JP5754642B2 - フリーピストン型スターリングエンジン - Google Patents
フリーピストン型スターリングエンジン Download PDFInfo
- Publication number
- JP5754642B2 JP5754642B2 JP2011202490A JP2011202490A JP5754642B2 JP 5754642 B2 JP5754642 B2 JP 5754642B2 JP 2011202490 A JP2011202490 A JP 2011202490A JP 2011202490 A JP2011202490 A JP 2011202490A JP 5754642 B2 JP5754642 B2 JP 5754642B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacer
- space
- power piston
- rod
- case
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/053—Component parts or details
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B11/00—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type
- F01B11/02—Equalising or cushioning devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Actuator (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
本発明は、フリーピストン型スターリングエンジンに関する。
特許第3786959号公報には、自由ピストンスターリングエンジンが記載されている。
上記自由ピストンスターリングエンジンは、シリンダを有するハウジング、出力ピストン、及びディスプレーサを備える。ハウジング内には、作動ガスが充填されている。ディスプレーサと出力ピストンとは、ハウジング内の上下に収容され、ディスプレーサから下方に延びるロッド部は、出力ピストンの中央に設けられた孔に貫通する。ディスプレーサは、孔を貫通するロッド部の一端側に接続される支持ばねによってハウジングの底部に往復運動が可能な態様で片持ち状に弾性支持されている。ハウジングと出力ピストンの上面は、ディスプレーサが往復運動する作動空間を区画する。ハウジングの上方には、作動空間内の作動ガスを加熱する高温端部(加熱部)が設けられ、また、ハウジングの下方には、作動ガスを冷却する冷却端部(冷却部)が設けられている。このような構成において、ディスプレーサが作動空間内を往復運動すると、作動空間内の作動ガスに温度変化が生じ、この温度変化によって生じる作動空間内の圧力変化に伴って出力ピストンが往復運動を行う。
しかし、上記自由ピストンスターリングエンジンを地面に対して垂直以外の角度で設置した場合、ディスプレーサはハウジングの下部にバネによって片持ち状に支持されているため、ディスプレーサ及びディスプレーサのロッド部が傾いて、ディスプレーサとハウジングとの間や、ディスプレーサのロッド部と出力ピストンの上記孔を区画する内周部との間に、過度な摩擦による抵抗が生じる可能性がある。この場合、ディスプレーサ及びパワーピストンの往復運動が安定せず、ひいては往復運動が停止してしまう。このため、自由ピストンスターリングエンジンの設置態様は、地面に対して垂直となるように制限されていた。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、設置態様が制限されないフリーピストン型スターリングエンジンを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のフリーピストン型スターリングエンジンは、ケースと、パワーピストンと、ディスプレーサと、連通孔と、ディスプレーサロッドと、第1の弾性支持部材と、第2の弾性支持部材と、を備える。
ケースには、作動ガスが充填される。パワーピストンは、ケース内を第1の空間と第2の空間に区画する。ディスプレーサは、第1の空間に配置される。連通孔は、パワーピストンに設けられ、第1の空間と第2の空間とを所定の軸に沿って連通する。ディスプレーサロッドは、ディスプレーサから所定の軸に沿って第2の空間へ延び、連通孔を貫通する。第1の弾性支持部材は、第1の空間に配置されディスプレーサ又はディスプレーサロッドの基端側の少なくとも一方をケースに弾性支持する。第2の弾性支持部材は、第2の空間に配置されディスプレーサロッドの先端側をケースに弾性支持する。
