JPS58185960A - スタ−リング・サイクル装置における負荷整合および行程制限用の圧力調整方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スターリング・サイクル機械におけるピスト
ンのオーバーストローク状態の防止に関シ、特にスター
リング・サイクルのヒート・ポンプにリンクされたスタ
ーリング・サイクル機関を含む装置における改良に関す
る。本装置は、機関の出力を減少することにより選定さ
れた限度を越えて荷重が減少する時スターリング機関の
オーバーストローク状態を防止し、かつ機関がスターリ
ング・ヒート・ポンプを駆動する時機関の出力を全ての
運転温度条件の下でヒート・ポンプにより吸収される動
力と整合させるものである。

太陽エネルギの捕來装置および集中装置からのエネルギ
、および安価な廃棄物の燃焼からのエネルギの需要の増
力口に伴なって、熱エネルギを機械的エネルギに直接食
］災するための機械として自由ピストン式スターリング
機関の魅力が増してきている。更に、スターリング・サ
イクルのヒート・ポンプは、低温体から高温体へ熱を押
−トげるための効率的な機械でおる。このようなヒート
・ポンプは冷凍設備および加熱設備において有効である
。

スターリング・サイクルのヒート・ポンプを駆動するよ
うにリンクされた自由ピストン式スターリング・サイク
ル機関は、長い便用寿命を有し保守が少なくて済む効率
のよい耐久性のある装置である。

このような装置は、選定されｆｒ、、荷重を台む選定さ
れた組をなす諸条件の下で有効に作用するように摘成す
ることができるが、このような装置が相対的に固建され
た熱情関山力を有するがヒート・ポンプの負荷即ち動力
需要が変動する時には種々の問題に遭遇する。例えば、
このようなスターリング・サイクル装置が、もし建築物
の内部の暖房に使用される場合には、比較的安定したエ
ネルギ入力を有するも広い範囲にわたり負荷の変動を受
ける。このような負荷の変動は、外部の仝気または熱が
圧縮される他の熱電糸の温度の変化から生じるものであ
る。

例えば、もしこのような装置が寒い冬の日中に１７− おいて有効に作動し、やがて天候が変化して暖かくなる
と、このヒート・ポンプはそれ株仕事をする必要がなく
なる。ヒート・ポンプの熱空間におけるガス金山要の温
度まで加熱するだめの仕事は少なくてよい。

一定の入力温度を有するスターリング機関は単位行程当
り同じ割合で動力を供給し続けようとする傾向を会する
ため、この機関はヒート嗜ポンプの動力需佃が低下する
に伴な込オーバーストローク状態が始まることになる。

その結果、スターリング機関の破損を生じることになる
。例えば、この機関のオーバーストローク状態は、ピス
トンのシリンダの端部における内壁面に対して動力ビス
トンが衝突する結果と′ｉ２：ｐ倚るのである。

従つで、本発明の目的は、ヒート・ポンプの温度が変化
する時、スターリング機関からの出力をスターリング９
ヒート・ポンプの動力負りＩ需要に−１８＝ 史に緊密に整合させることによりこのオーバーストロー
ク状軸を自動的に防止する改良装酋の提供にある。

本発明によれば、機関のピストンがある過大行程に接カ
ニする時は常に、作用ガスを機関からヒート・、ｉｌｌ
ングに向けて流れるようにさせることＶＣより、機関の
出力がポンプの負荷に更に近似的に整合させられる。こ
のため、ヒート・、＋５ンｆＶＣおける圧力と作用カス
の質量を増加さゼー熱４＆関における圧力と作用ガスの
１−ｍ：を減少させて、熱機関により生じた動力を低下
し、ヒート・ポンプにより吸収される動力を増大させる
。

このように、ヒート・ポンプの温度差が減少するため動
力の減少が必要な時、機関の出力およびヒート・ポンプ
の動力吸収は、ヒート・ポンプの圧力を増加することに
より安全な機関行程において平衡状態に維持され、これ
によりその動力需要を増大し、そのガス圧力を低下する
ことにより機関の出力を減少させるのである。

もし機関がポンプのガス世に比して大きなガスｔ（相対
的に無制限の）を有するならば、平衡状態の動力レベル
は、機関の容積が小さい場合と同程度にしか変化しない
。［７かし、もし−＠関の作用ガスの体積が小さい時、
機関の作用ガスが大幅に減少してその結果中じる平衡状
態の動力レベルを著しく低下させるのである。

このことは、外部の温度が内部温度に接近するに従って
仕小の需曽が減少するため、建築物の暖房−または冷房
のため使用されるヒート・ポンプの場合には通常値まし
７いことである。しかし、更に略々一定の入力の用途の
場合には、機関のガス体積を大きくすることができる。

本発明の実施態様におりる使用において有利な１つの弁
機構は、ピストンとそのシリンダ壁面と両者を責通ずる
内孔により形成される摺動弁である。この内孔は整合位
置に配置され、従ってガスが選定された最大のピストン
行程位置において流れることを許容する。他のピストン
位置においては、ピストンとシリンダ壁面はガスが内孔
に流れることを１泪正する。

との摺動弁はまた、ピストンの内孔とピストンが往復運
動する中心部の係合するロッドにより形成することもで
きる。

非スターリング・サイクル機関により駆動されるスター
リング・サイクルの負荷即ちスターリング・サイクルの
ヒート・ポンプを駆動するスターリング機関はまた、ス
ターリング装置と貯鎧部間にガスを送ることにより制限
される行程である。

本発明はまた、ずれた位相で作動し、かつ反射区間が全
て小さな容積である場合でさえ比較的小さな反射区間圧
力の変動しか生じないように相互−２１＝ に結合された反射区間を有する多重スターリング装置の
小さな反射区間容積の使用も考えられている。

図面に示される本発明の望まし込実施態様の説明におい
ては、明確にするため特定の用語が用いられる。しかし
、このように選定された特定の用語に限定する意図はな
く、特定の各用語は同じ目的を達成するため類似の方法
において作用する全ての技術的な相当物を含むことを理
解すべきである。

