形状であればよい。
【００１７】図３は、本発明の第３の実施形態のピスト
ン及びシリンダーの斜視図である。ピストン１は当初設
定した往復運動の中心位置にあり、ピストン１の円周方
向の回転を拘束する手段（例えば、図１０のピストン支
持バネ５など）を備えている。ピストン摺動面１−ｂ上
には、第１の空間７−ａ側のピストン端面１−ｃから往
復運動方向Ｘに連通手段１０−ａと、連通手段１０−ａ
に連続するピストン１の円周方向の連通手段１０−ｂ
（図３ではＬ字型）とが形成されている。なお、連通手
段１０−ｂは穴１３と連通手段１０−ａとが最短に連通
する部分のみに形成され、穴１３の口形状は長円形状に
なっている。なお、穴１３の口形状は、ピストン１の運
転動作時に連通手段１０−ｂと穴１３とが連通する時間
を短くする形状であれば特に限定はなく、長方形状でも
よい。
ン及びシリンダーの斜視図である。ピストン１は当初設
定した往復運動の中心位置にあり、ピストン１の円周方
向の回転を拘束する手段（例えば、図１０のピストン支
持バネ５など）を備えている。ピストン摺動面１−ｂ上
には、第１の空間７−ａ側のピストン端面１−ｃから往
復運動方向Ｘに連通手段１０−ａと、連通手段１０−ａ
に連続するピストン１の円周方向の連通手段１０−ｂ
（図３ではＬ字型）とが形成されている。なお、連通手
段１０−ｂは穴１３と連通手段１０−ａとが最短に連通
する部分のみに形成され、穴１３の口形状は長円形状に
なっている。なお、穴１３の口形状は、ピストン１の運
転動作時に連通手段１０−ｂと穴１３とが連通する時間
を短くする形状であれば特に限定はなく、長方形状でも
よい。
【００１８】図４は、本発明の第４の実施形態のピスト
ン及びシリンダーの斜視図である。ピストン１は当初設
定した往復運動の中心位置にあり、ピストン１の円周方
向の回転を拘束する手段（例えば、図１０のピストン支
持バネ５など）を備えている。ピストン摺動面１−ｂ上
には、第１の空間７−ａ側のピストン端面１−ｃから往
復運動方向Ｘに連通手段１０−ａと、連通手段１０−ａ
に連続するピストン１の円周方向の連通手段１０−ｂ
（図４ではＴ字型）とが形成されている。そして、連通
手段１０−ｂそれぞれの端部に１以上の穴１４を設け、
穴１４の口形状は、円形状、長円形状、または長方形状
にする。なお、連通手段１０−ｂは穴１４と連通手段１
０−ａとが最短に連通する部分のみに形成する。
ン及びシリンダーの斜視図である。ピストン１は当初設
定した往復運動の中心位置にあり、ピストン１の円周方
向の回転を拘束する手段（例えば、図１０のピストン支
持バネ５など）を備えている。ピストン摺動面１−ｂ上
には、第１の空間７−ａ側のピストン端面１−ｃから往
復運動方向Ｘに連通手段１０−ａと、連通手段１０−ａ
に連続するピストン１の円周方向の連通手段１０−ｂ
（図４ではＴ字型）とが形成されている。そして、連通
手段１０−ｂそれぞれの端部に１以上の穴１４を設け、
穴１４の口形状は、円形状、長円形状、または長方形状
にする。なお、連通手段１０−ｂは穴１４と連通手段１
０−ａとが最短に連通する部分のみに形成する。
【００１９】図５は、本発明の第５の実施形態のピスト
ン及びシリンダーの斜視図である。ピストン１は当初設
定した往復運動の中心位置にあり、ピストン１の円周方
向の回転を拘束する手段（例えば、図１０のピストン支
持バネ５など）を備えている。ピストン摺動面１−ｂ上
には、第１の空間７−ａ側のピストン端面１−ｃから往
復運動方向Ｘに連通手段１０−ａと、連通手段１０−ａ
に連続するピストン１の円周方向の複数に枝分けした連
通手段１０−ｂ（図５では４本）とが形成されている。
そして、連通手段１０−ｂそれぞれの端部に１以上の穴
１４を設け、穴１４の口形状は、円形状、長円形状、ま
たは長方形状にする。なお、連通手段１０−ｂは穴１４
と連通手段１０−ａとが最短に連通する部分のみに形成
する。
ン及びシリンダーの斜視図である。ピストン１は当初設
定した往復運動の中心位置にあり、ピストン１の円周方
向の回転を拘束する手段（例えば、図１０のピストン支
持バネ５など）を備えている。ピストン摺動面１−ｂ上
には、第１の空間７−ａ側のピストン端面１−ｃから往
復運動方向Ｘに連通手段１０−ａと、連通手段１０−ａ
に連続するピストン１の円周方向の複数に枝分けした連
通手段１０−ｂ（図５では４本）とが形成されている。
