JP2000045867A - Stirling engine - Google Patents

Stirling engine

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JP2000045867A
JP2000045867A JP10212066A JP21206698A JP2000045867A JP 2000045867 A JP2000045867 A JP 2000045867A JP 10212066 A JP10212066 A JP 10212066A JP 21206698 A JP21206698 A JP 21206698A JP 2000045867 A JP2000045867 A JP 2000045867A
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piston
displacer
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piston cap
gas
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Tetsuyuki Okano
哲之 岡野
Kazuhiko Ueda
和彦 上田
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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor

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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To lower the friction of a sliding part of a piston cap and a displacer rod, and reduce a flow loss in the sliding part by forming the piston cap into a structure capable of being moved in the axial direction of the piston. SOLUTION: A large friction is generated between a piston cap 5a and a displacer rod 3 by a difference between their axes. A projecting part of the piston cap 5a is held with a clearance from a piston 4 holding part in the radial direction. In order to smoothly move the piston cap 5a relative to the piston 4, surface treatment such as Teflon coating is performed to at least one of the holding parts thereof so as to lower the sliding resistance, and the holding part can be moved in relation to a displacement of the core in the radial direction. In order to facilitate the movement, the piston cap 5a is made of the light material such as Al. With this structure, friction in the sliding part of the piston cap 5a and the displacer rod 3 is lowered, and a flow loss in the sliding part can be lowered.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はスターリングエンジ
ンに関し、特に、スターリングエンジンの摺動信頼性を
高める構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Stirling engine, and more particularly to a structure for improving the sliding reliability of a Stirling engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は従来のスターリングエンジンの構
造図である。図5に示すように、フリーピストン形スタ
ーリングエンジンにおいて、1つのシリンダ1内には往
復運動するピストン4とディスプレーサ2が収容されて
いる。ピストン4はピストンスプリング8により支持さ
れてリニア駆動し、ディスプレーサ2はディスプレーサ
スプリング9とディスプレーサロッド3により連結され
て往復運動をしている。スターリングエンジン内には、
この往復運動により圧縮空間18a、膨張空間18bが
形成され、ある一定の位相差を持って運動することによ
り発熱、吸熱を生じる。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a structural view of a conventional Stirling engine. As shown in FIG. 5, in a free-piston Stirling engine, one cylinder 1 contains a reciprocating piston 4 and a displacer 2. The piston 4 is linearly driven while supported by a piston spring 8, and the displacer 2 is connected to a displacer spring 9 and a displacer rod 3 to reciprocate. In the Stirling engine,
The reciprocating motion forms the compression space 18a and the expansion space 18b, and generates heat and heat by moving with a certain phase difference.

【0003】また、ピストン4・ディスプレーサ2内部
には、圧縮空間18aから一方向弁(6、7)を通じて
作動ガスが流入し、高い圧力状態が維持されている加圧
室(10、11)を有している。
In the piston 4 and the displacer 2, a working gas flows from the compression space 18a through the one-way valves (6, 7) through the pressurizing chambers (10, 11) where a high pressure state is maintained. Have.

【0004】この加圧室のガスを利用して、ピストン4
・ディスプレーサ2とシリンダ1間においては、摺動部
にガスを噴出して気体膜を形成し、低摩擦を図る構造と
なっている。
Using the gas in the pressurizing chamber, the piston 4
-Between the displacer 2 and the cylinder 1, a gas is blown out to the sliding portion to form a gas film, and the structure is designed to reduce friction.

【0005】また、ディスプレーサロッド3とピストン
キャップ5間摺動部においては、少なくとも一方に摩擦
係数の低い表面コーティング(テフロンコートなど)を
施すことにより低摩擦化を図る手法が採用されている。
In the sliding portion between the displacer rod 3 and the piston cap 5, at least one of the sliding portions is provided with a surface coating having a low friction coefficient (such as Teflon coating) to reduce the friction.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示すように、ディスプレーサロッド3はディスプレーサ
2に対して一体的に固定されているため、ディスプレー
サロッド3の固定時には取付け誤差が生じる。また、ピ
ストン4とディスプレーサ2は気体軸受効果により、シ
リンダ1に対して独立して位置バランスを取るため、そ
れぞれの軸心位置は大きく異なる可能性があるため、ピ
ストンキャップ5とディスプレーサロッド3が摺動する
際の摩擦を少なくするためには、摺動部のクリアランス
を大きく設定する必要があった。
However, as shown in FIG. 5, since the displacer rod 3 is integrally fixed to the displacer 2, a mounting error occurs when the displacer rod 3 is fixed. In addition, since the piston 4 and the displacer 2 balance their positions independently of the cylinder 1 due to the gas bearing effect, their respective axial centers may be greatly different, so that the piston cap 5 and the displacer rod 3 slide. In order to reduce the friction when moving, it was necessary to set the clearance of the sliding portion large.

