JP6626468B2 - スターリングエンジン - Google Patents

Description

本発明は、スターリングエンジンに関する。詳細には、動力変換部材を収容するクランクボックスがクランクケースの内側に配置される構成のスターリングエンジンに関する。

従来から、スターリングエンジンが知られている。特許文献１は、この種のスターリングエンジンを開示する。この特許文献１に記載のスターリングエンジンは、シリンダ内に充填された作動流体をシリンダ外から加熱・冷却し、当該作動流体の圧力変化を利用してピストンを往復運動させ、このピストンの往復運動を動力変換部材によりクランクシャフトの回転運動に変換して取り出す構成となっている。この特許文献１のスターリングエンジンでは、ピストン及び動力変換部材を収容する空間（ヘリウムチャンバ）には作動流体が、その両側の空間（空気チャンバ）には空気が、それぞれ充填されている。そして、ヘリウムチャンバと空気チャンバとの間を封鎖するための部材として、簡単な低圧シールを使用可能とするために、ヘリウムチャンバと空気チャンバとはほぼ同じ圧力に維持される、としている。

この特許文献１のスターリングエンジンで、ヘリウムチャンバに作動流体としてのヘリウムを、空気チャンバに空気を、それぞれ外部から充填することを考えた場合、低圧シールが気圧差により破損しないように、ヘリウムチャンバと空気チャンバとがほぼ同じ圧力になるように調整しながら、時間を掛けて少しずつ充填する必要があった。

また、特許文献２にも、スターリングエンジンの一例が開示されている。この特許文献２に記載のスターリングエンジンは、高圧雰囲気下に維持されるクランクケースとは別部材として、動力変換部材を収容するクランクボックスがクランクケースの内側に設けられる構成となっている。特許文献２に記載のスターリングエンジンでは、摺動する部材である動力変換部材を潤滑するための方式として、湿式潤滑方式を採用しているのか、或いは無給油潤滑方式を採用しているのか、明示されていないが、仮に、湿式潤滑方式を採用することとした場合、クランクボックスをクランクケースに対して封鎖された状態に保つために、隙間部分にオイルシールが適宜設けられることとなる。

そのような場合に、クランクケース内に高圧の気体を充填することを考えた場合、オイルシールが破損しないように、気体を供給する速度を遅くして時間を掛けて充填する等の何らかの措置を講ずる必要があった。

特表２００３−５２２８７９号公報 特開２００９−６２９０６号公報

このように、上記特許文献１及び２の構成では、作動流体を充填するとき、或いは充填していた作動流体を排出するときに、長時間を要する点で改善の余地があった。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、短時間で作動流体を充填することができ、或いは充填していた作動流体を排出することができるスターリングエンジンを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下の構成のスターリングエンジンが提供される。即ち、このスターリングエンジンは、クランクケースと、クランクボックスと、経路と、を備える。前記クランクケースには、動力を外部に取り出すためのクランクシャフトが架け渡される。前記クランクボックスは、前記クランクケース内に配置され、ピストンの往復運動を前記クランクシャフトの回転運動に変換する動力変換部材を収容する。前記経路は、前記クランクボックス内の第１空間の圧力と、前記クランクケース内でありかつ前記クランクボックス外である第２空間の圧力と、を均衡させる。前記経路は、前記第１空間と前記第２空間とを連通させる流路を有する。前記経路は、第１端部と、第２端部と、を備える。前記第１端部は、前記第１空間に開口する。前記第２端部は、前記第２空間に開口する。前記第１端部と前記第２端部との間の中途部の少なくとも一部は、前記クランクケースの外に配置される。

このように、クランクケース内の圧力とクランクボックス内の圧力とを均衡させるための経路を設けたため、作動流体をクランクケース内及びクランクボックス内に充填するときや、充填していた作動流体を排出するときに、クランクケース内の圧力とクランクボックス内の圧力との間に差が生じるのを抑制することができる。よって、作動流体をクランクケース内及びクランクボックス内に充填するときや、充填していた作動流体を排出するときに、長時間を掛ける必要がなくなる。また、非常に簡素な構成で、クランクケース内の圧力とクランクボックス内の圧力とを均衡させることができる。また、例えば、経路内の流路を開閉可能なバルブを当該経路の中途部に設けることで、オペレータがクランクケースの外からこのバルブを操作することができ、簡単に、必要なときだけクランクケース内とクランクボックス内とを連通させることができる。

前記のスターリングエンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記経路は、第１端部と、第２端部と、を備える。前記第１端部は、前記第１空間に開口する。前記第２端部は、前記第２空間に開口する。前記第１端部と前記第２端部との間の中途部の少なくとも一部は、前記クランクケースの外に配置される。

これにより、非常に簡素な構成で、クランクケース内の圧力とクランクボックス内の圧力とを均衡させることができる。また、例えば、経路内の流路を開閉可能なバルブを当該経路の中途部に設けることで、オペレータがクランクケースの外からこのバルブを操作することができ、簡単に、必要なときだけクランクケース内とクランクボックス内とを連通させることができる。

本発明の第２の観点によれば、以下の構成のスターリングエンジンが提供される。即ち、このスターリングエンジンは、クランクケースと、クランクボックスと、経路と、を備える。前記クランクケースには、動力を外部に取り出すためのクランクシャフトが架け渡される。前記クランクボックスは、前記クランクケース内に配置され、ピストンの往復運動を前記クランクシャフトの回転運動に変換する動力変換部材を収容する。前記経路は、前記クランクボックス内の第１空間の圧力と、前記クランクケース内でありかつ前記クランクボックス外である第２空間の圧力と、を均衡させる。前記経路は、第１経路と、第２経路と、を有する。前記第１経路は、その一端部が前記第１空間に開口し、その他端部が前記クランクケースの外に配置される。前記第２経路は、その一端部が前記第２空間に開口し、その他端部が前記クランクケースの外に配置される。

このように、クランクケース内の圧力とクランクボックス内の圧力とを均衡させるための経路を設けたため、作動流体をクランクケース内及びクランクボックス内に充填するときや、充填していた作動流体を排出するときに、クランクケース内の圧力とクランクボックス内の圧力との間に差が生じるのを抑制することができる。よって、作動流体をクランクケース内及びクランクボックス内に充填するときや、充填していた作動流体を排出するときに、長時間を掛ける必要がなくなる。また、例えば、第１空間に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、第２空間に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、の比率を考慮して、適宜の速度でかつ適時に、第１経路の他端部及び第２経路の他端部のそれぞれから作動流体を供給することができる。よって、第１空間の圧力と第２空間の圧力とを均衡した状態に保ちながら、作動流体を両空間に充填することができる。

前記のスターリングエンジンにおいては、前記第１経路の流路面積と、前記第２経路の流路面積と、の比率は、前記第１空間に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、前記第２空間に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、の比率を考慮して設定されていることが好ましい。

