JP2000046431A

JP2000046431A - スターリングエンジン

Info

Publication number: JP2000046431A
Application number: JP10212068A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Ueda; 和彦上田; Tetsuyuki Okano; 哲之岡野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2000-02-18
Anticipated expiration: 2018-07-28
Also published as: JP3574569B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ピストンの自励振動が発生しない信頼性の高
いスターリングエンジンを提供する。【解決手段】ピストンにより圧縮された作動媒体が一
時的に蓄えられる加圧室内の圧力を制御する圧力制御手
段を設け、加圧室内圧力を自励振動が発生する境界圧力
まで上昇させない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低温の発生に用い
られるスターリングエンジンに関し、特に、ガスベアリ
ングを用いたピストン支持機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷熱の発生を目的としたフリーピストン
型スターリングエンジンは、熱サイクル的には逆スター
リングサイクルエンジンとも呼ばれている。

【０００３】図８は従来のスターリングエンジンの一構
成例を示す断面構成図である。図８において、ピストン
１とディスプレーサ２はシリンダー３の内周壁面３−ａ
を往復摺動可能に配されている。このシリンダー３は密
閉された圧力容器４に固定されている。

【０００４】ピストン１及びディスプレーサ２は同軸上
に構成されており、ディスプレーサ２に形成されたロッ
ド２−ａはシリンダー３の中心部に設けた摺動穴１−ａ
を貫通し、ピストン１とディスプレーサ２はシリンダー
３の内周摺動面３−ａを滑らかに摺動可能である。

【０００５】また、ピストン１はピストン支持バネ５に
よって圧力容器４に対して弾性支持され、ディスプレー
サ２はディスプレーサ支持バネ６によって圧力容器４に
対して弾性支持されている。

【０００６】圧力容器４とシリンダー３により形成され
る空間はピストン１によって２つの空間に分割される。
一つはピストン１のディスプレーサ２側である作動空間
７であり、もう一つはピストン１のディスプレーサ２側
と反対側である背面空間８である。

【０００７】作動空間７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、一つはピストン１とディス
プレーサ２とに挟まれた圧縮空間７−ａであり、もう一
つはシリンダー３の先端部の膨張空間７−ｂである。こ
の２つの空間は再生器９を介して連結され、再生器９は
一般にメッシュ形状の銅材などにより形成されている。
また、背面空間８はシリンダー３のピストン１が挿入さ
れた側を取囲むように形成されている。

【０００８】作動空間７と背面空間８には高圧のヘリウ
ムガス等の作動媒体が充填されている。ピストン１は背
面空間８に収められたリニアモータ等のピストン駆動体
（図示せず）により所定周期で往復動される。これによ
り作動媒体は作動空間７内で圧縮、膨張される。ディス
プレーサ２は、作動空間内で圧縮、膨張される作動媒体
の圧力変化により直線的に往復動される。この時、ピス
トン１とディスプレーサ２は、一般に約９０度の位相差
をもって同一周期にて往復動するようディスプレーサ支
持バネ６のバネ定数等は設定されている。膨張空間７−
ｂで作動媒体を膨張させることにより、シリンダー３の
先端のコールドヘッド１０に冷熱を発生させるが、本構
成のエンジンを用いた逆スターリング熱サイクルに関し
ては一般によく知られているのでここでは割愛する。

【０００９】ピストン１内部には加圧室１１が形成され
ている。図示しないピストン駆動体により所定周期で往
復動されるピストン１により作動空間７内で圧縮された
作動媒体の一部は、加圧室１１と作動空間７との連絡流
路部１２に設けられた逆止弁１３を通って加圧室１１内
に一時的に蓄えられる。逆止弁１３はピストン１の動き
により作動空間７内の作動媒体圧力が下がったときに、
加圧室１１内の作動媒体が作動空間７内へ逆流するのを
防ぐために設けられている。

