JP6000214B2

JP6000214B2 - Stirling heat engine

Info

Publication number: JP6000214B2
Application number: JP2013194655A
Authority: JP
Inventors: 宏志関田
Original assignee: 宏志関田
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2033-09-19
Also published as: JP2015059533A

Description

本発明はスターリングエンジン，又はスターリングヒートポンプとして使用されるスターリング熱機関に関し，より詳細には２ピストン形（α形）のスターリング熱機関の改良に関する。 The present invention relates to a Stirling engine or a Stirling heat engine used as a Stirling heat pump, and more particularly to an improvement of a two-piston type (α-type) Stirling heat engine.

スターリングエンジンは，加熱器によって加熱される加熱室と，冷却器によって冷却される，前記加熱室と連通した冷却室を備え，この加熱室と冷却室の容積比を変化させることにより，加熱室の容積を大きくした場合には空間内の気体が膨張し，冷却室の容積を大きくした場合には空間内の気体が収縮することを利用して空間内における気体の膨張と収縮を交互に繰り返し行うことで，この気体の膨張，収縮をピストンの往復動という機械的なエネルギとして取り出すことができるように構成した，外燃機関と呼ばれる機関の一種である。 The Stirling engine includes a heating chamber heated by a heater and a cooling chamber that is cooled by a cooler and communicated with the heating chamber. By changing the volume ratio of the heating chamber and the cooling chamber, the Stirling engine When the volume is increased, the gas in the space expands, and when the volume of the cooling chamber is increased, the gas in the space contracts to alternately and repeatedly expand and contract the gas in the space. Thus, this is a kind of engine called an external combustion engine that can take out the expansion and contraction of the gas as mechanical energy called reciprocation of the piston.

このようなスターリングエンジンには，大別してα形，β形，γ形の３形態があるが，このうち，本発明の対象であるα形と呼ばれる２ピストン形のスターリングエンジン２００は，加熱側ピストン２１１と冷却側ピストン２２１，前記各ピストン２１１，２２１をそれぞれ収容する，加熱器２６０によって加熱される加熱側シリンダ２１０及び冷却器２７０によって冷却される冷却側シリンダ２２０，並びに前記シリンダ２１０，２２０間を連通する連結路２３０を備え，加熱側ピストン２１１と冷却側ピストン２２１とを位相差（加熱側ピストン２１１に対し冷却側ピストン２２１が９０°遅れ）を以て動作させることにより，加熱側シリンダ２１０内に形成された加熱室２１０’と，冷却側シリンダ２２０内に形成された冷却室２２０’の容積比を変化させることで，動力を取り出すことができるようになっている。 Such Stirling engines are roughly classified into three types, α-type, β-type, and γ-type. Among them, the two-piston type Stirling engine 200 called α-type, which is the object of the present invention, is a heating-side piston. 211, the cooling side piston 221, the pistons 211 and 221 are housed, the heating side cylinder 210 heated by the heater 260, the cooling side cylinder 220 cooled by the cooler 270, and the space between the cylinders 210 and 220, respectively. A connecting path 230 is provided, which is formed in the heating side cylinder 210 by operating the heating side piston 211 and the cooling side piston 221 with a phase difference (the cooling side piston 221 is delayed by 90 ° with respect to the heating side piston 211). Heating chamber 210 ′ and cooling chamber 220 ′ formed in the cooling side cylinder 220. The power can be taken out by changing the volume ratio.

すなわち，図７（Ａ）に示すように冷却室２２０’に対し加熱室２１０’の容積が大きい状態では，空間内の空気は加熱されて膨張するために，加熱側，冷却側の両ピストン２１１，２２１にはいずれもこれを押し下げる方向の力が働き図７（Ｂ）に示す位置迄押し下げられる。 That is, as shown in FIG. 7A, when the volume of the heating chamber 210 ′ is larger than that of the cooling chamber 220 ′, the air in the space is heated and expands. , 221 has a force in a direction to push it down, and is pushed down to the position shown in FIG.

一方，図７（Ｃ）に示すように加熱室２１０’に対して冷却室２２０’の容積が大きい状態では空間内の空気は冷却されて収縮するので両ピストン２１１，２２１を引き上げる方向の力が生じ，図７（Ｄ）に示す位置迄引き上げられる。このようにしてピストン２１１，２２１に対して働く力を，クランクシャフト（図示せず）等を介して運動エネルギとして取り出すと共に，図７（Ｂ），（Ｃ）間及び図７（Ｄ），（Ａ）間の動作をクランクシャフトに取り付けたフライホイール等によって行わせることで，連続動作させることができるように構成されている。 On the other hand, as shown in FIG. 7C, when the volume of the cooling chamber 220 ′ is larger than that of the heating chamber 210 ′, the air in the space is cooled and contracts, so that the force in the direction of pulling up both pistons 211 and 221 is increased. Is generated and pulled up to the position shown in FIG. The forces acting on the pistons 211 and 221 in this way are taken out as kinetic energy via a crankshaft (not shown) or the like, and between FIGS. 7B and 7C and FIGS. The operation between A) is performed by a flywheel or the like attached to the crankshaft so that it can be operated continuously.

なお，このような２ピストン形のスターリングエンジン２００では，図７（Ａ）〜（Ｄ）を参照して説明したように加熱室２１０’と冷却室２２０’を単一の連通路２３０によって連通するのが一般的であるが，このような構成を採用する場合，加熱された気体と冷却された気体とが混ざり合うことで大きな熱損失が生じると共に，加熱，冷却によって生じた圧力が他方の室に逃げることで圧力損失をも生じる点に鑑み，本発明の発明者は，加熱室と冷却室にそれぞれ吸入口と吐出口を設け，冷却室の吐出口と加熱室の吸入口を連通する加熱側通路と，加熱室の吐出口と冷却室の吸入口とを連通する冷却側通路をそれぞれ設けた復路構成と成すと共に，各通路を開閉制御する弁を設けることで，加熱室から冷却室に向かう気体の流れと，冷却室から加熱室に向かう気体の流れをそれぞれ別の流路内を流動させることにより，両気体が混ざり合うことによる熱損失や圧力損失の発生を防止して，効率的に動力を取り出すことができるようにしたスターリングエンジンを既に提案している（特許文献１参照）。 In such a two-piston type Stirling engine 200, as described with reference to FIGS. 7A to 7D, the heating chamber 210 ′ and the cooling chamber 220 ′ are communicated by a single communication passage 230. However, when such a configuration is adopted, a large heat loss occurs when the heated gas and the cooled gas are mixed, and the pressure generated by the heating and cooling is reduced in the other chamber. In view of the fact that pressure loss is caused by escaping, the inventor of the present invention provides a suction port and a discharge port in the heating chamber and the cooling chamber, respectively, and the heating chamber and the suction port of the heating chamber communicate with each other. The return passage configuration has a side passage, a cooling passage that connects the discharge port of the heating chamber and the suction port of the cooling chamber, and a valve for controlling the opening and closing of each passage is provided. Gas flow and cooling By making the gas flow from the heating chamber to the heating chamber flow in different flow paths, heat loss and pressure loss due to mixing of both gases can be prevented, and power can be extracted efficiently. A Stirling engine has been proposed (see Patent Document 1).

特開２０１２−１７２５８４号公報JP 2012-172484 A

前述した特許文献１に記載のスターリングエンジンでは，加熱室と冷却室とを連通する通路を複路構成と成すと共に，各通路を開閉制御するバルブ機構を設けたことで，前述した熱損失や圧力損失の発生を好適に防止することができ，熱エネルギから効率良く運動エネルギを取り出すことができるものとなっている。 In the Stirling engine described in Patent Document 1 described above, the passage that connects the heating chamber and the cooling chamber has a double-pass configuration, and a valve mechanism that controls opening and closing of each passage is provided, so that the heat loss and pressure described above are provided. Loss generation can be suitably prevented, and kinetic energy can be efficiently extracted from thermal energy.

しかし，上記構成のスターリングエンジンでは，各通路の開閉制御をロータリ弁によって行うものとし，各ロータリ弁を所定のタイミングで開閉動作させるために，プーリやタイミングベルトから成るロータリ弁の駆動機構をスターリングエンジンに外付けで設けているため，スターリングエンジンの構造が複雑化することや部品点数の増大によってスターリングエンジンの製造コストが増大すると共に装置全体の大型化を招くものとなっていた。 However, in the Stirling engine configured as described above, the opening / closing control of each passage is performed by a rotary valve, and in order to open / close each rotary valve at a predetermined timing, a rotary valve drive mechanism including a pulley and a timing belt is used as the Stirling engine. Since the structure of the Stirling engine is complicated and the number of parts increases, the manufacturing cost of the Stirling engine increases and the size of the entire apparatus increases.

また，このように各ロータリ弁の駆動軸に取り付けたプーリに対し，スターリングエンジンより取り出した回転駆動力をタイミングベルトによって伝達する構成を採用した場合，スターリングエンジンで発生した動力の一部がロータリ弁の開閉制御のための動力として消費されるだけでなく，タイミングベルトの伸びや弛み，タイミングベルトの滑り等によって各ロータリ弁間の動作タイミングに狂いが生じた場合，大幅な出力低下が生じるだけでなく，スターリングエンジンの正常な動作を阻害するものとなるため，定期的な点検や調整，タイミングベルトの交換等の煩雑な作業が必要となるだけでなく，このようなメンテナンス作業を可能とするためにスターリングエンジンと，その周辺に配置される機器との間にメンテナンスのために必要な空間を確保する必要がある等，設置上においても制約が生じる。 In addition, when a configuration in which the rotational driving force extracted from the Stirling engine is transmitted to the pulley attached to the drive shaft of each rotary valve by the timing belt in this way, a part of the power generated by the Stirling engine is part of the rotary valve. In addition to being consumed as power for the opening and closing control of the motor, if the timing of the operation between the rotary valves is out of order due to the expansion or slack of the timing belt, slipping of the timing belt, etc., the output will be significantly reduced. In order to prevent normal operation of the Stirling engine, periodic work such as periodic inspections and adjustments, replacement of the timing belt, etc. are required, and such maintenance work is possible. For maintenance between the Stirling engine and the equipment placed around it Etc. it is necessary to secure the main space, even constraint occurs at the installation.