本発明の実施態様においては、弁を設けた通路が機関の
作用ガスとポンプの作用ガスとの間に設けられている。

この弁はピストン位［Ｋ応Ｓｔ、て、行程がある選定さ
れた極端なピストン位置まで延びる時に開口する。

機関がポンプを駆動するようにポンプの動力ビストンに
対してリンクされた機関の動カビストン２２− を有する＃Ｃ置においては、機関とポンプ間にある程度
のガスの漏洩が存在する。従って、通常は、両者の半均
圧力は同じとなり、通常の作用においては一方から他方
に対して正体のガスの転移は生じない。

オー　バーストローク状態において機関からポンプに対
するガスの転移を許容するため、弁が開口される時比較
的旨い圧力にある機関の区間に対し通路を開口すること
ができる。このような通路はまた、弁が開口される時比
較的低い圧力にあるポンプ区間に対しても開口される。

望ましい実施態様においては、このことは、もし２つの
スターリング装置が図明ｒ示されるように直接リンクさ
れるならば、これらの装置の反射区間の間に連通ずる通
路を形成することによって達成されるのである。このよ
うに、前記反射区間の容積がその最小値であってこの反
射区間内のガスがその最大圧力である時、もし弁が開口
するならば、ガスは機関の高圧の反射区間から直接ポン
プの比較的低圧の反射区間に対して流入することになる
。

しかし、他の実施態様においては、他の区間は、作用ガ
スの機関からポンプに対する流れを生じるように州立に
結合することができる。例えば、二重のスターリング装
置の熱で駆動される熱ポンプのある実施態様に訃いては
、圧縮区間が弁を設けた通路によって結合されているこ
とが望ましい。

比較的小さな圧力変動を有する比較的大きな反射区間を
含む実施態様においては、反射区間以外の区間を使用す
ることができる。

史に、逆止弁を経由して時間と共に変化する機関の圧力
の区間に対１結合される貯溜部における高い圧力のガス
を収東することによりガスの流れを生じることができる
。最終的には機関の最大周期圧力に達することになるこ
の高圧ガスの貯溜部は、この時選択されたピストンの最
大行程に応答する弁によりヒート・ポンプのある区間に
対して弁により連通ずる。

別の態様として、機関からのガス流は、これをヒート・
ポンプ内に圧送することによって生じることができる。

このガス流はピストンの最大行程の間隔においてのみヒ
ート・ポンプに直接圧入することができ、あるいはまた
このガス流は貯Ｍ部に連続的に圧入され次いでピストン
の最大行程に応答してヒート・ポンプ内に送込むことも
できる。

ポンプはスターリング・サイクルの一部として形成する
ことができ、あるいは別個の即ち外部のポンプでもよい
。

実施態様においては、オーバーストローク状態が存在し
ない時、通常の中心部の漏洩、あるいは適当な大きな流
動抵抗の！階別に設けられた漏洩の２５− 経路が機関とヒート・ポンプ間に圧力の平衡状態を回復
してこれを維持することになる。

第１図は、ピストン中ロッド１２によりスターリング型
ヒート・ポンプ１４に対してリンクされた自由ピストン
のスターリング機関１０を示す簡単な図である。ピスト
ン・ロッド１２が機関とヒート・ポンプの双方の動力ビ
ストンに対して固定されている。ピストン・ロッド１２
は機関ｌＯをヒート・ポンプ１４から分離する壁面に形
成されたシールを通過するが、このようなシールは機関
とポンプとの間におる少量の漏洩を許容する。通常の運
転中、機関とポンプ内部における圧力は略略正弦波形で
変化することになるが、この双方の平均圧力はこの両方
向の漏洩の故に略々同じ状態に止まることになる。

第２図は、機関とポンプとの間に設けられた漏洩経路に
加えてガスの通路１６を示している。こ２６− の通路１６は、一方向のみにガスの流れを許容するよう
に形成されている。もしこの通路が本発明の望ましい実
施態様に従って構成されるならば、逆止弁は不必要とな
る。通路１６分流遇する流電は、機関がオーバーストロ
ーク状態に接近してヒート・・〆ングに対して正味のガ
ス転移が存在する時は常に、漏洩流量よりもかなり大き
なものとなる。このガスの移動は機関により生じる動力
を減少させ、またその行程を縮小または制限する。ヒー
ト・ポンプはこの時行程を増加することなく所要量の熱
を伝達する。このガスの移動はまた、ヒートボンｆＶＣ
よって吸収される動力を増加するスターリング機関の半
均圧力以上にヒート・ポンプの平均圧力の増加を生じる
結果となる。

連続的な漏洩を意味する平均圧力の差異は、スターリン
グ機関が再び圧力を等しくさせようとする１頃向を生じ
ることになる。

望ましい実施態様においては、ヒート・ポンプの任意の
負荷に対して平衡状態に達することになる。例えば、戸
外の温度が上？ｌ−して機関のオー・ンーストローク状
態が始捷ると、ガスがヒート・ポンプに対しで送られる
ことになる。ガスの供給は、スターリング機関において
再び漏れるガス量と等しいガス針が供給されるに丁厩充
分な行程が生じるまで機関のオーバーストローク状態を
減少させ、機関はこの平衡状態において運転するととｒ
なる。

前記のオーバーストローク状態に達すると同時に、熱機
関からのガスの移動状態が別の現象Ｖこよって機関の出
力を低減させる。熱機関からのガスの除去は機関の圧力
を低下させ、従って変位装置に対して作用するガスのば
ね作用の圧力を減少させるのである。

作用の周波数は、主としてヒート・ポンプの運転条件に
よって決定される。従って、機関からのこのガスの損失
は作用周波数に大きな影′謄を及はすことはない。しか
し、ガスのばね作用の圧力の低下は、機関の出力を低下
させることになる機関における位相の変化を生じ、させ
ることになる。更に、通常は９０°である変位装置のピ
ストン前方の位相的な穏みが、比較的小さな位相戚み量
、例えＶ」６０°捷で減少させらｔしる。この位相の変
化はまた、機関の出力を低下させる効呆を有する。

