JP2527897B2 - 掃気式スタ―リングエンジン - Google Patents
掃気式スタ―リングエンジンInfo
- Publication number
- JP2527897B2 JP2527897B2 JP5007448A JP744893A JP2527897B2 JP 2527897 B2 JP2527897 B2 JP 2527897B2 JP 5007448 A JP5007448 A JP 5007448A JP 744893 A JP744893 A JP 744893A JP 2527897 B2 JP2527897 B2 JP 2527897B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature side
- scavenging
- cylinder
- piston
- low temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
- F02G2243/30—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
- F02G2243/34—Regenerative displacers having their cylinders at right angle, e.g. "Robinson" engines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、外燃式で静粛、かつ熱
効率の高いスターリングエンジン及びその運転方法に関
する。
効率の高いスターリングエンジン及びその運転方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】スターリングエンジンは、高温側作動空
間と低温側作動空間の間で作動ガスを循環させ、作動ガ
スの加熱冷却に伴う圧力変化を利用して動力を取り出す
ものである。従来、高出力スターリングエンジンでは作
動ガスの空冷は困難で、必ず作動ガスの冷却器を必要と
し、構造が複雑であるとともに、冷却には、通常、水を
必要としている。
間と低温側作動空間の間で作動ガスを循環させ、作動ガ
スの加熱冷却に伴う圧力変化を利用して動力を取り出す
ものである。従来、高出力スターリングエンジンでは作
動ガスの空冷は困難で、必ず作動ガスの冷却器を必要と
し、構造が複雑であるとともに、冷却には、通常、水を
必要としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上に述べたように、作
動ガスの循環経路での該作動ガスの冷却に水が必要であ
り、このため、特に砂漠地方のソーラースターリングエ
ンジンなどでは、冷却水の調達に難点があった。
動ガスの循環経路での該作動ガスの冷却に水が必要であ
り、このため、特に砂漠地方のソーラースターリングエ
ンジンなどでは、冷却水の調達に難点があった。
【０００４】本発明の課題は、冷却器を設ける必要のな
いスターリングエンジンを提供するにある。
いスターリングエンジンを提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、外部熱源
と、高温側作動空間と低温側作動空間を再生熱交換器を
介して連通する管路とを有してなる大気圧スターリング
エンジンにおいて、α型スターリングエンジンでは低温
側ピストン、βおよびγ型スターリングエンジンではパ
ワーピストンのそれぞれ下死点付近において、それぞれ
のシリンダーの側面の、２サイクルガソリンエンジンの
掃気作用と同様な掃気作用が生ずるような位置に設けら
れ低温側ピストンまたはパワーピストンで開閉される各
１個の掃気孔及び排気孔と、該掃気孔を経て新しい空気
をシリンダー内に圧入し、シリンダー内の既存空気を前
記排気孔を経て大気中に追い出して掃気する手段と、を
設けることにより達成される。
と、高温側作動空間と低温側作動空間を再生熱交換器を
介して連通する管路とを有してなる大気圧スターリング
エンジンにおいて、α型スターリングエンジンでは低温
側ピストン、βおよびγ型スターリングエンジンではパ
ワーピストンのそれぞれ下死点付近において、それぞれ
のシリンダーの側面の、２サイクルガソリンエンジンの
掃気作用と同様な掃気作用が生ずるような位置に設けら
れ低温側ピストンまたはパワーピストンで開閉される各
１個の掃気孔及び排気孔と、該掃気孔を経て新しい空気
をシリンダー内に圧入し、シリンダー内の既存空気を前
記排気孔を経て大気中に追い出して掃気する手段と、を
設けることにより達成される。
【０００６】掃気用の空気を供給する手段としては、掃
気用ブロワーを用いるようにしてもよいし、通常の２サ
イクルガソリンエンジンで用いられているクランクケー
ス圧縮法としてもよい。
気用ブロワーを用いるようにしてもよいし、通常の２サ
イクルガソリンエンジンで用いられているクランクケー
ス圧縮法としてもよい。
【０００７】 図３を参照して本発明の原理を説明す
る。図中、特性Ａ（１−２−３−４−１）本発明のエン
ジンにおける理論サイクルであり、特性Ｂ（１−２’−
３−４−１）は従来技術（低温側シリンダとＲＧの間に
冷却器を備えたもの）における理論サイクルである。横
軸ｖは作動空間の容積を示し、縦軸ｐは作動空間の圧力
を示す。ここで作動空間とは、低温側作動空間、高温側
作動空間及び両作動空間を結ぶ管路内の空間を合わせた
ものである。
る。図中、特性Ａ（１−２−３−４−１）本発明のエン
ジンにおける理論サイクルであり、特性Ｂ（１−２’−
３−４−１）は従来技術（低温側シリンダとＲＧの間に
冷却器を備えたもの）における理論サイクルである。横
