WO2017145804A1 - スターリングエンジンの出力調整装置 - Google Patents

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WO2017145804A1
WO2017145804A1 PCT/JP2017/004897 JP2017004897W WO2017145804A1 WO 2017145804 A1 WO2017145804 A1 WO 2017145804A1 JP 2017004897 W JP2017004897 W JP 2017004897W WO 2017145804 A1 WO2017145804 A1 WO 2017145804A1
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WO
WIPO (PCT)
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working gas
pressure
space
stirling engine
output
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/004897
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English (en)
French (fr)
Inventor
小林　将
福留　二朗
昌平 星野
真人 北崎
Original Assignee
ヤンマー株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/045—Controlling
    • F02G1/05—Controlling by varying the rate of flow or quantity of the working gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/06—Controlling

Definitions

  • the present invention relates to an output adjustment device for a Stirling engine.
  • the present invention relates to a measure for enabling output adjustment with a relatively simple structure.
  • a Stirling engine is known as an external combustion engine that heats and cools a working gas in a cylinder and obtains a work amount by utilizing the volume change.
  • the Stirling engine disclosed in Patent Document 1 includes a bypass pipe that communicates the working gas space of the Stirling engine and the crank chamber so that a decompression action can be obtained at the time of starting.
  • a decompression valve is provided in the bypass pipe, and when the Stirling engine is started, the decompression valve is opened to obtain a decompression action.
  • the decompression valve is gradually closed.
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 2012-41897
  • one of the features of the Stirling engine is that various heat sources can be used.
  • exhaust heat from an internal combustion engine exhaust heat from a factory, biomass combustion heat, or the like can be used as a heat source.
  • Patent Document 1 an individual pressurizing pump is connected to the Stirling engine, and if necessary, working gas is introduced from the pressurizing pump to increase the output of the Stirling engine.
  • a special power source such as a pressurizing pump motor
  • introducing the working gas is required, leading to an increase in manufacturing cost or energy for operating this power source. Therefore, the energy efficiency of the entire system is deteriorated, which is not preferable.
  • the present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to make it possible to adjust the output of the Stirling engine with a relatively simple structure without requiring a pressurizing pump. .
  • the solution of the present invention includes a first piston and a second piston that reciprocate in a cylinder, a crankshaft connected to the pistons, a crank chamber that houses the crankshaft, or the
  • the present invention is directed to an output adjustment device applied to a Stirling engine having a buffer space formed by any one of spaces communicating with a crank chamber.
  • a working gas flow path that allows the working gas space formed in the cylinder and the buffer space to communicate with the output adjusting device of the Stirling engine, and the pressure in the buffer space is higher than the pressure in the working gas space.
  • communication means for communicating the buffer space and the working gas space through the working gas flow passage when the height is high.
  • the working gas space formed in the cylinder corresponds to a compression space or an expansion space in a ⁇ -type Stirling engine, for example.
  • the communication means causes the buffer space and the working gas space to communicate with each other via the working gas flow passage.
  • a part of working gas of buffer space will move to working gas space, and the density of working gas in this working gas space will rise.
  • Stirling engine power increases.
  • the output of the Stirling engine can be increased without requiring a means having a power source such as a pressure pump.
  • a first piston and a second piston that reciprocate in a cylinder, a crankshaft connected to these pistons, a crank chamber that houses the crankshaft, or a space that communicates with the crank chamber.
  • the present invention is directed to an output adjustment device applied to a Stirling engine having a buffer space composed of any of the above.
  • a working gas flow passage that allows the working gas space formed in the cylinder and the buffer space to communicate with the output adjusting device of the Stirling engine, and the pressure in the working gas space is higher than the pressure in the buffer space.
  • a communication means for communicating the working gas space and the buffer space via the working gas flow passage when the height is high is provided.
  • the communication means causes the working gas space and the buffer space to communicate with each other via the working gas flow passage.
  • part of the working gas in the working gas space moves to the buffer space, and the density of the working gas in the working gas space decreases.
  • Stirling engine output decreases.
  • the communication means is preferably a check valve.
  • the check valve is opened according to the pressure difference between the working gas space and the buffer space, and the working gas space and the buffer space are communicated with each other through the working gas flow passage.
  • a check valve is provided that opens when the pressure in the buffer space is higher than the pressure in the working gas space
  • the check valve opens when the pressure in the buffer space becomes higher than the pressure in the working gas space.
  • the communication means is a pressure regulating valve that opens and closes according to the pressure difference between the working gas space and the buffer space, and the value of the pressure difference that performs the opening and closing operation can be changed. It is preferable.
  • the pressure difference between the pressure in the working gas space (average value) and the pressure in the buffer space (average value) changes by changing the set pressure of the pressure regulating valve (set pressure to be opened). This makes it possible to adjust the output of the Stirling engine.
  • the pressure regulating valve when providing a pressure regulating valve that opens when the pressure in the buffer space is higher than the pressure in the working gas space and the pressure difference is greater than or equal to a predetermined value, the pressure regulating valve is used to increase the output of the Stirling engine. Decrease the pressure difference for opening and closing. As a result, the pressure difference between the pressure in the working gas space (average value) and the pressure in the buffer space (average value) increases (the pressure remaining in the buffer space decreases (the pressure in the working gas space increases)). Stirling engine power increases.
  • the pressure regulating valve when providing a pressure regulating valve that opens when the pressure in the working gas space is higher than the pressure in the buffer space and the pressure difference is greater than or equal to a predetermined value, the pressure regulating valve is used to reduce the output of the Stirling engine. Decrease the pressure difference for opening and closing. As a result, the pressure difference between the pressure (average value) in the working gas space and the pressure (average value) in the buffer space increases (the pressure remaining in the working gas space decreases), thereby reducing the output of the Stirling engine.
  • the communication means is preferably an openable / closable open / close valve and an open / close control means for controlling the open / close operation of the open / close valve.
  • the opening / closing operation of the opening / closing valve is performed by the opening / closing control means, whereby the output of the Stirling engine can be increased or the output can be decreased. That is, by opening the on-off valve when the pressure in the buffer space is higher than the pressure in the working gas space, a part of the working gas in the buffer space moves to the working gas space. The density of the working gas at can be increased, and the output of the Stirling engine can be increased. On the other hand, by opening the on-off valve when the pressure in the working gas space is higher than the pressure in the buffer space, a part of the working gas in the working gas space moves to the buffer space. The density of the working gas at can be reduced, and the output of the Stirling engine can be reduced. Thus, by controlling the opening / closing operation of the on-off valve, it is possible to increase the output of the Stirling engine or decrease the output.
  • the opening / closing control means controls the opening / closing operation of the opening / closing valve according to a rotational position of the crankshaft or a pressure difference between the buffer space and the working gas space.
  • the flow direction of the working gas when the on-off valve is opened (the buffer space and the working gas space
  • the direction of flow of the working gas between the engine and the engine can be defined, thereby making it possible to adjust the output of the Stirling engine.
  • the working gas space of the Stirling engine and the buffer space are communicated according to the pressure difference between these spaces, so that the working gas density in the working gas space can be adjusted. For this reason, the output of the Stirling engine can be adjusted without requiring a means having a power source such as a pressure pump.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a Stirling engine 1 and an output adjusting device 7 according to the present embodiment.
  • a displacer piston (first piston) 3 and a power piston (second piston) 4 are accommodated in a cylinder 2 so as to be able to reciprocate.
  • the displacer piston 3 is disposed above the power piston 4.
  • the space above the displacer piston 3 is formed as an expansion space (high temperature space) 21.
  • a space below the displacer piston 3 (a space between the displacer piston 3 and the power piston 4) is formed as a compression space (low temperature space) 22.
  • a crankshaft 52 is accommodated in a crank chamber 51 which is an internal space of the crankcase 5 disposed below the cylinder 2.
  • the crankshaft 52 is rotatably supported on the crankcase 5 by radial bearings 54 and 54.
  • the displacer piston 3 and the power piston 4 are connected to a crankshaft 52, respectively. Specifically, the displacer piston 3 and the power piston 4 are out of phase by a predetermined angle (for example, 90 ° around the crankshaft 52) via a scotch yoke mechanism (not shown) (the displacer piston 3 is connected via the rod 31).
  • the crankshaft in a state in which the position where the power piston 4 is connected to the crankshaft 52 and the position where the power piston 4 is connected to the crankshaft 52 via the rods 41 and 41 are shifted by a predetermined angle in the rotation direction of the crankshaft 52) 52.
  • a flywheel 53 is provided on one end side (the left side in FIG. 1) of the crankshaft 52 so as to be integrally rotatable.
  • a generator 6 is attached to the side surface (the left side surface in FIG. 1) of the crankcase 5, and the crankshaft 52 extends to the outside of the crankcase 5 and is connected to the generator 6.
  • a heater 23, a regenerator 24, and a cooler 25 are disposed on the outer peripheral side of the cylinder 2.
  • the heater 23 heats the working gas by receiving heat such as exhaust heat from an internal combustion engine (not shown), exhaust heat from a factory, and biomass combustion heat. On the other hand, cooling water flows in the cooler 25 so as to exchange heat with the working gas, and the working gas is cooled by this heat exchange.
  • the regenerator 24 has a structure in which a wire mesh matrix material such as austenitic stainless steel or brass is packed therein.
  • the working gas He, H 2 , N 2 , air, etc.
  • the working gas absorbs heat from the matrix material as it passes through the regenerator 24 from the cooler 25 toward the heater 23. Further, the working gas radiates heat to the matrix material when passing through the regenerator 24 from the heater 23 toward the cooler 25.
  • the output adjustment device 7 applied to the Stirling engine 1 will be described as a feature of the present embodiment.
  • the output adjustment device 7 according to the present embodiment is for increasing the output of the Stirling engine 1.
  • the output adjusting device 7 includes a working gas circulation pipe 71 that connects the compression space 22 in the cylinder 2 and the crank chamber 51, and a check valve 81 provided in the working gas circulation pipe 71. ing.