なお，以上の説明では，スターリング熱機関が「スターリングエンジン」である場合を例に挙げて説明したが，同様の構造を有するスターリング熱機関は，前述した例とは逆に運動エネルギを与えて流体の圧縮と膨張を繰り返すことで熱を取り出す「スターリングヒートポンプ」として使用することができると共に，「スターリングヒートポンプ」として使用した場合にも同様の問題が生じ得る。 In the above description, a case where the Stirling heat engine is a “Stirling engine” has been described as an example. However, a Stirling heat engine having a similar structure gives a kinetic energy to the fluid in contrast to the above-described example. It can be used as a “Stirling heat pump” that extracts heat by repeating compression and expansion of the same, and the same problem can occur when used as a “Stirling heat pump”.

そこで本発明は，２つのシリンダ間を連通する通路を複路構成とした，前述の特許文献１に記載のα形スターリング熱機関の改良に関するもので，より単純な構成を採用するものでありながら，各通路の開閉タイミングに狂いを生じさせることなく，弁体相互を常に一定のタイミングで正確に動作させることができるバルブ機構を備えたスターリング熱機関を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention relates to an improvement of the α-type Stirling heat engine described in Patent Document 1 described above, in which the passage communicating between the two cylinders has a double-path configuration, while adopting a simpler configuration. An object of the present invention is to provide a Stirling heat engine equipped with a valve mechanism that can always operate the valve bodies accurately at a constant timing without causing any deviation in the opening / closing timing of each passage.

以下に，課題を解決するための手段を，発明を実施するための形態で使用する符号と共に記載する。この符号は，特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするためのものであり，言うまでもなく，本願発明の特許請求範囲の技術的範囲の解釈に制限的に用いられるものではない。 Hereinafter, means for solving the problem will be described together with reference numerals used in the embodiment for carrying out the invention. This symbol is intended to clarify the correspondence between the description of the claims and the description of the mode for carrying out the invention. Needless to say, it is limited to the interpretation of the technical scope of the claims of the present invention. It is not intended for use.

上記目的を達成するために，本発明のスターリング熱機関１は，
第１シリンダ１０，第２シリンダ２０，前記第１シリンダ１０に収容された第１ピストン１１，前記第１ピストン１１に対し所定の位相遅れ（例えば９０°）を以て動作する，前記第２シリンダ２０に収容された第２ピストン２１をそれぞれ備え，前記第１シリンダ１０の導入口１２と前記第２シリンダ２０の排出口２３間を連通する第１通路４１と，前記第２シリンダ２０の導入口２２と前記第１シリンダ１０の排出口１３間を連通する第２通路５１をそれぞれ設けると共に，前記第１通路４１を開閉する第１通路開閉弁８１（８１ａ，８１ｂ）と，前記第２通路５１を開閉する第２通路開閉弁８２（８２ａ，８２ｂ）を備えたスターリング熱機関において，
前記第１通路開閉弁８１及び第２通路開閉弁８２のいずれ共に，受圧室に対する作動圧力（負圧を含む）の導入により開閉動作する開閉弁とし，
前記第１シリンダ１０及び／又は第２シリンダ２０の内部側壁に，前記第１ピストン１１及び／又は第２ピストン２１の側面によって開閉される作動圧力取出口（１８，１９，２８，２９）を設けると共に，前記第１通路開閉弁８１（８１ａ，８１ｂ）及び第２通路開閉弁８２（８２ａ，８２ｂ）の前記受圧室を，前記作動圧力取出口（１８，１９，２８，２９）を介して第１シリンダ１０及び／又は第２シリンダ２０内の空間に連通して成り，
前記第１シリンダ１０及び第２シリンダ２０それぞれが完全排気状態にあるピストンの移動端部位置を上死点，該上死点とは反対側におけるピストンの移動端部位置を下死点，前記上死点と下死点の中間位置を中間点とし，前記第１ピストン１１が上死点から中間点に至ると共に前記第２ピストン２１が中間点から上死点に至るサイクル（図２のＴ0−Ｔ1）のみ前記第１通路４１を開く作動圧力を前記第１通路開閉弁８１（８１ａ，８１ｂ）に導入し，且つ，
前記第１ピストン１１が下死点から中間点に至ると共に前記第２ピストン２１が中間点から下死点に至るサイクル（図２のＴ2−Ｔ3）のみ前記第２通路５１を開く作動圧力を前記第２通路開閉弁８２（８２ａ，８２ｂ）に導入する位置及び範囲に前記作動圧力取出口（１８，１９，２８，２９）を設けたことを特徴とする（請求項１）。 In order to achieve the above object, the Stirling heat engine 1 according to the present invention includes:
The first cylinder 10, the second cylinder 20, the first piston 11 accommodated in the first cylinder 10, and the second cylinder 20 that operates with a predetermined phase delay (for example, 90 °) with respect to the first piston 11. A first passage 41 provided with a second piston 21 housed therein, communicating between the inlet 12 of the first cylinder 10 and the outlet 23 of the second cylinder 20, and an inlet 22 of the second cylinder 20; A second passage 51 communicating between the discharge ports 13 of the first cylinder 10 is provided, a first passage opening / closing valve 81 (81a, 81b) for opening / closing the first passage 41, and an opening / closing of the second passage 51. In the Stirling heat engine provided with the second passage opening / closing valve 82 (82a, 82b)
Both the first passage opening / closing valve 81 and the second passage opening / closing valve 82 are opening / closing valves that are opened and closed by introducing an operating pressure (including negative pressure) to the pressure receiving chamber,
An operating pressure outlet (18, 19, 28, 29) that is opened and closed by a side surface of the first piston 11 and / or the second piston 21 is provided on the inner side wall of the first cylinder 10 and / or the second cylinder 20. At the same time, the pressure receiving chambers of the first passage opening / closing valve 81 (81a, 81b) and the second passage opening / closing valve 82 (82a, 82b) are connected to the second passage through the operating pressure outlets (18, 19, 28, 29). 1 cylinder 10 and / or communicated with the space in the second cylinder 20,
The position of the moving end of the piston in which each of the first cylinder 10 and the second cylinder 20 is in a completely exhausted state is a top dead center, and the position of the moving end of the piston on the opposite side of the top dead center is the bottom dead center. A cycle in which an intermediate position between the dead center and the bottom dead center is set as an intermediate point, the first piston 11 extends from the top dead center to the intermediate point, and the second piston 21 extends from the intermediate point to the top dead center (T0− in FIG. 2). An operating pressure that opens the first passage 41 only at T1) is introduced into the first passage opening / closing valve 81 (81a, 81b), and
The operating pressure that opens the second passage 51 only during the cycle (T2-T3 in FIG. 2) in which the first piston 11 reaches from the bottom dead center to the middle point and the second piston 21 reaches from the middle point to the bottom dead center. The operating pressure outlet (18, 19, 28, 29) is provided at a position and range to be introduced into the second passage opening / closing valve 82 (82a, 82b) (Claim 1).

上記構成のスターリング熱機関１において，前記第１通路開閉弁８１を，前記第１シリンダ１０の導入口１２を開閉する第１吸入弁８１ａと，前記第２シリンダ２０の排出口２３を開閉する第２排気弁８１ｂの組合せによって構成し，
前記作動圧力取出口として，前記第１シリンダ１０の内壁に設けた第１吸入弁用作動圧力取出口１８と，前記第２シリンダ２０の内壁に設けた第２排気弁用作動圧力取出口２９を設け，前記第１吸入弁８１ａの受圧室を，前記第１吸入弁用作動圧力取出口１８に連通すると共に，前記第２排気弁８１ｂの受圧室を，前記第２排気弁用作動圧力取出口２９に連通し，
前記第１ピストン１１又は第２ピストン２１が前記中間点にあるとき，前記第１ピストン１１又は第２ピストン２１の側面によって閉塞され，
前記第１ピストン１１又は第２ピストン２１が前記中間点に対し下死点側にあるときに，前記第１ピストン１１又は第２ピストン２１に対する上死点側の空間に連通して作動圧力を供給すると共に，
前記第１ピストン１１又は第２ピストン２１が前記中間点に対し上死点側にあるときに，前記第１ピストン１１又は第２ピストン２１に対する下死点側の空間に連通する位置及び範囲に，前記第１吸入弁用作動圧力取出口１８及び第２排気弁用作動圧力取出口２９を設けた構成とすることができる（請求項２）。 In the Stirling heat engine 1 having the above-described configuration, the first passage opening / closing valve 81, the first intake valve 81a for opening / closing the introduction port 12 of the first cylinder 10 and the discharge port 23 of the second cylinder 20 are opened / closed. 2 constituted by a combination of exhaust valves 81b,
As the operating pressure outlet, a first intake valve operating pressure outlet 18 provided on the inner wall of the first cylinder 10 and a second exhaust valve operating pressure outlet 29 provided on the inner wall of the second cylinder 20 are provided. A pressure receiving chamber of the first suction valve 81a is communicated with the first suction valve operating pressure outlet 18, and a pressure receiving chamber of the second exhaust valve 81b is connected to the second exhaust valve operating pressure outlet. 29,
When the first piston 11 or the second piston 21 is at the intermediate point, it is blocked by the side surface of the first piston 11 or the second piston 21;
When the first piston 11 or the second piston 21 is on the bottom dead center side with respect to the intermediate point, the working pressure is supplied to the space on the top dead center side with respect to the first piston 11 or the second piston 21 As well as
When the first piston 11 or the second piston 21 is on the top dead center side with respect to the intermediate point, the position and range communicated with the space on the bottom dead center side with respect to the first piston 11 or the second piston 21; The first suction valve working pressure outlet 18 and the second exhaust valve working pressure outlet 29 may be provided (claim 2).

