JP2673607B2 - Movable piston motor and device equipped with the movable piston motor - Google Patents
Movable piston motor and device equipped with the movable piston motorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、シリンダ、該シリンダの両側に連結された
シリンダヘッド及びシリンダ内の軸方向に移動自在に設
けられ、かつシリンダヘッドを貫いて延びるピストン棒
を有するピストンを具備する可動式ピストンモーター及
び該可動式ピストンモーターを備えた装置に関する。The present invention includes a cylinder, a cylinder head connected to both sides of the cylinder, and a piston having a piston rod movably provided in the cylinder in the axial direction and extending through the cylinder head. And a device having the movable piston motor.
熱機関の熱効率は今日なお重要な課題である。熱効率
は内燃機関及びタービン装置によっては50％を超えるこ
とがない。従って、蒸気動力炉によって産出されたエネ
ルギーは、その50％未満しか電気エネルギーに変換され
ない。このように、産出されエネルギーの50％以上が冷
却塔を経て装置から排出され、実質的には利用されな
い。このことは、経済性の点においても、また、環境に
かける負担の点においても重大な問題である。しかし、
熱力学によれば、カルノーサイクルにおいて得られる熱
効率が最大のものであるとされている。Thermal efficiency of heat engines is still an important issue today. Thermal efficiency does not exceed 50% depending on the internal combustion engine and turbine system. Therefore, less than 50% of the energy produced by a steam-powered furnace is converted into electrical energy. In this way, more than 50% of the produced energy is discharged from the device through the cooling tower and is practically not used. This is a serious problem both in terms of economy and burden on the environment. But,
According to the thermodynamics, the thermal efficiency obtained in the Carnot cycle is the highest.
カルノーサイクルにおいて得られる熱効率が最大のも
のであるという結論は、エントロピーは減少し得ないも
のであるとの確認から導びかれる。The conclusion that the maximum thermal efficiency obtained in the Carnot cycle is derived from the confirmation that entropy cannot be reduced.
正確には、エントロピー増大の原理は次のように表現
される。To be precise, the principle of entropy increase is expressed as follows.
「孤立系内で起りうる過程においては、エントロピー
は増大するか又は一定に保たれる。」 以下に述べる構成は孤立系とみなされるのだろうか？ 熱力学第２法則との関連で考察される物質系において
は、多分子系を扱う場合、統計的観点から処理すべき必
要が生じる。このとき、エントロピーは次のように定義
される。Ｓ＝klnW（ここに、k::ボルツマン定数、W:熱
状態確率）エントロピー増大の原理は、多分子系に関し
ても統計的考察から導かれる。"In the process that can occur in an isolated system, entropy increases or remains constant." Is the structure described below considered an isolated system? In the matter system considered in relation to the second law of thermodynamics, when dealing with a multi-molecular system, it is necessary to process it from a statistical point of view. At this time, entropy is defined as follows. S = klnW (where k :: Boltzmann's constant, W: probability of thermal state) The principle of entropy increase is derived from statistical consideration even for multi-molecular systems.
以下に述べる構成に関しては、シリンダ内にある蒸気
が多分子系を形成しているということを前提とする。ピ
ストン自体は多分子系の一部ではない。これには統計的
な側面が欠如している。ピストンの速度はエネルギーの
量と方向によって定められる。その意味でピストンは固
有系を形成している。Regarding the configuration described below, it is premised that the vapor in the cylinder forms a multi-molecular system. The piston itself is not part of the polymolecular system. It lacks statistical aspects. The speed of the piston is determined by the amount and direction of energy. In that sense, the piston forms an eigensystem.
しかし、蒸気分子はこのピストンと相互作用する。分
子が移動するピストン壁に衝突するたびに、一定量の動
力学的エネルギー及び内部ポテンシャルエネルギーがピ
ストンに伝達される。多分子系が別の系とエネルギーを
交換すると、もはやこれは孤立系ではなくなり、開放系
となる。However, vapor molecules interact with this piston. Each time a molecule impacts the moving piston wall, a certain amount of kinetic energy and internal potential energy is transferred to the piston. When a polymolecular system exchanges energy with another system, it is no longer an isolated system, but an open system.
従って、開放系においてはエントロピー増大の原理は
次のように表現される。Therefore, the principle of entropy increase in an open system is expressed as follows.
「系が孤立系ではない場合は、そのエントロピーは別
の系との相互作用によって減少し、それにより前記別の
系のエントロピーも変化する。しかし、関与する系全体
のエントロピー変化の総和は負とはならない。」 開放系においても、エントロピーが一定であるか又は
増大する場合には、気相での膨張は確実に終了する。気
相においては、分子運動は常にエントロピーを変化させ
ない。従って、エントロピー増大の原理は内燃機関、ガ
ス及び蒸気タービンの場合にも当てはまる。"When a system is not an isolated system, its entropy is reduced by the interaction with another system, which also changes the entropy of the other system. However, the sum of entropy changes of all involved systems is negative. Even in an open system, if the entropy is constant or increases, the expansion in the gas phase surely ends. In the gas phase, molecular motion does not always change entropy. Therefore, the principle of increasing entropy also applies to internal combustion engines, gas and steam turbines.
