JPS60101254A - スタ−リング機関 - Google Patents

スタ−リング機関

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JPS60101254A
JPS60101254A JP15426084A JP15426084A JPS60101254A JP S60101254 A JPS60101254 A JP S60101254A JP 15426084 A JP15426084 A JP 15426084A JP 15426084 A JP15426084 A JP 15426084A JP S60101254 A JPS60101254 A JP S60101254A
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cylinder
cooling
cooling medium
piston
low temperature
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JP15426084A
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JPS618266B2 (ja
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Tamotsu Nomaguchi
野間口 有
Michio Fujiwara
通雄 藤原
Yoshio Kazumoto
数本 芳男
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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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
    • F02G1/053Component parts or details
    • F02G1/055Heaters or coolers
    • 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
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (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】 〔発明の技術分野〕 この発明は密閉した作業気体に熱エネルギーを与えてス
ターリングサイクルを行なわせて仕事を得る外燃エンジ
ンとしてのスターリング機関の改良に関するものである
〔従来技術〕
この種機関は従来からよく知られているが、最近、その
理論熱効率の高さ、無公害性、省資源の面からとみに注
目を集めている。
しかしながら、この機関に関する特許として特願昭52
−66805や実開昭52−80587に見られる様に
、に温側形成部材特に熱交換器類の構成において、構成
が簡易で、熱応力等の発生も極力小さなものが1機関の
実用化において重大な事や、高温側形成部材から低温側
形成部材への熱伝導による熱損失を軽減化し2機関の熱
効率の向上を計る工夫が必要な事がよく判る。特に再生
器での熱伝導損失も機関の熱効率の低下をもたらす重要
なものである。
以上の様にこの機関の実用化における問題点は種々ある
が、今だにこれといった手法、構成が開発されるに至っ
ていない。
〔発明の概要〕
この発明は、これら諸点にかんがみてなされたもので1
機関の低温側形成部材の構成が簡単で。
しかも冷却効率の良いスターリング機関を提供するもの
である。
〔発明の実施例〕
以下第1図〜第5図に示すこの発明の一実施例について
詳細に説明する。第1図において(1〕は耐熱性金属で
作られ一端が閉じられた同筒形状の第1シリンダである
。(1a)は上部に設けられた加熱装置に)から供給さ
れる加幼媒体(ここでは燃焼ガスをいう。)より@1シ
リンダ(1)の外壁部の胴の長子方向円周上に複数個突
設され、かつ第1シリンダ(1)に作用する熱応力a減
のために長手方向に複数個の切欠部と長手方向の第1シ
リンダ(υの壁温をほぼ一定となる様に熱交換負荷率T
−ICkcal/hr、m )を加熱装置に)に近い側
から下流に向って一定にするために伝熱面積を小から大
にした吸熱フィンで、 (Ib)は加熱媒体から第1シ
リンダ(υに与えられた熱エネルギーをシリンダ内で流
動する作業気体に放熱するために、第1シリンダ(υの
内壁側の円の長手方向円周上に複数個突設された放熱フ
ィンで第1シリンダ【υに作用する熱応力軽減のために
長手方向に複数個の切欠部を有した形状である。第2図
に第1図のIA−IA 断面を矢側からみたシリンダ平
断面図、第8図に第2図中の璽B−曹B縦断面を矢側か
らみたシリンダ縦断面図を示し、上記第1シリンダ(1
)、吸熱フィン(la)。
放熱フィン(1b)の構成を示した。(1c)は第1シ
リンダ(1)に設けられた、つば状のシリンダフランジ
である。(5)は熱伝導率の極めて良好な銅系、アルミ