また，前記第２通路開閉弁８２を，前記第２シリンダ２０の導入口２２を開閉するノーマリオープン型の第２吸入弁８２ｂと，前記第１シリンダ１０の排出口１３を開閉するノーマリクローズ型の第１排気弁８２ａによって構成し，
前記作動圧力取出口として，前記第１シリンダ１０の内壁に設けた第１排気弁用作動圧力取出口１９と，前記第２シリンダ２０の内壁に設けた第２吸入弁用作動圧力取出口２８を設け，前記第２吸入弁８２ｂの受圧室を，前記第２吸入弁用作動圧力取出口２８に連通すると共に，前記第１排気弁８２ａの受圧室を，前記第１排気弁用作動圧力取出口１９に連通し，
前記第１ピストン１１又は第２ピストン２１が下死点にあるときに前記第１ピストン１１又は第２ピストン２１に対する上死点側の空間と連通して作動圧力を供給し，
前記第１ピストン１１又は第２ピストン２１が下死点よりも上死点側から中間点迄の位置にあるとき，前記第１ピストン１１又は第２ピストン２１の側壁によって閉塞され，
前記第１ピストン１１又は第２ピストン２１が中間点よりも上死点側にあるとき，前記第１ピストン１１又は第２ピストン２１に対する下死点側の空間と連通する位置及び範囲に，第１排気弁用作動圧力取出口１９及び第２吸入弁用作動圧力取出口２８を設けた構成とすることができる（請求項３）。 The second passage opening / closing valve 82 is normally closed, and the normally open type second intake valve 82b for opening / closing the inlet 22 of the second cylinder 20 and the normally closed for opening / closing the discharge port 13 of the first cylinder 10 are used. A first exhaust valve 82a of the mold,
As the operating pressure outlet, a first exhaust valve operating pressure outlet 19 provided on the inner wall of the first cylinder 10 and a second intake valve operating pressure outlet 28 provided on the inner wall of the second cylinder 20 are provided. A pressure receiving chamber of the second suction valve 82b is connected to the second suction valve operating pressure outlet 28, and a pressure receiving chamber of the first exhaust valve 82a is connected to the first exhaust valve operating pressure outlet. 19 to communicate,
When the first piston 11 or the second piston 21 is at the bottom dead center, an operating pressure is supplied in communication with the space on the top dead center side with respect to the first piston 11 or the second piston 21;
When the first piston 11 or the second piston 21 is located at a position from the top dead center side to the intermediate point from the bottom dead center, the first piston 11 or the second piston 21 is blocked by the side wall of the first piston 11 or the second piston 21;
When the first piston 11 or the second piston 21 is on the top dead center side with respect to the intermediate point, the first piston 11 or the second piston 21 is in a position and range communicating with the space on the bottom dead center side with respect to the first piston 11 or the second piston 21. The exhaust valve operating pressure outlet 19 and the second intake valve operating pressure outlet 28 may be provided (claim 3).

上記構成のスターリング熱機関１は，前記第１シリンダ１０内の流体を加熱する加熱器６０，及び／又は前記第２シリンダ２０内の流体を冷却する冷却器７０を設けて，スターリングエンジンとして構成することができる（請求項４）。 The Stirling heat engine 1 having the above-described configuration is configured as a Stirling engine by providing a heater 60 for heating the fluid in the first cylinder 10 and / or a cooler 70 for cooling the fluid in the second cylinder 20. (Claim 4).

また，前記第１ピストン１１及び前記第２ピストン２１を往復動させるための，モータ，エンジン等の駆動源（図示せず）を設けて，スターリングヒートポンプとして構成することもできる（請求項５）。 Further, a drive source (not shown) such as a motor or an engine for reciprocating the first piston 11 and the second piston 21 may be provided to constitute a Stirling heat pump.

前述のように，本発明のスターリング熱機関１をスターリングヒートポンプとする場合，前記第１ピストン１１の駆動源と，前記第２ピストン２１の駆動源をそれぞれ別個に設けるものとしても良い（請求項６）。 As described above, when the Stirling heat engine 1 of the present invention is a Stirling heat pump, the drive source of the first piston 11 and the drive source of the second piston 21 may be provided separately. ).

また，前述したスターリングエンジンとして使用する場合には，前記第１通路４１と第２通路５１とを近接配置して，該第１通路４１と第２通路５１を流れる流体間の熱交換を可能とすることが好ましい（請求項７）。 Further, when used as the above-mentioned Stirling engine, the first passage 41 and the second passage 51 are arranged close to each other, so that heat exchange between the fluid flowing through the first passage 41 and the second passage 51 is possible. (Claim 7).

以上説明した本発明の構成により，本発明のスターリング熱機関１では，第１シリンダ１０と第２シリンダ２０とを連通する第１通路４１及び第２通路５１に設けた第１通路開閉弁８１及び第２通路開閉弁８２を，いずれも，受圧室に対する作動圧力（負圧を含む）の導入により開閉動作する開閉弁とし，これらの開閉弁に対する作動圧力として，シリンダ１０，２０内の圧力を第１シリンダ１０及び／又は第２シリンダ２０の内部側壁に設けた作動圧力取出口（１８，１９，２８，２９）を介して行うことで，シリンダ１０，２０の内部側壁に対する作動圧力取出口（１８，１９，２８，２９）の形成範囲を適切に設定することで，ピストン１１，２１の動きに連動して第１通路４１及び第２通路５１を適切なタイミングで開閉制御することができた。 With the configuration of the present invention described above, in the Stirling heat engine 1 of the present invention, the first passage opening / closing valve 81 provided in the first passage 41 and the second passage 51 that communicate the first cylinder 10 and the second cylinder 20, and Each of the second passage opening and closing valves 82 is an opening and closing valve that opens and closes by introducing operating pressure (including negative pressure) to the pressure receiving chamber, and the operating pressure for these opening and closing valves is the pressure in the cylinders 10 and 20. By using the working pressure outlets (18, 19, 28, 29) provided on the inner side wall of the cylinder 10 and / or the second cylinder 20, the operating pressure outlet (18 , 19, 28, 29), the first passage 41 and the second passage 51 can be controlled to open and close at an appropriate timing in conjunction with the movement of the pistons 11, 21. It could be.

その結果，第１通路開閉弁８１と第２通路開閉弁８２の動作タイミングを規制するための，プーリやタイミングベルト等の動力伝達手段を別途，スターリング熱機関に外付けで設ける必要が無く，部品点数の減少に伴う装置全体の小型化が可能であると共に，タイミングベルトのテンション調整や交換等といった連動機構のメンテナンス作業を必要とせず，常に正確なタイミングで各通路の開閉制御を行うことが可能となった。 As a result, there is no need to separately provide power transmission means such as a pulley and a timing belt for regulating the operation timing of the first passage opening / closing valve 81 and the second passage opening / closing valve 82, and to the Stirling heat engine. It is possible to reduce the size of the entire device as the number of points decreases, and it is possible to always control the opening and closing of each passage with accurate timing without the need for maintenance work of the interlocking mechanism such as tension adjustment and replacement of the timing belt. It became.

前述の第１通路開閉弁８１を，前記第１シリンダ１０の導入口１２を開閉する第１吸入弁８１ａと，前記第２シリンダ２０の排出口２３を開閉する第２排気弁８１ｂによって構成し，前述した構成の第１吸入弁用作動圧力取出口１８及び第２排気弁用作動圧力取出口２９にそれぞれ連通した構成では，作動圧力取出口（１８，２９）の形成位置と形成範囲を適切に設定することで，第１・第２ピストン１１，２１の動作に連動させて，第１通路４１の開閉制御を正確に行うことができた。 The first passage opening / closing valve 81 is constituted by a first intake valve 81a for opening / closing the introduction port 12 of the first cylinder 10 and a second exhaust valve 81b for opening / closing the discharge port 23 of the second cylinder 20, In the configuration in which the first suction valve operating pressure outlet 18 and the second exhaust valve operating pressure outlet 29 communicate with each other in the above-described configuration, the position and range of formation of the operating pressure outlets (18, 29) are appropriately set. By setting, the opening / closing control of the first passage 41 could be accurately performed in conjunction with the operation of the first and second pistons 11, 21.

また，前記第２通路開閉弁８２を，前記第２シリンダ２０の導入口２２を開閉する第２吸入弁８２ｂと，前記第１シリンダ１０の排出口１３を開閉する第１排気弁８２ａによって構成し，前記第２吸入弁８２ｂと，前記第１排気弁８２ａを，前記構成の作動圧力取出口（１９，２８）に連通したことで，ピストン１１，２１側面による作動圧力取出口（１９，２８）の開閉により，ピストンの動きに連動させて第２通路５１の開閉制御を正確に行うことができた。 The second passage opening / closing valve 82 includes a second intake valve 82b for opening / closing the inlet 22 of the second cylinder 20 and a first exhaust valve 82a for opening / closing the outlet 13 of the first cylinder 10. The second suction valve 82b and the first exhaust valve 82a are connected to the operating pressure outlets (19, 28) having the above-described configuration, so that the operating pressure outlets (19, 28) on the side surfaces of the pistons 11 and 21 are provided. By opening and closing, the opening and closing control of the second passage 51 could be accurately performed in conjunction with the movement of the piston.

以上のように構成されたスターリング熱機関１は，第１シリンダ１０内の流体を加熱する加熱器６０，及び／又は前記第２シリンダ２０内の流体を冷却する冷却器７０を設けてスターリングエンジンとして構成することができ，又は，第１ピストン１１及び前記第２ピストン２１を往復動させるための，モータ，エンジン等の駆動源（図示せず）を設けて，スターリングヒートポンプとして構成することもでき，いずれの場合においても，第１通路４１，第２通路５１の開閉制御を正確かつ確実に行うことで，効率的な運転を行うことができた。 The Stirling heat engine 1 configured as described above includes a heater 60 that heats the fluid in the first cylinder 10 and / or a cooler 70 that cools the fluid in the second cylinder 20. Or a drive source (not shown) such as a motor or an engine for reciprocating the first piston 11 and the second piston 21 to form a Stirling heat pump. In any case, efficient operation can be performed by accurately and reliably controlling the opening and closing of the first passage 41 and the second passage 51.

なお，前記第１ピストン１１の駆動源（図示せず）と，前記第２ピストン２１の駆動源（図示せず）をそれぞれ別個に設けた構成にあっては，第１シリンダ１０と第２シリンダ２０を離れた位置に配置することが可能となり，スターリングヒートポンプによって生じた発熱と冷熱とを，例えば別の施設や設備等において別個に利用することが可能である。 In the configuration in which the drive source (not shown) for the first piston 11 and the drive source (not shown) for the second piston 21 are provided separately, the first cylinder 10 and the second cylinder It becomes possible to arrange | position 20 in the position which left | separated, and it is possible to utilize separately the heat_generation | fever and cold / heat which generate | occur | produced with the Stirling heat pump, for example in another plant | facility or equipment.

更に，前記第１通路４１と第２通路５１とを近接配置して，第１通路４１と第２通路５１を流れる流体の熱交換を可能とした構成にあっては，スターリングエンジンとしての利用時に，与えた熱エネルギから効率的に運動エネルギを回収することができた。 Further, in the configuration in which the first passage 41 and the second passage 51 are arranged close to each other so that heat exchange of the fluid flowing through the first passage 41 and the second passage 51 is possible, , It was possible to efficiently recover the kinetic energy from the applied thermal energy.

