JP2763173B2 - Portable power supply - Google Patents
Portable power supplyInfo
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- JP2763173B2 JP2763173B2 JP2081854A JP8185490A JP2763173B2 JP 2763173 B2 JP2763173 B2 JP 2763173B2 JP 2081854 A JP2081854 A JP 2081854A JP 8185490 A JP8185490 A JP 8185490A JP 2763173 B2 JP2763173 B2 JP 2763173B2
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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
Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は特にオーディオ・ビデオ(AV)機器等を含
む電子機器の屋外使用に好適する携帯用電源装置に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a portable power supply particularly suitable for outdoor use of electronic equipment including audio / video (AV) equipment and the like.
(従来の技術) 近年、余暇利用の有効化の推進に伴ってキャンピング
等のアウトドアライフが急速に普及しつつある。そし
て、これに付随して屋外における各種の電気製品の使用
機会が増大し、それに適した電源装置の開発が要請され
ている。(Prior Art) In recent years, outdoor life such as camping has been rapidly spreading along with promotion of effective use of leisure time. Along with this, opportunities to use various electric appliances outdoors have increased, and there has been a demand for the development of a power supply device suitable therefor.
すなわち、この種の電源装置の具備すべき要件は小形
で携帯性を有していることはもとより、長時間の連続的
使用性、低振動性、低騒音性、取扱いの容易性ならびに
高い安全性を有していることである。In other words, the requirements for this type of power supply are that it is small and portable, and that it can be used continuously for a long time, low vibration, low noise, easy handling and high safety. It is to have.
従来、これらに対応すべき携帯用電源装置としては乾
電池、充電池および内燃機関であるガソリンエンジンに
より駆動される発電機がある。Conventionally, as portable power supply devices to cope with these, there are a dry battery, a rechargeable battery, and a generator driven by a gasoline engine which is an internal combustion engine.
(発明が解決すべき課題) しかるに、上述した従来の携帯用電源装置のうち、乾
電池および充電池は、使用機器の消費電力によって多少
の差があるものの、一般に長時間の連続的使用が難し
く、電池交換や充電を頻繁に行なわなければならないの
で、屋外における長時間の使用はかなり制約されたもの
となってしまう。(Problems to be Solved by the Invention) However, among the conventional portable power supply devices described above, dry batteries and rechargeable batteries generally have some differences depending on the power consumption of the equipment used, but are generally difficult to use continuously for a long time. Frequent replacement and charging of batteries greatly limits long-term outdoor use.
また、ガソリンエンジンで駆動される小形発電機の場
合は、長時間の連続的使用性を有しているものの、振動
および騒音が極めて高いと共に、エンジンからの排ガス
の清浄性が悪いという欠点を有している。さらに、この
種の発電機は電気ノイズが多いという難点もある。In addition, small generators driven by gasoline engines have long-term continuous use, but have the disadvantages of extremely high vibration and noise, and poor cleanliness of exhaust gas from the engines. doing. In addition, this type of generator has the drawback of high electrical noise.
従って、このような発電機は、使用者がそれをすべて
の電気製品の近くに設置して使用することには問題があ
り、単なる照明や動力機器等についてのみ利用可能性を
残しているに過ぎず、特にAV機器を含む各種の電子機器
への利用は不可能に近い。Therefore, such generators are problematic for users to install and use near all appliances and only remain available for lighting and power equipment only. In particular, it is almost impossible to use it for various electronic devices including AV devices.
さらに、この種の発電機はエンジンの燃料としてガソ
リンを用いるために、それの携帯性、取扱い性に難点が
あると共に、安全性の点でも問題ががあった。Furthermore, since this type of generator uses gasoline as fuel for the engine, it has problems in portability and handling, and also has problems in safety.
そこで、この発明は以上のような点に鑑みてなされた
もので、液化ガスを封入した小形のカセット式ガスボン
ベを燃料源として用いる外燃機関であるスターリングエ
ンジンによって発電機を駆動する際に蓄電池を有効に利
用すると共に、スターリングエンジン本体の回りの排熱
を有効に放出し得る構成とすることにより、長時間の連
続的使用性、低振動性、低騒音性、取扱いの容易性を有
し、しかも小形携帯化が可能であるばかりでなく、電気
ノイズが少なく、排ガスの清浄性を確保したうえで良好
な起動性を有し、且つ余剰発電電力の有効な利用をなし
得ると共に、高熱部分が存在しないようにして高い安全
性を備えた極めて良好な携帯用電源装置を提供すること
を目的としている。In view of the above, the present invention has been made in view of the above points, and when a generator is driven by a Stirling engine which is an external combustion engine using a small cassette gas cylinder filled with liquefied gas as a fuel source, a storage battery is used. By using it effectively and having a configuration that can effectively discharge the exhaust heat around the Stirling engine body, it has long-term continuous use, low vibration, low noise, and easy handling, In addition to being compact and portable, it has low electrical noise, has good startup performance while ensuring exhaust gas cleanliness, and can make effective use of surplus generated electric power. It is an object of the present invention to provide an extremely good portable power supply device having high security without being present.
