JP4135641B2

JP4135641B2 - 排気熱回収装置

Info

Publication number: JP4135641B2
Application number: JP2004003342A
Authority: JP
Inventors: 大作澤田; 寛矢口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2024-01-08
Also published as: JP2005194963A

Description

本発明は、排気熱回収装置に関し、特に、高温環境下においても再生器の性能の低下が抑制可能な排気熱回収装置に関する。

近年、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される内燃機関の排熱や工場排熱を回収するために、理論熱効率に優れたスターリングエンジンが注目されてきている。

特開平１０−２２７２５５号公報（特許文献１）には、図９に示すようなスターリングエンジンが開示されている。そのスターリングエンジン２００は、作動流体を加熱する加熱器１０２と、加熱された作動流体によって機械的仕事をさせるピストン１０３と、仕事をした作動流体を冷却する冷却器１０１と、冷却器１０１と加熱器１０２との間に形成された再生熱交換器（再生器）１０４とを備えている。

その再生熱交換器１０４は、金属細線を編んだ円形の金網が金属製の中空円筒体内に軸方向に多数積層された積層金網カートリッジ１４０によって構成され、円筒状のキャビティ１４２内に挿置されているものである。

特開平１０−２２７２５５号公報

ところで、スターリングエンジンにおいて、再生器は、作動流体が膨張空間と圧縮空間を往復する際に熱を蓄える。即ち、膨張空間から圧縮空間へと作動流体が流れるときには、再生器は、作動流体より熱を受け取り、圧縮空間から膨張空間へと作動流体が流れるときには、蓄えられた熱を作動流体に渡す。そのため、再生器は、作動流体の流れ方向の熱伝導率が小さく、温度勾配を大きく取れることが要求される。

再生器は、蓄熱材と、その蓄熱材が収容される再生器ハウジング（ケース）とから構成されている。上記のように、再生器には、作動流体の流れ方向への熱伝導率が低いことが要求されることから、蓄熱材として、いわゆる積層形材料、配列形材料、パック形材料が用いられている。以下では、積層形材料を例にとり説明するが、積層形材料が使用された蓄熱材の再生器に限定されない。

蓄熱材として、例えば、ステンレス鋼製積層金網のような積層形材料がしばしば使用される。その場合、積層形材料（例えば金網）は、作動流体が流れる方向に沿って積層され、複数の積層形材料が互いに熱伝達を起こし難い状態で設けられる。

作動流体が膨張空間から圧縮空間へと流れるときに、蓄熱材が作動流体から受熱する場合、まず、上記積層された複数の積層形材料のうち最も加熱器に近い積層形材料が受熱することで作動流体の温度が低下し、その後、次に加熱器に近い積層形材料が受熱することで作動流体の温度が更に低下し、更に次に加熱器に近い積層形材料が受熱することで更に作動流体の温度が低下する。このように、積層形材料の層を通過する度に作動流体の温度が低下していく。このことから、複数の積層形材料同士の間（作動流体の流れ方向の蓄熱材）の熱伝導は極力小さいことが求められる。

ここで、再生器が特に高温下の環境に配される場合には、その環境から再生器の再生器ハウジングが受熱し、その熱が、再生器ハウジングから複数の積層形材料（蓄熱材）にそれぞれ伝わリ、その結果、再生器における作動流体の流れ方向の熱伝導率が上昇してしまう（または温度勾配が大きく取れない）場合がある。

このように、再生器ハウジングの受熱（伝熱）が問題となるような場所・環境に再生器が配されるケースとしては、以下のように様々な状況が考えられる。

例えば、再生器が加熱器を加熱する熱源の近傍に配置される場合には、その熱源からの熱を再生器ハウジングが受熱する。特に、例えば車両の内燃機関の排気ガスのような排熱を熱源とする場合には、再生器ハウジングの少なくとも一部が排熱から受熱するような形態、例えば内燃機関の排気管の内部に再生器ハウジングの少なくとも一部が入れられた状態で、設置される場合が考えられる。

また、加熱器を加熱する熱源から直接受熱する場合以外にも、その熱源となる流体を流通させる管の外表面から放射（輻射）される熱や、加熱器を加熱する熱源以外に熱を発生する機器・部材（車両に搭載される例ではラジエターや内燃機関を含む）からの熱が、再生器ハウジングに伝わる場合があり、これにより、再生器における作動流体の流れ方向の熱伝導率に悪影響（温度勾配が大きく取れないことを含む。以下同じ）を及ぼす場合がある。

上記のように、再生器が特に高温下の環境に配される場合に、再生器を作動流体の流れ方向への熱伝導率が低くなるように構成するには、その蓄熱材が作動流体の流れ方向への熱伝導率が低くなるように構成されるのみならず、再生器ハウジングの作動流体の流れ方向への熱伝導率が低く抑えられることが要求される。

一方、再生器ハウジング内には、高圧の作動流体が流れることから、再生器ハウジングは、所定の耐圧性能（強度）を備えた耐圧容器であることが要求される。

これらのことから分かるように、再生器が所定の性能を発揮するためには、再生器ハウジングに対しても、所定の作動流体の流れ方向への熱伝導率の低さ及び耐圧性能が要求される。

再生器ハウジングの熱伝導率を低減させるためには、例えば、熱伝導率の低い材料である発泡セラミックス材料を用いて、再生器ハウジングを形成することが考えられる。しかしながら、発泡セラミックス材料は、強度が弱く、所定の強度（耐圧性能）をその再生器ハウジングに持たせようとすると、再生器ハウジングを大型化、即ち再生器ハウジングを構成する例えば円筒の肉厚を増大せざるをえない。これにより、再生器ハウジングの表面積（伝熱面積）が増大することになり、その分だけ伝熱性が上がってしまう。

従来においては、再生器が特に高温下の環境に配される場合において、再生器ハウジングにおける作動流体の流れ方向への熱伝導率の上昇が、再生器の性能低下の要因となると捉えた上で、再生器ハウジングにおける作動流体の流れ方向への熱伝導率を低く抑えるための技術が提供されていない。

本発明の目的は、特に高温環境下においても再生器の性能の低下が抑制可能な排気熱回収装置を提供することである。

本発明の排気熱回収装置は、少なくとも２つのシリンダと、前記シリンダ内を往復運動するピストンと、駆動軸を中心に回転するクランクシャフトと、前記ピストンと前記クランクシャフトとを連結するコネクティングロッドと、第１の前記シリンダに接続される加熱器と、前記加熱器に接続される再生器と、前記再生器と接続されるとともに第２の前記シリンダに接続される冷却器とを備えた排気熱回収装置であって、前記排気熱回収装置を加熱するための熱媒体である排気ガスが供給される排気通路内に前記加熱器と前記再生器の少なくとも一部とが配置され、前記再生器の前記空間に配置された部分の少なくとも一部は、前記再生器を覆う再生器ハウジングとは別個に設けられると共に前記再生器ハウジングの外縁部に接触して固定される被覆部材により覆われていることを特徴としている。

再生器において前記空間に配置された部分の少なくとも一部が、被覆部材により覆われていることにより、再生器ハウジングが受熱することが抑制される。これにより、再生器の作動流体の流れ方向への熱伝導率の上昇が抑制される。

本発明の排気熱回収装置において、前記被覆部材は、前記再生器の前記空間に配置された部分における前記加熱器が接続された側の一部に接触し、当該一部以外とは接触しないように設けられていることを特徴としている。

再生器において被覆部材が接触する部分は、もともと高温であり、また、高温の流体が再生器を通過するときの流れの上流側に位置するため、再生器の作動流体の流れ方向への熱伝導率の上昇が抑制される。

本発明の排気熱回収装置において、前記被覆部材は、前記再生器の前記空間に配置された部分における前記加熱器により加熱された作動流体が前記再生器を流れる方向の上流側の一部の前記再生器ハウジングの外縁部に接触して固定されていることを特徴としている。また、前記被覆部材は、長辺部と短辺部とから成る屈曲形状に形成されて、前記屈曲形状の前記短辺部が前記再生器ハウジングの外縁部の排気ガスの流れの上流側に接触して固定されることを特徴としている。

再生器において被覆部材から熱が伝達される位置は、加熱器により加熱された作動流体が再生器を流れる方向の上流側の一部であるため、再生器の性能の低下が抑制される。

本発明の排気熱回収装置において、前記被覆部材は、断熱材を介して支持されていることを特徴としている。被覆部材で受けた熱が断熱材で遮熱され、再生器への伝達が抑制される。

本発明の排気熱回収装置において、前記被覆部材は、二重に設けられていることを特徴としている。再生器ハウジングの受熱が有効に抑制される。

本発明の排気熱回収装置において、装置取付面を有するとともに前記熱媒体が内部を通過し、前記空間が形成される熱媒体通路の内部に前記加熱器が配置され、前記装置取付面と前記第１のシリンダにおいて前記加熱器と接続される面及び前記装置取付面と前記第２のシリンダにおいて前記冷却器と接続される面とが平行となるように前記熱媒体通路に取り付けられることを特徴としている。

上記本発明では、熱媒体通路に設けられた装置取付面と、第１のシリンダにおいて加熱器と接続される面及び第２のシリンダにおいて冷却器と接続される面とを平行にして、熱媒体通路に取り付けられる。これにより、既存の排気管のような熱媒体通路に大幅な設計変更を加えることなく、容易に熱媒体通路に排気熱回収装置を取り付けることができる。その結果、排気熱回収対象本体の性能や搭載性、騒音等の機能を損なうことなく、排気熱回収装置を熱媒体通路に搭載することができる。

本発明の排気熱回収装置において、装置取付面を有するとともに前記熱媒体が内部を通過し、前記空間が形成される熱媒体通路の内部に前記加熱器が配置され、前記排気熱回収装置の出力は、前記第１のシリンダ内の第１の前記ピストンと前記第２のシリンダ内の第２の前記ピストンとに共通にコネクティングロッドを介して接続された駆動軸を介して取り出され、前記装置取付面と前記駆動軸の回転軸とが平行となるように前記熱媒体通路に取り付けられることを特徴としている。

上記本発明では、装置取付面と駆動軸の回転軸とが平行となるように熱媒体通路に取り付けられる。これにより、既存の排気管のような熱媒体通路に大幅な設計変更を加えることなく、容易に熱媒体通路に排気熱回収装置を取り付けることができる。その結果、排気熱回収対象本体の性能や搭載性、騒音等の機能を損なうことなく、排気熱回収装置を熱媒体通路に搭載することができる。