第３図および第４図は、史に旺細に木琴１明の望ましい
実施態体を間単に示している。これら図面は、本発明の
原理を丈に明瞭に示すため、熱交換器、冷却ソヤケット
および他の多くの周知の構造の細目の如き従来の構造部
を取除いた略図である。

第３図および第４図のヒート・ポンプ装置ｔま、シリン
ダ２４内部で往復運動するように取付けられた変位ピス
トン２０と動力ビストン２２を含む自由ピストン式スタ
ーリング機関を有する。変位２９− ピストン２０はガスばね２８と共働するピストン・ロッ
ド２６ＶＣ対して固定され、その結果作用空間３０内の
作用ガス圧力の変動が従来周知の方法で変位ピストン２
０の適当な往復運動を惹起することになる。この作用空
間は高温区間３２と低温区間３４とを有する。反射区間
３６が動力ビストン２２に隣接して形成されている。

同様に、ヒート・ボンｆは変位ピストン３８とシリンダ
４２内に取付けられる動力ビストン４０を有し、前記シ
リンダは縄１は区間４４と、低温区間４６と、反射区間
４８を画成する。

動力ビストン２２と４０Ｆｉ、機関の反射区間３６をポ
ンプの反射区間４８から分離する壁面５４に形成された
シール５２を摺動する結合ロッド５０によって結合され
ている。圧力の平均化を確実に生じさせるため、ピスト
ン行程の中間点において小さな通路５１がスリーブにお
けるポート３０− ５５と整合状態になるロッドのポート５３等により開口
されるように、漏洩経路を形成する中心部のポート構造
がシールにおいて形成される。短期間両方の反射空間が
直接連通状態にあって等しくする流れが生じ得るが、通
路５１の小さな直径のため、この流祉は動力と整合する
原石によっては容易に対抗し得ないようにそれ程大きな
ものではない。

機関の作用ガスとポンプの作用ガス間に連通ずる負荷整
合用通路が形成されている。この通路は、反射空間４８
から機関のシリンダ壁面２４に形成されたポート６４を
介して延在する経路６０を含んでいる。この通路はまた
、動力ビストン２２を経由するガス流動経路６２を形成
する１対の交差孔をも含んでいる。

望ましい実施態様においては、機関の動力ビストン２２
の位置はオーバーストローク状輻を検出するために使用
される。動力ビストンが所要の行程の限界に達する時高
い圧力下にある区間において機関に対して開口するよう
に通路が形成されている。

この通路は動力ビストン２２の位置に従って開閉される
。第３図において示されるように、この通路は、・Ｉ？
−）６４が動力ビストン２２の外壁向の７１？−トロ６
と整合関係にある時を除いて閉鎖されている。これらの
ポートは、動力ビストンが第４図に示される如きその行
程の所要の限度に達する時整合関係になるように配置さ
れている。

本発明を実施する本装置の設計においては、予期される
最大負荷条件、例えば予期される最も低い外気温度の下
で本装置が叫しい平均圧力において効率よく作動するよ
うに、慎関訃よびポンプが設ぼトされることが望ましい
。

外気温度が上昇すると、機関の動力ビストンの行程はポ
ンプの動力吸収が少ないので増加することになる。しか
し、もし温度が充分に上昇−するならば、ピストンの行
程は過大となってポートは整合状態になる。この時、前
述の如く、機関の出力を低減させかつヒート・ポンプの
動力吸収を増加させることにより（歳関の動カビストン
の行程を制限するようにガスの移動が生じる。

通路が開口されると、機関の反射区間３６はその最大圧
力となり、ポンプの反射区間４８は最小圧力となる。こ
のように、圧力差が最大となる間通路が開口すると、こ
の通路が開口する間のガスの移動量は最大となる。

もし熱がそれから圧縮される物質の温度が恢で低下し、
従ってヒート・ポンプにより吸収される動力が増加する
ならば、前述のシールの漏洩および中心部のポート装置
が機関とポンプの双方における平均圧力の最終的に等し
くなることを可能に３３− する通常の天候条件において充分に遅い速度で温度の変
化が生じる。

この作用については第６図に示されている。本発明け、
変化する温度を有する物質からの熱を圧縮しつつあるヒ
ート・ボン７″によって吸１１７される動力に対（−で
一定の１７ｉＡ度入力を有する熱機関からの動力出力を
整合させるものである。

第６Ａ図は、異なる平均作用ガス圧力ｐＨＰ２お工びＰ
、に対する一定の温度ＴＫにおける熱機関の作用を示し
ている。同図は、一定の入力温度を有するスターリング
熱機関が伝達する動力をそのピストンの行程と関連付け
る特性カーブに沿って作用することを示している。機関
が作用する異なる圧力に対して一連の特性カーブが存在
する。第６Ａ図は、作用ガスの半均圧力が低下するとこ
の特性カーブが下がることを示している。このことは、
もし行程が一定の状態を保持しても機３４− 関の圧力が減少するならば、熱機関により供給される動
力は同様に減少させられることを意味する。

第６Ｂ図は、実線のグラフにより、第６Ａ図のカーブ゛
と対応するヒート・ポンプの場合の一連のカーブを示（
２ている。第６Ｂ図の特性カーブは、第６Ａ図の実線の
グラフにより示されたと同じヒート・ポンプ°に対する
カーブを示している。これらのカーブは圧力を変化させ
る一連の一定温度のカーブでのる。しかし、第６Ｂ図は
更に点線グラフを示し、これはヒート・ポンプにより吸
収され′　　た動力とヒート・ポンプの行程との間の関
係に対゛　　する渦層変化の影響ン示している。第６Ｂ
図は熱がそれから圧縮きれる物質の温度における低下が
特性カーブの上昇をもたらす結果となることを示してい
る。このことは、もし外気のＬ＆Ａ度が一ト昇して行程
は一定の状態を維持するならば、ヒート・ポンプにより
吸収される動力は減少されることになることを示してい
る。また同図は、もしヒート・ポンプにより吸収される
動力が一定の状態を維持するならば、ヒート・ポンプの
行程は増加して、最終的には本発明により阻止される機
関の破損に至ることを示している。