これにより、第１空間の圧力と第２空間の圧力とを均衡した状態に容易に保つことができ、作動流体を早急に両空間に充填し易くなる。

前記のスターリングエンジンにおいては、前記第１経路又は前記第２経路の少なくとも一方には、その流路の流路面積を制限するためのバルブ又は絞りが設けられていることが好ましい。

これにより、適宜のバルブ又は絞りを設けることにより、第１空間の圧力と第２空間の圧力とを実質的に均衡した状態に保ちながら、早急に、作動流体を両空間に充填したり、両空間から排出したりすることができる。

前記のスターリングエンジンにおいては、前記バルブ又は前記絞りは、その流路の流路面積を調整可能に構成されていることが好ましい。

これにより、様々な状況に応じて圧力調整を柔軟に行うことができる。

前記のスターリングエンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このスターリングエンジンは、差圧センサと、制御装置と、を更に備える。前記差圧センサは、前記第１空間の圧力と前記第２空間の圧力との差を検出する。前記制御装置は、前記差圧センサの検出結果に応じて、前記バルブ又は前記絞りの状態を制御する。

これにより、第１空間と第２空間との間で圧力差を生じさせないための自動的な圧力調整を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るスターリングエンジンの全体的な構成を示す模式図。 第１実施形態に係るスターリングエンジンの部分的な構成を示す模式図。 第１実施形態の変形例に係るスターリングエンジンの部分的な構成を示す模式図。 第２実施形態に係るスターリングエンジンの部分的な構成を示す模式図。 第３実施形態に係るスターリングエンジンの部分的な構成を示す模式図。 第４実施形態に係るスターリングエンジンの部分的な構成を示す模式図。 従来例のスターリングエンジンの構成を説明する模式図。

＜第１実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態に係るスターリングエンジン１の全体的な構成について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るスターリングエンジン１の全体的な構成を示す模式図である。

図１に示す本実施形態のスターリングエンジン１は、外燃機関の一種である。このスターリングエンジン１は、シリンダ２内に充填された作動流体を、外部から取り入れた熱を利用して膨張及び収縮させることによりパワーピストン３を往復運動させ、この往復運動をクランクシャフト８の回転運動に変換して動力を取り出すものである。

本実施形態のスターリングエンジン１は、シリンダ２と、パワーピストン３と、ディスプレーサピストン４と、ヒータ５と、再生器６と、クーラ７と、クランクシャフト８と、クランクケース９と、フライホイール１０と、クランクボックス１１と、第１動力変換部材（動力変換部材）３０と、第２動力変換部材４０と、を主として備える。なお、本実施形態のスターリングエンジン１は、パワーピストン３とディスプレーサピストン４とが同一のシリンダ２内に収容される、いわゆるβ型のスターリングエンジンである。

シリンダ２は、パワーピストン３及びディスプレーサピストン４を収容する円筒状の部材である。シリンダ２内には作動流体が充填される。作動流体としては、ヘリウムガス、水素ガス、空気等の様々な流体を用いることができるが、本実施形態では、熱伝導率が高いヘリウムガスが用いられる。シリンダ２の軸線方向の一端部はディスプレーサピストン４より上部でヒータ５と接続されており、当該軸線方向の他端部はクランクケース９に接続されている。後に詳述するように、作動流体は加熱・冷却されることにより、シリンダ２内でその圧力を変化させる。

ディスプレーサピストン４は、その軸線方向にスライド可能なようシリンダ２内に収容される概ね円柱形状の部材である。シリンダ２内のうち、ディスプレーサピストン４よりもシリンダ２とヒータ５との接続側（図では上方側）には、相対的に高温である膨張空間Ｓ１が形成される。シリンダ２内のディスプレーサピストン４よりもクランクケース９側（図では下方側）には、相対的に低温である圧縮空間Ｓ２が形成される。ディスプレーサピストン４は、高温の膨張空間Ｓ１及び低温の圧縮空間Ｓ２の容積の割合を変化させる役割を果たす。

パワーピストン３は、その軸線方向にスライド可能なようシリンダ２内に収容される短い円柱形状の部材である。パワーピストン３は、ディスプレーサピストン４よりもクランクケース９に近い側に配置される。前記圧縮空間Ｓ２は、ディスプレーサピストン４とパワーピストン３との間に配置される。パワーピストン３は、膨張空間Ｓ１及び圧縮空間Ｓ２（高温領域と低温領域）における作動流体の圧力変化、即ちパワーピストン３の上方及び下方の圧力差による力を受けて、軸線方向に変位する。

シリンダ２のすぐ外側には、当該シリンダ２のヒータ５との接続側からクランクケース９が配置される側に向かって、ヒータ５、再生器６、及びクーラ７がこの順に並ぶように設けられる。作動流体は、膨張空間Ｓ１からヒータ５、再生器６、及びクーラ７を順に通って、圧縮空間Ｓ２に流入することができる。また、作動流体は、圧縮空間Ｓ２からクーラ７、再生器６、及びヒータ５を順に通って、膨張空間Ｓ１に流入することもできる。

ヒータ５は、作動流体を加熱するための熱交換器である。ヒータ５の構成としては、公知の様々な構成をとることができるが、本実施形態では、伝熱面積を大きく確保できるように、多数並べられた細管の内部を作動流体が流動する構成を採用している。加熱媒体は、例えば発電プラントで生じた排ガス等であり、ヒータ５の前記細管の外側を流れる。これにより、当該作動流体が加熱媒体からの熱を受けて昇温（加熱）される。

クーラ７は、作動流体を冷却するための熱交換器である。クーラ７の構成としては、公知の様々な構成をとることができるが、本実施形態では、ヒータ５と同様に、多数の細管を備える構成を採用している。何らかの方法で冷却された冷却媒体がクーラ７の細管の外側を流れることにより、細管の内部を流れる作動流体が、冷却媒体に熱を奪われて降温（冷却）される。

再生器６は、蓄熱用の熱交換器である。再生器６の構成としては、公知の様々な構成をとり得るが、本実施形態では、金属製の網を積層させた構成を採用している。再生器６は、膨張空間Ｓ１の高温の作動流体がヒータ５から当該再生器６を介してクーラ７に流れる際には、作動流体の熱を奪って蓄える。一方、再生器６は、圧縮空間Ｓ２の低温の作動流体がクーラ７から当該再生器６を介してヒータ５に流れる際には、前記のようにして蓄えた熱を作動流体に与える。

クランクシャフト８は、シリンダ２内で発生させた動力（具体的には、パワーピストン３の往復運動による動力）を回転運動に変換するためのものである。クランクシャフト８は、クランクケース９に回転可能に支持されている。クランクシャフト８の一端部はクランクケース９の外部に突出しており、この一端部に発電機２９が取り付けられている。この発電機２９により、クランクシャフト８の回転動力が電力に変換される。

クランクケース９は、クランクシャフト８が架け渡されるケースであり、内部にフライホイール１０と、クランクボックス１１と、を収容している。シリンダ２とクランクケース９とは、図示しない孔によって連通されている。そのため、本実施形態では、シリンダ２内だけではなくクランクケース９内にも作動流体が充填される。