本発明の排気熱回収装置において、装置取付面を有するとともに前記熱媒体が内部を通過し、前記空間が形成される熱媒体通路の内部に前記加熱器が配置され、前記排気熱回収装置の出力は、前記第１のシリンダ内の第１の前記ピストンと前記第２のシリンダ内の第２の前記ピストンとに共通にコネクティングロッドを介して接続された駆動軸を介して取り出され、前記熱媒体通路の中心軸と前記駆動軸の回転軸とが平行となるように前記熱媒体通路に取り付けられることを特徴としている。

上記本発明では、熱媒体通路の中心軸と駆動軸の回転軸とが平行となるように熱媒体通路に取り付けられる。これにより、既存の排気管のような熱媒体通路に大幅な設計変更を加えることなく、容易に熱媒体通路に排気熱回収装置を取り付けることができる。その結果、排気熱回収対象本体の性能や搭載性、騒音等の機能を損なうことなく、排気熱回収装置を熱媒体通路に搭載することができる。

本発明の排気熱回収装置において、前記熱媒体が内部を通過し、前記空間が形成される熱媒体通路の内部に前記加熱器が配置され、前記熱媒体の流れ方向の上流側に前記第１のシリンダが配置されることを特徴としている。

上記本発明では、相対的に温度の高い熱媒体により加熱された作動流体が第１のシリンダ内に導入されるので、排熱の回収効率が向上する。その結果、排熱回収効率の低下をより効果的に抑制して、排気熱回収装置を内燃機関の排気通路や工場排熱の排出通路等に取り付けることができる。

本発明の排気熱回収装置において、前記熱媒体の流れ方向の下流側に前記第２のシリンダが配置されることを特徴としている。

上記本発明では、熱媒体通路の熱媒体の圧力損失の抑制に好ましい設計が容易になる。その結果、内燃機関の排熱を回収する場合には、内燃機関の排圧に対する影響を小さくすることにより、内燃機関及び排気熱回収装置の総合的な熱効率の低下を抑制しつつ、排気熱回収装置を内燃機関の排気通路や工場排熱の排出通路等に取り付けることができる。

本発明は、排気熱回収スターリングエンジンに関する。再生器外表面が排気ガスに直接触れて加熱されることを防ぐため、シュラウドを設けた技術である。

以下に、本発明の背景を説明する。排熱回収用スターリングエンジンが車載用としてコンパクトで出力を大きくするための構成をとると、再生器の一部が排気ガス流のある空間に露出する。再生器の一部が高温排気ガスに触れ、再生器容器の温度が上昇し、再生器としての機能が低下する（高温作動ガスからの吸熱が不十分となり、クーラの負担が増加し、再生熱量が減る。このため、スターリングエンジンの効率、出力が低下する）。

本発明では、例えば以下の構成が採用される。
α型スターリングエンジンにおいて、高・低温シリンダが平行に配置され、車両エンジンの排気ガスから受熱するヒータが上記高・低温シリンダの上部に配置されている。このヒータを囲む排気ダクト（排気管）が、上記高・低温シリンダの軸線に対して直交するように配置されている。
（１）上記構成の排気回収用スターリングエンジンにおいて、ヒータ部に接合された再生器の一部が排気ダクト内に露出し、この露出した再生器の外周を囲うようにシュラウド（遮熱壁部）を設ける。
（２）上記シュラウドは、その一端部が再生器のヒータ側端面に固定されている。この形態が性能上は良い。シュラウドが受けた熱をヒータ（高温側）端面に集中して伝達するので、スターリングエンジンの効率アップになる。
（３）上記シュラウドの一端部が再生器の固定フランジ部に取り付けられている（又は、固定フランジ部と一緒に締め付けられている）。この形態は、構成の組み付け上有利である。
（４）上記固定フランジ部に取り付けられる場合には、シュラウドと固定フランジ部との間の熱伝導を抑制する断熱材を介在させる（シュラウドが受けた熱を再生器低温側に伝えない）。
（５）シュラウドは２重構造にすることができる。

本発明によれば、特に、高温環境下においても再生器の性能の低下が抑制可能である。

以下、本発明の排気熱回収装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１実施形態）
本実施形態の目的は、再生器が特に高温下の環境に配される場合において、再生器の性能の低下が抑制可能なスターリングエンジンからなる排気熱回収装置を提供することである。本実施形態は、再生器ハウジングにおける作動流体の流れ方向への熱伝導率の上昇を抑制する技術に関する。

上述のように、再生器が加熱器を加熱する熱源の近傍に配置される場合には、その熱源からの熱を再生器ハウジングが受熱する。また、加熱器を加熱する熱源から直接受熱する場合以外にも、その熱源となる流体を流通させる管の外表面から放射される熱や、加熱器を加熱する熱源以外に熱を発生する機器・部材からの熱が、再生器ハウジングに伝わると、再生器における作動流体の流れ方向の熱伝導率に悪影響を及ぼす場合がある。

以下の実施形態では、排気管内に再生器の少なくとも一部が収容されて、再生器ハウジングが受熱する場合を例にとり説明するが、本発明は、その例に限定されない。本発明は、広く、再生器ハウジングが他の機器・部材・流体から直接的に又は間接的に受熱する場合の対策として、有効である。

また、以下の実施形態において、再生器の蓄熱材は、例えば、複数の金網が積層されてなるもののような積層形材料により構成される。以下では、積層形材料として、金網が用いられた場合を例にとり説明するが、本発明では、金網に限定されず、一般に積層形材料として使用される、発泡金属やマット状金属繊維やスプリングメッシュなどが適用されたものも含まれる。ここで、積層形材料では、シート状のエレメントが積層して用いられる。更に、本発明では、蓄熱材として、積層形材料に限定されず、一般に、流れ方向への熱伝導が低いものとして使用される、細管のような配列形材料、綿状金属繊維のようなパック形材料が適用されたものも含まれる。配列形材料では、エレメントを一定方向あるいはランダムに配列して使用される。パック形材料では、エレメントはそのままか焼結後に充填して使用される。

本実施形態では、スターリングエンジンの装置規模（全体構成）の小型化が要求されている。特に、スターリングエンジンが例えば車両の内燃機関の排気ガスのような排熱を熱源として作動する場合には、車両の床下に配される内燃機関の排気管に隣接するスペースのように、限られた空間にスターリングエンジンを搭載しなくてはならない場合があるためである。以下に説明するスターリングエンジンでは、装置規模のコンパクト化が実現されている。

図１は、本実施形態のスターリングエンジンを示す正面図である。図１に示すように、本実施形態のスターリングエンジン１０は、α型（２ピストン形）のスターリングエンジンであり、二つのパワーピストン２０、３０を備えている。二つのパワーピストン２０、３０は、直列並行に配置されている。低温側パワーピストン３０のピストン３１は、高温側パワーピストン２０のピストン２１に対して、クランク角で９０°程度遅れて動くように位相差がつけられている。

高温側パワーピストン２０のシリンダ（以下高温側シリンダという）２２の上部の空間（膨張空間）には、加熱器４７によって加熱された作動流体が流入する。低温側パワーピストン３０のシリンダ（以下低温側シリンダという）３２の上部の空間（圧縮空間）には、冷却器４５によって冷却された作動流体が流入する。

再生器（再生熱交換器）４６は、上述したように、膨張空間と圧縮空間を作動流体が往復する際に熱を蓄える。即ち、膨張空間から圧縮空間へと作動流体が流れる時には、再生器４６は、作動流体より熱を受け取り、圧縮空間から膨張空間へと作動流体が流れる時には、蓄えられた熱を作動流体に渡す。

２つのピストン２１、３１の往復動に伴い、作動ガスの往復流動が生じて高温側シリンダ２２の膨張空間と低温側シリンダ３２の圧縮空間にある作動流体の割合が変化するとともに、全内容積も変わるため、圧力の変動が生じる。２つのピストン２１、３１がそれぞれ同位置にある場合の圧力を比較すると、膨張ピストン２１についてはその上昇時より下降時の方がかなり高く、圧縮ピストン３１については逆に低くなる。このため、膨張ピストン２１は外部に対し大きな正の仕事（膨張仕事）を行い、圧縮ピストン３１は外部から仕事（圧縮仕事）を受ける必要がある。膨張仕事は、一部が圧縮仕事に使われ、残りが駆動軸４０を介して出力として取り出される。

本実施形態のスターリングエンジン１０は、車両においてガソリンエンジン（内燃機関）と共に用いられてハイブリッドシステムを構成する。即ち、スターリングエンジン１０は、ガソリンエンジンの排気ガスを熱源として用いる。スターリングエンジン１０の加熱器４７が車両のガソリンエンジンの排気管１００の内部に配置され、排気ガスから回収した熱エネルギーにより作動流体が加熱されてスターリングエンジン１０が作動する。

本実施形態のスターリングエンジン１０は、排気管１００の内部にその加熱器４７が収容されるというように車両内の限られたスペースに設置されるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増す。そのために、スターリングエンジン１０では、２つのシリンダ２２、３２をＶ字形ではなく、直列並行に配置した構成を採用している。

加熱器４７が排気管１００の内部に配置されるに際しては、排気管１００の内部において相対的に高温の排気ガスが流れる排気ガスの上流側（ガソリンエンジンに近い側）１００ａに、加熱器４７の高温側シリンダ２２側が位置し、相対的に低温の排気ガスが流れる下流側（ガソリンエンジンから遠い側）１００ｂに加熱器４７の低温側シリンダ３２側が位置するように配置される。加熱器４７の高温側シリンダ２２側をより多く加熱するためである。

高温側シリンダ２２及び低温側シリンダ３２のそれぞれは、円筒状に形成されており、基準体である基板４２に支持されている。本実施形態においては、この基板４２が、スターリングエンジン１０の各構成要素の位置基準となる。このように構成されることで、スターリングエンジン１０の各構成要素の相対的位置精度が確保される。また、この基板４２は、スターリングエンジン１０が排熱回収対象である排気管（排気通路）１００等に取り付けられるときの基準として用いられることができる。