【００１０】ピストン１に固定されたオリフィス１４に
は加圧室１１とピストン１、シリンダー３間のクリアラ
ンス部１５とを結ぶ小径孔１４−ａが設けられており、
加圧室１１内の作動媒体の流出量を絞ってクリアランス
部１５に噴出させ、クリアランス部１５に作動媒体の気
体膜を形成する。

【００１１】このように構成されるガスベアリンク機構
により、ピストン１はシリンダー内周摺動面３−ａを非
接触状態で摺動可能となるのに加え、圧縮空間７−ａと
背面空間８との間の作動媒体の流れを遮断するシール手
段を兼ねる。一方、ディスプレーサ２に関しても前記ピ
ストン１と同様のガスベアリング機構を用いることによ
り、シリンダー内周摺動面３−ａを非接触状態で摺動可
能となる。

【００１２】ところで、本構成のスターリングエンジン
では、ピストン１はある定まった一定周期で図示しない
ピストン駆動体により往復動される。これは、ピストン
１、ディスプレーサ２の運動はバネの共振現象を利用し
ているためである。ピストン１に関しては主にピストン
支持バネ５と作動空間７内の作動媒体のバネ効果による
共振であり、ディスプレーサ２に関しては主にディスプ
レーサ支持バネ６による共振である。したがって、ピス
トン１を往復動させる際、ピストン１のバネ系を考慮し
た駆動周波数に設定する必要があるのと同時に、ディス
プレーサ２のバネ系はこのピストン駆動周波数に合わせ
て設定される必要がある。したがって、ピストン１、デ
ィスプレーサ２は常に一定の周波数にて駆動されてい
る。

【００１３】冷熱発生を目的とした本構成のスターリン
グエンジンを各種装置の冷却器として用いる場合、冷却
される領域の温度をある一定温度に保持するためにはこ
のスターリングエンジンの出力を制御する必要がある。
冷却領域の温度を急速に低下させたい場合は、出力を大
きくする必要があり、冷却領域の温度を一定に保持する
場合には低出力でも可能である。

【００１４】上述のように、ピストン１、ディスプレー
サ２の駆動周波数は常に一定であり、この条件下で出力
を変動させるためにはピストン１の振幅を変えてやる必
要がある。大きな出力を得るためには大きなピストン振
幅が必要であり、小さな出力を得るためには小さなピス
トン振幅を必要とする。ピストン振幅が大きな場合、作
動空間内の作動媒体の圧力変動も大きくなり、加圧室１
１へも高圧の作動媒体が蓄えられる。逆にピストン振幅
が小さな場合、作動空間内の作動媒体の圧力変動も小さ
くなり、加圧室１１へは低圧の作動媒体が蓄えられる。

【００１５】図９にピストン１の振幅大きさと加圧室１
１内作動媒体圧力の大きさとの関係の一例を示す。

【００１６】スターリングエンジンに求められる出力範
囲に対応したピストンの振幅の大きさをＸｐｍｉｎ〜Ｘ
ｐｍａｘとすると、加圧室内の圧力はＰｍｉｎ〜Ｐｍａ
ｘの範囲で変化する。

【００１７】ガスベアリングによる支持構造の場合、加
圧室１１内の作動媒体の圧力が高いほど支持力も大きく
なる。ところが、ただ単にこの支持力が大きくなるよう
なガスベアリング支持構造の設計を行った場合、一般に
ニューマティックハンマと呼ばれる自励振動により、ピ
ストン等の可動軸が大きな振動音を発して激しく振動す
る現象を起こす場合がある。このガスベアリングの不安
定現象に関しては、例えば「気体軸受 −設計から製作
まで− 第４章十合晋一著共立出版」に詳細に記述
されている。この中では、ピストン１とシリンダー３と
のクリアランス部１５の大きさや、オリフィス小径孔１
４−ａの大きさ、長さ等のガスベアリング各部の形状が
設計された場合、ガスベアリングが上記自励振動を起こ
さずに安定して動作するためには、加圧室１１内作動媒
体圧力がある許容圧力を超えないことが必要であること
が分かる。

