JP4917686B1 - ロータリー式スターリングエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】多サイクル化を実現するロータリー式スターリングエンジンを提供する。
【解決手段】気筒は内周面が米俵型に形成される筒状のロータハウジング４とその両側部に位置する側壁とで構成し、この気筒とその中央で回転可能に支持されるドラムロータ５との間に、流動する作動ガスが流出入する一対の作動室が形成され、ドラムロータ５に設けた３つの直溝に、回転及び摺動可能に配設され、相対側に窪んだ一対の湾曲側面から成るパワーロータ６が、ドラムロータ５の回転に同期して、直溝の内面とロータハウジング４の内周面の双方に繰り替え摺動接触し、その姿勢を変化させない。これにより、一対の作動室のいずれにも、膨張空間と圧縮空間とを、常に、併存させることから、全容量が最小と成る１８０°で対向する吐出空間と連通する一対の加熱器と、一対の作動室同士を連通する一対の熱交換器と、圧縮空間内に介在する作動ガス圧力を連係調節する一対の出力制御装置とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリー式スターリングエンジンに関する。

近年のスターリングエンジンは、材料技術の進歩のもとに、ここ数十年の研究開発の結果、一部の用途では実用化が始まっている。しかし、自動車エンジンなどとして広く利用されるには、気筒当りの出力を向上させると共に、制御性と耐久性を高め、重量とコストを低減させるなど、未だ、多くの課題を抱えている状況にある。

従来のスターリングエンジンは、複数のピストンと３種類の熱交換器（ヒ一タ、クーラ、再生器）により構成され、これらの配置や駆動機構の形式によって分類される。具体的には、２ピストン形、ディスプレーサ形及びダブルアクティング形の三つに分類され、２ピストン形、ディスプレーサ形においては、１回路当たり二つのピストンにより構成されている。ディスプレーサ形では、シリンダとシリンダ内に摺動可能に配設されたディスプレーサと、ディスプレーサの作動に伴って、流動する作動ガスが流出入する膨張室及び作動室と、作動室内の作動ガスの圧力変化に対応して作動せしめられるパワーピストンと、ディスプレーサに連結され、ディスプレーサを所定のタイミングで作動する作動ロッドとを具備している。このようなディスプレーサ式のスターリングエンジンは、作動ガスが加熱・冷却されることによる膨張・収縮に伴う上記作動室内の圧力変化に対応して、パワーピストンを作動するようになっている。（例えば、特許文献１参照）

すなわち、スターリングエンジンとは、熱源により加熱される作動ガスの暖気容量と、熱源により冷却される作動ガスの冷気容量との比率を周期的に変化させながら、暖気容量を増大させる状態で、作動空間の全容量を増大させて、熱エネルギーを運動エネルギーに変換し、外部に仕事を行うエンジンである。暖気容量と冷気容量との比率を変化させるた めに、一般的には、ディスプレーサ一が用いられ、作動空間の全容量を変化させて、外部にエネルギーを出力するのに、メインピストンが用いられている。因みに、スターリングサイクルによるヒートポンプは、これとは逆に、作動空間の冷媒全容量を機械エネルギーにより減少させて得られる熱冷媒におるけ暖気容量と冷気容量との比率を変化させることで、熱交換し、外部に対して発熱、又は、外部から吸熱するようにしたものである。

また、従来のスターリングエンジンにおいて、出力を比較的に容易に制御するには、作動空間内の作動ガス圧力を変化させることで行う。すなわち、作動空間と作動ガス源とを加速機構及び減速機構を介して接続させる。そして、出力増大要求時には、加速機構を介して、作動ガス源から作動空間へと作動ガスを供給し、作動空間内の作動ガス圧力を増大させる。一方、出力減少要求時には、減速機構を介して作動空間から作動ガス源へと作動ガスを排出し、作動空間内の作動ガス圧力を減少させる。又は、出力制御幅を大きくするために、設定圧力の異なる複数の作動ガス源を作動空間と接続する事も行なわれている。（例えば、特許文献２、３参照）

上記の往復動式のピストン形の他、下記特許文献４−８に開示されているように、ロータリー式スターリングエンジンも知られている。これらのスターリングエンジンは、いずれも、２系統のロータリー式ピストンエンジンを有し、各系統において、膨張空間、圧縮空間の周期的変動を利用している。しかも、系統間で、周期的変動に所定の位相差を設けて、両系統間で、作動ガスを熱交換しながら、スターリングサイクルを構成させている。

特開平５−４４５７６ 特開昭５１−５１４２ 特開平３−１１７６６０ 特開２００２−５１３１１４ 特開２００５−９８２７１ 特開２００６−３８２５１ 特開２００８−３８８７９ 特開２００６−１８３６４９

ところで、従来のスターリングエンジンは、内部に密封した非凝縮性気体を作動ガスとして、熱交換器を介して加熱・冷却することにより作動する密封式の往復動形外燃機関である。バルブがなく、圧力変化も滑らかなため、雑音や振動が低い。また、連続燃焼のため、燃焼制御が容易で排ガスをクリーンにできる等の特徴の他、低速トルクが良好なこと、潤滑油の劣化がほとんどない。しかし、気筒当りの出力の向上、熱交換器やガスシールの耐久性向上などの点で、技術的困難が生じている。そこで、課題の気筒当りの出力の向上を図るため、スターリングサイクルの多サイクル化を図り、熱交換器の性能向上と耐久性を高めて信頼性を向上させるとともに、重量およびコストの低減を図る必要がある。

また、従来においては、スターリングエンジンの出力を比較的に容易に制御するには、作動空間内の作動ガス圧力を変化させることから、作動空間と作動ガス源とを加速機構及び減速機構を介して接続させている。また、制御幅を大きくするために、設定圧力の異なる複数の作動ガス源を作動空間と接続させている。このことは、構成部品の点数が多くなり接続数も増加することになる。さらに、気筒の外部に配置する露出型の構造となるため、気体漏洩に対するガスシールの耐久性と信頼性が問われている。

本発明は、従来のロータリー式スターリングエンジンが、２系統、すなわち、２個のロータを必要とするため、構造が複雑となっていた。そこで、本願発明が、単気筒で多サイクルを実現させることを主目的とし、比出力の向上と省力化、高温の作動ガスの有効利用と、熱交換器の性能向上と耐久性とを高め、エンジンの出力制御に必要な構成部品の点数と接続数とを最小限に抑え、気体漏洩を防止して、制御幅を確保した上で、制御性を向上させると共に、スターリングエンジンの持つ特徴（外燃機関）を活用して、太陽光・バイオマス・廃熱・冷熱といった再生可能エネルギーの有効利用により、新たな回転動力を生み出すロータリー式スターリングエンジンが提供され、小規模電力発電・給湯・冷暖房等の機能付加により、地球環境に優しい快適な空間を創設することである。

本第１発明に記載されたロータリー式スターリングエンジンは、上記の目的を達成するために、内周面が米俵形に形成される筒状のロータハウジングとその両壁部に位置する側壁とで構成された気筒と、この気筒の中央で回転可能に支持され、円柱曲面に軸芯に平行して湾窟状に切欠いた直溝と、この直溝から反時計回転方向に向かう上記円柱曲面に至るバイパス路とが設けられた円柱体であって、この円柱体の両側面に側面板が接合するドラムロータと、ドラムロータの直溝に、回転及び摺動可能に配設され、直溝の軸芯に平行な支持軸を有した角柱体であって、その支持軸が係合する軸穴に向かって平行に相対する窪んだ一対の湾曲側面と、この一対の湾曲側面を両端で接続する一対の短直側面とから形成され、ドラムロータの回転に同期して、その姿勢が規制され、側壁及び側面板の内面との間に形成する隙間にサイドシールを介在させ、上記接続する４つの交点に付勢されたアペックスシールが、直溝の内面とロータハウジングの内周面の双方に繰り替え摺動接触するパワーロータと、このパワーロータの作動に伴って、気筒とドラムロータとの間に形成され、流動する作動ガスが流出入する一対の作動室と、直溝及びパワーロータは、ドラムロータに三等分割方向に配設され、１２０°の位相差が保たれて、３つのパワーロータの 姿勢を、常に、規制するパワーロータ作動機構とで構成されたロータリー式のスターリングサイクル機構と、内面がΩ字形をした筒状の外郭壁とこの外郭壁の両側に接合する側面壁とで形成され、パワーロータの先導側に生起する全容量が最小と成る１８０°で対向する吐出空間と連通する一対の加熱器と、一対の加熱器の夫々に、側面壁の中央部に形成され内方向に夫々突出する一対の加熱ドームと、内部に設けられ作動ガスが流出入する加熱通路及び高密度の作動ガスを加熱し、又は、吐出する加熱室と、一対の作動室同士を連通する一対の熱交換器と、一対の熱交換器中に夫々配設される加熱器に内装の再生器と冷却器と、一対の作動室に夫々生起した圧縮空間内に介在する作動ガス圧力を所定の範囲内に連係調節する一対の出力制御装置と、一対の出力制御装置中に夫々配設される送風機とガス流量調整弁及び冷却器とを具備したものである。

上記のロータハウジングの形状は、パワーロータの中心ｏ２に対する４つの交点ｐ１〜ｐ４の変位ベクトルのｘ，ｙ成分を中心座標とし、パワーロータの中心ｏ２とドラムロータの回転中心ｏとの距離ｒ３を半径とする４つの円ｂ１〜ｂ４の内、最も外側の軌跡と、
短軸付近のドラムロータの回転軌跡円ａ１と、長軸付近の円ｂ１と円ｂ２の短軸に平行な接線と、円ｂ３と円ｂ４の短軸に平行な接線との描く軌跡の内、最も外側の軌跡により決定されている。従い、筒状となる内周面の形状が米俵形（４節形状）に形成されることにより、静止公転運動（作動）するパワーロータの４つの交点ｐ１〜ｐ４の内、最も外側となる交点ｐが、ロータハウジングの内周面上に存在して、常に、摺動接触するものである。また、筒状となる縦幅と下述するドラムロータに形成する円柱曲面の縦幅とは、同一の長さで形成されている。

上記のドラムロータの形状は、円柱体であって、その回転軌跡は、パワーロータの対角線長であり、半径ｒ１の円ａ１となる。また、円柱曲面の三等分割方向に、軸芯に平行して湾窟状に切欠いた直溝の内面は、半径ｒ１の円ａ１の二分の一で形成され、半径ｒ２の円ａ２の一部であり、パワーロータに支持軸が係合する軸穴の中心ｏ２の軌跡は、円ａ２の中心ｏ２と一致する。しかも、その中心ｏ２の位置は、ドラムロータの回転と共に公転する。そして、三等分割方向に設けられた直溝から反時計回転方向に向かう上記円柱曲面に至るバイパス路が夫々設けられている。さらに、側壁他側側に、外輪の側面側が縮小する他側錐形面を形成する他側側面板が接合して、下述するパワーロータ作動機構から支承され、側壁一側側に、３つの直溝の底面と直立して平行する楕円形の導入孔が夫々開孔され、外輪の側面側が縮小する一側錐形面を形成する一側側面板が接合して、軸受に支承される出力軸が接続されている。従って、一側錐形面と相対する側壁一側の内面に形成の一側テーパリングと、他側錐形面と相対する側壁他側の内面に形成の他側テーパリングとの間 には、夫々微小ギャップが設けられ、封入された作動ガスが介在し、空気軸受け方式で回転荷重の一部を負担しつつ、ロータハウジングの中央で回転する。尚、ドラムロータは上記気筒との間に、短軸を挟んだ右側に、流動する作動ガスが流出入する一方の作動室が形成され、短軸を挟んだ左側に、流動する作動ガスが流出入する他方の作動室が形成されている。

上記のパワーロータの形状は、角柱体であって、対角線長が上記直溝の直径ｒ１で形成され、支持軸が係合する軸穴の中心ｏ２の軌跡は、半径ｒ２の円ａ２の中心ｏ２と一致する。しかも、その中心ｏ２の位置は、ドラムロータの回転と共に公転するが、パワーロータの姿勢は、ドラムロータが回転しても、側壁他側に固定された静止座標系ｏ−ＸＹから見ると変化しない。また、直溝の軸心に平行な支持軸が係合する軸穴が設けられ、この軸穴に向かって、平行に相対する窪んだ一対の湾曲側面と、この一対の湾曲側面を両端で接続する一対の短直側面とから形成されている。さらに、支持軸が係合する側面一側と側面他側の双方に、４辺の稜線の内側に沿って形成する、断面の形状がＵ字状ループ形のサイドシール溝が設けられ、このサイドシール溝に枠型のサイドシールが夫々配設されている。また、上記接続する４つの交点ｐ１〜ｐ４に、軸穴に向かって平行に伸びた断面の形状が鍵穴状に切欠いたアペックスシール溝が夫々設けられ、このアペックスシール溝にアペックスシールが付勢されている。

上記のサイドシールの形状は、四角枠型であって、形成する４つのコーナーが、付勢されるアペックシールの裏側暖曲面の端部を包み込むように、パワーロータに設けているアペックシール溝の端部に、軸穴方向側が夫々拡大するサイドシール溝が形成され、このサイドシール溝にサイドシールが配設される。すると、その底部に上記サイドシール溝との間に小さな空間が設けられ、この空間と相通するように、パワーロータに形成する一対の湾曲側面の各稜線の内側に沿って、一定の間隔を有して開孔する複数の加圧孔が設けられている。これにより、このサイドシールの各摺動面が、膨張空間や圧縮空間又は変転空間に面する期間においては、加圧孔を通して、その底部が昇圧されるポンプ作用が加わり、パワーロータの範囲から外側の位置に置かれ、より外向きに配設されることで、側壁の内面及び側面板の内面との摺接圧を高めて摺動接触するものである。

上記のアペックシールの形状は、断面が鍵穴状に切欠かれたアペックスシール溝には、折り曲げ加工される許容最大の長幅を有した楕円筒に、表側暖曲面の中央部が縦に切り開かれて左と右に立ち上がる２枚の細巾短冊片を有し、楕円筒の内部空間に挿入される許容最大の直径を有した円柱棒に片側が接続される幅広の短冊片１枚が、２枚の細巾短冊片に、左右から挟まれて突き上がるアペックスシールが付勢される。すると、その底部にアペックスシール溝との間に小さな空間が設けられ、この空間と相通するように、パワーロータに形成する一対の湾曲側面の各稜線の内側に沿って、一定の間隔を有して開孔する複数の加圧孔が設けられている。これにより、このアペックスシールは、膨張空間や圧縮空間又は変転空間に面しない期間においては、短冊片の各摺動部分が、パワーロータの範囲から内部側に位置し、膨張空間や圧縮空間又は変転空間に面する期間においては、短冊片の各摺動部分が、パワーロータの範囲から外部側に位置するように、加圧孔を通して、その底部が昇圧されるポンプ作用が加わり、より外向きに付勢されることで、直溝の内面とロータハウジングの内周面の双方に繰り替え摺動接触するものである。

上記のパワーロータ作動機構の形状は、側壁他側に設けた姿勢制御室に内包され、その中央に突出された固定金座に基軸の親歯車が堅座され、その姿勢が固定された親歯車に３つの遊星歯車が歯合し、３つの遊星歯車の外側に、１２０°の位相差が保たれて、３つの孫歯車が歯合している。この親歯車と３つの孫歯車とは、同一径のねじれ山歯歯車で形成される等速歯車列で組み合わされることにより、ドラムロータが時計回転方向に回転すると、支持軸を介して３つの孫歯車と直結する３つのパワーロータが反時計回転方向に、ドラムロータの回転速度と等しい速度で、回転する。しかも、３つの遊星歯車の形状は、ドラムロータの他側側面板に回転自在に軸支される断面が角形（星型）のスプライン回転軸に支承され、右と左のねじれ斜歯歯車により構成されており、その合わせ隙間にコイルスプリングが夫々挿入されていることから、始動時においても離間圧力が強められ、回転による反スラスト運動の発生とが加わることにより、さらに、離間圧力が夫々増強され、遊星歯車対親歯車及び孫歯車との噛み合い部に発生するバックラッシュを減少させ、３つのパワーロータの姿勢が、より高度な静止公転状態に置かれるものである。

上記第１発明の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、１２０°の位相差が保たれて、ロータハウジングの内部に配設される３つのパワーロータが、ドラムロータの回転に同期して、静止公転運動（作動）することにより、一対の作動室のいずれにも、膨張空間と圧縮空間とを、常に、併存させることから、一対の作動室同士を連通する一対の熱交換器を設け、パワーロータの先導側に生起する全容量が最小となる１８０°で対向する吐出空間と連通する一対の加熱器を備えることで、一方（他方）の作動室から他方（一方）の作動室に流動する作動ガスを熱交換しながら、高温の作動ガスの容量を増大させる状態で、膨張空間の全容量を交互に６回増大させることができる。このことは、１つのパワーロータが、出力軸一回転中に、２回のスターリングサイクルを構成することから、他の２つのパワーロータにおいても、同様に、繰り返えすことができる。これにより、都合６回ものスターリングサイクルの多サイクル化が実現されるものである。

