JP2548523B2 - 可変位相角スターリングサイクル機器 - Google Patents
可変位相角スターリングサイクル機器Info
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- JP2548523B2 JP2548523B2 JP6191360A JP19136094A JP2548523B2 JP 2548523 B2 JP2548523 B2 JP 2548523B2 JP 6191360 A JP6191360 A JP 6191360A JP 19136094 A JP19136094 A JP 19136094A JP 2548523 B2 JP2548523 B2 JP 2548523B2
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- 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
- F02G2270/00—Constructional features
- F02G2270/85—Crankshafts
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スターリングサイクル
を用いて寒冷（冷熱）を発生するスターリングサイクル
機器に係り、特に入力として熱と回転動力を組み合わせ
て利用するスターリングサイクル機器に関する。
を用いて寒冷（冷熱）を発生するスターリングサイクル
機器に係り、特に入力として熱と回転動力を組み合わせ
て利用するスターリングサイクル機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】図８は、本願出願人の先願（特願平５−
１１１６１５号）に係る３シリンダスターリング機器で
あって、Ｃは冷熱を発生する低温シリンダ、Ｈはバーナ
ー１を有し高温に保たれる高温シリンダ、Ｍは中間温度
で放熱する中間温度シリンダである。ＣとＨはＭに対し
約９０度の位相角の位置にあって、熱再生機２，３を中
に設けた連通管４，５によってＣ，Ｈ，Ｍの内部空間は
互いに連通している。
１１１６１５号）に係る３シリンダスターリング機器で
あって、Ｃは冷熱を発生する低温シリンダ、Ｈはバーナ
ー１を有し高温に保たれる高温シリンダ、Ｍは中間温度
で放熱する中間温度シリンダである。ＣとＨはＭに対し
約９０度の位相角の位置にあって、熱再生機２，３を中
に設けた連通管４，５によってＣ，Ｈ，Ｍの内部空間は
互いに連通している。
【０００３】図９は図８に示す機器のベクトル解析図で
あって、ベクトルＭ，Ｃ，Ｈは前記シリンダＭ，Ｃ，Ｈ
のピストンの変位と方向を示す容積ベクトルであり、ベ
クトルＶTはその合成ベクトルである。いま、シリンダ
Ｍの温度を基準として各ベクトルＭ，Ｃ，Ｈをそれぞれ
温度比γで割った分子数ベクトルＭ’，Ｃ’，Ｈ’を作
ると、その合成ベクトルΔＰ’は、最大圧力の大きさと
方向を示す圧力ベクトルとなる。高温シリンダの温度が
十分高いときは、図のようにクランクの回転方向に対し
てベクトルΔＰ’がベクトルＶTより遅れた位置に来る
ので、シリンダＨが高温でいる限りは、この系は全体と
してわずかに出力を示し、自立運転に入るとともに、ベ
クトルΔＰ’と各シリンダの容積ベクトルのベクトル積
がそのシリンダの出入力に比例するので、シリンダＣに
は大きい冷熱を生ずることがわかる。
あって、ベクトルＭ，Ｃ，Ｈは前記シリンダＭ，Ｃ，Ｈ
のピストンの変位と方向を示す容積ベクトルであり、ベ
クトルＶTはその合成ベクトルである。いま、シリンダ
Ｍの温度を基準として各ベクトルＭ，Ｃ，Ｈをそれぞれ
温度比γで割った分子数ベクトルＭ’，Ｃ’，Ｈ’を作
ると、その合成ベクトルΔＰ’は、最大圧力の大きさと
方向を示す圧力ベクトルとなる。高温シリンダの温度が
十分高いときは、図のようにクランクの回転方向に対し
てベクトルΔＰ’がベクトルＶTより遅れた位置に来る
ので、シリンダＨが高温でいる限りは、この系は全体と
してわずかに出力を示し、自立運転に入るとともに、ベ
クトルΔＰ’と各シリンダの容積ベクトルのベクトル積
がそのシリンダの出入力に比例するので、シリンダＣに
は大きい冷熱を生ずることがわかる。
【０００４】図８に示すような３シリンダ系では、高温
シリンダＨが高温に保たれている間は自立運転が行われ
る。しかし、バーナ１が消され高温が消去された際は、
Ｈにも低温を生じ、ベクトルＨ”をその際のＨの分子数
ベクトルとすると、その際の最高圧力の位置の圧力ベク
トルΔＰ”は、図９に示されるように上方にずれ、ベク
トルＶTより右方に来るので、この系はその回転のため
全体としてモータＲよりの大きな外部動力を要する。し
かしこの際は、シリンダＣに生ずる冷熱能力は、ベクト
ルΔＰ’とベクトルΔＰ”の先端がシリンダＣの方向に
平行移動するだけであるので、その吸熱量は増加せず、
また低温となるシリンダＨの低温を維持するための動力
は大きくなるとともにそれが無駄に消費されるだけとな
ることがわかる。
シリンダＨが高温に保たれている間は自立運転が行われ
る。しかし、バーナ１が消され高温が消去された際は、
Ｈにも低温を生じ、ベクトルＨ”をその際のＨの分子数
ベクトルとすると、その際の最高圧力の位置の圧力ベク
トルΔＰ”は、図９に示されるように上方にずれ、ベク
トルＶTより右方に来るので、この系はその回転のため
全体としてモータＲよりの大きな外部動力を要する。し
かしこの際は、シリンダＣに生ずる冷熱能力は、ベクト
ルΔＰ’とベクトルΔＰ”の先端がシリンダＣの方向に
平行移動するだけであるので、その吸熱量は増加せず、
