JP5632187B2 - Heat engine - Google Patents
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Description
本発明は、互い異なる温度域を持つ作動ガスが保持された空間に、前記温度域の境界としての再生器を設け、この再生器の両側の高温空間及び低温空間の容積変化と作動ガスの移動を利用して熱と動力との変換を行う熱機関、例えばスターリングサイクルに関する。 In the present invention, a regenerator as a boundary of the temperature range is provided in a space in which the working gas having different temperature ranges is held, and the volume change of the high temperature space and the low temperature space on both sides of the regenerator and movement of the working gas are provided. The present invention relates to a heat engine that converts heat and power using, for example, a Stirling cycle.
スターリングサイクルは、燃焼熱源だけでなく、廃熱や太陽熱などの様々な温度差の熱源を利用できることを特徴としているが、異なる温度域の熱源においてそれぞれ最大の出力を得るためには、作動ガスの容積変化量と再生器通過ガス流量とのバランスを温度差に合わせて最適化する必要がある。 The Stirling cycle is characterized by the fact that not only combustion heat sources but also heat sources with various temperature differences such as waste heat and solar heat can be used. It is necessary to optimize the balance between the volume change and the regenerator passing gas flow rate according to the temperature difference.
廃熱や太陽熱などの低温度差熱源においては容積変化量に比べ、再生器通過ガス流量の比率を大きくする必要がある。なぜならば、スターリングサイクルの出力の源泉は、再生器を通過するときのガスの圧力上昇であり、温度差が小さいとガスの通過流量に対する圧力上昇が少なくなるからである。したがって、低温度差熱源から最大の出力を出そうとすれば、高温度差熱源を利用する場合に比較して容積変化量に対する再生器通過ガス流量を増やす必要がある(例えば、下記特許文献1参照)。
In a low temperature difference heat source such as waste heat or solar heat, it is necessary to increase the ratio of the regenerator passing gas flow rate compared to the volume change amount. This is because the source of the output of the Stirling cycle is the increase in pressure of the gas when passing through the regenerator, and if the temperature difference is small, the increase in pressure with respect to the gas flow rate is reduced. Therefore, if the maximum output is to be output from the low temperature difference heat source, it is necessary to increase the regenerator passage gas flow rate with respect to the volume change amount as compared with the case where the high temperature difference heat source is used (for example,
このように、特に低温度差熱源を利用するスターリングサイクルでは、高温度差熱源を利用する場合に比較して容積変化量に対する再生器通過ガス流量を増やす必要がある。 As described above, particularly in the Stirling cycle using the low temperature difference heat source, it is necessary to increase the regenerator passage gas flow rate with respect to the volume change amount as compared with the case where the high temperature difference heat source is used.
そこで、本発明は、低温度差熱源を利用する際の再生器通過ガス流量を増やすことで、充分な圧力変化を確保できるようにすることを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to ensure a sufficient pressure change by increasing the regenerator passage gas flow rate when using a low temperature difference heat source.
本発明は、互いに異なる温度域を持つ作動ガスが保持された作動空間に、前記温度域の
境界としての再生器を設け、この再生器の両側の高温空間及び低温空間の容積変化と作動
ガスの移動を利用して熱と動力との変換を行う熱機関において、前記作動空間の容積変化
をもたらすとともに、前記作動ガスの圧力変化を受けて動力を伝達する第1ピストンを設
け、前記作動ガスを前記高温空間と低温空間との間を移動させる第2及び第3ピストンを
、前記再生器に対して互いに180度の位相差で運動させるよう構成して前記低温空間及び高温空間にそれぞれ設け、前記第2及び第3ピストンのうちの一方を、前記第1ピスト
ン内に設けたシリンダ部に移動可能に収容し、前記第1ピストンと前記第2及び第3ピス
トンとを180度よりも小さな位相差で運動させるよう設定したことを特徴とする。
The present invention provides a regenerator as a boundary of the temperature range in a working space in which working gases having different temperature ranges are held, and changes in volume of the high temperature space and the low temperature space on both sides of the regenerator and the working gas. In a heat engine that performs conversion between heat and power using movement, a first piston is provided that changes the volume of the working space and transmits power in response to a pressure change of the working gas. respectively the second and third piston to move between the hot space and the cold space, the low-temperature space and high temperature space and configured for moving a phase difference of 180 degrees from each other with respect to the regenerator One of the second and third pistons is movably accommodated in a cylinder portion provided in the first piston, and the first piston and the second and third pistons are smaller than 180 degrees. Characterized by being configured for moving in phase difference.
