JP2009191669A - Stirring cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スターリングサイクル装置に関するものである。 The present invention relates to a Stirling cycle apparatus.
外燃機関として知られ、スターリングサイクルで熱を動力に変換し、あるいは逆スターリングサイクルで動力を熱に変換するスターリングサイクル装置は、近年技術開発が進み、実用化に供される例も多くなっている。文献例も数多く、その一例として特許文献1を挙げることができる。特許文献1にはα型と呼ばれる2シリンダ構成のスターリングサイクル装置であって、冷凍装置として用いられるものが記載されている。
A Stirling cycle device, known as an external combustion engine, that converts heat into power in the Stirling cycle or converts power into heat in the reverse Stirling cycle has been developed in recent years, and there are many examples that are put into practical use. Yes. There are many literature examples, and
熱機関の通例として、スターリングサイクル装置には不断の効率向上が求められ、そのため数多くの工夫がなされている。特許文献1に記載された冷凍装置では、膨張ディスプレーサが蓄冷器を内蔵しており、この蓄冷器の膨張空間側の出入り口に、膨張空間に吹き出すガスの流れを乱すガス乱流発生部を設けている。これにより低温を発生する膨張空間内を攪拌し、膨張空間内の低温ガスと膨張シリンダの内壁面との熱伝達を円滑に行えるようにして、冷凍効果を向上させている。
特許文献1に記載された冷凍装置は、ディスプレーサの一端から取り込んだガスをそのままディスプレーサの他端から吹き出しており、吹き出しの力が強いとは言えず、強力な乱流効果を期待するのは難しい。また、この方法では圧縮空間での熱伝達促進を図ることができない。
The refrigeration apparatus described in
本発明はこの点に鑑みなされたものであり、膨張空間または圧縮空間に吹き出すガスの勢いを強くして膨張空間または圧縮空間内のガスを効果的に攪拌し、より高い機関効率が得られるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and the momentum of the gas blown into the expansion space or the compression space is increased to effectively agitate the gas in the expansion space or the compression space, so that higher engine efficiency can be obtained. The purpose is to.
上記目的を達成するために本発明は、ピストンとディスプレーサをそれぞれシリンダ内で動力源により相互に位相差をもって往復運動させ、それによって生じる再生器を通じたガス流動により、前記ディスプレーサの一方の端面が面する膨張空間で吸熱し、前記ピストンの一方の端面が面する圧縮空間で放熱するスターリングサイクル装置において、前記シリンダに、前記膨張空間または前記圧縮空間にガスを噴出する噴流機構を設けたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a piston and a displacer are reciprocated with a phase difference from each other in a cylinder by a power source, and gas flow through the regenerator generated thereby causes one end face of the displacer to be a surface. In the Stirling cycle device that absorbs heat in the expansion space that heats and dissipates heat in the compression space that faces one end surface of the piston, the cylinder is provided with a jet mechanism that jets gas into the expansion space or the compression space. It is said.
この構成によると、噴流機構をシリンダに設けているので、主流路に流路抵抗を作ることなく、ガスを効果的に攪拌することができ、より高い機関効率を得ることができる。 According to this configuration, since the jet mechanism is provided in the cylinder, it is possible to effectively stir the gas without creating channel resistance in the main channel, and higher engine efficiency can be obtained.
また本発明は、上記構成のスターリングサイクル装置において、前記噴流機構は、前記膨張空間または前記圧縮空間に開口するガス流入口及びガス流出口を有する蓄圧空間を有し、前記蓄圧空間は、前記膨張空間または前記圧縮空間の方が圧力が高いときに前記ガス流入口を通じてガスを受け入れ、前記膨張空間または前記圧縮空間の方が圧力が低くなったときにガス噴出口を通じてガスを噴出することを特徴としている。 Further, the present invention is the Stirling cycle device having the above-described configuration, wherein the jet mechanism has a pressure accumulation space having a gas inlet and a gas outlet opening to the expansion space or the compression space, and the pressure accumulation space is the expansion space. Gas is received through the gas inlet when the pressure of the space or the compression space is higher, and gas is jetted through the gas outlet when the pressure of the expansion space or the compression space is lower. It is said.
