JP3022012B2 - Hot gas engine - Google Patents

Hot gas engine

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JP3022012B2
JP3022012B2 JP4324247A JP32424792A JP3022012B2 JP 3022012 B2 JP3022012 B2 JP 3022012B2 JP 4324247 A JP4324247 A JP 4324247A JP 32424792 A JP32424792 A JP 32424792A JP 3022012 B2 JP3022012 B2 JP 3022012B2
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low
temperature side
chamber
medium
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弘志 関谷
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/30Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
    • F02G2243/34Regenerative displacers having their cylinders at right angle, e.g. "Robinson" engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2244/00Machines having two pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2244/00Machines having two pistons
    • F02G2244/02Single-acting two piston engines

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は空調機,冷凍機等に用
いるVM(ブルマイヤ)サイクル使用の熱ガス機関に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hot gas engine using a VM (Bulmeier) cycle for use in air conditioners, refrigerators and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、低温熱源,中温熱源及び高温熱
源の間で動作する機関で、高温熱源から得た熱エネルギ
(熱仕事)によって低温熱源から吸熱し、中温熱源への
放熱を行う最も基本的な機関としてVM機関がある。こ
のVM機関は、高温及び低温の二つのディスプレーサ
(作動ガスを移動させるもの)を有し、それぞれのディ
スプレーサが関与する領域によって高温部と低温部に分
割される。この高温部と低温部においては、ディスプレ
ーサの移動によって作動ガスの掃気が生じ、この掃気に
よる容積変化に相当する部分を作動室と定義すれば、各
部には二つの作動室が存在し、これらの作動室の内の一
つは中温熱源と同等の温度レベルにあり、中温室と呼
ぶ。同様に、高温熱源と同等の温度レベルにある作動室
を高温室、低温熱源と同等の温度レベルにある作動室を
低温室と呼ぶ。幾何学的に求められるこれらの作動室の
仕事は、それぞれの容積変化と作動空間(機関全体)内
の一様な圧力変動によって、高温室では膨脹仕事、高温
側の中温室では圧縮仕事、また低温室では膨脹仕事、低
温側の中温室では圧縮仕事となる。このVM機関の場合
では、三つの熱源間の熱移動を生じるだけの機関である
ため、動作原理上、高温部及び低温部における二つの掃
気容積は一致し、高温部の膨脹仕事と圧縮仕事、及び低
温部の膨脹仕事と圧縮仕事の絶対量はそれぞれ等しくな
る。
2. Description of the Related Art Generally, an engine that operates between a low-temperature heat source, a medium-temperature heat source and a high-temperature heat source absorbs heat from a low-temperature heat source by heat energy (heat work) obtained from the high-temperature heat source and radiates heat to the medium-temperature heat source. The most basic organization is a VM organization. This VM engine has two high temperature and low temperature displacers (for moving the working gas), and is divided into a high temperature part and a low temperature part by a region where each displacer is involved. In the high-temperature section and the low-temperature section, the displacement of the displacer causes scavenging of the working gas. If a portion corresponding to the volume change due to the scavenging is defined as a working chamber, each section has two working chambers. One of the working chambers is at the same temperature level as the medium temperature heat source and is called a medium temperature room. Similarly, a working room at a temperature level equivalent to a high-temperature heat source is called a high-temperature room, and a working room at a temperature level equivalent to a low-temperature heat source is called a low-temperature room. The geometrically required work of these working chambers depends on their volume changes and the uniform pressure fluctuations in the working space (entire engine). In a low temperature room, expansion work is performed, and in a low temperature side medium temperature room, compression work is performed. In the case of this VM engine, since it is an engine that only generates heat transfer between three heat sources, the two scavenging volumes in the high temperature part and the low temperature part match in terms of operation principle, and the expansion work and the compression work in the high temperature part, In addition, the absolute amounts of expansion work and compression work in the low temperature part are equal to each other.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際の機関に
おいては、ディスプレーサを駆動するためのロッドが装
着され、これによる体積変化によって両部の掃気容積に
差が生じるが、ロッドの体積変化を当該の作動室容積変
化に加えれば、上記のように両部の掃気容積はそれぞれ
一致する。なお、低温及び高温ディスプレーサの位相は
90°に限定されるものではなく、両シリンダの内径に
ついても同一である必要はない。
However, in an actual engine, a rod for driving the displacer is mounted, and a change in volume caused by this causes a difference in the scavenging volume in both parts. In addition to the change in the working chamber volume, the scavenging volumes in both portions are equal to each other as described above. The phases of the low-temperature and high-temperature displacers are not limited to 90 °, and the inner diameters of both cylinders need not be the same.