[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明によると、上記目的を達成するために、通風
用のファンにより内部に外気を導入すると共に、排ガス
を導出する冷却用の通路が内周部に形成された筺体と、
前記冷却用通路に沿って前記筺体中に配設されるもの
で、作動流体として空気が封入されたスターリングエン
ジン本体と、前記筺体中で前記スターリングエンジン本
体に結合された発電機兼起動用モータと、前記筺体中に
前記スターリングエンジン本体の高温熱交換器を加熱す
るために、着脱自在に装着されるカセット式ガスボンベ
からの燃料ガスを導入する加熱手段と、前記スターリン
グエンジン本体の起動時に前記発電機兼起動用モータに
充電電圧を供給して起動させると共に、定常時に前記発
電機兼起動用モータからの発電電力の余剰電力が充電さ
れる蓄電池とを具備してなる携帯用電源装置が提供され
る。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, in order to achieve the above-described object, outside air is introduced into the inside by a ventilation fan, and a cooling passage through which exhaust gas is led out is provided inside. A housing formed on the periphery,
A Stirling engine main body, which is disposed in the housing along the cooling passage and in which air is sealed as a working fluid, and a generator / starting motor coupled to the Stirling engine main body in the housing. Heating means for introducing fuel gas from a cassette-type gas cylinder which is detachably mounted to heat the high-temperature heat exchanger of the Stirling engine body into the housing; and the generator when the Stirling engine body is started. A portable power supply device is provided that includes a storage battery that supplies a charging voltage to a starting motor and starts the starting motor and that is charged with surplus power of the power generated from the generator / starting motor in a steady state. .
(作用) 以上の構成によると、スターリングエンジン本体の起
動時には蓄電池からの充電電圧がモータとして作動する
発電機兼起動用モータに供給されることで良好な起動性
が確保されると共に、定常時には発電機として作動する
発電機兼起動用モータからの発電電力の余剰電力が蓄電
池に充電されることで余剰電力の有効な利用が確保され
る。また、スターリングエンジン本体の回りに外気を通
過させて冷却しているので、筺体の外表面の温度が高く
ならないようにして、使用時の安全性が確保される。(Operation) According to the above configuration, when the Stirling engine is started, the charging voltage from the storage battery is supplied to the generator / starting motor that operates as a motor, so that good startability is ensured. The effective use of the surplus power is ensured by charging the storage battery with the surplus power of the power generated from the generator / starting motor that operates as a power source. Further, since cooling is performed by passing outside air around the Stirling engine body, the temperature of the outer surface of the housing is prevented from increasing, thereby ensuring safety during use.
(実施例) 以下図面を参照してこの発明の実施例につき詳細に説
明する。Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図に示すこの発明の一実施例において、小形で携
帯可能に形成された筺体1内の略中央部にはスターリン
グエンジン本体5が配設される。このスターリングエン
ジン本体5の内部構成およびその作動原理については後
述するが、図示上部が出力軸側となっており、この出力
軸側に発電機兼起動用モータ7が連結されている。この
発電機兼起動用モータ7の回転軸7aには通風用のファン
7bが取着されている。In one embodiment of the present invention shown in FIG. 1, a Stirling engine main body 5 is disposed at a substantially central portion in a small and portable housing 1. Although the internal configuration of the Stirling engine body 5 and its operating principle will be described later, the upper part of the drawing is the output shaft side, and the generator / starting motor 7 is connected to the output shaft side. A fan for ventilation is provided on the rotating shaft 7a of the generator / starting motor 7.
7b is attached.
前記スターリングエンジン本体5の中間部に突設され
る低温熱交換器23および下部に突設される高温熱交換器
22とは再生器21部で結合されている。A low-temperature heat exchanger 23 protruding from an intermediate portion of the Stirling engine body 5 and a high-temperature heat exchanger protruding from a lower portion thereof
22 is connected to a regenerator 21 part.
前記高温熱交換器22の下部には所定距離を置いてバー
ナ30が配設される。このバーナ30は前記筺体1の図示下
部のボンベ収納室1aの一端に配設された燃焼量調整装置
31にパイピング接続されている。この燃焼量調整装置31
は前記ボンベ収納室1aの他端に横長状に着脱自在に装着
されるカセット式ガスボンベ32のガス供給口32aを接離
自在に咬接するチャック部31aを有している。A burner 30 is disposed below the high-temperature heat exchanger 22 at a predetermined distance. The burner 30 is a combustion amount adjusting device provided at one end of a cylinder storage chamber 1a at a lower portion of the housing 1 in the figure.
Piping connection to 31. This combustion amount adjusting device 31
Has a chuck portion 31a which engages with a gas supply port 32a of a cassette type gas cylinder 32 which is removably attached to the other end of the cylinder storage chamber 1a in a horizontally elongated shape so as to be able to come and go.
前記筺体1における前記ボンベ収納室1aの上部には燃
焼用空気取入れ部1bが形成されている。この燃焼用空気
取入れ部1bの近傍には取入れた空気を前記バーナ30部に
導くと共に、その一部を高温熱交換器22部か出る排ガス
と混合して低温化して排出するための第1および第2の
冷却用通路33a,33bが形成されている。また、前記低温
熱交換器23の近傍には該低温熱交換器23部から出る空気
を上記ファン7bから取入れた外気および上記第2の通路
33bからの排ガスと混合して低温化して外部に排気する
ための第3および第4の冷却用通路34a,34bが形成され
ている。A combustion air intake section 1b is formed in the housing 1 above the cylinder storage chamber 1a. In the vicinity of the combustion air intake section 1b, while introducing the introduced air to the burner 30 section, a first and a second section for mixing the exhaust air with the exhaust gas flowing out of the high temperature heat exchanger 22 section to lower the temperature and discharging the exhaust gas are provided. Second cooling passages 33a and 33b are formed. In the vicinity of the low-temperature heat exchanger 23, the air flowing out of the low-temperature heat exchanger 23 is supplied to the outside air taken from the fan 7b and the second passage.
Third and fourth cooling passages 34a and 34b are formed for mixing with exhaust gas from 33b and lowering the temperature to exhaust to the outside.