【００１８】図１０にあるガスベアリング設計条件下で
加圧室圧力の大きさを変えた際、上記自励振動を起こさ
ず安定にガスベアリング支持構造が動作可能か、あるい
は上記自励振動を起こして不安定な動作を起こしてしま
うかの安定・不安定判別結果の一例を示す。

【００１９】加圧室圧力が境界値Ｐｂより小さい場合に
は自励振動に関しては安定であり、加圧室圧力が境界値
Ｐｂを超える場合には自励振動を発生し不安定な動作を
起こしてしまうことになる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、加圧室
内の作動媒体圧力はＰｍｉｎ〜Ｐｍａｘの範囲で変化す
る。したがって、上記自励振動の安定・不安定判別を考
えた際、加圧室圧力の最大値Ｐｍａｘの大きさが上記境
界値Ｐｂの値を超えない場合には問題がないが、仮にＰ
ｍａｘ＞Ｐｂとなる場合には自励振動が発生する不安定
領域となり、ガスベアリングの安定動作に関して重大な
問題を生ずることがあった。

【００２１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもであって、大きな冷却出力を得るようエンジンを運
転した際にも、安定したピストンの摺動を可能とする信
頼性の高いスターリングエンジンを提供することを目的
とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
す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、前記ピストンのシリンダ内の往復運動に伴って、
作動空間内で圧縮、膨張を繰返す作動媒体の働きにより
駆動されるディスプレーサと、前記ピストン内部に形成
され、作動空間内で圧縮された作動媒体を一時的に蓄え
る加圧室と、前記加圧室内の作動媒体を前記ピストンと
前記シリンダーとのクリアランス部に噴出するオリフィ
スとを具備するスターリングエンジンであって、前記加
圧室の圧力が特定圧力を超えないように、前記加圧室の
圧力を制御する圧力制御手段を設けたことを特徴とする
スターリングエンジンである。

【００２３】また、請求項２記載の発明は、前記請求項
１記載のスターリングエンジンにおいて、前記圧力制御
手段は、加圧室と作動空間とを結ぶ連結流路をオリフィ
ス構造とすることを特徴とするスターリングエンジンで
ある。

【００２４】また、請求項３記載の発明は、前記請求項
２記載のスターリングエンジンにおいて、前記オリフィ
ス構造は、薄板状の逆止弁と、当該逆止弁の当り部材と
によって構成されることを特徴とするスターリングエン
ジンである。

【００２５】また、請求項４記載の発明は、前記請求項
２記載のスターリングエンジンにおいて、前記オリフィ
ス構造は、非線形バネを有する構成であることを特徴と
するスターリングエンジンである。

【００２６】また、請求項５記載の発明は、前記請求項
１記載のスターリングエンジンにおいて、前記圧力制御
手段は、前記加圧室内の作動媒体圧力がある所定の圧力
を超えた際に開放される弁から構成されることを特徴と
するスターリングエンジンである。

【００２７】

【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。

【００２８】［実施例１］図１は加圧室の圧力を制御す
る圧力制御手段の動作を示すフローチャート図である。

【００２９】一定周期で駆動されるピストンがディスプ
レーサ側に変位すると、圧縮空間の作動媒体が圧縮され
圧縮空間内圧力が上昇する（ステップＳ１）。加圧室内
に設けられた圧力検知手段により加圧室内の圧力Ｐｃは
モニターされ（ステップＳ２）、圧縮空間内圧力Ｐａが
加圧室内圧力Ｐｃより高くなると（ステップＳ３）、圧
縮空間と加圧室を結ぶ流路に設けられた逆止弁が開き
（ステップＳ４）、加圧室内に作動媒体が流入する。こ
の時、ガスベアリングの安定・不安定動作の境界である
加圧室圧力Ｐｂを超えないような加圧室内基準圧力とし
て、安定境界値Ｐｂ１が予め設定されている。加圧室内
圧力Ｐｃは安定境界値Ｐｂ１と比較され（ステップＳ
５）、ガスベアリングの安定動作条件であるＰｃ＜Ｐｂ
１（Ｎｏ）の場合は、加圧室の圧力が圧縮空間の圧力Ｐ
ａと等しくなる条件Ｐｃ＝Ｐａまで逆止弁が開かれる
（ステップＳ６）。一方、逆止弁が開かれて加圧室内の
圧力が上昇し、ガスベアリングが安定に動作するための
安定境界値Ｐｃ＝Ｐｂ１（Ｙｅｓ）となった場合は、圧
力制御手段により逆止弁の開度が制限、あるいは閉鎖さ
れ、加圧室の圧力が境界値Ｐｂを超えないように制御さ
れる（ステップＳ７）。