排気管１００のフランジ１００ｆに対して、断熱材（スペーサ、図示せず）を介して、基板４２が固定されている。排気管１００と基板４２とは、相対的位置精度が確保された状態で固定されるため、基板４２は、固定的構造物として排気管１００が備えた装置取付面であると捉えることができる。基板４２には、高温側シリンダ２２の側面（外周面）に設けられたフランジ２２ｆが固定されている。また、基板４２には、再生器４６の側面（外周面）４６ｃに設けられたフランジ４６ｆが、断熱材（スペーサ、図示せず）を介して固定されている。また、基板４２には、後述する隔壁７０が固定されている。

基板４２に対して、スターリングエンジン１０の全ての構造部材が支持されている。このことから、基板４２が排気管１００内の排気ガスの熱により変形すると、その変形の影響がスターリングエンジン１０の全ての構造部材に及ぶ。そのため、排気管１００のフランジ１００ｆとの間に上記断熱材を設けるとともに、後述するシュラウド９０により、排気管１００内の排気ガスの熱が基板４２に伝わることが最小限に抑制されている。

排気管１００とスターリングエンジン１０とは、基板４２を介して取り付けられる。このとき、基板４２と、高温側シリンダ２２において加熱器４７が接続される側の端面（頂部２２ｂの上面）、及び低温側シリンダ３２において冷却器４５が接続される側の端面（頂面３２ａ）とが実質的に平行になるように、スターリングエンジン１０が基板４２に取り付けられる。あるいは、基板４２とクランクシャフト４３（又は駆動軸４０）の回転軸とが平行になるように、もしくは排気管１００の中心軸とクランクシャフト４３の回転軸とが平行になるように、スターリングエンジン１０が基板４２に取り付けられる。これにより、既存の排気管１００に大幅な設計変更を加えることなく、容易に排気管１００にスターリングエンジン１０を取り付けることができる。その結果、排熱回収対象である車両の内燃機関本体の性能や搭載性、騒音等の機能を損なうことなくスターリングエンジン１０を排気管１００に搭載することができる。また、同一仕様のスターリングエンジン１０を異なる排気管に取り付ける場合でも、加熱器４７の仕様を変更するだけで対応できるので、汎用性を向上させることができる。

スターリングエンジン１０は、車両の床下に配された排気管１００に隣接するスペースに、横置き、即ち、車両の床面（図示せず）に対して、高温側シリンダ２２及び低温側シリンダ３２のそれぞれの軸線方向が概ね平行になるように配置され、２つのピストン２１、３１は、水平方向に往復動される。本実施形態では、説明の便宜上、２つのピストン２１、３１の上死点側を上方向、下死点側を下方向であるとして説明する。

作動流体は、その平均圧力が高い程、冷却器４５や加熱器４７による同じ温度差に対しての圧力差が大きくなるので高い出力が得られる。そのため、上記のように、高温側シリンダ２２、低温側シリンダ３２内の作動流体は高圧に保持されている。

ピストン２１，３１は、円柱状に形成されている。ピストン２１、３１の外周面とシリンダ２２、３２の内周面との間には、それぞれ数十μｍの微小クリアランスが設けられており、そのクリアランスには、スターリングエンジン１０の作動流体（空気）が介在している。ピストン２１，３１は、それぞれシリンダ２２、３２に対して空気軸受４８により非接触の状態で支持されている。したがって、ピストン２１，３１の周囲には、ピストンリングは設けられておらず、また、一般にピストンリングと共に使用される潤滑油も使用されていない。但し、シリンダ２２、３２の内周面には、固定潤滑材が付されている。空気軸受４８の作動流体の摺動抵抗は元々極めて低いが、更に低減するために、固定潤滑材が付されている。上記のように、空気軸受４８は、作動流体（気体）により膨張空間、圧縮空間それぞれの気密を保ち、リングレスかつオイルレスでクリアランスシールを行う。

加熱器４７は、複数の伝熱管（管群）４７ｔを有し、それらの複数の伝熱管４７tが概ねＵ字形の形状に形成されてなるものである。各伝熱管４７ｔの第１端部４７ａが高温側シリンダ２２の上部（頂面２２ａ側の端面）２２ｂに接続されている。各伝熱管４７ｔの第２端部４７ｂが再生器４６の上部（加熱器４７側の端面）４６ａに接続されている。上記のように、加熱器４７が概ねＵ字形に形成されている理由については後述する。

再生器４６は、蓄熱材（マトリックス、図示せず）と、その蓄熱材が収容される再生器ハウジング４６ｈとを備えている。再生器ハウジング４６ｈは、低温側シリンダ３２の上部と概ね同じ断面形状を有する概ね円柱状の蓄熱材を収容する。そのため、再生器ハウジング４６ｈは、低温側シリンダ３２の上部の断面形状と概ね同じ形の底面及び上面を有する円筒形（中空円柱状）に形成されている。

上記のように、再生器４６の側面（外周面）４６ｃには、フランジ４６ｆが設けられており、そのフランジ４６ｆが断熱材を介して基板４２に固定されている。フランジ４６ｆにおいて、排気管１００のフランジ１００ｆ側の面４６ｆｃと、排気管１００との間には、空隙が設けられている。即ち、フランジ４６ｆと排気管１００は、直接的に接触していない。

再生器４６では、蓄熱材として、積層された金網（積層形材料）が用いられている。金網は、作動流体が流れる方向に沿って積層され、複数の金網が互いに熱伝達を起こし難い状態で設けられている。

作動流体が膨張空間から圧縮空間へと流れるときに、蓄熱材が作動流体から受熱する場合、まず上記積層された複数の金網のうち最も加熱器４７に近い最上部の金網が受熱することで作動流体の温度が低下し、次に加熱器４７に近い金網が受熱することで作動流体の温度が更に低下し、更に次に加熱器４７に近い金網が受熱することで更に作動流体の温度が低下するというように、再生器４６において上方から下方に向けて金網の層を通過する度に、作動流体の温度が低下していく。

再生器４６には、上述した機能から、以下の条件が要求される。即ち、伝熱性能と蓄熱容量が高く、流動抵抗（流動損失、圧力損失）が小さいことのほか、作動流体の流れ方向の熱伝導率が小さく、温度勾配を大きくとれることが要求される。このことから、複数の金網同士の間の熱伝導は極力小さいことが求められる。その金網の材料は、ステンレス鋼であることができる。

再生器ハウジング４６ｈは、再生器ハウジング４６ｈが受熱したときに、その熱が、再生器ハウジング４６ｈから複数の金網にそれぞれ伝わり、再生器４６における作動流体の流れ方向への熱伝導率が上昇してしまうことがないように、作動流体の流れ方向への熱伝導率が低いことが求められている。一方、再生器ハウジング４６ｈには、高圧の作動流体が入るため、所定の耐圧性能（強度）を備えた耐圧容器である必要がある。このように、再生器ハウジング４６ｈには、作動流体の流れ方向への熱伝導率の低さ及び耐圧性能が要求される。

本実施形態では、再生器ハウジング４６ｈの材料として、ステンレス鋼が用いられる。例えば、発泡セラミックス材料は、ステンレス鋼に比べて、熱伝導率が低いという点で再生器ハウジング４６ｈに適している。しかし、発泡セラミックス材料は、ステンレス鋼に比べて、強度が弱く、所定の強度（耐圧性能）を再生器ハウジング４６ｈに持たせようとすると、再生器ハウジング４６ｈの円筒の肉厚を増大せざるをえず、再生器ハウジング４６ｈの表面積（伝熱面積）が増大することになり、その分だけ伝熱性が上がってしまうという点で再生器ハウジング４６ｈに適していない。上記の長所及び短所を総合判断すると、再生器ハウジング４６ｈの材料として、発泡セラミックス材料は、ステンレス鋼に比べて優位性がなく、本実施形態の再生器ハウジング４６ｈでは、ステンレス鋼が用いられている。

ここで、再生器ハウジング４６ｈの材料として、ステンレス鋼を使用した場合、再生器ハウジング４６ｈが受ける熱の温度が、例えば約６００℃を超えると、強度が極端に低下し、所定の耐圧性能を満たさなくなるおそれがある。このような高温の熱を受けたときにも、所定の耐圧性能を満たすためには、再生器ハウジング４６ｈの円筒の肉厚を大きくせざるを得ない。上記のように、再生器ハウジング４６ｈの肉厚の増大は、伝熱面積の増大につながるため、回避されるべきである。このため、本実施形態では、再生器ハウジング４６ｈが受熱することを抑制し、再生器ハウジング４６ｈの温度を下げる必要がある。

再生器４６の上部は、排気管（排気ダクト）１００の内部に配設されている。以下に、再生器４６が排気管１００の内部に設けられている理由について説明する。

本実施形態では、スターリングエンジン１０の熱源が車両の内燃機関の排気ガスであることから、得られる熱量に制約があり、その得られる熱量の範囲でスターリングエンジン１０を効果的に作動させる必要がある。そのため、膨張空間に、なるべく高温の作動流体が流れるべく、高温側シリンダ２２の頂部（上部）２２ｂ及び高温側シリンダ２２の側面２２ｃの上部が、排気管１００の内部に配設されている。これにより、上死点近傍での膨張ピストン２１の上部は、排気管１００の内部に位置することになり、膨張ピストン２１の上部が効果的に加熱される。

一方、２つのシリンダ２２、３２が直列並行に配置されてなるスターリングエンジン１０において、第１端部４７ａから第２端部４７ｂまでの全体が排気管１００の内部に配設される加熱器４７の、上記高温側シリンダ２２が接続される第１端部４７ａと反対側の第２端部４７ｂには、再生器４６の上面４６ａが接続されている。スターリングエンジン１０の出力に直接的には関与しない無効容積の増大を抑制すべく、加熱器４７の第２端部４７ｂと再生器４６の上面４６ａとは、接続用の配管を介することなく、直接的に接続されている。この再生器４６の上面４６ａは、上下方向において、高温側シリンダ２２の頂部２２ｂと概ね同じ位置となるように排気管１００の内部に収容されている。

排気管１００の内部において、再生器４６の上面４６ａが、上下方向において、高温側シリンダ２２の頂部２２ｂと概ね同じ位置となるように配置されている理由は、以下の通りである。

その第一の理由は、排気管１００内を流れる排気ガスの流動抵抗の増大や、よどみの発生を抑制するためである。即ち、排気ガスが、排気管１００の延在方向（図中左右方向）に沿うように直線状に円滑に流れるようにするため、再生器４６の上面４６ａと、高温側シリンダ２２の頂部２２ｂとの間に上下方向の段差が形成されないように構成されている。なお、再生器４６の上面４６ａと、高温側シリンダ２２の頂部２２ｂの上下方向における位置（高さ）は、排気管１００内を流れる排気ガスの流動に対して大きな抵抗とならないように、排気管１００の中心軸の位置よりも十分に下方に設定されている。

