JP2542614B2 - Stirling engine - Google Patents

Stirling engine

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JP2542614B2
JP2542614B2 JP62074846A JP7484687A JP2542614B2 JP 2542614 B2 JP2542614 B2 JP 2542614B2 JP 62074846 A JP62074846 A JP 62074846A JP 7484687 A JP7484687 A JP 7484687A JP 2542614 B2 JP2542614 B2 JP 2542614B2
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stirling engine
piston
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working gas
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澄 香川
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明はスターリングエンジンに係り、特にピストン
背面空間に通じるバッファータンク内の圧力変動を利用
して出力制御を行なうスターリングエンジンに関する。
The present invention relates to a Stirling engine, and more particularly to a Stirling engine that performs output control by utilizing pressure fluctuation in a buffer tank that communicates with a space behind a piston. .

(従来の技術) 近年、省エネルギー化の一環としてスターリングエン
ジンが見直され、熱心な研究が行われている。スターリ
ングエンジンには種々の形態のものがあるが、例えばL
型と呼称されている2ピストン方式のものを例にとる
と、それぞれパワーピストンを内蔵した2つのパワーシ
リンダ間に再生熱交換器を閉流路構成に接続し、再生熱
交換器の一端と一方のパワーシリンダとの間の流路をヒ
ータで加熱し、再生熱交換器の他端と他方のパワーシリ
ンダとの間の流路をクーラで冷却するように構成されて
いる。
(Prior Art) In recent years, as part of energy saving, the Stirling engine has been reviewed and enthusiastic research has been conducted. There are various types of Stirling engines, for example L
Taking the example of a two-piston system called a type, a regenerative heat exchanger is connected in a closed flow path configuration between two power cylinders each containing a power piston, and one end of the regenerative heat exchanger The heater is used to heat the flow passage between the power cylinder and the power cylinder, and the cooler is used to cool the flow passage between the other end of the regenerative heat exchanger and the other power cylinder.

なお、この種のスターリングエンジンでは、ピストン
が往復運動する際にピストン背面空間における作動ガス
が抵抗となり、エンジンの出力,効率が低下するので、
ピストン背面空間におけるポンピング損失を低減させる
ために、ピストン背面空間部のシリンダに配管孔を設
け、これに十分な容量を持つバッファタンクを結ぶ構成
が取られている。この場合、ピストン背面空間にある作
動ガスまたは空気が圧縮力を受ける時には、それをピス
トン背面空間部のシリンダに設けた配管孔よりパイプを
通してバッファタンクに逃がす。逆に、、動ガスまたは
空気が膨脹力を受ける時には、バッファタンクより作動
ガスまたは空気をピストン背面空間へ移動させる。これ
により、ピストン背面空間の作動ガスや空気の圧縮変動
幅を減らしている。
In addition, in this type of Stirling engine, when the piston reciprocates, the working gas in the space behind the piston becomes resistance, and the output and efficiency of the engine decrease, so
In order to reduce the pumping loss in the piston back space, a pipe hole is provided in the cylinder in the piston back space, and a buffer tank having a sufficient capacity is connected to this. In this case, when the working gas or air in the rear space of the piston receives a compressive force, it is released to the buffer tank through the pipe through the pipe hole provided in the cylinder in the rear space of the piston. On the contrary, when the dynamic gas or air receives the expansion force, the working gas or air is moved from the buffer tank to the space behind the piston. This reduces the fluctuation range of the compression of working gas and air in the space behind the piston.

