JP2001173515A - Stirling expander - Google Patents

Stirling expander

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JP2001173515A
JP2001173515A JP35967199A JP35967199A JP2001173515A JP 2001173515 A JP2001173515 A JP 2001173515A JP 35967199 A JP35967199 A JP 35967199A JP 35967199 A JP35967199 A JP 35967199A JP 2001173515 A JP2001173515 A JP 2001173515A
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JP
Japan
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low
temperature chamber
pressure stage
pressure
volume
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Application number
JP35967199A
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Japanese (ja)
Inventor
Sumio Yagyu
寿美夫 柳生
Naoji Isshiki
尚次 一色
Seita Isshiki
誠太 一色
Hiroshi Kojima
博 小島
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Kubota Corp
Maeta Concrete Industry Ltd
Kashiyama Industries Ltd
Original Assignee
Kubota Corp
Maeta Concrete Industry Ltd
Kashiyama Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively improve the efficiency of a Sterling expander. SOLUTION: High low pressure stage stirling mechanisms 11 and 11', operating with a phase difference of a half period, are provided. When the high pressure stage Sterling mechanism 11 is positioned in the vicinity of a point of time of transfer from a volume decrease process to a volume increase process, pressure gas S is injected in the low temperature chamber C of the high pressure stage stirling mechanism 11 and an internal pressure gas S" is discharged from the low temperature chamber C' of the low pressure stage Sterling mechanism 11'. When the high pressure stage Sterling mechanism 11 is positioned in the vicinity of a point of time of transfer from a volume increase process to a volume decrease process, a part of internal pressure gas S' is discharged from the low temperature chamber C of the high pressure stage stirling mechanism 11, and the discharged pressure gas S' is injected in the low temperature chamber C' of the low pressure stage Sterling mechanism 11'. So constituted pressure gas feeding and discharging means 21 and 16 are provided.

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、種々の用途の動力
源として用いるスターリングエキスパンダに関し、詳し
くは、作動ガスを熱再生器を通じて低温室から加熱器を
備える高温室へ移動させる高温化工程と、熱再生器を通
じて連通する低温室と高温室との全室容積を増加させる
容積増加工程と、作動ガスを熱再生器を通じて高温室か
ら低温室へ移動させる低温化工程と、低温室と高温室と
の全室容積を減少させる容積減少工程とを、その順に繰
り返すスターリング機構において、容積減少工程から容
積増加工程への移行時点付近で低温室へ作動ガスとする
圧力ガスを注入し、かつ、容積増加工程から容積減少工
程への移行時点付近で低温室から作動ガスとしての内部
圧力ガスの一部(先の注入量に対し質量的に相当する
量)を排出する手段を設けたスターリングエキスパンダ
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Stirling expander used as a power source for various applications, and more particularly, to a high temperature step of moving a working gas from a low temperature chamber to a high temperature chamber having a heater through a heat regenerator. A volume increasing step of increasing the total volume of the low temperature chamber and the high temperature chamber communicating with each other through the heat regenerator, a low temperature step of moving the working gas from the high temperature chamber to the low temperature chamber through the heat regenerator, and a low temperature chamber and a high temperature chamber. In a Stirling mechanism that repeats the volume reduction step of reducing the volume of the entire chamber in the order described above, a pressure gas as a working gas is injected into the low-temperature chamber near the transition point from the volume reduction step to the volume increase step, and Means for discharging a part of the internal pressure gas as working gas (an amount corresponding to the previous injection amount in terms of mass) from the low temperature chamber near the point of transition from the increasing process to the volume decreasing process. On sterling expander provided.

【0002】[0002]

【従来の技術】このようなスターリングエキスパンダ
は、スターリングサイクルを行なうスターリングエンジ
ンや、ランキンサイクルを行なう蒸気機関に比べ、p−
V線図上でスターリングサイクルの上半部を上部に有
し、かつ、ランキンサイクルの下半部を下部に有する複
合サイクルの実施により高い比出力を得られるものとし
て、また、高圧ヘリウムガスなどの封入ガスを作動ガス
とするスターリングエンジンに比べ、特殊な作動ガスの
高圧封入が不要で装置構造も簡略にし得るものとして提
案されているが、従来、この種のスターリングエキスパ
ンダでは、容積減少工程から容積増加工程への移行時点
付近で低温室へ注入した圧力ガス(例えば蒸気)を高温
化工程から容積増加工程において熱再生器及び加熱器に
よる熱付与により膨張させることで動力を発生させ、そ
して、膨張させた内部圧力ガスは、低温化工程において
熱再生器で熱回収した後、容積減少工程への移行に伴い
低温室から大気中ないし復水器へ排出していた(例え
ば、特開平11−107856号公報参照)。
2. Description of the Related Art Such a Stirling expander has a higher p-type than a Stirling engine that performs a Stirling cycle and a steam engine that performs a Rankine cycle.
Assuming that a high specific output can be obtained by performing a combined cycle having the upper half of the Stirling cycle at the top and the lower half of the Rankine cycle at the bottom on the V diagram, Compared to a Stirling engine that uses a sealed gas as the working gas, it has been proposed that special high pressure sealing of the working gas is not required and the device structure can be simplified. A power is generated by expanding the pressure gas (for example, steam) injected into the low-temperature chamber near the transition point to the volume increasing step by applying heat by the heat regenerator and the heater in the volume increasing step from the high temperature step, and The expanded internal pressure gas is recovered by a heat regenerator in the low-temperature process, And it was discharged to the condenser (e.g., see Japanese Patent Laid-Open No. 11-107856).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のスター
リングエキスパンダでは、注入する圧力ガスの消費量を
低く抑えながら高い出力を得られるようにして、全体効
率の一層の向上を図る上で、未だ改善の余地があった。
However, in the conventional Stirling expander, a high output can be obtained while suppressing the consumption of the pressure gas to be injected, so that the overall efficiency is still improved. There was room for improvement.

【0004】この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、
スターリングエキスパンダにおいて合理的な装置構成を
採ることにより効率面での効果的な改善を図る点にあ
る。
[0004] In view of this situation, the main problems of the present invention are:
It is an object of the present invention to improve efficiency in terms of efficiency by adopting a rational device configuration in the Stirling expander.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】〔1〕請求項1に係る発
明では、作動ガスを熱再生器を通じて低温室から加熱器
を備える高温室へ移動させる高温化工程と、前記熱再生
器を通じて連通する前記低温室と前記高温室との全室容
積を増加させる容積増加工程と、作動ガスを前記熱再生
器を通じて前記高温室から前記低温室へ移動させる低温
化工程と、前記低温室と前記高温室との全室容積を減少
させる容積減少工程とを、その順に繰り返すスターリン
グ機構を高圧段用と低圧段用との2組設け、これら高圧
段スターリング機構と低圧段スターリング機構を互いに
半周期の位相差をもって動作させる構成にし、高圧段ス
ターリング機構が容積減少工程から容積増加工程への移
行時点付近にあるとき、高圧段スターリング機構の前記
低温室へ作動ガスとする圧力ガスを注入し、かつ、高圧
段スターリング機構が容積増加工程から容積減少工程へ
の移行時点付近にあるとき、高圧段スターリング機構の
前記低温室から作動ガスとしての内部圧力ガスの一部を
排出するとともに、この排出圧力ガスを、そのとき容積
減少工程から容積増加工程への移行時点付近にある低圧
段スターリング機構の前記低温室へ作動ガスとして注入
し、さらに、低温段スターリング機構が容積増加工程か
ら容積減少工程への移行時点付近にあるとき、低圧段ス
ターリング機構の前記低温室から作動ガスとしての内部
圧力ガスの一部を排出する圧力ガス給排手段を設ける。
[1] In the invention according to the first aspect, a high temperature step of moving a working gas from a low temperature chamber to a high temperature chamber including a heater through a heat regenerator, and communicating with the heat regenerator. A volume increasing step of increasing the total volume of the low temperature chamber and the high temperature chamber; a low temperature step of moving a working gas from the high temperature chamber to the low temperature chamber through the heat regenerator; Two sets of Stirling mechanisms, one for the high-pressure stage and the other for the low-pressure stage, are provided to repeat the volume reduction step of reducing the total volume of the chambers in that order. When the high-pressure stage Stirling mechanism is in the vicinity of the transition from the volume decreasing step to the volume increasing step, the working gas is supplied to the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism. When the high pressure stage Stirling mechanism is near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step, a part of the internal pressure gas as the working gas from the low temperature chamber of the high pressure stage Stirling mechanism is injected. At the same time, the discharged pressure gas is injected as working gas into the low-temperature chamber of the low-pressure stage Stirling mechanism near the transition point from the volume reduction process to the volume increase process, and the low-temperature stage Stirling mechanism further increases the volume. A pressure gas supply / discharge means is provided for discharging a part of the internal pressure gas as the working gas from the low temperature chamber of the low pressure stage Stirling mechanism when near the transition point from the process to the volume reduction process.

【0006】つまり、この構成では、高圧段スターリン
グ機構が容積減少工程から容積増加工程への移行時点付
近にあるとき、高圧段スターリング機構の低温室へ作動
ガスとする圧力ガス(例えば蒸気)を注入し、これに続
き、高圧段スターリング機構が容積増加工程から容積減
少工程への移行時点付近にあるとき、高圧段スターリン
グ機構の低温室から作動ガスとしての内部圧力ガスの一
部を排出することにより、高圧段スターリング機構にお
いて、従来のスターリングエキスパンダと同様に、スタ
ーリングサイクルの上半部を上部に有し、かつ、ランキ
ンサイクルの下半部を下部に有する複合サイクルを実行
させて、効率的に動力を発生させる。
In other words, in this configuration, when the high-pressure stage Stirling mechanism is near the transition point from the volume decreasing step to the volume increasing step, a pressure gas (eg, steam) as a working gas is injected into the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism. Then, when the high-pressure stage Stirling mechanism is near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step, by discharging a part of the internal pressure gas as the working gas from the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism. In the high-pressure stage Stirling mechanism, as in the conventional Stirling expander, the combined cycle having the upper half of the Stirling cycle at the upper part and the lower half of the Rankine cycle at the lower part is efficiently executed. Generate power.

