JP2647863B2 - Stirling engine - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Gasket Seals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、例えば冷暖房用のスターリングエンジンの
改良に係り、特にその再生器効率を改善するものに関す
る。The present invention relates to an improvement in a Stirling engine for, for example, cooling and heating, and more particularly to an improvement in a regenerator efficiency thereof.
（ロ）従来の技術 スターリングエンジンの再生器効率を改善した従来の
技術として、例えば第４図に示したもの（特開昭62−82
263号公報参照）がある。(B) Conventional technology As a conventional technology for improving the regenerator efficiency of a Stirling engine, for example, a technology shown in FIG.
No. 263).
第４図において、（10）はスターリングエンジンのシ
リンダヘッド、（20）はシリンダヘッド（10）にロウ付
けされ、その中を作動ガスが流れるヒーターチューブ、
（30）はスターリングエンジンのシリンダ、（40）は作
動ガスの冷却器、（50）は冷却器（40）のホルダー、
（60）はシリンダ（30）のライナで、このライナ内周壁
に沿ってディスプレーサーピストン〔図示せず〕が摺動
する。（70）は再生器ユニットであり、（80）はこの再
生器ユニット（70）とシリンダヘッド（10）及びライナ
（60）とのすき間であり、このすき間はロウ材（90）で
密封されている。In FIG. 4, (10) is a cylinder head of a Stirling engine, (20) is a heater tube which is brazed to the cylinder head (10) and through which working gas flows,
(30) is a Stirling engine cylinder, (40) is a working gas cooler, (50) is a cooler (40) holder,
(60) is a liner of the cylinder (30), and a displacer piston (not shown) slides along the inner peripheral wall of the liner. (70) is a regenerator unit, (80) is a gap between the regenerator unit (70), the cylinder head (10) and the liner (60), and the gap is sealed with a brazing material (90). I have.
（ハ）発明が解決しようとする問題点 このような構造の従来のものにおいては、すき間（8
0）に作動ガスが漏れて流れることはないので、再生器
効率を向上させ得る利点がある反面、再生器ユニット
（70）を交換しにくい欠点がある。なお、この交換のこ
とを考慮してすき間（80）にオーリングを介在させる手
段もあるが、この手段の場合、シリンダ内頂部の高温の
作動ガスの熱がライナ（60）を介してオーリングに伝わ
りやすいため、この高温の熱によりオーリングが傷みや
すい問題点がある。(C) Problems to be solved by the invention In the conventional structure having such a structure, the gap (8
Since the working gas does not leak and flow at 0), there is an advantage that the regenerator efficiency can be improved, but there is a disadvantage that it is difficult to replace the regenerator unit (70). In consideration of this exchange, there is also a means of interposing an O-ring in the gap (80), but in this case, the heat of the hot working gas at the top of the cylinder is transferred to the O-ring through the liner (60). Therefore, there is a problem that the O-ring is easily damaged by the high temperature heat.
また、上記構造の従来のものにおいては、冷却器（4
0）器壁とシリンダヘッド（10）及びライナ（60）との
すき間（Ｘ）やこれらとホルダー（50）壁とのすき間
（Ｙ）などにはシールが施されていないため、これらす
き間に作動ガスが流れ込んでエンジン外部へ漏れ出す問
題点もある。In the conventional structure having the above structure, a cooler (4
0) Since the gap (X) between the vessel wall and the cylinder head (10) and the liner (60) and the gap (Y) between them and the wall of the holder (50) are not sealed, the gap operates. There is also a problem that gas flows in and leaks out of the engine.
本発明は、これらの問題点に鑑み、作動ガスのエンジ
ン外部への漏れを軽減でき、かつ、再生器効率も向上さ
せ得るスターリングエンジンの提供を目的としたもので
ある。In view of these problems, an object of the present invention is to provide a Stirling engine that can reduce leakage of working gas to the outside of the engine and can also improve regenerator efficiency.
