JP2000265853A - Thermal engine capable of independently selecting compression ratio and expansion ratio - Google Patents

Thermal engine capable of independently selecting compression ratio and expansion ratio

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JP2000265853A
JP2000265853A JP11067768A JP6776899A JP2000265853A JP 2000265853 A JP2000265853 A JP 2000265853A JP 11067768 A JP11067768 A JP 11067768A JP 6776899 A JP6776899 A JP 6776899A JP 2000265853 A JP2000265853 A JP 2000265853A
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heat engine
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佐市 勘坂
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/04Engines with prolonged expansion in main cylinders

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate the power making use of the energy small in temperature difference such as that of the solar light by continuously arranging a low- temperature cylinder, a compression cylinder, a high-temperature cylinder and an expansion cylinder, and operating adjacent pistons with the specified phase difference. SOLUTION: A low-temperature cylinder 10, a compression cylinder 12, a high-temperature cylinder 30 and an expansion cylinder 32 are continuously arranged, and adjacent pistons are operated with the phase difference of 180 deg.. A heater 1 is provided in the middle of a pipe in which a working fluid flows between the cylinders 12, 30, and a cooler 2 is provided in the middle of a pipe in which a working fluid flows between the cylinders 32, 10. The working fluid is adiabatically compressed by the movement of the pistons 11, 13 in the cylinders 10, 12, and the working fluid is isochorically heated by the movement of the pistons 13, 31 in the cylinders 12, 30. The working fluid is adiabatically expanded by the movement of the pistons 31, 33 in the cylinders 30, 32, the working fluid is cool-compressed by the movement of the pistons 33, 11 in the cylinders 32, 10, and the motion of these pistons is taken out as the power.

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】本発明は熱機関の熱効率を向
上させ、利用可能な熱エネルギーを有効に利用できるも
のである。エネルギーは産業の基礎となるもので、発電
機、自動車、船舶など現在使われているあらゆる動力源
として利用できる。自然エネルギーである太陽熱、海洋
温度差、その他の温度差の小さいエネルギをも有効利用
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention improves the thermal efficiency of a heat engine and makes effective use of available heat energy. Energy is the foundation of industry and can be used as a power source for all types of power currently used, such as generators, cars and ships. Effective use is made of natural energy such as solar heat, ocean temperature difference, and other energy with a small temperature difference.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱力学ではカルノーサイクルが熱効率最
高の熱機関であるとなっている。理由は密閉容器内での
可逆機関であるからである。しかしカルノー機関は実現
されていない。スターリングエンジンもこのカルノーサ
イクルと同じように密閉容器内でディスプレーサが往復
し、その過程はどちらの方向にも運転できるから可逆機
関である。したがってカルノーサイクルと同じ熱効率に
なるとされる。しかし実際は熱効率は非常に低い。理由
はいろいろあるが、一番大きい理由は行程容積以外の死
空間が大きいからである。しかし死空間は動作流体の通
路であり、加熱器、熱交換器、冷却器がある限り零に出
来ない。熱交換をよくするためこれらの装置を大きくす
ればそれだけ死空間内の動作流体を無駄に膨張収縮させ
るだけである。このような理由でスターリングエンジン
の熱効率はよくならない。しかし、スターリングエンジ
ンは外燃式であるから燃焼による排ガス汚染の影響は少
なく、爆発燃焼による衝撃音もなく騒音の少ない特徴を
持っている。
2. Description of the Related Art In thermodynamics, the Carnot cycle is the heat engine with the highest thermal efficiency. The reason is that it is a reversible engine in a closed container. But the Carnot Institute has not been realized. The Stirling engine is a reversible engine because the displacer reciprocates in a closed container in the same manner as the Carnot cycle, and the process can be operated in either direction. Therefore, the thermal efficiency is assumed to be the same as that of the Carnot cycle. However, the thermal efficiency is very low in practice. There are various reasons, but the biggest reason is that the dead space other than the stroke volume is large. However, the dead space is a passage for the working fluid and cannot be reduced to zero as long as there are heaters, heat exchangers, and coolers. Enlarging these devices to improve heat exchange only wastefully expands and contracts the working fluid in the dead space. For this reason, the thermal efficiency of the Stirling engine is not improved. However, since the Stirling engine is of an external combustion type, it has little effect of exhaust gas pollution due to combustion, has no impact noise due to explosion combustion, and has low noise.

【0003】ガソリンエンジンやディーゼルエンジンは
死空間はほとんどないのでこの点熱効率はよい。しかし
熱機関でありながら冷却している。そのため熱力学によ
る理論熱効率と実機による熱効率はかけ離れている。現
在のエンジンの主流であるオットーサイクルの理論熱効
率は高温低温間で働くカルノーサイクルの熱効率に相当
する(参考文献 図解熱力学の学び方 北山直方著 オ
ーム社 P108)。しかし高温側温度は燃焼温度であり、
材料が耐えられないため冷却する。排ガス温度もそれに
つれて高い。が熱効率は25%から30%である。高温
側温度が低くなると圧力が低くなり出力が落ちる。温度
が高ければそれだけ圧力も高くなり出力もでる。
Since a gasoline engine or a diesel engine has almost no dead space, its thermal efficiency is good. However, it is cooling while being a heat engine. Therefore, the theoretical thermal efficiency based on thermodynamics and the thermal efficiency based on actual equipment are far apart. The theoretical thermal efficiency of the Otto cycle, which is the mainstream of today's engines, is equivalent to the thermal efficiency of the Carnot cycle that operates between high and low temperatures. However, the high temperature is the combustion temperature,
Cool because the material is intolerable. The exhaust gas temperature is accordingly higher. However, the thermal efficiency is 25% to 30%. When the temperature on the high temperature side decreases, the pressure decreases and the output decreases. The higher the temperature, the higher the pressure and the higher the output.

【0004】ガソリンエンジンやディーゼルエンジンは
動作流体の吸入、圧縮、点火燃焼加熱膨張、排気の4行
程を1個のシリンダピストンで行っている。したがって
圧縮比=膨張比となる。そのためエンジンの排気ガスは
充分に膨張されず高温高圧のエネルギを持ちながら放出
される。この排気ガスのエネルギを有効利用するため排
気路にタービンを設け、その動力で吸入空気を圧縮し出
力や熱効率を高めている。この装置をターボと呼んでい
る。しかしターボ自身の熱効率はよくない。またエンジ
ンで充分に膨張させればターボは必要なくなる。
In a gasoline engine or a diesel engine, one cylinder piston performs four strokes of working fluid intake, compression, ignition combustion heating expansion, and exhaust. Therefore, the compression ratio = expansion ratio. Therefore, the exhaust gas of the engine is not sufficiently expanded and is discharged while having high temperature and high pressure energy. A turbine is provided in the exhaust path to effectively use the energy of the exhaust gas, and the power of the turbine is used to compress the intake air to increase the output and thermal efficiency. This device is called a turbo. However, the thermal efficiency of the turbo itself is not good. Turbo is no longer necessary if the engine is fully expanded.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】カルノーサイクルより
高い理論熱効率の熱機関を作る。オットーサイクルの熱
効率がカルノーサイクルの熱効率に相当するならば、オ
ットーサイクルの断熱膨張を断熱圧縮より大きくすれば
カルノーサイクルの熱効率より大きくできる。オットー
サイクルは等容加熱に特徴がある。等容加熱は少ない熱
エネルギで高温高圧が得られる。膨張機構と圧縮機構を
専用とする。膨張完了後の動作流体の圧力が吸入前の圧
力になるように膨張比を大きくする。エンジンの冷却を
しない。保温し熱損失を防止する。エンジンを冷却する
と圧縮比を上げても高温側温度を上げても効果は半減す
る。材料の持つ耐熱温度一杯に最高温度を決め保温をし
て熱の損出を防ぐ。内燃機間では燃焼温度が高いので外
燃機関とし熱交換器を付ける。外燃機関は常圧で燃焼す
るので燃焼温度も低く排気ガスの汚染も少ない。また熱
交換器を熱源にしているので廃熱、反応熱、温泉熱等の
あらゆる熱源が利用できる。
SUMMARY OF THE INVENTION A heat engine having a theoretical thermal efficiency higher than that of the Carnot cycle is produced. If the thermal efficiency of the Otto cycle corresponds to the thermal efficiency of the Carnot cycle, the thermal efficiency of the Carnot cycle can be made larger by making the adiabatic expansion of the Otto cycle larger than the adiabatic compression. The Otto cycle is characterized by equal volume heating. The equal volume heating can obtain high temperature and high pressure with little heat energy. The expansion mechanism and compression mechanism are dedicated. The expansion ratio is increased so that the pressure of the working fluid after the completion of the expansion becomes the pressure before the suction. Do not cool the engine. Keeps warm and prevents heat loss. When the engine is cooled, the effect is reduced by half even if the compression ratio or the high temperature is increased. Determine the maximum temperature for the heat resistant temperature of the material and keep it warm to prevent heat loss. Since the combustion temperature is high between the internal combustion engines, an external combustion engine is used and a heat exchanger is attached. Since the external combustion engine burns at normal pressure, the combustion temperature is low and the exhaust gas is less polluted. Further, since the heat exchanger is used as a heat source, any heat source such as waste heat, reaction heat, hot spring heat and the like can be used.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】図9は本発明の動作原理
図である。熱機関は密閉サイクルで行う。シリンダを4
個置きピストンを1本のロッドでつなぐ。ストロークは
同じとする。左から順に低温シリンダ(10)、圧縮シ
リンダ(12)、高温シリンダ(30)、膨張シリンダ
(32)とする。圧縮シリンダ(12)と高温シリンダ
(30)との間に加熱器(1)を置く。膨張シリンダ
(32)と低温シリンダ(10)との間に冷却器(2)
を置く。高温シリンダ(30)と圧縮シリンダ(12)
の断面積は同じとする。他の各シリンダの断面積は次の
ように算出する。各シリンダのストロークが同じなら断
面積比=容積比である。エンジンはサイクル運転するた
め各行程の動作流体の移動する質量は同一とする。動作
流体は理想気体とし、数1の理想気体の状態式に従うも
のとする。式中p=圧力、V=容積、m=質量、R=ガ
ス定数、T=絶対温度とする。
FIG. 9 is a diagram illustrating the principle of operation of the present invention. The heat engine runs in a closed cycle. 4 cylinders
Connect the individual piston with one rod. Strokes are the same. From the left, a low-temperature cylinder (10), a compression cylinder (12), a high-temperature cylinder (30), and an expansion cylinder (32). The heater (1) is placed between the compression cylinder (12) and the hot cylinder (30). Cooler (2) between expansion cylinder (32) and low-temperature cylinder (10)
Put. High temperature cylinder (30) and compression cylinder (12)
Have the same cross-sectional area. The cross-sectional area of each of the other cylinders is calculated as follows. If the stroke of each cylinder is the same, the sectional area ratio = volume ratio. Since the engine operates in a cycle, the moving mass of the working fluid in each stroke is the same. It is assumed that the working fluid is an ideal gas, and the working fluid follows the equation (1) of the ideal gas. Where p = pressure, V = volume, m = mass, R = gas constant, T = absolute temperature.

