JPS6013958A - スタ−リング機関 - Google Patents

スタ−リング機関

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JPS6013958A
JPS6013958A JP11949583A JP11949583A JPS6013958A JP S6013958 A JPS6013958 A JP S6013958A JP 11949583 A JP11949583 A JP 11949583A JP 11949583 A JP11949583 A JP 11949583A JP S6013958 A JPS6013958 A JP S6013958A
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space
piston
displacer
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flow resistance
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JP11949583A
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JPH0213138B2 (ja
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Kenichi Inota
猪田 憲一
Hideaki Masuda
秀昭 増田
Motohiro Takiuchi
滝内 基弘
Terumaru Harada
照丸 原田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial 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
    • F02G1/0435Hot 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
    • 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
    • F02G2253/00Seals
    • F02G2253/08Stem with rolling membranes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (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】 (産業上の利用分野) 本発明はスターリング機関の性能向上に関するものであ
り、その中でも特に信頼性の向上に関するものである。
(従来例の構成とその問題点) 第1図は従来のスターリング機関の概略の構成を示すも
ので、1はシリンダ、2はピストン、3はディスプレー
サロッド、4は再生器、5は幹撓性の隔板、6はディス
プレーサ、7及び8は隔板5の前及び後の空間、9は流
路、10はオイルフィルタ、11は加熱器、12は冷却
器、13は負荷である。
このスターリング機関においては、シリンダ1とピスト
ン2の間の摺動面及びピストン2とディスプレーサロッ
ド3の間の摺動面は油で潤滑にされていた。ところで、
この油が再生器4の高温部に入ると分解し、分解によシ
生成される固形物が再生器4のガスの通路を詰まらせ、
機関の信頼性を損うことになる。
油が再生器4に入るのを防ぐ為にシリンダ1とディスプ
レーサロット3の間にゴム等でできた可撓性の隔板5を
取付けていた。この隔板5は運転時、王トしてディスプ
レーサ6の運動と隔@5の前後の差圧との2つの影響に
よって変形した形が決まる。この隔板5及び機関の他の
仕様は、運転中に隔板5がその材料の許容し得る変形範
囲内で変形するように設計されている。ところで、例え
ば長期間の間に隔板50片側の空間の作動流体が少しず
つ洩れてくると、隔板5は差圧をOにするように変形す
る。この洩れによる隔板5の変形量が僅かの間は運転に
支障を来すようなことは無いが、変形量が成る限度を越
すと隔板5が破壊することになる。
これを防ぐ為に隔板5の前後の空間7及び8を連通する
流路9を設け、隔板5の前後のガスがこの流路9を通っ
て自由に往き来出来るようにし、それによって隔板5の
前後の空間7及び8のガスの洩れ量に違いがある時も、
隔板5がその許容し得る変形範囲内でしか変形しないよ
うにしていた。
ところが、この流路9を通って油が空間7から再生器4
に入るおそれがあるので、流路9内にオイルフィルタ1
0を設けて油が空間7に入ることを防いでいた。
これによって、油の再生器4への侵入も防げ、しかも隔
板5がその許容し得る変形範囲内でしか変形しないよう
にするこ凄が可能に々つたが、オイルフィルタ10は時
間と共に次第に油の含有量が多くなり、ついには油が空