【0007】また、低圧段のスターリング機構について
は、高圧段スターリング機構が容積増加工程から容積減
少工程への移行時点付近にあるとき、半周期の位相差で
容積減少工程から容積増加工程への移行時点付近にある
低圧段スターリング機構の低温室へ、高圧段スターリン
グ機構の低温室から排出される内部圧力ガス(すなわ
ち、高圧段スターリング機構で加熱膨張した後の圧力ガ
ス)を作動ガスとして注入し、これに続き、低圧段スタ
ーリング機構が容積増加工程から容積減少工程への移行
時点付近にあるとき、低圧段スターリング機構の低温室
から作動ガスとしての内部圧力ガスの一部を排出するこ
とにより、高圧段スターリング機構からの排出圧力ガス
を低圧段スターリング機構において再び加熱膨張させる
形態で、高圧段スターリング機構での上記複合サイクル
の実施に併行して、低圧段スターリング機構において
も、スターリングサイクルの上半部を上部に有し、か
つ、ランキンサイクルの下半部を下部に有する複合サイ
クルを高圧段スターリング機構よりも低い圧力レベルで
実行させて、効率的に動力を発生させる。
In the low pressure stage Stirling mechanism, when the high pressure stage Stirling mechanism is near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step, the transition from the volume decreasing step to the volume increasing step is caused by a half cycle phase difference. The internal pressure gas discharged from the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism (ie, the pressure gas after being heated and expanded by the high-pressure stage Stirling mechanism) is injected into the low-temperature chamber of the low-pressure stage Stirling mechanism near the time point as a working gas, Subsequently, when the low pressure stage Stirling mechanism is near the transition point from the volume increasing process to the volume decreasing process, a part of the internal pressure gas as the working gas is discharged from the low temperature chamber of the low pressure stage Stirling mechanism to increase the high pressure. The high-pressure stirrer is formed by heating and expanding the exhaust gas discharged from the stirling mechanism again in the low-pressure Stirling mechanism. In parallel with the execution of the above-described combined cycle in the ring mechanism, the combined cycle having the upper half of the Stirling cycle at the top and the lower half of the Rankine cycle at the bottom is also used in the low-pressure stage Stirling mechanism. It runs at a lower pressure level than the Stirling mechanism to efficiently generate power.

【0008】すなわち、このように高圧段スターリング
機構から排出される圧力ガスを低圧段スターリング機構
において再び加熱膨張させる形態で、高圧段スターリン
グ機構及び低圧段スターリング機構の夫々においてスタ
ーリングサイクルとランキンサイクルとの複合サイクル
を実行させることにより、従来のスターリングエキスパ
ンダの如く注入圧力ガスを1段のスターリング機構で加
熱膨張させただけで大気中や復水器に排出するに比べ、
また、1段のスターリング機構で加熱膨張させただけの
圧力ガスを他のピストンシリンダで単に膨張仕事させる
(すなわち、単なるランキンサイクルを実行させる)だ
けに比べ、注入する圧力ガスの有効利用度を高めた状態
で全体として一層高い出力を得ることができ、換言すれ
ば、注入圧力ガスの消費量を低く抑えながら高い出力を
得られようにして、全体効率を効果的に高めることがで
きる。
In other words, the pressure gas discharged from the high pressure stage Stirling mechanism is heated and expanded again in the low pressure stage Stirling mechanism, and the Stirling cycle and the Rankine cycle in each of the high pressure stage Stirling mechanism and the low pressure stage Stirling mechanism. By executing the combined cycle, compared with the conventional Stirling expander, the injected pressure gas is discharged to the atmosphere or to the condenser simply by heating and expanding with a single-stage Stirling mechanism.
In addition, the pressure gas just heated and expanded by the one-stage Stirling mechanism increases the effective utilization of the pressure gas to be injected, as compared with simply performing expansion work with another piston cylinder (that is, simply executing a Rankine cycle). In this state, a higher output can be obtained as a whole, in other words, a higher output can be obtained while suppressing the consumption of the injection pressure gas, and the overall efficiency can be effectively increased.

【0009】そして、1段のスターリング機構では、注
入する圧力ガスの圧力が0.3MPa(ゲージ圧で約2
気圧)程度までは比較的効率良く動作するが、それより
も高圧の圧力ガスを注入する場合、そのスターリング機
構から排出される内部圧力ガスも高圧になって全体効率
が低下する傾向が生じることから、上記構成によれば、
このように高い圧力ガスを注入圧力ガスとして用いる場
合に特に有効なスターリングエキスパンダとすることが
できる。
In the one-stage Stirling mechanism, the pressure of the pressure gas to be injected is 0.3 MPa (about 2 gauge pressure).
It operates relatively efficiently up to about (atmospheric pressure), but when a higher pressure gas is injected, the internal pressure gas discharged from the Stirling mechanism also becomes higher in pressure and the overall efficiency tends to decrease. According to the above configuration,
A Stirling expander which is particularly effective when such a high pressure gas is used as the injection pressure gas can be obtained.

【0010】なお、請求項1に係る発明を実施するにあ
たっては、単に2組のスターリング機構を設けて、その
一方を高圧段スターリング機構とし、かつ、他方を低圧
段スターリング機構とする実施形態に限らず、3組以上
のスターリング機構を設けて、第1及び第2のスターリ
ング機構については、第1スターリング機構を高圧段ス
ターリング機構にするとともに第2スターリング機構を
低圧段スターリング機構にし、さらに第2及び第3のス
ターリング機構については、第2スターリング機構を高
圧段スターリング機構にするとともに第3スターリング
機構を低圧段スターリング機構にするといった形態で、
3組以上のスターリング機構において注入圧力ガスを順
次に使用する実施形態を採ってもよい。
In carrying out the invention according to claim 1, the present invention is limited to an embodiment in which only two sets of Stirling mechanisms are provided, one of which is a high-pressure stage Stirling mechanism and the other is a low-pressure stage Stirling mechanism. Instead, three or more sets of Stirling mechanisms are provided. Regarding the first and second Stirling mechanisms, the first Stirling mechanism is a high-pressure Stirling mechanism and the second Stirling mechanism is a low-pressure Stirling mechanism. As for the third Stirling mechanism, the second Stirling mechanism is a high pressure stage Stirling mechanism and the third Stirling mechanism is a low pressure stage Stirling mechanism.
An embodiment may be adopted in which three or more sets of Stirling mechanisms sequentially use the injection pressure gas.

【0011】〔2〕請求項2に係る発明では、請求項1
に係る発明の実施において、前記圧力ガス給排手段を、
低圧段スターリング機構の前記低温室から排出される圧
力ガスの一部を高圧段スターリング機構の前記低温室に
対する圧力ガス注入に伴いインゼクタにより吸入して、
注入圧力ガスとともに高圧段スターリング機構の前記低
温室へ再注入する構成にする。
[2] According to the invention according to claim 2, claim 1
In the implementation of the invention according to, the pressure gas supply and discharge means,
A part of the pressure gas discharged from the low-temperature chamber of the low-pressure stage Stirling mechanism is sucked by the injector along with the pressure gas injection into the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism,
The high pressure stage Stirling mechanism is re-injected into the low temperature chamber together with the injection pressure gas.

【0012】つまり、この構成によれば、前記の如く高
圧段スターリング機構から排出される圧力ガスを低圧段
スターリング機構において再び加熱膨張させる形態で、
高圧段スターリング機構及び低圧段スターリング機構の
夫々で複合サイクルを併行実施させることにおいて、低
圧段スターリング機構の低温室から排出される圧力ガス
(すなわち、高圧段スターリング機構で加熱膨張させ、
続いて、低圧段スターリング機構で再度加熱膨張させた
圧力ガス)の一部を、高圧段スターリング機構の低温室
に対する新規の注入圧力ガスとともに、高圧段スターリ
ング機構の低温室へ再注入して、その残存エネルギをさ
らに利用する形態を採ることから、注入圧力ガスの有効
利用度をより一層高めて、その分、注入圧力ガスの消費
量をさらに低減することができる。
That is, according to this configuration, the pressure gas discharged from the high pressure stage Stirling mechanism is heated and expanded again in the low pressure stage Stirling mechanism as described above.
In performing the combined cycle in parallel with each of the high-pressure stage Stirling mechanism and the low-pressure stage Stirling mechanism, the pressure gas discharged from the low-temperature chamber of the low-pressure stage Stirling mechanism (that is, heat expansion by the high-pressure stage Stirling mechanism,
Subsequently, a part of the pressure gas reheated and expanded by the low-pressure stage Stirling mechanism) is re-injected into the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism together with a new injection pressure gas for the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism. Since the remaining energy is further utilized, the effective utilization of the injection pressure gas can be further increased, and the consumption of the injection pressure gas can be further reduced accordingly.

【0013】なお、請求項2に係る発明は、上記の如く
低圧段スターリング機構の低温室から排出される圧力ガ
スの一部を、新規の注入圧力ガスとともに高圧段スター
リング機構の低温室に再注入することで、注入圧力ガス
の消費量を低減させることから、高圧段スターリング機
構の低温室に対し新規に注入する圧力ガスの圧力が充分
に高い(例えば0.5MPa以上)場合に特に有効なも
のとなる。
According to a second aspect of the present invention, a part of the pressure gas discharged from the low-temperature chamber of the low-pressure stage Stirling mechanism is re-injected into the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism together with a new injection pressure gas. By doing so, the consumption of the injection pressure gas is reduced, so that it is particularly effective when the pressure of the pressure gas newly injected into the low-temperature chamber of the high-pressure Stirling mechanism is sufficiently high (for example, 0.5 MPa or more). Becomes

【0014】〔3〕請求項3に係る発明では、請求項1
又は2に係る発明の実施において、1つの弁ケースに内
装した弁体を高圧段及び低圧段スターリング機構との同
期状態で動作させて、高圧段スターリング機構が容積減
少工程から容積増加工程への移行時点付近にあるとき高
圧段スターリング機構の前記低温室へ圧力ガス導入路を
連通させ、かつ、低圧段スターリング機構が容積増加工
程から容積減少工程への移行時点付近にあるとき低圧段
スターリング機構の前記低温室に対し圧力ガス排出路を
連通させる周期作動弁を、前記圧力ガス給排手段に装備
し、この周期作動弁を、高圧段スターリング機構が容積
増加工程から容積減少工程への移行時点付近にあると
き、前記弁体又は前記弁ケースに形成してある内部連通
路を通じて高圧段スターリング機構の前記低温室と低圧
段スターリング機構の前記低温室とを連通させる構成に
する。
[3] According to the third aspect of the present invention, the first aspect
Or, in the implementation of the invention according to 2, the valve body housed in one valve case is operated in synchronization with the high-pressure stage and low-pressure stage Stirling mechanism, and the high-pressure stage Stirling mechanism shifts from the volume reduction step to the volume increase step. The pressure gas introduction path is communicated to the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism when near the time point, and the low-pressure stage Stirling mechanism when the low-pressure stage Stirling mechanism is near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step. A periodic operation valve for communicating a pressure gas discharge path to the low temperature chamber is provided in the pressure gas supply / discharge means, and the high pressure stage Stirling mechanism is provided near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step by the high pressure stage Stirling mechanism. At one time, the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism and the low-pressure stage Stirling mechanism through an internal communication passage formed in the valve body or the valve case. To configure for communicating with the cold room.

