JP2009144598A - External combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ランキンサイクル回路とスターリングエンジンとを複合した外燃機関に関する。 The present invention relates to an external combustion engine that combines a Rankine cycle circuit and a Stirling engine.
近年、資源問題や環境問題が重視され、熱機関等のエネルギー変換効率の向上やエネルギーの有効活用が重要課題となっている。そして、従来スターリングエンジンと他のエネルギー変換機関とを複合させた外燃機関が提案されている。 In recent years, resource issues and environmental issues have been emphasized, and improvement of energy conversion efficiency and effective use of energy have become important issues. Conventionally, an external combustion engine in which a Stirling engine and another energy conversion engine are combined has been proposed.
例えば特許文献1には、図18に示す模式図のように、ランキンサイクル回路210とスターリングエンジン200とを複合させて発電を行う外燃機関(複合冷熱発電装置)300が記載されている。
For example, Patent Document 1 describes an external combustion engine (composite refrigeration generator) 300 that generates electricity by combining a Rankine
この外燃機関300はランキンサイクル回路210内にエバポレータ(蒸発器)211で蒸発させられた作動媒体により駆動される膨張機(膨張タービン)212と膨張後の作動媒体を凝縮させるコンデンサ(凝縮器)213を備え、膨張機212には膨張機212の駆動によって発電するジェネレータ(発電機)214が取り付けられている。
The
スターリングエンジン200は、高温側シリンダ(図示せず)を設けた高温部202と低温側シリンダ(図示せず)を設けた低温部204との間で作動ガスを往復させ、作動ガスが膨張と収縮とを繰り返すことで駆動される。スターリングエンジン200にもジェネレータ(発電機)201が取り付けられている。ランキンサイクル回路210の作動媒体はコンデンサ213において第二の冷却媒体としての液化天然ガスと熱交換が行われて凝縮し、スターリングエンジン200の冷却媒体(冷却用熱媒体)は、スターリングエンジン200と気化器203との間で循環し、気化器203において第二の冷却媒体と熱交換が行われて冷却される。
The Stirling
一方、特許文献2には、図19に示す模式図のように、スターリングエンジン400の出力軸401に冷凍空調サイクル回路402のコンプレッサ403を接続し、スターリングエンジン400の駆動によりコンプレッサ403を駆動させる外燃機関(冷暖房給湯システム)500が記載されている。この外燃機関500において、冷凍空調サイクル回路402には膨張弁404、屋内用熱交換器405、屋外用熱交換器406が設けられてこれらが第二作動媒体導通管で連結されて第二作動媒体の循環路が形成され、冷却媒体導通管(給水路)407は途中で分岐して、分岐した一方側はスターリングエンジン400の低温部(冷却部)408に冷却媒体を供給して低温部408を冷却し、分岐した他方側は高温部(加熱部)409の周囲に冷却媒体を通過させて湯を生成する。
しかし、上記特許文献1に記載の発明は、ランキンサイクル回路とスターリングエンジンとが別個の装置として形成されているため、必然的に装置が大型化するという問題がある。また、引用文献2に記載の発明は空調装置としては使用できるものの、空調装置を高出力で駆動させるためにはスターリングエンジンの出力を大型化しなければならず、高性能化させるためにはやはり装置が大型化するという問題がある。更に引用文献2に記載の発明はスターリングエンジンの駆動が停止した場合システム全体が停止してしまい、障害に弱いという問題がある。
However, the invention described in Patent Document 1 has a problem that the Rankine cycle circuit and the Stirling engine are formed as separate devices, which inevitably increases the size of the device. In addition, although the invention described in the cited
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、小型で高出力が得られ、障害に強く、高いエネルギー変換効率を得ることができる外燃機関を提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an external combustion engine that is small and has high output, is resistant to obstacles, and can obtain high energy conversion efficiency.
かかる課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、作動媒体の膨張エネルギーを運動エネルギーに変換する膨張機を備えたランキンサイクル回路と、作動ガスを加熱膨張させる高温部及び前記作動ガスを冷却収縮させる低温部を備え熱エネルギーを運動エネルギーに変換するスターリングエンジンと、前記ランキンサイクル回路に設けられて前記作動媒体を加熱する加熱部及び前記スターリングエンジンの高温部のうち少なくとも何れか一方を加熱する加熱器と、ジェネレータ等の回転機及び冷凍空調サイクル回路を循環する第二作動媒体を圧縮するコンプレッサのうち少なくとも何れか一方とを備えた外燃機関であって、前記スターリングエンジンの出力軸と、前記膨張機の出力軸と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方の入力軸とが接続されていることを特徴とする。 In order to solve this problem, the invention described in claim 1 includes a Rankine cycle circuit including an expander that converts expansion energy of a working medium into kinetic energy, a high-temperature unit that heats and expands the working gas, and the working gas. A Stirling engine that includes a low-temperature part that cools and contracts the heat, converts thermal energy into kinetic energy, a heating part that is provided in the Rankine cycle circuit and heats the working medium, and at least one of the high-temperature part of the Stirling engine An external combustion engine comprising a heater for heating and at least one of a rotary machine such as a generator and a compressor for compressing a second working medium circulating in a refrigeration air-conditioning cycle circuit, the output shaft of the Stirling engine And less than the output shaft of the expander, the rotating machine and the compressor Characterized in that it is connected and the one of the input shaft.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の構成に加え、一体に形成された本体部の内部に、前記スターリングエンジンの出力軸と、前記ランキンサイクル回路を構成する前記膨張機と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方とがそれぞれ収容されたことを特徴とする。
In addition to the structure of Claim 1, the invention described in
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の構成に加え、前記加熱器から出力された熱を通過させる排熱回収器が設けられ、該排熱回収器の前記出力された熱が通過する排気側には、前記膨張機に供給される前記作動媒体が通過する、前記加熱部としての第一液媒ジャケットが配設され、前記低温部には、前記膨張機を通過した前記作動媒体が通過する第二液媒ジャケットが配設されたことを特徴とする。
The invention according to claim 3 is provided with an exhaust heat recovery device that passes the heat output from the heater in addition to the configuration according to
請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の構成に加え、前記本体部には、前記スターリングエンジンの出力軸が収容される第一室と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方と前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機とがそれぞれ収容されると共に前記膨張機によって膨張された前記作動媒体が内部を通過する第二室とが設けられたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second or third aspect, the main body portion includes a first chamber in which an output shaft of the Stirling engine is accommodated, the rotating machine, and the compressor. At least one of them and the expander for expanding the working medium circulating in the Rankine cycle circuit are accommodated, and a second chamber through which the working medium expanded by the expander passes is provided. It is characterized by that.
請求項5に記載の発明は、請求項2又は3に記載の構成に加え、前記本体部においては、前記本体部においては、前記スターリングエンジンの出力軸と、前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方とが同一室内にてそれぞれ収容されると共に、前記膨張機によって膨張された前記作動媒体が内部を通過する第三室が設けられたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to the second or third aspect, in the main body portion, the main body portion circulates the output shaft of the Stirling engine and the Rankine cycle circuit. The expander that expands the medium and at least one of the rotating machine and the compressor are housed in the same chamber, and the working medium expanded by the expander passes through the inside. A chamber is provided.
請求項6に記載の発明は、請求項2乃至5の何れか一つに記載の構成に加え、前記本体部においては、前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサが収容される第四室が設けられたことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the second to fifth aspects, the main body portion compresses the second working medium circulating in the refrigeration air-conditioning cycle circuit. A fourth chamber is provided in which is accommodated.
請求項7に記載の発明は、請求項2又は3に記載の構成に加え、前記本体部においては、前記スターリングエンジンの出力軸及び前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサが収容される第五室と、前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機が収容される第六室とが設けられたことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the invention, in addition to the configuration of the second or third aspect, the main body compresses the second working medium that circulates through the output shaft of the Stirling engine and the refrigeration air conditioning cycle circuit. A fifth chamber in which the compressor is accommodated and a sixth chamber in which the expander for expanding the working medium circulating in the Rankine cycle circuit is accommodated are provided.
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の構成に加え、前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体及び前記スターリングエンジンの作動ガスは二酸化炭素であることを特徴とする。
The invention described in
請求項9に記載の発明は、請求項6乃至8の何れか一つに記載の構成に加え、前記低温部には前記コンプレッサに供給される前記第二作動媒体が通過する第三液媒ジャケットが設けられると共に、前記排熱回収器の前記加熱器に空気を供給する吸気側には前記コンプレッサを通過した前記第二作動媒体が通過する第四液媒ジャケットが設けられたことを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the sixth to eighth aspects, a third liquid medium jacket through which the second working medium supplied to the compressor passes through the low temperature portion. And a fourth liquid medium jacket through which the second working medium that has passed through the compressor passes is provided on the intake side of the exhaust heat recovery unit for supplying air to the heater. .
請求項10に記載の発明は、請求項6乃至9の何れか一つに記載の構成に加え、前記スターリングエンジンの動力を前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサの入力軸に伝達する動力伝達機構には、前記スターリングエンジンの膨張室を形成するピストンの進退方向に該ピストンと一体となって進退する連結部と、前記ピストンの進退方向に対して軸方向が平行に設けられた回転可能な回転主軸と、中心部に前記回転主軸が接続されると共に周縁側に前記連結部が連結された、該回転主軸の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられて前記ピストンの進退方向の運動を前記回転主軸の回転運動に変換する斜板と、前記入力軸及び前記回転主軸に接続されて前記回転主軸の軸方向回転運動を前記入力軸の軸方向回転運動に変換して伝達させる回転変換部とを備えたことを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the sixth to ninth aspects, the compressor that compresses the second working medium that circulates the power of the Stirling engine through the refrigeration air-conditioning cycle circuit. The power transmission mechanism for transmitting to the input shaft has a connecting portion that moves forward and backward integrally with the piston that forms the expansion chamber of the Stirling engine, and an axial direction with respect to the forward and backward direction of the piston. The rotation main shaft provided in parallel and the rotation main shaft is connected to the center portion and the connecting portion is connected to the peripheral side, the plate surface direction is inclined with respect to the axial direction of the rotation main shaft. A swash plate provided to convert the movement of the piston in the advancing and retreating direction into the rotation of the rotation main shaft; and the input shaft and the rotation main shaft connected to the rotation main shaft in the axial direction. Characterized by comprising a rotation conversion unit for transmitting to convert the axially rotational movement.
請求項11に記載の発明は、請求項6乃至10の何れか一つに記載の構成に加え、前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機及び前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方はスクロール型であることを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the sixth to tenth aspects, the expander that expands the working medium that circulates through the Rankine cycle circuit and the refrigeration air-conditioning cycle circuit are circulated. At least one of the compressors that compress the second working medium is a scroll type.
請求項12に記載の発明は、請求項6乃至11の何れか一つに記載の構成に加え、前記冷凍空調サイクル回路を循環する前記第二作動媒体を圧縮する前記コンプレッサは、シリンダとピストンとを備えたレシプロ型コンプレッサであって、前記ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる前記膨張機及び前記スターリングエンジンのうち少なくとも何れか一方の駆動力によって駆動される第二回転主軸と、中心部が前記第二回転主軸に接続されて該第二回転主軸の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられた第二斜板とを備え、前記コンプレッサの前記ピストンには前記第二斜板に連結する連結部を設けたことを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the sixth to eleventh aspects, the compressor for compressing the second working medium circulating in the refrigeration air-conditioning cycle circuit includes a cylinder, a piston, A reciprocating compressor comprising: a second rotary main shaft driven by a driving force of at least one of the expander and the Stirling engine for expanding the working medium circulating in the Rankine cycle circuit; and a center A second swash plate that is connected to the second rotation main shaft and is inclined with respect to the axial direction of the second rotation main shaft, and the piston of the compressor includes the second swash plate The present invention is characterized in that a connecting portion for connecting to the swash plate is provided.
請求項13に記載の発明は、請求項1乃至12の何れか一つに記載の構成に加え、前記スターリングエンジンの膨張室を形成するピストンの進退方向が略水平方向に沿うように形成されたことを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to twelfth aspects, the piston is formed so that the advancing / retreating direction of the piston forming the expansion chamber of the Stirling engine is substantially horizontal. It is characterized by that.
請求項14に記載の発明は、請求項2乃至13の何れか一つに記載の構成に加え、前記本体部において、前記第二回転主軸及び前記出力軸のうち何れか一方は軸方向が前記スターリングエンジンの前記ピストンの進退方向に対して略直交方向に配設されると共に、他方は前記スターリングエンジンの前記ピストンの進退方向に対して略水平方向に配設されていることを特徴とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the second to thirteenth aspects, in the main body portion, any one of the second rotation main shaft and the output shaft is in the axial direction. The Stirling engine is arranged in a direction substantially orthogonal to the advancing / retreating direction of the piston, and the other is arranged in a substantially horizontal direction with respect to the advancing / retreating direction of the piston of the Stirling engine.