軸ｖは作動空間の容積を示し、縦軸ｐは作動空間の圧力
を示す。ここで作動空間とは、低温側作動空間、高温側
作動空間及び両作動空間を結ぶ管路内の空間を合わせた
ものである。
【０００８】高温側膨張ピストン３が上昇すると高温側
作動空間３１内の高温の作動ガスはＲＧ８を経て流出す
る。その際、高温側作動空間３１内にあった作動ガスの
熱は該ＲＧ８に回収され、作動ガスは低温となる。この
段階では作動空間の容積一定（理論上）であるから、作
動ガスが低温になると作動空間内の作動ガスの圧力が低
下する（４−５）。高温側膨張ピストンに対して所定の
位相だけ遅れて運動する低温側シリンダの圧縮ピストン
が下死点に達した時点（５）で掃気孔１０Ａ及び排気孔
１０Ｂが開き、低温側作動空間内の作動ガス（空気）が
排出されて新たな空気がシリンダ内に充填される（５−
１）。掃気される前の作動ガスはＲＧ８を通過するとき
に先に加熱手段で供給された熱を回収されるが、最初に
ＲＧに流入するときの温度にまでは冷却されない。つま
り、最初に低温側作動空間に流入したときの温度にまで
は低下しない。従来のエンジンにおいては、ＲＧから低
温側作動空間の方へ流出した作動ガスはここでさらに冷
却器によって冷却されたのち低温側作動空間に流入する
ことにより、Ｐ−Ｖ線図上で５から１へ動くが、本発明
においては、冷却器で作動ガスを冷却するかわりに、Ｒ
Ｇから低温作動空間に流入した作動ガスが掃気により低
温の外気に置き換えられるのである。
作動空間３１内の高温の作動ガスはＲＧ８を経て流出す
る。その際、高温側作動空間３１内にあった作動ガスの
熱は該ＲＧ８に回収され、作動ガスは低温となる。この
段階では作動空間の容積一定（理論上）であるから、作
動ガスが低温になると作動空間内の作動ガスの圧力が低
下する（４−５）。高温側膨張ピストンに対して所定の
位相だけ遅れて運動する低温側シリンダの圧縮ピストン
が下死点に達した時点（５）で掃気孔１０Ａ及び排気孔
１０Ｂが開き、低温側作動空間内の作動ガス（空気）が
排出されて新たな空気がシリンダ内に充填される（５−
１）。掃気される前の作動ガスはＲＧ８を通過するとき
に先に加熱手段で供給された熱を回収されるが、最初に
ＲＧに流入するときの温度にまでは冷却されない。つま
り、最初に低温側作動空間に流入したときの温度にまで
は低下しない。従来のエンジンにおいては、ＲＧから低
温側作動空間の方へ流出した作動ガスはここでさらに冷
却器によって冷却されたのち低温側作動空間に流入する
ことにより、Ｐ−Ｖ線図上で５から１へ動くが、本発明
においては、冷却器で作動ガスを冷却するかわりに、Ｒ
Ｇから低温作動空間に流入した作動ガスが掃気により低
温の外気に置き換えられるのである。
【０００９】圧縮ピストン５が下死点から上死点に動く
につれて、低温側作動空間内の作動ガスは管路９を経て
ＲＧ８に流入し、ここで先に回収された熱を受け取る
（１−２−３）。従来のエンジンでは、低温側作動空間
とＲＧ８の間に冷却器が配置されていて、低温側作動空
間を出た作動ガスは一旦冷却器で冷されるため、Ｐ−Ｖ
線図上で１−２’（掃気されない場合は５−２）という
等温圧縮の経路を辿るが、本発明のエンジンでは、冷却
器がないので、１−２という断熱圧縮の経路を経てＲＧ
での熱回収２−３の経路を取る。ＲＧを出た作動ガスは
加熱手段で加熱されつつ等温膨張し、Ｐ−Ｖ線図上で３
−４という等温膨張の経路を辿る。膨張ピストンはＰ−
Ｖ線図上の点２に対応する上死点から、Ｐ−Ｖ線図上の
点４に対応する下死点まで、作動ガスの圧力によって動
き、圧縮ピストンはＰ−Ｖ線図上の点３に対応する上死
点から、Ｐ−Ｖ線図上の点５に対応する下死点まで、作
動ガスの圧力によって動いて主軸１３を駆動する。
につれて、低温側作動空間内の作動ガスは管路９を経て
ＲＧ８に流入し、ここで先に回収された熱を受け取る
（１−２−３）。従来のエンジンでは、低温側作動空間
とＲＧ８の間に冷却器が配置されていて、低温側作動空
間を出た作動ガスは一旦冷却器で冷されるため、Ｐ−Ｖ
線図上で１−２’（掃気されない場合は５−２）という
等温圧縮の経路を辿るが、本発明のエンジンでは、冷却
器がないので、１−２という断熱圧縮の経路を経てＲＧ
での熱回収２−３の経路を取る。ＲＧを出た作動ガスは
加熱手段で加熱されつつ等温膨張し、Ｐ−Ｖ線図上で３
−４という等温膨張の経路を辿る。膨張ピストンはＰ−
Ｖ線図上の点２に対応する上死点から、Ｐ−Ｖ線図上の
点４に対応する下死点まで、作動ガスの圧力によって動
き、圧縮ピストンはＰ−Ｖ線図上の点３に対応する上死
点から、Ｐ−Ｖ線図上の点５に対応する下死点まで、作
動ガスの圧力によって動いて主軸１３を駆動する。
【００１０】すなわち本発明の構成によれば、従来のス
ターリングエンジンにおいて、冷却器によって形成され
ていた５−２という作動ガスのＰ−Ｖ線図上の経路が、
低温側シリンダの掃気により５−１−２という経路にな
り、冷却器を用いることなくエンジンを動作させること
ができる。熱効率は多少低下するもののその差は小さ
い。
ターリングエンジンにおいて、冷却器によって形成され
ていた５−２という作動ガスのＰ−Ｖ線図上の経路が、
低温側シリンダの掃気により５−１−２という経路にな
り、冷却器を用いることなくエンジンを動作させること
ができる。熱効率は多少低下するもののその差は小さ
い。
【００１１】
【実施例】本発明は、熱空気式スターリングエンジンに
おいて、作動ガスの冷却器を廃止し、その代わりに従来
の２サイクルガソリンエンジンの掃気方式と全く同様な
機構によって、α型の低温側ピストンもしくは、β，γ
型のパワーピストンの下死点付近において、新しい空気