第２発明の課題解決手段は、請求項１に記載されたロータリー式スターリングエンジンにおいて、一対の加熱器は、内部に３つのパワーロータが配設されるロータハウジングの短軸方向両端に夫々接続され、ロータハウジングの内外を貫通して開口する一対の加熱開口を介して、上記のパワーロータの先導側に生起する全容量が最小と成る１８０°で対向する吐出空間と連通する第１加熱器と第２加熱器とを有し、第１加熱器は、他方の作動室の圧縮空間で生成された高密度の作動ガスを加熱し、又は、吐出することにより、一方の作動室に膨張空間の全容量を増大させる手段であり、第２加熱器は、一方の作動室の圧縮空間で生成された高密度の作動ガスを加熱し、又は、吐出することにより、他方の作動室に膨張空間の全容量を増大させる手段であり、双方に、一対の加熱ドームを加熱する一対の燃焼加熱装置と作動ガスが流出入する加熱通路に抵抗発熱体及び加熱器に内装される前記熱交換器中の再生器とを夫々設けたものである。尚、上記の第２加熱器においては、上記第１加熱器と対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造については、その説明を省略する。

上記の第１加熱器の形状は、内面がΩ字形をした筒状の第１外郭壁と、この第１外郭壁の両側に接合する一側第１側面壁と他側第１側面壁とから形成され、その内部に第１外郭壁の一端が開口する第１加熱通路を設けた第１加熱室が形成されている。この第１加熱室は、一側第１側面壁と他側第１側面壁との中央部から内方向に夫々突出する一側第１加熱ドームと他側第１加熱ドームとが向かい合わされ、その向かい合う合間に形成される空間であって、第１外郭壁の内面に沿って、また、一側第１側面壁と他側第１側面壁の双方の内面から挟み付けられて、並列４条７段列に組み付けられる第１熱交換器中の第１再生器が内装されている。

上記の一側第１加熱ドームの形状は、ドームの開口部に、下述する燃焼加熱装置が装備
される一側第１燃焼室蓋が嵌合し、その内側に、すり鉢状の一側第１燃焼室が形成されている。この一側第１燃焼室は、装備される燃焼加熱装置から放たれる火炎ならびに循環する高温燃焼気流からの対流伝熱により、加熱される。しかも、雰囲気温度と液滴表面温度とが平衡に達するまで加熱されるように、一側第１燃焼室蓋には風箱が設けられ、耐火材で形成された一側第１バーナタイルが内装され、この一側第１バーナタイルに、排煙を外部に排出する一側第１排気管の上流部が外巻き付け式に配管されて、風箱に導入される空気に対して、排煙熱が間接接触式に加熱する。しかも、その空気導入端に、燃料噴霧や昇温した空気噴流の速度分布及び流れのパターンを整え、噴霧流と空気流の適合が図られる一側第１保炎器が取付けられている。尚、上記の他側第１加熱ドームにおいては、上記一側第１加熱ドームと対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造については、その説明を省略する。

上記の燃焼加熱装置の形状は、嵌合する一側第１燃焼室蓋に装備され、主に、液体燃料を一側第１燃焼室の内部に噴霧する一側第１燃料噴射弁、燃焼負荷に応じて燃料供給量を調節する図示しない燃料供給装置及び燃料供給量に見合うように空気量を調節する制御装置、その近傍に火花放電により噴霧燃料への点火が行われる一側第１バーナ、燃焼用の空気を導入するためのブロワーが介設された一側第１吸気管と排煙のための一側第１排気管とにより構成される通風装置、運転の安全性を保つための図示しない安全制御装置から構成されるものである。尚、上記の一側第１燃料噴射弁、燃料供給装置、制御装置、一側第１バーナ、通風装置、安全制御装置については、既存の製品を使用するため、その説明を省略する。

上記の第１加熱通路の形状は、第１外郭壁の一端に開口する作動ガスが流出入する通路であって、ロータハウジングの内外を貫通して開口する第１加熱開口と接合するように、筒状の内周面に対し、垂直方向に開口され、４つのコーナーに開口部の中心に向かって平行する萎れる丸みが夫々設けられ、内部に形成する第１加熱室に繋がっている。この折箱の内面状に開口する第１加熱通路には、放射、伝導、対流により、間接的に被加熱物を加熱する間接抵抗加熱式であって、抵抗発熱体として、非金属の固有抵抗を利用した棒状の第１抵抗発熱体が、内周面に平行して、千鳥式に配設され、圧縮空間で生成された高密度の作動ガスが、流入する際に、間接接触式に且つ放射伝熱式に加熱される 。尚、第１加熱通路に配設される第１抵抗発熱体は、既存の製品から選定され、炭化けい素（ＳｉＣ）質の非金属発熱体であり、その形状は棒状が使用される。そして、起動時においても通電され、流入する作動ガスに対し、常に、加熱状態に置かれている。この第１抵抗発熱体は金属発熱体と比べて耐熱性が高いので、高温度域で使用する。

上記第２発明の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、上記の第１加熱器は、圧縮空間で生成された高密度の作動ガスが、第１加熱通路に配設された第１抵抗発熱体から、間接接触式に且つ放射伝熱式に加熱され、装備された燃焼加熱装置から放たれる火炎ならびに循環する高温燃焼気流からの対流伝熱により、加熱されている一側第１加熱ドームと他側第１加熱ドームの両外壁面から、また、その内部に内装されている第１熱交換器中の第１再生器とから、間接接触式に且つ放射伝熱式に加熱され、更に、循環する高温加熱気流からの対流伝熱により、複合加熱される。これにより、スターリングサイクルの多サイクル化に対応するものである。

第３発明の課題解決手段は、請求項１に記載されたロータリー式スターリングエンジンにおいて、一対の熱交換器は、内部に３つのパワーロータが配設されるロータハウジングの長軸方向両端側に、ロータハウジングの内外を貫通して開口する第１循環開口と第２循環開口の双方に夫々接続され、一対の作動室同士を連通する第１熱交換器と第２熱交換器とを有し、第１熱交換器は、作動ガスが、一方の作動室に生起している膨張空間から導入され、第１循環開口を通り、熱交換の後、第２循環開口から、他方の作動室に生起した圧縮空間に供給される形態と、第２熱交換器は、作動ガスが、他方の作動室に生起している膨張空間から導入され、第２循環開口を通り、熱交換の後、第１循環開口から、一方の作動室に生起した圧縮空間に供給される形態とに制限する制御機構を夫々内蔵させたものである。尚、上記の第２熱交換器においては、上記第１熱交換器と対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造については、その説明を省略する。

上記の第１循環開口の形状は、一方の作動室の中央に面して設けられ、ロータハウジングの肉厚部分に開口されている。この第１循環開口に連通する作動ガスが供給される第２供給管の延長方向に、内装されている第１連通管の管口と向かい合っている。この第２供 給管と第１連通管とは同径であり、この向かい合う合間に形成される空間に、第１方向制御弁が内蔵されている。しかも、第１連通管は、その途中から曲げられ、ロータハウジングの内周面に沿って、肉厚部分に形成される第１循環洞道に繋がっている。また、第２供
給管と第１連通管とが向い合う状況は、第１連通管より大径の第１循環開口が、第２供給管の方向に向かって縮小する第１錐形テーパ壁が形成され、この第１錐形テーパ壁の縮小端と第２供給管の管端とが接合されている。尚、上記の第２循環開口においては、上記第１循環開口と対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造については、その説明を省略する。

上記の第１方向制御弁の形状は、球体状であって、作動ガスの流向の制限が容易に行われるように、赤道部に外側が縮小するテーパ形状の第１フランジが突設されており、この第１フランジは、第１連通管より大径の第１循環開口が、第２供給管の方向に向かって縮小する第１錐形テーパ壁面と重なり合うように設けられている。この第１方向制御弁は、一方の作動室に生起している膨張空間の高温の作動ガスが、第１循環開口を通して、第１熱交換器に導入される形態と、或は、第２熱交換器の第２供給管を通して、低温の作動ガスが、第１循環開口から、一方の作動室に生起した圧縮空間に供給される形態とに、相対する作動空間間の圧力差に応じて、上記の経路を選択するものである。

上記第３発明の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、第１循環開口が一方の作動室の膨張空間に開口している時、高温の作動ガスは、第１循環開口を通して、第１熱交換器に導入され、熱交換の後、低温の作動ガスが、第２循環開口から、他方の作動室に生起した圧縮空間の従動側に供給される。このタイミングは、膨張空間を引き継いだ圧縮空間内に介在する減圧状態の高温の作動ガスからの混入が抑えられることから、流体の密度を大きく低下させることなく、圧縮が加えられるものである。

第４発明の課題解決手段は、請求項３に記載されたロータリー式スターリングエンジン において、第１熱交換器は、一方の作動室に開口する第１循環開口と第１加熱器に開孔する第１流入孔口とを連通する第１循環洞道と、第１加熱器に内装され、第１流入孔端と第１流出孔口とを連通する第１再生器と、第１流出孔端と第１冷却器の流体入口とを連通す る第１送給管と、第１冷却器の流体出口と他方の作動室に開口する第２循環開口とを連通する第１供給管とが配設され、第２熱交換器は、他方の作動室に開口する第２循環開口と第２加熱器に開孔する第２流入孔口とを連通する第２循環洞道と、第２加熱器に内装され
、第２流入孔端と第２流出孔口とを連通する第２再生器と、第２流出孔端と第２冷却器の流体入口とを連通する第２送給管と、第２冷却器の流体出口と一方の作動室に開口する第１循環開口とを連通する第２供給管とが配設され、上記制御機構は、上記経路を選択するように、第１循環開口に内蔵され、作動ガスが、一方の作動室から第２熱交換器への流通が遮断されて第１熱交換器への流通が許容され、第２熱交換器から第１熱交換器への流通が遮断されて一方の作動室への流通が許容される第１方向制御弁と、第２循環開口に内蔵され、作動ガスが、他方の作動室から第１熱交換器への流通が遮断されて第２熱交換器への流通が許容され、第１熱交換器から第２熱交換器への流通が遮断されて他方の作動室への流通が許容される第２方向制御弁とを設けたものである。尚、上記の第２熱交換器においては、上記第１熱交換器と対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造については、その説明を省略する。

上記の第１熱交換器の形状は、第１循環開口が、一方の作動室に生起している膨張空間に開口している時、その空間の圧力は第２供給管側の圧力よりも高い。これにより、第１方向制御弁は、第２供給管の管端側に移動して、その管端に当座し、第２供給管を閉塞する。この結果、第１連通管の管口は開放状態となり、膨張空間の高温の作動ガスは、第１循環開口を通して、開放した第１連通管の管口から、第１熱交換器の第１循環洞道に流入する。この時の作動ガスは、閉塞された第２供給管側に流れることはない。さらに、上記第１循環洞道を流通した作動ガスは、第１加熱器に内装の第１再生器に導入され、第１冷却器に流入して、熱交換の後、他方の作動室に生起した圧縮空間の内部圧力は第１供給管側の圧力よりも低いことから、低温の作動ガスは、第２方向制御弁を第２連通管の管口側に移動させて、その管口に当座させ、第２連通管を閉塞する。この結果、第１供給管の管端は開放状態となり、開放された第１供給管の管端を経て、第２循環開口から、他方の作動室に生起した圧縮空間に供給される。この時の作動ガスは、閉塞された第２連通管側に流れることはない。

上記の第１循環洞道の形状は、第１循環開口と第１加熱器の第１外郭壁に開孔する第１流入孔口とを連通するように、ロータハウジングの内周面に沿って、曲り中空状に設けた空洞部が、ロータハウジングの肉厚部分に形成されている。この第１循環洞道は、第１循環開口が生起している膨張空間に開口している時、この第１循環開口を通して流入した高温の作動ガスが、第１加熱器において、高温の作動ガスが保有する熱量（エンタルピー）を放熱させるための、作動ガスを流通させる通路である。

上記の第１再生器の形状は、従来の冷・暖房機の熱交換器と同様に、並列４条に配列されたΩ字状の第１放熱パイプ列が、扇子状に形成する第１放熱フィン列の波板状千鳥屈曲部に設けた第１嵌め込み溝に、重複式に挿入されて７段列に組み付けられている。並列４条７段列の第１再生器は、第１加熱器の第１外郭壁の内面に沿って、また、第１外郭壁の両側に接合する一側第１側面壁と他側第１側面壁の双方から挟み付けられて内装されている。この第１放熱パイプ列の集合管口７段が、第１外郭壁に開孔する第１流入孔端に夫々連通し、第１放熱パイプ列の集合管端７段が、第１外郭壁７１１ａに開孔する第１流出孔口に夫々連通している。従って、一方向流に第１放熱パイプ列群中に導入された高温の作動ガスの熱量（エンタルピー）が、第１加熱室内に放射伝熱されるとともに、第１放熱パイプ列群の表面と、伝熱された第１放熱フィン列群の表面とから、高密度の作動ガスに、間接接触式に加熱するものである。この第１再生器は、第１嵌め込み溝に挿入式で組み付けられることにより、第１放熱パイプ列の増設が容易であり、ろう付け等の特殊技能を必要とせず、性能向上と耐久性とを高め、省力化を図ることができる。

上記第４発明の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、作動ガスが、一方の作動室に生起している膨張空間から他方の作動室に生起した圧縮空間に向かって、一方向流に第１熱交換器内を流動することから、高温の作動ガスが有するエネルギーの有効利用が図られ、流体移動に係わるエネルギーの負担が不要となって、流体同士の摩擦抵抗も小さく、高速流通が可能と成り、高速回転を実現させることができる。これにより、気筒当りの出力の向上に加え、高速トルクをも良好にすという効果を発揮するものである。

第５発明の課題解決手段は、請求項１に記載されたロータリー式スターリングエンジンにおいて、一対の出力制御装置は、流動する作動ガスが流出入する一対の作動室に夫々生起した圧縮空間と、上記ドラムロータに設けた直溝の底面と直立して平行する一側側面板に開孔する楕円形の導入孔を介して、遅れ位相側に夫々生起し転移する閉じた変転空間とを連通する一次側出力制御装置と二次側出力制御装置とを有し、一次側出力制御装置は、作動ガスを、一方の作動室に生起した圧縮空間内から調節し、又は、熱交換の後、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間に排出する手段であり、二次側出力制御装置は、作動ガスを、他方の作動室に生起した圧縮空間内から調節し、又は、熱交換の後、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間に排出する手段であり、双方に、一対の加熱器が加熱する流体の総重量を連係調節する調整機構を夫々設けたものである。尚、上記の二次側出力制御装置においては、上記一次側出力制御装置と対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造については、その説明を省略する。

上記の一次側出力制御装置の形状は、上流端が、一方の作動室に生起した圧縮空間に臨んで、側壁一側及び他側との内外を貫通して開孔する一次吸引孔と一次補助吸引孔とに接続され、下流端が、遅れ位相側に生起し転移する閉じた変転空間に臨んで、側壁一側の内外を貫通して開孔する一次排出孔に接続されている。この一次吸引孔と一次補助吸引孔とが開孔される位置は、第１循環開口が開口する回転角θ＝９０°と第２加熱開口が開口する回転角θ＝１８０°の中間付近の回転角θ＝１２５°の位置に設けられ、一次排出孔が開孔される位置は、一次吸引孔が開孔する回転角θ＝１２５°より、時計回転方向に１５°程度進んだ回転角θ＝１４０°付近に設けられている。

上記第５発明の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、一次側出力制御装置は、一方の作動室に生起した圧縮空間内に介在する高温の作動ガスが、圧縮初期の段階で、その従動側に、第２熱交換器から低温の作動ガスが供給され、さらに、その従動部に、他方の作動室から転移した変転空間から低温の作動ガスが偏在される。この供給と偏在された低温の作動ガスは、圧縮終盤に高温の作動ガスが混入状態となることから、混在する前に、圧縮空間内に介在する高温の作動ガスから調節されている。これにより、低温の作動ガスへの混入が抑制され、圧縮空間の流体の密度を大きく低下させることなく、第２加熱器が加熱する流体の総重量が直前に調節される出力の高速制御を実現させるものである。