【0015】つまり、この構成によれば、高圧段スター
リング機構が容積増加工程から容積減少工程への移行時
点付近にあるとき、上記の周期作動弁における弁体又は
弁ケースに形成してある内部連通路を通じて両スターリ
ング機構の低温室どうしを連通させることで、高圧段ス
ターリング機構の低温室から排出される内部圧力ガスを
作動ガスとして低圧段スターリング機構の低温室へ流入
させるから、両低温室を連通させるための外部管路を別
に設けて、この外部管路により両スターリング機構の低
温室どうしを連通させることで、高圧段スターリング機
構の低温室から排出される内部圧力ガスを低圧段スター
リング機構の低温室に流入させる構造を採るに比べ、外
部管路の装備を不要にして装置構造を簡略化するととも
にコンパクト化することができる。
In other words, according to this configuration, when the high-pressure stage Stirling mechanism is near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step, the internal connection formed in the valve element or the valve case of the above-mentioned cyclically operated valve. By communicating the low-temperature chambers of both Stirling mechanisms through the passage, the internal pressure gas discharged from the low-temperature chamber of the high-pressure Stirling mechanism flows into the low-pressure chamber of the low-pressure Stirling mechanism as working gas. By separately providing an external conduit for allowing the low-temperature chambers of both Stirling mechanisms to communicate with each other by this external conduit, the internal pressure gas discharged from the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism can be cooled by the low-pressure stage Stirling mechanism. Compared to adopting a structure that flows into the room, external equipment is not required, simplifying the device structure and making it more compact. It is possible.

【0016】〔4〕請求項4に係る発明では、作動ガス
を熱再生器を通じて低温室から加熱器を備える高温室へ
移動させる高温化工程と、前記熱再生器を通じて連通す
る前記低温室と前記高温室との全室容積を増加させる容
積増加工程と、作動ガスを前記熱再生器を通じて前記高
温室から前記低温室へ移動させる低温化工程と、前記低
温室と前記高温室との全室容積を減少させる容積減少工
程とを、その順に繰り返すスターリング機構を設け、こ
のスターリング機構が容積減少工程から容積増加工程へ
の移行時点付近にあるとき前記低温室へ作動ガスとする
圧力ガスを注入し、かつ、容積増加工程から容積減少工
程への移行時点付近にあるとき前記低温室から作動ガス
としての内部圧力ガスの一部を排出する圧力ガス給排手
段を設け、前記スターリング機構が容積減少工程から容
積増加工程への移行時点付近にあるとき前記高温室へ、
その高温室内で加熱蒸発させる液体を噴出供給する液注
入手段を設ける。
[4] In the invention according to claim 4, a high temperature step of moving a working gas from a low temperature chamber to a high temperature chamber including a heater through a heat regenerator, and the low temperature chamber communicating with the low temperature chamber through the heat regenerator. A volume increasing step of increasing the total volume of the high-temperature chamber, a low-temperature step of moving working gas from the high-temperature chamber to the low-temperature chamber through the heat regenerator, and a total volume of the low-temperature chamber and the high-temperature chamber A volume reduction step of reducing the volume, a Stirling mechanism is provided to repeat in that order, and when this Stirling mechanism is near the transition point from the volume reduction step to the volume increase step, a pressure gas as a working gas is injected into the low-temperature chamber, And a pressure gas supply / discharge means for discharging a part of the internal pressure gas as the working gas from the low temperature chamber when near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step. To the hot chamber when-ring mechanism is in the vicinity of transition point to volume increase steps from volume reduction step,
Liquid injection means is provided for ejecting and supplying a liquid to be heated and evaporated in the high-temperature chamber.

【0017】つまり、この構成では、基本的には従来の
スターリングエキスパンダと同様、スターリング機構が
容積減少工程から容積増加工程への移行時点付近にある
とき低温室へ作動ガスとする圧力ガス(例えば蒸気)を
注入し、かつ、スターリング機構が容積増加工程から容
積減少工程への移行時点付近にあるとき低温室から作動
ガスとしての内部圧力ガスの一部を排出することで、こ
のスターリング機構に、スターリングサイクルの上半部
を上部に有し、かつ、ランキンサイクルの下半部を下部
に有する複合サイクルを実行させて、効率的に動力を発
生させる。
That is, in this configuration, similarly to the conventional Stirling expander, when the Stirling mechanism is near the transition point from the volume decreasing step to the volume increasing step, the pressurized gas (eg, Steam) and discharging a part of the internal pressure gas as the working gas from the low-temperature chamber when the Stirling mechanism is near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step. A combined cycle having the upper half of the Stirling cycle at the top and the lower half of the Rankine cycle at the bottom is executed to efficiently generate power.

【0018】そして、この複合サイクルの実施におい
て、スターリング機構が容積減少工程から容積増加工程
への移行時点付近にあるとき、上記の液注入手段により
液体を高温室へ噴出供給して、その供給液体を高温室内
で加熱蒸発させることにより、注入圧力ガスの加熱によ
る圧力上昇だけに比べ、スターリング機構の内部におけ
る作動ガス圧力を効果的に増大させる。
In this combined cycle, when the Stirling mechanism is near the point of transition from the volume decreasing step to the volume increasing step, the liquid injection means jets and supplies the liquid to the high temperature chamber, and supplies the liquid. Is heated and evaporated in a high-temperature chamber, whereby the working gas pressure inside the Stirling mechanism is effectively increased as compared with only the pressure increase due to the heating of the injection pressure gas.

【0019】すなわち、このように注入圧力ガスの加熱
と高温室へ噴出供給した液体の加熱蒸発とで内部の作動
ガス圧力を効果的に高めることにより、従来のスターリ
ングエキスパンダの如く圧力ガスを注入するだけに比
べ、同等の出力を得るのに要する注入圧力ガスの消費量
を効果的に低減でき、換言すれば、注入圧力ガスの消費
量を低く抑えながら高い出力を得ることができて、全体
効率を効果的に高めることができる。
That is, the pressure gas is injected as in the conventional Stirling expander by effectively increasing the internal working gas pressure by heating the injection pressure gas and heating and evaporating the liquid jetted and supplied to the high temperature chamber. As compared to the case of simply performing the same operation, the consumption of the injection pressure gas required to obtain the same output can be effectively reduced, in other words, a high output can be obtained while suppressing the consumption of the injection pressure gas. Efficiency can be effectively increased.

【0020】なお、前記した請求項1ないし3に係る発
明の実施にあたり、高圧段スターリング機構及び低圧段
スターリング機構のいずれか一方、又は、両方に上記の
液注入手段を付加装備して、請求項4に係る発明を併せ
実施する装置構成を採れば、注入圧力ガスの消費量を低
く抑えながら高い出力を得られるようにするという所期
の目的を一層効果的に達成できる。
In carrying out the invention according to claims 1 to 3, one or both of the high-pressure stage Stirling mechanism and the low-pressure stage Stirling mechanism are additionally equipped with the liquid injection means. By adopting an apparatus configuration that implements the invention according to the fourth aspect, the intended purpose of obtaining a high output while suppressing the consumption of the injection pressure gas can be more effectively achieved.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】図1は2組の同構造の平行2シリ
ンダ式ガンマ型スターリング機構11,11′を高圧段
用及び低圧段用として装備したスターリングエキスパン
ダを示し、各スターリング機構11,11′において、
1,1′はパワーピストン4,4′を内装したパワーシ
リンダ、2,2′はディスプレーサピストン6,6′を
内装した底部閉塞型のディスプレーサシリンダ、3,
3′は加熱器であり、パワーシリンダ1,1′のピスト
ン先端側室とディスプレーサシリンダ2,2′のピスト
ン先端側室とは、一連の高温室H,H′として加熱器
3,3′を通じ連通させてあり、この高温室H,H′に
おいて加熱器3,3′は、その内部通路を通過する作動
ガスG,G′を付帯のバーナ10,10′により加熱す
る。
FIG. 1 shows a Stirling expander equipped with two sets of parallel two-cylinder gamma-type Stirling mechanisms 11, 11 'of the same structure for a high-pressure stage and a low-pressure stage. At 11 ',
1, 1 'is a power cylinder containing power pistons 4, 4', 2, 2 'is a bottom-closed displacer cylinder containing displacer pistons 6, 6', 3,
Reference numeral 3 'denotes a heater, and the piston tip side chambers of the power cylinders 1 and 1' and the displacer cylinders 2 and 2 'communicate with each other through the heaters 3 and 3' as a series of high temperature chambers H and H '. In the high-temperature chambers H and H ', the heaters 3 and 3' heat the working gases G and G 'passing through their internal passages by the accompanying burners 10, 10'.

【0022】また、ディスプレーサシリンダ2,2′の
ピストン基端側室は低温室C,C′として、ディスプレ
ーサピストン6,6′に形成の内部連通路を通じ上記の
高温室H,H′に連通させてあり、ディスプレーサピス
トン6,6′に形成の内部連通路には、通気性の蓄熱材
充填層からなる熱再生器5,5′を設けてある。
The piston base end side chambers of the displacer cylinders 2 and 2 'are low temperature chambers C and C' and communicate with the high temperature chambers H and H 'through internal communication passages formed in the displacer pistons 6 and 6'. In addition, heat regenerators 5, 5 'made of a gas-permeable heat storage material-filled layer are provided in the internal communication passages formed in the displacer pistons 6, 6'.