第６Ｃ図は、本発明が熱機関により供給される動力を本
発明によりヒート・ポンプにより吸収される動力と整合
させる方法について示している。

第６Ｃ図は１対の実線によるカーブを示し、その１つは
圧力Ｐ、および温度７′Ｋにおけるヒート・ポンプに対
する特性カーブを示し、他方は圧力Ｐ２および一定の機
関入力温度である温度７’ＫＶｃおける熱機関に対する
特性カーブを示している。

これは、ポンプの圧力および機関の圧力が同じ時機関が
最も効率的に作動する比較的低い外気温度の作用条件を
表わす。これらの２つのカーブの交差点は、両者が実質
的に同じ行程を有する作用点であり、熱機関により供給
される動力はヒート・ポンプにより吸収される動力と等
しくなる。

第６Ａ図および第６Ｂ図からは、熱が圧縮される外部の
物質の温度における上昇の結果ポンプの特性カーブがＦ
方および右側に移動することになることが判る。

もし機関の特性カーブの位置の変化がなければ、これら
２本のカーブの交差点は非常に大きく増加した行程に向
けて停動する。

しかし、もし熱機関の圧力がＰ２からＰ、へ減少させら
れるならば、熱機関における特性カーブは第６Ｃ図に示
される点線位置に移動することになる。

更に、熱機関からヒート・ポンプへのガスの移動は、熱
機関により供給される動力を減少させる詐りでなくヒー
ト・ポンプによって吸収される動力を更に増加させる。

その結果、ヒート・ポンプ＝３７− の平均圧力の増加がヒート・ポンプの特性カーブを上昇
させようとし、これにより外気温度の−Ｆ昇により生じ
るヒート・ポンプの特性カーブの下方への変移の相殺を
助けるため、ヒート・ポンプにおける特性カーブの移動
は最小限度に抑えられるのである。

従って、外気温度が上昇すると、両方の特性カーブは変
移し、依然として単に安全量だけ増加させられる行程に
おいて交差が生じることになる。

外気温度が変化する時、もし大きな反射区間容積または
他の貯溜部の使用によって熱機関が略々一定の圧力に保
持されるならば、ヒート・ポンプの作用線の移動は最小
限度に抑えられ、その結果ヒート・ポンプの圧力が上昇
するに伴なって熱機関の圧力は僅かに減少するのみであ
る。

本発明の他の実施態様は数多くあり、第５図は通路およ
び弁を形成するための別の手段を示して３８− いる。

第５図は、第３図および第４図においてその全てが示さ
れた如き壁面１５４によって分離された反射区間を有す
る機関の動力ビストン１２２とポンプの動力ビストン１
４０とを示している。

しか１〜、ガスを伝達する通路は壁面１５４を介する内
孔１５０である。この内孔１５０はばね１５３によりそ
の閉鎖位置に偏岡される弁１５２を含んでいる。この弁
は、機関の動力ビストン１２２の経路内に延在するアー
ム１５５を含む。

動力ビストン１２２がｉｊ］記反射区間内に充分移動す
る時は常に、動力ビストン１２２の端部１５６は弁１５
２のアーム１５５と衡突してこれを適正な位相条件の下
で開口させる。このため、機関の反射区間の圧縮サイク
ルの高圧の部分において、またポンプの反射区間の圧縮
サイクルの低圧の部分において、ガスの通過を計容する
ことになる。

゛また、本発明の諸Ｗ、埋は、機関およびポンプがピス
トン・ロッド５０の如き機械的な結合部以外の手段によ
り結ばされているスターリング装置に対して適用するこ
とができることを理解すべきである。例えば、ピストン
はガスはねの如き比較的固いばねにより結合することも
できるのである。

第７図は、双子並列型の反対方向に運動するスターリン
グ・サイクル装置を示している。対向運動は、ｒ’匡ｓ
つの不平衡対しか生じないため振動が少ないという艮朗
を有する。本装置は、ピストン・ロッド２１２を介して
スターリング型ヒート・ボンｆ２１６の動力ビストン２
１４に対して結合された第１のスターリング機関２１０
を有している。同様に、この装置は、これも１だスター
リング型ヒート・ポンプ２２２に対しピストン・ロッド
２２０を介して結合された第１のスターリング機関２１
８を有する。この２つの機関２１０と２１８の反射空間
は、開口２２４を介して相互に結合され、ヒート・ポン
プ２１６と２２２の反射空間は開口２２６を介して相互
に結合されている。

この２つの機関とヒート・ポンプの対は、位相から１８
０°外れて作動され、従って機関の反射空間の総容積も
、また同様にヒート・ポンプの反射空間の総容積も運転
中変化することがない。その結果、反射空間のガス圧力
は変化しないのである。

第７図の実施態様においては、各対の機関とヒート・ポ
ンプ間のガスの流れは、通路２２８の如き通路を介して
機関の熱区間からヒート・ポンプの熱区間まで生じる。

この機関とヒート・ポンプは、機関の動力ビストンが作
用空間の容積を最小にする方向に選択された最大距離に
ある時、即ち、動力ビストンが熱機関においては作用空
間の圧力が比較的高くヒート・ポンプにおいては比較的
低い位置にある時、前述の如くピストンとシリンダ４１
− 壁面において形成された摺動弁機構がガスの流れを許容
するように開口されるように位相が与えられているので
ある。

第８図は、各サイクルの高圧力間隔においてスターリン
グ機関３１４の作用空間３１２からガス流を受取るため
貯溜部が結合される実施態様を示している。ガスの逆方
向の流れは逆止弁３１６によって阻止される。摺動弁は
、動力ビストン３２０、結合ロッド３２２お↓び動力ビ
ストン３２４による他の実施態様における如く構成され
ている。

通路３１８は、動力ビストン３２０が最小の作用ガス容
積を生じる選択されたある最大行程位置にある時、整合
位置になって弁を開口するシリンダお↓び励カビストン
３２０における内孔によって形成される。他の位置にお
いては、この弁は閉塞される。

