JP2635971B2 - Stirling engine output control device - Google Patents
Stirling engine output control deviceInfo
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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
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
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- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスターリングエンジンの出力制御に関するも
のである。The present invention relates to output control of a Stirling engine.
従来のスターリングエンジンの出力制御、即ち筒内圧
力の制御は、第３図に示すように、エンジンの軸出力の
一部で駆動される密閉型のヘリウム圧縮機１によって、
エンジンの作動空間７内のヘリウムを蓄積タンク２に圧
送し、作動空間７の圧力レベルを変えることによって行
われている。第３図中、4,5はエンジンの作動７に設け
られた第1,第２の逆止弁、３は蓄積タンク２から作動空
間７に高圧のヘリウムを供給するための第１の開閉弁、
６は作動空間７からの蓄積タンク２にヘリウムを排出す
るための第２の開閉弁、８は作動空間７に設けられ、第
1,第２の逆止弁3,6を連通可能とする第３の開閉弁であ
る。As shown in FIG. 3, the output control of the conventional Stirling engine, that is, the control of the in-cylinder pressure, is performed by a hermetic helium compressor 1 driven by a part of the shaft output of the engine.
This is achieved by pumping helium in the working space 7 of the engine to the storage tank 2 and changing the pressure level in the working space 7. In FIG. 3, reference numerals 4 and 5 denote first and second check valves provided in the operation 7 of the engine, and reference numeral 3 denotes a first on-off valve for supplying high-pressure helium from the storage tank 2 to the operation space 7. ,
Reference numeral 6 denotes a second on-off valve for discharging helium from the working space 7 to the storage tank 2, and reference numeral 8 denotes a second opening / closing valve provided in the working space 7.
1, a third on-off valve that enables the second check valves 3 and 6 to communicate with each other.
このような構成は、オクスフォード サイエンス パ
ブリケーションによる「スターリングエンジン」に明ら
かにされている。Such a configuration is shown in the "Sterling Engine" by Oxford Science Publications.
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
エンジン運転前、すべての開閉弁を「開」として、作
動空間７及び蓄積タンク２に作動気体であるヘリウムを
予め所定の圧力に充填しておく。スターリングエンジン
の始動手順によってエンジンを加熱後、セルモーター等
によって始動し、第３の開閉弁８を「閉」とすることに
よってエンジンは自立運転状態となり、機械出力を発生
する。このような運転状態では、エンジンの作動空間７
は充填圧力を平均圧力として動作する。Before the operation of the engine, all the on-off valves are set to “open”, and the working space 7 and the storage tank 2 are filled with helium as working gas to a predetermined pressure in advance. After the engine is heated by the start procedure of the Stirling engine, the engine is started by a cell motor or the like, and the third opening / closing valve 8 is closed so that the engine is in a self-sustaining operation state and generates a mechanical output. In such an operating state, the engine operating space 7
Operates with the filling pressure as the average pressure.
ここでエンジンの出力を低下させるためには、作動空
間７の平均圧力レベルを下げる必要がある。この目的の
ために、第１の開閉弁３を「閉」として、ヘリウム圧縮
機１を動作させる。この結果、作動空間７の平均圧力は
減少し、減少した分だけ蓄積タンク２は圧力が上昇す
る。Here, in order to reduce the output of the engine, it is necessary to reduce the average pressure level in the working space 7. For this purpose, the first on-off valve 3 is closed, and the helium compressor 1 is operated. As a result, the average pressure in the working space 7 decreases, and the pressure in the storage tank 2 increases by the reduced amount.
次にエンジンの出力を上げる時は、ヘリウム圧縮機１
を止めて、第２の開閉弁６を「閉」とした上で第１の開
閉弁３を「開」とする。これによって蓄積タンク２から
作動空間７にヘリウムが流入し、平均圧力が上昇してエ
ンジンの出力が増加する（エンジン出力はほぼ平均圧力
に比例する）。Next, when increasing the output of the engine, use the helium compressor 1
Is stopped, the second on-off valve 6 is closed, and the first on-off valve 3 is opened. As a result, helium flows from the storage tank 2 into the working space 7, and the average pressure increases to increase the output of the engine (the engine output is substantially proportional to the average pressure).
