JP2004204692A

JP2004204692A - Stirling engine

Info

Publication number: JP2004204692A
Application number: JP2002371419A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yamamoto; 康山本
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: JP3846420B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly efficient stirling engine capable of recovering all the expansion of operating fluid. <P>SOLUTION: This stirling engine is provided with a displacer mechanism which has a pair of displacer cylinders, a pair of displacers slidably disposed in the pair of displacer cylinders and a pair of expansion and contraction chambers where the flowing operating gas flows in/out in the operation of the pair of the displacers; a displacer operating mechanism operating the pair of displacers with a phase difference of 180° from each other; an operating gas circuit communicating the pair of displacer cylinders; and a fluid rotating machine disposed in the operating gas circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スターリングエンジン、更に詳しくは作動気体の流動によって流体回転機を作動するスターリングエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スターリングエンジンは、一般にシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に配設されたディスプレーサと、該ディスプレーサの作動に伴って流動する作動気体が流出入する膨張室および作動室と、該作動室内の作動気体の圧力変化に対応して作動せしめられるパワーピストンと、ディスプレーサに連結され該ディスプレーサを所定のタイミングで作動する作動ロッドとを具備している。このようなディスプレーサ式のスターリングエンジンは、作動気体が加熱・冷却されることによる膨張・収縮に伴う上記作動室内の圧力変化に対応してパワーピストンを作動するようになっている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−４４５７６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
而して、従来のスターリングエンジンは、作動気体の膨張・収縮に伴う作動室内の圧力変化に対応してパワーピストンを作動せしめる構成であるため、作動流体の膨張分をパワーピストンのストローク以上に回収することができず、熱効率としては必ずしも良好とはいえない。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、作動流体の膨張分を全て回収することができ、熱効率の良いスターリングエンジンを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記主たる技術的課題を解決するために、本発明によれば、一対のディスプレーサシリンダと、該一対のディスプレーサシリンダ内にそれぞれ摺動可能に配設された一対のディスプレーサと、該一対のディスプレーサの作動に伴って流動する作動気体が流出入する一対の膨張室および収縮室とを備えたディスプレーサ機構と、
該一対のディスプレーサを互いに１８０度の位相差をもって作動するディスプレーサ作動機構と、
該一対の収縮室または膨張室同志を連通する作動気体回路と、
該作動気体回路中に配設された流体回転機と、を具備している、
ことを特徴とするスターリングエンジンが提供される。
【０００７】
上記作動気体回路は、作動気体を一方のディスプレーサシリンダから流体回転機を通して他方のディスプレーサシリンダに流す形態と、作動気体を他方のディスプレーサシリンダから回転回転機を通して一方のディスプレーサシリンダに流す形態とに制御する制御機構を備えている。
また、上記作動気体回路は、一方のディスプレーサシリンダと流体回転機の流体入口とを連通する第１の流入通路と、一方のディスプレーサシリンダと流体回転機の流体出口とを連通する第１の流出通路と、他方のディスプレーサシリンダと流体回転機の流体入口とを連通する第２の流入通路と、他方のディスプレーサシリンダと流体回転機の流体出口とを連通する第２の流出通路とを備えており、