また低温となるシリンダＨの低温を維持するための動力
は大きくなるとともにそれが無駄に消費されるだけとな
ることがわかる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】すなわち図８に示す在
来のスターリングサイクル機器は、バーナ１を消して外
部モータＲの動力を加えた際は、シリンダＣの冷却能力
はそのままで、シリンダＨに強い低温を生じ、かつ無駄
な動力を消費する。よって図８のシステムは、バーナに
よる自立駆動にはよいが、バーナ消火時の外部動力によ
る駆動には効率が悪い。またこのシステムでは、寒冷
（冷熱）発生と同時に外部動力を生ずるコージェネレイ
ションも不可能である。
来のスターリングサイクル機器は、バーナ１を消して外
部モータＲの動力を加えた際は、シリンダＣの冷却能力
はそのままで、シリンダＨに強い低温を生じ、かつ無駄
な動力を消費する。よって図８のシステムは、バーナに
よる自立駆動にはよいが、バーナ消火時の外部動力によ
る駆動には効率が悪い。またこのシステムでは、寒冷
（冷熱）発生と同時に外部動力を生ずるコージェネレイ
ションも不可能である。
【０００６】本発明の課題は、入力として与えられる熱
と回転動力の比率を変化させても、所定のシリンダに冷
熱を発生させることができ、かつエネルギのむだを生ず
ることのないスターリングサイクル機器を提供するにあ
る。
と回転動力の比率を変化させても、所定のシリンダに冷
熱を発生させることができ、かつエネルギのむだを生ず
ることのないスターリングサイクル機器を提供するにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、入力とし
て外部からの熱を受ける高温シリンダのピストンの、上
死点の位相角を変化させる手段を設けることにより達成
される。
て外部からの熱を受ける高温シリンダのピストンの、上
死点の位相角を変化させる手段を設けることにより達成
される。
【０００８】
【作用】高温シリンダのピストンの、上死点の位相角を
変化させると、高温シリンダにおける外部からの熱の取
り込み量が変化する。したがって、外部から高温シリン
ダに供給される熱量が減少した場合、減少量に合わせて
位相角を変え、同時にクランク軸から外部動力を加えて
てやれば、高温シリンダでの取り込み熱量が不足して冷
却を生ずることもなく、低温シリンダでの冷熱発生量が
不足することもない。
変化させると、高温シリンダにおける外部からの熱の取
り込み量が変化する。したがって、外部から高温シリン
ダに供給される熱量が減少した場合、減少量に合わせて
位相角を変え、同時にクランク軸から外部動力を加えて
てやれば、高温シリンダでの取り込み熱量が不足して冷
却を生ずることもなく、低温シリンダでの冷熱発生量が
不足することもない。
【０００９】
【実施例】図１は本発明に係る３シリンダスターリング
サイクル機器の第１の実施例の説明図である。また図２
は図１に示す実施例のクランク位相角の変化手段の断面
図である。図３は図１の主軸のＸＸ’の部分断面図、図
４は図１の主軸のＹＹ’の部分の断面図である。
サイクル機器の第１の実施例の説明図である。また図２
は図１に示す実施例のクランク位相角の変化手段の断面
図である。図３は図１の主軸のＸＸ’の部分断面図、図
４は図１の主軸のＹＹ’の部分の断面図である。
【００１０】図示の３シリンダスターリングサイクル機
器は、クランク軸６に結合されたピストンをそれぞれ内
装する低温シリンダＣと中間温度シリンダＭと、クラン
ク軸６の延長軸１１に大端部ベアリング９を介して結合
されたピストンロッド８及びピストン７を内装する高温
シリンダＨと、低温シリンダＣと中間温度シリンダＭを
熱再生機２を介して連通する連通管４と、中間温度シリ
ンダＭと高温シリンダＨとを熱再生機３を介して連通す
る連通管５と、高温シリンダＨを加熱するバーナ１と、
クランク軸６を回転駆動する外部モータＲと、延長軸１
１に設けられて高温シリンダＨのピストン７の上死点位
相角を変化させる位相角変化手段と、を含んで構成され
ている。従来の３シリンダスターリングサイクル機器
は、入力として、高温シリンダＨへのバーナ１での加熱
による熱と、外部モータＲによるクランク軸６の回転駆
動とが可能であり、この入力に基づく出力として、スタ
ーリングサイクルにより低温シリンダＣに寒冷（冷熱）
を発生し、例えば連通管４に熱交換器を設けてその冷熱
を取り出すものである。
器は、クランク軸６に結合されたピストンをそれぞれ内
装する低温シリンダＣと中間温度シリンダＭと、クラン
ク軸６の延長軸１１に大端部ベアリング９を介して結合
されたピストンロッド８及びピストン７を内装する高温
シリンダＨと、低温シリンダＣと中間温度シリンダＭを
熱再生機２を介して連通する連通管４と、中間温度シリ
ンダＭと高温シリンダＨとを熱再生機３を介して連通す
る連通管５と、高温シリンダＨを加熱するバーナ１と、
クランク軸６を回転駆動する外部モータＲと、延長軸１
１に設けられて高温シリンダＨのピストン７の上死点位
相角を変化させる位相角変化手段と、を含んで構成され
ている。従来の３シリンダスターリングサイクル機器
は、入力として、高温シリンダＨへのバーナ１での加熱
による熱と、外部モータＲによるクランク軸６の回転駆
動とが可能であり、この入力に基づく出力として、スタ
ーリングサイクルにより低温シリンダＣに寒冷（冷熱）
を発生し、例えば連通管４に熱交換器を設けてその冷熱
を取り出すものである。
【００１１】いま、図１乃至図４の各図において、シリ
ンダＣとシリンダＭとは同一位相のクランク軸６によっ