そして、連通手段１０−ｂそれぞれの端部に１以上の穴
１４を設け、穴１４の口形状は、円形状、長円形状、ま
たは長方形状にする。なお、連通手段１０−ｂは穴１４
と連通手段１０−ａとが最短に連通する部分のみに形成
する。
【００２０】本発明の第４、第５の実施形態において、
穴１４の口径方向の断面積の合計が、穴１４を１個形成
した場合と同等とすると、穴１４を複数個形成した場合
の方がそれぞれの穴１４の大きさを小さくでき、同時に
連通手段１０−ｂの断面積も小さくできる。その結果、
ピストン１の運転動作時に連通手段１０−ｂと穴１４と
が連通する時間が短くなるため、ピストン１の動作中心
位置の精度を向上させることができる。
穴１４の口径方向の断面積の合計が、穴１４を１個形成
した場合と同等とすると、穴１４を複数個形成した場合
の方がそれぞれの穴１４の大きさを小さくでき、同時に
連通手段１０−ｂの断面積も小さくできる。その結果、
ピストン１の運転動作時に連通手段１０−ｂと穴１４と
が連通する時間が短くなるため、ピストン１の動作中心
位置の精度を向上させることができる。
【００２１】図６（ａ）は、本発明の第６の実施形態の
ピストン及びシリンダーの斜視図である。第２の実施形
態と同様にピストン１、連通手段１０−ａ、１０−ｂ、
穴１４が配置されている。図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図
を図６（ｂ）に示す。連通手段１０−ｂにおいて、作動
媒体の流動に必要な断面積を確保しつつ、その断面形状
を幅よりも深さ寸法を大きくする。その結果、ピストン
１の運転動作時に連通手段１０−ｂと穴１４とが連通す
る時間が短くなるため、ピストン１の動作中心位置の精
度を向上させることができる。
ピストン及びシリンダーの斜視図である。第２の実施形
態と同様にピストン１、連通手段１０−ａ、１０−ｂ、
穴１４が配置されている。図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図
を図６（ｂ）に示す。連通手段１０−ｂにおいて、作動
媒体の流動に必要な断面積を確保しつつ、その断面形状
を幅よりも深さ寸法を大きくする。その結果、ピストン
１の運転動作時に連通手段１０−ｂと穴１４とが連通す
る時間が短くなるため、ピストン１の動作中心位置の精
度を向上させることができる。
【００２２】図７（ａ）は、本発明の第７の実施形態の
ピストン及びシリンダーの斜視図である。第２の実施形
態と同様にピストン１、連通手段１０−ａ、１０−ｂ、
穴１４が配置されている。図７（ａ）のＢ−Ｂ線断面図
を図７（ｂ）に示す。連通手段１０−ａにおいて、作動
媒体の流動に必要な断面積を確保しつつ、その断面形状
を幅よりも深さ寸法を大きくする。その結果、ピストン
摺動面１−ｂの表面積に占める連通手段１０−ａ部分が
小さくできるため、ピストン１を気体軸受け（ピストン
１とシリンダー３間に微小なクリアランスを設け、作動
媒体を充填し、ピストン１の摺動負荷を減少させた軸受
けの方法）によってシリンダー３から浮かす場合に、連
通手段１０−ａを通じて作動媒体が流出入し、気体軸受
けの効果が損なわれないようにすることができる。
ピストン及びシリンダーの斜視図である。第２の実施形
態と同様にピストン１、連通手段１０−ａ、１０−ｂ、
穴１４が配置されている。図７（ａ）のＢ−Ｂ線断面図
を図７（ｂ）に示す。連通手段１０−ａにおいて、作動
媒体の流動に必要な断面積を確保しつつ、その断面形状
を幅よりも深さ寸法を大きくする。その結果、ピストン
摺動面１−ｂの表面積に占める連通手段１０−ａ部分が
小さくできるため、ピストン１を気体軸受け（ピストン
１とシリンダー３間に微小なクリアランスを設け、作動
媒体を充填し、ピストン１の摺動負荷を減少させた軸受
けの方法）によってシリンダー３から浮かす場合に、連
通手段１０−ａを通じて作動媒体が流出入し、気体軸受
けの効果が損なわれないようにすることができる。
【００２３】図８（ａ）は、本発明の第８の実施形態の
ピストン及びシリンダーの斜視図である。第４の実施形
態と同様にピストン１、連通手段１０−ａ、１０−ｂ、
穴１４が配置されている。連通手段１０−ａを、連通手
段１０−ｂと会する部分から、第１の空間７−ａ側のピ
ストン端面１−ｃに向けて、順次大きくする。その結