上記制御機構は、第１の流入通路に配設され一方のディスプレーサシリンダから流体回転機側への作動気体の流通は許容するが流体回転機側から一方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通を遮断する第１の逆止弁と、第１の流出通路に配設され流体回転機側から一方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通は許容するが一方のディスプレーサシリンダから流体回転機側への作動気体の流通を遮断する第２の逆止弁と、第２の流入通路に配設され他方のディスプレーサシリンダ側から流体回転機側への作動気体の流通は許容するが流体回転機側から他方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通を遮断する第３の逆止弁と、第２の流出通路に配設され流体回転機側から他方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通は許容するが他方のディスプレーサシリンダ側から流体回転機側への作動気体の流通を遮断する第４の逆止弁とからなっている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成されたスターリングエンジンの好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【０００９】
図１には、本発明に従って構成されたスターリングエンジンの第１の実施形態が示されている。
図１に示す実施形態のスターリングエンジンは、ディスプレーサ機構２を具備している。ディスプレーサ機構２は、一対のディスプレーサシリンダ２１ａ、２１ｂと、該一対のディスプレーサシリンダ２１ａ、２１ｂ内にそれぞれ摺動可能に配設された一対のディスプレーサ２２ａ、２２ｂと、該一対のディスプレーサ２２ａ、２２ｂの作動に伴って流動する作動気体が流出入する一対の膨張室２３ａ、２３ｂおよび一対の収縮室２４ａ、２４ｂとからなっている。一対のディスプレーサシリンダ２１ａ、２１ｂはアルミ合金等によって形成され、支持枠体３によって互いに連結されている。一対のディスプレーサシリンダ２１ａ、２１ｂの一対の膨張室２３ａ、２３ｂ側の端部は図示しない適宜の加熱手段によって加熱されるようになっている。また、一対のディスプレーサシリンダ２１ａ、２１ｂの一対の収縮室２４ａ、２４ｂ側の端部は、自然冷却でもよいが適宜の冷却手段によって冷却することが望ましい。このように構成された一対のディスプレーサシリンダ２１ａ、２１ｂ内および後述する作動気体回路内には、水素やヘリウム等の比熱の小さい作動気体が封入される。上記一対のディスプレーサ２２ａ、２２ｂは比重が小さい材料によって円筒状に形成され、一対のディスプレーサシリンダ２１ａ、２１ｂの内周面との間に所定の隙間を有して摺動可能に構成されている。この一対のディスプレーサ２２ａ、２２ｂがそれぞれ一対のディスプレーサシリンダ２１ａ、２１ｂ内を図において上下方向に作動することにより、作動気体が上記隙間を通してそれぞれ一対の収縮室２４ａ、２４ｂと一対の膨張室２３ａ、２３ｂに流出入するようになっている。
【００１０】
図示の実施形態におけるスターリングエンジンは、上記一対のディスプレーサ２２ａ、２２ｂを互いに１８０度の位相差をもって作動するディスプレーサ作動機構４を具備している。図示の実施形態におけるディスプレーサ作動機構４は、電動モータ４１と、該電動モータ４１の一対の駆動軸４１１ａ、４１１ｂに互いに１８０度の位相差をもって設けられた一対のクランクジャーナル４２ａ、４２ｂと、該一対のクランクジャーナル４２ａ、４２ｂにそれぞれ一端（図において下端）が連結された一対の連結ロッド４３ａ、４３ｂと、該一対の連結ロッド４３ａ、４３ｂのそれぞれ他端（図において上端）と一端（図において下端）が一対の連結機構４４ａ、４４ｂを介して連結され一対のディスプレーサロッド４５ａ、４５ｂとからなっており、この一対のディスプレーサロッド４５ａ、４５ｂのそれぞれ他端（図において上端）が上記一対のディスプレーサ２２ａ、２２ｂと連結されている。このように構成されたディスプレーサ作動機構４は、電動モータ４１を回転駆動すると一対のクランクジャーナル４２ａ、４２ｂ、一対の連結ロッド４３ａ、４３ｂ、一対の連結機構４４ａ、４４ｂおよび一対のディスプレーサロッド４５ａ、４５ｂを介して一対のディスプレーサ２２ａ、２２ｂを互いに１８０度の位相差をもって図において上下方向に作動する。
【００１１】
図示の実施形態におけるスターリングエンジンは、上記ディスプレーサ機構２の一対の収縮室２４ａ、２４ｂ同志を連通する作動気体回路５と、該作動気体回路５中に配設された流体回転機としてのベーンモータ６とを具備している。図示の実施形態における作動気体回路５は、一方の収縮室２４ａとベーンモータ６の流入口６１とを連通する第１の流入通路５１と、一方の収縮室２４ａとベーンモータ６の流出口６２とを連通する第１の流出通路５２と、他方の収縮室２４ｂとベーンモータ６の流入口と６１を連通する第２の流入通路５３と、他方の収縮室２４ｂとベーンモータ６の流出口６２とを連通する第２の流出通路５４とからなっている。このように構成された作動気体回路５は、作動気体を一方の収縮室２４ａからベーンモータ６を通して他方の収縮室２４ｂに流す形態と、作動気体を他方の収縮室２４ｂからベーンモータ６を通して一方の収縮室２４ａに流す形態とに制御する制御機構７を備えている。この制御機構７は、図示の実施形態においては、上記第１の流入通路５１と第１の流出通路５２と第２の流入通路５３および第２の流出通路５４にそれぞれ配設された第１の逆止弁７１と第２の逆止弁７２と第３の逆止弁７３および第４の逆止弁７４とからなっている。