【００３０】加圧室に一時的に蓄えられた作動媒体は、
ガスベアリングを動作させる媒体として加圧室外部へ流
出するため加圧室内圧力は低下するが、ピストンは一定
周期で往復動されており、ピストンによる作動媒体の圧
縮も同じ周期にて引き起こされ、上述のフローを繰返す
ことになる。

【００３１】なお、本フローチャートでは、加圧室の圧
力が安定境界値Ｐｃ＝Ｐｂ１となった場合に、逆止弁の
開度が制限、あるいは閉鎖され、加圧室の圧力が境界値
Ｐｂを超えないように制御する構成としたが、圧縮空間
から加圧室内へ流入する作動媒体を常に制御し、加圧室
の圧力が境界値Ｐｂを超えないよう制御する構成とする
ことも可能である。

【００３２】［実施例２］図２は加圧室と作動空間とを
結ぶ流路をオリフィス構造とし圧力制御手段を形成した
一実施例のスターリングエンジン主要構造断面図であ
る。

【００３３】ピストン１内部には加圧室１１が形成され
ている。図示しないピストン駆動体により所定周期で往
復動されたピストン１により作動空間内７で圧縮された
作動媒体の一部は、加圧室１１と作動空間７との連絡流
路部１６、逆止弁１７を通って加圧室１１内に一時的に
蓄えられる。逆止弁１７はピストン１の動きにより作動
空間７内の作動媒体圧力が下がったときに、加圧室１１
内の作動媒体が作動空間７内へ逆流するのを防ぐために
設けられている。

【００３４】ピストン１に固定されたオリフィス１４に
は加圧室１１とピストン１、シリンダー３間のクリアラ
ンス部１５とを結ぶ小径孔１４−ａが設けられており、
加圧室１１内の作動媒体の流出量を絞ってクリアランス
部１５に噴出させ、クリアランス部１５に作動媒体の気
体膜を形成する。このように構成されるガスベアリンク
機構により、ピストン１はシリンダー内周摺動面３−ａ
を非接触状態で摺動可能となるのに加え、圧縮空間７−
ａと背面空間８との間の作動媒体の流れを遮断するシー
ル手段を兼ねる。

【００３５】ところで、連絡流路部１６は、従来、作動
媒体の流入時に大きな流路抵抗とならないような形状と
されており、ガスベアリングを構成するオリフィス小径
孔１４−ａに比較して遥かに大きい孔形状であった。そ
れに対して、本実施例の連絡流路部は、圧力損失を生じ
るような孔径、長さが設定されたオリフィス小径孔形状
に形成されている。

【００３６】図３は加圧室１１部分を示す拡大断面図で
ある。ピストン１内部の加圧室１１と作動空間７を結ぶ
連結流路は小径孔のオリフィス１６が形成されている。
加圧室側のオリフィス端部には逆止弁１７が設けられて
いる。逆止弁１７は薄い板バネで形成され、その一端は
加圧室壁面１１−ａに固定されており、作動媒体の流れ
は作動空間７側から加圧室１１側への一方向のみ可能と
している。圧力制御手段であるオリフィス１６は、作動
媒体が流れる際に流路抵抗として働くため、加圧室１１
に流入する作動媒体の圧力Ｐｃは作動空間７の作動媒体
圧力Ｐａより低い値とすることができる。

