JP2015212539A - スターリングエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】リンク機構や遮断弁を必要とせず、ローターの回転運動のみで作動流体を移動させる機構を持つスターリングエンジンを提供する。
【解決手段】スターリングエンジン１０は受熱部２０と吸熱部４０を備えている。受熱部２０は熱源に接続されている。吸熱部４０は放熱器に接続されている。ローター３０とローターハウジング５０の間に、気室６０，６１，６２が存在している。それぞれの気室内には作動流体７０，７１，７２が封入されている。スターリングエンジン１０はローター３０とローターハウジング５０を持ち、ローター３０の回転運動がスターリングエンジンの出力となる。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明はスターリングエンジンに関し、トロコイド曲線に内接する三葉の内包絡線で構成された断面のローターが回転する、ロータリーの構造に関する。

スターリングエンジンの作動は、α型、β型、γ型、ダブルアクティング型などの形式では、ピストンに複雑なリンク機構を接続する必要がある。また、特許文献１による熱気式ロータリー外燃機関では、作動流体の移動経路に遮断弁を要する。

特許 第４４４９０１４号

発明が解決しようとする課題

スターリングエンジンにおいて、作動流体はケース内に封入されていなければならない。そのため、複雑なリンク機構や遮断弁が必要な構造だと、シーリングが困難になり、作動流体の圧力を高めることが出来ず、熱効率の向上が出来ない。

また、複雑なリンク機構が存在すると、リンク機構の慣性により、ピストンの動作速度を高めることが出来ず、スターリングエンジンの出力を高めることが出来ない。

また、複雑なリンク機構が存在すると、リンク機構の摩擦損失により、スターリングエンジンの最終出力が低下する。

本発明は上記課題に鑑み、複雑なリンク機構や遮断弁を必要とせず、ローターの回転運動のみで作動流体を移動させる機構を持つスターリングエンジンを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

本発明は主機関の受熱部と吸熱部の間で、サイズの異なるロータリーを使用するスターリングエンジンである。

発明の効果

本発明によれば、リンク機構や遮断弁を不要とすることで、スターリングエンジンの性能を高めることができる。

スターリングエンジンの全体図である。 スターリングエンジンのローターの図である。 スターリングエンジンのローターの各部の断面図である。 スターリングエンジンのローターハウジングの図である。 スターリングエンジンのローターハウジングの各部の断面図である。 スターリングエンジンの受熱部の断面図である。 スターリングエンジンの吸熱部の断面図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。図１はスターリングエンジン１０を含む各構成の全体図である。スターリングエンジン１０は受熱部２０と吸熱部４０を備えている。受熱部２０は図示しない熱源に接続されている。吸熱部４０は図示しない放熱器に接続されている。ローター３０とローターハウジング５０の間に、気室６０，６１，６２が存在している。それぞれの気室内には作動流体７０，７１，７２が封入されている。スターリングエンジン１０はローター３０とローターハウジング５０を持ち、ローター３０の回転運動がスターリングエンジンの出力となる。

図２はローター３０の構成図である。ローター３０は、断面をトロコイド曲線に内接する三葉の内包絡線で構成されており、かつ、両端で位相が九十度異なっており、かつ、両端で直径が異なっている。

図３はローター３０の各部の断面図である。ローター３０の断面は、連続して位相と直径が変化している。

図４はローターハウジング５０の構成図である。ローターハウジング５０は、ローター３０と同じ割合で両端で直径が異なっている。

図５はローターハウジング５０の各部の断面図である。ローターハウジング５０の断面は、連続して直径が変化している。

図６はスターリングエンジン１０の受熱部の断面図である。ローター３０とローターハウジング５０の間に、気室６０，６１，６２が存在している。それぞれの気室内には作動流体７０，７１，７２が封入されている。

図７はスターリングエンジン１０の吸熱部の断面図である。ローター３０とローターハウジング５０の間に、気室６０，６１，６２が存在している。それぞれの気室内には作動流体７０，７１，７２が封入されている。

気室６０，６１，６２は、ローター３０の両端における直径差のため、容積が異なっている。

気室６０，６１，６２は、ローター３０の両端における位相差のため、容積の受熱部側と吸熱部側との割合が異なっている。

作動流体７０，７１，７２が膨張と収縮を行うと、気室６０，６１，６２の容積を変化させる圧力がかかる。

そのため作動流体７０，７１，７２が膨張と収縮を行うと、ローター３０が九十度回転する。

ローター３０が九十度回転すると、気室６０，６１，６２の容積のうち、受熱部側と吸熱部側との割合が変化する。

そのためローター３０が九十度回転すると、作動流体７０，７１，７２は、気室６０，６１，６２の中で受熱部側と吸熱部側とを移動する。

そのためローター３０が九十度回転すると、作動流体７０，７１，７２のうち、膨張したものは吸熱部側へと移動し、収縮したものは受熱部側へと移動する。

本実施例のスターリングエンジンは、受熱部を加熱し、吸熱部を冷却することで動作する。受熱部が加熱されると、作動流体７０，７１，７２のうち受熱部側に存在する部分が膨張する。また、吸熱部が冷却されると、作動流体７０，７１，７２のうち吸熱部側に存在する部分が収縮する。結果として作動流体７０，７１，７２は、受熱部側へと移動しているものは膨張し、吸熱部側へと移動しているものは収縮する。膨張・収縮した作動流体７０，７１，７２は、ローター３０を九十度回転させる。回転したローターは、作動流体７０，７１，７２のうち、膨張したものを吸熱部側へと移動させ、収縮したものを受熱部側へと移動させる。これによりスターリングエンジンの動作が継続する。

以上、温度差を機械出力に変換する用途における本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の用途に限定されるものではなく、機械入力を温度差に変換する用途に用いたものであっても良い。

また以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば本発明は必ずしも受熱部側と吸熱部側とで連続した形状のローターを使用するものに限られず、受熱部側と吸熱部側とで別々のローターを用いたものであっても良い。

１０ スターリングエンジン
２０ 受熱部
３０ ローター
４０ 放熱部
５０ ローターハウジング
６０ 気室１
６１ 気室２
６２ 気室３
７０ 作動流体１
７１ 作動流体２
７２ 作動流体３

Claims (1)

1. 受熱部と吸熱部の間で、サイズの異なるロータリーを使用するスターリングエンジン。

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