【0004】本発明は上記実情に鑑み、高温部の掃気容
積に着眼し、中温室よりも高温室の掃気容積を意図的に
大きくすることによって、外部に対する軸出力の増大を
可能とする熱ガス機関を提供することを目的としたもの
である。
[0004] In view of the above circumstances, the present invention focuses on the scavenging volume of the high-temperature section, and intentionally increases the scavenging volume of the high-temperature chamber compared to the medium-temperature chamber, thereby increasing the axial output to the outside. It is intended to provide an institution.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、作動ガスが封
入された高温側シリンダ及び低温側シリンダと、この高
温側シリンダ内を高温室と高温側中温室とに区画する高
温側ディスプレーサと、前記低温側シリンダ内を低温室
と低温側中温室とに区画する低温側ディスプレーサと、
この高温側ディスプレーサ及び低温側ディスプレーサが
それぞれロッド及びリンク機構を介して連結された回転
軸と、前記高温室と高温側中温室とをつなぐガス流路に
配置された作動ガス加熱用の高温側熱交換器、高温側再
生器及び中温側熱交換器と、前記低温室と低温側中温室
とをつなぐガス流路に配置された低温側熱交換器、低温
側再生器及び中温側熱交換器とから成る熱ガス機関にお
いて、前記高温室に補助シリンダを設け、この補助シリ
ンダ内に前記高温側ディスプレーサのロッドと連繋して
往復動する補助ピストンを設けたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a high-temperature side cylinder and a low-temperature side cylinder filled with a working gas, a high-temperature side displacer for partitioning the high-temperature side cylinder into a high-temperature chamber and a high-temperature medium-temperature chamber. A low-temperature displacer that partitions the low-temperature cylinder into a low-temperature chamber and a low-temperature medium-temperature chamber;
A high-temperature heat source for working gas heating disposed in a gas flow path connecting the high-temperature chamber and the high-temperature medium-temperature chamber with a rotation shaft connected to the high-temperature displacer and the low-temperature displacer via a rod and a link mechanism, respectively. Exchanger, a high-temperature side regenerator and a medium-temperature side heat exchanger, and a low-temperature side heat exchanger, a low-temperature side regenerator and a medium-temperature side heat exchanger disposed in a gas flow path connecting the low-temperature room and the low-temperature side medium-temperature room. In the hot gas engine, an auxiliary cylinder is provided in the high-temperature chamber, and an auxiliary piston that reciprocates in connection with a rod of the high-temperature side displacer is provided in the auxiliary cylinder.

【0006】また、作動ガスが封入された高温側シリン
ダ及び低温側シリンダと、この高温側シリンダ内を高温
室と高温側中温室とに区画する高温側ディスプレーサ
と、前記低温側シリンダ内を低温室と低温側中温室とに
区画する低温側ディスプレーサと、この高温側ディスプ
レーサ及び低温側ディスプレーサがそれぞれロッド及び
リンク機構を介して連結された回転軸と、前記高温室と
高温側中温室とをつなぐガス流路に配置された作動ガス
加熱用の高温側熱交換器と高温側再生器及び中温側熱交
換器と、前記低温室と低温側中温室とをつなぐガス流路
に配置された低温側熱交換器と低温側再生器及び中温側
熱交換器とから成る熱ガス機関において、前記高温側シ
リンダは前記高温室部分を前記高温側中温室部分よりも
大径シリンダとした段付き形状を有し、前記高温側ディ
スプレーサは前記大径シリンダ内を往復動する部分を大
径ディスプレーサとした段付き形状を有するものであ
る。
A high-temperature cylinder and a low-temperature cylinder filled with a working gas, a high-temperature displacer for partitioning the high-temperature cylinder into a high-temperature chamber and a high-temperature medium-temperature chamber, and a low-temperature chamber in the low-temperature cylinder And a low-temperature side displacer partitioned into a low-temperature side medium-temperature room, a high-temperature side displacer and a low-temperature side displacer connected to each other via a rod and a link mechanism, and a gas connecting the high-temperature room and the high-temperature side medium-temperature room. A high-temperature heat exchanger for heating working gas, a high-temperature regenerator and a medium-temperature heat exchanger disposed in the flow path; and a low-temperature heat disposed in a gas flow path connecting the low-temperature chamber and the low-temperature medium-temperature chamber. In a hot gas engine comprising an exchanger, a low-temperature side regenerator and a medium-temperature side heat exchanger, the high-temperature side cylinder has a larger diameter cylinder than the high-temperature side medium-temperature chamber portion in the high-temperature chamber portion Attached has the shape, the hot side displacer are those having a stepped shape in which the portion that reciprocates in the large-diameter cylinder and the large-diameter displacer.