第６発明の課題解決手段は、請求項５に記載されたロータリー式スターリングエンジンにおいて、一次側出力制御装置は、一方の作動室の圧縮空間に臨んで、側壁一側及び他側と の内外を貫通して開孔する一次吸引孔と一次補助吸引孔とに連通する一次独立吸引管と一次独立補助吸引管とは下流で一つに集合する一次吸引管集合部に集合され、一次吸引管集合部の出口と一次側送風機の流体入口とを連通する一次共通吸引管と、一次側送風機の流体出口と一次側ガス流量調整弁の流体入口とを連通する一次配送管Ａと、一次側ガス流量調整弁の流体出口と第３冷却器の流体入口とを連通する一次配送管Ｂと、第３冷却器の流体出口と遅れ位相側に生起し転移する閉じた変転空間に臨んで、側壁一側の内外を貫通して開孔する一次排出孔とを連通する一次排出管とが配設され、二次側出力制御装置は、他方の作動室の圧縮空間に臨んで、側壁一側及び他側との内外を貫通して開孔する二次吸引孔とニ次補助吸引孔とに連通する二次独立吸引管と二次独立補助吸引管とは下流で一つに集合する二次吸引管集合部に集合され、二次吸引管集合部の出口と二次側送風機の流体入口とを連通する二次共通吸引管と、二次側送風機の流体出口と二次側ガス流量調整弁の流体入口とを連通する二次配送管Ａと、二次側ガス流量調整弁の流体出口と第４冷却器の流体入口とを連通する二次配送管Ｂと、第４冷却器の流体出口と遅れ位相側に生起し転移する閉じた変転空間に臨んで、側壁一側の内外を貫通して開孔する二次排出孔とを連通する二次排出管とが配設され、調整機構は、一次側ガス流量調整弁体に取付けられ、出力増大要求時に、一方の作動室に生起した圧縮空間内に介在する作動ガス圧力を所定の高圧側に調節し、出力減少要求時に、一方の作動室に生起した圧縮空間内に介在する作動ガス圧力を所定の低圧側に調節する一次側絞り弁と、二次側ガス流量調整弁体に取付けられ、出力増大要求時に、他方の作動室に生起した圧縮空間内に介在する作動ガス圧力を所定の高圧側に調節し、出力減少要求時に、他方の作動室に生起した圧縮空間内に介在する作動ガス圧力を所定の低圧側に調節する二次側絞り弁とからなっており、双方に、入口と出口との圧力差の変化を補償する定差圧減圧弁が夫々組み合わされ、連係調節するものである。
尚、上記の二次側出力制御装置においては、上記一次側出力制御装置と対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造については、その説明を省略する。

上記の一次側出力制御装置の形状は、一次側送風機と一次側ガス流量調整弁及び第３冷却器とが配設されており、一方の作動室に生起した圧縮空間と遅れ位相側に生起し転移する閉じた変転空間とが連通され、出力増大要求時に、圧縮空間内に介在する作動ガス圧力を所定の高圧側に調節せしめ、又は、出力減少要求時に、圧縮空間内に介在する作動ガス圧力を所定の低圧側に調節せしめ、熱交換の後、低温の作動ガスが、ドラムロータの一側側面板に開孔する楕円形の導入孔を介して、下流端が連通する一次排出孔と遅れ位相側に生起し転移する閉じた変転空間とが回転軌跡上で重なり相通する期間、すなわち、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間に排出される。

上記の一次側ガス流量調整弁について、説明する。既存の製品が使用され、圧力補償機能により、入口圧力・出口圧力の変化にかかわりなく、流量を所定の値に保持することができる流量調整弁が用いられる。この一次側ガス流量調整弁体に、図示しない一次側絞り弁が取付けられ、二次側ガス流量調整弁体に取付けられた二次側絞り弁と連係調整するよう、図示しないコントロールユニットからの信号に従って、流量を所定の値に連係保持させている。また、入口と出口との圧力差の変化を補償する定差圧減圧弁が組み合わせてある。これにより、流体の密度が一定の時に、絞り前後の圧力差が一定に保たれ、一定の流量が補償されるものである。尚、上記の一次側ガス流量調整弁と同様に、上記一次送風機は、出力が電磁弁によるデューティ比制御により制御される既存の製品が使用され、上記第３冷却器についても、既存の遊動頭形（シェル・アンド・チューブ形）熱交換器が使用されることから、その説明を省略する。

上記第６発明の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、一次側出力制御装置は、調節された低温の作動ガスが、遅れ位相側に生起されようとするタイミングの転移する閉じた変転空間に排出が開始されており、この排出の期間は、生起初期の時期まで継続され、囲い込まれている高温の作動ガスにポンプ作用が加わり、変転空間のトレーリング部分からドラムロータに設けたバイパス路を通して、同位相側に生起している圧縮空間に高温の作動ガスから排除され、転移する閉じた変転空間に低温の作動ガスが充填される。これにより、偏在先の圧縮空間内の流体の密度を低下させないという効果を発揮するものである。

従来のロータリー式スターリングエンジンが、２系統のロータリー式ピストンエンジン
を要していた。本発明は、単気筒でドラムロータに３つのパワーロータの配設という、極めて簡単な構造で構成されるとともに、出力軸１回転当たり、６回ものスターリングサイクルの多サイクル化による比出力の向上に加え、従来と同様に、多種多様な燃料及び加熱方式が選択できるのは勿論、太陽光・バイオマス・廃熱・冷熱といった再生可能エネルギーの有効利用により、地球環境に優しい回転動力を生み出すロータリー式スターリンクエンジンを提供できる。

本発明の実施例を示すロータリー式スターリングエンジンを説明するための構 成図。 実施例に係るロータハウジングの形状を説明するための水平断面図。 ３０°毎の回転角におけるドラムロータとパワーロータの姿勢及び膨張空 間、圧縮空間、変転空間の生起状態を示す状態図。 ３０°毎の回転角におけるドラムロータとパワーロータの姿勢及び膨張空間、圧縮空間、変転空間の生起状態を示す、図３・Ａに続く状態図。 ３０°毎の回転角におけるドラムロータとパワーロータの姿勢及び膨張空 間、圧縮空間、変転空間の生起状態を示す、図３・Ｂに続く状態図。 ３０°毎の回転角におけるドラムロータとパワーロータの姿勢及び膨張空 間、圧縮空間、変転空間の生起状態を示す、図３・Ｃに続く状態図。 出力軸回転角に対する３つのパワーロータＡ，Ｂ，Ｃの筒内圧力の変化を示す特性図。 側壁一側及び第１、第２加熱器の側面壁と、一次、二次出力制御装置の組み付け関係を示す分解斜視図。 ロータハウジング及び第１、第２加熱器と、第１、第２熱交換中の第１、第２ 再生器と、第１、第２冷却器の組み付け関係を示す斜視図。 ３つのパワーロータをドラムロータに回転自在に組み付けた斜視図。 姿勢制御室に内包されるパワーロータ作動機構と、第２加熱器の他側第２側面 壁の組付け関係を示す斜視図。 パワーロータと付勢又は配設されるシール機構の関係を示す斜視図。 ロータハウジングに付勢される仕切りシールの形状を示す斜視図。 上記の加熱器に内装される再生器の最下段列の構造を示す斜視図。 第１循環開口に内蔵される第１方向制御弁の短軸に平行な水平断面図。 第１循環開口に内蔵される第１方向制御弁の短軸に直交な垂直断面図。 本実施例のロータリー式スターリングエンジンの断面を示す図３Ａの（ａ）の位相における矢視方向の断面図。 本実施例のロータリー式スターリングエンジンの断面を示す図３Ａの（ｂ）の位相における矢視方向の断面図。

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。本発明は、本発明の趣旨の範囲内
において、公知技術を付加したもの、本発明から公知技術を除いたものも、本発明の範囲
に含まれる。また、本発明の範囲は、以下の具体的な実施例に限定されるものではない。

図６、７、８、９に示すように、内周面４２が米俵形に形成される筒状のロータハウジング４の設置側に側壁他側４１ｂが位置し、図５に示す出力軸５５側に側壁一側４１ａが位置して気筒が構成されている。この気筒は、その中央に、円柱体であり、その円柱曲面５６の三等分割方向に、軸心に平行して、湾窟状に切欠いた直溝５３を設けたドラムロータ５が、回転可能に支持されている。しかも、この直溝５３の軸心に支持軸６１が係合する３つのパワーロータ６が、ドラムロータ５の回転に同期して、その姿勢が規制され、１２０°の位相差が保たれて、回転及び摺動可能に配設されている。この同期回転は、側壁他側４１ｂに固定された静止系において、パワーロータ６の姿勢が変化しないように、側壁他側４１ｂに設けられた姿勢制御室４８に内包されるパワーロータ作動機構Ｑにより規制されている。これは、ドラムロータ５が時計回転方向に回転すると、パワーロータ６が反時計回転方向に、ドラムロータ５の回転速度と等しい速度で、公転するものである。

図２、８、９に示すように、上記気筒とその中央で回転可能に支持されるドラムロータ５ との間に、短軸Ｘを挟んだ一側に、流動する作動ガスが流出入する空間（以降一方の作動室Ｒａ）が形成され、短軸Ｘを挟んだ他側に、流動する作動ガスが流出入する空間（以降他方の作動室Ｒｂ）が形成されている。そして、接続する４つの交点ｐ１〜ｐ４にアペックスシール６３１が付勢されたパワーロータ６が、パワーロータ作動機構Ｑからその姿勢が規制され、直溝５３の内面５４とロータハウジング４の内周面４２の双方に繰り替え摺動接触することにより、一対の作動室Ｒａ、Ｒｂのいずれにも、全容量が増大する空間（以降膨張空間Ｄ）と全容量が減少する空間（以降圧縮空間Ｅ）とを、常に、併存させることができる。

そこで、上記ロータハウジング４の短軸Ｘ方向両端に接続され、パワーロータ６の先導側に生起する全容量が最小と成る１８０°で対向する空間（以降吐出空間Ｈ）と連通する一対の加熱器７ａ、７ｂを設け、他方の、一方の作動室Ｒｂ、Ｒａの圧縮空間Ｅで生成された高密度の作動ガスに加熱し、又は、吐出することにより、一方の、他方の作動室Ｒａ、Ｒｂに膨張空間Ｄの全容量を増大させることができる。従い、第１加熱器７ａの系統による１２０°一周期の変化サイクルと、第２加熱器７ｂの系統による１２０°一周期の変化サイクルとが、６０°の位相差が保たれて、交互に繰り返えされることから、一対の作動室Ｒａ、Ｒｂ同志を連通する一対の熱交換器８ａ、８ｂを介設させる。すると、一方の、他方の作動室Ｒａ、Ｒｂに生起している膨張空間Ｄの高温の作動ガは、第１、第２熱交換器８ａ、８ｂに導入され、熱交換の後、低温の作動ガスが、他方の、一方の作動室Ｒｂ、Ｒａに生起した圧縮空間Ｅに供給される、複数のスターリングサイクルを構成することができる。

２．ロータリー式のスターリングサイクル機構の説明
初めに、ロータハウジングの形状について説明する。
図２において、４は内部に３つのパワーロータ６が配設されるロータハウジングで、その中央に回転可能に支持されるドラムロータ５の回転軌跡は、上記パワーロータ６の対角線長であり、半径ｒ１の円ａ１となる。また、直溝５３の内面５４は、半径ｒ１の円ａ１の二分の一で形成され、半径ｒ２の円ａ２の一部である。各パワーロータ６に支持軸６１が係合する軸穴６５の中心ｏ２の軌跡は、円ａ２の中心ｏ２と一致する。しかも、その中心ｏ２の位置は、ドラムロータ５の回転と共に公転するが、パワーロータ６の姿勢は、ドラムロータ５が回転しても、側壁他側４１ｂに固定された静止座標系ｏ−ＸＹから見ると変化しない。各パワーロータ６に形成する湾曲側面（下面）６２１ａと短直側面６２２ａ，６２２ｂとの接続点を、交点ｐ３，ｐ４と設定し、形成する湾曲側面（上面）６２１ｂと短直側面６２２ａ，６２２ｂとの接続点を、交点ｐ１，ｐ２と設定する。中心ｏ２と各交点ｐとの距離は半径ｒ２に等しい。従って、４つの交点ｐ１〜ｐ４は、円ａ２の円周上 に存在し、公転に伴って、最も外側と成る交点は、ドラムロータ５の軌跡である円ａ１の外に位置するよう、直溝５３の円ａ２の中心ｏ２と半径ｒ２の大きさ、パワーロータ６の形状が定められている。

従って、上記のパワーロータ６の交点ｐ１〜ｐ４の内、ドラムロータ５の中心ｏからの距離が最長となる交点ｐは、常に、上記ロータハウジング４の内周面４２上に存在する。また、ドラムロータ５の中心ｏと円ａ２の中心ｏ２との距離をｒ３と仮定し、ドラムロータ５の時計回転方向にとった＋短軸Ｘからの出力軸回転角（以降回転角）をθとすると、中心ｏ２の座標においては（r3cosθ,r3sinsθ）となる。

また、０≦θ≦π／２の範囲においては、中心ｏ２から、最も外にある交点ｐ１へとったベクトルの成分を（dx,dy)とする。中心ｏ２の位置は公転しても、パワーロータ６の姿勢は変化しないので、交点ｐ１の座標は、（r3cosθ＋dx,r3sinsθ＋dy) となる。すなわち、交点ｐ１の描く軌跡は、中心ｏ３を（dx,dy)、半径をｒ３とする円ｂ１の一部の円弧となる。θ＝π／２においては、最も外に位置する交点は、ｐ１とｐ３の２点となり、短直側面６２２ａとロータハウジング４の内周面４２とは最接近し、ロータハウジング４の長軸Ｙ方向一側（回転角で示すとθ＝９０°）に位置するようになる。

次に、π/２≦θ≦πの範囲においては、パワーロータ６の最も外に位置する交点ｐ３が描く軌跡は（-dx,dy) を中心とする半径ｒ３の円ｂ２の一部の円弧となる。また、π≦ θ≦３π／２の範囲においては、パワーロータ６の最も外に位置する交点ｐ４が描く軌跡は（-dx,-dy)を中心とする半径ｒ３の円ｂ３の一部の円弧となる。次に、３π／２においては、パワーロータ６の最も外に位置する交点は、ｐ４とｐ２の２点となり、その際、短直側面６２２ｂとロータハウジング４の内周面４２とが最接近し、ロータハウジング４の長軸Ｙ方向他側（回転角で示すとθ＝２７０°）に位置するようになる。さらに、３π／２≦θ≦２πの範囲においては、パワーロータ６の最も外に位置する交点ｐ２が描く軌跡は（dx,-dy) を中心とする半径ｒ３の円ｂ４の一部の円弧となる。

次に、上記ロータハウジング４の内周面４２と、＋短軸Ｘとの交点付近の形状について 考察する。図２の回転角θ＝０°の状態から、ドラムロータ５が時計回転方向に回転する時に、パワーロータ６の交点ｐ２の描く軌跡を考える。円ｂ１とドラムロータ５の軌跡の円ａ１との２交点のうち、短軸Ｘに近い方の交点を稜線ｅ１、円ｂ４と円ａ１との２交点のうち短軸Ｘに近い方の交点を稜線ｅ２とする。また、パワーロータ６の交点ｐ２は、円ｂ４上の点であるが、ドラムロータ５の回転に伴い、稜線ｅ２を過ぎると、交点ｐ２は円ａ１の内側に入る。逆に、回転角θ＝０°の状態から、ドラムロータ５を反時計回転方向に回転させると、交点ｐ１は、円ｂ１上の点であるが、ドラムロータ５の反時計回転方向の回転に伴い、稜線ｅ１を過ぎると、交点ｐ１は円ａ１の内側に入る。従って、稜線ｅ２から稜線ｅ１の範囲の形状は、ドラムロータ５の回転軌跡円ａ１により決定される。すなわち、ドラムロータ５が、稜線ｅ２から稜線ｅ１の範囲においては、ドラムロータ５が形成する円柱曲面５６との間に、小さな隙間を保って回転することになる。尚、−短軸Ｘとの交点付近の稜線ｅ４から稜線ｅ３の範囲の形状についても同様である。

このように、図２の上記ロータハウジング４の内周面４２の形状は、パワーロータ６の中心ｏ２に対する４つの交点ｐ１〜ｐ４の変位ベクトルのｘ，ｙ成分を中心座標とし、パワーロータ６の中心ｏ２とドラムロータ５の回転中心ｏとの距離ｒ３を半径とする４つの円ｂ１〜ｂ４の内、最も外側の軌跡と、短軸Ｘ付近のドラムロータ５の回転軌跡円ａ１と、長軸Ｙ付近の円ｂ１と円ｂ２の短軸Ｘに平行な接線と、円ｂ３と円ｂ４の短軸Ｘに平行な接線との描く軌跡の内、最も外側の軌跡により決定されている。

図７に示すように、上記気筒の中央で回転可能に支持されるドラムロータ５は、円柱体であって、その回転軌跡は、パワーロータ６の対角線長であり、半径ｒ１の円ａ１となる。また、円柱曲面５６の三等分割方向に、軸芯に平行して湾窟状に切欠いた直溝５３の内面５４は、半径ｒ１の円ａ１の二分の一で形成され、半径ｒ２の円ａ２の一部であり、パワーロータ６に支持軸６１が係合する軸穴６５の中心ｏ２の軌跡は、円ａ２の中心ｏ２と一致する。しかも、その中心ｏ２の位置は、ドラムロータ５の回転と共に公転する。従い、水平の断面形状は３葉の銀杏葉形状をしている。そして、三等分割方向に設けられた直溝５３から反時計回転方向に向かう上記円柱曲面５６に至るバイパス路５７が夫々設けられている。さらに、側壁他側４１ｂ側に、外輪の側面側が縮小する他側錐形面５１１ｂを形成する他側側面板５１ｂが接合して、下述するパワーロータ作動機構Ｑから支承され、側壁一側４１ａ側に、３つの直溝５３の底面と直立して平行する楕円形の導入孔５８が夫々開孔され、外輪の側面側が縮小する一側錐形面５１１ａを形成する一側側面板５１ａが接合して、軸受４５に支承される出力軸５５が接続されている。

