JPH01342A - スタ−リングエンジンの出力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスターリングエンジンの出力制御に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来のスターリングエンジンの出力制御、即ら筒内圧力
の制御は、第３図に示すように、エンジンの軸出力の一
部で駆動される密閉型のヘリウム圧縮機１によって、エ
ンジンの作動空間７内のヘリウムを蓄積タンク２に圧送
し、作動空間７の圧力レベルを変えることによって行わ
れている。第３図中、４．５はエンジンの作動空間７に
設けられた第１．第２の逆止弁、３は蓄積タンク２から
作動空間７に高圧のヘリウムを供給するための第１の開
閉弁、６は作動空間７から蓄積タンク２にヘリウムを排
出するための第２の開閉弁、８は作動空間７に設けられ
、第１．第２の逆止弁３．６を連通可能とする第３の開
閉弁である。

このような構成は、オフスフオード　サイエンス　パブ
リゲーションによる「スターリングエンジン」に明らか
にされている。

次に動作について説明する。

エンジン運転前、すべての開閉弁を「開」として、作動
空間７及び５積タンク２に作動気体であるヘリウムを予
め所定の圧力に充填しておく。スターリングエンジンの
始動手順によってエンジンを加熱後、セルモータ等によ
って始動し、第３の開閉弁８を「閉」とすることによっ
てエンジンは自立運転状態となり、機械出力を発生する
。このような運転状態では、エンジンの作動空間７は充
填圧力を平均圧力として動作する。

ここでエンジンの出力を低下させるためには、作動空間
７の平均圧力レベルを下げる必要がある。

この目的のために、第１の開閉弁３を「閉」として、ヘ
リウム圧縮機１を動作させる。この結果、作動空間７の
平均圧力は減少し、減少した分だけ蓄積タンク２は圧力
が上昇する。

次にエンジンの出力を上げる時は、ヘリウム圧縮機ｌを
止めて、第２の開閉弁６を「閉」とした上で第１の開閉
弁３を「開」とする。これによって蓄積タンク２から作
動空間７にヘリウムが流入し、平均圧力が上昇してエン
ジンの出力が増加する（エンジン出力はほぼ平均圧力に
比例する）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の出ノＪ制御Ｉ装置は以上のように構成されている
ので、出力制御幅が大きく、かつ応答性の高い出力制御
装置を得るには、ヘリウム圧縮機は大きな容量のものを
必要とし、大きな消費動力を要していた。

この発明は、以上のような欠点を解消するためになされ
たもので、ヘリウム圧ＭＷ　Ｍｌに必要とする動力を低
減できるスターリングエンジンの出力制御装置を得るこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るスターリングエンジンの出力制御装置は
、作動空間、クランクケース、蓄積タンク、及び圧縮機
の間を、逆止弁及び開閉弁により連通し、各開閉弁の開
閉制御及び圧縮機の駆動により作動空間の平均圧力を制
御して出力制御を行うようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、作動空間の平均圧力変化幅のうち
の応答性の必要とする所定領域においては、作動空間の
圧力変化と逆止弁の組み合わせによって生じるエンジン
ボンピング作用によって圧力制御を行わせ、応答性が特
に不要な圧力制御領域を圧縮機によって行わせるから、
小容量な圧縮機で圧力制御が可能となり、消費電力が低
減する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図において、第３図と同一符号は同−又は相当部分
を示す。７はエンジンの作動空間を示し、作動空間７は
高温空間（膨張室）、低温空間（圧縮空間）、ヒータ部
、クーラ部、及び再生器部で構成されている。９は上記
作動空間７の低温空間部側に形成されたクランクケース
又はバッファ室であり、低温空間部とはピストン又はピ
ストンロンドのシール部材を介して接続されている。４
はクランクケース９から作動空間方向を順方向とするよ
う設けられた第１の逆止弁であり、作動空間７の圧力状
態をクランクケース９内の圧力より高く保つための機能
を有し、これにより作動空間７の最低圧力とクランクケ
ース９内圧力とはほぼ同一となる。５は作動空間７から
蓄積タンク２方向を順方向とするよう設けられた第２の
逆上弁、１０はこの第２の逆止弁５と蓄積タンク２とを
連通可能とする第１の開閉弁、１１は蓄積タンク２とヘ
リウム圧縮機ｌとを連通可能とする第２の開閉弁である
。

次に動作について説明する。

エンジンの出力制御を行うために必要な作動空間の平均
圧力を最大６　ＭＰａから最低３　ＭＰａとする。

作動空間の圧力比εが１．６のエンジンでは、第１の逆
止弁ｌＯの作用によって作動空間７の平均圧力はクラン
クケース９内圧力の約１．３倍となる。

このことは、実験事実から明らかである。

今、蓄積タンク２とクランクリー−ス９の容積がほぼ等
しい場合を考える。エンジン運転前の全空間のヘリウム
充填圧力を３　ＭＰａとして、ヘリウム圧縮機ｌが非駆
動状態で第１．第２の開閉弁１０゜１１を「閉」として
エンジンの始動を行うと、作動空間の平均圧力はほぼ３
．９ＭＰａとなって運転される。

ここで、エンジンの出力を作動空間７の平均圧力３　Ｍ
Ｐａ相当にしようとする場合、第１の開閉弁１０を「開
」とすることによって、作動空間７のポンプ作用によっ
てクランクケース９内のへりうムをｍ積タンク２に移送
する。この結果、クランクケース９内の圧力レベルは約
２．３ＭＰａとなり、作動空間７は平均圧力３ＭＰａ、
ｉ積タンク２は約３゜９ＭＰａとなる。