前記筺体1の図示右上側の制御部収納室1cには上記発
電機兼起動用モータ7に接続される電力調整装置34およ
びこの電力調整装置34に接続された蓄電池35が収納され
ると共に、前記スターリングエンジン本体5内の作動流
体として用いる空気の圧力を設定するためにパイピング
接続された加圧空気ポンプ36およびこの加圧空気ポンプ
36の加圧設定に対応したエンジン部の出力レベルを表示
する出力レベル表示器37とが収納されている。In the control unit storage room 1c on the upper right side of the housing 1 in the figure, a power adjusting device 34 connected to the generator / starting motor 7 and a storage battery 35 connected to the power adjusting device 34 are stored. A pressurized air pump 36 connected by piping to set the pressure of air used as a working fluid in the Stirling engine body 5 and the pressurized air pump
An output level indicator 37 for displaying the output level of the engine unit corresponding to the pressurization setting of 36 is housed.
なお、第1図中38は前記バーナ30に近接して配設され
たコックまたはレバー操作による圧電式の点火装置であ
り、39は前記高温熱交換器22部に配設された伝熱管温度
検出用の温度センサである。In FIG. 1, reference numeral 38 denotes a piezoelectric ignition device which is disposed close to the burner 30 and is operated by operating a cock or a lever. Reference numeral 39 denotes a temperature of a heat transfer tube disposed in the high-temperature heat exchanger 22. Temperature sensor.
ここで、上記スターリングエンジン本体5について説
明すると、この種のスターリングエンジンは例えば下記
(a)〜(c)のような文献に紹介されている如く古く
から開発が進められており、近時において特に新エネル
ギー対応技術として注目されつつあるものである。Here, the Stirling engine main body 5 will be described. This type of Stirling engine has been developed for a long time as introduced in documents such as the following (a) to (c). It is gaining attention as a new energy technology.
(a) オーム社発行「総合エネルギー講座、エネル
ギー変換工学」エネルギー変換懇話会編、202〜209頁 (b) NEDO NEWS1987.2「汎用スターリングエンジン
開発」33〜38頁 (c) 機械の研究第33巻第11号(1981)「スターリン
グエンジンの現状」21〜28頁(1243〜1250) 第2図は上記スターリングエンジン本体15および発電
機兼起動用モータ7の内部構成を示す。(A) “Total Energy Course, Energy Conversion Engineering” published by Ohmsha, Energy Conversion Forum, pp. 202-209 (b) NEDO NEWS 1987.2 “Development of a general-purpose Stirling engine”, pp. 33-38 (c) Machine Research No. 33 Vol. 11, No. (1981) "Current State of Stirling Engine", pp. 21-28 (1243-1250) FIG. 2 shows the internal configuration of the Stirling engine body 15 and the generator / starter motor 7.
第2図において説明すると、図中6はシリンダ、7は
そのシリンダ6の出力軸側に連結された発電機兼起動用
モータである。この発電機兼起動用モータ7は、シリン
ダ6の開放端にケーシング8を連結し、このケーシング
8内に上記シリンダ6と同軸をなして、ステータ9およ
びロータ10を設けた構造となっている。そして、ロータ
10に連結された出力軸部10aの先端部がシリンダ6内に
延びている。Referring to FIG. 2, reference numeral 6 denotes a cylinder, and 7 denotes a generator / starting motor connected to the output shaft side of the cylinder 6. The generator / starting motor 7 has a structure in which a casing 8 is connected to an open end of a cylinder 6, and a stator 9 and a rotor 10 are provided in the casing 8 coaxially with the cylinder 6. And the rotor
The distal end of the output shaft 10 a connected to 10 extends into the cylinder 6.
またシリンダ6内には、下部側からディスプレーサ11
およびパワーピストン12が順に直列をなして配置されて
いる。これらディスプレーサ11およびパワーピストン12
は、いずれもシリンダ6の内周面に刻設したシリンダ6
の軸心に沿うガイド溝13の規制を受けて、回転せずに矢
印A,B方向に往復できるようになっている。そして、こ
れらディスプレーサ11およびパワーピストン12が、例え
ば円筒カム構造で構成される往復機構14を介して上記出
力軸部10aの先端部に連結されている。In the cylinder 6, a displacer 11 is placed from below.
And the power piston 12 are arranged in series in this order. These displacer 11 and power piston 12
Is a cylinder 6 engraved on the inner peripheral surface of the cylinder 6.
Is restricted by the guide groove 13 along the axis of the shaft, and can reciprocate in the directions of arrows A and B without rotating. The displacer 11 and the power piston 12 are connected to the distal end of the output shaft 10a via a reciprocating mechanism 14 having, for example, a cylindrical cam structure.
ここで往復機構14について説明すれば、15は出力軸部
10aの先端部に同軸で一体に連結された円筒体である。
円筒体15の外周面には、2つの山および谷を有するサイ
ンカーブを描いてカム溝16が周方向沿いに刻設されてい
る。このカム溝16内の例えば「90°」位相した2つの地
点には、それぞれカムローラ17,17が設けられている。
そして、カムローラ17,17のうち、例えば進み側にある
カムローラ17はカムレバー18およびパワーピストン12を
摺動自在に貫通した軸状のアーム19を介してディスプレ
ーサ11には連結されている。またもう一方のカムローラ
17は、カムレバー20を介してパワーピストン12に連結さ
れている。これにより、出力軸部10aを矢印C方向に回
転させるために、ディスプレーサ11とパワーピストン12
とを所定の位相差で同期しながら矢印A,B方向に往復動
させることができるようにしている。Here, the reciprocating mechanism 14 will be described.
A cylindrical body coaxially and integrally connected to the tip of 10a.
A cam groove 16 is engraved on the outer peripheral surface of the cylindrical body 15 along a circumferential direction so as to draw a sine curve having two peaks and valleys. Cam rollers 17, 17 are provided at two points in the cam groove 16, for example, at a phase of “90 °”.