しかし、湿り蒸気の遷移相などのファン・デル・ワー
ルス力が作用する領域では、例外が生ずる。However, exceptions occur in regions where van der Waals forces act, such as the transition phase of wet steam.
ファン・デル・ワールス力は液相の基盤をも形成す
る。この相では、分子は原子架橋によって互いに弛く結
合される。例えば水の場合には水素結合である。Van der Waals forces also form the basis of the liquid phase. In this phase, the molecules are loosely bound to each other by atomic bridges. For example, in the case of water, it is a hydrogen bond.
このような架橋結合によって分子は極性を帯び、すな
わち整列され、その結果、分子配列に高度の秩序が生じ
る。エントロピーを分子配列の無秩序の度合いであると
考えると、このことは、液相において気相におけるより
もエントロピーが小さいことを意味する。さらに、この
ことは蒸気の城代ダイアグラムによって明瞭に見て取る
ことができる。Such cross-linking causes the molecules to become polar, or aligned, resulting in a high degree of order in the molecular arrangement. Considering entropy as the degree of disorder in the molecular arrangement, this means that the entropy is smaller in the liquid phase than in the gas phase. Furthermore, this can be clearly seen by the steam castle diagram.
湿り蒸気は気相と液相との境界において存在し、そこ
では、液化の際に原子架橋が生ずる。Wet vapor exists at the boundary between the gas phase and the liquid phase, where atomic cross-linking occurs during liquefaction.
原子架橋は分子衝突の際に生じ、極めて弾力的であ
る。衝突は圧縮と膨張の２つの位相に区分することがで
きる。Atomic cross-linking occurs at the time of molecular collision and is extremely elastic. Collisions can be divided into two phases, compression and expansion.
第１の位相、すなわち圧縮位相では、おそらく分子が
静止しており、力の場が互いに入り交じる。動力学的エ
ネルギーはポテンシャルエネルギーに変換される。第２
の位相、すなわち膨張位相では、分子は再び互いに離れ
て動く。ポテンシャルエネルギーは再び動力学的エネル
ギーに変換される。In the first phase, the compression phase, the molecules are probably stationary and the force fields intermingle with each other. Kinetic energy is converted into potential energy. Second
In the phase of, or the expansion phase, the molecules again move away from each other. The potential energy is converted back into kinetic energy.
このとき、分子が顕著な結合エネルギーが存在しない
場合にのみもとの状態に戻る。At this time, the molecule returns to the original state only when there is no significant binding energy.
例えば原子架橋がポテンシャルエネルギーあるいは動
力学的エネルギーよりも強い場合は、分子は結合状態に
留まり、そのため架橋が生じ、ひいては分子は準液化状
態となる。For example, if the atomic bridge is stronger than the potential or kinetic energy, the molecule remains in the bound state, which causes the bridge and thus the molecule to be in the semi-liquefied state.
気相における動力学的エネルギーは液相における動力
学的エネルギーよりもはるかに大きいことを考慮すれ
ば、液化は分子から動力学的エネルギーを奪うことを意
味する。Considering that the kinetic energy in the gas phase is much larger than that in the liquid phase, liquefaction means depriving molecules of kinetic energy.
ファン・デル・ワールス力が作用する領域で蒸気分子
から動力学的エネルギーが奪われると、原子架橋が生ず
る。そこで蒸気分子は整序され、それによってより低い
エントロピーが生ずる。Atomic bridges occur when kinetic energy is removed from vapor molecules in the region of van der Waals forces. There the vapor molecules are ordered, which results in a lower entropy.
統計学的処理においてはファン・デル・ワールス力は
一定の大きさを有する。しかし、分子から動力学的エネ
ルギーが奪われた場合には、ファン・デル・ワールス力
に影響が及び、それによって分子は強い極性を帯びる。
このような理由から、ピストンに抗して湿り蒸気が膨張
する場合には、減少したエントロピーをもたらすことが
可能であると考えられる。In statistical processing, van der Waals forces have a certain magnitude. However, when the molecule is deprived of kinetic energy, the van der Waals forces are affected, which causes the molecule to assume a strong polarity.
For this reason, it is believed possible to provide reduced entropy when the wet vapor expands against the piston.
従って、極性を有する分子は、この位相ではエントロ
ピー増大の原理に基づいた状態にはなく、分子は独自に
より低位の整序状態から高位の状態へと遷移することは
決してないと解釈することもできる。しかし、極性を有
する分子は、蓄積エネルギーが減少した場合には、明ら
かにより高位の整序状態に遷移する。Therefore, a polar molecule is not in a state based on the principle of entropy increase in this phase, and it can be interpreted that the molecule never transits from a lower ordered state to a higher state by itself. . However, polar molecules transition to a significantly higher ordered state when the stored energy is reduced.
