熱機関用流体ポンプ、熱機関、熱システムおよび方法

专利摘要:
熱システムにおいて、低圧流体を、内部圧力の均衡によりまたは低圧状態から高圧状態へポンプ動作で送られる作動流体の流れに対する抵抗を均衡化する力により、高圧流体源へ戻す。
公开号:JP2011510226A
申请号:JP2010544446
申请日:2009-01-23
公开日:2011-03-31
发明作者:ウッズ；ジョンストン バーリー
申请人:ウッズ ジョンストン バーリー；
IPC主号:F02G1-053

专利说明:

[0001] 関連出願との相互参照
本願は、２００８年１月２３日に出願された米国仮出願第６１／０２２，８３８号および２００８年８月１９日に出願された米国仮出願第６１／０９０，０３３号に対する優先権を主張する。当該仮出願の全開示を明確にここに引用により援用する。]
[0002] 関連する米国特許第４，６９８，９７３号、 第４，９３８，１１７号、第４，９４７，７３１号、 第５，８０６，４０３号および第６，５０５，５３８号、米国仮出願第６０／５０６，１４１号、第６０／６１８，７４９号、第６０／８０７，２９９号、第６０／８０３，００８号、第６０／８６８，２０９号および第６０／９６０，４２７号ならびに国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ０５／３６１８０号および第ＰＣＴ／ＵＳ０５／３６５３２号についても、その全内容をここに引用に援用する。]
背景技術

[0003] 費用効果の高い発電機が開発されれば、毎年、価値にして数千億ドルの熱エネルギを電気に変換できるであろう。カルノーの法則によれば、利用する方法さえ見つかれば、ある温度域で、熱から電力への変換に一定量のエネルギが入手できることになるが、最も効率の良い熱機関である、スターリングエンジンは、一般に３０％までの出力の効率損失がある。スターリングは、加熱冷却交換器に入れた容積からの内部循環する作動流体を膨張させたり圧縮させたりするが、流体の加熱および冷却速度が遅く、作動流体の最大能力に到達する前に仕事出力のいくらかはすでに発生しており、したがって、３０％の効率損失、ということになる。]
[0004] １以上の実施形態において、流体を、低圧状態の前記流体の第１の流体源から高圧状態の前記流体の第２の流体源に移動させるための流体ポンプが、チャンバと、前記チャンバ内を変位可能でかつ前記チャンバを可変体積の第１および第２のサブチャンバに分割する区画部材とを備え、前記第１のサブチャンバが、それぞれ第２および第１の流体源と制御可能に連通可能な入口および出口開口を有し、前記第２サブチャンバがそれぞれ第１および第２流体源と制御可能に連通可能な入口および出口開口を有し、区画部材の対向する側の圧力が等しくされる場合、低圧状態の流体を第２のサブチャンバから第２の流体源へポンプ動作で送り込むために、前記区画部材が、第２のサブチャンバ内に移動するよう構成される。]
[0005] １以上の実施形態において、熱システムが、高圧流体を供給するための加熱交換器と、前記加熱交換器に結合されて、前記高圧流体に延在しかつ低圧状態の前記流体を排出するためのエンジンと、エンジンの排出部からの低圧流体を、内部圧力の均衡によりまたは低圧状態から高圧状態へポンプ動作で送られる作動流体の流れに対する抵抗を均衡化する力により、前記加熱交換器へ戻すための流体ポンプとを備える。]
[0006] １以上の実施形態において、流体を、低圧状態の前記流体の第１の流体源から高圧状態の前記流体の第２の流体源へポンプ動作で移動させる方法が、内部で変位可能な区部材を有するチャンバにおいて、前記チャンバを体積が可変の第１および第２のサブチャンバに分割するステップと、前記第２のサブチャンバにおいて、第１の流体源からの低圧状態の前記流体の容量を受け取るステップと、前記第２のサブチャンバにおける低圧力状態の前記流体の熱ではなく容量を前記第１のサブチャンバにおける第２の流体源からの高圧状態の前記流体の同じ容量と交換するステップとを備える。]
図面の簡単な説明

[0007] 記載の実施例は、限定ではなく例として示し、添付の図面において同じ参照番号を有する要素は、特に指摘のない限り、全体を通して同様の要素を表すものとする。]
[0008] 図１は、実施例による熱システムの模式図である。] 図１
[0009] 図２は、図１のシステムの１サイクルの多数のステップを示す複数の図を含む。] 図１ 図２
[0010] 図３は、実施例による熱システムの簡略横断面図である。] 図３
[0011] 図４は、他の実施例による熱システムの簡略横断面図である。] 図４
[0012] 図５Ａは、図３のシステムの１サイクルの多数のステップを示す図２に類似する複数の図面を含む。
図５Ｂは、図３のシステムの１サイクルの多数のステップを示す図２に類似する複数の図面を含む。
図５Ｃは、図３のシステムの１サイクルの多数のステップを示す図２に類似する複数の図面を含む。
図５Ｄは、図３のシステムの１サイクルの多数のステップを示す図２に類似する複数の図面を含む。
図５Ｅは、図３のシステムの１サイクルの多数のステップを示す図２に類似する複数の図面を含む。
図５Ｆは、図３のシステムの１サイクルの多数のステップを示す図２に類似する複数の図面を含む。
図５Ｇは、図３のシステムの１サイクルの多数のステップを示す図２に類似する複数の図面を含む。
図５Ｈは、図３のシステムの１サイクルの多数のステップを示す図２に類似する複数の図面を含む。] 図２ 図３ 図５Ａ 図５Ｂ 図５Ｃ 図５Ｄ 図５Ｅ 図５Ｆ 図５Ｇ 図５Ｈ
[0013] 図６は、他の実施例によるバルブ／ポート機構の簡略横断面図である。] 図６
[0014] 図７は、他の実施例による熱システムの簡略横断面図である。] 図７
[0015] 図８Ａは、他の実施例による流体ポンプの簡略横断面図である。
図８Ｂは、他の実施例による流体ポンプの簡略横断面図である。
図８Ｃは、図８Ｂに示すポンプピストン／偏倚素子構造の模式斜視図である。
図８Ｄは、２つのワンケルエンジンを組み込んだ実施例の模式側面図および上面図を含む。] 図８Ａ 図８Ｂ 図８Ｃ 図８Ｄ
[0016] 図９Ａは、他の実施例による熱システムの簡略横断面図である。
図９Ｂは、システムの１サイクルにおける多数のステップによる図９Ａのラッチ機構の簡略図を含む。] 図９Ａ 図９Ｂ
[0017] 図１０は、実施例による可変条件調節器の簡略横断面図を含む。] 図１０
[0018] 図１１は、１以上の実施形態による可変調節器安定化装置の簡略横断面図である。
図１２は、１以上の実施形態による可変調節器安定化装置の簡略横断面図である。] 図１１ 図１２
[0019] 図１３Ａは、１以上の実施形態によるさまざまに適用したコクムスエンジンの簡略横断面図である。
図１３Ｂは、１以上の実施形態によるさまざまに適用したコクムスエンジンの簡略横断面図である。] 図１３Ａ 図１３Ｂ
[0020] 図１４は、１以上の実施形態において使用する回転シャッター弁を開示する図である。] 図１４
[0021] 図１５は、１以上の実施形態による高効率熱電併給（ＣＨＰ）エンジンの特定の応用を開示する図である。] 図１５
実施例

[0022] （詳細な説明）
以下の詳細な説明において、説明目的で、詳細に開示された実施例を完全に理解してもらうため、多数の特定の詳細について示す。しかしながら、１以上の実施形態がこれら特定の詳細なしに実施可能であることが明らかになるであろう。他の例では、図面を簡素化するために、周知の構成および装置については模式的に示す。]
[0023] 図１は、熱システム１０００の模式図であり、以下スーニーエンジン（Ｓｏｏｎｙ Ｅｎｇｉｎｅ）１０００と称する。] 図１
[0024] 実施例のスーニーエンジン１０００は、熱機関４００、加熱交換器５００、冷却交換器６００および流体ポンプ７００を含む。]
[0025] 実施例の加熱交換器５００は、作動流体を加熱する閉じた容器である、ボイラーを備える。実施例における作動流体は、圧力下に加熱される。加熱された作動流体の水蒸気または蒸気は、その時点で高圧状態にあり、その後加熱交換器５００を出て循環し、エンジンシリンダ４００内で使用される。実施例において加熱交換器５００の熱源（図示せず）は、木材、石炭、油、天然ガス等のいずれかのタイプの化石燃料を燃焼させたものが可能である。他の実施例では、熱源は、太陽光、電気、核（低レベル核廃棄物等）なども考えられる。熱源は、自動車の排気ガスや工場の煙突等他の処理から捨てられた熱でもよい。]
[0026] 作動流体は、熱機関で利用可能な、どのタイプの作動流体でもよい。これらに限られるわけではないが、例として、水、空気、水素、ヘリウムなどが挙げられる。実施例においては、作動流体として、Ｒ−１３４を使用する。他の実施例では、約２１２°Ｆ等のヘリウムを使用する。]
[0027] 実施例において、冷却交換器６００は、冷却の必要がある作動後の作動流体を流す、一連のチューブを含むシェルまたはチューブ交換器である。チューブが冷却チャンバ１１０を画定する。作動済み作動流体から必要な熱を吸収するようにチューブの上に冷却剤を流す。実施例において、水を冷却剤として使用する。空気等の他の冷却剤の使用も排除しない。]
[0028] 熱機関４００は、加熱した作動流体で動作して、加熱された作動流体のエネルギをたとえばクランクシャフトや発電機等の出力機構１０１を経由する有用な仕事に変換するタイプである。加熱された作動流体は入口ポート１２１を介して熱機関４００に入り、出口ポート１２２を介して熱機関４００を出て冷却交換器６００へ排出される。加熱交換器５００から冷却交換器６００へ熱が伝達される間、熱のいくらかが出力機構１０１によって有用な仕事に変換される。熱機関４００は、ＴＢＣ（上死点）とＢＤＣ（下死点）との間で、熱機関４００のシリンダ（参照番号なし）内で移動可能なパワーピストン１０３を備え、これは、ワンケルエンジンの回転動作も含み、これについては、以下のいくつかの実施形態で後述する。図１に１０４で示す、ＴＤＣにおけるパワーピストン１０３のてっぺんとシリンダ壁との間のシリンダの内部体積が、パワーピストン１０３のダウンストロークにおけるピストンチャンバおよびパワーピストン１０３のアップストロークにおける圧縮チャンバを画定する。以下の実施例のいくつかに後述するとおり、ダウンストローク時には、熱機関４００が発生する仕事を外部に伝達するため、かつ圧縮時には、パワーピストン１０３を駆動して、アップストローク時に使用した作動流体およびのマイナスの仕事を排出するために、パワーピストンシャフト１４１がパワーピストン１０３を出力機構１０１に接続する。] 図１
[0029] これらに限定するわけではないが、エンジンシリンダ４００の例として、本明細書の冒頭に挙げた特許および出願、とりわけ、米国特許第５，８０６，４０３号および第６，５０５，５３８号に開示される多気筒ユニフローエンジンが挙げられる。]
[0030] 流体ポンプ７００を設けて、高圧力状態にある加熱交換器５００へ、低圧力状態の作動済み作動流体を戻す。いくつかの実施形態では、流体ポンプ７００によって、膨張した作動流体を気相−液相変化を経ずに加熱交換器５００に戻すことが可能である。流体ポンプ７００は、変位可能なポンプピストン１１３によって２つのサブチャンバ１１４および１１２に分けられたポンプチャンバ７０１を備える。ポンプピストン１１３は、スーニーエンジン１０００のサイクルのある一定の期間（アップストローク等）、ポンプピストン１１３がパワーピストン１０３を追随し、かつ他の期間（ダウンストローク等）、パワーピストン１０３から独立させることを可能にするコネクタ８００を介して熱機関４００のパワーピストン１０３により作動的かつ制御可能に駆動される。ポンプピストン１１３は、偏倚素子７０９によってさらに偏倚される。いくつかの実施形態では、偏倚素子７０９は、第２のポンプサブチャンバ１１２の容量を最小限にする方向にポンプピストン１１３を引っ張るばねを備える。１以上の実施形態において、下記のとおり適時に流体ポンプを強制的に閉じることができるエアシリンダや何らかのアクチュエータ等、偏倚素子７０９の他の構成が使用される。]
[0031] 第一のポンプサブチャンバ１１４は、接続部１２３を介して熱機関４００のピストンチャンバ１０４と連通可能で、パワーピストン１０３のダウンストロークにおいて膨張チャンバを画定し、かつパワーピストン１０３のアップストロークにおいてポンプ変位チャンバを画定する。実施例において、排出ポート１２２が第一のポンプサブチャンバ１１４に設けられ、冷却交換器６００と第１のポンプサブチャンバ１１４との間で流体が連通する。ただし、他の構成も排除しない。たとえば、１以上の排出ポート１２２を第１のポンプサブチャンバ１１４および／またはピストンチャンバ１０４および／または接続部１２３に設ける。同様に、いくつかの実施形態では、１以上の入口ポート１２１を第１のポンプサブチャンバ１１４および／またはピストンチャンバ１０４および／または接続部１２３に設ける。第一のサブチャンバは、いくつかの実施形態において、後述の通り、膨張チャンバとポンプ変位チャンバの二重の機能を有し、以下「膨張チャンバ」（総称としては、ピストンチャンバ）または「ポンプ変位チャンバ」と称することもある。]
[0032] 第２のポンプサブチャンバ１１２は、ポンプ出口ポート１２４を介して加熱交換器５００とかつポンプ入口ポート１２５を介して冷却交換器６００と連通可能である。逆止め弁等の１以上の制御素子を１以上のポート１２１、１２２、１２４および１２５に設けて、スーニーエンジン１０００の動作中にそれぞれのポートの開閉を制御する。他の実施例では、バルブ／ポート制御機構（図示せず）も設け、ポート１２１、１２２、１２４および１２５のうち１つ以上の開放および／または閉鎖を制御する。第２のポンプサブチャンバは、以下の記載では「ポンプ」と称することもある。以下の１以上の実施形態で後述するとおり、「ポンプ」は、ポンプ動作の後、第２のポンプサブチャンバが、最小体積（いくつかの実施形態ではゼロ）かまたはそれに近いときに、閉じられるかまたは「遮断」される。１以上の実施形態で後述するとおり、ポンプ動作の直前、第２のポンプサブチャンバが最大体積（いくつかの実施形態ではポンプチャンバの全体積）かまたはそれに近いときに、「ポンプがいっぱい」になる。]