【0007】[0007]

【作用】上記のような構成のため、クランク機構の回転
に連動する高温側ディスプレーサと低温側ディスプレー
サがそれぞれ所定の位相差をもって往復運動をすれば、
シリンダ内に封入された作動ガスは高温室と低温室では
膨脹を、高温側の中温室と低温側の中温室では圧縮がな
され、この高温側の中温室と低温側の中温室でのガス圧
縮時に放熱をし、この放熱を各中温室に連通する熱交換
器を経て暖房使用とし、低温室の膨脹時の吸熱で冷房使
用とする。この場合、高温室には容積変化量を大きくす
るために補助シリンダと補助ピストンを備えているた
め、低温室での吸熱のときに圧力降下量が減少し、吸熱
量が減少する。これに対応して、圧力上昇量が減少し、
低温側中温室での放熱量も減少する。高温室での吸熱量
は高温室における掃気容積の増大に係わらず一定である
ため、外部に対する軸出力が増大する。
With the above arrangement, if the high temperature side displacer and the low temperature side displacer interlocking with the rotation of the crank mechanism reciprocate with a predetermined phase difference,
The working gas sealed in the cylinder expands in the high and low temperature chambers, and is compressed in the high and low temperature medium temperature chambers.The gas is compressed in the high and low temperature medium temperature chambers. At times, heat is dissipated, and the heat dissipated is used for heating through a heat exchanger communicating with each medium-temperature room, and is used for cooling by absorbing heat when the low-temperature room expands. In this case, since the high-temperature chamber is provided with the auxiliary cylinder and the auxiliary piston in order to increase the volume change, the amount of pressure drop is reduced when heat is absorbed in the low-temperature chamber, and the amount of heat absorbed is reduced. Correspondingly, the pressure rise decreases,
The amount of heat radiation in the low-temperature medium-temperature room also decreases. Since the amount of heat absorbed in the high-temperature chamber is constant regardless of the increase in the scavenging volume in the high-temperature chamber, the shaft output to the outside increases.

【0008】また、高温側シリンダにあってシリンダ径
を高温室部分が高温側中温室部分より大径とする段付き
形状とし、高温側ディスプレーサ側も対応する段付きデ
ィスプレーサとすることにより、高温側ディスプレーサ
の往復動ごとに高温室の容積変化量は高温側中温室の容
積変化量より大きくなり、軸出力は増大する。
The high temperature side cylinder has a stepped shape in which the diameter of the high temperature chamber is larger than that of the medium temperature chamber at the high temperature side, and the high temperature side displacer is also a corresponding stepped displacer. Each time the displacer reciprocates, the volume change of the high temperature chamber becomes larger than the volume change of the high temperature side medium temperature chamber, and the shaft output increases.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明を実施例の図面に基づいて説明
すれば、次の通りである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings of the embodiments.