フライホイール１０は円板状の部材であり、クランクケース９内でありかつクランクボックス１１外の領域に、クランクシャフト８に貫通された状態で設けられる。フライホイール１０は、クランクシャフト８の回転する勢いを保ちつつ、回転速度のムラを小さくして滑らかに回転させるための、はずみ車として機能する。

クランクボックス１１は、パワーピストン３の往復運動をクランクシャフト８の回転運動に変換する第１動力変換部材３０を収容する。また、クランクボックス１１は、クランクシャフト８の回転運動をディスプレーサピストン４の往復運動に変換するための第２動力変換部材４０を収容する。これらの動力変換部材３０，４０は、摺動する部材である（厳密には、摺動する部材を含む）ため、潤滑する必要がある。本実施形態のスターリングエンジン１では、クランクボックス１１に貯留した潤滑油により動力変換部材３０，４０を潤滑する湿式潤滑方式を採用している。

ここで、仮に潤滑油がシリンダ２内に混入すると、熱交換器５，６，７の性能等に悪影響を及ぼすことが懸念される。具体的には、例えば潤滑油が前記の再生器６の上記の金属製の網等に付着すると、再生器６が閉塞して作動流体の流れが阻害されるおそれがある。よって、スターリングエンジン１では、潤滑油のシリンダ２内への混入を確実に防ぐことが望まれる。そこで、本実施形態では、潤滑が必要な動力変換部材３０，４０を収容するクランクボックス１１内にだけ潤滑油を貯留し、その外側のクランクケース９内（クランクケース９内でありかつクランクボックス１１外である領域）には潤滑油が漏れないようにしている。言い換えれば、クランクケース９を２重構造にし、その一番内側に相当するクランクボックス１１内に潤滑油を封入することで、シリンダ２内への潤滑油の混入を防止している。

なお、クランクボックス１１内をその外側の空間に対して封鎖（閉塞）した状態に保つために、オイルシール２１，２２，２３が設けられている。言い換えれば、オイルシール２１，２２，２３は、クランクボックス１１の内側の空間を、クランクケース９の内側でありかつクランクボックス１１の外側である空間に対して、概ね気密な状態に保つために設けられているシール部材である。

図１に示すように、クランクボックス１１は、クランクシャフト８により貫かれている。クランクシャフト８がクランクボックス１１を貫通している部分には、クランクシャフト８の外周面と、クランクボックス１１に形成された貫通孔と、の隙間を埋めるためのオイルシール２１が設けられている。これにより、クランクボックス１１内の潤滑油が、クランクシャフト８の外周面と、クランクボックス１１に形成された前記貫通孔と、の間の隙間を通って漏れ出てしまうことを防止している。

第１動力変換部材３０は、パワーピストン３の往復運動をクランクシャフト８の回転運動に変換するものであり、後述の第２動力変換部材４０を挟むように１対で設けられている。β型のスターリングエンジンにおいて往復運動を回転運動に変換するための機構としては、クロスヘッド機構、ロンビック機構、スコッチヨーク機構等の、様々な構成の機構を用いることができるが、本実施形態では、第１動力変換部材３０として、サイズを小さくするとともに比較的簡素な構成にすることが可能なスコッチヨーク機構を採用している。具体的には、本実施形態の第１動力変換部材３０は、図２に示すように、パワーピストンヨーク３１、ガイド軸３２、第１偏心クランクピン（不図示）、及びロッド３４等を備える。

パワーピストンヨーク３１は、スライド移動（往復移動）することが可能な板状の部材である。パワーピストンヨーク３１には、当該パワーピストンヨーク３１を貫通する１対の貫通孔が形成される。当該１対の貫通孔は、シリンダ２の軸線方向と平行な方向に延びている。また、パワーピストンヨーク３１には、その板面を貫くように案内溝が形成されている。後に説明するように、この案内溝には、前記第１偏心クランクピンが収容される。

ガイド軸３２は、シリンダ２の軸線方向に平行な方向に延びる軸状の部材であり、その両端部がクランクボックス１１に固定される（図２を参照）。ガイド軸３２は、クランクシャフト８を挟むように１対で設けられる。ガイド軸３２は、パワーピストンヨーク３１の前記貫通孔に差し込まれる。これにより、ガイド軸３２は当該パワーピストンヨーク３１をスライド可能に支持している。なお、パワーピストンヨーク３１の前記貫通孔とガイド軸３２との摺動部分には、例えばロータリブッシング等の直動軸受が設けられる。

前記第１偏心クランクピンは、クランクシャフト８に偏心した状態で取り付けられるクランクピンである。この第１偏心クランクピンは、クランクシャフト８に貫通された状態で、当該クランクシャフト８に対して固定され、又は当該クランクシャフト８と一体的に形成されている。前記第１偏心クランクピンは、パワーピストンヨーク３１の前記案内溝の中を転がりながら移動することができるように、当該案内溝の中に収容される。なお、パワーピストンヨーク３１の当該案内溝と前記第１偏心クランクピンとの摺動部分には、例えば転がり軸受等の回転軸受が設けられる。

ロッド３４は、パワーピストンヨーク３１の往復移動と、パワーピストン３の往復移動とを連動させるものである。ロッド３４は、長い軸状に形成され、その一端部がパワーピストン３に接続され、その他端部がパワーピストンヨーク３１に接続されている。ロッド３４がクランクボックス１１を貫通している部分には、ロッド３４の外周面と、クランクボックス１１に形成される貫通孔と、の隙間を埋めるためのオイルシール２２が設けられている。これにより、クランクボックス１１内の潤滑油が、ロッド３４の外周面と、クランクボックス１１に形成された前記貫通孔と、の間の隙間を通って漏れ出てしまうことを防止している。

このような構成の第１動力変換部材３０において、パワーピストン３がシリンダ２内で変位すると、このパワーピストン３とロッド３４を介して連結されているパワーピストンヨーク３１がガイド軸３２に沿ってスライド移動し、これに伴い前記案内溝の中を前記第１偏心クランクピンが転がりながら移動する。これにより、クランクシャフト８が回転変位される。こうして、パワーピストン３の往復運動がクランクシャフト８の回転運動に変換されて、発電機２９へと伝達される。

第２動力変換部材４０は、クランクシャフト８の回転運動をディスプレーサピストン４の往復運動に変換するものである。β型のスターリングエンジンにおいて回転運動を往復運動に変換するための機構としては、上述のように種々の機構を用いることができるが、本実施形態では、第２動力変換部材４０として、第１動力変換部材３０と同様にスコッチヨーク機構を採用している。具体的には、本実施形態の第２動力変換部材４０は、ディスプレーサヨーク４１、ガイド軸４２、第２偏心クランクピン、及びロッド４４等を備える。

