【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧ガスを封入したシリンダ内に作動体を配置し、作動体の往復運動により前記高圧ガスを急激に膨張させることにより外部の熱量を吸収して、外部の温度を下げるスターリングエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来のスターリングエンジンの構造を示す断面図である。図において８１はシリンダ状の圧力容器を示し、この圧力容器８１内に媒体として高圧のヘリウムガス（以下、ガスという）を封入している。圧力容器８１の内部には、該圧力容器８１と中心軸を一致させて、貫通孔８２ａを有した円柱状のピストン８２が配置してあり、また該ピストン８２の貫通孔８２ａを貫通する貫通部８３ａを一端に備えた円柱状のディスプレーサ８３も配置している。
【０００３】
ピストン８２は、リニアモータ等からなるピストン駆動体（図示せず）により、圧力容器８１の軸方向にリニア駆動され、圧力容器８１内のガスの圧縮及び膨張を行っている。尚、ピストン８２は所定領域を逸脱しないように、ディスプレーサ８３側と反対側の圧力容器８１の端部（図において右端）にばね８４により支持されている。
ディスプレーサ８３も同様に所定領域を逸脱しないように、貫通部８３ａの先端を圧力容器８１の端部（図において右端）にばね８５により支持されている。ピストン８２がディスプレーサ８３の方向（図において左方向）に運動することにより、ピストン８２とディスプレーサ８３との間のガスが圧縮され、それによりディスプレーサ８３がピストン８２側と反対方向（図において左方向）に運動する。次にピストン８２がディスプレーサ８３側と反対方向（図において右方向）に運動することにより、ピストン８２とディスプレーサ８３との間のガスが膨張し、ディスプレーサ８３はピストン８２の方向（図において右方向）に運動する。ピストン８２が往復運動を繰り返すことにより、ディスプレーサ８３も上述の運動を繰り返して、ガスの圧縮及び膨張を行っている。
【０００４】
ディスプレーサ８３のピストン８２側と反対側の圧力容器８１の端部（図において左端）は冷却部９０として構成され、冷却部９０とディスプレーサ８３との間のガスが膨張する際に、前記冷却部９０は外部の熱を吸収し、外部の温度を下げる作用を行っている。
【０００５】
スターリングエンジンの運転中は、ピストン８２及びディスプレーサ８３は高速で往復運動を行うため、ピストン８２及びディスプレーサ８３と、圧力容器８１との夫々の摺動部での摩擦が、スターリングエンジンの性能及び信頼性に大きく影響を及ぼす。従って前記摺動部での低摩擦化が図られている。
【０００６】
以下、前記摺動部における低摩擦化のためのピストン８２の構造を説明する。尚、ディスプレーサ８３も同様の構造を用いている。
ピストン８２は貫通孔８２ａを有した円柱状をなし、周壁の内部には、前記貫通孔８２ａと中心軸を一致させた円筒状の加圧室８６を備えている。ピストン８２のディスプレーサ８３側の側壁（図においては左側）は、加圧室８６の外部から内部方向の一方向弁８７を有しており、ピストン８２及びディスプレーサ８３の往復運動により圧縮された高圧ガスが、前記一方向弁８７を通じて加圧室８６に流入して蓄えられ、これにより加圧室８６内は高い圧力が維持される。
【０００７】
ピストン８２の外周壁の略中央部には、ガス噴出口８８，８８が複数（例えば４等配）設けてあり、加圧室８６内に環状の多孔質体８９を配置することにより、前記ガス噴出口８８，８８の加圧室８６側の開口端が塞がれている。多孔質体８９は環状をなしているため、一つの多孔質体８９により全てのガス噴出口８８，８８を塞いでいる。
加圧室８６内の高圧ガスは、多孔質体８９を介してガス噴出口８８，８８よりピストン８２と圧力容器８１との摺動部に噴出する。前記高圧ガスが多孔質体８９を介して噴出することにより、高圧ガスの流れに含まれる塵等が多孔質体８９に捕捉されるとともに、ガスの噴出量を減少し、ピストン８２と圧力容器８１との摺動部の低摩擦化を図ることができる。
また上述の構成をディスプレーサ８３の内部に設けることにより、ディスプレーサ８３と圧力容器８１との摺動部の低摩擦化を図ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の構成のスターリングエンジンでは、夫々のガス噴出口８８，８８からのガスの噴出量を均等にすることにより、ピストン８２及びディスプレーサ８３が、圧力容器８１に対して低摩擦で安定して往復運動を行うことができる。
しかし、ピストン８２、ディスプレーサ８３及び多孔質体８９の形状精度のばらつきにより、多孔質体８９と、ピストン８２又はディスプレーサ８３との密着力が均一にならない。またスターリングエンジンの運転中は、ピストン８２及びディスプレーサ８３は高速で往復運動を行っているため、前記密着力が弱い場合、多孔質体９０が所定位置から移動する場合がある。従って、ガスの流路が安定しないため、夫々のガス噴出口からのガスの噴出量が一定せず、ピストン８２及びディスプレーサ８３が安定に往復運動することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、多孔質体の作動体の周壁との接触面及び前記作動体の周壁の内面の一方又は両方の一部又は全部にテーパ面を備え、多孔質体の外径が小さい部分を、作動体内部の加圧室の内径が大きい箇所から挿入することにより、テーパ面に拡径又は縮径しようとする荷重が加わり、多孔質体の加圧室への挿入後、前記テーパ面に縮径又は拡径しようとする復元力が生じ、多孔質体と作動体の周壁との密着力が強いスターリングエンジンを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的は、多孔質体の作動体の周壁との接触面に、粘性を有する合成樹脂材料からなる拘止部を備え、多孔質体を前記拘止部を介して作動体に拘止することにより、多孔質体が前記拘止部の粘性により所定位置から移動しないスターリングエンジンを提供することにある。
【００１１】
本発明の更に多の目的は、拘止部を、作動体の周壁の内面の貫通孔の周縁を包囲するように設け、多孔質体を前記拘止部を介して作動体に拘止することにより、多孔質体の外周部からのガスの流出損失を低減するスターリングエンジンを提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、多孔質体に切り欠き部分又はスリットを設けることにより、切り欠き部分又はスリットの幅を縮小させて多孔質体の外径を変化させることができ、加圧室への挿入が容易となり、多孔質体の加圧室への挿入後、切り欠き部分又はスリットに拡幅しようとする復元力が生じることにより、多孔質体と作動体の周壁との密着力が強いスターリングエンジンを提供することにある。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、加圧室に段差部を設け、多孔質体に凸部を設け、多孔質体を加圧室内に挿入する際に、前記段差部により前記凸部を掛止することにより、多孔質体の加圧室内の所定位置への配置が容易であるスターリングエンジンを提供することにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、加圧室に貫通孔の開口端を隔てた二箇所に段差部を備え、多孔質体と二箇所の段差部夫々とが接合することにより、多孔質体の外周部からのガスの流出を低減するスターリングエンジンを提供することにある。
【００１５】
本発明の更に他の目的は、多孔質体をピンにより作動体の周壁に固定することにより、多孔質体が所定位置から移動しないスターリングエンジンを提供することにある。
【００１６】
本発明の更に他の目的は、上述の多孔質体を合成樹脂材料により形成することにより、多孔質体の作動体への密着力を強化でき、また多孔質体を備えるピストンの軽量化が図られ、エンジン運転時の振動及び騒音を低減できるスターリングエンジンを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るスターリングエンジンは、シリンダ内に摺動自在に配置された作動体の往復運動により発生する高圧ガスを、前記作動体の内部に設けた加圧室に蓄え、該加圧室内の高圧ガスを、前記作動体の周壁の内側に備えた多孔質体を介して、前記周壁に設けた貫通孔から前記作動体と前記シリンダとの摺動部に噴出するスターリングエンジンにおいて、前記多孔質体の前記作動体の周壁との接触面及び前記作動体の周壁の内面の一方又は両方の一部又は全部にテーパ面を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明による場合は、多孔質体がテーパ面を有し、該多孔質体を外径が小さい部分から、作動体内部の加圧室へ挿入することにより、前記テーパ面に縮径しようとする荷重が加わり、これにより多孔質体の加圧室への挿入後、前記テーパ面に拡径しようとする復元力が生じるため、多孔質体と作動体との密着力が強くなる。また、作動体の周壁の内側がテーパ面を有し、加圧室の内径が大きい箇所から多孔質体を挿入することにより、前記テーパ面に拡径しようとする荷重が加わり、加圧室への挿入後、前記テーパ面に縮径しようとする復元力が生じるため、多孔質体と作動体との密着力が強くなる。従って、エンジン運転中も多孔質体が所定位置から移動せず、ガスの流路を安定させることができ、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。
【００１９】
本発明に係るスターリングエンジンは、シリンダ内に摺動自在に配置された作動体の往復運動により発生する高圧ガスを、前記作動体の内部に設けた加圧室に蓄え、該加圧室内の高圧ガスを、前記作動体の周壁の内側に備えた多孔質体を介して、前記周壁に設けた貫通孔から前記作動体と前記シリンダとの摺動部に噴出するスターリングエンジンにおいて、前記多孔質体は、前記作動体の周壁との接触面の一部又は全部に、粘性を有する合成樹脂材料からなり、前記周壁に拘止されるべき拘止部を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明による場合は、拘止部が粘性を有し、多孔質体を前記拘止部を介して作動体内部の加圧室に配置することにより、前記拘止部の粘性が、多孔質体と作動体との拘束力を高める。従って、エンジン運転中も多孔質体が所定位置から移動せず、ガスの流路を安定させることができ、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。
【００２１】
本発明に係るスターリングエンジンは、拘止部を、作動体の周壁の内面に貫通孔の周縁を包囲すべく設けてあることを特徴とする。
本発明による場合は、拘止部が貫通孔の周縁を包囲するように設けられ、多孔質体が前記拘止部を介して作動体に拘止されることにより、多孔質体の外周部からのガスの噴出損失を低減することができる。従って、ガスの流路を安定させることができ、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。
【００２２】
本発明に係るスターリングエンジンは、シリンダ内に摺動自在に配置された作動体の往復運動により発生する高圧ガスを、前記作動体の内部に設けた加圧室に蓄え、該加圧室内の高圧ガスを、前記作動体の周壁の内側に備えた多孔質体を介して、前記周壁に設けた貫通孔から前記作動体と前記シリンダとの摺動部に噴出するスターリングエンジンにおいて、前記多孔質体は、周方向の一部を切り欠いてある環体であることを特徴とする。
【００２３】
本発明に係るスターリングエンジンは、前記多孔質体が、前記作動体の周壁の内面の貫通孔の開口端を除いた面に、切り欠き部分を配置していることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係るスターリングエンジンは、シリンダ内に摺動自在に配置された作動体の往復運動により発生する高圧ガスを、前記作動体の内部に設けた加圧室に蓄え、該加圧室内の高圧ガスを、前記作動体の周壁の内側に備えた多孔質体を介して、前記周壁に設けた貫通孔から前記作動体と前記シリンダとの摺動部に噴出するスターリングエンジンにおいて、前記多孔質体は、外周面に軸方向のスリットを有する環体であることを特徴とする。
【００２５】
本発明による場合は、切り欠き部分又はスリットの幅を縮小させて多孔質体の外径を変化させることにより、多孔質体の加圧室への挿入が容易となる。また多孔質体の加圧室への挿入後、切り欠き部分又はスリットに拡幅しようとする復元力が生じることにより、多孔質体と作動体の周壁との密着力が強くなる。従って、エンジン運転中も多孔質体が所定位置から移動せず、ガスの流路を安定させることができ、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。
【００２６】
本発明に係るスターリングエンジンは、シリンダ内に摺動自在に配置された作動体の往復運動により発生する高圧ガスを、前記作動体の内部に設けた加圧室に蓄え、該加圧室内の高圧ガスを、前記作動体の周壁の内側に備えた多孔質体を介して、前記周壁に設けた貫通孔から前記作動体と前記シリンダとの摺動部に噴出するスターリングエンジンにおいて、前記加圧室は、前記作動体の運動方向に垂直な段差部を有し、前記多孔質体は前記段差部により掛止すべき凸部を有していることを特徴とする。
本発明による場合は、多孔質体を加圧室内に挿入する際に、加圧室内の段差部により多孔質体に備えた凸部が掛止することにより、多孔質体の加圧室内の所定位置への配置が容易である。
【００２７】
本発明に係るスターリングエンジンは、加圧室が、貫通孔の開口端を隔てた二箇所に段差部を設けていることを特徴とする。
本発明による場合は、加圧室が貫通孔の開口端を隔てた二箇所に段差部を備え、多孔質体が各段差部と接合することにより、その接合面がガスの噴出損失を低減する。ガスの流出損失を低減することによりガスの流路が安定し、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。
【００２８】
本発明に係るスターリングエンジンは、シリンダ内に摺動自在に配置された作動体の往復運動により発生する高圧ガスを、前記作動体の内部に設けた加圧室に蓄え、該加圧室内の高圧ガスを、前記作動体の周壁の内側に備えた多孔質体を介して、前記周壁に設けた貫通孔から前記作動体と前記シリンダとの摺動部に噴出するスターリングエンジンにおいて、前記多孔質体は、ピンにより前記作動体の周壁に固定していることを特徴とする。
本発明による場合は、多孔質体をピンにより作動体の周壁に固定することにより、多孔質体が所定位置から移動しない。従って、ガスの流路を安定させることができ、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。
【００２９】
本発明に係るスターリングエンジンは、前記多孔質体が、合成樹脂材料からなることを特徴とする。
本発明による場合は、多孔質体を合成樹脂材料により形成することにより、多孔質体の作動体への密着力を強化できる。従ってエンジン運転中も多孔質体が所定位置から移動せず、ガスの流路を安定させることができ、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。また、ピストンの軽量化が図られ、エンジン運転時の振動及び騒音を低減することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は本発明に係るスターリングエンジンの構造を示す断面図である。図１において１はシリンダ状に形成された圧力容器を示し、この圧力容器１内に媒体として高圧のガスを封入している。圧力容器１の内部には、該圧力容器１と中心軸を一致させて、貫通孔２ａ（図２参照）を有する円柱状のピストン２が配置してあり、また該ピストン２の貫通孔２ａを貫通する貫通部３ａを一端に備えた円柱状のディスプレーサ３も配置している。
【００３１】
ピストン２は、リニアモータ等からなるピストン駆動体（図示せず）により、圧力容器１の軸方向にリニア駆動され、圧力容器１内のガスの圧縮及び膨張を行っている。尚、ピストン２は、所定領域を逸脱しないように、ディスプレーサ３側と反対側の圧力容器１の端部（図において右端）にばね４により支持されている。
ディスプレーサ３も同様に所定領域を逸脱しないように、貫通部３ａの先端を圧力容器１の端部（図において右端）にばね５により支持されている。ピストン２がディスプレーサ３の方向（図において左方向）に運動することにより、ピストン２とディスプレーサ３との間のガスが圧縮され、それによりディスプレーサ３がピストン２側と反対方向（図において左方向）に運動する。次にピストン２がディスプレーサ３側と反対方向（図において右方向）に運動することにより、ピストン２とディスプレーサ３との間のガスが膨張し、ディスプレーサ３はピストン２の方向（図において右方向）に運動する。ピストン２が往復運動を繰り返すことにより、ディスプレーサ３も上述の運動を繰り返して、ガスの圧縮及び膨張を行っている。
【００３２】
ディスプレーサ３のピストン２側と反対側の圧力容器１の端部（図において左端）は冷却部６として構成され、冷却部６とディスプレーサ３との間のガスが膨張する際に、前記冷却部６は外部の熱を吸収し、外部の温度を下げる作用を行っている。
【００３３】
図２は図１におけるピストン２の拡大図である。ピストン２はアルミニウム合金により、圧力容器１の内径より少し小さい外径を有し、中心に貫通孔２ａを設けた円柱状に形成されている。ピストン２の周壁の内部には、前記貫通孔２ａと中心軸を一致させた円筒状の加圧室２０を設けている。
ピストン２のディスプレーサ３側の一端（図において左側）は、加圧室２０の外部から内部方向の一方向弁２３を有しており、ピストン２及びディスプレーサ３の往復運動により圧縮された高圧ガスが、前記一方向弁２３を通じて加圧室２０に流入して蓄えられ、これにより加圧室２０内は高い圧力状態が維持される。
【００３４】
ピストン２の他端（図において右側）は、開閉可能な蓋体２２に形成されている。加圧室２０は蓋体２２を有する端部から軸方向に向かって内径が小さく形成され、その結果、ピストン２の周壁の内面は、軸方向に対して傾斜角度を有するテーパ面２４として構成している。
ピストン２は型成形により製造され、前記テーパ面２４は型からピストン２を抜き出す際に用いる傾斜面により形成されるものである。
【００３５】
ピストン２の外周壁の略中央部には、加圧室２０側から貫通孔２５及び凹部２６からなるガス噴出口が複数（例えば４等配）設けている。また加圧室２０内に、空孔率３０％のポリエチレンにより環状に形成された多孔質体２１を配置することにより、前記ガス噴出口の加圧室２０側の開口端を塞いでいる。また多孔質体２１のピストン２との接触面の全体は、前記テーパ面２４と同程度の傾斜角度を有している。多孔質体２１に備える空孔の直径は６μｍ程度である。尚、空孔率とは単位体積あたりに対する空孔の合計体積の占める割合を示すものとする。加圧室２０内のガスは、多孔質体２１を介して貫通孔２５及び凹部２６を通過して、ピストン２と圧力容器１との間の摺動部に噴出される。
【００３６】
多孔質体２１の加圧室２０への挿入は、蓋体２２を開けて多孔質体２１を、外径が小さい端部から加圧室２０内に挿入し、所定位置に配置した後、蓋体２２を閉じることで行う。
多孔質体２１を加圧室２０に挿入する場合、多孔質体２１の破壊を防止するため荷重を５〜１０ｋｇｆに制御して挿入することが望ましい。
【００３７】
上述した構成のガス噴出口部を備えたスターリングエンジンでは、加圧室２０が蓋体２２から内部方向に向かって内径が小さくなるように形成され、多孔質体２１の外周面も同程度の傾斜角度を有することにより、多孔質体２１を、蓋体２２から軸方向に押し込むほど、多孔質体２１とピストン２の外周壁との密着力が強くなり、ガスの噴出損失を防止して、ピストン２と圧力容器１との間の摺動部へのガスの噴出量を安定させることができる。
【００３８】
上述の実施の形態では、多孔質体２１の外周面及びピストン２の多孔質体２１との接触面が傾斜角度を有しているが、多孔質体２１の外周面及びピストン２の多孔質体２１との接触面の一方が、傾斜角度を有するようにしてもよい。
【００３９】
（実施の形態２）
図３は実施の形態２におけるピストン２の軸方向の断面図である。本実施の形態におけるピストン２の内部に備えた加圧室３０は、貫通孔２ａと中心軸を一致させた円筒状をなし、該加圧室３０内に空孔率３０％のポリエチレンにより環状に形成された多孔質体３１を配置することにより、ガス噴出口の加圧室３０側の開口端を塞いでいる。
多孔質体３１のピストン２との接触面には、両開口端から適宜の領域に、室温で硬化する合成樹脂材料からなる拘止部３２，３２が塗布されている。
拘止部３２として粘性の低い材料を用いた場合、多孔質体３１が拘止部３２を吸収し、多孔質体３１に備える空孔をつぶしてしまうため、粘性の高い材料を選択することが望ましい。
【００４０】
上述した構成のガス噴出口部を備えたスターリングエンジンでは、多孔質体３１のピストン２との接触面に、粘性を有する拘止部３２，３２を塗布することにより、多孔質体３１が拘止部３２，３２を介してピストン２に拘束され、エンジン運転中も多孔質体３１が所定位置から移動せず、また拘止部３２，３２により多孔質体３１の外周部からのガスの噴出損失を防止して、ピストン２と圧力容器１との間の摺動部へのガスの噴出量を安定させることができる。
【００４１】
尚、ピストン２について上述した実施の形態１と同様の構造であるものは、同様の符号を付けて説明を省略する。またスターリングエンジン全体の構造は実施の形態１と同様であるので省略する。
【００４２】
（実施の形態３）
図４は実施の形態３における多孔質体の中心軸に垂直方向の断面図である。図４において４０は多孔質体を示し、この多孔質体４０は、空孔率３０％のポリエチレンにより加圧室３０の外径より少し大きい外径を有した環状に形成されている。また多孔質体４０は、周方向に適宜の幅の切り欠き部４１を備えている。
【００４３】
上述した構成の多孔質体４０を備えたスターリングエンジンでは、多孔質体４０を加圧室３０の内径よりも少し大きく形成し、周方向に切り欠き部４１を備えることにより、切り欠き部４１の幅を縮小させて多孔質体４０の外径を小さくすることでき、加圧室３０への挿入が容易となる。また多孔質体４０の加圧室３０への挿入後、切り欠き部４１に復元力が生じることにより、多孔質体４０とピストン２の周壁との密着力が強くなり、ガスの噴出損失を防止して、ピストン２と圧力容器１との間の摺動部へのガスの噴出量を安定させることができる。
尚、ピストン及びスターリングエンジンの構造は上述した実施の形態２と同様であるので省略する。
【００４４】
（実施の形態４）
図５は実施の形態４における多孔質体の斜視図である。図５において５０は多孔質体を示し、この多孔質体５０は、空孔率３０％のポリエチレンにより環状に形成され、外周面に各開口端から軸方向に適宜の長さを有するスリット５１，５１…を夫々１２個交互に設けている。
【００４５】
上述した構成の多孔質体５０を有するスターリングエンジンでは、多孔質体５０のピストン２との接触面に複数のスリット５１，５１…を形成することにより、スリット５１，５１…の幅を縮小させて多孔質体５０の外径を小さくすることができ、加圧室３０への挿入が容易となる。また多孔質体５０の加圧室３０への挿入後、スリット５１，５１…に復元力が生じることにより、多孔質体５０とピストン２の周壁との密着力が強くなり、ガスの噴出損失を防止して、ピストン２と圧力容器１との間の摺動部へのガスの噴出量を安定させることができる。
尚、ピストン及びスターリングエンジンの構造は上述した実施の形態２と同様であるので省略する。
【００４６】
（実施の形態５）
図６は実施の形態５におけるピストン２の軸方向の断面図である。本実施の形態におけるピストン２内部の加圧室６０は、ガス噴出口の加圧室６０側の開口端を隔てた二箇所に、軸方向に垂直な段差部６２，６３を有している。該段差部６２，６３は、蓋体２２から軸方向に向かって、内径が段階的に小さくなるように形成されている。尚、段差部６２，６３の長さは、多孔質体６１の外周部からのガスの噴出損失を防止するために、１ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００４７】
加圧室６０内のガス噴出口付近に、空孔率３０％のポリエチレンにより環状に形成された多孔質体６１を配置することにより、前記ガス噴出口の加圧室６０側の開口端を塞いでいる。多孔質体６１の外周面には、一端から適宜領域まで肉厚を太くすることによる凸部を備えている。
【００４８】
上述した構成の加圧室６０を有するスターリングエンジンでは、多孔質体６１を加圧室６０に挿入する際、多孔質体６１を凸部を有しない端部から加圧室６０内に挿入する。多孔質体６１の凸部は、段差部６２と接合するため、多孔質体６１の加圧室６０内への位置決めが容易となる。また多孔質体６１の凸部を有しない端部が段差部６３と接合することにより、段差部６２，６３による接合面がガスの噴出損失を防止して、ピストン２と圧力容器１との間の摺動部へのガスの噴出量を安定させることができる。
尚、ピストン２について上述した実施の形態１と同様の構造であるものは、同様の符号を付けて説明を省略している。またスターリングエンジン全体の構造は実施の形態１と同様であるので省略する。
【００４９】
（実施の形態６）
図７は実施の形態６におけるピストン２の軸方向の断面図である。本実施の形態におけるピストン２内部の加圧室７０は、貫通孔２ａと中心軸を一致させた円筒状をなしている。ピストン２の外周壁の内面には、ガス噴出口から適宜距離を隔てた位置に、略同一円状にピン７３，７３…の先端部が挿入できる小孔７２，７２…を複数設けている。加圧室７０内のガス噴出口付近に、空孔率３０％のポリエチレンにより環状に形成された多孔質体７１を配置することにより、前記ガス噴出口の加圧室７０側の開口端を塞いでいる。
【００５０】
上述した構成の加圧室７０を有するスターリングエンジンでは、多孔質体７１を加圧室７０内に挿入する際、多孔質体７１を所定位置に配置した後、ピン７３，７３…を多孔質体７１に貫通させ、さらにピン７３，７３…の先端部を、加圧室７０の外周面に備えた小孔７２，７２…に挿入する。その後、接着剤によりピン７３，７３…の先端部を小孔７２，７２…に固定することにより、多孔質体７１はエンジン運転中でも所定位置から移動することがない。従って、ガスの流路を安定することができ、ピストン２と圧力容器１との間の摺動部へのガスの噴出量を安定させることができる。
尚、ピストン２について上述した実施の形態１と同様の構造であるものは、同様の符号を付けて説明を省略している。またスターリングエンジン全体の構造は実施の形態１と同様であるので省略する。
【００５１】
上述した実施の形態１乃至６では、多孔質体をポリエチレンにより形成しているが、他の合成樹脂材料を用いてもよく、また合成樹脂材料以外のものを用いてもよい。
また、上述の実施の形態においては、ピストン２に設けられたガス噴出口部の構造について説明したが、図１に示すディスプレーサ３においても、同様の構造のガス噴出口部を備えるようにしてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明による場合は、多孔質体がテーパ面を有し、該多孔質体を外径が小さい部分から、作動体内部の加圧室へ挿入することにより、前記テーパ面に縮径しようとする荷重が加わり、これにより多孔質体の加圧室への挿入後、前記テーパ面に拡径しようとする復元力が生じるため、多孔質体と作動体との密着力が強くなる。また、作動体の周壁の内側がテーパ面を有し、加圧室の内径が大きい箇所から多孔質体を挿入することにより、前記テーパ面に拡径しようとする荷重が加わり、加圧室への挿入後、前記テーパ面に縮径しようとする復元力が生じるため、多孔質体と作動体との密着力が強くなる。従って、エンジン運転中も多孔質体が所定位置から移動せず、ガスの流路を安定させることができ、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。
【００５３】
本発明による場合は、拘止部が粘性を有し、多孔質体を前記拘止部を介して作動体内部の加圧室に配置することにより、前記拘止部の粘性が、多孔質体と作動体との拘束力を高める。従って、エンジン運転中も多孔質体が所定位置から移動せず、ガスの流路を安定させることができ、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。
【００５４】
本発明による場合は、拘止部が貫通孔の周縁を包囲するように設けられ、多孔質体が前記拘止部を介して作動体に拘止されることにより、多孔質体の外周部からのガスの噴出損失を低減することができる。従って、ガスの流路を安定させることができ、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。
【００５５】
本発明による場合は、切り欠き部分又はスリットの幅を縮小させて多孔質体の外径を変化させることにより、多孔質体の加圧室への挿入が容易となる。また多孔質体の加圧室への挿入後、切り欠き部分又はスリットに拡幅しようとする復元力が生じることにより、多孔質体と作動体の周壁との密着力が強くなる。従って、エンジン運転中も多孔質体が所定位置から移動せず、ガスの流路を安定させることができ、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。
【００５６】
本発明による場合は、多孔質体を加圧室内に挿入する際に、加圧室内の段差部により多孔質体に備えた凸部が掛止することにより、多孔質体の加圧室内の所定位置への配置が容易である。
【００５７】
本発明による場合は、加圧室が貫通孔の開口端を隔てた二箇所に段差部を備え、多孔質体が各段差部と接合することにより、その接合面がガスの噴出損失を低減する。ガスの噴出損失を低減することにより、ガスの流路が安定し、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。
【００５８】
本発明による場合は、多孔質体をピンにより作動体の周壁に固定することにより、多孔質体が所定位置から移動しない。従って、ガスの流路を安定させることができ、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。
【００５９】
本発明による場合は、多孔質体を合成樹脂材料により形成することにより、多孔質体の作動体への密着力を強化できる。従ってエンジン運転中も多孔質体が所定位置から移動せず、ガスの流路を安定させることができ、各ガス噴出口からのガスの噴出量を均等にすることにより、作動体が安定して往復運動することができる。また、ピストンの軽量化が図られ、エンジン運転時の振動及び騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスターリングエンジンの構造を示す断面図である。
【図２】図１におけるピストンの拡大図である。
【図３】実施の形態２におけるピストンの断面図である。
【図４】実施の形態３における多孔質体の断面図である。
【図５】実施の形態４における多孔質体の斜視図である。
【図６】実施の形態５におけるピストンの断面図である。
【図７】実施の形態６におけるピストンの断面図である。
【図８】従来のスターリングエンジンの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 圧力容器
２ ピストン
３ ディスプレーサ
２０，３０，６０，７０ 加圧室
２１，３１，４０，５０，６１，７１ 多孔質体
４１ 切り欠き部
５１ スリット
６２，６３ 段差部
７３ ピン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a Stirling engine in which a working body is disposed in a cylinder filled with high-pressure gas, and the high-pressure gas is rapidly expanded by reciprocating motion of the working body to absorb external heat and lower the external temperature. Is.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a sectional view showing the structure of a conventional Stirling engine. In the figure, reference numeral 81 denotes a cylindrical pressure vessel, and high pressure helium gas (hereinafter referred to as gas) is sealed in the pressure vessel 81 as a medium. A cylindrical piston 82 having a through hole 82a is disposed inside the pressure vessel 81 so that the central axis thereof coincides with the pressure vessel 81, and a through portion that penetrates the through hole 82a of the piston 82 A columnar displacer 83 provided with one end 83a is also arranged.
[0003]
The piston 82 is linearly driven in the axial direction of the pressure vessel 81 by a piston drive body (not shown) made of a linear motor or the like, and compresses and expands the gas in the pressure vessel 81. The piston 82 is supported by a spring 84 at the end (the right end in the figure) of the pressure vessel 81 on the side opposite to the displacer 83 so as not to deviate from a predetermined region.
Similarly, the tip of the penetrating portion 83a is supported by the end portion (right end in the drawing) of the pressure vessel 81 with a spring 85 so that the displacer 83 does not deviate from the predetermined region. When the piston 82 moves in the direction of the displacer 83 (leftward in the figure), the gas between the piston 82 and the displacer 83 is compressed, whereby the displacer 83 is opposite to the piston 82 side (leftward in the figure). Exercise. Next, when the piston 82 moves in the direction opposite to the displacer 83 side (rightward in the figure), the gas between the piston 82 and the displacer 83 expands, and the displacer 83 moves in the direction of the piston 82 (rightward in the figure). Exercise. When the piston 82 repeats the reciprocating motion, the displacer 83 also repeats the above motion to compress and expand the gas.
[0004]
The end (left end in the figure) of the pressure vessel 81 opposite to the piston 82 side of the displacer 83 is configured as a cooling unit 90, and when the gas between the cooling unit 90 and the displacer 83 expands, the cooling unit 90 Absorbs external heat and lowers the external temperature.
[0005]
During operation of the Stirling engine, the piston 82 and the displacer 83 reciprocate at a high speed, so that friction at each sliding portion between the piston 82 and the displacer 83 and the pressure vessel 81 causes performance and reliability of the Stirling engine. Greatly affects Therefore, the friction at the sliding portion is reduced.
[0006]
Hereinafter, the structure of the piston 82 for reducing friction in the sliding portion will be described. The displacer 83 has a similar structure.
The piston 82 has a columnar shape having a through hole 82a, and a cylindrical pressurizing chamber 86 having a central axis coinciding with the through hole 82a is provided inside the peripheral wall. The side wall (left side in the figure) of the piston 82 on the side of the displacer 83 has a one-way valve 87 in the direction from the outside to the inside of the pressurizing chamber 86, and the high pressure gas compressed by the reciprocating motion of the piston 82 and the displacer 83. However, it flows into the pressurizing chamber 86 through the one-way valve 87 and is stored, whereby a high pressure is maintained in the pressurizing chamber 86.
[0007]
A plurality of (for example, four equally spaced) gas outlets 88, 88 are provided in the substantially central portion of the outer peripheral wall of the piston 82, and an annular porous body 89 is disposed in the pressurizing chamber 86, whereby the gas The opening ends of the jet outlets 88, 88 on the pressurizing chamber 86 side are closed. Since the porous body 89 has an annular shape, all the gas ejection ports 88 are closed by one porous body 89.
The high pressure gas in the pressurizing chamber 86 is ejected from the gas ejection ports 88 and 88 to the sliding portion between the piston 82 and the pressure vessel 81 through the porous body 89. When the high-pressure gas is ejected through the porous body 89, dust or the like contained in the flow of the high-pressure gas is captured by the porous body 89, and the amount of gas ejected is reduced. It is possible to reduce the friction of the sliding portion.
Further, by providing the above-described configuration inside the displacer 83, it is possible to reduce the friction of the sliding portion between the displacer 83 and the pressure vessel 81.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the Stirling engine having the above-described configuration, the piston 82 and the displacer 83 are stably reciprocated with low friction with respect to the pressure vessel 81 by equalizing the amount of gas ejected from the gas ejection ports 88 and 88. It can be performed.
However, due to variations in the shape accuracy of the piston 82, the displacer 83, and the porous body 89, the adhesion force between the porous body 89 and the piston 82 or the displacer 83 is not uniform. Further, during operation of the Stirling engine, the piston 82 and the displacer 83 are reciprocating at a high speed. Therefore, when the adhesion is weak, the porous body 90 may move from a predetermined position. Therefore, since the gas flow path is not stable, there is a problem in that the amount of gas ejection from each gas ejection port is not constant, and the piston 82 and the displacer 83 cannot stably reciprocate.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and has a tapered surface on part or all of one or both of the contact surface with the peripheral wall of the working body of the porous body and the inner surface of the peripheral wall of the working body, By inserting a part with a small outer diameter of the porous body from a location where the inner diameter of the pressurizing chamber inside the working body is large, a load to expand or contract the diameter is applied to the tapered surface, and the porous body is pressurized. An object of the present invention is to provide a Stirling engine in which a restoring force for reducing or expanding the diameter is generated on the tapered surface after insertion into the chamber, and the adhesion between the porous body and the peripheral wall of the working body is strong.
[0010]
Another object of the present invention is to provide a restraining portion made of a synthetic resin material having viscosity on the contact surface of the porous body with the peripheral wall of the working body, and to attach the porous body to the working body via the restraining portion. An object of the present invention is to provide a Stirling engine in which the porous body does not move from a predetermined position due to the viscosity of the restraining portion by restraining.
[0011]
Still another object of the present invention is to provide a restraining portion so as to surround the peripheral edge of the through hole in the inner surface of the peripheral wall of the working body, and restrain the porous body to the working body via the restraining portion. Accordingly, an object of the present invention is to provide a Stirling engine that reduces gas outflow loss from the outer periphery of a porous body.
[0012]
Still another object of the present invention is to provide a notched portion or a slit in the porous body, thereby reducing the width of the notched portion or the slit and changing the outer diameter of the porous body. Is easy to insert, and after inserting the porous body into the pressurizing chamber, a restoring force is generated to widen the notch or slit, resulting in strong adhesion between the porous body and the peripheral wall of the working body. To provide a Stirling engine.
[0013]
Still another object of the present invention is to provide a step portion in the pressurizing chamber, provide a convex portion in the porous body, and latch the convex portion by the step portion when the porous body is inserted into the pressurizing chamber. Accordingly, an object of the present invention is to provide a Stirling engine in which a porous body can be easily arranged at a predetermined position in a pressurized chamber.
[0014]
Still another object of the present invention is to provide a pressure chamber with stepped portions at two locations across the opening end of the through hole, and joining the porous body and the two stepped portions to each other, An object of the present invention is to provide a Stirling engine that reduces the outflow of gas from the outer periphery.
[0015]
Still another object of the present invention is to provide a Stirling engine in which the porous body does not move from a predetermined position by fixing the porous body to the peripheral wall of the working body with pins.
[0016]
Still another object of the present invention is to form the above-mentioned porous body from a synthetic resin material, whereby the adhesion of the porous body to the working body can be strengthened, and the weight of the piston including the porous body can be reduced. Another object of the present invention is to provide a Stirling engine that can reduce vibration and noise during engine operation.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
A Stirling engine according to the present invention stores a high-pressure gas generated by a reciprocating motion of an operating body slidably disposed in a cylinder in a pressurizing chamber provided inside the operating body, and the high-pressure gas in the pressurizing chamber is stored. In the Stirling engine in which gas is ejected from a through-hole provided in the peripheral wall to a sliding portion between the operating body and the cylinder through a porous body provided inside the peripheral wall of the operating body, the porous body A taper surface is provided on a part or all of one or both of the contact surface with the peripheral wall of the operating body and the inner surface of the peripheral wall of the operating body.
[0018]
In the case of the present invention, the porous body has a tapered surface, and the porous body is reduced in diameter to the tapered surface by inserting the porous body into a pressurizing chamber inside the working body from a portion having a small outer diameter. Since a load is applied and thereby a restoring force for expanding the diameter is generated on the tapered surface after the porous body is inserted into the pressurizing chamber, the adhesion between the porous body and the working body is increased. In addition, by inserting a porous body from a location where the inside of the peripheral wall of the working body has a tapered surface and the inside diameter of the pressurizing chamber is large, a load for expanding the diameter is applied to the tapered surface, and the pressurizing chamber After the insertion, since a restoring force for reducing the diameter is generated on the tapered surface, the adhesion force between the porous body and the working body becomes strong. Therefore, the porous body does not move from the predetermined position even during engine operation, the gas flow path can be stabilized, and the operating body is stabilized by equalizing the amount of gas ejection from each gas ejection port. Can reciprocate.
[0019]
A Stirling engine according to the present invention stores a high-pressure gas generated by a reciprocating motion of an operating body slidably disposed in a cylinder in a pressurizing chamber provided inside the operating body, and the high-pressure gas in the pressurizing chamber is stored. In the Stirling engine in which gas is ejected from a through-hole provided in the peripheral wall to a sliding portion between the operating body and the cylinder through a porous body provided inside the peripheral wall of the operating body, the porous body Is characterized in that a part of or all of the contact surface with the peripheral wall of the operating body is made of a synthetic resin material having viscosity and has a restraining portion to be restrained on the peripheral wall.
[0020]
In the case of the present invention, the restraint portion has viscosity, and the porous body is disposed in the pressurizing chamber inside the operating body via the restraint portion, so that the viscosity of the restraint portion is the porous body. Increase the binding force between the actuator and the actuator. Therefore, the porous body does not move from the predetermined position even during engine operation, the gas flow path can be stabilized, and the operating body is stabilized by equalizing the amount of gas ejection from each gas ejection port. Can reciprocate.
[0021]
The Stirling engine according to the present invention is characterized in that the restraint portion is provided on the inner surface of the peripheral wall of the operating body so as to surround the periphery of the through hole.
In the case of the present invention, the restraining portion is provided so as to surround the periphery of the through-hole, and the porous body is restrained by the operating body via the restraining portion, so that the outer periphery of the porous body is removed. The gas injection loss can be reduced. Therefore, the gas flow path can be stabilized, and the working body can stably reciprocate by equalizing the amount of gas ejected from each gas ejection port.
[0022]
A Stirling engine according to the present invention stores a high-pressure gas generated by a reciprocating motion of an operating body slidably disposed in a cylinder in a pressurizing chamber provided inside the operating body, and the high-pressure gas in the pressurizing chamber is stored. In the Stirling engine in which gas is ejected from a through-hole provided in the peripheral wall to a sliding portion between the operating body and the cylinder through a porous body provided inside the peripheral wall of the operating body, the porous body Is characterized by being an annulus that is partially cut away in the circumferential direction.
[0023]
The Stirling engine according to the present invention is characterized in that the porous body has a notch portion disposed on a surface of the inner surface of the peripheral wall of the working body excluding an opening end of a through hole.
[0024]
A Stirling engine according to the present invention stores a high-pressure gas generated by a reciprocating motion of an operating body slidably disposed in a cylinder in a pressurizing chamber provided inside the operating body, and the high-pressure gas in the pressurizing chamber is stored. In the Stirling engine in which gas is ejected from a through-hole provided in the peripheral wall to a sliding portion between the operating body and the cylinder through a porous body provided inside the peripheral wall of the operating body, the porous body Is an annulus having an axial slit on the outer peripheral surface.
[0025]
In the case of the present invention, the porous body can be easily inserted into the pressurizing chamber by reducing the width of the notch or the slit to change the outer diameter of the porous body. In addition, after insertion of the porous body into the pressurizing chamber, a restoring force is generated to widen the cutout portion or the slit, thereby increasing the adhesion between the porous body and the peripheral wall of the working body. Therefore, the porous body does not move from the predetermined position even during engine operation, the gas flow path can be stabilized, and the operating body is stabilized by equalizing the amount of gas ejection from each gas ejection port. Can reciprocate.
[0026]
A Stirling engine according to the present invention stores a high-pressure gas generated by a reciprocating motion of an operating body slidably disposed in a cylinder in a pressurizing chamber provided inside the operating body, and the high-pressure gas in the pressurizing chamber is stored. In the Stirling engine in which gas is jetted from a through-hole provided in the peripheral wall to a sliding portion between the operating body and the cylinder via a porous body provided inside the peripheral wall of the operating body, the pressurizing chamber Has a step portion perpendicular to the moving direction of the working body, and the porous body has a convex portion to be hooked by the step portion.
In the case of the present invention, when the porous body is inserted into the pressurizing chamber, the convex portion provided in the porous body is hooked by the stepped portion in the pressurizing chamber, so that the predetermined amount in the pressurizing chamber of the porous body is set. Easy to position.
[0027]
The Stirling engine according to the present invention is characterized in that the pressurizing chamber is provided with stepped portions at two positions separating the opening end of the through hole.
In the case of the present invention, the pressurizing chamber is provided with stepped portions at two positions separated from the opening end of the through hole, and the porous body joins each stepped portion, so that the joining surface reduces gas ejection loss. . By reducing the gas outflow loss, the gas flow path is stabilized, and by equalizing the amount of gas ejected from each gas ejection port, the operating body can stably reciprocate.
[0028]
A Stirling engine according to the present invention stores a high-pressure gas generated by a reciprocating motion of an operating body slidably disposed in a cylinder in a pressurizing chamber provided inside the operating body, and the high-pressure gas in the pressurizing chamber is stored. In the Stirling engine in which gas is ejected from a through-hole provided in the peripheral wall to a sliding portion between the operating body and the cylinder through a porous body provided inside the peripheral wall of the operating body, the porous body Is fixed to the peripheral wall of the operating body by a pin.
In the case of the present invention, the porous body is not moved from the predetermined position by fixing the porous body to the peripheral wall of the working body with the pin. Therefore, the gas flow path can be stabilized, and the working body can stably reciprocate by equalizing the amount of gas ejected from each gas ejection port.
[0029]
The Stirling engine according to the present invention is characterized in that the porous body is made of a synthetic resin material.
In the case of the present invention, the adhesion of the porous body to the working body can be enhanced by forming the porous body from a synthetic resin material. Therefore, the porous body does not move from the predetermined position even during engine operation, the gas flow path can be stabilized, and the operating body can be stabilized by equalizing the amount of gas ejected from each gas outlet. Can reciprocate. Further, the weight of the piston can be reduced, and vibration and noise during engine operation can be reduced.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a Stirling engine according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a pressure vessel formed in a cylinder shape, and high pressure gas is sealed as a medium in the pressure vessel 1. A cylindrical piston 2 having a through-hole 2a (see FIG. 2) is disposed inside the pressure vessel 1 so that the central axis of the pressure vessel 1 coincides with the pressure vessel 1, and the through-hole 2a of the piston 2 is provided in the pressure vessel 1. A columnar displacer 3 having a penetrating portion 3a at one end is also disposed.
[0031]
The piston 2 is linearly driven in the axial direction of the pressure vessel 1 by a piston driving body (not shown) made of a linear motor or the like, and compresses and expands the gas in the pressure vessel 1. The piston 2 is supported by a spring 4 at the end portion (right end in the figure) of the pressure vessel 1 on the side opposite to the displacer 3 side so as not to deviate from a predetermined region.
Similarly, the tip of the penetrating portion 3a is supported by an end portion (right end in the drawing) of the pressure vessel 1 by a spring 5 so that the displacer 3 does not deviate from a predetermined region. When the piston 2 moves in the direction of the displacer 3 (leftward in the figure), the gas between the piston 2 and the displacer 3 is compressed, so that the displacer 3 is opposite to the piston 2 side (leftward in the figure). Exercise. Next, when the piston 2 moves in the direction opposite to the displacer 3 side (right direction in the figure), the gas between the piston 2 and the displacer 3 expands, and the displacer 3 is in the direction of the piston 2 (right direction in the figure). Exercise. When the piston 2 repeats the reciprocating motion, the displacer 3 also repeats the above motion to compress and expand the gas.
[0032]
An end (left end in the figure) of the pressure vessel 1 opposite to the piston 2 side of the displacer 3 is configured as a cooling unit 6, and when the gas between the cooling unit 6 and the displacer 3 expands, the cooling unit 6 Absorbs external heat and lowers the external temperature.
[0033]
FIG. 2 is an enlarged view of the piston 2 in FIG. The piston 2 is made of an aluminum alloy and has an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the pressure vessel 1 and is formed in a columnar shape having a through hole 2a at the center. Inside the peripheral wall of the piston 2 is provided a cylindrical pressurizing chamber 20 in which the through hole 2a and the central axis coincide with each other.
One end (left side in the figure) of the piston 2 on the displacer 3 side has a one-way valve 23 in the direction from the outside of the pressurizing chamber 20, and the high-pressure gas compressed by the reciprocating motion of the piston 2 and the displacer 3 The pressure chamber 20 flows into the pressurizing chamber 20 through the one-way valve 23 and is stored, whereby a high pressure state is maintained in the pressurizing chamber 20.
[0034]
The other end (right side in the figure) of the piston 2 is formed in a lid 22 that can be opened and closed. The pressurizing chamber 20 is formed such that the inner diameter of the pressurizing chamber 20 decreases in the axial direction from the end portion having the lid 22, and as a result, the inner surface of the peripheral wall of the piston 2 is configured as a tapered surface 24 having an inclination angle with respect to the axial direction. ing.
The piston 2 is manufactured by molding, and the tapered surface 24 is formed by an inclined surface used when the piston 2 is extracted from the mold.
[0035]
A plurality of (for example, four equally spaced) gas outlets including a through hole 25 and a concave portion 26 are provided in the substantially central portion of the outer peripheral wall of the piston 2 from the pressurizing chamber 20 side. In addition, the porous body 21 formed in a ring shape with polyethylene having a porosity of 30% is arranged in the pressurizing chamber 20 to close the opening end of the gas jet port on the pressurizing chamber 20 side. Further, the entire contact surface of the porous body 21 with the piston 2 has an inclination angle similar to that of the tapered surface 24. The diameter of the pores provided in the porous body 21 is about 6 μm. The porosity is the ratio of the total volume of the pores per unit volume. The gas in the pressurizing chamber 20 passes through the through hole 25 and the concave portion 26 through the porous body 21 and is ejected to the sliding portion between the piston 2 and the pressure vessel 1.
[0036]
The porous body 21 is inserted into the pressurizing chamber 20 by opening the lid body 22 and inserting the porous body 21 into the pressurizing chamber 20 from the end portion having a small outer diameter and placing it in a predetermined position. This is done by closing the body 22.
When inserting the porous body 21 into the pressurizing chamber 20, it is desirable to insert the porous body 21 while controlling the load to 5 to 10 kgf in order to prevent the porous body 21 from being broken.
[0037]
In the Stirling engine having the gas jet port portion configured as described above, the pressurizing chamber 20 is formed so that the inner diameter decreases from the lid body 22 toward the inner direction, and the outer peripheral surface of the porous body 21 is inclined at the same degree. By having an angle, the closer the porous body 21 is pushed from the lid body 22 in the axial direction, the stronger the adhesion between the porous body 21 and the outer peripheral wall of the piston 2, thereby preventing gas ejection loss. The amount of gas ejection to the sliding portion between 2 and the pressure vessel 1 can be stabilized.
[0038]
In the above-described embodiment, the outer peripheral surface of the porous body 21 and the contact surface of the piston 2 with the porous body 21 have an inclination angle, but the outer peripheral surface of the porous body 21 and the porous body of the piston 2. One of the contact surfaces with 21 may have an inclination angle.
[0039]
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a sectional view of the piston 2 in the axial direction in the second embodiment. The pressurizing chamber 30 provided in the piston 2 in the present embodiment has a cylindrical shape in which the central axis coincides with the through hole 2a, and the pressurizing chamber 30 is annularly formed with polyethylene having a porosity of 30%. By disposing the formed porous body 31, the opening end of the gas ejection port on the pressurizing chamber 30 side is closed.
On the contact surface of the porous body 31 with the piston 2, restraining portions 32, 32 made of a synthetic resin material that cures at room temperature are applied to appropriate regions from both opening ends.
When a material having a low viscosity is used as the restraint portion 32, the porous body 31 absorbs the restraint portion 32 and crushes pores provided in the porous body 31. Therefore, a material having a high viscosity can be selected. desirable.
[0040]
In the Stirling engine provided with the gas jet port having the above-described configuration, the porous body 31 is restrained by applying the restraining portions 32 and 32 having viscosity to the contact surface of the porous body 31 with the piston 2. The porous body 31 is restrained by the piston 2 via the portions 32 and 32, and the porous body 31 does not move from a predetermined position even while the engine is running, and the ejection loss of gas from the outer peripheral portion of the porous body 31 by the restraining portions 32 and 32 Can be prevented, and the amount of gas ejection to the sliding portion between the piston 2 and the pressure vessel 1 can be stabilized.
[0041]
In addition, what is the same structure as Embodiment 1 mentioned above about the piston 2 attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description. Further, the structure of the entire Stirling engine is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0042]
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a cross-sectional view perpendicular to the central axis of the porous body in the third embodiment. In FIG. 4, reference numeral 40 denotes a porous body, and the porous body 40 is formed in an annular shape having an outer diameter slightly larger than the outer diameter of the pressurizing chamber 30 with polyethylene having a porosity of 30%. The porous body 40 includes a notch 41 having an appropriate width in the circumferential direction.
[0043]
In the Stirling engine including the porous body 40 having the above-described configuration, the porous body 40 is formed to be slightly larger than the inner diameter of the pressurizing chamber 30, and the cutout portion 41 is provided in the circumferential direction. The outer diameter of the porous body 40 can be reduced by reducing the width, and the insertion into the pressurizing chamber 30 is facilitated. Further, after the porous body 40 is inserted into the pressurizing chamber 30, a restoring force is generated in the cutout portion 41, so that the adhesion force between the porous body 40 and the peripheral wall of the piston 2 is strengthened to prevent gas ejection loss. Thus, the gas ejection amount to the sliding portion between the piston 2 and the pressure vessel 1 can be stabilized.
The structure of the piston and the Stirling engine is the same as that of the second embodiment described above, and will not be described.
[0044]
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a perspective view of a porous body in the fourth embodiment. In FIG. 5, reference numeral 50 denotes a porous body. The porous body 50 is formed in an annular shape from polyethylene having a porosity of 30%, and has slits 51 having an appropriate length in the axial direction from each opening end on the outer peripheral surface. 51 ... are alternately provided.
[0045]
In the Stirling engine having the porous body 50 configured as described above, a plurality of slits 51, 51... Are formed on the contact surface of the porous body 50 with the piston 2, thereby reducing the width of the slits 51, 51. The outer diameter of the porous body 50 can be reduced, and insertion into the pressurizing chamber 30 is facilitated. Further, after the porous body 50 is inserted into the pressurizing chamber 30, a restoring force is generated in the slits 51, 51, so that the adhesion between the porous body 50 and the peripheral wall of the piston 2 is strengthened, and gas ejection loss is reduced. Therefore, the amount of gas jetted onto the sliding portion between the piston 2 and the pressure vessel 1 can be stabilized.
The structure of the piston and the Stirling engine is the same as that of the second embodiment described above, and will not be described.
[0046]
(Embodiment 5)
FIG. 6 is a sectional view of the piston 2 in the axial direction in the fifth embodiment. The pressurizing chamber 60 inside the piston 2 in the present embodiment has step portions 62 and 63 that are perpendicular to the axial direction at two positions separated from the opening end of the gas ejection port on the pressurizing chamber 60 side. The step portions 62 and 63 are formed such that the inner diameter gradually decreases from the lid body 22 in the axial direction. Note that the length of the stepped portions 62 and 63 is preferably 1 mm or more in order to prevent gas ejection loss from the outer peripheral portion of the porous body 61.
[0047]
By placing a porous body 61 formed annularly of polyethylene having a porosity of 30% in the vicinity of the gas outlet in the pressurizing chamber 60, the opening end on the pressurizing chamber 60 side of the gas outlet is closed. It is out. The outer peripheral surface of the porous body 61 is provided with a convex portion by increasing the thickness from one end to an appropriate region.
[0048]
In the Stirling engine having the pressurizing chamber 60 having the above-described configuration, when the porous body 61 is inserted into the pressurizing chamber 60, the porous body 61 is inserted into the pressurizing chamber 60 from an end portion having no convex portion. Since the convex portion of the porous body 61 is joined to the step portion 62, the positioning of the porous body 61 into the pressurizing chamber 60 is facilitated. Further, the end of the porous body 61 that does not have a convex portion is joined to the stepped portion 63, so that the joining surface by the stepped portions 62, 63 prevents gas ejection loss, and the gap between the piston 2 and the pressure vessel 1. It is possible to stabilize the amount of gas ejected to the sliding portion.
In addition, what is the same structure as Embodiment 1 mentioned above about the piston 2 attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description. Further, the structure of the entire Stirling engine is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0049]
(Embodiment 6)
FIG. 7 is a sectional view of the piston 2 in the axial direction in the sixth embodiment. The pressurizing chamber 70 in the piston 2 in the present embodiment has a cylindrical shape in which the through hole 2a and the central axis coincide with each other. On the inner surface of the outer peripheral wall of the piston 2, a plurality of small holes 72, 72... Into which the tips of the pins 73, 73. By disposing a porous body 71 formed annularly of polyethylene having a porosity of 30% in the vicinity of the gas outlet in the pressurizing chamber 70, the opening end of the gas outlet on the side of the pressurizing chamber 70 is closed. It is out.
[0050]
In the Stirling engine having the pressurizing chamber 70 having the above-described configuration, when the porous body 71 is inserted into the pressurizing chamber 70, the porous body 71 is disposed at a predetermined position, and then the pins 73, 73. 71, and the distal ends of the pins 73, 73... Are inserted into the small holes 72, 72. After that, the porous body 71 does not move from a predetermined position even during engine operation by fixing the tips of the pins 73, 73... To the small holes 72, 72. Therefore, the gas flow path can be stabilized, and the amount of gas ejected to the sliding portion between the piston 2 and the pressure vessel 1 can be stabilized.
In addition, what is the same structure as Embodiment 1 mentioned above about the piston 2 attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description. Further, the structure of the entire Stirling engine is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0051]
In Embodiments 1 to 6 described above, the porous body is formed of polyethylene, but other synthetic resin materials may be used, or materials other than the synthetic resin materials may be used.
In the above-described embodiment, the structure of the gas outlet provided in the piston 2 has been described. However, the displacer 3 shown in FIG. 1 also includes a gas outlet having the same structure. Good.
[0052]
【The invention's effect】
In the case of the present invention, the porous body has a tapered surface, and the porous body is reduced in diameter to the tapered surface by inserting the porous body into a pressurizing chamber inside the working body from a portion having a small outer diameter. Since a load is applied and thereby a restoring force for expanding the diameter is generated on the tapered surface after the porous body is inserted into the pressurizing chamber, the adhesion between the porous body and the working body is increased. In addition, by inserting a porous body from a location where the inside of the peripheral wall of the working body has a tapered surface and the inside diameter of the pressurizing chamber is large, a load for expanding the diameter is applied to the tapered surface, and the pressurizing chamber After the insertion, since a restoring force for reducing the diameter is generated on the tapered surface, the adhesion force between the porous body and the working body becomes strong. Therefore, the porous body does not move from the predetermined position even during engine operation, the gas flow path can be stabilized, and the operating body is stabilized by equalizing the amount of gas ejection from each gas ejection port. Can reciprocate.
[0053]
In the case of the present invention, the restraint portion has viscosity, and the porous body is disposed in the pressurizing chamber inside the operating body via the restraint portion, so that the viscosity of the restraint portion is the porous body. Increase the binding force between the actuator and the actuator. Therefore, the porous body does not move from the predetermined position even during engine operation, the gas flow path can be stabilized, and the operating body is stabilized by equalizing the amount of gas ejection from each gas ejection port. Can reciprocate.
[0054]
In the case of the present invention, the restraining portion is provided so as to surround the periphery of the through-hole, and the porous body is restrained by the operating body via the restraining portion, so that the outer periphery of the porous body is removed. The gas injection loss can be reduced. Therefore, the gas flow path can be stabilized, and the working body can stably reciprocate by equalizing the amount of gas ejected from each gas ejection port.
[0055]
In the case of the present invention, the porous body can be easily inserted into the pressurizing chamber by reducing the width of the notch or the slit to change the outer diameter of the porous body. In addition, after insertion of the porous body into the pressurizing chamber, a restoring force is generated to widen the cutout portion or the slit, thereby increasing the adhesion between the porous body and the peripheral wall of the working body. Therefore, the porous body does not move from the predetermined position even during engine operation, the gas flow path can be stabilized, and the operating body is stabilized by equalizing the amount of gas ejection from each gas ejection port. Can reciprocate.
[0056]
In the case of the present invention, when the porous body is inserted into the pressurizing chamber, the convex portion provided in the porous body is hooked by the stepped portion in the pressurizing chamber, so that the predetermined amount in the pressurizing chamber of the porous body is set. Easy to position.
[0057]
In the case of the present invention, the pressurizing chamber is provided with stepped portions at two positions separated from the opening end of the through hole, and the porous body joins each stepped portion, so that the joining surface reduces gas ejection loss. . By reducing the gas ejection loss, the gas flow path is stabilized, and by equalizing the amount of gas ejection from each gas ejection port, the operating body can stably reciprocate.
[0058]
In the case of the present invention, the porous body is not moved from the predetermined position by fixing the porous body to the peripheral wall of the working body with the pin. Therefore, the gas flow path can be stabilized, and the working body can stably reciprocate by equalizing the amount of gas ejected from each gas ejection port.
[0059]
In the case of the present invention, the adhesion of the porous body to the working body can be enhanced by forming the porous body from a synthetic resin material. Therefore, the porous body does not move from the predetermined position even during engine operation, the gas flow path can be stabilized, and the operating body can be stabilized by equalizing the amount of gas ejected from each gas outlet. Can reciprocate. Further, the weight of the piston can be reduced, and vibration and noise during engine operation can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a Stirling engine according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a piston in FIG.
FIG. 3 is a sectional view of a piston in the second embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a porous body in a third embodiment.
FIG. 5 is a perspective view of a porous body in a fourth embodiment.
FIG. 6 is a sectional view of a piston in a fifth embodiment.
FIG. 7 is a sectional view of a piston in a sixth embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional Stirling engine.
[Explanation of symbols]
1 Pressure vessel
2 piston
3 Displacer
20, 30, 60, 70 Pressurizing chamber
21, 31, 40, 50, 61, 71 porous body
41 Notch
51 slit
62, 63 steps
73 pin