第１の逆止弁７１は、一方の収縮室２４ａ側からベーンモータ６側への作動気体の流通は許容するがベーンモータ６側から一方の収縮室２４ａ側への作動気体の流通を遮断するように構成されている。第２の逆止弁７２は、ベーンモータ６側から一方の収縮室２４ａ側への作動気体の流通は許容するが一方の収縮室２４ａ側からベーンモータ６側への作動気体の流通を遮断するように構成されている。また、第３の逆止弁７３は、他方の収縮室２４ｂ側からベーンモータ６側への作動気体の流通は許容するがベーンモータ６側から他方の収縮室２４ｂ側への作動気体の流通を遮断するように構成されている。第４の逆止弁７４は、ベーンモータ６側から他方の収縮室２４ｂ側への作動気体の流通は許容するが他方の収縮室２４ｂ側からベーンモータ６側への作動気体の流通を遮断するように構成されている。なお、ベーンモータ６の回転軸６３には、図示しない発電機が装着される。
【００１２】
図１に示す実施形態のスターリングエンジンは以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
図１に示すスターリングエンジンは、ディスプレーサ作動機構４により上記一対のディスプレーサ２２ａ、２２ｂを互いに１８０度の位相差をもって作動することによって駆動される。一対のディスプレーサ２２ａ、２２ｂが図１において実線で示す状態においては、一方のディスプレーサ２２ａが下死点に位置し、他方のディスプレーサ２２ｂが上死点に位置している。この状態においては、一方のディスプレーサシリンダ２１ａの一方の膨張室２３ａ内の作動気体が加熱されされて膨張し、他方のディスプレーサシリンダ２１ｂの他方の収縮室２４ｂ内の作動気体が冷却されて収縮する。従って、一方のディスプレーサシリンダ２１ａの一方の膨張室２３ａ内で膨張せしめられた作動気体がディスプレーサシリンダ２１ａとディスプレーサ２２ａとの間の隙間を通して一方の収縮室２４ａに流入し、更に第１の流入通路５１および第１の逆止弁７１を通してベーンモータ６の流入口６１からベーンモータ６に流入する。この結果、ベーンモータ６が回転駆動される。ベーンモータ６を回転駆動した作動気体は、ベーンモータ６の流出口６２から第４の逆止弁７４および第４の流入通路５４を通して、他方のディスプレーサシリンダ２１ｂの他方の収縮室２４ｂ内に流入する。
【００１３】
上述したように作動気体が流動している際に、ディスプレーサ作動機構４により一対のディスプレーサ２２ａ、２２ｂも作動せしめられており、図１において２点鎖線で示す位置、即ち一方のディスプレーサ２２ａが上死点に位置し、他方のディスプレーサ２２ｂが下死点に位置付けられる。一対のディスプレーサ２２ａ、２２ｂが図１において２点鎖線で示す位置に位置付けられた状態においては、一方の膨張室２３ａ内の作動気体は一方の収縮室２４ａに流入し、他方の収縮室２４ｂ内の作動気体は他方の膨張室２４ａに流入する。この結果、他方のディスプレーサシリンダ２１ｂの他方の膨張室２３ｂ内の作動気体が加熱されされて膨張し、一方のディスプレーサシリンダ２１ａの一方の収縮室２４ａ内の作動気体が冷却されて収縮する。従って、他方のディスプレーサシリンダ２１ｂの他方の膨張室２３ｂ内で膨張せしめられた作動気体が他方のディスプレーサシリンダ２１ｂとディスプレーサ２２ｂとの間の隙間を通して他方の収縮室２４ｂに流入し、更に第３の流入通路５５および第３の逆止弁７３を通してベーンモータ６の流入口６１からベーンモータ６に流入する。この結果、ベーンモータ６が回転駆動される。ベーンモータ６を回転駆動した作動気体は、ベーンモータ６の流出口６２から第２の逆止弁７２および第２の流入通路５２を通して、一方のディスプレーサシリンダ２１ａの他方の収縮室２４ａ内に流入する。
【００１４】
上述した作動が繰り返されることにより、一方のディスプレーサシリンダ２１ａの一方の収縮室２４ａから流出される作動気体と他方のディスプレーサシリンダ２１ｂの収縮室２４ｂから流出される作動気体が交互にベーンモータ６に流入し、ベーンモータ６が回転駆動され、回転軸６３に装着された図示しない発電機が作動せしめられる。このように作動気体によって回転駆動されるベーンモータ６等の流体回転機は無限ストロークであるため、作動気体の膨張分を全て回収することができ、熱効率の良いスターリングエンジンを得ることができる。
【００１５】
次に、本発明に従って構成されたスターリングエンジンの第２の実施形態について、図２を参照して説明する。なお、図２に示す第２の実施形態においては、ディスプレーサ作動機構の構成が上記図１に示す第１の実施形態と相違するが、それ以外の構成は上記図１に示す第１の実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示す第２の実施形態におけるスターリングエンジンのディスプレーサ作動機構４０は、両端に互いに１８０度の位相差をもって設けられた一対のクランクジャーナル４２ａ、４２ｂを装着した駆動軸４６と、該駆動軸４６に装着されたプーリー４７と、流体回転機としてのベーンモータ６の回転軸６３に装着されたプーリー４８と、該プーリー４８とプーリー４７とに捲回されたベルト４９とからなっている。このように構成されたディスプレーサ作動機構４０は、スターリングエンジンの始動時には他の作動手段によって駆動軸４６を作動する。そして、上述した第１の実施形態のようにベーンモータ６が回転せしめられると、この回転が回転軸６３、プーリー４８、ベルト４９、プーリー４７、駆動軸４６、一対のクランクジャーナル４２ａ、４２ｂ、一対の連結ロッド４３ａ、４３ｂ、一対の連結機構４４ａ、４４ｂ、一対のディスプレーサロッド４５ａ、４５ｂを介して一対のディスプレーサ２２ａ、２２ｂに伝達され、一対のディスプレーサロッド４５ａ、４５ｂは互いに１８０度の位相差をもって図において上下方向に作動せしめる。
