JP3263269B2 - 可変位相装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動力入力により作動さ
せる動力入力型スターリングサイクル機器における可変
位相装置に関し、詳しくは、機器構成として、複数のク
ランクを設けた回転伝動系と、この回転伝動系に回転動
力を付与する駆動手段と、前記クランクに各別に連結し
た複数ピストンの動作により個別に作動ガスを吐出吸入
する複数のシリンダ室と、これらシリンダ室を各々の取
扱い温度の順に連通するガス連通路と、このガス連通路
において連通順位が隣合うシリンダ室間の夫々に介装し
た再生熱交換器と、前記シリンダ室の夫々に対して各別
に熱を出し入れする入出熱器とを設けた動力入力型スタ
ーリングサイクル機器における可変位相装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、動力入力型スターリングサイクル
機器において、上記回転伝動系は、駆動手段からの回転
動力入力に伴い、複数クランクを常に互いに等しい角速
度で連動回転させて、これらクランクに連結した複数の
ピストンを常に一定の位相差関係で動作させる構成とし
ており、換言すれば、複数のシリンダ室を個別に作動ガ
ス吐出吸入させる複数ピストンの位相差関係は機器製作
段階において一定のものに固定されていた。

【０００３】つまり、複数シリンダ室の吐出吸入動作関
係を決定するピストン位相差関係は、この種の動力入力
型スターリングサイクル機器の機器特性、すなわち、複
数シリンダ室の入出熱量比や、駆動手段による付与動力
と各シリンダ室の入出熱量との比、これら付与動力・シ
リンダ室入出熱量の比と複数シリンダ室のシリンダ温度
比との相互関係、あるいは、各々のシリンダ室について
出熱させるか入熱するかの区別、といった機器特性を決
定する重要な要素であり、このことから、従来、上記の
如く複数ピストンの位相差関係（換言すれば、複数シリ
ンダ室の吐出吸入動作関係）を機器製作段階において一
定のものに固定することで、所望の一定機器特性を得る
ようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の如き従
来の動力入力型スターリングサイクル機器では、機器特
性の変更を要する場合に、例えば、回転伝動系において
クランク間に介装されているカップリング部をいったん
分解して、このカップリング部で一方側のクランクと他
方側のクランクとの回転位相関係を変更する接続換えを
行うことにより複数ピストンの位相差関係を変更する、
あるいは、回転伝動系の全体を別のクランク位相関係を
持つものに交換するといったように回転伝動系の組み換
えが必要となる。

【０００５】このため、駆動手段からの動力入力条件の
変化・変更や複数シリンダ室の夫々での熱量あるいは温
度についての熱的入出力条件の変化・変更に応じて適宜
に機器特性を変更することができず、また、このことか
ら、入出力条件に対し機器特性が適合せずに成績係数
（効率）が低下した状態の運転（すなわち、駆動手段か
らの動力入力値やシリンダ室への熱的入力値が機器の特
性値に対し過剰傾向となることでエネルギロスを生じた
り、シリンダ室の熱的出力について機器の特性値が必要
値に対し過剰傾向となることでエネルギロスを生じたり
する運転）が強いられる状況も生じ、この点、機能性・
汎用性の面、並びに成績係数の面で改善の余地があっ
た。

【０００６】以上の実情に対し、本発明は次記１．の達
成を基本の目的とし、また、この基本目的の達成ととも
に次記２．〜４．を達成することを付加的目的とする。 １．動力入力型スターリングサイクル機器の機能性・汎
用性を高めるとともに成績係数の向上を図る。 ２．機能性・汎用性が高く、かつ、成績係数の高いエン
ジン駆動式の冷凍機ないしヒートポンプを提供する。 ３．機器特性の変更操作を正確かつ容易に行えるように
する。 ４．機器の耐久性・信頼性の向上を図る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

〔第１特徴構成〕本発明は、機器構成として、複数のク
ランクを設けた回転伝動系と、この回転伝動系に回転動
力を付与する駆動手段と、前記複数クランクに各別に連
結した複数ピストンの動作により個別に作動ガスを吐出
吸入する複数のシリンダ室と、これらシリンダ室を各々
の取扱い温度の順に連通するガス連通路と、このガス連
通路において連通順位が隣合うシリンダ室間の夫々に介
装した再生熱交換器と、前記シリンダ室の夫々に対して
各別に熱を出し入れする入出熱器とを設けた動力入力型
スターリングサイクル機器における可変位相装置に係
り、その第１特徴構成（請求項１に係る発明）は、前記
複数クランクを各々の規定回転方向に互いに等しい角速
度で連動回転させて、前記複数ピストンの位相差関係を
保持する位相差関係保持操作と、前記複数クランクのう
ちの一部のクランクと他のクランクとを互いに異なる角
速度で所要の回転角度だけ相対回転動作させて、前記複
数ピストンの位相差関係を変更する位相差関係変更操作
とを行う伝動系操作手段を設けたことにある。

【０００８】〔第２特徴構成〕本発明の第２特徴構成
（請求項２に係る発明）は、上記第１特徴構成の実施に
好適な具体構成を特定するものであって、前記動力入力
型スターリングサイクル機器の機器構成については、前
記駆動手段としてエンジンを設け、前記シリンダ室とし
て、高温シリンダ室と中温シリンダ室と低温シリンダ室
を設け、前記入出熱器として、前記高温シリンダ室に前
記エンジンの排熱を付与する高温加熱器と、前記中温シ
リンダ室から放熱させる中温放熱器と、前記低温シリン
ダ室に吸熱させる低温吸熱器を設け、この動力入力型ス
ターリングサイクル機器の機器構成に対し、前記伝動系
操作手段は、前記の位相差関係変更操作において前記高
温シリンダ室のピストンに対するクランクと他のシリン
ダ室のピストンに対するクランクとを互いに異なる角速
度で所要の回転角度だけ相対回転動作させる構成として
あることにある。

【０００９】〔第３特徴構成〕本発明の第３特徴構成
（請求項３に係る発明）は、前記第１又は第２特徴構成
の実施に好適な具体構成を特定するものであって、前記
伝動系操作手段は、前記の位相差関係変更操作において
互いに異なる角速度で相対回転動作させるべきクランク
どうしの間に、これらクランク間の伝動構造として、一
方側のクランクとともに回転する第１ギアと、他方側の
クランクとともに回転する第２ギアと、位置固定された
状態で前記第１ギアに咬合する第１遊星ギアと、前記第
２ギアに咬合する第２遊星ギアと、前記第２ギアの周り
での前記第２遊星ギアの位置変更にかかわらず前記第１
遊星ギア及び前記第２遊星ギアの両方に対して咬合する
中間ギアを設け、かつ、前記第２ギアの周りにおいて前
記第２遊星ギアの位置を固定する操作と、変更する操作
とを行うギア位置操作手段を設けた遊星ギア式差動構造
に構成してあることにある。

【００１０】〔第４特徴構成〕本発明の第４特徴構成
（請求項４に係る発明）は、上記第３特徴構成の実施に
好適な具体構成を特定するものであって、前記伝動系操
作手段は、前記の一方側クランクと他方側クランクとの
間に、前記第２遊星ギアの位置固定時に伝動作用状態と
し、かつ、前記第２遊星ギアの位置変更時に伝動遮断状
態とするクラッチ機構を、前記遊星ギア式差動構造の構
成ギアとは並列の関係で付加装備した構成としてあるこ
とにある。