Of the cam rollers 17, 17, for example, the cam roller 17 on the advancing side is connected to the displacer 11 via an axial arm 19 slidably penetrating the cam lever 18 and the power piston 12. Another cam roller
17 is connected to the power piston 12 via a cam lever 20. Accordingly, the displacer 11 and the power piston 12 are rotated to rotate the output shaft 10a in the direction of arrow C.
Can be reciprocated in the directions of arrows A and B while synchronizing with a predetermined phase difference.
一方、シリンダ6の下部側の胴部分には再生器21が設
けられている。そして、この再生器21からシリンダ6の
下部部分との間には、略J字状に形成した複数本の細径
な熱交換パイプ21aが連通接続されていて、シリンダ6
の下部には高温熱交換器22を構成している。またディス
プレーサ11およびパワーピストン12間の空間の対応する
シリンダ6の胴部分と再生器21との間には、略U字状に
形成した複数本の細径な熱交換パイプ23aが連通接続さ
れていて、シリンダ6の後部側に低温熱交換器23を構成
している。そして、シリンダ6の頭部とディスプレーサ
11との間のシリンダ空間、高温熱交換器22内、再生器21
内、低温熱交換器23内、ディスプレーサ11とパワーピス
トン12との間のシリンダ空間で構成される作動空間に大
気圧の空気が作動流体として充填され、ディスプレーサ
11と高温ピストン12との往復動を利用して、スターリン
グサイクルを構成できるようにしている。On the other hand, a regenerator 21 is provided in a lower trunk portion of the cylinder 6. A plurality of small-diameter heat exchange pipes 21a formed in a substantially J-shape are connected between the regenerator 21 and the lower portion of the cylinder 6, and are connected to each other.
A high-temperature heat exchanger 22 is formed in the lower part of. A plurality of small heat exchange pipes 23a formed in a substantially U shape are connected between the body of the corresponding cylinder 6 and the regenerator 21 in the space between the displacer 11 and the power piston 12. Thus, a low-temperature heat exchanger 23 is formed on the rear side of the cylinder 6. Then, the head of the cylinder 6 and the displacer
Cylinder space between 11 and inside high-temperature heat exchanger 22, regenerator 21
Inside, a low-temperature heat exchanger 23, and a working space formed by a cylinder space between the displacer 11 and the power piston 12 is filled with air at atmospheric pressure as a working fluid.
A reciprocating motion between the piston 11 and the high-temperature piston 12 is used to configure a Stirling cycle.
而して、以上の構成において、スターリングエンジン
本体5は、高温熱交換器22をバーナ30で加熱する燃焼熱
と低温熱交換器23をファン7bで取入れた外気を冷却する
冷却熱とによる両熱交換器部間の温度差に従って回転動
力を発生する。この回転動力を使用して発電機(兼起動
用モータ)7を駆動することにより、発電された電力が
得られるようになる。Thus, in the above configuration, the Stirling engine main body 5 has both heat generated by the combustion heat for heating the high-temperature heat exchanger 22 by the burner 30 and the cooling heat for cooling the outside air taken by the low-temperature heat exchanger 23 by the fan 7b. Rotary power is generated according to the temperature difference between the exchanger units. By driving the generator (cum-starting motor) 7 using the rotating power, the generated power can be obtained.
この際、バーナ30による加熱は、燃焼用空気取入れ部
1bから取入れる空気とカセット式ガスボンベ32から燃焼
量調整装置31を介して供給される液化ガスとが混合され
た状態のものを点火装置38でもって点火することにより
開始される。At this time, heating by the burner 30 is performed by the combustion air intake section.
The ignition is started by igniting a mixture of the air taken in from 1b and the liquefied gas supplied from the cassette type gas cylinder 32 via the combustion amount adjusting device 31 with the ignition device 38.
第3図および第4図は前記スターリングエンジン本体
5による回転動力発生の原理を示すもので、上述したよ
うに外部から作用される燃焼熱と冷却熱とにより、作動
流体に対する等温圧縮(A→B)、定容加熱(B→
C)、等温膨脹(C→D)および定容冷却(D→A)な
るスターリングサイクルが繰り返えされる。これに従っ
て、シリンダ6内でディスプレーサ11を介してパワーピ
ストン12にもたらされ往復動がカムローラ17によって出
力軸部10aの回転運動に変換されることになる。FIGS. 3 and 4 show the principle of the generation of rotational power by the Stirling engine body 5. As described above, the isothermal compression (A → B) of the working fluid is performed by the combustion heat and cooling heat applied from the outside. ), Constant volume heating (B →
The Stirling cycle of C), isothermal expansion (C → D) and constant volume cooling (D → A) is repeated. In accordance with this, the reciprocating motion brought to the power piston 12 via the displacer 11 in the cylinder 6 is converted by the cam roller 17 into the rotational motion of the output shaft portion 10a.
すなわち、上記外部からの燃焼熱は等温膨脹(C→
D)のために必要な熱量であり、冷却熱は等温圧縮(A
→B)中に不要となる熱量を外部に排出するために必要
な熱量である。また、定容冷却(D→A)中に排出され
る熱量はこのとき蓄熱式熱交換器として作用する再生器
21に貯えられ、定容加熱(B→C)中に必要な熱量とし
て利用される。That is, the heat of combustion from the outside is isothermal expansion (C →
D) is the amount of heat required for cooling, and the cooling heat is isothermal compression (A
→ The amount of heat required to discharge unnecessary heat during B) to the outside. The amount of heat discharged during constant volume cooling (D → A) is a regenerator that acts as a regenerative heat exchanger at this time.