【0023】7,7′はクランク、8a,8a′はパワ
ーピストン用コネクティングロッド、8b,8b′はデ
ィスプレーサピストン用コネクティングロッド、9,
9′はクランクピン、12は両クランク7,7′を備え
るメインシャフトであり、高圧段スターリング機構11
及び低圧段スターリング機構11′の夫々は、ディスプ
レーサピストン6,6′がパワーピストン4,4′に対
し所定の位相差(クランク角度に換算して例えば70°
程度の位相差)だけ先行動作(進相)するように各部の
配置関係を設定してあり、これにより、各スターリング
機構11,11′は、作動ガスG,G′を熱再生器5,
5′を通じて低温室C,C′から加熱器3,3′を備え
る高温室H,H′へ移動させる高温化工程と、熱再生器
5,5′を通じて連通する低温室C,C′と高温室H,
H′との全室容積(加熱器3,3′の内部通路を含む全
作動ガス空間の容積)を増加させる容積増加工程と、作
動ガスG,G′を熱再生器5,5′を通じて高温室H,
H′から低温室C,C′へ移動させる低温化工程と、低
温室C,C′と高温室H,H′との全室容積を減少させ
る容積減少工程とを、その順に繰り返す。
7, 7 'are cranks, 8a, 8a' are connecting rods for power pistons, 8b, 8b 'are connecting rods for displacer pistons,
Reference numeral 9 'denotes a crankpin, and 12 denotes a main shaft provided with both cranks 7, 7'.
And the low-pressure stage Stirling mechanism 11 ′ has a structure in which the displacer pistons 6, 6 ′ have a predetermined phase difference (for example, 70 °
(A phase difference of a degree), the arrangement relation of the respective parts is set so as to perform the preceding operation (leading phase), whereby each of the Stirling mechanisms 11, 11 ′ transfers the working gas G, G ′ to the heat regenerator 5, 5.
5 'to move from the low temperature chambers C and C' to the high temperature chambers H and H 'having the heaters 3 and 3', and the low temperature chambers C and C 'communicating with the heat regenerators 5 and 5' and the high temperature chamber. Room H,
A volume increasing step of increasing the total chamber volume with H '(the volume of the entire working gas space including the internal passages of the heaters 3 and 3'), and increasing the temperature of the working gases G and G 'through the heat regenerators 5 and 5' Room H,
The step of lowering the temperature from H 'to the low temperature chambers C and C' and the step of reducing the volume of all the low temperature chambers C and C 'and the high temperature chambers H and H' are repeated in this order.

【0024】また、両スターリング機構11,11′
は、各々のクランクピン9,9′を180°ズラせて配
置することにより、互いに半周期の位相差をもって動作
するようにしてあり、これにより、高圧段スターリング
機構11が容積減少工程から容積増加工程への移行時点
(すなわち、本例では高圧段側パワーピストン4の上死
点時点)にあるとき、低圧段スターリング機構11′が
逆に容積増加工程から容積減少工程への移行時点(本例
では低圧段側パワーピストン4′の下死点時点)とな
り、高圧段スターリング機構11が容積増加工程から容
積減少工程への移行時点(本例では高圧段側パワーピス
トン4の下死点時点)にあるとき、低圧段スターリング
機構11′が逆に容積減少工程から容積増加工程への移
行時点(本例では低圧段側パワーピストン4′の上死点
時点)となるようにしてある。
Further, both Stirling mechanisms 11, 11 '
Is arranged so that each of the crank pins 9, 9 'is displaced by 180.degree. So that they operate with a phase difference of half a cycle from each other, whereby the high pressure stage Stirling mechanism 11 increases the volume from the volume decreasing step. At the time of transition to the process (ie, at the time of top dead center in the high-pressure stage power piston 4 in this example), the low-pressure stage Stirling mechanism 11 ′ conversely transitions from the volume increasing process to the volume decreasing process (this example). At the time of the bottom dead center of the low-pressure stage power piston 4 ′, the high-pressure stage Stirling mechanism 11 shifts from the volume increasing process to the volume decreasing process (at the bottom dead center of the high-pressure stage power piston 4 in this example). At a certain time, the low-pressure stage Stirling mechanism 11 ′ is shifted to the point of time from the volume reduction step to the volume increase step (in this example, the top dead center point of the low-pressure side power piston 4 ′). And Aru.

【0025】13は出力発電機であり、この出力発電機
13は等速チェーン伝動機構14による連動をもってメ
インシャフト12と等速回転運転するようにしてある。
また、16は蒸気給排用のロータリ弁であり、このロー
タリ弁16のロータ17は、それに連結したチェーンホ
イール15と出力発電機13の延長軸19に取り付けた
チェーンホイール20と両チェーンホイール15,20
に掛け渡したチェーン18とからなる等速チェーン伝動
機構によりメインシャフト12と等速回転させるように
してある。
Reference numeral 13 denotes an output generator. The output generator 13 is driven to rotate at a constant speed with the main shaft 12 in conjunction with a constant speed chain transmission mechanism 14.
Reference numeral 16 denotes a rotary valve for supplying and discharging steam. The rotor 17 of the rotary valve 16 has a chain wheel 15 connected thereto, a chain wheel 20 attached to an extension shaft 19 of the output generator 13, and both chain wheels 15, 20
The main shaft 12 is rotated at a constant speed by a constant speed chain transmission mechanism composed of a chain 18 extending over the main shaft 12.

【0026】21はボイラ等の蒸気供給源、22は蒸気
供給源21から送給される高圧蒸気S(例えば0.5〜
1.5MPaの飽和蒸気)をロータリ弁16に導入する
蒸気導入管、23,23′は各スターリング機構11,
11′の低温室C,C′とロータリ弁16とを接続する
蒸気出入管、24はロータリ弁16からの排出蒸気S′
を導く蒸気排出管である。
Reference numeral 21 denotes a steam supply source such as a boiler, and 22 denotes a high-pressure steam S (for example, 0.5 to
Steam introduction pipes for introducing saturated steam (1.5 MPa) into the rotary valve 16;
11 'is a steam inlet / outlet pipe connecting the low temperature chambers C, C' and the rotary valve 16, and 24 is steam S 'discharged from the rotary valve 16.
Is a steam discharge pipe.

【0027】図2はロータリ弁16の水平断面構造を示
し、また、図3の(イ)〜(ニ)は図2におけるイ−
イ′,ロ−ロ′,ハ−ハ′,ニ−ニ′各部の断面構造を
示すものであって、図3の(イ),(ハ),(ニ)は図
2の左側から見た断面構造を示し、図3の(ロ)は図2
の右側から見た断面構造を示すが、これら図2及び図3
に示す如く、ロータリ弁16の弁ケース16aに内装し
た弁体としてのロータ17には、蒸気導入管22及び蒸
気排出管24に対し各別に常時連通する導入側及び排出
側の環状溝25,26を形成するとともに、ロータ回転
方向における略同位相位置で各環状溝25,26から高
圧段側及び低圧段側の蒸気出入管23,23′に対応す
る位置までロータ回転軸心方向へ各別に延びる導入側及
び排出側の横溝27,28(本例では互いの溝幅を異な
らせた横溝)を形成してあり、これにより、ロータ17
が図2に示す状態から180°回転した状態にあると
き、蒸気導入管22からの供給蒸気Sが導入側環状溝2
5、導入側横溝27、及び、高圧段側の蒸気出入管23
を通じ高圧段スターリング機構11の低温室Cへ作動ガ
スGとして注入されるとともに、低圧段スターリング機
構11′の低温室C′から作動ガスG′としての内部蒸
気S″の一部(注入量に対し質量的に相当する量の内部
蒸気)が低圧段側の蒸気出入管23′、排出側横溝2
8、及び、排出側環状溝26を通じて蒸気排出管24へ
排出されるようにしてある。
FIG. 2 shows a horizontal sectional structure of the rotary valve 16, and FIGS.
3A, 3B, 3C, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, 3D, and 4D show the cross-sectional structure of FIG. FIG. 3B shows a cross-sectional structure, and FIG.
2 and FIG. 3 show cross-sectional structures viewed from the right side of FIG.
As shown in the figure, the rotor 17 as a valve body provided in the valve case 16a of the rotary valve 16 has annular grooves 25, 26 on the introduction side and the discharge side which are always in communication with the steam introduction pipe 22 and the steam discharge pipe 24, respectively. And each extends in the direction of the axis of rotation of the rotor from the annular grooves 25, 26 to positions corresponding to the steam inlet / outlet pipes 23, 23 'on the high-pressure stage side and the low-pressure stage side at substantially the same phase position in the rotor rotation direction. Transverse grooves 27 and 28 (in this example, lateral grooves having different groove widths) are formed on the introduction side and the discharge side, and thereby the rotor 17 is formed.
Is rotated by 180 ° from the state shown in FIG. 2, the supply steam S from the steam introduction pipe 22 is
5. Introducing lateral groove 27 and high pressure stage side steam inlet / outlet pipe 23
The working gas G is injected into the low temperature chamber C of the high pressure stage Stirling mechanism 11 as a working gas, and a part of the internal steam S ″ as the working gas G ′ from the low temperature chamber C ′ of the low pressure stage Stirling mechanism 11 ′ (with respect to the injection amount) The amount of internal steam corresponding to the mass) is the steam inlet / outlet pipe 23 ′ on the low pressure stage side,
8, and is discharged to the steam discharge pipe 24 through the discharge side annular groove 26.

【0028】また、ロータ17には、その中心軸心部分
に中心路29を形成するとともに、前記の横溝27,2
8とはロータ回転方向でほぼ180°ズレた同位相位置
で、かつ、ロータ回転軸心方向において高圧段側及び低
圧段側の蒸気出入管23,23′に各別に対応する位置
に中心路29と連通する排出側及び導入側の側孔30,
31を形成してあり、これにより、ロータ17が図2に
示す状態にあるとき、高圧段スターリング機構11の低
温室Cから作動ガスGとしての内部蒸気S′の一部(注
入量に対し質量的に相当する量の内部蒸気)が高圧段側
の蒸気出入管23へ排出されて、この排出蒸気S′が排
出側側孔30、中心路29、導入側側孔31、及び、低
圧段側の蒸気出入管23′を通じ低圧段スターリング機
構11′の低温室C′へ作動ガスG′として注入される
ようにしてある。
The rotor 17 has a center path 29 formed in the center axis thereof, and the lateral grooves 27, 2
The center path 29 is located at the same phase position shifted by approximately 180 ° in the rotor rotation direction and at positions respectively corresponding to the steam inlet / outlet pipes 23 and 23 ′ on the high pressure stage side and the low pressure stage side in the rotor rotation axis direction. Discharge and inlet side holes 30 communicating with the
When the rotor 17 is in the state shown in FIG. 2, a part of the internal steam S ′ as the working gas G from the low temperature chamber C of the high pressure stage Stirling mechanism 11 Is discharged to the steam inlet / outlet pipe 23 on the high pressure stage side, and the discharged steam S ′ is discharged to the discharge side hole 30, the center path 29, the introduction side hole 31, and the low pressure stage side. The working gas G 'is injected into the low temperature chamber C' of the low pressure stage Stirling mechanism 11 'through the steam inlet / outlet pipe 23'.