第８図のこの実施態様においては、貯溜部３１０４２− は作用空間３１２におけるガスのピークのガス圧力と叫
しいガス圧力に達する。ピストン３２０が選択された最
大行程位置に達する時は常に、貯溜部３１０からの両正
のガスが、ヒート・ポンプ３３２の作用サイクルの低圧
部分にあるヒート・ポンプの作用空間３３０内に通路３
１８を介して流入することになる。

第９図はオーバーストローク状態にあるガスの伝達を行
なうための通路において結合されたポンプ装置を有する
本発明の一実施例を示している。

本実施例では、熱機関４１０が他の実施例の場合と類似
の方法でピストン・ロア　ト４　ｔ　４１ｊｌｔ−。

てヒート・ボンｆ４１２と結合されている。しかし、小
ピストン４１６が動力ビストン４１８から下方に突出す
るロッドにＬつで形成されている。

このピストンは、オーバーストローク状態において、ブ
ロック４２２に形成された保合シリンダ４２０と共動す
る。このシリンダ４２ｏは、圧力に応答する逆止弁４２
４を有する通路を介して結合されている。

もし反射空間が比較的大きくその結果圧力の変化が最小
であるならば、通電の逆止弁の使用が可能であるが、も
し反射空間が小さいためその各々が各サイクルにおいて
大きな圧力変動を受けるならば、逆止弁は大きな圧力に
対してのみ応答して開口しなければならない。

もし動力ビストン４１８が最大行程を越える場合は、小
ピストン４１６け係合シリンダ４２０に進入して小型ポ
ンプを形成し、これが熱機関匂０からヒート・ボンｆ４
１２へのガスの流れを生じることになる。適当に小さな
反射９問および圧力に応答する逆止弁を用いて、動力ビ
ストン自体が小ピストン４１６の機能を生じることがで
き、その結果小ピストン４１６は除去することができる
。

このような実施態様においては、オーバーストローク状
態が検出されて圧力に応答する逆止弁４２４はある選択
された限度以上の反射空間４３０内の反射空間圧力の増
加によって作動される。このような実施例においては、
動力ビストン４１８の端壁および動力ビストン４１Ｂは
それ自体がガスのポンプ装置として機能するのである。

あるいはまた、他のガス・ボン７″装置を使用すること
もできる。例えば、ポンプを外部から機関に対して結合
することができ、あるいはガスを機関からヒート・ポン
プに対して圧送しようとする他のポンプを使用すること
もできる。このようなポンプは、オーバーストローク状
態により作動させられ、あるいはまた前述の如きピスト
ンの最大行程位置に達すると同時に流れを許容するよう
に開口される弁と共動して作動させられるのである。

図面における簡略化のため、＠３図の２８の如　４５− きガスばねの容Ｍまたは変位装置に作用力を及ぼす相当
空間は図示されていないことに留意されたい。当技術に
おいては周知の如く、自由ピストン型スターリング装置
の変位装置は常に、作用空間の圧力の変動がこの変位装
置の往復運動を生じるようにこのような空間と共動して
作用しなければならない。このガスけねの空間は、当技
術において周知の如く、反射区間でよく、この区間は前
記動力ビストン、または前記変位装置、または動力ビス
トンと反対のシリンダハウソングの端部において形成す
ることができる。これら全ての変更は当技術において周
知であるため、これらは常に示さない。

第１０図は、スターリング機関またはヒート・ポンプの
いずれかでよいスターリング装置を示している。スター
リング機関からの機械的な出力を便用するための、また
機械的人力をスターリング４６− 型ヒート・、ｊｔンプに対して与えるためのこのような
リンク構造の多くが公知であるため、動力ビストンに関
して動力を授受する動力ビストンに苅するリンク装置に
ついては示さない。

第１０図の装置Ｗは、変位装置５１２が往復運動を行な
う作用空間５１０を有する。姑カビストン５１４と変位
装［５１２は、中心部の内孔が設けられ、反射空間５１
８を貫通する共に同心状の中心部の中心ロッド５１６に
おいて往復運動を行なう。ガス空間５２０は変位装置５
１２に形成される。貯溜部５２２は、中心ロッド５１６
に設けられた通路５２４と連通ずるように形成されてい
る。

通路５２６と５２８は動力ビストンに形成されている。

中心ロッド５１６、動力ビストン５１４お↓びこれらに
形成された通路は、前に述べたものと非常に類似したス
プール弁を形成する。もし動力ビストンがその最大行程
即ち圧縮行程における移動を行なって通路が整合状態と
なるならば、作用空間ｆｉｌＯ内のガスはこれら通路か
ら貯溜部５２２内に流入することができる。ガスはこの
ような方向に流１するが、これは作用空間が最大圧力お
よび最小容積の状態にある時通路の整合状態が生じるた
めである。このようなガス流は作用窒間内のガス菫を減
少させ、これによりもし本装置が機関として作動するな
らば動力出力を減少することになる。

貯ｃｄ部５２２のガス圧力がスターリング装置の区間内
の圧力よりも烏い場合各行程の残ｐにおｈては、貯溜部
から再び装置の区間に戻るガスの制御され制限された流
れが動力ビストン５１４と中心ロッド５１６との間の対
向する支持面間に生じるのである。このため、もし貯溜
部５２２が充分に大きければ、平衡状態に達するまで貯
溜部に対してガスが流入し続け、この場合各行程の残り
において機関内に逆に漏洩するガス量を置換するに下層
充分なガスが貯溜部内に流入することになる。

もし行程が減少するように作用条件が変化するならば、
貯溜部の圧力がスターリング装置の平均圧力に戻る平部
状態に再び達するまで、貯溜部ｔよガスを丙びスターリ
ング装置の各１ｚ間内に漏洩し続けることになる。