間7側へしみ出して再生器4へ入り、再生器4に入った
油がその高温部で分解し、分解により生成された固形物
が再生器4のガスの流路をつまらせ、機関の信頼性を損
うことになるという欠点を有していた。
(発明の目的) 本発明は上記の欠点を解消し、もって信頼性の高いスタ
ーリング機関を得ようとするものである。
(発明の構成) 本発明は、円筒形内面を有する円管の両端を閉じて密封
容器とし、内部にヘリウム、水素等の作動流体を封入し
て構成されるシリンダと、そのシリンダ内周と摺動自在
に滑合する大なる径を有する円柱状のディスプレーサと
、そのディスプレーサの下方にこれと中心軸が一致し一
体に形成された小なる径を有する円柱状のディスプレー
サロッドと、外周が前記シリンダと摺動自在に滑合する
円柱体の中心1C円柱状の凹部を形成し、その凹部に前
記ディスプレーサロッドが摺動自在に嵌合し、その上下
運動により負荷を駆動するようにしたピストンと、密封
容器内のディスプレーサが上下に摺動する上部空間と下
部空間とを連通する流路内に設けられた加熱器、再生器
及び冷却器と、外周が密封容器の円筒形内面に密着し、
内周が前記小なる径を有する円柱状のディスプレーサロ
ットに密着して前記密封容器内をピストンを含む空間と
含まない空間とに分割した可撓性材料よりなる隔板と、
前記ピストンを含む空間とピストンを含まない空間との
間に流通抵抗が高い部分と低い部分とを備えた流路と、
により構成されたものである。
(実施例の説明) 第2図は本発明の第1の実施例についてその概略の構成
を示すもので、1はシリンダ、2はピストン、3はディ
スプレーサロッド、4は再生器、5はゴム等で構成され
た可撓性の隔板で、外周をシリンダ1に密着し、その内
周をディスプレーサロッド3に密着するように配設され
、6はディスプレーサ、7,8は隔板5の前後の空間、
9は流路、11は加熱器、12は冷却器、13はピスト
ン2から仕事されるリニアオルタネータ等の負荷であり
ここ1での各部は第1図で説明した従来のものとほぼ同
じである。
ここで、流路9は第1図の場合、隔板5を挾んだ前後の
空間7.8間を連通させていたが、ここでは圧縮空間7
とバウンヌ空間14を連通させ、かつ、流通抵抗の大々
る部分15及び16と流通抵抗の小なる部分17とが設
けられている。また、/フランス空間14内にはピスト
ン2から仕事される負荷13及び摺動面を潤滑にする油
18が収容されている。また、再生器4はその両端に加
熱器11及び冷却器12を備え、その内部に金網等を充
填し、冷却器12から加熱器11へ移動する作動流体を
加熱し乍ら自らは冷却され、逆に加熱器11から冷却器
12へ移動する1作動流体を冷却し乍ら自らは加熱され
るようになっている。なお図中、19はガススプリング
、20は膨張空間、21は流通抵抗の小なる部分17の
低部を示す。
次にその動作を説明する。
ディスプレーサ6はシリンダ1に摺動しながら往復運動
を行々い、ピストン2はシリンダ2及びディスプレーサ
ロッド3に摺動しながら往復運動をしているが、このと
きディスプレーサ6の位相角はピストン2の位相角より
30度〜130度大きい。
さらに詳しく説明すると、ディスプレーサ6が下がると
、圧縮空間70体積は減少して圧縮空間7内の低温の作
動流体は冷却器12の方へ移動し、また、冷却器12内
の作動電流は再生器4の方へ移動し、再生器4内の作動
流体は加熱器11の方動した作動流体もいずれも温度が
上昇し、圧力が増加する。その為に圧縮空間7の圧力も
増加し、可撓性の隔板5を通して空間8の作動流体を圧
縮する。その結果、ピストン2を押し下げ、ピストン2
は負荷13に対して仕事をする。
ところで、ディスプレーサ6の位相角の方が、ピストン
2の位相角よシも大きい為、ディスプレーサ6が下がり
始めて暫くしてからピストン2が下がり始める。その結
果、ディスプレーサ6が下がり始めると共にガススプリ
ング19の体積が減少して圧力が増加する。さらに、さ
きに述べたように、ディスプレーサ6が下がると共に空
間8の圧力が減少し、−その結果ディスプレーサ6を上
げる方向の力が大きくなり、ピストン2が下がり切らな
いうちにディスプレーサ6は上がり始める。
ディスプレーサ6が上がり始めると、下る時とは逆に、
膨張空間20の体積は減少して膨張空間20内の高温の
作動流体は加熱器11の方へ移動し、また加熱器】1内
の作動流体は再生器4の方へ移動し、再生器4内の作動
流体は冷却器12の方へ移動する。その結果、加熱器1
1から再生器4の方へ移動した作動流体も再生器4から
冷却器12の方へ移動した作動流体もいずれも温度が低
下し圧力が低下する。その為((圧縮空間7の圧力も減
少し、隔板5を通して空間8の作動流体を膨張させる結
果、空間8の圧力も下がってピストン2を押し上げ、ピ
ストン2は負荷13に対して仕事をする。
ところで、ディスプレーサ6の位相角の方がピストン2
の位相角より大きい為、ディスプレーサ6が上がり始め