一方、スターリングエンジンにおいては出力制御を行
なうために、作動空間内の作動ガスの圧力(充填圧)を
制御する必要がある。すなわち、スターリングエンジン
の負荷が増大したときは作動ガスの充填圧を上げて出力
を増大させ、逆に負荷が低減したときは充填圧を下げて
出力を低下させる。このような充填圧の制御には、作動
空間またはタンクからの作動ガスを圧縮してタンクまた
は作動空間に移動させる圧縮装置が使用される。しかし
ながら、圧縮装置は一般に電動機を動力源とするもので
あるため、スターリングエンジンに組込むと、エンジン
の大型化および重量増を招き、大きな設置スペースが必
要となる。また、このような圧縮装置があると、組立て
や整備が煩雑となる。
On the other hand, in the Stirling engine, in order to control the output, it is necessary to control the pressure (filling pressure) of the working gas in the working space. That is, when the load of the Stirling engine is increased, the filling pressure of the working gas is increased to increase the output, and conversely, when the load is reduced, the filling pressure is decreased to decrease the output. A compression device for compressing the working gas from the working space or the tank and moving the working gas to the tank or the working space is used for controlling the filling pressure. However, since the compression device generally uses an electric motor as a power source, when it is incorporated in a Stirling engine, the size and weight of the engine are increased and a large installation space is required. In addition, such a compression device complicates assembly and maintenance.

(発明が解決しようとする問題点) このように従来のスターリングエンジンにおいては、
出力制御のための作動空間内の作動ガスの充填圧制御
に、電動機を動力源とする圧縮装置を必要とするため、
エンジンの大型化および重量増により設置スペースが増
大し、また組立てや整備が煩雑化するという問題があっ
た。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional Stirling engine,
In order to control the filling pressure of the working gas in the working space for output control, a compressor powered by an electric motor is required,
There has been a problem that the installation space increases due to the increase in size and weight of the engine, and the assembly and maintenance become complicated.

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、簡単な構成により作動空間の作動ガスの充填圧制
御を実現できるスターリングエンジンを提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a Stirling engine that can realize a filling pressure control of a working gas in a working space with a simple configuration.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明は、スターリングエンジンのピストン背面空間
に通じるバッファタンクに、バッファタンク内の圧力変
動によって動作し、作動空間内およびサージタンク内の
圧力関係に応じて作動空間内およびサージタンク内のい
ずれか一方の作動ガスを吸引・圧縮して他方に移動させ
る圧縮装置を設置したことを特徴とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving Problems) According to the present invention, a buffer tank communicating with a piston back space of a Stirling engine is operated by pressure fluctuation in the buffer tank, and pressures in an operating space and a surge tank are It is characterized in that a compressor for sucking / compressing the working gas in one of the working space and the surge tank and moving it to the other is installed according to the relationship.

(作用) 作動空間内の作動ガスの充填圧がサージタンク内の作
動ガスの圧力より高い時は、作動空間内の作動ガスが圧
縮装置に導かれ、圧縮された後、サージタンクに移動す
る。逆に、作動空間内の作動ガスの充填圧がサージタン
ク内の作動ガスの圧力より低い時は、サージタンク内の
作動ガスが圧縮装置に導かれ、圧縮された後、作動空間
に移動する。これにより負荷の変動に応じた出力制御が
行なわれる。バッファタンク内の作動ガスおよび空気の
圧力は、ピストンの往復動に伴なって変動している。本
発明では、このバッファタンク内の圧力変動を動力とし
て圧縮装置が作動する。従って、電動機のような動力源
を必要とすることなく、非常に簡単で大きな設置スペー
スをとらない構成によって、出力制御のための作動ガス
の充填圧制御を行なうことができる。
(Operation) When the filling pressure of the working gas in the working space is higher than the pressure of the working gas in the surge tank, the working gas in the working space is guided to the compression device, and after being compressed, moves to the surge tank. On the contrary, when the filling pressure of the working gas in the working space is lower than the pressure of the working gas in the surge tank, the working gas in the surge tank is guided to the compression device, is compressed, and then moves to the working space. As a result, output control is performed according to the load fluctuation. The pressures of the working gas and air in the buffer tank fluctuate as the piston reciprocates. In the present invention, the compression device operates by using the pressure fluctuation in the buffer tank as power. Therefore, it is possible to perform the charging pressure control of the working gas for the output control with a configuration that does not require a power source such as an electric motor and has a very simple and space-saving configuration.

(実施例) 以下、本発明の実施例を説明する。(Example) Hereinafter, the Example of this invention is described.