【００１１】〔第５特徴構成〕本発明の第５特徴構成
（請求項５に係る発明）は、前記第１又は第２特徴構成
の実施に好適な具体構成を特定するものであり、前記伝
動系操作手段は、前記の位相差関係変更操作において互
いに異なる角速度で相対回転動作させるべきクランクど
うしの間に、これらクランク間の伝動構造として、一方
側のクランクとともに回転する第１ベベルギアと、他方
側のクランクとともに回転する第２ベベルギアと、前記
第１ベベルギア及び前記第２ベベルギアの周りでの位置
変更にかかわらず前記第１ベベルギア及び前記第２ベベ
ルギアの両方に対して咬合する中間ベベルギアを設け、
かつ、前記第１ベベルギア及び前記第２ベベルギアの周
りにおいて前記中間ベベルギアの位置を固定する操作
と、変更する操作とを行うギア位置操作手段を設けたベ
ベルギア式差動構造に構成してあることにある。

【００１２】

【作用】

〔第１特徴構成の作用〕第１特徴構成では（図１参
照）、駆動手段１から回転伝動系１３への回転動力付与
に伴い、複数のクランク１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、及
び、これらクランクに連結の複数ピストン９ａ，９ｂ，
９ｃを動作させて、ガス連通路１０により連通する複数
シリンダ室８ａ，８ｂ，８ｃを作動ガス吐出吸入動作さ
せ、この作動ガス吐出吸入に伴い、各シリンダ室８ａ，
８ｂ，８ｃにわたる作動ガスＧの圧縮と膨張、並びに、
シリンダ室間での作動ガス移動を、各再生熱交換器１１
ｍ，１１ｎ及び各入出熱器１２ａ，１２ｂ，１２ｃの作
用下で生じさせ、これにより、複数のシリンダ室間で逆
スターリングサイクルを実施して、ないしは、逆スター
リングサイクルとともにスターリングサイクルを並行実
施して動力入力型スターリングサイクル機器を機能させ
る。

【００１３】そして、このサイクル実施にあたっては、
伝動系操作手段１５による位相差関係保持操作により複
数クランク１４ａ，１４ｂ，１４ｃを各々の規定回転方
向に互いに等しい角速度で連動回転させて、複数ピスト
ン９ａ，９ｂ，９ｃの位相差関係を保持することによ
り、これら複数ピストン９ａ，９ｂ，９ｃの動作に伴い
複数シリンダ室８ａ，８ｂ，８ｃを一定の吐出吸入動作
関係で作動ガス吐出吸入させ、これにより、サイクル特
性を一定に保った状態で動力入力型スターリングサイク
ル機器を一定の機器特性で機能させる。

【００１４】また、機器特性の変更を要する場合には、
伝動系操作手段１５による位相差関係変更操作により複
数クランク１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうちの一部のクラ
ンク１４ｃと他のクランク１４ａ，１４ｂとを互いに異
なる角速度で所要の回転角度だけ相対回転動作（一方側
のクランクを回転停止させた状態での相対回転動作を含
む）させて、複数ピストン９ａ，９ｂ，９ｃの位相差関
係を変更し、その上で、伝動系操作手段１５による上記
の位相差関係保持操作により複数ピストン９ａ，９ｂ，
９ｃの位相差関係を変更後の新たな関係に保持した状態
で、これら複数ピストン９ａ，９ｂ，９ｃを動作させる
ことにより、複数シリンダ室８ａ，８ｂ，８ｃを変更後
のピストン位相差関係に対応する新たな吐出吸入動作関
係に保って作動ガス吐出吸入させ、これにより、実施サ
イクルのサイクル特性を変更した状態で、動力入力型ス
ターリングサイクル機器をピストン位相差関係の変更操
作前とは異なる機器特性で機能させる。

【００１５】〔第２特徴構成の作用〕第２特徴構成で
は、上記の動力入力型スターリングサイクル機器とし
て、逆スターリングサイクルとスターリングサイクルと
を並行実施する形態のエンジン駆動式冷凍機ないしエン
ジン駆動式ヒートポンプを形成する。

【００１６】つまり（同図１参照）、高温シリンダ室８
ｃのピストン９ｃと中温シリンダ室８ｂのピストン９ｂ
と低温シリンダ室８ａのピストン９ａを所定の位相差関
係に保って動作させる状態で、高温加熱器１２ｃ、中温
放熱器１２ｂ、低温吸熱器１２ａ、並びに、各再生熱交
換器１１ｍ，１１ｎの作用下において、駆動手段として
のエンジン１から回転伝動系１３に回転動力を付与する
ことにより、ガス連通路１０による連通下で個別に作動
ガス吐出吸入を行う３つのシリンダ室８ａ，８ｂ，８ｃ
うち、中温シリンダ室８ｂと低温シリンダ室８ａとの対
については、回転伝動系１３からの回転動力により、低
温シリンダ室８ａを吸熱作用させるとともに中温シリン
ダ室８ｂを放熱作用させて熱の汲み上げを行う逆スター
リングサイクルの冷凍機ないしヒートポンプとして機能
させる。

【００１７】また、これに並行して、高温シリンダ室８
ｃと中温シリンダ室８ｂとの対については、高温加熱器
１２ｃから高温シリンダ室８ｃに対しエンジン排熱（例
えばエンジン排ガスの保有熱や、冷却作用した後のエン
ジン冷却水の保有熱）を付与するという形態の熱入力に
より、中温シリンダ室８ｂでの放熱を伴いながら回転動
力を発生するスターリングサイクル・エンジンとして機
能させ、この発生動力をエンジン１から回転伝動系１３
への動力付与に付加する形態で回転伝動系１３に与え
る。

【００１８】すなわち、回転動力により中温シリンダ室
８ｂと低温シリンダ室８ａとの対を冷凍機機能ないしヒ
ートポンプ機能させるにあたり、エンジン排熱を利用し
た上記の動力発生により回転動力を増強することで、冷
凍機能力ないしヒートポンプ能力を増大させ、あるい
は、エンジン動力の必要入力量を低減し、これにより、
機器全体としての成績係数を高く確保する。

【００１９】一方、エンジン駆動式の冷凍機ないしヒー
トポンプとして上記の如く機能させるにあたっては、伝
動系操作手段１５による位相差関係保持操作により各ピ
ストン９ｃ，９ｂ，９ａの位相差関係を一定に保つこと
で、一定サイクル特性の逆スターリングサイクル及びス
ターリングサイクルを実施して、機器特性を一定に保つ
が、この機器特性の変更を要する場合には、伝動系操作
手段１５による位相差関係変更操作により、高温シリン
ダ室８ｃに対するクランク１４ｃと他のシリンダ室８
ａ，８ｂに対するクランク１４ａ，１４ｂとを互いに異
なる角速度で所要の回転角度だけ相対回転動作させて、
高温シリンダ室８ｃのピストン９ｃと他のシリンダ室８
ａ，８ｂのピストン９ａ，９ｂとの位相差関係を変更す
る。

【００２０】そして、このピストン位相差関係の変更操
作の後、伝動系操作手段１５による位相差関係保持操作
により高温シリンダ室８ｃのピストン９ｃと他のシリン
ダ室８ａ，８ｂのピストン９ａ，９ｂとの位相差関係を
変更後の新たな関係に保持した状態で、これらピストン
９ａ，９ｂ，９ｃを動作させることにより、高温シリン
ダ室８ｃと他のシリンダ室８ａ，８ｂとを変更後のピス
トン位相差関係に対応する新たな吐出吸入動作関係に保
って作動ガス吐出吸入させ、これにより、サイクル特性
を変更した逆スターリングサイクル及びスターリングサ
イクルを実施して、上記のエンジン駆動式冷凍機ないし
ヒートポンプをピストン位相差関係の変更操作前とは異
なる機器特性、例えば、エンジン動力の必要入力量、エ
ンジン排熱の必要入熱量（すなわち高温加熱器１２ｃの
必要加熱量）、中温放熱器１２ｂの放熱量、及び、低温
吸熱器１２ａの吸熱量についての比を変更した特性や、
あるいは、エンジン排熱の必要温度、中温放熱器１２ｂ
の放熱温度、及び、低温吸熱器１２ａの吸熱温度につい
ての比を変更した特性で機能させる。