  • the working gas flow pipe 71 has one end connected to the cylinder 2. This connection position is a position corresponding to the compression space 22. For this reason, one end side of the working gas flow passage 72, which is an internal passage of the working gas circulation pipe 71, communicates with the compression space 22.
  • the compression space 22 is moved by the reciprocation of the displacer piston 3 and the power piston 4 (the lower surface of the displacer piston 3 constituting the upper end of the compression space 22 and the upper surface of the power piston 4 constituting the lower end of the compression space 22 are moved. However, even if the power piston 4 reaches the top dead center, the connection position of the working gas flow passage 72 is the same.
  • the position (communication position on the cylinder 2 side) is set to a position where the working gas flow path 72 and the crank chamber 51 are not communicated with each other.
  • the crankcase 5 the other end of the working gas circulation pipe 71 is connected to the crankcase 5.
  • the other end side of the working gas flow passage 72 which is an internal passage of the working gas circulation pipe 71, communicates with the crank chamber 51.
  • the crank chamber 51 corresponds to the buffer space referred to in the present invention.
  • the check valve 81 is opened when the pressure in the crank chamber 51 is higher than the pressure in the compression space 22, thereby connecting the crank chamber 51 and the compression space 22 to the working gas flow pipe 71 (working gas flow passage 72. ).
  • the check valve 81 is opened due to the pressure difference, and the crank chamber 51 and the compression space 22 communicate with each other via the working gas flow passage 72. become.
  • the check valve 81 is thus opened, a part of the working gas in the crank chamber 51 moves to the compression space 22 due to the pressure difference (pressure difference between the crank chamber 51 and the compression space 22).
  • the working gas density in the compression space 22 increases. Since the compression space 22 communicates with the expansion space 21 via the cooler 25, the regenerator 24, and the heater 23, the working gas in each of these spaces (hereinafter, these spaces are collectively referred to as the working gas circulation space 11). The density of will also increase.
  • the compression space 22 corresponds to the working gas space (working gas space formed in the cylinder) in the present invention.
  • the check valve 81 corresponds to the communication means (communication means for communicating the buffer space and the working gas space via the working gas flow passage) in the present invention.
  • the pressure in the compression space 22 periodically changes as the displacer piston 3 and the power piston 4 reciprocate (reciprocate with a predetermined phase difference) in the cylinder 2. That is, when the volume of the compression space 22 is reduced, the volume (gas amount) of the expansion space 21 is increased, the temperature of the working gas is increased, and the pressure is increased. On the other hand, when the volume of the compression space 22 expands, the volume (gas amount) of the compression space 22 increases, the temperature of the working gas decreases, and the pressure decreases.
  • the temperature of the crank chamber 51 is substantially constant, and there is almost no pressure fluctuation due to the temperature change. Further, since the crank chamber 51 has a large volume, the pressure fluctuation due to the reciprocating motion of the power piston 4 is also small.
  • the period (phase) in which the pressure in the compression space 22 is lower than the pressure in the crank chamber 51 and the period (phase) in which the pressure is higher. Will occur. In other words, a period (phase) in which the pressure in the crank chamber 51 is higher than a pressure in the compression space 22 or a period (phase) in which the pressure is lower than that in the compression space 22 occurs.
  • the check valve 81 is opened as described above, whereby the working gas flows between the crank chamber 51 and the compression space 22. It communicates via the piping 71 (working gas flow path 72). In this case, part of the working gas in the crank chamber 51 moves to the compression space 22 due to the pressure difference, and the density of the working gas in the compression space 22 increases. Since the compression space 22 communicates with the expansion space 21 via the cooler 25, the regenerator 24, and the heater 23, the density of the working gas in the working gas circulation space 11 as these spaces also increases.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of changes in the pressure in the compression space 22 (compression space pressure) and the pressure in the crank chamber 51 (crank chamber pressure) at the initial operation start time of the Stirling engine 1.
  • compression space pressure compression space pressure
  • crank chamber pressure crank chamber pressure
  • a part of the working gas in the crank chamber 51 is moved to the compression space 22 to increase the density of the working gas in the working gas circulation space 11, thereby increasing the density of the Stirling engine 1.
  • the output can be increased. For this reason, even when the amount of heat received by the heater 23 is small, the required output can be obtained by increasing the output of the Stirling engine 1.
  • no means having a power source such as a pressurizing pump is required, so that the output of the Stirling engine 1 can be increased while the configuration is simplified.
  • the output adjustment device 7 is different from that of the first embodiment. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, only the output adjustment device 7 will be described here.
  • the output adjusting device 7 is for reducing the output of the Stirling engine 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the Stirling engine 1 and the output adjusting device 7 according to the present embodiment.
  • the output adjusting device 7 includes a working gas circulation pipe 71 that connects the compression space 22 in the cylinder 2 and the crank chamber 51, and a check valve ( Communication means) 82.
  • the configuration of the working gas distribution pipe 71 is the same as that of the first embodiment.
  • the check valve 82 is opened when the pressure in the compression space 22 is higher than the pressure in the crank chamber 51, thereby connecting the compression space 22 and the crank chamber 51 to the working gas distribution pipe 71 (working gas flow passage). 72).
  • the check valve 82 is opened due to the pressure difference, and the compression space 22 and the crank chamber 51 communicate with each other via the working gas flow passage 72. become.
  • the check valve 82 is thus opened, a part of the working gas in the compression space 22 moves to the crank chamber 51 due to the pressure difference (pressure difference between the compression space 22 and the crank chamber 51).
  • the density of the working gas in the compressed space 22 is reduced. Since the compression space 22 communicates with the expansion space 21 via the cooler 25, the regenerator 24, and the heater 23, the density of the working gas in the working gas circulation space 11 is also reduced.
  • the check valve 82 is opened during the period in which the pressure in the compression space 22 is higher than the pressure in the crank chamber 51.
  • the compression space 22 and the crank chamber 51 communicate with each other via the working gas flow pipe 71 (working gas flow passage 72).
  • the density of the working gas in the compression space 22 decreases. Since the compression space 22 communicates with the expansion space 21 via the cooler 25, the regenerator 24, and the heater 23, the density of the working gas in the working gas circulation space 11 is also reduced.
  • a part of the working gas in the compression space 22 is moved to the crank chamber 51 to reduce the density of the working gas in the working gas circulation space 11, thereby reducing the output of the Stirling engine 1. Can be reduced. For this reason, even if the amount of heat received by the heater 23 is too large, it is possible to avoid adversely affecting the durability of the components of the Stirling engine 1 by reducing the output of the Stirling engine 1. .
  • the output adjusting device 7 is for increasing the output of the Stirling engine 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the Stirling engine 1 and the output adjusting device 7 according to the present embodiment.
  • the output adjusting device 7 includes a working gas circulation pipe 71 that connects the compression space 22 in the cylinder 2 and the crank chamber 51, and a check valve 81 provided in the working gas circulation pipe 71. And an on-off valve 83.
  • the configuration of the working gas flow pipe 71 and the check valve 81 is the same as that of the first embodiment.
  • the on-off valve 83 is disposed in the working gas flow pipe 71 closer to the crank chamber 51 than the check valve 81, and is electromagnetically controlled to open and close in response to an on-off control signal from a controller 9 such as a microcomputer. It consists of a valve.
  • the on-off valve 83 may be disposed closer to the compression space 22 than the check valve 81 in the working gas flow pipe 71.
  • the on-off valve 83 As the control of the on-off valve 83, when the actual output is reduced with respect to the required output of the Stirling engine 1 (for example, the required output determined according to the required power generation amount) (when the power generation amount is reduced). Then, an opening signal is output from the controller 9, and the on-off valve 83 is opened. As a result, as described in the first embodiment, the check valve 81 is opened during the period in which the pressure in the crank chamber 51 is higher than the pressure in the compression space 22, whereby the working gas in the crank chamber 51 is opened. Will move to the compression space 22, and the working gas density in the working gas circulation space 11 will increase. As a result, the output of the Stirling engine 1 increases.
  • the check valve 81 and the on-off valve 83 constitute a communication means in the present invention.
  • the output adjusting device 7 is for reducing the output of the Stirling engine 1.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the Stirling engine 1 and the output adjusting device 7 according to the present embodiment.
  • the output adjusting device 7 includes a working gas circulation pipe 71 that connects the compression space 22 in the cylinder 2 and the crank chamber 51, and a check valve 82 provided in the working gas circulation pipe 71. And an on-off valve 83.
  • the configuration of the working gas flow pipe 71 and the check valve 82 is the same as that of the second embodiment.
  • the open / close valve 83 is disposed in the working gas flow pipe 71 closer to the compression space 22 than the check valve 82, and is configured by an electromagnetic valve that is controlled to open and close in response to an open / close control signal from the controller 9. Yes.
  • the on-off valve 83 may be disposed closer to the crank chamber 51 than the check valve 82 in the working gas flow pipe 71.
  • the on-off valve 83 As the control of the on-off valve 83, when the actual output increases with respect to the required output of the Stirling engine 1 (for example, the required output determined according to the required power generation amount) (when the power generation amount increases more than necessary, etc.) ), An open signal is output from the controller 9, and the on-off valve 83 is opened. As a result, as described in the second embodiment, the check valve 82 is opened during the period in which the pressure in the compression space 22 is higher than the pressure in the crank chamber 51, whereby the working gas in the compression space 22 is opened. Will move to the crank chamber 51, and the density of the working gas in the working gas circulation space 11 will decrease. Thereby, the output of Stirling engine 1 will fall.
  • the check valve 82 and the on-off valve 83 constitute the communication means referred to in the present invention.
  • the output adjusting device 7 can switch between an increase and a decrease in the output of the Stirling engine 1.
  • FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the Stirling engine 1 and the output adjusting device 7 according to the present embodiment.
  • the working gas circulation pipe 71 is branched into two systems of a first system 71 ⁇ / b> A and a second system 71 ⁇ / b> B.
  • the first system 71A includes a check valve (hereinafter referred to as a first check valve) 81 and an on-off valve (hereinafter referred to as a first on-off valve) 83A that are the same as those of the third embodiment. Yes.