第２動力変換部材４０のディスプレーサヨーク４１、ガイド軸４２、第２偏心クランクピン、及びロッド４４の構成は、それぞれ、第１動力変換部材３０のパワーピストンヨーク３１、ガイド軸３２、第１偏心クランクピン、及びロッド３４の構成と実質的に同様であるため、詳細な説明は省略する。

第２動力変換部材４０のロッド４４は、ディスプレーサヨーク４１とディスプレーサピストン４とを連結するために、パワーピストン３に形成された図略の貫通孔に差し込まれている。パワーピストン３はロッド４４に対して摺動可能に設けられており、当該摺動部分には、気密を保つための図示しないシール機構が配置されている。また、ロッド４４がクランクボックス１１を貫通している部分には、ロッド４４の外周面と、クランクボックス１１に形成される貫通孔と、の隙間を埋めるためのオイルシール２３が設けられている。

このような構成の第２動力変換部材４０において、クランクシャフト８が回転運動すると、当該クランクシャフト８と一体的となっている前記第２偏心クランクピンが、ディスプレーサヨーク４１の案内溝の中を転がりながら移動する。これに伴い、ディスプレーサヨーク４１が、ガイド軸４２に沿ってスライド移動する。これにより、ディスプレーサヨーク４１とロッド４４を介して連結されているディスプレーサピストン４が、ディスプレーサヨーク４１と連動して変位する。こうして、クランクシャフト８の回転運動がディスプレーサピストン４の往復運動に変換され、パワーピストン３の往復運動とも相まって、膨張空間Ｓ１と圧縮空間Ｓ２との容積の割合が周期的に変化するようになっている。

なお、パワーピストン３が上死点（図１では、最もシリンダ２の上方側）に至るタイミングと、ディスプレーサピストン４が上死点に至るタイミングと、がズレるように、前記第１偏心クランクピン及び前記第２偏心クランクピンは、所定の位相差（本実施形態では、９０°の位相差）が生じるように配置されている。

以下では、スターリングエンジン１の作動原理について、簡単に説明する。

ディスプレーサピストン４が上死点の付近にあるとき、圧縮空間Ｓ２内の作動流体は、クランクシャフト８の回転に伴って上昇するパワーピストン３に押されて圧縮される。また、クランクシャフト８の回転によりディスプレーサピストン４が下降し始めると、圧縮空間Ｓ２の容積が減少し、膨張空間Ｓ１の容積が増大する。この結果、圧縮空間Ｓ２内の作動流体は、クーラ７、再生器６、及びヒータ５をこの順に通過して、膨張空間Ｓ１内に移動する。この過程で、作動流体は加熱されて相対的に高温となるので、作動流体は膨張空間Ｓ１内で熱膨張しようとし、圧力が上昇する。

この高まった膨張空間Ｓ１内の圧力は直ちに圧縮空間Ｓ２内に伝播するので、圧縮空間Ｓ２の圧力は膨張空間Ｓ１と同様に高くなる。この状況で、パワーピストン３が上死点に至った後に下降し始めると、作動流体によってパワーピストン３が下向きに押されて、これにより当該パワーピストン３がシリンダ２内をスライドする。パワーピストン３の変位はクランクシャフト８に伝達され、クランクシャフト８が駆動力を得て回転する。

クランクシャフト８の回転によりディスプレーサピストン４が下死点に至り、その後上昇すると、膨張空間Ｓ１の容積が減少し、圧縮空間Ｓ２の容積が増大する。これに伴って、膨張空間Ｓ１内の作動流体が、ヒータ５、再生器６、及びクーラ７をこの順に通過して、圧縮空間Ｓ２内に移動する。この過程で、作動流体は冷却されて相対的に低温となり、圧力が低下する。

パワーピストン３はディスプレーサピストン４に遅れて下死点に至り、その後上昇を開始する。やがて、ディスプレーサピストン４が上死点付近に至る。

以上のサイクルが繰り返されることにより、膨張空間Ｓ１及び圧縮空間Ｓ２の作動流体の圧力変化が反復され、これを利用してパワーピストン３が往復運動されて、この往復運動がクランクシャフト８の回転運動に変換されて動力が取り出される。

以上のような構成のスターリングエンジン１において、上述のように、膨張空間Ｓ１及び圧縮空間Ｓ２には作動流体が充填される。また、シリンダ２内の、パワーピストン３よりもクランクシャフト８に近い側の空間（以下、パワーピストン３の背面側の空間という。）、クランクケース９内、及びクランクボックス１１内にも、作動流体が充填される。本実施形態では、作動流体の圧力変化を大きくして効率よく動力を得られるようにするために、作動流体はこれらの空間内に高圧（大気圧よりも高圧）で充填される。

ところで、上述したように、クランクボックス１１の内側の空間を、クランクボックス１１の外側の空間に対して概ね気密な状態に保つ構成とした場合、以下のような問題が考えられる。即ち、従来は、クランクケース９の内部空間に作動流体を充填する作業を行う場合、クランクケース９に開口するように設けた作動流体通路から作動流体を充填していた。図７に、従来からある、作動流体通路を有するスターリングエンジンの例を示している。仮に、この充填方法をこのまま本実施形態のスターリングエンジン１に適用したとすると、前記の作動流体通路を経由して第２空間Ｓ９に流入した作動流体は、ロッド３４とオイルシール２２との間、ロッド４４とオイルシール２３との間、及びクランクシャフト８とオイルシール２１との間等の、僅かな隙間を通ってクランクボックス１１の内部空間に流入することとなる。これにより、第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９の両空間に作動流体を充填することが可能である。しかしながら、作動流体の充填を、時間をかけてゆっくり行わないと、両空間Ｓ９，Ｓ１１の間で大きな圧力差が生じ、オイルシール２１，２２，２３が破損することとなる。同様に、クランクケース９内の作動流体を排出する作業を、前記の作動流体通路を介して行うこととした場合にも、時間をかけてゆっくり排出しないと、両空間Ｓ９，Ｓ１１の間で大きな圧力差が生じ、オイルシール２１，２２，２３が破損することとなる。

そこで、本実施形態では、オイルシール２１，２２，２３等が破損することを防止するために、クランクボックス１１の内側の空間の圧力と、クランクボックス１１の外側でありかつクランクケース９の内側である空間の圧力と、を均衡させるための経路を備えている。以下では、この経路について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、第１実施形態に係るスターリングエンジン１の部分的な構成を示す模式図である。なお、以下の説明においては、クランクボックス１１の内側の空間を、単に「第１空間Ｓ１１」と称することがある。また、クランクボックス１１の外側でありかつクランクケース９の内側である空間を、単に「第２空間Ｓ９」と称する場合がある。

図２に示すように、本実施形態のスターリングエンジン１は、接続路（経路）５１と、バルブ５２と、作動流体流通路５３と、バルブ５４と、を備えている。

接続路５１は、第１空間Ｓ１１の圧力と、第２空間Ｓ９の圧力と、を均衡させるための経路である。本実施形態の接続路５１は、断面が円形状のパイプ状の部材であり、内部に作動流体が通過する流路が形成されている。言い換えれば、接続路５１は、第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９とを連通させる流路を有する。