【0029】図4において、Oは高圧段スターリング機
構11の動作とロータリ弁16による蒸気給排とのタイ
ミング関係を示す高圧段側の回転円、O′は低圧段スタ
ーリング機構11′の動作とロータリ弁16による蒸気
給排とのタイミング関係を示す低圧段側の回転円であ
り、各回転円O,O′において、上端は各パワーピスト
ン4,4′の上死点時点を示し、下端は各パワーピスト
ン4,4′の下死点時点を示す。
In FIG. 4, O denotes a high-pressure side rotating circle showing the timing relationship between the operation of the high-pressure stage Stirling mechanism 11 and the supply and discharge of steam by the rotary valve 16, and O 'denotes the operation of the low-pressure stage Stirling mechanism 11' and the rotary operation. This is a rotary circle on the low-pressure stage side showing the timing relationship with steam supply and discharge by the valve 16, in each of the rotary circles O and O ', the upper end indicates the top dead center point of each of the power pistons 4 and 4', and the lower end indicates each The bottom dead center of the power pistons 4, 4 'is shown.

【0030】ロータリ弁16のロータ17は、高圧段ス
ターリング機構11のパワーピストン4が上死点付近
(すなわち、容積減少工程から容積増加工程への移行時
点付近)にあるとき高圧段スターリング機構11の低温
室Cに蒸気供給源21からの供給蒸気Sを注入するタイ
ミング関係で、メインシャフト12と等速回転させるよ
うにしてあり、具体的には、図4に示す高圧段側の回転
円Oにおいて、点32〜点33の期間、ロータリ弁16
における前記の導入側横溝27が高圧段側の蒸気出入管
23に連通し、蒸気供給源21からの供給蒸気Sが高圧
段スターリング機構11の低温室Cに注入されるように
してある。
When the power piston 4 of the high-pressure stage Stirling mechanism 11 is near the top dead center (ie, near the point of transition from the volume decreasing step to the volume increasing step), the rotor 17 of the rotary valve 16 operates. The main shaft 12 is rotated at a constant speed in relation to the timing of injecting the supply steam S from the steam supply source 21 into the low temperature chamber C. Specifically, in the rotation circle O on the high pressure stage side shown in FIG. , The period from point 32 to point 33, the rotary valve 16
Is connected to the steam inlet / outlet pipe 23 on the high pressure stage side, so that the supply steam S from the steam supply source 21 is injected into the low temperature chamber C of the high pressure stage Stirling mechanism 11.

【0031】高圧段側の回転円Oにおける点34〜点3
5の期間、及び、低圧段側の回転円O′における点3
4′〜点35′の期間は、ロータリ弁16における前記
の排出側側孔30が高圧段側の蒸気出入管23に連通
し、かつ、前記の導入側側孔31が低圧段側の蒸気出入
管23′に連通する同一期間であり、この期間34〜3
5(34′〜35′)に、高圧段スターリング機構11
の低温室Cから内部蒸気S′が排出されて、その排出蒸
気S′がロータ17に形成の中心路29を通じ低圧段ス
ターリング機構11′の低温室C′に注入される。
Points 34 to 3 on the rotating circle O on the high pressure stage side
Point 3 in the period of 5 and the rotating circle O 'on the low pressure stage side
During the period from 4 'to 35', the discharge side hole 30 of the rotary valve 16 communicates with the high-pressure stage side steam inlet / outlet pipe 23, and the introduction side side hole 31 communicates with the low pressure stage side steam inlet / outlet. This is the same period of communication with the tube 23 ',
5 (34 'to 35'), the high pressure stage Stirling mechanism 11
The internal steam S 'is discharged from the low temperature chamber C of the low pressure stage Stirling mechanism 11' through the center path 29 formed in the rotor 17.

【0032】また、低圧段側の回転円O′における点3
6〜点37の期間は、ロータリ弁16における前記の排
出側横溝28が低圧段側の蒸気出入管23′に連通する
期間であり、この期間36〜37に、低圧段スターリン
グ機構11′の低温室C′から内部蒸気S″が蒸気排出
管24へ排出される。
The point 3 on the rotating circle O 'on the low pressure stage side
The period from the point 6 to the point 37 is a period during which the discharge side lateral groove 28 of the rotary valve 16 communicates with the steam inlet / outlet pipe 23 ′ on the low pressure stage side. The internal steam S ″ is discharged from the chamber C ′ to the steam discharge pipe 24.

【0033】つまり、本例において蒸気供給源21及び
ロータリ弁16は、高圧段スターリング機構11が容積
減少工程から容積増加工程への移行時点付近(パワーピ
ストン4の上死点付近)にあるとき、高圧段スターリン
グ機構11の低温室Cへ圧力ガスとして蒸気Sを注入
し、かつ、高圧段スターリング機構11が容積増加工程
から容積減少工程への移行時点付近(パワーピストン4
の下死点付近)にあるとき、高圧段スターリング機構1
1の低温室Cから内部圧力ガスとしての蒸気S′の一部
を排出するとともに、この排出蒸気S′を、そのとき容
積減少工程から容積増加工程への移行時点付近(パワー
ピストン4′の上死点付近)にある低圧段スターリング
機構11′の低温室C′へ注入し、さらに、低圧段スタ
ーリング機構11′が容積増加工程から容積減少工程へ
の移行時点付近(パワーピストン4′の下死点付近)に
あるとき、低圧段スターリング機構′の低温室C′から
内部圧力ガスとしての蒸気S″の一部を排出する圧力ガ
ス給排手段を構成する。
That is, in this embodiment, when the high-pressure stage Stirling mechanism 11 is near the transition point from the volume decreasing step to the volume increasing step (near the top dead center of the power piston 4), the steam supply source 21 and the rotary valve 16 Steam S is injected as a pressure gas into the low-temperature chamber C of the high-pressure stage Stirling mechanism 11, and the high-pressure stage Stirling mechanism 11 moves near the transition from the volume increasing step to the volume decreasing step (the power piston 4).
Near the bottom dead center), the high pressure stage Stirling mechanism 1
A part of the steam S 'as the internal pressure gas is discharged from the low-temperature chamber C and the discharged steam S' is discharged near the transition point from the volume decreasing step to the volume increasing step (on the power piston 4 '). The low-pressure Stirling mechanism 11 'is injected into the low-temperature chamber C' of the low-pressure stage Stirling mechanism 11 '(near the dead center). (In the vicinity of the point), constitutes a pressure gas supply / discharge means for discharging a part of the steam S ″ as the internal pressure gas from the low temperature chamber C ′ of the low pressure stage Stirling mechanism ′.

【0034】また、この圧力ガス給排手段において上記
ロータリ弁16は、1つの弁ケース16aに内装した弁
体17を高圧段及び低圧段スターリング機構11,1
1′との同期状態で動作させて、高圧段スターリング機
構11が容積減少工程から容積増加工程への移行時点付
近にあるとき高圧段スターリング機構11の低温室Cへ
圧力ガス導入路としての蒸気導入管22を連通させ、か
つ、低圧段スターリング機構11′が容積増加工程から
容積減少工程への移行時点付近にあるとき低圧段スター
リング機構11′の低温室C′に対し圧力ガス排出路と
しての蒸気排出管24を連通させる周期作動弁を構成す
るが、この周期作動弁としての上記ロータリ弁16は、
高圧段スターリング機構11が容積増加工程から容積減
少工程への移行時点付近にあるとき、弁体17に形成し
てある内部連通路(中心路29、排出側側孔30、導入
側側孔31)を通じて高圧段スターリング機構11の低
温室Cと低圧段スターリング機構11′の低温室C′と
を連通させる構成にしてある。
In the pressure gas supply / discharge means, the rotary valve 16 comprises a valve body 17 housed in one valve case 16a and a high-pressure stage and low-pressure stage Stirling mechanism 11,1.
When the high-pressure stage Stirling mechanism 11 is operated near the transition point from the volume decreasing step to the volume increasing step by operating in synchronization with 1 ′, steam is introduced into the low-temperature chamber C of the high-pressure stage Stirling mechanism 11 as a pressure gas introduction path. When the pipe 22 is communicated and the low pressure stage Stirling mechanism 11 'is near the point of transition from the volume increasing step to the volume decreasing step, steam as a pressure gas discharge path is supplied to the low temperature chamber C' of the low pressure stage Stirling mechanism 11 '. A periodic valve that connects the discharge pipe 24 is configured. The rotary valve 16 as the periodic valve is
When the high-pressure stage Stirling mechanism 11 is near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step, the internal communication passages formed in the valve body 17 (the center path 29, the discharge side hole 30, the introduction side hole 31). The low-temperature chamber C of the high-pressure stage Stirling mechanism 11 communicates with the low-temperature chamber C 'of the low-pressure stage Stirling mechanism 11'.

【0035】図5は上記の如く構成したスターリングエ
キスパンダの実行サイクルを示すp−V線図であり、同
図5において、Poは蒸気供給源21から供給される蒸
気Sの圧力(すなわち、高圧段スターリング機構11に
対する注入蒸気圧)、V1,V2は高圧段及び低圧段ス
ターリング機構11,11′の夫々におけるパワーピス
トン4,4′の移動容積(すなわち、各スターリング機
構11,11′における全室容積の変化範囲)であり、
また、点32〜点37は図4に付した各タイミング点と
対応するものである。
FIG. 5 is a pV diagram showing an execution cycle of the Stirling expander configured as described above. In FIG. 5, Po denotes the pressure of the steam S supplied from the steam supply source 21 (that is, the high pressure). V1 and V2 are the moving volumes of the power pistons 4 and 4 'in the high-pressure stage and the low-pressure stage Stirling mechanism 11 and 11', respectively (that is, all the chambers in each of the Stirling mechanisms 11 and 11 '). Volume change range)
Points 32 to 37 correspond to the timing points shown in FIG.

【0036】この図5に示す如く、本例のスターリング
エキスパンダにおいて、高圧段スターリング機構11
は、点32から始まって点32〜点33の間に蒸気供給
源21からの供給蒸気Sが注入され、これに続き、熱再
生器5及び加熱器3による注入蒸気Sの加熱によりスタ
ーリングサイクル状に膨らむ部分38を右に進んで点3
4に至り、そして、点34において内部蒸気S′が排出
されることで内部圧力が低下して点35の状態になり、
その後、パワーピストン4による自己圧縮(負の仕事)
により点32に戻る高圧段側サイクルX(すなわち、ス
ターリングサイクルの上半部を上部に有し、かつ、ラン
キンサイクルの下半部を下部に有する複合サイクル)を
実行する。
As shown in FIG. 5, in the Stirling expander of this embodiment, the high-pressure stage Stirling mechanism 11
Starts from the point 32, the supply steam S from the steam supply source 21 is injected between the points 32 and 33, and subsequently, the heating steam S by the heat regenerator 5 and the heater 3 heats the injected steam S to form a Stirling cycle. Proceed to the right through the swelling part 38
4 and the internal vapor S ′ is discharged at the point 34 to lower the internal pressure to the state at the point 35,
After that, self-compression by the power piston 4 (negative work)
To execute the high-pressure stage side cycle X returning to the point 32 (ie, a combined cycle having the upper half of the Stirling cycle at the top and the lower half of the Rankine cycle at the bottom).