【００１６】
次に、本発明に従って構成されたスターリングエンジンの第３の実施形態について、図３を参照して説明する。なお、図３に示す第３の実施形態は、流体回転機としてタービン８を用い、このタービン８によって発電機９を作動するように構成したもので、それ以外の構成は上記図１に示す第１の実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示す第３の実施形態においては、流体回転機としてタービン８の流体入口８１が第１の流入通路５１と第２の流入通路５３に連通され、タービン８の流体出口８２が第１の流出通路５２と第２の流出通路５４に連通されている。そして、タービン８の回転軸８３に永久磁石式の発電機９が配設されている。このように構成された第３の実施形態におけるスターリングエンジンは、ディスプレーサ作動機構４により上記一対のディスプレーサ２２ａ、２２ｂを互いに１８０度の位相差をもって作動することによって駆動される。そして、上述した第１の実施形態と同様に一方のディスプレーサシリンダ２１ａの一方の収縮室２４ａから流出される作動気体と他方のディスプレーサシリンダ２１ｂの収縮室２４ｂから流出される作動気体が交互にタービン８の流入口８１からタービン８に流入し、流出口８２を通して流通することにより、タービン８が回転駆動される。このようにタービン８が回転することにより、タービン８の回転軸８３に取り付けられた発電機９が駆動され、作動気体が膨張せしめられたエネルギーは発電機９によって発電される電力によって回収される。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によるスターリングエンジンは以上のように構成され、作動気体によって流体回転機を駆動するので、流体回転機は無限ストロークであるため、作動気体の膨張分を全て回収することができ、熱効率の良いスターリングエンジンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成されたスターリングエンジンの第１の実施形態を示す概略構成図。
【図２】本発明に従って構成されたスターリングエンジンの第２の実施形態を示す概略構成図。
【図３】本発明に従って構成されたスターリングエンジンの第３の実施形態を示す概略構成図。
【符号の説明】
２：ディスプレーサ機構
２１ａ、２１ｂ：ディスプレーサシリンダ
２２ａ、２２ｂ：ディスプレーサ
２３ａ、２３ｂ：膨張室
２４ａ、２４ｂ：収縮室
３：支持枠体
４：ディスプレーサ作動機構
４１：電動モータ
４２ａ、４２ｂ：クランクジャーナル
４３ａ、４３ｂ：連結ロッド
４４ａ、４４ｂ：連結機構
４５ａ、４５ｂ：ディスプレーサロッド
５：作動気体回路
５１：第１の流入通路
５２：第２の流入通路
５３：第３の流入通路
５４：第４の流入通路
６：ベーンモータ
６１：流入口
６２：流出口
７：制御機構
７１：第１の逆止弁
７２：第２の逆止弁
７３：第３の逆止弁
７４：第４の逆止弁
４０：ディスプレーサ作動機構
４６：駆動軸
４７：プーリー
４８：プーリー
４９：ベルト
２：タービン
８１：流入口
８２：流出口
９：発電機[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a Stirling engine, and more particularly, to a Stirling engine that operates a fluid rotating machine by a flow of a working gas.
[0002]
[Prior art]
A Stirling engine generally includes a cylinder, a displacer slidably disposed in the cylinder, an expansion chamber and an operation chamber into and out of which a working gas flowing with the operation of the displacer flows, and an operation in the operation chamber. The power piston includes a power piston that is operated in response to a change in gas pressure, and an operating rod that is connected to the displacer and operates the displacer at a predetermined timing. Such a displacer type Stirling engine operates a power piston in response to a pressure change in the working chamber caused by expansion and contraction caused by heating and cooling of a working gas. (For example, refer to Patent Document 1.)