飽和蒸気の等エントロピー膨張をモリエール図表で検
討すると、飽和蒸気は部分縮合していることが確かめら
れる。断熱過程は熱の損失がなく、等エントロピー状態
であるとみなされる。従って、気体部分が膨張するとき
は等エントロピー状態にあるに違いない。液化は明らか
に減少するエントロピーを有している。このことは全体
としてエントロピーが減少するという結果を招来しない
だろうか。Examination of the isentropic expansion of saturated vapor in the Moliere diagram confirms that saturated vapor is partially condensed. The adiabatic process is considered to be isentropic with no heat loss. Therefore, when the gas part expands, it must be in an isentropic state. Liquefaction has a clearly reduced entropy. Would this result in a reduction in entropy as a whole?
この場合には、蒸気からどのようにしてエネルギーを
奪うかが問題となる。In this case, how to take energy from steam becomes a problem.
これは、冷却によるのと同様に、蒸気をピストンに抗
して膨張させることによって良好に行うことができる。This can be done well by expanding the steam against the piston as well as by cooling.
上述の推論を計算により確かめる場合、熱力学的手法
はほとんど滴していない。When verifying the above inferences by calculation, thermodynamic techniques are almost non-dripping.
一方、以下の仮説を想定することができれば、動熱力
学理論による計算が可能となる。すなわち、 −移動するピストン壁に衝突するごとに分子の動力学的
エネルギーと内部のポテンシャルエネルギーの一部がピ
ストンに伝達される。On the other hand, if the following hypothesis can be assumed, calculation by the dynamic thermodynamic theory becomes possible. Each time it collides with the moving piston wall, some of the molecular kinetic energy and internal potential energy is transferred to the piston.
衝突ごとに伝達されるエネルギーと膨張時の衝突回数
とを乗算することにより、エネルギー伝達の値が得られ
る。The energy transfer value is obtained by multiplying the energy transferred for each collision by the number of collisions during expansion.
−蒸気分子と移動するピストン壁との相互作用は弾力的
な衝突の特殊例、すなわち移動する壁への衝突と対応す
る。-The interaction of the vapor molecules with the moving piston wall corresponds to a special case of elastic collision, i.e. collision with the moving wall.
−気体部分の分子とピストン壁との間でしか相互作用は
生じない。Interaction only between the molecules of the gas part and the walls of the piston.
−熱は蒸気分子の動力学的エネルギーと内部のポテンシ
ャルエネルギーに還元できる。-Heat can be reduced to the kinetic energy of vapor molecules and the internal potential energy.
湿り蒸気の膨張が減少するエントロピーをもたらすこ
とができるという上述の推論は、このような計算によっ
て確かめることができる。The above reasoning that the expansion of the wet steam can result in a reduced entropy can be confirmed by such a calculation.
蒸気が1:1000に、すなわち、圧が10バールから10ミリ
バールとなるように膨張した場合、ほとんど全ての液化
熱をピストンに伝達することができる。Almost all heat of liquefaction can be transferred to the piston if the steam expands to 1: 1000, ie a pressure of 10 bar to 10 mbar.
このことは、他方では、このような蒸気膨張が生ずる
と冷却器が溢水し、周囲温度とは無関係になることを意
味している。従って、このようなエネルギー変換工程を
低い温度でも行うことが可能である。（スイス、キッテ
ル/H.クレーマー著「熱の物理学」、エーバルト・ヴィ
ッケ著「物理化学入門」、レオナルド・リーデル著「物
理化学」、アロンソ／フィン著「物理学」を参照） 本発明の課題は、従来熱機関よりも熱効率が高い、前
記可動式ピストンモーター及びこの可動式ピストンモー
ターを備えた装置を提供することにある。This means, on the other hand, that such vapor expansion will cause the cooler to flood and become independent of ambient temperature. Therefore, it is possible to perform such an energy conversion process even at a low temperature. (See Kittel / H. Kramer, "Thermal Physics", Ewald Wicke, "Introduction to Physical Chemistry", Leonard Riedel, "Physical Chemistry", Alonso / Fin, "Physics") Is to provide the movable piston motor and a device including the movable piston motor, which has higher thermal efficiency than a conventional heat engine.
上記課題は本発明に従って、ピストンを別のシリンダ
ヘッドを貫いて延びる蒸気吐出管と連結するとともに、
ピストン内に蒸気貫流路を設けたピストンモーターによ
って解決される。上記課題を解決する可動式ピストンモ
ーターを備えた装置は、可動式ピストンモーターのピス
トン棒によって作動される線形発電機と、シリンダヘッ
ド内で蒸気吸込口と連結された制御弁を制御するための
処理コンピュータと、蒸気吐出管と連結された位相分離
タンクと、該位相分離タンク及び蒸化器と連結され、位
相分離タンク内の負圧を保持するための手段とを具備す
るものである。According to the present invention, the above object is to connect a piston with a steam discharge pipe extending through another cylinder head,
It is solved by a piston motor with a vapor passage in the piston. A device with a movable piston motor that solves the above problems is a linear generator operated by a piston rod of a movable piston motor, and a process for controlling a control valve connected to a steam suction port in a cylinder head. It comprises a computer, a phase separation tank connected to the vapor discharge pipe, and means for holding a negative pressure in the phase separation tank connected to the phase separation tank and the evaporator.
次に添付図面を参照しつつ、本発明の一実施例と、そ
の応用例を詳細に説明する。An embodiment of the present invention and its application will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は可動式ピストンモーターの断面図である。 FIG. 1 is a sectional view of a movable piston motor.