接続路５１の一端部（第１端部）５１ａは、クランクボックス１１の側面に接続されており、第１空間Ｓ１１に開放（開口）されている。この接続路５１の一端部５１ａは、クランクボックス１１内の潤滑油の油溜まりの液面よりも上方の位置に配置されている。なお、図中に２点鎖線で示したのが潤滑油の油溜まりの液面の位置の具体例である。接続路５１の他端部（第２端部）５１ｂは、クランクケース９の底面に接続されており、第２空間Ｓ９に開放（開口）されている。

接続路５１のうちの、一端部５１ａと他端部５１ｂとの間の中途部の一部は、クランクケース９の外に配置されている。

バルブ５２は、接続路５１内の流路を開閉可能なバルブである。バルブ５２は、接続路５１の中途部に設けられる。バルブ５２は、接続路５１のうち、クランクケース９の外に配置される部分に設けられている。本実施形態において、バルブ５２は、オペレータが手動で開閉可能に構成されている。

作動流体流通路５３は、作動流体を第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９に充填するとき、及び、作動流体を第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９から排出（放出）するときに、作動流体を流通させるための通路である。本実施形態の作動流体流通路５３は、断面が円形状のパイプ状の部材であり、内部に作動流体が通過する流路が形成されている。

作動流体流通路５３の一端部は、クランクケース９の側面に接続されており、第２空間Ｓ９に開放されている。作動流体流通路５３の他端部は、クランクケース９の外に開放されている。

バルブ５４は、作動流体流通路５３内の流路を開閉可能なバルブである。バルブ５４は、作動流体流通路５３に設けられる。本実施形態において、バルブ５４は、オペレータが手動で開閉可能に構成されている。

このような構成のスターリングエンジン１において、作動流体を第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９に充填するときは、以下のような作業を行う。即ち、作動流体の充填を開始する前に、バルブ５２を開いて、第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９とが接続（連通）された状態とする。また、パワーピストン３の背面側の空間と、圧縮空間Ｓ２と、を連通路（不図示）を介して接続して、連通させる。この状態で、作動流体流通路５３の他端部に、作動流体を入れた容器（例えば、ボンベ）を接続し、バルブ５４を開いて、作動流体を、適宜の流速で作動流体流通路５３を介してクランクケース９内に供給する。

上記のようにして作動流体流通路５３を介して供給された作動流体は、次第にクランクケース９の中（第２空間Ｓ９）に充填されていく。また、クランクケース９内に充填された作動流体の一部は、クランクケース９の前記貫通孔を経由して、パワーピストン３の背面側の空間に充填される。また、パワーピストン３の背面側の空間に充填された作動流体の一部は、前記連通路を経由して圧縮空間Ｓ２及び膨張空間Ｓ１にも充填される。

また、バルブ５２が開かれているので、第２空間Ｓ９に充填された作動流体の一部が接続路５１を介して第１空間Ｓ１１内に速やかに供給され、この結果、第１空間Ｓ１１の圧力と、第２空間Ｓ９の圧力と、は均衡した状態に保たれる。この際、接続路５１の一端部５１ａはクランクボックス１１内の潤滑油の油溜まりの液面よりも高い位置に配置されているので、クランクボックス１１内に潤滑油が収容された状態であっても、第２空間Ｓ９内の作動流体の一部を、接続路５１を介して、第１空間Ｓ１１内に供給することができる。このように、本実施形態では、簡単な構成で、第１空間Ｓ１１の圧力と第２空間Ｓ９の圧力との間に差が生じるのを抑制することができる。よって、作動流体を両空間内に充填するときに、速い速度で作動流体を供給しても、オイルシール２１，２２，２３の破損を招くことがない。この結果、作動流体の充填作業を短時間で完了させることができる。

また、本実施形態では、接続路５１のうちの、クランクケース９の外に配置されている中途部にバルブ５２が設けられているので、オペレータがクランクケース９の外からこのバルブ５２を操作することができ、簡単に、必要なときだけ第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９とを連通させることができる。

また、第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９に充填していた作動流体を作動流体流通路５３を介して外部に排出するときも、パワーピストン３の背面側の空間と、圧縮空間Ｓ２と、を前記連通路を介して連通させつつ、バルブ５２を開くことで、第１空間Ｓ１１の圧力と、第２空間Ｓ９の圧力と、を均衡した状態に保ちながら作動流体を排出することができる。

以上に説明したように、本実施形態のスターリングエンジン１は、クランクケース９と、クランクボックス１１と、接続路５１と、を備える。クランクケース９には、動力を外部に取り出すためのクランクシャフト８が架け渡される。クランクボックス１１は、クランクケース９内に配置される。クランクボックス１１は、パワーピストン３の往復運動をクランクシャフト８の回転運動に変換する第１動力変換部材３０と、クランクシャフト８の回転運動をディスプレーサピストン４の往復運動に変換する第２動力変換部材４０と、を収容する。接続路５１は、クランクボックス１１内の第１空間Ｓ１１の圧力と、クランクケース９内でありかつクランクボックス１１外である第２空間Ｓ９の圧力と、を均衡させる。

このように、クランクボックス１１内の第１空間Ｓ１１の圧力とクランクケース９内の第２空間Ｓ９の圧力とを均衡させるための接続路５１を設けたため、作動流体を第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９に充填するときや、充填していた作動流体を排出するときに、第１空間Ｓ１１の圧力と第２空間Ｓ９内の圧力との間に差が生じるのを抑制することができる。よって、作動流体をクランクケース９内及びクランクボックス１１内に充填するときや、充填していた作動流体を排出するときに、長時間を掛ける必要がなくなる。

また、本実施形態のスターリングエンジン１においては、接続路５１は、第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９とを連通させる流路を有する。

これにより、簡素な構成で、クランクボックス１１内の圧力とクランクケース９内の圧力とを均衡させることができる。

また、本実施形態のスターリングエンジン１においては、接続路５１は、一端部（第１端部）５１ａと、他端部５１ｂ（第２端部）と、を備える。接続路５１の一端部５１ａは、第１空間Ｓ１１に開口する。接続路５１の他端部５１ｂは第２空間Ｓ９に開口する。この一端部５１ａと他端部５１ｂとの間の中途部の少なくとも一部は、クランクケース９の外に配置されている。

これにより、非常に簡単な構成で、クランクボックス１１内の圧力とクランクケース９内の圧力とを均衡させることができる。また、例えば本実施形態のように、接続路５１内の流路を開閉可能なバルブ５２を接続路５１の中途部に設けることで、オペレータがクランクケース９の外からこのバルブ５２を操作することができ、簡単に、必要なときだけクランクボックス１１内とクランクケース９内とを連通させることができる。