また、連通孔は、第1の空間の密閉状態と第2の空間の密閉状態とを維持したままディスプレーサロッドの移動を許容し、パワーピストンとディスプレーサとは、第1の空間内の作動ガスが冷却及び加熱されて膨張及び圧縮することによって、所定の位相差をもって、所定の軸に沿った往復運動をそれぞれ行い、第1の弾性支持部材及び第2の弾性支持部材の付勢力は、ディスプレーサ及びディスプレーサロッドの所定の軸に対する傾動を規制する。
上記構成では、第1の弾性支持部材は、第1の空間内の作動ガスが冷却及び加熱されて膨張及び圧縮するとパワーピストンと所定の位相差をもって所定の軸に沿った往復運動を行うディスプレーサ又はディスプレーサロッドの基端側の少なくとも一方を、ケースに弾性支持し、また、第2の弾性支持部材は、ディスプレーサロッドの先端側をケースに弾性支持し、第1の弾性支持部材及び第2の弾性支持部材の付勢力は、ディスプレーサ及びディスプレーサロッドの所定の軸に対する傾動を規制するので、ディスプレーサ及びパワーピストンは、エンジンの設置態様(設置姿勢)に係わらず安定した往復運動を行うことができる。このため、エンジンの設置態様が制限されない。
また、上記第1弾性支持部材は、ケースに固定的に支持される外周部と、ディスプレーサロッドの基端側を固定的に支持する内周部と、所定の軸に沿った作動ガスの通過を許容する通気孔と、を有する円板状の板ばねであってもよい。
上記構成では、第1弾性支持部材を第1の空間内に配置することによる第1の空間内の死容積(作動ガスが殆ど又は全く貫流しない容積)の増加を防止することができる。
本発明によれば、設置態様が制限されないフリーピストン型スターリングエンジンを提供することができる。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。また、以下の説明において、上下とは、本発明に係わるフリーピストン型スターリングエンジンを図1に示すような様態で設置した場合の上下を意味する。
本発明のフリーピストン型スターリングエンジン1は、略円筒状のケース2と、パワーピストン30と、ディスプレーサ40と、ディスプレーサロッド41と、第1ディスプレーサ支持ばね(第1の弾性支持部材)50と、第2ディスプレーサ支持ばね(第2の弾性支持部材)60と、パワーピストン支持ばね70と、制御部(図示省略)と、を有する。
ケース2内には、作動流体、例えば、水素ガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどの作動ガスが充填されている。ケース2の内側の上下方向の略中央部には、ケース2の中心軸Xに直交する方向の断面が円形状のパワーピストンシリンダ9が設置され、パワーピストンシリンダ9の上方には上記方向の断面が円形状でパワーピストンシリンダ9と比較して大径のディスプレーサシリンダ10が設置されている。なお、同径のパワーピストンシリンダ9とディスプレーサシリンダ10を設置してもよい。
パワーピストン30は、略円柱状体であり、パワーピストンシリンダ9内に配置される。パワーピストン30の下面の略中心部には、所定の軸に沿って下方に延びる棒状体のパワーピストンロッド31が一体的に形成されている。パワーピストンロッド31は、棒状体であり、所定の軸とは、例えばケース2の上下方向の中心軸Xである。パワーピストン30及びパワーピストンロッド31には、略中心部を貫通し、上下に延びる連通孔32が形成されている。パワーピストンロッド31の上下2箇所には、外周面に等間隔(例えば、外周の1/4の長さ毎)に配置され、円周方向の外側へ突出する4つの係合部33が形成されている。係合部は突出方向の略中央部に上下方向に貫通する係合孔33aを有しており、係合孔33aには、一端がケース2の側壁の内側に固定されたコイルばねであるパワーピストン支持ばね70の他端が係合する。パワーピストン30は、パワーピストン支持ばね70によって、パワーピストンロッド31を介して、ケース2に弾性支持される。なお、係合部33の設置数及び設置場所は、上記に限定されず、パワーピストン30の質量などの諸条件に応じて設定される。
ケース2に弾性支持されたパワーピストン30は、ケース2内を作動空間(第1の空間)80とバウンス空間(第2の空間)90に区画する。作動空間80は、パワーピストン30の上面によって区画され、ケース2内の上部に配置される。バウンス空間90は、パワーピストン30の下面によって区画され、ケース2内の下部に配置される。パワーピストン支持ばね70は、バウンス空間90でパワーピストン30を弾性支持し、パワーピストン30及びパワーピストンロッド31が停止位置(初期位置)から上下に移動したとき、パワーピストン30及びパワーピストンロッド31を停止位置に復帰させる付勢力をパワーピストン30及びパワーピストンロッド31に付与する。また、パワーピストン支持ばね70は、パワーピストン30及びパワーピストンロッド31のケース2の中心軸Xに対する傾動を規制する付勢力をパワーピストン30及びパワーピストンロッド31に付与する。
パワーピストンロッド31の先端(下端)は、図示しないリニアモータに接続されている。リニアモータが駆動すると、パワーピストン30及びパワーピストンロッド31は、上下方向に往復運動を行い、パワーピストン30は、パワーシリンダ内を摺動する。リニアモータは、図示しない制御部によって駆動を制御される。