請求項15に記載の発明は、請求項13又は14に記載の構成に加え、前記加熱器は前記高温部よりも上方に設置されて、前記排熱回収器は前記排気側が前記加熱器から前記高温部にかけて下方に向けて延設されたことを特徴とする。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to the thirteenth or fourteenth aspect, the heater is installed above the high-temperature portion, and the exhaust heat recovery unit is disposed on the exhaust side from the heater. It is characterized by extending downward toward the high temperature part.
請求項16に記載の発明は、請求項13又は14に記載の構成に加え、前記加熱器は前記高温部の頂部に対向して設置されて、前記排熱回収器は、前記排気側に、前記加熱器から前記高温部まで略水平方向に設けられた水平部と、該水平部の一部から上方に向けて延設された上方延設部とを有することを特徴とする。
The invention according to
請求項17に記載の発明は、請求項16に記載の構成に加え、前記排熱回収器は前記高温部の位置において前記水平部が略直角に折曲し、前記上方延設部は前記水平部が折曲した前記高温部の位置から上方に向けて略垂直方向に延設されたことを特徴とする。 According to a seventeenth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the sixteenth aspect, the horizontal portion of the exhaust heat recovery device is bent at a substantially right angle at the position of the high temperature portion, and the upward extending portion is the horizontal portion. It is characterized by extending in a substantially vertical direction upward from the position of the high temperature portion where the portion is bent.
請求項1に記載の発明によれば、ランキンサイクル回路に設けられて作動媒体を加熱する加熱部及びスターリングエンジンの高温部のうち少なくとも何れか一方を加熱する加熱器を備えたことにより、一の加熱器から出力される熱エネルギーをランキンサイクル回路とスターリングエンジンとの加熱に使用できて、エネルギー変換効率を高めることができる。また、スターリングエンジンの出力軸と、膨張機の出力軸と、回転機及びコンプレッサのうち少なくとも何れか一方の入力軸とが接続されていることにより、一の入力軸をスターリングエンジンの駆動力と膨張機の駆動力との複合力によって作動させることができ、高出力を得ることができる。また、スターリングエンジンと膨張機とのうち何れか一方の駆動により一の出力軸の駆動を継続できるので、縮退運転等が容易になり障害に強くなる。これにより、小型で高出力が得られ、障害に強く、かつ高いエネルギー変換効率が得られる外燃機関を提供できる。 According to the first aspect of the present invention, the heater includes a heating unit that is provided in the Rankine cycle circuit and that heats the working medium and that heats at least one of the high-temperature unit of the Stirling engine. The heat energy output from the heater can be used for heating the Rankine cycle circuit and the Stirling engine, and the energy conversion efficiency can be increased. In addition, since the output shaft of the Stirling engine, the output shaft of the expander, and the input shaft of at least one of the rotating machine and the compressor are connected, the driving force and expansion of the Stirling engine can be used as one input shaft. It can be operated by a combined force with the driving force of the machine, and a high output can be obtained. In addition, since driving of one output shaft can be continued by driving either one of the Stirling engine and the expander, the degenerate operation and the like are facilitated and are resistant to obstacles. As a result, it is possible to provide an external combustion engine that is small in size, can provide high output, is resistant to obstacles, and has high energy conversion efficiency.
請求項2に記載の発明によれば、一体に形成された本体部の内部に、スターリングエンジンの出力軸と、ランキンサイクル回路を構成する膨張機と、回転機及びコンプレッサのうち少なくとも何れか一方とがそれぞれ収容されたことにより、スターリングエンジン及びランキンサイクル回路の駆動力が発生する部分と該駆動力により回転する部分とを一体に形成された本体部の内部に収容できる。これにより、外燃機関の主要部をコンパクトに形成し、装置全体の一層の小型化を図ることができる。 According to the second aspect of the present invention, the output shaft of the Stirling engine, the expander constituting the Rankine cycle circuit, and at least one of the rotating machine and the compressor are provided inside the integrally formed main body. Can be accommodated in the body portion integrally formed with the part where the driving force of the Stirling engine and Rankine cycle circuit is generated and the part rotated by the driving force. Thereby, the main part of an external combustion engine can be formed compactly, and the further size reduction of the whole apparatus can be achieved.
請求項3に記載の発明によれば、加熱器から出力された熱を通過させる排熱回収器が設けられたことにより、加熱器から出力された熱を集中的に回収し利用することが可能になる。また、排熱回収器の出力された熱が通過する排気側には、膨張機に供給される作動媒体が通過する、加熱部としての第一液媒ジャケットが配設されたことにより、作動媒体に加熱器が発生した熱を吸収させてランキンサイクル回路の等圧加熱工程を確実に行うことができる。また、低温部には、膨張機を通過した作動媒体が通過する第二液媒ジャケットが配設されたことにより、ランキンサイクル回路の膨張行程を経て温度が下がった作動媒体にスターリングエンジンの作動ガスの熱を吸収させて、低温部における作動ガスを冷却収縮させる工程の効率向上を図ることができる。これにより、外燃機関を一層コンパクトに形成しエネルギー変換効率を一層高めることができる。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to collect and use the heat output from the heater in a concentrated manner by providing the exhaust heat recovery device that passes the heat output from the heater. become. In addition, on the exhaust side through which the heat output from the exhaust heat recovery unit passes, a working medium supplied to the expander passes, and a first liquid medium jacket as a heating unit is disposed, so that the working medium Thus, the heat generated by the heater can be absorbed to perform the isobaric heating process of the Rankine cycle circuit reliably. In addition, since the second fluid medium jacket through which the working medium that has passed through the expander passes is disposed in the low temperature portion, the working gas of the Stirling engine is changed to the working medium whose temperature has been lowered through the expansion process of the Rankine cycle circuit. Thus, the efficiency of the process of cooling and shrinking the working gas in the low temperature part can be improved. Thereby, an external combustion engine can be formed more compactly and energy conversion efficiency can be raised further.
請求項4に記載の発明によれば、スターリングエンジンの出力軸が収容される第一室と、回転機及びコンプレッサのうち少なくとも何れか一方とランキンサイクル回路を循環する作動媒体を膨張させる膨張機とがそれぞれ収容されると共に膨張機によって膨張された作動媒体が内部を通過する第二室とが設けられたことにより、膨張行程を経て温度が下がった作動媒体の通過により、回転機の冷却機構を特段設けることなく回転機及びコンプレッサのうち少なくとも何れか一方を冷却することができる。これにより、外燃機関を一層コンパクトに形成し回転機の加熱による耐久性、信頼性の低下を防止できる。 According to the fourth aspect of the present invention, the first chamber in which the output shaft of the Stirling engine is accommodated, the expander for expanding the working medium circulating in the Rankine cycle circuit, and at least one of the rotating machine and the compressor. And the second chamber through which the working medium expanded by the expander passes, the cooling mechanism for the rotating machine is controlled by the passage of the working medium whose temperature has decreased through the expansion stroke. At least one of the rotating machine and the compressor can be cooled without any special provision. Thereby, an external combustion engine can be formed more compactly and the fall of durability and reliability by the heating of a rotary machine can be prevented.
請求項5に記載の発明によれば、本体部においては、スターリングエンジンの出力軸と、ランキンサイクル回路を循環する前記作動媒体を膨張させる膨張機と、回転機及びコンプレッサのうち少なくとも何れか一方とが同一室内にてそれぞれ収容されると共に、膨張機によって膨張された作動媒体が内部を通過する第三室が設けられたことにより、膨張行程を経て温度が下がった作動媒体の通過により、回転機の冷却機構を特段設けることなく回転機及びコンプレッサのうち少なくとも何れか一方を冷却することができ、外燃機関を一層コンパクトに形成し回転機の加熱による耐久性、信頼性の低下を防止できる。
According to invention of
また、請求項5に記載の発明によれば、膨張機から第三室の内部に作動媒体を通過させる際に第三室内部に存在する潤滑油を攪拌させることや、作動媒体自体が潤滑油が機能を有する場合には第三室の内部に作動媒体を通過させることのみにより潤滑油の機能を奏させることが可能になる。これにより、オイルパンに貯留された潤滑油を攪拌するための機構を設ける必要や、オイルパンに潤滑油を貯留させる必要がなくなり、外燃機関を一層コンパクトに形成することができる。また、第三室内で使用する潤滑油は一種類のみで済むので、メンテナンスを楽に行うことができる。
According to the invention described in
請求項6に記載の発明によれば、本体部においては、冷凍空調サイクル回路を循環する第二作動媒体を圧縮するコンプレッサが収容される第四室が設けられたことにより、スターリングエンジン及びランキンサイクル回路の駆動力が発生する部分と冷凍空調サイクル回路における駆動力の供給が必要な部分とを一体に形成された本体部の内部に収容できる。これにより、発電等と冷暖房とに併用される外燃機関の主要部をコンパクトに形成し、装置全体の一層の小型化を図ることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, in the main body, the Stirling engine and Rankine cycle are provided by providing the fourth chamber in which the compressor for compressing the second working medium circulating in the refrigeration air conditioning cycle circuit is provided. A portion where the driving force of the circuit is generated and a portion of the refrigeration / air-conditioning cycle circuit that needs to be supplied with the driving force can be accommodated in the integrally formed body. Thereby, the main part of the external combustion engine used in combination with power generation and the air conditioning can be formed compactly, and further downsizing of the entire apparatus can be achieved.
請求項7に記載の発明によれば、本体部においては、スターリングエンジンの出力軸及び冷凍空調サイクル回路を循環する第二作動媒体を圧縮するコンプレッサが収容される第五室と、ランキンサイクル回路を循環する作動媒体を膨張させる膨張機が収容される第六室とが設けられたことにより、外燃機関の構造を簡素に形成できて、外燃機関の主要部をコンパクトに形成できる。また、スターリングエンジンの出力軸と冷凍空調サイクル回路のコンプレッサとを同室に収容したことにより、冷凍空調サイクル回路の第二作動媒体が充填される第五室がスターリングエンジンの作動ガスが充填される膨張室に隣接または近接して存在することになる。したがって、スターリングエンジンの作動ガスと冷凍空調サイクル回路の第二作動媒体とを共用しても第五室と膨張室との間でのガスの漏洩による支障が生ずることはなく、メンテナンスを楽に行うことができる。 According to the invention described in claim 7, in the main body portion, the fifth chamber in which the compressor for compressing the second working medium circulating in the output shaft of the Stirling engine and the refrigeration air-conditioning cycle circuit is housed, and the Rankine cycle circuit are provided. By providing the sixth chamber in which the expander that expands the circulating working medium is accommodated, the structure of the external combustion engine can be simply formed, and the main part of the external combustion engine can be compactly formed. In addition, since the output shaft of the Stirling engine and the compressor of the refrigeration air conditioning cycle circuit are housed in the same chamber, the fifth chamber filled with the second working medium of the refrigeration air conditioning cycle circuit is expanded with the working gas of the Stirling engine filled. It will be adjacent or close to the chamber. Therefore, even if the working gas of the Stirling engine and the second working medium of the refrigeration air-conditioning cycle circuit are shared, there is no trouble due to gas leakage between the fifth chamber and the expansion chamber, and maintenance is facilitated. Can do.
請求項8に記載の発明は、冷凍空調サイクル回路を循環する第二作動媒体及びスターリングエンジンの作動ガスは二酸化炭素であることにより、スターリングエンジンの作動ガスと冷凍空調サイクル回路の第二作動媒体との共用を実現できる。 According to the eighth aspect of the present invention, the working gas of the Stirling engine and the second working medium of the refrigeration air-conditioning cycle circuit are obtained by the second working medium circulating in the refrigeration air-conditioning cycle circuit and the working gas of the Stirling engine being carbon dioxide. Can be shared.