図２はピストンが左端位置にある可動式ピストンモー
ターの一部の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a part of the movable piston motor in which the piston is at the left end position.
図３はピストンが右方向に移動したときの可動式ピス
トンモーターの一部の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a part of the movable piston motor when the piston moves to the right.
図４はピストンが右位置にある可動式ピストンモータ
ーの一部の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion of the movable piston motor with the piston in the right position.
図５はピストンが右端位置にある可動式ピストンモー
ターの一部の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a part of the movable piston motor in which the piston is at the right end position.
図６は図１のVI−VI線に沿った断面図である。 FIG. 6 is a sectional view taken along the line VI-VI of FIG.
図７は図１のVII−VII線に沿った断面図である。 FIG. 7 is a sectional view taken along the line VII-VII of FIG.
図８は可動式ピストン装置全体の概略構成図である。 FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the entire movable piston device.
可動式ピストンモーター１は、図１に示したシリンダ
２を備えており、このシリンダの両端には弁などを受容
するためのそれぞれの一個のシリンダヘッド３、４がフ
ランジ状に取付けられ、パッキン５及び６によってシリ
ンダ２に向かい合って密封されている。可動式ピストン
モーターは緩衝装置７及び８を用いて土台に据え付けら
れる。シリンダヘッド３及び４内には第１の蒸気吸込口
９と、第２の蒸気吸込口９とが設けられている。環状の
切欠き部11及び12内にはそれぞれ一個これも環状の蒸気
吸込弁13及び14が配設されている。蒸気吸込弁13及び14
は、ばね15及び16のばね力に抗してシリンダヘッド３及
び４の外壁17及び18に向って移動可能である。ばね16及
び17は蒸気吸込弁13及び14の環状の管路21及び22の面19
及び20に結合されている。蒸気吸込弁13及び14はそれぞ
れが環状の緩衝部材23及び24を備えている。蒸気吸込弁
13及び14は、それぞれ一個のシリンダ室25の方を向いた
突起部26及び27を備えており、これらの突起部内に環状
溝28及び29が穿設されている。蒸気吸込弁13及び14は、
図１に示した閉鎖位置ではその外周が環状のストッパ30
及び31と当接しており、その際にこれらのストッパ30及
び31はばね32及び33によって付勢されている。シリンダ
ヘッド３及び４には断面が三角形の環状溝36及び37を有
するそれぞれ一個の環状のスペーサ34及び35が隣接して
いる。スペーサ34及び35の外縁にはそれぞれ一個の環状
の緩衝部材38及び39が設けられている。The movable piston motor 1 is equipped with the cylinder 2 shown in FIG. 1, and one cylinder head 3, 4 for receiving a valve or the like is attached to both ends of this cylinder in a flange shape, and a packing 5 is provided. And 6 face the cylinder 2 and are sealed. The movable piston motor is mounted on the base using shock absorbers 7 and 8. A first vapor suction port 9 and a second vapor suction port 9 are provided in the cylinder heads 3 and 4. Inside the ring-shaped notches 11 and 12, one vapor-suction valve 13 and 14 which is also ring-shaped is arranged. Steam suction valves 13 and 14
Is movable against the spring forces of the springs 15 and 16 towards the outer walls 17 and 18 of the cylinder heads 3 and 4. The springs 16 and 17 are the faces 19 of the annular conduits 21 and 22 of the vapor suction valves 13 and 14.
And 20. The vapor suction valves 13 and 14 respectively include annular cushioning members 23 and 24. Steam suction valve
13 and 14 are provided with protrusions 26 and 27 respectively facing one cylinder chamber 25, and annular grooves 28 and 29 are bored in these protrusions. The steam suction valves 13 and 14 are
In the closed position shown in FIG. 1, the stopper 30 has an annular outer periphery.
And 31 against which the stoppers 30 and 31 are biased by springs 32 and 33. Adjacent to the cylinder heads 3 and 4 are respectively one annular spacer 34 and 35 having annular grooves 36 and 37 of triangular cross section. On the outer edges of the spacers 34 and 35, one annular cushioning member 38 and 39 is provided, respectively.