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】各シリンダに於ける動作流体の状態式には
添字を付けて表す。圧縮前の低温シリンダ=1、圧縮後
の圧縮シリンダ=2、膨張前の高温シリンダ=3、膨張
後の膨張シリンダ=4とする。圧縮前の低温シリンダの
動作流体の状態を基準とする。各行程の質量mが同一で
ガス定数Rは共通であるから数2が成立する。
[0008] The state formula of the working fluid in each cylinder is represented by a subscript. It is assumed that the low temperature cylinder before compression = 1, the compression cylinder after compression = 2, the high temperature cylinder before expansion = 3, and the expansion cylinder after expansion = 4. Based on the state of the working fluid in the low-temperature cylinder before compression. Equation 2 holds because the mass m of each step is the same and the gas constant R is common.

【0009】[0009]

【数2】 (Equation 2)

【0010】数2の内V1/V2=圧縮比=ε2であ
る。低温シリンダ(10)と圧縮シリンダ(12)の断
面積の比はε2である。動作流体の比熱比をκとして断
熱圧縮すると圧縮後の圧力p2は数3、温度T2は数4
で表される。
In equation (2), V1 / V2 = compression ratio = ε2. The ratio of the cross-sectional area of the cold cylinder (10) to the compression cylinder (12) is ε2. When adiabatic compression is performed by setting the specific heat ratio of the working fluid to κ, the pressure p2 after compression is expressed by Equation 3 and the temperature T2 is expressed by Equation 4
It is represented by

【0011】[0011]

【数3】 (Equation 3)

【0012】[0012]

【数4】 (Equation 4)

【0013】加熱器(1)の容積が一定で圧縮シリンダ
(12)と高温シリンダ(30)の断面積が等しければ
ピストン移動による容積の変化はない。動作流体は等容
加熱され加熱温度が与えられて温度T3が決まると気圧
p3は数5で表される。
If the volume of the heater (1) is constant and the sectional areas of the compression cylinder (12) and the high-temperature cylinder (30) are equal, there is no change in the volume due to the movement of the piston. When the working fluid is heated to the same volume and the heating temperature is given to determine the temperature T3, the pressure p3 is expressed by Expression 5.

【0014】[0014]

【数5】 (Equation 5)

【0015】数5による圧力p3は加熱器(1)が全体
にT3に加熱された状態であり、高温シリンダ(30)
内の初期状態である。圧力p3を断熱膨張させp4とす
る。p4=p1とすれば膨張圧は断熱圧縮の吸入圧にな
る。その断熱膨張比ε4は数6で表される。
The pressure p3 according to the equation (5) is a state in which the heater (1) is entirely heated to T3, and the high-temperature cylinder (30)
In the initial state. The pressure p3 is adiabatically expanded to p4. If p4 = p1, the expansion pressure becomes the suction pressure for adiabatic compression. The adiabatic expansion ratio ε4 is represented by Expression 6.

【0016】[0016]

【数6】 (Equation 6)

【0017】p4=p1=大気圧=1atmとすればp
3は数7のようになる。
If p4 = p1 = atmospheric pressure = 1atm, p
3 becomes like Equation 7.

【0018】[0018]

【数7】 (Equation 7)

【0019】高温シリンダ(30)と膨張シリンダ(3
2)の断面積の比はε4となる。断熱膨張後の温度T4
は数8で表される。
The high temperature cylinder (30) and the expansion cylinder (3
The ratio of the cross-sectional areas in 2) is ε4. Temperature T4 after adiabatic expansion
Is represented by Equation 8.

【0020】[0020]

【数8】 (Equation 8)

【0021】p4=p1であるから膨張シリンダ(3
2)と低温シリンダ(10)の断面積の比ε5は数9で
表される。
Since p4 = p1, the expansion cylinder (3
The ratio ε5 of the cross-sectional area between 2) and the low-temperature cylinder (10) is expressed by Expression 9.

【0022】[0022]

【数9】 (Equation 9)

【0023】まとめてみると各シリンダの断面積は次の
ようにする。低温シリンダ(10)より圧縮シリンダ
(12)の断面積を小さくし、断面積の比は圧縮比ε2
とする。圧縮シリンダ(12)と高温シリンダ(30)
の断面積は等しくする。高温シリンダ(30)より膨張
シリンダ(32)の断面積を大きくし、断面積の比は膨
張比ε4とする。膨張シリンダ(32)と低温シリンダ
(10)は同圧であり、断面積の比は膨張後の温度と冷
却後の温度の比ε5とする。各ストロークが同じである
から断面積は行程容積に置き換えることが出来る。
In summary, the sectional area of each cylinder is as follows. The cross-sectional area of the compression cylinder (12) is made smaller than that of the low-temperature cylinder (10), and the ratio of the cross-sectional area is the compression ratio ε2.
And Compression cylinder (12) and high temperature cylinder (30)
Have the same cross-sectional area. The cross-sectional area of the expansion cylinder (32) is made larger than that of the high-temperature cylinder (30), and the ratio of the cross-sectional areas is the expansion ratio ε4. The expansion cylinder (32) and the low-temperature cylinder (10) have the same pressure, and the ratio of the cross-sectional areas is the ratio ε5 between the temperature after expansion and the temperature after cooling. Since each stroke is the same, the cross-sectional area can be replaced by the stroke volume.

【0024】図9ではピストンは抵抗なく動き、ロッド
によるシリンダ内の容積占有はないものとする。このよ
うな装置でピストンを左端に置く。図9は左端より少し
右へ移動した位置である。各シリンダ内の動作流体は次
のような状態である。低温シリンダ(10)内は冷却後
の温度で無圧縮の動作流体で置換されている。圧縮シリ
ンダ(12)内は加熱器(1)内と同圧で、断熱圧縮後
の温度と加熱器内の温度と混合した温度になっている。
高温シリンダ(30)内は加熱後の圧力、温度になって
いる。膨張シリンダ(32)内は断熱膨張後の温度で圧
力は冷却器(2)、低温シリンダ(10)と同圧になっ
ている。
In FIG. 9, it is assumed that the piston moves without resistance and that the rod does not occupy the volume in the cylinder. Place the piston at the left end with such a device. FIG. 9 shows a position slightly moved to the right from the left end. The working fluid in each cylinder is in the following state. The inside of the low-temperature cylinder (10) is replaced with an uncompressed working fluid at the temperature after cooling. The inside of the compression cylinder (12) has the same pressure as the inside of the heater (1), and has a temperature mixed with the temperature after the adiabatic compression and the inside of the heater.
The inside of the high-temperature cylinder (30) is at the pressure and temperature after heating. The pressure inside the expansion cylinder (32) is the same as that of the cooler (2) and the low-temperature cylinder (10) at the temperature after the adiabatic expansion.

【0025】ピストンをフリーにする。ピストンは膨張
ピストン(33)の両面の圧力差で右へ移動する。圧縮
ピストン(13)と高温ピストン(31)は同じ断面積
で同圧であり、力の作用は互いに逆方向に働くので相殺
される。しかし圧縮シリンダ(12)内の動作流体は押
されて加熱器(1)内に入り加熱され圧力は上昇してい
く。膨張シリンダ(32)内の動作流体は押されて冷却
器(2)に入り冷却圧縮され低温シリンダ(10)には
いる。両者のシリンダの容積比は温度比になっているか
ら温度の低下により体積が小さくなるが圧力に変化はな
い。低温ピストン(11)の前後は初めは同圧だから動
きはフリーである。結果ピストンは右へ動く。ピストン
が右へ動くにしたがって膨張中の動作流体の圧力は下が
り、圧縮中の動作流体の圧力は高くなる。やがて圧力は
バランスするがピストンは慣性で右端に達する。動作流
体は1シリンダの容積分移動したことになる。動作流体
を変化させずにピストンだけを左端にすると初期の状態
になる。これで1行程を終わる。
Free the piston. The piston moves to the right due to the pressure difference across the expansion piston (33). The compression piston (13) and the hot piston (31) have the same cross-sectional area and the same pressure, and the action of the forces acts in opposite directions, thus canceling each other. However, the working fluid in the compression cylinder (12) is pushed and enters the heater (1), where it is heated and the pressure increases. The working fluid in the expansion cylinder (32) is pushed, enters the cooler (2), is cooled and compressed, and enters the low temperature cylinder (10). Since the volume ratio of the two cylinders is the temperature ratio, the volume decreases as the temperature decreases, but the pressure does not change. Since the pressure is initially the same before and after the low temperature piston (11), the movement is free. As a result, the piston moves to the right. As the piston moves to the right, the pressure of the working fluid during expansion decreases and the pressure of the working fluid during compression increases. Eventually the pressure balances, but the piston reaches the right end due to inertia. The working fluid has moved by the volume of one cylinder. If only the piston is at the left end without changing the working fluid, it will be in the initial state. This concludes one process.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例にもと
ずき図面を参照して説明する。図1は図9の動作原理に
基づいて連続運転できるようにした熱機関である。各シ
リンダは独立して置き、隣接のピストンとは位相角18
0゜のクランク軸(3)とクランク(4)によって運転
される。低温シリンダ(10)と圧縮シリンダ(12)
の間に圧縮通気弁(16)を持つ圧縮通気路(20)を
設ける。同じく高温シリンダ(30)と膨張シリンダ
(32)の間に膨張通気弁(36)を持つの膨張通気路
(40)を設ける。低温シリンダ(10)には低温入口
弁(14)、圧縮シリンダ(12)には圧縮出口弁(1
8)を設ける。同じく高温シリンダ(30)には高温入
口弁(34)、膨張シリンダ(32)には膨張出口弁
(38)を設ける。各弁はピストンの上死点、又は下死
点でカム(5)により切り替える。通気弁(16、3
6)と、入口出口弁(14、18、34、38)は動作
流体の素通しを防ぐため原則として同時に開かないよう
にする。各ピストンの上死点での隙間は死空間となるの
で零に近づける。シリンダのサイズは図9の考え方と同
じである。圧縮シリンダ(12)と高温シリンダ(3
0)は行程容積が小さく、各ピストン同一ストロークで
は運転が困難な場合、シリンダの直径を大きくしストロ
ークを小さくする。またシリンダの直径を等しくしスト
ロークを変える。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings based on embodiments. FIG. 1 shows a heat engine which can be operated continuously based on the operation principle of FIG. Each cylinder is placed independently, with a phase angle of 18
Operated by 0 ° crankshaft (3) and crank (4). Cryogenic cylinder (10) and compression cylinder (12)
A compression ventilation path (20) having a compression ventilation valve (16) is provided therebetween. Similarly, an expansion ventilation passage (40) having an expansion ventilation valve (36) is provided between the high temperature cylinder (30) and the expansion cylinder (32). The low temperature cylinder (10) has a low temperature inlet valve (14), and the compression cylinder (12) has a compression outlet valve (1).
8) is provided. Similarly, the high temperature cylinder (30) is provided with a high temperature inlet valve (34), and the expansion cylinder (32) is provided with an expansion outlet valve (38). Each valve is switched by a cam (5) at the top dead center or the bottom dead center of the piston. Vent valve (16, 3
6) and the inlet / outlet valves (14, 18, 34, 38) are, in principle, not simultaneously opened to prevent the working fluid from penetrating. Since the gap at the top dead center of each piston is a dead space, it approaches zero. The size of the cylinder is the same as the concept in FIG. Compression cylinder (12) and high temperature cylinder (3
In the case of 0), when the stroke volume is small and operation is difficult with the same stroke of each piston, the diameter of the cylinder is increased and the stroke is reduced. Also, the stroke is changed by making the cylinder diameter equal.