果、作動媒体の流動によるエネルギーの損失を抑えるこ
とができる。
ピストン及びシリンダーの斜視図である。第４の実施形
態と同様にピストン１、連通手段１０−ａ、１０−ｂ、
穴１４が配置されている。連通手段１０−ａを、連通手
段１０−ｂと会する部分から、第１の空間７−ａ側のピ
ストン端面１−ｃに向けて、順次大きくする。その結
果、作動媒体の流動によるエネルギーの損失を抑えるこ
とができる。
【００２４】図９（ａ）は、本発明の第９の実施形態の
ピストン及びシリンダーの斜視図である。第５の実施形
態と同様にピストン１、連通手段１０−ａ１、１０−ａ
２、１０−ｂ１、１０−ｂ２、穴１４が配置されてい
る。図９（ａ）のＤ−Ｄ線断面図を図９（ｂ）に示す。
連通手段１０−ａ１の断面積よりも、連通手段１０−ａ
２の断面積を大きくする。また、連通手段１０−ｂ１、
１０−ｂ２の短手方向の断面積は、１つの穴１４の口径
断面積に一致し、連通手段１０−ａ１の短手方向の断面
積は、２つの穴１４の口径断面積に一致し、連通手段１
０−ａ２の短手方向の断面積は、４つの穴１４の口径断
面積に一致するように設計する。その結果、作動媒体の
流動に必要な最小限の連通手段の断面積が確保できるた
め、つまり、連通手段１０−ｂ１、１０−ｂ２と穴１４
とが連通したときに作動媒体が圧力損失なく流動するた
め、作動媒体の流動によるエネルギーの損失を最小限に
抑えることができる。
ピストン及びシリンダーの斜視図である。第５の実施形
態と同様にピストン１、連通手段１０−ａ１、１０−ａ
２、１０−ｂ１、１０−ｂ２、穴１４が配置されてい
る。図９（ａ）のＤ−Ｄ線断面図を図９（ｂ）に示す。
連通手段１０−ａ１の断面積よりも、連通手段１０−ａ
２の断面積を大きくする。また、連通手段１０−ｂ１、
１０−ｂ２の短手方向の断面積は、１つの穴１４の口径
断面積に一致し、連通手段１０−ａ１の短手方向の断面
積は、２つの穴１４の口径断面積に一致し、連通手段１
０−ａ２の短手方向の断面積は、４つの穴１４の口径断
面積に一致するように設計する。その結果、作動媒体の
流動に必要な最小限の連通手段の断面積が確保できるた
め、つまり、連通手段１０−ｂ１、１０−ｂ２と穴１４
とが連通したときに作動媒体が圧力損失なく流動するた
め、作動媒体の流動によるエネルギーの損失を最小限に
抑えることができる。
【００２５】図８（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である図８
（ｂ）では、ピストン１の内部が空洞である。このよう
にすることで、ピストン重量を低減し、ピストン支持バ
ネの設計を容易にできるとともに、材料使用量を低減で
きる。該空洞部を大きくとるためには、連通手段１０−
ａ、１０−ｂの深さ寸法をできるだけ小さく設計すると
よい。なお、このピストン１内部の空洞化は、本発明の
すべての実施形態に適用でき、同様の効果を得ることが
できる。
（ｂ）では、ピストン１の内部が空洞である。このよう
にすることで、ピストン重量を低減し、ピストン支持バ
ネの設計を容易にできるとともに、材料使用量を低減で
きる。該空洞部を大きくとるためには、連通手段１０−
ａ、１０−ｂの深さ寸法をできるだけ小さく設計すると
よい。なお、このピストン１内部の空洞化は、本発明の
すべての実施形態に適用でき、同様の効果を得ることが
できる。
【００２６】なお第１〜９の実施形態において、連通手
段の溝加工は、例えば旋盤加工やエンドミルによるフラ
イス加工により形成可能であり、穴は、ドリル加工のみ
で形成可能であるため、双方とも容易な加工で安価に形
成できる。
段の溝加工は、例えば旋盤加工やエンドミルによるフラ
イス加工により形成可能であり、穴は、ドリル加工のみ
で形成可能であるため、双方とも容易な加工で安価に形
成できる。
【００２７】
【発明の効果】本発明のスターリングエンジンによれ
ば、ピストンの運転動作時に第１の連通手段と第２の連
通手段とが連通する時間が短くなるため、ピストンの往
復運動の中心位置を安定化することができる。
ば、ピストンの運転動作時に第１の連通手段と第２の連
通手段とが連通する時間が短くなるため、ピストンの往
復運動の中心位置を安定化することができる。
【００２８】また、第１の連通手段及び第２の連通手段
は、形成が容易な溝や穴で構成されるため安価に形成す
ることができる。