図は本発明の一実施例に係るスターリングエンジンの
概略構成を示す断面図である。スターリングエンジン本
体1は、大きく別けて作動ガスの膨脹用に供されるパワ
ーシリンダ2(以後、膨脹シリンダと称する)と、この
膨脹シリンダ2内に摺動自在に装着されたパワーピスト
ン3(以後、膨脹ピストンと称する)と、作動ガスの圧
縮に供されるパワーシリンダ4(以後、圧縮シリンダと
称する)と、この圧縮シリンダ4内に摺動自在に装着さ
れたパワーピストン5(以後、圧縮ピストンと称する)
と、膨脹シリンダ2と圧縮シリンダ4との間に設けられ
たヒータ6,再生熱交換器7及びクーラ8と、膨脹ピスト
ン3及び圧縮ピストン5にそれぞれクランク(コネクテ
ィングロッドともいう)9,10およびクランク軸11,12を
介して連結された出力軸13とで構成されている。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a Stirling engine according to an embodiment of the present invention. The Stirling engine body 1 is roughly divided into a power cylinder 2 (hereinafter referred to as an expansion cylinder) used for expanding a working gas, and a power piston 3 (hereinafter referred to as an expansion cylinder) slidably mounted in the expansion cylinder 2. An expansion piston), a power cylinder 4 used for compression of working gas (hereinafter referred to as a compression cylinder), and a power piston 5 slidably mounted in the compression cylinder 4 (hereinafter referred to as a compression piston). Refer to)
A heater 6, a regenerative heat exchanger 7 and a cooler 8 provided between the expansion cylinder 2 and the compression cylinder 4, cranks (also referred to as connecting rods) 9 and 10 to the expansion piston 3 and the compression piston 5, respectively. It is configured with an output shaft 13 connected via shafts 11 and 12.

ヒータ6は、膨脹シリンダ2のヘッド14を取囲むよう
に一部に断熱材15を配置して形成された燃焼室16と、こ
の燃焼室16内に配置された複数の熱交換器17と、燃焼室
16に臨むように配置された燃料供給用のノズル18と、燃
焼室16を取囲むように配置され燃焼に必要な空気を燃焼
排ガスで予熱する空気予熱器19とで構成されている。
The heater 6 has a combustion chamber 16 formed by partially arranging a heat insulating material 15 so as to surround the head 14 of the expansion cylinder 2, and a plurality of heat exchangers 17 arranged in the combustion chamber 16. Combustion chamber
It is composed of a fuel supply nozzle 18 arranged so as to face 16 and an air preheater 19 arranged so as to surround the combustion chamber 16 and preheat the air required for combustion with combustion exhaust gas.

熱交換器17の各々は、各ガス通路の一旦側を膨脹シリ
ンダ2内の頂部に通じさせ、他端側をヘッド14内に形成
されたマニホールド20に通じさせ、全体として漏斗状に
配置されている。マニホールド20は接続管21を介して再
生熱交換器7に接続され、この再生熱交換器7は熱交換
器によって構成されたクーラ8を介して圧縮シリンダ4
内の頂部に接続されている。そして、膨脹シリンダ2と
膨脹ピストン3とで囲まれた空間、各熱交換器17,マニ
ホールド20,接続管21,再生熱交換器7,クーラ8,圧縮シリ
ンダ4と圧縮ピストン5とで囲まれた空間からなる閉じ
られた空間、すなわち作動空間24に作動ガス、例えばHe
ガスが充填されている。ノズル18は図示しない燃料調節
弁を介して図示しない燃料供給源に接続されており、ま
た、空気予熱器19の空気導入口22は図示しない送風機の
吐出側に接続されている。
Each of the heat exchangers 17 has one end of each gas passage communicating with the top of the expansion cylinder 2 and the other end communicating with a manifold 20 formed in the head 14, and is arranged in a funnel shape as a whole. There is. The manifold 20 is connected to a regenerative heat exchanger 7 via a connecting pipe 21, and the regenerative heat exchanger 7 is connected to a compression cylinder 4 via a cooler 8 constituted by the heat exchanger.
Is connected to the top of the. A space surrounded by the expansion cylinder 2 and the expansion piston 3, each heat exchanger 17, a manifold 20, a connecting pipe 21, a regenerative heat exchanger 7, a cooler 8, a compression cylinder 4 and a compression piston 5. A working gas such as He in the working space 24
It is filled with gas. The nozzle 18 is connected to a fuel supply source (not shown) via a fuel control valve (not shown), and the air inlet 22 of the air preheater 19 is connected to the discharge side of a blower (not shown).

