JP2017150444A - Output adjusting device for stirling engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はスターリングエンジンの出力調整装置に係る。特に、本発明は、比較的簡素な構造で出力調整を可能とするための対策に関する。 The present invention relates to an output adjusting device for a Stirling engine. In particular, the present invention relates to a measure for enabling output adjustment with a relatively simple structure.
従来、例えば特許文献1に開示されているように、シリンダ内の作動ガスを加熱および冷却し、その体積変化を利用して仕事量を得る外燃機関としてスターリングエンジンが公知である。
Conventionally, as disclosed in, for example,
この特許文献1に開示されているスターリングエンジンは、始動時におけるデコンプ作用が得られるように、スターリングエンジンの作動ガス空間とクランク室とを連通するバイパス管を備えている。また、このバイパス管にデコンプバルブを備えさせ、スターリングエンジンの始動時には、このデコンプバルブを開放することで、デコンプ作用を得ている。そして、スターリングエンジンが自立運転可能な回転速度に達すると、デコンプバルブを徐々に閉鎖するようにしている。
The Stirling engine disclosed in
ところで、スターリングエンジンの特徴の一つとして種々の熱源が利用可能であることが挙げられる。例えば、内燃機関の排熱、工場の排熱、バイオマス燃焼熱等を熱源とすることが可能である。 Incidentally, one of the features of the Stirling engine is that various heat sources can be used. For example, exhaust heat from an internal combustion engine, exhaust heat from a factory, biomass combustion heat, or the like can be used as a heat source.
ところが、このような熱源を利用する場合、その熱量を調整することが難しいため、スターリングエンジンの作動ガスが受ける熱量(受熱量)も調整することが困難である。例えば、作動ガスの受熱量が必要熱量よりも少ない場合には、スターリングエンジンに要求される出力が得られなくなってしまう可能性がある。逆に、作動ガスの受熱量が多すぎる場合には、スターリングエンジンの出力が必要以上に上昇してしまい、スターリングエンジンの構成部品の耐久性に悪影響を与えてしまう可能性がある。 However, when such a heat source is used, it is difficult to adjust the amount of heat, and thus it is difficult to adjust the amount of heat (amount of heat received) received by the working gas of the Stirling engine. For example, when the amount of heat received by the working gas is less than the required amount of heat, the output required for the Stirling engine may not be obtained. Conversely, if the amount of heat received by the working gas is too large, the output of the Stirling engine may increase more than necessary, which may adversely affect the durability of the components of the Stirling engine.
特許文献1では、スターリングエンジンに個別の加圧ポンプを接続し、必要に応じて、この加圧ポンプから作動ガスを導入してスターリングエンジンの出力を上昇させるようにしている。しかしながら、この場合、作動ガスを導入するための特別な動力源(加圧ポンプのモータ等)が必要となり、製造コストの高騰を招いたり、この動力源を作動させるためのエネルギが必要であることからシステム全体としてのエネルギ効率の悪化を招いたりするため、好ましくない。
In
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加圧ポンプを必要とすることなく、比較的簡素な構造でスターリングエンジンの出力を調整可能とすることにある。 The present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to make it possible to adjust the output of the Stirling engine with a relatively simple structure without requiring a pressurizing pump. .
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、シリンダ内で往復動する第1ピストンおよび第2ピストンと、これらピストンに連結されたクランク軸と、このクランク軸を収容するクランク室またはこのクランク室に連通する空間の何れかで成るバッファ空間とを備えたスターリングエンジンに適用される出力調整装置を対象とする。このスターリングエンジンの出力調整装置に対し、前記シリンダ内に形成された作動ガス空間と前記バッファ空間とを連通可能とする作動ガス流通路と、前記バッファ空間の圧力が前記作動ガス空間の圧力よりも高いときに、これらバッファ空間と作動ガス空間とを前記作動ガス流通路を介して連通させる連通手段とを設けている。 In order to achieve the above object, the solution of the present invention includes a first piston and a second piston that reciprocate in a cylinder, a crankshaft connected to the pistons, a crank chamber that houses the crankshaft, or the The present invention is directed to an output adjustment device applied to a Stirling engine having a buffer space formed by any one of spaces communicating with a crank chamber. A working gas flow path that allows the working gas space formed in the cylinder and the buffer space to communicate with the output adjusting device of the Stirling engine, and the pressure in the buffer space is higher than the pressure in the working gas space. There is provided communication means for communicating the buffer space and the working gas space through the working gas flow passage when the height is high.
ここで、「シリンダ内に形成された作動ガス空間」は、例えばβ型のスターリングエンジンにあっては、圧縮空間または膨張空間に相当する。 Here, “the working gas space formed in the cylinder” corresponds to a compression space or an expansion space in a β-type Stirling engine, for example.
この特定事項により、バッファ空間の圧力が作動ガス空間の圧力よりも高くなると、連通手段は、バッファ空間と作動ガス空間とを作動ガス流通路を介して連通させる。これにより、バッファ空間の作動ガスの一部が作動ガス空間に移動することになり、この作動ガス空間における作動ガスの密度が上昇する。これに伴い、シリンダ内での第1ピストンおよび第2ピストンの往復動に伴って変化する作動ガス空間圧力の平均圧力の上昇およびこの作動ガス空間での作動ガスの圧力変化幅の拡大に伴い、スターリングエンジンの出力が上昇する。このように、本解決手段では、加圧ポンプ等の動力源を有する手段を必要とすることなく、スターリングエンジンの出力を上昇させることができる。 When the pressure in the buffer space becomes higher than the pressure in the working gas space due to this specific matter, the communication means causes the buffer space and the working gas space to communicate with each other via the working gas flow passage. Thereby, a part of working gas of buffer space will move to working gas space, and the density of working gas in this working gas space will rise. Along with this, along with the increase in the average pressure of the working gas space pressure that changes with the reciprocation of the first piston and the second piston in the cylinder and the expansion of the pressure change width of the working gas in this working gas space, Stirling engine power increases. Thus, with this solution, the output of the Stirling engine can be increased without requiring a means having a power source such as a pressure pump.
また、他の解決手段として、シリンダ内で往復動する第1ピストンおよび第2ピストンと、これらピストンに連結されたクランク軸と、このクランク軸を収容するクランク室またはこのクランク室に連通する空間の何れかで成るバッファ空間とを備えたスターリングエンジンに適用される出力調整装置を対象とする。このスターリングエンジンの出力調整装置に対し、前記シリンダ内に形成された作動ガス空間と前記バッファ空間とを連通可能とする作動ガス流通路と、前記作動ガス空間の圧力が前記バッファ空間の圧力よりも高いときに、これら作動ガス空間とバッファ空間とを前記作動ガス流通路を介して連通させる連通手段とを設けている。 As another solution, a first piston and a second piston that reciprocate in a cylinder, a crankshaft connected to these pistons, a crank chamber that houses the crankshaft, or a space that communicates with the crank chamber. The present invention is directed to an output adjustment device applied to a Stirling engine having a buffer space composed of any of the above. A working gas flow passage that allows the working gas space formed in the cylinder and the buffer space to communicate with the output adjusting device of the Stirling engine, and the pressure in the working gas space is higher than the pressure in the buffer space. A communication means for communicating the working gas space and the buffer space via the working gas flow passage when the height is high is provided.