第二の理由は、スターリングエンジン１０の装置規模のコンパクト化のためである。即ち、スターリングエンジン１０は、車両の床下に配される内燃機関の排気管に隣接する限られた空間に搭載されることから、スターリングエンジン１０の小型化が要求されている。ここでは、スターリングエンジンの小型化の指標として、排気管１００の内部に収容される加熱器４７の第１及び第２端部４７ａ、４７ｂのそれぞれから、クランクシャフト４３（駆動軸４０）までの上下方向の長さ寸法を考えることとする。

この場合、スターリングエンジンにおいて、加熱器の第１及び第２端部のそれぞれから、クランクシャフトまでの上下方向の長さを決定付けるのは、高温側パワーピストン側ではなく、低温側のパワーピストン側の長さである。その理由は、上下方向において、高温側パワーピストン側の構成要素が高温側シリンダのみであるのに対して、低温側のパワーピストン側は低温側シリンダに加えて冷却器及び再生器がある分だけ、上下方向の長さが大きくなることにある。

ここで、本実施形態では、膨張ピストン２１の上下方向の長さが圧縮ピストン３１に比べて大きく形成され、また、高温側シリンダ２２の上下方向の長さが低温側シリンダ３２に比べて大きく形成されている（その理由については後述する）。その結果として、上述した構成要素の数の差に伴って生じる、高温側パワーピストン２０側と低温側のパワーピストン３０側の上下方向の長さの差が緩和されている。

しかしながら、それでも、低温側のパワーピストン側の長さの方が長いことには変わりがない。図１の例では、後述するように冷却器４５の構成を工夫することで低温側のパワーピストンの長さを短縮させているが、このような工夫がなければ、高温側パワーピストン側に比べて、低温側のパワーピストン側の方が明らかに長い。このことから、スターリングエンジンの上下方向の長さを決定付けるのは、低温側のパワーピストン側の長さということになる。

ここで、上述のように、再生器ハウジング４６ｈの作動流体の流れ方向への熱伝導の悪影響を考えて、再生器４６の全体が排気管１００の外部に位置するように配置されたとすると、その分、クランクシャフト４３の低温側のパワーピストン３０側の位置が下がる。そして、その下がった位置に合わせて、加熱器４７の第１端部４７ａとクランクシャフト４３の高温側パワーピストン２０側との間の長さが設定される。この設定では、図１よりも高温側パワーピストン２０側の長さが長くなる。このことから、再生器４６の全体が排気管１００の外部に位置するように配置された場合には、スターリングエンジン１０の装置規模が大きくなる。

以上のことから、本実施形態では、スターリングエンジン１０の小型化を実現すべく、再生器４６の上面４６ａが高温側シリンダ２２の頂部２２ｂと概ね同じ高さとなるように、再生器４６を排気管１００の内部に配置することとしている。

上記のように、排気管１００の内部に配置された再生器４６においては、再生器ハウジング４６ｈの作動流体の流れ方向への熱伝導の悪影響を抑制する必要性が非常に高い。このことから、本実施形態では、以下の構成が採用されている。

本実施形態では、再生器ハウジング４６ｈに、シュラウド９０が設けられている。シュラウド９０は、排気管１００の内部の熱（例えば約６００〜８００℃）が、再生器ハウジング４６ｈに伝達されないようにすることを目的としている。この場合、シュラウド９０は、特に、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａを除く面（側面４６ｃ及びフランジ４６ｆ）に伝達されないようにすることを目的としている。なお、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａへの熱伝達については、後述する。

上記目的を達成するために、シュラウド９０は、排気管１００の内部において、再生器ハウジング４６ｈを覆う機能、特に、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃ及びフランジ４６ｆを覆う機能を有している。シュラウド９０により覆うことで、再生器ハウジング４６ｈには、排気管１００の内部の排気ガスからの熱伝達及び熱放射が抑制される。

シュラウド（被覆部材、隔壁、遮熱部材、熱伝達部位制御部）９０は、正（断）面視（図１参照）略Ｌ字型に形成されている。シュラウド９０は、正面視したときに、そのＬ字の上下方向の長辺に対応する部分（以下、長辺部と称する）９１と、左右方向の短辺に対応する部分（以下、短辺部と称する）９２とを有している。

シュラウド９０には、ステンレス鋼が用いられる。ステンレス鋼は、耐熱性及び耐酸性が十分であることと、熱伝導率が低いという点で、シュラウド９０に適している。

シュラウド９０は、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃの周方向全周に亘るように構成されている。短辺部９２は、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃの周方向に周回するリング状に形成されている。長辺部９１は、その短辺部９２の周方向外側位置から上下方向において下方に延びる立下り壁部として形成されている。

シュラウド９０は、排気管１００の内部に位置する、再生器ハウジング４６ｈの主として側面４６ｃの周方向及び上下方向（高さ方向）において殆ど全ての領域を覆うように構成されている。

シュラウド９０の短辺部９２は、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａに対してシュラウド９０を固定的に支持させる機能と、排気管１００の内部において再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａよりも上方からの熱が、再生器ハウジング４６ｈに伝わることを抑制する機能を有する。

シュラウド９０の長辺部９１は、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃ及びフランジ４６ｆに対して排気管１００の内部の熱が伝わるのを抑制する機能を有している。また、シュラウド９０の長辺部９１は、排気管１００の内部の排気ガス（熱）の対流による熱が、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃと対向する排気管１００の面（再生器対抗面）１００ｔと再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃとの間の空間Ｓ１に進入することを抑制する機能を有する。

シュラウド９０は、その短辺部９２にて再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａの外縁部に接触して、固定されている。シュラウド９０は、その固定箇所以外は、いずれの構成部材とも接触していない。このため、排気管１００の内部から、シュラウド９０が受けた熱は、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａに集中して伝達される。上述したように、再生器ハウジング４６ｈにおいて、その上面４６ａに対しては、排気管１００の内部の熱の伝達を抑制する必要性が相対的に低い。以下に、その理由について説明する。

再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａには、加熱器４７の第２端部４７ｂが直接接続されており、加熱器４７にて排気管１００の内部の排気ガスにより加熱された作動流体が再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａから流入される。そのため、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａは、もともと十分に高温である。そのため、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａに対しては、シュラウド９０で受けた熱が、相対的に大量の熱量として伝わることが少ない。

再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａは、再生器ハウジング４６ｈにおいて、加熱器４７にて加熱された作動流体の流れ方向において最も上流側に位置するため、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａが十分に高温であることが、再生器ハウジング４６ｈの作動流体の流れ方向への熱伝導に対して悪影響を及ぼすものではない。即ち、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａが十分に高温であることが、再生器ハウジング４６ｈの上下方向下方に向けて相対的に低温となる温度勾配を大きく取ることに対して、特に大きな支障を生じさせるものではない。

以上のことから、シュラウド９０では、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａに対しては、その上面４６ａ以外の面に比べて、排気管１００の内部の熱が伝わることを抑制する効果が少なくても問題が生じない。

また、上述の理由から、シュラウド９０と再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａとの接続部において、シュラウド９０が加熱器４７に接触している構成にしても、特に大きな問題は生じない。

更に、加熱器４７における再生器４６との接続側端部である第２端部４７ｂは、概ね再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａと同じ温度であるため、上述の理由から、シュラウド９０が加熱器４７の第２端部４７ｂのみにて接触し支持される構成をとることも可能である。

この場合、図２に示すように、シュラウド９０と再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａとの接触面積を小さくすべく、シュラウド９０における再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａとの接続部位を塑性変形によりドット状に形成し（符号ｄｏｔ参照）、上面４６ａに対して点接触させると更に好ましい。

本実施形態によれば、シュラウド９０により、再生器ハウジング４６ｈの主として側面４６ｃやフランジ４６ｆが受熱することが抑制される。そのため、その受熱した熱が、再生器ハウジング４６ｈから複数の金網にそれぞれ伝わり、再生器４６における作動流体の流れ方向の熱伝導率が上昇してしまうことが有効に抑制される。

なお、上記において、膨張ピストン２１の上下方向の長さが圧縮ピストン３１に比べて大きく形成され、また、高温側シリンダ２２の上下方向の長さが低温側シリンダ３２に比べて大きく形成されている理由は、以下の通りである。

スターリングエンジン１０の効率の低下を抑制するため、高温側パワーピストン２０における膨張空間以外の空間及び低温側のパワーピストン３０における圧縮空間以外の空間、即ち、高温側パワーピストン２０及び低温側のパワーピストン３０のそれぞれにおけるクランクシャフト４３の周辺の空間は、常温に保たれる必要がある。そのため、膨張空間の高温の作動流体がクランクシャフト４３の高温側パワーピストン２０側の周辺の空間に流入したり、圧縮空間の低温の作動流体がクランクシャフト４３の低温側のパワーピストン３０側の周辺の空間に流入することがないように、高温側シリンダ２２と膨張ピストン２１とのシール及び低温側シリンダ３２と圧縮ピストン３１とのシールが確実に行われる必要がある（後述のように、そのシールには空気軸受４８が使用されている）。

一方で、上記のように、膨張空間を高温にすべく、高温側シリンダ２２の頂部２２ｂ及び側面２２ｃの上部は、排気管１００の内部に収容されるため、高温側シリンダ２２の上部及び膨張ピストン２１の上部が熱膨張する。高温側シリンダ２２及び膨張ピストン２１のそれぞれの上部の熱膨張する部分では、シールが確実に行えないおそれがある。このことから、本実施形態では、膨張ピストン２１及び高温側シリンダ２２の上下方向の長さを長く設定し、これにより、膨張ピストン２１の上下方向に温度勾配を持たせて、熱膨張の影響を受けない部分（膨張ピストン２１の下部）にてシールが確実に行えるようにしている。また、高温側シリンダ２２と膨張ピストン２１との間は、膨張ピストン２１の下部（熱膨張の影響を受けない部分）にてシールされるので、そのシール部の移動距離を十分に確保して膨張空間を十分に圧縮するために、高温側シリンダ２２の上下方向の長さが長く設定されている。