【００３７】したがって、スターリングエンジンに最大
の冷却能力を出すよう運転する際に作動空間に発生する
最大圧力Ｐｃｍａｘが、ガスベアリングが安定に動作す
る加圧室圧力安定境界値Ｐｂ１以下となるように圧力制
御手段であるオリフィス形状を形成することにより、冷
却能力の大きさに影響されず、常に安定たピストンの摺
動を可能とする信頼性の高いスターリングエンジンを得
ることができる。

【００３８】［実施例３］図４は圧力制御手段であるオ
リフィス構造を、薄板状の逆止弁１８と逆止弁１８の当
り部材１９とにより形成した状態を示す図である。

【００３９】なお、ここで示す圧力制御手段を成すオリ
フィス形状は、ある程度の長さを持つ小径孔にて形成し
たものではなく、薄板状の逆止弁１８の開口の大きさを
制限することで小径孔のオリフィスを設けるのと同様の
圧力損失効果を得るようにしたものである。

【００４０】加圧室１１と作動空間７とを結ぶ連結流路
２０の加圧室１１側には、薄板状の逆止弁１８が設けら
れ、その一端は加圧室壁面１１−ａに固定されており、
作動媒体の流れは圧縮空間７−ａ側から加圧室１１側へ
の一方向のみ可能としている。逆止弁当り部材１９は薄
板状の逆止弁１８に近接して加圧室壁面１１−ｂに固定
されている。

【００４１】逆止弁当り部材１９がない場合、作動空間
７内でピストンにより圧縮され高い圧力となった作動媒
体は、連結流路２０を通って一気に加圧室１１内に流れ
込み、加圧室内圧力は作動空間内圧力とほぼ同じ圧力に
高められてしまう。

【００４２】作動空間７の圧力が加圧室１１より高い場
合、流入する作動媒体の圧力により薄板状の逆止弁１８
は大きく変形し連結流路２０は十分に開放されるが、本
実施例においては逆止弁当り部材１９を逆止弁１８に近
接して設けており、逆止弁当り部材１９に薄板状の逆止
弁１８の変形量は制限されよう構成している。

【００４３】逆止弁当り部材１９を連結流路開口部２０
−ａから離して設定した場合、薄板状の逆止弁１８は大
きく変形し連結流路２０は十分に開放されるが、逆止弁
当り部材１９を連結流路開口部２０−ａに近接させた場
合、薄板状の逆止弁１８の変形は小さく連結流路２０の
開放量を非常に小さくすることができる。

【００４４】変形時の薄板状の逆止弁１８と連結流路開
口部２０−ａとの間を微小隙間に設定した場合、連結流
路に小径孔のオリフィスを設けて圧力損失効果を得るの
と同様の効果を得ることができる。その結果、加圧室１
１に流入する作動媒体の圧力は作動空間７の作動媒体圧
力より低い値とすることができ、冷却能力の大きさに影
響されず、常に安定たピストンの摺動を可能とする信頼
性の高いスターリングエンジンを得ることができる。

【００４５】［実施例４］図５は加圧室１１と作動空間
７とを結ぶ連絡流路部が非線形バネを含むオリフィス構
造により形成された状態を示す図である。

【００４６】加圧室内壁面１１−ｂにその一端が固定さ
れたバネ支持材２１と薄板状の逆止弁１８との間には逆
止弁当り部材としての非線形バネ２２が設けられてお
り、そのバネ力により薄板状の逆止弁１８が連絡流路２
０を閉じる方向に加圧している。この非線形バネ２２に
より薄板状の逆止弁１８の変形量が制限されるよう構成
されている。

【００４７】バネは一般に線形性を有し、変位量とその
変位に有する力とは比例関係にある。一方非線形バネは
変位量とその変位に有する変形力とは比例関係にはな
く、例えば、変位を２倍とするのに必要とする変形力が
４倍となるなどの特性を持つ。

【００４８】本実施例の非線形バネ２２は、図６に示す
ような変位量の増加の割合より、その変位に要する変形
力増加の割合が大きな特性を有しており、言い換えれ
ば、小さな力を加えることにより変形は開始するが、さ
らに変形させようとするとより一層大きな力が必要とな
り変形し難い構造となっている。

