JPS59168249A - スタ−リング機関 - Google Patents

スタ−リング機関

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JPS59168249A
JPS59168249A JP4264883A JP4264883A JPS59168249A JP S59168249 A JPS59168249 A JP S59168249A JP 4264883 A JP4264883 A JP 4264883A JP 4264883 A JP4264883 A JP 4264883A JP S59168249 A JPS59168249 A JP S59168249A
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JP
Japan
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piston
power piston
displacer
hollow chamber
plunger
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JP4264883A
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JPH0633729B2 (ja
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Fusao Terada
房夫 寺田
Katsuji Yoshikawa
勝治 吉川
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Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Denki Co Ltd
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Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Denki Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2270/00Constructional features
    • F02G2270/50Crosshead guiding pistons

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

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】 (イ)産業上の利用分野 本発明はディスプレーサピストンをフリーピストンとし
たハイブリッド式のスターリング機関に関する。
(ロ) 従来技術 従来のディスプレーサ型スターリング機関はパワーピス
トンとディスプレーサピストンとをリンク機構を用いて
連動させるか、又はディスプレーサピストンをオールフ
リーにして系全体の共振を利用するかの何れかであった
。前者の場合はリンク機構を内蔵するクランク室構造そ
のものが複絹で、大型となると共にコストが高くなる欠
点を有しており、後者の場合は低コストと優れているも
のの共振系の為、両ピストン間の運動位相角差が大きく
取れず、効率が劣り、また、パワーピストンの慣性力が
エンジンの振動に直接関与するのでこれを打消す為に2
シリンダの対向型にするか、あるいはあまり影響を受け
ない極めて小出力の構造にするかの何れかでしか設計で
きないなどの欠点を有していた。
(ハ)発明の目的 本発明はパワーピストンのバッファー空間の変動圧力と
、この圧力と断続的に連通しディスプレーサピストンを
吸引及び押圧してパワーピストンに追従させる中空室内
の密封圧力とよりフリーなディスプレーサピストンをパ
ワーピストンと連動させる、所謂リンク方式とフリ一方
式の夫々の長所を取り入れた小型軽量で且つ製造コスト
が安く効率の高い斬新なるスターリング機関を提供する
ことにある。
に)発明の構成 本発明は作動ガスを封入したシリンダと、このシリンダ
内を作動ガスの外部加熱圧力で往復運動し膨張空間、圧
縮空間、バッファー空間を形成するディスプレーサピス
トン及びパワーピストンとを備えてなる外燃式熱再生装
置に於いて、パワーピストンの中空室内に摺動自在に嵌
入されディスプレーサピストンと一体に往復運動するプ
シンジャーと、パワーピストンに穿設されプランジャー
の連通路を介して前記中空室とバッファー空間とを断続
的に連通ずる開口と、ディスプレーサピストンを上下死
点で停止させるストッパーとを備えたものである。この
構成により、作動ガスの膨張、収縮によって生ずる動力
をパワーピストンで受けて外部へ出力を取り出す際、バ
ッファー空間の変動圧力と断続的に連通するパワーピス
トンの中空室内の気体をグランジャーで閉じ込めてこの