また、クランク9,10等を収容したクランク室部25の一
部には、集合空間30が形成されている。膨脹ピストン3
のクロスヘッド部31には、その外周部にピストン背面空
間32と集合空間30とを連通させる連通孔33が形成されて
いる。この連通孔33は、クロスヘッド部31の外周部をそ
の上下全長にわたって切削することにより形成されたも
のである。また、集合空間30は、クランク室部25のシリ
ンダ下部を切削或いは鋳造等の製造方式により形成され
た部分と、クロスヘッド部31により形成されたものであ
る。そして、この集合空間30は、パイプ34を介してバッ
ファタンク50に接続されている。圧縮シリンダ4の圧縮
ピストン5に対しても同様に、集合空間40が設けられて
いる。この集合空間40は、圧縮ッピストン5のクロスヘ
ッド部41を切削して形成された連通穴43によってピスト
ン背面空間42に連通されており、またパイプ44を介して
バッファタンク50に接続されている。そして、集合空間
30,40は、クランク室部25内の接続空間51を介して接続
される。この接続空間51は、クランク室部25を切削或い
は鋳造等の製造方式により形成されたものである。な
お、バッファタンク50とクランク室部25との圧力の平衡
を保つ必要がある場合は、接続パイプ52によって両者を
接続すればよい。
In addition, a gathering space 30 is formed in a part of the crank chamber portion 25 that houses the cranks 9, 10 and the like. Expansion piston 3
A communication hole 33 is formed on the outer peripheral portion of the crosshead portion 31 for allowing the piston back space 32 and the collection space 30 to communicate with each other. The communication hole 33 is formed by cutting the outer peripheral portion of the crosshead portion 31 over the entire vertical length thereof. Further, the gathering space 30 is formed by a cross head portion 31 and a portion of the crank chamber portion 25 where the lower portion of the cylinder is formed by a manufacturing method such as cutting or casting. The gathering space 30 is connected to the buffer tank 50 via a pipe 34. Similarly, a collecting space 40 is provided for the compression piston 5 of the compression cylinder 4. The gathering space 40 is communicated with the piston back space 42 by a communication hole 43 formed by cutting the crosshead portion 41 of the compression piston 5, and is also connected with a buffer tank 50 via a pipe 44. And the meeting space
30, 40 are connected via a connection space 51 in the crank chamber portion 25. The connection space 51 is formed by manufacturing the crank chamber portion 25 by cutting or casting. If it is necessary to keep the pressure balance between the buffer tank 50 and the crank chamber 25, the connection pipe 52 may be used to connect the two.

一方、バッファタンク50に本発明に基づく圧縮装置60
が設置されている。この圧縮装置60は、バッファタンク
50内の空気および作動ガスの圧力変動によって動作する
ことにより、作動空間24内およびサージタンク70内の圧
力関係に応じて作動空間24内およびサージタンク70内の
いずれか一方の作動ガスを吸引・圧縮して他方に移動さ
せるものであり、その構成は次の通りである。
On the other hand, the buffer tank 50 has a compression device 60 based on the present invention.
Is installed. This compressor 60 is a buffer tank
By operating by the pressure fluctuations of the air and the working gas in 50, either the working gas in the working space 24 or the surge tank 70 is sucked or sucked according to the pressure relationship in the working space 24 and the surge tank 70. It is compressed and moved to the other side, and its configuration is as follows.