【0007】そのため、圧縮空間18aからのガスがデ
ィスプレーサロッド3とピストンキャップ5間摺動部の
クリアランス部を通じて背面空間19に流出し、圧縮効
率の低下につながるという問題が生じていた(一般にガ
スの流出量はクリアランスの3乗に比例する)。
For this reason, there has been a problem that the gas from the compression space 18a flows out to the back space 19 through the clearance of the sliding portion between the displacer rod 3 and the piston cap 5, which leads to a reduction in compression efficiency (generally, the gas is compressed). The outflow is proportional to the cube of the clearance).

【0008】また、摺動部の処理が表面コーティングに
よるものだけの場合には、高速運転時に温度上昇が大き
くなり、それに伴いコーティング材料の硬さが低下し、
摩耗が激しくなる。また、摩耗粉により摺動部の表面コ
ーティング膜を剥離させる或いは摩耗粉が摺動部に詰ま
り摩擦抵抗が増大する場合が存在した。
[0008] Further, when the treatment of the sliding portion is performed only by surface coating, the temperature rise becomes large at the time of high-speed operation, and the hardness of the coating material decreases accordingly.
Wear becomes severe. Further, there have been cases where the surface coating film of the sliding portion is peeled off by the abrasion powder or the abrasion powder clogs the sliding portion to increase the frictional resistance.

【0009】そこで、本発明は、ディスプレーサロッド
3とピストンキャップ5間摺動部のの摩擦抵抗などの機
械的ロスを低減させ、更に、摺動部でのガスの流量損失
を低減させることを目的としており、従来構造から大き
な変更をする必要が無く、簡単な構造で摺動部品間の低
摩擦化や圧縮効率の向上を可能とする構造を提供するこ
とを目的としている。
Accordingly, an object of the present invention is to reduce a mechanical loss such as a frictional resistance of a sliding portion between the displacer rod 3 and the piston cap 5, and further reduce a gas flow loss at the sliding portion. It is therefore an object of the present invention to provide a structure that does not require a major change from the conventional structure and that can reduce friction between sliding parts and improve compression efficiency with a simple structure.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した目的
を達成させるためになされたものであって、請求項1記
載の発明は、シリンダと、前記シリンダ内を往復運動す
るピストンと、前記ピストンに連動して、前記シリンダ
内を往復運動するディスプレイサーと、前記ピストンに
保持されたピストンキャップと、前記ディスプレイサー
に設けられ、前記ピストンキャップと摺動するディスプ
レイサーロッドとを備えたスターリングエンジンにおい
て、前記ピストンキャップはピストンの径方向に移動可
能な構造であることを特徴とするスターリングエンジン
である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to achieve the above-mentioned object, and the invention according to claim 1 comprises a cylinder, a piston reciprocating in the cylinder, and A Stirling engine including a displacer that reciprocates in the cylinder in conjunction with a piston, a piston cap held by the piston, and a displacer rod provided on the displacer and sliding with the piston cap. In the above Stirling engine, the piston cap has a structure movable in a radial direction of the piston.

【0011】前記請求項2記載の発明は、シリンダと、
前記シリンダ内を往復運動するピストンと、前記ピスト
ンに連動して、前記シリンダ内を往復運動するディスプ
レイサーと、前記ピストンに保持されたピストンキャッ
プと、前記ディスプレイサーに設けられ、前記ピストン
キャップと摺動するディスプレイサーロッドとを備えた
スターリングエンジンにおいて、前記ピストンキャップ
はピストンの軸方向に傾斜可能な構造であることを特徴
とするスターリングエンジンである。
[0011] According to the second aspect of the present invention, a cylinder,
A piston that reciprocates in the cylinder, a displacer that reciprocates in the cylinder in conjunction with the piston, a piston cap that is held by the piston, and a piston cap that is provided on the displacer and slides with the piston cap. In a Stirling engine provided with a moving display surrod, the piston cap has a structure capable of tilting in the axial direction of the piston.