【００２１】〔第３特徴構成の作用〕第３特徴構成では
（図２ないし図４参照）、ギア位置操作手段２０により
第２遊星ギア１７ａの位置を第２ギア１７の周りにおい
て固定することにより、差動を伴わない状態で第１ギア
１６、第１遊星ギア１６ａ、中間ギア１８、第２遊星ギ
ア１７ａ、第２ギア１７にわたり回転伝動させて、一方
側のクランク１４ａ，１４ｂと他方側のクランク１４ｃ
とを一定の角速度比で互いに同方向に連動回転させるこ
とができ、したがって、これらギアのギア比関係を適当
に選定しておけば、ギア位置操作手段２０により第２遊
星ギア１７ａの位置を固定することで、一方側のクラン
ク１４ａ，１４ｂと他方側のクランク１４ｃとを互いに
等しい角速度で互いに同方向に連動回転させて、一方側
のクランク１４ａ，１４ｂに連結のピストン９ａ，９ｂ
と他方側のクランク１４ｃに連結のピストン９ｃとをそ
れらの位相差関係を保持した状態で動作させることがで
きる。

【００２２】また、このように第２遊星ギア１７ａの位
置固定により一方側のクランク１４ａ，１４ｂと他方側
のクランク１４ｃとを互いに等しい角速度で連動回転さ
せるようにギア比関係を選定した構成において、ギア位
置操作手段２０により第２遊星ギア１７ａの位置を第２
ギア１７の周りで変更することにより、その変更過程
で、第１ギア１６、第１遊星ギア１６ａ、中間ギア１
８、第２遊星ギア１７ａ、第２ギア１７にわたる回転伝
動に差動を生じさせて、第２ギア１７の周りでの第２遊
星ギア１７ａの位置変更角度に対応する回転角度だけ、
一方側のクランク１４ａ，１４ｂと他方側のクランク１
４ｃとを互いに異なる角速度で相対回転動作させること
ができる。

【００２３】そして、この位置変更操作の後、ギア位置
操作手段２０により第２遊星ギア１７ａの位置を変更位
置に固定して、この位置固定により一方側のクランク１
４ａ，１４ｂと他方側のクランク１４ｃとを互いに等し
い角速度で連動回転させることにより、一方側のクラン
ク１４ａ，１４ｂに連結のピストン９ａ，９ｂと他方側
のクランク１４ｃに連結のピストン９ｃとを変更後の新
たな位相差関係に保持した状態で動作させることができ
る。

【００２４】つまり、この第３特徴構成は、遊星ギア式
差動構造を利用した構成により前記の位相差関係保持操
作と位相差関係変更操作を行うものであり、ギア位置操
作手段２０による第２遊星ギア１７ａの位置固定をもっ
て前記の位相差関係保持操作とし、また、ギア位置操作
手段１５による第２遊星ギア１７ａの位置変更をもって
前記の位相差関係変更操作とする。

【００２５】〔第４特徴構成の作用〕第４特徴構成では
（同図２参照）、上記第３特徴構成において、第２遊星
ギア１７ａの位置固定時、すなわち、一方側クランク１
４ａ，１４ｂと他方側クランク１４ｃとを互いに等しい
角速度で互いに同方向に連動回転させるとき、前記の遊
星ギア式差動構造の構成ギアとは並列に配備したクラッ
チ機構２１を伝動作用状態として、このクラッチ機構２
１を介してのクランク間伝動を行うことにより、クラン
ク間伝動上で前記の第１ギア１６、第１遊星ギア１６
ａ、中間ギア１８、第２遊星ギア１７ａ、第２ギア１７
（すなわち、遊星ギア式差動構造の構成ギア）に作用す
る回転トルクを軽減する。

【００２６】また、第２遊星ギア１７ａの位置変更時、
すなわち、一方側クランク１４ａ，１４ｂと他方側クラ
ンク１４ｃとを互いに異なる角速度で相対回転動作させ
るときには、上記のクラッチ機構２１を伝動遮断状態と
することで、一方側クランク１４ａ，１４ｂと他方側ク
ランク１４ｃとの互いに異なる角速度での相対回転動作
を許容する。

【００２７】〔第５特徴構成の作用〕第５特徴構成では
（図５参照）、ギア位置操作手段２５により中間ベベル
ギア２４の位置を第１及び第２ベベルギア２２，２３の
周りにおいて固定することにより、差動を伴わない状態
で第１ベベルギア２２、中間ベベルギア２４、第２ベベ
ルギア２３にわたり回転伝動させて、一方側のクランク
１４ａ，１４ｂと他方側のクランク１４ｃとを一定の角
速度比で互いに逆方向に連動回転させることができ、し
たがって、これらベベルギアのギア比関係を適当に選定
しておけば、ギア位置操作手段２５により中間ベベルギ
ア２４の位置を固定することで、一方側のクランク１４
ａ，１４ｂと他方側のクランク１４ｃとを互いに等しい
角速度で互いに逆方向に連動回転させて、一方側のクラ
ンク１４ａ，１４ｂに連結のピストン９ａ，９ｂと他方
側のクランク１４ｃに連結のピストン９ｃとをそれらの
位相差関係を保持した状態で動作させることができる。

【００２８】また、このように中間ベベルギア２４の位
置固定により一方側のクランク１４ａ，１４ｂと他方側
のクランク１４ｃとを互いに等しい角速度で連動回転さ
せるようにギア比関係を選定した構成において、ギア位
置操作手段２５により中間ベベルギア２４の位置を第１
及び第２ベベルギア２２，２３の周りで変更することに
より、その変更過程で、第１ベベルギア２２、中間ベベ
ルギア２４、第２ベベルギア２３にわたる回転伝動に差
動を生じさせて、第１及び第２ベベルギア２２，２３の
周りでの中間ベベルギア２４の位置変更角度に対応する
回転角度だけ、一方側のクランク１４ａ，１４ｂと他方
側のクランク１４ｃとを互いに異なる角速度で相対回転
動作させることができる。

【００２９】そして、この位置変更操作の後、ギア位置
操作手段２５により中間ベベルギア２４の位置を変更位
置に固定して、この位置固定により一方側のクランク１
４ａ，１４ｂと他方側のクランク１４ｃとを互いに等し
い角速度で互いに逆方向に連動回転させることにより、
一方側のクランク１４ａ，１４ｂに連結のピストン９
ａ，９ｂと他方側のクランク１４ｃに連結のピストン９
ｃとを変更後の新たな位相差関係に保持した状態で動作
させることができる。

【００３０】つまり、この第５特徴構成は、ベベルギア
式差動構造を利用した構成により前記の位相差関係保持
操作と位相差関係変更操作を行うものであり、ギア位置
操作手段２５による中間ベベルギア２４の位置固定をも
って前記の位相差関係保持操作とし、また、ギア位置操
作手段２５による中間ベベルギア２４の位置変更をもっ
て前記の位相差関係変更操作とする。