【0027】低温ピストン(11)と高温ピストン(3
1)は下死点にあるとする。圧縮ピストン(13)と膨
張ピストン(33)は上死点にあるとする。弁は全部閉
じている。クランク軸(3)が少し右回転をする。両通
気弁(16、36)が開く。低温ピストン(11)は上
昇し、圧縮ピストン(13)は下降し動作流体は少しづ
つ断熱圧縮される。高温ピストン(31)は上昇し、膨
張ピストン(33)は下降し動作流体は最高の圧力差で
断熱膨張する。この膨張が原動力になる。低温ピストン
(11)と高温ピストン(31)が上死点となり、圧縮
ピストン(13)と膨張ピストン(33)が下死点とな
ると圧縮及び膨張が完了する。両通気弁(16、36)
は閉じる。
The low temperature piston (11) and the high temperature piston (3)
1) is at the bottom dead center. It is assumed that the compression piston (13) and the expansion piston (33) are at the top dead center. All valves are closed. The crankshaft (3) rotates slightly to the right. Both vent valves (16, 36) open. The cold piston (11) rises, the compression piston (13) descends and the working fluid is gradually adiabatically compressed. The hot piston (31) rises, the expansion piston (33) descends and the working fluid adiabatically expands with the highest pressure difference. This expansion is the driving force. When the low temperature piston (11) and the high temperature piston (31) reach the top dead center, and the compression piston (13) and the expansion piston (33) reach the bottom dead center, the compression and the expansion are completed. Double ventilation valve (16, 36)
Closes.

【0028】クランク軸(3)がさらに右回転する。低
温入口弁(14)、圧縮出口弁(18)、高温入口弁
(34)、膨張出口弁(38)が開く。膨張ピストン
(31)は上昇し、低温ピストン(11)は下降する。
動作流体は膨張シリンダ(30)から冷却器(2)を通
って低温シリンダ(10)に移動する。動作流体は冷却
圧縮され、圧力はそのままで比容積は小さくなり、密度
が高くなる。また、圧縮シリンダ(12)では圧縮出口
弁(18)が開くと圧力の高い加熱器(1)側から動作
流体は逆流する。加熱器(1)の圧力は低下し、圧縮シ
リンダ(12)内の圧力は上昇する。圧縮ピストン(1
3)は上昇し、高温ピストン(31)は下降す。動作流
体は圧縮シリンダ(12)から加熱器(1)を通って高
温シリンダ(30)に移動する。動作流体は移動中の容
積変化はなく、定容加熱され圧力、温度が上昇する。低
温ピストン(11)、高温ピストン(31)は下死点に
なり、圧縮ピストン(13)、膨張ピストン(33)は
上死点となり、弁(14、18、34、38)は閉止し
て1サイクルが完了する。さらにクランク軸(3)が右
回転しサイクルが持続する。
The crankshaft (3) further rotates clockwise. The cold inlet valve (14), compression outlet valve (18), hot inlet valve (34), and expansion outlet valve (38) open. The expansion piston (31) goes up and the cold piston (11) goes down.
The working fluid moves from the expansion cylinder (30) through the cooler (2) to the cold cylinder (10). The working fluid is cooled and compressed, the specific volume decreases and the density increases while maintaining the pressure. In the compression cylinder (12), when the compression outlet valve (18) is opened, the working fluid flows backward from the high pressure heater (1) side. The pressure in the heater (1) decreases and the pressure in the compression cylinder (12) increases. Compression piston (1
3) goes up and the hot piston (31) goes down. The working fluid moves from the compression cylinder (12) through the heater (1) to the hot cylinder (30). The working fluid does not change in volume during movement, but is heated to a constant volume and the pressure and temperature rise. The low-temperature piston (11) and the high-temperature piston (31) have a bottom dead center, the compression piston (13) and the expansion piston (33) have a top dead center, and the valves (14, 18, 34, and 38) are closed to 1 The cycle is completed. Further, the crankshaft (3) rotates clockwise, and the cycle continues.

【0029】図2は図1の機能を各ピストンの両面を使
用した熱機関である。図9の原理図では動作流体の断熱
圧縮、等容加熱、断熱膨張、冷却圧縮を同時進行で行っ
ている。図2も同じように膨張行程中は高温シリンダ
(30)への吸入、膨張シリンダ(32)からの排気を
する。圧縮行程中は低温シリンダ(10)への吸入、圧
縮シリンダ(12)からの排気をする。結果、図2の熱
機関は断熱圧縮、等容加熱、断熱膨張、冷却圧縮を同時
に連続して行うことになる。図1では圧縮シリンダ(1
2)、高温シリンダ(30)の直径は小さく、クランク
(4)の回転によるストロークの確保は難しいが、図2
ではロッドがシリンダと平行にすることで解決できる。
FIG. 2 shows a heat engine using the functions of FIG. 1 on both sides of each piston. In the principle diagram of FIG. 9, adiabatic compression, equal volume heating, adiabatic expansion, and cooling / compression of the working fluid are performed simultaneously. Similarly, in FIG. 2, during the expansion stroke, suction into the high-temperature cylinder (30) and exhaust from the expansion cylinder (32) are performed. During the compression stroke, suction into the low-temperature cylinder (10) and exhaust from the compression cylinder (12) are performed. As a result, the heat engine of FIG. 2 performs adiabatic compression, equal volume heating, adiabatic expansion, and cooling / compression simultaneously and continuously. In FIG. 1, the compression cylinder (1
2) The diameter of the high-temperature cylinder (30) is small, and it is difficult to secure a stroke by rotating the crank (4).
The problem can be solved by making the rod parallel to the cylinder.

【0030】図3は温度差が小さい場合、図2の圧縮シ
リンダ(12)を省いた図である。温度差が小さい場合
断熱圧縮によって温度上昇させると加熱温度に近くなる
かそれ以上になる。したがって加熱熱量が小さくなり、
また断熱膨張による仕事が動作流体の圧縮に使われ、出
力は小さくなり熱効率は落ちる。当発明の熱機関は熱源
の温度差によって最高熱効率になるよう膨張比、圧縮比
を算出する。温度差が小さくなると膨張比と冷却圧縮比
が同一になり断熱圧縮が不要となる。そのため圧縮行程
を省き、低温シリンダ(10)では低温ピストン(1
1)で無圧縮の動作流体を一定量冷却器(2)から加熱
器(1)に移動させる。図3で膨張ピストン(33)は
上昇中も下降中も作動流体を冷却器(2)に押し出す。
低温シリンダ(10)では同じく低温ピストン(11)
が上昇中も下降中も一方で動作流体を受け入れ、反対側
で押し出す。低温シリンダ(10)では低温出口弁(2
2、23)が開くと圧力の高い加熱器(1)側から動作
流体は逆流する。加熱器(1)の圧力は低下するが低温
ピストン(11)により作動流体が全量加熱器にはいる
と全量加熱され加熱器は元の圧力になる。なお行程容積
比は次のようになる。低温シリンダ(10)と高温シリ
ンダ(30)は同じ容積である。高温シリンダ(30)
と膨張シリンダ(32)の容積比は膨張比である。膨張
シリンダ(32)と低温シリンダ(10)の容積比は膨
張後の温度と冷却後の温度の温度比である。これは図9
の考え方と同じである。
FIG. 3 is a view in which the compression cylinder (12) of FIG. 2 is omitted when the temperature difference is small. When the temperature difference is small, when the temperature is increased by adiabatic compression, the temperature approaches or exceeds the heating temperature. Therefore, the heating calorie becomes smaller,
In addition, work by adiabatic expansion is used to compress the working fluid, so that the output is reduced and the thermal efficiency is reduced. The heat engine of the present invention calculates the expansion ratio and the compression ratio so that the maximum thermal efficiency is obtained according to the temperature difference between the heat sources. When the temperature difference becomes small, the expansion ratio and the cooling / compression ratio become the same, so that adiabatic compression becomes unnecessary. Therefore, the compression stroke is omitted, and the low-temperature piston (1) is used in the low-temperature cylinder (10).
In 1), a certain amount of the uncompressed working fluid is moved from the cooler (2) to the heater (1). In FIG. 3, the expansion piston (33) pushes the working fluid into the cooler (2) both during ascending and descending.
The low-temperature cylinder (10) also has a low-temperature piston (11)
While on the rise and fall, it receives the working fluid on one side and pushes it out on the other side. In the low-temperature cylinder (10), the low-temperature outlet valve (2
When (2, 23) is opened, the working fluid flows backward from the high pressure heater (1) side. The pressure of the heater (1) decreases, but when the working fluid enters the heater by the low temperature piston (11), the entire amount is heated and the heater returns to the original pressure. The stroke volume ratio is as follows. The cold cylinder (10) and hot cylinder (30) have the same volume. High temperature cylinder (30)
And the volume ratio of the expansion cylinder (32) is the expansion ratio. The volume ratio between the expansion cylinder (32) and the low-temperature cylinder (10) is the temperature ratio between the temperature after expansion and the temperature after cooling. This is Figure 9
It is the same idea.