It is stored at 21 and is used as a necessary amount of heat during constant volume heating (B → C).
第5図は以上のように構成される携帯用電源装置に適
用される電気的接続回路の一例を示す。FIG. 5 shows an example of an electrical connection circuit applied to the portable power supply configured as described above.
すなわち、前記電力調整装置34は前記発電機兼起動用
モータ7に第1の切換回路341を介して接続される整流
装置342と、この整流装置342の出力部に第2の切換回路
343を介して接続される電圧変換回路344と、この電圧変
換回路344の出力部に第3の切換回路345を介して接続さ
れる一つまたは複数の出力端子(OUT)を有している。
また、前記電力調整装置34は外部の電圧設定表示部40で
設定される電圧値(例えばAC100V、DC4.5V、6V、9V、12
V、24V、100Vのうちの一つまたは複数の電圧)および前
記温度センサ39からの温度検出信号に基いて、整流装置
342および電圧変換回路344を所定の状態に制御すると共
に、上記第1乃至第3の切換回路341,343および345の接
続状態を後述するように、起動状態、定常状態および燃
料ボンベ交換状態に応じて切換制御する制御回路346を
有している。That is, the power regulating device 34 includes a rectifying device 342 connected to the generator / starting motor 7 via the first switching circuit 341, and a second switching circuit connected to an output of the rectifying device 342.
The voltage conversion circuit 344 has one or more output terminals (OUT) connected to the output section of the voltage conversion circuit 344 via a third switching circuit 345.
In addition, the power adjusting device 34 has a voltage value (for example, 100 V AC, 4.5 V DC, 6 V, 9 V, 12 V) set on the external voltage setting display unit 40.
V, 24V, one or more voltages of 100V) and a temperature detection signal from the temperature sensor 39, the rectifier
The control circuit 342 and the voltage conversion circuit 344 are controlled to a predetermined state, and the connection state of the first to third switching circuits 341, 343 and 345 is switched according to the starting state, the steady state, and the fuel cylinder replacement state as described later. It has a control circuit 346 for controlling.
なお、上記第2の切換回路343には前記蓄電池35が予
め充電された状態で接続されていると共に、上記第1お
よび第3の切換回路341,345間が互いに接続されてい
る。The storage battery 35 is connected to the second switching circuit 343 in a precharged state, and the first and third switching circuits 341 and 345 are connected to each other.
先ず、起動状態について説明すると、この場合、制御
回路346は起動時の初期入力状態に基いて上記第1乃至
第3の切換回路341,343,345を第6図に図示実線で示す
接続経路が形成されるように切換制御する。First, the starting state will be described. In this case, the control circuit 346 causes the first to third switching circuits 341, 343, and 345 to form the connection paths shown by solid lines in FIG. 6 based on the initial input state at the time of starting. The switching control is performed.
すなわち、バーナ30において燃料ガスが点火装置38に
より点火されて燃焼を開始すると、スターリングエンジ
ン本体5の高温熱交換器22の温度が上昇し、内部の作動
流体が加熱される。そして、温度センサ39で検出される
高温熱交換器22の伝熱管温度がスターリングエンジン本
体5の自立運転可能な動力を発生し得る値までに上昇し
たとき、第6図に示すように蓄電池35からの電力を電圧
変換回路344を介して前記発電機兼起動用モータ7に供
給して、これをモータとして起動し、スターリングエン
ジン本体5を短時間回転駆動させる。That is, when the fuel gas is ignited by the ignition device 38 in the burner 30 to start combustion, the temperature of the high-temperature heat exchanger 22 of the Stirling engine main body 5 increases, and the internal working fluid is heated. Then, when the temperature of the heat transfer tube of the high-temperature heat exchanger 22 detected by the temperature sensor 39 rises to a value that can generate the power that enables the Stirling engine body 5 to operate independently, as shown in FIG. Is supplied to the generator / starting motor 7 via the voltage conversion circuit 344, and the motor 7 is started as a motor, and the Stirling engine body 5 is driven to rotate for a short time.
これにより、スターリングエンジン本体5が自立運転
を開始して上述したように回転動力を発生し、その出力
が所定値以上になったときすなわち温度センサ39で検出
する高温熱交換器22の伝熱管温度が等温状態に達したと
き、制御回路346は第1乃至第3の切換回路341,343,345
を第7図に実線で示す定常状態のための接続経路を形成
するように切換制御する。As a result, the Stirling engine main body 5 starts the self-sustaining operation to generate the rotational power as described above, and when the output becomes equal to or more than a predetermined value, that is, when the temperature of the heat transfer tube of the high-temperature heat exchanger 22 is detected by the temperature sensor 39. When the temperature reaches the isothermal state, the control circuit 346 switches the first to third switching circuits 341, 343, and 345.
Is controlled so as to form a connection path for a steady state shown by a solid line in FIG.
すなわち、この定常状態に入ると、スターリングエン
ジン本体5で発生する回転動力によって駆動される前記
発電機兼起動用モータ7が発電機として作用し、その発
電電力が整流回路342および電圧変換回路344を介して出
力端子(OUT)から予め設定された所定値の電源電圧と
して電子機器等の負荷に供給することができるようにな
る。That is, in the steady state, the generator / starting motor 7 driven by the rotating power generated by the Stirling engine main body 5 acts as a generator, and the generated power is supplied to the rectifier circuit 342 and the voltage conversion circuit 344. Through the output terminal (OUT), a power supply voltage having a predetermined value set in advance can be supplied to a load such as an electronic device.