従来の出力制御装置は以上のように構成されているの
で、出力制御幅が大きく、かつ応答性の高い出力制御装
置を得るには、ヘリウム圧縮機は大きな容量のものを必
要とし、大きな消費動力を要していた。Since the conventional output control device is configured as described above, in order to obtain an output control device having a large output control width and high responsiveness, a helium compressor requires a large capacity and a large power consumption. Was required.
この発明は、以上のような欠点を解消するためになさ
れたもので、ヘリウム圧縮機に必要とする動力を低減で
きるスターリングエンジンの出力制御装置を得ることを
目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described drawbacks, and has as its object to provide a Stirling engine output control device capable of reducing the power required for a helium compressor.
〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係るスターリングエンジンの出力制御装置
は、作動空間，クランクケース，蓄積タンク，及び圧縮
機の間を、逆止弁及び開閉弁により連通し、各開閉弁の
開閉制御及び圧縮機の駆動により作動空間の平均圧力を
制御して出力制御を行うようにしたものである。[Means for Solving the Problems] The output control device for a Stirling engine according to the present invention communicates between a working space, a crankcase, a storage tank, and a compressor by a check valve and an on-off valve. The output control is performed by controlling the average pressure in the working space by controlling the opening and closing of the valve and driving the compressor.
この発明においては、作動空間の平均圧力変化幅のう
ちの応答性の必要とする所定領域においては、作動空間
の圧力変化と逆止弁の組み合わせによって生じるエンジ
ンポンピング作用によって圧力制御を行わせ、応答性が
特に不要な圧力制御領域を圧縮機によって行わせるか
ら、小容量な圧縮機で圧力制御が可能となり、消費動力
が低減する。According to the present invention, in a predetermined area of the average pressure change width of the working space which requires responsiveness, pressure control is performed by an engine pumping action generated by a combination of the pressure change of the working space and the check valve, and the response is controlled. Since the pressure control region in which performance is not particularly required is performed by the compressor, pressure control can be performed with a small capacity compressor, and power consumption is reduced.
以下、本発明の実施例を図について説明する。第１図
において、第３図と同一符号は同一又は相当部分を示
す。７はエンジンの作動空間を示し、作動空間７は高温
空間（膨張室），低温空間（圧縮空間），ヒーター部，
クーラ部，及び再生器部で構成されている。９は上記作
動空間７の低温空間部側に形成されたクランクケース又
はバッファ室であり、低温空間部とはピストン又はピス
トンロッドのシール部材を介して接続されている。４は
クランクケース９から作動空間方向を順方向とするよう
設けられた第１の逆止弁であり、作動空間７の圧力状態
をクランクケース９内の圧力より高く保つための機能を
有し、これにより作動空間７の最低圧力とクランクケー
ス９内圧力とはほぼ同一となる。５は作動空間７から蓄
積タンク２方向を順方向とするよう設けられた第２の逆
止弁、10はこの第２の逆止弁５と蓄積タンク２とを連通
可能とする第１の開閉弁、11は蓄積タンク２とヘリウム
圧縮機１とを連通可能とする第２の開閉弁である。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same or corresponding parts. Reference numeral 7 denotes the working space of the engine.
It is composed of a cooler section and a regenerator section. Reference numeral 9 denotes a crankcase or a buffer chamber formed on the low-temperature space side of the working space 7, and is connected to the low-temperature space via a piston or a piston rod seal member. Reference numeral 4 denotes a first check valve provided so that the working space direction is forward from the crankcase 9, and has a function of keeping the pressure state of the working space 7 higher than the pressure in the crankcase 9. Thereby, the minimum pressure in the working space 7 and the pressure in the crankcase 9 become substantially the same. Reference numeral 5 denotes a second check valve provided so that the direction of the storage tank 2 is set to be a forward direction from the working space 7, and reference numeral 10 denotes a first opening / closing valve which allows the communication between the second check valve 5 and the storage tank 2. A valve 11 is a second opening / closing valve that allows the storage tank 2 and the helium compressor 1 to communicate with each other.