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-44576
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional Stirling engine operates the power piston in response to a change in pressure in the working chamber due to expansion and contraction of the working gas, the expansion amount of the working fluid is recovered more than the stroke of the power piston. The thermal efficiency is not always good.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main technical problem thereof is to provide a Stirling engine that can recover all the expansion of a working fluid and has high thermal efficiency.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the main technical problem, according to the present invention, a pair of displacer cylinders, a pair of displacers slidably disposed in the pair of displacer cylinders, and an operation of the pair of displacers, respectively. A displacer mechanism comprising a pair of expansion chamber and contraction chamber into and out of which a working gas flowing with
A displacer operating mechanism that operates the pair of displacers with a phase difference of 180 degrees from each other;
A working gas circuit communicating the pair of contraction chambers or expansion chambers,
A fluid rotating machine disposed in the working gas circuit.
A Stirling engine is provided.
[0007]
The working gas circuit controls the working gas to flow from one displacer cylinder through the fluid rotating machine to the other displacer cylinder and the working gas to flow working gas from the other displacer cylinder to the one displacer cylinder through the rotary rotating machine. It has a control mechanism.
The working gas circuit may further include a first inflow passage communicating the one displacer cylinder with the fluid inlet of the fluid rotating machine, and a first outflow passage communicating the one displacer cylinder with the fluid outlet of the fluid rotating machine. A second inflow passage communicating the other displacer cylinder with the fluid inlet of the fluid rotating machine, and a second outflow passage communicating the other displacer cylinder with the fluid outlet of the fluid rotating machine.
The control mechanism is provided in the first inflow passage, and allows the flow of the working gas from one displacer cylinder to the fluid rotating machine side, but allows the working gas to flow from the fluid rotating machine side to the one displacer cylinder side. A first check valve for shutting off, and a flow of working gas from the fluid rotating machine side to the one displacer cylinder side, which is provided in the first outflow passage, but is allowed to flow from one displacer cylinder to the fluid rotating machine side. A second check valve for shutting off the flow of the working gas, and a second check valve disposed in the second inflow passage to allow the flow of the working gas from the other displacer cylinder side to the fluid rotating machine side but allow the other side from the fluid rotating machine side A third check valve for shutting off the flow of the working gas to the displacer cylinder side, and a third check valve disposed in the second outflow passage to transfer the working gas from the fluid rotating machine side to the other displacer cylinder side. Passing is allowed is made from a fourth check valve for blocking the flow of working gas to the fluid rotary machine side from the other displacer cylinder side.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a Stirling engine configured according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
[0009]
FIG. 1 shows a first embodiment of a Stirling engine configured according to the present invention.
The Stirling engine of the embodiment shown in FIG. 1 includes a displacer mechanism 2. The displacer mechanism 2 includes a pair of displacer cylinders 21a and 21b, a pair of displacers 22a and 22b slidably disposed in the pair of displacer cylinders 21a and 21b, and an operation of the pair of displacers 22a and 22b. And a pair of expansion chambers 23a and 23b and a pair of contraction chambers 24a and 24b into and out of which working gas flows. The pair of displacer cylinders 21 a and 21 b are formed of an aluminum alloy or the like, and are connected to each other by the support frame 3. The ends of the pair of displacer cylinders 21a, 21b on the side of the pair of expansion chambers 23a, 23b are heated by a suitable heating means (not shown). The ends of the pair of displacer cylinders 21a, 21b on the side of the pair of contraction chambers 24a, 24b may be naturally cooled, but are preferably cooled by an appropriate cooling means. A working gas having a low specific heat, such as hydrogen or helium, is sealed in the pair of displacer cylinders 21a and 21b and a working gas circuit described later. The pair of displacers 22a and 22b are formed of a material having a small specific gravity in a cylindrical shape, and are configured to be slidable with a predetermined gap between the pair of displacer cylinders 21a and 21b and the inner peripheral surfaces thereof. The pair of displacers 22a and 22b operate in the pair of displacer cylinders 21a and 21b in the vertical direction in the figure, respectively, so that the working gas flows through the gaps to the pair of contraction chambers 24a and 24b and the pair of expansion chambers 23a and 23b. It is designed to flow in and out.
[0010]
The Stirling engine in the illustrated embodiment includes a displacer operating mechanism 4 that operates the pair of displacers 22a and 22b with a phase difference of 180 degrees from each other. The displacer operating mechanism 4 in the illustrated embodiment includes an electric motor 41, a pair of crank journals 42 a and 42 b provided on a pair of drive shafts 411 a and 411 b of the electric motor 41 with a phase difference of 180 degrees from each other, A pair of connecting rods 43a, 43b each having one end (lower end in the figure) connected to the crank journals 42a, 42b, and the other end (upper end in the figure) and one end (lower end in the figure) of the pair of connecting rods 43a, 43b, respectively. ) Are connected via a pair of connecting mechanisms 44a, 44b to form a pair of displacer rods 45a, 45b. The other ends (upper ends in the figure) of the pair of displacer rods 45a, 45b are connected to the pair of displacers 22a, respectively. , 22b. When the electric motor 41 is rotationally driven, the displacer operating mechanism 4 configured as described above rotates the pair of crank journals 42a and 42b, the pair of connecting rods 43a and 43b, the pair of connecting mechanisms 44a and 44b, and the pair of displacer rods 45a and 45b. , The pair of displacers 22a and 22b are operated in a vertical direction in the figure with a phase difference of 180 degrees from each other.