で掃気を行って空気の入替えを行い、もって内部ガスの
行うサイクルが常に外気温度に近い、十分低い空気温度
から出発するようにしたものであり、冷却器をエンジン
内に有しなくてもよい。
おいて、作動ガスの冷却器を廃止し、その代わりに従来
の２サイクルガソリンエンジンの掃気方式と全く同様な
機構によって、α型の低温側ピストンもしくは、β，γ
型のパワーピストンの下死点付近において、新しい空気
で掃気を行って空気の入替えを行い、もって内部ガスの
行うサイクルが常に外気温度に近い、十分低い空気温度
から出発するようにしたものであり、冷却器をエンジン
内に有しなくてもよい。
【００１２】これによって機構は簡単になり、死空間も
減少し、かつ冷却水を必ずしも必要としない。
減少し、かつ冷却水を必ずしも必要としない。
【００１３】 図１に本発明をα型スターリングエンジ
ンに適用した第１の実施例を示す。図示のエンジンは、
主軸１３を内蔵するクランクケース１と、該クランクケ
ース１に結合されシリンダヘッド側の部分の径がクラン
クケース側の部分よりも大きくなっている高温側シリン
ダ２と、該高温側シリンダ２に内装され前記主軸１３に
コンロッド３Ａを介して連結された高温側膨張ピストン
３と、前記クランクケース１に結合された低温側シリン
ダ４と、該低温側シリンダ４に内装され前記主軸１３に
コンロッド５Ａを介して連結された圧縮ピストン５と、
低温側シリンダ４の側壁に形成され該シリンダ４内を往
復動する圧縮ピストンにより開閉される掃気孔１０Ａ及
び排気孔１０Ｂと、前記高温側シリンダ２のシリンダヘ
ッドを形成するガラスヘッド６と、該ガラスヘッド６に
隣接してシリンダ２内に配置された金網７と、前記高温
側シリンダ２の径が大きくなっている部分の内周に沿っ
て環状に配置されたＲＧ（再生熱交換器）８と、低温側
シリンダ４のシリンダヘッド位置と高温側シリンダ２の
ＲＧ８よりクランクケース側側壁位置で両シリンダを連
通する管路９と、前記主軸１３で回転駆動される掃気用
ブロワー１２と、該掃気用ブロワー１２の吐出口と前記
掃気孔１０Ａを接続する管路１４とを含んで構成されて
いる。
ンに適用した第１の実施例を示す。図示のエンジンは、
主軸１３を内蔵するクランクケース１と、該クランクケ
ース１に結合されシリンダヘッド側の部分の径がクラン
クケース側の部分よりも大きくなっている高温側シリン
ダ２と、該高温側シリンダ２に内装され前記主軸１３に
コンロッド３Ａを介して連結された高温側膨張ピストン
３と、前記クランクケース１に結合された低温側シリン
ダ４と、該低温側シリンダ４に内装され前記主軸１３に
コンロッド５Ａを介して連結された圧縮ピストン５と、
低温側シリンダ４の側壁に形成され該シリンダ４内を往
復動する圧縮ピストンにより開閉される掃気孔１０Ａ及
び排気孔１０Ｂと、前記高温側シリンダ２のシリンダヘ
ッドを形成するガラスヘッド６と、該ガラスヘッド６に
隣接してシリンダ２内に配置された金網７と、前記高温
側シリンダ２の径が大きくなっている部分の内周に沿っ
て環状に配置されたＲＧ（再生熱交換器）８と、低温側
シリンダ４のシリンダヘッド位置と高温側シリンダ２の
ＲＧ８よりクランクケース側側壁位置で両シリンダを連
通する管路９と、前記主軸１３で回転駆動される掃気用
ブロワー１２と、該掃気用ブロワー１２の吐出口と前記
掃気孔１０Ａを接続する管路１４とを含んで構成されて
いる。
【００１４】コンロッド３Ａとコンロッド５Ａは同じク
ランクアームに枢着され、高温側シリンダ２と低温側シ
リンダ４とは、高温側膨張ピストン３が上死点に達して
から主軸が９０°回転したとき圧縮ピストン５が上死点
に達するような角度に配置されている。
ランクアームに枢着され、高温側シリンダ２と低温側シ
リンダ４とは、高温側膨張ピストン３が上死点に達して
から主軸が９０°回転したとき圧縮ピストン５が上死点
に達するような角度に配置されている。
【００１５】高温側シリンダ２のガラスヘッド６と膨張
ピストン３の間に高温側作動空間３１が、低温側シリン
ダ４のシリンダヘッドと圧縮ピストン５の間に低温側作
動空間３０が、それぞれ形成されている。
ピストン３の間に高温側作動空間３１が、低温側シリン
ダ４のシリンダヘッドと圧縮ピストン５の間に低温側作
動空間３０が、それぞれ形成されている。
【００１６】ＲＧ（再生熱交換器）８は、高温側作動空
間３１から管路９に向かって流れる作動ガス（本実施例
における作動ガスは空気である）及び管路９から高温側
作動空間３１に向かって流れる作動ガスが必ず通過する
ように配置されている。そして、高温側作動空間３１か
ら管路９に向かって流れる高温の作動ガスから熱を回収
し、管路９から高温側作動空間３１に向かって流れる低
温の作動ガスに、高温の作動ガスから回収した熱を与え
るように構成されている。
間３１から管路９に向かって流れる作動ガス（本実施例
における作動ガスは空気である）及び管路９から高温側
作動空間３１に向かって流れる作動ガスが必ず通過する
ように配置されている。そして、高温側作動空間３１か
ら管路９に向かって流れる高温の作動ガスから熱を回収
し、管路９から高温側作動空間３１に向かって流れる低
温の作動ガスに、高温の作動ガスから回収した熱を与え
るように構成されている。
【００１７】掃気孔１０Ａは圧縮ピストン５が下死点に
達したときに低温側作動空間３０と管路１４を連通し、
排気孔１０Ｂは同様に圧縮ピストン５が下死点に達した
ときに低温側作動空間３０と大気を連通するような位置
に形成されている。
達したときに低温側作動空間３０と管路１４を連通し、
排気孔１０Ｂは同様に圧縮ピストン５が下死点に達した
ときに低温側作動空間３０と大気を連通するような位置
に形成されている。