パワーピストンロッド31の略中央部には、図示しない環状の永久磁石と永久磁石の上下両側にポールピースが配置されている。永久磁石及びポールピースは、ケース2に設けられ永久磁石を包囲する発電コイル(図示省略)とリニア発電機を構成する。パワーピストン30及びパワーピストンロッド31が上下方向に往復運動を行うと、発電コイルに誘導起電力が生じる。リニア発電機は、図示しないバッテリーに接続され、バッテリーはリニア発電機で発生した電力を蓄電し、バッテリーに接続された各種機器、例えば上記リニアモータや制御部に電力を供給する。
ディスプレーサ40は、略円柱状体であり、作動空間80におけるディスプレーサシリンダ10内に配置される。ディスプレーサ40の下面の略中心部には、ケース2の中心軸Xに沿って下方に延び、パワーピストン30及びパワーピストンロッド31の連通孔32を貫通する棒状体のディスプレーサロッド41が一体的に形成されている。ディスプレーサロッド41の基端側には、外周面に等間隔(外周の1/4の長さ毎)に配置され、円周方向の外側へ突出する4つの基端側係合部42が形成されている。基端側係合部42は、突出方向の略中央部に上下方向に貫通する係合孔42aを有しており、係合孔42aには、作動空間80内に配置され、一端がケース2の側壁の内側に固定されたコイルばねである第1ディスプレーサ支持ばね50の他端が係合する。連通孔32を貫通し、バウンス空間90に延出したディスプレーサロッド41の先端側には、環状の嵌合部43が相対移動不能に嵌合されている。嵌合部43の外周面には、等間隔(外周の1/4の長さ毎)に配置され、円周方向の外側へ突出する4つの先端側係合部44が形成されている。先端側係合部44は、突出方向の略中央部に上下方向に貫通する係合孔44aを有しており、係合孔44aには、バウンス空間90に配置され、一端がケース2の側壁の内側に固定されたコイルばねである第2ディスプレーサ支持ばね60の他端が係合する。第1ディスプレーサ支持ばね50が作動空間80でディスプレーサロッド41の基端側を弾性支持し、第2ディスプレーサ支持ばね60がバウンス空間90でディスプレーサロッド41の先端側を弾性支持することによって、ディスプレーサ40は、ディスプレーサロッド41を介して、ケース2に弾性支持される。第1ディスプレーサ支持ばね50及び第2ディスプレーサ支持ばね60は、ディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41が停止位置(初期位置)から上下に移動したとき、ディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41を停止位置に復帰させる付勢力をディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41に付与する。また、第1ディスプレーサ支持ばね50及び第2ディスプレーサ支持ばね60は、ディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41のケース2の中心軸Xに対する傾動を規制する付勢力をディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41に付与する。なお、基端側係合部42及び先端側係合部44の設置数及び設置場所は、上記に限定されず、ディスプレーサ40の質量などの諸条件に応じて設定される。また、第1ディスプレーサ支持ばね50、第2ディスプレーサ支持ばね60及びパワーピストン支持ばね70は、後述するように、パワーピストン30及びパワーピストンロッド31とディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41とが所定の位相差、例えば位相差が90度で往復運動を行うように、且つ、パワーピストン30及びパワーピストンロッド31並びにディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41のケース2の中心軸Xに対する傾動が規制可能なように、それぞれのばね定数が設定されている。
ディスプレーサロッド41の略中央部には、弾性部材、例えばゴムからなる複数の環状のシール部材45が設けられている。シール部材45は、連通孔32を区画するパワーピストン30及びパワーピストンロッド31の内周面に密着し、また、後述するようにディスプレーサロッド41が往復運動するときはこの内周面を摺動することにより、作動空間80とバウンス空間90とを密閉し、作動空間80とバウンス空間90との間における作動ガスの流出及び流入を防止する。
ディスプレーサ40は、作動空間80を、膨張空間81と収縮空間82とに区画する。膨張空間81は、ディスプレーサ40の上面によって区画され、ディスプレーサ40の上方、すなわち作動空間80の上部に配置される。収縮空間82は、ディスプレーサ40の下面によって区画され、ディスプレーサ40の下方、すなわち作動空間80の下部に配置される。