  • the second system 71B includes a check valve (hereinafter referred to as a second check valve) 82 and an on-off valve (hereinafter referred to as a second on-off valve) 83B which are the same as those of the fourth embodiment.
  • a check valve hereinafter referred to as a second check valve
  • an on-off valve hereinafter referred to as a second on-off valve
  • the arrangement order of the first check valve 81 and the first on-off valve 83A in the first system 71A and the arrangement order of the second check valve 82 and the second on-off valve 83B in the second system 71B are as follows. The arrangement order is not limited to that shown in FIG.
  • the controller 9 outputs an opening signal to the second opening / closing valve 83B and a closing signal to the first opening / closing valve 83A, respectively. While the 2 on-off valve 83B is opened, the first on-off valve 83A is closed.
  • the second check valve 82 is opened during the period in which the pressure in the compression space 22 is higher than the pressure in the crank chamber 51. As a result, part of the working gas in the compression space 22 moves to the crank chamber 51, and the density of the working gas in the working gas circulation space 11 decreases. Even if the pressure in the crank chamber 51 becomes higher than the pressure in the compression space 22, the working gas in the crank chamber 51 does not move to the compression space 22. Thereby, the output of Stirling engine 1 will fall.
  • the controller 9 When the actual output of the Stirling engine 1 substantially matches the required output, the controller 9 outputs a closing signal to the on-off valves 83A and 83B, and both the on-off valves 83A and 83B are closed. .
  • the working gas does not move between the crank chamber 51 and the compression space 22, and the working gas density in the working gas circulation space 11 is maintained.
  • the output of the Stirling engine 1 is maintained (an output substantially matching the required output is maintained).
  • the check valves 81 and 82 and the on-off valves 83A and 83B constitute communication means in the present invention.
  • the output of the Stirling engine 1 can be switched between increase and decrease.
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the Stirling engine 1 and the output adjusting device 7 according to the present embodiment.
  • the output adjusting device 7 includes a working gas circulation pipe 71 that connects the compression space 22 in the cylinder 2 and the crank chamber 51, and a pressure regulating valve (communication) provided in the working gas circulation pipe 71. Means) 84.
  • the configuration of the working gas distribution pipe 71 is the same as that of the first embodiment.
  • the pressure regulating valve 84 incorporates a coil spring 84b that urges the valve body 84a in the closing (valve closing) direction, the pressure in the crank chamber 51 is higher than the pressure in the compression space 22, and the pressure difference is greater than or equal to a predetermined value. (When a pressure difference that moves the valve body 84a against the urging force of the coil spring 84b occurs), a so-called check valve is opened.
  • the pressure regulating valve 84 in the present embodiment can exchange the coil spring 84b, and by applying a coil spring 84b having a different spring constant, the pressure difference value (the pressure regulating valve 84 opens and closes) ( The value of the pressure difference between the crank chamber 51 and the compression space 22) can be set as appropriate.
  • the coil spring 84b having a smaller spring constant than the currently applied coil spring 84b is replaced.
  • the pressure difference between the pressure (average value) in the compression space 22 and the pressure (average value) in the crank chamber 51 increases (the pressure remaining in the crank chamber 51 decreases (the pressure in the compression space 22 increases)).
  • the output of the Stirling engine 1 increases.
  • the coil spring 84b having a larger spring constant than that of the currently applied coil spring 84b is replaced.
  • the pressure difference between the pressure (average value) in the compression space 22 and the pressure (average value) in the crank chamber 51 is reduced (the pressure remaining in the crank chamber 51 is increased (the pressure in the compression space 22 is decreased)).
  • the output of the Stirling engine 1 is reduced (the output is lower than when the coil spring 84b before replacement is used).
  • the output of the Stirling engine 1 can be arbitrarily adjusted.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the Stirling engine 1 and the output adjusting device 7 according to the present embodiment.
  • the output adjusting device 7 includes a working gas circulation pipe 71 that connects the compression space 22 in the cylinder 2 and the crank chamber 51, and a pressure regulating valve (communication) provided in the working gas circulation pipe 71. Means) 85.
  • the configuration of the working gas circulation pipe 71 is the same as that of the second embodiment.
  • the pressure regulating valve 85 incorporates a coil spring 85b that biases the valve body 85a in the closing (valve closing) direction, the pressure in the compression space 22 is higher than the pressure in the crank chamber 51, and the pressure difference is equal to or greater than a predetermined value. (When a pressure difference that moves the valve body 85a against the urging force of the coil spring 85b occurs), a so-called check valve is opened.
  • the pressure regulating valve 85 in this embodiment can replace the coil spring 85b, and by applying a coil spring 85b having a different spring constant, the pressure difference value (the pressure regulating valve 85 opens and closes) (The value of the pressure difference between the crank chamber 51 and the compression space 22) can be set as appropriate.
  • the coil spring 85b having a smaller spring constant than the currently applied coil spring 85b is replaced.
  • the pressure difference between the pressure (average value) in the compression space 22 and the pressure (average value) in the crank chamber 51 increases (the pressure remaining in the compression space 22 decreases), and the output of the Stirling engine 1 decreases.
  • the coil spring 85b having a larger spring constant than that of the currently applied coil spring 85b is replaced.
  • the pressure difference between the pressure (average value) in the compression space 22 and the pressure (average value) in the crank chamber 51 is reduced (the pressure remaining in the compression space 22 is increased) and the output of the Stirling engine 1 is increased ( The output is higher than when the coil spring 85b before replacement is used).
  • the output of the Stirling engine 1 can be arbitrarily adjusted.
  • the application of the pressure regulating valves 84 and 85 described in the sixth embodiment and the seventh embodiment described above is similar to the case of the check valves 81 and 82 described in the first embodiment and the second embodiment described above. It can be used in combination with other devices. That is, as described in the third embodiment (FIG. 4), it can be combined with the on-off valve 83. That is, it is possible to apply the pressure regulating valve 84 of the sixth embodiment (FIG. 7) instead of the check valve 81 of FIG. Further, the pressure regulating valve 85 of the seventh embodiment (FIG. 8) can be applied in place of the check valve 82 of FIG. Further, the pressure regulating valves 84 and 85 of the sixth embodiment (FIG. 7) and the seventh embodiment (FIG. 8) can be applied in place of the check valves 81 and 82 of FIG.
  • the output adjustment device 7 is different from that of the first embodiment. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, only the output adjustment device 7 will be described here.
  • FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of the Stirling engine 1 and the output adjusting device 7 according to the present embodiment.
  • the output adjusting device 7 includes a working gas circulation pipe 71 that connects the compression space 22 in the cylinder 2 and the crank chamber 51, and an on-off valve (communication) provided in the working gas circulation pipe 71. Means) 86.
  • the configuration of the working gas distribution pipe 71 is the same as that of the first embodiment.
  • the on-off valve 86 is composed of an electromagnetic valve that is controlled to open and close in response to an open / close control signal from the controller 9.
  • crankshaft rotor 52a for detecting the rotational position (rotation phase) of the crankshaft 52 is attached to the crankshaft 52 so as to be integrally rotatable.
  • a rotational position detection sensor 91 for detecting the rotational position of the crankshaft rotor 52a is disposed around the outer periphery of the crankshaft rotor 52a.
  • the output signal of the rotational position detection sensor 91 is input to the controller 9.
  • a plurality of protrusions are formed on the outer periphery of the crankshaft rotor 52a in the circumferential direction, and the rotational position detection sensor 91 is configured by an electromagnetic pickup, so that the rotational position of the crankshaft 52 is set.
  • the pickup signal of the corresponding rotational position detection sensor 91 is input to the controller 9 so that the rotational position of the crankshaft 52 is obtained. Based on the rotational position of the crankshaft 52, the positions of the displacer piston 3 and the power piston 4, the rotational speed of the crankshaft 52, and the like can be calculated.
  • the means for detecting the rotational position of the crankshaft 52 is not limited to the above-described means, and various known means can be applied.
  • the controller 9 receives an output signal from the rotational position detection sensor 91 and outputs an opening signal and a closing signal as an opening / closing control signal to the opening / closing valve 86 accordingly.
  • movement of the on-off valve 86 is comprised as an on-off control means as used in the field of this invention.
  • the controller 9 opens the on-off valve 86 during the period when the pressure in the crank chamber 51 is higher than the pressure in the compression space 22. In response to this, an open signal is output. That is, the on-off valve 86 is opened during a period in which the pressure in the crank chamber 51 is higher than the pressure in the compression space 22. In other periods, the controller 9 outputs a closing signal to the opening / closing valve 86, and the opening / closing valve 86 is closed. The period during which the pressure in the crank chamber 51 is higher than the pressure in the compression space 22 is calculated based on the output signal from the rotational position detection sensor 91.
  • the controller 9 opens the on-off valve 86 from the controller 9 during the period when the pressure in the compression space 22 is higher than the pressure in the crank chamber 51.
  • a signal is output. That is, the on-off valve 86 is opened during a period in which the pressure in the compression space 22 is higher than the pressure in the crank chamber 51.
  • the controller 9 outputs a closing signal to the opening / closing valve 86, and the opening / closing valve 86 is closed.
  • the period during which the pressure in the compression space 22 is higher than the pressure in the crank chamber 51 is also calculated based on the output signal from the rotational position detection sensor 91.
  • a closing signal is output from the controller 9 to the on-off valve 86, and the on-off valve 86 is closed.
  • the working gas does not move between the crank chamber 51 and the compression space 22, and the working gas density in the working gas circulation space 11 is maintained.
  • the output of the Stirling engine 1 is maintained (an output substantially matching the required output is maintained).
  • the working gas flow passage 72 is communicated with the compression space 22 in the working gas circulation space 11.
  • the present invention is not limited to this, and may be communicated with another space (the expansion space 21 or the like) constituting the working gas circulation space 11.
  • the working gas flow passage 72 for moving the working gas between the crank chamber 51 and the compression space 22 is formed by the working gas circulation pipe 71.