請求項9に記載の発明は、低温部にはコンプレッサに供給される第二作動媒体が通過する第三液媒ジャケットが設けられることにより、冷凍空調サイクル回路のコンプレッサにおける圧縮工程を経る前の低温の第二作動媒体と低温部に充填された作動ガスと熱交換させて、低温部における作動ガスを冷却収縮させる工程の効率向上を図ることができる。これにより、外燃機関を一層コンパクトに形成しエネルギー変換効率を一層高めることができる。また、排熱回収器の加熱器に空気を供給する吸気側にはコンプレッサを通過した第二作動媒体が通過する第四液媒ジャケットが設けられたことにより、コンプレッサによる圧縮工程を経た高温の第二作動媒体と加熱器に供給される前の空気とを熱交換させ、この熱交換によって暖めた空気を加熱器に供給することで加熱効率を向上させると共に、圧縮された高温高圧ガス(第二作動媒体)を冷却するために冷凍サイクルの効率も向上する。これにより、加熱器の効率を向上させて外燃機関の出力とエネルギー変換効率とを高めることができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the low temperature part is provided with a third fluid medium jacket through which the second working medium supplied to the compressor passes, so that the low temperature before passing through the compression step in the compressor of the refrigeration air conditioning cycle circuit. The efficiency of the process of cooling and shrinking the working gas in the low temperature portion can be improved by exchanging heat between the second working medium and the working gas filled in the low temperature portion. Thereby, an external combustion engine can be formed more compactly and energy conversion efficiency can be raised further. In addition, a fourth fluid medium jacket through which the second working medium that has passed through the compressor passes is provided on the intake side that supplies air to the heater of the exhaust heat recovery unit, so that the high-temperature second through the compression process by the compressor. Heat exchange is performed between the two working medium and air before being supplied to the heater, and the air heated by this heat exchange is supplied to the heater to improve the heating efficiency. In order to cool the working medium), the efficiency of the refrigeration cycle is also improved. Thereby, the efficiency of a heater can be improved and the output and energy conversion efficiency of an external combustion engine can be improved.
請求項10に記載の発明によれば、スターリングエンジンの膨張室を形成するピストンの進退方向にピストンと一体となって進退する連結部と、ピストンの進退方向に対して軸方向が平行に設けられた回転可能な回転主軸と、中心部に回転主軸が接続されると共に周縁側に連結部が連結された、回転主軸の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられてピストンの進退方向の運動を回転主軸の回転運動に変換する斜板と、入力軸及び回転主軸に接続されて回転主軸の軸方向回転運動を入力軸の軸方向回転運動に変換して伝達させる回転変換部とを備えたことにより、スターリングエンジンにおけるピストンの進退方向の長さを短くすることができて外燃機関の主要部をコンパクトに形成できる。また、動力伝達機構の動作を安定化させることができる。また、斜板の傾斜角を調整することで容易にピストンのストローク量を変化させ、ピストンの駆動状態を調節することが可能になる。 According to the tenth aspect of the present invention, the connecting portion that advances and retreats integrally with the piston in the advancing and retreating direction of the piston forming the expansion chamber of the Stirling engine, and the axial direction is provided in parallel to the advancing and retreating direction of the piston. The rotation main shaft is rotatable, the rotation main shaft is connected to the central portion, and the connecting portion is connected to the peripheral side. The plate surface direction is inclined with respect to the axial direction of the rotation main shaft, and the piston advances and retracts. A swash plate that converts the motion of the rotation main shaft into a rotation motion of the rotation main shaft, and a rotation conversion unit that is connected to the input shaft and the rotation main shaft and converts the axial rotation motion of the rotation main shaft to the axial rotation motion of the input shaft and transmits it. By providing, the length of the piston in the Stirling engine can be shortened, and the main part of the external combustion engine can be compactly formed. Further, the operation of the power transmission mechanism can be stabilized. Further, by adjusting the inclination angle of the swash plate, it is possible to easily change the stroke amount of the piston and adjust the driving state of the piston.
請求項11に記載の発明によれば、ランキンサイクル回路を循環する作動媒体を膨張させる膨張機及び冷凍空調サイクル回路を循環する第二作動媒体を圧縮するコンプレッサのうち少なくとも何れか一方はスクロール型であることにより、可動スクロールを旋回させて膨張や圧縮を行えるので、出力軸から伝達された回転エネルギーの運動方向を変換するための機構を設ける必要がなく、従ってエネルギーの機械的損失が少なくなって、圧縮や膨張におけるエネルギー効率を良好にできる。
According to the invention described in
請求項12に記載の発明によれば、冷凍空調サイクル回路を循環する第二作動媒体を圧縮するコンプレッサは、シリンダとピストンとを備えたレシプロ型コンプレッサであって、ランキンサイクル回路を循環する作動媒体を膨張させる膨張機及びスターリングエンジンのうち少なくとも何れか一方の駆動力によって駆動される第二回転主軸と、中心部が第二回転主軸に接続されて第二回転主軸の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられた第二斜板とを備え、コンプレッサのピストンには第二斜板に連結する連結部を設けたことにより、第二回転主軸の軸方向の長さを短くすることができて外燃機関の主要部をコンパクトに形成できる。また、コンプレッサの動作を安定化させることができ、斜板の傾斜角を調整することで容易にピストンのストローク量を変化させて圧縮状態を容易に調節することができる。
According to the invention described in
請求項13に記載の発明によれば、スターリングエンジンの膨張室を形成するピストンの進退方向が略水平方向に沿うように形成されたことにより、膨張室の高さ方向大きさが大きくなることを抑止できる。これにより、高さ方向大きさが狭小なスペースに外燃機関を設置することが可能になる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, it is possible to increase the size of the expansion chamber in the height direction by forming the piston that forms the expansion chamber of the Stirling engine so that the advancing and retreating direction is substantially along the horizontal direction. Can be suppressed. Thereby, it becomes possible to install an external combustion engine in a space with a small size in the height direction.
請求項14に記載の発明によれば、本体部において、第二回転主軸及び出力軸のうち何れか一方は軸方向がスターリングエンジンのピストンの進退方向に対して略直交方向に配設されると共に、他方はスターリングエンジンのピストンの進退方向に対して略水平方向に配設されていることにより、本体部が水平方向のみに大きくなることを抑止できる。これにより、室内の隅等、狭小なスペースに外燃機関を設置できる。 According to the fourteenth aspect of the present invention, in the main body portion, any one of the second rotation main shaft and the output shaft is disposed so that the axial direction is substantially orthogonal to the advancing / retreating direction of the piston of the Stirling engine. The other is arranged in a substantially horizontal direction with respect to the advancing and retreating direction of the piston of the Stirling engine, so that it is possible to prevent the main body from becoming large only in the horizontal direction. Thereby, an external combustion engine can be installed in a narrow space such as a corner of a room.
請求項15に記載の発明によれば、加熱器は高温部よりも上方に設置されて、排熱回収器は排気側が加熱器から高温部にかけて下方に向けて延設されたことにより、加熱器の加熱手段である燃焼等によって発生したゴミや酸化物等は熱の放出方向に沿って落下し排熱回収器の下方に蓄積されることになる。これにより、排熱回収器の内部の熱の伝導状態を良好に保ち、継続使用に伴うエネルギー変換効率の低下や排熱回収器の使用耐用期間の低下を抑止することができる。 According to the fifteenth aspect of the present invention, the heater is installed above the high temperature portion, and the exhaust heat recovery device extends downward from the heater to the high temperature portion, so that the heater The dust, oxides, etc. generated by the combustion, which is the heating means, fall along the direction of heat release and are accumulated below the exhaust heat recovery unit. Thereby, the heat conduction state inside the exhaust heat recovery device can be kept good, and the decrease in energy conversion efficiency and the use lifetime of the exhaust heat recovery device due to continuous use can be suppressed.
請求項16に記載の発明によれば、加熱器は高温部の頂部に対向して設置されて、排熱回収器は、排気側に、加熱器から高温部まで略水平方向に設けられた水平部と、水平部の一部から上方に向けて延設された上方延設部とを有することにより、加熱器の加熱手段である燃焼等によって発生したゴミや酸化物等は排熱回収器の水平部の下方に蓄積されることになる。これにより、排熱回収器の内部の熱の伝導状態を良好に保ち、継続使用に伴うエネルギー変換効率の低下や排熱回収器の使用耐用期間の低下を抑止することができる。また、高温部の加熱に使用されなかった排熱は排熱回収器の上方延設部に沿って上方に放出されることになる。即ち、排熱回収器が加熱器から放出された熱の移動方向に略一致して配設されているので、排熱回収器の内部の熱の伝導状態を良好に保ち、また、排熱回収器の内部が熱で損傷する事態を抑止し、排熱回収器の使用耐用期間の低下を抑止することができる。
According to invention of
請求項17に記載の発明によれば、排熱回収器は高温部の位置において水平部が略直角に折曲し、上方延設部は水平部が折曲した高温部の位置から上方に向けて略垂直方向に延設されたことにより、高温部の加熱に用いられた熱をそのまま上方に放出させることができる。これにより、加熱器を高温部の加熱に適した状態に調整しつつ加熱後の排熱を効率よく排熱回収器の外部に排出し、排熱回収器の内部の熱の伝導状態を一層良好に保つと共に排熱回収器の使用耐用期間の低下を一層抑止できる。 According to the seventeenth aspect of the present invention, the horizontal portion of the exhaust heat recovery device is bent at a substantially right angle at the position of the high temperature portion, and the upward extending portion is directed upward from the position of the high temperature portion where the horizontal portion is bent. Thus, the heat used for heating the high temperature part can be released upward as it is. As a result, the exhaust heat after heating is efficiently discharged to the outside of the exhaust heat recovery device while adjusting the heater to a state suitable for heating the high temperature part, and the heat conduction state inside the exhaust heat recovery device is further improved. And a decrease in the service life of the exhaust heat recovery device can be further suppressed.
以下、この発明の実施の形態について説明する。
〔発明の実施の形態1〕
図1乃至図6には、この発明の実施の形態を示す。
Embodiments of the present invention will be described below.
Embodiment 1 of the Invention
1 to 6 show an embodiment of the present invention.
この実施の形態の外燃機関は、家庭用コジェネレーションシステムに用いられるものである。まず構成を説明すると、図1に示す通り、この実施の形態の外燃機関1Aは、数百W程度(より具体的には300W〜700W程度)の出力を有するランキンサイクル回路11と、数kW程度(より具体的には1kW〜3kW程度)の出力を有するスターリングエンジン12と、加熱器13と、排熱回収器14とを備えている。
The external combustion engine of this embodiment is used for a home cogeneration system. First, the configuration will be described. As shown in FIG. 1, the
図4に示す通り、ランキンサイクル回路11は、膨張機15と、熱交換器16と、ポンプ17と、「加熱部」としての第一液媒ジャケット18とを備え、更に第二液媒ジャケット19を備えている。膨張機15、第二液媒ジャケット19、熱交換器16、ポンプ17、第一液媒ジャケット18は作動媒体の導通路である作動媒体導通管20a,20b,20c,20d,20eによってそれぞれ連結されて作動媒体の循環路が形成され、ポンプ17の作動により作動媒体がこの循環路を循環する。
As shown in FIG. 4, the
作動媒体は、例えばR245faやR245ca等のフロン類を用いるが、ブタン、ペンタンや二酸化炭素等、圧縮により容易に液化し、気化熱が大きい他の物質を作動媒体に用いてもよい。 As the working medium, for example, chlorofluorocarbons such as R245fa and R245ca are used, but other substances such as butane, pentane, and carbon dioxide that are easily liquefied by compression and have large heat of vaporization may be used as the working medium.