そして、このような定常運転がなされている状態で
は、整流装置342の出力の一部が蓄電池35の放電分を補
充するための充電用として供給されるようになってい
る。すなわち、発生電力の余剰分を利用して、自動車の
蓄電池の場合と同様に常時にフル充電状態に保持してお
くことができるものである。Then, in the state where such a steady operation is performed, a part of the output of the rectifier 342 is supplied for charging for supplementing the discharged amount of the storage battery 35. In other words, by using the surplus of the generated power, it is possible to always keep the battery fully charged as in the case of the storage battery of the vehicle.
次に、第8図により燃料ボンベ交換時について説明す
ると、このとき制御回路346は一時的にスターリングエ
ンジン本体5の出力が急激に低下するのを温度センサ39
からの温度検出信号を利用して検出することにより、第
1乃至第3の切換回路341,343,345を図示実線の接続経
路が形成されるように切換制御する。つまり、この接続
経路によると、蓄電池35からの電力がこの状態のときに
整流装置342から出力される電圧の低下を一時的(例え
ば約10秒間)に補完することができるので、燃料となる
カセット式ガスボンベの交換時であっても電子機器等の
負荷に所定の電源電圧を供給することが可能となる。次
に、スターリングエンジン本体5の出力変動を自動的に
補償するための燃焼量調整機能について説明する。Next, a description will be given of the case where the fuel cylinder is replaced with reference to FIG.
The first to third switching circuits 341, 343, and 345 are controlled so as to form a connection path indicated by a solid line in FIG. That is, according to this connection path, when the power from the storage battery 35 is in this state, a decrease in the voltage output from the rectifier 342 can be temporarily compensated (for example, for about 10 seconds). Even when the gas cylinder is replaced, a predetermined power supply voltage can be supplied to loads such as electronic devices. Next, a combustion amount adjustment function for automatically compensating for output fluctuations of the Stirling engine body 5 will be described.
すなわち、これは後述するようにスターリングエンジ
ン本体5内の作動流体の圧力を所望の値に設定した状態
で上述したような定常運転状態にあるとき、スターリン
グエンジン本体5に対する機械的な負荷変動等によって
生じる出力変動を燃焼量の調整でもって補償するため
に、高温熱交換器22の伝熱管温度を所定の等温状態に保
持すべく、温度センサ39からの温度検出信号に従って制
御回路346により燃焼量調整装置31にその燃焼量31にそ
の燃焼量の増減を指令することによって達成される。つ
まり、負荷が重くなると同じ燃焼量の場合、高温熱交換
器22の伝熱管温度が所定値より低下するので、バーナ30
での燃焼量を増加すべく燃焼量調整装置31からバーナ30
への燃料ガスの供給量を増加する方向に燃料を調整して
やればよい。That is, as described later, when the pressure of the working fluid in the Stirling engine main body 5 is set to a desired value and in the above-described steady operation state, the mechanical load fluctuation on the Stirling engine main body 5 or the like causes In order to compensate the generated output fluctuation by adjusting the combustion amount, the control circuit 346 adjusts the combustion amount according to the temperature detection signal from the temperature sensor 39 so as to maintain the heat transfer tube temperature of the high-temperature heat exchanger 22 at a predetermined isothermal state. This is achieved by instructing the device 31 to increase or decrease the combustion amount. In other words, if the load becomes heavy and the amount of combustion is the same, the temperature of the heat transfer tube of the high-temperature heat exchanger 22 drops below a predetermined value, so that the burner 30
Burner 30 to burner 30 to increase the amount of combustion
The fuel may be adjusted in a direction to increase the supply amount of the fuel gas to the fuel.
また、反対に、負荷が軽い状態では、伝熱管温度が所
定値より上昇するので、バーナ30での燃焼量を減少すべ
く燃焼量調整装置31からバーナ30への燃料ガスの供給量
を減少せしめる方向に調整してやればよい。On the other hand, when the load is light, the heat transfer tube temperature rises above a predetermined value, so that the amount of fuel gas supplied from the combustion amount adjusting device 31 to the burner 30 is reduced in order to reduce the amount of combustion in the burner 30. You only have to adjust the direction.
次に、スターリングエンジン本体5内の作動流体に対
する圧力調整について説明する。Next, the pressure adjustment for the working fluid in the Stirling engine body 5 will be described.
前述したように、この発明ではスターリングエンジン
本体5内の作動流体として空気(大気圧下)を用いるこ
とにより、保守性を簡便化するため、補充を必要としな
いようにしている。As described above, in the present invention, the use of air (under atmospheric pressure) as the working fluid in the Stirling engine body 5 simplifies maintenance, so that replenishment is not required.
しかるに、作動流体が大気圧のままではスターリング
エンジンとして出力が不足することもあるので、出力レ
ベルを複数のステップで選択して設定することができる
ようにした方が望ましい。このために、第1図に示した
ように設けられている加圧空気ポンプ36により、作動流
体としてスターリングエンジン本体5内に充填封入され
ている空気の圧力を外部から変えて出力レベルを可変す
ることができるようにしていると共に、その出力レベル
を出力レベル表示器37で表示することができるようにし
てある。However, if the working fluid remains at atmospheric pressure, the output may be insufficient as a Stirling engine. Therefore, it is desirable that the output level can be selected and set in a plurality of steps. For this purpose, the output level is varied by externally changing the pressure of air filled and sealed in the Stirling engine body 5 as a working fluid by a pressurized air pump 36 provided as shown in FIG. And the output level can be displayed on an output level display 37.
この出力レベルの調整は、出力レベル表示器37を参照
しながら第5図に示した電圧設定表示部40で使用者によ
って予め設定されて表示される所望の電圧(電力)レベ
ルに従って使用機器に必要となる電力レベルに応じた値
となるように、加圧空気ポンプ36を操作してやればよ
い。This output level adjustment is necessary for the equipment to be used in accordance with a desired voltage (power) level preset and displayed by the user on the voltage setting display section 40 shown in FIG. 5 while referring to the output level display 37. What is necessary is just to operate the pressurized air pump 36 so as to have a value corresponding to the electric power level.
