JP2773417B2 - フリーピストンスターリングエンジン - Google Patents

フリーピストンスターリングエンジン

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、出力調整機能を備えるリニア発電機を駆動
するためのフリーピストンスターリングエンジンに関す
る。
（従来の技術） 第１図を参照して、フリーピストンスターリングエン
ジンの概要を説明する。
シリンダ内を往復動するディスプレーサ４によりシリ
ンダ内に膨脹室11と圧縮室12とを画定し、両室11、12を
ヒータ１、再生器２及びクーラ３を介して連通させる。
作動空間にヘリウムガス等の媒体を封入する。ヒータ１
を、多層熱シールド５を介して太陽熱等により加熱可能
とする。ディスプレーサ４にロッド10を連結し、ロッド
10を往復動可能とさせる。
対のパワーピストン即ちフリーピストン６を、ロッド
10の往復動方向に対して交差する方向に配す。フリーピ
ストン６の一端は、圧縮室12に通じる作動室18となって
おり、他端はバッファー室９となっている。バッファー
室９を作るカバー19の中央突出部をフリーピストン６の
中央開口に摺動自在に挿入し、フリーピストン６内にガ
スばね８を作る。かくして、フリーピストン６は、作動
室18とバッファー室９間で往復動可能自在とさせ、フリ
ーピストン６まわりにリニア発電機７を取付け、圧縮ガ
スの作動室18内への周期的供給によりフリーピストン６
を往復動させ、リニア発電機７により発電を行なう。
フリーピストンスターリングエンジンの運転に際して
は、回転式モータの回転トルクを、ヨークカム機構を介
して、ロッド10に伝達させ、ディスプレーサ４を往復動
させる。一方、多層熱シールド５を介して太陽熱により
ヒータ１でヘリウムの如き作動ガスを加熱し、高温・高
圧ガスを膨脹室11内で等温膨脹させ、次いで、作動ガス
を圧縮室12内で等温圧縮させてディスプレーサ４を往復
させる。圧縮された作動ガスは作動室18内に出入りし、
フリーピストン６を強制的に往復動させ、リニア発電機
７を作動させる。
リニア発電機７は、可動子たるフリーピストン６の外
周面に固定された永久磁石とそのまわりのハウジングに
固定されたコイルより構成される。特に、図示しない
が、可動子たるフリーピストン６の往復動は、コイルに
起電力を生じさせるが、負荷センサーが、コイルの接点
を選択的に切換え、必要な出力を得るようにしている。
米国特許第4,642,547号明細書に記載される如く、実
際には、リニア発電機７の出力電圧を、電圧検出器によ
り検知し、電圧設定器の基準値と検知値とを比較し、リ
ニア発電機の出力端に接続した擬似負荷に流れる電流を
調整しながら、負荷への電圧を適正に維持する。
（本発明が解決しようとする課題） 前述した如き従来の手法による負荷への電圧調節は、
要約すれば、発電機の出力が負荷の必要電圧より大きい
場合、擬似負荷に電流を流すことにより、負荷への電圧
を下げ、負荷部分を過電圧から保護するものである。
しかし、この手法は、エンジン出力と負荷量との差
は、擬似負荷として無駄にすてることになる。擬似負荷
で消費されるエネルギーを小さくするには、コイルの接
点（タップ）の数を多くし、接続切換を多くすればよい
が、これでは、接点切換作業が多く、そのための設備を
要し、装置の大型化を免れない。又、接点不良といった
操作上の不具合を生じる。
それ故に、本発明は、前述した従来技術の不具合を解
消することを解決すべき課題とする。
（課題を解決するための手段） 本発明は、前述した課題を解決するために、基本的に
は、リニア発電機の出力端に１個もしくは２個以上の変
圧比率を有するAC/DCコンバータを介して蓄電池を接続
する手段を基本的に採用する。
（作 用） 本発明によれば、発電機出力より大きな過渡的な負荷
に対しては、蓄電池を用いて安定した電力を供給でき、
又、小さい負荷の場合には、蓄電池に余剰エネルギーを
蓄えることができる。
（実施例） 本発明の一例を第２−４図に示すが、スターリングエ
ンジンの基本構成は、第１図を用いて既に説明したの