加熱器13はガスの燃焼によって放熱するバーナであり、図1に示す通り、排熱回収器14の内部にスターリングエンジン12の高温部に臨むように設けられている。加熱器13はスターリングエンジン12(外燃機関)の熱源として使用できるものであればどのようなものでもよく、例えば化石燃料を直接燃焼させるものや、工場の排熱、自動車の排熱、焼却炉の排熱等を利用するものであってもよい。
The
排熱回収器14は耐熱性及び断熱性の高い部材によって略筒状に形成され、一方側(図1の右側)が空気を吸入する吸気側、他方側(図1の左側)が空気を排出する排気側に形成されている。図1に示す通り、加熱器13は排熱回収器14の吸気側に設けられ、加熱器13から発生された熱は排熱回収器14の内部を通過して排気側に放出される。
The exhaust
膨張機15はスクロール型の膨張機であって、一対のうず巻き形をした固定スクロール15aと可動スクロール15bとで構成され、流入した作動媒体の圧力によって2つのスクロール15a,15bで仕切られる空間の容積が変化して作動媒体を膨張させ、作動媒体の膨張エネルギーを回転運動エネルギーに変換する。
The
熱交換器16はファンを備え、通過する作動媒体と周囲の空気との熱交換を行う。ポンプ17は低温高圧用ポンプであり、熱交換器16を通過した作動媒体を排熱回収器14に送り出し、ランキンサイクル回路11内において作動媒体を循環させるように構成されている。
The
第一液媒ジャケット18は排熱回収器14の排熱側の周囲の外壁面に配設されている。第二液媒ジャケット19はスターリングエンジン12の低温側シリンダ(後述)の外壁面に配設されている。
The first fluid
一方、スターリングエンジン12は図1に示す通り2ピストン形スターリングエンジンであり、鋳造等により一体に形成された「本体部」としてのハウジング21と、連通管35によって連通された高温側シリンダ27と低温側シリンダ28とを備えている。
On the other hand, the
ハウジング21には、一側側(図1の右側)にクランク室22とジェネレータ室23とが連通して設けられ、他側側(図1の左側)には隔壁部25によって隔離され内部に膨張機15が収容された膨張機収容室24が設けられている。
The
クランク室22の内部下側には皿状に形成されたオイルパン26が設けられている。オイルパン26の内部にはクランク軸(後述)の回動を円滑化させる潤滑油が貯留されている。
An
クランク室22の上側には「高温部」としての高温側シリンダ27及び「低温部」としての低温側シリンダ28を備えている。高温側シリンダ27及び低温側シリンダ28は略円筒形であって、縦置き、即ち各シリンダ27,28の略円筒形状の軸方向が略鉛直方向になるように形成されている。高温側シリンダ27とクランク室22の間、及び低温側シリンダ28とクランク室22の間にはそれぞれ隔壁部31,32が設けられ、高温側シリンダ27とクランク室22と、及び低温側シリンダ28とクランク室22は半気密状態に形成されている。
Above the
高温側シリンダ27の内部には高温側ピストン29、低温側シリンダ28の内部には低温側ピストン30がそれぞれ設けられており、高温側シリンダ27の内部と高温側ピストン29との間に形成された空間は膨張室33に、低温側シリンダ28と低温側ピストン30との間に形成された空間は収縮室34に形成されている。膨張室33と収縮室34とは連通管35によって連通されている。膨張室33及び収縮室34には作動ガスが封入されている。作動ガスは連通管35を介して膨張室33と収縮室34とを移動し、膨張室33において加熱膨張し、収縮室34において冷却収縮する。作動ガスはヘリウムや水素、二酸化炭素、窒素、空気等の非凝縮性ガスが用いられる。なお、作動ガスと同じガスはクランク室22とジェネレータ室23にも充填されており、クランク室22から高温側シリンダ27や低温側シリンダ28の内部にはガスが漏洩してもスターリングエンジン12の機能が低下しないように構成されている。
A high
高温側ピストン29と低温側ピストン30とは隔壁部31,32に形成された開口部36,37を貫通し、クランク室22に配設された一の出力軸43に連結されている。開口部36,37にはリング状のシール部材38,39が嵌合されている。シール部材38,39は高温側ピストン29とクランク室22との間、低温側ピストン30とクランク室22との間の半気密性を確保できる部材によって形成されている。
The high
出力軸43はクランク軸であって、各ピストン29,30の上下運動を回転運動に変換する「出力伝達機構」として形成されている。具体的には、高温側ピストン29のコンロッド40が連結された第一クランク部43aと、低温側ピストン30のコンロッド41が連結された第二クランク部43bとが、それぞれ所定角度(例えば約90度)の位相差を付けて設けられている。図示しないが、出力軸43にはスターリングエンジン12を始動させるためのスタータモータが接続されている。
The
なお、第一クランク部43a及び第二クランク部43bの高さは、出力軸43が回転したときにオイルパン26に貯留された潤滑油を攪拌できる程度に形成されていることが望ましい。
It is desirable that the heights of the
出力軸43の一端側は、ジェネレータ室23の内部に配設された「回転機」としてのジェネレータ44の入力軸45に接続されており、他端側は膨張機15の出力軸46に接続されている。また、出力軸43の一端側は隔壁部25に、略中央部はクランク室22とジェネレータ室23の略境界位置に突設された支柱部47に、他端側はハウジング21の他側側壁面に回動可能に軸支されている。ジェネレータ44は、ランキンサイクル回路11の膨張器15やスターリングエンジン12から駆動力の供給を受けて発電を行うが、スターリングエンジン12を始動させる際のスタータモータとしても機能する。但し、ジェネレータ44とは別にスタータモータを設け、ジェネレータ44に発電のみを行わせる構成としてもよい。
One end side of the
スターリングエンジン12の出力軸43と膨張機15の出力軸46との接続部分には、それぞれの出力軸43,46の回転数を機構的に調節する回転調節部48が設けられている。この回転調節部48は例えば遊星歯車機構等の変速機構によって形成されており、隔壁部25に設けられている。なお、回転調節部48は、遊星歯車機構以外のギア機構、トルクコンバータ、無段変速機等によって形成してもよく、また、ギア機構、トルクコンバータ、無段変速機等の一部又は全部を組み合わせて形成してもよい。
A
高温側シリンダ27は、排熱回収器14の内部における加熱器13よりも排気側に収容されており、加熱器13から放出された熱によって加熱される。低温側シリンダ28の外壁面には、上述した通り第二液媒ジャケット19が配設されている。
The high
次に、この実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
スターリングエンジン12においては、高温側シリンダ27が加熱器13から放出された熱で加熱されると膨張室33内の作動ガスが加熱されて膨張し、連通管35を経て収縮室34に送られる。収縮室34においては低温側シリンダ28の壁面を介して作動ガスと第二液媒ジャケット19内部の作動媒体との熱交換が行われ、作動ガスは冷却されて収縮し、連通管35を経て膨張室33に送られ、以下同様の工程が繰り返される。この作動ガスの膨張と収縮によって高温側ピストン29と低温側ピストン30とをそれぞれ上下方向に動かす運動エネルギーが発生し、この運動エネルギーによりコンロッド40,41が上下動すると、第一クランク部43aと第二クランク部43bとが協働してこの上下動のエネルギーを回転運動に変換して出力軸43が回転する。
In the
一方、ランキンサイクル回路11においてポンプ17が作動すると作動媒体が循環路内を循環する。ポンプ17によって加圧され圧縮された作動媒体は作動媒体導通管20dを経て第一液媒ジャケット18に供給される。第一液媒ジャケット18において、作動媒体は排熱回収器14の内部を通過する排熱と熱交換が行われて加熱され、作動媒体導通管20eを経て膨張機15に供給される。膨張機15においては、供給された作動媒体の圧力によって固定スクロール15aと可動スクロール15bで仕切られる空間の容積が変化する。これにより作動媒体が膨張し、また、作動媒体の膨張によって可動スクロール15bが旋回運動して出力軸46が回転する。
On the other hand, when the
これらランキンサイクル回路11とスターリングエンジン12の動作により、両出力軸43,46がそれぞれ回転すると、出力軸43に接続された入力軸45が両出力軸43,46の回転運動エネルギーの合力によって回転し、ジェネレータ44が駆動して発電を行う。
When both the
膨張機15にて膨張した作動媒体は作動媒体導通管20aを経て第二液媒ジャケット19に送出され、低温側シリンダ28の壁面を介し作動ガスと熱交換が行われて再度加熱される。なお、収縮室34内部の作動ガスの温度は一般に第一液媒ジャケット18において作動媒体が熱交換する排熱回収器14内部の空気より低いので、この第二液媒ジャケット19における熱交換を行ってもランキンサイクル回路の効率を著しく低下させることはない。
The working medium expanded by the
再度加熱された作動媒体は作動媒体導通管20bを経て熱交換器16に供給されて冷却され、作動媒体導通管20cを経てポンプ17に供給されて再び加圧・圧縮され、以下同様の作動媒体の循環が繰り返される。
The working medium heated again is supplied to the
出力軸46の回転は回転調節部48を経て出力軸43に伝達されるが、回転調節部48はそれぞれの出力軸46,43の回転数の相違を調節する。これにより、スターリングエンジン12とランキンサイクル回路11との駆動状態の相違等によりそれぞれの出力軸43,46の回転数が相違しても回転調節部48によって回転数の相違を調節でき、ジェネレータ44へのエネルギーの伝達ロスの発生を抑止できる。
The rotation of the
この実施の形態においては、ランキンサイクル回路11に設けられてランキンサイクル作動媒体を加熱する第一液媒ジャケット18及びスターリングエンジンの高温側シリンダ27を加熱する加熱器13を備えたことにより、一の加熱器13から出力される熱エネルギーをランキンサイクル回路11とスターリングエンジン12との加熱に使用できて、エネルギー変換効率を高めることができる。また、スターリングエンジン12の出力軸43と、ランキンサイクル回路11の膨張機15の出力軸46と、ジェネレータ44の入力軸45とが接続されていることにより、ジェネレータ44の入力軸45をスターリングエンジン12の駆動力と膨張機15の駆動力との複合力によって作動させることができ、高出力を得ることができる。また、スターリングエンジン12と膨張機15とのうち何れか一方の駆動によりジェネレータ44の入力軸45の駆動を継続できるので、縮退運転等が容易になり障害に強くなる。
In this embodiment, the first fluid
この実施の形態においては、一体に形成されたハウジング21の内部に、スターリングエンジン12の出力軸43と、膨張機15と、ジェネレータ44とがそれぞれ収容されたことにより、スターリングエンジン12及びランキンサイクル回路11の駆動力が発生する部分と駆動力により回転する部分とを一体に形成されたハウジング21の内部に収容できる。これにより、外燃機関1Aの主要部をコンパクトに形成できる。
In this embodiment, the
この実施の形態においては、加熱器13から出力された熱を通過させる排熱回収器14が設けられたことにより、加熱器13から出力された熱を集中的に回収し利用することが可能になる。また、加熱器13から出力された熱が通過する排熱回収器14の排気側には、膨張機15に供給される作動媒体が通過する第一液媒ジャケット18が配設されたことにより、作動媒体に加熱器13が発生した熱を吸収させてランキンサイクル回路の等圧加熱工程を確実に行うことができる。また、低温側シリンダ28の周囲には、膨張機15を通過した作動媒体が通過する第二液媒ジャケット19が配設されたことにより、ランキンサイクル回路11の膨張行程を経て温度が下がった作動媒体にスターリングエンジン12の作動ガスの熱を吸収させて、低温側シリンダ28における作動ガスを冷却収縮させる工程の効率向上を図ることができる。
In this embodiment, the exhaust
この実施の形態においては、膨張機15はスクロール型であることにより、可動スクロール15bを旋回させて作動媒体の膨張を行えるので、出力軸43,46から伝達された回転エネルギーの運動方向を変換するための機構を設ける必要がなく、従ってエネルギーの機械的損失が少なくなって、作動媒体の膨張行程におけるエネルギー効率を良好にできる。
In this embodiment, since the
なお、この実施の形態の外燃機関1Aは、図2又は図3のような態様で実現することもできる。
Note that the
図2に示す外燃機関1A2は、1シリンダ型のスターリングエンジン12を備えたものである。このスターリングエンジン12においては、一のコンロッド50に上側に第一ピストン51、下側に第二ピストン52が間隔を空けて設置され、両ピストン51,52が一のシリンダ53の内部に設けられている。シリンダ53の内部は、第一ピストン51の上側が膨張室33、第一ピストン51と第二ピストン52との間が収縮室34として形成されている。収縮室34側のシリンダ53の周囲を囲繞して第二液媒ジャケット54が設けられている。その他の構成は図1の外燃機関1Aと同じである。この実施の形態の外燃機関1A2においては、収縮室34側のシリンダ53の周囲を囲繞して第二液媒ジャケット54が設けられているので、収縮室34における作動ガスの収縮効率が良好になり、スターリングエンジン12の効率を高めることができる。
An
図3の外燃機関1A3は、図1の外燃機関1Aと同様に2ピストン型のスターリングエンジン12を設けているが、このスターリングエンジン12は高温側シリンダ55と低温側シリンダ56とが間隔を空けて設けられ、低温側シリンダ56の周囲を囲繞して第二液媒ジャケット57が設けられている。その他の構成は図1の外燃機関1Aと同じである。この実施の形態の外燃機関1A3においても、低温側シリンダ56の周囲を囲繞して第二液媒ジャケット57が設けられているので、収縮室34における作動ガスの収縮効率が良好になり、スターリングエンジン12の効率を高めることができる。
The
なお、上述の通り、この実施の形態外燃機関1A〜1A3は家庭用コジェネレーションシステムに用いられる(なお、後述する実施の形態2,3の外燃機関も同様のコジェネレーションシステムにおいて用いられるものである。)。
As described above, the
図4は、この実施の形態の外燃機関1A(又は外燃機関1A2,1A3)を適用したコジェネレーションシステムのシステム構成の一例を示す図である。このコジェネレーションシステム10Aは、スターリングエンジン12の低温側シリンダ(図4に図示せず)に冷却媒体(ここでは水)を供給する貯水槽である冷却媒体貯蔵槽58を設け、この冷却媒体貯蔵槽58と低温側シリンダの外壁面に設けた冷却媒体用ウォータージャケット59との間で冷却媒体を循環させる冷却媒体循環回路60を形成している。冷却媒体循環回路60は、冷却媒体貯蔵槽58から供給された冷却媒体を熱交換器62に送り出す第2ポンプ61と、図1乃至図3に示す熱交換器16に代えて設けられた熱交換器62と、冷却媒体用ウォータージャケット59と、排熱回収部63eとを備えている。第2ポンプ61、熱交換器62、冷却媒体用ウォータージャケット59は冷却媒体の導通路として設けられた冷却媒体導通管63a,63b,63c,63dによってそれぞれ連結され、また排熱回収部63eは冷却媒体導通管63dの途中に設けられて、冷却媒体の循環路が形成されている。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a system configuration of a cogeneration system to which the