て互いに約９０度の位相差をもって作動し、該シリンダ
ＣとシリンダＭとは先の図８に示したシリンダＣ，Ｍと
同じ作動をする。これに対し本実施例の高温シリンダＨ
は、そのピストンを動かすピストンロッド８の大端部ベ
アリング９は、主軸線ＯＯ’に対して偏心した偏心輪１
０にはまっていて、この偏心輪１０の偏心方向が自由に
変化できるようにしてあるのが本発明の特色である。
ンダＣとシリンダＭとは同一位相のクランク軸６によっ
て互いに約９０度の位相差をもって作動し、該シリンダ
ＣとシリンダＭとは先の図８に示したシリンダＣ，Ｍと
同じ作動をする。これに対し本実施例の高温シリンダＨ
は、そのピストンを動かすピストンロッド８の大端部ベ
アリング９は、主軸線ＯＯ’に対して偏心した偏心輪１
０にはまっていて、この偏心輪１０の偏心方向が自由に
変化できるようにしてあるのが本発明の特色である。
【００１２】すなわち、クランク軸（以下、主軸とい
う）６の延長軸１１には、空洞１２が設けられるととも
に、その外周、すなわち円筒状部分壁面には軸と平行な
溝１３、１４等が該壁面を貫通して形成され、かつ空洞
１２の中に軸方向に移動可能に内装されたキーセンター
ピストン１５から半径方向に伸びる数本のキー１６，１
７等が溝１３，１４等を貫通して外部に突き出してい
る。また、延長軸１１外周には偏心輪１０が該延長軸１
１に対して回転可能に嵌合され、該偏心輪１０には延長
軸１１と同心状に軸方向に延びるシリンダ状の円筒１８
が取り付けられている。偏心輪１０の延長軸１１に嵌合
される孔の中心位置は、図４に示すように偏心輪１０の
前記大端部ベアリング９が嵌合する外周の中心位置と偏
心した位置となっている。円筒１８の壁面には該壁面を
貫通するねじ状のスパイラル溝１９，２０等が設けら
れ、それらのスパイラル溝１９，２０等に、溝１３，１
４等を貫通して外部に突き出したキー１６，１７の先端
部が嵌合されている。スパイラル溝１９，２０等は、そ
れぞれ円筒１８の円周の約１／４の範囲に亘って形成さ
れている。
う）６の延長軸１１には、空洞１２が設けられるととも
に、その外周、すなわち円筒状部分壁面には軸と平行な
溝１３、１４等が該壁面を貫通して形成され、かつ空洞
１２の中に軸方向に移動可能に内装されたキーセンター
ピストン１５から半径方向に伸びる数本のキー１６，１
７等が溝１３，１４等を貫通して外部に突き出してい
る。また、延長軸１１外周には偏心輪１０が該延長軸１
１に対して回転可能に嵌合され、該偏心輪１０には延長
軸１１と同心状に軸方向に延びるシリンダ状の円筒１８
が取り付けられている。偏心輪１０の延長軸１１に嵌合
される孔の中心位置は、図４に示すように偏心輪１０の
前記大端部ベアリング９が嵌合する外周の中心位置と偏
心した位置となっている。円筒１８の壁面には該壁面を
貫通するねじ状のスパイラル溝１９，２０等が設けら
れ、それらのスパイラル溝１９，２０等に、溝１３，１
４等を貫通して外部に突き出したキー１６，１７の先端
部が嵌合されている。スパイラル溝１９，２０等は、そ
れぞれ円筒１８の円周の約１／４の範囲に亘って形成さ
れている。
【００１３】キーセンターピストン１５には、前後移動
棒２１が空洞１２より軸方向外方（図上右方）に向かっ
て取り付けられ、該前後移動棒２１の外方端（図上右
端）は相互回転は自由であるが前後方向移動（軸方向移
動）は拘束する回転接手２２を介して外周にねじを切っ
たロングねじ２３に結合されている。ロングねじ２３に
はその外周のねじに螺合するねじを内周に備えたラック
２５が嵌めこまれ、該ラック２５の外周には歯が切られ
ていて、この歯に補助モータＳで駆動されるウォームギ
ヤ２４が噛み合っている。ラック２５はロングねじ２３
の周囲に回転可能となっているが、ロングねじ２３の軸
方向には移動できないように拘束されている。ロングね
じ２３の外周面には、軸方向に溝２７が形成され、該溝
２７にはキー２６が溝に沿って摺動するキー２６が嵌め
こまれている。キー２６はクランクケースの延長部であ
るケーシング２８に固定され、ロングねじ２３が回転し
ないように拘束している。
棒２１が空洞１２より軸方向外方（図上右方）に向かっ
て取り付けられ、該前後移動棒２１の外方端（図上右
端）は相互回転は自由であるが前後方向移動（軸方向移
動）は拘束する回転接手２２を介して外周にねじを切っ
たロングねじ２３に結合されている。ロングねじ２３に
はその外周のねじに螺合するねじを内周に備えたラック
２５が嵌めこまれ、該ラック２５の外周には歯が切られ
ていて、この歯に補助モータＳで駆動されるウォームギ
ヤ２４が噛み合っている。ラック２５はロングねじ２３
の周囲に回転可能となっているが、ロングねじ２３の軸
方向には移動できないように拘束されている。ロングね
じ２３の外周面には、軸方向に溝２７が形成され、該溝
２７にはキー２６が溝に沿って摺動するキー２６が嵌め
こまれている。キー２６はクランクケースの延長部であ
るケーシング２８に固定され、ロングねじ２３が回転し
ないように拘束している。
【００１４】これらのロングねじ２３、ウォームギヤ２
４、ラック２５、キー２６、補助モータが軸方向駆動手
段を構成し、この軸方向移動手段、回転接手２２、キー
センターピストン１５、偏心輪１０、円筒１８を含んで
位相角変化手段が構成されている。
４、ラック２５、キー２６、補助モータが軸方向駆動手
段を構成し、この軸方向移動手段、回転接手２２、キー
センターピストン１５、偏心輪１０、円筒１８を含んで
位相角変化手段が構成されている。
【００１５】このロングねじ２３は、正逆転可能な補助
モータＳによって回転駆動されるウォームギヤ２４とラ
ック２５によって前後に移動できるが、キー２６と溝２