（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は、上記の問題点を解決する手段として、スタ
ーリングエンジンのシリンダのライナ上部外周壁とシリ
ンダヘッド下部内周壁と冷却器上壁とで囲まれたスペー
ス内に再生器ユニットを内蔵し、このシリンダのライナ
下部外周壁と作動ガス冷却用熱交換器の器壁内周との間
ならびに作動ガス冷却用熱交換器とシリンダヘッドとの
突き合わせ接合部との間にシール部材が装備され、且つ
再生ユニットと接合するシリンダヘッドの下部内周壁面
にはこの下部内周壁面と再生ユニットとの隙間から作動
ガスがリークするのを防止するためのシール材（例えば
弾性のオーリング）を設けるようにしたものである。(D) Means for Solving the Problems The present invention, as means for solving the above problems, includes a cylinder liner upper outer peripheral wall, a cylinder head lower inner peripheral wall, and a cooler upper wall of a cylinder of a Stirling engine. A regenerator unit is built in the space, between the outer peripheral wall of the lower part of the liner of this cylinder and the inner periphery of the wall of the heat exchanger for working gas cooling, and the butt joint between the heat exchanger for working gas cooling and the cylinder head. A seal member is provided between the lower inner peripheral wall surface of the cylinder head and the regeneration unit to prevent the working gas from leaking from the gap between the lower inner peripheral wall surface and the regeneration unit. For example, an elastic O-ring is provided.
（ホ）作用 本発明のスターリングエンシンにおいては、すき間A1
とすき間A2にシール部材を介在させたことにより、再生
器ユニット外壁側への作動ガスの漏れを防ぐ作用があ
り、再生器効率の向上効果がもたらされる。かつ、すき
間A3にシール部材を介在させたことによりエンジン外部
への作動ガスの漏れを軽減することができる。(E) Action In the Stirling engine of the present invention, the clearance A 1
And by the sealing member is interposed in a gap A 2, it has the effect of preventing leakage of the working gas to the regenerator unit outer wall results in improvement of the regenerator efficiency. And it is possible to reduce the leakage of working gas to the engine outside by interposed sealing member in the gap A 3.
また、上記の突き合わせ接合部を取り外すことによっ
て、再生器ユニットの交換を簡便に行うこともできる。Also, by removing the butt joint, the regenerator unit can be easily replaced.
さらにまた、シール部材をエンジンの低温領域の箇所
に取付け得るので、シール部材の熱による損傷を軽微に
することも可能となる。Still further, since the seal member can be attached to a portion in a low temperature region of the engine, heat damage to the seal member can be reduced.
（ヘ）実施例 第１図は本発明による冷暖房用スターリングエンジン
の一実施例としての要部を示した一部切欠断面構成図で
ある。(F) Embodiment FIG. 1 is a partially cut-away cross-sectional configuration diagram showing a main part as an embodiment of a Stirling engine for cooling and heating according to the present invention.
第１図において、（１）はスターリングエンジンのシ
リンダヘッドであり、（２）はシリンダヘッド（１）に
ロウ付けされたヒーターチューブで、この中をヘリウム
ガスなどの作動ガスが流れる。なお、（21）はヒーター
チューブ（２）外面に設けた螺旋形のフィンである。
（３）はスターリングエンジンのシリンダであり、
（６）はシリンダ（３）のライナである。（４）はライ
ナ（６）下部外周にこれと密着させて設けた作動ガス冷
却用熱交換器で、この熱交換器の上壁とシリンダヘッド
（１）の下端周縁とが付き合わされて接合されている。
（41），（42）はそれぞれ熱交換器（４）に設けた作動
ガス用通路であり、これら通路を流れる作動ガスと熱交
換する冷却水の流路（43），（44）が熱交換器（４）に
形成されている。In FIG. 1, (1) is a cylinder head of a Stirling engine, and (2) is a heater tube brazed to the cylinder head (1), through which a working gas such as helium gas flows. In addition, (21) is a spiral fin provided on the outer surface of the heater tube (2).