てから暫くしてピストン2が土が9始める。その結果、
ディスプレーサ6が上がり始めると共にガススプリング
19の体積が増加し圧力が減少する。さらに先に述べた
ように、ディスプレーサ6・が上がると共に空間8の圧
力が増加し、その結果、ディスプレーサ6を下げる方向
の力が強くカリ、ピストン2が上がり切ら力いうちにデ
ィスプレーサ6は下が9始める。
以上のようにして、ディスプレーサ6の位相角はピスト
ン2の位相角より30度〜130度大きい状態で往復運
動し、その運動によって作動流体は加熱器11から熱を
吸収し、冷却器12に熱を放出し、負荷13に対して仕
事をする。一方、ゴム等で出来た可撓性の隔板5は、空
間8と圧縮空間7との間に常に差圧が生じないように運
動している。
また、ディスプレーサロッド3とピストン2との摺動面
及びピストン2とシリンダ1との摺動面には潤滑の為の
油が供給されている。この油は先に述べたよう処再生器
4に入ると分解して機関の信頼性を低下させるので、隔
板5によって油の再生器4への侵入を防止している。ま
た、圧縮空間7とバウンス空間14との間に設けた流路
9によってこの2つの空間7と14を連通し、隔板5の
前後の空間7および8に連通する空間に生じる作動流体
の洩れの違いだよって、隔板5はその許容し得る変形範
囲内で変形するようにしている。
さらに、流路9には流通抵抗の犬なる部分15及び16
と、流通抵抗の小なる部分17とが設けである。流通抵
抗の犬なる部分15及び16を設けた理由は、圧縮空間
7とバウンス空間14とはその圧力の波の位相角度が約
180°ずれており、その為((この流通抵抗の犬なる
部分15及び16で、この2つの空間7と14の間で大
量の作動流体が往復して機関の出力や効率が減少するの
を防ぐ為である。
また、流路9中に流通抵抗の小なる部分17を設けた理
由は、バウンス空間14に収容された潤滑の為の油18
や摺動面に供給・されている油が、圧縮空間7に入るの
を防ぐ為である。即ち、バウンス空間14から流路9へ
出て行った作動流体2油の混合物は、流通抵抗の犬なる
部分16で−は絞られ流速が増すが、次に流通抵抗の小
なる部分17で流速が急に減少し、その為、作動流体よ
り密度の大きな油は重力により落下し、作動流体のみが
上方に流れて行く。重力により落下した油は、流通抵抗
の小なる部分17の底部21に溜り、機関が停止し、ピ
ストン2、ディスプレーサ6の運動が停止した時に重力
によって流路9を通ってバウンス空間14へ戻る。
以上のようにして、本発明の第1の実施例においては、
圧縮空間7とバウンス空間14を連通する流路9に設け
た、流通抵抗の犬なる部分15.16と流通抵抗の小な
る部分17の働きで、隔板5がその変形し得る範囲内で
変形し得るようにすると共に、圧縮空間7とバウンス空
間14どの間の作動流体の大量の移動による機関の出力
と効率の減少を防ぎ乍ら、バウンス空間14から圧縮空
間7への油の侵入を防いで、機関の信頼性の向」二を図
っている。
第3図は本発明の第2の実施例の概略の構成を示すもの
で、第2図妬示した第1の一実施例の構成と異る点は、
流路9に設けた流通抵抗の小なる部分17の底部に環状
の油溜め22を設け、この油溜め22とバウンス空間1
4とを連通する別の流路23を設けると共に、その流路
23内に弁24を設けたことであり、その他は第2図の
ものと同一である。
第2図においては、流通抵抗の小なる部分17で、流速
が低下した為に重力によって落下した油は流通抵抗の小
なる部分17の底部21に溜り、機関の停止時に重力に
よってバウンス空間14に戻るようになっていた。これ
は連続運転時間が矩いものには適するが、運転時間が長
い場合には底部21だけでなく内部に油が充満し、その
・為に圧縮空間7の方へ油が流出する可能性がある。
これに対し第3図に示したものは、流通抵抗の小なる部
分17で重力によって落下した油は、連続運転時中に溜
る油を全て溜めるに十分な容積を持つ環状の油溜め22
を備え、運転停止時に弁24を開いて別忙設けた流路2
3によってバウンス空間14に戻すことができ第2図の
ものにない効果が得られる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、圧縮空間とバウ
ンス空間を連通ずる流路に流通抵抗の犬なる部分と小な
る部分を設けることにより、隔板がその許容範囲内で変
形し得るようにすると共に、作動流体の大量の移動によ
る機関の出力と効率の減少を防ぎながら、バウンス空間
から圧縮空間への油の侵入を防いで機関の信頼性の向」
二を図ることができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のヌターリング機関の概略の構成を示す図
、第2図は本発明の第1の実施例の概略の構成を示す図
、第3図は本発明の第2の実施例の概略の構成を示す図
である。 1 ・・・・・・・・・シリンダ、 2 ・・・・・・