７によって回転は止められている。
モータＳによって回転駆動されるウォームギヤ２４とラ
ック２５によって前後に移動できるが、キー２６と溝２
７によって回転は止められている。
【００１６】上記構成の装置において、補助モータＳを
正逆いずれかの方向に回転すれば、ロングねじ２３の外
面のねじに係合しているラック２５の回転に伴い、ロン
グねじ２３はその軸方向に進退する。ロングねじ２３が
軸方向に動くと、回転接手２２を介して該ロングねじ２
３に結合されているキーセンターピストン１５が空洞１
２内で軸方向に移動し、同時にキー１６，１７等も前記
延長軸の溝１３，１４、及び円筒１８のスパイラル溝１
９，２０等に嵌合した状態で軸方向に移動する。溝１
３，１４は延長軸の軸線に平行であるが、スパイラル溝
１９，２０等は延長軸の軸線に対してスパイラル状にな
っており、キーセンターピストン１５はそのキー１６，
１７が溝１３，１４に嵌合していて延長軸に対しては回
転しないから、キーセンターピストン１５の移動につ
れ、円筒１８がキー１６，１７に規制されて延長軸に対
して回転する。円筒１８の延長軸に対しての回転はすな
わち偏心輪１０の延長軸に対しての回転であり、偏心輪
１０が延長軸に対して回転すると、延長軸つまり主軸に
対する偏心輪１０の偏心の位相位置が変化する。したが
って、目的とするシリンダＨのピストンの、シリンダ
Ｃ，Ｍに対する相対位相角が変化する。キーセンターピ
ストン１５のこれらの動作は、延長軸つまりクランク軸
が回転中であっても同様に行われる。
正逆いずれかの方向に回転すれば、ロングねじ２３の外
面のねじに係合しているラック２５の回転に伴い、ロン
グねじ２３はその軸方向に進退する。ロングねじ２３が
軸方向に動くと、回転接手２２を介して該ロングねじ２
３に結合されているキーセンターピストン１５が空洞１
２内で軸方向に移動し、同時にキー１６，１７等も前記
延長軸の溝１３，１４、及び円筒１８のスパイラル溝１
９，２０等に嵌合した状態で軸方向に移動する。溝１
３，１４は延長軸の軸線に平行であるが、スパイラル溝
１９，２０等は延長軸の軸線に対してスパイラル状にな
っており、キーセンターピストン１５はそのキー１６，
１７が溝１３，１４に嵌合していて延長軸に対しては回
転しないから、キーセンターピストン１５の移動につ
れ、円筒１８がキー１６，１７に規制されて延長軸に対
して回転する。円筒１８の延長軸に対しての回転はすな
わち偏心輪１０の延長軸に対しての回転であり、偏心輪
１０が延長軸に対して回転すると、延長軸つまり主軸に
対する偏心輪１０の偏心の位相位置が変化する。したが
って、目的とするシリンダＨのピストンの、シリンダ
Ｃ，Ｍに対する相対位相角が変化する。キーセンターピ
ストン１５のこれらの動作は、延長軸つまりクランク軸
が回転中であっても同様に行われる。
【００１７】次いで本実施例の作用と効果を説明する。
いま、主軸がロングねじ２３側から見て反時計周りにま
わっているとき、補助モータＳを運転して、図２のＤ位
置にあるキーセンターピストン１５を図上右方のＢ点方
向に移動すると、偏心輪１０は主軸の回転と同じ反時計
方向に進み、キーセンターピストン１５を図上左方のＡ
点方向に移動すると、偏心輪１０は主軸の回転と逆の時
計方向に進む。よって、シリンダＨ内のピストン７の上
死点の位置の位相角は、前者のＢ方向移動では遅れる方
向、後者のＡ方向移動では進んだ方向に変化する。
いま、主軸がロングねじ２３側から見て反時計周りにま
わっているとき、補助モータＳを運転して、図２のＤ位
置にあるキーセンターピストン１５を図上右方のＢ点方
向に移動すると、偏心輪１０は主軸の回転と同じ反時計
方向に進み、キーセンターピストン１５を図上左方のＡ
点方向に移動すると、偏心輪１０は主軸の回転と逆の時
計方向に進む。よって、シリンダＨ内のピストン７の上
死点の位置の位相角は、前者のＢ方向移動では遅れる方
向、後者のＡ方向移動では進んだ方向に変化する。
【００１８】図５の（Ａ），（Ｄ），（Ｂ）に、キーセ
ンターピストン１５が図２のＡ位置からＢ位置へ移動す
る際、キーセンターピストン１５がそれぞれＡ位置、Ｄ
位置、Ｂ位置に来たとき、主クランク軸６から見た三つ
のシリンダのピストンのベクトル方向の変化を示す。す
なわち、（Ａ）ではベクトルＨがベクトルＣより右側、
（Ｄ）ではベクトルＨがベクトルＣより左側だが近い位
置、（Ｂ）ではベクトルＨがベクトルＣよりかなり左側
へ来た位置に来る。
ンターピストン１５が図２のＡ位置からＢ位置へ移動す
る際、キーセンターピストン１５がそれぞれＡ位置、Ｄ
位置、Ｂ位置に来たとき、主クランク軸６から見た三つ
のシリンダのピストンのベクトル方向の変化を示す。す
なわち、（Ａ）ではベクトルＨがベクトルＣより右側、
（Ｄ）ではベクトルＨがベクトルＣより左側だが近い位
置、（Ｂ）ではベクトルＨがベクトルＣよりかなり左側
へ来た位置に来る。
【００１９】図６の（Ａ），（Ｄ），（Ｂ）に、図５の
（Ａ），（Ｄ），（Ｂ）に相当する位置と作動状況のこ
のシステムのベクトル解析図を示す。（Ａ）では、図の
ようにベクトルＨが前方にあるので、高温シリンダを十
分高温にするときはベクトルＶTとベクトルΔＰ’の差
が拡がり、シリンダＣでの寒冷発生はやや低くなるが、
全体として十分大きな外部出力Ｗを発生し、動力を生じ
得ることがわかる。つまりこの状態では、図８の在来シ
ステムではなし得なかった外部熱源による寒冷の発生と
動力の発生、すなわちコージェネレイション運転ができ
る。
（Ａ），（Ｄ），（Ｂ）に相当する位置と作動状況のこ
のシステムのベクトル解析図を示す。（Ａ）では、図の
ようにベクトルＨが前方にあるので、高温シリンダを十