次に、パワーロータの形状について説明する。
図９に示すように、上記直溝５３に回転及び摺動可能に配設されるパワーロータ６は、角柱体であって、対角線長が上記直溝５３の直径ｒ１で形成され、支持軸６１が係合する軸穴６５の中心ｏ２の軌跡は、半径ｒ２の円ａ２の中心ｏ２と一致する。しかも、その中心ｏ２の位置は、ドラムロータ５の回転と共に公転するが、パワーロータ６の姿勢は、ドラムロータ５が回転しても、側壁他側４１ａに固定された静止座標系ｏ−ＸＹから見ると変化しない。また、直溝５３の軸心に平行な支持軸６１が係合する軸穴６５が設けられ、この軸穴６５に向かって、平行に相対する窪んだ一対の湾曲側面６２１ａ、６２１ｂと、この一対の湾曲側面６２１ａ、６２１ｂを両端で接続する一対の短直側面６２２ａ、６２２ｂとから形成されている。さらに、支持軸６１が係合する側面一側６２３ａと側面他側６２３ｂの双方に、４辺の稜線の内側に沿って形成する、断面の形状がＵ字状ループ形のサイドシール溝６４１が設けられ、枠型のサイドシール６３２が夫々配設されている。また、接続する４つの交点ｐ１〜ｐ４に、軸穴６５に向かって平行に伸びた断面の形状が鍵穴状に切欠いたアペックスシール溝６４２が夫々設けられ、アペックスシール６３１が付勢されている。

次に、パワーロータ作動機構の形状について説明する。
図８においては、Ｑは３つのパワーロータ６の姿勢を規制するパワーロータ作動機構であり、上記側壁他側４１ｂに設けた姿勢制御室４８に内包され、その中央に突出された固定金座９４に基軸の親歯車９１が堅座され、その姿勢が固定された親歯車９１に３つの遊星歯車９２が歯合し、３つの遊星歯車９２の外側に、１２０°の位相差が保たれて、３つの孫歯車９３が歯合している。この親歯車９１と３つの孫歯車９３とは、同一径のねじれ山歯歯車で形成される等速歯車列で組み合わされている。しかも、３つの遊星歯車９２は、ドラムロータ５の他側側面板５１ｂに回転自在に軸支される断面が角形（星型）のスプライン回転軸９５に支承され、右と左のねじれ斜歯歯車により構成されており、その合わせ隙間にコイルスプリング９６が夫々挿入されている。これらの組合せにより、本機関１の基幹部であるロータリー式のスターリングサイクル機構が構成されるものである。

３．パワーロータの動作説明
次に、実施例に基ずいて、パワーロータの動作について説明する。
図２においては、７ａ、７ｂは上記ロータハウジング４の短軸Ｘ方向両端（Ｇ１、Ｇ２の位置）に接続される第１、第２加熱器である。また、図６に示すように、ロータハウジング４の内外を貫通して第１、第２加熱開口４３ａ、４３ｂが開口されている。これにより、一対の作動室Ｒａ，Ｒｂのいずれにも、図３に示すパワーロータ６の従動側と先導側に、全容量が増大する膨張空間Ｄと全容量が減少する圧縮空間Ｅとを、常に、併存させることから、この圧縮空間Ｅは、パワーロータ６の先導側に全容量が最小と成る１８０°で対向する吐出空間Ｈを生起することにより、開口された第１加熱開口４３ａを介して、吐出空間Ｈと連通する第１加熱器７ａは、他方の作動室Ｒｂの圧縮空間Ｅで生成された高密度の作動ガスに加熱し、又は、吐出させることができる。すると、一方の作動室Ｒａに、膨張空間Ｄの全容量を増大させるものである。同様に、開口させた第２加熱開口４３ｂを介して、吐出空間Ｈと連通する第２加熱器７は、一方の作動室Ｒａの圧縮空間Ｅで生成さ れた高密度の作動ガスに加熱し、又は、吐出させることができる。すると、他方の作動室Ｒｂに、膨張空間Ｄの全容量を増大させるものである。

図３に示すように、上記パワーロータ６は、一方の作動室Ｒａを作動する３０°≦θ≦１５０°の範囲に生起する膨張空間Ｄ、圧縮空間Ｅと、他方の作動室Ｒｂを作動する２１０°≦θ≦３３０°の範囲に生起する膨張空間Ｄ、圧縮空間Ｅとは、６０°の位相差が保たれて、常に、併存させることから、熱交換を行うための循環経路は、低温の作動ガスが、生起初期の圧縮空間Ｅの従動側に供給されるように、上記ロータハウジング４の長軸Ｙ方向両端側に、第１循環開口４４ａと第２循環開口４４ｂとを開口させている。これにより、一方の作動室Ｒａの中央に面して開口する第１循環開口４４ａが、生起している膨張空間Ｄに面すると、膨張空間Ｄの高温の作動ガスは、第１循環開口４４ａを通り、熱交換 の後、低温の作動ガスが、第２循環開口４４ｂから、他方の作動室Ｒｂに生起した圧縮空間Ｅに供給される。又は、他方の作動室Ｒｂの中央に面して開口する第２循環開口４４ｂが、生起している膨張空間Ｄに面すると、膨張空間Ｄの高温の作動ガスは、第２循環開口４４ｂを通り、熱交換の後、低温の作動ガスが、第１循環開口４４ａから、一方の作動室Ｒａに生起した圧縮空間Ｅに供給される。

図３に示す３つのパワーロータＡ，Ｂ，Ｃは、１２０°の位相差が保たれて、上記ドラ ムロータ５に設けた直溝５３に、回転及び摺動可能に配設されているので、以下、注目し ているパワーロータ６をパワーロータＡ、このパワーロータＡに対して１２０°遅れ位相の位置にあるパワーロータ６をパワーロータＢ、このパワーロータＢに対して１２０°遅れ位相の位置にあるパワーロータ６をパワーロータＣとする。このパワーロータ６に形成 される一対の湾曲側面６２１ａ，６２１ｂは、物理的には、同一の湾曲側面６２１であっ ても、０°≦θ≦１８０°の範囲では、先導側が湾曲側面６２１ａに位置し、従動側が湾 曲側面６２１ｂに位置し、１８０°≦θ≦３６０°の範囲では、従動側が湾曲側面６２１ａに位置し、先導側が湾曲側面６２１ｂに位置している。

図３において、注目のパワーロータＡは、０°≦θ≦１８０°の範囲では、先導側が湾 曲側面６２１ａに、従動側が湾曲側面６２１ｂに、１８０°≦θ≦３６０°の範囲では、 従動側が湾曲側面６２１ａに、先導側が湾曲側面６２１ｂに定義され、膨張空間Ｄは、パワーロータＡの従動側の湾曲側面６２１とロータハウジング４との間に生起して、ドラムロータ５の回転と共に全容量が増大する空間として定義され、圧縮空間Ｅは、パワーロータＡの先導側の湾曲側面６２１とロータハウジング４との間に生起して、ドラムロータ５の回転と共に全容量が減少する空間として定義される。また、変転空間Ｆは、パワーロータＡの従動側の湾曲側面６２１と直溝５３との間に生起して、ドラムロータ５の回転と共に転移する閉じた空間として定義される。この３種類の空間が、一対の作動室Ｒａ，Ｒｂのいずれにも１２０°の位相差が保たれて、周期的に複数生起することになる。

図３において、注目のパワーロータＡは、従動側や先導側に３つの空間（膨張空間Ｄ、圧縮空間Ｅ、変転空間Ｆ）を生起することから、生起している位置に記号Ｄ，Ｅ，Ｆが付されているが、他のパワーロータＢ，Ｃについても、３つの空間（Ｄ，Ｅ，Ｆ）が夫々生起しているのが分かる。これを、側壁他側４１ｂに固定された座標系で見ると、パワーロータＢ、Ｃが生起する膨張空間Ｄは、同一角度範囲に生起し、圧縮空間Ｅ、変転空間Ｆにおいても、同様に、同一角度の範囲に生起する。ドラムロータ５の回転角をθで見ると、パワーロータＢ、Ｃが生起する膨張空間Ｄは、位相が１２０°づつ遅れて生起するのが分かる。圧縮空間Ｅ、変転空間Ｆについても、同様に、位相が１２０°づつ遅れて生起するのが分かる。

また、３つのパワーロータＡ，Ｂ，Ｃは、３つの直溝５３と同様に、１２０°の位相差 が保たれて、上記ドラムロータ５に配設されている。また、一対の加熱器７ａ，７ｂが、ロータハウジング４の短軸Ｘ方向両端（回転角θ＝０°，１８０°）に接続されている。図３・Ａの（ａ）と、図３・Ｂの（ｅ）とを比較すると明らかなように、膨張空間Ｄ、圧縮空間Ｅが生起する態様は、第１加熱器７ａから見る場合と第２加熱器７ｂから見る場合とは６０°の位相差を有した１２０°周期となる。また、図３・Ａの（ａ）とＡの（ｃ）を比較すれば明らかなように、第１加熱器７ａが、パワーロータＡに面してから、第２加熱器７ｂが、パワーロータＣと面するまで、ドラムロータ５は６０°回転する。従って、全体として、第１加熱器７ａの系統による１２０°一周期の膨張空間Ｄ、圧縮空間Ｅ、変 転空間Ｆの変化サイクルと、第２加熱器７ｂの系統による１２０°一周期の膨張空間Ｄ、 圧縮空間Ｅ、変転空間Ｆの変化サイクルとが、６０°の位相差が保たれて、交互に繰り返されていることになる。上述の状態変化について、図３中には、３つのパワーロータＡ，Ｂ，Ｃの時計回転方向の、回転角θ＝３０°毎の回転状態が示されている。

次に、図３の状態図に基づいて、パワーロータの作用を説明する。
図２において、上記パワーロータ６の従動側、先導側とされるのは、参照図の図３の状態図に示す０°≦θ≦１８０°の範囲における、パワーロータ６の従動側（＋Ｘ軸方向）を湾曲側面６２１ｂに、先導側（−Ｘ軸方向）を湾曲側面６２１ａと定義される。また、１８０°≦θ≦３６０°の範囲における、パワーロータ６の従動側（−Ｘ軸方向）を湾曲側面６２１ａに、先導側（＋Ｘ軸方向）を湾曲側面６２１ｂとして定義される。図３の状態図のように、ドラムロータ５の回転と共に、パワーロータ６の従動側の湾曲側面６２１ が、ロータハウジング４の内周面４２との間に、全容量が増大する膨張空間Ｄを生起し、パワーロータ６の先導側の湾曲側面６２１が、ロータハウジング４の内周面４２との間に、全容量が減少する圧縮空間Ｅを生起する。また、パワーロータ６の従動側の湾曲側面６２１が、直溝５３の内面５４との間に、転移する閉じた変転空間Ｆを生起する。

詳細は、後述するように、図１、１３・Ｂに示す側壁他側４１ｂに固定された座標系における回転角θ＝９０°、２７０°の対向する位置に、上記ロータハウジング４の内外を貫通して第１循環開口４４ａと第２循環開口４４ｂとが開口されている。図３・Ｂ（ｄ）に示すパワーロータＡが、第１循環開口４４ａを横切る空間を一方の作動室Ｒａと仮定したその状態と、図３・Ｂ（ｆ）に示すパワーロータＣが、第２循環開口４４ｂを横切る空間を他方の作動室Ｒｂと仮定したその状態とは６０°の位相差が保たれている。従い、第１循環開口４４ａが膨張空間Ｄに開口すれば、第２循環開口４４ｂは圧縮空間Ｅに開口し、第２循環開口４４ｂが膨張空間Ｄに開口すれば、第１循環開口４４ａは圧縮空間Ｅに開口することから、個々のパワーロータ６が、第１循環開口４４ａ、第２循環開口４４ｂを横切るごとに、圧縮空間Ｅから膨張空間Ｄに切り替わる。これにより、膨張空間Ｄの圧力は圧縮空間Ｅの圧力より高いので、第１循環開口４４ａが、一方の作動室Ｒａに生起している膨張空間Ｄに開口すると、膨張空間Ｄの高温の作動ガスは、第１循環開口４４ａを通して、第１熱交換器８ａに導入され、熱交換の後、低温の作動ガスが、第２循環開口４４ ｂから、他方の作動室Ｒｂに生起した圧縮空間Ｅに供給される。又は、第２循環開口４４ｂが、他方の作動室Ｒｂに生起している膨張空間Ｄに開口すると、膨張空間Ｄの高温の作動ガスは、第２循環開口４４ｂを通して、第２熱交換器８ｂに導入され、熱交換の後、低温の作動ガスが、第１循環開口４４ａから、一方の作動室Ｒａに生起した圧縮空間Ｅに供給される。

次に、実施例に基ずいて、パワーロータの作動を説明する。
図３、６、１３・Ａに示すように、注目のパワーロータＡは、−３０°≦θ≦３０°の期間に、湾曲側面６２１ｂ（先導側）に生起している吐出空間Ｈを介して、上記の第１加熱器７ａと向い合っており、第１加熱器７ａは、その内部に、作動ガスが流出入する第１加熱通路７２ａを設けた第１加熱室７１６ａが形成され、圧縮空間Ｅで生成された高密度 の作動ガスが、第１加熱通路７２ａを流入する際に、配設された第１抵抗発熱体７５ａから、間接接触式に且つ放射伝熱式に加熱される。継いて、高密度の作動ガスは、第１加熱室７１６ａにおいて、下述する燃焼加熱装置から加熱されている一側第１、他側第１加熱ドーム７６１ａ，７６２ａの外壁面からと、内装された第１熱交換器８ａ中の第１再生器８５ａとから、間接接触式に且つ放射伝熱式に加熱され、更に、循環する高温加熱気流からの対流伝熱により、複合加熱される（図３・Ｄの（ｌ）、Ａの（ａ））。回転角θ＝０°を過ぎると、パワーロータＡの先導側は従動側へと引き継がれ、第１加熱器７ａから、高温の作動ガスが吐出空間Ｈに吐出する（図３・Ａの（ａ）（ｂ））。

次に、図３に示すように、注目のパワーロータＡが、一方の作動室Ｒａを作動する３０°≦θ≦９０°の期間に、その従動側に吐出空間Ｈを引き継いだ膨張空間Ｄが生起し、上記第１加熱器７ａから、ドラムロータ５に設けたバイパス路５７を通して、高温の作動ガスの容量を増大させる状態で、膨張空間Ｄの全容量を増大させる膨張圧が加えられ、パワーロータＡが静止公転運動（以降作動）する（図３・Ａの（ｂ）〜図３・Ｂの（ｆ））。併行して、注目のパワーロータＡは、回転角θ＝３０°を過ぎると、その先導側に、パ ワーロータＣの従動側に生起していた膨張空間Ｄを引き継いだ圧縮空間Ｅが生起する。すると、他方の作動室Ｒｂに生起している膨張空間Ｄの高温の作動ガスは、第２循環開口４４ｂを通して、第２熱交換器８ｂに導入され、熱交換の後、低温の作動ガスが、第１循環 開口４４ａから、圧縮空間Ｅの従動側に供給されるとともに、他方の作動室Ｒｂから転移した変転空間Ｆが開放され、内包される低温の作動ガスが、その圧縮空間Ｅの従動部に偏在される（図３・Ａの（ｂ）〜図３・Ｂの（ｄ））。

さらに、注目のパワーロータＡが、一方の作動室Ｒａを作動する９０°≦θ≦１５０°の期間に、回転角θ＝９０°を過ぎると、その従動側に生起している膨張空間Ｄの高温の作動ガスは、上記第１循環開口４４ａを通して、第１熱交換器８ａに導入され、熱交換の後、低温の作動ガスが、第２循環開口４４ｂから、他方の作動室Ｒｂに生起した圧縮空間Ｅに供給される。継いて、パワーロータＡの作動から、その従動側の膨張空間Ｄは、容積の拡大から、介在する高温の作動ガス圧力が減少する。併行して、パワーロータＡは、その先導側の圧縮空間Ｅに供給と偏在された低温の作動ガスに対し、圧縮が加えられる（図３・Ｂの（ｄ）〜（ｆ））。継いて、パワーロータＡは、回転角θ＝１５０°において、その従動側の湾曲側面６２１ｂと直溝５３の内面５４との間に変転空間Ｆが生起し、減圧した膨張空間Ｄに介在する高温の作動ガスの一部が囲い込まれるとともに、その従動側に生起していた減圧状態の膨張空間Ｄを引き継いだ圧縮空間Ｅが、パワーロータＢの先導側に生起する（図３・Ｂの（ｄ）（ｆ））。