系の金属で円筒形状に作られ、内壁部はメッキ等によっ
て耐腐食、耐摩耗処理が施こされた第2シリンダである
。(5a)はシリンダ内部の作業気体を冷却するために
、第2シリンダ(6)の胴長手方向円周上に複数個突設
された第2冷却フインである。
(5b)は第2冷却フイン(5a月こよって作業気体か
ら吸熱した熱量を冷却媒体(ここでは水)に伝える為に
冷却媒体の流れをフィン全面にわたっテ均−化する流動
水孔(5c)が複数個あけられた円環板形状で第2シリ
ンダ(5)の長手方向に所定の隙間を有して複数枚固着
された第1冷却フインである。流動水孔(5a月よ、第
4図に示す如く、@2シリンダ(5)の長手方向に隣接
する第1冷却フイン(6b)に対して互いに周方向の異
なる位置に設けられているので、冷却媒体の流れがフィ
ン全面にわたって均一化する。(6)は第2シリンダ(
5)を所定の位置に固定するためのハウジングで少なく
とも第2シリンダ(5)より熱伝導率の悪い金属でつく
られている。
このハウジング(6)は本実施例においては、冷却媒体
の容器となる冷却水ジャケットを兼ねており。
(6a)、(6b)は冷却水入口孔及び出口孔である。
又。
第1シリンダ(1)と第2シリンダ(5)は図から判る
様に1円筒面での固定シール方式によって、0リング等
の伸性を有した気密装置(4)によってシリンダ内の気
密を保つ構成で1本実施例では第1シリンダ(1)側は
単に円筒軸面、第2シリンダ(5)側には円筒軸穴部に
気密装置(4)用の溝をもつ構成で、第1シリンダ(1
)と第2シリンダ(5)の軸径は第2シリンダ(5)〉
第1シリンダ(1)の要件及び、両軸の径差を第1シリ
ンダ(1)の熱応力による変形量以上とした。
(2)は第1シリンダ(1)と第2シリンダ(5)を所
定の位置1Mかえれば第1シリンダ(1)とハウジング
(6)を所定の位置関係に保つ為の熱伝導率の悪い金属
で作られた遊動フランジで、この遊動フランジ(2)と
冷却水ジャケット(6)は固定用ボルト(3)によって
完全に固定し、遊動フランジ(2)と第1!/リング(
1)は所定の隙間、即ち第1シリンダ(1)の熱応力に
よる第1シリンダフランジ(1c)部の変形量以上の隙
間を有する半固定とする。この構成によると機関運転時
は第1シリンダフランジ(1c)上面部と遊動フランジ
(2I、冷却水ジャケット(6)の間でほぼ固定された
機関の構成となるが・第1シリンダ(υの熱応力による
変形量を遊動フランジ(21又は冷却水ジャケット(6
)で拘束しないので、第1シリンダ(1)の耐久性の向
上が可能となる。
(7)は第1シリンダ(1)、第2シリンダ(6)内を
高温の動作空間四と低温の動作空間四に仕切り1両動作
空間の容積を変えうる様に往復動作可能な第1ピストン
である。(7a)は円筒中空構造で耐熱金属で作られ、
胴部は第1シリンダ(1)の放熱フィン(1b)と所定
の熱交換可能な胴長さを有する第1ピストンヘッド部で
ある。(7b)は第2シリンダ(6)の吸熱フィン(5
a)と所定の熱交換流路を有する外径及び、所定の熱交
換胴長さを有した円筒中空構造で、胴の上部側から自己
潤滑性材料で作られた円環状の第1摺動体叫、気密体(
ロ)を有し、その下部に複数個の流通孔σaを有し、さ
らに上記必要熱交換胴長さをへて最下部に、自己潤滑性
材料で作ちれた複数個の突設してなる摺動面と、はぼ第
1ピストン(7)の外径と等しく削り込まれた溝からな
る複数個の作業気体流路を有する円環状の第2摺動体(
ロ)が装着されたアルミ等の軽合金、熱伝導率の良好な
金属で作られた第1ピストン摺動部である。
(7c)は円筒中空形状の再生器室にステンレス、マン
ガニン等で作られた金網又はスチールウール等の充填物
が充填された再生器部ゝで、上部の円周上にあけられた
複数個の流通孔□□□を有し、シリンダ内作業気体は第
1ピストン(7)の往復動作にともない第1ピストンヘ
ッド部(7a)の熱交換流路、流通孔□□□、再生器室
(7C)内、流通孔a◆、第1ピストン摺動部(7b)
部の熱交換流路で構成された流路を経て、高温の動作空
間から低温の動作空間へ、あるいは低温の動作空間から
高温の動作空間へと流動可能に構成して、機関外への再
生器部からの熱伝導損失を程んど零となしつる。第1ピ
ストン(7)の往復動作は、駆動機構(ハ)と第1ピス
トンロツド(ト)と第1ピストン(7)の連結を、送気
ピストンロッド(ト)のたわみ等によって生じる送気ピ
ストンロッド(ト)の中心軸の変位量及び軸の傾向き量
を自在に調節し得る自在継手装置!(IIによって行な
うので、第1ピストン(7)が第2シリンダ(5)、第
1シリンダ(1)に対して側圧等を生じる事U<、滑ら
かに往復動作可能で、摺動体00 、(ロ)や気密体a
ηに偏挙耗等が生ずる事なく安定した性能、及び摺動部
の摺動損失の低減が長期にわたり得られる。
(至)は動力ビストンたる第2ピストン、α・は第2ピ
ストン(至)の摺動と気密を目的とした気密摺動体であ
る0(1)は送気ピストンロッド(至)の摺動と気密を
目的としたロッドパツキンである。(財)は第2ピスト
ン(ト)の下部側の空間、バッファ室で、非運転時はシ
リンダ内と同じレベルの圧力の作業気体が密閉された室