【００３１】

【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、駆動手段からの動力入力条件の変化・変更や、複数
シリンダ室の夫々での熱量あるいは温度についての熱的
入出力条件の変化・変更に対し、伝動系操作手段による
ピストン位相差関係の変更操作と変更後の保持操作によ
り、機器特性を新たな入出力条件に適合する特性に容易
に変更でき、これにより、動力入力型スターリングサイ
クル機器の機能性及び汎用性を高めることができ、ま
た、特性不適合による成績係数の低下を防止して入出力
条件の変化・変更にかかわらず高い成績係数を維持する
ことができる。

【００３２】ちなみに、回転伝動系の分解を伴わずに複
数ピストンの位相差関係を変更して複数シリンダ室の吐
出吸入動作関係を変更するのに、別法としては、複数シ
リンダ室を回転軸芯まわりで個別に姿勢変更操作可能に
構成し、そして、このシリンダ室の個別の姿勢変更操作
により対応ピストンの往復動作方向を合わせ変更するこ
とで、複数ピストンの位相差関係を変更する形式も考え
られる。

【００３３】しかし、この別形式では、付帯構成である
ガス連通路、各入出熱器、各再生熱交換器の夫々につい
てもシリンダ室の姿勢変更を許すための特殊構造を採る
必要が生じ、このことから機器構造が複雑となるが、本
発明の第１特徴構成によれば、複数クランクを互いに異
なる角速度で所要回転角度だけ相対回転動作させること
で複数ピストンの位相差関係を変更する形態を採ること
から、ガス連通路、各入出熱器、各再生熱交換器の夫々
について上記の如き特殊構造を採る必要がなく、この
点、上記の別形式に比べ機器構造を簡素にすることがで
きて、製作を容易にし得るとともに機器コストを安価に
し得る。

【００３４】〔第２特徴構成の効果〕本発明の第２特徴
構成によれば、エンジン排熱を有効利用した成績係数の
高いエンジン駆動式の冷凍機ないしヒートポンプを得る
ことができる。

【００３５】また、冷凍機ないしヒートポンプとしての
熱負荷条件の変化・変更、あるいは、エンジン動力やエ
ンジン排熱量についてのエンジン側運転条件の変化・変
更があることに対し、伝動系操作手段による高温シリン
ダ室のピストンと他のシリンダ室のピストンとについて
のピストン位相差関係の変更操作と変更後の保持操作に
より、エンジン動力の必要入力量、エンジン排熱の必要
入熱量、中温放熱器の放熱量、及び、低温吸熱器の吸熱
量ついての比を変更したり、あるいは、エンジン排熱の
必要温度、中温放熱器の放熱温度、及び、低温吸熱器の
吸熱温度についての比を変更したりして、冷凍機ないし
ヒートポンプとしての特性を新たな熱負荷条件及びエン
ジン側運転条件に適合するものに容易に変更でき、これ
により、冷凍機ないしヒートポンプとしての機能性及び
汎用性を合わせ高めることができるとともに、特性不適
合よる成績係数の低下を防止して成績係数の向上を一層
効果的に達成できる。

【００３６】ちなみに、エンジン側運転条件の変更の場
合について一例を挙げれば、エンジン出力の変更を行っ
た際、これに伴いエンジン動力とエンジン排熱（例えば
エンジン排ガスの保有熱）との比が変化して、この比が
機器特性値としてのエンジン動力の必要入力量とエンジ
ン排熱の必要入熱量との比から大きく外れ、このため、
エンジン排熱の有効利用率が低下して成績係数が低下す
るといったことも生じるが、このような場合に、前述の
如きピストン位相差関係の変更操作により、機器特性値
としてのエンジン動力の必要入力量とエンジン排熱の必
要入熱量との比を、実際のエンジン動力とエンジン排熱
との比に合致させるように変更することで、エンジン排
熱の有効利用率を高く維持して成績係数の低下を抑止す
ることができる。

【００３７】〔第３特徴構成の効果〕本発明の第３特徴
構成によれば、前記の位相差関係変更操作において、互
いに異なる角速度で相対回転動作させるべきクランク
を、遊星ギア式差動構造の差動機能を利用した状態で、
第２遊星ギアの位置変更操作により、その第２遊星ギア
の位置変更角度に対応する回転角度だけ正確かつ容易に
相対回転動作させることができ、このことから、ピスト
ン位相差関係を所望の関係に的確かつ容易に変更するこ
とができる。

【００３８】〔第４特徴構成の効果〕本発明の第４特徴
構成によれば、遊星ギア式差動構造の構成ギアに作用す
る回転トルクを軽減できることで、遊星ギア式差動構造
の早期のギア摩損や破損を防止して装置の耐久性・信頼
性を高めることができ、また、遊星ギア式差動構造の必
要強度を低減できることで装置コストの低減も可能とな
る。

【００３９】〔第５特徴構成の効果〕本発明の第５特徴
構成によれば、前記の位相差関係変更操作において、互
いに異なる角速度で相対回転動作させるべきクランク
を、ベベルギア式差動構造の差動機能を利用した状態
で、中間ベベルギアの位置変更操作により、その中間ベ
ベルギアの位置変更角度に対応する回転角度だけ正確か
つ容易に相対回転動作させることができ、このことか
ら、ピストン位相差関係を所望の関係に的確かつ容易に
変更することができる。

【００４０】

【実施例】図１は、動力入力型スターリングサイクル機
器の一例としてのエンジン駆動式の冷凍機ないしヒート
ポンプを示し、１は駆動手段としてのエンジン、２はエ
ンジン１により駆動される熱機器部であり、エンジン１
において、３はエンジン出力軸、４は燃料路、５は吸気
路、６はエンジン排ガスＥの排気路、７はエンジン冷却
水Ｗの循環路である。

【００４１】一方、熱機器部２において、８ａは低温シ
リンダ室、８ｂは中温シリンダ室、８ｃは高温シリンダ
室であり、これらシリンダ室８ａ，８ｂ，８ｃは、各々
に装備したピストン９ａ，９ｂ，９ｃの往復動作により
作動ガスＧ（例えばヘリウムガスや水素ガスなど）の吐
出と吸入を周期的に行う。

【００４２】１０は各シリンダ室８ａ，８ｂ，８ｃを取
扱い温度の順に連通させるガス連通路であり、このガス
連通路１０において連通順位が隣合うシリンダ室間の夫
々には、蓄熱機能により一方のシリンダ室側と他方のシ
リンダ室側とを温度的に区分する再生熱交換器１１ｍ，
１１ｎを介装してある。

【００４３】また、１２ａは冷熱要求装置Ｘとの間で循
環させる冷熱媒Ｃに対して低温シリンダ室８ａを吸熱作
用させる低温吸熱器、１２ｂは温熱要求装置Ｙとの間で
循環させる温熱媒Ｈに対して中温シリンダ室８ｂを放熱
作用させる中温放熱器、１２ｃは排気路６により導かれ
るエンジン排ガスＥの保有熱を高温シリンダ室８ｃに付
与する高温加熱器である。

【００４４】なお、温熱要求装置Ｙに対しては、温熱媒
Ｈを介して中温シリンダ室８ｂの放出温熱を付与するこ
とに加え、冷却水循環路７を介して導く冷却作用後エン
ジン冷却水Ｗの保有温熱を付与する。

【００４５】１３は各ピストン９ａ，９ｂ，９ｃを連動
動作させる回転伝動系としてエンジン出力軸３に連結し
た回転軸であり、この回転軸１３には、各シリンダ室８
ａ，８ｂ，８ｃの配置に合わせてエンジン出力軸３との
連結側から順に、低温シリンダ室８ａのピストン９ａを
連結する第１クランク１４ａ、中温シリンダ室８ｂのピ
ストン９ｂを連結する第２クランク１４ｂ、高温シリン
ダ室８ｃのピストン９ｃを連結する第３クランク１４ｃ
を設けてある。