【0037】また、低圧段スターリング機構11′は、
点34′から始まって点34′〜点35′の間に高圧段
スターリング機構11からの排出蒸気S′が注入され、
これに続き、熱再生器5′及び加熱器3′による注入蒸
気S′の加熱によりスターリングサイクル状に膨らむ部
分39を右に進んで点36に至り、そして、点36にお
いて内部蒸気S″が排出されることで内部圧力が最低圧
Paに低下し、次いで点37で低圧段側の蒸気出入管2
3′が閉じられた後、パワーピストン4′による若干の
自己圧縮(負の仕事)過程を経て点34′に戻る低圧段
側サイクルY(すなわち、スターリングサイクルの上半
部を上部に有し、かつ、ランキンサイクルの下半部を下
部に有する高圧段側と同様の複合サイクル)を高圧段ス
ターリング機構11よりも低い圧力レベルで実行する。
The low-pressure stage Stirling mechanism 11 ′
Starting from the point 34 ', the steam S' discharged from the high pressure stage Stirling mechanism 11 is injected between the points 34 'and 35',
Following this, the heating of the injected steam S 'by the heat regenerator 5' and the heater 3 'advances the portion 39 expanding in a Stirling cycle rightward to the point 36, where the internal steam S "is discharged. , The internal pressure is reduced to the minimum pressure Pa, and then at point 37 the steam inlet / outlet pipe 2 on the low pressure stage side
After 3 'is closed, the low pressure stage side cycle Y (i.e., having the upper half of the Stirling cycle at the top, returning to point 34' through a slight self-compression (negative work) process by the power piston 4 ', In addition, a combined cycle similar to the high pressure stage having the lower half of the Rankine cycle at the lower portion) is executed at a pressure level lower than that of the high pressure stage Stirling mechanism 11.

【0038】つまり、このように高圧段スターリング機
構11からの排出蒸気S′を低圧段スターリング機構1
1′において再び加熱膨張させる形態で、高圧段スター
リング機構11での上記複合サイクルXの実施に併行し
て、低圧段スターリング機構11′においても、高圧段
スターリング機構11と同様の複合サイクルYを実行さ
せることにより、注入蒸気Sの消費量を低く抑えながら
高い出力を得られようにしてある。
That is, the steam S 'discharged from the high-pressure stage Stirling mechanism 11 is supplied to the low-pressure stage Stirling mechanism 1 as described above.
At the same time as the above-described combined cycle X in the high-pressure stage Stirling mechanism 11 in the form of heating and expanding again at 1 ', the same combined cycle Y as that of the high-pressure stage Stirling mechanism 11 is executed in the low-pressure stage Stirling mechanism 11'. By doing so, a high output can be obtained while keeping the consumption of the injected steam S low.

【0039】図1及び図6に示す如く、蒸気供給源21
からの供給蒸気Sは、弁40、ノズル41、インゼクタ
42、デフューザ43を通じてロータリ弁16に導入す
るようにしてあり、また、蒸気排出管24から脈動的に
排出される蒸気S″の一部は、その脈動において圧力が
高いとき逆止弁44の閉じ付勢力に打ち勝って連絡管4
5aを通じ上記のインゼクタ42に吸入されるようにし
てあり、これにより、低圧段スターリング機構11′の
低温室C′から排出される蒸気S″(すなわち、高圧段
スターリング機構11で加熱膨張させ、続いて、低圧段
スターリング機構11′で再度加熱膨張させた蒸気)の
一部を、蒸気供給源21から供給される新規の高圧蒸気
Sとともに、高圧段スターリング機構11の低温室Cへ
再注入して、その残存エネルギをさらに有効利用するよ
うにしてある。
As shown in FIG. 1 and FIG.
Is supplied to the rotary valve 16 through the valve 40, the nozzle 41, the injector 42, and the diffuser 43, and a part of the steam S ″ pulsatingly discharged from the steam discharge pipe 24 is When the pressure is high due to the pulsation, the connecting pipe 4 overcomes the closing urging force of the check valve 44 and
The steam S ″ discharged from the low-temperature chamber C ′ of the low-pressure stage Stirling mechanism 11 ′ (that is, is heated and expanded by the high-pressure stage Stirling mechanism 11, Then, a part of the steam reheated and expanded by the low-pressure stage Stirling mechanism 11 ′ together with the new high-pressure steam S supplied from the steam supply source 21 is re-injected into the low-temperature chamber C of the high-pressure stage Stirling mechanism 11. The remaining energy is used more effectively.

【0040】すなわち、本例において高圧段スターリン
グ機構11及び低圧段スターリング機構11′夫々の低
温室C,C′に対する蒸気給排を行なう前記の圧力ガス
給排手段は、低圧段スターリング機構11′の低温室
C′から排出される蒸気S″の一部を高圧段スターリン
グ機構11の低温室Cに対する蒸気注入に伴いインゼク
タ42により吸入して、蒸気供給源21からの高圧蒸気
Sとともに高圧段スターリング機構11の低温室Cへ再
注入する構成にしてある。
That is, in the present embodiment, the above-mentioned pressure gas supply / discharge means for supplying / discharging steam to / from the low temperature chambers C and C 'of the high pressure stage Stirling mechanism 11 and the low pressure stage Stirling mechanism 11' is the same as the low pressure stage Stirling mechanism 11 '. A part of the steam S ″ discharged from the low-temperature chamber C ′ is sucked by the injector 42 with the injection of the steam into the low-temperature chamber C by the high-pressure stage Stirling mechanism 11, and together with the high-pressure steam S from the steam supply source 21, the high-pressure stage Stirling mechanism It is configured to re-inject into the low temperature chamber C of No. 11.

【0041】なお、45bは蒸気排出管24から排出さ
れる蒸気S″のうち逆止弁44を通過できない低圧部分
のものを外部に排出する排出管である。
Reference numeral 45b denotes a discharge pipe for discharging the low-pressure portion of the steam S "discharged from the steam discharge pipe 24 that cannot pass through the check valve 44 to the outside.

【0042】図1及び図7に示す如く、高圧段スターリ
ング機構11及び低圧段スターリング機構11′の夫々
におけるディスプレーサシリンダ2,2′のピストン先
端側室(すなわち、各高温室H,H′における加熱器
3,3′の上流位置)には、別の高圧水源から高圧水管
46,46′を通じて供給される高圧水Wを室内に噴出
する水噴出ノズル48,48′を付設してあり、そし
て、高圧水管46,46′には、各パワーピストン4,
4′が上死点付近にあるとき(すなわち、各スターリン
グ機構11,11′が容積減少工程から容積増加工程へ
の移行時点付近にあるとき)に制御器により所定時間だ
け開弁される電磁弁47,47′を介装してある。
As shown in FIGS. 1 and 7, the piston tip side chambers of the displacer cylinders 2 and 2 'in each of the high pressure stage Stirling mechanism 11 and the low pressure stage Stirling mechanism 11' (that is, the heaters in the high temperature chambers H and H '). (Upstream positions of 3, 3 ') are provided with water jet nozzles 48, 48' for jetting high-pressure water W supplied from another high-pressure water source through high-pressure water pipes 46, 46 'into the room. Water pipes 46, 46 'have power pistons 4,
The solenoid valve which is opened by the controller for a predetermined time when 4 'is near the top dead center (that is, when each Stirling mechanism 11, 11' is near the transition point from the volume decreasing step to the volume increasing step). 47, 47 'are interposed.

【0043】つまり、各パワーピストン4,4′が上死
点付近にあるとき上記電磁弁47,47′の開弁により
小量の水Wを水噴出ノズル48,48′からディスプレ
ーサシリンダ2,2′のピストン先端側室に噴出供給し
て、この供給水Wを各高温室H,H′内で加熱蒸発させ
ることにより、注入蒸気S,S′の加熱による圧力上昇
だけに比べ、各スターリング機構11,11′の内部に
おける作動ガス圧力をより大きく増大させ、これによ
り、注入蒸気Sの消費量を一層低く抑えながら高い出力
を得られるようにしてある。
That is, when each of the power pistons 4, 4 'is near the top dead center, a small amount of water W is discharged from the water jet nozzles 48, 48' by opening the solenoid valves 47, 47 '. ′ By jetting it into the piston tip side chamber and heating and evaporating the supply water W in each of the high-temperature chambers H and H ′, so that each of the Stirling mechanisms 11 can be compared with the pressure increase caused only by the heating of the injected steam S and S ′. , 11 ', so that a high output can be obtained while the consumption of the injected steam S is further reduced.

【0044】図8に示す如く、水噴出ノズル48,4
8′には複数の傾斜溝49による案内で高圧水Wに旋回
力を付与する旋回子50を内装してあり、この旋回子5
0を通過した水Wは、ノズル内の旋回室51で回転し
て、その回転を保った状態でノズル出口孔52から噴出
することにより、噴出先であるディスプレーサシリンダ
2,2′のピストン先端側室において微水滴からなる傘
状に開いた水噴霧状態53を呈し、そして、これら微水
滴は作動ガスG,G′としての注入蒸気S,S′ととも
に加熱器3,3′を通過する過程で、加熱された高温蒸
気S,S′との接触により膜沸騰状態で蒸発気化する。
As shown in FIG. 8, the water jet nozzles 48, 4
8 'is provided with a swirler 50 for imparting a swiveling force to the high-pressure water W guided by a plurality of inclined grooves 49.
The water W having passed through the nozzles 0 rotates in the swirl chamber 51 in the nozzle, and is ejected from the nozzle outlet hole 52 while maintaining the rotation, so that the piston tip side chambers of the displacer cylinders 2 and 2 ′ to which the water W is ejected. At a time, an umbrella-shaped open water spray state 53 consisting of fine water droplets is exhibited, and these fine water droplets pass through the heaters 3, 3 'together with the injected steams S, S' as working gases G, G '. By the contact with the heated high-temperature steam S, S ', the film is evaporated and vaporized in a film boiling state.

【0045】すなわち、本例において、上記の高圧水管
46,46′、電磁弁47,47′、及び、水噴霧ノズ
ル48,48′は、各スターリング機構11,11′が
容積減少工程から容積増加工程への移行時点付近にある
とき各高温室H,H′へ、それら高温室H,H′内で加
熱蒸発させる液体(本例では水W)を噴出供給する液注
入手段を構成する。
That is, in the present embodiment, the high-pressure water pipes 46, 46 ', the solenoid valves 47, 47', and the water spray nozzles 48, 48 'are arranged such that the Stirling mechanisms 11, 11' increase the volume from the volume decreasing step. A liquid injecting means is provided for ejecting and supplying a liquid (in this example, water W) to be heated and evaporated in each of the high-temperature chambers H and H 'when it is near the transition point to the process.