【0012】また、請求項3記載の発明は、シリンダ
と、前記シリンダ内を往復運動するピストンと、前記ピ
ストンに連動して、前記シリンダ内を往復運動するディ
スプレイサーと、前記ピストンに保持されたピストンキ
ャップと、前記ディスプレイサーに設けられ、前記ピス
トンキャップと摺動するディスプレイサーロッドとを備
えたスターリングエンジンにおいて、前記ピストンまた
は前記ディスプレイサー内部に、前記ピストンの往復運
動により圧縮されたガスを蓄える加圧室を形成し、前記
加圧室内のガスを前記ピストンキャップと前記ディスプ
レーサロッドと間の摺動部に供給することを特徴とする
スターリングエンジンである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a cylinder, a piston reciprocating in the cylinder, a displacer reciprocating in the cylinder in conjunction with the piston, and held by the piston. In a Stirling engine provided with a piston cap and a displacer rod provided on the displacer and sliding on the piston cap, the gas compressed by the reciprocating motion of the piston is stored inside the piston or the displacer. A Stirling engine, wherein a pressurized chamber is formed and gas in the pressurized chamber is supplied to a sliding portion between the piston cap and the displacer rod.

【0013】また、請求項4記載の発明は、前記ディス
プレーサ内部の加圧室に蓄えられたガスを、前記ディス
プレーサロッド内部に設けた気体流路を通って、前記デ
ィスプレーサロッドの表面小孔から噴出させることを特
徴とする請求項3記載のスターリングエンジンである。
According to a fourth aspect of the present invention, the gas stored in the pressurized chamber inside the displacer is ejected from a small hole on the surface of the displacer rod through a gas flow path provided inside the displacer rod. The Stirling engine according to claim 3, wherein

【0014】また、請求項5記載の発明は、前記ピスト
ン内部に蓄えられたガスを、前記ピストンキャップに設
けた小孔から噴出させることを特徴とする請求項3記載
のスターリングエンジンである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the Stirling engine according to the third aspect, wherein the gas stored in the piston is jetted from a small hole provided in the piston cap.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図をもとに本発明について
詳細に説明する。なお、これによって本発明は限定され
るものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited by this.

【0016】[実施例1]図1は実施例1のスターリン
グエンジンの構造図である。
[First Embodiment] FIG. 1 is a structural view of a Stirling engine according to a first embodiment.

【0017】実施例1においては、圧力容器23内に冷
媒として高圧のヘリウムガスを封入しており、シリンダ
1内をピストン4とディスプレーサ2が往復運動してい
る。圧力容器23とシリンダ1により形成される空間
は、ピストン4によって2つの空間に分割される。1つ
は、ピストン4のディスプレーサ2側である作動空間1
8であり、もう1つはピストン4のディスプレーサ2側
と反対側である背面空間19である。作動空間18はデ
ィスプレーサ2でさらに2つの空間に分割されており、
1つはピストン4とディスプレーサ2とに挟まれた圧縮
空間18aであり、もう1つはシリンダ1先端部の膨張
空間18bである。この2つの空間は再生器17を介し
て連結されている。背面空間19はシリンダ1を取り囲
むように圧力容器23によって形成されている。
In the first embodiment, a high-pressure helium gas is filled as a refrigerant in a pressure vessel 23, and a piston 4 and a displacer 2 reciprocate in a cylinder 1. The space formed by the pressure vessel 23 and the cylinder 1 is divided into two spaces by the piston 4. One is a working space 1 on the displacer 2 side of the piston 4.
The other is a back space 19 opposite to the displacer 2 side of the piston 4. The working space 18 is further divided into two spaces by the displacer 2,
One is a compression space 18a sandwiched between the piston 4 and the displacer 2, and the other is an expansion space 18b at the tip of the cylinder 1. These two spaces are connected via a regenerator 17. The back space 19 is formed by the pressure vessel 23 so as to surround the cylinder 1.

【0018】その際の圧縮空間18aと膨張空間18b
の圧力は、圧力容器23内に封入したガス圧を基準とし
てピストン4の往復運動の変位に対応して変動する。
At this time, the compression space 18a and the expansion space 18b
The pressure f varies with the displacement of the reciprocating motion of the piston 4 based on the gas pressure sealed in the pressure vessel 23.

【0019】また、圧縮空間18aから一方向弁(6、
7)を通じて流入されて高い圧力状態が維持されている
加圧室(10、11)よりガスをピストン4・ディスプ
レーサ2とシリンダ1間摺動部に噴出することにより、
摺動部に気体膜を形成してピストン4とディスプレーサ
2は運動する。なお、加圧室(10、11)から摺動部
に噴出するガスは、オリフィス(14、15)を用いて
ガス流出量を絞りこんでいるため、流量損失はほとんど
なく、加圧室(10、11)内には圧縮空間18aのガ
ス圧変動の最高圧力と等しい程度のガス圧が蓄えられて
いる。
The one-way valve (6,
The gas is blown out from the pressurized chambers (10, 11) flowing through 7) and maintained in a high pressure state to the sliding portion between the piston 4, the displacer 2 and the cylinder 1,
The piston 4 and the displacer 2 move by forming a gas film on the sliding portion. In addition, since the gas jetted from the pressurized chambers (10, 11) to the sliding portion has a reduced gas outflow amount using the orifices (14, 15), there is almost no flow loss, and the pressurized chamber (10 , 11) stores a gas pressure that is approximately equal to the maximum pressure of the gas pressure fluctuation in the compression space 18a.