次に、図１、図３及び図４を参照して、冷却器４５の構成について説明する。

図３は、図１のＣ−Ｃ矢視図である。図４は、図３のＤ矢視図であり、図１の冷却器４５の周囲の構造を拡大して示す図である。これらの図においては、冷却器４５の複数の伝熱管４５ｔのうち一部の伝熱管４５ｔのみが図示され、それ以外の伝熱管４５ｔの図示は省略されている。

再生器４６と低温側シリンダ３２との間には、上記隔壁（部材）７０が設けられている。隔壁７０は、熱伝導率の低い材質で形成されている。隔壁７０において、低温側シリンダ３２の軸線方向（上下方向）の長さ寸法は、後述する伝熱管４５tの引き回しの機能を果たすために十分な大きさを確保しつつなるべく小さく設計されている。スターリングエンジン１０の小型化に寄与するためである。

上記のように、隔壁７０は、基板４２に固定されている。隔壁７０の上面７０ａは、再生器４６の下面（加熱器４７側の上記端面４６ａと反対側の端面）４６ｂに、直接接触するように設けられている。隔壁７０の下面７０ｂは、低温側シリンダ３２の頂面３２ａを兼ねている。隔壁７０の側面（外周面）７０ｃには、冷却器４５の後述するクーラ容器４５ｃが固定されている。

冷却器４５は、水冷の多管式熱交換器（shell-and-tube exchanger, tubular exchanger）により構成されている。冷却器４５は、複数の伝熱管（管群）４５ｔと、クーラ容器４５ｃとを有している。冷却器４５の複数の伝熱管４５tの大部分は、クーラ容器４５ｃに収容されている。伝熱管４５ｔのクーラ容器４５ｃに収容された部分は、クーラ容器４５ｃに供給された冷却水（冷媒）Ｗと接触し、これにより、伝熱管４５ｔを流れる作動流体が冷却される。

上記のように、クーラ容器４５ｃは、隔壁７０の外周面７０ｃに固定されている。クーラ容器４５ｃは、外周面７０ｃの周方向に亘ってリング状に設けられている。このクーラ容器４５ｃは、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの上部（圧縮空間に対応する部分）を周方向に囲むようなリング状に形成されている。クーラ容器４５ｃは、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの周方向の全周に亘って設けられている。または、これに代えて、クーラ容器４５ｃは、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの周方向の一部を囲むように設けられることができる。

図３に示すように、クーラ容器４５ｃには、クーラ容器４５ｃに冷却水Ｗを供給する冷却水供給用配管８１と、クーラ容器４５ｃ内の冷却水Ｗを外部に排出するための冷却水排出用配管８２が接続されている。同図において、矢印Ｗｉ及びＷｏは、それぞれクーラ容器４５ｃへの冷却水Ｗの流入方向、排出方向を示している。

クーラ容器４５ｃが、スターリングエンジン１０の上下方向において、低温側シリンダ３２と再生器４６との間ではなく、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの側方に配置されているため、スターリングエンジン１０の小型化に寄与することができる。クーラ容器４５ｃが、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの側方に低温側シリンダ３２の外周部３２ｋを周方向に囲むように配置されることにより、スターリングエンジン１０の上下方向の大きさをコンパクトに抑えつつ、クーラ容器４５ｃは、必要な熱交換能力を得るための十分な容量を確保することができる。

複数の伝熱管４５ｔのそれぞれの一方の開口部４５ｔａは、隔壁７０の上面７０ａに開口するように設けられている（以下、再生器側出入口と称する）。即ち、再生器側出入口４５ｔａは、再生器４６の端面４６ｂに開口した状態となるように構成されている。各伝熱管４５ｔには、再生器側出入口４５ｔａを介して、再生器４６からの作動流体が導入される。図３に示すように、隔壁７０の上面７０ａには、複数の伝熱管４５ｔの再生器側出入口４５ｔａがそれぞれ上面７０ａの面方向に均等に（等分布で）分散配置されている。

複数の伝熱管４５tのそれぞれの他方の開口部４５ｔｂは、低温側シリンダ３２の頂面３２ａ（隔壁７０の下面７０ｂ）に開口するように設けられている（以下、低温側シリンダ側出入口と称する）。各伝熱管４５ｔには、低温側シリンダ側出入口４５ｔｂを介して、低温側シリンダ３２の上部の圧縮空間からの作動流体が導入される。低温側シリンダ３２の頂面３２ａには、複数の伝熱管４５ｔの低温側シリンダ側出入口４５ｔｂがそれぞれ頂面３２ａの面方向に均等に分散配置されている。

図４に示すように、隔壁７０の内部には、複数の伝熱管４５ｔのそれぞれの一部が設けられている。隔壁７０では、複数の伝熱管４５ｔの熱交換能力（作動流体の単位流量当たりの熱伝達量）が同じになるように、又はそれらのばらつきが抑制されるように、複数の伝熱管４５ｔがそれぞれ引き回される。ここでは、伝熱管４５ｔの管長、冷却水Ｗとの接触面積、管径、管内に留まる時間（熱伝達時間）、流路抵抗ないし圧力損失を含む流動損失などの特性・条件が考慮される。

クーラ容器４５ｃの上下方向の長さＬ１は、低温側シリンダ３２の上部の圧縮空間の周囲を囲むように、圧縮ピストン３１の下死点（ＢＤＣ）の位置の近傍まで到達する大きさとされている。クーラ容器４５ｃの径方向の長さＬ２は、スターリングエンジン１０の小型化のために、クーラ容器４５ｃ内を伝熱管４５ｔが往復できる程度の大きさに抑えられている。

上記のように、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの圧縮空間に対応する上部３２ｊがクーラ容器４５ｃにより覆われることで、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの上部３２ｊの冷却に効果がある。低温側シリンダ３２の周囲には、排気管１００からの熱のほか、ラジエターや内燃機関の表面からの熱があり、クーラ容器４５ｃにより、これらの熱が低温側シリンダ３２の外周部３２ｋに伝わるのが有効に遮られる。これにより、スターリングエンジン１０の出力の向上につながる。

図４に示すように、クーラ容器４５ｃは、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの上部３２ｊに接触していない。この構成に代えて、クーラ容器４５ｃと低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの上部３２ｊとの間の空隙を埋めるように、銅などの熱伝導率の良い金属製の部材７７を設けることができる。これにより、クーラ容器４５ｃの熱が部材７７を介して低温側シリンダ３２の外周部３２ｋに伝わるため、更に、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの上部３２ｊの冷却効果が向上する。また、この部材７７の内部に冷却水Ｗを通すこともできる。

また、これらの構成に代えて、クーラ容器４５ｃにおける低温側シリンダ３２の外周部３２ｋに対向する内周面４５ｃｉを無くすとともに、クーラ容器４５ｃの底面４５ｃｔを、符号４５ｃｖに示すように低温側シリンダ３２の外周部３２ｋに達するまで延長させる構成にすることができる。この構成によれば、クーラ容器４５ｃ内の冷却水Ｗが直接低温側シリンダ３２の外周部３２ｋに接触するため、更に、冷却効果が向上する。

一方、図１に示されるように、冷却器４５（特にクーラ容器４５ｃ）は、高温側シリンダ２２の側面２２ｃの頂部２２ｂ側から、十分に離間するように、十分に下方に配置されている。即ち、本来、効率の向上のために高温であることが好ましい位置である高温側シリンダ２２の側面２２ｃの頂部２２ｂ側が、基板４２の上方の排気管１００の内部空間に配設されるのに対し、冷却器４５は、基板４２の下方の位置に配設されている。

冷却器４５は、高温側シリンダ２２の側面２２ｃの頂部２２ｂ側から、特に、物理的距離ではなく熱伝達空間として捉えたときに、十分に離間した位置に配置されている。これにより、高温側シリンダ２２の側面２２ｃの上部が、クーラ容器４５ｃによって冷却されることにより悪影響が生じることはない。

ここで、図１及び図４に示すように、低温側シリンダ３２の軸線方向に直交する再生器４６の任意の断面４６ｓと、低温側シリンダ３２の軸線方向に直交する低温側シリンダ３２の任意の断面３２ｓの間に形成され、それらの断面４６ｓ、３２ｓがそれぞれ軸線方向両側の円形端面となる略円柱状の仮想空間Ｖｓを考える。

従来一般のスターリングエンジンでは、この仮想空間Ｖｓに冷却器（クーラ容器）が設けられているのに対し、本実施形態では、仮想空間Ｖｓに冷却器４５のクーラ容器４５ｃが設けられていない。これにより、低温側シリンダ３２ないし駆動軸４０（又はクランクシャフト４３）と、再生器４６との間の、低温側シリンダ３２の軸線方向の寸法が小さく抑えられることになり、スターリングエンジン１０の小型化が実現する。

仮想空間Ｖｓは、以下のように言い換えることが可能である。
即ち、低温側シリンダ３２の軸線方向に直交する低温側シリンダ３２の任意の断面３２ｓを低温側シリンダ３２の頂面３２ａの方向に低温側シリンダ３２の軸線上及びその軸線の延長線上に仮想的に重ねることにより圧縮空間側に仮想空間が形成される。

本実施形態では、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの側方に、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋをその周方向に囲むように冷却器４５が設けられているので、必要な冷却能力が得られるに十分な大きさ（体積）の冷却器４５（特にクーラ容器４５ｃ）に形成されつつ、その冷却器４５の大きさが低温側シリンダ３２の軸線方向におけるスターリングエンジン１０の長さ寸法に与える影響が最小限に抑えられている。

上記のように、本実施形態では、冷却器４５の大部分（クーラ容器４５ｃ）を、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの側方に配置することによって、低温側シリンダ３２の軸線方向の寸法を小さく抑えることとしている。ここで、低温側シリンダ３２の軸線方向の寸法を小さく抑える方法として、上記の冷却器４５に代えて（又は、上記の冷却器４５とともに）、再生器４６を低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの側方に配置することが一応考えられる。従来一般に、再生器４６は、冷却器とともに低温側シリンダ３２の軸線方向に沿って直線状に設けられている場合が多いことから、再生器４６を低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの側方に配置した場合にも、低温側シリンダ３２の軸線方向の寸法の短縮化につながると考えられるためである。

これに関し、本実施形態においては、上記のように、再生器４６ではなく、冷却器４５の配置を工夫することにより、スターリングエンジンの小型化を実現している。以下にその理由について説明する。