【0046】なお、水Wの噴出供給量が過大であると、
各スターリング機構11,11′の内部における作動ガ
ス圧力・温度がかえって低下することから、水Wの噴出
供給量は蒸気供給源21からの蒸気供給量の20%以下
が好ましい。
If the amount of water W to be spouted is excessive,
Since the pressure and temperature of the working gas inside each of the Stirling mechanisms 11 and 11 'is rather lowered, the amount of water W to be jetted and supplied is preferably 20% or less of the amount of steam supplied from the steam supply source 21.

【0047】〔別実施形態〕次に別の実施形態を列記す
る。前述の実施形態では注入圧力ガスとして蒸気Sを用
いる例を示したが、注入圧力ガスには、蒸気Sに限ら
ず、例えば高圧空気など、その他の種々の気体を適用で
きる。
[Another Embodiment] Next, another embodiment will be described. In the above-described embodiment, an example in which steam S is used as the injection pressure gas has been described. However, the injection pressure gas is not limited to the steam S, and various other gases such as high-pressure air can be applied.

【0048】前述の実施形態ではロータリ弁16のロー
タ17を高圧段及び低圧段スターリング機構11,1
1′と同期状態で回転させることにより、各スターリン
グ機構11,11′の低温室C,C′に対する圧力ガス
(蒸気S)の給排を所定タイミングで行なうようにした
が、これに代え、各スターリング機構11,11′の低
温室C,C′に対する圧力ガスの給排を、各種形式の弁
を用いた電子制御(いわゆる電子噴射制御の如き制御)
などにより所定タイミングで行なうようにしてもよく、
また、高圧段及び低圧段スターリング機構11,11′
に対し各別の弁を用いる形式、あるいは、兼用の弁を用
いる形式のいずれを採用してもく、圧力ガス給排手段の
具体的構成は種々の変更が可能である。
In the above embodiment, the rotor 17 of the rotary valve 16 is connected to the high-pressure and low-pressure Stirling mechanisms 11, 1
1 ', the supply and discharge of the pressure gas (steam S) to and from the low-temperature chambers C and C' of the Stirling mechanisms 11 and 11 'are performed at a predetermined timing. Electronic control of the supply and discharge of the pressure gas to and from the low-temperature chambers C and C 'of the Stirling mechanisms 11 and 11' using various types of valves (control such as so-called electronic injection control).
It may be performed at a predetermined timing by, for example,
Further, the high-pressure stage and the low-pressure stage Stirling mechanism 11, 11 '
However, any of a type using a separate valve or a type using a dual-purpose valve may be adopted, and the specific configuration of the pressure gas supply / discharge means can be variously changed.

【0049】前述の実施形態では、高圧段スターリング
機構11が容積増加工程から容積減少工程への移行時点
付近にあるとき、ロータリ弁16における弁体としての
ロータ17に形成してある内部連通路29,30,31
を通じて高圧段スターリング機構11の低温室Cと低圧
段スターリング機構11′の低温室C′とを連通させる
ようにしたが、1つの弁ケースに内装した弁体を高圧段
及び低圧段スターリング機構11,11′との同期状態
で動作させて、高圧段スターリング機構11が容積減少
工程から容積増加工程への移行時点付近にあるとき高圧
段スターリング機構11の低温室Cへ圧力ガス導入路2
2を連通させ、かつ、低圧段スターリング機構11′が
容積増加工程から容積減少工程への移行時点付近にある
とき低圧段スターリング機構11′の低温室C′に対し
圧力ガス排出路24を連通させる周期作動弁を用いる場
合、その周期作動弁はロータリ弁に限られるものではな
く、例えば摺動スプールを用いる形式やボール弁体を用
いる形式のものであってもよい。
In the above-described embodiment, when the high-pressure stage Stirling mechanism 11 is near the transition from the volume increasing step to the volume decreasing step, the internal communication passage 29 formed in the rotor 17 as the valve body of the rotary valve 16 is formed. , 30,31
The low-temperature chamber C of the high-pressure stage Stirling mechanism 11 and the low-temperature chamber C 'of the low-pressure stage Stirling mechanism 11' are communicated with each other through the high pressure stage and the low pressure stage Stirling mechanism 11 '. When the high pressure stage Stirling mechanism 11 is operated near the point of transition from the volume decreasing step to the volume increasing step, the pressure gas introduction path 2 is introduced to the low temperature chamber C of the high pressure stage Stirling mechanism 11.
2, and when the low pressure stage Stirling mechanism 11 'is near the transition from the volume increasing step to the volume decreasing step, the pressure gas discharge path 24 is communicated to the low temperature chamber C' of the low pressure stage Stirling mechanism 11 '. In the case of using a cyclically operated valve, the cyclically operated valve is not limited to a rotary valve, and may be, for example, a type using a sliding spool or a type using a ball valve element.

【0050】また、このような周期作動弁を用いること
において、高圧段スターリング機構11が容積増加工程
から容積減少工程への移行時点付近にあるとき、その弁
の内部連通路を通じて高圧段スターリング機構11の低
温室Cと低圧段スターリング機構11′の低温室C′と
を連通させるようにする場合、その内部連通路は弁体又
は弁ケースのいずれか一方のみに形成したもの、あるい
は、両方にわたらせて形成したもののいずれであっても
よい。
When such a cyclically operated valve is used, when the high pressure stage Stirling mechanism 11 is near the transition from the volume increasing step to the volume decreasing step, the high pressure stage Stirling mechanism 11 is passed through the internal communication passage of the valve. When the low-temperature chamber C is communicated with the low-temperature chamber C 'of the low-pressure stage Stirling mechanism 11', the internal communication passage is formed in only one of the valve body and the valve case, or is formed in both. It may be any of those formed by forming.

【0051】高圧段スターリング機構11が容積減少工
程から容積増加工程への移行時点付近にあるとき高圧段
スターリング機構11の低温室Cに圧力ガスを注入する
にあたっての具体的注入タイミング、高圧段スターリン
グ機構11が容積増加工程から容積減少工程への移行時
点付近にあるとき高圧段スターリング機構11の低温室
Cから内部圧力ガスを排出するとともに、その排出圧力
ガスを低圧段スターリング機構11′の低温室C′に注
入するにあたっての具体的排出・注入タイミング、並び
に、低圧段スターリング機構11′が容積増加工程から
容積減少工程への移行時点付近にあるとき低圧段スター
リング機構11′の低温室C′から内部圧力ガスを排出
するにあたっての具体的排出タイミングも、各々、前述
の実施形態で示したタイミングに限らず、スターリング
エキスパンダとしての作動が可能な範囲で種々の変更が
可能である。
When the high pressure stage Stirling mechanism 11 is near the transition point from the volume decreasing step to the volume increasing step, specific injection timing for injecting the pressure gas into the low temperature chamber C of the high pressure stage Stirling mechanism 11, the high pressure stage Stirling mechanism When 11 is near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step, the internal pressure gas is discharged from the low temperature chamber C of the high pressure stage Stirling mechanism 11 and the discharged pressure gas is discharged to the low temperature chamber C of the low pressure stage Stirling mechanism 11 '. When the low-pressure stage Stirling mechanism 11 'is near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step, the low-pressure stage Stirling mechanism 11' is internally discharged from the low temperature chamber C '. The specific discharge timing for discharging the pressure gas is also shown in the above-described embodiment. Is not limited to timing, various modifications are possible ranging operation is possible as a Stirling expander.

【0052】スターリング機構11,11′が容積減少
工程から容積増加工程への移行時点付近にあるとき、液
注入手段により高温室H,H′に液体を噴出供給して、
その噴出液体を高温室H,H′内で加熱蒸発させる形式
を採用する場合、その噴出液体には水に限らず、各種の
水溶液を初め、種々の液体を適用できる。
When the Stirling mechanisms 11 and 11 'are near the transition point from the volume decreasing step to the volume increasing step, the liquid is injected and supplied to the high temperature chambers H and H' by the liquid injection means.
In the case of employing a method in which the ejected liquid is heated and evaporated in the high-temperature chambers H and H ', the ejected liquid is not limited to water, and various liquids including various aqueous solutions can be applied.

【0053】半周期の位相差をもって動作させる高圧段
スターリング機構11及び低圧段スターリング機構1
1′の夫々について、高温室H,Hや低温室C,C′の
具体的な室構造、並びに、高温室H,H′に装備する加
熱器3,3′の具体的な構造などは種々の構成変更が可
能であり、また、高温室H,H′と低温室C,C′とを
熱再生器5,5′を通じて連通させるのに、熱再生器
5,5′を設けた内部連通路をディスプレーサピストン
6,6′に形成するに代え、高温室H,H′と低温室
C,C′とを連通させる固定管路を設け、この固定管路
に熱再生器5,5′を介装するようにしてもよい。
High-pressure stage Stirling mechanism 11 and low-pressure stage Stirling mechanism 1 operated with a half-period phase difference
Regarding each of 1 ′, the specific structure of the high-temperature chambers H and H and the low-temperature chambers C and C ′, and the specific structures of the heaters 3 and 3 ′ provided in the high-temperature chambers H and H ′ are various. In addition, in order to make the high temperature chambers H, H 'and the low temperature chambers C, C' communicate with each other through the heat regenerators 5, 5 ', an internal connection provided with the heat regenerators 5, 5' is also possible. Instead of forming the passages in the displacer pistons 6, 6 ', fixed conduits for communicating the high temperature chambers H, H' and the low temperature chambers C, C 'are provided, and the heat regenerators 5, 5' are provided in the fixed conduits. You may make it interpose.

【0054】高温室H,H′に装備する加熱器3,3′
の熱源や、注入圧力ガスとして蒸気を用いる場合の蒸気
の生成熱源には、燃料熱源や電気熱源、あるいは、太陽
熱利用熱源や他の装置・設備からの排熱など、種々の形
態のものを採用できる。また、本発明によるスターリン
グエキスパンダの発生動力は発電用や冷凍機駆動用など
種々の用途に使用できる。
Heaters 3, 3 'provided in high temperature chambers H, H'
Various types of heat sources, such as a fuel heat source, an electric heat source, or a heat source utilizing solar heat, or exhaust heat from other devices or equipment, are used as heat sources for steam generation and steam when using as injection pressure gas. it can. The power generated by the Stirling expander according to the present invention can be used for various purposes such as power generation and driving of a refrigerator.

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

【図1】装置の全体構成を示す斜視図FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of an apparatus.

【図2】ロータリ弁の水平断面図FIG. 2 is a horizontal sectional view of a rotary valve.