【００４９】このような非線形バネの製作方法は、例え
ば、コイルバネ巻線間隔を徐々に変えたり、あるいはま
た、コイルバネのバネ線材径を徐々に変えたり、あるい
はまた、長さの異なる板バネを積層構造にするなど種々
の方法で可能である。

【００５０】ピストン振幅が小さな場合、作動空間７内
で圧縮される作動媒体の圧力はさほど上昇しない。作動
空間７から加圧室１１へ連絡流路２０を通って流入する
作動媒体の圧力により薄板状の逆止弁１８は変形される
が、前述のように逆止弁当り部材は小さな変形力でも変
位できるバネであるため、作動媒体は作動空間７から加
圧室１１に十分に流入し、加圧室１１内の作動媒体圧力
は作動空間７内の圧力に近い値まで高められる。

【００５１】一方、ピストン振幅が大きな場合、作動空
間７内で圧縮される作動媒体の圧力は大きく上昇する。
作動空間７から加圧室１１へ流入する作動媒体の大きな
圧力により薄板状の逆止弁１８には大きな変形力が作用
するが、上述のように逆止弁当り部材は大きな力を加え
てもその変位量はさほど大きくならない非線形バネ２２
にて形成されているため、作動媒体の加圧室１１への流
入量が制限される。その結果、加圧室１１に流入する作
動媒体の圧力は作動空間７の作動媒体圧力より低い値と
することができ、冷却能力の大きさに影響されず、常に
安定たピストンの摺動を可能とする信頼性の高いスター
リングエンジンを得ることができる。

【００５２】［実施例５］図７は加圧室１１内の作動媒
体圧力がある所定の圧力を超えた際に開放される弁手段
をピストン１に形成した状態を示す図である。

【００５３】加圧室１１と作動空間７を結ぶ連結流路は
小径孔を持つオリフィス１６にて形成され、加圧室側の
オリフィス端部には逆止弁１７が設けられて第１の圧力
制御手段が形成されている。

【００５４】一方、第２の圧力制御手段として、加圧室
壁面には加圧室１１と背面空間８とを結ぶ第２の連結流
路２３が設けられ、背面空間側の連結流路端部には第２
の逆止弁２４が設けられている。ここでの作動媒体の流
れは加圧室１１側から背面空間８側への一方向のみ可能
とされている。逆止弁２４は板バネで形成され、その一
端はピストン端面１−ａに固定されており、板バネを予
め変形させ所定の与圧力が与えられている。

【００５５】今、第２の逆止弁２４に与える予圧力の大
きさＦｐを、ガスベアリングが安定に動作する加圧室圧
力安定境界値Ｐｂ１時に第２の逆止弁に作用する力の大
きさＦｐｂ１と同じ値に設定したとする。エンジンが正
常に運転されている場合、ピストンにより作動空間内で
圧縮された作動媒体が加圧室に流入する際の加圧室内圧
力は、前記第１の圧力制御手段によりガスベアリングが
安定に動作する加圧室圧力安定境界値Ｐｂ１以下とされ
る。

【００５６】ところが、何らかの異常が発生し、例え
ば、リニアモータ等のピストン駆動体（図示せず）への
入力が大きくなった際、ピストン振幅が増大し作動空間
内の作動媒体圧力も当初予定値よりも大きくなる事態が
発生する。この時、加圧室１１内には加圧室圧力安定境
界値Ｐｂ１超える作動媒体が流入し、その結果、ガスベ
アリングの自励振動を発生し、ピストンが激しく振動し
エンジン内部が破損するなど重大な問題を引き起こす可
能性がある。