この特定事項により、作動ガス空間の圧力がバッファ空間の圧力よりも高くなると、連通手段は、作動ガス空間とバッファ空間とを作動ガス流通路を介して連通させる。これにより、作動ガス空間の作動ガスの一部がバッファ空間に移動することになり、この作動ガス空間における作動ガスの密度が低下する。これに伴い、シリンダ内での第1ピストンおよび第2ピストンの往復動に伴って変化する作動ガス空間圧力の平均圧力の低下およびこの作動ガス空間での作動ガスの圧力変化幅の縮小に伴い、スターリングエンジンの出力が低下する。このように、本解決手段では、加圧ポンプ等の動力源を有する手段を必要とすることなく、スターリングエンジンの出力を低下させることができる。 When the pressure in the working gas space becomes higher than the pressure in the buffer space due to this specific matter, the communication means causes the working gas space and the buffer space to communicate with each other via the working gas flow passage. As a result, part of the working gas in the working gas space moves to the buffer space, and the density of the working gas in the working gas space decreases. Along with this, along with the decrease in the average pressure of the working gas space pressure that changes with the reciprocation of the first piston and the second piston in the cylinder and the reduction in the pressure change width of the working gas in this working gas space, Stirling engine output decreases. Thus, with this solution, the output of the Stirling engine can be reduced without requiring a means having a power source such as a pressure pump.
また、前記連通手段としては逆止弁であることが好ましい。 The communication means is preferably a check valve.
これによれば、作動ガス空間とバッファ空間との圧力差に応じて逆止弁が開放し、これら作動ガス空間とバッファ空間とを作動ガス流通路を介して連通させる。つまり、バッファ空間の圧力が作動ガス空間の圧力よりも高いときに開放する逆止弁を設けた場合には、バッファ空間の圧力が作動ガス空間の圧力よりも高くなると、逆止弁が開放してバッファ空間の作動ガスの一部が作動ガス空間に移動することになる。これにより、作動ガス空間における作動ガスの密度が上昇し、スターリングエンジンの出力が上昇することになる。一方、作動ガス空間の圧力がバッファ空間の圧力よりも高いときに開放する逆止弁を設けた場合には、作動ガス空間の圧力がバッファ空間の圧力よりも高くなると、逆止弁が開放して作動ガス空間の作動ガスの一部がバッファ空間に移動することになる。これにより、作動ガス空間における作動ガスの密度が低下し、スターリングエンジンの出力が低下することになる。 According to this, the check valve is opened according to the pressure difference between the working gas space and the buffer space, and the working gas space and the buffer space are communicated with each other via the working gas flow passage. In other words, if a check valve is provided that opens when the pressure in the buffer space is higher than the pressure in the working gas space, the check valve opens when the pressure in the buffer space becomes higher than the pressure in the working gas space. Thus, a part of the working gas in the buffer space moves to the working gas space. Thereby, the density of the working gas in the working gas space is increased, and the output of the Stirling engine is increased. On the other hand, when a check valve is provided that opens when the pressure in the working gas space is higher than the pressure in the buffer space, the check valve opens when the pressure in the working gas space becomes higher than the pressure in the buffer space. Thus, part of the working gas in the working gas space moves to the buffer space. Thereby, the density of the working gas in the working gas space is lowered, and the output of the Stirling engine is lowered.
また、前記連通手段としては、前記作動ガス空間と前記バッファ空間との圧力差に応じて開閉動作を行う調圧弁であって、前記開閉動作を行う前記圧力差の値が変更可能となっていることが好ましい。 The communication means is a pressure regulating valve that opens and closes according to the pressure difference between the working gas space and the buffer space, and the value of the pressure difference that performs the opening and closing operation can be changed. It is preferable.
これによれば、調圧弁の設定圧力(開放される設定圧力)を変更することで、作動ガス空間の圧力(平均値)とバッファ空間の圧力(平均値)との圧力差が変化することになり、これによってスターリングエンジンの出力を調整することが可能になる。 According to this, the pressure difference between the pressure in the working gas space (average value) and the pressure in the buffer space (average value) changes by changing the set pressure of the pressure regulating valve (set pressure to be opened). This makes it possible to adjust the output of the Stirling engine.
つまり、バッファ空間の圧力が作動ガス空間の圧力よりも高く且つその圧力差が所定値以上であるときに開放する調圧弁を設ける際に、スターリングエンジンの出力を上昇させたい場合には調圧弁が開閉動作を行う圧力差の値を小さくする。これにより、作動ガス空間の圧力(平均値)とバッファ空間の圧力(平均値)との圧力差が大きくなる(バッファ空間に残る圧力が小さくなる(作動ガス空間の圧力が高くなる))ことでスターリングエンジンの出力が上昇する。 That is, when providing a pressure regulating valve that opens when the pressure in the buffer space is higher than the pressure in the working gas space and the pressure difference is greater than or equal to a predetermined value, the pressure regulating valve is used to increase the output of the Stirling engine. Decrease the pressure difference for opening and closing. As a result, the pressure difference between the pressure in the working gas space (average value) and the pressure in the buffer space (average value) increases (the pressure remaining in the buffer space decreases (the pressure in the working gas space increases)). Stirling engine power increases.
一方、作動ガス空間の圧力がバッファ空間の圧力よりも高く且つその圧力差が所定値以上であるときに開放する調圧弁を設ける際に、スターリングエンジンの出力を低下させたい場合には調圧弁が開閉動作を行う圧力差の値を小さくする。これにより、作動ガス空間の圧力(平均値)とバッファ空間の圧力(平均値)との圧力差が大きくなる(作動ガス空間に残る圧力が小さくなる)ことでスターリングエンジンの出力が低下する。 On the other hand, when providing a pressure regulating valve that opens when the pressure in the working gas space is higher than the pressure in the buffer space and the pressure difference is greater than or equal to a predetermined value, the pressure regulating valve is used to reduce the output of the Stirling engine. Decrease the pressure difference for opening and closing. As a result, the pressure difference between the pressure (average value) in the working gas space and the pressure (average value) in the buffer space increases (the pressure remaining in the working gas space decreases), thereby reducing the output of the Stirling engine.
このように、本解決手段によれば、スターリングエンジンの出力を任意に調整することが可能になる。 Thus, according to this solution, the output of the Stirling engine can be arbitrarily adjusted.
また、前記連通手段としては、開閉自在な開閉弁、および、この開閉弁の開閉動作を制御する開閉制御手段とすることが好ましい。 The communication means is preferably an openable / closable open / close valve and an open / close control means for controlling the open / close operation of the open / close valve.