【図3】ロータリ弁各部の横断面図FIG. 3 is a cross-sectional view of each part of the rotary valve.

【図4】ロータリ弁による圧力ガス給排のタイミング関
係を説明する図
FIG. 4 is a diagram for explaining the timing relationship of pressure gas supply and discharge by a rotary valve.

【図5】実行サイクルを示すp―V線図FIG. 5 is a pV diagram showing an execution cycle.

【図6】ロータリ弁への圧力ガス導入構造を示す斜視図FIG. 6 is a perspective view showing a structure for introducing a pressure gas into a rotary valve.

【図7】液注入手段を示す断面図FIG. 7 is a sectional view showing a liquid injection unit.

【図8】ノズル構造を示す拡大断面図FIG. 8 is an enlarged sectional view showing a nozzle structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3,3′ 加熱器 5,5′ 熱再生器 11 高圧段スターリング機構 11′ 低圧段スターリング機構 21,16 圧力ガス給排手段 16 周期作動弁 16a 弁ケース 17 弁体 22 圧力ガス導入路 24 圧力ガス排出路 29,30,31 内部連通路 42 インゼクタ 46,47,48 液注入手段 46′,47′,48′ 液注入手段 C,C′ 低温室 G,G′ 作動ガス H,H′ 高温室 S 圧力ガス S′ 高圧段スターリング機構から
の排出圧力ガス S″ 低圧段スターリング機構から
の排出圧力ガス W 液体
3, 3 'heater 5, 5' heat regenerator 11 high pressure stage Stirling mechanism 11 'low pressure stage Stirling mechanism 21, 16 pressure gas supply / discharge means 16 periodic valve 16a valve case 17 valve body 22 pressure gas introduction path 24 pressure gas Discharge paths 29, 30, 31 Internal communication paths 42 Injectors 46, 47, 48 Liquid injection means 46 ', 47', 48 'Liquid injection means C, C' Low temperature chamber G, G 'Working gas H, H' High temperature chamber S Pressure gas S 'Discharge pressure gas from high pressure stage Stirling mechanism S "Discharge pressure gas from low pressure stage Stirling mechanism W Liquid

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591255689 樫山工業株式会社 東京都杉並区高円寺南1丁目32番3号 (72)発明者 柳生 寿美夫 兵庫県尼崎市浜1丁目1番1号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 (72)発明者 一色 尚次 東京都世田谷区経堂2丁目29番6号 (72)発明者 一色 誠太 東京都世田谷区経堂2丁目29番6号 (72)発明者 小島 博 山形県酒田市上本町6番7号 前田製管株 式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (71) Applicant 591255689 Kashiyama Industry Co., Ltd. 1-332 Koenji Minami, Suginami-ku, Tokyo (72) Inventor Sumio Yagyu 1-1-1 Hama, Amagasaki-shi, Hyogo Kubota Corporation Inside the Technology Development Laboratory (72) Inventor Shoji Isshiki 2-29-6 Kyodo, Setagaya-ku, Tokyo (72) Inventor Seita 2-29-6 Kyodo, Setagaya-ku, Tokyo (72) Inventor Hiroshi Kojima Yamagata 6-7 Uehonmachi, Sakata City Maeda Pipe Works Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 作動ガスを熱再生器を通じて低温室から
加熱器を備える高温室へ移動させる高温化工程と、前記
熱再生器を通じて連通する前記低温室と前記高温室との
全室容積を増加させる容積増加工程と、作動ガスを前記
熱再生器を通じて前記高温室から前記低温室へ移動させ
る低温化工程と、前記低温室と前記高温室との全室容積
を減少させる容積減少工程とを、その順に繰り返すスタ
ーリング機構を高圧段用と低圧段用との2組設け、 これら高圧段スターリング機構と低圧段スターリング機
構を互いに半周期の位相差をもって動作させる構成に
し、 高圧段スターリング機構が容積減少工程から容積増加工
程への移行時点付近にあるとき、高圧段スターリング機
構の前記低温室へ作動ガスとする圧力ガスを注入し、か
つ、 高圧段スターリング機構が容積増加工程から容積減少工
程への移行時点付近にあるとき、高圧段スターリング機
構の前記低温室から作動ガスとしての内部圧力ガスの一
部を排出するとともに、この排出圧力ガスを、そのとき
容積減少工程から容積増加工程への移行時点付近にある
低圧段スターリング機構の前記低温室へ作動ガスとして
注入し、 さらに、低温段スターリング機構が容積増加工程から容
積減少工程への移行時点付近にあるとき、低圧段スター
リング機構の前記低温室から作動ガスとしての内部圧力
ガスの一部を排出する圧力ガス給排手段を設けてあるス
ターリングエキスパンダ。
1. A high-temperature step of moving a working gas from a low-temperature chamber through a heat regenerator to a high-temperature chamber having a heater, and increasing the total volume of the low-temperature chamber and the high-temperature chamber communicating with each other through the heat regenerator. Volume increasing step, a low temperature step of moving the working gas from the high temperature chamber to the low temperature chamber through the heat regenerator, and a volume reduction step of reducing the total volume of the low temperature chamber and the high temperature chamber, Two sets of Stirling mechanisms, one for the high pressure stage and one for the low pressure stage, which are repeated in that order, are provided so that the high-pressure stage Stirling mechanism and the low-pressure stage Stirling mechanism are operated with a phase difference of half a cycle from each other. When a pressure gas as a working gas is injected into the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism, When the operating mechanism is near the transition from the volume increasing step to the volume reducing step, a part of the internal pressure gas as the working gas is discharged from the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism, and the discharged pressure gas is discharged. When the working gas is injected into the low-temperature chamber of the low-pressure stage Stirling mechanism near the transition point from the volume decreasing step to the volume increasing step, and the low-temperature stage Stirling mechanism is near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step. A Stirling expander provided with a pressure gas supply / discharge means for discharging a part of the internal pressure gas as the working gas from the low temperature chamber of the low pressure stage Stirling mechanism.
【請求項2】 前記圧力ガス給排手段を、 低圧段スターリング機構の前記低温室から排出される圧
力ガスの一部を高圧段スターリング機構の前記低温室に
対する圧力ガス注入に伴いインゼクタにより吸入して、
注入圧力ガスとともに高圧段スターリング機構の前記低
温室へ再注入する構成にしてある請求項1記載のスター
リングエキスパンダ。
2. The pressure gas supply / discharge unit according to claim 1, wherein a part of the pressure gas discharged from the low-temperature chamber of the low-pressure stage Stirling mechanism is sucked by an injector along with injection of the pressure gas into the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism. ,
The Stirling expander according to claim 1, wherein the Stirling expander is configured to re-inject into the low-temperature chamber of the high-pressure stage Stirling mechanism together with the injection pressure gas.
【請求項3】 1つの弁ケースに内装した弁体を高圧段
及び低圧段スターリング機構との同期状態で動作させ
て、高圧段スターリング機構が容積減少工程から容積増
加工程への移行時点付近にあるとき高圧段スターリング
機構の前記低温室へ圧力ガス導入路を連通させ、かつ、
低圧段スターリング機構が容積増加工程から容積減少工
程への移行時点付近にあるとき低圧段スターリング機構
の前記低温室に対し圧力ガス排出路を連通させる周期作
動弁を、前記圧力ガス給排手段に装備し、 この周期作動弁を、高圧段スターリング機構が容積増加
工程から容積減少工程への移行時点付近にあるとき、前
記弁体又は前記弁ケースに形成してある内部連通路を通
じて高圧段スターリング機構の前記低温室と低圧段スタ
ーリング機構の前記低温室とを連通させる構成にしてあ
る請求項1又は2記載のスターリングエキスパンダ。
3. The high pressure stage and the low pressure stage Stirling mechanism are operated in synchronism with the high pressure stage and the low pressure stage Stirling mechanism, and the high pressure stage Stirling mechanism is near the transition point from the volume reduction step to the volume increase step. When a high-pressure stage Stirling mechanism to communicate a pressure gas introduction path to the low-temperature chamber, and,
When the low pressure stage Stirling mechanism is near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step, the pressure gas supply / discharge means is provided with a cyclically operating valve for communicating a pressure gas discharge path to the low temperature chamber of the low pressure stage Stirling mechanism. When the high-pressure stage Stirling mechanism is near the transition point from the volume increasing step to the volume decreasing step, the periodic operation valve is connected to the high-pressure stage Stirling mechanism through the internal communication passage formed in the valve body or the valve case. The Stirling expander according to claim 1 or 2, wherein the low-temperature chamber and the low-pressure chamber of the low-pressure stage Stirling mechanism are connected to each other.
【請求項4】 作動ガスを熱再生器を通じて低温室から
加熱器を備える高温室へ移動させる高温化工程と、前記
熱再生器を通じて連通する前記低温室と前記高温室との
全室容積を増加させる容積増加工程と、作動ガスを前記
熱再生器を通じて前記高温室から前記低温室へ移動させ
る低温化工程と、前記低温室と前記高温室との全室容積
を減少させる容積減少工程とを、その順に繰り返すスタ
ーリング機構を設け、 このスターリング機構が容積減少工程から容積増加工程
への移行時点付近にあるとき前記低温室へ作動ガスとす
る圧力ガスを注入し、かつ、容積増加工程から容積減少
工程への移行時点付近にあるとき前記低温室から作動ガ
スとしての内部圧力ガスの一部を排出する圧力ガス給排
手段を設け、 前記スターリング機構が容積減少工程から容積増加工程
への移行時点付近にあるとき前記高温室へ、その高温室
内で加熱蒸発させる液体を噴出供給する液注入手段を設
けてあるスターリングエキスパンダ。
4. A high temperature step of moving a working gas from a low temperature chamber to a high temperature chamber having a heater through a heat regenerator, and increasing the total volume of the low temperature chamber and the high temperature chamber communicating with each other through the heat regenerator. Volume increasing step, a low temperature step of moving the working gas from the high temperature chamber to the low temperature chamber through the heat regenerator, and a volume reduction step of reducing the total volume of the low temperature chamber and the high temperature chamber, A Stirling mechanism that repeats in that order is provided. When the Stirling mechanism is near the transition point from the volume decreasing step to the volume increasing step, a pressure gas as a working gas is injected into the low-temperature chamber, and the volume increasing step to the volume decreasing step. A pressure gas supply / discharge means for discharging a part of the internal pressure gas as the working gas from the low temperature chamber when near the transition point to Wherein the high-temperature chamber, Stirling expander that is a liquid for heating evaporated in the high temperature compartment is provided jetting supplied liquid injection means when in the vicinity of the transition point to Luo volume increasing step.
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