【００５７】本実施例では、第２の圧力制御手段とし
て、加圧室壁面には加圧室１１と背面空間８とを結ぶ第
２の連結流路２３を設け、背面空間側の連結流路端部に
は第２の逆止弁２４を設けた。このため、万一、加圧室
内の作動媒体圧力Ｐｃが安定境界値Ｐｂと等しい圧力に
なった場合、加圧室１１内の作動媒体はこの逆止弁２４
から背面空間８へ放出され、加圧室内の圧力Ｐｃが境界
値Ｐｂを超えないように制御される。図７では、第２の
逆止弁２４が開放された状態を示している。その結果、
常に安定たピストンの摺動を可能とする信頼性の高いス
ターリングエンジンを得ることができる。

【００５８】上述の実施例１〜５の説明では、ピストン
部分ついて説明したが、ディスプレーサ部分に関しても
同様の構成をとり安定したディスプレーサの摺動が可能
となる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、シリンダと、前記シリ
ンダ内を往復運動するピストンと、前記ピストンのシリ
ンダ内の往復運動に伴って、作動空間内で圧縮、膨張を
繰返す作動媒体の働きにより駆動されるディスプレーサ
と、前記ピストン内部に形成され、作動空間内で圧縮さ
れた作動媒体を一時的に蓄える加圧室と、前記加圧室内
の作動媒体を前記ピストンと前記シリンダーとのクリア
ランス部に噴出するオリフィスとを具備するスターリン
グエンジンであって、加圧室の圧力を制御する圧力制御
手段を設けたことにより、自励振動が発生せず、安定し
たピストンの摺動を可能とする信頼性の高いスターリン
グエンジンを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の圧力制御手段の動作を示すフローチ
ャート図である。

【図２】実施例２のスターリングエンジン主要構造断面
図である。

【図３】実施例２の圧力制御手段の構成を示す図であ
る。

【図４】実施例３の圧力制御手段の構成を示す図であ
る。

【図５】実施４の圧力制御手段の構成を示す図である。

【図６】非線形バネの特性を示す図である。

【図７】実施例５の圧力制御手段の構成を示す図であ
る。

【図８】従来のスターリングエンジン主要構造断面図で
ある。

【図９】ピストンの振幅大きさと加圧室内作動媒体圧力
の大きさとの関係を示す図である。

【図１０】加圧室内圧力とガスベアリング安定動作判別
との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ピストン２ディスプレーサ３シリンダー４圧力容器５ピストン支持バネ６ディスプレーサ支持バネ７作動空間８背面空間９再生器１０コールドヘッド１１加圧室１２、２０、２３連結流路１３、１７、１８、２４逆止弁１４、１６オリフィス１９逆止弁当り部材２２非線形バネ

Claims

【特許請求の範囲】

【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、前記ピストンのシリンダ内の往復運動
に伴って、作動空間内で圧縮、膨張を繰返す作動媒体の
働きにより駆動されるディスプレーサと、前記ピストン
内部に形成され、作動空間内で圧縮された作動媒体を一
時的に蓄える加圧室と、前記加圧室内の作動媒体を前記
ピストンと前記シリンダーとのクリアランス部に噴出す
るオリフィスとを具備するスターリングエンジンであっ
て、前記加圧室の圧力が特定圧力を超えないように、前記加
圧室の圧力を制御する圧力制御手段を設けたことを特徴
とするスターリングエンジン。
【請求項２】前記請求項１記載のスターリングエンジ
ンにおいて、前記圧力制御手段は、加圧室と作動空間とを結ぶ連結流
路をオリフィス構造とすることを特徴とするスターリン
グエンジン。
【請求項３】前記請求項２記載のスターリングエンジ
ンにおいて、前記オリフィス構造は、薄板状の逆止弁と、当該逆止弁
の当り部材とによって構成されることを特徴とするスタ
ーリングエンジン。
【請求項４】前記請求項２記載のスターリングエンジ
ンにおいて、前記オリフィス構造は、非線形バネを有する構成である
ことを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項５】前記請求項１記載のスターリングエンジ
ンにおいて、前記圧力制御手段は、前記加圧室内の作動媒体圧力があ
る所定の圧力を超えた際に開放される弁から構成される
ことを特徴とするスターリングエンジン。