[0033] スーニーエンジン１０００の１つの動作サイクルについて、スーニーエンジン１０００の動作の際のいくつかのステップを説明する図１に類似する複数の図を含む図２を参照して説明する。特定のステップの説明に必要な参照番号のみを図２に示す。] 図１ 図２
[0034] エンジンの動作を理解するためには、サイクルの３つの点について説明する必要がある。]
[0035] １）パワーピストン１０３のダウンストローク時に、ともに膨張するピストンチャンバ１０４と第１のポンプサブチャンバ１１４とを含む膨張チャンバ１０７（図２のステップ１に示す）で発生するプラスの仕事出力の性質。] 図２
[0036] ２）パワーピストン１０３のダウンストローク時に同時に冷却と圧縮の両方が行われる、ピストンチャンバ１０４（この時点で圧縮チャンバして機能）と、第１のポンプサブチャンバ１１４（この時点でポンプ変位チャンバとして機能）と、冷却交換器６００の冷却チャンバ１１０と、第２のポンプサブチャンバ１１２を備える冷却消費チャンバ１００（図２のステップ７に示す）内で発生する再圧縮による引き起こされる反仕事（ａｎｔｉ−ｗｏｒｋ）の性質。] 図２
[0037] ３）膨張１）と圧縮２）との間の圧力差により出力される仕事の有効バランス。]
[0038] エンジン１０００のプラスの仕事１）は、低圧力の排出シンク（冷却交換器６００等）へ向かう高圧の加熱された作動流体の膨張によって作りだされる。]
[0039] 冷却消費チャンバ１００におけるマイナスの仕事２）は、圧縮と冷却の際に作動流体に課せられる仕事である。作動流体の収縮は、冷却交換器６００の冷却チャンバ１１０を通過する間の圧縮と熱のレーキングオフによって引き起こされる。]
[0040] 仕事３）は、特に、パワーピストン１０３が上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間を移動する際に、膨張チャンバ１０７における膨張する体積と、冷却消費チャンバ１００の収縮する体積との間に生じる仕事または圧力差により作り出される。]
[0041] ステップ１]
[0042] ステップ１は、ポンプ動作直前のスーニーエンジン１０００を示す。たとえばパワーピストン１０３のアップストローク時またはその終了時等ＴＤＣ時またはそれに近い時点で、加熱交換器５００からの高圧力の加熱された作動流体が少しだけ開けられた（ステップ１および２のために）入口ポート１２１を介して膨張チャンバ１０７の最小体積内へ注入される。詳細には、加熱交換器５００内の作動流体は、入力ポート１２１を介して、ピストンチャンバ１０４および第１のサブチャンバ１１４にいたる。いくつかの実施形態においては、膨張チャンバ１０７の最小体積は、できる限りゼロに近いものにする必要がある。ここで以下の説明から明らかな通り、第２のポンプサブチャンバ１１２は、冷却され圧縮された作動流体で一杯である。冷却チャンバ１１０と第２のポンプサブチャンバ１１２の間の接続部をステップ１に示し、冷却され圧縮された作動流体が、冷却チャンバ１１０から第２のポンプサブチャンバ１１２内へ流れ込む可能性（いくつかの実施形態においては）または流れ込まない可能性（他の実施例では）を示すものである。いくつかの実施形態においては、冷却され圧縮された作動流体が、ポンプ入力ポート１２５の逆戻り弁等により、冷却チャンバ１１０（特にポンプ動作の間）へ流れて戻らないようにされる。引っ張りバネ等の偏倚素子７０９がセットされる。コネクタ８００がパワーピストン１０３とポンプピストン１１３とを接続できるようにする。このすぐ下に説明するとおり、加熱交換器５００から注入された作動流体が、内部力の均衡を達成し、流体ポンプ７００がその充填分（第２ポンプサブチャンバ１１２における）を加熱交換器５００内にポンプ動作で戻す。]
[0043] ステップ２]
[0044] ステップ２は、ポンプ動作が完了する直前のスーニーエンジン１０００を示す。コネクタ８００は、パワーピストン１０３とポンプピストン１１３との間の接続を解除できないようにされる。詳述する実施例におけるコネクタ８００の解除は、加熱交換器５００から膨張チャンバ１０７に至る加熱された作動流体にアクセスするために、入口ポート１２１が開かれた後に実行される。しかしながら、いくつかの他の実施例においては、入口ポート１２１が開かれる時またはその少し前にコネクタ８００を不能化する場合も排除していない。コネクタ８００が解除された後、ポンプピストン１１３は、ポンプピストン１１３を図２のステップ２に示す閉ポンプ位置のほうへ押しやる偏倚素子７０９の偏倚動作のみを受ける。第２のポンプサブチャンバ１１２における冷却され圧縮された作動流体は、その時点で開放されたポンプ出口ポート１２４を介してポンプピストン１１３によりポンプ動作を受けて、加熱交換器５００へ戻される。ポンプピストン１１３の両側の加熱作動流体の存在によって圧力が等しくされるので、偏倚素子７０９を使って、ポンプの充填分を加熱交換器５００へポンプ動作で押し戻すにはほんの少しのエネルギしか必要としない。ポンプピストン１１３は、図２のステップ２に示す閉ポンプ位置で止められる。ポンプピストン１１３が閉ポンプ位置またはそれに近い位置に存在していることで、ポンプピストン１１３の本体によりまたは、上記のバルブ／ポート制御機構を介してかのいずれかにより、ポンプ出口ポート１２４が閉められる。いくつかの実施形態において、閉ポンプ位置にある第２のポンプサブチャンバ１１２の体積は、できる限りゼロに近いものに近いものにする必要がある。膨張チャンバ１０７では、加熱作動流体が膨張をはじめパワーピストン１０３をＢＤＣのほうへ移動させ始める。] 図２
[0045] ステップ３]
[0046] ステップ３は、膨張（ダウン）ストロークの初期の段階にあるスーニーエンジン１０００を示す。膨張チャンバ１０７内に隔離されて膨張が起こるように、入口ポート１２１は閉めてある。ステップ３では、ピストンチャンバ１０４と第１のポンプサブチャンバ１１４を含む膨張チャンバ１０７を加熱交換器５００および冷却交換器６００から遮断するようにする。パワーピストン１０３が、ダウンストロークを開始し、断熱的に作動流体が膨張することを可能にする。ポンプピストン１１３のダウンストロークは、パワーピストンシャフト１４１を介して出力機構１０１へ出力される仕事を発生させる。ポンプピストン１１３は、偏倚素子７０９により閉ポンプ位置に維持される。]
[0047] ステップ４]
[0048] ステップ４は、膨張（ダウン）ストロークの完了間近のスーニーエンジン１０００を示す。膨張チャンバ１０７内の作動流体は、加熱交換器５００および冷却交換器６００から隔離されて、ＢＤＣの方向へ膨張を続ける。]
[0049] ステップ５]
[0050] ステップ５は、膨張（ダウン）ストロークの終了時、すなわち圧縮（アップ）ストロークの開始時のスーニーエンジン１０００を示す。ピストンチャンバ１０４と第１のポンプサブチャンバ１１４は、膨張チャンバから圧縮チャンバへ変更の途中である。パワーピストンシャフト１４１は、（ａ）作動流体の膨張によるプラスの仕事を外部へ移動させる状態から（ｂ）外部からのマイナスの仕事を移動させて、作動済みの作動流体の次の圧縮を駆動する状態へ変換される途中である。パワーピストン１０３は、そのダウンストロークを完了しており、ＢＤＣに到達している。排出ポート１２２が冷却交換器６００に対して開かれる。ピストンチャンバ１０４および第１のポンプサブチャンバ１１４は、この時点で、それぞれ、圧縮チャンバとポンプ変位チャンバに変わり、作動流体を冷却交換器６００内へ押し込むことができる。パワー出力ダウンストロークは、ステップ６の圧縮に備えて、圧縮入力アップストロークにシフトする。]
[0051] ステップ６]
[0052] ステップ６は、圧縮（アップ）ストロークの初期段階におけるスーニーエンジン１０００を示す。コネクタ８００を再び作動させてパワーピストン１０３とポンプピストン１１３とを接続する。こうして、ポンプピストン１１３が、パワーピストン１０３での閉ポンプ位置から、後者のアップストロークの際に移動する。なお、ＢＤＣでの各サイクルの間、膨張チャンバ１０７は、モードを変更して冷却消費チャンバ１００（図２のステップ７に最もよく示される）になっており、消費された作動流体が、ここで同時に圧縮され冷却される。エンジン出力（その時点では圧縮部として機能）から反仕事（パワーピストンシャフト１４１経由）を引き起こす圧縮入力アップストロークは、ピストンチャンバ１０４（この時点で圧縮チャンバとして機能）および第１のポンプサブチャンバ１１４（その時点でポンプ変位チャンバとして機能）における消費された作動流体を取り込み、圧縮を開始する。排出ポート１２２およびポンプ入口ポート１２５が開かれ、ポンプ変位チャンバ１１４からの再圧縮された消費済み作動流体が冷却交換器６００内に入る。その後、冷却され圧縮された作動流体が、パワーピストン１０３およびポンプピストン１１３の依然としてアップストローク動作によって強制的に第２ポンプサブチャンバ１１２内へ押し込まれる。] 図２
[0053] ステップ７]
[0054] ステップ７は、その圧縮（アップ）ストロークの途中にあるスーニーエンジン１０００を示す図である。圧縮チャンバ１０４は、パワーピストン１０３が圧縮チャンバ１０４の体積を侵食する間、引き続き閉じたままである。なお、ポンプピストン１１３の両側の圧力は等しくされる。圧縮入力（図２のステップ６から８に模式的に示す）は、熱機関４００のプラスの仕事出力に対して課される反仕事により引き起こされる。] 図２
[0055] ステップ８]
[0056] ステップ８は、圧縮（アップ）ストロークの完了時に近い時点でのスーニーエンジン１０００を示す。第２のポンプサブチャンバ１１２は、ほぼ完全に一杯に近づき、そのポンプ充填分を加熱交換器５００に放出する準備ができつつある。スーニーエンジン１０００は、再びステップ１を開始する準備ができている。]
[0057] 上記は、膨張と圧縮のサイクルを経る際の熱機関４００の１つのパワーシリンダを中心に記載する。いくつかの実施形態においては、スーニーエンジン１０００の熱機関４００が、各々が専用の流体ポンプ７００と冷却チャンバ１１０を備える２以上のシリンダを備える。たとえば、ある実施例の熱機関４００は、互いに９０°ずつオフセットされた４つのパワーシリンダを有し、これらすべてが各パワーシリンダのパワーピストンシャフト１４１に接続された共通のドライブシャフトに作用して、連続した回転仕事出力を確実にする。１以上のパワーシリンダのプラスの膨張仕事を一部利用して、他のパワーシリンダのマイナスの圧縮仕事を行う。]
[0058] １以上の実施形態において、冷却チャンバ１１０および／または加熱交換器５００の熱交換器チャンバが現実的に可能な限りの大きさ（熱システムの他のチャンバに比較して）に構成される。]
[0059] １以上の実施形態において、たとえば圧縮チャンバ１０７と冷却チャンバ１１０との間の排出ポート１２２における逆戻り弁等により、冷却チャンバ１１０における圧力が保持される。冷却チャンバ１１０の圧力が、いくつかの実施形態において、以下の実施例において約３７３ｐｓi等のシステムの中間圧力付近で、止められる。逆戻り弁の存在により、圧縮ストロークの開始時に、膨張作動流体はすぐには冷却チャンバ１１０に移動しない（図２のステップ６）。] 図２
[0060] その代り、圧縮ストロークの初期段階で作動済み作動流体をピストンチャンバ１０４および第１のポンプサブチャンバ１１４内でまず圧縮する（図２のステップ７）。依然として隔離されているピストンチャンバ１０４および第１のポンプサブチャンバ１１４内の圧力は、以下に説明する実施例にあるような約２５５ｐｓiのシステムの最小圧力より上昇する。同時に、ポンプ入口ポート１２５が開いている間、その時点で第２のポンプサブチャンバ１１２に接続される冷却チャンバ１１０内の圧力は、付加され上昇する第２のポンプサブチャンバ１１２の体積のせいで、以下の実施例のとおり、約３０６ｐｓi等までわずかに減少する。圧縮ストロークの初期段階での第２のポンプサブチャンバ１１２内の圧力は、第１のポンプサブチャンバ１１４内の圧力より高く、ＴＤＣに向かうパワーピストン１１３の上向きの動きを容易にする等、ポンプの開放を支援する。このため、いくつかの実施形態においては、圧縮ストロークの開始時に、即時コネクタ８００を起動する必要はなく、第２および第１のポンプサブチャンバ１１２および１１４内の圧力が等しくなるまで、これら２つのポンプサブチャンバの圧力差によって、ポンプピストン１１３を、ＴＤＣ方向へ「浮遊」させる。] 図２
[0061] 第１および第２のポンプサブチャンバ１１４および１１２間の圧力が等しくなると、ポンプピストン１１３は、その時点で起動されたコネクタ８００を介してパワーピストン１１３により強制的にＴＤＣに向かって移動させられ、これによりピストンチャンバ１０４および第１のポンプサブチャンバ１１４内の作動済み作動流体がさらに圧縮される。第１のポンプサブチャンバ１１４およびピストンチャンバ１０４の作動済み圧縮作動流体の圧力が排出ポート１２２の逆戻り弁の開放圧力に達すると、排出ポート１２２が開き、圧縮された作動流体が冷却チャンバ１１０内に流れ込み、冷却チャンバ１１０および第２のポンプサブチャンバ１１２内の圧力を、下記の実施例にあるような、たとえば３０６ｐｓiから３７３ｐｓiの範囲の所望のレベルへ再び押し上げる。パワーピストン１０３およびポンプピストン１１３により冷却チャンバ１１０に流れ込んだ圧縮作動流体は、冷却交換器６００の冷却剤によってより低いエントロピーまで冷却される。冷却され圧縮された作動流体は、次に第２のポンプサブチャンバ１１２内へ移動する。]