[0011]
The Stirling engine in the illustrated embodiment includes a working gas circuit 5 communicating between a pair of contraction chambers 24a and 24b of the displacer mechanism 2, and a vane motor 6 as a fluid rotating machine disposed in the working gas circuit 5. Is provided. The working gas circuit 5 in the illustrated embodiment communicates the first inflow passage 51 that connects the one contraction chamber 24a with the inflow port 61 of the vane motor 6, and the one incompression chamber 24a with the outflow port 62 of the vane motor 6. The first inflow passage 52 communicates with the second inflow passage 53 that communicates the other shrinkage chamber 24 b with the inflow port 61 of the vane motor 6, and the second inflow passage 53 communicates with the other shrinkage chamber 24 b and the outflow port 62 of the vane motor 6. And two outflow passages 54. The working gas circuit 5 configured as described above has a configuration in which the working gas flows from the one contraction chamber 24a through the vane motor 6 to the other contraction chamber 24b, and a configuration in which the working gas flows from the other contraction chamber 24b through the vane motor 6 to the one contraction chamber. A control mechanism 7 is provided for controlling the flow to the form 24a. In the illustrated embodiment, the control mechanism 7 includes a first inflow passage 51, a first outflow passage 52, a second inflow passage 53, and a first outflow passage 54 provided in the second outflow passage 54, respectively. It comprises a check valve 71, a second check valve 72, a third check valve 73 and a fourth check valve 74. The first check valve 71 allows the flow of the working gas from the one contraction chamber 24a side to the vane motor 6 side, but cuts off the flow of the working gas from the vane motor 6 side to the one contraction chamber 24a side. It is configured. The second check valve 72 allows the flow of the working gas from the vane motor 6 side to the one contraction chamber 24a side, but shuts off the flow of the working gas from the one contraction chamber 24a side to the vane motor 6 side. It is configured. The third check valve 73 allows the flow of the working gas from the other contraction chamber 24b side to the vane motor 6 side, but shuts off the flow of the working gas from the vane motor 6 side to the other contraction chamber 24b side. It is configured as follows. The fourth check valve 74 allows the flow of the working gas from the vane motor 6 side to the other contraction chamber 24b side, but shuts off the flow of the working gas from the other contraction chamber 24b side to the vane motor 6 side. It is configured. A generator (not shown) is mounted on the rotating shaft 63 of the vane motor 6.
[0012]
The Stirling engine of the embodiment shown in FIG. 1 is configured as described above, and its operation will be described below.
The Stirling engine shown in FIG. 1 is driven by the displacer operating mechanism 4 operating the pair of displacers 22a and 22b with a phase difference of 180 degrees. In a state where the pair of displacers 22a and 22b are indicated by solid lines in FIG. 1, one displacer 22a is located at the bottom dead center and the other displacer 22b is located at the top dead center. In this state, the working gas in one expansion chamber 23a of one displacer cylinder 21a is heated and expanded, and the working gas in the other contraction chamber 24b of the other displacer cylinder 21b is cooled and contracted. Therefore, the working gas expanded in the one expansion chamber 23a of the one displacer cylinder 21a flows into the one contraction chamber 24a through the gap between the displacer cylinder 21a and the displacer 22a. And, it flows into the vane motor 6 from the inlet 61 of the vane motor 6 through the first check valve 71. As a result, the vane motor 6 is driven to rotate. The working gas that rotationally drives the vane motor 6 flows from the outlet 62 of the vane motor 6 through the fourth check valve 74 and the fourth inflow passage 54 into the other contraction chamber 24b of the other displacer cylinder 21b.
[0013]
As described above, when the working gas is flowing, the pair of displacers 22a and 22b are also operated by the displacer operating mechanism 4, and the position indicated by the two-dot chain line in FIG. 1, that is, one displacer 22a is dead. And the other displacer 22b is located at the bottom dead center. In a state where the pair of displacers 22a and 22b are positioned at the positions indicated by the two-dot chain lines in FIG. 1, the working gas in one expansion chamber 23a flows into one contraction chamber 24a and the other in the other contraction chamber 24b. The working gas flows into the other expansion chamber 24a. As a result, the working gas in the other expansion chamber 23b of the other displacer cylinder 21b is heated and expanded, and the working gas in the one contraction chamber 24a of the one displacer cylinder 21a is cooled and contracted. Accordingly, the working gas expanded in the other expansion chamber 23b of the other displacer cylinder 21b flows into the other contraction chamber 24b through the gap between the other displacer cylinder 21b and the displacer 22b, and further flows into the third inflow. The gas flows into the vane motor 6 from the inlet 61 of the vane motor 6 through the passage 55 and the third check valve 73. As a result, the vane motor 6 is driven to rotate. The working gas that rotationally drives the vane motor 6 flows from the outlet 62 of the vane motor 6 through the second check valve 72 and the second inflow passage 52 into the other contraction chamber 24a of one displacer cylinder 21a.