すなわち、バッファタンク50に連通孔61を介して連通
した偏平な円錘状の空間62が形成され、この空間62に50
0μm〜1mm程度の厚さのダイアフラム63が設けられるこ
とによって、圧縮用バルブが形成されている。区間62は
バッファタンク50の内部と反対側で、作動空間24および
サージタンク70に至る作動ガス流路としての接続パイプ
64,65に連通している。接続パイプ64,65の途中には逆止
弁66,67がそれぞれ図示のように同じ向きに挿入されて
いる。これらの圧縮用バルブと逆止弁66,67によって圧
縮装置60が構成されている。逆止弁66,67の圧縮用バル
ブ側にはショートサーキット弁(以下、短絡弁という)
68の両端がそれぞれ接続され、作動空間24およびサージ
タンク70側には流路開閉バルブ69の両端がそれぞれ接続
されている。なお、短絡弁68は圧縮装置60の動作を停止
させるときに開となるものであり、また流路開閉弁69は
圧縮装置60の動作により作動空間24内の作動ガスの充填
圧を制御する場合に開となるものである。
That is, a flat conical space 62 communicating with the buffer tank 50 through the communication hole 61 is formed.
A compression valve is formed by providing the diaphragm 63 having a thickness of about 0 μm to 1 mm. The section 62 is on the side opposite to the inside of the buffer tank 50, and is a connection pipe as a working gas flow path leading to the working space 24 and the surge tank 70.
It communicates with 64,65. Check valves 66 and 67 are inserted in the middle of the connecting pipes 64 and 65, respectively, in the same direction as illustrated. The compression device 60 is constituted by these compression valves and the check valves 66, 67. Short circuit valve (hereinafter referred to as short circuit valve) on the compression valve side of the check valves 66, 67.
Both ends of 68 are connected, and both ends of a flow path opening / closing valve 69 are connected to the working space 24 and the surge tank 70 side. The short-circuit valve 68 is opened when the operation of the compressor 60 is stopped, and the flow path opening / closing valve 69 controls the filling pressure of the working gas in the working space 24 by the operation of the compressor 60. It is open to people.

次に、上記のように構成されたスターリングエンジン
の動作を説明する。まず、ノズル18から燃料を送出し、
これに着火させる。また、外部動力源によって出力軸13
を一時的に回転させる。出力軸13が外部動力源によって
回転しているので、この出力軸13にクランク軸11,12,ク
ランク9,10を介して連結されている膨脹ピストン3及び
圧縮ピストン5は、ある位相差を持って往復動する。こ
の往復動によって膨脹ピストン3が圧縮工程に移ると、
膨脹シリンダ2内の作動ガスが各熱交換器7,クーラ8を
介して圧縮シリンダ4内に流れ込み、膨脹ピストン3が
上死点に達して時点で作動ガスの殆どが圧縮シリンダ4
内に流れ込む。このとき、作動ガスは再生熱交換器7を
通過する間に、その保有している熱が再生熱交換器7に
蓄熱され、またクーラ8を通過する間にさらに冷却され
る。出力軸13の回転に伴って圧縮ピストン5が下死点か
ら上死点に向けて移動を開始すると、圧縮シリンダ4内
の低温の作動ガスが圧縮され、いままでとは逆の経路で
膨脹シリンダ2内に流れ込む。このとき、作動ガスは再
生熱交換器7を通過する間に吸熱して高温に加熱され、
次に各熱交換器17を通過する時さらに加熱される。膨脹
シリンダ2内に流れ込んだ高温の作動ガスは、膨脹して
膨脹ピストン3を押し下げる。以後、上述の動作が繰返
され、外部動力源を断った状態でも出力軸13が回転を継
続し、スターリングエンジンとしての作動を行なう。
Next, the operation of the Stirling engine configured as above will be described. First, send the fuel from the nozzle 18,
Ignite this. In addition, the output shaft 13
Temporarily rotate. Since the output shaft 13 is rotated by the external power source, the expansion piston 3 and the compression piston 5 connected to the output shaft 13 via the crankshafts 11, 12, and cranks 9, 10 have a certain phase difference. Move back and forth. When the expansion piston 3 shifts to the compression process by this reciprocating motion,
Most of the working gas in the expansion cylinder 2 flows into the compression cylinder 4 through the heat exchanger 7 and the cooler 8 at the time when the expansion piston 3 reaches the top dead center.
Pour into. At this time, the heat of the working gas is accumulated in the regenerative heat exchanger 7 while passing through the regenerative heat exchanger 7, and is further cooled while passing through the cooler 8. When the compression piston 5 starts to move from the bottom dead center to the top dead center with the rotation of the output shaft 13, the low temperature working gas in the compression cylinder 4 is compressed, and the expansion cylinder is expanded in a path opposite to the conventional path. Pour into 2. At this time, the working gas absorbs heat while passing through the regeneration heat exchanger 7 and is heated to a high temperature,
It is then further heated as it passes through each heat exchanger 17. The high-temperature working gas flowing into the expansion cylinder 2 expands and pushes down the expansion piston 3. After that, the above-described operation is repeated, and the output shaft 13 continues to rotate even when the external power source is turned off, and the Stirling engine is operated.