【００１８】また、ガラスヘッド６は、シリンダ側に凸
となる球面をなしていて、周縁は高温側シリンダ２の壁
面に気密に結合されている。
となる球面をなしていて、周縁は高温側シリンダ２の壁
面に気密に結合されている。
【００１９】以下、上記構成の装置の動作を図面を参照
して説明する。高温側膨張ピストン３が上昇すると高温
側作動空間３１内の高温の作動ガスはＲＧ８を経て流出
する。その際、高温側シリンダ内にあった作動ガスの熱
は該ＲＧ８に回収され、作動ガスは低温となる。この段
階では作動空間の容積一定（理論上）であるから、作動
ガスが低温になると作動空間内の作動ガスの圧力が低下
する（図３上の４−５、以下同様に図３上の位置で示
す）。高温側膨張ピストンに対して主軸の回転角にして
９０°だけ遅れて運動する低温側シリンダの圧縮ピスト
ンが下死点に達した時点（５）で、掃気孔１０Ａ及び排
気孔１０Ｂが開き、主軸で駆動される掃気用ブロワー１
２により、低温側シリンダ内の作動ガス（空気）が排出
されて新たな空気がシリンダ内に充填される（５−
１）。充填された空気はＲＧ８を経て低温側シリンダに
流入した作動ガスよりも低温である。圧縮ピストン５の
頭部は、吹き込まれる掃気（新たな空気）がシリンダ内
の空気を排気できるような流れとなるような形に形成さ
れている。
して説明する。高温側膨張ピストン３が上昇すると高温
側作動空間３１内の高温の作動ガスはＲＧ８を経て流出
する。その際、高温側シリンダ内にあった作動ガスの熱
は該ＲＧ８に回収され、作動ガスは低温となる。この段
階では作動空間の容積一定（理論上）であるから、作動
ガスが低温になると作動空間内の作動ガスの圧力が低下
する（図３上の４−５、以下同様に図３上の位置で示
す）。高温側膨張ピストンに対して主軸の回転角にして
９０°だけ遅れて運動する低温側シリンダの圧縮ピスト
ンが下死点に達した時点（５）で、掃気孔１０Ａ及び排
気孔１０Ｂが開き、主軸で駆動される掃気用ブロワー１
２により、低温側シリンダ内の作動ガス（空気）が排出
されて新たな空気がシリンダ内に充填される（５−
１）。充填された空気はＲＧ８を経て低温側シリンダに
流入した作動ガスよりも低温である。圧縮ピストン５の
頭部は、吹き込まれる掃気（新たな空気）がシリンダ内
の空気を排気できるような流れとなるような形に形成さ
れている。
【００２０】掃気が終了して圧縮ピストン５が下死点か
ら上死点に動くにつれて、低温側シリンダ内の作動ガス
は管路９を経てＲＧ８に流入し、ここで先に回収された
熱を受け取る（図３上の１−２−３）。本実施例のエン
ジンでは、冷却器がないので、作動ガスのサイクルは、
図３のＰ−Ｖ線図上の１−２という断熱圧縮の経路を経
てＲＧでの熱回収２−３の経路を取る。高温側シリンダ
２のシリンダヘッド部に配置された透明なガラスヘッド
６には、集光された太陽光線１１が照射され、太陽光線
の熱はシリンダ内にガラスヘッド６に隣接して配置され
た金網７に蓄えられる。膨張ピストン３はこの段階では
下死点に向かって動いており、ＲＧを出た作動ガスは加
熱手段である金網７に加熱されつつ等温膨張し、Ｐ−Ｖ
線図上で３−４という等温膨張の経路を辿る。膨張ピス
トンはＰ−Ｖ線図上の点２に対応する上死点から、Ｐ−
Ｖ線図上の点４に対応する下死点まで、作動ガスの圧力
によって動き、圧縮ピストンはＰ−Ｖ線図上の点３に対
応する上死点から、Ｐ−Ｖ線図上の点５に対応する下死
点まで、作動ガスの圧力によって動いて主軸１３を駆動
する。
ら上死点に動くにつれて、低温側シリンダ内の作動ガス
は管路９を経てＲＧ８に流入し、ここで先に回収された
熱を受け取る（図３上の１−２−３）。本実施例のエン
ジンでは、冷却器がないので、作動ガスのサイクルは、
図３のＰ−Ｖ線図上の１−２という断熱圧縮の経路を経
てＲＧでの熱回収２−３の経路を取る。高温側シリンダ
２のシリンダヘッド部に配置された透明なガラスヘッド
６には、集光された太陽光線１１が照射され、太陽光線
の熱はシリンダ内にガラスヘッド６に隣接して配置され
た金網７に蓄えられる。膨張ピストン３はこの段階では
下死点に向かって動いており、ＲＧを出た作動ガスは加
熱手段である金網７に加熱されつつ等温膨張し、Ｐ−Ｖ
線図上で３−４という等温膨張の経路を辿る。膨張ピス
トンはＰ−Ｖ線図上の点２に対応する上死点から、Ｐ−
Ｖ線図上の点４に対応する下死点まで、作動ガスの圧力
によって動き、圧縮ピストンはＰ−Ｖ線図上の点３に対
応する上死点から、Ｐ−Ｖ線図上の点５に対応する下死
点まで、作動ガスの圧力によって動いて主軸１３を駆動
する。
【００２１】本実施例では、ＲＧ８をシリンダ内に配置
した関係上、加熱手段としてシリンダ内に配置され太陽
光で加熱される金網７を用いたが、ＲＧ８も加熱手段も
かならずしもシリンダ内に配置されたものである必要は
なく、双方ともあるいはＲＧ８をシリンダ外に配置して
もさしつかえない。
した関係上、加熱手段としてシリンダ内に配置され太陽
光で加熱される金網７を用いたが、ＲＧ８も加熱手段も
かならずしもシリンダ内に配置されたものである必要は
なく、双方ともあるいはＲＧ８をシリンダ外に配置して
もさしつかえない。
【００２２】つぎに、図２を参照してディスプレーサピ
ストンを備えたγ型スターリングエンジンに本発明を適
用した本発明の第２の実施例を説明する。本実施例のス
ターリングエンジンは、主軸１３を内装するクランクケ
ース１と、該クランクケース１に結合して軸線を鉛直に
して形成され大径部と小径部をもつシリンダ２２と、該
シリンダ２２のシリンダヘッド部に配置された受熱ヘッ
ド２３と、該受熱ヘッド２３の上方に配置された加熱手
段と、前記シリンダ２２の小径部壁面に形成された掃気