本発明によれば、互いに異なる温度域を持つ作動ガスが保持された作動空間に対し、作動ガスの容積変化を行わせるとともに作動ガスの圧力変化を受けて動力を伝達する第1ピストン及び、作動ガスを高温空間と低温空間との間を移動させる第2,第3ピストンを設けることにより、温度差に応じた必要な再生器通過ガス流量を確保して、充分な圧力変化を確保することができる。 According to the present invention, the first piston that changes the volume of the working gas and transmits the power by receiving the pressure change of the working gas in the working space in which the working gases having different temperature ranges are held, and the working By providing the second and third pistons that move the gas between the high temperature space and the low temperature space, it is possible to ensure the necessary regenerator passing gas flow rate according to the temperature difference and to ensure sufficient pressure change. it can.
また、第2,第3ピストンを対向配置してディスプレーサを構成することで、相互に連結ロッドで連結することで再生器に対する180度の位相差での運動を達成でき、大面積のピストンを使用しても作動ガスの圧力変化を連結ロッドで吸収することができ、クランクシャフトに作用するピストン力を小さく保つことができる。したがって、クランクシャフトの軸径を小さく抑えることができる。 In addition, the displacer is configured with the second and third pistons facing each other. By connecting them with connecting rods, movement with a phase difference of 180 degrees relative to the regenerator can be achieved, and a large area piston is used. Even so, the pressure change of the working gas can be absorbed by the connecting rod, and the piston force acting on the crankshaft can be kept small. Therefore, the shaft diameter of the crankshaft can be kept small.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図1,図2は、本発明の第1の実施形態に係わるスターリングサイクルを備える熱機関としてのスターリングエンジンを示している。ハウジング本体1の上部開口にはカバー3を、同下部開口にはクランクケース5をそれぞれ設けてハウジング7を構成している。
[First Embodiment]
1 and 2 show a Stirling engine as a heat engine having a Stirling cycle according to the first embodiment of the present invention. A
なお、上記した図1,図2を含めて以下の説明で使用する各図においては、図示簡素化のため、ハウジング本体1、カバー3及びクランクケース5の3つの部材を一体化したものとして示している。
In each drawing used in the following description including FIG. 1 and FIG. 2, the three members of the housing
ハウジング本体1の図中で上下方向ほぼ中央の熱交換器ハウジング部1aには、熱交換器ユニット9を収容固定している。熱交換器ユニット9は、中央に互いに異なる温度域の境界としての再生器11を、その上下両側に吸熱器13及び放熱器15をそれぞれ設けている。
A
吸熱器13は、図2中で紙面に直交する方向に延びる伝熱管13aを備え、この伝熱管13a内には、熱交換器ハウジング部1aの外部を通して高温の伝熱流体が流れ、その周囲には複数のフィンを装着している。放熱器15も同様に、図2中で紙面に直交する方向に延びる伝熱管15aを備え、この伝熱管15a内には、熱交換器ハウジング部1aの外部を通して低温の伝熱流体が流れ、その周囲には複数のフィンを装着している。一方、再生器11は、金網などを積層して構成している。
The heat absorber 13 includes a heat transfer tube 13a extending in a direction orthogonal to the paper surface in FIG. 2, and a high-temperature heat transfer fluid flows through the outside of the heat