これによれば、開閉制御手段によって開閉弁の開閉動作を行うことで、スターリングエンジンの出力を上昇させたり、出力を低下させたりすることができる。つまり、バッファ空間の圧力が作動ガス空間の圧力よりも高いときに開閉弁を開放させることで、バッファ空間の作動ガスの一部が作動ガス空間に移動することになり、これによって、作動ガス空間における作動ガスの密度が上昇し、スターリングエンジンの出力を上昇させることができる。一方、作動ガス空間の圧力がバッファ空間の圧力よりも高いときに開閉弁を開放させることで、作動ガス空間の作動ガスの一部がバッファ空間に移動することになり、これによって、作動ガス空間における作動ガスの密度が低下し、スターリングエンジンの出力を低下させることができる。このように、開閉弁の開閉動作を制御することによって、スターリングエンジンの出力を上昇させたり、出力を低下させたりすることが可能となる。 According to this, the output of the Stirling engine can be increased or the output can be decreased by performing the opening / closing operation of the opening / closing valve by the opening / closing control means. That is, by opening the on-off valve when the pressure in the buffer space is higher than the pressure in the working gas space, a part of the working gas in the buffer space moves to the working gas space. The density of the working gas at can be increased, and the output of the Stirling engine can be increased. On the other hand, by opening the on-off valve when the pressure in the working gas space is higher than the pressure in the buffer space, a part of the working gas in the working gas space moves to the buffer space. The density of the working gas at can be reduced and the output of the Stirling engine can be reduced. Thus, by controlling the opening / closing operation of the on-off valve, it is possible to increase the output of the Stirling engine or decrease the output.
この場合に、前記開閉制御手段は、前記クランク軸の回転位置、または、前記バッファ空間と前記作動ガス空間との圧力差に応じて前記開閉弁の開閉動作を制御することが好ましい。 In this case, it is preferable that the opening / closing control means controls the opening / closing operation of the opening / closing valve according to a rotational position of the crankshaft or a pressure difference between the buffer space and the working gas space.
クランク軸の回転位置や、バッファ空間と作動ガス空間との圧力差に応じて開閉弁の開閉動作を制御することにより、開閉弁を開放した際の作動ガスの流れ方向(バッファ空間と作動ガス空間との間での作動ガスの流れ方向)を規定することができ、これによって、スターリングエンジンの出力調整を行うことが可能になる。 By controlling the opening / closing operation of the on-off valve according to the rotational position of the crankshaft and the pressure difference between the buffer space and the working gas space, the flow direction of the working gas when the on-off valve is opened (the buffer space and the working gas space The direction of flow of the working gas between the engine and the engine can be defined, thereby making it possible to adjust the output of the Stirling engine.
本発明では、スターリングエンジンの作動ガス空間とバッファ空間とを、これら空間の圧力差に応じて連通させることで、作動ガス空間における作動ガスの密度を調整可能にしている。このため、加圧ポンプ等の動力源を有する手段を必要とすることなく、スターリングエンジンの出力を調整することができる。 In the present invention, the working gas density of the working gas space can be adjusted by communicating the working gas space and the buffer space of the Stirling engine in accordance with the pressure difference between these spaces. For this reason, the output of the Stirling engine can be adjusted without requiring a means having a power source such as a pressure pump.
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の各実施形態では、単気筒であってディスプレーサピストンおよびパワーピストンそれぞれが同軸上で上下方向に往復動するβ型のスターリングエンジンに本発明を適用した場合について説明する。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, a case will be described in which the present invention is applied to a β-type Stirling engine that is a single cylinder and in which the displacer piston and the power piston reciprocate in the vertical direction on the same axis.
(第1実施形態)
まず、第1実施形態について説明する。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described.
図1は本実施形態に係るスターリングエンジン1および出力調整装置7の概略構成を示す図である。この図1に示すように、スターリングエンジン1は、シリンダ2の内部に、ディスプレーサピストン(第1ピストン)3およびパワーピストン(第2ピストン)4がそれぞれ往復動可能に収容されている。ディスプレーサピストン3はパワーピストン4の上方に配置されている。これにより、シリンダ2の内部は複数の空間に区画されている。ディスプレーサピストン3の上側の空間は膨張空間(高温空間)21として形成されている。また、ディスプレーサピストン3の下側の空間(ディスプレーサピストン3とパワーピストン4との間の空間)は圧縮空間(低温空間)22として形成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a
前記シリンダ2の下側に配設されたクランクケース5の内部空間であるクランク室51にはクランク軸52が収容されている。このクランク軸52はラジアルベアリング54,54によってクランクケース5に回転自在に支持されている。
A
前記ディスプレーサピストン3およびパワーピストン4は、それぞれクランク軸52に連結されている。具体的に、ディスプレーサピストン3およびパワーピストン4は、図示しないスコッチ・ヨーク機構を介して、所定角度(例えばクランク軸52回りで90°)だけ位相がずれた(ディスプレーサピストン3がロッド31を介してクランク軸52に対して連結する位置と、パワーピストン4がロッド41,41を介してクランク軸52に対して連結する位置とがクランク軸52の回転方向で所定角度だけずれた)状態でクランク軸52に連結されている。
The
また、クランク軸52の一端側(図1における左側)にはフライホイール53が一体回転可能に設けられている。また、クランクケース5の側面(図1における左側面)には発電機6が取り付けられており、前記クランク軸52は、クランクケース5の外部にまで延びて発電機6に接続されている。
Further, a
シリンダ2の外周側には、ヒータ23、再生器24およびクーラ25が配置されている。
A
ヒータ23の一端部は前記膨張空間21に連通している。また、ヒータ23の他端部は再生器24に連通している。この再生器24はクーラ25に連通している。クーラ25は前記圧縮空間22に連通している。前記ヒータ23は、図示しない内燃機関の排熱、工場の排熱、バイオマス燃焼熱等の熱を受けることで作動ガスを加熱する。一方、クーラ25内には作動ガスと熱交換可能に冷却水が流れており、この熱交換によって作動ガスを冷却する。