なお、膨脹ピストン3の往復運動によりピストン背面
空間32には作動ガスの圧力変動が生じる。例えば、ピス
トン3の下降時はピストン背面空間32にある作動ガスは
圧縮される。このとき、ピストン背面空間32は連結孔33
を介して集合空間30に接続されているので、上記圧縮に
よる圧力変動幅はこの集合空間30により一旦低減され、
その後圧縮された作動ガスをパイプ34を通してバッファ
タンク50に逃がすことになる。さらに、膨脹ピストン3
の上昇時には、ピストン背面空間32の作動ガスは膨脹さ
れる。この膨脹による圧力変動幅も、上記と同様に集合
空間30の作用により一旦低減される。そして、バッファ
タンク50からパイプ34を通して作動ガスが供給されるこ
とになる。このように膨脹ピストン3の往復運動に起因
するピストン背面空間32の作動ガスの圧力変動幅を集合
空間30により一旦減じた後バッファタンク50に逃がすこ
とにより、ピストン背面空間32の圧力変動が補償され、
また圧縮ピストン5の往復動によるピストン背面空間42
の圧力変動も、同様に集合空間40及びバッファタンク50
により補償される。
The reciprocating motion of the expansion piston 3 causes a pressure fluctuation of the working gas in the piston back space 32. For example, when the piston 3 descends, the working gas in the piston back space 32 is compressed. At this time, the piston rear space 32 has a connecting hole 33.
Since it is connected to the gathering space 30 via, the pressure fluctuation width due to the compression is once reduced by the gathering space 30,
Thereafter, the compressed working gas will escape to the buffer tank 50 through the pipe 34. In addition, the expansion piston 3
When the pressure rises, the working gas in the piston back space 32 is expanded. The pressure fluctuation width due to this expansion is also temporarily reduced by the action of the gathering space 30 as in the above. Then, the working gas is supplied from the buffer tank 50 through the pipe 34. In this way, the pressure fluctuation width of the working gas in the piston back space 32 due to the reciprocating motion of the expansion piston 3 is temporarily reduced by the gathering space 30 and then released to the buffer tank 50, whereby the pressure fluctuation in the piston back space 32 is compensated. ,
Also, the piston rear space 42 due to the reciprocating motion of the compression piston 5
Similarly, the pressure fluctuation of the collecting space 40 and the buffer tank 50
Will be compensated by.

ここで、バッファタンク50内の圧力変動が生じると、
これを動力として圧縮装置60が動作する。すなわち、バ
ッファタンク50内の圧力が減少すると、ダイアフラム63
が図中右側に偏移する。この場合、例えば作動空間24内
の作動ガスの圧力変動により、その作動ガスの充填圧が
サージタンク70内の作動ガスの圧力より高くなった時
は、作動空間24内の作動ガスが接続パイプ64および逆止
弁66を経由して圧縮用バルブの空間62内に導かれる。こ
の空間62に入った作動ガスは、次にバッファタンク50内
の圧力が上昇してダイアフラム63が図中左側に偏移した
とき、ダイアフラム63により接続パイプ65側に押出され
て圧縮され、逆止弁67を経由してサージタンク70に移動
する。
Here, when the pressure fluctuation in the buffer tank 50 occurs,
The compression device 60 operates with this power. That is, when the pressure in the buffer tank 50 decreases, the diaphragm 63
Shifts to the right side in the figure. In this case, for example, when the filling pressure of the working gas becomes higher than the pressure of the working gas in the surge tank 70 due to the pressure fluctuation of the working gas in the working space 24, the working gas in the working space 24 becomes the connecting pipe 64. And via check valve 66 into the compression valve space 62. When the pressure in the buffer tank 50 next rises and the diaphragm 63 shifts to the left side in the drawing, the working gas that has entered this space 62 is pushed toward the connecting pipe 65 side by the diaphragm 63 and compressed, and the non-return Transfer to surge tank 70 via valve 67.