  • the present invention is not limited to this, and a working gas flow passage may be formed inside the power piston 4 and the scotch / yoke mechanism, and a communication means such as a check valve may be accommodated in the working gas flow passage. .
  • the crank chamber 51 is used as a buffer space.
  • the present invention is not limited to this, and an individual container communicating with the crank chamber 51 may be connected, and the internal space of this container (the space communicating with the crank chamber 51) may be used as the buffer space.
  • one end of the working gas circulation pipe 71 is connected to this container.
  • the opening / closing operation of the opening / closing valve 86 is controlled according to the rotation position (rotation phase) of the crankshaft 52.
  • the present invention is not limited to this, and the opening / closing operation of the opening / closing valve 86 may be controlled according to the pressure difference between the crank chamber 51 and the compression space 22. That is, the crank chamber 51 and the compression space 22 are each provided with a pressure sensor, and the opening / closing operation of the on-off valve 86 is controlled based on the output signals from these pressure sensors.
  • a throttle for reducing the flow passage area of the working gas flow passage 72 is provided in a part of the working gas circulation pipe 71 to stabilize the flow of the working gas in the working gas flow passage 72.
  • the arrangement position of the throttle in the working gas circulation pipe 71 is not particularly limited.
  • a stop pipe is connected in parallel to the working gas flow pipe 71, a stop valve is provided in the stop pipe, and the stop valve is opened when the Stirling engine 1 is stopped. You may do it.
  • the present invention can be applied to an apparatus for adjusting the output of a Stirling engine.

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Abstract

スターリングエンジン(1)の圧縮空間(22)とクランク室(51)とを作動ガス流通配管(71)によって接続する。この作動ガス流通配管(71)に、クランク室(51)の圧力が圧縮空間(22)の圧力よりも高くなったときに開放する逆止弁(81)を設ける。逆止弁(81)の開放により、クランク室(51)の作動ガスの一部が圧縮空間(22)に移動し、作動ガス流通空間(11)における作動ガスの密度が上昇する。これにより、シリンダ(2)内でのディスプレーサピストン(3)およびパワーピストン(4)の往復動に伴って変化する作動ガス空間圧力の平均圧力の上昇およびこの作動ガス空間での作動ガスの圧力変化幅の拡大に伴い、スターリングエンジン(1)の出力が上昇する。

Description

スターリングエンジンの出力調整装置
　本発明はスターリングエンジンの出力調整装置に係る。特に、本発明は、比較的簡素な構造で出力調整を可能とするための対策に関する。
　従来、例えば特許文献１に開示されているように、シリンダ内の作動ガスを加熱および冷却し、その体積変化を利用して仕事量を得る外燃機関としてスターリングエンジンが公知である。
　この特許文献１に開示されているスターリングエンジンは、始動時におけるデコンプ作用が得られるように、スターリングエンジンの作動ガス空間とクランク室とを連通するバイパス管を備えている。また、このバイパス管にデコンプバルブを備えさせ、スターリングエンジンの始動時には、このデコンプバルブを開放することで、デコンプ作用を得ている。そして、スターリングエンジンが自立運転可能な回転速度に達すると、デコンプバルブを徐々に閉鎖するようにしている。
日本国公開特許公報「特開２０１２－４１８９７号公報」
　ところで、スターリングエンジンの特徴の一つとして種々の熱源が利用可能であることが挙げられる。例えば、内燃機関の排熱、工場の排熱、バイオマス燃焼熱等を熱源とすることが可能である。
　ところが、このような熱源を利用する場合、その熱量を調整することが難しいため、スターリングエンジンの作動ガスが受ける熱量（受熱量）も調整することが困難である。例えば、作動ガスの受熱量が必要熱量よりも少ない場合には、スターリングエンジンに要求される出力が得られなくなってしまう可能性がある。逆に、作動ガスの受熱量が多すぎる場合には、スターリングエンジンの出力が必要以上に上昇してしまい、スターリングエンジンの構成部品の耐久性に悪影響を与えてしまう可能性がある。
　特許文献１では、スターリングエンジンに個別の加圧ポンプを接続し、必要に応じて、この加圧ポンプから作動ガスを導入してスターリングエンジンの出力を上昇させるようにしている。しかしながら、この場合、作動ガスを導入するための特別な動力源（加圧ポンプのモータ等）が必要となり、製造コストの高騰を招いたり、この動力源を作動させるためのエネルギが必要であることからシステム全体としてのエネルギ効率の悪化を招いたりするため、好ましくない。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加圧ポンプを必要とすることなく、比較的簡素な構造でスターリングエンジンの出力を調整可能とすることにある。
　前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、シリンダ内で往復動する第１ピストンおよび第２ピストンと、これらピストンに連結されたクランク軸と、このクランク軸を収容するクランク室またはこのクランク室に連通する空間の何れかで成るバッファ空間とを備えたスターリングエンジンに適用される出力調整装置を対象とする。このスターリングエンジンの出力調整装置に対し、前記シリンダ内に形成された作動ガス空間と前記バッファ空間とを連通可能とする作動ガス流通路と、前記バッファ空間の圧力が前記作動ガス空間の圧力よりも高いときに、これらバッファ空間と作動ガス空間とを前記作動ガス流通路を介して連通させる連通手段とを設けている。
　ここで、「シリンダ内に形成された作動ガス空間」は、例えばβ型のスターリングエンジンにあっては、圧縮空間または膨張空間に相当する。
　この特定事項により、バッファ空間の圧力が作動ガス空間の圧力よりも高くなると、連通手段は、バッファ空間と作動ガス空間とを作動ガス流通路を介して連通させる。これにより、バッファ空間の作動ガスの一部が作動ガス空間に移動することになり、この作動ガス空間における作動ガスの密度が上昇する。これに伴い、シリンダ内での第１ピストンおよび第２ピストンの往復動に伴って変化する作動ガス空間圧力の平均圧力の上昇およびこの作動ガス空間での作動ガスの圧力変化幅の拡大に伴い、スターリングエンジンの出力が上昇する。このように、本解決手段では、加圧ポンプ等の動力源を有する手段を必要とすることなく、スターリングエンジンの出力を上昇させることができる。
　また、他の解決手段として、シリンダ内で往復動する第１ピストンおよび第２ピストンと、これらピストンに連結されたクランク軸と、このクランク軸を収容するクランク室またはこのクランク室に連通する空間の何れかで成るバッファ空間とを備えたスターリングエンジンに適用される出力調整装置を対象とする。このスターリングエンジンの出力調整装置に対し、前記シリンダ内に形成された作動ガス空間と前記バッファ空間とを連通可能とする作動ガス流通路と、前記作動ガス空間の圧力が前記バッファ空間の圧力よりも高いときに、これら作動ガス空間とバッファ空間とを前記作動ガス流通路を介して連通させる連通手段とを設けている。
　この特定事項により、作動ガス空間の圧力がバッファ空間の圧力よりも高くなると、連通手段は、作動ガス空間とバッファ空間とを作動ガス流通路を介して連通させる。これにより、作動ガス空間の作動ガスの一部がバッファ空間に移動することになり、この作動ガス空間における作動ガスの密度が低下する。これに伴い、シリンダ内での第１ピストンおよび第２ピストンの往復動に伴って変化する作動ガス空間圧力の平均圧力の低下およびこの作動ガス空間での作動ガスの圧力変化幅の縮小に伴い、スターリングエンジンの出力が低下する。このように、本解決手段では、加圧ポンプ等の動力源を有する手段を必要とすることなく、スターリングエンジンの出力を低下させることができる。
　また、前記連通手段としては逆止弁であることが好ましい。
　これによれば、作動ガス空間とバッファ空間との圧力差に応じて逆止弁が開放し、これら作動ガス空間とバッファ空間とを作動ガス流通路を介して連通させる。つまり、バッファ空間の圧力が作動ガス空間の圧力よりも高いときに開放する逆止弁を設けた場合には、バッファ空間の圧力が作動ガス空間の圧力よりも高くなると、逆止弁が開放してバッファ空間の作動ガスの一部が作動ガス空間に移動することになる。これにより、作動ガス空間における作動ガスの密度が上昇し、スターリングエンジンの出力が上昇することになる。一方、作動ガス空間の圧力がバッファ空間の圧力よりも高いときに開放する逆止弁を設けた場合には、作動ガス空間の圧力がバッファ空間の圧力よりも高くなると、逆止弁が開放して作動ガス空間の作動ガスの一部がバッファ空間に移動することになる。これにより、作動ガス空間における作動ガスの密度が低下し、スターリングエンジンの出力が低下することになる。
　また、前記連通手段としては、前記作動ガス空間と前記バッファ空間との圧力差に応じて開閉動作を行う調圧弁であって、前記開閉動作を行う前記圧力差の値が変更可能となっていることが好ましい。