One end of the
再生器24は、その内部にオーステナイト系ステンレス鋼や黄銅等の金網のマトリックス材を詰めた構成となっている。作動ガス(He、H2、N2、空気等)は、マトリックス材を通り抜けて、ヒータ23またはクーラ25に流れる。作動ガスは、クーラ25からヒータ23に向けて再生器24を通り抜けるときに、マトリックス材から吸熱する。また、作動ガスは、ヒータ23からクーラ25に向けて再生器24を通り抜けるときに、マトリックス材に放熱する。
The
このような構成により、スターリングエンジン1は、ディスプレーサピストン3が下降する場合には、膨張空間21の容積(ガス量)が増大して作動ガスの温度が上昇する。これにより、作動ガスの圧力が上昇し、パワーピストン4が下降する。一方、ディスプレーサピストン3が上昇する場合には、圧縮空間22の容積(ガス量)が増大して、作動ガスの温度が低下する。これにより、作動ガスの圧力が下降し、パワーピストン4が上昇する。このパワーピストン4の下降および上昇が繰り返されることでクランク軸52が回転駆動する。そして、このクランク軸52の回転力が発電機6に伝達されることで、発電機6での発電が行われるようになっている。また、この発電機6は、スターリングエンジン1の始動時には、クランク軸52を回転させるための電動機として使用される。
With such a configuration, in the
−出力調整装置−
次に、本実施形態の特徴として前記スターリングエンジン1に適用された出力調整装置7について説明する。本実施形態に係る出力調整装置7は、スターリングエンジン1の出力を上昇させるためのものである。
-Output adjustment device-
Next, the
具体的に、この出力調整装置7は、シリンダ2内の圧縮空間22とクランク室51とを接続する作動ガス流通配管71と、この作動ガス流通配管71に設けられた逆止弁81とを備えている。
Specifically, the
前記作動ガス流通配管71は、一端がシリンダ2に接続されている。この接続位置は、圧縮空間22に対応する位置となっている。このため、作動ガス流通配管71の内部通路である作動ガス流通路72の一端側は圧縮空間22に連通している。なお、ディスプレーサピストン3およびパワーピストン4の往復動によって圧縮空間22は移動する(圧縮空間22の上端を構成するディスプレーサピストン3の下面と、圧縮空間22の下端を構成するパワーピストン4の上面とが移動することによって圧縮空間22も移動する)ことになるが、この作動ガス流通配管71の接続位置は、パワーピストン4が上死点に達した場合であっても、作動ガス流通路72の連通位置(シリンダ2側の連通位置)が、この作動ガス流通路72とクランク室51とを連通させない位置に設定されている。
One end of the working
また、作動ガス流通配管71の他端はクランクケース5に接続されている。このため、作動ガス流通配管71の内部通路である作動ガス流通路72の他端側はクランク室51に連通している。このクランク室51が本発明でいうバッファ空間に相当する。
The other end of the working
前記逆止弁81は、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高いときに開放し、これによって、これらクランク室51と圧縮空間22とを作動ガス流通配管71(作動ガス流通路72)を介して連通させるものである。
The
つまり、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高くなると、その圧力差によって逆止弁81が開放し、クランク室51と圧縮空間22とが作動ガス流通路72を介して連通することになる。このようにして逆止弁81が開放した場合には、前記圧力差(クランク室51と圧縮空間22との圧力差)によって、クランク室51の作動ガスの一部が圧縮空間22に移動することになり、この圧縮空間22における作動ガスの密度が上昇する。この圧縮空間22は、クーラ25、再生器24およびヒータ23を介して膨張空間21に連通しているため、これら各空間(以下、これら空間を総称して作動ガス流通空間11という)における作動ガスの密度も上昇することになる。
That is, when the pressure in the
なお、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高くなったとしても逆止弁81は閉鎖状態となっているため、圧縮空間22の作動ガスがクランク室51に戻ることはない。
Even if the pressure in the
前記圧縮空間22が本発明でいう作動ガス空間(シリンダ内に形成された作動ガス空間)に相当する。また、前記逆止弁81が本発明でいう連通手段(バッファ空間と作動ガス空間とを作動ガス流通路を介して連通させる連通手段)に相当する。
The
−出力上昇動作−
次に、前述の如く構成されたスターリングエンジン1の運転開始初期時の動作について説明する。
-Output increase operation-
Next, the operation at the beginning of the operation of the
スターリングエンジン1が始動すると、シリンダ2内でのディスプレーサピストン3およびパワーピストン4の往復動(所定の位相差を持った往復動)に伴って、前記圧縮空間22の圧力は周期的に変化する。つまり、圧縮空間22の容積が縮小する際には、膨張空間21の容積(ガス量)が増加し、作動ガスの温度が上昇して、圧力が上昇する。一方、圧縮空間22の容積が拡大する際には、この圧縮空間22の容積(ガス量)が増加し、作動ガスの温度が低下して、圧力が低下する。
When the
一方、クランク室51の温度は略一定であり、その温度変化による圧力変動は殆どない。また、クランク室51は容積が大きいため、パワーピストン4の往復動による圧力変動も僅かとなっている。
On the other hand, the temperature of the
前述した圧縮空間22の圧力変動は、クランク室51の圧力変動よりも大きいため、この圧縮空間22の圧力が、クランク室51の圧力よりも低くなる期間(位相)や高くなる期間(位相)が生じることになる。言い替えると、クランク室51の圧力が、圧縮空間22の圧力よりも高くなる期間(位相)や低くなる期間(位相)が生じることになる。
Since the pressure fluctuation in the
そして、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高くなっている期間では、前述したように逆止弁81が開放し、これによって、これらクランク室51と圧縮空間22とが作動ガス流通配管71(作動ガス流通路72)を介して連通する。この場合、前記圧力差によって、クランク室51の作動ガスの一部が圧縮空間22に移動することになり、この圧縮空間22における作動ガスの密度が上昇する。この圧縮空間22は、クーラ25、再生器24およびヒータ23を介して膨張空間21に連通しているため、これら各空間である作動ガス流通空間11における作動ガスの密度も上昇することになる。このようにして作動ガスの密度が上昇すると、シリンダ2内でのディスプレーサピストン3およびパワーピストン4の往復動に伴って変化する作動ガスの平均圧力の上昇およびこの作動ガスの圧力変化幅の拡大に伴い、スターリングエンジン1の出力が上昇することになる。そして、スターリングエンジン1の運転が継続され、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高くなっている期間を迎える度に、クランク室51の作動ガスの一部が圧縮空間22に移動して、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度が上昇していくことになる。これにより、スターリングエンジン1の出力が上昇していくことになる。なお、ある程度の量の作動ガスが作動ガス流通空間11に移動した後には、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高くなる期間が生じなくなるので、その時点でのスターリングエンジン1の出力が維持されることになる。
During the period in which the pressure in the
図2は、このスターリングエンジン1の運転開始初期時における圧縮空間22の圧力(圧縮空間圧力)およびクランク室51の圧力(クランク室圧力)それぞれの変化の一例を示す図である。この図2からも解るように、スターリングエンジン1が始動されると、クランク室51の作動ガスの一部が圧縮空間22に移動して圧縮空間22における作動ガスの密度が上昇することで、圧縮空間22では、平均圧力が上昇し、圧力変化幅が拡大している。これによりスターリングエンジン1の出力が上昇していく。
FIG. 2 is a diagram showing an example of changes in the pressure in the compression space 22 (compression space pressure) and the pressure in the crank chamber 51 (crank chamber pressure) at the initial operation start time of the
以上説明したように、本実施形態によれば、クランク室51の作動ガスの一部を圧縮空間22に移動させて、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度を上昇させることによってスターリングエンジン1の出力を上昇させることができる。このため、ヒータ23における作動ガスの受熱量が少ない場合であっても、スターリングエンジン1の出力を上昇させることで、要求出力を得ることが可能になる。このように、本実施形態によれば、加圧ポンプ等の動力源を有する手段を必要とすることがないため、構成の簡素化を図りながらもスターリングエンジン1の出力を上昇させることができる。