熱交換器62には、膨張機15と第二液媒ジャケット19を通過した作動媒体と冷却媒体用ウォータージャケット59に供給される前の冷却媒体とが供給され、作動媒体と冷却媒体との間で熱交換が行われるように構成されている。
The
冷却媒体用ウォータージャケット59と冷却媒体貯蔵槽58とを連結する冷却媒体導通管63dの一部は、排熱回収器14の内部における加熱器13よりも排気側に、この排熱回収器14の内周面に沿って螺旋状に配設されている。
A part of the cooling
冷却媒体貯蔵槽58には、貯蔵された冷却媒体を外部に流出させるための流出管58aと外部から冷却媒体を注入するための流入管58bとが設けられている。その他の構成は図1に示す外燃機関1Aと同じである。
The cooling
図4のコジェネレーションシステム10Aにおいて、冷却媒体は、冷却媒体貯蔵槽58から第2ポンプ61を経て熱交換器62に供給されて作動媒体と熱交換し、冷却媒体用ウォータージャケット59において収縮室(図4に図示せず)内の作動ガスと熱交換し、冷却媒体導通管63dにおいて排熱回収器14の内部の空気と熱交換を行って、冷却媒体貯蔵槽58に貯蔵される工程を繰り返す。これにより、熱交換器62、冷却媒体用ウォータージャケット59、冷却媒体導通管63dにおいて冷却媒体は熱交換によって加熱され、この加熱によって回収された熱が冷却媒体貯蔵槽58に貯蔵されていく。この回収された熱は流出管58aから冷却媒体を外部に流出させることで様々に利用できる。
In the
ここで、本発明の計算の一例として示す、この実施の形態におけるエネルギー効率について考える。図5はこの実施の形態に係るコジェネレーションシステム10Aにおける発電時のエネルギーフロー図であり、図6はこの実施の形態のコジェネレーションシステム10Aにおけるランキンサイクル回路11を駆動させた場合のモリエル線図である。両図は、ランキンサイクル11の作動媒体がR245ca、スターリングエンジン12の作動ガスがヘリウム(He)である場合を考えたものである。
Here, the energy efficiency in this embodiment shown as an example of the calculation of the present invention will be considered. FIG. 5 is an energy flow diagram during power generation in the
例えばコジェネレーションシステム10Aにおいて、加熱器13の加熱によって第一液媒ジャケット18を流れる作動媒体が約175℃に加熱され(図4,図5のh1)、この作動媒体が膨張機15において膨張すると、膨張機15から送り出されるときの作動媒体の温度は約60℃になって(図4,図5のh2)、第二液媒ジャケット19を経て熱交換器62に供給される。熱交換器62から送り出されるときの作動媒体の温度は約30℃となり(図4,図5のh3)、第1ポンプ17に供給される(図4,図5のh4)。この結果、図6に示す通り、膨張機の理論軸出力は22.5%となり、更にランキン効率を70%とすると、膨張機15の軸出力(即ちランキンサイクル回路11の出力)は16%となる。
For example, in the
一方、膨張室33内部の作動ガスが約800℃に加熱される場合を考える。ウォータージャケット59に供給される冷却媒体の温度が約15℃とすると、スターリングエンジン12の膨張室33で膨張した作動ガスが収縮室34に送られたとき、作動ガスは約70℃まで冷却される。ウォータージャケット59に供給された冷却媒体はスターリングエンジン12の収縮室34で熱交換されて、約50℃に加熱される。この冷却媒体は排熱回収部63eで更に加熱されて沸点に近い温度となり、冷却媒体貯蔵層58に送られる。
On the other hand, consider a case where the working gas inside the
ここで、スターリングエンジン12がカルノーサイクルとして駆動している場合、スターリングエンジン12の出力軸43からは
ηTH=1−TC/TH・・・(式A)
但しηTH:カルノー効率、TC:低温側ガス温度、TH:高温側ガス温度である。
そして上記(式A)においてTC=70+273.15(K)、TH=800+273.15(K)とすると、ηTH≒68%となる。更に再生器効率を61%、熱伝達効率を72%とすると、このスターリングエンジン12の効率は約30%(0.68×0.61×0.72≒0.30)となる。
Here, if the
However, η TH : Carnot efficiency, T C : low temperature side gas temperature, T H : high temperature side gas temperature.
In the above (Formula A), if T C = 70 + 273.15 (K) and T H = 800 + 273.15 (K), η TH ≈68%. Further, assuming that the regenerator efficiency is 61% and the heat transfer efficiency is 72%, the efficiency of the
そして、図6に示す通り、この実施の形態のコジェネレーションシステム10Aの加熱器13が4kWの発熱量で加熱した場合を考えると、上記により、スターリングエンジン12の出力軸43が0.73kW(即ち、スターリングエンジン12の高温側シリンダ27に入熱された熱エネルギー(2.42kW)のうちの30%)の出力で駆動され、ランキンサイクル回路11の膨張機15の出力軸19が0.15kW(即ち、ランキンサイクル回路11の第一液媒ジャケット18に入熱された熱エネルギー(1.38kW)の16%(0.22kW)からランキンサイクル回路11の出力ロス32%(0.22kW×0.32=0.07(kW))を引いた値)の出力で駆動される。ここで、ジェネレータ22,20の発電効率を80%とすると、ジェネレータ22の発電端出力は0.58kW(0.73(kW)×0.8≒0.66(kW))、ジェネレータ20の発電端出力は0.12kW(0.15(kW)×0.8=0.12(kW))となり、合計約0.7kWの発電が行われる。更に、このコジェネレーションシステム10Aにおいて、スターリングエンジン12と膨張機15の駆動に使用されなかったエネルギーのうち90%が冷却媒体によって回収され、冷却媒体貯蔵槽58に蓄積されるとすると、2.1kWの熱エネルギーが冷却媒体貯蔵槽58に蓄積される。ゆえに、コジェネレーションシステム10Aにて取得される総エネルギー量は2.8kW(0.7(kW)+2.1(kW)=2.8(kW))となり、このコジェネレーションシステム10Aの総合効率(加熱器13にて使用された燃料(又は「エネルギー」)に対する取得されたエネルギーの比率のこと。本明細書において同じ。)は70.0%となる。
Then, as shown in FIG. 6, considering the case where the
即ち、この実施の形態においては、一の加熱器13でランキンサイクル回路11とスターリングエンジン12を駆動させてジェネレータ44が駆動されるようにし、ランキンサイクル回路11の作動媒体やスターリングエンジン12の作動ガスの冷却、排熱回収器14内部の排熱をスターリングエンジン12の冷却媒体で回収し冷却媒体貯蔵槽58に蓄積することにより、高いエネルギー変換効率を得ることができる。更に、この実施の形態においては、熱交換器62において冷却媒体と作動媒体との間で直接熱交換を行うこと等により、図6に示すスターリングエンジン12におけるエネルギーロス(a)とランキンサイクル回路11におけるエネルギーロス(b)とを更に小さくすることができ、一層高いエネルギー変換効率を得ることができる。
That is, in this embodiment, the
〔発明の実施の形態2〕
図7に、この発明の第2の実施の形態を示す。
[
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention.
この実施の形態の外燃機関1Bは、ハウジング21の内部に「第一室」としてのクランク室65と「第二室」としての膨張機収容室66とが設けられている。クランク室65と膨張機収容室66との間は隔壁部67によって遮断され、両室65,66の間は気密状態となっている。クランク室65には、第一クランク部43a、第二クランク部43bを含むスターリングエンジン12の出力軸43が収容されている。膨張機収容室66には、ランキンサイクル回路11を循環する作動媒体を膨張させる膨張機15と、ジェネレータ44とが収容されている。膨張機15の出力軸46とジェネレータ44の入力軸45とは、膨張機収容室66の内部においてそれぞれ回転調節部48に接続されている。入力軸45の他方の端部はスターリングエンジン12の出力軸43に接続されている。膨張機15によって膨張された作動媒体は膨張機収容室66の内部に排出されるように構成されており、膨張機収容室66の内部には熱交換器(図7に図示せず)に連結された作動媒体導通管20aの端部が臨むように構成されている。
The external combustion engine 1 </ b> B of this embodiment is provided with a
なお、この実施の形態のランキンサイクル回路11は、図1に示すランキンサイクル回路11と同様に作動媒体を加熱する構成(例えば実施の形態1の第一液媒ジャケット18)、作動媒体を冷却する構成(例えば実施の形態1の熱交換器62)、作動媒体を加圧し圧縮する構成(例えば実施の形態1のポンプ17)、スターリングエンジン12において低温側シリンダ28を冷却する構成(例えば実施の形態1の第二液媒ジャケット19)を有するが、それらは図7において記載を省略している(なお、この実施の形態よりも後の実施の形態においても、かかる構成の記載は同様に省略されている。)。それ以外の構成は実施の形態1と同じである。
The
次に、この実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
ランキンサイクル回路11において作動媒体が作動媒体導通管20eから膨張機15に供給されて膨張すると、膨張後の作動媒体は膨張機収容室66の内部に放出される。そして、作動媒体は膨張機収容室66の内部を通過するときにジェネレータ44と熱交換を行い、ジェネレータ44の熱を吸収したのち作動媒体導通管20aを経て第二液媒ジャケット19に送出される。
In the
この実施の形態においては、スターリングエンジン12の出力軸43が収容されるクランク室65と、ジェネレータ44及びランキンサイクル回路11を循環する作動媒体を膨張させる膨張機15が収容されると共に膨張機15によって膨張された作動媒体が内部を通過する膨張機収容室66とが設けられたことにより、膨張行程を経て温度が下がった作動媒体の通過により、ジェネレータ44の冷却機構を特段設けることなくジェネレータ44を冷却することができる。
In this embodiment, a
〔発明の実施の形態3〕
図8に、この発明の第3の実施の形態を示す。なお、同図に示す実施の形態は、ランキンサイクル回路11の構成を一部省略してある。
Embodiment 3 of the Invention
FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention. In the embodiment shown in the figure, the configuration of the
この実施の形態の外燃機関1Cは、ハウジング21の内部に「第三室」としてのクランク室68が設けられている。このクランク室68にはスターリングエンジン12の出力軸43と、ランキンサイクル回路11を循環する作動媒体を膨張させる膨張機15と、ジェネレータ44とがそれぞれ収容されている。クランク室68の内部にはランキンサイクル回路11の作動媒体、例えばR245faやR245caが充填される。膨張機15は、膨張した作動媒体をクランク室68内に放出する際、オイルパン26内の潤滑油を攪拌する程度に高い圧力で放出されることが望ましい。また、この作動媒体にはクランク機構の潤滑油が混合してあれば望ましい。この実施の形態では、クランク室68の内部に充填されたガスと高温側シリンダ27や低温側シリンダ28の内部に充填された作動ガス(ヘリウムや水素等)の種類が異なることになるので、シール部材38,39は高い機密性を有することが望ましい。その他の構成は実施の形態2と同じである。
In the external combustion engine 1 </ b> C of this embodiment, a
次に、この実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
ランキンサイクル回路11において作動媒体が作動媒体導通管20eから膨張機15に供給されて膨張すると、膨張後の作動媒体はクランク室68の内部に放出される。そして、作動媒体はクランク室68の内部を通過するときにジェネレータ44と熱交換を行い、ジェネレータ44の熱を吸収したのち作動媒体導通管20aを経て第二液媒ジャケット19に送出される。作動媒体がクランク室68内に放出される際、オイルパン26に貯留された潤滑油を攪拌し、出力軸43の第一クランク部43aや第二クランク部43bに潤滑油を付着させる。また、作動媒体にクランク機構の潤滑油が混合してある場合には、作動媒体はクランク室68を通過するときにクランク機構の駆動を良好にする作用を奏する。
In the
この実施の形態においては、ハウジング21においては、スターリングエンジン12の出力軸43と、ランキンサイクル回路11を循環する作動媒体を膨張させる膨張機15と、ジェネレータ44とが同一室内にてそれぞれ収容されると共に膨張機15によって膨張された作動媒体が内部を通過するクランク室68が設けられたことにより、膨張行程を経て温度が下がった作動媒体の通過により、ジェネレータ44の冷却機構を特段設けることなくジェネレータ44を冷却することができる。
In this embodiment, in the
また、この実施の形態においては、膨張機15からクランク室68の内部に作動媒体を通過させる際にクランク室68内部に存在する潤滑油を攪拌させることや、作動媒体自体が潤滑油の機能を有する場合にはクランク室68の内部に作動媒体を通過させることのみにより潤滑油の機能を奏させることが可能になる。これにより、オイルパン26に貯留された潤滑油を攪拌するための機構を設ける必要(例えば、出力軸43が回動した際に第一クランク部43aや第二クランク部43bがオイルパン26の内部の潤滑油をはね上げる大きさと位置関係とになるような、出力軸43とオイルパン26とのバランス設計の必要)や、オイルパン26に潤滑油を貯留させる必要がなくなり、外燃機関1Cを一層コンパクトに形成することができる。また、クランク室68内で使用する潤滑油は一種類のみで済むので、メンテナンスを楽に行うことができる。
In this embodiment, when the working medium is passed from the
〔発明の実施の形態4〕
[
図9及び図10に、この発明の実施の形態を示す。 9 and 10 show an embodiment of the present invention.