シリンダ２内には、ピストン棒40及び蒸気吐出管41と
連結されたピストン42が軸方向に移動可能に配設されて
いる。ピストン42は、パッキンリング43によってシリン
ダ壁44に対して密封されている。ピストン棒40は、コー
キング46及び47を有するつば軸受45内に案内されてい
る。蒸気吐出管41は、パッキン49及び50を有するつば軸
受48内に案内されている。蒸気吐出管41は、断面が三角
形の複数個のリブ92を有しており、このリブは図１の左
側ではシリンダ軸に対してほぼ垂直に延び、図１の右側
ではシリンダ軸に対して斜めに延びるフランクを備えて
いる。このことによって、蒸気吐出管を通って溢れた復
水が逆流することが防止される。ピストン42は曲折した
蒸気貫流管51及び52を備えており、これらの貫流管の両
端には蒸気吐出管41と連結されたリブ87が設けられてい
る。蒸気吐出管51と52の間の部分112の端部は先細に形
成されている。ピストン42の環状開口部５内には、これ
も環状の蒸気吐出弁54が配設されている。蒸気吐出弁54
は、両方の外端に環状の、断面が略三角形の部分55及び
56を有しており、該部分55と56とを連結する円筒状部分
は軸受ブシュ59及び97内に案内されている。環状部分55
と56とは、それぞれ環状の制御ノーズ57及び58へと連結
している。ピストン42の外周囲42には、ばね60で付勢さ
れた冷却弁61が配設されている。蒸気吐出弁54は、ピス
トン42に対して軸方向に移動自在に設けられている。制
御ノーズ57及び58は、その端部62と63が緩衝部材23及び
24の対応する形状の切欠き部64及び65と嵌合する。蒸気
吐出弁54の環状部分55、56の面90、91は、シリンダ２の
軸に対して斜めに延びている。In the cylinder 2, a piston 42 connected to a piston rod 40 and a steam discharge pipe 41 is arranged so as to be movable in the axial direction. The piston 42 is sealed to the cylinder wall 44 by a packing ring 43. The piston rod 40 is guided in a collar bearing 45 having caulks 46 and 47. The vapor discharge pipe 41 is guided in a collar bearing 48 having packings 49 and 50. The steam discharge pipe 41 has a plurality of ribs 92 having a triangular cross section, which ribs extend substantially perpendicular to the cylinder axis on the left side of FIG. 1 and oblique to the cylinder axis on the right side of FIG. It has a flank that extends to. This prevents the condensate overflowing through the steam discharge pipe from flowing back. The piston 42 is provided with bent steam flow-through pipes 51 and 52, and ribs 87 connected to the steam discharge pipe 41 are provided at both ends of these flow-through pipes. The end of the portion 112 between the steam discharge pipes 51 and 52 is tapered. Inside the annular opening 5 of the piston 42 there is also arranged an annular vapor discharge valve 54. Steam discharge valve 54
Is an annular portion 55 having a substantially triangular cross section at both outer ends and
The cylindrical part which has 56 and which connects the parts 55 and 56 is guided in bearing bushes 59 and 97. Annular part 55
And 56 are connected to annular control noses 57 and 58, respectively. A cooling valve 61, which is biased by a spring 60, is arranged on the outer periphery 42 of the piston 42. The vapor discharge valve 54 is provided so as to be movable in the axial direction with respect to the piston 42. The control noses 57 and 58 have ends 62 and 63 at their ends 23 and
Mates with 24 correspondingly shaped notches 64 and 65. The faces 90, 91 of the annular portions 55, 56 of the steam discharge valve 54 extend obliquely to the axis of the cylinder 2.
次に図２ないし図５を参照して可動式ピストンモータ
ーの機能の推移をそれぞれの状態ごとに説明する。蒸気
吸込口９を通って蒸気は環状の切欠き部11内に流入し、
又、空間66内の環状管路21を通り、スペーサ34の突起部
67及び68と環状の制御ノーズとの間を通って、スペーサ
34と蒸気吸込弁54の環状部分55との間の空間に流入す
る。蒸気吸込弁54は環状部分55とともに、ピストン42の
左外壁69に向かって図１の右側に移動する。この位置
で、蒸気吸込口13は環状の制御ノーズ57によってばね15
の力に抗して左方向に押圧される。その際に、制御ノー
ズ57の端部62は緩衝部材23の環状の切欠き部64内にあ
る。Next, the transition of the function of the movable piston motor will be described for each state with reference to FIGS. 2 to 5. The steam flows into the annular notch 11 through the steam inlet 9,
In addition, the protrusion of the spacer 34 passes through the annular conduit 21 in the space 66.
Spacers between 67 and 68 and the annular control nose
It flows into the space between 34 and the annular portion 55 of the vapor suction valve 54. The vapor suction valve 54 moves with the annular portion 55 towards the left outer wall 69 of the piston 42 to the right in FIG. In this position, the steam inlet 13 is spring 15 with an annular control nose 57.
It is pressed to the left against the force of. At that time, the end portion 62 of the control nose 57 is in the annular cutout portion 64 of the cushioning member 23.
図３に示した段階では、蒸気は膨張し、ピストン42は
さらに右方向に移動する。蒸気吸込弁13は最終位置に到
達し、その際、環状突起部26はスペーサ34の突起部67と
68の間に密着する。蒸化器内で生成される飽和蒸気の流
入は、ピストン行程の極めて短い区間、例えば２％、で
行われるに過ぎない。ピストンは、シリンダヘド３のス
ペーサ34から離れて右方向に約30ないし100m/秒の速度
で加速される。蒸気吸込弁13は圧力降下及び閉鎖ばね15
の力で閉じられる。ピストン棒40によって、力は線形発
電機に伝達され、それによってピストン42は再び減速さ
れる。蒸気吐出弁54は環状部分56を有する図１ないし図
５における右側の位置で開放され、それによってシリン
ダ室25内にある蒸気は、環状部分56とピストン42の右壁
70との間を管路51を通って蒸気吐出管41内へと流れるこ
とができる。飽和蒸気が供給されると、蒸気の一部がピ
ストン面で液化したとみなすことができる。ピストン面
70が円錐形に形成されていることにより、沈澱する場合
がある復水は加速力によって蒸気吐出管41内に搬送され
る。復水は逆止め弁60、61を介して反対側に搬送され、
そこからこれも加速力によって蒸気吐出管41内に搬送さ
れる。膨張した湿り蒸気は、蒸気吐出管を通り、位相分
離器内に搬送され、液相と気相とが分離される。At the stage shown in FIG. 3, the steam expands and the piston 42 moves further to the right. The vapor suction valve 13 reaches the final position, at which time the annular protrusion 26 is aligned with the protrusion 67 of the spacer 34.