継いて、図３、６に示すように、注目のパワーロータＡが、１５０°≦θ≦２１０°の期間に、その従動側の湾曲側面６２１ｂに生起している変転空間Ｆが、他方の作動室Ｒｂに向かって転移する。併行して、注目のパワーロータＡは、その先導側の湾曲側面６２１ａに生起した吐出空間Ｈを介し、上記第２加熱器７ｂと向い合っており、圧縮空間Ｅで生成された高密度の作動ガスが、第２加熱通路７２ｂを流入する際に、配設された第２抵抗発熱体７５ｂから、間接接触式に且つ放射伝熱式に加熱される。さらに、高密度の作動ガスは、第２加熱室７１６ｂにおいて、燃焼加熱装置から加熱されている両第２加熱ドーム７６１ｂ、７６２ｂの外壁面からと、内装されている第２熱交換器８ｂ中の第２再生器８５ｂとから、間接接触式に且つ放射伝熱式に加熱され、更に、高温加熱気流からの対流伝熱により、複合加熱される。（図３・Ｂの（ｆ）〜図３・Ｃの（ｈ））。ここで、回転角θ＝１５０°時のパワーロータＡの先導側に生起している吐出空間Ｈに、向い合う第２加熱器７ｂから、ドラムロータ５により開かれた第２加熱開口４３ｂを通して、高温の作動 ガスが混入する。しかし、パワーロータＡが持つ回転力に加え、他のパワーロータＢ、Ｃからの駆動力とドラムロータ５の慣性力とが加わり、吐出空間Ｈの作動ガスは、混在される前に、第２加熱器７ｂに送り込まれることになる。これは、本機関１が主目的としている比出力の向上と高速回転の実現とに必要な現象であり、吐出空間Ｈの作動ガスに昇温準備が行われ、最大膨張圧点を上死点（ＴＤＣ）直後、すなわち、吐出空間Ｈの全容量が最小となった直後に推移させるためである。

上記注目のパワーロータＡは、図３・Ｃの（ｇ）に示すように、回転角θ＝１８０°の時点で、吐出空間Ｈを介し、図３・Ａの（ａ）に示す始動時の状態（回転角θ＝０°）と反面となり、先導側から従動側へと引き継がれたパワーロータＡの湾曲側面６２１ａに、向い合う第２加熱器７ｂから、高温の作動ガスが吐出する。このようにして、注目のパワ ーロータＡが一方の作動室Ｒａを作動する（１ストローク中の）一連の動作（スターリングサイクル）が行われる。

以上が、注目のパワーロータＡが実行する１ストローク中の状態変化であり、作動ガスの供給から導入へ、或は、作動ガスの導入から供給への切り換えは、第１、第２循環開口４４ａ，４４ｂが、圧縮空間Ｅに面して開口している状態から、膨張空間Ｄに面して開口する状態へと切り換わるタイミングで制御される。つまり、３つのパワーロータ６をＡ，Ｂ，Ｃとして区別しなければ、本機関１全体としての状態変化は６０°周期である。この状態変化が、３つのパワーロータＡ，Ｂ，Ｃの回転角θ＝３０°毎の筒内圧力の変化とし て、
図４に示され、出力軸５５には、極めて滑らかで力強い回転力が付与される。

上記と同様に、パワーロータＢの従動側の状態変化についても、パワーロータＢがパワーロータＡより１２０°位相が遅れており、注目のパワーロータＡの従動側の状態変化を１２０°遅らせたものとなる。同様に、パワーロータＣの従動側の状態変化についても、パワーロータＣがパワーロータＡより２４０°位相が遅れている。従って、注目のパワーロータＡの従動側の状態変化を２４０°遅らせたものとなる。一方のパワーロータＡの湾曲側面６２１ａ側が第２加熱器７ｂに面する位相は、パワーロータＡの先導側の状態変化が、パワーロータＡの従動側の状態変化を１８０°遅らせたものとなる。同様に、パワーロータＢの先導側の状態変化が、パワーロータＢの従動側の状態変化を１８０°遅らせたものとなり、パワーロータＡの従動側の状態変化を３００°遅らせたものとなる。同様に、パワーロータＣの先導側の状態変化は、パワーロータＣの従動側の状態変化を１８０°遅らせたもの、すなわち、パワーロータＡの従動側の状態変化を６０°遅らせたものとなる。尚、図３において、上記の説明の位相より、変転空間Ｆが開放される位相が、やや遅れた状態で、変転空間Ｆが生起する位相が、やや進んだ状態で、パワーロータ６と直溝５
３の内面５４との関係が表現されている。このことは、パワーロータ６の交点ｐ１・ｐ４と直溝５３の内面５４とが、転移位相で重なるように表現されているが、正確には、変位位相で、パワーロータ６の交点ｐ１・ｐ４は、直溝５３の内面５４の端点に一致する。

４．パワーロータの原理説明
次に、実施例に基ずいて、パワーロータの原理を説明する。
パワーロータの作用で説明したように、高温の作動ガスの容量と低温の作動ガスの容量の比率を変化させつつ、全容量が増大する膨張過程で、膨張圧が加えられた３つのパワーロータＡ，Ｂ，Ｃが作動する。これにより、上記ドラムロータ５が回転駆動され、直結する出力軸５５を介して、その回転力が外部に出力される。図３の状態図から明らかなように、注目のパワーロータＡの湾曲側面６２１ｂ側が、３０°≦θ≦９０°の範囲で、同じく湾曲側面６２１ａ側が、２１０°≦θ≦２７０°の範囲で膨張空間Ｄとなり、パワーロータＢの湾曲側面６２１ｂ側が、１５０°≦θ≦２１０°の範囲で、同じく湾曲側面６２１ａ側が、３３０°≦θ≦３０°の範囲で膨張空間Ｄとなり、パワーロータＣの湾曲側面６２１ｂ側が、２７０°≦θ≦３３０°の範囲で、同じく湾曲側面６２１ａ側が、９０°≦θ≦１５０°の範囲で膨張空間Ｄとなる。

また、膨張開始位相で見ると、回転角θ＝３０°（パワーロータＡの湾曲側面６２１ｂ 側）、回転角θ＝９０°（パワーロータＣの湾曲側面６２１ａ側）、回転角θ＝１５０°（パワーロータＢの湾曲側面６２１ｂ側）、回転角θ＝２１０°（パワーロータＡの湾曲側面６２１ａ側）、回転角θ＝２７０°（パワーロータＣの湾曲側面６２１ｂ側）、回転 角θ＝３３０°（パワーロータＢの湾曲側面６２１ａ側）の６０°毎の６位相となる。

以上の過程を、スターリングサイクルで考えると、本発明１は、次のようになる。図３に示す注目のパワーロータＡが、一方の作動室Ｒａを作動する３０°≦θ≦９０°の期間に、その従導側の湾曲側面６２１ｂに吐出空間Ｈを引き継いだ膨張空間Ｄが生起し、第１加熱器７ａから高温の作動ガスの容量を増大させる状態で、膨張空間Ｄの全容量を増大させる膨張圧が加えられる（等温膨張過程）。同時期に、その先導側に、パワーロータＣの従動側に生起していた膨張空間Ｄを引き継いだ圧縮空間Ｅが生起し、他方の作動室Ｒｂの膨張空間Ｄの高温の作動ガスは、第２循環開口４４ｂを通して、第２熱交換器８ｂに導入され、熱交換の後、低温の作動ガスが、第１循環開口４４ａから、生起した圧縮空間Ｅの従動側に供給されるとともに、他方の作動室Ｒｂから転移した変転空間Ｆが開放され、内包されていた低温の作動ガスが、圧縮空間Ｅの従動部に偏在する。継いて、９０°≦θ≦１５０°の期間に、パワーロータＡの従動側に生起している膨張空間Ｄの高温の作動ガスは、第１循環開口４４ａを通して、第１熱交換器８ａに導入され、熱交換の後、低温の作動ガスが、第２循環開口４４ｂから、他方の作動室Ｒｂに生起した圧縮空間Ｅに供給される（等容冷却過程）。併行して、パワーロータＡは、先導側の湾曲側面６２１ａに、供給された低温の作動ガス及び偏在された作動ガスに対し、圧縮が加えられる（等温圧縮過程）。継いて、１５０°≦θ≦２１０°の期間に、パワーロータＡは、先導側の湾曲側面６２１ａに生起した吐出空間Ｈから、第２加熱器７ｂに送り込まれた高密度の作動ガスが加熱され、回転角θ＝１８０°を過ぎると、パワーロータＡの先導側は従動側へと引き継がれ、第２加熱器７ｂから、高温の作動ガスが吐出空間Ｈに吐出する（等容加熱過程）。

以上、図３に示すように、注目のパワーロータＡが、一方の作動室Ｒａを作動する３０°≦θ≦２１０°の期間に、スターリングサイクルが構成される。また、パワーロータＡが、他方の作動室Ｒｂを作動する２１０°≦θ≦３０°の期間に、スターリングサイク
ルが構成され、パワーロータＢは、パワーロータＡが１５０°≦θ≦３３０°と３３０° ≦θ≦１５０°の期間に、スターリングサイクルが構成され、パワーロータＣは、パワーロータＡが２７０°≦θ≦９０°と９０°≦θ≦２７０°の期間に、スターリングサイクルが構成される。すなわち、１２０°の位相差が保たれて、出力軸５５一回転中に、都合 ６回ものスターリングサイクルが構成されるものである。

上述したように、上記の一対の加熱器７ａ、７ｂから、高密度の作動ガスに付与された熱エネルギーが、３つのパワーロータ６を作動させ、出力軸５５が直結するドラムロータ５が回転駆動される。この出力軸５５の回転速度は、第１加熱器７ａに設けられた一側第１加熱ドーム７６１ａと他側第１加熱ドーム７６２ａ、第２加熱器７ｂに設けられた一側第２加熱ドーム７６１ｂと他側第２加熱ドーム７６２ｂへの加熱温度、つまり、特許請求の範囲に記載された図１３・Ａに示す「燃焼加熱装置」から放たれる火炎の燃焼温度を液体燃料の供給量を制御する方法で可変してもよい。或は、図６に示す第１、第２加熱通路７２ａ、７２ｂには第１、第２抵抗発熱体７５ａ、７５ｂが配設され、外部電源、或は、図示しない発電装置から給電された電流を流してジュール熱が発生されており、この発熱量により、高密度の作動ガスが、第１、第２加熱通路７２ａ、７２ｂを流入する際に、間接接触式に且つ放射伝熱式に加熱されることから、特許請求の範囲に記載された「抵抗発 熱体」の発熱量、すなわち、給電量を制御する方法により可変される。しかしながら、出力制御の応答性を向上させるために、本実施例では、次の機構を採用することにする。

上記パワーロータ６の先導側が圧縮空間Ｅにおいて、次のように、出力制御のための作動ガスの移動操作が行われる。例えば、図５に示す一次側出力制御装置１１ａの場合、
一方の作動室Ｒａにおいて、図３に示すように、パワーロータＡの先導側が３０°≦θ≦１５０°の範囲が圧縮空間Ｅとなり、３０°≦θ≦９０°の期間に、第２熱交換器８ｂから低温の作動ガスが、その従動側に供給され、転移した変転空間Ｆから、その従動部に低温の作動ガスが偏在される。継いて、９０°≦θ≦１５０°の期間に、圧縮空間Ｅに供給と偏在された低温の作動ガスに対し、圧縮が加えられる。これらの期間に、圧縮空間Ｅ内に介在する高温の作動ガスから調節し、熱交換の後、低温の作動ガスが、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間Ｆに排出される（１２０°≦θ≦１６０°）。このように、一方の作動室Ｒａに生起した圧縮空間Ｅ内に介在する作動ガス圧力を増減することにより、第２加熱器７ｂが加熱する流体の総重量を調整する、出力の高速制御が実現されることから、相対する他方の作動室Ｒｂにおいても、二次側出力制御装置１１ｂを設けることにする。

図５に示すように、上記一次側出力制御装置１１ａは、図３に示す回転角θ＝１２５°付近の、側壁一側４１ａと側壁他側４１ｂの双方の内外を貫通して開孔する一次吸引孔１２１ａと一次補助吸引孔１２２ａとから、一方の作動室Ｒａを作動する３つのパワーロータＡ，Ｂ，Ｃの先導側に生起した圧縮空間Ｅ内に介在する高温の作動ガスから調節し、熱交換の後、低温の作動ガスが、回転角θ＝１４０°付近の側壁一側４１ａの内外を貫通して開孔する一次排出孔１３ａから、ドラムロータ５の一側側面板５１ａに、直溝５３の底面と直立して平行に開孔する楕円形の導入孔５８を介して、回転軌跡上で重なり相通する期間内の変転空間Ｆに排出されるものである。

ここで、上記の一次側出力制御装置１１ａの作用を説明する。図３の状態図に示すように、一方の作動室Ｒａを作動するパワーロータＡは、３０°≦θ≦１５０°の期間に、高温の作動ガスを、生起した圧縮空間Ｅ内から調節し、熱交換の後、低温の作動ガスが、１ ２０°≦θ≦１６０°の期間に、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間Ｆに排出される。これより、位相差が１２０°遅れたパワーロータＢは、１５０°≦θ≦２７０°の期間に、高温の作動ガスを、生起した圧縮空間Ｅ内から調節し、熱交換の後、低温の作動ガスが、２４０°≦θ≦２８０°の期間に、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間Ｆに排出される。これよりさらに、位相差が１２０°遅れたパワーロータＣは、２７０°≦θ≦３０°の期間に、高温の作動ガスを、生起した圧縮空間Ｅ内から調節し、熱交換の後、低温の作動ガスが、０°≦θ≦４０°の期間に、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間Ｆに排出されるものである。

図５に示すように、上記二次側出力制御装置１１ｂは、上記一次側出力制御装置１１ａと対象関係に設けられ、図３に示す回転角θ＝３０５°付近の、側壁一側４１ａと側壁他側４１ｂの双方の内外を貫通して開孔する二次吸引孔１２１ｂと二次補助吸引孔１２２ｂとから、他方の作動室Ｒｂを作動する各パワーロータ６の先導側に生起した圧縮空間Ｅ内に介在する高温の作動ガスから調節し、熱交換の後、低温の作動ガスが、回転角θ＝３２０°付近に側壁一側４１ａの内外を貫通して開孔するニ次排出孔１３ｂから、ドラムロータ５の一側側面板５１ａに、直溝５３の底面と直立して平行に開孔する楕円形の導入孔５８を介して、回転軌跡上で重なり相通する期間内の変転空間Ｆに排出されるものである。

ここで、上記ニ次側出力制御装置１１ｂの作用を説明する。他方の作動室Ｒｂを作動するパワーロータＢが、−３０°≦θ≦９０°の期間に、高温の作動ガスを、生起した圧縮空間Ｅ内から調節し、熱交換の後、低温の作動ガスが、６０≦θ≦１００°の期間に、遅
れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間Ｆに排出される。これより、位相差が１２０°遅れたパワーロータＣは、９０°≦θ≦２１０°の期間に、高温の作動ガスを、生起した圧縮空間Ｅ内から調節し、熱交換の後、低温の作動ガスが、１８０°≦θ≦２２０°の期間に、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間Ｆに排出される。これよりさらに、位相差が１２０°遅れたパワーロータＡは、２１０°≦θ≦３３０°の期間に、高温の作動ガスを、生起した圧縮空間Ｅ内から調節し、熱交換の後、低温の作動ガスが、３００°≦θ≦３４０°の期間に、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間Ｆに排出される。このように、一対の作動室Ｒａ、Ｒｂの双方に生起した圧縮空間Ｅ内に介在する作動ガス圧力を増減することにより、一対の加熱器７ａ、７ｂが加熱する流体の総重量が直前に連係調節される出力の高速制御が実現されるものである。

５．以下、ロータリー式のスターリングサイクル機構を構成するロータハウジングから、詳細な構成を説明する。
本実施例は、図１に、本機関であるロータリー式スターリングエンジン１を説明する構 成図が示され、４は内部に３つのパワーロータ６が配設されるロータハウジングであり、その形状について、説明する。図１、２、６に示すように、パワーロータ６の中心ｏ２に対する４つの交点ｐ１〜ｐ４の変位ベクトルのｘ、ｙ成分を中心座標とし、パワーロータ６の中心ｏ２とドラムロータ５の回転中心ｏとの距離ｒ３を半径とする４つの円ｂ１〜ｂ４の内、最も外側の軌跡と、短軸Ｘ付近のドラムロータ５の回転軌跡円ａ１と、長軸Ｙ付近の円ｂ１と円ｂ２の短軸Ｘに平行な接線と、円ｂ３と円ｂ４の短軸Ｘに平行な接線との描く軌跡の内、最も外側の軌跡により決定されている。従い、筒状となる内周面４２の形状が米俵形（４節形状）に形成されることにより、静止公転運動（作動）するパワーロータ６の４つの交点ｐ１〜ｐ４の内、最も外側となる交点ｐが、上記のロータハウジング４ の内周面４２上に存在して、常に、摺動接触するものである。また、筒状となる縦幅と下 述するドラムロータ５に形成される円柱曲面５６の縦幅とは、同一の長さで形成されている。尚、上記の４つの交点ｐ１〜ｐ４には、シール材が夫々付勢されて摺動接触する。

次に、上記ロータハウジング４は、筒状となる内周面４２とロータハウジング４の短軸Ｘ方向一側との交点付近（短軸Ｘを挟んだ両側）に形成される稜線ｅ１、ｅ２及び上記の短軸Ｘ方向他側との交点付近（短軸Ｘを挟んだ両側）に形成される稜線ｅ３、ｅ４の４部位において、図３・Ａの（ａ）に示すパワーロータＡの先導側に生起している吐出空間Ｈに対して、時計回転方向であるパワーロータＣの従動側に生起している膨張空間Ｄ、或は、反時計回転方向であるパワーロータＢの先導側に生起している圧縮空間Ｅと隣接する関係から、相対する作動空間間において、高温の作動ガスの低圧空間への移動（漏出）を防止する必要がある。