【0020】また、今回用いたピストン4径約30mm
に対してピストン4・ディスプレーサ2とシリンダ1間
摺動部の直径方向クリアランスを約25μmとしてい
る。これは加工、組立が容易であり、かつ、ガスの圧
縮、膨張率にも大きな影響を与えない値とされている。
The diameter of the piston 4 used this time is about 30 mm.
In contrast, the diametrical clearance of the sliding portion between the piston 4, displacer 2, and cylinder 1 is set to about 25 μm. This is a value that is easy to process and assemble and does not significantly affect the compression and expansion rates of gas.

【0021】ピストン4はピストンスプリング8に支持
され、リニア駆動により所定の周波数でシリンダ1内を
往復運動しており、ディスプレーサ2とディスプレーサ
ロッド3はディスプレーサスプリング9の共振効果によ
り往復運動をしている。この時、ディスプレーサロッド
3とピストン4に保持されているピストンキャップ5a
とは互いに摺動している。
The piston 4 is supported by a piston spring 8 and reciprocates in the cylinder 1 at a predetermined frequency by linear driving. . At this time, the piston cap 5a held by the displacer rod 3 and the piston 4
And are sliding with each other.

【0022】ここで、ディスプレーサロッド3はディス
プレーサ2にネジ止め等により一体的に固定されている
ため、組み付け誤差が生じたり、ディスプレーサ2とピ
ストン4は気体軸受効果により互いに独立してシリンダ
1内で位置バランスを取ってピストン4に保持されてい
るため、ピストンキャップ5aとディスプレーサ2に結
合されているディスプレーサロッド3との間には、軸心
の違いにより大きな摩擦が発生する場合が存在する。
Here, since the displacer rod 3 is integrally fixed to the displacer 2 by screwing or the like, an assembling error occurs or the displacer 2 and the piston 4 are independent of each other in the cylinder 1 due to a gas bearing effect. Since the piston 4 is held in a balanced position, large friction may occur between the piston cap 5a and the displacer rod 3 connected to the displacer 2 due to a difference in the axial center.

【0023】そこで、ディスプレーサロッド3とピスト
ンキャップ5aとの摩擦を低減させるために、ピストン
キャップ5aをピストン4に対して径方向に移動できる
構造とする。具体的には、ピストンキャップ5aの凸部
をピストン4の保持部に対して径方向に隙間を設けて保
持する。また、ピストンキャップ5aがピストン4に対
して円滑に動けるようにするため、これらの保持部に
は、少なくとも一方にテフロンコートなどの表面処理を
して摺動抵抗を低減させ、径方向の軸心のズレに対して
良好に移動することが可能とされる。
Therefore, in order to reduce the friction between the displacer rod 3 and the piston cap 5a, the piston cap 5a is configured to be movable in the radial direction with respect to the piston 4. Specifically, the protrusion of the piston cap 5a is held with a gap provided in the radial direction with respect to the holding portion of the piston 4. Also, in order to allow the piston cap 5a to move smoothly with respect to the piston 4, at least one of these holding portions is subjected to a surface treatment such as Teflon coating to reduce sliding resistance, and the radial axis It is possible to move satisfactorily for the deviation.

【0024】更に、移動を容易にするために、ピストン
キャップ5a材質はAlなどのように軽い材料にする。
今回の例においては、ピストン4とピストンキャップ5
a間に設けた直径隙間は0.2mmとした(なおピスト
ンキャップ5aの保持部の径は約20mmである)。こ
の値は、隙間を大きくしすぎると逆に運動中に振動源と
なると考え、各部品の加工精度を考慮に入れて決定され
た値である。
Further, in order to facilitate the movement, the material of the piston cap 5a is a light material such as Al.
In this example, the piston 4 and the piston cap 5
The diameter gap provided between the holes a was 0.2 mm (the diameter of the holding portion of the piston cap 5a was about 20 mm). This value is considered to be a source of vibration during movement if the gap is made too large, and is a value determined in consideration of the processing accuracy of each component.

【0025】このような構造にすることにより、ピスト
ンキャップ5aがディスプレーサロッド3の軸心になら
い、低摩擦で駆動することが可能である。従って、従来
の構造においてピストンキャップ5aとディスプレーサ
ロッド3との間の直径方向クリアランスは約0.1mm
の隙間を設けていたが、組立誤差を吸収可能な構造とし
ているため、数μm程度で良い。そのため、摩擦低減効
果と共に気体の流体損失が減少されるため、性能の向上
につながる。
By adopting such a structure, the piston cap 5a follows the axis of the displacer rod 3 and can be driven with low friction. Therefore, in the conventional structure, the diametral clearance between the piston cap 5a and the displacer rod 3 is about 0.1 mm.
Is provided, but the structure is capable of absorbing assembly errors, so it may be about several μm. Therefore, the fluid loss of the gas is reduced together with the friction reducing effect, which leads to an improvement in performance.