【００４６】各シリンダ室８ａ，８ｂ，８ｃは、回転軸
周りでの相互の姿勢関係（換言すれば、回転軸周りにお
けるピストン往復動作方向の相互角度関係）を所定の関
係に固定して配置してあり、また、低温シリンダ室８ａ
に対する第１クランク１４ａと中温シリンダ室８ｂに対
する第２クランク１４ｂとは、互いの回転位相差を所定
角度に固定して回転軸１３に形成してあり、これらシリ
ンダ室についての姿勢関係の設定、及び、第１クランク
１４ａと第２クランク１４ｂとについての回転位相差の
設定により、中温シリンダ室８ｂのピストン９ｂは、低
温シリンダ室８ａのピストン９ａよりも常に一定の位相
遅れをもって往復動作するように、換言すれば、中温シ
リンダ室８ｂが低温シリンダ室８ａよりも常に一定の位
相遅れ（例えば、１／４周期程度の位相遅れ）をもって
作動ガスＧの吐出と吸入を行うように構成してある。

【００４７】一方、回転軸１３は、上記の第１クランク
１４ａ及び第２クランク１４ｂを設けるエンジン連結側
の回転軸部分１３ｍと、第３クランク１４ｃを設ける端
部側の回転軸部分１３ｎとに分割してあり、この分割部
には次述の如き伝動系操作手段１５を介装し、これによ
り、ピストン位相差関係の変更を可能にする可変位相装
置を構成してある。

【００４８】この伝動系操作手段１５は、高温シリンダ
室８ｃのピストン９ｃと他のシリンダ室８ａ，８ｂのピ
ストン９ａ，９ｂとの位相差関係を変更して、高温シリ
ンダ室８ｃと他のシリンダ室８ａ，８ｂとの吐出吸入動
作関係を変更するものであり、具体的機能としては、高
温シリンダ室８ｃに対する第３クランク１４ｃと他のシ
リンダ室８ａ，８ｂに対するクランク（すなわち、互い
の回転位相差を固定した第１及び第２クランク１４ａ，
１４ｂ）とを互い等しい角速度で同方向に連動回転させ
て、高温シリンダ室８ｃのピストン９ｃと他のシリンダ
室８ａ，８ｂに対するピストン９ａ，９ｂとの位相差関
係を保持する位相差関係保持操作と、高温シリンダ室８
ｃに対する第３クランク１４ｃと他のシリンダ室８ａ，
８ｂに対するクランク１４ａ，１４ｂとを互いに異なる
角速度で所要回転角度だけ相対回転動作させて、高温シ
リンダ室８ｃのピストン９ｃと他のシリンダ室８ａ，８
ｂに対するピストン９ａ，９ｂとの位相差関係を変更す
る位相差関係変更操作を行う。

【００４９】つまり、上記の位相差関係保持操作により
高温シリンダ室８ｃのピストン９ｃと他のシリンダ室８
ａ，８ｂに対するピストン９ａ，９ｂとの位相差関係を
保持することで、これらピストン９ａ，９ｂ，９ｃの動
作に伴い、高温シリンダ室８ｃと他のシリンダ室８ａ，
８ｂとを一定の吐出吸入動作関係で作動ガス吐出吸入さ
せ、これにより、機器特性を一定に保った運転を行う。

【００５０】また、機器特性の変更を要する場合には、
上記の位相差関係変更操作により高温シリンダ室８ｃの
ピストン９ｃと他のシリンダ室８ａ，８ｂに対するピス
トン９ａ，９ｂとの位相差関係を変更し、その上で、上
記の位相差関係保持操作により高温シリンダ室８ｃのピ
ストン９ｃと他のシリンダ室８ａ，８ｂに対するピスト
ン９ａ，９ｂとの位相差関係を変更後の新たな関係に保
持した状態で、これらピストン９ａ，９ｂ，９ｃを動作
させることにより、高温シリンダ室８ｃと他のシリンダ
室８ａ，８ｂとを変更後のピストン位相差関係に対応す
る新たな吐出吸入動作関係に保って作動ガス吐出吸入さ
せ、これにより、機器特性を変更した機運転を行う。

【００５１】伝動系操作手段１５の具体的構造について
は図２ないし図４に示すように、エンジン連結側の回転
軸部分１３ｍと端部側の回転軸部分１３ｎとの間の伝動
構造として、エンジン連結側の回転軸部分１３ｍと一体
回転（すなわち、第１及び第２クランク１４ａ，１４ｂ
と一体回転）する第１ギア１６と、端部側の回転軸部分
１３ｎと一体回転（すなわち、第３クランク１４ｃと一
体回転）する第２ギア１７と、位置固定された状態で第
１ギア１６に咬合する複数個の第１遊星ギア１６ａと、
第２ギア１７に咬合する複数個の第２遊星ギア１７ａ
と、第２ギア１７の周りでの第２遊星ギア１７ａの位置
変更にかかわらず第１遊星ギア１６ａ及び第２遊星ギア
１７ａの両方に対して咬合する内歯式の中間ギア１８を
設け、かつ、第２遊星ギア１７ａに対するギア位置操作
手段として、第２遊星ギア１７ａを支持する可動キャリ
ア１９を回転軸芯周りで回転操作するとともに、この可
動キャリア１９を回転操作位置で固定する機能を有する
ウォームギア式操作機構２０を設けた遊星ギア式差動構
造を採用してある。

【００５２】なお、第１ギア１６と第１遊星ギア１６ａ
とのギア比は、第２ギア１７と第２遊星ギア１７ａとの
ギア比に等しくし、また、第１遊星ギア１６ａと中間ギ
ア１８とのギア比は、第２遊星ギア１７ａと中間ギア１
８とのギア比に等しくしてある。

【００５３】また、エンジン連結側の回転軸部分１３ｍ
と端部側の回転軸部分１３ｎとの間には、上記の遊星ギ
ア式差動構造に加え、前記第２遊星ギア１７ａの位置固
定時に伝動作用状態とし、かつ、前記第２遊星ギア１７
ａの位置変更時に伝動遮断状態とするクラッチ機構２１
を遊星ギア式差動構造の構成ギア１６，１６ａ，１８，
１７ａ，１７とは並列の関係で介装してある。

【００５４】つまり、上記の構造においては、ウォーム
ギア式操作機構２０の固定機能により第２遊星ギア１７
ａの位置を第２ギア１７周りで固定し、これにより、差
動を伴わない形態の回転伝動を第１ギア１６、第１遊星
ギア１６ａ、中間ギア１８、第２遊星ギア１７ａ、第２
ギア１７にわたり行わせることで、また、この際、クラ
ッチ機構２１を伝動作用状態にしてクラッチ機構２１を
介する回転伝動も合わせ行わせることにより、高温シリ
ンダ室８ｃに対する第３クランク１４ｃと他のシリンダ
室８ａ，８ｂに対するクランク１４ａ，１４ｂとを互い
に等しい角速度で互いに同方向に連動回転させ、これを
もって、高温シリンダ室８ｃのピストン９ｃと他のシリ
ンダ室８ａ，８ｂのピストン９ａ，９ｂとの位相差関係
を保持する前記の位相差関係保持操作とする。