次に第１の開閉弁１０を「閉」として、第２の開閉弁１
１を「開」とすると、蓄積タンク２からクランクケース
９にヘリウムが流入し、初期の運転状態が実現されろ。

このように作動空間７の平均圧力レベルの制？１１１は
、第１．第２の逆止弁４．５の開、閉の組み合わせによ
って可能となり、また圧力レベルの変化速度もヘリウム
の移送速度を管路抵抗によって可変することが可能であ
る。

次にエンジン出力を作動空間平均圧力６　ＭＰａ相当に
増加させる場合を説明する。前述の状態でヘリウム圧縮
機１を駆動する。約３　ＭＰａの圧力状態の蓄積タンク
２からヘリウムを吸い、加圧してクランクケース９に吐
出する。ヘリウム圧縮機ｌの消費動力りは、一般に、 ＬｃｃｍＴ　ａ　ｌ　ｎ　Ｐ２　／　ＰＩで表される。

ここで、ｍはヘリウム移動量、Ｔａは吸入温度、Ｐ！は
クランクケース内圧力、Ｐ。

はＮ積タンク圧力である。

従って、作動空間平均圧力Ｇ　ＭＰａを得るためには、
前述の事実からクランクケース内圧力を４．６２ＭＰａ
にすればよい、即ち、蓄積タンク内圧力は、約１　、４
ＭＰａとなる。いま、応答性が重要視されないから、ヘ
リウム圧縮機１は単位時間あたりのヘリウム移動量を小
さくでき、従ってヘリウム圧縮機は小型のもので実現で
きる。また、エンジンのポンプ作用を用いない場合に比
べて、圧力比ｐｚ／Ｐ１も十分小さ（することが可能と
なるので、ヘリウム圧縮機の消費動力は十分小さくする
ことが可能となる。

次に本発明の他の実施例を示す。

第２図はエンジンの出力増加時に応答性を必要とし、出
力減少時に応答性をそれほど必要としない場合の実施例
である。図において、第１図と同一符号は同−又は相当
部分を示している。この実施例では、運転前の全空間の
ヘリウム充填圧力を４．６２ＭＰａとし、始動直後にエ
ンジンの最大出力条件、即ち作動空間の平均圧力を６　
ＭＰａとしている。

また、ヘリウム圧縮機Ｉは、その吸い込み、吐出が第１
図のものと正反対に設定されている。さらに、１２は蓄
積タンク２とクランクケースｌとを連通可能とする第３
の開閉弁である。

次に動作について説明する。　　。

作動空間の平均圧力を６　Ｍｌ”ａから４．６２ＭＰａ
に減圧する時、第１の開閉弁１０のみ「開」とする。

次に４．６２ＭＰａから６　ＭＰａへ増圧する時、第１
の開閉弁１０を「閉」としζ、第３の開閉弁１２を「開
」とする。これによって、蓄積タンク２からクランクケ
ース９にヘリウムは戻り、初期のｒｌ／　ｊ？５出力状
態にもどる。

次にエンジンの出力を作動空間の平均圧力４．６２ＭＰ
ａ相当から下げる場合は、第１．第３の開閉弁１０．１
２を「閉」として、第２の開閉弁１１を「開」としてヘ
リウム圧縮ｉｔを駆動する。これにより、クランクケー
ス内圧力を２．３肝ａまで下げる。この結果、作動空間
７の平均圧力は３ＭＰａ、蓄積タンク２の圧力は約７　
ＭＰａとなる。

エンジンの出力を増加させる時は、第３の開閉弁１２を
「開」とすることによって可能である。

〔発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、エンジンの作動空間
平均圧力を所定の出力制御幅相当変えるために、作動空
間と第１．第２の逆止弁で構成されるエンジン自体の持
つボンピング作用で、その何割分かの平均圧力の可変、
即ち出力の制御を行い、応答性の不要な領域で圧縮機に
よって作動空間の平均圧力を制御できるようにしたので
、圧縮機を小型化できると同時に、消費電力を低減でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるスターリングエンジン
の出力制御装置を示す図、第２図は本発明の他の実施例
を示す図、第３図は従来例を示す図である。 １・・・ヘリウム圧縮機、２・・・蓄積タンク、４・・
・第１の逆止弁、５・・・第２の逆止弁、７・・・作動
空間、９・・・クランクケース、１０・・・第１の開閉
弁、１１・・・第２の開閉弁、１２・・・第３の開閉弁
。 な、ＩＪ中同−符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）低温空間及び高温空間で形成される作動空間と、
   エンジンの出力取り出し機構部を収容するクランクケー
   スとが、シール部材で連通された密閉構成のスターリン
   グエンジンにおいて、 上記クランクケースと作動空間とが、上記クランクケー
   スから作動空間方向を順方向とする第１の逆止弁によっ
   て連通され、 上記作動空間と蓄積タンクとが、上記作動空間から蓄積
   タンク方向を順方向とする第２の逆止弁及び第１の開閉
   弁によって連通され、 上記蓄積タンクと圧縮機とが第２の開閉弁によって連通
   され、 上記圧縮機が上記クランクケースに連通され、上記第１
   、第２の開閉弁の開閉制御及び上記圧縮機の駆動によっ
   て上記作動空間の平均圧力を制御することを特徴とする
   スターリングエンジンの出力制御装置。
2. （２）上記蓄積タンクは上記圧縮機の吸入弁部と第２の
   開閉弁によって連通され、 上記クランクケースは上記圧縮機の吐出部と連通されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスタ
   ーリングエンジンの出力制御装置。
3. （３）上記蓄積タンクとクランクケースとが第３の開閉
   弁によって連通され、 上記蓄積タンクは上記圧縮機の吐出部と第２の開閉弁に
   よって連通され、 上記クランクケースは上記圧縮機の吸入部と連通されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスタ
   ーリングエンジンの出力制御装置。