　これによれば、調圧弁の設定圧力（開放される設定圧力）を変更することで、作動ガス空間の圧力（平均値）とバッファ空間の圧力（平均値）との圧力差が変化することになり、これによってスターリングエンジンの出力を調整することが可能になる。
　つまり、バッファ空間の圧力が作動ガス空間の圧力よりも高く且つその圧力差が所定値以上であるときに開放する調圧弁を設ける際に、スターリングエンジンの出力を上昇させたい場合には調圧弁が開閉動作を行う圧力差の値を小さくする。これにより、作動ガス空間の圧力（平均値）とバッファ空間の圧力（平均値）との圧力差が大きくなる（バッファ空間に残る圧力が小さくなる（作動ガス空間の圧力が高くなる））ことでスターリングエンジンの出力が上昇する。
　一方、作動ガス空間の圧力がバッファ空間の圧力よりも高く且つその圧力差が所定値以上であるときに開放する調圧弁を設ける際に、スターリングエンジンの出力を低下させたい場合には調圧弁が開閉動作を行う圧力差の値を小さくする。これにより、作動ガス空間の圧力（平均値）とバッファ空間の圧力（平均値）との圧力差が大きくなる（作動ガス空間に残る圧力が小さくなる）ことでスターリングエンジンの出力が低下する。
　このように、本解決手段によれば、スターリングエンジンの出力を任意に調整することが可能になる。
　また、前記連通手段としては、開閉自在な開閉弁、および、この開閉弁の開閉動作を制御する開閉制御手段とすることが好ましい。
　これによれば、開閉制御手段によって開閉弁の開閉動作を行うことで、スターリングエンジンの出力を上昇させたり、出力を低下させたりすることができる。つまり、バッファ空間の圧力が作動ガス空間の圧力よりも高いときに開閉弁を開放させることで、バッファ空間の作動ガスの一部が作動ガス空間に移動することになり、これによって、作動ガス空間における作動ガスの密度が上昇し、スターリングエンジンの出力を上昇させることができる。一方、作動ガス空間の圧力がバッファ空間の圧力よりも高いときに開閉弁を開放させることで、作動ガス空間の作動ガスの一部がバッファ空間に移動することになり、これによって、作動ガス空間における作動ガスの密度が低下し、スターリングエンジンの出力を低下させることができる。このように、開閉弁の開閉動作を制御することによって、スターリングエンジンの出力を上昇させたり、出力を低下させたりすることが可能となる。
　この場合に、前記開閉制御手段は、前記クランク軸の回転位置、または、前記バッファ空間と前記作動ガス空間との圧力差に応じて前記開閉弁の開閉動作を制御することが好ましい。
　クランク軸の回転位置や、バッファ空間と作動ガス空間との圧力差に応じて開閉弁の開閉動作を制御することにより、開閉弁を開放した際の作動ガスの流れ方向（バッファ空間と作動ガス空間との間での作動ガスの流れ方向）を規定することができ、これによって、スターリングエンジンの出力調整を行うことが可能になる。
　本発明では、スターリングエンジンの作動ガス空間とバッファ空間とを、これら空間の圧力差に応じて連通させることで、作動ガス空間における作動ガスの密度を調整可能にしている。このため、加圧ポンプ等の動力源を有する手段を必要とすることなく、スターリングエンジンの出力を調整することができる。
第１実施形態に係るスターリングエンジンおよび出力調整装置の概略構成を示す図である。 スターリングエンジンの運転開始初期時における圧縮空間圧力およびクランク室圧力それぞれの変化の一例を示す図である。 第２実施形態に係るスターリングエンジンおよび出力調整装置の概略構成を示す図である。 第３実施形態に係るスターリングエンジンおよび出力調整装置の概略構成を示す図である。 第４実施形態に係るスターリングエンジンおよび出力調整装置の概略構成を示す図である。 第５実施形態に係るスターリングエンジンおよび出力調整装置の概略構成を示す図である。 第６実施形態に係るスターリングエンジンおよび出力調整装置の概略構成を示す図である。 第７実施形態に係るスターリングエンジンおよび出力調整装置の概略構成を示す図である。 第８実施形態に係るスターリングエンジンおよび出力調整装置の概略構成を示す図である。
　以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の各実施形態では、単気筒であってディスプレーサピストンおよびパワーピストンそれぞれが同軸上で上下方向に往復動するβ型のスターリングエンジンに本発明を適用した場合について説明する。
　（第１実施形態）
　まず、第１実施形態について説明する。
　図１は本実施形態に係るスターリングエンジン１および出力調整装置７の概略構成を示す図である。この図１に示すように、スターリングエンジン１は、シリンダ２の内部に、ディスプレーサピストン（第１ピストン）３およびパワーピストン（第２ピストン）４がそれぞれ往復動可能に収容されている。ディスプレーサピストン３はパワーピストン４の上方に配置されている。これにより、シリンダ２の内部は複数の空間に区画されている。ディスプレーサピストン３の上側の空間は膨張空間（高温空間）２１として形成されている。また、ディスプレーサピストン３の下側の空間（ディスプレーサピストン３とパワーピストン４との間の空間）は圧縮空間（低温空間）２２として形成されている。
　前記シリンダ２の下側に配設されたクランクケース５の内部空間であるクランク室５１にはクランク軸５２が収容されている。このクランク軸５２はラジアルベアリング５４，５４によってクランクケース５に回転自在に支持されている。
　前記ディスプレーサピストン３およびパワーピストン４は、それぞれクランク軸５２に連結されている。具体的に、ディスプレーサピストン３およびパワーピストン４は、図示しないスコッチ・ヨーク機構を介して、所定角度（例えばクランク軸５２回りで９０°）だけ位相がずれた（ディスプレーサピストン３がロッド３１を介してクランク軸５２に対して連結する位置と、パワーピストン４がロッド４１，４１を介してクランク軸５２に対して連結する位置とがクランク軸５２の回転方向で所定角度だけずれた）状態でクランク軸５２に連結されている。
　また、クランク軸５２の一端側（図１における左側）にはフライホイール５３が一体回転可能に設けられている。また、クランクケース５の側面（図１における左側面）には発電機６が取り付けられており、前記クランク軸５２は、クランクケース５の外部にまで延びて発電機６に接続されている。
　シリンダ２の外周側には、ヒータ２３、再生器２４およびクーラ２５が配置されている。
　ヒータ２３の一端部は前記膨張空間２１に連通している。また、ヒータ２３の他端部は再生器２４に連通している。この再生器２４はクーラ２５に連通している。クーラ２５は前記圧縮空間２２に連通している。前記ヒータ２３は、図示しない内燃機関の排熱、工場の排熱、バイオマス燃焼熱等の熱を受けることで作動ガスを加熱する。一方、クーラ２５内には作動ガスと熱交換可能に冷却水が流れており、この熱交換によって作動ガスを冷却する。
　再生器２４は、その内部にオーステナイト系ステンレス鋼や黄銅等の金網のマトリックス材を詰めた構成となっている。作動ガス（Ｈｅ、Ｈ2、Ｎ2、空気等）は、マトリックス材を通り抜けて、ヒータ２３またはクーラ２５に流れる。作動ガスは、クーラ２５からヒータ２３に向けて再生器２４を通り抜けるときに、マトリックス材から吸熱する。また、作動ガスは、ヒータ２３からクーラ２５に向けて再生器２４を通り抜けるときに、マトリックス材に放熱する。
　このような構成により、スターリングエンジン１は、ディスプレーサピストン３が下降する場合には、膨張空間２１の容積（ガス量）が増大して作動ガスの温度が上昇する。これにより、作動ガスの圧力が上昇し、パワーピストン４が下降する。一方、ディスプレーサピストン３が上昇する場合には、圧縮空間２２の容積（ガス量）が増大して、作動ガスの温度が低下する。これにより、作動ガスの圧力が下降し、パワーピストン４が上昇する。このパワーピストン４の下降および上昇が繰り返されることでクランク軸５２が回転駆動する。そして、このクランク軸５２の回転力が発電機６に伝達されることで、発電機６での発電が行われるようになっている。また、この発電機６は、スターリングエンジン１の始動時には、クランク軸５２を回転させるための電動機として使用される。
　－出力調整装置－
　次に、本実施形態の特徴として前記スターリングエンジン１に適用された出力調整装置７について説明する。本実施形態に係る出力調整装置７は、スターリングエンジン１の出力を上昇させるためのものである。
　具体的に、この出力調整装置７は、シリンダ２内の圧縮空間２２とクランク室５１とを接続する作動ガス流通配管７１と、この作動ガス流通配管７１に設けられた逆止弁８１とを備えている。
　前記作動ガス流通配管７１は、一端がシリンダ２に接続されている。この接続位置は、圧縮空間２２に対応する位置となっている。このため、作動ガス流通配管７１の内部通路である作動ガス流通路７２の一端側は圧縮空間２２に連通している。なお、ディスプレーサピストン３およびパワーピストン４の往復動によって圧縮空間２２は移動する（圧縮空間２２の上端を構成するディスプレーサピストン３の下面と、圧縮空間２２の下端を構成するパワーピストン４の上面とが移動することによって圧縮空間２２も移動する）ことになるが、この作動ガス流通配管７１の接続位置は、パワーピストン４が上死点に達した場合であっても、作動ガス流通路７２の連通位置（シリンダ２側の連通位置）が、この作動ガス流通路７２とクランク室５１とを連通させない位置に設定されている。
　また、作動ガス流通配管７１の他端はクランクケース５に接続されている。このため、作動ガス流通配管７１の内部通路である作動ガス流通路７２の他端側はクランク室５１に連通している。このクランク室５１が本発明でいうバッファ空間に相当する。
　前記逆止弁８１は、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高いときに開放し、これによって、これらクランク室５１と圧縮空間２２とを作動ガス流通配管７１（作動ガス流通路７２）を介して連通させるものである。
　つまり、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高くなると、その圧力差によって逆止弁８１が開放し、クランク室５１と圧縮空間２２とが作動ガス流通路７２を介して連通することになる。このようにして逆止弁８１が開放した場合には、前記圧力差（クランク室５１と圧縮空間２２との圧力差）によって、クランク室５１の作動ガスの一部が圧縮空間２２に移動することになり、この圧縮空間２２における作動ガスの密度が上昇する。この圧縮空間２２は、クーラ２５、再生器２４およびヒータ２３を介して膨張空間２１に連通しているため、これら各空間（以下、これら空間を総称して作動ガス流通空間１１という）における作動ガスの密度も上昇することになる。
　なお、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高くなったとしても逆止弁８１は閉鎖状態となっているため、圧縮空間２２の作動ガスがクランク室５１に戻ることはない。
　前記圧縮空間２２が本発明でいう作動ガス空間（シリンダ内に形成された作動ガス空間）に相当する。また、前記逆止弁８１が本発明でいう連通手段（バッファ空間と作動ガス空間とを作動ガス流通路を介して連通させる連通手段）に相当する。
　－出力上昇動作－
　次に、前述の如く構成されたスターリングエンジン１の運転開始初期時の動作について説明する。
　スターリングエンジン１が始動すると、シリンダ２内でのディスプレーサピストン３およびパワーピストン４の往復動（所定の位相差を持った往復動）に伴って、前記圧縮空間２２の圧力は周期的に変化する。つまり、圧縮空間２２の容積が縮小する際には、膨張空間２１の容積（ガス量）が増加し、作動ガスの温度が上昇して、圧力が上昇する。一方、圧縮空間２２の容積が拡大する際には、この圧縮空間２２の容積（ガス量）が増加し、作動ガスの温度が低下して、圧力が低下する。
　一方、クランク室５１の温度は略一定であり、その温度変化による圧力変動は殆どない。また、クランク室５１は容積が大きいため、パワーピストン４の往復動による圧力変動も僅かとなっている。