[0062] ともに大容量の冷却チャンバ１１０を提供し、大型冷却チャンバ１１０内の圧力を抑える実施例により、（a）冷却チャンバ１１０と膨張チャンバ１０7との間の乱流が防止され、（ｂ）第２のポンプサブチャンバ１１２内の作動流体が熱の除去なしに圧縮されてしまうことを防止する。いくつかの実施形態においては、冷却チャンバ１１０および第２のポンプサブチャンバ１１２を中間圧力近くに保持することで、第２のポンプサブチャンバ１１２内の圧力を安定化させ、アップストローク時の圧縮チャンバ全体の作動流体の圧縮フェーズの際に熱の吸収能力を向上させる。なお、アップストロークの初期段階において、ちょうど、流体ポンプ７００におけるより高圧の均一化が、ＴＤＣでの流体ポンプ７００の急速な閉鎖を支援するように、流体ポンプ７００におけるより低圧での均一化を図ることで、流体ポンプ７００の開放が支援される。]
[0063] １以上の実施形態において、ステップ１および２に記載されるポンプ動作によって、第２のポンプサブチャンバ１１２における冷却および圧縮作動流体の容積（ステップ１）が、第１のポンプサブチャンバ１１４における加熱された作動流体の同じ容積と交換される（ステップ２）。この実施例では、スーニーエンジン１０００が、典型的なスターリングエンジンが熱交換するより非常に速い速度で容積を交換する。典型的なスターリングエンジンでは、この熱交換プロセスにおける回避不能な遅れが、熱効率の３０％の損失を被る理由である。詳細には、典型的なスターリングエンジンは、作動流体が十分に加熱される前に仕事出力のいくらかが発生するように、作動流体が作動ストロークの間に熱を吸収しているので、仕事出力を失う。このように、スーニーエンジン１０００の１以上の実施形態における容積の交換は、スターリングエンジンよりもより慎重で急速にすることができる。]
[0064] 一局面において、典型的なスターリングエンジンとは違い、１以上の実施形態によるスーニーエンジン１０００は、熱機関４００の作動シリンダに注入されて戻ってくる前に完全に加熱できるように、作動流体の容積（第２のポンプサブチャンバ１１２からの）をすべて循環させる。これにより、作動流体はその仕事出力の能力を十分に実現することができる。同様に、１以上の実施形態において、サイクルの圧縮フェーズの際に、作動流体を完全に冷却する。したがって、１以上の実施形態において、スーニーエンジン１０００は、典型的なスターリングエンジンにより無駄になる３０％の効率のいくらかまたは多くを利用してカルノーブラケット（Carnot bracket）をくまなく実現する。]
[0065] １以上の実施形態において、典型的なスターリングエンジンによる３０％の効率損失を、（a）流体ポンプ７００の急速な閉鎖動作によりおよび／または（ｂ）偏倚素子７０９のコッキングによるわずかの損失だけで取り戻すことができる。前者、すなわち流体ポンプ７００の急速な閉鎖動作は、ポンプピストン１１３の対向する側にかかる圧力を等しくすることにより、ポンプ動作のための偏倚力がほとんど出力損失なしに作用することができるため実現可能である。１以上の実施形態において、スーニーエンジン１０００は作動流体の循環を強制的に行わず、自然に行われるようにする。均衡がとれた圧力環境下では、偏倚素子７０９は、流体ポンプ７００の閉鎖（図２のステップ２）を実際に引き起こす。偏倚素子７０９の力を、均一化が生じるＴＤＣにおける機会の瞬間までロードして保存しておき（図２のステップ１）、急速なポンプの閉鎖動作を図る。１以上の実施形態において、ＴＤＣでの機会の瞬間に備えて偏倚素子７０９をセットするコネクタ８００により、同じく均衡圧力条件下に、流体ポンプ７００が開放される（図２のステップ６−８）。後者、すなわち、いくつかの実施形態においては、偏倚素子７０９をセットすることによる損失は、典型的なスターリングエンジンによる３０％の効率損失に比べれば、４．５％から５％等とわずかであり、偏倚素子７０９の力は、依然としてポンプピストン１１３を動かすのに十分であり、この時間フレームにおいて、ポンプ機構の総重量を克服するのに十分な速度がある。] 図２
[0066] 他の局面では、流体ポンプ７００のポンプ開放時（ステップ５から８）およびポンプ閉鎖時（ステップ１から２）の際の、１以上の実施形態による、スーニーエンジン１０００の内部圧力のバランスにより作動流体が十分に循環し、熱機関４００に入る前に十分に加熱されおよび／または圧縮の際に十分に冷却されることが可能である。１以上の実施形態における、スーニーエンジン１０００の構成は、エンジン内に内部力の一瞬の均衡があって、エネルギをあまり使わずまたは典型的なスターリングエンジンを含む他のエンジンに生じる典型的な損失を被ることなく、低温／低圧力から高温／高圧力へ作動流体の急速な搬送が図られる場合、そのサイクルの間に訪れる機会の瞬間ウィンドウを利用する。この局面においては、スーニーエンジン１０００は、ブライトン（Brayton）、ランキン（Rankin）、エリクソン（Ericsson）や標準的スターリングエンジンでもない、新しい種類の熱機関である。]
[0067] 実施例]
[0068] スーニーエンジン１０００の実施態様の特定の実施例について以下に説明する。]
[0069] Ａ．膨張]
[0070] スーニーエンジン１０００の仕事出力（Ｗ＝ΔｐΔＶ）は、作動流体がサイクルを経る際の膨張と圧縮の間の仕事差である。]
[0071] Ｗ＝Ｗ膨張−Ｗ圧縮／冷却＝ΔｐΔＶ膨張−ΔｐΔＶ圧縮／冷却]
[0072] 作動流体としてヘリウムを利用して、２１２°Ｆから６２°Ｆの温度範囲および４８０ｐｓｉから２５５ｐｓｉの圧力範囲のパラメータで、膨張チャンバ１０７は以下のように膨張する。]
[0073] ΔＶ膨張＝ＶＢＤＣ膨張−ＶＴＤＣ膨張＝４８０ｐｓｉで、１容積単位]
[0074] ここで]
[0075] ＶＢＤＣ膨張は、ＢＤＣにおける膨張チャンバ１０７の総体積（＝３．１８７７容積単位等）であり、ピストンチャンバ１０４と第１のポンプサブチャンバ１１４の最大体積の合計により規定され（ステップ５）、かつ]
[0076] ＶＴＤＣ膨張は、ＴＤＣにおけるピストンチャンバ１０４の体積はゼロであると仮定して、ＴＤＣにおける膨張チャンバ１０７の総体積（たとえば＝２．１８７７容積単位）であり、第１のポンプサブチャンバ１１４の最大体積により規定される（ステップ２）。]
[0077] ＶＢＤＣ膨張／ＶＴＤＣ膨張は、膨張の比率である（たとえば、３．１８７７／２．１８７７＝１．４５７１倍）。]
[0078] こうして、加熱交換器５００から２．１８７７容積単位の高温／高熱の作動流体を注入される第１のポンプサブチャンバ１１４は、パワーピストン１０３がＴＤＣからＢＤＣへ移動する際１容積単位膨張し、膨張中の作動流体において、４８０ｐｓｉから２５５ｐｓｉまでの圧力の低下が起こり、かつ２１２°Ｆから６２°Ｆへの温度の低下が起こる。]
[0079] Ｂ．圧縮、冷却およびポンプ動作]
[0080] 上記のとおり、ＢＤＣからＴＤＣへのアップストロークの際に、パワーピストン１０３とポンプピストン１１３は、冷却消費チャンバ１００に侵入し、それまで膨張していた作動流体を冷却交換器６００の冷却チャンバ１１０内へ圧縮しておくり、その後、上記のとおり排出ポート１２２で逆戻り弁により約３７３ｐｓｉに保持される流体ポンプ７００の第２のポンプサブチャンバ１１２に流れ込ませる。]
[0081] ピストンチャンバ１０４（この時点では圧縮チャンバとして機能）と第１のポンプサブチャンバ１１４（この時点ではポンプ変位チャンバとして機能）の総体積は、アップストロークの間１容積単位だけ圧縮されるので、膨張作動流体の圧力は２５５ｐｓｉから３７２．９６ｐｓｉまで上昇する。ポンプピストン１１３が、ポンプ変位チャンバ１１４内に侵入するのにほとんど仕事損失を要しない。これは、ポンプピストン１１３の対向する側にかかる圧力が等しくされるからである。作動流体は、冷却変換器６００の冷却チャンバ１１０に入り、その後、流体ポンプ７００の第２のポンプサブチャンバ１１２に入るが、約３７３ｐｓｉのほとんど一定の圧力で６２°Ｆに保持され、エントロピーが７．２１４８から７．０２６３Ｂｔｕ／ｌｂｍ-°Ｒへ低下し、かつ加熱交換器５００において加熱された流体に等しい濃度の上昇がある。]
[0082] たとえば、冷却交換器６００の冷却チャンバ１１０が、１０容積単位で、逆戻り弁により封じられると、冷却消費チャンバ１００の初期総体積ＶＢＤＣ圧縮／冷却は、１３．１８７７容積単位（ステップ６）になり、かつ冷却消費チャンバ１００の最終総体積ＶＴＤＣ圧縮／冷却は、１２．１８７７容積単位となる。ピストンチャンバ１０４および第１のポンプサブチャンバ１１４の総体積における２．１８７７／３．１８７７＝６８．６３％の減少が１／１．４５７１の膨張に対抗するためには必要である。２５５ｐｓｉから約３７２．９６ｐｓｉの圧縮とともに、６２°Ｆでの一定の冷却でのエントロピーの減少（７．２１４８から７．０２６３Ｂｔu／ｌｂｍ−°Ｒ）が、第２のポンプサブチャンバ１１２から加熱交換器５００へのポンプ動作による全流量が、正確に加熱交換器５００から第１のポンプサブチャンバ１１４へ供給される流量になるように、密度を上昇させる。ポンプピストン１１３の両側の圧力が等しいので、作動流体は、最小限の効率損失で循環し、この特定の例において、スーニーエンジン１０００がその最適カルノー効率能力に近づくことを可能にする。]
[0083] Ｃ．熱効率]
[0084] 以下に、エンジン効率を決定するのに使用する熱と仕事損失／利得（ｈ＆Ｑ）の詳細な内訳を示す。]
[0085] ζ= Ｗ膨張−Ｗ圧縮／冷却／ｄ２／ｄｉ × （Ｑ）]
[0086] ここで]
[0087] ｄ２＝ポンプ動作前で、６２°Ｆでかつ３７３ｐｓｉの圧縮作動流体の濃度。]
[0088] ｄ1＝６２°Ｆでかつ２５５ｐｓｉまたはＢＤＣにおける、膨張した作動流体の濃度。]
[0089] Ｑ１＝再圧縮の前に、エンジン膨張により消費される熱（４８０ｐｓｉから２５５ｐｓｉで）。]
[0090] Ｑ２＝流体ポンプ７００における６２°Ｆから加熱交換器５００の２１２°Ｆまでの熱の補充。]
[0091] Ｗ膨張＝ｈヘリウム＠２１２°Ｆ−ｈヘリウム＠６２°Ｆ＝４６７３.６Ｂｔｕ−４４８５．４Ｂｔｕ＝１８８．２Ｂｔｕ/ｌｂｍ]
[0092] 圧縮により引き起こされるマイナスの仕事を決定する。]
[0093] 圧縮温度は、６２°Ｆで一定なので、Ｗｈｅ＝−∫ｖｉＶ２ｍＲＴｄＶ／Ｖ＝−∫ｖｉＶ２ｍＲＴｄＰ／Ｐとなる。]
[0094] 以下のように仮定する。]
[0095] Ｐ高＝４８０ｐｓｉ（加熱交換器５００において）]
[0096] Ｐ中間＝３７３ｐｓｉ（第２のポンプサブチャンバ１１２において）]
[0097] Ｐ低＝２５５ｐｓｉ（冷却交換器６００の冷却チャンバ１１０において）]
[0098] Ｖ開＝３．１８７７単位（ＶＢＤＣ膨張）]
[0099] Ｖ閉＝２．１８７７単位（ＶＴＤＣ膨張）]
[0100] そこで、]
[0101] ｄＰ＝３７３−２２５ｐｓｉ＝１１８ｐｓｉ]
[0102] ΔＶ＝１単位]
[0103] ｍ＝.１８０８１ｌｂｍ／ｆｔ3を利用して、ヘリウムの１ｆｔ3の重量は、]
[0104] −Ｗｈｅ＝−∫ｖ１ｖ２ｍＲＴΔＶ／Ｖ＝−１２８．５６Ｂｔｕ／ｌｍｂ]
[0105] 熱の損失と利得に対処するため、ここでシステムを循環する作動流体の特定の条件について、見ていく。加熱交換器５００へ送られる前の３．１８７７単位から２．１８７７単位（２５５ｐｓｉから３７３ｐｓｉ）への部分的圧縮は、２５５ｐｓｉと４８０ｐｓｉの中間である。この圧縮によって起こる密度の上昇により、実際には、作動流体が、部分的に上昇した圧力条件下で加熱交換器５００に流れて戻る。]
[0106] 圧縮の際に水等の冷却剤で除去された熱は、以下のように決定する。]
[0107] Ｑ１＝４６７３．６Ｂｔｕ−４４８５．４Ｂｔｕ＝１８８．２Ｂｔｕである。２５５ｐｓｉから４８０ｐｓｉまで同じ１単位を上げるために、同じ１８８.２Ｂｔｕが必要である。]
[0108] Ｑ２＝４６７４．６Ｂｔｕ−４４８６.５Ｂｔｕ＝１８７．１Ｂｔｕ／ｌｂｍ]
[0109] 加熱交換器５００における循環流体に加える必要があるｌｂｍ当たりの熱は、再圧縮の際に取り除かれる熱と同じである。圧縮フェーズは断熱であるから、作動ダウンストロークの間には実際に熱の除去はない。再圧縮の際に熱の除去が起こる一方で、流体は一定の低い温度６２°Ｆで保持される。この熱の除去は、再圧縮され冷却される際の膨張作動流体の密度における変化の要素である。圧縮流体（６２°Ｆで維持される）は、３７３ｐｓｉ（２５５ｐｓｉと４８０ｐｓｉとの中間）まで昇圧させるので、Ｑ２（圧縮時に除去されるｌｂｍ当たりの熱は、レザボアに加えられることになる熱に等しい）は、一定の温度である６２°Ｆで、２５５ｐｓｉから３７３ｐｓｉまでの圧力の変化により引き起こされる密度の上昇の係数である。]
[0110] 流体ポンプ７００の６２°Ｆから加熱交換器５００における２１２°Ｆまでの熱の補充は、]
[0111] ２５５ｐｓｉから３７３ｐｓｉまでの圧縮の際に取り除かれる熱によるζ＝ｄ２/ｄ1×（Ｑ２）＝ｄ２/ｄ１×１８７．１Ｂｔｕ の損失である。]
[0112] これは、６２°Ｆから２１２°Ｆまたは３７３ｐｓｉから４８０ｐｓｉに作動流体の温度を上昇させるために補充が必要な同じ熱である。加えた熱は、Ｂｔｕ／ｌｂｍで測定するので、レザボアにおいて補充される熱は、一定の温度６２°Ｆでの圧縮の際に引き出された熱と同じであり、圧縮時の密度における増加の係数に膨張時に生じる可逆な断熱の熱差を乗算したものである。]
[0113] ｄＶ ＝ＶＴＤＣ膨張／ ＶＢＤＣ膨張＝２．１８７７／３．１８７7 ＝ ０．６８６３]
[0114] ｄ２／ｄ１ ＝ ３．１８７７／２．１８７７ （上記の逆） ＝ .２３６４４ ｌｂｍ／ｆｔ３／ .１８０８０ ｌｂｍ／ｆｔ３ ＝ １．４５７１]