また、本実施形態のスターリングエンジン１においては、接続路５１の一端部５１ａは、クランクボックス１１内の潤滑油の油溜まりの液面よりも上方の位置に配置される。

これにより、クランクボックス１１内に潤滑油を収容した状態で、作動流体を、接続路５１を介して第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９との間を流通させることができる。よって、クランクボックス１１内に潤滑油を入れたままの状態で、クランクケース９内及びクランクボックス１１内への作動流体の充填・開放を速やかに行える。

＜第１実施形態の変形例＞
続いて、第１実施形態の変形例に係るスターリングエンジン１について、図３を参照して説明する。図３は、第１実施形態の変形例に係るスターリングエンジン１の部分的な構成を示す模式図である。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

図３に示すように、本変形例に係るスターリングエンジン１は、接続路５１及び作動流体流通路５３に代えて、兼用路５５を備える点で、第１実施形態とは異なっている。

兼用路５５は、中途部で２本に分岐しているパイプ状の部材であり、分岐している一方の通路（分岐路）の端部（第１端部）５５ａが、クランクボックス１１に接続されている。この兼用路５５の一方の分岐路の端部５５ａは、クランクボックス１１内に開口している。

兼用路５５のうちの、分岐している他方の通路（分岐路５５ｅ）の他端部（第２端部）５５ｂが、クランクケース９に接続されている。この兼用路５５の他方の分岐路５５ｅの端部５５ｂは、クランクケース９内に開口している。

兼用路５５の他方の分岐路５５ｅは、クランクケース９の外に配置されている。分岐路５５ｅの中途部には、この分岐路５５ｅ内の流路を開閉するバルブ５２が設けられている。

兼用路５５の、分岐していない部分の開放側の端部（第３端部）に、バルブ５４が設けられている。

このような構成のスターリングエンジン１では、第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９とを連通させるための通路（接続路５１に相当するもの）と、作動流体を充填・排出するときに作動流体を流通させるための通路（作動流体流通路５３に相当するもの）と、を１つの通路で構成することができ、通路を簡素化することができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るスターリングエンジン１について、図４を参照して説明する。図４は、第２実施形態に係るスターリングエンジン１の部分的な構成を示す模式図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

図４に示すように、本実施形態のスターリングエンジン１は、第１充填排出用経路（第１経路）６１と、第２充填排出用経路（第２経路）６２と、バルブ６３と、バルブ６４と、を備えている。

第１充填排出用経路６１は、作動流体を第１空間Ｓ１１に充填するとき、及び作動流体を第１空間Ｓ１１から排出するときに、作動流体を流通させるための通路である。本実施形態の第１充填排出用経路６１は、断面が円形状のパイプ状の部材であり、内部に作動流体が流通する流路が形成されている。

第１充填排出用経路６１の一端部６１ａは、クランクボックス１１の側面に接続されており、第１空間Ｓ１１に開放（開口）されている。第１充填排出用経路６１は、クランクボックス１１の側面からクランクケース９の外に向かって延びている。第１充填排出用経路６１の他端部は、クランクケース９の外に配置されており、クランクケース９の外に開放（開口）されている。

第２充填排出用経路６２は、作動流体を第２空間Ｓ９に充填するとき、及び作動流体を第２空間Ｓ９から排出するときに、作動流体を流通させるための通路である。本実施形態の第２充填排出用経路６２は、断面が円形状のパイプ状の部材であり、内部に作動流体が流通する流路が形成されている。

第２充填排出用経路６２は、クランクケース９の外に配置されている。第２充填排出用経路６２の一端部６２ａは、クランクケース９の底面に接続されており、第２空間Ｓ９に開放（開口）されている。第２充填排出用経路６２の他端部は、クランクケース９の外に配置されており、クランクケース９の外に開放（開口）されている。

ここで、第１充填排出用経路６１の前記流路の流路面積と、第２充填排出用経路６２の前記流路の流路面積と、の比率は、第１空間Ｓ１１に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、第２空間Ｓ９に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、の比率を考慮して、設定される。具体的には、例えば、第１充填排出用経路６１の前記流路の流路面積と、第２充填排出用経路６２の前記流路の流路面積と、の比率は、上記の比率と概ね同じとなるように設定するものとすることができる。

バルブ６３は、第１充填排出用経路６１内の流路を開閉可能なバルブである。バルブ６３は、第１充填排出用経路６１の他端部に設けられている。

バルブ６４は、第２充填排出用経路６２内の流路を開閉可能なバルブである。バルブ６４は、第２充填排出用経路６２の他端部に設けられている。

このような構成のスターリングエンジン１において、作動流体を第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９に充填するときは、例えば以下のような作業を行う。即ち、第１充填排出用経路６１の他端部と、第２充填排出用経路６２の他端部に、作動流体を入れた容器（例えば、ボンベ）を接続し、バルブ６３及びバルブ６４をほぼ同時に開いて、作動流体を、適宜の流速で第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９に供給する。

このとき、第１充填排出用経路６１の前記流路の流路面積と、第２充填排出用経路６２の前記流路の流路面積との比率は、上述したように、作動流体が充填される部分の容積の比率を考慮して設定されているので、作動流体を供給する流速等を適宜に調整することにより、第１空間Ｓ１１の圧力と第２空間Ｓ９の圧力とを容易に均衡した状態に保つことができる。これにより、オイルシール２１，２２，２３の破損を招くことなく、早急に両空間に作動流体を充填することができる。

以上に説明したように、本実施形態のスターリングエンジン１は、前記経路として、第１充填排出用経路６１と、第２充填排出用経路６２と、を有する。

これにより、例えば、第１空間Ｓ１１に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、第２空間Ｓ９に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、の比率を考慮して、適宜の速度でかつ適時に、第１充填排出用経路６１の他端部、及び第２充填排出用経路６２の他端部のそれぞれから作動流体を供給することができる。よって、第１空間Ｓ１１の圧力と第２空間Ｓ９の圧力とを均衡した状態に保ちながら、作動流体を両空間に充填することができる。

なお、両空間の圧力を均衡した状態に保つために、第１充填排出用経路６１及び第２充填排出用経路６２の内周面で生じ得る抵抗や、第１充填排出用経路６１及び第２充填排出用経路６２の流路の長さや、前記容器から第１充填排出用経路６１の他端部、及び第２充填排出用経路６２の他端部に作動流体が押し込まれる圧力等が、考慮されてもよい。

また、本実施形態のスターリングエンジン１においては、第１空間Ｓ１１に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、第２空間Ｓ９に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、の比率を考慮して設定されている。

これにより、作動流体を供給する速度等を適宜に調整することにより、第１空間Ｓ１１の圧力と第２空間Ｓ９の圧力とを均衡した状態に容易に保つことができ、両空間に作動流体を早急に充填し易くなる。同様に、両空間から作動流体を早急に排出することも容易となる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係るスターリングエンジン１について、図５を参照して説明する。図５は、第３実施形態に係るスターリングエンジン１の部分的な構成を示す模式図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