吸熱器13の図中上部側に位置するハウジング本体1には高温側シリンダ部1bを形成し、この高温側シリンダ部1b内の高温空間17に、第3ピストン(他方のピストンに相当)としての第1ディスプレーサ19を図中で上下方向に移動可能に収容する。一方、放熱器15の図中下部側の位置するハウジング本体1には低温側シリンダ部1cを形成し、この低温側シリンダ部1c内の低温空間20に、第1ピストンとしてのパワーピストン21を図中で上下方向に移動可能に収容する。第1ディスプレーサ19及びパワーピストン21の外周には、ピストンリング23,25をそれぞれ装着している。
A high temperature
上記した第1ディスプレーサ19とパワーピストン21とは、外径を同等としてある。また、これら第1ディスプレーサ19とパワーピストン21との間に位置する熱交換器ユニット9は、第1ディスプレーサ19及びパワーピストン21の外周面より径方向外側に突出するよう大きく形成してあり、平面視(図1,図2中で上下方向から見た図)でほぼ正方形状としてある。その際、熱交換器ユニット9の外周縁は、ハウジング本体1の熱交換器ハウジング部1aに対応して形成してある凹部1dに挿入配置している。
The
パワーピストン21の熱交換器ユニット9に対向する側には、ピストン収容部となるシリンダ部21aを形成してあり、このシリンダ部21aには、第1ディスプレーサ19よりも外径の小さい、第2ピストン(一方のピストンに相当)としての第2ディスプレーサ27を図中で上下方向に移動可能に収容している。第2ディスプレーサ27の外周にはピストンリング29を装着している。
A
第1ディスプレーサ19と第2ディスプレーサ27とは、熱交換器ユニット9の中心に設けた貫通孔9aに対して軸方向(図1中で上下方向)に移動可能に貫通する連結ロッド31により互いに連結している。そして、第2ディスプレーサ27は、クランクケース5内にて回転可能に収容しているクランクシャフト33に1本のコネクティングロッド35を介して連結している。
The
したがって、第1ディスプレーサ19と第2ディスプレーサ27とは、一方が上死点に位置するときに他方が下死点に位置することになり、熱交換器ユニット9に対して互いに180度の位相差で運動する二つのピストンで構成していることになる。
Accordingly, when one of the
一方、パワーピストン21は、第1ディスプレーサ19に対し180度よりも小さい位相差、例えば90度の位相差で運動するように、2本のコネクティングロッド37を介してクランクシャフト33に連結している。
On the other hand, the
ここで、シリンダ部21aを内部に備えるパワーピストン21は、円筒形状の周壁部21bと、円板状の底壁部21cと、周壁部21bの底壁部21cと反対側の熱交換器ユニット9に対向する位置にあるピストン頂部21dとを備えている。
Here, the
そして、上記底壁部21cの中心に設けた貫通孔21c1には、第2ディスプレーサ27の下面中央に取り付けた連結具39を、図中で上下方向に移動可能に挿入し、連結具39に取り付けたピストンピン41に、前記したコネクティングロッド35の小端部35aを回転可能に連結している。
A
また、図2に示すように、パワーピストン21の底壁部21cの外周側におけるクランクシャフト33に対応する位置には、クランクシャフト33側に向けて突出するボス部21eを形成し、このボス部21eに設けたピストンピン43に、前記したコネクティングロッド37の小端部37aを回転可能に連結している。
Further, as shown in FIG. 2, a
上記したコネクティングロッド35及び2本のコネクティングロッド37のそれぞれの大端部35b及び37bは環状に形成してあり、この環状の大端部35b及び37b内に、クランクシャフト33に対し偏心して形成してある偏心円板部33a及び33bを回転可能に連結している。
The large ends 35b and 37b of the connecting
以上より、クランクシャフト33の回転により、1本のコネクティングロッド35を介して第1,第2ディスプレーサ19,27が、互いに180度の位相差で運動すると同時に、2本のコネクティングロッド37を介してパワーピストン21が、第1ディスプレーサ19に対し180度よりも小さい位相差、例えば90度の位相差で運動する。
As described above, the rotation of the
そして、吸熱器13と第1ディスプレーサ19との間に、吸熱器33にて加熱された作動ガスが膨脹する前記した高温空間17が、放熱器15と第2ディスプレーサ27及びパワーピストン21との間には、放熱器15にて放熱された作動ガスが圧縮される前記した低温空間20がそれぞれ形成される。この高温空間17と低温空間20との間で、互いに作動ガスを移動させて作動ガスの膨脹、圧縮を繰り返すことで、熱と動力との変換が行われる。
The high-
ここで、上記したハウジング本体1と、第1ディスプレーサ19及びパワーピストン21とに囲まれた領域が、ヘリウムなどの作動ガスが密閉状態で封入される作動空間となる。この際、パワーピストン21は、低温空間20に対し作動ガスの容積変化をもたらすとともに、作動ガスの圧力変化を受けて動力を伝達する機能を備えている。一方、第1,第2ディスプレーサ19,27は、作動ガスを高温空間17及び低温空間20相互間で移動させる機能を備えている。
Here, a region surrounded by the housing
なお、第1,第2ディスプレーサ19,27は外径が互いに異なっていることから、ディスプレーサとして機能するだけでなく、容積変化をもたらすパワーピストンとしても機能している。 Since the first and second displacers 19 and 27 have different outer diameters, they function not only as a displacer but also as a power piston that causes a volume change.