【００５５】また、クラッチ機構２１を伝動遮断状態に
してクラッチ機構２１を介しての回転伝動は断った状態
で、ウォームギア式操作機構２０により第２遊星ギア１
７ａの位置を第２ギア１７の周りで変更操作して、この
位置変更に伴い、第１ギア１６、第１遊星ギア１６ａ、
中間ギア１８、第２遊星ギア１７ａ、第２ギア１７にわ
たる回転伝動に差動を生じさせることにより、第２ギア
１７の周りでの第２遊星ギア１７ａの位置変更角度に対
応する回転角度だけ、高温シリンダ室８ｃに対する第３
クランク１４ｃと他のシリンダ室８ａ，８ｂに対するク
ランク１４ａ，１４ｂとを互いに異なる角速度で相対回
転動作させ、これをもって、高温シリンダ室８ｃのピス
トン９ｃと他のシリンダ室８ａ，８ｂのピストン９ａ，
９ｂとの位相差関係を変更する前記の位相差関係変更操
作とする。

【００５６】次に機器運転については、高温シリンダ室
８ｃのピストン９ｃと中温シリンダ室８ｂのピストン９
ｂと低温シリンダ室８ａのピストン９ａを前記の位相差
関係保持操作により所定の位相差関係に保持して動作さ
せる状態で、高温加熱器１２ｃ、中温放熱器１２ｂ、低
温吸熱器１２ａ、並びに、各再生熱交換器１１ｍ，１１
ｎの作用下において、エンジン１から回転軸１３に回転
動力を付与することにより、ガス連通路１０による連通
下で個別に作動ガス吐出吸入を行う３つのシリンダ室８
ａ，８ｂ，８ｃうち、中温シリンダ室８ｂと低温シリン
ダ室８ａとの対については、回転軸１３の回転動力によ
り、低温シリンダ室８ａを吸熱作用させるとともに中温
シリンダ室８ｂを放熱作用させて熱の汲み上げを行う逆
スターリングサイクルの冷凍機ないしヒートポンプとし
て機能させる。

【００５７】また、これに並行して、高温シリンダ室８
ｃと中温シリンダ室８ｂとの対については、高温加熱器
１２ｃから高温シリンダ室８ｃへのエンジン排ガス保有
熱の入力により、中温シリンダ室８ｂでの放熱を伴いな
がら回転動力を発生するスターリングサイクル・エンジ
ンとして機能させ、この発生動力をエンジン１から回転
軸１３への動力付与に付加する形態で回転軸１３に与え
る。

【００５８】すなわち、各シリンダ室８ａ，８ｂ，８ｃ
の作動ガス吐出吸入に伴い、各シリンダ室８ａ，８ｂ，
８ｃにわたる作動ガスＧの圧縮と膨張、及び、シリンダ
室間での作動ガス移動を生じさせることにおいて、高温
シリンダ室８ｃと中温シリンダ室８ｂとの対については
基本的に、圧縮された作動ガスＧが高温シリンダ室側の
再生熱交換器１１ｎを通じ、この再生熱交換器１１ｎの
蓄熱温熱による加熱を受けて高温シリンダ室８ｃに導入
され、その後、この作動ガスＧが膨張過程を経て高温加
熱器１２ｃにより加熱され、続いて、この作動ガスＧが
再び高温シリンダ室側の再生熱交換器１１ｎを通じ、そ
の再生熱交換器１１ｎへの温熱蓄熱と自身の温度降下を
伴い高温シリンダ室８ｃから中温シリンダ室８ｂへ導出
され、さらに、この温度降下した作動ガスＧが、圧縮過
程を経て高温シリンダ室８ｃの温度レベルよりも低い中
温レベルで中温放熱器１２ｂに対し放熱（すなわち、温
熱媒Ｈを加温）する、といったスターリングサイクルを
実行させ、これにより動力を発生させる。

【００５９】また、中温シリンダ室８ｂと低温シリンダ
室８ａとの対については基本的に、圧縮された作動ガス
Ｇが低温シリンダ室側の再生熱交換器１１ｍを通じ、こ
の再生熱交換器１１ｍの蓄熱冷熱による冷却を受けて低
温シリンダ室８ａに導入され、その後、この作動ガスＧ
が膨張過程を経て低温吸熱器１２ａに対し吸熱（すなわ
ち、冷熱媒Ｃを冷却）し、続いて、この作動ガスＧが再
び低温シリンダ室側の再生熱交換器１１ｍを通じ、その
再生熱交換器１１ｍへの冷熱蓄熱と自身の温度上昇を伴
い低温シリンダ室８ａから中温シリンダ室８ｂへ導出さ
れ、さらに、この温度上昇した作動ガスＧが、圧縮過程
を経て低温シリンダ室８ａの温度レベルよりも高い中温
レベルで中温放熱器１２ｂに対し放熱（すなわち、温熱
媒Ｈを加温）する、といった逆スターリングサイクルを
実行させ、これにより、熱を汲み上げる冷凍機機能ない
しヒートポンプ機能を得る。

【００６０】そして、上記の運転において冷凍機ないし
ヒートポンプとしての熱負荷条件の変化・変更、あるい
は、エンジン動力やエンジン排熱量についてのエンジン
側運転条件の変化・変更があって機器特性の変更を要す
る場合には、前述の如く、位相差関係変更操作としてク
ラッチ機構２１を伝動遮断状態にした上でウォームギア
式操作機構２０により第２遊星ギア１７ａの位置を変更
操作して、高温シリンダ室８ｃのピストン９ｃと他のシ
リンダ室８ａ，８ｂのピストン９ａ，９ｂとの位相差関
係を変更し、その上で、位相差関係保持操作としてウォ
ームギア式操作機構２０の固定機能により第２遊星ギア
１７ａを変更位置に固定するとともに、クラッチ機構２
１を伝動作用状態にすることにより、高温シリンダ室８
ｃのピストン９ｃと他のシリンダ室８ａ，８ｂのピスト
ン９ａ，９ｂとを変更後の新たな位相差関係に保持した
状態で動作させて、高温シリンダ室８ｃと他のシリンダ
室８ａ，８ｂとを変更後のピストン位相差関係に対応す
る新たな吐出吸入動作関係で作動ガス吐出吸入させるよ
うにし、これにより、機器特性を新たな熱負荷条件や新
たなエンジン側運転条件に適合するものに変更した運
転、例えば、エンジン動力の必要入力量、エンジン排熱
の必要入熱量（すなわち高温加熱器１２ｃの必要加熱
量）、中温放熱器１２ｂの放熱量、及び、低温吸熱器１
２ａの吸熱量についての比を新たな熱負荷条件や新たな
エンジン側運転条件に適合するものに変更した運転や、
あるいは、エンジン排ガスの必要温度、中温放熱器１２
ｂの放熱温度、及び、低温吸熱器１２ａの吸熱温度につ
いての比を新たな熱負荷条件や新たなエンジン側運転条
件に適合するものに変更した運転を実施する。

【００６１】〔別実施例〕次に別実施例を列記する。

【００６２】前述の実施例においてクラッチ機構２１を
省略し、ピストン位相差関係を保持する状態において
は、遊星ギア式差動構造の構成ギア１６，１６ａ，１
８，１７ａ，１７のみによりクランク間の回転伝動を行
わせるようにしてもよい。

【００６３】前述の実施例の如く遊星ギア式差動構造の
構成ギアとは並列の関係でクラッチ機構２１を付加装備
する場合、このクラッチ機構２１を伝動作用状態と伝動
遮断状態とに切り換える操作については、ギア位置操作
手段２０による第２遊星ギア１７ａの位置変更操作及び
固定操作に連動させてクラッチ機構２１を切り換える形
式、あるいは、ギア位置操作手段２０とは別の専用操作
手段により単独にクラッチ機構２１を切り換え操作する
形式のいずれを採用してもよい。