【0026】[実施例2]図2は実施例2のスターリン
グエンジンの構造図である。なお、実施例1と同一構成
については、詳細な説明を省略する。
Embodiment 2 FIG. 2 is a structural view of a Stirling engine according to Embodiment 2. Note that a detailed description of the same configuration as in the first embodiment will be omitted.

【0027】ディスプレーサロッド3がディスプレーサ
2に対して傾いて取付けられた際に、ピストンキャップ
との同軸度が大きく異なるため、大きな摩擦抵抗が生じ
る。
When the displacer rod 3 is attached to the displacer 2 at an angle, the coaxiality of the displacer rod 3 and the piston cap is greatly different, so that a large frictional resistance occurs.

【0028】図2に示すように、ピストンキャップ5b
とピストン4の保持部は互いに等しい曲率を有する形状
にして、ピストンキャップはピストンの軸方向に傾斜可
能な構造とした。また、円滑にピストンキャップ5bが
ピストン4内で移動できるようにするため、保持部には
テフロンコートを施している。
As shown in FIG. 2, the piston cap 5b
The holding portions of the piston 4 and the piston 4 have the same curvature, and the piston cap has a structure capable of tilting in the axial direction of the piston. In order to allow the piston cap 5b to move smoothly inside the piston 4, a Teflon coat is applied to the holding portion.

【0029】このような構造にすることにより、ピスト
ンキャップ5bがディスプレーサロッド3にならい、摺
動部品の軸心が一致するため、低摩擦化を図ることが可
能である。
By adopting such a structure, the piston cap 5b follows the displacer rod 3, and the axes of the sliding parts coincide with each other, so that it is possible to reduce the friction.

【0030】実施例2においても実施例1と同様にピス
トンキャップ5bとディスプレーサロッド3との間の直
径方向クリアランスは、数μm程度で良く、気体の流体
損失が減少されるため、性能の向上につながる。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the diametrical clearance between the piston cap 5b and the displacer rod 3 may be about several μm, and the fluid loss of gas is reduced. Connect.

【0031】このように実施例1、2に示す構造を採用
することにより、シリンダ1、ピストン4、ディスプレ
ーサ2、ディスプレーサロッド3の軸心がずれて加工、
組立されて運動している場合においても、ピストンキャ
ップがピストン4に対して移動して軸心の違いを吸収す
る構造にしているために、摩擦やこじりの発生を防止
し、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や、摺動部
の摩耗と行った信頼性低下を防止することが可能であ
る。更に、部品の加工精度や組立精度に対して厳しい要
求をする必要が無いためコストダウンが可能である [実施例3]図3は実施例3のスターリングエンジンの
構造図である。なお、実施例1と同一構成については、
詳細な説明を省略する。
As described above, by employing the structures shown in the first and second embodiments, the cylinder 1, the piston 4, the displacer 2, and the displacer rod 3 are processed with their axes shifted.
Even when assembled and moving, the piston cap moves with respect to the piston 4 to absorb the difference in the axial center, thereby preventing the occurrence of friction and prying and increasing the sliding loss. Thus, it is possible to prevent a decrease in the efficiency of the compressor and a decrease in the reliability of the sliding portion due to wear. Furthermore, since there is no need to make strict requirements on the processing accuracy and assembly accuracy of parts, cost can be reduced. Third Embodiment FIG. 3 is a structural diagram of a Stirling engine according to a third embodiment. In addition, about the same structure as Example 1,
Detailed description is omitted.

【0032】実施例3は、ディスプレーサ2の加圧室1
0に蓄えられたガスを、ディスプレーサロッド3内部の
気体流路12を通り、摺動部に存在する小孔13よりガ
スを噴出して低摩擦化を図る構造である。
In the third embodiment, the pressure chamber 1 of the displacer 2
In this structure, the gas stored in the gas passage 0 passes through the gas flow path 12 inside the displacer rod 3 and is blown out of the gas from the small hole 13 existing in the sliding portion to reduce the friction.

【0033】ディスプレーサロッド3に設けた気体流路
12形状は、ディスプレーサロッド3に対して径を大き
くしすぎると、ディスプレーサロッド3の強度が低減す
るため望ましくない。また、気体流路12は、ドリル加
工により仕上げることにより容易に作成可能である。
If the diameter of the gas passage 12 provided in the displacer rod 3 is too large with respect to the displacer rod 3, the strength of the displacer rod 3 is undesirably reduced. Further, the gas flow path 12 can be easily created by finishing by drilling.