作動ガスの圧力変化に基づくパワーピストン21の往復運動をクランクシャフト33が回転運動として外部に取り出すことで、本スターリングサイクルはエンジンとなり、逆にクランクシャフト33に外部からモータなどの駆動手段によって回転させてパワーピストン21を往復移動させることで、吸熱器13及び放熱器15を貫通する伝熱管13a及び15a内を流れる伝熱流体を介して外部に温熱や冷熱を供給するヒートポンプや冷凍機となる。
The reciprocating motion of the
上記した第1の実施形態によるスターリングサイクルでは、第1ディスプレーサ19と第2ディスプレーサ27とが熱交換器ユニット9に対して180度の位相差で往復移動する際に、パワーピストン21が往復移動して作動空間の容積変化をもたらすことになる。このため、高温空間17と低温空間20とは、実質的に180度以外の位相差で容積変化することと等価となる。
In the Stirling cycle according to the first embodiment described above, when the
作動空間の容積変化による作動ガスの膨脹,圧縮により、熱と動力との変換が行われ、このとき作動ガスは、吸熱器13、再生器11及び放熱器15を順次往復流となって通過する際に、吸熱器13及び放熱器15にて熱交換を行うと同時に、再生器11を通過する作動ガスの移動が行われる。
Heat and power are converted by the expansion and compression of the working gas due to the volume change of the working space. At this time, the working gas passes through the
この際、本実施形態では、互いに異なる温度域を持つ作動ガスが保持された作動空間に対し、作動ガスの容積変化を行わせるとともに作動ガスの圧力変化を受けて動力を伝達するパワーピストン21及び、作動ガスを高温空間17と低温空間20との間を移動させる第1,第2ディスプレーサ19,27を設けることにより、温度差に応じた必要な再生器通過ガス流量を確保して、充分な圧力変化を確保することができる。
In this case, in the present embodiment, the
このように、高温空間17と低温空間20とを、実質的に180度以外の例えば150度前後の位相差で容積変化させる際には、パワーピストン27の行程容積が各ディスプレーサ19,27のそれより小さいので、高温空間17と低温空間20の容積変化の位相差は、実質的に大きくすることができる。これにより、パワーピストン21は、第1ディスプレーサ19に対して90度の位相差で相対移動可能となるようクランクシャフト33に連結すればよいので、クランクシャフト33の設定は容易であり、低温度差型のスターリングサイクルであっても、高温度差型と理論上同等な最大出力を得ることが容易に可能となる。
Thus, when changing the volume of the
また、この場合、熱交換器ユニット9を薄型化して表面積を大きくしコンパクト化を図っても、熱交換器ユニット9に対する第1ディスプレーサ19と第2ディスプレーサ27との位相差が180度、つまり各ディスプレーサ19,27相互が一体移動する構成であることから、高温空間17と低温空間20との間の作動ガスの移動がより確実になり、また流路抵抗の低減および圧力損失も低減することから、高速回転が容易となる。高回転化及びコンパクト化が達成されることで、特に、地熱などの自然エネルギや産業廃棄熱を有効利用可能な低温度差型のスターリングエンジンに最適なものとなる。
Further, in this case, even if the
上記した第1の実施形態によるスターリングサイクルでは、パワーピストン21のピストン頂部21dによる受圧面積を、内部にシリンダ部21aを形成することで第1ディスプレーサ19の受圧面積より小さくしている。その際、パワーピストン21の支持構造として、2本のコネクティングロッド37により外周側の2箇所を連結支持することで、小さい受圧面積であっても構造の複雑化を抑制しつつ支持をより確実にすることができる。
In the Stirling cycle according to the first embodiment described above, the pressure receiving area by the
また、本実施形態では、二つのピストンで構成した第1,第2ディスプレーサ19,27相互を、連結ロッド31で互いに連結している。このため、第1ディスプレーサ19と第2ディスプレーサ27に掛かるピストン力は連結ロッド31で吸収され、各ディスプレーサ19,27の面積差分のみクランクシャフト33に作用することから、機械損失が低減して高速回転が容易となる。
In the present embodiment, the first and second displacers 19 and 27 formed by two pistons are connected to each other by the connecting
その際、本実施形態では、二つのピストンで構成した第1,第2ディスプレーサ19,27相互を、これらの中心にて1本の連結ロッド31で互いに連結している。ここで、膨張側の第1ディスプレーサ19は、圧縮側の第2ディスプレーサ27に対して高温(例えば300℃)となり、したがって第2ディスプレーサ27との間で熱膨張差が発生する。