もし第１θ図の装置がヒート・ポンプとして作用するな
らば、通常の運転中機関の最大圧力まで貯溜部が加圧す
るように逆止弁５３０が設けら扛ることになる。次（こ
この貯溜部を用いて、オーバーストローク状態に達する
と同時にヒート・ボンｆにおける作用ガスを増加するこ
とによってヒート・ポンプにより吸収される動力を増加
させ、これにより機関の行程を減少させあるいはこれを
制限する。緩やかに制御され制限された漏洩が前述４９
− の如くベアリングを迫るように生じ続けるが、これは逆
止弁を通って置換される。もしオーバーストローク状態
に達するならば、通路は整合状態になり、ガスけこれに
より貯溜部５２２から作用区間に供給され、これにより
吸収される動力を増加させて行程を制限する。通路の流
れｔま相対的に制限を解かれ、その結果オーバーストロ
ーク状態が無くなるまで、貯溜部から作用空間に対する
正味のガス流が生じる。

本発明の望ましい実施態様Ｖこついて詳細な図面および
特定の事例を示したが、これらは率に例示の目的に過ぎ
ず、本発明の装置は開示したその厳密な最ｌ目および条
件に１奴足されるものではなく、願誓の特許請求の範囲
により規定される本発明の主旨から逸脱することなく多
くの変更が可能であることを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