【0010】図1は高温側シリンダ内の中温室下部に補
助シリンダと補助ピストンを備えた熱ガス機関の実施例
を示し、1は高温側シリンダで、2は低温側シリンダで
あり、これら二つのシリンダは直角をなすように配置さ
れている。この高温側シリンダ1内にはピストンとなる
高温側ディスプレーサ3を配設しシリンダを高温室4と
高温側中温室5に区画しており、また低温側シリンダ2
内には低温側ディスプレーサ6を配設しシリンダを低温
室7と低温側中温室8に区画している。9は前記高温室
4と高温側中温室5とをつなぐ高温側ガス通路で、該高
温側ガス通路9には作動ガス加熱用の高温側熱交換器1
0、高温側再生器11及び高温部中温側熱交換器12を
順次配設してある。13は低温室7と低温側中温室8を
つなぐ低温側ガス流路で、該低温側ガス流路13には低
温側熱交換器14、低温側再生器15及び低温部中温側
熱交換器16を配設している。また、前記高温側中温室
5と低温側中温室8とは連通路17にて連通している。
18は高温側中温室5の下方に臨むクランク室32に形
成した補助シリンダ19に備える補助ピストンで、該補
助ピストン18のピストンロッドは高温側ディスプレー
サ3の中温室挿通の高温側ピストンロッド25とに共用
した構成とし、且つ補助ピストン18で区画された補助
シリンダ19の補助室20と高温側シリンダ4の高温室
5を、高温側ピストンロッド25に貫通した高温室連通
路33をもって連通する構成とし、高温室5の掃気容積
を高温側中温室5の掃気容積より実質的に大きく設定す
る。また、補助ピストン18の下端と、低温側ディスプ
レーサ6に設けた低温側中温室8を挿通する低温側ピス
トンロッド26の端を、クランク室32に設置した回転
軸に取り付けたクランク機構31に二方向のリンクを介
して連結し、それぞれ往復運動を行うようにしている。
22は高温側ディスプレーサ3の外周に装着の高温側ピ
ストンシールであり、23は低温側ディスプレーサ6の
外周に装着の低温側ピストンシールであり、24は補助
ピストン18の外周に装着した補助ピストンシールであ
る。28は高温側ロッドシールでり、29は低温側ロッ
ドシールを示す。
FIG. 1 shows an embodiment of a hot gas engine having an auxiliary cylinder and an auxiliary piston below a middle temperature chamber in a high temperature side cylinder, wherein 1 is a high temperature side cylinder, 2 is a low temperature side cylinder. The cylinders are arranged at right angles. A high temperature side displacer 3 serving as a piston is disposed in the high temperature side cylinder 1, and the cylinder is divided into a high temperature side chamber 4 and a high temperature side middle temperature chamber 5.
A low-temperature side displacer 6 is disposed inside the cylinder, and a cylinder is partitioned into a low-temperature chamber 7 and a low-temperature middle-temperature chamber 8. Reference numeral 9 denotes a high-temperature gas passage connecting the high-temperature chamber 4 and the high-temperature medium-temperature chamber 5.
0, a high temperature side regenerator 11 and a high temperature part middle temperature side heat exchanger 12 are sequentially arranged. A low-temperature gas passage 13 connects the low-temperature chamber 7 and the low-temperature medium-temperature chamber 8. The low-temperature gas passage 13 includes a low-temperature heat exchanger 14, a low-temperature regenerator 15, and a low-temperature medium-temperature heat exchanger 16. Is arranged. Further, the high temperature side middle temperature chamber 5 and the low temperature side middle temperature chamber 8 communicate with each other through a communication passage 17.
Reference numeral 18 denotes an auxiliary piston provided in an auxiliary cylinder 19 formed in a crank chamber 32 facing below the high temperature side middle temperature chamber 5. A piston rod of the auxiliary piston 18 is connected to a high temperature side piston rod 25 inserted into the high temperature side displacer 3 in the middle temperature chamber. The auxiliary chamber 20 of the auxiliary cylinder 19 divided by the auxiliary piston 18 and the high temperature chamber 5 of the high temperature side cylinder 4 communicate with a high temperature chamber communication passage 33 penetrating the high temperature side piston rod 25, The scavenging volume of the high temperature chamber 5 is set substantially larger than the scavenging volume of the high temperature side middle temperature chamber 5. Further, the lower end of the auxiliary piston 18 and the end of the low-temperature side piston rod 26 that passes through the low-temperature side middle-temperature chamber 8 provided in the low-temperature side displacer 6 are connected in two directions to a crank mechanism 31 attached to a rotating shaft installed in the crank chamber 32. , And reciprocate.
Reference numeral 22 denotes a high-temperature-side piston seal mounted on the outer periphery of the high-temperature-side displacer 3, 23 denotes a low-temperature-side piston seal mounted on the outer periphery of the low-temperature-side displacer 6, and 24 denotes an auxiliary piston seal mounted on the outer periphery of the auxiliary piston 18. is there. 28 is a high temperature side rod seal, and 29 is a low temperature side rod seal.