At this time, in the present embodiment, the first and second displacers 19 and 27 constituted by two pistons are connected to each other by a single connecting
しかしながら、第1,第2ディスプレーサ19,27相互の中心を1本の連結ロッド31で連結していることから、連結ロッド31の傾きや、連結ロッド31と熱交換器ユニット9の貫通孔9aとの間など部品相互の干渉もしくは摺動抵抗を抑え、第1,第2ディスプレーサ19,27の往復運動についても摩擦抵抗が低減されて効率よくなされることになる。
However, since the centers of the first and second displacers 19 and 27 are connected by one connecting
また、連結ロッド31が1本であることから、その分組立誤差が減少し、組立作業性が向上する上、部品点数も削減され、加工精度の要求も小さくなって、コスト低下に有効となる。
In addition, since there is only one connecting
例えば、図8に示す参考例の熱機関では、2つのディスプレーサ101,103相互を2本の連結ロッド105,107で連結している。この場合、一方のディスプレーサ103に形成したシリンダ部103a内にパワーピストン109を収容することになる。
For example, in the heat engine of the reference example shown in FIG. 8, two
このように、2つのディスプレーサ101,103を2本の連結ロッド105,107で連結する構成では、2つのディスプレーサ101,103相互の熱膨張差によって連結ロッド105,107相互の間隔が不均一になって連結ロッド105,107が傾くことになる。その結果、連結ロッド105,107と熱交換ユニット9の貫通孔9aとの間など部品相互が干渉もしくは摺動抵抗が増大する恐れがある。
As described above, in the configuration in which the two
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、図3,図4に示すように、前記図1のパワーピストン21に相当するパワーピストン21Aの外径を、図1のパワーピストン21よりも外径を大きくすることで、パワーピストン21Aの外径を第1ディスプレーサ19の外径より大きくしている。このためパワーピストン21Aを収容しているハウジング本体1の低温側シリンダ部1cの直径が、図1の同直径より大きくなっており、これに対応してクランクケース5も大きくなっている。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the outer diameter of the
なお、第2の実施形態では、図1の構造において、パワーピストン21の外径はそのままで、第1ディスプレーサ19の外径をパワーピストン21の外径よりより小さくしてもよい。
In the second embodiment, the outer diameter of the
その他の構成は第1の実施形態と同様であり、第1の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付してある。但し、パワーピストン21Aの各部については、図1の符号に「A」を付加している。
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same components as those of the first embodiment. However, “A” is added to the reference numerals in FIG. 1 for each part of the
ここで、パワーピストン21は、2本のコネクティングロッド37でクランクシャフト33に連結しているが、第1ディスプレーサ19については、1本のコネクティングロッド35でクランクシャフト33に連結している。このため、パワーピストン21と第1ディスプレーサ19とが同径の場合には、これらに作用するピストン力が同等となり、第1,第2ディスプレーサ19,27の駆動系はパワーピストン21の駆動系に比較して負担が2倍大きくなる。
Here, the
しかしながら、本実施形態では、パワーピストン21Aの外径を第1ディスプレーサ19の外径より大きくすることで、パワーピストン21Aが負担するピストン力を相対的に大きくでき、第1,第2ディスプレーサ19,27の双方に作用するピストン力を軽減させることができる。
However, in the present embodiment, by making the outer diameter of the
ここで、パワーピストンの面積=C×(第1ディスプレーサの面積−第2ディスプレーサの面積)とし、C=パワーピストンの支持点数/ディスプレーサの支持点数とすると、各支持点における荷重を等しくすることができる。 Here, assuming that the area of the power piston = C × (the area of the first displacer−the area of the second displacer) and C = the number of support points of the power piston / the number of support points of the displacer, the load at each support point can be made equal. it can.