この構成によると、蓄圧空間に取り込んだガスが膨張空間または圧縮空間のガスを効果的に撹拌することができ、より高い機関効率を得ることができる。 According to this configuration, the gas taken into the pressure accumulating space can effectively stir the gas in the expansion space or the compression space, and higher engine efficiency can be obtained.
また本発明は、上記構成のスターリングサイクル装置において、前記膨張空間に内面が接して設けられた吸熱部材または前記圧縮空間に内面が接して設けられた放熱部材を有し、前記ガス噴出口を前記吸熱部材または前記放熱部材の内面に向かって突出したノズル形状としたことを特徴としている。 Further, the present invention is the Stirling cycle device configured as described above, further comprising a heat absorbing member provided with an inner surface in contact with the expansion space or a heat radiating member provided with an inner surface in contact with the compression space. It is characterized by having a nozzle shape protruding toward the inner surface of the heat absorbing member or the heat radiating member.
この構成によると、蓄圧空間に取り込んだガスがノズルによりさらに吸熱部材または放熱部材に近づけるため、吸熱部材または放熱部材近傍の熱伝達率を促進し、より高い機関効率を得ることができる。 According to this configuration, since the gas taken into the pressure accumulation space is further brought closer to the heat absorbing member or the heat radiating member by the nozzle, the heat transfer coefficient in the vicinity of the heat absorbing member or the heat radiating member is promoted, and higher engine efficiency can be obtained.
また本発明は、上記構成のスターリングサイクル装置において、前記ガス噴出口は、噴出ガス流が前記吸熱部材または前記放熱部材の内面に対して略垂直になるように配置されたことを特徴としている。 According to the present invention, in the Stirling cycle apparatus having the above-described configuration, the gas ejection port is disposed such that the ejection gas flow is substantially perpendicular to the inner surface of the heat absorbing member or the heat radiating member.
この構成によるとガスの噴出が外部との熱交換を行う吸熱部材または前記放熱部材の内面に対して略垂直となるため、膨張空間または圧縮空間のガスを撹拌するだけでなく、噴流の高速流れを確実に部材に衝突させることができるので、放熱部材または吸熱部材の内面近傍にあるガスを効果的に乱して、放熱部材または吸熱部材の近傍の熱伝達率向上が図れる。 According to this configuration, the gas ejection is substantially perpendicular to the inner surface of the heat absorbing member or the heat radiating member that exchanges heat with the outside, so that not only the gas in the expansion space or the compression space is stirred, but also the high-speed flow of the jet flow Therefore, the gas near the inner surface of the heat radiating member or the heat absorbing member can be effectively disturbed to improve the heat transfer coefficient near the heat radiating member or the heat absorbing member.
また本発明は、上記構成のスターリングサイクル装置において、前記ガス流入口には、蓄圧空間外へのガスの流出を阻止する一方向弁が配置されていることを特徴としている。 According to the present invention, in the Stirling cycle apparatus configured as described above, a one-way valve for preventing gas from flowing out of the pressure accumulating space is disposed at the gas inlet.
この構成によると、蓄圧空間に取り込まれるガスの逆流を阻止し、蓄圧空間の圧力が、作動空間にガスを噴出させる前に低下してしまうという事態を防ぐことができる。 According to this configuration, it is possible to prevent the backflow of the gas taken into the pressure accumulating space and prevent the pressure in the pressure accumulating space from decreasing before jetting the gas into the working space.
また本発明は、上記構成のスターリングサイクル装置において、前記ガス噴出口には、前記蓄圧空間と前記膨張空間または前記圧縮空間との圧力差が所定値以上になったときに開く一方向弁が配置されていることを特徴としている。 Further, in the Stirling cycle apparatus having the above-described configuration, the one-way valve that opens when a pressure difference between the pressure accumulation space and the expansion space or the compression space becomes a predetermined value or more is disposed at the gas ejection port. It is characterized by being.
