JPH04136464A - 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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JPH04136464A
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喜裕 内藤
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Yoshihiro Naruse
成瀬　好廣
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    • 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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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ク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１
０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１日とな
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、ロンドエ０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ｌ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内で等温膨張させ、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しさせるが、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、
擬イ以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Ａ　Ｃ７０Ｃ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、発電機出方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の運動速度即ちストロ
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、Ａ　Ｃ７０Ｃコンバータ１５に送うれる。
該Ａ　Ｃ７０Ｃ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２ｏ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／ＡＣＣ／式−タ２８
を介して接続する。
この結果、変圧器２３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−−−−−−−Ａ　Ｃ／　Ｄ　
Ｃコンバータ、１６−・−・−蓄電池。 代理人　弁理士　桑　原　英　明

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （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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