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
エンジンの出力制御を行うために必要な作動空間の平
均圧力を最大6MPaから最低3MPaとする。作動空間の圧力
比εが1.6のエンジンでは、第１の逆止弁10の作用によ
って作動空間７の平均圧力はクランクケース９内圧力の
約1.3倍となる。このことは、実験事実から明らかであ
る。The average pressure in the working space required to control the output of the engine is increased from a maximum of 6 MPa to a minimum of 3 MPa. In an engine in which the pressure ratio ε of the working space is 1.6, the average pressure in the working space 7 is about 1.3 times the pressure in the crankcase 9 by the action of the first check valve 10. This is clear from the experimental facts.
今、蓄積タンク２とクランクケース９の容積がほぼ等
しい場合を考える。エンジン運転前の全空間のヘリウム
充填圧力を3MPaとして、ヘリウム圧縮機１が非駆動状態
で第1,第２の開閉弁10,11を「閉」としてエンジンの始
動を行うと、作動空間の平均圧力はほぼ3.9MPaとなって
運転される。Now, consider a case where the volumes of the storage tank 2 and the crankcase 9 are substantially equal. When the helium filling pressure in the entire space before the operation of the engine is set to 3 MPa and the helium compressor 1 is not driven and the first and second on-off valves 10 and 11 are closed to start the engine, an average of the working space is obtained. The operation is performed at a pressure of approximately 3.9 MPa.
ここで、エンジンの出力を作動空間７の平均圧力3MPa
相当にしようとする場合、第１の開閉弁10を「開」とす
ることによって、作動空間７のポンプ作用によってクラ
ンクケース９内のヘリウムを蓄積タンク２に移送する。
この結果、クランクケース９内の圧力レベルは約2.3MPa
となり、作動空間７は平均圧力3MPa,蓄積タンク２は約
3.9MPaとなる。Here, the output of the engine is set to an average pressure of 3 MPa in the working space 7.
When it is intended to make it substantial, the helium in the crankcase 9 is transferred to the storage tank 2 by the pumping action of the working space 7 by opening the first on-off valve 10.
As a result, the pressure level in the crankcase 9 is about 2.3 MPa
The working space 7 has an average pressure of 3 MPa, and the storage tank 2 has a pressure of about 3 MPa.
3.9MPa.
次に第１の開閉弁10を「閉」として、第２の開閉弁11
を「開」とすると、蓄積タンク２からクランクケース９
にヘリウムが流入し、初期の運転状態が実現される。Next, the first on-off valve 10 is closed and the second on-off valve 11 is closed.
Is "open", the crankcase 9
Helium flows into the device, and an initial operating state is realized.
このように作動空間７の平均圧力レベルの制御は、第
1,第２の逆止弁4,5の開，閉の組み合わせによって可能
となり、また圧力レベルの変化速度もヘリウムの移送速
度を管路抵抗によって可変することが可能である。Thus, the control of the average pressure level in the working space 7 is
1, it becomes possible by the combination of opening and closing of the second check valves 4 and 5, and also the rate of change of the pressure level can be changed by changing the helium transfer rate by the line resistance.
次にエンジン出力を作動空間平均圧力6MPa相当に増加
させる場合を説明する。前述の状態でヘリウム圧縮機１
を駆動する。約3MPaの圧力状態の蓄積タンク２からヘリ
ウムを吸い、加圧してクランクケース９に吐出する。ヘ
リウム圧縮機１の消費動力Ｌは、一般に、 Ｌ∝mTalnP2/P1 で表される。ここで、ｍはヘリウム移動量、Taは吸入温
度、P2はクランクケース内圧力、P1は蓄積タンク圧力で
ある。Next, a case where the engine output is increased to an equivalent working space average pressure of 6 MPa will be described. Helium compressor 1 in the state described above
Drive. Helium is sucked from the storage tank 2 at a pressure of about 3 MPa, pressurized and discharged to the crankcase 9. Power L consumed by the helium compressor 1 is generally represented by L∝mTalnP 2 / P 1 . Here, m helium movement amount, Ta is the intake temperature, P 2 is crankcase pressure, P 1 is the storage tank pressure.