したがって、この場合第1,第2ディスプレーサ19,27の双方に作用するピストン力と、パワーピストン21Aに作用するピストン力とをより均衡させることができ、1本のコネクティングロッド35に作用する力をより軽減することができる。
Therefore, in this case, the piston force acting on both the first and second displacers 19 and 27 and the piston force acting on the
特に、パワーピストン21Aの外径を第1ディスプレーサ19の外径より大きくするとともに、さらに、図3に示すように第2ディスプレーサ27の外径を第1ディスプレーサ19の外径より小さくすることで、第1,第2ディスプレーサ19,27の双方に作用するピストン力と、パワーピストン21Aに作用するピストン力とをより一層均衡させることができる。
In particular, by making the outer diameter of the
また、第2の実施形態において、第2ディスプレーサ27の外径を大きくして第1ディスプレーサ19の外径と同等とした場合には、第1,第2ディスプレーサ19,27はディスプレーサとしてのみ機能することになり、ピストン力をパワーピストン21Aのみに作用させることができる。
In the second embodiment, when the outer diameter of the
[第3の実施形態]
第3の実施形態は、図5,図6に示すように、図1または図3の構造に対し、第1ディスプレーサ19の熱交換器ユニット9と反対側に第2の熱交換器ユニット90を配置するとともに、第2の熱交換器ユニット90の第1ディスプレーサ19と反対側に第2パワーピストン210及び第3ディスプレーサ270を配置している。
[Third Embodiment]
In the third embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, a second
第2パワーピストン210は、パワーピストン21のシリンダ部21aに相当するシリンダ部210aを備えている。このシリンダ部210aに往復移動可能に収容した第3ディスプレーサ270と第1ディスプレーサ19とは、第2連結ロッド310によって互いに連結している。したがって、第1ディスプレーサ19及び第2ディスプレーサ27と第3ディスプレーサ270とは、互いに一体となって往復移動する。
The
また、ここでのパワーピストン21は、第2の実施形態のパワーピストン21Aのように第1ディスプレーサ19よりも外径を大きくしてあり、第2パワーピストン210の外径はパこのワーピストン21の外径と同等としている。
The
ここでこれらパワーピストン21及び第2パワーピストン210の外径は、上述したように第1ディスプレーサ19の外径より大きく、かつ平面視でほぼ正方形状とした熱交換器ユニット9,90の一辺の長さより大きくしており、各パワーピストン21,210の外周縁部を、第1ディスプレーサ19及び熱交換器ユニット9,90の外周縁部より外側へ突出させている。
Here, the outer diameters of the
そして、この外側へ突出した部分の各パワーピストン21,210相互を、複数の例え4本のパワーピストン連結ロッド47によって互いに連結している。したがって、ここでの各パワーピストン21,210は、互いに一体となって往復運動することになる。上記4本のパワーピストン連結ロッド47は、ハウジング本体1の熱交換器ハウジング部1aに、上下方向に貫通して形成してあるハウジング貫通孔1a1に移動可能に挿入してある。
The
したがって、本実施形態では、第1,第2ディスプレーサ19,27及びパワーピストン21をそれぞれ備えた一つの熱機関ユニット49と、第1,第3ディスプレーサ19,270及び第2パワーピストン210をそれぞれ備えた他の一つの熱機関ユニット51とを、ピストン移動方向に複数積層していることになる。この際、互いに隣接する熱機関ユニット49,51相互間に位置する第1ディスプレーサ19は、各熱機関ユニット49,51相互で共用していることになる。
Accordingly, in the present embodiment, one