【0034】ディスプレーサロッド3に設けた小孔13
はドリルにより内径100μmに仕上げ、ガスの流体損
失を少なくした。また、小孔13はロッドの円周方向に
4分配して力学的にバランスのとれた状態とした。図3
においては軸方向に1箇所の小孔13を配置しているの
みであるが、更に気体軸受効果を向上させるためには軸
方向に2カ所配置すると良い。この小孔13よりディス
プレーサロッド3とピストンキャップ5c間摺動部に噴
出したガスは、圧力が低い方へ流出し、摺動部には気体
膜が形成され低摩擦効果が生まれる。
Small hole 13 provided in displacer rod 3
Was finished to an inner diameter of 100 μm with a drill to reduce gas fluid loss. In addition, the small holes 13 are distributed in four in the circumferential direction of the rod so as to be in a mechanically balanced state. FIG.
In the above, only one small hole 13 is arranged in the axial direction. However, in order to further improve the gas bearing effect, it is preferable to arrange two small holes 13 in the axial direction. The gas ejected from the small holes 13 to the sliding portion between the displacer rod 3 and the piston cap 5c flows out to the lower pressure side, and a gas film is formed on the sliding portion to produce a low friction effect.

【0035】更に、圧縮空間18aから背面空間19へ
流出するガスは、小孔13から流出されるガス圧が高い
状態であるために、流出をブロックされるため、流量の
損失を低減することが可能である。
Further, the gas flowing out from the compression space 18a to the back space 19 is blocked from flowing out because the gas pressure flowing out of the small holes 13 is high, so that the loss of the flow rate can be reduced. It is possible.

【0036】この構造を採用することにより、ディスプ
レーサロッド3とピストンキャップ5c間摺動部のクリ
アランスを小さくすることが可能であるのみならず、圧
縮空間18aからのガス流出を低減させることが可能で
あるために圧縮効率の向上にもつながる。
By employing this structure, it is possible not only to reduce the clearance of the sliding portion between the displacer rod 3 and the piston cap 5c, but also to reduce the outflow of gas from the compression space 18a. This leads to an improvement in compression efficiency.

【0037】ここで、摺動部の摩擦力の大きさは潤滑剤
の粘性係数に比例する。気体の粘性係数は普通の潤滑油
の1/1000のオーダであるため摺動部の摩擦力も1
/1000になると考えられるために、このようにディ
スプレーサロッド3とピストンキャップ5dとの間に気
体軸受効果を採用することにより、低摩擦化を実現する
ことが可能である。
Here, the magnitude of the frictional force of the sliding portion is proportional to the viscosity coefficient of the lubricant. Since the viscosity coefficient of gas is on the order of 1/1000 of ordinary lubricating oil, the frictional force of the sliding part is also 1
Therefore, by adopting the gas bearing effect between the displacer rod 3 and the piston cap 5d, it is possible to realize low friction.

【0038】[実施例4]図4は実施例4のスターリン
グエンジンの構造図である。なお、実施例1と同一構成
については、詳細な説明を省略する。また、低摩擦化の
原理は、実施例3と同様に気体軸受効果によるものであ
る。以下、実施例3と異なる点について述べる。
Fourth Embodiment FIG. 4 is a structural diagram of a Stirling engine according to a fourth embodiment. Note that a detailed description of the same configuration as in the first embodiment will be omitted. The principle of low friction is based on the gas bearing effect as in the third embodiment. Hereinafter, points different from the third embodiment will be described.

【0039】図4に示すように、ピストンキャップ5d
に小孔16を設けている。この子孔16よりピストン4
の加圧室11に蓄えられたガスを噴出し摺動部に気体膜
が形成される。この時の小孔形状に関しても実施例3と
同様の理由により内径100μmにした。また、この構
造にすることによっても、実施例3と同様に、ガスの圧
縮空間18aから背面空間19への流出をブロックする
効果があるために、圧縮空間18aの流量損失を低減す
ることが可能である。
As shown in FIG. 4, the piston cap 5d
Are provided with small holes 16. Piston 4 from this small hole 16
The gas stored in the pressurized chamber 11 is ejected to form a gas film on the sliding portion. The small hole shape at this time was also set to 100 μm in inner diameter for the same reason as in Example 3. Also, with this structure, similarly to the third embodiment, since there is an effect of blocking outflow of gas from the compression space 18a to the back space 19, it is possible to reduce the flow rate loss of the compression space 18a. It is.