[0115] 冷却交換器６００の冷却チャンバ１１０において抑えられた１０単位で示す圧力は、〜３７３ｐｓｉの極限圧力を保持する。流体ポンプ７００の第２のポンプサブチャンバ１１２が、２．１８７７単位で完全に開くと、第２のポンプサブチャンバ１１２および冷却チャンバ１１０の両方における圧力のバランスは、以下のように低下する。]
[0116] １０単位×３７３ｐｓｉ／１２．１８７７＝３０６．０５ｐｓｉ]
[0117] ２５５ｐｓｉで３．１８７７単位が冷却チャンバ１１０および流体ポンプ７００の第２のポンプサブチャンバ１１２に１２．１８７７単位で強制的に流入させられると、圧力は再び上昇する。]
[0118] Ｐ＝３０６.０５×１２．１８７７単位＋２５５×３．１８７７単位／１２．１８７７単位＝３７２．７５ｐｓｉ、すなわち平均３７３ｐｓｉの圧力となる。]
[0119] 上記のデータに基づき、スーニーエンジンの効率が以下の通り決定される。]
[0120] ζ＝ Ｗ膨張− Ｗ圧縮／冷却／ｄ２／ｄ１×（Ｑ１）]
[0121] ＝１８８．２Ｂｔｕ−１２８．５６Ｂｔｕ／１．４５７１×１８７．１Ｂｔｕ＝２１．８８％]
[0122] こうして、この特定の例におけるスーニーの熱効率は、２１．８８％となる。この例でのスーニーエンジン１０００は、６２°Ｆ（２８９．８２°Ｋ）および２１２°Ｆ（３７３．１５°Ｋ）の間で動作するので、この温度領域でのカルノー限界（１-２８９．８２／３７３．１５）は、２２．３３％であり、スーニーエンジン１０００は、理論的には２１．８８％の効率を達成でき、これは、２２．３３％効率のカルノー限界の９８％に当たる。]
[0123] 上記の例においては、作動流体としてヘリウムを利用したが、これらに限定されるわけではないが、水素や空気を含む他の媒質の利用も排除しない。不活性で、完全気体に非常に類似するため、最適な熱-仕事変換を提供するので、ヘリウムガスは、理想的な作動流体として上記の例に適する。沸点が絶対零度に近いほど、そのカルノーポテンシャルは向上する。粘度が上がるほど、生じる漏れは少なくなる。]
[0124] 実施例は、変化する熱／圧力条件下で、スーニーエンジンを駆動するための太陽光およびスタック廃熱等により加熱されている作業流体の膨張能力を最適化するために変更を加えることもできる。そのような変更例には、膨張チャンバ１０７および冷却消費チャンバ１００の体積を制御および自己調節して、それぞれ、冬はより低い太陽光分離に対応し、夏にはより高い分離に対応する、１７０°Ｆから３００°Ｆ等の可変温度により課せられる可変温度／圧力条件に適応する。より高い温度と圧力で、仕事出力が偏倚機構をセットするのに必要なマイナスの仕事よりかなり大きくなるので、全体的スーニー効率がかなり向上する。]
[0125] 様々な実施例について以下にさらに説明する。]
[0126] 図３は、連続的に遠心力による慣性の蓄積を図り、パワーを出力する、ワンケル回転エンジンを使用する実施例による、熱システムまたはスーニーエンジン３０００の簡略横断面図である。図４は、ワンケル系ではなく、ピストンにより作動する類似の構成４０００の図である。これらに限定されるわけではないが、ワンケル構成には、ラメッリ、オットー・フォン・ゲーリケ、ペッペンハイム、ワット、イライジャ・ギャロウェイ、ジョーンズ、アロタム／フランコット、クーリー、アンプレビー、ウォリンダー／スクーグ、センソウド／ラバウド、バーナード・メイラード、（Ramelli, the Otto von Guericke, the Pappenheim, the Watt, the Elijah Galloway, the Jones, the Alotham/Franchot, the Cooley, the Umpleby, the Wallinder/Skoog, the Sensaud/Lavaud, the Bernard Maillard）および最近のジョージ・ヤール(George Yarr）の構成が含まれる。] 図３ 図４
[0127] スーニーエンジン３０００は、加熱交換器５００、図１の熱機関４００に対応しかつパワーピストン１０３に対応するワンケルピストン３１０３を有する１以上のワンケルエンジン４０３、ワンケルエンジン４０３の各作動チャンバのための流体ポンプ７００Ｒ／Ｌおよび各流体ポンプ７００用の冷却チャンバ１１０を備える冷却交換器（参照番号無）を備える。各ワンケルエンジン４０３は、図１のピストンチャンバ１０４に順次対応する３つの作動チャンバ３１０７Ｒ／Ｌ／Ｍを備える。ワンケルエンジン４０３はまた各々が冷却交換器において冷却チャンバ１１０Ｒ／Ｌを有する２つの流体ポンプ７００Ｒ／Ｌを備える。カム機構１４４（図３）は、流体ポンプ７００Ｌ／Ｒのポンプピストン１１３／Ｒを左／右ポンプシャフト１４１Ｌ／Ｒを介して主パワーピストンシャフト１４１（図１と同様に）接続するカム１４４Ｌ／Ｒ（図５Ａから図５Ｈ）を備える。いつくかの実施形態において、補助冷却素子（全図面に表示しているわけではない）が、流体ポンプ７００Ｌ／Ｒ内に設けられて、冷却交換器の冷却効果に加え、冷却され圧縮された作動流体をさらに冷却する。１以上の実施形態において、補助冷却素子は、冷却交換器から迂回させたいくらかの冷却剤を有する管を複数組備える。] 図１ 図３ 図５Ａ 図５Ｈ
[0128] 図示したワンケルの構成は、バルブ構成と一般的な設計を大いに簡素化して、生産コストをかなり下げたものである。詳細には、いくつかの実施形態において、回転構成によりピストンストロークバルブ構成の必要性をなくしている。いくつかの実施形態において、内部のピストン起動のバルブ構成なしに、回転動作が膨張チャンバ１０７を冷却消費チャンバ１００および／またはその逆に自動的にシフトさせる。いくつかの実施形態において、カム機構１４４により、他の複雑なタイミング機構が不要になる。]
[0129] いくつかの実施形態において、逆戻り弁９７０Ｒ／Ｌを、ワンケルエンジン４０３と冷却チャンバ１１０Ｒ／Ｌとの間の排出ポート１２２Ｒ／Ｌに配置する。（いくつかの実施形態において、同様の逆戻り弁を図４のピストン系の構成にも設けている）。上記の実施例のように、逆戻り弁９７０Ｒ／Ｌを用いて、冷却チャンバ１１０Ｒ／Ｌおよび第２のポンプサブチャンバ１１２Ｒ／Ｌ内の保持圧力レベルを〜３７３ｐｓｉ等に維持する。可変条件調節器１００１Ｒ／Ｌ（以下に説明する）をいくつかの実施形態において設ければ、保持圧力は、変化する。可変条件調節器１００１Ｒ／Ｌは他の実施例では設けられない。高圧作動流体が圧縮チャンバ１０７Ｒ／Ｌに放たれると、膨張チャンバ１０７Ｒ／Ｌにおける高圧力作動流体は膨張して、圧力がその低いレベルに落ち、膨張チャンバ１０７Ｒ／Ｌは、自動的に冷却消費チャンバ１００Ｒ／Ｌにシフトして、その消費作動流体は、加熱交換器５００の当初の熱さ／最大圧力（本例では４８０ｐｓｉ等）と膨張作動流体の最小圧力（本例では２５５ｐｓi等）間の約中間にまでの再圧縮が開始される。冷却チャンバ１１０Ｒ／Lにおける逆戻り弁９７０Ｒ／Ｌは、内部の圧縮流体をその一定に近い中間の上昇圧力で維持し、それにより流体ポンプ７００Ｒ／Ｌの第２のポンプサブチャンバ１１２Ｒ／Ｌ内への流量を安定させ、圧縮フェーズの際にポンプ内の流体が過度な圧縮変動をしないようにする。] 図４
[0130] これにより、ワンケル回転構成（膨張チャンバ１０７Ｒ／Lを自動的に冷却消費チャンバ１００Ｒ／Ｌに変えることができる能力を有する）および／または簡単なカム機構１４４（タイミング機構における他の複雑性を排除する）がすべてスーニーエンジン３０００の構成を大変簡素化する。]
[0131] スーニーエンジン３００の動作における様々な（図示は８つ）ステップについて、図２と同じように、図５Ａから図５Ｈを参照して説明する。パワーピストン１４１の回転の間、同じように作用するが、角度的に離間した（９０°等）、より多い数、たとえば２つの連続回転ピストン３１０３を、エンジンが有しうるという認識で、説明は、１つの回転ワンケルピストン３１０３（図３）の動作に焦点を当てる。] 図２ 図３ 図５Ａ 図５Ｈ
[0132] なお、図１と同様、膨張チャンバ１０７Ｒ／Ｌ（図５Ｂに最も良く示される）が、それぞれの回転ピストン区画３１０７Ｒ／Ｌ／Ｍおよびポンプ変位区画１１４Ｒ／Ｌ（開放時）の２つの体積分を備える。同様に、冷却消費チャンバ１００Ｒ／Ｌ（図５Ｃに最も良く示される）は、それぞれの回転ピストン区画３１０７Ｒ／Ｌ／Ｍ（圧縮器）、ポンプ変位区画１１４Ｒ／Ｌ（閉鎖時）、冷却チャンバ１１０Ｒ／Ｌおよび第２のポンプサブチャンバ１１２Ｒ／Ｌなど４つの体積分を備える。] 図１ 図５Ｂ 図５Ｃ
[0133] ステップ１−図５Ａ] 図５Ａ
[0134] 右のスプール弁１１５Ｒは開放され、右の第１のポンプサブチャンバ１１４Ｒ（ここでは膨張チャンバとして作動する‐図５Ｂに最も良く示される）は空で、急速に充填する準備ができている加熱交換器５００からの高温高圧作動流体によりアクセスされる。右流体ポンプ７００Ｒの右側の第２のポンプサブチャンバ１１２Ｒは、加熱交換器５００内にポンプ動作で戻される準備ができている、冷却され、圧縮された作動流体で完全に充填される。右作動チャンバ３１０７Ｒは加圧される。右偏倚素子７０９Ｒは、完全にセットされて、第２のポンプサブチャンバ１１２Ｒから冷却された充填分を加熱交換器５００へポンプ動作で戻す準備ができている。内部力／圧力のバランスによって、右流体ポンプ７００Ｒがその充填分を高圧／高温加熱交換器５００へ放出して戻す。右流体ポンプ７００Ｒは、図２のステップ１と同じような状態にある。] 図２ 図５Ｂ
[0135] 回転エンジンにおける左作動チャンバ３１０７Ｌは完全に膨張し、その膨張体積を右側の圧縮冷却消費チャンバへ変換する準備ができている。左流体ポンプ７００Ｌ（すなわち第２のポンプサブチャンバ）は完全に空で、回転エンジンの左作動チャンバ３１０７Ｌが冷却チャンバ１１０Ｌおよびその後左流体ポンプ７００Ｌの第２ポンプサブチャンバ１１２Ｌ（図５Ｃに最もよく表される）を通過しながら、消費作動流体を圧縮し始めると、開き始める準備ができる。左流体ポンプ７００Ｌは、図２のステップ５と同様の状態にある。] 図２ 図５Ｃ
[0136] ステップ２−図５Ｂ] 図５Ｂ
[0137] 上記のとおり、膨張の際に、右膨張チャンバ１０７Ｒ等の膨張チャンバは、右第１ポンプサブチャンバ１１４Ｒおよび右作動チャンバ３１０７Ｒを備える。圧縮の際に、左冷却消費チャンバ１００Ｌ（図５Ｃに最も良く示す）等の冷却消費チャンバは、左第１ポンプサブチャンバ１１４Ｌおよび左作動チャンバ３１０７Ｌのみならず、開放左流体ポンプ７００Ｌにおける左冷却チャンバ１１０Ｌおよび左第２ポンプサブチャンバ１１２Ｌを含む。１以上の実施形態において、最適効率のため、膨張作動流体は圧縮の間、対応のピストン区画から強制的に出されるかおよび／またはピストンチャンバの体積が閉鎖される。] 図５Ｃ
[0138] 右側で、加熱交換器５００からの高温／高圧作動流体が、図１の接続部１２３に対応する右入口ポート１２１Ｒを介して右膨張チャンバ１０７Ｒの２区画体積、すなわち右第１ポンプサブチャンバ１１４Ｒおよび右作動チャンバ３１０７Ｒへ、右スプール弁１１５Ｒ（図１の入口ポート１２１と同様に機能する）を介して注入されている。右流体ポンプ７００Ｒにおける急速なポンプ動作が生じて右流体ポンプ７００Ｒの充填分が右ポンプ出口ポート１２４Ｒを介して加熱交換器５００へ戻る。右流体ポンプ７００Ｒは完全に空でかつポンプストロークの次の開放に向けて準備ができている。詳細には、右ポンプピストン１１３Ｒの対向する側の圧力条件の均衡により、圧縮ばね等の右偏倚素子７０９Ｒは、強制的に右流体ポンプ７００Ｒを閉じることができた。カム機構１４４は、右ポンプシャフト１４１Ｒに対するロックを解除していて、右流体ポンプ７００Ｒが閉じることを可能にした。同様に、ワンケルピストン３１０３は、右作動チャンバ３１０７Ｒ（右側からの供給を受ける）において、その膨張ストロークを開始している。右流体ポンプ７００Ｒが完全に閉められると、右スプールバルブ機構９７５Ｒが右スプール弁１１５を引っ張って閉じる。右流体ポンプ７００Ｒは，図２に示すステップ２と同様の状態にある。] 図１ 図２
[0139] 左側では、左膨張チャンバ１０７Ｌにおいて作動流体が完全に膨張している。右作動チャンバ３１０７Ｒ内に注入された作動流体が主ドライブシャフト１４１を回転させると、左流体ポンプ７００Ｌがワンケルピストン３１０３と一緒に開き始め、圧縮作動流体が左第２ポンプサブチャンバ１１２Ｌへ充填されると、左冷却消費チャンバ１００Ｌにおける膨張した作動流体の圧縮を強制する。左冷却チャンバ１１０Ｌが、その体積が加圧すると熱を取り出し始めて、左冷却消費チャンバ１００Ｌにおける消費作動流体からのエントロピーを下げる。右膨張チャンバ１０７Ｒがワンケルピストン３１０３の移動を開始すると、左ポンプピストン１１３Ｌの移動を開始する左ポンプシャフト１４１Ｌ（主ドライブシャフト１４１上のカム１４４に作用する）を介してのタンデム動作を引き起こし、こうして左排出ポート１２２Ｌを経由、左冷却チャンバ１１０Ｌを介して消費作動流体を左作動チャンバ３１０７Ｌから引き出して左ポンプサブチャンバ１１２Ｌへ送る。左流体ポンプ７００Ｌは、図２のステップ６と同様の状態にある。] 図２
[0140] ステップ３−図５Ｃ] 図５Ｃ
[0141] 右膨張チャンバ１０７Ｒの体積は、右スプール弁１１５Ｒが閉じたままである状態で継続して開放され、右膨張チャンバ１０７Ｒ（右第１ポンプサブチャンバ１１４Ｒおよび右作動チャンバ３１０７Ｒの体積分を含む）における作動流体が断熱的に膨張することを可能にする。右流体ポンプ７００Ｒは図２のステップ３と同様の状態にある。] 図２