【0031】当発明の熱機関は加熱器(1)、冷却器
(2)の容積はスターリングエンジンのように死空間と
はならないが、圧縮通気路(20、21)容積や、膨張
通気路(40、41)容積が死空間になりやすい。その
ためこの容積をなるべく小さくする。また通気弁(1
6、17、36、37)を通気路(20、21、40、
41)の下流側に設けることで死空間の影響を少なくす
る。死空間は特に低温度差熱機関には大きな要素とな
る。この場合回転数を下げ、動作流体の時間当たりの移
動量を少なくする。そして、シリンダ容積を大きくし、
膨張通気路(40、41)を細くして死空間を総体的に
小さくする。
In the heat engine of the present invention, the volume of the heater (1) and the volume of the cooler (2) do not become a dead space unlike the Stirling engine, but the volumes of the compression ventilation passages (20, 21) and the expansion ventilation passage ( 40, 41) The volume tends to be a dead space. Therefore, this volume is made as small as possible. Vent valve (1
6, 17, 36, 37) through the ventilation paths (20, 21, 40,
The influence of the dead space is reduced by providing the downstream side of 41). The dead space is a major factor especially for low temperature differential heat engines. In this case, the number of rotations is reduced, and the moving amount of the working fluid per time is reduced. And increase the cylinder volume,
The inflated ventilation passages (40, 41) are narrowed to make the dead space smaller overall.

【0032】図4は大小2個のシリンダにより構成した
熱機関である。大きいピストン(33)の前後を膨張シ
リンダ(32)と低温シリンダ(10)とし、小さいピ
ストン(31)の前後を高温シリンダ(30)と圧縮シ
リンダ(12)としてシリンダ数を減らした熱機関であ
る。各シリンダのサイズは図9の考え方は同じである。
高温シリンダ(30)容積と膨張シリンダ(32)容積
との比を基準として、膨張シリンダ(32)容積と低温
シリンダ(10)容積との比はロッドの太さで解決して
いる。低温シリンダ(10)容積と圧縮シリンダ(1
2)容積とは高温ピストン(31)のピストンロッドの
容積分少し圧縮になる。小さいピストン(31)の両側
にピストンロッドを設け、圧縮シリンダ(12)と高温
シリンダ(30)の行程容積を同じにすることもでき
る。
FIG. 4 shows a heat engine composed of two cylinders, large and small. A heat engine in which the number of cylinders is reduced before and after a large piston (33) as an expansion cylinder (32) and a low-temperature cylinder (10), and before and after a small piston (31) as a high-temperature cylinder (30) and a compression cylinder (12). . The size of each cylinder is the same as in FIG.
On the basis of the ratio between the volume of the high-temperature cylinder (30) and the volume of the expansion cylinder (32), the ratio of the volume of the expansion cylinder (32) to the volume of the low-temperature cylinder (10) is determined by the thickness of the rod. Cryogenic cylinder (10) volume and compression cylinder (1
2) The volume is slightly compressed by the volume of the piston rod of the hot piston (31). Piston rods may be provided on both sides of the small piston (31) so that the compression cylinder (12) and the hot cylinder (30) have the same stroke volume.

【0033】図5は図9の原理図を回転ピストンとした
熱機関である。左が圧縮機、右が原動機である。圧縮機
では圧縮機ケーシング(60)内を圧縮機ロータ(6
1)が回転する。圧縮機ロータ(61)には3個の圧縮
機ベーン(63)を設ける。ケーシングとロータの間の
空間をベーンで仕切る。この空間を動作室とする。動作
室の2つを低温動作室(64)、圧縮動作室(65)と
する。他の1つを加熱器(1)、冷却器(2)への入口
出口室とする。またこの両者の仕切室にもなる。原動機
でも圧縮機と同じ構造を持っている。動作室の2つを高
温動作室(74)、膨張動作室(75)とする。他の1
つを加熱器(1)、冷却器(2)への入口出口室とす
る。またこの両者の仕切室にもなる。軸は直結されて同
期回転する。図5は図9の原理図のピストンが左端また
は右端にある場合を示している。各動作室はベーンで仕
切られ独立している。加熱器(1)につながる動作室は
ロータが回転するためケーシングとの間にわづかな隙間
を作られるが、動作流体は入口と出口に2分されてい
る。圧力差は加熱器(1)圧力と冷却器(2)圧力の差
となる。この圧力差は大きいため常にベーンが中間にあ
るようにする。そのため入口室(63、73)、出口室
(66、76)は小さく作られる。各動作室の容積は図
9の考え方と同じである。回転ピストン熱機関は往復動
熱機関にある通気路がないので死空間は出来ないのが特
徴である。また弁がないので構造が簡単である。
FIG. 5 shows a heat engine using the principle diagram of FIG. 9 as a rotating piston. The left is the compressor and the right is the prime mover. In the compressor, a compressor rotor (6) is provided inside a compressor casing (60).
1) rotates. The compressor rotor (61) is provided with three compressor vanes (63). The space between the casing and the rotor is partitioned by vanes. This space is defined as an operation room. Two of the operation chambers are a low-temperature operation chamber (64) and a compression operation chamber (65). The other is an inlet / outlet chamber for the heater (1) and the cooler (2). It also serves as a partition for both. The prime mover has the same structure as the compressor. Two of the operation chambers are referred to as a high-temperature operation chamber (74) and an expansion operation chamber (75). Another one
One is an inlet / outlet chamber for the heater (1) and the cooler (2). It also serves as a partition for both. The shafts are directly connected and rotate synchronously. FIG. 5 shows a case where the piston in the principle diagram of FIG. 9 is at the left end or the right end. Each operation room is separated by a vane and is independent. In the working chamber connected to the heater (1), a small gap is formed between the working chamber and the casing because the rotor rotates, but the working fluid is divided into an inlet and an outlet. The pressure difference is the difference between the heater (1) pressure and the cooler (2) pressure. Since this pressure difference is large, always keep the vane in the middle. Therefore, the entrance chambers (63, 73) and the exit chambers (66, 76) are made small. The capacity of each operation chamber is the same as the concept in FIG. A feature of the rotary piston heat engine is that there is no ventilation path in the reciprocating heat engine, so that a dead space cannot be formed. The structure is simple because there is no valve.

【0034】図6はベーン(62、72)を4個として
入口室、出口室を大きくしベーン(62、72)の動き
を緩やかにした熱機関である。図6は図9の原理図のピ
ストンが左端にある場合を示している。出口室(66、
76)ではベーン(62、72)がこの位置から中間位
置に回転するまで動作流体を圧縮しないようにケーシン
グ(60、70)に点線のようにバイパスを設け動作流
体は自由に流動させる。したがって動作流体の通路とな
りベーンがないのと同じになる。さらに右回転するとベ
ーンは入口室(63、73)にはいる。入口室(63、
73)では同じようにケーシング(60、70)に中間
位置までバイパスを設け動作流体が自由に流動できるよ
うにする。各動作室の容積は図9の考え方と同じであ
る。
FIG. 6 shows a heat engine in which the number of the vanes (62, 72) is four, the entrance chamber and the exit chamber are enlarged, and the movement of the vanes (62, 72) is moderated. FIG. 6 shows a case where the piston in the principle diagram of FIG. 9 is at the left end. Exit room (66,
In 76), the casing (60, 70) is provided with a bypass as indicated by a dotted line so that the working fluid flows freely so that the working fluid is not compressed until the vanes (62, 72) rotate from this position to the intermediate position. Therefore, it is the same as the passage of the working fluid without vanes. Further rotation to the right causes the vanes to enter the inlet chambers (63, 73). Entrance room (63,
At 73), a bypass is similarly provided in the casing (60, 70) to an intermediate position so that the working fluid can flow freely. The capacity of each operation chamber is the same as the concept in FIG.

【0035】図7は1個のケーシング(50)とロータ
(51)で圧縮、膨張を行う熱機関である。ケーシング
(50)内をロータ(51)が回転する。図7は矢印の
ように右回転するようにしてある。ロータには6個のベ
ーン(52)を設ける。加熱器(1)につながる動作室
は、圧縮出口室(66)と高温入口室(73)に2分さ
れている。両者の圧力差は加熱器(1)の圧力降下分と
なる。図7のベーン(52)の位置から仕切までの間は
ケーシングにバイパスを設け動作流体は自由に流動させ
る。冷却器(2)につながる動作室も同じである。しか
し、圧縮比膨張比が大きくなると低温入口室(63)、
膨張出口室(76)でのベーン(52)の動きが大きく
なり、これを円滑にするため、ベーン(52)を数個増
やしケーシング(50)の曲線を緩やかにする。冷却器
(2)につながる動作室の左上側は低温動作室(64)
となる。さらに右側は圧縮動作室(65)となる。右端
は加熱器(1)につながる通路である。右下は高温動作
室(74)、左下は膨張動作室(75)となる。各動作
室の容積は図9の考え方と同じである。
FIG. 7 shows a heat engine which compresses and expands with one casing (50) and a rotor (51). The rotor (51) rotates in the casing (50). FIG. 7 is rotated rightward as indicated by the arrow. The rotor is provided with six vanes (52). The operating chamber leading to the heater (1) is divided into a compression outlet chamber (66) and a hot inlet chamber (73). The pressure difference between the two corresponds to the pressure drop of the heater (1). Between the position of the vane (52) in FIG. 7 and the partition, a bypass is provided in the casing to allow the working fluid to flow freely. The same applies to the working chamber leading to the cooler (2). However, when the compression ratio and expansion ratio increase, the low temperature inlet chamber (63),
The movement of the vane (52) in the expansion outlet chamber (76) becomes large, and in order to make this smooth, the number of the vanes (52) is increased by several and the curve of the casing (50) is made gentle. The upper left side of the operation chamber connected to the cooler (2) is a low-temperature operation chamber (64).
Becomes Further on the right side is a compression operation chamber (65). The right end is a passage leading to the heater (1). The lower right is the high temperature operation chamber (74), and the lower left is the expansion operation chamber (75). The capacity of each operation chamber is the same as the concept in FIG.