上記のように、再生器４６は、通常一般のスターリングエンジンに適用される再生器と同様に、作動流体の流通方向に、金網が何重にも重なるように配置（積層）された構成とされており、作動流体の通過（金網のメッシュの通過）に対する流動損失が小さく、圧力損失による出力損失が小さい構成とされている。

これに対し、本実施形態において、仮に、再生器４６を低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの側方に配置する場合には、その低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの側方の位置の再生器４６に作動流体を導くべく設けられる流路は、圧縮ピストン３１の往復方向に沿う直線状の形状ではなく、再生器４６の位置に対応するように曲げられた形状に形成せざるを得ない。

上記のように、再生器４６自体は、作動流体の流動損失が小さい構成とされているが、再生器４６を低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの側方に配置する場合には、新たにその再生器４６に接続される流路が曲げられることによって、作動流体の流動損失が大幅に増加する。例えば、再生器４６に新たに接続されるその曲げられた形状の流路に、作動流体が入るときには縮流効果による圧力損失が生じることが考えられる。

一方、本実施形態において、冷却器４５が低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの側方に配置される構成においては、上記の再生器４６の場合と異なり、上記のような流動損失の増加の問題が少ない。即ち、本実施形態の冷却器４５としては、通常一般のスターリングエンジンに適用される冷却器と同様に、多管式熱交換器が用いられ、もともと、通常一般の多管式熱交換器と同様に、（相対的に容積の大きな）圧縮空間から、（相対的に流路断面積の小さな）伝熱管４５ｔに作動流体が入るときの縮流効果による圧力損失が生じている。このため、本実施形態において、伝熱管４５ｔを低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの側方に引き回すべく曲げられた形状にされても、もともと冷却器４５が有している縮流効果による圧力損失を考えると、作動流体の流動損失に対する影響は少ない。

即ち、多管式熱交換器を用いた冷却器においては、もともと伝熱管の出入口において圧力損失が生じる。通常一般の直線状の伝熱管群からなる冷却器と異なり、本実施形態では、伝熱管４５ｔの出入口以外の途中部分を、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの側方のクーラ容器４５ｃに導くべく曲げられた形状でかつ管の長さが長く構成されているが、伝熱管４５ｔの出入口部分にて生じる最大の圧力損失に比べると、管の曲げや管長の拡大による流動損失は、大きな問題とならない。

なお、上記において、冷却器４５には、伝熱管４５ｔが含まれるとして説明したが、伝熱管４５ｔのうち隔壁７０の内部に設けられた部分は、冷却水Ｗに接触していない。また、隔壁７０は、上記のように熱伝導性が低く形成されているため、伝熱管４５ｔのうち隔壁７０の内部に設けられた部分が隔壁７０を介して冷却水Ｗにより冷却されるわけではない。そのため、伝熱管４５ｔのうち隔壁７０の内部に設けられた部分は、冷却器に含まれず、再生器と冷却器とを接続する外部配管であると考えることが可能である。

次に、ピストン・シリンダのシール構造及びピストン・クランク部の機構について説明する。

上記のように、スターリングエンジン１０の熱源が車両の内燃機関の排気ガスであることから、得られる熱量に制約があり、その得られる熱量の範囲でスターリングエンジン１０を作動させる必要がある。そこで、本実施形態では、スターリングエンジン１０の内部フリクションを可能な限り低減させることとしている。本実施形態では、スターリングエンジンの内部フリクションのうち最も摩擦損失が大きいピストンリングによる摩擦損失を無くすため、ピストンリングを使用せずに、その代わりに、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間には、それぞれ空気軸受（エアベアリング）４８が設けられる。

空気軸受４８は、摺動抵抗が極めて小さいため、スターリングエンジン１０の内部フリクションを大幅に低減させることができる。空気軸受４８を用いても、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間の気密は確保されるため、高圧の作動流体が膨張・収縮の際に漏れるという問題は生じない。

空気軸受４８は、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１の間の微小なクリアランスで発生する空気の圧力（分布）を利用して，ピストン２１、３１が空中に浮いた形となる軸受である。本実施形態の空気軸受４８では、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間の直径クリアランスは数十μmである。空中に物体を浮上させる空気軸受を実現するには、機構的に空気圧が強くなる部分（圧力勾配）ができるようにする他に、後述するように高圧の空気を吹きつけるものでもよい。

本実施形態では、高圧の空気を吹き付けるタイプの空気軸受ではなく、医療用ガラス製注射器のシリンダとピストンの間で用いられている空気軸受と同じ構成の空気軸受が用いられる。

また、空気軸受４８を使用することで、ピストンリングで用いる潤滑油が不要となるので、潤滑油によりスターリングエンジン１０の熱交換器（再生器４６，加熱器４７）が劣化するという問題が発生しない。なお、本実施形態では、ピストンリングにおける摺動抵抗と潤滑油の問題が解消されれば足りるので、流体軸受のうち油を使用する油軸受を除いた、気体軸受であれば空気軸受４８に限られることなく適用することができる。

本実施形態のピストン２１、３１とシリンダ２２、３２との間には、静圧空気軸受を用いることも可能である。静圧空気軸受とは、加圧流体を噴出させ、発生した静圧によって物体（本実施形態ではピストン２１、３１）を浮上させるものである。また、静圧空気軸受に代えて、動圧空気軸受を用いることも可能である。

空気軸受４８を用いて、ピストン２１、３１をシリンダ２２、３２内で往復運動させる際には、直線運動精度を空気軸受４８の直径クリアランス未満にしなくてはならない。また、空気軸受４８の負荷能力が小さいため、ピストン２１、３１のサイドフォースを実質的にゼロにしなくてはならない。即ち、空気軸受４８は、シリンダ２２、３２の直径方向（横方向，スラスト方向）の力に耐える能力（耐圧能力）が低いため、シリンダ２２、３２の軸線に対するピストン２１、３１の直線運動精度が高い必要がある。特に、本実施形態で採用する、微小クリアランスの空気圧を用いて浮上させて支持するタイプの空気軸受４８は、高圧の空気を吹き付けるタイプに比べても、スラスト方向の力に対する耐圧能力が低いため、その分だけ高いピストンの直線運動精度が要求される。

上記の理由から、本実施形態では、ピストン・クランク部にグラスホッパの機構（近似直線リング）５０を採用する。グラスホッパの機構５０は、他の直線近似機構（例えばワットの機構）に比べて、同じ直線運動精度を得るために必要な機構のサイズが小さくて済むため、装置全体がコンパクトになるという効果が得られる。特に、本実施形態のスターリングエンジン１０は、自動車の排気管の内部にその加熱器４７が収容されるというように限られたスペースに設置されるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増す。また、グラスホッパの機構５０は、同じ直線運動精度を得るために必要な機構の重量が他の機構よりも軽量で済むため、燃費の点で有利である。さらに、グラスホッパの機構５０は、機構の構成が比較的簡単であるため、構成（製造・組み立て）し易い。

図８は、スターリングエンジン１０のピストン・クランク機構の概略構成を示している。本実施形態において、ピストン・クランク機構は、高温側パワーピストン２０側と低温側パワーピストン３０側とで共通の構成を採用しているため、以下では、低温側パワーピストン３０側についてのみ説明し、高温側パワーピストン２０側についての説明は省略する。

図８及び図１に示すように、圧縮ピストン３１の往復運動は、コネクティングロッド１０９によって駆動軸４０に伝達され、ここで、回転運動に変換される。コネクティングロッド１０９は、図８に示す近似直線機構５０によって支持されており、低温側シリンダ３２を直線状に往復運動させる。このように、コネクティングロッド１０９を近似直線機構５０によって支持することにより、圧縮ピストン３１のサイドフォースＦがほとんどゼロになるので、負荷能力の小さい空気軸受４８によって十分に圧縮ピストン３１を支持することができる。

次に、上記のように、加熱器４７が概ねＵ字形（カーブ形状）に形成される理由について説明する。

スターリングエンジン１０の熱源は、上記のように車両のガソリンエンジンの排気ガスであり、スターリングエンジンに専用に用意された熱源ではない。そのため、それほど高い熱量が得られるわけではなく、排気ガスの例えば約８００℃程度の熱量でスターリングエンジン１０が作動する必要がある。そのために、スターリングエンジン１０の加熱器４７は排気管１００内の排ガスから効率的に受熱する必要がある。

加熱器４７、再生器４６、冷却器４５からなる熱交換器の体積は、出力に直接的には関与しない無効容積となっており、熱交換器の体積が増えると、スターリングエンジン１０の出力が減少する。一方で、熱交換器の体積をコンパクトにすると、その分、熱交換が困難となり受熱量が減少し、スターリングエンジン１０の出力が減少する。これらのことから、無効容積の減少と受熱量の増加とを両立させるためには、熱交換器の効率を上げる必要がある。そのために、加熱器４７は効率的に受熱する必要がある。

熱源の種類を問わず、その熱源から効率的に受熱し、かつ効率的に熱交換するためには、加熱器は、熱エネルギーを受熱するための伝熱面積がなるべく大きく、かつ冷却器が受熱しない場所に配置可能であるという意味において、上記実施形態の構成が望ましい。

特に、排熱を利用する場合には熱エネルギーは管を介して排ガスとして供給される場合が殆どであることとも相俟って、例えば管の内部のように受熱可能な領域が限定されている場合に、伝熱面積が極力大きく、かつ冷却器が受熱しない場所に配置される構成としては、上述したスターリングエンジン１０の構成が優れている。以下に、スターリングエンジン１０の構成の技術的意義について更に述べる。

無効容積部分（冷却器、再生器、加熱器）が小さい方が良いことは前述の通りであるが、無効容積部分に湾曲した形状を有している場合、湾曲部の数が多いと流路抵抗が大きくなり、また湾曲部の曲率が小さいと流路抵抗は大きくなる。即ち、作動流体の圧力損失を考慮すると、湾曲部の数は単一であり曲率は大きい方が良い。この点に関し、加熱器４７は概ねＵ字形であり、湾曲形状となっているが、湾曲部の数は１つである。また、冷却器４５は、スターリングエンジン１０の小型化（上下寸法の短縮）のために、湾曲部を有した構成とされており、上記のような特徴を有する構成とされている。