As described above, according to the present embodiment, a part of the working gas in the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態は、出力調整装置7が前記第1実施形態のものと異なっている。その他の構成は、第1実施形態と同様であるので、ここでは出力調整装置7についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, the
本実施形態に係る出力調整装置7は、スターリングエンジン1の出力を低下させるためのものである。
The
図3は本実施形態に係るスターリングエンジン1および出力調整装置7の概略構成を示す図である。この図3に示すように、出力調整装置7は、シリンダ2内の圧縮空間22とクランク室51とを接続する作動ガス流通配管71と、この作動ガス流通配管71に設けられた逆止弁(連通手段)82とを備えている。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the
作動ガス流通配管71の構成は、前記第1実施形態のものと同一である。
The configuration of the working
一方、逆止弁82は、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高いときに開放し、これによって、これら圧縮空間22とクランク室51とを作動ガス流通配管71(作動ガス流通路72)を介して連通させるものである。
On the other hand, the
つまり、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高くなると、その圧力差によって逆止弁82が開放し、圧縮空間22とクランク室51とが作動ガス流通路72を介して連通することになる。このようにして逆止弁82が開放した場合には、前記圧力差(圧縮空間22とクランク室51との圧力差)によって、圧縮空間22の作動ガスの一部がクランク室51に移動することになり、この圧縮空間22における作動ガスの密度が低下する。この圧縮空間22は、クーラ25、再生器24およびヒータ23を介して膨張空間21に連通しているため、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度も低下することになる。
That is, when the pressure in the
なお、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高くなったとしても逆止弁82は閉鎖状態となっているため、クランク室51の作動ガスが圧縮空間22に戻ることはない。
Even if the pressure in the
本実施形態におけるスターリングエンジン1の運転開始初期時の動作としては、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高くなっている期間では、前述したように逆止弁82が開放し、これによって、これら圧縮空間22とクランク室51とが作動ガス流通配管71(作動ガス流通路72)を介して連通する。この場合、前記圧力差によって、圧縮空間22の作動ガスの一部がクランク室51に移動することになり、この圧縮空間22における作動ガスの密度が低下する。この圧縮空間22は、クーラ25、再生器24およびヒータ23を介して膨張空間21に連通しているため、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度も低下することになる。このようにして作動ガスの密度が低下すると、シリンダ2内でのディスプレーサピストン3およびパワーピストン4の往復動に伴って変化する作動ガスの平均圧力の低下およびこの作動ガスの圧力変化幅の縮小に伴い、スターリングエンジン1の出力が低下することになる。そして、スターリングエンジン1の運転が継続され、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高くなっている期間を迎える度に、圧縮空間22の作動ガスの一部がクランク室51に移動して、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度が低下していくことになる。これにより、スターリングエンジン1の出力が低下していくことになる。なお、ある程度の量の作動ガスがクランク室51に移動した後には、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高くなる期間が生じなくなるので、その時点でのスターリングエンジン1の出力が維持されることになる。
As an operation at the initial operation start of the
このように、本実施形態によれば、圧縮空間22の作動ガスの一部をクランク室51に移動させて、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度を低下させることによってスターリングエンジン1の出力を低下させることができる。このため、ヒータ23における作動ガスの受熱量が多すぎる場合であっても、スターリングエンジン1の出力を低下させることで、スターリングエンジン1の構成部品の耐久性に悪影響を与えてしまうことを回避できる。
As described above, according to the present embodiment, a part of the working gas in the
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。本実施形態は、出力調整装置7が前記第1実施形態のものと異なっている。その他の構成は、第1実施形態と同様であるので、ここでも出力調整装置7についてのみ説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. In the present embodiment, the
本実施形態に係る出力調整装置7は、スターリングエンジン1の出力を上昇させるためのものである。
The
図4は本実施形態に係るスターリングエンジン1および出力調整装置7の概略構成を示す図である。この図4に示すように、出力調整装置7は、シリンダ2内の圧縮空間22とクランク室51とを接続する作動ガス流通配管71と、この作動ガス流通配管71に設けられた逆止弁81と、開閉弁83とを備えている。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the
作動ガス流通配管71および逆止弁81の構成は、前記第1実施形態のものと同一である。
The configuration of the working
一方、開閉弁83は、作動ガス流通配管71において逆止弁81よりもクランク室51側に配設されており、マイクロコンピュータなどから成るコントローラ9からの開閉制御信号に応じて開閉制御される電磁弁で構成されている。なお、開閉弁83は、作動ガス流通配管71において逆止弁81よりも圧縮空間22側に配設されていてもよい。
On the other hand, the on-off
この開閉弁83の制御としては、スターリングエンジン1の要求出力(例えば要求発電量に応じて決定される要求出力)に対して実際の出力が低下した場合(発電量が低下した場合等)には、コントローラ9から開放信号が出力されて開閉弁83が開放される。これにより、前記第1実施形態で説明したように、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高くなっている期間では逆止弁81が開放し、これによって、クランク室51の作動ガスの一部が圧縮空間22に移動することになり、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度が上昇する。これにより、スターリングエンジン1の出力が上昇することになる。
As the control of the on-off
一方、スターリングエンジン1の実際の出力が要求出力に略一致している場合には、コントローラ9から閉鎖信号が出力されて開閉弁83が閉鎖される。この場合、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高くなったとしても、クランク室51の作動ガスが圧縮空間22に移動することはなく、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度が維持される。これにより、スターリングエンジン1の出力が維持される(要求出力に略一致した出力が維持される)ことになる。
On the other hand, when the actual output of the
以上の動作が行われるため、前記逆止弁81と開閉弁83とによって本発明でいう連通手段が構成されている。
Since the above operation is performed, the
このため、本実施形態においても、加圧ポンプ等の動力源を有する手段を必要とすることがないため、構成の簡素化を図りながらもスターリングエンジン1の出力を上昇させることができる。
For this reason, also in this embodiment, since the means which has power sources, such as a pressurization pump, is not required, the output of the
(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。本実施形態は、出力調整装置7が前記第2実施形態のものと異なっている。その他の構成は、第2実施形態と同様であるので、ここでも出力調整装置7についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. In the present embodiment, the
本実施形態に係る出力調整装置7は、スターリングエンジン1の出力を低下させるためのものである。
The
図5は本実施形態に係るスターリングエンジン1および出力調整装置7の概略構成を示す図である。この図5に示すように、出力調整装置7は、シリンダ2内の圧縮空間22とクランク室51とを接続する作動ガス流通配管71と、この作動ガス流通配管71に設けられた逆止弁82と、開閉弁83とを備えている。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the