この構成によると、蓄圧空間の圧力に比べ作動空間の圧力が少しでも下がったら作動空間にガスを出すというのでなく、蓄圧空間と作動空間との圧力差が所定値以上になったときに一方向弁が開いてガスを噴出させるものであるから、噴出するガスの勢いが増して噴流を発生させる力が強くなり、一層高い機関効率を得ることができる。また、ガス噴出口からのガスの漏洩が問題にならなくなるので、ガス噴出口の口径を大きくし、噴流量を大きくして、熱伝達率を大幅に向上できる。 According to this configuration, when the pressure in the working space is slightly lower than the pressure in the pressure accumulating space, gas is not released to the working space, but when the pressure difference between the pressure accumulating space and the working space becomes a predetermined value or more, one direction Since the valve is opened and the gas is ejected, the force of the ejected gas is increased and the force for generating the jet is increased, so that higher engine efficiency can be obtained. Further, since gas leakage from the gas outlet does not become a problem, the diameter of the gas outlet can be increased, the jet flow rate can be increased, and the heat transfer rate can be greatly improved.
本発明によると、シリンダに取り込んだガスを即座に吹き出すのでなく、シリンダ内の蓄圧空間に、膨張空間または圧縮空間の方が圧力が高いときにガスを取り込み、そのガスを、膨張空間または圧縮空間の方が圧力が低くなったときに膨張空間または圧縮空間に噴出させるものであるから、吹き出すガスの勢いを強め、膨張空間または圧縮空間内のガスを効果的に乱し、熱機関としての効率を一層高めることができる。 According to the present invention, instead of immediately blowing out the gas taken into the cylinder, the gas is taken into the pressure accumulation space in the cylinder when the pressure in the expansion space or the compression space is higher, and the gas is taken into the expansion space or the compression space. Since the pressure is blown into the expansion space or compression space when the pressure becomes lower, the momentum of the gas blown out is strengthened, the gas in the expansion space or compression space is effectively disturbed, and the efficiency as a heat engine Can be further enhanced.
本発明の第1実施形態を図1から図4までの図面に基づき説明する。図1は第1実施形態に係るスターリングサイクル装置の断面図、図2は同スターリングサイクル装置の部分拡大断面図、図3は同スターリングサイクル装置の部分拡大断面図にして、図2と異なる状態におけるもの、図4は逆スターリングサイクルのPV線図である。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. 1 is a cross-sectional view of the Stirling cycle apparatus according to the first embodiment, FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view of the Stirling cycle apparatus, and FIG. 3 is a partial enlarged cross-sectional view of the Stirling cycle apparatus in a state different from FIG. FIG. 4 is a PV diagram of the reverse Stirling cycle.
図1に示すスターリングサイクル装置1Aは、α型2シリンダ構成で、冷凍機として用いられるものであり、クランク室2と、クランク室2から突き出す第1シリンダ3及び第2シリンダ4を備える。第1シリンダ3と第2シリンダ4はその軸線が互いに直角をなしている。第1シリンダ3にはピストン5が挿入され、圧縮機を構成する。第2シリンダ4にはディスプレーサ6が挿入され、膨張機を構成する。第1シリンダ3内の圧縮空間7と第2シリンダ4内の膨張空間8はガス管路9により連通せしめられる。圧縮空間7、膨張空間8、及びガス管路9内の空間は総称して「作動空間」と呼ばれる。ガス管路9には、第1シリンダ3寄りの箇所に放熱器10が設けられ、第2シリンダ4寄りの箇所に再生器11が設けられる。クランク室2には図示しない動力源(例えば電動機)により回転せしめられるクランク円板12が配置され、このクランク円板12に対し、ピストン5はコネクティングロッド13を介して、ディスプレーサ6はコネクティングロッド14を介して、それぞれ連結されている。
A Stirling
クランク円板12が回転すると、ピストン5は第1シリンダ3内で、ディスプレーサ6は第2シリンダ4内で、相互に所定の位相差をもって往復運動する。これによりガスは、圧縮空間7と膨張空間8の間を移動する。
When the
スターリングサイクル装置1Aは図4のPV線図に従った動作を展開する。図4は逆スターリングサイクルと呼ばれる既知の熱力学的サイクルを示すものであり、圧縮過程(1→2)では圧縮空間7からそれに連通する再生器11及び膨張空間8が高圧となる。等容過程(2→3)から膨張過程(3→4)になると膨張空間8からそれに連通する空間が低圧となり、等容過程(4→1)を経てサイクルが再スタートする。
The Stirling