従って、作動空間平均圧力6MPaを得るためには、前述
の事実からクランクケース内圧力を4.62MPaにすればよ
い。即ち、蓄積タンク内圧力は、約1.4MPaとなる。い
ま、応答性が重要視されないから、ヘリウム圧縮機１は
単位時間あたりのヘリウム移動量を小さくでき、従って
ヘリウム圧縮機は小型のもので実現できる。また、エン
ジンのポンプ作用を用いない場合に比べて、圧力比P2/P
1も十分小さくすることが可能となるので、ヘリウム圧
縮機の消費動力は十分小さくすることが可能となる。Therefore, in order to obtain the working space average pressure of 6 MPa, the pressure in the crankcase may be set to 4.62 MPa based on the above fact. That is, the pressure in the storage tank is about 1.4 MPa. Now, since the response is not regarded as important, the helium compressor 1 can reduce the amount of helium movement per unit time, so that the helium compressor can be realized with a small size. Also, the pressure ratio P 2 / P is higher than when the pumping action of the engine is not used.
Since 1 can be made sufficiently small, the power consumption of the helium compressor can be made sufficiently small.
次に本発明の他の実施例を示す。 Next, another embodiment of the present invention will be described.
第２図はエンジンの出力増加時に応答性を必要とし、
出力減少時に応答性をそれほど必要としない場合の実施
例である。図において、第１図と同一符号は同一又は相
当部分を示している。この実施例では、運転前の全空間
のヘリウム充填圧力を4.62MPaとし、始動直後にエンジ
ンの最大出力条件、即ち作動空間の平均圧力を6MPaとし
ている。また、ヘリウム圧縮機１は、その吸い込み，吐
出が第１図のものと正反対に設定されている。さらに、
12は蓄積タンク２とクランクケース１とを連通可能とす
る第３の開閉弁である。Figure 2 requires responsiveness when the output of the engine increases,
This is an embodiment in which responsiveness is not so much required when the output decreases. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts. In this embodiment, the helium filling pressure in the entire space before operation is set to 4.62 MPa, and the maximum output condition of the engine immediately after starting, that is, the average pressure in the working space is set to 6 MPa. The suction and discharge of the helium compressor 1 are set opposite to those of FIG. further,
Reference numeral 12 denotes a third on-off valve which enables the storage tank 2 to communicate with the crankcase 1.
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
作動空間の平均圧力を6MPaから4.62MPaに減圧する
時、第１の開閉弁10のみ「開」とする。次に4.62MPaか
ら6MPaへ増圧する時、第１の開閉弁10を「閉」として、
第３の開閉弁12を「開」とする。これによって、蓄積タ
ンク２からクランクケース９にヘリウムは戻り、初期の
最高出力状態にもどる。When the average pressure in the working space is reduced from 6 MPa to 4.62 MPa, only the first on-off valve 10 is opened. Next, when the pressure is increased from 4.62 MPa to 6 MPa, the first on-off valve 10 is closed,
The third on-off valve 12 is set to “open”. As a result, helium returns from the storage tank 2 to the crankcase 9 and returns to the initial maximum output state.
次にエンジンの出力を作動空間の平均圧力4.62MPa相
当から下げる場合は、第1,第３の開閉弁10,12を「閉」
として、第２の開閉弁11を「開」としてヘリウム圧縮機
１を駆動する。これにより、クランクケース内圧力を2.
3MPaまで下げる。この結果、作動空間７の平均圧力は3M
Pa、蓄積タンク２の圧力は約7MPaとなる。Next, when lowering the output of the engine from the equivalent of the average pressure of the working space of 4.62 MPa, the first and third on-off valves 10 and 12 are closed.
The helium compressor 1 is driven by setting the second on-off valve 11 to “open”. This reduces the pressure inside the crankcase to 2.
Lower to 3MPa. As a result, the average pressure in the working space 7 is 3M
Pa and the pressure in the storage tank 2 are about 7 MPa.
エンジンの出力を増加させる時は、第３の開閉弁12を
「開」とすることによって可能である。The engine output can be increased by opening the third on-off valve 12.