[0014]
By repeating the above-described operation, the working gas flowing out of the one contraction chamber 24a of one displacer cylinder 21a and the working gas flowing out of the contraction chamber 24b of the other displacer cylinder 21b alternately flow into the vane motor 6. The vane motor 6 is driven to rotate, and a generator (not shown) mounted on the rotating shaft 63 is operated. Since the fluid rotating machine such as the vane motor 6 driven to rotate by the working gas has an infinite stroke, all the expansion of the working gas can be recovered, and a Stirling engine with good thermal efficiency can be obtained.
[0015]
Next, a second embodiment of the Stirling engine configured according to the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment shown in FIG. 2, the configuration of the displacer operating mechanism is different from that of the first embodiment shown in FIG. 1, but other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. Since these components are substantially the same as those described above, the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
The displacer operating mechanism 40 of the Stirling engine according to the second embodiment shown in FIG. 2 includes a drive shaft 46 having a pair of crank journals 42a and 42b provided at both ends thereof with a phase difference of 180 degrees. , A pulley 48 mounted on a rotating shaft 63 of a vane motor 6 as a fluid rotating machine, and a belt 49 wound around the pulley 48 and the pulley 47. The displacer operating mechanism 40 configured as described above operates the drive shaft 46 by another operating means when the Stirling engine is started. Then, when the vane motor 6 is rotated as in the above-described first embodiment, the rotation is performed by the rotation shaft 63, the pulley 48, the belt 49, the pulley 47, the drive shaft 46, the pair of crank journals 42a, 42b, and the pair of It is transmitted to the pair of displacers 22a and 22b via the connecting rods 43a and 43b, the pair of connecting mechanisms 44a and 44b, and the pair of displacer rods 45a and 45b, and the pair of displacer rods 45a and 45b have a phase difference of 180 degrees from each other. In the vertical direction.
[0016]
Next, a third embodiment of the Stirling engine configured according to the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment shown in FIG. 3, a turbine 8 is used as a fluid rotating machine, and a generator 9 is configured to be operated by the turbine 8. The other configurations are the same as those shown in FIG. Since the components are substantially the same as those of the first embodiment, the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
In the third embodiment shown in FIG. 3, the fluid inlet 81 of the turbine 8 as a fluid rotating machine is connected to the first inflow passage 51 and the second inflow passage 53, and the fluid outlet 82 of the turbine 8 is connected to the first inflow passage 82. The outflow passage 52 and the second outflow passage 54 communicate with each other. Further, a permanent magnet type generator 9 is disposed on a rotating shaft 83 of the turbine 8. The Stirling engine according to the third embodiment configured as described above is driven by operating the pair of displacers 22a and 22b with a phase difference of 180 degrees from each other by the displacer operating mechanism 4. Then, similarly to the first embodiment described above, the working gas flowing out of the one contraction chamber 24a of the one displacer cylinder 21a and the working gas flowing out of the contraction chamber 24b of the other displacer cylinder 21b are alternately formed by the turbine 8 Flows into the turbine 8 through the inflow port 81 and flows through the outflow port 82, whereby the turbine 8 is rotationally driven. When the turbine 8 rotates in this manner, the generator 9 attached to the rotating shaft 83 of the turbine 8 is driven, and the energy obtained by expanding the working gas is recovered by the power generated by the generator 9.