本発明のスターリング熱機関の構成図。The block diagram of the Stirling heat engine of this invention. 本発明のスターリング熱機関の各部における動作を示すタイムチャート。The time chart which shows the operation | movement in each part of the Stirling heat engine of this invention. 本発明のスターリング熱機関（スターリングエンジン）の動作を説明した模式図であり，（Ａ）は図２におけるＴ0，（Ｂ）はＴ0に対し僅かに動作した状態。It is the model explaining operation | movement of the Stirling heat engine (Stirling engine) of this invention, (A) is T0 in FIG. 2, (B) is the state operated slightly with respect to T0. 本発明のスターリング熱機関（スターリングエンジン）の動作を説明した模式図であり，（Ａ）は図２におけるＴ1，（Ｂ）はＴ1に対し僅かに動作した状態。It is the model explaining operation | movement of the Stirling heat engine (Stirling engine) of this invention, (A) is T1 in FIG. 2, (B) is the state operated slightly with respect to T1. 本発明のスターリング熱機関（スターリングエンジン）の動作を説明した模式図であり，（Ａ）は図２におけるＴ2に至る僅かに前の状態，（Ｂ）はＴ2の状態，（Ｃ）はＴ2に対し僅かに進んだ状態。It is the model explaining operation | movement of the Stirling heat engine (Stirling engine) of this invention, (A) is the state slightly before reaching T2 in FIG. 2, (B) is the state of T2, and (C) is T2. On the other hand, it is in a slightly advanced state. 本発明のスターリング熱機関（スターリングエンジン）の動作を説明した模式図であり，（Ａ）は図２におけるＴ3，（Ｂ）はＴ3に対し僅かに進んだ状態。It is the model explaining operation | movement of the Stirling heat engine (Stirling engine) of this invention, (A) is T3 in FIG. 2, (B) is a state advanced slightly with respect to T3. 従来の２ピストン形スターリングエンジンの説明図であり，（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ１／４周期毎の動作状態を示す。It is explanatory drawing of the conventional 2 piston type Stirling engine, (A)-(D) shows the operation state for every 1/4 period, respectively.

次に，添付図面を参照しながら，本発明のスターリング熱機関１をスターリングエンジンとして使用する場合を例に取り説明する。 Next, a case where the Stirling heat engine 1 of the present invention is used as a Stirling engine will be described with reference to the accompanying drawings.

〔スターリングエンジンの構造〕
図１に，本発明のスターリング熱機関であるスターリングエンジン１の全体構成を示す。 [Structure of Stirling engine]
FIG. 1 shows the overall configuration of a Stirling engine 1 that is a Stirling heat engine of the present invention.

このスターリングエンジン１は，第１シリンダ１０及び第２シリンダ２０，前記第１シリンダ１０内を進退移動する第１ピストン１１，前記第２シリンダ２０内を進退移動する第２ピストン２１をそれぞれ備えており，各ピストン１１，２１は，各シリンダ１０，２０内を，シリンダ内の流体が完全に排出された状態にある上死点と，この上死点とは反対側の移動端である下死点間で進退移動するように構成されている。なお，本明細書において「中間点」とは，前述した上死点と下死点間の中間位置を指す。 The Stirling engine 1 includes a first cylinder 10 and a second cylinder 20, a first piston 11 that moves forward and backward in the first cylinder 10, and a second piston 21 that moves forward and backward in the second cylinder 20, respectively. The pistons 11 and 21 have a top dead center in the state where the fluid in the cylinders is completely discharged and a bottom dead center which is a moving end opposite to the top dead center. It is configured to move forward and backward. In the present specification, the “middle point” refers to an intermediate position between the above-described top dead center and bottom dead center.

第１シリンダ１０と第２シリンダ２０には，両者間を移動する流体が熱媒として封入されており，本実施形態では一例として空気を用いる場合を例として説明するが，この流体は，熱により膨張，収縮して第１及び第２ピストン１１，２１を進退移動させることができるものであれば本実施形態で例示する空気に限定されず，例えばヘリウムガス等のその他の気体を前述の流体とすることもでき，水，油，その他の液体を流体として使用することもできる。 A fluid that moves between the first cylinder 10 and the second cylinder 20 is sealed as a heat medium. In the present embodiment, air is used as an example, but the fluid is heated by heat. As long as the first and second pistons 11 and 21 can be moved forward and backward by expanding and contracting, the air is not limited to the air exemplified in the present embodiment. For example, other gases such as helium gas can be used as the fluid. It is also possible to use water, oil, and other liquids as fluids.

なお，本発明のスターリング熱機関をヒートポンプとして使用する場合には，封入する流体としてフロン，アンモニア，アルコール等を使用するものとしても良い。 In addition, when using the Stirling heat engine of this invention as a heat pump, it is good also as what uses CFC, ammonia, alcohol, etc. as a fluid to enclose.

前述の第１ピストン１１に設けられたピストンロッド１１ａ，及び第２ピストン２１に設けられたピストンロッド２１ａには，それぞれクロスヘッド１１ｂ，２１ｂが設けられていると共に，このクロスヘッド１１ｂ，２１ｂにコンロッド１１ｃ，２１ｃを介してクランクケース３０，３１に収容されたクランク３２，３３及びクランクシャフト３４，３５が取り付けられており，第１ピストン１１に対して第２ピストン２１が９０°の位相遅れで動作するように調整がされている。 The piston rod 11a provided on the first piston 11 and the piston rod 21a provided on the second piston 21 are provided with cross heads 11b and 21b, respectively, and a connecting rod is provided on the cross heads 11b and 21b. The cranks 32 and 33 and the crankshafts 34 and 35 accommodated in the crankcases 30 and 31 are attached via 11c and 21c, and the second piston 21 operates with a phase delay of 90 ° with respect to the first piston 11. Adjustments have been made.

図示の例では，第１ピストン１１と第２ピストン２１にそれぞれ別個のクランクケース３０，３１設け，このクランクケース３０，３１外に設けたフライホイール兼プーリ３６，３７を，プーリベルト３８で連結して前述した９０°の位相差を以て両ピストン１１，２１が動作するように構成しているが，この構成に代え，例えば第１シリンダ１０と第２シリンダ２０を同一軸線上に対向配置し，又は，Ｖ字状に配置すると共に，第１・第２ピストン１１，２１のコンロッド１１ｃ，２１ｃを，いずれも共通のフライホイール（図示せず）に取り付けて，プーリベルトを省略した構成としても良い。 In the illustrated example, separate crankcases 30 and 31 are provided for the first piston 11 and the second piston 21, and flywheel and pulleys 36 and 37 provided outside the crankcases 30 and 31 are connected by a pulley belt 38. However, instead of this configuration, for example, the first cylinder 10 and the second cylinder 20 are arranged opposite to each other on the same axis, or The connecting rods 11c and 21c of the first and second pistons 11 and 21 may be attached to a common flywheel (not shown), and the pulley belt may be omitted.

また，ピストン１１，２１の往復運動を回転力として取り出すための動力伝達機構として，図示の例ではクロスヘッドやクランクを使用する例を示したが，この構成に代え，スコッチヨーク等の既知の他の手段を用いても良い。 In addition, in the illustrated example, a cross head or a crank is used as a power transmission mechanism for taking out the reciprocating motion of the pistons 11 and 21 as a rotational force. The means may be used.

前述の第１シリンダ１０には，第１シリンダ１０内の空間に流体を導入するための導入口１２と，該第１シリンダ１０内より流体を排出するための排出口１３とがそれぞれ設けられている。 The first cylinder 10 is provided with an inlet 12 for introducing fluid into the space in the first cylinder 10 and an outlet 13 for discharging fluid from the first cylinder 10. Yes.

また，第２シリンダ２０にも同様に，第２シリンダ２０内に流体を導入するための導入口２２と，第２シリンダ２０内の流体を排出するための排出口２３とがそれぞれ設けられている。 Similarly, the second cylinder 20 is provided with an introduction port 22 for introducing a fluid into the second cylinder 20 and a discharge port 23 for discharging the fluid within the second cylinder 20. .

そして，第１シリンダ１０には，第１シリンダ１０内の流体を加熱するための加熱器６０が設けられていると共に，第２シリンダ２０には，第２シリンダ２０内の流体を冷却するための冷却器７０がそれぞれ設けられており，本実施形態にあっては，第１シリンダ１０及び第２シリンダ２０の導入口１２，２２からシリンダ内の空間に至る通路中に，この加熱器６０及び冷却器７０を設け，導入口１２，２２を介して導入された流体を，シリンダ１０，２０内に導入する際に加熱又は冷却することができるように構成している。 The first cylinder 10 is provided with a heater 60 for heating the fluid in the first cylinder 10, and the second cylinder 20 is for cooling the fluid in the second cylinder 20. Each of the coolers 70 is provided. In the present embodiment, the heater 60 and the cooler 70 are disposed in a passage from the inlets 12 and 22 of the first cylinder 10 and the second cylinder 20 to the space in the cylinder. A container 70 is provided so that the fluid introduced through the inlets 12 and 22 can be heated or cooled when introduced into the cylinders 10 and 20.

以上のように構成された第１シリンダ１０内の空間と，第２シリンダ２０内の空間は，前述した流体を移動させるための通路によって連通されており，本発明のスターリングエンジン１では，第２シリンダ２０の排出口２３と第１シリンダ１０の導入口１２間を連通する第１通路４１を設け，第２シリンダ２０より排出された低温の流体を，加熱器６０を備えた第１シリンダ１０に昇温しながら導入可能としていると共に，第１シリンダ１０の排出口１３と第２シリンダ２０の導入口２２間を連通する第２通路５１を設け，第１シリンダ１０より排出された高温の流体を，冷却器７０を備えた第２シリンダ２０に降温しながら導入可能とし，第１シリンダ１０から第２シリンダ２０に対する流体の移動と，第２シリンダ２０から第１シリンダ１０に対する流体の移動を，それぞれ別経路で行うことで，両シリンダ１０，２０内の流体が混ざり合うことにより生じる熱損失の発生防止している。 The space in the first cylinder 10 configured as described above and the space in the second cylinder 20 are communicated by the passage for moving the fluid described above. In the Stirling engine 1 of the present invention, the second A first passage 41 communicating between the discharge port 23 of the cylinder 20 and the introduction port 12 of the first cylinder 10 is provided, and the low-temperature fluid discharged from the second cylinder 20 is supplied to the first cylinder 10 provided with the heater 60. A second passage 51 communicating between the discharge port 13 of the first cylinder 10 and the introduction port 22 of the second cylinder 20 is provided so that the high-temperature fluid discharged from the first cylinder 10 can be introduced. , It can be introduced into the second cylinder 20 having the cooler 70 while lowering the temperature, the fluid moves from the first cylinder 10 to the second cylinder 20, and the second cylinder 20 to the first cylinder. The movement of the fluid to 0, respectively by performing a different route, and prevention of heat loss caused by the fluid in both cylinders 10 and 20 are mixed together.