ディスプレーサシリンダ10には、膨張空間81と収縮空間82とを連通する流路11が形成されている。流路11には、ヒータ部12と、再生部13と、クーラ部14と、が設けられている。ヒータ部12は、膨張空間81の近傍に配置され、膨張空間81内の作動ガスを加熱する。クーラ部14は、収縮空間82の近傍に配置され、収縮空間82内の作動ガスを冷却する。再生部13は、ヒータ部12とクーラ部14との間に配置される。再生器部内には、図示しない蓄熱材が配設されている。該蓄熱材は、内部に連通する空隙を備え、作動流体が通過可能であり、かつ、蓄熱性を備える、例えば、ステンレス合金等の金属製の線材を編んだ金網状の部材を複数枚積層したものである。なお、蓄熱材は、ナイロン等の樹脂から成る繊維を編んだ樹脂マトリックスや、カーボン繊維、セラミック繊維、スチールウール等を編んだマトリックスであってもよい。作動ガスが蓄熱材を通過しながら再生器内を上から下へ、又は、下から上へ流通することによって、蓄熱材は、作動ガスと熱交換を行って蓄熱する。
また、ディスプレーサシリンダ10には、ディスプレーサ40を検知するディスプレーサセンサと温度センサとが設けられている。ディスプレーサセンサは、ディスプレーサ40の上部に設けられ、停止位置から上方へ所定距離移動したディスプレーサ40を検知する。ディスプレーサ40を検知すると、ディスプレーサセンサは検知信号を出力する。温度センサは、所定時間ごとに作動空間80内の作動ガスの温度を検知する。温度センサは、検知温度を示す温度情報を出力する。
制御部は、マイクロコンピュータによって構成され、制御プログラムに従って演算処理を実行する中央処理装置(CPU)と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ(ROM)と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ(RAM)を備えている。制御部は、リニアモータの駆動、ヒータ部12及びクーラ部14の動作を制御する。制御部は、ディスプレーサセンサ及び温度センサに接続されており、ディスプレーサセンサから出力された検知信号及び温度センサから出力された温度情報を受信する。
次に、本実施形態のフリーピストン型スターリングエンジンの動作について説明する。
エンジン始動時、制御部は、ヒータ部12を制御して、膨張空間81内の作動ガスを加熱させる。次に、所定時間ごとに温度センサから受信する温度情報に基づき、膨張空間81内の作動ガスの温度が所定温度に達したか否かを判定し、達した場合は、リニアモータの駆動を開始し、且つ、クーラ部14を制御して収縮空間82内の作動ガスの冷却を開始する。なお、ヒータ部12による膨張空間81の作動ガスの加熱は継続させる。
リニアモータが駆動され、パワーピストン30及びパワーピストンロッド31がケース2の中心軸Xに沿って、上下に往復運動を開始すると、作動空間80内に圧力変化が生じ、ディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41がケース2の中心軸Xに沿って、上下に往復運動を開始する。具体的には、パワーピストン30及びパワーピストンロッド31が上方に移動すると、作動空間80内の圧力が高まり、ディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41は下方へ移動する。それとは逆に、パワーピストン30及びパワーピストンロッド31が下方に移動すると作動空間80内の圧量が下がり、ディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41は上方へ移動する。
ディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41が往復運動をすると、膨張空間81と収縮空間82の容積が変化する。膨張空間81の容積が減少し、収縮空間82の容積が増加すると、作動ガスは流路11を経由して膨張空間81から収縮空間82へ移動する。それとは逆に、膨張空間81の容積が増加し、収縮空間82の容積が減少すると、作動ガスは流路11を経由して収縮空間82から膨張空間81へ移動する。すなわち、ディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41の往復運動に伴って、膨張空間81及び収縮空間82の容積が周期的に増減する。
膨張空間81の容積が減少し、容積が増大した収縮空間82において、作動ガスがクーラ部14によって冷却されると冷却された作動ガスは収縮するので、作動空間80内の圧力が低減する。それとは逆に、収縮空間82の容積が減少し、容積が増大した膨張空間81において、作動ガスがヒータ部12によって加熱されると加熱された作動ガスは膨張するので作動空間80内の圧力が増加する。
作動空間80内の圧力変動によって、パワーピストン30及びパワーピストンロッド31は、往復運動の運動量が増加するように加振される。
ディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41の往復運動が繰り返されると、流路11を流動する作動ガスの量及びディスプレーサ40の往復運動におけるディスプレーサ40の上下方向の移動距離が増加する。また、それに伴い作動ガスの圧力変動の変動量が増加し、圧力変動によるパワーピストン30及びパワーピストンロッド31への加振量も増加する。
ディスプレーサセンサは、上下方向の移動距離が増加した状態のディスプレーサ40を検知し、検知信号を出力する。検知信号を受信した制御部は、リニアモータの駆動を停止する。リニアモータの駆動が停止した後は、上記作動空間80の作動ガスの圧力変動及び各支持ばね50,60,70の付勢力によりパワーピストン30及びパワーピストンロッド31とディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41とは、所定の位相差をもって往復運動を継続する。
パワーピストン30及びパワーピストンロッド31が往復運動を行うと、上記リニア発電機の発電コイルに誘導起電力が生じ、リニア発電機に接蔵されたバッテリーはリニア発電機で発生した電力を蓄電し、バッテリーに接続された各種機器に電力を供給する。
上記構成では、ディスプレーサ40は、ディスプレーサロッド41の基端側を弾性支持する第1ディスプレーサ支持ばね50及びディスプレーサロッド41の先端側を弾性支持する第2ディスプレーサ支持ばね60によって、ケース2に両持ち状に弾性支持されているため、フリーピストン型スターリングエンジンがケース2の中心軸Xに対して傾斜して設置された場合、例えば、地面に平行に設置された場合であっても、ケース2の中心軸Xに対する傾動が規制されるので、ディスプレーサ40及びディスプレーサロッド41は安定して往復運動を行うことができる。
本実施形態では、第1ディスプレーサ支持ばね50及び第2ディスプレーサ支持ばね60によって、ディスプレーサロッド41の基端側及び先端側を弾性支持することにより、ディスプレーサ40がディスプレーサロッド41を介してケース2に弾性支持される態様を説明したが、図2に示すように、ディスプレーサ40の上面に設けられ、上方に突出する上側係合部46と、ディスプレーサロッド41の先端部(下端部)から下方に突出する下側係合部47とを設け、作動空間80内に配置され、一端がケース2の上部に固定され、他端が上側係合部46に係合する第1ディスプレーサ支持ばね50と、バウンス空間90内に配置され、一端がケース2の底部に固定され、他端がディスプレーサロッド41の下側係合部47と係合する第2ディスプレーサ支持ばね60と、によって、ディスプレーサ40がケース2に弾性支持されてもよい。
次に、第2の実施形態について図3及び図4を参照して説明する。第2の実施形態では、パワーピストン支持ばね70、第1ディスプレーサ支持ばね50及び第2ディスプレーサ支持ばね60を図3に示すような板ばねで構成する点が第1の実施形態とは異なる。以下の第2の実施形態において、第1の実施形態と共通する部分については、その説明を省略する。
本実施形態におけるパワーピストン支持ばね70、第1ディスプレーサ支持ばね50及び第2ディスプレーサ支持ばね60は、いずれも円板状の板ばねであり、設置場所に応じて径は異なるが、形態は同一である。以下、第1ディスプレーサ支持ばね50を例に、支持ばねの形態を説明する。
第1ディスプレーサ支持ばね50は、図3に示すように、中央に上下方向に貫通する支持孔55を有し、湾曲して形成された内周部51と、ケース2に設けられたボルト孔(図示省略)に螺合するボルトが挿通するボルト孔52が複数形成された外周部53と、内周部51を挟んで両側に形成され、上下方向に貫通する2つの通気孔54と、を有する。
図4に示すように、外周部53に形成されたボルト孔52にボルトが挿通し、第1ディスプレーサ支持ばね50がケース2に固定され、作動空間80内に配置されると、内周部51の支持孔55には、ディスプレーサロッド41が挿通され、内周部51は、ディスプレーサ40の基端側を相対移動不能に固定して弾性支持する。通気孔54は、作動空間80内の作動ガスの通過を許容する。なお、ディスプレーサシリンダ11にボルト孔(図示省略)を設け、このボルト孔に外周部53に形成されたボルト孔52を挿通するボルトが螺合することによって、第1ディスプレーサ支持ばね50をディスプレーサシリンダ11に固定してもよい。
第2ディスプレーサ支持ばね60は、バウンス空間90に配置され、上述のように第1ディスプレーサ支持ばね50と同様の形態で、第1ディスプレーサ支持ばね50と比較して大径に形成されている。第2ディスプレーサ支持ばね60の内周部61の支持孔65には、ディスプレーサロッド41が挿通され、内周部61は、ディスプレーサロッド41の先端側を相対移動不能に固定して弾性支持する。作動空間80に配置された第1ディスプレーサ支持ばね50とバウンス空間90に配置された第2ディスプレーサ支持ばね60によって、ディスプレーサ40はディスプレーサロッド41を介してケース2に弾性支持される。