【００６４】また、上記のクラッチ機構２１に、回転に
伴い自動的に伝動作用状態に切り換わり、かつ、回転停
止に伴い自動的に伝動遮断状態に切り換わる遠心クラッ
チを採用し、この構成において、第２遊星ギア１７ａの
位置変更操作による位相差関係変更操作を回転停止時に
実施するようにしてもよい。

【００６５】前述の実施例の如く遊星ギア式差動構造を
用いて伝動系操作手段１５を構成するに代え、図５に示
すように、ベベルギア式差動構造を用いて伝動系操作手
段１５を構成してもよい。

【００６６】つまり、位相差関係変更操作において互い
に異なる角速度で相対回転動作させるべきクランク（前
述の実施例では、高温シリンダ室８ｃに対するクランク
１４ｃと他のシリンダ室８ａ，８ｂに対するクランク１
４ａ，１４ｂ）どうしの間に、これらクランク間の伝動
構造として、一方側のクランク１４ａ，１４ｂとともに
回転する第１ベベルギア２２と、他方側のクランク１４
ｃとともに回転する第２ベベルギア２３と、第１及び第
２ベベルギア２２，２３の周りでの位置変更にかかわら
ず第１ベベルギア２２及び第２ベベルギア２３の両方に
対して咬合する中間ベベルギア２４を設け、かつ、第１
及び第２ベベルギア２２，２３の周りにおいて中間ベベ
ルギア２４の位置を固定する操作と、変更する操作とを
行うギア位置操作手段２５を設けたベベルギア式差動構
造を採用する。

【００６７】そして、このベベルギア式差動構造では、
ギア位置操作手段２５により中間ベベルギア２４の位置
を第１及び第２ベベルギア２２，２３の周りで固定し
て、差動を伴わない形態の回転伝動を第１ベベルギア２
２、中間ベベルギア２４、第２ベベルギア２３にわたり
行わせることにより、一方側のクランク１４ａ，１４ｂ
と他方側のクランク１４ｃとを互いに等しい角速度で互
いに逆方向に連動回転させ、これをもって、一方側のク
ランク１４ａ，１４ｂに連結したピストン９ａ，９ｂと
他方側のクランク１４ｃに連結したピストン９ｃとの位
相差関係を保持する前記の位相差関係保持操作とする。

【００６８】また、ギア位置操作手段２５により中間ベ
ベルギア２４の位置を第１及び第２ベベルギア２２，２
３の周りで変更操作して、この位置変更に伴い、第１ベ
ベルギア２２、中間ベベルギア２４、第２ベベルギア２
３にわたる回転伝動に差動を生じさせることにより、第
１及び第２ベベルギア２２，２３の周りでの中間ベベル
ギア２４の位置変更角度に対応する回転角度だけ、一方
側のクランク１４ａ，１４ｂと他方側のクランク１４ｃ
とを互いに異なる角速度で相対回転動作させ、これをも
って、一方側のクランク１４ａ，１４ｂに連結したピス
トン９ａ，９ｂと他方側のクランク１４ｃに連結したピ
ストン９ｃとの位相差関係を変更する前記の位相差関係
変更操作とする。

【００６９】遊星ギア式差動構造を用いる場合において
前記の第２遊星ギア１７ａを位置変更操作及び位置固定
操作するギア位置操作手段２０、及び、ベベルギア式差
動構造を用いる場合において前記の中間ベベルギア２４
を位置変更操作及び位置固定操作するギア位置操作手段
２５には夫々、ウォームギア式操作機構に限らず種々の
形式の操作構造を採用できる。

【００７０】伝動系操作手段１５は遊星ギア式やベベル
ギア式、あるいは、その他形式の差動構造を用いて構成
するに代え、例えば、キーのスライド移動により一方側
の軸部と他方側の軸部との回転方向での接続位相を変更
する、いわゆるスライドキー機構を用いて構成したり、
あるいは、次記の如くクラッチ機構と回転操作手段を用
いて構成したり、ギア変速機構を用いて構成したりする
など、種々の構成変更が可能である。

【００７１】つまり、クラッチ機構と回転操作手段を用
いた構成例については、位相差関係変更操作において互
いに異なる角速度で相対回転動作させるべきクランクど
うしの間にクラッチ機構を介装する構成とし、そして、
位相差関係保持操作としては、このクラッチ機構を伝動
作用状態にすることにより一方側のクランクと他方側の
クランクとを互いに等しい角速度で連動回転させ、一
方、位相差関係変更操作としては、クラッチ機構を伝動
遮断状態に切り換えた上で適当な回転操作手段により一
方側のクランクと他方側のクランクとを互いに異なる角
速度で相対回転動作させる。

【００７２】また、ギア変速機構を用いた構成例につい
ては、位相差関係変更操作において互いに異なる角速度
で相対回転動作させるべきクランクどうしの間にギア変
速機構を介装する構成とし、そして、位相差関係保持操
作としては、このギア変速機構を１対１の変速状態に切
り換えることにより一方側のクランクと他方側のクラン
クとを各々の規定回転方向に互いに等しい角速度で連動
回転させ、一方、位相差関係変更操作としては、ギア変
速機構を１対１以外の変速状態に切り換えることにより
一方側のクランクと他方側のクランクとを互いに異なる
角速度で相対回転動作させる。

【００７３】回転伝動系１３に回転動力を付与する駆動
手段１は、エンジンに限定されるものではなく、モータ
やタービン、その他の回転動力発生手段であってもよ
い。

【００７４】また、駆動手段１としてエンジンを採用す
る場合、このエンジンには種々の形式のものを採用で
き、スターリングサイクル・エンジンを採用してもよ
い。

【００７５】本発明は、シリンダ室が３室の動力入力型
スターリングサイクル機器に限らず、シリンダ室が２室
のものや、シリンダ室が４室以上のものにも適用でき、
また、一つのシリンダ室に対して一つのピストンを対応
させる形式に限らず、いわゆるディスプレーサ形式のも
のにも適用できる。

【００７６】前述の実施例では、逆スターリングサイク
ルとスターリングサイクルとを並行実施するものを示し
たが、駆動手段１による回転動力入力により逆スターリ
ングサイクルのみを実施させる構成としてもよい。

【００７７】また、駆動手段１による回転動力入力とと
もに一部のシリンダ室に対する熱入力を行って、逆スタ
ーリングサイクルとスターリングサイクルとを並行実施
する形態とする場合、この熱入力にはエンジン排熱に限
らず、バーナによる発生熱や高温蒸気の保有熱等、種々
の熱を採用できる。

【００７８】本発明は、前述の実施例の如く、いくつか
のピストンについては位相差関係を機器製作上で固定し
ておき、これら位相差関係固定ピストンと他のピストン
とについてのみ相互の位相差関係を伝動系操作手段１５
により変更可能とする形態に限らず、複数ピストンの個
々について他のピストンとの位相差関係を伝動系操作手
段１５により変更可能とする形態で実施してもよい。

【００７９】対象とする動力入力型スターリングサイク
ル機器の用途は、冷房や暖房、あるいは、物品の加熱や
冷却など、どのようなものであってもよい。

【００８０】変更対象とする機器特性は、複数シリンダ
室の入出熱量比についての特性、駆動手段による付与動
力と各シリンダ室の入出熱量との比についての特性、こ
れら付与動力・シリンダ室入出熱量の比と複数シリンダ
室のシリンダ温度比との相互関係、また、各々のシリン
ダ室について出熱させるか入熱するかについての熱入出
特性など、ピストン位相差関係の変更により変更可能な
ものであれば、種々の機器機能についての特性を変更対
象とすることができる。