【0011】即ち、この実施例では、高温側シリンダ内
の中温室下部にピストンロッドを共用して補助シリンダ
19と補助ピストン18(図1ではクロスヘッドガイド
を兼用している)を設けたものであり、補助ピストン1
8の上側にできる作動室(高温室と同位相)を高温室4
に連通し容積変化量を増大している。補助シリンダ内径
及び補助ピストン外径は適切な値に設定され、高温室4
と補助室20は連通している。
That is, in this embodiment, an auxiliary cylinder 19 and an auxiliary piston 18 (also serving as a crosshead guide in FIG. 1) are provided by sharing a piston rod below the middle temperature chamber in the high temperature side cylinder. Yes, auxiliary piston 1
The working chamber (in phase with the high-temperature chamber) formed above the high-temperature chamber 4
And the volume change amount is increased. The inner diameter of the auxiliary cylinder and the outer diameter of the auxiliary piston are set to appropriate values.
And the auxiliary chamber 20 communicate with each other.

【0012】次にこの作用を説明すると、モータ等にて
回転されるクランク機構31が回転すれば、これに連動
する位相を90°ずらした高温側ディスプレーサ3と低
温側ディスプレーサ6がそれぞれ高温側シリンダ1と低
温側シリンダ2に対して往復運動する。
Next, the operation will be described. When the crank mechanism 31 rotated by a motor or the like rotates, the high-temperature side displacer 3 and the low-temperature side displacer 6 whose phases are shifted by 90 ° in conjunction therewith are respectively connected to the high-temperature side cylinder. 1 and the low-temperature side cylinder 2 reciprocate.

【0013】ここにおいて、図2の第1行程では、両デ
ィスプレーサ3,6の動作によって、低温側中温室8が
作動ガスで満たされるとともに、高温側中温室5にある
作動ガスの移動が生じる。これに伴って、機関内の作動
ガス圧力が上昇し、温度上昇した高温側中温室5のらの
作動ガスは高温部中温側熱交換器12を通過するときに
に暖房に寄与する熱を外部に放出する。
In the first step of FIG. 2, the operation of the displacers 3 and 6 causes the low-temperature medium-temperature chamber 8 to be filled with the working gas and the movement of the working gas in the high-temperature medium-temperature chamber 5 occurs. Along with this, the working gas pressure in the engine rises, and the working gas from the high temperature side middle temperature chamber 5 whose temperature has risen transfers heat contributing to heating when passing through the high temperature part middle temperature side heat exchanger 12 to the outside. To be released.

【0014】第2行程では、両ディスプレーサ3,6の
作動ガスによって、高温室4が作動ガスで満たされろと
ともに、低温側中温室8にある作動ガスの移動が生じ
る。これに伴って、機関内の作動ガス圧力はさらに上昇
し、温度上昇した低温側中温室8からの作動ガスは低温
部中温側熱交換器16を通過するときに暖房に寄与する
熱を外部に放出する。
In the second step, the high-temperature chamber 4 is filled with the working gas and the movement of the working gas in the low-temperature medium-temperature chamber 8 is caused by the working gas of the two displacers 3 and 6. Along with this, the working gas pressure in the engine further rises, and the working gas from the low temperature middle temperature chamber 8 whose temperature has risen passes heat contributing to heating to the outside when passing through the low temperature medium temperature heat exchanger 16. discharge.

【0015】第3行程では、両ディスプレーサ3,6の
作動によって、低温室7が作動ガスで満たされるととも
に、高温室4にある作動ガスの移動が生じる。これに伴
って、機関内の作動ガス圧力は低下し、温度降下した高
温室4からの作動ガスは高温側熱交換器10を通過する
ときに機関を駆動するための熱を外部から吸収する。
In the third step, the operation of the displacers 3 and 6 causes the low-temperature chamber 7 to be filled with the working gas and the movement of the working gas in the high-temperature chamber 4. Accordingly, the working gas pressure in the engine decreases, and the working gas from the high temperature chamber 4 whose temperature has dropped absorbs heat for driving the engine when passing through the high temperature side heat exchanger 10 from the outside.

【0016】更に、第4行程では、両ディスプレーサ
3,6の作動によって、高温側中温室5が作動ガスで満
たされるとともに、低温室7にある作動ガスの移動が生
じる。これに伴って、機関内の作動ガス圧力はさらに低
下し、温度降下した低温室7からの作動ガスは低温側熱
交換器14を通過するときに冷房に寄与する熱を外部か
ら吸収するものとなる。
Further, in the fourth step, the operation of the displacers 3 and 6 causes the high-temperature middle-temperature chamber 5 to be filled with the working gas and the movement of the working gas in the low-temperature chamber 7. Along with this, the working gas pressure in the engine further decreases, and the working gas from the low-temperature chamber 7 whose temperature has fallen absorbs heat that contributes to cooling from the outside when passing through the low-temperature side heat exchanger 14. Become.