【0040】なお、図3および4の小孔は自成絞り、オ
リフィス絞りなどの静圧気体軸受に用いられる形式を採
用することができる。この際の小孔形状は、ピストン4
内部に蓄えたガスの損失を少なくするために径を小さく
し、長さは長くすることにより、流路抵抗を増やす。更
に、摺動部における力学的なバランスを保つために円周
方向に小孔を等分配する。
The small holes shown in FIGS. 3 and 4 may be of a type used for a hydrostatic gas bearing such as a self-contained throttle or an orifice throttle. The small hole shape at this time is the piston 4
The flow path resistance is increased by reducing the diameter and increasing the length in order to reduce the loss of the gas stored inside. Further, small holes are equally distributed in the circumferential direction in order to maintain a mechanical balance in the sliding portion.

【0041】また、摺動部のクリアランスは、流量損失
が少なくなるように、動的に安定な範囲内で、互いに摺
動する面の表面粗さ、加工精度を考慮に入れ、できるだ
け小さくなるような値に設定すると良い。
Also, the clearance of the sliding portion should be as small as possible in consideration of the surface roughness and working accuracy of the surfaces sliding with each other within a dynamically stable range so as to reduce the flow loss. It is good to set to an appropriate value.

【0042】また、実施例1、2と3、4の構造を組み
合わせることにより、更に、摺動部の低摩擦化に対して
効果が現れる。
Further, by combining the structures of the first, second, third, and fourth embodiments, an effect is further exhibited for reducing the friction of the sliding portion.

【0043】これらの実施例に関して信頼性試験を実施
したところ、摺動部の傷などが大きく低減されているこ
とを確認している。
When a reliability test was performed on these examples, it was confirmed that scratches and the like on the sliding portions were greatly reduced.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上のように、請求項1または2記載の
発明では、シリンダと、前記シリンダ内を往復運動する
ピストンと、前記ピストンに連動して、前記シリンダ内
を往復運動するディスプレイサーと、前記ピストンに保
持されたピストンキャップと、前記ディスプレイサーに
設けられ、前記ピストンキャップと摺動するディスプレ
イサーロッドとを備えたスターリングエンジンにおい
て、前記ピストンキャップはピストンの径方向または軸
方向に移動可能な構造にすることにより、ピストンキャ
ップとディスプレーサロッド摺動部の低摩擦化を図るこ
とが可能であり、更に摺動部での流量損失を低減させ、
圧縮効率が向上されるものである。
As described above, according to the first or second aspect of the present invention, the cylinder, the piston reciprocating in the cylinder, and the displacer reciprocating in the cylinder in conjunction with the piston. In a Stirling engine including a piston cap held by the piston and a displacer rod provided on the displacer and sliding on the piston cap, the piston cap is movable in a radial direction or an axial direction of the piston. By adopting a simple structure, it is possible to reduce the friction between the piston cap and the sliding part of the displacer rod, and further reduce the flow loss at the sliding part,
The compression efficiency is improved.

【0045】また、請求項3乃至4記載の発明では、シ
リンダと、前記シリンダ内を往復運動するピストンと、
前記ピストンに連動して、前記シリンダ内を往復運動す
るディスプレイサーと、前記ピストンに保持されたピス
トンキャップと、前記ディスプレイサーに設けられ、前
記ピストンキャップと摺動するディスプレイサーロッド
とを備えたスターリングエンジンにおいて、前記ピスト
ンまたは前記ディスプレイサー内部に、前記ピストンの
往復運動により圧縮されたガスを蓄える加圧室を形成
し、前記加圧室内のガスを前記ピストンキャップと前記
ディスプレーサロッドと間の摺動部に供給することによ
り、摺動部には気体膜が形成され摩擦が低減され、信頼
性が向上される。それと同時に、摺動部のクリアランス
を小さくすることが可能でありクリアランス部に於ける
流量損失が低減され効率が向上される。
According to the third and fourth aspects of the present invention, the cylinder, the piston reciprocating in the cylinder,
A stirling provided with a displacer that reciprocates in the cylinder in conjunction with the piston, a piston cap held by the piston, and a displacer rod provided on the displacer and sliding with the piston cap. In the engine, a pressurized chamber for storing gas compressed by the reciprocating motion of the piston is formed inside the piston or the displacer, and the gas in the pressurized chamber slides between the piston cap and the displacer rod. By supplying the gas to the portion, a gas film is formed on the sliding portion, friction is reduced, and reliability is improved. At the same time, the clearance of the sliding portion can be reduced, and the flow loss in the clearance is reduced, and the efficiency is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1のスターリングエンジンの構造図であ
る。
FIG. 1 is a structural diagram of a Stirling engine according to a first embodiment.