【0036】図8は図7の圧縮行程を省いた回転ピスト
ン熱機関である。動作は図3と同じである。ロータ(5
1)には5個のベーン(52)が取り付けら5個の動作
室がある。2個は熱交換器との動作流体の出入口室に、
2個は膨張行程に使用するのは図7の考え方と同じであ
る。1個は動作流体を低温部から高温部に移動させるの
みである。各動作室の容積は次のようになる。低温動作
室(64)と高温動作室(74)の容積は同じとする。
高温動作室(74)と膨張動作室(75)の容積比は膨
張比とする。膨張動作室(75)と低温動作室(64)
の容積比は温度比とする。動作室の容積を大きくすると
ベーンの(52)動きが大きくなる。この場合もベーン
(52)の動きを緩やかにするためベーン(52)を数
個増やしケーシング(50)の曲線を緩やかにする。
FIG. 8 shows a rotary piston heat engine in which the compression stroke of FIG. 7 is omitted. The operation is the same as in FIG. Rotor (5
1) has five operating chambers fitted with five vanes (52). Two are in the inlet and outlet chamber of the working fluid with the heat exchanger,
The use of two in the expansion stroke is the same as the concept of FIG. One only moves the working fluid from the low temperature section to the high temperature section. The volume of each operation chamber is as follows. The volumes of the low temperature operation chamber (64) and the high temperature operation chamber (74) are the same.
The volume ratio between the high-temperature operation chamber (74) and the expansion operation chamber (75) is the expansion ratio. Expansion operation chamber (75) and low temperature operation chamber (64)
Is a temperature ratio. Increasing the volume of the working chamber increases the movement of the vane (52). In this case, too, the number of vanes (52) is increased to make the movement of the vane (52) gentle, and the curve of the casing (50) is made gentle.

【0037】図8の圧縮行程を省いた熱機関では再生器
(7)を設ける。図3の熱機関も再生器(7)を設ける
ことが出来るが省略してある。図1、図4の熱機関も低
温シリンダ(10)と圧縮シリンダ(12)の容積を同
じにすれば、低温度差熱機関として再生器(7)を設け
ることが出来るが省略してある。断熱膨張を終えた動作
流体はある温度を持っている。また加熱器(1)にはい
る動作流体は冷却器(2)出口温度のままである。この
両者を熱交換し膨張後の温度で加熱前の動作流体を暖め
る。その分加熱器(1)、冷却器(2)共に負担が減り
熱効率が上昇する。
A regenerator (7) is provided in the heat engine in FIG. The heat engine of FIG. 3 can also be provided with a regenerator (7), but is omitted. 1 and 4, the regenerator (7) can be provided as a low temperature differential heat engine if the low temperature cylinder (10) and the compression cylinder (12) have the same volume, but they are omitted. The working fluid that has undergone adiabatic expansion has a certain temperature. The working fluid entering the heater (1) remains at the outlet temperature of the cooler (2). The two exchange heat to warm the working fluid before heating at the temperature after expansion. Accordingly, the burden on both the heater (1) and the cooler (2) is reduced, and the heat efficiency is increased.

【0038】図12は高温度差熱機関の廃熱を低温度差
熱機関の熱源にして利用し、総合熱効率を上げる方法で
ある。高温度差熱機関の断熱膨張後の温度は充分に高く
低温度差熱機関の熱源として利用できる。図12で右の
熱機関の高温度差熱機関より排出された断熱膨張後の動
作流体は熱交換器(8)を通って冷却器(2)に入り低
温動作室に入って行く。一方左の低温度差熱機関より出
た動作流体は再生器(7)を通って熱交換器(8)に入
り、加熱されて低温度差熱機関の高温動作室にはいる。
熱効率は熱交換器(8)で熱回収された分上昇する。ま
た再生器(7)の設置により低温度差熱機関の冷却器
(2)の負担が軽くなる。
FIG. 12 shows a method of using the waste heat of the high temperature differential heat engine as a heat source of the low temperature differential heat engine to increase the overall thermal efficiency. The temperature after the adiabatic expansion of the high temperature differential heat engine is sufficiently high and can be used as a heat source for the low temperature differential heat engine. The working fluid after the adiabatic expansion discharged from the high temperature differential heat engine of the right heat engine in FIG. 12 passes through the heat exchanger (8), enters the cooler (2), and enters the low temperature operation chamber. On the other hand, the working fluid discharged from the left low-temperature differential heat engine passes through the regenerator (7), enters the heat exchanger (8), is heated, and enters the high-temperature operating chamber of the low-temperature differential heat engine.
The thermal efficiency increases by the amount of heat recovered in the heat exchanger (8). Further, the load on the cooler (2) of the low temperature differential heat engine is reduced by installing the regenerator (7).

【0039】図13のように再生器(7)を無くした場
合は熱交換機(8)で100%熱交換できると高温度差
熱機関の冷却器(2)の負担が軽くなるが低温度差熱機
関の熱効率しか熱回収できず総合熱効率は図12の方法
と同じとなる。しかし熱源がある限り低温度差熱機関を
数個使えば総合熱効率は上昇する。
As shown in FIG. 13, when the regenerator (7) is eliminated, if the heat exchanger (8) can perform 100% heat exchange, the load on the cooler (2) of the high temperature difference heat engine is reduced, but the low temperature difference is reduced. Only the heat efficiency of the heat engine can be recovered, and the total heat efficiency is the same as the method of FIG. However, as long as there is a heat source, using several low temperature differential heat engines will increase the overall thermal efficiency.

【0040】当発明の熱機関は負荷変動に対して内圧を
変化させる。当発明の熱機関は外燃機関であり動作流体
は密閉されている。高温側の動作流体は高圧になり、低
温側では低圧となる。密閉された動作流体の質量は一定
である。膨張比、圧縮比は変わらない。また温度比も一
定である。したがって負荷変動に対しては負荷に応じて
熱機関内の動作流体の質量を変える。質量を変えると一
定温度では熱交換する熱量が変わる。一定容積内の動作
流体の質量を変えると圧力が変わる。結局負荷に応じて
熱機関内の圧力を変える。圧力は膨張後の圧力か、又は
圧縮前の圧力を検出する。
The heat engine of the present invention changes the internal pressure in response to a load change. The heat engine of the present invention is an external combustion engine, and the working fluid is sealed. The working fluid on the high temperature side has a high pressure, and has a low pressure on the low temperature side. The mass of the sealed working fluid is constant. The expansion ratio and compression ratio do not change. Also, the temperature ratio is constant. Therefore, the mass of the working fluid in the heat engine is changed according to the load with respect to the load fluctuation. Changing the mass changes the amount of heat exchanged at a constant temperature. Changing the mass of the working fluid in a given volume changes the pressure. After all, the pressure in the heat engine is changed according to the load. As the pressure, the pressure after expansion or the pressure before compression is detected.

【0041】図14は制御系の系統図である。熱機関内
の動作流体を貯蔵する圧力タンク(85)を設ける。負
荷が増えると昇圧用調整弁(86)を開き冷却器(2)
入口に動作流体を注入する。動作流体は直ちに冷却器
(2)、低温シリンダ(10)、圧縮シリンダ(12)
を通って熱機関の内圧を上昇させる。逆に負荷が下がる
と降圧用調整弁(87)を開き加熱前の動作流体を圧力
タンク(85)に回収する。熱機関の内圧は低下する。
このように負荷に応じて熱機関の内圧を増減させるが、
同時に外燃機関として燃料も温度一定になるよう燃料調
整弁(81)で増減させる。しかし過度的変化による温
度変化やその他の外乱による温度変化に対しても燃料調
整弁(81)で調整する。温度一定の熱機関で冷却器
(2)側の圧力が2倍に変化すると加熱器(1)側の圧
力も2倍変化する。冷却器(2)側圧力が1atmから
2atmに変化した場合、加熱器(1)側の圧力を初期
圧4.66atmとすると9.32atmとなる。出力
もそれに応じて変化する。このように出力は熱機関の内
圧を制御し、使用温度に於ける許容圧力まで出力を高め
ることができる。
FIG. 14 is a system diagram of a control system. A pressure tank (85) for storing a working fluid in the heat engine is provided. When the load increases, the pressure regulating valve (86) opens and the cooler (2) opens
The working fluid is injected into the inlet. Working fluid immediately cooler (2), low temperature cylinder (10), compression cylinder (12)
To increase the internal pressure of the heat engine. Conversely, when the load decreases, the pressure-lowering regulating valve (87) is opened, and the working fluid before heating is collected in the pressure tank (85). The internal pressure of the heat engine decreases.
Thus, the internal pressure of the heat engine is increased or decreased according to the load,
At the same time, the fuel as an external combustion engine is increased or decreased by the fuel adjusting valve (81) so that the temperature is kept constant. However, the fuel control valve (81) adjusts the temperature change due to the transient change and the temperature change due to other disturbances. When the pressure on the side of the cooler (2) changes twice in a constant-temperature heat engine, the pressure on the side of the heater (1) also changes twice. When the pressure on the side of the cooler (2) changes from 1 atm to 2 atm, the pressure on the side of the heater (1) becomes 9.32 atm when the initial pressure is 4.66 atm. The output changes accordingly. In this way, the output can control the internal pressure of the heat engine and increase the output to an allowable pressure at the operating temperature.

【0042】[0042]

【発明の効果】図10は当発明の熱機関による理論pV
線図の1例である。図10のグラフに於ける動作流体の
状態を表す数字は次の通りである。圧縮前の低温シリン
ダ=1、圧縮後の圧縮シリンダ=2、膨張前の高温シリ
ンダ=3、膨張後の膨張シリンダ=4とする。圧縮前の
低温シリンダの動作流体の状態を基準とする。この数字
は次の計算式の添え字としても使用される。一例として
動作流体を空気とする。
FIG. 10 shows the theoretical pV by the heat engine of the present invention.
It is an example of a diagram. The numbers representing the state of the working fluid in the graph of FIG. 10 are as follows. It is assumed that the low temperature cylinder before compression = 1, the compression cylinder after compression = 2, the high temperature cylinder before expansion = 3, and the expansion cylinder after expansion = 4. Based on the state of the working fluid in the low-temperature cylinder before compression. This number is also used as a subscript in the following formula. As an example, the working fluid is air.