孔１０Ａ及び排気孔１０Ｂと、該掃気孔１０Ａとクラン
クケース１を連通する管路１４と、前記排気孔１０Ｂと
前記加熱手段を連通する管路２７と、該管路２７に介装
されたインゼクタ２６と、クランクケース１壁面に配置
され外気のクランクケース１への進入を許容しその逆を
拒止する逆止弁２８と、前記シリンダ２２の大径部の内
周面に沿って円筒状に配置されたＲＧ（再生熱交換器）
８と、前記主軸１３とコンロッド２１Ａを介して結合さ
れ前記シリンダ２２の小径部内を摺動するパワーピスト
ン２１と、前記主軸１３とコンロッド２０Ａを介して結
合され前記シリンダ２２の大径部のＲＧ８が配置されて
いる部分を摺動するディスプレーサピストン２０と、を
含んで構成されている。
ストンを備えたγ型スターリングエンジンに本発明を適
用した本発明の第２の実施例を説明する。本実施例のス
ターリングエンジンは、主軸１３を内装するクランクケ
ース１と、該クランクケース１に結合して軸線を鉛直に
して形成され大径部と小径部をもつシリンダ２２と、該
シリンダ２２のシリンダヘッド部に配置された受熱ヘッ
ド２３と、該受熱ヘッド２３の上方に配置された加熱手
段と、前記シリンダ２２の小径部壁面に形成された掃気
孔１０Ａ及び排気孔１０Ｂと、該掃気孔１０Ａとクラン
クケース１を連通する管路１４と、前記排気孔１０Ｂと
前記加熱手段を連通する管路２７と、該管路２７に介装
されたインゼクタ２６と、クランクケース１壁面に配置
され外気のクランクケース１への進入を許容しその逆を
拒止する逆止弁２８と、前記シリンダ２２の大径部の内
周面に沿って円筒状に配置されたＲＧ（再生熱交換器）
８と、前記主軸１３とコンロッド２１Ａを介して結合さ
れ前記シリンダ２２の小径部内を摺動するパワーピスト
ン２１と、前記主軸１３とコンロッド２０Ａを介して結
合され前記シリンダ２２の大径部のＲＧ８が配置されて
いる部分を摺動するディスプレーサピストン２０と、を
含んで構成されている。
【００２３】受熱ヘッド２３下面とディスプレーサピス
トン２０の上面の間に高温側作動空間３１が、ディスプ
レーサピストン２０の下面とパワーピストン２１の上面
の間に低温側作動空間３０が、それぞれ形成されてい
る。
トン２０の上面の間に高温側作動空間３１が、ディスプ
レーサピストン２０の下面とパワーピストン２１の上面
の間に低温側作動空間３０が、それぞれ形成されてい
る。
【００２４】前記掃気孔１０Ａはパワーピストン２１が
下死点に達したときにシリンダ２２の低温側作動空間３
０とクランクケース１内を連通する位置に形成され、排
気孔１０Ｂはパワーピストン２１が同じく下死点に達し
たときにシリンダ２２の低温側作動空間３０と加熱手段
を連通する位置に形成されている。
下死点に達したときにシリンダ２２の低温側作動空間３
０とクランクケース１内を連通する位置に形成され、排
気孔１０Ｂはパワーピストン２１が同じく下死点に達し
たときにシリンダ２２の低温側作動空間３０と加熱手段
を連通する位置に形成されている。
【００２５】コンロッド２０Ａとコンロッド２１Ａとは
Ｌ型クランク２９を介して主軸１３に結合され、パワー
ピストン２１はディスプレーサピストン２０に対し、主
軸１３の回転角にして９０°の位相遅れで運動する。
Ｌ型クランク２９を介して主軸１３に結合され、パワー
ピストン２１はディスプレーサピストン２０に対し、主
軸１３の回転角にして９０°の位相遅れで運動する。
【００２６】加熱手段は、前記受熱ヘッド２３上かつ中
心軸線上に下向きに配置されたバーナノズル２５と、前
記受熱ヘッド２３上にシリンダ２２の軸線と同心状に配
置された円筒状の空気予熱器２４と、該空気予熱器２４
の外側を覆う加熱器ケーシング３３と、該加熱器ケーシ
ング３３の上部に接続された排気筒３４と、前記空気予
熱器２４の内側上部に形成された熱反射壁３５とを含ん
で構成され、該熱反射壁３５の内側、バーナノズル２５
の下方に燃焼室３２が形成されている。管路２７は加熱
器ケーシング３３と空気予熱器２４のあいだの空間に開
口し、この空間に導入された空気は空気予熱器２４を通
りながら予熱されたのち、燃焼室３２に導かれる。管路
２７に介装されたインゼクタ２６は、該管路２７を流れ
る空気により外気を管路２７内に吸い込み、加熱手段に
送りこむように構成されている。受熱ヘッド２３は熱を
吸収／放出しやすい材質で作られ、シリンダ２２の頭部
に気密に接合されている。なお、本実施例においても作
動ガスは空気である。
心軸線上に下向きに配置されたバーナノズル２５と、前
記受熱ヘッド２３上にシリンダ２２の軸線と同心状に配
置された円筒状の空気予熱器２４と、該空気予熱器２４
の外側を覆う加熱器ケーシング３３と、該加熱器ケーシ
ング３３の上部に接続された排気筒３４と、前記空気予
熱器２４の内側上部に形成された熱反射壁３５とを含ん
で構成され、該熱反射壁３５の内側、バーナノズル２５
の下方に燃焼室３２が形成されている。管路２７は加熱
器ケーシング３３と空気予熱器２４のあいだの空間に開
口し、この空間に導入された空気は空気予熱器２４を通
りながら予熱されたのち、燃焼室３２に導かれる。管路
２７に介装されたインゼクタ２６は、該管路２７を流れ
る空気により外気を管路２７内に吸い込み、加熱手段に
送りこむように構成されている。受熱ヘッド２３は熱を
吸収／放出しやすい材質で作られ、シリンダ２２の頭部
に気密に接合されている。なお、本実施例においても作
動ガスは空気である。
【００２７】上記構成の装置の動作を以下に説明する。
【００２８】パワーピストン２１が上昇すると、掃気孔
１０Ａ及び排気孔１０Ｂは閉じられ、パワーピストン２
１の上昇に伴ってクランクケース１内は負圧になる。こ