[0142] 右側で作動流体が膨張を続ける間、左冷却消費チャンバ１１０Ｌの冷たい消費作動流体は、左冷却チャンバ１１０Ｌを介して左流体ポンプ７００Ｌへポンプ動作で継続的に送られる。ワンケルピストン３１０３が左作動チャンバ３１０７Ｌに入り込みかつ左ポンプピストン１１３Ｌが左冷却消費チャンバ１００Ｌの左第１ポンプサブチャンバ１１４Ｌ（その時点でポンプ変位区画として動作する）内に入り込み、圧縮を引き起こす。左冷却チャンバ１１０Ｌで冷却が生じ、加圧体積のエントロピーを下げて、左流体ポンプ７００Ｌの体積変位を受け入れワンケルピストン３１０３による左作動チャンバ３１０７Ｌの閉鎖をさせる。左ポンプ逆戻り弁６５５Ｌおよび６５６Ｌは、ポンププロセスを通してポンプ動作された作動流体を止める。]
[0143] 左偏倚素子７０９Ｌは、左ポンプシャフト１４１Ｌおよびカム機構１４４の対応のカム１４４Ｌとの間で接点５８２を介してセットされている。カム機構１４４が左周りに回転すると、接点５８２がパワーピストンシャフト１４１からより離れて半径方向に移動して、左ポンプシャフト１４１Ｌが、この特定の実施形態においては、図面の上部左隅へ移動し、圧縮バネである、左偏倚素子７０９Ｌをコッキングする。左流体ポンプ７００Ｌは、図２に示すステップ７と同様の状態にある。] 図２
[0144] ステップ４−図５Ｄ] 図５Ｄ
[0145] 右膨張チャンバ１０７Ｒにおける作動流体は膨張を続ける一方、左冷却消費チャンバ１００Ｌにおける冷却消費流体は、その流体が開放された左流体ポンプ７００Ｌ内にポンプ動作で入れられるとエントロピーの損失および圧縮により収縮を続ける。左偏倚素子７０９Ｌは、左流体ポンプ７００Ｌが開くと完全にコッキングされた状態に近い。左ポンプピストン１１３Ｌの両側の圧力が等しくされる。]
[0146] 右流体ポンプ７００Ｒは、図２におけるステップ４と同様の状態にある。左流体ポンプ７００Ｌは、図２におけるステップ８と同様の状態にある。] 図２
[0147] ステップ５−図５Ｅ] 図５Ｅ
[0148] ワンケルピストン３１０３の右側は、そのダウンストロークを完了している。右作動チャンバ３１０７Ｒの右入口ポート１２１Ｒはワンケルピストン３１０３により閉じようとしているが、左排出ポート１２２Ｌは、右作動チャンバ３１０７Ｒにある消費作動流体を左流体ポンプ７００Ｌの左冷却チャンバ１１０Ｌおよび左第２ポンプサブチャンバ１１２Ｌを含む冷却消費チャンバ１００Ｌへ放出するためにまだ開放されていない。右排出ポート１２２Ｒはここで、右冷却消費チャンバ１００Ｒに対して開放される（右逆戻り弁９７０Ｒの開放により）。右逆戻り弁９７０Ｒが冷却消費チャンバ１００Ｒにおける加圧体積を分離し、それにより右流体ポンプ７００Ｒへの流量を安定させる。]
[0149] 右流体ポンプ７００Ｒは図２におけるステップ５と同様の状態または図５Ａにおける左流体ポンプ７００Ｌの状態にある。] 図２ 図５Ａ
[0150] 左膨張チャンバ１０７Ｌへの左スプール弁１１５Ｌが開放されている。結果として、左作動チャンバ３１０７への左入口ポート１２１Ｌが開放され、ワンケルピストン３１０３がそのスーニーエンジン３０００の左側のためのパワーダウンストロークを始めると、その体積が膨張し始める。加熱交換器５００からの左膨張チャンバ１０７Ｌに注入されている作動流体も、左流体ポンプ７００Ｌにおける圧力を等しくし、左流体ポンプ７００Ｌにおける圧力を等しくし、左流体ポンプ７００Ｌが、圧縮バネ等の左偏倚素子７０９Ｌの力で閉じることを可能にする（次のステップにおいて）。一方、左偏倚素子７０９Ｌは、ほとんど完全にコッキングされており、左ポンプシャフト１４１Ｌとカム機構１４４の対応するカムとの間の接点５８２が、そのコッキング移動の最終地点５８３に接近する。接点５８２が最終地点５８３を通過すると、左ポンプシャフト１４１Ｌおよび左ポンプピストン１１３Ｌはワンケルピストン３１０３の駆動力から解放され左偏倚素子７０９Ｌが急速に左流体ポンプ７００Ｌを閉じることを可能にする。]
[0151] その充填分で満たした左流体ポンプ７００Ｌの左第２ポンプサブチャンバ１１２Ｌは、再びその充填分を加熱交換器５００に放流して戻す準備ができている。（次のステップで、左スプール弁機構９７５Ｌを介しての同じ動作で、加熱交換器５００と左膨張チャンバ１０７Ｌとの間の左スプール弁１１５Ｌを閉じて、スーニーエンジン３０００の左側の作動ダウンストロークの膨張を分離する）。作動流体が、ともに左膨張チャンバ１０７Ｌを画定する左第１ポンプサブチャンバ１１４Ｌと左作動チャンバ３１０７Ｌを合わせた体積を膨張させることができるように、左入口ポート１２１Ｌ（図１の接続部１２３に対応する）は、それぞれの出力ダウンストロークの間、開いたままになる。] 図１
[0152] 左流体ポンプ７００Ｌは、図２のステップ１と類似する状態か、図５Ａの右流体ポンプ７００Ｒの状態である。] 図２ 図５Ａ
[0153] ステップ６−図５Ｆ] 図５Ｆ
[0154] 接点５８２は終点５８３を通過して、左ポンプシャフト１４１Ｌおよび左ポンプピストン１１３Ｌを、ワンケルピストン３１０３の駆動力から解放し、かつ左偏倚素子７０９Ｌが、左流体ポンプ７００Ｌを急速に閉じることを可能にする。接点５８２は、ここで、パワーピストンシャフト１４１周りの円形経路上にあり、その回転運動は、左ポンプシャフト１４１Ｌを半径方向には移動させないので、接点５８２が再びそれぞれのカム１４４Ｌの上に乗るまで、ワンケルピストン３１０３の駆動力から左ポンプピストン１１３Ｌを自由にする。他の実施例では、ワンケルピストン３１０３が左ポンプピストン１１３Ｌを駆動して左流体ポンプ７００Ｌの左第２ポンプサブチャンバ１１２Ｌを開放し同時に左偏倚素子７０９Ｌをセットする必要がないときに、左ポンプシャフト１４１Ｌが、ワンケルピストン３１０３に触れないように栓（図示せず）を設ける。]
[0155] 左流体ポンプ７００Ｌは、一度その充填分を加熱交換器５００内に出す。左膨張チャンバ１０７Ｌにおける作動流体は膨張し続けて、ワンケルピストン３１０３を移動させる。右排出ポート１２２Ｒにおける右逆戻り弁９７０Ｒは開放されたままで、右冷却チャンバ１１０Ｒを介して中央作動チャンバ３１０７Ｍおよび右第一ポンプサブチャンバ１１４Ｒ（ここではポンプ変位区画として機能）におけるこの時点で作動済みの作動流体を右第２ポンプサブチャンバ１１２Ｒへ通す。チャンバ／サブチャンバ３１０７Ｍ、１１４Ｒ、１１０Ｒおよび１１２Ｒはともに右冷却消費チャンバ１００Ｒを画定する。]
[0156] 右流体ポンプ７００Ｒは、図２に示すステップ６と類似する状態かまたは図５Ｂにおける左流体ポンプ７００Ｌの状態にある。左流体ポンプ７００Ｌは、図２に示すステップ２に類似した状態または図５Ｂにおける右流体ポンプ７００Ｒの状態にある。] 図２ 図５Ｂ
[0157] ステップ７−図５Ｇ] 図５Ｇ
[0158] 右冷却消費チャンバ１００Ｒの右第２ポンプサブチャンバ１１２Ｒは、継続して右流体ポンプ７００Ｒの右ポンプシャフト１４１Ｒに作用するカム１４４Ｒのスラストとともに開放される。左作動チャンバ３１０７Ｌにおける断熱膨張の際に作動流体が仕事出力を発揮し続ける一方、左入口ポート１２１Ｌは、引き続き開放されたままである。]
[0159] 右流体ポンプ７００Ｒは、図２におけるステップ７と同様の状態にあるかまたは図５Ｃにおける左流体ポンプ７００Ｌの状態にある。左流体ポンプ７００Ｌは、図２に示すステップ３と同様の状態かまたは、図５Ｃにおける右流体ポンプ７００Ｒの状態にある。] 図２ 図５Ｃ
[0160] ステップ８−図５Ｈ] 図５Ｈ
[0161] ワンケルピストン３１０３が、左作動チャンバ３１０７Ｌにおけるそのパワーダウンストロークの完了に近づく。右流体ポンプ７００Ｒの右第２ポンプサブチャンバ１１２Ｒは、ほとんど一杯であり、かつその充填分を加熱交換器５００へ放出する準備ができつつある。スーニーエンジン３０００は、ステップ１へ戻る準備をする。]
[0162] 右流体ポンプ７００Ｒは、図２のステップ８と類似する状態かまたは図５Ｄの左流体ポンプ７００Ｌの状態にある。左流体ポンプ７００Ｌは、図２に示すステップ４と同様の状態かまたは図５Ｄにおける右流体ポンプ７００Ｒの状態にある。] 図２ 図５Ｄ
[0163] 要約すると、加熱交換器５００から図３のスーニーエンジン３０００の右側へ供給される高圧／高温の作動流体は、ワンケルエンジン４０３の上側に膨張し、その後圧縮され／冷却されて左側にいたり、最終的には左側から加熱交換器５００へポンプ動作で戻される。同様に、加熱交換器５００から図３のスーニーエンジン３０００の左側へ供給される高圧／高温作動流体は、膨張してワンケルエンジン４０３の下部内へいたり、その後圧縮され冷却されて、右側へいたり、最終的には右側から再び加熱交換器５００へポンプ動作で戻される。] 図３
[0164] 図４に示すスーニーエンジン４０００は、スーニーエンジン３０００と同様に動作する。スーニーエンジン４０００は、相互に９０°で配列された図１の４つの熱機関４００を備える。図示の実施例では、スーニーエンジン４０００における熱機関４００は、共通のパワーピストンシャフト１４１を除いて、互いから個別に作動する。他の実施例では、スーニーエンジン４０００における熱機関４００は、図３におけるように、すなわちスーニーエンジン４０００の左／右半分において、一緒に作動し、加熱交換器５００から高温／高圧が、上部熱機関において膨張し、その後圧縮され／冷却されて、下部ポンプに至り、下部ポンプからポンプ動作で加熱交換器へ戻され、かつその逆も行われる。] 図１ 図３ 図４
[0165] スーニーエンジン４０００のバルブ／ポート機構は、いくつかの実施形態においては、いくつかの局面において図３のものとは異なる。図６は、１以上の実施形態に従う、スーニーエンジン４０００のバルブ／ポート機構を示す。それぞれ、図５Ｈ，図５Ｂ、図５Ｅおよび図５Ｄのステップ８、２、４および５に対応する（上部の左から右、下部の左から右）異なるステップにおけるシリンダを示す図６の拡大図において、図４におけるシリンダ１つのみ（４つのうち）が示される。特に、ピストンチャンバ１０４は、入口ポート１２１および排出ポート１２２の２つの開口がある。これらのポートは、ＴＤＣまたはその付近の２つの別の平面における穴からなる２つの輪である。動作において、これら穴からなる２つの輪は、露出され、上から、摺動可能なシリンダスリーブである、ポート弁ブラケット１３３により作動される可動リング弁スリーブ１３２によって覆われる。ポート弁ブラケット１３３は、リング弁スリーブ１３２が、２つのポート、すなわち入口ポート１２１および排出ポート１２２を開くか閉じるかのいずれかにシフトする前に、パワーピストン１０３がＴＤＣからＢＤＣへ移動することを可能にする。] 図３ 図４ 図５Ｂ 図５Ｄ 図５Ｅ 図５Ｈ 図６
[0166] 図６の上２つの図（ステップ８およびステップ２）は、入口ポート１２１の開放と排出ポート１２２の閉鎖を示す。詳細には、ＴＤＣまたはＴＤＣ付近では、パワーピストン１０３が下からポート弁ブラケット１３３に係合し、リング弁スリーブ１３２と一緒にポート弁ブラケット１３３を上方向に移動させ、それにより、入口ポート１２１を開放して、排出ポート１２２を閉じる。パワーピストン１０３がＴＤＣ付近を去るとすぐに、ポート弁ブラケット１３３は、その中立位置に戻り、リング弁スリーブ１３２が入口ポート１２１と出口ポート１２２の両方を閉じることを可能にする。したがって、入口ポート１２１は、ＴＤＣまたはその付近でわずな時間、開かれるだけで、ダウンストロークまたは作動流体の膨張の際には、ポートは両方とも閉じられる。] 図６
[0167] 図６の下２つの図（ステップ４およびステップ５）は、入口ポート１２１の閉鎖と排出ポート１２２の開放を示す。詳細には、ＢＤＣまたはその付近で、パワーピストン１０３が、上からポート弁ブラケット１３３に係合し、ポート弁ブラケット１３３をリング弁スリーブ１３２とともに下方向へ移動させ、これにより排出ポート１２２が開き、一方で入口ポート１２１は閉じた状態に維持される。パワーピストン１０３がＢＤＣを去り上方向に移動すると、ポート弁ブラケット１３３は、下向きの位置にとどまり、リング弁スリーブ１３２が、引き続き排出ポート１２２を開放し入口ポート１２１を閉じることを可能にする。したがって、入口ポート１２１はダウンストロークおよびアップストロークのほとんどにおいて閉じられ、一方、排出ポート１２２はアップストロークのほとんどの間開いている。] 図６
[0168] 上記のおよび／または下記の構成からさまざまな実施例が派生し得る。たとえば、１以上の実施形態に従い、１以上のカム１４４Ｒ／Ｌを各パワーピストンシャフト１４１上に設ける。コネクタ８００および／またはカム機構１４４の他の形状についても排除しない。各スーニーエンジンにおける熱機関またはパワーシリンダ／チャンバの数は、用途および／または他の設計上の配慮によって変更可能である。いくつかの実施形態において、偏倚素子７０９は、他の実施例では直接的または間接的にポンプピストン１１３を駆動して偏倚素子７０９をコッキングするパワーピストンシャフト１４１以外の外力によりコッキングされてもよい。]
[0169] 図７は、図３に開示する構成をさらに変更して、少なくとも、偏倚素子７０９のコッキングおよびポンプ動作を逆にするためのレバー７３９をさらに備える他の構成を開示する。しかしながら、他の構成も排除しない。図７に開示する構成は、図３のものに比べると簡素化されており、かつワンケルピストン３１０３と、第１のポンプサブチャンバ１１４Ｒ／Ｌと、第２のポンプサブチャンバ１１２Ｒ／Ｌとの間の関係がより密になっているところを示す。] 図３ 図７