従い、図２、６、１０に示すように、上記の稜線ｅ１，ｅ２及びｅ３，ｅ４の４部位において、ロータハウジング４の内周面４２に対して、回転方向に１５°程度に傾斜する仕切りシール溝４６２（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）が夫々形成されており、この４つの仕切りシール溝４６２に、厚板状の先行側シール部材（左側）と、その頂部摺接面に対し、併設する厚板状の遅行側シール部材（右側）の頂部摺接面が控える段差を設けた仕切りシール４６１が、夫々付勢されている。

上記の仕切りシール４６１について、説明する。仕切りシール溝４６２には、両側の内壁面に、内周面４２に平行の深さを有するコの字状の右、左溝側挿入溝４６４ａ，４６４ｂが形成され、仕切りシール４６１には、両側の外壁面に、頂部摺動面に平行の深さを有するコの字状の右、左シール側挿入溝４６５ａ，４６５ｂが形成されている。この仕切りシール４６１が仕切りシール溝４６２に挿入された状態で、右シール側挿入溝４６５ａと右溝側挿入溝４６４ａ、左溝側挿入溝４６４ｂと左シール側挿入溝４６５ｂとが拝み合わされて形成する右と左の角柱状の空間に、波形板バネ４６３が夫々挿入されている。これにより、仕切りシール４６１は、右と左の波形板バネ４６３からの支持を受けて、各仕切りシール溝４６２に夫々付勢されており、その可動の範囲において、先行側シール部材の 先頭部先端と遅行側シール部材の先頭部先端とが、上記のロータハウジング４の内周面４ ２から、内部の空間側にはみ出すことがない状態に置かれている。この結果、ドラムロータ５の円柱曲面５６が、上記仕切りシール４６１の先行側シール部材の頂部摺動面を押し下げつつ接触し、微小回転後、併設の遅行側シール部材の頂部摺動面中に摺動接触するものである。

また、上記の仕切りシール４６１は、下述するように、ドラムロータ５の円柱曲面５６に三等分割方向に軸芯に平行して湾窟状に切欠いた３つの直溝５３が設けられており、この３つの直溝５３の内面５４と上記の円柱曲面５６との接続する先端点ｅ１０、ｅ１１の対が、３組が形成されているので、この仕切りシール４６１との関係を、一例を挙げて動作を詳述する。初めに、既に摺動接触している上記の円柱曲面５６の先端点ｅ１０が、仕切りシール４６１（ｅ１）から離れる際に、パワーロータ６に付勢されるアペックスシー ル６３１（ｐ１）は、摺動接触している直溝５３の内面５４と上記（ｅ１）の遅行側シール部材の頂部摺動面中とに接触し、三者同志の接触状態が保たれ、微小回転の後、直溝５３の内面５４から離れ、上記（ｅ１）の遅行側シール部材の頂部摺動面を押し下げつつ接触し、図２中のロータハウジング４の右上内周面４２に摺動接触する。継いて、上記の円柱曲面５６の先端点ｅ１１は、仕切りシール４６１（ｅ２）に接触する際に、アペックスシール６３１（ｐ２）が、摺動接触している図２中のロータハウジング４の左上内周面４２から離れ、上記（ｅ２）の先行側シール部材の頂部摺動面と直溝５３の内面５４とに接触し、三者同志の接触状態が保たれ、微小回転の後、上記（ｅ２）の先行側シール部材の頂部摺動面を押し下げつつ接触し、上記（ｅ２）の遅行側シール部材の頂部摺動面中に摺動接触する。これにより、相対する作動空間間が、常に、分離状態に置かれ、高温の作動ガスの低圧空間への漏出が防止されるものである。

尚、上記の仕切りシール４６１は、仕切りシールとしての機能が容易に達成されるように、回転方向に１５°程度傾斜する深さを有した４つの仕切りシール溝４６２に夫々付勢されている。これは、仕切りシール４６１が、ドラムロータ５の回転の円滑化を図るとともに、自身の姿勢の安定度を高めて、常に、気密性を保持させるためである。また、上記のロータハウジング４は、その全体が、アルミ合金によって形成され、内周面４２や仕切りシール溝４６２には、クロームメッキや鉄板の鋳ぐるみが施されている。

上記の第１加熱開口４３ａについて、説明する。ロータハウジング４の短軸Ｘ方向一端側に設けられ、ロータハウジング４の内外を貫通して、肉厚部分に垂直方向に開口されており、この第１加熱開口４３ａを介して、上記の短軸Ｘ方向一端に接続される第１加熱器７ａは、パワーロータ６の従動側の湾曲側面６２１ｂに生起する全容量が最小と成る吐出空間Ｈと連通することができる。尚、上記の第２加熱開口４３ｂにおいては、上記第１加熱開口４３ａと対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造の符号については、同一数値の末尾にｂの符号を付してその説明を省略する。

上記の第１循環開口４４ａについて、説明する。図１２Ａに示すように、一方の作動室Ｒａの中央に面して設けられ、この第１循環開口４４ａに連通する作動ガスが供給される第２供給管８７ｂの延長方向に、内装されている第１連通管８３ａの管口と向かい合っている。この第２供給管８７ｂと第１連通管８３ａとは同径であり、この向かい合う合い間に形成される空間に、第１方向制御弁８２１ａが内蔵されている。しかも、第１連通管８３ａは、その途中から曲げられ、ロータハウジング４の内周面４２に沿って、肉厚部分に形成される第１循環洞道８４ａに継がっている。また、第２供給管８７ｂと第１連通管８３ａとが向かい合う状況は、第１連通管８３ａより大径の第１循環開口４４ａが、第２供給管８７ｂの方向に向かって縮小する第１錐形テーパ壁８８ａが形成され、この第１錐形テーパ壁８８ａの縮小端と第２供給管８７ｂの管端とが接合されている。尚、上記の第２循環開口４４ｂにおいては、上記第１循環開口４４ａと対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造の符号については、同一数値の末尾にｂの符号を付してその説明を省略する。

上記の第１循環洞道８４ａについて、説明する。ロータハウジング４の内周面４２に沿って肉厚部分に形成され、第１循環開口４４ａが膨張空間Ｄに開口している時、流出した高温の作動ガスが、第１加熱器７ａにおいて、作動ガスが保有する熱量（エンタルピー）を放熱させるための、作動ガスを流通させる通路である。従って、上記第１循環開口４４ ａが、一方の作動室Ｒａに生起している膨張空間Ｄに開口すると、膨張空間Ｄの高温の作 動ガスは、第１循環開口４４ａを通り、第１循環洞道８４ａを流通して、第１加熱器７ａに内装された第１再生器８５ａに導入され、第１冷却器８６ａに流入して、熱交換の後、低温の作動ガスが、第２循環開口４４ｂから、他方の作動室Ｒｂに生起した圧縮空間Ｅの従動側に供給されるものである。尚、上記の第２循環洞道８４ｂにおいては、上記第１循 環洞道８４ａと対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造の符号については、同一数値の末尾にｂの符号を付してその説明を省略する。

図２を用いて説明したように、上記ドラムロータ５は、図７、１３Ａ，Ｂに示すように、円柱体であって、その回転軌跡は、パワーロータ６の対角線長であり、半径ｒ１の円ａ１となる。また、円柱曲面５６の三等分割方向に、軸心に平行して湾窟状に切欠いた直溝５３の内面５４は、半径ｒ１の円ａ１の二分の一で形成され、半径ｒ２の円ａ２の一部であり、パワーロータ６に支持軸６１が係合する軸穴６５の中心ｏ２の軌跡は、円ａ２の中心ｏ２と一致する。しかも、その中心ｏ２の位置は、ドラムロータ５の回転と共に公転する。そして、三等分割方向に設けられた直溝５３から反時計回転方向に向かう上記円柱曲面５６に至るバイパス路５７が夫々設けられている。さらに、側壁他側４１ｂ側に、外輪の側面側が縮小する他側錐形面５１１ｂを形成する他側側面板５１ｂが接合して、下述するパワーロータ作動機構Ｑから支承され、側壁一側４１ａ側に、３つの直溝５３の底面と直立して平行する楕円形の導入孔５８が夫々開孔され、外輪の側面側が縮小する一側錐形面５１１ａを形成する一側側面板５１ａが接合して、軸受４５に支承される出力軸５５が接続されている。従って、一側錐形面５１１ａと相対する側壁一側４１ａの内面に形成の一側テーパリング４１１ａと、他側錐形面５１１ｂと相対する側壁他側４１ｂの内面に形成の他側テーパリング４１１ｂとの間には、夫々微小ギャップが設けられ、封入された作動ガスが介在し、空気軸受け方式で回転荷重の一部を負担しつつ、ロータハウジング４の中央で回転する。尚、ドラムロータ５は上記気筒との間に、短軸Ｘを挟んだ右側に、流動する作動ガスが流出入する一方の作動室Ｒａが形成され、短軸Ｘを挟んだ左側に、流動する作動ガスが流出入する他方の作動室Ｒｂが形成されている。

また、上記ドラムロータ５は、封入の作動ガスに、水素やヘリウム等の非凝縮性気体が用いられた場合、気体との摩擦抵抗は非常に小さい。しかしながら、相対する側面板の錐形面や側壁のテーパリングの面には、更に、ドラムロータ５の回転抵抗を減少させるため、固定潤滑剤が付されている。

次に、上記ドラムロータ５は、円柱体に設けられたバイパス路５７を通して、状態図に示す図３・Ａの（ｂ）を過ぎた時期から図３・Ｂの（ｄ）の直前の時期までの期間内に、上記第１加熱器７ａから、高温の作動ガスが、一方の作動室Ｒａに生起した膨張空間Ｄに吐出することができる。この状態は、ドラムロータ５の円柱曲面５６が、上記第１加熱開口４３ａを塞ぐ場合であっても、設けられたバイパス路５７を通して、必要とする高温の作動ガスの吐出量を吐出させ継けることができる。

上記の出力軸５５について、説明する。軸受４５に回転可能に支承されており、剛性が高く高強度が必要であることから、特殊鋼で鍛造された中炭素綱が用いられる。この軸受４５は、転がり軸受方式の油含浸シールド軸受であって、軸受材には、焼結合金や成長鋳鉄などの多孔質材料に潤滑油が含浸され、作動中に発生する摩擦熱による潤滑油の熱膨張と、回転する出力軸５５のポンプ作用とから、摩擦面に潤滑油が循環することにより、回転の円滑化と、含浸された潤滑油が漏洩することなく、気密性を保持する機能を有している。しかも、筒内には、高圧状態の作動ガスが封入され、極めて高い気密性が要求されているため、軸受４５の内部側に、図示しない接触式の内部シール及び回転軸用の軸シールが併設されている。

図２を用いて詳述したように、上記パワーロータ６は、図９に示すように、角柱体であって、対角線長が上記直溝５３の直径ｒ１で形成され、支持軸６１が係合する軸穴６５の中心ｏ２の軌跡は、半径ｒ２の円ａ２の中心ｏ２と一致する。しかも、その中心ｏ２の位置は、ドラムロータ５の回転と共に公転するが、パワーロータ６の姿勢は、ドラムロータ５が回転しても、側壁他側４１ｂに固定された静止座標系ｏ−ＸＹから見ると変化しない。また、直溝５３の軸心に平行な支持軸６１が係合する軸穴６５が設けられ、この軸穴６５に向かって、平行に相対する窪んだ一対の湾曲側面６２１ａ、６２１ｂと、この一対の湾曲側面６２１ａ、６２１ｂを両端で接続する一対の短直側面６２２ａ、６２２ｂとから形成されている。さらに、支持軸６１が係合する側面一側６２３ａと側面他側６２３ｂの双方に、４辺の稜線の内側に沿って形成する、断面の形状がＵ字状ループ形のサイドシール溝６４１が設けられ、枠型のサイドシール６３２が夫々配設されている。また、接続する４つの交点ｐ１〜ｐ４に、軸穴６５に向かって平行に伸びた断面の形状が鍵穴状に切欠いたアペックスシール溝６４２が夫々設けられ、アペックスシール６３１が付勢されている。

上記のサイドシール６３２について、説明する。図９に示すように、枠型であって、その４つのコーナーが、付勢されるアペックスシール６３１の裏側暖曲面の端部を包み込むように、パワーロータ６に設けているアペックスシール溝６４２の端部に、軸穴６５方向側が夫々拡大するサイドシール溝６４１が形成され、サイドシール６３２が配設される。すると、その底部に上記サイドシール溝６４１との間に小さな空間が設けられ、この空間と相通するように、パワーロータ６に形成する一対の湾曲側面６２１ａ、６２１ｂの各稜線の内側に沿って、一定の間隔を有して開孔する複数の加圧孔６６が設けられている。これにより、このサイドシール６３２は、各摺動面が、膨張空間Ｄや圧縮空間Ｅ又は変転空間Ｈに面する期間においては、加圧孔６６を通して、その底部が昇圧されるポンプ作用が加わり、パワーロータ６の範囲から外側の位置に置かれ、より外向きに配設されることで、両側壁４１ａ、４１ｂの内面や両側面板５１ａ、５１ｂの内面との摺接圧を高めて摺動接触するものである。

上記アペックスシール６３１について、説明する。図９に示すように、断面が鍵穴状に切欠かれたアペックスシール溝６４２には、折り曲げ加工される許容最大の長幅を有した楕円筒に、表側暖曲面の中央部が縦に切り開かれて左と右に立ち上がる２枚の細巾短冊片を有し、楕円筒の内部空間に挿入される許容最大の直径を有した円柱棒に片側が接続される幅広の短冊片１枚が、２枚の細巾短冊片に、左右から挟まれて突き上がるアペックスシール６３１が付勢される。すると、その底部にアペックスシール溝６４２との間に小さな空間が設けられ、この空間と相通するように、パワーロータ６に形成する一対の湾曲側面２１ａ、６２１ｂの各稜線の内側に沿って、一定の間隔を有して開孔する複数の加圧孔６６が設けられている。これにより、このアペックスシール６３１は、膨張空間Ｄや圧縮空間Ｅ又は変転空間Ｈに面しない期間においては、短冊片の各摺動部分が、パワーロータ６の範囲から内部側に位置し、膨張空間Ｄや圧縮空間Ｅ又は変転空間Ｈに面する期間においては、短冊片の各摺動部分が、パワーロータ６の範囲から外部側に位置するように、加圧孔６６を通して、その底部が昇圧されるポンプ作用が加わり、より外向きに付勢されることで、直溝５３の内面５４とロータハウジング４の内周面４２の双方に繰り替え摺動接触するものである。

上記のアペックスシール６３１やサイドシール６３２及び仕切りシール４６１の材質は、充填材入りのPTFE（四フッ化エチレン樹脂）などを使用することができる。このPTFEは摩擦係数は低いものの、耐摩耗性に劣るPTFEの欠点を補うために、カーボンやガラス繊維 等の充填材が加えられている。また、上記パワーロータ６の材質等は、上述したように、上記の一対の加熱器７ａ、７ｂに次いで、高い耐熱性が要求されている。そのために、全体をセラミックス素材で形成する。又は、全体をニッケル系耐熱鋼で形成し、表面をセラミックコーティングする。或は、最も高い耐熱性が要求される一対の湾曲側面６２１ａ、６２１ｂの表面をセラミックスで形成の場合には、他の部分をアルミ合金等により、構成する必要がある。尚、パワーロータ６の表面に、セラミックコーティングが施された場合、夫々のシール溝や加圧孔６６には、耐熱性を高めるため、球状黒鉛鋳鉄が組み込まれるものである。

８．次に、パワーロータ作動機構について、詳細な構成を説明する。
図８を用いて説明したように、上記のパワーロータ作動機構Ｑは、図１３・Ａ，Ｂに示すように、側壁他側４１ｂに設けた姿勢制御室４８に内包され、その中央に突出された固定金座９４に基軸の親歯車９１が堅座され、その姿勢が固定された親歯車９１に３つの遊星歯車９２が歯合し、３つの遊星歯車９２の外側に、１２０°の位相差が保たれて、３つの孫歯車９３が歯合している。この親歯車９１と３つの孫歯車９３とは、同一径のねじれ山歯歯車で形成される等速歯車列で組み合わされることにより、ドラムロータ５が時計回転方向に回転すると、支持軸６１を介して３つの孫歯車９３と直結する３つのパワーロータ６が反時計回転方向に、ドラムロータ５の回転速度と等しい速度で、回転する。しかも、３つの遊星歯車９２は、ドラムロータ５の他側側面板５１ｂに回転自在に軸支される断面が角形（星型）のスプライン回転軸９５に支承され、右と左のねじれ斜歯歯車により構成されており、その合せ隙間にコイルスプリング９６が夫々挿入されていることから、始動時においても離間圧力が強められ、回転による反スラスト運動の発生とが加わることにより、さらに、離間圧力が夫々増強され、遊星歯車９２対親歯車９１及び孫歯車９３との噛み合い部に発生するバックラッシュを減少させ、３つのパワーロータ６の姿勢が、より高度な静止公転状態に置かれるものである。尚、３つの遊星歯車９２は、図中は三方位であって、その中心は、上記親歯車９１と孫歯車９３とが成す中心間を結ぶ線上に位置しているが、線上に位置させる必要はない。