【0043】仮に各行程に次のような数字を入れてみ
る。 常圧常温の基準値 圧力 P1=1atm=101.33kPa 温度 T1=300 ゜K=27℃ 比熱比 κ=1.4 比容積 v1=RT1/P1=0.85kL/kg 圧縮比 ε2=3 加熱後の温度T3=600 ゜K 膨張比 ε4=3.6
Suppose that the following numbers are inserted in each step. Standard value of normal pressure and normal temperature Pressure P1 = 1atm = 101.33 kPa Temperature T1 = 300 ゜ K = 27 ° C. Specific heat ratio κ = 1.4 Specific volume v1 = RT1 / P1 = 0.85 kL / kg Compression ratio ε2 = 3 After heating Temperature T3 = 600 ゜ K Expansion ratio ε4 = 3.6

【0044】圧縮比ε2=3で断熱圧縮すると圧力は数
10のようにP2=4.66atm、同じく温度は数1
1のようにT2=466 ゜Kとなる。また比容積は数1
2のようにv2=0.283kL/kgとなる。
When adiabatic compression is performed at a compression ratio of ε2 = 3, the pressure becomes P2 = 4.66 atm as shown in Expression 10, and the temperature becomes Expression 1
As in the case of 1, T2 = 466 ゜ K. The specific volume is
As in 2, v2 = 0.283 kL / kg.

【0045】[0045]

【数10】 (Equation 10)

【0046】[0046]

【数11】 [Equation 11]

【0047】[0047]

【数12】 (Equation 12)

【0048】断熱圧縮後圧縮出口弁(18)が開くと圧
縮シリンダ(12)内に動作流体が流入する。加熱器
(1)の圧力は低下し、圧縮シリンダ(12)内の圧力
は上昇する。その値は加熱器(1)と圧縮シリンダ(1
2)の容積比による。加熱後の温度T3=600 ゜Kと
すると加熱後の圧力は数13のようにP3=6atmと
なる。
When the compression outlet valve (18) opens after the adiabatic compression, the working fluid flows into the compression cylinder (12). The pressure in the heater (1) decreases and the pressure in the compression cylinder (12) increases. The value is determined by the heater (1) and the compression cylinder (1).
It depends on the volume ratio of 2). Assuming that the temperature after heating T3 = 600 ° K., the pressure after heating becomes P3 = 6 atm as shown in Expression 13.

【0049】[0049]

【数13】 (Equation 13)

【0050】膨張比ε4=3.6で断熱膨張すると圧力
は数14のようにP4=1atm、同じく温度は数15
のようにT4=359 ゜Kとなる。比容積はv2=v3
であるから数16のようにv4=1.02kLとなる。
When adiabatic expansion is performed with an expansion ratio ε4 = 3.6, the pressure becomes P4 = 1 atm as shown in Expression 14, and the temperature becomes Expression 15
Thus, T4 = 359 ゜ K. Specific volume is v2 = v3
Therefore, v4 = 1.02 kL as shown in Expression 16.

【0051】[0051]

【数14】 [Equation 14]

【0052】[0052]

【数15】 (Equation 15)

【0053】[0053]

【数16】 (Equation 16)

【0054】膨張後の動作流体を冷却する。当発明の熱
機関の冷却器は容積一定であり、膨張シリンダ容積と低
温シリンダ容積とは温度比にしてある。動作流体の圧力
はそのままでP5=P4=1atm=P1である。圧力
が1atmであるから膨張シリンダ出口から圧縮シリン
ダ入口までの間の配管のどの部分に穴をあけて大気と通
じても空気の出入りはない。したがってこの間は開放系
となり仕事は零である。温度はT5=300 ゜K=T1
とする。比容積は数17のようにv6=0.85kL/
kg=v1となる。冷却により比容積が縮小し、内部エ
ネルギが小さくなり、熱効率は温度のみに依存する。熱
効率は数18のように56%である。
The working fluid after expansion is cooled. The cooler of the heat engine of the present invention has a constant volume, and the expansion cylinder volume and the low temperature cylinder volume are in a temperature ratio. P5 = P4 = 1atm = P1 without changing the pressure of the working fluid. Since the pressure is 1 atm, air does not flow in and out of any part of the pipe between the expansion cylinder outlet and the compression cylinder inlet to communicate with the atmosphere. Therefore, during this time the system is open and the work is zero. Temperature is T5 = 300300K = T1
And The specific volume is v6 = 0.85 kL /
kg = v1. Cooling reduces specific volume, reduces internal energy, and thermal efficiency depends only on temperature. The thermal efficiency is 56% as shown in Expression 18.

【0055】[0055]

【数17】 [Equation 17]

【0056】[0056]

【数18】 (Equation 18)

【0057】カルノサイクルの熱効率は圧縮比=膨張比
の断熱変化の高温側温度と低温側温度に依存する。当発
明の熱機関は圧縮比<膨張比でありカルノサイクルとは
比較できない。仮に圧縮比ε2=3=膨張比とすると熱
効率は数19のようにηL=35.6%となる。また膨
張比に合わせてε4=3.6=圧縮比とすると、熱効率
は数20のようにηH=40.1%となる。また高温側
温度を600 ゜K、低温側温度を300 ゜Kとしてカル
ノサイクルの熱効率を計算すると数21のようにεK=
5.66となりηK=50%となる。
The thermal efficiency of the Carno cycle depends on the high temperature and low temperature of the adiabatic change of the compression ratio = expansion ratio. The heat engine of the present invention has a compression ratio <expansion ratio and cannot be compared with a Carno cycle. Assuming that the compression ratio ε2 = 3 = expansion ratio, the thermal efficiency becomes ηL = 35.6% as shown in Expression 19. If ε4 = 3.6 = compression ratio in accordance with the expansion ratio, the thermal efficiency becomes ηH = 40.1% as shown in Expression 20. When the high-side temperature is set to 600 ° K and the low-side temperature is set to 300 ° K, the thermal efficiency of the Carno cycle is calculated.
5.66, and ηK = 50%.

【0058】[0058]

【数19】 [Equation 19]

【0059】[0059]

【数20】 (Equation 20)

【0060】[0060]

【数21】 (Equation 21)

【0061】当発明のエンジンはカルノサイクルより圧
縮比、膨張比共に小さいが熱効率はよくなる。オットー
サイクルは圧縮比=膨張比であるからカルノサイクルの
計算による熱効率になる。数21の熱効率より数18の
熱効率が高いのは圧縮エネルギが少ないからである。
The engine of the present invention has both a compression ratio and an expansion ratio smaller than those of the Carno cycle, but has improved thermal efficiency. Since the Otto cycle is the compression ratio = expansion ratio, it becomes the thermal efficiency calculated by the Carno cycle. The thermal efficiency of Expression 18 is higher than the thermal efficiency of Expression 21 because the compression energy is small.

【0062】図11は低温度差熱機関のpV線図の一例
である。海洋温度差発電では低温度差運転となり断熱圧
縮行程を省く。図11のグラフに於ける動作流体の状態
を表す数字は次の通りである。移送前の低温シリンダ=
1、膨張前の高温シリンダ=2、膨張後の膨張シリンダ
=3とする。移送前の低温シリンダの動作流体の状態を
基準とする。この数字は次の計算式の添え字としても使
用される。一例として動作流体を空気とする。膨張比は
計算上導く。
FIG. 11 is an example of a pV diagram of the low temperature differential heat engine. In the OTEC, low temperature differential operation is performed, eliminating the adiabatic compression stroke. The numbers representing the state of the working fluid in the graph of FIG. 11 are as follows. Low temperature cylinder before transfer =
1, high temperature cylinder before expansion = 2, expansion cylinder after expansion = 3. Based on the state of the working fluid in the low-temperature cylinder before transfer. This number is also used as a subscript in the following formula. As an example, the working fluid is air. The expansion ratio is calculated.

【0063】この運転の各行程を見てみる。仮に各行程
に次のような数字を入れてみる。 常圧常温の基準値 圧力 P1=1atm=101.33kPa 低温温度T1=10℃(283゜K) 高温温度T2=30℃(303゜K) 比熱比 κ=1.4 比容積 v1=RT1/P1=0.802kL/kg 膨張比 ε4=1.05 加熱後の温度T2=303 ゜Kとすると、圧力は数22
のようにP2=1.07atmとなる。比容積は変わら
ずv1=v2。
Let's look at each step of this operation. Suppose you put the following numbers in each step. Standard value of normal pressure and normal temperature Pressure P1 = 1atm = 101.33kPa Low temperature T1 = 10 ° C (283 ° K) High temperature T2 = 30 ° C (303 ° K) Specific heat ratio κ = 1.4 Specific volume v1 = RT1 / P1 = 0.802 kL / kg Expansion ratio ε4 = 1.05 Temperature after heating T2 = 303 Assuming K, the pressure is
P2 = 1.07 atm. The specific volume remains unchanged v1 = v2.

【0064】[0064]

【数22】 (Equation 22)

【0065】断熱膨張比をε4=1.05とすると圧力
は数23のようにP3=1atm。同じく温度は数24
のようにT3=297 ゜Kとなる。比容積は式25のよ
うにv3=0.842kL/kgとなる。
Assuming that the adiabatic expansion ratio is ε4 = 1.05, the pressure is P3 = 1 atm as shown in Expression 23. The temperature is also the number 24
T3 = 297 ° K. The specific volume becomes v3 = 0.842 kL / kg as in Equation 25.

【0066】[0066]

【数23】 (Equation 23)

【0067】[0067]

【数24】 (Equation 24)

【0068】[0068]

【数25】 (Equation 25)

【0069】冷却すると圧力P4=P3=1atm=p
1。温度T4=283 ゜K=T1となる。比容積は温度
比であるから数26のようにv4=0.802kL/kg=
v1となり基準値に戻る。
When cooled, the pressure P4 = P3 = 1atm = p
One. Temperature T4 = 28328K = T1. Since the specific volume is a temperature ratio, v4 = 0.802 kL / kg =
It becomes v1 and returns to the reference value.

【0070】[0070]

【数26】 (Equation 26)

【0071】以上で圧縮行程が無くてもサイクル運転が
出来る。熱効率は数27のように30%である。
As described above, the cycle operation can be performed without the compression stroke. The thermal efficiency is 30% as shown in Equation 27.

【0072】[0072]

【数27】 [Equation 27]

【0073】カルノサイクルの熱効率は温度のみに依存
する。したがって熱効率は数28のように6.6%とな
る。
The thermal efficiency of the Carno cycle depends only on temperature. Therefore, the thermal efficiency is 6.6% as shown in Expression 28.