である。一点鎖線で示した(2)は、この機関のサイク
ルを成立させる為の駆動機構である。(ハ)は第2ピス
トン(至)と第1ピストン(7)の往復運動を第2ピス
トン(至)が所定の遅れ位相で動作させる様な機構を持
つ装置である。(ホ)は燃焼筒、@は燃焼室、@は第1
シリンダ(1)の外壁頭部近ぼりに加熱装置に)からの
加熱媒体(燃料と燃焼用空気)の混合1分配を計るため
の混合板で、これによって第1シリンダ(1頭部は加熱
媒体に直接さらされる事がなく、空気孔■、空気孔(2
9a)の開孔割合の選択によって第1シリンダ(1)の
壁温をほぼ均一にすることが可能となる。曽は第1シリ
ンダ(1)加熱後の加熱媒体の排気孔である。なお第4
図に第1図のN C−IV C断面を天側からみた平断
面図を示し、第6図に摺動体(2)の構造を示す。これ
らの図において第1図と同一符号は同一または相当部分
を示すのでその説明を省略する。
以上のように構成された本実施例では、シリンダ内に作
業気体を密閉可能で、第1シリンダ(1)を加熱装置に
より加熱し、第2シリンダ(5)を冷却水によって冷却
すると同時に駆動機構(ロ)を何らかの始動手段によっ
て始動する事によって1機関のサイクルが成立し、熱エ
ネルギーから仕事を得るスターリング機関となる事はも
ちろん1次の様な多大な効果が期待できる。即ち第1シ
リンダの温度分布がほぼ均一となり、シリンダを構成す
る材料の選択が容易になる。又、材料の強度に有害な影
響を与えにくい。またシリンダ胴その他に発生する熱応
力が極めて小さくなり材料の熱応力疲労による寿命の低
下を極力防げる。さらに第1シリンダから第2シリンダ
への(高温側形成物から低温側形成物への)熱伝導損失
が程んど無視できる程度となり低温側の冷却効率も良い
。さらにまた再生器を構成する器壁がシリンダ内にある
ので再生器部の壁から機関外への導熱損失が無視できる
程に減少され、かつ第1ピストンの動作がスムーズで・
これに装着されている自己潤滑性の寿命が向上し、又摺
動機械損失の低減が出来る〇なお上記実施例では冷却媒
体に水、加熱媒体に燃焼ガスを用いたが、水のかわりに
空気等、燃焼ガスのかわりに、太陽熱その他の熱媒であ
ってもよい事は言及するまでもない。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば低温側シリンダの長手方
向に間隔をおいて伝熱板を取り付けると共に、シリンダ
の長手方向に隣接する伝熱板に対して互いに周方向の異
なる位置に冷却媒体の流通孔を設けたので、低温側の冷
却効率が向上するなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す縦断面図。 第2図は第1図のIA−IA断面図、第8図は第2図の
璽B−IB断面図、第4図は第1図のff C−IV 
C断面図、第5図は摺動体の断面図及び正面図である。 図において、(1)は第1シリンダ、(5)は第2のシ
リンダ、(6)はハウジング、 (5b)は伝熱板、 
(5c)は流通孔である〇 なお図中同一符号は同一または相当部分を示すものであ
る。 代理人 大岩増雄 第1図 一一一一 第21′4 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 内部に高温動作空間と低温動作空間を形成するシリンダ
    、このシリンダの低温動作空間を囲繞してそれを冷却す
    る冷却媒体を流通させる流通室を形成スるハウジング・
    上記シリンダの長手方向に間隔をおいて上記流通室に複
    数個配置されそれぞれ上記シリンダの外周面に取付けら
    れた伝熱板を備え、上記シリンダの長手方向に隣接する
    伝熱板に対して互いに周方向の異なる位置に冷却媒体の
    流通孔を設けたことを特徴とするスターリング機関。
JP15426084A 1984-07-23 1984-07-23 スタ−リング機関 Granted JPS60101254A (ja)

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JPS618266B2 JPS618266B2 (ja) 1986-03-13

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JP15426084A Granted JPS60101254A (ja) 1984-07-23 1984-07-23 スタ−リング機関

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WO2002014671A1 (en) * 2000-08-15 2002-02-21 Microgen Energy Limited Heat transfer head for a stirling engine
WO2007003929A1 (en) * 2005-07-01 2007-01-11 Disenco Limited Neck cooler

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