分高温にするときはベクトルＶTとベクトルΔＰ’の差
が拡がり、シリンダＣでの寒冷発生はやや低くなるが、
全体として十分大きな外部出力Ｗを発生し、動力を生じ
得ることがわかる。つまりこの状態では、図８の在来シ
ステムではなし得なかった外部熱源による寒冷の発生と
動力の発生、すなわちコージェネレイション運転ができ
る。
【００２０】図６の（Ｂ）では、ベクトルＨがベクトル
ＣとベクトルＭの中央付近に来るので、ベクトルＨの位
相とベクトルΔＰ’の位相がほぼ同一となり、シリンダ
Ｈには全く放置しても熱の発生もしくは寒冷の発生やエ
ネルギロスは生じないことと、図９の場合よりもベクト
ルΔＰ’が左方に伸びることによって、シリンダＣにお
いては図９の場合よりも大きい寒冷が生ずることがわか
る。もちろんこの際は、ベクトルΔＰ’がベクトルＶT
の前にくるので外部動力の投入は必要であるが、その動
力はシリンダＣにおける寒冷の発生により有効に使用さ
れる。
ＣとベクトルＭの中央付近に来るので、ベクトルＨの位
相とベクトルΔＰ’の位相がほぼ同一となり、シリンダ
Ｈには全く放置しても熱の発生もしくは寒冷の発生やエ
ネルギロスは生じないことと、図９の場合よりもベクト
ルΔＰ’が左方に伸びることによって、シリンダＣにお
いては図９の場合よりも大きい寒冷が生ずることがわか
る。もちろんこの際は、ベクトルΔＰ’がベクトルＶT
の前にくるので外部動力の投入は必要であるが、その動
力はシリンダＣにおける寒冷の発生により有効に使用さ
れる。
【００２１】図６の（Ｄ）は、前記（Ａ）と（Ｂ）の中
間の状態であって、シリンダＨへの僅かな熱入力とモー
タＲよりの少量の外部動力の同時投入によって、シリン
ダＣに大きい寒冷を生ずることができる。
間の状態であって、シリンダＨへの僅かな熱入力とモー
タＲよりの少量の外部動力の同時投入によって、シリン
ダＣに大きい寒冷を生ずることができる。
【００２２】図７に、（Ｂ）→（Ｄ）→（Ａ）とキーセ
ンターピストン１５を移動する際の、シリンダＨへの外
部熱入力ＱHとモータＲよりの外部動力Ｒの配分の増減
を示す。すなわち、（Ｂ）では、Ｒは大きいがＱHは０
でよい。（Ｄ）では、ＲもＱHも小さくてよい。（Ａ）
では、ＱHは大きいが逆に外部に動力Ｗを出せることが
わかる。
ンターピストン１５を移動する際の、シリンダＨへの外
部熱入力ＱHとモータＲよりの外部動力Ｒの配分の増減
を示す。すなわち、（Ｂ）では、Ｒは大きいがＱHは０
でよい。（Ｄ）では、ＲもＱHも小さくてよい。（Ａ）
では、ＱHは大きいが逆に外部に動力Ｗを出せることが
わかる。
【００２３】上述のように、図１に示す実施例は、シリ
ンダＨの、シリンダＣ，Ｍに対する実質相対位相を広範
囲に変化させることによって、寒冷（冷熱）を生ずるた
めに外部から供給するべき熱と回転エネルギの両者の配
分を変化させつつ、装置を運転できるものである。
ンダＨの、シリンダＣ，Ｍに対する実質相対位相を広範
囲に変化させることによって、寒冷（冷熱）を生ずるた
めに外部から供給するべき熱と回転エネルギの両者の配
分を変化させつつ、装置を運転できるものである。
【００２４】図１０に本発明の第２の実施例である３シ
リンダスターリング機器を示す。図示の３シリンダスタ
ーリング機は、外部から熱を受ける高温シリンダＨ、中
温発生シリンダＭ、低温発生シリンダＣを備えてなる点
は前記第１の実施例に示すものと同じであるが、前記実
施例においては高温シリンダ、中温発生シリンダ及び低
温発生シリンダのピストンがともに単動ピストンである
のに対し、本実施例のものは、中温発生シリンダＭ及び
低温発生シリンダＣのピストンを単動ピストンとし、高
温シリンダＨのピストンをシリンダヘッド側を高温室Ｔ
ｈ、ピストンロッド側を中温室Ｔｍ’とする複動のディ
スプレーサピストンとしたものである。そして、高温室
Ｔｈと中温発生シリンダＭの中温室Ｔｍを熱再生器３を
通じて接続する連通管５に分岐管５Ａを設け、この分岐
管５Ａを前記中温室Ｔｍ’に接続してある。上記以外の
構成要素は前記第１の実施例と同様であり、図示と説明
は省略した。
リンダスターリング機器を示す。図示の３シリンダスタ
ーリング機は、外部から熱を受ける高温シリンダＨ、中
温発生シリンダＭ、低温発生シリンダＣを備えてなる点
は前記第１の実施例に示すものと同じであるが、前記実
施例においては高温シリンダ、中温発生シリンダ及び低
温発生シリンダのピストンがともに単動ピストンである
のに対し、本実施例のものは、中温発生シリンダＭ及び
低温発生シリンダＣのピストンを単動ピストンとし、高
温シリンダＨのピストンをシリンダヘッド側を高温室Ｔ
ｈ、ピストンロッド側を中温室Ｔｍ’とする複動のディ
スプレーサピストンとしたものである。そして、高温室
Ｔｈと中温発生シリンダＭの中温室Ｔｍを熱再生器３を
通じて接続する連通管５に分岐管５Ａを設け、この分岐
管５Ａを前記中温室Ｔｍ’に接続してある。上記以外の
構成要素は前記第１の実施例と同様であり、図示と説明
は省略した。
【００２５】本実施例においても、図示は省略している
が、前記第１の実施例と同様な、高温シリンダのピスト
ン（この場合ディスプレーサピストン）の上死点の生ず
る位置の位相角を他の中温発生シリンダ、低温発生シリ
ンダのピストンに対し、任意に変更できる位相角変化手
段を備えている。本実施例では、可変位相角とした高温
ピストンがディスプレーサピストンであり、ピストンの
シリンダヘッド側の空間（高温室Ｔｈ）とピストンロッ
ド側の空間（中温室Ｔｍ’）が熱再生器３を通じてつな
がっていて圧力が同じであるため、ディスプレーサピス
トンにはピストンロッドの断面積分の圧力しか加わらな