以下、上記構成の動作を説明する。本発明１は、１２０°の位相差が保たれて、ロータハウジング４の内部に配設される３つのパワーロータＡ、Ｂ、Ｃが、ドラムロータ５の回転に同期して、静止公転運動（作動）することにより、一対の作動室Ｒａ、Ｒｂのいずれにも、膨張空間Ｄと圧縮空間Ｅとを、常に、併存させることから、一対の作動室Ｒａ、Ｒｂ同士を連通する一対の熱交換器８ａ、８ｂを設け、パワーロータ６の先導側に生起する全容量が最小となる１８０°で対向する吐出空間Ｈと連通する一対の加熱器７ａ、７ｂを備えることで、一方（他方）の作動室Ｒａ（Ｒｂ）から他方（一方）の作動室Ｒｂ（Ｒａ）に流動する作動ガスを熱交換しながら、高温の作動ガスの容量を増大させる状態で、膨張空間Ｄの全容量を交互に６回増大させることができる。これにより、１つのパワーロータＡが、出力軸５５一回転中に、２回のスターリングサイクルを構成することから、他の２つのパワーロータＢ、Ｃにおいても、同様に、繰り返えすことができる。以上のように、本実施形態によれば、都合６回ものスターリングサイクルの多サイクル化が実現されるものである。

尚、上記親歯車９１や３つの遊星歯車９２又は孫歯車９３は、筒内に封入された作動ガスに曝されるために、無給油潤滑方式で歯合されることが望ましく、焼結結晶材料である部分安定化ジルコニア（ZrO2 ）を用いて、全ての歯車の表面がセラミックコーティングされた構造とする。また、金属材料へのコーティングにはプラズマ溶射が使用され、コー ティングの厚さは0.3mm乃至0.4mm程度である。このジルコニアセラミックスは、４価のジ ルコニウムイオンと酸素イオンとから成るイオン性結晶であり、熱伝導率が低く、耐熱性 と耐食性が高く、高強度が確保され、イオン伝導性等の多くの機能を有している。

パワーロータの原理で説明したように、図６においては、７ａ、７ｂはパワーロータ６の先導側に生起する全容量が最小と成る１８０°で対向する吐出空間Ｈと連通する第１加熱器と第２加熱器である。この第１加熱器７ａについて、説明する。内面がΩ字形をした筒状の第１外郭壁７１１ａと、この第１外郭壁７１１ａの両側に接合する一側第１側面壁７１２ａと他側第１側面壁７１３ａとから形成され、その内部に第１外郭壁７１１ａの一端が開口する第１加熱通路７２ａを設けた第１加熱室７１６ａが形成される。この第１加熱室７１６ａは、一側第１側面壁７１２ａと他側第１側面壁７１３ａとの中央部から内方向に夫々突出するすり鉢状の一側第１加熱ドーム７６１ａと他側第１加熱ドーム７６２ａとが向かい合わされ、その向かい合う合間に形成される空間であって、第１外郭壁７１１ａの内面の沿って、また、一側第１側面壁７１２ａと他側第１側面壁７１３ａの双方の内面から挟み付けられて、並列４条７段列に組み付けられた第１熱交換器８ａ中の第１再生器８５ａが内装されている。尚、上記の第２加熱器７ｂにおいては、上記第１加熱器７ａと対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造の符号については、同一数値の末尾にｂの符号を付してその説明を省略する。

上記の一側第１加熱ドーム７６１ａについて、説明する。ドームの開口部に、下述する燃焼加熱装置が装備される一側第１燃焼室蓋７１４ａが嵌合し、その内側に、すり鉢状の一側第１燃焼室７７１ａが形成されている。この一側第１燃焼室７７１ａは、装備される燃焼加熱装置から放たれる火炎ならびに循環する高温燃焼気流からの対流伝熱により、加熱される。しかも、雰囲気温度と液滴表面温度とが平衡に達するまで加熱されるように、一側第１燃焼室蓋７１４ａには風箱が設けられ、耐火材で形成された一側第１バーナタイル７７５ａが内装され、この一側第１バーナタイル７７５ａに、排煙を外部に排出する一側第１排気管７７３ａの上流部が外巻き付け式に配管されて、風箱に導入される空気に対して、排煙熱が間接接触式に加熱する。しかも、その空気導入端に、燃料噴霧や昇温した空気噴流の速度分布及び流れのパターンを整え、噴霧流と空気流の適合が図られる一側第１保炎器８１８ａが取付けられている。尚、上記の他側第１加熱ドーム７６２ａにおいて は、上記一側第１加熱ドーム７６１ａと対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造の符号については、別の数値を付して、その説明を省略する。

上記の燃焼加熱装置について、説明する。嵌合する一側第１燃焼室蓋７１４ａに装備され、主に、液体燃料を一側第１燃焼室７７１ａの内部に噴霧する一側第１燃料噴射弁７８３ａ、燃焼負荷に応じて燃料供給量を調節する図示しない燃料供給装置及び燃料供給量に見合うように空気量を調節する制御装置、その近傍に火花放電により噴霧燃料への点火が行われる一側第１バーナ７８５ａ、燃焼用の空気を導入するためのブロワーが介設された一側第１吸気管７８１ａと排煙のための一側第１排気管７７３ａとにより構成される通風装置、運転の安全性を保つための図示しない安全制御装置から構成されるものである。このように、本請求は、特許請求の範囲として、液体燃料を使用する「燃焼加熱装置」を記載しましたが、気体燃料や固体燃料の使用の他、バイオマスから得られるエネルギーの利用、太陽光や廃熱又は冷熱の利用による動力変換は、省エネルギー効果が高い。尚、上記の一側第１燃料噴射弁７８３ａ、燃料供給装置、制御装置、一側第１バーナ７８５ａ、通風装置、安全制御装置については、既存の製品を使用するため、その説明を省略する。

上記の第１加熱通路７２ａについて、説明する。第１外郭壁７１１ａの一端に開口する作動ガスが流出入する通路であって、ロータハウジング４の内外を貫通して開口する第１加熱開口４３ａと接合するように、筒状の内周面４２に対し、垂直方向に開口され、４つのコーナーに開口部の中心に向かって平行する萎れる丸みが夫々設けられ、内部に形成する第１加熱室７１６ａに繋がっている。この折箱の内面状に開口する第１加熱通路７２ａには、放射、伝導、対流により、間接的に被加熱物を加熱する間接抵抗加熱式であって、抵抗発熱体として、非金属の固有抵抗を利用した棒状の第１抵抗発熱体７５ａが、内周面４２に平行して、千鳥式に配設され、圧縮空間Ｅで生成された高密度の作動ガスが、流入する際に、間接接触式に且つ放射伝熱式に加熱される。

以下、上記構成の動作を説明する。本発明の第１加熱器７ａは、圧縮空間Ｅで生成され た高密度の作動ガスが、第１加熱通路７２ａに配設された第１抵抗発熱体７５ａから、間 接接触式に且つ放射伝熱式に加熱され、装備された燃焼加熱装置から放たれる火炎ならびに循環する高温燃焼気流からの対流伝熱により、加熱されている一側第１加熱ドーム７６１ａと他側第１加熱ドーム７６２ａの両外壁面から、また、その内部に内装される第１熱交換器８ａ中の第１再生器８５ａとから、間接接触式に且つ放射伝熱式に加熱され、更に、循環する高温加熱気流からの対流伝熱により、複合加熱される。以上のように、本実施形態によればスターリングサイクルの多サイクル化に対応するものである。

上記の第１抵抗発熱体７５ａについて、説明する。既存の製品から選ばれ、炭化けい素（ＳｉＣ）質の非金属発熱体であり、その形状は棒状を使用し、起動時においても通電され、流入する作動ガスに対し、常に、加熱状態に置かれている。この第１抵抗発熱体７５ａは金属発熱体と比べて耐熱性が高いので、高温度域で使用する。現在、非金属発熱体と して使用されている主なものは、炭化けい素（ＳｉＣ）質、二けい化モリブデン（ＭｏＳｉ2 ）質、ランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ3)質及び炭素（グラファイト)質がある。また、形状は、棒、プレート、チューブ、スパイラル、Ｕ形及びＷ形（三相）等があり、種類によりその性能に幅があるので、使用時の加熱条件、炉内雰囲気により使い分けることにする。尚、上記第１加熱器７ａや第２加熱器７ｂは、その全体がセラミックス素材で形成される。又は、ニッケル系耐熱鋼で形成の場合、各構成部材の内面や外面にセラミックコーティングが施される。このセラミック材料については、Ｓｉ3 Ｎ4 が用いられる。

１０．以下、熱交換器について、詳細な構成を説明する。
パワーロータの作用で説明したように、上記の一対の熱交換器８ａ、８ｂは、図１、６、１２・Ａ、Ｂ、１３・Ｂに示すように、一対の作動室Ｒａ、Ｒｂ同士を連通する第１熱交換器８ａと第２熱交換器８ｂとを有している。この第１熱交換器８ａは、熱交換を行うための作動ガスの循環口が、一方の作動室Ｒａの中央に面して第１循環開口４４ａが開口され、他方の作動室Ｒｂの中央に面して第２循環開口４４ｂが開口されており、その双方に接続されて設けられている。従い、第１循環開口４４ａが膨張空間Ｄに開口すると、膨張空間Ｄの高温の作動ガスは、第１循環開口４４ａを通して、一方向流に第１循環洞道８４ａを流通し、第１加熱器７ａに内装の第１再生器８５ａに導入され、第１冷却器８６ｃに流入して、熱交換の後、低温の作動ガスが、第２循環開口４４ｂから、他方の作動室Ｒ ｂに生起した圧縮空間Ｅの従動側に供給されるものである。尚、上記の第２熱交換器８ｂにおいては、上記第１熱交換器８ａと対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造の符号については、同一数値の末尾にｂの符号を付してその説明を省略する。

上記の第１循環開口４４ａについて、説明する。図１２・Ａに示すように、一方の作動室Ｒａの中央に面して開口され、ロータハウジング４の肉厚部分に設けられている。この第１循環開口４４ａに連通する作動ガスが供給される第２供給管８７ｂの管端の延長方向に、内装されている第１連通管８３ａの管口と向かい合っている。この第２供給管８７ｂと第１連通管８３ａとは同径であり、この向かい合う合間に形成される空間に、第１方向制御弁８２１ａが内蔵されている。しかも、この第１連通管８３ａは、その途中から曲げ られ、ロータハウジング４の内周面に沿って、肉厚部分に形成される第１循環洞道８４ａに繋がっている。また、第２供給管８７ｂと第１連通管８３ａとが向かい合う状況は、第１連通管８３ａより大径の第１循環開口４４ａが、第２供給管８７ｂの方向に向かって縮小する第１錐形テーパ壁８８ａが形成され、この第１錐形テーパ壁８８ａの縮小端と第２供給管８７ｂの管端とが接合されている。図１２・Ａには、上記第１循環開口４４ａが、短軸Ｘに対し、平行な水平断面図が示され、図１２・Ｂには、第１循環開口４４ａが、短軸Ｘに対し、直交な垂直断面図が示されている。

上記の第１方向制御弁８２１ａについて、説明する。球体状であって、作動ガスの流向の制限が容易に行われるように、赤道部に外側が縮小するテーパ形状の第１フランジ８２２ａが突設されており、この第１フランジ８２２ａは、第１連通管８３ａより大径の第１循環開口４４ａが、第２供給管８７ａの方向に向かって縮小する第１錐形テーパ壁８８ａ面と重なり合うように設けられている。この第１方向制御弁８２１ａは、一方の作動室Ｒａに生起している膨張空間Ｄの高温の作動ガスが、第１循環開口４４ａを通して、第１熱交換器８ａに導入される形態と、或は、第２熱交換器８ｂの第２供給管８７ｂを通して、低温の作動ガスが、第１循環開口４４ａから、一方の作動室Ｒａに生起した圧縮空間Ｅに供給される形態とに、相対する作動空間間の圧力差に応じて、上記の経路を選択するもの
である。

上記の第１熱交換器８ａの形状は、第１循環開口４４ａが、一方の作動室Ｒａに生起している膨張空間Ｄに開口している時、その空間の圧力は第２供給管８７ｂ側の圧力よりも高い。これにより、第１方向制御弁８２１ａは、第２供給管８７ｂの管端側に移動して、その管端に当座し、第２供給管８７ｂを閉塞する。この結果、第１連通管８３ａの管口は開放状態となり、膨張空間Ｄの高温の作動ガスは、第１循環開口４４ａを通して、開放した第１連通管８３ａの管口から、第１熱交換器８ａの第１循環洞道８４ａに流入する。この時の高温の作動ガスは、閉塞された第２供給管８７ｂ側に流れることはない。さらに、上記第１循環洞道８４ａを流通した作動ガスは、第１加熱器７ａに内装の第１再生器８５ａに導入され、第１冷却器８６ａに流入して、熱交換の後、他方の作動室Ｒｂに生起した圧縮空間Ｅの内部圧力は第１供給管８７ａ側の圧力よりも低いことから、低温の作動ガスは、第２方向制御弁８２１ｂを第２連通管８３ｂの管口側に移動させて、その管口に当座させ、第２連通管８３ｂを閉塞する。この結果、第１供給管８７ａの管端は開放状態となり、開放された第１供給管８７ａの管端を経て、第２循環開口４４ｂから、他方の作動室Ｒｂに生起した圧縮空間Ｅに供給される。この時の低温の作動ガスは、閉塞された第２連通管８３ｂ側に流れることはない。

上記の第１循環洞道８４ａについて、説明する。第１循環開口４４ａと第１加熱器７ａの第１外郭壁７１１ａに開孔する第１流入孔７３ａ口とを連通するように、ロータハウジング４の内周面４２に沿って、曲り中空状に設けた空洞部が、ロータハウジング４の肉厚部分に形成されている。この第１循環洞道８４ａは、第１循環開口４４ａが生起している膨張空間Ｄに開口している時、この第１循環開口４４ａを通して流入した高温の作動ガスが、第１加熱器７ａにおいて、高温の作動ガスが保有する熱量（エンタルピー）を放熱させるための、作動ガスを流通させる通路である。

上記の第１再生器８５ａについて、説明する。図１１には、最下段列のみの詳細が示され、従来の冷・暖房機の熱交換器と同様に、並列４条に配列されたΩ字状に形成する第１放熱パイプ列８５１ａが、扇子状に形成する第１放熱フィン列８５２ａの波板状千鳥屈曲部に設けた第１嵌め込み溝８５３に、重複式に挿入されて７段列に組み付けられている。図６に示すように、並列４条７段列の第１再生器８５ａは、第１加熱器７ａの第１外郭壁７１１ａの内面に沿って、また、第１外郭壁７１１ａの両側に接合する一側第１側面壁７１２ａと他側第１側面壁７１３ａの双方から挟み付けられて内装されている。この第１放熱パイプ列８５１ａの集合管口７段が、第１外郭壁７１１ａに開孔する第１流入孔７３ａ端に夫々連通し、第１放熱パイプ列８５１ａの集合管端７段が、第１外郭壁７１１ａに開孔する第１流出孔７４ａ口に夫々連通している。従って、一方向流に第１放熱パイプ列８５１ａ群中に導入された高温の作動ガスの熱量（エンタルピー）が、第１加熱室７１６ａ内に放射伝熱されるとともに、第１放熱パイプ列８５１ａ群の表面と、伝熱された第１放熱フィン列８５２ａ群の表面とから、高密度の作動ガスに、間接接触式に加熱するものである。この第１再生器８５ａは、第１嵌め込み溝８５３ａに挿入式で組み付けられることにより、第１放熱パイプ列８５１ａの増設が容易であり、ろう付け等の特殊技能を必要とせず、性能向上と耐久性とを高め、省力化を図ることができる。尚、上記第１放熱パイプ列８５１ａ群は、その管内に図示しない蓄熱材（マトリックス）が充填され、導入される高温の作動ガスが保有する熱量が蓄熱材に与えられている。

以下、上記構成の動作を説明する。本発明の第１熱交換器８ａは、第１循環開口４４ａが一方の作動室Ｒａの膨張空間Ｄに開口している時、高温の作動ガスは、第１循環開口４４ａを通して、第１熱交換器８ａに導入され、熱交換の後、低温の作動ガスが、第２循環開口４４ｂから、他方の作動室Ｒｂに生起した圧縮空間Ｅの従動側に供給される。このタイミングは、膨張空間Ｄを引き継いだ圧縮空間Ｅ内に介在する減圧状態の高温の作動ガスからの混入が抑えられることから、流体の密度を大きく低下させることなく、圧縮が加えられるものである。また、作動ガスが、一方の作動室Ｒａに生起している膨張空間Ｄから他方の作動室Ｒｂに生起した圧縮空間Ｅに向かって、一方向流に第１熱交換器８ａ内を流動することから、高温の作動ガスが有するエネルギーの有効利用が図られ、流体移動に係わるエネルギーの負担が不要となって、流体同士の摩擦抵抗も小さく、高速流通が可能と成り、高速回転を実現させることができる。以上のように、本実施形態によれば気筒当りの出力の向上に加え、高速トルクをも良好にするものである。