【００８１】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】機器の全体構成を示す斜視図

【図２】伝動系操作手段の側面視構造図

【図３】伝動系操作手段の軸芯方向視構造図

【図４】熱機器部の軸芯方向視構造図

【図５】別実施例を示す伝動系操作手段の構造図

【符号の説明】

１３ 回転伝動系 １ 駆動手段（エンジン） １４ａ，１４ｂ，１４ｃ クランク ９ａ，９ｂ，９ｃ ピストン Ｇ 作動ガス ８ａ シリンダ室（低温シリンダ
室） ８ｂ シリンダ室（中温シリンダ
室） ８ｃ シリンダ室（高温シリンダ
室） １０ ガス連通路 １１ｍ，１１ｎ 再生熱交換器 １２ａ 入出熱器（低温吸熱器） １２ｂ 入出熱器（中温放熱器） １２ｃ 入出熱器（高温加熱器） １５ 伝動系操作手段 １６ 第１ギア １７ 第２ギア １６ａ 第１遊星ギア １７ａ 第２遊星ギア １８ 中間ギア ２０ ギア位置操作手段 ２１ クラッチ機構 ２２ 第１ベベルギア ２３ 第２ベベルギア ２４ 中間ベベルギア ２５ ギア位置操作手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森川 和之 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会 社クボタ 技術開発研究所内 (72)発明者 福井 哲 大阪府堺市石津北町64番地 株式会社ク ボタ 堺製造所内 (56)参考文献 特開 昭58−69366（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−177993（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−193988（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 9/14 520

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機器構成として、 複数のクランク（１４ａ），（１４ｂ），（１４ｃ）を
   設けた回転伝動系（１３）と、 この回転伝動系（１３）に回転動力を付与する駆動手段
   （１）と、 前記複数クランク（１４ａ），（１４ｂ），（１４ｃ）
   に各別に連結した複数ピストン（９ａ），（９ｂ），
   （９ｃ）の動作により個別に作動ガス（Ｇ）を吐出吸入
   する複数のシリンダ室（８ａ），（８ｂ），（８ｃ）
   と、 これらシリンダ室（８ａ），（８ｂ），（８ｃ）を各々
   の取扱い温度の順に連通するガス連通路（１０）と、 このガス連通路（１０）において連通順位が隣合うシリ
   ンダ室間の夫々に介装した再生熱交換器（１１ｍ），
   （１１ｎ）と、 前記シリンダ室（８ａ），（８ｂ），（８ｃ）の夫々に
   対して各別に熱を出し入れする入出熱器（１２ａ），
   （１２ｂ），（１２ｃ）とを設けた動力入力型スターリ
   ングサイクル機器における可変位相装置であって、 前記複数クランク（１４ａ），（１４ｂ），（１４ｃ）
   を各々の規定回転方向に互いに等しい角速度で連動回転
   させて、前記複数ピストン（９ａ），（９ｂ），（９
   ｃ）の位相差関係を保持する位相差関係保持操作と、 前記複数クランク（１４ａ），（１４ｂ），（１４ｃ）
   のうちの一部のクランク（１４ｃ）と他のクランク（１
   ４ａ），（１４ｂ）とを互いに異なる角速度で所要の回
   転角度だけ相対回転動作させて、前記複数ピストン（９
   ａ），（９ｂ），（９ｃ）の位相差関係を変更する位相
   差関係変更操作とを行う伝動系操作手段（１５）を設け
   た可変位相装置。
2. 【請求項２】 前記動力入力型スターリングサイクル機
   器の機器構成については、 前記駆動手段としてエンジン（１）を設け、 前記シリンダ室として、高温シリンダ室（８ｃ）と中温
   シリンダ室（８ｂ）と低温シリンダ室（８ａ）を設け、 前記入出熱器として、前記高温シリンダ室（８ｃ）に前
   記エンジン（１）の排熱を付与する高温加熱器（１２
   ｃ）と、前記中温シリンダ室（８ｂ）から放熱させる中
   温放熱器（１２ｂ）と、前記低温シリンダ室（８ａ）に
   吸熱させる低温吸熱器（１２ａ）を設け、 この動力入力型スターリングサイクル機器の機器構成に
   対し、 前記伝動系操作手段（１５）は、前記の位相差関係変更
   操作において前記高温シリンダ室（８ｃ）のピストン
   （９ｃ）に対するクランク（１４ｃ）と他のシリンダ室
   （８ａ），（８ｂ）のピストン（９ａ），（９ｂ）に対
   するクランク（１４ａ），（１４ｂ）とを互いに異なる
   角速度で所要の回転角度だけ相対回転動作させる構成と
   してある請求項１記載の可変位相装置。
3. 【請求項３】 前記伝動系操作手段（１５）は、 前記の位相差関係変更操作において互いに異なる角速度
   で相対回転動作させるべきクランク（１４ａ，１４
   ｂ），（１４ｃ）どうしの間に、これらクランク間の伝
   動構造として、一方側のクランク（１４ａ，１４ｂ）と
   ともに回転する第１ギア（１６）と、他方側のクランク
   （１４ｃ）とともに回転する第２ギア（１７）と、位置
   固定された状態で前記第１ギア（１６）に咬合する第１
   遊星ギア（１６ａ）と、前記第２ギア（１７）に咬合す
   る第２遊星ギア（１７ａ）と、前記第２ギア（１７）の
   周りでの前記第２遊星ギア（１７ａ）の位置変更にかか
   わらず前記第１遊星ギア（１６ａ）及び前記第２遊星ギ
   ア（１７ａ）の両方に対して咬合する中間ギア（１８）
   を設け、 かつ、前記第２ギア（１７）の周りにおいて前記第２遊
   星ギア（１７ａ）の位置を固定する操作と、変更する操
   作とを行うギア位置操作手段（２０）を設けた遊星ギア
   式差動構造に構成してある請求項１又は２記載の可変位
   相装置。
4. 【請求項４】 前記伝動系操作手段（１５）は、前記の
   一方側クランク（１４ａ，１４ｂ）と他方側クランク
   （１４ｃ）との間に、前記第２遊星ギア（１７ａ）の位
   置固定時に伝動作用状態とし、かつ、前記第２遊星ギア
   （１７ａ）の位置変更時に伝動遮断状態とするクラッチ
   機構（２１）を、前記遊星ギア式差動構造の構成ギア
   （１６，１６ａ，１８，１７ａ，１７）とは並列の関係
   で付加装備した構成としてある請求項３記載の可変位相
   装置。
5. 【請求項５】 前記伝動系操作手段（１５）は、 前記の位相差関係変更操作において互いに異なる角速度
   で相対回転動作させるべきクランク（１４ａ，１４
   ｂ），（１４ｃ）どうしの間に、これらクランク間の伝
   動構造として、一方側のクランク（１４ａ，１４ｂ）と
   ともに回転する第１ベベルギア（２２）と、他方側のク
   ランク（１４ｃ）とともに回転する第２ベベルギア（２
   ３）と、前記第１ベベルギア（２２）及び前記第２ベベ
   ルギア（２３）の周りでの位置変更にかかわらず前記第
   １ベベルギア（２２）及び前記第２ベベルギア（２３）
   の両方に対して咬合する中間ベベルギア（２４）を設
   け、 かつ、前記第１ベベルギア（２２）及び前記第２ベベル
   ギア（２３）の周りにおいて前記中間ベベルギア（２
   ４）の位置を固定する操作と、変更する操作とを行うギ
   ア位置操作手段（２５）を設けたベベルギア式差動構造
   に構成してある請求項１又は２記載の可変位相装置。