い。したがって、本実施例においては、前記第１の実施
例によって得られる効果に加え、位相角変化手段に加わ
る力がピストンロッドの断面積分の圧力にとどまり、位
相角を変化させるのに要する力が少なくて済むことか
ら、位相角変化手段の構造が簡素化され、かつ小型化さ
れるという効果が得られる。
が、前記第１の実施例と同様な、高温シリンダのピスト
ン（この場合ディスプレーサピストン）の上死点の生ず
る位置の位相角を他の中温発生シリンダ、低温発生シリ
ンダのピストンに対し、任意に変更できる位相角変化手
段を備えている。本実施例では、可変位相角とした高温
ピストンがディスプレーサピストンであり、ピストンの
シリンダヘッド側の空間（高温室Ｔｈ）とピストンロッ
ド側の空間（中温室Ｔｍ’）が熱再生器３を通じてつな
がっていて圧力が同じであるため、ディスプレーサピス
トンにはピストンロッドの断面積分の圧力しか加わらな
い。したがって、本実施例においては、前記第１の実施
例によって得られる効果に加え、位相角変化手段に加わ
る力がピストンロッドの断面積分の圧力にとどまり、位
相角を変化させるのに要する力が少なくて済むことか
ら、位相角変化手段の構造が簡素化され、かつ小型化さ
れるという効果が得られる。
【００２６】図１１に本発明の第３の実施例である３シ
リンダスターリング機器を示す。本実施例が、図１０に
示した第３の実施例と異なるのは、第３の実施例では中
温発生シリンダ及び低温発生シリンダのピストンがとも
に単動ピストンであるのに対し、本実施例のものは、中
温発生シリンダＭのピストンのみを単動ピストンとし、
高温シリンダＨに加えて低温発生シリンダＣのピストン
をシリンダヘッド側を低温室Ｔｃ、ピストンロッド側を
中温室Ｔｍ”とする複動のディスプレーサピストンとし
たことである。そしてさらに、低温室Ｔｃと中温シリン
ダＭの中温室Ｔｍを熱再生器２を通じて接続する連通管
４に分岐管４Ａを設け、この分岐管４Ａを前記中温室Ｔ
ｍ”に接続したことである。
リンダスターリング機器を示す。本実施例が、図１０に
示した第３の実施例と異なるのは、第３の実施例では中
温発生シリンダ及び低温発生シリンダのピストンがとも
に単動ピストンであるのに対し、本実施例のものは、中
温発生シリンダＭのピストンのみを単動ピストンとし、
高温シリンダＨに加えて低温発生シリンダＣのピストン
をシリンダヘッド側を低温室Ｔｃ、ピストンロッド側を
中温室Ｔｍ”とする複動のディスプレーサピストンとし
たことである。そしてさらに、低温室Ｔｃと中温シリン
ダＭの中温室Ｔｍを熱再生器２を通じて接続する連通管
４に分岐管４Ａを設け、この分岐管４Ａを前記中温室Ｔ
ｍ”に接続したことである。
【００２７】本実施例においても、可変位相角とした高
温ピストンがディスプレーサピストンであり、ピストン
のシリンダヘッド側の空間（高温室Ｔｈ）とピストンロ
ッド側の空間（中温室Ｔｍ’）が熱再生器３を通じてつ
ながっていて圧力が同じであるため、ディスプレーサピ
ストンにはピストンロッドの断面積分の圧力しか加わら
ず、前記第２の実施例と同様の効果が得られる。
温ピストンがディスプレーサピストンであり、ピストン
のシリンダヘッド側の空間（高温室Ｔｈ）とピストンロ
ッド側の空間（中温室Ｔｍ’）が熱再生器３を通じてつ
ながっていて圧力が同じであるため、ディスプレーサピ
ストンにはピストンロッドの断面積分の圧力しか加わら
ず、前記第２の実施例と同様の効果が得られる。
【００２８】よって本発明は、実際上、都市ガス，石
油，工場排熱，エンジン排熱，太陽熱などを自由に使用
するとともに、場合に応じて電力やエンジン動力を利用
でき、かつ中間温度シリンダの放熱は、若干温度を上げ
てヒートポンプ放熱とすることができるし、また場合に
よって外部に動力を併給することもできる。すなわち、
本発明は、寒冷、低温熱、外部動力の三者の任意の組合
せのコージェネレイションやエアコンに適用できる３シ
リンダスターリング機器を供給し、かつ、エンジン駆動
冷熱／電力併給機器や電力駆動エアコンの夏季のガス使
用によるピークカット手段として利用できる。冬季に外
部モータでクランク軸を回転し、低温シリンダＣに低温
熱源を供給すれば、高温シリンダに高温が発生するか
ら、ヒートポンプとしても利用可能である。
油，工場排熱，エンジン排熱，太陽熱などを自由に使用
するとともに、場合に応じて電力やエンジン動力を利用
でき、かつ中間温度シリンダの放熱は、若干温度を上げ
てヒートポンプ放熱とすることができるし、また場合に
よって外部に動力を併給することもできる。すなわち、
本発明は、寒冷、低温熱、外部動力の三者の任意の組合
せのコージェネレイションやエアコンに適用できる３シ
リンダスターリング機器を供給し、かつ、エンジン駆動
冷熱／電力併給機器や電力駆動エアコンの夏季のガス使
用によるピークカット手段として利用できる。冬季に外
部モータでクランク軸を回転し、低温シリンダＣに低温
熱源を供給すれば、高温シリンダに高温が発生するか
ら、ヒートポンプとしても利用可能である。
【００２９】本発明におけるシリンダの可変位相装置
は、実施例のような補助モータ駆動メカニカル方式ばか
りでなく、油圧式、ガス圧式、電磁気式等の任意のもの
が使用できる。また、前記実施例は３シリンダスターリ
ング機器であるが、他の任意の２シリンダ以上のものや
ディスプレーサピストンを有するものに対しても適用可
能である。本発明はさらに、任意の１個のシリンダを他
のすべてのシリンダから切り離して、そのシリンダ内空
間だけをクランクケースと連結させる三方弁を有せしめ
るスターリング機器に対しても適用できる。
は、実施例のような補助モータ駆動メカニカル方式ばか