第9図は以上のような加圧設定と出力との関係を示す
もので、小形のスターリングエンジンを用いる場合の一
例である。すなわち、このクラスのスターリングエンジ
ンの出力は1000rpm程度においては、作動流体の圧力と
略比例して変化させることができる。FIG. 9 shows the relationship between the pressurization setting and the output as described above, and is an example when a small Stirling engine is used. That is, the output of the Stirling engine of this class can be changed substantially in proportion to the pressure of the working fluid at about 1000 rpm.
例えば、圧力が大気圧(1kg/cm2 abs)下の出力比を
1とするとき、圧力が1.5kg/cm2 abs下での出力比は1.5
となり、圧力が2.0kg/cm2 absでの出力比は2.0程度とな
り、このような出力レベル1,1.5,2.0(kg/cm2 abs)を
上述した出力レベル表示器37で表示するようにしたもの
である。For example, when the output ratio under the atmospheric pressure (1 kg / cm 2 abs) is 1, the output ratio under the pressure 1.5 kg / cm 2 abs is 1.5.
The output ratio at a pressure of 2.0 kg / cm 2 abs is about 2.0, and such an output level of 1, 1.5, 2.0 (kg / cm 2 abs) is displayed on the output level indicator 37 described above. Things.
そして、以上のような実施例による電源装置は、外燃
機関であるスターリングエンジンを回転動力発生源とし
て採用しているので、内燃機関であるガソリンエンジン
を用いる従来の電源装置に比して、燃焼排ガスが清浄で
あると共に、爆発燃焼行程がないので低振動および低騒
音であり、しかもサイクル毎のイグニッションプラグに
よる点火がないので電気ノイズの発生を可及的に少なく
することができると共に、スターリングエンジン本体に
よって発電機を駆動する際に蓄電池を有効に利用する構
成としているので、良好な起動性を有し且つ余剰発電電
力の有効な利用をなすことができる。The power supply device according to the above-described embodiment employs a Stirling engine as an external combustion engine as a rotational power generation source. Since the exhaust gas is clean and there is no explosion combustion process, it has low vibration and low noise, and since there is no ignition by the ignition plug for each cycle, the generation of electric noise can be reduced as much as possible. Since the storage battery is used effectively when the generator is driven by the main body, it is possible to have a good startability and to effectively use the surplus generated power.
また、燃料源として入手が容易な携帯用のカセット式
ガスボンベを用いるので、取扱いが簡便であると共に、
第1乃至第4の冷却用通路33a,33bおよび34a,34bによっ
て外気を導入してスターリングエンジン本体5の回りの
高温部の冷却化を図ったうえで外部に排ガスを出す構成
としていることにより、筺体1の外表面に高熱部分が存
在しないようにして安全性を高くすることができる。In addition, since a portable cassette gas cylinder that is easily available is used as a fuel source, handling is simple, and
By introducing outside air through the first to fourth cooling passages 33a, 33b and 34a, 34b to cool a high-temperature portion around the Stirling engine main body 5, and exhaust gas to the outside, The safety can be enhanced by eliminating the high heat portion on the outer surface of the housing 1.
なお、この発明は上記し且つ図示した実施例のみに限
定されることなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変形や運用が可能である。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described and illustrated embodiments, and various modifications and operations are possible without departing from the gist of the present invention.
例えば、第10図に示すように、燃焼用空気、排ガスの
通風および低温熱交換器の冷却用空気の通風をスターリ
ングエンジン本体5と発電機兼起動用モータ7との間に
一体的に配設したファン41で行なうようにしてもよい。
このファン41は第11図に示したように上部に取入れ口41
aが形成されると共に、下部円周に沿って多数の排出口4
1bが形成されるものである。For example, as shown in FIG. 10, ventilation of combustion air and exhaust gas and ventilation of cooling air of the low-temperature heat exchanger are integrally provided between the Stirling engine main body 5 and the generator / starter motor 7. It may be performed by the fan 41 that has been performed.
This fan 41 has an intake 41 at the top as shown in FIG.
a is formed and a number of outlets 4 along the lower circumference
1b is formed.
なお、第11図におけるそれ以外の構成は第1図と略同
様である。The other configurations in FIG. 11 are substantially the same as those in FIG.
また、第1図に示した圧電式の点火装置に代えて、第
12図に示すような点火トランス方式の点火装置42を用い
るようにしてもよい。すなわち、これは前記したように
予め充電されている蓄電池35(または別の点火専用の乾
電池)に接続される点火トランス42aで発生する高圧電
圧とバーナ30の近傍に配置された電極部43に加えてスパ
ークをとばすことにより、点火を行なうようにしたもの
である。Also, instead of the piezoelectric ignition device shown in FIG.
An ignition transformer type ignition device 42 as shown in FIG. 12 may be used. That is, as described above, in addition to the high voltage generated by the ignition transformer 42a connected to the storage battery 35 (or another dry cell dedicated to ignition) that has been charged in advance and the electrode unit 43 arranged near the burner 30, By igniting the spark, the ignition is performed.
なお、点火装置としては上述以外に図示は省略するが
ヒータ方式のものを採用してもよい。It should be noted that a heater-type ignition device may be employed as the ignition device, although not shown in the drawings other than those described above.