そして，この第１通路４１と第２通路５１を開閉弁によって開閉制御するバルブ機構を設けることで，第１シリンダ１０と第２シリンダ２０間における流体の移動が，熱損失だけでなく，圧力損失についても生じることなく円滑に行われるように制御している。 Then, by providing a valve mechanism for controlling the opening and closing of the first passage 41 and the second passage 51 by an opening / closing valve, the movement of fluid between the first cylinder 10 and the second cylinder 20 is not only a heat loss but also a pressure loss. It is controlled so that it can be carried out smoothly without any problems.

このような第１通路４１と第２通路５１の開閉制御は，各通路にそれぞれ設けた単一の開閉弁の開閉動作によって行うものとしても良いが，本実施形態にあっては，第１通路４１と第２通路５１の端部寄りの位置にそれぞれ開閉弁を設け，各通路４１，５１毎に２個ずつ設けられた開閉弁の開閉動作を組み合わせることにより，第１通路４１と第２通路５１の開閉制御を行っている。 Such opening / closing control of the first passage 41 and the second passage 51 may be performed by an opening / closing operation of a single opening / closing valve provided in each passage, but in the present embodiment, the first passage 41 and the second passage 51 are provided at respective positions close to the end portions, and the first passage 41 and the second passage are combined by combining the opening and closing operations of two on-off valves provided for each of the passages 41 and 51. 51 is controlled to open and close.

この構成として，第１シリンダ１０の導入口１２を開閉する第１吸入弁８１ａと第２シリンダ２０の排出口２３を開閉する第２排気弁８１ｂを第１通路開閉弁８１として設けていると共に，第２シリンダ２０の導入口２２を開閉する第２吸入弁８２ｂと，第１シリンダ１０の排出口１３を開閉する第１排気弁８２ａを，第２通路開閉弁８２として設けている。 As this configuration, a first intake valve 81 a that opens and closes the inlet 12 of the first cylinder 10 and a second exhaust valve 81 b that opens and closes the outlet 23 of the second cylinder 20 are provided as the first passage opening and closing valve 81. A second intake valve 82 b that opens and closes the introduction port 22 of the second cylinder 20 and a first exhaust valve 82 a that opens and closes the discharge port 13 of the first cylinder 10 are provided as the second passage opening and closing valve 82.

本発明では，前述した第１吸入弁８１ａ，第２排気弁８１ｂ，第２吸入弁８２ｂ，第１排気弁８２ａを，いずれも受圧室に対する作動圧力（負圧を含む）の導入によって開閉動作する開閉弁，図示の実施形態にあってはスライド弁として構成し，これらの弁の受圧室に対し，第１シリンダ１０及び／又は第２シリンダ２０内の圧力を作動圧力として導入することで，各弁に開閉動作を行わせることができるように構成している。 In the present invention, the first suction valve 81a, the second exhaust valve 81b, the second suction valve 82b, and the first exhaust valve 82a described above are opened and closed by introducing operating pressure (including negative pressure) to the pressure receiving chamber. The on-off valve is configured as a slide valve in the illustrated embodiment, and the pressure in the first cylinder 10 and / or the second cylinder 20 is introduced into the pressure receiving chambers of these valves as the operating pressure. The valve can be opened and closed.

そして，前記各弁（８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂ）に対する作動圧力の取り出しを，第１シリンダ１０及び第２シリンダ２０の内部側壁に形成した作動圧力取出口（１８，１９，２８，２９）を介して行うことで，この作動圧力取出口（１８，１９，２８，２９）を第１ピストン１１及び第２ピストン２１の側面によって開閉することで，第１ピストン１１及び第２ピストン２１の動作に連動して，第１通路４１と第２通路５１を適切なタイミングで開閉制御することができるように構成している。 Then, the working pressure outlets (18, 19, 28, 29) formed on the inner side walls of the first cylinder 10 and the second cylinder 20 are used to extract the working pressure for the valves (81a, 81b, 82a, 82b). This operation pressure outlet (18, 19, 28, 29) is opened and closed by the side surfaces of the first piston 11 and the second piston 21, thereby allowing the first piston 11 and the second piston 21 to operate. In conjunction with this, the first passage 41 and the second passage 51 can be controlled to be opened and closed at an appropriate timing.

このような開閉制御を可能とするために，図示の実施形態にあっては，一例として第１ピストン１１及び第２ピストン２１の軸線方向の長さを，ピストンの進退移動長さの１／３に形成すると共に，ピストン１１，２１との摺動範囲におけるシリンダ１０，２０の内壁を軸線方向に上段，中段，下段に３等分し，このうちの中段部分に，中段の高さ方向の全長に亘る溝として形成された，第１吸入弁用作動圧力取出口１８，第２排気弁用作動圧力取出口２９を設けると共に，該中段の下端位置において開口する孔として形成された第１排気弁用作動圧取出口１９，第２吸入弁用作動圧力取出口２８を設けている。 In order to enable such open / close control, in the illustrated embodiment, the lengths of the first piston 11 and the second piston 21 in the axial direction are, for example, 1/3 of the piston's forward / backward movement length. In addition, the inner walls of the cylinders 10 and 20 in the sliding range with the pistons 11 and 21 are divided into three equal parts in the axial direction in the upper, middle, and lower stages. The first exhaust valve operating pressure outlet 18 and the second exhaust valve operating pressure outlet 29 formed as a groove extending between the first exhaust valve and the first exhaust valve formed as a hole opened at the lower end position of the middle stage are provided. A working pressure outlet 19 and a second suction valve working pressure outlet 28 are provided.

そして，ノーマリオープン型（以下，「ＮＯ型」と略称する。）で，且つ，圧縮気体の導入により動作する第１吸入弁８１ａの閉弁受圧室に，第１シリンダ１０の内壁で開口する第１吸入弁用作動圧力取出口１８を連通し，また，ノーマリクローズ型（以下，「ＮＣ型」という。）で，且つ，圧縮気体の導入により動作する第１排気弁８２ａの開弁受圧室に，第１シリンダ１０の内壁で開口する第１排気弁用作動圧力取出口１９を連通している。 Then, a normally open type (hereinafter abbreviated as “NO type”) and opened by the inner wall of the first cylinder 10 in the closed pressure receiving chamber of the first suction valve 81 a that operates by introducing compressed gas. Opening pressure receiving pressure of the first exhaust valve 82a that communicates with the first suction valve working pressure outlet 18, is normally closed (hereinafter referred to as "NC type"), and operates by introducing compressed gas. A first exhaust valve working pressure outlet 19 opened at the inner wall of the first cylinder 10 communicates with the chamber.

更に，ＮＯ型で且つ，負圧の導入により動作する第２排気弁８１ｂの閉弁受圧室に，第２シリンダ２０の内壁で開口する第２排気弁用作動圧力取出口２９を連通すると共に，ＮＯ型で且つ負圧の導入により動作する第２吸入弁８２ｂの閉弁受圧室に第２シリンダ２０の内壁において開口する第２吸入弁用作動圧力取出口２８を連通している。 Further, the second exhaust valve working pressure outlet 29 opened at the inner wall of the second cylinder 20 communicates with the closed pressure receiving chamber of the second exhaust valve 81b which is NO type and operates by introducing negative pressure, The second suction valve working pressure outlet 28 that opens in the inner wall of the second cylinder 20 is communicated with the valve-closing pressure receiving chamber of the second suction valve 82b that operates by introduction of negative pressure in the NO type.

また，図示の実施形態にあっては，第１シリンダ１０における排出口１３を前述の中段よりも高い位置，図示の例では中段との境界に近い上段の側壁に開口し，第１ピストン１１が中間点から僅かに上死点側に移動すると，第１ピストン１１の側面によって排出口１３が塞がれて排出口１３を介した排気が行われなくなるように構成している。 Further, in the illustrated embodiment, the discharge port 13 in the first cylinder 10 is opened at a position higher than the above-described middle stage, in the illustrated example, on the upper side wall near the boundary with the middle stage, and the first piston 11 is opened. When moving slightly from the intermediate point to the top dead center side, the discharge port 13 is blocked by the side surface of the first piston 11 and the exhaust through the discharge port 13 is not performed.

一方，第２シリンダ２０の排出口２３は，第２シリンダ２０の内壁上段に高さ方向の上端に至る位置迄形成された連通溝２３’と連通し，第２ピストン２１が上死点に至る迄，第２シリンダ２０内の流体が排出口２３を介して排出できるように構成している。 On the other hand, the discharge port 23 of the second cylinder 20 communicates with a communication groove 23 ′ formed up to a position reaching the upper end in the height direction on the upper wall of the second cylinder 20, and the second piston 21 reaches the top dead center. Up to this point, the fluid in the second cylinder 20 can be discharged through the discharge port 23.

更に，第１・第２シリンダ１０，２０のいずれ共に，導入口１２，２２は，加熱器６０又は冷却器７０を介して各シリンダ１０，２０の上死点側端部に連通させており，各シリンダ１１，２１が上死点に至った状態においても，加熱器６０又は冷却器７０内に貯留されている流体を加熱又は冷却することができるように構成されている。 Further, in both the first and second cylinders 10 and 20, the introduction ports 12 and 22 are communicated with the top dead center side end portions of the cylinders 10 and 20 via the heater 60 or the cooler 70, Even when the cylinders 11 and 21 reach the top dead center, the fluid stored in the heater 60 or the cooler 70 can be heated or cooled.

なお，図１中，符合９１は蓄熱材であり，第１通路４１と第２通路５１の近接配置部分を共にこの蓄熱材９１で覆うことにより，第１通路４１内を流れる流体と第２通路５１内を流れる流体間における熱交換を行うことができるように構成している。 In FIG. 1, reference numeral 91 denotes a heat storage material, and the fluid flowing in the first passage 41 and the second passage are covered by covering the adjacent portions of the first passage 41 and the second passage 51 with the heat storage material 91. The heat exchange between the fluids flowing in the interior 51 can be performed.

また，図１中の符合９０は背圧連通配管であり，第１シリンダ１０と第２シリンダ２０のピストン１１，２１の背圧を軽減する。 Further, reference numeral 90 in FIG. 1 is a back pressure communication pipe that reduces the back pressure of the pistons 11 and 21 of the first cylinder 10 and the second cylinder 20.