は、形成が容易な溝や穴で構成されるため安価に形成す
ることができる。
【００２９】さらに、本発明のスターリングエンジンに
よれば、連通手段において、作動媒体の流動に必要な断
面積を確保しつつ、その断面形状を幅よりも深さ寸法を
大きくすることにより、ピストンを気体軸受けによって
シリンダーから浮かす場合に、連通手段を通じて作動媒
体が流出入し、気体軸受けの効果が損なわれないように
することができる。
よれば、連通手段において、作動媒体の流動に必要な断
面積を確保しつつ、その断面形状を幅よりも深さ寸法を
大きくすることにより、ピストンを気体軸受けによって
シリンダーから浮かす場合に、連通手段を通じて作動媒
体が流出入し、気体軸受けの効果が損なわれないように
することができる。
【００３０】さらに、本発明のスターリングエンジンに
よれば、作動媒体の流動に必要な最小限の連通手段の断
面積を確保することによって、作動媒体の連通手段部分
で発生するガス流動損失を低減することができる。
よれば、作動媒体の流動に必要な最小限の連通手段の断
面積を確保することによって、作動媒体の連通手段部分
で発生するガス流動損失を低減することができる。
【図１】 本発明の第１の実施形態のピストン及びシリ
ンダーの斜視図である。
ンダーの斜視図である。
【図２】 本発明の第２の実施形態のピストン及びシリ
ンダーの斜視図である。
ンダーの斜視図である。
【図３】 本発明の第３の実施形態のピストン及びシリ
ンダーの斜視図である。
ンダーの斜視図である。
【図４】 本発明の第４の実施形態のピストン及びシリ
ンダーの斜視図である。
ンダーの斜視図である。
【図５】 本発明の第５の実施形態のピストン及びシリ
ンダーの斜視図である。
ンダーの斜視図である。
【図６】（ａ）本発明の第６の実施形態のピストン及び
シリンダーの斜視図である。 （ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
シリンダーの斜視図である。 （ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】（ａ）本発明の第７の実施形態のピストン及び
シリンダーの斜視図である。 （ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
シリンダーの斜視図である。 （ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】（ａ）本発明の第８の実施形態のピストン及び
シリンダーの斜視図である。 （ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
シリンダーの斜視図である。 （ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】（ａ）本発明の第９の実施形態のピストン及び
シリンダーの斜視図である。 （ｂ）（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
シリンダーの斜視図である。 （ｂ）（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１０】 従来のスターリングエンジンの断面図であ
る。
る。
【図１１】 従来のスターリングエンジンの他の構成の
断面図である。
断面図である。
１ ピストン ２ ディスプレーサ ３ シリンダー ７−ａ 第１の空間 ７−ｂ 第３の空間 ８ 第２の空間 １０ 第１の連通手段 １２ 第２の連通手段（円形穴）
Claims (9)
- 【請求項１】 シリンダーと、前記シリンダーの内側を
往復運動するピストンと、前記ピストンの往復運動によ
って作動媒体の圧縮又は膨張を行う第１の空間と、前記
作動媒体が充填された第２の空間と、前記ピストンに設
けられ第１の空間と連通する第１の連通手段と、前記シ
リンダーに設けられ第２の空間と連通する第２の連通手
段とを備え、前記ピストンが往復運動の中心位置にある
とき、第１の連通手段と第２の連通手段とが連通し、第
１の空間と第２の空間との圧力の平衡が図られる構成を
有するスターリングエンジンにおいて、 第１及び第２の連通手段を、第１の空間と第２の空間と
の圧力の平衡を図るために必要な断面積を保ちつつ、前
記ピストンの運転動作時の連通時間を短くする形状とし