パワーピストン支持ばね70は、上述のように第1ディスプレーサ支持ばね50と同様の形態で、第2ディスプレーサ支持ばね60と略同径に形成されている。パワーピストン支持ばね70の内周部71の支持孔75には、パワーピストンロッド31が挿通され、内周部71はパワーピストンロッド31を相対移動不能に固定して弾性支持する。なお、パワーピストン支持ばね70及び第2ディスプレーサ支持ばね60は、ケース2の内壁に設けられ、ケース2の内側に突出するブラケット(図示省略)が有するボルト孔(図示省略)に外周部73,63のボルト孔72,62を挿通するボルト(図示省略)が螺合することによってケース2に固定される。なお、本実施形態においては、第1実施形態における係合部33、基端側係合部42及び先端側係合部44をパワーピストンロッド及びディスプレーサロッド41の外周面に設けない。
本実施形態では、作動空間80に配置された板ばねである第1ディスプレーサ支持ばね50によって、ディスプレーサロッド41の基端側が相対移動不能に固定的に支持されるので、第1ディスプレーサ支持ばね50としてコイルばねを用いる場合と比較して、第1ディスプレーサ支持ばね50を設けることによる作動空間80内の死容積の増加を防止することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。
例えば、第2実施形態において、板ばねを複数枚重ねて積層したものを各支持ばね50,60,70として用いてもよい。
また、コイルばねと板ばねを併用してもよい。例えば、第1ディスプレーサ支持ばね50として板ばねを用い、他の支持ばね60,70としてコイルばねを用いてもよい。
また、第2実施形態において、各支持ばね50,60,70の通気孔を、支持孔55,65,75の周囲を旋回する螺旋状に形成してもよい。
すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
本発明は、フリーピストン型スターリングエンジンに広く適用可能である。
1:フリーピストン型スターリングエンジン
2:ケース
9:パワーピストンシリンダ
10:ディスプレーサシリンダ
11:流路
12:ヒータ部
13:再生部
14:クーラ部
30:パワーピストン
31:パワーピストンロッド
32:連通孔
33:係合部
33a:係合孔
40:ディスプレーサ
41:ディスプレーサロッド
42:基端側係合部
43:嵌合部
44:先端側係合部
45:シール部材
50:第1ディスプレーサ支持ばね(第1の弾性支持部材)
60:第2ディスプレーサ支持ばね(第2の弾性支持部材)
70:パワーピストン支持ばね
80:作動空間(第1の空間)
81:膨張空間
82:収縮空間
90:バウンス空間(第2の空間)
2:ケース
9:パワーピストンシリンダ
10:ディスプレーサシリンダ
11:流路
12:ヒータ部
13:再生部
14:クーラ部
30:パワーピストン
31:パワーピストンロッド
32:連通孔
33:係合部
33a:係合孔
40:ディスプレーサ
41:ディスプレーサロッド
42:基端側係合部
43:嵌合部
44:先端側係合部
45:シール部材
50:第1ディスプレーサ支持ばね(第1の弾性支持部材)
60:第2ディスプレーサ支持ばね(第2の弾性支持部材)
70:パワーピストン支持ばね
80:作動空間(第1の空間)
81:膨張空間
82:収縮空間
90:バウンス空間(第2の空間)
Claims (2)
- 作動ガスが充填されるケースと、
前記ケース内を第1の空間と第2の空間に区画するパワーピストンと、
前記第1の空間に配置されたディスプレーサと、
前記パワーピストンに設けられ、前記第1の空間と前記第2の空間とを所定の軸に沿って連通する連通孔と、
前記ディスプレーサから前記所定の軸に沿って前記第2の空間へ延び、前記連通孔を貫通するディスプレーサロッドと、
前記第1の空間に配置され前記ディスプレーサ又は前記ディスプレーサロッドの基端側の少なくとも一方を前記ケースに弾性支持する第1の弾性支持部材と、
前記第2の空間に配置され前記ディスプレーサロッドの先端側を前記ケースに弾性支持する第2の弾性支持部材と、を備え、
前記連通孔は、前記第1の空間の密閉状態と前記第2の空間の密閉状態とを維持したまま前記ディスプレーサロッドの移動を許容し、
前記パワーピストンと前記ディスプレーサとは、前記第1の空間内の作動ガスが冷却及び加熱されて膨張及び圧縮することによって、所定の位相差をもって、前記所定の軸に沿った往復運動をそれぞれ行い、
前記第1の弾性支持部材及び第2の弾性支持部材の付勢力は、前記ディスプレーサ及び前記ディスプレーサロッドの前記所定の軸に対する傾動を規制する
ことを特徴するフリーピストン型スターリングエンジン。 - 請求項1に記載のフリーピストン型スターリングエンジンであって、