〔スターリングエンジンの動作〕
以上のように構成された本発明のスターリングエンジン１の動作を図２〜６を参照して説明する。 [Operation of Stirling engine]
The operation of the Stirling engine 1 of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS.

図２におけるＴ0〔図３（Ａ）に対応〕を原位置として，スターリングエンジン１の一周期の動作を説明すると，この原位置Ｔ0において，第１ピストン１１は上死点にあると共に，第１ピストン１１に対し９０°の位相遅れを以て動作する第２ピストン２１は中間点にある〔図３（Ａ）参照〕。 With reference to T0 in FIG. 2 (corresponding to FIG. 3A), the operation of one cycle of the Stirling engine 1 will be described. At this original position T0, the first piston 11 is at the top dead center, The second piston 21 that operates with a phase delay of 90 ° with respect to the piston 11 is at an intermediate point (see FIG. 3A).

この位置では，第１吸入弁８１ａ，及び第１排気弁８２ａのいずれに対しても作動圧力の導入が行われておらず，ＮＯ型の第１吸入弁８１ａは開いた状態，ＮＣ型の第１排気弁８２ａは閉じた状態にある。 In this position, the operating pressure is not introduced to any of the first suction valve 81a and the first exhaust valve 82a, and the NO-type first suction valve 81a is open, the NC-type first 1 The exhaust valve 82a is in a closed state.

一方，第２シリンダ２０では，第２吸入弁用作動圧力取出口２８，及び第２排気弁用作動圧力取出口２９は，いずれもピストンの側面によって閉塞された状態にあり，冷却によって収縮された状態にある負圧の流体が第２吸入弁８２ｂの閉弁受圧室，及び第２排気弁８１ｂの閉弁受圧室内に閉じ込められた状態に維持されており，そのため，ＮＯ型である第２吸入弁８２ｂ及び第２排気弁８１ｂは，いずれも閉じた状態に維持されている。 On the other hand, in the second cylinder 20, the second suction valve working pressure outlet 28 and the second exhaust valve working pressure outlet 29 are both closed by the side surfaces of the piston and contracted by cooling. The negative pressure fluid in the state is maintained in the closed pressure receiving chamber of the second intake valve 82b and the closed pressure receiving chamber of the second exhaust valve 81b. Both the valve 82b and the second exhaust valve 81b are maintained in a closed state.

これにより，第１シリンダ１０内の空間と第２シリンダ２０内の空間を連通する第１通路４１及び第２通路５１は，いずれも，閉じた状態にあり，第１シリンダ１０と第２シリンダ２０内の空間は，隔絶された状態にある。 Accordingly, the first passage 41 and the second passage 51 that communicate the space in the first cylinder 10 and the space in the second cylinder 20 are both closed, and the first cylinder 10 and the second cylinder 20 are closed. The interior space is isolated.

この原位置Ｔ0から第１ピストン１１が下死点に向かって移動を開始すると共，中間点にある第２ピストン２１が上死点に向かって移動を開始すると〔図３（Ｂ）参照〕，第２ピストン２１によって閉塞されていた第２吸入弁用作動圧力取出口２８，及び第２排気弁用作動圧力取出口２９がいずれも開放されて第２ピストン２１に対し下死点側にある空間と連通し，これにより，第２吸入弁８２ｂ及び第２排気弁８１ｂの受圧室内の圧力（負圧）が開放されて，ＮＯ型の第２吸入弁８２ｂ及び第２排気弁８１ｂがいずれも開く。 When the first piston 11 starts moving from the original position T0 toward the bottom dead center, and the second piston 21 at the intermediate point starts moving toward the top dead center (see FIG. 3B), The second suction valve working pressure outlet 28 and the second exhaust valve working pressure outlet 29 that are closed by the second piston 21 are both open and are located on the bottom dead center side with respect to the second piston 21. Thus, the pressure (negative pressure) in the pressure receiving chambers of the second suction valve 82b and the second exhaust valve 81b is released, and the NO type second suction valve 82b and the second exhaust valve 81b are both opened. .

一方，第１シリンダ１０では，第１吸入弁用作動圧力取出口１８及び第１排気弁用作動圧力取出口１９は依然として第１ピストン１１に対し下死点側の空間と連通した状態にあり作動圧力の導入は行われていないため，ＮＯ型の第１吸入弁８１ａは開いた状態，ＮＣ型の第２排気弁８２ａは閉じた状態を維持している。 On the other hand, in the first cylinder 10, the first intake valve working pressure outlet 18 and the first exhaust valve working pressure outlet 19 are still in communication with the first dead center side space with respect to the first piston 11. Since no pressure is introduced, the NO-type first intake valve 81a is kept open and the NC-type second exhaust valve 82a is kept closed.

その結果，第２吸入弁８２ｂの開放によっても第２通路５１は閉じた状態を維持するが，第２排気弁８１ｂが開くことで第１通路４１が開き，第１シリンダ１０と第２シリンダ２０は第１流路４１を介して連通する。 As a result, the second passage 51 remains closed even when the second intake valve 82b is opened, but the first passage 41 is opened when the second exhaust valve 81b is opened, and the first cylinder 10 and the second cylinder 20 are opened. Communicates via the first flow path 41.

この連通により，第２シリンダ２０内の流体は，第２ピストン２１が上死点に向かう移動に伴い第１通路４１を介して第１シリンダ１０に向かって排出されると共に，第２シリンダ２０より排出された流体は，加熱器６０を通って，第１ピストン１０が下死点に向かって下降するに従い第１シリンダ１０内に吸入される。 With this communication, the fluid in the second cylinder 20 is discharged toward the first cylinder 10 through the first passage 41 as the second piston 21 moves toward the top dead center, and from the second cylinder 20. The discharged fluid passes through the heater 60 and is sucked into the first cylinder 10 as the first piston 10 descends toward the bottom dead center.

このようにして，第１シリンダ１０内では第１ピストン１１が下死点に向かって移動して流体の吸入を行いながら，やがて中間点に至ると共に，第２シリンダ２０内では第２ピストン２１が上死点に向かって移動して第２シリンダ２０内の流体を排出しながら，やがて上死点に至って流体の排出が完了する〔図２のＴ1，図４（Ａ）参照〕。 In this way, the first piston 11 moves toward the bottom dead center in the first cylinder 10 and sucks the fluid, and eventually reaches the intermediate point, and the second piston 21 in the second cylinder 20 While moving toward the top dead center and discharging the fluid in the second cylinder 20, the top dead center is reached eventually, and the discharge of the fluid is completed (see T1 in FIG. 2, FIG. 4 (A)).

第１ピストン１１が中間点を超えて更に下死点に向かって移動すると〔図４（Ｂ）参照〕，第１ピストン１１の側面で塞がれていた第１吸入弁用作動圧力取出口１８の上端が第１ピストン１１に対し上死点側にある空間と連通して，第１吸入弁用作動圧力取出口１８を介して第１吸入弁８１ａの受圧室に対し作動圧力が導入される。 When the first piston 11 moves beyond the intermediate point and further toward the bottom dead center (see FIG. 4B), the first suction valve working pressure outlet 18 that is blocked by the side surface of the first piston 11 is used. Is connected to a space on the top dead center side with respect to the first piston 11, and operating pressure is introduced into the pressure receiving chamber of the first suction valve 81 a via the first suction valve working pressure outlet 18. .

この作動圧力の導入により，ＮＯ型の第１吸入弁８１ａが閉じることで，第１シリンダ１０と第２シリンダ２０間の連通が遮断され，第１シリンダ１０内の流体が第１通路４１を介して第２シリンダに逆流することが防止される。 By introducing this operating pressure, the NO-type first suction valve 81a is closed, so that the communication between the first cylinder 10 and the second cylinder 20 is cut off, and the fluid in the first cylinder 10 passes through the first passage 41. Thus, backflow to the second cylinder is prevented.

従って，加熱器６０による加熱による膨張によって上昇している第１シリンダ１０内の圧力は，第１ピストン１１を下死点側に押し下げる方向に作用し，これを運動エネルギとして取り出すことができる。 Accordingly, the pressure in the first cylinder 10 rising due to the expansion due to the heating by the heater 60 acts in the direction of pushing down the first piston 11 toward the bottom dead center, and this can be taken out as kinetic energy.

また，第１ピストン１１に対し９０°の位相差を以て動作する第２ピストン２１は，上死点から下死点側に向かって下降する動作に転じる。この第２ピストン２１の下降に伴い，第２シリンダ２０内に対しては流体を吸引しようとする作用が生じるが，第１吸入弁８１ａ及び第１排気弁８２ａがいずれも閉じた状態で，第１通路４１及び第２通路５１を介した第１シリンダ１０内の空間に対する連通はいずれも遮断された状態にあることから，第２ピストン２１の下降によっても第１シリンダ１０内の流体が第２シリンダ２０内に導入されることはなく，第２ピストン２１は，第２シリンダ２０及びこれに連通する部分の第１通路４１及び第２通路５１内の空間を減圧しながら下降する。 Further, the second piston 21 that operates with a phase difference of 90 ° with respect to the first piston 11 starts to move downward from the top dead center toward the bottom dead center. As the second piston 21 descends, an action to suck fluid occurs in the second cylinder 20, but the first intake valve 81a and the first exhaust valve 82a are both closed, Since both the communication with the space in the first cylinder 10 via the first passage 41 and the second passage 51 is blocked, the fluid in the first cylinder 10 is also in the second state even when the second piston 21 is lowered. The second piston 21 is not introduced into the cylinder 20 and descends while decompressing the space in the first passage 41 and the second passage 51 of the second cylinder 20 and a portion communicating with the second cylinder 20.

第１シリンダ１０に設けられた第１排気弁用作動圧力取出口１９は，第１ピストン１１が下死点に至る直前迄，第２ピストン１１の側面によって閉塞された状態に維持され，従って第１シリンダ１０の排出口１３は第１排気弁８２ａによって閉ざされた状態に維持されているが〔図５（Ａ）参照〕，第１ピストン１１が下死点に至ると，第１ピストン１１の側面によって閉塞されていた第１排気弁用作動圧力取出口１９が第１ピストン１１に対し上死点側にある空間と連通して，第１排気弁８２ａの開弁受圧室に対し作動圧力が導入される。その結果，ＮＣ型の第１排気弁８２ａが開く〔図２中のＴ2，図５（Ｂ）参照〕。 The first exhaust valve working pressure outlet 19 provided in the first cylinder 10 is maintained closed by the side surface of the second piston 11 until just before the first piston 11 reaches the bottom dead center. The discharge port 13 of one cylinder 10 is kept closed by the first exhaust valve 82a [see FIG. 5A], but when the first piston 11 reaches the bottom dead center, The first exhaust valve operating pressure outlet 19 closed by the side surface communicates with the space on the top dead center side with respect to the first piston 11, and the operating pressure is applied to the valve-opening pressure receiving chamber of the first exhaust valve 82a. be introduced. As a result, the NC type first exhaust valve 82a is opened (see T2 in FIG. 2, FIG. 5B).