図５に示すように、本実施形態のスターリングエンジン１は、第１充填排出用経路（第１経路）７１と、第２充填排出用経路（第２経路）７２と、バルブ７３と、バルブ７４と、絞り７５と、を備えている。

第１充填排出用経路７１は、作動流体を第１空間Ｓ１１に充填するとき、及び作動流体を第１空間Ｓ１１から排出するときに、作動流体を流通させるための通路である。本実施形態の第１充填排出用経路７１は、断面が円形状のパイプ状の部材であり、内部に作動流体が流通する流路が形成されている。

第１充填排出用経路７１の一端部７１ａは、クランクボックス１１の側面に接続されており、第１空間Ｓ１１に開口されている。第１充填排出用経路７１は、クランクボックス１１の側面からクランクケース９の外に向かって延びている。第１充填排出用経路７１の他端部は、クランクケース９の外に配置されており、クランクケース９の外に開口されている。

第２充填排出用経路７２は、作動流体を第２空間Ｓ９に充填するとき、及び作動流体を第２空間Ｓ９から排出するときに、作動流体を流通させるための通路である。本実施形態の第２充填排出用経路７２は、断面が円形状のパイプ状の部材であり、内部に作動流体が流通する流路が形成されている。

第２充填排出用経路７２は、クランクケース９の外に配置されている。第２充填排出用経路７２の一端部７２ａは、クランクケース９の底面に接続されており、第２空間Ｓ９に開口されている。第２充填排出用経路７２の他端部は、クランクケース９の外に配置されており、クランクケース９の外に開口されている。

本実施形態では、第１充填排出用経路７１の前記流路の流路面積と、第２充填排出用経路７２の前記流路の流路面積と、は略同じである。

バルブ７３は、第１充填排出用経路７１内の流路を開閉可能なバルブである。バルブ７３は、第１充填排出用経路７１の他端部に設けられている。

バルブ７４は、第２充填排出用経路７２内の流路を開閉可能なバルブである。バルブ７４は、第２充填排出用経路７２の他端部に設けられている。

絞り７５は、それが設けられている流路の流路面積を制限するものである。本実施形態では、第２充填排出用経路７２の中途部に、絞り７５が設けられている。なお、本実施形態の絞り７５は、第２充填排出用経路７２内の流路面積を所定の流路面積にするものである。この流路面積は、第１空間Ｓ１１に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、第２空間Ｓ９に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、の比率や、第１充填排出用経路７１及び第２充填排出用経路７２の長さや、供給される作動流体の圧力・温度等の、様々な要素を考慮に入れて適宜に設定される。なお、本実施形態では、絞り７５は第２充填排出用経路７２に設けられるものとしたが、これに加えて又は代えて、第１充填排出用経路７１に設けられるものとしてもよい。

このような構成のスターリングエンジン１において、作動流体を第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９に充填するときは、例えば以下のような作業を行う。即ち、第１充填排出用経路７１の他端部と、第２充填排出用経路７２の他端部に、作動流体を入れた容器を接続し、バルブ７３及びバルブ７４をほぼ同時に開いて、作動流体を、適宜の流速で第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９に供給する。

このとき、絞り７５が第２充填排出用経路７２の流路を絞る程度は、上述したように、様々な要素を考慮に入れて設定されているので、供給する作動流体の圧力・温度等を適宜に調整することにより、第１空間Ｓ１１の圧力と第２空間Ｓ９の圧力とを容易に均衡した状態に保つことができる。これにより、多くの時間を掛けずに両空間に作動流体を充填することができる。

以上に説明したように、本実施形態のスターリングエンジン１は、前記経路として、第１充填排出用経路７１と、第２充填排出用経路７２と、を有する。第１充填排出用経路７１又は第２充填排出用経路７２の少なくとも一方には、その流路の流路面積を制限するための絞り７５が設けられている。

これにより、適宜の絞り７５を設けることにより、第１空間Ｓ１１の圧力と第２空間Ｓ９の圧力とを実質的に均衡した状態に保ちながら、早急に、作動流体を両空間に充填したり、両空間から抜いたりすることができる。

＜第４実施形態＞
次に第４実施形態に係るスターリングエンジン１について、図６を参照して説明する。
図６は、第４実施形態に係るスターリングエンジン１の部分的な構成を示す模式図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

図５に示すように、本実施形態のスターリングエンジン１は、第１充填排出用経路７１と、第２充填排出用経路７２と、バルブ７３と、バルブ７４と、可変絞り８５と、差圧センサ８６と、制御装置８７と、を備えている。

可変絞り８５は、それが設けられている流路の流路面積を調整するものである。本実施形態では、第２充填排出用経路７２の中途部に、可変絞り８５が設けられている。可変絞り８５は、制御装置８７から送られてくる指令信号に応じて、その流路の流路面積（絞りの開度）を、複数段階で又は無段階で変更することができる。なお、本実施形態では、可変絞り８５は第２充填排出用経路７２に設けられるものとしたが、これに加えて又は代えて、第１充填排出用経路７１に設けられるものとしてもよい。

差圧センサ８６は、第１空間Ｓ１１の圧力と、第２空間Ｓ９の圧力と、の差を検出するセンサである。差圧センサ８６の検出結果は、検出信号として制御装置８７に送信される。

制御装置８７は、差圧センサ８６の検出結果を監視し、当該検出結果に応じて自動で可変絞り８５の状態を調整して、第２充填排出用経路７２内の流路面積を調整する制御を行うものである。制御装置８７は、コンピュータとして構成されており、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える。また、前記ＲＯＭには、可変絞り８５を動作させるための適宜の動作プログラムが記憶（格納）されている。このソフトウェアとハードウェアの協働により、制御装置８７を、第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９との間の差圧に応じて可変絞り８５を適宜に動作させ、流路面積を調整するための指令信号を送る指令部として機能させることが可能となっている。

制御装置８７は、差圧センサ８６の検出結果、即ち第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９との間の差圧の情報を、定期的又は不定期に検出信号として受信する。

第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９に作動流体を充填する場合、本実施形態の制御装置８７は、差圧センサ８６から取得した差圧に基づき、第２空間Ｓ９の圧力が第１空間Ｓ１１の圧力よりも低い場合は、可変絞り８５の開度を現在より増大させるための指令信号を当該可変絞り８５に出力する。一方、制御装置８７は、第２空間Ｓ９の圧力が第１空間Ｓ１１の圧力よりも高い場合は、可変絞り８５の開度を現在より減少させるための指令信号を当該可変絞り８５に出力する。

このフィードバック制御を反復することにより、第１充填排出用経路７１及び第２充填排出用経路７２の流路面積の比率が、第１空間Ｓ１１の圧力と、第２空間Ｓ９の圧力と、の差を十分に低減させるために好適な比率となるように自動調整される。この状態で、第１充填排出用経路７１及び第２充填排出用経路７２を介して作動流体を供給し続けることで、複雑な計算を要することなく、第１空間Ｓ１１の圧力と、第２空間Ｓ９の圧力と、を自動的に均衡させながら作動流体を充填することができる。よって、オイルシール２１，２２，２３等の破損を招くことなく、早急に、作動流体の充填を行うことができる。