[0170] 図８Ａは、変更された流体ポンプ８７００を模式的に示す他の実施の形態を開示する。この実施の形態では、ポンプピストン１１３および偏倚素子７０９を組み合わせて１つの素子とし、８１１３Ｒ／Ｌで示す。ポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｒ／Ｌは、２つの位置の間を移動可能な弾性膜または隔膜または仕切りであり、それらの位置の１つが、初期位置であり、他方が偏倚された位置である。ポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｒ／Ｌを直接またはポンプシャフト１４１Ｒ／Ｌおよびカム１４４を介するなど、パワーピストンシャフト１４１により間接的に偏倚位置に強制する。図８Ａに示す実施形態においては、単一のカム１４４を使用する。しかしながら、他の実施形態では、図３を参照して説明したものと同様の態様で１を超える数のカムを設ける。いくつかの実施形態において、回転安定装置８９５Ｒ／Ｌを設けて、ポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｒ／Ｌが、上記の可変圧力状態の際に変動しないようにする。１以上の実施形態では、加熱交換器５００からの入口弁１１５Ｒ／Ｌは、ポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｒ／Ｌで、流体ポンプ７００Ｒ／Ｌのチャンバの壁上における８２２Ｒ／Ｌ、８２３Ｒ／Ｌ等、それぞれの接点で開閉を切り替えるソレノイド弁である。] 図３ 図８Ａ
[0171] 図８Ａに示す構成の右側のアップストローク（図２のステップ５−８に類似）において、カム１４４は、右第２ポンプサブチャンバ１１２Ｒの壁上の休止または初期位置から対向する壁へ、右ポンプシャフト１４１Ｒを介して、ポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｒを移動させる。カム１４４の回転が漸進的にポンプピストン８１１３Ｒを、ポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｒの弾性に抗して、パワーピストンシャフト１４１から引き離す。右第１ポンプサブチャンバ１１４Ｒにおける膨張した作動流体は、完全に圧縮され、冷却チャンバ１１０Ｒ（図示せず）内で冷却される。ポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｒが接点８２２Ｒと接触状態になると、ソレノイド弁１１５Ｒがオンになり（開放され）、高温／高圧の作動流体が、右第１ポンプサブチャンバ１１４Ｒにアクセスすることを可能にし、ポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｒの対向する側の圧力が等しくなる。その後またはその時点で、カム1４４のコッキング動作は終了しており（図５Ｆと同様）、ポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｒは、初期位置へ跳ねて戻り、右第２ポンプサブチャンバ１２２Ｒからの、冷却され圧縮された作動流体を冷却交換器（図示せず）内へ渡す。ポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｒは、接点８３２Ｒ接触し、ソレノイド弁１１５Ｒは、オフにされ（閉じられ）、膨張（ダウンストローク）期間が開始される。] 図２ 図５Ｆ 図８Ａ
[0172] 左側のポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｌも同様に作動する。]
[0173] 図８Ｂは、他の実施例による他の構成８９００を開示する。ポンプピストン／偏倚素子が流体ポンプ８７００のポンプチャンバ内で移動可能な図８Ａに示す構成とは違い、図８Ｂのポンプピストン８１１３Ｒ／Ｌは、静止状態で、流体ポンプのポンプチャンバ８７０８Ｒ／Ｌが、カム１４４により移動可能になっている。リーフバネ等、偏倚素子８７０９Ｒ／Ｌを設けてポンプチャンバ８７０７Ｒ／Ｌをカム１４４に抗してまたはパワーピストンシャフト１４１の方向に、偏倚する。空気シリンダ等の他の偏倚素子も排除しない。ポンプチャンバ８７０８Ｒ／Ｌは、図８Ａのように接点８２２Ｒ／Ｌおよび８２３Ｒ／Ｌと接触状態になったり非接触状態になったりして、スプ—ル入口弁の１１５Ｒ／Ｌを開閉する。この構成は、５つしか移動部品が含まれていないという点で、簡素化されている。すなわち、（１）パワーピストンシャフト１４１／カム機構１４４／ワンケルピストン３１０３、（２−３）２つのポンプチャンバ８７０８Ｒ／Ｌおよび（４−５）２つの偏倚素子８７０９／Ｌである。いくつかの実施形態における偏倚素子８７０９Ｒ／Ｌが永久にポンプチャンバ８７０８Ｒ／Ｌに結合されると考えると、主要な移動部品が３つしかないことになり、構造が非常に簡素化される。] 図８Ａ 図８Ｂ
[0174] １以上の実施形態において、ポンプピストン８１１３Ｒ／Ｌは、寸法が可変であり以下に記載する可変条件調節器１００１の機能を組み込む。これは、たとえば、ポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｒ／Ｌの各々の２つの対向する壁８１０２と８１０３との間に挿入されるピンセット型または逆Ｖ型体積調節器８１０１により実現される。ポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｌ等のポンプピストン／偏倚素子の１つの構造の模式斜視図が図８Ｃである。図８Ｃに示す通り、体積調節器８１０１は、各々がポンプピストン／偏倚素子８１１３Ｌの壁８１０２および８１０３の１つに係合する２つの側壁８１０６および８１０７を備える。壁８１０６および８１０７は、相互に対して傾斜し、Ｖ型の「ウエッジ」を構成する。ポスト８１０４は、下からウエッジをささえる。ポスト８１０４自体は、シリンダ８１０９内で移動可能な調節器ピストン８１０８により支持される。ばね８１１０は、ピストン８１０８とシリンダ８１０９の内壁との間で、ポスト８１０４のまわりに設けられ、偏倚ピストン８１０８およびポスト８１０４を中立位置へ偏倚する。加熱交換器５００からの加熱された作動流体は、ピストン８０１８下のシリンダ８１０９へ到達する。] 図８Ｃ
[0175] 体積調節器８１０１は、下記の可変条件調節器１００１と同様に動作する。要するに、加熱作動流体の圧力が高いと、ピストン８１０８、ポスト８１０４およびウエッジは、上向きに凸になり、後者のせいで壁８１０２および８１０３が互いから離れて分散する。したがって、ポンプチャンバ８７０８内の流体ポンプの有効体積が減少すると、作動流体の圧縮率がより高くなる。同様に、加熱作動流体の圧力が低いと、ピストン８１０８、ポスト８１０４およびウエッジは下向きに下がるので、後者のせいで、壁８１０２および８１０３は、相互に向かって移動する。したがって、ポンプチャンバ８７０８内の流体ポンプの有効体積が増大し、作動流体の圧縮率がより低くなる。１以上の実施形態において、壁８１０２および８１０３は両方とも可動である。また、他のいくつかの実施形態では、壁８１０２および８１０３のいずれか一方のみが可動である。]
[0176] 図８Ｄは、２つのワンケルエンジン８４０３を隣同士に並べて、それらのワンケルピストン３１０３を互いに９０°の角度においた実施例の模式側面図および上面図を含む。いくつかの実施形態において、４つの流体ポンプ８９００が、２つのワンケルエンジン８４０３の各々の外壁上に配置される。いくつかの実施形態においては、４つの流体ポンプ８９００の偏倚素子が、それぞれのポンプチャンバに永久に結合されるので、主要な移動部品は５つしかないことになり（すなわち（１）パワーピストンシャフト１４１／カム機構１４４／ワンケルピストン３１０３および（２−５）４つのポンプチャンバ）、構造が非常に簡素化される。] 図８Ｄ
[0177] 図９Ａは、パワーピストンシャフト１４１が回転せずその軸方向に振動する、スーニーエンジン９０００の実施形態を開示する。２つの熱機関４００Ｌ／Ｒが、それぞれの流体ポンプ７００Ｌ／Ｒにおけるパワーピストンシャフト１４１の対向する端部に配設される。パワーピストンシャフト１４１の振動は、出力機構９１０１を介して発電機９００１等の外部の装置に伝達される。スーニーエンジン９０００においては、コネクタ８００（図１）の役割をラッチ機構９１４４が果たしており、これ以降この機構を「オクトパス」機構と呼ぶ。] 図１ 図９Ａ
[0178] 図９Ｂは、それぞれ図２のステップ１−８に対応するスーニーエンジン９０００のステップ１−８を介する複数のオクトパス機構９１４４の簡略図を含む。オクトパス機構９１４４は、２つのオクトパスシャフトラッチ９０１、プルブロック９０３、２つの接続部材９０５、１以上のオープナーウエッジ９０７、ラッチスプリング９１１、およびプルブロック９０３内のチャネルで摺動可能なシャフトブロッカ延長部９１３を含む。上に挙げた素子は、複数のピボット９０２により相互に枢支的に接続される。] 図２ 図９Ｂ
[0179] プルブロック９０３およびシャフトブロッカ延長部９１３の一方が、パワーピストン１０３（図９Ａのパワーピストンシャフト１４１を介して）およびポンプピストン１１３（図９Ａのポンプピストンロッド９１９を介して）の一方に取り付けられる。プルブロック９０３およびシャフトブロッカ延長部９１３の他方がパワーピストン１０３およびポンプピストン１１３の他方に取り付けられる。図９Ａのより詳細な実施形態では、ポンプピストンロッド９１９は中空で、パワーピストンシャフト１４１はこの中空のポンプピストンロッド９１９内を延在する。図９Ｂのより詳細な実施形態においては、シャフトブロッカ延長部９１３がポンプピストン１１３に接続され、プルブロック９０３がパワーピストン１０３に接続される。なお、上記以外の他の構成も排除しない。] 図９Ａ 図９Ｂ
[0180] プルブロック９０３のチャネル９０８内をシャフトブロッカ延長部９１３が摺動することによって、動作中の機構のぐらつきを確実に防止できる。いくつかの実施形態では、この構成を逆にしてシャフトブロッカ延長部９１３のチャネル（図示せず）においてプルブロック９０３を摺動可能にしている。]
[0181] １以上のオープナーウエッジ９０７（図９Ｂには２つ図示）は、流体ポンプの壁上に設けられる。図９Ａの詳細な実施例では、オープナーウエッジ９０７は、各々の流体ポンプの端壁に設けられる。オープンウエッジ９０７は、オクトパスシャフトラッチ９０１間（図９Ｂのステップ１および８）または各オクトパスシャフトラッチ９０１とプルブロック９０３との間に挿入が可能で、シャフトブロッカ延長部９１３（かつしたがってポンプピストン１１３）をプルブロック９０３（かつしたがってパワーピストン１０３）との接続状態からすばやく解放し、ポンプ動作が生じた際に、シャフトブロッカ延長部９１３が上向きに摺動できるようにする（図９Ｂのステップ２−４）。] 図９Ａ 図９Ｂ
[0182] ラッチスプリング９１１を設けて、ステップ４からステップ５（図９Ｂ）へオクトパス機構９１４４を移動させる。１以上の実施形態において、ラッチスプリング９１１は、軽量引張りバネである。いくつかの実施形態において、ポンプチャンバの壁上の外部の手段（図示せず）を同じ目的で使用する。] 図９Ｂ
[0183] 詳細に図示した実施形態では、シャフトブロッカ延長部９１３は、Ｔ字状である。しかしながら、他の構成も排除しない。]
[0184] 図９Ｂに例示する動作では、ポンプピストン１１３は、ステップ５−８においてポンプピストン１０３にラッチされ、ステップ１−４で解放される。詳細には、流体ポンプがほとんど一杯の場合（ステップ８）、パワーピストン１０３は、プルブロック９０３を介して、オクトパスシャフトラッチ９０１をオープナーウエッジ９０７の方向へ引っ張り、同ウエッジは、各オクトパスシャフトラッチ９０１とプルブロック９０３の間に挿入されて、ラッチを解放する（ステップ１）。その結果、ポンプピストン１１３（シャフトブロッカ延長部９１３を介して）は、パワーピストン１０３（プルブロック９０３を介して）との接続から解放されかつ偏倚素子７０９により前方へ押されて、すばやいポンプ行動を完了する。シャフトブロッカ延長部９１３は、ステップ２−４に示すとおりポンプピストン１１３のＢＤＣに対応する位置で止まる。パワーピストン１０３がＢＤＣに接近すると、プルブロック９０３がステップ２からステップ４でシャフトブロッカ延長部９１３の方向へ移動し、次のラッチステージのためにオクトパス機構９１４４を準備する。ステップ４では、ラッチスプリング９１１または外部手段（図示せず）がオクトパスシャフトラッチ９０１を、内向きにプルブロック９０３の方向へ移動させ、ステップ５の状態に至る。ポンプピストン１１３はここでポンプピストン１０３にロックされ、この処理が繰り返される。] 図９Ｂ
[0185] この実施形態は、エンジンの寸法を半分にするので、製造コストを実質的に削減することになる。いくつかの実施形態において開示するように、４つのチャンバを有する２つのシリンダを有する場合と違い、この実施例は、２つのチャンバと２つのパワーピストン１０３Ｌ／Ｒを有するひとつのシリンダを有する。回転ドライブシャフトを設けて、ピストン動作の連続的動作を確保するのではなく、振り子９００１で、慣性を蓄積して、パワーピストン１０３Ｒ／Ｌの動きとともに前後に振動するが、１以上の実施形態においては、単一のパワーピストン１０３と組み合わせることができる。この前後の動作により、発振リニア発電機９００１を駆動する。上記および／または下記の２つのシリンダで、４つのチャンバのエンジンは、エンジンに連続性があることを確実にする重複チャンバ動作を有する。１つのシリンダで、２つのチャンバのエンジンを有する図９Ａの構成は、この重複の欠如を、連続するエンジンの発振動作により克服する。全体的に、膨張チャンバ（図１の１０７と同様）における仕事出力と圧縮チャンバ（図１の１００と同様）における仕事入力間の平均圧力差は、エンジンを駆動するのに十分である。ところが、膨張力と圧縮力が単一のピストンの両端に作用する。膨張側が開くと、膨張ストロークの終わりが弱くなり、圧縮側が閉じると、圧縮ストロークの終わりがより強くなる。] 図１ 図９Ａ