前記第1弾性支持部材は、前記ケースに固定的に支持される外周部と、前記ディスプレーサロッドの基端側を固定的に支持する内周部と、前記所定の軸に沿った作動ガスの通過を許容する通気孔と、を有する円板状の板ばねである
ことを特徴とするフリーピストン型スターリングエンジン。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011202490A JP5754642B2 (ja) | 2011-09-16 | 2011-09-16 | フリーピストン型スターリングエンジン |
US14/239,944 US9371798B2 (en) | 2011-09-16 | 2012-09-13 | Free-piston type stirling engine |
PCT/JP2012/073517 WO2013039170A1 (ja) | 2011-09-16 | 2012-09-13 | フリーピストン型スターリングエンジン |
CN201280044829.0A CN103797238B (zh) | 2011-09-16 | 2012-09-13 | 自由活塞型斯特林发动机 |
EP12831278.2A EP2757240B1 (en) | 2011-09-16 | 2012-09-13 | Free-piston-type stirling engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011202490A JP5754642B2 (ja) | 2011-09-16 | 2011-09-16 | フリーピストン型スターリングエンジン |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013064338A JP2013064338A (ja) | 2013-04-11 |
JP5754642B2 true JP5754642B2 (ja) | 2015-07-29 |
Family
ID=47883387
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011202490A Expired - Fee Related JP5754642B2 (ja) | 2011-09-16 | 2011-09-16 | フリーピストン型スターリングエンジン |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9371798B2 (ja) |
EP (1) | EP2757240B1 (ja) |
JP (1) | JP5754642B2 (ja) |
CN (1) | CN103797238B (ja) |
WO (1) | WO2013039170A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106762211B (zh) * | 2017-03-01 | 2018-10-30 | 山东科技大学 | 一种基于介电弹性体的斯特林发电机及发电方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2684851B2 (ja) | 1991-01-24 | 1997-12-03 | 三菱電機株式会社 | スターリング・サイクル冷凍機の駆動機構 |
US5525845A (en) * | 1994-03-21 | 1996-06-11 | Sunpower, Inc. | Fluid bearing with compliant linkage for centering reciprocating bodies |
US5461859A (en) | 1994-09-08 | 1995-10-31 | Sunpower, Inc. | Centering system with one way valve for free piston machine |
CN1071411C (zh) * | 1994-11-14 | 2001-09-19 | 安东·施泰格尔 | 一种机件的导向和定心装置 |
JP4339086B2 (ja) * | 2003-11-18 | 2009-10-07 | パナソニック株式会社 | フリーピストン型スターリングエンジン |
JP4471633B2 (ja) * | 2003-11-18 | 2010-06-02 | パナソニック株式会社 | ピストン装置 |
GB0417611D0 (en) * | 2004-08-06 | 2004-09-08 | Microgen Energy Ltd | A linear free piston stirling machine |
US8615993B2 (en) * | 2009-09-10 | 2013-12-31 | Global Cooling, Inc. | Bearing support system for free-piston stirling machines |
-
2011