たことを特徴とするスターリングエンジン。 - 【請求項２】 第１のシリンダーの内側を往復運動する
ピストンと、前記ピストンの往復運動によって圧縮又は
膨張する作動媒体の働きにより第２のシリンダーの内側
を往復運動するディスプレーサとを備え、前記ディスプ
レーサと前記ピストンとの間に第１の空間を、前記ピス
トンの前記ディスプレーサとは反対側に第２の空間を、
前記ディスプレーサの前記ピストンとは反対側に第３の
空間を有するように密閉して形成されたフリーピストン
型のスターリングエンジンにおいて、前記第２の空間
は、前記ピストンの往復運動の方向に垂直な方向におい
て、第１のシリンダーの側壁の少なくとも一部と隣接す
る部分にまで延びて形成されており、第１の空間と結ば
れるように前記ピストン表面に設けた溝状の第１の連通
手段と、第１のシリンダーの側壁を貫通して第１のシリ
ンダーに隣接する部分の前記第２の空間と結ばれる第２
の連通手段とを有し、前記ピストンがその往復運動の中
心位置にあるときに、第１の連通手段と第２の連通手段
とが結合して、第１の空間と前記第２の空間とを結ぶよ
うに形成されてなるスターリングエンジンであって、 第２の連通手段の口形状を長円形状または長方形状にし
たことを特徴とするスターリングエンジン。 - 【請求項３】 １本の第１の連通手段に対して複数の第
２の連通手段を設け、第２の連通手段の口形状を円形
状、長円形状、または長方形状にしたことを特徴とする
請求項１又は２記載のスターリングエンジン。 - 【請求項４】 前記ピストンの円周方向の回転を拘束す
る手段を備え、第２の連通手段と前記ピストンの往復運
動方向の第１の連通手段とを最短に連通する部分のみに
前記ピストンの円周方向の第１の連通手段を設けたこと
を特徴とする請求項１又は２記載のスターリングエンジ
ン。 - 【請求項５】 第１の連通手段の端部を複数に枝分け
し、それぞれの端部に１以上の第２の連通手段を設け、
第２の連通手段の口形状を円形状、長円形状、または長
方形状にしたことを特徴とする請求項１又は２記載のス
ターリングエンジン。 - 【請求項６】 前記ピストンの円周方向の第１の連通手
段の断面形状を、幅よりも深さ寸法を大きくしたことを
特徴とする請求項１〜５記載のスターリングエンジン。 - 【請求項７】 前記ピストンの往復運動方向の第１の連
通手段の断面形状を、幅よりも深さ寸法を大きくしたこ
とを特徴とする請求項１〜６記載のスターリングエンジ
ン。 - 【請求項８】 前記ピストンの往復運動方向の第１の連
通手段において、前記ピストンの円周方向の第１の連通
手段と会する部分から、第１の空間と会する部分に向け
て、その断面積を順次大きくしたことを特徴とする請求
項１〜６記載のスターリングエンジン。 - 【請求項９】 前記ピストンの往復運動方向の第１の連
通手段において、 第１の空間から離れた連通手段の合流部分から、第１の
空間近くで分岐された連通手段の合流部分までの断面積
よりも、 第１の空間近くで分岐された連通手段の合流部分から第
１の空間と会する部分までの断面積を、大きくしたこと
を特徴とする請求項５記載のスターリングエンジン。
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (5)
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|---|---|---|---|---|
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| US5461859A (en) * | 1994-09-08 | 1995-10-31 | Sunpower, Inc. | Centering system with one way valve for free piston machine |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006077805A1 (ja) * | 2005-01-18 | 2006-07-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | スターリング機関 |
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