　前述した圧縮空間２２の圧力変動は、クランク室５１の圧力変動よりも大きいため、この圧縮空間２２の圧力が、クランク室５１の圧力よりも低くなる期間（位相）や高くなる期間（位相）が生じることになる。言い替えると、クランク室５１の圧力が、圧縮空間２２の圧力よりも高くなる期間（位相）や低くなる期間（位相）が生じることになる。
　そして、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高くなっている期間では、前述したように逆止弁８１が開放し、これによって、これらクランク室５１と圧縮空間２２とが作動ガス流通配管７１（作動ガス流通路７２）を介して連通する。この場合、前記圧力差によって、クランク室５１の作動ガスの一部が圧縮空間２２に移動することになり、この圧縮空間２２における作動ガスの密度が上昇する。この圧縮空間２２は、クーラ２５、再生器２４およびヒータ２３を介して膨張空間２１に連通しているため、これら各空間である作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度も上昇することになる。このようにして作動ガスの密度が上昇すると、シリンダ２内でのディスプレーサピストン３およびパワーピストン４の往復動に伴って変化する作動ガスの平均圧力の上昇およびこの作動ガスの圧力変化幅の拡大に伴い、スターリングエンジン１の出力が上昇することになる。そして、スターリングエンジン１の運転が継続され、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高くなっている期間を迎える度に、クランク室５１の作動ガスの一部が圧縮空間２２に移動して、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度が上昇していくことになる。これにより、スターリングエンジン１の出力が上昇していくことになる。なお、ある程度の量の作動ガスが作動ガス流通空間１１に移動した後には、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高くなる期間が生じなくなるので、その時点でのスターリングエンジン１の出力が維持されることになる。
　図２は、このスターリングエンジン１の運転開始初期時における圧縮空間２２の圧力（圧縮空間圧力）およびクランク室５１の圧力（クランク室圧力）それぞれの変化の一例を示す図である。この図２からも解るように、スターリングエンジン１が始動されると、クランク室５１の作動ガスの一部が圧縮空間２２に移動して圧縮空間２２における作動ガスの密度が上昇することで、圧縮空間２２では、平均圧力が上昇し、圧力変化幅が拡大している。これによりスターリングエンジン１の出力が上昇していく。
　以上説明したように、本実施形態によれば、クランク室５１の作動ガスの一部を圧縮空間２２に移動させて、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度を上昇させることによってスターリングエンジン１の出力を上昇させることができる。このため、ヒータ２３における作動ガスの受熱量が少ない場合であっても、スターリングエンジン１の出力を上昇させることで、要求出力を得ることが可能になる。このように、本実施形態によれば、加圧ポンプ等の動力源を有する手段を必要とすることがないため、構成の簡素化を図りながらもスターリングエンジン１の出力を上昇させることができる。
　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態について説明する。本実施形態は、出力調整装置７が前記第１実施形態のものと異なっている。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、ここでは出力調整装置７についてのみ説明する。
　本実施形態に係る出力調整装置７は、スターリングエンジン１の出力を低下させるためのものである。
　図３は本実施形態に係るスターリングエンジン１および出力調整装置７の概略構成を示す図である。この図３に示すように、出力調整装置７は、シリンダ２内の圧縮空間２２とクランク室５１とを接続する作動ガス流通配管７１と、この作動ガス流通配管７１に設けられた逆止弁（連通手段）８２とを備えている。
　作動ガス流通配管７１の構成は、前記第１実施形態のものと同一である。
　一方、逆止弁８２は、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高いときに開放し、これによって、これら圧縮空間２２とクランク室５１とを作動ガス流通配管７１（作動ガス流通路７２）を介して連通させるものである。
　つまり、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高くなると、その圧力差によって逆止弁８２が開放し、圧縮空間２２とクランク室５１とが作動ガス流通路７２を介して連通することになる。このようにして逆止弁８２が開放した場合には、前記圧力差（圧縮空間２２とクランク室５１との圧力差）によって、圧縮空間２２の作動ガスの一部がクランク室５１に移動することになり、この圧縮空間２２における作動ガスの密度が低下する。この圧縮空間２２は、クーラ２５、再生器２４およびヒータ２３を介して膨張空間２１に連通しているため、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度も低下することになる。
　なお、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高くなったとしても逆止弁８２は閉鎖状態となっているため、クランク室５１の作動ガスが圧縮空間２２に戻ることはない。
　本実施形態におけるスターリングエンジン１の運転開始初期時の動作としては、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高くなっている期間では、前述したように逆止弁８２が開放し、これによって、これら圧縮空間２２とクランク室５１とが作動ガス流通配管７１（作動ガス流通路７２）を介して連通する。この場合、前記圧力差によって、圧縮空間２２の作動ガスの一部がクランク室５１に移動することになり、この圧縮空間２２における作動ガスの密度が低下する。この圧縮空間２２は、クーラ２５、再生器２４およびヒータ２３を介して膨張空間２１に連通しているため、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度も低下することになる。このようにして作動ガスの密度が低下すると、シリンダ２内でのディスプレーサピストン３およびパワーピストン４の往復動に伴って変化する作動ガスの平均圧力の低下およびこの作動ガスの圧力変化幅の縮小に伴い、スターリングエンジン１の出力が低下することになる。そして、スターリングエンジン１の運転が継続され、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高くなっている期間を迎える度に、圧縮空間２２の作動ガスの一部がクランク室５１に移動して、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度が低下していくことになる。これにより、スターリングエンジン１の出力が低下していくことになる。なお、ある程度の量の作動ガスがクランク室５１に移動した後には、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高くなる期間が生じなくなるので、その時点でのスターリングエンジン１の出力が維持されることになる。
　このように、本実施形態によれば、圧縮空間２２の作動ガスの一部をクランク室５１に移動させて、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度を低下させることによってスターリングエンジン１の出力を低下させることができる。このため、ヒータ２３における作動ガスの受熱量が多すぎる場合であっても、スターリングエンジン１の出力を低下させることで、スターリングエンジン１の構成部品の耐久性に悪影響を与えてしまうことを回避できる。
　（第３実施形態）
　次に、第３実施形態について説明する。本実施形態は、出力調整装置７が前記第１実施形態のものと異なっている。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、ここでも出力調整装置７についてのみ説明する。
　本実施形態に係る出力調整装置７は、スターリングエンジン１の出力を上昇させるためのものである。
　図４は本実施形態に係るスターリングエンジン１および出力調整装置７の概略構成を示す図である。この図４に示すように、出力調整装置７は、シリンダ２内の圧縮空間２２とクランク室５１とを接続する作動ガス流通配管７１と、この作動ガス流通配管７１に設けられた逆止弁８１と、開閉弁８３とを備えている。
　作動ガス流通配管７１および逆止弁８１の構成は、前記第１実施形態のものと同一である。
　一方、開閉弁８３は、作動ガス流通配管７１において逆止弁８１よりもクランク室５１側に配設されており、マイクロコンピュータなどから成るコントローラ９からの開閉制御信号に応じて開閉制御される電磁弁で構成されている。なお、開閉弁８３は、作動ガス流通配管７１において逆止弁８１よりも圧縮空間２２側に配設されていてもよい。
　この開閉弁８３の制御としては、スターリングエンジン１の要求出力（例えば要求発電量に応じて決定される要求出力）に対して実際の出力が低下した場合（発電量が低下した場合等）には、コントローラ９から開放信号が出力されて開閉弁８３が開放される。これにより、前記第１実施形態で説明したように、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高くなっている期間では逆止弁８１が開放し、これによって、クランク室５１の作動ガスの一部が圧縮空間２２に移動することになり、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度が上昇する。これにより、スターリングエンジン１の出力が上昇することになる。
　一方、スターリングエンジン１の実際の出力が要求出力に略一致している場合には、コントローラ９から閉鎖信号が出力されて開閉弁８３が閉鎖される。この場合、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高くなったとしても、クランク室５１の作動ガスが圧縮空間２２に移動することはなく、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度が維持される。これにより、スターリングエンジン１の出力が維持される（要求出力に略一致した出力が維持される）ことになる。
　以上の動作が行われるため、前記逆止弁８１と開閉弁８３とによって本発明でいう連通手段が構成されている。
　このため、本実施形態においても、加圧ポンプ等の動力源を有する手段を必要とすることがないため、構成の簡素化を図りながらもスターリングエンジン１の出力を上昇させることができる。
　（第４実施形態）
　次に、第４実施形態について説明する。本実施形態は、出力調整装置７が前記第２実施形態のものと異なっている。その他の構成は、第２実施形態と同様であるので、ここでも出力調整装置７についてのみ説明する。
　本実施形態に係る出力調整装置７は、スターリングエンジン１の出力を低下させるためのものである。
　図５は本実施形態に係るスターリングエンジン１および出力調整装置７の概略構成を示す図である。この図５に示すように、出力調整装置７は、シリンダ２内の圧縮空間２２とクランク室５１とを接続する作動ガス流通配管７１と、この作動ガス流通配管７１に設けられた逆止弁８２と、開閉弁８３とを備えている。
　作動ガス流通配管７１および逆止弁８２の構成は、前記第２実施形態のものと同一である。