の負圧により、逆止弁２８が開いて外気がクランクケー
ス１内に吸入される。つぎにパワーピストン２１が下降
するとクランクケース１内に吸入された外気は圧縮さ
れ、圧力が高くなる。パワーピストン２１が下死点まで
下降すると掃気孔１０Ａ及び排気孔１０Ｂが開き、クラ
ンクケース１内の圧縮された空気が掃気孔１０Ａから低
温側作動空間３０に作動ガスとして吹き込まれる。低温
側作動空間３０内の作動ガス（空気）はこの新たな空気
により掃気され、排気孔１０Ｂ、管路２７を経て加熱器
ケーシング３３内に送りこまれる。加熱器ケーシング３
３内に送りこまれた空気は、空気予熱器２４を通りなが
ら予熱され、燃焼室３２に導かれてバーナノズル２５か
ら噴射される燃料と混合されて燃焼する。
１０Ａ及び排気孔１０Ｂは閉じられ、パワーピストン２
１の上昇に伴ってクランクケース１内は負圧になる。こ
の負圧により、逆止弁２８が開いて外気がクランクケー
ス１内に吸入される。つぎにパワーピストン２１が下降
するとクランクケース１内に吸入された外気は圧縮さ
れ、圧力が高くなる。パワーピストン２１が下死点まで
下降すると掃気孔１０Ａ及び排気孔１０Ｂが開き、クラ
ンクケース１内の圧縮された空気が掃気孔１０Ａから低
温側作動空間３０に作動ガスとして吹き込まれる。低温
側作動空間３０内の作動ガス（空気）はこの新たな空気
により掃気され、排気孔１０Ｂ、管路２７を経て加熱器
ケーシング３３内に送りこまれる。加熱器ケーシング３
３内に送りこまれた空気は、空気予熱器２４を通りなが
ら予熱され、燃焼室３２に導かれてバーナノズル２５か
ら噴射される燃料と混合されて燃焼する。
【００２９】低温側作動空間３０にクランクケース１か
ら送りこまれた空気は、パワーピストン２１の上昇で掃
気孔１０Ａ及び排気孔１０Ｂが閉じられるので低温作動
空間３０内に閉じ込められ、パワーピストン２１の上昇
に伴ってシリンダ２２の開口３６を経てＲＧ８に流入す
る（この段階ではディスプレーサピストン２０はまだ上
昇しており、図３のＰ−Ｖ線図上の１−２に相当する断
熱圧縮となる）。ＲＧ８に流入した空気は、ＲＧ８の熱
を与えられて高温となり、高温側作動空間３１に流入す
る。図３のＰ−Ｖ線図上の２−３に相当する。受熱ヘッ
ド２３は前記燃焼室３２内の燃焼熱を受けて高温となっ
ており、高温側作動空間３１に流入した作動ガス（空
気）は受熱ヘッド２３により加熱される。この段階では
ディスプレーサピストン２０は下降を始めており、作動
ガスは等温膨張する（図３のＰ−Ｖ線図上の３−４に相
当）。低温側作動空間３０の圧力を受けてパワーピスト
ン２１は下降を開始し、主軸１３を回転させる。パワー
ピストン２１の下降で、クランクケース１に吸入された
空気は再び圧縮される。下降していたディスプレーサピ
ストン２０は下死点を経て上昇を開始し、高温側作動空
間３１内の高温の作動ガスはＲＧ８を経て低温側作動空
間３０に送りこまれる。作動ガスはＲＧ８を通過しつつ
熱を奪われて冷却される（図３のＰ−Ｖ線図上の４−５
に相当）。
ら送りこまれた空気は、パワーピストン２１の上昇で掃
気孔１０Ａ及び排気孔１０Ｂが閉じられるので低温作動
空間３０内に閉じ込められ、パワーピストン２１の上昇
に伴ってシリンダ２２の開口３６を経てＲＧ８に流入す
る（この段階ではディスプレーサピストン２０はまだ上
昇しており、図３のＰ−Ｖ線図上の１−２に相当する断
熱圧縮となる）。ＲＧ８に流入した空気は、ＲＧ８の熱
を与えられて高温となり、高温側作動空間３１に流入す
る。図３のＰ−Ｖ線図上の２−３に相当する。受熱ヘッ
ド２３は前記燃焼室３２内の燃焼熱を受けて高温となっ
ており、高温側作動空間３１に流入した作動ガス（空
気）は受熱ヘッド２３により加熱される。この段階では
ディスプレーサピストン２０は下降を始めており、作動
ガスは等温膨張する（図３のＰ−Ｖ線図上の３−４に相
当）。低温側作動空間３０の圧力を受けてパワーピスト
ン２１は下降を開始し、主軸１３を回転させる。パワー
ピストン２１の下降で、クランクケース１に吸入された
空気は再び圧縮される。下降していたディスプレーサピ
ストン２０は下死点を経て上昇を開始し、高温側作動空
間３１内の高温の作動ガスはＲＧ８を経て低温側作動空
間３０に送りこまれる。作動ガスはＲＧ８を通過しつつ
熱を奪われて冷却される（図３のＰ−Ｖ線図上の４−５
に相当）。
【００３０】本実施例においても、冷却器を用いること
なくスターリングエンジンを運転することでき、冷却水
のない場所でスターリングエンジンを使用することが可
能となった。
なくスターリングエンジンを運転することでき、冷却水
のない場所でスターリングエンジンを使用することが可
能となった。
【００３１】
【発明の効果】本発明によるスターリングエンジンは、
ＲＧ（再生熱交換器）を通過して熱を回収された後の空
気を冷却する代わりに、低温側作動空間を新たな空気に
よって掃気して低温側作動空間の作動ガスを低温にする
ので、作動ガスを冷却する冷却器が不要である。本発明
によるスターリングエンジンは、したがって冷却水を要
しないので、水の確保が困難な砂漠地帯で用いるのに適
する。本発明はまた、熱空気スターリングエンジンの実
用化に極めて大きい効果を持つ。
ＲＧ（再生熱交換器）を通過して熱を回収された後の空
気を冷却する代わりに、低温側作動空間を新たな空気に
よって掃気して低温側作動空間の作動ガスを低温にする
ので、作動ガスを冷却する冷却器が不要である。本発明
によるスターリングエンジンは、したがって冷却水を要
しないので、水の確保が困難な砂漠地帯で用いるのに適
する。本発明はまた、熱空気スターリングエンジンの実
用化に極めて大きい効果を持つ。
【図１】本発明をα型スターリングエンジンに適用した