この実施の形態の外燃機関は、図9にシステム構成図を示すようなコジェネレーションシステムにおいて用いられる(なお、後述する実施の形態5〜11の外燃機関も全て同様のコジェネレーションシステムにおいて用いられるものである。)。このコジェネレーションシステム10Bにおいては、ランキンサイクル回路11とスターリングエンジン12とに加え、第二作動媒体を循環させる冷凍空調サイクル回路70を備えている。
The external combustion engine of this embodiment is used in a cogeneration system whose system configuration is shown in FIG. 9 (Note that all the external combustion engines of
この冷凍空調サイクル回路70は、コンプレッサ71、第三熱交換器72、膨張弁73、第二熱交換器74を備え、更に四方弁76を備え、それらは第二作動媒体導通管75a,75b,75c,75d,75e,75fによって連結されて第二作動媒体の循環路を形成している。第二作動媒体は、例えばR134a、R407C、R410Aや二酸化炭素を用いるが、圧縮により容易に液化し、気化熱が大きい他の物質を作動媒体に用いてもよい。
This refrigeration air-
コンプレッサ71は、実施の形態1の膨張機15と同様のスクロール型であり(詳しくは後述する。)、回転運動エネルギーに基づいて第二作動媒体を圧縮する。
The
第三熱交換器72は屋外用熱交換器であり、送風用ファンを備え、第二作動媒体と周囲の空気との間で熱交換を行う。
The
膨張弁73は、液状態の第二作動媒体を膨張させて気液混合状態の第二作動媒体を放出する。但し、同様の機能を奏するものであれば、膨張弁73に代えてキャピラリ(毛細管)等を用いてもよい。
The
第二熱交換器74は屋内用熱交換器であり、送風用ファンを備え、通過する第二作動媒体と屋内の空気とを強制的に熱交換させる。
The
四方弁76は、冷凍空調サイクル回路70における第二作動媒体の流路を切り替える。即ち、四方弁76は、冷凍空調サイクル回路70は、図9に示す第一位置においては、第二熱交換器74をエバポレータとして使用するための第一循環路を形成し、図示せぬ第二位置(図9中点線で示した導通関係)においては、第二熱交換器74をコンデンサとして使用するための第二循環路を形成する。なお図示しないが、コジェネレーションシステム10B中に図4に示すコジェレネーションシステム10Aの場合と同様の冷却媒体循環回路60を設けてもよい。
The four-
図10にこの実施の形態の外燃機関1Dの主要部の概略図を示す。なお、同図はランキンサイクル回路11及び冷凍空調サイクル回路70の構成を一部省略してある。
FIG. 10 shows a schematic view of the main part of the
この実施の形態においては、実施の形態2におけるジェネレータ44に代えてコンプレッサ71の入力軸77がスターリングエンジン12の出力軸43に接続されている。このコンプレッサ71は一対のうず巻き形をした固定スクロール71aと可動スクロール71bとで構成され、入力軸77から供給された回転方向の運動エネルギーによって2つのスクロール71a,71bで仕切られる空間の容積が変化して第二作動媒体を圧縮させる。
In this embodiment, the
また、ハウジング21には、膨張機15が収容される膨張機収容室24、クランク機構が収容されるクランク室78、コンプレッサ71が収容される「第四室」としてのコンプレッサ収容室79が設けられ、膨張機収容室24とクランク室78との間、クランク室78と膨張機収容室24との間には隔壁部25、80が設けられて各部屋24,78,79同士は気密状態に形成されている。その他の構成は実施の形態1と同じである。
Further, the
次に、この実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
図9に示す、冷凍空調サイクル回路70の第二熱交換器74をエバポレータとして使用する場合(つまり屋内を冷房する場合)を例にとって説明する。スターリングエンジン12や膨張機15が駆動すると、出力軸43から入力軸77に供給された運動エネルギーによりコンプレッサ71が駆動し、第二作動媒体を圧縮する。コンプレッサ71で圧縮された高温高圧の第二作動媒体は第二作動媒体導通管75a,75bを経て第三熱交換器72に供給され、冷却媒体との熱交換により冷却される。熱交換によって冷却された液状態の第二作動媒体は第二作動媒体導通管75cを経て膨張弁73に供給されて膨張する。膨張した低温低圧の第二作動媒体は気液混合の状態で第二作動媒体導通管75dを経て第二熱交換器74に供給され、屋内の空気と熱交換が行われる。これにより屋内に冷気が供給されると共に第二作動媒体は気化が進行し温度が上昇する。屋内の空気と熱交換を行った第二作動媒体は第二熱交換器74から第二作動媒体導通管75eを経て再びコンプレッサ71に供給されて圧縮され、以下同様の第二作動媒体の循環が行なわれる。
The case where the
この実施の形態においては、第二作動媒体を圧縮するコンプレッサ71と、屋内の空気と第二作動媒体との間で熱交換を行う第二熱交換器74とを備えた冷凍空調サイクル回路70が設けられ、コンプレッサ71の入力軸77がスターリングエンジン12の出力軸43に接続されたことにより、スターリングエンジン12及び膨張機15のうち少なくとも何れか一つの出力で冷凍空調サイクル回路70に駆動力を供給して、第二熱交換器74によって屋内の空気の暖房や冷房などを行う温度調節機構を実現できる。
In this embodiment, a refrigerating and air-
また、この実施の形態においては、ハウジング21において、第二作動媒体を圧縮するコンプレッサ71が収容されるコンプレッサ収容室79が設けられたことにより、スターリングエンジン12及びランキンサイクル回路11の駆動力が発生する部分と冷凍空調サイクル回路70における駆動力の供給が必要な部分とを一体に形成されたハウジング21の内部に収容できる。これにより、発電等と冷暖房とに併用される外燃機関1Dの主要部をコンパクトに形成できる。
In this embodiment, the
〔発明の実施の形態5〕
図11に、この発明の実施の形態を示す。なお、同図はランキンサイクル回路11及び冷凍空調サイクル回路70の構成を一部省略してある(以下の図面は全て同じ。)。
[
FIG. 11 shows an embodiment of the present invention. In the figure, the structures of the
図11に示す通り、この実施の形態の外燃機関1Eにおけるハウジング21には、スターリングエンジン12の出力軸43及び冷凍空調サイクル回路70を循環する第二作動媒体を圧縮するコンプレッサ71が収容されている「第五室」としてのクランク室81と、膨張機15が収容される「第六室」としての膨張機収容室24とが設けられている。クランク室81と膨張機収容室24との間は隔壁部25によって区画されている。この実施の形態において、第二作動媒体と、膨張室33内及び収縮室34内に充填される作動ガスとは二酸化炭素が用いられる。その他の構成は実施の形態4と同じである。
As shown in FIG. 11, the
次に、この実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
コンプレッサ71に供給された第二作動媒体は、圧縮されて第二作動媒体導通管75aに供給される。第二作動媒体導通管75fからクランク室81の内部に第二作動媒体が流入し、クランク室81の内部にも第二作動媒体が充填される。
The second working medium supplied to the
この実施の形態においては、ハウジング21にスターリングエンジン12の出力軸43及びコンプレッサ71が収容されるクランク室81と、ランキンサイクル回路11を循環する作動媒体を膨張させる膨張機15が収容される膨張機収容室24とが一体に設けられたことにより、外燃機関1Eの構造を簡素に形成できて、外燃機関1Eの主要部をコンパクトに形成できる。また、スターリングエンジン12の出力軸43と冷凍空調サイクル回路70のコンプレッサ71とを同室に収容したことにより、スターリングエンジン12の膨張室33及び収縮室34に充填される作動ガスと冷凍空調サイクル回路70の第二作動媒体とを共用することが可能になり、メンテナンスを楽に行うことができる。
In this embodiment, a
また、この実施の形態においては、冷凍空調サイクル回路70を循環する第二作動媒体及びスターリングエンジン12の作動ガスは二酸化炭素であることにより、スターリングエンジン12の作動ガスと冷凍空調サイクル回路70の第二作動媒体との共用を実現できる。
Further, in this embodiment, the second working medium circulating in the refrigeration air
〔発明の実施の形態6〕
図12に、この発明の実施の形態を示す。
FIG. 12 shows an embodiment of the present invention.
図12に示す通り、この実施の形態の外燃機関1Fにおいては、低温側シリンダ28の外壁面に第三液媒ジャケット82が設けられ、排熱回収器14の加熱器13よりも吸気側には第四液媒ジャケット83が設けられている。第三液媒ジャケット82はコンプレッサ71に供給される冷凍空調サイクル回路70の第二作動媒体が通過する。第四液媒ジャケット83はコンプレッサ71を通過した第二作動媒体が通過する。第三液媒ジャケット82、コンプレッサ71、第四液媒ジャケット83は、それぞれ第二作動媒体導通管75g,75hによって連結されている。それ以外の構成は実施の形態4と同じである。
As shown in FIG. 12, in the external combustion engine 1 </ b> F of this embodiment, a third fluid
次に、この実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
エバポレータとしての第三熱交換器72又は第二熱交換器74において空気を冷却すると共に加熱された第二作動媒体が第二冷却媒体導通管75fを経て第三液媒ジャケット82に供給されると、第三液媒ジャケット82においては低温側シリンダ28の壁面を介して作動ガスと第二作動媒体との熱交換が行われ、作動ガスが冷却されると共に第二作動媒体は加熱される。熱交換が行われた第二作動媒体は第二作動媒体導通管75gを経てコンプレッサ71に供給されて圧縮され、圧縮された第二作動媒体は第二作動媒体導通管75hを経て第四液媒ジャケット83に供給される。第四液媒ジャケット83においては排熱回収器14の壁面を介して加熱器13に供給される前の空気と第二作動媒体との熱交換が行われ、空気が加熱されると共に第二作動媒体は冷却される。熱交換が行われた第二作動媒体はコンデンサとしての第二熱交換器74又は第三熱交換器72に供給される。
When the second working medium heated and cooled in the
この実施の形態においては、低温側シリンダ28にはコンプレッサ71に供給される第二作動媒体が通過する第三液媒ジャケット82が設けられることにより、冷凍空調サイクル回路70のコンプレッサ71における圧縮工程を経る前の低温の第二作動媒体と低温側シリンダ28内部の収縮室34に充填された作動ガスと熱交換させて、低温側シリンダ28内部における作動ガスを冷却収縮させる工程の効率向上を図ることができる。また、この実施の形態においては、排熱回収器14の吸気側にはコンプレッサ71を通過した第二作動媒体が通過する第四液媒ジャケット83が設けられたことにより、コンプレッサ71による圧縮工程を経た高温の第二作動媒体と加熱器13に供給される前の空気とを熱交換させ、この熱交換によって暖めた空気を加熱器に供給することで加熱効率を向上させると共に、圧縮された高温高圧ガス(第二作動媒体)を冷却するために冷凍サイクルの効率も向上する。これにより、加熱器13の効率を向上させることができる。
In this embodiment, the low
〔発明の実施の形態7〕
図13に、この発明の実施の形態を示す。
Embodiment 7 of the Invention
FIG. 13 shows an embodiment of the present invention.