作動ガス流通配管71および逆止弁82の構成は、前記第2実施形態のものと同一である。
The configuration of the working
一方、開閉弁83は、作動ガス流通配管71において逆止弁82よりも圧縮空間22側に配設されており、コントローラ9からの開閉制御信号に応じて開閉制御される電磁弁で構成されている。なお、開閉弁83は、作動ガス流通配管71において逆止弁82よりもクランク室51側に配設されていてもよい。
On the other hand, the open /
この開閉弁83の制御としては、スターリングエンジン1の要求出力(例えば要求発電量に応じて決定される要求出力)に対して実際の出力が上昇した場合(発電量が必要以上に上昇した場合等)には、コントローラ9から開放信号が出力されて開閉弁83が開放される。これにより、前記第2実施形態で説明したように、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高くなっている期間では逆止弁82が開放し、これによって、圧縮空間22の作動ガスの一部がクランク室51に移動することになり、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度が低下する。これにより、スターリングエンジン1の出力が低下することになる。
As the control of the on-off
一方、スターリングエンジン1の実際の出力が要求出力に略一致している場合には、コントローラ9から閉鎖信号が出力されて開閉弁83が閉鎖される。この場合、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高くなったとしても、圧縮空間22の作動ガスがクランク室51に移動することはなく、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度が維持される。これにより、スターリングエンジン1の出力が維持される(要求出力に略一致した出力が維持される)ことになる。
On the other hand, when the actual output of the
以上の動作が行われるため、前記逆止弁82と開閉弁83とによって本発明でいう連通手段が構成されている。
Since the above operation is performed, the
このため、本実施形態においても、ヒータ23における作動ガスの受熱量が多すぎる場合であっても、スターリングエンジン1の出力を低下させることで、スターリングエンジン1の構成部品の耐久性に悪影響を与えてしまうことを回避できる。
For this reason, even in this embodiment, even if the amount of heat received by the
(第5実施形態)
次に、第5実施形態について説明する。本実施形態も、出力調整装置7が前記実施形態のものと異なっている。その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、ここでも出力調整装置7についてのみ説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. Also in this embodiment, the
本実施形態に係る出力調整装置7は、スターリングエンジン1の出力の上昇と低下とを切り替え可能なものである。
The
図6は本実施形態に係るスターリングエンジン1および出力調整装置7の概略構成を示す図である。この図6に示すように、出力調整装置7は、作動ガス流通配管71の途中が第1系統71Aと第2系統71Bとの2系統に分岐されている。そして、第1系統71Aには、前記第3実施形態のものと同一の逆止弁(以下、第1逆止弁という)81および開閉弁(以下、第1開閉弁という)83Aが備えられている。また、第2系統71Bには、前記第4実施形態のものと同一の逆止弁(以下、第2逆止弁という)82および開閉弁(以下、第2開閉弁という)83Bが備えられている。なお、第1系統71Aにおける第1逆止弁81と第1開閉弁83Aとの並び順、および、第2系統71Bにおける第2逆止弁82と第2開閉弁83Bとの並び順については、図6に示したものに限らず、逆の並び順であってもよい。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the
本実施形態における各開閉弁83A,83Bの制御としては、スターリングエンジン1の要求出力に対して実際の出力が低下した場合には、コントローラ9から、第1開閉弁83Aに開放信号が、第2開閉弁83Bに閉鎖信号がそれぞれ出力されて、第1開閉弁83Aが開放すると共に、第2開閉弁83Bが閉鎖する。これにより、前記第1実施形態および前記第3実施形態で説明したように、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高くなっている期間では第1逆止弁81が開放し、これによって、クランク室51の作動ガスの一部が圧縮空間22に移動することになり、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度が上昇する。また、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高くなったとしても、圧縮空間22の作動ガスがクランク室51に移動することはない。これにより、スターリングエンジン1の出力が上昇することになる。
In the control of the on-off
一方、スターリングエンジン1の要求出力に対して実際の出力が上昇した場合には、コントローラ9から、第2開閉弁83Bに開放信号が、第1開閉弁83Aに閉鎖信号がそれぞれ出力されて、第2開閉弁83Bが開放すると共に、第1開閉弁83Aが閉鎖する。これにより、前記第2実施形態および前記第4実施形態で説明したように、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高くなっている期間では第2逆止弁82が開放し、これによって、圧縮空間22の作動ガスの一部がクランク室51に移動することになり、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度が低下する。また、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高くなったとしても、クランク室51の作動ガスが圧縮空間22に移動することはない。これにより、スターリングエンジン1の出力が低下することになる。
On the other hand, when the actual output increases with respect to the required output of the
また、スターリングエンジン1の実際の出力が要求出力に略一致している場合には、コントローラ9から、各開閉弁83A,83Bに閉鎖信号が出力されて各開閉弁83A,83Bが共に閉鎖される。この場合、クランク室51と圧縮空間22との間で作動ガスが移動することはなく、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度が維持される。これにより、スターリングエンジン1の出力が維持される(要求出力に略一致した出力が維持される)ことになる。
When the actual output of the
以上の動作が行われるため、前記各逆止弁81,82と各開閉弁83A,83Bとによって本発明でいう連通手段が構成されている。
Since the above operations are performed, the
以上のように、本実施形態においては、スターリングエンジン1の出力の上昇と低下とを切り替えることが可能である。
As described above, in this embodiment, it is possible to switch between an increase and a decrease in the output of the
(第6実施形態)
次に、第6実施形態について説明する。本実施形態は、出力調整装置7が前記第1実施形態のものと異なっている。その他の構成は、第1実施形態と同様であるので、ここでも出力調整装置7についてのみ説明する。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described. In the present embodiment, the
図7は本実施形態に係るスターリングエンジン1および出力調整装置7の概略構成を示す図である。この図7に示すように、出力調整装置7は、シリンダ2内の圧縮空間22とクランク室51とを接続する作動ガス流通配管71と、この作動ガス流通配管71に備えられた調圧弁(連通手段)84とを備えている。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the
作動ガス流通配管71の構成は、前記第1実施形態のものと同一である。
The configuration of the working
一方、調圧弁84は、弁体84aを閉鎖(閉弁)方向に付勢するコイルスプリング84bを内蔵し、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高く、その圧力差が所定値以上である場合に(コイルスプリング84bの付勢力に抗して弁体84aを移動させる圧力差が生じた場合に)開放する所謂チェック弁として構成されている。 On the other hand, the pressure regulating valve 84 incorporates a coil spring 84b that biases the valve body 84a in the closing (valve closing) direction. (When a pressure difference that moves the valve body 84a against the urging force of the coil spring 84b occurs), a so-called check valve is opened.