【0074】[0074]

【数28】 [Equation 28]

【0075】断熱圧縮行程がないと加熱器入口温度は冷
却後の温度T1=283 ゜Kである。この温度は断熱膨
張後の温度T3=297 ゜Kより低い。この両者を再生
器(7)で熱交換する。動作流体質量は両者同一である
から熱交換効率は両者の温度変化のみに表れる。熱交換
効率を100%とすると、膨張後の温度T3=297゜
Kは冷却されてT4=283 ゜Kになる。冷却後の温度
T1=283 ゜Kは加熱されてT1'=297 ゜Kとな
る。熱効率は数29のように理論上100%となる。
Without the adiabatic compression stroke, the heater inlet temperature is the cooled temperature T1 = 283 ° K. This temperature is lower than the temperature after adiabatic expansion T3 = 297 ° K. The two are heat-exchanged by the regenerator (7). Since the working fluid mass is the same, the heat exchange efficiency appears only in the temperature change of both. Assuming that the heat exchange efficiency is 100%, the expanded temperature T3 = 297 ° K is cooled to T4 = 283 ° K. The temperature after cooling T1 = 283 ° K is heated to T1 ′ = 297 ° K. The thermal efficiency is theoretically 100% as shown in Expression 29.

【0076】[0076]

【数29】 (Equation 29)

【0077】熱効率が理論上100%になることはこの
低温度差熱機関の特徴である。特に海洋温度差発電にこ
の熱機関を用いると表層水の温度低下は上記の条件では
6℃以下であり、低温の深層水の使用水量は最低限にな
る。この低温度差熱機関は熱源を循環しして使用する用
途に適している。熱効率100%は熱機関として受け取
った熱量を100%変換できるのであり、加熱側の熱効
率を含めた数値ではない。
The fact that the thermal efficiency becomes 100% in theory is a characteristic of this low temperature differential heat engine. In particular, when this heat engine is used for ocean thermal energy conversion, the temperature drop of surface water is 6 ° C. or less under the above conditions, and the amount of low-temperature deep water used is minimized. This low temperature differential heat engine is suitable for use in which a heat source is circulated and used. The thermal efficiency of 100% can convert 100% of the amount of heat received as a heat engine, and is not a numerical value including the thermal efficiency on the heating side.

【0078】図12のように熱機関を2個連結し、圧縮
機構を持つ高温度差熱機関の断熱膨張後の排気温度を熱
源とし、低温度差熱機関を運転した場合を計算してみ
る。高温度差熱機関の数値、及び計算値を数10から数
18までの数値を当てはめる。低温度差熱機関の熱源は
数15で計算された排気温度359 ゜Kとなる。低温側
温度を300 ゜Kとして数22から数27までの計算を
して見ると次のようになる。 T1=300゜K T2=359゜K T3=341゜K T4=300゜K=T1 η=30.5%
As shown in FIG. 12, two heat engines are connected, and a low temperature differential heat engine is operated by using the exhaust temperature after adiabatic expansion of a high temperature differential heat engine having a compression mechanism as a heat source. . The numerical values of the high-temperature differential heat engine and the calculated values are applied to the numerical values from Expression 10 to Expression 18. The heat source of the low temperature differential heat engine has an exhaust gas temperature of 359 K calculated by the equation (15). Assuming that the low-temperature side is 300 ° K and the calculations from Equations 22 to 27 are performed, the following is obtained. T1 = 300 ゜ K T2 = 359 ゜ K T3 = 341 ゜ K T4 = 300 ゜ K = T1 η = 30.5%

【0079】図12では熱交換機(8)により低温度差
熱機関側で受け取った熱量は、高温度差熱機関の排気熱
量の30.5%である。この熱量が全部出力になると総
合熱効率は理論上数30のように69.4%となる。
In FIG. 12, the amount of heat received by the heat exchanger (8) on the low temperature differential heat engine side is 30.5% of the exhaust heat amount of the high temperature differential heat engine. When all of this heat is output, the total thermal efficiency becomes 69.4% theoretically as shown in Expression 30.

【0080】[0080]

【数30】 [Equation 30]

【0081】図13では図12より再生器(7)を省い
ている。したがって熱交換機(8)では100%熱交換
できることになる。しかし低温度差熱機関では冷却器へ
の放熱があり熱効率は30.5%になる。結局総合熱効
率は数30と同じ式となり69.4%となる。
In FIG. 13, the regenerator (7) is omitted from FIG. Therefore, the heat exchanger (8) can perform 100% heat exchange. However, in the low temperature differential heat engine, heat is radiated to the cooler, and the thermal efficiency becomes 30.5%. Eventually, the total thermal efficiency is the same as Equation 30, which is 69.4%.

【0082】図3または図8の熱機関は温度が少し変わ
っても熱効率にあまり影響しない。排気熱量の全てが再
生器(7)によって供給熱量に理論上変われば、この熱
機関は理論上熱効率100%の熱機関になる。実機では
機械損、漏れ、風損、放熱、熱交換器の変換効率等があ
って熱効率は100%にならない。しかし故意に捨てて
いた冷却熱量、排気熱量等が無くなる。
In the heat engine shown in FIG. 3 or FIG. 8, even a small change in the temperature does not significantly affect the thermal efficiency. If all of the exhaust heat is theoretically changed to the heat supplied by the regenerator (7), this heat engine becomes a heat engine with a theoretical heat efficiency of 100%. In an actual machine, there is mechanical loss, leakage, windage loss, heat radiation, conversion efficiency of a heat exchanger, etc., and the thermal efficiency does not reach 100%. However, the amount of heat of cooling, the amount of heat of exhaust, and the like, which are intentionally discarded, disappear.

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

【図1】シリンダとピストンによる熱機関の原理図を示
す。
FIG. 1 shows a principle diagram of a heat engine using a cylinder and a piston.

【図2】図1の熱機関でピストンの両面を使用する熱機
関の原理図である。
FIG. 2 is a principle view of a heat engine using both sides of a piston in the heat engine of FIG. 1;

【図3】低温度差熱機関で図2の原理図から圧縮シリン
ダを省いた原理図である。
FIG. 3 is a principle diagram of a low temperature differential heat engine in which a compression cylinder is omitted from the principle diagram of FIG. 2;

【図4】シリンダを2気筒にした熱機関である。FIG. 4 is a heat engine having two cylinders.

【図5】直動ピストンを回転ピストンにして弁機構を無
くした熱機関である。圧縮機とタービンを別々に置き、
ベーンを3枚にした熱機関の断面原理図である。
FIG. 5 is a heat engine in which a direct acting piston is a rotating piston and a valve mechanism is eliminated. Put the compressor and turbine separately,
FIG. 4 is a sectional principle view of a heat engine having three vanes.

【図6】図5の熱機関のベーンを4枚にした熱機関の断
面原理図である。
6 is a sectional principle view of the heat engine of FIG. 5 with four vanes.

【図7】1個のケース及び回転ピストンで圧縮及び膨張
を行わせるため、ロータに6枚のベーンを設置した熱機
関の断面原理図である。
FIG. 7 is a sectional principle view of a heat engine in which six vanes are installed on a rotor in order to perform compression and expansion with one case and a rotating piston.

【図8】低温度差熱機関で図7の熱機関から圧縮動作室
を省き、ロータに5枚のベーンを設置した熱機関の断面
原理図である。
8 is a sectional principle view of a low temperature differential heat engine in which a compression operation chamber is omitted from the heat engine of FIG. 7 and five vanes are installed in a rotor.

【図9】当発明の基本原理図を示す。FIG. 9 shows a basic principle diagram of the present invention.

【図10】当発明による熱機関のpV線図の1例であ
る。
FIG. 10 is an example of a pV diagram of the heat engine according to the present invention.

【図11】当発明による低温度差熱機関のpV線図の1
例である。
FIG. 11 is a pV diagram 1 of the low temperature differential heat engine according to the present invention.
It is an example.

【図12】当発明による高温度差、低温度差熱機関を組
み合わせた熱機関システムである。
FIG. 12 is a heat engine system combining a high temperature difference and low temperature difference heat engine according to the present invention.

【図13】当発明による高温度差、低温度差熱機関を組
み合わせた熱機関システムである。
FIG. 13 is a heat engine system combining a high temperature difference and low temperature difference heat engine according to the present invention.

【図14】当発明による熱機関の出力制御の系統線図で
ある。
FIG. 14 is a system diagram of output control of a heat engine according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 加熱器 2 冷却器 3 クランク軸 4 クランク 5 カム 6 カムシャフト 7 再生器 8 熱交換器 10 低温シリンダ 11 低温ピストン 12 圧縮シリンダ 13 圧縮ピストン 14 低温入口弁 15 低温入口弁2 16 圧縮通気弁 17 圧縮通気弁2 18 圧縮出口弁 19 圧縮出口弁2 20 圧縮通気路 21 圧縮通気路2 30 高温シリンダ 31 高温ピストン 32 膨張シリンダ 33 膨張ピストン 34 高温入口弁 35 高温入口弁2 36 膨張通気弁 37 膨張通気弁2 38 膨張出口弁 39 膨張出口弁2 40 膨張通気路 41 膨張通気路2 50 ケーシング 51 ロータ 52 ベーン 53 軸 60 圧縮機ケーシング 61 圧縮機ロータ 62 圧縮機ベーン 63 低温入口室 64 低温動作室 65 圧縮動作室 66 圧縮出口室 70 膨張機ケーシング 71 膨張機ロータ 72 膨張機ベーン 73 高温入口室 74 高温動作室 75 膨張動作室 76 膨張出口室 80 温度検出器 81 燃料調整弁 82 温度調節器 83 速度検出器 84 圧力検出器 85 圧力タンク 86 昇圧用調整弁 87 降圧用調整弁 88 圧力調節器 Reference Signs List 1 heater 2 cooler 3 crankshaft 4 crank 5 cam 6 camshaft 7 regenerator 8 heat exchanger 10 low-temperature cylinder 11 low-temperature piston 12 compression cylinder 13 compression piston 14 low-temperature inlet valve 15 low-temperature inlet valve 2 16 compression ventilation valve 17 compression Vent valve 2 18 Compression outlet valve 19 Compression outlet valve 2 20 Compression vent 21 Compression vent 2 30 High temperature cylinder 31 High temperature piston 32 Expansion cylinder 33 Expansion piston 34 High temperature inlet valve 35 High temperature inlet valve 2 36 Expansion vent valve 37 Expansion vent valve 2 38 Expansion outlet valve 39 Expansion outlet valve 2 40 Expansion air passage 41 Expansion air passage 2 50 Casing 51 Rotor 52 Vane 53 Shaft 60 Compressor casing 61 Compressor rotor 62 Compressor van 63 Low temperature inlet chamber 64 Low temperature operation chamber 65 Compressive operation Room 66 Compression outlet room 70 Expander case Ring 71 expander rotor 72 expander vane 73 high temperature inlet chamber 74 high temperature operating chamber 75 expansion operating chamber 76 expansion outlet chamber 80 temperature detector 81 fuel regulating valve 82 temperature controller 83 speed detector 84 pressure detector 85 pressure tank 86 pressurization Adjusting valve 87 Pressure reducing adjusting valve 88 Pressure regulator