図13に示す通り、この実施の形態の外燃機関1Gにおいては、ハウジング21に第一動力伝達室84、第一動力伝達室84の一側側(図13の左側)に膨張機収容室24、第一動力伝達室84の他側側(図13の右側)にコンプレッサ収容室79、第一動力伝達室84の上側に第二動力伝達室85が設けられている。第一動力伝達室84と膨張機収容室24との間、第一動力伝達室84とコンプレッサ収容室79との間、第一動力伝達室84と第二動力伝達室85との間、第二動力伝達室85とその上側に設けられた高温側シリンダ27及び低温側シリンダ28との間はそれぞれ隔壁部25,80,86によって区画されている。隔壁部86の両シリンダ27,28の境界位置の下側には、リング状のシール部材87が設けられている。この実施の形態のシール部材87は気密性の高いメカニカルシールによって形成するが、グランドパッキン等、気密性の高い他の部材で形成してもよい。膨張機15に接続された出力軸46、及びコンプレッサ71に接続された入力軸77は、それぞれ隔壁部25,80を貫通して先端部側が第一動力伝達室84の内部に配設されている。
As shown in FIG. 13, in the external combustion engine 1 </ b> G of this embodiment, the
この外燃機関1Gにおいては、スターリングエンジン12の動力をコンプレッサ71の入力軸77に伝達する「動力伝達機構」として斜板機構が用いられる。具体的には、この傾板機構は、シール部材87に回転可能に挿通された回転主軸88と、回転主軸88の上端部に設けられた斜板89と、「連結部」としての第一係合部90と、「連結部」としての第二係合部91と、「回転変換部」としての交差軸フェースギヤ92とからなる。
In the
回転主軸88の軸方向は、コンロッド40,41の軸方向と平行になるように設けられている。
The axial direction of the rotation
斜板89は剛性の高い材質によって略円板状に形成され、中心部が回転主軸88の上端部に接続されている。斜板89は回転主軸88の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられている。なお、回転主軸88に対する板面方向の傾斜角は図示しない角度調節機構によって変更可能である。
The
第一係合部90は高温側ピストン29のコンロッド40の下端部に設けられ、第二係合部91は低温側ピストン30のコンロッド41の下端部に設けられている。第一係合部90、第二係合部91はいずれも側面視略コの字型に形成されて斜板89の外縁部を挟持して連結されている。交差軸フェースギヤ92は回転主軸88の下端部に設けられた歯車92a、膨張機15に接続された出力軸46の端部に設けられた歯車92b、コンプレッサ71に接続された入力軸77の端部に設けられた歯車92cが互いに噛みあって形成されている。その他の構成は実施の形態1と同じである。
The first engaging
次に、この実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
スターリングエンジン12が駆動して高温側ピストン29、低温側ピストン30が上下方向に進退すると、コンロッド40及びコンロッド41が両ピストン29,30と一体となって上下方向に進退し、この進退方向の運動エネルギーが第一係合部90、第二係合部91を介して斜板89に伝わり、斜板89において両ピストン29,30の進退方向の運動が斜板89の回転主軸88を中心とした回転運動に変換される。これにより回転主軸88が回転し、この回転は歯車92aから歯車92cに伝わり、入力軸77の軸方向回転運動に変換されて、入力軸77の回転によりコンプレッサ71が駆動される。一方、膨張機15の駆動による出力軸46の回転は、回転調節部48により調節されたのち歯車92b,92a,92cを介して入力軸77に伝わりコンプレッサ71を駆動させる。
When the
この実施の形態においては、スターリングエンジン12の動力を冷凍空調サイクル回路70のコンプレッサ71の入力軸77に伝達する動力伝達機構には、スターリングエンジン12の高温側ピストン29、低温側ピストン30に連結されて両ピストン29,30の進退方向に両ピストン29,30と一体となって進退する第一係合部90、第二係合部91と、両ピストン29,30の進退方向に対して軸方向が平行に設けられた回転可能な回転主軸88と、中心部に回転主軸88が接続されると共に周縁側に第一係合部90、第二係合部91が配設された、回転主軸88の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられて両ピストン29,30の進退方向の運動を回転主軸88の回転運動に変換する斜板89と、入力軸77及び回転主軸88に接続されて回転主軸88の回転運動を入力軸77の軸方向回転運動に変換して伝達させる交差軸フェースギヤ92とを備えたことにより、コンロッド40,41の長さ、そして、スターリングエンジン12の各ピストン29,30の進退方向の長さを短くすることができて、外燃機関1Gの主要部をコンパクトに形成できる。また、動力伝達機構の動作を安定化させることができる。また、斜板89の傾斜角を調整することで容易に高温側ピストン29、低温側ピストン30のストローク量を変化させ、高温側ピストン29、低温側ピストン30の駆動状態を調節することができる。
In this embodiment, the power transmission mechanism that transmits the power of the
〔発明の実施の形態8〕
図14に、この発明の実施の形態を示す。
[
FIG. 14 shows an embodiment of the present invention.
図14に示す通り、この実施の形態の外燃機関1Hの本体部には、ハウジング21に第一動力伝達室84、第二動力伝達室85、膨張機収容室24を備えている。第一動力伝達室84の一側側(図14の左側)に第二動力伝達室85が設けられ、第一動力伝達室84の上側に膨張機収容室24が設けられている。第二動力伝達室85の一側側には高温側シリンダ27及び低温側シリンダ28が設けられている。第一動力伝達室84と膨張機収容室24との間、第一動力伝達室84と第二動力伝達室85との間はそれぞれ隔壁部86,69によって区画され、第二動力伝達室85の側方に設けられた高温側シリンダ27及び低温側シリンダ28は第二動力伝達室85を介して連通している。
As shown in FIG. 14, the main body portion of the external combustion engine 1 </ b> H according to this embodiment includes a first
この実施の形態におけるスターリングエンジン12は高温側シリンダ27、低温側シリンダ28共横置き、即ち両ピストン29,30の進退方向が略水平方向に形成されている。高温側ピストン29に連結されたコンロッド40、及び低温側ピストン30に連結されたコンロッド41の軸方向は略平行方向に設けられている。
The
高温側シリンダ27、低温側シリンダ28からの動力をコンプレッサ94の入力軸100に伝達させる「動力伝達機構」は実施の形態7と同様の斜板機構であるが、回転主軸88は軸方向が両ピストン29,30の進退方向に対して略平行方向(つまり水平方向)に設けられている。
A “power transmission mechanism” that transmits power from the high
膨張機15に接続された出力軸46の軸方向は両ピストン29,30の進退方向に対して略直交方向(つまり略鉛直方向)となるように配設され、この出力軸46の先端部側は隔壁部69を貫通して第一動力伝達室84の内部に配設されている。
The axial direction of the
回転主軸88の右端部に設けられた歯車92aと膨張機15に接続された出力軸46の先端部に設けられた歯車92bとは互いに噛み合って交差軸フェースギヤ93が形成されている。
A
第一動力伝達室84にはコンプレッサ94が収容されている。このコンプレッサ94はレシプロ型コンプレッサであり、複数例えば二つのシリンダ95a,95bが横置き、即ち両シリンダ95a,95bの軸方向が略水平方向に形成されており、これらシリンダ95a,95bの内部にピストン96a,96bが水平方向に進退可能に設けられている。シリンダ95a,95bの内壁とピストン96a,96bの先端部(図14の右側)で囲まれた空間には第二作動媒体を圧縮するための圧縮室99a,99bが形成される。
A
ピストン96a,96bの基端部側(図14の左側)は側面視略凹状の「連結部」としての挟持凹部97a,97bが設けられている。シリンダ95a,95bの先端部側には第二作動媒体導通管75f,75aとシリンダ95a,95bとの吸排気状態を調節する複数例えば2つの弁98a,98bが設けられている。
On the base end side (left side in FIG. 14) of the
一方、歯車92aには、回転主軸88との接続面の裏面に「入力軸」としての第二回転主軸100が接続されている。第二回転主軸100の軸方向はスターリングエンジン12の両ピストン29,30の進退方向に対して略平行方向(つまり水平方向)となるように設けられている。
第二回転主軸100の先端部には第二斜板101が設けられている。第二斜板101は中心部が第二回転主軸100に接続されており、第二回転主軸100の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられている。なお、第二回転主軸100に対する第二斜板101の板面方向の傾斜角は図示しない角度調節機構によって変更可能である。
On the other hand, the second rotation
A
シリンダ95a,95bの挟持凹部97a,97bは第二斜板101の外縁部を挟持して連結されている。
The sandwiching recesses 97a and 97b of the
この実施の形態の加熱器13は高温側シリンダ27の近傍に、高温側シリンダ27よりも上方に設置されている。また、排熱回収器102は空気の流通路が略L字状となるように形成されている。具体的には、排熱回収器102の吸気側は加熱器13よりも上方側に位置し、排気側は、加熱器13から高温側シリンダ27にかけては上方から下方に向けて延設され、高温側シリンダ27より下方で略直角に折曲して側方に延設されている。なお、実施の形態1に存在するオイルパン26は、この実施の形態には存在しない。それ以外の構成は実施の形態1と同じである。
The
次に、この実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
加熱器13から放出された熱は、排熱回収器102を通って上側から下側に放出されて、高温側シリンダ27を加熱する。加熱器13の加熱手段である燃焼等によって発生したゴミや酸化物等は排熱回収器102の下方に蓄積される。排熱は排熱回収器102に沿って上方から下方、更に略直角に折曲し側方に排出される。
The heat released from the
一方、加熱器13の加熱によってスターリングエンジン12が駆動して高温側ピストン29、低温側ピストン30が水平方向に進退すると、斜板89が回転して回転主軸88を回転させる。また、膨張機15が回転すると出力軸46を回転させ、回転エネルギーは歯車92bから歯車92aに伝わり、回転主軸88に回転エネルギーを加える。回転主軸88の回転により第二回転主軸100が回転し、第二斜板101が回転すると、ピストン96a,96bが水平方向に進退する。これに伴い、弁98a,98bが開閉して第二作動媒体導通管75fから圧縮室99a,99b内部に第二作動媒体を流入させて圧縮し、弁98a,98bの開閉によって圧縮された第二作動媒体が第二作動媒体導通管75aに放出される。
On the other hand, when the
この実施の形態においては、スターリングエンジン12の両ピストン29,30の進退方向が略水平方向に沿うように形成されたことにより、膨張室33及び収縮室34の高さ方向大きさが大きくなることを抑止できる。これにより、高さ方向大きさが狭小なスペースに外燃機関1Hを設置することが可能になる。
In this embodiment, the size of the
また、この実施の形態においては、ハウジング21において、出力軸46は軸方向がスターリングエンジン12の両ピストン29,30の進退方向に対して略直交方向に配設されると共に、第二回転主軸100はスターリングエンジン12の両ピストン29,30の進退方向に対して略平行方向に配設されていることにより、ハウジング21が水平方向のみに大きくなることを抑止できる。これにより、室内の隅等、狭小なスペースに外燃機関1Hを設置できる。
In this embodiment, in the
この実施の形態においては、加熱器13は高温側シリンダ27よりも上方に設置されて、排熱回収器102は排気側が加熱器13から高温側シリンダ27にかけて下方に向けて延設されたことにより、加熱器13の加熱手段である燃焼等によって発生したゴミや酸化物等は熱の放出方向に沿って落下し排熱回収器102の下方に蓄積されることになる。これにより、排熱回収器102の内部の熱の伝導状態を良好に保ち、継続使用に伴うエネルギー変換効率の低下や排熱回収器102の使用耐用期間の低下を抑止することができる。
In this embodiment, the
なお、この実施の形態においては、第一動力伝達室84にコンプレッサ94が設けられ、第一動力伝達室84の上側に膨張機収容室24が設けられ、出力軸46は軸方向がスターリングエンジン12の両ピストン29,30の進退方向に対して略直交方向に配設されると共に、第二回転主軸100はスターリングエンジン12の両ピストン29,30の進退方向に対して略平行方向に配設されている構成としたが、逆に、第一動力伝達室84に膨張機収容室24が設けられ、第一動力伝達室84の上側にコンプレッサ94が設けられ、出力軸46は軸方向がスターリングエンジン12の両ピストン29,30の進退方向に対して略平行方向に配設されると共に、第二回転主軸100はスターリングエンジン12の両ピストン29,30の進退方向に対して略直交方向に配設されている構成とすることもできる。また、この実施の形態ではコンプレッサ94をレシプロ型コンプレッサとしたが、これに代えてスクロール型コンプレッサとすることもできる。
In this embodiment, a
〔発明の実施の形態9〕
図15に、この発明の実施の形態を示す。
Embodiment 9 of the Invention
FIG. 15 shows an embodiment of the present invention.