りでなく、油圧式、ガス圧式、電磁気式等の任意のもの
が使用できる。また、前記実施例は３シリンダスターリ
ング機器であるが、他の任意の２シリンダ以上のものや
ディスプレーサピストンを有するものに対しても適用可
能である。本発明はさらに、任意の１個のシリンダを他
のすべてのシリンダから切り離して、そのシリンダ内空
間だけをクランクケースと連結させる三方弁を有せしめ
るスターリング機器に対しても適用できる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、高温シリンダへの入熱
と主軸への回転動力の組合せ比率をエネルギ供給状況に
応じて変化させても、所定のシリンダに冷熱を発生させ
ることができるとともに、エネルギを無駄に消費するこ
とがなく、効率がよくかつ使い勝手のよいスターリング
サイクル機器とすることができる。
と主軸への回転動力の組合せ比率をエネルギ供給状況に
応じて変化させても、所定のシリンダに冷熱を発生させ
ることができるとともに、エネルギを無駄に消費するこ
とがなく、効率がよくかつ使い勝手のよいスターリング
サイクル機器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る３シリンダスターリングサイクル
機器の第１の実施例の斜視図である。
機器の第１の実施例の斜視図である。
【図２】図１に示す実施例のクランク位相角の変化手段
の断面図である。
の断面図である。
【図３】図１の主軸のＸＸ’の部分の断面図である。
【図４】図１の主軸のＹＹ’の部分の断面図である。
【図５】図１の実施例において、高温シリンダのピスト
ンの上死点位相角を変化させた場合の各シリンダのベク
トル相互の関係を示すベクトル図である。
ンの上死点位相角を変化させた場合の各シリンダのベク
トル相互の関係を示すベクトル図である。
【図６】図１の実施例において、高温シリンダのピスト
ンの上死点位相角を変化させた場合のベクトル解析図で
ある。
ンの上死点位相角を変化させた場合のベクトル解析図で
ある。
【図７】図１の実施例において、高温シリンダのピスト
ンの上死点位相角を変化させた場合の、熱として入力さ
れるエネルギと外部からの回転動力として入力されるエ
ネルギの組合せ比率の変化を示す概念図である。
ンの上死点位相角を変化させた場合の、熱として入力さ
れるエネルギと外部からの回転動力として入力されるエ
ネルギの組合せ比率の変化を示す概念図である。
【図８】従来技術の例を示す斜視図である。
【図９】図８に示す装置のベクトル解析図である。
【図１０】本発明の第２の実施例のシリンダ配置を示す
側面図である。
側面図である。
【図１１】本発明の第３の実施例のシリンダ配置を示す
側面図である。
側面図である。
１ バーナ ２，３ 熱再生
機 ４，５ 連通管 ６ クランク軸 ７ ピストン ８ ピストンロ
ッド ９ 大端部ベアリング １０ 偏心輪 １１ 延長軸 １２ 空洞 １３，１４ 溝 １５ キーセン
ターピストン １６，１７ キー １８ 円筒 １９，２０ スパイラル溝 ２１ 前後移動
棒 ２２ 回転接手 ２３ ロングね
じ ２４ ウォームギヤ ２５ ラック ２６ キー ２７ 溝 ２８ ケーシング Ｃ 低温シリン
ダ Ｈ 高温シリンダ Ｍ 中間温度シ
リンダ Ｒ 外部モータ Ｓ 補助モータ Ｔｈ 高温室 Ｔｍ，Ｔｍ’，
Ｔｍ” 中温室 Ｔｃ 低温室
機 ４，５ 連通管 ６ クランク軸 ７ ピストン ８ ピストンロ
ッド ９ 大端部ベアリング １０ 偏心輪 １１ 延長軸 １２ 空洞 １３，１４ 溝 １５ キーセン
ターピストン １６，１７ キー １８ 円筒 １９，２０ スパイラル溝 ２１ 前後移動
棒 ２２ 回転接手 ２３ ロングね
じ ２４ ウォームギヤ ２５ ラック ２６ キー ２７ 溝 ２８ ケーシング Ｃ 低温シリン
ダ Ｈ 高温シリンダ Ｍ 中間温度シ
リンダ Ｒ 外部モータ Ｓ 補助モータ Ｔｈ 高温室 Ｔｍ，Ｔｍ’，
Ｔｍ” 中温室 Ｔｃ 低温室
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−56747（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−171360（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−19109（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】 外部動力によりクランク軸を回転駆動さ
れ、該クランク軸にピストンロッドを介して連結された
ピストンをそれぞれ備えた低温発生シリンダと中温発生
シリンダと外部熱源から熱供給を受ける高温シリンダと
を有してなるスターリングサイクル機器において、前記
高温シリンダのピストンの上死点位相角を変化させる手
段を備えたことを特徴とする可変位相角スターリングサ
イクル機器。 - 【請求項２】 外部動力によりクランク軸を回転駆動さ
れ、該クランク軸にピストンロッドを介して連結された
ピストンをそれぞれ備えた低温発生シリンダと中温発生
シリンダと外部熱源から熱供給を受ける高温シリンダと
を有してなるスターリングサイクル機器において、前記
高温シリンダのピストンの上死点の生ずる位置の位相角
をほぼ９０度の範囲において前記クランク軸回転中に変
化させる手段を備えたことを特徴とする可変位相角スタ
ーリングサイクル機器。 - 【請求項３】 外部動力によりクランク軸を回転駆動さ
れ、該クランク軸にピストンロッドを介して連結された
ピストンをそれぞれ備えた低温発生シリンダと中温発生