また、図１に示すように、上記実施形態の無効容積部分の曲率に関しては、直列並行に配置された２つのシリンダ２２、３２の上部同士を連結し、かつ排気管１００の内部において作動流体の流動抵抗の増大を抑制すべく概ね同一面上に設定された高温側シリンダ２２の頂部２２ｂ及び再生器４６の上面４６ａと、排気管１００の上部内面との間の上下方向の高さと、加熱器４７の端部４７ａ、４７ｂと中央部４７ｃの最上部との間の高さが概ね同じ高さｈになる構成に合わせて、その曲率（カーブ形状）が設定されている。排気管１００の内部のような限定された空間内で排気ガスのような流体の熱源との接触面積を大きく確保するためには、上記のようなカーブ形状が望ましい。

以上の観点からすると、無効容積部分のうち加熱器は、その全体が排気管の内部のような熱源からの熱を受ける限定された空間（受熱空間）内に収容されるとともに、その受熱空間内で、熱源からの伝熱面積を最大限に確保可能でかつ流路抵抗が最小となるように、例えばＵ字形やＪ字形のようなカーブ形状に構成されるのがよい。

再生器４６は、作動流体の流路抵抗を最小限にしつつ配置するために、低温側シリンダ３２の延在方向（軸線方向）に沿って（同一軸線上に）直線状に構成される。このように、加熱器４７の第２端部４７ｂに連結される再生器４６は、低温側シリンダ３２の延在方向に沿って設けられる。加熱器４７の第１端部４７ａは、高温側シリンダ２２の上部に隙間無く接続される。これらのことから、少なくとも加熱器４７の第１端部４７ａ及び第２端部４７ｂ側には、それぞれ高温側シリンダ２２、低温側シリンダ３２の延在方向に沿う部分を有し、加熱器４７の中央部４７ｃは、上述したようなカーブ形状を有する場合が多いことになる。

上述した技術的理由から、加熱器４７は、直列並行に配置された２つのシリンダ２２，３２間で、途中で方向変換（ターン）する形状に構成されている。加熱器４７は、直列並行に配置された２つのシリンダ２２，３２間を連結する曲線部分とを有している。

（第２実施形態）
次に、図５を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態において、上記第１実施形態と共通する部分についての説明は省略する。図５は、スターリングエンジン１０の再生器４６に設けられたシュラウドを拡大して示す正（断）面図である。

図５に示すように、シュラウド９０’（被覆部材、隔壁、遮熱部材、熱伝達部位制御部、熱流案内部材）は、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃにおける最も加熱器４７側（上側）の位置に固定されている。即ち、シュラウド９０’は、再生器４６の加熱器４７側の端部（端面４６ａを含む）の外周部に接触して支持されている。

第１実施形態で述べた理由と同様の理由から、シュラウド９０’では、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃの最上部に対しては、その側面４６ｃの最上部以外の部分に比べて、排気管１００の内部の熱が伝わることを抑制する効果が少なくても大きな問題が生じない。即ち、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃの最上部には、加熱器４７にて排気管１００内の排気ガスにより加熱された作動流体が流入されるため、もともと高温であり、また、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃの最上部は、再生器ハウジング４６ｈにおいて、加熱器４７にて加熱された作動流体の流れ方向において最上流側にあたるため、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃの最上部が十分に高温であることが、再生器ハウジング４６ｈの作動流体の流れ方向への熱伝導に対して悪影響を及ぼすものではない。

シュラウド９０’は、固定部９３と、熱進入抑制部９４とを有している。固定部９３は、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃの周方向に周回するリング状に形成されている。熱進入抑制部９４は、固定部９３に連続的に設けられ、下方に行くに連れて径が漸次拡大する円筒形（円錐形）に形成されている。

シュラウド９０’は、その固定部９３の内周面にて、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃにおける最も加熱器４７側（上側）の位置と接触し、支持されている。熱進入抑制部９４の外径寸法の最大値（最下部の値）は、フランジ４６ｆの外径寸法以上に設定されることが以下の理由から好ましい。

熱進入抑制部９４は、排気管１００の内部の排気ガスが再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃやフランジ４６ｆに接触するように流れることを抑制する機能を有している。熱進入抑制部９４は、排気ガスが、熱進入抑制部９４と再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃとの間の空間に対して、熱進入抑制部９４で覆われていない下方側（フランジ４６ｆ側）から進入することを抑制する。

上述したように、再生器４６の上面４６ａの上下方向における位置（高さ）は、排気管１００内を流れる排気ガスの流動に対して大きな抵抗とならないように、排気管１００の中心軸の位置よりも十分に下方に設定されている。そのため、再生器４６の側面４６ｃやフランジ４６ｆに対して、排気ガスは、相対的に上方から流れてくるものが多い。

このように、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａ近傍又は上面４６ａよりも上方から、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃやフランジ４６ｆの近傍に流れようとする排気ガスは、熱進入抑制部９４に当たることにより、矢印Ｙ１に示すように、下方に行くに連れて漸次拡径された円筒形に形成された熱進入抑制部９４の外周面９４ａに沿って案内されつつ流れる。

即ち、そのような排気ガスは、下方に行くに連れて、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃから離間するとともに、フランジ４６ｆの外周位置よりも外側に流れる（再生器ハウジング４６ｈから逃げる）。このことから、熱進入抑制部９４と再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃとの間の空間に対して、熱進入抑制部９４で覆われていない下方側から進入すること及びフランジ４６ｆに当たるように流れることが抑制される。

また、熱進入抑制部９４は、排気管１００の内部の排気ガスの下流側において、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃと、排気管１００の再生器対抗面１００ｔとの間から、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃ側に熱が進入するのを抑制する。

第２実施形態によれば、シュラウド９０’により、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃの最上部以外の部分やフランジ４６ｆが受熱することが抑制される。そのため、その受熱した熱が、再生器ハウジング４６ｈから複数の金網にそれぞれ伝わり、再生器４６における作動流体の流れ方向の熱伝導率が上昇してしまうことが有効に抑制される。

（第３実施形態）
次に、図６を参照して、第３実施形態について説明する。第３実施形態において、上記実施形態と共通する部分についての説明は省略する。図６は、スターリングエンジン１０の再生器４６に設けられたシュラウドを拡大して示す正（断）面図である。

第３実施形態において、シュラウド９０Ａは、正面視略Ｌ字型に形成されている。そのＬ字の上下方向の長辺に対応する部分（以下、長辺部と称する）９５と、左右方向の短辺に対応する部分（以下、短辺部と称する）９６とを有している。シュラウド９０Ａは、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃを周方向全周に亘って囲むように構成されている。

シュラウド９０Ａの短辺部９６は、再生器ハウジング４６ｈのフランジ４６ｆの上面に断熱材９９を介して固定されている。短辺部９６及び断熱材９９は、再生器ハウジング４６ｈのフランジ４６ｆの上面全体に対して、排気管１００の内部の熱が伝わるのが抑制されるように、フランジ４６ｆの上面全体をカバーできる大きさ・形状に形成されている。

シュラウド９０Ａの長辺部９５は、短辺部９６の内周側位置から上下方向上方に向かって立ち上がる立ち上がり壁部として形成されている。長辺部９５は、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃの上下方向の全体に対して、排気管１００の内部の熱が伝わるのを抑制するために、短辺部９６の位置から、上下方向において再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａの位置まで延びている。

長辺部９５は、上下方向において再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａの位置よりも上方に設けられると、排気管１００を流れる排気ガスの流動に対して抵抗となる場合がある。このことから、長辺部９５は、再生器ハウジング４６ｈの上面４６と上下方向において概ね同じ位置となるように構成されている。

長辺部９５と再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃとの間の隙間は、僅かであることから、その隙間から排気管１００の内部の熱が進入することは最小限に抑制される。また、その隙間から排気管１００の内部の熱が進入する方向は、排気管１００を図中左から右に流れる排気ガスの流れる方向と大きく異なる（直交する）ことからも、その隙間から排気管１００の内部の熱が進入することは、実質的に問題とならない。この場合、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃの最上部にのみであれば、排気管１００の内部の熱が伝達されても大きな問題とはならない。

排気管１００の再生器対抗面１００ｔに対して、再生器４６のフランジ４６ｆ、断熱材９９及びシュラウド９０Ａの短辺部９６は、いずれも接触していない。よって、部材間の接触による高温の排気管１００からの熱伝達が問題となることはない。

上記のように、スターリングエンジン１０の各構成部材は、基板４２に対して位置精度良く取り付けられており、基板４２に取り付けられたスターリングエンジン１０全体は、一体物（単一の物体）として扱うことができる。即ち、その一体物は、再生器対抗面１００ｔの下部の開口部から排気管１００の内部側に対して、上下方向下方から上方に向けて相対的に挿入されて、基板４２が排気管１００のフランジ１００ｆに取り付けられる。その逆に、その一体物を支持固定する基板４２が、排気管１００のフランジ１００ｆから分離され、その一体物が、排気管１００の内部側から再生器対抗面１００ｔの下部の開口部に対して、上下方向下方に向けて相対的に引き出されて、排気管１００から取り外される。

上記のように、排気管１００の再生器対抗面１００ｔに対して、再生器４６のフランジ４６ｆ、断熱材９９及びシュラウド９０Ａの短辺部９６は、いずれも接触していないことから、上記一体物の排気管１００に対する取付・取外しのときに、作業性が良好である。

上記第１及び第２実施形態では、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａまたは側面４６ｃの最上部は、加熱器４７の第２端部４７ｂからの高温の作動流体と接触するため、もともと十分に高温であり、また、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａまたは側面４６ｃの最上部は、再生器ハウジング４６ｈにおいて、加熱器４７にて加熱された作動流体の流れ方向において最も上流側に位置するため、シュラウド９０、９０’は、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａまたは側面４６ｃの最上部に接触する構成をとることができた。

これに対して、図６では、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａまたは側面４６ｃの最上部以外の位置（例えば再生器ハウジング４６ｈのフランジ４６ｆ）に、シュラウド９０Ａが接触する構成はとることができない。再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａまたは側面４６ｃの最上部（作動流体の流れ方向の最上流側）以外の位置に、シュラウド９０Ａで受けた熱が伝えられると、再生器ハウジング４６ｈにおいて、作動流体の流れ方向の熱伝導に悪影響を与え、大きな温度勾配をとることができなくなるからである。そのため、シュラウド９０Ａでは、再生器ハウジング４６ｈのフランジ４６ｆに設けられた断熱材９９にのみ接触するように構成し、シュラウド９０Ａで受けた熱が再生器ハウジング４６ｈに伝達されないようにしている。