[0186] 図１０は、たとえば図３から図７に開示するような１以上の実施形態において使用する可変条件調節器を示す。加熱交換器５００の可変の条件下、特に加熱交換器５００が太陽光エネルギを電源にする場合の作動流体の膨張能力を最適にするため、いくつかの実施形態における、スーニーエンジンは、変化する温度／圧力条件に対して自己調節を行うことができる。] 図１０ 図３ 図７
[0187] たとえば、加熱交換器５００における加熱された作業流体の温度／圧力が上昇すると、ピストンチャンバ１０４の体積が固定されるので、第１のポンプサブチャンバ１１４の初期体積の大きさが減少して、高圧力のより高い膨張率を受け入れるようになる。作動流体は、より高圧ではより密度が高いので、隣接部は、第１のポンプサブチャンバ１１４の初期値がより小さくてもより大きい流量を可能にする。同様に、加熱交換器５００における中間圧力／温度については、第１ポンプサブチャンバ１１４の初期体積が拡大して、より低い温度／圧力条件を受け入れる。]
[0188] たとえば、上記の数値例では、２１２°Ｆから１７０°Ｆへの温度の低下に対する体積の拡大は、１０８．８％である。２１２°Ｆから３００°Ｆへの温度上昇に対する体積の減少は、１１８．９％である。第１のポンプサブチャンバ１１４の初期体積、すなわち２１２°Ｆで、２．１７７８単位を上記のパーセンテージで割って体積の変化を決定する。]
[0189] 特に、可変である太陽の条件下での太陽光エネルギで生じる、高いほうが２１２°Ｆおよび４８０ｐｓｉから、たとえば１７０°Ｆおよび４０８．４ｐｓｉへの温度および圧力の低下があった場合、第１のポンプサブチャンバ１１４における初期体積（ＴＤＣで）は、２．１８７７単位から３．０９１３単位へまたは〜１７１％まで増大する。これらの体積（交換可能な）を調節することによって、変形例では、確実に、エンジンのダウンストローク中に膨張する総体積が、所与の温度／圧力で作動流体の最適膨張パラメータに常に合致し、変化する太陽の条件によって課される仕事のポテンシャルを最適化する。同じことが蓄積する排熱の利用にも当てはまる。]
[0190] いくつかの実施形態において、第１のポンプサブチャンバ１１４の初期体積は、図１０に開示の可変条件調節器１００１により調節することができる。可変条件調節器１００１は、加熱交換器５００の加熱された作動流体により下から作用を受ける調節器ピストン８７５と、可動ポンプフロア８８２と、可動ポンプフロア８８２と調節器ピストン８７５との間にある調節器バネ８８０とを備える。いくつかの実施形態において、調節器ピストン８７５の表面積は可動ポンプフロア８８２より大きい。図示しないが、いくつかの実施形態において、可変条件調節器１００１の総重量は、変化する圧力条件により生じる振動を最小限にするために十分な重さである。この構成により、可変条件調節器１００１の動作が、確実に、慎重な、しかし変化する圧力について安定したものになる。しかしながら、可変条件調節器について他の構成も排除しない。たとえば、いくつかの実施形態においては、可変接点を有するソレノイドを使用する。] 図１０
[0191] 圧力が上昇すると、調節器ピストン８７５、調節器バネ８８０および可動ポンプフロア８８２が流体ポンプ７００の第１のポンプサブチャンバ１１４の初期体積を侵食する。圧力が高ければ高いほど、圧縮率は高まる。たとえば詳細に開示した例では、４０８．４ｐｓｉでは、圧縮率は１．３１７５であり、４８０ｐｓｉでは、その率は１．４５７１であり、６５３ｐｓｉでは、その率は１．７３２９となる。]
[0192] 図１０は、開ポンプと閉ポンプという加熱作動流体の二つの状態のそれぞれ低圧と高圧における可変条件調節器１００１を示す図である。可変条件調節器１００１および切り替えを同じ構成に含む必要はないが、スプール入口弁１１５の開閉タイミングを調節するための切り替え機構も図１０に示す。] 図１０
[0193] こうして、図示した構成では、調節を受け入れるにあたって、２つの局面が変化する。１）第１のポンプサブチャンバ１１４の初期体積が調節器ピストン８７５により制御されかつ２）スプール入口弁１１５の開閉を切り替えるためのスプリングブラケット９８７の移動長さがウエッジ９８０により制御される。第１の局面のいくつかの実施形態においては、調節器ピストン８７５により調節される第１のポンプサブチャンバ１１４の変化する初期体積を重み機構（図示せず）によりさらに安定化させる。ここでも、可変接点を有するソレノイド等の他の構成を排除しない。]
[0194] 第２の局面のいくつかの実施形態においては、可変切り替え機構が、切り替え機構の接点を制御することにより変化する温度／圧力条件下でスプリングブラケット９７５の変化する移動長さに適応する。特に、切り替機構の接点の変化する距離は、ウエッジ９８０を挿入することによりスプール入口弁１１５のアームの低い接点での空隙を埋めることで調節される。ウエッジ９８０が空隙を埋めると、スプリングブラケット９８７は、ウエッジ９８０に接触し、ウエッジ９８０は今度は、スプール入口弁１１５のアーム上のブロッカ／接点９７９に接触し、それによりスプール入口バルブを引っ張って閉める。空隙の閉鎖は、スィッチピストン９８３に作用する変化する圧力により調節される。スプール入口弁１１５の閉鎖も電気的に調節される。しかしながら、上記の機械的スィッチは、このような複雑性の追加の必要をなくす。]
[0195] 加熱交換器５００が高圧で、ポンプが開いているとき（左下の図面）、調節器ピストン８７５が高圧加熱作動流体により、上部収縮位置へ移動させられる。その結果、可動ポンプフロア８８２も、上部位置へ移動し、第１のポンプサブチャンバ１１４は体積が減る。スィッチピストン９８３は、高圧の加熱された流体により押されてウエッジ９８０を延長し、接点９７９上を移動して最終的にスプール入口弁１１５を閉める際に、スプリングブラケット９８７の接点の短縮された移動における空隙を埋める。]
[0196] 加熱交換器５００が高圧で、ポンプが閉じられている場合（右下の図）、スプリングブラケット９８７が移動して引き伸ばされたウエッジ９８０と接触し、ウエッジが今度は接点９７９と接触してスプール入口弁１１５を引っ張って閉じる。]
[0197] 加熱交換器５００が低圧で、ポンプが開いているとき（左上の図）、調節器ピストン８７５は、下の収縮位置にある。ポンプの可動ポンプフロア８８２も対応する下の位置にあり、第１のポンプサブチャンバ１１４の体積はより高い。加熱作動流体が低圧のため、ウエッジ９８０が図１０Ｂに比べればひっこんで、接点９７９の上を移動して最終的にスプール入口弁を閉じる際に、スプリングブラケット９８７の接点の移動を開く。] 図１０Ｂ
[0198] 加熱交換器５００が高圧で、ポンプが閉じられているとき（右上の図）、スプール入口弁１１５は閉じた状態である。スプリングブラケット９８７は、移動してウエッジ９８０の薄い先端と接触し、今度はウエッジがブロッカポイント９７９と接触し、スプール入口弁１１５を引っ張って閉じる。]
[0199] 可変条件調節器１００１の他の構成について図８Ｃを参照して説明した。] 図８Ｃ
[0200] １以上の実施形態による可変調節器安定装置を図１１に開示する。ジャイロ安定器は、可変条件調節の遅い動作を安定させるための手段の一例として使用される。同じまたは類似の効果を達成するための他の手段もこの開示によりカバーされる。たとえば、図８Ｃに関して上に説明したウエッジも、安定化効果を達成する。上記のとおり、可変条件調節器１００１は、第１のポンプサブチャンバ１１４の初期体積を変化させて、たとえば可変である太陽熱や排熱により課される加熱交換器５００の可変圧力／温度条件に適応する。可変条件調節器１００１は、加熱交換器５００における加熱作動流体の圧力により作動される。しかしながら、流体ポンプ７００および第１のポンプサブチャンバ１１４における圧力条件は、かなり変化し得る。流体ポンプ７００のフロア位置、すなわち可動ポンプフロア８８２を調節する平均力をシステム内に設計しておくことができる。しかしながら、機構およびポンプ体積が可変条件下で安定して維持されるよう、圧力の変動の影響を安定化させる必要がある。したがって、ジャイロ安定化装置（回転安定化装置）８９０を設ける。ジャイロ安定化装置８９０は、固定位置を有するが、ジャイロ安定化装置８９０が、調節器ピストン８７５の押し／引きの変動で、自由に右回り左回りに、すなわちシャフト８７９、可動ポンプフロア８８２を介して、回転できるようにするボールベアリング８９２の間にある。ジャイロ安定化装置８９０は、逆の動きが生じるたびに、方向を変えるので、その動きが安定する。] 図１１ 図８Ｃ
[0201] いくつかの実施形態では、装置の小型化のためジャイロ安定化装置８９０を、たとえば図１２に示すように、調節器バネ８７６内に配置する。２つの蛇腹構造（参照番号無し）を漏れを防ぐために備える。] 図１２
[0202] 図１３Ａおよび図１３Ｂは、上記のおよび／または下記のスーニーエンジン等の１以上の実施形態によるエンジンがスウェーデンのコクムス社（Ｋｏｃｋｕｍｓ ＡＢ）により開発されたもの（これ以降コクムスエンジンと称する）のようなスターリングエンジンと統合された様々な構成の例を示す。] 図１３Ａ 図１３Ｂ
[0203] コクムスキネマティックスターリングエンジンは、４気筒のレシプロエンジンであり、ソーラーレシーバから圧縮かつ加熱した水素ガスを受けて、スターリングサイクルを駆動する。スターリングエンジンのシリンダブロックは、冷却器、再生器および加熱器ヘッドとともに、４つの密閉されたシリンダアセンブリ（ピストン（複数）、ピストンロッドおよびコンロッド）を組み込む。]
[0204] コクムスエンジンの「背圧」構成とは、ダウンストロークの間パワーピストンの背後にあるコクムス再圧の「背圧」を指す。膨張と圧縮とは、同じ回転ジャーナル軸上で同時に動作して発生する。１以上の実施形態におけるスーニーエンジンが、同じシリンダを用いて、膨張チャンバと圧縮チャンバの両方を収納するので、背圧圧縮チャンバを中立化させることによってコクムスエンジンに適用可能にし、同チャンバを低温／低圧冷却シンクにすることができる。図１３Ａおよび図１３Ｂに例示するそのような適用により、総体積が均衡化して体積変化がゼロの状態を経るように、４つの適用された背圧チャンバをすべて接続することにより、冷却シンクの連続的背圧状態を維持する。] 図１３Ａ 図１３Ｂ
[0205] 詳細には、膨張ダウンストローク時の主ドライブピストンの背後の流体および圧力が、以下の１つ以上において、ダウンストロークの際に低くて安定なシンク圧力で保持される。]
[0206] （１）既存のコクムス冷却システムを用いて低温／低圧の冷却シンクを維持する。]
[0207] （２）アップストローク弁の既存のコクムス圧縮チャンバの循環系の他の部分へのアクセスを封印して、既存のコクムス圧縮チャンバを背圧シンクに変える。]
[0208] （３）変換した背圧シンクチャンバを相互接続して、シンク内の体積を一定に保ち、背圧圧縮を回避する。]
[0209] （４）変換した膨張／圧縮チャンバと変換した冷却シンクとの間のパワーピストンを介するブリーディングまたは漏れを最小限にする。]
[0210] （５）漏れた流体を循環系に戻す流体ポンプを設ける。]
[0211] （６）ダウンストロークの際、ピストンがそのプラスの仕事を行い、アップストロークの際、ピストンがマイナスの仕事（または例えば図３に関して説明した他のスーニーエンジン内へのポンプ動作等）をするように、膨張チャンバを、膨張器および圧縮器チャンバ（膨張／圧縮チャンバ）の二重機能に変換する。] 図３
[0212] 熱を保持または吸収しない材料のいくつかの実施形態において、適用されたエンジンの膨張／圧縮チャンバの壁を構成する。エンジンピストンの摩擦を処理できるセラミックは考えられる材料の１つである。膨張／圧縮チャンバと冷却シンクとの間の漏れはゼロを保持する。]
[0213] （１）既存のコクムスエンジンの冷却システムを利用して低温低圧の冷却シンクをつくる。]
[0214] １以上の実施形態によるスーニーエンジンの４つのシリンダ構成が図１３Ａに示すコクムスの４つのシリンダ構成に一致する。１つのシリンダチャンバの体積が他方の反対の体積を有する、すなわち４つの背圧体積（前者の圧縮チャンバの）を相互接続し、その一方で、前者のコクムス圧縮チャンバの冷却コイルを分離し利用することにより、４つのジャーナルが９０°離れて、十字の形を形成するよう、４つのシリンダの４つのピストンが等間隔で設けられるので、シンクの平均体積は一定を保ち、かつ作動ストロークのＢＤＣで生じる低圧／低温レベルに留まる。] 図１３Ａ
[0215] （２）既存のコクムス圧縮チャンバと変更されたスーニー冷却システムとの間のアップストローク弁のアクセスを密封する。]
[0216] １以上の実施形態において、コクムスをスーニーエンジンに変換する上で、アップストロークの際の弁のアクセスを可能にするコクムスエンジンの手段が、循環系から永遠に密封される。]
[0217] （３）再圧縮チャンバを相互につないで、一定の体積を保ち、圧縮を避ける。]
[0218] 冷却シンクにおいて一定の低圧を維持し、前者のコクムス圧縮チャンバは、ある実施例にしたがい、相互接続される。これにより、横断動作の合わせた体積変化がゼロになるため、各パワーストロークのダウンストロークの際の体積の侵食がアップストロークの際の体積の膨張と確実に等しくなる。]
[0219] （４）膨張チャンバと変換した冷却シンクとの間のパワーピストンを介するブリーディングまたは漏れを最小限にする。]
[0220] 漏れがなく、冷却シンクへの作動流体のマスフローがある場合、適応したエンジンが、一定した理想的温度／圧力状態を提供していると考えられる。しかしながら、現実には、各作動ピストンについて、物理的バリア（１以上の実施形態において説明した蛇腹等）が設けられない限り、作動流体は低圧冷却シンク内に漏れて侵入する。]
[0221] （５）漏れ出た流体を循環系に戻す流体ポンプを設ける。]