圧縮過程(1→2)で圧力が上昇し放熱器10で温熱を放散した圧縮空間7のガスは、等容過程(2→3)において再生器11に温熱を伝えた後、膨張空間8へと向かう。膨張空間8のガスは膨張過程(3→4)で低圧となり、第2シリンダ4の内部で吸熱を行い、膨張空間8を囲む部分を冷却する。第2シリンダ4のこの部分は吸熱ヘッド(吸熱部材)4aとして機能し、吸熱ヘッド4aより冷熱を取り出すことにより、スターリングサイクル装置1Aは冷凍機としての用途に使用できる。膨張空間8のガスは等容過程(4→1)で圧縮空間7の側に引き戻され、その過程で再生器11と熱交換する。
The gas in the
続いて、本発明の特徴である蓄圧空間につき説明する。膨張空間8側の第2シリンダ4内部には、膨張空間8に面する側の端部に蓄圧空間15が形成されている。蓄圧空間15には、膨張空間8に面して、1個の貫通孔からなるガス流入口16と、複数の小径貫通孔からなるガス噴出口17が形成されている。ガス流入口16の内側には、蓄圧空間15内のガスが外部に流出するのを阻止する一方向弁18が配置されている。一方向弁18はバネ用金属材料(例えばリン青銅)の薄板の一端をビスやリベットなどの締結部材で蓄圧空間15の内壁に固定して構成される。
Next, the pressure accumulation space that is a feature of the present invention will be described. In the
図2は圧縮過程におけるガスの挙動を示す吸熱ヘッド周辺のスターリングサイクル装置の部分拡大断面図である。圧縮過程では膨張空間8が高圧となる。この圧力は蓄圧空間15の圧力よりも高いので、ガス流入口16を通じてガスが、一方向弁18を押し開いて蓄圧空間15に流入する。このときガス噴出口17からも僅かではあるがガスが蓄圧空間15に流入する。このように、圧縮過程における膨張空間8の圧力上昇に応じて蓄圧空間15の圧力も上昇する。
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of the Stirling cycle device around the endothermic head showing the gas behavior in the compression process. In the compression process, the
図3は膨張過程におけるガスの挙動を示す吸熱ヘッド周辺のスターリングサイクル装置の部分拡大断面図である。膨張過程では膨張空間8が低圧となり、それに比較して蓄圧空間15の圧力が高圧となる。ガス流入口16には一方向弁18があるのでここからガスが流出することはない。ガス噴出口17は小径であるため流路抵抗が大きく、膨張空間8と蓄圧空間15の圧力差がある程度になるまでガス噴出口17を通じてのガスの噴出はない。
FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the Stirling cycle device around the endothermic head showing the behavior of the gas in the expansion process. In the expansion process, the
膨張空間8と蓄圧空間15の圧力差がある程度に達すると、蓄圧空間15内のガスがガス噴出口17から噴出する。噴出は膨張空間8と蓄圧空間15の圧力差がガス噴出口17の流路抵抗より低くなるまで続く。噴出している間、ガスは膨張空間8内に噴流を形成し、膨張空間8のガスの温度を均一化し、ガスと吸熱ヘッド4aの間の熱伝達を促進する。このように膨張過程での熱交換が促進されるため、膨張空間8で発生した冷熱を効率よく吸熱ヘッド4aから取り出すことができる。そして、膨張空間8の方が圧力が高いときに蓄圧空間15に受け入れたガスを、膨張空間8の方が圧力が低くなったときに膨張空間8に噴出させるものであるから、吹き出すガスの勢いが強くなり、膨張空間8内のガスを効果的に乱すことができ、より高い機関効率を得ることができる。
When the pressure difference between the
第1実施形態はα型と呼ばれる2シリンダ構成のスターリングサイクル装置への応用例であるが、同様の蓄圧空間を、β型と呼ばれる単一シリンダ構成のスターリングサイクル装置や、γ型と呼ばれる2シリンダ構成のスターリングサイクル装置に設けることもできる。つまり第1実施形態の構成は、スターリングサイクル装置の形式を問わず利用することができる。また、第1実施形態は吸熱側の第2シリンダに蓄圧空間を設けたが、放熱側の第1シリンダに同様の蓄圧空間を設けても放熱ヘッド(放熱部材)近傍のガスの熱伝達を促進することができる。さらに、吸熱ヘッド側と放熱ヘッド側の両方に取り付けることでさらに機関効率向上を図ることができる。さらに、この例では冷凍機のスターリングサイクル装置に用いたが、発動機のスターリングサイクル装置でも同様の効果が得られる。 The first embodiment is an application example to a two-cylinder Stirling cycle apparatus called α-type, but a similar accumulator space has a single-cylinder Stirling cycle apparatus called β-type or a γ-type two-cylinder. It can also be provided in a Stirling cycle apparatus having a configuration. That is, the configuration of the first embodiment can be used regardless of the type of the Stirling cycle apparatus. In the first embodiment, the pressure accumulation space is provided in the second cylinder on the heat absorption side. However, even if the same pressure accumulation space is provided in the first cylinder on the heat dissipation side, the heat transfer of the gas near the heat radiation head (heat radiation member) is promoted. can do. Furthermore, the engine efficiency can be further improved by attaching to both the heat absorbing head side and the heat radiating head side. Furthermore, in this example, although it used for the Stirling cycle apparatus of a refrigerator, the same effect is acquired also with the Stirling cycle apparatus of a motor.