第１の実施例を示す断面図である。
第１の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明をγ型スターリングエンジンに適用した
第２の実施例を示す断面図である。
第２の実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の原理を説明するＰ−Ｖ線図である。
１ クランクケース ２ 高温側シリ
ンダ ３ 膨張ピストン ３Ａ 膨張ピス
トンコンロッド ４ 低温側シリンダ ５ 圧縮ピスト
ン ５Ａ 圧縮ピストンコンロッド ６ ガラスヘッ
ド ７ 金網 ８ ＲＧ（再生
熱交換器） ９ 管路 １０Ａ 掃気孔 １０Ｂ 排気孔 １１ 集光され
た太陽光線 １２ 掃気用ブロワー １３ 主軸 １４ 管路 ２０ ディスプ
レーサピストン ２１ パワーピストン ２２ シリンダ ２３ 受熱ヘッド ２４ 空気予熱
器 ２５ バーナノズル ２６ インゼク
タ ２７ 管路 ２８ 逆止弁 ２９ Ｌ型クランク ３０ 低温側作
動空間 ３１ 高温側作動空間 ３２ 燃焼室 ３３ 加熱器ケーシング ３４ 排気筒 ３５ 熱反射壁 ３６ 開口
ンダ ３ 膨張ピストン ３Ａ 膨張ピス
トンコンロッド ４ 低温側シリンダ ５ 圧縮ピスト
ン ５Ａ 圧縮ピストンコンロッド ６ ガラスヘッ
ド ７ 金網 ８ ＲＧ（再生
熱交換器） ９ 管路 １０Ａ 掃気孔 １０Ｂ 排気孔 １１ 集光され
た太陽光線 １２ 掃気用ブロワー １３ 主軸 １４ 管路 ２０ ディスプ
レーサピストン ２１ パワーピストン ２２ シリンダ ２３ 受熱ヘッド ２４ 空気予熱
器 ２５ バーナノズル ２６ インゼク
タ ２７ 管路 ２８ 逆止弁 ２９ Ｌ型クランク ３０ 低温側作
動空間 ３１ 高温側作動空間 ３２ 燃焼室 ３３ 加熱器ケーシング ３４ 排気筒 ３５ 熱反射壁 ３６ 開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 弘一 福島県郡山市安積町荒井字萬海町24番４ 号 (72)発明者 森谷 信次 福島県郡山市小田原２丁目30番10号 (56)参考文献 特開 昭60−36761（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−78141（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−2758（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】 外部熱源と、高温側作動空間と低温側作
動空間を再生熱交換器を介して連通する管路とを有して
なる大気圧スターリングエンジンにおいて、α型スター
リングエンジンでは低温側ピストン、βおよびγ型スタ
ーリングエンジンではパワーピストンのそれぞれ下死点
付近において、それぞれのシリンダーの側面の、２サイ
クルガソリンエンジンの掃気作用と同様な掃気作用が生
ずるような位置に設けられ低温側ピストンまたはパワー
ピストンで開閉される各１個の掃気孔及び排気孔と、該
掃気孔を経て新しい空気をシリンダー内に圧入し、シリ
ンダー内の既存空気を前記排気孔を経て大気中に追い出
して掃気する手段と、を備えてなることを特徴とする掃
気式スターリングエンジン。 - 【請求項２】 熱源が高温側空間を構成するシリンダヘ
ッドに隣接して配置された燃焼装置を含んでなり、排気
孔は前記燃焼装置を介して大気に連通され、排気孔と前
記燃焼装置を連通する管路に、排気を駆動源として外気
を吸引し該排気に混合させるインゼクタが設けられ、掃
気する手段は、密閉クランク室と掃気孔を結ぶ管路と、
密閉クランク室壁面に設けられクランク室の負圧により
開いて外気をクランク室に吸入する逆止弁とを含んでな
り、掃気孔と排気孔を開閉するピストンは、閉じる方向
に動くときクランク室の圧力を低め、掃気孔と排気孔を
開く方向に動くときクランク室の圧力を高くするように
構成され、掃気された排気の全部もしくは一部を該燃焼
装置の燃焼用空気の全部もしくは一部として用いるよう
に構成したことを特徴とする請求項１に記載の掃気式ス
ターリングエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5007448A JP2527897B2 (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | 掃気式スタ―リングエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5007448A JP2527897B2 (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | 掃気式スタ―リングエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06213074A JPH06213074A (ja) | 1994-08-02 |
| JP2527897B2 true JP2527897B2 (ja) | 1996-08-28 |
Family
ID=11666127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5007448A Expired - Lifetime JP2527897B2 (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | 掃気式スタ―リングエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2527897B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100374653B1 (ko) * | 2000-08-16 | 2003-03-04 | 주식회사 뉴로스 | 개방형 스터링 사이클 방식으로 작동하는 초소형 운반체용외연기관 |