このとき，第２吸入弁８２ｂは開いた状態を維持しているため，第１排気弁８２ａが開くことで第２通路５１を介して第１シリンダ１０内の空間と第２シリンダ２０内の空間が連通する。 At this time, since the second intake valve 82b is kept open, the first exhaust valve 82a is opened and the space in the first cylinder 10 and the space in the second cylinder 20 are connected via the second passage 51. Communicate.

第２シリンダ２０内の空間は，第２ピストン２１が上死点から中間点に下降することにより減圧されていることから，この連通により，第１シリンダ１０内の流体は高速で第２シリンダ２０内の空間に吸引される。 Since the space in the second cylinder 20 is depressurized by the second piston 21 descending from the top dead center to the middle point, this communication allows the fluid in the first cylinder 10 to flow at a high speed. It is sucked into the space inside.

その後，第１ピストン１１が下死点から上死点側に向かう上昇移動に転じると，第１排気弁用作動圧力取出口１９は，再度，第１ピストン１１の側面によって閉塞されることとなるが，この閉塞により，第１排気弁８２ａの開弁受圧室には加圧流体が閉じ込められた状態となるため，第１排気弁８２ａはその後も開いた状態を維持し，第２通路５１を介した第１シリンダ１０と第２シリンダ２０の連通が維持されている〔図５（Ｃ）参照〕。 Thereafter, when the first piston 11 starts to move upward from the bottom dead center toward the top dead center, the first exhaust valve working pressure outlet 19 is again closed by the side surface of the first piston 11. However, because of this blockage, the pressurized fluid is confined in the open pressure receiving chamber of the first exhaust valve 82a, so that the first exhaust valve 82a remains open and the second passage 51 is opened. The communication between the first cylinder 10 and the second cylinder 20 is maintained [see FIG. 5C].

また，第２ピストン２１が中間点にある際には第２ピストン２１の側面によって塞がれていた第２排気弁用作動圧力取出口２９が，第２ピストン２１に対し上死点側にある減圧された空間と連通し，ＮＯ型の第２排気弁８１ｂの閉弁受圧室に対し作動圧力が導入される結果，第２シリンダ２０の排出口２３が第２排気弁８１ｂによって閉じられる〔図５（Ｃ）参照〕。 Further, when the second piston 21 is at the intermediate point, the second exhaust valve working pressure outlet 29 that is blocked by the side surface of the second piston 21 is on the top dead center side with respect to the second piston 21. As a result of operating pressure being introduced into the closed pressure receiving chamber of the NO type second exhaust valve 81b in communication with the decompressed space, the discharge port 23 of the second cylinder 20 is closed by the second exhaust valve 81b [FIG. 5 (C)].

その後，更に第１ピストン１１が上昇するに伴い第１シリンダ１０内より押し出された流体は，排出口１３及び第２通路５１を介して第２シリンダ２０に向かい，第２ピストン２１が中間点から下死点に向かって下降する第２シリンダ２０内に冷却器７０を介して吸入されると共に収縮される。 Thereafter, the fluid pushed out from the first cylinder 10 as the first piston 11 further moves upward is directed to the second cylinder 20 through the discharge port 13 and the second passage 51, and the second piston 21 is moved from the intermediate point. The second cylinder 20 descending toward the bottom dead center is sucked through the cooler 70 and contracted.

以上のようにして，第１シリンダ１０による排気は第１ピストン１１が下死点から中間点に上昇する迄行われると共に，第２シリンダ２０による吸気は，第２ピストン２１が中間点から下死点に下降する迄行われ，第２ピストン２１が下死点に至ると，第２ピストン２１の側面によって閉塞されていた第２吸入弁用作動圧力取出口２８が第２ピストン２１の上死点側の空間と連通し，これによりＮＯ型の第２吸入弁８２ｂの閉弁受圧室に対し作動圧力が導入されて，第２吸入弁８２ｂが閉じ，第２通路５１を介した第１シリンダ１０と第２シリンダ２０の連通が解除されて流体の移動が終了する〔図２中のＴ3，図６（Ａ）参照〕。 As described above, exhaust by the first cylinder 10 is performed until the first piston 11 rises from the bottom dead center to the middle point, and intake by the second cylinder 20 causes the second piston 21 to bottom bottom from the middle point. When the second piston 21 reaches the bottom dead center, the second suction valve working pressure outlet 28 closed by the side surface of the second piston 21 is moved to the top dead center of the second piston 21. The operating pressure is introduced into the closed pressure receiving chamber of the NO-type second suction valve 82 b, thereby closing the second suction valve 82 b and passing through the second passage 51. And the communication between the second cylinder 20 is released and the movement of the fluid is completed (see T3 in FIG. 2, FIG. 6A).

この状態において，第２シリンダ２０は吸入口２２及び排出口２３を何れも閉ざした状態で，第２シリンダ２０内の流体は冷却されて収縮することから，この流体の収縮によって第２ピストンに対しては，これを上死点側に向かって引き上げる方向に作用する。 In this state, the second cylinder 20 closes both the suction port 22 and the discharge port 23, and the fluid in the second cylinder 20 is cooled and contracts. It acts in the direction of pulling it up toward the top dead center.

その結果，第２ピストン２１は，下死点から上死点に向かう上昇移動を開始すると共に，この第２ピストン２１と連動して動作する第１ピストン１１は，中間点から上死点に向かって更に上昇移動を継続する〔図６（Ｂ）〕。 As a result, the second piston 21 starts to move upward from the bottom dead center to the top dead center, and the first piston 11 operating in conjunction with the second piston 21 moves from the intermediate point to the top dead center. The further upward movement is continued [FIG. 6 (B)].

このようにして，第１ピストン１１が中間点よりも上死点側に移動すると，第１ピストン１１の側面によって閉塞されていた第１吸入弁用作動圧力取出口１８及び第１排気弁用作動圧力取出口１９が，第１ピストン１１に対し下死点側の空間と連通することで，第１吸入弁８１ａ及び第１排気弁８２ａに対する作動圧力の導入が停止して，ＮＯ型の第１吸入弁８１ａは開き，ＮＣ型の第１排気弁８２ａは閉じる。 In this way, when the first piston 11 moves to the top dead center side from the intermediate point, the first suction valve working pressure outlet 18 and the first exhaust valve working closed by the side surface of the first piston 11 are obtained. Since the pressure outlet 19 communicates with the space on the bottom dead center side with respect to the first piston 11, the introduction of the operating pressure to the first suction valve 81a and the first exhaust valve 82a is stopped, and the NO type first The intake valve 81a is opened, and the NC first exhaust valve 82a is closed.

その後，流体の収縮による第２ピストン２１の上昇は，第２ピストン２１が中間点に至る迄行われ，これにより，第２ピストン２１と連動する第１ピストン１１は，上死点迄移動して，原位置に復帰する〔図２のＴ0，図３（Ａ）参照〕。 Thereafter, the rise of the second piston 21 due to the contraction of the fluid is performed until the second piston 21 reaches the intermediate point, whereby the first piston 11 interlocked with the second piston 21 moves to the top dead center. , Return to the original position (T0 in FIG. 2, see FIG. 3A).

第１ピストン１１が中間点から上死点に移動する過程で，第１シリンダ１０内に残っていた流体は第１シリンダ１０内の空間と連通する加熱器６０，及び第１通路４１の一部内に圧縮されるとともに加熱された状態で蓄積される。 In the process of moving the first piston 11 from the middle point to the top dead center, the fluid remaining in the first cylinder 10 is partly within the heater 60 and the first passage 41 communicating with the space in the first cylinder 10. And accumulated in a heated state.

なお，以上の説明では，本発明のスターリング熱機関をスターリングエンジンとして使用する例について説明したが，本発明のスターリング熱機関は，これをスターリングヒートポンプとして使用することも可能である。 In the above description, an example in which the Stirling heat engine of the present invention is used as a Stirling engine has been described. However, the Stirling heat engine of the present invention can also be used as a Stirling heat pump.

このようにスターリングヒートポンプとして使用する場合，第１シリンダ１０内の流体を加熱する加熱器６０や，第２シリンダ２０内の流体を冷却する冷却器７０は，これを設ける必要が無い一方，第１ピストン１１及び第２ピストン２１を進退移動させるための，エンジンやモータ，その他の駆動源（図示せず）を設けることが必要となる。 Thus, when used as a Stirling heat pump, the heater 60 that heats the fluid in the first cylinder 10 and the cooler 70 that cools the fluid in the second cylinder 20 do not need to be provided. It is necessary to provide an engine, a motor, and other drive sources (not shown) for moving the piston 11 and the second piston 21 forward and backward.

また，スターリングヒートポンプとして使用する場合，スターリングエンジンでは加熱器６０が設けられていた第１シリンダ１０側が吸熱を，冷却器７０が設けられていた第２シリンダ２０側が放熱を行うものとなると共に，シリンダ１０，２０内の圧力の正・負の状態がスターリングエンジンとして使用する場合とは逆転するため，スターリングエンジンでは圧縮気体の導入によって動作する型式を採用していた第１吸気弁８１ａ，第１排気弁８２ａを，負圧の導入により動作する型式のものに変更する必要があると共に，負圧の導入により動作する型式を採用していた第２排気弁８１ｂ，第２吸気弁８２ｂについては，圧縮気体の導入により動作する型式のものに変更する必要がある。 Also, when used as a Stirling heat pump, in the Stirling engine, the first cylinder 10 side where the heater 60 is provided absorbs heat, the second cylinder 20 side where the cooler 70 is provided dissipates heat, and the cylinder Since the positive / negative state of the pressure in the cylinders 10 and 20 is reversed from the case where the pressure is used as a Stirling engine, the Stirling engine employs a type that operates by introduction of compressed gas. It is necessary to change the valve 82a to a type that operates by introducing negative pressure, and the second exhaust valve 81b and the second intake valve 82b that employ the type that operates by introducing negative pressure are compressed. It is necessary to change to a type that operates by introduction of gas.