中空室内の密封圧力でディスプレーサピストンを吸引及
び押圧してパワーピストンに追従させ、且つディスプレ
ーサピストンをストッパーで上下死点で停止させること
罠より、作動ガスを膨張空間と圧縮空間とに交互に入れ
替える働きをするディスプレーサピストンとパワーピス
トンとの運動位相角を90° に近づける(運動位相角
が90’ で最大効率が得られる)ように図ったもので
ある。
(ホ)実施例 第1図、第2図は本発明の実施例に於ける異なる動作状
態を示すスターリング機関の縦断面図、第3図はその動
作行程図で、(1)はヘリウム、チッ素、水素、アルゴ
ン、空気等の作動ガスが封入されたシリンダ、(27(
31は該シリンダ内を後述の如く連動して往復運動する
パワーピストン及びディスプレーサピストン、(4)は
このディスプレーサピストンの上方の膨張空間(5)と
連通する加熱パイプ、(6)はこの加熱パイプと共に上
方のバーナー熱源(力にて外部から加熱される加熱壁、
(8)は加熱パイプ(4)の他端と連通され多孔質の金
網又は焼結体が入れである熱再生器、(9)は冷却水が
流れる冷却器、帥は圧縮空間ell)と連通開放された
作動ガス流人出用の開口である。
又、(12はディスプレーサピストン(3)とディスプ
レーサロッド(+31を介して接続されたプランジャー
で、パワーピストン(2)の中央に形成された筒状の中
空室(14)内をディスプレーサピストン(3)と一体
に往復運動するように摺動自在に嵌入されている。
0つはパワーピストン(2)と一体に形成されたクロス
ヘッド部、Oeはこのクロスヘッド部が摺動自在に嵌入
された軸受部で、パワーピストン(2)に穿設された開
口07)によりパワーピストン(2)と軸受部α(へ)
との間のバッファー空間部とプランジャー(121下方
の中空室側とがプシンジャー02の連通路α5を介して
断続的に連通されるようになっている。■はバッファー
空間(181とプランジャーα2上方の空間部(21)
とを連通ずる背圧逃し孔で、ディスプレーサロッドa3
の外径を空間部Qυの内径と略等しく設定して空間部Q
υの内容積が実質的に略零となっていれば設ける必要は
ない。(社)(ハ)はディスプレーサピストン(3)を
上下死点で停止させる為の緩衝用ストッパーで、シリン
ダ(1)の頂部と側部とに夫々設けられている。
(財)はパワーピストン(2)の上面と固着されプラン
ジャー(I2上方の空間部CDを密封する封止部材、(
ハ)は一端がクロスヘッド部α鴎とクロスピン(イ)で
、他端がクランクシャフト(5)と夫々回転自在に枢支
されたコンロッド、(至)はクランクシャフト□□□の
回転軌跡IJはaラドシール、(至)ODはシールリン
グ、国は潤滑オイルを掻き落す油掻きリング、(至)は
オイルリング、(財)はクランク室(至)を形成するシ
ェルである。
次に本発明のスターリング機関の動作を第3図に基づい
て説明する。
■8等温膨張行程(同図(イ)参照) 作動ガスがバーナー熱源(7)により約6oo℃に加熱
されて膨張を開始すると、その圧力が加熱パイブ(4)
、熱再生器(8)、冷却器(9)を経て圧縮空間01)
にかかりパワーピストン(2)を押し下げる。パワーピ
ストン(2)の降下に伴ってバッファー空間Q8の内容
積が減少し、この内部圧力が上昇する。この時、開口a
ηはプランジャー02で閉じられ中空室(14)内の気
体は封入された状態となっている為、この密封圧力で吸
引されてディスプレーサビス) y(31&!パワーピ
ストン(2)に追従して下降する。そしてディスプレー
サピストン(3)は下死点に至ると側部ストッパー(ハ
)で停止されパワーピストン(2)と引キ離される。
■0等容放熱行程(同図(ロ)参照) パワーピストン(2)が更に降下すると、第2図の如く
開口ODと連通路Q9とが一致し、圧力の高いバッファ
ー空間α棒内の気体は圧力が低くなっている中空室(1
4)内へ流入して中空室Iの内部圧力が上昇した後、再
び開口07)はプランジャーα2で閉じられる。この時
、膨張空間(5)から圧縮空間aυに移動する約600
℃の作動ガスはこの熱を熱再生器(8)に与え、自らは
約200℃に温度降下し、更に冷却器(9)を通って冷
却される。
■8  等温圧縮行程(同図(ハ)参照)パワーピスト
ン(2)がその慣性力によって下死点を通過すると、今
度は圧縮空間(11)に入った作動ガスが冷却によって
収縮し始め、パワービス) /(2)を上昇させようと
すると同時にその慣性力によって圧縮が開始される。そ
してパワーピストン(2)が上昇すると、高圧状態で封
入されている中空室α(イ)内の密封圧力でディスプレ
ーサピストン(3)が上方に押し上げられ上死点に至る
と頂部ストッパー器で停止する。
■0等容吸熱行程(同図に)参照) パワーピストン(2)が更に上昇して開口αηと連通路
αつとが一致し、圧力の高い中空室α4)内の密封気体
は圧力が低くなっているバッファー空間轢へ流出して中
空室(14)の内部圧力が下がるとディスプレーサピス