５０− ａ１図は従来技術のスターリング（表門および一緒に結
合されるヒート・ポンプを示すブロック図、第２図は本
発明の望ましい実施レリの作用を示すブロック図、第３
図および第４図は本発明の望ましい実施例を示す軸方向
の助面図、第５図は別の′実施態様を示す部分図、第６
図は本発明の実施態（＊の作用を示−Ｊグラフ、第７図
は本発明の装置Ｈの二Ｍ構成を示す図、第８図は貯溜部
と逆止弁と摺動弁装置を有する実施態様を示す図、第９
図１ｊ機関からヒート・ポンプに至るガスの流れを生じ
るためポンプと逆止弁を使用する本発明の別の実施態様
を示す図、および第１θ図は１＠１つのスターリング装
置を使用する時遍当な貯溜部を使用することにより動力
ビストンの行程が制限される本発明の別の実施態様を示
す図である。 １０・・・慎関、ｌ　２・・・ピストン・ロッド、１４
・・・ヒート・ポンプ、１６・・・通路、２０・・・変
位ピストン、２２・・・動力ビストン、２４・・・シリ
ンダ、２６・・・ピストン・ロッド、２８・・・ガスげ
ね、３ｏ・・・作用空間、３２・・・高温区間、３４・
・・低温区間、３６・・・反射区間、３８・・・変位ピ
ストン、４ｏ・・・動力ビストン、４２・・・シリンダ
、４４・・・高温区間、４６・・・低温区間、４８・・
・反射区間、４９・・・反射空間、５０・・・結合ロッ
ド、５１・・・通路、５２・・・シール、５３・・・＋
１ｅ−ト、　５４・・・壁面、　５５・・・ポート、　
６゜・・・に１路、６２・・・経路、６４・・・ポート
、６６・・・ポート、１２２・・・動力ビストン、１４
ｏ・・・動力ビストン、１５０・・・内孔、１５２・・
・弁、１５４・・・壁面、１５６・・・ばね。 ４８午出願人　　ザンパヮー・インコーホレーデラドＦ
ＩＧ、　Ｉ ＦＩＧ、２ 行遅 行怪 行混 Ｐ＝無磯間圧ｎ ＦＩＧ、６Ａ Ｐ＝ｈ−ト　ＴＸ’　−／　７　’　、圧かＴＫ・−更
〜榊関し一タ試 ＦＩＧ、６Ｂ ＦＩＧ、６Ｃ ＦＩＧ、　９ 手続補正書 昭和５８年３月１６日 特許庁長゛ｉ　　治　ジ　１口　夫　殿１、事件の表示 符願−ｄ５７−２１０６８５方 ２、発明の名称 スターリング・サイクル表直における貞荷今合２工び行
椎溜り賊用の圧力調星万、云２二ひぞの表に３、補正を
する渚 事件との関係　　特許出願人 住　　所　　　アメリカ百茨岡ｌオハイオ州４５７；）
１ア７ンズ・パイアートストリート６ ４、代　理　人〒１（Ｊ７ 住　　所　　　東京都港区赤坂１丁目９番１５号日本自
転車会館 氏　名＋６０７８１弁理士小　１）島　平　吉６補ＴＥ
　ノｔｌ象　　　明細昔のチ明のＦ十通７弐％・９１爾
汐ぴ凶囲（第３図） 手続補正書 〔Ｉ〕イ１１１正の内科の櫨の１敞を〃の通ｈｆ訂正昭
和５８年６月６日 特許庁Ｊ＜目　　、、ＰＬ　　杉　第１１　　大　　　
殿ｌ事件の表示 粁＋＋ｔｉ１１ａ　５７−２１０６８５号２、発明の名
称 ３、　？ｌＩｉ正をする渚 事件きの関係　　特許出願人 ４代　理　人〒１０７ 住　　所　　　東京都渇区赤坂１丁目９ｉ１１５号する
。 「 （１）明卸１引第３０目末何Ｖｃ　「スリーブ」とある
のヲ、「シール」にη１正する。 （２）１ソ１向第３１／ｊ會別１１（の）ＩＴｊ　９に
訂正する。 （第４図及び第５図は口Ｊ正なし）Ｊ 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　自由ピストン型スターリング・サイクル・ヒート
   ・ポンプに対して駆動作用的に結合された自由ピストン
   型スターリング・サイクル機関を有するスターリング・
   サイクル装置における負荷の整合および行程の制限のた
   めの方法において、前記ヒート・ポンプにより吸収され
   る動力が増加するようにピストンの最大行程に応答して
   前記機関から前記ヒート・ポンプに対してガスの流れを
   生じることを特徴とする方法。 区間を前記間隔における比較的低い圧力にある前記ポン
   プの区間に対して連通状態に結合することにより生じる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３　前ｄ己ガス流がある作用サイクルの最大行程間隔に
   おいて前記機関から前記ポンプに対してガスを圧送する
   ことにより生じることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ４、　前記ガス流が、前記機関の区間の比較的高い圧力
   間隔において前記機関から貯溜部内にガスを導入し、あ
   る作用サイクルの最大行程間隔において前記貯′Ｍ都か
   ら前記ポンプに対してガスを導入することにより生じる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５　少なくとも１対のスターリング・サイクル機械を含
   み、その１つが、各々その関連するシリンダ内で往復運
   動するように取付けられた変位ビストンと動力ビストン
   を含む形式の自由ピストン型スターリング機関からなり
   、該機関は、各々がその関連するシリンダ内で往復運動
   するように取付けられた変位ピストンと動力ビストンを
   含む自由ピストン型のスターリング・サイクル・ヒート
   ・＝Ｉｙｙ”ｆ含む第２のスターリング・サイクル機械
   に対して駆動作用的にリンクされ、前記機関と前記ポン
   プが各々作用ガス区間と反射区間を一緒に画成する高温
   区間と低温区間を有する熱で駆動されるヒートポンプ装
   置において、 ｆｄ）　　前記イ幾関の区間と前記ポンプの区間の間で
   連通ずる通路と、 （６）　　該通路において、この通路内のガスの流れを
   通常閉止し、かつ前記ピストンの選択された１つの位置
   に応答し、前記の選択されたピストンの選択された最亮
   位置に応答して前記通路を開口して前記機関から前記ポ
   ンプに対するガスの流れを許容する弁装置どを設けるこ
   とを特徴とする負荷の整合および行程の調整装置。 ６、　前記通路は前記スターリング・サイクル機械の各
   々の反射区間の間に延在することを特徴とする特許請求
   の範囲第５項記載の装置。 ７、　前記弁装置は、（１）前記の選択されたピストン
   と、（ｉｉ）その共働するシリンダ壁面と、（ｉｉｉ）
   前記通路の一部として前記シリンダ壁面および前記の選
   択されたピストンに形成された内孔とによって形成され
   る摺動弁であり、前記内孔が前記ピストンの最大位置に
   おｈて整合状態になるように配置されている特許請求の
   範囲第５項記載の装置。 ８　前記弁装置が、前記の選択されたピストンの経路内
   ニ姓在するアームにより作動させられる弁を具備する％
   許趙求の範囲第５項記載の装置。 ９　前記通路におｈて前記弁装置と前記ポンプとの間に
   貯？ｗｉ郡が形成され、前記通路において前記貯溜部と
   該貯溜部に対するガスの流れを許袢する方向の前ＭＱ　
   ４”ｉｉ関の区間の間に逆止弁が結合されているｔｉ？
   ４訂請求の範囲第５項記載の装置。 ｌＯ前記弁装置が、（１）前記の選択されたピストンと
   、（１１）その共働するシリンダ壁面と、、　（ｉｉｉ
   ）前記シリンダ壁面および前記の選択されたピストンに
   おいて前記通路の一部として形成された内孔とによって
   形成される摺動弁を具備し、前記内孔は前記ピストンの
   前記の最大位置において整合状態になるように配置され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第９項Ｍｄ載の装置
   。 １１、　　前記通路が前記スターリング・サイクル機械
   の各々の作用ガス区間の間に延在する特許請求の範囲第
   ５項記載の装置。 １２　前記通路が前記スターリング・サイクル機械の各
   々の低温区間の間に延在する特許請求の範囲第５項記載
   の装置。 　５− １３　前記弁装置が、（１）前記の選択されたピストン
   と、（ｉｉ）その共働するシリンダ壁面と、（ｉｉｉ）
   前記シリンダ壁面および前記の選択されたピストンにお
   いて前記通路の一部として形成された内孔とによって形
   成される摺動弁を具備し、前記内孔が前記ピストンの前
   記の最大位置において整合状態になるように配置されて
   いる％許請求の範囲第１２項記載の装置。 １４、　　前記装置は、％許請求の範囲第５項に規定さ
   れるスターリング・サイクル機械の複数の対を具備し、