本発明の第2実施形態を図5及び図6に基づき説明する。図5は第2実施形態に係るスターリングサイクル装置の部分拡大断面図、図6は同スターリングサイクル装置の部分拡大断面図にして、図5と異なる状態におけるものである。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a partially enlarged sectional view of the Stirling cycle apparatus according to the second embodiment, and FIG. 6 is a partially enlarged sectional view of the Stirling cycle apparatus in a state different from FIG.
第2実施形態はシリンダの構造を第1実施形態から変化させたものである。すなわち第2実施形態のシリンダは、ガス噴出口17の外側に、蓄圧空間15と膨張空間8との圧力差(蓄圧空間15の方が高圧で、膨張空間8の方が低圧となったときの圧力差)が所定値以上になったときに開く一方向弁19が配置されている。一方向弁19は一方向弁18と同様の構造であるが、開く方向が異なる。
In the second embodiment, the structure of the cylinder is changed from that of the first embodiment. That is, the cylinder of the second embodiment has a pressure difference between the
膨張過程で膨張空間8が低圧となり、それに比較して蓄圧空間15の圧力が高圧となっても、その圧力差が所定値に達するまで一方向弁19は開かない。圧力差が所定値に達してはじめて一方向弁19が開き、蓄圧空間15内のガスがガス噴出口17から噴出するので、噴出するガスの勢いが増して噴流を発生させる力が強くなり、一層高い機関効率を得ることができる。また、ガス噴出口17からのガスの漏洩が問題にならなくなるので、ガス噴出口17の口径を大きくし、噴流量を大きくして、熱伝達率を大幅に向上できる。
Even if the
本発明の第3実施形態を図7、図8に基づき説明する。図7は第3実施形態に係るスターリングサイクル装置の断面図、図8は同スターリングサイクル装置のシリンダ噴流機構部の平面図である。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a cross-sectional view of the Stirling cycle apparatus according to the third embodiment, and FIG. 8 is a plan view of a cylinder jet mechanism portion of the Stirling cycle apparatus.