| JP4285338B2 (ja) | 2004-06-14 | 2009-06-24 | トヨタ自動車株式会社 | スターリングエンジン |
| ITUD20110070A1 (it) * | 2011-05-11 | 2012-11-12 | Innovative Technological Systems Di Fontana Claudi | Motore a combustione esterna |
| CN110397517B (zh) * | 2019-07-01 | 2021-11-30 | 山东华宇工学院 | 一种斯特林发动机装置 |
| CN112834254A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-25 | 中国矿业大学 | 一种回热器性能测试装置及测试方法 |
| KR102538515B1 (ko) * | 2021-11-16 | 2023-05-30 | 고성호 | 스털링 엔진을 이용한 난로 대류 장치 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5578141A (en) * | 1978-12-05 | 1980-06-12 | Briggs & Stratton Corp | Stirling type engine and operation method of same |
| JPS592758A (ja) * | 1982-06-28 | 1984-01-09 | ホーチキ株式会社 | 消火ロボツト |
| JPS6036761A (ja) * | 1983-08-10 | 1985-02-25 | Naoji Isshiki | 弁つきスタ−リング熱機械 |
-
1993
- 1993-01-20 JP JP5007448A patent/JP2527897B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06213074A (ja) | 1994-08-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4452047A (en) | Reciprocating solar engine | |
| JP2524139B2 (ja) | 内燃エンジン及びその運転方法 | |
| US4364233A (en) | Fluid engine | |
| US5050570A (en) | Open cycle, internal combustion Stirling engine | |
| US4790284A (en) | Regenerative internal combustion engine | |
| US6340013B1 (en) | Four-stroke internal combustion engine with recuperator in cylinder head | |
| WO2008116392A1 (fr) | Moteur thermique à absorption de chaleur et pression constante comportant un refroidisseur intermédiaire | |
| US5016441A (en) | Heat regeneration in engines | |
| JP2527897B2 (ja) | 掃気式スタ―リングエンジン | |
| US6116222A (en) | Two stroke regenerative engine | |
| JP3521183B2 (ja) | 圧縮比と膨張比をそれぞれ独自に選べる熱機関 | |
| JPH07279758A (ja) | コージェネレーション装置 | |
| US6463731B1 (en) | Two stroke regenerative external combustion engine | |
| US4136523A (en) | Stirling type engine and method for operating same | |
| JP3306053B2 (ja) | 発動機の弁装置 | |
| JP3134115B2 (ja) | スターリング機関 | |
| KR100374653B1 (ko) | 개방형 스터링 사이클 방식으로 작동하는 초소형 운반체용외연기관 | |
| US6799563B1 (en) | Two stroke internal combustion engine | |
| JPH0354348A (ja) | スターリングエンジンの出力制御装置 | |
| JP2542614B2 (ja) | スタ−リングエンジン | |
| CN101776025B (zh) | 高效高温型内外混燃机 | |
| CN214787741U (zh) | 一种适应低温差的斯特林发动机 | |
| CN1659371A (zh) | 将热能转换为动能的方法和装置 | |
| US20030196424A1 (en) | Warren cycle external combustion engine | |
| JPS6036761A (ja) | 弁つきスタ−リング熱機械 |