また、本実施形態における調圧弁84は、前記コイルスプリング84bの交換が可能となっており、バネ定数の異なるコイルスプリング84bを適用することによって、調圧弁84が開閉動作を行う圧力差の値(クランク室51と圧縮空間22との圧力差の値)を適宜設定することが可能となっている。
Further, the pressure regulating valve 84 in the present embodiment can exchange the coil spring 84b, and by applying a coil spring 84b having a different spring constant, the pressure difference value (the pressure regulating valve 84 opens and closes) ( The value of the pressure difference between the
例えば、スターリングエンジン1の現在の出力に対して出力を上昇させたい場合には、現在適用されているコイルスプリング84bよりもバネ定数の小さいコイルスプリング84bに交換する。これにより、圧縮空間22の圧力(平均値)とクランク室51の圧力(平均値)との圧力差が大きくなる(クランク室51に残る圧力が小さくなる(圧縮空間22の圧力が高くなる))ことでスターリングエンジン1の出力が上昇する。
For example, when it is desired to increase the output with respect to the current output of the
一方、スターリングエンジン1の現在の出力に対して出力を低下させたい場合には、現在適用されているコイルスプリング84bよりもバネ定数の大きいコイルスプリング84bに交換する。これにより、圧縮空間22の圧力(平均値)とクランク室51の圧力(平均値)との圧力差が小さくなる(クランク室51に残る圧力が大きくなる(圧縮空間22の圧力が低くなる))ことでスターリングエンジン1の出力が低下する(交換前のコイルスプリング84bを使用していた場合よりも出力が低下することになる)。
On the other hand, when it is desired to reduce the output relative to the current output of the
このため、本実施形態においては、スターリングエンジン1の出力を任意に調整することが可能である。
For this reason, in the present embodiment, the output of the
(第7実施形態)
次に、第7実施形態について説明する。本実施形態は、出力調整装置7が前記第2実施形態のものと異なっている。その他の構成は、第2実施形態と同様であるので、ここでも出力調整装置7についてのみ説明する。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described. In the present embodiment, the
図8は本実施形態に係るスターリングエンジン1および出力調整装置7の概略構成を示す図である。この図8に示すように、出力調整装置7は、シリンダ2内の圧縮空間22とクランク室51とを接続する作動ガス流通配管71と、この作動ガス流通配管71に備えられた調圧弁(連通手段)85とを備えている。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the
作動ガス流通配管71の構成は、前記第2実施形態のものと同一である。
The configuration of the working
一方、調圧弁85は、弁体85aを閉鎖(閉弁)方向に付勢するコイルスプリング85bを内蔵し、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高く、その圧力差が所定値以上である場合に(コイルスプリング85bの付勢力に抗して弁体85aを移動させる圧力差が生じた場合に)開放する所謂チェック弁として構成されている。
On the other hand, the
また、本実施形態における調圧弁85は、前記コイルスプリング85bの交換が可能となっており、バネ定数の異なるコイルスプリング85bを適用することによって、調圧弁85が開閉動作を行う圧力差の値(クランク室51と圧縮空間22との圧力差の値)を適宜設定することが可能となっている。
Further, the
例えば、スターリングエンジン1の現在の出力に対して出力を低下させたい場合には、現在適用されているコイルスプリング85bよりもバネ定数の小さいコイルスプリング85bに交換する。これにより、圧縮空間22の圧力(平均値)とクランク室51の圧力(平均値)との圧力差が大きくなる(圧縮空間22に残る圧力が小さくなる)と共にスターリングエンジン1の出力が低下する。
For example, when it is desired to reduce the output relative to the current output of the
一方、スターリングエンジン1の現在の出力に対して出力を上昇させたい場合には、現在適用されているコイルスプリング85bよりもバネ定数の大きいコイルスプリング85bに交換する。これにより、圧縮空間22の圧力(平均値)とクランク室51の圧力(平均値)との圧力差が小さくなる(圧縮空間22に残る圧力が大きくなる)と共にスターリングエンジン1の出力が上昇する(交換前のコイルスプリング85bを使用していた場合よりも出力が上昇することになる)。
On the other hand, when it is desired to increase the output relative to the current output of the
このため、本実施形態においては、スターリングエンジン1の出力を任意に調整することが可能である。
For this reason, in the present embodiment, the output of the
前述した第6実施形態および第7実施形態で説明した調圧弁84,85の適用に関しては、前述した第1実施形態および第2実施形態で説明した逆止弁81,82の場合と同様に他の機器と組み合わせて使用することが可能である。つまり、第3実施形態(図4)で説明したように開閉弁83と組み合わせることができる。つまり、図4の逆止弁81に代えて前記第6実施形態(図7)の調圧弁84を適用することが可能である。また、図5の逆止弁82に代えて前記第7実施形態(図8)の調圧弁85を適用することが可能である。また、図6の各逆止弁81,82に代えて前記第6実施形態(図7)および第7実施形態(図8)の調圧弁84,85を適用することが可能である。
The application of the
(第8実施形態)
次に、第8実施形態について説明する。本実施形態は、出力調整装置7が前記第1実施形態のものと異なっている。その他の構成は、第1実施形態と同様であるので、ここでも出力調整装置7についてのみ説明する。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment will be described. In the present embodiment, the
図9は本実施形態に係るスターリングエンジン1および出力調整装置7の概略構成を示す図である。この図9に示すように、出力調整装置7は、シリンダ2内の圧縮空間22とクランク室51とを接続する作動ガス流通配管71と、この作動ガス流通配管71に設けられた開閉弁(連通手段)86とを備えている。
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of the
作動ガス流通配管71の構成は、前記第1実施形態のものと同一である。
The configuration of the working
一方、開閉弁86は、コントローラ9からの開閉制御信号に応じて開閉制御される電磁弁で構成されている。
On the other hand, the on-off
また、クランク軸52には、このクランク軸52の回転位置(回転位相)を検出するためのクランク軸ロータ52aが一体回転可能に取り付けられている。このクランク軸ロータ52aの外周囲には、このクランク軸ロータ52aの回転位置を検出するための回転位置検出センサ91が配設されている。この回転位置検出センサ91の出力信号はコントローラ9に入力されるようになっている。一例として、クランク軸ロータ52aの外周囲にはその周方向に亘って複数の突起が形成されており、回転位置検出センサ91が電磁ピックアップで構成されていることにより、クランク軸52の回転位置に応じた回転位置検出センサ91のピックアップ信号がコントローラ9に入力され、これによってクランク軸52の回転位置が求められるようになっている。このクランク軸52の回転位置に基づいて、ディスプレーサピストン3およびパワーピストン4の位置、および、クランク軸52の回転速度等が算出可能となる。なお、クランク軸52の回転位置を検出する手段としては前述したものには限定されず、周知の種々のものが適用可能である。
A
そして、コントローラ9は、前記回転位置検出センサ91からの出力信号を受け、それに応じて開閉弁86に対し、開閉制御信号として開放信号および閉鎖信号を出力するようになっている。このため、このコントローラ9において、開閉弁86の開閉動作を制御する機能部分が本発明でいう開閉制御手段として構成されている。
The
具体的には、スターリングエンジン1の要求出力に対して実際の出力が低下した場合には、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高くなっている期間において、コントローラ9から開閉弁86に対し開放信号が出力される。つまり、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高くなっている期間で開閉弁86が開放される。その他の期間では、コントローラ9から開閉弁86に対し閉鎖信号が出力され、開閉弁86は閉鎖される。このクランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高くなっている期間は、前記回転位置検出センサ91からの出力信号に基づいて算出される。
Specifically, when the actual output decreases with respect to the required output of the
このように、クランク室51の圧力が圧縮空間22の圧力よりも高くなっている期間で開閉弁86が開放されることにより、クランク室51の作動ガスの一部が圧縮空間22に移動することになり、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度が上昇する。これにより、スターリングエンジン1の出力が上昇することになる。
In this way, a part of the working gas in the
一方、スターリングエンジン1の要求出力に対して実際の出力が上昇した場合には、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高くなっている期間において、コントローラ9から開閉弁86に対し開放信号が出力される。つまり、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高くなっている期間で開閉弁86が開放される。その他の期間では、コントローラ9から開閉弁86に対し閉鎖信号が出力され、開閉弁86は閉鎖される。この圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高くなっている期間も、前記回転位置検出センサ91からの出力信号に基づいて算出される。
On the other hand, when the actual output increases with respect to the required output of the
このように、圧縮空間22の圧力がクランク室51の圧力よりも高くなっている期間で開閉弁86が開放されることにより、圧縮空間22の作動ガスの一部がクランク室51に移動することになり、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度が低下する。これにより、スターリングエンジン1の出力が低下することになる。
In this way, a part of the working gas in the
また、スターリングエンジン1の実際の出力が要求出力に略一致している場合には、コントローラ9から開閉弁86に閉鎖信号が出力されて開閉弁86が閉鎖される。この場合、クランク室51と圧縮空間22との間で作動ガスが移動することはなく、作動ガス流通空間11における作動ガスの密度が維持される。これにより、スターリングエンジン1の出力が維持される(要求出力に略一致した出力が維持される)ことになる。
When the actual output of the
このため、本実施形態においては、一つの開閉弁86のタイミングを切り替えるのみでスターリングエンジン1の出力の上昇と低下とを切り替えることが可能である。