Stick between 68. The inflow of saturated steam produced in the evaporator takes place only during a very short section of the piston stroke, eg 2%. The piston is accelerated away from the spacer 34 of the cylinder head 3 to the right at a speed of about 30 to 100 m / sec. The steam suction valve 13 has a pressure drop and a closing spring 15.
It is closed by the power of. The piston rod 40 transfers the force to the linear generator, which causes the piston 42 to decelerate again. The steam discharge valve 54 is opened in the right-hand position in FIGS. 1 to 5 with the annular portion 56, so that the steam in the cylinder chamber 25 is allowed to flow through the annular portion 56 and the right wall of the piston 42.
It can flow into the steam discharge pipe 41 through the pipe line 51. When saturated steam is supplied, it can be considered that a part of the steam is liquefied on the piston surface. Piston face
Due to the conical shape of 70, the condensed water that may settle is transported into the steam discharge pipe 41 by the acceleration force. Condensate is transported to the other side via check valves 60 and 61,
From there, this is also transported into the steam discharge pipe 41 by the acceleration force. The expanded wet steam is conveyed through the steam discharge pipe into the phase separator, where the liquid phase and the gas phase are separated.
図４に示す機能の段階では、蒸気吐出弁54は図４の右
側に位置するものが閉じられる。環状の制御ノーズ58に
よって蒸気吸込弁の環状突起部27は引き離される。蒸気
吐出弁54の環状部分56の図４における右側の外壁と、シ
リンダヘッド４のスペーサ34の外壁との間の空間に封入
された蒸気は凝縮される。In the functional stage shown in FIG. 4, the steam discharge valve 54 located on the right side of FIG. 4 is closed. The annular control nose 58 pulls apart the annular projection 27 of the vapor suction valve. The steam enclosed in the space between the outer wall of the annular portion 56 of the steam discharge valve 54 on the right side in FIG. 4 and the outer wall of the spacer 34 of the cylinder head 4 is condensed.
蒸気吐出弁54の環状部分55、56の面90、91、102、10
3、104、105、106、107は、シリンダ２の軸に対して、
円筒形の連結部95、96に隣接したシリンダの軸に対して
だけではなく、制御ノーズ57、58に隣接したシリンダの
軸に対しても、斜めに延びている。弁54の外面は制御ノ
ーズ57、58と対称に延在することが好ましい。弁54の環
状部分55、56と対向するピストン面108、109、110、111
もシリンダ２の軸に対して斜めに延び、弁の環状部分の
対応する面90、91、102、103、104、105、106、107と正
確に嵌合する。Faces 90, 91, 102, 10 of the annular portions 55, 56 of the vapor discharge valve 54
3, 104, 105, 106, 107, with respect to the axis of the cylinder 2,
It extends obliquely not only with respect to the axis of the cylinder adjacent the cylindrical links 95, 96, but also with respect to the axis of the cylinder adjacent the control noses 57, 58. The outer surface of the valve 54 preferably extends symmetrically with the control noses 57,58. Piston faces 108, 109, 110, 111 facing the annular portions 55, 56 of the valve 54.
Also extends obliquely to the axis of the cylinder 2 and fits exactly with the corresponding faces 90, 91, 102, 103, 104, 105, 106, 107 of the annular part of the valve.
図５に示した段階では、ピストン42は右端位置にあ
る。蒸気吐出弁54の環状の制御ノーズ58によって蒸気吸
込弁14はばね16の圧力に抗してシリンダヘッド４のスペ
ーサ35の突起部70、71から引き離される。高圧の蒸気は
蒸化器から蒸気吸込口10を通って、ピストン42の環状部
分56とシリンダヘッド４のスペーサ35との間の空間内に
流入する。At the stage shown in FIG. 5, the piston 42 is at the right end position. The annular control nose 58 of the vapor discharge valve 54 pulls the vapor suction valve 14 away from the projections 70, 71 of the spacer 35 of the cylinder head 4 against the pressure of the spring 16. The high pressure steam flows from the evaporator through the steam inlet 10 and into the space between the annular portion 56 of the piston 42 and the spacer 35 of the cylinder head 4.
本発明の可動式ピストンモーターにおいては、湿り蒸
気はピストンに対して膨張される。In the moveable piston motor of the present invention, wet steam is expanded relative to the piston.
図６は図１のVI−VI線に沿った断面図を示す。 FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG.