[発明の効果] 従って、以上詳述したようにこの発明によれば、液化
ガスを封入した小形のカセット式ガスボンベを燃料源と
して用いる外燃機関であるスターリングエンジンによっ
て発電機を駆動する際に、蓄電池を有効に利用すると共
に、スターリングエンジン本体の回りの排熱を有効に放
出し得る構成とすることにより、長時間の連続的使用
性、低振動性、低騒音性、取扱いの容易性を有し、しか
も小形携帯化が可能であるばかりでなく、電気ノイズが
少なく、排ガスの清浄性を確保したうえで、良好な起動
性を有し、且つ余剰発電電力の有効な利用をなし得ると
共に、高熱部分が存在しないようにして高い安全性を備
えた極めて良好な携帯用電源装置を提供することができ
る。[Effect of the Invention] Therefore, as described in detail above, according to the present invention, when a generator is driven by a Stirling engine which is an external combustion engine using a small cassette type gas cylinder filled with liquefied gas as a fuel source, By using the storage battery effectively and by radiating the exhaust heat around the main body of the Stirling engine, it can be used continuously for a long time, has low vibration, low noise, and is easy to handle. In addition to being able to be compact and portable, it also has low electrical noise, ensures clean exhaust gas, has good startability, and can effectively use surplus generated power. An extremely good portable power supply device with high safety can be provided by eliminating the high heat portion.
特に、この発明の携帯用電源装置によればスターリン
グエンジン本体の回りに外気を通過させて冷却する構成
とすることに筺体の外表面の温度が高くならないように
しえ、使用時の安全性を高めることができる。In particular, according to the portable power supply device of the present invention, the structure in which the outside air is passed around the Stirling engine body to cool it is possible to prevent the temperature of the outer surface of the housing from becoming high, and to enhance the safety in use. be able to.
第1図はこの発明による携帯用電源装置の一実施例を示
す構成説明図、 第2図は第1のスターリングエンジン本体および発電機
兼起動用モータ部の詳細を示す断面図、 第3図、第4図はスターリングエンジンの作動原理を説
明するための圧力−容積特性曲線図とエンジン行程図、 第5図は第1の携帯用電源装置に適用される電気的接続
回路の一例を示すブロック図、 第6図乃至第8図はそれぞれ第5図の制御回路の切換制
御による起動時、定常時および燃料ボンベ交換時の接続
状態を示す図、 第9図は作動流体圧と出力比との関係を示す特性曲線
図、 第10図はこの発明による携帯用電源装置の他の実施例を
示す構成説明図、 第11図は第10図に用いるファンの詳細を示す斜視図、 第12図は点火装置の他の例を示す要部の構成説明図であ
る。 1……筺体、5……スターリングエンジン本体、7……
発電機兼起動用モータ、7b……ファン、21……再生器、
22……高温熱交換器、23……低温熱交換器、30……バー
ナ、31……燃焼量調整装置、32……カセット式ガスボン
ベ、34……電力調整装置、35……蓄電池、36……加圧空
気ポンプ、37……出力レベル表示装置、38……点火装
置、39……温度センサ。FIG. 1 is a structural explanatory view showing an embodiment of a portable power supply device according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing details of a first Stirling engine main body and a generator / starting motor section, FIG. FIG. 4 is a pressure-volume characteristic curve diagram and an engine stroke diagram for explaining the operating principle of the Stirling engine, and FIG. 5 is a block diagram showing an example of an electrical connection circuit applied to the first portable power supply device. 6 to 8 are diagrams showing connection states at the time of startup, steady state and fuel cylinder replacement by switching control of the control circuit of FIG. 5, respectively. FIG. 9 is a relationship between working fluid pressure and output ratio. FIG. 10 is a configuration explanatory view showing another embodiment of the portable power supply device according to the present invention, FIG. 11 is a perspective view showing details of a fan used in FIG. 10, and FIG. FIG. 11 is an explanatory diagram of a configuration of a main part showing another example of the device. 1 ... housing, 5 ... Stirling engine body, 7 ...
Generator / starting motor, 7b …… fan, 21 …… regenerator,
22 High-temperature heat exchanger, 23 Low-temperature heat exchanger, 30 Burner, 31 Combustion amount adjusting device, 32 Cassette gas cylinder, 34 Electric power adjusting device, 35 Battery, 36 ... Pressure air pump, 37 ... Output level display device, 38 ... Ignition device, 39 ... Temperature sensor.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H05K 7/20 H05K 7/20 Z ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H05K 7/20 H05K 7/20 Z
Claims (1)
ると共に、排ガスを導出する冷却用の通路が内周部に形
成された筺体と、 前記冷却用通路に沿って前記筺体中に配設されるもの
で、作動流体として空気が封入されたスターリングエン
ジン本体と、 前記筺体中で前記スターリングエンジン本体に結合され
た発電機兼起動用モータと、 前記筺体中に前記スターリングエンジン本体の高温熱交
換器を加熱するために、着脱自在に装着されるカセット
式ガスボンベからの燃料ガスを導入する加熱手段と、 前記スターリングエンジン本体の起動時に前記発電機兼
起動用モータに充電電圧を供給して起動させると共に、
定常時に前記発電機兼起動用モータからの発電電力の余
剰電力が充電される蓄電池とを具備してなる携帯用電源
装置。1. A casing having a cooling passage formed in an inner peripheral portion thereof for introducing outside air into the inside by a ventilation fan and leading out exhaust gas, and disposed in the casing along the cooling passage. A Stirling engine body filled with air as a working fluid; a generator / starting motor coupled to the Stirling engine body in the housing; and a high-temperature heat exchange of the Stirling engine body in the housing. Heating means for introducing fuel gas from a detachably mounted cassette type gas cylinder to heat the heater, and supplying a charging voltage to the generator / starter motor when the Stirling engine body is started to start it. Along with
A portable power supply device comprising: a storage battery that is charged with surplus power of the power generated by the generator / starting motor in a steady state.
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