(3) is a cylinder of a Stirling engine,
(6) is a liner of the cylinder (3). (4) is a working gas cooling heat exchanger provided in close contact with the lower periphery of the liner (6), and the upper wall of the heat exchanger and the lower peripheral edge of the cylinder head (1) are joined and joined. ing.
(41) and (42) are working gas passages provided in the heat exchanger (4), respectively. The cooling water passages (43) and (44) for exchanging heat with the working gas flowing through these passages are used for heat exchange. Container (4).
そして、シリンダヘッド（１）の下部内周とライナ
（６）の上部外周と熱交換器（４）の上壁とで囲まれた
スペース（Ｓ）に再生器用ホルダーとしての再生器ユニ
ット（７）が内蔵されている。この再生器ユニット
（７）はライナ（６）と一体に形成されていて、第２図
に示すように、再生器収納用の複数の孔（71），（71）
…を有している。なお、再生器ユニットをライナ（６）
と別体に形成することも可能である。A regenerator unit (7) as a regenerator holder is provided in a space (S) surrounded by a lower inner circumference of the cylinder head (1), an upper outer circumference of the liner (6), and an upper wall of the heat exchanger (4). Is built-in. The regenerator unit (7) is formed integrally with the liner (6), and as shown in FIG. 2, a plurality of holes (71) for accommodating the regenerator (71).
…have. The regenerator unit is a liner (6)
It is also possible to form it separately.
また、（Ｒ）はスリーブもしくはケース内に多数の金
網を重ねて形成した再生器（11），（12）はそれぞれシ
リンダヘッド（１）に設けた作動ガス用通路であり、こ
れら通路（11），（12）と、シリンダ（３）内上部及び
ヒーターチューブ（２）内ならびに再生器（Ｒ）と、前
記通路（41），（42）と、シリンダ（３）内下部とが連
通している。Also, (R) shows regenerators (11) and (12) formed by stacking a large number of wire meshes in a sleeve or a case, and working gas passages provided in the cylinder head (1), respectively. These passages (11) , (12), the upper part inside the cylinder (3), the inside of the heater tube (2) and the regenerator (R), the passages (41), (42), and the lower part inside the cylinder (3) communicate with each other. .
（Ｐ）はライナ（６）内周面に沿ってシリンダ（３）
内を上下に摺動するディスプレーサーピストンである。
なお、（Ｂ）は上端部と下端部とに雄ネジを形成した締
付部材で、その上端部をシリンダヘッド（１）のフラン
ジ部の孔に挿入する一方、下端部をエンジンのクランク
ケース〔図示せず〕のフランジ部の孔に挿入し、その上
下端部にナット（Ｎ）を取付けている。そして、熱交換
器（４）をシリンダヘッド（１）とクランクケースとの
間に介在させてこのケースとシリンダヘッド（１）を締
付部材（Ｂ）およびナット（Ｎ）で締付け固定するよう
になっている。(P) is the cylinder (3) along the inner peripheral surface of the liner (6)
A displacer piston that slides up and down inside.
(B) is a fastening member in which male threads are formed at the upper end and the lower end. The upper end is inserted into the hole of the flange of the cylinder head (1), and the lower end is inserted into the crankcase of the engine. [Not shown], and nuts (N) are attached to the upper and lower ends thereof. The heat exchanger (4) is interposed between the cylinder head (1) and the crankcase, and the case and the cylinder head (1) are tightened and fixed by the tightening member (B) and the nut (N). Has become.