【0017】いま、この掃気容積の変化を、更に図2に
示す作動空間内の容積Vと圧力Pの関係で詳述すると、
高温室4の掃気容積が高温側中温室5の掃気容積より増
大しているため、低温室7での吸熱のときに圧力降下量
が減少し(行程4の実線、なお点線は従来タイプの変化
量を示す)、吸熱量QC は減少する。これに対応して、
行程2における圧力上昇量が減少し(実線)、低温側中
温室8での放熱量QMlも減少する。このとき、高温室4
での吸収熱QH は高温室4における掃気容積の増大に係
わらず一定であるため、外部に対する軸出力は増大す
る。
Now, this change in the scavenging volume will be described in more detail with reference to the relationship between the volume V in the working space and the pressure P shown in FIG.
Since the scavenging volume of the high-temperature chamber 4 is larger than the scavenging volume of the high-temperature middle-temperature chamber 5, the amount of pressure drop decreases when heat is absorbed in the low-temperature chamber 7 (the solid line in the stroke 4, and the dotted line is a change of the conventional type). Amount), the endothermic amount QC decreases. Correspondingly,
The amount of pressure rise in the stroke 2 is reduced (solid line), and the amount of heat radiation QMl in the low temperature middle temperature chamber 8 is also reduced. At this time, the high temperature chamber 4
Is constant irrespective of the increase in the scavenging volume in the high-temperature chamber 4, the shaft output to the outside increases.

【0018】図3に示す他の実施例は、高温及び低温側
シリンダとは別に設けられた補助シリンダと補助ピスト
ンを持つものである。即ち、直角にずれた配置の高温側
シリンダ1と低温側シリンダ2とは別に補助ピストン1
8を備えた補助シリンダ19を設置する。この補助シリ
ンダ19の補助室20と高温側シリンダ1の高温室4と
を高温室連通路33で連絡し容積変化量を増大する構成
とする。図中、24は補助ピストン18の外周に装着し
た補助ピストンシールで、27は補助ピストンロッドを
示す。本実施例の場合には、前記第1の実施例と同様に
補助シリンダ内径及び補助ピストン外径は適切な値に選
定され、また、高温室4の容積変化量を増大するように
ピストン位相差は設定される。
Another embodiment shown in FIG. 3 has an auxiliary cylinder and an auxiliary piston provided separately from the high and low temperature side cylinders. That is, the auxiliary piston 1 is provided separately from the high temperature side cylinder 1 and the low temperature side cylinder 2 which are arranged at right angles.
An auxiliary cylinder 19 with 8 is installed. The auxiliary chamber 20 of the auxiliary cylinder 19 and the high temperature chamber 4 of the high temperature side cylinder 1 are connected by a high temperature chamber communication path 33 to increase the volume change. In the drawing, reference numeral 24 denotes an auxiliary piston seal mounted on the outer periphery of the auxiliary piston 18, and 27 denotes an auxiliary piston rod. In the case of the present embodiment, the inner diameter of the auxiliary cylinder and the outer diameter of the auxiliary piston are selected to appropriate values similarly to the first embodiment, and the piston phase difference is increased so as to increase the volume change of the high temperature chamber 4. Is set.

【0019】図4の実施例は、高温側シリンダ1及び高
温側ディスプレーサ3の高温室部分を中温室部分よりも
大きくして、高温室の容積を中温室よりも増大させたも
のである。即ち、高温側シリンダ1の形状を、高温室部
分が高温側中温室部分よりも大径シリンダ1aとした段
付き形状にすると共に、高温側ディスプレーサ3も前記
大径シリンダ内を往復動する部分を大径ディスプレーサ
3aとする段付き形状とし、高温室4の容積を中温室5
の容積よりも大きくしたものである。このときは、高温
室部にピストンシール22aを追加するものであり、両
ピストンシール間にできる空間はクランク室32と連
通、或いは大気開放にする。また、本実施例の場合には
高温室4の容積変化量を大きくするのみならず、高温室
4の容積変化量を小さくすることも可能であり、両者は
同様の効果が期待できる。21はクランク室連通路であ
る。
In the embodiment shown in FIG. 4, the high-temperature chamber portion of the high-temperature side cylinder 1 and the high-temperature side displacer 3 is made larger than the medium-temperature room portion, and the volume of the high-temperature room is made larger than that of the medium-temperature room. That is, the high temperature side cylinder 1 has a stepped shape in which the high temperature chamber portion has a larger diameter cylinder 1a than the high temperature side medium temperature chamber portion, and the high temperature side displacer 3 also has a portion which reciprocates in the large diameter cylinder. The large-diameter displacer 3a has a stepped shape, and the volume of the high-temperature chamber 4 is
Is larger than the volume. At this time, the piston seal 22a is added to the high temperature chamber, and the space formed between the two piston seals communicates with the crank chamber 32 or is opened to the atmosphere. Further, in the case of the present embodiment, not only the volume change amount of the high temperature chamber 4 can be increased but also the volume change amount of the high temperature chamber 4 can be reduced, and both can expect the same effect. 21 is a crank chamber communication passage.