[0222] 漏れ出た流体を、回転ポンプまたは図１３Ｂに示す装置を使って循環系に戻す。同装置は、ＢＤＣの圧力が本質的にシンクに等しいときに、ＢＤＣで、ピストンを使って、循環へ流体を戻す。図１３Ｂに示すとおり、このシンクポンプ１３０７は、圧力サイクルの下端で機能する。ＴＤＣでの高圧均衡の際にポンプ動作する代わりに、シンクポンプ１３０７は、ＢＤＣでの低圧均衡の際に、ポンプ動作で漏れ出た流体を循環に戻す。漏れが最小限になると考えられるので、ギアシステムを設けて、エンジンが数サイクル回転して初めてポンプ動作が可能になるようにする。スプリング１３０９は、循環系の流体ポンプ７００と同様コッキングされ、循環系と同様均衡圧力状態で解放される。しかしながら、シンクポンプ１３０７は、低圧力ポイントでそのポンプ動作を達成する。] 図１３Ｂ
[0223] （６）４つのダウンストロークの際、ピストンがそのプラスの仕事を行い、４つのアップストロークの際にマイナスの仕事（またはたとえば図３に関して説明した他のスーニーエンジンへポンプ動作する）を行うように、膨張チャンバを膨張／圧縮チャンバの二重機能に変換する。この小さな内部ポンプ構成は、上記の流体ポンプ７００の原則と一致する。] 図３
[0224] 図１３Ａおよび図１３Ｂに例示する各コクムスエンジンの作動シリンダのヘッド上に、１以上の実施形態にしたがうスーニー装置を装備し、上記のように機能させる。] 図１３Ａ 図１３Ｂ
[0225] いくつかの実施形態において、以下の変更を行って１以上の実施形態において開示するスーニーエンジンをコクムスエンジンに組み込む。]
[0226] 1）膨張作動シリンダおよびそのパワーピストンが、変換されて、二重の能力において膨張および圧縮を組み合わせたチャンバとしての機能を果たす。まず、アップストロークの際の膨張チャンバから弁が進み、背圧圧縮チャンバが圧縮非仕事チャンバとして動作を止め単なる低圧シンクとなるよう、背圧圧縮チャンバが、廃止される。次に、この低圧シンクを他の３つの（４つのうち）シンクに相互接続して、確実に低圧が一定になるようにする。言い換えれば、コクムスエンジンの圧縮チャンバは、相互接続された４つチャンバを有する低圧シンクに変換されて、確実に圧力の均一化と安定化を行う。以前、コクムスエンジンのこの圧縮装置において使用した冷却システムを使用して、低圧を維持する。この低圧シンクにおける流体をできる限り循環作動流体から分離する。]
[0227] ２）適応した構成における膨張／圧縮仕事と非仕事チャンバの組み合わせは、入口と出口とを有する。]
[0228] ３）コクムスエンジンの適応で生じる再生器が上記のとおり大型高温／高圧レザボアにおいて発生する。作動流体は、エンジン本体から完全に再循環されているので、効率は非常に向上する。]
[0229] 図１４は、本明細書に開示するいずれかのスーニーエンジンとともに用いる回転シャッター弁を開示する。] 図１４
[0230] １以上の実施形態において開示されるスーニーエンジンの動作は、熱交換を行うエンジンであるスターリングエンジンと対照的に体積の急速な交換に依存する。有効体積交換は、巡回する作動流体の流れの高速性に大いに依存する。加熱交換器５００と膨張チャンバ１０７との間、ならびに、圧縮／ポンプ浸食チャンバとして機能する場合には後者と冷却交換器６００との間で、迅速かつ信頼度の高い流れを確実にするためには、いくつかの実施形態によるバルブの開口をできるだけ広くする。]
[0231] このため、回転シャッター弁１４６９に、１つは取り込み用（入口ポート１２１のような）、１つは排出用（排出ボート１２２のような）にそれぞれ、２つの区画１４２１および１４２２を設ける。いくつかの実施形態においては、取り込み用１４２１は、ＢＤＣからＴＤＣへのアップストロークの間、全ストローク時間の約２０分の１または５％開放され、かつ排出用１４２２は同時間の約５０％開放される。いくつかの実施形態においては、取り込み用１４２１が開く前に排出用１４２２が閉じられる。いくつかの実施形態によれば、排出用１４２２のバルブスリットは、取り込み用１４２１のものより大きい。]
[0232] 一以上の実施例において、回転シャッター弁１４６９は、一定の速度で絶え間なくスピンして、パワーピストンシャフト１４１により直接的または間接的に駆動される。交換の排出用１４２２と取り込み用１４２２の開放速度は、体積の変化速度に並行して生じる。取り込み用１４２１は、いくつかの実施形態においては、排出用１４２２が閉じた直後に開放される。一以上の実施例においては、バルブの開口の長いスリットは、パワーピストン１０３のヘッドの直径および圧縮／ポンプ侵食チャンバを横断する。]
[0233] 図１５は、高効率の熱電併給（ＣＨＰ）エンジン１５００の一以上の実施例にしたがう特定の応用を示す。図１５に例示する１以上の実施形態における熱ＣＨＰエンジンは、多目的太陽熱総合ユーティリティパッケージ（電気、お湯、加熱およびＡＣ）に組み込まれかつ建物の冷暖房のみならず一年中電力を発生することになる。これらに限定されるわけではないが、熱源として可能なものは、１）家庭や商業ビルが受ける受動的な太陽光熱および／または２）太陽光発電所のための高温および／または３）工業用の蓄積された廃熱の利用を含む。] 図１５

权利要求:

請求項1
流体を、低圧状態にある前記流体の第１の流体源（６００）から高圧状態にある前記流体の第２の流体源（５００）に移動させるための流体ポンプ（７００）であって、前記流体ポンプが、チャンバと、前記チャンバ内を変位可能でかつ前記チャンバを可変体積の第１および第２のサブチャンバ（１１４、１１２）に分割する区画部材（１１３）とを備え、前記第１のサブチャンバ（１１４）が、それぞれ第２および第１の流体源（５００、６００）と制御可能に連通可能な入口および出口開口（１２１、１２２）を有し、前記第２サブチャンバ（１１２）がそれぞれ第１および第２の流体源（６００、５００）と制御可能に連通可能な入口および出口開口（１２５、１２４）を有し、区画部材（１１３）の対向する側の圧力が等しくされる場合、低圧状態の流体を第２のサブチャンバ（１１２）から第２の流体源（５００）へポンプ動作で送り込むために、前記区画部材が、第２のサブチャンバ（１１２）内に移動するよう構成される、流体ポンプ。
請求項2
前記ポンプが、気相−液相変化なしに、前記流体の低圧蒸気を、第１の流体源から第２の流体源へ、強制的に移動させるようになっている蒸気ポンプである、請求項１に記載の流体ポンプ。
請求項3
区画部材の対向する側の圧力が、（ｉ）ポンプが閉じられる際には、区画部材の対向する側の高圧状態の流体、および（ｉｉ）ポンプが開放される際には、区画部材の対向する側の中間圧力状態の流体のうち少なくともいずれか一方の存在によって等しくされる、請求項１に記載の流体ポンプ。
請求項4
前記第１のサブチャンバ（１１４）の前記入口開口（１２１）および前記第２のサブチャンバ（１１２）の前記出口開口（１２４）が、作動的に開放され、前記サブチャンバにおける流体圧力が、第２の流体源の流体圧力と等しくなり、それにより前記圧力の均一化が実現される、請求項３に記載の流体ポンプ。
請求項5
前記区画部材が、前記第２のサブチャンバの閉鎖に向けて偏倚されている、請求項１に記載の流体ポンプ。
請求項6
前記第２の流体源における流体の高圧および／または温度ブラケットの幅にしたがい、前記ポンプのチャンバの体積を調節する可変条件調節器（１００１）をさらに備える、請求項１に記載の流体ポンプ。
請求項7
可変条件調節器が、可変圧力条件の際に、ポンプの変動を防止するための安定化手段をさらにそなえる、請求項６に記載の流体ポンプ。
請求項8
異なるタイミングで前記第１のサブチャンバ（１１４）の入口および出口開口（１２１、１２２）を作動的に閉じかつ／または開くための回転シャトル弁（１４６９）をさらに備える、請求項１に記載の流体ポンプ。
請求項9
異なるタイミングで、前記第１のサブチャンバの入口および出口開口（１２１、１２２）を作動的に閉じかつ／または開くための機構をさらに備え、前記機構が高圧状態の前記流体の圧力および温度の少なくとも１つに応じて自動的に調節可能である、請求項１に記載の流体ポンプ。
請求項10
ポンプのチャンバ上に分配される可変接点に応答して、異なるタイミングで前記第１のサブチャンバの入口および出口開口（１２１、１２２）を作動的に閉じかつ／または開くためのソレノイド弁をさらに含む、請求項１に記載の流体ポンプ。
請求項11
熱システムであって、高圧流体を供給するための加熱交換器（５００）と、前記加熱交換器（５００）に結合されて、前記高圧流体上に延在しかつ低圧状態の前記流体を排出するためのエンジン（４００）と、エンジン排出部（６００）からの低圧流体を、内部圧力の均衡によりまたは低圧状態から高圧状態へポンプ動作で送られる作動流体の流れに対する抵抗を均衡化する力により、前記加熱交換器（５００）へ戻すための流体ポンプ（７００）とを備える、熱システム。
請求項12
前記流体ポンプが、膨張チャンバを備え、かつ前記エンジンがピストンチャンバを備え、流体が、エンジンのパワーピストン（１０３）のダウンストロークにおいて、膨張チャンバおよびピストンチャンバで膨張し、膨張チャンバがエンジンのパワーピストンのアップストロークにおいて、ポンプ変位チャンバ（１１４）に変換され、ピストンチャンバとポンプ変位チャンバとは、膨張した流体を圧縮するために両方ともにその前のピストンチャンバおよびポンプ変位チャンバへ侵入する、請求項１１に記載の熱システム。
請求項13
ポンプ変位チャンバとともに、加熱交換器へポンプ動作で戻される前に、膨張した流体が冷却され圧縮される冷却消費チャンバ（１００）を画定する冷却チャンバ（１１０）とポンプチャンバ（１１２）とをさらに備え、冷却チャンバにおける流体の圧力が抑えられる、熱システム。
請求項14
エンジン排出部が、ポンプ変位チャンバとポンプチャンバとの間に配置される冷却チャンバ内の膨張した流体を冷却するための冷却交換器（６００）を備える、請求項１３に記載の熱ルシステム。
請求項15
ポンプが、ポンプ変位チャンバとポンプチャンバとの間で移動可能で、かつパワーピストンのアップストロークの際に、少なくとも間接的には、パワーピストンにより作動的に駆動されて、パワーピストンとともに、ポンプ変位チャンバ内へ侵入するポンプピストン（１１３）をさらに備える、請求項１２に記載の熱システム。
請求項16
アップストロークの際に、ポンプピストンをパワーピストンの動きに作動的に接続し、かつダウンストロークの際に、ポンプピストンをパワーピストンの動きから作動的に切り離すためのコネクタ（８００）をさらに備える、請求項１５に記載の熱システム。
請求項17
前記コネクタが、カム機構をそなえる、請求項１６に記載の熱システム。
請求項18
前記コネクタが、ポンプピストンとパワーピストンを、パワーピストンの位置に応じて、ともにを解放可能にラッチするためのラッチ機構を備える、請求項１６に記載の熱システム。
請求項19
エンジンが、スターリング系エンジンであって、前記熱機関のパワーピストンにより移動可能で、前記パワーピストンのピストンチャンバの入口と出口の少なくとも一方を閉じかつ／または開くバルブスリーブをさらに含む、請求項１１に記載の熱システム。
請求項20
流体ポンプが、ポンプチャンバと、初期位置と偏倚された位置との間のポンプチャンバ内において弾性的に移動可能な区画部材（８１１３）とを備え、区画部材の対向する側の圧力が熱交換器からアクセスする高圧状態の流体により等しくされる場合に、区画部材の偏倚された場所から初期位置への弾性戻りが、低圧状態の流体を加熱交換器内に放出するため十分である、請求項１１に記載の熱システム。
請求項21
エンジンが、ワンケル系エンジンである、請求項１１に記載の熱システム。
請求項22
共通のパワーピストンシャフト上に、９０°離れて、ワンケルピストンに対して隣同士に配設される２つのワンケルエンジンと、前記ワンケルエンジンの外壁上の、２つ以上の前記流体ポンプとを備える、請求項２１に記載の熱システム。
請求項23
流体ポンプが、初期位置と偏倚位置との間で弾性的に移動可能なポンプチャンバ（８７０８）と、ポンプチャンバ内の区画部材とを備え、区画部材の対向する側の圧力が、加熱交換器からアクセスする高圧状態の流体により等しくされる場合、ポンプチャンバの、偏倚位置から初期位置への弾性の戻りが、低圧状態の流体を加熱交換器内へ放出するのに十分である、請求項２１に記載の熱システム。
請求項24
区画部材が、相互に対して移動可能な２つの壁と、２つの可動壁の間を出入りして移動可能で、加熱交換器および／または温度ブラケットからアクセスする高圧状態の流体の圧力に応答して、自動的に区画部材の寸法かつポンプチャンバの体積を調節するための可変条件調節器と備える、請求項２２に記載の熱システム。
請求項25
エンジンに結合された発電機（９００１）をさらに備える、請求項１１に記載の熱システム。
請求項26
前記熱機関（４０３）が、各々が前記流体ポンプ（７００Ｒ／Ｌ）の１つに結合される２つ以上の膨張チャンバ（３１０７Ｒ／Ｌ）を備え、かつ膨張チャンバの１つにおいて膨張する流体が、他の膨張チャンバと関連する流体ポンプに圧縮されてポンプ動作を受けて加熱交換器内に戻る、請求項１１に記載の熱システム。
請求項27
流体を、低圧状態の前記流体の第１の流体源からの高圧状態の前記流体の第２の流体源へポンプ動作で移動させる方法であって、前記方法が、内部で変位可能な区画部材（１１３）を有するチャンバにおいて、前記チャンバを体積が可変の第１および第２のサブチャンバ（１１４、１１２）に分割するステップと、前記第２のサブチャンバ（１１２）において、第１の流体源（６００）からの低圧状態の前記流体の容量を受け取るステップと、前記第２のサブチャンバ（１１２）における低圧力状態の前記流体の熱ではなく容量を前記第１のサブチャンバ（１１４）における第２の流体源（５００）からの高圧状態の前記流体の同じ容量と交換するステップとを備える、方法。