（O1）は再生器ユニット（７）外周面とシリンダヘッ
ド（１）内周面とのすき間（A1）に介在させた弾性のオ
ーリングで、これはシリンダヘッド（１）内周面の下部
の溝（M1）に嵌め込まれている。また、（O2）はライナ
（６）外周面と熱交換器（４）内周面とのすき間（A2）
に介在させた弾性のオーリングであり、これは熱交換器
（４）内周面の溝（M2）に嵌め込まれている。かつま
た、（O3）はシリンダヘッド（１）下端周縁と熱交換器
（４）上壁との接合部のすき間（A3）に介在させた弾性
のオーリングで、これは熱交換器（４）上壁の溝（M3）
に嵌め込まれている。(O 1 ) is an elastic O-ring interposed in a gap (A 1 ) between the outer peripheral surface of the regenerator unit (7) and the inner peripheral surface of the cylinder head (1). It is fitted in the lower groove (M 1 ). (O 2 ) is the gap (A 2 ) between the outer peripheral surface of the liner (6) and the inner peripheral surface of the heat exchanger (4).
The elastic O-ring is inserted in the groove (M 2 ) on the inner peripheral surface of the heat exchanger (4). Further, (O 3 ) is an elastic O-ring interposed in a gap (A 3 ) at the joint between the lower edge of the cylinder head (1) and the upper wall of the heat exchanger (4). 4) upper wall of the groove (M 3)
It is fitted in.
このような構成の冷暖房用スターリングエンジン（以
下、本エンジンという）においては、再生器（Ｒ）を流
通する作動ガスのすき間（A1），（A2），（A3）への漏
れがオーリング（O1），（O2），（O3）によってせき止
められるため、再生器（Ｒ）の効率を向上させることが
できる。また、オーリング（O3）により、エンジン外部
への作動ガスの漏れを大巾に軽減することができる。In the Stirling engine for cooling and heating having such a configuration (hereinafter referred to as the present engine), leakage of the working gas flowing through the regenerator (R) into the gaps (A 1 ), (A 2), and (A 3 ) is caused by O-ring. Since the dam is stopped by (O 1 ), (O 2 ) and (O 3 ), the efficiency of the regenerator (R) can be improved. Further, the O-ring (O 3 ) can greatly reduce the leakage of the working gas to the outside of the engine.
かつまた、本エンジンにおいては、オーリング
（O2），（O3）を熱交換器〔冷却器〕（４）器壁に設け
た溝（M2），（M3）に嵌め込んでいるので、これらオー
リング（O2），（O3）が高温の熱にさらされることは殆
んどない。このため、これらオーリングの熱による損傷
は殆んどない。そのシール機能も長期にわたって発揮さ
れる。なお、オーリング（O2）を図示の位置よりも下方
に、すなわち、熱交換器（４）の低温部に装備しても良
い。また、オーリング（O1）も再生器（Ｒ）の低温領域
〔200℃前後の温度領域〕の近く、すなわち、シリンダ
ヘッド（１）の下部の溝（M1）に嵌め込まれているた
め、オーリング（O1）の損傷も少ない。In addition, in this engine, the O-rings (O 2 ) and (O 3 ) are fitted into the grooves (M 2 ) and (M 3 ) provided in the heat exchanger [cooler] (4) wall. Therefore, these O-rings (O 2 ) and (O 3 ) are hardly exposed to high-temperature heat. Therefore, these O-rings are hardly damaged by heat. Its sealing function is also exhibited for a long time. The O-ring (O 2 ) may be provided below the position shown in the figure, that is, in the low temperature part of the heat exchanger (4). Also, the O-ring (O 1 ) is fitted near the low temperature region (temperature region around 200 ° C.) of the regenerator (R), that is, in the groove (M 1 ) at the lower part of the cylinder head (1). O-ring (O 1 ) is less damaged.
さらにまた、本エンジンにおいては、締付部材（Ｂ）
及びナット（Ｎ）によるシリンダヘッド（１）、熱交換
器（４）、クランクケース〔図示せず〕の締付けをゆる
め、これらを取りはずすことにより再生器（Ｒ）、オー
リング（O1），（O2），（O3）の交換を容易に行うこと
ができる。Furthermore, in the present engine, the fastening member (B)
And the nut (N) to loosen the tightening of the cylinder head (1), the heat exchanger (4), and the crankcase (not shown), and by removing them, the regenerator (R), the O-ring (O 1 ), ( O 2 ) and (O 3 ) can be easily exchanged.