　一方、開閉弁８３は、作動ガス流通配管７１において逆止弁８２よりも圧縮空間２２側に配設されており、コントローラ９からの開閉制御信号に応じて開閉制御される電磁弁で構成されている。なお、開閉弁８３は、作動ガス流通配管７１において逆止弁８２よりもクランク室５１側に配設されていてもよい。
　この開閉弁８３の制御としては、スターリングエンジン１の要求出力（例えば要求発電量に応じて決定される要求出力）に対して実際の出力が上昇した場合（発電量が必要以上に上昇した場合等）には、コントローラ９から開放信号が出力されて開閉弁８３が開放される。これにより、前記第２実施形態で説明したように、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高くなっている期間では逆止弁８２が開放し、これによって、圧縮空間２２の作動ガスの一部がクランク室５１に移動することになり、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度が低下する。これにより、スターリングエンジン１の出力が低下することになる。
　一方、スターリングエンジン１の実際の出力が要求出力に略一致している場合には、コントローラ９から閉鎖信号が出力されて開閉弁８３が閉鎖される。この場合、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高くなったとしても、圧縮空間２２の作動ガスがクランク室５１に移動することはなく、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度が維持される。これにより、スターリングエンジン１の出力が維持される（要求出力に略一致した出力が維持される）ことになる。
　以上の動作が行われるため、前記逆止弁８２と開閉弁８３とによって本発明でいう連通手段が構成されている。
　このため、本実施形態においても、ヒータ２３における作動ガスの受熱量が多すぎる場合であっても、スターリングエンジン１の出力を低下させることで、スターリングエンジン１の構成部品の耐久性に悪影響を与えてしまうことを回避できる。
　（第５実施形態）
　次に、第５実施形態について説明する。本実施形態も、出力調整装置７が前記実施形態のものと異なっている。その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、ここでも出力調整装置７についてのみ説明する。
　本実施形態に係る出力調整装置７は、スターリングエンジン１の出力の上昇と低下とを切り替え可能なものである。
　図６は本実施形態に係るスターリングエンジン１および出力調整装置７の概略構成を示す図である。この図６に示すように、出力調整装置７は、作動ガス流通配管７１の途中が第１系統７１Ａと第２系統７１Ｂとの２系統に分岐されている。そして、第１系統７１Ａには、前記第３実施形態のものと同一の逆止弁（以下、第１逆止弁という）８１および開閉弁（以下、第１開閉弁という）８３Ａが備えられている。また、第２系統７１Ｂには、前記第４実施形態のものと同一の逆止弁（以下、第２逆止弁という）８２および開閉弁（以下、第２開閉弁という）８３Ｂが備えられている。なお、第１系統７１Ａにおける第１逆止弁８１と第１開閉弁８３Ａとの並び順、および、第２系統７１Ｂにおける第２逆止弁８２と第２開閉弁８３Ｂとの並び順については、図６に示したものに限らず、逆の並び順であってもよい。
　本実施形態における各開閉弁８３Ａ，８３Ｂの制御としては、スターリングエンジン１の要求出力に対して実際の出力が低下した場合には、コントローラ９から、第１開閉弁８３Ａに開放信号が、第２開閉弁８３Ｂに閉鎖信号がそれぞれ出力されて、第１開閉弁８３Ａが開放すると共に、第２開閉弁８３Ｂが閉鎖する。これにより、前記第１実施形態および前記第３実施形態で説明したように、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高くなっている期間では第１逆止弁８１が開放し、これによって、クランク室５１の作動ガスの一部が圧縮空間２２に移動することになり、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度が上昇する。また、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高くなったとしても、圧縮空間２２の作動ガスがクランク室５１に移動することはない。これにより、スターリングエンジン１の出力が上昇することになる。
　一方、スターリングエンジン１の要求出力に対して実際の出力が上昇した場合には、コントローラ９から、第２開閉弁８３Ｂに開放信号が、第１開閉弁８３Ａに閉鎖信号がそれぞれ出力されて、第２開閉弁８３Ｂが開放すると共に、第１開閉弁８３Ａが閉鎖する。これにより、前記第２実施形態および前記第４実施形態で説明したように、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高くなっている期間では第２逆止弁８２が開放し、これによって、圧縮空間２２の作動ガスの一部がクランク室５１に移動することになり、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度が低下する。また、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高くなったとしても、クランク室５１の作動ガスが圧縮空間２２に移動することはない。これにより、スターリングエンジン１の出力が低下することになる。
　また、スターリングエンジン１の実際の出力が要求出力に略一致している場合には、コントローラ９から、各開閉弁８３Ａ，８３Ｂに閉鎖信号が出力されて各開閉弁８３Ａ，８３Ｂが共に閉鎖される。この場合、クランク室５１と圧縮空間２２との間で作動ガスが移動することはなく、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度が維持される。これにより、スターリングエンジン１の出力が維持される（要求出力に略一致した出力が維持される）ことになる。
　以上の動作が行われるため、前記各逆止弁８１，８２と各開閉弁８３Ａ，８３Ｂとによって本発明でいう連通手段が構成されている。
　以上のように、本実施形態においては、スターリングエンジン１の出力の上昇と低下とを切り替えることが可能である。
　（第６実施形態）
　次に、第６実施形態について説明する。本実施形態は、出力調整装置７が前記第１実施形態のものと異なっている。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、ここでも出力調整装置７についてのみ説明する。
　図７は本実施形態に係るスターリングエンジン１および出力調整装置７の概略構成を示す図である。この図７に示すように、出力調整装置７は、シリンダ２内の圧縮空間２２とクランク室５１とを接続する作動ガス流通配管７１と、この作動ガス流通配管７１に備えられた調圧弁（連通手段）８４とを備えている。
　作動ガス流通配管７１の構成は、前記第１実施形態のものと同一である。
　一方、調圧弁８４は、弁体８４ａを閉鎖（閉弁）方向に付勢するコイルスプリング８４ｂを内蔵し、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高く、その圧力差が所定値以上である場合に（コイルスプリング８４ｂの付勢力に抗して弁体８４ａを移動させる圧力差が生じた場合に）開放する所謂チェック弁として構成されている。
　また、本実施形態における調圧弁８４は、前記コイルスプリング８４ｂの交換が可能となっており、バネ定数の異なるコイルスプリング８４ｂを適用することによって、調圧弁８４が開閉動作を行う圧力差の値（クランク室５１と圧縮空間２２との圧力差の値）を適宜設定することが可能となっている。
　例えば、スターリングエンジン１の現在の出力に対して出力を上昇させたい場合には、現在適用されているコイルスプリング８４ｂよりもバネ定数の小さいコイルスプリング８４ｂに交換する。これにより、圧縮空間２２の圧力（平均値）とクランク室５１の圧力（平均値）との圧力差が大きくなる（クランク室５１に残る圧力が小さくなる（圧縮空間２２の圧力が高くなる））ことでスターリングエンジン１の出力が上昇する。
　一方、スターリングエンジン１の現在の出力に対して出力を低下させたい場合には、現在適用されているコイルスプリング８４ｂよりもバネ定数の大きいコイルスプリング８４ｂに交換する。これにより、圧縮空間２２の圧力（平均値）とクランク室５１の圧力（平均値）との圧力差が小さくなる（クランク室５１に残る圧力が大きくなる（圧縮空間２２の圧力が低くなる））ことでスターリングエンジン１の出力が低下する（交換前のコイルスプリング８４ｂを使用していた場合よりも出力が低下することになる）。
　このため、本実施形態においては、スターリングエンジン１の出力を任意に調整することが可能である。
　（第７実施形態）
　次に、第７実施形態について説明する。本実施形態は、出力調整装置７が前記第２実施形態のものと異なっている。その他の構成は、第２実施形態と同様であるので、ここでも出力調整装置７についてのみ説明する。
　図８は本実施形態に係るスターリングエンジン１および出力調整装置７の概略構成を示す図である。この図８に示すように、出力調整装置７は、シリンダ２内の圧縮空間２２とクランク室５１とを接続する作動ガス流通配管７１と、この作動ガス流通配管７１に備えられた調圧弁（連通手段）８５とを備えている。
　作動ガス流通配管７１の構成は、前記第２実施形態のものと同一である。
　一方、調圧弁８５は、弁体８５ａを閉鎖（閉弁）方向に付勢するコイルスプリング８５ｂを内蔵し、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高く、その圧力差が所定値以上である場合に（コイルスプリング８５ｂの付勢力に抗して弁体８５ａを移動させる圧力差が生じた場合に）開放する所謂チェック弁として構成されている。
　また、本実施形態における調圧弁８５は、前記コイルスプリング８５ｂの交換が可能となっており、バネ定数の異なるコイルスプリング８５ｂを適用することによって、調圧弁８５が開閉動作を行う圧力差の値（クランク室５１と圧縮空間２２との圧力差の値）を適宜設定することが可能となっている。
　例えば、スターリングエンジン１の現在の出力に対して出力を低下させたい場合には、現在適用されているコイルスプリング８５ｂよりもバネ定数の小さいコイルスプリング８５ｂに交換する。これにより、圧縮空間２２の圧力（平均値）とクランク室５１の圧力（平均値）との圧力差が大きくなる（圧縮空間２２に残る圧力が小さくなる）と共にスターリングエンジン１の出力が低下する。
　一方、スターリングエンジン１の現在の出力に対して出力を上昇させたい場合には、現在適用されているコイルスプリング８５ｂよりもバネ定数の大きいコイルスプリング８５ｂに交換する。これにより、圧縮空間２２の圧力（平均値）とクランク室５１の圧力（平均値）との圧力差が小さくなる（圧縮空間２２に残る圧力が大きくなる）と共にスターリングエンジン１の出力が上昇する（交換前のコイルスプリング８５ｂを使用していた場合よりも出力が上昇することになる）。
　このため、本実施形態においては、スターリングエンジン１の出力を任意に調整することが可能である。
　前述した第６実施形態および第７実施形態で説明した調圧弁８４，８５の適用に関しては、前述した第１実施形態および第２実施形態で説明した逆止弁８１，８２の場合と同様に他の機器と組み合わせて使用することが可能である。つまり、第３実施形態（図４）で説明したように開閉弁８３と組み合わせることができる。つまり、図４の逆止弁８１に代えて前記第６実施形態（図７）の調圧弁８４を適用することが可能である。また、図５の逆止弁８２に代えて前記第７実施形態（図８）の調圧弁８５を適用することが可能である。また、図６の各逆止弁８１，８２に代えて前記第６実施形態（図７）および第７実施形態（図８）の調圧弁８４，８５を適用することが可能である。