【0020】図5は、各部位における作動ガス温度をサ
イクル中一定とし、各作動室の容積は正弦波状に変化す
るものと仮定した簡易的な計算によって求めた機関性能
を示すものである。図5から明らかなように、高温室の
容積変化量を中温室よりも大きくすることによって、軸
出力は増大する。
FIG. 5 shows the engine performance obtained by a simple calculation on the assumption that the working gas temperature in each part is constant during the cycle and the volume of each working chamber changes sinusoidally. As is clear from FIG. 5, the shaft output increases by making the volume change amount of the high temperature chamber larger than that of the medium temperature chamber.

【0021】図中、QC : 低温室の吸熱量、 QM
1:低温側中温室の放熱量 QH : 高温室の吸熱量、 QMh:高温側中温室の放
熱量 VH : 高温室の掃気容積、 ΔV:増分容積 W :外部に対する軸出力
In the figure, QC is the amount of heat absorbed in the low-temperature chamber, QM
1: Heat dissipation of low-temperature middle-temperature room QH: Heat absorption of high-temperature room, QMh: Heat dissipation of high-temperature, medium-temperature room VH: Scavenging volume of high-temperature room, ΔV: Incremental volume W: Shaft output to outside

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明は以上説明したように、高温部の
掃気容積に着眼し、中温室よりも高温室の掃気容積を意
図的に大きくすることによって、外部に対する軸出力の
増大が可能となる熱ガス機関を提供し得るものである。
As described above, the present invention focuses on the scavenging volume in the high-temperature section and intentionally increases the scavenging volume in the high-temperature chamber compared to the medium-temperature chamber, thereby increasing the shaft output to the outside. It is possible to provide a hot gas engine.

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

【図1】本発明の実施例を示す熱ガス機関の概略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram of a hot gas engine showing an embodiment of the present invention.

【図2】同熱ガス機関のサイクル基本行程図である。FIG. 2 is a basic cycle diagram of the heat gas engine.

【図3】第2の実施例の熱ガス機関の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a hot gas engine according to a second embodiment.

【図4】第3の実施例の熱ガス機関の概略図である。FIG. 4 is a schematic view of a hot gas engine according to a third embodiment.

【図5】本発明による効果の機関性能図である。FIG. 5 is an engine performance diagram of the effect of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 高温側シリンダ 2 低温側シリンダ 3 高温側ディスプレーサ 4 高温室 5 高温側中温室 6 低温側ディスプレーサ 7 低温室 8 低温側中温室 9 高温側ガス流路 10 高温側熱交換器 11 高温側再生器 12 高温部中温側熱交換器側 13 低温側ガス流路 14 低温側熱交換器 15 低温側再生器 16 低温部中温側熱交換器 17 連通路 18 補助ピストン 19 補助シリンダ 20 補助室 21 クランク室連通路 31 クランク機構 32 クランク室 33 低温室連通路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High temperature side cylinder 2 Low temperature side cylinder 3 High temperature side displacer 4 High temperature room 5 High temperature middle temperature room 6 Low temperature side displacer 7 Low temperature room 8 Low temperature side medium temperature room 9 High temperature side gas flow path 10 High temperature side heat exchanger 11 High temperature side regenerator 12 High-temperature part middle-temperature side heat exchanger side 13 Low-temperature side gas flow path 14 Low-temperature side heat exchanger 15 Low-temperature side regenerator 16 Low-temperature part medium-temperature side heat exchanger 17 Communication path 18 Auxiliary piston 19 Auxiliary cylinder 20 Auxiliary chamber 21 Crank chamber communication path 31 Crank mechanism 32 Crank chamber 33 Low temperature chamber communication passage

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02G 1/043 F02G 1/053 F25B 9/14 510 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F02G 1/043 F02G 1/053 F25B 9/14 510

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 作動ガスが封入された高温側シリンダ及
び低温側シリンダと、この高温側シリンダ内を高温室と
高温側中温室とに区画する高温側ディスプレーサと、前
記低温側シリンダ内を低温室と低温側中温室とに区画す
る低温側ディスプレーサと、この高温側ディスプレーサ
及び低温側ディスプレーサがそれぞれロッド及びリンク
機構を介して連結された回転軸と、前記高温室と高温側
中温室とをつなぐガス流路に配置された作動ガス加熱用
の高温側熱交換器、高温側再生器及び中温側熱交換器
と、前記低温室と低温側中温室とをつなぐガス流路に配
置された低温側熱交換器、低温側再生器及び中温側熱交
換器とから成る熱ガス機関において、前記高温室に補助
シリンダを設け、この補助シリンダ内に前記高温側ディ
スプレーサのロッドと連繋して往復動する補助ピストン
を設けたことを特徴とする熱ガス機関。
1. A high-temperature side cylinder and a low-temperature side cylinder filled with a working gas, a high-temperature side displacer for partitioning the high-temperature side cylinder into a high-temperature chamber and a high-temperature medium-temperature chamber, and a low-temperature chamber in the low-temperature side cylinder. And a low-temperature side displacer partitioned into a low-temperature side medium-temperature room, a high-temperature side displacer and a low-temperature side displacer connected to each other via a rod and a link mechanism, and a gas connecting the high-temperature room and the high-temperature side medium-temperature room. A high-temperature heat exchanger for heating the working gas, a high-temperature regenerator and a medium-temperature heat exchanger disposed in the flow path, and a low-temperature heat disposed in a gas flow path connecting the low-temperature chamber and the low-temperature medium-temperature chamber. In a hot gas engine comprising an exchanger, a low temperature side regenerator and a medium temperature side heat exchanger, an auxiliary cylinder is provided in the high temperature chamber, and a rod of the high temperature side displacer is provided in the auxiliary cylinder. A hot gas engine having an auxiliary piston that reciprocates in a linked manner.
【請求項2】 作動ガスが封入された高温側シリンダ及
び低温側シリンダと、この高温側シリンダ内を高温室と
高温側中温室とに区画する高温側ディスプレーサと、前
記低温側シリンダ内を低温室と低温側中温室とに区画す
る低温側ディスプレーサと、この高温側ディスプレーサ
及び低温側ディスプレーサがそれぞれロッド及びリンク
機構を介して連結された回転軸と、前記高温室と高温側
中温室とをつなぐガス流路に配置された作動ガス加熱用
の高温側熱交換器と高温側再生器及び中温側熱交換器
と、前記低温室と低温側中温室とをつなぐガス流路に配
置された低温側熱交換器と低温側再生器及び中温側熱交
換器とから成る熱ガス機関において、前記高温側シリン
ダは前記高温室部分を前記高温側中温室部分よりも大径
シリンダとした段付き形状を有し、前記高温側ディスプ
レーサは前記大径シリンダ内を往復動する部分を大径デ
ィスプレーサとした段付き形状を有していることを特徴
とする熱ガス機関。
2. A high-temperature side cylinder and a low-temperature side cylinder filled with a working gas; a high-temperature side displacer for dividing the inside of the high-temperature side cylinder into a high-temperature chamber and a high-temperature medium-temperature chamber; And a low-temperature side displacer partitioned into a low-temperature side medium-temperature room, a high-temperature side displacer and a low-temperature side displacer connected to each other via a rod and a link mechanism, and a gas connecting the high-temperature room and the high-temperature side medium-temperature room. A high-temperature heat exchanger for heating working gas, a high-temperature regenerator and a medium-temperature heat exchanger disposed in the flow path; and a low-temperature heat disposed in a gas flow path connecting the low-temperature chamber and the low-temperature medium-temperature chamber. In a hot gas engine comprising an exchanger, a low-temperature side regenerator and a medium-temperature side heat exchanger, the high-temperature side cylinder has a step in which the high-temperature chamber portion has a larger diameter cylinder than the high-temperature side medium-temperature chamber portion. A hot gas displacer having a stepped shape, wherein the high temperature side displacer has a large diameter displacer in a portion reciprocating in the large diameter cylinder.
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