で、スターリングエンジンの構成の説明は、ここでは省
略する。
第２図に於いて13はフリーピストンスターリングエン
ジン（以下エンジンとする）であり、７はリニア発電機
（以下発電機）である。前記エンジン13はその出力とし
て前記発電機７内の可動子６を往復運動させ、コイル14
に起電力を生じさせ、電力として出力する。このように
出力される電力は、可動子６の運転速度即ちストローク
と周波数に比例し、またストローク、出力電圧は負荷電
流に支配される。
この電力は、AC/DCコンバータ15に送られる。該AC/DC
コンバータの概要を第３図に示す。第３図において、発
電機13のコイル14に生じた起電力は全波整流器20におい
て整流され、平滑コンデンサ21にて直流に変換され、次
いでスイッチング素子22により、高周波の交流となり、
変圧器23にて変圧した後、整流器26、平滑コンデンサ27
を介して蓄電池16に送られる。また、前記変圧器23は１
個もしくは複数のタップ24〜25を有し、発電機出力にあ
わせ、発電機効率が最適となるように選択的に変圧比を
調整する機能を有する。17は直流負荷であり、蓄電池に
平列に直結可であり、29の交流負荷はDC/ACコンバータ2
8を介して接続する。
この結果、変圧器28の２次側の電圧は蓄電池16の端子
電圧に支配され（蓄電池16の容量は発電機７の定格出力
に対し、相当大きい）、１次側電圧は、同様に蓄電池端
子電圧と、前記タップ24〜25の選択された巻線比に支配
される。この為、発電機７の可動子６のストローク、換
言すれば、出力電圧はエンジン出力に対し、最適に維持
される。
第４図において、エンジン出力（発電機出力）定格を
Ｐとすると、連続的に負荷に供給できるエネルギーもＰ
と同じ量であり、1/2Pの発電機出力の時も1/2Pだけ取り
出せる。
また、蓄電池16を有するので過渡的に発電機出力より
大きな負荷にも安定した電力を供給可であり、反対に小
さい負荷の場合は、蓄電池に余剰エネルギーを蓄えるこ
とも可能となる。
（効 果） 本発明によれば、エンジン出力と負荷量がアンバラン
ス、特に負荷の方が大きい場合でもエンジンは安定して
運転できる。このことは、特にエンジンを太陽熱等熱入
力量をコントロールできない状態において運転する際有
効である。
【図面の簡単な説明】 第１図はスターリングエンジンの断面図、第２図は本発
明のシステムを示す図、第３図はAC/DCコンバータの説
明図、第４図は負荷と発電機出力との関係を示すグラフ
図である。 図中:4……ディスプレーサ、７……リニア発電機、６…
…可動子（フリーピストン）、14……コイル、15……AC
/DCコンバータ、16……蓄電池。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−141647（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−210379（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02G 1/043 F02G 1/045

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シリンダ内に膨脹室と圧縮室とを画定する
    ディスプレーサと、膨脹室と圧縮室とを連通させる空間
    に配されたヒータ、再生器及びクーラと、ディスプレー
    サに連結されたロッドと、ロッドの往復動方向に対して
    交差する方向に往復動するフリーピストンと、フリーピ
    ストンの一端に位置し且つ圧縮室に通じる作動室と、フ
    リーピストンの他端に配されたバッファー室と、および
    フリーピストンまわりのリニア発電機よりなり、リニア
    発電機の出力端に、１個もしくは２個以上の変圧比率を
    有するAC/DCコンバータを介して蓄電池を接続している
    フリーピストンスターリングエンジン。
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