これとは逆に、作動空間24内の作動ガスの圧力変動に
より、その作動ガスの充填圧がサージタンク70内の作動
ガスの圧力より低くなった時は、サージタンク70内の作
動ガスが流路開閉バルブ69を経由して逆止弁66,67およ
び圧縮用バルブからなる圧縮装置60に導かれ、同様に圧
縮された後、再び流路開閉弁69を経由して作動区間24に
移動する。
On the contrary, when the filling pressure of the working gas becomes lower than the pressure of the working gas in the surge tank 70 due to the pressure fluctuation of the working gas in the working space 24, the working gas in the surge tank 70 flows. It is guided to the compression device 60 including the check valves 66 and 67 and the compression valve via the passage opening / closing valve 69, and after being similarly compressed, moves to the operation section 24 again via the passage opening / closing valve 69. .

このようにして圧縮装置60による作動空間24内の作動
ガスの充填圧の制御によって、負荷の変動に応じたスタ
ーリングエンジンの出力制御が行なわれる。
In this way, by controlling the filling pressure of the working gas in the working space 24 by the compression device 60, the output control of the Stirling engine according to the fluctuation of the load is performed.

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施
することができる。例えば実施例は本発明を2ピストン
方式に適用した例であるが、ディスプレーサ方式にも本
発明を適用できる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be carried out without departing from the scope of the invention. For example, the embodiment is an example in which the present invention is applied to the two-piston type, but the present invention can also be applied to the displacer type.

また、バッファタンク50内の圧力変動を利用した圧縮
装置60として、ダイアフラム63を用いた方式を例示した
が、例えばピストンを用いた方式を採用することもでき
る。
Further, as the compression device 60 utilizing the pressure fluctuation in the buffer tank 50, the system using the diaphragm 63 is illustrated, but a system using a piston, for example, can also be adopted.

さらに、実施例では圧縮装置60を作動空間24内の作動
ガスの充填圧制御に使用したが、燃焼室16での燃焼用空
気の供給の制御に用いて出力制御を行なうことも可能で
ある。その場合は、例えば図における作動空間24への接
続パイプ64を空気予熱器16の空気導入口22等に接続し、
サージタンク70に空気を充填するようにすればよい。
Further, although the compressor 60 is used for controlling the filling pressure of the working gas in the working space 24 in the embodiment, it is also possible to perform the output control by controlling the supply of the combustion air in the combustion chamber 16. In that case, for example, the connection pipe 64 to the working space 24 in the figure is connected to the air introduction port 22 or the like of the air preheater 16,
The surge tank 70 may be filled with air.

[発明の効果] 本発明によれば、スターリングエンジンのピストン背
面空間に通じるバッファタンクに、バッファタンク内の
圧力変動を動力として動作することにより、作動空間内
およびサージタンク内の圧力関係に応じて作動空間およ
びサージタンク間で作動ガスを吸引・圧縮して移動させ
る圧縮装置を設置することにより、負荷の変動に応じた
出力制御を行なうため、従来の圧縮装置のように電動機
のごとき動力源を必要とせず、スターリングエンジンの
小型化および軽量化を図ることができる。また、電動機
のような付属物がないために、エンジンの組立てや整備
が容易となる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, the buffer tank communicating with the piston back space of the Stirling engine is operated by the pressure fluctuation in the buffer tank as a power source, so that the pressure relationship in the working space and the surge tank can be changed. By installing a compressor that sucks and compresses the working gas between the working space and the surge tank to perform output control according to load fluctuations, a power source such as an electric motor can be used like a conventional compressor. The Stirling engine can be made smaller and lighter without the need. Moreover, since there is no accessory such as an electric motor, the engine can be easily assembled and maintained.