トン(3)がパワーピストン(2)に引き付けられる。
そしてパワーピストン(2)が上死点に達した後、前述
の等温膨張行程へと移行する。この時、圧縮空間α1)
より膨張空間(5)に移動する作動ガスは熱再生器(8
)で蓄熱されている熱によって約600℃まで吸熱昇温
される。
上記4つのサイクルの繰り返しにより往復運動スルパワ
ーピストン(2)の動きはコンロッド(ハ)によってク
ランクシャフト(ロ)の回転運動に変換され出力が外部
に取り出される。
(へ)発明の効果 本発明スターリング機関はパワーピストン(2)の中空
室I内に摺動自在に嵌入されディスプレーサピストン(
3)と一体に往復運動するプランジャーα2と、パワー
ピストン(2)に穿設されプランジャー(13の連通路
α翅を介して中空室α4とパワーピストン(2)のバッ
ファー空量時とを断続的に連通させる開口0ηと、ディ
スプレーサピストン(3)を上下死点で停止させるスト
ッパー(社)(ハ)とを備えたので、パワーピストン(
2)のバッファー空間081の変動圧力と断続的に連通
ずる中空室Q4)内の気体をプランジャー02)で閉じ
込めてこの密封圧力によりディスプレーサピストン(3
)を等温膨張行程で吸引し、等温圧縮行程で押し上げて
パワーピストン(2)に追従させ、且つこの追従の動き
をストッパー(社)(ハ)で切り離す動作行程の繰り返
しによりディスプレーサピストン(3)がフリーである
にも拘らず両ピストン(2H3)の運動位相角を90°
 に近づけることができ、従来のオールフリ一式ディス
プレーサ型スクーリング機関と比較して高い効率のもと
で運転することができる。
しかも従来のリンク式ディスプレーサ型スターリング機
関と比較してディスプレーサピストン(3)連動用のリ
ンク機構がない為、これによる動力損失がなく、効率の
アップと小型軽量化が図られ且つ安価に製作することが
できる。
又、パワーピストン(2)の慣性力とディスプレーサピ
ストン(3)の慣性力との比(略質量比に等しい)を大
きくとることが、運動位相角を90’  に近づける要
件でもあり、この為に従来のオールフリ一方式ではパワ
ーピストン(2)をあまり軽くすることができなかった
が、本発明のハイブリッド方式では実施例の如くクラン
クシャフト(ロ)の回転による慣性質量等をパワーピス
トン(2)の慣性質量に加算、11 して設計できるのでパワーピストン(2)自体を極めて
軽量とすることができる。従って重いパワーピストン(
2)が上下往復運動する際その慣性力によって生じる振
動を何らかの方法(前述したように例えば2シリンダの
対向型)で打ち消さなければ外部にもろに伝達してしま
うオールフリ一方式に対し、本発明のハイブリッド方式
ではパワーピストン(2)自体の慣性力をクランクシャ
フト罰のバランスウェイトと釣合わせることにより外部
への振動伝達を極めて小さく抑制することができる。
更に本発明によるハイブリッド型スターリング機関は従
来のリンク式ディスプレーサ型スターリング機関と比較
して、実施例の如くディスプレーサロッドa3がパワー
ピストン(2)を貫通していないので出力軸であるクラ
ンクシャフト■をシリンダ(1)の略真下に配設でき、
且つディスプレーサロッド0とクランクシャフト(財)
との連結が不要である為、極めてシンプルな設計が可能
である。
【図面の簡単な説明】
第1図へ第2図は本発明の実施例に於ける異なる動作状
態を示すスターリング機関の縦断面図、第3図はその動
作行程図である。 (1)・・・シリンダ、  (2)・・・パワーピスト
ン、(3)・・・ディスプレーサピストン、 (5)・
・・膨張空間、01)・・・圧縮空間、 (lz・・・
プランジャー、 α4・・・中空室、 aη・・・開口
、 aカー・バッファー空間、 (lI・・・連通路、
 @(ハ)・・・ストッパー。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)作動ガスを封入したシリンダと、このシリンダ内
    を作動ガスの外部加熱圧力で往復運動し膨張空間、圧縮
    空間、バッファー空間を形成するディスプレーサピスト
    ン及びパワーピストンとを備えてなる外燃式熱再生装置
    に於いて、パワーピストンの中空室内に摺動自在に嵌入
    されディスプレーサピストンと一体に往復運動するプラ
    ンジャーと、パワーピストンに穿設されプシンジャーの
    連通路を介して前記中空室とバッファー空間とを断続的
    に連通ずる開口と、ディスプレーサピストンを上下死点
    で停止させるストッパーとを備えてなるスターリング機
    関。
JP58042648A 1983-03-14 1983-03-14 スタ−リング機関 Expired - Lifetime JPH0633729B2 (ja)

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