このように隣り合う熱機関ユニット49,51相互がピストン(第1ディスプレーサ19)を共用して、構造の簡素化を図りつつ、このスターリングサイクルをエンジンサイクルとして使用する場合には、標準化されたモジュールを適宜積層することで、必要とする出力を容易に得ることができ、さらに、ヒートポンプサイクルや冷凍サイクルを適宜組み合わせることで、多様な熱源および出力温度に対応した複合サイクルを実現することができる。
When the Stirling cycle is used as an engine cycle while the adjacent
なお、上記図5の例においては、熱機関ユニット49,51を二つとしたが、これを
さらに三つ四つと増加させることも可能である。
In the example of FIG. 5 described above, the two
また、上記図5の例において、パワーピストン21と第2パワーピストン210とをパワーピストン連結ロッド47で連結せずに、第2パワーピストン210を、パワーピストン21と同様に2本のコネクティングロッド及びクランクシャフトを別途設定して往復移動させるようにしてもよい。その場合においても、パワーピストン21,210相互は、互いに180度位相差で運動させることはもちろんである。
In the example of FIG. 5 described above, the
[第4の実施形態]
第4の実施形態は、図7に示すように、前記した各実施形態で使用していたクランクシャフト33に代えてリニア発電機ユニット(リニア電動機でもよい)53を使用している。リニア発電機ユニット53は、第2ディスプレーサ27に連結した1本コネクティングロッド55に対応するリニア発電機57と、パワーピストン21に連結した2本コネクティングロッド59に対応するリニア発電機61,63とを備えている。
[Fourth Embodiment]
As shown in FIG. 7, the fourth embodiment uses a linear generator unit (or a linear motor) 53 instead of the
これら各リニア発電機57,61,63は同等の構成であり、クランクケース5側に固定したコイルを有するステータ65と、ステータ65内にて図7中で上下方向に移動可能な移動体となるプランジャ67とを備えている。各プランジャ67は、コネクティングロッド55,59にそれぞれ一体化して設けてある。
Each of these
また、第1ディスプレーサ19とカバー3側の内面に設けたスプリング受69との間にはスプリング71を、パワーピストン21とクランクケース5側の内面に設けたスプリング受73との間にはスプリング75をそれぞれ設けている。これら各スプリング71,75は、第1ディスプレーサ19,パワーピストン21をそれぞれ中立位置(ピストン移動行程の中間位置)に保持するように機能している。
A
この場合、作動ガスの圧力変化に基づいて、パワーピストン21及び第1,第2ディスプレーサ19,27が往復運動することで、各プランジャ67がステータ65内を往復移動してリニア発電機57,61,63が発電する。このとき、スプリング71,75は強制振動されてパワーピストン21及び第1,第2ディスプレーサ19,27の往復運動を補完する。その際、第1,第2ディスプレーサ19,27とパワーピストン21とが、前記した各実施形態と同様に、180度よりも小さい例えば90度の位相差で運動するように、第1,第2ディスプレーサ19,27とパワーピストン21の質量及び、各スプリング71,75のばね定数の調整を行う。
In this case, the
逆に、リニア発電機ユニット53をリニア電動機として利用する場合には、リニア発電機57,61,63がリニア電動機となり、該リニア電動機に交流電源から通電することで第1,第2ディスプレーサ19,27とパワーピストン21を往復移動させる。これにより、吸熱器13及び放熱器15を貫通する伝熱管13a及び15a内を流れる伝熱流体を介して外部に温熱や冷熱を供給するヒートポンプや冷凍機となる。
On the other hand, when the
11 再生器
17 高温空間
19 第1ディスプレーサ(第3ピストン,他方のディスプレーサ)
20 低温空間
21,21A パワーピストン(第1ピストン)
21a シリンダ部
27 第2ディスプレーサ(第2ピストン,一方のディスプレーサ)
31 連結ロッド
49,51 熱機関ユニット
210 第2パワーピストン
270 第3ディスプレーサ
11
20
31 connecting
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