スターリングサイクル装置1Bはβ型のシリンダ構成で、冷凍機として用いられる。スターリングサイクル装置1Bはフリーピストンタイプであって、第1、第2シリンダ30、31が組立の中心をなす。第1、第2シリンダ30、31の軸線は同一直線上に並ぶ。第1シリンダ30にはピストン32が挿入され、第2シリンダ31にはディスプレーサ33が挿入される。ピストン32及びディスプレーサ33は、スターリングサイクル装置1Bの運転中、ガスベアリングの仕組みにより第1、第2シリンダ30、31の内壁に接触することなく往復運動する。ピストン32とディスプレーサ33は所定の位相差を備えて動く。
The
ピストン32の一方の端にはカップ状のマグネットホルダ34が設けられる。ディスプレーサ33の一方の端からはディスプレーサ軸35が突出する。ディスプレーサ軸35はピストン32及びマグネットホルダ34を軸線方向にスライドできるように貫通し、背圧空間に突出する。
A cup-shaped
第1シリンダ30はピストン32の動作領域にあたる部分の外側にリニアモータ40を保持する。リニアモータ40は、コイル41を備えたアウターヨーク42と、第1シリンダ30の外周面に接するように設けられたインナーヨーク43と、アウターヨーク42とインナーヨーク43の間の環状空間に挿入されたリング状のマグネット44と、アウターヨーク42を囲む管体45と、アウターヨーク42、インナーヨーク43、及び管体45を所定の位置関係に保持する合成樹脂製エンドブラケット46、47とを備える。マグネット44はマグネットホルダ34に固定されている。
The
マグネットホルダ34のハブの部分にはスプリング50の中心部が固定される。ディスプレーサ軸35にはスプリング51の中心部が固定される。スプリング50、51の外周部はエンドブラケット47に固定される。スプリング50、51の外周部同士の間にはスペーサ52が配置されており、これによりスプリング50、51は一定の距離を保つ。スプリング50、51は円板形の素材にスパイラル状の切り込みを入れたものであり、ディスプレーサ33をピストン32に対し所定の位相差(65゜〜90゜の位相差)をもたせて共振させる役割を果たす。
The central portion of the
第2シリンダ31のうち、ディスプレーサ33の動作領域にあたる部分の外側には高温側伝熱ヘッド(放熱部材)60と低温側伝熱ヘッド(吸熱部材)61が配置される。高温側伝熱ヘッド60、低温側伝熱ヘッド61、及び後述する再生器チューブ68はスターリングサイクル装置1Bの外殻の一部を構成する。
A high temperature side heat transfer head (heat radiating member) 60 and a low temperature side heat transfer head (heat absorbing member) 61 are arranged outside the portion of the
高温側伝熱ヘッド60はリング状、低温側伝熱ヘッド61はキャップ状であって、いずれも銅や銅合金など熱伝導の良い金属からなる。高温側伝熱ヘッド60の内周面にはリング状の高温側内部熱交換器62が装着され、低温側伝熱ヘッド61の内周面には同じくリング状の低温側内部熱交換器63が装着される。高温側内部熱交換器62と低温側内部熱交換器63はそれぞれ通気性を有し、内部を通り抜けるガスの熱を高温側伝熱ヘッド60と低温側伝熱ヘッド61に伝える。高温側内部熱交換器62と低温側内部熱交換器63は、銅や銅合金などの薄板をコルゲート加工し、リング状に形成したものである。
The high temperature side
高温側伝熱ヘッド60と低温側伝熱ヘッド61はこのように高温側内部熱交換器62と低温側内部熱交換器63を介在させた形で第2シリンダ31の外側に支持される。そして高温側伝熱ヘッド60には第1シリンダ30及び圧力容器70が連結される。圧力容器70はリニアモータ40、第1シリンダ30、及びピストン32を包む。圧力容器70の内部の第1シリンダ30の外周側の空間は背圧空間71となる。
The high temperature side
高温側伝熱ヘッド60、第1、第2シリンダ30、31、ピストン32、ディスプレーサ33、ディスプレーサ軸35、及び高温側内部熱交換器62で囲まれる環状の空間は圧縮空間65となる。低温側伝熱ヘッド61、第2シリンダ31、ディスプレーサ33、及び低温側内部熱交換器63で囲まれる空間は膨張空間66となる。
An annular space surrounded by the high temperature side
ディスプレーサ33を収容した第2シリンダ31の外側には、高温側内部熱交換器62と低温側内部熱交換器63の間に、再生器67が配置される。再生器67は樹脂フィルムを円筒形に巻回したものであり、フィルムの片面に微小な突起を多数点在させてフィルム間に突起の高さ分の間隙を形成し、これをガスの通り道としている。再生器67の外側を再生器チューブ68が包み、伝熱ヘッド60、61の間に気密通路を構成する。再生器チューブ68は、例えばステンレス鋼で形成することができる。再生器チューブ68の両端は高温側伝熱ヘッド60と低温側伝熱ヘッド61の内面に連結され、高温側伝熱ヘッド60と低温側伝熱ヘッド61は再生器チューブ68により連結される。
A