   前ｉｉ［：！機械の反射区間が連通状態に接続され、前
   記ポンプの反射区間が連通状態に接続されている特許請
   求の範囲第５項記載の装置。 １５、　前記の２つの通路の各々がスターリング・サイ
   クル機械の各対の作用ガス全開の間に延在する特許請求
   の範囲第１４項記載の装置。 １６．１対のスターリング・サイクル機械を含　６− み、その１つが、各々その関連するシリンダ内の往復運
   動するように取付けられた変位ピストンと動力ビストン
   を含む形式の自由ピストン型スターリング機関をＸ倫し
   、該機関は、各々がその関連するシリンダ内で往復運動
   するように取付けられた変位ピストンと動力ビストンを
   含む自由ピストン型のスターリング・サイクル・ヒート
   ・ポンン。 を具備する第２のスターリング・サイクル機械に対して
   駆動作用的にリンクされ、前記機関と前記ポンプが各々
   尚１１！区間と低温区間と反射区間を有する熱１駆動さ
   れるヒートポンプ装置において、（ａ）　　前記機関の
   ガスと前記ポンプのガスの間に連通状態にある通路を設
   け、該通路は前記スターリング機械の選択された１つの
   区間に開口し、前ｄ己区間は前記の選択されたスターリ
   ング機械のピストンの１つの端部により画成され、そし
   て（ｂ）　　前記通路におけるガスの流れを通常閉止し
   、前記ピストンの前記の１つが前記区間の選択された位
   置に移動する時龍ピストンの位置に応答して前記通路を
   開口する通路弁装置手段を具備することを特徴とする負
   荷の整合および行程の調整装置。 １７　前記通路が前記反射区間の間に延在し、前記ピス
   トンの前記の１つが動力ビストンである特許請求の範Ｉ
   Ｊｉ’＋第１６項ｄ己載の装置。 １８　前記弁装置が、繭記動カビストンの１つの経路に
   延在するアームによって作動される弁を具備する特許請
   求の範囲第１７項記載の装置。 １９　前記シリンダが実質的に同心状であシ、前記スタ
   ーリング・サイクル機械が、各動力ビストンに対して固
   定されかつ反射空間を分離する壁面を封止処理的に貫通
   するピストン・ロッドによりリンクされ、前記弁および
   前記通路が前記壁面１位Ｉｆづけされている特許請求の
   範囲第１８項記載の装置。 ２０　前記機械が、同じ平均ガス圧力を有する選択され
   た最大動力出力において選択されたピストンの行程の限
   度以内で作動する質蓋のガスで充填され、前記弁のアー
   ムは前記機関の動力ビストンによって作動される％Ｍ梢
   求の範囲第１９項記載の装置。 ２１、　　前記シリンダの壁面にポートが形成され、前
   記の１つのピストンの外壁面にポートが形成され、該ポ
   ートは、曲目ピの１つのピストンが前記の選択された位
   置にある時整合状態に配置されるも、それぞれ前記ピス
   トンおよび前記シリンダの壁面（より前記１つのピスト
   ンの他の作動位置においては閉塞され、前記通路は前記
   ポートおよび前記の１つのピストンを貫通して延在する
   ％許請求の範囲第１６項記載の装置。 ２ｚ　前記シリンダは実質的に同心状であり、前記スタ
   ーリング・サイクル機械ハ、各動力ビス−〇　− トンに対して固定されかつ前記の２つの反射区間を分離
   する壁面を貫通して延在するピストン・ロッドによって
   リンクされる特許請求の範囲第２１項記載の装置。 ２３　少なくとも１対のスターリング・サイクル機械を
   含み、その１つが、各々その関連するシリンダ内で往復
   運動するように取付けられた変位ピストンと頗１カビス
   トンを含む形式の自由ピストン型スターリング機関を具
   備し、咳機関は、各々がその関連するシリンダ内で往復
   するように取付けられた変位ピストンと動力ビストンを
   含む自由ピストン型のスターリング・サイクル響ヒート
   ・ポンプを具備する第２のスターリング・サイクル機械
   に対して駆動作用的にリンクされ、前記機関と前記ポン
   プが各々・作用ガス区間と反射区間を一緒に画成する高
   温区間と低温区間を有する熱駆動されるヒートポンプ装
   置において、 １０− （α）前記機関の区間と前記ポンプの区間との間で連通
   状幅にある通路と、 （ｂ）該通路において接続されて光分な圧力に応答して
   前記ポンプに対するガス流を許容する圧力応答逆止弁と
   、 （Ｃ）　　前記通路において接続されて、前記ピストン
   の選択された１つと共動するガス・ポンプ装置とを設け
   、該ガス・ポンプ装置は、前６己の選択されたピストン
   が選択されたオーバーストローク状態位置にある時前記
   の選択されたピストンによって作動させられる負荷の整
   合および行程の調整装置。 ２４　比較的小さな反射空間の容積を有するも比較的小
   さな反射空間の圧力変動を自する自由ピストン型スター
   リング・サイクル装置において、（α）各々が作用区間
   において往復運動を行なう変位装置を有する複数の自由
   ピストン型スターリング・サイクル装置を設け、往復運
   動する動力ビストンはその端部の１つにおける作用区間
   と前記動力ビストンの他端部により閉塞された反射区間
   において反射運動を行ない、前記動力ビストンは前記反
   射空間の実質的に一定の総容積を維持する位相関係にお
   いて相互に位相から外れて往復運動を行ない、 （ｂ）　　ガスが前記反射区間の間に流動するように前
   記スターリング装置の反射区間を相互に接続する通路を
   具備することを％徴とする装置。 ２５　前記の複数のスターリング装置は、位相から１８
   ０°外れて作動しかつ各行程において実質的に等しい変
   位値を有する動力ビストンを有するかかる装置の対を具
   備する特許請求の範囲第２４項記載の装置。 ２６　前記スターリング・サイクル装置は全てスターリ
   ング機関であり、各々が異なるスターリング・サイクル
   ・ヒート・ポンプと駆動作用的にリンクされ、前記各ヒ
   ート・ポンプは全て特許請求の範囲第２４項の（α）お
   よび（ｂ）において記載した如き要素を有する特許請求
   の範囲第２４項記載の装置。 ２７２つの前記スターリング・サイクル機関が存在し、
   ２つの前記スターリング・サイクル・ヒート・ポンプは
   １８０°位相から外れて作動し、前記ヒート・ポンプの
   動力ビストンは相互に実質的に同じ排出量を有し、前記
   機関の動力ビストンは実質的に同じ排出量を有する特許
   請求の範囲第２６項記載の装置。 ２＆　負荷を駆動するスターリング・サイクル機関の負
   荷の整合および行程の調整のための方法において、ピス
   トンの最大行程に応答して機関から貯溜部へのガスの流
   れを生じ、前記貯溜部から機関に対するガスの連続的な
   制限された直流を許容することを％徴とする方法。 １３− ２９、行程が変更可能な機関により駆動されるスターリ
   ング・サイクル・ヒート・ポンプの行程を制限する方法
   において、貯溜部を前記ヒート・ポンプの圧力よりも高
   いガス圧力に維持し、ピストンの最大行程に応答して貯
   溜部からヒート・ボンｆに対するガス流を生じることを
   ％徴とする方法。 ３０、　　ガスを保有する区間を有する自由ピストン型
   スターリング・サイクル装置において、（ａ）　　貯溜
   部と、 （ｂ）　　弁装置を含み、前記貯溜部と前記装置の区間
   との間に連通ずる通路とを設け、前記弁装置は通常は前
   記通路内のガスの流れを閉鎖するも、前記スターリング
   ・サイクル装置のピストンの選択された最大行程位置に
   応答して開口し、 （Ｇ）　　前記貯溜部と前記スターリング装置の区間と
   の間で連通し、前記貯溜部から前記スターリング１４− 装置の区間に対するガスの連続的な制限された還流を許
   容する第２の通路を設けることを特徴とする装置。 ３１　前記スターリング・サイクル装置は機関であり、
   前記第２の通路は、前ｄ己貯圀部と前ｉ己機関の区間の
   圧力が装置のいくつかの運転サイクルの後でのみ等しく
   なるように充分に狭窄されている特許請求の範囲第３０
   項記載の装置。 ３２　前記スターリング装置はヒート・ポンプであり、
   前記第２の通路はガスを前記貯溜部に対して導入するた
   めにのみ開口する第２の弁装置を含む特許請求の範囲第
   ３０項記載の装置。