[0017]
【The invention's effect】
Since the Stirling engine according to the present invention is configured as described above and drives the fluid rotating machine with the working gas, the fluid rotating machine has an infinite stroke, so that it is possible to collect all the expansion of the working gas and to achieve good thermal efficiency. You can get a Stirling engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a Stirling engine configured according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of a Stirling engine configured according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of a Stirling engine configured according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2: displacer mechanisms 21a, 21b: displacer cylinders 22a, 22b: displacers 23a, 23b: expansion chambers 24a, 24b: contraction chamber 3: support frame 4: displacer operating mechanism 41: electric motors 42a, 42b: crank journals 43a, 43b. : Connecting rods 44a, 44b: connecting mechanisms 45a, 45b: displacer rod 5: working gas circuit 51: first inflow passage 52: second inflow passage 53: third inflow passage 54: fourth inflow passage 6: Vane motor 61: Inlet 62: Outlet 7: Control mechanism 71: First check valve 72: Second check valve 73: Third check valve 74: Fourth check valve 40: Displacer operating mechanism 46: drive shaft 47: pulley 48: pulley 49: belt 2: turbine 81: inlet 82: outlet 9: generator

Claims

一対のディスプレーサシリンダと、該一対のディスプレーサシリンダ内にそれぞれ摺動可能に配設された一対のディスプレーサと、該一対のディスプレーサの作動に伴って流動する作動気体が流出入する一対の膨張室および収縮室とを備えたディスプレーサ機構と、
該一対のディスプレーサを互いに１８０度の位相差をもって作動するディスプレーサ作動機構と、
該一対のディスプレーサシリンダ同志を連通する作動気体回路と、
該作動気体回路中に配設された流体回転機と、を具備している、
ことを特徴とするスターリングエンジン。A pair of displacer cylinders, a pair of displacers slidably disposed in the pair of displacer cylinders, and a pair of expansion chambers and a contraction through which a working gas flowing with the operation of the pair of displacers flows in and out. A displacer mechanism having a chamber and
A displacer operating mechanism that operates the pair of displacers with a phase difference of 180 degrees from each other;
A working gas circuit communicating the pair of displacer cylinders;
A fluid rotating machine disposed in the working gas circuit.
A Stirling engine, characterized in that:

該作動気体回路は、作動気体を一方のディスプレーサシリンダから該流体回転機を通して他方のディスプレーサシリンダに流す形態と、作動気体を他方のディスプレーサシリンダから該回転回転機を通して一方のディスプレーサシリンダに流す形態とに制御する制御機構を備えている、請求項１記載のスターリングエンジン。The working gas circuit has a configuration in which the working gas flows from one displacer cylinder through the fluid rotating machine to the other displacer cylinder, and a configuration in which the working gas flows from the other displacer cylinder through the rotary rotating machine to the one displacer cylinder. The Stirling engine according to claim 1, further comprising a control mechanism for controlling.

該作動気体回路は、一方のディスプレーサシリンダと該流体回転機の流体入口とを連通する第１の流入通路と、一方のディスプレーサシリンダと該流体回転機の流体出口とを連通する第１の流出通路と、他方のディスプレーサシリンダと該流体回転機の流体入口とを連通する第２の流入通路と、他方のディスプレーサシリンダと該流体回転機の流体出口とを連通する第２の流出通路とを備えており、
該制御機構は、該第１の流入通路に配設され一方のディスプレーサシリンダから該流体回転機側への作動気体の流通は許容するが該流体回転機側から一方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通を遮断する第１の逆止弁と、該第１の流出通路に配設され該流体回転機側から一方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通は許容するが一方のディスプレーサシリンダから該流体回転機側への作動気体の流通を遮断する第２の逆止弁と、該第２の流入通路に配設され他方のディスプレーサシリンダ側から該流体回転機側への作動気体の流通は許容するが該流体回転機側から他方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通を遮断する第３の逆止弁と、該第２の流出通路に配設され該流体回転機側から他方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通は許容するが他方のディスプレーサシリンダ側から該流体回転機側への作動気体の流通を遮断する第４の逆止弁とからなっている、請求項２記載のスターリングエンジン。The working gas circuit has a first inflow passage communicating one displacer cylinder with a fluid inlet of the fluid rotating machine, and a first outflow passage communicating one displacer cylinder with a fluid outlet of the fluid rotating machine. A second inflow passage communicating the other displacer cylinder with the fluid inlet of the fluid rotating machine, and a second outflow passage communicating the other displacer cylinder with the fluid outlet of the fluid rotating machine. Yes,
The control mechanism is arranged in the first inflow passage, and allows the flow of the working gas from one displacer cylinder to the fluid rotating machine side, but allows the working gas to flow from the fluid rotating machine side to the one displacer cylinder side. A first check valve for shutting off the flow of hydraulic fluid, and a flow passage of the working gas from the fluid rotating machine side to the one displacer cylinder side provided in the first outflow passage, but from one displacer cylinder side to the other. A second check valve for shutting off the flow of the working gas to the fluid rotating machine side, and the flow of the working gas from the other displacer cylinder side to the fluid rotating machine side provided in the second inflow passage is allowed; A third check valve for shutting off the flow of the working gas from the fluid rotating machine side to the other displacer cylinder side, and a third check valve disposed in the second outflow passage from the fluid rotating machine side to the other displacer cylinder. 3. The Stirling device according to claim 2, further comprising a fourth check valve that allows the flow of the working gas to the rotor side but blocks the flow of the working gas from the other displacer cylinder to the fluid rotating machine side. engine.