・・・ ピストン、3 ・・・・・・・・ディスプレー
サロッド、 4 ・・・・・・・・再生器、 5・・・
・・・・・隔板、 6・・・・・・・・・ディスプレー
サ、 7,8 ・・・・・・・空間、9.23 ・・・
・・・・・流路、IO・・・・・・・オイルフィルり、
11・・・・・・・・力り熱器、12・・・・・・・・
冷却器、 13・・・・・・・・負荷、14・・・・・
・・・・バウンス空間、15.16・・・・・・・・・
流通抵抗の犬なる部分、 17・・・・・・流通抵抗の
/J−な石部分、18・・・・・・・・・油、19・・
・・・・ガススプリング、20・・・・・・膨張空間、
 21・・・・・・・底部、 22・・・・・・・・油
溜め、 24・・・・・・・・弁。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第1図 第2図 0 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (]) 円筒形内面を有する円管の両端を閉じて密封容
    器とし、内部にヘリウム、水素等の作動流体を封入して
    構成されるシリンダと、そのシリンダ内周と摺動自在に
    滑合する大なる径を有する円柱状のディスプレーサと、
    そのディスプレーサの下方にこれと中心軸が一致し一体
    に形成された小なる径を有する円柱状のディスプレーサ
    ロッドと、外周が前記シリンダと摺動自在に滑合する円
    柱体の中心に円柱状の凹部を形成し、その凹部に前記デ
    ィスプレーサロッドが摺動自在に嵌合し、その上下運動
    により負荷を駆動するようにしたピストンと、密封容器
    内のディスプレーサが上下に摺動する上部空間と下部空
    間とを連通ずる流路内に設けられた加熱器、再生器及び
    冷却器と、外周が密封容器の円筒形内面に密着し、内周
    が前記率々る径を有する円柱状のディスプレーサロッド
    如密着して前記密封容器内をピストンを含む空間と含′
    まない空間とに分割した可撓性材料よりなる隔板と、前
    記ピストンを含む空間とピストンを含捷ない空間との間
    に流通抵抗が高い部分と低い部分とを備えた流路と、尾
    より構成されたことを特徴とするスターリング機関。 (2) ピストンを含む空間とピストンを含1ない空間
    との間に形成した流路に設けた流通抵抗の低い部分とピ
    ストンを含む空間との間に上記流路と並列に分岐した流
    路を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第(1)
    項記載のスターリング機関。 (3) 分岐した流路にはピストン又はディスプレーサ
    が運動していないときに開状態となる弁を設けたことを
    特徴とする特許請求の範囲第(2)項記載のスターリン
    グ機関。
JP11949583A 1983-07-02 1983-07-02 スタ−リング機関 Granted JPS6013958A (ja)

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JP11949583A JPS6013958A (ja) 1983-07-02 1983-07-02 スタ−リング機関

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JPS6013958A true JPS6013958A (ja) 1985-01-24
JPH0213138B2 JPH0213138B2 (ja) 1990-04-03

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5638543A (en) * 1979-09-06 1981-04-13 Nissan Motor Co Ltd Oil recovering device for hot-gas operated machine
JPS5830456A (ja) * 1981-08-18 1983-02-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱ガス機関

Patent Citations (2)

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JPS5830456A (ja) * 1981-08-18 1983-02-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱ガス機関

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JPH0213138B2 (ja) 1990-04-03

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