なお、第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９から作動流体を排出する場合は、可変絞り８５の開度を上記と反対に制御すればよい。

以上に説明したように、本実施形態のスターリングエンジン１は、前記経路として、第１充填排出用経路７１と、第２充填排出用経路７２と、を有する。また、このスターリングエンジン１は、前記の流路面積を制限するための絞りとして、可変絞り８５を備えている。この可変絞り８５は、その流路の流路面積を調整可能に構成されている。

これにより、様々な状況に応じて圧力調整を柔軟に行うことができる。

また、本実施形態のスターリングエンジン１は、差圧センサ８６と、制御装置８７と、を更に備える。差圧センサ８６は、第１空間Ｓ１１の圧力と第２空間Ｓ９の圧力との差を検出する。制御装置８７は、差圧センサ８６の検出結果に応じて、可変絞り８５の状態を制御する。

これにより、第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９との間で圧力差を生じさせないための自動的な圧力調整を実現することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記の第１実施形態では、作動流体流通路５３の一端部は、第２空間Ｓ９に開口されるものとしたが、これに限るものではない。例えばこれに代えて、作動流体流通路（作動流体流通路５３に相当するもの）の一端部が第１空間Ｓ１１に開口されるものとしてもよい。

クランクボックス１１に潤滑油を補充するときに用いる潤滑路流通路を、作動流体流通路５３として用いることとしてもよい。

上記の実施形態では、例えば作動流体を収容したボンベを作動流体流通路５３の他端部等に接続することにより、第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９に作動流体を供給できることを開示したが、作動流体の供給源の構成はこれに限るものではない。例えば、これに代えて、作動流体を収容した容器（タンク）から、ポンプ等を用いて、第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９に作動流体を圧送するものとしてもよい。

第２から第４までの実施形態において、第１空間Ｓ１１及び第２空間Ｓ９には、同一の供給源から作動流体が供給されることとしてもよいし、或いは個別の供給源から作動流体が供給されることとしてもよい。

上記の第３実施形態及び第４実施形態では、作動流体を充填・排出するときに当該作動流体を通す流路の流路面積を制限するための構成として、絞り７５及び可変絞り８５をそれぞれ備えるものとしたが、これに限るものではない。即ち、絞りに代えて、流路面積を制限できる「バルブ」を備えるものとしてもよい。その場合、例えば、バルブ６３，６４（バルブ７３，７４）に流路面積を制限する機能を持たせ、これらのバルブが前記「バルブ」を兼ねるものとしてもよい。

上記の第１実施形態では、第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９とはパイプ状の接続路５１で接続されるものとしたが、必ずしもこれに限るものではない。例えば、これに代えて、第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９とを連通・遮断することが可能な流路が形成される円柱状のプラグがクランクボックス１１及びクランクケース９を貫通するように設けられるものとしてもよい。その場合、オペレータがクランクケース９の外からこのプラグを操作することにより、第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９との連通・遮断を切り換えられるように構成することができる。

また、例えば、上記に代えて、第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９とを連通・遮断することが可能なバルブがクランクボックス１１を貫通するように設けられているものとしてもよい。その場合、作動流体を充填・排出するときに、このバルブを開く又は閉じることにより、第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９とを連通・遮断を切り換えられるように構成することができる。このバルブを、第１空間Ｓ１１側に閉止する第１逆止弁と、第２空間Ｓ９側に閉止する第２逆止弁とにすれば、第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９との間に圧力差が生じた際に、どちらか片方の逆止弁が開くので、クランクケース９の外からバルブを操作すること無く、第１空間Ｓ１１と第２空間Ｓ９との連通・遮断を切り換えられる。

上記の実施形態では、スターリングエンジン１はいわゆるβ型の形式のものとしたが、必ずしもこれに限るものではなく、例えばこれに代えて、α型或いはγ型の形式のものとしてもよい。

１ スターリングエンジン
３ ピストン
８ クランクシャフト
９ クランクケース
１１ クランクボックス
３０ 動力変換部材
５１ 経路
Ｓ１１ 第１空間
Ｓ９ 第２空間

Claims (6)

1. 動力を外部に取り出すためのクランクシャフトが架け渡されるクランクケースと、
   前記クランクケース内に配置され、ピストンの往復運動を前記クランクシャフトの回転運動に変換する動力変換部材を収容するクランクボックスと、
   前記クランクボックス内の第１空間の圧力と、前記クランクケース内でありかつ前記クランクボックス外である第２空間の圧力と、を均衡させるための経路と、
   を備え、
   前記経路は、前記第１空間と前記第２空間とを連通させる流路を有し、
   前記経路は、
   前記第１空間に開口する第１端部と、
   前記第２空間に開口する第２端部と、
   を備え、
   前記第１端部と前記第２端部との間の中途部の少なくとも一部は、前記クランクケースの外に配置されることを特徴とするスターリングエンジン。
2. 動力を外部に取り出すためのクランクシャフトが架け渡されるクランクケースと、
   前記クランクケース内に配置され、ピストンの往復運動を前記クランクシャフトの回転運動に変換する動力変換部材を収容するクランクボックスと、
   前記クランクボックス内の第１空間の圧力と、前記クランクケース内でありかつ前記クランクボックス外である第２空間の圧力と、を均衡させるための経路と、
   を備え、
   前記経路は、
   その一端部が前記第１空間に開口し、その他端部が前記クランクケースの外に配置される第１経路と、
   その一端部が前記第２空間に開口し、その他端部が前記クランクケースの外に配置される第２経路と、
   を有することを特徴とするスターリングエンジン。
3. 請求項２に記載のスターリングエンジンであって、
   前記第１経路の流路面積と、前記第２経路の流路面積と、の比率は、
   前記第１空間に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、前記第２空間に作動流体を供給することにより当該作動流体が充填される部分の容積と、の比率を考慮して設定されていることを特徴とするスターリングエンジン。
4. 請求項２又は３に記載のスターリングエンジンであって、
   前記第１経路又は前記第２経路の少なくとも一方には、その流路の流路面積を制限するためのバルブ又は絞りが設けられていることを特徴とするスターリングエンジン。
5. 請求項４に記載のスターリングエンジンであって、
   前記バルブ又は前記絞りは、その流路の流路面積を調整可能に構成されていることを特徴とするスターリングエンジン。
6. 請求項５に記載のスターリングエンジンであって、
   前記第１空間の圧力と前記第２空間の圧力との差を検出する差圧センサと、
   前記差圧センサの検出結果に応じて、前記バルブ又は前記絞りの状態を制御する制御装置と、
   を更に備えることを特徴とするスターリングエンジン。

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