また、第３図は本エンジンの概略の全体構成を表わし
た系統説明図である。第３図において、（Ｋ）はクラン
クケース、（C1），（C2）はそれぞれシリンダ、
（P1），（P2）はそれぞれディスプレーサーピストン、
（UH），（UC）はそれぞれ暖房用、冷房用熱交換ユニッ
ト、（RH），（RC）はそれぞれ高温側、低温側の再生
器、（CH），（CM），（Ｃ）はそれぞれ高温側、中温
側、低温側の熱交換器、（TH），（TM），（TC）はそれ
ぞれ高温〔700℃以上〕の作動ガスの流れる管路、中温
〔100℃前後〕の作動ガスの流れる管路、低温〔−10℃
前後〕の作動ガスの流れる管路、（WH）は温水回路であ
り、（BC）はブラインの流れる回路である。なお、この
図の（TH），（C1），（P1），（RH），（CH）はそれぞ
れ第１図のヒーターチューブ（２）、シリンダ（３）、
ディスプレーサーピストン（Ｐ）、再生器（Ｒ）、熱交
換器（４）に相当するものである。FIG. 3 is a system explanatory view showing the general overall configuration of the engine. In FIG. 3, (K) is a crankcase, (C 1 ) and (C 2 ) are cylinders,
(P 1 ) and (P 2 ) are displacer pistons, respectively.
(U H ) and (U C ) are the heat exchange units for heating and cooling, respectively, (R H ) and (R C ) are the regenerators on the high temperature side and low temperature side, respectively, (C H ), (C M ), (C) each hot side middle-temperature side, the low-temperature side of the heat exchanger, (T H), (T M), (T C) each hot [700 ° C. or higher] is the conduit of the flow of the working gas, medium temperature [ Pipe line through which working gas flows (around 100 ° C), low temperature (-10 ° C)
( WH ) is a hot water circuit, and (B C ) is a circuit through which brine flows. Incidentally, in FIG. (T H), (C 1 ), (P 1), (R H), (C H) Each of the first view of the heater tube (2), a cylinder (3),
It corresponds to a displacer piston (P), a regenerator (R), and a heat exchanger (4).
（ト）発明の効果 以上のとおり、本発明によれば、スターリングエンジ
ンを構成する３つの部分の隙間（シリンダのライナ下部
外周壁と作動ガス冷却用熱交換器の器壁内周との間、作
動ガス冷却用熱交換器とシリンダヘッドとの突き合わせ
接合部との間、シリンダヘッドの下部内周壁面と再生ユ
ニットとの間）から作動ガスがエンジン外へ漏れにくく
なり、かつこの漏れにくくするためのシール材は何れも
エンジンの低温領域に取り付けるようにしたので、シー
ル材が熱による損傷を受けにくくなり、再生器の効率を
向上する効果がスターリングエンジンにもたらされ、ま
た、そのシール部材や再生器の交換も容易になるなどの
実用的価値がもたらされる。(G) Effects of the Invention As described above, according to the present invention, the gap between the three parts constituting the Stirling engine (between the outer peripheral wall of the lower part of the liner of the cylinder and the inner periphery of the wall of the heat exchanger for cooling working gas, To prevent the working gas from leaking out of the engine from the butt joint between the working gas cooling heat exchanger and the cylinder head, and from between the lower inner peripheral wall surface of the cylinder head and the regeneration unit), and to make the leakage difficult. All seal materials are mounted in the low temperature region of the engine, so that the seal material is less likely to be damaged by heat, and the effect of improving the efficiency of the regenerator is brought to the Stirling engine. Practical value is provided, such as easy replacement of the regenerator.