図15に示す通り、この実施の形態の外燃機関1Iの本体部には、実施の形態8に存在する隔壁部86が存在せず、実施の形態8における第一動力伝達室84、第二動力伝達室85に代えて一のクランク室103が形成され、クランク室103と高温側シリンダ27及び低温側シリンダ28との間には外燃機関1Hの隔壁部86(図14参照)に相当する構成は存在せず、従ってクランク室103と高温側シリンダ27及び低温側シリンダ28とは連通した構成となっている。第二作動媒体及びスターリングエンジンの作動ガスは二酸化炭素によって形成し、クランク室103及び高温側シリンダ27、低温側シリンダ28の内部には第二作動媒体及び作動ガスとしての二酸化炭素が充填されている。それ以外の構成は、実施の形態8と同じである。
As shown in FIG. 15, the main body portion of the external combustion engine 1 </ b> I according to this embodiment does not have the
この実施の形態においては、外燃機関1Iの構造を簡素に形成できて、外燃機関1Iの主要部をコンパクトに形成できる。また、クランク室103と高温側シリンダ27及び低温側シリンダ28との間に隔壁部86(図13,図14参照)が存在せず、従ってクランク室103と高温側シリンダ27及び低温側シリンダ28とが連通した構成となっていることにより、スターリングエンジン12の作動ガスと冷凍空調サイクル回路70の第二作動媒体とを共用することが可能になり、メンテナンスを楽に行うことができる。
In this embodiment, the structure of the external combustion engine 1I can be formed simply, and the main part of the external combustion engine 1I can be formed compactly. Further, there is no partition wall portion 86 (see FIGS. 13 and 14) between the
〔実施の形態10〕
図16に、この発明の実施の形態を示す。
[Embodiment 10]
FIG. 16 shows an embodiment of the present invention.
図16に示す通り、この実施の形態の外燃機関1Jは、実施の形態9に存在するレシプロ型コンプレッサであるコンプレッサ94に代えて、コンプレッサ収容室79に収容されたスクロール型のコンプレッサ71が設けられている。コンプレッサ収容部79とクランク室103とは隔壁部80によって区画されている。それ以外の構成は実施の形態9と同じである。
As shown in FIG. 16, the
この実施の形態においては、スクロール型のコンプレッサ71が設けられたことにより、高さ方向大きさが狭小なスペースに本体部を設置できる外燃機関1Jを、簡易な構成により形成できる。
In this embodiment, by providing the
〔発明の実施の形態11〕
図17に、この発明の実施の形態を示す。
[
FIG. 17 shows an embodiment of the present invention.
図17に示す通り、この実施の形態の外燃機関1Kにおいては、実施の形態8における排熱回収器102に代えて、排熱回収器104が設けられている。この排熱回収器104の内部に設置された加熱器13は、高温側シリンダ27の頂部(図17における左端部)に対し略水平方向に対向して設置されている。排熱回収器104は排気側に水平部104aと水平部104aの一部から上方に向けて延設された上方延設部104bとを有する。具体的には、排熱回収器104は、加熱器13から高温側シリンダ27までの排気側は略水平方向に設けられた水平部104aを形成し、高温側シリンダ27の位置で水平部104aが略直角に折曲し、上方延設部104bは水平部104aが折曲した高温側シリンダ27の位置から上方に向けて略垂直方向に延設されており、空気の流通路が略L字状となるように形成されている。それ以外の構成は実施の形態8と同じである。
As shown in FIG. 17, in the external combustion engine 1 </ b> K of this embodiment, an exhaust
次に、この実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
加熱器13は高温側シリンダ27の頂部に対向して設置されて、排熱回収器104は排気側に加熱器13から高温側シリンダ27まで略水平方向に設けられた水平部104aと、水平部104aの一部から上方に向けて延設された上方延設部104bとを有することにより、加熱器13の加熱手段である燃焼等によって発生したゴミや酸化物等は排熱回収器104の水平部104aの下方に蓄積されることになる。これにより、排熱回収器104の内部の熱の伝導状態を良好に保ち、継続使用に伴うエネルギー変換効率の低下や排熱回収器の使用耐用期間の低下を抑止することができる。
The
この実施の形態においては、高温側シリンダ27の加熱に使用されなかった排熱は排熱回収器104の上方延設部104bに沿って上方に放出されることになる。即ち、排熱回収器104が加熱器13から放出された熱の移動方向に略一致して配設されているので、排熱回収器104の内部の熱の伝導状態を良好に保ち、また、排熱回収器104の内部が熱で損傷する事態を抑止し、排熱回収器104の使用耐用期間の低下を抑止することができる。
In this embodiment, the exhaust heat that has not been used to heat the high
また、この実施の形態においては、排熱回収器104は高温側シリンダ27の位置において水平部104aが略直角に折曲し、上方延設部104bは水平部104aが折曲した高温側シリンダ27の位置から上方に向けて略垂直方向に延設されたことにより、高温側シリンダ27の加熱に用いられた熱をそのまま上方に放出させることができる。これにより、加熱器13を高温側シリンダ27の加熱に適した状態に調整しつつ加熱後の排熱を効率よく排熱回収器104の外部に排出し、排熱回収器104の内部の熱の伝導状態を一層良好に保つと共に排熱回収器104の使用耐用期間の低下を一層抑止できる。
Further, in this embodiment, the exhaust
なお、この実施の形態においては排熱回収器104の上方延設部104bは高温側シリンダ27の位置から上方に向けて略垂直方向に延設されたものとしたが、これに限らず、水平部104aの任意の位置から排熱回収器104の上方延設部104が上方に向けて略垂直方向に延設される構成とし、排熱回収器104の設置状態や加熱器13の状態に応じた形で、排熱回収器104の内部の熱の伝導状態や排熱回収器104の使用耐用期間を適宜良好に保つことができる。
In this embodiment, the upper extending
上記各実施の形態の外燃機関1A〜1Kは家庭用コジェネレーションシステムとして形成したが、これに限定されず、工場用や発電所用のコジェネレーションシステムにも適用できる。また、上記各実施の形態における「回転機」はコジェネレーションシステムのジェネレータ44として形成したが、これに限定されず、例えばモータやファン等、出力軸46,43(実施の形態7乃至11においては、これらに加えて回転主軸88)の回転エネルギーによって回転駆動されるものであればどのようなものを「回転機」として適用してもよい。
Although the
上記各実施の形態は例示であり、本発明が上記実施の形態のみに限定されることを意味するものではないことは、いうまでもない。 It is needless to say that each of the above embodiments is an exemplification, and does not mean that the present invention is limited to the above embodiment.
1A,1A2,1A3,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H,1I,1J,1K 外燃機関
11 ランキンサイクル回路
12 スターリングエンジン
13 加熱器
14,102,104 排熱回収器
15 膨張機
18 第一液媒ジャケット(加熱部)
19 第二液媒ジャケット
21 ハウジング(本体部)
24 膨張機収容室(第六室)
27 高温側シリンダ(高温部)
28 低温側シリンダ(低温部)
29 高温側ピストン
30 低温側ピストン
33 膨張室
34 収縮室
40,41 コンロッド
43,46 出力軸
44 ジェネレータ(回転機)
45 入力軸
70 冷凍空調サイクル回路
71,94 コンプレッサ
79 コンプレッサ収容室(第四室)
81 クランク室(第五室)
82 第三液媒ジャケット
83 第四液媒ジャケット
88 回転主軸
89 斜板
90 第一係合部(連結部)
91 第二係合部(連結部)
92,93 交差軸フェースギヤ(回転変換部)
95a,95b シリンダ
96a,96b ピストン
97a,97b 把持凹部(連結部)
100 第二回転主軸
101 第二斜板
1A, 1A 2, 1A 3, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1I, 1J, 1K external combustion engine
11 Rankine cycle circuit
12 Stirling engine
13 Heater
14,102,104 Waste heat recovery unit
15 Expander
18 First fluid jacket (heating unit)
19 Second fluid jacket
21 Housing (main part)
24 Expansion room (6th room)
27 High temperature side cylinder (High temperature part)
28 Low temperature side cylinder (low temperature part)
29 High temperature side piston
30 Low temperature side piston
33 Expansion chamber
34 Shrink chamber
40,41 connecting rod
43,46 Output shaft
44 Generator (Rotating machine)
45 Input shaft
70 Refrigeration and air conditioning cycle circuit
71,94 Compressor
79 Compressor chamber (fourth chamber)
81 Crank chamber (Room 5)
82 Third medium jacket
83 Fourth fluid jacket
88 Rotating spindle
89 Swashplate
90 First engaging part (connecting part)
91 Second engaging part (connecting part)
92,93 Cross shaft face gear (rotation converter)
95a, 95b cylinder
96a, 96b Piston
97a, 97b Holding recess (connecting part)
100 Second rotation spindle
101 Second swash plate
Claims (17)
前記スターリングエンジンの出力軸と、前記膨張機の出力軸と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方の入力軸とが接続されていることを特徴とする外燃機関。 A Stirling that includes a Rankine cycle circuit having an expander that converts expansion energy of the working medium into kinetic energy, a high-temperature portion that heats and expands the working gas, and a low-temperature portion that cools and contracts the working gas and converts the heat energy into kinetic energy An engine, a heater provided in the Rankine cycle circuit for heating the working medium, a heater for heating at least one of the high-temperature parts of the Stirling engine, a rotating machine such as a generator, and a refrigeration air-conditioning cycle circuit An external combustion engine provided with at least one of compressors for compressing a circulating second working medium,
An external combustion engine comprising: an output shaft of the Stirling engine; an output shaft of the expander; and an input shaft of at least one of the rotating machine and the compressor.
前記スターリングエンジンの出力軸と、前記ランキンサイクル回路を構成する前記膨張機と、前記回転機及び前記コンプレッサのうち少なくとも何れか一方とがそれぞれ収容されたことを特徴とする請求項1に記載の外燃機関。 Inside the integrally formed body part,
2. The outside according to claim 1, wherein an output shaft of the Stirling engine, the expander constituting the Rankine cycle circuit, and at least one of the rotating machine and the compressor are respectively accommodated. Combustion engine.
該排熱回収器の前記出力された熱が通過する排気側には、前記膨張機に供給される前記作動媒体が通過する、前記加熱部としての第一液媒ジャケットが配設され、
前記低温部には、前記膨張機を通過した前記作動媒体が通過する第二液媒ジャケットが配設されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の外燃機関。 An exhaust heat recovery device for passing the heat output from the heater is provided;
On the exhaust side through which the output heat of the exhaust heat recovery unit passes, a first liquid medium jacket as the heating unit through which the working medium supplied to the expander passes is disposed,
3. The external combustion engine according to claim 1, wherein a second fluid medium jacket through which the working medium that has passed through the expander passes is disposed in the low-temperature portion.
前記スターリングエンジンの膨張室を形成するピストンの進退方向に該ピストンと一体となって進退する連結部と、
前記ピストンの進退方向に対して軸方向が平行に設けられた回転可能な回転主軸と、
中心部に前記回転主軸が接続されると共に周縁側に前記連結部が連結された、該回転主軸の軸方向に対して板面方向が傾斜して設けられて前記ピストンの進退方向の運動を前記回転主軸の回転運動に変換する斜板と、
前記入力軸及び前記回転主軸に接続されて前記回転主軸の軸方向回転運動を前記入力軸の軸方向回転運動に変換して伝達させる回転変換部とを備えたことを特徴とする請求項6乃至9の何れか一つに記載の外燃機関。 In the power transmission mechanism that transmits the power of the Stirling engine to the input shaft of the compressor that compresses the second working medium circulating in the refrigeration air conditioning cycle circuit,
A connecting portion that advances and retreats integrally with the piston in the advancing and retreating direction of the piston that forms the expansion chamber of the Stirling engine;
A rotatable rotating spindle provided with an axial direction parallel to the advancing and retracting direction of the piston;
The rotation main shaft is connected to the central portion and the connecting portion is connected to the peripheral side, the plate surface direction is inclined with respect to the axial direction of the rotation main shaft, and the piston moves forward and backward. A swash plate that converts rotational motion of the rotating spindle;
7. A rotation conversion unit connected to the input shaft and the rotation main shaft to convert an axial rotation motion of the rotation main shaft into an axial rotation motion of the input shaft and to transmit the rotation conversion portion. The external combustion engine according to any one of 9 above.
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