シリンダと外部熱源から熱供給を受ける高温シリンダと
を有してなる３シリンダスターリングサイクル機器にお
いて、前記中温発生シリンダ及び低温発生シリンダの各
ピストンを単動ピストン、高温シリンダのピストンをシ
リンダヘッド側を高温室、ピストンロッド側を中温室と
する複動のディスプレーサピストンとし、該ディスプレ
ーサピストンの上死点の生ずる位置の位相角を他の中温
発生シリンダ、低温発生シリンダのピストンに対し、任
意に変更できる手段を備えたことを特徴とする可変位相
角スターリングサイクル機器。 - 【請求項４】 外部動力によりクランク軸を回転駆動さ
れ、該クランク軸にピストンロッドを介して連結された
ピストンをそれぞれ備えた低温発生シリンダと中温発生
シリンダと外部熱源から熱供給を受ける高温シリンダと
を有してなる３シリンダスターリングサイクル機器にお
いて、前記中温発生シリンダのピストンを単動ピストン
とし、高温シリンダのピストンをシリンダヘッド側を高
温室、ピストンロッド側を中温室とする複動のディスプ
レーサピストンとし、低温発生シリンダのピストンをシ
リンダヘッド側を低温室、ピストンロッド側を中温室と
する複動のディスプレーサピストンとし、前記高温シリ
ンダのディスプレーサピストンの上死点の生ずる位置の
位相角を他の中温発生シリンダ、低温発生シリンダのピ
ストンに対し、任意に変更できる手段を備えたことを特
徴とする可変位相角スターリングサイクル機器。 - 【請求項５】 クランク軸を二部分に分け、両者の軸を
二重とし、ねじ方向の斜め溝を貫通するキーを軸方向に
移動して、クランクの一部分の相対位相角を可変とし、
任意のシリンダのピストンの上死点の位相角を変えるこ
とができるようにしたことを特徴とする可変位相角スタ
ーリングサイクル機器。 - 【請求項６】 高温シリンダのピストンの上死点の生ず
る位置の位相角を変化させる手段が、高温シリンダのピ
ストンロッド大端部が係合する位置のクランク軸に回転
可能に嵌めこまれた偏心輪と、該偏心輪のクランク軸に
対する周方向相対位置を変化させる手段とを含んでなる
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれかに記
載の可変位相角スターリングサイクル機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6191360A JP2548523B2 (ja) | 1993-09-10 | 1994-08-15 | 可変位相角スターリングサイクル機器 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22568793 | 1993-09-10 | ||
| JP5-225687 | 1993-09-10 | ||
| JP6191360A JP2548523B2 (ja) | 1993-09-10 | 1994-08-15 | 可変位相角スターリングサイクル機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07167514A JPH07167514A (ja) | 1995-07-04 |
| JP2548523B2 true JP2548523B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=26506651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6191360A Expired - Lifetime JP2548523B2 (ja) | 1993-09-10 | 1994-08-15 | 可変位相角スターリングサイクル機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2548523B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109630311A (zh) * | 2019-02-13 | 2019-04-16 | 张鸣 | 内热式环形发动机 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5120232B2 (ja) * | 2008-11-28 | 2013-01-16 | いすゞ自動車株式会社 | 自動位相差調整式スターリングエンジン |
| IT1392369B1 (it) * | 2008-12-19 | 2012-02-28 | Innovative Technological Systems Di Fontana Claudio Ditta Individuale | Motore a combustione esterna |
| NO345179B1 (no) * | 2019-03-19 | 2020-10-26 | Hoeeg Arne | Flerkrets stirlingmaskin |
-
1994
- 1994-08-15 JP JP6191360A patent/JP2548523B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109630311A (zh) * | 2019-02-13 | 2019-04-16 | 张鸣 | 内热式环形发动机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07167514A (ja) | 1995-07-04 |
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