このように，本発明のスターリング熱機関１を，スターリングヒートポンプとして使用する場合，図１を参照して説明したように，タイミングベルト９０とフライホイール兼プーリ３６によって構成された連動機構によって連動された第１ピストン１１と第２ピストン２１を，単一の駆動源によって同時に駆動するものとしても良いが，第１ピストン１１を駆動する駆動源と，第２ピストン２１を駆動する駆動源をそれぞれ別個に設け，例えば電子制御等によって，第１ピストン１１の駆動を制御する駆動源と，第２ピストン２１を駆動する駆動源との動作を連動させるものとしても良い。 As described above, when the Stirling heat engine 1 according to the present invention is used as a Stirling heat pump, as described with reference to FIG. The first piston 11 and the second piston 21 may be simultaneously driven by a single driving source, but the driving source for driving the first piston 11 and the driving source for driving the second piston 21 are separately provided. For example, the operation of the drive source for controlling the drive of the first piston 11 and the drive source for driving the second piston 21 may be linked by electronic control or the like.

このように，第１ピストン１１と第２ピストン２１とを独立して駆動することで，第１シリンダ１０と第２シリンダ２０とを離して配置することが可能となり，スターリングヒートポンプにより得た発熱と冷却とを，例えば別の施設や設備等においてそれぞれ利用することも可能である。 Thus, by independently driving the first piston 11 and the second piston 21, the first cylinder 10 and the second cylinder 20 can be separated from each other, and the heat generated by the Stirling heat pump can be reduced. It is also possible to use the cooling, for example, in another facility or equipment.

なお，以上の説明では，第１，第２シリンダ１０，２０に設けたスライド弁である吸入弁８１ａ，８２ｂ及び排気弁８２ａ，８１ｂを，第１，第２シリンダ１０，２０内の圧力を作動圧力として動作させる構成について説明したが，これら吸入弁８１ａ，８２ｂ及び排気弁８２ａ，８１ｂの動作は，前述したシリンダ１０，２０内の圧力を作動圧力とする構成に代え，例えばクランクシャフト３４，３５に連動するカム（図示せず）を設け，このカムによって動作するように構成しても良い。 In the above description, the intake valves 81a and 82b and the exhaust valves 82a and 81b, which are slide valves provided in the first and second cylinders 10 and 20, operate the pressure in the first and second cylinders 10 and 20, respectively. Although the configuration of operating as pressure has been described, the operation of the intake valves 81a and 82b and the exhaust valves 82a and 81b is replaced with the configuration in which the pressure in the cylinders 10 and 20 is used as the operating pressure, for example, the crankshafts 34 and 35, for example. It is also possible to provide a cam (not shown) that is linked to the motor and to operate by this cam.

また，吸入弁８１ａ，８２ｂや排気弁８２ａ，８１ｂの開閉は，これを電気的，磁気的な方法で制御するものとしても良く，例えば，前述の吸入弁８１ａ，８２ｂや排気弁８２ａ，８１ｂを電磁弁によって構成すると共に，フライホイール兼プーリ３６，３７の回転角度を検知する検知手段（図示せず）を設け，この検知手段が検知したフライホイール兼プーリ３６，３７の回転角度に対応して電磁弁である吸気弁８１ａ，８２ｂや排気弁８２ａ，８１ｂを開閉制御するものとしても良い。 The opening and closing of the intake valves 81a and 82b and the exhaust valves 82a and 81b may be controlled by an electric or magnetic method. For example, the intake valves 81a and 82b and the exhaust valves 82a and 81b described above may be controlled. A detecting means (not shown) for detecting the rotation angle of the flywheel / pulleys 36, 37 is provided, and is configured in accordance with the rotation angle of the flywheel / pulleys 36, 37 detected by the detecting means. The intake valves 81a and 82b and the exhaust valves 82a and 81b, which are electromagnetic valves, may be controlled to open and close.

１スターリング熱機関（スターリングエンジン）
１０第１シリンダ
１１第１ピストン
１１ａピストンロッド
１１ｂクロスヘッド
１１ｃコンロッド
１２導入口
１３排出口
１８第１吸入弁用作動圧力取出口
１９第１排気弁用作動圧力取出口
２０第２シリンダ
２１第２ピストン
２１ａピストンロッド
２１ｂクロスヘッド
２１ｃコンロッド
２２導入口
２３排出口
２３’ 連通溝
２８第２吸入弁用作動圧力取出口
２９第２排気弁用作動圧力取出口
３０，３１クランクケース
３２，３３クランク
３４，３５クランクシャフト
３６，３７フライホイール兼プーリ
３８プーリベルト
４１第１通路
５１第２通路
６０加熱器
７０冷却器
８１第１通路開閉弁
８１ａ第１吸入弁
８１ｂ第２排気弁
８２第２通路開閉弁
８２ａ第１排気弁
８２ｂ第２吸入弁
９０背圧連通配管
９１蓄熱材
２００スターリングエンジン（α形）
２１０加熱側シリンダ
２１０’ 加熱室
２１１加熱側ピストン
２２０冷却側シリンダ
２２０’ 冷却室
２２１冷却側ピストン
２３０連通路
２６０加熱器
２７０冷却器
1 Stirling heat engine (Stirling engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 1st cylinder 11 1st piston 11a Piston rod 11b Cross head 11c Connecting rod 12 Inlet 13 Outlet 18 First suction valve operating pressure outlet 19 First exhaust valve operating pressure outlet 20 Second cylinder 21 Second piston 21a Piston rod 21b Cross head 21c Connecting rod 22 Inlet 23 Outlet 23 'Communication groove 28 Second intake valve operating pressure outlet 29 Second exhaust valve operating pressure outlet 30, 31 Crank cases 32, 33 Cranks 34, 35 Crankshafts 36, 37 Flywheel / pulley 38 Pulley belt 41 First passage 51 Second passage 60 Heater 70 Cooler 81 First passage opening / closing valve 81a First intake valve 81b Second exhaust valve 82 Second passage opening / closing valve 82a 1 exhaust valve 82b second intake valve 90 back pressure communication pipe 91 heat storage material 200 star Packaging engine (α form)
210 Heating side cylinder 210 ′ Heating chamber 211 Heating side piston 220 Cooling side cylinder 220 ′ Cooling chamber 221 Cooling side piston 230 Communication path 260 Heater 270 Cooler

Claims

A first cylinder, a second cylinder, a first piston housed in the first cylinder, and a second piston housed in the second cylinder that operates with a predetermined phase delay relative to the first piston, A first passage communicating between the introduction port of the first cylinder and the discharge port of the second cylinder, and a second passage communicating between the introduction port of the second cylinder and the discharge port of the first cylinder; In a Stirling heat engine comprising a first passage opening / closing valve for opening and closing the first passage and a second passage opening / closing valve for opening and closing the second passage,
Both the first passage on-off valve and the second passage on-off valve are on-off valves that open and close by introduction of operating pressure to the pressure receiving chamber,
The first passage opening / closing valve and the second passage are provided on the inner side wall of the first cylinder and / or the second cylinder with an operating pressure outlet opened and closed by a side surface of the first piston and / or the second piston. The pressure receiving chamber of the on-off valve communicates with the space in the first cylinder and / or the second cylinder via the working pressure outlet;
The moving end position of the piston in which each of the first cylinder and the second cylinder is completely exhausted is a top dead center, the moving end position of the piston on the opposite side to the top dead center is the bottom dead center, and the top dead center And an operating pressure that opens the first passage only in a cycle in which the first piston moves from the top dead center to the middle point and the second piston moves from the middle point to the top dead center. Introducing into the first passage opening and closing valve; and
Position and range where the operating pressure for opening the second passage is introduced into the second passage opening / closing valve only in the cycle in which the first piston reaches the middle point from the bottom dead center and the second piston moves from the middle point to the bottom dead center. A Stirling heat engine provided with the operating pressure outlet.

The first passage opening / closing valve is configured by a combination of a first intake valve that opens and closes the inlet of the first cylinder and a second exhaust valve that opens and closes the outlet of the second cylinder;
As the working pressure outlet, a first suction valve working pressure outlet provided on the inner wall of the first cylinder and a second exhaust valve working pressure outlet provided on the inner wall of the second cylinder are provided. the pressure receiving chamber of the first intake valve, communicates with the first suction valve operating pressure outlet, the pressure receiving chamber of the second exhaust valve, communicating with the second hydraulic pressure outlet port for the exhaust valve,
When the first piston or the second piston is at the intermediate point, the first piston or the second piston is blocked by a side surface;
When the first piston or the second piston is on the bottom dead center side with respect to the intermediate point, the operating pressure is supplied to the space on the top dead center side with respect to the first piston or the second piston,
When the first piston or the second piston is on the top dead center side with respect to the intermediate point, the first suction is placed at a position and range communicating with the space on the bottom dead center side with respect to the first piston or the second piston. The Stirling heat engine according to claim 1, further comprising a valve operating pressure outlet and a second exhaust valve operating pressure outlet.

The second passage opening / closing valve is constituted by a second intake valve for opening / closing an inlet of the second cylinder and a first exhaust valve for opening / closing an outlet of the first cylinder;
As the working pressure outlet, a first exhaust valve working pressure outlet provided on the inner wall of the first cylinder and a second suction valve operating pressure outlet provided on the inner wall of the second cylinder are provided. A pressure receiving chamber of the two suction valves is connected to the working pressure outlet for the second suction valve, and a pressure receiving chamber of the first exhaust valve is connected to the working pressure outlet for the first exhaust valve;
Supplying an operating pressure in communication with a space on a top dead center side with respect to the first piston or the second piston when the first piston or the second piston is at a bottom dead center;
When the first piston or the second piston is located at a position from the top dead center side to the middle point with respect to the bottom dead center, the first piston or the second piston is blocked by the side wall of the first piston or the second piston;
When the first piston or the second piston is on the top dead center side with respect to the intermediate point, the first exhaust valve is operated at a position and range communicating with the space on the bottom dead center side with respect to the first piston or the second piston. The Stirling heat engine according to claim 1 or 2, further comprising a pressure outlet and an operating pressure outlet for the second intake valve.

4. A Stirling engine is provided by providing a heater for heating the fluid in the first cylinder and / or a cooler for cooling the fluid in the second cylinder. The Stirling heat engine described in the section.

The Stirling heat engine according to any one of claims 1 to 3, wherein a drive source for reciprocating the first piston and the second piston is provided and configured as a Stirling heat pump.

6. The Stirling heat engine according to claim 5, wherein a drive source for the first piston and a drive source for the second piston are provided separately.

The Stirling heat engine according to claim 4, wherein the first passage and the second passage are arranged close to each other to enable heat exchange between fluids flowing through the first passage and the second passage.