上記の第１冷却器８６ａについて、説明する。この第１冷却器８６ａは、既存の製品が 使用され、耐圧容器構造であり、液−凝縮する流体の熱交換に用いられる多管円筒形（シェル・アンド・チューブ形）熱交換器が使用される。取扱う流体の種類、性状、圧力や温度、汚れの度合い、胴と伝熱管の熱膨張差の度合、これらの複合条件及びその他の条件を考慮して選定する。因みに、各種構造は、もっとも標準的なもので、遊動頭形熱交換器、Ｕ字管形熱交換器、固定管板形熱交換器、ケルト形熱交換器等がある。

パワーロータの原理で説明したように、上記の一対の出力制御装置１１ａ、１１ｂは、一対の作動室Ｒａ、Ｒｂに夫々生起した圧縮空間Ｅ内に介在する作動ガス圧力を所定の範囲内に連係調節する一次側出力制御装置１１ａと二次側出力制御装置１１ｂとを備えている。この一次側出力制御装置１１ａについて、説明する。図１、５、７に示すように、上流端が、一方の作動室Ｒａに生起した圧縮空間Ｅに臨んで、側壁一側４１ａ及び他側４１ｂとの内外を貫通して開孔する一次吸引孔１２１ａと一次補助吸引孔１２２ａとに接続され、下流端が、遅れ位相側に生起し転移する閉じた変転空間Ｆに臨んで、側壁一側４１ａの内外を貫通して開孔する一次排出孔１３ａに接続されている。この一次吸引孔１２１ａと一次補助吸引孔１２２ａとが開孔される位置は、第１循環開口４４ａが開口する回転角θ＝９０°と第２加熱開口４３ｂが開口する回転角θ＝１８０°の中間付近の回転角θ＝１２５°の位置に設けられ、一次排出孔１３ａが開孔される位置は、一次吸引孔１２１ａが開孔する回転角θ＝１２５°より、時計回転方向に１５°程度進んだ回転角θ＝１４０°付近に設けられている。尚、上記の二次側出力制御装置１１ｂにおいては、上記一次側出力制御装置１１ａと対象関係に設けられており、実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材や同一機能を有する構造の符号については、同一数値の末尾にｂの符号を付して、その説明を省略する。

また、上記の一次側出力制御装置１１ａは、一次側送風機１４ａと一次側ガス流量調整弁１５ａ及び第３冷却器８６ｃとが配設されており、一方の作動室Ｒａに生起した圧縮空間Ｅと遅れ位相側に生起し転移する閉じた変転空間Ｆとが連通され、出力増大要求時に、圧縮空間Ｅ内に介在する作動ガス圧力を所定の高圧側に調節せしめ、又は、出力減少要求時に、圧縮空間ｅ内に介在する作動ガス圧力を所定の低圧側に調節せしめ、熱交換の後、低温の作動ガスが、ドラムロータ５の一側側面板５１ａに開孔する楕円形の導入孔５８を介して、下流端が連通する一次排出孔１３ａと遅れ位相側に生起し転移する閉じた変転空間Ｆとが回転軌跡上で重なり相通する期間、すなわち、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間Ｆに排出される。

次に、上記一次側出力制御装置１１ａの作用を説明する。図３の状態図に示すように、一方の作動室Ｒａを作動するパワーロータＡは、３０°≦θ≦１５０°の期間に、高温の作動ガスを、生起した圧縮空間Ｅ内から調節し、熱交換の後、低温の作動ガスが、１２０°≦θ≦１６０°の期間に、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間Ｆに排出される。これより、位相差が１２０°遅れたパワーロータＢは、１５０°≦θ≦２７０°の期間に、高温の作動ガスを、生起した圧縮空間Ｅ内から調節し、熱交換の後、低温の作動ガスが、２４０°≦θ≦２８０°の期間に、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間Ｆに排出される。これよりさらに、位相差が１２０°遅れたパワーロータＣは、２７０°≦θ≦３０°の期間に、高温の作動ガスを、生起した圧縮空間Ｅ内から調節し、熱交換の後、低温の作動ガスが、０°≦θ≦４０°の期間に、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間Ｆに排出される。

上記の一次側ガス流量調整弁１５ａについて、説明する。既存の製品が使用され、圧力補償機能により、入口圧力・出口圧力の変化にかかわりなく、流量を所定の値に保持することができる流量調整弁が用いられる。この一次側ガス流量調整弁１５ａ体に、図示しない一次側絞り弁が取付けられ、二次側ガス流量調整弁１５ｂ体に取付けられた二次側絞り弁と連係調整するよう、図示しないコントロールユニットからの信号に従って、流量を所定の値に連係保持させている。また、入口と出口との圧力差の変化を補償する定差圧減圧弁が組み合わせてある。これにより、流体の密度が一定の時に、絞り前後の圧力差が一定に保たれ、一定の流量が補償されるものである。尚、上記の一次側ガス流量調整弁１５ａと同様に、上記一次側送風機１４ａは、出力が電磁弁によるデューティ比制御により制御される既存の製品が使用され、上記第３冷却器８６ｃについても、既存の遊動頭形（シェル・アンド・チューブ形）熱交換器が使用されることから、その説明を省略する。

以下、上記構成の動作を説明する。本発明の一次側出力制御装置１１ａは、一方の作動室Ｒａに生起した圧縮空間Ｅ内に介在する高温の作動ガスが、圧縮行程初期に、パワーロータ６の従動側に、第２熱交換器８ｂから低温の作動ガスが供給され、さらに、転移する閉じた変転空間Ｆから低温の作動ガスが偏在される。この供給と偏在された低温の作動ガスに、圧縮行程終盤に高温の作動ガスが混入状態となることから、混在する前に、圧縮空間Ｅ内に介在する高温の作動ガスから調節されている。これにより、低温の作動ガスへの混入が抑制され、圧縮空間Ｅ内の流体の密度を大きく低下させることなく、第２加熱器７ｂが加熱する流体の総重量が直前に調整される出力の高速制御を実現させるものである。また、一次側出力制御装置１１ａは、調節された低温の作動ガスが、遅れ位相側に生起されようとするタイミングの変転空間Ｆに排出が開始されており、この排出の期間は、生起初期の時期にも継続され、囲い込まれている高温の作動ガスにポンプ作用が加わり、変転空間Ｆのトレーリング部分からドラムロータ５に設けたバイパス路５７を通して、同位相側に生起している圧縮空間Ｅに高温の作動ガスから排除され、転移する閉じた変転空間Ｆに低温の作動ガスが充填される。これにより、偏在先の圧縮空間Ｅ内の流体密度を低下させないという効果を発揮するものである。以上のように、本実施形態によれば出力の高速制御が実現されるものである。

本発明は、スターリングエンジンであり、冷凍機・ヒートポンプや気体燃料エンジン又はウィルミエ機関に対しても、本発明は適用可能であるのはもちろんである。

１…ロータリー式スターリングエンジン
Ｘ，Ｙ…ロータハウジングの短軸、長軸
Ｒａ，Ｒｂ…一方の，他方の作動室
Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｈ…膨張空間、圧縮空間、変転空間、吐出空間
Ｑ…パワーロータ作動機構
４…ロータハウジング
４１ａ，４１ｂ…側壁一側、側壁他側
４３ａ，４３ｂ…第１、第２加熱開口
４４ａ，４４ｂ…第１、第２循環開口
５…ドラムロータ
５３…直溝
６…パワーロータ（Ａ，Ｂ，Ｃ）
７ａ，７ｂ…第１、第２加熱器
８ａ，８ｂ…第１、第２熱交換器
８５ａ、８５ｂ…第１、第２再生器
８６ａ、８６ｂ…第１、第２冷却器
１１ａ，１１ｂ…一次側、二次側出力制御装置
１４ａ、１４ｂ…一次側、二次側送風機
１５ａ、１５ｂ…一次側、二次側ガス流量調整弁
８６ｃ、８６ｄ…第３、第４冷却器

Claims (6)

1. 内周面が米俵形に形成される筒状のロータハウジングとその両壁部に位置する側壁とで構成された気筒と、この気筒の中央で回転可能に支持され、円柱曲面に軸芯に平行して湾窟状に切欠いた直溝と、この直溝から反時計回転方向に向かう上記円柱曲面に至るバイパス路とが設けられた円柱体であって、この円柱体の両側面に側面板が接合するドラムロータと、該ドラムロータの該直溝に、回転及び摺動可能に配設され、該直溝の軸芯に平行な支持軸を有した角柱体であって、その支持軸が係合する軸穴に向かって平行に相対する窪んだ一対の湾曲側面と、この一対の湾曲側面を両端で接続する一対の短直側面とから形成され、該ドラムロータの回転に同期して、その姿勢が規制され、該側壁及び該側面板の内面との間に形成する隙間にサイドシールを介在させ、上記接続する４つの交点に付勢されたアペックスシールが、該直溝の内面と該ロータハウジングの内周面の双方に繰り替え摺動接触するパワーロータと、このパワーロータの作動に伴って、該気筒と該ドラムロータとの間に形成され、流動する作動ガスが流出入する一対の作動室と、該直溝及び該パワーロータは、該ドラムロータに三等分割方向に配設され、１２０°の位相差が保たれて、３つのパワーロータの姿勢を、常に、規制するパワーロータ作動機構とで構成されたロータリー式のスターリングサイクル機構と、
   内面がΩ字形をした筒状の外郭壁とこの外郭壁の両側に接合する側面壁とで形成され、該パワーロータの先導側に生起する全容量が最小と成る１８０°で対向する吐出空間と連通する一対の加熱器と、
   該一対の加熱器の夫々に、該側面壁の中央部に形成され内方向に夫々突出する一対の加熱ドームと、内部に設けられ作動ガスが流出入する加熱通路及び高密度の作動ガスを加熱し、又は、吐出する加熱室と、
   該一対の作動室同士を連通する一対の熱交換器と、
   該一対の熱交換器中に夫々配設される該加熱器に内装の再生器と冷却器と、
   該一対の作動室に夫々生起した圧縮空間内に介在する作動ガス圧力を所定の範囲内に連係調節する一対の出力制御装置と、
   該一対の出力制御装置中に夫々配設される送風機とガス流量調整弁及び冷却器とを具備したことを特徴とするロータリー式スターリングエンジン。
2. 請求項１に記載されたロータリー式スターリングエンジンにおいて、
   該一対の加熱器は、内部に３つのパワーロータが配設されるロータハウジングの短軸方向両端に夫々接続され、該ロータハウジングの内外を貫通して開口する一対の加熱開口を介して、上記パワーロータの先導側に生起する全容量が最小と成る１８０°で対向する吐出空間と連通する第１加熱器と第２加熱器とを有し、
   該第１加熱器は、他方の作動室の圧縮空間で生成された高密度の作動ガスを加熱し、又は、吐出することにより、一方の作動室に膨張空間の全容量を増大させる手段であり、
   該第２加熱器は、一方の作動室の圧縮空間で生成された高密度の作動ガスを加熱し、又は、吐出することにより、他方の作動室に膨張空間の全容量を増大させる手段であり、
   双方に、該一対の加熱ドームを加熱する一対の燃焼加熱装置と作動ガスが流出入する該加熱通路に抵抗発熱体及び該加熱器に内装される前記熱交換器中の再生器とを夫々設けたことを特徴とするロータリー式スターリングエンジン。
3. 請求項１に記載されたロータリー式スターリングエンジンにおいて、該一対の熱交換器は、内部に３つのパワーロータが配設されるロータハウジングの長軸方向両端側に、該ロータハウジングの内外を貫通して開口する第１循環開口と第２循環開口の双方に夫々接続され、一対の作動室同士を連通する第１熱交換器と第２熱交換器とを有し、該第１熱交換器は、作動ガスが、一方の作動室に生起している膨張空間から導入され、該第１循環開口を通り、熱交換の後、該第２循環開口から、他方の作動室に生起した圧縮空間に供給される形態と、該第２熱交換器は、作動ガスが、他方の作動室に生起している膨張空間から導入され、該第２循環開口を通り、熱交換の後、該第１循環開口から、一方の作動室に生起した圧縮空間に供給される形態とに制限する制御機構を夫々内蔵させたことを特徴とするロータリー式スターリングエンジン。
4. 請求項３に記載されたロータリー式スターリングエンジンにおいて、
   該第１熱交換器は、一方の作動室に開口する第１循環開口と該第１加熱器に開孔する第１流入孔口とを連通する第１循環洞道と、該第１加熱器に内装され、第１流入孔端と第１流出孔口とを連通する第１再生器と、該第１流出孔端と第１冷却器の流体入口とを連通する第１送給管と、該第１冷却器の流体出口と他方の作動室に開口する第２循環開口とを連通する第１供給管とが配設され、該第２熱交換器は、他方の作動室に開口する該第２循環開口と該第２加熱器に開孔する第２流入孔口とを連通する第２循環洞道と、該第２加熱器に内装され、該第２流入孔端と第２流出孔口とを連通する第２再生器と、該第２流出孔端と第２冷却器の流体入口とを連通する第２送給管と、該第２冷却器の流体出口と一方の作動室に開口する該第１循環開口とを連通する第２供給管とが配設され、上記の制御機構は、上記経路を選択するように、該第１循環開口に内蔵され、作動ガスが、一方の作動室から該第２熱交換器への流通が遮断されて該第１熱交換器への流通が許容され、該第２熱交換器から該第１熱交換器への流通が遮断されて一方の作動室への流通が許容される第１方向制御弁と、該第２循環開口に内蔵され、作動ガスが、他方の作動室から該第１熱交換器への流通が遮断されて該第２熱交換器への流通が許容され、該第１熱交換器から該第２熱交換器への流通が遮断されて他方の作動室への流通が許容される第２方向制御弁とを設けたことを特徴とするロータリー式スターリングエンジン。
5. 請求項１に記載されたロータリー式スターリングエンジンにおいて、
   該一対の出力制御装置は、流動する作動ガスが流出入する一対の作動室に夫々生起した圧縮空間と、上記ドラムロータに設けた該直溝の底面と直立して平行する一側側面板に開孔する楕円形の導入孔を介して、遅れ位相側に夫々生起し転移する閉じた変転空間とを連通する一次側出力制御装置と二次側出力制御装置とを有し、
   該一次側出力制御装置は、作動ガスを、一方の作動室に生起した圧縮空間内から調節し、又は、熱交換の後、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間に排出する手段であり、
   該二次側出力制御装置は、作動ガスを、他方の作動室に生起した圧縮空間内から調節し、又は、熱交換の後、遅れ位相側に生起されようとする時期から生起初期の時期までの期間内の変転空間に排出する手段であり、
   双方に、該一対の加熱器が加熱する流体の総重量を連係調節する調整機構を夫々設けたことを特徴とするロータリー式スターリングエンジン。
6. 請求項５に記載されたロータリー式スターリングエンジンにおいて、
   該一次側出力制御装置は、一方の作動室の圧縮空間に臨んで、該側壁一側及び他側の内外を貫通して開孔する一次吸引孔と一次補助吸引孔とに連通する一次独立吸引管と一次独立補助吸引管とは下流で一つに集合する一次吸引管集合部に集合され、該一次吸引管集合部の出口と一次側送風機の流体入口とを連通する一次共通吸引管と、該一次側送風機の流体出口と一次側ガス流量調整弁の流体入口とを連通する一次配送管Ａと、該一次側ガス流量調整弁の流体出口と第３冷却器の流体入口とを連通する一次配送管Ｂと、該第３冷却器の流体出口と遅れ位相側に生起し転移する閉じた変転空間に臨んで、該側壁一側の内外を貫通して開孔する一次排出孔とを連通する一次排出管とが配設され、
   該二次側出力制御装置は、他方の作動室の圧縮空間に臨んで、該側壁一側及び他側との内外を貫通して開孔する二次吸引孔とニ次補助吸引孔とに連通する二次独立吸引管と二次独立補助吸引管とは下流で一つに集合する二次吸引管集合部に集合され、該二次吸引管集合部の出口と二次側送風機の流体入口とを連通する二次共通吸引管と、該二次側送風機の流体出口と二次側ガス流量調整弁の流体入口とを連通する二次配送管Ａと、該二次側ガス流量調整弁の流体出口と第４冷却器の流体入口とを連通する二次配送管Ｂと、該第４冷却器の流体出口と遅れ位相側に生起し転移する閉じた変転空間に臨んで、該側壁一側の内外を貫通して開孔する二次排出孔とを連通する二次排出管とが配設され、
   該調整機構は、該一次側ガス流量調整弁体に取付けられ、出力増大要求時に、一方の作動室に生起した圧縮空間内に介在する作動ガス圧力を所定の高圧側に調節し、出力減少要求時に、一方の作動室に生起した圧縮空間内に介在する作動ガス圧力を所定の低圧側に調節する一次側絞り弁と、該二次側ガス流量調整弁体に取付けられ、出力増大要求時に、他方の作動室に生起した圧縮空間内に介在する作動ガス圧力を所定の高圧側に調節し、出力減少要求時に、他方の作動室に生起した圧縮空間内に介在する作動ガス圧力を所定の低圧側に調節する二次側絞り弁とからなっており、双方に、入口と出口との圧力差の変化を補償する定差圧減圧弁が夫々組み合わされ、連係調節することを特徴とするロータリー式スターリングエンジン。