以上のように、この発明によれば、エンジンの作動空
間平均圧力を出力制御幅相当変えるために、作動空間と
第1,第２の逆止弁で構成されるエンジン自体の持つポン
ピング作用で、その何割分かの平均圧力の可変、即ち出
力の制御を行い、応答性の不要な領域で圧縮機によって
作動空間の平均圧力を制御できるようにしたので、圧縮
機を小型化できると同時に、消費動力を低減できる効果
がある。As described above, according to the present invention, in order to change the average working space pressure of the engine corresponding to the output control width, the pumping action of the engine itself including the working space and the first and second check valves is used. The average pressure in the working space can be controlled by controlling the average pressure in the working space by changing the average pressure for a certain percentage, that is, controlling the output in a region where responsiveness is not required. This has the effect of reducing power consumption.
第１図は本発明の一実施例によるスターリングエンジン
の出力制御装置を示す図、第２図は本発明の他の実施例
を示す図、第３図は従来例を示す図である。 １……ヘリウム圧縮機、２……蓄積タンク、４……第１
の逆止弁、５……第２の逆止弁、７……作動空間、９…
…クランクケース、10……第１の開閉弁、11……第２の
開閉弁、12……第３の開閉弁。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。FIG. 1 is a diagram showing an output control device of a Stirling engine according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing a conventional example. 1 ... helium compressor, 2 ... storage tank, 4 ... first
Check valve, 5 ... second check valve, 7 ... working space, 9 ...
... Crankcase, 10 first open / close valve, 11 second open / close valve, 12 third open / close valve. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏村 和生 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭50−149842（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Kazuo Kashimura, Inventor 8-1-1 Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City, Mitsubishi Electric Corporation Central Research Laboratory (56) References JP 50-149842 (JP, A)
Claims (3)
間と、エンジンの出力取り出し機構部を収容するクラン
クケースとが、シール部材を介して連通された密閉のス
ターリングエンジンにおいて、 上記クランクケースと作動空間とが、上記クランクケー
スから作動空間方向を順方向とする第１の逆止弁によっ
て連通され、 上記作動空間と蓄積タンクとが、上記作動空間から蓄積
タンク方向を順方向とする第２の逆止弁及び第１の開閉
弁によって連通され、 上記蓄積タンクと圧縮機とが第２の開閉弁によって連通
され、 上記圧縮機が上記クランクケースに連通され、 上記第1,第２の開閉弁の開閉制御及び上記圧縮機の駆動
によって上記作動空間の平均圧力を制御することを特徴
とするスターリングエンジンの出力制御装置。1. A sealed Stirling engine in which a working space defined by a low-temperature space and a high-temperature space and a crankcase containing an engine output take-out mechanism are communicated via a seal member. The working space is communicated from the crankcase by a first check valve whose forward direction is the working space direction, and the working space and the storage tank are the second check valve whose forward direction is the working tank direction from the working space. The first and second check valves communicate with each other, the storage tank and the compressor are communicated with each other via a second on-off valve, the compressor is communicated with the crankcase, and the first and second on-off valves An output control device for a Stirling engine, wherein an average pressure in the working space is controlled by opening / closing control of a valve and driving of the compressor.
第２の開閉弁によって連通され、 上記クランクケースは上記圧縮機の吐出部と連通されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスタ
ーリングエンジンの出力制御装置。2. The compressor according to claim 1, wherein the storage tank is connected to a suction valve of the compressor by a second on-off valve, and the crankcase is connected to a discharge of the compressor. 2. The output control device for a Stirling engine according to claim 1.
の開閉弁によって連通され、 上記蓄積タンクは上記圧縮機の吐出部と第２の開閉部に
よって連通され、 上記クランクケースは上記圧縮機の吸入部と連通されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスタ
ーリングエンジンの出力制御装置。3. The storage tank and a crankcase are connected to a third case.
The storage tank is communicated with a discharge portion of the compressor by a second opening / closing portion, and the crankcase is communicated with a suction portion of the compressor. 2. The output control device for a Stirling engine according to claim 1.
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| JP62152771A JP2635971B2 (en) | 1987-06-18 | 1987-06-18 | Stirling engine output control device |
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1987
- 1987-06-18 JP JP62152771A patent/JP2635971B2/en not_active Expired - Fee Related
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