第１図は本発明による冷暖房用スターリングエンジンの
一実施例の要部を示した一部切欠断面構成図、第２図は
第１図の再生器ユニットの具体例を示した斜視図、第３
図は冷暖房用スターリングエンジンの系統説明図であ
り、第４図は従来のスターリングエンジンの一部切欠断
面構成図である。 （１）……シリンダヘッド、（３）……シリンダ、
（４）……熱交換器、（６）……ライナ、（７）……再
生器ユニット、（Ｒ）……再生器、（Ｓ）……スペー
ス、（A1），（A2），（A3）……すき間、（M1），
（M2），（M3）……溝、（O1），（O2），（O3）……オ
ーリング、（Ｂ）……締付部材、（Ｎ）……ナット。FIG. 1 is a partially cut-away cross-sectional view showing a main part of an embodiment of a Stirling engine for cooling and heating according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a specific example of a regenerator unit of FIG.
FIG. 1 is an explanatory diagram of a system of a Stirling engine for cooling and heating, and FIG. 4 is a partially cut-away configuration diagram of a conventional Stirling engine. (1) ... cylinder head, (3) ... cylinder,
(4) ... heat exchanger, (6) ... liner (7) .... regenerator units, (R) .... regenerator, (S) ... space, (A 1), (A 2), (A 3 ) ... gap, (M 1 ),
(M 2 ), (M 3 ): Groove, (O 1 ), (O 2 ), (O 3 ): O-ring, (B): Tightening member, (N): Nut.
Claims (2)
れと器壁内周とを密着させて作動ガス冷却用熱交換器が
配備され、シリンダのライナの上部外周とシリンダヘッ
ドの下部内周とに間隔を置いてこのシリンダヘッドの下
端周縁と前記作動ガス冷却用熱交換器の上壁の一部とを
突き合わせ接合してシリンダヘッドがシリンダのライナ
上端周縁に被せられ、シリンダのライナ上部外周とシリ
ンダヘッドのライナ上部外周とシリンダヘッドの下部内
側と前記作動ガス冷却用熱交換器の上壁とで囲まれたス
ペースに再生ユニットが内蔵され、このシリンダのライ
ナ下部外周壁と前記作動ガス冷却用熱交換器の器壁内周
との間ならびに前記作動ガス冷却用熱交換器とシリンダ
ヘッドとの前記突き合わせ接合部との間にシール部材が
装備され、且つ前記再生ユニットと接合するシリンダヘ
ッドの下部内周壁面にはこの下部内周壁面と再生ユニッ
トとの隙間から作動ガスがリークするのを防止するため
のシール材が設けられていることを特徴としたスターリ
ングエンジン。A heat exchanger for cooling a working gas is provided on the outer periphery of a lower portion of a liner of a cylinder of an engine by closely contacting the inner periphery of the inner wall of the cylinder with the outer periphery of the liner. The lower end periphery of the cylinder head and a part of the upper wall of the working gas cooling heat exchanger are abutted and joined at intervals, and the cylinder head is placed on the upper periphery of the cylinder liner. A regeneration unit is built in a space surrounded by a liner upper outer periphery of the head, a lower inside of the cylinder head, and an upper wall of the working gas cooling heat exchanger. A sealing member is provided between the inner wall of the exchanger and the butt joint between the working gas cooling heat exchanger and the cylinder head; Stirling characterized in that a seal material is provided on a lower inner peripheral wall surface of a cylinder head to be joined to a regeneration unit to prevent a working gas from leaking from a gap between the lower inner peripheral wall surface and the regeneration unit. engine.
が弾性のオーリングであるスターリングエンジン。2. A Stirling engine according to claim 1, wherein the seal member is an elastic O-ring.
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| JP62277905A JP2647863B2 (en) | 1987-11-02 | 1987-11-02 | Stirling engine |
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- 1987-11-02 JP JP62277905A patent/JP2647863B2/en not_active Expired - Fee Related
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