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 低温シリンダ(10)、圧縮シリンダ
(12)、高温シリンダ(30)、膨張シリンダ(3
2)の4個のシリンダを設ける。隣接のピストンの位相
差を180°で運転する。動作流体の流れる圧縮シリン
ダ(12)と高温シリンダ(30)との間に加熱器
(1)を設ける。同じく膨張シリンダ(32)と低温シ
リンダ(10)の間に冷却器(2)を設ける。各シリン
ダの行程容積比は次のようにする。低温シリンダ(1
0)と圧縮シリンダ(12)の容積比を圧縮比とし、ピ
ストン(11、13)の移動により動作流体を断熱圧縮
し、低温シリンダ(10)から圧縮シリンダ(12)に
移動させる。圧縮シリンダ(12)と高温シリンダ(3
0)とは同じ容積とし、ピストン(13、31)の移動
により動作流体を等容加熱し、圧縮シリンダ(12)か
ら高温シリンダ(30)に移動させる。高温シリンダ
(30)と膨張シリンダ(32)の容積比を膨張比と
し、ピストン(31、33)の移動により動作流体を断
熱膨張させ、高温シリンダ(30)から膨張シリンダ
(32)に移動させる。膨張シリンダ(32)と低温シ
リンダ(10)の容積比を冷却器(2)前後の温度比と
し、ピストン(33、11)の移動により動作流体を冷
却圧縮し、膨張シリンダ(32)から低温シリンダ(1
0)に移動させる。ピストン(11、13、31、3
3)が上死点、又は下死点で弁(14〜18、34〜3
8)を開閉し、動作流体の通路を切り替えサイクル運転
をする熱機関。
1. A low-temperature cylinder (10), a compression cylinder (12), a high-temperature cylinder (30), an expansion cylinder (3).
2) Four cylinders are provided. The adjacent piston is operated at a phase difference of 180 °. A heater (1) is provided between the compression cylinder (12) through which the working fluid flows and the high-temperature cylinder (30). Similarly, a cooler (2) is provided between the expansion cylinder (32) and the low-temperature cylinder (10). The stroke volume ratio of each cylinder is as follows. Cryogenic cylinder (1
The working fluid is adiabatically compressed by the movement of the pistons (11, 13), and is moved from the low-temperature cylinder (10) to the compression cylinder (12). Compression cylinder (12) and high temperature cylinder (3
The working fluid is heated to an equal volume by moving the pistons (13, 31) and moved from the compression cylinder (12) to the high-temperature cylinder (30). The volume ratio between the high-temperature cylinder (30) and the expansion cylinder (32) is defined as an expansion ratio. The working fluid is adiabatically expanded by the movement of the pistons (31, 33), and is moved from the high-temperature cylinder (30) to the expansion cylinder (32). The volume ratio between the expansion cylinder (32) and the low-temperature cylinder (10) is defined as the temperature ratio before and after the cooler (2), and the working fluid is cooled and compressed by the movement of the pistons (33, 11). (1
Move to 0). Pistons (11, 13, 31, 3
3) is a valve (14-18, 34-3) at the top dead center or the bottom dead center.
8) A heat engine that opens and closes and switches the working fluid passage to perform cycle operation.
【請求項2】 ピストン(11、13、31、33)の
前後に請求項1の機能を持たせ、動作流体を低温シリン
ダ(10)では圧縮行程中、反対側で吸入行程を行い、
圧縮シリンダ(12)では圧縮行程中、反対側で加熱器
(1)への放出を行う。一方高温シリンダ(30)では
膨張行程中、反対側で吸入行程を行い、膨張シリンダ
(32)では膨張行程中、反対側で冷却器(2)側への
排気行程を行う。このようにピストン(11、13、3
1、33)前後のシリンダ(10、12、30、32)
室にて交互の機能を行う熱機関。
The function of claim 1 is provided before and after the piston (11, 13, 31, 33), and the working fluid is subjected to a suction stroke on the opposite side during a compression stroke in the low-temperature cylinder (10),
The compression cylinder (12) discharges to the heater (1) on the opposite side during the compression stroke. On the other hand, in the high temperature cylinder (30), the suction stroke is performed on the opposite side during the expansion stroke, and in the expansion cylinder (32), the exhaust stroke to the cooler (2) is performed on the opposite side during the expansion stroke. Thus, the pistons (11, 13, 3)
1, 33) Front and rear cylinders (10, 12, 30, 32)
A heat engine that performs alternating functions in a room.
【請求項3】 低温度差の2つの熱源にて運転する請求
項2の熱機関で、圧縮シリンダを省略した熱機関。
3. A heat engine according to claim 2, wherein said heat engine operates with two heat sources having a low temperature difference, wherein said compression cylinder is omitted.
【請求項4】 大小2個のシリンダとピストンの前後を
使用して4個のシリンダ室を作る。この4個のシリンダ
室を請求項1の熱機関の機能を持たせる。大のシリンダ
のピストン(33)の前を膨張シリンダ(32)、後を
低温シリンダ(10)とする。小のシリンダのピストン
(31)の前を高温シリンダ(30)、後を圧縮シリン
ダ(12)とする。膨張シリンダ(32)と低温シリン
ダの行程容積の比をピストンロッドの太さで作りシリン
ダとピストンの数を減らした熱機関。
4. Four cylinder chambers are formed by using two large and small cylinders and a front and rear of a piston. The four cylinder chambers have the function of the heat engine of the first aspect. The expansion cylinder (32) is provided before the piston (33) of the large cylinder, and the low-temperature cylinder (10) is provided after the expansion cylinder. The high temperature cylinder (30) is located before the small cylinder piston (31), and the compression cylinder (12) is located behind the small cylinder piston (31). A heat engine that reduces the number of cylinders and pistons by making the ratio of the stroke volume of the expansion cylinder (32) and the low-temperature cylinder by the thickness of the piston rod.
【請求項5】 請求項1の熱機関を回転ピストンとした
熱機関で、ケーシング(50)とロータ(51)に設け
られた3個のベーン(52)によって仕切られた、3個
の動作室をを持つ熱機関を2個作り、軸(53)を直結
して回転させる。1個を圧縮機とし、他の1個を原動機
とする。動作流体の圧縮機の出口と原動機の入口の間に
加熱器(1)を設ける。原動機の出口と圧縮機の入口の
間に冷却器(2)を設ける。圧縮機の動作室の1個を外
部熱交換器への出入口室とする。他の2個の動作室を請
求項1のシリンダ容積比を持つ低温動作室(64)、及
び圧縮動作室(65)とする。同じく原動機の動作室の
1個を外部熱交換器への出入口室とする。他の2個の動
作室を請求項1のシリンダ容積比を持つ高温動作室(7
4)、及び膨張動作室(75)とした回転熱機関。
5. A heat engine using the heat engine of claim 1 as a rotary piston, wherein three operating chambers are partitioned by three vanes (52) provided on a casing (50) and a rotor (51). Are made, and the shaft (53) is directly connected and rotated. One is a compressor and the other is a prime mover. A heater (1) is provided between the working fluid compressor outlet and the prime mover inlet. A cooler (2) is provided between the motor outlet and the compressor inlet. One of the working chambers of the compressor is an entrance / exit chamber to the external heat exchanger. The other two operation chambers are a low-temperature operation chamber (64) having a cylinder volume ratio of claim 1 and a compression operation chamber (65). Similarly, one of the operation chambers of the prime mover is an entrance / exit room for the external heat exchanger. A high-temperature operating chamber (7) having a cylinder volume ratio according to claim 1 and two other operating chambers.
4) and a rotary heat engine having an expansion operation chamber (75).
【請求項6】 加熱器(1)と冷却器(2)への出入り
に1個づつの動作室を与え、ベーン(52)を4個とし
た請求項5の機能を持つ回転熱機関。
6. A rotary heat engine having the function of claim 5, wherein one working chamber is provided for each of the heater (1) and the cooler (2), and four vanes (52) are provided.
【請求項7】 ケーシング(50)とロータ(51)に
設けられた6個以上のベーン(52)によって動作室を
作る。動作室の4つを請求項1のシリンダ容積比と同じ
ように低温動作室(64)、圧縮動作室(65)、高温
動作室(74)、膨張動作室(75)とし、他を加熱器
(1)、冷却器(2)との連絡室とした回転熱機関。
7. An operating chamber is formed by six or more vanes (52) provided on a casing (50) and a rotor (51). The four operation chambers are a low-temperature operation chamber (64), a compression operation chamber (65), a high-temperature operation chamber (74), and an expansion operation chamber (75) in the same manner as the cylinder volume ratio of claim 1, and the other are heaters. (1) A rotary heat engine serving as a communication chamber with the cooler (2).
【請求項8】 低温度差の2つの熱源にて運転する請求
項7の熱機関で、ベーン(52)を1個を少なくして圧
縮動作室を省略した熱機関。
8. The heat engine according to claim 7, wherein the heat engine is operated by two heat sources having a low temperature difference, wherein the number of vanes is reduced by one and the compression operation chamber is omitted.
【請求項9】 請求項3、請求項4または請求項8の熱
機関で、膨張後の動作流体と加熱前の動作流体を再生器
(7)で熱交換し冷却負荷及び加熱負荷を軽減させた熱
機関。
9. The heat engine according to claim 3, wherein the working fluid after expansion and the working fluid before heating are heat-exchanged by a regenerator (7) to reduce a cooling load and a heating load. Heat engine.
【請求項10】 請求項1、請求項2、請求項4、請求
項5、請求項6または請求項7の熱機関より排出する動
作流体を熱源とし、請求項3、請求項4または請求項8
の熱機関を運転する熱機関。
10. The working fluid discharged from the heat engine according to claim 1, 2, 4, 5, 6, or 7 is used as a heat source. 8
Heat engine to drive the heat engine of the country.
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