For this reason, in this embodiment, it is possible to switch the increase and decrease of the output of the
−他の実施形態−
本発明は、以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、かかる実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
-Other embodiments-
The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various other forms. Therefore, such an embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
例えば、前述した各実施形態は、作動ガス流通空間11のうち圧縮空間22に作動ガス流通路72を連通させる構成としていた。本発明はこれに限らず、作動ガス流通空間11を構成する他の空間(膨張空間21等)に連通させるようにしてもよい。
For example, in each of the embodiments described above, the working
また、前述した各実施形態では、クランク室51と圧縮空間22との間で作動ガスを移動させる作動ガス流通路72を作動ガス流通配管71によって形成していた。本発明はこれに限らず、前記パワーピストン4およびスコッチ・ヨーク機構の内部に作動ガス流通路を形成しておき、この作動ガス流通路に逆止弁等の連通手段を収容する構成としてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the working
また、前述した各実施形態では、クランク室51をバッファ空間として使用していた。本発明は、これに限らず、クランク室51に連通する個別の容器を接続しておき、この容器の内部空間(クランク室51に連通する空間)をバッファ空間として使用するようにしてもよい。この場合、作動ガス流通配管71の一端は、この容器に接続されることになる。
In each of the above-described embodiments, the
また、前記第8実施形態では、クランク軸52の回転位置(回転位相)に応じて開閉弁86の開閉動作を制御するようにしていた。本発明は、これに限らず、クランク室51と圧縮空間22との圧力差に応じて開閉弁86の開閉動作を制御するようにしてもよい。つまり、クランク室51および圧縮空間22それぞれに圧力センサを備えさせ、これら圧力センサからの出力信号に基づいて開閉弁86の開閉動作を制御するものである。
In the eighth embodiment, the opening / closing operation of the opening / closing
また、前述した各実施形態に対し、作動ガス流通配管71の一部に、作動ガス流通路72の流通路面積を小さくする絞りを設け、この作動ガス流通路72での作動ガスの流れを安定化させる構成を採用するようにしてもよい。この場合、作動ガス流通配管71における絞りの配設位置は特に限定されるものではない。また、この絞りにおける流通路面積を可変とする構成を採用するようにしてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, a throttle for reducing the flow passage area of the working
また、前述した各実施形態に対し、作動ガス流通配管71に対して並列に停止用配管を接続し、この停止用配管に停止用バルブを設け、スターリングエンジン1の停止時に停止用バルブを開放するようにしてもよい。
In addition, for each of the above-described embodiments, a stop pipe is connected in parallel to the working
更に、前述した各実施形態では、β型のスターリングエンジン1に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、α型やγ型のスターリングエンジンに対しても適用が可能である。
Further, in each of the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to the β-
本発明は、スターリングエンジンの出力を調整するための装置に適用可能である。 The present invention is applicable to an apparatus for adjusting the output of a Stirling engine.
1 スターリングエンジン
11 作動ガス流通空間
2 シリンダ
21 膨張空間(作動ガス空間)
22 圧縮空間(作動ガス空間)
3 ディスプレーサピストン(第1ピストン)
4 パワーピストン(第2ピストン)
51 クランク室(バッファ空間)
52 クランク軸
7 出力調整装置
71 作動ガス流通配管
72 作動ガス流通路
81,82 逆止弁(連通手段)
83,86 開閉弁(連通手段)
84,85 調圧弁(連通手段)
9 コントローラ
DESCRIPTION OF
22 Compression space (working gas space)
3 Displacer piston (first piston)
4 Power piston (second piston)
51 Crank chamber (buffer space)
52
83, 86 On-off valve (communication means)
84,85 Pressure regulating valve (communication means)
9 Controller
Claims (6)
前記シリンダ内に形成された作動ガス空間と前記バッファ空間とを連通可能とする作動ガス流通路と、
前記バッファ空間の圧力が前記作動ガス空間の圧力よりも高いときに、これらバッファ空間と作動ガス空間とを前記作動ガス流通路を介して連通させる連通手段とが設けられていることを特徴とするスターリングエンジンの出力調整装置。 A first piston and a second piston that reciprocate in the cylinder; a crankshaft coupled to the pistons; and a buffer space formed by either a crank chamber that houses the crankshaft or a space that communicates with the crank chamber. An output adjustment device applied to a Stirling engine provided,
A working gas flow passage that allows communication between the working gas space formed in the cylinder and the buffer space;
When the pressure in the buffer space is higher than the pressure in the working gas space, there is provided communication means for communicating the buffer space and the working gas space through the working gas flow passage. Stirling engine output adjustment device.
前記シリンダ内に形成された作動ガス空間と前記バッファ空間とを連通可能とする作動ガス流通路と、
前記作動ガス空間の圧力が前記バッファ空間の圧力よりも高いときに、これら作動ガス空間とバッファ空間とを前記作動ガス流通路を介して連通させる連通手段とが設けられていることを特徴とするスターリングエンジンの出力調整装置。 A first piston and a second piston that reciprocate in the cylinder; a crankshaft coupled to the pistons; and a buffer space formed by either a crank chamber that houses the crankshaft or a space that communicates with the crank chamber. An output adjustment device applied to a Stirling engine provided,
A working gas flow passage that allows communication between the working gas space formed in the cylinder and the buffer space;
When the pressure of the working gas space is higher than the pressure of the buffer space, there is provided communication means for communicating the working gas space and the buffer space via the working gas flow passage. Stirling engine output adjustment device.
前記連通手段は逆止弁であることを特徴とするスターリングエンジンの出力調整装置。 In the Stirling engine output adjusting device according to claim 1 or 2,
The output adjusting device for a Stirling engine, wherein the communication means is a check valve.
前記連通手段は、前記作動ガス空間と前記バッファ空間との圧力差に応じて開閉動作を行う調圧弁であって、前記開閉動作を行う前記圧力差の値が変更可能となっていることを特徴とするスターリングエンジンの出力調整装置。 In the Stirling engine output adjusting device according to claim 1 or 2,
The communication means is a pressure regulating valve that opens and closes according to a pressure difference between the working gas space and the buffer space, and a value of the pressure difference that performs the opening and closing operation can be changed. Stirling engine output adjustment device.
前記連通手段は、開閉自在な開閉弁、および、この開閉弁の開閉動作を制御する開閉制御手段であることを特徴とするスターリングエンジンの出力調整装置。 In the Stirling engine output adjusting device according to claim 1 or 2,
The Stirling engine output adjusting device, wherein the communication means is an openable / closable open / close valve and an open / close control means for controlling an open / close operation of the open / close valve.
前記開閉制御手段は、前記クランク軸の回転位置、または、前記バッファ空間と前記作動ガス空間との圧力差に応じて前記開閉弁の開閉動作を制御する構成となっていることを特徴とするスターリングエンジンの出力調整装置。 In the Stirling engine output adjustment device according to claim 5,
The opening / closing control means is configured to control the opening / closing operation of the opening / closing valve according to a rotational position of the crankshaft or a pressure difference between the buffer space and the working gas space. Engine power adjustment device.
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