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

図は本発明の一実施例に係るスターリングエンジンの概
略構成を示す断面図である。 1……スターリングエンジン本体、2……膨脹シリン
ダ、3……膨脹ピストン、……圧縮シリンダ、5……圧
縮ピストン、6……ヒータ、7……再生熱交換器、8…
…クーラ、16……燃焼室、17……熱交換器、18……ノズ
ル、19……空気予熱器、30,40……集合空間、31,41……
クロスヘッド部、32,42……ピストン背面空間、33,43…
…連通孔、34,44,53……パイプ、50……バッファタン
ク、51……接続空間、60……圧縮装置、61……連通孔、
62……空間、63……ダイアフラム、64,64……接続パイ
プ(作動ガス流路)、66,67……逆止弁、68……短絡
弁、69……流路開閉弁、70……サージタンク。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a Stirling engine according to an embodiment of the present invention. 1 ... Stirling engine body, 2 ... expansion cylinder, 3 ... expansion piston, ... compression cylinder, 5 ... compression piston, 6 ... heater, 7 ... regenerative heat exchanger, 8 ...
… Cooler, 16 …… combustion chamber, 17 …… heat exchanger, 18 …… nozzle, 19 …… air preheater, 30,40 …… collecting space, 31,41 ……
Cross head part, 32,42 …… Piston back space, 33,43…
… Communication hole, 34,44,53 …… pipe, 50 …… buffer tank, 51 …… connection space, 60 …… compressor, 61 …… communication hole,
62 …… space, 63 …… diaphragm, 64,64 …… connection pipe (working gas passage), 66,67 …… check valve, 68 …… short-circuit valve, 69 …… passage valve, 70 …… Surge tank.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】内部に作動流体が充填され、且つピストン
によって閉じられた作動空間を有したスターリングエン
ジン本体と、このスターリングエンジン本体の外部に設
けられ該スターリングエンジン本体の前記ピストンの背
面空間に通じるバッファタンクとを備えたスターリング
エンジンにおいて、前記バッファタンクに、バッファタ
ンク内の圧力変動によって動作し、前記作動空間内およ
びサージタンク内の圧力関係に応じて作動空間内および
サージタンク内のいずれか一方の作動ガスを吸引・圧縮
して他方に移動させる圧縮装置を設置したことを特徴と
するスターリングエンジン。
1. A Stirling engine main body having a working space filled with a working fluid and closed by a piston, and a Stirling engine main body provided outside the Stirling engine main body and communicating with a rear space of the piston of the Stirling engine main body. In a Stirling engine including a buffer tank, the buffer tank is operated by a pressure fluctuation in the buffer tank, and either one of the working space and the surge tank is operated according to the pressure relationship between the working space and the surge tank. The Stirling engine is equipped with a compression device that sucks and compresses the working gas of and moves it to the other side.
【請求項2】圧縮装置は、バッファタンク内の圧力変動
により作動するダイアフラムを含み、両端が作動空間お
よびサージタンクに作動ガス流路を介して接続された圧
縮用バルブと、この圧縮用バルブと作動空間およびサー
ジタンクとの間の作動ガス流路中にそれぞれ同じ向きに
挿入され、かつ作動空間側およびサージタンク側の各一
端が直接または流路開閉バルブを介して接続された第1
および第2の逆止弁とを有することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載のスターリングエンジン。
2. A compression device, which includes a diaphragm that operates due to pressure fluctuations in a buffer tank, both ends of which are connected to a working space and a surge tank via a working gas flow path, and the compression valve. A first gas cylinder inserted into the working gas flow path between the working space and the surge tank in the same direction, and connected at one end to the working space side and to the surge tank side directly or via a flow path opening / closing valve.
The Stirling engine according to claim 1, further comprising: and a second check valve.
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