第2シリンダ31の内部は蓄圧空間80となる。蓄圧空間80の膨張空間66に面する側にはガス流入口81及び一方向弁82、ガス噴出口83が設けられている。ガス流入口81、一方向弁82、及びガス噴出口83の構造は第1実施形態のガス流入口16、一方向弁18、及びガス噴出口17と同様である。また第1実施形態の場合と同様、高温側熱交換器62が占有する空間、低温側熱交換器63が占有する空間、圧縮空間65、膨張空間66、及び再生器67が占有する空間を「作動空間」と総称することとする。
The interior of the
スターリングサイクル装置1Bは次のように動作する。リニアモータ40のコイル41に交流電流を供給するとインナーヨーク43とアウターヨーク42の間にマグネット44を貫通する交番磁界が発生し、マグネット44は軸方向に電磁力を受け往復運動する。ピストン系(ピストン32、マグネットホルダ34、マグネット44、及びスプリング50)の総質量と、スプリング50のバネ定数とにより定まる共振周波数に略一致する周波数の電力を供給することにより、ピストン系は滑らかな正弦波状の往復運動を開始する。
The
ディスプレーサ系(ディスプレーサ33、ディスプレーサ軸35、及びスプリング51)にあっては、その総質量と、スプリング51のバネ定数とにより定まる共振周波数がピストン32の駆動周波数に共振するよう設定する。
In the displacer system (the
ピストン32の往復運動により、作動空間62、63、65、66、67では圧縮、膨脹の圧力変化を生じる。この圧力変化に起因する推力によって、ディスプレーサ33もピストン32の駆動周波数に同期して往復運動を行う。このとき、ディスプレーサ33の往復運動とピストン32の往復運動との間には、ピストン32の駆動周波数とディスプレーサ系の共振周波数との差異により決定される所定の位相差が生じる。
Due to the reciprocating motion of the
ディスプレーサ33の移動により、圧縮空間65と膨脹空間66の間に逆スターリングサイクルが構成される。
Due to the movement of the
運転中に圧縮空間65と膨張空間66の間を移動するガスは、高温側内部熱交換器62と低温側内部熱交換器63を通過する際に、その有する熱を高温側内部熱交換器62と低温側内部熱交換器63を通じて高温側伝熱ヘッド60と低温側伝熱ヘッド61に伝える。圧縮空間65から膨張空間66に向かうガスは高温であるため高温側伝熱ヘッド60は加熱され、高温側伝熱ヘッド60は放熱ヘッドとなる。膨張空間66から圧縮空間65に向かうガスは低温であるため低温側伝熱ヘッド61は冷却され、低温側伝熱ヘッド61は吸熱ヘッドとなる。高温側伝熱ヘッド60で放熱し、低温側伝熱ヘッド61で吸熱することにより、スターリングサイクル装置1Bは冷凍機関としての機能を果たす。
The gas that moves between the
再生器67は、圧縮空間65と膨張空間66のガス温度による顕熱を相手側の空間には伝えないようにガスを通す働きをする。
The regenerator 67 functions to pass gas so that the sensible heat due to the gas temperature in the
圧縮空間65から高温側内部熱交換器62を経て再生器67に入った高温のガスは、再生器67を通過するときにその顕熱を再生器67に与え、温度が下がった状態で低温側内部熱交換器63を経て膨張空間66に流入する。膨張空間66から低温側内部熱交換器63を冷却した後、再生器67に入った低温のガスは、再生器67を通過するときに再生器67から顕熱を回収し、温度が上がった状態で高温側熱交換器62を経て圧縮空間65に流入する。
The high temperature gas that has entered the regenerator 67 from the
スターリングサイクル装置1Bでは、圧縮過程において、圧縮空間65、再生器67、膨張空間66、高温側および低温側内部熱交換器62、63のすべての空間が高圧となる。この圧力は蓄圧空間80の圧力よりも高いので、ガス流入口81からガスが、一方向弁82を押し開いて蓄圧空間80に流入する。図8には、第2シリンダ31の噴流機構のガスの出入り部分を示している。第2シリンダ31の端面にガス流入口81とガス噴流口83が図のように配置されている。膨張過程に入ると圧縮空間65、再生器67、膨張空間66、高温側および低温側内部熱交換器62、63のすべての空間が低圧となり、それに比較して蓄圧空間80の圧力が高圧となる。ガス噴出口83は小径であるため流路抵抗が大きく、膨張空間66と蓄圧空間80の圧力差がある程度になるまでガス噴出口83を通じてのガスの噴出はない。
In the
膨張空間66と蓄圧空間80の圧力差がある程度に達すると、蓄圧空間80内のガスがガス噴出口83から噴出する。噴出は膨張空間66と蓄圧空間80の圧力差がガス噴出口83の流路抵抗より低くなるまで続く。噴出している間、ガスは膨張空間66内に噴流を形成し、膨張空間66のガスの温度を均一化し、ガスと低温側伝熱ヘッド61の間の熱伝達を促進する。このように膨張過程での熱交換が促進されるため、膨張空間66で発生した冷熱を効率よく低温側伝熱ヘッド61から取り出すことができる。
When the pressure difference between the