シュラウド９０Ａは、上記のシュラウド９０やシュラウド９０’に比べて、構成が容易であり、その組み付け作業の作業性の点で有利である。

第３実施形態によれば、シュラウド９０Ａにより、再生器ハウジング４６ｈの側面４６ｃやフランジ４６ｆが受熱することが抑制される。そのため、その受熱した熱が、再生器ハウジング４６ｈから複数の金網にそれぞれ伝わり、再生器４６における作動流体の流れ方向の熱伝導率が上昇してしまうことが有効に抑制される。

（第４実施形態）
次に、図７を参照して、第４実施形態について説明する。第４実施形態において、上記実施形態と共通する部分についての説明は省略する。図７は、スターリングエンジン１０の再生器４６に設けられたシュラウドを拡大して示す正（断）面図である。

第４実施形態のシュラウド９０Ｂは、上記第１実施形態のシュラウド９０と上記第３実施形態のシュラウド９０Ａとを組み合わせた構成とされている。シュラウド９０Ｂの各部の構成は、シュラウド９０及びシュラウド９０Ａのそれぞれと同様であるため、その説明を省略する。

シュラウド９０Ｂによれば、再生器ハウジング４６ｈの主として側面４６ｃやフランジ４６ｆが受熱することが最も有効に抑制される。

以上に述べた各実施形態では、スターリングエンジン１０は、車両の内燃機関の排ガスを熱源とすべく排気管１００に取り付けた構成について説明した。但し、本発明のスターリングエンジンは、車両の内燃機関の排気管に取り付けられる形式のものに限定されるものではない。

なお、上記においては、再生器がスターリングエンジンの再生器に適用された例を用いて、その構成、作用、効果を説明したが、その再生器は、スターリングエンジンの再生器以外の用途にも容易に適用可能であり、適用された場合には、上記と同様の有用性を有する。

本発明の排気熱回収装置の第１実施形態を示す正面図である。本発明の排気熱回収装置の第１実施形態のシュラウドの取付構造を示す説明図である。図１のＣ−Ｃ矢視図である。図３のＤ矢視図である。本発明の排気熱回収装置の第２実施形態のシュラウドを示す正面図である。本発明の排気熱回収装置の第３実施形態のシュラウドを示す正面図である。本発明の排気熱回収装置の第４実施形態のシュラウドを示す正面図である。本発明の排気熱回収装置の第１実施形態において、適用される直線近似機構を説明するための説明図である。従来のスターリングエンジンを説明するための説明図である。

符号の説明

１０スターリングエンジン
２０高温側パワーピストン
２１膨張ピストン
２２高温側シリンダ
２２ｂ高温側シリンダの頂部
３０低温側パワーピストン
３１圧縮ピストン
３２低温側シリンダ
４５冷却器
４５ａ冷却器の上面
４６再生器
４６ａ再生器の上面
４６ｂ再生器の下面
４７加熱器
４７ａ第１端部
４７ｂ第２端部
５０近似直線機構
９０シュラウド
１００排気管

Claims

少なくとも２つのシリンダと、
前記シリンダ内を往復運動するピストンと、
駆動軸を中心に回転するクランクシャフトと、
前記ピストンと前記クランクシャフトとを連結するコネクティングロッドと、
第１の前記シリンダに接続される加熱器と、
前記加熱器に接続される再生器と、
前記再生器と接続されるとともに第２の前記シリンダに接続される冷却器と
を備えた排気熱回収装置であって、
前記排気熱回収装置を加熱するための熱媒体である排気ガスが供給される排気通路内に前記加熱器と前記再生器の少なくとも一部とが配置され、
前記再生器の前記空間に配置された部分の少なくとも一部は、前記再生器を覆う再生器ハウジングとは別個に設けられると共に前記再生器ハウジングの外縁部に接触して固定される被覆部材により覆われている
ことを特徴とする排気熱回収装置。
少なくとも２つのシリンダと、
前記シリンダ内を往復運動するピストンと、
駆動軸を中心に回転するクランクシャフトと、
前記ピストンと前記クランクシャフトとを連結するコネクティングロッドと、
第１の前記シリンダに接続される加熱器と、
前記加熱器に接続される再生器と、
前記再生器と接続されるとともに第２の前記シリンダに接続される冷却器と
を備えた排気熱回収装置であって、
前記排気熱回収装置を加熱するための熱媒体が供給される空間に前記再生器の少なくとも一部が配置され、
前記再生器の前記空間に配置された部分の少なくとも一部は、前記再生器を覆う再生器ハウジングとは別個に設けられる被覆部材により覆われており、
前記被覆部材は、前記再生器の前記空間に配置された部分における前記加熱器が接続された側の一部に接触し、当該一部以外とは接触しないように設けられている
ことを特徴とする排気熱回収装置。
少なくとも２つのシリンダと、
前記シリンダ内を往復運動するピストンと、
駆動軸を中心に回転するクランクシャフトと、
前記ピストンと前記クランクシャフトとを連結するコネクティングロッドと、
第１の前記シリンダに接続される加熱器と、
前記加熱器に接続される再生器と、
前記再生器と接続されるとともに第２の前記シリンダに接続される冷却器と
を備えた排気熱回収装置であって、
前記排気熱回収装置を加熱するための熱媒体が供給される空間に前記再生器の少なくとも一部が配置され、
前記再生器の前記空間に配置された部分の少なくとも一部は、前記再生器を覆う再生器ハウジングとは別個に設けられる被覆部材により覆われており、
前記被覆部材は、前記再生器の前記空間に配置された部分における前記加熱器により加熱された作動流体が前記再生器を流れる方向の上流側の一部の前記再生器ハウジングの外縁部に接触して固定されている
ことを特徴とする排気熱回収装置。
請求項２に記載の排気熱回収装置において、
前記被覆部材は、前記再生器の前記空間に配置された部分における前記加熱器により加熱された作動流体が前記再生器を流れる方向の上流側の一部の前記再生器ハウジングの外縁部に接触して固定されている
ことを特徴とする排気熱回収装置。
請求項３または４に記載の排気熱回収装置において、
前記被覆部材は、長辺部と短辺部とから成る屈曲形状に形成されて、前記屈曲形状の前記短辺部が前記再生器ハウジングの外縁部の排気ガスの流れの上流側に接触して固定される
ことを特徴とする排気熱回収装置。
少なくとも２つのシリンダと、
前記シリンダ内を往復運動するピストンと、
駆動軸を中心に回転するクランクシャフトと、
前記ピストンと前記クランクシャフトとを連結するコネクティングロッドと、
第１の前記シリンダに接続される加熱器と、
前記加熱器に接続される再生器と、
前記再生器と接続されるとともに第２の前記シリンダに接続される冷却器と
を備えた排気熱回収装置であって、
前記排気熱回収装置を加熱するための熱媒体が供給される空間に前記再生器の少なくとも一部が配置され、
前記再生器の前記空間に配置された部分の少なくとも一部は、前記再生器を覆う再生器ハウジングとは別個に設けられる被覆部材により覆われており、
前記被覆部材は、断熱材を介して支持されている
ことを特徴とする排気熱回収装置。
請求項２から５のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、
前記被覆部材は、断熱材を介して支持されている
ことを特徴とする排気熱回収装置。
少なくとも２つのシリンダと、
前記シリンダ内を往復運動するピストンと、
駆動軸を中心に回転するクランクシャフトと、
前記ピストンと前記クランクシャフトとを連結するコネクティングロッドと、
第１の前記シリンダに接続される加熱器と、
前記加熱器に接続される再生器と、
前記再生器と接続されるとともに第２の前記シリンダに接続される冷却器と
を備えた排気熱回収装置であって、
前記排気熱回収装置を加熱するための熱媒体が供給される空間に前記再生器の少なくとも一部が配置され、
前記再生器の前記空間に配置された部分の少なくとも一部は、前記再生器を覆う再生器ハウジングとは別個に設けられる被覆部材により覆われており、
前記被覆部材は、二重に設けられている
ことを特徴とする排気熱回収装置。
請求項２から７のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、
前記被覆部材は、二重に設けられている
ことを特徴とする排気熱回収装置。
請求項１から９のいずれか１項に記載の排気熱回収装置において、
装置取付面を有するとともに前記熱媒体が内部を通過し、前記空間が形成される熱媒体通路の内部に前記加熱器が配置され、
前記装置取付面と前記第１のシリンダにおいて前記加熱器と接続される面及び前記装置取付面と前記第２のシリンダにおいて前記冷却器と接続される面とが平行となるように前記熱媒体通路に取り付けられる
ことを特徴とする排気熱回収装置。
請求項１から１０のいずれか１項に記載の排気熱回収装置において、
装置取付面を有するとともに前記熱媒体が内部を通過し、前記空間が形成される熱媒体通路の内部に前記加熱器が配置され、
前記排気熱回収装置の出力は、前記第１のシリンダ内の第１の前記ピストンと前記第２のシリンダ内の第２の前記ピストンとに共通にコネクティングロッドを介して接続された駆動軸を介して取り出され、
前記装置取付面と前記駆動軸の回転軸とが平行となるように前記熱媒体通路に取り付けられる
ことを特徴とする排気熱回収装置。
請求項１から１１のいずれか１項に記載の排気熱回収装置において、
装置取付面を有するとともに前記熱媒体が内部を通過し、前記空間が形成される熱媒体通路の内部に前記加熱器が配置され、
前記排気熱回収装置の出力は、前記第１のシリンダ内の第１の前記ピストンと前記第２のシリンダ内の第２の前記ピストンとに共通にコネクティングロッドを介して接続された駆動軸を介して取り出され、
前記熱媒体通路の中心軸と前記駆動軸の回転軸とが平行となるように前記熱媒体通路に取り付けられる
ことを特徴とする排気熱回収装置。
請求項１から１２のいずれか１項に記載の排気熱回収装置において、
前記熱媒体が内部を通過し、前記空間が形成される熱媒体通路の内部に前記加熱器が配置され、
前記熱媒体の流れ方向の上流側に前記第１のシリンダが配置される
ことを特徴とする排気熱回収装置。
請求項１３記載の排気熱回収装置において、
前記熱媒体の流れ方向の下流側に前記第２のシリンダが配置される
ことを特徴とする排気熱回収装置。