　（第８実施形態）
　次に、第８実施形態について説明する。本実施形態は、出力調整装置７が前記第１実施形態のものと異なっている。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、ここでも出力調整装置７についてのみ説明する。
　図９は本実施形態に係るスターリングエンジン１および出力調整装置７の概略構成を示す図である。この図９に示すように、出力調整装置７は、シリンダ２内の圧縮空間２２とクランク室５１とを接続する作動ガス流通配管７１と、この作動ガス流通配管７１に設けられた開閉弁（連通手段）８６とを備えている。
　作動ガス流通配管７１の構成は、前記第１実施形態のものと同一である。
　一方、開閉弁８６は、コントローラ９からの開閉制御信号に応じて開閉制御される電磁弁で構成されている。
　また、クランク軸５２には、このクランク軸５２の回転位置（回転位相）を検出するためのクランク軸ロータ５２ａが一体回転可能に取り付けられている。このクランク軸ロータ５２ａの外周囲には、このクランク軸ロータ５２ａの回転位置を検出するための回転位置検出センサ９１が配設されている。この回転位置検出センサ９１の出力信号はコントローラ９に入力されるようになっている。一例として、クランク軸ロータ５２ａの外周囲にはその周方向に亘って複数の突起が形成されており、回転位置検出センサ９１が電磁ピックアップで構成されていることにより、クランク軸５２の回転位置に応じた回転位置検出センサ９１のピックアップ信号がコントローラ９に入力され、これによってクランク軸５２の回転位置が求められるようになっている。このクランク軸５２の回転位置に基づいて、ディスプレーサピストン３およびパワーピストン４の位置、および、クランク軸５２の回転速度等が算出可能となる。なお、クランク軸５２の回転位置を検出する手段としては前述したものには限定されず、周知の種々のものが適用可能である。
　そして、コントローラ９は、前記回転位置検出センサ９１からの出力信号を受け、それに応じて開閉弁８６に対し、開閉制御信号として開放信号および閉鎖信号を出力するようになっている。このため、このコントローラ９において、開閉弁８６の開閉動作を制御する機能部分が本発明でいう開閉制御手段として構成されている。
　具体的には、スターリングエンジン１の要求出力に対して実際の出力が低下した場合には、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高くなっている期間において、コントローラ９から開閉弁８６に対し開放信号が出力される。つまり、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高くなっている期間で開閉弁８６が開放される。その他の期間では、コントローラ９から開閉弁８６に対し閉鎖信号が出力され、開閉弁８６は閉鎖される。このクランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高くなっている期間は、前記回転位置検出センサ９１からの出力信号に基づいて算出される。
　このように、クランク室５１の圧力が圧縮空間２２の圧力よりも高くなっている期間で開閉弁８６が開放されることにより、クランク室５１の作動ガスの一部が圧縮空間２２に移動することになり、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度が上昇する。これにより、スターリングエンジン１の出力が上昇することになる。
　一方、スターリングエンジン１の要求出力に対して実際の出力が上昇した場合には、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高くなっている期間において、コントローラ９から開閉弁８６に対し開放信号が出力される。つまり、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高くなっている期間で開閉弁８６が開放される。その他の期間では、コントローラ９から開閉弁８６に対し閉鎖信号が出力され、開閉弁８６は閉鎖される。この圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高くなっている期間も、前記回転位置検出センサ９１からの出力信号に基づいて算出される。
　このように、圧縮空間２２の圧力がクランク室５１の圧力よりも高くなっている期間で開閉弁８６が開放されることにより、圧縮空間２２の作動ガスの一部がクランク室５１に移動することになり、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度が低下する。これにより、スターリングエンジン１の出力が低下することになる。
　また、スターリングエンジン１の実際の出力が要求出力に略一致している場合には、コントローラ９から開閉弁８６に閉鎖信号が出力されて開閉弁８６が閉鎖される。この場合、クランク室５１と圧縮空間２２との間で作動ガスが移動することはなく、作動ガス流通空間１１における作動ガスの密度が維持される。これにより、スターリングエンジン１の出力が維持される（要求出力に略一致した出力が維持される）ことになる。
　このため、本実施形態においては、一つの開閉弁８６のタイミングを切り替えるのみでスターリングエンジン１の出力の上昇と低下とを切り替えることが可能である。
　－他の実施形態－
　本発明は、以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、かかる実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
　例えば、前述した各実施形態は、作動ガス流通空間１１のうち圧縮空間２２に作動ガス流通路７２を連通させる構成としていた。本発明はこれに限らず、作動ガス流通空間１１を構成する他の空間（膨張空間２１等）に連通させるようにしてもよい。
　また、前述した各実施形態では、クランク室５１と圧縮空間２２との間で作動ガスを移動させる作動ガス流通路７２を作動ガス流通配管７１によって形成していた。本発明はこれに限らず、前記パワーピストン４およびスコッチ・ヨーク機構の内部に作動ガス流通路を形成しておき、この作動ガス流通路に逆止弁等の連通手段を収容する構成としてもよい。
　また、前述した各実施形態では、クランク室５１をバッファ空間として使用していた。本発明は、これに限らず、クランク室５１に連通する個別の容器を接続しておき、この容器の内部空間（クランク室５１に連通する空間）をバッファ空間として使用するようにしてもよい。この場合、作動ガス流通配管７１の一端は、この容器に接続されることになる。
　また、前記第８実施形態では、クランク軸５２の回転位置（回転位相）に応じて開閉弁８６の開閉動作を制御するようにしていた。本発明は、これに限らず、クランク室５１と圧縮空間２２との圧力差に応じて開閉弁８６の開閉動作を制御するようにしてもよい。つまり、クランク室５１および圧縮空間２２それぞれに圧力センサを備えさせ、これら圧力センサからの出力信号に基づいて開閉弁８６の開閉動作を制御するものである。
　また、前述した各実施形態に対し、作動ガス流通配管７１の一部に、作動ガス流通路７２の流通路面積を小さくする絞りを設け、この作動ガス流通路７２での作動ガスの流れを安定化させる構成を採用するようにしてもよい。この場合、作動ガス流通配管７１における絞りの配設位置は特に限定されるものではない。また、この絞りにおける流通路面積を可変とする構成を採用するようにしてもよい。
　また、前述した各実施形態に対し、作動ガス流通配管７１に対して並列に停止用配管を接続し、この停止用配管に停止用バルブを設け、スターリングエンジン１の停止時に停止用バルブを開放するようにしてもよい。
　更に、前述した各実施形態では、β型のスターリングエンジン１に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、α型やγ型のスターリングエンジンに対しても適用が可能である。
　本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、かかる実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
　この出願は、２０１６年２月２６日に日本で出願された特願２０１６－０３５６８５に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。
　本発明は、スターリングエンジンの出力を調整するための装置に適用可能である。
１　　　　　スターリングエンジン
１１        作動ガス流通空間
２　　　　　シリンダ
２１　　　　膨張空間（作動ガス空間）
２２　　　　圧縮空間（作動ガス空間）
３　　　　　ディスプレーサピストン（第１ピストン）
４　　　　　パワーピストン（第２ピストン）
５１　　　　クランク室（バッファ空間）
５２　　　　クランク軸
７　　　　　出力調整装置
７１　　　　作動ガス流通配管
７２　　　　作動ガス流通路
８１，８２　逆止弁（連通手段）
８３，８６　開閉弁（連通手段）
８４，８５　調圧弁（連通手段）
９　　　　　コントローラ

Claims (6)

  1. 　シリンダ内で往復動する第１ピストンおよび第２ピストンと、これらピストンに連結されたクランク軸と、このクランク軸を収容するクランク室またはこのクランク室に連通する空間の何れかで成るバッファ空間とを備えたスターリングエンジンに適用される出力調整装置であって、
    　前記シリンダ内に形成された作動ガス空間と前記バッファ空間とを連通可能とする作動ガス流通路と、
    　前記バッファ空間の圧力が前記作動ガス空間の圧力よりも高いときに、これらバッファ空間と作動ガス空間とを前記作動ガス流通路を介して連通させる連通手段と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の出力調整装置。
  2. 　シリンダ内で往復動する第１ピストンおよび第２ピストンと、これらピストンに連結されたクランク軸と、このクランク軸を収容するクランク室またはこのクランク室に連通する空間の何れかで成るバッファ空間とを備えたスターリングエンジンに適用される出力調整装置であって、
    　前記シリンダ内に形成された作動ガス空間と前記バッファ空間とを連通可能とする作動ガス流通路と、
    　前記作動ガス空間の圧力が前記バッファ空間の圧力よりも高いときに、これら作動ガス空間とバッファ空間とを前記作動ガス流通路を介して連通させる連通手段と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の出力調整装置。
  3. 　請求項１または２記載のスターリングエンジンの出力調整装置において、
    　前記連通手段は逆止弁であることを特徴とするスターリングエンジンの出力調整装置。
  4. 　請求項１または２記載のスターリングエンジンの出力調整装置において、
    　前記連通手段は、前記作動ガス空間と前記バッファ空間との圧力差に応じて開閉動作を行う調圧弁であって、前記開閉動作を行う前記圧力差の値が変更可能となっていることを特徴とするスターリングエンジンの出力調整装置。
  5. 　請求項１または２記載のスターリングエンジンの出力調整装置において、
    　前記連通手段は、開閉自在な開閉弁、および、この開閉弁の開閉動作を制御する開閉制御手段であることを特徴とするスターリングエンジンの出力調整装置。
  6. 　請求項５記載のスターリングエンジンの出力調整装置において、
    　前記開閉制御手段は、前記クランク軸の回転位置、または、前記バッファ空間と前記作動ガス空間との圧力差に応じて前記開閉弁の開閉動作を制御する構成となっていることを特徴とするスターリングエンジンの出力調整装置。
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