圧縮過程で作動空間の圧力が高いときに蓄圧空間80に受け入れたガスを、膨張過程で作動空間の圧力が低くなったときに膨張空間66に噴出させるものであるから、吹き出すガスの勢いが強くなり、膨張空間66内のガスを効果的に乱すことができ、より高い機関効率を得ることができる。また、ガス噴出口83に第2実施形態の一方向弁19を組み合わせれば、噴出するガスの勢いがさらに増し、一層高い効率を得ることができる。
The gas received in the
本発明の第4実施形態を図9に基づき説明する。第4実施形態はガス噴流口の構造を第3実施形態から変化させたものである。すなわちガス噴流口90をノズル状に伸ばして、低温側伝熱ヘッド61の吸熱面に近づけ、さらに吸熱面と略垂直となるようにガス噴流口90に角度をつけた構造である。この構造により噴流は第3実施形態と同様の動作で実現され、さらにそれが伝熱ヘッド面に確実に当てることができるため、膨張空間のガス撹拌だけでなく、伝熱ヘッド面近傍のガスを直接動かして熱伝達率を促進させるため、膨張空間66で発生した冷熱を効率よく低温側伝熱ヘッド61から取り出すことができる。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, the structure of the gas jet port is changed from that of the third embodiment. In other words, the
以上、実施の形態を冷凍機で説明してきたが、この技術は冷凍機に限るものではない。 As mentioned above, although embodiment was demonstrated with the refrigerator, this technique is not restricted to a refrigerator.
本発明は、スターリングサイクル装置全般に利用可能である。 The present invention can be used for all Stirling cycle apparatuses.
1A、1B スターリングサイクル装置
2 クランク室
3、30 第1シリンダ
4、31 第2シリンダ
4a 吸熱ヘッド(吸熱部材)
5、32 ピストン
6、33 ディスプレーサ
7、65 圧縮空間
8、66 膨張空間
9 ガス管路
10 放熱器
11、67 再生器
15、80 蓄圧空間
16、81 ガス流入口
17、83 ガス噴出口
18、19、82 一方向弁
60 高温側伝熱ヘッド(放熱部材)
61 低温側伝熱ヘッド(吸熱部材)
90 ノズル形状のガス噴流口
1A, 1B
5, 32
61 Low temperature side heat transfer head (heat absorption member)
90 Nozzle-shaped gas jet
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008031349A JP2009191669A (en) | 2008-02-13 | 2008-02-13 | Stirring cycle device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008031349A JP2009191669A (en) | 2008-02-13 | 2008-02-13 | Stirring cycle device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2009191669A true JP2009191669A (en) | 2009-08-27 |
Family
ID=41073921
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2008031349A Pending JP2009191669A (en) | 2008-02-13 | 2008-02-13 | Stirring cycle device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2009191669A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101988442A (en) * | 2010-10-27 | 2011-03-23 | 靳北彪 | Conjugated zero-distance high-low temperature heat source thermomotor |
CN101988443A (en) * | 2010-10-27 | 2011-03-23 | 靳北彪 | Non-conjugated zero-distance high-low temperature heat source thermomotor |
-
2008
- 2008-02-13 JP JP2008031349A patent/JP2009191669A/en active Pending
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CN101988442A (en) * | 2010-10-27 | 2011-03-23 | 靳北彪 | Conjugated zero-distance high-low temperature heat source thermomotor |
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