- 2011-09-16 JP JP2011202490A patent/JP5754642B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-09-13 EP EP12831278.2A patent/EP2757240B1/en not_active Not-in-force
- 2012-09-13 US US14/239,944 patent/US9371798B2/en active Active
- 2012-09-13 CN CN201280044829.0A patent/CN103797238B/zh active Active
- 2012-09-13 WO PCT/JP2012/073517 patent/WO2013039170A1/ja active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2013039170A1 (ja) | 2013-03-21 |
CN103797238A (zh) | 2014-05-14 |
US20140216026A1 (en) | 2014-08-07 |
EP2757240A4 (en) | 2015-04-22 |
JP2013064338A (ja) | 2013-04-11 |
EP2757240B1 (en) | 2016-06-01 |
EP2757240A1 (en) | 2014-07-23 |
US9371798B2 (en) | 2016-06-21 |
CN103797238B (zh) | 2016-12-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4580268B2 (ja) | フリーピストンの位置計測装置およびフリーピストンの制御装置 | |
US7775041B2 (en) | Stirling engine | |
CA2869006C (en) | Heat pump with electromechanically-actuated displacers | |
JP5995971B2 (ja) | 対向するピストンを備えるガンマ型形態のフリーピストン・スターリング機関 | |
JP3765822B2 (ja) | スターリング機関 | |
KR100549489B1 (ko) | 스터링 냉동기 및 그 운전 제어 방법 | |
US10598126B2 (en) | Four-process cycle for a Vuilleumier heat pump | |
US20070041855A1 (en) | Linear compressor, particularly refrigerant compressor | |
KR100662147B1 (ko) | 자유 피스톤 진동의 과도한 진폭을 감소시키기 위한 제어기 | |
JP5754642B2 (ja) | フリーピストン型スターリングエンジン | |
JP2008115918A (ja) | フラットスプリング及びスターリング機関 | |
KR100906337B1 (ko) | 프리 피스톤 스털링 기관 | |
CN104024637A (zh) | 具有共振弹簧和变形控制装置的直线驱动单元 | |
JP3832027B2 (ja) | 往復動式冷凍機 | |
KR100811359B1 (ko) | 스털링 기관 | |
WO2017070241A1 (en) | Gas spring and bridge for a heat pump | |
CN221169768U (zh) | 自由活塞斯特林发动机及其排出器平衡装置 | |
JP2005172287A (ja) | スターリング機関 | |
JP2003065623A (ja) | スターリング冷凍機関 | |
JP2005341691A (ja) | リニアモータの推力調整方法及びリニアモータ | |
JPS61265457A (ja) | 冷凍機 | |
WO2010139325A2 (en) | Stirling cooling arrangement | |
WO2010139324A2 (en) | Stirling cooling arrangement | |
JP2007278527A (ja) | スターリング冷凍機 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140829 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150501 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150514 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5754642 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |