JP3846420B2 - Stirling engine - Google Patents

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JP3846420B2 JP2002371419A JP2002371419A JP3846420B2 JP 3846420 B2 JP3846420 B2 JP 3846420B2 JP 2002371419 A JP2002371419 A JP 2002371419A JP 2002371419 A JP2002371419 A JP 2002371419A JP 3846420 B2 JP3846420 B2 JP 3846420B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スターリングエンジン、更に詳しくは作動気体の流動によって流体回転機を作動するスターリングエンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】
スターリングエンジンは、一般にシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に配設されたディスプレーサと、該ディスプレーサの作動に伴って流動する作動気体が流出入する膨張室および作動室と、該作動室内の作動気体の圧力変化に対応して作動せしめられるパワーピストンと、ディスプレーサに連結され該ディスプレーサを所定のタイミングで作動する作動ロッドとを具備している。このようなディスプレーサ式のスターリングエンジンは、作動気体が加熱・冷却されることによる膨張・収縮に伴う上記作動室内の圧力変化に対応してパワーピストンを作動するようになっている。(例えば、特許文献1参照。)
【0003】
【特許文献1】
特開平5−44576号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
而して、従来のスターリングエンジンは、作動気体の膨張・収縮に伴う作動室内の圧力変化に対応してパワーピストンを作動せしめる構成であるため、作動流体の膨張分をパワーピストンのストローク以上に回収することができず、熱効率としては必ずしも良好とはいえない。
【0005】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、作動流体の膨張分を全て回収することができ、熱効率の良いスターリングエンジンを提供することにあり、さらには、このようなスターリングエンジンを簡易な構成によって作動させることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記主たる技術的課題を解決するために、本発明によれば、
一対のディスプレーサシリンダと、該一対のディスプレーサシリンダ内にそれぞれ摺動可能に配設された一対のディスプレーサと、該一対のディスプレーサの作動に伴って流動する作動気体が流出入する一対の膨張室および収縮室とを備えたディスプレーサ機構と、
該一対のディスプレーサを互いに180度の位相差をもって作動するディスプレーサ作動機構と、
該一対のディスプレーサシリンダ同志を連通する作動気体回路と、該作動気体回路中に配設された流体回転機とを具備しており、
該作動気体回路は、一方のディスプレーサシリンダと該流体回転機の流体入口とを連通する第1の流入通路と、一方のディスプレーサシリンダと該流体回転機の流体出口とを連通する第1の流出通路と、他方のディスプレーサシリンダと該流体回転機の流体入口とを連通する第2の流入通路と、他方のディスプレーサシリンダと該流体回転機の流体出口とを連通する第2の流出通路とを備え、かつ、
該第1の流入通路に配設され一方のディスプレーサシリンダから該流体回転機側への作動気体の流通は許容するが該流体回転機側から一方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通を遮断する第1の逆止弁と、該第1の流出通路に配設され該流体回転機側から一方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通は許容するが一方のディスプレーサシリンダから該流体回転機側への作動気体の流通を遮断する第2の逆止弁と、該第2の流入通路に配設され他方のディスプレーサシリンダ側から該流体回転機側への作動気体の流通は許容するが該流体回転機側から他方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通を遮断する第3の逆止弁と、該第2の流出通路に配設され該流体回転機側から他方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通は許容するが他方のディスプレーサシリンダ側から該流体回転機側への作動気体の流通を遮断する第4の逆止弁とを備えている、
ことを特徴とするスターリングエンジンが提供される。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成されたスターリングエンジンの好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【0009】
図1には、本発明に従って構成されたスターリングエンジンの第1の実施形態が示されている。
図1に示す実施形態のスターリングエンジンは、ディスプレーサ機構2を具備している。ディスプレーサ機構2は、一対のディスプレーサシリンダ21a、21bと、該一対のディスプレーサシリンダ21a、21b内にそれぞれ摺動可能に配設された一対のディスプレーサ22a、22bと、該一対のディスプレーサ22a、22bの作動に伴って流動する作動気体が流出入する一対の膨張室23a、23bおよび一対の収縮室24a、24bとからなっている。一対のディスプレーサシリンダ21a、21bはアルミ合金等によって形成され、支持枠体3によって互いに連結されている。一対のディスプレーサシリンダ21a、21bの一対の膨張室23a、23b側の端部は図示しない適宜の加熱手段によって加熱されるようになっている。また、一対のディスプレーサシリンダ21a、21bの一対の収縮室24a、24b側の端部は、自然冷却でもよいが適宜の冷却手段によって冷却することが望ましい。このように構成された一対のディスプレーサシリンダ21a、21b内および後述する作動気体回路内には、水素やヘリウム等の比熱の小さい作動気体が封入される。上記一対のディスプレーサ22a、22bは比重が小さい材料によって円筒状に形成され、一対のディスプレーサシリンダ21a、21bの内周面との間に所定の隙間を有して摺動可能に構成されている。この一対のディスプレーサ22a、22bがそれぞれ一対のディスプレーサシリンダ21a、21b内を図において上下方向に作動することにより、作動気体が上記隙間を通してそれぞれ一対の収縮室24a、24bと一対の膨張室23a、23bに流出入するようになっている。
【0010】
図示の実施形態におけるスターリングエンジンは、上記一対のディスプレーサ22a、22bを互いに180度の位相差をもって作動するディスプレーサ作動機構4を具備している。図示の実施形態におけるディスプレーサ作動機構4は、電動モータ41と、該電動モータ41の一対の駆動軸411a、411bに互いに180度の位相差をもって設けられた一対のクランクジャーナル42a、42bと、該一対のクランクジャーナル42a、42bにそれぞれ一端(図において下端)が連結された一対の連結ロッド43a、43bと、該一対の連結ロッド43a、43bのそれぞれ他端(図において上端)と一端(図において下端)が一対の連結機構44a、44bを介して連結され一対のディスプレーサロッド45a、45bとからなっており、この一対のディスプレーサロッド45a、45bのそれぞれ他端(図において上端)が上記一対のディスプレーサ22a、22bと連結されている。このように構成されたディスプレーサ作動機構4は、電動モータ41を回転駆動すると一対のクランクジャーナル42a、42b、一対の連結ロッド43a、43b、一対の連結機構44a、44bおよび一対のディスプレーサロッド45a、45bを介して一対のディスプレーサ22a、22bを互いに180度の位相差をもって図において上下方向に作動する。
【0011】
図示の実施形態におけるスターリングエンジンは、上記ディスプレーサ機構2の一対の収縮室24a、24b同志を連通する作動気体回路5と、該作動気体回路5中に配設された流体回転機としてのベーンモータ6とを具備している。図示の実施形態における作動気体回路5は、一方の収縮室24aとベーンモータ6の流入口61とを連通する第1の流入通路51と、一方の収縮室24aとベーンモータ6の流出口62とを連通する第1の流出通路52と、他方の収縮室24bとベーンモータ6の流入口61とを連通する第2の流入通路53と、他方の収縮室24bとベーンモータ6の流出口62とを連通する第2の流出通路54とからなっている。このように構成された作動気体回路5は、作動気体を一方の収縮室24aからベーンモータ6を通して他方の収縮室24bに流す形態と、作動気体を他方の収縮室24bからベーンモータ6を通して一方の収縮室24aに流す形態とに制御する制御機構7を備えている。この制御機構7は、図示の実施形態においては、上記第1の流入通路51と第1の流出通路52と第2の流入通路53および第2の流出通路54にそれぞれ配設された第1の逆止弁71と第2の逆止弁72と第3の逆止弁73および第4の逆止弁74とからなっている。第1の逆止弁71は、一方の収縮室24a側からベーンモータ6側への作動気体の流通は許容するがベーンモータ6側から一方の収縮室24a側への作動気体の流通を遮断するように構成されている。第2の逆止弁72は、ベーンモータ6側から一方の収縮室24a側への作動気体の流通は許容するが一方の収縮室24a側からベーンモータ6側への作動気体の流通を遮断するように構成されている。また、第3の逆止弁73は、他方の収縮室24b側からベーンモータ6側への作動気体の流通は許容するがベーンモータ6側から他方の収縮室24b側への作動気体の流通を遮断するように構成されている。第4の逆止弁74は、ベーンモータ6側から他方の収縮室24b側への作動気体の流通は許容するが他方の収縮室24b側からベーンモータ6側への作動気体の流通を遮断するように構成されている。なお、ベーンモータ6の回転軸63には、図示しない発電機が装着される。
【0012】
図1に示す実施形態のスターリングエンジンは以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
図1に示すスターリングエンジンは、ディスプレーサ作動機構4により上記一対のディスプレーサ22a、22bを互いに180度の位相差をもって作動することによって駆動される。一対のディスプレーサ22a、22bが図1において実線で示す状態においては、一方のディスプレーサ22aが下死点に位置し、他方のディスプレーサ22bが上死点に位置している。この状態においては、一方のディスプレーサシリンダ21aの一方の膨張室23a内の作動気体が加熱されされて膨張し、他方のディスプレーサシリンダ21bの他方の収縮室24b内の作動気体が冷却されて収縮する。従って、一方のディスプレーサシリンダ21aの一方の膨張室23a内で膨張せしめられた作動気体がディスプレーサシリンダ21aとディスプレーサ22aとの間の隙間を通して一方の収縮室24aに流入し、更に第1の流入通路51および第1の逆止弁71を通してベーンモータ6の流入口61からベーンモータ6に流入する。この結果、ベーンモータ6が回転駆動される。ベーンモータ6を回転駆動した作動気体は、ベーンモータ6の流出口62から第4の逆止弁74および第2の流出通路54を通して、他方のディスプレーサシリンダ21bの他方の収縮室24b内に流入する。
【0013】
上述したように作動気体が流動している際に、ディスプレーサ作動機構4により一対のディスプレーサ22a、22bも作動せしめられており、図1において2点鎖線で示す位置、即ち一方のディスプレーサ22aが上死点に位置し、他方のディスプレーサ22bが下死点に位置付けられる。一対のディスプレーサ22a、22bが図1において2点鎖線で示す位置に位置付けられた状態においては、一方の膨張室23a内の作動気体は一方の収縮室24aに流入し、他方の収縮室24b内の作動気体は他方の膨張室24aに流入する。この結果、他方のディスプレーサシリンダ21bの他方の膨張室23b内の作動気体が加熱されされて膨張し、一方のディスプレーサシリンダ21aの一方の収縮室24a内の作動気体が冷却されて収縮する。従って、他方のディスプレーサシリンダ21bの他方の膨張室23b内で膨張せしめられた作動気体が他方のディスプレーサシリンダ21bとディスプレーサ22bとの間の隙間を通して他方の収縮室24bに流入し、更に第2の流入通路53および第3の逆止弁73を通してベーンモータ6の流入口61からベーンモータ6に流入する。この結果、ベーンモータ6が回転駆動される。ベーンモータ6を回転駆動した作動気体は、ベーンモータ6の流出口62から第2の逆止弁72および第1の流出通路52を通して、一方のディスプレーサシリンダ21aの他方の収縮室24a内に流入する。
【0014】
上述した作動が繰り返されることにより、一方のディスプレーサシリンダ21aの一方の収縮室24aから流出される作動気体と他方のディスプレーサシリンダ21bの収縮室24bから流出される作動気体が交互にベーンモータ6に流入し、ベーンモータ6が回転駆動され、回転軸63に装着された図示しない発電機が作動せしめられる。このように作動気体によって回転駆動されるベーンモータ6等の流体回転機は無限ストロークであるため、作動気体の膨張分を全て回収することができ、熱効率の良いスターリングエンジンを得ることができる。
【0015】
次に、本発明に従って構成されたスターリングエンジンの第2の実施形態について、図2を参照して説明する。なお、図2に示す第2の実施形態においては、ディスプレーサ作動機構の構成が上記図1に示す第1の実施形態と相違するが、それ以外の構成は上記図1に示す第1の実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図2に示す第2の実施形態におけるスターリングエンジンのディスプレーサ作動機構40は、両端に互いに180度の位相差をもって設けられた一対のクランクジャーナル42a、42bを装着した駆動軸46と、該駆動軸46に装着されたプーリー47と、流体回転機としてのベーンモータ6の回転軸63に装着されたプーリー48と、該プーリー48とプーリー47とに捲回されたベルト49とからなっている。このように構成されたディスプレーサ作動機構40は、スターリングエンジンの始動時には他の作動手段によって駆動軸46を作動する。そして、上述した第1の実施形態のようにベーンモータ6が回転せしめられると、この回転が回転軸63、プーリー48、ベルト49、プーリー47、駆動軸46、一対のクランクジャーナル42a、42b、一対の連結ロッド43a、43b、一対の連結機構44a、44b、一対のディスプレーサロッド45a、45bを介して一対のディスプレーサ22a、22bに伝達され、一対のディスプレーサロッド45a、45bは互いに180度の位相差をもって図において上下方向に作動せしめる。
【0016】
次に、本発明に従って構成されたスターリングエンジンの第3の実施形態について、図3を参照して説明する。なお、図3に示す第3の実施形態は、流体回転機としてタービン8を用い、このタービン8によって発電機9を作動するように構成したもので、それ以外の構成は上記図1に示す第1の実施形態の各構成部材と実質的に同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図3に示す第3の実施形態においては、流体回転機としてタービン8の流体入口81が第1の流入通路51と第2の流入通路53に連通され、タービン8の流体出口82が第1の流出通路52と第2の流出通路54に連通されている。そして、タービン8の回転軸83に永久磁石式の発電機9が配設されている。このように構成された第3の実施形態におけるスターリングエンジンは、ディスプレーサ作動機構4により上記一対のディスプレーサ22a、22bを互いに180度の位相差をもって作動することによって駆動される。そして、上述した第1の実施形態と同様に一方のディスプレーサシリンダ21aの一方の収縮室24aから流出される作動気体と他方のディスプレーサシリンダ21bの収縮室24bから流出される作動気体が交互にタービン8の流入口81からタービン8に流入し、流出口82を通して流通することにより、タービン8が回転駆動される。このようにタービン8が回転することにより、タービン8の回転軸83に取り付けられた発電機9が駆動され、作動気体が膨張せしめられたエネルギーは発電機9によって発電される電力によって回収される。
【0017】
【発明の効果】
本発明によるスターリングエンジンは以上のように構成され、作動気体によって流体回転機を駆動するので、流体回転機は無限ストロークであるため、作動気体の膨張分を全て回収することができ、熱効率の良いスターリングエンジンを得ることができる。また、各々のディスプレーサシリンダと流体回転機とは、流入通路及び流出通路からなる作動気体回路によって連通され、それぞれの流入通路及び流出通路には逆止弁が配置されている。流体回転機を駆動する作動気体の流入、流出は逆止弁によって自動的に制御されるため、作動気体の分配を切換える切換制御弁等を設ける必要はなく、簡易な構成によってスターリングエンジンを作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従って構成されたスターリングエンジンの第1の実施形態を示す概略構成図。
【図2】本発明に従って構成されたスターリングエンジンの第2の実施形態を示す概略構成図。
【図3】本発明に従って構成されたスターリングエンジンの第3の実施形態を示す概略構成図。
【符号の説明】
2:ディスプレーサ機構
21a、21b:ディスプレーサシリンダ
22a、22b:ディスプレーサ
23a、23b:膨張室
24a、24b:収縮室
3:支持枠体
4:ディスプレーサ作動機構
41:電動モータ
42a、42b:クランクジャーナル
43a、43b:連結ロッド
44a、44b:連結機構
45a、45b:ディスプレーサロッド
5:作動気体回路
51:第1の流入通路
52:第1の流出通路
53:第2の流入通路
54:第2の流出通路
6:ベーンモータ
61:流入口
62:流出口
7:制御機構
71:第1の逆止弁
72:第2の逆止弁
73:第3の逆止弁
74:第4の逆止弁
40:ディスプレーサ作動機構
46:駆動軸
47:プーリー
48:プーリー
49:ベルト
2:タービン
81:流入口
82:流出口
9:発電機
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a Stirling engine, and more particularly to a Stirling engine that operates a fluid rotating machine by the flow of working gas.
[0002]
[Prior art]
A Stirling engine generally includes a cylinder, a displacer slidably disposed in the cylinder, an expansion chamber and a working chamber into which working gas flowing in accordance with the operation of the displacer flows, and an operation in the working chamber. A power piston that is actuated in response to a change in gas pressure, and an actuating rod that is connected to the displacer and actuates the displacer at a predetermined timing. Such a displacer-type Stirling engine operates a power piston in response to a pressure change in the working chamber accompanying expansion and contraction due to heating and cooling of the working gas. (For example, see Patent Document 1.)
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-44576
[Problems to be solved by the invention]
Thus, since the conventional Stirling engine is configured to operate the power piston in response to the pressure change in the working chamber accompanying the expansion and contraction of the working gas, the expansion of the working fluid is recovered more than the stroke of the power piston. It cannot be said that the thermal efficiency is not necessarily good.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, the principal object can be recovered all expansion amount of the working fluid, it is to provide a good Stirling engine thermal efficiency, and further, such It is to operate a simple Stirling engine with a simple configuration.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the main technical problem, according to the present invention,
A pair of displacer cylinders, a pair of displacers slidably disposed in the pair of displacer cylinders, and a pair of expansion chambers and contractions into which working gas flowing in accordance with the operation of the pair of displacers flows in and out A displacer mechanism with a chamber;
A displacer operating mechanism that operates the pair of displacers with a phase difference of 180 degrees from each other;
A working gas circuit communicating between the pair of displacer cylinders, and a fluid rotating machine disposed in the working gas circuit ,
The working gas circuit includes a first inflow passage that communicates one displacer cylinder and a fluid inlet of the fluid rotator, and a first outflow passage that communicates one displacer cylinder and a fluid outlet of the fluid rotator. A second inflow passage communicating the other displacer cylinder and the fluid inlet of the fluid rotator, and a second outflow passage communicating the other displacer cylinder and the fluid outlet of the fluid rotator, And,
The working gas is allowed to flow from one displacer cylinder to the fluid rotator side disposed in the first inflow passage, but the working gas flow from the fluid rotator side to the one displacer cylinder side is blocked. The first check valve and the first check valve are disposed in the first outflow passage and allow the working gas to flow from the fluid rotator side to the one displacer cylinder side, but from the one displacer cylinder to the fluid rotator side. A second check valve that blocks the flow of the working gas, and the flow of the working gas from the other displacer cylinder side to the fluid rotating machine side that is disposed in the second inflow passage but allows the fluid rotation. A third check valve for shutting off the flow of the working gas from the machine side to the other displacer cylinder side, and an operation from the fluid rotary machine side to the other displacer cylinder side disposed in the second outflow passage Distribution of the body is allowed and a fourth check valve for blocking the flow of working gas from the other displacer cylinder side to the fluid rotary machine side,
A Stirling engine is provided.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a Stirling engine constructed according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
[0009]
FIG. 1 shows a first embodiment of a Stirling engine constructed according to the present invention.
The Stirling engine of the embodiment shown in FIG. 1 includes a displacer mechanism 2. The displacer mechanism 2 includes a pair of displacer cylinders 21a and 21b, a pair of displacers 22a and 22b slidably disposed in the pair of displacer cylinders 21a and 21b, and an operation of the pair of displacers 22a and 22b. It consists of a pair of expansion chambers 23a and 23b and a pair of contraction chambers 24a and 24b into and out of which the working gas that flows with them flows. The pair of displacer cylinders 21 a and 21 b are formed of an aluminum alloy or the like and are connected to each other by the support frame 3. The ends of the pair of displacer cylinders 21a and 21b on the side of the pair of expansion chambers 23a and 23b are heated by appropriate heating means (not shown). Further, the ends of the pair of displacer cylinders 21a and 21b on the side of the pair of contraction chambers 24a and 24b may be naturally cooled, but are desirably cooled by appropriate cooling means. A working gas having a small specific heat, such as hydrogen or helium, is enclosed in the pair of displacer cylinders 21a and 21b and the working gas circuit described later. The pair of displacers 22a and 22b is formed in a cylindrical shape with a material having a small specific gravity, and is configured to be slidable with a predetermined gap between the inner peripheral surfaces of the pair of displacer cylinders 21a and 21b. The pair of displacers 22a and 22b operate in the pair of displacer cylinders 21a and 21b in the vertical direction in the drawing, so that the working gas passes through the gap and the pair of contraction chambers 24a and 24b and the pair of expansion chambers 23a and 23b, respectively. In and out.
[0010]
The Stirling engine in the illustrated embodiment includes a displacer operating mechanism 4 that operates the pair of displacers 22a and 22b with a phase difference of 180 degrees from each other. The displacer operating mechanism 4 in the illustrated embodiment includes an electric motor 41, a pair of crank journals 42a and 42b provided on the pair of drive shafts 411a and 411b of the electric motor 41 with a phase difference of 180 degrees, and the pair of crank journals 42a and 42b. A pair of connecting rods 43a, 43b each having one end (lower end in the figure) connected to each of the crank journals 42a, 42b, and the other end (upper end in the figure) and one end (lower end in the figure) of the pair of connecting rods 43a, 43b. ) Are connected via a pair of connecting mechanisms 44a and 44b, and are composed of a pair of displacer rods 45a and 45b. The other ends (upper ends in the figure) of the pair of displacer rods 45a and 45b are the pair of displacers 22a. , 22b. When the electric motor 41 is rotationally driven, the displacer operating mechanism 4 configured as described above has a pair of crank journals 42a and 42b, a pair of connecting rods 43a and 43b, a pair of connecting mechanisms 44a and 44b, and a pair of displacer rods 45a and 45b. The pair of displacers 22a and 22b are operated in the vertical direction in the drawing with a phase difference of 180 degrees.
[0011]
The Stirling engine in the illustrated embodiment includes a working gas circuit 5 that communicates between the pair of contraction chambers 24 a and 24 b of the displacer mechanism 2, and a vane motor 6 as a fluid rotating machine disposed in the working gas circuit 5. It has. The working gas circuit 5 in the illustrated embodiment communicates the first inflow passage 51 that communicates one contraction chamber 24 a with the inlet 61 of the vane motor 6, and the one contraction chamber 24 a and the outlet 62 of the vane motor 6. The first outflow passage 52, the second inflow passage 53 communicating the other contraction chamber 24b and the inlet 61 of the vane motor 6, and the second outflow passage 53 communicating the other contraction chamber 24b and the outlet 62 of the vane motor 6. 2 outflow passages 54. The working gas circuit 5 configured in this way has a configuration in which the working gas flows from one shrinking chamber 24a to the other shrinking chamber 24b through the vane motor 6 and the working gas flows from the other shrinking chamber 24b to the other shrinking chamber 24b. A control mechanism 7 for controlling the flow to 24a is provided. In the illustrated embodiment, the control mechanism 7 includes a first inflow passage 51, a first outflow passage 52, a second inflow passage 53, and a second outflow passage 54. The check valve 71, the second check valve 72, the third check valve 73, and the fourth check valve 74 are included. The first check valve 71 allows the working gas to flow from the one shrinking chamber 24a side to the vane motor 6 side, but blocks the working gas flow from the vane motor 6 side to the one shrinking chamber 24a side. It is configured. The second check valve 72 allows the working gas to flow from the vane motor 6 side to the one shrinking chamber 24a side, but blocks the working gas flow from the one shrinking chamber 24a side to the vane motor 6 side. It is configured. The third check valve 73 allows the working gas to flow from the other contraction chamber 24b side to the vane motor 6 side but blocks the working gas flow from the vane motor 6 side to the other contraction chamber 24b side. It is configured as follows. The fourth check valve 74 allows the working gas to flow from the vane motor 6 side to the other shrinking chamber 24b side, but blocks the working gas flow from the other shrinking chamber 24b side to the vane motor 6 side. It is configured. A generator (not shown) is mounted on the rotating shaft 63 of the vane motor 6.
[0012]
The Stirling engine of the embodiment shown in FIG. 1 is configured as described above, and the operation thereof will be described below.
The Stirling engine shown in FIG. 1 is driven by operating the pair of displacers 22a and 22b with a phase difference of 180 degrees from each other by the displacer operating mechanism 4. In the state where the pair of displacers 22a and 22b are indicated by solid lines in FIG. 1, one displacer 22a is located at the bottom dead center and the other displacer 22b is located at the top dead center. In this state, the working gas in one expansion chamber 23a of one displacer cylinder 21a is heated and expands, and the working gas in the other contraction chamber 24b of the other displacer cylinder 21b is cooled and contracts. Accordingly, the working gas expanded in the one expansion chamber 23a of the one displacer cylinder 21a flows into the one contraction chamber 24a through the gap between the displacer cylinder 21a and the displacer 22a, and further the first inflow passage 51. Then, the air flows into the vane motor 6 from the inlet 61 of the vane motor 6 through the first check valve 71. As a result, the vane motor 6 is rotationally driven. The working gas that rotationally drives the vane motor 6 flows into the other contraction chamber 24b of the other displacer cylinder 21b from the outlet 62 of the vane motor 6 through the fourth check valve 74 and the second outlet passage 54 .
[0013]
As described above, when the working gas is flowing, the pair of displacers 22a and 22b is also operated by the displacer operating mechanism 4, and the position indicated by the two-dot chain line in FIG. The other displacer 22b is positioned at the bottom dead center. In the state where the pair of displacers 22a and 22b is positioned at the position indicated by the two-dot chain line in FIG. 1, the working gas in one expansion chamber 23a flows into one contraction chamber 24a and the other in the other contraction chamber 24b. The working gas flows into the other expansion chamber 24a. As a result, the working gas in the other expansion chamber 23b of the other displacer cylinder 21b is heated and expanded, and the working gas in one contraction chamber 24a of the one displacer cylinder 21a is cooled and contracted. Therefore, the working gas expanded in the other expansion chamber 23b of the other displacer cylinder 21b flows into the other contraction chamber 24b through the gap between the other displacer cylinder 21b and the displacer 22b, and then the second inflow. It flows into the vane motor 6 from the inlet 61 of the vane motor 6 through the passage 53 and the third check valve 73. As a result, the vane motor 6 is rotationally driven. The working gas that rotationally drives the vane motor 6 flows from the outlet 62 of the vane motor 6 through the second check valve 72 and the first outflow passage 52 into the other contraction chamber 24a of one displacer cylinder 21a.
[0014]
By repeating the above-described operation, the working gas flowing out from one contraction chamber 24a of one displacer cylinder 21a and the working gas flowing out from the contraction chamber 24b of the other displacer cylinder 21b alternately flow into the vane motor 6. The vane motor 6 is driven to rotate, and a generator (not shown) mounted on the rotating shaft 63 is operated. Since the fluid rotating machine such as the vane motor 6 that is rotationally driven by the working gas in this way has an infinite stroke, all of the expansion of the working gas can be collected, and a Stirling engine with high thermal efficiency can be obtained.
[0015]
Next, a second embodiment of the Stirling engine configured according to the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment shown in FIG. 2, the configuration of the displacer operating mechanism is different from that of the first embodiment shown in FIG. 1, but the other configuration is the first embodiment shown in FIG. Therefore, the same members are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The displacer operating mechanism 40 of the Stirling engine in the second embodiment shown in FIG. 2 includes a drive shaft 46 having a pair of crank journals 42a and 42b provided at both ends with a phase difference of 180 degrees, and the drive shaft 46. The pulley 47 is attached to the rotary shaft 63 of the vane motor 6 as a fluid rotary machine, and the belt 49 is wound around the pulley 48 and the pulley 47. The displacer operating mechanism 40 configured as described above operates the drive shaft 46 by other operating means when the Stirling engine is started. When the vane motor 6 is rotated as in the first embodiment described above, the rotation is caused by the rotation shaft 63, the pulley 48, the belt 49, the pulley 47, the drive shaft 46, the pair of crank journals 42a and 42b, and the pair of crank journals 42a and 42b. It is transmitted to the pair of displacers 22a and 22b via the connecting rods 43a and 43b, the pair of connecting mechanisms 44a and 44b, and the pair of displacer rods 45a and 45b. The pair of displacer rods 45a and 45b has a phase difference of 180 degrees. Operate vertically.
[0016]
Next, a third embodiment of a Stirling engine configured according to the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment shown in FIG. 3, a turbine 8 is used as a fluid rotator, and a generator 9 is operated by the turbine 8. Other configurations are the same as those shown in FIG. Since it is substantially the same as each structural member of 1 embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the same member and the description is abbreviate | omitted.
In the third embodiment shown in FIG. 3, the fluid inlet 81 of the turbine 8 is communicated with the first inlet passage 51 and the second inlet passage 53 as a fluid rotator, and the fluid outlet 82 of the turbine 8 is the first outlet. The outflow passage 52 and the second outflow passage 54 communicate with each other. A permanent magnet generator 9 is disposed on the rotating shaft 83 of the turbine 8. The Stirling engine in the third embodiment configured as described above is driven by operating the pair of displacers 22a and 22b with a phase difference of 180 degrees from each other by the displacer operating mechanism 4. Similarly to the first embodiment described above, the working gas flowing out from one contraction chamber 24a of one displacer cylinder 21a and the working gas flowing out from the contraction chamber 24b of the other displacer cylinder 21b are alternately supplied to the turbine 8. The turbine 8 is driven to rotate by flowing into the turbine 8 from the inlet 81 and flowing through the outlet 82. By rotating the turbine 8 in this manner, the generator 9 attached to the rotating shaft 83 of the turbine 8 is driven, and the energy in which the working gas is expanded is recovered by the electric power generated by the generator 9.
[0017]
【The invention's effect】
The Stirling engine according to the present invention is configured as described above, and the fluid rotator is driven by the working gas. Therefore, since the fluid rotator has an infinite stroke, the entire expansion amount of the working gas can be recovered, and the heat efficiency is high. A Stirling engine can be obtained. Further, each displacer cylinder and the fluid rotating machine are communicated with each other by a working gas circuit including an inflow passage and an outflow passage, and a check valve is disposed in each of the inflow passage and the outflow passage. Since the inflow and outflow of the working gas that drives the fluid rotating machine are automatically controlled by a check valve, it is not necessary to provide a switching control valve for switching the working gas distribution, and the Stirling engine is operated with a simple configuration. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a Stirling engine configured according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of a Stirling engine configured according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of a Stirling engine configured according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2: Displacer mechanism 21a, 21b: Displacer cylinder 22a, 22b: Displacer 23a, 23b: Expansion chamber 24a, 24b: Shrink chamber 3: Support frame 4: Displacer operating mechanism 41: Electric motor 42a, 42b: Crank journal 43a, 43b : Connecting rod 44a, 44b: connecting mechanism 45a, 45b: displacer rod 5: working gas circuit 51: first inflow passage 52: first outflow passage 53: second inflow passage 54: second outflow passage 6: Vane motor 61: Inlet 62: Outlet 7: Control mechanism 71: First check valve 72: Second check valve 73: Third check valve 74: Fourth check valve 40: Displacer operating mechanism 46: Drive shaft 47: Pulley 48: Pulley 49: Belt 2: Turbine 81: Inlet 82: Outlet 9 Power generator

Claims (1)

一対のディスプレーサシリンダと、該一対のディスプレーサシリンダ内にそれぞれ摺動可能に配設された一対のディスプレーサと、該一対のディスプレーサの作動に伴って流動する作動気体が流出入する一対の膨張室および収縮室とを備えたディスプレーサ機構と、
該一対のディスプレーサを互いに180度の位相差をもって作動するディスプレーサ作動機構と、
該一対のディスプレーサシリンダ同志を連通する作動気体回路と、該作動気体回路中に配設された流体回転機とを具備しており、
該作動気体回路は、一方のディスプレーサシリンダと該流体回転機の流体入口とを連通する第1の流入通路と、一方のディスプレーサシリンダと該流体回転機の流体出口とを連通する第1の流出通路と、他方のディスプレーサシリンダと該流体回転機の流体入口とを連通する第2の流入通路と、他方のディスプレーサシリンダと該流体回転機の流体出口とを連通する第2の流出通路とを備え、かつ、
該第1の流入通路に配設され一方のディスプレーサシリンダから該流体回転機側への作動気体の流通は許容するが該流体回転機側から一方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通を遮断する第1の逆止弁と、該第1の流出通路に配設され該流体回転機側から一方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通は許容するが一方のディスプレーサシリンダから該流体回転機側への作動気体の流通を遮断する第2の逆止弁と、該第2の流入通路に配設され他方のディスプレーサシリンダ側から該流体回転機側への作動気体の流通は許容するが該流体回転機側から他方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通を遮断する第3の逆止弁と、該第2の流出通路に配設され該流体回転機側から他方のディスプレーサシリンダ側への作動気体の流通は許容するが他方のディスプレーサシリンダ側から該流体回転機側への作動気体の流通を遮断する第4の逆止弁とを備えている、
ことを特徴とするスターリングエンジン。
A pair of displacer cylinders, a pair of displacers slidably disposed in the pair of displacer cylinders, and a pair of expansion chambers and contractions into which working gas flowing in accordance with the operation of the pair of displacers flows in and out A displacer mechanism with a chamber;
A displacer operating mechanism that operates the pair of displacers with a phase difference of 180 degrees from each other;
A working gas circuit communicating between the pair of displacer cylinders, and a fluid rotating machine disposed in the working gas circuit ,
The working gas circuit includes a first inflow passage that communicates one displacer cylinder and a fluid inlet of the fluid rotator, and a first outflow passage that communicates one displacer cylinder and a fluid outlet of the fluid rotator. A second inflow passage communicating the other displacer cylinder and the fluid inlet of the fluid rotator, and a second outflow passage communicating the other displacer cylinder and the fluid outlet of the fluid rotator, And,
The working gas is allowed to flow from one displacer cylinder to the fluid rotator side disposed in the first inflow passage, but the working gas flow from the fluid rotator side to the one displacer cylinder side is blocked. The first check valve and the first check valve are disposed in the first outflow passage and allow the working gas to flow from the fluid rotator side to the one displacer cylinder side, but from the one displacer cylinder to the fluid rotator side. A second check valve that blocks the flow of the working gas, and the flow of the working gas from the other displacer cylinder side to the fluid rotating machine side that is disposed in the second inflow passage but allows the fluid rotation. A third check valve for shutting off the flow of the working gas from the machine side to the other displacer cylinder side, and an operation from the fluid rotary machine side to the other displacer cylinder side disposed in the second outflow passage Distribution of the body is allowed and a fourth check valve for blocking the flow of working gas from the other displacer cylinder side to the fluid rotary machine side,
Stirling engine characterized by that.
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