図７は図１のVII−VII線に沿った断面図を示す。 FIG. 7 shows a sectional view taken along the line VII-VII of FIG.
図８は可動式ピストンモーターを搭載した装置全体を
概略的に示す。可動式ピストンモーター１によって線形
発電機72が駆動され、これは可動式ピストンモーターの
始動のためにモーター駆動に切り換えられる。蒸気吸込
口９及び10へと続く弁74、75は処理コンピュータ73を介
して作動される。さらに処理コンピュータによって、ピ
ストン42の軸方向運動を計測するためにシリンダ壁44に
接着されたホール発生器76の計測データが考慮される。
接着用に、ピストン42の外壁には磁石77を備えてある。
飽和蒸気は蒸化器78から導管79を経て弁74及び75に送ら
れる。可動式ピストンモーターの蒸気吐出管41は蛇腹式
連結器80を介して位相分離タンク81と連結されている。
循環冷却器82を備えた残留気体凝縮装置を介して、残留
気体は導管84を経て蒸化器78に送られる。位相分離タン
クは、液化ポンプ85を経て、導管86を介して残留気体蒸
化器82と連結されている。蒸化器78内には、渦巻き98が
示されているが、これは熱交換器を表すものである。こ
の熱交換器によって、例えば産業用プラントからの廃熱
である有用な熱をシステム内に導入し、これを可動式ピ
ストンモーターによって機械的、もしくは電気的エネル
ギーに変換しようとするものである。熱はどのような熱
源から集めてもよく、蒸気、排気又はその他の熱伝達媒
体によって熱交換器へと誘導される。熱交換器内ではこ
れらの熱は循環処理媒体へと伝達され、それによって蒸
気が生成される。FIG. 8 schematically shows the entire apparatus equipped with a movable piston motor. The movable piston motor 1 drives a linear generator 72, which is switched to motor drive for starting the movable piston motor. The valves 74, 75 leading to the vapor inlets 9 and 10 are activated via the processing computer 73. Furthermore, the processing computer takes into account the measurement data of the Hall generator 76 glued to the cylinder wall 44 in order to measure the axial movement of the piston 42.
A magnet 77 is provided on the outer wall of the piston 42 for bonding.
Saturated steam is sent from evaporator 78 via conduit 79 to valves 74 and 75. The vapor discharge pipe 41 of the movable piston motor is connected to the phase separation tank 81 via a bellows type connector 80.
Through the residual gas condenser with circulation cooler 82, the residual gas is sent to the evaporator 78 via conduit 84. The phase separation tank is connected to the residual gas evaporator 82 via a liquefaction pump 85 and a conduit 86. A swirl 98 is shown in the evaporator 78, which represents a heat exchanger. This heat exchanger attempts to introduce useful heat into the system, for example waste heat from industrial plants, which is converted by a movable piston motor into mechanical or electrical energy. Heat may be collected from any heat source and is conducted to the heat exchanger by steam, exhaust or other heat transfer medium. In the heat exchanger, these heats are transferred to the circulating treatment medium, which produces steam.
線形発電機からは電源99、100、101が消費者まで敷設
されている。From the linear generator, power supplies 99, 100, 101 are laid down to consumers.
線形発電機72の代わりにモーターを導入し、又は線形
発電機をモーターとして作動させる場合は、可動式ピス
トンモーターを備えた上述の装置は冷却器として運転す
ることもできる。If a motor is introduced instead of the linear generator 72 or the linear generator is operated as a motor, the above-mentioned device with a movable piston motor can also be operated as a cooler.
可動式ピストンモーターを冷却器モーターと呼ぶこと
もできよう。The movable piston motor could be called the cooler motor.
Claims (18)
されたシリンダヘッド（3,4）及びシリンダ内の軸方向
に移動自在に配設され、かつ、シリンダヘッド（４）を
貫いて延びるピストン棒（40）を備えたピストン（42）
を具備する可動式ピストンモーターにおいて、ピストン
（42）が別のシリンダヘッド（３）を貫いて延びる蒸気
吐出管（41）と連結されており、該ピストン（42）はそ
の軸方向に移動可能な蒸気吐出弁（54）を備え、そして
蒸気貫流路（51,52）が該ピストン内に設けられ、かつ
蒸気貫流路（51,52）はその一端が蒸気吐出管（41）に
結合され、他端が蒸気吐出弁（54）を介してシリンダ
（２）に結合されていることを特徴とす可動式ピストン
モーター。1. A cylinder (2), a cylinder head (3, 4) joined to both ends of the cylinder, and an axially movable body in the cylinder, and extending through the cylinder head (4). Piston (42) with piston rod (40)
In a movable piston motor including a piston, a piston (42) is connected to a steam discharge pipe (41) extending through another cylinder head (3), and the piston (42) is movable in its axial direction. A steam discharge valve (54) is provided, and a steam passage (51, 52) is provided in the piston, and one end of the steam passage (51, 52) is connected to the steam discharge pipe (41). A movable piston motor whose end is connected to the cylinder (2) through a steam discharge valve (54).
対して斜めに延びた面（90,91,102,103,104,105,106,10
7）を有することを特徴とする請求項１記載の可動式ピ
ストンモーター。2. A surface (90,91,102,103,104,105,106,10) on which the steam discharge valve (54) extends obliquely with respect to the axis of the cylinder (2).