【図2】実施例2のスターリングエンジンの構造図であ
る。
FIG. 2 is a structural diagram of a Stirling engine according to a second embodiment.

【図3】実施例3のスターリングエンジンの構造図であ
る。
FIG. 3 is a structural diagram of a Stirling engine according to a third embodiment.

【図4】実施例4のスターリングエンジンの構造図であ
る。
FIG. 4 is a structural diagram of a Stirling engine according to a fourth embodiment.

【図5】従来のスターリングエンジン構造である。FIG. 5 shows a conventional Stirling engine structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリンダ 2 ディスプレーサ 3 ディスプレーサロッド 4 ピストン 5、5a〜5d ピストンキャップ 6、7 一方向弁 8 ピストンスプリング 9 ディスプレーサスプリング 10、11 加圧室 12 気体流路 18a 圧縮空間 18b 膨張空間 19 背面空間 23 圧力容器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder 2 Displacer 3 Displacer rod 4 Piston 5, 5a-5d Piston cap 6, 7 One-way valve 8 Piston spring 9 Displacer spring 10, 11, Pressurizing chamber 12 Gas flow path 18a Compressed space 18b Expansion space 19 Back space 23 Pressure vessel

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリンダと、前記シリンダ内を往復運動
するピストンと、前記ピストンに連動して、前記シリン
ダ内を往復運動するディスプレイサーと、前記ピストン
に保持されたピストンキャップと、前記ディスプレイサ
ーに設けられ、前記ピストンキャップと摺動するディス
プレイサーロッドとを備えたスターリングエンジンにお
いて、 前記ピストンキャップはピストンの径方向に移動可能な
構造であることを特徴とするスターリングエンジン。
1. A cylinder, a piston reciprocating in the cylinder, a displacer reciprocating in the cylinder in conjunction with the piston, a piston cap held by the piston, and a displacer. A Stirling engine provided with the piston cap and a display surrod that slides, wherein the piston cap has a structure movable in a radial direction of a piston.
【請求項2】 シリンダと、前記シリンダ内を往復運動
するピストンと、前記ピストンに連動して、前記シリン
ダ内を往復運動するディスプレイサーと、前記ピストン
に保持されたピストンキャップと、前記ディスプレイサ
ーに設けられ、前記ピストンキャップと摺動するディス
プレイサーロッドとを備えたスターリングエンジンにお
いて、 前記ピストンキャップはピストンの軸方向に傾斜可能な
構造であることを特徴とするスターリングエンジン。
2. A cylinder, a piston reciprocating in the cylinder, a displacer reciprocating in the cylinder in conjunction with the piston, a piston cap held by the piston, and a displacer. A Stirling engine provided with the piston cap and a display surrod that slides, wherein the piston cap has a structure capable of tilting in the axial direction of the piston.
【請求項3】 シリンダと、前記シリンダ内を往復運動
するピストンと、前記ピストンに連動して、前記シリン
ダ内を往復運動するディスプレイサーと、前記ピストン
に保持されたピストンキャップと、前記ディスプレイサ
ーに設けられ、前記ピストンキャップと摺動するディス
プレイサーロッドとを備えたスターリングエンジンにお
いて、 前記ピストンまたは前記ディスプレイサー内部に、前記
ピストンの往復運動により圧縮されたガスを蓄える加圧
室を形成し、前記加圧室内のガスを前記ピストンキャッ
プと前記ディスプレーサロッドと間の摺動部に供給する
ことを特徴とするスターリングエンジン。
3. A cylinder, a piston reciprocating in the cylinder, a displacer reciprocating in the cylinder in conjunction with the piston, a piston cap held by the piston, and a displacer. A stirling engine provided with the piston cap and a displacer rod that slides, wherein a pressurized chamber for storing gas compressed by reciprocation of the piston is formed inside the piston or the displacer, A Stirling engine for supplying gas in a pressurized chamber to a sliding portion between the piston cap and the displacer rod.
【請求項4】 前記ディスプレーサ内部の加圧室に蓄え
られたガスを、前記ディスプレーサロッド内部に設けた
気体流路を通って、前記ディスプレーサロッドの表面小
孔から噴出させることを特徴とする請求項3記載のスタ
ーリングエンジン。
4. The gas stored in a pressurized chamber inside the displacer is ejected from a small hole on the surface of the displacer rod through a gas flow path provided inside the displacer rod. 3. The Stirling engine according to 3.
【請求項5】 前記ピストン内部に蓄えられたガスを、
前記ピストンキャップに設けた小孔から噴出させること
を特徴とする請求項3記載のスターリングエンジン。
5. The gas stored inside the piston,
The Stirling engine according to claim 3, wherein the gas is ejected from a small hole provided in the piston cap.
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