The movable piston motor according to claim 1, further comprising 7).
蒸気吐出弁（54）の環状部分（55,56）と隣接している
ことを特徴とする請求項２記載の可動式ピストンモータ
ー。3. Movable piston motor according to claim 2, characterized in that the surface (90, 91, 102, 103, 104, 105, 106, 107) is adjacent to the annular portion (55, 56) of the steam discharge valve (54).
（90,91,102,103,104,105,106,107）と平行に延びた斜
めの面（108,109,110,111）を有することを特徴とする
請求項２又は３記載の可動式ピストンモーター。4. The movable type according to claim 2, wherein the piston (42) has an inclined surface (108,109,110,111) extending parallel to the surface (90,91,102,103,104,105,106,107) of the steam discharge valve (54). Piston motor.
ていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に
記載の可動式ピストンモーター。5. The movable piston motor according to claim 1, wherein the steam passage (51, 52) is formed by bending.
リンダ（２）の軸と平行に延びた環状の制御ノーズ（5
7,58）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれ
か一項に記載の可動式ピストンモーター。6. A ring-shaped control nose (5) having pistons (42) extending on both sides of the piston in parallel with the axis of the cylinder (2).
Movable piston motor according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it has (7,58).
ストン（42）側にスペーサ（34,35）を有することを特
徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の可動式ピ
ストンモーター。7. The movable member according to claim 1, wherein the cylinder head (3, 4) has a spacer (34, 35) on the piston (42) side of the head. Type piston motor.
トン（42）側にシリンダの軸に対して斜めに延びた面
（36,37）を有することを特徴とする請求項７記載の可
動式ピストンモーター。8. The spacer (34, 35) according to claim 7, wherein the spacer (34, 35) has a surface (36, 37) extending obliquely to the axis of the cylinder on the piston (42) side of the spacer. Movable piston motor.
れ一個の蒸気吸込弁（13,14）が設けられてそり、該吸
込弁がスペーサ（34,35）内の環状開口部と相互作用す
ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載
の可動式ピストンモーター。9. A steam suction valve (13, 14) is provided in each of the cylinder heads (3, 4) and is slid, said suction valve mutually interfering with an annular opening in the spacer (34, 35). The movable piston motor according to any one of claims 1 to 8, which operates.
溝（28,29）を有しており、該溝が環状の制御ノーズ（5
7,58）と正確に嵌合するように形成されていることを特
徴とする請求項９記載の可動式ピストンモーター。10. A steam suction valve (13, 14) each has an annular groove (28, 29), said groove having an annular control nose (5).
The movable piston motor according to claim 9, wherein the movable piston motor is formed so as to be fitted accurately with (7,58).
設けられていることを特徴とする請求項１〜10のいずれ
か一項に記載の可動式ピストンモーター。11. The movable piston motor according to claim 1, wherein a cooling valve (61) is provided on the outer circumference of the piston (42).
に設けられた、ばね（60）で付勢された球（61）を含む
ことを特徴とする請求項11記載の可動式ピストンモータ
ー。12. Movable valve according to claim 11, characterized in that the cooling valve (61) comprises a ball (61) provided in a bearing bush (59) and biased by a spring (60). Piston motor.
けられ、かつ、シリンダ外壁（44）にセンサ（76）が設
けられていることを特徴とする請求項１〜12のいずれか
一項に記載の可動式ピストンモーター。13. The piston (42) is provided with a magnet (77) on the outer wall thereof, and the cylinder outer wall (44) is provided with a sensor (76) thereof. The movable piston motor according to the item 1.
されていることを特徴とする請求項13記載の可動式ピス
トンモーター。14. Movable piston motor according to claim 13, characterized in that the sensor (76) is configured as a Hall generator.
動式ピストンモーターを備えた装置において、可動式ピ
ストンモーター（１）のピストン棒（40）によって作働
される線形発電機（72）と、シリンダヘッド（3,4）内
の蒸気吸込口（9,10）に連結された制御弁（74,75）を
制御するための処理コンピュータ（73）と、蒸気吐出管
（41）と連結された位相分離タンク（81）と、該位相分
離タンク及び蒸化器と連結され、位相分離タンク（81）
内の負圧を保持するための手段（82）とを具備すること
を特徴とする装置。15. A device comprising a movable piston motor according to any one of claims 1 to 14, wherein the linear generator () is operated by the piston rod (40) of the movable piston motor (1). 72), a processing computer (73) for controlling a control valve (74, 75) connected to a steam inlet (9, 10) in the cylinder head (3, 4), and a steam discharge pipe (41) And a phase separation tank (81) connected to the phase separation tank and the evaporator.
Means (82) for maintaining a negative pressure in the device.
請求項15記載の装置。16. Device according to claim 15, characterized in that it is configured as a cooler.
請求項15記載の装置。17. Device according to claim 15, characterized in that it is configured as an evaporator.
したことを特徴とする請求項15記載の装置。18. Device according to claim 15, characterized in that it is configured as a multistage residual gas condenser (82).
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